CN102104880B - 一种中继无线通信网络中的下行小区间干扰协调方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中继无线通信网络中的下行小区间干扰协调方法，属于无线通信技术领域。中继无线通信网络的下行链路中的基站根据相邻小区服务边缘用户的个数和位置将本小区的用户区分为非干扰用户和干扰用户，对于非干扰采用传统模式传输，对干扰用户采用干扰回避模式进行传输。在干扰回避的传输模式中，中继站根据邻小区边缘用户的位置信息和本小区干扰用户的信道信息进行波束形成，从而有效回避对邻小区边缘用户的干扰。本发明方法中，当所有小区一致采用这种干扰回避的策略时，所有的小区边缘用户性能都能够得到有效保护，从而提高了小区边缘用户的吞吐量。

Description

一种中继无线通信网络中的下行小区间干扰协调方法

技术领域

本发明涉及一种中继无线通信网络中的下行小区间干扰协调方法，属于无线通信的技术领域。

背景技术

在蜂窝系统中，小区边缘的用户接收信号能量差、受到的小区间干扰能量强，因此小区边缘用户的通信链路质量比较低，往往不能满足用户服务质量(QoS)的需求。蜂窝系统可以采用小区间干扰协调技术来管理小区间干扰，采用中继技术来提高小区边缘用户的通信质量。

由于小区边缘用户距离基站较远，当基站采用直接传输时，边缘用户能够有效接收的信号能量较低。如果提高基站发射功率将会引入更严重的小区间干扰。如果基站先发给靠近小区边缘的中继站，再由中继站转发给小区边缘用户，这样小区边缘用户就能接收到较强的信号。由于中继的发射功率相对于基站来说比较低，因此产生的干扰覆盖范围小，比较适用于服务小区边缘的用户。

在小区间干扰协调方面，传统的模拟蜂窝网络和GSM蜂窝网络通过提高频率复用因子来降低小区间干扰，从而保证小区边缘用户的可靠性。但是，较高的频率复用因子会严重降低蜂窝系统的频谱效率。现在的LTE系统采用功率控制、小区间干扰删除、软频率复用技术、小区间干扰随机化、波束成型等干扰协调技术来提高边缘用户的性能。

上行系统多采用功率控制、小区间干扰删除等技术进行干扰协调。中国专利200810065659(一种中继无线通信网络的小区间干扰协调方法，2009年07月)公开了一种中继无线通信网络的小区间干扰协调方法，可以通过用户选择接入中继或基站，并结合发射功率控制来协调上行小区间干扰。下行系统多采用软频率复用、波束成型等技术来进行小区间干扰协调。中国移动在3GPP工作中的技术提案R1-060517(Further analysis of theperformance of inter-cell interference mitigation with beam-forming，2006年2月)就指出，波束成型可以充分发挥多天线技术的优势，通过调整波束的方向来回避干扰，改善小区边缘用户的性能。此外，波束成型技术还容易与其他干扰技术结合，共同去抑制小区间干扰。

传统的系统在基站采用波束成型，由于基站服务的用户较多，对同时处于小区边缘的用户分辨能力低，很难进行有效的干扰回避。而中继站一般在小区的边缘，服务的用户较少，并且容易区分不同位置的边缘用户，可以实现比基站更有效的小区干扰回避。

发明内容

本发明的目的是提出一种中继无线通信网络中的下行小区间干扰协调方法，基站根据相邻基站服务小区边缘用户的情况采用不同模式服务本小区的用户，对于会对相邻小区边缘用户产生严重干扰的用户利用空间波束成型来回避干扰，从而有效降低小区边缘用户受到的干扰，并提高所有小区边缘的吞吐量。

本发明提出的中继无线通信网络中的下行小区间干扰协调方法，包括以下各步骤：

(1)中继无线通信网络的下行链路中的各基站向相邻小区的基站发出干扰回避请求，若本次服务的用户中含有处于小区边缘的用户，则将边缘用户称为“保护用户”，基站向相邻小区基站发出的干扰回避请求中包含“保护用户”的个数，并包含“保护用户”的位置信息；若本次服务的用户中不含有处于小区边缘的用户，则向相邻小区基站发出的干扰回避请求中将“保护用户”的个数记为零；

(2)各基站接收相邻小区基站的干扰回避请求，若相邻小区中“保护用户”的个数为零，则本小区的所有用户为非干扰用户，若相邻小区中“保护用户”的个数不为零，则与相邻小区中的“保护用户”位置相邻的本小区的用户为干扰用户，其他用户为非干扰用户；

(3)各基站对本小区的非干扰用户采用传统模式传输，对干扰用户采用干扰回避模式传输，具体过程如下：

(3-1)设本小区中存在N个干扰用户，相邻小区存在K个保护用户，基站将N个干扰用户的待传输数据与K个保护用户的位置信息同时发送给中继无线通信网络的下行链路中的中继站；

(3-2)中继站向本小区第n(n＝1，...，N)个干扰用户发送待传输数据时采用的发射波束向量为：

$p_n=h_n^H{(\underset{m=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{h}_m{h}_m^H+\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{R}_k)}^{-1}$

其中h_n是中继站到第n(n＝1，...，N)个干扰用户的信道响应；

表示中继站与第k(k＝1，...，K)个保护用户的信道相关阵；

$a\left(\mathrm{\θ}\right)=[1,\exp \left(j2\mathrm{\π}\frac{d}{\mathrm{\λ}}\sin \mathrm{\θ}\right),\mathrm{\Λ},\exp \left(j2\mathrm{\π}(M-1)\frac{d}{\mathrm{\λ}}\sin \mathrm{\θ}\right)]$ 是中继站M个发射天线上的阵簇矢量；

${\mathrm{\θ}}_{k,i}={\mathrm{\θ}}_k+(\frac{i}{D}-\frac{1}{2})\mathrm{\φ},i=1,...,D;$

α_k表示中继站到第k个保护用户的路径损耗；

θ_k表示中继站到第k个保护用户的到达角；

D表示中继站周围的散射体个数；

φ表示中继站天线的角度扩展；

d表示中继站天线的间距；

λ表示无线信号的波长。

注：d和λ属于系统固定参数，D和φ可以由中继站的通信环境确定，α_k和θ_k可以由保护用户和中继站的位置信息确定，h_n可以利用上下行对偶性在上行链路中估计得到。

本发明提出的中继无线通信网络中的下行小区间干扰协调方法，具有以下优点：

(1)本发明采用中继来服务小区边缘用户来代替基站直接服务小区边缘用户，这样可以在提高小区边缘用户链路质量的同时降低小区干扰；

(2)在本发明中，中继站比基站的形成的波束覆盖范围小，对边缘用户的位置分辨能力强，因此中继站进行干扰协调比较灵活，同时可以获得比基站进行干扰协调性能更好；

(3)在本发明中，中继站进行干扰协调时不需要被保护用户的瞬时信道信息，而只需要该用户的位置信息，因此基站间交换的信息少，可以有效节省交换信息时的信令开销。

附图说明

图1是本发明方法的流程框图。

图2是基站1无干扰协调时的信号传输示意图。

图3是基站1有干扰协调时的信号传输示意图。

图4是基站1和基站2都有干扰协调时的信号传输示意图。

具体实施方式

本发明提出的中继无线通信网络中的下行小区间干扰协调方法，其流程框图如图1所示，包括以下各步骤：

(1)中继无线通信网络的下行链路中的各基站向相邻小区的基站发出干扰回避请求，若本次服务的用户中含有处于小区边缘的用户，则将边缘用户称为“保护用户”，基站向相邻小区基站发出的干扰回避请求中包含“保护用户”的个数，并包含“保护用户”的位置信息；若本次服务的用户中不含有处于小区边缘的用户，则向相邻小区基站发出的干扰回避请求中将“保护用户”的个数记为零；

(2)各基站接收相邻小区基站的干扰回避请求，若相邻小区中“保护用户”的个数为零，则本小区的所有用户为非干扰用户，若相邻小区中“保护用户”的个数不为零，则与相邻小区中的“保护用户”位置相邻的本小区的用户为干扰用户，其他用户为非干扰用户；

(3)各基站对本小区的非干扰用户采用传统模式传输，对干扰用户采用干扰回避模式传输，具体过程如下：

(3-1)设本小区中存在N个干扰用户，相邻小区存在K个保护用户，基站将N个干扰用户的待传输数据与K个保护用户的位置信息同时发送给中继无线通信网络的下行链路中的中继站；

(3-2)中继站向本小区第n(n＝1，...，N)个干扰用户发送待传输数据时采用的发射波束向量为：

$p_n=h_n^H{(\underset{m=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{h}_m{h}_m^H+\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{R}_k)}^{-1}$

其中h_n是中继站到第n(n＝1，...，N)个干扰用户的信道响应；

表示中继站与第k(k＝1，...，K)个保护用户的信道相关阵；

$a\left(\mathrm{\θ}\right)=[1,\exp \left(j2\mathrm{\π}\frac{d}{\mathrm{\λ}}\sin \mathrm{\θ}\right),\mathrm{\Λ},\exp \left(j2\mathrm{\π}(M-1)\frac{d}{\mathrm{\λ}}\sin \mathrm{\θ}\right)]$ 是中继站M个发射天线上的阵簇矢量；

${\mathrm{\θ}}_{k,i}={\mathrm{\θ}}_k+(\frac{i}{D}-\frac{1}{2})\mathrm{\φ},i=1,...,D;$

α_k表示中继站到第k个保护用户的路径损耗；

θ_k表示中继站到第k个保护用户的到达角；

D表示中继站周围的散射体个数；

φ表示中继站天线的角度扩展；

d表示中继站天线的间距；

λ表示无线信号的波长。

下面结合附图和实例对本发明方法进一步说明。

如图2所示，在下行链路通信中，基站1服务用户1，基站2服务用户2。由于用户1和用户2的位置比较靠近，并且都接近小区边缘，因此基站1服务用户1时会对用户2产生严重的干扰。在本法发明中，基站1和基站2相互发送干扰回避请求。以基站2为例，基站2发现用户2处于小区的边缘位置，因此将用户2划为“保护用户”，因此向基站1发出的干扰回避请求中，“保护用户”的个数为1，“保护用户”的位置就是用户2的位置。

基站1首先接收基站2发出的干扰回避请求，发现基站1服务的用户1距离基站2请求保护的用户2非常近，因此服务用户1会对用户2产生严重干扰，因此基站1将用户1划为干扰用户，并对用户1采用干扰回避模式进行传输。当基站1对用户1采用干扰回避模式进行传输时，基站1首先将用户1的数据和用户2的位置信息发送给中继站1，中继站1对用户1采用的发射波束可以表示为：

$p_1=h_{11}^H{(h_{11}{h}_{11}^H+R_{12})}^{-1}$

其中h₁₁是中继站1到用户1的信道响应；

表示中继站1与用户2的信道相关阵；

$a\left(\mathrm{\θ}\right)=[1,\exp \left(j2\mathrm{\π}\frac{d}{\mathrm{\λ}}\sin \mathrm{\θ}\right),\mathrm{\Λ},\exp \left(j2\mathrm{\π}(M-1)\frac{d}{\mathrm{\λ}}\sin \mathrm{\θ}\right)]$ 是中继站M个发射天线上的阵簇矢量；

${\mathrm{\θ}}_{1,i}={\mathrm{\θ}}_{12}+(\frac{i}{D_1}-\frac{1}{2}){\mathrm{\φ}}_1,i=1,...,D_1;$

α₁₂表示中继站1到用户2的路径损耗；

θ₁₂表示中继站1到用户2的到达角；

D₁表示中继站1周围的散射体个数；

φ₁表示中继站1天线的角度扩展；

d表示中继站天线的间距；

λ表示无线信号的波长。

当中继站1采用上述的发射波束后，如图3所示，中继站1在服务用户1时根据用户2的位置信息进行干扰回避，从而保护了用户2的性能。

同理，基站2接收基站1发出的干扰回避请求，发现基站2服务的用户2距离基站1请求保护的用户1非常近，因此服务用户2会对用户1产生严重干扰，因此基站2将用户2划为干扰用户，并对用户2采用干扰回避模式进行传输。因此，基站2将用户2的数据和用户1的位置信息发送给中继站2，中继站2对用户2采用的发射波束可以表示为：

$p_2=h_{22}^H{(h_{22}{h}_{22}^H+R_{21})}^{-1}$

其中h₂₂是中继站2到用户2的信道响应；

表示中继站2与用户1的信道相关阵；

$a\left(\mathrm{\θ}\right)=[1,\exp \left(j2\mathrm{\π}\frac{d}{\mathrm{\λ}}\sin \mathrm{\θ}\right),\mathrm{\Λ},\exp \left(j2\mathrm{\π}(M-1)\frac{d}{\mathrm{\λ}}\sin \mathrm{\θ}\right)]$ 是中继站M个发射天线上的阵簇矢量；

${\mathrm{\θ}}_{2,i}={\mathrm{\θ}}_{21}+(\frac{i}{D_2}-\frac{1}{2}){\mathrm{\φ}}_2,i=1,...,D_2;$

α₂₁表示中继站2到用户1的路径损耗；

θ₂₁表示中继站2到用户1的到达角；

D₂表示中继站2周围的散射体个数；

φ₂表示中继站2天线的角度扩展；

d表示中继站天线的间距；

λ表示无线信号的波长。

当中继站2采用上述的发射波束后，如图4所示，中继站2在服务用户2时根据用户1的位置信息进行干扰回避，从而保护了用户1的性能。当基站1和基站2都采用干扰回避模式服务处于小区边缘的用户1和用户2，则可以有效降低用户1和用户2受到的小区间干扰，从而提高边缘用户的性能。

Claims (1)

1.一种中继无线通信网络中的下行小区间干扰协调方法，其特征在于该方法包括以下各步骤：

(1)中继无线通信网络的下行链路中的各基站向相邻小区的基站发出干扰回避请求，若本次服务的用户中含有处于小区边缘的用户，则将边缘用户称为“保护用户”，基站向相邻小区基站发出的干扰回避请求中包含“保护用户”的个数，并包含“保护用户”的位置信息；若本次服务的用户中不含有处于小区边缘的用户，则向相邻小区基站发出的干扰回避请求中将“保护用户”的个数记为零；

(2)各基站接收相邻小区基站的干扰回避请求，若相邻小区中“保护用户”的个数为零，则本小区的所有用户为非干扰用户，若相邻小区中“保护用户”的个数不为零，则与相邻小区中的“保护用户”位置相邻的本小区的用户为干扰用户，其他用户为非干扰用户；

(3)各基站对本小区的非干扰用户采用传统模式传输，对干扰用户采用干扰回避模式传输，具体过程如下：

(3-1)设本小区中存在N个干扰用户，相邻小区存在K个保护用户，基站将N个干扰用户的待传输数据与K个保护用户的位置信息同时发送给中继无线通信网络的下行链路中的本小区中继站；

(3-2)本小区中继站向本小区第n个干扰用户发送待传输数据时采用的发射波束向量为：

$p_n=h_n^H{(\underset{m=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{h}_m{h}_m^H+\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{R}_k)}^{-1}$

其中h_n是本小区中继站到第n个干扰用户的信道响应，其中n＝1，...，N；

表示本小区中继站与第k个保护用户的信道相关阵，其中k＝1，...，K；

$a\left(\mathrm{\θ}\right)=[1,\exp \left(j2\mathrm{\π}\frac{d}{\mathrm{\λ}}\sin \mathrm{\θ}\right),\·\·\·,\exp \left(j2\mathrm{\π}(M-1)\frac{d}{\mathrm{\λ}}\sin \mathrm{\θ}\right)]$ 是中继站M个发射天线上的阵簇矢量；

${\mathrm{\θ}}_{k,i}={\mathrm{\θ}}_k+(\frac{i}{D}-\frac{1}{2})\mathrm{\φ},i=1,...,D;$

α_k表示本小区中继站到第k个保护用户的路径损耗；

θ_k表示本小区中继站到第k个保护用户的到达角；

D表示本小区中继站周围的散射体个数；

φ表示本小区中继站天线的角度扩展；

d表示中继站天线的间距；

λ表示无线信号的波长。

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