[发明专利]FD-MIMO多小区下行干扰协调方法

权利要求书

1.FD-MIMO多小区下行干扰协调方法，其特征在于，采用多小区下行传输系统，系统包括多个小区，各小区分为若干扇区；相邻小区的相邻扇区组成协作区域，协作区域内小区数记为G，各基站采用均匀平面天线阵，垂直方向包括M_v行天线阵元，水平方向每行M_h个阵元；各基站利用已知的统计信道信息对协作区域内的用户进行基于部分频率复用的下行干扰协调，具体包括如下步骤：

步骤一：初始化，令其中Ψ_i为该协作区域内第i个小区的中心用户集合，Φ_i为该协作区域内第i个小区的边缘用户集合，为该协作区域内第i个小区的服务用户集合，S^(p)为该协作区域内边缘用户集合，S_e为该协作区域内边缘用户服务集合，为空集；

步骤二：该协作区域内第i个小区，利用大尺度衰落因子，将本小区内各用户划分至本小区中心用户集合Ψ_i或本小区边缘用户集合Φ_i；从而获得该协作区域边缘用户集合其中，对该协作区域内第i个小区中第k个用户的具体划分方法如下：

a1)对第i个小区的第k个用户，计算该用户到第i个小区的基站与该用户到该协作区域内第j个小区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为第i个小区的基站与第i个小区的第k个用户间的大尺度衰落因子，β_j,i,k为第j个小区的基站与第i个小区的第k个用户间信道的大尺度衰落因子；

a2)若对于任意j∈{1,2,…,G}且j≠i，S_i,j,k均大于某一预先设置的门限值δ₁，则将第i个小区的第k个用户加入集合Ψ_i；否则，则该用户加入集合Φ_i；

步骤三：对集合S^(p)中各边缘用户利用统计信道信息进行全协作干扰协调或部分协作干扰协调；

所述统计信道信息包括：该协作区域内第i,i＝1,2,…,G个小区基站与该协作区域边缘用户集合S^(p)中的第q个用户间信道的大尺度衰落因子β_i,q、垂直发送相关阵水平发送相关阵以及其中，q＝1,…,Q，Q为集合S^(p)中用户个数，矩阵为基站i与边缘用户q间的归一化信道矩阵，满足其第m行第n列的元素[H_i,q]_m,n为基站i第m行第n列的天线阵元与边缘用户q之间的信道系数，和分别为M_v×M_v和M_h×M_h的DFT矩阵，其第m行第n列的元素分别为和上标(·)^H代表共轭转置，E{·}代表求均值，tr{·}代表求矩阵的迹，j′为虚数单位；

所述全协作干扰协调方法按如下步骤进行：

b1)初始化该协作区域边缘用户服务集合c＝0，μ为Q维的列向量，其各元素均为1，其第q个元素记为μ_q；

b2)对集合S^(p)中所有满足μ_q＝1的用户q，计算其有用信号指标找出其中有用信号指标最大的用户，假设为集合S^(p)中的第个用户，将其加入边缘用户服务集合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，则令d＝1并进入步骤b4)，其中K_e为该协作区域内同时服务的最大边缘用户数；否则，结束对边缘用户的干扰协调；

b4)对集合S^(p)中的第d个边缘用户，若μ_d＝1，则进入步骤b5)；否则，进入步骤b7)；

b5)对集合S_e中任意边缘用户q'，若均满足h_i,d≠h_i,q'或v_i,d≠v_i,q'，其中h_i,d为Λ_H,i,d的最大对角元的位置，h_i,q'为Λ_H,i,q'的最大对角元的位置，v_i,d为Λ_V,i,d的最大对角元的位置，v_i,q'为Λ_V,i,q'的最大对角元的位置，则进入b6)，否则，令μ_d＝0并进入步骤b7)；

b6)对集合S_e中的任意边缘用户k_c均满足集合S^(p)中的第d个用户对其的信号干扰比且其对集合S^(p)中的第d个用户的信号干扰比则进入步骤b7)，其中δ₂为预先设置的门限值；否则令μ_d＝0并进入步骤b7)；

b7)若d≥Q，进入步骤b2)；否则，令d＝d+1，并进入步骤b4)；

所述部分协作干扰协调方法按如下步骤进行：

c1)初始化该协作区域边缘用户服务集合c＝0，μ为Q维的列向量，其各元素均为1，其第q个元素记为μ_q，并令集合S^(p)中第q个边缘用户的服务基站集合

c2)集合S^(p)中各边缘用户挑选各自的服务基站，其中第q个边缘用户的挑选方法为：首先计算

将基站i'加入集合C_q，其中为Λ_H,i,q的第h_i,q个对角元，h_i,q为Λ_H,i,q的最大对角元的位置，为Λ_V,i,q的第v_i,q个对角元，v_i,q为Λ_V,i,q的最大对角元的位置；接着对任意i∈{1,2,…,G}且i≠i′判断是否满足

若满足，则将基站i加入集合B_q，将集合C_q中的元素个数记为T_q，其中ω为用户对服务基站提供服务质量要求的门限；

c3)对集合S^(p)中所有满足μ_q＝1的用户q，计算其有用信号指标找出其中有用信号指标最大的用户，假设为集合S^(p)中的第q个用户，将其加入边缘用户服务集合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，则令d＝1并进入步骤c5)，其中K_e为该协作区域内同时服务的最大边缘用户数；否则，结束对边缘用户的干扰协调；

c5)对集合S^(p)中的第d个边缘用户，若μ_d＝1，则进入步骤c6)；否则，进入步骤c8)；

c6)对集合S_e中任意边缘用户q'，若均满足h_i,d≠h_i,q'或v_i,d≠v_i,q'，其中h_i,d为Λ_H,i,d的最大对角元的位置，h_i,q'为Λ_H,i,q'的最大对角元的位置，v_i,d为Λ_V,i,d的最大对角元的位置，v_i,q'为Λ_V,i,q'的最大对角元的位置，则进入c7)，否则，令μ_d＝0并进入步骤c8)；

c7)对集合S_e中的任意边缘用户k_c均满足集合S^(p)中的第d个用户对其的信号干扰比且其对集合S^(p)中的第d个用户的信号干扰比则进入步骤c8)，其中δ₂为预先设置的门限值；否则令μ_d＝0并进入步骤c8)；

c8)若d≥Q，进入步骤c2)；否则，令d＝d+1，并进入步骤c5)；

步骤四：基于部分频率复用方法划分中心用户及边缘用户的服务频段，并计算各基站对边缘用户的发送功率；具体包括如下子步骤：

d1)根据服务用户数将总频段划分成中心用户服务频段B_c及边缘用户服务频段B_e，其中所有小区中心用户共用频段B_c，系统边缘用户共用频段B_e；

d2)计算基站对边缘用户的发送功率P_i^e，满足且P_i^e＝α_eP_i^c，其中α_e为功率放大因子，为第i个小区基站服务的中心用户数，为第i个小区基站服务的边缘用户数，P_i^c为中心用户的发送功率，P_i为第i个小区基站的总发送功率；

步骤五：各小区仅对边缘用户服务集合S_e中的各用户q∈S_e计算波束成形向量并利用此前计算出的发送功率进行预编码传输服务；其中，全协作干扰协调方法中协作区域内各基站均对边缘用户服务集合S_e中的各用户进行预编码传输，第i,i＝1,2,…,G个小区基站对边缘用户q∈S_e的波束成形向量b_i,q为代表Kroneck积运算，上标(·)^*代表共轭，为矩阵的第h_i,q列，为矩阵的第v_i,q列；部分干扰协调方法中对边缘用户q∈S_e仅集合C_q中的小区基站对其进行预编码传输，第i,i∈C_q个小区基站对其的波束成形向量b_i,q为

全协作干扰协调方法中的计算方法为：

部分协作干扰协调方法中的计算方法为：

其中，P_i^e为基站i对边缘用户的发送功率，β_i,q为第i个小区的基站与第q个边缘用户间信道的大尺度衰落因子，为Λ_H,i,q的最大特征元，为Λ_V,i,q的最大特征元，C_q为部分协作方法中第q个边缘用户的服务基站集合。

2.根据权利要求1所述的FD-MIMO多小区下行干扰协调方法，其特征在于，全协作干扰协调方法中和的计算方法为：

部分协作干扰协调方法中和的计算方法为：

其中，C_d和分别代表部分协作干扰协调方法中第d个和第k_c个边缘用户的服务基站集合，P_t^e和分别为第t个小区的基站和第s个小区的基站对服务边缘用户的发送功率，和分别为第t个小区的基站、第s个小区的基站与第k_c个边缘用户间信道的大尺度衰落因子，β_t,d和β_s,d分别为第t个小区的基站、第s个小区的基站与第d个边缘用户间信道的大尺度衰落因子，为的第h_s,d个对角元，为的第v_s,d个对角元，为Λ_H,t,d的第个对角元，为Λ_V,t,d的第个对角元，和分别为的第a个对角元和的第b个对角元，和分别为Λ_H,s,d的第a个对角元和Λ_V,s,d的第b个对角元，及分别为第s个小区的基站与第k_c个用户间信道的水平发送相关阵及垂直发送相关阵，矩阵为第s个小区的基站与第k_c个用户间的归一化信道矩阵，及分别为第t个小区的基站与第d个用户间信道的水平发送相关阵及垂直发送相关阵，矩阵H_t,d为第t个小区的基站与第d个用户间信道的归一化信道矩阵，和分别为和的最大对角元，和分别为Λ_H,s,d和Λ_V,s,d的最大对角元,矩阵为第t个小区的基站与第k_c个用户间的归一化信道矩阵，矩阵H_s,d为第s个小区的基站与第d个用户间的归一化信道矩阵。