专利名称：多小区干扰抑制方法及基站控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种多小区干扰抑制方法及基站控制o
背景技术：
MIM0技术经过近十年的发展，从点对点的单链路到单小区多用户都取得了巨大的 进展。随着下一代移动通信技术和标准的推进，MIM0技术已经开始从实验室走向实际应用。 几年来，采用MIM0技术的下一代无线技术验证系统有力的验证了 MIM0技术所能带来的高 频谱容量优势，2006年提出的4x4MIM0系统和OFDM技术相结合在下行链路上实现了 100M 带宽下lGbps的实时传输。但是MIM0技术在扩展多小区系统中，一个十分重要的问题开始 引起人们的注意，那就是多天线多小区中的邻小区干扰问题(0CI)。最早发现并提出这个问题是在2000年，S. Catreux等通过一系列系统级的仿真和 理论验证发现，在一个存在同频干扰的多小区通信环境中应用多天线收发技术时，系统的 频谱效率会受到严重的限制，从而变为一个严重的干扰受限系统。S. Catreux等人的研究结果立即引起了人们的关注，之后对于多小区MIM0系统的 0CI问题人们进行了广泛的研究。对于多小区MIM0系统而言，它首先是一个MIM0系统。通 常，多径要引起衰落，因而被视为有害因素。然而对于MIM0系统来说，多径可以作为一个 有利因素加以利用。MIM0系统在发射端和接收端均采用多天线(或阵列天线)和多通道， MIM0的多入多出是针对多径无线信道来说的。传输信息流s(k)经过空时编码形成N个信
息子流ci(k)，I = 1，......，N。这N个子流由N个天线发射出去，经空间信道后由M个接
收天线接收。多天线接收机利用先进的空时编码处理能够分开并解码这些数据子流，从而 实现最佳的处理。单用户MIM0和多用户MIM0的许多干扰抑制技术都可以扩展到多小区系统中进行 研究，其中有些方法是建立在单用户MIM0和多用户MIM0的干扰抑制技术上的，这也是当前 多小区MIM0中所使用最多的一类研究方法。一般来讲包括基于接收端的干扰抑制技术和 基于发送端的干扰抑制技术两大类。由于邻小区同频干扰和本小区子流间干扰本质上相同的，因此可以在接收端利用 类似多用户检测的技术来抑制0CI，这种技术被称为多用户检测接收机。基于接收端的空 时检测技术通常都假定接收端已知信道信息(CSI Channel State Information)在接收端 对0CI进行抑制是一个被动处理过程，采用了复杂的信号处理技术对干扰信号进行检测/ 抑制。虽然这些技术能够有效的提高接收机的性能，但是它在实施过程中也存在若干不可 忽视的问题(1)接收机信号处理的复杂度很高(例如非线性迭代接收和干扰对消技术)； (2)对干扰检测的性能不稳定，与干扰信号特征紧密相关(如群信号干扰对消技术)；(3) 由于接收机的接收自由度有限，因此干扰并不能被完全消除，性能的提升能力有限。实际系 统中移动接收机的特点是低成本，低功耗，简单便携，这就进一步限制了基于接收端的干扰 抑制技术的使用。
对于大多数系统而言，如果发射端能够利用信道状态信息而采用某些自适应技 术，通常能够有效提高系统的效能。WCDMA系统的HSDPA (High SpeedData packet Access) 就是一个很好的例子，它通过使用自适应调制技术使系统能够在好的信道条件下取得较高 的频谱效率。另一方面，相对于用户的移动接收设备，发送端基站的设计通常不受限于体积 和复杂度，因此在多小区系统中把复杂的干扰处理过程从接收机转移到基站是一个合理的 选择。在发送端做干扰抑制，可以分为两种模式一种是单小区模式，一种是多小区联合编 码。现有技术中一种多小区干扰抑制技术为主动式干扰抑制技术，该方案通过在每个 基站对发送信号实施预编码过程，来主动的抑制本小区基站对相邻小区所形成的干扰。现 有两种预编码结构，一种称为迫零预编码，它可以将干扰完全消除；另一种是基于最大特征 子信道的预编码，它在进行有效抑制同频干扰的同时提高了本小区的发送自由度，能够实 现多小区干扰抑制的自适应。在对现有技术的研究和实践过程中，发明人发现现有技术中存在以下问题所述技术方案在小区内基站的处理上没有考虑到中心与边缘区域的区别。而小区 中心和小区边缘的区别在于终端接收信噪比的不同。小区中心的用户接收信号质量较好， 小区边缘用户接收的信号较差。目前无线通信研究的一个重点就是如何通过提升小区边缘 用户的质量来提高整个系统的容量。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种多小区干扰抑制方法及基站控制器，以区别处于 小区中心或者边缘位置的UE，从而进一步降低相邻小区间信号的干扰。为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种多小区干扰抑制方法、基站控制器、 基站及系统是这样实现的一种多小区干扰抑制方法，包括对相邻的不同小区采用构造的向量组中不同的向量进行第一层波束预处理；所述 构造的向量组中的向量两两正交；对处于小区中心的用户和处于小区边缘的用户采用不同的权值进行第二层波束 预处理；小区中心与小区边缘用户采用的权值正交。一种基站控制器，包括第一层波束预处理单元，用于对相邻的不同小区采用构造的向量组中不同的向量 进行第一层波束预处理；所述构造的向量组中的向量两两正交；第二层波束预处理单元，用于对处于小区中心的用户和处于小区边缘的用户采用 不同的权值进行第二层波束预处理；小区中心与小区边缘用户采用的权值正交。由以上本发明实施例提供的技术方案可见，对相邻的不同小区采用构造的向量组 中不同的向量进行第一层波束预处理；所述构造的向量组中的向量两两正交；对处于小区 中心的用户和处于小区边缘的用户采用不同的权值进行第二层波束预处理；小区中心与小 区边缘用户采用的权值正交，可以以不改变现有小区拓扑结构和通信模式为前提，在考虑 软频率复用的基础上，利用两级波束形成的预处理，使得在较低复杂度下能够获得较好的 多小区多用户干扰抑制的效果。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提 下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明多小区干扰抑制方法实施例的流程图2为本发明实施例中的多小区模型示意图3为本发明实施例中基于分层波束形成的系统原理框图
图4为本发明实施例中第一级波束形成原理图5为本发明实施例中小区内子区域划分原理图；；
图6为本发明实施例中对用户信号泄漏描述的原理图7为本发明实施例中第二级波束形成原理图8为本发明实施例一具体例子的流程图9为本发明基站控制器实施例的一个框图10为本发明基站控制器实施例的另一框图11为本发明基站控制器实施例的另一框图12为本发明基站控制器实施例的另一框图13为本发明基站控制器实施例的另一框图14为本发明基站控制器实施例的另一框图15为本发明基站控制器实施例的另一框图。
具体实施例方式目前常用的另一种干扰抑制方法采用多小区联合预编码方案。多小区联合编码 是指每个用户的下行数据是分布在多个相关基站上一起发的，也称为基站协作。假设系统 共有B个同频基站，同频用户数目为K，基站协作通信时B个基站同时向所有K个用户发送 下行数据，每个用户都能接收来自所有基站的发送信号。将用户k的L个数据子流映射到 所有BN根天线上进行发送并实现干扰抑制(这里假定每个基站有N个天线)，可以通过 发送端的预编码来完成。需要注意的是，由于采用发送端的协作通信机制，预编码过程需 要在比基站更高层的系统级控制下来完成，通常可以利用基站控制器(BSC:BaSe Station Controller)来对下行数据实现多基站联合发送，这一过程与单小区模式完全不同的。对用 户的数据矢量sk进行预编码过程可以表示为xk = Tksk式中预编码矩阵Tk的维数为BNXLk，它将用户k的Lk个数据子流sk最终映射到 BN根发送天线上。通过设计每个用户的预编码矩阵Tk，就可以实现对干扰信号的抑制。上述联合预编码技术有以下缺点1)为了实现联合编码，每个基站必须获取系统中所有通信用户的实时信道信息， 这在用户数量较多以及高速移动环境中是比较困难的。2)线性联合预编码对信道矩阵特征十分敏感，当信道不满秩或者信道的条件数较大时(此时信道矩阵奇异值分布的方差很大)，系统性能会很快下降，在情况严重时联合的 迫零算法甚至无法使用。3)在多基站协作时发送信号的同步通常难以保证；通常来自多个基站的发送信 号到达接收机时会产生较大的时间偏移，联合编码要求基站必须在发送数据之前对各用户 信道进行预先的时间补偿，而对于高数据速率传输或者接收机位置远离小区边界的情形， 基站获取实时信道的定时会比较困难，已有的研究表明，联合编码系统中的信号同步问题 会导致联合编码系统的性能严重下降，必须采用更加复杂的发送端控制技术来应对这一问 题。4)系统需要较大规模的调整现有系统的链路设计，甚至需要改变现有通信系统的 拓扑结构，小区中各基站的功率控制也是一个十分复杂的问题，这些无疑将大大加重移动 运营商的成本，而许多技术正是由于成本和复杂度的问题而无法得到实用。因此寻找一种 结构简单、具有低复杂度的干扰抑制技术是十分有必要的。本发明实施例提供一种多小区干扰抑制方法及基站控制器。为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实 施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施 例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通 技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护 的范围。图1示出了本发明多小区干扰抑制方法实施例的流程图，如图1所示，包括S110:对相邻的不同小区采用构造的向量组中不同的向量进行第一层波束预处 理；所述构造的向量组中的向量两两正交。S120:对处于小区中心的用户和处于小区边缘的用户采用不同的权值进行第二层 波束预处理；小区中心与小区边缘用户采用的权值正交。图3示出了本发明上述实施例的系统原理框图，指出了本发明实施例中空间信号 处理的基本流程。S110中向量组的构造，具体可以通过以下方式实现构造一组波束形成的权值向量Wcell = [Wcell1, Wcell2...Wcellk]，其中向量之间彼此正 交。生成的方法可以采用随机的数学方法生成，如可以采用基于酉阵的数学方法生成，选取 酉阵中的向量作为正交的权值向量，并且保证总功率的恒定，也可以基于经验值进行构造， 如根据应用场景(如乡村、郊区或城市等)借鉴经验值产生。在乡村、效区或者城市无线环 境不同，如乡村比较空旷，城市则高楼密布，因此不同的环境采用的合适的权向量是不一样 的。这些合适的权向量可以通过实地测试来获得。S110中第一层波束预处理，可以通过以下方式实现采用上述构造的Wcell集合中的不同向量对相邻的各小区进行加权预处理(第一层 波束形成预处理)，如图2所示，每一小区可从向量集中选择一个向量，各小区对应的向量 不同，实施方法如图4所示。图4中的s1(n)，...，sk((n)分别是发射给用户1，...，k的信 号；相乘是矩阵相乘。S120中，每一小区划分成两个子区域，可以如图5所示，小区中间划定圆形区域表 示该小区的中心区域，其他区域为小区的边缘区域。
中心区域与边缘区域的比例视具体场景的情况而定，典型值例如可以取8 2。S120中第二层波束形成权值的确定，对于小区内两个子区域，可以分别定义两组 不同的波束形成权值，小区中心的权值记为《。，小区边缘区域的权值记为^。两组不同的波束形成权值，可以分别按照以下原则A或B来确定。A 在信道状态信息(Channel State Information, CSI)难以获取的情况下，采用 随机波束的方式，随机产生多组正交的权值向量作为w。和集合。其中，w。中的权值相互 正交，We中的权值相互正交，且Wc和We中的权值也相互正交。。这两个权值集合类似于单 小区的码本集合。对边缘区域权值wc，各小区采用同一组合，即个小区边缘区域的权值都从 we中取得，这样保证各小区边缘的波束权值保持正交，正交权值w。和产生可以采用基于 酉阵的生成方法或参考现有文献的一些方法。B 在部分或全部信道状态信息(CSI)已知的情况下，考虑到传统的基于信干噪比 (SINR)准则的克服共道干扰的权值生成方法如ZF(迫零，ZeroForcing)、MMSE (最小均方误 差，Minimum Mean Squared Error)等对天线数都有一定的限制(一般要求发射天线大于 所有用户总的接收天线数)，因此并非最优的权值生成方法，本发明实施例中提出一种小区 内最大化信漏噪比(信号与该信号泄露给其他用户的能量以及噪声的比值，简称SLNR)、小 区间基于博弈论最优化信干噪比(SINR)的权值选择方式，步骤如下B1 基于最大化信漏噪比的原则在小区内进行第一次训练。信漏噪比的表达式如下式所示
权利要求
一种多小区干扰抑制方法，其特征在于，包括对相邻的不同小区采用构造的向量组中不同的向量进行第一层波束预处理；所述构造的向量组中的向量两两正交；对处于小区中心的用户和处于小区边缘的用户采用不同的权值进行第二层波束预处理；小区中心与小区边缘用户采用的权值正交。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述向量组中的向量采用基于酉阵的数学 方法生成。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述小区中心和小区边缘的波束形成权值 采用如下方式确定在信道状态信息难以获取的情况下，采用随机波束的方式，随机产生多组正交的权值 向量作为小区中心和小区边缘的波束形成权值集合。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的边缘区域权值的集合对于各相邻小 区选择使用同一权值集合。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述小区中心和小区边缘的波束形成权值 采用如下方式确定在部分或全部信道状态信息已知的情况下，首先基于最大化信漏噪比的原则在小区内 进行第一次训练，再基于博弈论对小区间同频用户进行第二次训练。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于最大化信漏噪比的原则在小区内 进行第一次训练，包括以信漏噪比的表达式最大化为目标，基于匪SE准则，得到Wi - EV((o 2I+[H1 …Hh，Hi+1 …^ΓΕΗ^.Ηη，HwHjr1HiiHi)其中，Wi为小区内用户i第一次权值训练的结果；EV( □)表示矩阵的特征向量分解；信漏噪比的表达式如下式所示
7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述信道信息通过以下方式获取在TDD系统中，利用信道的互易性，在基站侧对各个用户的上行信道进行估计，等效获 取下行信道的信道信息；或，在FDD系统中，基站通过有限反馈，得到各用户反馈的信道信息。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于博弈论对小区间同频用户进行第 二次训练包括
9.如权利要求5、6或8所述的方法，其特征在于，所述对处于小区中心的用户和处于小 区边缘的用户采用不同的权值进行第二层波束预处理包括根据子区域划分，将产生的波束形成权值归入W。或&集合； 根据下式对符号S进行预处理 X = Uc(e)Xwc(e)XS其中，υ。ω为中心区域c或边缘小区e对应的固定预处理矩阵，wc(e)为w。或ι集合，X 为处理后的符号。
10.一种基站控制器，其特征在于，包括第一层波束预处理单元，用于对相邻的不同小区采用构造的向量组中不同的向量进行 第一层波束预处理；所述构造的向量组中的向量两两正交；第二层波束预处理单元，用于对处于小区中心的用户和处于小区边缘的用户采用不同 的权值进行第二层波束预处理；小区中心与小区边缘用户采用的权值正交。
11.如权利要求10所述的基站控制器，其特征在于，所述向量组中的向量采用基于酉 阵的数学方法生成。
12.如权利要求10所述的基站控制器，其特征在于，还包括小区中心和小区边缘的波 束形成权值第一确定单元，用于在信道状态信息难以获取的情况下，采用随机波束的方式， 随机产生多组正交的权值向量作为小区中心和小区边缘的波束形成权值集合。
13.如权利要求10所述的基站控制器，其特征在于，所述的边缘区域权值的集合对于 各相邻小区选择使用同一权值集合。
14.如权利要求10所述的基站控制器，其特征在于，还包括小区中心和小区边缘的波 束形成权值第二确定单元，用于在部分或全部信道状态信息已知的情况下，首先基于最大 化信漏噪比的原则在小区内进行第一次训练，再基于博弈论对小区间同频用户进行第二次 训练。
15.如权利要求14所述的基站控制器，其特征在于，所述第二确定单元包括第一次训 练单元和第二次训练单元，其中，第一次训练单元，以信漏噪比的表达式最大化为目标，基于MMSE准则，得到Wi - EV((o 2I+[H1 …Hh，Hi+1 …^ΓΕΗ^.Ηη，HwHjr1HiiHi)其中，Wi为小区内用户i第一次权值训练的结果；EV( □)表示矩阵的特征向量分解；信漏噪比的表达式如下式所示 丨丨,丨丨2Σ M2k=、k*i其中，SLNRi表示第i个用户的信漏噪比，Ηρισ,2分别为i用户的信道矩阵、权值向量和噪声功率，Hk为小区内和相邻小区强干扰用户的信道矩阵，K为所有干扰用户的数目；SINR第二次训练单元，定义KP7^^2 = SINR XW'根据纳什平衡点定义，当收益函数‘ ？Κ(·)}满足|ui+1-Ui| ^ ε式时，纳什平衡点存在且唯一；基于最大化收益函数的要求调整wk，直到满足|ui+1_Ui| ^ ε式，得到此时的wk ;wk表3示用户k得到的权值。
16.如权利要求14所述的基站控制器，其特征在于，所述基站控制器还包括第一信道 信息获取单元，用于在TDD系统中，利用信道的互易性，等效获取基站侧通过对各个用户的 上行信道进行估计而得到的下行信道的信道信息。
17.如权利要求14所述的基站控制器，其特征在于，所述基站控制器还包括第二信道 信息获取单元，用于在FDD系统中，获取基站通过有限反馈得到的各用户的信道信息。
18.如权利要求10所述的基站控制器，其特征在于，所述第二层波束预处理单元包括 归入单元和预处理单元，其中，所述归入单元，用于根据子区域划分，将产生的波束形成权值归入w。或We集合； 所述预处理单元，用于根据下式对符号S进行预处理 X = Uc(e)Xwc(e)XS其中，U。(d为中心区域c或边缘小区e对应的固定预处理矩阵，wc(e)为w。或ι集合，X 为处理后的符号。
全文摘要
一种多小区干扰抑制方法及基站控制器。一种多小区干扰抑制方法，包括对相邻的不同小区采用构造的向量组中不同的向量进行第一层波束预处理；所述构造的向量组中的向量两两正交；对处于小区中心的用户和处于小区边缘的用户采用不同的权值进行第二层波束预处理；小区中心与小区边缘用户采用的权值正交。利用本发明，可以实现在较低复杂度下能够获得较好的多小区多用户干扰抑制的效果。
文档编号H04B7/06GK101989875SQ20091016360
公开日2011年3月23日 申请日期2009年7月30日 优先权日2009年7月30日
发明者吴涛, 王勇, 郝东来 申请人:华为技术有限公司