CN102820954A - 一种降低异构网络小区间干扰的方法 - Google Patents

Abstract

一种降低异构网络小区间干扰的方法属于无线网络领域，特别是由不同类型小区构建的异构无线通信系统等。本发明的目的在于提供一种降低异构网络小区间干扰的方法，解决干扰网络中的小区间干扰问题。本发明首先设计微微蜂窝小区内基站的预编码器，以及微微蜂窝小区内用户端的接收滤波器；然后，从消除微微蜂窝小区基站对宏蜂窝小区用户干扰的角度出发，设计宏蜂窝小区用户端接收滤波器；最后，根据宏蜂窝小区用户端接收滤波器设计宏蜂窝小区基站预编码器，本发明提出的干扰对齐技术是先把异构网络分成不同小区层再逐层处理，采用本发明可完全消除宏、微微小区间干扰而提高系统容量。

Description

一种降低异构网络小区间干扰的方法

技术领域

本发明属于无线网络领域，特别是由不同类型小区构建的异构无线通信系统等。

背景技术

目前，无线通信业务蓬勃发展，迫切要求提高无线网络容量。传统的增加宏基站、小区分裂等技术已难以满足人们对无线通信容量和覆盖的需求。在LTE-A网络中，通过引入微微基站（Pico）、家用基站（Femto）以及中继站（Relay）等构建的异构网络，是解决室内和热点区域覆盖和容量问题的有效途径。这些不同小区基站重叠覆盖形成的异构网络可以显著提升系统容量，但是新基站的引入使得无线网络拓扑结构更加复杂，小区间干扰（ICI）也更为严重。因此，迫切需要研究有效的干扰管理与控制技术来降低甚至完全消除干扰以提高通信系统频谱效率。

长期以来，人们针对无线网络的干扰问题进行了大量研究，提出了诸多先进的干扰抑制技术，如协作多点传输（CoMP）、小区间干扰协调（ICIC）等。3GPPLTE-A标准R10、R11均设立了异构网络ICIC专项课题，研究时域、频域以及功率等资源的协调使用来降低干扰。不同于ICIC，CoMP技术是从信号设计的角度出发，通过多小区基站的协作处理而提高系统容量。但这些技术均限于广播信道（BC）或多址信道（MAC），实际上，异构网络中多用户通信通常是处于干扰信道（IC），上述用于BC或MAC信道的技术并不适用于干扰网络，故不能达到干扰信道的实际容量。

近年来，文献[1]提出了可达干扰网络最优容量的干扰对齐技术，其思想是在接收天线端把干扰信号均对齐到一个空域天线端处理，而其他天线用作恢复发送信号，干扰信号的叠加可节省消除干扰所需的空间维度。文献[2]提出了基于迫零（ZF）的显式干扰对齐方法（ZF-IA），它通过设计预编码器（发送滤波器）使所有干扰信号重叠并准直到接收信号的一个子空间内，从而能够获得多用户干扰信道的最大自由度。

随着人们对干扰对齐相关算法实现的深入研究，近年来在这些方面取得了显著进展。同时，也注意到，目前的这些研究大多局限于简单的理想系统模型，还较少针对实际移动通信网络部署场景，特别是干扰对齐在新一代LTE-A异构网络中的应用。另一方面，LTE-A异构网部署在提供更高资源利用率、更好链路性能、更大热点覆盖范围的同时，也增加了不同类型基站之间的重叠覆盖区域，使得小区间的干扰更加复杂。

文献[1]M.Maddah-Ali,A.Motahari,and A.Khandani,Communication over MIMOX channels:Interference alignment,decomposition,and performance analysis,IEEETrans.on Inf. Theory,vol.54,pp.3457–3470,2008

文献[2]V.Cadambe and S.Jafar,Interference alignment and the degrees of freedomof the k user interference channel,IEEE Trans.on Information Theory,vol.54,pp.3425–3441,Aug.2008.

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低异构网络小区间干扰的方法，解决干扰网络中的小区间干扰问题。

本发明的思想是：基于异构网络中宏小区、微微小区等多层蜂窝组网特点，对不同类型小区进行分层连续空域干扰对齐处理来消除干扰。

一般干扰对齐技术仅针对同构无线网络，通常假设每小区基站和各个用户端的天线配置相同。而异构无线网络中，宏蜂窝、微微（pico）和Femto等不同小区内基站天线配置以及容纳的用户数均不同，故需要设计新型干扰对齐实现方案来降低小区间干扰。本发明提出的干扰对齐实现步骤如图1所示，描述如下：

一种降低异构网络小区间干扰的方法，基于由宏蜂窝小区和微微蜂窝小区组建的异构网络，包括以下步骤：

步骤（1），设计微微蜂窝小区内基站的预编码器，以及微微蜂窝小区内用户端的接收滤波器，以消除微微蜂窝小区之间的干扰；

步骤（2），从消除微微蜂窝小区基站对宏蜂窝小区用户干扰的角度出发，设计宏蜂窝小区用户端接收滤波器，使得经过步骤（1）预编码后的微微蜂窝小区基站发射信号经过信道传播后，与宏蜂窝小区用户期望接收信号正交而不相关；

步骤（3），根据宏蜂窝小区用户端接收滤波器设计宏蜂窝小区基站预编码器，使得宏蜂窝小区基站发送信号对本宏蜂窝小区内的用户造成的干扰与本宏蜂窝小区内的用户期望接收信号正交而不相关，同时使得宏蜂窝小区基站发送信号对各个微微蜂窝小区用户造成的干扰与各个微微蜂窝小区用户期望接收信号正交而不相关，从而完全消除宏蜂窝小区基站对本宏蜂窝小区用户、微微蜂窝小区用户的干扰。

异构网络由1个宏蜂窝小区和2个微微蜂窝小区构成，宏蜂窝小区内有1个基站BS2、2个用户UE2和UE3，每个微微蜂窝小区内有1个基站，分别为BS1和BS3，每个微蜂窝小区内有1个用户，分别为UE1、UE4，BS1和UE1属于同一微微蜂窝小区，对于这种情况，步骤（1）所述的微微蜂窝小区内用户端的接收滤波器和微微蜂窝小区内基站的预编码器计算公式如下，

用户端UE4的接收滤波器 $W_4=\mathrm{eig}\left[{\left(H_{\mathrm{4,1}}^{+}{H}_{\mathrm{4,3}}\right)}^{-1}\left(H_{\mathrm{1,1}}^{+}{H}_{\mathrm{1,3}}\right)\right]$

其中，H_1,1为基站BS1到用户UE1之间的信道矩阵，H_1,3为基站BS3到用户UE1之间的信道矩阵，H_4,1为基站BS1到用户UE4之间的信道矩阵，H_4,3为基站BS3到用户UE4之间的信道矩阵，(·)⁺表示矩阵的伪逆，eig(·)表示求矩阵的特征值，(·)^-1表示矩阵的逆，

用户端UE1的接收滤波器 $W_1=\mathrm{null}\left(W_4^{+}{H}_{\mathrm{4,3}}^{+}{H}_{\mathrm{4,1}}\right)$

其中，null(·)表示信号的零空间，

微微蜂窝小区内基站BS1的预编码器 $P_1=\mathrm{null}\left(W_4^{+}{H}_{\mathrm{4,1}}\right),$

微微蜂窝小区内基站BS3的预编码器 $P_4=\mathrm{null}\left(w_1^{+}{H}_{\mathrm{1,3}}\right),$

宏蜂窝小区用户端UE2的接收滤波器W₂的计算公式为，

W₂＝null((H_2,1P₁)⁺)

其中，H_2,1为基站BS1到用户UE2传输链路之间的信道矩阵，P₁为微微蜂窝小区内基站BS1的预编码器，null(·)表示信号的零空间，(·)⁺表示伪逆；

宏蜂窝小区用户端UE3的接收滤波器W₃的计算公式为，

W₃＝null((H_3,1P₁)⁺)

其中H_3,1为基站BS1到用户UE3传输链路之间的信道矩阵。

宏蜂窝小区基站对其用户2、3的预编码器为P₂，P₃其计算公式分为，

$P_2=\mathrm{null}\left({\left[{\left(W_1^{+}{H}_{\mathrm{1,2}}\right)}^{+}{\left(W_4^{+}{H}_{\mathrm{4,2}}\right)}^{+}{\left(W_3^{+}{H}_{\mathrm{3,2}}\right)}^{+}\right]}^{+}\right)$

$P_3=\mathrm{null}\left({\left[{\left(W_1^{+}{H}_{\mathrm{1,2}}\right)}^{+}{\left(W_4^{+}{H}_{\mathrm{4,2}}\right)}^{+}{\left(W_2^{+}{H}_{\mathrm{2,2}}\right)}^{+}\right]}^{+}\right)$

其中H_1,2为基站BS2到用户UE1之间的信道矩阵，H_4,2为基站BS2到用户UE4之间的信道矩阵，H_2,2为基站BS2到用户UE2之间的信道传输矩阵、H_3,2为基站BS2到用户UE3之间的信道传输矩阵。

异构网络由2个宏蜂窝小区和2个微微蜂窝小区构成，每个宏蜂窝小区内有1个基站，分别为BS2以及BS3，每个宏蜂窝小区内有1个用户，分别为UE2以及UE3，BS2和UE2属于同一个宏蜂窝小区，每个微微蜂窝小区内有1个基站，分别为BS1和BS4，每个微蜂窝小区内有1个用户，分别为UE1、UE4，BS1和UE1属于同一微微蜂窝小区，对于这种情况，步骤（1）所述的微微蜂窝小区内用户端的接收滤波器和微微蜂窝小区内基站的预编码器计算公式如下，

用户端UE4的接收滤波器 $W_4=\mathrm{eig}\left[{\left(H_{\mathrm{4,1}}^{+}{H}_{4,3}\right)}^{-1}\left(H_{\mathrm{1,1}}^{+}{H}_{\mathrm{1,3}}\right)\right]$

其中，H_1,1为基站BS1到用户UE1之间的信道矩阵，H_1,3为基站BS3到用户UE1之间的信道矩阵，H_4,1为基站BS1到用户UE4之间的信道矩阵，H_4,3为基站BS3到用户UE4之间的信道矩阵，(·)⁺表示伪逆，eig(·)表示求矩阵的特征值，

用户端UE1的接收滤波器 $W_1=\mathrm{null}\left(W_4^{+}{H}_{\mathrm{4,3}}^{+}{H}_{\mathrm{4,1}}\right)$

其中，null(·)表示信号的零空间，

微微蜂窝小区内基站BS1的预编码器 $P_1=\mathrm{null}\left(W_4^{+}{H}_{\mathrm{4,1}}\right),$

微微蜂窝小区内基站BS4的预编码器 $P_4=\mathrm{null}\left(w_1^{+}{H}_{\mathrm{1,3}}\right),$

宏蜂窝小区用户端UE2的接收滤波器W₂的计算公式为，

W₂＝null((H_2,1P₁)⁺)

其中，H_2,1为基站BS1到用户UE2传输链路之间的信道矩阵，P₁为微微蜂窝小区内基站BS1的预编码器，null(·)表示信号的零空间，(·)⁺表示伪逆；

宏蜂窝小区用户端UE3的接收滤波器W₃的计算公式为，

W₃＝null((H_3,1P₁)⁺)

其中H_3,1为基站BS1到用户UE3传输链路之间的信道矩阵。宏蜂窝小区基站的预编码器的计算公式分别为，

宏蜂窝基站BS2的预编码器 $P_2=\mathrm{null}\left({\left[{\left(W_1^{+}{H}_{\mathrm{1,2}}\right)}^{+}{\left(W_4^{+}{H}_{\mathrm{4,2}}\right)}^{+}{\left(W_3^{+}{H}_{\mathrm{3,2}}\right)}^{+}\right]}^{+}\right)$

宏蜂窝基站BS3的预编码器 $P_3=\mathrm{null}\left({\left[{\left(W_1^{+}{H}_{\mathrm{1,2}}\right)}^{+}{\left(W_4^{+}{H}_{\mathrm{4,2}}\right)}^{+}{\left(W_2^{+}{H}_{2,3}\right)}^{+}\right]}^{+}\right)$

其中H_1,2为基站BS2到用户UE1之间的信道矩阵，H_4,2为基站BS2到用户UE4之间的信道矩阵，H_2,3为基站BS3到用户UE2之间的信道传输矩阵、H_3,2为基站BS2到用户UE3之间的信道传输矩阵。

有益效果

可以看到，本发明提出的干扰对齐技术是先把异构网络分成不同小区层再逐层处理。采用本发明提出的方法，可完全消除宏、微微小区间干扰而提高系统容量，克服了以前的一些技术不能消除异构网络干扰的缺陷。

附图说明

图1本发明流程图

图2异构网络结构示意图

图3实施例1干扰系统模型

图4实施例1微微基站干扰对齐示意图

图5实施例1宏基站干扰对齐示意图

图6实施例2微微基站干扰对齐示意图

图7实施例2宏基站干扰对齐示意图

具体实施方式

实施例1

下面以一个由1个宏蜂窝小区和2个微微蜂窝小区组建的异构网络为例进行说明，如图2所示。假设该宏蜂窝小区内有1个基站BS2、2个用户UE2和UE3，每个微蜂窝小区内有1个基站，分别为BS1和BS3，每个微蜂窝小区内有1个用户，分别为UE1、UE4；宏蜂窝小区基站天线数为4，微微蜂窝小区内基站天线数为2，每个终端天线数为2，其等效模型如图3，图中实线表示期望信号，虚线表示干扰。

实现异构网络之间干扰对齐的设计步骤如下：

第一步，考虑到微微小区用户受到相邻微微小区基站干扰，设计微微小区基站的预编码器P₁、P₄和用户端的接收滤波器W₁、W₄，使得相邻微微基站对微微小区用户的干扰被对齐到用户期望信号的零空间，如图4，图中实线表示期望信号，虚线表示干扰。

根据微微蜂窝小区基站对相邻微微蜂窝小区用户的干扰被对齐到相邻微微蜂窝小区内用户期望信号的零空间的原则，计算微微蜂窝小区基站的预编码器和以及微微蜂窝小区内用户端的接收滤波器，下面介绍预编码器P₁、P₄和接收滤波器W₁、W₄的设计。为消除微微小区间干扰，需满足：

$W_1^{+}{H}_{\mathrm{1,3}}{P}_4=W_4^{+}{H}_{\mathrm{4,1}}{P}_1=0---\left(1\right)$

$P_1^{+}{H}_{\mathrm{1,1}}^{+}{H}_{\mathrm{1,3}}{P}_4=P_4^{+}{H}_{\mathrm{4,3}}^{+}{H}_{\mathrm{4,1}}{P}_1=0---\left(2\right)$

其中，H_1,1为基站BS1到用户UE1之间的信道矩阵，H_1,3为基站BS3到用户UE1之间的信道矩阵，H_4,1为基站BS1到用户UE4之间的信道矩阵，H_4,3为基站BS3到用户UE4之间的信道矩阵，H_1,3为基站BS3到用户UE1之间的信道矩阵，(·)⁺表示伪逆。式（1）表示W₁位于的H_1,3P₄的零空间，W₄位于的H_4,1P₁的零空间。式（2）表示P₁位于H_1,1 ⁺H_1,3P₄的零空间，P₄位于H_4,3 ⁺H_4,1P₁的零空间。由式（1）、（2）可以计算出滤波器W₁、W₄：

$W_4=\mathrm{eig}\left[{\left(H_{\mathrm{4,1}}^{+}{H}_{\mathrm{4,3}}\right)}^{-1}\left(H_{\mathrm{1,1}}^{+}{H}_{1,3}\right)\right]---\left(3\right)$

式中eig(·)表示求矩阵的特征值。

$W_1=\mathrm{null}\left(W_4^{+}{H}_{\mathrm{4,3}}^{+}{H}_{\mathrm{4,1}}\right)---\left(4\right)$

式中null(·)表示信号的零空间，即W₁与

正交。

把W₁、W₄代入（1）可求解出预编码器P₁、P₄：

$P_1=\mathrm{null}\left(W_4^{+}{H}_{\mathrm{4,1}}\right)---\left(5\right)$

$P_4=\mathrm{null}\left(W_1^{+}{H}_{\mathrm{1,3}}\right)---\left(6\right)$

因此，微微小区基站的预编码器和用户端接收滤波器的设计步骤如下：

1）利用公式（3）计算出微微小区用户端接收滤波器W₄

2）利用公式（4）计算出微微小区用户端接收滤波器W₁

3）利用公式（5）计算出微微小区基站端预编码器P₄

4）利用公式（6）计算出微微小区基站端预编码器P₁

第二步，从消除微蜂窝小区基站对宏蜂窝小区用户干扰的角度出发，设计宏蜂窝小区用户端接收滤波器W₂、W₃，使得经过步骤（1）预编码后的微蜂窝小区基站的发射信号经过信道传播后，位于宏蜂窝小区用户期望接收信号的零空间，如图5，即满足

W₂=null((H_2,1P₁)⁺)                                  (7)

W₃＝null((H_3,1P₁)⁺)                                 (8)

其中H_2,1为基站BS1到用户UE2传输链路之间的信道矩阵，P₁为微微蜂窝小区内基站BS1的预编码器，H_3,1为基站BS1到用户UE3传输链路之间的信道矩阵

宏蜂窝小区用户端接收滤波器的设计步骤如下：

1）利用公式（7）计算出宏蜂窝小区用户端接收滤波器W₂

2）利用公式（8）计算出宏蜂窝小区用户端接收滤波器W₃

最后，获得宏蜂窝小区用户端接收滤波器后，则从消除宏蜂窝小区基站对本宏蜂窝小区用户、微蜂窝小区用户干扰的角度出发，设计宏蜂窝小区基站预编码器P₂，P₃，使得对每个宏蜂窝小区用户而言，预编码的宏基站发送信号经无线信道后，在接收端位于异构网络中其他用户期望接收信号的零空间，即干扰信号与期望信号正交，从而完全消除干扰，即满足

$P_2=\mathrm{null}\left({\left[{\left(W_1^{+}{H}_{\mathrm{1,2}}\right)}^{+}{\left(W_4^{+}{H}_{4,2}\right)}^{+}{\left(W_3^{+}{H}_{\mathrm{3,2}}\right)}^{+}\right]}^{+}\right)---\left(9\right)$

$P_3=\mathrm{null}\left({\left[{\left(W_1^{+}{H}_{\mathrm{1,2}}\right)}^{+}{\left(W_4^{+}{H}_{4,2}\right)}^{+}{\left(W_2^{+}{H}_{\mathrm{2,2}}\right)}^{+}\right]}^{+}\right)---\left(10\right)$

其中H_1,2为基站BS2到用户UE1之间的信道矩阵，H_4,2为基站BS2到用户UE4之间的信道矩阵，H_2,2为基站BS2到用户UE2之间的信道传输矩阵、H_3,2为基站BS2到用户UE3之间的信道传输矩阵。

宏小区基站端预编码器的设计步骤如下：

1）利用公式（9）计算出宏小区基站端预编码器P₂

2）利用公式（10）计算出宏小区基站端预编码器P₃

实施例2

下面以一个由2个宏蜂窝小区和2个微微蜂窝小区组建的异构网络为例进行说明。假设每个宏蜂窝小区的基站分别为BS2、BS3，每个宏小区内有1个用户，分别为UE2和UE3；每个微微蜂窝小区内有1个基站，分别为BS1和BS4，每个微蜂窝小区内有1个用户，分别为UE1、UE4；宏蜂窝小区基站端天线数为4，微微蜂窝小区内基站端天线数为2，每个终端天线数为2。

实现异构网络之间干扰对齐的设计步骤如下：

第一步，同于实施1中，先消除微微蜂窝小区之间的干扰，设计微微蜂窝小区基站的预编码器P₁、P₄和用户端的接收滤波器W₁、W₄，使得相邻微微基站对微微小区用户的干扰被对齐到用户期望信号的零空间，如图6，图中实线表示期望信号，虚线表示干扰。

为消除微微小区间干扰，需预设计编码器P₁、P₄和接收滤波器W₁、W₄，使其满足：

$W_1^{+}{H}_{1,4}{P}_4=W_4^{+}{H}_{\mathrm{4,1}}{P}_1=0---\left(11\right)$

$P_1^{+}{H}_{\mathrm{1,1}}^{+}{H}_{\mathrm{1,3}}{P}_4=P_4^{+}{H}_{\mathrm{4,3}}^{+}{H}_{\mathrm{4,1}}{P}_1=0---\left(12\right)$

其中，H_1,1为基站BS1到用户UE1之间的信道矩阵，H_1,3为基站BS3到用户UE1之间的信道矩阵，H_4,1为基站BS1到用户UE4之间的信道矩阵，H_4,3为基站BS3到用户UE4之间的信道矩阵，H_1,4为基站BS4到用户UE1之间的信道矩阵，(·)⁺表示伪逆。式（11）表示W₁位于的H_1,4P₄的零空间，W₄位于的H_4,1P₁的零空间。式（12）表示P₁位于H_1,1 ⁺H_1,3P₄的零空间，P₄位于H_4,3 ⁺H_4,1P₁的零空间。由式（11）、（12）可以计算出滤波器W₁、W₄：

$W_4=\mathrm{eig}\left[{\left(H_{\mathrm{4,1}}^{+}{H}_{\mathrm{4,3}}\right)}^{-1}\left(H_{\mathrm{1,1}}^{+}{H}_{1,3}\right)\right]---\left(13\right)$

式中eig(·)表示求矩阵的特征值。

$W_1=\mathrm{null}\left(W_4^{+}{H}_{\mathrm{4,3}}^{+}{H}_{\mathrm{4,1}}\right)---\left(14\right)$

式中null(·)表示信号的零空间，即W₁与

正交。

把W₁、W₄代入（11）可求解出预编码器P₁、P₄：

$P_1=\mathrm{null}\left(W_4^{+}{H}_{\mathrm{4,1}}\right)---\left(15\right)$

$P_4=\mathrm{null}\left(W_1^{+}{H}_{\mathrm{1,3}}\right)---\left(16\right)$

因此，微微小区基站的预编码器和用户端接收滤波器的设计步骤如下：

1）利用公式（13）计算出微微小区用户端接收滤波器W₄；

2）利用公式（14）计算出微微小区用户端接收滤波器W₁；

3）利用公式（15）计算出微微小区基站端预编码器P₁；

4）利用公式（16）计算出微微小区基站端预编码器P₄。

第二步，从消除微蜂窝小区基站对宏蜂窝小区用户干扰的角度出发，设计宏蜂窝小区用户UE2、UE3端接收滤波器W₂、W₃，使得经过步骤（1）预编码后的微蜂窝小区基站的发射信号经过信道传播后，位于宏蜂窝小区用户期望接收信号的零空间，即满足

W₂=null((H_2,1P₁)⁺)                                (17）

W₃=null((H_3,1P₁)⁺)                                (18）

其中，H_2,1为基站BS1到用户UE2传输链路之间的信道矩阵，P₁为微微蜂窝小区内基站BS1的预编码器，null(·)表示信号的零空间，(·)⁺表示伪逆，H_3,1为基站BS1到用户UE3传输链路之间的信道矩阵。

宏蜂窝小区用户端接收滤波器的设计步骤如下：

1）利用公式（17）计算出宏蜂窝小区用户端接收滤波器W₂；

2）利用公式（18）计算出宏蜂窝小区用户端接收滤波器W₃。

最后，获得宏蜂窝小区用户端接收滤波器后，则从消除宏蜂窝小区基站对宏蜂窝小区用户、微蜂窝小区用户干扰的角度出发，设计宏蜂窝小区基站预编码器P₂，P₃，如图7。使得对每个宏蜂窝小区用户而言，预编码的宏基站发送信号经无线信道后，在接收端位于异构网络中其他用户期望接收信号的零空间，即干扰信号与期望信号正交，从而完全消除干扰，即满足

$P_2=\mathrm{null}\left({\left[{\left(W_1^{+}{H}_{\mathrm{1,2}}\right)}^{+}{\left(W_4^{+}{H}_{4,2}\right)}^{+}{\left(W_3^{+}{H}_{\mathrm{3,2}}\right)}^{+}\right]}^{+}\right)---\left(19\right)$

$P_3=\mathrm{null}\left({\left[{\left(W_1^{+}{H}_{\mathrm{1,2}}\right)}^{+}{\left(W_4^{+}{H}_{4,2}\right)}^{+}{\left(W_2^{+}{H}_{2,3}\right)}^{+}\right]}^{+}\right)---\left(20\right)$

其中H_1,2为基站BS2到用户UE1之间的信道矩阵，H_4,2为基站BS2到用户UE4之间的信道矩阵，H_2,3为基站BS3到用户UE2之间的信道传输矩阵、H_3,2为基站BS2到用户UE3之间的信道传输矩阵。

宏小区基站端预编码器的设计步骤如下：

1）利用公式（19）计算出宏小区基站端预编码器P₂

2）利用公式（20）计算出宏小区基站端预编码器P₃

可以看到，干扰对齐仅要求异构无线网络不同小区之间协作交互信道信息，而CoMP需要不同类型小区之间交互数据和信道信息，故提出的干扰对齐实现复杂度低于一般的CoMP。

对于干扰对齐技术，理论研究表明，在某一时刻，参与干扰对齐的用户数与发送、接收天线数需满足一定约束条件，才能获得无线系统的最优容量。实施例中，为了满足理论约束条件，在当前时刻选择了少量用户，如1个进行干扰对齐。但在下一个时刻，可采用调度算法选择其他用户进行干扰对齐处理，因此，本方案可用于多用户的的蜂窝网络。

Claims (7)

1.一种降低异构网络小区间干扰的方法，基于由宏蜂窝小区和微微蜂窝小区组建的异构网络，其特征在于包括以下步骤：

步骤（1），设计微微蜂窝内基站的预编码器，以及微微蜂窝内用户端的接收滤波器，以消除微微蜂窝小区之间的干扰；

步骤（2），从消除微微蜂窝小区基站对宏蜂窝小区用户干扰的角度出发，设计宏蜂窝小区用户端接收滤波器，使得经过步骤（1）预编码后的微微蜂窝小区基站发射信号经过信道传播后，与宏蜂窝小区用户期望接收信号正交而不相关；

步骤（3），根据宏蜂窝小区用户接收滤波器设计宏蜂窝小区基站预编码器，使得宏蜂窝小区基站发送信号对本宏蜂窝小区内的用户造成的干扰与本宏蜂窝小区内的用户期望接收信号正交而不相关，同时使得宏蜂窝小区基站发送信号对各个微微蜂窝小区用户造成的干扰与各个微微蜂窝小区用户期望接收信号正交而不相关，从而完全消除宏蜂窝小区基站对本宏蜂窝小区用户、微微蜂窝小区用户的干扰。

2.根据权利要求1所述的一种降低异构网络小区间干扰的方法，其特征在于：异构网络由1个宏蜂窝小区和2个微微蜂窝小区构成，宏蜂窝小区内有1个基站BS2、2个用户UE2和UE3，每个微微蜂窝小区内有1个基站，分别为BS1和BS3，每个微蜂窝小区内有1个用户，分别为UE1、UE4，BS1和UE1属于同一微微蜂窝小区，对于这种情况，步骤（1）所述的微微蜂窝小区内用户端的接收滤波器和微微蜂窝小区内基站的预编码器计算公式如下，

用户端UE4的接收滤波器

其中，H_1,1为基站BS1到用户UE1之间的信道矩阵，H_1,3为基站BS3到用户UE1之间的信道矩阵，H_4,1为基站BS1到用户UE4之间的信道矩阵，H_4,3为基站BS3到用户UE4之间的信道矩阵，(·)⁺表示伪逆，eig(·)表示求矩阵的特征值，

用户端UE1的接收滤波器

其中，null(·)表示信号的零空间， 

微微蜂窝小区内基站BS1的预编码器

微微蜂窝小区内基站BS3的预编码器

。

3.根据权利要求2所述的一种降低异构网络小区间干扰的方法，其特征在于：

宏蜂窝小区用户端UE2的接收滤波器W₂的计算公式为，

W₂=null((H_2,1P₁)⁺)

其中，H_2,1为基站BS1到用户UE2传输链路之间的信道矩阵，P₁为微微蜂窝小区内基站BS1的预编码器，null(·)表示信号的零空间，(·)⁺表示伪逆；

宏蜂窝小区用户端UE3的接收滤波器W₃的计算公式为，

W₃=null((H_3,1P₁)⁺)

其中H_3,1为基站BS1到用户UE3传输链路之间的信道矩阵。

4.根据权利要求3所述的一种降低异构网络小区间干扰的方法，其特征在于：宏蜂窝小区基站预编码器P₂，P₃计算公式为，

其中H_1,2为基站BS2到用户UE1之间的信道矩阵，H_4,2为基站BS2到用户UE4之间的信道矩阵，H_2,2为基站BS2到用户UE2之间的信道传输矩阵、H_3,2为基站BS2到用户UE3之间的信道传输矩阵。 

5.根据权利要求1所述的一种降低异构网络小区间干扰的方法，其特征在于：异构网络由2个宏蜂窝小区和2个微微蜂窝小区构成，每个宏蜂窝小区内有1个基站，分别为BS2以及BS3，每个宏蜂窝小区内有1个用户，分别为UE2以及UE3，BS2和UE2属于同一个宏蜂窝小区，每个微微蜂窝小区内有1个基站，分别为BS1和BS4，每个微蜂窝小区内有1个用户，分别为UE1、UE4，BS1和UE1属于同一微微蜂窝小区，对于这种情况，步骤（1）所述的微微蜂窝小区内用户端的接收滤波器和微微蜂窝小区内基站的预编码器计算公式如下，

用户端UE4的接收滤波器

其中，H_1,1为基站BS1到用户UE1之间的信道矩阵，H_1,3为基站BS3到用户UE1之间的信道矩阵，H_4,1为基站BS1到用户UE4之间的信道矩阵，H_4,3为基站BS3到用户UE4之间的信道矩阵，(·)⁺表示伪逆，eig(·)表示求矩阵的特征值，

用户端UE1的接收滤波器

其中，null(·)表示信号的零空间，

微微蜂窝小区内基站BS1的预编码器

微微蜂窝小区内基站BS4的预编码器

。

6.根据权利要求5所述的一种降低异构网络小区间干扰的方法，其特征在于：

宏蜂窝小区用户端UE2的接收滤波器W₂的计算公式为，

W₂=null((H_2,1P₁)⁺)

其中，H_2,1为基站BS1到用户UE2传输链路之间的信道矩阵，P₁为微微蜂窝小区内基站BS1的预编码器，null(·)表示信号的零空间，(·)⁺表示伪逆； 

宏蜂窝小区用户端UE3的接收滤波器W₃的计算公式为，

W₃=null((H_3,1P₁)⁺)

其中H_3,1为基站BS1到用户UE3传输链路之间的信道矩阵。

7.根据权利要求6所述的一种降低异构网络小区间干扰的方法，其特征在于：宏蜂窝小区基站的预编码器的计算公式为，

宏蜂窝小区基站BS2的预编码器

宏蜂窝小区基站BS3的预编码器

其中H_1,2为基站BS2到用户UE1之间的信道矩阵，H_4,2为基站BS2到用户UE4之间的信道矩阵，H_2,3为基站BS3到用户UE2之间的信道传输矩阵、H_3,2为基站BS2到用户UE3之间的信道传输矩阵。 

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