密集分布式無線網(wǎng)絡(luò)動態(tài)導(dǎo)頻復(fù)用信道估計與導(dǎo)頻分配方法
【專利摘要】本發(fā)明提出密集分布式無線網(wǎng)絡(luò)動態(tài)導(dǎo)頻復(fù)用信道估計與導(dǎo)頻分配方法。小區(qū)內(nèi)密集布設(shè)遠程接入單元RAU，所有RAU通過高速回程鏈路與中心處理單元相連，在同一時頻資源上多個用戶與其相鄰的RAU進行無線通信。在導(dǎo)頻資源受限的場景下，根據(jù)各用戶的大尺度衰落信道信息在同一時頻資源上復(fù)用導(dǎo)頻，并根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)的變化，實施動態(tài)導(dǎo)頻復(fù)用信道估計。中心處理單元利用獲取的用戶大尺度衰落信道信息，為各調(diào)度用戶分配導(dǎo)頻信號。各調(diào)度用戶發(fā)送各自分配到的導(dǎo)頻信號，RAU依據(jù)不同的導(dǎo)頻復(fù)用因子估計信道參數(shù)并統(tǒng)計信道估計誤差，最后RAU利用信道估計值設(shè)計上行接收機和下行發(fā)送預(yù)編碼。本發(fā)明使得密集分布式無線網(wǎng)絡(luò)具有頻譜效率高、功率效率高和所需導(dǎo)頻開銷低的優(yōu)點。
【專利說明】密集分布式無線網(wǎng)絡(luò)動態(tài)導(dǎo)頻復(fù)用信道估計與導(dǎo)頻分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多天線無線通信信道估計與導(dǎo)頻分配方法，尤其涉及一種密集分布式無線網(wǎng)絡(luò)動態(tài)導(dǎo)頻復(fù)用信道估計與導(dǎo)頻分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為滿足未來移動通信應(yīng)用需求，在基站端密集布設(shè)天線陣列，以深度挖掘利用空間維度資源，成為未來無線通信的發(fā)展趨勢之一。而密集分布式無線通信系統(tǒng)將基站端密集布設(shè)的天線陣列采用分布式方式在小區(qū)中密集布設(shè)遠程接入單元(RAU)，每個RAU與中心處理單元通過光纖或者高速鏈路相連。小區(qū)通過密集布設(shè)RAU可以進一步縮短用戶和天線間的接入距離，從而獲得低傳播損耗和高空間復(fù)用的優(yōu)勢，提高系統(tǒng)頻譜效率和功率效率。
[0003]實際通信系統(tǒng)通常使用基于導(dǎo)頻輔助的信道估計方法，為了獲得較好的信道估計，用戶需要使用正交導(dǎo)頻。但是信道的相干時間長度通常不能支持大量的用戶使用正交導(dǎo)頻。為了減少導(dǎo)頻開銷，需要靠導(dǎo)頻復(fù)用信道估計方法支持更多的用戶，但是用戶發(fā)送非正交的訓(xùn)練序列會造成基站端上行信道估計被其他的用戶發(fā)送訓(xùn)練序列所污染，從而會帶來導(dǎo)頻污染問題。導(dǎo)頻污染問題是制約密集分布式無線通信系統(tǒng)性能的瓶頸問題之一。本發(fā)明提出一種導(dǎo)頻復(fù)用信道估計與導(dǎo)頻分配方法，其實現(xiàn)復(fù)雜度低，在減少導(dǎo)頻開銷的同時，可有效地降低導(dǎo)頻污染的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是提供一種密集分布式無線網(wǎng)絡(luò)動態(tài)導(dǎo)頻復(fù)用信道估計與導(dǎo)頻分配方法，節(jié)省系統(tǒng)的導(dǎo)頻開銷，提高系統(tǒng)頻譜效率和功率效率。該方法基本特點是，小區(qū)內(nèi)在同一資源上通信的不同用戶所使用的導(dǎo)頻信號不要求完全正交，不同用戶根據(jù)用戶大尺度衰落信道信息進行動態(tài)導(dǎo)頻復(fù)用信道估計，并且實施導(dǎo)頻分配，使得所需優(yōu)化的系統(tǒng)性能最優(yōu)。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明提出了一種密集分布式無線網(wǎng)絡(luò)動態(tài)導(dǎo)頻復(fù)用信道估計與導(dǎo)頻分配方法，具有以下特征:
[0006]a.小區(qū)密集布設(shè)遠程接入單元(RAU)，所有RAU通過高速回程鏈路與中心處理單元相連，在同一時頻資源上多個用戶與相鄰的RAU進行無線通信，通信的上下行采用時分雙工TDD方式，通信過程包括上行信道探測和導(dǎo)頻分配、上行信道訓(xùn)練、上行數(shù)據(jù)傳輸、下行數(shù)據(jù)傳輸四個階段；
[0007]b.在上行信道探測和導(dǎo)頻分配階段，RAU依據(jù)接收到的探測信號獲取各用戶的大尺度衰落信道信息，并回傳給中心處理單元；中心處理單元利用大尺度衰落信道信息，進行導(dǎo)頻分配，確定各用戶所使用的導(dǎo)頻信號；
[0008]c.在上行信道訓(xùn)練階段，各用戶在同一時頻資源上周期性地發(fā)送各自所分配到的導(dǎo)頻信號，RAU依據(jù)收到的導(dǎo)頻信號進行各用戶的信道估計；
[0009]d.隨著系統(tǒng)參數(shù)變化，即用戶數(shù)的增減，用戶移動位置的更新，以及不同的應(yīng)用場景，需要實施動態(tài)復(fù)用導(dǎo)頻信道估計和導(dǎo)頻分配；
[0010]e.在上行數(shù)據(jù)傳輸、下行數(shù)據(jù)傳輸階段，RAU利用信道估計以及估計誤差的統(tǒng)計特性對上、下行鏈路數(shù)據(jù)信號進行處理。
[0011]所述的導(dǎo)頻分配在中心處理單元依據(jù)各用戶的大尺度衰落信道信息完成，中心處理單元依據(jù)信道估計均方誤差之和最小準則，或者上下行加權(quán)凈遍歷和速率最大準則，對小區(qū)中的用戶及導(dǎo)頻資源進行調(diào)度，確定最佳的導(dǎo)頻復(fù)用模式，即各用戶使用的導(dǎo)頻信號，導(dǎo)頻分配可以通過低復(fù)雜度的用戶排序分組法實施。
[0012]在上行信道訓(xùn)練階段，各調(diào)度用戶在給定的時頻資源上發(fā)送各自所分配到的導(dǎo)頻信號，不同用戶所使用的導(dǎo)頻不要求完全正交，不同用戶之間可以復(fù)用相同的導(dǎo)頻。RAU利用接收到的上行導(dǎo)頻信號和各用戶信道的大尺度衰落信道信息，實現(xiàn)各調(diào)度用戶的最小均方誤差信道估計，獲得信道矢量的估計值及其均方誤差。
[0013]所述的動態(tài)復(fù)用導(dǎo)頻信道估計是指當(dāng)用戶大尺衰落信道信息發(fā)生變化，需要動態(tài)的更新導(dǎo)頻分配結(jié)果，各調(diào)度用戶發(fā)送各自重新分配的導(dǎo)頻，RAU對各調(diào)度用戶進行最小均方誤差信道估計。
[0014]所述的用戶排序分組法主要思想是首先根據(jù)導(dǎo)頻因子τ =丨計算各用戶的性能，并依據(jù)各用戶性能大小重新排序；然后導(dǎo)頻因子τ = τ+l，將性能最佳的前τ個用戶分配到τ組，剩余的K-τ個用戶按照貪婪的方式分配到τ組使得系統(tǒng)性能最優(yōu)，并決定各組所分配的導(dǎo)頻；最后比較當(dāng)前導(dǎo)頻復(fù)用因子與前一導(dǎo)頻復(fù)用因子下的系統(tǒng)性能，若當(dāng)前導(dǎo)頻復(fù)用因子下的系統(tǒng)性能較優(yōu)，則增加導(dǎo)頻因子重新分配導(dǎo)頻，若前一導(dǎo)頻復(fù)用因子下的系統(tǒng)性能較優(yōu)，則結(jié)束導(dǎo)頻分配。
[0015]有益效果:本發(fā)明提供的密集分布式無線網(wǎng)絡(luò)動態(tài)導(dǎo)頻復(fù)用信道估計與導(dǎo)頻分配方法，具有如下優(yōu)點:
[0016]1、可以大幅降低系統(tǒng)的導(dǎo)頻開銷，解決密集分布式無線網(wǎng)絡(luò)信道信息獲取瓶頸問題，提升系統(tǒng)的頻譜效率及功率效率。
[0017]2、利用大尺度衰落信道信息進行導(dǎo)頻分配，共享的信道信息開銷低，算法復(fù)雜度低,并且分配效率高；
[0018]3、利用大尺度衰落信道信息實現(xiàn)動態(tài)導(dǎo)頻復(fù)用下的信道估計，提升了信道估計的準確性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅表明本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他實施例的附圖。
[0020]圖1為密集分布式無線網(wǎng)絡(luò)配置示意圖。
[0021]圖2為密集分布式無線網(wǎng)絡(luò)動態(tài)導(dǎo)頻分配方法流程圖。【具體實施方式】
[0022]為了使本【技術(shù)領(lǐng)域】的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0023]1、系統(tǒng)配置及通信過程
[0024]圖1為密集分布式無線網(wǎng)絡(luò)布設(shè)遠程接入單元配置示意圖，圖中考慮單小區(qū)應(yīng)用場景，考慮時分雙工(TDD)傳輸方式，小區(qū)中分布式布設(shè)RAU的個數(shù)為N，并設(shè)RAU端配備的天線個數(shù)為M，用戶個數(shù)為K，每個用戶配備單根天線。所有RAU節(jié)點都通過高速鏈路與小區(qū)的中心處理單元相連，并且所用RAU只共享用戶的大尺度衰落信道信息。當(dāng)小區(qū)的導(dǎo)頻復(fù)用因子為τ，即K個用戶使用τ個導(dǎo)頻進行上行信道訓(xùn)練，依據(jù)給定的準則，將K個用戶分為τ組，使得密集分布式無線網(wǎng)絡(luò)的性能最優(yōu)。
[0025]在此實施例中，僅考慮窄帶信道，在所考慮的窄帶信道中只有單個復(fù)合徑，所考慮的窄帶信道可以看作是常規(guī)寬帶OFDM系統(tǒng)中的單個子載波信道。
[0026]密集分布式無線通信過程包括以下四個階段:
[0027]I)上行探測和導(dǎo)頻分配:各用戶間歇地發(fā)送上行探測信號，RAU根據(jù)接收到的探測信號估計各用戶的大尺度衰落信道信息，并發(fā)送到中心處理單元，中心處理單元利用各用戶的大尺度衰落信道信息實施導(dǎo)頻分配。
[0028]2)上行信道訓(xùn)練:各調(diào)度用戶發(fā)送所分配的上行導(dǎo)頻信號，被調(diào)度的RAU利用接收到的導(dǎo)頻信號，獲取各調(diào)度用戶的信道參數(shù)估計，并計算出信道估計誤差的統(tǒng)計信息。
[0029]3)上行最大比合并(MRC):各調(diào)度用戶發(fā)送上行數(shù)據(jù)信號，被調(diào)度的RAU利用信道參數(shù)估計，對接收到的上行數(shù)據(jù)信號進行MRC接收處理，進而獲得發(fā)送比特數(shù)據(jù)流。
[0030]4)下行最大比發(fā)送(MRT):被調(diào)度的RAU利用信道參數(shù)估計，采用MRT下行發(fā)送信號，由被調(diào)度的RAU向各調(diào)度的用戶同時發(fā)送，各調(diào)度的用戶依據(jù)接收到的信號進行接收處理，獲得下行發(fā)送比特數(shù)據(jù)流。
[0031]2、動態(tài)導(dǎo)頻復(fù)用與信道估計
[0032]為降低密集分布式無線網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)頻開銷，利用各用戶信道的空間位置差異，在小區(qū)中空間位置相距較遠的用戶復(fù)用相同的導(dǎo)頻，進行上行導(dǎo)頻信道參數(shù)估計。隨著系統(tǒng)參數(shù)變化，即用戶數(shù)的增減，用戶移動位置的更新，以及不同的應(yīng)用場景，需要實施動態(tài)導(dǎo)頻復(fù)用下的信道估計和導(dǎo)頻分配。在上行信道訓(xùn)練階段，各調(diào)度用戶發(fā)送各自所分配到的導(dǎo)頻信號，不同用戶所使用的導(dǎo)頻不要求完全正交，不同用戶之間可以復(fù)用相同的導(dǎo)頻，RAU對接收到的導(dǎo)頻信號處理后，實現(xiàn)各調(diào)度用戶的最小均方誤差信道估計。
[0033]設(shè)小區(qū)中存在K個被調(diào)度的單天線用戶以及與其相鄰K個被調(diào)度的RAU，每個RAU配置M根天線，導(dǎo)頻個數(shù)為τ，被調(diào)度用戶集合表示C= {12,-,K}，為了描述方便，假設(shè)第i個被調(diào)度用戶與第i個被調(diào)度RAU相互通信，則相對應(yīng)調(diào)度的RAU集合表示π = K= {12,-.K}，可用正交導(dǎo)頻序列編號集合表示T = {l,2,-,r}，第I個導(dǎo)頻序列所構(gòu)
成的導(dǎo)頻矢量表示，其中/eT。以丨表示導(dǎo)頻復(fù)用模式，其中k表示用戶編號，Jik表示第k個用戶所使用的導(dǎo)頻序列編號。此外，以= 4表示復(fù)用第m個導(dǎo)頻序列的被調(diào)度用戶集合。在導(dǎo)頻復(fù)用情況下，導(dǎo)頻個數(shù)小于小區(qū)內(nèi)調(diào)度用戶個數(shù)，即τ小于K，導(dǎo)頻序列長度不小于τ。設(shè)τ個導(dǎo)頻序列之間正交，SP
frxi1 m其中為發(fā)送導(dǎo)頻信號的功率，與W)= n’ , 〃<img/
[0034]在上行訓(xùn)練階段，按照導(dǎo)頻復(fù)用模式P(ZC5T)，第k個用戶發(fā)送第π k個導(dǎo)頻序列，即發(fā)送導(dǎo)頻信號矢量為<,，第k個RAU中第m根天線接收到的導(dǎo)頻信號為，第j個用戶與第k個RAU之間的信道矢量表示Shw，其中h.，Pw表示第j個用戶與
第k個RAU之間的大尺度衰落信息，主要包括路徑損耗和陰影衰落h表示第j個用戶與第k個RAU之間快衰落信道矢量，其各個元素是均值為零方差為I的高斯隨機變量。設(shè)<...</.X=U1 yL …K …I]。第 k個 RAU接收
到的導(dǎo)頻信號可表示為:
[0035]Yf = HJX2f +Z^
[0036]其中Ζ?為加性高斯白噪聲矩陣，其各個元素的均值為零，方差為
[0037]第k個RAU依據(jù)接收到的導(dǎo)頻信號進行信道估計，獲得各用戶信道的估計值及其均方誤差。以RAU端作最小均方誤差(MMSE)信道估計為例，第j個用戶信道估計值按下式計算:
[0038]
【權(quán)利要求】
1.一種密集分布式無線網(wǎng)絡(luò)動態(tài)導(dǎo)頻復(fù)用信道估計與導(dǎo)頻分配方法，其特征在于該方法包括: a小區(qū)密集布設(shè)遠程接入單元RAU，所有RAU通過高速回程鏈路與中心處理單元相連，在同一時頻資源上K個用戶與相鄰的RAU進行無線通信，通信的上下行采用時分雙工TDD方式，通信過程包括上行信道探測和導(dǎo)頻分配、上行信道訓(xùn)練、上行數(shù)據(jù)傳輸、下行數(shù)據(jù)傳輸四個階段； b.在上行信道探測和導(dǎo)頻分配階段，RAU依據(jù)接收到的探測信號獲取各用戶的大尺度衰落信道信息，并回傳給中心處理單元；中心處理單元利用大尺度衰落信道信息，進行導(dǎo)頻分配，確定各用戶所使用的導(dǎo)頻信號； c.在上行信道訓(xùn)練階段，各用戶在同一時頻資源上周期性地發(fā)送各自所分配到的導(dǎo)頻信號，RAU依據(jù)收到的導(dǎo)頻信號進行各用戶的信道估計； d.隨著系統(tǒng)參數(shù)變化，即用戶數(shù)的增減，用戶移動位置的更新，以及不同的應(yīng)用場景，需要實施動態(tài)導(dǎo)頻復(fù)用信道估計和導(dǎo)頻分配； e.在上行數(shù)據(jù)傳輸、下行數(shù)據(jù)傳輸階段，RAU利用信道估計以及估計誤差的統(tǒng)計特性對上、下行鏈路數(shù)據(jù)信號進行處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密集分布式無線網(wǎng)絡(luò)動態(tài)導(dǎo)頻復(fù)用信道估計與導(dǎo)頻分配方法，其特征在于:所述的導(dǎo)頻分配在中心處理單元依據(jù)各用戶的大尺度衰落信道信息完成，中心處理單元依據(jù)信道估計均方誤差之和最小準則，或者上下行加權(quán)凈遍歷和速率最大準貝U，對小區(qū)中的用戶及導(dǎo)頻資源進行調(diào)度，確定最佳的導(dǎo)頻復(fù)用模式，即各用戶使用的導(dǎo)頻信號，導(dǎo)頻分配可以通過低復(fù)雜度的用戶排序分組法實施。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密集分布式無線網(wǎng)絡(luò)動態(tài)導(dǎo)頻復(fù)用信道估計與導(dǎo)頻分配方法，其特征在于:在所述的上行信道訓(xùn)練階段，各調(diào)度用戶在給定的時頻資源上發(fā)送各自所分配到的導(dǎo)頻信號，不同用戶所使用的導(dǎo)頻不要求完全正交，不同用戶之間可以復(fù)用相同的導(dǎo)頻；RAU利用接收到的上行導(dǎo)頻信號和各用戶信道的大尺度衰落信道信息，實現(xiàn)各調(diào)度用戶的最小均方誤差信道估計，獲得信道矢量的估計值及其均方誤差。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密集分布式無線網(wǎng)絡(luò)動態(tài)導(dǎo)頻復(fù)用信道估計與導(dǎo)頻分配方法，其特征在于:所述的動態(tài)復(fù)用導(dǎo)頻信道估計是指當(dāng)用戶大尺衰落信道信息發(fā)生變化，需要動態(tài)的更新導(dǎo)頻分配結(jié)果，各調(diào)度用戶發(fā)送各自重新分配的導(dǎo)頻，RAU對各調(diào)度用戶進行最小均方誤差信道估計。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的密集分布式無線網(wǎng)絡(luò)動態(tài)導(dǎo)頻復(fù)用信道估計與導(dǎo)頻分配方法，其特征在于所述的用戶排序分組法是:首先根據(jù)導(dǎo)頻因子τ =1計算各用戶的性能，并依據(jù)各用戶性能大小重新排序；然后導(dǎo)頻因子τ = τ+l，將性能最佳的前τ個用戶分配到τ組，剩余的K-τ個用戶按照貪婪的方式分配到τ組使得系統(tǒng)性能最優(yōu)，并決定所分配的導(dǎo)頻；最后比較當(dāng)前導(dǎo)頻復(fù)用因子與前一導(dǎo)頻復(fù)用因子下的系統(tǒng)性能，若當(dāng)前導(dǎo)頻復(fù)用因子下的系統(tǒng)性能較優(yōu)，則增加導(dǎo)頻因子重新分配導(dǎo)頻，若前一導(dǎo)頻復(fù)用因子下的系統(tǒng)性能較優(yōu)，則結(jié)束導(dǎo)頻分配。
【文檔編號】H04L25/02GK103634244SQ201310641663
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】高西奇, 孫強, 孫曉宇, 金石, 張源 申請人:東南大學(xué)