本发明公开了一种多小区MIMO下行异构网络干扰消除方法，主要解决MIMO下行异构网络中的干扰问题。其实现步骤是：1)设置系统参数；2)构建微小区服务用户的解码矩阵；3)根据微小区数L和宏小区服务用户数K的大小关系，分情况对宏小区服务用户进行分组；4)构建宏小区服务用户的解码矩阵；5)构建微小区配置的基站的预编码矩阵；6)构建宏小区配置的基站的预编码矩阵，消除了异构网络系统中的干扰，本发明能有效消除干扰，适用范围更广，可用于多小区MIMO下行异构网络通信系统。
多小区MIMO下行异构网络干扰消除方法
技术领域
[0001] 本发明属于通信技术领域，更进一步涉及无线通信技术领域中的一种多小区多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)下行异构网络干扰消除方法。本发明可用于多输入多输出MIMO下行异构网络系统，便于移植，能够更广泛地应用到MIMO下行异构网络系统中。
背景技术
[0002] 多输入多输出(MIMO)系统能够改善传输质量、实现数据高速率地传输。异构网络能够提高通信容量和通信效率，适用于高密度的用户通信。因此，由多输入多输出MIMO和异构网络组成的复合系统吸引很多人进行深入的研究。
[0003] 在多输入多输出MIMO异构网络系统中，宏基站(Macro Base Station)和微基站(Pico Base Station)的发射天线数不同，服务的用户数是任意数量的，覆盖范围的大小也不同，正是由于这种异构性，多输入多输出MIMO异构网络系统才能提高无线通信网络的通信容量、速率和质量，但也正是由于这种异构性，会使在多输入多输出MIMO异构网络在设计干扰对齐方法中的参数大大增加，使对一般场景的多输入多输出MIMO异构网络系统的研究比较困难。
[0004] 对于多输入多输出MIMO异构网络系统，干扰对齐IA方法已经被应用于消除小区间干扰。
[0005] Hyun-Ho Lee和Young-Chai Ko在其发表的论文“Linear transceiver design based on interference alignment for MIMO heterogeneous networks”(IEEE Transactions on Communications，2015)中公开了一种基于干扰对齐的线性收发器设计方法。该方法的设计步骤：第一步：构建微小区配置的基站的预编码矩阵，将微小区配置的基站对每个宏小区服务用户的干扰对齐到一个相同的信号空间中，构建每个微小区服务用户解码矩阵，消除来自微小区的小区间干扰信号；第二步：宏小区服务用户的解码矩阵取自微小区配置的基站干扰信号的零空间，消除了所有来自微小区配置的基站的干扰，宏小区配置的基站的预编码矩阵则取自宏小区配置的基站对其他宏小区服务用户的小区内干扰与对微小区服务用户的小区间干扰的零空间里，消除了宏小区的小区内干扰和对微小区的小区间干扰。通过以上两步的设计，该方法使得系统的每个用户可达自由度均为1。但是该方法只适用于用户自由度均为1的异构网络系统，无法应用到用户自由度大于1的异构网络场景中。
[0006] 在西安电子科技大学发表的专利“宏小区多用户MIMO系统下行异构网络的干扰抑制方法”中公开了一种宏小区多用户MIMO异构网络下行链路的干扰抑制方法，主要解决现有宏小区多用户MIMO异构网络的干扰问题。该方法实施步骤：首先，判断宏小区服务用户数的奇偶性；其次，针对宏小区服务用户数的奇偶情况，对宏小区服务用户进行分组：偶数情况下，宏小区服务用户平均分为两组；奇数情况下，宏小区服务用户分为两组，最后一个用户不参与分组；最后设计宏小区、微小区的发射预编码矩阵和接收机处理矩阵。该方法能够有效的抑制了异构网络中的干扰，但是只适用于配置两个微小区的异构网络中，导致该方法并不能应用于任意多小区的异构网络系统中来消除干扰。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出了一种多小区MIMO下行异构网络干扰消除方法，适用于多小区、宏小区多用户的场景，方便移植，并能使系统中的用户达到非对称的自由度。
[0008] 实现本发明的技术方案是：在MIMO异构网络通信系统中，首先，构建微小区服务用户的解码矩阵，使来自宏小区配置的基站的干扰对齐到一个相同的信号空间；其次，根据宏小区服务用户数和微小区数的关系，分成四种情况对宏小区服务用户进行分组，在每中情况中，构建宏小区服务用户的解码矩阵，使每组宏小区服务用户接收到来自对应微小区配置的基站的干扰对齐到一个相同的信号空间里；再次，根据设计的宏小区服务用户的解码矩阵，构建出宏小区配置的基站的预编码矩阵，消除宏小区配置的基站对微小区服务用户的小区间干扰和宏小区内的用户间干扰，最后，构建微小区配置的基站的预编码矩阵，消除每个微小区配置的基站对宏小区服务用户与微小区服务用户的小区间干扰。
[0009] 实现本发明目的的具体步骤包括如下：
[0010] (1)设置系统参数：
[0011] (1a)在一个MIMO下行异构网络中，设置1个宏小区和L个微小区，L≥2；
[0012] (1b)将每个微小区配置的基站数设置为1，宏小区配置的基站数设置为1；
[0013] (1c)将每个微小区服务用户数设置为1，宏小区服务用户数K，K≥4；
[0014] (2)构建微小区服务用户的解码矩阵：
[0015] (2a)将宏小区配置的基站对系统设置的L个微小区服务用户的干扰，对齐到一个信号子空间中；
[0016] (2b)按照下式，构建每一个微小区服务用户的解码矩阵：
[0017]
[0018] 其中，ZL+1表示宏小区配置的基站对L个微小区服务用户干扰的信号子空间矩阵，L+1表示宏小区配置的基站为MIMO下行异构网络中的基站L+1，Ui表示第i个微小区服务用户的Nr×dp维解码矩阵，i＝1,2,...,L，Nr表示微小区服务用户的接收天线数，dp表示微小区配置的基站对微小区服务用户发射的数据流个数，表示属于关系，null表示取零空间操作， 表示Mt×Mt维单位矩阵， 表示宏小区配置的基站与第i个微小区服务用户的传输链路之间的信道矩阵，H表示共轭转置操作；
[0019] (3)判断宏小区服务用户数K与微小区数L的大小关系：若K≥2L并且K/L是一个整数，则执行步骤(4)；若K≥2L并且K/L不是一个整数，则执行步骤(6)；若K＜2L并且K为偶数时，则执行步骤(8)；若K＜2L并且K为奇数，则执行步骤(10)；
[0020] (4)构建宏小区服务用户的解码矩阵：
[0021] (4a)将K个宏小区服务用户进行分组，每K/L个宏小区服务用户为一组，得到L组，依次设为第1～L组；
[0022] (4b)将第m个微小区配置的基站对第m组宏小区服务用户的干扰，对齐到一个信号子空间；
[0023] (4c)按照下式，构建宏小区服务用户的解码矩阵：
[0024]
[0025] 其中，Zm表示第m个微小区配置的基站对第m组宏小区服务用户干扰的信号子空间矩阵，1≤m≤L， 表示第 个宏小区服务用户的N′r×dm维解码矩阵，表示第 个宏小区服务用户为MIMO下行异构
网络中的用户 N′r表示宏小区服务用户的接收天线数，N′r＝Nr，dm表示宏小区配置的基站对每个宏小区服务用户发射的数据流个数，表示属于关系，null表示取零空间操作， 表示Nt×Nt维单位矩阵， 表示第m个微小区配置的基站与第
个宏小区服务用户的传输链路之间的N′r×Nt维信道矩阵，H表示共轭转置操
作；
[0026] (5)构建微小区配置的基站的预编码矩阵：
[0027] 按照下式，构建每一个微小区配置的基站的预编码矩阵,消除每一个微小区配置的基站对K个宏小区服务用户以及L-1个微小区服务用户的小区间干扰：
[0028]
[0029] 其中，Vm是第m个微小区配置的基站的Nt×dp维预编码矩阵，m＝1,2,...,L+1， 表示属于关系，null表示取零空间操作，Zm表示第m个微小区配置的基站对第m组宏小区服务用户干扰的信号子空间矩阵，Ua表示第a-L个宏小区服务用户的解码矩阵，a表示第a-L个宏小区服务用户为MIMO下行异构网络中的用户a，L+1≤a≤L+K并且a≠L+(m-1)K/L+1,...,L+mK/L,H表示共轭转置操作， 表示第m个微小区配置的基站与第a-L个宏小区服务用户传输链路之间的N′r×Nt维信道矩阵，Nt表示微小区配置的基站的发射天线数，Ub表示第b个微小区服务用户的解码矩阵，1≤b≤L并且b≠m， 表示第m个微小区配置的基站与第b个微小区服务用户传输链路之间的Nr×Nt维信道矩阵，转至步骤(12)；
[0030] (6)构建宏小区服务用户的解码矩阵：
[0031] (6a)宏小区服务用户进行分组，每t个宏小区服务用户为一组， 表示向下取整操作，共得到L组，依次记为第1～L组，第Lt+1～K个宏小区服务用户不属于任何一组；
[0032] (6b)构建每一个宏小区服务用户的解码矩阵，将第q个微小区配置的基站对第q组宏小区服务用户的干扰对齐到一个信号空间；
[0033] (7)构建微小区配置的基站的预编码矩阵：
[0034] 按照下式，构建每一个微小区配置的基站的预编码矩阵，消除每一个微小区配置的基站对K个宏小区服务用户以及L-1个微小区服务用户的小区间干扰：
[0035]
[0036] 其中，Vq是第q个微小区配置的基站的预编码矩阵，q＝1,2,...,L，表示属于关系，null表示取零空间操作，Zq表示第q个微小区配置的基站对第q组宏小区服务用户干扰的信号空间矩阵， 表示第 个宏小区服务用户的解码矩阵,a≠L+(q-1)t+1,...,L+qt并且 表示每组中的宏小区服务用户数，H表示共轭转置操作，表示第q个微小区配置的基站与第 个宏小区服务用户传输链路之间的N′r×Nt维信道矩阵，Nt表示微小区配置的基站的发射天线数， 表示第 个微小区服务用户的解码矩阵，并且 表示第q个微小区配置的基站与第 个微小区服务用户传输链路之
间的Nr×Nt维信道矩阵,转至步骤(12)；
[0037] (8)构建宏小区服务用户的解码矩阵：
[0038] (8a)将K个宏小区服务用户进行分组，每K/2个宏小区服务用户为一组，得到2组，依次记为第1、2组；
[0039] (8b)按照下式，构建K个宏小区服务用户的解码矩阵，将第o个基站对第o组宏小区服务用户的干扰，对齐到一个信号子空间：
[0040]
[0041] 其中，Zo表示第o个微小区配置的基站对第o组宏小区服务用户干扰的信号空间矩阵，o＝1,2， 表示第o组宏小区服务用户中第 个宏小区服务用户的N′r×dm维解码矩阵， dm表示宏小区配置的基站对每个宏小区服务用户发射的数据流个数，表示属于关系，null表示取零空间操作，INt表示Nt×Nt维单位矩阵， 表示第o个微小区配置的基站与第 个宏小区服务用户的传输链路之间的N′r×Nt维信道矩阵，H表示共轭转置操作；
[0042] (9)构建微小区配置的基站的预编码矩阵：
[0043] (9a)按照下式，构建第一个和第二个微小区配置的基站的预编码矩阵，消除第一个和第二个微小区配置的基站分别对K个宏小区服务用户以及L-1个微小区服务用户的小区间干扰：
[0044]
[0045] 其中，Vo是第o个微小区配置的基站的预编码矩阵，o＝1,2， 表示属于关系，null表示取零空间操作，Zo表示第o个微小区配置的基站对第o组宏小区服务用户干扰的信号子空间矩阵， 表示第 个宏小区服务用户的解码矩阵， 并且H表示共轭转置操作， 表示N′r×Mt维第o个微小区配
置的基站与第 个宏小区服务用户传输链路之间的信道矩阵，Mt表示宏小区配置的基站的发射天线数， 表示第 个微小区服务用户的解码矩阵， 并且 表示Nr
×Nt维第o个微小区配置的基站与第 个微小区服务用户传输链路之间的信道矩阵；
[0046] (9b)按照下式，构建第3～L个微小区配置的基站的预编码矩阵，消除第3～L个微小区配置的基站分别对K个宏小区服务用户的小区间干扰和对微小区服务用户的小区间干扰：
[0047]
[0048] 其中， 是第 个微小区配置的基站的预编码矩阵， 表示属于关系，null表示取零空间操作， 表示第 个宏小区服务用户的解码矩阵,
H表示共轭转置操作， 表示第 个微小区配置的基站与第 个宏小区
服务用户传输链路之间的N′r×Nt维信道矩阵，Nt表示微小区配置的基站的发射天线数，表示第 个微小区服务用户的解码矩阵， 并且 表示第 个微小区配置的
基站与第 个微小区服务用户传输链路之间的Nr×Nt维信道矩阵，转至步骤(12)；
[0049] (10)构建宏小区服务用户的解码矩阵：
[0050] (10a)将K个宏小区服务用户进行分组，每(K-1)/2个宏小区服务用户为一组，共得到2组，依次记为第1、2组，第K个宏小区服务用户不属于任何一组；
[0051] (10b)构建宏小区服务用户的解码矩阵，使第r个基站对第r组宏小区服务用户的干扰对齐到一个信号空间；
[0052] (11)构建微小区配置的基站的预编码矩阵：
[0053] (11a)按照下式，构建第一个和第二个微小区配置的基站的预编码矩阵，消除第一个和第二个微小区配置的基站发射信号对K个宏小区服务用户以及L-1个微小区服务用户的小区间干扰：
[0054]
[0055] 其中，Vr是第r个微小区配置的基站的预编码矩阵，r＝1,2，表示属于关系，null表示取零空间操作，Zr表示第r个微小区配置的基站对第r组宏小区服务用户干扰的信号子空间矩阵， 表示第 个宏小区服务用户的解码矩阵, 并且H表示共轭转置操作， 表示第r个微小区配置
的基站与第 个宏小区服务用户传输链路之间的N′r×Nt维信道矩阵，Nt表示微小区配置的基站的发射天线数， 表示第 个微小区服务用户的解码矩阵，
表示第m个微小区配置的基站与第 个微小区服务用户传输链路之间的Nr×Nt维信道矩阵；
[0056] (11b)按照下式，构建第3～L个微小区配置的基站的预编码矩阵，消除第3～L个微小区配置的基站对K个宏小区服务用户以及L-1个微小区服务用户的小区间干扰：
[0057]
[0058] 其中， 是第 个微小区配置的基站的Nt×dp维预编码矩阵， Nt表示微小区配置的基站的发射天线数，dp表示微小区配置的基站对微小区服务用户发射的数据流个数， 表示属于关系，null表示取零空间操作， 表示第 个宏小区服务用户的解码矩阵， H表示共轭转置操作， 表示第 个微小区配置的基站与第 个宏小区服务用户传输链路之间的N′r×Nt维信道矩阵， 表示第 个微小区服务用户的解码矩阵， 并且 表示第 个微小区配置的基站与第 个微小区服务用户传输链
路之间的Nr×Nt维信道矩阵；
[0059] (12)构建宏小区配置的基站的预编码矩阵：
[0060] 按照下式，构建宏小区配置的基站的对每个宏小区服务用户的预编码矩阵，消除宏小区配置的基站对微小区服务用户的小区间干扰和宏小区内的用户间干扰：
[0061]
[0062] 其中，Vc表示宏小区配置的基站对第c-L个宏小区服务用户的Mt×dm维预编码矩阵，L+1≤c≤L+K,Mt表示宏小区配置的基站的发射天线数，dm表示宏小区配置的基站对宏小区服务用户发射的数据流数， 表示属于关系，null表示取零空间操作，ZL+1表示宏小区配置的基站对L个微小区服务用户干扰的信号子空间矩阵，Ug表示第g-L个宏小区服务用户的解码矩阵，L+1≤g≤L+K并且g≠c，H表示共轭转置操作， 表示宏小区配置的基站与第g-L个宏小区服务用户传输链路之间的N′r×Mt维信道矩阵。
[0063] 通过以上所述步骤，异构网络中的用户就能够无干扰的接收到期望信号。
[0064] 本发明与现有技术相比，具有如下优点：
[0065] 由于本发明采用了对宏小区服务用户分情况进行分组，对每组宏小区用户进行部分干扰对齐的方法，构建微小区配置的基站的预编码矩阵和每组宏小区服务用户的解码矩阵，有效的消除了异构网络中的干扰，克服了现有技术只适用于用户自由度均为1的异构网络系统，无法应用到用户自由度为非对称的异构网络场景中的问题，使得本发明具有应用场景更广泛的优点。
附图说明
[0066] 图1为本发明使用的MIMO下行异构网络示意图；
[0067] 图2为本发明的流程图；
[0068] 图3为本发明中宏小区服务用户数K是微小区数L的整数倍，并且倍数大于等于2时的用户分组示意图；
[0069] 图4为给定系统参数配置的条件下,分别是系统用本发明和基于干扰对齐的线性收发机设计方法实现的用户平均速率对比图；
[0070] 图5为给定系统参数配置的条件下，分别是系统用本发明和基于干扰对齐的线性收发机设计方法实现的用户平均速率对比图。
具体实施方式
[0071] 下面参照附图对本发明的技术方案和效果作进一步详细描述。
[0072] 参照图1，本发明的实现步骤如下。
[0073] 步骤1，设置系统参数。
[0074] 参照图2，本发明设置的MIMO下行异构网络中包括1个宏小区和L个微小区，L≥2，将每个微小区配置的基站数设置为1，宏小区配置的基站数设置为1，将每个微小区服务用户数设置为1，宏小区服务用户数K，K≥4。
[0075] 步骤2，构建微小区服务用户的解码矩阵。
[0076] 将宏小区配置的基站对系统设置的L个微小区服务用户的干扰，对齐到一个信号子空间中：
[0077]
[0078] 其中，ZL+1表示宏小区配置的基站对L个微小区服务用户干扰的信号子空间矩阵，L+1表示宏小区配置的基站为MIMO下行异构网络中的基站L+1，span表示矩阵张成的空间，表示宏小区配置的基站与第i个微小区中用户的传输链路之间的信道矩阵，H表示共轭转置操作，Ui表示第i个微小区中用户的Nr×dp维解码矩阵，i＝1,2,...,L。
[0079] 由上面干扰对齐等式可得，满足条件的宏小区服务用户的解码矩阵，可按照下式构建：
[0080]
[0081] 其中，ZL+1表示宏小区配置的基站对L个微小区服务用户干扰的信号子空间矩阵，L+1表示宏小区配置的基站为MIMO下行异构网络中的基站L+1，Ui表示第i个微小区服务用户的Nr×dp维解码矩阵，i＝1,2,...,L，Nr表示微小区服务用户的接收天线数，dp表示微小区配置的基站对微小区服务用户发射的数据流数，表示属于关系，null表示取零空间操作，IMt表示Mt×Mt维单位矩阵，Mt表示宏小区配置的基站的发射天线数， 表示宏小区配置的基站与第i个微小区服务用户的传输链路之间的信道矩阵，H表示共轭转置操作。
[0082] 由零空间的可解性，为确保步骤(2a)中Ui的维度Nr×dp，需满足条件：
[0083] LNr-(L-1)Mt≥dp
[0084] 其中，L表示微小区数，Nr表示微小区服务用户的接收天线数，Mt表示宏小区配置的基站的发射天线数，dp表示微小区配置的基站对微小区服务用户发射的数据流数。
[0085] 步骤3，判断宏小区服务用户数K与微小区数L的大小关系：若K≥2L并且K/L是一个整数，则执行步骤4；若K≥2L并且K/L不是一个整数，则执行步骤6；若K＜2L并且K为偶数时，则执行步骤8；若K＜2L并且K为奇数，则执行步骤10。
[0086] 步骤4，构建宏小区服务用户的解码矩阵。
[0087] 将K个宏小区服务用户进行分组，如图3所示，MIMO下行异构网络中，微小区配置的基站为MIMO下行异构网络中的基站1～L，宏小区基站配置的基站为MIMO下行异构网络中的基站L+1，L个微小区服务用户分别为MIMO下行异构网络中用户1～L，宏小区服务用户为MIMO下行异构网络中用户L+1～L+K，对宏小区服务用户进行分组：用户L+1～L+K/L为第一组，…，用户L-K/L～L为第L组。将第m个微小区配置的基站对第m组宏小区服务用户的干扰对齐到一个信号空间：
[0088]
[0089] 其中，Zm表示第m个微小区配置的基站对第m组宏小区服务用户干扰的信号空间矩阵，1≤m≤L，span表示矩阵张成的空间， 表示第m个微小区配置的基站与第个宏小区服务用户的传输链路之间的N′r×Nt维信道矩阵，N′r表示宏小区服务用户的接收天线数，N′r＝Nr， H表示共轭转置操作， 表示第m组宏小区服务用户中第 个宏小区服务用户的解码矩阵，
[0090] 由上面干扰对齐等式可得，满足条件的宏小区服务用户的解码矩阵，可按照下式构建：
[0091]
[0092] 其中，Zm表示第m个微小区配置的基站对第m组宏小区服务用户干扰的信号空间矩阵，1≤m≤L， 表示第m组宏小区服务用户中第 个宏小区服务用户的解码矩阵，null表示取零空间操作， 表示Nt×Nt维单位矩阵，Nt表示微小区配置的基站的发射天线数， 表示第m个微小区配置的基站与第 个宏小区服务
用户的传输链路之间的N′r×Nt维信道矩阵，H表示共轭转置操作。
[0093] 由零空间的可解性，为确保宏小区服务用户的解码矩阵 的维度Nr×dm，需满足条件：
[0094]
[0095] 其中，K表示宏小区服务用户数，L表示微小区数，Nt表示微小区配置的基站的发射天线数，dm表示宏小区配置的基站。
[0096] 步骤5，构建微小区配置的基站的预编码矩阵。
[0097] 按照下式，构建L个微小区配置的基站的预编码矩阵，消除微小区配置的基站发射信号对K个宏小区服务用户以及L-1个微小区服务用户的小区间干扰：
[0098]
[0099] 其中，Vm是第m个微小区配置的基站的Nt×dp维预编码矩阵，m＝1,2,...,L+1， 表示属于关系，null表示取零空间操作，Zm表示第m个微小区配置的基站对第m组宏小区服务用户干扰的信号子空间矩阵，Ua表示第a-L个宏小区服务用户的解码矩阵，a表示第a-L个宏小区服务用户为MIMO下行异构网络中的用户a，L+1≤a≤L+K并且a≠L+(m-1)K/L+1,...,L+mK/L，H表示共轭转置操作， 表示第m个微小区配置的基站与第a-L个宏小区服务用户传输链路之间的N′r×Nt维信道矩阵，Nt表示微小区配置的基站的发射天线数，Ub表示第b个微小区服务用户的解码矩阵，1≤b≤L并且b≠m， 表示第m个微小区配置的基站与第b个微小区服务用户传输链路之间的Nr×Nt维信道矩阵。
[0100] 由零空间的可解性，为确保Vm的维度Nt×dp，需满足条件：
[0101]
[0102] 其中，Nt表示宏小区配置的基站配置的发射天线数，L表示系统设置的微小区数，K表示系统设置的宏小区服务用户数，dm表示宏小区配置的基站对每个宏小区服务用户发射的数据流数，dp表示微小区配置的基站对微小区服务用户发射的数据流数，转至步骤(12)。
[0103] 步骤6，构建宏小区服务用户的解码矩阵。
[0104] 将K个宏小区服务用户进行分组，每t个宏小区服务用户为一组， 表示向下取整操作，共得到L组，依次记为第1～L组，第Lt+1～K个宏小区服务用户不属于任何一组。
[0105] 将第q个微小区配置的基站对第q组宏小区服务用户的干扰对齐到一个信号空间：
[0106]
[0107] 其中，Zq表示第q个微小区配置的基站对第q组宏小区服务用户干扰的信号空间矩阵，1≤q≤L，span表示矩阵张成的空间， 表示第q个微小区配置的基站与第个宏小区服务用户的传输链路之间的N′r×Nt维信道矩阵， Nt表示宏小区配置的基站配置的发射天线数，H表示共轭转置操作， 表示第q组宏小区服务用户中第 个宏小区服务用户的解码矩阵。
[0108] 由上面干扰对齐等式可得，满足条件的第1～Lt个宏小区服务用户的解码矩阵，可按照下式构建：
[0109]
[0110] 其中，Zq表示第q个微小区配置的基站对第q组宏小区服务用户干扰的信号空间矩阵，1≤q≤L， 表示第q组宏小区服务用户中第 个宏小区服务用户的解码矩阵，表示属于关系，null表示取零空间操作， 表示Nt×Nt维单位矩阵，表示第q个微小区配置的基站与第 个宏小区服务用户的传输链路之间的
N′r×Nt维信道矩阵，H表示共轭转置操作。
[0111] 由零空间的可解性，为确保宏小区服务用户的解码矩阵 的维度Nr×dm，需满足条件：
[0112]
[0113] 其中，K表示系统设置的宏小区服务用户数，L表示系统设置的微小区数，Nt表示微小区配置的基站的发射天线数，dm表示宏小区配置的基站对每个宏小区服务用户发射的数据流数。
[0114] 由于第Lt+1～K个宏小区服务用户不属于任何一组，所以对第Lt+1～K个宏小区服务用户任取一个Nr×dm维矩阵 做为解码矩阵， 只需满足条件：
[0115] 步骤7，构建微小区配置的基站的预编码矩阵。
[0116] 按照下式，构建每个微小区配置的基站的预编码矩阵，消除微小区配置的基站发射信号对K个宏小区服务用户以及L-1个微小区服务用户的小区间干扰：
[0117]
[0118] 其中，Vq是第q个微小区配置的基站的预编码矩阵，q＝1,2,...,L，表示属于关系，null表示取零空间操作，Zq表示第q个微小区配置的基站对第q组宏小区服务用户干扰的信号空间矩阵， 表示第 个宏小区服务用户的解码矩阵, 并且a≠L+(q-1)t+1,...,L+qt, 表示每组中的宏小区服务用户数，H表示共轭转置操作，表示第q个微小区配置的基站与第 个宏小区服务用户传输链路之间的N′r×Nt维信道矩阵，Nt表示微小区配置的基站的发射天线数， 表示第 个微小区服务用户的解码矩阵，并且 表示第q个微小区配置的基站与第 个微小区服务用户传输链路之
间的Nr×Nt维信道矩阵。
[0119] 由零空间的可解性，为确保Vq的维度为Nr×dp，需满足条件：
[0120]
[0121] 其中，Nt表示宏小区配置的基站的发射天线数，K表示系统设置的宏小区服务用户数，L表示系统设置的微小区数， 表示向下取整操作，dm表示宏小区配置的基站对每个宏小区服务用户发射的数据流数，dp表示微小区配置的基站对微小区服务用户发射的数据流数，转至步骤(12)。
[0122] 步骤8，构建宏小区服务用户的解码矩阵。
[0123] 将K个宏小区服务用户进行分组，每K/2个宏小区服务用户为一组，得到2组，依次记为第1、2组。
[0124] 将第o个微小区配置的基站对第o组宏小区服务用户的干扰对齐到一个信号空间：
[0125]
[0126] 其中，Zo表示第o个微小区配置的基站对第o组宏小区服务用户干扰的信号空间矩阵，o＝1,2，span表示矩阵张成的空间， 表示第o个微小区配置的基站与第个宏小区服务用户的传输链路之间的N′r×Nt维信道矩阵， H表示
共轭转置操作 表示第o组宏小区服务用户中第 个宏小区服务用户的N′r×dm维解码矩阵， dm表示宏小区配置的基站对每个宏小区服务用户发射的数据流个数。
[0127] 由上面干扰对齐等式可得，满足条件的宏小区服务用户的解码矩阵，可按照下式构建：
[0128]
[0129] 其中，Zo表示第o个微小区配置的基站对第o组宏小区服务用户干扰的信号空间矩阵，o＝1,2， 表示第o组宏小区服务用户中第 个宏小区服务用户的N′r×dm维解码矩阵， Nr表示宏小区服务用户的接收天线数，dm表示宏小区配置的基站对每个宏小区服务用户发射的数据流个数，表示属于关系，null表示取零空间操作， 表示Nt×Nt维单位矩阵， 表示第o个微小区配置的基站与第 个宏小区服务用户的传输链路之间的N′r×Nt维信道矩阵，H表示共轭转置操作。
[0130] 由零空间的可解性，为确保宏小区服务用户的解码矩阵 的维度N′r×dm，需满足条件：
[0131]
[0132] 其中，K表示宏小区服务用户数，Nt表示宏小区配置的基站的发射天线数，dm表示宏小区配置的基站对每个宏小区服务用户发射的数据流数。
[0133] 步骤9，构建微小区配置的基站的预编码矩阵。
[0134] 按照下式，构建第一个和第二个微小区配置的基站的预编码矩阵，消除第一个和第二个微小区配置的基站发射信号对K个宏小区服务用户以及L-1个微小区服务用户的小区间干扰：
[0135]
[0136] 其中，Vo是第o个微小区配置的基站的预编码矩阵，o＝1,2，表示属于关系，null表示取零空间操作，Zo表示第o个微小区配置的基站对第o组宏小区服务用户干扰的信号子空间矩阵， 表示第 个宏小区服务用户的解码矩阵 , 并且H表示共轭转置操作， 表示N′r×Mt维第o个微小区配
置的基站与第 个宏小区服务用户传输链路之间的信道矩阵，Mt表示宏小区配置的基站的发射天线数， 表示第 个微小区服务用户的解码矩阵， 并且 表示Nr
×Nt维第o个微小区配置的基站与第 个微小区服务用户传输链路之间的信道矩阵。
[0137] 按照下式，构建第3～L个微小区配置的基站的预编码矩阵，消除第3～L个微小区配置的基站对宏小区服务用户的小区间干扰和对微小区服务用户的小区间干扰：
[0138]
[0139] 其中， 是第 个微小区配置的基站的预编码矩阵， 表示属于关系，null表示取零空间操作， 表示第 个宏小区服务用户的解码矩阵,
H表示共轭转置操作， 表示第 个微小区配置的基站与第 个宏小区
服务用户传输链路之间的N′r×Nt维信道矩阵，Nt表示微小区配置的基站的发射天线数，表示第 个微小区服务用户的解码矩阵， 并且 表示第 个微小区配置的基
站与第 个微小区服务用户传输链路之间的Nr×Nt维信道矩阵。
[0140] 由零空间的可解性，为确保微小区配置的基站的预编码矩阵的维度为Nr×dp，需满足条件：
[0141] Nt-Kdm-(L-1)dp≥dp
[0142] 其中,Nt表示微小区配置的基站的发射天线数，K表示系统设置的宏小区服务用户数，dm表示宏小区配置的基站对每个宏小区服务用户发射的数据流数，L表示系统设置的微小区数，dp表示微小区配置的基站对微小区服务用户发射的数据流数，转至步骤(12)。
[0143] 步骤10，构建宏小区服务用户的解码矩阵。
[0144] 将K个宏小区服务用户进行分组，每(K-1)/2个宏小区服务用户为一组，共得到2组，第K个宏小区服务用户不属于任何一组。
[0145] 将第r个基站对第r组宏小区服务用户的干扰对齐到一个信号空间：
[0146]
[0147] 其中，Zr表示第r个微小区配置的基站对第r组宏小区服务用户干扰的信号空间矩阵，r＝1,2， 表示第r个微小区配置的基站与第 个宏小区服务用户的传输链路之间的N′r×Nt维信道矩阵， Nt表示微小区配置的基站的发射
天线数，span表示矩阵张成的空间， 表示第r组宏小区服务用户中第 个宏小区服务用户的解码矩阵。
[0148] 由上面干扰对齐等式可得，满足条件的第1～K-1个宏小区服务用户的解码矩阵，可按照下式构建：
[0149]
[0150] 其中，Zr表示第r个微小区配置的基站对第r组宏小区服务用户干扰的信号空间矩阵，r＝1,2， 表示第r组宏小区服务用户中第 个宏小区服务用户的解码矩阵，表示属于关系，null表示取零空间操作， 表示Nt×Nt维单位矩阵，表示第r个微小区配置的基站与第 个宏小区服务用户的传输链
路之间的N′r×Nt维信道矩阵，H表示共轭转置操作。
[0151] 由零空间的可解性，为确保宏小区服务用户的解码矩阵 的维度N′r×dm，需满足条件：
[0152]
[0153] 其中，K表示宏小区服务用户数，Nt表示微小区配置的基站配置的发射天线数，dm表示宏小区配置的基站对每个宏小区服务用户发射的数据流数。
[0154] 由于第K个宏小区服务用户不属于任何一组，所以对第K个宏小区服务用户任取一个N′r×dm维矩阵UL+K做为解码矩阵，只需满足条件：rank(UL+K)＝dm。
[0155] 步骤11，构建微小区配置的基站的预编码矩阵。
[0156] 按照下式，构建第一个和第二个微小区配置的基站的预编码矩阵，消除第一个和第二个微小区配置的基站发射信号对K个宏小区服务用户以及L-1个微小区服务用户的小区间干扰：
[0157]
[0158] 其中，Vr是第r个微小区配置的基站的预编码矩阵，r＝1,2， 表示属于关系，null表示取零空间操作，Zr表示第r个微小区配置的基站对第r组宏小区服务用户干扰的信号子空间矩阵， 表示第 个宏小区服务用户的解码矩阵, 并且H表示共轭转置操作， 表示第r个微小区配置
的基站与第 个宏小区服务用户传输链路之间的N′r×Nt维信道矩阵，Nt表示微小区配置的基站的发射天线数， 表示第 个微小区服务用户的解码矩阵， 并且
表示第m个微小区配置的基站与第 个微小区服务用户传输链路之间的Nr×Nt维信道矩阵。
[0159] 按照下式，构建第3～L个微小区配置的基站的预编码矩阵，消除第3～L个微小区配置的基站发射信号对K个宏小区服务用户以及L-1个微小区服务用户的小区间干扰：
[0160]
[0161] 其中， 是第 个微小区配置的基站的Nt×dp维预编码矩阵， Nt表示微小区配置的基站的发射天线数，dp表示微小区配置的基站对微小区服务用户发射的数据流数， 表示属于关系，null表示取零空间操作， 表示第 个宏小区服务用户的解码矩阵， H表示共轭转置操作， 表示第 个微小区配置的基站与第 个宏小区服务用户传输链路之间的N′r×Nt维信道矩阵， 表示第 个微小区服务用户的解码矩阵， 并且 表示第 个微小区配置的基站与第 个微小区服务用户传输链
路之间的Nr×Nt维信道矩阵。
[0162] 由零空间的可解性，为确保微小区配置的基站的预编码矩阵的维度为Nr×dp，需满足条件：
[0163] Nt-Kdm-(L-1)dp≥dp
[0164] 其中，Nt表示微小区配置的基站的发射天线数，K表示系统设置的宏小区服务用户数，dm表示宏小区配置的基站对每个宏小区服务用户发射的数据流数，L表示系统设置的微小区数，dp表示微小区配置的基站对微小区服务用户发射的数据流数。
[0165] 步骤12，构建宏小区配置的基站的预编码矩阵。
[0166] 按照下式，构建宏小区配置的基站的预编码矩阵，消除宏小区配置的基站对微小区服务用户的小区间干扰和宏小区内的用户间干扰：
[0167]
[0168] 其中，Vc表示宏小区配置的基站对第c-L个宏小区服务用户的Mt×dm维预编码矩阵，L+1≤c≤L+K,Mt表示宏小区配置的基站的发射天线数，dm表示宏小区配置的基站对宏小区服务用户发射的数据流数，表示属于关系，null表示取零空间操作，ZL+1表示宏小区配置的基站对L个微小区服务用户干扰的信号子空间矩阵，Ug表示第g-L个宏小区服务用户的解码矩阵，L+1≤g≤L+K并且g≠c，H表示共轭转置操作， 表示宏小区配置的基站与第g-L个宏小区服务用户传输链路之间的N′r×Mt维信道矩阵。
[0169] 由零空间的可解性，为确保Vc的维度为Mt×dm，需满足条件：
[0170] Mt-dp-(K-1)dm≥dm
[0171] 其中,Mt表示宏小区配置的基站配置的发射天线数，dp表示微小区配置的基站对微小区服务用户发射的数据流数，K表示系统设置的宏小区服务用户数，dm表示宏小区配置的基站对每个宏小区服务用户发射的数据流数，L为微小区的个数。
[0172] 通过上述步骤设计异构网络中的预编码矩阵和解码矩阵，可消除掉异构网络中的干扰。
[0173] 本发明的效果可以通过以下仿真结果进一步说明：
[0174] 1.仿真条件：设定系统配置的宏小区服务用户数、微小区数、宏小区配置的基站天线数和用户天线数(K,L,Mt,Nt,Nr)是(6，3,10,8，6)和(5,2,9,9,6)。
[0175] 2.仿真内容：
[0176] 仿真1.用本发明和现有基于干扰对齐的线性收发机设计方法在系统参数(K,L,Mt,Nt,Nr)为(6,3，10,8,6)时，对系统中用户的平均速率进行仿真，结果如图4所示，其中，横坐标表示信噪比，纵坐标表示用户平均速率，以“ ”标识的曲线表示应用本发明多小区MIMO下行异构网络干扰消除方法在对应信噪比下所达的用户平均速率，以“*”标识的曲线表示应用基于干扰对齐的线性收发机设计方法在对应信噪比下所达的用户平均速率。从图4可以看出：在信噪比大于15dB时，应用本发明多小区MIMO下行异构网络干扰消除方法所达到的用户平均速率高于基于干扰对齐的线性收发机设计方法所达到的用户平均速率。
[0177] 仿真2.用本发明和基于干扰对齐的线性收发机设计方法在系统参数(K,L,Mt,Nt,Nr)选定为(5，2，9，9，6)时，对系统获得的用户平均速率进行仿真，结果如图5所示，其中，横坐标表示信噪比，纵坐标表示用户平均速率，以“ ”标识的曲线表示应用本发明多小区MIMO下行异构网络干扰消除方法在对应信噪比下所达的用户平均速率，以“*”标识的曲线表示应用基于干扰对齐的线性收发机设计方法在对应信噪比下所达的用户平均速率。从图5可以看出：在信噪比大于15dB时，应用本发明多小区MIMO下行异构网络干扰消除方法所达到的用户平均速率高于基于干扰对齐的线性收发机设计方法所达到的用户平均速率。
