CN103476007B - 一种广播基站和蜂窝通信基站的协作分集传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种广播基站和蜂窝通信基站的协作分集传输方法，包括：广播基站广播发送原有信号[X₁X₂X₃X_{4 …}]，第一个蜂窝通信基站协同广播基站同时向用户发送的信号为[-X₂ ^*X₁ ^*-X₄ ^*X₃ ^* _…]，其中，X₁、X₂、X₃和X₄均为长度相等的数据向量，符号*表示信号的复共轭；第二个协同传输的蜂窝通信基站协同广播基站向用户发送的信号为[X₃X₄X₁X_{2 …}]，第三个协同传输的蜂窝通信基站协同广播基站向用户发送的信号为[-X₄ ^*X₃ ^*-X₂ ^*X₁ ^* _…]。本发明不需要对广播传输信号做任何改变，即在不影响原有广播接收的条件下，通过蜂窝通信基站发射与广播信号互相正交的信号，形成协作分集传输，提升了广播与蜂窝通信混合型网络中广播传输的网络容量和覆盖效果。

Description

一种广播基站和蜂窝通信基站的协作分集传输方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种协作传输方法，特别是涉及一种广播基站和蜂窝通信基站的协作分集传输方法。

背景技术

随着世界经济文化的快速发展，移动用户对信息业务的需求量快速增长；在无线网络中，用户移动信息业务总需求中66％以上来源于视频业务，而90％以上用户的视频业务需求集中于10％的特定视频内容。为了应对信息业务需求量的快速增长，单独依靠传统广播网或传统双向通信网，都无法实现移动信息业务的最优化传输。传统广播网采用大区制组网方式，覆盖范围大，单向广播效率高，有利于公共业务内容的广播和推送；但不具备上行回传信道，无法实现点播或宽带接入，不利于个性化内容的传输。现有移动通信网采用小区制蜂窝组网方式，覆盖范围小，双向通信效率高，有利于个性化内容的传输，但广播和推送的效率低，不利于公共业务内容的广播和推送。在这种情况下，广播和通信业界一方面在分别研发新一代广播和通信技术，以提升各自系统的传输速率和频谱利用率；另一方面在积极探索广播和通信融合的新型网络架构和接入技术，以充分利用广播网和通信网对承载不同业务的优势，有针对性地分配网络资源和频谱资源，选择最优传输方式，提升网络和系统的整体无线频谱利用率。

尽管广播和移动通信传输技术都取得了显著进步，无线网络传输容量的提升速度还是远远落后于信息业务数据量的增长速度。基于大区制广播网和小区制通信网重叠覆盖，提升现有网络的频谱效率，实现广播与通信融合传输是新一代广播系统的基本特征。目前对该系统和网络的性能及关键技术的研究还不完善，更未出现可开展应用的实际系统。而现有的广播电视网络通常采用大范围覆盖的基站，以高功率发射广播信号，但带来的问题就是在覆盖范围的边缘地区，由于受到阻挡物造成的阴影衰落，多径造成的频率选择性衰落，移动造成的瑞利衰落和多普勒频移等各种不利因素的影响，会在某些局部导致接收信号质量较低，影响广播业务传输。现有的广播电视网络可以通过在边缘地区建设一些专用的广播中继站，通过铺设光纤将广播信号传输到中继站，再由中继站将接收到的广播信号从空中发射。或者通过覆盖盲点附近的蜂窝基站进行中继，将接收到的广播信号重新发射。而这种简单的中继传输方式还无法进一步有效提升边缘区域广播信号质量和未来广播和通信融合网络的频谱效率，从而影响用户广播业务的体验度。

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广播基站和蜂窝通信基站的协作分集传输方法，用于提升广播与通信混合型网络中广播传输的网络容量和覆盖效果。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种广播基站和蜂窝通信基站的协作分集传输方法。

一种广播基站和蜂窝通信基站的协作分集传输方法，所述广播基站和蜂窝通信基站的协作分集传输方法采用的协作分集编码方式为：广播基站广播发送原有信号[X₁X₂X₃X₄…]，当有一个蜂窝基站协同广播基站进行分集传输时，蜂窝通信基站协同广播基站同时向用户发送的信号为其中，X₁、X₂、X₃和X₄均为长度相等的数据向量，符号*表示信号的复共轭，符号-表示负号；即蜂窝通信基站配合广播基站协作传输的信号为广播基站原传输信号的正交信号。

优选地，当与广播基站协同传输的蜂窝通信基站为多个时，第二个协同传输的蜂窝通信基站协同广播基站向用户发送的信号为[X₃X₄X₁X₂…]，第三个协同传输的蜂窝通信基站协同广播基站向用户发送的信号为

优选地，所述广播基站与蜂窝通信基站采用空时编码方式进行协作分集传输，此时信号[X₁X₂X₃X₄…]、[X₃X₄X₁X₂…]、均为时域信号向量。

优选地，所述广播基站与蜂窝通信基站采用空频编码方式进行协作分集传输，此时信号[X₁X₂X₃X₄…]、[X₃X₄X₁X₂…]、均为频域信号向量。

优选地，所述广播基站和蜂窝通信基站的协作分集传输方法的一种实现步骤为：

步骤一，广播基站广播发送信号，用户和各蜂窝通信基站接收所述信号；

步骤二，广播接收质量差的用户向自身所属小区的蜂窝通信基站或最近的蜂窝通信基站反馈广播接收信号质量差的指示；

步骤三，蜂窝通信基站接收到用户的反馈后，综合考虑小区内用户状态、用户位置和用户移动速度，选择较优的候选协作分集模式，并向广播基站发送协作分集模式请求；

步骤四，广播基站接收到所述协作分集模式请求后，确定协作分集编码方式，并向蜂窝通信基站发送确认应答；

步骤五，蜂窝通信基站根据所述确认应答中的协作分集编码方式，协同广播基站同时向用户发送信号。

优选地，所述广播基站通过有线、无线或光纤与蜂窝通信基站通信。

如上所述，本发明所述的广播基站和蜂窝通信基站的协作分集传输方法，具有以下有益效果：

本发明不需要对广播传输信号做任何改变，即在不影响原有广播接收的条件下，通过蜂窝通信基站发射与广播信号互相正交的信号，形成协作分集传输，提升了广播与蜂窝通信混合型网络中广播传输的网络容量和覆盖效果。

附图说明

图1显示为本发明所述的广播基站与通信基站协作分集传输的场景示意图。

图2显示为实施例一所述的广播基站和蜂窝通信基站的协作分集传输方法的流程示意图。

图3显示为广播基站与通信基站采用空时编码方式与非协作方式的误比特率比较曲线图。

图4显示为广播基站与通信基站采用空时编码方式与非协作方式的误帧率比较曲线图。

图5显示为广播基站与通信基站采用空时编码方式与非协作方式的吞吐量比较曲线图。

图6显示为广播基站与不同个数通信基站协作传输与非协作传输的误码率比较曲线图。

图7显示为广播基站与不同个数通信基站协作传输与非协作传输的误帧率比较曲线图。

图8显示为广播基站与不同个数通信基站协作传输与非协作传输的吞吐量比较曲线图。

图9显示为广播基站与通信基站不等功率协作传输与非协作传输的误码率比较曲线图。

图10显示为广播基站与通信基站不等功率协作传输与非协作传输的误帧率比较曲线图。

图11显示为广播基站与通信基站不等功率协作传输与非协作传输的吞吐量比较曲线图。

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。

本发明针对现有技术的不足，以提升广播与通信混合型网络中广播传输的网络容量和覆盖效果为系统优化目标，提出一种新的大区制广播基站和小区制蜂窝通信基站的协作分集传输方法，该方法不需要对广播传输信号做任何改变，即在不影响原有广播接收的条件下，通过蜂窝通信基站发射与广播信号互相正交的信号，形成协作分集传输。

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。

实施例一

本实施例提供一种广播基站和蜂窝通信基站的协作分集传输方法的具体实现方法，其流程如图2所示，包括以下步骤：

S1，广播基站广播发送信号[X₁X₂X₃X₄…]，用户和各通信基站(本发明中的通信基站均指蜂窝通信基站)接收所述广播基站的发送信号；广播基站可以通过有线或者无线，甚至是广播基站到蜂窝网通信基站间所铺设的光纤将信号发送到各个蜂窝通信基站。

S2，在广播区域边缘，由于阴影衰落、频率选择性衰落、瑞利衰落、多普勒频移等各种不利因素的影响，可能会出现局部区域用户接收信号质量很差甚至接收不到信号的情况，此时，广播接收质量差的用户向自身所属小区的蜂窝通信基站或最近的蜂窝通信基站反馈广播接收信号质量差的指示。

S3，蜂窝通信基站接收到用户的反馈后，综合考虑小区内用户状态、用户位置、用户移动速度等因素，选择较优的候选协作分集方式(STBC/SFBC，空时编码/空频编码)，并将此协作分集模式请求通过有线、无线或光纤等方式发送给广播基站。例如STBC适用于低移动速度场景，而对频率选择性信道不敏感。而SFBC更适用于频率平坦衰落信道，对移动速度不敏感。

S4，广播基站接收到来自蜂窝通信基站的协作分集模式请求后，确定分集编码方式，并向蜂窝通信基站发送确认应答；其中所述分集编码方式为：蜂窝通信基站配合广播基站协作传输的信号为广播基站原传输信号的正交信号。

该分集编码方式进一步解释为：广播基站广播发送原有信号[X₁X₂X₃X₄…]，当有一个蜂窝基站协同广播基站进行分集传输时，蜂窝通信基站协同广播基站同时向用户发送的信号为其中，X₁、X₂、X₃和X₄均为长度相等的数据向量，符号*表示信号的复共轭，符号-表示负号；当与广播基站协同传输的蜂窝通信基站为多个时，第二个协同传输的蜂窝通信基站协同广播基站向用户发送的信号为[X₃X₄X₁X₂…]，第三个协同传输的蜂窝通信基站协同广播基站向用户发送的信号为为保证协作重传质量，广播基站亦并通过有线、光纤等方式将广播数据推送给协作通信基站。

S5，蜂窝通信基站根据接收的确认应答中的协作分集编码方式，协同广播基站同时向用户发送数据。

本实施例所述的广播基站和蜂窝通信基站的协作分集传输方法的应用场景如图1所示，广播基站与蜂窝通信基站采用空时编码进行协作分集传输。

广播基站与单个蜂窝通信基站采用空时编码进行协作分集传输的过程为：从已调制模块的时域输出端读取等长的数据块X₁和X₂；在第一个发射周期中，信号X₁和分别从广播基站和蜂窝通信基站分别发出；在第二个发射周期中，信号X₂从广播基站发射，信号从蜂窝通信基站发射；符号*表示信号的复共轭。所以，在广播基站上不需要对广播传输信号做任何改变，即广播天线上发送的向量为：[X₁X₂X₃X₄…]，而从蜂窝通信基站天线上发送的向量为：其中，X₁X₂X₃X₄的长度都相等。

当单个通信基站与广播基站协作分集传输仍无法满足用户对接收信号质量的要求时，可考虑增加一个通信基站，即实现广播基站与2个通信基站的协作传输。广播基站与2个蜂窝通信基站采用空时编码进行协作分集传输的过程如下：

在广播基站的天线上发送的向量仍不作任何改变，为：[X₁X₂X₃X₄…]，而之前参与协作的第一个通信基站的天线上发送信号的编码方式也不需做改变，仍为：而只需将新参与协作的第二个通信基站的天线上发送信号的编码方式设为：[X₃X₄X₁X₂…]，从而完成其信号的相互正交。依次类推，例如对于3个通信基站的协作，只需将新参与协作的通信基站发送的信号编码为即蜂窝通信基站配合广播基站协作传输的信号为广播基站原传输信号的正交信号。

本发明所述的广播基站和蜂窝通信基站的协作分集传输方法是一种新的大区制广播基站和小区制蜂窝通信基站的协作分集传输方法，该方法在不需要对广播传输信号做任何改变，即在不影响原有广播接收的条件下，通过蜂窝通信基站发射与广播信号互相正交的信号，形成协作分集传输，用于提升广播与通信混合型网络中广播传输的网络容量和覆盖效果。

实施例二

本实施例提供一种广播基站和蜂窝通信基站的协作分集传输方法，该方法的应用场景如图1所示，广播基站与通信基站采用空频编码进行协作分集传输。

广播基站与单个通信基站采用空频编码进行协作分集传输的过程为：发送数据符号向量X在频域上编码成向量[X₁X₂X₃X₄…]和其中X₁和X₂分别对应频域上相应位置的子载波信号，符号*表示信号的复共轭。此时，广播基站发送的向量为：[X₁X₂X₃X₄…]，通信基站发送的数据为：频域上[X₁X₂X₃X₄…]编码完后，再分别进行IFFT转到时域信号通过基站进行发送。

广播基站与2个通信基站采用空频编码进行协作分集传输的过程如下：

当单个通信基站与广播基站协作分集传输仍无法满足用户对接收信号质量的要求时，可考虑增加一个通信基站，即实现广播基站与2个通信基站协作传输。此时，在广播基站的天线上频域发送向量为：[X₁X₂X₃X₄…]，从第一个通信基站的天线上频域发送的向量不做改变，仍为：从第二个通信基站的天线上频域发送的向量为：[X₃X₄X₁X₂…]。

需要注意的是，在广播与通信混合型网络中，采用空时/空频编码时，通信基站对广播基站而言透明，对广播基站发送的数据没有影响。广播基站始终发送[X₁X₂X₃X₄…]，如图1右下角所示，当只有一个通信基站与广播基站协同传输时，通信基站发送与之相对应的正交码当存在两个通信基站与广播基站协同传输时，新参与协作的通信基站对广播基站和原来的通信基站没有影响，广播基站依然发送[X₁X₂X₃X₄…]，原来通信基站仍发送新增的通信基站发送[X₃X₄X₁X₂…]。

对本发明所述的广播基站和蜂窝通信基站的协作分集传输方法进行仿真，仿真条件如下：

由图3、图4、图5可见，当采取广播与通信协作传输时，采用空时编码方案时，系统的误码率、误帧率大大降低，吞吐量明显增加，系统性能得到极大改善。

由图6、图7、图8可见，随着协同发射天线个数的增加，系统的误码率、误帧率明显降低。

由图9、图10、图11可见，当广播基站与通信基站发射功率比为2比1时，相较非协作传输以及等功率发射，系统的误码率、误帧率大大降低，吞吐量明显增加，系统性能得到极大改善。

通过仿真分析可见，本发明在不影响原有广播接收的条件下，通过蜂窝通信基站发射与广播信号互相正交的信号，形成协作分集传输，提升了广播与通信混合型网络中广播传输的网络容量和覆盖效果。

综上所述，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 (5)

1.一种广播基站和蜂窝通信基站的协作分集传输方法，其特征在于，所述广播基站和蜂窝通信基站的协作分集传输方法采用的协作分集编码方式为：广播基站广播发送原有信号[X₁X₂X₃X₄…]，当有一个蜂窝基站协同广播基站进行分集传输时，蜂窝通信基站协同广播基站同时向用户发送的信号为 $\left[\begin{array}{ccccc}-X_2^{*}& X_1^{*}& -X_4^{*}& X_3^{*}& ...\end{array}\right],$ 其中，X₁、X₂、X₃和X₄均为长度相等的数据向量，符号*表示信号的复共轭，符号-表示负号；即蜂窝通信基站配合广播基站协作传输的信号为广播基站原传输信号的正交信号；所述广播基站和蜂窝通信基站的协作分集传输方法的一种实现步骤为：

步骤一，广播基站广播发送信号，用户和各蜂窝通信基站接收所述信号；

步骤二，广播接收质量差的用户向自身所属小区的蜂窝通信基站或最近的蜂窝通信基站反馈广播接收信号质量差的指示；

步骤三，蜂窝通信基站接收到用户的反馈后，综合考虑小区内用户状态、用户位置和用户移动速度，选择较优的候选协作分集模式，并向广播基站发送协作分集模式请求；

步骤四，广播基站接收到所述协作分集模式请求后，确定协作分集编码方式，并向蜂窝通信基站发送确认应答；

步骤五，蜂窝通信基站根据所述确认应答中的协作分集编码方式，协同广播基站同时向用户发送信号。

2.根据权利要求1所述的广播基站和蜂窝通信基站的协作分集传输方法，其特征在于：当与广播基站协同传输的蜂窝通信基站为多个时，第二个协同传输的蜂窝通信基站协同广播基站向用户发送的信号为[X₃X₄X₁X₂…]，第三个协同传输的蜂窝通信基站协同广播基站向用户发送的信号为 $\left[\begin{array}{ccccc}-X_4^{*}& X_3^{*}& -X_2^{*}& X_1^{*}& ...\end{array}\right].$

3.根据权利要求2所述的广播基站和蜂窝通信基站的协作分集传输方法，其特征在于：所述广播基站与蜂窝通信基站采用空时编码方式进行协作分集传输，此时信号[X₁X₂X₃X₄…]、 $\left[\begin{array}{ccccc}-X_2^{*}& X_1^{*}& -X_4^{*}& X_3^{*}& ...\end{array}\right],$ [X₃X₄X₁X₂…]、 $\left[\begin{array}{ccccc}-X_4^{*}& X_3^{*}& -X_2^{*}& X_1^{*}& ...\end{array}\right]$ 均为时域信号向量。

4.根据权利要求2所述的广播基站和蜂窝通信基站的协作分集传输方法，其特征在于：所述广播基站与蜂窝通信基站采用空频编码方式进行协作分集传输，此时信号[X₁X₂X₃X₄…]、 $\left[\begin{array}{ccccc}-X_2^{*}& X_1^{*}& -X_4^{*}& X_3^{*}& ...\end{array}\right],$ [X₃X₄X₁X₂…]、 $\left[\begin{array}{ccccc}-X_4^{*}& X_3^{*}& -X_2^{*}& X_1^{*}& ...\end{array}\right]$ 均为频域信号向量。

5.根据权利要求1所述的广播基站和蜂窝通信基站的协作分集传输方法，其特征在于：所述广播基站通过有线、无线或光纤与蜂窝通信基站通信。