CN103701570B - 异构网络下收发机的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种异构网络下收发机的设计方法，包括：获取小基站的预编码矩阵和宏小区用户的解码矩阵，根据所述小基站的所述预编码矩阵迫零小基站对小小区用户的干扰，得到所述小小区用户的解码矩阵；根据所述小小区用户的所述解码矩阵和所述宏小区用户的解码矩阵，计算得到宏基站的预编码矩阵。本发明通过获取小基站的预编码矩阵和宏小区用户的解码矩阵，消除了小基站对小小区用户的干扰；根据所述小小区用户的解码矩阵，从而消除了小基站到小小区用户的干扰；根据宏基站的预编码矩阵，从而消除了宏基站对所有用户的干扰，且该方法中使用的天线数目较少。

Description

异构网络下收发机的设计方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种异构网络下收发机的设计方法。

背景技术

随着无线通信技术的迅速发展，干扰对齐对干扰的消除有着重要的贡献。

目前方案包括：对于一般的异构网络下的干扰对齐中，包括C个小小区（每个小小区具有一个用户）和1个宏小区（具有K个用户），且C个小小区用户和K个宏小区用户的信道系数为常量，对于OSG模式，目前的方案，无论是什么样的天线配置和每个用户的数据流数量，天线数目均较多。

发明内容

（一）解决的技术问题

本发明解决的技术问题是：如何解决天线数目较多的问题。

（二）技术方案

本发明提供了一种异构网络下收发机的设计方法，包括：

获取小基站的预编码矩阵和宏小区用户的解码矩阵，根据所述小基站的所述预编码矩阵迫零小基站对小小区用户的干扰，得到所述小小区用户的解码矩阵；

根据所述小小区用户的所述解码矩阵和所述宏小区用户的解码矩阵，计算得到宏基站的预编码矩阵。

优选地，设***有1个宏基站，宏基站服务K个宏小区用户；C个小基站，每个小基站服务一个小小区用户，宏基站具有C+K个发射天线，小基站具有K个发射天线，每个小小区用户或宏小区用户有C个接收天线，则获取得到的宏小区用户的第一个合并解码矩阵为：

其中，V_i ¹为小基站i第一个合并预编码矩阵，i∈{K+1,...,K+C-2}为第i个小基站，H_j,i为小基站i到宏小区用户j的信道。

优选地，和应满足：

其中，中，i∈{K+C-1,K+C}，为宏小区用户的第二个合并解码矩阵，为任意选取的1×2维向量，j∈{1,...,K-3}，H_j,i为第i个小基站到第j个宏小区用户的信道矩阵。

优选地，对宏小区用户K-2和宏小区用户K-1使用干扰对齐，则有下式：

其中，根据上式可以得到和

利用和分别迫零对齐后的干扰和来自宏小区用户K-2和K-1的干扰：

其中，为小基站i的第二个合并预编码矩阵，i∈{K+C-1,K+C}。

优选地，利用解码矩阵和预编码矩阵使用迫零消除剩余的干扰：

其中，为小基站i的第三个合并预编码矩阵，当i∈{K+1,...,K+C-2}，当i=K+C-1时，其中的维度为K×3,的维度为3×2,的维度为2×1,当i=K+C时其中的维度为K×3,的维度为3×1；并得到宏小区用户的解码矩阵U_j，j∈{1，...，K}。

优选地，所述得到所述小小区用户的解码矩阵为U_j：

其中，H_i,idx(j)为小基站idx(j)对小小区用户i的信道矩阵，idx(j)为服务小小区用户j的小基站，其中j∈{K+1,…,K+C}，U_j为小小区用户的解码矩阵，V_j为了小小区用户的编码矩阵。

优选地，所述得到宏基站的预编码矩阵为：

其中i∈{1,…,K}，V_i代表宏基站的编码矩阵，H_i,1为从宏基站1到用户i的信道矩阵。

优选地，所述获取小基站的预编码矩阵和宏小区用户的解码矩阵，还包括：

通过迫零使得***内小小区用户数目和宏小区用户数目相等，利用干扰对齐得到小基站的预编码矩阵；

通过在宏小区用户端迫零对齐后的和未对齐的干扰得到宏小区用户的解码矩阵。

（三）有益效果

本发明通过提供异构网络下收发机的设计方法，通过获取小基站的预编码矩阵和宏小区用户的解码矩阵，消除了小基站对小小区用户的干扰；根据所述小基站的所述预编码矩阵迫零小基站对小小区用户的干扰，得到所述小小区用户的解码矩阵，从而消除了小基站到小小区用户的干扰；根据所述小小区用户的所述解码矩阵和所述宏小区用户的解码矩阵，计算得到宏基站的预编码矩阵，从而消除了宏基站对所有用户的干扰，且该方法中使用的天线数目较少。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的***模型图；

图2是本发明实施例1提供的方法示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

实施例1：

假设***有1个宏基站，宏基站服务K个宏小区用户；C个小基站，每个小基站服务一个小小区用户。为便于表述，每个用户接收一个独立的数据流。宏基站具有C+K个发射天线，小基站具有K个发射天线，每个用户（包括小小区用户和宏小区用户）具有C个接收天线。

具体***模型图如图1所示，其中，M_m、M_p分别为宏小区基站的天线数和小小区基站的天线数，N为每个用户的天线数。

其中，对于实施例1中的异构网络下收发机的设计方法通过三部分来消除干扰，该方法包括：

1、消除小基站到宏小区用户的干扰。

设U_j,j∈{1,...,K}为宏小区用户的解码矩阵,U_j由合并预编码矩阵组合而成，即U_j的维度为C×1，为宏小区用户的第一个合并解码矩阵，为C×2维矩阵，为宏小区用户的第二个合并解码矩阵，为2×1维向量。V_i,i∈{K+1,...,K+C}为小基站的预编码矩阵。V_i的维度为K×1，当i∈{K+1,...,K+C-2}时当i=K+C-1时，其中为小基站i第一个合并预编码矩阵，其维度为K×3,为小基站i的第二个合并预编码矩阵，其维度为3×2,为小基站i的第三个合并预编码矩阵，其维度为2×1,当i=K+C时其中的维度为K×3,的维度为3×1。

该方法示意图如图2所示，包括：

首先任意给出C-2个小基站的预编码矩阵V_i(此处选取i=K+1,...,K+C-2)。使用迫零算法消除上述C-2个小基站到宏小区的干扰，则宏小区用户的第一个合并解码矩阵应满足：

其中，为随机选取的K×1维向量，H_j,i表示小基站i到宏小区用户j的信道。由于(1)式中干扰矩阵的维度为（C-2）×C，所以存在零空间可得出用户的解码矩阵为C×2维矩阵。通过(1)式消除了从小基站K+1到小基站K+C-2对宏小区用户的干扰。

对于小基站K+C-1和K+C使用迫零消除K-3个宏小区用户（此处选取宏小区用户1到宏小区用户K-3）的干扰，则和应满足：

由于(2)中的干扰矩阵的维度为（K-3）×K，所以存在 为K×3维的矩阵，为任意选取的1×2维向量。

对于宏小区用户K-2和用户K-1使用干扰对齐，则有下式：

由上式可以得到和

和应分别迫零对齐后的干扰和来自宏小区用户K-2和K-1的干扰：

(4)式中的干扰矩阵的维度为1×3，所以从(4)式可以得到小基站K+C-1的3×2维的预编码矩阵(5)式中的干扰矩阵的维度为2×3，所以从(5)中可以得到3×1维的预编码矩阵

对于解码矩阵和预编码矩阵都使用迫零消除剩余的干扰：

(6)式中的干扰矩阵的维度为1×2，所以从(6)式可以得到宏小区用户K的2×1维 的解码矩阵(7)式中的干扰矩阵的维度为1×2，所以从(7)式可以得到小基站K+C-1的2 ×1维的预编码矩阵由前述步骤得到了小基站的预编码矩阵V_i当i∈{K+1,...,K+ C-2}，当i=K+C-1时，其中的维度为K×3,的维度为3×2, 的维度为2×1,当i=K+C时其中的维度为K×3,的维度为3×1。并得到宏小 区用户的解码矩阵U_j(j∈{1,...,K})，

2、消除小小区内部的干扰。

通过迫零小基站对小小区用户的干扰得到小小区用户的解码矩阵。

如下式：

其中，H_i,idx(j)代表小基站idx(j)对小小区用户i的信道矩阵，其中idx(j)表示服务小小区用户j的小基站，其中j∈{K+1,…,K+C}，U_j为小小区用户的解码矩阵，V_j代表了小小区用户的编码矩阵(由a中的步骤可以得到)。此处小基站对小小区用户的干扰矩阵的维度为(C-1)×C,即可以求出小小区用户的预编码矩阵U_j(j∈{K+1,…,K+C}),其为C×1维向量。

3、消除宏基站产生的干扰。

对于宏基站的预编码矩阵可以通过迫零其对宏小区用户和小小区用户的干扰得到。如下式：

其中i∈{1,…,K}，V_i代表宏基站的编码矩阵。H_i,1代表了从宏基站1到用户i的信道矩阵。则宏基站对所有用户(包括宏小区用户1,..,K和小小区用户K+1,...,K+C)所造成的干扰的矩阵的维度为(K+C-1)×(K+C),由此可以得到(K+C)×1维的宏基站的预编码矩阵V_i(i∈{1,…,K})。

综上所述，将***中的干扰分为三种，分别为小基站对宏小区用户的干扰，小基站对小小区用户的干扰，宏基站对所有用户的干扰。通过1中的步骤消除了小基站对宏小区用户的干扰得到了小基站的预编码矩阵V_i(i∈{K+1,…,K+C})和宏小区用户的解码矩阵U_j(j∈{1,…,K})。通过2中的步骤消除了小基站到小小区用户的干扰得到了小小区用户的解码矩阵U_j(j∈{K+1,…,K+C})。通过3中的步骤消除了宏基站对所有用户的干扰，得到了宏基站的预编码矩阵V_i(i∈{1,…,K})。

实施例2：

对于小基站对宏小区用户的干扰还可用下述方法消除，因此本发明第二个实施例提供了一种异构网络下收发机的设计方法，包括：

实施例2与实施例1所使用的天线数目相同，但干扰消除的方法不同。对于任意异构网络其有C个小小区，K个宏小区用户，其中M_p=K（M_p为小基站的天线数）,N=C（N为宏小区用户的天线数）。此处将一个宏小区用户和一个小基站定义为一对，则可将所有小基站和宏小区用户化成三对和两对的情况，即化为若干个K=C=3记此为结构1，和若干个K=C=2的情形记此为结构2。

首先对于K=C的情况，则一定可以化成若干个结构1与结构2.

对于K≠C的情况，因为满足M_p=K和N=C，假设K>C，那么可将K-C个宏小区用户的迫零来自所有小基站的干扰，那么***即可化为K=C的情形。

（a）首先考虑K=C=3为方便讨论这里重新将小基站编号为1、2、3，宏小区用户编号为a、b、c。那么通过干扰对齐可以得到下式：

H_a1V₁H_a2V₂

H_b1V₁＝H_b3V₃

H_c2V₂＝H_c3V₃

其中H_ij代表基站j到用户i的信道矩阵，V_j代表编码矩阵。通过以上式子可以得到编码矩阵V_j其中j∈{1，2，3}。

则其中eig(·)代表取特征向量。

则由V₁可以求得V₂和V₃。由此解出小基站的预编码矩阵。

然后通过在宏小区用户端迫零对齐后的和未对齐的干扰即可得到解码矩阵U_j其中j∈{1，2，3}。

（b）对于K=C=2的结构，可以通过干扰对齐的方法得到预编码矩阵。然后通过迫零的方法得到解码矩阵：

由于K=C=2，首先可以通过干扰对齐得到如下式子：

H_a1V₁＝H_a2V₂

H_b1V₁＝H_b2V₂

可以解得

则因此可解得V₁，故而得到小基站的预编码矩阵。通过在宏小区用户端迫零对齐后的干扰和未对齐的干扰可以得到解码矩阵U_j,j∈{1，2}。

经由上述步骤可分别得到每个部分的小基站的预编码和宏小区用户的解码矩阵，对于每个部分对其它部分的干扰则可以使用迫零的方法直接消除干扰。

对于小基站对小小区用户的干扰和宏基站对所有用户的干扰可以用与案列一相同的迫零法消除，因而在此不再赘述。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (7)

1.一种异构网络下收发机的设计方法，其特征在于，包括：

获取小基站的预编码矩阵和宏小区用户的解码矩阵，根据所述小基站的所述预编码矩阵迫零小基站对小小区用户的干扰，得到所述小小区用户的解码矩阵；

根据所述小小区用户的所述解码矩阵和所述宏小区用户的解码矩阵，计算得到宏基站的预编码矩阵；

设***有1个宏基站，宏基站服务K个宏小区用户；C个小基站，每个小基站服务一个小小区用户，宏基站具有C+K个发射天线，小基站具有K个发射天线，每个小小区用户或宏小区用户有C个接收天线，则获取得到的宏小区用户的第一个合并解码矩阵为：

其中，为小基站i第一个合并预编码矩阵，i∈{K+1,…,K+C-2}，H_j,i为小基站i到宏小区用户j的信道。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，和应满足：

其中，中，n∈{K+C-1,K+C}，为宏小区用户的第二个合并解码矩阵，为任意选取的1×2维向量，j∈{1,…,K-3}，H_a,b为第b个小基站到第a个宏小区用户的信道矩阵。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，对宏小区用户K-2和宏小区用户K-1使用干扰对齐，则有下式：

其中，根据上式可以得到和

利用和分别迫零对齐后的干扰和来自宏小区用户K-2和K-1的干扰：

其中，为小基站K+C-1的第二个合并预编码矩阵，为小基站K+C的第二个合并预编码矩阵。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，利用解码矩阵和预编码矩阵使用迫零消除剩余的干扰：

其中，为小基站d的第三个合并预编码矩阵，令V_d为小基站的预编码矩阵，当d∈{K+1,…,K+C-2}时，当d＝K+C-1时，其中的维度为K×3,的维度为3×2,的维度为2×1；当d＝K+C时其中的维度为K×3,的维度为3×1；并得到宏小区用户的解码矩阵U_e，e∈{1,…,K}。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述得到所述小小区用户的解码矩阵为U_f：

其中，H_g,idx(f)为小基站idx(f)对小小区用户g的信道矩阵，idx(f)为服务小小区用户f的小基站，其中f∈{K+1,…,K+C}，g∈{K+1,…,K+C}且f≠g，U_f为小小区用户的解码矩阵，V_f为小小区用户的预编码矩阵。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述得到宏基站的预编码矩阵为：

其中m∈{1,...,K}，V_m代表宏基站的预编码矩阵，H_p,1为从宏基站1到用户p的信道矩阵，p∈{1,…,K+C}，用户p包括小小区用户和宏小区用户。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取小基站的预编码矩阵和宏小区用户的解码矩阵，还包括：

通过迫零使得***内小小区用户数目和宏小区用户数目相等，利用干扰对齐得到小基站的预编码矩阵；

通过在宏小区用户端迫零对齐后的和未对齐的干扰得到宏小区用户的解码矩阵。