基于信道信息协方差的预编码方法和协作通信方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于信道信息协方差的预编码方法，包括：对多小区多天线干扰通信系统中的全局信道信息进行测量，获得信道协方差矩阵和系统噪声功率，并发给第一基站统一处理；第一基站对当前的迭代指数进行设置，根据系统的用户数量，初始化所有用户的协方差矩阵；根据每个用户所对应的协方差矩阵逐一计算出所有用户的最优发送功率和最大信号与干扰加噪声比；并对所有用户所对应的协方差矩阵和当前的迭代指数进行更新，直到SINR收敛，第一基站得到系统的最优协方差矩阵集合及其对应的最优预编码矩阵集合，并将所有预编码矩阵发给各自对应的其他基站。本发明还提供了一种协作通信方法，具有反馈信息量少、系统开销少的优点。
【专利说明】基于信道信息协方差的预编码方法和协作通信方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信【技术领域】，尤其涉及一种基于信道信息协方差的预编码方法 和协作通信方法。
【背景技术】
[0002] 在多小区多天线干扰通信系统模型中，基站在向目的用户发送数据时，将会对其 它小区的用户产生干扰，因此必须研究出对多小区多用户通信干扰抑制方法，其在已知某 些特定信道状态信息的条件下，通过多小区之间的协作预先把多用户之间的干扰减弱或者 迫零，以达到提高整个系统和速率的目的。
[0003] 目前已经出现很多关于多小区多天线干扰通信系统的研究。其中，《国际电气 和电子工程师协会信息理论会报》上发表的"Interference alignment and degrees of freedom of the K-user interference channel (对齐干扰和K用户干扰信道的自由度）" 提出了干扰对齐（Interference Alignment,简称IA)技术，它是消除用户间干扰的一个重 要的线性预编码技术，可以把目的接收端收到的干扰信号预先限制到一个较低维度的子空 间中，使目的接收端采用一个迫零滤波器，就可以完全消除来自其他用户的干扰信号。但是 IA技术需要知道全局的信道状态信息，系统开销较大，并且它只适用于系统中发送和接收 天线数目相等的情况。
[0004] 除了干扰对齐方法，在多天线干扰信道的研究中还有其他种类的线性预编 码方法。譬如，在《国际电气与电子工程师协会无线通信学报》上发表的"MSE-based transceiver designs for the ΜΙΜΟ interference channel (基于 MSE 收发器的 ΜΙΜΟ 干 扰信道设计)"，以最小化所有用户总的数据检测均方误差（MSE，Mean Square Error)为设 计目标，作者提出了一种预编码传输和接收滤波器矩阵的联合设计方案。同样的，此技术方 案也需要全局的信道状态信息，即所有用户之间的信道协方差矩阵。如果信道是快衰落变 化，则频繁测量和反馈信道信息将不可避免地给系统回程链路带来很大负担。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于信道信息协方差的预编码方法和协 作通信方法，在基站仅获得全局信道协方差信息的条件下，设计最优的预编码矩阵，以间接 达到提高系统吞吐量，抑制通信干扰的目的。
[0006] 为解决以上技术问题，一方面，本发明实施例提供一种基于信道信息协方差的预 编码方法，包括： 5101 :对多小区多天线干扰通信系统中的全局信道信息进行测量，获得信道协方差矩 阵和系统噪声功率，并且将信道协方差矩阵和系统噪声功率发给系统中的第一基站进行处 理；所述多小区多天线干扰通信系统包括多个基站； 5102 :所述第一基站对当前的迭代指数进行设置，并根据所述多小区多天线干扰通信 系统的用户数量，初始化所有用户的协方差矩阵； S103 :根据每个用户所对应的协方差矩阵和所述系统噪声功率，逐一计算出所有用户 的最优发送功率和所述多小区多天线干扰通信系统的最大信号与干扰加噪声比； S104:利用所述最优发送功率和所述最大信号与干扰加噪声比，对所有用户所对应的 协方差矩阵进行更新； S105 :对所述当前的迭代指数进行更新，返回执行步骤S103~步骤S104直到所述最大 信号与干扰加噪声比收敛； S106:所述第一基站得到系统的最优协方差矩阵集合及其对应的最优预编码矩阵集 合； S107 :所述第一基站将所述最优预编码矩阵集合中的所有预编码矩阵发送给与所述预 编码矩阵一一对应的基站。
[0007] 进一步地，所述多小区多天线干扰通信系统包括多个基站和多个用户，则所述步 骤SlOl具体为： 各个基站依次发出一定时间长度T的导频信号，T > 0 ; 根据所述导频信号，依次测量各个所述基站到各个用户的信道信息，获得信道矩阵集 合IHii(t)，t=0, I. . . T-L }，其中，Hii (t)是在t时刻基站i到用户々的M*N维信道矩阵，N 是基站i的发射天线数，M是用户配有的接收天线数； 根据一定时间所测的信道矩阵集合计算出发射端信道相关矩阵和接收端信道相关矩 阵。
[0008] 进一步地，所述步骤S102包括： S201 :在首次迭代时将所述迭代指数进行初始化为零，将用户k的协方差矩阵Sk初始 化为单位矩阵或者随机半正定矩阵。
[0009] 进一步地，在所述步骤S103中，具体为： 5301 :采用遍历搜索法求出当前任一用户k'的最优发送功率，包括：在 0到最大可能发送功率A的范围内，遍历搜索得到用户k'的最优发射功率 办=Tr(Sk，）；其中，Tr(Sk，）是对协方差矩阵Sk，进行求迹运算； 5302 :设置矩阵Ak,和Bk,为：
【权利要求】
1. 一种基于信道信息协方差的预编码方法，其特征在于，包括： 5101 :对多小区多天线干扰通信系统中的全局信道信息进行测量，获得信道协方差矩 阵和系统噪声功率，并且将信道协方差矩阵和系统噪声功率发给系统中的第一基站进行处 理；所述多小区多天线干扰通信系统包括多个基站； 5102 :所述第一基站初始化迭代指数和所有用户的协方差矩阵； S103:根据每个用户所对应的协方差矩阵和所述系统噪声功率，逐一计算出所有用户 的最优发送功率和所述多小区多天线干扰通信系统的最大信号与干扰加噪声比； S104:利用所述最优发送功率和所述最大信号与干扰加噪声比，对所有用户所对应的 协方差矩阵进行更新； 5105 :对所述当前的迭代指数进行更新，返回执行步骤S103~步骤S104直到所述最大 信号与干扰加噪声比收敛； 5106 :所述第一基站得到系统的最优协方差矩阵集合及其对应的最优预编码矩阵集 合； 5107 :所述第一基站将所述最优预编码矩阵集合中的所有预编码矩阵发送给与所述预 编码矩阵 对应的基站。
2. 如权利要求1所述的基于信道信息协方差的预编码方法，其特征在于，所述多小区 多天线干扰通信系统包括多个基站和多个用户，则所述步骤SlOl具体为： 各个基站依次发出一定时间长度T的导频信号，T > 0 ; 根据所述导频信号，依次测量各个所述基站到各个用户的信道信息，获得信道矩阵集 合IHii(t)，t=0, I. . . T-L }，其中，Hii (t)是在t时刻基站i到用户々的M*N维信道矩阵，N 是基站i的发射天线数，M是用户配有的接收天线数； 根据一定时间所测量的信道矩阵集合分别计算出发射端信道相关矩阵和接收端信道 相关矩阵。
3. 如权利要求2所述的基于信道信息协方差的预编码方法，其特征在于，所述步骤 S102包括： S201 :在首次迭代时将所述迭代指数进行初始化为零，将用户k的协方差矩阵Sk初始 化为单位矩阵或者随机半正定矩阵。
4. 如权利要求3所述的基于信道信息协方差的预编码方法，其特征在于，在所述步骤 S103中，具体为： 5301 :采用遍历搜索法求出当前任一用户k'的最优发送功率，包括：在 0到最大可能发送功率A的范围内，遍历搜索得到用户k'的最优发射功率 尽=Tr (Sk，）；其中，Tr (Sk，）是对协方差矩阵Sk，进行求迹运算； 5302 :设置矩阵Ak,和Bk,为：
其中1是用户总数，I是ΛΖ维单位矩阵，#是发射天线数，Tr (.)是求迹运算符号，4是 系统噪声功率，%是所述发射端信道相关矩阵，^是所述接收端信道相关矩阵； S303:计算矩阵赢J4的最大特征值，作为所述多小区多天线干扰通信系统的最大 信号与干扰加噪声比SINR。
5. 如权利要求4所述的基于信道信息协方差的预编码方法，其特征在于，所述步骤 S301还包括： 通过以下方程对用户k'的最优发射功率#4?进行更新： Pt. = Ut.Tt· 其中是矩阵Ar(Br)"1的特征矩阵= diag(.)是对矩阵 的对角化运算符号。
6. 如权利要求5所述的基于信道信息协方差的预编码方法，其特征在于，在所述步骤 S104中，所述对所有用户所对应的协方差矩阵进行更新具体为： 通过以下方程，更新任一用户k'的协方差矩阵Sk，获得，： Sr = CrArOj 其中，式中J^=diag(4j,…黑是通过遍历搜索法得到的用户k，最优发射功 率，是J1的特征矩阵。
7. 如权利要求6所述的基于信道信息协方差的预编码方法，其特征在于，所述步骤 S105中，对迭代指数进行逐一递增，对用户k'最优发射功率和协方差矩阵Sk，进行更新 直至所述最大信号与干扰加噪声比收敛，得到用户的最优协方差矩阵集合及其对应 的最优预编码矩阵集合丨色}。
8. -种协作通信方法，其特征在于，包括： 在多小区多天线干扰通信系统配置多个基站和多个用户；每个基站配置多个发射天 线；每个用户配置多个接收天线； 选择系统中的任一基站，根据如权利要求1~7任一项所述的基于信道信息协方差的预 编码方法，获得各个用户的最优协方差矩阵集合及其对应的最优预编码矩阵集合；然后统 一通过回程链路将最优预编码矩阵发送至各自分别对应的基站； 每个基站把待发送的用户信号数据乘以各自的最优预编码矩阵进行调制，通过基站上 的天线将调制后的数据发给目标用户。
【文档编号】H04L1/06GK104393964SQ201410548178
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年10月16日 优先权日:2014年10月16日
【发明者】周雯, 李洲 申请人:汕头大学