基于干擾對齊的蜂窩網絡下行鏈路自適應預編碼方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種基于干擾對齊的蜂窩網絡下行鏈路自適應預編碼方法，屬于蜂窩 通信系統基站物理層預編碼技術領域。
【背景技術】
[0002] 近幾年來，隨著高速無線通信業務的不斷增長，新一代的移動通信系統需要使用 更寬的頻帶為用戶提供速率達到上百兆的無線通信業務，頻譜資源的短缺日益顯著。傳統 的蜂窩網絡采用的部分頻率復用技術能達到的容量非常有限。雖然可以采用縮小小區半徑 的方法，如微蜂窩，微微蜂窩等技術來進行進一步的提高，但又帶來了新的問題。例如，由于 小區的半徑縮小，同頻小區間干擾問題（ICI)日益突出。這對于功率控制提出了很大的挑 戰。目前隨著網絡從4G到5G的演進，要求容量每年能翻倍，十年提高1000倍，采用目前的 技術是難以達到的。
[0003]目前國際上對于下一代的網絡的共識是采用同頻復用，因此新的干擾協調技術是 其重要內容。傳統的干擾控制技術包括干擾的避免，干擾抵消等。干擾的避免要求事先感 知干擾的時，頻等信息，然后將信道進行正交分配實現干擾的避免。這樣可以理想情況下實 現1倍的信道利用率，但如果考慮感知檢測等環節的開銷，通常遠遠達不到。干擾抵消技術 常用于多用戶檢測中，將最強干擾信號首先檢測出來，然后重建后從總的信號中抵消掉，再 依次檢測其他次強的信號。這個過程的處理復雜度高，時延也較大。
[0004] 最近國際上出現了一種新的干擾協調技術，干擾對齊（IA)。這種技術的核心思想 是參與協調的各方進行編解碼的聯合設計，達到提高系統的容量的目的。對于K對用戶M 天線的情況，每對用戶都能夠實現一半的信道容量。因此整個系統的漸進容量是KM/2。這 個方法震驚了業界。最初的干擾對齊技術是針對K對用戶模型的，最近在蜂窩網絡里漸漸 也開始提出不同的實現方案。
[0005] 雖然IA技術已經開始被研究應用到蜂窩網絡中，但尚未有人研究基于用戶反饋 的帶寬自適應的IA編解碼方案。在移動互聯網等應用中，基于數據的業務一個重要特點是 帶寬不同，如簡單的即時聊天可能只需要較小的帶寬，而視頻應用則要較大的帶寬。
【發明內容】
[0006] 本發明所要解決的技術問題是提供一種基于干擾對齊的蜂窩網絡下行鏈路自適 應預編碼方法，首次提出移動用戶根據不同業務的特征，可以反饋其需要的帶寬或者速率， 基站側在進行干擾對齊（IA)協作編碼的時候實現帶寬的動態指配。該方法可以靈活處理 多個移動用戶的不同業務帶寬請求，并能利用較小的發射功率很好地實現協作基站進行全 頻率復用的通信。
[0007] 本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：
[0008] 本發明提供一種基于干擾對齊的蜂窩網絡下行鏈路自適應預編碼方法，用于全頻 率復用的協作雙基站，其特征在于，包括以下具體步驟：
[0009] 步驟1，雙基站的用戶區域內的所有用戶將自身容量需求反饋至對應的基站；
[0010] 步驟2,每個基站根據接收到的用戶容量需求，基于干擾對齊技術向各自用戶區域 內的每個用戶分配自由度；
[0011] 步驟3,采用迫零算法設計基站的功率控制矩陣Aa，以滿足所有用戶的容量需求， 具體為：
[0013] 其中，〇n為噪聲功率均方值，4為該基站對應的用戶區域內第i個用戶的容量需 求，山為該基站對應的用戶區域內第i個用戶的自由度，i= 1，2,…，K。，Ka為該基站對應 的用戶區域內的用戶數，IkSk階單位陣，1=名;
[0014] 步驟4,基站采用預編碼矩陣對下行數據進行預編碼傳輸，預編碼矩陣由第一級編 碼矩陣和第二級編碼矩陣級聯而成，其中：
[0015] 第一級編碼矩陣匕為N階的酉矩陣P的前dA列，d&為該基站對應的用戶區域內所 有用戶的自由度總數，N為基站子信道數；
[0016] 第二級編碼矩陣為：
[0018] 式中，氕 為矩陣P的從dB+l到C^d1列構成的子矩陣，dB 為協作基站對應的用戶區域內所有用戶的自由度總數，T表示轉置；Gbl為該基站對應的用 戶區域內第i個用戶接收到的協作基站的干擾信道，為Gbl的逆矩陣，Hal為本用戶區域 內第i個用戶接收到的直通信道。
[0019] 作為本發明的進一步優化方案，N階的酉矩陣P通過奇異值分解獲得。
[0020] 作為本發明的進一步優化方案，當基站的發射功率設限時，設計功率控制因子以 實現發射功率恒定，具體為：
[0021] 功率控制因子
其中，P。為基站的發射功率設限值，H表示 矩陣的共輒轉置。
[0022] 作為本發明的進一步優化方案，在接收端，設計接收干擾抑制矩陣以恢復數據，具 體為：
[0023] 第i個用戶的干擾抑制矩陣為：U,. =(G^)ifVf:，其中，H表示矩陣的共輒轉置。
[0024] 作為本發明的進一步優化方案，用戶端采用2比特編碼向基站反饋自身容量需 求。
[0025] 本發明采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：本發明與其他的 固定分配干擾對齊方案相比，本方法具有以下優點：（1)在達到相同容量的情況下，發射功 率大大降低；（2)應用了多個干擾對齊模式，與用戶需求的匹配度更好；（3)信道反饋的設 計巧妙，減少了一半的反饋量；(4)反饋誤差不敏感，即時有誤差也能完全消除小區間干 擾。
【附圖說明】
[0026] 圖1是本發明的方法流程圖。
[0027] 圖2是協作基站模型。
[0028] 圖3是與經典干擾對齊方案的容量比較。
[0029] 圖4是與經典干擾對齊方案的發射功率比較。
【具體實施方式】
[0030] 下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步的詳細說明：
[0031] 本發明一種基于干擾對齊的蜂窩網絡下行鏈路自適應預編碼方法，具體步驟如圖 1所示，此處不再贅述。
[0032] 以如圖2所示的兩個基站（A和B)協作為例，考慮N個子信道，且頻率全復用的下 行蜂窩鏈路。其中，基站A對應用戶區域A，基站B對應用戶區域B。
[0033] 1)用戶反饋設計
[0034] 一、用戶帶寬需求反饋設計
[0035] 用戶根據不同的業務性質，反饋不同的速率需求。不同大小的速率，經過編碼后反 饋。例如，如果需要的速率等級為10, 20, 40, 80kbps，則可采用2比特編碼，即每個用戶將用 2比特反饋來通知基站自己需要的帶寬。
[0036] 二、用戶信道信息反饋設計
[0037] 用戶區域A中的每個用戶都將受到來自基站B的干擾，即區域間干擾。對于用戶 區域B中的用戶，也是如此。以用戶區域A中的第i個用戶為例，其直通信道為Hal，，也是N 階矩陣從基站B來的干擾信道為Gbl。不同于一般的系統的是，本發明提出反饋的信道狀態 信息是Gm1IL,其中，Gto1為Gbl的逆矩陣。這種反饋設計與將兩個矩陣都反饋相比可以節 約一半的反向信道開銷。
[0038] 2)基站的協作方案
[0039] 一、基站的自由度離線搜索
[0040] 協作基站系統根據可用資源（頻道數目，每用戶區域內的用戶數目等）計算出可 用的自由度并保存。這些計算不需要每次進行，可以脫機完成。
[0041] 二、模