CN108347271A - 一种可达系统最大自由度的分布式干扰对齐中和实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无线通信技术领域，公开了一种可达系统最大自由度的分布式干扰对齐中和实现方法，利用接收机侧天线数目以及接收机数目确定系统最大可达自由度的数目；采用集中式方式或分布式方式实现干扰中和；根据系统可达自由度的表达式形式确定干扰对齐应采用分布式方式实现或集中式方式实现，获得最大的通信系统空间自由度。与现有技术相比，采用本发明可以根据接收机数目以及发射机和接收机侧的天线数目确定存在对称干扰拓扑的系统可以支持的最大自由度个数。此外，本发明能够灵活地采用分布式的实现方式获得系统最大自由度，充分利用多天线系统提供的空间复用能力，实现系统吞吐性能的改善。

Description

一种可达系统最大自由度的分布式干扰对齐中和实现方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种可达系统最大自由度的分布式干扰对齐中和实现方法。
背景技术
在CoMP传输的恒定MIMO干扰信道的自由度一文中给出在对称干扰拓扑下协作多点传输(Coordinated multi-point,CoMP)在恒定MIMO信道中的思想，利用由迫零和干扰对齐组成的两阶段方案，证明了使用CoMP传输可以获得更大的自由度。在部分连接的中继辅助MIMO干扰广播信道中干扰中和的可行性一文中给出了干扰中和在部分连接的中继辅助多输入多输出(Multiple input multiple output,MIMO)干扰广播信道中的可行性，首先提出了使用线性收发信机的IN可行性的充分必要条件，然后，提供了支持最大数量的不受干扰的数据流所需的最少中继解决方案，最后获得了可实现的自由度(Degree offreedom,DoF)范围。在具有分布式中继的MIMO多对双向中继：联合信号对齐和干扰中和一文中给出了MIMO多对双向分布式中继信道的自由度，并结合信号空间对齐和IN的思想，建立了自由度分析的一般框架。在认知中继辅助的3用户干扰信道中的干扰中和与对齐一文中给出了采用认知中继的3用户干扰信道的可达自由度，并提出一种认知中继辅助的干扰中和和对齐方案。采用该方案，发射机和中继器上的发射信号向量经过精心设计，不仅可以满足中和与对齐的约束条件，还可以实现更高的系统和速率。而在基于干扰对齐和中和的协调多点传输一文中给出一种基于干扰对齐和中和的CoMP机制，能够在基站侧仅利用有限的协作来实现有效的干扰消除和抑制，并通过基于干扰对齐和中和的预编码向量设计，以及用户侧采用正交投影接收滤波技术消除残留干扰并恢复期望数据。该方案描述了干扰对齐中和的集中式实现方式，但没有涉及获得最大系统自由度的分布式实现方法。
综上所述，现有技术存在的问题是：现有技术没有涉及获得最大系统自由度的分布式实现方法。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种可达系统最大自由度的分布式干扰对齐中和实现方法。
本发明是这样实现的，一种可达系统最大自由度的分布式干扰对齐中和实现方法，所述可达系统最大自由度的分布式干扰对齐中和实现方法利用接收机侧天线数目以及接收机数目确定系统最大可达自由度的数目；采用集中式方式或分布式方式实现干扰中和；根据系统可达自由度的表达式形式确定干扰对齐应采用分布式方式实现或集中式方式实现，获得最大的通信系统空间自由度。
进一步，所述可达系统最大自由度的分布式干扰对齐中和实现方法包括以下步骤：
步骤一，发射机通过接收机反馈等方式获得信道状态信息，进行发射机之间的CSI共享和数据信息交互，发射机获取全部的信道状态信息该矩阵表示发射机与接收机之间的信道矩阵，NR为接收机天线数，NT为发射机天线数；
步骤二，发射机计算确定可系统的最大自由度个数，其中表示向下取整，L为接收机数；
步骤三，如果为整数，则执行步骤四；如果不为整数，则执行步骤五；
步骤四，令KIN＝NR-1，IA采用集中式方式实现，以获得最大的系统自由度，其中KIN表示参与干扰中和的可信号数目，KIA表示参与干扰对齐的信号数目；
步骤五，令KIN≤NR-1，IA可以采用分布式方式实现，也可以采用集中式方式实现，任意一种KIN与KIA的组合方式均可获得最大的系统自由度；
步骤六，发射机侧协作需要发射机之间进行数据共享，发射机设计信号的预编码使KIN个信号采用干扰中和，KIA个信号采用干扰对齐；
步骤七，接收机侧根据期望信号与干扰的空间特征，设计接收滤波矩阵。
进一步，所述步骤六具体包括：
(1)接收机的期望数据是表示接收机的第m路期望数据，Nj表示接收机的期望数据的个数，对L个接收机而言，需要满足如下的约束条件，N1≤NR，N2≤NR-1，与
(2)对于采用干扰中和的信号，信号在某个非期望接收机处实现干扰中和，需要由两台不同的发射机发射携带相同数据信息的信号，对于接收机受到的第m路期望数据由发射机和发送的两路信号，满足在接收机 处实现干扰中和其中预编码向量通过对信道hji进行奇异值分解得到，对矩阵hji做SVD得其中表示矩阵Vji的第m列向量，得表示在发射机处数据的预编码向量；
(3)对于采用干扰对齐的信号，同一个接收机的不同期望信号由不同的发射机发送，使得接收机的期望信号在某个非期望接收机处实现干扰对齐；对于接收机的第m路和第m′路期望数据和分别由发射机和发送使得在接收机处实现干扰对齐其中通过对信道hji进行SVD得到，得
进一步，所述步骤七具体包括：
(1)将对接收机的第m路期望数据造成干扰的携带数据的干扰信号的空间特征组成矩阵j′≠j或m′≠m，对进行施密特正交化，得其中表示携带的干扰信号的空间特征；若单独由一个发射机发送，则若分别由两个发射机和发送，则
(2)接收机计算第m路数据的滤波向量将携带的信号的空间特征投影到构成的标准正交基向量所张成的子空间的正交方向上，再对投影结果进行单位化得到则其中表示的第n列，NUM表示接收机受到干扰的个数矩阵的列数；
(3)接收机的接收滤波矩阵为
本发明的设计思想是根据接收机数目以及发射机和接收机侧的天线数目确定存在对称干扰拓扑的系统可以支持的最大自由度个数。分别确定采用干扰中和的信号数目与干扰对齐的信号数目，干扰中和采用集中式或分布式方式实现均可，最后确定干扰对齐是采用集中式方式实现还是分布式方式实现。本发明与现有技术相比具有以下优点：
与现有技术相比，本发明的另一目的在于提供一种使用所述可达系统最大自由度的分布式干扰对齐中和实现方法的无线通信系统。
本发明利用部分数据交互且不需要用户侧协作，能够充分利用多天线系统提供的空间复用能力，实现了系统吞吐性能的改善。
本发明可以应用在对称干扰拓扑中，如在无线蜂窝网中，当多个相邻且有重叠区域的基站同频同时服务用户时，采用该发明可以使边缘用户受到的来自相邻基站的干扰得到有效抑制，多个相邻的基站可以利用相同频道同时向各自的用户发送数据，因此可以提高系统的频谱效率。
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设计和基于迫零的滤波向量设计，还适用于其它预编码向量和滤波向量的设计方法。
附图说明
图1是本发明实施例提供的可达系统最大自由度的分布式干扰对齐中和实现方法流程图。
图2是本发明实施例提供的系统模型示意图。
图3是本发明实施例提供的多基站多用户的蜂窝下行通信系统模型示意图。
图4是本发明实施例提供的M≥2，L＝3，NR＝4的分布式IAN实现示意图。
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。
本发明可用于在存在对称干扰拓扑的系统中采用干扰对齐中和技术利用集中式或者分布式的方式获得系统最大自由度。
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可达系统最大自由度的分布式干扰对齐中和实现方法包括以下步骤：
S101：利用接收机侧天线数目以及接收机数目确定系统最大可达自由度的数目；
S102：采用集中式方式或分布式方式实现干扰中和；
S103：根据系统可达自由度的表达式形式确定干扰对齐应采用分布式方式实现或集中式方式实现，获得最大的通信系统空间自由度。
下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。
如图3所示，本发明使用的系统模型是蜂窝网络的下行通信系统，系统中包含3个基站，3个用户。基站和用户分别用eNB和UE表示，基站配置NT根发射天线，用户配置NR根接收天线，基站的天线数不少于每个用户的天线数，即NT≥NR。基站到用户的发射信号会对其它基站服务的用户的信号接收产生干扰，该干扰关系模型具有对称干扰拓扑的特点。
本发明实施例提供的可达系统最大自由度的分布式干扰对齐中和实现方法具体包括以下步骤：
步骤一：基站通过用户反馈等方式获得信道状态信息，通过X2接口或者基站的中心控制器实现基站间CSI共享和数据信息交互，基站获取的信道状态信息表示为即基站eNBi到用户UEj的信道矩阵；
步骤二：基站计算确定系统的最大自由度的个数，其中表示向下取整，NR为用户天线数，L为用户的个数，以M≥2，L＝3，NR＝4为例进行分析；
步骤三：不为整数，则执行步骤四；
步骤四：令KIN≤NR-1，IA可以采用分布式方式实现，也可以采用集中式方式实现，任意一种KIN与KIA的组合方式均可。此处选择方案A：KIN＝2，KIA＝3与方案B：KIN＝1，KIA＝4两种组合方式进行描述；
步骤五：A：基站之间进行数据共享，设计信号的预编码对KIN＝2个信号进行干扰中和的实现，对KIA＝3个信号进行干扰对齐的实现，系统可以支持的最大自由度数目为5；
(5a)用户UE1的期望数据向量是由三个基站分别发送，每个基站发送一路数据；用户UE2的期望数据是由基站eNB1和eNB2联合发送；用户UE3的期望数据是由基站eNB1和eNB3联合发送；
(5b)用户UE2的期望数据为用户的期望数UE3据为对携带这两路数据的信号采用干扰中和，用户UE2的期望信号在用户UE3处实现干扰中和用户UE3的期望信号在用户UE1处实现干扰中和对矩阵hji进行SVD得到其中表示矩阵Vji的第m列向量。对h22和h33进行SVD，设计预编码向量得到预编码向量其中表示在基站eNBi处数据的预编码向量；
(5c)用户UE1的期望信号有三路，分别携带数据和对这三路信号实现干扰对齐。用户UE1的三路期望信号分别由三个基站发送，干扰对齐在用户UE2处实现，即满足对h11进行SVD，设计预编码向量可以得到
步骤六：B：基站之间进行数据共享，设计预编码对KIN＝1个信号采用干扰中和，对KIA＝4个信号进行干扰对齐，系统可以支持的最大自由度数目为5；
(6a)用户UE1的期望数据是由基站eNB1和eNB2分别发送，每个基站发送一路数据；用户UE2的期望数据是由基站eNB1和eNB2分别发送，每个基站发送一路数据；用户UE3的期望数据是由基站eNB1和eNB3联合发送；
(6b)用户UE3的期望数据为在UE1处对携带该数据的信号采用干扰中和技术，即对h33进行SVD，设计预编码向量得到
(6c)假设用户UE1的期望信号有两路，分别携带数据和用户UE2的期望信号分别携带数据和对这四路信号采用干扰对齐技术。用户UE1的期望信号在用户UE2处实现干扰对齐，满足用户UE2的期望信号在用户UE3处实现干扰对齐，满足对h11和h22分别进行SVD，设计预编码向量得到
步骤七：用户侧根据期望信号与干扰的空间特征，设计接收滤波矩阵；以步骤六A的信号处理方式为例进行讨论：
(7a)将用户UE1的期望数据的传输造成干扰的携带(j′≠j或m′≠m)的干扰信号的特征空间组成矩阵对进行施密特正交化，得到其中
(7b)用户UE1计算期望数据的滤波向量将携带的信号的空间特征投影到构成的标准正交基向量所张成的子空间的正交方向上，在对投影结果进行单位化得到则其中表示的第n列；
用户UE1的其它期望信号的滤波向量与的设计与上述处理方式相同。
(7c)用户UE1的接收滤波矩阵为
其它用户的接收滤波矩阵设计与用户UE1的接收处理方式相同。
通过表格可进一步说明本发明的应用效果:
如表1中设置不同的系统参数配置以详细阐述分布式干扰对齐中和的应用效果，在系统配置参数为L＝3，NR＝4时，系统最大可达自由度为5，采用集中式方式与分布式方式均可以达到该最大自由度；在系统配置参数为L＝3，NR＝5时，系统最大可达自由度为7，采用集中式方式可以实现该自由度，但是采用分布式方式时只支持6个自由度；在系统配置参数为L＝4，NR＝5时，系统最大可达自由度为6，采用集中式方式与分布式方式均可以达到该最大自由度。可见IA采用集中式时系统总可以达到最大自由度，但在为分式时，IA采用分布式方式也可以达到系统最大自由度。
表1是本发明的不同参数配置下集中式和分布式方式分别可以实现的系统最大自由度。
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 (5)

1.一种可达系统最大自由度的分布式干扰对齐中和实现方法，其特征在于，所述可达系统最大自由度的分布式干扰对齐中和实现方法利用接收机侧天线数目以及接收机数目确定系统最大可达自由度的数目；采用集中式方式或分布式方式实现干扰中和；根据系统可达自由度的表达式形式确定干扰对齐应采用分布式方式实现或集中式方式实现，获得最大的通信系统空间自由度。
2.如权利要求1所述的可达系统最大自由度的分布式干扰对齐中和实现方法，其特征在于，所述可达系统最大自由度的分布式干扰对齐中和实现方法包括以下步骤：
步骤一，发射机通过接收机反馈等方式获得信道状态信息，进行发射机之间的CSI共享和数据信息交互，发射机获取全部的信道状态信息该矩阵表示发射机与接收机之间的信道矩阵，NR为接收机天线数，NT为发射机天线数；
步骤二，发射机计算确定可系统的最大自由度个数，其中表示向下取整，L为接收机数；
步骤三，如果为整数，则执行步骤四；如果不为整数，则执行步骤五；
步骤四，令KIN＝NR-1，IA采用集中式方式实现，以获得最大的系统自由度，其中KIN表示参与干扰中和的信号数目，KIA表示参与干扰对齐的信号数目；
步骤五，令KIN≤NR-1，IA可以采用分布式方式实现，也可以采用集中式方式实现，任意一种KIN与KIA的组合方式均可获得最大的系统自由度；
步骤六，发射机侧协作需要发射机之间进行数据共享，发射机设计信号的预编码使KIN个信号采用干扰中和，KIA个信号采用干扰对齐；
步骤七，接收机侧根据期望信号与干扰的空间特征，设计接收滤波矩阵。
3.如权利要求2所述的可达系统最大自由度的分布式干扰对齐中和实现方法，其特征在于，所述步骤六具体包括：
(1)接收机的期望数据是表示接收机的第m路期望数据，Nj表示接收机的期望数据的个数，对L个接收机而言，需要满足如下的约束条件，N1≤NR，N2≤NR-1，与
(2)对于采用干扰中和的信号，信号在某个非期望接收机处实现干扰中和，需要由两台不同的发射机发射携带相同数据信息的信号，对于接收机受到的第m路期望数据由发射机和发送的两路信号，满足在接收机 处实现干扰中和其中预编码向量通过对信道hji进行奇异值分解得到，对矩阵hji做SVD得其中表示矩阵Vji的第m列向量，得表示在发射机处数据的预编码向量；
(3)对于采用干扰对齐的信号，同一个接收机的不同期望信号由不同的发射机发送，使得接收机的期望信号在某个非期望接收机处实现干扰对齐；对于接收机的第m路和第m′路期望数据和分别由发射机和发送使得在接收机处实现干扰对齐其中通过对信道hji进行SVD得到，得
4.如权利要求2所述的可达系统最大自由度的分布式干扰对齐中和实现方法，其特征在于，所述步骤七具体包括：
(1)将对接收机的第m路期望数据造成干扰的携带数据的干扰信号的空间特征组成矩阵，j′≠j或m′≠m，对进行施密特正交化，得其中表示携带的干扰信号的空间特征；若单独由一个发射机发送，则若分别由两个发射机和发送，则
(2)接收机计算第m路数据的滤波向量将携带的信号的空间特征投影到构成的标准正交基向量所张成的子空间的正交方向上，再对投影结果进行单位化得到则其中表示的第n列，NUM表示接收机受到干扰的个数矩阵的列数；
(3)接收机的接收滤波矩阵为
5.一种使用权利要求1～4任意一项所述可达系统最大自由度的分布式干扰对齐中和实现方法的无线通信系统。
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