一種機會干擾對齊中用戶調度的優化方法和系統的製作方法
2023-04-28 02:42:26 1
一種機會干擾對齊中用戶調度的優化方法和系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種機會干擾對齊中用戶調度的優化方法和系統，所述方法包括以下步驟：所有基站分別向待服務用戶廣播波束成形信號，基站與用戶組唯一對應，待服務用戶所在的用戶組為第一用戶組，與第一用戶組相對應的基站為第一基站，第一基站之外的基站為第二基站；根據波束成形信號計算得到用于衡量幹擾對齊效果的模擬信息，並將模擬信息反饋給第一基站；第一基站根據模擬信息確定第一用戶組中的最佳通信用戶。通過本發明提供的用戶調度優化方法，能夠在保證用戶選擇系統性能的同時，提高在低信噪比下傳統機會干擾對齊技術中用戶調度方法的魯棒性，同時還能改變隨用戶數目增加系統總速率增幅減弱的現象。
【專利說明】—種機會干擾對齊中用戶調度的優化方法和系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及通信【技術領域】，尤其涉及一種機會干擾對齊中用戶調度的優化方法和系統。
【背景技術】
[0002]幹擾對齊(Interference Alignment, IA)技術作為幹擾管理的重大突破技術,能夠有效地對抗4G通信系統中的幹擾。IA技術的基本思想是協調發射機通過預編碼技術使幹擾信號在接收端對齊於有限的子空間內，接收端通過迫零(Zero Forcing, ZF)算法處理能夠徹底消除多小區幹擾。傳統的IA技術需要將多小區的幹擾對齊到同一個空間，用剩餘的空間進行無幹擾通信，並且信號空間必須位於幹擾空間的零空間之中，但是只能在理想條件下實現，在實際使用中是無法實現的。例如:所有基站均獲知全部信道狀態信息(Chanel State Information, CSI),只有傳輸維度(時域,頻域,空域)趨於無窮大時,可以獲得平均每個用戶1/2的空間復用增益。傳統的IA技術還存在低信噪比(Signal NoiseRation, SNR)下自由度(Degree Of Freedom, D0F)性能下降，信道估計和反饋要求精度高，基站間信息交互量大，CSI的計算開銷大，同步要求嚴格，協同操作困難等問題。
[0003]另外，現有的用戶調度準則米用0IAUS(0pportunistic Interference AlignedUser Selection，機會干擾對齊用戶選擇)準則被提出，幹擾信號大部分對齊的用戶被選擇，該準則通過兩個幹擾信號的相關性來衡量對齊效果，這種準則僅僅考慮了最大化幹擾-幹擾的相關性，而沒有考慮信號-幹擾之間的相關性，導致這種準則還不夠完備。尤其在低信噪比下，只考慮了幹擾-幹擾的相關性，不能準確地調度最佳用戶，這樣的調度準則將使系統變得不穩定，魯棒性降低。在低信噪比下，通信系統的總速率不僅取決於自由度(DOF)，還與系統的魯棒性有關，而系統的魯棒性不僅取決於期望信號-幹擾間的相關性，還與幹擾-幹擾間的相關性有關。
【發明內容】
[0004](一)要解決的技術問題
[0005]針對上述缺陷，本發明要解決的技術問題是在低信噪比條件下傳統OIAUS準則魯棒性減弱。
[0006](二)技術方案
[0007]為解決上述問題，本發明提供了一種機會干擾對齊中用戶調度的優化方法，包括:
[0008]步驟S1、所有基站分別向待服務用戶廣播波束成形信號，所述基站與用戶組唯一對應，所述待服務用戶所在的用戶組為第一用戶組，與所述第一用戶組相對應的基站為第一基站，所述第一基站之外的基站為第二基站；
[0009]步驟S2、根據所述波束成形信號計算得到用于衡量幹擾對齊效果的模擬信息，並將所述模擬信息反饋給所述第一基站；[0010]步驟S3、所述第一基站根據所述模擬信息確定所述第一用戶組中的最佳通信用戶。
[0011]進一步地，所述波束成形信號為所述基站隨機產生的，且滿足WfWi=I,其中Wi為表示所述波束成形信號的波束成形矩陣，WZf力對所述波束成形矩陣的共軛轉置，I為單位矩陣。
[0012]進一步地,所述步驟S2具體包括:
[0013]步驟S21、通過信道估計分別獲取所述第一基站到所述第一用戶組的信道增益矩陣以及所述第二基站到所述第一用戶組的幹擾信道增益矩陣；
[0014]步驟S22、根據所述第二基站廣播的波束成形信號和所述第二基站中的各個基站分別到所述第一用戶組的幹擾信道增益矩陣，計算得到所述第一用戶組中各個用戶的幹擾-幹擾之間的相關性；
[0015]步驟S23、根據所述第一基站廣播和所述第二基站中的各個基站廣播的波束成形信號、所述第一用戶組期望信號的信道增益矩陣和所述第二基站中的各個基站到所述第一用戶組的幹擾信道增益矩陣，計算得到所述第一用戶組與所述第二基站中的各個基站的信號-幹擾之間的相關性；
[0016]步驟S24、所述第一用戶組中的每個用戶分別比較所述第二基站中的各個基站對所述第一用戶組產生的信號-幹擾之間的相關性，選擇所述信號-幹擾之間的相關性值最小的作為該用戶的信號-幹擾之間的相關性；
[0017]步驟S25、將所述第一用戶組中的每個用戶選擇的信號-幹擾之間的相關性與所述步驟S22得到的該用戶對應的幹擾-幹擾之間的相關性做差，得到的差值為所述模擬信息；
[0018]步驟S26、將所述模擬信息發送給所述第一基站。
[0019]進一步地，所述步驟S3具體包括:所述第一基站比較各個用戶所述模擬信息的大小，選擇值最大的用戶作為所述第一用戶組的最佳通信用戶。
[0020]進一步地，所述步驟S3之後還包括:
[0021]步驟S4、獲取後處理矩陣，所述基站與所述最佳用戶之間進行通信。
[0022]為解決上述問題，本發明還提供了一種機會干擾對齊中用戶調度的優化系統，包括:廣播單元、反饋單元和選擇單元；
[0023]所述廣播單元用於所有基站分別向待服務用戶廣播波束成形信號，所述所有基站包括至少兩個基站，每個基站與用戶組唯一對應，從所述至少兩個基站中選擇一個基站作為第一基站，所述第一基站對應的用戶組為第一用戶組，所述第一基站之外的基站為第二基站;[0024]所述反饋單元用於根據所述波束成形信號計算得到用于衡量幹擾對齊效果的模擬信息，並將所述模擬信息反饋給所述第一基站；
[0025]所述選擇單元用於所述第一基站根據所述模擬信息確定所述第一用戶組中的最佳通信用戶。
[0026]進一步地，所述基站與所述用戶組唯一對應，所述用戶組由K個用戶組成，並為所述基站配置Nt根發射天線，所述基站發送M個數據流到所述用戶，所述用戶配置Nk根接收天線，其中K、M、Nt為大於等於I的整數且Nk為大於等於2的整數，M≤Ντ，NK=2M。[0027]進一步地，所述反饋單元包括:矩陣獲取模塊、第一計算模塊、第二計算模塊、比較模塊、做差模塊和模擬信息發送模塊；
[0028]所述矩陣獲取模塊用於通過信道估計分別獲取所述第一基站到所述第一用戶組的信道增益矩陣以及所述第二基站到所述第一用戶組的幹擾信道增益矩陣；
[0029]所述第一計算模塊用於根據所述第二基站廣播的波束成形信號和所述第二基站中的各個基站分別到所述第一用戶組的幹擾信道增益矩陣，計算得到所述第一用戶組中各個用戶的幹擾-幹擾之間的相關性；
[0030]所述第二計算模塊用於根據所述第一基站廣播和所述第二基站中的各個基站廣播的波束成形信號、所述第一用戶組期望信號的信道增益矩陣和所述第二基站中的各個基站到所述第一用戶組的幹擾信道增益矩陣，計算得到所述第一用戶組與所述第二基站中的各個基站的信號-幹擾之間的相關性；
[0031]所述比較模塊用於所述第一用戶組中的每個用戶分別比較所述第二基站中的各個基站對所述第一用戶組產生的信號-幹擾之間的相關性，選擇所述信號-幹擾之間的相關性值最小的作為該用戶的信號-幹擾之間的相關性；
[0032]所述做差模塊用於將所述第一用戶組中的每個用戶選擇的信號-幹擾之間的相關性與所述第一計算模塊得到的該用戶對應的幹擾-幹擾之間的相關性做差，得到的差值為所述模擬信息；
[0033]所述模擬信息發送模塊用於將所述模擬信息發送給所述第一基站。
[0034]進一步地，所述選擇單元具體用於所述第一基站比較各個用戶所述模擬信息的大小，選擇值最大的用戶作為所述第一用戶組的最佳通信用戶。
[0035]進一步地，所述系統還包括:後處理模塊，用於獲取後處理矩陣，所述基站與所述最佳用戶之間進行通信。
[0036](三)有益效果
[0037]本發明提供了一種機會干擾對齊中用戶調度的優化方法和系統，該方法包括:每個基站均向待服務用戶廣播波束成形信號，之後獲取第一基站到其對應的用戶組中用戶的信道增益矩陣以及除第一基站之外的其它基站到該用戶的幹擾信道增益矩陣。將信道增益矩陣和幹擾信道增益矩陣與波束成形信號結合，計算得到衡量幹擾對齊效果的模擬信息，這些信息將作為判定最佳通信用戶的依據反饋給第一基站。第一基站以信號-幹擾相關性最小值與幹擾-幹擾相關性之差作為目標函數的準則確定最佳通信用戶，實現在機會干擾對齊中用戶調度的優化。通過上述方法，能夠在保證用戶選擇系統性能的同時，提高在低信噪比下傳統機會干擾對齊技術中用戶調度方法的魯棒性，同時還能改變隨用戶數目增加系統總速率增幅減弱的現象。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0038]圖1為本發明實施例一中的一種機會干擾對齊中用戶調度的優化方法的步驟流程圖；
[0039]圖2為本發明實施例一中步驟S2的步驟流程圖；
[0040]圖3為本發明實施例一中基站與用戶組之間的傳輸關係示意圖；
[0041]圖4為本發明實施例一中配置(NT，NK，M) = (2，4，2)，用戶數K=10，r=0.2，不同信噪比條件下的，基於本發明的SCOIA-SINR方法，SCOIA-Smart方法與傳統的基於MIN-1NR準則，基於MAX-SNR準則的用戶選擇方案以及OIA-SINR方案在系統總速率的比較曲線圖；
[0042]圖5為本發明實施例一中配置(NT，NK，M) = (2，4，2)，用戶數K=10，r=0.8，不同信噪比條件下的，基於本發明的SC0IA-SINR方法，SCOIA-Smart方法與傳統的基於MIN-1NR準貝U，基於MAX-SNR準則的用戶選擇方案以及OIA-SINR方案在系統總速率的比較曲線圖；
[0043]圖6為本發明實施例一中平配置(Nt,Ne, M) = (3, 6, 3),用戶數K=100，r=0.2，不同信噪比條件下的，基於本發明的SC0IA-SINR方法，SC0IA-PNIC-0PT方法，SC0IA-PNIC-AVG,SCOIA-Smart方法與傳統的基於MIN-1NR準則，基於MAX-SNR準則的用戶選擇方案以及OIA-SINR方案在系統總速率的比較曲線圖；
[0044]圖7為本發明實施例二中的一種機會干擾對齊中用戶調度的優化系統的組成示意圖；
[0045]圖8為本發明實施例二中反饋單元的組成示意圖。
【具體實施方式】
[0046]下面結合附圖和實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。
[0047]實施例一
[0048]本實施例中提供了一種機會干擾對齊中用戶調度的優化方法，步驟流程如圖1所示，具體包括以下步驟:
[0049]步驟S1、所有基站分別向待服務用戶廣播波束成形信號。
[0050]步驟S2、根據波束成形信號計算得到用于衡量幹擾對齊效果的模擬信息，並將模擬信息反饋給第一基站。
[0051]步驟S3、第一基站根據模擬信息確定第一用戶組中的最佳通信用戶。
[0052]通過上述步驟提供的用戶調度的優化方法，能夠提高在低信噪比下傳統機會干擾對齊技術中用戶調度方法的魯棒性，同時還能改變隨用戶數目增加系統總速率增幅減弱的現象。
[0053]優選地，本實施例中步驟SI基站向待服務用戶廣播波束成形信號，其中這些波束成形信號是基站隨機產生的，且滿足WhW=I,其中W為表示波束成形信號的波束成形矩陣，Wh為對波束成形矩陣的共軛轉置，I為單位矩陣。
[0054]優選地，本實施例中的基站與用戶組唯一對應，待服務用戶所在的用戶組為第一用戶組，與第一用戶組相對應的基站為第一基站，第一基站之外的基站為第二基站。
[0055]在本實施例中以通信系統中包括三個基站為例進行說明，這三個基站分別為基站
1、基站2和基站3，並為每個基站均配置Nt根發射天線且均有其唯一對應的用戶組，每個用
戶組由K個用戶組成，即與基站對應的用戶包括:用戶1、用戶2......用戶k......用戶
K，其中I SkS K。基站發送M個數據流(MSNt)到用戶，用戶均配置Nk根(NK=2M)接收天線來接收基站發送的數據流，其中K、M、Nt為大於等於I的整數且Nk為大於等於2的整
數。假設第i(i=l，2，3)個基站廣播的隨機波束成形信號用波束成形矩陣且滿足Wf W,.=Im，則用戶組i的第k個用戶的接收信號yi，k可表示為:[0056]
[0057]其中信號yiik包括三部分，即期望信號、幹擾信號和噪聲，期望信號為用戶期望從其對應的基站接收到的信號，幹擾信號為用戶受到其它基站發送波束成形信號對該用戶產生的幹擾，噪聲為基站到用戶端，即發送端到接收端信道中存在的固有噪聲信號，
H(；表示為第i個基站到第i用戶組的第k個用戶的信道增益矩陣，X, 表示
為第i個基站發送的信號矢量，且滿足約束條件P為該基站的平均功率，H^1E 表示為第j個基站到第i用戶組的第k個用戶的幹擾信道增益矩陣，且所有的幹擾信道增益係數均服從均值為零、方差為I的獨立同分布的復高斯分布，Xy eCMxl表示為第j個基站發送的幹擾矢量，且滿足約束條件)為第i個用戶組的第k個用戶的加性復高斯白噪聲矢量(AWGN)，其中CW(OJjvs)表示服從均值為0，單位方差矩陣的復高斯分布，Ivr表示為單位矩陣。
[0058]用戶接收波束成形信號之後，需要對幹擾對齊的效果進行計算，進行步驟S2:根據波束成形信號計算得到用于衡量幹擾對齊效果的模擬信息，並將模擬信息反饋給第一基站。
[0059]步驟S2的具體步驟流程如圖2所示，包括以下步驟:
[0060]步驟S21、通過信道估計分別獲取第一基站到第一用戶組的信道增益矩陣以及第二基站到第一用戶組的幹擾信道增益矩陣。
[0061]步驟S22、根據第二基站廣播的波束成形信號和第二基站中的各個基站分別到第一用戶組的幹擾信道增益矩陣，計算得到第一用戶組中各個用戶的幹擾-幹擾之間的相關性。
[0062]步驟S23、根據第一基站廣播和第二基站中的各個基站廣播的波束成形信號、第一用戶組期望信號的信道增益矩陣和第二基站中的各個基站到第一用戶組的幹擾信道增益矩陣，計算得到第一用戶組與第二基站中的各個基站的信號-幹擾之間的相關性。
[0063]步驟S24、第一用戶組中的每個用戶分別比較第二基站中的各個基站對第一用戶組產生的信號-幹擾之間的相關性，選擇信號-幹擾之間的相關性值最小的作為該用戶的信號-幹擾之間的相關性。
[0064]步驟S25、將第一用戶組中的每個用戶選擇的信號-幹擾之間的相關性與步驟S22得到的該用戶對應的幹擾-幹擾之間的相關性做差，得到的差值為模擬信息；
[0065]步驟S26、將模擬信息發送給所述第一基站。
[0066]下面以用戶組I為例進行詳細步驟描述，基站I作為第一基站，基站2和基站3都屬於第二基站，與基站I相對應的用戶組I就作為第一用戶組。
[0067]步驟S21、通過信道估計分別獲取基站I到用戶組I的信道增益矩陣及基站2到用戶組I的幹擾信道增益矩陣及基站3到用戶組I的幹擾信道增益矩陣。[0068]步驟S22:根據步驟SI中基站2和基站3廣播的隨機波束成形信號矩陣和基站2到用戶組I的幹擾信道增益矩陣、基站3到用戶組I的幹擾信道增益矩陣，計算得到各用戶的幹擾一幹擾之間的相關性。
[0069]S，I2, I3分別表示基站1、基站2、基站3發送的信息，用戶組I的第k個用戶的幹擾-幹擾之間的相關性描述為:
[0070]
【權利要求】
1.一種機會干擾對齊中用戶調度的優化方法，其特徵在於，所述方法包括: 步驟S1、所有基站分別向待服務用戶廣播波束成形信號，所述基站與用戶組唯一對應，所述待服務用戶所在的用戶組為第一用戶組，與所述第一用戶組相對應的基站為第一基站，所述第一基站之外的基站為第1基站； 步驟S2、根據所述波束成形信號計算得到用于衡量幹擾對齊效果的模擬信息，並將所述模擬信息反饋給所述第一基站； 步驟S3、所述第一基站根據所述模擬信息確定所述第一用戶組中的最佳通信用戶。
2.如權利要求1所述的用戶調度的優化方法，其特徵在於，所述波束成形信號為所述基站隨機產生的，且滿足WHW=I，其中W為表示所述波束成形信號的波束成形矩陣，Wh為對所述波束成形矩陣的共軛轉置，I為單位矩陣。
3.如權利要求1所述的用戶調度的優化方法，其特徵在於，所述步驟S2具體包括: 步驟S21、通過信道估計分別獲取所述第一基站到所述第一用戶組的信道增益矩陣以及所述第二基站到所述第一用戶組的幹擾信道增益矩陣； 步驟S22、根據所述第二基站廣播的波束成形信號和所述第二基站中的各個基站分別到所述第一用戶組的幹擾信道增益矩陣，計算得到所述第一用戶組中各個用戶的幹擾-幹擾之間的相關性； 步驟S23、根據所述第一基站廣播和所述第二基站中的各個基站廣播的波束成形信號、所述第一用戶組期望信號的信道增益矩陣和所述第二基站中的各個基站到所述第一用戶組的幹擾信道增益矩陣，計算得到所述第一用戶組與所述第二基站中的各個基站的信號-幹擾之間的相關性； 步驟S24、所述第一用戶組中的每個用戶分別比較所述第二基站中的各個基站對所述第一用戶組產生的信號-幹擾之間的相關性，選擇所述信號-幹擾之間的相關性值最小的作為該用戶的信號-幹擾之間的相關性； 步驟S25、將所述第一用戶組中的每個用戶選擇的信號-幹擾之間的相關性與所述步驟S22得到的該用戶對應的幹擾-幹擾之間的相關性做差，得到的差值為所述模擬信息；步驟S26、將所述模擬信息發送給所述第一基站。
4.如權利要求1所述的用戶調度的優化方法，其特徵在於，所述步驟S3具體包括:所述第一基站比較各個用戶所述模擬信息的大小，選擇值最大的用戶作為所述第一用戶組的最佳通信用戶。
5.如權利要求1所述的用戶調度的優化方法，其特徵在於，所述步驟S3之後還包括: 步驟S4、獲取後處理矩陣，所述基站與所述最佳用戶之間進行通信。
6.一種機會干擾對齊中用戶調度的優化系統，其特徵在於，所述系統包括:廣播單元、反饋單元和選擇單元； 所述廣播單元用於所有基站分別向待服務用戶廣播波束成形信號，所述所有基站包括至少兩個基站，每個基站與用戶組唯一對應，從所述至少兩個基站中選擇一個基站作為第一基站，所述第一基站對應的用戶組為第一用戶組，所述第一基站之外的基站為第二基站； 所述反饋單元用於根據所述波束成形信號計算得到用于衡量幹擾對齊效果的模擬信息，並將所述模擬信息反饋給所述第一基站；所述選擇單元用於所述第一基站根據所述模擬信息確定所述第一用戶組中的最佳通信用戶。
7.如權利要求6所述的用戶調度的優化系統，其特徵在於，所述基站與所述用戶組唯一對應，所述用戶組由K個用戶組成，並為所述基站配置Nt根發射天線，所述基站發送M個數據流到所述用戶，所述用戶配置Nk根接收天線，其中K、M、NT為大於等於I的整數且Nk為大於等於2的整數，M ( Ντ, Ne=2M0
8.如權利要求6所述的用戶調度的優化系統，其特徵在於，所述反饋單元包括:矩陣獲取模塊、第一計算模塊、第二計算模塊、比較模塊、做差模塊和模擬信息發送模塊； 所述矩陣獲取模塊用於通過信道估計分別獲取所述第一基站到所述第一用戶組的信道增益矩陣以及所述第二基站到所述第一用戶組的幹擾信道增益矩陣； 所述第一計算模塊用於根據所述第二基站廣播的波束成形信號和所述第二基站中的各個基站分別到所述第一用戶組的幹擾信道增益矩陣，計算得到所述第一用戶組中各個用戶的幹擾-幹擾之間的相關性； 所述第二計算模塊用於根據所述第一基站廣播和所述第二基站中的各個基站廣播的波束成形信號、所述第一用戶組期望信號的信道增益矩陣和所述第二基站中的各個基站到所述第一用戶組的幹擾信道增益矩陣，計算得到所述第一用戶組與所述第二基站中的各個基站的信號-幹擾之間的相關性； 所述比較模塊用於所述第一用戶組中的每個用戶分別比較所述第二基站中的各個基站對所述第一用戶組產生的信號-幹擾之間的相關性，選擇所述信號-幹擾之間的相關性值最小的作為該用戶的信號-幹擾之間的相關性； 所述做差模塊用於將所述第一用戶組中的每個用戶選擇的信號-幹擾之間的相關性與所述第一計算模塊得.到的該用戶對應的幹擾-幹擾之間的相關做差，得到的差值為所述模擬信息； 所述模擬信息發送模塊用於將所述模擬信息發送給所述第一基站。
9.如權利要求6所述的用戶調度的優化系統，其特徵在於，所述選擇單元具體用於所述第一基站比較各個用戶所述模擬信息的大小，選擇值最大的用戶作為所述第一用戶組的最佳通信用戶。
10.如權利要求6所述的用戶調度的優化系統，其特徵在於，所述系統還包括:後處理模塊，用於獲取後處理矩陣，所述基站與所述最佳用戶之間進行通信。
【文檔編號】H04W74/08GK103476125SQ201310395278
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月3日 優先權日:2013年9月3日
【發明者】王忠勇, 朱政宇, 高向川, 張園園, 葛偉力, 張傳宗 申請人:鄭州大學