CN106255150B - 一种基于接收端缓存的干扰消除和信号增强的方法 - Google Patents

一种基于接收端缓存的干扰消除和信号增强的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于接收端缓存的干扰消除和信号增强的方法，涉及无线网络通讯领域，包括：将业务内容缓存在信息接收端；信息发送端获取相关信息接收端的业务内容的缓存情况；当信息接收端接收到信息发送端发出的业务内容时，根据本地缓存的业务内容，判断信息发送端发出的业务内容是否为信息接收端所需；信息接收端将本地已缓存的业务内容作为边信息，并获取与信息发送端之间的信道信息，对来自信息发送端的干扰信号进行干扰消除；信息接收端同时接收来自信息发送端发出的业务内容以及来自其他信息发送端的相同的业务内容，以实现信号增强。本明所述方法充分挖掘业务属性和用户行为特点进行跨层干扰消除和信号增强，提升网络性能和系统灵活性。

Description

一种基于接收端缓存的干扰消除和信号增强的方法
技术领域
本发明涉及无线网络通讯领域，尤其涉及一种基于接收端缓存的干扰消除和信号增强的方法。
背景技术
现有和将来的无线网络以多媒体内容传播为主要目的，并且终端设备数量和质量不断提升，导致网络容量需求爆炸式增长。面对日益增长的无线网络性能提升的压力，现有方法是不断增加信息发送站点的数目和种类，使小区面积不断减小，以减少信号功率损耗，提升频谱效率和网络吞吐量。无线网络异构性、致密性、随机性越来越明显。宏基站、微基站、家庭微微基站、WiFi热点等多种类型站点共存。信息发送和接收站点密度不断增加，导致了严重的区间和区内干扰信号，使接收端信干噪比(SINR，Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio)变小和信号质量恶化。干扰是影响未来高密集网络性能的重要因素。
另一方面，现有无线网络中多媒体传播业务远远多于语音通话业务，是多媒体内容传播主导的移动社交网。多媒体信息具有本身的属性，用户行为也有规律可挖掘。例如一段时间内大部分用户所关注的内容雷同集中，小部分流行的多媒体业务的传播占据了大部分的网络流量，大部分用户所关注的是一小部分比较流行的多媒体业务。身份类同的人群所关注的多媒体内容也类似。用户对多媒体内容的需求有可预测性，例如根据对某档节目的点击历史记录，可以对用户接下来对此节目的需求进行预测。不同于话务通信，用户对多媒体内容的QoS(时延等)的容忍性提高，例如上班时间播放的娱乐节目，人们会在下班空闲时间通过无线网络进行收看。人们对多媒体内容的需求多元性、集聚性、趋同性明显。因此研究人员提出了缓存技术，提倡将流行的内容缓存在相应的网络设备上(如核心网的网关，无线接入网的基站，中继或者用户终端等)，以减少网络负担，提升网络有效传输容量等相关性能。
为了抑制或者消除干扰，研究人员做了很多工作，提出很多有效的干扰消除技术，诸如数字域、模拟域的干扰抑制、对齐、消除技术；高效的信道估计和信道均衡技术；波束成型，大规模天线技术等。然而，传统的干扰消除技术只从网络本身属性(例如网络层属性，物理层属性等)出发进行相关技术的设计，没有充分利用业务属性和用户行为特点。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于接收端缓存的干扰消除和信号增强的方法，利用业务层属性和用户行为特点进行跨层的干扰消除和信号增强，可以更进一步的挖掘网络潜力，提升网络性能。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是在进行干扰管理时，如何将业务属性和用户行为特点考虑进去，实现跨层设计，充分挖掘和提升网络性能。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于接收端缓存的干扰消除和信号增强的方法，包括以下步骤：
步骤1、将业务内容缓存在信息接收端；
步骤2、信息发送端获取相关所述信息接收端的所述业务内容的缓存情况；
步骤3、当所述信息接收端接收到所述信息发送端发出的所述业务内容时，根据本地缓存的业务内容，判断所述信息发送端发出的所述业务内容是否为所述信息接收端所需，若不是，则进入步骤4，若是，则进入步骤5；
步骤4、所述信息接收端将本地已缓存的业务内容作为边信息，并获取与步骤3中与所述信息发送端之间的信道信息，对来自所述信息发送端的干扰信号进行干扰消除；
步骤5、所述信息接收端同时接收来自所述信息发送端发出的业务内容以及来自其他信息发送端的相同的所述业务内容，以实现信号增强。
进一步地，所述信息接收端根据预设的目标确定缓存哪些所述业务内容。
进一步地，所述预设目标为最大化网络吞吐量、最大化缓存流量卸载、最大化能效和频谱效率以及商业模式操作便利性中的一种。
进一步地，在步骤1中，在网络空闲时，所述业务内容通过广播的方式一次性推送给所述信息接收端缓存。
进一步地，在步骤2中，还包括对所述业务内容进行标记和排序，在所述信息发送端和所述信息接收端维护记载所述缓存情况的表格。
进一步地，在步骤3中，还包括所述信号发送端通过查询所述表格确定是否对相应的所述信息接收端进行告知。
进一步地，所述告知的方法为在所传输的业务内容中或者在信令中增加若干bit位。
进一步地，在步骤4中，所述信息接收端识别所述告知后，通过查询本地的所述表格，并从本地缓存读取已存储内容作为边信息，以进行干扰消除。
进一步地，步骤5中，对于来自其他信息发送端的相同的所述业务内容，所述信息接收端的信息接收方式为同步或异步。
进一步地，在步骤5中，还包括对于可缓存的所述信息接收端，若自身服务的所述信息发送端和其他所述信息发送端同步发送相同业务内容信息，所述信息接收端可直接同步接收并做信号增强；若其他所述信息发送端先于缓存接收端自身服务的所述信息发送端发送信息，缓存接收端先收取其他所述信息发送端的信息并缓存；若缓存接收端自身服务的所述信息发送端先于其他所述信息发送端发送信息，缓存接收端接收自身服务的所述信息发送端信息并缓存，并在QoS限制下等待接收其他所述信息发送端的有用信息，一段时间内若接收到其他所述信息发送端的有用信息，便利用已缓存信息进行信号增强操作，否则直接处理已缓存信息并释放缓存空间。
在无线网络中，尤其是高密集的网络中，干扰是影响网络性能的重要因素。传统的干扰处理技术未能充分利用现存网络中的多媒体业务属性和用户行为特点。针对本发明所要解决的问题，本发明提出一种基于接收端缓存的干扰消除和信号增强的方法。如图1为简化了的网络拓扑模型(图示有助于相关技术人员更好的理解本发明，但不以任何形式限制本发明)。
如图1所示有三个基站(本发明不限于基站，可以是各类型信息发送站点，也不限于站点数目)，分别是基站1、基站2和基站3；三个用户终端(本发明不限于用户终端，可以是各类型的信息接收端，如上行链路中接收信息的基站等)，其中两个用户终端拥有缓存能力，一个用户终端无缓存能力(或者有缓存能力但并不愿意或者没有进行缓存；且网络中的终端也可全部拥有缓存能力并进行缓存，此图只做示例)。下行链路中各基站共享信道资源。根据一定的目标(例如最大化吞吐量，最大化能效和频谱效率等)，各个用户终端根据相应的缓存机制存储了一定的业务内容。如图1中，可缓存用户1缓存了业务内容2,3,4；可缓存用户2缓存了业务内容1,2,3。当基站1给可缓存用户1发送业务内容1时，传统意义上来说，其对非缓存用户和可缓存用户2都是干扰信号。但是，当缓存用户终端2已缓存了业务内容1，且如果从基站1到缓存用户终端2的信道状态信息CSI(Channel State Information)通过信道估计等方法可完美获取，缓存用户2可以利用本地已缓存的业务内容1作为边信息，将来自基站1的干扰信号进行消除。同理，当基站2向非缓存用户发送业务内容2，当基站3向缓存用户2发送业务内容4时，利用可缓存接收端已缓存的业务内容作为边信息，利用已知的信道状态信息CSI，图1中虚线的干扰信号可被消除。同样的，当信道信息CSI已知时，当多个基站同时/非同时发相同业务内容时，如基站1向可缓存用户1发送业务内容1，基站2向非可缓存用户也发送业务内容1时，传统意义上基站2对可缓存用户1的干扰，其实可以用来作为有用信号叠加在可缓存用户1接收到的发自基站1的信号(可缓存用户可以非同步接收所需的来自不同基站的相同信号，将先接收到的业务内容信息缓存，与后接收到的业务内容信息信号叠加增强)，进行信号增强。同样地，基站1发出的业务内容1信号也可在非可缓存用户处进行信号增强(非可缓存用户需要同步接收来自不同基站的业务内容信息)。
如图2所示，基于干扰消除的目的，本发明采用的技术方案包括如下步骤：
步骤1：以一定缓存机制将业务内容存储在接收端。
步骤2：基站处通过有效方法获取(本发明不限于基站，可以是其他各类型的信息发送站点)其周围相关接收端所缓存业务内容情况。
步骤3：当干扰基站要发送其周围相关接收端已缓存的内容时，相关接收端通过有效方法被告知此干扰基站要发送的业务内容信息。
步骤4：接收端利用本地已缓存的业务内容作为边信息，并获取与步骤3中干扰基站间的信道信息，对来自基站的干扰信号进行干扰消除。
优选地，所述步骤1中：接收端应该缓存哪些内容可根据具体目标而定，如以最大化网络吞吐量，最大化缓存流量卸载，最大化能效和频谱效率为目标等，或者以商业模式操作便利性为目标等。同时，业务内容何时被缓存可以根据具体网络场景而定。如在网络空闲的时候，通过广播方式将内容一次性推送给接收端以进行缓存等。
优选地，所述步骤2中：可对业务内容进行标记，对业务内容进行排序并依次标记序号1,2,3...，并在基站本地制定相应表格以表明周围相关用户所缓存的业务内容(相应接收端所缓存业务信息用内容序号表示)。并在接收端制定相应表格以便查询自身所缓存业务内容。
优选地，所述步骤3中：干扰基站可通过查询步骤2中制定的本地表格以确认是否对相应接收端进行告知。干扰基站可以通过额外信令告知所要传输信息，或者在传输信息中增加若干bit位以告知相应接收端。如周围某相应接收端总共存储了10个内容，且干扰基站要传输的干扰信息为其存储的第2个内容，干扰基站可以发送bit信息0010以将要发送的干扰信号所要传输的内容的序号告知相应缓存用户。
优选地，所述步骤4中：相应接收端收到被告知的内容序号后，通过查询本地表格，并从本地缓存空间读取已存储内容作为边信息，以进行干扰消除。
如图3所示，基于信号增强的目的，本发明采用的技术方案包括如下步骤：
步骤1：基站(本发明不限于基站，可以是其他各类型的信息发送站点)向目标接收端发送业务内容，同时通过有效方式告知周围其他相关接收端所发送业务内容有关信息。
步骤2：当周围相关的可缓存接收端获知步骤1中基站所发业务内容也是自己所需时，接收来自此基站的信号，并将接收到的业务内容信息缓存下来。对于周围相关的非可缓存接收端，当自身的服务基站与步骤1中的基站同步发送相同业务内容信息时，非可缓存接收端同步接收信息。即非可缓存接收端需要同步接收来自干扰基站和自身基站的相同业务内容信息以实现信号增强，可缓存接收端可以异步接收。
步骤3：步骤2中进行了缓存的接收端从自身的服务基站收取与步骤2中相同的业务内容信息，将缓存信息与新接收信息进行有效处理，如信号叠加等以进行信号增强。
优选地，所述步骤2中：对于可缓存接收端，若自身服务基站和干扰基站同步发送相同业务内容信息，接收端可直接同步接收并做信号增强；若干扰基站先于缓存接收端自身基站发送信息，缓存接收端先收取干扰基站信息并缓存；若缓存接收端自身基站先于干扰基站发送信息，缓存接收端接收自身基站信息并缓存，并在一定的QoS限制下(如一定的容忍时延下)等待接收干扰基站有用信息，一段时间内若接收到干扰基站有用信息便利用已缓存信息进行信号增强操作，否则直接处理已缓存信息并释放缓存空间。
在本发明所述的基于接收端缓存的干扰消除中，若可缓存用户本地在步骤1中未缓存相应业务内容信息(如内容1)，当干扰基站A发送内容1时，可缓存用户可以将接收到的干扰基站A发送的信息缓存在本地，当缓存用户自身服务基站向缓存用户发送内容2且干扰基站B(B也可以为A)同步发送内容1时，缓存用户可利用已缓存的内容1进行干扰抵消以更好的接收内容2。
在本发明所述的基于接收端缓存的干扰消除中，当可缓存用户同步接收到来自干扰基站A的业务内容1和自身服务基站的业务内容2时，将接收到的同步信号缓存于本地，此后在一定的时间内接收来自干扰基站B(B也可以为A)发送的业务内容1时，将前后接收到数据信息进行干扰抵消，以获取业务内容2(业务内容1也可以获得)。
本发明所述的基于接收端缓存的干扰消除和信号增强的方法，具有以下有益效果：
1、充分挖掘业务属性和用户行为特点进行跨层干扰消除和信号增强。
2、利用用户终端和网络设备所拥有的廉价丰富的存储计算资源来提升网络性能。减少昂贵稀缺的无线资源(如带宽，能量)所带来的压力。以廉价丰富的存储计算资源换取昂贵稀缺的无线资源。
3、基于接收端缓存消除干扰信号所带来的负面影响，提升网络性能和用户服务质量。
4、基于接收端缓存将传统意义上的干扰信号转化为有利信号进行信号增强，变废为宝，提升网络性能和系统设计的灵活性。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的基于接收端缓存的干扰消除网络示意图；
图2是本发明的一个较佳实施例的基于接收端缓存的干扰消除方法流程框图；
图3是本发明的一个较佳实施例的基于接收端缓存的信号增强方法流程框图；
图4是本发明的一个较佳实施例的干扰消除网络示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图4简化了的网络模型所示，有两个基站，基站1和2，两个接收端(用户终端)，其中一个用户终端有缓存能力，一个无缓存能力，他们分别被基站1,2所覆盖。经过本发明步骤1，有缓存能力用户终端已缓存了业务内容1,2,3。且通过步骤2，基站已获取可缓存用户已缓存内容情况，以在适当的时刻采用合适的方式(如基站2在发送可缓存用户已缓存信息前通过额外信令告知可缓存用户。或者基站2在发送信息时增加额外bit位表示所发送信息序号，与实际内容信息同步发送)根据步骤3对可缓存用户进行告知。当基站1向可缓存用户发送内容4，同时基站2向非可缓存用户发送内容2，可缓存用户端的接收信息可表示为
其中P是发送功率，di,j和hi,j(i,j∈{1,2})分别是相应基站和用户间的距离和信道衰落，β≥2是路径损耗因子，xi(i＝2,4)是相应的单位功率的发送信号，n0为功率为σ2的高斯加性白噪声。
通过本发明步骤3，可缓存用户被告知基站2要发送的信息为内容2。我们考虑理想情况下，在本发明步骤4，可缓存用户获取准确的CSI信道状态信息因此，可缓存用户基于边信息即本地缓存的业务内容(x2)和CSI信息可以消除干扰项因此，可缓存用户接收内容4时的SINR为
对于非缓存用户接收到的信号可表示为
但是，由于非可缓存用户无缓存能力，本地无边信息可用，即本地为缓存内容4，所以并不能进行干扰消除，因此，非可缓存用户接收信号SINR为
比较SINRc和SINRu可知，基于接收端缓存的干扰消除可以带来干扰消除增益，减少密集网络中干扰带来的负面影响，有效提升网络性能。
同理地，若基站1，2分别向可缓存接收端和非可缓存接收端发送信息4时，可缓存接收端可以通过同步/异步的方式接收来自基站1，2的内容4信息进行信号增强，非可缓存接收端通过同步的方式接收来自基站1，2的内容4信息进行信号增强。接收端SINR为
可知，基于接收端缓存的信号增强可以有效提升网络性能，提高用户服务质量。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于接收端缓存的干扰消除和信号增强的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将业务内容缓存在信息接收端；
步骤2、多个信息发送端获取相关所述信息接收端的所述业务内容的缓存情况，其中一个所述信息发送端为用于所述信息接收端自身服务的信息发送端，其余的所述信息发送端为干扰信息发送端；
步骤3、当所述信息接收端接收到所述干扰信息发送端发出的所述业务内容时，根据本地缓存的业务内容，判断所述干扰信息发送端发出的所述业务内容是否为所述信息接收端所需，若不是，则进入步骤4，若是，则进入步骤5；
步骤4、所述信息接收端将本地已缓存的业务内容作为边信息，并获取与步骤3中与所述信息发送端之间的信道信息，对来自所述信息发送端的干扰信号进行干扰消除；
步骤5、所述信息接收端同时接收来自所述信息发送端发出的业务内容以及来自其他信息发送端的相同的所述业务内容，以实现信号增强；
在步骤2中，还包括对所述业务内容进行标记和排序，在所述信息发送端和所述信息接收端维护记载所述缓存情况的表格；
在步骤3中，还包括所述信号发送端通过查询所述表格确定是否对相应的所述信息接收端进行告知；
在步骤4中，所述信息接收端识别所述告知后，通过查询本地的所述表格，并从本地缓存读取已存储内容作为边信息，以进行干扰消除。
2.如权利要求1所述的基于接收端缓存的干扰消除和信号增强的方法，其特征在于，在步骤1中，所述信息接收端根据预设的目标确定缓存哪些所述业务内容。
3.如权利要求2所述的基于接收端缓存的干扰消除和信号增强的方法，其特征在于，所述预设目标为最大化网络吞吐量、最大化缓存流量卸载、最大化能效和频谱效率以及商业模式操作便利性中的一种。
4.如权利要求1所述的基于接收端缓存的干扰消除和信号增强的方法，其特征在于，在步骤1中，在网络空闲时，所述业务内容通过广播的方式一次性推送给所述信息接收端缓存。
5.如权利要求1所述的基于接收端缓存的干扰消除和信号增强的方法，其特征在于，所述告知的方法为在所传输的业务内容中或者在信令中增加若干bit位。
6.如权利要求1所述的基于接收端缓存的干扰消除和信号增强的方法，其特征在于，在步骤5中，对于来自其他信息发送端的相同的所述业务内容，所述信息接收端的信息接收方式为同步或异步。
7.如权利要求1所述的基于接收端缓存的干扰消除和信号增强的方法，其特征在于，在步骤5中，还包括对于可缓存的所述信息接收端，若自身服务的所述信息发送端和其他所述信息发送端同步发送相同业务内容信息，所述信息接收端可直接同步接收并做信号增强；若其他所述信息发送端先于缓存接收端自身服务的所述信息发送端发送信息，缓存接收端先收取其他所述信息发送端的信息并缓存；若缓存接收端自身服务的所述信息发送端先于其他所述信息发送端发送信息，缓存接收端接收自身服务的所述信息发送端信息并缓存，并在QoS限制下等待接收其他所述信息发送端的有用信息，一段时间内若接收到其他所述信息发送端的有用信息，便利用已缓存信息进行信号增强操作，否则直接处理已缓存信息并释放缓存空间。
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