基于多天线技术的非对称tdd异构网络中跨层干扰减轻方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信技术领域，尤其设及基于多天线技术的跨层干扰减轻技术， 特别是最优的编解码矩阵设计。
【背景技术】
[0002] 随着无线用户对移动业务需求的快速的增长，如何为用户提供无处不在的高速数 据接入服务正成为无线通信面临的重要问题。已有研究表明，通过在宏蜂窝小区中的热点 地区及覆盖盲点地区布设picocell，可W有效的提高频谱资源的利用效率，从而增加无线 蜂窝网络的容量。但是，在该种异构网络中，Picocell与宏蜂窝网络复用相同的频谱资源， 该导致了异构网络中存在严重的干扰问题。
[0003] 在异构蜂窝网络中同时存在严重的跨层干扰。跨层干扰指的是异构蜂窝网络中不 同层次的小区间的干扰，例如宏蜂窝跟Picocell间的相互干扰。现有的干扰管理的方法主 要是通过资源划分的方法来实现。该种方法通过将频谱资源从时间域或频率域上进行正交 划分，然后给相互干扰的小区分配正交的资源，从而达到干扰避免的目的。但该种方法大大 降低了频谱的利用效率。
[0004] 多天线技术提供了一种抑制干扰、提高频谱利用率的方法，例如波束成形、干扰消 除、干扰对齐。其中干扰对齐可W通过将多个干扰信号对齐到一个子空间上使得其他子空 间可W进行无干扰的传输，从而解决干扰问题。对于具有K条通信链路的MIM0干扰信道，干 扰对齐技术通过设计发送端的发送波束成形矩阵，使得在每个接收端处来自K-1个干扰链 路的信号对齐到同一信号空间中，然后每个接收端通过迫零接收得到自己需要的信号。由 于异构网络中不同层发射功率的不同，干扰情况不同于W往的干扰对齐场景。
【发明内容】
[0005] 本发明实施例的目的在于利用非对称TDD异构网络特点提供一种基于多天线技 术的跨层干扰减轻方法。通过改变Picocell上下行帖顺序使得干扰链路与之前的干扰链 路所不同，分别称之为基站间干扰和用户间干扰。对于基站间干扰，基站间可W通过回程链 路进行有限协作并利用多天线技术来降低之间的干扰。具体地说，对于宏基站对Picocell 基站的下行干扰，Picocell基站可W利用干扰消除技术来减轻；对于Picocell基站对宏基 站的上行干扰，每个Picocell基站需要将自身信号对齐到宏基站的空闲子空间上。
[0006] 本发明实施例一种基于多天线技术的非对称TDD异构网络中跨层干扰减轻方法 包括W下步骤：
[0007] 宏基站的下行传输
[000引步骤1宏基站对下行信道矩阵Hs。进行如下SVD分解：
[0009]
【主权项】
1.基于多天线技术的非对称TDD异构网络中跨层干扰减轻方法，其特征在于，包括以 下步骤： 宏基站的下行传输； 步骤1宏基站对下行信道矩阵H5tj进行如下SVD分解： H50 =U50E50V; 其中为奇异值按照由大到小排列所构成的对角矩阵；若宏蜂窝下行链路传输^^个 数据流，则宏基站下行传输的预编码矩阵Ttl和宏用户解码矩阵1\￥5可设计为 T= W5 =U[，]t; 其中￥^^>1为前^^个列向量构成的矩阵； 步骤2宏基站将其所使用的预编码矩阵Ttl广播给其覆盖区域内的所有picocell基 站； 步骤3每个picocell基站根据宏基站的预编码矩阵Ttl和自身的上行信道矩阵Htt-没 计出最优的编解码矩阵；picocell用户的预编码矩阵Tjf和Pic0cell基站的解码矩阵Wk的 设计按照如下公式进行：
picocell用户到picocell基站和宏基站到picocell基站的信道，元^为picocell上行链 路传输的数据流个数； 步骤4picocell基站将求得的预编码矩阵Tf发送给picocell用户； 步骤5piC〇Cell用户使用预编码矩阵^进行上行传输； 步骤6pic〇Cell基站使用解码矩阵Wk解调用户的上行信号； 宏基站的上行传输 步骤1宏基站对信道矩阵Htj5进行SVD分解： W05V;， 其中2^为奇异值按照由大到小排列所构成的对角矩阵；若宏蜂窝上行链路传输<5个 数据流，则宏基站上行传输的预编码矩阵T5和宏用户解码矩阵Wtl可设计为
步骤2宏基站将其所使用的解码矩阵Wtl广播给其覆盖区域内的所有picocell基站； 步骤3每个picocell基站根据宏基站的解码矩阵Wtl和自身的下行信道矩阵设计 出最优的编解码矩阵；picocell基站的预编码矩阵Tk和picocell用户的解码矩阵％的设 计按照如下公式进行：
11&和Hcik分别为picocell基站到picocell用户和宏基站的信道矩阵， 为矩阵1个小的特征值所对应的特征向量，为矩阵Qk的第1列向量，为picocell下行链路传输的数据流个数； 步骤4picocell基站将求得的最优解码矩阵％发送给PicoceIl用户； 步骤5piC〇Cell基站用预编码矩阵Tk发送下行信号； 步骤6pic〇Cell用户使用解码矩阵％解调基站的下行信号；
2.如权利要求1所述的非对称TDD异构网络中基于多天线技术的跨层干扰减轻方法， 其特征在于，在步骤3中，最优的编解码矩阵设计方法如下： 宏蜂窝下行传输 步骤3. 1根据宏蜂窝下行信道的SVD分解，宏基站的预编码矩阵T(i和宏用户解码 矩阵％设计按如下公式进行：
其中为宏基站下行链路传输的数据流个数；为奇异值按照由大到小排列所构成 的对角矩阵，v￡x~]svS()前?个列向量构成的矩阵； 步骤3. 2为了最小化宏基站干扰的同时最大化来自picocell用户的有用信号，picocell基站使用的解码矩阵Wk分成以下两步进行设计：首先使用矩阵^来去除来 自宏基站的干扰，然后使用矩阵Jl来消除多流干扰；这样解码矩阵Wk表示为 w,=J：sl； 为了最小化宏基站的干扰，矩阵Sk设计为
其所对应的特征向量；定义picocell上行等效信道矩阵以及其SVD分解表示为 从而矩阵Jk和picocell用户的预编码矩阵分别可设置为：
宏蜂窝上行传输 步骤3. 1宏基站用户的预编码矩阵Ts和宏基站的解码矩阵Wtl设计按如下公式进行：
其中Hfj5为宏用户到宏基站的信道，:为宏用户上行链路传输的数据流个数； 步骤3. 2为了保护宏蜂窝的上行传输，所有的picocell基站需要降自身的传输信号对 齐到宏蜂窝上行信号的零空间上，即picocell基站的预编码矩阵需满足下面式子：
同时，预编码矩阵Tk还需要最大化有用信号；因此Tk分成以下两步进行设计：首先使 用矩阵Qk将自身信号对齐到宏基站上行信号的零空间上干扰，然后使用矩阵Dk来最大化自 身的信号；这样预编码矩阵Tk表示为 Tk=QkDk; 矩阵Qk的设计分解成^个子问题；具体地，最大化picocell下行信号中第1个数据流 信号构建成如下的最优化问题：
【专利摘要】本发明公开了一种基于多天线技术的非对称TDD异构网络中跨层干扰减轻方法。其中以往的对称TDD和本发明公开的非对称TDD两者的区别在于宏蜂窝网络与picocell网络的上下行传输顺序。本发明可以极大地减轻跨层干扰，并有效提升频谱资源利用率。非对称TDD方案不仅可以降低反馈信令开销和反馈时延而且不受用户端天线数的限制，易于部署。
【IPC分类】H04B7-04, H04L1-00
【公开号】CN104717001
【申请号】CN201510114354
【发明人】李建东, 黄国刚, 刘伟, 盛敏, 张琰, 李红艳
【申请人】西安电子科技大学
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年3月17日