CN103701560B - 基于干扰对齐的预编码方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于干扰对齐的预编码方法，包括：利用接收机与基站之间的信道状态信息，计算多小区的解码矩阵；获取并根据接收机所在小区的上行信道状态信息，以及根据接收机所在小区的解码矩阵，计算发射机的预编码矩阵；根据所述发射机的预编码矩阵对下行数据进行预编码。本发明通过计算得到多小区的解码矩阵，以及根据多小区解码矩阵计算发射机的预编码矩阵，并根据该预编码矩阵对下行数据进行预编码，有效的减小了信道信息交互量和用户端天线数的使用，从而降低了系统的复杂度。

Description

基于干扰对齐的预编码方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种基于干扰对齐的预编码方法。

背景技术

随着通信技术的不断发展，干扰对齐技术在广播信道中已经被广泛的研究。

目前，现有的方法是将分组的方法扩展到了多小区多用户的场景，并在扩展的分组干扰对齐的方法中提供了最小的收发天线数的使用，同时利用多址接入和广播信道的对偶原则的混合的干扰对齐。从而可以同时消除干扰广播信道的用户间干扰和小区间干扰。

然而，现有技术中实施混合干扰对齐，用户终端的天线数目较多，从而复杂度较高。

发明内容

(一)解决的技术问题

本发明解决的技术问题是：如何解决用户终端天线数据目较多问题。

(二)技术方案

本发明提供了一种基于干扰对齐的预编码方法，包括：

利用接收机与基站之间的信道状态信息，计算多小区的解码矩阵；

获取并根据接收机所在小区的上行信道状态信息，以及根据接收机所在小区的解码矩阵，计算发射机的预编码矩阵；

根据所述发射机的预编码矩阵对下行数据进行预编码。

优选地，所述计算多小区的解码矩阵，具体包括：

在多小区中选择任意一个小区，将该小区内的所有用户分成一组，并利用下式计算所述多小区的解码矩阵：

KN-M≥d，

其中，[j,i]为第i个小区的第j个用户，i∈{1,…,L}，j∈{1,…,K}，L为小区个数，K为每个小区的用户数。上标^H表示矩阵的共轭转置；为基站i到用户[k,i+1]的信道矩阵，若i＝L，则i+1＝1；U^[K,i+1]为用户[k,i]的解码矩阵。N为用户的天线数，M为基站的天线数，d为每个用户接收的数据流数。

优选地，所述接收机与基站之间的信道状态信息的信道矩阵为：

则利用所述接收机与基站之间的信道状态信息的信道矩阵，计算

所述多小区的解码矩阵为：

其中，表示为基站j到用户[k,i]的信道矩阵,U^[K,i]H为用户[k,i]的解码矩阵。

优选地，所述计算发射机的预编码矩阵，具体包括：

根据所述多小区的解码矩阵计算小区间的干扰矩阵，并根据所述小区间的干扰矩阵计算发射机的预编码矩阵。

优选地，所述方法还包括：

在小区内选择任意用户，获得该任意用户的解码矩阵，并将该任意用户丢弃；

根据该丢弃用户和基站之间的信道矩阵，以及所述丢弃用户的解码矩阵，计算基站的辅助预编码矩阵；

根据基站与小区内剩余用户之间的信道矩阵，以及所述辅助预编码矩阵，计算小区内剩余用户的解码矩阵。

优选地，所述计算基站的辅助预编码矩阵，进一步包括：

在每个小区内任意选择i个用户，并将该i个用户丢弃；

利用下式计算第j个基站的辅助预编码矩阵

其中，A_j为基站j到所有的被丢弃的用户的干扰信道和与其相关的接收滤波组成的矩阵，m_t为第j个小区内丢弃的用户，s表示第s个小区，其中s≠j。

优选地，所述方法还包括：

获取干扰对齐方程：

F_jX_j＝0，

根据所述干扰对齐方程，以及根据所述辅助预编码矩阵，计算解码矩阵。

(三)有益效果

本发明实施例通过提供一种基于干扰对齐的预编码方法，通过计算得到多小区的解码矩阵，以及根据多小区解码矩阵计算发射机的预编码矩阵，并根据该预编码矩阵对下行数据进行预编码，有效的减小了信道信息交互量和用户端天线数的使用，从而降低了系统的复杂度。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的方法流程图；

图2是本发明实施例二提供的基于每小区四个用户的干扰对齐示意图；

图3是本发明实施例二提供的基于干扰对齐的分组协作通信示意图；

图4是本发明实施例二提供的丢弃用户协作通信示意图；

图5是本发明实施例二提供的干扰对齐的交互示意图。

具体实施方式

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

实施例1：

为了解决现有技术中用户终端天线数据目较多的问题，本发明实施例提供了一种基于干扰对齐的预编码方法，该方法流程图如图1所示，该方法包括：

步骤101：利用接收机与基站之间的信道状态信息，计算多小区的解码矩阵；

步骤102：获取并根据接收机所在小区的上行信道状态信息，以及根据接收机所在小区的解码矩阵，计算发射机的预编码矩阵；

步骤103：根据所述发射机的预编码矩阵对下行数据进行预编码。

本发明实施例通过提供一种基于干扰对齐的预编码方法，通过计算得到多小区的解码矩阵，以及根据多小区解码矩阵计算发射机的预编码矩阵，并根据该预编码矩阵对下行数据进行预编码，有效的减小了信道信息交互量和用户端天线数的使用，从而降低了系统的复杂度。

通过将同一个小区内的所有用户分为一组的分组方式，从而得到更多的自由度，并通过公式计算多小区的解码矩阵。

利用接收机与基站之间的信道矩阵计算多小区的解码矩阵，减少了信息交互的开销。

通过将小区内的一个用户丢弃，并计算辅助预编码矩阵，从而提高了系统的自由度，以及用户终端天线数目。

实施例2

本发明实施例根据上述实施例以及需要解决的技术问题，还提供了一种基于干扰对齐的预编码方法，该方法包括：

步骤201：计算多小区的解码矩阵；

通过以下两种方法计算多小区的解码矩阵；

1)利用分组方法，将同一小区i内的所有用户[1,i],……,[K,i]分为一组，以3个小区为例，仅仅考虑对于基站i到所有i+1小区的用户的干扰，当i＝3，则另i+1＝1。

则解码矩阵为通过(1)式得到：

KN-M≥d，(2)

其中，[j,i]为第i个小区的第j个用户，i∈{1,…,L}，j∈{1,…,K}，L为小区个数，K为每个小区的用户数。上标^H表示矩阵的共轭转置；为基站i到用户[k,i+1]的信道矩阵，若i＝L，则i+1＝1；U^[K,i+1]为用户[k,i]的解码矩阵。N为用户的天线数，M为基站的天线数，d为每个用户接收的数据流数。

为了得到(1)式中的解码矩阵，则(1)式必须满足(2)式。

当d/K不为整数，则得到和其中，和分别为本发明实施例中方法1)所得到的最小的基站端的天线数和用户端的天线数，和分别为本发明实施例中所得到的最小的基站端的天线数和用户端的天线数。本发明实施例相对于现有技术可以得到更多的标准化自由度。

2)令，

则多小区解码矩阵可以写为：

其中，表示为基站j到用户[k,i]的信道矩阵,U^[K,i]H为用户[k,i]的解码矩阵。根据(4)式可以看出对每个用户只需要一个信道信息来完成干扰对齐。比如对于用户[1,1]需要一个信道矩阵信息，即在将所有小区都使用一遍干扰对齐后，可以得到解码矩阵。当d/K＜1时，可以得到其中，为为本发明实施例中方法2)所得到的最小的用户端的天线数。

步骤202：根据所述多小区的解码矩阵计算小区间的干扰矩阵；

根据多小区的解码矩阵计算从基站i到i+1个小区的小区间的干扰矩阵：

步骤203：根据解码矩阵以及小区间的干扰矩阵，计算发射机的预编码矩阵。

对于预编码矩阵可以使用迫零干扰的方法得到，则第i个小区的第k个用户的预编码矩阵为：

(6)式中干扰矩阵的代表没有使用干扰对齐的小区对第i个基站的小区间干扰，代表第i个小区中除第k个用户的所有的用户间干扰，null(·)代表矩阵零空间的正交基。

由于上述矩阵的维度为(LK-2)d×M，则为了得到V^[k,i]应该使得M-(LK-2)d≥d，因此对于方案1)和2)，其中基站端的天线数应该为(LK-1)d，用户端的天线数为Ld。

步骤204：根据预编码矩阵对下行数据进行预编码。

本发明实施例不仅降低了用户端天线数的使用，也减少了信息的交互量。而信道信息交互是干扰对齐在实际中应用的一道障碍，本发明实施例仅需要本地信道信息交互。

实施例3：

本发明实施例针对每个小区四个用户的情况，提供一种基于干扰对齐的预编码方法，如图2所示，如图(M,N,K,L,d)＝(10,6,4,3,1)，M代表基站的天线数，N代表用户的天线数，K是每个小区的用户数，L是小区个数，d是接收的数据流的个数，则有三个小区，每个小区有四个用户，该方法包括：

步骤301：在每个小区中的四个用户中任意丢弃一个用户，假设分别丢弃三个小区中的第四个用户；

任意选择剩余三个用户的解码矩阵。

例如：和其中代表用户[j,i]的m×n维的解码矩阵。该剩余三个用户不参与干扰对齐的过程，因此可以说该剩余三个用户在干扰对齐前被丢弃。

步骤302：计算基站的辅助预编码矩阵，利用该辅助预编码矩阵消除来自非丢弃用户的小区的基站对丢弃用户的干扰；

其中，利用下式计算第j个基站的辅助预编码矩阵

其中，A_j为基站j到所有的被丢弃的用户的干扰信道和与其相关的接收滤波组成的矩阵，m_t为第j个小区内丢弃的用户，s表示第s个小区，其中s≠j。

则基站1的辅助预编码矩阵为：且要满足下式：

其中，A₁是一个2×10的矩阵，P₁从A₁的零空间获得8个基向量，现在使得基站1到用户[1,2],[2,2]和[3,2]的干扰都被对齐在一起，则应该满足如下式：

由于(8)式中，矩阵F₁的大小为24×26，X₁可以由F₁的零空间的一个基向量决定，则由上式可以得到：

使得，

其中，B₁代表小区间干扰信道矩阵，可以证明B₁的维度为3。在对齐后，所有的8个其它小区用户到基站1的小区间干扰的维度为：

由于基站1有10个空间维度，可以通过使预编码矩阵正交于对齐后的小区间干扰和用户间干扰，例如对于用户[1,1]的预编码矩阵可由下式得出：

由于上述矩阵的维度为9×10则有一维零空间向量可以作为基站一对用户[1,1]的预编码向量。同样对于其他用户的预编码也可用同样的方法得到。接下来与对基站1的设计方法一样可以得到第二个基站和第三个基站的辅助的预编码矩阵和

如同基站1一样所有的与其它小区的干扰占有6个维度，则所有的小区间干扰和用户间干扰都可以被消掉。由此得到了预编码矩阵和解码矩阵。本发明实施例仅使得一部分用户干扰对齐，从而节省了用户端天线数的使用。本发明实施例使用丢弃部分用户的方法来得到在获取正常的自由度的情况下得到基站端和用户端天线数的折中方案。

实施例4

本发明实施例提供了一种基于干扰对齐的预编码方法，如图3所示，在本发明实施例中，共包括三小区，每个小区包括两个用户。如图所示，其中，小区1，2，3为协作小区，小区1负责向终端(1,1)和(1,2)，即RX1,1和RX1,2发送数据，小区2负责向终端(2,1)和(2,2)，即RX2,1和RX2,2发送数据，小区3负责向终端(3,1)和(3,2)，即RX3,1和RX3,2发送数据。该方法包括：

步骤401：终端(2,1)和(2,2)发送上行探测信号SRS给小区1的发射机，小区1的发射机接收上行探测信号SRS，并由TDD系统的上下信道的互易性得到终端(2,1)和(2,2)的信道矩阵，并由其使用干扰对齐计算出终端(2,1)和(2,2)的解码矩阵U_2,1和U_2,2。对于终端(1,1)和(1,2)，(3,1)和(3,2)，即RX1,1和RX1,2，RX3,1和RX3,2进行类似的操作通过干扰对齐可以得到用户的解码矩阵U_1,1和U_1,2，U_3,1和U_3,2。

步骤402：发射机1，2，3之间共享终端的解码矩阵，则对于发射机1，2，3.知道所有的终端的解码矩阵。

例如，对于发射机TX2其可以通过共享TX1和TX3的信息，得到终端(1,1)和(1,2)，(2,1)和(2,2)的解码矩阵U_1,1和U_1,2，U_2,1和U_2,2。由此可以得到干扰等效矩阵。

步骤403：通过回馈的解码矩阵，并利用干扰矩阵和多小区预编码矩阵的正交性计算小区的预编码矩阵。

例如，对于终端(2,1)和(2,2)，得到发射机回馈的解码矩阵U_2,1和U_2,2。对于其他用户也可以用同样的方法得到自己的解码矩阵。

实施例5

本发明实施例提供的基于干扰对齐的预编码方法，如图4所示，本发明实施例共包括三个小区，每个小区包括四个用户，小区1，2，3为协作小区，小区1负责向终端(1,1)、(2,1)、(3,1)和(4,1)，即RX1,1、RX2,1、RX3,1和RX4,1发送数据，小区2负责向终端(1,2)、(2,2)、(3,2)和(4,2)，即RX1,2、RX2,2、RX3,2和RX4,2发送数据，小区3负责向终端(1,3)、(2,3)、(3,3)和(4,3)，即RX1,3、RX2,3、RX3,3和RX4,3发送数据。且本发明实施例用于TDD系统，该方法包括：

步骤501：任意从每个小区中选择一个用户向非本小区的其它基站发送上行探测信息；

例如，假设都选择每个小区的第四个用户，对于用户[4,1]则需要向基站2和基站3发送上行探测信号SRS。则对于接收端，例如TX1则接收来自用户[4,2]和用户[4,3]的上行探测信号SRS。从而通过迫零的方法可以计算出附加的预编码矩阵P₁。同理对于接收端TX2和TX3用同样的方法可以计算得出P₂和P₃。

步骤502：小区内剩余用户向接收端发送上行探测信息，并分别获取解码矩阵；

例如，在小区一中剩余三个用户即用户[1,1]、[2,1]和[3,1]向接收端TX3发送上行探测信息，由于TX3端已知P₃，通过对这三个用户使用干扰对齐和迫零可以计算出三个用户的解码矩阵U^[1,1],U^[2,1]和U^[3,1]。同理对于小区2的三个用户和小区3的三个用户都可以用同样的方法在接收端得到解码矩阵分别为：U^[1,2],U^[2,2]和U^[3,2]，U^[1,3],U^[2,3]和U^[3,3]。

步骤503：通过接收端的信息交互，使得三个接收端分别获得所有用户的附加解码矩阵和解码矩阵；

步骤504：接收端向各自服务的三个用户发送其解码矩阵。

例如，对于发送端1则分别向用户[1,1]、[2,1]和[3,1]发送其解码矩阵U^[1,1],U^{[2 ,1]}和U^[3,1]。同理对于其他发送端也使用同样的步骤，那么对于使用干扰对齐的三个用户都可以得到其解码矩阵。

步骤505：计算基站的预编码矩阵。

如图，对于小区1，除掉用户[1,1]剩余三个用户分别向基站端发送上行探测信息，而对于小区2，由于在502中使用了干扰对齐，所以此步不需要再传送上行探测信息。对于小区三中则需要前三个用户发送上行探测信息，因为对于第四个用户已经使用过迫零法了。此时对于发送端1相当于已经知道了所有用户的上行探测信息，则可以通过在发端迫零的方法计算出预编码矩阵V^[1,1]。对于其它用户的预编码矩阵都可以用类似的方法得到。

实施例6

本发明实施例提供了基于干扰对齐的预编码方法，如图5所示，图中H^(j)代表对于发送机j所估计的信道矩阵。代表了第j个基站到第i个用户的信道矩阵。对于发送机的信息交互的方式，利用所有的基站独立的收取信道状态信息，并计算由干扰对齐得到的预编码矩阵。假设有有三个基站，则信息交互包括：

步骤601：用户端将其对相应基站的信道矩阵信息传送给相应的基站作为全局信道状态信息；

步骤602：所述相应基站获得所述全局状态信息后，通过量化和计算得到局部的信道状态信息，并将其局部状态信息传送给另外两个基站。则所有的基站均获得其对任意用户的信道矩阵。

如图所示，对于用户1，其所知的信道信息为h₁，将其传至基站1，那么基站1即知道了其用户1的所有信道矩阵，对于用户2和用户3是同样的方法。那么对于基站端都知道相应自己的用户对所有的基站的信道矩阵，然后通过CSI(channel state information，信道状态信息)交互，即对于基站1将其知道的和分别传送给基站2和基站3，同理对于基站2和3进行同样的操作，那么所有的基站端都知道了其对任意用户的信道状态的信息。

本发明实施例提供的方法减小了信息交互，在没有减少归一化自由度的情况下减少了CSI开销。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (5)

1.一种基于干扰对齐的预编码方法，其特征在于，包括：

利用接收机与基站之间的信道状态信息，计算多小区的解码矩阵；

获取并根据接收机所在小区的上行信道状态信息，以及根据接收机所在小区的解码矩阵，计算发射机的预编码矩阵；

根据所述发射机的预编码矩阵对下行数据进行预编码；

其中，所述计算多小区的解码矩阵，具体包括：

在多小区中选择任意一个小区，将该小区内的所有用户分成一组，并利用下式计算所述多小区的解码矩阵：

KN-M≥d，

其中，[k，i]为第i个小区的第k个用户，i∈{1，…，L}，k∈{1，…,K}，L为小区个数，K为每个小区的用户数，上标H表示矩阵的共轭转置；为基站j到用户[k,i+1]的信道矩阵，若i＝L，则i+1＝1；U^[k,i+1]为用户[k,i+1]的解码矩阵，N为用户的天线数，M为基站的天线数，d为每个用户接收的数据流数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收机与基站之间的信道状态信息的信道矩阵为：

则利用所述接收机与基站之间的信道状态信息的信道矩阵，计算所述多小区的解码矩阵为：

其中，表示为基站j到用户[k,i]的信道矩阵,U^[k,i]H为用户[k,i]的解码矩阵的共轭转置。

3.如权利要求1～2中任一项所述的方法，其特征在于，所述计算发射机的预编码矩阵，具体包括：

根据所述多小区的解码矩阵计算小区间的干扰矩阵，并根据所述小区间的干扰矩阵计算发射机的预编码矩阵。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在小区内选择任意用户，获得该任意用户的解码矩阵，并将该任意用户丢弃；

根据该丢弃用户和基站之间的信道矩阵，以及所述丢弃用户的解码矩阵，计算基站的辅助预编码矩阵；

根据基站与小区内剩余用户之间的信道矩阵，以及所述辅助预编码矩阵，计算小区内剩余用户的解码矩阵。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述计算基站的辅助预编码矩阵，进一步包括：

在每个小区内任意选择l个用户，并将该l个用户丢弃；

利用下式计算第j个基站的辅助预编码矩阵

其中，A_j为基站j到所有的被丢弃的用户的干扰信道和与其相关的接收滤波组成的矩阵，m_t为第i个小区内丢弃的用户，s表示第s个小区，其中s≠i。