CN115001925B - 一种射频合路下的mimo信号解调方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种射频合路下的MIMO信号解调方法，包括：获取不同用户终端发送的信号，其中，所述不同用户终端发送的信号由n个RRU上设置的m个天线获取得到，并且所述n个RRU均连接至一个RRU合并单元，所述RRU合并单元连接至BBU；通过所述RRU合并单元将与自身连接的n个RRU上相同编号天线接收到的信号进行合并，得到m组射频合并接收信号；当不同用户终端占用频域资源重叠时，在所述BBU中对所述m组射频合并接收信号进行正交化处理；对正交化处理后的m组射频合并接收信号通过解正交化处理，来解调出不同用户终端发送的数据。本发明能够提升频谱效率和RB利用率，并扩大了合并小区用户容量。

Description

一种射频合路下的MIMO信号解调方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种射频合路下的MIMO信号解调方法。

背景技术

当前宽带高速无线通信网络建设中，分布式基站是目前主流网络建设场景。所谓分布式基站，是由BBU(Base Band Unit)和RRU(Remote Raido Unit)两部分组成，其中BBU安装在机房内，RRU安装于远端站址，BBU与RRU间通过光缆网的裸纤直连。这种连接方式被称之为星型连接，图1为RRU与BBU连接示意图。

从图1中可以看出，不同RRU直接通过光纤与BBU进行星型连接，这样每个RRU星型组网是将N个RRU分别通过光纤连接在一个BBU的不同光口上，实现1:N的接入。上行不同RRU多个通道的接收数据，在BBU处汇总，并对各天线数据进行数据对齐同步，然后对每根天线进行信道估计，对所有天线的数据进行MIMO合并。

网络扩容时，可以增加新的RRU，通过光纤直连于BBU，此组网方案可扩展性好，但是RRU的连接极限取决于BBU提供的光口数量，如果RRU继续增加，由于BBU的处理能力有限，其设备上光口资源也有限，因此无法对新增扩容需求进行RRU直接增加覆盖方式，为此提出RRU级联方案。

所谓RRU级联组网，是指N个RRU采用光纤与自身的光口一一级联的方式，最后串联到BBU的一个光口上。该组网方案可节约光纤资源，RRU连接极限取决于RRU连接所用光纤能提供的带宽。该连接方式如射频合并如图2所示。从图2中可以看出，RRU合并单元#1对RRU3、4上的时域数据进行时域上的累加，再将累加后的上行数据传到BBU进行后续处理。RRU合并单元#2对RRU6、7上的时域数据进行时域上的累加，再将累加后的上行数据传到BBU进行后续处理。因此，RRU级联需要实现在上一级单元对下一级单元的数据进行数字信号的射频合并。合并后小区底噪恶化不超过9dB。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种射频合路下的MIMO信号解调方法，能够提升频谱效率和RB利用率，并扩大了合并小区用户容量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种射频合路下的MIMO信号解调方法，包括：

步骤(1)：获取不同用户终端发送的信号，其中，所述不同用户终端发送的信号由n个RRU上设置的m个天线获取得到，并且所述n个RRU均连接至一个RRU合并单元，所述RRU合并单元连接至BBU；

步骤(2)：通过所述RRU合并单元将与自身连接的n个RRU上相同编号天线接收到的信号进行合并，得到m组射频合并接收信号；

步骤(3)：当不同用户终端占用频域资源重叠时，在所述BBU中对所述m组射频合并接收信号进行正交化处理；

步骤(4)：对正交化处理后的m组射频合并接收信号通过解正交化处理，来解调出不同用户终端发送的数据。

所述步骤(2)具体为：通过所述RRU合并单元将与自身连接的n个RRU上相同编号天线接收到的信号进行时域累加合并，得到m组射频合并接收信号。

所述步骤(3)中的在所述BBU中对所述m组射频合并接收信号进行正交化处理，具体为：

获取每个用户终端发送信号对应的编码序列，每一组编码序列均包括若干编码，并且编码个数由用户终端个数最小值或天线个数最小值决定；

基于每一组射频合并接收信号，构建与每一组编码序列中编码个数相同的子载波，其中，每个子载波由每一组射频合并接收信号中不同用户终端的发送信号乘上不同编码序列的不同编码后求和构成，并且射频合并接收信号对应的所有子载波中相同用户终端的发送信号乘上的编码位于同一组编码序列。

所述步骤(4)具体为：对所述子载波进行解正交化处理，来解调出每个用户终端发送的数据，其中，所述解正交化满足：不同用户终端对应的编码点乘累加求和等于0，不同用户终端对应的编码与自身点乘累加求和等于1。

所述步骤(1)中的一个RRU合并单元最多连接8个RRU。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明能够实现对射频合路场景下的MIMO合并增强检测，进而解调出所需信号，能够取消常规射频合路场景下的用户分配调度限制，提升了频谱效率和RB利用率，扩大了合并小区用户容量；本发明解决了射频合并时，合并通道上不同用户所分配的RB资源不能重叠，否则等效于在时域上合并了干扰，从而严重影响目标用户解调的问题；本发明射频合并的用户频域资源不重叠的需求对调度算法要求较低，使得网络中用户RB利用率提高，使得网络频谱效率提高。

附图说明

图1是本发明背景技术中的RRU的级联示意图；

图2是本发明背景技术中的RRU射频合并示意图；

图3是本发明实施方式的RRU射频合并(单UE，射频不合路)示意图；

图4是本发明实施方式的RRU射频合并(单UE，射频合路)示意图；

图5是本发明实施方式的RRU射频合并(多UE，射频合路)示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

为清晰描述射频合并原理，参考RRU射频合并图3(单UE，射频不合路)所示，RRU合并单元#1，下连RRU#1和RRU#2，假设每个RRU有两天线接收，则RRU#1的两根接收天线信号的矩阵表达式为：

式中s⁽¹⁾为UE1的发送信号，该发送信号被RRU#1两根接收天线接收，记RRU#1的接收天线一的信道估计为上标括号中1表示RRU#1，即RRU编号；/>的下标中第一个1为RRU#1的第一根接收天线，第二个1表示UE1的发送天线编号，物理含义为UE1的发送天线1到RRU#1的接收天线1的信道估计，/>的上标括号中1表示RRU#1，即RRU编号；/>的下标中的1为RRU#1的接收天线编号，即接收天线1，同理r₁ ⁽¹⁾表示RRU#1的接收天线1上的接收信号。此处矩阵表达式第一行写为：

上式的物理含义为RRU#1的接收天线1上的接收信号r₁ ⁽¹⁾等于UE1的发送天线1到RRU#1的接收天线1的信道估计与UE1的发送信号s⁽¹⁾的乘积加上RRU#1接收天线1的白噪声/>

同理RRU#1的接收天线2上的接收信号等于UE1的发送天线1到RRU#1的接收天线2的信道估计/>与UE1的发送信号s⁽¹⁾的乘积加上RRU#1接收天线2的白噪声/>

将r₁ ⁽¹⁾和二者拼接起来即为前述的矩阵表达式。

同理可以得到RRU#2的两根接收天线信号，记为矩阵表达式为：

在多个RRU共小区场景中，如果不考虑RRU射频合路解决方案，即参考RRU射频合并图3(单UE，射频不合路)图示，可以看出，RRU合并单元#1与RRU#1和RRU#2所有接收天线相连接，所有通道的上行数据都在BBU中处理，常规做法就是对齐所有接收天线数据，按照普通多天线小区的数据处理方法进行MIMO合并。接收模型如下所示：

为简化标记，RRU#1上接收天线1和2的接收信号在RRU合并单元#1中被编号为1和2，RRU#2上接收天线1和2的接收信号在RRU合并单元#1中被编号为3和4，并去掉上标，按照此记法，则RRU合并单元#1中的接收信号矩阵表达式为：

从上式可以看出，在射频不合路场景，RRU合并单元将所有连接的RRU接收信号集中送给BBU处理，对两个RRU，每个RRU两接收天线而言，BBU看到是四天线接收。

如果BBU单元光口有限，只有两个光口，即RRU射频合并图4(单UE，射频合路)图示，此时RRU合并单元#1需要将下连的两个RRU的天线通道数据进行射频合路，常规实现方式表述为，将RRU#1的接收天线1上的接收信号r₁ ⁽¹⁾与RRU#2的接收天线1上的接收信号r₁ ⁽²⁾进行时域合并，即：

将RRU#1的接收天线2上的接收信号与RRU#2的接收天线2上的接收信号/>进行时域合并，即：

将对应通道射频合路的两路接收信号r₁＝r₁ ⁽¹⁾+r₁ ⁽²⁾与送往BBU处理，这就是RRU合并单元#1的射频合路处理流程。

常规RRU合并单元射频合路就是将不同RRU对应通道上时域数据进行合并，这在多RRU覆盖多UE场景下，必须保证这些UE所分配的频域资源不重叠，否则在射频合并时，会出现数据干扰，导致无法解调。按照RRU射频合并图5(多UE，射频合路)图示，得到RRU#1第一根接收天线收到的两个UE发射信号，其表达式为：

同理，得到RRU#2第一根接收天线收到的两个UE发射信号，其表达式为：

将RRU#1的接收天线1上的接收信号与RRU#2的接收天线1上的接收信号进行时域合并，即为：

同理，将RRU#1的接收天线2上的接收信号与RRU#2的接收天线2上的接收信号进行时域合并，即：

综合以上射频合并后的接收信号表达式，写为矩阵形式，得到：

RRU合并单元对不同RRU的相同编号通道信号进行合并，记为：

从如上表达式可以看出，对于UE1和UE2两用户占用相同频域资源，并进行射频合路这种场景下，信道估计只能得到两个方程式，即r₁和r₂，而未知数有四个，H₁₁、H₁₂、H₂₁和H₂₂，方程个数小于未知变量，无法进行信道估计，也就无法对接收信号做解调了。

如果UE1和UE2两用户占用不同频域资源，虽然进行射频合路，按照上式在频域进行信道估计，需要按照用户所占频域位置抽取对应子载波进行信道估计，这样只会存在一个用户，假设只抽取用户一(即UE1)所在频域位置，方程式变为如下：

此时即可进行信道估计，并解调出UE1的发送数据。由于UE1和UE2两用户占用不同频域资源，也可以解调出UE2的发送数据。

可见，在射频合路场景，如果多用户的分配频域位置重叠或者部分重叠，则无法进行有效的信道估计，从而无法进行数据解调。

鉴于此，本发明的实施方式涉及一种射频合路下的MIMO信号解调方法，以下进行详细介绍：

RRU合并单元对不同RRU的相同编号通道信号进行合并，记为R＝HS+N，矩阵表达式如下：

合并单元上的通道1的射频合并接收信号为：

R₁＝H₁₁*s⁽¹⁾+H₁₂*s⁽²⁾+N₁

合并单元上的通道2的射频合并接收信号为：

R₂＝H₂₁*s⁽¹⁾+H₂₂*s⁽²⁾+N₂

当UE1和UE2用户占用频域资源重叠或者部分重叠时，必须对信道进行正交化处理，从而在两个方程条件下，求解出H_ij四个未知信道，其中，i＝1,2，j＝1,2，并进一步解调出发送信号。

下面给出一种信道正交化处理示例：

在不同用户的发送序列上乘上对应的编码(可以理解为正交码，但是该编码本身不正交)，即对UE1的发送信号s⁽¹⁾乘上对应编码[P₁(1)P₁(2)]，UE2的发送信号s⁽²⁾乘上对应编码[P₂(1)P₂(2)]，则合并单元通道1的第一个子载波(括号内索引表示子载波)射频合并接收信号为：

R₁(1)＝H₁₁(1)*P₁(1)*s⁽¹⁾+H₁₂(1)*P₂(1)*s⁽²⁾+N₁ (1)

需要注意的是，上述公式s⁽¹⁾乘以P₁(1)可以得到正交序列P₁(1)*s⁽¹⁾，同理P₂(1)*s⁽²⁾也是正交序列。

同理合并单元通道1的第二个子载波(括号内索引表示子载波)射频合并接收信号为：

R₁(2)＝H₁₁(2)*P₁(2)*s⁽¹⁾+H₁₂(2)*P₂(2)*s⁽²⁾+N₁ (2)

其中，P₁(2)*s⁽¹⁾和P₂(2)*s⁽²⁾均为正交序列。

对合并单元通道1的用户1进行解扩(即解正交化处理)，可以得到：

R₁(1)*s^*(1)*P₁ ^*(1)+R₁(2)*s^*(1)*P₁ ^* (2)

＝H₁₁(1)*P₁(1)*s⁽¹⁾*s^*(1)*P₁ ^*(1)+H₁₂(1)*P₂(1)*s⁽²⁾*s^*(1)*P₁ ^*(1)+N₁(1)*s^*(1)*P₁ ^*(1)

+H₁₁(2)*P₁(2)*s⁽¹⁾*s^*(1)*P₁ ^*(2)+H₁₂(2)*P₂(2)*s⁽²⁾*s^*(1)*P₁ ^*(2)+N₁(2)*s^*(1)*P₁ ^*(2)

＝2H₁₁(1)+N′₁(1)+N′₁ (2)

这是因为由于正交码的设计保证，有s⁽ⁱ⁾*s^*(j)＝1， 由于两个子载波相距较近，信道值一致，即认为H₁₁(1)＝H₁₁(2)，H₁₂(1)＝H₁₂(2)，可以看到，用户2的干扰被消除。

进一步地，可以得到：

同理得到：

其中，为H₁₁(1)的信道估计值，/>为H₁₂(1)的信道估计值。

合并单元上的通道2的射频合并接收信号也都可以依次得到其信道估计值和/>

通过以上示例，只要对不同用户的发送序列s⁽¹⁾和s⁽²⁾，或者更多用户进行一个正交化序列处理，即便是用户所占频域位置相同，也可以得到合并单元上的不同通道的信道估计，从而解调出发送信号与/>

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (4)

1.一种射频合路下的MIMO信号解调方法，其特征在于，包括：

步骤(1)：获取不同用户终端发送的信号，其中，所述不同用户终端发送的信号由n个RRU上设置的m个天线获取得到，并且所述n个RRU均连接至一个RRU合并单元，

所述RRU合并单元连接至BBU；

步骤(2)：通过所述RRU合并单元将与自身连接的n个RRU上相同编号天线接收到的信号进行合并，得到m组射频合并接收信号；

步骤(3)：当不同用户终端占用频域资源重叠时，在所述BBU中对所述m组射频合并接收信号进行正交化处理；其中，在所述BBU中对所述m组射频合并接收信号进行正交化处理，具体为：

获取每个用户终端发送信号对应的编码序列，每一组编码序列均包括若干编码，并且编码个数由用户终端个数最小值或天线个数最小值决定；

基于每一组射频合并接收信号，构建与每一组编码序列中编码个数相同的子载波，其中，每个子载波由每一组射频合并接收信号中不同用户终端的发送信号乘上不同编码序列的不同编码并求和构成，并且射频合并接收信号对应的所有子载波中相同用户终端的发送信号乘上的编码位于同一组编码序列；

步骤(4)：对正交化处理后的m组射频合并接收信号通过解正交化处理，来解调出不同用户终端发送的数据。

2.根据权利要求1所述的射频合路下的MIMO信号解调方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：通过所述RRU合并单元将与自身连接的n个RRU上相同编号天线接收到的信号进行时域累加合并，得到m组射频合并接收信号。

3.根据权利要求1所述的射频合路下的MIMO信号解调方法，其特征在于，所述步骤(4)具体为：对所述子载波进行解正交化处理，来解调出每个用户终端发送的数据，其中，所述解正交化满足：不同用户终端对应的编码点乘累加求和等于0，不同用户终端对应的编码与自身点乘累加求和等于1。

4.根据权利要求1所述的射频合路下的MIMO信号解调方法，其特征在于，所述步骤(1)中的一个RRU合并单元最多连接8个RRU。