一種基於信道相關性多用戶調度的小區間幹擾抑制方法

2023-09-15 04:05:20

專利名稱：一種基於信道相關性多用戶調度的小區間幹擾抑制方法
技術領域：
本發明屬於無線通信技術，具體涉及一種基於信道相關性多用戶調度的小區間幹
擾抑制方法。
背景技術：
隨著移動通信用戶數量的急劇增加和無線寬帶業務(如多媒體業務)的迅速興起，現有的移動通信系統已無法充分滿足需要，人們希望能夠得到更高的數據傳輸率和頻譜效率。 多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output,MIM0)是一種在發射端和接收端都配置多根天線的技術。它能夠成倍的提高系統的頻譜效率。而在實際MIMO系統的應用中，來自同小區和鄰小區的幹擾會極大地影響系統性能，因此，我們需要對幹擾進行抑制。
原有的單小區多用戶MMO系統的幹擾抑制算法無法處理多小區情況下的幹擾問題，且其採用的貪婪和輪詢等調度算法雖然在技術上各有優點，但是卻無法很好的同時解決性能、公平性及複雜度的關係。

發明內容
本發明的目的在於提出一種基於信道相關性多用戶調度的小區間幹擾抑制方法，適用於多小區多用戶MIMO系統，較好的兼顧了系統性能及複雜度，有效抑制了小區間幹擾，提高了小區邊緣用戶性能，提升了整個系統的容量。 —種基於信道相關性多用戶調度的小區間幹擾抑制方法，按照以下步驟進行
(1)邊緣小區用戶檢測當前幹擾信號強度並反饋當前信幹噪比SINR，依據SINR確
定多點協作傳輸模式下的激活用戶集；[OOOS] (2)確定已選用戶集 (2.1)設激活用戶集中共有k個用戶。初始化，設已選用戶集S二 {81}，81為激活用戶集中信道容量最大的邊緣小區用戶，將激活用戶集中Sl以外的邊緣小區用戶加入待選用戶集U，此時系統容量C = C(Sl); (2. 2)計算U中第e個用戶ue與每個已選用戶的相關性係數之和
苴中/9 =
罕f
=1， ...，d，e = l，…，k-d，d為已選
cf("》2Xa 『 「
用戶集S中的用戶數，Hi表示S中第i個用戶Si的聯合信道矩陣，He表示U中第e個用戶 的聯合信道矩陣，I I I lp表示求取F範數； (2. 3)從待選用戶集U中選出與已選用戶相關性最小的邊緣小區用戶，記為um ;
(2. 4)計算已選用戶集S加入um後的系統容量CSUffl，若CSUffl不小於C，則確認將um加入S，從U中刪除Um， d = d+l，C = C，，進入步驟(2.5)，否則進入步驟(2.6);
(2. 5)返回步驟(2. 2)，直到已選用戶集中的邊緣小區用戶數達到用戶個數上限；
3
(2.6)採用貪婪算法對已選用戶集S進行篩選，確定具有最大系統容量的多點協 作傳輸用戶集； (3)對多點協作傳輸用戶集中的各邊緣小區用戶分別設計塊對角預編碼矩陣，各
協作基站使用塊對角預編碼矩陣對相應的邊緣小區用戶進行聯合預編碼和發送。 本發明的技術效果體現在本發明擴展到多小區情況下，採取了多點協作傳輸技
術和信道相關性調度算法，並對發送信號預編碼處理，較好的兼顧了系統性能及複雜度，有
效抑制了小區間幹擾，提高了小區邊緣用戶性能，提升了整個系統的容量，在實際系統中能
獲得較優的性能且更容易實現。


圖1為本發明系統中小區基站分簇示意圖；
圖2為本發明中聯合傳輸方案示意圖；
圖3為本發明流程圖； 圖4為採用本發明與現有貪婪調度和輪詢調度方法的仿真結果比較圖。
具體實施例方式
下面結合附圖具體描述本發明。 如圖1所示，小區基站分簇方法採用固定的小區分簇結構。考慮正六邊形結構的 七個小區，每個小區有3個扇區。每三個相鄰小區的相鄰扇區組成一個簇，本發明聯合傳輸 (JP)方案在簇內進行。 如圖2所示，考慮有K個邊緣小區用戶組成的多小區多用戶MM0下行鏈路，用戶 UE天線數為K，協作多點傳輸的基站eNB數目為Nb，每個基站發射天線數為Nt，功率限制為 Pb。基站到用戶的信道為瑞利平坦衰落信道，{Hbj為第b個協作基站eNBb到第c個用戶 UE。的小尺度衰落信道矩陣，ab,。為對應的大尺度衰減係數；在任意時隙協作基站允許容納
的用戶上限為《=
,圖2給出了該系統模型一實例，實例中邊緣區域由三個邊緣小
區構成，基站發射天線數Nt = 4，邊緣用戶終端的接收天線數Nr = 2，協作的邊緣小區個數 Nb = 3，每個邊緣小區內邊緣用戶數為IO，總邊緣用戶數K = 30，基站功率限制Pb = 1W，發 送端採取平均功率分配，信噪比從-10db到30db取值，步進為10db。基站到用戶的信道為 瑞利平坦衰落信道。 為簡化說明，文中將協作基站簡稱為基站，邊緣小區用戶簡稱為用戶。
整個系統工作流程圖如圖3所示。具體包括以下幾個步驟 步驟一 用戶檢測當前的幹擾信號強度並向所在小區的基站反饋當前信幹噪比 SINR數值，協作基站通過比較用戶反饋的SINR值和預設的閾值門限a確定其是否屬於 CoMP傳輸模式下的激活用戶集，閾值門限a根據基站和信道狀態信息確定；
步驟二 多用戶調度。 當待選的邊緣小區用戶比較龐大時，選擇一組信道儘量正交的用戶組可以顯著減 少信道在預編碼後信道的衰減，相關性係數可作為一種信道正交與否的度量準則對邊緣小 區用戶進行優選和調度。
對待選用戶集，每次從中選出和已選用戶集中用戶的聯合信道相關性係數之和最小的用戶，直至已選用戶集中的用戶數達到CoMP傳輸用戶集用戶個數上限》或是新選擇的用戶造成系統總容量下降。具體步驟如下 (1)設激活用戶集中共有k個用戶。設已選用戶集S二 {Sl}， ^為激活用戶集中信道容量最大的邊緣小區用戶，將激活用戶集中Sl以外的邊緣小區用戶加入待選用戶集U，此時系統容量C = C(Sl); (2)令已選用戶集S的用戶數為d，對待選用戶集中的每一個用戶Ue(e = 1，...，K-d)，計算它與S中每個用戶的相關性係數。相關性係數可用兩個用戶信道矢量之間的夾
角l =
早e
ALL
&表徵，其中&表示S中第i個用戶Si的聯合信道矩陣，H表示U中
2表示H的F範數的平
第e個用戶Ue的聯合信道矩陣，H/表示He的共軛轉置矩陣，I |He
方，則相關性係數c("J=Z! 。 (3)從U中選出與已選用戶相關性最小的一個用戶iv使
C屍("w)-^t (4)計算已選用戶集新加入當前選擇用戶Um後的和容量CSUffl，如果不小於C，則確認將該用戶加入S， S = S+{um} ，U = U_{Um} ， C = Csum， d = d+l，進入步驟(5);否則，進入步驟(6); (5)重複(2)到(4)的選擇過程，直至選擇的用戶數達到用戶個數上限i;，則進入步驟(6); (6)採用貪婪算法對已選用戶集S進行篩選，確定具有最大系統容量的多點協作傳輸用戶集； 步驟三對多點協作傳輸用戶集中的各邊緣小區用戶分別設計塊對角預編碼矩陣，各協作基站使用塊對角預編碼矩陣對相應的邊緣小區用戶進行聯合預編碼和發送。具體方法如下 若步驟二中多點協作傳輸用戶集共有f個用戶，則其中第j個用戶UEj的接收信號yj可表示為
(1) 其中，Xj表示各協作基站向用戶UEj發送的聯合信號，A表示各協作基站向第l個用戶U^發送的聯合信號，用戶UEj受到的噪聲幹擾nj是一個協方差矩陣為N。I(I為單位矩陣)的零均值循環對稱復高斯向量，N。 = 1。 HEjTjXj項表示第j個用
戶UEj收到的有用信號，^^@ Z z項表示UEj收到的來自其他用戶的同頻幹擾信號，4"uA，y，"2，^2j，…"AW^w]為用戶UEj收到的聯合發送信號的衰落信道矩陣。
5
Tj為基站對用戶UEj的聯合發送預編碼矩陣，由下式給出
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其中，幹擾抑制矩陣Gj = VjV' j， Vj是由其他用戶的衰落信道矩陣組成的矩陣
^j;^^P…，H;pH;P…，^ir進行奇異值分解後零奇異值對應的右奇異值向量，
HE1T表示矩陣HE1的轉置矩陣；V' j是虛擬信道HEj—paM = HEjVj的非零奇異值對應的右奇異
值向量。所有f個用戶的幹擾抑制矩陣構成G，C^[Gp(^,…，C^]，GW是矩陣G中第b
個基站eNBb的Nt根發送天線所對應的Nt行構成的矩陣,
min
|6=1，2,".W4
項表示採取的
功率分配方案為平均功率分配。可知，Tj滿足L^^;-^V"A這樣便消除了不同用戶
間的幹擾。 採用聯合編碼後平均每個小區的容量為
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formula see original document page 6 圖4為採用本發明與現有貪婪調度和輪詢調度對圖2所示實例的仿真結果比較 圖。貪婪算法的基本思想是每次選擇這樣的一個用戶，該用戶與已選用戶組成的用戶集能 夠提供最大的系統容量，當選擇的用戶數目達到能同時支持的最大用戶數時或者選擇的用 戶引起系統總容量下降時，算法結束；而輪詢調度方法僅將所有用戶依據順序輪流輸出，各 個用戶發送機會均等，與用戶接收信號的信噪比無關。 從圖中可以看出本發明明顯優於輪詢調度，這是由於輪詢調度無法提供多用戶 分集；另外，雖然性能稍遜於貪婪調度，但是貪婪調度複雜度高，會給系統帶來沉重負擔，可 行性不強。本發明在實際系統條件下具有複雜度低且性能優異的特點。
權利要求
一種基於信道相關性多用戶調度的小區間幹擾抑制方法，按照以下步驟進行(1)邊緣小區用戶檢測當前幹擾信號強度並反饋當前信幹噪比SINR，依據SINR確定多點協作傳輸模式下的激活用戶集；(2)確定已選用戶集(2.1)設激活用戶集中共有k個用戶。初始化，設已選用戶集S＝{s1}，s1為激活用戶集中信道容量最大的邊緣小區用戶，將激活用戶集中s1以外的邊緣小區用戶加入待選用戶集U，此時系統容量C＝C(s1)；(2.2)計算U中第e個用戶ue與每個已選用戶的相關性係數之和 CF ( ue )= S iS u e, s i , 其中 u e, s i = | | Hi HeH | |F2 || H i|| F 2 || H e|| F 2 , i＝1，…，d，e＝1，…，k-d，d為已選用戶集S中的用戶數，Hi表示S中第i個用戶si的聯合信道矩陣，He表示U中第e個用戶ue的聯合信道矩陣，‖‖F表示求取F範數；(2.3)從待選用戶集U中選出與已選用戶相關性最小的邊緣小區用戶，記為um；(2.4)計算已選用戶集S加入um後的系統容量Csum，若Csum不小於C，則確認將um加入S，從U中刪除Um，d＝d+1，C＝Csum，進入步驟(2.5)，否則進入步驟(2.6)；(2.5)返回步驟(2.2)，直到已選用戶集中的邊緣小區用戶數達到用戶個數上限；(2.6)採用貪婪算法對已選用戶集S進行篩選，確定具有最大系統容量的多點協作傳輸用戶集；(3)對多點協作傳輸用戶集中的各邊緣小區用戶分別設計塊對角預編碼矩陣，各協作基站使用塊對角預編碼矩陣對相應的邊緣小區用戶進行聯合預編碼和發送。
全文摘要
本發明公開了一種基於信道相關性多用戶調度的小區間幹擾抑制方法，具體為首先確定多點協作傳輸傳輸模式下(CoMP)的激活用戶集，對激活用戶集進行多用戶調度，採用信道相關性調度準則，選出相互之間信道相關性最小的用戶集合，作為最終的CoMP傳輸用戶集，系統根據CoMP傳輸用戶集中各用戶的信道狀態信息，設計塊對角預編碼矩陣，消除用戶間的幹擾，對用戶進行多基站協作聯合傳輸。本發明適用於多小區多用戶MIMO系統，較好的兼顧了系統性能及複雜度，有效抑制了小區間幹擾，提高了小區邊緣用戶性能，提升了整個系統的容量。
文檔編號H04W52/00GK101754346SQ20091027340
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月25日 優先權日2009年12月25日
發明者劉創, 向林, 張靖, 曹程倩, 杜曲, 胡金鐘, 葛曉虎, 黃坤 申請人:華中科技大學