CN108092928A - 聚合干扰导向干扰管理方法、混合蜂窝网络、无线局域网 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无线通信技术领域，公开了一种聚合干扰导向干扰管理方法、混合蜂窝网络、无线局域网，目标与干扰通信对分别设计预编码向量与滤波向量；目标通信发射机根据目标通信接收机受到的多个干扰信号之间的空间特征关系以及相互作用，将多路干扰等效成一路有效干扰信号；目标通信发射机针对该等效干扰信号设计干扰导向信号的预编码向量；目标通信发射机构造导向信号，与期望信号一同向其目标通信接收机发送，干扰导向信号将等效干扰信号调整到与期望信号正交的方向上，实现聚合干扰导向；目标通信接收机恢复期望数据。本发明利用多个干扰信号间的相互关系将其等效为一路干扰，降低了多路干扰导向的自由度开销，提高了频谱效率。
Description
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种聚合干扰导向干扰管理方法、混合蜂窝网络、无线局域网。
背景技术
随着无线通信技术的快速发展，人们对于数据传输的需求不断提高，有限的区域内将存在大量的用户和数据连接。技术人员一方面努力寻求高效的资源利用方式，另一方面也意识到干扰已成为制约网络性能提升的重要因素。因此，干扰管理技术的重要性日益凸显。现有的干扰管理方式有迫零波束赋形(Zero-forcing Beamforming，ZFBF)、迫零(Zero-forcing，ZF)接收、干扰对齐(Interference Alignment，IA)、干扰中和(Interference Neutralization，IN)等，可使干扰信号在接收端得到抑制或消除。但是使用ZFBF和IA时需要调整干扰源发射信号的波束方向，造成该信号接收的有效功率的损失。发射机使用IN构造干扰中和信号对干扰信号进行消除时，会产生一定的发射功率消耗。另外，ZFBF、IA和ZF技术需要消耗接收端自由度，用以区分干扰与期望信号，而IN使干扰信号在无线信道中传播时相互抵消，不需要消耗自由度。现有的干扰管理方法主要关注干扰的消除或抑制，却没有考虑管理的开销。下行链路中的干扰对齐提出为使通信系统的吞吐量性能显著提升，需要为每个接收机配置大量的天线。需要调整发射信号的波束方向以实现干扰对齐，从而造成信号功率的损失(IA中MBS调整了发射波束，使MUE的期望信号与信道不匹配，导致MUE接收到的期望信号功率受损)，并且，接收端需要具备足够多的自由度来区分干扰与期望信号(PUE处对应每一个干扰需要一个自由度来放置干扰信号)。多用户MIMO系统中基于用户满意度的ZFBF调度算法提出一种基于用户满意度的调度方法，在下行传输中采用ZFBF进行预编码。虽然满足了通信系统中用户对通信质量的要求，但没有考虑接收端自由度方面的开销(在接收端，需要与干扰信号相对应的自由度来放置干扰信号，因此自由度开销并没有减小)。使用分布式中继的多用户上下行的干扰中和提出一种线性分布式IN方案，对不同用户的上行和下行双向通信进行时间和空间上的编码。但是该方法在利用干扰中和消除干扰的同时也会消耗发射机的发射功率，导致用于期望信号发送的功率减少。基于2×2×2干扰信道的干扰对齐中和及其自由度研究将干扰对齐与干扰中和相结合，应用在由两个源节点、两个中继和两个目的节点构成的网络中，发送端通过预编码处理实现干扰对齐，中继对解码的信号进行转发，在接收端通过干扰中和实现期望信号的恢复，该方法适用于有中继的通信系统，也没有考虑干扰中和对发射功率的消耗(IN需要PBS发射与干扰信号等大反向的信号，从而把干扰信号彻底抵消，该方法需要消耗PBS较多的功率)。现有技术均未考虑干扰管理的功率开销，在发射机发射功率受限的条件下，在进行干扰抑制的同时，用于干扰管理的功率开销也会导致用于传输期望信号的功率降低。因此，有效的干扰管理方法应当对干扰管理开销与干扰管理的干扰抑制效果进行综合考虑和优化设计。
综上所述，现有技术存在的问题是：现有多干扰的管理以及进行干扰管理时自由度开销和功率开销过大导致用户频谱效率降低。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种聚合干扰导向干扰管理方法、混合蜂窝网络、无线局域网。
本发明是这样实现的，一种聚合干扰导向干扰管理方法，所述聚合干扰导向干扰管理方法的目标通信发射机根据目标通信接收机受到的多个干扰信号之间的空间特征关系以及相互作用，将多路干扰等效成一路有效干扰信号；目标通信发射机对合成后的有效干扰信号确定干扰导向信号的预编码向量，有效干扰信号被导向到与期望信号正交的一个方向上。
进一步，所述聚合干扰导向干扰管理方法包括以下步骤：
步骤一，发射机之间共享信道状态信息和数据信息；
步骤二，目标通信对和干扰通信对分别根据各自的信道矩阵设计通信预编码向量与滤波向量，假设干扰通信对为一对；
步骤三，目标通信发射机根据目标通信接收机受到的多个干扰信号之间的空间特征关系以及相互作用，将多路干扰等效成一路有效干扰信号
步骤四，目标通信发射机针对等效后的有效干扰信号设计干扰导向信号的预编码向量pAIS，使干扰导向信号与等效干扰信号在期望信号方向上的投影分量方向相反；计算导向信号的功率开销
步骤五，目标通信发射机根据干扰导向信号的预编码向量pAIS和功率开销构造导向信号st；
步骤六，目标通信发射机将干扰导向信号st与期望信号一同发送给目标通信接收机，目标通信发射机用此干扰导向信号对目标通信接收机受到的等效干扰进行导向，目标接收机再通过滤波向量对目标接收机的数据进行恢复。
进一步，所述步骤一具体包括：
(1)干扰通信接收机估计干扰通信对之间的信道状态信息，得到干扰通信信道矩阵H1，受干扰的目标通信接收机估计目标通信对之间的信道状态信息，即得到目标通信信道矩阵H0，受干扰的目标通信接收机估计干扰通信发射机与目标通信接收机之间的信道状态信息，得到干扰信道矩阵H10，接收机并将估计的信道信息反馈给各自对应的通信发射机；
(2)目标通信发射机PBS向其对应的目标通信接收机PUE发送目标数据干扰通信发射机MBS向其对应的干扰通信接收机MUE发送数据向量X1对目标通信造成干扰。
进一步，所述步骤二具体包括：
(1)干扰通信发射机根据干扰通信对之间的信道矩阵H1设计干扰通信预编码向量
(2)目标通信发射机根据目标通信对之间的信道矩阵H0设计目标通信预编码向量
(3)干扰通信接收机根据干扰通信对之间的信道矩阵H1设计干扰通信滤波向量f1 (k)(k＝1,2,3,...,K)；
(4)目标通信接收机根据目标通信对之间的信道矩阵H0设计目标通信滤波向量
进一步，所述步骤三具体包括：所有的干扰信号采用相同的调制，用S＝{s1,s2,...,sL}表示调制星座符号集，L代表调制阶数，S中的元素包含了调制符号的幅度和相位信息。随机选取S中的中的一个符号，例如si，i∈{1,2,...,L}，符号表示为其中ai和θi分别代表si的幅度和相位；定义发送符号为并将作为参考符号，所有其它的符号 用表示为
将代入得到下式：
其中，(且)，表示聚合干扰的空间特征。
本发明的另一目的在于提供一种利用所述聚合干扰导向干扰管理方法的混合蜂窝网络。
本发明的另一目的在于提供一种利用所述聚合干扰导向干扰管理方法的无线局域网。
本发明的目标通信发射机根据目标通信接收机受到的多个干扰信号之间的空间特征关系以及相互作用，将多路干扰等效成一路有效干扰信号，目标通信发射机针对合成后的有效干扰信号设计干扰导向信号的预编码向量，将有效干扰信号导向到与期望信号正交的一个方向上，节省干扰管理的自由度开销，使接收端可以有更多的自由度来接收信号，因此目标通信接收机对期望信号的接收得到改善，系统的频谱效率得到提高。
与现有技术相比，对于给定的发射机功率，采用本发明可以降低接收端自由度开销，从而改善接收机的频谱效率。本发明提供的聚合干扰导向方法，目标通信发射机根据目标通信接收机受到的多个干扰信号之间的空间特征关系以及相互作用，将多路干扰等效成一路有效干扰信号，从而实现聚合干扰导向。本发明由受干扰的接收机对应的发射机进行干扰导向信号的构造与发送，受干扰接收机需要估计其与干扰发射机之间的信道信息，没有增加其它的信号处理工作，便于实现。
本发明不仅适用于只存在一对目标通信对和一对干扰通信对的情况，还适用于干扰通信对为一对但其传输多路数据，干扰通信对大于等于两对，目标通信对为一对但其传输多路数据，目标通信对大于等于两对时的通信场景。本发明不仅适用于基于信道矩阵奇异值分解的预编码向量和滤波向量设计，还适用于其它各种预编码向量和滤波向量的设计算法。
附图说明
图1是本发明实施例提供的聚合干扰导向干扰管理方法流程图。
图2是本发明实施例提供的由单个宏蜂窝和单个微微蜂窝组成的混合蜂窝网络系统模型图。
图3是本发明实施例提供的在一路期望信号和两路干扰信号的参数设置下，微微用户的频谱效率与信噪比的关系曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的聚合干扰导向干扰管理方法包括以下步骤：
S101：目标与干扰通信对分别设计预编码向量与滤波向量；
S102：目标通信发射机根据目标通信接收机受到的多个干扰信号之间的空间特征关系以及相互作用，将多路干扰等效成一路有效干扰信号；
S103：目标通信发射机针对该等效干扰信号设计干扰导向信号的预编码向量；
S104：目标通信发射机构造导向信号，与期望信号一同向其目标通信接收机发送，干扰导向信号将等效干扰信号调整到与期望信号正交的方向上，实现聚合干扰导向；
S105：目标通信接收机恢复期望数据。
下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。
如图2所示，本发明使用的系统模型是混合蜂窝网络的下行通信系统，系统中包含2个基站，2个用户，所有基站和用户均配置3根天线。微微小区采用开放接入模式。宏基站(macro base station，MBS)到宏用户(macro user equipment，MUE)的发射信号会对微微基站(pico base station，PBS)与微微用户(pico user equipment，PUE)的信号产生干扰，由于微微基站的覆盖范围受限，对宏用户产生的干扰很小。
本发明实施例提供的聚合干扰导向干扰管理方法具体包括以下步骤：
(1)发射机之间共享信道状态信息和数据信息：
(1a)目标通信接收机与干扰通信接收机分别估计其与对应的发射机之间的信道状态信息并反馈给对应的发射机：
干扰通信接收机估计干扰通信对之间的信道状态信息，即得到干扰通信信道矩阵H1，受干扰的目标通信接收机估计目标通信对之间的信道状态信息，即得到目标通信信道矩阵H0，受干扰的目标通信接收机估计干扰通信发射机与目标通信接收机之间的信道状态信息，即得到干扰信道矩阵H10，接收机并将这些估计的信道信息反馈给各自对应的通信发射机。
(1b)目标通信发射机PBS向其对应的目标通信接收机PUE发送目标数据干扰通信发射机MBS向其对应的干扰通信接收机MUE发送数据向量X1对目标通信造成干扰。
(2)目标通信对和干扰通信对分别根据各自的信道矩阵设计通信预编码向量与滤波向量，当干扰通信对为一对时：
(2a)干扰通信发射机根据干扰通信对之间的信道矩阵H1设计干扰通信预编码向量
(2b)目标通信发射机根据目标通信对之间的信道矩阵H0设计目标通信预编码向量
(2c)干扰通信接收机根据干扰通信对之间的信道矩阵H1设计干扰通信滤波向量f1 (k)(k＝1,2,3,...,K)。
(2d)目标通信接收机根据目标通信对之间的信道矩阵H0设计目标通信滤波向量
(3)目标通信发射机根据目标通信接收机受到的多个干扰信号之间的空间特征关系以及相互作用，将多路干扰等效成一路有效干扰信号
假设所有的干扰信号采用相同的调制方案。用S＝{s1,s2,...,sL}表示调制星座符号集，L代表调制阶数，S中的元素包含了调制符号的幅度和相位信息。随机选取S中的中的一个符号，例如si，i∈{1,2,...,L}，该符号可以表示为其中ai和θi分别代表si的幅度和相位。定义发送符号为并将作为参考符号，所有其它的符号 可以用表示为
将代入可以得到下式：
其中，(且)，表示聚合干扰的空间特征。
(4)目标通信发射机针对等效后的有效干扰信号设计干扰导向信号的预编码向量pAIS，使干扰导向信号与等效干扰信号在期望信号方向上的投影分量方向相反；计算导向信号的功率开销
(5)目标通信发射机构造干扰导向信号st：
目标通信发射机根据干扰导向信号的预编码向量pAIS和功率开销构造导向信号st。
(6)目标通信发射机向其接收机发送干扰导向信号：
目标通信发射机将干扰导向信号st与期望信号一同发送给目标通信接收机，目标通信发射机用此干扰导向信号对目标通信接收机受到的等效干扰进行导向，目标接收机再通过滤波向量对目标接收机的数据进行恢复，在节省自由度开销的同时，能够有效抑制目标通信接收机受到的多个干扰。
下面结合仿真实验对本发明的应用效果作详细的描述。
一、仿真条件：
表1中列出了混合蜂窝网络的仿真环境参数设置。为了更清楚的表述，假设从宏基站到移动终端的路径损耗模型为L10＝128.1+37.6log10[η10/103]dB，从微微基站到微微移动终端的路径损耗模型为L0＝38+30log10[η0]dB，其中η10代表干扰通信发射机与目标通信接收机之间的距离，η0代表目标通信发射机和目标通信接收机之间的距离。定义信噪比λ＝10lg(γ)dB，其中表示微微基站发送的期望信号发射功率经过路径损耗后到达微微用户的功率。定义表示宏基站发送的干扰信号发射功率经过路径损耗后到达微微用户的功率。在实际中，微微基站的部署位置与宏基站不会很近，且微微小区采用开放的接入模式，用户会根据从多个接入点接收到的信号的强弱选择信号质量最优的接入点，在仿真中设置ξ∈[0.1,100]。
表1混合蜂窝网络仿真环境参数设置
二、仿真内容：
设置仿真参数ξ＝0.5，微微基站向微微用户进行一路期望数据传输，微微用户受到来自宏基站的两路干扰信号。在上述仿真条件下用本发明方法确定微微用户的频谱效率(Spectrum Efficiency，SE)与信噪比λ的关系曲线，结果如图3所示。
采用聚合干扰导向方式下，微微用户的频谱效率SE的表达式为：
表示微微基站发射的导向信号经路径损耗后的功率，表示加性高斯白噪声功率。
图3中的曲线为采用AIS处理多干扰时微微用户PUE的频谱效率随信噪比λ变化的关系曲线。经过本发明对用于干扰导向的自由度开销的考虑，可以改善微微用户的频谱效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种聚合干扰导向干扰管理方法，其特征在于，所述聚合干扰导向干扰管理方法的目标通信发射机根据目标通信接收机受到的多个干扰信号之间的空间特征关系以及相互作用，将多路干扰等效成一路有效干扰信号；目标通信发射机对合成后的有效干扰信号确定干扰导向信号的预编码向量，有效干扰信号被导向到与期望信号正交的一个方向上。
2.如权利要求1所述的聚合干扰导向干扰管理方法，其特征在于，所述聚合干扰导向干扰管理方法包括以下步骤：
步骤一，发射机之间共享信道状态信息和数据信息；
步骤二，目标通信对和干扰通信对分别根据各自的信道矩阵设计通信预编码向量与滤波向量，假设干扰通信对为一对；
步骤三，目标通信发射机根据目标通信接收机受到的多个干扰信号之间的空间特征关系以及相互作用，将多路干扰等效成一路有效干扰信号
步骤四，目标通信发射机针对等效后的有效干扰信号设计干扰导向信号的预编码向量pAIS，使干扰导向信号与等效干扰信号在期望信号方向上的投影分量方向相反；计算导向信号的功率开销
步骤五，目标通信发射机根据干扰导向信号的预编码向量pAIS和功率开销构造导向信号st；
步骤六，目标通信发射机将干扰导向信号st与期望信号一同发送给目标通信接收机，目标通信发射机用此干扰导向信号对目标通信接收机受到的等效干扰进行导向，目标接收机再通过滤波向量对目标接收机的数据进行恢复。
3.如权利要求2所述的聚合干扰导向干扰管理方法，其特征在于，所述步骤一具体包括：
(1)干扰通信接收机估计干扰通信对之间的信道状态信息，得到干扰通信信道矩阵H1，受干扰的目标通信接收机估计目标通信对之间的信道状态信息，即得到目标通信信道矩阵H0，受干扰的目标通信接收机估计干扰通信发射机与目标通信接收机之间的信道状态信息，得到干扰信道矩阵H10，接收机并将估计的信道信息反馈给各自对应的通信发射机；
(2)目标通信发射机PBS向其对应的目标通信接收机PUE发送目标数据干扰通信发射机MBS向其对应的干扰通信接收机MUE发送数据向量X1对目标通信造成干扰。
4.如权利要求2所述的聚合干扰导向干扰管理方法，其特征在于，所述步骤二具体包括：
(1)干扰通信发射机根据干扰通信对之间的信道矩阵H1设计干扰通信预编码向量
(2)目标通信发射机根据目标通信对之间的信道矩阵H0设计目标通信预编码向量
(3)干扰通信接收机根据干扰通信对之间的信道矩阵H1设计干扰通信滤波向量f1 (k)(k＝1,2,3,...,K)；
(4)目标通信接收机根据目标通信对之间的信道矩阵H0设计目标通信滤波向量
5.如权利要求2所述的聚合干扰导向干扰管理方法，其特征在于，所述步骤三具体包括：所有的干扰信号采用相同的调制，用S＝{s1,s2,...,sL}表示调制星座符号集，L代表调制阶数，S中的元素包含了调制符号的幅度和相位信息；随机选取S中的中的一个符号，例如si，i∈{1,2,...,L}，符号表示为其中ai和θi分别代表si的幅度和相位；定义发送符号为并将作为参考符号，所有其它的符号用表示为
将代入得到下式：
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其中，表示聚合干扰的空间特征。
6.一种利用权利要求1～5任意一项所述聚合干扰导向干扰管理方法的混合蜂窝网络。
7.一种利用权利要求1～5任意一项所述聚合干扰导向干扰管理方法的无线局域网。
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-
2017
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Patent Citations (3)
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