CN108199800B - 基于干扰对齐网络的低复杂度解码矩阵传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于干扰对齐网络的解码矩阵传输方法，主要解决现有技术解码矩阵传输中资源开销较大的问题。其方案是：1.用户反馈信道状态信息，基站间共享信道状态信息；2.基站根据全局信道状态信息求出干扰对齐解码矩阵；3.基站构造分时导频；4.基站分时发送解码矩阵与导频的乘积；5.用户估计出解码矩阵与实际信道结合的等效信道；6.用户根据已知的实际信道，求出解码矩阵。本发明将现有的解码矩阵量化传输方式优化为等效信道的传输方式，显著的降低了资源占用，减少解码矩阵传输的资源开销，提高了系统传输速率，可用于干扰对齐网络的解码矩阵传输。

Description

基于干扰对齐网络的低复杂度解码矩阵传输方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种低复杂度解码矩阵传输方法，可用于干扰对齐网络中。

背景技术

干扰对齐技术是近年出现的一种新的干扰抑制技术，干扰对齐技术通过基站端的联合处理，增加多小区多天线系统发送自由度，以有效地降低小区多天线系统的干扰，尤其是对小区边缘用户的干扰，从而可以显著地提高整个多小区多天线系统的吞吐量。干扰对齐技术的使用，可以充分的利用频谱资源，利用波束成形，使其他用户的干扰对齐到与有用信号正交的维度，从而做到利用干扰，以适用于第五代蜂窝网5G网络的密集小区之中，采用这种技术，允许多对用户同时进行同频段通信，大大降低了频谱资源的消耗。

干扰对齐很重要的一个步骤是用户对解调后的数据乘以解码矩阵，联合发送端的预编码矩阵，使不同用户的发送数据对齐在不同的维度，因此可以对干扰进行管理，而解码矩阵的高效传输，则是实现干扰对齐技术的关键点之一。传统的干扰对齐解码矩阵传输方法是基站将解码矩阵直接量化发送，这种传输方法由于解码矩阵数据量较大，因此经过干扰对齐网络的正交频分复用OFDM并量化后需要发送的数据量也很大，使解码矩阵的传输占用大量的OFDM符号，带来无法接受的系统开销，从而降低了整个系统的传输速率。

发明内容

本发明目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于干扰对齐网络的低复杂度解码矩阵传输方法，以降低解码矩阵的传输复杂度，减小解码矩阵的传输开销，提升整个系统的传输速率。

本发明的技术思路是：将量化传输方式优化为等效信道传输方式，根据基站接收的用户反馈的信道状态信息，求出干扰对齐解码矩阵；通过基站构造与用户解码矩阵对应的分时导频，并由基站将解码矩阵乘上导频分时下发；通过用户估计出解码矩阵与实际信道结合的等效信道，并根据已知的实际信道，求出解码矩阵。其实现方案包括如下：

(1)N个基站BS₁,BS₂,…,BS_n,…,BS_N和N个用户UE₁,UE₂,…,UE_n,…,UE_N构成干扰对齐网络，其中n∈(1,N)，每个基站收到用户反馈的信道状态信息并共享给其它基站，所有基站都均获得全局信道状态信息为H；

(2)基站通过获得的全局信道状态信息，进行干扰对齐编解码矩阵计算，求出N个用户UE₁,UE₂,…,UE_n,…,UE_N对应的解码矩阵U₁,U₂,…,U_n,…,U_N，其中为第n个用户UE_n的解码矩阵，k为第n个用户UE_n的天线个数，T表示矩阵的转置；

(3)基站BS₁,BS₂,…,BS_n,…,BS_N分别构造对应的分时导频T₁,T₂,…,T_n,…,T_N，这些导频与基站是一一对应的关系，同时也表示对应τ₁,τ₂,…,τ_n,…,τ_N时刻的导频，其中是第n个基站BS_n构造的导频，且在τ_n时刻发送；

(4)基站依次按照τ₁,τ₂,…,τ_n,…,τ_N时刻分时向用户发送信号X：

其中X_n是第n个基站BS_n在τ_n时刻发送的信号：

(5)经过τ₁,τ₂,…,τ_n,…,τ_N时刻，用户收到的信号Y是基站发送信号X与实际信道H的乘积；

(5a)令等效信道为L：

L＝{L₁,L₂,…,L_n,…,L_N}＝{h₁₁U₁,h₂₂U₂,…,h_nnU_n,…,h_NNU_N}，

其中h_nn表示第n个基站BS_n与第n个用户UE_n之间的信道状态信息；

(5b)利用导频T₁,T₂,…,T_n,…,T_N估计出所有的等效信道L₁,L₂,…,L_n,…,L_N，其中：在τ_n时刻，第n个用户UE_n收到的信号是Y_n，利用导频T_n估计出等效信道L_n：

其中-1为矩阵的逆；

(6)经过τ₁,τ₂,…,τ_n,…,τ_N时刻，所有的用户根据已知的实际信道矩阵求出解码矩阵U₁,U₂,…,U_n,…,U_N，传输成功，其中：第n个用户UE_n根据已知的实际信道矩阵h_nn，求出解码矩阵U_n：

与现有技术相比本发明具有以下优点：

本发明针对现有技术资源开销大的问题，提出了一种新的解码矩阵传输方法，以减小解码矩阵传输的资源开销，经计算，本发明由于采用了等效信道的方式传输解码矩阵，极大的减小了资源开销，仅占现有技术开销的1/6，因此，本发明能够有效降低解码矩阵传输的资源开销，从而提升整个系统的传输效率。

附图说明

图1是本发明的使用场景图；

图2是本发明的场景等效模型图；

图3是本发明的实现流程图。

具体实施方式

以下参照附图，对本发明进行详细描述：

参照图1，本发明使用的场景中有BS₁,BS₂,BS₃三个基站，每个基站有两根天线，有UE₁,UE₂,UE₃三个用户，每个用户有两根天线，所有的基站和用户同时进行同频段通信，由于三个用户都在相互干扰的距离之内，所以每个用户都会受到其他用户的干扰，构成了一个基本的干扰对齐网络。由于三个基站和三个用户无主次之分，每个基站和用户均可接收到其它基站和用户发送的信息，且路径衰落差异较小，接收到的信号强度相似，故可将图1等效为参照图2所示的等效通信系统模型。

参照图3，本发明基于干扰对齐网络的低复杂度解码矩阵传输步骤如下：

步骤1：用户反馈信道状态信息，基站间共享信道状态信息。

基站BS₁收到用户反馈的信道状态信息为h₁₁,h₁₂,h₁₃，基站BS₂收到用户反馈的信道状态信息为h₂₁,h₂₂,h₂₃，基站BS₃收到用户反馈的信道状态信息为h₃₁,h₃₂,h₃₃，三个基站相互共享信道状态信息，基站BS₁,BS₂,BS₃均获得全局信道状态信息为

所述h₁₁,h₁₂,h₁₃,h₂₁,h₂₂,h₂₃,h₃₁,h₃₂,h₃₃均是维度为2×2的矩阵。

步骤2；基站根据全局信道状态信息求出干扰对齐解码矩阵。

基站BS₁,BS₂,BS₃利用全局信道状态信息H，进行干扰对齐编解码矩阵计算，求出三个用户UE₁,UE₂,UE₃的解码矩阵为U₁,U₂,U₃，其中第一用户UE₁的解码矩阵为第二用户UE₂的解码矩阵为第三用户UE₃的解码矩阵为式中是第一用户UE₁的两根天线对应的解码矩阵，是第二用户UE₂的两根天线对应的解码矩阵，是第三用户UE₃的两根天线对应的解码矩阵，T表示矩阵的转置。

步骤3：基站构造分时导频。

第一基站BS₁构造第一导频第二基站BS₂构造第二导频第三基站BS₃构造第三导频三个导频T₁,T₂,T₃组成分时导频结构，分别在τ₁,τ₂,τ₃时刻发送。式中为第一用户UE₁的两根天线对应的导频，为第二用户UE₂的两根天线对应的导频，为第三用户UE₃的两根天线对应的导频。

步骤4：基站分时发送解码矩阵与导频的乘积。

4a)第一基站BS₁在τ₁时刻的发送信号X₁，即发送第一用户UE₁的解码矩阵U₁与第一导频T₁的乘积，其表示如下：

4b)第二基站BS₂在τ₂时刻的发送信号X₂，即第二用户UE₂的解码矩阵U₂与第二导频T₂的乘积，其表示如下：

4c)第三基站BS₃在τ₃时刻的发送信号X₃，即第三用户UE₃的解码矩阵U₃与第三导频T₃的乘积，其表示如下：

步骤5：用户估计出解码矩阵与实际信道结合的等效信道。

5a)令第一等效信道L₁＝h₁₁·U₁，利用第一导频T₁估计出第一等效信道L₁＝Y₁·(T₁ ^T)^-1，其中Y₁为第一用户UE₁收到的信号，Y₁＝h₁₁·X₁，X₁是第一基站BS₁的发送信号，h₁₁是第一用户UE₁与第一基站BS₁之间的实际信道，-1表示矩阵的逆；

5b)令第二等效信道L₂＝h₂₂·U₂，利用第二导频T₂估计出第二等效信道L₂＝Y₂·(T₂ ^T)^-1，其中Y₂为第二用户UE₂收到的信号，Y₂＝h₂₂·X₂，X₂是第二基站BS₂的发送信号，h₂₂是第二用户UE₂与第二基站BS₂之间的实际信道；

5c)令第三等效信道L₃＝h₃₃·U₃，利用第三导频T₃估计出第三等效信道L₃＝Y₃·(T₃ ^T)^-1，其中Y₃为第三用户UE₃收到的信号，Y₃＝h₃₃·X₃，X₃是第三基站BS₃的发送信号，h₃₃是第三用户UE₃与第三基站BS₃之间的实际信道。

步骤6：用户根据已知的实际信道，求出解码矩阵。

6a)第一用户UE₁根据已知实际信道h₁₁和步骤5a)中得到的第一等效信道L₁，求出第一用户UE₁的解码矩阵U₁：

6b)第二用户UE₂根据已知实际信道h₂₂和步骤5b)中得到的第二等效信道L₂，求出第二用户UE₂的解码矩阵U₂：

6c)第三用户UE₃根据已知实际信道h₃₃和步骤5c)中得到的第三等效信道L₃，求出第三用户UE₃的解码矩阵U₃：

至此所有用户的解码矩阵均从基站端传输到用户端，成功完成解码矩阵的传输。

以上描述仅是本发明的一个具体实例，并不构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于干扰对齐网络的低复杂度解码矩阵传输方法，其特征在于，包括：

(1)N个基站BS₁,BS₂,…,BS_n,…,BS_N和N个用户UE₁,UE₂,…,UE_n,…,UE_N构成干扰对齐网络，其中n∈(1,N)，每个基站收到用户反馈的信道状态信息并共享给其它基站，所有基站都均获得全局信道状态信息为H；

(2)N个基站BS₁,BS₂,…,BS_n,…,BS_N通过获得的全局信道状态信息，进行干扰对齐编解码矩阵计算，求出N个用户UE₁,UE₂,…,UE_n,…,UE_N对应的解码矩阵U₁,U₂,…,U_n,…,U_N，其中为第n个用户UE_n的解码矩阵，k为第n个用户UE_n的天线个数，T表示矩阵的转置；

(3)N个基站BS₁,BS₂,…,BS_n,…,BS_N分别构造对应的分时导频T₁,T₂,…,T_n,…,T_N，这些导频与基站是一一对应的关系，同时也表示对应τ₁,τ₂,…,τ_n,…,τ_N时刻的导频，其中是第n个基站BS_n构造的导频，且在τ_n时刻发送；

(4)N个基站依次按照τ₁,τ₂,…,τ_n,…,τ_N时刻分时向N个用户发送信号X：

其中X_n是第n个基站BS_n在τ_n时刻发送的信号：

(5)经过τ₁,τ₂,…,τ_n,…,τ_N时刻，N个用户收到的信号Y是基站发送信号X与实际信道H的乘积；

(5a)令等效信道为L：

L＝{L₁,L₂,…,L_n,…,L_N}＝{h₁₁U₁,h₂₂U₂,…,h_nnU_n,…,h_NNU_N}，

其中h_nn表示第n个基站BS_n与第n个用户UE_n之间的信道状态信息；

(5b)利用导频T₁,T₂,…,T_n,…,T_N估计出所有的等效信道L₁,L₂,…,L_n,…,L_N，其中：在τ_n时刻，第n个用户UE_n收到的信号是Y_n，利用导频T_n估计出等效信道L_n：

其中-1为矩阵的逆；

(6)经过τ₁,τ₂,…,τ_n,…,τ_N时刻，所有的用户根据已知的实际信道矩阵求出解码矩阵U₁,U₂,…,U_n,…,U_N，传输成功，其中：第n个用户UE_n根据已知的实际信道矩阵h_nn，求出解码矩阵U_n：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中的信道矩阵H，其表示如下：

其中，n∈(1,N)，h_nn是一个维度为k×k的矩阵，表示第n个基站BS_n与第n个用户UE_n之间的信道状态信息，k为用户BS_n的天线个数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)中用户收到的信号Y，其表示如下：

Y＝{Y₁,Y₂,…,Y_n,…,Y_N}＝{h₁₁X₁,h₂₂X₂,…,h_nnX_n,…,h_NNX_N}，

其中，n∈(1,N)，用户UE_n收到的信号是Y_n＝h_nnX_n。