CN102438250B - 采用协作模拟网络编码技术抑制小区间干扰的方法 - Google Patents

Abstract

一种采用协作模拟网络编码技术抑制小区间干扰的方法，该方法是：两个相邻协作小区基站对其边缘的用户进行配对，配对用户利用相同无线资源同时给各自服务基站发送信息，两个协作小区基站分别接收到来自两用户发送的混合模拟网络编码信息后，通过协作获得另一基站接收到的模拟网络编码信息，并对协作获得的模拟网络编码信息和自身接收的网络编码信息进行联合检测，得到本小区用户的发送信息；该方法能够在不改变现有通信设备前提下，消除小区间干扰，同时因为配对用户采用相同无线资源进行传输，解决了传统小区间干扰协调方法的缺陷，提高了小区边缘用户的吞吐量和频谱效率。

Description

采用协作模拟网络编码技术抑制小区间干扰的方法

技术领域

本发明涉及一种采用协作模拟网络编码技术抑制小区间干扰的方法，属于无线移动通信传输的技术领域。

背景技术

为了支持更多的移动终端用户和新兴的无线多媒体业务，下一代宽带蜂窝移动通信系统必须要达到更高的系统吞吐量和频谱效率。然而，相邻小区间的干扰已经使得小区边缘用户性能成为制约整个移动蜂窝通信系统性能的瓶颈。

目前，在LTE（Long Term Evolution）等B3G系统中，主要采用小区间干扰协调ICIC（Inter-Cell Interference Coordination）的方法抑制各小区间干扰。该方法是通过小区间进行相关信息的交互，使得每个小区能够为其小区边缘用户尽量分配与其他相邻小区正交的资源（例如采用不同的频带）进行传输，从而避免小区间干扰。但是，在下一代移动通信中采用小区间干扰协调的方法，将会导致小区边缘用户无法利用系统的全部带宽，这就大大抑制无线宽带通信系统吞吐量的提升。此外，LTE系统还支持干扰随机化和干扰消除等小区间干扰处理方法，干扰随机化是通过直接扩频等方法减轻小区间干扰的影响，但其无法完全消除干扰。虽然干扰消除可以利用波束赋形等技术完全消除小区间干扰，但是，其对系统设备的配置要求很高（例如基站和移动用户终端需配置多天线）。

网络编码技术通过在网络路由节点进行附加的编码操作，能够在理论上达到单信源网络的容量上限。作为一种显著提升无线传输频谱效率和吞吐量的技术，无线网络编码引起了业界的广泛关注，已经被LTE-Advanced和IEEE802.16m等4G系统作为备选技术写入标准。目前的最新研究结果证明，在多信源干扰网络中采用网络编码技术也能够达到网络传输的最大容量。其中，模拟网络编码作为网络编码的一种重要实现方式，在研究和实际中被业界广泛应用。发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种采用协作模拟网络编码技术抑制小区间干扰的方法，用于解决蜂窝移动通信系统中的小区间干扰问题，提高小区边缘用户同频传输的吞吐量和频谱效率。

为了达到上述发明目的，本发明提供了一种采用协作模拟网络编码技术抑制小区间干扰的方法，其特征在于：两个相邻协作小区基站对其小区边缘的用户进行配对，以使主用户和配对用户利用相同无线资源同时发送信息给各自服务基站；两个协作小区基站分别接收到来自两用户发送的模拟网络编码信息后，通过协作获得另一基站接收到的模拟网络编码信息，并对协作获得的模拟网络编码信息和自身接收的模拟网络编码信息进行联合检测，得到本小区主用户的发送信息，并消除来自配对用户的干扰；该方法在不改变现有通信设备的前提下，消除小区间干扰，同时因为配对用户采用和主用户相同无线资源进行传输，解决了传统小区间干扰协调方法的不足，提高了小区边缘用户的吞吐量和频谱效率；所述方法包括下列操作步骤：

（1）两个协作基站确定小区边缘采用模拟网络编码传输的激活用户对集合，所述激活对用户是由位于服务基站的主用户和位于协作基站的、与该主用户配对的配对用户所组成；再判断该激活用户对集合中是否存在需要调度的用户对，如果存在，则执行后续步骤（2）；否则，结束该操作流程；该步骤包括下述操作内容：

（11）第一个小区基站BS1通过测量用户参考信号的信干噪比SINR，判断本小区主用户UE1是否为该小区边缘用户，若是，则执行后续步骤（12）；否则，结束该流程操作；

（12）第二个小区基站BS2在其小区边缘用户中遍历寻找是否存在与主用户UE1采用相同无线资源传输的配对用户，如果存在，则将满足该条件的用户UE2和主用户UE1进行配对，再将该主用户和配对用户组成的用户对划入激活用户对集合，以便进行模拟网络编码传输；否则，结束该流程操作，主用户UE1采用传统非协作网络编码方式传输信息；

（13）如果激活用户对集合中，有多个能够与主用户UE1配对进行模拟网络编码传输的候选用户时，第二个基站BS2根据下述公式从这些候选用户中选择一个配对用户UE2，让其与主用户UE1配对进行协作模拟网络编码传输，该选择准则是：，其中，Σ为所有可调度的候选用户所组成的集合，ue_i为该集合Σ中的第i个用户，h₁、h₂分别为主用户UE1到达两个协作基站BS1与BS2的信道衰落信息，分别为候选用户ue_i到达基站BS1与BS2的信道衰落信息；

（2）每个基站分别根据预定优先级对采用模拟网络编码传输的激活用户对中的主用户UE1和配对用户UE2进行调度；

（3）该两个用户UE1和UE2采用相同的无线资源同时向其所属小区基站和相邻协作小区基站发送信息；

（4）两个协作基站分别接收到该两个用户UE1和UE2发送的模拟网络编码信息，还通过协作分别获得另一基站接收的模拟网络编码信息和检测所需的信息；

（5）每个基站对协作获得的模拟网络编码信息和自身接收的模拟网络编码信息进行联合检测，得到本小区的主用户发送信息；该步骤包括下述操作内容：

（51A）基站BS1通过协作获取另一基站BS2接收的模拟网络编码信息y₂，以及主用户UE1和配对用户UE2到基站BS2的信道衰落信息h₁₂和h₂₂后，基站BS1对自身接收的模拟网络编码信息y₁和协作获得的模拟网络编码信息y₂进行联合检测；

（51B）基站BS2通过协作获取基站BS1接收的模拟网络编码信息y₁，以及主用户UE1和配对用户UE2到基站BS1的信道衰落信息h₁₁和h₂₁后，基站BS2对自身接收的模拟网络编码信息y₂和协作获得的模拟网络编码信息y₁进行联合检测；该步骤（51B）的操作是与（51A）同时执行的；

（52）两个基站BS1和BS2分别采用下述迫零公式检测得到主用户和配对用户的发送信息： ${\left[\begin{array}{cc}{\stackrel{\⩓}{s}}_1& {\stackrel{\⩓}{s}}_2\end{array}\right]}^T=\arg \underset{S_{1-K},S_{2-M}\∈\mathrm{\Ω}}{\min }\left|{\left[\begin{array}{cc}{h}_{11}& h_{12}\\ h_{21}& h_{22}\end{array}\right]}^{-1}{\left[\begin{array}{cc}{y}_1& y_2\end{array}\right]}^T\begin{array}{c}-{\left[\begin{array}{cc}{s}_{1-k}& s_{2-m}\end{array}\right]}^T\end{array}\right|,$ 式中，和分别是基站BS1或BS2检测获得的两个用户UE1和UE2的发送信息，Ω为用户UE1和UE2采用的调制编码方式所有可能星座点的集合，s_1-k和s_2-m分别为Ω中的一个星座点。

本发明采用协作模拟网络编码技术抑制小区间干扰的方法，是因为小区边缘用户到本小区基站和相邻小区基站的通讯链路状况相差不大，因此可以采用小区间协作的方式，对两协作小区边缘的用户进行配对，配对用户利用相同无线资源同时发送信息，两小区基站分别接收到来自两模拟用户发送信息的模拟网络编码信息后，再通过协作获得对方基站接收到的模拟网络编码信息，并对协作获得的模拟网络编码信息和自身接收的模拟网络编码信息进行联合检测，得到所在小区主用户的发送信息。其优点：在不改变现有设备配置的前提下，就能够消除小区间干扰，同时配对用户采用相同频带进行传输，避免了传统小区间干扰协调方法的不足，提高了小区的吞吐量和频谱效率。而且，该方法操作简单，实现方便，具有很好的推广应用前景。

附图说明

图1（A）、（B）分别是本发明协作网络编码的小区间干扰抑制方法的两种网络系统结构组成示意图；

图2是本发明协作网络编码的小区间干扰抑制方法操作步骤流程图

图3是本发明方法与其他小区间干扰处理方法的小区边缘用户吞吐量比较示意图；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。

参见图1（a），介绍本发明采用协作模拟网络编码技术的抑制小区间干扰的方法的网络系统架构图。本发明方法适用于两相邻小区边缘用户进行上行传输，该两相邻小区基站X2接口通过光纤相互连接进行协作。此外，本发明方法也适用于图1（b）所示的网络系统架构，该图中的站点1和2是中继站或基站的分布式天线，它们是通过光纤或无线回程链路的方式与基站相连的。

本发明协作网络编码的小区间干扰抑制方法是：两个相邻协作小区基站对其小区边缘用户进行配对，以使主用户和配对用户利用相同无线资源同时发送信息；两个协作小区基站分别接收到来自两用户发送的模拟网络编码信息后，通过协作获得另一基站接收到的模拟网络编码信息，并对协作获得的模拟网络编码信息和自身接收的模拟网络编码信息进行联合检测，得到本小区主用户的发送信息，并消除来自配对用户的干扰。

参见图2，介绍本发明方法的下述五个具体操作步骤：

步骤1，两个协作基站确定小区边缘采用模拟网络编码传输的激活用户对集合，该激活对用户是由位于服务基站的主用户和位于协作基站的、与该主用户配对的配对用户所组成；再判断该激活用户对集合中是否存在需要调度的用户对，如果存在，则执行后续步骤2；否则，结束该操作流程。

该步骤1包括下述操作内容：

（11）第一个小区基站BS1通过测量用户参考信号的信干噪比SINR，判断本小区用户UE1是否为该小区边缘用户，若是，则执行后续步骤（12）；否则，结束该流程操作；

（12）第二个小区基站BS2在其小区边缘用户中遍历寻找是否存在与主用户UE1采用相同无线资源传输的配对用户，如果存在，则将满足该条件的用户UE2和主用户UE1进行配对，再将该主用户和配对用户组成的用户对划入激活用户对集合，以便进行模拟网络编码传输；否则，结束该流程操作，主用户UE1采用传统非协作网络编码方式传输信息；

（13）如果激活用户对集合中，有多个能够与主用户UE1配对进行模拟网络编码传输的候选用户时，第二个基站BS2根据下述公式从这些候选用户中选择一个配对用户UE2，让其与主用户UE1配对进行协作模拟网络编码传输，该选择准则是：，其中，Σ为所有可调度的候选用户所组成的集合，ue_i为该集合Σ中的第i个用户，h₁、h₂分别为主用户UE1到达两个协作基站BS1与BS2的信道衰落信息，分别为候选用户ue_i到达基站BS1与BS2的信道衰落信息。

步骤2，每个基站分别根据预定优先级对采用模拟网络编码传输的激活用户对中的主用户UE1和配对用户UE2进行调度。例如，基站可以以吞吐量最大为选择目标，从多个采用网络编码传输的候选用户对中选择用户对进行调度。

步骤3，该两个用户UE1和UE2采用相同的无线资源同时向其所属小区基站和相邻协作小区基站发送信息。

步骤4，两个协作基站分别接收到两个用户UE1和UE2发送的模拟网络编码信息，还通过协作分别获得另一基站接收的模拟网络编码信息和检测所需的其他信息。

该步骤4包括下述操作内容：

（41）两个协作基站BS1与BS2分别接收到来自主用户UE1和配对用户UE2各自发送的模拟网络编码信息为：y₁=h₁₁s₁+h₁₂s₂+n₁，y₂=h₂₁s₁+h₂₂s₂+n₂，其中，y₁和y₂分别为基站BS1与BS2接收到的网络编码信息，s₁和s₂分别是用户UE1和UE2的发送信息，h₁₁和h₂₁为主用户UE1到本小区基站BS1和相邻小区基站BS2的信道衰落信息，h₁₂和h₂₂为配对用户UE2到相邻小区基站BS1和本小基站区BS2的信道衰落信息，n₁和n₂是基站BS1与BS2处的加性高斯白噪声；

（42）两个协作基站通过其采用光纤相连的X2接口进行通信实现协作，从而获得对方接收到的模拟网络编码信息和检测所需的其他信息。

步骤5，每个基站对协作获得的模拟网络编码信息和自身接收的模拟网络编码信息进行联合检测，得到本小区主用户的发送信息。

该步骤5包括下述操作内容：

（51）基站BS1通过协作获取另一基站BS2接收的模拟网络编码信息y₂，以及主用户UE1和配对用户UE2到对方基站BS2的信道衰落信息h₁₂和h₂₂后，该基站BS1对自身接收的模拟网络编码信息y₁和协作获得的模拟网络编码信息y₂进行联合检测。

与上述步骤的操作同时，另一个基站BS2也通过协作获取对方基站BS1接收的模拟网络编码信息y₁，以及两个用户UE1和UE2到对方基站BS1的信道衰落信息h₁₁和h₂₁后，该基站BS2对自身接收的模拟网络编码信息y₂和协作获得的模拟网络编码信息y₁进行联合检测。

（52）两个基站BS1和BS2分别采用下述迫零（Zero-forcing）公式检测得到主用户UE1和配对用户UE2的发送信息：

${\left[\begin{array}{cc}{\stackrel{\⩓}{s}}_1& {\stackrel{\⩓}{s}}_2\end{array}\right]}^T=\arg \underset{S_{1-K},S_{2-M}\∈\mathrm{\Ω}}{\min }\left|{\left[\begin{array}{cc}{h}_{11}& h_{12}\\ h_{21}& h_{22}\end{array}\right]}^{-1}{\left[\begin{array}{cc}{y}_1& y_2\end{array}\right]}^T\begin{array}{c}-{\left[\begin{array}{cc}{s}_{1-k}& s_{2-m}\end{array}\right]}^T\end{array}\right|,$ 式中，和分别是基站BS1或BS2检测获得的两个用户UE1和UE2的发送信息，Ω为用户UE1和UE2采用的调制编码方式所有可能星座点的集合，s_1-k和s_2-m分别为Ω中的一个星座点。

为了评估本发明方法的性能增益，申请人进行了多次实施试验，以便将本发明方法实施例与其他小区间干扰处理方法在小区传输性能增益上进行比较。

参见图3，介绍本发明方法实施例与采用其他小区间干扰处理方法的小区边缘用户吞吐量比较示意图。实施例的实验数据是：两相邻协作小区边缘用户数为2，无线传输信道为平坦瑞利衰落信道，将本发明方法实施例与分别采用小区间干扰协调方法、多天线干扰消除方法和传统同频传输方法进行了比较。图3中自上而下分别为本发明方法、多天线干扰消除方法、采用理想串行干扰消除的传统同频传输方法、小区间干扰协调方法和传统同频传输方法对应的五条小区边缘用户吞吐量-信噪比曲线。

实验结果表明，在发射信噪比从0dB增为30dB的过程中，本发明方法的小区边缘用户吞吐量与多天线干扰消除方法的两个试验曲线完全相同而重迭在一起，而且，其自始至终地优于其他几种方法。并且，随着发送信噪比的增加，本发明方法的优势更加明显。这是由于本发明方法能够完全消除两个小区边缘用户间的干扰，并且与多天线干扰消除方法相比，本发明方法并不需要在基站增加额外的天线配置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (4)

1.一种采用协作模拟网络编码技术抑制小区间干扰的方法，其特征在于：两个相邻协作小区基站对其小区边缘用户进行配对，以使主用户和配对用户利用相同无线资源同时给各自服务基站发送信息；两个协作小区基站分别接收到来自两用户发送的模拟网络编码信息后，通过协作获得另一基站接收到的模拟网络编码信息，并对协作获得的模拟网络编码信息和自身接收的模拟网络编码信息进行联合检测，得到本小区主用户的发送信息，并消除来自配对用户的干扰；该方法在不改变现有通信设备的前提下，消除小区间干扰，同时因为配对用户采用和主用户相同无线资源进行传输，解决了传统小区间干扰协调方法的不足，提高了小区边缘用户的吞吐量和频谱效率；所述方法包括下列操作步骤：

（1）两个协作基站确定小区边缘采用模拟网络编码传输的激活用户对集合，所述激活对用户是由位于服务基站的主用户和位于协作基站的、与该主用户配对的配对用户所组成；再判断该激活用户对集合中是否存在需要调度的用户对，如果存在，则执行后续步骤（2）；否则，结束该操作流程；该步骤包括下述操作内容：

（11）第一个小区基站BS1通过测量用户参考信号的信干噪比SINR，判断本小区主用户UE1是否为该小区边缘用户，若是，则执行后续步骤（12）；否则，结束该流程操作；

（12）第二个小区基站BS2在其小区边缘用户中遍历寻找是否存在与主用户UE1采用相同无线资源传输的配对用户，如果存在，则将满足该条件的用户UE2和主用户UE1进行配对，再将该主用户和配对用户组成的用户对划入激活用户对集合，以便进行模拟网络编码传输；否则，结束该流程操作，主用户UE1采用传统非协作网络编码方式传输信息；

（13）如果激活用户对集合中，有多个能够与主用户UE1配对进行模拟网络编码传输的候选用户时，第二个基站BS2根据下述公式从这些候选用户中选择一个配对用户UE2，让其与主用户UE1配对进行协作模拟网络编码传输，该选择准则是：，其中，Σ为所有可调度的候选用户所组成的集合，ue_i为该集合Σ中的第i个用户，h₁、h₂分别为主用户UE1到达两个协作基站BS1与BS2的信道衰落信息，分别为候选用户ue_i到达基站BS1与BS2的信道衰落信息；

（2）每个基站分别根据预定优先级对采用模拟网络编码传输的激活用户对中的主用户UE1和配对用户UE2进行调度；

（3）该两个用户UE1和UE2采用相同的无线资源同时向其所属小区基站和相邻协作小区基站发送信息；

（4）两个协作基站分别接收到该两个用户UE1和UE2发送的模拟网络编码信息，还通过协作分别获得另一基站接收的模拟网络编码信息和检测所需的信息；

（5）每个基站对协作获得的模拟网络编码信息和自身接收的模拟网络编码信息进行联合检测，得到本基站的主用户发送信息；该步骤包括下述操作内容：

（51A）基站BS1通过协作获取另一基站BS2接收的模拟网络编码信息y₂，以及主用户UE1和配对用户UE2到基站BS2的信道衰落信息h₁₂和h₂₂后，基站BS1对自身接收的模拟网络编码信息y₁和协作获得的模拟网络编码信息y₂进行联合检测；

（51B）基站BS2通过协作获取基站BS1接收的模拟网络编码信息y₁，以及主用户UE1和配对用户UE2到基站BS1的信道衰落信息h₁₁和h₂₁后，基站BS2对自身接收的模拟网络编码信息y₂和协作获得的模拟网络编码信息y₁进行联合检测；该步骤（51B）的操作是与（51A）同时执行的；

（52）两个基站BS1和BS2分别采用下述迫零公式检测得到主用户和配对用户的发送信息： ${\left[\begin{array}{cc}{\stackrel{\⩓}{s}}_1& {\stackrel{\⩓}{s}}_2\end{array}\right]}^T=\arg \underset{S_{1-K},S_{2-M}\∈\mathrm{\Ω}}{\min }\left|{\left[\begin{array}{cc}{h}_{11}& h_{12}\\ h_{21}& h_{22}\end{array}\right]}^{-1}{\left[\begin{array}{cc}{y}_1& y_2\end{array}\right]}^T\begin{array}{c}-{\left[\begin{array}{cc}{s}_{1-k}& s_{2-m}\end{array}\right]}^T\end{array}\right|,$ 式中，和分别是基站BS1或BS2检测获得的两个用户UE1和UE2的发送信息，Ω为用户UE1和UE2采用的调制编码方式所有可能星座点的集合，s_1-k和s_2-m分别为Ω中的一个星座点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述两个协作基站是通过光纤连接其X2接口进行协作的相邻小区的基站，或者是采用光纤或回程链路相连接的基站与中继节点、或基站与其分布式天线。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（2）中，基站是以吞吐量最大为选择目标，从多个采用模拟网络编码传输的候选用户对中选择用户对进行调度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（4）包括下述操作内容：

（41）两个协作基站BS1与BS2分别接收到来自主用户UE1和配对用户UE2发送的模拟网络编码信息为：y₁=h₁₁s₁+h₁₂s₂+n₁，y₂=h₂₁s₁+h₂₂s₂+n₂，其中，y₁和y₂分别为基站BS1与BS2接收到的模拟网络编码信息，s₁和s₂分别是用户UE1和UE2的发送信息，h₁₁和h₂₁为主用户UE1到本小区基站BS1和相邻小区基站BS2的信道衰落信息，h₁₂和h₂₂为配对用户UE2到相邻小区基站BS1和本小基站区BS2的信道衰落信息，n₁和n₂是基站BS1与BS2处的加性高斯白噪声；

（42）两个协作基站通过其采用光纤相连的X2接口进行通信实现协作，从而获得对方接收到的网络编码信息和检测所需的其他信息。