一种基于带内自回传的干扰抑制方法

摘要

本发明公开了一种基于带内自回传的干扰抑制方法，特征是在采用带内自回传技术的高密度小基站系统中，通过对自回传资源分配与接入链路预编码的联合设计，实现在接入链路以用户为中心构建小基站协作簇，簇内进行部分协作抑制小基站间的同频干扰，自适应的根据自回传链路速率调整协作簇的大小，在联合设计过程中考虑小基站的回传负载，减小不同小基站自回传资源分配的差异。采用本发明提出的方法能够均衡小基站的回传负载，降低协作开销，提高系统的下行接入链路吞吐量。

主权项

一种基于带内自回传的干扰抑制方法，在采用带内自回传技术的高密度小基站系统(S8)中，系统包含一个宏基站(S1)和多个无线带内自回传小基站(S2)以及若干用户(S3)，所述带内自回传小基站的无线传输分为接入链路(S5)与自回传链路(S4)两个部分；宏基站作为一个中心处理单元通过专用的光纤回传链路(S6)从核心网网关(S7)获取用户的数据并通过自回传链路下发给小基站，小基站通过接入链路将数据发送给用户；其特征在于：宏基站收集其到所有小基站的自回传链路信道以及小基站到用户的接入链路信道的信道状态信息，利用虚拟完全协作法，确定自回传资源分配因子的初始搜索区间上界，进而利用区间消去法确定三个自回传资源分配因子搜索值；在确定的资源分配因子搜索值条件下，基于分块坐标下降法，根据接收矢量更新公式、辅助变量更新公式以及利用优化工具求解的考虑小基站回传负载的组稀疏优化问题，通过交替迭代得到组稀疏化的预编码矩阵；利用区间消去法确定最优的自回传资源分配因子和相应的组稀疏化预编码矩阵；宏基站根据上述自回传资源分配与接入链路预编码矩阵的联合设计结果，设置自回传资源分配，并通过自回传链路下发用户数据和组稀疏化的预编码矩阵给小基站；在接入链路，小基站根据稀疏化的预编码构建以用户为中心可控大小的小基站协作簇进行部分协作；具体操作步骤如下：第一步，宏基站收集其到所有小基站的回传信道以及小基站到用户的接入信道的信道状态信息，利用虚拟完全协作法，将小基站全部无线时频资源用于接入链路资源传输，所有小基站为系统内的所用用户进行完全协作，利用考虑单基站功率限制的完全协作方法求得对应最大的协作增益的系统所有用户接入链路和速率R^Full‑JP，利用资源分配比例因子搜索区间上界公式$\hat{\beta }=max\left(\frac{R^{Full-JP}}{R_l^{BL}+R^{Full-JP}}\right)---\left(1\right)$确定自回传资源分配因子β的初始搜索区间的上界自回传资源分配因子β指无线自回传小基站自回传链路占用的时频资源与小基站全部时频资源的比例，是通过小基站反馈得到的小站l的回传链路速率；利用区间消去法，设置搜索区间的下界a＝0，搜索区间的上界区间长度为根据区间消去法初始搜索值设置公式：β₁＝a+L/4β₂＝b‑L/4                (2)β_m＝(a+b)/2设置资源分配因子的三个搜索值β₁,β₂,β_m；初始化相关参数，随机生成满足小基站的单基站功率约束的初始化预编码矩阵；利用用户速率计算公式求得用户速率R_k，将其作为迭代算法中用户速率的初始化迭代值其中小基站的发射天线数M，用户接受天线数为N，表示基站l到用户k的预编码矢量，为所有小基站到用户k的预编码矢量，为所有小基站用户的集合，为系统内所有小基站的集合；为所有小基站到用户k的信道，通过小基站向宏基站的反馈获得，为将用户k的噪声建模为加性高斯白噪声的均方差；初始化预编码l₂范数近似的权值初始化辅助变量值w_k＝1；第二步，在自回传资源分配比例因子β分别取β₁,β₂,β_m的条件下，利用干扰信道加权和速率与最小化和加权均方误差的等价关系，采用分块坐标下降法，分别更新用户接收矢量，辅助变量以及预编码矢量：利用最优的用户接收矢量更新公式，更新每个用户的线性接受矢量；利用均方差计算公式计算每个用户的均方差，其中e_k表示用户k的均方差；将当前辅助变量值赋值保存为w′_k，利用辅助变量更新公式w_k＝e_k^‑1                 (6)更新辅助变量w_k；利用现有的凸优化工具，根据考虑小基站回传负载的组稀疏优化问题公式，更新用户的预编码矢量，其中为基站l到用户k的预编码适量的l₀范数的凸近似，而为凸近似权值；基于组稀疏优化，根据组稀疏预编码范数权值更新公式，更新预编码l₂范数近似的权值；${\theta }_k^l=\frac{1}{\left|\right|v_k^l|{|}_2^2+ϵ}---\left(8\right)$在上述三个更新过程中交替迭代，直到满足迭代终止条件公式其中γ为迭代终止条件门限；利用用户速率计算公式求得用户速率R_k，将其作为迭代算法中用户速率的初始化迭代值计算系统的下行接入链路和速率根据预编码组的功率将其小于指定门限的预编码组中的元素置为零得到稀疏化的预编码矩阵；第三步，利用区间消去法确定最优的自回传资源分配因子和相应的稀疏化的预编码矩阵；利用区间消去法，更新自回传资源分配比例因子搜索值并计算搜索区间：令系统下行接入链路和速率关于资源分配因子β函数比较资源分配因子三个搜索值β₁,β₂,β_m分别对应的系统下行接入链路和速率f(β₁),f(β₂),f(β_m)，首先比较资源分配因子搜索值β₁,β_m对应的系统下行接入链路和速率f(β₁),f(β_m):若f(β₁)<f(β_m)，令b＝β_m,β_m＝β₁；否则，比较资源分配因子搜索值β₂,β_m对应的系统下行接入链路和速率f(β₂),f(β_m):若f(β₂)<f(β_m)，令a＝β_m,β_m＝β₂；否则，令a＝β₁,b＝β₂；更新区间长度L＝b‑a，根据设定终止的区间值，若更新后的区间长度L不满足目标终止的区间值要求，则根据更新后的资源分配因子搜索值转至第二步；否则得到最优的自回传资源分配因子和相应的预编码矩阵，输出对应最大的接入链路和速率的自回传资源分配因子β_m和相应的稀疏化的预编码矩阵；第四步，宏基站根据上述自回传资源分配与接入链路预编码矩阵的联合设计结果设置自回传资源分配，下发用户数据和预编码矩阵给小基站；对于预编码矩阵中被置为零的组，用户k的协作基站簇中将不包含基站l，宏基站不下发用户k的数据给小基站l；进而所有收到用户k的数据的小基站以相干联合处理的方式向用户k联合传输数据；小基站通过自回传链路获得宏基站下发的用户数据和相应的预编码矩阵；根据稀疏化的预编码矩阵，小基站构建以用户为中心的可控大小的协作簇进行部分协作。