CN106656217A - 一种多射频单元基站系统的全双工传输方法 - Google Patents

一种多射频单元基站系统的全双工传输方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种多射频单元基站系统的全双工传输方法，所述多射频单元基站系统包括基站收发信号的处理系统和分布在小区内的多个射频单元，所述每个射频单元在基站收发信号的处理系统的控制下独立发送和接收信号，所述射频单元与用户终端进行通信连接；所述全双工传输方法包括以下步骤：基站根据用户终端在小区范围内的位置，选择适合的射频单元与其实现同时同频的全双工通信；基站在全双工的通信情况下，选择一个或者多个射频单元作为下行信号的发送单元，或者选择一个或者多个射频单元作为上行信号的接收单元；用户终端接收信号或者发送信号。本发明不但了提高系统的传输容量，而且降低了对基站和用户终端的自干扰抑制能力的要求和处理复杂度。

Description

一种多射频单元基站系统的全双工传输方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种多射频单元基站系统的全双工传输方法。
背景技术
随着无线服务的用户数量不断增多和对高数据速率的需求不断增长，如何更有效地利用有限的无线资源一直是人们追求的目标。当前大量的通信设备在实现全双工通信时或者是采用时分复用的方式，或者是采用频分复用的方式。这两种方式对于某个特定的时频资源块来说，实际上还是半双工的方式。即一个时频资源块，不是用于上行，就是用于下行。寻求在同一时频资源块上实现同时同频的全双工传输，可使得频谱资源的利用率提高1倍，这一直是人们努力追求的目标。有研究表明的自干扰抑制能力已经可以达到100dB以上，自干扰抑制技术的提高，使得同时同频全双工的技术和有关的实现方案成为研究的热点。但目前大发射功率情况下的高性能的自干扰抑制并非一项容易实现的技术，用户正常接收信号，最弱时有可能达到-90dBm，即10-9mW。而基站的发射功率有可能达到几十W。发射和接收信号的差异将达到10个数量级以上，自干扰抑制成为一个非常困难的问题。因此，目前来说高性能的自干扰抑制是一项复杂的技术，只有在具有强大信号处理能力和能够承受较高昂设备成本的基站侧，才可能有效地实现同时同频的全双工通信，而在用户一侧，则一般采用半双工的工作模式，两个不同的用户一收一发，此时全双工主要是指在基站侧实现全双工。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种多射频单元基站系统的全双工传输方法，本方法不但了提高系统的传输容量，而且降低了对基站和用户终端的自干扰抑制能力的要求和处理复杂度。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种多射频单元基站系统的全双工传输方法，所述多射频单元基站系统包括基站收发信号的处理系统和分布在小区内的多个射频单元，所述每个射频单元在基站收发信号的处理系统的控制下独立发送和接收信号，所述射频单元与用户终端进行通信连接；
所述全双工传输方法包括以下步骤：
S1、基站根据用户终端在小区范围内的位置，选择适合的射频单元与其实现同时同频的全双工通信；
S2、基站在全双工的通信情况下，基站选择一个或者多个射频单元作为下行信号的发送单元，另外，基站选择一个或者多个射频单元作为上行信号的接收单元；
S3、用户终端接收基站发送的信号或者给基站发送信号，若用户终端没有自干扰抑制能力，则采用半双工工作方式，此时，基站收发信号的处理系统通过一部分射频单元向用户终端发送下行的信号，另一部分射频单元接收用户终端的上行信号，实现同时同频的全双工通信方法。
进一步地，所述步骤S3中用户终端接收基站发送的信号或者给基站发送信号，基站根据分布在不同位置的各个射频单元所接收或发送信号的强弱，通过优化策略，确定为用户终端服务的发送和接收的射频单元；所述优化策略，包括：大尺度衰落最小准则，系统容量最大化准则，能效最高等准则，或者发射和接收射频干扰尽可能小准则。
进一步地，所述步骤S3中基站的每个射频单元，对一个时频资源块，作为一个发射单元，而对另一个不同的时频资源块，作为一个接收单元，基站选择不同的射频单元，分别用于发送下行的信号和接收上行的信号；其中，所述时频资源块指由一定宽带宽度的频谱和一定长度的时间构成的传输资源单元，所述频谱的宽度和时间长短根据内在要求动态调整，单个射频单元为一个时频资源块服务，或者多个射频单元为一个时频资源服务。
进一步地，在多个射频单元覆盖的小区内，同一时刻下，基站为不同用户终端动态分配不同的时频资源块或者相同的时频资源块；在不同的用户使用相同的时频资源块时使用预编码技术消除相互间的干扰，或者当两用户相距较远，使用不同的射频单元时相互间的干扰影响较小，此时不需采用预编码技术消除措施。
进一步地，所述射频单元作为信号的发射单元或者作为信号的接收单元，所述多射频单元基站系统至少包括2个射频单元，用于完成全双工工作方式。
进一步地，所述多个射频单元构成射频单元组，所述射频单元组用于接收信号和发射信号的射频单元数量相等或者不相等；所述射频单元组用于发射同一信号时，每一个射频单元的发射功率相同或者不相同。
进一步地，所述射频单元包括至少一个的天线，所述天线用于接收信号或者发射信号。
进一步地，所述射频单元的工作方式包括半双工和全双工，所述用户终端的工作方式包括半双工和全双工，所述基站的工作方式包括半双工和全双工；当基站使用全双工的工作方式情况下，用户终端可使用全双工或者半双工的工作方式；当用户终端使用半双工的工作方式而对应基站使用全双工的工作方式情况下，一个用户终端处于接收状态，另一个用户终端处于发送状态，两个用户终端之间可关联或者没有关联。
进一步地，所述多射频单元基站系统与现有的普通多射频单元的时分或频分基站系统进行混合工作，根据信道、用户分布和终端自干扰抑制能力情况，实现在射频单元与用户终端之间，选择是以半双工还是以全双工的工作方式。
采用上述技术方案后，本发明至少具有如下有益效果：
1、本发明在基站同时同频工作的射频单元，处于分布式天线系统的不同位置，具有较大的间隔，信号相应地有较大的大尺度衰减，因此对自干扰的抑制能力的要求大大降低，从而易于实现全双工的功能；
2、本发明对于用户终端来说，当其采用全双工工作方式时，可充分利用基站的分布式射频单元阵列的分集接收功能：因为基站可以采用多根天线通过分集的方式接收用户终端的信号，对同样的基站接收信噪比，用户终端的发射功率可以较小，使得大大降低了用户终端全双工工作时所需的自干扰抑制能力要求，从而实现更确切意义上的收发全双工。
附图说明
图1为本发明一种多射频单元基站系统的全双工传输方法的步骤流程图；
图2为本发明一种多射频单元基站系统的全双工传输方法的基站和用户终端均全双工工作场景示意图；
图3为本发明一种多射频单元基站系统的全双工传输方法的基站全双工工作、用户终端半双工工作场景示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细说明。
在一个具体的多射频单元的基站系统中，各射频单元通过有线的方式连接到基站的控制和信号处理中心，用户终端的接入过程与普通的移动通信系统接入过程基本一样。用户终端可以通过基站定期发布的导频信号确定服务网络的存在，假定是由用户终端发起呼叫，如图1所述，具体工作步骤和过程可以归纳如下：
1、基站可以根据用户终端发送的信号，判断基站系统中分布在不同位置的各个射频单元所接收信号的强弱；
2、通过某种优化的策略，如大尺度衰落最小、系统容量最大化或者能效最高等准则，确定为该用户终端服务的射频单元组；
3、并根据发射和接收射频干扰尽可能小的原则，确定为该用户终端的服务的发射单元和接收单元；
4、用户终端根据接收基站信号的特性，以及自身的自干扰抑制能力等，与基站间协商：用户终端是采用全双工工作方式，或者采用半双工的各种方式；
5、基站根据用户终端的传输需求和小区系统可用资源的状况，为用户终端动态分配时频资源块，进入正常的通信工作状态。
另外，用户终端作为被叫时的工作情形跟上述步骤基本一致。
在运用本发明时，可以具有多种不同的方式：
(1)一个射频单元，其作为发送单元或者接收单元，是针对某个时频单元块来说的。这里的时频资源块，是指由一定宽带宽度的频谱和一定长度的时间构成的传输资源单元，频谱的宽度和时间长短可根据要求动态调整。例如，对于一个以正交频分多址(OFDMA)的通信系统来说，时频资源块可以是由若干子载波和若干符号周期组成的传输资源单元。对某个时频资源块来说，一个射频单元是发射单元，对另外一个时频资源块来说，它可以是接收单元。因为不同的时频资源块具有正交性，发送与接收间不会有相互干扰。
(2)在基站以全双工方式工作时，在发送或接收过程中，可以单个射频单元为一个时频资源块服务；也可以是多个射频单元为一个时频资源服务。当用多个射频单元构成一个时频资源块的发送和接收系统时，发送射频单元的个数与接收射频单元的个数可以是相等的，也可以是不等的。
(3)多个发射单元发射同一个时频单元的信号时，发射的功率可以是相同的，也可以是不同的。也就是说，可以根据不同的优化算法来分配功率，提高系统的能效。
(4)在每个射频单元上的天线数量，可以是一个，也可以是多个。也就是说，在每个射频单元中，可以采用集中式的多天线的模式更好的实现波束赋形。
(5)用户终端的射频单元可以采用全双工的工作方式，也可以采用半双工的工作方式。即在基站以全双工工作的过程中，用户终端可以视其能力，与基站协商，采用以全双工的工作方式，或采用半双工的工作方式。
(6)当在用户终端以半双工方式时，对应基站的全双工工作方式，一个用户终端处于接收状态，另外一个用户终端处于发送状态。
(7)在本发明的实施过程中，对用户终端射频单元上的天线数目没有限制。天线可以是一个，也可以是多个。当用户终端以全双工方式工作时，可以是部分天线用于接收，部分天线用于发送；也可以是所有的天线均同时用于接收和发送。充分发挥多天线的增益。
(8)在本发明的实施过程中，不同的用户终端可以使用不同的时频资源块，此时各个用户终端间的信号正交，不会产生相互间的干扰。因为在分布式的天线系统中，通常为用户终端选择距离较短，或大尺度衰落较小的射频单元为其服务。当两个或多个用户终端有较大的间隔，或者相互间的干扰可以衰减到一定程度时，在小区内相同的时频资源块也可以重复使用。
本发明因为发送单元和接收单元分布在不同的位置，彼此有一定的距离，因此可以使得发送射频单元发送的信号，对处于同频工作中的接收射频单元接收信号干扰的影响大大地降低。此外，利用基站系统能够通过多个接收射频单元实现信号接收分集的特点，用户终端只需要较小的发送功率。因为发送功率小，移动用户设备只需要较低的自干扰抑制能力，就能够实现同时同频全双工的功能。
如图2所示，基站和用户终端均全双工工作场景，在同一多射频单元基站系统下，用户终端使用全双工的工作方式，一些射频单元发射信号给用户终端，另一些射频单元接收用户终端的信号。
如图3所示，基站全双工工作、用户终端半双工工作场景，在同一多射频单元基站系统下，一个用户终端接收一些射频单元发射的信号，另一个用户终端发射信号给其他射频单元。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解的是，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种等效的变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (9)

1.一种多射频单元基站系统的全双工传输方法，其特征在于，所述多射频单元基站系统包括基站收发信号的处理系统和分布在小区内的多个射频单元，所述每个射频单元在基站收发信号的处理系统的控制下独立发送和接收信号，所述射频单元与用户终端进行通信连接；
所述全双工传输方法包括以下步骤：
S1、基站根据用户终端在小区范围内的位置，选择适合的射频单元与其实现同时同频的全双工通信；
S2、基站在全双工的通信情况下，基站选择一个或者多个射频单元作为下行信号的发送单元，另外，基站选择一个或者多个射频单元作为上行信号的接收单元；
S3、用户终端接收基站发送的信号或者给基站发送信号，若用户终端没有自干扰抑制能力，则采用半双工工作方式，此时，基站收发信号的处理系统通过一部分射频单元向用户终端发送下行的信号，另一部分射频单元接收用户终端的上行信号，实现同时同频的全双工通信方法。
2.根据权利要求1所述的一种多射频单元基站系统的全双工传输方法，其特征在于，所述步骤S3中用户终端接收基站发送的信号或者给基站发送信号，基站根据分布在不同位置的各个射频单元所接收或发送信号的强弱，通过优化策略，确定为用户终端服务的发送和接收的射频单元；所述优化策略，包括：大尺度衰落最小准则，系统容量最大化准则，能效最高等准则，或者发射和接收射频干扰尽可能小准则。
3.根据权利要求1所述的一种多射频单元基站系统的全双工传输方法，其特征在于，所述步骤S3中基站的每个射频单元，对一个时频资源块，作为一个发射单元，而对另一个不同的时频资源块，作为一个接收单元，基站选择不同的射频单元，分别用于发送下行的信号和接收上行的信号；其中，所述时频资源块指由一定宽带宽度的频谱和一定长度的时间构成的传输资源单元，所述频谱的宽度和时间长短根据内在要求动态调整，单个射频单元为一个时频资源块服务，或者多个射频单元为一个时频资源服务。
4.根据权利要求3所述的一种多射频单元基站系统的全双工传输方法，其特征在于，在多个射频单元覆盖的小区内，同一时刻下，基站为不同用户终端动态分配不同的时频资源块或者相同的时频资源块；在不同的用户使用相同的时频资源块时使用预编码技术消除相互间的干扰，或者当两用户相距较远，使用不同的射频单元时相互间的干扰影响较小，此时不需采用预编码技术消除措施。
5.根据权利要求1所述的一种多射频单元基站系统的全双工传输方法，其特征在于，所述射频单元作为信号的发射单元或者作为信号的接收单元，所述多射频单元基站系统至少包括2个射频单元，用于完成全双工工作方式。
6.根据权利要求5所述的一种多射频单元基站系统的全双工传输方法，其特征在于，所述多个射频单元构成射频单元组，所述射频单元组用于接收信号和发射信号的射频单元数量相等或者不相等；所述射频单元组用于发射同一信号时，每一个射频单元的发射功率相同或者不相同。
7.根据权利要求1所述的一种多射频单元基站系统的全双工传输方法，其特征在于，所述射频单元包括至少一个的天线，所述天线用于接收信号或者发射信号。
8.根据权利要求1所述的一种多射频单元基站系统的全双工传输方法，其特征在于，所述射频单元的工作方式包括半双工和全双工，所述用户终端的工作方式包括半双工和全双工，所述基站的工作方式包括半双工和全双工；当基站使用全双工的工作方式情况下，用户终端可使用全双工或者半双工的工作方式；当用户终端使用半双工的工作方式而对应基站使用全双工的工作方式情况下，一个用户终端处于接收状态，另一个用户终端处于发送状态，两个用户终端之间可关联或者没有关联。
9.根据权利要求1所述的一种多射频单元基站系统的全双工传输方法，其特征在于，所述多射频单元基站系统与现有的普通多射频单元的时分或频分基站系统进行混合工作，根据信道、用户分布和终端自干扰抑制能力情况，实现在射频单元与用户终端之间，选择是以半双工还是以全双工的工作方式。
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