用于大規模天線系統的全雙工正交頻分通信方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于大規模天線系統的全雙工正交頻分通信方法，主要解決在該系統中，傳統頻分復用模式下反饋信息量大，以及傳統時分復用模式難以適應信道快變特性的問題。其實現步驟是：1）利用正交頻分復用的思想將信號的傳輸頻帶劃分為多個相互正交的子載波；2）將劃分的子載波按照特定的方式分配給上行鏈路和下行鏈路；3）終端在所分配的上行鏈路中發送導頻信號，基站根據導頻接收信號獲取所有子載波處的信道狀態信息；4）基于該信道狀態信息，基站與終端分別在所分配的下行子載波和上行子載波上傳輸數據。本發明具有無反饋、收發同時、低延遲、大覆蓋的優點，可用于大規模天線系統高速移動場景下的全雙工通信。
【專利說明】用于大規模天線系統的全雙工正交頻分通信方法【技術領域】
[0001]本發明屬于無線通信領域，特別涉及全雙工通信方法，可用于大規模天線通信系統。
【背景技術】
[0002]多輸入多輸出MMO技術的發展已經越來越成熟，并且其已成功應用于移動通信長期演進LTE技術的無線寬帶標準中，例如在LTE標準中基站可以允許配置至多8根天線。分析和實驗數據表明，發射機或者接收機配置多天線能夠為信號提供更多的傳播鏈路，提高傳輸速率和鏈路可靠性。大規模天線系統的概念超越了傳統的MIMO系統，該系統將考慮基站配置有更多低功率發送的小天線，一般在數百根甚至更多，遠遠超過同時可調度的單天線用戶數量，以期獲得更大的吞吐率和復用增益，目前該系統已經在第五代5G通信系統的開發研究中受到極大關注。
[0003]在傳統MMO系統中，基站與終端之間對上行通信鏈路和下行通信鏈路的實現可以分為兩種模式:時分雙工TDD模式和頻分雙工FDD模式。在時分雙工模式中，基站和終端占用相同的頻帶資源，上行和下行鏈路在不同的時隙進行通信；在頻分雙工模式中，基站和終端占用互不重疊的頻帶資源，以實現時間上連續的上行和下行通信過程。然而，在大規模天線系統中，Fredrik Rusek和Erik G.Larsson等人已經通過分析指出，頻分雙工模式具有可用導頻數量有限、終端信道估計復雜度高、反饋信息量巨大以及占用上行鏈路資源過多等技術難點而無法直接應用。因此，目前針對大規模天線系統的研究都是在時分雙工模式的前提下進行的。然而對于時分雙工模式，必須保證上行鏈路信道和下行鏈路信道對稱的基本前提，也即在同一時刻或很短的時間段內，上、下行鏈路的信道狀態信息是相同的，這限制了時分雙工系統的工作方式為半雙工方式，相對于頻分雙工模式而言其信道利用率比較低；且由于時分雙工模式中上、下行鏈路數據發送之間必須有保護時間間隔，這導致了每連續兩次同向鏈路的發送 有較大時延，極大限制了系統的覆蓋范圍，并且不適用于高速移動的通信場景。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于針對已有技術的缺陷和不足，提出一種適合大規模天線系統的正交頻分通信方法，以提高時頻資源利用率，實現系統的全雙工通信。
[0005]本發明的技術思路是:基于正交頻分復用OFDM思想把傳輸信號的帶寬劃分為多個相互正交的子載波頻帶，并且分別指定用于上行和下行鏈路數據傳輸的頻帶數目和位置。其中，上行數據和上行導頻在指定的上行子載波上傳輸，下行數據在指定的下行子載波上傳輸。基站端和終端均已知頻帶的劃分和子載波分配情況，并且在相應的子載波上進行信道狀態信息估計、數據提取和處理。為了避免傳統頻分雙工中的巨量反饋信息，本發明依然考慮在同一頻帶內的上行鏈路信道和下行鏈路信道具有互易對稱的性質，采用僅僅發送上行鏈路導頻來估計信道狀態信息來的辦法，從而無需終端反饋給基站任何信道信息估計。另外，在將整個傳輸頻帶已經劃分為多個子載波的基礎上，利用少量上行子載波發送導頻來估計部分信道狀態信息，然后通過內插的方式獲取整個帶寬內各個子載波處的信道狀態信息，隨后基于此信息分別對上行鏈路數據進行處理和對下行鏈路待發送數據進行預處理等操作。本發明基于OFDM，使得上行鏈路子載波和下行鏈路子載波完全正交，因此保證了上、下行鏈路之間數據傳輸互不干擾，達到了雙向鏈路同時收發的全雙工效果。其具體實現步驟如下:
[0006](I)根據系統所要求的上行和下行鏈路的數據通信量，將整個信號傳輸帶寬劃分為L個子載波，其中，Lu個子載波用于上行鏈路傳輸，Ld=L-Lu個子載波用于下行鏈路傳輸；Lu個上行子載波又分為兩部分，其中，Lp個子載波用于上行導頻傳輸，Ld=Lu-Lp個子載波用于上行數據傳輸，這里0〈L〈Lmax，0〈Lu、Ld、Lp、Ld〈L，
[0007]
【權利要求】
1.一種用于大規模天線系統的全雙工正交頻分通信方法，包括如下步驟: (O根據系統所要求的上行和下行鏈路的數據通信量，將整個信號傳輸帶寬劃分為L個子載波，其中，Lu個子載波用于上行鏈路傳輸，Ld=L-Lu個子載波用于下行鏈路傳輸；L?個上行子載波又分為兩部分，其中，Lp個子載波用于上行導頻傳輸，Ld=LU-LpA子載波用于上行數據傳輸，這里 0〈L〈Lmax，0〈Lu、Ld、Lp、Ld〈L，
2.根據權利要求1所述的方法，其中步驟(9)所述的運用內插算法得到所有子載波處的信道估計?按如下步驟進行: (9a)計算第i個子載波處的信道估計:
【文檔編號】H04L5/00GK103873418SQ201410106050
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月21日 優先權日:2014年3月21日
【發明者】宮豐奎, 李果, 張南, 葛建華, 王勇, 劉彥文 申請人:西安電子科技大學