CN101277140A - 一种多用户分布式天线系统上行链路接收方法 - Google Patents

Abstract

一种多用户分布式天线系统上行链路接收方法涉及一种在多用户分布式天线系统中，上行链路利用大尺度衰落信息将用户分组，组间通过干扰抵消技术进行和信号的检测，组内通过MIMO检测技术得到原始信号，其特征在于：在一固定时间片段，被激活用户数相对天线数目稀疏的情况下，对分布式多天线大尺度衰落信道进行奇异值分解，根据奇异值对用户进行分组，并按上述方法对每组的和信号进行检测，在组间利用MIMO检测技术得到多用户信号。所述装置位于分布式天线系统的中心处理节点，包括四个模块：大尺度衰落估计模块、分组判断模块、干扰抵消算法模块、MIMO检测模块。所述方法可以在分布式天线系统中，激活用户数不大于天线数目的情况下实现计算复杂度较低的多用户信号接收及检测。

Description

一种多用户分布式天线系统上行链路接收方法

技术领域

本发明属于无线通信领域，分布式天线通信系统，一种多用户条件下上行链路接收方法。

背景技术

在无线通信系统中，频谱资源是有限的，而用户对于高速数据通信需求迅速增长。由于传统蜂窝小区结构容量已经不能满足无线通信的需求，以多输入多输出(MIMO)技术为代表的，利用空间资源复用增加系统容量的组网方式成为研究的热点。从一定角度上讲空间资源与时频资源相比几乎是无限可利用的，或者说是取之不尽的。开发空间资源的角度来进一步提高无线系统的频谱利用率。为了提高空间资源的利用率，人们进行了广泛而深入的研究，智能天线、时空编码，分布式天线等新兴研究领域正是因此而蓬勃发展起来。分布式天线系统(Distributed Antenna System)利用了多输入多输出(MIMO)技术的基本思想，利用空间分集特性，可以提供很好的覆盖，提高系统容量。分布式天线系统采用分布式放置天线。天线通常高密度敷设，以充分利用空间资源。

在分布式天线系统中，由于天线和用户数量相当大，计算复杂度也很高。因此，分布式天线系统中有效的多用户解调方案非常重要。另一方面，在分布式系统中，天线相对蜂窝小区天线通常具有成本低、密度高等特点，某一时刻激活的用户数可能不大于天线数目，造成用户稀疏的局面。在这种条件下，多用户信号检测可能采用复杂度较低的算法获得较好的通信质量。

东南大学与都科摩(北京)通信技术研究中心有限公司专利“分布式天线系统及其通信方法”提出了在小区化结构下，采用分布式天线在一个小区内与用户进行通信，送至中央处理单元进行信号处理的一种组网结构。这种方法类似于小区分裂和采用微小区提高系统容量的方式。其另一专利“一种分布天线移动通信系统中的上行链路接收方法及设备”提出了在接收天线采用MIMO技术条件下，通过计算接收信号的自相关矩阵，经特征值分解判断子信道增益，从而选择通信质量较好的多信道进行上行信号接收和解调的方法，从而利用了空间分集的好处。这种方法没有充分利用多路信号空间自由度和信号联合处理增益。在用户移动过程中仍然存在切换问题。

本发明涉及的分布式天线系统中上行链路的接收方法和装置，在激活用户对天线数目稀疏的场景下，提出一种计算复杂度较低的多用户检测策略。

发明内容

本发明提出一种在无线分布式天线系统中进行上行链路接收的方法和装置，可以在激活用户不大于天线数目的条件下，融合MIMO空间复用的容量优势、干扰抵消技术和MIMO检测在信号处理角度的优势，降低了系统需求的复杂度，为分布式天线系统分布式计算提供了一种处理结构。

本发明涉及的无线分布式天线系统由分布式天线、移动终端和分布式中心处理节点组成，一个系统可以有一个或多个处理节点，天线和处理节点由有线网络相连，如图1所示。多中心处理节点接收并联合处理来自分布式天线接收到的信号。同时，分布式中心处理节点亦可进行分布式计算。

一种多用户分布式天线系统上行链路接收方法，所述方法依次含有以下步骤：步骤(1)：初始化

所述分布式天线系统由分布式天线、移动终端和至少一个分布式中心处理节点组成，分布式天线和分布式中心处理节点由有线网络相连；

在所述每个分布式中心处理节点设有依次串联的以下几个模块：大尺度衰落估计模块、分组判断模块、以及MIMO检测模块，其中：

大尺度衰落估计模块，在一个设定的时间片段，激活用户数M和天线数N满足M≤N时，所述模块接收到M个用户的信号，并通过接收信号的实时值和历史数据对各移动终端与各个天线上行链路进行大尺度衰落估计，得到信道矩阵；

分组判断模块，收到大尺度衰落估计模块相应的信道矩阵后，通过对该矩阵进行奇异值分解，该矩阵非零对角线上的元素个数为M，与激活用户数目相等。然后，根据地理位置接近的用户具有的特征值大小接近的原则，对用户进行分组；

MIMO检测模块，在收到分组判断模块相应的分组信息后，对每组和信号进行MIMO检测，解调出每组用户原始信号；

步骤(2)：M个激活用户收到的N个天线信息，所述中的处理节点，按步骤(1)所述方法得到多用户信号；

所述大尺度衰落估计模块利用实时接收到数据和历史数据对大尺度衰落进行估计，依系统实现需要确定发导频的频率；

在各中心处理节点内，在所述的分组判断模块和MIMO检测模块之间串联一个干扰抵消模块，利用分组判断模块输出的分组信号，对多天线接收信号进行分组，在利用干扰抵消模块增加组间信号处理，结合MIMO检测模块解出所有用户的信号。

所述干扰抵消技术是串行干扰抵消技术(SIC)或并行干扰抵消技术(PIC)；

通过地理位置对用户进行分组；

通过高层管理的人为划分进行分组；根据本发明进行分布式天线系统上行链路的接收，可以在激活用户M和天线数N满足M≤N情况下，通过大尺度衰落信息、高层管理层指令等对用户进行分组，降低MIMO检测的复杂度和准确度，从而提高多用户系统的通信质量。

附图说明

图1表示本发明所述的分布式无线系统中构成和多中心处理节点信号处理示意图。图1-a为分布天线系统激活用户分组示意图，其中○表示激活的移动终端，表示分布式天线；图1-b为分布式天线系统分布处理模式示意图。

图2表示本发明所述的分布式无线系统中多用户上行链路接收装置。其中模块3虚线表示可选。

具体实施方式

为了达到本发明的目的，采用以下技术方案：

(1)在一固定时间片段，被激活用户数相对天线数目稀疏的情况下，对用户进行分组，进行多用户信号检测；

(2)对(2)中每组信号，利用MIMO检测技术得到多用户信号；

(3)为了提高性能，步骤(2)中也可以根据各组信号质量，在组间采用干扰抵消方法解调各组，然后每组采用MIMO检测技术。

在所述步骤(1)中，在某一时间片段，激活用户M和天线数N满足：M≤N。激活用户可以与所有N根天线进行通信。对用户进行分组方法包括：

(1)通过信道大尺度衰落性能指标，如各用户接收信号的SNR大小，信道自相关矩阵的SVD分解等方法；天线将接收到用户信号送至该天线所连接的中心处理单元，中心处理单元通过导频对各移动终端与各天线上行链路进行大尺度衰落估计，得到信道矩阵：

公式一

其中h_ij为第i个用户对第j根天线的信道增益，通过奇异值分解得到H_MN＝U^TΛV，其中Λ为一对角阵，U^T为M×M维，V为N×N维的酉矩阵。对角阵Λ的秩(非零奇异值的个数)描述了多用户信道的相关性。当用户比较分散时，激活用户对分布式天线大尺度衰落使得各用户信道可以认为是不相关的；当用户比较集中时，激活用户在空间上的快衰落也可以认为是不相关的。且M≤N，故Λ矩阵非零对角线上元素与激活用户数M相等。

由于信道矩阵H_MN反映了用户信道在大尺度上的特征，大尺度衰落相近，或者说地理位置接近的用户具有特征值大小接近。现根据获得Λ对角线元素对用户进行分组，如图1(a)所示。分组精度可以根据中心处理节点的计算能力和业务要求等系统参数决定和调整。

(2)通过地理位置信息对用户进行分组：通过系统中的地理位置信息，对用户进行分组；

(3)通过高层管理的人为划分进行分组；根据用户的身份或者权限等信息对用户进行分组；

(4)以及以上两个或多个方法的组合对用户进行分组；

通过分组，每次进行解调的用户数大大减少，从而减小计算复杂度。

在通信质量要求比较高情况下，组间可以采用干扰抵消技术进行多用户信号解调。中心处理节点通过分组信息，得到各组用户的和信号。由于每组用户信号的大尺度衰落差别较大，采用干扰抵消技术可以获得很好的检测性能。现有的干扰抵消技术主要包括PIC(并行干扰抵消技术)，SIC(串行干扰抵消技术)等。附图2给出了本发明上行接收装置系统框图。干扰抵消在模块3中完成。这里模块3可选。

每组信号由于大尺度衰落接近，而小尺度快衰落不相关，采用MIMO检测技术，如MMSE(最小均方误差)，ZF(迫零)算法，可以得到很好的检测性能。该功能在附图2模块4中完成。

下面对附图2分布式无线系统中多用户上行链路接收装置进行说明：

1.大尺度衰落估计模块：可以置于天线上行接收装置或者中心处理节点中，完成通过导频估计多用户大尺度衰落作用。实时大尺度衰落估计需要在每个时间片段对信道状况作出实时估计；在用户一直处于激活状态的应用场景下，大尺度的衰落估计也可以非实时的方法，例如在平衰落的条件下，保存信道估计历史，在两邻时间片段内发一次导频，降低导频开销。模块1输出为信道矩阵，如公式一。

2.分组判断模块：该模块置于中心处理节点中，接收由模块1传送的信道大尺度衰落信息，对其进行奇异值分解，利用奇异值大小和聚集状况进行分组，并将分组信息输出给模块3。

3.干扰抵消算法模块：模块3置于中央处理节点，根据模块2输出的分组信息，将各天线接收信号进行分组，利用干扰抵消技术进行解调。这里由于可以采用SIC(串行干扰抵消)和PIC(并行干扰抵消)算法，因此计算可以是分布式的计算，可以位于一个或多个中央处理节点。将解调信号输出给模块4。

4.MIMO检测模块：模块4置于中央处理节点。接收每组解调和信号，进行MIMO检测，输出最终多用户信号。

上述4个模块之间串行工作，模块内部根据可以在一个或多个中央处理节点串行或并行计算。

下面结合附图进行进一步的说明。给出一个所述的分布式无线系统中多用户上行链路接收实例。

对一拥有50根分布式天线，一个中心处理节点的分布式天线系统，某一时间片段激活用户数为30。30个用户在该时间片段发送100个符号，前5个为导频，由此估计出各用户的大尺度衰落矩阵H_30，50。根据公式二，对H_30，50进行奇异值分解得到对角矩阵Λ_30，50，主对角线元素共有30个非零元素，根据奇异值大小聚集程度，将30个用户分为6组，将每组信号看作一个用户的信号。通过干扰抵消算法得到每组信号，最后，每组信号内部采用MMSE算法得到每个用户的信号。

以上为一个分布式无线系统中多用户上行链路接收实例，任何利用附图2中所述上行信号接收方发都在本专利保护范围。

Claims (6)

1.一种多用户分布式天线系统上行链路接收方法，其特征在于，所述方法依次含有以下步骤：

步骤(1)：初始化

所述分布式天线系统由分布式天线、移动终端和至少一个分布式中心处理节点组成，分布式天线和分布式中心处理节点由有线网络相连；

在所述每个分布式中心处理节点设有依次串联的以下几个模块：大尺度衰落估计模块、分组判断模块、以及MIMO检测模块，其中：

大尺度衰落估计模块，在一个设定的时间片段，激活用户数M和天线数N满足M≤N时，所述模块接收到M个用户的信号，并通过接收信号的实时值和历史数据对各移动终端与各个天线上行链路进行大尺度衰落估计，得到信道矩阵；

分组判断模块，收到大尺度衰落估计模块相应的信道矩阵后，通过对该矩阵进行奇异值分解，该矩阵非零对角线上的元素个数为M，与激活用户数目相等。然后，根据地理位置接近的用户具有的特征值大小接近的原则，对用户进行分组；

MIMO检测模块，在收到分组判断模块相应的分组信息后，对每组和信号进行MIMO检测，解调出每组用户原始信号；

步骤(2)：M个激活用户收到的N个天线信息，所述中的处理节点，按步骤(1)所述方法得到多用户信号。

2.根据权利要求1所述的一种多用户分布式天线系统上行链路接收方法，其特征在于：所述大尺度衰落估计模块在平衰落的情况下，利用非实时接收数据对大尺度衰落进行估计，依系统实现需要确定发导频的频率。

3.根据权利要求1所述的一种多用户分布式天线系统上行链路接收方法，其特征在于，在各中心处理节点内，在所述的分组判断模块和MIMO检测模块之间串联一个干扰抵消模块，利用分组判断模块输出的分组信号，对多天线接收信号进行分组，在利用干扰抵消模块增加组间信号处理，结合MIMO检测模块解出所有用户的信号。

4.根据权利要求3所述的一种多用户分布式无线系统上行链路接收方法，其特征在于，所述干扰抵消技术是串行干扰抵消技术(SIC)或并行干扰抵消技术(PIC)。

5.根据权利要求1所述的一种多用户分布式无线系统上行链路接收方法，其特征在于，通过地理位置对用户进行分组。

6.根据权利要求1所述的一种多用户分布式无线系统上行链路接收方法，其特征在于，通过高层管理的人为划分进行分组。

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