一种两用户分布式协作传输系统中考虑用户时延差的宽带预编码和干扰抑制方法

摘要

本发明公开了一种两用户分布式协作传输系统中考虑用户时延差的宽带预编码和干扰抑制方法，包括如下步骤：每个接入点根据上行链路的同步信号分别与最先到达的用户进行时频同步，并估计出后到达的另一个用户相对于先到达用户的相对时延差；根据上行链路的时频同步，计算下行链路接入点与用户的时延差；根据信道估计的结果，得到其上行链路和下行链路的信道矩阵，计算下行多用户预编码矩阵；根据采样偏差，计算第k个子载波的预编码矩阵和干扰抑制矩阵。本发明的方法在相干带宽内，仅计算一次预编码或干扰抑制矩阵，其它子载波可以根据该矩阵旋转生成，从而补偿由于采样偏差引起的信道变化，降低了传输系统的多用户预编码和干扰抑制的复杂度及性能。

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信传输技术领域，尤其是一种两用户分布式协作传输系统中考虑用户时延差的宽带预编码和干扰抑制方法。

背景技术

分布式多天线协作传输是4G和5G的关键技术。将分布式多天线与OFDM结合，可以将频率选择性信道转换为每个子载波上的平坦MIMO信道，因而基于OFDM的分布式MIMO协作传输被4G以及5G所采纳。然而，随着参与协作的基站数及用户数的增加，每个子载波计算预编码或联合检测的复杂性将非常大。在点到点的MIMO-OFDM系统实现时，通常假设在相干带宽内信道是相关的，进而减少预编码的计算次数。这种采用宽带信道状态信息的方法在工业界实现LTE系统时被采纳。例如在LTE系统中，可以根据多个资源块的信道状态信息计算一个预编码矩阵用于这些资源块，因而复杂度大大降低。

然而，这个假设在实际的分布式多用户MIMO系统中存在一定的问题。考虑如图1所示的两用户(UE)和两远端天线接入点(RAU)的分布式多用户OFDM系统。这里，我们假设用户与RAU的时钟频率完全同步，不考虑频率偏移(Carrier Frequency Offset，CFO)。对于OFDM接收机，采样时间同步是去除循环前缀、完成正确解调的前提。假设UE1和UE2到RAU1和RAU2的距离各不相同，因而到达接入点的时间也不同。由于用户1和用户2的信号在RAU叠加，在去除循环前缀时，通常与先到达的用户同步。如图2所示，用户1到接入点2由于时延差引起的循环前缀采样偏差为τ₁，用户2到接入点1的采样偏差为τ₂。

我们知道，τ个样点的采样偏移在第k个子载波会产生相位旋转exp(ι2πkτ/N)，其中N为OFDM的FFT/IFFT的大小。从频域角度看，这也被称之为频偏。本专利统一称之为采样偏差。可以看到，随着子载波序号的增加，相位旋转越大。因此，即使在相干带宽内，频域信道也可能产生较大的变化。对于集中式多用户MIMO-OFDM，如果已知每个用户的时延，通过提前发送可以解决这个问题。但是，对于分布式多用户MIMO-OFDM，由于多个节点对多个用户会“顾此失彼”，无法采用提前发送解决。因此，传统以相干带宽为参考进行预编码设计和干扰抑制将带来较大的误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种两用户分布式协作传输系统中考虑用户时延差的宽带预编码和干扰抑制方法，能够大大降低了多用户分布式协作传输系统的多用户预编码和干扰抑制的复杂度及性能。

为解决上述技术问题，本发明提供一种两用户分布式协作传输系统中考虑用户时延差的宽带预编码和干扰抑制方法，包括如下步骤：

(1)对于上行链路，接入点根据上行链路的同步信号分别与最先到达的用户进行时频同步，并估计出后到达的另一个用户相对于先到达用户的相对时延差；假设有2个接入点，用户1距离接入点1最近，用户2距离接入点2最近，用户1到接入点2由于时延差引起的循环前缀采样偏差为τ₁个样点，用户2到接入点1的采样偏差为τ₂个样点；

(2)对于下行链路，基站侧根据上行时频同步，计算接入点到用户的相对时延差；假设有2个接入点，用户1距离接入点1最近，用户2距离接入点2最近，接入点2到用户1由于时延差引起的循环前缀采样偏差为τ₁′个样点，接入点1到用户2的采样偏差为τ₂′个样点；

(3)根据信道估计的结果，以第0号子载波为例，得到其上行链路和下行链路的信道矩阵，根据该上行链路信道矩阵和下行链路矩阵计算下行多用户预编码矩阵；假设用户1和用户2的下行预编码矩阵分别为[W_1,1>2,1]^T和[W_1,2>2,2]^T，用户1和用户2的上行链路干扰抑制矩阵分别为[F_1,1>1,2]和[F_2,1>2,2]，其中[]^T表示矩阵的转置；

(4)根据采样偏差，计算第k个子载波的预编码矩阵和干扰抑制矩阵；在第k个子载波上，用户1和用户2的下行预编码矩阵分别为和用户1和用户2的上行链路干扰抑制矩阵分别为和其中N表示OFDM系统中快速傅里叶变换的点数，ι表示虚数单位。

优选的，多用户预编码和多用户干扰抑制采用块对角化方法、迫零预编码、迫零检测、最小均方误差检测或正则化迫零预编码。

优选的，采样块对角化预编码时方法时具体实施如下：假设第0个子载波的频域信道表示为，

第k个子载波的信道矩阵可以近似表示为，

假设针对第0个子载波的频域信道计算出的干扰抑制矩阵为，

那么有，

其中，利用了块对角化方法的性质，即：

F_1,1H_1,2+F_1,2H_2,2＝0

F_2,1H_1,1+F_2,2H_2,1＝0

在第k个子载波上，构造如下干扰矩阵：

因此，可以得到，

显然，经过简单的处理，在第k个子载波，可以去除多用户间的干扰，把两用户的信道转换成单用户的信道矩阵；

考虑下行链路，假设第0个子载波的频域信道表示为，

那么，第k个子载波的信道矩阵可以近似表示为，

假设针对第0个子载波的频域信道计算出的多用户预编码矩阵为，

那么有，

其中，利用了块对角化原理：

G_1,1W_1,2+G_1,2W_2,2＝0

G_2,1W_1,1+G_2,2W_2,1＝0

那么，在第k个子载波上，多用户预编码矩阵可以表示为，

因此，可以得到，

经过简单的预编码矩阵旋转，在第k个子载波，可以去除下行链路多用户间的干扰。因此，当第0个子载波的频域信道计算出的干扰抑制矩阵为：

在第k个子载波上，干扰矩阵可以表示为，

第0个子载波的频域信道计算出的多用户预编码矩阵为，

在第k个子载波上，多用户预编码矩阵可以表示为，

在一定带宽的信道内，需要在一个子载波上计算预编码矩阵或干扰抑制矩阵，其它子载波上的预编码或干扰抑制矩阵可以通过相位旋转得到。

本发明的有益效果为：本发明提出一种两用户分布式协作传输系统中考虑用户时延差的宽带预编码和干扰抑制方法，在相干带宽内，该方法仅计算一次预编码或干扰抑制矩阵，其它子载波可以根据该矩阵旋转生成，从而补偿由于采样偏差引起的信道变化，该算法大大降低了多用户分布式协作传输系统的多用户预编码和干扰抑制的复杂度及性能。

附图说明

图1为本发明的两用户分布式协作传输系统结构示意图。

图2为本发明的上行链路采样偏差对多用户分布式OFDM系统的影响示意图。

图3为本发明的下行链路采样偏差对多用户分布式OFDM系统的影响示意图。

图4为本发明方法的流程图。

具体实施方式

如图1和图4所示，一种两用户分布式协作传输系统中考虑用户时延差的宽带预编码和干扰抑制方法，包括如下步骤：

(1)对于上行链路，接入点根据上行链路的同步信号分别与最先到达的用户进行时频同步，并估计出后到达的另一个用户相对于先到达用户的相对时延差；假设有2个接入点，用户1距离接入点1最近，用户2距离接入点2最近，用户1到接入点2由于时延差引起的循环前缀采样偏差为τ₁个样点，用户2到接入点1的采样偏差为τ₂个样点；

(2)对于下行链路，基站侧根据上行时频同步，计算接入点到用户的相对时延差；假设有2个接入点，用户1距离接入点1最近，用户2距离接入点2最近，接入点2到用户1由于时延差引起的循环前缀采样偏差为τ₁′个样点，接入点1到用户2的采样偏差为τ₂′个样点；

(3)根据信道估计的结果，以第0号子载波为例，得到其上行链路和下行链路的信道矩阵，根据该上行链路信道矩阵和下行链路矩阵计算下行多用户预编码矩阵；假设用户1和用户2的下行预编码矩阵分别为[W_1,1>2,1]^T和[W_1,2>2,2]^T，用户1和用户2的上行链路干扰抑制矩阵分别为[F_1,1>1,2]和[F_2,1>2,2]，其中[]^T表示矩阵的转置；

(4)根据采样偏差，计算第k个子载波的预编码矩阵和干扰抑制矩阵；在第k个子载波上，用户1和用户2的下行预编码矩阵分别为和用户1和用户2的上行链路干扰抑制矩阵分别为和其中N表示OFDM系统中快速傅里叶变换的点数，ι表示虚数单位。

考虑两用户分布式OFDM系统，假设接入点个数为2。但是本发明接入点个数可以推广到更多个。假设系统已经进行了收发的频率同步，在去除循环前缀时，接入点与先到达的用户进行采样时间同步。但是，由于不同的用户到不同的接入点的时延差不能完全消除，会导致信道矩阵在频域变换较快。

如图2所示，以上行链路为例，假设第0个子载波的频域信道表示为，

考虑用户到RAU的时延，假设用户1距离接入点1最近，用户2距离接入点2最近。用户1到接入点2由于时延差引起的循环前缀采样偏差为τ₁，用户2到接入点1的采样偏差为τ₂。实际中，为了降低实现复杂度，假设在相干带宽内信道变化较小，那么，第k个子载波的信道矩阵可以近似表示为，

其中，N表示OFDM的FFT/IFFT的点数，ι表示虚数单位。

以块对角化干扰抑制方法为例，假设针对第0个子载波的频域信道计算出的干扰抑制矩阵为，

那么，我们有，

其中，利用了块对角化方法的性质，即：

F_1,1H_1,2+F_1,2H_2,2＝0

F_2,1H_1,1+F_2,2H_2,1＝0

在第k个子载波上，构造如下干扰矩阵：

因此，我们可以得到，

显然，经过简单的处理，在第k个子载波，我们仍然可以去除多用户间的干扰，把两用户的信道转换成单用户的信道矩阵。之后，进行单用户检测即可。

如图3所示，考虑下行链路，假设第0个子载波的频域信道表示为，

那么，第k个子载波的信道矩阵可以近似表示为，

我们仍然以块对角化多用户预编码方法为例，假设针对第0个子载波的频域信道计算出的多用户预编码矩阵为，

那么，我们有，

其中，利用了块对角化原理：

G_1,1W_1,2+G_1,2W_2,2＝0

G_2,1W_1,1+G_2,2W_2,1＝0

那么，在第k个子载波上，多用户预编码矩阵可以表示为，

因此，我们可以得到，

经过简单的预编码矩阵旋转，在第k个子载波，我们仍然可以去除下行链路多用户间的干扰。

综上所述，可以看到，当第0个子载波的频域信道计算出的干扰抑制矩阵为：

在第k个子载波上，干扰矩阵可以表示为，

第0个子载波的频域信道计算出的多用户预编码矩阵为，

在第k个子载波上，多用户预编码矩阵可以表示为，

可以看出，在一定带宽的信道内(用户的最大多径时延)，我们仅需要在一个子载波上计算预编码矩阵或干扰抑制矩阵，其它子载波上的预编码或干扰抑制矩阵可以通过相位旋转得到，计算复杂度大大降低。

尽管本发明就优选实施方式进行了示意和描述，但本领域的技术人员应当理解，只要不超出本发明的权利要求所限定的范围，可以对本发明进行各种变化和修改。