CN109194375B - Fd-mimo多小区下行干扰协调方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种FD‑MIMO多小区下行干扰协调方法，采用多小区下行传输系统，相邻小区的相邻扇区组成协作区域，各基站采用均匀平面天线阵；包括：协作区域内各基站利用大尺度衰落因子划分中心用户及边缘用户；针对各边缘用户利用统计信道信息进行全协作干扰协调或部分协作干扰协调；基于部分频率复用方法划分中心用户及边缘用户的服务频段，并计算各基站对边缘用户的发送功率；各小区对边缘用户计算波束成形向量并利用发送功率进行预编码传输。本发明方法使用信道的统计信息协调小区间干扰，所需信道信息量小，传输方案实现简单、反馈量小、鲁棒性强、复杂度低、易于实现，有效提升小区边缘用户服务质量，适用于各种典型的无线通信系统。

Description

FD-MIMO多小区下行干扰协调方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种在基站使用均匀平面天线阵的FD-MIMO多小区下行传输系统，更为具体的说，是涉及基于部分频率复用的FD-MIMO多小区下行干扰协调方法。

背景技术

现代信息社会在智能移动终端设备普及浪潮的推动下，对无线通信系统的传输速率、连接数与用户体验提出了更高的要求。为了在频谱资源日趋紧张的情况下，大幅提高无线通信系统的传输速率和可靠性，在基站部署成百甚至上千根天线的技术，即大规模MIMO无线传输技术，作为未来无线通信的关键技术受到广泛关注。大规模MIMO的空间分辨率与现有MIMO相比显著增强，能深度挖掘空间维度资源，使得网络中的多个用户可以在同一时频资源上利用大规模MIMO提供的空间自由度与基站同时进行通信，从而在不需要增加带宽的条件下大幅度提高频谱效率。此外，大规模MIMO可大幅降低发射功率，通过低成本、低功耗的器件实现，真正实现绿色通信。

大规模MIMO技术能够大幅提升无线通信频谱效率和功率效率，被认为是构建未来高效能绿色移动通信系统的关键技术。然而，在实际应用中，大规模MIMO无线通信面临着众多挑战，其中之一就是基站所能配置的天线数量受到基站空间以及载波频率的影响。为了克服有限的空间对大规模MIMO无线通信系统的限制，并进一步挖掘利用垂直维度空间资源，近年来人们提出了在基站配置二维网格排列的大规模天线阵列，称为FD-MIMO。此外，信道信息的获取是大规模MIMO面临的另一个挑战。现有大规模MIMO传输方案大都是通过上行链路正交导频和TDD系统上下行信道互易性，基站获得多用户上下行信道参数估值，并以此实施上行接收处理和下行预编码传输。然而，这一方案难以适应中高速移动通信场景及FDD系统。

多小区在提高覆盖范围的同时，也带来了小区网络间干扰的问题。对于多小区场景而言，小区间干扰是限制多小区FD-MIMO通信系统容量提升的主要因素。传统的干扰消除技术如ZF、MF、RZF等，是利用信道的瞬时信道状态信息消除小区间干扰。此外，频率复用技术，通过分配给中心用户及边缘用户不同的服务频段来消除小区间干扰，但这也导致可用传输资源利用效率的降低。部分频率复用作为更有效的复用方法，通过将小区划分成中心区域及边缘区域，并令边缘区域用户使用更高的频率复用因子，利用信道的瞬时信道状态信息来消除小区间干扰，提高边缘用户服务质量。然而，对于FDD系统，瞬时信道状态信息的获取将会导致大量的系统开销和反馈，特别是当大规模MIMO系统基站端天线规模和用户数很大时，系统反馈开销会非常大，利用瞬时信道状态信息进行干扰协调将变得不可行。

发明内容

为解决上述问题，本发明为在基站使用均匀平面天线阵的FD-MIMO多小区下行传输系统提供基于部分频率复用的下行干扰协调方法，基于信道的统计状态信息在相当一段时间内是近似不变精确度相对较高这一特点，根据统计信道信息协调小区间干扰，以较低的复杂度提高多小区系统和速率和边缘用户速率。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

FD-MIMO多小区下行干扰协调方法，采用多小区下行传输系统，系统包括多个小区，各小区分为若干扇区；相邻小区的相邻扇区组成协作区域，协作区域内小区数记为G；各基站采用均匀平面天线阵，垂直方向包括M_v行天线阵元，水平方向每行M_h个阵元；各基站利用已知的统计信道信息对协作区域内的用户进行基于部分频率复用的下行干扰协调，具体包括如下步骤：

步骤一：初始化，令

其中Ψ_i为该协作区域内第i个小区的中心用户集合，Φ_i为该协作区域内第i个小区的边缘用户集合，

为该协作区域内第i个小区的服务用户集合，S^(p)为该协作区域内边缘用户集合，S_e为该协作区域内边缘用户服务集合，

为空集；

步骤二：该协作区域内第i个小区，利用大尺度衰落因子，将本小区内各用户划分至本小区中心用户集合Ψ_i或本小区边缘用户集合Φ_i；从而获得该协作区域边缘用户集合

其中，对该协作区域内第i个小区中第k个用户的具体划分方法如下：

a1)对第i个小区的第k个用户，计算该用户到第i个小区的基站与该用户到该协作区域内第j个小区基站的大尺度衰落因子之比S_i,j,k＝β_i,i,k/β_j,i,k，其中j∈{1,2,…,G}且j≠i，β_i,i,k为第i个小区的基站与第i个小区的第k个用户间的大尺度衰落因子，β_j,i,k为第j个小区的基站与第i个小区的第k个用户间信道的大尺度衰落因子；

a2)若对于任意j∈{1,2,…,G}且j≠i，S_i,j,k均大于某一预先设置的门限值δ₁，则将第i个小区的第k个用户加入集合Ψ_i；否则，则该用户加入集合Φ_i；

步骤三：对集合S^(p)中各边缘用户利用统计信道信息进行全协作干扰协调或部分协作干扰协调；

所述统计信道信息包括：该协作区域内第i,i＝1,2,…,G个小区基站与该协作区域边缘用户集合S^(p)中的第q个用户间信道的大尺度衰落因子β_i,q、垂直发送相关阵

水平发送相关阵

以及

其中，q＝1,…,Q，Q为集合S^(p)中用户个数，矩阵

为基站i与边缘用户q间的归一化信道矩阵，满足

其第m行第n列的元素[H_i,q]_m,n为基站i第m行第n列的天线阵元与边缘用户q之间的信道系数，

和

分别为M_v×M_v和M_h×M_h的DFT矩阵，其第m行第n列的元素分别为

和

上标(·)^H代表共轭转置，E{·}代表求均值，tr{·}代表求矩阵的迹，j′为虚数单位；

所述全协作干扰协调方法按如下步骤进行：

b1)初始化该协作区域边缘用户服务集合

c＝0，μ为Q维的列向量，其各元素均为1，其第q个元素记为μ_q；

b2)对集合S^(p)中所有满足μ_q＝1的用户q，计算其有用信号指标

找出其中有用信号指标最大的用户，假设为集合S^(p)中的第

个用户，将其加入边缘用户服务集合S_e，并令

c＝c+1；

b3)若c＜K_e且向量μ中存在非零元素，则令d＝1并进入步骤b4)，其中K_e为该协作区域内同时服务的最大边缘用户数；否则，结束对边缘用户的干扰协调；

b4)对集合S^(p)中的第d个边缘用户，若μ_d＝1，则进入步骤b5)；否则，进入步骤b7)；

b5)对集合S_e中任意边缘用户q'，若均满足h_i,d≠h_i,q'或v_i,d≠v_i,q'，其中h_i,d为Λ_H,i,d的最大对角元的位置，h_i,q'为Λ_H,i,q'的最大对角元的位置，v_i,d为Λ_V,i,d的最大对角元的位置，v_i,q'为Λ_V,i,q'的最大对角元的位置，则进入b6)，否则，令μ_d＝0并进入步骤b7)；

b6)对集合S_e中的任意边缘用户k_c均满足集合S^(p)中的第d个用户对其的信号干扰比

且其对集合S^(p)中的第d个用户的信号干扰比

则进入步骤b7)，其中δ₂为预先设置的门限值；否则令μ_d＝0并进入步骤b7)；

b7)若d≥Q，进入步骤b2)；否则，令d＝d+1，并进入步骤b4)；

所述部分协作干扰协调方法按如下步骤进行：

c1)初始化该协作区域边缘用户服务集合

c＝0，μ为Q维的列向量，其各元素均为1，其第q个元素记为μ_q，并令集合S^(p)中第q个边缘用户的服务基站集合

c2)集合S^(p)中各边缘用户挑选各自的服务基站，其中第q个边缘用户的挑选方法为：首先计算

将基站i'加入集合C_q，其中h_i,q为Λ_H,i,q的最大对角元的位置，v_i,q为Λ_V,i,q的最大对角元的位置；接着对任意i∈{1,2,…,G}且i≠i′判断是否满足

若满足，则将基站i加入集合B_q，将集合C_q中的元素个数记为T_q，其中ω为用户对服务基站提供服务质量要求的门限；

c3)对集合S^(p)中所有满足μ_q＝1的用户q，计算其有用信号指标

找出其中有用信号指标最大的用户，假设为集合S^(p)中的第

个用户，将其加入边缘用户服务集合S_e，并令

c＝c+1；

c4)若c＜K_e且向量μ中存在非零元素，则令d＝1并进入步骤c5)，其中K_e为该协作区域内同时服务的最大边缘用户数；否则，结束对边缘用户的干扰协调；

c5)对集合S^(p)中的第d个边缘用户，若μ_d＝1，则进入步骤c6)；否则，进入步骤c8)；

c6)对集合S_e中任意边缘用户q'，若均满足h_i,d≠h_i,q'或v_i,d≠v_i,q'，其中h_i,d为Λ_H,i,d的最大对角元的位置，h_i,q'为Λ_H,i,q'的最大对角元的位置，v_i,d为Λ_V,i,d的最大对角元的位置，v_i,q'为Λ_V,i,q'的最大对角元的位置，则进入c7)，否则，令μ_d＝0并进入步骤c8)；

c7)对集合S_e中的任意边缘用户k_c均满足集合S^(p)中的第d个用户对其的信号干扰比

且其对集合S^(p)中的第d个用户的信号干扰比

则进入步骤c7)，其中δ₂为预先设置的门限值；否则令μ_d＝0并进入步骤c8)；

c8)若d≥Q，进入步骤c2)；否则，令d＝d+1，并进入步骤c5)；

步骤四：基于部分频率复用方法划分中心用户及边缘用户的服务频段，并计算各基站对边缘用户的发送功率；具体包括如下子步骤：

d1)根据服务用户数将总频段划分成中心用户服务频段B_c及边缘用户服务频段B_e，其中所有小区中心用户共用频段B_c，系统边缘用户共用频段B_e；

d2)计算基站对边缘用户的发送功率P_i ^e，满足

且P_i ^e＝α_eP_i ^c，其中α_e为功率放大因子，

为第i个小区基站服务的中心用户数，

为第i个小区基站服务的边缘用户数，P_i ^c为中心用户的发送功率，P_i为第i个小区基站的总发送功率；

步骤五：各小区仅对边缘用户服务集合S_e中的各用户q∈S_e计算波束成形向量并利用此前计算出的发送功率进行预编码传输服务；其中，全协作干扰协调方法中协作区域内各基站均对边缘用户服务集合S_e中的各用户进行预编码传输，第i,i＝1,2,…,G个小区基站对边缘用户q∈S_e的波束成形向量b_i,q为

代表Kroneck积运算，上标(·)^*代表共轭，

为矩阵

的第h_i,q列，

为矩阵

的第v_i,q列；部分干扰协调方法中对边缘用户q∈S_e仅集合C_q中的小区基站对其进行预编码传输，第i,i∈C_q个小区基站对其的波束成形向量b_i,q为

进一步的，全协作干扰协调方法中

的计算方法为：

部分协作干扰协调方法中

的计算方法为：

其中，P_i ^e为基站i对边缘用户的发送功率，β_i,q为第i个小区的基站与第q个边缘用户间信道的大尺度衰落因子，

为Λ_H,i,q的最大特征元，

为Λ_V,i,q的最大特征元，C_q为部分协作方法中第q个边缘用户的服务基站集合。

进一步的，全协作干扰协调方法中

和

的计算方法为：

部分协作干扰协调方法中

和

的计算方法为：

其中，C_d和

分别代表部分协作干扰协调方法中第d个和第k_c个边缘用户的服务基站集合，P_t ^e和P_s ^e分别为第t个小区的基站和第s个小区的基站对服务边缘用户的发送功率，

和

分别为第t个小区的基站、第s个小区的基站与第k_c个边缘用户间信道的大尺度衰落因子，β_t,d和β_s,d分别为第t个小区的基站、第s个小区的基站与第d个边缘用户间信道的大尺度衰落因子，

为

的第h_s,d个对角元，

为

的第v_s,d个对角元，

为Λ_H,t,d的第

个对角元，

为Λ_V,t,d的第

个对角元，

和

分别为

的第a个对角元和

的第b个对角元，

和

分别为Λ_H,s,d的第a个对角元和Λ_V,s,d的第b个对角元，

及

分别为第s个小区的基站与第k_c个用户间信道的水平发送相关阵及垂直发送相关阵，矩阵

为第s个小区的基站与第k_c个用户间的归一化信道矩阵，

及

分别为第t个小区的基站与第d个用户间信道的水平发送相关阵及垂直发送相关阵，矩阵H_t,d为第t个小区的基站与第d个用户间信道的归一化信道矩阵，

和

分别为

和

的最大对角元，

和

分别为Λ_H,s,d和Λ_V,s,d的最大对角元,

矩阵

为第t个小区的基站与第k_c个用户间的归一化信道矩阵，

矩阵H_s,d为第s个小区的基站与第d个用户间的归一化信道矩阵。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

1.本发明方法主要使用信道的统计信息协调小区间干扰，所需信道信息量小，传输方案实现简单、反馈量小、鲁棒性强、适用于各种典型的无线通信系统，如TDD和FDD系统。

2.本方法中的用户间干扰度量等计算复杂度低、易于实现。

3.本方法可根据系统和用户服务质量的要求，灵活设置不同门限，满足不同的用户服务质量和系统吞吐量，有效提升小区边缘用户服务质量。

附图说明

图1为多小区FD-MIMO下行传输系统架构图，其中协作小区数G＝3。

图2为多小区FD-MIMO协作方法示意图，其中协作小区数G＝3。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

本发明提供的基于部分频率复用的FD-MIMO多小区下行干扰协调方法，采用多小区下行传输系统。系统架构如图1所示，各小区可分为三扇区；三个相邻小区的相邻扇区组成协作区域，即G＝3，如图1粗黑线区域所示；以上小区数量和扇区划分仅为示例，根据需要，也可采用其他数量小区，或以其他方式进行扇区划分。各基站采用均匀平面天线阵，垂直方向包括M_v行天线阵元，水平方向每行M_h个阵元；各基站利用已知的统计信道信息对协作区域内的用户进行基于部分频率复用的下行干扰协调，如图2所示。

具体的基于部分频率复用的FD-MIMO多小区下行干扰协调方法包括以下步骤：

步骤一：初始化：令

其中Ψ_i为该协作区域内第i个小区的中心用户集合，Φ_i为该协作区域内第i个小区的边缘用户集合，

为该协作区域内第i个小区的服务用户集合，S^(p)为该协作区域内边缘用户集合，S_e为该协作区域内边缘用户服务集合，

为空集；

步骤二：该协作区域内第i个小区，利用大尺度衰落因子，将本小区内各用户划分至本小区中心用户集合Ψ_i或本小区边缘用户集合Φ_i；从而获得该协作区域边缘用户集合

其中，对该协作区域内第i个小区中第k个用户的具体划分方法如下：

a1)对第i个小区的第k个用户，计算该用户到第i个小区的基站与该用户到该协作区域内第j个小区基站的大尺度衰落因子之比S_i,j,k＝β_i,i,k/β_j,i,k，其中j∈{1,2,…,G}且j≠i，β_i,i,k为第i个小区的基站与第i个小区的第k个用户间的大尺度衰落因子，β_j,i,k为第j个小区的基站与第i个小区的第k个用户间信道的大尺度衰落因子；

a2)若对于任意j∈{1,2,…,G}且j≠i，S_i,j,k均大于某一预先设置的门限值δ₁，则将第i个小区的第k个用户加入集合Ψ_i；否则，则该用户加入集合Φ_i；

步骤三：对集合S^(p)中各边缘用户利用统计信道信息进行全协作干扰协调或部分协作干扰协调；

统计信道信息包括：该协作区域内第i,i＝1,2,…,G个小区基站与该协作区域边缘用户集合S^(p)中的第q个用户间信道的大尺度衰落因子β_i,q、垂直发送相关阵

水平发送相关阵

以及

其中，q＝1，…，Q，Q为集合S^(p)中用户个数，矩阵

为基站i与边缘用户q间的归一化信道矩阵，满足

其第m行第n列的元素[H_i,q]_m,n为基站i第m行第n列的天线阵元与边缘用户q之间的信道系数，

和

分别为M_v×M_v和M_h×M_h的DFT矩阵，其第m行第n列的元素分别为

和

上标(·)^H代表共轭转置，E{·}代表求均值，tr{·}代表求矩阵的迹，j′为虚数单位；

全协作干扰协调方法按如下步骤进行：

b1)初始化该协作区域边缘用户服务集合

c＝0，μ为Q维的列向量，其各元素均为1，其第q个元素记为μ_q；

b2)对集合S^(p)中所有满足μ_q＝1的用户q，计算其有用信号指标

计算方法为

其中，P_i ^e为基站i对边缘用户的发送功率，β_i,q为第i个小区的基站与第q个边缘用户间信道的大尺度衰落因子，

为Λ_H,i,q的最大特征元，

为Λ_V,i,q的最大特征元；找出其中有用信号指标最大的用户，假设为集合S^(p)中的第

个用户，将其加入边缘用户服务集合S_e，并令

c＝c+1；

b3)若c＜K_e且向量μ中存在非零元素，则令d＝1并进入步骤b4)，其中K_e为该协作区域内同时服务的最大边缘用户数；否则，结束对边缘用户的干扰协调；

b4)对集合S^(p)中的第d个边缘用户，若μ_d＝1，则进入步骤b5)；否则，进入步骤b7)；

b5)对集合S_e中任意边缘用户q'，若均满足h_i,d≠h_i,q'或v_i,d≠v_i,q'，其中h_i,d为Λ_H,i,d的最大对角元的位置，h_i,q'为Λ_H,i,q'的最大对角元的位置，v_i,d为Λ_V,i,d的最大对角元的位置，v_i,q'为Λ_V,i,q'的最大对角元的位置，则进入b6)，否则，令μ_d＝0并进入步骤b7)；

b6)对集合S_e中的任意边缘用户k_c均满足集合S^(p)中的第d个用户对其的信号干扰比

且其对集合S^(p)中的第d个用户的信号干扰比

则进入步骤b7)，其中δ₂为预先设置的门限值；否则令μ_d＝0并进入步骤b7)；其中，

和

的计算方法为：

其中，P_t ^e和P_s ^e分别为第t个小区的基站和第s个小区的基站对服务边缘用户的发送功率，

和

分别为第t个小区的基站、第s个小区的基站与第k_c个边缘用户间信道的大尺度衰落因子，β_t,d和β_s,d分别为第t个小区的基站、第s个小区的基站与第k_c个边缘用户间信道的大尺度衰落因子，

为Λ_H,t,d的第

个对角元，

为

的第h_s,d个对角元，

为Λ_V,t,d的第

个对角元，

为

的第v_s,d个对角元，

和

分别为

的第a个对角元和

的第b个对角元，

和

分别为Λ_H,s,d的第a个对角元和Λ_V,s,d的第b个对角元，

及

分别为第s个小区的基站与第k_c个用户间信道的水平发送相关阵及垂直发送相关阵，矩阵

为第s个小区的基站与第k_c个用户间的归一化信道矩阵，

及

分别为第t个小区的基站与第d个用户间信道的水平发送相关阵及垂直发送相关阵，矩阵H_t,d为第t个小区的基站与第d个用户间信道的归一化信道矩阵，

和

分别为

和

的最大对角元，

和

分别为Λ_H,s,d和Λ_V,s,d的最大对角元,

矩阵

为第t个小区的基站与第k_c个用户间的归一化信道矩阵，

矩阵H_s,d为第s个小区的基站与第d个用户间的归一化信道矩阵；

b7)若d≥Q，进入步骤b2)；否则，令d＝d+1，并进入步骤b4)。

所述部分协作干扰协调方法按如下步骤进行：

c1)初始化该协作区域边缘用户服务集合

c＝0，μ为Q维的列向量，其各元素均为1，其第q个元素记为μ_q，并令集合S^(p)中第q个边缘用户的服务基站集合

c2)集合S^(p)中各边缘用户挑选各自的服务基站，其中第q个边缘用户的挑选方法为：首先计算

将基站i'加入集合C_q，其中h_i,q为Λ_H,i,q的最大对角元的位置，v_i,q为Λ_V,i,q的最大对角元的位置；接着对任意i∈{1,2,…,G}且i≠i′判断是否满足

若满足，则将基站i加入集合B_q，将集合C_q中的元素个数记为T_q，其中ω为用户对服务基站提供服务质量要求的门限；

c3)对集合S^(p)中所有满足μ_q＝1的用户q，计算其有用信号指标

计算方法为

其中，P_i ^e为基站i对边缘用户的发送功率，β_i,q为第i个小区的基站与第q个边缘用户间信道的大尺度衰落因子，

为Λ_H,i,q的最大特征元，

为Λ_V,i,q的最大特征元，C_q为部分协作方法中第q个边缘用户的服务基站集合；找出其中有用信号指标最大的用户，假设为集合S^(p)中的第

个用户，将其加入边缘用户服务集合S_e，并令

c＝c+1；

c4)若c＜K_e且向量μ中存在非零元素，则令d＝1并进入步骤c5)，其中K_e为该协作区域内同时服务的最大边缘用户数；否则，结束对边缘用户的干扰协调；

c5)对集合S^(p)中的第d个边缘用户，若μ_d＝1，则进入步骤c6)；否则，进入步骤c8)；

c6)对集合S_e中任意边缘用户q'，若均满足h_i,d≠h_i,q'或v_i,d≠v_i,q'，其中h_i,d为Λ_H,i,d的最大对角元的位置，h_i,q'为Λ_H,i,q'的最大对角元的位置，v_i,d为Λ_V,i,d的最大对角元的位置，v_i,q'为Λ_V,i,q'的最大对角元的位置，则进入c7)，否则，令μ_d＝0并进入步骤c8)；

c7)对集合S_e中的任意边缘用户k_c均满足集合S^(p)中的第d个用户对其的信号干扰比

且其对集合S^(p)中的第d个用户的信号干扰比

则进入步骤c7)，其中δ₂为预先设置的门限值；否则令μ_d＝0并进入步骤c8)；其中，

和

的计算方法为：

其中，C_d和

分别代表部分协作干扰协调方法中第d个和第k_c个边缘用户的服务基站集合；

c8)若d≥Q，进入步骤c2)；否则，令d＝d+1，并进入步骤c5)。

步骤四：基于部分频率复用方法划分中心用户及边缘用户的服务频段，并计算各基站对边缘用户的发送功率；具体如下：

d1)根据服务用户数将总频段划分成中心用户服务频段B_c及边缘用户服务频段B_e，其中所有小区中心用户共用频段B_c，系统边缘用户共用频段B_e；

d2)计算基站对边缘用户的发送功率P_i ^e，满足

且P_i ^e＝α_eP_i ^c，其中α_e为功率放大因子，

为第i个小区基站服务的中心用户数，

为第i个小区基站服务的边缘用户数，P_i ^c为中心用户的发送功率，P_i为第i个小区基站的总发送功率；

步骤五：各小区仅对边缘用户服务集合S_e中的各用户q∈S_e计算波束成形向量并利用此前计算出的发送功率进行预编码传输服务；其中，全协作干扰协调方法中协作区域内各基站均对边缘用户服务集合S_e中的各用户进行预编码传输，第i,i＝1,2,…,G个小区基站对边缘用户q∈S_e的波束成形向量b_i,q为

代表Kroneck积运算，上标(·)^*代表共轭，

为矩阵

的第h_i,q列，

为矩阵

的第v_i,q列；部分干扰协调方法中对边缘用户q∈S_e仅集合C_q中的小区基站对其进行预编码传输，第i,i∈C_q个小区基站对其的波束成形向量b_i,q为

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.FD-MIMO多小区下行干扰协调方法，其特征在于，采用多小区下行传输系统，系统包括多个小区，各小区分为若干扇区；相邻小区的相邻扇区组成协作区域，协作区域内小区数记为G，各基站采用均匀平面天线阵，垂直方向包括M_v行天线阵元，水平方向每行M_h个阵元；各基站利用已知的统计信道信息对协作区域内的用户进行基于部分频率复用的下行干扰协调，具体包括如下步骤：

步骤一：初始化，令

其中Ψ_i为该协作区域内第i个小区的中心用户集合，Φ_i为该协作区域内第i个小区的边缘用户集合，

为该协作区域内第i个小区的服务用户集合，S^(p)为该协作区域内边缘用户集合，S_e为该协作区域内边缘用户服务集合，

为空集；

步骤二：该协作区域内第i个小区，利用大尺度衰落因子，将本小区内各用户划分至本小区中心用户集合Ψ_i或本小区边缘用户集合Φ_i；从而获得该协作区域边缘用户集合

其中，对该协作区域内第i个小区中第k个用户的具体划分方法如下：

a1)对第i个小区的第k个用户，计算该用户到第i个小区的基站与该用户到该协作区域内第j个小区基站的大尺度衰落因子之比S_i,j,k＝β_i,i,k/β_j,i,k，其中j∈{1,2,…,G}且j≠i，β_i,i,k为第i个小区的基站与第i个小区的第k个用户间的大尺度衰落因子，β_j,i,k为第j个小区的基站与第i个小区的第k个用户间信道的大尺度衰落因子；

a2)若对于任意j∈{1,2,…,G}且j≠i，S_i,j,k均大于某一预先设置的门限值δ₁，则将第i个小区的第k个用户加入集合Ψ_i；否则，则该用户加入集合Φ_i；

步骤三：对集合S^(p)中各边缘用户利用统计信道信息进行全协作干扰协调或部分协作干扰协调；

所述统计信道信息包括：该协作区域内第i,i＝1,2,…,G个小区基站与该协作区域边缘用户集合S^(p)中的第q个用户间信道的大尺度衰落因子β_i,q、垂直发送相关阵

水平发送相关阵

以及

其中，q＝1,…,Q，Q为集合S^(p)中用户个数，矩阵

为基站i与边缘用户q间的归一化信道矩阵，满足

其第m行第n列的元素[H_i,q]_m,n为基站i第m行第n列的天线阵元与边缘用户q之间的信道系数，

和

分别为M_v×M_v和M_h×M_h的DFT矩阵，其第m行第n列的元素分别为

和

上标(·)^H代表共轭转置，E{·}代表求均值，tr{·}代表求矩阵的迹，j′为虚数单位；

所述全协作干扰协调方法按如下步骤进行：

b1)初始化该协作区域边缘用户服务集合

c＝0，μ为Q维的列向量，其各元素均为1，其第q个元素记为μ_q；

b2)对集合S^(p)中所有满足μ_q＝1的用户q，计算其有用信号指标

找出其中有用信号指标最大的用户，假设为集合S^(p)中的第

个用户，将其加入边缘用户服务集合S_e，并令μ_q＝0，c＝c+1；

b3)若c＜K_e且向量μ中存在非零元素，则令d＝1并进入步骤b4)，其中K_e为该协作区域内同时服务的最大边缘用户数；否则，结束对边缘用户的干扰协调；

b4)对集合S^(p)中的第d个边缘用户，若μ_d＝1，则进入步骤b5)；否则，进入步骤b7)；

b5)对集合S_e中任意边缘用户q'，若均满足h_i,d≠h_i,q'或v_i,d≠v_i,q'，其中h_i,d为Λ_H,i,d的最大对角元的位置，h_i,q'为Λ_H,i,q'的最大对角元的位置，v_i,d为Λ_V,i,d的最大对角元的位置，v_i,q'为Λ_V,i,q'的最大对角元的位置，则进入b6)，否则，令μ_d＝0并进入步骤b7)；

b6)对集合S_e中的任意边缘用户k_c均满足集合S^(p)中的第d个用户对其的信号干扰比

且其对集合S^(p)中的第d个用户的信号干扰比

则进入步骤b7)，其中δ₂为预先设置的门限值；否则令μ_d＝0并进入步骤b7)；

b7)若d≥Q，进入步骤b2)；否则，令d＝d+1，并进入步骤b4)；

所述部分协作干扰协调方法按如下步骤进行：

c1)初始化该协作区域边缘用户服务集合

c＝0，μ为Q维的列向量，其各元素均为1，其第q个元素记为μ_q，并令集合S^(p)中第q个边缘用户的服务基站集合

c2)集合S^(p)中各边缘用户挑选各自的服务基站，其中第q个边缘用户的挑选方法为：首先计算

将基站i'加入集合C_q，其中

为Λ_H,i,q的第h_i,q个对角元，h_i,q为Λ_H,i,q的最大对角元的位置，

为Λ_V,i,q的第v_i,q个对角元，v_i,q为Λ_V,i,q的最大对角元的位置；接着对任意i∈{1,2,…,G}且i≠i′判断是否满足

若满足，则将基站i加入集合B_q，将集合C_q中的元素个数记为T_q，其中ω为用户对服务基站提供服务质量要求的门限；

c3)对集合S^(p)中所有满足μ_q＝1的用户q，计算其有用信号指标

找出其中有用信号指标最大的用户，假设为集合S^(p)中的第q个用户，将其加入边缘用户服务集合S_e，并令μ_q＝0，c＝c+1；

c4)若c＜K_e且向量μ中存在非零元素，则令d＝1并进入步骤c5)，其中K_e为该协作区域内同时服务的最大边缘用户数；否则，结束对边缘用户的干扰协调；

c5)对集合S^(p)中的第d个边缘用户，若μ_d＝1，则进入步骤c6)；否则，进入步骤c8)；

c6)对集合S_e中任意边缘用户q'，若均满足h_i,d≠h_i,q'或v_i,d≠v_i,q'，其中h_i,d为Λ_H,i,d的最大对角元的位置，h_i,q'为Λ_H,i,q'的最大对角元的位置，v_i,d为Λ_V,i,d的最大对角元的位置，v_i,q'为Λ_V,i,q'的最大对角元的位置，则进入c7)，否则，令μ_d＝0并进入步骤c8)；

c7)对集合S_e中的任意边缘用户k_c均满足集合S^(p)中的第d个用户对其的信号干扰比

且其对集合S^(p)中的第d个用户的信号干扰比

则进入步骤c8)，其中δ₂为预先设置的门限值；否则令μ_d＝0并进入步骤c8)；

c8)若d≥Q，进入步骤c2)；否则，令d＝d+1，并进入步骤c5)；

步骤四：基于部分频率复用方法划分中心用户及边缘用户的服务频段，并计算各基站对边缘用户的发送功率；具体包括如下子步骤：

d1)根据服务用户数将总频段划分成中心用户服务频段B_c及边缘用户服务频段B_e，其中所有小区中心用户共用频段B_c，系统边缘用户共用频段B_e；

d2)计算基站对边缘用户的发送功率P_i ^e，满足

且P_i ^e＝α_eP_i ^c，其中α_e为功率放大因子，

为第i个小区基站服务的中心用户数，

为第i个小区基站服务的边缘用户数，P_i ^c为中心用户的发送功率，P_i为第i个小区基站的总发送功率；

步骤五：各小区仅对边缘用户服务集合S_e中的各用户q∈S_e计算波束成形向量并利用此前计算出的发送功率进行预编码传输服务；其中，全协作干扰协调方法中协作区域内各基站均对边缘用户服务集合S_e中的各用户进行预编码传输，第i,i＝1,2,…,G个小区基站对边缘用户q∈S_e的波束成形向量b_i,q为

代表Kroneck积运算，上标(·)^*代表共轭，

为矩阵

的第h_i,q列，

为矩阵

的第v_i,q列；部分干扰协调方法中对边缘用户q∈S_e仅集合C_q中的小区基站对其进行预编码传输，第i,i∈C_q个小区基站对其的波束成形向量b_i,q为

全协作干扰协调方法中

的计算方法为：

部分协作干扰协调方法中

的计算方法为：

其中，P_i ^e为基站i对边缘用户的发送功率，β_i,q为第i个小区的基站与第q个边缘用户间信道的大尺度衰落因子，

为Λ_H,i,q的最大特征元，

为Λ_V,i,q的最大特征元，C_q为部分协作方法中第q个边缘用户的服务基站集合。

2.根据权利要求1所述的FD-MIMO多小区下行干扰协调方法，其特征在于，全协作干扰协调方法中

和

的计算方法为：

部分协作干扰协调方法中

和

的计算方法为：

其中，C_d和

分别代表部分协作干扰协调方法中第d个和第k_c个边缘用户的服务基站集合，P_t ^e和

分别为第t个小区的基站和第s个小区的基站对服务边缘用户的发送功率，

和

分别为第t个小区的基站、第s个小区的基站与第k_c个边缘用户间信道的大尺度衰落因子，β_t,d和β_s,d分别为第t个小区的基站、第s个小区的基站与第d个边缘用户间信道的大尺度衰落因子，

为

的第h_s,d个对角元，

为

的第v_s,d个对角元，

为Λ_H,t,d的第

个对角元，

为Λ_V,t,d的第

个对角元，

和

分别为

的第a个对角元和

的第b个对角元，

和

分别为Λ_H,s,d的第a个对角元和Λ_V,s,d的第b个对角元，

及

分别为第s个小区的基站与第k_c个用户间信道的水平发送相关阵及垂直发送相关阵，矩阵

为第s个小区的基站与第k_c个用户间的归一化信道矩阵，

及

分别为第t个小区的基站与第d个用户间信道的水平发送相关阵及垂直发送相关阵，矩阵H_t,d为第t个小区的基站与第d个用户间信道的归一化信道矩阵，

和

分别为

和

的最大对角元，

和

分别为Λ_H,s,d和Λ_V,s,d的最大对角元,

矩阵

为第t个小区的基站与第k_c个用户间的归一化信道矩阵，

矩阵H_s,d为第s个小区的基站与第d个用户间的归一化信道矩阵。

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