CN107579765A - 一种适用于大规模分布式天线系统的导频发送方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种适用于大规模分布式天线系统的非正交导频发送方法，首先根据各个RAU的位置计算彼此之间的空间距离；其次设定一个初始的复用距离。RAU之间距离大于复用距离的在相同资源块上发送导频信号，小于或等于复用距离的在正交的资源块上发送导频信号；根据得到的移动台在小区某一固定位置上不同RAU的信噪比，在小区中所有位置上进行平均得到不同RAU的平均信噪比以及最小的平均信噪比；然后设定信道估计的给定门限，比较平均信噪比和给定门限的大小。如果平均信噪比不大于给定门限增大复用距离重新选取复用的RAU。如果平均信噪比大于给定门限则输出最终的非正交导频发送方式。本发明极大地降低导频开销，提高整个系统的资源利用效率，且性能可靠。

Description

一种适用于大规模分布式天线系统的导频发送方法

技术领域

本发明属于移动通信系统中的信道估计技术领域，特别涉及一种适用于大规模分布式天线系统的导频发送方法。

背景技术

在分布式天线系统(DAS：Distributed Antenna Systems)中，多个远端接入单元(RAU：Remote Access Unit)被分散放置在某区域的不同位置，它们之间通过使用光纤或混合光纤同轴电缆或无线与基站处理单元(BPU：Base Processing Unit)连接起来，从而构成一个广义小区(GC：Generalized Cell)。相关理论已经证明，相对于传统的将天线集中在基站的集中式系统，分布式系统不仅拉近了移动终端和基站的距离，降低了发射功率，还使不同RAU的天线变得不相关，带来了频谱效率和功率效率的增强。当RAU采用成百上千根天线时，就构成了大规模分布式天线系统。采用大规模分布式天线系统可以利用同一时频资源同时服务于多个用户，使无线通信系统的性能再次出现质的飞跃。

在大规模分布式天线系统中，不论是发送端的预编码，还是接收端的相干解调，都需要知道信道的参数信息。信道参数通常采用在发送端发送接收端已知的导频信号的方式来获取，并且为了避免不同天线之间的相互干扰，不同天线的导频信号通常占用彼此正交的物理资源，比如子载波或时间块。在大规模分布式天线系统中，随着天线数的大幅增多，导频信号占用的正交资源也在快速增长，由此产生的导频开销变得几乎不可接受。本发明提出了一种适用于大规模分布式天线系统的非正交的导频发送方式。该方法充分利用了RAU在空间上彼此分离的特点，在超过一定距离的RAU上重用正交资源，极大地降低了导频开销，提高了整个系统的资源利用率，且计算复杂度低，满足不同业务场景的需求。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种通过在超过一定距离的RAU上重用正交资源，极大地降低了导频开销，提高了整个系统的资源利用效率，且性能可靠实现复杂度低的适用于大规模分布式天线系统的导频发送方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供一种适用于大规模分布式天线系统的导频发送方法，包括如下步骤：

1)根据各个RAU的地理位置计算彼此两个RAU之间的空间距离；

2)设定初始的复用距离，用来初步选取复用的RAU；

3)设定导频复用模式；

4)依据理论计算或实际测量得到移动台在小区某一固定位置上第k个RAU导频信号信噪比；然后改变移动台的位置，得到第k个RAU在不同位置上的信噪比，并对这些信噪比求移动台在小区中所有位置上的平均信噪比；

5)根据步骤4的结果，比较所有RAU的平均信噪比，得到最小平均信噪比；

6)设定信道估计的给定门限，比较最小平均信噪比和给定门限的大小，如果平均信噪比小于等于给定门限，增大复用距离，并返回步骤3执行，如果平均信噪比大于给定门限，则转到步骤7；

7)输出最终的复用距离，确定在相同资源块上发送导频信号的RAU。

进一步的，所述步骤4中计算平均信噪比的具体步骤如下：依据理论计算或实际测量得到移动台在小区某一固定位置上第k个RAU导频信号信噪比的计算方法为其中，P表示各个RAU的发送功率；表示加性白高斯噪声(AWGN)的方差；Σ表示根据复用距离选出的占用相同资源块的RAU集合；d_i表示第i个RAU与移动台之间的距离；

改变移动台的位置，得到第k个RAU在不同位置上的信噪比，对这些信噪比求平均或数学期望可得到移动台在小区中所有位置上的平均信噪比为其中E{·}表示数学期望。

进一步的，所述步骤2中设定初始的复用距离为步骤1中得到的最小值。

进一步的，所述步骤3中设定导频复用模式的具体步骤如下：当RAU之间距离大于复用距离时，在相同资源块上发送导频信号；当RAU之间距离小于或等于复用距离时，在正交的资源块上发送导频信号。

进一步的，所述步骤6中信道估计门限为：其中为最小的平均信噪比，α为参数，α的取值范围为0.6≤α＜1。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明提供的导频符号发送方法能适用于下一代通信系统中可能采用的大规模分布式天线系统，同时也适用于传统的天线数较少的分布式天线系统。本方法不需要更改已有的通信体制和标准，发送端不需增加任何额外设备和器件，接收端也不需要增加任何额外处理。

另外，在集中式天线系统中，如果将每个小区的基站看成是一个RAU，那么多个小区的集中式天线系统组合在一起也可以看成是一个分布式天线系统。在这种情况下，本发明也可适用于多小区的集中式天线系统。

附图说明

图1为本发明的总体流程图；

图2为大规模分布式天线系统的原理示意图；

图3为传统的导频发送方式；

图4为具体实施例中复用距离时的非正交导频发送方式；

图5为具体实施例中复用距离d_*＞R/2时的非正交导频发送方式。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。

假设一个大规模分布式天线系统模型如图2所示。不失一般性地，假设小区半径为R，BPU和RAU1位于小区中心，其它N-1个RAU通过光纤拉远，散布在小区内。如果每个RAU装有L根收发天线，移动台(MS)有M根天线，将这样的大规模分布式天线简记为(M，L，N)MassiveDistributed MIMO系统。当N＝1时，大规模分布式天线就退化为传统的集中式大规模天线系统，简记为(M，NL，1)Massive MIMO系统。

在大规模分布式天线系统中，由于每个RAU与移动台之间的距离不同，信道模型通常是距离的函数，并包含路径损耗、阴影衰落和小尺度衰落。如果用(D_n,θ_n)和(ρ,θ)分别表示第n个RAU和移动台在小区内的极坐标位置，那么第n个RAU到移动台的距离d_n可以表示为：

第n个RAU与移动台之间的信道参数可以建模成：

其中α表示路径衰落指数，c是常数，s_n表示阴影效应，服从零均值的正态分布。H_w,n表示小尺度衰落，是一个M×L维矩阵，其元素服从独立同分布的瑞利(Rayleigh)分布。假设采用正交频分复用(OFDM)技术作为空中接口，系统共有K个子载波。

为了便于理解，下面以7个RAU，每个RAU只有一根天线，移动台也只有一根天线的特殊情况为例来分析，复杂情况可以此类推。假设RAU极坐标位置按序号从1到7分别为：(0,0)，(D₂,π/3)，(D₃,2π/3)，(D₄,π)，(D₅,4π/3)，(D₆,5π/3)，(D₇,2π)，其中D₂＝D₃＝D₄＝D₅＝D₆＝D₇＝R/2。在OFDM系统中，导频是调制到子载波上发送的，并且为了避免天线间的相互干扰，调制导频的子载波必须相互正交，也就是说其它天线在某根天线发送导频的时候不发送信号，如图3所示。在这种情况下，7根天线供需占用7个子载波。由此可见，当每个RAU都配备大量天线时，导频开销几乎是不可接收的。

在大规模分布式天线系统中，RAU在空间上是彼此分离的，不同的RAU之间的距离也是不同的，如图2所示。根据[公式二]，无线电波在空间上通常随距离成负指数衰减，相距越远的RAU，彼此之间的信号干扰越小。利用这个特点，本发明提出一种非正交的导频发送方式，在超过一定距离的RAU上重用导频信号。首先计算各个RAU之间的彼此距离，以上面的7个RAU为例得到表格1。

表格1

设定一个复用距离d_*，用来选取复用的RAU。假设由表1的结果可得到RAU2和RAU5可复用相同的子载波发送导频信号；RAU3和RAU6可复用相同的子载波发送导频信号；RAU4和RAU7可复用相同的子载波发送导频信号，如图4所示。在这种情况下，总共需要4个正交子载波，与传统的导频方式相比，节约了3/7的子载波资源。假设d_*＞R/2，由表1的结果可得到RAU2、RAU4和RAU6可复用相同的子载波发送导频信号；RAU3、RAU5和RAU7可复用相同的子载波发送导频信号，如图5所示。在这种情况下，总共需要3个正交子载波，与传统的导频方式相比，节约了4/7的子载波资源。

复用距离的选取主要依据理论计算或实际测量。假设采用理论计算，固定移动台的位置，我们可以得到第k个RAU导频信号的信噪比为：

其中，P表示各个RAU的发送功率；表示加性白高斯噪声(AWGN)的方差；Σ表示根据d_*选出的导频占用相同子载波的RAU集合；d_i表示第i个RAU与移动台之间的距离；E{·}表示数学期望。根据[公式二]或其它信道模型公式可得到：

其中，h_w,i表示第i个RAU与移动台之间小尺度衰落的信道参数。

改变移动台的位置，我们可以得到第k个RAU在不同位置上的信噪比。对这些信噪比求平均或数学期望可得到移动台在小区内所有位置上的平均信噪比为：

比较所有7个RAU的平均信噪比，我们得到最小平均信噪比为：

满足该最小平均信噪比大于系统给定的信道估计门限的d_*就是最终的复用距离。

信道估计门限的选取也可以依据理论计算或实际测量。当采用理论计算时，我们假设系统采用的完全正交的导频模式，如图3所示。固定移动台的位置，我们可以得到第k个RAU导频信号的信噪比为：

同理，得到移动台在小区内所有位置上的平均信噪比为：

以及最小的平均信噪比为：

在这种情况下，信道估计门限可取为：

参数α的取值需考虑导频开销和信道估计性能，通常可取0.6≤α＜1。

以上所述仅为本发明的实施例子而已，并不用于限制本发明。凡在本发明的原则之内，所作的等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。本发明未作详细阐述的内容属于本专业领域技术人员公知的已有技术。

Claims (5)

1.一种适用于大规模分布式天线系统的导频发送方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)根据各个RAU的地理位置计算彼此两个RAU之间的空间距离；

2)设定初始的复用距离，用来初步选取复用的RAU；

3)设定导频复用模式；

4)依据理论计算或实际测量得到移动台在小区某一固定位置上第k个RAU导频信号信噪比；然后改变移动台的位置，得到第k个RAU在不同位置上的信噪比，并对这些信噪比求移动台在小区中所有位置上的平均信噪比；

5)根据步骤4的结果，比较所有RAU的平均信噪比，得到最小平均信噪比；

6)设定信道估计的给定门限，比较最小平均信噪比和给定门限的大小，如果平均信噪比小于等于给定门限，增大复用距离，并返回步骤3执行，如果平均信噪比大于给定门限，则转到步骤7；

7)输出最终的复用距离，确定在相同资源块上发送导频信号的RAU。

2.根据权利要求1所述的一种适用于大规模分布式天线系统的导频发送方法，其特征在于，所述步骤4中计算平均信噪比的具体步骤如下：依据理论计算或实际测量得到移动台在小区某一固定位置上第k个RAU导频信号信噪比的计算方法为其中，P表示各个RAU的发送功率；表示加性白高斯噪声(AWGN)的方差；Σ表示根据复用距离选出的占用相同资源块的RAU集合；d_i表示第i个RAU与移动台之间的距离；

改变移动台的位置，得到第k个RAU在不同位置上的信噪比，对这些信噪比求平均或数学期望可得到移动台在小区中所有位置上的平均信噪比为其中E{·}表示数学期望。

3.根据权利要求1所述的一种适用于大规模分布式天线系统的导频发送方法，其特征在于，所述步骤2中设定初始的复用距离为步骤1中得到的最小值。

4.根据权利要求1所述的一种适用于大规模分布式天线系统的导频发送方法，其特征在于，所述步骤3中设定导频复用模式的具体步骤如下：当RAU之间距离大于复用距离时，在相同资源块上发送导频信号；当RAU之间距离小于或等于复用距离时，在正交的资源块上发送导频信号。

5.根据权利要求1所述的一种适用于大规模分布式天线系统的导频发送方法，其特征在于，所述步骤6中信道估计门限为：其中为最小的平均信噪比，α为参数，α的取值范围为0.6≤α＜1。