專利名稱:一種消除時分雙工蜂窩系統上行跨時隙干擾的方法
技術領域：
本發明涉及時分雙工模式下的無線蜂窩通信系統中的鄰小區干擾消除方法，尤其是上行鏈路中的跨時隙干擾的消除方法。
背景技術：
在移動通信系統中，雙工技術是無線資源分配的重要技術方案。移動通信系統的雙工方式主要有頻分雙工(FDD !Frequency Division Duplex)和時分雙工(TDD TimeDivision Duplex)兩種。頻分雙工技術是將上、下行鏈路分別部署到2個不重疊的頻率上，需要使用成對的頻率來實現雙工通信；時分雙工技術是將上、下行鏈路分配到同一個頻率上，上、下行鏈路分別占用不同的時間段。時分雙工技術采用單一頻率實現雙工通信，使其在頻率利用率方面具有極大的優勢，可以最大限度地利用無線電頻譜資源。
時分雙工技術的另一個特點是比頻分雙工技術更有效地支持非對稱數據業務。在頻分雙工系統中，上行鏈路與下行鏈路的資源比例由上行鏈路和下行鏈路所使用的頻段相對大小(通常大小相同)來確定，這個比例往往是固定的；在支持非對稱業務時，頻譜利用率將大大降低。而在時分雙工系統中，上行鏈路與下行鏈路的資源比例則由上行鏈路和下行鏈路所占用的時間之比來決定。在第三代移動通信系統以及未來的移動通信系統中，除了提供語音業務之外，數據和多媒體業務將成為主要內容。由于Internet、文件傳輸和多媒體業務通常上、下行容量不對稱，因此，如果采用頻分雙工技術支持這些業務，會造成上行或下行資源的浪費，或者需要通過十分復雜的控制措施來改善這種浪費現象。而時分雙工技術可以方便的通過調整上、下行時隙轉換點，改變上、下行時隙比例，從而很好地支持非對稱業務的傳輸。在提供網頁瀏覽、視頻點播等業務時，由于下行數據量明顯大于上行數據量，系統可以根據業務量的特點，配置下行時隙多于上行時隙，如下行和上行時隙比為7 : 1、6 : 2、5 3等；而在提供傳統的語音業務時，系統可以配置下行時隙等于上行時隙，如 I : I。
時分雙工技術在頻譜利用率和支持非對稱業務方面具有得天獨厚的優勢，能夠滿足通信系統對帶寬的要求以及頻率分配零散化的趨勢，使其在國際上受到越來越多的重視。特別是2007年11月，3GPP RANl會議通過了 27家公司聯署的LTE TDD融合幀結構的建議，統一了 LTE TDD的兩種幀結構。TDD幀結構的融合使得更多的廠商參與到TDD的標準化進程中，LTE TDD技術受到了廣泛的重視，其產業化進程也有了顯著的發展。
時分雙工技術可以通過改變上、下行時隙比例來充分使用無線資源，適應不同業務的非對稱特性。在蜂窩無線通信系統中采用時分雙工技術，每個小區可以根據自己當前數據業務的特點，靈活分配上、下行時隙比例，從而提高資源利用率。如表I所示，假設單個數據幀有6個時隙，根據各自的業務比例，小區C1分配4個時隙用于上行傳輸、2個時隙用于下行傳輸；小區C2分配I個時隙用于上行傳輸、5個時隙用于下行傳輸。
表1，小區時隙分配表
時隙編號 I r~2 ri ri ri r~6
小區 C1 TWBf~~TW~~TW~~TW~~TW
小區 c2 Bf~~TW~~Tl~~Tl~~Tl~~W
這樣，小區C1與(2之間的上、下行時隙分配比例呈現非對稱特點，從而產生了跨時隙區域。所謂跨時隙區域，就是指相鄰小區在同一時間內既存在上行傳輸的時隙段又存在下行傳輸的時隙段。例如表I中的第2、3、4號時隙組成的時隙段即為跨時隙區域。跨時隙區域是時分雙工蜂窩系統中特有的現象。跨時隙區域內相鄰小區之間的反向傳輸，給系統帶來了新的干擾鄰小區基站的下行發送信號對本小區基站的上行接收信號產生的干擾稱之為上行跨時隙干擾；鄰小區移動臺的上行發送信號對本小區移動臺的下行接收信號產生的干擾稱之為下行跨時隙干擾；兩者統稱為跨時隙干擾。如表I中的跨時隙區域，小區C1處于上行傳輸，基站接收信號，移動臺發送信號；小區C2處于下行傳輸，基站發送信號，移動臺接收信號。小區C1的基站在上行接收信號時，受到了來自小區C2的基站發送信號引起的上行跨時隙干擾。
消除跨時隙干擾，能有效提高系統性能。目前，國內外學者提出了一系列方案
公開號101515822的中國專利(“基于時分雙工系統的小區間干擾消除方法及裝置”)提出了一種無線通信時分雙工系統小區間干擾消除方法及裝置。該發明首先確定相鄰小區的物理幀中在時域上重疊且傳輸方式不同的一個或多個物理幀對，然后對于每個物理幀對，分別將物理幀對中的所有上行物理幀或所有下行物理幀設置為不發射信號。該發明雖然避免了跨時隙干擾的發生，但是這種禁止某方向傳輸的方式極大地浪費了無線資源，同時也失去了時分雙工有效支持非對稱業務傳輸的本質特性。
更多的消除跨時隙干擾的方法是通過動態時隙分配方案來降低跨時隙干擾的產生，從而有效抑制跨時隙干擾。H.哈斯和H.麥克勞克林(H.Haas and S. McLaughlin)在論文“A dynamic channel assignment algorithm for a hybridTDMA/CDMA-TDD interfaceusing the novel TS-opposing technique”(混合 TDMA/CDMA-TDD 系統中一種新的基于反向TS技術的動態信道分配算法，IEEE J. Select. Areas Commun. , vol. 19, no. 10,PP. 1831-1846，Oct. 2001)中提出了一種基于反向TS技術的集中式動態信道分配算法，該算法可以允許相鄰小區采用不同的上、下行時隙分配方法，并且不損失系統容量。I.斯派若普羅斯和J. R.吉德勒(I. Spyropoulos and J. R. Zeidler)提出了一種采用分布式動態時隙分配方法來降低跨時隙干擾發生的概率，并采用空時線性最小均方差聯合檢測方法消除剩余的小區間干擾，見論文 “Supporting asymmetric traffic in a TDD/CDMAc e 11 u I arnetwork via interference-aware dynamic channel allocation and space—timeLMMSEjoint detection”(通過干擾識別動態信道分配和空時LMMSE聯合檢測來支持TDD/CDMA 蜂窩系統中的非對稱業務，IEEE Trans. Veh. Technol.，vol. 58，no. 2，pp. 744-759，Feb. 2009)。時隙分配方案的本質是通過上、下行時隙的重新分配來盡可能地避免跨時隙干擾的產生，其存在的缺點是降低了頻譜利用率，并且需要復雜的時隙分配以及調度算法，也沒有從根源上去消除跨時隙干擾。
美國US7376394B2 號專利(“Method and system for wireless、communicationsusing anti-interference to increase data transmission rate，，,無線通信中通過使用抗干擾來增加數據傳輸速率的方法和系統)將信號在自相關域不重疊的特性應用到無線通信系統中，提出了一種基于自相關的信號發送和接收檢測方法。采用其方法，可以將在自相關域上互不重疊的信號(即自相關序列不同的信號)進行區分，并消除不需要的信號(即干擾)。利用信號在自相關域的不重疊的特性來區分信號的最大優勢就是不管干擾信號的功率有多強，都可以進行消除，并且接收端不需要知道信道狀態信息。但是由于時分雙工蜂窩系統中小區數量眾多，上、下行非對稱分布復雜且隨時變化，因此在時分雙工蜂窩系統采用該方法將使自相關序列數量過多；為了使眾多的自相關序列各不相同，必然導致每個自相關序列的長度超長，并且計算復雜度太大，以至于不能滿足實時通信的要求，從而該方法難以運用于時分雙工蜂窩系統中。
在時分雙工蜂窩系統的上行鏈路中，由于跨時隙區域的存在，基站會受到相鄰基 站的下行發送信號引起的上行跨時隙干擾。由于基站之間通常具有良好的傳輸路徑，并且基站的發射功率要遠遠大于移動臺的功率，因此上行跨時隙干擾會嚴重影響基站對本小區移動臺信號的接收。如何有效地消除該干擾，對系統性能的提升具有極大的研究價值。

發明內容
本發明的目的是提供一種消除時分雙工蜂窩系統上行跨時隙干擾的方法，該方法頻譜資源利用率高，對上行跨時隙干擾的消除效果好，對強上行跨時隙干擾均能有效消除。
本發明解決其技術問題，所采用的技術方案是
A、區群劃分與自相關序列的分配將蜂窩系統劃分為很多個互不重疊的區群，每個區群由N彡2個相鄰小區ICiIi = 1，2，...，N}構成；確定N個互不相同的序列IriIi =
1,2,... ,N};將這N個序列a，對應分配給各個區群內的N個小區Ci,任意兩個區群中分配了相同序列A的小區Ci之間的距離均相等；所有小區的基站配備一個發送天線，N個接收天線；
B、上行跨時隙區域確定每個小區(；的基站根據其業務情況確定將要處理的數據幀的上、下行時隙，并將該上、下行時隙分配情況廣播給與其緊鄰的N-I個小區，同時接收與其緊鄰的N-I個小區的上、下行時隙分配情況，確定出本小區在將要處理的數據幀的上行時隙段所處的跨時隙區域，并統計出該上行跨時隙區域內的處于下行的緊鄰小區的個數
Nbs(Nbs^N-I)；
C、發送信號預處理每個小區Ci根據所分配的序列IV對數據幀的發送信號進行預處理，使得同一個小區Ci內所有用戶的發射信號的自相關序列等于序列A ；
D、接收信號自適應處理處于上行時隙段且跨時隙區域的基站在接收數據幀時，啟用NBS+1個接收天線；對1+1個接收天線接收到的信號采用基于自相關的信號檢測算法進行自適應處理，消除上行跨時隙干擾，再采用發送信號預處理的逆處理方法恢復出發送端的信號；處于其它上行時隙段的基站，則啟用I個接收天線，對接收天線接收到的信號直接采用發送信號預處理的逆處理方法恢復出發送端的信號；
E、重復 B、C、D 步驟。
與現有技術相比，本發明的有益效果是
I、本發明將整個蜂窩系統劃分為很多個互不重疊的區群，每個區群由緊鄰的N個小區構成，N個自相關序列分配給同一個區群內的N個小區，并在所有區群內重復使用這N個自相關序列。相鄰區群中分配了相同序列^的小區Ci之間的距離相等，使得任何一個小區與其緊鄰的N-I個小區所分配的自相關序列互不相同；相鄰的N-I個小區對該小區構成干擾，其他小區相隔遠，對該小區干擾小，可以忽略不計；因此對任意一個小區均可使用這N個序列對緊鄰的N-I個小區進行自相關信號的檢測與處理；從而本發明只需要N個序列即可完成小區數量遠遠大于N的整個蜂窩系統的自相關序列分配，大大減少了所需的序列個數。由于序列個數少，序列的長度也大大縮短，減小了發送信號預處理器的設計與加工難度，也減少基站接收天線的個數，同時整個系統的信號預處理、自適應檢測處理及信號逆預處理等過程的運算復雜度均大大降低，處理速度快，能夠滿足系統實時通信的需求，從而使得自相關的信號發送和接收檢測方法可以用于實際的時分雙工蜂窩系統中消除上行跨時隙干擾。[0023]2、本發明的信號預處理是使發送信號的自相關序列與所分配的序列相等，但并不改變發送信號本身的長度，也即并不需要占用額外的頻譜資源，因此本發明的頻譜資源利用高。
3、本發明的自適應檢測處理不需要知道每個信道的狀態信息，從而不需要進行復雜的信道估計，因此，本發明對上行跨時隙干擾消除效果有效、可靠。
4、本發明利用信號在自相關域不重疊的性質來消除上行跨時隙干擾，本基站接收天線上接收下來的所有信號中，無論干擾信號有多強，只要其自相關序列與本小區分配的自相關序列不同，均判定為來自其他小區的干擾，并通過自適應檢測進行消除。因此，本發明特別適用于對強上行跨時隙干擾的消除。
下面結合附圖和具體實施方式
，對本發明作進一步地詳細說明。


圖I為本發明實施例的區群劃分及自相關序列分配圖。
圖2為基站在遭受不同上行跨時隙干擾個數情況下，采用本發明前后的上行鏈路信噪比性能結果比較圖。橫坐標表示上行跨時隙干擾個數；縱坐標表示信噪比(SINR)。
圖3為基站使用不同的發射功率時，采用本發明前后的上行鏈路信噪比性能結果比較圖。橫坐標表示基站的發射功率；縱坐標表示信噪比(SINR)；
圖2、圖3中，帶符號的曲線為采用本發明的結果；帶符號“〇”的曲線為未采用本發明的結果；帶符號“□”的虛線為理論上完全消除上行跨時隙干擾后的結果。
具體實施方式
實施例
本發明的一種具體實施方式
，一種消除時分雙工蜂窩系統上行跨時隙干擾的方法，其步驟是
A、區群劃分與自相關序列的分配將蜂窩系統劃分為很多個互不重疊的區群，每個區群由N彡2個相鄰小區ICiIi = 1，2，...，N}構成；確定N個互不相同的序列IriIi =
1,2,... ,N};將這N個序列a，對應分配給各個區群內的N個小區Ci,任意兩個區群中分配了相同序列A的小區Ci之間的距離均相等；所有小區的基站配備一個發送天線，N個接收天線。
N個互不相同的序列Iri I i = 1,2, . . . , N}是指這N個序列構成的矩陣T =Lr1Y2. . . rN]為列滿秩矩陣。
本實施例中
每個區群的小區數N= 7，每個自相關序列的長度取8。7個互不相同的序列IriIi=1,2, ... ,7}取以下 7個:
a = [10000000]T ;
r2 =T ；
r3 =T ;r4 =T ；
r5 =T ;
r6 =T ；
r7=T
圖I示出，每一粗線框內的7個小區構成本實施例的一個區群；將7個序列按圖I方式分配給蜂窩系統中的各個區群內的7個小區ICiIi = 1，2，...，7};任兩個區群中分配了相同序列A的同序號小區Ci之間的距離均相等，如圖I中，中央灰色區群的C1小區與相鄰的右下角區群中的C1小區的距離同中央灰色區群的C2小區與相鄰的右下角區群中的C2小區的距離相等。因此，對于任意一個小區Ci而言，其緊鄰的6個小區所分配的序列和自身所分配的序列互不相同。如圖I中，中央灰色區群中的C5小區，其緊鄰的6個小區分別為
C4> C7> C3> C2> C6,對應分配的序列分別為rp r4、r7、r3、r2、r6 ;從而對于任意一個小區Ci,只需考慮來自周邊第一層的6個緊鄰小區的上行跨時隙干擾。
所有小區Ci的基站配備I個發送天線，7個接收天線。
B、上行跨時隙區域確定每個小區Ci的基站根據其業務情況確定將要處理的數據幀的上、下行時隙，并將該上、下行時隙分配情況廣播給與其緊鄰的N-I = 6個小區，同時接收與其緊鄰的6個小區的上、下行時隙分配情況，確定出本小區在將要處理的數據幀的上行時隙段所處的跨時隙區域，并統計出該上行跨時隙區域內的處于下行的緊鄰小區的個數
Nbs(Nbs^N-I)；
以附圖I中中央灰色區群中的小區C1為例，其將遭受來自緊鄰的C2至(7共6個小區的干擾。假設一個數據幀有8個時隙。這7個小區的上、下行時隙分配情況如表2所
/Jn o
表2，附圖I中央灰色區群中的7個小區的時隙分配表
時隙編號~/~i r~2r~5 r~6 ri r~8
小區 C1 TWTWTWTWTWTWTWTW 小區 c2 TWTWTWTWTWTWTWTW 小區 c3 BfTlTlTWTlW
權利要求
1.一種消除時分雙工蜂窩系統上行跨時隙干擾的方法，其步驟是 A、區群劃分與自相關序列的分配將蜂窩系統劃分為很多個互不重疊的區群，每個區群由N彡2個相鄰小區ICiIi = 1,2, , N}構成；確定N個互不相同的序列IriIi = 1，.2,...,N};將這N個序列a，對應分配給各個區群內的N個小區Ci,任意兩個區群中分配了相同序列A的小區Ci之間的距離均相等；所有小區的基站配備一個發送天線，N個接收天線. B、上行跨時隙區域確定每個小區(；的基站根據其業務情況確定將要處理的數據幀的上、下行時隙，并將該上、下行時隙分配情況廣播給與其緊鄰的N-I個小區，同時接收與其緊鄰的N-I個小區的上、下行時隙分配情況，確定出本小區在將要處理的數據幀的上行時隙段所處的跨時隙區域，并統計出該上行跨時隙區域內的處于下行的緊鄰小區的個數Nbs，其中 Nbs ( N-I ； C、發送信號預處理每個小區Ci根據所分配的序列對數據幀的發送信號進行預處理，使得同一個小區Ci內所有用戶的發射信號的自相關序列等于序列& ； D、接收信號自適應處理處于上行時隙段且跨時隙區域的基站在接收數據幀時，啟用Nbs+1個接收天線；對乂3+1個接收天線接收到的信號采用基于自相關的信號檢測算法進行自適應處理，消除上行跨時隙干擾，再采用發送信號預處理的逆處理方法恢復出發送端的信號；處于其它上行時隙段的基站，則啟用I個接收天線，對接收天線接收到的信號直接采用發送信號預處理的逆處理方法恢復出發送端的信號； E、重復B、C、D步驟。
專利摘要
一種消除時分雙工蜂窩系統上行跨時隙干擾的方法。其步驟是A、將蜂窩系統劃分為多個不重疊的區群，每個區群由N個相鄰小區構成；將N個互不相同的序列對應分配給各個區群內的N個小區；B、每個小區的基站根據業務情況確定上行時隙段所處的跨時隙區域，并統計出該上行跨時隙區域內處于下行的緊鄰小區的個數；C、對發送信號進行預處理，使同一個小區內所有用戶發送信號的自相關序列等于分配的序列；D、接收信號采用基于自相關的信號檢測算法進行自適應處理，消除上行跨時隙干擾，再采用逆處理方法恢復出發送端的信號。該方法頻譜資源利用率高，對上行跨時隙干擾的消除效果好，對強上行跨時隙干擾均能有效消除。
文檔編號H04W72/08GKCN101795458 B發布類型授權 專利申請號CN 201010028061
公開日2012年8月22日 申請日期2010年1月11日
發明者范平志, 虞凱, 郝莉 申請人:西南交通大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan