本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，尤其涉及一種基于干擾對齊技術(shù)多點(diǎn)協(xié)作通信的窄帶物聯(lián)網(wǎng)無線傳輸方法。

背景技術(shù)：

干擾對齊技術(shù)(Interference alignment，IA)是解決無線通信系統(tǒng)中同頻干擾的重要手段，能有效抑制同頻組網(wǎng)方式下小區(qū)間干擾，提高小區(qū)邊緣用戶的吞吐量，取得與用戶數(shù)量成線性關(guān)系的自由度增益，提高系統(tǒng)容量。該技術(shù)是第三代合作伙伴計(jì)劃(3rd Generation Partnership Project，3GPP)在LTE-A系統(tǒng)中提出的協(xié)作式多點(diǎn)傳輸關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)技術(shù)之一。

窄帶物聯(lián)網(wǎng)(Narrow Band Internet of Things，NB-IoT)構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，只消耗少量的授權(quán)頻段，可直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò)，降低部署成本?；诜涓C的NB-IoT由于其顯著的連接節(jié)點(diǎn)多、覆蓋廣、成本低、架構(gòu)優(yōu)等技術(shù)優(yōu)勢，未來將帶來更加豐富的應(yīng)用場景，已成為萬物互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個重要分支。同時，目前研究火熱的4.5G和5G除了具有高達(dá)1Gbps和10Gbps的峰值速率外，還意味著基于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的更多連接數(shù)，支持海量M2M(Machine-to-Machine)連接以及更低時延，未來將助推高清視頻、VoLTE以及物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用快速普及。然而，大約180KHz的頻譜帶寬資源以及常規(guī)的TDD及FDD信息傳輸模式，嚴(yán)重制約了NB-IoT在海量連接、低時延、及較高速率的信息傳輸?shù)任磥韴鼍爸械膽?yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決NB-IoT授權(quán)頻帶窄、連接數(shù)多、頻譜資源緊張的問題，本發(fā)明提供一種基于IA技術(shù)的NB-IoT無線傳輸方法。本方法提出了一種有中心控制節(jié)點(diǎn)的無線傳輸系統(tǒng)，基于干擾對齊技術(shù)實(shí)現(xiàn)了NB-IoT多個傳輸節(jié)點(diǎn)對同時同頻的協(xié)作通信。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)，一種基于干擾對齊技術(shù)的窄帶物聯(lián)網(wǎng)無線傳輸方法，包括以下步驟：

(1)構(gòu)建窄帶物聯(lián)網(wǎng)無線傳輸系統(tǒng)；所述的窄帶物聯(lián)網(wǎng)無線傳輸系統(tǒng)包括1個中心控制節(jié)點(diǎn)和3個以上的傳輸節(jié)點(diǎn)對，所述的傳輸節(jié)點(diǎn)對由兩個傳輸節(jié)點(diǎn)組成，一個傳輸節(jié)點(diǎn)為發(fā)射節(jié)點(diǎn)，另一個傳輸節(jié)點(diǎn)為接收節(jié)點(diǎn)；

(2)中心控制節(jié)點(diǎn)從其覆蓋的區(qū)域范圍內(nèi)選取進(jìn)行協(xié)作傳輸?shù)膫鬏敼?jié)點(diǎn)對后，向選中的各傳輸節(jié)點(diǎn)發(fā)送指示信號；將被選中的發(fā)射節(jié)點(diǎn)作為協(xié)作發(fā)射節(jié)點(diǎn)，被選中的接收節(jié)點(diǎn)作為協(xié)作接收節(jié)點(diǎn)；

(3)每個協(xié)作發(fā)射節(jié)點(diǎn)同時向各協(xié)作接收節(jié)點(diǎn)發(fā)射幀同步信號和正交導(dǎo)頻信號；

(4)各協(xié)作接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的幀同步信號分別進(jìn)行同步，根據(jù)收到的正交導(dǎo)頻信號分別進(jìn)行MIMO信道估計(jì)得到信道狀態(tài)信息，并將信道狀態(tài)信息反饋給中心控制節(jié)點(diǎn)；

(5)中心控制節(jié)點(diǎn)根據(jù)干擾對齊預(yù)編碼算法和所有協(xié)作接收節(jié)點(diǎn)反饋的信道狀態(tài)信息計(jì)算出一個預(yù)編碼矩陣和一個干擾抑制矩陣后，將預(yù)編碼矩陣發(fā)送至各協(xié)作發(fā)射節(jié)點(diǎn)，將干擾抑制矩陣發(fā)送至各協(xié)作接收節(jié)點(diǎn)；

(6)各協(xié)作發(fā)射節(jié)點(diǎn)利用預(yù)編碼矩陣對傳輸信息進(jìn)行預(yù)編碼，并同時同頻的向各協(xié)作接收節(jié)點(diǎn)發(fā)射預(yù)編碼后的傳輸信息；

(7)各協(xié)作接收節(jié)點(diǎn)接收預(yù)編碼后的傳輸信息后，利用干擾抑制矩陣實(shí)現(xiàn)對有用信息的接收。

其中，所述的中心控制節(jié)點(diǎn)為基站、中繼節(jié)點(diǎn)或有供電設(shè)備支撐的主連接節(jié)點(diǎn)，用于控制傳輸節(jié)點(diǎn)對選擇及預(yù)編碼算法的實(shí)現(xiàn)；每個傳輸節(jié)點(diǎn)配置兩根以上的天線。

其中，步驟(2)所述的中心控制節(jié)點(diǎn)從其覆蓋的區(qū)域范圍內(nèi)選取進(jìn)行協(xié)作傳輸?shù)膫鬏敼?jié)點(diǎn)對，具體為：中心控制節(jié)點(diǎn)根據(jù)3GPP LTE-A定義的協(xié)作簇選擇方式選取傳輸節(jié)點(diǎn)對。

其中，步驟(5)所述的干擾對齊預(yù)編碼算法包括有閉式解的經(jīng)典算法和迭代求解算法，協(xié)作傳輸?shù)膫鬏敼?jié)點(diǎn)對等于3時，選擇有閉式解的經(jīng)典算法作為干擾對齊預(yù)編碼算法；協(xié)作傳輸?shù)膫鬏敼?jié)點(diǎn)對大于3時，選擇迭代求解算法作為干擾對齊預(yù)編碼算法。

本發(fā)明相比背景技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：

本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種有中心控制節(jié)點(diǎn)的無線傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)NB-IoT多個傳輸節(jié)點(diǎn)對(大于等于3)同時同頻的協(xié)作通信，解決NB-IoT在常規(guī)的單一點(diǎn)對點(diǎn)通信中效率低，連接數(shù)有限的缺點(diǎn)，有效地提高了頻譜效率與系統(tǒng)容量，同時降低了傳輸時延和終端功耗，從而使得NB-IoT在未來具有更廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的執(zhí)行流程圖。

圖2為基于IA的NB-IOT傳輸系統(tǒng)與基于TDMA的NB-IOT傳輸系統(tǒng)吞吐量比較曲線。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖并結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

一種基于IA技術(shù)的NB-IoT無線傳輸方法，具體執(zhí)行流程圖如圖1所示。包括如下步驟：

步驟1、構(gòu)建窄帶物聯(lián)網(wǎng)無線傳輸系統(tǒng)；

本發(fā)明的無線傳輸方法必須是在中心控制節(jié)點(diǎn)(基站、中繼節(jié)點(diǎn)或有供電設(shè)備支撐的主連接節(jié)點(diǎn)等)的控制下，實(shí)現(xiàn)多個傳輸節(jié)點(diǎn)對的協(xié)作通信，以提高傳輸效率的同時降低終端功耗；該無線傳輸系統(tǒng)中至少包含3個傳輸節(jié)點(diǎn)對，即至少有2*k(k大于等于3)個傳輸節(jié)點(diǎn)，每個傳輸節(jié)點(diǎn)均配置兩根或兩根以上的天線。傳輸節(jié)點(diǎn)對由一個發(fā)射節(jié)點(diǎn)，一個接收節(jié)點(diǎn)組成。

本實(shí)施例中以基站為中心控制節(jié)點(diǎn)，無線傳輸系統(tǒng)包含3個傳輸節(jié)點(diǎn)對，每個傳輸節(jié)點(diǎn)均配置兩根天線，以實(shí)現(xiàn)MIMO傳輸，提高協(xié)作傳輸系統(tǒng)自由度。

步驟2、中心控制節(jié)點(diǎn)從其覆蓋的區(qū)域范圍內(nèi)選擇進(jìn)行協(xié)作傳輸?shù)膫鬏敼?jié)點(diǎn)對，向選中的各傳輸節(jié)點(diǎn)發(fā)送指示信號；

在NB-IoT網(wǎng)絡(luò)眾多的傳輸節(jié)點(diǎn)中，基站根據(jù)3GPP LTE-A定義的協(xié)作簇選擇方式(如半動態(tài)協(xié)作)選取進(jìn)行聯(lián)合協(xié)作傳輸?shù)膫鬏敼?jié)點(diǎn)對，并向選中的傳輸節(jié)點(diǎn)反饋指示信號。被選中的發(fā)射節(jié)點(diǎn)作為協(xié)作發(fā)射節(jié)點(diǎn)，被選中的接收節(jié)點(diǎn)作為協(xié)作接收節(jié)點(diǎn)。

步驟3、每個協(xié)作發(fā)射節(jié)點(diǎn)同時發(fā)射幀同步信號及正交導(dǎo)頻信號；

幀同步信號參照目前常用的單載波幀同步信號產(chǎn)生方法；選擇恒包絡(luò)零自相關(guān)序列(CAZAC序列)、如chu序列等產(chǎn)生的導(dǎo)頻序列作為基礎(chǔ)序列，各協(xié)作發(fā)射節(jié)點(diǎn)其他天線上的導(dǎo)頻序列都是該基礎(chǔ)序列的循環(huán)移位，循環(huán)移位量與信道特性有關(guān)，應(yīng)大于信道多徑延時，基礎(chǔ)序列的長度N應(yīng)大于總發(fā)射節(jié)點(diǎn)的天線數(shù)與循環(huán)移位量的乘積。

步驟4、各協(xié)作接收節(jié)點(diǎn)利用幀同步信號分別進(jìn)行同步，根據(jù)正交導(dǎo)頻信號分別進(jìn)行MIMO信道估計(jì)得到信道狀態(tài)信息，并將信道狀態(tài)信息反饋給中心控制節(jié)點(diǎn)：

各協(xié)作接收節(jié)點(diǎn)提取6根天線的疊加的正交導(dǎo)頻信號，與每根天線特定的正交導(dǎo)頻序列相乘，以獲得MIMO信道的信道狀態(tài)信息(Channel State Information，CSI)。

步驟5、中心控制節(jié)點(diǎn)根據(jù)干擾對齊預(yù)編碼算法和所有協(xié)作接收節(jié)點(diǎn)反饋的信道狀態(tài)信息計(jì)算各協(xié)作發(fā)射節(jié)點(diǎn)的預(yù)編碼矩陣U及各協(xié)作接收節(jié)點(diǎn)的干擾抑制矩陣V，并分別反饋給對應(yīng)的協(xié)作發(fā)射節(jié)點(diǎn)和協(xié)作接收節(jié)點(diǎn)：

本實(shí)施例中只有3個傳輸節(jié)點(diǎn)對，選擇經(jīng)典干擾對齊預(yù)編碼算法直接求解U和V。當(dāng)傳輸節(jié)點(diǎn)對大于3時，選擇迭代算法求解U和V。

步驟6、各協(xié)作發(fā)射節(jié)點(diǎn)利用矩陣U對傳輸信息進(jìn)行預(yù)編碼，并同時同頻的發(fā)射預(yù)編碼后的傳輸信息：

本實(shí)施例中各協(xié)作發(fā)射節(jié)點(diǎn)對傳輸信息進(jìn)行預(yù)編碼后，將預(yù)編碼后的傳輸信息由一路變?yōu)閮陕?，并同時同頻的由兩根天線發(fā)射。

步驟7、各協(xié)作接收節(jié)點(diǎn)利用矩陣V實(shí)現(xiàn)對有用信息的正確接收。

各協(xié)作接收節(jié)點(diǎn)通過兩根天線上的接收數(shù)據(jù)與干擾抑制矩陣V相乘，實(shí)現(xiàn)對干擾信號(其他協(xié)作發(fā)射節(jié)點(diǎn)的發(fā)射數(shù)據(jù))的抑制及對應(yīng)協(xié)作發(fā)射節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的接收。

圖2為基于IA的NB-IOT傳輸系統(tǒng)與基于分時復(fù)用(TDMA)的NB-IOT傳輸系統(tǒng)，在其他通信條件相同的情況下吞吐量比較曲線。從圖中可以看出，基于IA的NB-IOT傳輸系統(tǒng)因?yàn)?個傳輸節(jié)點(diǎn)對采用協(xié)作傳輸，可以同時同頻的傳輸信息，其系統(tǒng)吞吐量可以逼近TDMA NB-IOT傳輸系統(tǒng)的1.5倍，有效提高了頻譜效率，降低了傳輸時延。

雖然以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但是熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明所描述的具體實(shí)施例子只是說明性，而不是用于對本發(fā)明范圍的限定，依照本發(fā)明的精神所作的等效的修飾以及變化，都應(yīng)當(dāng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求所保護(hù)的范圍內(nèi)。