一种用于异构网络中的用户选择算法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及分层次覆盖的异构网络领域，具体涉及一种用于异构网络中的用户选 择算法。
【背景技术】
[0002] 分层次覆盖的异构网络是移动通信网络发展的一个重要方向。在LTE-Advanced 系统中，通过如中继、微蜂窝和家庭小区等在内异构网络结构可以提高系统的覆盖范围。 然而，由于异构无线网络中形成的重叠覆盖使网络环境变得相对更加复杂，因而由此导致 的小区间的干扰问题不容忽视，宏蜂窝和微蜂窝之间的跨阶层小区间干扰（cross-tier inter-cell interference)彳严然成为异构网络性能提高的瓶颈，如何对异构无线网络中的 干扰进行抑制显然成为了目前的研究热点和关键。
[0003] 多点协作（Coordinated multi-point，CoMP)传输系统作为一种能够提高系统频 谱利用率和降低小区间干扰的有效办法，近年来得到广泛关注，并成为下一代无线通信的 关键技术之一。CoMP协作方案包括 ：
[0004] -种CoMP协作方案为多基站联合信号处理（joint processing, JP)方法，是将多 个基站视为一个天线阵列，称为"超级基站"，基站协作系统中的每个用户能够从多个基站 获得有用信号。该协作方案增加了空间的自由度，能够获得较大的性能增益，但是联合信号 处理方法在获得很高的总速率的同时需要所有协作基站与用户间的整体信道状态信息，系 统开销很大；同时基站之间要进行联合预编码，各基站间需要大量的信息交换，因此随着协 作基站和调度用户数的增加，系统的复杂度随之增加。
[0005] 另一种CoMP协作方案被称为协作波束成形（coordinated beamforming，CB)方 法，该方案中的用户只能接收到来自本小区基站的有用信号，通过协作消除小区间的干扰。 方案中各基站对信号进行分布式处理，所处理的信号维度和计算复杂度大大降低。
[0006] 在CoMP协作方案的基础上，在多用户环境下可以同时利用多用户分集技术以进 一步提高系统的频谱利用率。多用户分集技术是指在信道衰落相互独立的多用户系统中， 通过调度信道性能最优的用户以达到提高系统性能的目的。但是多用户分集技术存在以下 两方面的不足：
[0007] -方面，为了消除基站间的干扰而采用的多基站预编码（如迫零预编码ZF、块对 角化预编码BD等），使服务的用户数受到限制。这是因为：为了保证每个用户的预编码向 量（矩阵）位于其它全部用户信道的零空间上，必须要求发送天线数大于等于总接收天线 数，因此当用户数过多时，几乎无法实现消除干扰的目的；
[0008] 另一方面，由于小区间干扰的存在，用户选择小区的过程中，不同小区间的用 户选择结果将互相影响形成耦合关系，为了获得最优的用户选择结果将要付出极大的 计算复杂度。文献"Uk Jang，Hyukmin Son，Jongrok Park, et al. CoMP-CSB for ICI Nulling with User Selection[J]. IEEE Transactions on Wireless Communicatio ns，2011，10(9) :2982 - 2993"提出了一种同构网CoMP系统基于干扰消除的用户选择算法， 有效降低了用户选择小区过程中的计算复杂度，但是该算法在用户选择时只考虑了信道的 方向信息，而并未考虑信道的质量信息，同时该算法局限于接收用户配置天线数为1的情 况，此时M頂O系统容量增益无法获得，因为对于M頂O系统，其系统容量增益为发送天线和 接收天线最小值的倍数，当接收天线数为1时，容量增益为lim{M，1} = 1。
【发明内容】
[0009] 有鉴于此，本发明提供一种用于降低异构网络中跨阶层干扰的用户选择算法，旨 在优化宏蜂窝和微蜂窝之间的跨阶层小区间干扰。
[0010] 本发明采用的技术方案具体为：
[0011] -种用于异构网络中的用户选择算法，通过计算宏基站与微小区内各用户之间的 干扰信道矩阵的弦距离，选择使干扰信道矩阵的方向保持平行的用户，即使干扰信道矩阵 之间的弦距离最小的用户作为服务用户。
[0012] 在上述用于异构网络中的用户选择算法中，对微小区内的每个用户赋予一个加权 值，所述加权值基于所述干扰信道矩阵之间的弦距离，选择使加权值最大的用户作为服务 用户。
[0013] 在上述用于异构网络中的用户选择算法中，确定所述加权值的参数包括所述干扰 信道矩阵之间的弦距离、用户有用信道矩阵的范数以及设定的加权系数。
[0014] 在上述用于异构网络中的用户选择算法中，弦距离
[0015] 上式中：
[0016] θ n表示由矩阵Hf的列向量张成的子空间
的主 角；
[0017] Nm表示宏基站配置的发送天线的个数；
[0018] m = 1，2,…，Nm〇
[0019] 在上述用于异构网络中的用户选择算法中，具体包括以下步骤：
[0020] S10、初始化步骤：
[0021] 在微小区1的用户集
中，选择有用信道矩阵范数最大的用户作 为第一个用户，表示为π (1，1)，即π (1，1)满足：
[0023] 上式中：
[0024] H；；表示微小区1内的微基站与微小区内剩余的其他用户j之间的有用信道矩 阵；
[0026] Pn表示用户j接收来自微基站的信号的接收功率；互；；表示相对应的小尺度衰落 信道矩阵；
[0027] S20、在宏基站中消除对用户π (1，1)的跨阶层干扰；以及
[0028] 计算宏基站对用户π (1，1)的干扰信道矩阵H:.ui以及宏基站对微小区1内剩余 的其他用户j的干扰信道矩阵之间的弦距离其中：
[0030] 上式中：
[0031] ,表示宏基站对用户π (1，1)的干扰信道矩阵；
[0032] 表示宏基站对微小区1内剩余的其他用户j的干扰信道矩阵；
[0034] 340、使馮=3| -{:_，屬，返回S20,进一步选择出第j+Ι个用户，直至所选用户等 于设定的微基站能够服务微小区1中的用户数1时，循环结束；其中=K1S κ。
[0035] 在上述用于异构网络中的用户选择算法中，在步骤S20中，采用块对角化BD预编 码的方法消除对用户η (1，1)的跨阶层干扰。
[0036] 在上述用于异构网络中的用户选择算法中，在步骤S30中，根据π (1，1)与剩余的 其他用户j之间的弦距离、范数||h；；|f以及设定的加权系数确定出用户j的加权值C u， 以刀= ai^maxV3, k为准则，从所述预选子集3中选择第j个用户（j彡2);
[0037] 之后在S40中，使1, =? 返回S20,进一步选择出第j+Ι个用户，直至所 选用户等于设定的微基站能够服务微小区1中的用户数1时，循环结束；其中=K1S κ。
[0038] 在上述用于异构网络中的用户选择算法中，
[0039] 本发明产生的有益效果是：
[0040] 本发明的用于降低异构网络中跨阶层干扰的用户选择算法以弦距离作为衡量标 准，在微小区内选择受宏基站干扰最小的用户作为服务用户，有效的降低了跨阶层干扰；进 一步通过引入信道范数作为其衡量标准，在降低跨阶层干扰的同时，获得了用户分集增益， 较之于现有的宏基站只针对自己服务的用户进行BD预编码来消除干扰的算法相比，跨阶 层干扰得以明显优化。
【附图说明】
[0041] 当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明。此处所说明的附图用来提供 对本发明的进一步理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0042] 图1为异构无线网络系统模型的结构示意图；
[0043] 图2为本发明一种用于降低异构网络中跨阶层干扰的基于弦距离准则的用户选 择算法（算法1)的流程图；
[0044] 图3为本发明一种用于降低异构网络中跨阶层干扰的基于弦距离和信道范数准