CN108809872A - 一种无线通信***中基于干扰再生的干扰管理方法 - Google Patents

一种无线通信***中基于干扰再生的干扰管理方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于用于无线通信技术领域，公开了一种无线通信***中基于干扰再生的干扰管理方法，发射机之间共享信道状态信息与数据信息，受干扰接收机对应的发射机根据该信息构造干扰再生信号；受干扰接收机对应的发射机发送干扰再生信号，受干扰接收机对接收到的由干扰和干扰再生信号构成的混合信号进行匹配滤波，从干扰中再生出期望数据。本发明具有将干扰转化为期望信号，利用干扰的能量，提高受干扰接收机的频谱效率的优点，可用于解决无线通信中的干扰问题；利用数据符号的相对表示关系，在微微基站PBS处构造一个用于干扰再生的IRC信号，利用无线信号之间的相互作用，在进行滤波后，从干扰中再生出PUE的期望信号。

Description

一种无线通信***中基于干扰再生的干扰管理方法
技术领域
本发明属于用于无线通信技术领域，尤其涉及一种无线通信***中基于干扰再生的干扰管理方法。
背景技术
目前，业内常用的现有技术是这样的：随着无线通信技术的发展，无线通信网络将包含多种类型的通信***，并承载多样化的用户业务。随着网络结构的层次化、异构化，以及多种动态频谱共享技术的提出，无线干扰成为制约网络性能的关键因素之一。因此，干扰管理技术的重要性日益凸显。一直以来，人们通过资源分配，如时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、码分多址(CDMA)等，或者信号处理的手段，如干扰对齐(IA)、迫零波束成形(ZFBF)通过对干扰的特征进行改变，实现对干扰造成的负面效果的控制。现有技术一干扰导向管理干扰，在干扰中和(IN)和干扰对齐(IA)的基础上，设计一种干扰导向(IS)机制，利用无线信号间的相互作用，构造干扰导向信号，将受干扰接收机观测到的干扰导向至与其期望信号特征相正交的方向，实现期望信号的无干扰传输。现有技术二一种代数方法的物理层网络编码，通过网格分区法设计了新的物理层网络编码方案，该方法表明使用编解码技术可以对无线网络中的干扰加以利用，而不是简单地将其视为有害信号。现有技术三基于能量采集的主用户干扰的认知中继网络吞吐量研究，分析了认知中继网络中受到主用户干扰的次用户的吞吐量，中继配备能量采集装置供能，可以协助次级用户在解码转发模式下将信息从次级用户发射机发送到次级用户接收机。上述技术需要损失干扰通信对或受干扰通信对的部分功率作为代价来消除干扰的影响，因此导致***的频谱效率降低，进而造成***性能下降。
综上所述，现有技术存在的问题是：现有的干扰管理方法仍然将干扰视为影响通信的消极因素，忽视了干扰可能包含有用的信息，或者通过某种手段可以将干扰携带的信息转换为有用信息的可能。因此，现有的干扰管理方法为了消除干扰的负面影响，总是会付出相应的代价，进而造成通信***的性能下降。
解决上述技术问题的难度和意义：
解决上述问题的难度在于：如何获取干扰中的积极因素，怎么充分地利用干扰中提取的信息来提升通信***性能。意义在于：干扰不再给期望通信带来负面的影响，并且能够利用干扰的信息再生出期望信号，大幅度提升了通信***性能。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种无线通信***中基于干扰再生的干扰管理方法。
本发明是这样实现的，一种无线通信***中基于干扰再生的干扰管理方法，所述无线通信***中基于干扰再生的干扰管理方法的发射机之间共享信道状态信息与数据信息，受干扰接收机对应的发射机根据该信息构造干扰再生信号；受干扰接收机对应的发射机发送干扰再生信号，受干扰接收机对接收到的由干扰和干扰再生信号构成的混合信号进行匹配滤波，从干扰中再生出期望数据。
进一步，所述无线通信***中基于干扰再生的干扰管理方法包括以下步骤：
步骤一，微微基站PBS与宏基站MBS之间实现信道状态信息和数据信息的共享；
步骤二，微微基站PBS利用共享信息，计算干扰再生(IRC)信号携带的数据xRc的幅度和相位，构造出IRC数据xRc；
步骤三，微微基站PBS采用预编码向量pRc发送IRC数据，宏用户MUE的期望数据由宏基站MBS发送，在微微用户PUE处造成干扰，微微用户PUE采用滤波向量f0对接收信号进行匹配滤波，利用IRC信号从干扰中再生出期望信号。微微基站PBS通过专用控制信道将实数系数α的值传送给微微用户PUE，进而从再生出的期望信号中解调出期望数据。
进一步，所述步骤一包括：
(1)微微用户PUE与宏用户MUE分别估计自己与基站间的信道状态信息并反馈给各自的关联基站：宏基站MBS广播导频信号到宏蜂窝用户MUE和微微蜂窝用户PUE，同时微微基站PBS广播导频信号到微微蜂窝用户PUE，宏蜂窝用户MUE根据导频信号估计宏基站MBS到宏蜂窝用户MUE的信道状态信息h1，微微蜂窝用户PUE根据宏基站MBS和微微基站PBS广播的导频信号估计宏基站MBS到微微用户PUE的干扰信道状态信息h10和微微基站PBS到微微蜂窝用户PUE的期望信道状态信息h0；
(2)宏蜂窝用户MUE使用一个低速无差错的反馈链路，将宏基站MBS到宏蜂窝用户MUE的信道状态信息h1反馈给宏基站MBS，微微蜂窝用户PUE选择专用控制信道，将干扰信道状态信息h10和期望信道状态信息h0反馈给微微基站PBS，宏基站MBS和微微基站PBS通过基站间的相互协作，共享信道状态信息、宏基站MBS的期望数据x1和微微基站PBS的期望数据x0。
进一步，所述步骤二包括：
(1)微微基站PBS对信道状态信息h0和h1进行奇异值分解，得到宏基站MBS发送信号的预编码向量p1和微微基站PBS发送的IRC信号的预编码向量pRc，以及微微用户PUE的匹配滤波向量f0；
(2)微微基站PBS设置IRC数据xRc的幅度ρRc＝1；
(3)由IRC数据xRc的幅度ρRc＝1，求得实数系数
其中，A＝Re(β)ρ1cosθ1-Im(β)ρ1sinθ1，B＝Re(β)ρ1sinθ1+Im(β)ρ1cosθ1， Re()和Im()分别表示取复数的实部和虚部；ρ1和θ1分别表示宏基站MBS的发送数据x1的幅度和相位；PT表示微微基站PBS与宏基站MBS的发射功率；
(4)当α无解时，微微基站PBS和微微用户PUE之间采用无干扰管理的通信方式；当α有唯一解时，直接使用干扰再生方法；当α有两个解时，取α＝max{|α+|,|α-|}；然后将α代入其中，ρ0和θ0分别表示微微用户PUE的期望数据x0的幅度和相位，可以得到IRC数据xRc的相位θRc；
(5)根据IRC数据的幅度ρRc和相位θRc，构造微微基站PBS发送的IRC数据
本发明的另一目的在于提供一种应用所述无线通信***中基于干扰再生的干扰管理方法的无线通信***。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：针对宏蜂窝与微微蜂窝共存的混合蜂窝***的下行传输，利用数据符号的相对表示关系，在微微基站PBS处构造一个用于干扰再生的IRC信号，利用无线信号之间的相互作用，使微微蜂窝用户PUE在进行滤波后，能够从干扰中再生出PUE的期望信号。
本发明在微微基站PBS处发送携带IRC数据xRc的IRC信号，而不再发送携带期望数据x0的期望信号，微微用户PUE经过滤波后，能够再生出期望信号本发明将来自宏基站MBS的干扰携带的信息转化为有用信息，从而实现了干扰能量的利用，提高了微微用户PUE的频谱效率。本发明不仅适用于单期望数据流单干扰的情况，还适用于多路期望数据流单干扰、单期望数据流多路干扰，以及多路期望数据流多路干扰的更一般情况。
附图说明
图1是本发明实施例提供的无线通信***中基于干扰再生的干扰管理方法流程图。
图2是本发明实施例提供的使用的混合蜂窝***模型图。
图3是本发明实施例提供的基无线通信***中基于干扰再生的干扰管理方法实现流程图。
图4是本发明实施例提供的在下，不同干扰管理方法的PUE频谱效率图。
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。
本发明旨在将干扰携带的信息转换为有用信息，有效地利用干扰，从而提升微微蜂窝用户的频谱效率。
下面结合附图对本发明的应用原理详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的无线通信***中基于干扰再生的干扰管理方法包括以下步骤：
S101：发射机之间共享信道状态信息与数据信息，受干扰接收机对应的发射机根据该信息构造干扰再生信号；
S102：受干扰接收机对应的发射机发送干扰再生信号，受干扰接收机对接收到的由干扰和干扰再生信号构成的混合信号进行匹配滤波，从干扰中再生出期望数据。
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***模型是单个宏蜂窝与单个微微蜂窝构成的混合蜂窝下行通信***，***中包括1个宏基站MBS，1个微微基站PBS，多个宏蜂窝用户MUE和多个微微蜂窝用户PUE。由于微微蜂窝间的干扰可以通过运营商合理的部署或正交资源分配进行规避，并且在一个宏/微微蜂窝内，一个资源块仅分配给一个用户，基于此我们将***模型简化为仅包含1个MUE和1个PUE的情况。宏基站MBS、宏蜂窝用户MUE、微微基站PBS和微微蜂窝用户PUE配备的天线数分别为和微微基站PBS发送IRC信号至微微蜂窝用户PUE处，宏基站MBS发送到宏用户MUE的期望信号会对微微用户PUE产生干扰，微微蜂窝工作在开放接入模式。
如图3所示，本发明实施例提供的基于干扰再生的干扰管理方法具体包括以下步骤：
步骤1，微微基站PBS与宏基站MBS之间实现信道状态信息和数据信息的共享，实现步骤为：
步骤1a，微微用户PUE与宏用户MUE分别估计自己与基站间的信道状态信息并反馈给各自的关联基站：
宏基站MBS广播导频信号到宏蜂窝用户MUE和微微蜂窝用户PUE，同时微微基站PBS广播导频信号到微微蜂窝用户PUE，宏蜂窝用户MUE根据导频信号估计宏基站MBS到宏蜂窝用户MUE的信道状态信息h1，微微蜂窝用户PUE根据宏基站MBS和微微基站PBS广播的导频信号估计宏基站MBS到微微用户PUE的干扰信道状态信息h10和微微基站PBS到微微蜂窝用户PUE的期望信道状态信息h0；
步骤1b，宏蜂窝用户MUE使用一个低速无差错的反馈链路，将宏基站MBS到宏蜂窝用户MUE的信道状态信息h1反馈给宏基站MBS，微微蜂窝用户PUE选择专用控制信道，将干扰信道状态信息h10和期望信道状态信息h0反馈给微微基站PBS，宏基站MBS和微微基站PBS通过基站间的相互协作，共享信道状态信息、宏基站MBS的期望数据x1和微微基站PBS的期望数据x0；
步骤2，微微基站PBS利用共享信息，计算干扰再生(IRC)信号携带的数据xRc的幅度和相位，从而构造出IRC数据xRc，实现步骤为：
步骤2a，微微基站PBS对信道状态信息h0和h1进行奇异值分解，得到宏基站MBS发送信号的预编码向量p1和微微基站PBS发送的IRC信号的预编码向量pRc，以及微微用户PUE的匹配滤波向量f0；
步骤2b，微微基站PBS设置IRC数据xRc的幅度ρRc＝1；
步骤2c，由IRC数据xRc的幅度ρRc＝1，求得实数系数
其中，A＝Re(β)ρ1cosθ1-Im(β)ρ1sinθ1，B＝Re(β)ρ1sinθ1+Im(β)ρ1cosθ1，Re()和Im()分别表示取复数的实部和虚部；ρ1和θ1分别表示宏基站MBS的发送数据x1的幅度和相位；PT表示微微基站PBS与宏基站MBS的发射功率；
步骤2d，当α无解时，微微基站PBS和微微用户PUE之间采用无干扰管理的通信方式；当α有唯一解时，可以直接使用干扰再生方法；当α有两个解时，取α＝max{|α+|,|α-|}；然后将α代入其中，ρ0和θ0分别表示微微用户PUE的期望数据x0的幅度和相位，可以得到IRC数据xRc的相位θRc；
步骤2e，根据IRC数据的幅度ρRc和相位θRc，构造微微基站PBS发送的IRC数据
步骤3，微微基站PBS采用预编码向量pRc发送IRC数据，宏用户MUE的期望数据由宏基站MBS发送，在微微用户PUE处造成干扰，微微用户PUE采用滤波向量f0对接收信号进行匹配滤波，利用IRC信号从干扰中再生出期望信号。微微基站PBS通过专用控制信道将实数系数α的值传送给微微用户PUE，进而从再生出的期望信号中解调出期望数据。
下面结合附图对本发明的应用效果做详细的描述。
1、仿真条件：
仿真对象：本文提出的基于干扰再生的干扰管理算法(IRC)，与点对点MIMO通信(P2P MIMO)和干扰导向(IS)作比较。其中，P2P MIMO是微微基站PBS在无干扰情况下与微微用户PUE之间的通信；干扰导向(IS)利用导向信号将微微用户PUE观测到的干扰导向至与其期望信号特征相正交的方向，实现微微通信对的无干扰通信。
仿真参数：混合蜂窝***的微微基站PBS与宏基站MBS采用相同功率PT分别发送单路数据，信噪比的取值范围为[-10,20]dB，为噪声功率。其中，和分别是宏基站MBS的发射和接收天线数，和分别是微微基站PBS的发射和接收天线数。
2、仿真内容及分析：
当时，对微微蜂窝用户PUE的频谱效率进行仿真，其结果如图4所示，其中，纵轴表示频谱效率，横轴表示信噪比，由于IRC有效地利用了干扰的能量，将干扰转化为期望信号，其获得的频谱效率优于P2P MIMO。干扰导向(IS)是在受干扰接收机对应的发射机处进行实施，产生导向信号的功率开销导致IS的频谱效率低于P2P MIMO和IRC方法。
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)

1.一种无线通信***中基于干扰再生的干扰管理方法，其特征在于，所述无线通信***中基于干扰再生的干扰管理方法发射机之间共享信道状态信息与数据信息，受干扰接收机对应的发射机根据该信息构造干扰再生信号；受干扰接收机对应的发射机发送干扰再生信号，受干扰接收机对接收到的由干扰和干扰再生信号构成的混合信号进行匹配滤波，从干扰中再生出期望数据。
2.如权利要求1所述的无线通信***中基于干扰再生的干扰管理方法，其特征在于，所述基于干扰再生的干扰管理方法包括以下步骤：
步骤一，微微基站PBS与宏基站MBS之间实现信道状态信息和数据信息的共享；
步骤二，微微基站PBS利用共享信息，计算干扰再生(IRC)信号携带的数据xRc的幅度和相位，构造出IRC数据xRc；
步骤三，微微基站PBS采用预编码向量pRc发送IRC数据，宏用户MUE的期望数据由宏基站MBS发送，在微微用户PUE处造成干扰，微微用户PUE采用滤波向量f0对接收信号进行匹配滤波，利用IRC信号从干扰中再生出期望信号。微微基站PBS通过专用控制信道将实数系数α的值传送给微微用户PUE，进而从再生出的期望信号中解调出期望数据。
3.如权利要求2所述的无线通信***中基于干扰再生的干扰管理方法，其特征在于，所述步骤一包括：
(1)微微用户PUE与宏用户MUE分别估计自己与基站间的信道状态信息并反馈给各自的关联基站：宏基站MBS广播导频信号到宏蜂窝用户MUE和微微蜂窝用户PUE，同时微微基站PBS广播导频信号到微微蜂窝用户PUE，宏蜂窝用户MUE根据导频信号估计宏基站MBS到宏蜂窝用户MUE的信道状态信息h1，微微蜂窝用户PUE根据宏基站MBS和微微基站PBS广播的导频信号估计宏基站MBS到微微用户PUE的干扰信道状态信息h10和微微基站PBS到微微蜂窝用户PUE的期望信道状态信息h0；
(2)宏蜂窝用户MUE使用一个低速无差错的反馈链路，将宏基站MBS到宏蜂窝用户MUE的信道状态信息h1反馈给宏基站MBS，微微蜂窝用户PUE选择专用控制信道，将干扰信道状态信息h10和期望信道状态信息h0反馈给微微基站PBS，宏基站MBS和微微基站PBS通过基站间的相互协作，共享信道状态信息、宏基站MBS的期望数据x1和微微基站PBS的期望数据x0。
4.如权利要求2所述的无线通信***中基于干扰再生的干扰管理方法，其特征在于，所述步骤二包括：
(1)微微基站PBS对信道状态信息h0和h1进行奇异值分解，得到宏基站MBS发送信号的预编码向量p1和微微基站PBS发送的IRC信号的预编码向量pRc，以及微微用户PUE的匹配滤波向量f0；
(2)微微基站PBS设置IRC数据xRc的幅度ρRc＝1；
(3)由IRC数据xRc的幅度ρRc＝1，求得实数系数
其中，A＝Re(β)ρ1cosθ1-Im(β)ρ1sinθ1，B＝Re(β)ρ1sinθ1+Im(β)ρ1cosθ1， Re()和Im()分别表示取复数的实部和虚部；ρ1和θ1分别表示宏基站MBS的发送数据x1的幅度和相位；PT表示微微基站PBS与宏基站MBS的发射功率；
(4)当α无解时，微微基站PBS和微微用户PUE之间采用无干扰管理的通信方式；当α有唯一解时，直接使用干扰再生方法；当α有两个解时，取α＝max{|α+|,|α-|}；然后将α代入其中，ρ0和θ0分别表示微微用户PUE的期望数据x0的幅度和相位，可以得到IRC数据xRc的相位θRc；
(5)根据IRC数据的幅度ρRc和相位θRc，构造微微基站PBS发送的IRC数据
5.一种应用权利要求1～4任意一项所述无线通信***中基于干扰再生的干扰管理方法的无线通信***。
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