本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種干擾網(wǎng)絡(luò)中基于分集與復(fù)用增益折中的動態(tài)模式切換方法。

背景技術(shù)：

近年來無線通信的發(fā)展速度迅猛，第四代移動通信系統(tǒng)已經(jīng)大規(guī)模商用，第五代移動通信系統(tǒng)的研究也在世界范圍廣泛展開。無線通信系統(tǒng)中小區(qū)的布設(shè)越來越密集，由此帶來的小區(qū)間的干擾也越來越嚴重。對密集小區(qū)系統(tǒng)的理論研究，在信息論中的理論模型為干擾信道。近年來，對干擾信道的理論研究取得了很大進展。理論研究表明，干擾對齊技術(shù)在干擾信道中可以獲得更高的自由度。然而，與現(xiàn)有技術(shù)相比干擾對齊技術(shù)在高信噪比下才有優(yōu)勢。因此，對于無線通信系統(tǒng)而言，由于信道的衰落特性，其接收機信噪比差異非常大。而且由于接收機或者信道中物體的移動，接收機的信噪比也存在時變特性。因此，對于小區(qū)邊緣用戶，要獲得高的吞吐量，需要綜合考慮各種情況。之前的設(shè)計方法，大多基于仿真分析進行設(shè)計，例如C.Suh，M.Ho和D.Tse在2011年9月第59卷第9期的IEEE無線通信會刊(IEEE Transact ions on Communicat ions)中的第2616-2626頁，發(fā)表了文章《下行鏈路干擾對齊》(Downl ink interference al ignment)，設(shè)計了在多小區(qū)環(huán)境下的干擾對齊方法，但是此算法對干擾空間進行有色化，并基于仿真給出干擾空間有色化參數(shù)。同時，其對多小區(qū)下的干擾進行了統(tǒng)計分析，并且其方法是依據(jù)此統(tǒng)計分析結(jié)果。再例如李建東、馬延軍、劉偉和師超在2011年第38卷第5期的西安電子科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)中的第1-6頁，發(fā)表了文章《多小區(qū)MU-MIMO系統(tǒng)中的動態(tài)模式切換算法》，綜合考慮了小區(qū)邊緣及小區(qū)中心等隨機分布的用戶設(shè)計了動態(tài)模式切換算法。小區(qū)中的所有用戶根據(jù)各自受到干擾的情況，計算一閾值并自行在兩中模式中選取一個。但是，以上的兩個例子都是基于仿真的，并無理論依據(jù)，且第二個例子的動態(tài)模式切換算法僅僅考慮了在兩種算法之間進行選擇，同時，以上的兩個例子中的方法只能適用與特定天線配置環(huán)境下，如仿真設(shè)置都是基于基站配置四根天線，小區(qū)中的用戶都配置四根天線情況下。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種干擾網(wǎng)絡(luò)中基于分集與復(fù)用增益折中的動態(tài)模式切換方法，其方法步驟簡單，實現(xiàn)方便，適用范圍廣，能夠獲得更好的傳輸性能，實用性強，使用效果好，便于推廣使用。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種干擾網(wǎng)絡(luò)中基于分集與復(fù)用增益折中的動態(tài)模式切換方法，所述干擾網(wǎng)絡(luò)包括兩個小區(qū)組成的無線通信系統(tǒng)，每個小區(qū)內(nèi)有一個基站和兩個小區(qū)活動用戶；其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、每個小區(qū)內(nèi)的基站均發(fā)送訓(xùn)練序列到其服務(wù)的兩個小區(qū)活動用戶，小區(qū)活動用戶接收到基站發(fā)送給其的訓(xùn)練序列后進行信道估計并反饋信道狀態(tài)信息和信噪比到為其服務(wù)的基站；

步驟二、每個小區(qū)內(nèi)的基站根據(jù)其接收到的小區(qū)活動用戶的信噪比SNR，判斷傳輸模式，具體過程為：

步驟201、判斷是否滿足條件SNR≥12dB，當滿足條件SNR≥12dB時，判斷傳輸模式為采用干擾對齊方法的傳輸模式，執(zhí)行步驟三；否則，當不滿足條件SNR≥12dB時，執(zhí)行步驟202；

步驟202、判斷是否滿足條件SNR≥3dB，當滿足條件SNR≥3dB時，判斷傳輸模式為采用第一種干擾抑制方法的傳輸模式，執(zhí)行步驟四；否則，當不滿足條件SNR≥3dB時，執(zhí)行步驟203；

步驟203、判斷是否滿足條件SNR≥-2dB，當滿足條件SNR≥-2dB時，判斷傳輸模式為采用第二種干擾抑制方法的傳輸模式，執(zhí)行步驟五；否則，當不滿足條件SNR≥-2dB時，判斷傳輸模式為采用正交復(fù)用方法的傳輸模式，執(zhí)行步驟六；

步驟三、兩個小區(qū)的基站相互交換其服務(wù)的小區(qū)活動用戶的信道狀態(tài)信息，并采用干擾對齊方法的傳輸模式對四個小區(qū)活動用戶進行調(diào)度；

步驟四、兩個小區(qū)的基站相互交換其服務(wù)的小區(qū)活動用戶的信道狀態(tài)信息，并采用第一種干擾抑制方法的傳輸模式對四個小區(qū)活動用戶進行調(diào)度；具體方法為：兩個小區(qū)中的其中一個基站僅與本小區(qū)內(nèi)的一個小區(qū)活動用戶通信，兩個小區(qū)中的另一個基站與本小區(qū)內(nèi)的兩個小區(qū)活動用戶通信；

步驟五、兩個小區(qū)的基站相互交換其服務(wù)的小區(qū)活動用戶的信道狀態(tài)信息，并采用第二種干擾抑制方法的傳輸模式對四個小區(qū)活動用戶進行調(diào)度；具體方法為：兩個小區(qū)中的基站均僅與本小區(qū)內(nèi)的一個小區(qū)活動用戶通信；

步驟六、兩個小區(qū)的基站相互交換其服務(wù)的小區(qū)活動用戶的信道狀態(tài)信息，并采用正交復(fù)用方法的傳輸模式對四個小區(qū)活動用戶進行調(diào)度。

上述的干擾網(wǎng)絡(luò)中基于分集與復(fù)用增益折中的動態(tài)模式切換方法，其特征在于：步驟三中兩個小區(qū)的基站采用干擾對齊方法的傳輸模式對四個小區(qū)活動用戶進行調(diào)度的具體方法為：兩個小區(qū)中的基站均分別與本小區(qū)內(nèi)的兩個小區(qū)活動用戶通信。

上述的干擾網(wǎng)絡(luò)中基于分集與復(fù)用增益折中的動態(tài)模式切換方法，其特征在于：步驟四中兩個小區(qū)的基站采用第一種干擾抑制方法的傳輸模式對四個小區(qū)活動用戶進行調(diào)度的具體方法為：第一個小區(qū)中的基站僅與本小區(qū)內(nèi)的第一個小區(qū)活動用戶通信，第二個小區(qū)中的基站與本小區(qū)內(nèi)的兩個小區(qū)活動用戶通信。

上述的干擾網(wǎng)絡(luò)中基于分集與復(fù)用增益折中的動態(tài)模式切換方法，其特征在于：步驟五中兩個小區(qū)的基站采用第二種干擾抑制方法的傳輸模式對四個小區(qū)活動用戶進行調(diào)度的具體方法為：第一個小區(qū)中的基站僅與本小區(qū)內(nèi)的第一個小區(qū)活動用戶通信，第二個小區(qū)中的基站僅與本小區(qū)內(nèi)的第一個小區(qū)活動用戶通信。

上述的干擾網(wǎng)絡(luò)中基于分集與復(fù)用增益折中的動態(tài)模式切換方法，其特征在于：步驟六中兩個小區(qū)的基站采用正交復(fù)用方法的傳輸模式對四個小區(qū)活動用戶進行調(diào)度的具體方法為：兩個小區(qū)中的基站同時與一個小區(qū)活動用戶通信。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明的方法步驟簡單，實現(xiàn)方便。

2、本發(fā)明適用于由兩個小區(qū)組成的干擾網(wǎng)絡(luò)，基站配置3N根天線，用戶配置2N根天線(N為非零的自然數(shù))，現(xiàn)有技術(shù)中的方法無法應(yīng)用到此場景。

3、本發(fā)明給出了干擾網(wǎng)絡(luò)分集增益與復(fù)用增益的定義，并給出了適合此干擾網(wǎng)絡(luò)天線配置的可行方法，在本發(fā)明提出的步驟三、四、五、六給出的方法之間做切換，能夠獲得更好的傳輸性能；而之前的基于仿真的動態(tài)模式切換算法僅僅根據(jù)仿真結(jié)果在兩種算法之間切換，其性能增益有限。

4、本發(fā)明的適用范圍廣，實用性強，使用效果好，便于推廣使用。

綜上所述，本發(fā)明的方法步驟簡單，實現(xiàn)方便，適用范圍廣，能夠獲得更好的傳輸性能，實用性強，使用效果好，便于推廣使用。

下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的方法流程圖。

圖2為本發(fā)明兩個小區(qū)內(nèi)各有一個基站和兩個小區(qū)活動用戶組成的干擾網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明基站采用干擾對齊方法的傳輸模式對四個小區(qū)活動用戶進行調(diào)度的示意圖。

圖4為本發(fā)明基站采用第一種干擾抑制方法的傳輸模式對四個小區(qū)活動用戶進行調(diào)度的示意圖。

圖5為本發(fā)明基站采用第二種干擾抑制方法的傳輸模式對四個小區(qū)活動用戶進行調(diào)度的示意圖。

圖6為本發(fā)明基站采用正交復(fù)用方法的傳輸模式對四個小區(qū)活動用戶進行調(diào)度的示意圖。

圖7為本發(fā)明方法的仿真結(jié)果圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明的干擾網(wǎng)絡(luò)中基于分集與復(fù)用增益折中的動態(tài)模式切換方法，所述干擾網(wǎng)絡(luò)包括兩個小區(qū)組成的無線通信系統(tǒng)，每個小區(qū)內(nèi)有一個基站和兩個小區(qū)活動用戶；該方法包括以下步驟：

步驟一、每個小區(qū)內(nèi)的基站均發(fā)送訓(xùn)練序列到其服務(wù)的兩個小區(qū)活動用戶，小區(qū)活動用戶接收到基站發(fā)送給其的訓(xùn)練序列后進行信道估計并反饋信道狀態(tài)信息和信噪比到為其服務(wù)的基站；

步驟二、每個小區(qū)內(nèi)的基站根據(jù)其接收到的小區(qū)活動用戶的信噪比SNR，判斷傳輸模式，具體過程為：

步驟201、判斷是否滿足條件SNR≥12dB，當滿足條件SNR≥12dB時，判斷傳輸模式為采用干擾對齊方法的傳輸模式，執(zhí)行步驟三；否則，當不滿足條件SNR≥12dB時，執(zhí)行步驟202；

步驟202、判斷是否滿足條件SNR≥3dB，當滿足條件SNR≥3dB時，判斷傳輸模式為采用第一種干擾抑制方法的傳輸模式，執(zhí)行步驟四；否則，當不滿足條件SNR≥3dB時，執(zhí)行步驟203；

步驟203、判斷是否滿足條件SNR≥-2dB，當滿足條件SNR≥-2dB時，判斷傳輸模式為采用第二種干擾抑制方法的傳輸模式，執(zhí)行步驟五；否則，當不滿足條件SNR≥-2dB時，判斷傳輸模式為采用正交復(fù)用方法的傳輸模式，執(zhí)行步驟六；

步驟三、兩個小區(qū)的基站相互交換其服務(wù)的小區(qū)活動用戶的信道狀態(tài)信息，并采用干擾對齊方法的傳輸模式對四個小區(qū)活動用戶進行調(diào)度；

步驟四、兩個小區(qū)的基站相互交換其服務(wù)的小區(qū)活動用戶的信道狀態(tài)信息，并采用第一種干擾抑制方法的傳輸模式對四個小區(qū)活動用戶進行調(diào)度；具體方法為：兩個小區(qū)中的其中一個基站僅與本小區(qū)內(nèi)的一個小區(qū)活動用戶通信，兩個小區(qū)中的另一個基站與本小區(qū)內(nèi)的兩個小區(qū)活動用戶通信；

步驟五、兩個小區(qū)的基站相互交換其服務(wù)的小區(qū)活動用戶的信道狀態(tài)信息，并采用第二種干擾抑制方法的傳輸模式對四個小區(qū)活動用戶進行調(diào)度；具體方法為：兩個小區(qū)中的基站均僅與本小區(qū)內(nèi)的一個小區(qū)活動用戶通信；

步驟六、兩個小區(qū)的基站相互交換其服務(wù)的小區(qū)活動用戶的信道狀態(tài)信息，并采用正交復(fù)用方法的傳輸模式對四個小區(qū)活動用戶進行調(diào)度。

例如，如圖2所示的干擾網(wǎng)絡(luò)，兩個小區(qū)內(nèi)各有一個基站和兩個小區(qū)活動用戶，兩個基站表示為基站1和基站2，小區(qū)活動用戶表示為用戶[1,1]、用戶[1,2]、用戶[2,1]、用戶[2,2]，用戶[i,j]表示第i小區(qū)中的第j用戶；基站配置3根天線，用戶均配置2根天線；考慮上行鏈路傳輸場景(根據(jù)上下行鏈路的對偶性也適用于下行鏈路)；V^[i]＝[v^[i1]v^[i2]]為第i基站的接收波束成型濾波器矩陣(i＝1,2)，W^[ij]為用戶[i,j]的預(yù)編碼矩陣，x^[ij]為用戶[i,j]發(fā)送的數(shù)據(jù)流，y^[ij]為基站i解調(diào)后得到的其第j用戶的期望信號。為用戶[i,j]到基站k的信道矩陣(k＝1,2)?？紤]信道模型為平坦衰落信道，定義干擾網(wǎng)絡(luò)的復(fù)用增益為且滿足如下關(guān)系：

$R=\underset{j=1}{\overset{2}{\Σ}}\underset{i=1}{\overset{2}{\Σ}}{r}_{ij}{\log }_2\left({\mathrm{SNR}}_{ij}\right)---\left(1\right)$

其中，R為整個干擾網(wǎng)絡(luò)的可達速率，SNR_ij為用戶[i,j]的鏈路信噪比，r_ij為用戶[i,j]鏈路的復(fù)用增益。定義干擾網(wǎng)絡(luò)中用戶[i,j]鏈路的分集增益為：

$\underset{{\mathrm{SNR}}_{ij}\→\mathrm{\∞}}{\lim }\frac{{\log }_2{p}_{out}\left(r_{ij}log{\mathrm{SNR}}_{ij}\right)}{log{\mathrm{SNR}}_{ij}}=-d_{ij}---\left(2\right)$

其中，p_out(·)為中斷概率，則平均每條鏈路的分集增益為

本實施例中，步驟三中兩個小區(qū)的基站采用干擾對齊方法的傳輸模式對四個小區(qū)活動用戶進行調(diào)度的具體方法為：兩個小區(qū)中的基站均分別與本小區(qū)內(nèi)的兩個小區(qū)活動用戶通信。

如圖3所示，考慮上行鏈路情況，即用戶分別發(fā)送數(shù)據(jù)到為自己服務(wù)的基站。但是由于無線信道的開放性，基站1實際收到的信號為用戶[1,1]，用戶[1,2]，用戶[2,1]及用戶[2,2]的疊加，即基站1收到的信號為：及的疊加。基站1為了解調(diào)x^[11]和x^[12]，這就需要來自于小區(qū)2中用戶的信號僅僅占用一個信號空間，即：

$span(H_1^{\[21\]}{W}^{\[21\]},H_1^{\[22\]}{W}^{\[22\]})=1---\left(3\right)$

同理，在基站2為：

$span(H_2^{\[11\]}{W}^{\[11\]},H_2^{\[12\]}{W}^{\[12\]})=1---\left(4\right)$

基站計算干擾抑制濾波器矩陣為：

$V^{\[1\]}=null(H_1^{\[21\]}{W}^{\[21\]},H_1^{\[22\]}{W}^{\[22\]})---\left(5\right)$

$V^{\[2\]}=null(H_2^{\[11\]}{W}^{\[11\]},H_2^{\[12\]}{W}^{\[12\]})---\left(6\right)$

經(jīng)過收發(fā)濾波器處理后，小區(qū)間的干擾全部抑制，每個小區(qū)均不受另外一個小區(qū)的影響。每個小區(qū)等效為基站有2根天線，小區(qū)中的用戶均有1根天線，等效信道為

進一步，每個小區(qū)可等效為2個獨立的點到點鏈路。此干擾網(wǎng)絡(luò)可等效為4個獨立的點到點的信道，即采用干擾對齊方法，可以獲得的自由度為4，即在此網(wǎng)絡(luò)中同時可以發(fā)送的數(shù)據(jù)流數(shù)量為4，其最大復(fù)用增益為4。對于每條鏈路來講，其中斷概率為p_out≈SNR_ij^-1，即d_ij≈1。從而平均每條鏈路的分集增益為d≈1。

本實施例中，步驟四中兩個小區(qū)的基站采用第一種干擾抑制方法的傳輸模式對四個小區(qū)活動用戶進行調(diào)度的具體方法為：第一個小區(qū)中的基站僅與本小區(qū)內(nèi)的第一個小區(qū)活動用戶通信，第二個小區(qū)中的基站與本小區(qū)內(nèi)的兩個小區(qū)活動用戶通信。

如圖4所示，在此方法中，基站1僅僅與其中的用戶[1,1]通信，數(shù)據(jù)流數(shù)量為1?；?與2個小區(qū)活動用戶通信，每個用戶的數(shù)據(jù)流數(shù)量為1。由于無線信道的開放性，基站2會收到來自用戶[1,1]的干擾信號此干擾信號會占用基站2的一個信號空間。采用干擾抑制方法，?。?/p>

$V^{\[2\]}=null\left(H_2^{\[11\]}{W}^{\[11\]}\right)---\left(7\right)$

從而剩余2個信號空間可以用來分別發(fā)送一個數(shù)據(jù)流到用戶[2,1]及用戶[2,2]。同時，用戶[2,1]及用戶[2,2]計算預(yù)編碼矩陣為：

$W^{\[21\]}=\mathrm{\λ}\left({\left(V^{\[2\]}\right)}^H{H}_2^{\[21\]}\right)---\left(8\right)$

$W^{\[22\]}=\mathrm{\λ}\left({\left(V^{\[2\]}\right)}^H{H}_2^{\[22\]}\right)---\left(9\right)$

其中，λ(·)表示最大特征值對應(yīng)的特征向量；從而，獲得最大的分集增益。

通過以上分析，由2個小區(qū)組成的干擾網(wǎng)絡(luò)分解成為3個獨立的鏈路。每條等效鏈路基站配置1根天線，用戶配置2根天線。對于每條鏈路其自由度為1，分集增益為2。從而，整個網(wǎng)絡(luò)總結(jié)的自由度為3，平均每條鏈路的分集增益為2。

本實施例中，步驟五中兩個小區(qū)的基站采用第二種干擾抑制方法的傳輸模式對四個小區(qū)活動用戶進行調(diào)度的具體方法為：第一個小區(qū)中的基站僅與本小區(qū)內(nèi)的第一個小區(qū)活動用戶通信，第二個小區(qū)中的基站僅與本小區(qū)內(nèi)的第一個小區(qū)活動用戶通信。

如圖5所示，在此方法中，每個基站僅與一個活動用戶通信，且基站與用戶之間僅有一個數(shù)據(jù)流，?。?/p>

$V^{\[1\]}=null\left(H_1^{\[21\]}{W}^{\[21\]}\right)---\left(10\right)$

$V^{\[2\]}=null\left(H_2^{\[11\]}{W}^{\[11\]}\right)---\left(11\right)$

如此設(shè)計后，2個干擾小區(qū)分解為2條相互獨立的鏈路?；九渲?根天線，用戶配置2根天線。則總的發(fā)送的數(shù)據(jù)流數(shù)量為2，平均每條鏈路的自由度為4。

本實施例中，步驟六中兩個小區(qū)的基站采用正交復(fù)用方法的傳輸模式對四個小區(qū)活動用戶進行調(diào)度的具體方法為：兩個小區(qū)中的基站同時與一個小區(qū)活動用戶通信。采用傳統(tǒng)的正交復(fù)用方法(頻分、時分等)，系統(tǒng)等效為2個獨立的小區(qū)，假定基站同時僅與一個用戶通信，且發(fā)送一個數(shù)據(jù)流。從而其自由度為1，分集增益為6。

為了驗證本發(fā)明的有效性，對本發(fā)明提出的步驟三、四、五、六給出的方法進行了復(fù)用增益與分集增益的折中分析對比，采用MATLAB軟件繪制的復(fù)用增益與分集增益的折中分析對比圖如圖6所示，從圖6中可以看出，采用干擾對齊技術(shù)其自由度最高為4，采用傳統(tǒng)的正交復(fù)用方法每條鏈路的分集增益最大為6。隨著系統(tǒng)中用戶的信噪比的變化，應(yīng)當分別采用不同的工作模式。高信噪比情況下采用自由度大的方法，信噪比低的時候，采用分集增益大的方法。如此，整個網(wǎng)絡(luò)的性能得到提高。

為了進一步驗證本發(fā)明的有效性，采用蒙特卡羅方法對本發(fā)明進行了仿真，兩個小區(qū)內(nèi)各有一個基站和兩個小區(qū)活動用戶，組成干擾網(wǎng)絡(luò)，基站配置3根天線，用戶配置2根天線。用戶發(fā)送一個數(shù)據(jù)流到基站。對于干擾對齊方法(IA)，每用戶分配功率為P。對于干第一種干擾抑制方法(IR1)，第一個小區(qū)僅有一個活動用戶，該用戶分配功率為2P，第二個小區(qū)有2個活動用戶，每個用戶分配功率為P。對于第二種干擾抑制方法(IR2)，每個小區(qū)僅有一個活動用戶，每用戶分配功率為2P。對于正交復(fù)用方法(Orth)，每用戶分配功率為4P。從而，對于整個網(wǎng)絡(luò)來講，每種工作方法總的分配功率均為4P，保證了仿真的公平性。仿真結(jié)果圖如圖7所示，由圖7可以看到單獨采用任何一種方法僅僅在某些情況下可達速率高于其他算法。而如果采用本發(fā)明所設(shè)計的動態(tài)模式切換方法(DMS)，可達速率優(yōu)于任何一種單獨的方法。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。