專利名稱：一種多用戶分布式天線系統(tǒng)上行鏈路接收方法
技術領域：
本發(fā)明屬于無線通信領域，分布式天線通信系統(tǒng)， 一種多用戶條件下上行鏈路接收方法。
背景技術：
在無線通信系統(tǒng)中，頻譜資源是有限的，而用戶對于高速數(shù)據(jù)通信需求迅速增長。由 于傳統(tǒng)蜂窩小區(qū)結(jié)構(gòu)容量已經(jīng)不能滿足無線通信的需求，以多輸入多輸出(MIM0)技術為 代表的，利用空間資源復用增加系統(tǒng)容量的組網(wǎng)方式成為研究的熱點。從一定角度上講空 間資源與時頻資源相比幾乎是無限可利用的，或者說是取之不盡的。開發(fā)空間資源的角度 來進一步提高無線系統(tǒng)的頻譜利用率。為了提高空間資源的利用率，人們進行了廣泛而深 入的研究，智能天線、時空編碼，分布式天線等新興研究領域正是因此而蓬勃發(fā)展起來。 分布式天線系統(tǒng)(Distributed Antenna System)利用了多輸入多輸出(MIM0)技術的基 本思想，利用空間分集特性，可以提供很好的覆蓋，提高系統(tǒng)容量。分布式天線系統(tǒng)采用 分布式放置天線。天線通常高密度敷設，以充分利用空間資源。在分布式天線系統(tǒng)中，由于天線和用戶數(shù)量相當大，計算復雜度也很高。因此，分布式天 線系統(tǒng)中有效的多用戶解調(diào)方案非常重要。另一方面，在分布式系統(tǒng)中，天線相對蜂窩小 區(qū)天線通常具有成本低、密度高等特點，某一時刻激活的用戶數(shù)可能不大于天線數(shù)目，造 成用戶稀疏的局面。在這種條件下，多用戶信號檢測可能采用復雜度較低的算法獲得較好 的通信質(zhì)量。東南大學與都科摩(北京)通信技術研究中心有限公司專利"分布式天線系統(tǒng)及其通 信方法"提出了在小區(qū)化結(jié)構(gòu)下，采用分布式天線在一個小區(qū)內(nèi)與用戶進行通信，送至中 央處理單元進行信號處理的一種組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。這種方法類似于小區(qū)分裂和采用微小區(qū)提高系 統(tǒng)容量的方式。其另一專利"一種分布天線移動通信系統(tǒng)中的上行鏈路接收方法及設備" 提出了在接收天線采用MIMO技術條件下，通過計算接收信號的自相關矩陣，經(jīng)特征值分解判斷子信道增益，從而選擇通信質(zhì)量較好的多信道進行上行信號接收和解調(diào)的方法，從而 利用了空間分集的好處。這種方法沒有充分利用多路信號空間自由度和信號聯(lián)合處理增益。 在用戶移動過程中仍然存在切換問題。本發(fā)明涉及的分布式天線系統(tǒng)中上行鏈路的接收方法和裝置，在激活用戶對天線數(shù)目 稀疏的場景下，提出一種計算復雜度較低的多用戶檢測策略。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出一種在無線分布式天線系統(tǒng)中進行上行鏈路接收的方法和裝置，可以在激 活用戶不大于天線數(shù)目的條件下，融合MIMO空間復用的容量優(yōu)勢、干擾抵消技術和MIMO 檢測在信號處理角度的優(yōu)勢，降低了系統(tǒng)需求的復雜度，為分布式天線系統(tǒng)分布式計算提 供了一種處理結(jié)構(gòu)。本發(fā)明涉及的無線分布式天線系統(tǒng)由分布式天線、移動終端和分布式中心處理節(jié)點組 成， 一個系統(tǒng)可以有一個或多個處理節(jié)點，天線和處理節(jié)點由有線網(wǎng)絡相連，如圖1所示。 多中心處理節(jié)點接收并聯(lián)合處理來自分布式天線接收到的信號。同時，分布式中心處理節(jié) 點亦可進行分布式計算。一種多用戶分布式天線系統(tǒng)上行鏈路接收方法，所述方法依次含有以下步驟步驟(1):初始化所述分布式天線系統(tǒng)由分布式天線、移動終端和至少一個分布式中心處理節(jié)點組成，分布式天線和分布式中心處理節(jié)點由有線網(wǎng)絡相連；在所述每個分布式中心處理節(jié)點設有依次串聯(lián)的以下幾個模塊大尺度衰落估計模塊、分組判斷模塊、以及MIMO檢測模塊，其中大尺度衰落估計模塊，在一個設定的時間片段，激活用戶數(shù)M和天線數(shù)7V滿足MSiV 時，所述模塊接收到M個用戶的信號，并通過接收信號的實時值和歷史數(shù)據(jù)對各移動終端與各個天線上行鏈路進行大尺度衰落估計，得到信道矩陣；分組判斷模塊，收到大尺度衰落估計模塊相應的信道矩陣后，通過對該矩陣進行奇異值分解，該矩陣非零對角線上的元素個數(shù)為M，與激活用戶數(shù)目相等。然后，根據(jù)地理位置 接近的用戶具有的特征值大小接近的原則，對用戶進行分組；MIM0檢測模塊，在收到分組判斷模塊相應的分組信息后，對每組和信號進行MIMO檢領lj，解調(diào)出每組用戶原始信號；步驟(2): M個激活用戶收到的iV個天線信息，所述中的處理節(jié)點，按步驟(1)所述方 法得到多用戶信號；所述大尺度衰落估計模塊利用實時接收到數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)對大尺度衰落進行估計，依系 統(tǒng)實現(xiàn)需要確定發(fā)導頻的頻率；在各中心處理節(jié)點內(nèi)，在所述的分組判斷模塊和MIMO檢測模塊之間串聯(lián)一個干擾抵消 模塊，利用分組判斷模塊輸出的分組信號，對多天線接收信號進行分組，在利用干擾抵消 模塊增加組間信號處理，結(jié)合MIMO檢測模塊解出所有用戶的信號。所述干擾抵消技術是串行干擾抵消技術(SIC)或并行干擾抵消技術(PIC);通過地理位置對用戶進行分組；通過高層管理的人為劃分進行分組；根據(jù)本發(fā)明進行分布式天線系統(tǒng)上行鏈路的接收， 可以在激活用戶M和天線數(shù)7V滿足MSiV情況下，通過大尺度衰落信息、高層管理層指令 等對用戶進行分組，降低MIMO檢測的復雜度和準確度，從而提高多用戶系統(tǒng)的通信質(zhì)量。
圖l表示本發(fā)明所述的分布式無線系統(tǒng)中構(gòu)成和多中心處理節(jié)點信號處理示意圖。圖 l-a為分布式天線系統(tǒng)激活用戶分組示意圖，其中O表示激活的移動終端，T表示分布式天 線；圖l-b為分布式天線系統(tǒng)分布處理模式示意圖。圖2表示本發(fā)明所述的分布式無線系統(tǒng)中多用戶上行鏈路接收裝置。其中模塊3虛線表 示可選。
具體實施方式
為了達到本發(fā)明的目的，采用以下技術方案(1) 在一固定時間片段，被激活用戶數(shù)相對天線數(shù)目稀疏的情況下，對用戶進行分組， 進行多用戶信號檢測；(2) 對(2)中每組信號，利用MIMO檢測技術得到多用戶信號；(3) 為了提高性能，步驟(2)中也可以根據(jù)各組信號質(zhì)量，在組間采用干擾抵消方法 解調(diào)各組，然后每組采用MIM0檢測技術。在所述步驟(1)中，在某一時間片段，激活用戶M和天線數(shù)iV滿足M《iV。激活 用戶可以與所有W根天線進行通信。對用戶進行分組方法包括
(1)通過信道大尺度衰落性能指標，如各用戶接收信號的SNR大小，信道自相關矩陣 的SVD分解等方法；天線將接收到用戶信號送至該天線所連接的中心處理單元，中心處理 單元通過導頻對各移動終端與各天線上行鏈路進行大尺度衰落估計，得到信道矩陣
<formula>formula see original document page 7</formula>
公式一
其中~為第z'個用戶對第y根天線的信道增益，通過奇異值分解得到/f皿=t/^Vr ，其中A 為一對角陣，C^為MxM維，F(xiàn)為iVx7V維的酉矩陣。對角陣A的秩(非零奇異值的個數(shù)) 描述了多用戶信道的相關性。當用戶比較分散時，激活用戶對分布式天線大尺度衰落使得 各用戶信道可以認為是不相關的；當用戶比較集中時，激活用戶在空間上的快衰落也可以 認為是不相關的。且M《iV，故A矩陣非零對角線上元素與激活用戶數(shù)M相等。
由于信道矩陣/f皿反映了用戶信道在大尺度上的特征，大尺度衰落相近，或者說地理位 置接近的用戶具有特征值大小接近?，F(xiàn)根據(jù)獲得A對角線元素對用戶進行分組，如圖1 (a) 所示。分組精度可以根據(jù)中心處理節(jié)點的計算能力和業(yè)務要求等系統(tǒng)參數(shù)決定和調(diào)整。
(2) 通過地理位置信息對用戶進行分組通過系統(tǒng)中的地理位置信息，對用戶進行分組；
(3) 通過高層管理的人為劃分進行分組；根據(jù)用戶的身份或者權(quán)限等信息對用戶進行分
組；
(4) 以及以上兩個或多個方法的組合對用戶進行分組； 通過分組，每次進行解調(diào)的用戶數(shù)大大減少，從而減小計算復雜度。
在通信質(zhì)量要求比較高情況下，組間可以采用干擾抵消技術進行多用戶信號解調(diào)。中心 處理節(jié)點通過分組信息，得到各組用戶的和信號。由于每組用戶信號的大尺度衰落差別較 大，采用干擾抵消技術可以獲得很好的檢測性能?，F(xiàn)有的干擾抵消技術主要包括PIC (并行 干擾抵消技術)，SIC (串行干擾抵消技術)等。附圖2給出了本發(fā)明上行接收裝置系統(tǒng)框 圖。干擾抵消在模塊3中完成。這里模塊3可選。
每組信號由于大尺度衰落接近，而小尺度快衰落不相關，采用MIM0檢測技術，如MMSE(最 小均方誤差)，ZF(迫零)算法，可以得到很好的檢測性能。該功能在附圖2模塊4中完成。下面對附圖2分布式無線系統(tǒng)中多用戶上行鏈路接收裝置進行說明
1. 大尺度衰落估計模塊可以置于天線上行接收裝置或者中心處理節(jié)點中，完成通過 導頻估計多用戶大尺度衰落作用。實時大尺度衰落估計需要在每個時間片段對信道狀況作 出實時估計；在用戶一直處于激活狀態(tài)的應用場景下，大尺度的衰落估計也可以非實時的 方法，例如在平衰落的條件下，保存信道估計歷史，在兩鄰時間片段內(nèi)發(fā)一次導頻，降低 導頻開銷。模塊l輸出為信道矩陣，如公式一。
2. 分組判斷模塊該模塊置于中心處理節(jié)點中，接收由模塊l傳送的信道大尺度衰落 信息，對其進行奇異值分解，利用奇異值大小和聚集狀況進行分組，并將分組信息輸出給 模塊3。
3. 干擾抵消算法模塊模塊3置于中央處理節(jié)點，根據(jù)模塊2輸出的分組信息，將各 天線接收信號進行分組，利用干擾抵消技術進行解調(diào)。這里由于可以采用SIC (串行干擾抵 消)和PIC (并行干擾抵消)算法，因此計算可以是分布式的計算，可以位于一個或多個中 央處理節(jié)點。將解調(diào)信號輸出給模塊4。
4. MIM0檢測模塊模塊4置于中央處理節(jié)點。接收每組解調(diào)和信號，進行MIM0檢測， 輸出最終多用戶信號。
上述4個模塊之間串行工作，模塊內(nèi)部根據(jù)可以在一個或多個中央處理節(jié)點串行或并行 計算。
下面結(jié)合附圖進行進一步的說明。給出一個所述的分布式無線系統(tǒng)中多用戶上行鏈路接 收實例。
對一擁有50根分布式天線， 一個中心處理節(jié)點的分布式天線系統(tǒng)，某一時間片段激活 用戶數(shù)為30。 30個用戶在該時間片段發(fā)送100個符號，前5個為導頻，由此估計出各用戶 的大尺度衰落矩陣//3。,5。。根據(jù)公式二，對//3。，5。進行奇異值分解得到對角矩陣八3。，5。，主對 角線元素共有30個非零元素，根據(jù)奇異值大小聚集程度，將30個用戶分為6組，將每組 信號看作一個用戶的信號。通過干擾抵消算法得到每組信號，最后，每組信號內(nèi)部采用MMSE 算法得到每個用戶的信號。
以上為一個分布式無線系統(tǒng)中多用戶上行鏈路接收實例，任何利用附圖2中所述上行信 號接收方發(fā)都在本專利保護范圍。
權(quán)利要求
1. 一種多用戶分布式天線系統(tǒng)上行鏈路接收方法，其特征在于，所述方法依次含有以下步驟步驟(1)初始化所述分布式天線系統(tǒng)由分布式天線、移動終端和至少一個分布式中心處理節(jié)點組成，分布式天線和分布式中心處理節(jié)點由有線網(wǎng)絡相連；在所述每個分布式中心處理節(jié)點設有依次串聯(lián)的以下幾個模塊大尺度衰落估計模塊、分組判斷模塊、以及MIMO檢測模塊，其中大尺度衰落估計模塊，在一個設定的時間片段，激活用戶數(shù)M和天線數(shù)N滿足M≤N時，所述模塊接收到M個用戶的信號，并通過接收信號的實時值和歷史數(shù)據(jù)對各移動終端與各個天線上行鏈路進行大尺度衰落估計，得到信道矩陣；分組判斷模塊，收到大尺度衰落估計模塊相應的信道矩陣后，通過對該矩陣進行奇異值分解，該矩陣非零對角線上的元素個數(shù)為M，與激活用戶數(shù)目相等。然后，根據(jù)地理位置接近的用戶具有的特征值大小接近的原則，對用戶進行分組；MIMO檢測模塊，在收到分組判斷模塊相應的分組信息后，對每組和信號進行MIMO檢測，解調(diào)出每組用戶原始信號；步驟(2)M個激活用戶收到的N個天線信息，所述中的處理節(jié)點，按步驟(1)所述方法得到多用戶信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種多用戶分布式天線系統(tǒng)上行鏈路接收方法，其特征在于所述大尺度衰落估計模塊在平衰落的情況下，利用非實時接收數(shù)據(jù)對大尺度衰落進行估 計，依系統(tǒng)實現(xiàn)需要確定發(fā)導頻的頻率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多用戶分布式天線系統(tǒng)上行鏈路接收方法，其特征在 于，在各中心處理節(jié)點內(nèi)，在所述的分組判斷模塊和MIMO檢測模塊之間串聯(lián)一個干擾抵消模 塊，利用分組判斷模塊輸出的分組信號，對多天線接收信號進行分組，在利用干擾抵消模塊 增加組間信號處理，結(jié)合MIM0檢測模塊解出所有用戶的信號。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種多用戶分布式無線系統(tǒng)上行鏈路接收方法，其特征在 于，所述干擾抵消技術是串行干擾抵消技術(SIC)或并行干擾抵消技術(PIC)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種多用戶分布式無線系統(tǒng)上行鏈路接收方法，其特征在 于，通過地理位置對用戶進行分組。
6.根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種多用戶分布式無線系統(tǒng)上行鏈路接收方法，其特征在 于，通過高層管理的人為劃分進行分組。
全文摘要
一種多用戶分布式天線系統(tǒng)上行鏈路接收方法涉及一種在多用戶分布式天線系統(tǒng)中，上行鏈路利用大尺度衰落信息將用戶分組，組間通過干擾抵消技術進行和信號的檢測，組內(nèi)通過MIMO檢測技術得到原始信號，其特征在于在一固定時間片段，被激活用戶數(shù)相對天線數(shù)目稀疏的情況下，對分布式多天線大尺度衰落信道進行奇異值分解，根據(jù)奇異值對用戶進行分組，并按上述方法對每組的和信號進行檢測，在組間利用MIMO檢測技術得到多用戶信號。所述裝置位于分布式天線系統(tǒng)的中心處理節(jié)點，包括四個模塊大尺度衰落估計模塊、分組判斷模塊、干擾抵消算法模塊、MIMO檢測模塊。所述方法可以在分布式天線系統(tǒng)中，激活用戶數(shù)不大于天線數(shù)目的情況下實現(xiàn)計算復雜度較低的多用戶信號接收及檢測。
文檔編號H04B7/04GK101277140SQ20081010617
公開日2008年10月1日 申請日期2008年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月9日
發(fā)明者丁國鵬, 丁宗睿, 周春暉, 琳 孟, 張秀軍, 肖立民, 明 趙, 高群毅 申請人:清華大學;北京久華信信息技術有限公司