CN107222245B - 一种用于毫米波MIMO无线通信中CoMP传输节点选择及分集接收路径选择的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于毫米波MIMO无线通信中CoMP传输节点选择及分集接收路径选择的方法，基站采用多天线，多于一个基站与某个用户实行多输入多输出（MIMO）通信时，系统选择多于一个基站实现协作的多点传输（CoMP）处理和分集处理的技术。本发明中，参与协作通信的基站分主基站和协同基站，由系统根据所有协作基站每个所获得的信道质量估计来指定。在系统分集接收总路径数限定下，根据信道估计确定所有CoMP组基站和每个基站参加CoMP通信的天线。主基站可以有多个天线，但协同基站只有1个天线CoMP。本发明在CoMP技术中充分考虑了接收机的分集接收合并处理，实现简单，适合5G和未来毫米波无线与移动通信。

Description

一种用于毫米波MIMO无线通信中CoMP传输节点选择及分集接 收路径选择的方法

技术领域

本发明属信息技术领域，尤其涉及无线信息传输过程中，选择和采用多基站与用户进行CoMP通信的信号传输与信号处理。

背景技术

在现代宽带无线通信中，当某个用户处于信号衰减严重的阴影区或者小区边缘时，为改算该用户的通信质量和提高这些特殊环境下系统的频谱效率，系统可以采用多个基站与处于这些特殊环境中的用户进行协作通信，即所谓的协作的多点(CoMP)通信或CoMP传输。COMP概念是在LTE-Advanced 标准中提出的，尽管有不少理论成果，但由于CoMP技术需要对多基站进行联合调度，并使用多基站与关心用户进行协作通信，实现COMP技术的复杂性以及多基站信号处理上的困难性均严重影响了CoMP技术走向实际应用。未来的无线和移动通信系统，如5G，可以基于毫米波来实现信号传输。毫米波信号受信道障碍物的衰减严重，视距传播比其他非视距路径的信号强度一般来说要好的多，这为通信接收机在选择多条接收路径信号进行分集合并处理时，在分辨主要1、2条路径时变得更容易，其他弱信号路径的干扰也更小。此外，对毫米波通信，临近基站的距离比目前相邻基站的距离要小的多，尤其是在市区。因此对毫米波通信系统，相邻基站之间可以实现互联，这使得距离不很远的基站之间也可以经过少量的中间基站作为跳转节点实现相互通信。考虑到上述毫米波通信的特点以及CoMP通信中上行 /下行链路需要针对不同基站接收/发射的信号进行分集合并处理，本技术提出在CoMP通信中，参加协作通信的基站分主基站和协同基站，主基站负责基站组成员的增加或减少和新主基站的选择。此外，针对某个关心用户，上行链路协作基站组各基站接收的CoMP信号在主基站进行分集合并处理，协同基站只需要采用一个天线参与CoMP，且只需传输一条主路径信号给主基站参加分集合并。毫米波通信的特点使得协同基站只检测一路CoMP上行信号并传送给主基站变得不仅简单而且有效。对于下行链路，毫米波通信的特点也使得CoMP通信中的关心用户检测每个协同基站的单个天线的一路信号参与接收分集合并处理、检测主基站1,2个天线的极少数几条路径的信号参加接收机CoMP信号的分集合并处理。

发明内容

本发明针对毫米波无线通信，提出了一种采用多基站对某个用户进行协作(CoMP)通信时的传输节点选择方法，所谓的节点是指参加CoMP传输的基站和每个基站所用的天线。在CoMP节点确定的基础上，本发明还还分别针对上行链路和下行链路，提出接收机参加分集合并处理的信号路径选择方法。协作基站分为主基站和协同基站两类，每个CoMP基站组只有一个主基站，可以有1个或1个以上的协同基站。主基站负责负责决策是否允许新基站加入CoMP和旧基站脱离CoMP，还负责选出新的主基站。针对某个关心用户，每个协同基站只选择一个天线参加CoMP，主基站可以有一个以上的天线参加CoMP，参加CoMP通信的天线称为CoMP天线。上行链路中，新基站加入时，发射信到质量最好的一条路径(主路径)的信道质量估计值或者其对应的信道质量指示给主基站，由主基站判断其能否加入。上行链路的接收信号处理中，协同基站只传输主路径的基带信号给主基站，主基站可以接收来自本基站一个或多个天线的多条信道质量好的路径信号参加分集合并。下行链路中，关心用户可以采用单个天线也可以采用多个天线接收来自CoMP发射天线的信号。用户采用多天线接收时，可以针对不同的CoMP发射天线，指定所需的接收天线。图4演示了CoMP节点选择所基于的信号传输。CoMP节点选择过程的流程图参见附图1，具体的步骤如下：

一种用于毫米波MIMO无线通信中CoMP传输节点选择及分集接收路径选择的方法，其特征在于，包括：

CoMP传输节点选择的步骤，具体方法是：对某个关心用户，参加CoMP 传输的基站分主基站和协同基站，当协作的新基站的加入时，主基站决定是否可以加入，新基站被允许加入后，主基站负责选定CoMP基站组新的主基站；并负责判定是否有现有基站需要脱离CoMP组的评估及CoMP通信到单基站通信的变换；协同基站根据信道估计只选择一个天线参与针对关心用户的CoMP通信；主基站根据系统确定的总的分集处理路径数确定自己的参加CoMP传输所需发射和接收天线数，并根据信道估计指定对应的发射和接收天线。

分集接收路径选择的步骤，具体上行链路传输信号的分集接收子步骤和下行链路传输信号的分集接收子步骤，其中：

上行链路传输信号的分集接收子步骤具体方法是：

步骤101，针对某个关心用户，CoMP组的每个基站均要根据系统已确定的CoMP节点接收该用户的信号接收，参加CoMP传输的每个基站根据自己是否是主基站，选择执行下面的操作：

选择步骤一：若该基站是CoMP的主基站，并根据发射机的最初信号类型分别执行：

发射机最初的信号是频域信号，则用根据信道质量估计确定的一个或多个CoMP接收天线频域接收信号，并转换到基带；

发射机最初的信号在时域，且主基站接收机在时域进行信号检测，则接收机可通过发射信号中的导频符号进行接收同步，进而通过信道估计和信道均衡分离多径信号，并根据系统设置的分集合并路径总数以及信道估计值的相互比较，确定每个CoMP天线参加CoMP合并的多径数。若主基站接收机在频域进行信号检测，则对每个参加CoMP的天线，接收信号不需要要区分多径，也就是说每个主基站的每个CoMP天线，只有一路频率信号参加分集合并；

选择步骤二：若该基站不是CoMP的主基站，并根据发射机的最初信号类型分别执行：

若发射机最初信号是频域信号，且接收机在频域进行信号检测，则该协同基站将接收来自单个CoMP天线的信号并转换到基带后发射给主基站；

如果发射机最初的信号是时域信号，该协同基站是在时域进行信号检测，则该协同基站还需要分离出、并只检测CoMP天线的主路径信号并转换到基带后发射给主基站；

步骤102，对所有协作路径信号进行分集合并处理及后续的基带信号处理、数据与参数上传；

下行链路传输信号的分集接收子步骤具体方法是：。

步骤201，关心用户接收来自CoMP组的所有第二节点的信号，

步骤202，如果发射机最初信号是频域信号，接收机的在频域进行信号检测，则关心用户直接在基带进行分集合并处理并发送至后续的接收机内的符号判决子系统；如果发射机最初的信号是时域信号，且接收机在时域进行信号检测，则还需要选择每个CoMP发射天线到用户的多径数。

在上述的一种用于毫米波MIMO无线通信中CoMP传输节点选择及分集接收路径选择的方法，CoMP传输节点选择的步骤具体包括以下步骤：

步骤1，原主基站检测是否有新基申请加入进行CoMP，若有，新基站将获得的用户主路径的信道质量估计或者其对应的质量指示传给原主基站，原主基站判断新用户是否可以加入进行CoMP通信，并根据判断结果选择执行：

选择步骤一：若新用户不能够加入进行CoMP通信，主基站判断是否有旧基站需要进行脱离CoMP通信并将不符合CoMP的基站的脱离处理并上报后返回步骤一；

选择步骤二：若新用户可以加入进行CoMP通信，进行下一步骤；

步骤2，在有新基站申请加入后，原主基站首先比较现有分集合并允许的路径总数和现有分集合并所利用的实际的路径数，并比较两个路径数，并根据比较结果执行：

选择执行一：若现有分集合并允许的路径总数大于现有分集合并所利用的实际的路径数，则允许新的申请者加入；

选择执行二：若现有分集合并允许的路径总数小于等于现有分集合并所利用的实际的路径数则利用新加入基站传输的信道质量估计(或者对应的信道质量指示)与现有参加COMP路径的信道质量进行比较，若新的申请基站所传的信道质量优于现有分集合并路径中的最低信道质量的路径，则接受其申请，并让被取代路径所对应的基站脱离CoMP，若取代的天线属于另外一个协同基站，则对应的基站也要脱离CoMP，然后进行下一步骤；

步骤3，新的协作基站加入后，原主基站综合考虑所有路径的信道质量，决定是否将主基站权交给其他基站；

步骤4，新的协作基站加入后，如果更换了主基站，新的主基站行使主基站权，重新分配分集合并路径及CoMP天线，原主基站和新主基站各自上报相应的信息，并执行相应的参数重配与设置处理；如果维持原有的主基站，原主基站要将新CoMP组的有关参数和信息上报给上一层的网络节点。

在本发明方法的上行链路传输信号的分集接收中，针对某个关心用户，CoMP组的各基站采用自己的CoMP天线，接收来自关心用户的信号。主基站可以有多个CoMP天线，每个协同基站只有1个CoMP天线。每个协同基站只接收一条对应主路径的基带信号转换为基带，并进一步连同其对应的信道估计一起传输给主基站参加分集合并。主基站可以接收多条信道质量好的路径信号转换为基带后参加分集合并。主基站自身参加分集合并的路径数由系统确定的分集合并路径总数减去协同基站数。主基站完成分集合并和后续的信号处理。分集合并的算法可以是任何依靠某种优化准则确定的算法，优化合并算法不在本发明权利保护范围内。本发明中上行链路分集接收的流程图参加附图2。

在本发明方法的下行链路传输信号的分集接收流程如附图3。下行链路的分集接收中，关心用户可以是单个天线也可以是多个天线。单个天线时，用户的单天线接收所有CoMP发射天线的信号，接收机对来自不同发射天线的信号进行分集合并。若用户有多个天线，移动台天线的接收模式有两种。一种是每个接收天线均接收所以CoMP发射天线的信号，移动台可以从接收天线上获得用于分集合并的信号路数至少为发射天线数和接收天线数的乘积。假设有M个CoMP发射天线，用户有N个接收天线，则总的“发射-接收”信道数至少为MN个。这是由于一个发射天线到1个接收天线的传输至少有1个可分辨路径。接收机可以合并所有传输路径上的信号也可以选择其中部分信道质量好的路径进行信号合并，合并路径总数受系统限制。

附图说明

附图1是本发明提出方法中参加CoMP的节点选择及主基站确定流程图。

附图2是本发明方法中上行链路信号在参加CoMP的各节点上的传输流程。

附图3是本发明中下行链路接收机对CoMP信号进行分集合并的处理流程。

附图4是本发明实施例中演示说明CoMP传输系统上行链路信号传输。

具体实施方式

下面以一演示例子来说明本发明的具体实施过程。本演示例子中，假设用户原来只与基站BS1进行通信，见图4。一个新的基站BS2通过天线 21检测到用户的申请接入信号。BS2，用户到BS2的申请接入信号有两条路径传输到天线21，主路径为视距传播信号(对应图中从用户到天线21到 BS2的传输路径)，另外1条多径信号是经过建筑物反射形成的。BS2根据自己的通信能力，发现还可以增加通信用户其通过与高层的信令交换得知用户与原主基站BS1正在通信，，在对来自用户主路径信道质量进行估计后，向BS1发出CoMP传输加入申请。本例主假设系统限定的最大分集合并路径数为4，且图4中只画出了关心用户。

一、CoMP节点选择：

S1：原主基站BS1检测到BS2申请加入CoMP通信。

S2：原主基站BS1在接收来自BS2的主信道质量估计值并判决是否允许BS2加入与关心用户的通信。BS1原先在上行链路的接收信号处理中，只用了用户到天线11和用户到天线12的两条路径的信号进行分集合并处理，因为系统允许分集合并所用的最大路径数为4，BS1接受了BS2的申请。

S3：原主基站BS1通过获得用户到天线11，用户到天线12的信道估计，判断出用户到天线12的传播路径是用户到BS1的主路径，并将该主路径的信道质量与用户到天线21的主路径的信道质量比较，若前者大于后者，则 BS1继续执行主用户的职务。否则，BS2将替换BS1作为主基站，而BS1将作为协同基站参加CoMP通信。

S4：新一轮主基站评定后，若BS1仍然担任主基站，则基站BS1重新计算上行链路接收时分集合并的路径数，此例中基站BS2加入CoMP后，上行链路分集接收选用的总路径数为2+1＝3。此外，BS1要将相关信息，比如新基站的BS2的编号，CoMP通信中将使用的天线11、天线12和天线21的编号上传给网络上一层的节点，并通知用户。BS1和BS2也需要进行新的参数配置等处理。如果基站BS2替代BS1成为了CoMP基站组的主基站，则BS1 要通知BS2该信息，同时BS2也有计算新的参加上行分集合并的路径数，天线数等，还要想高层上传相关的信息和参数配置。本例中，BS2作为主基站后，知道系统的总允许分集接收合并所有的路径数为4，将知道参加上行分集合并可以实际实用的路径数为3，其中两条是用户到天线21的传播路径，1天来自BS1的主路径。

二、上行链路接收信号的分集合并

若CoMP传输的节点选定后，例如本例中一级节点BS1选为CoMP通信的主基站，BS2作为CoMP通信的协同基站，则BS1将通过天线11和天线12 分别接收来自用户的上行链路信号。BS2将通过天线21接收来自用户的信号，并在BS2基带接收机经过信号处理后只将一路主路径的基带信号连同信道估计值一同传输给BS1。BS1在自己的基带接收机中将来接收的3路信号进行分集合并，并进一步进行后续的基带信号处理和数据传输。

三、下行链路接收信号的分集合并

下行链路中，如果用户只有单根天线如图4所示的系统，则用户会接收来自所有CoMP发射天线发射后，经过信道传输到达用户天线的信号。假设系统有4条下行传输路径，分别对应图4所示的例子中4条上行链路传输路径的反向传输，由于系统最大允许的分集合并路径总数为4，用户在自己接收机的基带信号处理中，讲基于信道估计分离这4条传输路径上的信号后，再进行分集合并。如果用户有多于1个以上的接收天线，用户可以用所有的天线都接收上述4条下行链路传输的信号，然后每个接收天线对应的接收支路在接收机中将分离4条不同的传输路径，再基于信道估计值对所有接收天线上分离的传输路径进行总的分集合并。在配置多个接收天线时，用户也可以针对不同的发射天线根据信道估计配置不同的接收天线。比如，假设图4的例子中，用户有两条接收天线，用户发现接收天线1接收来自BS1的发射天线11和天线12所获得的信道质量好，而用户的接收天线2适合接收BS2基站天线21发出的信号，则可以每个接收天线分别接收两个基站CoMP发射天线发出的信号。这样在用户的基带接收机中，两个接收天线各自可以分离两条下行链路传输路径最好进行4条总路径信号的分集合并。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (2)

1.一种用于毫米波MIMO无线通信中CoMP传输节点选择及分集接收路径选择的方法，其特征在于，包括：

CoMP传输节点选择的步骤，具体方法是：对某个关心用户，参加CoMP传输的基站分主基站和协同基站，当协作的新基站的加入时，主基站决定是否可以加入，新基站被允许加入后，主基站负责选定CoMP基站组新的主基站；并负责判定是否有现有基站需要脱离CoMP组的评估及CoMP通信到单基站通信的变换；协同基站根据信道估计只选择一个天线参与针对关心用户的CoMP通信；主基站根据系统确定的总的分集处理路径数确定自己的参加CoMP传输所需发射和接收天线数，并根据信道估计指定对应的发射和接收天线；

分集接收路径选择的步骤，具体上行链路传输信号的分集接收子步骤和下行链路传输信号的分集接收子步骤，其中：

上行链路传输信号的分集接收子步骤具体方法是：

步骤101，针对某个关心用户，CoMP组的每个基站均要根据系统已确定的CoMP节点接收该用户的信号接收，参加CoMP传输的每个基站判断自身是否是主基站，并根据判断结果选择执行下面的操作：

选择步骤一：若该基站是CoMP的主基站，并根据发射机的最初信号类型分别执行：

发射机最初的信号是在频域，则用根据信道质量估计确定的一个或多个CoMP接收天线频域接收信号，并转换到基带；

发射机最初的信号在时域，且主基站接收机在时域进行信号检测，则接收机可通过发射信号中的导频符号进行接收同步，进而通过信道估计和信道均衡分离多径信号，并根据系统设置的分集合并路径总数以及信道估计值的相互比较，确定每个CoMP天线参加CoMP合并的多径数；若主基站接收机在频域进行信号检测，则对每个参加CoMP的天线，接收信号不需要要区分多径，也就是说每个主基站的每个CoMP天线，只有一路频率信号参加分集合并；

选择步骤二：若该基站不是CoMP的主基站，并根据发射机的最初信号类型分别执行：

若发射机最初信号是频域信号，且接收机在频域进行信号检测，则该协同基站将接收来自单个CoMP天线的信号并转换到基带后发射给主基站；

如果发射机最初的信号是时域信号，该协同基站是在时域进行信号检测，则该协同基站还需要分离出、并只检测CoMP天线的主路径信号并转换到基带后发射给主基站；

步骤102，对所有协作路径信号进行分集合并处理及后续的基带信号处理、数据与参数上传；

下行链路传输信号的分集接收子步骤具体方法是：

步骤201，关心用户接收来自CoMP组的所有信号，

步骤202，如果发射机最初信号是频域信号，接收机的在频域进行信号检测，则关心用户直接在基带进行分集合并处理并发送至后续的接收机内的符号判决子系统；如果发射机最初的信号是时域信号，且接收机在时域进行信号检测，则还需要选择每个CoMP发射天线到用户的多径数。

2.根据权利要求1所述的一种用于毫米波MIMO无线通信中CoMP传输节点选择及分集接收路径选择的方法，其特征在于，CoMP传输节点选择的步骤具体包括以下步骤：

步骤1，原主基站检测是否有新基站申请加入进行CoMP，若有，新基站将获得的用户主路径的信道质量估计或者其对应的质量指示传给原主基站，原主基站判断新用户是否可以加入进行CoMP通信，并根据判断结果选择执行：

选择步骤一：若新用户不能够加入进行CoMP通信，主基站判断是否有旧基站需要进行脱离CoMP通信并将不符合CoMP的基站的脱离处理并上报后返回步骤一；

选择步骤二：若新用户可以加入进行CoMP通信，进行下一步骤；

步骤2，在有新基站申请加入后，原主基站首先比较现有分集合并允许的路径总数和现有分集合并所利用的实际的路径数，并比较两个路径数，并根据比较结果执行：

选择执行一：若现有分集合并允许的路径总数大于现有分集合并所利用的实际的路径数，则允许新的申请者加入；

选择执行二：若现有分集合并允许的路径总数小于等于现有分集合并所利用的实际的路径数则利用新加入基站传输的信道质量估计与现有参加COMP路径的信道质量进行比较，若新的申请基站所传的信道质量优于现有分集合并路径中的最低信道质量的路径，则接受其申请，并让被取代路径所对应的基站脱离CoMP，若取代的天线属于另外一个协同基站，则对应的基站也要脱离CoMP，然后进行下一步骤；

步骤3，新的协作基站加入后，原主基站综合考虑所有路径的信道质量，决定是否将主基站权交给其他基站；

步骤4，新的协作基站加入后，如果更换了主基站，新的主基站行使主基站权，重新分配分集合并路径及CoMP天线，原主基站和新主基站各自上报相应的信息，并执行相应的参数重配与设置处理；如果维持原有的主基站，原主基站要将新CoMP组的有关参数和信息上报给上一层的网络节点。

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