CN111585618A - 基于分布式基站的空间调制技术在无线通信中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式基站的空间调制技术在无线通信中的应用方法，旨在利用现有通信网络的硬件条件，利用5G及其演进后分布式基站的特点，采用空间调制的方式大幅度提高数据的传输速率。针对现有网络中的单个基站多天线***中每两个天线之间的距离相对较小，空间调制技术的识别度还不足以区别每个天线的情况下，本发明提出基于分布式基站的空间调制技术的网络构架，并指出空间调制技术的具体实施方法；本发明在不改变现有移动网络硬件、基站天线和移动终端硬件的基础上，实现空间调制，提高通信速率。

Description

基于分布式基站的空间调制技术在无线通信中的应用

技术领域

本发明属于空间调制解调技术领域，具体涉及一种分布式基站的空间调制技术在无线通信中的应用方法。

背景技术

空间调制技术在调制解调技术(spatial modulation)领域是一项重要的里程碑。此项技术在原有幅度，频率，相位调制的基础上增加了一个自由度，可以使通信的速率大幅度提高。但由于解调过程需要很严格的空间识别度，在现有单基站/单移动终端多天线***中每两个天线之间的物理距离非常小的情况下，接收端很难低误码率解调，严重影响这项技术的推广使用。

发明内容

本发明提出一种基于分布式基站的空间调制技术，利用基站之间的地理位置距离比较远，或者各个基站本身的ID互不相同、发射信号的波形、通信信道不同等特点，实现空间调制技术在通信中的实际应用。本发明可以在不改变现有基站硬件和网络硬件基础上使用，比如不用为基站另外架设分布式天线，利用城市中基站分布密集的特点，在软件上集中控制多个基站，把下行信号通过不同基站传输到同一个移动终端。移动终端根据基站的特征信息确定接受到的信号来自哪个基站，由此实现空间解调。此项技术非常适用于在基站分布密集城市中推广使用，由于在各个基站之间进行了协调工作，使原本基站之间的同频互绕问题也得到极大改善。

经典的空间调制方法如图1所示。假设数据是二进制数，当数据为1时，通过底部的天线发射，当数据为0时，通过上部的天线发射。接收端根据接收的数据是从哪根天线接收，就可以知道数据是1还是0。可以看出，数据片本身可以是任何二进制数，接收端如果能区别开发射天线的不同，就相当于发送了一位二进制数。这种情况也适用于4个天线，或者2的幂次方数量的天线，比如2，4， 8，16，等等。当接收端能区别4(8)个天线，就相当于发送端每次发送了2(3) 个二进制数，以此类推。经典空间调制的问题在于发射端的天线物理距离很近，接收端接收到的信号中空间特征差异不明显，很难判断数据是从哪个天线发射过来的，因此现有空间调制技术很难在当前通信场景中得到实际应用。

本发明根据分布式基站的物理距离较远，并且每个基站都有唯一识别符号 ID(本发明提出利用导频的不同)的特点，可以在不改变现有基站硬件设备的基础上简单实现空间调制技术。具体变换可以参考图2说明。原本发送到同一个基站不同天线上的数据，现在发送到不同的基站上，由不同的基站发送给移动终端。接收端收到不同基站传输的数据，根据各个基站的位置、ID、信号波形、信道特点等进行空间解调。举例说明：如果待发送数据本身是8+2(3)位二进制数，发射端进行空间调制处理，使得发射时数据减少到8位二进制数。这8位二进制数再经过幅度，频率，角度调制等其他调制方式通过其中一个基站发送给移动终端。接收端虽然只接收了8位二进制数据，但由于结合了空间调制技术，接收端通过空间解调，实际可解调出8+2(3)比特，由此可明显提高数据传输效率。本发明提出一种分布式基站与空间调制技术相结合的通信方式，使此项技术可以在不改变现有基站硬件和网络硬件的基础上得到广泛应用。具体技术方案如下。

一种分布式基站的空间调制技术在无线通信中的应用方法，包括以下步骤；

1)分布式基站中央控制器根据各个基站采集到的终端用户信息，和各个基站与移动终端通信的信号质量，决定分配多少个基站同时为移动终端传输数据，并加入空间调制技术；

2)分布式基站中央控制器与终端用户确认基站信息，确定移动终端对各个基站信息的识别与中央控制器一致。比如基站位置、基站ID、信号波形、信号强度、正价导频(本发明建议采用)、载波频率、信道信息，以及数据到每一个基站的延迟等，以及任何在不增加数据传输的情况下可以快速识别的基站信息；并且同步各个基站与移动终端之间的通信，包括估计用户发射信号到各个基站之间的延迟，此为分布式基站与用户之间的数据同步的关键技术之一，以支持长时间持续使用空间调制技术与移动终端通信。

3)中央处理器根据可用基站的数量N，进行空间调制编码，把数据传送到相应基站的空间调制数据缓冲器。

4)此基站对收到的空间调制数据进行基站可识别处理，发送数据到移动终端设备。

5)移动终端设备根据基站信息区别基站，即分布式基站中央控制器与终端用户确认的基站信息，也就是步骤2)中提及的基站ID、信号波形、信号强度、正交导频，载波频率和数据到每一个基站的延迟等区别各个基站。利用现有技术接收到数据后，根据基站可别识标志信息，及数据到各个基站之间的延迟，解调出由空间调制额外增加的N位数据，然后把基于其他解调技术解调出的数据和空间解调的N位数据整合在一起作为完整的解调数据。

本发明的有益效果：本发明的设计方案旨在利用现有通信网络的硬件条件，利用5G及其演进后分布式基站的特点，采用空间调制的方式大幅度提高数据的传输速率。本发明针对现有网络的硬件条件，提出空间调制技术的网络构架，并提出空间调制技术的具体实施方法。本发明提出利用正交导频作为基站的识别信息，在不增加额外传输数据量的情况下，实现接收端对各个基站的区分，并由此实现对下行数据的空间调制解调。本发明在不改变现有移动网络硬件、基站天线和移动终端硬件的基础上，实现空间调制，提高通信速率。本发明是5G及其后移动通信技术的一个重要里程碑，此项技术在原有幅度，频率，相位调制的基础上增加了一个自由度，可以使通信的速率大幅度提高。

本发明的分布式基站网络构架适用于各种基站识别技术在分布式基站中的应用，并结合空间调适技术提高数据传输。比如利用信号波形、信号强度、载波频率等分布式基站中央控制器与终端用户确认的基站信息区别各个基站(本发明提出)；也可利用各个基站在移动终端的方位，移动终端可以采用beamforming 等技术区别基站。

本发明不涉及具体协议层的设计，但适用于各种基于分布式天线***的协议层协议，即各协议层协议可配合空间调制技术。

本发明覆盖接收端和发射端天线矩阵天线数量不同的应用场景，比如，基站与手机的通信场景。对于通信基站的天线数量多，手机天线数量少的情况，可以根据具体网络情况定义，本发明没有特定要求。

附图说明

图1为经典空间调制技术示意图。

图2为本发明基于分布式基站的空间调制技术示意图。

图3为分布式空间调制网络结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步详细说明。

本发明的网络***设计是利用分布式基站中央控制器实现空间调制。现有的通信网络结构可以由图3简略表示。中央控制器联接并控制各个基站的数据分配，基站设备单独实现数据的调制传输过程。如果先在中央处理器进行空间调制，相当于针对各个基站对数据进行分割，然后再把分割后的数据块分配到特定的基站，再由基站通过其他的调制技术，及各种空中接口技术实现数据的传输。传统上，各基站独立负责数据收发全过程，中央控制器并不掌控基站物理层数据收发，使得空间调制与分布式基站难以结合。在4G后期以及5G技术演进中，基站逐渐虚拟化，分布式基站的中央控制器就是一个集中的虚拟化后的基带池。该基带池共享基于多基站用户的数据收发、信道质量等信息，并以此强化各基站协作关系，使得联合调度CoMP(多点协作传输，Coordinated Multiple Points Transmission/Reception)得以实现。原本小区之间的干扰，变成了小区之间的协作。该技术演进构成本发明的实现基础。

完整的分布式基站空间调制方法具体实施如下：

1)分布式基站中央控制器根据各个基站采集到的终端用户的信息，和各个基站与移动终端通信的信号质量，决定分配多少个基站同时为移动终端传输数据，并加入空间调制技术；

2)分布式基站中央控制器与终端用户确认基站信息，确定移动终端对各个基站信息的识别与中央控制器一致。比如基站位置、基站ID、信号波形、信号强度、正交导频(本发明建议采用)、载波频率、信道信息，以及数据到每一个基站的延迟等等，任何在不增加数据传输的情况下可以快速识别的基站信息；并且同步各个基站与移动终端之间的通信，以支持长时间持续使用空间调制技术与移动终端通信。

3)中央处理器根据可用基站的数量N，进行空间调制编码，把数据传送到相应基站的空间调制数据缓冲器。

4)此基站对空间调制数据进行基站可识别处理，发送数据到移送终端设备；基站可识标志即分布式基站中央控制器与终端用户确认的基站信息；

5)接收端在利用现有技术解调数据后，根据基站可识别标志信息(即分布式基站中央控制器与终端用户确认的基站信息)及数据到各个基站之间的延迟，解调出由空间调制额外增加的N位数据，然后把基于其他解调技术解调出的的数据和空间解调的N位数据合在一起作为完整的解调数据。

空间调制技术实现的难点(也是优点)在于，不增加空口传输数据量的同时，即发送接收的总比特数不改变情况下，实际提高了***数据传输量。数据量的差是与空间调制时使用空间可区分度决定的。例如用4个基站对数据做空间调制，向终端设备传输数据，由于接收端都可以对数据进行空间解调，解调后数据比实际接收到的数据多2位二进制数，相当于***传输数据量为M比特时，空口实际传输数据为M-2比特，在传输过程中减少的两位二进制数是由空间调制解调技术带来的。另外用户发射信号到各个基站之间的延迟是各个分布式基站之间的数据同步的关键技术之一。此同步信号还需要根据用户的移动，随时进行更新。针对如何在不增加传输数据量的情况下区分基站的问题，本发明提出利用正交导频信号来区别各个基站。导频信号是每次数据传输必不可少的组成部分，导频的比特数也是固定的。如果每个基站采用的导频不一样，接收端可以根据不同的导频实现空间解调。使用正交导频的优点还在于处理导频的硬件软件可以利用现有技术实现，对现有技术没有特定要求。

上述实施例对本发明的技术方案进行了详细说明。显然，本发明并不局限于所描述的实施例。基于本发明中的实施例，熟悉本技术领域的人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或相类似的变化都属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种分布式基站的空间调制技术在无线通信中的应用方法，其特征在于，包括以下步骤；

1)根据各个基站采集到的终端用户信息，和各个基站与移动终端通信的信号质量，分布式基站中央控制器决定分配一定数量的所述分布式基站与同一个移动终端通信，并加入空间调制技术；

2)分布式基站中央控制器与终端用户确认基站信息，确定移动终端对各个基站信息的识别与中央控制器一致，并且同步各个基站与移动终端之间的通信；

3)中央处理器根据可用基站的数量N，进行空间调制编码，把数据传输到相应基站的空间调制数据缓冲器；

4)此基站对收到的空间调制数据进行可识别处理，发送数据到移动终端设备；

5)移动终端设备接收解调数据后，根据基站可识别标志信息，及数据到各个基站之间的延迟，解调出由空间调制额外增加的N位数据，然后把基于其他解调技术解调出的数据和空间解调的N位数据合在一起作为一个完整的解调数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)所述基站信息包括：基站位置、基站ID、信号波形、信号强度、正交导频、载波频率、信道信息，和数据到每一个基站的延迟，以及在不增加数据传输的情况下快速识别的任何基站信息。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)所述的同步各个基站与移动终端之间的通信指多个基站与同一个移动终端全体发送接收信号同步，用于支持长时间的，持续利用空间技术的数据传输。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)所述移动终端根据基站信息区别基站，即步骤2)中提及的基站ID、信号波形、信号强度、正交导频，载波频率、信道信息和数据到每一个基站的延迟区别各个基站。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5)中所述解调数据是指接收端先解调空间调制额外增加的N位数据，再利用现有技术解调数据，最后将所有数据整合在一起作为一次利用空间调制技术的数据传输。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5)中所述基站可识别标志信息，即分布式基站中央控制器与终端用户所确认的基站信息。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5)中所述其他解调技术包括幅度，频率和角度调制。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中所述同步各个基站与移动终端之间的通信，包括估计用户发射信号到各个基站之间的延迟，此为分布式基站与用户之间的数据同步的关键技术之一。

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