专利名称：多小区mimo系统中一种抗区间干扰的基站下行预编码方法
技术领域：
本发明涉及无线通信领域，具体涉及到多小区MIMO系统中基站下行预编码方法。
背景技术：
在未来第四代移动通信中，小区基站和用户将采用基于多个天线的多入多出 (Multiple Input Multiple Output, ΜΙΜΟ)技术。同时，由于相邻小区间采用相同频谱资源，则位于中心小区边缘的用户会受到相邻小区基站发射信号的干扰，称为区间干扰。传统克服区间干扰的方法是采用基站下行预编码方式，具体就是中心小区基站首先获得本小区和相邻小区所有用户的信道状态信息(Channel State Information, CSI)，然后把所有这些用户均视为本小区用户，进行预编码。这样的方式，需要在基站间传递所有用户的CSI，由于传输数据量太大，会造成传输延时，从而导致CSI信息不准确，也不容易实现不同小区间的同步。事实上，区间干扰仅仅对小区边缘用户存在影响，对于距离基站较近的中心用户， 仅仅相当于噪声。因此，小区预编码可以利用边缘用户和中心用户的区别，改进基站下行预编码方法。
发明内容
为了克服第四代移动通信中，传统基站下行预编码方法需要在小区基站间传递过多用户CSI而造成的延时过大，小区间同步困难的问题，采用本发明的多小区MIMO系统中一种抗区间干扰的基站下行预编码方法。多小区MIMO系统中一种抗区间干扰的基站下行预编码方法，本方法针对I个小区构成的系统，I = 2，3，...，基站位于小区中心，具有M个天线，M= 1，2，...，每个小区具有 K个用户，K = 1，2，...，用户具有N个天线，N= 1,2,...，其实现步骤为第一步，系统首先设置一个参考半径IV，然后第i个小区的第k个用户通过定位方法，i = l，...，I，k = 1，. . .，K，判断出自身在小区的位置，从而计算出到小区基站的距离dik，如果dik彡Rth，该用户标记为中心用户，如果dik > Rth,该用户标记为边缘用户，同时根据位置信息，可以判断出距离第j个相邻基站距离最近，其中j Φ i。第二步，对于第i个小区的第k个用户，如果其为中心用户，则该用户估计出其相对于第i个小区的基站下行信道状态信息Hik，并反馈给第i个小区的基站。第三步，对于第i个小区的第k个用户，如果其为边缘用户，距离第 j个相邻基站最近，则该用户估计出其相对于第i个小区基站的下行信道状态信息Hik，同时估计出其相对于第j个小区基站的下行信道状态信息双；!，并把Hik和硬i同时反馈给第i个小区的基站。第四步，第i个小区基站，通过基站间连接，把本小区边缘用户的信道状态信息双；i，传递给第j个基站，同时，接收来自相邻第1个小区基站传递给自己的边缘用户信道状态信息，对于巧，1 e {1, ... , i_l，i+1，...，1}，k e {1, ... , K}，所有相邻小区的巧用符号巧‘，坎,好丨表示。第五步，第i个小区根据本小区所有K个用户信道状态信息Hil，......，HiK，以及所有相邻小区传递给自己的边缘用户信道状态信息丑丨，好)，…，开;■，采
用迫零预编码方法，计算出第k个用户的预编码矩阵Tik，实现预编码。上述方法第一步中，第i个小区的基站和该小区内第k个用户均通过自身GPS获取位置信息，基站通过广播方式，把位置信息告知用户，用户则利用基站和自身位置信息， 计算到基站距离。上述方法第五步为一种线性预编码方式，每个小区用户对应一个预编码矩阵，具体实现步骤为第一步，构建矩阵(；=[试，..，^，瑰+1，...成，(球..,(祐汀,符号[]T表示转
置，对该矩阵进行奇异值分解得到，G = C^rJpfdt，其中为非零奇异值对应的奇异矢量构成的矩阵，if3为零奇异值对应的奇异矢量构成的矩阵，符号[]H表示共轭转置。第二步，计算& = HikV^，把矩阵Sik进行奇异值分解得到，尾4 广，其中4°为非零奇异值对应的奇异矢量构成的矩阵，5； )为零奇异值对应的奇异矢量构成的矩阵。第三步， 第i个小区内第k个用户预编码矩阵为7； = 本发明专利的有益效果是通过用户位置信息区分边缘用户和中心用户，相邻小区基站间仅仅需要传输边缘用户的CSI，从而减少数据传输量，克服延时和小区间同步问题。 本发明可以应用于采用MIMO技术的第四代移动通信体制中。
图1是多小区和多用户位置关系图。图2是同一小区内用户和基站实现预编码方法的工作流程图。
具体实施例方式假设系统只有I = 2个小区，分别为Celll和Cell2。每个小区为六边形，基站Bl 和B2位于小区中心，具有M个天线。每个小区内用户数为K = 2，具有N个天线。Celll内用户为Ull和U12，二者都是中心用户，Cell2内用户为U21和U22，其中U21是边缘用户， U22是中心用户，如图1所示。基站和用户都具有GPS定位功能。显然，基站Bl发射信号会对U21产生区间干扰，通过Bl的预编码，可以抑制该区间干扰。方法实现步骤参考图2，具体为第一步，Bl和B2利用GPS获得自己的位置信息，并相互交换，再通过广播方式传递给用户。用户也利用GPS获得自己的位置信息，并通过基站和自己的位置信息，可以计算到本小区基站的距离和相邻小区基站的距离。根据系统确定的参考半径IV，由于d12 < Rth, dn < Rth,Ull和U12均为中心用户，没有区间干扰问题。同时，由于d22 < Rth,U22也是中心用户，但d21 > Rth，U21是边缘用户。从图1可以看出，在Ce 112所有相邻小区中，由于U21距离Bl最近，所以，U21会受到Bl产生的区间干扰，需要通过Bl预编码进行区间干扰抑制。第二步，各个用户估计自己的CSI。对于U11，U12，U22，由于其为中心用户，仅仅需要估计相对于本小区基站的CSI，即Hn，H12，反馈给Bi，h22反馈给B2。第三步，对于边缘用户U21，其不仅要估计相对于B2的CSI，也要估计相对于Bl的 CSI，并都反馈给B2，即H21，_丨。
第四步，通过Bl和B2间的有线连接，B2把边缘用户U21的信道信息功丨传递给Bi。第五步，Bl根据H11, H12，计算Ull的预编码矩阵T11和U12的预编码矩阵
T120具体计算方法为第一步，构建矩阵C^=[fl「2 (钱JrJr，对该矩阵进行奇异值分解得到，
Cu=UnEx^M ]!，其中K//)为非零奇异值对应的奇异矢量构成的矩阵，if)为零奇异值对应的奇异矢量构成的矩阵。第二步，计算S11 = HuV^，把矩阵S11进行奇异值分解得到，
S11=A1X^I ^jflw,其中为非零奇异值对应的奇异矢量构成的矩阵，#· )为零奇异值对应的奇异矢量构成的矩阵。第三步，Celll小区内Ull用户预编码矩阵为T11=O(I)C^ 样步骤可以计算T12，第一步，构建矩阵,对该矩阵进行奇异值分解得到，
Cn=U^l2[v^ff，其中^21)为非零奇异值对应的奇异矢量构成的矩阵，厂/2。)为零奇异值对应的奇异矢量构成的矩阵。第二步，计算S12 =^12Fif)，把矩阵S12进行奇异值分解得到， ,SI2M^2N1] ^sfii，其中5 )为非零奇异值对应的奇异矢量构成的矩阵，为零奇异值对
应的奇异矢量构成的矩阵。第三步，Celll小区内U12用户预编码矩阵为T12 =V^bS。本发明通过基站和用户的位置信息，区分中心用户和边缘用户，只把边缘用户的 CSI传递给相邻小区，相对于传统方法，减少了基站间的数据传输量，从而减少了时延，有利于确保CSI的正确性，也有利于实现小区间同步。本发明在第四代移动通信中具有应用价值。
权利要求
1.多小区MIMO系统中一种抗区间干扰的基站下行预编码方法，本方法针对I个小区构成的系统，1 = 2,3,...,基站位于小区中心，具有M个天线，M= 1,2,...,每个小区具有K 个用户，K = 1，2，...，用户具有N个天线，N= 1，2，...，其实现步骤为第一步，系统首先设置一个参考半径Rth，然后第i个小区的第k个用户通过定位方法， i = 1,... ,I,k = 1，...，K，判断出自身在小区的位置，从而计算出到小区基站的距离dik， 如果dik ( Rth，该用户标记为中心用户，如果dik > Rth，该用户标记为边缘用户，同时根据位置信息，可以判断出距离第j个相邻基站距离最近，其中j兴i ；第二步，对于第i个小区的第k个用户，如果其为中心用户，则该用户估计出其相对于第i个小区的基站下行信道状态信息Hik，并反馈给第i个小区的基站；第三步，对于第i个小区的第k个用户，如果其为边缘用户，距离第j个相邻基站最近， 则该用户估计出其相对于第i个小区基站的下行信道状态信息Hik，同时估计出其相对于第 j个小区基站的下行信道状态信息硬丨，并把Hik和H,(同时反馈给第i个小区的基站；第四步，第i个小区基站，通过基站间的连接，把本小区边缘用户的信道状态信息^， 传递给第j个基站，同时，接收来自相邻第1个小区基站传递给自己的位于第1个小区的边缘用户信道状态信息％，对于丑^，1 e {1，...，i-1，i+1，...，1}，k e {1，...，K}，所有相邻小区的巧用符号丑丨，坧，…，圯表示；第五步，第i个小区根据本小区所有K个用户信道状态信息Hil，......，HiK，以及所有相邻小区传递给自己的边缘用户信道状态信息丑 ,Λ^，..., ^，采用迫零预编码方法，计算出第k个用户的预编码矩阵Tik，实现预编码。
2.根据权利要求1所述多小区MIMO系统中一种抗区间干扰的基站下行预编码方法，其特征在于所述第一步中，第i个小区的基站和该小区内第k个用户均通过自身GPS获取位置信息，基站通过广播方式，把位置信息告知用户，用户则利用基站和自身位置信息，计算到基站距离。
3.根据权利要求1所述多小区MIMO系统中一种抗区间干扰的基站下行预编码方法，其特征在于所述第五步实现步骤为第一步，构建矩阵G =[^，.·，《，‘,…成， ，.>jf，符号[]τ表示转置，对该矩阵进行奇异值分解得到，G =WAhf^fT，其中”)为非零奇异值对应的奇异矢量构成的矩阵，丨 )为零奇异值对应的奇异矢量构成的矩阵，符号[]Η表示共轭转置；第二步，计算#,；[。)，把矩阵Sik进行奇异值分解得到，4=4^41 嫂1"，其中钱S 为非零奇异值对应的奇异矢量构成的矩阵，β,Ρ为零奇异值对应的奇异矢量构成的矩阵；第三步，第i个小区内第k个用户预编码矩阵为7； =V^B^.
全文摘要
多小区MIMO系统中一种抗区间干扰的基站下行预编码方法，其实现步骤为第一步，小区用户通过GPS定位，判断是中心用户还是边缘用户；第二步，对于中心用户，估计出信道状态信息(CSI)反馈给基站；第三步，对于边缘用户，估计出相对于本小区基站和干扰基站的CSI，反馈给本小区基站；第四步，基站间进行边缘用户的CSI传递；第五步，产生区间干扰的基站采用迫零预编码方法，计算用户的预编码矩阵。本发明能减少基站间数据交换量，有利于保证CSI的准确性，也益于小区同步实现，可以应用于第四代移动通信系统。
文档编号H04L1/06GK102255706SQ20111020044
公开日2011年11月23日 申请日期2011年7月9日 优先权日2011年7月9日
发明者刘玲, 曾浩, 袁昂飞, 黄扬帆 申请人:重庆大学