用於無線蜂窩網絡的抑制鄰近小區下行同信道幹擾的方法
2023-06-25 07:33:16 2
專利名稱：用於無線蜂窩網絡的抑制鄰近小區下行同信道幹擾的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於無線蜂窩網絡的抑制鄰近小區下行同信道幹擾的方法，屬於無線通信技術領域。
背景技術：
蜂窩概念是解決頻率不足和用戶容量問題的一個重大突破，蜂窩小區結構是現在移動通信系統的基本結構。在蜂窩小區結構的下行鏈路中，鄰小區同信道幹擾(鄰近小區佔用同樣的時頻單元的下行鏈路造成的幹擾)對系統容量和頻譜利用效率的提高產生了很大的影響。
為了克服鄰小區的同信道幹擾，在時分多址/頻分多址(TDMA/FDMA)系統中，主要採用的方法是增加蜂窩小區頻率復用係數，例如最常用的頻率復用係數為7的小區結構，可以完全避免與之相鄰的小區引入的同信道幹擾，但是這樣的做法也大幅度的降低了系統總體的頻譜利用效率(1/7)。如果需要增加系統頻譜利用效率，則可以降低系統頻率復用係數(例如4、3、2、1)，但是這樣就引入了鄰小區的同信道幹擾，付出了幹擾增大的代價。
另一種在不增加小區頻率復用係數的同時有效的降低鄰小區幹擾的方法是採用定向天線，利用定向天線對於空間的區分來抑制鄰小區同信道幹擾的影響。
在克服多用戶幹擾的問題上，verdu提出了應用於擴頻系統的多用戶檢測結構，它的基本概念就是接收機利用對於所有用戶發送信號所使用的擴頻序列的先驗知識，不是將其它用戶幹擾作為噪聲處理，而是利用一些線性處理，將其和有用信號一起檢測出來，同時還可以利用一些非線性的處理(例如幹擾抵消等等)來提高檢測性能，在某些條件下，可以達到單用戶接收的性能(也就是完全去除了多用戶幹擾)。而poor將信道編碼和多用戶檢測相結合，同時引入turbo迭代結構，就得到了編碼多用戶檢測的結構，它可以在系統性能和多用戶檢測複雜度方面有著較好的折中。
交織多址的概念最早由Li Ping提出，它的基本內容包括發送端在編碼器和調製器之間插入比特交織器，並使得不同的用戶使用不同的交織圖案。在接收端，則要根據受到的同信道幹擾強弱而選擇是否使用編碼多用戶檢測，對同信道幹擾弱的情況使用單用戶檢測方法解調、解碼數據；對同信道幹擾強的情況，則使用編碼多用戶檢測的方法。
傳統的採用增加小區頻率復用係數來克服鄰小區同信道幹擾的方法極大的影響了系統的頻譜利用效率，而採用定向天線區分扇區的方法，一方面在不增加小區頻率復用係數的基礎上有效的降低了同信道幹擾的影響，另一方面，增加了移動臺切換的開銷，同時也並不能完全避免同信道幹擾的影響。同時，為了較好的降低同信道幹擾的印象，一般來說，系統都必須採用較為複雜的無線資源管理方案來保證相鄰小區的距離較近的用戶不共享同一信道等等。
發明內容
本發明的目的是，為了提高系統的頻譜利用效率，蜂窩系統需要使用較低的頻率復用係數，這樣，相鄰小區或扇區就有共享的頻段，不可避免的在相鄰小區中帶來了同信道幹擾的影響，因此本發明提出了一種用於無線蜂窩網絡的抑制鄰近小區下行同信道幹擾的方法，引入交織多址和編碼多用戶檢測，以抑制相鄰小區的同信道幹擾。
本發明提出的用於無線蜂窩網絡的抑制鄰近小區下行同信道幹擾的方法，包括如下步驟(1)蜂窩系統中的每個基站或扇區向用戶發送數據時，在編碼和調製過程之間插入比特交織，不同的基站或扇區採用不同的交織圖案；(2)蜂窩系統的移動臺對來自相鄰基站或扇區的一個或幾個主要的同信道幹擾源的幹擾信號強度進行判斷，若干擾信號強度大於設定閾值，則進行多用戶聯合檢測接收，使用交織圖案區別不同的基站，若強度小於設定域值，則進行單用戶接收。
上述中所述的比特交織的方法為在每個基站或扇區向每個移動臺發送數據時，在信道編碼器和調製器之間，插入比特交織操作，對編碼比特採用本基站或扇區特定的交織圖案進行交織。
上述方法中，多用戶聯合檢測的方法包括以下步驟(1)蜂窩系統的移動臺接收到來自基站或扇區的信號，在載波解調和數據解調後，根據接收的信號、信道特性、相鄰基站或扇區的同信道信號以及下述步驟(4)輸出的數據流進行多用戶檢測，得到發送信號中編碼比特的後驗似然比；(2)對上述後驗似然比進行與所屬數據流發送時使用的比特交織相對應的比特解交織；(3)根據上述比特解交織得到的數據流，進行與該數據流發送時使用的信道編碼相對應的信道解碼，並輸出信道編碼前數據的後驗似然比；(4)將上述信道編碼前數據的後驗似然比根據其所屬數據流，進行與該數據流發送時相同的信道編碼和比特交織，得到的數據流送入步驟(1)的多用戶檢測過程中；(5)重複步驟(1)～(4)，根據對步驟(3)得到的數據的後驗似然比進行判決，得到移動臺需要的數據流。
上述方法中，單用戶檢測方法包括以下步驟(1)蜂窩系統的移動臺接收基站或扇區的信號，在載波解調和數據解調後，通過匹配濾波撿出該移動臺所需要的數據流，並將與該移動臺共享同一頻段或時頻單元的幹擾信號作為噪聲處理；(2)根據上述匹配濾波後檢出的該移動臺所需要的數據流，分別進行與該數據流發送時使用的比特交織、信道編碼相對應的信道解碼和比特解交織，並判決輸出數據。
本發明提出的用於無線蜂窩網絡的抑制鄰近小區下行同信道幹擾的方法，將交織多址區分用戶的概念引入到蜂窩系統中的下行傳輸中，使用交織圖案區分不同的基站或扇區，如果相鄰的小區共享同一下行信道時，使用這些相同的下行信道的移動臺在接收時，可以根據幹擾的強弱，採用不同的接收方案，特別是在鄰小區同信道幹擾較強的情況下，可以採用編碼多用戶聯合檢測的方法，將屬於不同基站的共享這一信道的數據流分別檢測出來，保留本移動臺需要的數據流，丟棄其它幹擾數據，從而有效的抵消了同信道幹擾的影響，同時，本發明還可以與已有技術中設計頻率復用係數以及引入定向天線的方法相結合，一方面可以有效的抑制相鄰小區的同信道幹擾(例如，可以採用頻率復用係數較低的系統，而對於鄰小區頻譜相互重疊的部分的用戶，採用本發明的方法克服同信道幹擾)，另一方面，可以避免過於複雜的無線資源管理方案，而對於簡單的無線資源管理方法所無法避免的同信道幹擾，可以採用本發明的方法進行克服，從而節省了系統開銷。
圖1是本發明的原理示意圖，以頻率復用係數為2的蜂窩系統為例。
圖2是圖1中兩個相鄰的基站和分別屬於該兩個基站的共享同一信道(時頻單元)的移動臺的結構示意圖。
圖3是圖2中基站1(BS1)向所服務的移動臺1(MS1)發送信號的發送過程示意圖。
圖4是移動臺1對接收到的信號進行判決處理的原理示意圖。
圖5是圖4中單用戶接收過程示意圖。
圖6是圖4中多用戶聯合檢測過程示意圖。
圖7是將本發明與已有的定向天線區分扇區的技術相結合抑制同信道幹擾的原理示意圖。以分布角為120度的中心激勵三扇區的天線結構為例。
圖1-圖4中，11-基站1(BS1)；12-基站2(BS2)；13-移動臺1(MS1)；14-移動臺2(MS2)；71-移動臺1(MS1)；72-移動臺2(MS2)；73移動臺3(MS3)具體實施方式
本發明提出的用於無線蜂窩網絡的抑制鄰近小區下行同信道幹擾的方法，首先，蜂窩系統中的每個基站或扇區向用戶發送數據時，在編碼和調製過程之間插入比特交織，不同的基站或扇區採用不同的交織圖案；蜂窩系統的移動臺對來自相鄰基站或扇區的一個或幾個主要的同信道幹擾源的幹擾信號強度進行判斷，若干擾信號強度大於設定閾值，則進行多用戶聯合檢測接收，使用交織圖案區別不同的基站，若強度小於設定域值，則進行單用戶接收。
上述方法中，比特交織的方法為在每個基站或扇區向每個移動臺發送數據時，在信道編碼器和調製器之間，插入比特交織操作，對編碼比特採用本基站或扇區特定的交織圖案進行交織。
圖1給出了一個頻率復用係數為2的蜂窩系統作為例子。在本例中將蜂窩系統全部可用頻段標記為F，將其劃分為三個等寬度的互不重疊的頻段F1/F2/F3。具體的頻率劃分方式參見圖1。從圖1中可以看出，由於相鄰小區共享了部分頻段，則相鄰小區的用戶有可能會共用同一下行信道，從而造成鄰小區同信道幹擾，在本例中，以分別位於兩個小區邊緣部分的兩個移動臺MS1和MS2為例，它們共用同一位於頻段F1內的信道。需要說明的是，為了方便和表述清晰，這裡舉的例子是兩基站和兩移動臺，但是這個網絡並沒有對單元的數量(即相鄰基站的個數及其所服務的移動臺的數量)以及單元的拓撲(即相鄰基站的相對位置，以及對某個移動臺造成幹擾的鄰小區基站的個數和方位)進行限制。
圖2是圖1中兩個共用同一信道的移動臺MS1和MS2以及它們所屬的基站BS1/BS2的示意圖，包括兩個移動臺所使用的下行信道的示意圖。從圖中可以看出，移動臺MS1和MS2共用了同一個頻段作為下行信道，從而造成了相互之間的同信道幹擾。
圖3是圖2中基站BS1向所服務的移動臺MS1發送數據的處理過程。在這個過程中，需要向MS1傳送的數據首先經過一個信道編碼器，得到的編碼符號再經過一個擴頻和加擾單元，然後送入基站特定的編碼比特級交織器，交織後送入調製和載波相乘單元產生發射信號。同樣，基站BS2向自己所服務的移動臺MS2傳送數據的發送方案完全相同，不再贅述。
該發送方案的基本特點就在於在數據調製的前端，加入了一個比特交織器，該交織器的交織圖案由基站決定的，也就是說，在本圖中，BS1和BS2所使用的交織圖案是不同的。除此以外，其它的單元都不是限制性的。例如，如果該系統採用的是CDMA多址接入方式，經過信道編碼器後的符號需要經過擴頻加擾單元，但是如果採用其它接入方式(例如TDMA/FDMA方式)，並不一定需要擴頻加擾單元，同樣，如果採用的是IFDMA的多址接入方式，在擴頻單元後面可能還需要一個切普重複(chip-repetition)單元，然後再接入基站特定的交織器。同樣，在經過交織器後，信號的處理單元也不是由圖3限定的，圖3隻是給出了一個單載波系統的例子，如果該系統應用在OFDM平臺上，交織後的比特符號還需要經過子載波映射和調製等一系列的OFDM調製單元。
總的來說，圖3作為基站為自己服務的移動臺的發送方案，基本的特點就在於相鄰的基站共享同樣的時頻單元，同時調製器前端增加特定的編碼比特交織器，由交織圖案來區分小區。而對於具體的多址接入方式和調製方式沒有限制。
圖4是圖2中移動臺BS1接收到來自基站的信號時，所做的判決處理過程的流程圖。移動臺可以在兩種接收方案(單用戶檢測/多用戶聯合檢測)之間切換。切換的標準來自關於鄰小區同信道幹擾強度的控制信息(該控制信息可以由基站發送，也可以由移動臺自行判斷)。
圖5是圖4中單用戶檢測的結構示意圖，當移動臺靠近小區中心，或者移動臺位於一個孤立環境中(例如熱點環境或者室內環境)時，來自鄰小區的同信道幹擾較小，此時移動臺可以採用該結構進行接收，對於解調後得到的信號，直接對其進行和本小區基站所使用的特定交織相對應的解交織，例如，MS1將解調後的信號送入和BS1使用的交織器相對應的解交織器，然後進行解擴解碼等操作，將鄰小區(BS2)發送的同信道信號簡單的當作幹擾處理。
圖6是圖4中多用戶聯合檢測的結構示意圖，當來自鄰小區的同信道幹擾較強時，移動臺採用該結構進行接收，該結構對具體的多址方式和調製方式沒有限制。每個移動臺都分別檢測出所有鄰小區發送的同信道信號，在本圖中，就意味著移動臺MS1將兩個基站發送的源信息都檢測出來，保留髮送給自己數據流。因為在迭代檢測過程中，鄰小區同信道幹擾被重建出來並予以去除，而不是簡單的作為噪聲處理，因此大大的抑制了同信道幹擾的強度。
需要注意的是，這兩種接收結構也對具體的多址方式、幹擾的數量以及調製方式沒有限制。兩個接收方案的基本結構為單用戶檢測將鄰小區同信道幹擾作為噪聲處理的單用戶匹配濾波器接收方案。
多用戶聯合檢測利用同信道信號之間使用不同的交織圖案的特點，通過編碼多用戶的迭代檢測結構，將鄰小區同信道信號和自己的有用信號共同檢測出來，並保存有用信號的接收方案。
除了圖1中給出的例子外，本發明還可以與小區內劃分扇區、定向天線、以及高層的資源管理算法相結合，共同抑制鄰小區信道幹擾的影響。其中扇區劃分方式可以採用(1)使用一個多角型中心激發小區被細分為N個扇區；或者(2)使用一個多角型角落激發小區被細分為N個扇區。
不同的基站和扇區可以分配不同的頻段，也可以共享全部或者部分頻段。
同時基站可以使用一定的資源管理算法，按照一定的優化準則對信道進行分配，保證相鄰小區的距離較近的移動臺不共享相同的信道，以抑制同信道幹擾的影響。
基站也可以使用定向天線對移動臺進行數據傳輸，定向天線可以調整波束的方向角，使之指向當前正在服務的移動臺以降低對其它用戶造成的幹擾，移動臺可以使用全向或者定向天線接收來降低其它用戶對其造成的幹擾。
圖7是將本發明與定向天線區分扇區的技術相結合的原理示意圖。以分布角為120度的中心激勵三扇區的天線結構為例，將系統總的可使用的帶寬劃分為三個頻段F1/F2/F3，整個系統的頻率分配方案如圖所示。從圖中可以看出，使用這樣的定向天線和頻譜分配方法，同時移動臺也採用一定的定向天線使接收信號的峰值指向本地基站的相應天線，可以保證用戶所受到的同信道幹擾只由不相鄰的小區所產生(例如MS1和MS3雖然是相鄰小區的用戶並且共用同一頻段，但是也不會造成相互幹擾)。
同時，對於採取上述方法仍未能完全消除的同信道幹擾的影響(圖中的MS1使用的下行信道對於MS2的接收造成的幹擾)，採用本發明的方法進行進一步的抑制，發送端使用不同的交織圖案區分小區，移動臺側根據幹擾的強弱，採用單用戶接收機或者多用戶檢測方案進行檢測接收。具體發送和接收的細節參考圖1-圖6的描述。
本發明與上述技術的結合併未規定基站配置定向天線的根數、定向天線的方位角的設置以及具體的頻譜、信道分配方法等等。
權利要求
1.一種用於無線蜂窩網絡的抑制鄰近小區下行同信道幹擾的方法，其特徵在於該方法包括如下步驟(1)蜂窩系統中的每個基站或扇區向用戶發送數據時，在編碼和調製過程之間插入比特交織，不同的基站或扇區採用不同的交織圖案；(2)蜂窩系統的移動臺對來自相鄰基站或扇區的一個或幾個主要的同信道幹擾源的幹擾信號強度進行判斷，若干擾信號強度大於設定閾值，則進行多用戶聯合檢測接收，使用交織圖案區別不同的基站，若強度小於設定域值，則進行單用戶接收。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於其中所述的比特交織的方法為在每個基站或扇區向每個移動臺發送數據時，在信道編碼器和調製器之間，插入比特交織操作，對編碼比特採用本基站或扇區特定的交織圖案進行交織。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於其中所述的多用戶聯合檢測的方法包括以下步驟(1)蜂窩系統的移動臺接收到來自基站或扇區的信號，在載波解調和數據解調後，根據接收的信號、信道特性、相鄰基站或扇區的同信道信號以及下述步驟(4)輸出的數據流進行多用戶檢測，得到發送信號中編碼比特的後驗似然比；(2)對上述後驗似然比進行與所屬數據流發送時使用的比特交織相對應的比特解交織；(3)根據上述比特解交織得到的數據流，進行與該數據流發送時使用的信道編碼相對應的信道解碼，並輸出信道編碼前數據的後驗似然比；(4)將上述信道編碼前數據的後驗似然比根據其所屬數據流，進行與該數據流發送時相同的信道編碼和比特交織，得到的數據流送入步驟(1)的多用戶檢測過程中；(5)重複步驟(1)～(4)，根據對步驟(3)得到的數據的後驗似然比進行判決，得到移動臺需要的數據流。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於其中所述的單用戶檢測方法包括以下步驟(1)蜂窩系統的移動臺接收基站或扇區的信號，在載波解調和數據解調後，通過匹配濾波撿出該移動臺所需要的數據流，並將與該移動臺共享同一頻段或時頻單元的幹擾信號作為噪聲處理；(2)根據上述匹配濾波後檢出的該移動臺所需要的數據流，分別進行與該數據流發送時使用的比特交織、信道編碼相對應的信道解碼和比特解交織，並判決輸出數據。
全文摘要
本發明涉及一種用於無線蜂窩網絡的抑制鄰近小區下行同信道幹擾的方法，屬於無線通信技術領域。首先蜂窩系統中的每個基站或扇區向每個用戶發送數據時，在編碼和調製過程之間插入比特交織，不同的基站或扇區採用不同的交織圖案；蜂窩系統的接收端對來自接收端相鄰基站的同一信道幹擾信號強度進行判斷，若強度大於設定閾值，則進行多用戶聯合檢測，使用交織圖案區別不同的基站，若強度小於設定域值，則進行單用戶接收。本發明的方法，使用交織圖案區分不同的小區，有效的抑制了相鄰小區同信道幹擾的影響，同時避免過於複雜的無線資源管理方案，節省了系統開銷。
文檔編號H04W28/16GK1744747SQ200510105240
公開日2006年3月8日 申請日期2005年9月28日 優先權日2005年9月28日
發明者周世東, 李雲洲, 李強, 趙明, 姚彥, 周春暉, 孟琳, 楊海斌 申請人:清華大學