一種基于大規(guī)模陣列天線蜂窩通訊系統(tǒng)的導(dǎo)頻污染消除方法
【專利摘要】一種基于大規(guī)模陣列天線蜂窩通訊系統(tǒng)的導(dǎo)頻污染消除方法，通過兩次導(dǎo)頻和波束賦形的方法來消除導(dǎo)頻污染，本發(fā)明通過2次導(dǎo)頻，2次信道信息獲取和2次波束賦型的方法來消除導(dǎo)頻污染問題，消除了基于大規(guī)模陣列天線蜂窩通訊系統(tǒng)的導(dǎo)頻污染問題。而且，由于二次導(dǎo)頻使得基站能夠獲得來自其他小區(qū)用戶的信道信息，因此在第二次波束賦形中讓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基站/小區(qū)間協(xié)作，從而進(jìn)一步地提升了系統(tǒng)的性能。
【專利說明】
-種基于大規(guī)模陣列天線蜂窩通巧系統(tǒng)的導(dǎo)頻污染消除方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及通訊技術(shù)領(lǐng)域，特別是在使用大規(guī)模陣列天線的多小區(qū)時(shí)分復(fù)用蜂窩 通訊系統(tǒng)中消除導(dǎo)頻污染和小區(qū)間干擾，從而提升系統(tǒng)容量的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)高速移動(dòng)通訊系統(tǒng)的需求也快速增長(zhǎng)，為了進(jìn) 一步提高系統(tǒng)性能，貝爾實(shí)驗(yàn)室提出了應(yīng)用大規(guī)模陣列天線的方法。在大規(guī)模陣列天線蜂 窩通訊系統(tǒng)中，每個(gè)基站使用上百個(gè)甚至上千個(gè)天線，通過導(dǎo)頻，信道信息獲取和波束賦形 Ξ個(gè)階段，基站能夠給予每個(gè)用戶一個(gè)獨(dú)立的信道，從而讓每個(gè)用戶使用所有的頻譜資源， 運(yùn)極大的提升了系統(tǒng)容量。而且從理論上說，單小區(qū)環(huán)境中的陣列天線無線通訊系統(tǒng)的系 統(tǒng)容量可W隨著天線數(shù)的增加而持續(xù)增加，假如天線數(shù)趨于無窮，系統(tǒng)性能也會(huì)趨于無窮。 因此大規(guī)模陣列天線也被認(rèn)為是下一代移動(dòng)通訊系統(tǒng)的中堅(jiān)技術(shù)。然而，盡管在單小區(qū)條 件下，大規(guī)模陣列天線系統(tǒng)提供了良好的性能表現(xiàn)，但是在多小區(qū)蜂窩網(wǎng)中，由于導(dǎo)頻數(shù)量 有限，因此需要在不同的小區(qū)內(nèi)重復(fù)使用，從而會(huì)帶來導(dǎo)頻污染問題，導(dǎo)頻污染會(huì)帶來信道 信息估計(jì)錯(cuò)誤，而在隨后的波束賦形中，使用受污染的信道信息就會(huì)導(dǎo)致小區(qū)間干擾，從而 降低系統(tǒng)性能。數(shù)學(xué)模型和仿真實(shí)驗(yàn)都證明了，導(dǎo)頻污染帶來的問題不會(huì)隨著天線數(shù)的增 加 W及基站發(fā)送功率的提升而消失，因此導(dǎo)頻污染極大地限制了應(yīng)用大規(guī)模陣列天線的蜂 窩移動(dòng)通訊系統(tǒng)的性能。
[0003] 為了解決運(yùn)個(gè)問題，不少學(xué)者都提出了一些方法來試圖解決運(yùn)個(gè)問題，或者減少 運(yùn)個(gè)問題對(duì)系統(tǒng)性能的影響。其中最簡(jiǎn)單的方法是由貝爾實(shí)驗(yàn)室的化omas L.Marzetta等 人提出的，基于部分頻率復(fù)用方式來規(guī)避導(dǎo)頻污染。運(yùn)個(gè)方法通過將整個(gè)頻譜資源劃分為 多個(gè)子塊，然后讓臨近的小區(qū)使用不同的頻率子塊，由于不同頻譜子塊之間沒有重疊，因此 也不會(huì)形成導(dǎo)頻污染問題。部分頻率復(fù)用方法雖然能夠規(guī)避導(dǎo)頻污染問題，但同時(shí)由于每 個(gè)小區(qū)只能使用有限的頻譜資源，因此系統(tǒng)容量也隨之大幅度降低。Y.化ifan等人則在通 過研究信道統(tǒng)計(jì)特性的基礎(chǔ)上提出了到達(dá)角分布估計(jì)的方法來降低導(dǎo)頻污染的干擾，但是 運(yùn)個(gè)方法需要首先獲得信道的二階統(tǒng)計(jì)特性，而且在到達(dá)角分布較大的情況下，如城市環(huán) 境下性能表現(xiàn)很差，因此運(yùn)個(gè)方法并不具有很強(qiáng)的適用性。F.Fernandes等人提出了通過使 用異步導(dǎo)頻發(fā)送機(jī)制來降低導(dǎo)頻污染的方法，運(yùn)個(gè)方法雖然有著較強(qiáng)的適用性，但是由于 異步發(fā)送導(dǎo)頻，一個(gè)小區(qū)的導(dǎo)頻信號(hào)可能會(huì)被其他小區(qū)的下行數(shù)據(jù)信號(hào)所干擾，而且由于 下行信號(hào)強(qiáng)度通常大于上行信號(hào)強(qiáng)度，因此運(yùn)個(gè)干擾往往是強(qiáng)干擾，由于強(qiáng)干擾的存在，通 過導(dǎo)頻提取的信道信息也會(huì)帶來較大的誤差，從而影響系統(tǒng)性能。
[0004] 總結(jié)W上的所有方法可W看出，除了部分頻率復(fù)用的方法，其他方法都無法完全 消除導(dǎo)頻污染問題，系統(tǒng)性能也不會(huì)隨著天線數(shù)的增加而一直持續(xù)增加。而部分頻率復(fù)用 方法雖然能夠規(guī)避導(dǎo)頻污染問題，但是極大地犧牲了系統(tǒng)的容量。考慮到無線通訊系統(tǒng)本 身的應(yīng)用環(huán)境不同，范圍廣，發(fā)展快等特點(diǎn)，就需要一種適用性強(qiáng)，額外開銷小的方案，并且 能夠適應(yīng)無線通訊系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)的導(dǎo)頻污染消除技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服上述方法的不足，本發(fā)明通過兩次導(dǎo)頻和兩次波束賦形的方法來消除導(dǎo) 頻污染問題，提升系統(tǒng)容量。本發(fā)明的方法適用環(huán)境廣，能夠適用在城市、郊區(qū)W及農(nóng)村等 不同的蜂窩通訊場(chǎng)景中；系統(tǒng)額外開銷小，只需要在傳統(tǒng)大規(guī)模陣列天線開銷的基礎(chǔ)上增 加非常有限個(gè)導(dǎo)頻開銷就能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能的極大提升;本發(fā)明也能適應(yīng)未來無線移動(dòng)通訊 發(fā)展過程中，基站數(shù)增加，小區(qū)間干擾增加和基站天線數(shù)增加的總體趨勢(shì)，使用本發(fā)明所提 出的方法能讓系統(tǒng)性能隨著天線數(shù)的增加而持續(xù)提升。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種基于大規(guī)模陣列天線蜂窩通訊系統(tǒng)的導(dǎo)頻污染 消除方法，通過兩次導(dǎo)頻和波束賦形的方法來消除導(dǎo)頻污染，其特征是包括W下步驟：
[0007] 步驟一，第一次導(dǎo)頻發(fā)送，所有用戶發(fā)送導(dǎo)頻，一個(gè)小區(qū)內(nèi)的不同用戶使用不同的 導(dǎo)頻，不同小區(qū)復(fù)用同一個(gè)導(dǎo)頻組；
[000引步驟二，第一次估計(jì)信道信息，每個(gè)基站接收導(dǎo)頻，并將導(dǎo)頻乘W其共輛P*從而得 到信道信息；
[0009] 步驟Ξ，每個(gè)小區(qū)使用其獲得的小區(qū)內(nèi)用戶的信道參數(shù)來使用波束賦形編碼方法 來構(gòu)建波束賦形矩陣U，實(shí)現(xiàn)波束賦形；
[0010] 步驟四，二次導(dǎo)頻發(fā)送，小區(qū)內(nèi)的所有用戶使用相同的導(dǎo)頻，其他小區(qū)使用不同的 導(dǎo)頻；
[0011] 步驟五，接受和處理二次導(dǎo)頻，基站將接收到的信號(hào)乘W步驟Ξ獲得的賦形矩陣， 因此基站能分別獲得來自不同用戶的信號(hào)；
[0012] 步驟六，所有基站獲得全用戶信道參數(shù)；
[0013] 步驟屯，利用獲得的等效信道信息來構(gòu)建二次波束賦形矩陣V;
[0014] 步驟八，對(duì)每個(gè)基站使用第一階段的波束賦形矩陣U，并對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)使用第二階段 的波束賦形矩陣V來發(fā)送數(shù)據(jù)，此時(shí)不同基站對(duì)同一個(gè)用戶發(fā)送用戶需求的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)干擾 完全消除，系統(tǒng)性能提升。
[0015] 假設(shè)每個(gè)基站擁有Μ個(gè)天線，一個(gè)小區(qū)內(nèi)擁有K個(gè)用戶，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)由L個(gè)小區(qū)所構(gòu) 成。在第一階段中，單個(gè)小區(qū)內(nèi)的所有用戶使用不同的導(dǎo)頻，導(dǎo)頻間彼此正交，因此需要Κ個(gè) 正交的導(dǎo)頻，所W運(yùn)組導(dǎo)頻的長(zhǎng)度Tpl^K。同一組導(dǎo)頻被不同的小區(qū)重復(fù)使用。所有用戶同 時(shí)發(fā)送導(dǎo)頻恥，基站i接收導(dǎo)頻信號(hào)獲得YiPl。由于不同小區(qū)使用同一組導(dǎo)頻，因此基站接 收到的導(dǎo)頻除了涵蓋本小區(qū)的用戶信息，也包含了其他小區(qū)的用戶的導(dǎo)頻，也就是傳統(tǒng)認(rèn) 為的導(dǎo)頻污染。
[0016] 由于小區(qū)內(nèi)導(dǎo)頻彼此正交，因此，利用正交導(dǎo)頻，基站就能夠分別估計(jì)出來自本小 區(qū)內(nèi)不同用戶的信道信息。具體而言，對(duì)于用戶k，其信道信息hik = YipiXik^對(duì)于基站i而 言，通過將不同用戶的信道信息組合起來就能構(gòu)成一個(gè)K乘的矩陣出。由于存在導(dǎo)頻污 染，因此估計(jì)出的信道信息包含了來自其他小區(qū)用戶到本小區(qū)基站的信道信息。
[0017] 利用信道矩陣Hi使用編碼器F1，（F1可W是Conjugate Beforming編碼器或者 Zero-Forcing編碼器等編碼器)就能構(gòu)建一個(gè)Μ乘WK波束賦形矩陣化。利用波束賦形矩陣 Ui，就能為小區(qū)i內(nèi)的每個(gè)用戶創(chuàng)造一個(gè)獨(dú)立的信道。對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的其他小區(qū)使用相同的方法 來分別獲得化（1 = 1..丄）。上述階段的方法與傳統(tǒng)大規(guī)模陣列天線蜂窩系統(tǒng)的方法一致。 由于估計(jì)出的信道信息也包含了其他小區(qū)到達(dá)本小區(qū)基站的信道信息，因此波束賦形的結(jié) 果讓本小區(qū)基站除了接受本小區(qū)用戶的信號(hào)也會(huì)接收到來自臨近小區(qū)使用相同導(dǎo)頻的用 戶的信號(hào)。
[0018] 在第二階段中，一個(gè)小區(qū)內(nèi)的所有用戶使用同一個(gè)導(dǎo)頻ξι，不同小區(qū)內(nèi)的用戶使 用不同的導(dǎo)頻ξι，（1 = 1...υ。對(duì)于L個(gè)小區(qū)就需要L個(gè)正交的導(dǎo)頻，所W導(dǎo)頻組的長(zhǎng)度為L(zhǎng)。 所有用戶同時(shí)發(fā)送導(dǎo)頻，基站i接受導(dǎo)頻信號(hào)獲得ΥιΡ2。
[0019] 然后基站將獲得的導(dǎo)頻信號(hào)乘W第一階段構(gòu)建的波束賦形矩陣化，獲得ΥιΡ22。由于 使用了化，基站i中的每個(gè)用戶都能獲得獨(dú)立的信道，因此讓基站可W區(qū)分來自本小區(qū)內(nèi)不 同用戶的信號(hào)。
[0020] 此時(shí)ΥιΡ22中對(duì)角線上的每個(gè)元素分別代表了小區(qū)i中不同用戶的信息W及來自其 他小區(qū)在第一階段中使用相同導(dǎo)頻的用戶的信息。然后讓?duì)处搔?2對(duì)角線上第k個(gè)元素分別乘 W不同小區(qū)的導(dǎo)頻的共輛ξΛ就可W讓基站i分別獲得基站i得到的來自小區(qū)1中用戶k之間 的信道信息於（1=1..丄)。所W基站i能夠獲得來自包含本小區(qū)內(nèi)用戶k在內(nèi)的所有小區(qū)內(nèi) 的用戶k到達(dá)基站i的信道信息。用同樣的方法處理ΥιΡ22對(duì)角線上的其他元素就能獲得小區(qū) i中不同用戶到達(dá)基站i的信道信息W及其他小區(qū)內(nèi)用戶到達(dá)基站i的信道信息。由于信道 信息可W分別獲取，因此也就消除了導(dǎo)頻污染問題。對(duì)其他小區(qū)進(jìn)行同樣的處理，利用來自 不同小區(qū)的不同用戶的信道信息A" (1=1…L)，將不同小區(qū)內(nèi)用戶k到達(dá)不同基站的信道信 息組合起來就能構(gòu)建矩陣Bk。對(duì)于使用其他導(dǎo)頻的用戶也做同樣處理，從而獲得Bk(k = 1. . .K)利用矩陣Bk，就可W使用編碼器F2(F2可W是Conjugate Beforming編碼器或者 Zero-Forcing編碼器等編碼器)構(gòu)建小區(qū)間協(xié)作波束賦型矩陣Vk。對(duì)于使用其他導(dǎo)頻的用 戶也做同樣處理，從而獲得Vk化=1. . .K)
[0021] 在發(fā)送或者接受數(shù)據(jù)信號(hào)的時(shí)候，小區(qū)1中的用戶k使用第一次波束賦型矩陣化和 第二次波束賦型矩陣Vk來發(fā)送或者接受信號(hào)。具體而言，對(duì)于要發(fā)送給基站i中的用戶k的 數(shù)據(jù)信號(hào)qkl，不同基站l分別乘Wv尸F(xiàn)2(A") (1=1..丄），然后再乘^相3^/4，來發(fā)送。因此基 站i中的用戶k將接受到來自不同基站的相同的數(shù)據(jù)信號(hào)，并進(jìn)行合成從而進(jìn)一步的提升了 系統(tǒng)的性能。而對(duì)于用戶發(fā)送的信號(hào)，也可W運(yùn)用類似的2次波束賦型預(yù)編碼進(jìn)行接收，其 性能也能夠的到提升。對(duì)其他所有的用戶可W使用同樣的方法進(jìn)行處理。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過2次導(dǎo)頻，2次信道信息獲取和2次波束賦型的方法來 消除導(dǎo)頻污染問題，消除了基于大規(guī)模陣列天線蜂窩通訊系統(tǒng)的導(dǎo)頻污染問題。而且，由于 二次導(dǎo)頻使得基站能夠獲得來自其他小區(qū)用戶的信道信息，因此在第二次波束賦形中讓系 統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基站/小區(qū)間協(xié)作，從而進(jìn)一步地提升了系統(tǒng)的性能。此外，本發(fā)明所提出的方法 對(duì)信號(hào)到達(dá)角等信號(hào)統(tǒng)計(jì)特性并沒有明確的需求，因此能夠應(yīng)用在不同的無線傳播環(huán)境 中。而對(duì)于不同的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如分布式天線系統(tǒng)，有限協(xié)作小區(qū)等，本發(fā)明都能有效地提升系 統(tǒng)容量。
[0023] 除了使用2次導(dǎo)頻，2次信道信息獲取和2次波束賦型的設(shè)計(jì)思路W外，本文還開創(chuàng) 性的提出了再第二階段中讓同一個(gè)小區(qū)內(nèi)的所有用戶使用相同的導(dǎo)頻，并通過第一階段波 束賦型矩陣來接受和處理二次導(dǎo)頻信號(hào)，從而在減少導(dǎo)頻開銷的同時(shí)保證了導(dǎo)頻信號(hào)的正 確獲取。從仿真結(jié)果來看，盡管導(dǎo)頻長(zhǎng)度從傳統(tǒng)的K擴(kuò)展到了 K+L，增加了些許的系統(tǒng)開銷， 但是考慮了系統(tǒng)開銷后的系統(tǒng)性能還是有著極大的提升。
【附圖說明】
[0024] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可W 根據(jù)運(yùn)些附圖獲得其他的附圖。
[0025] 圖1，2,3是在假設(shè)了一個(gè)由7個(gè)小區(qū)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)在不同編碼器組合條件下， 不同基站天線數(shù)，不同用戶數(shù)和不同接收信噪比條件(假設(shè)上行和下行信噪比一致)下的小 區(qū)頻譜效率。運(yùn)個(gè)系統(tǒng)的相關(guān)時(shí)間為14個(gè)符號(hào)，相關(guān)帶寬為14個(gè)子載波，所有基站到達(dá)用戶 的功率相同。_其中Ccjcj (實(shí)線）是2個(gè)階段都使用共輛預(yù)編碼波束賦形（con jugate beamforming)情況下的性能，Czfzf (點(diǎn)劃線）是2個(gè)階段都使用迫零編碼波束賦形（Zero? forcing Beamforming) 情況下的性能。 Ccjzf (段虛線） 則是第一階段使用共輛 ，第二階段使 用迫零編碼波束賦形情況下的性能，Czfej(點(diǎn)虛線)則是第一階段使用迫零，第二階段使用 共輛編碼波束賦形情況下的性能。ClassicaK粗實(shí)線）則是經(jīng)典大規(guī)模陣列天線模型的性 能。
[0026] 其中圖1假設(shè)基站和用戶的發(fā)送信號(hào)的接受信噪比為0地，每個(gè)小區(qū)的用戶數(shù)為10 個(gè)，橫軸為天線數(shù)，縱軸為小區(qū)內(nèi)的實(shí)際頻譜效率。
[0027] 圖2假設(shè)基站和用戶的發(fā)送信號(hào)的接受信噪比為0地，基站天線數(shù)為100個(gè)，橫軸為 每個(gè)小區(qū)的用戶數(shù)，縱軸為小區(qū)內(nèi)的實(shí)際頻譜效率。
[0028] 圖3假設(shè)基站天線數(shù)為100個(gè)，每個(gè)小區(qū)的用戶數(shù)10個(gè)，橫軸為基站和用戶的發(fā)送 信號(hào)的接受信噪比，縱軸為小區(qū)內(nèi)的實(shí)際頻譜效率。
[0029] 圖4為本發(fā)明實(shí)施流程
[0030] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例第一次導(dǎo)頻發(fā)送的示意圖
[0031] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例使用波束賦形預(yù)編碼1的示意圖
[0032] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例第二次導(dǎo)頻發(fā)送的示意圖
[0033] 圖8為本發(fā)明實(shí)施例獲取全小區(qū)信道信息的示意圖
[0034] 圖9為本發(fā)明實(shí)施例兩次波束賦形傳送數(shù)據(jù)的示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0035] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。
[0036] 實(shí)施例1
[0037] 下面對(duì)于本發(fā)明所提出的基于大規(guī)模陣列天線蜂窩通訊系統(tǒng)的導(dǎo)頻污染消除方 法結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明，同時(shí)也敘述本發(fā)明方案解決的技術(shù)問題及有益效果，需要 指出的是，描述實(shí)施例旨在便于對(duì)本發(fā)明的理解，對(duì)其不起任何限定作用。
[0038] 為了更清晰地說明本發(fā)明方法的工作流程和具體效果，我們假設(shè)一個(gè)簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu)，在運(yùn)個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中由3個(gè)基站，3個(gè)小區(qū)構(gòu)成，每個(gè)小區(qū)擁有2個(gè)單天線用戶。為了便于 說明，我們假設(shè)每個(gè)基站擁有無限個(gè)天線。需要指出的是，當(dāng)天線數(shù)無窮的時(shí)候，系統(tǒng)性能 達(dá)到最優(yōu)，但是實(shí)際使用的系統(tǒng)天線數(shù)通常是有限的，因此會(huì)帶來一定的性能衰減，其衰減 后的性能可W由圖1來看出趨勢(shì)，因此雖然本實(shí)施例用天線數(shù)無窮的假設(shè)來做說明，實(shí)際應(yīng) 用中在有限個(gè)天線的情況下本發(fā)明也能達(dá)到應(yīng)有的效果，本應(yīng)用例使用無限個(gè)天線主要是 為了方便說明，并不指定系統(tǒng)只能工作在運(yùn)個(gè)條件下。
[0039] 步驟一，第一次導(dǎo)頻發(fā)送。所有用戶發(fā)送導(dǎo)頻，一個(gè)小區(qū)內(nèi)的不同用戶使用不同的 導(dǎo)頻，不同小區(qū)復(fù)用同一個(gè)導(dǎo)頻組。所W，如圖5所示，小區(qū)1內(nèi)的用戶1和小區(qū)1內(nèi)的用戶2使 用不同的導(dǎo)頻，小區(qū)1內(nèi)的用戶1和小區(qū)2內(nèi)的用戶1和小區(qū)3內(nèi)的用戶1使用同樣的導(dǎo)頻P11， 用實(shí)線表示，小區(qū)1內(nèi)的用戶2和小區(qū)2內(nèi)的用戶2和小區(qū)3內(nèi)的用戶2使用同樣的導(dǎo)頻P12,用 點(diǎn)虛線表示。可W看出，用戶發(fā)送的導(dǎo)頻除了會(huì)被本小區(qū)基站接收，也會(huì)被臨近小區(qū)的基站 接受，如圖中段虛線和點(diǎn)劃線所示。
[0040] 步驟二，第一次估計(jì)信道信息。每個(gè)基站接收導(dǎo)頻，并將導(dǎo)頻乘W其共輛護(hù)從而得 到信道信息。如基站1受到的信號(hào)為，Υ1 =化/i+Hi"化")P11+化i2+Hi22+Hi32)P12,其中化11 指的是小區(qū)1的用戶巧Ij基站1的信道參數(shù)，Hi"是小區(qū)2的用戶巧Ij基站1的信道參數(shù)，其他可 W類推?；纠脤?dǎo)頻P11的共輛P11*來乘W接收信號(hào)得到Ρ11**Υ1 =化ι?ι+Ηι"+出 P11 +化i12+Hi22+Hi32)P1 1*沖 12，因?yàn)镻11 和P12正交，因此結(jié)果為P11*巧 1 =化111+化21+化31)= Hciii?？蒞看出小區(qū)1內(nèi)的用戶1的信道信息受到來自其他小區(qū)使用同樣導(dǎo)頻的信號(hào)的干 擾，形成導(dǎo)頻污染，Hciii為受到干擾的從小區(qū)1內(nèi)的用戶1到基站1有估計(jì)錯(cuò)誤的信道信息。 小區(qū)1內(nèi)的用戶2和其他小區(qū)內(nèi)的用戶的信道參數(shù)可W使用類似的方法獲得，他們都是有估 計(jì)錯(cuò)誤的信道信息。
[0041] 步驟Ξ，每個(gè)小區(qū)使用其獲得的小區(qū)內(nèi)用戶的信道參數(shù)來使用波束賦形編碼方法 (共輛或者迫零等方法)來實(shí)現(xiàn)波束賦形。如，對(duì)基站1而言，將出/1和出合并為矩陣出1，并 使用編碼器來獲得波束賦形矩陣U1 (迫零U = f化cl) =Hcri或者共輛U = f化cl)=出。。其他 基站使用相同的方法。經(jīng)典大規(guī)模陣列天線蜂窩系統(tǒng)此時(shí)使用U1來接收數(shù)據(jù)信號(hào)，從圖6可 W看出，基站1雖然可W分別接收并區(qū)分來自本小區(qū)用戶的信號(hào)(實(shí)線或者虛線信號(hào)），但同 時(shí)也會(huì)接收到來自其他小區(qū)使用相同導(dǎo)頻的用戶的信號(hào)(段虛線或者點(diǎn)劃線表示），從而形 成干擾。由于運(yùn)種干擾不會(huì)隨著天線數(shù)的增加而消失，因此運(yùn)也就被認(rèn)為是經(jīng)典系統(tǒng)的瓶 頸所在。
[0042] 步驟四，二次導(dǎo)頻發(fā)送。小區(qū)內(nèi)的所有用戶使用相同的導(dǎo)頻，其他小區(qū)使用不同的 導(dǎo)頻。如圖7所示，小區(qū)1內(nèi)的用戶1和用戶2都使用P21，用實(shí)線表示，小區(qū)2用戶1和用戶2都 使用P22,用段虛線表示，小區(qū)3用戶1和用戶2都使用P23,用點(diǎn)虛線表示。
[0043] 步驟五，接受和處理二次導(dǎo)頻?；緦⒔邮盏降男盘?hào)乘W步驟Ξ獲得的賦形矩陣， 因此基站能分別獲得來自用戶1和用戶2的信號(hào)。具體而言，基站1使用U1乘W用戶發(fā)送的二 次導(dǎo)頻信號(hào)。通過使用U1，基站1分別產(chǎn)生2個(gè)波束，如圖8所示，用扇形的實(shí)線和點(diǎn)虛線表 /J、- 〇
[0044] 步驟六，獲得全用戶信道參數(shù)。由于使用波束賦形矩陣U1，基站1的波束1(圖中左 上角小區(qū)內(nèi)扇形實(shí)線表示)收到來自獲得小區(qū)1內(nèi)用戶1的信號(hào)biiip21，來自小區(qū)2的用戶1 的信號(hào)bi2ip22和來自小區(qū)3的用戶1的信號(hào)bi"P23,其中bii堪經(jīng)過一次波束賦形W后的小 區(qū)1的用戶巧蠟站1的等效信道參數(shù)。此時(shí)通過使用P21*，P22*，P23*來乘W波束1收到的信 號(hào)就能分別獲得bill, bi2i和bi3i。通過對(duì)小區(qū)1的波束2和其他小區(qū)使用類似的方法就能獲得 每個(gè)小區(qū)內(nèi)的每個(gè)用戶到達(dá)所有基站的等效信道參數(shù)。從圖中可W看出，由于使用了一階 波束和小區(qū)間不同導(dǎo)頻，每個(gè)用戶到達(dá)每個(gè)基站接收的多個(gè)信號(hào)都可W獲得各自獨(dú)立的 波束和信號(hào)的線形組合，同樣的組合不會(huì)第二次出現(xiàn)，因此系統(tǒng)能夠分別估計(jì)不同用戶到 達(dá)不同基站的信道參數(shù)，而不會(huì)形成污染。
[0045] 步驟屯，利用獲得的等效信道信息來構(gòu)建二次波束賦形矩陣V。具體而言，將第一 階段使用導(dǎo)頻P11的所有等效信道參數(shù)bill, 6121，6131，6211，6221，6231，6311，63 21，6331組合成矩 陣B1，使用導(dǎo)頻P12的所有等效信道參數(shù)組合成矩陣B2。使用預(yù)編碼方法來獲得波束賦形矩 陣VI(迫零Vl = f(Bl)=Bri或者共輛￥1 = ^81)=81^，用同樣的方法來獲得82，從而獲得 不同用戶的第二階段的波束賦形矩陣。
[0046] 步驟八，對(duì)每個(gè)基站使用第一階段的波束賦形矩陣U，并對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)使用第二階段 的波束賦形矩陣V來發(fā)送數(shù)據(jù)，此時(shí)不同基站對(duì)同一個(gè)用戶發(fā)送用戶需求的數(shù)據(jù)（圖9中的 相同線型表示，小區(qū)2中的用戶2和小區(qū)3中的用戶2獲得同樣的小區(qū)間協(xié)作的效果，由于線 形有限，所W沒有在圖例中描述出來），系統(tǒng)干擾完全消除，系統(tǒng)性能提升。系統(tǒng)持續(xù)發(fā)送數(shù) 據(jù)，直到相關(guān)時(shí)間結(jié)束。在下一個(gè)相關(guān)時(shí)間內(nèi)重復(fù)整個(gè)流程。
[0047] 上述方法基于3小區(qū)情況實(shí)施，實(shí)際應(yīng)用中本發(fā)明可W應(yīng)用在任何數(shù)量小區(qū)構(gòu)成 的網(wǎng)絡(luò)中。但是考慮到實(shí)際的系統(tǒng)開銷，W及干擾程度，本方法在實(shí)際應(yīng)用過程中可W做出 一定的修改，如在一個(gè)超大的網(wǎng)絡(luò)中，讓臨近的3或者7個(gè)小區(qū)使用不同的二階導(dǎo)頻，而對(duì)于 較遠(yuǎn)的小區(qū)則可W復(fù)用同一組的二階段導(dǎo)頻，運(yùn)樣雖然會(huì)引入部分干擾，但是由于距離較 遠(yuǎn)，因此干擾較小。所W本發(fā)明所提出的方法在實(shí)際應(yīng)用中可能需要修改，具體的應(yīng)用策略 取決于實(shí)際狀況，但其本質(zhì)還是本方法所提出的精神和原則。
[0048] W上所述僅為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例而已，并不用W限制本發(fā)明。凡是在本發(fā)明的 精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于大規(guī)模陣列天線蜂窩通訊系統(tǒng)的導(dǎo)頻污染消除方法，通過兩次導(dǎo)頻和波束 賦形的方法來消除導(dǎo)頻污染，其特征是包括以下步驟： 步驟一，第一次導(dǎo)頻發(fā)送，所有用戶發(fā)送導(dǎo)頻，一個(gè)小區(qū)內(nèi)的不同用戶使用不同的導(dǎo) 頻，不同小區(qū)復(fù)用同一個(gè)導(dǎo)頻組； 步驟二，第一次估計(jì)信道信息，每個(gè)基站接收導(dǎo)頻，并將導(dǎo)頻乘以其共輒P*從而得到信 道信息； 步驟三，每個(gè)小區(qū)使用其獲得的小區(qū)內(nèi)用戶的信道參數(shù)來使用波束賦形編碼方法來實(shí) 現(xiàn)波束賦形； 步驟四，二次導(dǎo)頻發(fā)送，小區(qū)內(nèi)的所有用戶使用相同的導(dǎo)頻，其他小區(qū)使用不同的導(dǎo) 頻； 步驟五，接受和處理二次導(dǎo)頻，基站將接收到的信號(hào)乘以步驟三獲得的賦形矩陣，因此 基站能分別獲得來自用戶1和用戶2的信號(hào)； 步驟六，獲得全用戶信道參數(shù)； 步驟七，利用獲得的等效信道信息來構(gòu)建二次波束賦形矩陣V; 步驟八，對(duì)每個(gè)基站使用第一階段的波束賦形矩陣U，并對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)使用第二階段的波 束賦形矩陣V來發(fā)送數(shù)據(jù)，此時(shí)不同基站對(duì)同一個(gè)用戶發(fā)送用戶需求的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)干擾完全 消除，系統(tǒng)性能提升。
【文檔編號(hào)】H04B7/06GK106059643SQ201610357514
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月27日
【發(fā)明人】徐佳康
【申請(qǐng)人】徐佳康