一種多波束衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)聯(lián)合發(fā)送接收方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多波束衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)聯(lián)合發(fā)送接收方法。本方法為：1）計算偏焦饋源的波束方向圖以及偏焦饋源波束到口面場的路徑；2）計算饋源的最優(yōu)加權系數(shù)進行波束合成，得到準等相位波束；加權系數(shù)的計算方法為：在每一饋源的波束方向圖上取多個參考點，對其進行采樣，得到每一波束的采樣點序列；設加權系數(shù)為則加權后每一饋源的采樣點信號幅度相位為計算每一饋源的均方誤差序列，然后利用均方誤差和最小的優(yōu)化目標確定每一饋源的加權系數(shù)；3）每個波束在自己服務區(qū)內(nèi)為用戶分配子載波資源，對位于邊緣區(qū)域的用戶啟動聯(lián)合發(fā)送接收機制進行信號發(fā)送接收。本發(fā)明能合成準等相位波束，大大提高波束邊緣用戶的通信性能。
【專利說明】一種多波束衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)聯(lián)合發(fā)送接收方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信技術，尤其涉及一種衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中基于多參考點LMS準等相位波束合成的聯(lián)合發(fā)送接收方法，屬于通信【技術領域】。
【背景技術】
[0002]在現(xiàn)有的地面蜂窩通信系統(tǒng)中，為了提高頻譜資源的利用率，頻率復用因子為I的同頻組網(wǎng)方式被廣泛應用于實際系統(tǒng)中，例如隸屬于2G移動通信系統(tǒng)的IS-95和3G通信系統(tǒng)(包括WCDMA、cmda2000和TD-SCDMA)。這種方式同時也是未來移動通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。在這種趨勢下，如何解決同頻小區(qū)干擾問題成為了當下新一代通信系統(tǒng)的研究熱點之一。
[0003]小區(qū)間聯(lián)合發(fā)送接收技術正是解決這個問題的有效方法之一?！癝hamaiS.0.Somekhj and BM Zaidelj “Mult1-cell communications:An information theoreticperspective, ” [C]//Proceedings of the Joint Workshop on Communications andCoding (JWCC，04).2004:14-17.，，、“Gesbert Dj Hanly S，Huang H，et al.Mult1-cellMIMO cooperative networks:A new look at interference[J].Selected Areas inCommunications, IEEE Journal on, 2010，28(9):1380-1408.” 以及“Shamai S，Somekh0，Simeone 0，et al.Cooperative mult1-cell networks:1mpact of limited-capacitybackhaul and inter-users links [J].arXiv preprint arXiv:0710.3888，2007.” 給出了當前一些有效的小區(qū)間聯(lián)合發(fā)送接收方法，其主要思路是對各個小區(qū)的發(fā)送數(shù)據(jù)進行預編碼，從而達到分集增益或者干擾抑制的效果?！癝omekh 0，Zaidel B M，Shamai S.Sumrate characterization of joint multiple cell-site processing[J].1nformationTheory, IEEE Transactions on, 2007，53(12):4473-4497.” 的研究表明，通過使用小區(qū)間聯(lián)合發(fā)送接收技術，可以使同頻組網(wǎng)蜂窩通信系統(tǒng)從干擾受限系統(tǒng)變?yōu)樵肼暿芟尴到y(tǒng)，有效提高系統(tǒng)傳輸性能。
[0004]但是，在多小區(qū)聯(lián)合發(fā)送接收技術的實用化過程中，還存在信道測量、反饋資源受限、數(shù)據(jù)共享和傳輸差錯延遲等問題?！癦hang Jj Chen Rj Andrews J G，et al.NetworkedMIMO with clustered I inear precoding[J].Wireless Communications, IEEETransactions on, 2009，8 (4): 1910-1921.”給出了 一種基站簇的概念，通過基站組簇來降低基站間信息共享的數(shù)據(jù)傳輸量?！癇hagavatula Rj Heath R W.Adaptive limitedfeedback for sum—rate maximizing beamforming in cooperative multicellsystems[J].Signal Processing,IEEE Transactions on，2011，59(2):800-811”和“ShamaiS，Zaidel B M.Enhancing the cellular downlink capacity via co-processing atthe transmitting end[C]//Vehicular Technology Conference, 2001.VTC2001Spring.1EEE VTS53rd.1EEE, 2001，3:1745-1749.”通過部分信息反饋來降低反饋占用的資源和數(shù)據(jù)共享的難度?！癦hang Jj Andrews J G.Adaptive spatial intercellinterference cancellation in multicell wireless networks[J].Selected Areas inCommunications, IEEE Journal on, 2010, 28(9): 1455-1468.” 給出了一種基站只需要獲得用戶信道信息即可進行聯(lián)合發(fā)送接受的方法。這些研究都在試圖解決小區(qū)基站之間信息共享困難的問題，這些問題的解決將有利于提高新一代移動通信系統(tǒng)的容量和性能。目前，在LTE-Advance 標準 “3GPP TR36.814V1.4.1.Further Advancements for E-UTRA PhysicalLayer Aspects (Release9)，2009.”中已經(jīng)提到了小區(qū)協(xié)作通信，其中聯(lián)合發(fā)送接收技術得到了實際應用。
[0005]協(xié)作通信是LTE-Advance中的關鍵技術之一，其目的是通過引入中繼的概念,讓基站與基站之間、基站與中繼之間、中繼與中繼之間進行協(xié)作，以達到提升系統(tǒng)容量、降低用戶干擾的目的。在“Ericsson, 3GPP REV-080030, “LTE-Advanced - LTE evolutiontowards IMT-Advanced Technology components, ” 3GPP TSG RAN IMT-Advanced Workshop, Shenzhen, China, April2008.”中聯(lián)合發(fā)送接收技術是以多點協(xié)同(CoMP)概念被提出的，是一種有效提高小區(qū)邊緣用戶吞吐量的技術手段，目前對該技術的研究主要集中在反饋機制、傳輸方式、導頻設計和同步技術上。
[0006]在多波束衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中，多個波束的結構與地面的蜂窩網(wǎng)絡小區(qū)相似，地面移動通信的小區(qū)組網(wǎng)、協(xié)作等技術均可用于多波束衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中?？紤]如圖1所示的單反射面多波束衛(wèi)星。在“Montgomery, J.P.，D.L.Runyon, andJ.A.Fuller."Large multibeam lens antennas for EHF SATC0M.^MilitaryCommunications Conference,1988.MILC0M88, Conference record.21st CenturyMilitary CommunicatiOns-What/ s PossibIe 1988IEEE.”中，多波束衛(wèi)星的一個波束可以等同于地面的一個小區(qū)，波束的范圍是以相對中心3dB能量衰減界限劃分的。也就是說當用戶位于波束邊緣時，其接收到來自服務波束的信號能量將會相對波束中心有3dB的衰減。與地面蜂窩移動通信系統(tǒng)相同，由于在波束交界處干擾加大及覆蓋質(zhì)量下降，用戶在波束邊緣的信干噪比(SINR)將迅速衰減。
[0007]在新一代衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的研究中，與地面B3G/4G通信技術的融合是發(fā)展趨勢之一。LTE-Advanced中采用多點協(xié)作技術來提高小區(qū)邊緣用戶的通信質(zhì)量，該技術也將被引入到新一代衛(wèi)星移動通信系統(tǒng) 中，用以提升波束邊緣用戶的通信質(zhì)量。而且對于衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)來說，多個波束傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都是由有限數(shù)量的信關站來處理的，在這些信關站之間進行數(shù)據(jù)信息共享相對地面系統(tǒng)來說非常簡單，因此在衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中更適合進行聯(lián)合發(fā)送接收處理。
[0008]在“Cioni S，De Gaudenzi R, Rinaldo R.Channel estimation and physicallayer adaptation techniques for satellite networks exploiting adaptive codingand modulation[J].1nternational journal of satellite communications andnetworking, 2008, 26 (2): 157-188.”中，聯(lián)合發(fā)送接收處理需要對信道進行測量和預測。由于衛(wèi)星通信具有傳輸時延長的特點，特別是對于GEO衛(wèi)星來說，雙跳傳輸時延達到約540ms，一般的信道預測算法并不能很好地預測如此長的時間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術中存在的問題，針對多波束衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，提供一種基于多參考點LMS準等相位衛(wèi)星波束合成的聯(lián)合發(fā)送接收方法，以解決衛(wèi)星通信中聯(lián)合發(fā)送接收算法中的信道估計需要實時測量與預測的高復雜度，進而導致聯(lián)合發(fā)送接收技術不能夠簡單地應用于多波束衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中的問題。
[0010]本發(fā)明的技術方案為:
[0011]一種多波束衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)聯(lián)合發(fā)送接收方法，其步驟為:
[0012]I)根據(jù)衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的偏置反射面天線參數(shù)和所選饋源擺放方式，計算偏焦饋源的波束方向圖Ε(φ，Ψ)以及偏焦饋源波束到口面場的路徑；
[0013]2)計算所選饋源的最優(yōu)加權系數(shù)，對所選饋源波束進行合成，得到準等相位波束；所述最優(yōu)加權系數(shù)的計算方法為:
[0014]21)在每一饋源的波束方向圖上取多個參考點，對其進行采樣，得到每一波束方向圖的波束采樣點為序列J ;
[0015]22)設所選饋源的加權系數(shù)為A =[%，％，...，1^]，則加權后每一饋源的采樣點信號幅度相位為= ;
[0016]23)計算每一饋源的均方誤差序列，然后利用均方誤差和最小的優(yōu)化目標確定每一饋源的加權系數(shù)；
[0017]其中,K為參考點總數(shù),N為所選饋源總數(shù),X為每一波束采樣點序列i構成的采樣點矩陣；
[0018]3)每個波束在自己服務區(qū)內(nèi)為用戶分配子載波資源，對于位于邊緣區(qū)域的用戶啟動聯(lián)合發(fā)送接收機制進行信號發(fā)送接收處理。
[0019]進一步的，采用最陡下降法迭代求得每一饋源的最優(yōu)加權系數(shù)。
[0020]進一步的，首先根據(jù)公式
【權利要求】
1.一種多波束衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)聯(lián)合發(fā)送接收方法，其步驟為: 1)根據(jù)衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的偏置反射面天線參數(shù)和所選饋源擺放方式，計算偏焦饋源的波束方向圖Ε(φ，Ψ)以及偏焦饋源波束到口面場的路徑； 2)計算所選饋源的最優(yōu)加權系數(shù)，對所選饋源波束進行合成，得到準等相位波束；所述最優(yōu)加權系數(shù)的計算方法為: 21)在每一饋源的波束方向圖上取多個參考點，對其進行采樣，得到每一波束方向圖的波束采樣點為序列J ; 22)設所選饋源的加權系數(shù)為A= Iw1,W2,..>1 J則加權后每一饋源的采樣點信號幅度相位為f = 23)計算每一饋源的均方誤差序列，然后利用均方誤差和最小的優(yōu)化目標確定每一饋源的加權系數(shù)； 其中，K為參考點總數(shù)，N為所選饋源總數(shù),X為每一波束采樣點序列i構成的采樣點矩陣； 3)每個波束在自己服務區(qū)內(nèi)為用戶分配子載波資源，對于位于邊緣區(qū)域的用戶啟動聯(lián)合發(fā)送接收機制進行信號發(fā)送接收處理。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于采用最陡下降法迭代求得每一饋源的最優(yōu)加權系數(shù)。`
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于首先根據(jù)公式h/-；)計算每一饋源的誤差序列；然后根據(jù)公式# = 計算每一饋源的均方誤差序列。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于利用公式=計算每一所述均方誤






^=I差序列的最小均方誤差和；其中，厶=，dk表示第k個饋源的采樣點序列。
5.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于所述多個參考點為等間隔的多個參考點；N個饋源信號的加權系數(shù)和為I。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于將每一饋源的波束服務區(qū)分為若干區(qū)域，其中半徑為r的中心區(qū)域為區(qū)域1，分配的子載波資源組成集合Cm ;其他區(qū)域為邊緣區(qū)域，分配的資源組成集合Em。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于子載波資源組成集合Cm與所有與波束m相鄰的波束的并集的交集為空；波束m為該區(qū)域I所在波束。
8.如權利要求6或7所述的方法，其特征在于當用戶位于區(qū)域I接入時，若剩余資源Lm=F1-Cm U Em非空，則優(yōu)先將Lm中未被鄰波束用于聯(lián)合發(fā)送接收的資源分配給該用戶，并納入Cffl ;其中，F(xiàn)l為該用戶所在波束的子載波資源集合。
9.如權利要求6或7所述的方法，其特征在于當用戶位于邊緣區(qū)域中的某一區(qū)域接入時，其相鄰兩個波束為波束a和波束b ;若剩余資源Lm=F1-Cm U Em非空，則將Lm中波束a或波束b未被鄰波束利用的資源分配給該用戶并納入Em。
【文檔編號】H04B7/185GK103780301SQ201410019992
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月16日 優(yōu)先權日:2014年1月16日
【發(fā)明者】譚旭, 吳建軍, 李斌, 程宇新, 劉愛民 申請人:北京大學