专利名称：用于无线蜂窝网络的抑制邻近小区下行同信道干扰的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于无线蜂窝网络的抑制邻近小区下行同信道干扰的方法，属于无线通信技术领域。
背景技术：
蜂窝概念是解决频率不足和用户容量问题的一个重大突破，蜂窝小区结构是现在移动通信系统的基本结构。在蜂窝小区结构的下行链路中，邻小区同信道干扰(邻近小区占用同样的时频单元的下行链路造成的干扰)对系统容量和频谱利用效率的提高产生了很大的影响。
为了克服邻小区的同信道干扰，在时分多址/频分多址(TDMA/FDMA)系统中，主要采用的方法是增加蜂窝小区频率复用系数，例如最常用的频率复用系数为7的小区结构，可以完全避免与之相邻的小区引入的同信道干扰，但是这样的做法也大幅度的降低了系统总体的频谱利用效率(1/7)。如果需要增加系统频谱利用效率，则可以降低系统频率复用系数(例如4、3、2、1)，但是这样就引入了邻小区的同信道干扰，付出了干扰增大的代价。
另一种在不增加小区频率复用系数的同时有效的降低邻小区干扰的方法是采用定向天线，利用定向天线对于空间的区分来抑制邻小区同信道干扰的影响。
在克服多用户干扰的问题上，verdu提出了应用于扩频系统的多用户检测结构，它的基本概念就是接收机利用对于所有用户发送信号所使用的扩频序列的先验知识，不是将其它用户干扰作为噪声处理，而是利用一些线性处理，将其和有用信号一起检测出来，同时还可以利用一些非线性的处理(例如干扰抵消等等)来提高检测性能，在某些条件下，可以达到单用户接收的性能(也就是完全去除了多用户干扰)。而poor将信道编码和多用户检测相结合，同时引入turbo迭代结构，就得到了编码多用户检测的结构，它可以在系统性能和多用户检测复杂度方面有着较好的折中。
交织多址的概念最早由Li Ping提出，它的基本内容包括发送端在编码器和调制器之间插入比特交织器，并使得不同的用户使用不同的交织图案。在接收端，则要根据受到的同信道干扰强弱而选择是否使用编码多用户检测，对同信道干扰弱的情况使用单用户检测方法解调、译码数据；对同信道干扰强的情况，则使用编码多用户检测的方法。
传统的采用增加小区频率复用系数来克服邻小区同信道干扰的方法极大的影响了系统的频谱利用效率，而采用定向天线区分扇区的方法，一方面在不增加小区频率复用系数的基础上有效的降低了同信道干扰的影响，另一方面，增加了移动台切换的开销，同时也并不能完全避免同信道干扰的影响。同时，为了较好的降低同信道干扰的印象，一般来说，系统都必须采用较为复杂的无线资源管理方案来保证相邻小区的距离较近的用户不共享同一信道等等。
发明内容
本发明的目的是，为了提高系统的频谱利用效率，蜂窝系统需要使用较低的频率复用系数，这样，相邻小区或扇区就有共享的频段，不可避免的在相邻小区中带来了同信道干扰的影响，因此本发明提出了一种用于无线蜂窝网络的抑制邻近小区下行同信道干扰的方法，引入交织多址和编码多用户检测，以抑制相邻小区的同信道干扰。
本发明提出的用于无线蜂窝网络的抑制邻近小区下行同信道干扰的方法，包括如下步骤(1)蜂窝系统中的每个基站或扇区向用户发送数据时，在编码和调制过程之间插入比特交织，不同的基站或扇区采用不同的交织图案；(2)蜂窝系统的移动台对来自相邻基站或扇区的一个或几个主要的同信道干扰源的干扰信号强度进行判断，若干扰信号强度大于设定阈值，则进行多用户联合检测接收，使用交织图案区别不同的基站，若强度小于设定域值，则进行单用户接收。
上述中所述的比特交织的方法为在每个基站或扇区向每个移动台发送数据时，在信道编码器和调制器之间，插入比特交织操作，对编码比特采用本基站或扇区特定的交织图案进行交织。
上述方法中，多用户联合检测的方法包括以下步骤(1)蜂窝系统的移动台接收到来自基站或扇区的信号，在载波解调和数据解调后，根据接收的信号、信道特性、相邻基站或扇区的同信道信号以及下述步骤(4)输出的数据流进行多用户检测，得到发送信号中编码比特的后验似然比；(2)对上述后验似然比进行与所属数据流发送时使用的比特交织相对应的比特解交织；(3)根据上述比特解交织得到的数据流，进行与该数据流发送时使用的信道编码相对应的信道译码，并输出信道编码前数据的后验似然比；(4)将上述信道编码前数据的后验似然比根据其所属数据流，进行与该数据流发送时相同的信道编码和比特交织，得到的数据流送入步骤(1)的多用户检测过程中；(5)重复步骤(1)～(4)，根据对步骤(3)得到的数据的后验似然比进行判决，得到移动台需要的数据流。
上述方法中，单用户检测方法包括以下步骤(1)蜂窝系统的移动台接收基站或扇区的信号，在载波解调和数据解调后，通过匹配滤波捡出该移动台所需要的数据流，并将与该移动台共享同一频段或时频单元的干扰信号作为噪声处理；(2)根据上述匹配滤波后检出的该移动台所需要的数据流，分别进行与该数据流发送时使用的比特交织、信道编码相对应的信道译码和比特解交织，并判决输出数据。
本发明提出的用于无线蜂窝网络的抑制邻近小区下行同信道干扰的方法，将交织多址区分用户的概念引入到蜂窝系统中的下行传输中，使用交织图案区分不同的基站或扇区，如果相邻的小区共享同一下行信道时，使用这些相同的下行信道的移动台在接收时，可以根据干扰的强弱，采用不同的接收方案，特别是在邻小区同信道干扰较强的情况下，可以采用编码多用户联合检测的方法，将属于不同基站的共享这一信道的数据流分别检测出来，保留本移动台需要的数据流，丢弃其它干扰数据，从而有效的抵消了同信道干扰的影响，同时，本发明还可以与已有技术中设计频率复用系数以及引入定向天线的方法相结合，一方面可以有效的抑制相邻小区的同信道干扰(例如，可以采用频率复用系数较低的系统，而对于邻小区频谱相互重叠的部分的用户，采用本发明的方法克服同信道干扰)，另一方面，可以避免过于复杂的无线资源管理方案，而对于简单的无线资源管理方法所无法避免的同信道干扰，可以采用本发明的方法进行克服，从而节省了系统开销。
图1是本发明的原理示意图，以频率复用系数为2的蜂窝系统为例。
图2是图1中两个相邻的基站和分别属于该两个基站的共享同一信道(时频单元)的移动台的结构示意图。
图3是图2中基站1(BS1)向所服务的移动台1(MS1)发送信号的发送过程示意图。
图4是移动台1对接收到的信号进行判决处理的原理示意图。
图5是图4中单用户接收过程示意图。
图6是图4中多用户联合检测过程示意图。
图7是将本发明与已有的定向天线区分扇区的技术相结合抑制同信道干扰的原理示意图。以分布角为120度的中心激励三扇区的天线结构为例。
图1-图4中，11-基站1(BS1)；12-基站2(BS2)；13-移动台1(MS1)；14-移动台2(MS2)；71-移动台1(MS1)；72-移动台2(MS2)；73移动台3(MS3)具体实施方式
本发明提出的用于无线蜂窝网络的抑制邻近小区下行同信道干扰的方法，首先，蜂窝系统中的每个基站或扇区向用户发送数据时，在编码和调制过程之间插入比特交织，不同的基站或扇区采用不同的交织图案；蜂窝系统的移动台对来自相邻基站或扇区的一个或几个主要的同信道干扰源的干扰信号强度进行判断，若干扰信号强度大于设定阈值，则进行多用户联合检测接收，使用交织图案区别不同的基站，若强度小于设定域值，则进行单用户接收。
上述方法中，比特交织的方法为在每个基站或扇区向每个移动台发送数据时，在信道编码器和调制器之间，插入比特交织操作，对编码比特采用本基站或扇区特定的交织图案进行交织。
图1给出了一个频率复用系数为2的蜂窝系统作为例子。在本例中将蜂窝系统全部可用频段标记为F，将其划分为三个等宽度的互不重叠的频段F1/F2/F3。具体的频率划分方式参见图1。从图1中可以看出，由于相邻小区共享了部分频段，则相邻小区的用户有可能会共用同一下行信道，从而造成邻小区同信道干扰，在本例中，以分别位于两个小区边缘部分的两个移动台MS1和MS2为例，它们共用同一位于频段F1内的信道。需要说明的是，为了方便和表述清晰，这里举的例子是两基站和两移动台，但是这个网络并没有对单元的数量(即相邻基站的个数及其所服务的移动台的数量)以及单元的拓扑(即相邻基站的相对位置，以及对某个移动台造成干扰的邻小区基站的个数和方位)进行限制。
图2是图1中两个共用同一信道的移动台MS1和MS2以及它们所属的基站BS1/BS2的示意图，包括两个移动台所使用的下行信道的示意图。从图中可以看出，移动台MS1和MS2共用了同一个频段作为下行信道，从而造成了相互之间的同信道干扰。
图3是图2中基站BS1向所服务的移动台MS1发送数据的处理过程。在这个过程中，需要向MS1传送的数据首先经过一个信道编码器，得到的编码符号再经过一个扩频和加扰单元，然后送入基站特定的编码比特级交织器，交织后送入调制和载波相乘单元产生发射信号。同样，基站BS2向自己所服务的移动台MS2传送数据的发送方案完全相同，不再赘述。
该发送方案的基本特点就在于在数据调制的前端，加入了一个比特交织器，该交织器的交织图案由基站决定的，也就是说，在本图中，BS1和BS2所使用的交织图案是不同的。除此以外，其它的单元都不是限制性的。例如，如果该系统采用的是CDMA多址接入方式，经过信道编码器后的符号需要经过扩频加扰单元，但是如果采用其它接入方式(例如TDMA/FDMA方式)，并不一定需要扩频加扰单元，同样，如果采用的是IFDMA的多址接入方式，在扩频单元后面可能还需要一个切普重复(chip-repetition)单元，然后再接入基站特定的交织器。同样，在经过交织器后，信号的处理单元也不是由图3限定的，图3只是给出了一个单载波系统的例子，如果该系统应用在OFDM平台上，交织后的比特符号还需要经过子载波映射和调制等一系列的OFDM调制单元。
总的来说，图3作为基站为自己服务的移动台的发送方案，基本的特点就在于相邻的基站共享同样的时频单元，同时调制器前端增加特定的编码比特交织器，由交织图案来区分小区。而对于具体的多址接入方式和调制方式没有限制。
图4是图2中移动台BS1接收到来自基站的信号时，所做的判决处理过程的流程图。移动台可以在两种接收方案(单用户检测/多用户联合检测)之间切换。切换的标准来自关于邻小区同信道干扰强度的控制信息(该控制信息可以由基站发送，也可以由移动台自行判断)。
图5是图4中单用户检测的结构示意图，当移动台靠近小区中心，或者移动台位于一个孤立环境中(例如热点环境或者室内环境)时，来自邻小区的同信道干扰较小，此时移动台可以采用该结构进行接收，对于解调后得到的信号，直接对其进行和本小区基站所使用的特定交织相对应的解交织，例如，MS1将解调后的信号送入和BS1使用的交织器相对应的解交织器，然后进行解扩译码等操作，将邻小区(BS2)发送的同信道信号简单的当作干扰处理。
图6是图4中多用户联合检测的结构示意图，当来自邻小区的同信道干扰较强时，移动台采用该结构进行接收，该结构对具体的多址方式和调制方式没有限制。每个移动台都分别检测出所有邻小区发送的同信道信号，在本图中，就意味着移动台MS1将两个基站发送的源信息都检测出来，保留发送给自己数据流。因为在迭代检测过程中，邻小区同信道干扰被重建出来并予以去除，而不是简单的作为噪声处理，因此大大的抑制了同信道干扰的强度。
需要注意的是，这两种接收结构也对具体的多址方式、干扰的数量以及调制方式没有限制。两个接收方案的基本结构为单用户检测将邻小区同信道干扰作为噪声处理的单用户匹配滤波器接收方案。
多用户联合检测利用同信道信号之间使用不同的交织图案的特点，通过编码多用户的迭代检测结构，将邻小区同信道信号和自己的有用信号共同检测出来，并保存有用信号的接收方案。
除了图1中给出的例子外，本发明还可以与小区内划分扇区、定向天线、以及高层的资源管理算法相结合，共同抑制邻小区信道干扰的影响。其中扇区划分方式可以采用(1)使用一个多角型中心激发小区被细分为N个扇区；或者(2)使用一个多角型角落激发小区被细分为N个扇区。
不同的基站和扇区可以分配不同的频段，也可以共享全部或者部分频段。
同时基站可以使用一定的资源管理算法，按照一定的优化准则对信道进行分配，保证相邻小区的距离较近的移动台不共享相同的信道，以抑制同信道干扰的影响。
基站也可以使用定向天线对移动台进行数据传输，定向天线可以调整波束的方向角，使之指向当前正在服务的移动台以降低对其它用户造成的干扰，移动台可以使用全向或者定向天线接收来降低其它用户对其造成的干扰。
图7是将本发明与定向天线区分扇区的技术相结合的原理示意图。以分布角为120度的中心激励三扇区的天线结构为例，将系统总的可使用的带宽划分为三个频段F1/F2/F3，整个系统的频率分配方案如图所示。从图中可以看出，使用这样的定向天线和频谱分配方法，同时移动台也采用一定的定向天线使接收信号的峰值指向本地基站的相应天线，可以保证用户所受到的同信道干扰只由不相邻的小区所产生(例如MS1和MS3虽然是相邻小区的用户并且共用同一频段，但是也不会造成相互干扰)。
同时，对于采取上述方法仍未能完全消除的同信道干扰的影响(图中的MS1使用的下行信道对于MS2的接收造成的干扰)，采用本发明的方法进行进一步的抑制，发送端使用不同的交织图案区分小区，移动台侧根据干扰的强弱，采用单用户接收机或者多用户检测方案进行检测接收。具体发送和接收的细节参考图1-图6的描述。
本发明与上述技术的结合并未规定基站配置定向天线的根数、定向天线的方位角的设置以及具体的频谱、信道分配方法等等。
权利要求
1.一种用于无线蜂窝网络的抑制邻近小区下行同信道干扰的方法，其特征在于该方法包括如下步骤(1)蜂窝系统中的每个基站或扇区向用户发送数据时，在编码和调制过程之间插入比特交织，不同的基站或扇区采用不同的交织图案；(2)蜂窝系统的移动台对来自相邻基站或扇区的一个或几个主要的同信道干扰源的干扰信号强度进行判断，若干扰信号强度大于设定阈值，则进行多用户联合检测接收，使用交织图案区别不同的基站，若强度小于设定域值，则进行单用户接收。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的比特交织的方法为在每个基站或扇区向每个移动台发送数据时，在信道编码器和调制器之间，插入比特交织操作，对编码比特采用本基站或扇区特定的交织图案进行交织。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的多用户联合检测的方法包括以下步骤(1)蜂窝系统的移动台接收到来自基站或扇区的信号，在载波解调和数据解调后，根据接收的信号、信道特性、相邻基站或扇区的同信道信号以及下述步骤(4)输出的数据流进行多用户检测，得到发送信号中编码比特的后验似然比；(2)对上述后验似然比进行与所属数据流发送时使用的比特交织相对应的比特解交织；(3)根据上述比特解交织得到的数据流，进行与该数据流发送时使用的信道编码相对应的信道译码，并输出信道编码前数据的后验似然比；(4)将上述信道编码前数据的后验似然比根据其所属数据流，进行与该数据流发送时相同的信道编码和比特交织，得到的数据流送入步骤(1)的多用户检测过程中；(5)重复步骤(1)～(4)，根据对步骤(3)得到的数据的后验似然比进行判决，得到移动台需要的数据流。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的单用户检测方法包括以下步骤(1)蜂窝系统的移动台接收基站或扇区的信号，在载波解调和数据解调后，通过匹配滤波捡出该移动台所需要的数据流，并将与该移动台共享同一频段或时频单元的干扰信号作为噪声处理；(2)根据上述匹配滤波后检出的该移动台所需要的数据流，分别进行与该数据流发送时使用的比特交织、信道编码相对应的信道译码和比特解交织，并判决输出数据。
全文摘要
本发明涉及一种用于无线蜂窝网络的抑制邻近小区下行同信道干扰的方法，属于无线通信技术领域。首先蜂窝系统中的每个基站或扇区向每个用户发送数据时，在编码和调制过程之间插入比特交织，不同的基站或扇区采用不同的交织图案；蜂窝系统的接收端对来自接收端相邻基站的同一信道干扰信号强度进行判断，若强度大于设定阈值，则进行多用户联合检测，使用交织图案区别不同的基站，若强度小于设定域值，则进行单用户接收。本发明的方法，使用交织图案区分不同的小区，有效的抑制了相邻小区同信道干扰的影响，同时避免过于复杂的无线资源管理方案，节省了系统开销。
文档编号H04W28/16GK1744747SQ200510105240
公开日2006年3月8日 申请日期2005年9月28日 优先权日2005年9月28日
发明者周世东, 李云洲, 李强, 赵明, 姚彦, 周春晖, 孟琳, 杨海斌 申请人:清华大学