CN108449150B - 基于无线电地图信息的星地干扰协调方法、装置及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于无线电地图信息的星地干扰协调方法、装置及设备，所述方法，适用于卫星通信系统和分布式天线通信系统的频谱共享场景，包括：获取所述频谱共享场景中的无线电地图信息；根据无线信道模型，利用所述无线电地图信息求解所述分布式天线通信系统最大平均和速率；根据所述分布式天线通信系统最大平均和速率，得到所述分布式天线通信系统中各基站天线单元发送给各无线用户终端的发送功率；根据得到的所述发送功率，调整所述分布式天线通信系统中各所述基站天线单元发送给所述无线用户终端的功率。本发明能够实现卫星通信系统与分布式天线通信系统的高效频谱共享，从而拓展卫星通信系统与分布式天线通信系统共享频段范围。

Description

基于无线电地图信息的星地干扰协调方法、装置及设备
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种基于无线电地图信息的星地干扰协调方法、装置及设备。
背景技术
为了解决无线频谱资源短缺问题，实现无线频谱资源在卫星通信系统与分布式天线通信系统之间的有序共享，目前主要采用以下两种干扰协调方法降低两系统之间的相互干扰：
1)基于空分的天线阵列波束成形
利用卫星通信系统收发设备(通信卫星和地面站、地面终端)与分布式天线通信系统收发设备(基站和用户终端)地理空间位置的差异，通过收发天线阵列波束成形调整天线方向图，将天线最大增益方向对准信号目标，同时避开干扰对象，消除或降低干扰。但是由于实际天线单元数量与射频通道数量的限制，基于天线阵列波束成形的天线方向图调整维度受限。因此，单纯依靠基于空分的天线阵列波束成形，难以满足卫星通信系统与分布式天线通信系统间的干扰协调需求。
2)基于信道衰落的机会资源分配
利用卫星通信和无线通信信道的不同随机衰落特性，通过功率分配、速率自适应调整、用户调度等技术手段，实现目标收发设备间通信的同时，降低卫星通信系统与分布式天线通信系统之间的干扰。但是目前基于信道衰落的机会资源分配均假设信道信息完全已知，即基于完全信道状态信息，以目标信号噪声干扰比或容量为优化目标，以干扰功率为约束，进行机会资源调度。但在实际工程应用中，由于开销、时延等原因导致完全信道状态信息获取困难，基于完全信道状态信息的机会资源分配技术难以工程实现。
所以，如何提供一种解决方案，能够有效保障卫星通信系统与分布式天线通信系统之间的干扰协调，成为本发明所要解决的技术问题。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种解决上述问题，实现卫星通信系统与分布式天线通信系统的高效频谱共享的方法、装置及设备。
依据本发明的一个方面，提供一种基于无线电地图信息的星地干扰协调方法，适用于卫星通信系统和分布式天线通信系统的频谱共享场景，其特征在于，包括：
获取所述频谱共享场景中的无线电地图信息；
根据无线信道模型，利用所述无线电地图信息求解所述分布式天线通信系统最大平均和速率；
根据所述分布式天线通信系统最大平均和速率，得到所述分布式天线通信系统中各基站天线单元发送给各无线用户终端的发送功率；
根据得到的所述发送功率，调整所述分布式天线通信系统中各所述基站天线单元发送给所述无线用户终端的功率。
可选地，本发明所述方法中，所述获取频谱共享场景中的无线电地图信息，包括如下信息中的一个或多个：
所述分布式天线通信系统中各所述基站天线单元到所述无线用户终端的大尺度衰落信息、所述卫星通信系统各卫星用户终端与所述分布式天线通信系统的无线用户终端的大尺度衰落信息、以及所述卫星通信系统各卫星用户终端发射功率信息。
可选地，本发明所述方法中，在所述根据无线信道模型，利用所述无线电地图信息求解所述分布式天线通信系统最大平均和速率之前，还包括：
在所述卫星通信系统的各卫星用户终端中，随机选取L个卫星用户终端作为卫星通信系统的服务用户进行服务；其中，L为正整数。
可选地，本发明所述方法中，在所述根据无线信道模型，利用所述无线电地图信息求解所述分布式天线通信系统最大平均和速率之前，还包括：
利用所述无线电地图信息求取卫星通信系统的各卫星用户终端对所述分布式天线通信系统各无线用户终端干扰和功率；
选择前L个最小干扰和功率的卫星用户终端作为卫星通信系统的服务用户进行服务；其中，L为正整数。
可选地，本发明所述方法中，在所述根据无线信道模型，利用所述无线电地图信息求解所述分布式天线通信系统最大平均和速率之前，还包括：
利用所述无线电地图信息求取所述卫星通信系统的各卫星用户终端对所述分布式天线通信系统各无线用户终端的最强干扰功率；
选择前L个最强干扰功的卫星用户终端作为卫星通信系统的服务用户进行服务；其中，L为正整数。
可选地，本发明所述方法中，所述方法还包括：设置卫星通信系统和无线无线通信系统的干扰协调周期；
在调整所述分布式天线通信系统中各所述基站天线单元发送给所述无线用户终端的功率后，若当前时刻与上次调整所述基站天线单元发送给所述无线用户终端功率之间的时间间隔达到所述干扰协调周期，重新获取无线电地图信息进行干扰协调处理。
依据本发明的第二个方面，提供一种基于无线电地图信息的星地干扰协调装置，适用于卫星通信系统和分布式天线通信系统的频谱共享场景，其特征在于，包括：
信息接收模块，用于获取所述频谱共享场景中的无线电地图信息；
信息处理模块，用于根据无线信道模型，利用所述无线电地图信息求解所述分布式天线通信系统最大平均和速率，根据所述分布式天线通信系统最大平均和速率，得到所述分布式天线通信系统中各基站天线单元发送给各无线用户终端的发送功率；
干扰协调模块，用于根据得到的所述发送功率，调整所述分布式天线通信系统中各所述基站天线单元发送给所述无线用户终端的功率。
可选地，本发明所述装置中，所述信息处理模块，还用于在所述根据无线信道模型，利用所述无线电地图信息求解所述分布式天线通信系统最大平均和速率之前，在所述卫星通信系统的各卫星用户终端中，随机选取L个卫星用户终端作为卫星通信系统的服务用户进行服务；或者利用所述无线电地图信息求取卫星通信系统的各卫星用户终端对所述分布式天线通信系统各无线用户终端干扰和功率，选择前L个最小干扰和功率的卫星用户终端作为卫星通信系统的服务用户进行服务；或者利用所述无线电地图信息求取所述卫星通信系统的各卫星用户终端对所述分布式天线通信系统各无线用户终端的最强干扰功率，选择前L个最强干扰功的卫星用户终端作为卫星通信系统的服务用户进行服务；其中，L为正整数。
可选地，本发明所述装置中，所述信息处理模块，还用于设置卫星通信系统和分布式天线通信系统的干扰协调周期，在调整所述分布式天线通信系统中各所述基站天线单元发送给所述无线用户终端的功率后，若当前时刻与上次调整所述基站天线单元发送给所述无线用户终端功率之间的时间间隔达到所述干扰协调周期，重新获取无线电地图信息进行干扰协调处理。
依据本发明的第三个方面，提供一种基于无线电地图信息的星地干扰协调设备，其特征在于，所述设备包括处理器和存储器，所述存储器存储有基于无线电地图信息的星地干扰协调方法的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序，以实现如上述任意一项所述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的效果如下：
本发明提供的所述方法、装置和设备，基于卫星通信系统与分布式天线通信系统，充分利用无线信道的层次化衰落特性，能够在不显著增加系统开销的前提下，通过分布式天线通信系统调整各分布式基站天线单元对无线用户终端的发送功率，提升本分布式天线通信系统的平均和速率，从而减小来自卫星通信系统的干扰影响，实现了卫星通信系统与分布式天线通信系统的高效频谱共享，从而拓展了卫星通信系统与分布式天线通信系统共享频段范围。
所述卫星通信系统在不影响其系统性能的前提下，根据最小干扰和功率或者最强干扰功率选择卫星用户终端，进一步提升分布式天线通信系统平均和速率，以降低对分布式天线通信系统的干扰。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明第一实施例干扰协调方法的流程图；
图2是本发明第一实施例中卫星通信系统和分布式天线通信系统的频谱共享场景图；
图3是本发明第二实施例干扰协调方法的流程图；
图4是本发明第三实施例干扰协调方法的流程图；
图5是本发明示例一、示例二和示例三与现有无干扰协调的效果对比图；
图6是本发明第四实施例的原理框图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种基于无线电地图信息的星地干扰协调方法，适用于卫星通信系统(GSO/NGSO satellite，GSAT)和分布式天线通信系统(distributed antenna system，DAS)的频谱共享场景，参见图1所示，包括：
步骤S001:获取频谱共享场景中的无线电地图信息；
步骤S002:在卫星通信系统的各卫星用户终端中，随机选取L个卫星用户终端作为卫星通信系统的服务用户进行服务，其中，L为正整数；
步骤S003:根据无线信道模型，利用无线电地图信息求解分布式天线通信系统最大平均和速率；
步骤S004:根据分布式天线通信系统最大平均和速率，得到分布式天线通信系统中各基站天线单元发送给各无线用户终端的发送功率；
步骤S005:根据得到的发送功率，调整分布式天线通信系统中各基站天线单元发送给无线用户终端的功率。
DAS系统基于无线电地图信息，以系统平均和速率最大化为目标优化计算各DAE的发送功率，尽可能提高对信道质量好且接收干扰功率小的TU的发送功率，降低对信道质量差或受干扰影响严重的TU的发送功率，以减小GSAT系统对其整体系统性能的干扰影响，提升本系统平均和速率。利用优化获得的DAS系统中各DAE对各TU发送功率应用到DAS系统操作中，以获得尽可能大的系统平均和速率。
本发明实施例中，频谱共享场景是静止地球轨道或非静止地球轨道的卫星通信系统6上行链路与分布式天线通信系统下行链路以频谱共享方式工作在同一频段。其中，GSAT上行链路为主用链路，DAS下行链路以认知方式工作。参见图2所示，图中：虚折线表示干扰信号，实折线表示有用信号，直线表示光纤。在DAS系统中，各DAE通过光纤连接至DAS的中心处理器4，各DAE的发射信号在DAS的中心处理器进行联合处理。同时中心处理器4与GSAT的关口站5相连，以共同构建与共享无线电地图信息。
由于DAS分布式基站天线单元(distributed antenna element，DAE)3发射能量主要集中在水平面及以下方向，因此DAS下行链路对GSAT上行链路的干扰可以忽略。为了实现GSAT与DAS系统间的频谱共享，主要需降低GSAT的卫星用户终端(satellite terminal，ST)1发射信号对DAS的无线用户终端(terrestrial user，TU)2的干扰。
本发明实施例中，获取频谱共享场景中的无线电地图信息，该无线电地图信息由卫星通信系统与分布式天线通信系统联合获取，包括如下信息中的一个或多个：
分布式天线通信系统中各基站天线单元到无线用户终端的大尺度衰落信息、卫星通信系统各卫星用户终端与分布式天线通信系统的无线用户终端的大尺度衰落信息、以及卫星通信系统各卫星用户终端发射功率信息。本领域技术人员可以根据需求选择无线电地图信息包括的具体信息。利用无线信道的层次化衰落特性，基于无线电地图信息在GSO或NGSO卫星通信系统上行链路与分布式天线通信系统下行链路之间开展天地一体化干扰协调。
设频谱共享场景中GSAT系统有Q个ST，同时为L个ST提供服务；DAS系统部署有N个DAE以及K个TU，设每个TU配置有M个天线单元，且N≥MK。
获取频谱共享场景中的无线电地图信息包括：从N个DAE到K个TU的大尺度衰落信息，用矩阵表示Lk,k＝1,...,K，L个ST与K个TU之间的大尺度衰落信息
Figure BDA0001567089930000071
GSAT系统上行链路服务的各ST的发射功率信息
Figure BDA0001567089930000072
GSAT系统上行链路服务的各ST的发射功率信息属于服务用户信息，该服务用户信息由GSAT系统关口站获取，从N个DAE到K个TU的大尺度衰落信息和L个ST与K个TU之间的大尺度衰落信息均由DAS系统基于GSAT关口站提供的服务用户信息计算获得。
本实施例中，DAS系统中第k(k＝1,...,K)个TU(即TUk)的接收信号的无线信道模型为：
Figure BDA0001567089930000081
其中，Hk∈CM×N是从N个DAE到TUk的信道矩阵(CM×N表示由M×N维复矩阵组成的复矩阵空间)，xk∈CN×1是发送给TU k(k＝1,...,K)的信号，
Figure BDA0001567089930000082
表示STj(j＝1,...,L)与TUk之间的信道向量，zj∈C是STj的发送信号，nk∈CM×1代表TUk处的高斯白噪声向量。nk满足
Figure BDA0001567089930000083
其中IM表示M×M维单位矩阵。
无线信道衰落包括大尺度衰落和小尺度衰落两部分，因此Hk可表示为：
Hk＝SkLk. (2)
其中Sk∈CM×N表示从N个DAE到TUk的小尺度衰落，其每个元素服从复高斯分布，Lk是一个对角矩阵，表示从N个DAE到TUk的大尺度衰落，可写为：
Lk＝diag{lk1,L,lkN} (3)
其中
Figure BDA0001567089930000084
λ是依赖于具体传播环境的修正因子，ψkn表示服从对数正态分布的阴影衰落，dkn是传输距离，α则表示路径损耗指数。相应地，
Figure BDA0001567089930000085
可分解为：
Figure BDA0001567089930000086
其中
Figure BDA0001567089930000087
代表STj与TUk之间的小尺度衰落，而
Figure BDA0001567089930000088
代表STj与TUk之间的大尺度衰落。
设xk所有元素相互独立，均服从复高斯分布，DAEn发送给TUk的发送功率是pkn，则
E[xkxk H]＝Pk＝diag{pk1,L,pkN} (5)
设N个DAE给TUk的总发送功率限制为
Figure BDA0001567089930000089
则
Figure BDA00015670899300000810
其中xk H代表xk的共轭转置。类似地，对于GSAT系统，有
Figure BDA00015670899300000811
分布式天线通信系统平均和速率表达：
从表达式(1)可知，TUk接收到的干扰信号与噪声总功率为：
Figure BDA0001567089930000091
其中E{·}表示关于所有小尺度信道衰落求期望，
Figure BDA0001567089930000092
Figure BDA0001567089930000093
由此，DAS系统的平均和速率可表示为：
Figure BDA0001567089930000094
Rt(Pk)表示平均和速率是Pk,k＝1...,K的函数。上式可近似写为：
Figure BDA0001567089930000095
其中
Figure BDA0001567089930000096
本发明的一个可选实施例中：设置卫星通信系统和无线无线通信系统的干扰协调周期T；
在调整所述分布式天线通信系统中各所述基站天线单元发送给所述无线用户终端的功率后，若当前时刻与上次调整所述基站天线单元发送给所述无线用户终端功率之间的时间间隔达到所述干扰协调周期T，重新获取无线电地图信息进行干扰协调处理，执行步骤S001至步骤S005。或者根据GSAT对DAS的干扰功率变化值是否超过设定门限值，若超过门限值，重新获取无线电地图信息进行干扰协调处理。
本实施例将结合具体应用示例，对本实施例方法进行阐述，需要指出的是，本实施例中公开的大量技术细节用于解释本发明，并不用于唯一限定本发明。
下面通过具体示例，对本发明实施例的实施过程进行详细说明：
示例一：
1)设定DAS系统中N个DAE按等功率方式给给K个TU发送信号，即给K个TU的发送功率分别为
Figure BDA0001567089930000101
2)GSAT系统从Q个ST中随机选出L个进行服务；
3)DAS系统优化调整N个DAE发送给K个TU的功率
a)设定ι＝0；
Figure BDA0001567089930000102
门限值ε＝1×10-3；
b)令
Figure BDA0001567089930000103
带入公式(10)，计算得到更新后的Wk,k＝1,...,K，并在计算机执行程序中令ι＝ι+1；
c)基于公式(9)，构建下列优化问题：
Figure BDA0001567089930000104
Figure BDA0001567089930000105
pkn≥0,k＝1,...,K,n＝1,...,N. (11)
s.t.是subject to的缩写，s.t.表示满足条件。
求解公式(11)，并将获得的最优解记为
Figure BDA0001567089930000106
公式(11)的求解可借助标准几何规划等方法，采用标准几何规划求解公式(11)的具体步骤如下：
①计算下列参数：
Figure BDA0001567089930000107
Figure BDA0001567089930000108
Figure BDA0001567089930000109
Figure BDA00015670899300001010
k＝1,...,K,n＝1,...,N
②将公式(11)等价转化为下列公式(12)，并采用标准几何规划方法求解。
Figure BDA0001567089930000111
d)若
Figure BDA0001567089930000112
转至步骤3)b)；否则转至步骤4)；
4)依据获得的K个发送功率矩阵
Figure BDA0001567089930000113
设定DAS系统中N个DAE给K个TU的发送功率，以使得DAS系统平均和速率达到
Figure BDA0001567089930000114
5)判断当前时刻与上次调整N个DAE给K个TU发送功率之间的时间间隔是否达到所述干扰协调周期T，如达到干扰协调周期T，重新获取无线电地图信息进行干扰协调处理，执行步骤S001至步骤S005。
本发明分布式天线通信系统基于无线电地图信息，优化各分布式基站天线单元发送功率，最大化本系统平均和速率，降低工作于相同频段的卫星通信系统和分布式天线通信系统之间的干扰，实现天地频谱高效共享；同时规避来自卫星通信系统的干扰，提升系统性能。
在本发明的第二实施例中，提供一种基于无线电地图信息的星地干扰协调方法，参见图3所示，适用于卫星通信系统和分布式天线通信系统的频谱共享场景，包括：
步骤S01:获取频谱共享场景中的无线电地图信息；
步骤S02:利用无线电地图信息求取卫星通信系统的各卫星用户终端对分布式天线通信系统各无线用户终端干扰和功率；
选择前L个最小干扰和功率的卫星用户终端作为卫星通信系统的服务用户进行服务；其中，L为正整数；
步骤S03:根据无线信道模型，利用无线电地图信息求解分布式天线通信系统最大平均和速率；
步骤S04:根据分布式天线通信系统最大平均和速率，得到分布式天线通信系统中各基站天线单元发送给各无线用户终端的发送功率；
步骤S05:根据得到的发送功率，调整分布式天线通信系统中各基站天线单元发送给无线用户终端的功率。
本实施例的步骤S01、S03、S04、S05与第一实施例中的步骤S001、S003、S004、S005均相同，故在此省略。步骤S02根据GSAT对DAS系统的干扰情况，优化选取L个用户进行服务，以降低对DAS系统的干扰，提升DAS系统平均和速率。
本发明的一个可选实施例中：设置卫星通信系统和无线无线通信系统的干扰协调周期T；
在调整所述分布式天线通信系统中各所述基站天线单元发送给所述无线用户终端的功率后，若当前时刻与上次调整所述基站天线单元发送给所述无线用户终端功率之间的时间间隔达到所述干扰协调周期T，重新获取无线电地图信息进行干扰协调处理，执行步骤S01至步骤S05。或者根据GSAT对DAS的干扰功率变化值是否超过设定门限值，若超过门限值，重新获取无线电地图信息进行干扰协调处理。
本实施例将结合具体应用示例，对本实施例方法进行阐述，需要指出的是，本实施例中公开的大量技术细节用于解释本发明，并不用于唯一限定本发明。
下面通过具体示例，对本发明实施例的实施过程进行详细说明：
示例二：
1)设定DAS系统中N个DAE按等功率方式给给K个TU发送信号，即给K个TU的发送功率分别为
Figure BDA0001567089930000131
2)根据对DAS系统下行链路的干扰情况，在不影响本系统上行链路性能前提下，按照下列步骤从Q个ST中选出L个进行服务，计算Q个ST对DAS系统中K个TU的干扰和功率
Figure BDA0001567089930000132
将
Figure BDA0001567089930000133
从小到大排序，并将前L个最小值对应的ST分别标记为ST1,...,L；
选择按照
Figure BDA0001567089930000134
排序得到的ST1,...,L，作为GSAT系统上行链路服务用户；
3)DAS系统优化调整N个DAE发送给K个TU的功率
a)设定ι＝0；
Figure BDA0001567089930000135
门限值ε＝1×10-3；
b)令
Figure BDA0001567089930000136
带入公式(10)，计算得到更新后的Wk,k＝1,...,K，并在计算机执行程序中令ι＝ι+1；
c)基于公式(9)，构建下列优化问题：
Figure BDA0001567089930000137
Figure BDA0001567089930000138
pkn≥0,k＝1,...,K,n＝1,...,N. (11)
求解公式(11)，并将获得的最优解记为
Figure BDA0001567089930000139
d)若
Figure BDA00015670899300001310
转至步骤3)b)；否则转至步骤4)；
4)依据获得的K个发送功率矩阵
Figure BDA00015670899300001311
设定DAS系统中N个DAE给K个TU的发送功率，以使得DAS系统平均和速率达到
Figure BDA00015670899300001312
5)判断当前时刻与上次调整N个DAE给K个TU发送功率之间的时间间隔是否达到所述干扰协调周期T，如达到干扰协调周期T，重新获取无线电地图信息进行干扰协调处理，执行步骤S01至步骤S05。
本发明的卫星通信系统作为主要用户，在不影响本系统性能情况下，进行优化用户调度，以降低对分布式天线通信系统的干扰，进一步提升DAS系统平均和速率。
在本发明的第三实施例中，提供一种基于无线电地图信息的星地干扰协调方法，参见图4所示，适用于卫星通信系统和分布式天线通信系统的频谱共享场景，包括：
步骤S1:获取频谱共享场景中的无线电地图信息；
步骤S2:利用无线电地图信息求取卫星通信系统的各卫星用户终端对分布式天线通信系统各无线用户终端的最强干扰功率；
选择前L个最强干扰功的卫星用户终端作为卫星通信系统的服务用户进行服务；其中，L为正整数；
步骤S3:根据无线信道模型，利用无线电地图信息求解分布式天线通信系统最大平均和速率；
步骤S4:根据分布式天线通信系统最大平均和速率，得到分布式天线通信系统中各基站天线单元发送给各无线用户终端的发送功率；
步骤S5:根据得到的发送功率，调整分布式天线通信系统中各基站天线单元发送给无线用户终端的功率。
本实施例的步骤S1、S3、S4、S5与第一实施例中的步骤S001、S003、S004、S005均相同，故在此省略。步骤S2根据GSAT对DAS系统的干扰情况，优化选取L个用户进行服务，以降低对DAS系统的干扰，提升DAS系统平均和速率。
本发明的一个可选实施例中：设置卫星通信系统和无线无线通信系统的干扰协调周期T；
在调整所述分布式天线通信系统中各所述基站天线单元发送给所述无线用户终端的功率后，若当前时刻与上次调整所述基站天线单元发送给所述无线用户终端功率之间的时间间隔达到所述干扰协调周期T，重新获取无线电地图信息进行干扰协调处理，执行步骤S1至步骤S5。或者根据GSAT对DAS的干扰功率变化值是否超过设定门限值，若超过门限值重新获取无线电地图信息进行干扰协调处理。
本实施例将结合具体应用示例，对本实施例方法进行阐述，需要指出的是，本实施例中公开的大量技术细节用于解释本发明，并不用于唯一限定本发明。
下面通过具体示例，对本发明实施例的实施过程进行详细说明：
示例三：
1)设定DAS系统中N个DAE按等功率方式给给K个TU发送信号，即给K个TU的发送功率分别为
Figure BDA0001567089930000151
2)根据对DAS系统下行链路的干扰情况，在不影响本系统上行链路性能前提下，按照下列步骤从Q个ST中选出L个进行服务，计算Q个ST对DAS系统中K个TU的最强干扰功率
Figure BDA0001567089930000152
将
Figure BDA0001567089930000153
从小到大排序，并将前L个最小值对应的ST分别标记为ST1,...,L；
选择按照
Figure BDA0001567089930000154
排序得到的ST1,...,L，作为GSAT系统上行链路服务用户；
3)DAS系统优化调整N个DAE发送给K个TU的功率
a)设定ι＝0；
Figure BDA0001567089930000155
门限值ε＝1×10-3；
b)令
Figure BDA0001567089930000156
带入公式(10)，计算得到更新后的Wk,k＝1,...,K，并在计算机执行程序中令ι＝ι+1；
c)基于公式(9)，构建下列优化问题：
Figure BDA0001567089930000157
Figure BDA0001567089930000158
pkn≥0,k＝1,...,K,n＝1,...,N. (11)
求解公式(11)，并将获得的最优解记为
Figure BDA0001567089930000159
d)若
Figure BDA00015670899300001510
转至步骤3)b)；否则转至步骤4)；
4)依据获得的K个发送功率矩阵
Figure BDA0001567089930000161
设定DAS系统中N个DAE给K个TU的发送功率，以使得DAS系统平均和速率达到
Figure BDA0001567089930000162
5)判断当前时刻与上次调整N个DAE给K个TU发送功率之间的时间间隔是否达到所述干扰协调周期T，如达到干扰协调周期T，重新获取无线电地图信息进行干扰协调处理，执行步骤S1至步骤S5。
本发明的卫星通信系统作为主要用户，在不影响本系统性能情况下，进行优化用户调度，以降低对分布式天线通信系统的干扰，进一步提升DAS系统平均和速率。
下面结合具体参数说明本发明第一实施例的示例一、第二实施例的示例二和第三实施例的示例三与现有无干扰协调的区别。
设定GSAT与DAS各系统参数如下：
1)DAS系统部署：N＝12个DAE与K＝3个TU平均随机分布在半径为1000米的圆形地理区域内，每个TU配置有M＝4个天线单元；
2)GSAT系统部署：L＝2个ST平均随机分布在以DAS系统部署区域圆周为内圆、外圆半径为1200米的环形区域内；
3)发送功率参数：DAS系统中各TU总发送功率限制
Figure BDA0001567089930000165
均相同，取值在20dBm～40dBm；GSAT系统中每个ST发送功率均为30dBm；
4)信道参数：是依赖于具体传播环境的修正因子满足λ2＝-30dB，阴影衰落ψkn标准差为8dB，路径损耗指数α＝4，接收噪声功率
Figure BDA0001567089930000163
采用本发明提出的干扰协调方法通过降低GSAT系统对DAS系统的干扰，所获得的DAS系统平均和速率结果如图5所示。图中各曲线含义如下：
1)本发明策略1：根据本发明实施步骤，DAS系统对各DAE进行优化功率分配，GSAT系统从待服务用户中选择对DAS系统K个TU最强干扰功率
Figure BDA0001567089930000164
最小的L个用户进行服务；
2)本发明策略2：根据本发明实施步骤，DAS系统对各DAE进行优化功率分配，GSAT系统从待服务用户中选择对DAS系统K个TU干扰和功率
Figure BDA0001567089930000171
最小的L个用户进行服务；
3)本发明策略3：DAS系统根据本发明实施步骤对各DAE进行优化功率分配，GSAT系统不考虑对DAS系统干扰，随机选取L个用户进行服务；
4)无干扰协调：DAS系统中各DAE依据平均功率分配方式对各TU发送信号，即每个DAE对TU的发送功率均为
Figure BDA0001567089930000172
GSAT系统不考虑对DAS系统干扰，随机选取L个用户进行服务。
从图5可以看出，采用本发明干扰协调方法相对于现有无干扰协调，可显著提升频谱共用场景下卫星通信系统与分布式天线通信系统的整体性能。能够大幅降低信道估计等系统开销，且能够拓展卫星通信系统与分布式无通信系统共享频段范围，拓展卫星、无线通信可用频率，提升系统容量提升需求带来的频谱短缺难题。
在本发明的第四实施例中，提供一种基于无线电地图信息的星地干扰协调装置，适用于卫星通信系统和分布式天线通信系统的频谱共享场景，参见图6所示，包括：
信息接收模块7，用于获取频谱共享场景中的无线电地图信息；
信息处理模块8，用于根据无线信道模型，利用无线电地图信息求解分布式天线通信系统最大平均和速率，根据分布式天线通信系统最大平均和速率，得到分布式天线通信系统中各基站天线单元发送给各无线用户终端的发送功率；
干扰协调模块9，用于根据得到的发送功率，调整分布式天线通信系统中各基站天线单元发送给无线用户终端的功率。
本发明实施例中，信息处理模块8，还用于在根据无线信道模型，利用无线电地图信息求解分布式天线通信系统最大平均和速率之前，在卫星通信系统的各卫星用户终端中，随机选取L个卫星用户终端作为卫星通信系统的服务用户进行服务；或者利用无线电地图信息求取卫星通信系统的各卫星用户终端对分布式天线通信系统各无线用户终端干扰和功率，选择前L个最小干扰和功率的卫星用户终端作为卫星通信系统的服务用户进行服务；或者利用无线电地图信息求取卫星通信系统的各卫星用户终端对分布式天线通信系统各无线用户终端的最强干扰功率，选择前L个最强干扰功的卫星用户终端作为卫星通信系统的服务用户进行服务；其中，L为正整数。
本发明实施例中，参见图2所示，频谱共享场景是静止地球轨道或非静止地球轨道的卫星通信系统上行链路与分布式天线通信系统下行链路以频谱共享方式工作在同一频段。其中，GSAT上行链路为主用链路，DAS下行链路以认知方式工作。由于DAS分布式基站天线单元发射能量主要集中在水平面及以下方向，因此DAS下行链路对GSAT上行链路的干扰可以忽略。为了实现GSAT与DAS系统间的频谱共享，主要需降低GSAT的卫星用户终端发射信号对DAS的无线用户终端的干扰。
在DAS系统中，各DAE通过光纤连接至DAS的中心处理器，各DAE的发射信号在DAS的中心处理器进行联合处理。同时，DAS的中心处理器与GSAT的关口站相连，以共同构建与共享无线电地图信息。
本发明实施例中，信息接收模块7，获取频谱共享场景中的无线电地图信息，该无线电地图信息由卫星通信系统与分布式天线通信系统联合获取，包括如下信息中的一个或多个：
分布式天线通信系统中各基站天线单元到无线用户终端的大尺度衰落信息、卫星通信系统各卫星用户终端与分布式天线通信系统的无线用户终端的大尺度衰落信息、以及卫星通信系统各卫星用户终端发射功率信息。本领域技术人员可以根据需求选择无线电地图信息包括的具体信息。利用无线信道的层次化衰落特性，基于无线电地图信息在GSO或NGSO卫星通信系统上行链路与分布式天线通信系统下行链路之间开展天地一体化干扰协调。
本发明的一个可选实施例中：设置卫星通信系统和无线无线通信系统的干扰协调周期T；
在调整所述分布式天线通信系统中各所述基站天线单元发送给所述无线用户终端的功率后，若当前时刻与上次调整所述基站天线单元发送给所述无线用户终端功率之间的时间间隔达到所述干扰协调周期T，信息接收模块7重新获取无线电地图信息；信息处理模块8，用于根据无线信道模型，利用无线电地图信息求解分布式天线通信系统最大平均和速率，根据分布式天线通信系统最大平均和速率，得到分布式天线通信系统中各基站天线单元发送给各无线用户终端的发送功率；干扰协调模块9，用于根据得到的发送功率，调整分布式天线通信系统中各基站天线单元发送给无线用户终端的功率。或者根据GSAT对DAS的干扰功率变化值是否超过设定门限值，若超过门限值重新获取无线电地图信息进行干扰协调处理。
在本发明的第五实施例中，提供一种基于无线电地图信息的星地干扰协调设备，设备包括处理器和存储器，存储器存储有基于无线电地图信息的星地干扰协调方法的计算机程序，处理器执行计算机程序，以实现如第一实施例或者第二实施例或者第三实施例方法的步骤。
由于在第一、二、三实施例中已经对基于无线电地图信息的星地干扰协调方法做了具体说明，本实施例在此不再赘述。

Claims (9)

1.一种基于无线电地图信息的星地干扰协调方法，适用于卫星通信系统和分布式天线通信系统的频谱共享场景，其特征在于，包括：
获取所述频谱共享场景中的无线电地图信息，所述无线电地图信息，包括如下信息中的一个或多个：所述分布式天线通信系统中各基站天线单元到无线用户终端的大尺度衰落信息、所述卫星通信系统各卫星用户终端与所述分布式天线通信系统的无线用户终端的大尺度衰落信息、以及所述卫星通信系统各卫星用户终端发射功率信息；
根据无线信道模型，利用所述无线电地图信息求解所述分布式天线通信系统最大平均和速率；
根据所述分布式天线通信系统最大平均和速率，得到所述分布式天线通信系统中各基站天线单元发送给各无线用户终端的发送功率；
根据得到的所述发送功率，调整所述分布式天线通信系统中各所述基站天线单元发送给所述无线用户终端的功率，使所述分布式天线通信系统的平均和速率达到所述最大平均和速率。
2.根据权利要求1所述的星地干扰协调方法，其特征在于，在所述根据无线信道模型，利用所述无线电地图信息求解所述分布式天线通信系统最大平均和速率之前，还包括：
在所述卫星通信系统的各卫星用户终端中，随机选取L个卫星用户终端作为卫星通信系统的服务用户进行服务；其中，L为正整数。
3.根据权利要求1所述的星地干扰协调方法，其特征在于，在所述根据无线信道模型，利用所述无线电地图信息求解所述分布式天线通信系统最大平均和速率之前，还包括：
利用所述无线电地图信息求取卫星通信系统的各卫星用户终端对所述分布式天线通信系统各无线用户终端干扰和功率；
选择前L个最小干扰和功率的卫星用户终端作为卫星通信系统的服务用户进行服务；其中，L为正整数。
4.根据权利要求1所述的星地干扰协调方法，其特征在于，在所述根据无线信道模型，利用所述无线电地图信息求解所述分布式天线通信系统最大平均和速率之前，还包括：
利用所述无线电地图信息求取所述卫星通信系统的各卫星用户终端对所述分布式天线通信系统各无线用户终端的最强干扰功率；
选择前L个最强干扰功率的卫星用户终端作为卫星通信系统的服务用户进行服务；其中，L为正整数。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的星地干扰协调方法，其特征在于，所述方法还包括：设置卫星通信系统和分布式天线通信系统的干扰协调周期；
在调整所述分布式天线通信系统中各所述基站天线单元发送给所述无线用户终端的功率后，若当前时刻与上次调整所述基站天线单元发送给所述无线用户终端功率之间的时间间隔达到所述干扰协调周期，重新获取无线电地图信息进行干扰协调处理。
6.一种基于无线电地图信息的星地干扰协调装置，适用于卫星通信系统和分布式天线通信系统的频谱共享场景，其特征在于，包括：
信息接收模块，用于获取所述频谱共享场景中的无线电地图信息，所述无线电地图信息，包括如下信息中的一个或多个：所述分布式天线通信系统中各基站天线单元到无线用户终端的大尺度衰落信息、所述卫星通信系统各卫星用户终端与所述分布式天线通信系统的无线用户终端的大尺度衰落信息、以及所述卫星通信系统各卫星用户终端发射功率信息；
信息处理模块，用于根据无线信道模型，利用所述无线电地图信息求解所述分布式天线通信系统最大平均和速率，根据所述分布式天线通信系统最大平均和速率，得到所述分布式天线通信系统中各基站天线单元发送给各无线用户终端的发送功率；
干扰协调模块，用于根据得到的所述发送功率，调整所述分布式天线通信系统中各所述基站天线单元发送给所述无线用户终端的功率，使所述分布式天线通信系统的平均和速率达到所述最大平均和速率。
7.如权利要求6所述的星地干扰协调装置，其特征在于，所述信息处理模块，还用于在所述根据无线信道模型，利用所述无线电地图信息求解所述分布式天线通信系统最大平均和速率之前，在所述卫星通信系统的各卫星用户终端中，随机选取L个卫星用户终端作为卫星通信系统的服务用户进行服务；或者利用所述无线电地图信息求取卫星通信系统的各卫星用户终端对所述分布式天线通信系统各无线用户终端干扰和功率，选择前L个最小干扰和功率的卫星用户终端作为卫星通信系统的服务用户进行服务；或者利用所述无线电地图信息求取所述卫星通信系统的各卫星用户终端对所述分布式天线通信系统各无线用户终端的最强干扰功率，选择前L个最强干扰功的卫星用户终端作为卫星通信系统的服务用户进行服务；其中，L为正整数。
8.如权利要求6或7所述的星地干扰协调装置，其特征在于：所述信息处理模块，还用于设置卫星通信系统和无线通信系统的干扰协调周期，在调整所述分布式天线通信系统中各所述基站天线单元发送给所述无线用户终端的功率后，若当前时刻与上次调整所述基站天线单元发送给所述无线用户终端功率之间的时间间隔达到所述干扰协调周期，重新获取无线电地图信息进行干扰协调处理。
9.一种基于无线电地图信息的星地干扰协调设备，其特征在于，所述设备包括处理器和存储器，所述存储器存储有基于无线电地图信息的星地干扰协调方法的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序，以实现如权利要求1-5任意一项所述方法的步骤。
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