专利名称：基于干扰对齐的预编码、预解码方法及发射机和移动终端的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信系统中多小区(multi-cell)协作通信(coordinatedcommunications),具体涉及一种基于干扰对齐(Interference Alignment)的多小区协作通信中的预编码、预解码方法及发射机和移动终端。
背景技术：
在无线移动蜂窝网络中，若相邻小区工作在同一频段上，小区边缘用户将会受到相邻小区的强烈干扰。这种干扰通常称为同频干扰。小区间的这种同频干扰严重影响小区边缘用户的通信质量，如传输速率，传输可靠性等。如全球移动通信(GSM)蜂窝网之类的传统技术采用频分复用的方式，即相邻小区使用不同子带传输。此方案可有效避免小区间的干扰，但却减少了用于有用信号传输的资源的数量，并且因此降低了频谱利用效率。如长期演进(LTE)网络之类最新的网络均倾向于让整网或局部网络中的各个小区工作在相同频带上，而通过高级的小区间同频干扰管理的方法来抑制干扰从而提高通信质量。最新的研究提出一种干扰对齐的方式。利用这种方法，不但小区间的干扰可以被有效抑制，而且更多的资源可以被保留下来用作有用信号的传输。综合以上两方面的优点，干扰对齐方式可以获得更有效的无线传输。干扰对齐的基本思想是将信号空间分成期望的信号子空间和干扰信号子空间，然后将所有的干扰信号划归到干扰子空间中，从而更为有效地抑制小区间的干扰。非专利文献l(C.Suh et. al. , “Downlink Interference Alignment，，GlobeCOM2010)和非专利文献 2 (W. Shin et. al. “On the Design of Interference AlignmentScheme for Two-Cell MIMO Interfering Broadcast Channels，，IEEE Trans, on WirelessComm. 2011)中提出了两种基于干扰对齐的多小区多用户线性预编码解码算法。但是，这些对干扰对齐的研究目前还主要集中在理论论证阶段。未发现可用于实际实施的方案。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于干扰对齐的协作通信中的预编码、预解码方法以及发射机和移动终端。 在本发明的一个方面，提出了一种基于干扰对齐的预编码方法，包括步骤利用当前发射机小区范围内的终端的下行信道信息计算天线适配矩阵，该天线适配矩阵用于对当前发射机进行天线映射，使得能够执行干扰对齐算法；利用当前发射机到协作小区范围内的终端的下行信道信息以及当前发射机的所述天线适配矩阵计算当前发射机的多小区预编码矩阵，以及协作小区范围内的终端的多小区解码矩阵；基于当前发射机小区范围内的终端的下行信道信息、当前发射机的天线适配矩阵和多小区预编码矩阵，以及从协作通信的小区接收的当前发射机小区范围内的终端的多小区解码矩阵，来计算当前发射机的单小区多用户预编码矩阵；用所述单小区多用户预编码矩阵和所述多小区预编码矩阵对用户数据进行预编码，并用所述天线适配矩阵进行天线适配。在本发明的另一方面，提出了一种发射机，包括天线适配矩阵计算单元，利用所述发射机的小区范围内的终端的下行信道信息计算天线适配矩阵，该天线适配矩阵用于对当前发射机进行天线映射，使得能够执行干扰对齐算法；多小区预编码矩阵计算单元，基于所述发射机到协作小区范围内的终端的下行信道信息以及所述天线适配矩阵计算所述发射机的多小区预编码矩阵，以及协作小区范围内的终端的多小区解码矩阵；单小区多用户预编码矩阵计算单元，基于所述发射机的小区范围内的终端的下行信道信息、所述发射机的天线适配矩阵和多小区预编码矩阵，以及从协作通信的小区接收的所述发射机的小区范围内的终端的多小区解码矩阵，来计算所述发射机的小区的单小区多用户预编码矩阵；预编码单元，用所述单小区多用户预编码矩阵和所述多小区预编码矩阵对用户数据进行预编码，并用所述天线适配矩阵进行天线适配。在本发明的另一方面，提供了一种基于干扰对齐的预解码方法，包括移动终端接收来自服务小区的发射机的多小区解码矩阵；用所述多小区解码矩阵对下行用户数据进行解码；依据来自发射机的下行信号和所得到的多小区解码矩阵估计单小区多用户等效信 道，并且依据所得到的单小区多用户等效信道计算单小区多用户解码矩阵；用计算得到的单小区多用户解码矩阵对下行数据进行检测。在本发明的又一方面，提供了一种移动终端，包括多小区解码单元，接收来自服务小区的发射机的多小区解码矩阵，用所述多小区解码矩阵对下行用户数据进行解码；信道估计单元，依据来自发射机的下行信号和所得到的多小区解码矩阵估计单小区多用户等效信道，并且依据所得到的单小区多用户等效信道计算单小区多用户解码矩阵；多用户解码单元，用计算得到的单小区多用户解码矩阵对下行数据进行检测。利用本发明的实施例，通过天线映射可将一个指定系统转换成一个可应用干扰对齐方法的等效系统，即将一个不可直接应用干扰对齐的系统转换成一个可以直接应用干扰对齐的系统。另外，将小区间干扰抑制和小区内干扰管理分割成两个独立的过程，每个过程中可采用不同的线性预编码、解码方法。依据此设计可获得大量实施方案。各种方案有不同的性能和复杂度，可适用于不同通信环境。
从下面结合附图的详细描述中，本发明的上述特征和优点将更明显，其中图I示出了根据本发明一个实施例的方法所应用的场景；图2是用来描述预编码、预解码方法的关于发射机和移动终端的示意图；图3示出了根据本发明一个实施例的发射机的结构示意图；图4示出了根据本发明一个实施例的移动终端的结构示意图；以及图5示出了根据本发明一个实施例的基于干扰对齐的预编码方法和预解码方法的流程图。
具体实施例方式下面，参考附图详细说明本发明的优选实施方式。在附图中，虽然示于不同的附图中，但相同的附图标记用于表示相同的或相似的组件。为了清楚和简明，包含在这里的已知的功能和结构的详细描述将被省略，避免使本发明的主题不清楚。图I示出了根据本发明一个实施例的方法和系统的应用场景。如图I所示，相邻的两小区的发射机(小区I的发射机和小区2的发射机)工作在同一频带内，它们彼此通过有线连接(图I中虚线所示的连接)从而可以进行有限的信息交互。这种信息交互仅限于系统状态信息或控制信息，而不包含用户数据，即发向用户的数据只存在于用户所在小区的发射机内。如本领域技术人员所知，与发射机相对应的小区可以是单个基站的覆盖区域，也可以基站的某个发射机所对应的扇区(sector)。每个发射机同时服务其小区内的多个用户。例如小区I的发射机服务终端(1，I)和终端(1，2)，小区2的发射机服务终端(2，1)和终端(2，2)。由于工作在相同频带，相邻的小区I和小区2之间会产生同频干扰。小区I的发射机和小区2的发射机间通过有限的信令交互抑制小区间同频干扰。由于小区间存在合作(协作)，同时每个小区服务多个用户，此系统被称为多小区多用户系统。本发明实施例的方法涉及基于多天线线性预编码和/或解码的多小区协作通信方案，其中预编码矩阵和解码矩阵的获取是基于干扰对齐的思想实现的。图2是用来描述预编码、预解码方法中的关于发射机和移动终端的示意图。如图
2所示。在发送端，用户I的数据和用户2的数据分别经过加权相加后映射到发射天线上。发送端加权系数构成的矩阵(或向量)被称为预编码矩阵(或向量)。在接收端，例如用户k，各天线上接收到的信号被加权叠加以获取有用信号。接收端加权系数所构成的矩阵(或向量)被称为解码矩阵(或向量)。根据本发明的一个实施例，通过优化预编码矩阵(或向量)和解码矩阵(或向量)使得多小区协作通信系统获得更高的频谱利用效率，使得用户可进行高质量的数据传输。运用线性预编码解码的多小区多用户下行MIMO系统输入输出关系可用以下公式来表达
权利要求
1.一种基于干扰对齐的预编码方法，包括步骤 利用当前发射机小区范围内的终端的下行信道信息计算天线适配矩阵，该天线适配矩阵用于对当前发射机进行天线映射，使得能够执行干扰对齐算法； 利用当前发射机到协作小区范围内的终端的下行信道信息以及当前发射机的所述天线适配矩阵计算当前发射机的多小区预编码矩阵，以及协作小区范围内的终端的多小区解码矩阵； 基于当前发射机小区范围内的终端的下行信道信息、当前发射机的天线适配矩阵和多小区预编码矩阵，以及从协作通信的小区接收的当前发射机小区范围内的终端的多小区解码矩阵，来计算当前发射机的小区的单小区多用户预编码矩阵； 用所述单小区多用户预编码矩阵和所述多小区预编码矩阵对用户数据进行预编码，并用所述天线适配矩阵对预编码后的用户数据进行天线适配。
2.如权利要求I所述的方法，还包括步骤当前发射机向协作小区的发射机发送协作小区覆盖范围内的终端的多小区解码矩阵。
3.如权利要求I所述的方法，其中计算天线适配矩阵的步骤包括 对下行信道矩阵H进行奇异值分解得到USVH，从矩阵V中选择等效系统的发射机端的天线数目的列来构成天线适配矩阵，其中酉矩阵U的列向量构成为左奇异向量，酉矩阵V的列向量构成右奇异向量，对角阵S的对角线元素为奇异值，上标“H”代表对矩阵作共轭转置操作。
4.如权利要求I所述的方法，其中计算天线适配矩阵的步骤是通过随机生成Ni bsXNbs的天线适配矩阵来实现的，其中，N' BS为等效系统的发射机端天线个数，Nbs为所述当前发射机的天线个数。
5.如权利要求I所述的方法，其中计算当前发射机的多小区预编码矩阵的步骤包括 用当前发射机到协作小区范围内的终端的下行信道矩阵与天线适配矩阵构成线性方程来计算干扰等效矩阵； 基于所述干扰等效矩阵计算多小区预编码矩阵。
6.如权利要求I所述的方法，其中计算当前发射机的单小区多用户预编码矩阵的步骤包括 用当前通信小区的下行信道矩阵、天线适配矩阵、多小区预编码矩阵和解码矩阵构成多用户多天线系统等效矩阵； 基于所述多用户多天线系统等效矩阵，用多用户预编码和解码算法计算线性预编码和解码矩阵。
7.如权利要求I所述的方法，其中计算当前发射机的单小区多用户预编码矩阵的步骤包括 用当前通信小区的下行信道矩阵、天线适配矩阵、多小区预编码矩阵和解码矩阵构成多用户多天线系统等效矩阵； 基于所述多用户多天线系统等效矩阵和从终端接收的噪声功率测量值，用多用户预编码和解码算法计算线性预编码和解码矩阵。
8.一种发射机，包括 天线适配矩阵计算单元，利用所述发射机的小区范围内的终端的下行信道信息计算天线适配矩阵，该天线适配矩阵用于对当前发射机进行天线映射，使得能够执行干扰对齐算法; 多小区预编码矩阵计算单元，基于所述发射机到协作小区范围内的终端的下行信道信息以及所述天线适配矩阵计算所述发射机的多小区预编码矩阵，以及协作小区范围内的终端的多小区解码矩阵； 单小区多用户预编码矩阵计算单元，基于所述发射机的小区范围内的终端的下行信道信息、所述发射机的天线适配矩阵和多小区预编码矩阵，以及从协作通信的小区接收的所述发射机的小区范围内的终端的多小区解码矩阵，来计算所述发射机的小区的单小区多用户预编码矩阵； 预编码单元，用所述单小区多用户预编码矩阵和所述多小区预编码矩阵对用户数据进行预编码，并用所述天线适配矩阵进行天线适配。
9.如权利要求8所述的发射机，其中，所述发射机向协作小区的发射机发送协作小区覆盖范围内的终端的多小区解码矩阵。
10.如权利要求8所述的发射机，其中天线适配矩阵计算单元对下行信道矩阵H进行奇异值分解得到USVH，从矩阵V中选择等效系统的发射机端的天线数目的列来构成天线适配矩阵，其中酉矩阵U的列向量构成为左奇异向量，酉矩阵V的列向量构成右奇异向量，对角阵S的对角线元素为奇异值，上标“H”代表对矩阵作共轭转置操作。
11.如权利要求8所述的发射机，其中天线适配矩阵计算单元随机生成N'BSXNBS的天线适配矩阵，其中，N' BS为等效系统的发射机端天线个数，Nbs为所述发射机的天线个数。
12.如权利要求8所述的发射机，其中多小区预编码矩阵计算单元用所述发射机到协作小区范围内的终端的下行信道矩阵与天线适配矩阵构成线性方程来计算干扰等效矩阵，并基于所述干扰等效矩阵计算多小区预编码矩阵。
13.如权利要求8所述的发射机，其中单小区多用户预编码矩阵计算单元用当前通信小区的下行信道矩阵、天线适配矩阵、多小区预编码矩阵和解码矩阵构成多用户多天线系统等效矩阵，并基于所述多用户多天线系统等效矩阵，用多用户预编码和解码算法计算线性预编码和解码矩阵。
14.如权利要求8所述的发射机，其中单小区多用户预编码矩阵计算单元用当前通信小区的下行信道矩阵、天线适配矩阵、多小区预编码矩阵和解码矩阵构成多用户多天线系统等效矩阵，并基于所述多用户多天线系统等效矩阵和从终端接收的噪声功率测量值，用多用户预编码和解码算法计算线性预编码和解码矩阵。
15.一种基于干扰对齐的预解码方法，包括 移动终端接收来自服务小区的发射机的多小区解码矩阵； 用所述多小区解码矩阵对下行用户数据进行解码； 依据来自发射机的下行信号和所得到的多小区解码矩阵估计单小区多用户等效信道，并且依据所得到的单小区多用户等效信道计算单小区多用户解码矩阵； 用计算得到的单小区多用户解码矩阵对下行数据进行检测。
16.一种移动终端，包括 多小区解码单元，接收来自服务小区的发射机的多小区解码矩阵，用所述多小区解码矩阵对下行用户数据进行解码；信道估 计单元，依据来自发射机的下行信号和所得到的多小区解码矩阵估计单小区多用户等效信道，并且依据所得到的单小区多用户等效信道计算单小区多用户解码矩阵； 多用户解码单元，用计算得到的单小区多用户解码矩阵对下行数据进行检测。
全文摘要
公开了一种基于干扰对齐的预编码、预解码方法及发射机和移动终端。该方法包括步骤利用下行信道信息计算天线适配矩阵，该天线适配矩阵用于对当前发射机进行天线映射，使得能够执行干扰对齐算法；基于下行信道信息以及天线适配矩阵计算多小区预编码矩阵；进而计算单小区多用户预编码矩阵；用所述单小区多用户预编码矩阵和所述多小区预编码矩阵对用户数据进行预编码，并用所述天线适配矩阵进行天线适配。利用上述方案，可将一个不可直接应用干扰对齐的系统转换成一个可以直接应用干扰对齐的系统。另外，将小区间干扰抑制和小区内干扰管理分割成两个独立的过程，每个过程中可采用不同的线性预编码、解码方法。
文档编号H04L1/00GK102983935SQ20111026341
公开日2013年3月20日 申请日期2011年9月7日 优先权日2011年9月7日
发明者那崇宁, 侯晓林, 原田笃 申请人:株式会社Ntt都科摩