[發明專利]FD-MIMO多小區下行干擾協調方法

有效

• 申請號: 201811326488.1
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109194375B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 李瀟;秦娜娜;高西奇
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04B7/0413
• 分類號: H04B7/0413;H04W24/04;H04J11/00
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 葉涓涓

1.FD-MIMO多小區下行干擾協調方法，其特征在于，采用多小區下行傳輸系統，系統包括多個小區，各小區分為若干扇區；相鄰小區的相鄰扇區組成協作區域，協作區域內小區數記為G，各基站采用均勻平面天線陣，垂直方向包括M_v行天線陣元，水平方向每行M_h個陣元；各基站利用已知的統計信道信息對協作區域內的用戶進行基于部分頻率復用的下行干擾協調，具體包括如下步驟：

步驟一：初始化，令其中Ψ_i為該協作區域內第i個小區的中心用戶集合，Φ_i為該協作區域內第i個小區的邊緣用戶集合，為該協作區域內第i個小區的服務用戶集合，S^(p)為該協作區域內邊緣用戶集合，S_e為該協作區域內邊緣用戶服務集合，為空集；

步驟二：該協作區域內第i個小區，利用大尺度衰落因子，將本小區內各用戶劃分至本小區中心用戶集合Ψ_i或本小區邊緣用戶集合Φ_i；從而獲得該協作區域邊緣用戶集合其中，對該協作區域內第i個小區中第k個用戶的具體劃分方法如下：

a1)對第i個小區的第k個用戶，計算該用戶到第i個小區的基站與該用戶到該協作區域內第j個小區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為第i個小區的基站與第i個小區的第k個用戶間的大尺度衰落因子，β_j,i,k為第j個小區的基站與第i個小區的第k個用戶間信道的大尺度衰落因子；

a2)若對于任意j∈{1,2,…,G}且j≠i，S_i,j,k均大于某一預先設置的門限值δ₁，則將第i個小區的第k個用戶加入集合Ψ_i；否則，則該用戶加入集合Φ_i；

步驟三：對集合S^(p)中各邊緣用戶利用統計信道信息進行全協作干擾協調或部分協作干擾協調；

所述統計信道信息包括：該協作區域內第i,i＝1,2,…,G個小區基站與該協作區域邊緣用戶集合S^(p)中的第q個用戶間信道的大尺度衰落因子β_i,q、垂直發送相關陣水平發送相關陣以及其中，q＝1,…,Q，Q為集合S^(p)中用戶個數，矩陣為基站i與邊緣用戶q間的歸一化信道矩陣，滿足其第m行第n列的元素[H_i,q]_m,n為基站i第m行第n列的天線陣元與邊緣用戶q之間的信道系數，和分別為M_v×M_v和M_h×M_h的DFT矩陣，其第m行第n列的元素分別為和上標(·)^H代表共軛轉置，E{·}代表求均值，tr{·}代表求矩陣的跡，j′為虛數單位；

所述全協作干擾協調方法按如下步驟進行：

b1)初始化該協作區域邊緣用戶服務集合c＝0，μ為Q維的列向量，其各元素均為1，其第q個元素記為μ_q；

b2)對集合S^(p)中所有滿足μ_q＝1的用戶q，計算其有用信號指標找出其中有用信號指標最大的用戶，假設為集合S^(p)中的第個用戶，將其加入邊緣用戶服務集合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，則令d＝1并進入步驟b4)，其中K_e為該協作區域內同時服務的最大邊緣用戶數；否則，結束對邊緣用戶的干擾協調；

b4)對集合S^(p)中的第d個邊緣用戶，若μ_d＝1，則進入步驟b5)；否則，進入步驟b7)；

b5)對集合S_e中任意邊緣用戶q'，若均滿足h_i,d≠h_i,q'或v_i,d≠v_i,q'，其中h_i,d為Λ_H,i,d的最大對角元的位置，h_i,q'為Λ_H,i,q'的最大對角元的位置，v_i,d為Λ_V,i,d的最大對角元的位置，v_i,q'為Λ_V,i,q'的最大對角元的位置，則進入b6)，否則，令μ_d＝0并進入步驟b7)；

b6)對集合S_e中的任意邊緣用戶k_c均滿足集合S^(p)中的第d個用戶對其的信號干擾比且其對集合S^(p)中的第d個用戶的信號干擾比則進入步驟b7)，其中δ₂為預先設置的門限值；否則令μ_d＝0并進入步驟b7)；

b7)若d≥Q，進入步驟b2)；否則，令d＝d+1，并進入步驟b4)；

所述部分協作干擾協調方法按如下步驟進行：

c1)初始化該協作區域邊緣用戶服務集合c＝0，μ為Q維的列向量，其各元素均為1，其第q個元素記為μ_q，并令集合S^(p)中第q個邊緣用戶的服務基站集合

c2)集合S^(p)中各邊緣用戶挑選各自的服務基站，其中第q個邊緣用戶的挑選方法為：首先計算

將基站i'加入集合C_q，其中為Λ_H,i,q的第h_i,q個對角元，h_i,q為Λ_H,i,q的最大對角元的位置，為Λ_V,i,q的第v_i,q個對角元，v_i,q為Λ_V,i,q的最大對角元的位置；接著對任意i∈{1,2,…,G}且i≠i′判斷是否滿足

若滿足，則將基站i加入集合B_q，將集合C_q中的元素個數記為T_q，其中ω為用戶對服務基站提供服務質量要求的門限；

c3)對集合S^(p)中所有滿足μ_q＝1的用戶q，計算其有用信號指標找出其中有用信號指標最大的用戶，假設為集合S^(p)中的第q個用戶，將其加入邊緣用戶服務集合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，則令d＝1并進入步驟c5)，其中K_e為該協作區域內同時服務的最大邊緣用戶數；否則，結束對邊緣用戶的干擾協調；

c5)對集合S^(p)中的第d個邊緣用戶，若μ_d＝1，則進入步驟c6)；否則，進入步驟c8)；

c6)對集合S_e中任意邊緣用戶q'，若均滿足h_i,d≠h_i,q'或v_i,d≠v_i,q'，其中h_i,d為Λ_H,i,d的最大對角元的位置，h_i,q'為Λ_H,i,q'的最大對角元的位置，v_i,d為Λ_V,i,d的最大對角元的位置，v_i,q'為Λ_V,i,q'的最大對角元的位置，則進入c7)，否則，令μ_d＝0并進入步驟c8)；

c7)對集合S_e中的任意邊緣用戶k_c均滿足集合S^(p)中的第d個用戶對其的信號干擾比且其對集合S^(p)中的第d個用戶的信號干擾比則進入步驟c8)，其中δ₂為預先設置的門限值；否則令μ_d＝0并進入步驟c8)；

c8)若d≥Q，進入步驟c2)；否則，令d＝d+1，并進入步驟c5)；

步驟四：基于部分頻率復用方法劃分中心用戶及邊緣用戶的服務頻段，并計算各基站對邊緣用戶的發送功率；具體包括如下子步驟：

d1)根據服務用戶數將總頻段劃分成中心用戶服務頻段B_c及邊緣用戶服務頻段B_e，其中所有小區中心用戶共用頻段B_c，系統邊緣用戶共用頻段B_e；

d2)計算基站對邊緣用戶的發送功率P_i^e，滿足且P_i^e＝α_eP_i^c，其中α_e為功率放大因子，為第i個小區基站服務的中心用戶數，為第i個小區基站服務的邊緣用戶數，P_i^c為中心用戶的發送功率，P_i為第i個小區基站的總發送功率；

步驟五：各小區僅對邊緣用戶服務集合S_e中的各用戶q∈S_e計算波束成形向量并利用此前計算出的發送功率進行預編碼傳輸服務；其中，全協作干擾協調方法中協作區域內各基站均對邊緣用戶服務集合S_e中的各用戶進行預編碼傳輸，第i,i＝1,2,…,G個小區基站對邊緣用戶q∈S_e的波束成形向量b_i,q為代表Kroneck積運算，上標(·)^*代表共軛，為矩陣的第h_i,q列，為矩陣的第v_i,q列；部分干擾協調方法中對邊緣用戶q∈S_e僅集合C_q中的小區基站對其進行預編碼傳輸，第i,i∈C_q個小區基站對其的波束成形向量b_i,q為

全協作干擾協調方法中的計算方法為：

部分協作干擾協調方法中的計算方法為：

其中，P_i^e為基站i對邊緣用戶的發送功率，β_i,q為第i個小區的基站與第q個邊緣用戶間信道的大尺度衰落因子，為Λ_H,i,q的最大特征元，為Λ_V,i,q的最大特征元，C_q為部分協作方法中第q個邊緣用戶的服務基站集合。

2.根據權利要求1所述的FD-MIMO多小區下行干擾協調方法，其特征在于，全協作干擾協調方法中和的計算方法為：

部分協作干擾協調方法中和的計算方法為：

其中，C_d和分別代表部分協作干擾協調方法中第d個和第k_c個邊緣用戶的服務基站集合，P_t^e和分別為第t個小區的基站和第s個小區的基站對服務邊緣用戶的發送功率，和分別為第t個小區的基站、第s個小區的基站與第k_c個邊緣用戶間信道的大尺度衰落因子，β_t,d和β_s,d分別為第t個小區的基站、第s個小區的基站與第d個邊緣用戶間信道的大尺度衰落因子，為的第h_s,d個對角元，為的第v_s,d個對角元，為Λ_H,t,d的第個對角元，為Λ_V,t,d的第個對角元，和分別為的第a個對角元和的第b個對角元，和分別為Λ_H,s,d的第a個對角元和Λ_V,s,d的第b個對角元，及分別為第s個小區的基站與第k_c個用戶間信道的水平發送相關陣及垂直發送相關陣，矩陣為第s個小區的基站與第k_c個用戶間的歸一化信道矩陣，及分別為第t個小區的基站與第d個用戶間信道的水平發送相關陣及垂直發送相關陣，矩陣H_t,d為第t個小區的基站與第d個用戶間信道的歸一化信道矩陣，和分別為和的最大對角元，和分別為Λ_H,s,d和Λ_V,s,d的最大對角元,矩陣為第t個小區的基站與第k_c個用戶間的歸一化信道矩陣，矩陣H_s,d為第s個小區的基站與第d個用戶間的歸一化信道矩陣。