CN102487372A - 软空频复用方法与装置、基站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软空频复用通信方法与装置、基站，其中，方法包括：根据用户反馈的导频信号的强度判定该用户所在的小区区域，并确定该用户可用的频率资源；根据用户可用的频率资源分配相应的发射功率并进行资源调度；根据资源调度结果选择组用户，组用户包括同一小区内及相邻小区内与用户使用相同物理资源块PRB的用户；根据组用户获取最小干扰泄露矩阵，在最小干扰泄露矩阵下，用户所在小区服务基站发送给用户的下行数据对组用户的干扰最小；根据最小干扰泄露矩阵获取用户的预编码矩阵；根据预编码矩阵，对下行数据进行预编码，得到预编码数据。本发明实施例可以在不减小小区的总吞吐量的情况下，增加小区边缘区域的吞吐量。

Description

软空频复用方法与装置、基站

技术领域

本发明涉及通信技术，尤其是一种软空频复用(soft spatial-frequency reuse，以下简称：SSFR)通信方法与装置、基站。

背景技术

目前，正交频分多址(Orthogonal Frequency Division MultipleAccess，以下简称：OFDMA)网络中常用的下行干扰协调技术有两类：一类是软频率复用(soft frequency reuse，以下简称：SFR)技术，一类是部分频率复用(partial frequency reuse，以下简称：PFR)技术。

SFR技术将小区的全部可用频率资源分为中心区域可用资源与边缘区域可用资源。其中，中心区域可用资源采用降功率也即部分功率发射，边缘区域可用资源采用全功率发射，边缘区域可用资源的复用因子为3，小区的边缘区域可用资源为小区全部可用资源的1/3。如图1所示，为SFR技术小区的可用资源分配示意图，图2为图1所示可用资源分配情况下各小区可用资源的发射功率示意图。结合图1和图2，在SFR技术中，多个小区的中心区域可使用相同的频率资源，但相邻小区的边缘区域只能使用相互正交的资源，并且，小区的中心区域用户与边缘区域用户不能同时使用相同的时频资源。

PFR技术也将小区的全部可用频率资源分为中心区域可用资源与边缘区域可用资源，但中心区域可用资源与边缘区域可用资源互相不重叠。在PFR技术中，多个小区的中心区域可使用相同的频率资源，复用因子为1；相邻小区的边缘区域使用相互正交的频率资源，复用因子为3，小区边缘区域的可用资源为小区边缘区域总资源的1/3，小于小区全部可用资源的1/3，并且，小区的中心区域与边缘区域使用的频率资源互不重叠。如图3所示，为PFR技术小区的可用资源分配示意图。参考图3，小区的中心区域使用频率资源A，本小区与相邻小区的边缘区域分别使用频率资源B、C、D，并且频率资源A、B、C、D互不重叠。因此，PFR技术中无需对中心区域可用资源与边缘区域可用资源的发射功率进行控制。

在通信带宽一定的情况下，小区的边缘区域的吞吐量受由边缘区域的可用资源量与用户接收信号质量决定。边缘区域的可用资源量越多，边缘区域的吞吐量越大；边缘区域的用户接收信号质量越好，边缘区域的吞吐量越大。在现有的SFR技术与PFR技术中，小区边缘区域的可用资源较少，同时，由于边缘区域用户受中心区域用户的干扰，导致边缘区域的用户接收信号质量较差，因此，小区边缘区域的吞吐量较低。

为了解决该问题，现有技术中，主要通过将小区的可用资源在小区的中心区域与边缘区域进行重新划分，增加小区边缘区域可用资源量来提高小区边缘区域的吞吐量。

目前，可以通过多种方式将小区的可用资源在小区的中心区域与边缘区域进行重新划分，其中的两种典型划分方法如下：一种是小区边缘区域的可用资源占小区总的可用资源量的6/7，另一种是小区边缘区域的可用资源占小区总的可用资源量的3/4。

如图4所示，为小区边缘区域的可用资源占小区总的可用资源量的6/7时小区的可用资源分配示意图。根据图4，小区所有的可用资源被分为互不重叠的7份，小区的覆盖区域被划分为中心区域与边缘区域，并且，小区的边缘区域又被细划分为6个子区域。小区的中心区域可使用全部的频率资源，边缘区域使用全部可用资源的6/7，与SFR技术一样，小区的中心区域与边缘区域不能同时使用相同的时频资源。并且，小区的中心区域使用的频率资源采用降功率发射，小区的边缘区域使用的频率资源采用全功率发射。由于小区的边缘区域可使用小区全部可用资源的6/7，与小区边缘区域复用因子为3的SFR技术和PFR技术相比，增加了小区边缘区域的可用资源量。

如图5所示，为小区边缘区域的可用资源占小区总的可用资源量的3/4时小区的可用资源分配示意图。根据图5，小区所有的可用资源被分为互不重叠4份，小区的覆盖区域被划分为中心区域与边缘区域，并且，小区的边缘又被细划分为6个子区域。小区的中心区域可使用全部的频率资源，小区的边缘区域使用小区全部可用资源的3/4。并且，小区的中心区域使用的频率资源采用降功率发射，小区的边缘区域使用的频率资源采用全功率发射。由于小区的边缘区域可使用小区全部可用资源的3/4，与小区边缘区域复用因子为3SFR技术和PFR技术相比，增加了小区边缘区域的可用资源量。

在实现本发明的过程中，发明人发现，现有技术通过将小区的可用资源在小区的中心区域与边缘区域进行重新划分来增加小区边缘区域可用资源量的技术方案，虽然增加了小区的边缘区域的可用资源量，但至少存在以下问题：

由于小区的边缘区域的可用资源采用全功率发射，但在增加小区边缘可用资源量的同时，也增加了相邻小区之间的干扰，不仅相邻小区的边缘区域之间会产生干扰，相邻小区的不同区域之间也会产生干扰，降低了小区的边缘区域用户的信干噪比(Signal to Interference Plus NoiseRatio，以下简称：SINR)，从而降低了小区边缘区域的吞吐量；另外，在小区总的可用资源量一定的情况下，增加小区边缘区域的可用资源，将使小区中心的可用资源量减少，因此，从而导致小区的总吞吐量下降。

因此，本发明针对现有下行干扰协调策略中的上述问题，从减小对相邻小区干扰泄露的角度出发，提出了软空频复用(soft spatial-frequency reuse，以下简称：SSFR)策略。该策略主要包括两部分，一是空频资源分配；二是基于最小化干扰泄露的预编码码本设计。通过空频资源分配可增加小区边缘区域可用资源量，在不减小小区总吞吐量的前提下，增加边缘区域吞吐量；而通过预编码码本设计可减小相邻小区边缘区域干扰，增大边缘区域用户SINR，进一步增加边缘区域吞吐量。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题是：提供一种软空频复用通信方法与装置、基站，以在不减小小区的总吞吐量的情况下，增加小区边缘区域的吞吐量。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供的一种软空频复用通信方法，包括：

根据用户反馈的导频信号的强度判定该用户所在的小区区域，并确定该用户可用的频率资源，所述导频信号包括所述用户所在小区服务基站的导频信号与所述用户所在小区的相邻小区服务基站的导频信号；

根据所述用户可用的频率资源分配相应的发射功率并进行资源调度；

根据资源调度结果选择组用户，所述组用户包括同一小区内及相邻小区内与所述用户使用相同物理资源块(Physical Resource Block，PRB)的用户；

根据所述组用户获取最小干扰泄露矩阵，在所述最小干扰泄露矩阵下，所述用户所在小区的服务基站发送给所述用户的下行数据对所述组用户的干扰最小；

根据所述最小干扰泄露矩阵获取所述用户的预编码矩阵；

根据所述预编码矩阵，对所述下行数据进行预编码，得到预编码数据。

本发明实施例提供的一种软空频复用通信装置，包括：

接收模块，用于接收用户终端反馈的导频信号的强度，所述导频信号包括所述用户所在小区服务基站的导频信号与所述用户所在小区的相邻小区服务基站的导频信号；

判决模块，用于根据所述接收模块接收到的导频信号的强度判定所述用户所在的小区区域；

确定模块，用于根据所述用户所在的小区区域确定该用户可用的频率资源；

调度模块，用于根据所述用户可用的频率资源分配相应的发射功率并进行资源调度；

选择模块，用于根据资源调度结果选择组用户，所述组用户包括同一小区内及相邻小区内与所述用户使用相同PRB的用户；

第一获取模块，用于根据所述选择模块选择的组用户，获取最小干扰泄露矩阵，在所述最小干扰泄露矩阵下，所述用户所在小区服务基站发送给所述用户的下行数据对所述组用户的干扰最小；

第二获取模块，用于根据所述最小干扰泄露矩阵获取所述用户的预编码矩阵；

预编码模块，用于根据所述预编码矩阵，对所述下行数据进行预编码，得到预编码数据。

本发明实施例提供的一种基站，包括本发明上述实施例提供的软空频复用通信装置。

基于本发明上述实施例提供的软空频复用通信方法与装置、基站，根据接收到的导频信号的强度判定用户所在的小区区域，并基于该用户所在的小区区域确定该用户可用的频率资源，与现有技术相比，可以在不减少小区中心的可用资源量的情况下，增加小区边缘区域的可用资源，从而在不减小小区总吞吐量的前提下，增加了小区边缘区域的吞吐量；获取一个用户对同一小区内及相邻小区内与该用户使用相同PRB的用户的干扰最小时的最小干扰泄露矩阵，并基于最小干扰泄露矩阵获取到的该用户的预编码矩阵，对待发送给该用户的下行数据进行预编码，与现有技术相比，消除了同一小区内用户之间的干扰，并且，由于最小化了该用户的服务基站对相邻小区的用户的干扰，增大了小区边缘区域用户的SINR，从而进一步增加了小区边缘区域的吞吐量。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为SFR技术小区的可用资源分配示意图；

图2为图1所示可用资源分配情况下各小区可用资源的发射功率示意图；

图3为PFR技术小区的可用资源分配示意图；

图4为小区边缘区域的可用资源占小区总的可用资源量的6/7时小区的可用资源分配示意图；

图5为小区边缘区域的可用资源占小区总的可用资源量的3/4时小区的可用资源分配示意图；

图6为本发明SSFR通信方法一个实施例的流程图；

图7为本发明SSFR通信方法另一个实施例的流程图；

图8为本发明小区进行区域划分后的一个区域分布示意图；

图9为基于图8所示区域分布的空频资源分配示意图；

图10为本发明SSFR通信方法又一个实施例的流程图；

图11为本发明SSFR通信装置一个实施例的结构示意图；

图12为本发明SSFR通信装置另一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图6为本发明SSFR通信方法一个实施例的流程图。该实施例的流程具体可以由基站执行，如图6所示，该实施例的SSFR通信方法包括以下流程：

步骤101，根据用户反馈的导频信号的强度判定该用户所在的小区区域，并确定该用户可用的频率资源。其中，导频信号包括该用户所在小区服务基站的导频信号与该述用户所在小区的相邻小区服务基站的导频信号。

步骤102，根据用户可用的频率资源分配相应的发射功率并进行资源调度。

步骤103，根据资源调度结果选择组用户，该组用户包括同一小区内及相邻小区内与用户使用相同PRB的用户。

步骤104，根据选择的组用户获取最小干扰泄露矩阵，在最小干扰泄露矩阵下，该用户所在小区的服务基站发送给该用户的下行数据对组用户的干扰最小。

步骤105，根据最小干扰泄露矩阵获取用户的预编码矩阵。

步骤106，根据预编码矩阵，对待发送给用户的下行数据进行预编码，得到预编码数据。

本发明上述实施例提供的SSFR通信方法，根据反馈的导频信号的强度判定用户所在的小区区域，并基于该用户所在的小区区域确定该用户可用的频率资源，可以在不减少小区中心的可用资源量的情况下，增加小区边缘区域的可用资源，从而在不减小小区总吞吐量的前提下，增加了小区边缘区域的吞吐量；获取一个用户对同一小区内及相邻小区内与该用户使用相同PRB的用户的干扰最小时的最小干扰泄露矩阵，并基于最小干扰泄露矩阵获取到的该用户的预编码矩阵，对发送给该用户的下行数据进行预编码，消除了同一小区内用户之间的干扰，并且，由于最小化了该用户所在小区的服务基站对相邻小区的用户的干扰，增大了小区边缘区域用户的SINR，从而进一步增加了小区边缘区域的吞吐量。

另外，通过图6所示步骤106，对待发送给用户的下行数据进行预编码得到预编码数据后，可以采用步骤102分配的相应发射功率向用户发送预编码数据。

作为本发明SSFR通信方法的另一个实施例，用户所在的小区区域包括小区中心区域(cell center area，以下简称：CCA)与小区边缘区域(cell edge area，以下简称：CEA)，CEA即为该用户所在小区的相邻小区的主要干扰区域(dominant interference area，以下简称：DIA)。用户终端接收到基站发送的导频信号后，可以向基站反馈其接收到的导频信号的强度，包括用户所在小区服务基站的导频信号的强度，与该用户所在小区的相邻小区服务基站的导频信号的强度。图7为本发明SSFR通信方法另一个实施例的流程图。该实施例的流程具体可以由基站执行，如图7所示，该实施例的SSFR通信方法包括以下流程：

步骤201，比较用户反馈的导频信号的强度中，用户所在小区服务基站的导频信号的强度是否小于预先设定的区域判定门限。若用户所在小区服务基站导频信号的强度不小于预先设定的区域判定门限，执行步骤202。否则，若用户所在小区服务基站的导频信号的强度小于预先设定的区域判定门限，执行步骤203。

步骤202，判定用户属于CCA，然后执行步骤205。

步骤203，判定用户属于CEA，并进一步比较用户所在小区的相邻小区服务基站的导频信号的强度，获取相邻小区服务基站的所有导频信号中，强度最大的导频信号对应的服务基站。

步骤204，判定用户属于发送强度最大的导频信号对应的服务基站的DIA内。

步骤205，确定该用户可用的频率资源。

步骤206，根据该用户可用的频率资源分配相应的发射功率并进行资源调度。

步骤207，根据资源调度结果选择组用户，该组用户包括同一小区内及相邻小区内与该用户使用相同物理资源块PRB的用户。

步骤208，根据同一小区内与该用户使用相同PRB的用户，构造正交化编码所需的信道矩阵。

步骤209，对正交化编码所需的信道矩阵进行奇异值分解，得到用户间正交化预编码矩阵。

步骤210，根据用户间正交化预编码矩阵构造等效干扰泄露信道矩阵。

步骤211，根据等效干扰泄露信道矩阵构造最小干扰泄露矩阵。在该最小干扰泄露矩阵下，该用户的服务基站发送给该用户的下行数据对组用户的干扰最小。

步骤212，根据最小干扰泄露矩阵获取用户的预编码矩阵。

步骤213，根据预编码矩阵，对基站待发送给该用户的下行数据进行预编码，得到预编码数据。之后，可以通过步骤206分配的发射功率发射该预编码数据。

作为本发明SSFR通信方法的又一个实施例，基站可以对其信号覆盖的小区进行区域划分，将其信号覆盖的小区进行区域划分为CCA、CEA与DIA；以及对每个小区的可用频率资源进行划分，具体地，将第i个小区的可用频率资源划分为

个空频资源组

其中，为小于或等于第i个小区服务基站天线数的整数，R_i，n表示第i个小区的第n个空频资源组；每个空频资源组包含M个PRB组，每个PRB组包括多个PRB。

作为本发明的一个具体应用实例，可以通过以下方法对本基站信号覆盖的小区进行区域划分：将每个小区被划分为CCA与CEA。如图8所示，为本发明小区进行区域划分后的一个区域分布示意图。图8中，第i个小区的CCA表示为A_i1，其中，i＝1，2，...，7。有6个小区与第i个小区相邻，第i个小区的CEA被划分为6个子区域，表示为：A_i2，A_i3，...，A_i7。其中，第i个小区的服务基站会对与第i个小区相邻的第j个小区的边缘区域产生较强干扰，为第i个小区的DIA，表示为DIA_i，j，其中，j≠i。则图8中第1个小区的所有干扰区域表示为{A₂₄，A₃₅，A₄₆，A₅₁，A₆₂，A₇₃}。

相应的，作为本发明的另一个具体应用实例，可以通过以下方法对每个小区的可用频率资源进行划分，以便确定用户可用的频率资源。假设PRB是最小的资源单元，多个PRB组成一个PRB组。第i个小区的可用频率资源被划分为个空频资源组，表示为其中，

为小于或等于基站天线数的整数，R_i，n表示第i个小区的第n个空频资源组；每个空频资源组包含M个PRB组，其中，M的大小由通信系统的带宽决定，其取值为通信系统带宽与单个PRB带宽的比值。如图9所示，为基于图8所示区域分布的空频资源分配示意图，根据图9，当M＝4时，R_i，n＝{SF_i，n，1，SF_i，n，2，SF_i，n，3，SF_i，n，4}，其中，SF_i，n，m表示第i个小区的第n个空频资源组中第m个PRB。

由于小区的边缘区域可使用小区全部可用资源的3/4，与小区边缘区域复用因子为3的SFR技术和PFR技术相比，中心区域仍然可以使用小区全部可用的频率资源，在不减少小区中心的可用资源量的情况下，增加了小区边缘区域的可用资源，在不减小小区总吞吐量的前提下，增加了小区边缘区域的吞吐量。

图10为本发明SSFR通信方法又一个实施例的流程图。如图10所示，该实施例的SSFR通信方法包括以下流程：

步骤300，用户终端接收基站发送的导频信号，并将接收到的导频信号的强度反馈给基站，其中的导频信号包括使用该用户终端的用户所在小区服务基站的导频信号与该述用户所在小区的相邻小区服务基站的导频信号。

假设基站天线数为N，用户终端k的接收天线数为M_k.则用户终端k从基站i接收到的导频信号y_k，i可以表示为：

$y_{k,i}=H_{k,i}{W}_{k,i}{s}_{k,i}+\underset{t=1,l\≠k}{\mathrm{\Σ}}{H}_{k,i}{W}_{l,i}{s}_{l,i}+\underset{j\≠i,\hat{k}=1}{\mathrm{\Σ}}{H}_{k,j}{W}_{\hat{k},j}{s}_{\hat{k},j}+n_{k,i}---\left(1\right)$

上述式(1)中，基站i为用户终端k的服务基站，基站j为用户终端

的服务基站。H_k，i为基站i服务的用户k对应的信道矩阵，大小为M_k×N。S_k，i为用户终端k的发送信号，大小为S×1。用户k的预编码矩阵为W_k，i，大小为N×S。H_k，iW_k，is_k，i表示导频信号y_k，i中的有用信号，

表示服务基站i向用户l发送下行数据时对与用户l位于同一小区内且使用相同时频资源的用户k造成的干扰。

表示相邻小区的服务基站j对该相邻小区内的用户

发送下行数据时对用户k造成的干扰。n_k，i是加性高斯白噪声，均值为0，方差为其中，

为M_k×M_k的单位矩阵。

步骤301，基站根据用户终端反馈的导频信号的强度判定该用户终端的用户所在的小区区域。

假设用户k对应于该用户所使用的用户终端k，本发明实施例中以用户k代替该用户所使用的用户终端k，基站i为用户k所在小区的服务基站，用户k接收到的服务基站i发送的导频信号的强度以

表示，以S_thresh表示预先设置的区域判定门限，则当时，判断该用户k属于CCA；当

时，判断该用户k属于CEA，将该用户k称为CEA用户。此外，用户k接收到的相邻小区的服务基站发送的所有导频信号中，强度最大的导频信号对应的基站j为用户k的主要干扰基站，表示为

此时，用户k位于该基站j的DIA内。

步骤302，根据用户所在的小区区域，确定该用户可用的频率资源。

对于每个小区的CEA用户，不能使用划分给该小区的一个或多个PRB组，作为本发明的一个具体实施例，其中的多个可以是不大于划分给该小区的全部PRB组的三分之二的任意整数，则确定基站i服务的CEA用户不能使用的PRB组表示为SF_{i，n，res_i}，其中，res_i表示第i个小区不能使用的PRB组的编号，n为空频资源组的编号，M为PRB组的个数，

为第i个小区的可用频率资源被划分成的空频资源组的个数。此时，第i个小区CEA用户可用的频率资源为

其中

表示R_i，n除掉不能使用的频率资源后剩余的频率资源。确定第i个小区CCA用户可用的频率资源为

U_i为第i个小区中CEA用户不能使用的频率资源，表示为

确定第i个小区的DIA用户可用资源为

其中，

步骤303，根据每个小区区域用户可用的频率资源分配相应的发射功率。

向CCA用户分配发射功率为α_np，其中，0＜α_n＜1，α_n为CCA用户可用的第n个空频资源组的功率缩放因子，向CEA用户与DIA用户分配发射功率β_np，其中，1＜β_n，β_n为CEA用户可用的第n个空频资源组的功率缩放因子。

步骤304，根据用户可用的频率资源进行资源调度。

根据用户可用的频率资源为用户分配具体的PRB，以供该用户传输上行数据使用。具体可以采用比例公平(proportional fairness，以下简称：PF)、最大载干比(max C/I)等调度算法，进行资源调度。

另外，作为本发明的另一个实施例，该步骤304也可以先于步骤303执行，或者与步骤303同时执行。

步骤305，根据资源调度结果选择组用户，该组用户即为同一小区内及相邻小区内与该用户使用相同PRB的用户。

根据步骤304的资源调度结果，获取同一小区内与用户k使用相同PRB的用户，表示为

以及相邻小区内与用户k使用相同PRB的用户，表示为

步骤306，构造正交化编码所需的信道矩阵。根据每个用户的构造正交化编码所需的信道矩阵，表示为

表示与用户k处于同一小区内的用户与基站之间的信道集合。其中，＊表示矩阵的共轭转置，H_k，i为基站i服务的用户k对应的信道矩阵，大小为M_k×N，K₁为与用户k使用相同的频率资源并处于同一小区内的用户数。

步骤307，构造用户间正交化预编码矩阵。

对

进行奇异值分解，得到用户间正交化预编码矩阵Q_k，i，Q_k，i的矩阵大小为N×M_k。可以根据通过传统的块对角化(blockdiagonal，以下简称：BD)算法获得Q_k，i。

的奇异值分解为：

$H_{k,i}^{\mathrm{IUI}}=U_{k,i}{\mathrm{\Λ}}_{k,i}{\left[V_{k,i}^1{V}_{k,i}^0\right]}^{*}$

其中，

构成了

的零空间，即：

$H_{k,i}^{\mathrm{IUI}}{V}_{k,i}^0=0$

因此，当

时，

中的每一项满足以下条件：

$H_{l,i}{Q}_{k,i}=0\∀k\≠l---\left(2\right)$

式(2)中的H_l，i表示与用户k处于同一小区内的用户l与基站i之间的信道。

上述式(2)表示基站i使用正交化预编码矩阵Q_k，i对待发送给用户k的下行数据进行预编码后，基站i为用户k发送的下行数据不会对用户l产生干扰，即：基站为用户k服务时，对位于同一小区内的用户l的干扰泄露为零。

步骤308，构造等效干扰泄露信道矩阵。

假设用户k的预编码矩阵W_k，i表示为：

W_k，i＝Q_k，i*D_k，i                               (3)

根据式(2)与式(3)，可以将式(1)简化为：

$y_{k,i}=H_{k,i}{Q}_{k,i}{D}_{k,i}{s}_{k,i}+\underset{j\≠i,\hat{k}=1}{\mathrm{\Σ}}{H}_{k,j}{Q}_{\hat{k},j}{D}_{\hat{k},j}{s}_{\hat{k},j}+n_{k,i}---\left(4\right)$

此时，

为用户k的泄露信道，表示基站i与相邻基站j服务的用户之间的干扰泄露信道矩阵。

首先，根据

获取用户k对应的干扰泄露信道矩阵，表示为

其中，

为受基站i干扰的用户数；由式(1)可知，用户k从基站i接收到的有用信号对应的信道矩阵为

根据用户k的正交化预编码矩阵Q_k，i，分别获取用户k从基站i接收到的有用信号经过正交化预编码后得到的等效信道矩阵，表示为

以及获取基站i为用户k服务时对相邻小区用户造成干扰的等效干扰泄露信道矩阵，表示为

之后获取用户k的等效干扰泄露信道矩阵，表示为

步骤309，构造最小干扰泄露矩阵。

用户k对相邻小区用户的干扰泄露加噪声(interference leakageplus noise，以下简称：LN)表示为：

${\mathrm{LN}}_{k,i}=M_k{\mathrm{\σ}}_n^2+{\left|\right|{\tilde{H}}_{\hat{k},i}{D}_{k,i}\left|\right|}_F^2---\left(5\right)$

上式(5)中，M_k为用户k接收下行数据的接收天线数，表示用户k的M_k个天线上的高斯白噪声之和，

表示

的范数，D_k，i的矩阵大小为M_k×S。

则最小干扰泄露对应的预编码矩阵D_k，i，也称为：最小干扰泄露预编码矩阵，表示为：

$D_{k,i}\∝\arg \min (M_k{\mathrm{\σ}}_n^2+{\left|\right|{\tilde{H}}_{\hat{k},i}{D}_{k,i}\left|\right|}_F^2)---\left(6\right)$

使

则(6)可表示为：

$D_{k,i}\∝\arg \max \left({\widehat{\mathrm{LN}}}_{k,i}\right)---\left(7\right)$

上式(7)中，采用基于最大化信号泄露干扰比(signal to leakageplus noise，以下简称：SLNR)的预编码算法，用户k的SLNR可以表示为：

${\mathrm{SLNR}}_{k,i}=\frac{1}{M_k{\mathrm{\σ}}_n^2+{\left|\right|{\tilde{H}}_{\hat{k},i}{D}_{k,i}\left|\right|}_F^2}---\left(8\right)$

其中，用户k的有用信号等效为1。

根据上述式(8)，可以将上式(7)表示为：

$D_{k,i}\∝\max .\mathrm{eigenvector}\left({(M_k{\mathrm{\σ}}_n^{2}I+{\tilde{H}}_{\hat{k},i}^H{\tilde{H}}_{\hat{k},i})}^{-1}\right)---\left(9\right)$

上式(9)中，表示D_k，i为的最大奇异值对应的向量。其中，I为单位矩阵，并且D_k，i的范数为1。通过上述式(9)，可以使相邻小区内的用户

对用户k的干扰泄露最小，此时干扰泄露最小，D_k，i即为实现最小干扰泄露时的预编码矩阵。

步骤310，构造用户k的预编码矩阵。

根据上述式(3)W_k，i＝Q_k，i*D_k，i，由正交化预编码矩阵Q_k，i与最小干扰泄露预编码矩阵D_k，i，获得用户的预编码矩阵W_k，i。

步骤311，根据用户k的预编码矩阵W_k，i，对待发送给用户k的下行数据进行预编码，得到预编码数据。

步骤312，根据步骤303中分配的发射功率发送通过步骤311得到的预编码数据。

在本发明上述实施例的SSFR通信方法中，采用基于最小干扰泄露的预编码矩阵W_k，i，在基站侧对用户k发送的下行数据进行预编码，消除了同一小区内用户之间的干扰，并最小化了该用户的服务基站对相邻小区的边缘区域用户的干扰，增大了小区边缘区域用户的SINR，从而进一步增加了小区边缘区域的吞吐量。

图11为本发明SSFR通信装置一个实施例的结构示意图。该实施例的SSFR通信装置可用于实现本发明上述各实施例的SSFR通信方法。如图11所示，其包括接收模块401、判决模块402、确定模块403、调度模块404、选择模块405、第一获取模块406、第二获取模块407与预编码模块408。

其中，接收模块401用于接收用户终端反馈的导频信号的强度。其中的导频信号由基站发送给用户终端，用户终端接收到该导频信号后，可以向基站反馈其接收到的导频信号的强度，包括使用该用户终端的用户所在小区服务基站的导频信号的强度，与该用户所在小区的相邻小区服务基站的导频信号的强度。判决模块402用于根据接收模块401接收到的导频信号的强度，判定使用该用户终端的用户所在的小区区域。确定模块403用于根据判决模块402判定的该用户所在的小区区域，确定该用户可用的频率资源。调度模块404用于根据确定模块403确定的该用户可用的频率资源，分配相应的发射功率并进行资源调度。选择模块405用于根据调度模块404的资源调度结果选择组用户，该组用户包括同一小区内及相邻小区内与用户使用相同PRB的用户。第一获取模块406用于根据选择模块405选择的组用户，获取最小干扰泄露矩阵，在该最小干扰泄露矩阵下，该用户所在小区的服务基站发送给该用户的下行数据对组用户的干扰最小。第二获取模块407用于根据第一获取模块406获取到的最小干扰泄露矩阵获取用户的预编码矩阵。预编码模块408用于根据第二获取模块407获取到的预编码矩阵，对待发送给该用户的下行数据进行预编码，得到预编码数据。

本发明上述实施例提供的软空频复用通信装置，根据接收到的导频信号的强度判定用户所在的小区区域，并基于该用户所在的小区区域确定该用户可用的频率资源，可以在不减少小区中心的可用资源量的情况下，增加小区边缘区域的可用资源，从而在不减小小区总吞吐量的前提下，增加了小区边缘区域的吞吐量；获取一个用户对同一小区及相邻小区内与该用户使用相同PRB的用户的最小干扰泄露矩阵，并基于最小干扰泄露矩阵获取该用户的预编码矩阵，然后对待发送给该用户的下行数据进行预编码，消除了同一小区内用户之间的干扰。并且，由于最小化了该用户的服务基站对相邻小区用户的干扰泄露，增加了小区边缘区域用户的SINR，从而进一步增加了小区边缘用户的吞吐量。

进一步地，再参见图11，本发明实施例的SSFR通信装置中还可以包括发送模块409，用于利用调度模块404分配的发射功率发送预编码模块408得到的预编码数据。

图12为本发明SSFR通信装置另一个实施例的结构示意图。与图11所示的实施例相比，该实施例中，第一获取模块406具体包括第一构造单元501、获取单元502、第二构造单元503与第三构造单元504。

其中，第一构造单元501用于根据选择模块405的组用户选择结果，由同一小区内与用户使用相同PRB的用户，构造正交化编码所需的信道矩阵。获取单元502用于对正交化编码所需的信道矩阵进行奇异值分解，得到用户间正交化预编码矩阵。第二构造单元503用于根据用户间正交化预编码矩阵构造等效干扰泄露信道矩阵。第三构造单元504用于根据等效干扰泄露信道矩阵构造最小干扰泄露矩阵。

另外，本发明实施例还提供了一种基站，包括本发明图11或12所示实施例提供的SSFR通信装置。

基于本发明上述实施例提供的基站，根据用户反馈的导频信号的强度判定用户所在的小区区域，并基于该用户所在的小区区域确定该用户可用的频率资源，可以在不减少小区中心的可用资源量的情况下，增加小区边缘区域的可用资源，从而在不减小小区总吞吐量的前提下，增加了小区边缘区域的可用资源量，从而增加了小区边缘区域的吞吐量；获取一个用户对同一小区及相邻小区内与该用户使用相同PRB的用户的最小干扰泄露矩阵，并基于最小干扰泄露矩阵获取该用户的预编码矩阵，然后对待发送给该用户的下行数据进行预编码。消除了同一小区内用户之间的干扰。并且，由于最小化了该用户的服务基站对相邻小区用户的干扰泄露，增加了小区边缘区域用户的SINR，从而进一步增加了小区边缘用户的吞吐量。

本说明书中各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似的部分相互参见即可。对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本发明实施例可以在不减少小区中心的可用资源量的情况下，增加小区边缘区域的可用资源，从而在不减小小区总吞吐量的前提下，增加了小区边缘区域的吞吐量；并且，消除了同一小区内用户之间的干扰，并最小化了该用户的服务基站对相邻小区的边缘区域用户的干扰，增大了小区边缘区域用户的SINR，从而进一步增加了小区边缘区域的吞吐量。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (11)

1.一种软空频复用通信方法，其特征在于，包括：

根据用户反馈的导频信号的强度判定该用户所在的小区区域，并确定该用户可用的频率资源，所述导频信号包括所述用户所在小区服务基站的导频信号与所述用户所在小区的相邻小区服务基站的导频信号；

根据所述用户可用的频率资源分配相应的发射功率并进行资源调度；

根据资源调度结果选择组用户，所述组用户包括同一小区内及相邻小区内与所述用户使用相同物理资源块PRB的用户；

根据所述组用户获取最小干扰泄露矩阵，在所述最小干扰泄露矩阵下，所述用户所在小区的服务基站发送给所述用户的下行数据对所述组用户的干扰最小；

根据所述最小干扰泄露矩阵获取所述用户的预编码矩阵；

根据所述预编码矩阵，对所述下行数据进行预编码，得到预编码数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用户所在的小区区域包括小区中心区域CCA与小区边缘区域CEA，所述CEA为所述用户所在小区的相邻小区的主要干扰区域DIA；

所述根据用户反馈的导频信号的强度判定用户所在的小区区域包括：

比较所述用户所在小区服务基站的导频信号的强度是否小于预先设定的区域判定门限；

若所述用户所在小区服务基站的导频信号的强度不小于预先设定的区域判定门限，判定所述用户属于CCA；

若所述用户所在小区服务基站的导频信号的强度小于预先设定的区域判定门限，判定所述用户属于CEA，并进一步比较所述用户所在小区的相邻小区服务基站的所有导频信号的强度，获取相邻小区服务基站的所有导频信号中，强度最大的导频信号对应的服务基站，并判定所述用户属于发送强度最大的导频信号的服务基站的DIA内。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述用户属于CEA时，基站i服务的CEA用户不能使用的物理资源块PRB组表示为SF_{i，n，res_i}，其中，res_i表示第i个小区不能使用的PRB组的编号，n为空频资源组的编号，

M为PRB组的个数，

为基站i服务的第i个小区的可用频率资源被划分成的空频资源组的个数，确定第i个CEA用户可用的频率资源为其中

表示R_i，n除掉不能使用的频率资源后剩余的频率资源；

所述用户属于CCA时，CCA用户可用的频率资源为

U_i为第i个小区中CEA用户不能使用的频率资源，表示为U_i＝{SF_{i，1，res_i}，SF_{i，2，res_i}，…，SF_{i，n，res_i}}，

所述用户属于发送所述导频信号的基站的DIA内时，DIA用户可用资源为

其中，

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述用户可用的频率资源分配相应的发射功率包括：

向CCA用户分配发射功率为α_np，其中，0＜α_n＜1，α_n为CCA用户可用的第n个空频资源组的功率缩放因子；

向CEA用户与DIA用户分配发射功率β_np，其中，1＜β_n，β_n为CEA用户可用的第n个空频资源组的功率缩放因子。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述获取最小干扰泄露矩阵包括：

根据同一小区内与所述用户使用相同PRB的用户，构造正交化编码所需的信道矩阵；

对所述正交化编码所需的信道矩阵进行奇异值分解，得到用户间正交化预编码矩阵；

根据所述用户间正交化预编码矩阵构造等效干扰泄露信道矩阵；

根据所述等效干扰泄露信道矩阵构造所述最小干扰泄露矩阵。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述正交化编码所需的信道矩阵具体为

其中，H_k，i为所述用户对应的信道矩阵，K₁为与所述用户使用相同的频率资源并处于同一小区内的用户数；

所述用户间正交化预编码矩阵具体为Q_k，i，所述Q_k，i满足：

其中，l为与所述用户位于同一小区内的用户，H_l，i为基站i服务的用户l对应的信道矩阵；

根据所述用户间正交化预编码矩阵构造等效干扰泄露信道矩阵包括：根据相邻小区内与所述用户使用相同PRB的用户

获取所述用户对应的干扰泄露信道矩阵

其中，

为受所述用户所在小区服务基站干扰的用户数；根据所述用户的正交化预编码矩阵Q_k，i，分别获取用户从所述用户所在小区服务基站接收到的有用信号经过正交化预编码后得到的等效信道矩阵

以及获取所述用户所在小区服务基站为所述用户服务时对相邻小区用户造成干扰的等效干扰泄露信道矩阵

获取所述用户的等效干扰泄露信道矩阵

根据所述等效干扰泄露信道矩阵构造所述最小干扰泄露矩阵包括：通过构造所述最小干扰泄露矩阵D_k，i，其中，I为单位矩阵，并且D_k，i的范数为1，M_k为所述用户k接收下行数据的接收天线数，

表示所述用户的M_k个天线上的高斯白噪声之和。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述最小干扰泄露矩阵获取所述用户的预编码矩阵包括：

根据W_k，i＝Q_k，i*D_k，i，由正交化预编码矩阵Q_k，i与最小干扰泄露预编码矩阵D_k，i，获得用户的预编码矩阵W_k，i。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的方法，其特征在于，所述根据接收到的导频信号的强度判定用户所在的小区区域之前，还包括：

将基站信号覆盖的小区进行区域划分为CCA与CEA；

对每个小区的可用频率资源进行划分，将第i个小区的可用频率资源划分为

个空频资源组

其中，为小于或等于基站天线数的整数，R_i，n表示第i个小区的第n个空频资源组；每个空频资源组包含M个PRB组，每个PRB组包括多个PRB。

9.一种软空频复用通信装置，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收用户终端反馈的导频信号的强度，所述导频信号包括所述用户所在小区服务基站的导频信号与所述用户所在小区的相邻小区服务基站的导频信号；

判决模块，用于根据所述接收模块接收到的导频信号的强度判定所述用户所在的小区区域；

确定模块，用于根据所述用户所在的小区区域确定该用户可用的频率资源；

调度模块，用于根据所述用户可用的频率资源分配相应的发射功率并进行资源调度；

选择模块，用于根据资源调度结果选择组用户，所述组用户包括同一小区内及相邻小区内与所述用户使用相同PRB的用户；

第一获取模块，用于根据所述选择模块选择的组用户，获取最小干扰泄露矩阵，在所述最小干扰泄露矩阵下，所述用户所在小区服务基站发送给所述用户的下行数据对所述组用户的干扰最小；

第二获取模块，用于根据所述最小干扰泄露矩阵获取所述用户的预编码矩阵；

预编码模块，用于根据所述预编码矩阵，对所述下行数据进行预编码，得到预编码数据。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一获取模块包括：

第一构造单元，用于根据同一小区内与所述用户使用相同PRB的用户，构造正交化编码所需的信道矩阵；

获取单元，用于对所述正交化编码所需的信道矩阵进行奇异值分解，得到用户间正交化预编码矩阵；

第二构造单元，用于根据所述用户间正交化预编码矩阵构造等效干扰泄露信道矩阵；

第三构造单元，用于根据所述等效干扰泄露信道矩阵构造所述最小干扰泄露矩阵。

11.一种基站，其特征在于，包括权利要求9或10所述的软空频复用通信装置。

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