CN106357570B - 一种全双工基站蜂窝网络的时分干扰对齐方法 - Google Patents

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Abstract

一种全双工基站蜂窝网络的时分干扰对齐方法，将上、下行用户的信号通过两个时隙进行传输，之后将两个时隙的下行用户接收信号进行合并，得到的下行用户信号的空间维度为天线数目的两倍，因此，本发明的方法既可以用于对多天线用户进行干扰对齐，也可以用于对单天线用户进行干扰对齐。信号在传输过程中，基站端通过预编码将上行对下行用户的干扰和下行用户间的干扰对齐在同一空间维度，上行用户不需要进行预编码，也即不需要获取全局信道状态信息。本发明增强了多天线用户和单天线用户干扰对齐的兼容性，同时降低了上行用户获取信道状态信息的难度。

Description

一种全双工基站蜂窝网络的时分干扰对齐方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，更进一步涉及一种全双工基站蜂窝网络的时分干扰对齐方法。本发明可用于蜂窝网络中基站工作在全双工模式下的无线通信系统中，针对全双工基站蜂窝网络中上行用户对下行用户造成干扰的问题，提供一种在基站端进行的时分干扰对齐方法，降低了干扰对齐的复杂度。
背景技术
在传统的蜂窝网络中，基站和用户都工作在半双工模式，也即上行用户和下行用户分别工作在不同的频带，而全双工基站可以实现上、下行用户工作在相同的频带。SWJeon等人在文章“Degrees of freedom of full-duplex multi-antenna cellularnetworks”(IEEE International Symposium on Information Theory(ISIT).IEEE,2015:869-873)中已经证明，基站工作在全双工模式，上、下行用户工作在半双工模式，且均为单天线，若上、下行用户数目不小于基站上、下行天线数目的两倍时，全双工基站蜂窝网络系统的自由度可以达到半双工基站蜂窝系统自由度的两倍。但是全双工基站蜂窝网络系统主要有两个问题需要解决：一是基站端上行天线和下行天线之间存在自干扰；二是上行用户同基站进行传输时，空间上存在上行用户到下行用户的信道，因此上行用户会对基站到下行用户的传输造成干扰。目前已经有很多方法能够将基站端的自干扰消除，因此限制系统容量的主要因素就是，上行用户在和基站传输时，对基站和下行用户的传输造成的干扰。
传统处理干扰的方式包括三种。一是当干扰信号较强时，将干扰信号译码，然后从接收信号中剔除干扰信号，得到期望信号。可以看出此方法会降低系统速率。二是将干扰视为噪声处理，此方法仅仅适用于干扰功率较小的情况，有一定的局限性。三是当干扰信号和期望信号相当时，利用正交信道(时间、空间、频率)接入技术，将干扰信号和期望信号放在正交的信道中。此方法可以有效抑制其他用户的干扰，但不能提高系统容量。干扰对齐的提出克服了以上方式的缺点，通过将干扰信号对齐到与期望信号不相关的信号空间中，并在接收端消除干扰，可以有效的提高系统的自由度。对于多用户多输入多输出(MultipleInput Multiple Output,MIMO)通信系统，系统用户数为K，每个节点天线数均为M，不采用干扰对齐技术时系统最大自由度为M，采用干扰对齐技术后，系统最大自由度可达到KM/2，由此可以看出当用户数较多时，干扰对齐技术可以大幅度提高系统自由度。
Jafar等人在其发表的论文“Interference alignment and degrees of freedomof the-user interference channel”(IEEE Transactions on Information Theory,2008,54(8):3425-3441)中针对上、下行用户数目为K，所有用户均为单天线，上、下行用户直接通信的系统，利用干扰对齐提出一种能渐进达到自由度界限的方法。该方法利用无穷多的时延扩展来扩大用户的信号空间。对于单个用户来说，若其他用户对此用户造成的干扰可以对齐到此用户的一部分空间中，期望信号在此用户的另一部分空间中进行传输，则可以实现干扰对齐。该方法提升了系统自由度。但是，该方法存在的不足之处是，干扰对齐时所有上行用户需要获取全局信道状态信息，随着用户数目的增长，其干扰对齐获取信道状态信息的开销会越来越大。
电子科技大学在其申请的专利文献“一种迭代干扰对齐方法”(申请日：2013年10月10号，申请号：201310470585.9，公开号：CN 103580745A)中公开了一种利用迭代来进行干扰对齐的方法。该方法迭代干扰对齐假设信道是互易的，也即发端用户到收端用户的信道和收端用户到发送端用户的信道相同，上、下行用户均为多天线，通过发送端用户的预编码矩阵和接收端用户的干扰抑制矩阵不断迭代直至收敛，使得干扰最小化。此方法能够达到自由度上界。但是，该方法存在的不足之处是，其一，迭代干扰对齐仅适用于多天线用户的干扰对齐，和单天线用户不兼容；其二，迭代过程中，所有上行用户需要获取全局信道状态信息，若用户数目较多，其获取全局信道状态信息的开销也会增大。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的缺点，针对全双工基站蜂窝网络提供一种不仅适用于单天线用户干扰对齐，且发端用户不需要获取全局信道状态信息的时分干扰对齐方法。
本发明的思路是，将上、下行用户的信号通过两个时隙进行传输，之后将两个时隙的下行用户接收信号进行纵向合并，得到的下行用户信号的空间维度为天线数目的两倍，因此，本发明的方法既可以用于对多天线用户进行干扰对齐，也可以用于对单天线用户进行干扰对齐。信号在传输过程中，基站端通过预编码将上行对下行用户的干扰和下行用户间的干扰对齐在同一空间维度，干扰对齐的预编码在基站端进行，因此上行用户不需要进行预编码，也即不需要获取全局信道状态信息。
本发明实现上述目的的具体步骤如下：
(1)选择用户组：
(1a)从全双工基站蜂窝网络的所有上行用户中任意选择一个上行用户；
(1b)从全双工基站蜂窝网络的所有下行用户中任意选择两个下行用户；
(1c)将所选的一个上行用户和两个下行用户组成一个用户组；
(2)用户组传输第一时隙信号：
(2a)用户组中的上行用户向基站发送上行信号s1；
(2b)基站接收经过信道的上行信号，得到上行接收信号基站对上行接收信号进行信道求逆解码，得到解码的上行信号
(2c)利用干扰对齐公式，基站对拟发送给第一个下行用户的信号d1，第二个下行用户的信号d2，分别构造第一时隙的两个预编码系数；
(2d)用第一时隙的两个预编码系数分别左乘与其对应的下行用户信号，对两个下行用户信号进行预编码，将经过预编码的两个下行用户信号相加，得到第一时隙的基站端信号
(2e)基站将第一时隙的基站端信号广播给用户组内的两个下行用户；
(2f)用户组内的第一个下行用户接收到第一时隙的第一个下行用户接收信号y1(1)，用户组内第二个下行用户接收到第一时隙的第二个下行用户接收信号y2(1)；
(3)用户组传输第二时隙信号：
(3a)用户组中的上行用户向基站发送上行信号s1；
(3b)利用干扰对齐公式，基站对拟发送给第一个下行用户的信号d1，第二个下行用户的信号d2，分别构造第二时隙的两个预编码系数；
(3c)用第二时隙的两个预编码系数分别左乘与其对应的下行用户信号，对两个下行用户信号进行预编码，将经过预编码的两个下行用户信号相加，得到第二时隙的基站端信号
(3d)基站将第二时隙的基站端信号广播给用户组内的两个下行用户；
(3e)用户组内的第一个下行用户接收到第二时隙的第一个下行用户接收信号y1(2)，用户组内第二个下行用户接收到第二时隙的第二个下行用户接收信号y2(2)；
(4)合并两个时隙的下行用户接收信号：
(4a)将第一时隙的第一个下行用户接收信号y1(1)和第二时隙的第一个下行用户接收信号y1(2)纵向排列，得到第一个下行用户的接收信号矩阵y1；
(4b)将第一时隙的第二个下行用户接收信号y2(1)和第二时隙的第二个下行用户接收信号y2(2)纵向排列，得到第二个下行用户的接收信号矩阵y2；
(5)消除下行用户的干扰：
(5a)用干扰消除矩阵左乘第一个下行用户的接收信号矩阵y1，得到消除干扰后的第一个下行用户的期望信号Y1；
所述的干扰消除矩阵如下：
其中，Wj表示下行用户j的干扰消除矩阵，j＝1,2，null表示取矩阵的零空间操作，hj1(1)表示在第一时隙上行用户到下行用户j的信道系数，hj1(2)表示在第二时隙上行用户到下行用户j的信道系数。
(5b)用干扰消除矩阵左乘第二个下行用户的接收信号矩阵y2，得到消除干扰后的第二个下行用户的期望信号Y2；
所述的干扰消除矩阵如下：
其中，Wj表示下行用户j的干扰消除矩阵，j＝1,2，null表示取矩阵的零空间操作，hj1(1)表示在第一时隙上行用户到下行用户j的信道系数，hj1(2)表示在第二时隙上行用户到下行用户j的信道系数。
(6)解码下行用户的期望信号：
(6a)对第一个下行用户期望信号Y1的等效信道进行求逆，得到第一个下行用户期望信号Y1的解码系数；
(6b)用解码系数左乘第一个下行用户的期望信号Y1，得到解码的第一个下行用户信号
(6c)对第二个下行用户期望信号Y2的等效信道进行求逆，得到第二个下行用户期望信号Y2的解码系数；
(6d)用解码系数左乘第二个下行用户的期望信号Y2，得到解码的第二个下行用户信号
(7)判断是否选择完全双工基站蜂窝网络的所有用户，若是，则执行步骤(8)，否则，执行步骤(1)；
(8)完成全双工基站蜂窝网络时分干扰对齐。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
第一，本发明采用了时分干扰对齐的方法，将上、下行用户的信号通过两个时隙进行传输，之后将两个时隙的下行用户接收信号进行纵向合并，得到的下行用户信号的空间维度为天线数目的两倍，因此，本发明的方法既可以用于对多天线用户进行干扰对齐，也可以用于对单天线用户进行干扰对齐，克服了现有技术中多天线用户干扰对齐和单天线用户干扰对齐不兼容的缺点，使得本发明增强了干扰对齐的兼容性。
第二，本发明采用了时分干扰对齐的方法，将上、下行用户的信号通过两个时隙进行传输，信号在传输过程中，基站端通过预编码将上行对下行用户的干扰和下行用户间的干扰对齐在同一空间维度，干扰对齐的预编码在基站端进行，因此上行用户不需要进行预编码，也即不需要获取全局信道状态信息，克服了现有技术中所有上行用户需要获取全局信道状态信息的缺点，使得本发明降低了获取信道状态信息的难度。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明步骤2，步骤3的干扰对齐方法的示意图；
图3为本发明系统容量的仿真图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
参照附图1，对本发明实现的具体步骤做进一步描述。
步骤1，选择用户组。
从全双工基站蜂窝网络的所有上行用户中任意选择一个上行用户，从全双工基站蜂窝网络的所有下行用户中任意选择两个下行用户，将所选的一个上行用户和两个下行用户组成一个用户组。
基站端的上、下行天线数目均为M，上、下行用户端的天线数目也为M，M≥1，本发明的实施例中采用M＝1。
步骤2，用户组传输第一时隙信号。
用户组中的上行用户向基站发送上行信号s1。
基站接收经过信道的上行信号，得到上行接收信号：
其中，表示上行接收信号，f1(1)表示第一时隙上行用户到基站的信道系数，s1表示上行用户向基站发送的上行信号，表示第一时隙基站端接收上行信号叠加的加性高斯白噪声。
基站对上行接收信号进行信道求逆解码，得到解码的上行信号：
其中，表示解码的上行信号，s1表示上行用户向基站发送的上行信号，f1(1)表示第一时隙上行用户到基站的信道系数，-1表示求逆操作，表示第一时隙基站端接收上行信号叠加的加性高斯白噪声。
利用干扰对齐公式，基站对拟发送给第一个下行用户的信号d1，第二个下行用户的信号d2，分别构造第一时隙的两个预编码系数：
其中，v1(1)表示基站端在第一时隙对第一个下行用户的预编码系数，g2(1),表示第一时隙基站到第二个下行用户的信道系数，-1表示求逆操作，h21(1)表示第一时隙上行用户到第二个下行用户的信道系数，v2(1)表示基站端在第一时隙对第二个下行用户的预编码系数，g1(1),表示第一时隙基站到第一个下行用户的信道系数，h11(1)表示第一时隙上行用户到第一个下行用户的信道系数。
用第一时隙的两个预编码系数分别左乘与其对应的下行用户信号，对两个下行用户信号进行预编码，将经过预编码的两个下行用户信号相加，得到第一时隙的基站端信号：
其中，表示第一时隙的基站端信号，v1(1)表示基站端在第一时隙对第一个下行用户的预编码系数，d1表示第一个下行用户信号，v2(1)表示基站端在第一时隙对第二个下行用户的预编码系数，d2表示第二个下行用户信号。
基站将第一时隙的基站端信号广播给用户组内的两个下行用户，由于基站为全双工模式，也即上、下行用户工作在同一频段，故下行用户不仅可以接收到基站发送的信号，同时也会接收到上行用户发送的信号。此时，用户组内的第一个下行用户接收到第一时隙的第一个下行用户接收信号y1(1)，用户组内第二个下行用户接收到第一时隙的第二个下行用户接收信号y2(1)，y1(1)和y2(1)的表达式分别如下：
其中，y1(1)表示第一时隙的第一个下行用户接收信号，g1(1)表示第一时隙基站到第一个下行用户的信道系数，g2(1)表示基站第一时隙到第二个下行用户的信道系数，h21(1)表示第一时隙用户组的上行用户到第二个下行用户的信道系数，h11(1)表示第一时隙用户组的上行用户到第一个下行用户的信道系数，d1表示第一个下行用户信号，d2表示第二个下行用户信号，s1表示上行用户向基站发送的上行信号，表示第一时隙第一个下行用户端的加性高斯白噪声，y2(1)表示第一时隙的第二个下行用户接收信号，表示第一时隙第二个下行用户端的加性高斯白噪声。
步骤3，用户组传输第二时隙信号。
用户组中的上行用户向基站发送上行信号s1。
利用干扰对齐公式，基站对拟发送给第一个下行用户的信号d1，第二个下行用户的信号d2，分别构造第二时隙的两个预编码系数：
其中，v1(2)表示基站端在第二时隙对第一个下行用户的预编码系数，g2(2),表示第二时隙基站到第二个下行用户的信道系数，h21(2)表示第二时隙上行用户到第二个下行用户的信道系数，v2(2)表示基站端在第二时隙对第二个下行用户的预编码系数，g1(2),表示第二时隙基站到第一个下行用户的信道系数，h11(2)表示第二时隙上行用户到第一个下行用户的信道系数。
用第二时隙的两个预编码系数分别左乘与其对应的下行用户信号，对两个下行用户信号进行预编码，将经过预编码的两个下行用户信号相加，得到第二时隙的基站端信号：
其中，表示第二时隙的基站端信号，v1(2)表示基站端在第二时隙对第一个下行用户的预编码系数，d1表示第一个下行用户信号，v2(2)表示基站端在第二时隙对第二个下行用户的预编码系数，d2表示第二个下行用户信号。
基站将第二时隙的基站端信号广播给用户组内的两个下行用户，用户组内的第一个下行用户接收到第二时隙的第一个下行用户接收信号y1(2)，用户组内第二个下行用户接收到第二时隙的第二个下行用户接收信号y2(2)，y1(2)和y2(2)的表达式分别如下：
其中，y1(2)表示第二时隙的第一个下行用户接收信号，g1(2)表示第二时隙基站到第一个下行用户的信道系数，g2(2)表示基站第二时隙到第二个下行用户的信道系数，h21(2)表示第二时隙用户组的上行用户到第二个下行用户的信道系数，h11(2)表示第二时隙用户组的上行用户到第一个下行用户的信道系数，d1表示第一个下行用户信号，d2表示第二个下行用户信号，s1表示上行用户向基站发送的上行信号，表示第二时隙第一个下行用户端的加性高斯白噪声，y2(2)表示第二时隙的第二个下行用户接收信号，表示第二时隙第二个下行用户端的加性高斯白噪声。
通过基站端的预编码系数，使得上行用户对下行用户造成的干扰和下行用户间的干扰对齐到同一空间维度。附图2表示步骤2、步骤3中的干扰对齐方法示意图，在附图2中，虚线表示上行用户对下行用户的干扰，可以看出，通过基站端的预编码系数，使得第一个下行用户接收信号时的下行干扰信号d2、上行干扰信号s1对齐到了同一空间维度，同时，使得第二个下行用户接收信号时的下行干扰信号d1、上行干扰信号s1也对齐到了同一空间维度，实现了干扰对齐。此时上行用户不需要进行预编码，故不需要获取全局信道状态信息。
步骤4，合并两个时隙的下行接收信号。
将第一时隙的第一个下行用户接收信号y1(1)和第二时隙的第一个下行用户接收信号y1(2)纵向排列，得到第一个下行用户的接收信号矩阵y1，将第一时隙的第二个下行用户接收信号y2(1)和第二时隙的第二个下行用户接收信号y2(2)纵向排列，得到第二个下行用户的接收信号矩阵y2。
y1和y2的表达式分别如下：
其中，y1表示第一个下行用户的接收信号矩阵，g1(1)表示第一时隙基站到第一个下行用户的信道系数，g2(1)表示基站第一时隙到第二个下行用户的信道系数，-1表求逆操作，h21(1)表示第一时隙用户组的上行用户到第二个下行用户的信道系数，h11(1)表示第一时隙用户组的上行用户到第一个下行用户的信道系数，d1表示第一个下行用户信号，d2表示第二个下行用户信号，s1表示上行用户向基站发送的上行信号，表示第一时隙第一个下行用户端的加性高斯白噪声，g1(2)表示第二时隙基站到第一个下行用户的信道系数，g2(2)表示基站第二时隙到第二个下行用户的信道系数，h21(2)表示第二时隙用户组的上行用户到第二个下行用户的信道系数，h11(2)表示第二时隙用户组的上行用户到第一个下行用户的信道系数，表示第二时隙第一个下行用户端的加性高斯白噪声，y2表示第二个小型用户的接收信号矩阵，表示第一时隙第二个下行用户端的加性高斯白噪声，表示第二时隙第二个下行用户端的加性高斯白噪声。
通过合并两个时隙的下行用户接收信号，使得每个下行用户端的信号空间维度扩大为天线数目的两倍，因此，既可以用于对多天线用户进行干扰对齐，也可以用于对单天线用户进行干扰对齐。在本发明的实施例中，用户端的信号空间维度为二，天线数目为一，因此可以实现单天线用户的干扰对齐。
步骤5，消除下行用户的干扰。
用干扰消除矩阵左乘第一个下行用户的接收信号矩阵y1，得到消除干扰后的第一个下行用户的期望信号Y1，用干扰消除矩阵左乘第二个下行用户的接收信号矩阵y2，得到消除干扰后的第二个下行用户的期望信号Y2。
所述的干扰消除矩阵如下：
其中，Wj表示下行用户j的干扰消除矩阵，j＝1,2，null表示取矩阵的零空间操作，hj1(1)表示在第一时隙上行用户到下行用户j的信道系数，hj1(2)表示在第二时隙上行用户到下行用户j的信道系数。
所述Y1和Y2的表达式分别如下：
其中，Y1表示第一个下行用户的期望信号，W1表示第一个下行用户的干扰消除矩阵，g1(1)表示第一时隙基站到第一个下行用户的信道系数，g2(1)表示基站第一时隙到第二个下行用户的信道系数，-1表求逆操作，h21(1)表示第一时隙用户组的上行用户到第二个下行用户的信道系数，d1表示第一个下行用户信号，g1(2)表示第二时隙基站到第一个下行用户的信道系数，g2(2)表示基站第二时隙到第二个下行用户的信道系数，h21(2)表示第二时隙用户组的上行用户到第二个下行用户的信道系数，表示第一时隙第一个下行用户端的加性高斯白噪声，表示第二时隙第一个下行用户端的加性高斯白噪声，Y2表示第二个下行用户的期望信号，W2表示第二个下行用户的干扰消除矩阵，h11(1)表示第一时隙用户组的上行用户到第一个下行用户的信道系数，h11(2)表示第二时隙用户组的上行用户到第一个下行用户的信道系数，d2表示第二个下行用户信号，表示第一时隙第二个下行用户端的加性高斯白噪声，表示第二时隙第二个下行用户端的加性高斯白噪声。
在本发明的实施例中，干扰消除矩阵W1，W2为1×2的向量，且满足以下条件：
其中，W1表示第一个下行用户的干扰消除矩阵，W2表示第二个下行用户的干扰消除矩阵，h11(1)表示第一时隙用户组的上行用户到第一个下行用户的信道系数，h11(2)表示第二时隙用户组的上行用户到第一个下行用户的信道系数，h21(1)表示第一时隙用户组的上行用户到第二个下行用户的信道系数，h21(2)表示第二时隙用户组的上行用户到第二个下行用户的信道系数。
由于在下行用户端，上行用户的干扰和下行用户间的干扰已经对齐，故利用干扰消除矩阵可以将上行用户的干扰和下行用户间的干扰同时消除，得到下行用户的期望信号。
步骤6，解码下行用户的期望信号。
对第一个下行用户期望信号Y1的等效信道进行求逆，得到第一个下行用户期望信号Y1的解码系数u1，对第二个下行用户期望信号Y2的等效信道进行求逆，得到第二个下行用户期望信号Y2的解码系数u2，u1和u2的表达式分别如下：
其中，u1表示第一个下行用户期望信号Y1的解码系数，W1表示第一个下行用户的干扰消除矩阵，g1(1)表示第一时隙基站到第一个下行用户的信道系数，g2(1)表示基站第一时隙到第二个下行用户的信道系数，-1表求逆操作，h21(1)表示第一时隙用户组的上行用户到第二个下行用户的信道系数，，g1(2)表示第二时隙基站到第一个下行用户的信道系数，g2(2)表示基站第二时隙到第二个下行用户的信道系数，h21(2)表示第二时隙用户组的上行用户到第二个下行用户的信道系数，u2表示第二个下行用户期望信号Y2的解码系数，W2表示第二个下行用户的干扰消除矩阵，h11(1)表示第一时隙用户组的上行用户到第一个下行用户的信道系数，h11(2)表示第二时隙用户组的上行用户到第一个下行用户的信道系数。
用解码系数左乘第一个下行用户的期望信号Y1，得到解码的第一个下行用户信号用解码系数左乘第二个下行用户的期望信号Y2，得到解码的第二个下行用户信号和的表达式分别如下：
其中，表示解码的第一个下行用户信号，d1表示第一个下行用户信号，u1表示第一个下行用户期望信号Y1的解码系数，W1表示第一个下行用户的干扰消除矩阵，表示第一时隙第一个下行用户端的加性高斯白噪声，表示第二时隙第一个下行用户端的加性高斯白噪声，表示解码的第二个下行用户信号，d2表示第二个下行用户信号，u2表示第二个下行用户期望信号Y2的解码系数，W2表示第二个下行用户的干扰消除矩阵，表示第一时隙第二个下行用户端的加性高斯白噪声，表示第二时隙第二个下行用户端的加性高斯白噪声。
步骤7，判断是否选择完全双工基站蜂窝网络的所有用户，若是，则执行步骤8，否则，执行步骤1。
步骤8，完成全双工基站蜂窝网络时分干扰对齐。
下面结合仿真实验对本发明的效果做进一步的描述。
一、仿真条件：
本发明的仿真实验使用Matlab7.10.0仿真软件，系统参数的设置与实施例中所用到的参数一致，本发明仿真实验中设上、下行用户数目分别为4，基站端上、下行天线数目分别为1，上、下行用户端的天线数目分别为1，信道采用时变的瑞利平坦衰落信道。
二、仿真内容与结果分析：
图3为仿真实验得到的系统容量和信噪比的关系曲线，图3中的横轴表示系统的信噪比，单位为dB，纵轴表示系统容量，单位为bits/sec/Hz。图3中，以圆圈标示的曲线代表假设无上行用户对下行用户干扰的全双工基站理论系统容量仿真曲线。图3中，以正方形标示的曲线代表半双工基站系统容量仿真曲线。图3中，以菱形标示的曲线代表采用本发明方法进行仿真实验得到的系统容量曲线。
由图3的仿真实验结果可见，本发明方法与全双工基站蜂窝网络的理论系统容量相比有1/4的容量损失，但是本发明通过时分的方法，将上、下行用户的信号通过两个时隙进行传输，之后将两个时隙的下行用户接收信号进行纵向合并，得到的下行用户信号的空间维度为天线数目的两倍，因此，本发明的方法既可以用于对多天线用户进行干扰对齐，也可以用于对单天线用户进行干扰对齐，因此本发明增强了多天线用户和单天线用户干扰对齐的兼容性。信号在传输过程中，基站端通过预编码将上行对下行用户的干扰和下行用户间的干扰对齐在同一空间维度，干扰对齐的预编码在基站端进行，因此上行用户不需要进行预编码，也即不需要获取全局信道状态信息，降低了上行用户获取信道状态信息的难度。

Claims (1)

1.一种全双工基站蜂窝网络的时分干扰对齐方法，包括如下步骤：
(1)选择用户组：
(1a)从全双工基站蜂窝网络的所有上行用户中任意选择一个上行用户；
(1b)从全双工基站蜂窝网络的所有下行用户中任意选择两个下行用户；
(1c)将所选的一个上行用户和两个下行用户组成一个用户组；
(2)用户组传输第一时隙信号：
(2a)用户组中的上行用户向基站发送上行信号s1；
(2b)基站接收经过信道的上行信号，得到上行接收信号基站对上行接收信号进行信道求逆解码，得到解码的上行信号
(2c)利用干扰对齐公式，基站对拟发送给第一个下行用户的信号d1，第二个下行用户的信号d2，分别构造第一时隙的两个预编码系数；
所述的干扰对齐公式如下：
其中，vi(t)表示基站端在t时隙对下行用户i的预编码系数，i＝1,2，t＝1,2，gj(t)表示在t时隙基站到下行用户j的信道系数，j＝1,2且j≠i，-1表示求逆操作，hj1(t)表示在t时隙上行用户到下行用户j的信道系数；
(2d)用第一时隙的两个预编码系数分别左乘与其对应的下行用户信号，对两个下行用户信号进行预编码，将经过预编码的两个下行用户信号相加，得到第一时隙的基站端信号
(2e)基站将第一时隙的基站端信号广播给用户组内的两个下行用户；
(2f)用户组内的第一个下行用户第一时隙的接收信号为y1(1)，用户组内第二个下行用户第一时隙的接收信号为y2(1)；
所述y1(1)和y2(1)的表达式分别如下：
其中，y1(1)表示第一个下行用户第一时隙的接收信号，g1(1)表示第一时隙基站到第一个下行用户的信道系数，g2(1)表示基站第一时隙到第二个下行用户的信道系数，h21(1)表示第一时隙用户组的上行用户到第二个下行用户的信道系数，h11(1)表示第一时隙用户组的上行用户到第一个下行用户的信道系数，d1表示第一个下行用户信号，d2表示第二个下行用户信号，s1表示上行用户向基站发送的上行信号，表示第一时隙第一个下行用户端的加性高斯白噪声，y2(1)表示第二个下行用户第一时隙的接收信号，表示第一时隙第二个下行用户端的加性高斯白噪声；
(3)用户组传输第二时隙信号：
(3a)用户组中的上行用户向基站发送上行信号s1；
(3b)利用干扰对齐公式，基站对拟发送给第一个下行用户的信号d1，第二个下行用户的信号d2，分别构造第二时隙的两个预编码系数；
所述的干扰对齐公式如下：
其中，vi(t)表示基站端在t时隙对下行用户i的预编码系数，i＝1,2，t＝1,2，gj(t)表示在t时隙基站到下行用户j的信道系数，j＝1,2且j≠i，-1表示求逆操作，hj1(t)表示在t时隙上行用户到下行用户j的信道系数；
(3c)用第二时隙的两个预编码系数分别左乘与其对应的下行用户信号，对两个下行用户信号进行预编码，将经过预编码的两个下行用户信号相加，得到第二时隙的基站端信号
(3d)基站将第二时隙的基站端信号广播给用户组内的两个下行用户；
(3e)用户组内的第一个下行用户第二时隙的接收信号为y1(2)，用户组内第二个下行用户第二时隙的接收信号为y2(2)；
所述y1(2)和y2(2)的表达式分别如下：
其中，y1(2)表示第二时隙的第一个下行用户接收信号，g1(2)表示第二时隙基站到第一个下行用户的信道系数，g2(2)表示基站第二时隙到第二个下行用户的信道系数，h21(2)表示第二时隙用户组的上行用户到第二个下行用户的信道系数，h11(2)表示第二时隙用户组的上行用户到第一个下行用户的信道系数，d1表示第一个下行用户信号，d2表示第二个下行用户信号，s1表示上行用户向基站发送的上行信号，表示第二时隙第一个下行用户端的加性高斯白噪声，y2(2)表示第二时隙的第二个下行用户接收信号，表示第二时隙第二个下行用户端的加性高斯白噪声；
(4)合并两个时隙的下行用户接收信号：
(4a)将第一时隙的第一个下行用户接收信号y1(1)和第二时隙的第一个下行用户接收信号y1(2)纵向排列，得到第一个下行用户的接收信号矩阵y1；
(4b)将第一时隙的第二个下行用户接收信号y2(1)和第二时隙的第二个下行用户接收信号y2(2)纵向排列，得到第二个下行用户的接收信号矩阵y2；
(5)消除下行用户的干扰：
(5a)用干扰消除矩阵左乘第一个下行用户的接收信号矩阵y1，得到消除干扰后的第一个下行用户的期望信号Y1；
(5b)用干扰消除矩阵左乘第二个下行用户的接收信号矩阵y2，得到消除干扰后的第二个下行用户的期望信号Y2；
所述的干扰消除矩阵如下：
其中，Wj表示下行用户j的干扰消除矩阵，j＝1,2，null表示取矩阵的零空间操作，hj1(1)表示在第一时隙上行用户到下行用户j的信道系数，hj1(2)表示在第二时隙上行用户到下行用户j的信道系数；
(6)解码下行用户的期望信号：
(6a)对第一个下行用户期望信号Y1的等效信道进行求逆，得到第一个下行用户期望信号Y1的解码系数；
(6b)用解码系数左乘第一个下行用户的期望信号Y1，得到解码的第一个下行用户信号
(6c)对第二个下行用户期望信号Y2的等效信道进行求逆，得到第二个下行用户期望信号Y2的解码系数；
(6d)用解码系数左乘第二个下行用户的期望信号Y2，得到解码的第二个下行用户信号
(7)判断是否选择完全双工基站蜂窝网络的所有用户，若是，则执行步骤(8)，否则，执行步骤(1)；
(8)完成全双工基站蜂窝网络时分干扰对齐。
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