本發(fā)明涉及無(wú)線通信領(lǐng)域，尤其涉及一種未來(lái)5G基于干擾對(duì)齊技術(shù)的多基站協(xié)作通信的傳輸方法。

背景技術(shù)：

多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)和大規(guī)模多入多出(Massive MIMO)技術(shù)由于能夠顯著提高頻譜利用率和系統(tǒng)吞吐量，被公認(rèn)為下一代移動(dòng)通信的關(guān)鍵物理層技術(shù)之一。為了滿足未來(lái)高速發(fā)展的通信應(yīng)用需求，3GPP在LTE-A中也提出了諸如載波聚合、增強(qiáng)多天線等很多新的關(guān)鍵技術(shù)以提高系統(tǒng)的性能。然而，同頻組網(wǎng)方式下尤其是未來(lái)5G超高密度同頻組網(wǎng)下，小區(qū)間干擾(ICI,Inter-Cell interference)依然存在，嚴(yán)重削弱了MIMO多天線技術(shù)的高頻譜效率優(yōu)勢(shì)。因此，在多小區(qū)MIMO系統(tǒng)中如何有效抑制小區(qū)間干擾，提高邊緣用戶的吞吐量成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。

干擾對(duì)齊技術(shù)(IA,Interference alignment)相對(duì)于傳統(tǒng)的干擾處理技術(shù)具有明顯優(yōu)勢(shì)和研究潛力，能有效抑制同頻組網(wǎng)方式下小區(qū)間干擾，提高小區(qū)邊緣用戶的吞吐量，提高系統(tǒng)容量，為解決上述問(wèn)題提供了一種新思路。該技術(shù)的核心是設(shè)計(jì)一對(duì)預(yù)編碼和干擾消除矩陣，使網(wǎng)絡(luò)中的接收機(jī)將來(lái)自非期望發(fā)射機(jī)的干擾信號(hào)對(duì)齊到同一子空間中，在接收端設(shè)置干擾抑制濾波器(把干擾信號(hào)迫零，獲取期望信號(hào))，實(shí)際上就是把干擾信道轉(zhuǎn)化為多個(gè)并行的無(wú)干擾的高斯信道。

干擾對(duì)齊技術(shù)實(shí)現(xiàn)的核心預(yù)編碼技術(shù)需要發(fā)射端已知其到接收端的信道矩陣。目前，對(duì)干擾對(duì)齊技術(shù)的研究主要集中在理論算法的研究，且LTE-A中一般是發(fā)射端向接收端發(fā)送導(dǎo)頻，再有接收端根據(jù)接收到的導(dǎo)頻完成信道的測(cè)量并進(jìn)行有限反饋，導(dǎo)致小區(qū)間的干擾無(wú)法對(duì)齊，從而無(wú)法完全有效的消除小區(qū)間邊緣用戶之間的干擾，影響了小區(qū)系統(tǒng)容量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)未來(lái)5G超密集組網(wǎng)、小區(qū)半徑越來(lái)越小、在頻率復(fù)用因子為1時(shí)，小區(qū)間干擾嚴(yán)重，且頻譜資源緊張等問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于干擾對(duì)齊技術(shù)的多基站協(xié)作下行傳輸方法。本發(fā)明在宏基站控制下，多個(gè)同頻組網(wǎng)微蜂窩小區(qū)協(xié)作通信，并完成了相關(guān)的導(dǎo)頻及幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本方法解決了現(xiàn)有技術(shù)在使用干擾對(duì)技術(shù)進(jìn)行信道量化時(shí)因有限反饋等導(dǎo)致的干擾無(wú)法完全對(duì)齊問(wèn)題，有效地提高了頻譜效率與系統(tǒng)容量，同時(shí)降低了傳輸時(shí)延，從而使得IA技術(shù)在未來(lái)具有更廣闊的應(yīng)用前景。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種基于干擾對(duì)齊技術(shù)的多基站協(xié)作下行傳輸方法，具體包括如下步驟：

(1)宏基站在其服務(wù)覆蓋的范圍內(nèi)選擇進(jìn)行協(xié)作傳輸?shù)奈⒒?，并在選定的微基站中指定其中一個(gè)作為主微基站，其余作為從微基站，宏基站發(fā)送反饋指示信號(hào)至各選定的微基站；

(2)多個(gè)終端同時(shí)發(fā)射信道測(cè)量信號(hào)；所述的信道測(cè)量信號(hào)包括同步信息及導(dǎo)頻序列；

(3)各選定的微基站根據(jù)終端發(fā)射的信道測(cè)量信號(hào)進(jìn)行信號(hào)捕獲及MIMO信道估計(jì)，獲得每個(gè)終端到微基站的信道狀態(tài)信息；

(4)各從微基站通過(guò)有線傳輸?shù)姆绞綄⑿诺罓顟B(tài)信息發(fā)送給主微基站；

(5)主微基站根據(jù)選取的干擾對(duì)齊算法及信道狀態(tài)信息，計(jì)算實(shí)現(xiàn)信息傳輸需要的預(yù)編碼矩陣及干擾抑制矩陣，將預(yù)編碼矩陣發(fā)送給各從微基站，將干擾抑制矩陣發(fā)送給各終端；

(6)各微基站使用預(yù)編碼矩陣對(duì)信息傳輸幀進(jìn)行預(yù)編碼后同時(shí)同頻發(fā)射；所述的信息傳輸幀由同步信息及傳輸信息組成；

(7)各終端根據(jù)干擾抑制矩陣實(shí)現(xiàn)信息的接收；

完成基于干擾對(duì)齊技術(shù)的多基站協(xié)作下行傳輸。

其中，所述的信道測(cè)量信號(hào)由重復(fù)的短訓(xùn)練序列、長(zhǎng)訓(xùn)練序列和天線上相互正交的導(dǎo)頻序列組成，短訓(xùn)練序列和長(zhǎng)訓(xùn)練序列組成同步信息；短訓(xùn)練序列、長(zhǎng)訓(xùn)練序列和導(dǎo)頻序列均具有恒包絡(luò)零自相關(guān)特性；每根天線上的導(dǎo)頻序列都是前一個(gè)天線上的導(dǎo)頻序列的N_shift次循環(huán)移位，且N_shift*T_symbol大于傳輸信道的最大多徑延時(shí)，其中，T_symbol為采樣時(shí)間。

其中，所述的短訓(xùn)練序列的長(zhǎng)度為D，短訓(xùn)練序列是長(zhǎng)訓(xùn)練序列最后D點(diǎn)的重復(fù)，其中，D為整數(shù)。

其中，信道測(cè)量信號(hào)中短訓(xùn)練序列的重復(fù)次數(shù)大于等于3，長(zhǎng)訓(xùn)練序列的重復(fù)次數(shù)等于1或者2。

其中，步驟(6)中所述的信息傳輸幀的同步信息與步驟(2)中所述的信道測(cè)量信號(hào)的同步信息相同；信息傳輸幀的總長(zhǎng)度小于傳輸信道的相干時(shí)間。

本發(fā)明相比背景技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明結(jié)合未來(lái)5G的組網(wǎng)特點(diǎn)，利用未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)中的宏基站作為多小區(qū)協(xié)作傳輸?shù)目刂浦行模眯诺赖幕ヒ仔栽谛^(qū)基站側(cè)完成信道的估計(jì)，且在基站側(cè)利用光纖等有線方式傳輸信道信息并完成預(yù)編碼和干擾抑制矩陣的求解，更有效地消除了小區(qū)間的干擾，提高了系統(tǒng)容量；

(2)本方法基于基站側(cè)進(jìn)行信道估計(jì)，解決了現(xiàn)有干擾對(duì)齊技術(shù)中因有限反饋導(dǎo)致干擾無(wú)法完全對(duì)齊的問(wèn)題；

(3)本方法針對(duì)具體的傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，完成了上下行傳輸信號(hào)的前導(dǎo)及幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，解決了干擾對(duì)齊技術(shù)的實(shí)際工程實(shí)現(xiàn)問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的應(yīng)用場(chǎng)景示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的應(yīng)用場(chǎng)景示意圖；

圖3為本發(fā)明方法的流程圖；

圖4為本發(fā)明的信道測(cè)量信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)；

圖5為本發(fā)明的信息傳輸幀的幀結(jié)構(gòu)；

圖6為本發(fā)明的協(xié)作傳輸方法的誤碼率與基于有限反饋協(xié)作傳輸?shù)恼`碼率比較曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

圖1示出了本發(fā)明的應(yīng)用場(chǎng)景。宏基站是整個(gè)傳輸系統(tǒng)的控制中心，在其覆蓋區(qū)域內(nèi)控制著多個(gè)微蜂窩小區(qū)及其區(qū)域內(nèi)的終端，相鄰微蜂窩小區(qū)采用同頻組網(wǎng)即多個(gè)小區(qū)的微基站工作在同一頻帶內(nèi)，相互之間通過(guò)光纖等有線的方式連接，且每個(gè)微基站配置Nt(Nt≥2)根天線，每個(gè)終端配置Nr(Nr≥2)根天線。

圖2為一個(gè)具體的實(shí)施系統(tǒng)示例，其中有三個(gè)微蜂窩小區(qū)的微基站進(jìn)行協(xié)作傳輸，且每個(gè)小區(qū)的微基站及終端均配置2根天線。

一種基于干擾對(duì)齊技術(shù)的多基站協(xié)作下行傳輸方法，具體執(zhí)行流程圖如圖3所示。具體包括如下步驟：

步驟1、宏基站在其服務(wù)覆蓋的范圍內(nèi)選擇進(jìn)行協(xié)作傳輸?shù)奈⒒?，并在選定的微基站中指定其中一個(gè)作為主微基站，其余作為從微基站，宏基站發(fā)送反饋指示信號(hào)至各選定的微基站；

步驟2、多個(gè)終端同時(shí)發(fā)射信道測(cè)量信號(hào)；所述的信道測(cè)量信號(hào)包括同步信息及導(dǎo)頻序列；每根天線上的導(dǎo)頻序列都是前一個(gè)天線上的導(dǎo)頻序列的N_shift次循環(huán)移位，且N_shift*T_symbol大于傳輸信道的最大多徑延時(shí)，其中，T_symbol為采樣時(shí)間。

信道測(cè)量信號(hào)的具體幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4所示。包括3段32點(diǎn)重復(fù)的短訓(xùn)練序列和2段256點(diǎn)重復(fù)的長(zhǎng)訓(xùn)練序列以及75點(diǎn)天線上相互正交的導(dǎo)頻序列；每段長(zhǎng)度為32的短訓(xùn)練序列是長(zhǎng)訓(xùn)練序列最后32點(diǎn)的重復(fù)；其中，256點(diǎn)長(zhǎng)訓(xùn)練序列及75點(diǎn)正交的導(dǎo)頻序列ψ₁分別選擇恒包絡(luò)零自相關(guān)特性的Frank-Zadoff序列和chu序列，其I路和Q路信號(hào)如下：

I(k)＝cos(θ(k))

Q(k)＝sin(θ(k))

式中，k為1到73的整數(shù)。

對(duì)于Frank-Zadoff序列，則有：

$\mathrm{\θ}\left(k\right)=2\mathrm{\π}mn/\sqrt{256}$

對(duì)于chu序列，則有：

θ(k)＝πn²/73

式中m＝0,1,…,16，n＝0,1,…,16，k＝m+n*16。

假設(shè)終端1的第一根天線上發(fā)射的正交導(dǎo)頻為ψ₁，則第二根天線上的正交導(dǎo)頻ψ₂是ψ₁循環(huán)移位N_shift＝12點(diǎn)后的序列；依次類(lèi)推，終端3天線上的導(dǎo)頻ψ₆是其前一根天線上的導(dǎo)頻序列ψ₅循環(huán)移位δ_shift＝12點(diǎn)后的序列。

步驟3、各選定的微基站根據(jù)終端發(fā)射的信道測(cè)量信號(hào)完成信號(hào)捕獲及MIMO信道估計(jì)，獲得信道狀態(tài)信息(Channel State Information，CSI)；

步驟4、各從基站通過(guò)有線的方式發(fā)送CSI給主基站；

假設(shè)小區(qū)1的微基站為主微基站，則其他兩個(gè)小區(qū)的微基站通過(guò)光纖把各自的CSI發(fā)送給小區(qū)1的微基站。

步驟5、主微基站根據(jù)選取的干擾對(duì)齊算法及CSI，計(jì)算各小區(qū)的預(yù)編碼矩陣U及干擾抑制矩陣V，并反饋給從微基站及對(duì)應(yīng)的終端；

為了獲得更好的干擾抑制效果，實(shí)施例中選取具有魯棒性的WMMSE干擾對(duì)齊算法，完成基站側(cè)的預(yù)編碼矩陣U的求解及終端的干擾抑制矩陣V的求解。

步驟6、各微基站利用預(yù)編碼矩陣U對(duì)信息傳輸幀進(jìn)行預(yù)編碼后同時(shí)同頻發(fā)射；信息傳輸幀由同步信息及傳輸信息組成，信息傳輸幀的總長(zhǎng)度小于傳輸信道的相干時(shí)間；

基站側(cè)預(yù)編碼前的信息傳輸幀結(jié)構(gòu)如圖5所示，信息傳輸幀包含與步驟2相同的訓(xùn)練序列(包括短訓(xùn)練序列和長(zhǎng)訓(xùn)練序列)及8個(gè)256點(diǎn)的數(shù)據(jù)幀；各基站側(cè)對(duì)信息傳輸幀完成預(yù)編碼后，待傳輸信息由一路變?yōu)閮陕?，然后同時(shí)同頻的由兩根天線發(fā)射。

步驟7、各終端利用干擾抑制矩陣V實(shí)現(xiàn)對(duì)有用信息的正確接收；

各終端通過(guò)兩根天線上的接收數(shù)據(jù)與干擾抑制矩陣V相乘，實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾信號(hào)(其他基站的發(fā)射數(shù)據(jù))的抑制及對(duì)應(yīng)基站數(shù)據(jù)的接收。

圖6為本發(fā)明的協(xié)作傳輸系統(tǒng)的誤碼率與基于有限反饋協(xié)作傳輸系統(tǒng)的誤碼率比較曲線。從圖中可以看出，本發(fā)明實(shí)施例中結(jié)合未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)提出的多基站協(xié)作下行傳輸系統(tǒng)的誤碼率明顯優(yōu)于有限反饋的協(xié)作傳輸系統(tǒng)，從而有效地提高的頻譜效率，降低了傳輸時(shí)延。

上面所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一個(gè)具體的實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。