CN104283828A - 一种异构蜂窝网络的干扰管理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异构蜂窝网络的干扰管理方法及装置，所述装置包括：宏蜂窝用户和小型化基站用户估计信道状态信息，并将信道状态信息反馈给宏基站；宏基站计算用于自身的预编码矩阵，消除宏蜂窝用户的同小区用户间干扰；宏基站计算用于宏蜂窝用户的干扰抑制矩阵，消除宏蜂窝用户的流间干扰，并通知每个宏蜂窝用户；宏基站计算用于小型化基站用户的干扰抑制矩阵，消除来自宏基站的跨层小区间干扰方向上的干扰，并通知每个小型化基站用户；宏基站计算用于每个小型化基站的预编码矩阵，将小型化基站间的同层小区间干扰对齐到来自宏蜂窝跨层小区间干扰方向上，并保证小型化基站用户的有用信号经历质量较好的信道。宏基站通过回程链路将小型化基站的预编码矩阵通知各个小型化基站。

Description

一种异构蜂窝网络的干扰管理方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种异构蜂窝网络的干扰管理方法及装置。

背景技术

未来的蜂窝网络的主要为异构网络(Heterogeneous Network，HetNet)形式，即采用宏基站(Macro Base Station，MBS)与微蜂窝基站(Micro BS)/微微蜂窝基站(Pico BS)/毫微微蜂窝基站(FemtoBS)共存且重叠覆盖的方式。通过在宏蜂窝上叠加小型化基站(smallcell)，异构蜂窝网络缩短了移动用户与基站之间的通信距离，从而获得了比传统蜂窝网络更高的频谱效率，为终端用户提供了更高的数据传输速率。然而，随着small cell的加入，宏蜂窝与small cell需要复用相同的频谱资源，这使得异构蜂窝网络的同频干扰(Co-ChannelInterference，CCI)问题更加突出，成为制约用户传输性能的关键因素。另外，异构蜂窝网络的CCI问题需要考虑的因素也较多，例如不同的small cell接入模式(主要有两种接入模式：封闭用户组(closedsubscriber group，CSG)和开放用户组(open subscriber group，OSG))对异构蜂窝网络的干扰分布有着直接的影响；不同的干扰类型(例如small cell的同层干扰，宏蜂窝与small cell的跨层干扰，同小区用户间干扰(Inter-user Interference，IUI)以及小区间干扰(Inter-cell Interference，ICI)等等)适合不同的处理方法；宏基站和small cell基站发送功率大小不同，配置的天线数不同，上下行传输具有不对称性等等。因此，迫切需要研究有效的干扰管理与控制技术来有效的抑制异构蜂窝网络中的干扰。现有干扰管理方案主要考虑时域、频域以及功率等资源的协调使用来降低干扰。其主要的方法是通过将资源进行正交划分，然后将正交的资源协调分配给相互干扰的小区，从而达到干扰避免的目的。这种方法缺点是每个用户所能占用的信道资源较少，资源利用率较低。

近几年备受关注的干扰对齐(Interference Alignment，IA)不但能够有效的抑制CCI，还可以降低系统的复杂度，可以获得比传统方式更高的系统容量。IA的主要思想是在发送端进行预处理，利用一定的自由度将其他小区的干扰限制在特定的子空间内，而不是将它们完全正交化，将剩余的无干扰的空间用于数据传输，从而更为有效的抑制干扰。目前，利用预编码来实现干扰对齐作为一种切实可行的方法已经得到了广泛的研究。

目前针对异构蜂窝网络的干扰对齐技术研究较少，而且大多局限于比较简单的系统模型，例如只接入两个小型化基站的情况，对于较为复杂的场景无法直接扩展。另外，这些研究在对齐的过程中大多没考虑到有用信号的信道状态信息(Channel State Information，CSI)，因此在容量方面还有一定的提升空间。可见现有的异构蜂窝网络中的干扰对齐技术还存在一些缺陷，需要提出新的方法来提高系统的性能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种异构蜂窝网络的干扰管理方法及装置，旨在解决异构蜂窝网络中的干扰对齐技术性能不高的问题。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术手段：

一种异构蜂窝网络的干扰管理方法，包括：

宏蜂窝用户和小型化基站用户估计信道状态信息，并将信道状态信息反馈给宏基站；

所述宏基站计算用于自身的预编码矩阵，消除宏蜂窝用户的同小区用户间干扰；

所述宏基站计算用于所述宏蜂窝用户的干扰抑制矩阵，消除宏蜂窝用户的流间干扰，并通知每个所述宏蜂窝用户；

所述宏基站计算用于所述小型化基站用户的干扰抑制矩阵，消除来自所述宏基站的跨层小区间干扰方向上的干扰，并通知每个所述小型化基站用户；

所述宏基站计算用于每个所述小型化基站的预编码矩阵，将小型化基站间的同层小区间干扰对齐到来自宏蜂窝跨层小区间干扰方向上，并保证小型化基站用户的有用信号经历质量较好的信道。宏基站通过回程链路将小型化基站的预编码矩阵通知各个小型化基站。

优选地，所述宏蜂窝用户和小型化基站用户估计信道状态信息，并将信道状态信息反馈给宏基站，包括：

所述宏基站M向所有用户发送导频信号；

所述小型化基站向所有小型化基站用户发送导频信号；

所述宏蜂窝用户利用导频测量的信息估计有用信号的CSI，即H_k，M。小型化基站用户l利用导频测量的信息估计本地CSI，即 $H_{l,j},\∀j=\{\mathrm{1,2},...,L,M\};$

所有用户将估计出的信道状态信息通过专用控制信道反馈到所述宏基站M。

优选地，所述宏基站计算自身的预编码矩阵，消除宏蜂窝用户的同小区用户间干扰，具体包括：

定义 ${\stackrel{\‾}{H}}_{k,M}={\left[\begin{array}{cccccc}{H}_{L+1,M}^T& ...& H_{L+k-1,M}^T& H_{L+k+1,M}^T& ...& H_{L+K,M}^T\end{array}\right]}^T,$ 对进行奇异值分解；

${\stackrel{\‾}{H}}_{k,M}={\stackrel{\‾}{U}}_{k,M}\left[\begin{array}{cc}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\Σ}}}_{k,M}& 0\\ 0& 0\end{array}\right]{\left[{\left({\stackrel{\‾}{V}}_{k,M}\right)}^{\left(1\right)}{\left({\stackrel{\‾}{V}}_{k,M}\right)}^{\left(0\right)}\right]}^H$

其中为对角矩阵，其元素为矩阵的非零奇异值.为的非零奇异值对应的特征向量，为的零奇异值对应的特征向量。因此的列为零空间的一组正交基，即 ${\stackrel{\‾}{H}}_{k,M}{\left({\stackrel{\‾}{V}}_{k,M}\right)}^{\left(0\right)}=0.$

对进行奇异值分解

$H_{k,M}{\left({\stackrel{\‾}{V}}_{k,M}\right)}^{\left(0\right)}=U_{k,M}\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\Σ}}_{k,M}& 0\\ 0& 0\end{array}\right]{\left[{\left(V_{k,M}\right)}^{\left(1\right)}{\left(V_{k,M}\right)}^{\left(0\right)}\right]}^H$

其中∑_k，M为对角矩阵，其元素为矩阵的非零奇异值。(V_k，M)⁽⁰⁾为的零奇异值对应的特征向量。(V_k，M)⁽¹⁾为的非零奇异值对应的特征向量，可以最大化宏蜂窝用户k的接收信干噪比。所以，宏蜂窝M对于用户k的预编码矩阵为：

$V_k={\left({\stackrel{\‾}{V}}_{k,M}\right)}^{\left(0\right)}{\left(V_{k,M}\right)}^{\left(1\right)}\left(\begin{array}{c}{I}_d\\ 0\end{array}\right)$

于是，宏蜂窝M的预编码矩阵为V_M＝[V_L+1，…，V_L+K]。

优选地，所述宏基站计算用于所述宏蜂窝用户的干扰抑制矩阵，消除宏蜂窝用户的流间干扰，并通知每个所述宏蜂窝用户，具体包括：

在宏基站端计算用于宏蜂窝用户的干扰抑制矩阵消除流间干扰，最大化用户k的容量；

$U_k^H=U_{k,M}^H;$

宏基站将通知宏蜂窝用户k。

优选地，所述宏基站计算用于小型化基站用户的干扰抑制矩阵，消除来自所述宏基站的跨层小区间干扰方向上的干扰，并通知每个所述小型化基站用户，具体包括：

用户l的干扰抑制矩阵应该满足即

$U_l\⊆\mathrm{null}\left({\left(H_{l,M}{V}_M\right)}^H\right);$

对(H_l，MV_M)^H进行SVD分解：

${\left(H_{l,M}{V}_M\right)}^H=U_{l,M}\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\Σ}}_{l,M}& 0\\ 0& 0\end{array}\right]{\left[\begin{array}{cc}{V}_{l,M}^{\left(1\right)}& V_{l,M}^{\left(0\right)}\end{array}\right]}^H$

其中：∑_l，M为对角矩阵，其元素为(H_l，MV_M)^H的非零奇异值；由(H_l，MV_M)^H的非零奇异值对应的特征向量组成；由(H_l，MV_M)^H的零奇异值对应的特征向量组成.因此，于是，用户l的干扰抑制矩阵为

$U_l^H={\left(V_{l,M}^{\left(0\right)}\right)}^H.$

优选地，所述宏基站计算用于每个所述小型化基站的预编码矩阵，将小型化基站间的同层小区间干扰对齐到来自宏蜂窝跨层小区间干扰方向上，并保证小型化基站用户的有用信号经历质量较好的信道。宏基站通过回程链路将小型化基站的预编码矩阵通知各个小型化基站，具体包括：

将每个小型化基站对用户l的同层ICI对齐到宏蜂窝对用户l的跨层ICI干扰方向上，需要满足：

$H_{l,j}{V}_j<H_{l,M}{V}_M,\&ForAll;j=\{1,...,L\},j\&NotEqual;l;$

其中，A＜B表示矩阵A列空间包含于矩阵B的列空间。于是，小型化基站I的预编码矩阵V_l需要满足如下条件：

H_1，lV_l＜H_1，MV_M

.

.

.

H_l-1，lV_l＜H_l-1，MV_M

H_l+1，lV_l＜H_l+1，MV_M；

.

.

.

H_L，lV_l＜H_L，MV_M

为了保证小型化基站用户的有用信号经历质量较好的信道，需要满足条件： $V_l=\underset{i\&Element;\{1,...,L\}}{\arg \max }{\left|\right|U_l^H{H}_{l,l}{V}_i\left|\right|}_2.$

优选的，采用遍历的方法进行求解，任选矩阵的d列向量组成矩阵V_i，如果满足条件：则小型化基站I的预编码矩阵V_l＝V_i。其中为矩阵A的Moore-Penrose伪逆。

为矩阵中除了V_i外的任何d列向量组成的矩阵。宏基站通过回程链路将小型化基站I的预编码矩阵V_l通知小型化基站。

一种异构蜂窝网络的干扰管理装置，包括：

信道状态信息估计模块，用于宏蜂窝用户和小型化基站用户估计信道状态信息，并将信道状态信息反馈给宏基站；

消除同小区用户间干扰模块，设置于所述宏基站中，用于计算自身的预编码矩阵，消除宏蜂窝用户的同小区用户间干扰；

消除流间干扰模块，设置于所述宏基站中，用于计算用于所述宏蜂窝用户的干扰抑制矩阵，消除宏蜂窝用户的流间干扰，并通知每个所述宏蜂窝用户；

消除跨层小区间干扰模块，设置于所述宏基站中，用于计算所述小型化基站用户的干扰抑制矩阵，消除来自所述宏基站的跨层小区间干扰方向上的干扰，并通知每个所述小型化基站用户；

小型化基站预编码矩阵计算模块，设置于所述宏基站中，用于计算用于每个所述小型化基站的预编码矩阵，将小型化基站间的同层小区间干扰对齐到来自宏蜂窝跨层小区间干扰方向上，并保证小型化基站用户的有用信号经历质量较好的信道。宏基站通过回程链路将小型化基站的预编码矩阵通知各个小型化基站。

本发明实施例利用上述技术手段，得到以下有益效果：

本发明实施例考虑异构蜂窝网络的OSG接入模式，首先对宏蜂窝进行设计，通过设计用于宏基站的预编码矩阵消除对宏蜂窝用户影响最大的IUI，通过设计用于宏蜂窝用户的干扰抑制矩阵消除各个子流间干扰。然后对小型化基站进行设计，设计用于小型化基站用户的干扰抑制矩阵迫零宏蜂窝对小型化基站用户跨层ICI方向上的干扰，设计用于小型化基站的预编码矩阵，将小型化基站各小区间的同层ICI对齐到来自宏蜂窝小区的跨层ICI方向上，并保证小型化基站用户的有用信号经历质量较好的信道。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的网络拓扑结构图

图2为本发明实施例提供的宏蜂窝用户的干扰模型；

图3为本发明实施例提供小型化基站用户的干扰模型；

图4为本发明实施例一提供一种异构蜂窝网络的干扰管理方法的流程示意图；

图5为本发明实施例二提供一种异构蜂窝网络的干扰管理装置的结构示意图。

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做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。

本发明实施例对应的应用场景为下行多输入多输出(MultipleInput Multiple Output，MIMO)异构蜂窝网络的OSG接入模式，在一个宏蜂窝小区中，同时布设L个小型化基站(小型化基站1，...，L)，每个小型化基站服务一个小型化基站用户，宏基站(MBS M)同时服务K个宏蜂窝用户(MUE L+1，…，L+K)，如图1所示。宏基站配置N_MT根发射天线，每个小型化基站配置N_PT根发射天线，每个用户配置N_R根接收天线，每个基站向其服务的每个用户发送d个相互独立的数据流。宏基站的发送天线数需要满足以下条件：N_MT≥KN_R；每个小型化基站的发送天线数需要满足如下条件：N_PT≥(L-1)N_R；每个用户的接收天线数需要满足如下条件：N_R≥(K+1)d。每个小型化基站通过回程链路与宏基站进行CSI交互。

异构蜂窝网络的OSG接入模式引入小区范围扩展(cell rangeexpansion，CRE)技术，在此技术下小型化基站对宏蜂窝用户的跨层ICI比较小，可以忽略不计，所以，宏蜂窝用户主要受到IUI影响，如图2所示。

宏蜂窝用户接收到的信号可以表示为

其中，x_k∈C^d×1表示传输到宏蜂窝用户k的信号；表示传输x_k的预编码矩阵，其满足归一化条件，即：宏基站的发送信号需要满足一个平均功率限制，即：其中P_M是宏基站的平均功率；表示从宏基站M到宏蜂窝用户k的信道矩阵，表示宏蜂窝用户的干扰抑制矩阵，其满足归一化条件，即 $U_k{U}_k^H=I,n_k\&Element;C^{N_R\&times;1}$ 表示服从的高斯白噪声矢量。

小型化基站用户只受到ICI影响，如图3所示。小型化基站用户的接收信号可以表示为

公式(2)中小型化基站对应的各个参数物理意义与公式(1)中宏蜂窝对应的各个参数物理意义类似。

本发明实施例主要在异构蜂窝网络的OSG接入模式下进行设计，影响宏蜂窝用户的干扰主要为小区内的IUI，影响小型化基站用户的干扰主要为小型化基站小区间的同层ICI以及来自宏蜂窝小区的跨层ICI。本发明实施例的主要研究思路为：

一、设计用于宏基站的预编码矩阵消除宏蜂窝小区内的IUI，设计用于宏蜂窝用户的干扰抑制矩阵消除宏蜂窝用户各个子流间的干扰；

二、设计用于小型化基站用户的干扰抑制矩阵迫零来自宏基站的跨层ICI方向的干扰；

三、设计用于小型化基站的预编码矩阵将小型化基站小区间的同层ICI对齐到来自宏基站的跨层ICI方向上，并保证小型化基站用户的有用信号经历质量较好的信道。

实施例一

基于上述原理和思想，本发明实施例提供了一种异构蜂窝网络的干扰管理方法，如图4所示，主要包括以下步骤：

步骤S601，宏蜂窝用户和小型化基站用户估计信道状态信息，并将信道状态信息反馈给宏基站。

宏基站M向所有用户发送导频信号。小型化基站 向所有小型化基站用户发送导频信号。宏蜂窝用户利用导频测量的信息估计有用信号的CSI，即H_k，M。小型化基站用户l利用导频测量的信息估计本地CSI，即所有用户将估计出的CSI通过专用控制信道反馈到宏基站M。

步骤S602：宏基站计算用于自身的预编码矩阵，消除宏蜂窝用户的IUI。

定义 ${\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{k,M}={\left[\begin{array}{cccccc}{H}_{L+1,M}^T& ...& H_{L+k-1,M}^T& H_{L+k+1,M}^T& ...& H_{L+K,M}^T\end{array}\right]}^T,$ 对进行奇异值(singular value decomposition，SVD)分解

${\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{k,M}={\stackrel{\&OverBar;}{U}}_{k,M}\left[\begin{array}{cc}{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&Sigma;}}}_{k,M}& 0\\ 0& 0\end{array}\right]{\left[{\left({\stackrel{\&OverBar;}{V}}_{k,M}\right)}^{\left(1\right)}{\left({\stackrel{\&OverBar;}{V}}_{k,M}\right)}^{\left(0\right)}\right]}^H$

其中为对角矩阵，其元素为矩阵的非零奇异值.为的非零奇异值对应的特征向量，为的零奇异值对应的特征向量。因此的列为零空间的一组正交基，即 ${\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{k,M}{\left({\stackrel{\&OverBar;}{V}}_{k,M}\right)}^{\left(0\right)}=0.$

对进行奇异值分解

$H_{k,M}{\left({\stackrel{\&OverBar;}{V}}_{k,M}\right)}^{\left(0\right)}=U_{k,M}\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\&Sigma;}}_{k,M}& 0\\ 0& 0\end{array}\right]{\left[{\left(V_{k,M}\right)}^{\left(1\right)}{\left(V_{k,M}\right)}^{\left(0\right)}\right]}^H$

其中∑_k，M为对角矩阵，其元素为矩阵的非零奇异值。(V_k，M)⁽⁰⁾为的零奇异值对应的特征向量。(V_k，M)⁽¹⁾为的非零奇异值对应的特征向量，可以最大化宏蜂窝用户k的接收信干噪比。所以，宏蜂窝M对于用户k的预编码矩阵为：

$V_k={\left({\stackrel{\&OverBar;}{V}}_{k,M}\right)}^{\left(0\right)}{\left(V_{k,M}\right)}^{\left(1\right)}\left(\begin{array}{c}{I}_d\\ 0\end{array}\right)$

于是，宏蜂窝M的预编码矩阵为V_M＝[V_L+1，…，V_L+K]。

步骤S603：宏基站计算用于宏蜂窝用户的干扰抑制矩阵，消除宏蜂窝用户的流间干扰，并通知每个宏蜂窝用户。

在宏基站端计算用于宏蜂窝用户的干扰抑制矩阵消除流间干扰，最大化用户k的容量。

$U_k^H=U_{k,M}^H$

宏基站将通知宏蜂窝用户k。

步骤S604：宏基站计算用于小型化基站用户的干扰抑制矩阵，消除来自宏基站的跨层ICI方向上的干扰，并通知每个小型化基站用户。

用户l的干扰抑制矩阵应该满足即

$U_l\&SubsetEqual;\mathrm{null}\left({\left(H_{l,M}{V}_M\right)}^H\right);$

对(H_l，MV_M)^H进行SVD分解：

${\left(H_{l,M}{V}_M\right)}^H=U_{l,M}\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\&Sigma;}}_{l,M}& 0\\ 0& 0\end{array}\right]{\left[\begin{array}{cc}{V}_{l,M}^{\left(1\right)}& V_{l,M}^{\left(0\right)}\end{array}\right]}^H$

其中：∑_l，M为对角矩阵，其元素为(H_l，MV_M)^H的非零奇异值；由(H_l，MV_M)^H的非零奇异值对应的特征向量组成；由(H_l，MV_M)^H的零奇异值对应的特征向量组成.因此，于是，用户l的干扰抑制矩阵为

$U_l^H={\left(V_{l,M}^{\left(0\right)}\right)}^H.$

宏基站将通知小型化基站用户l。

步骤S605：宏基站计算用于每个小型化基站的预编码矩阵，将小型化基站间的同层ICI对齐到来自宏蜂窝跨层ICI方向上，并保证小型化基站用户的有用信号经历质量较好的信道。宏基站通过回程链路将小型化基站的预编码矩阵通知各个小型化基站。

将每个小型化基站对用户l的同层ICI对齐到宏蜂窝对用户l的跨层ICI干扰方向上，需要满足：

$H_{l,j}{V}_j<H_{l,M}{V}_M,\&ForAll;j=\{1,...,L\},j\&NotEqual;l$

其中，A＜B表示矩阵A列空间包含于矩阵B的列空间。于是，小型化基站I的预编码矩阵V_l需要满足如下条件：

H_1，lV_l＜H_1，MV_M

.

.

.

H_l-1，lV_l＜H_l-1，MV_M

H_l+1，lV_l＜H_l+1，MV_M

.

.

.

H_L，lV_l＜H_L，MV_M；

为了保证小型化基站用户的有用信号经历质量较好的信道，需要满足条件： $V_l=\underset{i\&Element;\{1,...,L\}}{\arg \max }{\left|\right|U_l^H{H}_{l,l}{V}_i\left|\right|}_2.$

优选的，采用遍历的方法进行求解，任选矩阵的d列向量组成矩阵V_i，如果满足条件：则小型化基站I的预编码矩阵V_l＝V_i。其中为矩阵A的Moore-Penrose伪逆。

为矩阵中除了V_i外的任何d列向量组成的矩阵。宏基站通过回程链路将小型化基站I的预编码矩阵V_l通知小型化基站I。

本发明实施例考虑异构蜂窝网络的OSG接入模式，首先对宏蜂窝进行设计，通过设计用于宏基站的预编码矩阵消除对宏蜂窝用户影响最大的IUI，通过设计用于宏蜂窝用户的干扰抑制矩阵消除各个子流间干扰。然后对小型化基站进行设计，设计用于小型化基站用户的干扰抑制矩阵迫零宏蜂窝对小型化基站用户跨层ICI方向上的干扰，设计用于小型化基站的预编码矩阵，将小型化基站各小区间的同层ICI对齐到来自宏蜂窝小区的跨层ICI方向上，并保证小型化基站用户的有用信号经历质量较好的信道。

实施例二

图5为本发明实施例二提供的一种异构蜂窝网络的干扰管理装置的结构示意图。

本发明实施例二提供了一种异构蜂窝网络的干扰管理装置，如图5所示包括：

信道状态信息估计模块71，用于宏蜂窝用户和小型化基站用户估计信道状态信息，并将信道状态信息反馈给宏基站；

消除同小区用户间干扰模块72，设置于所述宏基站中，用于计算用于自身的预编码矩阵，消除宏蜂窝用户的同小区用户间干扰；

消除流间干扰模块73，设置于所述宏基站中，用于计算用于所述宏蜂窝用户的干扰抑制矩阵，消除宏蜂窝用户的流间干扰，并通知每个所述宏蜂窝用户；

消除跨层小区间干扰74，设置于所述宏基站中，用于计算用于所述小型化基站用户的干扰抑制矩阵，消除来自所述宏基站的跨层小区间干扰方向上的干扰，并通知每个所述小型化基站用户；

小型化基站预编码矩阵计算模块75，设置于所述宏基站中，用于计算用于每个所述小型化基站的预编码矩阵，将小型化基站间的同层小区间干扰对齐到来自宏蜂窝跨层小区间干扰方向上，并保证小型化基站用户的有用信号经历质量较好的信道。宏基站通过回程链路将小型化基站的预编码矩阵通知各个小型化基站。

通过本发明实施例二提供的一种异构蜂窝网络的干扰管理装置，对宏蜂窝进行设计，通过设计用于宏基站的预编码矩阵消除对宏蜂窝用户影响最大的IUI，通过设计用于宏蜂窝用户的干扰抑制矩阵消除各个子流间干扰。然后对小型化基站进行设计，设计用于小型化基站用户的干扰抑制矩阵迫零宏蜂窝对小型化基站用户跨层ICI方向上的干扰，设计用于小型化基站的预编码矩阵，将小型化基站各小区间的同层ICI对齐到来自宏蜂窝小区的跨层ICI方向上，并保证小型化基站用户的有用信号经历质量较好的信道。

在小型化基站的设计中，通过对小型化基站预编码矩阵的设计把所有来自小型化基站各小区间的同层ICI对齐到来自宏蜂窝小区的跨层ICI方向上。本发明在干扰对齐的过程中，将有用信号的CSI作为限制条件之一，保证了小型化基站用户的有用信号经历质量较好的信道，进而提升系统容量。

本发明可以任意配置宏蜂窝服务的用户数和小型化基站小区数；本发明采用块对角化的方法设计宏蜂窝的预编码矩阵，也可以采用其他方法。本发明预编码矩阵设计的执行主体为宏基站，也可以为小型化基站，但这时信道交互需要进行相应变化，开销也会增加。本发明也可以适用于某些特定场景下同构蜂窝网络，另外，本发明的思想亦可适用于非理想CSI情况(例如有限反馈系统)。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种异构蜂窝网络的干扰管理方法，其特征在于，包括：

宏蜂窝用户和小型化基站用户估计信道状态信息，并将信道状态信息反馈给宏基站；

所述宏基站计算用于自身的预编码矩阵，消除宏蜂窝用户的同小区用户间干扰；

所述宏基站计算用于所述宏蜂窝用户的干扰抑制矩阵，消除宏蜂窝用户的流间干扰，并通知每个所述宏蜂窝用户；

所述宏基站计算用于所述小型化基站用户的干扰抑制矩阵，消除来自所述宏基站的跨层小区间干扰方向上的干扰，并通知每个所述小型化基站用户；

所述宏基站计算用于每个所述小型化基站的预编码矩阵，将小型化基站间的同层小区间干扰对齐到来自宏蜂窝跨层小区间干扰方向上，并保证小型化基站用户的有用信号经历质量较好的信道。宏基站通过回程链路将小型化基站的预编码矩阵通知各个小型化基站。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述宏蜂窝用户和小型化基站用户估计信道状态信息，并将信道状态信息反馈给宏基站，包括：

所述宏基站M向所有用户发送导频信号；

所述小型化基站I向所有小型化基站用户发送导频信号；

所述宏蜂窝用户k利用导频测量的信息估计有用信号的CSI，即H_k，M。小型化基站用户I利用导频测量的信息估计本地CSI，即H_l，j， $\&ForAll;j=\{\mathrm{1,2},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,L,M\};$

所有用户将估计出的CSI通过专用控制信道反馈到所述宏基站M。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述宏基站计算用于自身的预编码矩阵，消除宏蜂窝用户的同小区用户间干扰，具体包括：

定义 ${\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{k,M}={\left[\begin{array}{cccccc}{H}_{L+1,M}^T& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& H_{L+k-1,M}^T& H_{L+k+1,M}^T& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& H_{L+K,M}^T\end{array}\right]}^T,$ 对进行奇异值分解；

${\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{k,M}={\stackrel{\&OverBar;}{U}}_{k,M}\left[\begin{array}{cc}{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&Sigma;}}}_{k,M}& 0\\ 0& 0\end{array}\right]{\left[{\left({\stackrel{\&OverBar;}{V}}_{k,M}\right)}^{\left(1\right)}{\left({\stackrel{\&OverBar;}{V}}_{k,M}\right)}^{\left(0\right)}\right]}^H$

其中为对角矩阵，其元素为矩阵的非零奇异值为的非零奇异值对应的特征向量，为的零奇异值对应的特征向量。因此的列为零空间的一组正交基，即 ${\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{k,M}{\left({\stackrel{\&OverBar;}{V}}_{k,M}\right)}^{\left(0\right)}=0.$

对进行奇异值分解

$H_{k,M}{\left({\stackrel{\&OverBar;}{V}}_{k,M}\right)}^{\left(0\right)}=U_{k,M}\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\&Sigma;}}_{k,M}& 0\\ 0& 0\end{array}\right]{\left[{\left(V_{k,M}\right)}^{\left(1\right)}{\left(V_{k,M}\right)}^{\left(0\right)}\right]}^H$

其中∑_k，M为对角矩阵，其元素为矩阵的非零奇异值。(V_k，M)⁽⁰⁾为的零奇异值对应的特征向量。(V_k，M)⁽¹⁾为的非零奇异值对应的特征向量，可以最大化宏蜂窝用户k的接收信干噪比。所以，宏蜂窝M对于用户k的预编码矩阵为：

$V_k={\left({\stackrel{\&OverBar;}{V}}_{k,M}\right)}^{\left(0\right)}{\left(V_{k,M}\right)}^{\left(1\right)}\left(\begin{array}{c}{I}_d\\ 0\end{array}\right)$

于是，宏蜂窝M的预编码矩阵为V_M＝[V_L+1，...，V_L+K]。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述宏基站计算用于所述宏蜂窝用户的干扰抑制矩阵，消除宏蜂窝用户的流间干扰，并通知每个所述宏蜂窝用户，具体包括：

在宏基站端计算用于宏蜂窝用户的干扰抑制矩阵消除流间干扰，最大化用户k的容量；

$U_k^H=U_{k,M}^H;$

宏基站将通知宏蜂窝用户k。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述宏基站计算用于所述小型化基站用户的干扰抑制矩阵，消除来自所述宏基站的跨层小区间干扰方向上的干扰，并通知每个所述小型化基站用户，具体包括：

用户I的干扰抑制矩阵应该满足即

$U_l\&SubsetEqual;\mathrm{null}\left({\left(H_{l,M}{V}_M\right)}^H\right);$

对(H_l，MV_M)^H进行SVD分解：

${\left(H_{l,M}{V}_M\right)}^H=U_{l,M}\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\&Sigma;}}_{l,M}& 0\\ 0& 0\end{array}\right]{\left[\begin{array}{cc}{V}_{l,M}^{\left(1\right)}& V_{l,M}^{\left(0\right)}\end{array}\right]}^H$

其中：∑_l，M为对角矩阵，其元素为(H_l，MV_M)^H的非零奇异值；由(H_l，MV_M)^H的非零奇异值对应的特征向量组成；由(H_l，MV_M)^H的零奇异值对应的特征向量组成.因此，于是，用户I的干扰抑制矩阵为

$U_l^H={\left(V_{l,M}^{\left(0\right)}\right)}^H.$

宏基站将通知小型化基站用户I。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述宏基站计算用于每个所述小型化基站的预编码矩阵，将小型化基站间的同层小区间干扰对齐到来自宏蜂窝跨层小区间干扰方向上，并保证小型化基站用户的有用信号经历质量较好的信道。宏基站通过回程链路将小型化基站的预编码矩阵通知各个小型化基站，具体包括：

将每个小型化基站对用户I的同层ICI对齐到宏蜂窝对用户I的跨层ICI干扰方向上，需要满足：

$H_{l,j}{V}_j<H_{l,M}{V}_M,\&ForAll;j=\{1,\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,L\},j\&NotEqual;l;$

其中，A＜B表示矩阵A列空间包含于矩阵B的列空间。于是，小型化基站I的预编码矩阵V_l需要满足如下条件：

$\begin{array}{c}{H}_{1,l}{V}_l<H_{1,M}{V}_M\\ \&CenterDot;\\ \&CenterDot;\\ \&CenterDot;\\ H_{l-1,l}{V}_l<H_{l-1,M}{V}_M\\ H_{l+1,l}{V}_l<H_{l+1,M}{V}_M\\ \&CenterDot;\\ \&CenterDot;\\ \&CenterDot;\\ H_{L,l}{V}_l<H_{L,M}{V}_M\end{array};$

为了保证小型化基站用户的有用信号经历质量较好的信道，需要满足条件： $V_l=\underset{i\&Element;\{1,\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,L\}}{\arg \max }{\left|\right|U_l^H{H}_{l,l}{V}_i\left|\right|}_2.$

优选的，采用遍历的方法进行求解，任选矩阵的d列向量组成矩阵V_i，如果满足条件：则小型化基站I的预编码矩阵V_l＝V_i。其中为矩阵A的Moore-Penrose伪逆。

为矩阵中除了V_i外的任何d列向量组成的矩阵。宏基站通过回程链路将小型化基站I的预编码矩阵V_l通知小型化基站。

7.一种异构蜂窝网络的干扰管理装置，其特征在于，包括：

信道状态信息估计模块，用于宏蜂窝用户和小型化基站用户估计信道状态信息，并将信道状态信息反馈给宏基站；

消除同小区用户间干扰模块，设置于所述宏基站中，用于计算用于自身的预编码矩阵，消除宏蜂窝用户的同小区用户间干扰；

消除流间干扰模块，设置于所述宏基站中，用于计算用于所述宏蜂窝用户的干扰抑制矩阵，消除宏蜂窝用户的流间干扰，并通知每个所述宏蜂窝用户；

消除跨层小区间干扰模块，设置于所述宏基站中，用于计算用于所述小型化基站用户的干扰抑制矩阵，消除来自所述宏基站的跨层小区间干扰方向上的干扰，并通知每个所述小型化基站用户；

小型化基站预编码矩阵计算模块，设置于所述宏基站中，用于计算用于每个所述小型化基站的预编码矩阵，将小型化基站间的同层小区间干扰对齐到来自宏蜂窝跨层小区间干扰方向上，并保证小型化基站用户的有用信号经历质量较好的信道。宏基站通过回程链路将小型化基站的预编码矩阵通知各个小型化基站。