一种机会干扰对齐中用户调度的优化方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种机会干扰对齐中用户调度的优化方法和系统，所述方法包括以下步骤：所有基站分别向待服务用户广播波束成形信号，基站与用户组唯一对应，待服务用户所在的用户组为第一用户组，与第一用户组相对应的基站为第一基站，第一基站之外的基站为第二基站；根据波束成形信号计算得到用于衡量干扰对齐效果的模拟信息，并将模拟信息反馈给第一基站；第一基站根据模拟信息确定第一用户组中的最佳通信用户。通过本发明提供的用户调度优化方法，能够在保证用户选择系统性能的同时，提高在低信噪比下传统机会干扰对齐技术中用户调度方法的鲁棒性，同时还能改变随用户数目增加系统总速率增幅减弱的现象。
【专利说明】—种机会干扰对齐中用户调度的优化方法和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信【技术领域】，尤其涉及一种机会干扰对齐中用户调度的优化方法和系统。
【背景技术】
[0002]干扰对齐(Interference Alignment, IA)技术作为干扰管理的重大突破技术,能够有效地对抗4G通信系统中的干扰。IA技术的基本思想是协调发射机通过预编码技术使干扰信号在接收端对齐于有限的子空间内，接收端通过迫零(Zero Forcing, ZF)算法处理能够彻底消除多小区干扰。传统的IA技术需要将多小区的干扰对齐到同一个空间，用剩余的空间进行无干扰通信，并且信号空间必须位于干扰空间的零空间之中，但是只能在理想条件下实现，在实际使用中是无法实现的。例如:所有基站均获知全部信道状态信息(Chanel State Information, CSI),只有传输维度(时域,频域,空域)趋于无穷大时,可以获得平均每个用户1/2的空间复用增益。传统的IA技术还存在低信噪比(Signal NoiseRation, SNR)下自由度(Degree Of Freedom, D0F)性能下降，信道估计和反馈要求精度高，基站间信息交互量大，CSI的计算开销大，同步要求严格，协同操作困难等问题。
[0003]另外，现有的用户调度准则米用0IAUS(0pportunistic Interference AlignedUser Selection，机会干扰对齐用户选择)准则被提出，干扰信号大部分对齐的用户被选择，该准则通过两个干扰信号的相关性来衡量对齐效果，这种准则仅仅考虑了最大化干扰-干扰的相关性，而没有考虑信号-干扰之间的相关性，导致这种准则还不够完备。尤其在低信噪比下，只考虑了干扰-干扰的相关性，不能准确地调度最佳用户，这样的调度准则将使系统变得不稳定，鲁棒性降低。在低信噪比下，通信系统的总速率不仅取决于自由度(DOF)，还与系统的鲁棒性有关，而系统的鲁棒性不仅取决于期望信号-干扰间的相关性，还与干扰-干扰间的相关性有关。
【发明内容】
[0004](一)要解决的技术问题
[0005]针对上述缺陷，本发明要解决的技术问题是在低信噪比条件下传统OIAUS准则鲁棒性减弱。
[0006](二)技术方案
[0007]为解决上述问题，本发明提供了一种机会干扰对齐中用户调度的优化方法，包括:
[0008]步骤S1、所有基站分别向待服务用户广播波束成形信号，所述基站与用户组唯一对应，所述待服务用户所在的用户组为第一用户组，与所述第一用户组相对应的基站为第一基站，所述第一基站之外的基站为第二基站；
[0009]步骤S2、根据所述波束成形信号计算得到用于衡量干扰对齐效果的模拟信息，并将所述模拟信息反馈给所述第一基站；[0010]步骤S3、所述第一基站根据所述模拟信息确定所述第一用户组中的最佳通信用户。
[0011]进一步地，所述波束成形信号为所述基站随机产生的，且满足WfWi=I,其中Wi为表示所述波束成形信号的波束成形矩阵，WZf力对所述波束成形矩阵的共轭转置，I为单位矩阵。
[0012]进一步地,所述步骤S2具体包括:
[0013]步骤S21、通过信道估计分别获取所述第一基站到所述第一用户组的信道增益矩阵以及所述第二基站到所述第一用户组的干扰信道增益矩阵；
[0014]步骤S22、根据所述第二基站广播的波束成形信号和所述第二基站中的各个基站分别到所述第一用户组的干扰信道增益矩阵，计算得到所述第一用户组中各个用户的干扰-干扰之间的相关性；
[0015]步骤S23、根据所述第一基站广播和所述第二基站中的各个基站广播的波束成形信号、所述第一用户组期望信号的信道增益矩阵和所述第二基站中的各个基站到所述第一用户组的干扰信道增益矩阵，计算得到所述第一用户组与所述第二基站中的各个基站的信号-干扰之间的相关性；
[0016]步骤S24、所述第一用户组中的每个用户分别比较所述第二基站中的各个基站对所述第一用户组产生的信号-干扰之间的相关性，选择所述信号-干扰之间的相关性值最小的作为该用户的信号-干扰之间的相关性；
[0017]步骤S25、将所述第一用户组中的每个用户选择的信号-干扰之间的相关性与所述步骤S22得到的该用户对应的干扰-干扰之间的相关性做差，得到的差值为所述模拟信息；
[0018]步骤S26、将所述模拟信息发送给所述第一基站。
[0019]进一步地，所述步骤S3具体包括:所述第一基站比较各个用户所述模拟信息的大小，选择值最大的用户作为所述第一用户组的最佳通信用户。
[0020]进一步地，所述步骤S3之后还包括:
[0021]步骤S4、获取后处理矩阵，所述基站与所述最佳用户之间进行通信。
[0022]为解决上述问题，本发明还提供了一种机会干扰对齐中用户调度的优化系统，包括:广播单元、反馈单元和选择单元；
[0023]所述广播单元用于所有基站分别向待服务用户广播波束成形信号，所述所有基站包括至少两个基站，每个基站与用户组唯一对应，从所述至少两个基站中选择一个基站作为第一基站，所述第一基站对应的用户组为第一用户组，所述第一基站之外的基站为第二基站;[0024]所述反馈单元用于根据所述波束成形信号计算得到用于衡量干扰对齐效果的模拟信息，并将所述模拟信息反馈给所述第一基站；
[0025]所述选择单元用于所述第一基站根据所述模拟信息确定所述第一用户组中的最佳通信用户。
[0026]进一步地，所述基站与所述用户组唯一对应，所述用户组由K个用户组成，并为所述基站配置Nt根发射天线，所述基站发送M个数据流到所述用户，所述用户配置Nk根接收天线，其中K、M、Nt为大于等于I的整数且Nk为大于等于2的整数，M≤Ντ，NK=2M。[0027]进一步地，所述反馈单元包括:矩阵获取模块、第一计算模块、第二计算模块、比较模块、做差模块和模拟信息发送模块；
[0028]所述矩阵获取模块用于通过信道估计分别获取所述第一基站到所述第一用户组的信道增益矩阵以及所述第二基站到所述第一用户组的干扰信道增益矩阵；
[0029]所述第一计算模块用于根据所述第二基站广播的波束成形信号和所述第二基站中的各个基站分别到所述第一用户组的干扰信道增益矩阵，计算得到所述第一用户组中各个用户的干扰-干扰之间的相关性；
[0030]所述第二计算模块用于根据所述第一基站广播和所述第二基站中的各个基站广播的波束成形信号、所述第一用户组期望信号的信道增益矩阵和所述第二基站中的各个基站到所述第一用户组的干扰信道增益矩阵，计算得到所述第一用户组与所述第二基站中的各个基站的信号-干扰之间的相关性；
[0031]所述比较模块用于所述第一用户组中的每个用户分别比较所述第二基站中的各个基站对所述第一用户组产生的信号-干扰之间的相关性，选择所述信号-干扰之间的相关性值最小的作为该用户的信号-干扰之间的相关性；
[0032]所述做差模块用于将所述第一用户组中的每个用户选择的信号-干扰之间的相关性与所述第一计算模块得到的该用户对应的干扰-干扰之间的相关性做差，得到的差值为所述模拟信息；
[0033]所述模拟信息发送模块用于将所述模拟信息发送给所述第一基站。
[0034]进一步地，所述选择单元具体用于所述第一基站比较各个用户所述模拟信息的大小，选择值最大的用户作为所述第一用户组的最佳通信用户。
[0035]进一步地，所述系统还包括:后处理模块，用于获取后处理矩阵，所述基站与所述最佳用户之间进行通信。
[0036](三)有益效果
[0037]本发明提供了一种机会干扰对齐中用户调度的优化方法和系统，该方法包括:每个基站均向待服务用户广播波束成形信号，之后获取第一基站到其对应的用户组中用户的信道增益矩阵以及除第一基站之外的其它基站到该用户的干扰信道增益矩阵。将信道增益矩阵和干扰信道增益矩阵与波束成形信号结合，计算得到衡量干扰对齐效果的模拟信息，这些信息将作为判定最佳通信用户的依据反馈给第一基站。第一基站以信号-干扰相关性最小值与干扰-干扰相关性之差作为目标函数的准则确定最佳通信用户，实现在机会干扰对齐中用户调度的优化。通过上述方法，能够在保证用户选择系统性能的同时，提高在低信噪比下传统机会干扰对齐技术中用户调度方法的鲁棒性，同时还能改变随用户数目增加系统总速率增幅减弱的现象。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]图1为本发明实施例一中的一种机会干扰对齐中用户调度的优化方法的步骤流程图；
[0039]图2为本发明实施例一中步骤S2的步骤流程图；
[0040]图3为本发明实施例一中基站与用户组之间的传输关系示意图；
[0041]图4为本发明实施例一中配置(NT，NK，M) = (2，4，2)，用户数K=10，r=0.2，不同信噪比条件下的，基于本发明的SCOIA-SINR方法，SCOIA-Smart方法与传统的基于MIN-1NR准则，基于MAX-SNR准则的用户选择方案以及OIA-SINR方案在系统总速率的比较曲线图；
[0042]图5为本发明实施例一中配置(NT，NK，M) = (2，4，2)，用户数K=10，r=0.8，不同信噪比条件下的，基于本发明的SC0IA-SINR方法，SCOIA-Smart方法与传统的基于MIN-1NR准贝U，基于MAX-SNR准则的用户选择方案以及OIA-SINR方案在系统总速率的比较曲线图；
[0043]图6为本发明实施例一中平配置(Nt,Ne, M) = (3, 6, 3),用户数K=100，r=0.2，不同信噪比条件下的，基于本发明的SC0IA-SINR方法，SC0IA-PNIC-0PT方法，SC0IA-PNIC-AVG,SCOIA-Smart方法与传统的基于MIN-1NR准则，基于MAX-SNR准则的用户选择方案以及OIA-SINR方案在系统总速率的比较曲线图；
[0044]图7为本发明实施例二中的一种机会干扰对齐中用户调度的优化系统的组成示意图；
[0045]图8为本发明实施例二中反馈单元的组成示意图。
【具体实施方式】
[0046]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0047]实施例一
[0048]本实施例中提供了一种机会干扰对齐中用户调度的优化方法，步骤流程如图1所示，具体包括以下步骤:
[0049]步骤S1、所有基站分别向待服务用户广播波束成形信号。
[0050]步骤S2、根据波束成形信号计算得到用于衡量干扰对齐效果的模拟信息，并将模拟信息反馈给第一基站。
[0051]步骤S3、第一基站根据模拟信息确定第一用户组中的最佳通信用户。
[0052]通过上述步骤提供的用户调度的优化方法，能够提高在低信噪比下传统机会干扰对齐技术中用户调度方法的鲁棒性，同时还能改变随用户数目增加系统总速率增幅减弱的现象。
[0053]优选地，本实施例中步骤SI基站向待服务用户广播波束成形信号，其中这些波束成形信号是基站随机产生的，且满足WhW=I,其中W为表示波束成形信号的波束成形矩阵，Wh为对波束成形矩阵的共轭转置，I为单位矩阵。
[0054]优选地，本实施例中的基站与用户组唯一对应，待服务用户所在的用户组为第一用户组，与第一用户组相对应的基站为第一基站，第一基站之外的基站为第二基站。
[0055]在本实施例中以通信系统中包括三个基站为例进行说明，这三个基站分别为基站
1、基站2和基站3，并为每个基站均配置Nt根发射天线且均有其唯一对应的用户组，每个用
户组由K个用户组成，即与基站对应的用户包括:用户1、用户2......用户k......用户
K，其中I SkS K。基站发送M个数据流(MSNt)到用户，用户均配置Nk根(NK=2M)接收天线来接收基站发送的数据流，其中K、M、Nt为大于等于I的整数且Nk为大于等于2的整
数。假设第i(i=l，2，3)个基站广播的随机波束成形信号用波束成形矩阵且满足Wf W,.=Im，则用户组i的第k个用户的接收信号yi，k可表示为:[0056]
[0057]其中信号yiik包括三部分，即期望信号、干扰信号和噪声，期望信号为用户期望从其对应的基站接收到的信号，干扰信号为用户受到其它基站发送波束成形信号对该用户产生的干扰，噪声为基站到用户端，即发送端到接收端信道中存在的固有噪声信号，
H(；表示为第i个基站到第i用户组的第k个用户的信道增益矩阵，X, 表示
为第i个基站发送的信号矢量，且满足约束条件P为该基站的平均功率，H^1E 表示为第j个基站到第i用户组的第k个用户的干扰信道增益矩阵，且所有的干扰信道增益系数均服从均值为零、方差为I的独立同分布的复高斯分布，Xy eCMxl表示为第j个基站发送的干扰矢量，且满足约束条件)为第i个用户组的第k个用户的加性复高斯白噪声矢量(AWGN)，其中CW(OJjvs)表示服从均值为0，单位方差矩阵的复高斯分布，Ivr表示为单位矩阵。
[0058]用户接收波束成形信号之后，需要对干扰对齐的效果进行计算，进行步骤S2:根据波束成形信号计算得到用于衡量干扰对齐效果的模拟信息，并将模拟信息反馈给第一基站。
[0059]步骤S2的具体步骤流程如图2所示，包括以下步骤:
[0060]步骤S21、通过信道估计分别获取第一基站到第一用户组的信道增益矩阵以及第二基站到第一用户组的干扰信道增益矩阵。
[0061]步骤S22、根据第二基站广播的波束成形信号和第二基站中的各个基站分别到第一用户组的干扰信道增益矩阵，计算得到第一用户组中各个用户的干扰-干扰之间的相关性。
[0062]步骤S23、根据第一基站广播和第二基站中的各个基站广播的波束成形信号、第一用户组期望信号的信道增益矩阵和第二基站中的各个基站到第一用户组的干扰信道增益矩阵，计算得到第一用户组与第二基站中的各个基站的信号-干扰之间的相关性。
[0063]步骤S24、第一用户组中的每个用户分别比较第二基站中的各个基站对第一用户组产生的信号-干扰之间的相关性，选择信号-干扰之间的相关性值最小的作为该用户的信号-干扰之间的相关性。
[0064]步骤S25、将第一用户组中的每个用户选择的信号-干扰之间的相关性与步骤S22得到的该用户对应的干扰-干扰之间的相关性做差，得到的差值为模拟信息；
[0065]步骤S26、将模拟信息发送给所述第一基站。
[0066]下面以用户组I为例进行详细步骤描述，基站I作为第一基站，基站2和基站3都属于第二基站，与基站I相对应的用户组I就作为第一用户组。
[0067]步骤S21、通过信道估计分别获取基站I到用户组I的信道增益矩阵及基站2到用户组I的干扰信道增益矩阵及基站3到用户组I的干扰信道增益矩阵。[0068]步骤S22:根据步骤SI中基站2和基站3广播的随机波束成形信号矩阵和基站2到用户组I的干扰信道增益矩阵、基站3到用户组I的干扰信道增益矩阵，计算得到各用户的干扰一干扰之间的相关性。
[0069]S，I2, I3分别表示基站1、基站2、基站3发送的信息，用户组I的第k个用户的干扰-干扰之间的相关性描述为:
[0070]
【权利要求】
1.一种机会干扰对齐中用户调度的优化方法，其特征在于，所述方法包括: 步骤S1、所有基站分别向待服务用户广播波束成形信号，所述基站与用户组唯一对应，所述待服务用户所在的用户组为第一用户组，与所述第一用户组相对应的基站为第一基站，所述第一基站之外的基站为第1基站； 步骤S2、根据所述波束成形信号计算得到用于衡量干扰对齐效果的模拟信息，并将所述模拟信息反馈给所述第一基站； 步骤S3、所述第一基站根据所述模拟信息确定所述第一用户组中的最佳通信用户。
2.如权利要求1所述的用户调度的优化方法，其特征在于，所述波束成形信号为所述基站随机产生的，且满足WHW=I，其中W为表示所述波束成形信号的波束成形矩阵，Wh为对所述波束成形矩阵的共轭转置，I为单位矩阵。
3.如权利要求1所述的用户调度的优化方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括: 步骤S21、通过信道估计分别获取所述第一基站到所述第一用户组的信道增益矩阵以及所述第二基站到所述第一用户组的干扰信道增益矩阵； 步骤S22、根据所述第二基站广播的波束成形信号和所述第二基站中的各个基站分别到所述第一用户组的干扰信道增益矩阵，计算得到所述第一用户组中各个用户的干扰-干扰之间的相关性； 步骤S23、根据所述第一基站广播和所述第二基站中的各个基站广播的波束成形信号、所述第一用户组期望信号的信道增益矩阵和所述第二基站中的各个基站到所述第一用户组的干扰信道增益矩阵，计算得到所述第一用户组与所述第二基站中的各个基站的信号-干扰之间的相关性； 步骤S24、所述第一用户组中的每个用户分别比较所述第二基站中的各个基站对所述第一用户组产生的信号-干扰之间的相关性，选择所述信号-干扰之间的相关性值最小的作为该用户的信号-干扰之间的相关性； 步骤S25、将所述第一用户组中的每个用户选择的信号-干扰之间的相关性与所述步骤S22得到的该用户对应的干扰-干扰之间的相关性做差，得到的差值为所述模拟信息；步骤S26、将所述模拟信息发送给所述第一基站。
4.如权利要求1所述的用户调度的优化方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括:所述第一基站比较各个用户所述模拟信息的大小，选择值最大的用户作为所述第一用户组的最佳通信用户。
5.如权利要求1所述的用户调度的优化方法，其特征在于，所述步骤S3之后还包括: 步骤S4、获取后处理矩阵，所述基站与所述最佳用户之间进行通信。
6.一种机会干扰对齐中用户调度的优化系统，其特征在于，所述系统包括:广播单元、反馈单元和选择单元； 所述广播单元用于所有基站分别向待服务用户广播波束成形信号，所述所有基站包括至少两个基站，每个基站与用户组唯一对应，从所述至少两个基站中选择一个基站作为第一基站，所述第一基站对应的用户组为第一用户组，所述第一基站之外的基站为第二基站； 所述反馈单元用于根据所述波束成形信号计算得到用于衡量干扰对齐效果的模拟信息，并将所述模拟信息反馈给所述第一基站；所述选择单元用于所述第一基站根据所述模拟信息确定所述第一用户组中的最佳通信用户。
7.如权利要求6所述的用户调度的优化系统，其特征在于，所述基站与所述用户组唯一对应，所述用户组由K个用户组成，并为所述基站配置Nt根发射天线，所述基站发送M个数据流到所述用户，所述用户配置Nk根接收天线，其中K、M、NT为大于等于I的整数且Nk为大于等于2的整数，M ( Ντ, Ne=2M0
8.如权利要求6所述的用户调度的优化系统，其特征在于，所述反馈单元包括:矩阵获取模块、第一计算模块、第二计算模块、比较模块、做差模块和模拟信息发送模块； 所述矩阵获取模块用于通过信道估计分别获取所述第一基站到所述第一用户组的信道增益矩阵以及所述第二基站到所述第一用户组的干扰信道增益矩阵； 所述第一计算模块用于根据所述第二基站广播的波束成形信号和所述第二基站中的各个基站分别到所述第一用户组的干扰信道增益矩阵，计算得到所述第一用户组中各个用户的干扰-干扰之间的相关性； 所述第二计算模块用于根据所述第一基站广播和所述第二基站中的各个基站广播的波束成形信号、所述第一用户组期望信号的信道增益矩阵和所述第二基站中的各个基站到所述第一用户组的干扰信道增益矩阵，计算得到所述第一用户组与所述第二基站中的各个基站的信号-干扰之间的相关性； 所述比较模块用于所述第一用户组中的每个用户分别比较所述第二基站中的各个基站对所述第一用户组产生的信号-干扰之间的相关性，选择所述信号-干扰之间的相关性值最小的作为该用户的信号-干扰之间的相关性； 所述做差模块用于将所述第一用户组中的每个用户选择的信号-干扰之间的相关性与所述第一计算模块得.到的该用户对应的干扰-干扰之间的相关做差，得到的差值为所述模拟信息； 所述模拟信息发送模块用于将所述模拟信息发送给所述第一基站。
9.如权利要求6所述的用户调度的优化系统，其特征在于，所述选择单元具体用于所述第一基站比较各个用户所述模拟信息的大小，选择值最大的用户作为所述第一用户组的最佳通信用户。
10.如权利要求6所述的用户调度的优化系统，其特征在于，所述系统还包括:后处理模块，用于获取后处理矩阵，所述基站与所述最佳用户之间进行通信。
【文档编号】H04W74/08GK103476125SQ201310395278
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月3日 优先权日:2013年9月3日
【发明者】王忠勇, 朱政宇, 高向川, 张园园, 葛伟力, 张传宗 申请人:郑州大学