专利名称：多小区系统中基于干扰对齐的基站天线选择方法
多小区系统中基于干扰对齐的基站天线选择方法技术领域
本发明属于无线通信技术领域，更进一步涉及一种多小区系统中基于干扰对齐的基站天线选择方法，可用于面向商用的LTE网络。
背景技术：
为了提高蜂窝系统的容量，以LTE网络为代表的下一代无线通信系统要求尽可能实现相邻小区的全频率复用，即频谱复用因子为I。因此，相对于噪声和衰落，小区间干扰成为影响系统性能的主要因素。如何有效地进行多小区间干扰协调，特别是消除小区边缘用户的干扰引起了广泛的关注。干扰对齐是最近几年提出的一种干扰协调技术，它能够在用户接收机将来自其他基站的干扰信号对齐到接收信号空间的一个子空间，把来自对应基站的有用信号投影到另一个不受干扰的子空间，从而进行有效的干扰抑制，提高系统容量。
K. Gomadam 等学者在文章 “Approaching the Capacity of Wireless Networksthrough Distributed Interference Alignment，， (Proceedings of the IEEE GlobalTelecommunications Conference, Miami, USA, 2008:1-5)中提出了一种分布式迭代干扰对齐方法(称为传统迭代干扰对齐)，适用于多小区多输入多输出(MIMO)网络的干扰协调。该方法首先随机初始化基站的预编码矩阵，然后按照干扰泄露最小原则迭代设计用户的干扰抑制矩阵和基站的预编码矩阵直到收敛。该方法存在的不足之处是ΜΙΜ0系统中尽管用户的天线数一般较少，但基站可能配置数量较多的天线，该方法并没有考虑随着基站天线数量的增加，包含数模/模数转换器、下变频器、低噪声放大器等元件的射频链路也要逐渐增加，从而增加系统硬件成本的问题。
J. G. Klotz 等人在文章“Antenna Selection Criteria for Interference Alignment，，(Proceedings of IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile RadioCommuni cat ions, Istanbul, Turkey, 2010:527-531)中提出了针对米用非迭代干扰对齐的3小区系统的基站天线选择方法，以降低系统硬件成本，同时获得系统和容量性能提升。该方法的主要实现步骤是第一，利用穷搜索方法遍历3个基站的所有备选天线子集组合成的所有天线选择情况；第二，对于每一种天线选择情况，进行非迭代干扰对齐，并计算系统和容量或者每个用户的有用和干扰信号向量空间弦距离的和；第三，按照最大化系统和容量准则或者最大化弦距离准则选出最各基站最优的天线选择方案，将选中的天线连接到相应的射频链路上；第四，实现非迭代干扰对齐。该方法存在的不足之处是鉴于非迭代干扰对齐只能完成3个小区的干扰协调，本方法只适用于包含3个小区的系统，因此使用具有局限性，不能扩展到多小区的系统。发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种多小区系统中基于干扰对齐的基站天线选择方法，降低系统硬件成本，获得天线选择增益，同时将应用范围从3个小区扩展到多个小区。
为实现上述目的，本发明方法的思路是
针对LTE系统中进行全频率复用的小区数目不固定且较多的特点，本发明方法采用迭代干扰对齐进行多个小区系统的干扰协调；由于确定各小区最优的基站天线选择方案是一个组合优化问题，求解这个组合优化问题需要对由各小区基站组合成的各种天线选择情况进行多次搜索，因此在每一种天线选择情况搜索过程中，采用包含多次迭代的传统迭代干扰对齐会导致方法的计算复杂度较高；本发明方法采用以下两个方式分别降低搜索各种天线选择情况的次数和每次搜索过程中的计算复杂度第一，沿着系统和容量增加的优化方向，在保持其他基站天线选择方案不变的情况下，依次对每个小区的基站天线选择方案进行优化，从而降低求解组合优化问题中搜索各种天线选择情况的次数；第二，在优化每个小区的基站天线选择方案时，采用只进行若干次迭代的部分迭代干扰对齐，然后计算系统和容量，而不是完成传统迭代干扰对齐，从而降低每次搜索过程的计算复杂度；根据各小区最优的基站天线选择方案，本发明方法最后采用传统迭代干扰对齐实现多小区间干扰协调。
本发明的具体步骤如下
(I)估计各基站到本小区用户的信道状态信息
基站k给本小区用户k发送导频信息，用户k估计基站k各天线到自身的信道状态信息，并反馈给基站k，其中k = 1，. . .，B，B为小区数；基站k根据本小区用户反馈的信道状态信息，确定信道矩阵1^ e Cm^v，其中N和M分别代表基站k和用户k的天线数，e表示复数域；
(2)初始化各小区基站天线选择方案
初始化基站k的天线选择方案为具有最大的F-范数的矩阵H| eCMx~对应的备选天线选择向量，的计算公式如下
权利要求
1.一种多小区系统中基于干扰对齐的基站天线选择方法，包括如下步骤(1)估计各基站到本小区用户的信道状态信息基站k给本小区用户k发送导频信息，用户k估计基站k各天线到自身的信道状态信息，并反馈给基站k，其中k = 1，. . .，B，B为小区数；基站k根据本小区用户反馈的信道状态信息，确定信道矩阵民，
2.根据权利要求1所述的多小区系统中基于干扰对齐的基站天线选择方法，其中步骤(I)所述的基站k给用户k发送导频信息，是按照如下方式进行基站k分ρν/Λ^Ι次给用户k发送导频信息，每一次选取若干天线并将它们连接到射频链路发送导频信息，其中第I 次从所有N个天线中选取Nf个天线，第2次从剩余的N-Nf个天线中选取Nf个天线，第3次从剩余的N-2Nf个天线中选取Nf个天线，直到第pV/Λθ Ι次选取最后剩余的天线，从而确保所有天线都会在某一次被连接到射频链路发送导频信息，其中k = 1，. . .，B，B为小区数，N 和Nf代表基站的天线数和射频链路数，且N > Nf，「x~|代表对标量X向上取整。
3.根据权利要求1所述的多小区系统中基于干扰对齐的基站天线选择方法，其中所述步骤(2)中的信道矩阵H=，用以下公式确定
4.根据权利要求1所述的多小区系统中基于干扰对齐的基站天线选择方法，其中所述步骤(3. 3a)中的预编码矩阵Vj e Cv〃要满足条件: 0f=Id，其中k = 1，. . .，B，B为小区数，Ω为B小区基站天线选择集合，Nf表示基站的射频链路数，d表示基站发送数据流的维数，(· )H表示矩阵的共轭转置，In表示nXn维的单位矩阵，C表示复数域。
5.根据权利要求1所述的多小区系统中基于干扰对齐的基站天线选择方法，其中所述步骤(3. 3c)中的在第c次迭代时用户k'的干扰协方差矩阵Qt ,其计算公式如下
6.根据权利要求1所述的多小区系统中基于干扰对齐的基站天线选择方法，其中所述步骤(3. 3e)中的在第c次迭代时基站k的干扰协方差矩阵,其计算公式如下
7.根据权利要求1所述的多小区系统中基于干扰对齐的基站天线选择方法，其中所述步骤(3. 3g)中的部分迭代干扰对齐的迭代次数Nite需要满足Nite ( N1，其中N1表示传统干扰对齐收敛需要的迭代次数经验值，优选为30。
8.根据权利要求1所述的多小区系统中基于干扰对齐的基站天线选择方法，其中所述步骤(3. 4)中的用户k'的干扰协方差矩阵Q ，其计算公式如下
9.根据权利要求1所述的多小区系统中基于干扰对齐的基站天线选择方法，其中所述步骤(3. 5)中的容量，其计算公式如下
10.根据权利要求1所述的多小区系统中基于干扰对齐的基站天线选择方法，其中步骤(4.1)所述的根据最优的B个小区基站天线选择集合Ω%进行迭代次数为N1的传统迭代干扰对齐，设计各小区中的基站预编码矩阵和用户干扰抑制矩阵，按如下步骤进行4.1a)随机初始化基站k的预编码矩阵<-、(1￥，且满足f=1,，其中k = I,...,B,B代表小区数，Nf代表基站的射频链路数，d表示基站发送数据流的维数，(·)H表示矩阵的共轭转置，In表示nXn维的单位矩阵，C表示复数域；4.1b)初始化迭代次数变量m为I ;4.1c)确定在第m次迭代时用户k'的干扰协方差矩阵Qfw
全文摘要
本发明公开了一种多小区系统中基于干扰对齐的基站天线选择方法，主要解决现有多天线干扰对齐技术的系统硬件成本较高，以及基于干扰对齐的基站天线选择方法只能在包含3小区网络中使用的问题。其实现步骤为估计各基站到本小区用户的信道状态信息；初始化各小区基站天线选择方案；沿着系统和容量增加的优化方向，在保持其他基站天线选择方案不变的情况下，利用部分迭代干扰对齐依次确定各小区最优的基站天线选择方案；采用传统迭代干扰对齐进行多小区干扰协调。本发明适用于具有多个小区的面向商用的LTE网络，计算复杂度低，能够降低系统硬件成本，实现系统和容量与计算复杂度的折中。
文档编号H04L25/02GK103067062SQ20131002566
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月23日 优先权日2013年1月23日
发明者葛建华, 朱斌, 李靖, 付少忠, 张沉思, 孙垂强, 李静, 师晓晔 申请人:西安电子科技大学