专利名称：一种基于干扰协调的小区间用户调度方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于干扰协调的小区间用户调度方法。
背景技术：
在目前讨论的很多下一代无线通信的标准如3GPP的LTE和LTE_Advanced，IEEE 802. 16m等均采用了 OFDMA接入方式，使小区内的用户信息承载在相互正交的不同子载波 上，因此载波间和小区内的干扰基本可以避免，所有的干扰都来自邻小区。较小的频率复用 因子会导致严重的小区间干扰，极大降低小区性能，因此必须有效抑制小区间干扰。尤其在 LTE-Advanced的讨论中，多点协作(CoMP)作为一个增强技术，已经成为讨论热点，而CoMP 与MIMO技术的结合也成为研究的一个必然课题，CoMP的研究必然会涉及到多小区间干扰 抑制的问题，抑制小区间干扰的技术有3类小区间干扰协调；小区间干扰随机化和小区间 干扰删除。有文献提出采用部分频率复用(SFR)技术，假定小区中心频率复用因子是1，边缘 频率复用因子是3或更大，相邻小区边缘用户使用的频带不同，可以有效抑制了小区间干 扰，但是小区边缘用户只能使用部分频带，因此频率选择性调度增益和峰值速率低。还有技 术在发射端预编码，通过信道的块对角化抑制小区间干扰，但是需要系统内所有小区协作， 复杂度高，效率低。还有文献提出采用跳频减轻小区间干扰，是现有方法的直接推广，但是 跳频图案设计困难，不易于实施。目前也有学者尝试把比例公平调度算法推广到频率复用 因子为1的情况并提出了 SerFR算法，提高了边缘用户的频率选择性调度增益，但是改善小 区间干扰能力有限。波束成形技术也是一种常用的消除干扰的方法，可以利用波束成型将 发射功率对准接收端方向，减少在其他方向上接收端受到的干扰，但是如何确定波束形成 向量，如何针对进行有效地反馈当前的信道场景，也是非常棘手的一个问题。基于以上分析，如何有效地进行小区间的干扰抑制，如何针对小区间的具体场景 进行用户的分配都是在目前讨论的多点协作技术中急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为解决上述问题，而提出的一种基于干扰协调的小区间用户调度方法。为实现上述目的，本发明所公开的基于干扰协调的小区间用户调度方法，包括确 定目标用户，并获取该用户在所在小区的空间签名；生成干扰空间的正交补空间；寻找空 间签名在正交补空间的用户；搜索可调度用户。进一步地，所述确定目标用户，并获取该用户在所在小区的空间签名包括在服务 小区b内确定目标用户k，采用现有信道估计技术估计出其信道增益矩阵H^vt
ο进一步地，利用奇异值分解SVD技术对该信道状态信息进行分解
，角阵λ〔4中元素的最大值即为hu勺第一特征值，其对应的右奇异值向量作为发送波束成形向量，对应的左奇异值向量即为小区b内用户k在子 信道C上的空间签名。进一步地，所述在生成干扰空间的正交补空间之前确定目标用户k在小区1的子 信道c上干扰空间签名。进一步地，所述确定目标用户k在小区1的子信道C上干扰空间签名包括采用奇 异值分解SVD技术得到用户k到邻小区1的信道增益矩阵枕#，则可以得到其第一特征值 对应的左奇异值向量<4，即为小区b内用户k在小区1内子信道c上的干扰空间签名。进一步地，所述生成干扰空间的正交补空间之前确定目标用户k在所有的B-I个 相邻小区的子信道c上干扰空间签名的集合。进一步地，所述确定目标用户k在所有的B-I个相邻小区的子信道c上干扰 空间签名的集合包括假定系统共有B个小区，则依次得到用户k在所有的B-I个相 邻小区的子信道c上的签名空间分别为u2Kc’k, .",<lk,《k,…则小区b内 的用户k在所有的B-I个相邻小区的子信道c上干扰空间签名的集合可以表示为
C = [uh’c,k , Ub，c,k，…，Ub,c,k ,…，Ub,c,k , Ub,c,k，…,Ub,c,k ] 进一步地，所述生成干扰空间签名的正交补空间包括对小区b内的用户k在所有 的B-I个相邻小区的子信道c上干扰空间签名的集合Sb,。进行奇异值分解，即Sb, c = UΛ V “ = \u\ c,···,]7 y = [ν· e,…,f假定Sb,。的秩为Y，则可以得到零奇异值对应的N,-γ个右奇异值向量，用νγ+1， νγ+1,…， ,表示；则正交补空间可以表示为Gtc = Null(Shc) = span{vy+i, vy+2, · · ·, νκ}
ο进一步地，所述寻找空间签名在正交补空间内的用户包括当被调度用户k的空 间签名<4在正交补空间中，则满足-jank{ubh#,v^vv—,···= Nr ι因此可以通过上式找到所有空间签名在其正交补空间内的用户。进一步地，所述搜索可调度用户包括按照下式条件在小区b内进行可调度用户k
的搜索，只要使其同时满足
F =argmax(朽 ciO))
<kej(b)
且 rank{ubbck，νγ+1, νγ+2 ,· ■■ ,vNr} = Nr-γ就可以使得被调度用户k在子信道c上的空间签名和B-I个干扰信道的空间签名 正交，同时使得等效特征值最大。本发明的有益效果是本发明所提出的基于干扰协调的小区间多用户调度方法， 即不需要基站交换信息，而且有效地抑制了小区间干扰，提高无线信道资源的利用率。
图1是本发明实施例基于干扰协调的小区间用户调度方法实现流程示意图。
具体实施例方式本发明提出一种基于干扰协调的小区间多用户调度方法。根据用户反馈的信道信 息，构造波束成形向量、张成干扰空间，基于干扰空间的正交补空间提出了一种干扰协调算 法并进一步基于用户公平性考虑，提出了一种基于比例公平干扰协调算法。算法不仅有很 强的分布式特性，即不需要基站交换信息，而且有效地抑制了小区间干扰，提高无线信道资 源的利用率。下面对本发明技术方案进行总体描述 假定MIM0-0FDMA系统内有B个小区，小区不分扇区。基站在小区中心，配置Nt根 发射天线。用Jb(b=l，…，B)表示基站b的用户集合，用户只接受所在基站的服务，配置 Nr根接收天线。具有相似衰落特性的η个连续子载波被当作1个子信道，并将其作为最小 的调度单元进行资源分配，在性能基本不变的情况下减小控制信息的开销，所有小区的子 信道相同，子信道数为C。每个子信道在一个调度周期内只能分配给一个用户，基站控制子 信道的开启和关闭。不同小区中使用相同的子信道的用户称为同道用户，相邻小区的同道 用户间存在干扰。假设所有基站到任何一个接收端的信道状态信息经接收端检测后，无差 错无时延地反馈到所在基站。用表示小区b内用户k在子信道c上的信道增益矩阵，利用奇异值分解，可以 得到信道的特征值，令为第一特征值，在室外，第一特征值一般远大于其他特征值，那 么可以选择对应的右奇异值向量V^乍为发送波束成形向量，使信号能量集中在接收 用户方向，提高接收端的信噪比，同时减小对其他方向上用户的干扰。选择左奇异值向量做接收滤波。小区b内用户k在 子信道c上的接收信号是所有B个小区同频子信道信号的叠加
Byh^k =YjH1hcjiX1c^nm
1=1Σ+ nh,c,k
( 1 )式中坎#表示基站1在子信道c上到基站b内同道用户k的信道，当1乒b 时，是小区1对小区b内用户k在子信道C上的干扰信道，试#。 xU ‘仏心是基站1内子信道c上用户k的发送信号，心λ是基站1内子信道c上用 户k的波束成型向量；是基站1的发送数据，;是基站1发送功率。对(1)式采用左奇异值向量^进行滤波，得
_3] Kc,k={ulc,k)H yh,c,k
IBηι=K,c,k\lPhb,c,kdh,c,k+ Σ (ulc,k) uUbAkvLkvUKlc + nm /、
( 2 )式⑵中的第一项是用户k的有用信号，第二项是同道干扰。通常 X^vL" 0,因此，仅当(心Ji7^ =0时，才能消除同道干扰，由于室外第一特征
值一般远大于其他特征值，可以只考虑干扰信道的第一特征值对应得左奇异值向量，即当(心J心广0时，同道干扰可以忽略。为分析方便，作以下定义Uhh cll 小区b内用户k在子信道c上的空间签名；U1h c k 用户k在小区1的在子信道c上干扰空间签名；只有当(<4广<4 =0 ,即两个空间签名正交时，可以消除同道干扰。，进一步地可 以描述为在小区b内调度用户k，使其在子信道c上的空间签名和B-I个干扰信道的空间
F =argmax|U:.
签名正交，同时使等效特征值最大，即(3)
.且 Wo式(3)中是基站b内调度用户k在子信道c上的第一特征值， = ···,<。]"是对应的空间签名。Sb’c e是小区b的信道C上的B-I个
同道干扰空间签名矩阵，表示为 Shc=[u\ck, U2hck ,·■·,<,,,,···, , ,…,心k]H其中1乒b是小区1对小区b的子信道c上用户k 的同道干扰空间签名。在小区1的子信道C没有被占用，或干扰功率可以忽略不计时，
=
ο将小区b内子信道c的干扰空间签名矩阵Sb,。行张成(row span)得到行空间Ghc = Row(Shc) = Span{u\ck,U2hcjc,·■■,Uhh^lc,Uhb^k,···,uBbck},子信道 c 上的同道干扰
用户的空间签名都在Gb,。中，即E GKc, 1乒b，称Gb,。为小区b内子信道C的干扰空间。 Gb,。的正交补空间C^e中的用户满足式⑶中的限制条件。因此，本发明提出一种基于正交 补空间的调度算法，在小区b的用户中调度等效特征值最大而且空间签名在干扰空间的正 交补空间的用户k。根据子空间理论，正交补空间Gt是干扰空间签名矩阵Sb,。的零空间，即
GL· = Null(Shc)。由张成集定理可知，零空间Null (Sb,c)由零空间的基张成，令干扰矩阵Sb,c
的秩为Y，则零空间Null (Sb,。)的基为Nr-γ维。通过奇异值分解可以构造Null (Sb,。)的 标准正交基。令Sb,c = υΛν，" = Κ。,·.,<: F ,.·，《]7'由奇异值向量的性质得=Q
Vi=IZ--rJ = Y+h Y+2，···，Nr，而且零奇异值对应的Nr-Y个右奇异值向量νγ+1，νγ+1，…， ,线性无关，组成了零空间Null (Sk)的基，即有G± = Null(Sh,c) = span{vy+ vy+2,---,vNr}(4)如果被调度用户k的空间签名在Null (Sb,。)中，那么 rank{uKck, ν/+1, νλ+1 ,...,ν^} ^ Nr-γ ^ ⑶的最优化问题转变成式(5)
权利要求
一种基于干扰协调的小区间用户调度方法，其特征在于确定目标用户，并获取该用户在所在小区的空间签名；生成干扰空间的正交补空间；寻找空间签名在正交补空间的用户；搜索可调度用户。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述确定目标用户，并获取该用户在所在小 区的空间签名包括在服务小区b内确定目标用户k，采用现有信道估计技术估计出其信道增益矩阵ο
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于利用奇异值分解SVD技术对该信道状态信息进行分解对,角阵八丨#中元素的最大值即为的第一特征值λ:#，其对应的右奇异值向量<4作为发送波束成形向量，对应的左奇异值向量即为小区b内 用户k在子信道c上的空间签名。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述在生成干扰空间的正交补空间之前确 定目标用户k在小区1的子信道c上干扰空间签名。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于所述确定目标用户k在小区1的子信道c上 干扰空间签名包括采用奇异值分解SVD技术得到用户k到邻小区1的信道增益矩阵枕# ，则可以得到其第一特征值对应的左奇异值向量<4，即为小区b内用户k在小区1内子信 道c上的干扰空间签名。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述生成干扰空间的正交补空间之前确定 目标用户k在所有的B-I个相邻小区的子信道c上干扰空间签名的集合。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述确定目标用户k在所有的B-I个相邻 小区的子信道c上干扰空间签名的集合包括假定系统共有B个小区，则依次得到用户k在 所有的B-I个相邻小区的子信道c上的签名空间分别为<#<.八"，<^,0__,<，4， 则小区b内的用户k在所有的B-I个相邻小区的子信道c上干扰空间签名的集合可以表示为Sb,C = [ub，c,k , Ub,c,k ,.. ·，,, · ·，Ub,c,k , Ub,c,k，·. ·, Ub,c,k ]O
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述生成干扰空间签名的正交补空间包括 对小区b内的用户k在所有的B-I个相邻小区的子信道c上干扰空间签名的集合Sb,。进行 奇异值分解，即Sb,e = UAV^ = Kc--X^f V = Ke,··",ν；；]7假定Sb,。的秩为Y，则可以得到零奇异值对应的凡-Y个右奇异值向量，用νγ+1， VY+1,…，1V表示；则正交补空间可以表示为 Gt = Nul1 (sKc) = ψαη{ν +λ，νγ+2,…,Vjv,}ο
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述寻找空间签名在正交补 空间内的用户包括当被调度用户k的空间签名在正交补空间中，则满足 rank{uhhck, νγ+1 ,ν +ν··· ,νΝ) = Nr-J因此可以通过上式找到所有空间签名在其正交补空间内的用户。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述搜索可调度用户包括按照下式条件 在小区b内进行可调度用户k的搜索，只要使其同时满足Γ =argmaxOAciO》< ^j(b)且 rank{ubbck,νγ+1,νγ+2,·■■ ,νΝ} = Nr-γ就可以使得被调度用户k在子信道c上的空间签名和B-I个干扰信道的空间签名正 交，同时使得等效特征值最大。
全文摘要
本发明公开一种基于干扰协调的小区间用户调度方法，通过确定目标用户，并获取该用户在所在小区的空间签名；生成干扰空间的正交补空间；寻找空间签名在正交补空间的用户；搜索可调度用户。本发明所提出的基于干扰协调的小区间多用户调度方法，即不需要基站交换信息，而且有效地抑制了小区间干扰，提高无线信道资源的利用率。
文档编号H04W72/12GK101965062SQ20101029375
公开日2011年2月2日 申请日期2010年9月19日 优先权日2010年9月19日
发明者魏巍 申请人:中兴通讯股份有限公司