密集分布式移动通信网络系统的同步与校准方法
【专利摘要】本发明提出一种密集分布式移动通信网络系统的同步与校准方法，每一个小区密集布设RAU，所有RAU通过高速链路与该小区的BPU相连。在同步阶段：BPU收到同步请求信号后向所连接的所有RAU发送载波信号；RAU收到载波信号之后，采用锁相环获得载波信号，并估计传输线路的时延。在校准阶段：BPU对其连接的RAU进行分簇，形成树型的分簇拓扑；每个簇内的所有RAU互相收发校准信号，并将收到的校准信号通过高速链路传输到BPU，由BPU计算相应的校准系数；不同簇内的分布式无线接入单元之间的校准系数通过间接计算获得，实现所有分布式无线接入单元的校准。本发明系统复杂度低，无需用户参与，无需无线反馈。
【专利说明】密集分布式移动通信网络系统的同步与校准方法
【技术领域】
[0001]本发明属于通信【技术领域】，尤其涉及一种使用密集分布式无线接入单元布设的多用户空分多址无线通信系统。
【背景技术】
[0002]日益紧缺的频谱资源以及无线数据业务量的持续增长，成为驱动无线通信系统进行新的变革的重要因素。随着通信技术的不断发展，高阶调制编码、链路自适应方法、MIMO等方法均已在无线通信中获得应用。可以说，点对点通信链路的性能发展与工程实践己经几乎达到了极限。
[0003]为了能够实现更高频谱效率和绿色无线通信的双重目标，人们提出了密集分布式移动通信技术。通过处于不同地理位置上的无线接入单元(Rad1 Access Unit,RAU)的协作(联合传输/协作调度)来提高系统性能。密集分布式移动通信网络系统可以通过RAU间的协作，降低系统干扰，实现小区边缘性能提升，同时也对当前技术提供了有效的整合。
[0004]密集分布式移动通信网络系统中，协作的RAU需要知道准确的下行信道信息，进行下行预编码，服务多个用户，提高系统性能。采用时分双工(Time Divis1n Duplexing,TDD)通信模式，RAU可以利用信道互易性，通过估计的上行信道信息来得到下行信道信息。根据电磁波理论，如果时间间隔小于相干时间，那么传输信号在上行和下行方向将经历相同的衰落。这样，大大减小了系统的反馈开销。
[0005]然而，密集分布式移动通信网络系统对协作的RAU间的同步有很高的要求。如果协作的RAU之间不同步，会大大降低用户端的协作增益，还会产生时隙间干扰和上下行干扰，严重影响通信质量，甚至导致通信失败。
[0006]另外，信道互易性理论只是适用于空中的无线传输信道。而一个完整的通信信道不仅包括空中的无线信道，还包括发送机和接收机的射频(Rad1 Frequency,RF)电路。RF电路包括天线，RF混频器，数模转换器，功率放大器等等，还受到周围环境的影响(比如温度，湿度等)。这样，从对信号的影响上看，每个RF电路实际上等效于对发送和接收信号各乘以了一个额外的系数，即RF增益，而RF增益通常是不匹配的，这种RF增益的不匹配破坏了通信信道的互易性。所以，在TDD系统中，采用下行预编码技术时，必须要进行协作RAU之间的天线校准。
【发明内容】
[0007]技术问题:本发明的目的是提供一种复杂度较低，可行性较强的密集分布式移动通信网络系统的同步与校准方法。
[0008]技术方案:本发明密集分布式移动通信网络系统的同步与校准方法采用如下技术方案:
[0009]移动通信网络中的每一个小区密集布设分布式无线接入单元(Rad1 AccessUnit,RAU),所有RAU都通过高速链路与该小区的中心基带处理单元(Baseband ProcessingUnit, BPU)相连接。在同步阶段:由BPU向所连接的所有RAU发送载波信号，实现所有RAU载波信号的载频同步。在校准阶段:对所有RAU进行分簇，形成树型的分簇拓扑；同一簇内的RAU互相收发校准信号，并将收到的校准信号通过高速链路传输到BPU，直接计算相应的校准系数；不同簇内的分布式无线接入单元之间的校准系数通过间接计算获得，即实现所有RAU的校准。
[0010]有益效果:本发明提供的密集分布式移动通信网络系统的同步与校准方法，具有如下优点:
[0011](I)载波同步信号由BPU通过高速链路向各RAU发送，信号精度高，各RAU对载波信号的载频可以非常准确的锁定，从而较好地实现所有RAU的载频同步。
[0012](2)载频同步时，将各RAU由PLL产生的相位差和时延估计误差统一看成是RF增益相位的一部分，通过校准来解决，将同步和校准有效地联合起来进行处理。
[0013](3)校准时对各RAU进行分簇，将大规模节点的校准问题化为簇内较少节点的校准问题，大大降低了复杂度。
[0014](4)在校准时，簇内的RAU之间互相收发校准信号，无需用户的参与。
[0015](5) RAU收到的校准信号通过高速链路传输到BPU进行校准系数的计算，无需无线信道的反馈，减小了系统的反馈开销，节省了成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]为了更清楚地说明本发明技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅表明本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
[0017]图1为本发明实施例提供的一种密集分布式移动通信网络系统架构的示意图以及RAU分簇的示意图；
[0018]图2为本发明实施例提供的一种密集分布式移动通信网络系统同步方法的流程图；
[0019]图3为本发明实施例提供的一种密集分布式移动通信网络系统RAU分簇方法的流程图；
[0020]图4为本发明实施例提供的一种密集分布式移动通信网络系统校准方法的流程图。
[0021]图5为一个簇内各RAU校准的示意图。
【具体实施方式】
[0022]为了使本【技术领域】的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0023](I)密集分布式移动通信网络系统架构
[0024]本实施例的密集分布式移动通信网络系统架构如图1所示，图示场景中移动通信网络中的每一个小区密集布设分布式单天线无线接入单元RAU(也可以多天线，在实施例中为讨论简单设为单天线)，所有RAU都通过高速链路(例如光纤)与该小区的中心基带处理单元BPU相连接。定义小区中所有RAU集合与BPU通过高速链路连接构成一个小区基站。
[0025](2) RAU载波信号的载频同步
[0026]本实施例的密集分布式移动通信网络系统的同步方法流程如图2所示。小区内所有RAU实现载波信号载频同步的过程如下，
[0027]步骤一，RAU通过高速链路向BPU发送同步请求信号；
[0028]步骤二，BPU收到同步请求信号后向所连接的所有RAU发送载波信号；
[0029]步骤三，RAU收到载波信号之后，采用锁相环PLL获得载波信号，并估计传输线路的时延。
[0030]设BPU发送的载波信号的载频为f。，由于载波信号通过高速链路传输，且PLL具有很高的频率同步精度，所以可以认为各RAU载波信号的载频相等，只存在由PLL产生的相位差和时延估计误差。则第η个RAU可以表示为
[0031]
【权利要求】
1.一种密集分布式移动通信网络系统的同步与校准方法，其特征在于: 移动通信网络中的每一个小区密集布设分布式无线接入单元，所有分布式无线接入单元都通过高速链路与所在小区的中心基带处理单元相连接； 在同步阶段:中心基带处理单元向其连接的所有分布式无线接入单元发送载波信号，实现小区内所有分布式无线接入单元载波信号的载频同步； 在校准阶段:中心基带处理单元对其连接的所有分布式无线接入单元进行分簇，形成树型的分簇拓扑；同一簇内的分布式无线接入单元互相收发校准信号，并将收到的校准信号通过高速链路传输到中心基带处理单元，直接计算相应的校准系数；不同簇内的分布式无线接入单元之间的校准系数通过间接计算获得，实现所有分布式无线接入单元的校准。
2.根据权利要求1所述的一种密集分布式移动通信网络系统的同步与校准方法，其特征在于:在同步阶段，小区内所有分布式无线接入单元实现载波信号载频同步的过程如下， 步骤一，分布式无线接入单元通过高速链路向中心基带处理单元发送同步请求信号； 步骤二，中心基带处理单元收到同步请求信号后向其连接的所有分布式无线接入单元发送载波信号； 步骤三，分布式无线接入单元收到载波信号之后，利用锁相环获得载波信号，并估计传输线路的时延。
3.根据权利要求2所述的一种密集分布式移动通信网络系统的同步与校准方法，其特征在于:由锁相环产生的 相位差和时延估计误差统一看成是RF增益相位的一部分，通过校准来解决。
4.根据权利要求1所述的一种密集分布式移动通信网络系统的同步与校准方法，其特征在于:中心基带处理单元生成一个各分布式无线接入单元之间位置关系的位置矩阵，并且随时进行更新和维护；同时生成两个集合:未分簇集合和当前分簇集合；初始时，所有分布式无线接入单元均在未分簇集合中，当前分簇集合为空集；分簇方法如下: (1)初始分簇:从小区中心的一个分布式无线接入单元开始，根据位置矩阵，按照分簇规则选取分布式无线接入单元分为一簇；所述分簇规则是指:同一簇内任意两个分布式无线接入单元之间的距离小于距离阈值、同一簇内分布式无线接入单元的总数不超过设定数值且与第一个分布式无线接入单元的距离最近；同时，将新分簇的分布式无线接入单元加入到当前分簇集合中，并从未分簇集合中去除新分簇的分布式无线接入单元，初始分簇结束； (2)依次分簇:在当前分簇集合中选择任意一个分布式无线接入单元，然后从未分簇集合中按分簇规则选择分布式无线接入单元分为一簇，同时从当前分簇集合中删除选中的分布式无线接入单元；如果当前分簇不为空，则继续在当前分簇集合中选择任意一个RAU并从未分簇集合中按分簇规则选择分布式无线接入单元进行分簇，直到当前分簇集合为空时本次分簇结束，将本次新分簇的分布式无线接入单元加入到当前分簇集合中，并从未分簇集合中删除； (3)结束分簇:按照步骤(2)中的分簇方法继续下一次的分簇，当未分簇集合为空时，分簇结束； (4)更新分簇:当有分布式无线接入单元因故障退出，或者有新的分布式无线接入单元加入时，中心基带处理单元更新位置矩阵，并重新进行分簇。
5.根据权利要求4所述的一种密集分布式移动通信网络系统的同步与校准方法，其特征在于:所述距离阈值根据天线校准精度确定，所述设定数值为信道相干时间与校准信号周期之比。
6.根据权利要求1所述的一种密集分布式移动通信网络系统的同步与校准方法，其特征在于:在校准阶段，小区内所有分布式无线接入单元实现校准的过程如下， 步骤一，每个簇内的所有分布式无线接入单元依次无线广播校准信号，并接收簇内其他分布式无线接入单元的校准信号； 步骤二，所有分布式无线接入单元将接收到的校准信号通过高速链路传输到中心基带处理单元，由其计算出相应的分布式无线接入单元间天线校准系数； 步骤三，同一簇内的分布式无线接入单元之间通过直接的无线校准信道进行校准，相邻簇内的分布式无线接入单元之间通过共有的分布式无线接入单元进行间接校准，从而获得任意两个分布式无线接 入单元之间的校准系数，实现所有分布式无线接入单元的校准。
【文档编号】H04W56/00GK104080109SQ201410334575
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月14日 优先权日:2014年7月14日
【发明者】王东明, 魏浩, 尤肖虎 申请人:东南大学