[發明專利]基于干擾對齊的蜂窩網絡下行鏈路自適應預編碼方法

有效

• 申請號: 201510637611.1
• 申請日: 2015-09-30
• 公開（公告）號: CN105162505B
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 董恒;紀輝
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04B7/0456
• 分類號: H04B7/0456
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 朱小兵

技術領域

本發明涉及一種基于干擾對齊的蜂窩網絡下行鏈路自適應預編碼方法，屬于蜂窩通信系統基站物理層預編碼技術領域。

背景技術

近幾年來，隨著高速無線通信業務的不斷增長，新一代的移動通信系統需要使用更寬的頻帶為用戶提供速率達到上百兆的無線通信業務，頻譜資源的短缺日益顯著。傳統的蜂窩網絡采用的部分頻率復用技術能達到的容量非常有限。雖然可以采用縮小小區半徑的方法，如微蜂窩，微微蜂窩等技術來進行進一步的提高，但又帶來了新的問題。例如，由于小區的半徑縮小，同頻小區間干擾問題(ICI)日益突出。這對于功率控制提出了很大的挑戰。目前隨著網絡從4G到5G的演進，要求容量每年能翻倍，十年提高1000倍，采用目前的技術是難以達到的。

目前國際上對于下一代的網絡的共識是采用同頻復用，因此新的干擾協調技術是其重要內容。傳統的干擾控制技術包括干擾的避免，干擾抵消等。干擾的避免要求事先感知干擾的時，頻等信息，然后將信道進行正交分配實現干擾的避免。這樣可以理想情況下實現1倍的信道利用率，但如果考慮感知檢測等環節的開銷，通常遠遠達不到。干擾抵消技術常用于多用戶檢測中，將最強干擾信號首先檢測出來，然后重建后從總的信號中抵消掉，再依次檢測其他次強的信號。這個過程的處理復雜度高，時延也較大。

最近國際上出現了一種新的干擾協調技術，干擾對齊(IA)。這種技術的核心思想是參與協調的各方進行編解碼的聯合設計，達到提高系統的容量的目的。對于K對用戶M天線的情況，每對用戶都能夠實現一半的信道容量。因此整個系統的漸進容量是KM/2。這個方法震驚了業界。最初的干擾對齊技術是針對K對用戶模型的，最近在蜂窩網絡里漸漸也開始提出不同的實現方案。

雖然IA技術已經開始被研究應用到蜂窩網絡中，但尚未有人研究基于用戶反饋的帶寬自適應的IA編解碼方案。在移動互聯網等應用中，基于數據的業務一個重要特點是帶寬不同，如簡單的即時聊天可能只需要較小的帶寬，而視頻應用則要較大的帶寬。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于干擾對齊的蜂窩網絡下行鏈路自適應預編碼方法，首次提出移動用戶根據不同業務的特征，可以反饋其需要的帶寬或者速率，基站側在進行干擾對齊(IA)協作編碼的時候實現帶寬的動態指配。該方法可以靈活處理多個移動用戶的不同業務帶寬請求，并能利用較小的發射功率很好地實現協作基站進行全頻率復用的通信。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

本發明提供一種基于干擾對齊的蜂窩網絡下行鏈路自適應預編碼方法，用于全頻率復用的協作雙基站，其特征在于，包括以下具體步驟：

步驟1，雙基站的用戶區域內的所有用戶將自身容量需求反饋至對應的基站；

步驟2，每個基站根據接收到的用戶容量需求，基于干擾對齊技術向各自用戶區域內的每個用戶分配自由度；

步驟3，采用迫零算法設計基站的功率控制矩陣Λ_a，以滿足所有用戶的容量需求，具體為：

其中，σ_n為噪聲功率均方值，為該基站對應的用戶區域內第i個用戶的容量需求，d_i為該基站對應的用戶區域內第i個用戶的自由度，i＝1,2,…,K_a，K_a為該基站對應的用戶區域內的用戶數，I_k為k階單位陣，

步驟4，基站采用預編碼矩陣對下行數據進行預編碼傳輸，預編碼矩陣由第一級編碼矩陣和第二級編碼矩陣級聯而成，其中：

第一級編碼矩陣P_a為N階的酉矩陣P的前d_A列，d_A為該基站對應的用戶區域內所有用戶的自由度總數，N為基站子信道數；

第二級編碼矩陣為：

式中，為矩陣P的從d_B+1到d_B+d_i列構成的子矩陣，d_B為協作基站對應的用戶區域內所有用戶的自由度總數，T表示轉置；G_bi為該基站對應的用戶區域內第i個用戶接收到的協作基站的干擾信道，為G_bi的逆矩陣，H_ai為本用戶區域內第i個用戶接收到的直通信道。

作為本發明的進一步優化方案，N階的酉矩陣P通過奇異值分解獲得。

作為本發明的進一步優化方案，當基站的發射功率設限時，設計功率控制因子以實現發射功率恒定，具體為：