[发明专利]一种适用于全双工蜂窝网络的协作发射波束成型方法和通信系统

说明书

本发明公开一种适用于全双工蜂窝网络的协作发射波束成型方法和通信系统。本方法为：基站获取与各通信用户之间的下行链路的信道状态信息，以及基站发射天线到其他小区基站接收天线之间的干扰链路的信道状态信息；基站通过反馈信道获得各通信用户的噪声级别；基站通过基站间通信链路得到其他小区基站的噪声级别；基站计算预定的SLNR效用函数取得最大值时的发射波束成型矩阵；其中，所述SLNR效用函数是基于以上所述的信道状态信息、噪声级别建立；基站利用所述发射波束成型矩阵对要发射的数据流进行发射波束成型。本发明能够大大提升FD蜂窝网络的频谱效率。

技术领域

本发明涉及全双工多小区协作通信(Full duplex multi-cell cooparativecommunications)技术，具体涉及一种全双工多小区协作通信中的发射波束成型方法和通信系统。

背景技术

在现代的通信系统中，每一个通信节点——例如基站、中继或者手机——既发射信号也接受信号。为了避免发射信号对接收天线的自干扰(SI)，传统通信节点工作于时分双工～(TDD)或者频分双工～(FDD)模式，亦即将发射、接受信号安排在不同的时隙或者不同的频率。全双工(FD)技术使得通信节点能在同一时间、同一频率进行信号的发射和接收，并且利用自干扰消除技术抑制自干扰的影响，从而有望将传统通信系统的频谱效率提升两倍。

虽然FD自干扰消除技术已经比较成熟，但是将FD技术应用到蜂窝网络中时，会导致新的同频干扰。具体而言，在传统半双工(HD)蜂窝通信系统中，如果相邻小区使用相同频带进行数据传输，则会产生两种小区间干扰：(1)下行-下行干扰：本小区的下行发射信号会对邻小区的下行接收机造成干扰；(2)上行-上行干扰：本小区的上行发射信号也会对邻小区的上行接收机造成干扰。如果将FD技术应用于基站(用户可以工作于HD或FD模式)，不仅仍然存在上述两种传统小区间干扰，而且由于上行和下行信号共用相同的时频资源，会导致三种新的同频干扰：(1)FD节点的自干扰；(2)基站间干扰，即本小区基站的发射信号对邻小区基站接收天线的干扰；(3)用户间干扰，即上行用户发射信号对下行用户接收天线的干扰。

上述干扰中，FD节点自干扰可以通过已有的自干扰消除技术消除至接近接收机热噪声水平，用户间干扰可以通过调度距离较远、彼此干扰信道较弱的用户进行抑制。然而，FD蜂窝网络中基站间干扰可能非常严重，原因是：1)与基站和用户之间的信道相比，由于基站一般安放在比较高的位置，基站之间更有可能存在路径损耗低的直射信道；2)基站的发射功率和天线增益一般比用户的大，因此本小区基站受到的相邻基站的干扰，可能远比来自本小区用户的有用信号强。因此，如果不对基站间干扰采取有效措施，FD蜂窝网络的上行传输可能会被基站间干扰淹没。

多天线技术(MIMO)可以用于抑制FD蜂窝网络中存在的传统小区间干扰，以及FD技术导致的基站间干扰。多天线发射波束成型的原理，是将待发射的数据流在各根发射天线上赋予特定的权重系数，使得发射信号在目标接收机处获得增强，而对非目标接收机的干扰得到抑制。多天线接收波束成型的原理与之类似，是将接收天线阵列上的信号乘以特定的权重系数，使得接收到的目标信号功率获得增强，干扰信号得到抑制。将发射(或接收)权重系数写成矩阵形式，即为发射(或接收)波束成型矩阵。在FD蜂窝网络中，通过优化配备天线阵列的基站的发射和接收波束成型矩阵，能够有效地抑制传统的小区间干扰和基站间干扰，并且保护有用信号，从而提升系统的性能。

综上所述，将FD技术应用于蜂窝网络中时，传统的小区间干扰以及基站间干扰是亟需解决的问题，而多天线波束成型提供了有效的解决手段。本小区基站在设计其服务的某个用户的发射波束成型矩阵时，不仅需要考虑对该小区内其他用户的干扰，还需要考虑对邻小区用户的干扰以及对邻基站接收机的干扰。因此，各小区在设计波束成型矩阵时需要一定程度的协作。针对传统的HD蜂窝网络，已经有不少协作波束成型方案。然而，目前尚未存在适用于FD蜂窝网络的协作波束成形方法。

发明内容