CN105208564A - 基于位置信息的空地协同系统的干扰抑制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于位置信息的空地协同系统的干扰抑制方法及装置，能够有效抑制地面基站下行信道对于卫星用户上行信道的干扰。所述方法包括：获取待进行干扰抑制的空地协同系统的卫星、基站和地面站的位置信息，根据所述卫星和基站的位置信息对所述基站到卫星的信道进行估计，得到所述基站到卫星的信道，根据所述卫星和地面站的位置信息对所述卫星到地面站的信道进行估计，得到所述卫星到地面站的信道；利用所述基站到卫星的信道和卫星到地面站的信道将所述卫星发射的信号中的干扰信号去除。

Description

基于位置信息的空地协同系统的干扰抑制方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信中干扰抑制技术领域，具体涉及一种基于位置信息的空地协同系统的干扰抑制方法及装置。

背景技术

如今通信网络中，卫星网络能够为低人口密度区域提供全面的覆盖，而地面网络能够为城市高人口密度区域提供高带宽、低成本的覆盖。因此，空地协同系统的框架十分有吸引力并且具有前景。国际电联(ITU)提出的下一代网络中(NGN)，空地协同系统将起到重要的作用。

空地协同系统给无线通信的发展带来益处的同时，也带来了许多新的挑战，尤其是干扰问题。随着无线通信的飞速发展，频谱资源的需求大量增长，频谱资源稀缺的问题日益严峻。空地协同系统的引进将导致新的频谱资源需求，为解决频谱资源稀缺问题，空地协同系统中将采用频谱共享技术，卫星网络与地面网络共享一定的频谱资源，从而提高频谱效率。然而采用频谱共享技术的同时，也带来了同频干扰(CCI)的问题。当卫星网络与地面网络采用同样频率同时进行通信时，将会产生相互干扰。考虑卫星网络上行信道与地面网络下行信道共享频谱，卫星网络下行信道与地面网络上行信道共享频谱的情形。这种频谱共享方式中，主要的干扰在于地面基站下行信道对于卫星用户上行信道的干扰。因此，卫星必须对接受的信号进行干扰抑制处理。

目前，星上波束成形技术是对卫星上行信道进行干扰抑制的有效方法。在这种方法中，卫星通过对多天线阵元接收到的各路信号进行加权合成，形成所需的理想信号，从天线方向图(pattern)视角来看，这样做相当于形成了规定指向上的波束，将原来全方位的接收方向图转换成了有零点、有最大指向的波瓣方向图。将零点方向对准干扰源，则可以避开干扰的影响。然而，由于卫星功率受限，难以进行复杂的运算操作，星上波束成形技术也受到了严重限制。由此，寻找一种对卫星上行信道进行干扰抑制的有效方法成为一种亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于位置信息的空地协同系统的干扰抑制方法及装置，能够有效抑制地面基站下行信道对于卫星用户上行信道的干扰。

为此目的，一方面，本发明提出一种基于位置信息的空地协同系统的干扰抑制方法，包括：

获取待进行干扰抑制的空地协同系统的卫星、基站和地面站的位置信息，根据所述卫星和基站的位置信息对所述基站到卫星的信道进行估计，得到所述基站到卫星的信道，根据所述卫星和地面站的位置信息对所述卫星到地面站的信道进行估计，得到所述卫星到地面站的信道；

利用所述基站到卫星的信道和卫星到地面站的信道将所述卫星发射的信号中的干扰信号去除。

另一方面，本发明提出一种基于位置信息的空地协同系统的干扰抑制装置，包括：

信道估计单元，用于获取待进行干扰抑制的空地协同系统的卫星、基站和地面站的位置信息，根据所述卫星和基站的位置信息对所述基站到卫星的信道进行估计，得到所述基站到卫星的信道，根据所述卫星和地面站的位置信息对所述卫星到地面站的信道进行估计，得到所述卫星到地面站的信道；

干扰信号去除单元，用于利用所述基站到卫星的信道和卫星到地面站的信道将所述卫星发射的信号中的干扰信号去除。

本发明实施例所述的基于位置信息的空地协同系统的干扰抑制方法及装置，利用卫星、基站和地面站的位置信息，进行信道估计，基于估计的信道从混叠信号中将干扰信号减去，从而能够抑制基站对卫星的上行干扰。

附图说明

图1为本发明基于位置信息的空地协同系统的干扰抑制方法一实施例的流程示意图；

图2为本发明所述的空地协同系统的架构图；

图3为本发明基于位置信息的空地协同系统的干扰抑制装置一实施例的方框结构示意图；

图4为本发明另一实施例进行仿真得到的1MHz-3MHz不同符号速率下信干比增益随位置误差变化的曲线图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例公开一种基于位置信息的空地协同系统的干扰抑制方法，包括：

S1、获取待进行干扰抑制的空地协同系统的卫星、基站和地面站的位置信息，根据所述卫星和基站的位置信息对所述基站到卫星的信道进行估计，得到所述基站到卫星的信道，根据所述卫星和地面站的位置信息对所述卫星到地面站的信道进行估计，得到所述卫星到地面站的信道；

S2、利用所述基站到卫星的信道和卫星到地面站的信道将所述卫星发射的信号中的干扰信号去除。

本发明实施例所述的基于位置信息的空地协同系统的干扰抑制方法，利用卫星、基站和地面站的位置信息，进行信道估计，基于估计的信道从混叠信号中将干扰信号减去，从而能够抑制基站对卫星的上行干扰。

可选地，在本发明基于位置信息的空地协同系统的干扰抑制方法的另一实施例中，所述根据所述卫星和基站的位置信息对所述基站到卫星的信道进行估计，得到所述基站到卫星的信道，包括：

根据所述卫星和基站的位置信息计算所述基站到卫星的距离；

根据所述基站到卫星的距离计算所述基站到卫星的信道延时，计算公式为其中，τ_zio为当前基站P_zi到卫星O的信道延时，i∈(1,2,…,N)，N为所述空地协同系统的基站的数量，D(P_zi,O)为基站P_zi到卫星O的距离，c为光速；

根据所述基站到卫星的信道延时，以及预先计算的所述基站到卫星的信道衰减和信道初始相位计算所述基站到卫星的信道，计算公式为其中，h_zi为基站P_zi到卫星O的信道，β_zi为预先计算的基站P_zi到卫星O的信道衰减，θ_zi为预先计算的基站P_zi到卫星O的信道初始相位，τ₁为θ_zi对应时刻的基站P_zi到卫星O的信道延时。

如图2所示的空地协同系统的架构图，卫星接收到的混叠信号包括用户的发射信号、基站向用户发射的信号对卫星产生的干扰信号以及其它噪声信号，可以表示为其中，y(t)为卫星接收到的混叠信号，h_u(t)为用户到卫星的信道，u(t)为用户的发射信号，h_zi(t)为基站P_zi到卫星的信道，z_i(t)为基站P_zi的发射信号，ω₁为高斯噪声。地面站接收到的卫星发射的信号y₁(t)可以表示为 $y_1\left(t\right)=h_e\left(t\right)h_u\left(t\right)u\left(t\right)+\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{h}_e\left(t\right)h_{zi}\left(t\right)z_i\left(t\right)+h_e\left(t\right){\mathrm{\ω}}_1+{\mathrm{\ω}}_2,$ 其中，h_e(t)为卫星到地面站的信道，ω₂为高斯噪声。本发明主要考虑对基站干扰信号的抑制，为了去除基站干扰信号，需要计算基站P_zi的干扰信号在地面站的等效信道在计算出该等效信道之后，根据该等效信道即可将干扰信号从混叠信号中去除。而(h_zie为基站P_zi到地面站的信道)，因此为了计算等效信道需要计算出h_e(t)和h_zi(t)。本发明在计算h_zi时所用到的β_zi和θ_zi的计算方法为：由卫星周期性发射导频信号，地面站根据接收到的导频信号对h_zi进行估计，从而可以得到β_zi(因在一个周期内变化不大，故可以在一个周期内令其为固定值)和θ_zi。对h_e的计算与对h_zi的计算过程相同，下面不再详细赘述。

可选地，在本发明基于位置信息的空地协同系统的干扰抑制方法的另一实施例中，在所述根据所述基站到卫星的信道延时，以及预先计算的所述基站到卫星的信道衰减和信道初始相位计算所述基站到卫星的信道之前，还包括：

接收所述卫星周期性发射的导频信号，并根据所述导频信号对所述基站到卫星的信道进行估计，得到所述基站到卫星的信道衰减和信道初始相位。

可选地，在本发明基于位置信息的空地协同系统的干扰抑制方法的另一实施例中，所述根据所述卫星和地面站的位置信息对所述卫星到地面站的信道进行估计，得到所述卫星到地面站的信道，包括：

根据所述卫星和地面站的位置信息计算所述卫星到地面站的距离；

根据所述卫星到地面站的距离计算所述卫星到地面站的信道延时，计算公式为其中，τ_oe为当前卫星O到地面站P_e的信道延时，D(O,P_e)为卫星O到地面站P_e的距离，c为光速；

根据所述卫星到地面站的信道延时，以及预先计算的所述卫星到地面站的信道衰减和信道初始相位计算所述卫星到地面站的信道，计算公式为其中，h_e为卫星O到地面站P_e的信道，β_e(因在一个周期内变化不大，故可以在一个周期内令其为固定值，一般情况下可以取值为1)为预先计算的卫星O到地面站P_e的信道衰减，θ_oe为预先计算的卫星O到地面站P_e的信道初始相位，τ₂为θ_oe对应时刻的卫星O到地面站P_e的延时。

可选地，在本发明基于位置信息的空地协同系统的干扰抑制方法的另一实施例中，在所述根据所述卫星到地面站的信道延时，以及预先计算的所述卫星到地面站的信道衰减和信道初始相位计算所述卫星到地面站的信道之前，还包括：

接收所述卫星周期性发射的导频信号，并根据所述导频信号对所述卫星到地面站的信道进行估计，得到所述卫星到地面站的信道衰减和信道初始相位。

可选地，在本发明基于位置信息的空地协同系统的干扰抑制方法的另一实施例中，所述利用所述基站到卫星的信道和卫星到地面站的信道将所述卫星发射的信号中的干扰信号去除，包括：

利用所述基站到卫星的信道和卫星到地面站的信道将所述卫星发射的信号中的干扰信号去除，得到去除干扰后的信号，运算公式为其中，为去除干扰后的信号，y₁为卫星O发射的信号，h_zi为基站P_zi到卫星O的信道，i∈(1,2,…,N)，N为所述空地协同系统的基站的数量，h_e为卫星O到地面站P_e的信道，z_i*为基站P_zi发射的信号，h_zie为基站P_zi到地面站P_e的信道。

如图3所示，本实施例公开一种基于位置信息的空地协同系统的干扰抑制装置，包括：

信道估计单元1，用于获取待进行干扰抑制的空地协同系统的卫星、基站和地面站的位置信息，根据所述卫星和基站的位置信息对所述基站到卫星的信道进行估计，得到所述基站到卫星的信道，根据所述卫星和地面站的位置信息对所述卫星到地面站的信道进行估计，得到所述卫星到地面站的信道；

干扰信号去除单元2，用于利用所述基站到卫星的信道和卫星到地面站的信道将所述卫星发射的信号中的干扰信号去除。

本发明实施例所述的基于位置信息的空地协同系统的干扰抑制装置，利用卫星、基站和地面站的位置信息，进行信道估计，基于估计的信道从混叠信号中将干扰信号减去，从而能够抑制基站对卫星的上行干扰。

可选地，在本发明基于位置信息的空地协同系统的干扰抑制装置的另一实施例中，所述信道估计单元，包括：

第一距离计算子单元，用于根据所述卫星和基站的位置信息计算所述基站到卫星的距离；

第一信道延时计算子单元，用于根据所述基站到卫星的距离计算所述基站到卫星的信道延时，计算公式为其中，τ_zio为当前基站P_zi到卫星O的信道延时，i∈(1,2,…,N)，N为所述空地协同系统的基站的数量，D(P_zi,O)为基站P_zi到卫星O的距离，c为光速；

第一信道计算子单元，用于根据所述基站到卫星的信道延时，以及预先计算的所述基站到卫星的信道衰减和信道初始相位计算所述基站到卫星的信道，计算公式为其中，h_zi为基站P_zi到卫星O的信道，β_zi为预先计算的基站P_zi到卫星O的信道衰减，θ_zi为预先计算的基站P_zi到卫星O的信道初始相位，τ₁为θ_zi对应时刻的基站P_zi到卫星O的信道延时。

可选地，在本发明基于位置信息的空地协同系统的干扰抑制装置的另一实施例中，所述信道估计单元，还包括：

第一衰减和相位计算子单元，用于在所述第一信道计算子单元根据所述基站到卫星的信道延时，以及预先计算的所述基站到卫星的信道衰减和信道初始相位计算所述基站到卫星的信道之前，接收所述卫星周期性发射的导频信号，并根据所述导频信号对所述基站到卫星的信道进行估计，得到所述基站到卫星的信道衰减和信道初始相位。

可选地，在本发明基于位置信息的空地协同系统的干扰抑制装置的另一实施例中，所述信道估计单元，包括：

第二距离计算子单元，用于根据所述卫星和地面站的位置信息计算所述卫星到地面站的距离；

第二信道延时计算子单元，用于根据所述卫星到地面站的距离计算所述卫星到地面站的信道延时，计算公式为其中，τ_oe为当前卫星O到地面站P_e的信道延时，D(O,P_e)为卫星O到地面站P_e的距离，c为光速；

第二信道计算子单元，用于根据所述卫星到地面站的信道延时，以及预先计算的所述卫星到地面站的信道衰减和信道初始相位计算所述卫星到地面站的信道，计算公式为其中，h_e为卫星O到地面站P_e的信道，β_e为预先计算的卫星O到地面站P_e的信道衰减，θ_oe为预先计算的卫星O到地面站P_e的信道初始相位，τ₂为θ_oe对应时刻的卫星O到地面站P_e的延时。

方案应用在如图1所示的空地协同系统下，基带信号为(T_s为符号速率)，卫星与地面距离为780km，符号速率为1MHz-3MHz，仿真过程中随机生成用户与基站信号。由于实际情况下位置信息存在一定误差，生成位置信息时随机加入一定的误差。使用上述方案进行干扰抑制，并计算系统的信干比增益。在上述仿真条件下，本实例对位置误差从0m到70m，以1m为间隔逐点进行仿真，得到1MHz-3MHz不同符号速率下的信干比增益结果。如图2所示，可以看出该方案能够有效提高接收信号的信干比。

本发明的效果如下：本发明能够明显的对干扰进行抑制，得到可观的信干比增益，提升系统的整体性能，同时本发明的方案利用位置信息可以直接自适应地更新估计信道，复杂度不高。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种基于位置信息的空地协同系统的干扰抑制方法，其特征在于，包括：

获取待进行干扰抑制的空地协同系统的卫星、基站和地面站的位置信息，根据所述卫星和基站的位置信息对所述基站到卫星的信道进行估计，得到所述基站到卫星的信道，根据所述卫星和地面站的位置信息对所述卫星到地面站的信道进行估计，得到所述卫星到地面站的信道；

利用所述基站到卫星的信道和卫星到地面站的信道将所述卫星发射的信号中的干扰信号去除。

2.根据权利要求1所述的基于位置信息的空地协同系统的干扰抑制方法，其特征在于，所述根据所述卫星和基站的位置信息对所述基站到卫星的信道进行估计，得到所述基站到卫星的信道，包括：

根据所述卫星和基站的位置信息计算所述基站到卫星的距离；

根据所述基站到卫星的距离计算所述基站到卫星的信道延时，计算公式为其中，τ_zio为当前基站P_zi到卫星O的信道延时，i∈(1,2,…,N)，N为所述空地协同系统的基站的数量，D(P_zi,O)为基站P_zi到卫星O的距离，c为光速；

根据所述基站到卫星的信道延时，以及预先计算的所述基站到卫星的信道衰减和信道初始相位计算所述基站到卫星的信道，计算公式为其中，h_zi为基站P_zi到卫星O的信道，β_zi为预先计算的基站P_zi到卫星O的信道衰减，θ_zi为预先计算的基站P_zi到卫星O的信道初始相位，τ₁为θ_zi对应时刻的基站P_zi到卫星O的信道延时。

3.根据权利要求2所述的基于位置信息的空地协同系统的干扰抑制方法，其特征在于，在所述根据所述基站到卫星的信道延时，以及预先计算的所述基站到卫星的信道衰减和信道初始相位计算所述基站到卫星的信道之前，还包括：

接收所述卫星周期性发射的导频信号，并根据所述导频信号对所述基站到卫星的信道进行估计，得到所述基站到卫星的信道衰减和信道初始相位。

4.根据权利要求1所述的基于位置信息的空地协同系统的干扰抑制方法，其特征在于，所述根据所述卫星和地面站的位置信息对所述卫星到地面站的信道进行估计，得到所述卫星到地面站的信道，包括：

根据所述卫星和地面站的位置信息计算所述卫星到地面站的距离；

根据所述卫星到地面站的距离计算所述卫星到地面站的信道延时，计算公式为其中，τ_oe为当前卫星O到地面站P_e的信道延时，D(O,P_e)为卫星O到地面站P_e的距离，c为光速；

根据所述卫星到地面站的信道延时，以及预先计算的所述卫星到地面站的信道衰减和信道初始相位计算所述卫星到地面站的信道，计算公式为其中，h_e为卫星O到地面站P_e的信道，β_e为预先计算的卫星O到地面站P_e的信道衰减，θ_oe为预先计算的卫星O到地面站P_e的信道初始相位，τ₂为θ_oe对应时刻的卫星O到地面站P_e的延时。

5.根据权利要求4所述的基于位置信息的空地协同系统的干扰抑制方法，其特征在于，在所述根据所述卫星到地面站的信道延时，以及预先计算的所述卫星到地面站的信道衰减和信道初始相位计算所述卫星到地面站的信道之前，还包括：

接收所述卫星周期性发射的导频信号，并根据所述导频信号对所述卫星到地面站的信道进行估计，得到所述卫星到地面站的信道衰减和信道初始相位。

6.根据权利要求1所述的基于位置信息的空地协同系统的干扰抑制方法，其特征在于，所述利用所述基站到卫星的信道和卫星到地面站的信道将所述卫星发射的信号中的干扰信号去除，包括：

利用所述基站到卫星的信道和卫星到地面站的信道将所述卫星发射的信号中的干扰信号去除，得到去除干扰后的信号，运算公式为其中，为去除干扰后的信号，y₁为卫星O发射的信号，h_zi为基站P_zi到卫星O的信道，i∈(1,2,…,N)，N为所述空地协同系统的基站的数量，h_e为卫星O到地面站P_e的信道，z_i*为基站P_zi发射的信号，h_zie为基站P_zi到地面站P_e的信道。

7.一种基于位置信息的空地协同系统的干扰抑制装置，其特征在于，包括：

信道估计单元，用于获取待进行干扰抑制的空地协同系统的卫星、基站和地面站的位置信息，根据所述卫星和基站的位置信息对所述基站到卫星的信道进行估计，得到所述基站到卫星的信道，根据所述卫星和地面站的位置信息对所述卫星到地面站的信道进行估计，得到所述卫星到地面站的信道；

干扰信号去除单元，用于利用所述基站到卫星的信道和卫星到地面站的信道将所述卫星发射的信号中的干扰信号去除。

8.根据权利要求7所述的基于位置信息的空地协同系统的干扰抑制装置，其特征在于，所述信道估计单元，包括：

第一距离计算子单元，用于根据所述卫星和基站的位置信息计算所述基站到卫星的距离；

第一信道延时计算子单元，用于根据所述基站到卫星的距离计算所述基站到卫星的信道延时，计算公式为其中，τ_zio为当前基站P_zi到卫星O的信道延时，i∈(1,2,…,N)，N为所述空地协同系统的基站的数量，D(P_zi,O)为基站P_zi到卫星O的距离，c为光速；

第一信道计算子单元，用于根据所述基站到卫星的信道延时，以及预先计算的所述基站到卫星的信道衰减和信道初始相位计算所述基站到卫星的信道，计算公式为其中，h_zi为基站P_zi到卫星O的信道，β_zi为预先计算的基站P_zi到卫星O的信道衰减，θ_zi为预先计算的基站P_zi到卫星O的信道初始相位，τ₁为θ_zi对应时刻的基站P_zi到卫星O的信道延时。

9.根据权利要求8所述的基于位置信息的空地协同系统的干扰抑制装置，其特征在于，所述信道估计单元，还包括：

第一衰减和相位计算子单元，用于在所述第一信道计算子单元根据所述基站到卫星的信道延时，以及预先计算的所述基站到卫星的信道衰减和信道初始相位计算所述基站到卫星的信道之前，接收所述卫星周期性发射的导频信号，并根据所述导频信号对所述基站到卫星的信道进行估计，得到所述基站到卫星的信道衰减和信道初始相位。

10.根据权利要求7所述的基于位置信息的空地协同系统的干扰抑制装置，其特征在于，所述信道估计单元，包括：

第二距离计算子单元，用于根据所述卫星和地面站的位置信息计算所述卫星到地面站的距离；

第二信道延时计算子单元，用于根据所述卫星到地面站的距离计算所述卫星到地面站的信道延时，计算公式为其中，τ_oe为当前卫星O到地面站P_e的信道延时，D(O,P_e)为卫星O到地面站P_e的距离，c为光速；

第二信道计算子单元，用于根据所述卫星到地面站的信道延时，以及预先计算的所述卫星到地面站的信道衰减和信道初始相位计算所述卫星到地面站的信道，计算公式为其中，h_e为卫星O到地面站P_e的信道，β_e为预先计算的卫星O到地面站P_e的信道衰减，θ_oe为预先计算的卫星O到地面站P_e的信道初始相位，τ₂为θ_oe对应时刻的卫星O到地面站P_e的延时。