CN104717033A - 一种基于干扰对齐的预编码系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种干扰对齐的方法，应用于多小区、多用户MIMO系统中，包括：基站将小区中的多用户划分为若干用户组，并通知所述用户分组信息；当用户组受到邻小区的干扰时，用户组内的用户相互协作进行干扰对齐，所述干扰对齐过程中，用户组之间不协作。本发明还公开了一种基于干扰对齐的预编码方法和系统。本发明通过用户的分组联合处理，设计用户各自的接收矩阵，使干扰达到在BS的发射信号空间中对齐的效果。

Description

一种基于干扰对齐的预编码系统和方法

技术领域

本发明涉及射频领域，具体地，涉及一种基于干扰对齐的预编码系统和方法。

背景技术

多小区、多用户MIMO系统指由若干个小区（每个小区内有一个基站（Base Station,BS））和若干个用户（User Equipment,UE）组成的系统。在此系统中BS和UE都可具有多根天线，BS使用相同的频率资源同时服务多个用户。与单用户MIMO系统相比，多用户MIMO可有效提升系统容量，因而被认为是下一代无线通信关键技术之一，受到标准化组织，如3GPP等的重视。

然而在多小区、多用户MIMO系统下行传输中，当某个BS（发射端）向其所在小区内的用户（接收端）发送信息时，由于系统的频率复用因子为1，该BS会对其他小区中的用户造成干扰，此干扰为小区间干扰（inter-cellinterference，ICI）；同时由于BS使用相同的频率资源同时服务多个用户，小区内的多个用户间还会存在共信道干扰（inter-user interference，IUI）。小区间干扰和小区内用户间干扰的同时存在，导致系统性能受到干扰的严重限制，因此，有效的干扰抑制技术，是各研究机构一直努力的目标。干扰对齐技术是近年兴起的一种极具潜力的新型干扰抑制方式，该技术可大幅提升系统容量。干扰对齐技术使用自由度（Degree of freedom，DoF，又称复用增益）来评估系统容量，且评估的准确度随信噪比（SNR）的增加而提高。干扰对齐技术的出现为干扰抑制开辟了新方向，可应用于配置单天线/多天线的系统中，无需终端复杂的结构设计并且对无需改动现有的网络构架和协议接口，通过利用TDD系统信道互易性，可以在不共享数据的情况下实现小区间干扰抑制。因此干扰对齐技术受到国内外各大学术、研究机构的广泛关注。

干扰对齐的基本思想是在发射端设计预编码矩阵，将干扰信号限制在特定的接收信号子空间内，预留出另一部分无干扰的信号空间用于数据的传输。然而利用干扰对齐技术的基础是发射端需要获得全局信道状态信息。在多用户MIMO系统下行传输中，用户可通过反馈链路把有用信道以及干扰信道的信道状态信息反馈给服务该用户的BS，然后在BS问通过X2接口共享信息，进行数据传输。在多用户MIMO系统中使用干扰对齐技术设计合适的预编码矩阵消除干扰，也需要各用户向所有BS反馈完整的CSI，该CSI未经任何处理，所需反馈链路容量载荷较大，在一定程度上影响系统的频谱效率。因此，若将干扰对齐技术应用于多小区、多用户MIMO系统，在BS通过反馈获得信道状态信息的反馈过程中，还有很多问题需要解决。

在发射端天线数目为M、接收端天线数目为N的单用户MIMO系统中，即对应每个小区中只有一个用户，且小区i中的BS_i只为小区i中用户服务(此时，小区编号、小区内BS编号，小区内用户编号都为i)要通过干扰对齐技术消除干扰并传输有用信号，必须满足以下两个准则

${\left(R_j\right)}^H{H}_{\mathrm{ji}}{T}_i=0,\∀i\≠j---\left(1\right)$

rank((R_j)^HH_jjT_j)=d_j    (2)

其中，H_ji表示从发射端i到接收端j的N×M维信道矩阵(即信道状态信息)，d_j为用户j可获得的自由度且d_j<min(N,M)，R_j表示接收端j的接收消除干扰矩阵，T_i表示发射端i对应于其服务接收端的发射预编码矩阵。式1表示在接收端j处看来，所有干扰源的干扰被对齐到同一方向并且被消除，而干扰被对齐到同一方向需要各发射端联合设计发射预编码矩阵，且在设计发射预编码矩阵时应该满足条件：span(H_j1T₁)=...=span(H_jkT_k)=...=span(H_jkT_k)(j≠k)，span(A)表示由矩阵A扩展成的空间；式2表示需要有足够的维度来传输有用信号获得用户j期望的自由度。根据以上分析得知，干扰对齐技术中最重要的就是，发射端需要知道各接收端估计到的信道状态信息，也就是信道矩阵H。

在单用户MIMO系统的干扰对齐研究中，通过CSI全局反馈的方式使发射端获得信道状态信息（CSIT），图1为单用户MIMO系统的CSI全局反馈示意图。

反馈过程中假设每个用户在无差错的情况下将自己的信道矩阵Η中的复系数广播给所有干扰源。则每个用户需要反馈其信道矩阵中N*M个元素给所有(K-1)个干扰源，其量级为(K-1)*N*M，整个系统的反馈信息量级为K-*(K-1)*N*M，而且此反馈数量级仅是在每个发射端只服务一个接收端的情况下计算的，在多小区、多用户MIMO系统中，每个BS可同时服务多个用户，那么这种情况下，反馈数量级会更高。由此可以看出，虽然系统应用干扰对齐技术后，其可获得的吞吐量增益与用户数目成线性关系，但反馈所带来的开销与用户数目的平方（在多小区、多用户MIMO系统中，会同时受到小区数目、用户数目以及收发端天线数目的影响）成线性关系，因此从全局的角度上看，在用户数目很大时，整个系统为了反馈完整CSI花费的开销所带来的系统性能损失甚至有可能超过在吞吐量提升上能够得到的好处。

在多用户MIMO系统下行传输中，各用户仅向所有BS反馈未经过任何处理的信道状态信息（CSI），而且反馈的CSI中会包含冗余信息，这导致反馈开销较大。考虑到用户反馈的信息不仅包含其服务基站的CSI，还包括对其造成干扰的基站的CSI，而后者可以通过设计预编码矩阵的方式对其去冗。本发明拟从用户角度出发，适当的对用户进行分组，建立合适的反馈机制，降低反馈开销，从而将干扰对齐技术实际应用与多小区、多用户MIMO系统中。综上所述，本发明重点研究多小区、多用户MIMO下行传输中基于用户分组反馈机制的干扰对齐技术研究，其中，用户分组反馈机制的确定依赖于用户联合处理策略。期望在多用户MIMO系统中使用干扰对齐技术使系统获得最优复用增益的同时，解决干扰对齐技术中存在的反馈开销、系统资源利用率问题。

基于以上问题分析，本发明拟从用户联合处理的角度出发设计一种CSI的反馈机制，在多小区、多用户MIMO系统下行传输中，提出一种基于用户分组的部分干扰对齐方案。利用此方案，解决干扰对齐技术应用于多小区、多用户MIMO系统下行传输中时带来的系统反馈开销问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于干扰对齐的预编码系统和方法，解决干扰对齐技术应用于多小区、多用户MIMO系统下行传输中时带来的系统反馈开销问题。

具体的技术方案为：

一种干扰对齐的方法，应用于多小区、多用户MIMO系统中，包括：

基站将小区中的多用户划分为若干用户组，并通知所述用户分组信息；

当用户组受到邻小区的干扰时，用户组内的用户相互协作进行干扰对齐，所述干扰对齐过程中，用户组之间不协作。

较佳地，

所述用户组内的用户相互协作进行干扰对齐具体包括：

用户组内的用户依据干扰对齐准则联合设计各自的接收处理矩阵，使得组内所有用户将来自相同邻小区的干扰对齐到同一或同几个干扰子空间中。

较佳地，

所述当用户组受到邻小区的干扰时，用户组内的用户相互协作进行干扰对齐具体包括：

用户判断来自相同邻小区的干扰是否为强干扰，若是，则用户组内的用户相互协作进行干扰对齐。

较佳地，

所述用户组内的用户联合设计各自的接收处理矩阵时，遵循以下干扰对齐准则：

$\mathrm{span}\left\{{\left(H_m^{[1,G,l]}\right)}^H{R}^{[1,G,l]}\right\}=...=\mathrm{span}\left\{{\left(H_m^{[k,G,l]}\right)}^H{R}^{[k,G,l]}\right\}=...=\mathrm{span}\left\{{\left(H_m^{[K^{\&prime;},G,l]}\right)}^H{R}^{[K^{\&prime;},G,l]}\right\}=H_{[(G,l),m]}^{\mathrm{effectiveICI}}$

其中，表示来自小区m的对小区l中用户组G中用户k的干扰信道，K'表示各用户组中用户数目，表示来自小区m的对用户组[G,l]中所有用户的被对齐后的等效干扰信道。

较佳地，

所述基站将小区中的多用户划分为若干用户组时考虑以下因素的一种或多种：

用户所在地理区域、资源调度、资源分配。

一种基于干扰对齐的预编码方法，应用于多小区、多用户MIMO系统中，包括：

基站将小区中的多用户划分为若干用户组，并通知所述用户分组信息；

当用户组受到邻小区的干扰时，用户组内的用户相互协作进行干扰对齐，所述干扰对齐过程中，用户组之间不协作；

所述用户将有用信道信息上报给为其服务的基站，以及将干扰空间信息上报给所述干扰的邻小区的基站；

基站根据用户上报的所述有用信道信息和干扰空间信息为用户进行预编码。

较佳地，

所述用户组内的用户相互协作进行干扰对齐具体包括：

用户组内的用户依据干扰对齐准则联合设计各自的接收处理矩阵，使得组内所有用户将来自相同邻小区的干扰对齐到同一或同几个干扰子空间中。

较佳地，

所述当用户组受到邻小区的干扰时，用户组内的用户相互协作进行干扰对齐具体包括：

用户判断来自相同邻小区的干扰是否为强干扰，若是，则用户组内的用户相互协作进行干扰对齐。

较佳地，

所述每组内的用户联合设计各自的接收处理矩阵时，遵循以下干扰对齐准则：

$\mathrm{span}\left\{{\left(H_m^{[1,G,l]}\right)}^H{R}^{[1,G,l]}\right\}=...=\mathrm{span}\left\{{\left(H_m^{[k,G,l]}\right)}^H{R}^{[k,G,l]}\right\}=...=\mathrm{span}\left\{{\left(H_m^{[K^{\&prime;},G,l]}\right)}^H{R}^{[K^{\&prime;},G,l]}\right\}=H_{[(G,l),m]}^{\mathrm{effectiveICI}}$

其中，表示来自小区m的对小区l中用户组G中用户k的干扰信道，K'表示各用户组中用户数目，表示来自小区m的对用户组[G,l]中所有用户的被对齐后的等效干扰信道。

较佳地，

所述基站将小区中的多用户划分为若干用户组时考虑以下因素的一种或多种：

用户所在地理区域、资源调度、资源分配。

较佳地，

所述用户上报的有用信道信息为将用户的信道信息进行降秩处理后获得。

一种用户设备，包括：

协商模块，用于与用户组内的其他用户设备协商互通信息；

干扰对齐模块，用于在当用户组受到邻小区的干扰时，通过所述协商模块与组内的其他用户相互协作进行干扰对齐，所述干扰对齐过程中，用户组之间不协作。

较佳地，

所述用户设备还包括：

干扰检测模块，用于当用户受到邻小区的干扰时，通知协商模块和干扰对齐模块与用户组的其他用户协商进行干扰对齐。

较佳地，

所述用户组内的用户相互协作进行干扰对齐具体包括：

用户组内的用户依据干扰对齐准则联合设计各自的接收处理矩阵，使得组内所有用户将来自相同邻小区的干扰对齐到同一或同几个干扰子空间中。

一种基站，包括：

用户分组模块，用于将小区中的多用户划分为若干用户组，并通知所述用户分组信息；

用户反馈接收模块，用于接收用户组内的用户反馈的有用信道信息以及干扰空间信息；

预编码模块，用于根据所述用户反馈接收模块接收的所述有用信道信息以及干扰空间信息为用户进行预编码。

一种基于干扰对齐的预编码系统，包括用户设备组和基站，

基站，用于将小区中的多用户划分为若干用户组，并通知所述用户分组信息，以及接收用户组内的用户反馈的有用信道信息以及干扰空间信息后，为用户进行预编码；

用户设备组，包括若干用户设备，用于当用户组受到邻小区的干扰时，用户组内的用户相互协作进行干扰对齐，所述干扰对齐过程中，用户组之间不协作，以及将有用信道信息上报给为其服务的基站，以及将干扰空间信息上报给所述干扰的邻小区的基站。

本发明的有益效果为：

1）通过用户的分组联合处理，设计用户各自的接收矩阵，使干扰达到在BS的发射信号空间中对齐的效果。

2）通过在各用户处对完全CSI进行降秩去冗余处理及反馈机制的设计，降低各用户的反馈量，从而降低系统的反馈开销。

3）BS处根据反馈得到的信道信息及干扰信息为服务用户设计发射预编码矩阵，达到消除对其他小区中用户的强干扰和本小区中用户间干扰的目的。

4）通过用户分组联合处理过程中，将某个小区对其他小区中用户的干扰对齐到多个子空间及各小区中BS只消除对其他小区中用户的强干扰，降低BS处发射天线数目需求和用户处接收天线数目需求，从而可以降低BS、用户的硬件实现复杂度。

附图说明

图1为单用户MIMO系统中（点对点MIMO）CSI全局反馈示例图。

图2为本发明实施例的多小区、多用户MIMO系统模拟图。

图3为本发明实施例的多小区、多用户MIMO系统中各小区中用户分组示例图。

图4为本发明实施例的部分干扰对齐效果示例图。

图5为本发明实施例的实施流程示意图。

具体实施方式

方法实施例

本发明的一个实施例中，提出了基于用户联合处理的部分干扰对齐方案。为了克服多小区、多用户系统场景下现有干扰对齐方案中对基站、用户处天线数目需求大的问题，如图5所示，我们首先对各小区用户进行分组。在本发明中属于同一用户组的用户联合设计接收矩阵，而不同的用户组间不进行协作，从而减少各用户反馈CSI的冗余量，降低系统反馈开销需求。同时，各用户只需向服务该用户的基站反馈经过去冗余处理后的CSI，实现了局部反馈。考虑到各BS仅根据去冗后的信道信息无法设计预编码矩阵以达到干扰消除的目的，在本实施例中，部分用户需同时反馈等效干扰信息，该等效干扰信息通过用户联合处理得到并可在基站间通过X2接口共享。这样，不同于多小区、多用户系统现有干扰对齐方案中，各用户反馈未经处理的全部信道状态信息，在本方案中，用户反馈经过处理后的有用信道状态信息及等效干扰信息。由于在本方案的用户联合处理过程中，不同用户组对齐的干扰方向不同，对于某个小区来说，它对其相邻小区中用户的若干干扰方向被对齐到几个主要干扰方向上，因此我们称本发明提出的方案为基于用户联合处理的部分干扰对齐方案。

在我们考虑的多小区、多用户MIMO网络结构下，假设基站天线数为M，用户天线数为N，每个用户期望的数据流个数为d_s，小区l中用户k（下文中表示为用户[k,l]）接收的信号为：

其中，x^[k,l]T^[k,l]s^[k,l]是传输给用户[k,l]的信号且满足E[||x^[k,l]||²]≤P^[k,l]（P^[k,l]为分配给用户[k,l]的传输功率，我们假设用户间平均分配功率）；表示小区l中BS传给用户k的数据矢量（即用户[k,l]的传输数据矢量）且满足功率限制（即每个数据流的传输功率相等），其维数为d_s×1。表示数据矢量s^[k,l]的线性传输预编码矩阵，矩阵维数为M×d_s；表示s^[k,l]中数据符号的线性传输矢量且满足矢量维数为M×1。，为第m个基站到用户[k,l]的信道，矩阵维数为N×M；n^[k,l]为用户[k,l]处均值为0，方差为σ²的高斯白噪声矢量。表示用户[k,l]的接收解预编码矩阵，维数为N×d_s；为等效噪声，服从复高斯分布CΝ(0,1)。

若要利用干扰对齐技术消除多小区、多用户MIMO系统中的IUI与ICI，则收、发端预编码矩阵设计应该满足式（4）：

$\begin{array}{c}{\left(R^{[k,l]}\right)}^H{H}_m^{[k,l]}{T}^{[j,m]}=0,\&ForAll;m\&NotEqual;l,j\&Element;\{\mathrm{1,2},...,K\}\\ {\left(R^{[k,l]}\right)}^H{H}_l^{[k,l]}{T}^{[j,l]}=0,\&ForAll;k\&NotEqual;j,k,j\{\mathrm{1,2},...,K\}\\ \mathrm{rank}\left\{{\left(R^{[k,l]}\right)}^H{H}_l^{[k,l]}{T}^{[k,l]}\right\}=d_s\end{array}---\left(4\right)$

DoF是衡量高信噪比（SNR）下衡量多天线系统性能的关键指标之一，其定义如式（5）所示

其中，C_∑(SNR)为在给定SNR下系统的和容量，且为用户[k,l]可获得的容量。

在干扰对齐的设计准则（4）中，现有多用户MIMO系统的干扰对齐实现方案，如最小干扰泄露方案和最大信干噪比方案等，优先根据未经处理的CSI设计其发射预编码矩阵T，以使来自相邻小区的若干干扰在各用户自身的接收信号空间中被对齐到同一个方向（或子空间），然后设计各用户的接收矩阵R消除对齐后的干扰。在这些方案中，CSI的反馈开销很高。因此本发明中，为了降低收/发端天线数目的需求，我们对用户进行分组并进行部分干扰对齐，然后通过用户联合处理的方式，优先设计用户的接收矩阵R以降低反馈量，称此方法为基于用户联合处理的部分干扰对齐方案，具体如下:

1）按照一定准则对每个小区中的用户进行分组，用户分组的准则可以根据用户所在地理区域或结合资源调度、资源分配等方式对用户进行划分。用户分组方式及结果由用户所在小区中的基站告知用户。

2）每个用户组中的用户依据干扰对齐准则联合设计各自的接收处理矩阵，同一个用户组中的用户将来自相同邻小区的强干扰对齐到同一干扰子空间中。用户之间联合设计它们各自的接收处理矩阵遵循准则为式（6）：

$\mathrm{span}\left\{{\left(H_m^{[1,G,l]}\right)}^H{R}^{[1,G,l]}\right\}=...=\mathrm{span}\left\{{\left(H_m^{[k,G,l]}\right)}^H{R}^{[k,G,l]}\right\}=...=\mathrm{span}\left\{{\left(H_m^{[K^{\&prime;},G,l]}\right)}^H{R}^{[K^{\&prime;},G,l]}\right\}=H_{[(G,l),m]}^{\mathrm{effectiveICI}}---\left(6\right)$

其中表示来自小区m的对小区l中用户组G（以用户组[G,l]表示）中用户k的干扰信道；K'表示各用户组中用户数目；表示来自小区m的对用户组[G,l]中所有用户的被对齐后的等效干扰信道。

该步骤中，每个小区中的所有用户无需将来自邻小区的所有干扰对齐到同一干扰子空间中（完全对齐）,而是每个用户组中的用户通过联合处理，将来自某个小区的强干扰对齐到同一个干扰子空间（部分干扰对齐），从而可以降低收/发端天线数目的需求。

3）各用户获得自己的接收处理矩阵后，对自己要反馈给其服务小区中BS的信道矩阵Η进行降秩处理，并将经处理后的信道矩阵反馈给其服务BS。

对Η的降秩处理准则为：

$\tilde{H}=R^{H}H---\left(7\right)$

同时，我们定义干扰信息（interference_information）为

interference_information＝H^effectiveICI    (8)

其中，Η为N×M维的信道矩阵，R为N×d_s维的用户接收矩阵，A^H表示对矩阵A进行复共轭转置操作。经过式（7）的处理后，为d_s×M维的矩阵。由于d_s|＜min(N,M)，相比于未经任何处理的信道状态信息Η，的维度降低，从而可以降低每个用户的反馈量，消除用户的反馈量级(K-1)*N*M中N的影响。同时每个用户仅向其服务BS反馈经去冗余后的且只需部分用户反馈干扰信息，这样可以降低系统反馈量级中用户数目的影响。

4）各用户组通过一定方式将步骤2）中对齐后的对应于某个相邻小区的干扰子空间反馈给相应相邻小区的BS。经过步骤3）与步骤4）的处理，可以降低系统反馈开销。

5）每个小区中的BS根据反馈得到的信道矩阵与等效干扰子空间，以一定准则为本小区中用户设计发射预编码矩阵，从而达到消除小区内用户间干扰和小区间干扰的目的。

各小区l中BS以式9为准则为本小区内用户设计发射预编码矩阵，消除本小区内的用户间干扰，消除对相邻小区中用户的干扰。

在本发明方法中，BS处发射天线数目M、各用户处接收天线数目N、各小区中用户数目K、小区数目L、各用户期望数据流个数ds之间满足关系：

在本方案中，BS处发射天线数目M与各用户处接收天线数目N之间还应该满足关系为：

结合式（10）与式（11），在本方案中，各用户处接收天线数目应该满足

式（10）、（11）、（12）中，K'为各用户组中用户数目，且K'<K。而现有一些干扰对齐方案中，BS处发射天线数目M、各用户处接收天线数目N（假设各用户处接收天线数目相同）、各小区中用户数目K（假设各小区中用户数目相同）、小区数目L、各用户期望数据流个数d_s之间满足关系：

M≥[K(L-1)+1]d_s

             (13)

N≥[(K-1)(L-1)+1]d_s

从式（13）中，可以看出，各用户处接收天线数目和基站处发射端天线数目随着小区数目和各小区中用户数目的乘积增加，当小区数目很多或用户数目比较多时，天线数目需求大。这样，无论是用户处还是BS处的硬件实现复杂度都比较高。

通过式（10）与式（13）的对比，可以看出本发明提出的方案中，对BS处发射天线数目M、用户处接收天线数目N的需求，和小区数目没有关系。因而本发明可以有效降低收、发端天线数目需求，从而降低BS、用户处的实现复杂度。

本实施例采用7个小区，每个小区中有K个用户来举例说明；基站（BS）处天线数为M，用户处天线数为N，每个用户的期望数据流个数为d_s，且每个小区中基站功率平均分配。系统模型图为图2所示。

1.在本实施例中，部分干扰对齐方法中步骤1的用户分组方式如图3所示。每个小区中的用户根据其所在区域被分成6个用户组，我们用[G,m]表示小区m中的用户组G，其中G∈{a,b,c,d,e,f}，m∈{1,2,3,...,7}。这样对于用户组[a,1]、[b,1]、[c,1]、[d,1]、[e,1]和[f,1]中的用户来说，对他们造成强干扰的相邻小区分别是小区2、小区3、小区4、小区5、小区6和小区7，其它几个小区中各用户组中用户受到强干扰的分析与小区1的分析类似。每个用户组中的用户联合设计接收矩阵，对齐他们来自相同相邻小区的强干扰，例如用户组[a,1]中的所有用户联合设计它们各自的接收矩阵，以对齐来自小区2的干扰，对于小区1中所有用户（六个用户组中用户数目之和）来说，只有部分用户（用户组[a,1]中用户）将小区2的干扰对齐，即本发明中所说的部分干扰对齐。在本方案中，我们假设每个用户组中的用户数目相同且都等于K'，这样，各小区中总用户数目为K＝6K'。

2.按照步骤2，各用户组中的用户联合处理，设计他们各自的接收矩阵R。为了详细说明用户联合处理过程，我们以小区1为例进行说明，其他小区中各用户组的实施过程与小区1中各用户组的实施过程类似。

小区1中各用户组中的用户相互协作联合设计它们各自的接收矩阵R，且不同用户组中的用户间不协作。我们以R^[k,G,1]表示用户组[G,1]中用户k的接收矩阵，R^[k,G,1]的设计满足准则：

$\mathrm{span}\left\{{\left(H_m^{[1,G,1]}\right)}^H{R}^{[1,G,1]}\right\}=...=\mathrm{span}\left\{{\left(H_m^{[k,G,1]}\right)}^H{R}^{[k,G,1]}\right\}=...=\mathrm{span}\left\{{\left(H_m^{[K^{\&prime;},G,1]}\right)}^H{R}^{[K^{\&prime;},G,1]}\right\}=H_{[(G,1),m]}^{\mathrm{effectiveICI}}---\left(14\right)$

其中(G，m)∈{(a，2)，(b，3)，(c，4)，(d，5)，(e，6)，(f，7)};表示来自小区m的对用户组[G,1]中用户k的干扰信道；表示来自小区m的对用户组[G,1]中所有用户的被对齐后的有效ICI信道（等效干扰信息），其大小为M×d_s。通过对式（6）中包含的矩阵方程求解，可以获得用户组[G,1]中用户k的接收矩阵R^[k,G,1]，同时获得

3.在步骤3与步骤4中，小区1中用户以式（7）为准则对其与服务小区中BS之间的信道矩阵H进行处理，并将处理后得到的反馈回其服务BS。同时小区1中BS获得其对相邻六个小区中相应用户组的干扰子空间BS获得各干扰子空间后，原来在小区1中BS处看来对用户组[G,m]中K个用户的K个方向（子空间）上的干扰，现在被对齐到一个子空间中。而其对与其相邻的六个小区中所有用户的干扰被对齐到6个主要的方向上。图4表示用户联合处理和部分干扰对齐的过程。

图4中，小区1中BS对其相邻6个小区中用户（用户组[d,2]、[e,3]、[f,4]、[a,5]、[b,6]、[c,7]中用户）的强干扰被不同用户组分别对齐到6个不同的子空间中，在小区1中的BS处看来，原来的6K个干扰方向被对齐到6个干扰子空间中（每个干扰子空间对应一个相邻小区中受小区1强干扰的用户组）。

4.利用上述步骤获得的干扰信息H^effectiveICI和各用户接收解预编码矩阵R^[k,l]，在此步骤中，我们在各小区的BS处为其服务用户设计发射预编码矩阵T。且与现有的消除全部ICI的方案不同，本方案中，每个小区只消除对其他小区中用户的强干扰，而其余相对较弱的干扰不做处理。还是以小区1为例进行说明。

小区1的BS在为其用户设计发射预编码矩阵T^[k,1]时，遵循的准则为：

既T^[k,1]与由干扰信息和有效IUI信道构成的空间正交，这样小区1内BS在给其用户k发送信息时，可以消除给用户k发送信息时对本小区中其他用户造成的干扰，也可以消除对其相邻小区中用户的强干扰。其它小区中BS为本小区中各用户设计发射预编码矩阵时，与小区1中BS遵循相同的原则。

本发明从反馈开销角度出发，分析了多小区、多用户MIMO系统中现有干扰对齐方案存在的问题。提出一种基于用户联合处理的部分干扰对齐策略。策略中综合考虑降低反馈开销与降低对收、发端天线数目需求两个因素，使干扰对齐技术能够实际应用于多小区、多用户MIMO系统中，提升系统性能。

本发明的另一个实施例中，公开了一种与上述方法实施例相对应的基于干扰对齐的预编码系统，包括：

基站，用于将小区中的多用户划分为若干用户组，并通知所述用户分组信息，以及接收用户组内的用户反馈的有用信道信息以及干扰空间信息后，为用户进行预编码；

用户设备组，包括若干用户设备，用于当用户组受到邻小区的干扰时，用户组内的用户相互协作进行干扰对齐，所述干扰对齐过程中，用户组之间不协作，以及将有用信道信息上报给为其服务的基站，以及将干扰空间信息上报给所述干扰的邻小区的基站。

以上所述的具体实施方式，对本发明的技术方案进行了详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种干扰对齐的方法，应用于多小区、多用户MIMO系统中，包括：基站将小区中的多用户划分为若干用户组，并通知所述用户分组信息；当用户组受到邻小区的干扰时，用户组内的用户相互协作进行干扰对齐，所述干扰对齐过程中，用户组之间不协作。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述用户组内的用户相互协作进行干扰对齐具体包括：

用户组内的用户依据干扰对齐准则联合设计各自的接收处理矩阵，使得组内所有用户将来自相同邻小区的干扰对齐到同一或同几个干扰子空间中。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述当用户组受到邻小区的干扰时，用户组内的用户相互协作进行干扰对齐具体包括：

用户判断来自相同邻小区的干扰是否为强干扰，若是，则用户组内的用户相互协作进行干扰对齐。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述用户组内的用户联合设计各自的接收处理矩阵时，遵循以下干扰对齐准则：

$\mathrm{span}\left\{{\left(H_m^{[1,G,l]}\right)}^H{R}^{[1,G,l]}\right\}=...=\mathrm{span}\left\{{\left(H_m^{[k,G,l]}\right)}^H{R}^{[k,G,l]}\right\}=...=\mathrm{span}\left\{{\left(H_m^{[K^{\&prime;},G,l]}\right)}^H{R}^{[K^{\&prime;},G,l]}\right\}=H_{[(G,l),m]}^{\mathrm{effectiveICI}}$

其中，表示来自小区m的对小区l中用户组G中用户k的干扰信道，K'表示各用户组中用户数目，表示来自小区m的对用户组[G,l]中所有用户的被对齐后的等效干扰信道。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述基站将小区中的多用户划分为若干用户组时考虑以下因素的一种或多种：

用户所在地理区域、资源调度、资源分配。

6.一种基于干扰对齐的预编码方法，应用于多小区、多用户MIMO系统中，包括：

基站将小区中的多用户划分为若干用户组，并通知所述用户分组信息；

当用户组受到邻小区的干扰时，用户组内的用户相互协作进行干扰对齐，所述干扰对齐过程中，用户组之间不协作；

所述用户将有用信道信息上报给为其服务的基站，以及将干扰空间信息上报给所述干扰的邻小区的基站；

基站根据用户上报的所述有用信道信息和干扰空间信息为用户进行预编码。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：

所述用户组内的用户相互协作进行干扰对齐具体包括：

用户组内的用户依据干扰对齐准则联合设计各自的接收处理矩阵，使得组内所有用户将来自相同邻小区的干扰对齐到同一或同几个干扰子空间中。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于：

所述当用户组受到邻小区的干扰时，用户组内的用户相互协作进行干扰对齐具体包括：

用户判断来自相同邻小区的干扰是否为强干扰，若是，则用户组内的用户相互协作进行干扰对齐。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于：

所述每组内的用户联合设计各自的接收处理矩阵时，遵循以下干扰对齐准则：

$\mathrm{span}\left\{{\left(H_m^{[1,G,l]}\right)}^H{R}^{[1,G,l]}\right\}=...=\mathrm{span}\left\{{\left(H_m^{[k,G,l]}\right)}^H{R}^{[k,G,l]}\right\}=...=\mathrm{span}\left\{{\left(H_m^{[K^{\&prime;},G,l]}\right)}^H{R}^{[K^{\&prime;},G,l]}\right\}=H_{[(G,l),m]}^{\mathrm{effectiveICI}}$

其中，表示来自小区m的对小区l中用户组G中用户k的干扰信道，K'表示各用户组中用户数目，表示来自小区m的对用户组[G,l]中所有用户的被对齐后的等效干扰信道。

10.如权利要求6所述的方法，其特征在于：

所述基站将小区中的多用户划分为若干用户组时考虑以下因素的一种或多种：

用户所在地理区域、资源调度、资源分配。

11.如权利要求6所述的方法，其特征在于：

所述用户上报的有用信道信息为将用户的信道信息进行降秩处理后获得。

12.一种用户设备，其特征在于，包括：

协商模块，用于与用户组内的其他用户设备协商互通信息；

干扰对齐模块，用于在当用户组受到邻小区的干扰时，通过所述协商模块与组内的其他用户相互协作进行干扰对齐，所述干扰对齐过程中，用户组之间不协作。

13.如权利要求12所述的用户设备，其特征在于：

所述用户设备还包括：

干扰检测模块，用于当用户受到邻小区的干扰时，通知协商模块和干扰对齐模块与用户组的其他用户协商进行干扰对齐。

14.如权利要求12或13所述的用户设备，其特征在于：

所述用户组内的用户相互协作进行干扰对齐具体包括：

用户组内的用户依据干扰对齐准则联合设计各自的接收处理矩阵，使得组内所有用户将来自相同邻小区的干扰对齐到同一或同几个干扰子空间中。

15.一种基站，其特征在于，包括：

用户分组模块，用于将小区中的多用户划分为若干用户组，并通知所述用户分组信息；

用户反馈接收模块，用于接收用户组内的用户反馈的有用信道信息以及干扰空间信息；

预编码模块，用于根据所述用户反馈接收模块接收的所述有用信道信息以及干扰空间信息为用户进行预编码。

16.一种基于干扰对齐的预编码系统，包括用户设备组和基站，其特征在于：

基站，用于将小区中的多用户划分为若干用户组，并通知所述用户分组信息，以及接收用户组内的用户反馈的有用信道信息以及干扰空间信息后，为用户进行预编码；

用户设备组，包括若干用户设备，用于当用户组受到邻小区的干扰时，用户组内的用户相互协作进行干扰对齐，所述干扰对齐过程中，用户组之间不协作，以及将有用信道信息上报给为其服务的基站，以及将干扰空间信息上报给所述干扰的邻小区的基站。