多小区MIMO‑IMAC的延迟CSIT干扰对齐方法与流程

本发明属于通信技术领域，涉及一种干扰对齐方法，具体涉及一种多小区mimo-imac的延迟csit干扰对齐方法，可用于实现两个或两个以上小区mimo-imac系统的干扰对齐。

背景技术：

随着无线通信技术的发展，人们对于传输速率的要求越来越高。多输入多输出mimo技术可以利用收发端多天线的特点来提高传输速率。但是对于多小区的系统来说，如果多个小区的用户同时发送信号，不同小区用户间的干扰会严重影响传输速率，所以干扰管理成为了多小区mimo系统的重要挑战之一。

传统的干扰管理技术如时分多址tdma、频分多址fdma和码分多址cdma等可以起到消除干扰的作用，但是随着用户数目的增多，受资源限制每个用户的发送速率会急剧减少。

针对上述问题，v.r.cadambe和s.a.jafar在2008年在ieeetransactionsoninformationtheory上发表了名为interferencealignmentanddegreesoffreedomofthek-userinterferencechannel的论文，提出了一种名为干扰对齐的干扰管理方法，该方法通过设计发送波束成形矩阵和接收波束成形矩阵，使得在接收端不同时隙的接收信号的干扰信号空间重叠，从而使得接收端可以消除重叠的干扰，得到的没有干扰的接收信号，该技术能在多用户情况下确保每个用户得到相对较大的自由度。

然而干扰对齐技术要求发射端有完美的信道状态信息，这在现实中是很难实现的，因为发射端的信道状态信息一般来说都是由接收端进行估计之后再反馈给发射端的，这会带来一定的时延。

针对上述问题，m.a.maddah-ali和d.tse在2012年在ieeetransactionsoninformationtheory上发表了名为completelystaletransmitterchannelstateinformationisstillveryuseful的论文，提出了一种使用延迟的发送端信道状态信息csit的干扰对齐方法，该方法使用延迟的csit设计发送信号矢量，使得在接收端不同时隙的接收信号的干扰信号空间重叠，接收端可以消除重叠的干扰得到无干扰的接收信号矢量，获得比完全不使用情况下更高的自由度。

在此基础上，w.shin和j.lee在2015年在ieeetransactionsonwirelesscommunications上发表了名为retrospectiveinterferencealignmentforthetwo-cellmimointerferingmultipleaccesschannel的论文，提出了一种针对两小区mimo-imac系统的使用延迟csit的干扰对齐方法，该方法将用户向基站发送信号的发送过程分为三个发送阶段，并根据不同的系统配置设置发送过程的参数，在前两个阶段只有一个特定小区的用户发送信号，另一个小区的用户保持静默，在最后一个阶段两个小区的用户使用延迟的csit设计发送信号矢量，并同时发送发送信号矢量，使得在接收端在不同时隙的接收信号的干扰信号空间重叠，接收端可以消除重叠的干扰得到无干扰的接收信号矢量，获得比完全不使用情况下更高的自由度。

根据以上叙述，虽然目前有针对mimo-imac系统的使用延迟csit的干扰对齐方法，但是该方法中用户向基站发送符号使用的时隙只分为了三个阶段，并且设置参数时只考虑了两个小区，而不适用于有两个以上小区的mimo-imac系统。另一方面针对两小区mimo-imac系统，该方法在系统配置满足不是整数时，前两个阶段的最后一个时隙发送的发送符号个数较少，并没有充分利用用户的天线，得到的自由度不够理想，其中m表示基站天线的个数，n表示用户天线的个数。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了一种多小区mimo-imac的延迟csit干扰对齐方法，旨在实现两个及两个以上小区的mimo-imac系统的延迟csit的干扰对齐，并提升特定配置下两小区mimo-imac系统的自由度。

本发明的技术思路是：设置多小区mimo-imac系统参数，并根据系统参数选择用户向基站发送符号使用的发送策略，确定该发送策略使用的时隙个数，然后根据小区个数将这些时隙分段，在除最后一个阶段外的其他每一个阶段选择一个特定小区的所有用户发送信号，其他小区的用户保持静默，在最后一个阶段的每一个时隙选取两个不同的小区，这两个小区的用户利用延迟的csit来设计发送信号矢量并同时发送设计好的发送信号矢量，使得在基站在这个时隙的接收信号的干扰信号空间和之前阶段的接收信号的干扰信号空间重叠，基站可以消除重叠的干扰得到无干扰的接收信号矢量，其实现方案包括如下步骤：

(1)设置多小区mimo-imac系统参数：

设多小区mimo-imac系统包括l个小区，每个小区有1个基站服务k个用户，用户[k,l]表示第l个小区的第k个用户，每个基站配置m根天线，每个用户配置n根天线，且为整数，基站拥有全局瞬时信道状态信息，用户拥有全部和本小区用户相关的有一个时隙延迟的csit；

(2)设置参数并判断是否为整数，若是，执行步骤(3)，否则，执行步骤(7)；

(3)设置用户向基站发送符号的第一种发送策略使用的时隙个数设置用户向基站发送符号的第一种发送策略使用的时隙个数为其中，

(4)对用户向基站发送符号的第一种发送策略使用的个时隙进行分段，得到个阶段：

将个时隙中的第1+t(c-1)个到第t+t(c-1)这t个时隙分为第个阶段，并将剩余的个时隙分为第个阶段，得到个阶段，其中，

(5)用户根据参数α,γ,采用第一种发送策略在个阶段分别向基站发送信号：

(5.1)用户[k,l]在第个阶段的第t个时隙向基站发送发送信号矢量其中，在第个阶段只有第l个小区的用户发送信号，其中其他小区的用户都保持静默，实现步骤为：

(5.11)用户[k,l]设计在时隙的发送信号矢量

用户[k,l]设计包含个不同的发送符号的发送信号矢量当k＝tk时，否则同时要满足其中，t∈{1,…,t}，tk＝mod(t-1,k)+1；

(5.12)用户[k,l]在时隙使用自己前根天线发送发送信号矢量

(5.2)用户[k,i]和用户[k,j]同时在第个阶段的时隙ti,j向基站发送发送信号矢量x^[k,i](ti,j)和x^[k,j](ti,j)：在时隙ti,j只有第i个小区和第j个小区的用户发送信号，其他小区的用户保持静默，其中,实现步骤为：

(5.21)用户[k,i]利用延迟的csit以及基站在第个阶段每个时隙的接受信号设计二级数据符号矢量其中，基站表示第个小区的基站，

(5.22)用户[k,i]基于步骤(5.21)设计的二级数据符号矢量设计在时隙ti,j的发送信号矢量x^[k,i](ti,j)：

用户[k,i]构建二级发送信号矢量并利用设计发送信号矢量x^[k,i](ti,j)：

其中，表示一个包含向量a的前b个元素的向量，

(5.23)用户[k,j]利用延迟的csit以及基站在第个阶段每个时隙的接受信号设计二级数据符号矢量其中，

(5.24)用户[k,j]基于步骤(5.23)设计的二级数据符号矢量设计在时隙ti,j的发送信号矢量x^[k,j](ti,j)：

用户[k,j]构建二级发送信号矢量并利用设计发送信号矢量x^[k,j](ti,j)：

其中，

(5.25)用户[k,i]和用户[k,j]同时在时隙ti,j发送设计好的发送信号矢量x^[k,i](ti,j)和x^[k,j](ti,j)；

(6)基站消除在第个阶段的时隙ti,j的接受信号矢量中的干扰，得到无干扰的接收信号矢量实现干扰对齐，其中，或者

可以表示为：

当时，基站利用基站在第个阶段每个时隙测量到的信道矩阵和接受信号矢量设计二级数据符号矢量其中并利用重建用户[k,j]在时隙ti,j的发送信号矢量x^[k,j](ti,j)，最后利用在时隙ti,j测量的信道状态信息和重建的x^[k,j](ti,j)，重建公式(1)中等号右边的第二部分，再用减去重建的公式(1)中等号右边的第二部分，得到无干扰的接收信号矢量

当时，基站利用基站在第个阶段每个时隙测量到的信道矩阵和接受信号矢量设计二级数据符号矢量其中并利用重建用户[k,i]在时隙ti,j的发送信号矢量x^[k,i](ti,j)，最后利用在此时测量的信道状态信息和重建的x^[k,i](ti,j)，重建公式(1)中等号右边的第一部分，再用减去重建的公式(1)中等号右边的第一部分，得到无干扰的接收信号矢量

实现干扰对齐；

(7)设置用户向基站发送符号的第二种发送策略使用的时隙个数假设的最简分式为设置用户向基站发送符号的第二种发送策略使用的时隙个数为其中，b＝b1，

(8)对用户向基站发送符号的第二种发送策略使用的个时隙进行分段，得到个阶段：

将个时隙中的第1+t(c-1)到第t+t(c-1)这t个时隙分为第个阶段，并将剩余的个时隙分为第个阶段，得到个阶段，其中，

(9)对第个阶段包含的t个时隙进行分段，得到b+1个子阶段，其中，

将t个时隙中的第到第这个时隙分为第个子阶段，并将剩余的个时隙分为第b+1个子阶段，得到b+1个子阶段，其中，

(10)用户根据参数α,γ,采用第二种发送策略在个阶段分别向基站发送信号：

(10.1)用户[k,l]在第个阶段包含的b+1个子阶段分别向基站发送信号，其中，在第个阶段只有第l个小区的用户发送信号，其他小区的用户都保持静默，其中实现步骤为：

(10.11)用户[k,l]在第个阶段的第个子阶段的第个时隙向基站发送发送信号矢量其中，

(10.111)用户[k,l]设计在时隙的发送信号矢量

用户[k,l]设计包含个不同的发送符号的发送信号矢量当时，否则同时要满足

(10.112)用户[k,l]在时隙使用自己前根天线发送发送信号矢量

(10.12)用户[k,l]在第个阶段的第b+1个子阶段的第个时隙向基站发送发送信号矢量其中，

(10.121)用户[k,l]设计在时隙的发送信号矢量

用户[k,l]设计包含个不同的发送符号的发送信号矢量当时，否则同时要满足

(10.122)用户[k,l]在时隙使用自己前根天线发送发送信号矢量

(10.2)用户[k,i]和用户[k,j]同时在第个阶段的包含b个连续时隙的超级时隙的第个时隙向基站发送发送信号矢量和其中，在超级时隙只有小区i和小区j的用户发送信号，其他小区的用户保持静默，实现步骤为：

(10.21)用户[k,i]利用延迟的csit以及基站在第个阶段的接受信号和设计二级数据符号矢量和其中，

(10.22)用户[k,i]基于步骤(10.21)设计的二级数据符号和设计在时隙的发送信号矢量

用户[k,i]构建二级发送信号矢量和并利用和设计发送信号矢量

当时，

当时，

其中，包含矢量的第到第项这个元素；

(10.23)用户[k,j]利用延迟的csit以及基站在第个阶段每个时隙的接受信号设计二级数据符号矢量和其中，

(10.24)用户[k,j]基于步骤(10.23)设计的二级数据符号和设计在时隙的发送信号矢量

用户[k,j]构建二级发送信号矢量和并利用和设计发送信号矢量

当时，

当时，

其中，包含矢量的第到第项这个元素；

(10.25)用户[k,i]和用户[k,j]同时在时隙发送设计好的发送信号矢量和

(11)基站消除在第个阶段的时隙的接受信号矢量中的干扰，得到无干扰的接收信号矢量实现干扰对齐，其中,或者

可以表示为：

当时，基站利用基站在第个阶段每个时隙测量到的信道矩阵和接受信号矢量设计二级数据符号矢量和其中，并利用和重建用户[k,j]在时隙的发送信号矢量最后利用在时隙测量的信道状态信息和重建的重建公式(2)中等号右边的第二部分，再用减去重建的公式(2)中等号右边的第二部分，得到无干扰的接收信号矢量

当时，基站利用基站在第个阶段每个时隙测量到的信道矩阵和接受信号矢量设计二级数据符号矢量和其中，并利用和重建用户[k,i]在时隙的发送信号矢量最后利用在时隙测量的信道状态信息和重建的重建公式(2)中等号右边的第一部分，再用减去重建的公式(2)中等号右边的第一部分，得到无干扰的接收信号矢量

实现干扰对齐。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1.本发明将小区的总数作为发送策略的参数之一，并且根据小区的总数对选定发送策略使用的时隙进行分段，实现了一种适用于系统配置满足为整数且的两个及两个以上小区的mimo-imac系统的延迟csit的干扰对齐，其中l表示小区个数，k表示一个小区包含的用户个数，m表示每个基站天线的个数，n表示每个用户天线的个数。

2.本发明针对系统参数满足不是整数的情况下两小区mimo-imac系统，将前2个阶段中的每一个阶段分为了b+1个子阶段，在第b+1个子阶段的一个时隙发送多个发送符号，避免了现有技术中这些发送符号需要使用多个时隙进行发送的缺陷，充分利用了用户的天线，从而提高了系统的自由度。

附图说明

图1是本发明的实现流程图。

具体实施方式

以下参照附图和具体实施例，对本发明的技术方案和效果作进一步详细描述。

实施例1：本实施例的为整数，其中l表示小区个数，m表示基站天线的个数，n表示用户天线的个数。

参照图1，多小区mimo-imac的延迟csit干扰对齐方法包括如下步骤：

步骤1)设置多小区mimo-imac系统参数：

设多小区mimo-imac系统包括l＝3个小区，每个小区有1个基站服务k＝2个用户，用户[k,l]表示第l个小区的第k个用户，每个基站配置m＝3根天线，每个用户配置n＝3根天线，且为整数，基站拥有全局瞬时信道状态信息，用户拥有全部和本小区用户相关的有一个时隙延迟的发送端信道状态信息csit；

步骤2)设置参数本实施例中是整数；

步骤3)设置用户向基站发送符号的第一种发送策略使用的时隙个数设置用户向基站发送符号的第一种发送策略使用的时隙个数为其中，

步骤4)对用户向基站发送符号的第一种发送策略使用的12个时隙进行分段，得到4个阶段：

将12个时隙中的第1+3(c-1)个到第3+3(c-1)这3个时隙分为第个阶段，并将剩余的3个时隙分为第4个阶段，得到4个阶段，其中，c∈{1,2,3}，

步骤5)用户根据参数α,γ,采用第一种发送策略在4个阶段分别向基站发送信号：

步骤5.1)用户[k,l]在第个阶段的第t个时隙向基站发送发送信号矢量其中，在第个阶段只有第l个小区的用户发送信号，其中其他小区的用户都保持静默，实现步骤为：

步骤5.11)用户[k,l]设计在时隙的发送信号矢量

用户[k,l]设计包含个不同的发送符号的发送信号矢量当k＝tk时，否则其中，t∈{1,2,3}；

步骤5.12)用户[k,l]在时隙使用自己前根天线发送发送信号矢量

步骤5.2)用户[k,i]和用户[k,j]同时在第4个阶段的时隙ti,j向基站发送发送信号矢量x^[k,i](ti,j)和x^[k,j](ti,j)：在时隙ti,j只有第i个小区和第j个小区的用户发送信号，其他小区的用户保持静默，其中i∈{1,2}，j∈{i+1,…,3}，实现步骤为：

步骤5.21)用户[k,i]利用延迟的csit以及基站在第个阶段每个时隙的接受信号设计二级数据符号矢量其中，基站表示第个小区的基站，

步骤5.211)在时隙ti,j，定义满足下面条件的矩阵

其中，k≠tk，由于矩阵的维度为3×2，所以矩阵存在左零空间，所以存在矩阵

步骤5.212)对矩阵右乘基站在时隙的接受信号矢量得到二级数据符号矢量

其中可以表示为：

表示用户[k,l]到基站在时隙的信道矩阵；

步骤5.22)用户[k,i]基于步骤5.21)设计的二级数据符号矢量设计在时隙ti,j的发送信号矢量x^[k,i](ti,j)：

用户[k,i]构建二级发送信号矢量并利用设计发送信号矢量x^[k,i](ti,j)：

其中，

步骤5.23)用户[k,j]利用延迟的csit以及基站在第个阶段每个时隙的接受信号设计二级数据符号矢量其中，本步骤设计二级数据符号矢量的方法与步骤5.21)中设计二级数据符号矢量的方法一样，只是和的取值不同；

步骤5.24)用户[k,j]基于步骤5.23)设计的二级数据符号矢量设计在时隙ti,j的发送信号矢量x^[k,j](ti,j)：

用户[k,j]构建二级发送信号矢量并利用设计发送信号矢量x^[k,j](ti,j)：

其中，

步骤5.25)用户[k,i]和用户[k,j]同时在时隙ti,j发送设计好的发送信号矢量x^[k,i](ti,j)和x^[k,j](ti,j)，由于用户[k,i]和用户[k,j]的发送信号矢量的维度所以用户可以成功发送；

步骤6)基站l消除在第4个阶段的时隙ti,j的接受信号矢量中的干扰，得到无干扰的接收信号矢量实现干扰对齐，其中或者

可以表示为：

当时，基站利用基站在第个阶段每个时隙测量到的信道矩阵和接受信号矢量设计二级数据符号矢量其中并利用重建用户[k,j]在时隙ti,j的发送信号矢量x^[k,j](ti,j)，最后利用在时隙ti,j测量的信道状态信息和重建的x^[k,j](ti,j)，重建公式(1)中等号右边的第二部分，再用减去重建的公式(1)中等号右边的第二部分，得到无干扰的接收信号矢量

当时，基站利用基站在第个阶段每个时隙测量到的信道矩阵和接受信号矢量设计二级数据符号矢量其中并利用重建用户[k,i]在时隙ti,j的发送信号矢量x^[k,i](ti,j)，最后利用在此时测量的信道状态信息和重建的x^[k,i](ti,j)，重建公式(1)中等号右边的第一部分，再用减去重建的公式(1)中等号右边的第一部分，得到无干扰的接收信号矢量

实现干扰对齐。

实施例2：本实施例的不为整数。

参照图1，多小区mimo-imac的延迟csit干扰对齐方法包括如下步骤：

步骤1)设置多小区mimo-imac系统参数：

设多小区mimo-imac系统包括l＝3个小区，每个小区有1个基站服务k＝2个用户，用户[k,l]表示第l个小区的第k个用户，每个基站配置m＝7根天线，每个用户配置n＝6根天线，且为整数，基站拥有全局瞬时信道状态信息，用户拥有全部和本小区用户相关的有一个时隙延迟的发送端信道状态信息csit；

步骤2)设置参数本实施例中不是整数；

步骤3)设置用户向基站发送符号的第二种发送策略使用的时隙个数假设的最简分式为设置用户向基站发送符号的第二种发送策略使用的时隙个数为其中，b＝b1＝2，

步骤4)对用户向基站发送符号的第二种发送策略使用的27个时隙进行分段，得到4个阶段：

将27个时隙中的第1+7(c-1)到第7+7(c-1)这7个时隙分为第个阶段，并将剩余的6个时隙分为第4个阶段，得到4个阶段，其中，c∈{1,2,3}，

步骤5)对第个阶段包含的7个时隙进行分段，得到3个子阶段，其中，

将t个时隙中的第到第这3个时隙分为第个子阶段，并将剩余的1个时隙分为第3个子阶段，得到3个子阶段，其中，

步骤6)用户根据参数α,γ,采用第二种发送策略在4个阶段分别向基站发送信号：

步骤6.1)用户[k,l]在第个阶段包含的3个子阶段分别向基站发送信号，其中，在第个阶段只有第l个小区的用户发送信号，其他小区的用户都保持静默，其中实现步骤为：

步骤6.11)用户[k,l]在第个阶段的第个子阶段的第个时隙向基站发送发送信号矢量其中，

步骤6.111)用户[k,l]设计在时隙的发送信号矢量

用户[k,l]设计包含个不同的发送符号的发送信号矢量当时，否则

步骤6.112)用户[k,l]在时隙使用自己前根天线发送发送信号矢量

步骤6.12)用户[k,l]在第个阶段的第3个子阶段的第1个时隙(1,3)向基站发送发送信号矢量x^[k,l](1,3)：

步骤6.121)用户[k,l]设计在时隙(1,3)的发送信号矢量x^[k,l](1,3)：

用户[k,l]设计包含个不同的发送符号的发送信号矢量x^[k,l](1,3)，当k＝2时，否则

步骤6.122)用户[k,l]在时隙(1,3)使用自己前根天线发送发送信号矢量x^[k,l](1,3)；

步骤6.2)用户[k,i]和用户[k,j]同时在第4个阶段的包含2个连续时隙的超级时隙的第个时隙向基站发送发送信号矢量和其中，i∈{1,2}，j∈{i+1,…,3}，在超级时隙只有小区i和小区j的用户发送信号，其他小区的用户保持静默，实现步骤为：

步骤6.21)用户[k,i]利用延迟的发送端信道状态信息csit以及基站在第个阶段的接受信号和设计二级数据符号矢量和其中，

步骤6.211)设计二级数据符号矢量

步骤6.2111)定义满足下面条件矩阵

其中，由于的维度是7×5，所以存在

步骤6.2112)对矩阵右乘基站l的接受信号矢量得到的信号矢量可以表示为

步骤6.212)设计二级数据符号矢量

步骤6.2121)定义矩阵满足下面条件：

由于的维度是7×5，所以存在

步骤6.2122)对矩阵右乘基站的接受信号矢量得到二级数据符号矢量

步骤6.22)用户[k,i]基于步骤6.21)设计的二级数据符号和设计在时隙的发送信号矢量

用户[k,i]构建二级发送信号矢量和并利用和设计发送信号矢量

当k＝1时，

当k＝2时，

其中，包含矢量的第项这1个元素；

步骤6.23)用户[k,j]利用延迟的csit以及基站在第个阶段每个时隙的接受信号设计二级数据符号矢量和其中，设计二级数据符号矢量和的方法和步骤10.21)中设计二级数据符号矢量和的方法一样，只是和的取值不同；

步骤6.24)用户[k,j]基于步骤6.23)设计的二级数据符号和设计在时隙的发送信号矢量

用户[k,j]构建二级发送信号矢量和并利用和设计发送信号矢量

当k＝1时，

当k＝2时，

其中，包含矢量的第项这1个元素；

步骤6.25)用户[k,i]和用户[k,j]同时在时隙发送设计好的发送信号矢量和

步骤7)基站消除在第4个阶段的时隙的接受信号矢量中的干扰，得到无干扰的接收信号矢量实现干扰对齐，其中或者

可以表示为：

当时，基站利用基站在第个阶段每个时隙测量到的信道矩阵和接受信号矢量设计二级数据符号矢量和其中，并利用和重建用户[k,j]在时隙的发送信号矢量最后利用在时隙测量的信道状态信息和重建的重建公式(2)中等号右边的第二部分，再用减去重建的公式(2)中等号右边的第二部分，得到无干扰的接收信号矢量

当时，基站利用基站在第个阶段每个时隙测量到的信道矩阵和接受信号矢量设计二级数据符号矢量和其中，并利用和重建用户[k,i]在时隙的发送信号矢量最后利用在时隙测量的信道状态信息和重建的重建公式(2)中等号右边的第一部分，再用减去重建的公式(2)中等号右边的第一部分，得到无干扰的接收信号矢量

实现干扰对齐。