CN101917381B - 协作多点传输系统中小区间延迟差补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于协作多点传输CoMP系统中小区间延迟差补偿方法，主要解决传统方法不能使信号在空中接口处自然合并，没有充分发挥CoMP潜力的问题。其实现过程包括：(1)用户根据CSI-RS计算出小区间时延差和延迟的采样点数；(2)用户根据延迟的采样点数计算出相位旋转因子并将该因子反馈给服务小区，服务小区与协作小区共享相位旋转因子；(3)协作小区通过相位旋转因子对信号的相位旋转进行补偿；(4)用户根据时延差计算出协作小区的载波相位偏移因子并将该因子反馈给服务小区，服务小区与协作小区共享相位偏移因子；(5)协作小区通过相位偏移因子对信号的相位偏移进行补偿。本发明能够使用户接收的信号在空中接口处自然合并，获得了额外的阵列增益。

Description

协作多点传输系统中小区间延迟差补偿方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，特别是涉及由于不同小区到达用户不同延迟的补偿方法，应用在于协作多点传输CoMP系统中。

背景技术

长期演进LTE是近两年来3GPP为满足未来通信需求启动的最大的新技术研发项目，被视为从3G向4G演进的主流技术。3GPP RAN1#53次会议上，Ericsson总结了之前众多公司提出的“Multi-cell MIMO”，“Network MIMO”等概念，提出了用“CoMP”这一术语来表达为数众多但本质相同的多小区协作方案。协作多点传输能够有效降低小区间干扰，提高小区边缘用户性能。

目前，3GPP定义了两种多点联合传输的方案：协同调度/波束赋型CS/CB和联合处理JP。这两种方案的区别在于用户的下行数据是由单点传输还是多点传输。对于协同调度/波束赋型方案，数据来自某个协作小区，且协作点之间联合调度使协作点之间的干扰消除，因此可以获得复用增益。对于联合处理方案，由于数据来自多小区，因此可以获得分集增益，使边缘小区的性能提升，但是由于不同小区到达用户的距离不同会造成到达的时间不同步，产生了小区间的时延差。

富士通在提案R1-091502“Pseudo Transmission Timing Control using CyclicShift for Downlink CoMP Joint Transmission”中提出了在下行CoMP JP传输中利用循环位移来进行伪时间控制解决由于不同小区到达用户的不同延迟问题，但是这种方法不能使不同小区的信号在空中接口处自然合并，会使系统性能下降。另外大唐电信在提案R1-090193“Aspects of Joint Processing in DownlinkCoMP”提出的相干联合传输，是通过在每个小区的数据流上乘以不同的相位因子使不同小区的信号在空中接口处自然合并，在获得预编码增益，功率增益和分集增益的基础上额外获得了传输的阵列增益，但是这种方法对不同小区到达用户时间延迟差的影响很大，在时间延迟较大的情况下造成系统性能急剧下降。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种协作多点传输系统中小区间延迟差补偿方法，使不同小区的信号在空中接口处自然合并，以实现相干联合传输，提高系统的性能。

为实现上述目的，本发明包括如下步骤：

(1)当服务小区0与协作小区1进行协作时，用户接收到的信号为：

$y=\left[\begin{array}{cc}{H}_0& e^{-j2\mathrm{\π}{\mathrm{\τ}}^{\′}k/N_{\mathrm{FFT}}}{H}_1\end{array}\right]\left(\begin{array}{c}{W}_0\\ W_1\end{array}\right)S+n$

其中：H₀是服务小区0到用户的信道矩阵，是由延迟采样点产生的相位旋转因子，τ′是延迟的采样点数，k表示子载波数，N_FFT是快速傅里叶变换点数，H₁是协作小区1到用户的信道矩阵，W₀是服务小区0的预编码矩阵，W₁是协作小区1的预编码矩阵，S是待发送的信号，n是加性高斯白噪声；

(2)用户根据信道状态信息参考导频CSI-RS，分别计算出服务小区0与协作小区1之间的时延差τ和延迟的采样点数τ′；

(3)用户通过延迟的采样点数τ′计算出相位旋转因子

将该相位旋转因子

反馈给服务小区0，服务小区将该相位旋转因子与协作小区1共享；

(4)协作小区1对相位旋转进行补偿，得到相位旋转补偿后的传输信号：

X＝Ξ(τ′)WS

其中：W是预编码矩阵，S是待发送的信号，

表示相位旋转矩阵，式中I是单位矩阵，O是零矩阵，

是相位旋转因子的倒数，τ′、k和N_FFT的含义与步骤(1)中所描述的相同；

(5)通过时延差τ计算出载波相位偏移因子θ，将该载波相位偏移因子θ反馈给服务小区0，服务小区将该载波相位偏移因子与协作小区1共享，

$\mathrm{\θ}=2\mathrm{\π}\frac{\mathrm{mod}(\mathrm{\τv},\mathrm{\λ})}{\mathrm{\λ}}$

其中：v是光速，λ是载波的波长，mod表示对括号内两个因子进行求余；

(6)协作小区1把载波相位偏移θ因子用信号相位形式表示为e^jθ，将e^jθ与相位旋转补偿后的传输信号X相乘进行相位偏移补偿，得到小区间延迟差补偿后的最终传输信号：

X′＝e^jθX

其中：j表示复数

本发明与现有技术相比具有的优点：

本发明由于通过求出由于不同小区到达用户的距离不同而造成的时延差，再根据该时延差计算出产生的载波相位偏移因子，令信号发送时乘以该载波相位偏移因子从而将此载波相位偏移补偿，使用户在接收不同小区的信号时能够进行同相相加，因而信号在空中接口处能够自然合并，获得了额外的阵列增益，克服了传统方法不能充分发挥CoMP潜力的问题。

仿真表明，本发明提出的方法在不改变基站发送数据时间不增加用户系统复杂度的基础上与传统方法相比误码率降低了0.5db左右，提高了系统的性能。

附图说明

图1是本发明对于不同小区间延迟差进行补偿的实现流程示意图；

图2是本发明在两小区协作传输时的误码率仿真图。

具体实施方式

参见图1，本发明协作多点传输系统中小区间延迟差补偿方法实现步骤如下：

步骤1，建立接收信号模型。

当服务小区0与协作小区1进行协作时，用户接收到的信号为：

$y=\left[\begin{array}{cc}{H}_0& e^{-j2\mathrm{\π}{\mathrm{\τ}}^{\′}k/N_{\mathrm{FFT}}}{H}_1\end{array}\right]\left(\begin{array}{c}{W}_0\\ W_1\end{array}\right)S+n$

其中：H₀是服务小区0到用户的信道矩阵，

是由延迟采样点产生的相位旋转因子，τ′是延迟的采样点数，k表示子载波数，N_FFT是快速傅里叶变换点数，H₁是协作小区1到用户的信道矩阵，W₀是服务小区0的预编码矩阵，W₁是协作小区1的预编码矩阵，S是待发送的数据流，n是加性高斯白噪声。

步骤2，计算小区间时延差τ和小区间延迟的采样点数τ′。

(2a)用户根据两小区发送的信号资源块中相同位置包含的不同信道状态信息参考导频CSI-RS，先计算出服务小区0与协作小区1所发送信号到达用户的时刻，再将两者相减得到两小区间的时延差τ：

τ＝t₂-t₁

其中t₁、t₂分别为服务小区0和协作小区1所发送信号到达用户的时刻；

(2b)用户利用小区间时延差τ和采样间隔计算延迟的采样点数τ′：

τ′＝τ/ξ

其中，ξ为采样间隔。

步骤3，计算相位旋转因子并反馈回服务小区0。

用户通过延迟的采样点数τ′计算出相位旋转因子

并将该相位旋转因子以100ms为周期由物理上行控制信道反馈给服务小区0；服务小区再将该相位旋转因子通过小区间相互连接的光纤以信令的方式发送给协作小区1，使该相位旋转因子与协作小区共享。

步骤4，对传输信号的相位旋转进行补偿。

协作小区1接收到服务小区0发送的相位旋转因子后，将该相位旋转因子的倒数扩展为矩阵形式得到相位旋转矩阵Ξ(τ′)，再将该相位旋转矩阵与预编码矩阵和待发送的数据流相乘对传输信号的相位旋转进行补偿，得到相位旋转补偿后的传输信号：

X＝Ξ(τ′)WS

其中：W是预编码矩阵，S是待发送的数据流，

式中I是单位矩阵，O是零矩阵，

是相位旋转因子的倒数，τ′、k和N_FFT的含义与步骤(1)中所描述的相同。

步骤5，计算载波相位偏移因子并反馈回服务小区0。

用户通过步骤(2)得到的时延差τ计算出载波相位偏移因子θ，并以5ms为周期将该载波相位偏移因子θ由物理上行控制信道反馈给服务小区0；服务小区再将该载波相位偏移因子通过小区间相互连接的光纤以信令的方式发送给协作小区1，使该载波相位偏移因子与协作小区共享，

$\mathrm{\θ}=2\mathrm{\π}\frac{\mathrm{mod}(\mathrm{\τv},\mathrm{\λ})}{\mathrm{\λ}}$

其中：v是光速，λ是载波的波长，mod表示对括号内两个因子进行求余。

步骤6，对传输信号的载波相位偏移进行补偿。

协作小区1接收到服务小区0发送的载波相位偏移因子θ后，将该载波相位偏移因子用信号相位形式表示为e^jθ，再将该用信号相位形式表示的相位偏移因子与步骤(4)得到的相位旋转补偿后的传输信号X相乘，对该传输信号X的载波相位偏移进行补偿，得到小区间延迟差补偿后的最终传输信号：

X′＝e^jθX

其中：j表示复数

本发明的效果可以通过仿真进一步说明：

1)仿真环境，见表1

表1：仿真环境

发射天线数	2
		接收天线数	2
信道模型	瑞利信道
		调制方式	四相相移键控QPSK
OFDM子载波数	64
		CP长度	16
发送符号数	500

2)仿真内容及结果：

基于表1设置的仿真参数在瑞利信道不同的信噪比下对系统的误码率进行了仿真，仿真的结果如图2所示。由图2可知，本发明提出的方法可以在不改变基站发送数据时间不增加用户系统复杂度的基础上使用户在数据接收时获得额外的增益，与传统方法相比误码率降低了0.5db左右，提高了系统的性能。

Claims (3)

1.一种协作多点传输系统中小区间延迟差补偿方法，包含如下步骤：

(1)当服务小区0与协作小区1进行协作时，用户接收到的信号为：

$y=\left[\begin{array}{cc}{H}_0& e^{-j2\mathrm{\π}{\mathrm{\τ}}^{\′}k/N_{\mathrm{FFT}}}{H}_1\end{array}\right]\left(\begin{array}{c}{W}_0\\ W_1\end{array}\right)S+n$

其中：H₀是服务小区0到用户的信道矩阵，是由延迟采样点产生的相位旋转因子，τ′是延迟的采样点数，k表示子载波数，N_FFT是快速傅里叶变换点数，H₁是协作小区1到用户的信道矩阵，W₀是服务小区0的预编码矩阵，W₁是协作小区1的预编码矩阵，S是待发送的信号，n是加性高斯白噪声；

(2)用户根据信道状态信息参考导频CSI-RS，分别计算出服务小区0与协作小区1之间的时延差τ和延迟的采样点数τ′，

所述的计算出服务小区0与协作小区1之间的时延差τ，是先通过检测两小区不同的信道状态信息参考导频CSI-RS分别计算出服务小区0和协作小区1所发送信号到达用户的时间，再将两者相减得到，

所述的计算延迟的采样点数τ′，是用时延差τ除以采样间隔得到；

(3)用户通过延迟的采样点数τ′计算出相位旋转因子

将该相位旋转因子反馈给服务小区0，服务小区将该相位旋转因子与协作小区1共享；

(4)协作小区1对相位旋转进行补偿，得到相位旋转补偿后的传输信号：

X＝Ξ(τ′)WS

其中：W是预编码矩阵，S是待发送的信号， $\mathrm{\Ξ}\left({\mathrm{\τ}}^{\′}\right)=\left(\begin{array}{cc}I& O\\ O& e^{2\mathrm{\πk}{\mathrm{\τ}}^{\′}/N_{\mathrm{IFFT}}}I\end{array}\right)$ 表示相位旋转矩阵，式中I是单位矩阵，O是零矩阵，

是相位旋转因子的倒数，τ′、k和N_FFT的含义与步骤(1)中所描述的相同；

(5)通过时延差τ计算出载波相位偏移因子θ，将该载波相位偏移因子θ反馈给服务小区0，服务小区将该载波相位偏移因子与协作小区1共享，

$\mathrm{\θ}=2\mathrm{\π}\frac{\mathrm{mod}(\mathrm{\τv},\mathrm{\λ})}{\mathrm{\λ}}$

其中：v是光速，λ是载波的波长，mod表示对括号内两个因子进行求余；

(6)协作小区1把载波相位偏移因子θ用信号相位形式表示为e^jθ，将e^jθ与相位旋转补偿后的传输信号X相乘进行相位偏移补偿，得到小区间延迟差补偿后的最终传输信号：

X′＝e^jθX

其中：j表示复数

2.根据权利要求1所述的协作多点传输系统中小区间延迟差补偿方法，其中步骤(1)所述的将该相位旋转因子

反馈给服务小区0，是以100ms为周期对服务小区进行反馈。

3.根据权利要求1所述的协作多点传输系统中小区间延迟差补偿方法，其中步骤(5)所述的将该载波相位偏移因子θ反馈给服务小区0，是以5ms为周期对服务小区进行反馈。

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