[发明专利]基于空域细力度高分波束的簇间干扰消除方法

说明书

本发明公开了一种基于空域细力度高分波束的簇间干扰消除方法，主要解决现有技术中ARSs交叠现象和路径损耗导致小区边缘用户服务质量差的问题。其实现步骤为：1)选取协作区域，计算空间相关矩阵；2)根据空间相关矩阵计算第一阶段预波束成形矩阵，进而计算等效信道维度；3)计算最优空间自由度；4)比较总自由度和最大等效信道维度，判断用户簇是否适合做干扰对齐，若是，则计算第二阶段干扰对齐编解码矩阵，否则，计算第二阶段迫零预编码矩阵；5)联合第一阶段和第二阶段编码，计算两阶段预编码矩阵。本发明边缘簇通过干扰对齐消除簇内干扰，中心簇通过迫零预编码消除簇内干扰，有效地提升了系统吞吐量，可用于大规模MIMO蜂窝网络。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及一种簇间干扰消除方法，可用于大规模MIMO蜂窝网络系统中。

背景技术

目前在第五代蜂窝网5G中，为了满足比长期演进标准LTE-A提高1000倍的无线业务速率，大规模多输入多输出MIMO技术已经被广泛使用，而毫米波的频谱覆盖了30GHz到300GHz的范围，因此应用毫米波频段传输成为增加网络容量的一种可行的方法。

在大规模MIMO网络结构中，为有效地完成下行链路预编码和上行链路检测，基站需要获取足够精准的信道状态信息。对于时分双工系统，可充分利用信道链路的上下行互易特性，通过上行训练，完成基站端信道信息的探测。在该场景中，所需的信道训练序列长度同用户端的天线数量成正比。然而，在频分双工模式中，链路的上下行互易特性，将不再成立。基站仅可通过下行信道训练帧发送、用户端信道估计以及上行信道反馈三个连续的过程来感知下行信道状态信息。此种场景中，下行训练符号的长度以及上行反馈信道信息量与基站端的天线数目成正比，因此将会产生较大的系统开销，尤其在基站天线数量很大的情况下。为了克服这种瓶颈，多种低复杂度的预编码方法相继被提出，比较典型的有以下几种：

1.两阶段预编码方法，即“联合空间分集与复用传输”。两阶段预编码的核心思想可归纳为：首先，根据各自用户信道的协方差特性，将用户进行分簇，同一簇内的各个用户具有近似相同的信道协方差特性；然后，将下行预编码传输过程分割为两个阶段，即外层预编码阶段与内层预编码阶段；

2.三种改进型两阶段预编码方法：

第一种改进型的改进本质在于低开销的随机用户选择和可达合速率最大的外层预编码设计；

第二种改进型的改进本质在于基于相位旋转的以最大化最小用户平均速率为导向的外层预编码设计；

第三种改进型的改进本质在于低复杂度的在线外层预编码跟踪。

上述几种方法，当不同用户簇的电磁散射角度延展范围ASR不交叠时，可实现正交接入。但是，在实际场景中，用户在有限的地理空间内随机部署，不同用户分簇的ASR将以较高概率产生交叠，引入用户簇间的干扰，会降低以上几种预编码算法的性能。小区边缘用户簇受ASR交叠的影响尤为严重，大大的限制了边缘簇的传输速率。

发明内容

本发明目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于空域细力度高分波束的簇间干扰消除方法，以减小ASR交叠对小区边缘用户簇的影响，提高小区边缘簇的传输速率。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下：

(1)选取蜂窝网中由3个相邻基站组成的一个协作区域，计算其内第i个基站到第j个簇的空间相关矩阵其中，i＝{1,2,3}，j＝{1,2,...,J}，J为簇的个数；

(2)计算第一阶段的预波束成形矩阵：

(2.1)将空间相关矩阵特征分解成其中，为的非零特征值组成的对角矩阵，为的非零特征值对应的特征向量组成的矩阵，(.)^H为矩阵的共轭转置；

(2.2)计算的列在单位离散傅立叶变换DFT矩阵中的列标号索引集合，记第i个基站到第j个簇的列标号索引集合为