CN102739299B

CN102739299B - 一种用于长期演进家庭基站上行接收方案模式的切换方法

Info

Publication number: CN102739299B
Application number: CN201210218655.7A
Authority: CN
Inventors: 王捷; 徐晨; 邱洋帆
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2032-06-28
Also published as: CN102739299A

Abstract

本发明公开了一种用于长期演进家庭基站上行接收方案模式的切换方法，包括步骤：将家庭基站用户和家庭基站通信连接，宏基站用户和宏基站通信连接，家庭基站和宏基站连接；家庭基站用户将位置信息传递给家庭基站，宏基站用户将位置信息传递给宏基站；宏基站将宏基站用户的位置信息发送给家庭基站，家庭基站将宏基站用户和家庭基站用户的位置信息进行测算；家庭基站判断信道相关性，选取对应的临界信干比；家庭基站获取家庭基站用户的功率值，宏基站获取宏基站用户的功率值；家庭基站测算出实际信干比；家庭基站选择SIMOMMSE方案，或者MMSE-SIC方案。该切换方法在不同强度跨层干扰的情形下，获得更好的误比特率性能。

Description

一种用于长期演进家庭基站上行接收方案模式的切换方法

技术领域

本发明涉及到无线通信接收技术领域，具体涉及一种用于长期演进家庭基站上行接收方案模式的切换方法。

背景技术

据调查，超过50％的语音业务和超过70％的数据业务发生在室内环境中，包括家里、办公室、咖啡厅、购物广场等。但是，由于墙壁的穿透损耗，宏基站网络难以很好地满足室内通信的需求。为解决这一问题，家庭基站（femtocell）技术应运而生了。家庭基站又称毫微微小区，在长期演进（英文全称为Long TermEvolution，文中简称LTE）系统中称为Home eNode B，简称HeNB。家庭基站是一种小型低功率基站，覆盖范围为10-50m，主要用于解决室内覆盖问题，具有接入简单、低功耗、低成本等特点。家庭基站通过数字用户线路（DSL）或光纤等宽带方式接入到电信运营商的网络。

由于目前业界广泛关注的频率资源分配方案是部分共信道配置，即宏基站和家庭基站共用部分频带，共信道干扰成为一个亟待解决的问题。当HeNB与宏基站（英文全称Macro eNodeB，文中简称MeNB）工作在相同的频带上时，宏基站用户（英文全称Macro User Equipment，文中简称MUE）对HeNB会造成干扰。HeNB接收机除了接收到家庭基站用户（英文全称Home User Equipment，文中简称HUE）的有用信号之外，还会接收到来自MUE的干扰信号，称为跨层干扰。这些干扰信号使家庭基站的上行传输性能大大降低。

在频率选择性信道中，由于严重的符号间干扰（ISI），上行链路SC-FDMA传输的误比特率（英文全称Bit Error Rate，文中简称BER）性能急剧恶化。传统的单输入多输出迫零（英文全称Single Input Multiple Output Zero Forcing，文中简称SIMO ZF）方案作为一种易于实现的空间分集方案，能够有效地消除符号间干扰，但是同时也提升了噪声功率，从而影响了BER性能。单输入多输出最小均方误差（英文全称Single Input Multiple Output Minimum Mean SquareError，文中简称SIMO MMSE）方案由于采用最小均方误差准则，与SIMO ZF方案相比能够获得更好的BER性能。但是，当存在跨层干扰时，SIMO MMSE方案作为一种分集接收方案的弊端就暴露出来了。SIMO MMSE方案对干扰并不能起到任何的消除作用。因此，在跨层干扰逐渐增大、信干比逐渐减小的过程中，SIMO MMSE方案的BER性能也将迅速恶化。最小均方误差串行干扰消除（英文全称MinimumMean Square Error Successive Interference Cancellation，文中简称MMSE-SIC）方案作为一种干扰消除方案，能够有效的消除来自MUE的跨层干扰，改善BER性能。但是，当跨层干扰较小、信干比较大时，MMSE-SIC的BER性能则不如SIMO MMSE，因为后者能够获得空间分集的增益。

发明内容

技术问题：本发明的所要解决的技术问题是：提出一种用于长期演进家庭基站上行接收方案模式的切换方法，该切换方法可以在存在不同强度跨层干扰的情形下，使LTE家庭基站的上行接收方案在SIMO MMSE方案和MMSE-SIC方案之间进行动态的模式切换转换，以获得更好的误比特率性能。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的一种用于长期演进家庭基站上行接收方案模式的切换方法，该切换方法包括如下步骤：

10）.连接设备：将家庭基站用户和家庭基站通信连接，宏基站用户和宏基站通信连接，家庭基站和宏基站通过互联网及运营商核心网连接；

20）.传递位置信息：家庭基站用户将位置信息传递给家庭基站，宏基站用户将位置信息传递给宏基站；

30）.测算设备距离：宏基站将其获得的宏基站用户的位置信息发送给家庭基站，家庭基站接收由宏基站发送的宏基站用户位置信息后，将宏基站用户的位置信息和家庭基站用户的位置信息进行测算，得到家庭基站用户与宏基站用户之间的距离，即设备距离d；

40）.选取对应的临界信干比：家庭基站根据设备距离d判断信道相关性，选取对应的临界信干比SIR₀；

50）.获取功率值：家庭基站通过导频获取家庭基站用户的功率值，宏基站通过导频获取宏基站用户的功率值；

60）.测算实际信干比：宏基站将其获取的宏基站用户的功率值发送给家庭基站，家庭基站测算出家庭基站用户的功率值与宏基站用户的功率值的比值，得到实际信干比SIR；

70）.上行接收方案模式的切换：家庭基站对实际信干比SIR与临界信干比SIR₀进行大小比较，当实际信干比SIR大于临界信干比SIR₀时，上行接收方案切换成SIMO MMSE方案，当实际信干比SIR小于等于临界信干比SIR₀时，上行接收方案切换成MMSE-SIC方案。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明的切换方法具有动态切换接收方案的特点，能够在不同信干比下实现较好的BER性能。现有技术中，无论是作为分集接收技术的SIMO MMSE方案，还是作为干扰消除技术的MMSE-SIC方案都不能在高信干比和低信干比的情况下同时获得较好的BER性能。而本发明的切换方法根据信干比的大小，在SIMO MMSE和MMSE-SIC这两种接收方案之间实施动态的模式切换，SIMO MMSE方案在高信干比时性能更优，MMSE-SIC方案则适用于低信干比的情况。因此，根据跨层干扰的大小，对实际信干比与临界信干比进行大小比较，当实际信干比大于临界信干比时，上行接收方案切换成SIMO MMSE方案，当实际信干比小于等于临界信干比时，上行接收方案切换成MMSE-SIC方案。在这两种接收方案中进行动态的模式切换，能够获得更好的BER性能。

2.由于本发明的切换方法提高了BER，故用户发射端可以采用高阶调制和更高的编码速率，从而有效地改善家庭基站上行链路的传输性能，提高其频谱利用率和吞吐量。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为本发明实施例中低信道相关性下SIMO MMSE方案和MMSE-SIC方案的误比特率曲线。

图3为本发明实施例中中信道相关性下SIMO MMSE方案和MMSE-SIC方案的误比特率曲线。

图4为本发明实施例中高信道相关性下SIMO MMSE方案和MMSE-SIC方案的误比特率曲线。

具体实施方式

下面结合附图，对最佳实施例进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

如图1所示，本发明的一种用于长期演进家庭基站上行接收方案模式的切换方法，包括如下步骤：

步骤40）具体包括以下步骤：首先，家庭基站将设备距离d分别与两个距离门限值d1和d2进行大小比较，其中，d1<d2，然后，家庭基站判断信道相关性，选取临界信干比SIR₀；若d≥d2，则判为低相关性，SIR₀=SIR₀_L；若d1<d<d2，则判为中相关性，SIR₀=SIR₀_M；若d≤d1，则判为高相关性，SIR₀=SIR₀_H；其中，SIR₀_L、SIR₀_M和SIR₀_H均为常量，SIR₀_L表示低相关性所对应的临界信干比，SIR₀_M表示中相关性所对应的临界信干比，SIR₀_H表示高相关性所对应的临界信干比。

作为优选，d1的取值范围在10λ至20λ之间，d2的取值范围在80λ至120λ之间，其中，λ表示家庭基站用户和家庭基站通信中被调制的传输信号波形的波长。

本发明的切换方法根据信干比的大小，在SIMO MMSE方案和MMSE-SIC方案这两种接收方案之间实施动态的模式切换，SIMO MMSE方案在高信干比时性能更优，MMSE-SIC方案则适用于低信干比的情况。因此，根据跨层干扰的大小，对实际信干比与临界信干比进行大小比较，当实际信干比大于临界信干比时，上行接收方案切换成SIMO MMSE方案，当实际信干比小于等于临界信干比时，上行接收方案切换成MMSE-SIC方案。在这两种接收方案中进行动态的模式切换，能够获得更好的BER性能。

SIMO MMSE方案是将单天线的HUE与双天线HeNB构成1×2天线的空间分集，检测出的频域符号满足最小均方误差（MMSE）准则。MMSE-SIC方案是将单天线HUE、单天线MUE与双天线的HeNB构成2×2天线的虚拟MIMO，实施干扰消除。其中MUE信号作为干扰，HUE数据通过MMSE串行干扰消除的方法得到检测。

实施例

实施例的仿真场景中有两个移动设备HUE和MUE，以及两个基站设备HeNB和MeNB。HUE是家庭基站中的用户，HeNB接收其信号。而MUE是宏基站用户，但与HUE共用相同的频段，对HeNB产生同频干扰。MeNB则用于向HeNB发送MUE位置及功率信息。考虑到家庭基站的覆盖范围仅为10-50米，仿真场景中的HUE和MUE都设置为1m/s的低速移动状态。

仿真的信道环境和链路参数如下：信道采用7径EPA模型，噪声功率取-3dB，接收天线的极化角度为（-45°,45°）。子载波映射方式为集中式，采用常规CP，每个时隙中含有7个SC-FDMA符号。系统带宽为20MHz，两端各预留1MHz作为保护带宽，剩余的18MHz频带分配给HUE。LTE中子载波间隔为15kHz，每个资源块在频域上包含12个子载波，故HUE可分配到100个资源块，即1200个子载波。相应的子载波映射后的IFFT点数则设置为2048点，采样频率为30.72MHz。最大多普勒频偏为fd=v*fc/c=6.67Hz，其中HUE的移动速度v为1m/s，载波频率fc为2GHz，光速c为3×10⁸m/s。编码方式为1/3码率的Turbo码，调制方式为QPSK。

实施例中，设备距离门限值设为d1=10λ，d2=100λ，波长λ=c/fc=0.15m。设备距离d分别取120λ、20λ和5λ，对应低相关、中相关和高相关等三种不同信道相关性的场景，其临界信干比分别设置为SIR₀_L=13dB、SIR₀_M=12dB和SIR₀_H=6dB。

当d=120λ时，满足d≥d2的条件，HeNB判断信道为低相关性，临界干扰值SIR₀=SIR₀_L=13dB。如图2所示，当实际信干比SIR>13dB时，HeNB采用SIMOMMSE方案；当实际信干比SIR≤13dB，选择MMSE-SIC方案。这样，通过在临界干扰值13dB处实现切换，使HeNB始终获得较小的误比特率。

当d=20λ时，满足d1<d<d2的条件，HeNB判断信道为中相关性，临界干扰值SIR₀=SIR₀_M=12dB。如图3所示，当实际信干比SIR>12dB时，HeNB采用SIMOMMSE方案；当实际信干比SIR≤12dB，选择MMSE-SIC方案。这样，通过在临界干扰值12dB处实现切换，使HeNB始终获得较小的误比特率。

当d=5λ时，满足d≤d1的条件，HeNB判断信道为高相关性，临界干扰值SIR₀=SIR₀_L=6dB。如图4所示，当实际信干比SIR>6dB时，HeNB采用SIMO MMSE方案；当实际信干比SIR≤6dB，选择MMSE-SIC方案。这样，通过在临界干扰值6dB处实现切换，使HeNB始终获得较小的误比特率。

熟知本领域的人士将理解，虽然这里为了便于解释已描述了具体实施例，但是可在不背离本发明精神和范围的情况下做出各种改变。因此，除了所附权利要求之外，不能用于限制本发明。

Claims

1.一种用于长期演进家庭基站上行接收方案模式的切换方法，其特征在于，该切换方法包括如下步骤：

10).连接设备：将家庭基站用户和家庭基站通信连接，宏基站用户和宏基站通信连接，家庭基站和宏基站通过互联网及运营商核心网连接；

20).传递位置信息：家庭基站用户将位置信息传递给家庭基站，宏基站用户将位置信息传递给宏基站；

30).测算设备距离：宏基站将其获得的宏基站用户的位置信息发送给家庭基站，家庭基站接收由宏基站发送的宏基站用户位置信息后，将宏基站用户的位置信息和家庭基站用户的位置信息进行测算，得到家庭基站用户与宏基站用户之间的距离，即设备距离d；

40).选取对应的临界信干比：家庭基站根据设备距离d判断信道相关性，选取对应的临界信干比SIR₀；首先，家庭基站将设备距离d分别与两个距离门限值d1和d2进行大小比较，其中，d1<d2，然后，家庭基站判断信道相关性，选取临界信干比SIR₀：若d≥d2，则判为低相关性，SIR₀＝SIR₀_L；若d1<d<d2，则判为中相关性，SIR₀＝SIR₀_M；若d≤d1，则判为高相关性，SIR₀＝SIR₀_H；其中，SIR₀_L、SIR₀_M和SIR₀_H均为常量，SIR₀_L表示低相关性所对应的临界信干比，SIR₀_M表示中相关性所对应的临界信干比，SIR₀_H表示高相关性所对应的临界信干比；

50).获取功率值：家庭基站通过导频获取家庭基站用户的功率值，宏基站通过导频获取宏基站用户的功率值；

60).测算实际信干比：宏基站将其获取的宏基站用户的功率值发送给家庭基站，家庭基站测算出家庭基站用户的功率值与宏基站用户的功率值的比值，得到实际信干比SIR；

70).上行接收方案模式的切换：家庭基站对实际信干比SIR与临界信干比SIR₀进行大小比较，当实际信干比SIR大于临界信干比SIR₀时，上行接收方案切换成单输入多输出最小均方误差SIMOMMSE方案，当实际信干比SIR小于等于临界信干比SIR₀时，上行接收方案切换成最小均方误差串行干扰消除MMSE-SIC方案。

2.根据权利要求1所述的用于长期演进家庭基站上行接收方案模式的切换方法，其特征在于，所述的d1的取值范围在10λ至20λ之间，d2的取值范围在80λ至120λ之间，其中，λ表示家庭基站用户和家庭基站通信中被调制的传输信号波形的波长。