CN108718228B - 网络辅助的灵活双工无线通信系统及其方法 - Google Patents

网络辅助的灵活双工无线通信系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种网络辅助的灵活双工无线通信系统及其方法，针对分布式协作组网，采用半双工基站节点之间的协作，在同时同频工作下，支持多个用户上行传输和另外多个用户下行传输；通过节点之间的协作消除下行发送节点对上行接收节点之间的干扰，通过联合调度或预编码设计，避免上行用户对下行用户的干扰；本发明可以在相同时频资源上支撑多个用户的双向大容量传输。

Description

网络辅助的灵活双工无线通信系统及其方法
技术领域
本发明涉及无线通信传输技术领域，尤其是一种网络辅助的灵活双工无线通信系统及其方法。
背景技术
现有的双工方式包括时分双工(TDD)和频分双工(FDD)。随着用户业务多样化和个性化发展，在蜂窝系统中可能同时存在多个用户上行速率需求较大，而另外多个用户对下行速率需求较大，传统TDD模式或FDD模式无法有效解决这种问题。分布式多天线协作传输是4G和5G的关键技术，通过节点之间的协作，提高系统频谱效率。在分布式无线通信系统中，通过节点之间的协作，充分利用空间域的自由度，可以实现更灵活的双工。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种网络辅助的灵活双工无线通信系统及其方法，能够利用现有半双工的分布式节点，在同时同频上实现多个用户上行传输和另外多个用户的下行传输。
为解决上述技术问题，本发明提供一种网络辅助的灵活双工无线通信系统，包括：RAU模块、用户终端模块和中心基带处理单元模块；RAU模块部署于无线通信的每个小区中，中心基带处理单元模块发送的信号经RAU模块发送给用户终端模块，用户终端模块发送的信号经RAU模块发送给中心基带处理单元模块；RAU模块和用户终端模块中的射频单元均工作在半双工模式，在同一时间和频率上只处于接收或发送信号，中心基带处理单元模块完成基站侧的基带信号发送和接收处理。
优选的，RAU模块包括半双工收发射频单元、模数和数模转换单元和高速接口单元；半双工收发射频单元完成射频信号的收发，模数和数模转换单元完成信号的模拟到数字或数字到模拟的转换，高速接口单元完成将中心基带处理单元模块的数字信号传输给RAU模块或将RAU模块的数字基带信号传输给中心基带处理单元模块。
优选的，用户终端模块包括半双工收发射频单元、模数和数模转换单元和基带信号处理单元；半双工收发射频单元完成射频信号的收发，模数和数模转换单元完成信号的模拟到数字或数字到模拟的转换，基带信号处理单元完成基带信号的发送和接收处理。
优选的，中心基带处理单元模块包括基带信号处理单元和调度单元；基带信号处理单元能够获知RAU集合
Figure GDA0002616433370000021
和
Figure GDA0002616433370000022
之间的信道状态信息，并获知RAU
Figure GDA0002616433370000023
对
Figure GDA0002616433370000024
的发送信号，进而完成抵消RAU
Figure GDA0002616433370000025
对接收RAU
Figure GDA0002616433370000026
的干扰，并根据抵消后的信号完成多用户检测；
基带信号处理单元完成发送RAU
Figure GDA00026164333700000234
的下行多用户预编码，并能够在获知用户组
Figure GDA0002616433370000027
和
Figure GDA0002616433370000028
之间的信道的前提下，计算
Figure GDA0002616433370000029
中每个用户的上行预编码；
调度单元根据用户的上下行业务需求，完成RAU集合
Figure GDA00026164333700000210
和
Figure GDA00026164333700000211
的动态划分，确定RAU工作时隙状态。
相应的，一种网络辅助的灵活双工无线通信方法，包括如下步骤：
(1)无线通信系统的每个小区布设多个分布式远端天线单元RAU，远端天线单元RAU连接中心处理单元；
(2)在相同的时间和频率资源上，一组用户(用集合
Figure GDA00026164333700000212
)发送上行信号给一组RAU(用集合
Figure GDA00026164333700000213
)，另外一组用户(用集合
Figure GDA00026164333700000214
)接收另外一组的RAU(用集合
Figure GDA00026164333700000215
)发送的下行信号，其中
Figure GDA00026164333700000216
和
Figure GDA00026164333700000217
互不相交、
Figure GDA00026164333700000218
和
Figure GDA00026164333700000219
互不相交；
(3)中心处理单元在提前获知RAU集合
Figure GDA00026164333700000220
和
Figure GDA00026164333700000221
之间的信道状态信息下，RAU
Figure GDA00026164333700000222
的接收信号减去RAU
Figure GDA00026164333700000223
的发送信号，进而得到用户组
Figure GDA00026164333700000224
发送给RAU
Figure GDA00026164333700000225
的上行信号，中心处理单元根据多用户检测得到上行链路用户组
Figure GDA00026164333700000226
中各个用户的发送信号；
(4)中心处理单元在提前获知用户组
Figure GDA00026164333700000227
和
Figure GDA00026164333700000228
之间、用户组
Figure GDA00026164333700000229
和基站
Figure GDA00026164333700000230
之间的信道下，通过设计RAU
Figure GDA00026164333700000231
的下行多用户预编码和用户组
Figure GDA00026164333700000232
中每个用户的上行预编码，提高用户组
Figure GDA00026164333700000233
的性能。
本发明的有益效果为：网络辅助的灵活双工可以在相同时频资源上支撑多个用户的双向大容量传输；网络辅助的灵活双工的所有RAU节点仍采用半双工模式，不用考虑传统的同时同频全双工的回波自干扰消除问题，可以充分利用现有的基础设施；相比传统的同时同频全双工，网络辅助的灵活双工中RAU收到的干扰信号功率与上行用户的功率处于同一量级，因此可以降低接收机的动态范围，因此降低了硬件实现的复杂度；网络辅助的灵活双工结合协作分布式天线可以使得基站节点更加靠近上、下行用户，进而可以获得更好的性能；由于RAU节点之间的信道通常可以视为准静态的，通过共享RAU节点间的信道状态信息和下行发送的数据信息，可以降低或消除基站侧下行发送对基站侧上行接收之间的干扰；通过联合处理，可以消除上行用户之间的干扰或下行用户之间的干扰，从而大幅度提高系统总吞吐量；结合灵活的RAU节点和用户节点分组，并根据本区域用户上下行的业务量需求以及用户QoS需求，灵活调配RAU的工作状态。
附图说明
图1为本发明的通信系统架构示意图。
图2为本发明的中心处理单元对发送和接收信号的处理示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种网络辅助的灵活双工无线通信系统，包括：RAU模块、用户终端模块和中心处理单元模块；RAU模块部署于无线通信的每个小区中，中心处理单元模块发送的信号经RAU模块发送给用户终端模块，用户终端模块发送的信号经RAU模块发送给中心处理单元模块。
本实施例的网络辅助的灵活双工无线通信系统如图1所示，场景由多个RAU多个用户构成，每个RAU通过光纤(或其它高速链路)连接到中心处理单元，每个RAU配有N根天线(N大于等于1)。每个用户配备M根天线(M大于等于1)。发送上行业务的用户有KU个，表示为集合U1，接收下行业务的用户有KD个，表示为集合U2，相应地，接收RAU有LU个，表示为集合B1，发送RAU有LD个，集合为B2，其中，U1和U2互不相交、B1和B2互不相交。处于接收或发送集合中的RAU可以动态变化，并且U1和U2也可以根据用户、业务流量等动态变化。
为了说明网络辅助的灵活双工无线通信系统的工作原理，我们需要建立系统的信号模型。考虑如图1所示的网络辅助的灵活双工系统，不失一般性，我们假设用户和RAU均配备单天线。在中心处理单元，所有接收RAU收到的信号可以建模为：
Figure GDA0002616433370000031
其中，PU和PD分别表示上行用户发送功率和下行的RAU节点的发送功率，gj表示用户j到所有接收节点的信道，B表示发送节点与接收节点之间的信道，wk表示下行第k个用户的发送预编码，xi和sk分别表示第i个上行用户的发送信号和第k个下行用户的发送信号，z表示接收机的高斯噪声信号，yU表示接收信号。类似地，下行用户的接收信号可以表示为，
Figure GDA0002616433370000041
其中，yD,i表示接收信号，
Figure GDA0002616433370000042
表示所有下行节点到用户i的信道，ui,k表示上行用户k到下行用户j之间的信道。
如图2所示，假设中心处理单元已知发送RAU的发送信号wksk和发送节点与接收节点之间的信道B，那么，针对接收信号yU，进行干扰消除后的接收信号可以表示为，
Figure GDA0002616433370000043
可以看到，抵消下行发送节点的发送信号后，上行用户与下行之间没有干扰。根据公式(3)我们可以采用多用户检测算法得到各个上行用户的发送信号。
如图2所示，对于下行用户，在中心处理单元，假设已知所有下行用户与发送节点之间的信道状态信息，那么，可以设计多用户预编码方案wk，消除多用户之间的干扰。在用户端，(2)进一步简化为，
Figure GDA0002616433370000044
用户端根据干扰估计，得到干扰和噪声的功率，进一步可以得到其发送信号的检测。
网络辅助的灵活双工方法可以结合时分双工或频分双工。下面，我们以每个用户工作在时分双工模式来详细描述网络辅助的灵活双工系统的实现。系统中，用户和RAU灵活地调整时分双工的上下行时间分配，以达到如下目的：有大容量下行数据传输的用户分配更多的下行时隙模式，有大容量上行数据传输的用户分配更多的上行时隙模式。例如，U1采用上下行时隙比例为9:1的模式，U2采用上下行比例为1：9的模式。这样，整个系统的工作可以与传统时分双工保持基本一致。

Claims (4)

1.网络辅助的灵活双工无线通信系统，其特征在于，包括：RAU模块、用户终端模块和中心基带处理单元模块；RAU模块部署于无线通信的每个小区中，中心基带处理单元模块发送的信号经RAU模块发送给用户终端模块，用户终端模块发送的信号经RAU模块发送给中心基带处理单元模块；RAU模块和用户终端模块中的射频单元均工作在半双工模式，在同一时间和频率上只处于接收或发送信号，中心基带处理单元模块完成基站侧的基带信号发送和接收处理；
中心基带处理单元模块包括基带信号处理单元和调度单元；基带信号处理单元能够获知RAU集合
Figure FDA0002616433360000011
和
Figure FDA0002616433360000012
之间的信道状态信息，并获知RAU
Figure FDA0002616433360000013
对
Figure FDA0002616433360000014
的发送信号，进而完成抵消RAU
Figure FDA0002616433360000015
对接收RAU
Figure FDA0002616433360000016
的干扰，并根据抵消后的信号完成多用户检测；
基带信号处理单元完成发送RAU
Figure FDA0002616433360000017
的下行多用户预编码，并能够在获知用户组
Figure FDA0002616433360000018
和
Figure FDA0002616433360000019
之间的信道的前提下，计算
Figure FDA00026164333600000110
中每个用户的上行预编码；
调度单元根据用户的上下行业务需求，完成RAU集合
Figure FDA00026164333600000111
和
Figure FDA00026164333600000112
的动态划分，确定RAU工作时隙状态。
2.如权利要求1所述的网络辅助的灵活双工无线通信系统，其特征在于，RAU模块包括半双工收发射频单元、模数和数模转换单元和高速接口单元；半双工收发射频单元完成射频信号的收发，模数和数模转换单元完成信号的模拟到数字或数字到模拟的转换，高速接口单元完成将中心基带处理单元模块的数字信号传输给RAU模块或将RAU模块的数字基带信号传输给中心基带处理单元模块。
3.如权利要求1所述的网络辅助的灵活双工无线通信系统，其特征在于，用户终端模块包括半双工收发射频单元、模数和数模转换单元和基带信号处理单元；半双工收发射频单元完成射频信号的收发，模数和数模转换单元完成信号的模拟到数字或数字到模拟的转换，基带信号处理单元完成基带信号的发送和接收处理。
4.网络辅助的灵活双工无线通信方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)无线通信系统的每个小区布设多个分布式远端天线单元RAU，远端天线单元RAU连接中心处理单元；
(2)在相同的时间和频率资源上，一组用户
Figure FDA00026164333600000113
发送上行信号给一组RAU
Figure FDA00026164333600000114
另外一组用户
Figure FDA0002616433360000021
接收另外一组的RAU
Figure FDA0002616433360000022
发送的下行信号，其中
Figure FDA0002616433360000023
和
Figure FDA0002616433360000024
互不相交、
Figure FDA0002616433360000025
和
Figure FDA0002616433360000026
互不相交；
(3)中心处理单元在提前获知RAU集合
Figure FDA0002616433360000027
和
Figure FDA0002616433360000028
之间的信道状态信息下，RAU
Figure FDA0002616433360000029
的接收信号减去RAU
Figure FDA00026164333600000210
的发送信号，进而得到用户组
Figure FDA00026164333600000211
发送给RAU
Figure FDA00026164333600000212
的上行信号，中心处理单元根据多用户检测得到上行链路用户组
Figure FDA00026164333600000213
中各个用户的发送信号；
(4)中心处理单元在提前获知用户组
Figure FDA00026164333600000214
和
Figure FDA00026164333600000215
之间、用户组
Figure FDA00026164333600000216
和基站
Figure FDA00026164333600000217
之间的信道下，通过设计RAU
Figure FDA00026164333600000218
的下行多用户预编码和用户组
Figure FDA00026164333600000219
中每个用户的上行预编码，提高用户组
Figure FDA00026164333600000220
的性能。
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