一种上行导频序列配置方法及基站与流程
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种上行导频序列配置方法及基站。
背景技术：
大规模多输入多输出(multipleinputmultipleoutput，mimo)系统，通过在基站端布置大量的天线，在已知信道状态信息的情况下，可以显著地提高系统的频谱效率与能量效率，受到了学术界和工业界的广泛关注。
随着天线数目的增多，在大规模mimo系统中，需要估计的信道数目也随之线性增长，导致信道估计的困难程度增加。对于时分双工(timedivisionduplex，tdd)系统，基站可以根据用户终端发送的上行导频信号来估计上行信道，并根据信道互易性得到下行信道。
在多小区应用场景下，当不同小区的用户终端发送相同或者相似的上行导频信号时，基站接收所有上行导频信号时无法分辨用户终端发送的上行导频信号的差异，导致估计出的信道与实际信道严重不符的情况出现，称之为导频污染。导频污染严重影响了信道估计的准确性，降低了系统性能。
在现有技术中，为降低导频污染的影响，在时间上连续发送一段较长的导频序列，通过延伸导频序列长度来增加正交导频的数量以满足正交性，来实现导频去污。然而，现有的导频去污方法占用的上行资源较多。
技术实现要素：
本发明解决的技术问题是如何在降低导频污染的同时，减少导频序列占用的上行资源。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种上行导频序列配置方法，包括：接收各用户终端发送的上行信号；当检测到服务小区内的用户终端发送的上行信号与来自其他小区的用户终端发送的上行信号存在干扰时，计算所述存在干扰的所述服务小区内的用户终端的频域相移系数，所述频域相移系数分别为：为所述存在干扰的所述服务小区内的用户终端配置的相对于基准导频序列在频域上的相移系数；采用所述频域相移系数，将所述存在干扰的所述服务小区内的用户终端的基准导频序列进行频域相移，得到所述存在干扰的所述服务小区内的用户终端对应的上行导频序列；其中，所述存在干扰的所述服务小区内的用户终端对应的功率延迟分布，与来自其他小区的用户终端对应的功率延迟分布，在时域与角度域的至少任一上不存在重叠。
可选的，所述将所述存在干扰的上行信号所对应的用户终端进行频域相移，得到所对应的用户终端对应的上行导频序列为：
可选的，第k个用户终端对应的频域相移系数为：τl,k＝τl+(k-1)ncp；其中，k＝1,…,n/ncp，ncp为ofdm循环前缀长度；τl为第l小区对应的小区相移系数，且τl满足如下条件：
可选的，所述将所述存在干扰的上行信号所对应的用户终端进行频域相移，得到所对应的用户终端对应的上行导频序列为：
本发明实施例还提供了一种基站，包括：获取单元，用于接收各用户终端发送的上行信号；检测单元，用于检测服务小区内的用户终端发送的上行信号与来自其他小区的用户终端发送的上行信号存在干扰；计算单元，用于当所述检测单元检测到服务小区内的用户终端发送的上行信号与来自其他小区的用户终端发送的上行信号存在干扰时，计算所述存在干扰的所述服务小区内的用户终端的频域相移系数，所述频域相移系数分别为：为所述存在干扰的所述服务小区内的用户终端配置的相对于基准导频序列在频域上的相移系数；相移单元，用于采用所述频域相移系数，将所述存在干扰的所述服务小区内的用户终端的基准导频序列进行频域相移，得到所述存在干扰的所述服务小区内的用户终端对应的上行导频序列；其中，所述存在干扰的所述服务小区内的用户终端对应的功率延迟分布，与来自其他小区的用户终端对应的功率延迟分布，在时域与角度域的至少任一上不存在重叠。
可选的，所述相移单元得到的所对应的用户终端对应的上行导频序列为：
可选的，所述第k个用户终端对应的频域相移系数为：τl,k＝τl+(k-1)ncp；其中，k＝1,…,n/ncp，ncp为ofdm循环前缀长度；τl为第l小区对应的小区相移系数，且τl满足如下条件：
可选的，所述相移单元得到的所对应的用户终端对应的上行导频序列为：
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
当服务小区内不同的用户终端发送的上行信号之间存在干扰时，计算存在干扰的上行信号对应的用户终端的频域相移系数，对存在干扰的上行信号对应的用户终端的上行导频序列进行频域相移，使得经过频域相移之后的用户终端对应的功率延迟分布在时域与角度域的至少任一上不存在重叠。通过对上行导频序列进行频域相移即可降低导频污染，从而无需对导频序列进行扩展，因此可以在降低导频污染的同时，减少导频序列占用的上行资源。
附图说明
图1是本发明实施例中的一种上行导频序列配置方法的流程图；
图2是采用本发明实施例中提供的上行导频序列配置方法后的三个用户终端的功率延迟分布示意图；
图3(a)～图3(b)分别为两个用户终端的信道网格分布示意图；
图4为采用现有技术中的信道估计方法估计出的信道网格分布示意图；
图5为采用本发明实施例中提供的上行导频序列配置方法估计出的信道网格分布示意图；
图6示出了本发明一实施例中的两个基站内三个用户终端的功率延迟分布示意图；
图7示出了本发明另一实施例中的两个基站内三个用户终端的功率延迟分布示意图；
图8是本发明实施例中的一种基站的结构示意图。
具体实施方式
当存在导频污染时，导频污染严重影响了信道估计的准确性，降低了通信系统的性能。因此，现有的通信系统需要针对导频污染进行处理。在现有技术中，为降低导频污染的影响，在时间上连续发送一段较长的导频序列，通过延伸导频序列长度来增加正交导频的数量以满足正交性，来实现导频去污。然而，当导频序列长度较长时，占用了较大的上行数据的传输时间，也即占用了较多的上行资源。
在本发明实施例中，当服务小区内不同的用户终端发送的上行信号之间存在干扰时，计算存在干扰的上行信号对应的用户终端的频域相移系数，对存在干扰的上行信号对应的用户终端的上行导频序列进行频域相移，使得经过频域相移之后的用户终端对应的功率延迟分布在时域与角度域的至少任一上不存在重叠。通过对上行导频序列进行频域相移即可降低导频污染，从而无需对导频序列进行扩展，因此可以在降低导频污染的同时，减少导频序列占用的上行资源。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
本发明实施例提供了一种上行导频序列配置方法，参照图1，以下通过具体步骤进行详细说明。
步骤s101，接收各用户终端发送的上行信号。
在实际应用中可知，用户终端向基站发送的无线信号可能会通过多种不同的路径达到基站，这种现象称之为多径传播。基站接收到的无线信号的幅度、相位等发生变化，这种现象称之为多径衰落。对于路径延迟，可以求出不同路径延迟下的功率分布，称之为功率延迟分布。
在具体实施中，基站接收到的上行信号不仅仅包括自身服务小区内的用户终端发送的上行信号，也还包括来自其他小区(例如相邻小区)的用户终端发送的上行信号。
基站在接收到各用户终端发送的上行信号后，可以执行步骤s102。
步骤s102，当检测到服务小区内的用户终端发送的上行信号与来自其他小区的用户终端发送的上行信号存在干扰时，计算所述存在干扰的所述服务小区内的用户终端的频域相移系数。
在实际应用中可知，用户终端的上行信号存在互相干扰的情况可以包括：不同用户终端的上行信号的到达角相同且时延相同。
在具体实施中，基站可以接收到来自服务小区的用户终端发送的上行信号，以及来自其他小区的用户终端发送的上行信号。来自其他小区的用户终端发送的上行信号，可能会对来自服务小区的用户终端发送的上行信号造成干扰，也即：来自其他小区的用户终端发送的上行信号对应的功率延迟分布，可能与基站自身服务小区内的用户终端发送的上行信号对应的功率延迟分布存在重叠。
当来自其他小区的用户终端发送的上行信号，与来自服务小区的用户终端发送的上行信号存在干扰时，基站可以计算存在干扰的上行信号对应的服务小区内的用户终端的频域相移系数。在本发明实施例中，频域相移系数可以为：为存在干扰的上行信号对应的用户终端配置的相对于基准导频序列在频域上的偏移系数。
例如，基站检测到服务小区内的用户终端1发送的上行信号，与来自其他小区的用户终端2发送的上行信号之间存在干扰，则可以计算用户终端1对应的频域相移系数。用户终端1对应的频域相移系数为：相对于基站为用户终端1配置的基准导频序列在频域上的相移系数。
可以理解的是，针对其他上行信号不存在干扰的用户终端，可以无需计算其对应的频域相移系数，或者设置其对应的频域相移系数为0。
步骤s103，采用所述频域相移系数，将所述存在干扰的所述服务小区内的用户终端的基准导频序列进行频域相移。
在具体实施中，基站在根据频域相移系数对存在干扰的服务小区内的用户终端的基准导频序列进行频域相移之后，可以得到存在干扰的服务小区内的用户终端对应的上行导频序列，并下发至对应的用户终端。
存在干扰的服务小区内的用户终端接收到的基站下发的上行导频序列之后，根据上行导频序列向基站发送上行导频信号。基站在接收到存在干扰的服务小区内的用户终端发送的上行导频信号后，获取到的存在干扰的服务小区内的用户终端的功率延迟分布，与来自其他小区的用户终端的功率延迟分布在时域与角度域的至少任一上不存在重叠。也就是说，存在干扰的服务小区内的用户终端的功率延迟分布，与来自其他小区的用户终端的功率延迟分布，可以仅在时域上不存在重叠，也可以仅在角度域上不存在重叠，还可以同时在时域上与角度域上均不存在重叠。
也就是说，基站通过对存在干扰的服务小区内的用户终端的基准导频序列进行频域相移，并将经过频域相移之后的基准导频序列作为存在干扰的服务小区内的用户终端的上行导频序列。基站在接收到存在干扰的服务小区内的用户终端发送的上行导频序列时，估计得到的存在干扰的服务小区内的用户终端的功率延迟分布，与来自其他小区的用户终端的上行导频序列对应的功率延迟分布在时域与角度域的至少任一上不存在重叠，从而消除了来自其他小区的用户终端的干扰。
例如，基站检测到服务小区内的用户终端1的上行信号被来自其他小区的用户终端2的上行信号干扰，则基站可以计算用户终端1的频域相移系数。基站根据用户终端1的频域相移系数，对预先为用户终端1配置的基准导频序列进行频域相移，得到用户终端1对应的上行导频序列并下发至用户终端1。基站接收到用户终端1发送的上行导频序列后，在对用户终端1进行信道估计时，得到的用户终端1的功率延迟分布与用户终端2的功率延迟分布之间在时域上和角度域上均不存在重叠。也即在采用基站配置的经过频域相移之后的上行导频序列后，用户终端2不会对用户终端1产生干扰。
在具体实施中，当服务小区为第l个小区时，若第l个小区内的第k个用户终端受到其他小区的用户终端的干扰，则第l个小区内的第k个用户终端对应的上行导频序列为：
其中，
通过计算得到最优化的τl,k，可以使得第l个小区内的第k个用户终端的功率延迟分布与来自其他小区的用户终端的功率延迟分布之间不重叠。
参照图2，给出了一种采用本发明实施例中提供的上行导频序列配置方法之后的三个用户终端的功率延迟分布示意图。图2中，用户终端1为服务小区内的用户终端，对应功率延迟分布曲线201以及功率延迟分布曲线202，用户终端2与用户终端3为来自其他小区的用户终端。用户终端2对应功率延迟分布曲线203、功率延迟分布曲线204以及功率延迟分布曲线205，用户终端3对应功率延迟分布曲线206、功率延迟分布曲线207、功率延迟分布曲线208。
从图2中可以得知，用户终端1的功率延迟分布与用户终端2、用户终端3的功率延迟分布之间在时域上和角度域上均不存在重叠部分，也即在进行信道估计时，用户终端2与用户终端3的功率延迟分布不会对用户终端1造成干扰，也即不存在导频污染。
下面对本发明上述实施例中提供的上行导频序列配置方法进行原理性说明。
在实际应用中，基于离散时间系统在时域和角度域的分辨率，每个用户终端的多径信道分布于一个m×ncp的信道网格中，其中m表示基站的接收天线个数，ncp表示为ofdm符号的循环前缀长度。在信道网格中的每一个点表示为一个信道路径，该点所在的位置由该信道路径的时延和到达角(angleofarrive，aoa)来决定。
参照图3(a)～图3(b)，给出了两个用户终端的信道网格分布示意图。两个用户终端分别为用户终端1以及用户终端2，且用户终端1与用户终端2分别处于不同的小区，且二者之间采用了相同的导频序列。图3(a)为服务小区b内的用户终端1到基站b的信道网格分布示意图，图3(b)为其他小区c内的用户终端2到基站b的信道网格分布示意图。
用户终端1存在四条信道路径，依次为信道路径301、信道路径302、信道路径303以及信道路径304。用户终端2存在四条信道路径，依次为信道路径301’、信道路径302’、信道路径303’以及信道路径304’。从图3(a)～图3(b)中可以得知，用户终端1的信道路径303与用户终端2的信道路径303’的时延以及aoa均相同，用户终端1的信道路径304与用户终端2的信道路径304’的时延以及aoa均相同。
在对用户终端1的信道抽头进行估计时，若采用现有技术中的信道估计方法，估计出的信道网格分布示意图参照图4。
图4中，由于用户终端1的信道路径303与用户终端2的信道路径303’的时延以及aoa均相同，在对用户终端1的信道路径303的信道抽头进行估计时，会同时对用户终端2的信道路径303’的信道抽头进行估计，也即估计得到的信道抽头结果由用户终端1的信道路径303以及用户终端2的信道路径303’共同得到。此时，用户终端2的信道路径303’对用户终端1的信道路径造成了干扰。相应地，从图3(a)～图3(b)中可以得知，用户终端2的信道路径304’会对用户终端1的信道路径304造成干扰。
在本发明实施例中，基站在检测到用户终端2会对用户终端1造成干扰后，可以计算用户终端1对应的频域相移系数，根据频域相移系数对预先为用户终端1配置的基准导频序列进行频域相移，得到用户终端1对应的上行导频序列。基站将用户终端1对应的上行导频序列下发至用户终端1。用户终端1根据接收到的上行导频序列向基站发送上行导频信号。基站在对用户终端1发送的上行导频信号进行信道估计时，估计得到的用户终端1的信道网格分布示意图参照图5。
从图5中可以得知，由于对用户终端1采用了经过频域相移之后的基准导频序列，用户终端1的四条信道路径与用户终端2的四条信道路径在时域上和角度域上的至少之一上不存在重叠，因此，基站b在对用户终端1进行信道估计时，不存在用户终端2对应的干扰。
由此可见，当服务小区内不同的用户终端发送的上行信号之间存在干扰时，计算存在干扰的上行信号对应的用户终端的频域相移系数，对存在干扰的上行信号对应的用户终端的上行导频序列进行频域相移，使得经过频域相移之后的用户终端对应的功率延迟分布在时域与角度域的至少之一上不存在重叠。通过对上行导频序列进行频域相移即可降低导频污染，从而无需对导频序列进行扩展，因此可以在降低导频污染的同时，减少导频序列占用的上行资源。
在实际应用中，若存在干扰的服务小区内的用户终端的个数较多，需要计算所有存在干扰的用户终端对应的频域相移系数，计算复杂度较高。在本发明实施例中，为减少计算用户终端对应的频域相移系数的计算复杂度，给出了两种次优化的解决方案。
在第一种次优化方案中，可以设定用户终端在n个子载波上传输上行导频序列，为保证服务小区内的导频正交性，为第l个小区内的第k个用户分配的频域相移系数为：
τl,k＝τl+(k-1)ncp(2)；
其中，k＝1,…,n/ncp，ncp为ofdm循环前缀长度；τl为第l小区对应的小区相移系数，且τl满足如下条件：
其中，τl∈[0,n-1],l＝1,…,b，b为小区总数，
此时，式(3)中的变量个数为b，相比于第l个小区内存在干扰的用户终端的个数，采用式(2)和式(3)能够大大降低计算复杂度。
参照图6，给出了采用上述第一种次优化方案后两个基站内三个用户终端的功率延迟分布示意图。
图6中，(a)为基站1中的三个用户终端的功率延迟分布示意图，(b)为基站2中的三个用户终端的功率延迟分布示意图，三个用户终端分别为用户终端1、用户终端2以及用户终端3。
在采用了式(2)的频域相移系数后，两个基站内三个用户终端的功率延迟分布均按照k从小到大依次排列，即按照先排列用户终端1的功率延迟分布，再接上用户终端2的功率延迟分布，最后接上用户终端3的功率延迟分布，且同一个基站内不同用户终端间的功率延迟分布在时域上不重叠，最终形成一个长度为3×ncp的基站内等效功率延迟分布。当k＝n/ncp时，基站内等效功率延迟分布总长度为n。当根据(3)式计算得到τ1＝0，以及τ2＝3时，基站1内的等效功率延迟分布为在其本身基础上以n为周期长度向左循环移位0个单位，基站2内的等效功率延迟分布为在其本身基础上以n为周期长度向左循环移位1个单位，所得结果如图6所示。
在第二种次优化方案中，设定每个用户终端仅在ncp个等间隔的子载波上传输上行导频序列。同样的，为优先保证小区内的上行导频序列的正交性，每个小区的第k个用户终端所选择的子载波为：
gk＝{k-1+nn/ncp}；(4)；
其中，gk为第k个用户终端所选择的子载波，n＝0,…,ncp-1，k＝1,…,n/ncp。此时，第l个小区内的第k个用户终端的上行导频序列矩阵为：
其中，
b为小区总数，
此时，式(6)中的变量个数为b，相比于第l个小区内存在干扰的用户终端的个数，能够大大降低计算复杂度。
参照图7，给出了采用上述第二种次优化方案后两个基站内三个用户终端的功率延迟分布示意图。
图7中，(a)为基站1中的三个用户终端的功率延迟分布示意图，(b)为基站2中的三个用户终端的功率延迟分布示意图，三个用户终端分别为用户终端1、用户终端2以及用户终端3。
在采用了式(4)中的子载波分配方案和式(5)中的导频序列后，两个基站内的三个用户终端根据k的取值被分为相互独立的三组，具有相同k的用户终端位于同一组，具有不同k的用户终端位于不同组，即基站1内的用户终端1与基站2内的用户终端1组成第一组，即基站1内的用户终端2与基站2内的用户终端2组成第二组，即基站1内的用户终端3与基站2内的用户终端3组成第三组。不同组的用户终端的功率延迟分布在时域上不重叠且相互独立存在。同一组内的频域相移系数满足条件式(6)，不同组间的频域相移系数相互之间不影响。当k＝1且根据式(6)计算得τ1,1＝0和τ2,1＝1时，在第一组内，基站1内用户终端1的功率延迟分布为在其本身基础上以ncp为周期长度向左循环移位0个单位，基站2内用户终端1的功率延迟分布为在其本身基础上以ncp为周期长度向左循环移位1个单位；当k＝2且根据式(6)计算得τ1,2＝0和τ2,2＝2时，在第二组内，基站1内用户终端2的功率延迟分布为在其本身基础上以ncp为周期长度向左循环移位0个单位，基站2内用户终端2的功率延迟分布为在其本身基础上以ncp为周期长度向左循环移位2个单位；当k＝3且根据式(6)计算得τ1,3＝0和τ2,3＝1时，在第三组内，基站1内用户终端3的功率延迟分布为在其本身基础上以ncp为周期长度向左循环移位0个单位，基站2内用户终端3的功率延迟分布为在其本身基础上以ncp为周期长度向左循环移位0个单位，所得结果如图7所示。
参照图8，本发明实施例提供了一种基站80，包括：获取单元801、检测单元802、计算单元803以及相移单元804，其中：
获取单元801，用于接收各用户终端发送的上行信号；
检测单元802，用于检测服务小区内的用户终端发送的上行信号与来自其他小区的用户终端发送的上行信号存在干扰；
计算单元803，用于当所述检测单元802检测到服务小区内的用户终端发送的上行信号与来自其他小区的用户终端发送的上行信号存在干扰时，计算所述存在干扰的所述服务小区内的用户终端的频域相移系数，所述频域相移系数分别为：为所述存在干扰的所述服务小区内的用户终端配置的相对于基准导频序列在频域上的相移系数；
相移单元804，用于采用所述频域相移系数，将所述存在干扰的所述服务小区内的用户终端的基准导频序列进行频域相移，得到所述存在干扰的所述服务小区内的用户终端对应的上行导频序列；其中，所述存在干扰的所述服务小区内的用户终端对应的功率延迟分布，与来自其他小区的用户终端对应的功率延迟分布，在时域与角度域的至少任一上不存在重叠。
在具体实施中，所述相移单元804得到的所对应的用户终端对应的上行导频序列为：
在具体实施中，所述第k个用户终端对应的频域相移系数为：τl,k＝τl+(k-1)ncp；其中，k＝1,…,n/ncp，ncp为ofdm循环前缀长度；τl为第l小区对应的小区相移系数，且τl满足如下条件：
在具体实施中，所述相移单元804得到的所对应的用户终端对应的上行导频序列为：
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：rom、ram、磁盘或光盘等。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
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