CN103139109A - 一种tdd模式下多小区协作传输中预补偿频偏的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的方法和装置，该方法包括：步骤一、多小区协作传输系统中的发射端通过接收到的信号来计算获得发射端n对接收端m的上行链路的频偏

步骤二、TDD模式下的下行链路的频偏

等于上行链路的频偏

的相反数，发射端将待发射的信号进行预补偿频偏处理后发送给接收端，预补偿频偏处理的过程为：其中，

为发射端n对接收端m的下行链路的频偏；f^m，n为发射端n向接收端m发送的频偏预补偿前的频率数据，

为发射端n向接收端m发送的频偏预补偿后的频率数据；n＝1，…，N，N表示发射端的总数，m＝1，…，M，M表示接收端的总数。本发明解决了多小区协作传输中发射端导入的多个频偏的影响，保证多小区协作传输的系统增益，且降低了对发射端晶振的要求。

Description

一种TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的方法和装置

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，涉及一种频偏补偿方法，具体涉及一种TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的方法和装置。

背景技术

MIMO-OFDM作为目前最为有效的无线传输方案，得到越来越多的研究和应用，如LTE/LTE-A、WIMAX等。其高效的频谱效率和强大的数据传输能力得到了充分的认可。OFDM系统通过FFT变换将宽带分割为若干正交子载波，提升了频率效率的同时降低了数据解调的复杂度。MIMO技术充分利用了无线传输的空间相关性，可以用来提高数据传输的可靠性，或者成倍的增加数据传输能力。

目前，为了提升小区边缘用户的性能，多小区协作传输技术得到了广泛的研究，其传输模型如图1所示。传统单小区传输中，处于小区边缘的用户接收到的信号不仅有本小区发射的有用信号，而且包含了邻小区的干扰信号，从而使得边缘小区用户的吞吐量和频谱效率非常低。为了解决这个问题，多小区协作传输的概念被提了出来。多小区协作传输中各个协作基站共同向用户传输数据，从而将单小区传输中的干扰信号转化为有用信号，消除了邻小区干扰，从而显著的提升边缘用户的系统性能。

尽管多载波OFDM系统有着很多优点，但是其对频率的同步要求却很高，频率不同步会导致严重的子载波间干扰，从而严重恶化系统传输性能。相对于单小区MIMO-OFDM系统，多小区协作传输中的频率同步问题显得更为复杂。因为协作基站的发射频率由独立的晶振产生，所以多小区下行传输系统中各个基站到用户的传输链路中频偏各不相同。从而如何估计并补偿这些频偏信息以获得期望的协作传输增益，将是实现多小区协作传输性能的关键。

传统的频率偏移补偿通常是放在接收端补偿的，对于单小区系统，这是完全可行且最有效的方法；对于多小区传输而言，如果发射端晶振足够稳定，那么接收端补偿也是可行且最有效的方法，因为在接收端看来频偏是由于自身晶振频率不稳定造成的，因此只有一个频偏，估计并补偿是可行的。但是对于发射端晶振不是足够稳定的多小区传输系统而言，其接收端补偿多个频偏信息是不可行的，此时多个频偏是由接收端和多个发射端共同造成的。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的方法和装置，该方法能够解决多小区协作传输中多个频偏对系统性能的影响。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的方法和装置。

一种TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的方法，该方法包括：

步骤一、多小区协作传输系统中的发射端通过接收到的信号来计算获得发射端n对接收端m的上行链路的频偏

步骤二、TDD模式下的下行链路的频偏

等于上行链路的频偏

的相反数，发射端将待发射的信号进行预补偿频偏处理后发送给接收端，预补偿频偏处理的过程为：

${\hat{f}}^{m,n}=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{j2\mathrm{\πn\Δ}{f}_{\mathrm{DL}}^{m,n}/N}\·\mathrm{IFFT}\left(f^{m,n}\right)$

其中，

为发射端n对接收端m的下行链路的频偏；f^m，n为发射端n向接收端m发送的频偏预补偿前的频率数据，为发射端n向接收端m发送的频偏预补偿后的频率数据；n＝1，…，N，N表示发射端的总数，m＝1，…，M，M表示接收端的总数。

作为本发明的一种优选方案，所述发射端为协作基站，接收端为用户，所述TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的方法包括：

步骤21、多小区协作传输系统中的协作基站n通过接收到的信号计算获得协作基站n对用户m的上行链路的频偏

步骤22、TDD模式下的下行链路的频偏

等于上行链路的频偏

的相反数，协作基站n将待发射给用户m的信号进行预补偿频偏处理后发送，预补偿频偏处理的过程为：

${\hat{f}}^{m,n}=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{j2\mathrm{\πn\Δ}{f}_{\mathrm{DL}}^{m,n}/N}\·\mathrm{IFFT}\left(f^{m,n}\right)$

其中，

为协作基站n对用户m的下行链路的频偏；f^m，n为协作基站n向用户m发送的频偏预补偿前的频率数据，为协作基站n向用户m发送的频偏预补偿后的频率数据；n＝1，…，N，N表示协作基站的总数，m＝1，…，M，M表示用户的总数。

作为本发明的另一种优选方案，所述发射端为用户，接收端为协作基站，所述TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的方法包括：

步骤31、多小区协作传输系统中的用户n通过接收到的信号计算获得用户n对协作基站m的上行链路的频偏

步骤32、TDD模式下的下行链路的频偏

等于上行链路的频偏

的相反数，用户n将待发射给协作基站m的信号进行预补偿频偏处理后发送，预补偿频偏处理的过程为：

${\hat{f}}^{m,n}=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{j2\mathrm{\πn\Δ}{f}_{\mathrm{DL}}^{m,n}/N}\·\mathrm{IFFT}\left(f^{m,n}\right)$

其中，

为用户n对协作基站m的下行链路的频偏；f^m，n为用户n向协作基站m发送的频偏预补偿前的频率数据，

为用户n向协作基站m发送的频偏预补偿后的频率数据；n＝1，…，N，N表示用户的总数，m＝1，…，M，M表示协作基站的总数。

一种TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的装置，所述装置包括i个IFFT模块、i个乘法器、i个频偏预补偿参数模块，1个加法器；其中I≥i≥1，I为接收端的个数；第i个IFFT模块的输出端与第i个乘法器的一个输入端相连，第i个频偏预补偿参数模块与第i个乘法器的另一个输入端相连，第i个乘法器的输出端与加法器的输入端相连；加法器的输出端为TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的装置的输出端，i个IFFT模块的输入端为TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的装置的输入端。

如上所述，本发明所述的TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的方法和装置，具有以下有益效果：

本发明所述的TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的方法解决了多小区协作传输中发射端导入的多个频偏的影响，在TDD模式下接收端无需反馈估计的频偏，因此无信令开销产生，降低了对发射端晶振的要求，是一种实用高效的多小区协作传输的频率同步方法；

此外，本发明所述TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的方法适用于多小区协作传输系统中，在发射端频偏不可忽略的场景下，预补偿频偏，从而消除多个频偏对于系统性能的影响，保证多小区协作传输的系统增益。

附图说明

图1为多基站协作传输的场景示意图。

图2为本发明所述的TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的方法的示意图。

图3为本发明所述的TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的装置的示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明提出一种TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的方法和装置，该方法是基于TDD信道互易性的多小区协作传输中发射端预补偿多个频偏的频偏补偿方法，以保证多小区协作传输系统的增益。

本发明所述的TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的方法和装置更加适合于发射端晶振不够稳定的情况，比如家庭基站参与的多小区协作传输系统。由于成本限制和无法保证的部署环境温度(夏天可能有40度，而冬天会低至-20度)，家庭基站的晶振不是足够稳定的。当家庭基站中引入多小区协作传输时，终端接收到的来自各个家庭基站的信号受到不同的频偏(宏基站中也有这个问题，但是由于宏基站足够稳定，频偏非常小甚至可以忽略)，接收端即使能够估计出这多个频偏信息，也是无法实现补偿的，从而导致系统性能的下降。

TDD系统中，上行链路的频偏的绝对值|Δf_UL|等于下行链路的频偏的绝对值|Δf_DL|，而且对于终端和基站来说频偏的变化是缓慢的。本发明利用TDD信道的互易性，在发射端预估计并补偿频偏，以解决多小区协作传输中频偏对于系统性能的影响。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

实施例一

本实施例提供一种TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的方法，如图2所示，该方法考虑到晶振的时间漂移特性，TDD模式下的上下行频偏仍然存在下面的公式Δf_UL(t)≈-Δf_DL(t+Δt)，其中，Δf_UL()表示上行链路的频偏，Δf_DL()表示下行链路的频偏，t表示上行链路的发射时间，t+Δt表示下行链路的接收时间。所述TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的方法包括以下步骤：

步骤1、多小区协作传输系统中的发射端通过接收到的信号来估计计算反向链路的频偏；上行链路信号结构中，不同用户的参考信号在频率上是正交的，因此对于某个用户的频偏信息是可以通过分析该用户的参考信号而得到。由于用户的参考信号是时间上周期性传输的，频偏会对不同时间点的参考信号上引入一个线性变化的相位，通过估计相邻参考信号之间的相位差，就可以得到用户的上行链路的频偏估计值。

步骤2、通过步骤1中估计的频偏和TDD模式下上下行链路频偏的关系，将发射信号预补偿频偏信息。

上述步骤的具体实现过程为：

多小区协作传输系统中的发射端通过接收到的信号来计算获得发射端n对接收端m的上行链路的频偏

TDD模式下的下行链路的频偏等于上行链路的频偏

的相反数，发射端将待发射的信号进行预补偿频偏处理后发送给接收端，预补偿频偏处理的过程为：

${\hat{f}}^{m,n}=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{j2\mathrm{\πn\Δ}{f}_{\mathrm{DL}}^{m,n}/N}\·\mathrm{IFFT}\left(f^{m,n}\right)$

其中，为发射端n对接收端m的下行链路的频偏；f^m，n为发射端n向接收端m发送的频偏预补偿前的频率数据，

为发射端n向接收端m发送的频偏预补偿后的频率数据；n＝1，…，N，N表示发射端的总数，m＝1，…，M，M表示接收端的总数。

对于多用户而言，对于每个发射端需要逐个进行预补偿。

本发明所述的TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的方法解决了多小区协作传输中发射端导入的多个频偏的影响，在TDD模式下接收端无需反馈估计的频偏，因此无信令开销产生；而且降低了对发射端晶振的要求，故本发明所述方法为一种实用高效的多小区协作传输的频率同步方法。

本发明所述TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的方法适用于多小区协作传输系统中，在发射端频偏不可忽略的场景下，预补偿频偏，从而消除多个频偏对于系统性能的影响，保证多小区协作传输的系统增益。

由于在容量提升和扩展覆盖方面的优点，同频组网的多小区协作传输目前受到了来自工业界和学术界越来越多的关注。多小区协作传输中一个主要的问题是同步问题，同步的精度决定了多小区协作传输所获得增益的大小，同步精度太差会导致增益很小甚至产生负的增益。图1给出了多基站下行协作传输的模型，其中终端接收到来自多个基站的无线信号，假设同步完全的时候通信的容量理论上可以成倍的增加。多小区协作传输技术是3GPP提出的面向LTE-A的技术，协作传输在同频组网中可以将边缘小区的同频干扰转化为有用的信号，也是一种干扰协调的有效方法。多小区协作传输可以用在宏小区中上下行的多小区协作传输中，也可以用在微小区和家庭小区中。本发明所述的多小区协作传输中预补偿频偏的方法更加适合于发射端晶振不够稳定的情况，比如家庭基站参与的多小区协作传输系统。由于价格限制和无法保证的环境温度(夏天可能有40度，而冬天会低至-20度)，家庭基站的晶振不足够稳定的，因此导致发射信号的频域跟分配的频率差异较大，从而导致频偏差异较大。当家庭基站中引入多小区协作传输时，终端接收到的来自各个家庭基站的信号受到不同的频偏影响(宏基站中也有这个问题，但是由于宏基站足够稳定，频偏非常小甚至可以忽略)，接收端即使能够估计出这多个频偏信息，也是无法补偿的，因为多个基站的发射信号是混叠在一起的，无法进行类似于单点传输中的频偏补偿，从而导致系统性能的下降。而本发明利用了TDD信道的互易性，在发射端预补偿频偏，解决了多小区协作传输中频偏对于系统性能的影响。

实施例二

本实施例提供一种TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的方法，其中发射端为协作基站，接收端为用户(即终端)，即本实施例提供的是TDD-LTE系统中下行多小区协作传输方法，协作基站预补偿频偏的方法具体包括下行频偏估计和下行频偏预补偿两个步骤。

假设下行多小区协作传输系统中，协作基站数为N，参与协作传输的终端个数为M，那么预补偿频偏的过程为：

步骤21：下行频偏估计。

每个协作基站分别通过上行参考信号估计对应于各个终端的上行链路频偏值，下行链路频偏值是上行链路频偏值的相反数。

为第m个终端对应第n个协作基站的上行频偏，则对应的下行频偏为

则TDD场景下上下行频偏满足

步骤22：下行频偏预补偿。

因为协作传输中，可能有多个用户，因此对于下行频偏的预补偿需要逐个补偿，此步骤是协作基站n对M个用户的频偏预补偿过程，其他协作基站的频偏预补偿过程同此步骤是一样的。具体的频偏预补偿步骤为：

协作基站n(n＝1，…，N)通过下行频偏估计步骤得知的第m个用户的下行频偏值为设协作基站n向第m个终端发送的频偏预补偿前的频率数据为f^m，n，协作基站n向第m个用户发送的频偏预补偿后的频率数据为：

${\hat{f}}^{m,n}=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{j2\mathrm{\πn\Δ}{f}_{\mathrm{DL}}^{m,n}/N}\·\mathrm{IFFT}\left(f^{m,n}\right)$

其中，m＝1，…，M，N表示协作基站的总数，M表示终端的总数。

实施例三

本实施例提供一种TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的方法，其与实施例二的区别在于，发射端为用户端(即终端)，接收端为基站，即本实施例提供的是TDD-LTE系统中上行多小区协作传输方法，发射端预补偿频偏的方法具体包括上行频偏估计和上行频偏预补偿两个步骤。

假设下行多小区协作传输系统中，终端个数为N，参与协作传输的协作基站数为M，那么预补偿频偏的过程为：

1)上行频偏估计

每个终端分别通过下行参考信号估计对应于各个协作基站的下行链路频偏值，上行链路频偏值是下行链路频偏值的相反数。

为第n个终端对应第m个协作基站的下行频偏，则对应的上行频偏为

则TDD场景下上下行频偏满足

2)上行频偏预补偿

因为协作传输中，可能有多个协作基站，所以终端对于上行频偏的预补偿需要逐个补偿，此步骤是终端n对M个协作基站的频偏预补偿过程，其他终端的频偏预补偿过程同此步骤是一样的。具体的频偏预补偿步骤为：

终端n(n＝1，…，N)通过上行频偏估计步骤得知的第m个协作基站的上行频偏值为设终端n向第m个协作基站发送的频偏预补偿前的频率数据为f^m，n，终端n向第m个协作基站发送的频偏预补偿后的频率数据为：

${\hat{f}}^{m,n}=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{j2\mathrm{\πn\Δ}{f}_{\mathrm{DL}}^{m,n}/N}\·\mathrm{IFFT}\left(f^{m,n}\right)$

其中，m＝1，…，M，M表示协作基站的总数，N表示用户的总数。

实施例四

本实施例提供一种TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的装置，如图3所示，包括i个IFFT模块、i个乘法器、i个频偏预补偿参数模块，1个加法器；其中I≥i≥1，I为接收端的个数；第i个IFFT模块的输出端与第i个乘法器的一个输入端相连，第i个频偏预补偿参数模块与第i个乘法器的另一个输入端相连，第i个乘法器的输出端与加法器的输入端相连；加法器的输出端为TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的装置的输出端，i个IFFT模块的输入端为TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的装置的输入端。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的方法，其特征在于，所述TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的方法包括：

步骤一、多小区协作传输系统中的发射端通过接收到的信号来计算获得发射端n对接收端m的上行链路的频偏

步骤二、TDD模式下的下行链路的频偏

等于上行链路的频偏

的相反数，发射端将待发射的信号进行预补偿频偏处理后发送给接收端，预补偿频偏处理的过程为：

${\hat{f}}^{m,n}=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{j2\mathrm{\πn\Δ}{f}_{\mathrm{DL}}^{m,n}/N}\·\mathrm{IFFT}\left(f^{m,n}\right)$

其中，

为发射端n对接收端m的下行链路的频偏；f^m，n为发射端n向接收端m发送的频偏预补偿前的频率数据，为发射端n向接收端m发送的频偏预补偿后的频率数据；n＝1，…，N，N表示发射端的总数，m＝1，…，M，M表示接收端的总数。

2.根据权利要求1所述的TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的方法，其特征在于：所述发射端为协作基站，接收端为用户，所述TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的方法包括：

步骤21、多小区协作传输系统中的协作基站n通过接收到的信号计算获得协作基站n对用户m的上行链路的频偏

步骤22、TDD模式下的下行链路的频偏

等于上行链路的频偏

的相反数，协作基站n将待发射给用户m的信号进行预补偿频偏处理后发送，预补偿频偏处理的过程为：

${\hat{f}}^{m,n}=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{j2\mathrm{\πn\Δ}{f}_{\mathrm{DL}}^{m,n}/N}\·\mathrm{IFFT}\left(f^{m,n}\right)$

其中，

为协作基站n对用户m的下行链路的频偏；f^m，n为协作基站n向用户m发送的频偏预补偿前的频率数据，

为协作基站n向用户m发送的频偏预补偿后的频率数据；n＝1，…，N，N表示协作基站的总数，m＝1，…，M，M表示用户的总数。

3.根据权利要求1所述的TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的方法，其特征在于，所述发射端为用户，接收端为协作基站，所述TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的方法包括：

步骤31、多小区协作传输系统中的用户n通过接收到的信号计算获得用户n对协作基站m的上行链路的频偏

步骤32、TDD模式下的下行链路的频偏

等于上行链路的频偏

的相反数，用户n将待发射给协作基站m的信号进行预补偿频偏处理后发送，预补偿频偏处理的过程为：

${\hat{f}}^{m,n}=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{j2\mathrm{\πn\Δ}{f}_{\mathrm{DL}}^{m,n}/N}\·\mathrm{IFFT}\left(f^{m,n}\right)$

其中，

为用户n对协作基站m的下行链路的频偏；f^m，n为用户n向协作基站m发送的频偏预补偿前的频率数据，

为用户n向协作基站m发送的频偏预补偿后的频率数据；n＝1，…，N，N表示用户的总数，m＝1，…，M，M表示协作基站的总数。

4.一种TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的装置，其特征在于：所述装置包括i个IFFT模块、i个乘法器、i个频偏预补偿参数模块，1个加法器；其中I≥i≥1，I为接收端的个数；第i个IFFT模块的输出端与第i个乘法器的一个输入端相连，第i个频偏预补偿参数模块与第i个乘法器的另一个输入端相连，第i个乘法器的输出端与加法器的输入端相连；加法器的输出端为TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的装置的输出端，i个IFFT模块的输入端为TDD模式下多小区协作传输中预补偿频偏的装置的输入端。

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