CN102291726B - 一种无线网络干扰消除方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线网络的小区间干扰消除方法，基站通过对上行信号进行接收波束处理，把所有干扰信号均准直到相同信号空间，且与期望的接收信号空间正交，从而完成上行干扰消除；用户终端通过对基站根据用户终端反馈调整其发送波束的发送信号进行接收波束处理，把所有干扰信号均准直到相同信号空间，且与期望的接收信号空间正交，从而完成下行干扰消除。本发明的方法无需小区间交互信息，它能降低小区间干扰并具有实现复杂度低的优点。

Description

一种无线网络干扰消除方法

技术领域

本发明涉及移动通信领域，特别涉及一种无线网络干扰消除方法。

背景技术

随着通信业务的发展，要求未来的无线/移动通信网络能支持高速率大容量的数据、多媒体等业务。因此，在下一代移动通信技术的研究中，对频谱效率、传输速率、系统吞吐量和小区边缘性能等方面也提出了更高的要求。协作多点技术(CoMP)利用多个小区的发射天线协作传输，可以有效解决小区边缘干扰问题因其能有效改善小区边缘用户性能，提高系统吞吐量，在近年来引起了业界的广泛关注和研究，并成为3GPP LTE-Advanced标准化工作的重要研究项目。

协作多点技术，即指多个地理位置相互独立分散的传输点(基站)通过不同的协作方式(如联合传输、联合处理、协作调度等)为多个用户服务。这需在不同小区基站之间交互大量的数据信息，故要求基站之间配置高速传输链路和控制信令等，带来较大的开销并增加了系统复杂度。

参考文献

[1]M.A.Maddah-Ali，S.A.Motahari，and A.K.Khandani，“Communicationover MIMO X channels：Interference alignment，decomposition，andperformance analysis，”IEEE Transactions on Information Theory，vol.54，pp.3457-3470，Aug.2008.

[2]V.R.Cadambe and S.A.Jafar，“Interference alignment and the degreeof freedom for the K user interference channel，”IEEE Transactions onInformation Theory，vol.54，no.8，pp.3425-3441，Aug.2008.

[3]C.Suh，M.Ho，and D.Tse，“Downlink interference alignment，”submitted to IEEE Globecom 2010

发明内容

本发明的目的是提供无线网络干扰消除方法，以消除小区间干扰。

本发明的一种无线网络干扰消除方法包括：

基站通过对上行信号进行接收波束处理，把所有干扰信号均准直到相同信号空间，且与期望的接收信号空间正交，从而完成上行干扰消除；

用户终端通过对基站根据用户终端反馈调整其发送波束的发送信号进行接收波束处理，把所有干扰信号均准直到相同信号空间，且与期望的接收信号空间正交，从而完成下行干扰消除。

其中，所述的上行干扰消除具体为：

用户终端利用用户发送波束成形器P_A对发送信号预处理后发送；

基站利用导频信号分别估计用户终端与基站、用户与干扰小区基站之间的信道增益系数矩阵H_A；

基站根据所述P_A和H_A，生成基站接收波束成形器W_A；

基站利用基站接收波束成形器W_A对接收信号处理，恢复用户终端的发送信号。

其中所述的W_A、H_A和P_A满足：

其中，i，j表示不同小区，()^*表示共轭转置。

本发明的下行干扰消除方法之一包括：

基站利用基站发送波束成形器P_B对发送信号进行预处理后发送；

用户终端通过对基站发送的导频信号的判决，分别估计出其与基站及其干扰小区基站之间的信道增益系数矩阵H_B；

用户终端根据所述P_B和H_B，生成用户接收波束成形器W_B；

用户终端把所述W_B及它与基站间的信道系数分别反馈到基站，使基站生成用于消除小区内用户间干扰的迫零预编码器Q；

基站利用预编码器Q和P_B分别对信号预处理后发送；

用户终端利用波束成形器WB对接收信号处理，恢复出基站的发送信号。

本发明的下行干扰消除方法之二包括：

基站利用基站发送波束成形器P_B对发送信号进行预处理后发送；

用户终端通过对基站发送的导频信号的判决，分别估计出其与基站及其干扰小区基站之间的信道增益系数矩阵H_B；

用户终端根据所述P_B和H_B，生成用户接收波束成形器W_B；

用户终端把等效信道反馈给本基站，使基站根据等效信道生成用于消除小区内用户间干扰的迫零预编码器Q；

基站利用预编码器Q和P_B分别对信号预处理后发送；

用户终端利用波束成形器W_B对接收信号处理，恢复出基站的发送信号。本发明的下行干扰消除方法之三包括：

基站利用基站发送波束成形器P_B对发送信号进行预处理后发送；

用户终端通过对基站发送的导频信号的判决，分别估计出其与基站及其干扰小区基站之间的信道增益系数矩阵H_B；

用户终端根据所述P_B和H_B，生成用户接收波束成形器W_B；

用户终端把用户终端与基站的信道信息反馈给基站；

基站和干扰小区基站交互用户终端与干扰小区间的信道信息；

基站根据用户终端与基站的信道信息和用户终端与干扰小区间的信道信息，生成用于消除小区内用户间干扰的迫零预编码器Q；

基站利用迫零预编码器Q和P_B分别对信号预处理后发送；

用户终端利用波束成形器W_B对接收信号处理，恢复出基站的发送信号。在上述的下行干扰消除方法之一至之三中，W_B、H_B和P_B应当满足：

其中，i，j表示不同小区，()^*表示共轭转置。

与现有技术相比，本发明克服协作多点技术复杂度高、控制信令开销多的缺陷，由于不同小区基站无需交互数据信息，因此既能够保证获得好的系统性能，又可以降低实现复杂度。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1a是本发明的消除干扰原理的示意图；

图1b是显示本发明的无线网络干扰消除方法的示意图；

图2是显示本发明的无线网络的上行干扰消除的方法示意图；

图3a是显示本发明的无线网络的下行干扰消除的装置的示意图；

图3b是显示本发明的无线网络的下行干扰消除的方法之一的示意图；

图4是显示本发明的无线网络的下行干扰消除的方法之二的示意图；

图5是显示本发明的无线网络的下行干扰消除的方法之三的示意图；

图6是显示两小区的干扰消除的实例。

具体实施方式

图1a显示了本发明的无线网络干扰消除的原理，图1中的设备1是本小区基站或用户终端，设备2为本小区的用户终端或基站，图1中的设备3是干扰小区基站或用户终端，设备4为干扰小区的用户终端或基站。

本发明通过设备1的发送波束成形器(未显示)和设备2的接收波束成形器(未显示)，使得在设备2将所有干扰信号(即设备3发送的虚线所示的信号)均准直到相同信号空间，且它与期望的接收信号(设备1发送的实线所示的信号)空间正交，从而保证期望信号与干扰信号互不干扰。

为了叙述方便，在下文中，除明确指出的干扰小区基站或干扰用户终端外，其他基站、用户终端均为本小区基站和本小区用户终端。

图1b显示了本发明的一种无线网络干扰消除方法，如图1b所示，包括：

基站通过对上行信号进行接收波束处理，把所有干扰信号均准直到相同信号空间，且与期望的接收信号空间正交，从而完成上行干扰消除；

用户终端通过对基站根据用户终端反馈调整其发送波束的发送信号进行接收波束处理，把所有干扰信号均准直到相同信号空间，且与期望的接收信号空间正交，从而完成下行干扰消除。

图2显示了本发明的无线网络上行干扰消除的方法，如图2所示，包括：

用户终端利用用户发送波束成形器P_A对发送信号预处理后发送；

基站利用导频信号分别估计用户终端与基站、用户与干扰小区基站之间的信道增益系数矩阵H_A；

基站根据所述P_A和H_A，生成基站接收波束成形器W_A；

基站利用基站接收波束成形器W_A对接收信号处理，恢复用户终端的发送信号。

本发明根据干扰小区基站发送信号与基站信号正交的原则，生成基站接收波束成形器W_A，因此，W_A、H_A和P_A应当满足：

其中，i，j表示不同小区，()^*表示共轭转置。

图3a显示了本发明的无线网络的下行干扰消除的装置，基站(eNB)包括迫零预编码器Q和基站发送波束成形器P，用户终端设有用户接收波束成形器W。

图3b显示了本发明的无线网络下行干扰消除的方法之一，如图3b所示，本发明的无线网络下行干扰消除方法之一包括：

基站利用基站发送波束成形器P_B对发送信号进行预处理后发送；

用户终端通过对基站发送的导频信号的判决，分别估计出其与基站及其干扰小区基站之间的信道增益系数矩阵H_B；

用户终端根据所述P_B和H_B，生成用户接收波束成形器W_B；

用户终端把所述W_B及它与基站间的信道系数分别反馈到基站，使基站生成用于消除小区内用户间干扰的迫零预编码器Q；

基站利用预编码器Q和P_B分别对信号预处理后发送；

用户终端利用波束成形器W_B对接收信号处理，恢复出基站的发送信号。

在该方法中，基站将W_B及用户终端与基站间的信道系数进行伪逆处理后，得到迫零预编码器Q。

由于该方法之一根据干扰小区基站发送信号与基站信号正交的原则，生成用户终端接收波束成形器W_B，因此，W_B、H_B和P_B应当满足：

其中，i，j表示不同小区，()^*表示共轭转置。

图4显示了本发明的无线网络下行干扰消除的方法之二，如图4所示，本发明的无线网络下行干扰消除的方法之二包括：

基站利用基站发送波束成形器P_B对发送信号进行预处理后发送；

用户终端通过对基站发送的导频信号的判决，分别估计出其与基站及其干扰小区基站之间的信道增益系数矩阵H_B；

用户终端根据所述P_B和H_B，生成用户接收波束成形器W_B；

用户终端把等效信道反馈给基站，使基站根据等效信道生成用于消除小区内用户间干扰的迫零预编码器Q；

基站利用迫零预编码器Q和P_B分别对信号预处理后发送；

用户终端利用波束成形器W_B对接收信号处理，恢复出基站的发送信号。

在上述方法之二中，零预编码器Q等于等效信道的伪逆。

由于该方法之二根据干扰小区基站发送信号与基站信号正交的原则，生成用户终端接收波束成形器W_B，因此，W_B、H_B和P_B应当满足：

其中，i，j表示不同小区，()^*表示共轭转置。

图5显示本发明的无线网络下行干扰消除的方法之三，如图5所示，本发明的无线网络下行干扰消除的方法之三包括：

基站利用基站发送波束成形器P_B对发送信号进行预处理后发送；

用户终端通过对基站发送的导频信号的判决，分别估计出其与基站及其干扰小区基站之间的信道增益系数矩阵H_B；

用户终端根据所述P_B和H_B，生成用户接收波束成形器W_B；

用户终端把用户终端与基站的信道信息反馈给基站；

基站和干扰小区基站交互用户终端与干扰小区间的信道信息；

基站根据用户终端与基站的信道信息和用户终端与干扰小区间的信道信息，生成用于消除小区内用户间干扰的迫零预编码器Q；

基站利用迫零预编码器Q和P_B分别对信号预处理后发送；

用户终端利用波束成形器W_B对接收信号处理，恢复出基站的发送信号。

在上述方法之三中，信道信息是信道估计信息，迫零预编码器Q是用户终端与基站的信道信息和用户终端与干扰小区间的信道信息的伪逆。

由于该方法之三根据干扰小区基站发送信号与基站信号正交的原则，生成用户终端接收波束成形器W_B，因此，W_B、H_B和P_B应当满足：

其中，i，j表示不同小区，()^*表示共轭转置。

下面以图6所示的两小区为例，说明本发明的无线网络干扰消除的方法。

实施例1：设基站和用户终端均安装2天线，小区边界处选定用户数K＝2，即每小区一个用户且每用户发送单流数据，故下行无需消除小区内用户间干扰，上下行收发可采用相同处理方式。

每小区接收信号为：

$y^{\left(1\right)}=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{H}_{1k}^{\left(1\right)}{P}_{1k}{x}_{1k}+\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{H}_{2k}^{\left(1\right)}{P}_{2k}{x}_{2k}+n^{\left(1\right)}$

$y^{\left(2\right)}=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{H}_{2k}^{\left(2\right)}{P}_{2k}{x}_{2k}+\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{H}_{1k}^{\left(2\right)}{P}_{1k}{x}_{1k}+n^{\left(2\right)}$

其中P_1k为预编码器，为小区1中用户k到本小区基站1的信道矩阵系数，为小区1中用户k到小区2中基站2的信道矩阵系数，x未发送信号，n为噪声。

在接收端，根据条件 生成波束形成器W(通过算法、软件生成)，使得干扰信号位于期望信号的零空间，分别利用波束形成器W对接收信号均衡后恢复发送信号

${\hat{x}}_k^{\left(1\right)}=W_{1k}^H{y}^{\left(1\right)}$

${\hat{x}}_k^{\left(2\right)}=W_{2k}^H{y}^{\left(2\right)}$

实施例2：设基站和用户终端均安装2天线，每小区边界处选定用户数K＝2，每用户发送2流数据，下行需消除小区内用户间干扰，

1)上行干扰抑制：

每个小区基站接收信号为：

$y^{\left(1\right)}=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{H}_{1k}^{\left(1\right)}{P}_{1k}{x}_{1k}+\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{H}_{2k}^{\left(1\right)}{P}_{2k}{x}_{2k}+n^{\left(1\right)}$

$y^{\left(2\right)}=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{H}_{2k}^{\left(2\right)}{P}_{2k}{x}_{2k}+\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{H}_{1k}^{\left(2\right)}{P}_{1k}{x}_{1k}+n^{\left(2\right)}$

其中P_1k为用户终端预编码器，为小区1中用户k到本小区基站1的信道矩阵系数，为为小区1中用户k到小区2中基站2的信道矩阵系数。

在基站，根据条件 生成波束形成器W，分别利用波束形成器W对接收信号均衡后估计出发送信号

${\hat{x}}_k^{\left(1\right)}=W_{1k}^H{y}^{\left(1\right)}$

${\hat{x}}_k^{\left(2\right)}=W_{2k}^H{y}^{\left(2\right)}.$

经过发送、接收端联合波束形成，使得干扰位于1维信号空间，而期望信号位于其余2维信号空间。

2)下行干扰抑制：

1)每小区基站端分别设定预编码器P_3×2，把信号扩展到空域3维；

2)基站发送预编码的导频信号，用户终端估计出本小区直达信道矩阵和干扰小区的交叉信道矩阵 是与小区2中基站到小区1中用户k的信道；

3)用户终端计算出接收波束成形向量W_1k(W_2k)，其位于的零空间；

4)用户终端反馈等效信道到小区基站；

第5步：基站根据等效信道生成用于消除小区内用户间干扰的迫零预编码器 表示伪逆；

第6步：基站端利用预编码器Q和P分别对信号预处理后发送；

第7步：用户终端利用波束成形器W对接收信号处理恢复出本小区发送信号。

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种无线网络干扰消除方法，包括：

对于下行干扰消除，基站根据用户终端反馈调整发送信号的发送波束，用户终端通过对所述发送信号进行接收波束处理，把所有干扰信号均准直到相同信号空间，且与期望的接收信号空间正交，从而完成下行干扰消除；

对于上行干扰消除，基站通过对上行信号进行接收波束处理，把所有干扰信号均准直到相同信号空间，且与期望的接收信号空间正交，从而完成上行干扰消除，所述的上行干扰消除包括：

用户终端利用用户发送波束成形器P_A对发送信号预处理后发送；

基站利用导频信号分别估计用户终端与基站、用户与干扰小区基站之间的信道增益系数矩阵H_A；

基站根据所述P_A和H_A，生成基站接收波束成形器W_A；

基站利用基站接收波束成形器W_A对接收信号处理，恢复用户终端的发送信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述的W_A、H_A和P_A满足：

其中，i,j表示不同小区，()^*表示共轭转置。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述的下行干扰消除具体为：

基站利用基站发送波束成形器P_B对发送信号进行预处理后发送；

用户终端通过对基站发送的导频信号的判决，分别估计出其与基站及其干扰小区基站之间的信道增益系数矩阵H_B；

用户终端根据所述P_B和H_B，生成用户接收波束成形器W_B；

用户终端把所述W_B及它与基站间的信道系数分别反馈到基站，使基站生成用于消除小区内用户间干扰的迫零预编码器Q；

基站利用预编码器Q和P_B分别对信号预处理后发送；

用户终端利用波束成形器W_B对接收信号处理，恢复出基站的发送信号。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述的W_B、H_B和P_B满足：

其中，i,j表示不同小区，()^*表示共轭转置。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述的下行干扰消除具体为：

基站利用基站发送波束成形器P_B对发送信号进行预处理后发送；

用户终端通过对基站发送的导频信号的判决，分别估计出其与基站及其干扰小区基站之间的信道增益系数矩阵H_B；

用户终端根据所述P_B和H_B，生成用户接收波束成形器W_B；

用户终端把等效信道反馈给本基站，使基站根据等效信道生成用于消除小区内用户间干扰的迫零预编码器Q；

基站利用预编码器Q和P_B分别对信号预处理后发送；

用户终端利用波束成形器W_B对接收信号处理，恢复出基站的发送信号。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述的W_B、H_B和P_B满足：

其中，i,j表示不同小区，()^*表示共轭转置。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述的下行干扰消除具体为：

基站利用基站发送波束成形器P_B对发送信号进行预处理后发送；

用户终端通过对基站发送的导频信号的判决，分别估计出其与基站及其干扰小区基站之间的信道增益系数矩阵H_B；

用户终端根据所述P_B和H_B，生成用户接收波束成形器W_B；

用户终端反馈用户终端与基站的信道信息；

基站和干扰小区基站交互的用户终端与干扰小区间的信道信息；

基站根据用户终端与基站的信道信息和用户终端与干扰小区间的信道信息，生成用于消除小区内用户间干扰的迫零预编码器Q；

基站利用迫零预编码器Q和P_B分别对信号预处理后发送；

用户终端利用波束成形器W_B对接收信号处理，恢复出基站的发送信号。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述的W_B、H_B和P_B满足：

其中，i,j表示不同小区，()^*表示共轭转置。