一种无线网络的干扰对齐方法与流程

本发明涉及无线通信系统的干扰管理技术领域，特别是涉及一种适用于多小区的无线网络的干扰对齐方法。

背景技术：

同频组网是无线通信网络的主要组网形式，通过频率复用从而获得更高的网络容量。然而，同频组网模式下，相邻小区的边缘区域存在严重的同频干扰问题，进而降低了边缘用户的性能和用户体验。如何高效的解决同频干扰问题，一直以来都是学术界和工业界重点关注的研究方向。目前，典型的干扰管理方法包括：

(1)通过资源正交化进行干扰管理：

传输资源正交化是传统干扰管理的主要方式。其中，传输资源包括：时隙、频率、空间波束等。传输资源正交化的基本原理是，相邻小区预先对可用的传输资源进行正交分配，然后每个小区在边缘区域分别使用不同的无线资源进行传输，使得小区边缘的不同用户可以在相互无干扰的资源上传输，从而避免小区间干扰。

典型的小区干扰处理机制主要包括：(软)频率复用、ABS(Almost Blank Subframe)、协作波束赋形(Coordinated Beamforming)等。上述干扰处理机制需要传输节点间进行有限的信息贡献，并将用户分别调度到不同的无线资源上进行信号传输。此类处理方式的主要优势是：需要交互的信令负载较低，且能够有效避免小区间干扰。然而，基于正交资源分配原理的干扰处理机制也存在本质缺陷。由于资源的正交化方式，资源利用率不高。举例来说，假设无线网络系统包括三个小区，其可利用资源为1个单位，在资源均分模式下，每个小区只能获得1/3的可用资源。

(2)通过干扰对齐技术进行干扰管理：

如前所述，传统的基于资源正交方式进行干扰管理的机制，虽然能够有效处理小区边缘的干扰问题，但是资源利用率较低。干扰对齐技术的提出，有效改善了该问题。理论上，通过干扰对齐，干扰网络中的每个用户都可以取得一半的无干扰复用增益。同样以前述的包括三个小区的无线网络系统为例，通过干扰对齐技术，每个小区可以利用的资源为1/2。因此，干扰对齐技术对于资源利用率的提升有很好的帮助。

研究人员已经提出了一些基于干扰对齐原理进行干扰管理的方法。其中比较有代表性的方法包括：

1)基于全局信道状态信息的干扰对齐预编码设计：包括研究了全局已知信道状态信息时的上行干扰对齐技术、以及下行干扰对齐技术。上述技术能够具有很好的理论可实现性，但是预编码矩阵的获取需要假设已知全局信道状态信息，这对基站间协作的信息交互提出了很高要求。

2)基于迭代的干扰对齐预编码设计：为了降低全局信道状态需求，提出了基于迭代方法求解干扰对齐预编码矩阵的方法。预编码矩阵分别在干扰链路的发送端和接收端进行计算，并进行多次迭代，最终获得预编码矩阵。该方法虽然降低了对信道状态的需求，但是需要在每条链路的发送端和接收端进行多次迭代交互才能计算获得预编码矩阵，这种迭代处理的机制这与现有协议的差异很大，实际实现起来存在很大的困难。

干扰问题是无线网络的关键瓶颈问题，对干扰管理问题的解决思路也较为丰富。如前所述的几种主要的已有方法存在以下不足：基于时间、频率、空间等传输资源正交化的干扰管理机制：实现方式较为简单，但资源利用率低，对网络容量的提升贡献有限；而基于干扰对齐的干扰管理机制：干能有效提升资源利用率，但现有方法的假设条件偏理想，实现困难。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种无线网络的干扰对齐方法，用于解决现有技术中无线网络的干扰对齐方法实现困难的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种无线网络的干扰对齐方法，所述无线网络包括三个相邻小区，所述无线网络的干扰对齐方法包括：步骤S10，识别三个相邻小区内传输链路可支持的传输自由度；步骤S20，按照三个相邻小区内传输链路的所述传输自由度的大小进行排序：d₃≤d₂≤d₁，其中，d₁表示第一小区的传输链路L₁的传输自由度；d₂表示第二小区的传输链路L₂的传输自由度；d₃表示第三小区的传输链路L₃的传输自由度；步骤S30，判断所述传输链路L₁、L₂和L₃所处的自由度关系区域：当d₂+d₃≤d₁时，则判定处于第一自由度关系区域，当d₂+d₃>d₁时，则判定处于第二自由度关系区域；步骤S40，根据所处的自由度关系区域，分别计算所述传输链路L₁的预编码矩阵W₁、所述传输链路L₂的预编码矩阵W₂和所述传输链路L₃的预编码矩阵W₃；步骤S50，将所述预编码矩阵W₁反馈至所述传输链路L₁的发送端；将所述预编码矩阵W₂反馈至所述传输链路L₂的发送端；将所述预编码矩阵W₃反馈至所述传输链路L₃的发送端。

可选地，当所述传输链路L₁、L₂和L₃处于所述第一自由度关系区域时，所述S40包括：

步骤S411，在所述传输链路L₁的接收端计算所述预编码矩阵W₂和W₃；

步骤S412，所述传输链路L₁的接收端将所述预编码矩阵W₂发送至所述传输链路L₃的接收端；所述传输链路L₁的接收端将所述预编码矩阵W₃发送至所述传输链路L₂的接收端；

步骤S413，所述传输链路L₂的接收端根据所述预编码矩阵W₃计算所述预编码矩阵W₁的第一部分列向量W₁₂：其中，H_ij表示来自第j小区干扰链路的发送端到所述传输链路Li接收端的信道矩阵，且i,j∈{1,2,3}；所述传输链路L₃的接收端根据所述预编码矩阵W₂计算所述预编码矩阵W₁的第二部分列向量W₁₃：

步骤S414，所述传输链路L₂的接收端将所述第一部分列向量W₁₂发送至所述传输链路L₁的接收端；所述传输链路L₃的接收端将所述第二部分列向量W₁₃发送至所述传输链路L₁的接收端；

步骤S415，所述传输链路L₁的接收端根据接收到的所述第一部分列向量W₁₂和所述第二部分列向量W₁₃计算所述预编码矩阵W₁。

可选地，所述步骤S411中，所述预编码矩阵W₃是根据开环的离散傅里叶变换矩阵或闭环的奇异值分解计算获得。

可选地，所述步骤S411中，所述预编码矩阵W₂按照如下方式计算获得的：当d₂＝d₃时，所述预编码矩阵W₂为：当d₂>d₃时，所述预编码矩阵W₂其中的d₃列的列向量为：$W_2=H_{12}^{-1}{H}_{13}{W}_3.$

可选地，所述步骤S415具体包括：当d₂+d₃＝d₁时，所述预编码矩阵W₁由所述第一部分列向量W₁₂和所述第二部分列向量W₁₃构成全部列向量；当d₂+d₃<d₁时，所述预编码矩阵W₁其中的(d₂+d₃)列的列向量由所述第一部分列向量W₁₂和所述第二部分列向量W₁₃构成。

可选地，当所述传输链路L₁、L₂和L₃处于所述第二自由度关系区域时，所述S40包括：

步骤S421，计算所述预编码矩阵W₃：其中，H_ij表示来自第j小区干扰链路的发送端到所述传输链路L_i接收端的信道矩阵；i,j∈{1,2,3}；

步骤S422，根据所述预编码矩阵W₃计算所述预编码矩阵W₂；

步骤S423，所述预编码矩阵W₁其中的d₃列的列向量为：

可选地，步骤S422具体包括：当d₂＝d₃时，所述预编码矩阵W₂为：当d₂>d₃时，所述预编码矩阵W₂其中的d₃列的列向量为：

如上所述，本发明的无线网络的干扰对齐方法是基于多条干扰链路存在自由度差异性现象提出的一种基于多链路异构自由度的干扰对齐设计方法，其利用多个同频干扰链路之间独 立空间链路数目的差异性进行干扰对齐的协作预编码。相比传统的干扰管理方法，本发明有效的解决小区边缘的干扰管理问题；具有更高的网络吞吐量；并且，由于在不同自由度关系区域的计算方法分别具有节点间较低的信息交互、不需要迭代的闭合计算方式等优势，所以本发明的计算方法较为简单，具有较好的可实现性。

附图说明

图1显示为本发明实施例公开的一种包括三个小区的上行传输系统的结构示意图。

图2显示为本发明实施例公开的一种无线网络的干扰对齐方法的流程示意图。

图3显示为本发明实施例公开的一种无线网络的干扰对齐方法中，处于第一自由度关系区域时，预编码矩阵计算流程示意图。

图4显示为本发明实施例公开的一种无线网络的干扰对齐方法中，处于第二自由度关系区域时，预编码矩阵计算流程示意图。

元件标号说明

S10～S50 步骤

S411～S415 步骤

S421～S423 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅附图。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本实施例公开了一种无线网络的干扰对齐方法，其中，无线网络包括三个相邻的小区。在本实施例中，为了说明方便，以图1所示的三个小区的上行传输系统为例。图1所示的三 个小区的上行传输系统在其边缘区域有三对共干扰的收发链路。如图1所示，三个小区分别标记为C₁、C₂、C₃，三条小区内传输链路分别标记为L₁、L₂、L₃；其中，每个小区链路的发送天线数为Nr，接收天线数为Nt，且Nr＝Nt＝N。UE(User Equipment)表示用户设备或用户终端，包含手机，智能终端，多媒体设备，流媒体设备等等。BS(Base Station)表示基站，用于向用户设备或用户终端发送信号或接收从用户设备或用户终端发出的信号。

如图2所示，本实施例的无线网络的干扰对齐方法具体包括：

步骤S10，识别三个相邻小区内传输链路可支持的传输自由度：

其中，对于传输自由度的数值取值，在干扰对齐方法中认为其等同于链路支持的可同时传输的独立数据流数。

在本实施例中，小区C₁的传输链路L₁支持的传输自由度为d₁，小区C₂的传输链路L₂支持的传输自由度为d₂，小区C₃的传输链路L₃支持的传输自由度为d₃。

步骤S20，按照三个相邻小区内传输链路的所述传输自由度的大小进行排序：

在本实施例中，假设传输自由度的大小关系满足：d₃≤d₂≤d₁。

步骤S30，判断所述传输链路L₁、L₂和L₃所处的自由度关系区域：

当d₂+d₃≤d₁时，则判定处于第一自由度关系区域，

当d₂+d₃>d₁时，则判定处于第二自由度关系区域。

步骤S40，根据所处的自由度关系区域，分别计算所述传输链路L₁的预编码矩阵W₁、所述传输链路L₂的预编码矩阵W₂和所述传输链路L₃的预编码矩阵W₃；

由于传输链路L₁、L₂和L₃所处的自由度关系区域分为第一自由度关系区域和第二自由度关系区域，所以步骤S40对于所述传输链路L₁的预编码矩阵W₁、所述传输链路L₂的预编码矩阵W₂和所述传输链路L₃的预编码矩阵W₃的计算也分为处于第一自由度关系区域和处于第二自由度关系区域两种情况进行考量计算。

当传输链路L₁、L₂和L₃处于第一自由度关系区域时，如图3所示，传输链路L₁的预编码矩阵W₁、传输链路L₂的预编码矩阵W₂和传输链路L₃的预编码矩阵W₃按照如下步骤进行计算：

步骤S411，在所述传输链路L₁的接收端计算所述预编码矩阵W₂和W₃：

其中，预编码矩阵W₃的计算方法可以参考无干扰时单点传输的预编码设计方法，无干扰时单点传输的预编码设计方法包括但不限于开环的离散傅里叶变换(DFT)矩阵、闭环的奇异值分解(SVD)等。

基于已经计算获得的预编码矩阵W₃，在传输链路L₁的接收端计算预编码矩阵W₂：

当d₂＝d₃时，预编码矩阵W₂为：

当d₂>d₃时，预编码矩阵W₂其中的d₃列的列向量为：预编码矩阵W₂其余的(d₂-d₃)列的列向量的计算方法在本申请中不做限定；

其中，H_ij表示来自第j小区干扰链路的发送端到所述传输链路Li接收端的信道矩阵，且i,j∈{1,2,3}；并且，()^-1表示矩阵求逆。

步骤S412，所述传输链路L₁的接收端将所述预编码矩阵W₂发送至所述传输链路L₃的接收端；所述传输链路L₁的接收端将所述预编码矩阵W₃发送至所述传输链路L₂的接收端；

步骤S413，所述传输链路L₂的接收端根据所述预编码矩阵W₃计算所述预编码矩阵W₁的第一部分列向量W₁₂：所述传输链路L₃的接收端根据所述预编码矩阵W₂计算所述预编码矩阵W₁的第二部分列向量W₁₃：

步骤S414，所述传输链路L₂的接收端将所述第一部分列向量W₁₂发送至所述传输链路L₁的接收端；所述传输链路L₃的接收端将所述第二部分列向量W₁₃发送至所述传输链路L₁的接收端；

步骤S415，所述传输链路L₁的接收端根据接收到的所述第一部分列向量W₁₂和所述第二部分列向量W₁₃计算所述预编码矩阵W₁：

当d₂+d₃＝d₁时，所述预编码矩阵W₁的全部列向量由所述第一部分列向量W₁₂和所述第二部分列向量W₁₃构成；

当d₂+d₃<d₁时，所述预编码矩阵W₁其中的(d₂+d₃)列的列向量由所述第一部分列向量W₁₂和所述第二部分列向量W₁₃构成，剩余的(d₁-d₂-d₃)列的列向量的计算方法在本申请中不做限定。

当传输链路L₁、L₂和L₃处于第二自由度关系区域时，如图4所示，传输链路L₁的预编码矩阵W₁、传输链路L₂的预编码矩阵W₂和传输链路L₃的预编码矩阵W₃按照如下步骤进行计算：

步骤S421，计算所述预编码矩阵W₃：其中，H_ij表示来自第j小区干扰链路的发送端到所述传输链路L_i接收端的信道矩阵；i,j∈{1,2,3}；eig(·)表示求解矩阵的特征向量。

步骤S422，根据所述预编码矩阵W₃计算所述预编码矩阵W₂：

当d₂＝d₃时，所述预编码矩阵W₂为：

当d₂>d₃时，所述预编码矩阵W₂其中的d₃列的列向量为：剩余的(d₂-d₃) 列的列向量的计算方法在本申请中不做限定。

步骤S423，所述预编码矩阵W₁其中的d₃列的列向量为：剩余的(d₁-d₃)列的列向量的计算方法在本申请中不做限定。

步骤S50，将所述预编码矩阵W₁反馈至所述传输链路L₁的发送端；将所述预编码矩阵W₂反馈至所述传输链路L₂的发送端；将所述预编码矩阵W₃反馈至所述传输链路L₃的发送端，以用于后续的传输。

需要说明的是，上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

综上所述，本发明的无线网络的干扰对齐方法是基于多条干扰链路存在自由度差异性现象提出的一种基于多链路异构自由度的干扰对齐设计方法，其利用多个同频干扰链路之间独立空间链路数目的差异性进行干扰对齐的协作预编码。相比传统的干扰管理方法，本发明有效的解决小区边缘的干扰管理问题；具有更高的网络吞吐量；并且，由于在不同自由度关系区域的计算方法分别具有节点间较低的信息交互、不需要迭代的闭合计算方式等优势，所以本发明的计算方法较为简单，具有较好的可实现性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。