一種飛蜂窩網(wǎng)絡(luò)干擾對(duì)齊優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于飛蜂窩下行鏈路發(fā)射功率分配 的部分反饋干擾對(duì)齊優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近來(lái)研究表明，室內(nèi)場(chǎng)所用戶(hù)業(yè)務(wù)占據(jù)了移動(dòng)業(yè)務(wù)70%的語(yǔ)音話(huà)務(wù)量和數(shù)據(jù)流 量，從目前的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看移動(dòng)用戶(hù)有60%的時(shí)間都在企業(yè)及家庭等室內(nèi)環(huán)境。在高 樓密集的現(xiàn)代社會(huì)，無(wú)線信號(hào)對(duì)建筑物、墻體、美觀裝飾品的穿透能力差，導(dǎo)致空間損耗和 傳輸損耗較大，宏基站對(duì)室內(nèi)覆蓋的效果不佳。而隨著云技術(shù)、大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的爆發(fā)式增 加，室內(nèi)用戶(hù)迫切需要通信覆蓋環(huán)境得到改善，也對(duì)無(wú)線通信系統(tǒng)容量與數(shù)據(jù)傳輸速率提 出了更高的要求。
[0003] 飛蜂窩(Femtocell)體積小、成本低、方便實(shí)用，作為室內(nèi)覆蓋的一種新選擇，逐漸 受到許多業(yè)界人士的關(guān)注。飛蜂窩基于和宏蜂窩相同的無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)，在簡(jiǎn)單室內(nèi)環(huán)境下 能夠保障室內(nèi)覆蓋質(zhì)量和一定的傳輸速率。但隨著飛蜂窩網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大和用戶(hù)數(shù)量、業(yè) 務(wù)需求的日益增長(zhǎng)，多用戶(hù)飛蜂窩基站的部署會(huì)引入嚴(yán)重的干擾，影響系統(tǒng)容量。干擾對(duì)齊 技術(shù)可以有效的消除系統(tǒng)中的干擾，但干擾對(duì)齊的實(shí)現(xiàn)需要收發(fā)端掌握全部的信道信息， Razavi S M與Ratnarajah T 2013年發(fā)表在IET Communications的論文《Interference alignment in K-user multiple-input-multiple-output interference channels with partially coordinated receivers》表明當(dāng)實(shí)際的信道信息不完整時(shí)（即部分反饋條件 下），干擾對(duì)齊依然可行。這一研究成果使得利用部分反饋干擾對(duì)齊技術(shù)解決飛蜂窩網(wǎng)絡(luò)中 的干擾問(wèn)題具有重要意義。但上述研究沒(méi)有充分利用系統(tǒng)總功率，算法本身也有較高的復(fù) 雜度。中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)CN 104540209A公開(kāi)了 一種多用戶(hù)系統(tǒng)干擾對(duì)齊算法的功率分配方法， 該方法通過(guò)發(fā)射端發(fā)送數(shù)據(jù)流數(shù)量動(dòng)態(tài)分配功率實(shí)現(xiàn)干擾對(duì)齊優(yōu)化，該方法可以提升系統(tǒng) 傳輸速率但沒(méi)有綜合考慮信道因素和信號(hào)向量發(fā)射速率對(duì)功率分配的影響。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種綜合考量信道因素 和信號(hào)向量發(fā)射速率，給出一種新的下行動(dòng)態(tài)功率控制方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)飛蜂窩網(wǎng)絡(luò)干擾對(duì) 齊的有效優(yōu)化方法。
[0005] 技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種飛蜂窩網(wǎng)絡(luò)干擾對(duì)齊優(yōu)化方法，飛蜂 窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包含K個(gè)飛蜂窩基站和K個(gè)飛蜂窩用戶(hù)，其中，每個(gè)飛蜂窩基站有M個(gè)天線，每個(gè) 飛蜂窩用戶(hù)有N個(gè)天線，優(yōu)化方法包括以下步驟：
[0006] 第一步:初始化信息交互，收集獲取飛蜂窩網(wǎng)絡(luò)基站歸屬、天線配置、頻率、位置、 鄰區(qū)等無(wú)線參數(shù)信息;收集各飛蜂窩基站與飛蜂窩用戶(hù)間的無(wú)線空間信道狀態(tài)信息；
[0007] 第二步:初始化飛蜂窩基站到飛蜂窩接收機(jī)的發(fā)射功率值，設(shè)定系統(tǒng)的發(fā)射總功 率為P，在初始狀態(tài)下分配各個(gè)飛蜂窩基站相同的發(fā)射功率:P av = P/K;
[0008] 第三步:建立飛蜂窩網(wǎng)絡(luò)下行鏈路信號(hào)接收模型；
[0009] 第四步:初始化預(yù)編碼矩陣1和干擾抑制矩陣U1;設(shè)定每個(gè)飛蜂窩基站發(fā)送的數(shù)據(jù) 向量的信息流數(shù)為d，初始化Vi和Ui使其具有如下形式:Vi:MX d，Ui: NX d;即:Vi是MX d維矩 陣，Ui是NX d維矩陣；
[0010] 第五步:進(jìn)行干擾迭代計(jì)算，計(jì)算飛蜂窩用戶(hù)干擾泄漏功率是否消除，如果干擾消 除則結(jié)束，如果干擾繼續(xù)則進(jìn)入第六步；
[0011] 第六步:評(píng)估信道質(zhì)量與發(fā)送信號(hào)速率大小;本專(zhuān)利功率分配原則是評(píng)估信道質(zhì) 量和發(fā)送信號(hào)速率的大小，使得信道質(zhì)量不佳且需要較大速率發(fā)送數(shù)據(jù)的飛蜂窩基站分配 到更多的功率資源。
[0012] 第七步:計(jì)算并更新飛蜂窩基站發(fā)射功率；
[0013] 第八步:計(jì)算并更新預(yù)編碼矩陣1和干擾抑制矩陣U;
[0014] 第九步:重復(fù)步驟五，繼續(xù)迭代計(jì)算，直到干擾消除。本發(fā)明涉及的方法通過(guò)綜合 考慮信道質(zhì)量和信號(hào)向量傳輸速率，為信道質(zhì)量不佳且需要高速率傳輸?shù)娘w蜂窩基站分配 更大的發(fā)射功率。這樣可以合理分配系統(tǒng)總功率，有效改善系統(tǒng)總體干擾水平，提升系統(tǒng)信 干噪比，減小干擾對(duì)齊算法迭代次數(shù)，從而進(jìn)一步優(yōu)化干擾對(duì)齊算法。
[0015] 其中，第三步中，所述信號(hào)接收模型中具有K用戶(hù)的飛蜂窩網(wǎng)絡(luò)中飛蜂窩用戶(hù)i接 K 收的信號(hào)向量為：A =貧，氣」Z
[0016] 其中，代表飛蜂窩基站j到飛蜂窩用戶(hù)i間的NXM信道參數(shù)矩陣，&代表代表飛 蜂窩基站j發(fā)送的信號(hào)矩陣;上述表達(dá)式中，H llXlR表飛蜂窩用戶(hù)i接收的來(lái)自飛蜂窩基站i 的發(fā)射信號(hào)向量，即為期望信號(hào)；I； 代表來(lái)自飛蜂窩基站i以外的其他K-1個(gè)基站的 干擾信號(hào);m代表飛蜂窩用戶(hù)i收到的均值為0、方差為〇2的加性高斯白噪聲。
[0017] 其中，第五步中，進(jìn)行干擾迭代計(jì)算時(shí)首先進(jìn)行干擾對(duì)齊計(jì)算:飛蜂窩基站對(duì)發(fā)送 給每個(gè)飛蜂窩用戶(hù)的信號(hào)向量進(jìn)行預(yù)編碼，在飛蜂窩用戶(hù)端對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行干擾抑制矩 陣濾波，即可得到待檢驗(yàn)接收信號(hào)；
[0018] 然后檢驗(yàn)對(duì)齊質(zhì)量:干擾對(duì)齊的質(zhì)量以飛蜂窩用戶(hù)干擾泄漏的功率大小來(lái)衡量， 飛蜂窩用戶(hù)i的總干擾泄漏功率表示為：h &，
[0019] 其中：Tr[?]表示求矩陣的跡，
[0020] 0:代表飛蜂窩用戶(hù)i的干擾協(xié)方差矩陣，匕是飛蜂窩基站j的發(fā)射功率，CU代表飛蜂 窩用戶(hù)i的自由度，％是飛蜂窩基站j對(duì)應(yīng)的預(yù)編碼矩陣，飛蜂窩用戶(hù)i接收的信號(hào)通過(guò)干擾 抑制矩陣仏后如果不再產(chǎn)生干擾泄漏則干擾消除算法結(jié)束，否則繼續(xù)第六步。
[0021] 其中，第六步中評(píng)估信道質(zhì)量與發(fā)送信號(hào)速率大小的具體步驟如下：使用信道矩 陣的跡來(lái)衡量信道質(zhì)量，飛蜂窩基站i到飛蜂窩用戶(hù)i間的信道質(zhì)量表示為：
[0022] tu = Tr{HuH^\
[0023] 系統(tǒng)各個(gè)飛蜂窩基站和飛蜂窩用戶(hù)間的信道平均質(zhì)量表示為：
[0025] 飛蜂窩基站i發(fā)送信號(hào)向量的速率表示為:Si
[0026] 各個(gè)飛蜂窩基站發(fā)送信號(hào)向量速率的均值為
[0027]其中，Hii代表飛蜂窩基站i到飛蜂窩用戶(hù)i間的NXM信道參數(shù)矩陣，Hjj代表飛蜂窩 基站j到飛蜂窩用戶(hù)j間的NXM信道參數(shù)矩陣，如表示飛蜂窩基站j到飛蜂窩用戶(hù)j間的信道 質(zhì)量。
[0028]其中，第七步中計(jì)算并更新飛蜂窩基站發(fā)射功率的具體步驟如下：綜合考量信道 質(zhì)量和信號(hào)向量發(fā)射速率大小，飛蜂窩基站i的發(fā)射功率更新為：
[0030] ~代表飛蜂窩基站j發(fā)送信號(hào)向量的速率。
[0031]其中，第八步中計(jì)算并更新預(yù)編碼矩陣1和干擾抑制矩陣仏的具體步驟如下:計(jì)算 Vi和Ui，滿(mǎn)足如下約束條件：
[0032] Vi：MXd Ui：NXd
[0033]
[0034] 即：維矩陣，1]1是~父(1維矩陣，仏的更新迭代需要以最小化飛蜂窩用戶(hù)i的 總干擾泄漏功率U為原則。
[0035] 有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:在傳統(tǒng)的干擾對(duì)齊算法中，發(fā)射 機(jī)的功率通常設(shè)置為恒定值，這沒(méi)有充分利用系統(tǒng)的總功率，非目標(biāo)發(fā)射機(jī)采用恒定功率 增加了對(duì)其他接收機(jī)的干擾機(jī)率，并且使得系統(tǒng)的信干噪比下降。本發(fā)明給出了一種下行 鏈路的飛蜂窩基站功率分配方法。通過(guò)綜合考慮信道質(zhì)量和信號(hào)向量傳輸速率，為信道質(zhì) 量不佳且需要高速率傳輸?shù)娘w蜂窩基站分配更大的發(fā)射功率，這樣可以合理分配系統(tǒng)總功 率，有效改善系統(tǒng)總體干擾水平，提升系統(tǒng)信干噪比，減小干擾對(duì)齊算法迭代次數(shù)，優(yōu)化了 干擾對(duì)齊算法。
【附圖說(shuō)明】
[0036] 圖1是本發(fā)明的飛蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0037] 圖2本發(fā)明干擾對(duì)齊計(jì)算信號(hào)向量圖；
[0038]圖3是本發(fā)明的整體流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步闡明本發(fā)明。
[0040] 如圖1所示，是本發(fā)明的K用戶(hù)飛蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0041] 本發(fā)明基于下行功率分配的飛蜂窩網(wǎng)絡(luò)部分反饋干擾對(duì)齊算法，如圖3所示，包括 以下步驟：
[0042] 第一步:初始化信息交互，收集獲取飛蜂窩網(wǎng)絡(luò)基站歸屬、天線配置、頻率、位置、 鄰區(qū)等無(wú)線參數(shù)信息;收集各飛蜂窩基站與飛蜂窩用戶(hù)間的無(wú)線空間信道狀態(tài)信息。圖1所 示系統(tǒng)包含K個(gè)飛蜂窩基站和K個(gè)飛蜂窩用戶(hù)，并且假設(shè)飛蜂窩基站天線數(shù)為M，飛蜂窩用戶(hù) 天線數(shù)量為N。
[0043] 第二步:初始化飛蜂窩基站到飛蜂窩用戶(hù)的發(fā)射功率值。設(shè)定系統(tǒng)的發(fā)射總功率 為P，在初始狀態(tài)下分配各個(gè)飛蜂窩基站相同的發(fā)射功率：
[0044] Pav = P/K
[0045] 第三步:建立飛蜂窩網(wǎng)絡(luò)下行鏈路信號(hào)接收模型。確定多用戶(hù)干擾，在圖示的具有 K用戶(hù)的飛蜂窩網(wǎng)絡(luò)中飛蜂窩用戶(hù)i接收的信號(hào)向量為： K
[0046] y； = ^nxi+ S
[004