CN107864495B - 一种大规模分布式天线系统全双工传输干扰抑制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大规模分布式天线系统全双工传输干扰抑制方法，该分布式天线系统包括大量负责信号发送和接收的射频单元以及负责信号处理和射频单元调度的中心处理单元，各个射频单元通过光纤等有线方式接入中心处理单元。全双工传输干扰抑制方法利用中心处理单元处能事先获得各射频单元的发送信号以及各射频单元间的信道状态信息，在中心处理单元内将下行射频单元对同频的上行射频单元造成的干扰用自干扰抑制技术进行抑制或消除；同时，利用用户终端与射频单元发送信号功率的不对称性以及异频传输方式，降低用户终端自干扰抑制能力要求以及能耗，并减少用户终端间以及用户终端与射频单元间的干扰，提高系统性能，更利于全双工的实现。

Description

一种大规模分布式天线系统全双工传输干扰抑制方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种大规模分布式天线系统全双工传输干扰抑制方法。
背景技术
用户终端数量的不断增加，随之到来的是对无线传输系统容量的巨大需求。在如今无线资源有限的前提下，如何提高系统容量，是亟待解决的一个重要问题。频分复用和时分复用是当前主要的传输模式，频分复用通过使用成对的不同频谱同时进行上下行传输来实现全双工，而时分复用则是同一个频谱内使用不同的时隙进行上下行传输。近年来，为了更加有效利用时频资源，如何在同时同频进行全双工传输成为了研究热点。所谓同时同频全双工通信，是指发送端和接收端在相同的频谱资源内同时工作，使得通信双方在相同时频资源内进行上下行传输，是与当前频分复用和时分复用不同的传输模式。当使用同时同频资源进行全双工传输时，可以有效提高无线传输系统的频谱效率，因此同时同频全双工技术也是5G的关键技术之一。但使用同时同频的全双工传输，发送端对于任何非目标接收端来说，都是干扰源，发送端对本地接收机会造成强干扰，而强自干扰的存在会大大降低系统的容量性能。因此需要对强自干扰进行有效抑制，但有效的自干扰抑制具有较高的复杂度。同时，所有射频单元均使用同时同频工作模式时，各用户会对相邻的非目标上行接收射频单元造成干扰，同时射频单元下行发送信号也会对非目标用户终端产生干扰，同样会降低系统的容量性能。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种大规模分布式天线系统全双工传输干扰抑制方法，本方法可以降低甚至消除射频单元间，射频单元对非目标用户以及用户对非目标上行接收射频单元的干扰，提高系统的容量。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种大规模分布式天线系统全双工传输干扰抑制方法，所述的大规模分布式天线系统由大量分布在不同地理位置的射频单元以及中心处理单元组成。其中各个射频单元负责信号发送与接收，用于与用户终端进行空口无线通信连接，而中心处理单元负责信号处理和射频单元调度。各射频单元通过光纤或其他有线方式接入中心处理单元进行信号处理。
S1、中心处理单元根据各个用户终端所处地理位置选择一个或多个射频单元与其进行全双工通信，形成以用户终端为中心的独立发送与接收的系统，以下简称虚拟小区；
S2、各虚拟小区内用户终端采用同时同频全双工工作模式，中心处理单元调度部分射频单元进行上行接收，另一部分射频单元进行下行传输，两者结合形成全双工系统，以下简称虚拟全双工；
S3、相邻虚拟小区间使用不同频段进行上下行信号传输，同时用户终端使用较低的上行信号发送功率，而射频单元采用相对较高的下行信号发送功率。
进一步地，所述的步骤S1中，各用户终端处于不同的地理位置，中心处理单元根据各个射频单元接收到来自各用户终端上行信号的强弱，依据大尺度衰落最小、系统容量最优以及虚拟小区间互干扰最小等准则，为各个用户终端分配一个或多个射频单元与其进行上下行传输通信，形成以各个用户终端为中心独立发送与接收的虚拟小区。
进一步地，所述的步骤S2中，中心处理单元按照虚拟小区内上下行射频单元间隔离度最大原则，根据虚拟小区内射频单元两两之间的大尺度衰落系数将虚拟小区内的射频单元划分为上行接收与下行传输两个具有一定隔离度的集合。
进一步地，所述的步骤S2中，中心处理单元处也可以根据用户能耗最低原则，在各虚拟小区内选择与目标用户终端间大尺度衰落系数小的射频单元作为上行接收射频单元，与目标用户终端间大尺度衰落系数大的射频单元作为下行传输射频单元。
进一步地，所述的步骤S2中，虚拟小区内选择部分射频单元进行上行信号接收，部分射频单元进行下行信号传输。各虚拟小区所选择的上行接收射频单元和下行传输射频单元数目可以相等也可以不相等。
进一步地，所述的步骤S2中，各个虚拟小区的射频单元数目配置可以不同，也即各个虚拟小区内为每个目标用户终端服务的射频单元数可以相同或不同。
进一步地，所述的步骤S2中，各个虚拟小区工作相互独立，各个虚拟小区内的下行射频单元联合进行预编码后下行传输数据给目标用户终端。
进一步地，所述的步骤S3中，各个射频单元均接入基站处理中心，各个射频单元间的信道信息以及各下行射频单元传输的信号在中心处理单元处均可事先获得。大规模分布式天线系统中下行发送的射频单元对各同频上行接收射频单元的干扰信号可在中心处理单元处计算得到，并使用自干扰抑制技术将该部分干扰有效抑制或消除。
进一步地，所述的步骤S3中，在大规模分布式天线系统中，用户终端与射频单元间具有较短的接入距离，用户终端使用较低的发送信号功率。而相对用户终端来说，射频单元处使用较大的发射功率，同时多个射频单元产生的分集接收效果使得基站侧有较大的天线增益。利用基站系统与用户设备间的这种不对称性，对于全双工工作模式的用户终端来说，其上行发送信号相对下行接收的信号来说较小，因此在便于抑制自干扰的同时还可降低能耗。
进一步地，所述的步骤S3中，由于用户终端上行发送信号时采用较小的发送功率，且相邻虚拟小区使用异频传输，因此上行射频单元对于同频虚拟小区用户终端以及下行射频单元的干扰作为噪声处理。通过该方案可以减少信号对其他虚拟小区用户终端以及射频单元的影响。
进一步地，所述的步骤S3中，相邻虚拟小区使用异频传输，故同频虚拟小区间具有一定距离，因此下行射频单元对使用同频的非目标用户终端的干扰远小于其有用信号，所以该方案可以减少下行射频单元对其他虚拟小区用户终端的影响。
进一步地，所述的射频单元可包含一根或多根天线用于信号的发送与接收。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1、本发明中充分利用大规模分布式天线系统中，各射频单元均通过光纤等方式接入中心处理单元，使得各射频单元间的信道状态信息以及各射频单元发送和接收的信号在中心处理单元处均能获得的特性，可以有效将下行传输射频单元对同频的上行接收射频单元造成的干扰利用自干扰抑制技术有效抑制或消除，同时利用相邻虚拟小区间异频传输减少下行射频单元对非目标用户终端的影响，从而有利于各虚拟小区内实现全双工工作；
2、本发明中利用在大规模分布式天线系统内，用户终端与射频单元间具有较短的接入距离，用户终端使用较低的发送信号功率，利用用户终端与射频单元发送信号功率的不对称性，可以减少各虚拟小区用户终端间干扰以及便于用户终端的自干扰抑制和减少能耗；
3、本发明中同样利用用户终端可使用较低发射功率的特点，还可使其干扰范围主要集中于相邻虚拟小区的上行接收射频单元，因此可利用相邻虚拟小区使用异频传输的方法抑制用户终端上行传输信号对非目标虚拟小区上行接收射频单元的干扰，进一步提升系统容量。
附图说明
图1为本发明中公开的一种大规模分布式天线系统全双工传输干扰抑制方法的流程图；
图2为本发明中公开的一种大规模分布式天线系统全双工传输干扰抑制方法的场景示意图；
图3为本发明中公开的一种大规模分布式天线系统全双工传输干扰抑制方法中个虚拟小区射频单元配置不同的场景示意图。
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、完整地描述，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。
实施例
在一个具体的大规模分布式天线系统中，大量负责发送和接收信号的射频单元分布在系统的不同地理位置，各个射频单元通过光纤等有线方式接入中心处理单元，进行信号处理以及射频单元的调度，如图1所示，具体工作过程和步骤可归纳为：
T1、用户终端发送上行导频信号，通过用户终端的信道反馈信息或利用信道互易性，中心处理单元可以获得系统内各个用户终端与所有射频单元间的下行信道状态信息。同时，通过各射频终端间相互发送导频信号，中心处理单元处可以获得各个射频单元间的信道特性。
T2、中心处理单元根据各个射频单元接收上行信号的强弱以及下行信道估计结果，依据大尺度衰落最小、系统容量最大或虚拟小区间互干扰最小等准则，为每个用户终端调度相应的射频单元形成虚拟小区。图2中，用户终端U1选择射频单元A1、B1和C1形成虚拟小区VC1，而用户终端U2选择射频单元A1、B1和C1形成虚拟小区VC2,用户终端U3选择射频单元A3,B3，C3形成虚拟小区VC3，用户终端U4选择射频单元A4,B4，C4形成虚拟小区VC4。
T3、中心处理单元分别为每个虚拟小区调度部分射频单元用作下行传输，另一部分用作上行接收。以VC1为例，首先，中心处理单元将射频单元A1，B1和C1与用户终端间的大尺度衰落系数进行排序得到：dC1＜dA1＜dB1，将大尺度衰落系数最小的射频单元C1放到上行集合CU中。再比较剩余的射频单元A1和B1与C1间的大尺度衰落系数大小关系，得到：dA1C1＜dB1C1，则将射频单元B1放到下行集合CD中。剩余的射频单元A1分别计算与CU和CD内各射频单元间最小的大尺度衰落系数dU＝dA1C1以及dD＝dA1B1，得到：dD＜dU,即A1与CU内的射频单元隔离度更高，因此将射频单元A1放到CD。通过该方法，调度VC1内的射频单元A1，B1为下行传输射频单元，C1为上行接收射频单元。其余虚拟小区内同样按照该步骤调度上下行射频单元。
T4、各虚拟小区间独立工作，并按照步骤T3调度上下行射频单元形成虚拟全双工，用户终端为同时同频全双工工作模式，如图2所示。
T5、VC1以及VC3工作频段为f1,VC2以及VC4则工作在频段f2，使得相邻的虚拟小区异频工作。
T6、此时，由于VC1以及VC3使用同频传输，因此射频单元A1，B1传输的信号X1＝[xA1，xB1]会对射频单元C1，A3产生干扰，而下行射频单元A2，C2传输的信号X2＝[xA2，xC2]会对射频单元B2，B4以及C4产生干扰。同样地，射频单元B3和C3传输的信号X3＝[xB3，xC3]会对射频单元A3以及C1产生干扰，射频单元A4传输的信号X4＝[xA4]会对射频单元B2，B4以及C4产生干扰。同时，中心处理单元内已知系统各个射频单元间的信道状态信息以及各虚拟小区内下行射频单元经过预编码后的传输信号。
T7、中心处理单元处计算射频单元A1，B1传输的信号X1＝[xA1，xB1]对射频单元C1，A3产生的干扰
Figure BDA0001430289270000071
以及下行射频单元A2，C2传输的信号X2＝[xA2,xC2]会对射频单元B2，B4以及C4产生干扰
Figure BDA0001430289270000072
同理也可以获得射频单元B3和C3传输的信号X3＝[xB3,xC3]对射频单元A3以及C1产生的干扰
Figure BDA0001430289270000073
以及射频单元A4传输的信号X4＝[xA4]会对射频单元B2，B4以及C4产生的干扰
Figure BDA0001430289270000074
T7、利用自干扰抑制技术，中心处理单元将步骤T6中所计算得到的Interf1，Interf2，Interf3以及Interf4有效抑制或消除。
T8、各虚拟小区内用户终端均处于全双工工作模式，其上行发送信号对下行接收信号的干扰分别在各用户终端内部用自干扰抑制技术消除。同时，U1对射频单元A3和用户终端U3，U2对射频单元B4、C4和用户终端U4，U3对射频单元C1和用户终端U1以及U4对射频单元B2和用户终端U2的干扰当作噪声处理。除此之外，射频单元A1和B1对用户终端U3，射频单元A2和C2对用户终端U4，射频单元B3和C3对用户终端U1以及射频单元A4对用户终端U2的干扰同样在各用户终端内当作噪声处理。
另外，运用本发明时，各个虚拟小区内射频单元的配置可以有多种不同的方式。各个虚拟小区与为用户终端进行上下行通信的射频单元数可以相同也可以不同，而上行发送的射频单元数和下行传输的射频单元数同样可以相等或不相等。各个虚拟小区内的射频单元配置方式相互独立，不同虚拟小区可以使用不同的配置方式。如图3所示，各个虚拟小区包含的射频单元数不同，同时上下行射频单元的数目也不同。除此之外，各虚拟小区内划分上下行射频单元时，也可以根据用户能耗最低原则，各虚拟小区内选择与目标用户终端间大尺度衰落系数较小的射频单元作为上行接收射频单元，与目标用户终端间大尺度衰落系数较大的射频单元作为下行传输射频单元。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种大规模分布式天线系统全双工传输干扰抑制方法，所述的大规模分布式天线系统由大量分布在不同地理位置的射频单元以及中心处理单元组成，其中各个射频单元负责信号发送与接收，用于与用户终端进行空口无线通信连接，而中心处理单元负责信号处理和射频单元调度，各射频单元通过有线方式接入中心处理单元进行信号处理，其特征在于，所述的全双工传输干扰抑制方法包括下列步骤：
S1、中心处理单元根据各个用户终端所处地理位置选择一个或多个射频单元与其进行全双工通信，形成以用户终端为中心的独立发送与接收的虚拟小区；
所述的步骤S1中，各用户终端处于不同的地理位置，中心处理单元根据各个射频单元接收到来自各用户终端上行信号的强弱，依据大尺度衰落最小、系统容量最优以及虚拟小区间互干扰最小准则，为各个用户终端分配一个或多个射频单元与其进行上下行传输通信，形成以各个用户终端为中心独立发送与接收的虚拟小区；
S2、各虚拟小区内用户终端采用同时同频全双工工作模式，中心处理单元调度部分射频单元进行上行接收，另一部分射频单元进行下行传输，两者结合形成全双工系统；
S3、按照相邻虚拟小区异频原则，为各个虚拟小区分配工作频段，相邻虚拟小区间使用不同频段进行上下行信号传输，同时用户终端使用较低的上行信号发送功率，而射频单元采用相对较高的下行信号发送功率。
2.根据权利要求1所述的一种大规模分布式天线系统全双工传输干扰抑制方法，其特征在于，所述的步骤S2中，中心处理单元按照虚拟小区内上下行射频单元间隔离度最大原则，根据虚拟小区内射频单元两两之间的大尺度衰落系数将虚拟小区内的射频单元划分为上行接收与下行传输两个具有一定隔离度的集合。
3.根据权利要求1所述的一种大规模分布式天线系统全双工传输干扰抑制方法，其特征在于，所述的步骤S2中，中心处理单元处根据用户能耗最低原则，在各虚拟小区内选择与目标用户终端间大尺度衰落系数小的射频单元作为上行接收射频单元，与目标用户终端间大尺度衰落系数大的射频单元作为下行传输射频单元。
4.根据权利要求1所述的一种大规模分布式天线系统全双工传输干扰抑制方法，其特征在于，所述的步骤S2中，虚拟小区内选择部分射频单元进行上行信号接收，部分射频单元进行下行信号传输，各个虚拟小区所选择的上行接收射频单元和下行传输射频单元数目可以相等也可以不相等；同时，各个虚拟小区的射频单元数目配置可以不同，也即各个虚拟小区内为每个目标用户终端服务的射频单元数可以相同或不同。
5.根据权利要求1所述的一种大规模分布式天线系统全双工传输干扰抑制方法，其特征在于，所述的步骤S2中，各个虚拟小区工作相互独立，各个虚拟小区内的下行射频单元联合进行预编码后下行传输数据给目标用户终端。
6.根据权利要求1所述的一种大规模分布式天线系统全双工传输干扰抑制方法，其特征在于，所述的步骤S3中，各个射频单元均接入基站处理中心，各个射频单元间的信道信息以及各下行射频单元传输的信号在中心处理单元处均可事先获得；大规模分布式天线系统中下行发送的射频单元对各同频上行接收射频单元的干扰信号可在中心处理单元处计算得到，并使用自干扰抑制技术将该部分干扰有效抑制或消除。
7.根据权利要求1所述的一种大规模分布式天线系统全双工传输干扰抑制方法，其特征在于，所述的步骤S3中，用户终端使用较低的发送信号功率，而相对用户终端，射频单元处使用较大的发射功率，同时多个射频单元产生的分集接收效果使得基站侧有较大的天线增益。
8.根据权利要求1所述的一种大规模分布式天线系统全双工传输干扰抑制方法，其特征在于，所述的步骤S3中，由于用户终端上行发送信号时采用较小的发送功率，且相邻虚拟小区使用异频传输，因此上行射频单元对于同频虚拟小区用户终端以及下行射频单元的干扰作为噪声处理。
9.根据权利要求1至8任一所述的一种大规模分布式天线系统全双工传输干扰抑制方法，其特征在于，所述的射频单元包含一根或多根天线用于信号的发送与接收。
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