一種用於毫米波MIMO無線通信中CoMP傳輸節點選擇及分集接收路徑選擇的方法與流程

2023-08-05 21:54:26

本發明屬信息技術領域，尤其涉及無線信息傳輸過程中，選擇和採用多基站與用戶進行comp通信的信號傳輸與信號處理。

背景技術：

在現代寬帶無線通信中，當某個用戶處於信號衰減嚴重的陰影區或者小區邊緣時，為改算該用戶的通信質量和提高這些特殊環境下系統的頻譜效率，系統可以採用多個基站與處於這些特殊環境中的用戶進行協作通信，即所謂的協作的多點(comp)通信或comp傳輸。comp概念是在lte-advanced標準中提出的，儘管有不少理論成果，但由於comp技術需要對多基站進行聯合調度，並使用多基站與關心用戶進行協作通信，實現comp技術的複雜性以及多基站信號處理上的困難性均嚴重影響了comp技術走向實際應用。未來的無線和移動通信系統，如5g，可以基於毫米波來實現信號傳輸。毫米波信號受信道障礙物的衰減嚴重，視距傳播比其他非視距路徑的信號強度一般來說要好的多，這為通信接收機在選擇多條接收路徑信號進行分集合併處理時，在分辨主要1、2條路徑時變得更容易，其他弱信號路徑的幹擾也更小。此外，對毫米波通信，臨近基站的距離比目前相鄰基站的距離要小的多，尤其是在市區。因此對毫米波通信系統，相鄰基站之間可以實現互聯，這使得距離不很遠的基站之間也可以經過少量的中間基站作為跳轉節點實現相互通信。考慮到上述毫米波通信的特點以及comp通信中上行/下行鏈路需要針對不同基站接收/發射的信號進行分集合併處理，本技術提出在comp通信中，參加協作通信的基站分主基站和協同基站，主基站負責基站組成員的增加或減少和新主基站的選擇。此外，針對某個關心用戶，上行鏈路協作基站組各基站接收的comp信號在主基站進行分集合併處理，協同基站只需要採用一個天線參與comp，且只需傳輸一條主路徑信號給主基站參加分集合併。毫米波通信的特點使得協同基站只檢測一路comp上行信號並傳送給主基站變得不僅簡單而且有效。對於下行鏈路，毫米波通信的特點也使得comp通信中的關心用戶檢測每個協同基站的單個天線的一路信號參與接收分集合併處理、檢測主基站1,2個天線的極少數幾條路徑的信號參加接收機comp信號的分集合併處理。

技術實現要素：

本發明針對毫米波無線通信，提出了一種採用多基站對某個用戶進行協作(comp)通信時的傳輸節點選擇方法，所謂的節點是指參加comp傳輸的基站和每個基站所用的天線。在comp節點確定的基礎上，本發明還還分別針對上行鏈路和下行鏈路，提出接收機參加分集合併處理的信號路徑選擇方法。協作基站分為主基站和協同基站兩類，每個comp基站組只有一個主基站，可以有1個或1個以上的協同基站。主基站負責負責決策是否允許新基站加入comp和舊基站脫離comp，還負責選出新的主基站。針對某個關心用戶，每個協同基站只選擇一個天線參加comp，主基站可以有一個以上的天線參加comp，參加comp通信的天線稱為comp天線。上行鏈路中，新基站加入時，發射信到質量最好的一條路徑(主路徑)的信道質量估計值或者其對應的信道質量指示給主基站，由主基站判斷其能否加入。上行鏈路的接收信號處理中，協同基站只傳輸主路徑的基帶信號給主基站，主基站可以接收來自本基站一個或多個天線的多條信道質量好的路徑信號參加分集合併。下行鏈路中，關心用戶可以採用單個天線也可以採用多個天線接收來自comp發射天線的信號。用戶採用多天線接收時，可以針對不同的comp發射天線，指定所需的接收天線。圖4演示了comp節點選擇所基於的信號傳輸。comp節點選擇過程的流程圖參見附圖1，具體的步驟如下：

一種用於毫米波mimo無線通信中comp傳輸節點選擇及分集接收路徑選擇的方法，其特徵在於，包括：

comp傳輸節點選擇的步驟，具體方法是：對某個關心用戶，參加comp傳輸的基站分主基站和協同基站，當協作的新基站的加入時，主基站決定是否可以加入，新基站被允許加入後，主基站負責選定comp基站組新的主基站；並負責判定是否有現有基站需要脫離comp組的評估及comp通信到單基站通信的變換；協同基站根據信道估計只選擇一個天線參與針對關心用戶的comp通信；主基站根據系統確定的總的分集處理路徑數確定自己的參加comp傳輸所需發射和接收天線數，並根據信道估計指定對應的發射和接收天線。

分集接收路徑選擇的步驟，具體上行鏈路傳輸信號的分集接收子步驟和下行鏈路傳輸信號的分集接收子步驟，其中：

上行鏈路傳輸信號的分集接收子步驟具體方法是：

步驟101，針對某個關心用戶，comp組的每個基站均要根據系統已確定的comp節點接收該用戶的信號接收，參加comp傳輸的每個基站根據自己是否是主基站，選擇執行下面的操作：

選擇步驟一：若該基站是comp的主基站，並根據發射機的最初信號類型分別執行：

發射機最初的信號是頻域信號，則用根據信道質量估計確定的一個或多個comp接收天線頻域接收信號，並轉換到基帶；

發射機最初的信號在時域，且主基站接收機在時域進行信號檢測，則接收機可通過發射信號中的導頻符號進行接收同步，進而通過信道估計和信道均衡分離多徑信號，並根據系統設置的分集合併路徑總數以及信道估計值的相互比較，確定每個comp天線參加comp合併的多徑數。若主基站接收機在頻域進行信號檢測，則對每個參加comp的天線，接收信號不需要要區分多徑，也就是說每個主基站的每個comp天線，只有一路頻率信號參加分集合併；

選擇步驟二：若該基站不是comp的主基站，並根據發射機的最初信號類型分別執行：

若發射機最初信號是頻域信號，且接收機在頻域進行信號檢測，則該協同基站將接收來自單個comp天線的信號並轉換到基帶後發射給主基站；

如果發射機最初的信號是時域信號，該協同基站是在時域進行信號檢測，則該協同基站還需要分離出、並只檢測comp天線的主路徑信號並轉換到基帶後發射給主基站；

步驟102，對所有協作路徑信號進行分集合併處理及後續的基帶信號處理、數據與參數上傳；

下行鏈路傳輸信號的分集接收子步驟具體方法是：。

步驟201，關心用戶接收來自comp組的所有第二節點的信號，

步驟202，如果發射機最初信號是頻域信號，接收機的在頻域進行信號檢測，則關心用戶直接在基帶進行分集合併處理並發送至後續的接收機內的符號判決子系統；如果發射機最初的信號是時域信號，且接收機在時域進行信號檢測，則還需要選擇每個comp發射天線到用戶的多徑數。

在上述的一種用於毫米波mimo無線通信中comp傳輸節點選擇及分集接收路徑選擇的方法，comp傳輸節點選擇的步驟具體包括以下步驟：

步驟1，原主基站檢測是否有新基申請加入進行comp，若有，新基站將獲得的用戶主路徑的信道質量估計或者其對應的質量指示傳給原主基站，原主基站判斷新用戶是否可以加入進行comp通信，並根據判斷結果選擇執行：

選擇步驟一：若新用戶不能夠加入進行comp通信，主基站判斷是否有舊基站需要進行脫離comp通信並將不符合comp的基站的脫離處理並上報後返回步驟一；

選擇步驟二：若新用戶可以加入進行comp通信，進行下一步驟；

步驟2，在有新基站申請加入後，原主基站首先比較現有分集合併允許的路徑總數和現有分集合併所利用的實際的路徑數，並比較兩個路徑數，並根據比較結果執行：

選擇執行一：若現有分集合併允許的路徑總數大於現有分集合併所利用的實際的路徑數，則允許新的申請者加入；

選擇執行二：若現有分集合併允許的路徑總數小於等於現有分集合併所利用的實際的路徑數則利用新加入基站傳輸的信道質量估計(或者對應的信道質量指示)與現有參加comp路徑的信道質量進行比較，若新的申請基站所傳的信道質量優於現有分集合併路徑中的最低信道質量的路徑，則接受其申請，並讓被取代路徑所對應的基站脫離comp，若取代的天線屬於另外一個協同基站，則對應的基站也要脫離comp，然後進行下一步驟；

步驟3，新的協作基站加入後，原主基站綜合考慮所有路徑的信道質量，決定是否將主基站權交給其他基站；

步驟4，新的協作基站加入後，如果更換了主基站，新的主基站行使主基站權，重新分配分集合併路徑及comp天線，原主基站和新主基站各自上報相應的信息，並執行相應的參數重配與設置處理；如果維持原有的主基站，原主基站要將新comp組的有關參數和信息上報給上一層的網絡節點。

在本發明方法的上行鏈路傳輸信號的分集接收中，針對某個關心用戶，comp組的各基站採用自己的comp天線，接收來自關心用戶的信號。主基站可以有多個comp天線，每個協同基站只有1個comp天線。每個協同基站只接收一條對應主路徑的基帶信號轉換為基帶，並進一步連同其對應的信道估計一起傳輸給主基站參加分集合併。主基站可以接收多條信道質量好的路徑信號轉換為基帶後參加分集合併。主基站自身參加分集合併的路徑數由系統確定的分集合併路徑總數減去協同基站數。主基站完成分集合併和後續的信號處理。分集合併的算法可以是任何依靠某種優化準則確定的算法，優化合併算法不在本發明權利保護範圍內。本發明中上行鏈路分集接收的流程圖參加附圖2。

在本發明方法的下行鏈路傳輸信號的分集接收流程如附圖3。下行鏈路的分集接收中，關心用戶可以是單個天線也可以是多個天線。單個天線時，用戶的單天線接收所有comp發射天線的信號，接收機對來自不同發射天線的信號進行分集合併。若用戶有多個天線，移動臺天線的接收模式有兩種。一種是每個接收天線均接收所以comp發射天線的信號，移動臺可以從接收天線上獲得用於分集合併的信號路數至少為發射天線數和接收天線數的乘積。假設有m個comp發射天線，用戶有n個接收天線，則總的「發射-接收」信道數至少為mn個。這是由於一個發射天線到1個接收天線的傳輸至少有1個可分辨路徑。接收機可以合併所有傳輸路徑上的信號也可以選擇其中部分信道質量好的路徑進行信號合併，合併路徑總數受系統限制。

附圖說明

附圖1是本發明提出方法中參加comp的節點選擇及主基站確定流程圖。

附圖2是本發明方法中上行鏈路信號在參加comp的各節點上的傳輸流程。

附圖3是本發明中下行鏈路接收機對comp信號進行分集合併的處理流程。

附圖4是本發明實施例中演示說明comp傳輸系統上行鏈路信號傳輸。

具體實施方式

下面以一演示例子來說明本發明的具體實施過程。本演示例子中，假設用戶原來只與基站bs1進行通信，見圖4。一個新的基站bs2通過天線21檢測到用戶的申請接入信號。bs2，用戶到bs2的申請接入信號有兩條路徑傳輸到天線21，主路徑為視距傳播信號(對應圖中從用戶到天線21到bs2的傳輸路徑)，另外1條多徑信號是經過建築物反射形成的。bs2根據自己的通信能力，發現還可以增加通信用戶其通過與高層的信令交換得知用戶與原主基站bs1正在通信，，在對來自用戶主路徑信道質量進行估計後，向bs1發出comp傳輸加入申請。本例主假設系統限定的最大分集合併路徑數為4，且圖4中只畫出了關心用戶。

一、comp節點選擇：

s1：原主基站bs1檢測到bs2申請加入comp通信。

s2：原主基站bs1在接收來自bs2的主信道質量估計值並判決是否允許bs2加入與關心用戶的通信。bs1原先在上行鏈路的接收信號處理中，只用了用戶到天線11和用戶到天線12的兩條路徑的信號進行分集合併處理，因為系統允許分集合併所用的最大路徑數為4，bs1接受了bs2的申請。

s3：原主基站bs1通過獲得用戶到天線11，用戶到天線12的信道估計，判斷出用戶到天線12的傳播路徑是用戶到bs1的主路徑，並將該主路徑的信道質量與用戶到天線21的主路徑的信道質量比較，若前者大於後者，則bs1繼續執行主用戶的職務。否則，bs2將替換bs1作為主基站，而bs1將作為協同基站參加comp通信。

s4：新一輪主基站評定後，若bs1仍然擔任主基站，則基站bs1重新計算上行鏈路接收時分集合併的路徑數，此例中基站bs2加入comp後，上行鏈路分集接收選用的總路徑數為2+1＝3。此外，bs1要將相關信息，比如新基站的bs2的編號，comp通信中將使用的天線11、天線12和天線21的編號上傳給網絡上一層的節點，並通知用戶。bs1和bs2也需要進行新的參數配置等處理。如果基站bs2替代bs1成為了comp基站組的主基站，則bs1要通知bs2該信息，同時bs2也有計算新的參加上行分集合併的路徑數，天線數等，還要想高層上傳相關的信息和參數配置。本例中，bs2作為主基站後，知道系統的總允許分集接收合併所有的路徑數為4，將知道參加上行分集合併可以實際實用的路徑數為3，其中兩條是用戶到天線21的傳播路徑，1天來自bs1的主路徑。

二、上行鏈路接收信號的分集合併

若comp傳輸的節點選定後，例如本例中一級節點bs1選為comp通信的主基站，bs2作為comp通信的協同基站，則bs1將通過天線11和天線12分別接收來自用戶的上行鏈路信號。bs2將通過天線21接收來自用戶的信號，並在bs2基帶接收機經過信號處理後只將一路主路徑的基帶信號連同信道估計值一同傳輸給bs1。bs1在自己的基帶接收機中將來接收的3路信號進行分集合併，並進一步進行後續的基帶信號處理和數據傳輸。

三、下行鏈路接收信號的分集合併

下行鏈路中，如果用戶只有單根天線如圖4所示的系統，則用戶會接收來自所有comp發射天線發射後，經過信道傳輸到達用戶天線的信號。假設系統有4條下行傳輸路徑，分別對應圖4所示的例子中4條上行鏈路傳輸路徑的反向傳輸，由於系統最大允許的分集合併路徑總數為4，用戶在自己接收機的基帶信號處理中，講基於信道估計分離這4條傳輸路徑上的信號後，再進行分集合併。如果用戶有多於1個以上的接收天線，用戶可以用所有的天線都接收上述4條下行鏈路傳輸的信號，然後每個接收天線對應的接收支路在接收機中將分離4條不同的傳輸路徑，再基於信道估計值對所有接收天線上分離的傳輸路徑進行總的分集合併。在配置多個接收天線時，用戶也可以針對不同的發射天線根據信道估計配置不同的接收天線。比如，假設圖4的例子中，用戶有兩條接收天線，用戶發現接收天線1接收來自bs1的發射天線11和天線12所獲得的信道質量好，而用戶的接收天線2適合接收bs2基站天線21發出的信號，則可以每個接收天線分別接收兩個基站comp發射天線發出的信號。這樣在用戶的基帶接收機中，兩個接收天線各自可以分離兩條下行鏈路傳輸路徑最好進行4條總路徑信號的分集合併。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或採用類似的方式替代，但並不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的範圍。