[发明专利]一种基于极化-空域信息协同处理的认知异构蜂窝网络干扰对齐方法

说明书

本发明是一种基于极化‑空域信息协同处理的认知异构蜂窝网络干扰对齐方法，用于无线通信领域。本方法以包含多小蜂窝网络的认知异构蜂窝网络为研究对象，以小蜂窝用户接收信号的均方误差最小为原则，以宏蜂窝用户受到的干扰信号功率低于干扰门限为约束，建立优化模型，求解小蜂窝网络的发送端和接收端最优的极化‑空域信息协同处理矩阵。本发明构造了小蜂窝接收端正交投影滤波器，消除了来自宏蜂窝的跨层干扰，以一种启发式方法优化了小蜂窝发送端和接收端极化‑空域协同的预编码矩阵和干扰抑制矩阵，保证了对宏蜂窝的跨层干扰约束并抑制了小蜂窝之间的同层干扰，显著提升了小蜂窝网络的误码率性能，同时提升了认知异构蜂窝网络系统的和速率性能。

技术领域

本发明属于无线通信领域，涉及一种认知异构蜂窝网络系统，具体涉及一种基于极化-空域信息协同处理的认知异构蜂窝网络干扰对齐的方法。

背景技术

随着无线通信技术的发展和无线通信设备的普及，无线移动通信网络面临着有限频谱资源无法满足大量业务需求的问题。为了能够大幅度提升蜂窝网络容量，革新传统的宏蜂窝网络架构，在其中部署低功率、频率复用的多个小蜂窝节点组成异构蜂窝网络成为未来主要的发展趋势。异构蜂窝网络一方面有效地提高网络容量，实现无缝覆盖和提升边缘用户性能，另一方面频率复用技术极大地提升了频谱资源的利用率。然而，由于宏蜂窝和小蜂窝网络发射功率的差异较大，使得小蜂窝网络用户附着量较少，所以现有系统引入了小区覆盖扩展(RE,Range Extension)技术。RE技术通过功率控制的方式扩大了低功率小蜂窝节点的覆盖范围。这样却带来了严重的同频干扰问题，如宏蜂窝与小蜂窝之间的跨层干扰和小蜂窝之间的同层干扰，阻碍了网络性能的提升。认知无线电技术的引入使得小蜂窝具有随着周围环境改变发送状态的能力，成为解决异构网络中复杂干扰的有效途径。具体方法是将小蜂窝作为认知网络，在不对宏蜂窝即授权网络产生严重的跨层干扰的前提下，利用存在的频谱机会实现频谱共享。这种抑制跨层干扰的技术成为认知异构蜂窝网络实现频谱共享的核心。

传统的异构蜂窝网络干扰抑制技术主要通过多天线发送、多天线接收(MIMO)系统中的发送端和接收端的信息处理。如参考文献1[T.Xu,L.Ma and G.Sternberg,“Practicalinterference alignment and cancellation for MIMO underlay cognitive radionetworks with multiple secondary users,”in Proc.IEEE GLOBECOM,pp.1009–1014,2013.]记载的基于零空间学习和迭代求解的迭代干扰对齐(IIA，Iterative InterferenceAlignment)方法，基于零空间学习和最大化系统信干噪比(Max-SINR，Maximize Signal-to-Interference-and-Noise Ratio)干扰对齐方法。但是MIMO系统提供的自由度有限，并且随着天线数目的增加，MIMO天线的硬件实现也比较困难。因此结合具有体积小、天线相关性低等优势的正交双极化天线成为双极化MIMO天线，能够为多层网络提供更多地自由度。如参考文献2[D.Li,C.Guo,Z.Zeng and X.Lin,“Dynamic Spectrum Sharing for TD-LTEand FD-LTE Users Based on Joint Polarization Adaption and Beamforming,”inIEEE 79th Vehicular Technology Conference(VTC Spring),Seoul,pp.1-5，2014.]公开的基于极化-空域信息协同处理的联合极化适配和波束赋形(JPAB，Joint PolarizationAdaption and Beamforming)频谱共享方法，首次挖掘了小蜂窝网络双极化MIMO天线配置带来的极化域-空域协同频谱机会，通过分阶段、分层次的方式对跨层和同层干扰进行处理，但是该方法计算求解复杂，性能有待提升。

发明内容