CN104980938B - 一种基于基站间协作的上行干扰消除方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于基站间协作的上行干扰消除方法，包括：步骤S1：相邻的互为协作的基站分别根据信道状态信息将用户分为两类：I类和II类；步骤S2：基站之间互为服务基站和协作基站，服务基站和协作基站之间通过回传网络交换各自的II类用户信道信息，将服务基站I类用户与协作基站II类用户配对；步骤S3：配对成功的用户由各自基站分配相同的时频资源，进行上行数据的传输；步骤S4：服务基站和协作基站通过回传网络进行I类用户和II类用户的上行数据迭代干扰消除。与现有技术相比，本发明充分利用基站间的回传网络实现基站间的协作，解决小区边缘用户的同频干扰问题，提高系统吞吐量，具有迭代次数少、时延小等优点。

Description

一种基于基站间协作的上行干扰消除方法

技术领域

本发明涉及无线通信与网络，尤其是涉及一种基于基站间协作的上行干扰消除方法。

背景技术

在3GPP LTE中，为了避免干扰，同一小区内部的用户被分配的时频资源块是相互正交的，但是为了提高频谱的利用率，每个小区可以使用相同的频率带宽又都是相同的，因此在LTE系统中，如图1所示，要特别考虑小区间的干扰，尤其是在小区边缘的用户，受到相邻小区同频资源的影响严重，使得整个系统在小区边缘的频谱利用率降低。

目前，为了解决LTE系统中的小区间干扰问题，主要采用小区间干扰随机化技术、小区间干扰协调/回避技术和小区间干扰消除技术。这三种技术都在一定程度上弱化和减小了干扰的影响，但是都存在一定的缺陷：

1)小区干扰随机化技术是指通过加扰、交织，跳频、扩频、动态调度等方式，使系统在时间和频率两个维度的干扰平均化，主要是通过将干扰信号随机化，并不能降低干扰信号的能量；

2)小区间干扰协调/回避技术是通过对小区边缘可用的时频资源作一定的限制来避免干扰，大大降低了频谱的利用率；

3)小区间干扰消除技术是对干扰小区的干扰信号进行某种程度的解调甚至解码，然后利用接收机的处理增益从接收信号中消除干扰信号分量，虽然能够带来较好的性能，但实现复杂度太高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于基站间协作的上行干扰消除方法，通过利用基站之间的回传网络实现基站间的协作，在频率资源紧张相邻小区不可避免发生同频干扰时，实现上行干扰消除。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于基站间协作的上行干扰消除方法包括：

步骤S1：相邻的互为协作的基站分别根据各自小区用户的信道状态信息将用户分为两类：I类和II类，I类用户为小区中心用户，II类用户为小区边缘用户；

步骤S2：基站之间互为服务基站和协作基站，服务基站和协作基站之间通过回传网络交换各自的II类用户信道信息，将服务基站I类用户与协作基站II类用户配对；

步骤S3：配对成功的用户由各自基站分配相同的时频资源，进行上行数据的传输；

步骤S4：服务基站和协作基站通过回传网络进行各自基站I类用户和II类用户的上行数据迭代干扰消除。

所述步骤S1中I类用户为满足|h|²＞σ²条件的用户，II类用户为满足|h|²≤σ²条件的用户，h为用户信道信息，σ²为噪声方差。

所述步骤S2中采用稳定婚姻匹配算法将服务基站I类用户与协作基站II类用户配对。

所述稳定婚姻匹配算法包括以下步骤：

21：对每个服务基站I类用户生成与协作基站II类用户对应的第一优先匹配顺序表，对每个协作基站II类用户生成与服务基站I类用户对应的第二优先匹配顺序表；

22：所有尚未匹配成功的服务基站I类用户从第一优先匹配顺序表中依次选择未被选择的协作基站II类用户；

23：协作基站II类用户进行反选，包括三种情况：

1)当协作基站II类用户没有被任何一个服务基站I类用户选中，此时协作基站II类用户无需做任何处理，等待下一轮；

2)当协作基站II类用户只被一个服务基站I类用户选择，此时直接选择匹配；

3)当协作基站II类用户被至少两个服务基站I类用户选择，此时从所有选择它的服务基站I类用户中选择在第二优先匹配顺序表中排名最前的用户，拒绝其它用户；

24：经过协作基站反选后，被所有协作基站II类用户拒绝的服务基站I类用户进入下一轮匹配，跳转步骤22，直到所有用户都匹配成功。

所述步骤21中的第一优先匹配顺序表和第二优先匹配顺序表根据可匹配用户的匹配值Q排序得到，匹配值Q满足以下公式：

其中，h₁₁表示待匹配用户与其所在基站之间的信道系数，h₁₂表示待匹配用户与其对应协作的基站之间的信道系数，h₂₁表示可匹配用户与其对应协作的基站之间的信道系数，h₂₂表示可匹配用户与其所在基站之间的信道系数，Re(·)表示取·的实部运算。

所述步骤S4包括以下步骤：

41：基站之间互为服务基站和协作基站，服务基站解码本小区的I类用户上行数据，当解码成功时，解码后的数据对应为比特信息，当解码失败时，对应为解码软信息；

42：服务基站将步骤41中解码后的本小区I类用户上行数据通过回传网络传给协作基站；

43：协作基站利用服务基站I类用户上行数据对配对的协作基站II类用户上行数据进行干扰消除并解码；

44：协作基站判断接收到的服务基站I类用户上行数据是否为比特信息，若是，协作结束，若否，协作基站将步骤43中解码后的协作基站II类用户上行数据通过回传网络传给服务基站，执行步骤45；

45：服务基站利用协作基站II类用户上行数据对配对的服务基站I类用户上行数据进行干扰消除并解码；

46：服务基站判断接收协作基站II类用户上行数据的次数是否大于等于2，若是，协作结束，若否，跳转步骤42。

所述步骤43具体为：

431：协作基站判断接收到的服务基站I类用户上行数据是否为比特信息，若是，协作基站运用分布式信源编码的方法以接收到的服务基站I类用户上行数据作为边信息解码获得干扰信息，执行步骤432，若否，协作基站将接收到的服务基站I类用户上行数据直接作为干扰信息，执行步骤432；

432：协作基站从配对的协作基站II类用户上行数据中减去步骤431的干扰信息；

433：协作基站解码干扰消除后配对的协作基站II类用户上行数据。

所述步骤45具体为：

451：服务基站判断接收到的协作基站II类用户上行数据是否为比特信息，若是，服务基站运用分布式信源编码的方法以接收到的协作基站II类用户上行数据作为边信息解码获得干扰信息，执行步骤452，若否，服务基站将接收到的协作基站II类用户上行数据直接作为干扰信息，执行步骤452；

452：服务基站将配对的服务基站I类用户上行数据减去步骤451的干扰信息；

453：服务基站解码干扰消除后配对的服务基站I类用户上行数据。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明充分利用了基站间的回传网络实现基站间的迭代协作干扰消除。在频率资源紧张相邻小区不可避免发生同频干扰时，首先对本小区用户进行分类，再各自将需要协作的用户发送给相邻小区，基站结合本小区用户和相邻小区用户信息进行配对，配对成功的用户由基站分配相同的频率资源，再通过基站间的回传网络实现迭代干扰消除，从而提高整个系统的性能。

2)本发明通过分析基站间的协作过程，得到基站用户分类准则和用户匹配的准则，这些准则有效的保证了协作的有效性。

3)本发明通过分析得出基站间的迭代协作过程不需要超过两次。从而保证了该方法的复杂性不高，也不需要很大的时延。

附图说明

图1为同频干扰系统模型；

图2为本发明协作干扰消除方法总体流程图；

图3为本发明中服务基站和协作基站之间通过回传网络进行干扰消除的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图2所示，一种基于基站间协作的上行干扰消除方法将相邻的两个小区组成协作基站对，每个基站首先要对本小区的用户进行筛选，将其服务用户信息发送给协作基站，以便进行用户匹配，匹配成功的用户对被分配相同的频率资源，在通信中再通过基站间的回传网络实现干扰消除，具体包括：

步骤S1：相邻的互为协作的基站分别根据各自小区用户的信道状态信息将用户分为两类：I类和II类，I类用户为小区中心用户，II类用户为小区边缘用户。I类用户为满足|h|²＞σ²条件的用户，II类用户为满足|h|²≤σ²条件的用户，h为本小区申请上行通信的用户信道信息，σ²为相应的噪声方差。

步骤S2：基站之间互为服务基站和协作基站，对于自己本小区用户来说都是服务基站，对于协作方来说又都是协作方的协作基站，服务基站和协作基站之间通过回传网络交换各自的II类用户信道信息，采用稳定婚姻匹配算法将服务基站I类用户与协作基站II类用户配对。

稳定婚姻匹配算法包括以下步骤：

21：对每个服务基站I类用户生成与协作基站II类用户对应的第一优先匹配顺序表，对每个协作基站II类用户生成与服务基站I类用户对应的第二优先匹配顺序表。

其中，第一优先匹配顺序表和第二优先匹配顺序表根据可匹配用户的匹配值Q排序得到，匹配值越高，匹配优先级越高，如图1所示，匹配值Q满足以下公式：

其中，h₁₁表示待匹配用户与其所在基站之间的信道系数，h₁₂表示待匹配用户与其对应协作的基站之间的信道系数，h₂₁表示可匹配用户与其对应协作的基站之间的信道系数，h₂₂表示可匹配用户与其所在基站之间的信道系数，Re(·)表示取·的实部运算，BS表示基站，UE表示用户设备，backhaul表示基站间的回传网络。

22：所有尚未匹配成功的服务基站I类用户从第一优先匹配顺序表中依次选择未被选择的协作基站II类用户。

23：协作基站II类用户进行反选，包括三种情况：

1)当协作基站II类用户没有被任何一个服务基站I类用户选中，此时协作基站II类用户无需做任何处理，等待下一轮；

2)当协作基站II类用户只被一个服务基站I类用户选择，此时直接选择匹配；

3)当协作基站II类用户被至少两个服务基站I类用户选择，此时从所有选择它的服务基站I类用户中选择在第二优先匹配顺序表中排名最前的用户，拒绝其它用户。

24：经过协作基站反选后，被所有协作基站II类用户拒绝的服务基站I类用户进入下一轮匹配，跳转步骤22，直到所有用户都匹配成功。

步骤S3：配对成功的用户由各自基站分配相同的时频资源，进行上行数据的传输。

步骤S4：服务基站和协作基站通过回传网络进行各自基站I类用户和II类用户的上行数据迭代干扰消除。整个过程都是一个迭代过程，当作为解码方时是服务基站角色，当把解码后的信息通过回传网络传给其协作方后，又是协作方的协作基站角色，所以每个基站同时即是服务基站又是协作基站，整个过程是对等对称的过程。如图3所示，具体为：

41：基站之间互为服务基站和协作基站，服务基站解码本小区的I类用户上行数据，当解码成功时，解码后的数据对应为比特信息(bit)，并将比特信息压缩，减轻回传网络负载，当解码失败时，对应为解码软信息，解码软信息是解码过程会产生的信息，用于解码，解码最后根据软信息的值来判定发送的比特信息。

42：服务基站将步骤41中解码后的本小区I类用户上行数据通过回传网络传给协作基站。

43：协作基站利用服务基站I类用户上行数据对配对的协作基站II类用户上行数据进行干扰消除并解码。具体为：

431：协作基站判断接收到的服务基站I类用户上行数据是否为比特信息，若是，协作基站运用分布式信源编码的方法以接收到的服务基站I类用户上行数据作为边信息解码获得干扰信息，执行步骤432，若否，协作基站将接收到的服务基站I类用户上行数据直接作为干扰信息，执行步骤432；

432：协作基站从配对的协作基站II类用户上行数据中减去步骤431的干扰信息；

433：协作基站解码干扰消除后配对的协作基站II类用户上行数据。

44：协作基站判断接收到的服务基站I类用户上行数据是否为比特信息，若是，协作结束，若否，协作基站将步骤43中解码后的协作基站II类用户上行数据通过回传网络传给服务基站，执行步骤45。

45：服务基站利用协作基站II类用户上行数据对配对的服务基站I类用户上行数据进行干扰消除并解码，方法同步骤43，具体为：

451：服务基站判断接收到的协作基站I类用户上行数据是否为比特信息，若是，服务基站运用分布式信源编码的方法以接收到的协作基站I类用户上行数据作为边信息解码获得干扰信息，执行步骤452，若否，服务基站将接收到的协作基站I类用户上行数据直接作为干扰信息，执行步骤452；

452：服务基站将配对的服务基站II类用户上行数据减去步骤451的干扰信息；

453：服务基站解码干扰消除后配对的服务基站II类用户上行数据。

46：服务基站判断接收协作基站II类用户上行数据的次数(即迭代次数)是否大于等于2，若是，协作结束，若否，跳转步骤42。

本发明设计通过基站之间的回传网络实现基站间的协作。在频率资源紧张相邻小区不可避免发生同频干扰时，首先对本小区用户进行分类，再各自将需要协作的用户发送给相邻小区，基站结合本小区用户和相邻小区用户信息进行配对，配对成功的用户由基站分配相同的频率资源，再通过基站间的回传网络实现迭代干扰消除，从而提高整个系统的性能。

Claims (6)

1.一种基于基站间协作的上行干扰消除方法，其特征在于，包括：

步骤S1：相邻的互为协作的基站分别根据各自小区用户的信道状态信息将用户分为两类：I类和II类，I类用户为小区中心用户，II类用户为小区边缘用户；

步骤S2：基站之间互为服务基站和协作基站，服务基站和协作基站之间通过回传网络交换各自的II类用户信道信息，将服务基站I类用户与协作基站II类用户配对；

步骤S3：配对成功的用户由各自基站分配相同的时频资源，进行上行数据的传输；

步骤S4：服务基站和协作基站通过回传网络进行各自基站I类用户和II类用户的上行数据迭代干扰消除；

所述步骤S2中采用稳定婚姻匹配算法将服务基站I类用户与协作基站II类用户配对；

所述稳定婚姻匹配算法包括以下步骤：

21：对每个服务基站I类用户生成与协作基站II类用户对应的第一优先匹配顺序表，对每个协作基站II类用户生成与服务基站I类用户对应的第二优先匹配顺序表；

22：所有尚未匹配成功的服务基站I类用户从第一优先匹配顺序表中依次选择未被选择的协作基站II类用户；

23：协作基站II类用户进行反选，包括三种情况：

1)当协作基站II类用户没有被任何一个服务基站I类用户选中，此时协作基站II类用户无需做任何处理，等待下一轮；

2)当协作基站II类用户只被一个服务基站I类用户选择，此时直接选择匹配；

3)当协作基站II类用户被至少两个服务基站I类用户选择，此时从所有选择它的服务基站I类用户中选择在第二优先匹配顺序表中排名最前的用户，拒绝其它用户；

24：经过协作基站反选后，被所有协作基站II类用户拒绝的服务基站I类用户进入下一轮匹配，跳转步骤22，直到所有用户都匹配成功。

2.根据权利要求1所述的一种基于基站间协作的上行干扰消除方法，其特征在于，所述步骤S1中I类用户为满足|h|²＞σ²条件的用户，II类用户为满足|h|²≤σ²条件的用户，h为用户信道信息，σ²为噪声方差。

3.根据权利要求1所述的一种基于基站间协作的上行干扰消除方法，其特征在于，所述步骤21中的第一优先匹配顺序表和第二优先匹配顺序表根据可匹配用户的匹配值Q排序得到，匹配值Q满足以下公式：

<mrow> <mi>Q</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>-</mo> <mi>Re</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>h</mi> <mn>22</mn> </msub> <msub> <mi>h</mi> <mn>11</mn> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>h</mi> <mn>21</mn> </msub> <msub> <mi>h</mi> <mn>12</mn> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

其中，h₁₁表示待匹配用户与其所在基站之间的信道系数，h₁₂表示待匹配用户与其对应协作的基站之间的信道系数，h₂₁表示可匹配用户与其对应协作的基站之间的信道系数，h₂₂表示可匹配用户与其所在基站之间的信道系数，Re(·)表示取·的实部运算。

4.根据权利要求1所述的一种基于基站间协作的上行干扰消除方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下步骤：

41：基站之间互为服务基站和协作基站，服务基站解码本小区的I类用户上行数据，当解码成功时，解码后的数据对应为比特信息，当解码失败时，对应为解码软信息；

42：服务基站将步骤41中解码后的本小区I类用户上行数据通过回传网络传给协作基站；

43：协作基站利用服务基站I类用户上行数据对配对的协作基站II类用户上行数据进行干扰消除并解码；

44：协作基站判断接收到的服务基站I类用户上行数据是否为比特信息，若是，协作结束，若否，协作基站将步骤43中解码后的协作基站II类用户上行数据通过回传网络传给服务基站，执行步骤45；

45：服务基站利用协作基站II类用户上行数据对配对的服务基站I类用户上行数据进行干扰消除并解码；

46：服务基站判断接收协作基站II类用户上行数据的次数是否大于等于2，若是，协作结束，若否，跳转步骤42。

5.根据权利要求4所述的一种基于基站间协作的上行干扰消除方法，其特征在于，所述步骤43具体为：

431：协作基站判断接收到的服务基站I类用户上行数据是否为比特信息，若是，协作基站运用分布式信源编码的方法以接收到的服务基站I类用户上行数据作为边信息解码获得干扰信息，执行步骤432，若否，协作基站将接收到的服务基站I类用户上行数据直接作为干扰信息，执行步骤432；

432：协作基站从配对的协作基站II类用户上行数据中减去步骤431的干扰信息；

433：协作基站解码干扰消除后配对的协作基站II类用户上行数据。

6.根据权利要求4所述的一种基于基站间协作的上行干扰消除方法，其特征在于，所述步骤45具体为：

451：服务基站判断接收到的协作基站II类用户上行数据是否为比特信息，若是，服务基站运用分布式信源编码的方法以接收到的协作基站II类用户上行数据作为边信息解码获得干扰信息，执行步骤452，若否，服务基站将接收到的协作基站II类用户上行数据直接作为干扰信息，执行步骤452；

452：服务基站将配对的服务基站I类用户上行数据减去步骤451的干扰信息；

453：服务基站解码干扰消除后配对的服务基站I类用户上行数据。