CN101453438A - 提高多点协作传输效率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种提高多点协作传输效率的方法，地理上分散分布的多个发射点之间协同合作共同完成某一数据流的传输；仅在协作所占用的资源块内增加协作的导频；所述协作的导频是在原有LTE导频的基础上通过矢量调制来获得。所述的矢量调制表示如下：设原有发射点1的导频符号为标量p1，发射点1所采用的调制矢量为c1，其中n为参与协作的发射点个数，则矢量调制为c1点乘p1。本发明通过参考信号的设计提高信道估计的准确性，从而提高协作传输的频谱效率。

Description

提高多点协作传输效率的方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种数据传输方法，尤其涉及一种提高多点协作传输效率的方法。

背景技术

当前，移动通信已成为当代通信领域内发展潜力最大、市场前景最广的热点技术之一。为了缓解移动通信系统频谱资源紧张、系统容量受限的现状，国际电联组织(ITU)启动了第四代移动通信系统IMT-Advanced的技术征集。由于ITU对IMT-Advanced的平均吞吐量和小区边界频谱效率两大系统指标提出了很高需求，传统的小区间干扰协调(ICIC)技术几乎难以满足IMT-Advanced对小区边界频谱效率的高要求。于是在最近几次3GPP会议上，一种新兴的多点协作传输概念正在兴起。

多点协作传输指的是地理上分散分布多个发射点(基站、中继或分布式天线)之间协同合作共同完成某一数据流的传输，把边界的干扰信号转变成有用信号，大大提高边界频谱效率。多点协作传输的一大问题在于接收端如何估计接收数据所经历的来自多个发射点各自的信道响应和联合信道响应，保证信道估计的准确性，从而真正发挥多点协作传输的高效率。这个问题的解决关键在于发射点的参考信号的设计。参考信号，也就是通常所说的”导频”信号，是由发射端提供给接收端用于信道估计或信道探测的一种双方约定好的已知信号。由于LTE-Advanced的一大需求是后向兼容性，即LTE的终端要能够接入LTE-Advanced系统，并且正常工作。这给协作传输的参考信号设计提出了一大难题：如何在保证后向兼容性的前提下设计尽可能好的参考信号，尽可能减小参考信号开销，保证信道估计的准确性，确保协作传输的频谱效率。

目前LTE系统的下行公共参考信号的具体设计如下：

A、下行参考信号由已知的参考符号构成，如图1所示。如果定义OFDM的基本资源单位(即1个子载波×1个OFDM符号)为资源粒子(Resource Element，RE)，则下行参考符号是以RE为单位的，即一个参考符号占用一个RE。

第1参考符号和第2参考符号在频域上是交错(Staggered)放置的。而且，下行参考信号的设计还必须有一定的正交性，以有效地支持多天线并行传输(最多需支持4个并行流)。实现一个小区内不同天线之间的参考信号正交性的一种方法是采用FDM(频分复用)。也就是说，在图1中，不同天线的参考信号在频域上有一定的位移。

B、下行参考信号一般是公共(Common)参考信号，在整个带宽插入，以广播的方式供小区内所有的UE使用。

C、相邻eNode B的参考信号之间采用FDM复用，即占用不同的子载波组，以抑制小区间干扰。在FDM的具体实现方面，可以采用小区特定位移(Cell-specific Shifting)的方法，即相邻小区的RS具有不同频域位移(Shift)。如图2所示，小区2的RS位置相对小区1平移一个子载波，这样就可以实现相邻小区之间RS的FDM复用。

D、下行RS序列设计不再区分eNode B内和eNode B之间的情况，RS序列的设计转化为一种统一的PN扰码设计。

虽然LTE的下行导频采用了Shifting技术，导频信号采用提高功率来发射，尽量使得多个基站之间的导频相互不干扰，这些基站之间进行协作传输基本不存在信道估计不准确的问题。但从图2中可以看到，由于RS频域间隔为6个子载波，能够提供的正交的Shifting位置也只有6个(单天线下)，而一个小区周围有六个小区，最少需要7个正交的位置才能保证它们之间互不干扰，反而言之一个小区总会与它周围的另一个小区的参考信号采用同样的子载波位置，从而相互干扰。如果对于多天线情况，考虑到天线之间的FDM占用更多的子载波位置，所以与周围小区导频信号产生干扰的可能性将大大增加。在这种情况下，LTE的导频对于协作传输的信道估计准确性产生了影响。

当恰好两个导频位置重叠的小区基站之间进行协作传输，此时接收端信号估计的最直接方法是：

1)接收端必须知道协作的两个基站各自的PN序列，记作p1，p2；

2)假设接收到的叠加在一起的导频信号为r(k)＝h1(k)p1(k)+h2(k)p2(k)+n(k)(k表示子载波序号)，则接收端分别用两个基站的PN序列进行信道估计，在用某个基站的PN序列估计信道时把另一个基站发射的导频当做干扰信号处理。如下式所示：

${\hat{h}}_1\left(k\right)=\frac{r\left(k\right)}{p_1\left(k\right)}=h_1\left(k\right)+h_2\left(k\right)\frac{p_2\left(k\right)}{p_1\left(k\right)}+\frac{n\left(k\right)}{p_1\left(k\right)}$

${\hat{h}}_2\left(k\right)=\frac{r\left(k\right)}{p_2\left(k\right)}=h_2\left(k\right)+h_1\left(k\right)\frac{p_1\left(k\right)}{p_2\left(k\right)}+\frac{n\left(k\right)}{p_2\left(k\right)}$

3)把得到的两个估计的信道叠加在一起，作为联合信道响应，如下式所示：

$\hat{h}\left(k\right)={\hat{h}}_1\left(k\right)+{\hat{h}}_2=h_1\left(k\right)+h_2\left(k\right)+h_1\left(k\right)\frac{p_1\left(k\right)}{p_2\left(k\right)}+h_2\left(k\right)\frac{p_2\left(k\right)}{p_1\left(k\right)}+\frac{n\left(k\right)}{p_2\left(k\right)}+\frac{n\left(k\right)}{p_1\left(k\right)}$

$=h_1\left(k\right)+h_2\left(k\right)+\hat{N}\left(k\right)$

其中N(k)是信道估计误差。

4)把导频估计的联合信道响应经过内插后获得数据部分的联合信道响应后，对数据进行均衡。

从上述表达式我们可以看出，在LTE导频上直接进行协作传输，会产生较大的信道估计误差，从而影响协作传输的实际频谱效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种提高多点协作传输效率的方法，通过参考信号的设计提高信道估计的准确性，从而提高协作传输的频谱效率。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种提高多点协作传输效率的方法，地理上分散分布的多个发射点之间协同合作共同完成某一数据流的传输；在协作所占用的资源块内增加协作的导频；所述协作的导频是在原有导频的基础上通过矢量调制来获得；所述的矢量调制表示如下：设原有发射点1的导频符号为标量p1，发射点1所采用的调制矢量为c1， $c1=\left[\begin{array}{c}c11\\ c12\\ \·\\ \·\\ \·\\ c1n\end{array}\right],$ 其中n为参与协作的发射点个数，则矢量调制为c1点乘p1。

作为本发明的一种优选方案，增加的协作导频放置在除了原有导频所占用的OFDM符号、控制信令所占用的OFDM符号外数据部分的OFDM符号中。

作为本发明的一种优选方案，在协作的资源块内，原有的导频位置和内容不改变。

作为本发明的一种优选方案，不同的协作发射点采用不同的调制矢量，记作c1，c2，…，cn，其中，n为参与协作的发射点个数，则不同发射点的调制矢量所组成的矩阵[c1，c2，…，cn]是满秩的方阵。

作为本发明的一种优选方案，仅在协作所占用的资源块内增加协作的导频，所述协作的导频是在原有LTE导频的基础上通过矢量调制来获得。

本发明的有益效果在于：本发明面向第四代移动通信系统IMT-Advanced，应用于多点协作传输方案中，可以用于解决现有LTE导频频率位置发生重叠的基站之间协作传输时导频相互干扰的问题。在保证对LTE的后向兼容性的前提下，通过设计新型的协作导频，提高接收端信道估计的准确性，并且尽可能减小导频开销，提高协作传输的频谱效率。本发明还能够应用于分布式天线中的多天线协作传输中。

附图说明

图1为下行单天线参考信号结构(常规CP)示意图。

图2为下行多小区导频信号格式(单天线，常规CP)示意图。

图3本为发明协作导频示意图。

图4A、4B为链路仿真曲线图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

本发明揭示一种提高多点协作传输效率的方法，在协作的资源块内，原有的LTE导频位置和内容不改变；仅在协作所占用的资源块内增加协作的导频；所述协作的导频是在原有LTE导频的基础上通过矢量调制来获得。所述的矢量调制表示如下：设原有发射点1的导频符号为标量p1，发射点1所采用的调制矢量为c1， $c1=\left[\begin{array}{c}c11\\ c12\\ \·\\ \·\\ \·\\ c1n\end{array}\right],$ 其中n为参与协作的发射点个数，则矢量调制为c1点乘p1。

增加的协作导频放置在除了LTE原有导频所占用的OFDM符号、控制信令所占用的OFDM符号外数据部分的OFDM符号中。不同的协作发射点采用不同的调制矢量，记作c1，c2，…，cn，其中，n为参与协作的发射点个数，则不同发射点的调制矢量所组成的矩阵[c1，c2，…，cn]是满秩的方阵。

以下以单天线系统、两个参考符号位置恰好发生碰撞的小区基站进行协作传输为例介绍本发明的技术方案。这里两个小区的协作导频采用哈德码Hardmard序列的正交扩频来实现，即两个小区在协作的资源块上的导频插放方式如图3所示。在非协作资源块上导频方式不变。从图3可以看出，本发明提出的协作导频方式并没有改变原有LTE的第一导频符号和第二导频符号，所以不影响其他用户的全频带公共导频。

在协作传输的接收端接收到叠加的协作导频后，按照下面的方式进行信道估计：

在1＝0的OFDM符号，接收导频表示为r(k，0)＝h₁(k，0)p₁(k)+h₂(k，0)p₂(k)+n(k，0)；

在1＝1的OFDM符号，接收导频表示为r(k，1)＝h₁(k，1)p₁(k)-h₂(k，1)p₂(k)+n(k，1)；

在较慢速信道变化下，认为h₁(k，0)＝h₁(k，1)；h₂(k，0)＝h₂(k，1)；则利用上述两式我们可以得到两个信道估计的响应为：

${\hat{h}}_1\left(k\right)=\frac{r(k,0)+r(k,1)}{2p_1\left(k\right)}=h_1\left(k\right)+\frac{n(k,0)+n(k,1)}{2p_1\left(k\right)}$

${\hat{h}}_2\left(k\right)=\frac{r(k,0)-r(k,1)}{2p_2\left(k\right)}=h_2\left(k\right)+\frac{n(k,0)-n(k,1)}{2p_2\left(k\right)}$

于是联合信道响应为

$\tilde{h}\left(k\right)={\tilde{h}}_1\left(k\right)+{\tilde{h}}_2\left(k\right)=h_1\left(k\right)+h_2\left(k\right)+\frac{n(k,0)-n(k,1)}{p_2\left(k\right)}+\frac{n(k,0)+n(k,1)}{p_1\left(k\right)}$

$=h_1\left(k\right)+h_2\left(k\right)+\tilde{N}\left(k\right)$

可见此时联合信道响应已经消除了干扰，只存在噪声项，比LTE传统的信道估计方法的估计误差大大减小了。

本发明唯一的缺点是在协作的资源块上的导频开销比LTE传统导频方式略有增加，但是由于本方案能够消除协作传输的导频干扰，提高信道估计准确性，所以即使考虑增加的导频开销，其对协作传输的频谱效率也能够大大提高。这一结果可由图4A、图4B中的链路仿真曲线证明。

按照下列参数进行了链路仿真：

 

比较的方案	1.LTE原有的导频2.本发明所设计的协作导频
		基本假设	单天线，两个小区基站协作并且恰好参考符号位置发生碰撞

 

带宽	5MHz
		信道模型	TU，3km/h
协作占用资源块个数	2
		数据可占用的子载波数	1.3202.304
调制方式	16QAM
		数据长度(码长)	1.K＝4202.K＝400
码率	1/3
		均衡算法	ZF
导频提升功率	1.3dB2.增加协作导频后总功率与1相同，保证公平性

这里需要强调的是，在比较两种导频方案时，由于本发明改进的导频比传统LTE导频开销略有增加，为了结果的公平性，仿真中保证：1、导频功率提升必须保证两种方案导频加数据总功率相等的。2、频谱效率计算时必须把两种导频方案不同的导频开销分别进行折算。

从上述仿真曲线可以看出，由于传统LTE导频在协作时干扰不能消除，当信噪比大到一定程度时，信道估计误差导致频谱效率反而下降，并随着信噪比继续增加趋于一个平稳值。本发明提出的协作导频方案能够大大提高协作传输的频谱效率，而且能够很好的保证对LTE的后向兼容性，是值得采用的方案。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其他变形和改变。

Claims (6)

1、一种提高多点协作传输效率的方法，地理上分散分布的多个发射点之间协同合作共同完成某一数据流的传输；其特征在于：

在协作所占用的资源块内增加协作的导频；所述协作的导频是在原有导频的基础上通过矢量调制来获得；

所述的矢量调制表示如下：设原有发射点1的导频符号为标量p1，发射点1所采用的调制矢量为c1， $c1=\left[\begin{array}{c}c11\\ c12\\ \·\\ \·\\ \·\\ c1n\end{array}\right],$ 其中n为参与协作的发射点个数，则矢量调制为c1点乘pI。

2、根据权利要求1所述的提高多点协作传输效率的方法，其特征在于：

增加的协作导频放置在除了原有导频所占用的OFDM符号、控制信令所占用的OFDM符号外数据部分的OFDM符号中。

3、根据权利要求1所述的提高多点协作传输效率的方法，其特征在于：

在协作的资源块内，原有的导频位置和内容不改变。

4、根据权利要求1所述的提高多点协作传输效率的方法，其特征在于：

不同的协作发射点采用不同的调制矢量，记作c1，c2，…，cn，其中，n为参与协作的发射点个数，则不同发射点的调制矢量所组成的矩阵[c1，c2，…，cn]是满秩的方阵。

5、根据权利要求1所述的提高多点协作传输效率的方法，其特征在于：仅在协作所占用的资源块内增加协作的导频。

6、根据权利要求1所述的提高多点协作传输效率的方法，其特征在于：所述协作的导频是在原有LTE导频的基础上通过矢量调制来获得。

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