基于分组的多用户蜂窝小区干扰对齐系统及其算法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种MMO多用户蜂窝干扰对齐系统及 其算法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着第三代和第四代移动通信系统的出现，开放的无线接入环境中的终 端用户数目的急剧上升，导致小区边缘用户或让无线通信环境变得更为复杂，通信环境中 的干扰日益严重，导致系统通信质量下降，干扰问题成为现代无线通信发展的瓶颈，故如何 消除有效消除干扰具有重要的理论意义和现实意义。
[0003] 干扰对齐（Interference Alignment)技术作为一种有效消除通信系统中用户间 干扰、成倍提高系统通信速率的技术，近年来受到了研宄人员的广泛关注。它的主要思想是 每个发送端利用获取的信道状态状态信息，设计合理的预编码矩阵，使得接收端接收到的 干扰信号能在空间中对齐，从而接收端在有限的信号维度下，增大了期望信号的维度，提高 系统的传输速率。
[0004] 干扰对齐技术起源于对干扰信道的研宄，因此目前对于干扰信道中的干扰对齐算 法的研宄已经较为成熟，然而，随着蜂窝通信的发展，复杂的蜂窝小区通信环境已经逐渐取 代了简单的干扰信道。
[0005] 由于蜂窝系统较普通的干扰信道复杂，故针对蜂窝系统的干扰对齐算法的研宄成 果较少。蜂窝系统的干扰对齐算法一般分为两类，迭代干扰对齐算法和空间线性干扰对齐 算法，线性的蜂窝系统干扰对齐算法计算量和复杂度相对较低，在实际应用中有一定的优 势。
【发明内容】
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于分组的多用户蜂窝小区干扰对齐系 统，包括： CSI获取模块，位于发送端，用于获取各信道状态信息CSI ; 预编码设计模块，位于发送端，用于设计预编码矢量； 共享模块：位于发送端，用于发送端间共享预编码和信道状态信息； 功率控制模块：位于发送端，用于量化发送端发送信号，控制发送功率； 干扰消除模块：位于接收端，用于消除接收到的已对齐的干扰信号，从而恢复出当前用 户对发送端发送的符号。
[0007] 本发明还提供了基于上述系统的线性干扰对齐算法，包括以下步骤：对于G个相 邻小区，每个小区包含K个用户的通信系统（G，K)，将系统中的G*K个用户分成K组；然后 针对每个接收端接收到的干扰信号，按照分组将系统中的干扰进行对齐，减小每个基站的 干扰信号的维度；最后在接收端利用矩阵计算性质将用户间的干扰分布式消除。
[0008] 所述的干扰对齐算法指线性干扰对齐算法：对于（G，K)系统，接收端i会受到来自 K个分组的干扰，而每个分组中均含有一个有用信号，将其他干扰信号对齐至一个方向上， 从而对于每一个接收端i，其会接收到来自对齐到K个方向上的干扰，对齐后即可用线性干 扰经典算法计算出干扰对齐预编码矩阵。
[0009] 在接收端采用分布式干扰消除算法，其应用了矩阵计算性质将系统中对齐的干扰 信号进行消除，即若矩阵A与B均为复数矩阵，当满足AB = E，E为单位阵，则B的第i列的 共轭转置乘以A的第i列等于1，乘以A其他列均为0,从而计算出干扰消除矩阵。
[0010] 该算法基于分组思想，将各小区的用户进行分组，然后通过在发射端设计合理的 预编码矩阵将系统中的干扰进行空间维度上的对齐，最后在接收端采用矩阵性质将已对齐 的干扰分布式消除。相比以往的算法，在获得同样自由度的情况下，本发明提出的算法接收 端需要的天线配置更低，降低了算法的复杂度，同时能获得更高的系统通信速率。
[0011] 本发明的算法应用于下述场景：多小区每小区边缘有多个用户的上行蜂窝系统 中，假设每个移动终端/用户（Mobile station, MS)和基站（Base station, BS)的天线数 分别为M，N每个小区边缘有K个通信用户，每个基站受到G个相邻小区中用户信号的干扰。 表示从用户到基站的维信道矩阵，它的每个元素独立同分布，满足均值为零、方差为1的复 高斯分布，且每个信道为常信道或者满足平坦块衰落信道模型。假设所有用户都能获得所 有信道状态信息（Channel State Information, CSI) 〇
[0012] 本发明提出的干扰对齐算法具体操作步骤包括： (1)通过CSI获取模块得到上行信道中的信道状态信息。
[0013] (2)将个小区的用户根据需要进行分组，传统的蜂窝小区的干扰对齐算法中，各个 接收端处理干扰的方式都是将来自其他各个小区的干扰对齐到相应的空间维度上，而本发 明提出的算法是先将各个小区中所有的用户按照要求分组，然后对已经分组的用户进行干 扰信号的对齐和消除。
[0014] (3)用户被分为不同的用户组后，复杂的多小区蜂窝系统就可以看成是多个收发 端之间的干扰信道，降低算法的复杂度，设计每个用户的预编码矢量，将干扰信号进行空间 维度的对齐，减少一半小区间的干扰维度空间。
[0015] (4)利用矩阵思想将每个用户的有效信道和对齐后的有效小区间的干扰信道联 合，设计出干扰消除矢量，将干扰消除，提高系统的通信质量。
[0016] 本发明提出的算法充分利用了天线的维度和干扰对齐的特性。三对用户干扰信道 的经典线性干扰对齐算法是最能体现干扰对齐算法优势和最佳利用天线维度的范例。而本 发明的算法则利用了这个优势，首先将复杂的蜂窝系统的干扰对齐问题简化为简单的干扰 信道干扰对齐问题，然后引用经典的三对用户的干扰对齐算法进行求解，实现蜂窝系统的 干扰对齐。在三个小区的蜂窝系统中，当每个小区边缘有两个用户，每个用户发送一个数据 流时，基站和用户端天线数之和必须满足M+N多7,传统算法中要求M+N = 9,而本发明算法 中M+N = 8,可见在满足特定需求的情况下本发明提出的算法对天线的配置要求更低。
[0017] 本发明针对基于分组思想的MM0蜂窝系统，提供