本發(fā)明涉及無線通信領域，尤其涉及一種基于干擾對齊技術多點協作通信的窄帶物聯網無線傳輸方法。

背景技術：

干擾對齊技術(Interference alignment，IA)是解決無線通信系統(tǒng)中同頻干擾的重要手段，能有效抑制同頻組網方式下小區(qū)間干擾，提高小區(qū)邊緣用戶的吞吐量，取得與用戶數量成線性關系的自由度增益，提高系統(tǒng)容量。該技術是第三代合作伙伴計劃(3rd Generation Partnership Project，3GPP)在LTE-A系統(tǒng)中提出的協作式多點傳輸關鍵實現技術之一。

窄帶物聯網(Narrow Band Internet of Things，NB-IoT)構建于蜂窩網絡，只消耗少量的授權頻段，可直接部署于GSM網絡、UMTS網絡或LTE網絡，降低部署成本?；诜涓C的NB-IoT由于其顯著的連接節(jié)點多、覆蓋廣、成本低、架構優(yōu)等技術優(yōu)勢，未來將帶來更加豐富的應用場景，已成為萬物互聯網絡的一個重要分支。同時，目前研究火熱的4.5G和5G除了具有高達1Gbps和10Gbps的峰值速率外，還意味著基于蜂窩物聯網的更多連接數，支持海量M2M(Machine-to-Machine)連接以及更低時延，未來將助推高清視頻、VoLTE以及物聯網等應用快速普及。然而，大約180KHz的頻譜帶寬資源以及常規(guī)的TDD及FDD信息傳輸模式，嚴重制約了NB-IoT在海量連接、低時延、及較高速率的信息傳輸等未來場景中的應用。

技術實現要素：

為解決NB-IoT授權頻帶窄、連接數多、頻譜資源緊張的問題，本發(fā)明提供一種基于IA技術的NB-IoT無線傳輸方法。本方法提出了一種有中心控制節(jié)點的無線傳輸系統(tǒng)，基于干擾對齊技術實現了NB-IoT多個傳輸節(jié)點對同時同頻的協作通信。

本發(fā)明通過以下技術方案來實現，一種基于干擾對齊技術的窄帶物聯網無線傳輸方法，包括以下步驟：

(1)構建窄帶物聯網無線傳輸系統(tǒng)；所述的窄帶物聯網無線傳輸系統(tǒng)包括1個中心控制節(jié)點和3個以上的傳輸節(jié)點對，所述的傳輸節(jié)點對由兩個傳輸節(jié)點組成，一個傳輸節(jié)點為發(fā)射節(jié)點，另一個傳輸節(jié)點為接收節(jié)點；

(2)中心控制節(jié)點從其覆蓋的區(qū)域范圍內選取進行協作傳輸的傳輸節(jié)點對后，向選中的各傳輸節(jié)點發(fā)送指示信號；將被選中的發(fā)射節(jié)點作為協作發(fā)射節(jié)點，被選中的接收節(jié)點作為協作接收節(jié)點；

(3)每個協作發(fā)射節(jié)點同時向各協作接收節(jié)點發(fā)射幀同步信號和正交導頻信號；

(4)各協作接收節(jié)點根據收到的幀同步信號分別進行同步，根據收到的正交導頻信號分別進行MIMO信道估計得到信道狀態(tài)信息，并將信道狀態(tài)信息反饋給中心控制節(jié)點；

(5)中心控制節(jié)點根據干擾對齊預編碼算法和所有協作接收節(jié)點反饋的信道狀態(tài)信息計算出一個預編碼矩陣和一個干擾抑制矩陣后，將預編碼矩陣發(fā)送至各協作發(fā)射節(jié)點，將干擾抑制矩陣發(fā)送至各協作接收節(jié)點；

(6)各協作發(fā)射節(jié)點利用預編碼矩陣對傳輸信息進行預編碼，并同時同頻的向各協作接收節(jié)點發(fā)射預編碼后的傳輸信息；

(7)各協作接收節(jié)點接收預編碼后的傳輸信息后，利用干擾抑制矩陣實現對有用信息的接收。

其中，所述的中心控制節(jié)點為基站、中繼節(jié)點或有供電設備支撐的主連接節(jié)點，用于控制傳輸節(jié)點對選擇及預編碼算法的實現；每個傳輸節(jié)點配置兩根以上的天線。

其中，步驟(2)所述的中心控制節(jié)點從其覆蓋的區(qū)域范圍內選取進行協作傳輸的傳輸節(jié)點對，具體為：中心控制節(jié)點根據3GPP LTE-A定義的協作簇選擇方式選取傳輸節(jié)點對。

其中，步驟(5)所述的干擾對齊預編碼算法包括有閉式解的經典算法和迭代求解算法，協作傳輸的傳輸節(jié)點對等于3時，選擇有閉式解的經典算法作為干擾對齊預編碼算法；協作傳輸的傳輸節(jié)點對大于3時，選擇迭代求解算法作為干擾對齊預編碼算法。

本發(fā)明相比背景技術的優(yōu)點在于：

本發(fā)明設計了一種有中心控制節(jié)點的無線傳輸系統(tǒng)，實現NB-IoT多個傳輸節(jié)點對(大于等于3)同時同頻的協作通信，解決NB-IoT在常規(guī)的單一點對點通信中效率低，連接數有限的缺點，有效地提高了頻譜效率與系統(tǒng)容量，同時降低了傳輸時延和終端功耗，從而使得NB-IoT在未來具有更廣闊的應用前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的執(zhí)行流程圖。

圖2為基于IA的NB-IOT傳輸系統(tǒng)與基于TDMA的NB-IOT傳輸系統(tǒng)吞吐量比較曲線。

具體實施方式

下面參照附圖并結合實施例對本發(fā)明作進一步的說明。

一種基于IA技術的NB-IoT無線傳輸方法，具體執(zhí)行流程圖如圖1所示。包括如下步驟：

步驟1、構建窄帶物聯網無線傳輸系統(tǒng)；

本發(fā)明的無線傳輸方法必須是在中心控制節(jié)點(基站、中繼節(jié)點或有供電設備支撐的主連接節(jié)點等)的控制下，實現多個傳輸節(jié)點對的協作通信，以提高傳輸效率的同時降低終端功耗；該無線傳輸系統(tǒng)中至少包含3個傳輸節(jié)點對，即至少有2*k(k大于等于3)個傳輸節(jié)點，每個傳輸節(jié)點均配置兩根或兩根以上的天線。傳輸節(jié)點對由一個發(fā)射節(jié)點，一個接收節(jié)點組成。

本實施例中以基站為中心控制節(jié)點，無線傳輸系統(tǒng)包含3個傳輸節(jié)點對，每個傳輸節(jié)點均配置兩根天線，以實現MIMO傳輸，提高協作傳輸系統(tǒng)自由度。

步驟2、中心控制節(jié)點從其覆蓋的區(qū)域范圍內選擇進行協作傳輸的傳輸節(jié)點對，向選中的各傳輸節(jié)點發(fā)送指示信號；

在NB-IoT網絡眾多的傳輸節(jié)點中，基站根據3GPP LTE-A定義的協作簇選擇方式(如半動態(tài)協作)選取進行聯合協作傳輸的傳輸節(jié)點對，并向選中的傳輸節(jié)點反饋指示信號。被選中的發(fā)射節(jié)點作為協作發(fā)射節(jié)點，被選中的接收節(jié)點作為協作接收節(jié)點。

步驟3、每個協作發(fā)射節(jié)點同時發(fā)射幀同步信號及正交導頻信號；

幀同步信號參照目前常用的單載波幀同步信號產生方法；選擇恒包絡零自相關序列(CAZAC序列)、如chu序列等產生的導頻序列作為基礎序列，各協作發(fā)射節(jié)點其他天線上的導頻序列都是該基礎序列的循環(huán)移位，循環(huán)移位量與信道特性有關，應大于信道多徑延時，基礎序列的長度N應大于總發(fā)射節(jié)點的天線數與循環(huán)移位量的乘積。

步驟4、各協作接收節(jié)點利用幀同步信號分別進行同步，根據正交導頻信號分別進行MIMO信道估計得到信道狀態(tài)信息，并將信道狀態(tài)信息反饋給中心控制節(jié)點：

各協作接收節(jié)點提取6根天線的疊加的正交導頻信號，與每根天線特定的正交導頻序列相乘，以獲得MIMO信道的信道狀態(tài)信息(Channel State Information，CSI)。

步驟5、中心控制節(jié)點根據干擾對齊預編碼算法和所有協作接收節(jié)點反饋的信道狀態(tài)信息計算各協作發(fā)射節(jié)點的預編碼矩陣U及各協作接收節(jié)點的干擾抑制矩陣V，并分別反饋給對應的協作發(fā)射節(jié)點和協作接收節(jié)點：

本實施例中只有3個傳輸節(jié)點對，選擇經典干擾對齊預編碼算法直接求解U和V。當傳輸節(jié)點對大于3時，選擇迭代算法求解U和V。

步驟6、各協作發(fā)射節(jié)點利用矩陣U對傳輸信息進行預編碼，并同時同頻的發(fā)射預編碼后的傳輸信息：

本實施例中各協作發(fā)射節(jié)點對傳輸信息進行預編碼后，將預編碼后的傳輸信息由一路變?yōu)閮陕?，并同時同頻的由兩根天線發(fā)射。

步驟7、各協作接收節(jié)點利用矩陣V實現對有用信息的正確接收。

各協作接收節(jié)點通過兩根天線上的接收數據與干擾抑制矩陣V相乘，實現對干擾信號(其他協作發(fā)射節(jié)點的發(fā)射數據)的抑制及對應協作發(fā)射節(jié)點數據的接收。

圖2為基于IA的NB-IOT傳輸系統(tǒng)與基于分時復用(TDMA)的NB-IOT傳輸系統(tǒng)，在其他通信條件相同的情況下吞吐量比較曲線。從圖中可以看出，基于IA的NB-IOT傳輸系統(tǒng)因為3個傳輸節(jié)點對采用協作傳輸，可以同時同頻的傳輸信息，其系統(tǒng)吞吐量可以逼近TDMA NB-IOT傳輸系統(tǒng)的1.5倍，有效提高了頻譜效率，降低了傳輸時延。

雖然以上描述了本發(fā)明的具體實施方式，但是熟悉本技術領域的技術人員應當理解，本發(fā)明所描述的具體實施例子只是說明性，而不是用于對本發(fā)明范圍的限定，依照本發(fā)明的精神所作的等效的修飾以及變化，都應當涵蓋在本發(fā)明的權利要求所保護的范圍內。