[发明专利]用于大规模天线系统的全双工正交频分通信方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信领域，特别涉及全双工通信方法，可用于大规模天线通信系统。

背景技术

多输入多输出MIMO技术的发展已经越来越成熟，并且其已成功应用于移动通信长期演进LTE技术的无线宽带标准中，例如在LTE标准中基站可以允许配置至多8根天线。分析和实验数据表明，发射机或者接收机配置多天线能够为信号提供更多的传播链路，提高传输速率和链路可靠性。大规模天线系统的概念超越了传统的MIMO系统，该系统将考虑基站配置有更多低功率发送的小天线，一般在数百根甚至更多，远远超过同时可调度的单天线用户数量，以期获得更大的吞吐率和复用增益，目前该系统已经在第五代5G通信系统的开发研究中受到极大关注。

在传统MIMO系统中，基站与终端之间对上行通信链路和下行通信链路的实现可以分为两种模式：时分双工TDD模式和频分双工FDD模式。在时分双工模式中，基站和终端占用相同的频带资源，上行和下行链路在不同的时隙进行通信；在频分双工模式中，基站和终端占用互不重叠的频带资源，以实现时间上连续的上行和下行通信过程。然而，在大规模天线系统中，Fredrik Rusek和Erik G.Larsson等人已经通过分析指出，频分双工模式具有可用导频数量有限、终端信道估计复杂度高、反馈信息量巨大以及占用上行链路资源过多等技术难点而无法直接应用。因此，目前针对大规模天线系统的研究都是在时分双工模式的前提下进行的。然而对于时分双工模式，必须保证上行链路信道和下行链路信道对称的基本前提，也即在同一时刻或很短的时间段内，上、下行链路的信道状态信息是相同的，这限制了时分双工系统的工作方式为半双工方式，相对于频分双工模式而言其信道利用率比较低；且由于时分双工模式中上、下行链路数据发送之间必须有保护时间间隔，这导致了每连续两次同向链路的发送有较大时延，极大限制了系统的覆盖范围，并且不适用于高速移动的通信场景。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术的缺陷和不足，提出一种适合大规模天线系统的正交频分通信方法，以提高时频资源利用率，实现系统的全双工通信。

本发明的技术思路是：基于正交频分复用OFDM思想把传输信号的带宽划分为多个相互正交的子载波频带，并且分别指定用于上行和下行链路数据传输的频带数目和位置。其中，上行数据和上行导频在指定的上行子载波上传输，下行数据在指定的下行子载波上传输。基站端和终端均已知频带的划分和子载波分配情况，并且在相应的子载波上进行信道状态信息估计、数据提取和处理。为了避免传统频分双工中的巨量反馈信息，本发明依然考虑在同一频带内的上行链路信道和下行链路信道具有互易对称的性质，采用仅仅发送上行链路导频来估计信道状态信息来的办法，从而无需终端反馈给基站任何信道信息估计。另外，在将整个传输频带已经划分为多个子载波的基础上，利用少量上行子载波发送导频来估计部分信道状态信息，然后通过内插的方式获取整个带宽内各个子载波处的信道状态信息，随后基于此信息分别对上行链路数据进行处理和对下行链路待发送数据进行预处理等操作。本发明基于OFDM，使得上行链路子载波和下行链路子载波完全正交，因此保证了上、下行链路之间数据传输互不干扰，达到了双向链路同时收发的全双工效果。其具体实现步骤如下：

(1)根据系统所要求的上行和下行链路的数据通信量，将整个信号传输带宽划分为L个子载波，其中，L_U个子载波用于上行链路传输，L_D＝L-L_U个子载波用于下行链路传输；L_U个上行子载波又分为两部分，其中，L_p个子载波用于上行导频传输，L_d＝L_U-L_p个子载波用于上行数据传输，这里0<L<L_max，0<L_U、L_D、L_p、L_d<L，

其中，L_max为最大允许子载波划分个数，B为信号传输的带宽，f_Δ为系统允许的最小子载波间隔，符号为向下取整操作；

(2)为上行导频、上行数据和下行数据分配所占用的子载波位置：

(2a)上行导频子载波位置的分配：采用梳状导频插入方式，将L_p个导频子载波均匀地分布在全部L个子载波中；以子载波间隔为导频周期插入导频符号，且在每一周期里导频插入的位置相同；