CN101795458A - 一种消除时分双工蜂窝系统上行跨时隙干扰的方法 - Google Patents

Abstract

一种消除时分双工蜂窝系统上行跨时隙干扰的方法。其步骤是：A、将蜂窝系统划分为多个不重叠的区群，每个区群由N个相邻小区构成；将N个互不相同的序列对应分配给各个区群内的N个小区；B、每个小区的基站根据业务情况确定上行时隙段所处的跨时隙区域，并统计出该上行跨时隙区域内处于下行的紧邻小区的个数；C、对发送信号进行预处理，使同一个小区内所有用户发送信号的自相关序列等于分配的序列；D、接收信号采用基于自相关的信号检测算法进行自适应处理，消除上行跨时隙干扰，再采用逆处理方法恢复出发送端的信号。该方法频谱资源利用率高，对上行跨时隙干扰的消除效果好，对强上行跨时隙干扰均能有效消除。

Description

一种消除时分双工蜂窝系统上行跨时隙干扰的方法

技术领域

本发明涉及时分双工模式下的无线蜂窝通信系统中的邻小区干扰消除方法，尤其是上行链路中的跨时隙干扰的消除方法。

背景技术

在移动通信系统中，双工技术是无线资源分配的重要技术方案。移动通信系统的双工方式主要有频分双工(FDD：Frequency Division Duplex)和时分双工(TDD：Time Division Duplex)两种。频分双工技术是将上、下行链路分别部署到2个不重叠的频率上，需要使用成对的频率来实现双工通信；时分双工技术是将上、下行链路分配到同一个频率上，上、下行链路分别占用不同的时间段。时分双工技术采用单一频率实现双工通信，使其在频率利用率方面具有极大的优势，可以最大限度地利用无线电频谱资源。

时分双工技术的另一个特点是比频分双工技术更有效地支持非对称数据业务。在频分双工系统中，上行链路与下行链路的资源比例由上行链路和下行链路所使用的频段相对大小(通常大小相同)来确定，这个比例往往是固定的；在支持非对称业务时，频谱利用率将大大降低。而在时分双工系统中，上行链路与下行链路的资源比例则由上行链路和下行链路所占用的时间之比来决定。在第三代移动通信系统以及未来的移动通信系统中，除了提供语音业务之外，数据和多媒体业务将成为主要内容。由于Internet、文件传输和多媒体业务通常上、下行容量不对称，因此，如果采用频分双工技术支持这些业务，会造成上行或下行资源的浪费，或者需要通过十分复杂的控制措施来改善这种浪费现象。而时分双工技术可以方便的通过调整上、下行时隙转换点，改变上、下行时隙比例，从而很好地支持非对称业务的传输。在提供网页浏览、视频点播等业务时，由于下行数据量明显大于上行数据量，系统可以根据业务量的特点，配置下行时隙多于上行时隙，如下行和上行时隙比为7∶1、6∶2、5∶3等；而在提供传统的语音业务时，系统可以配置下行时隙等于上行时隙，如1∶1。

时分双工技术在频谱利用率和支持非对称业务方面具有得天独厚的优势，能够满足通信系统对带宽的要求以及频率分配零散化的趋势，使其在国际上受到越来越多的重视。特别是2007年11月，3GPP RAN1会议通过了27家公司联署的LTE TDD融合帧结构的建议，统一了LTE TDD的两种帧结构。TDD帧结构的融合使得更多的厂商参与到TDD的标准化进程中，LTE TDD技术受到了广泛的重视，其产业化进程也有了显著的发展。

时分双工技术可以通过改变上、下行时隙比例来充分使用无线资源，适应不同业务的非对称特性。在蜂窝无线通信系统中采用时分双工技术，每个小区可以根据自己当前数据业务的特点，灵活分配上、下行时隙比例，从而提高资源利用率。如表1所示，假设单个数据帧有6个时隙，根据各自的业务比例，小区C₁分配4个时隙用于上行传输、2个时隙用于下行传输；小区C₂分配1个时隙用于上行传输、5个时隙用于下行传输。

表1，小区时隙分配表

时隙编号	1	2	3	4	5	6
							小区C1	上行	上行	上行	上行	下行	下行
小区C2	上行	下行	下行	下行	下行	下行

这样，小区C₁与C₂之间的上、下行时隙分配比例呈现非对称特点，从而产生了跨时隙区域。所谓跨时隙区域，就是指相邻小区在同一时间内既存在上行传输的时隙段又存在下行传输的时隙段。例如表1中的第2、3、4号时隙组成的时隙段即为跨时隙区域。跨时隙区域是时分双工蜂窝系统中特有的现象。跨时隙区域内相邻小区之间的反向传输，给系统带来了新的干扰：邻小区基站的下行发送信号对本小区基站的上行接收信号产生的干扰称之为上行跨时隙干扰；邻小区移动台的上行发送信号对本小区移动台的下行接收信号产生的干扰称之为下行跨时隙干扰；两者统称为跨时隙干扰。如表1中的跨时隙区域，小区C₁处于上行传输，基站接收信号，移动台发送信号；小区C₂处于下行传输，基站发送信号，移动台接收信号。小区C₁的基站在上行接收信号时，受到了来自小区C₂的基站发送信号引起的上行跨时隙干扰。

消除跨时隙干扰，能有效提高系统性能。目前，国内外学者提出了一系列方案：

公开号101515822的中国专利(“基于时分双工系统的小区间干扰消除方法及装置”)提出了一种无线通信时分双工系统小区间干扰消除方法及装置。该发明首先确定相邻小区的物理帧中在时域上重叠且传输方式不同的一个或多个物理帧对，然后对于每个物理帧对，分别将物理帧对中的所有上行物理帧或所有下行物理帧设置为不发射信号。该发明虽然避免了跨时隙干扰的发生，但是这种禁止某方向传输的方式极大地浪费了无线资源，同时也失去了时分双工有效支持非对称业务传输的本质特性。

更多的消除跨时隙干扰的方法是通过动态时隙分配方案来降低跨时隙干扰的产生，从而有效抑制跨时隙干扰。H.哈斯和H.麦克劳克林(H.Haas and S.McLaughlin)在论文“A dynamic channel assignment algorithm for a hybridTDMA/CDMA-TDD interface using the novel TS-opposing technique”(混合TDMA/CDMA-TDD系统中一种新的基于反向TS技术的动态信道分配算法，IEEE J.Select.Areas Commun.，vol.19，no.10，pp.1831-1846，Oct.2001)中提出了一种基于反向TS技术的集中式动态信道分配算法，该算法可以允许相邻小区采用不同的上、下行时隙分配方法，并且不损失系统容量。I.斯派若普罗斯和J.R.吉德勒(I.Spyropoulos and J.R.Zeidler)提出了一种采用分布式动态时隙分配方法来降低跨时隙干扰发生的概率，并采用空时线性最小均方差联合检测方法消除剩余的小区间干扰，见论文“Supporting asymmetric traffic in a TDD/CDMAcellular network via interference-aware dynamic channel allocation and space-timeLMMSE joint detection”(通过干扰识别动态信道分配和空时LMMSE联合检测来支持TDD/CDMA蜂窝系统中的非对称业务，IEEE Trans.Veh.Technol.，vol.58，no.2，pp.744-759，Feb.2009)。时隙分配方案的本质是通过上、下行时隙的重新分配来尽可能地避免跨时隙干扰的产生，其存在的缺点是降低了频谱利用率，并且需要复杂的时隙分配以及调度算法，也没有从根源上去消除跨时隙干扰。

美国US7376394B2号专利(“Method and system for wireless communicationsusing anti-interference to increase data transmission rate”，无线通信中通过使用抗干扰来增加数据传输速率的方法和系统)将信号在自相关域不重叠的特性应用到无线通信系统中，提出了一种基于自相关的信号发送和接收检测方法。采用其方法，可以将在自相关域上互不重叠的信号(即自相关序列不同的信号)进行区分，并消除不需要的信号(即干扰)。利用信号在自相关域的不重叠的特性来区分信号的最大优势就是不管干扰信号的功率有多强，都可以进行消除，并且接收端不需要知道信道状态信息。但是由于时分双工蜂窝系统中小区数量众多，上、下行非对称分布复杂且随时变化，因此在时分双工蜂窝系统采用该方法将使自相关序列数量过多；为了使众多的自相关序列各不相同，必然导致每个自相关序列的长度超长，并且计算复杂度太大，以至于不能满足实时通信的要求，从而该方法难以运用于时分双工蜂窝系统中。

在时分双工蜂窝系统的上行链路中，由于跨时隙区域的存在，基站会受到相邻基站的下行发送信号引起的上行跨时隙干扰。由于基站之间通常具有良好的传输路径，并且基站的发射功率要远远大于移动台的功率，因此上行跨时隙干扰会严重影响基站对本小区移动台信号的接收。如何有效地消除该干扰，对系统性能的提升具有极大的研究价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种消除时分双工蜂窝系统上行跨时隙干扰的方法，该方法频谱资源利用率高，对上行跨时隙干扰的消除效果好，对强上行跨时隙干扰均能有效消除。

本发明解决其技术问题，所采用的技术方案是：

A、区群划分与自相关序列的分配：将蜂窝系统划分为很多个互不重叠的区群，每个区群由N≥2个相邻小区{C_i|i＝1，2，...，N}构成；确定N个互不相同的序列{r_i|i＝1，2，...，N}；将这N个序列r_i，对应分配给各个区群内的N个小区C_i，任意两个区群中分配了相同序列r_i的小区C_i之间的距离均相等；所有小区的基站配备一个发送天线，N个接收天线；

B、上行跨时隙区域确定：每个小区C_i的基站根据其业务情况确定将要处理的数据帧的上、下行时隙，并将该上、下行时隙分配情况广播给与其紧邻的N-1个小区，同时接收与其紧邻的N-1个小区的上、下行时隙分配情况，确定出本小区在将要处理的数据帧的上行时隙段所处的跨时隙区域，并统计出该上行跨时隙区域内的处于下行的紧邻小区的个数N_BS(N_BS≤N-1)；

C、发送信号预处理：每个小区C_i根据所分配的序列r_i，对数据帧的发送信号进行预处理，使得同一个小区C_i内所有用户的发射信号的自相关序列等于序列r_i；

D、接收信号自适应处理：处于上行时隙段且跨时隙区域的基站在接收数据帧时，启用N_BS+1个接收天线；对N_BS+1个接收天线接收到的信号采用基于自相关的信号检测算法进行自适应处理，消除上行跨时隙干扰，再采用发送信号预处理的逆处理方法恢复出发送端的信号；处于其它上行时隙段的基站，则启用1个接收天线，对接收天线接收到的信号直接采用发送信号预处理的逆处理方法恢复出发送端的信号；

E、重复B、C、D步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明将整个蜂窝系统划分为很多个互不重叠的区群，每个区群由紧邻的N个小区构成，N个自相关序列分配给同一个区群内的N个小区，并在所有区群内重复使用这N个自相关序列。相邻区群中分配了相同序列r_i的小区C_i之间的距离相等，使得任何一个小区与其紧邻的N-1个小区所分配的自相关序列互不相同；相邻的N-1个小区对该小区构成干扰，其他小区相隔远，对该小区干扰小，可以忽略不计；因此对任意一个小区均可使用这N个序列对紧邻的N-1个小区进行自相关信号的检测与处理；从而本发明只需要N个序列即可完成小区数量远远大于N的整个蜂窝系统的自相关序列分配，大大减少了所需的序列个数。由于序列个数少，序列的长度也大大缩短，减小了发送信号预处理器的设计与加工难度，也减少基站接收天线的个数，同时整个系统的信号预处理、自适应检测处理及信号逆预处理等过程的运算复杂度均大大降低，处理速度快，能够满足系统实时通信的需求，从而使得自相关的信号发送和接收检测方法可以用于实际的时分双工蜂窝系统中消除上行跨时隙干扰。

2、本发明的信号预处理是使发送信号的自相关序列与所分配的序列相等，但并不改变发送信号本身的长度，也即并不需要占用额外的频谱资源，因此本发明的频谱资源利用高。

3、本发明的自适应检测处理不需要知道每个信道的状态信息，从而不需要进行复杂的信道估计，因此，本发明对上行跨时隙干扰消除效果有效、可靠。

4、本发明利用信号在自相关域不重叠的性质来消除上行跨时隙干扰，本基站接收天线上接收下来的所有信号中，无论干扰信号有多强，只要其自相关序列与本小区分配的自相关序列不同，均判定为来自其他小区的干扰，并通过自适应检测进行消除。因此，本发明特别适用于对强上行跨时隙干扰的消除。

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步地详细说明。

附图说明

图1为本发明实施例的区群划分及自相关序列分配图。

图2为基站在遭受不同上行跨时隙干扰个数情况下，采用本发明前后的上行链路信噪比性能结果比较图。横坐标表示上行跨时隙干扰个数；纵坐标表示信噪比(SINR)。

图3为基站使用不同的发射功率时，采用本发明前后的上行链路信噪比性能结果比较图。横坐标表示基站的发射功率；纵坐标表示信噪比(SINR)；

图2、图3中，带符号“*”的曲线为采用本发明的结果；带符号“○”的曲线为未采用本发明的结果；带符号“□”的虚线为理论上完全消除上行跨时隙干扰后的结果。

具体实施方式

实施例

本发明的一种具体实施方式，一种消除时分双工蜂窝系统上行跨时隙干扰的方法，其步骤是：

A、区群划分与自相关序列的分配：将蜂窝系统划分为很多个互不重叠的区群，每个区群由N≥2个相邻小区{C_i|i＝1，2，...，N}构成；确定N个互不相同的序列{r_i|i＝1，2，...，N}；将这N个序列r_i，对应分配给各个区群内的N个小区C_i，任意两个区群中分配了相同序列r_i的小区C_i之间的距离均相等；所有小区的基站配备一个发送天线，N个接收天线。

N个互不相同的序列{r_i|i＝1，2，...，N}是指这N个序列构成的矩阵T＝[r₁r₂...r_N]为列满秩矩阵。

本实施例中：

每个区群的小区数N＝7，每个自相关序列的长度取8。7个互不相同的序列{r_i|i＝1，2，...，7}取以下7个：

r₁＝[10000000]^T；

r₂＝[01000000]^T；

r₃＝[00100000]^T；

r₄＝[00010000]^T；

r₅＝[00001000]^T；

r₆＝[00000100]^T；

r₇＝[00000010]^T

图1示出，每一粗线框内的7个小区构成本实施例的一个区群；将7个序列按图1方式分配给蜂窝系统中的各个区群内的7个小区{C_i|i＝1，2，...，7}；任两个区群中分配了相同序列r_i的同序号小区C_i之间的距离均相等，如图1中，中央灰色区群的C₁小区与相邻的右下角区群中的C₁小区的距离同中央灰色区群的C₂小区与相邻的右下角区群中的C₂小区的距离相等。因此，对于任意一个小区C_i而言，其紧邻的6个小区所分配的序列和自身所分配的序列互不相同。如图1中，中央灰色区群中的C₅小区，其紧邻的6个小区分别为C₁、C₄、C₇、C₃、C₂、C₆，对应分配的序列分别为r₁、r₄、r₇、r₃、r₂、r₆；从而对于任意一个小区C_i，只需考虑来自周边第一层的6个紧邻小区的上行跨时隙干扰。

所有小区C_i的基站配备1个发送天线，7个接收天线。

B、上行跨时隙区域确定：每个小区C_i的基站根据其业务情况确定将要处理的数据帧的上、下行时隙，并将该上、下行时隙分配情况广播给与其紧邻的N-1＝6个小区，同时接收与其紧邻的6个小区的上、下行时隙分配情况，确定出本小区在将要处理的数据帧的上行时隙段所处的跨时隙区域，并统计出该上行跨时隙区域内的处于下行的紧邻小区的个数N_BS(N_BS≤N-1)；

以附图1中中央灰色区群中的小区C₁为例，其将遭受来自紧邻的C₂至C₇共6个小区的干扰。假设一个数据帧有8个时隙。这7个小区的上、下行时隙分配情况如表2所示。

表2，附图1中央灰色区群中的7个小区的时隙分配表

时隙编号	1	2	3	4	5	6	7	8
									小区C1	上行	上行	上行	上行	下行	下行	下行	下行
小区C2	上行	上行	下行	下行	下行	下行	下行	下行
									小区C3	上行	上行	上行	下行	下行	下行	下行	下行

时隙编号	1	2	3	4	5	6	7	8
									小区C4	上行	上行	上行	上行	下行	下行	下行	下行
小区C5	上行	下行	下行	下行	下行	下行	下行	下行
									小区C6	上行	上行	下行	下行	下行	下行	下行	下行
小区C7	上行	上行	上行	下行	下行	下行	下行	下行

小区C₁将本小区的时隙分配情况广播给紧邻的C₂至C₇共6个小区，同时接收紧邻的C₂至C₇共6个小区的时隙分配情况，从而得到中央灰色区群中的7个小区的时隙分配情况(如表2所示)，进而确定出小区C₁的上行链路中的跨时隙区域为第2、3和4号时隙；并统计出这三个时隙中处于下行链路(表2中下划线表示的下行)的小区数目分别是1、3和5个，即小区C₁在第2、3和4号时隙段将分别遭受到1、3和5个上行跨时隙干扰(即表2中下划线所对应的小区的下行信号引起的干扰)。

C、发送信号预处理：每个小区C_i根据所分配的序列r_i，对数据帧的发送信号进行预处理，使得同一个小区C_i内所有用户的发射信号的自相关序列等于序列r_i。

本实施例中，发送信号的预处理采用滤波器的方法实现，如FIR滤波器：F(z)＝2+0.5z^-τ。每个小区内基站和移动台根据所分配的序列选择对应的FIR滤波器。选取原则：分配的序列为r_i，则选取的滤波器为F(z)＝2+0.5z^-i。在接收端，需要对信号进行逆处理，即采用对应FIR滤波器的逆滤波算法进行数据恢复。

长为L的信号s(t)，给出如下几个定义：

(1)自相关函数：r_s(τ)＝E[s(t)s^H(t-τ)]，τ＝1，2，...；其中s^H(t-τ)为s(t)延时τ个单位后的共轭信号；

(2)自相关序列：r_s＝[r_s(1)，r_s(2)，...，r_s(m)]^T，N＜m＜L；上标T表示向量或矩阵的转置。

假设u_i1，u_i2，...，u_id是来自小区C_i的未经预处理的d个发射信号，通过FIR滤波器F(z)＝2+0.5z^-i处理后信号变为s_i1，s_i2，...，s_id；这d个信号的自相关序列分别为

则这d个自相关序列相等且均等于r_i，即：

$r_{s_{i1}}=r_{s_{i2}}=\·\·\·=r_{s_{\mathrm{id}}}=r_i.$

D、接收信号自适应处理：处于上行时隙段且跨时隙区域的基站在接收数据帧时，启用N_BS+1个接收天线；对N_BS+1个接收天线接收到的信号采用基于自相关的信号检测算法进行自适应处理，消除上行跨时隙干扰，再采用发送信号预处理的逆处理方法恢复出发送端的信号；处于其它上行时隙段的基站，则启用1个接收天线，对接收天线接收到的信号直接采用发送信号预处理的逆处理方法恢复出发送端的信号。

本实施例中，假定每个小区有N_MS个移动台，紧邻的N-1＝6个小区中有N_BS个小区处于下行链路，6-N_BS个邻小区处于上行链路。如表2，确定基站在2、3和4号时隙启用的接收天线数M分别为2、4和6个，而在1号时隙由于未受到上行跨时隙干扰，只启用1个接收天线。

如果小区C₁处于上行时隙段且跨时隙区域(如表2中第2、3和4号时隙)，则N_BS＞0，小区C₁内基站的接收信号可表示为：

$x\left(t\right)=\underset{k=1}{\overset{N_{\mathrm{MS}}}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{I_{\mathrm{MS}\left(k\right)}}{h}_{0k}{s}_{0k}\left(t\right)+\underset{j=1}{\overset{(6-N_{\mathrm{BS}})}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=1}{\overset{N_{\mathrm{MS}}}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{I_{\mathrm{MS}\left(k\right)}}{h}_{\mathrm{jk}}{s}_{\mathrm{jk}}\left(t\right)+\underset{j=1}{\overset{N_{\mathrm{BS}}}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{I_{\mathrm{BS}\left(j\right)}}{f}_j{j}_j\left(t\right)+n\left(t\right),\left(1\right)$

其中，h_jk和f_j是M维的信道向量，s_jk(t)and j_j(t)分别是来自移动台和基站的发射信号，I_MS(k)和I_BS(j)分别表示移动台到基站之间、基站到基站之间的大尺度衰落功率，n(t)是服从CN(0，Iσ_n)分布的复高斯噪声，σ_n是噪声功率谱密度。上式等号右边中第一项为小区C₁内移动台的发送信号，第二项为紧邻6-N_BS个上行小区内移动台发射发送信号引起的干扰，第三项为紧邻N_BS个下行小区内基站发送信号引起的上行跨时隙干扰，最后一项为噪声干扰。

令 $h_j=[h_{j1},\·\·\·,h_{j{N}_{\mathrm{MS}}}],$ $A_j=\mathrm{diag}\left[\sqrt{I_{\mathrm{MS}\left(1\right)},\·\·\·,\sqrt{I_{\mathrm{MS}\left(N_{\mathrm{MS}}\right)}}}\right],$ $s_j\left(t\right)=[s_{j1}\left(t\right),\·\·\·,s_{j{N}_{\mathrm{MS}}}\left(t\right){]}^T,$ j＝0，1，...，6-N_BS。其中j＝0代表小区C₁，j＝1，...，6-N_BS代表紧邻的6-N_BS个上行小区。令 $H=[h_0,h_1,\·\·\·,h_{{6-N}_{\mathrm{BS}}}],$ $A_{\mathrm{MS}}=\mathrm{diag}[A_0,\·\·\·,A_{{6-N}_{\mathrm{BS}}}],$ $S\left(t\right)={[s_0}^T\left(t\right),{s_1}^T\left(t\right),\·\·\·,s_{6-N_{\mathrm{BS}}}^T\left(t\right){]}^T,$ $F=[f_1,\·\·\·,f_{N_{\mathrm{BS}}}]A_{\mathrm{BS}}=\mathrm{diag}[\sqrt{I_{\mathrm{BS}\left(1\right)}},\·\·\·,\sqrt{I_{\mathrm{BS}\left(N_{\mathrm{BS}}\right)}}],$ $J\left(t\right)={[j}_1\left(t\right),\·\·\·,j_{N_{\mathrm{BS}}}\left(t\right){]}^T.$ 则小区C₁内基站的接收信号可表示为如下矩阵形式：

x(t)＝HA_MSS(t)+FA_BSJ(t)+n(t)，

上式等号右边第二项为上行跨时隙干扰。

小区C₁的基站遭受了上行跨时隙干扰，需要采用基于自相关的信号检测算法进行自适应处理，设计滤波器W，消除上行跨时隙干扰。基于来自不同小区发送信号在自相关域内不重叠的特性，可通过现有的基于自相关的检测算法(如美国US7376394B2号专利)获得该滤波器W，满足W^HF＝0。则接收信号x(t)通过滤波器W处理后变为为

$\hat{x}\left(t\right)=W^{H}H{A}_{\mathrm{MS}}S\left(t\right)+W^{H}n\left(t\right),$

上行跨时隙干扰被完全消除掉。最后采用发送信号预处理的逆处理方法对

进行处理，恢复出发送端的信号。

如果基站处于上行时隙的其他区域(如表2中的第1号时隙)，则N_BS＝0，则小区C₁内基站的接收信号可表示为

x(t)＝HA_MSS(t)+n(t)。

小区C₁没有遭受到上行跨时隙干扰，对接收信号x(t)直接采用发送信号预处理的逆处理方法恢复出发送端的信号。

E、重复B、C、D步骤，即可不断地消除时分双工蜂窝系统中的上行跨时隙干扰。

本发明的上行跨时隙消除方法的性能可以通过以下仿真实验检验：

仿真实验

实验中，小区半径为R，移动台在小区内均匀分布，采用最优的功率控制，使得小区内基站对本小区内所有移动台的接收功率相等，定义为P_r。大尺度衰落采用传输损耗和对数正态分布的阴影衰落相结合的模型。定义发射机和接收机之间的距离为r，路径损耗指数因子为α，路径损耗常数为γ，均值为0、标准方差为σdB的高斯随机变量β，则大尺度衰落模型可写为：

G(r，α，β)＝γr^-α10^(β/10)。

由于基站通常架设比较高，基站与基站之间的路径状态比较好，通常为视距路径，而移动台与基站之间的路径比较复杂，受各种地形的影响，因此基站与基站之间和移动台与基站之间的大尺度衰落系数是不相同的。定义基站与基站之间的衰落系数为α_BS、σ_BS；移动台与基站之间的衰落系数为α_MS、σ_MS。

为保证小区边缘用户的通信质量，允许小区边缘移动台以最大的发射功率传输数据，定义为P_MS。则P_MS和P_r之间的关系为：

P_r＝P_MSG(R，α_MS，β_MS)

定义紧邻小区(C₂至C₇)内某移动台k与本小区的基站之间的距离为r_k，与小区C₁的基站之间的距离为r₀则该移动台对小区C₁的基站的干扰功率为：

$I_{\mathrm{MS}\left(k\right)}=\frac{P_{r}G(r_0,{\mathrm{\α}}_{\mathrm{MS}},{\mathrm{\β}}_0)}{G(r_k,{\mathrm{\α}}_{\mathrm{MS}},{\mathrm{\β}}_k)}=P_r{\left(\frac{r_k}{r_0}\right)}^{{\mathrm{\α}}_{\mathrm{MS}}}{10}^{({\mathrm{\β}}_0-{\mathrm{\β}}_k)/10}$

定义基站的发射功率为P_BS，则紧邻小区(C₂至C₇)的基站j对小区C₁的基站的干扰功率为：

$I_{\mathrm{BS}\left(j\right)}=P_{\mathrm{BS}}G(\sqrt{3}R,{\mathrm{\α}}_{\mathrm{BS}},{\mathrm{\β}}_j)$

仿真中所采用系统参数的具体取值情况如表3所示。

表3，仿真实验的系统参数表

在本实验中，主要对上行链路中基站遭遇上行跨时隙干扰下的性能进行了仿真，通过对系统信噪比的对比分析来评估系能性能以及本发明在改进系统性能方面的作用。参考基站接收信号公式(1)，列出本仿真中主要涉及的三个信噪比参数：

1、小区C₁采用本发明方法后的基站接收端的信噪比：

${\mathrm{SINR}}_1=\frac{I_{\mathrm{MS}\left(1\right)}E\left[{\left|W^H{h}_{01}{s}_{01}\left(t\right)\right|}^2\right]}{E\left[{|W^{H}x\left(t\right)-\sqrt{I_{\mathrm{MS}\left(1\right)}}{W}^H{h}_{01}{s}_{01}\left(t\right)|}^2\right]}$

2、小区C₁未采用本发明情况下的基站接收端的信噪比：

${\mathrm{SINR}}_2=\frac{I_{\mathrm{MS}\left(1\right)}E\left[{\left|h_{01}{s}_{01}\left(t\right)\right|}^2\right]}{E\left[{|x\left(t\right)-\sqrt{I_{\mathrm{MS}\left(1\right)}}{h}_{01}{s}_{01}\left(t\right)|}^2\right]}$

3、理论上完全消除上行跨时隙干扰情况下基站接收端的信噪比：

${\mathrm{SINR}}_3=\frac{I_{\mathrm{MS}\left(1\right)}E\left[{\left|h_{01}{s}_{01}\left(t\right)\right|}^2\right]}{E\left[{|x\left(t\right)-\sqrt{I_{\mathrm{MS}\left(1\right)}}{h}_{01}{s}_{01}\left(t\right)-\underset{j=1}{\overset{N_{\mathrm{BS}}}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{I_{\mathrm{BS}\left(j\right)}}{f}_j{j}_j\left(t\right)|}^2\right]}$

小区C₁的基站在上行链路接收信号时，遭受上行跨时隙干扰的个数等于紧邻6个小区中处于下行链路的小区个数。

图2给出了基站在遭受不同上行跨时隙干扰个数情况下，采用本发明前后的上行链路信噪比性能结果比较。图2中，横坐标表示上行跨时隙干扰个数；纵坐标表示信噪比(SINR)；带符号“*”的曲线为采用本发明的结果；带符号“○”的曲线为未采用本发明的结果；带符号“□”的虚线为理论上完全消除上行跨时隙干扰后的结果。

从图2可以看出：采用本发明方法后的结果与理论上完全消除上行跨时隙干扰后的信噪比几乎吻合，系统所遭受的上行跨时隙干扰几乎完全被消除。而未采用本发明方法，其性能结果很糟。如上行跨时隙干扰个数为3时，未采用本发明时的信噪比为-0.5分贝；而采用本发明后，信噪比提高到4分贝，与理论上完全消除上行跨时隙干扰后的信噪比吻合。特别是随着上行跨时隙干扰数目的增加，未采用本发明时的信噪比急剧下降，由1.6分贝下降至-2.3分贝；但采用本发明以后，信噪比提高的幅度从0.9分贝上升至7.4分贝，与理论上完全消除上行跨时隙干扰后的信噪比几乎吻合。

上行跨时隙干扰大小与基站的发射功率大小成正比。图3给出了针对基站使用不同的发射功率时，采用本发明前后的上行链路信噪比性能结果比较。图3中，横坐标表示基站的发射功率；纵坐标表示信噪比(SINR)；带符号“*”的曲线为采用本发明的结果；带符号“○”的曲线为未采用本发明的结果；带符号“□”的虚线为理论上完全消除上行跨时隙干扰后的结果。

从图3中可以看出，在未采用本发明时，系统信噪比随着基站发射功率的增大而降低，这是由于上行跨时隙干扰变得越来越严重。采用本发明以后，系统的信噪比得到的极大地提高，并且保持在某个恒定值4.6分贝。这是因为上行跨时隙干扰被消除以后，系统信噪比与基站的发射功率无关。可见，无论紧邻小区的基站发射功率有多强，本发明都能完全消除由其造成的上行跨时隙干扰。

本发明方法区群的小区数目N除了可以采用实施例中的7外，还可以采用2以上的任何数目。通常N取值越大，干扰消除越彻底，但计算复杂度越大，实施成本越高。对于实际的蜂窝系统，一般N取7，如需效果更好，即可取19。

以上是本发明的具体实施方式。应当指出，本领域的普通技术人员显然清楚并且理解，本发明方法所举的以上实施例仅用于说明方法，而并不用于限制本发明方法。虽然通过实施例有效描述了本发明，本发明存在许多变化而不脱离本发明的精神。在不背离本发明方法的精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明方法做出各种相应的改变或变形，但这些相应的改变或变形均属于本发明方法要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种消除时分双工蜂窝系统上行跨时隙干扰的方法，其步骤是：

A、区群划分与自相关序列的分配：将蜂窝系统划分为很多个互不重叠的区群，每个区群由N≥2个相邻小区{C_i|i＝1，2，...，N}构成；确定N个互不相同的序列{r_i|i＝1，2，...，N}；将这N个序列r_i，对应分配给各个区群内的N个小区C_i，任意两个区群中分配了相同序列r_i的小区C_i之间的距离均相等；所有小区的基站配备一个发送天线，N个接收天线；

B、上行跨时隙区域确定：每个小区C_i的基站根据其业务情况确定将要处理的数据帧的上、下行时隙，并将该上、下行时隙分配情况广播给与其紧邻的N-1个小区，同时接收与其紧邻的N-1个小区的上、下行时隙分配情况，确定出本小区在将要处理的数据帧的上行时隙段所处的跨时隙区域，并统计出该上行跨时隙区域内的处于下行的紧邻小区的个数N_BS(N_BS≤N-1)；

C、发送信号预处理：每个小区C_i根据所分配的序列r_i，对数据帧的发送信号进行预处理，使得同一个小区C_i内所有用户的发射信号的自相关序列等于序列r_i；

D、接收信号自适应处理：处于上行时隙段且跨时隙区域的基站在接收数据帧时，启用N_BS+1个接收天线；对N_BS+1个接收天线接收到的信号采用基于自相关的信号检测算法进行自适应处理，消除上行跨时隙干扰，再采用发送信号预处理的逆处理方法恢复出发送端的信号；处于其它上行时隙段的基站，则启用1个接收天线，对接收天线接收到的信号直接采用发送信号预处理的逆处理方法恢复出发送端的信号；

E、重复B、C、D步骤。

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