一種無線信號的多天線發送系統、方法及無線通信系統的製作方法
2023-06-03 01:36:01
專利名稱：一種無線信號的多天線發送系統、方法及無線通信系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於無線通信領域，尤其涉及一種通過多個發送天線分集發送無線信號的系統和方法，以及利用該多天線發送系統實現的無線通信系統。
背景技術：
隨著無線移動通信的發展，用戶對無線通信的速率和服務質量提出了越來越高的要求，但是由於無線頻譜資源的缺乏限制了無線通信的進一步發展，另一方面，無線信道的多徑和時變特性會對其中傳輸的信號帶來很大的損害，這兩個實際存在的問題都成為無線通信發展的阻礙。近年來出現的MIMO(Multiple Input Multiple Output，多輸入多輸出)技術因為能添加無線通信系統的譜效率和提高可靠性受到了很大的關注，並已經應用於實際的通信系統中。另外多載波OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復用)技術也因為能夠很好的克服無線信道的多徑特性和比單載波頻譜效率高的特點成為研究的熱點，這兩種技術相互結合成為無線通信系統中的關鍵技術。
MIMO技術是多輸入多輸出的多天線技術，即在通信系統的發送端和接收端分別安置多個天線。MIMO技術的關鍵應用就是分集和復用，分集主要是通過在發送端進行空時編碼來獲得空間分集增益。空時編碼中主要和實用的一種方法就是空時分組編碼，但是根據空時分組編碼的構造原理，若進行空時分組編碼的信號是覆信號，則只有在發送天線數為2時編碼碼率為1，除此之外在其它發送天線數時的編碼碼率都小1，況且延遲較大。目前和未來無線通信系統的發送天線數將是2個或多於2個，但是發送天線數大於2時的空時分組編碼的編碼碼率低，延遲大導致其不適合於實際系統，實際系統中通過從發送端的多個天線中選出其中的兩個進行兩天線的空時分組編碼，可以通過開環的隨機選擇天線，也可以通過接收端的反饋來閉環選擇天線，這是分集技術在實際系統中的一種具體應用。
復用是同時發送幾個獨立的數據流用來提高傳輸速率，根據MIMO的基本理論可知，發送獨立數據流的個數與發送天線數和接收天線數中最小的有關，這樣在下行進行空間復用時，由於基站的發送天線數大於用戶端的天線數，發送獨立數據流的個數小於發送天線數，其中的一種方法同樣也是從發送天線數中選出部分天線來發送復用的數據流，當然選擇的方式也可以是開環的隨機選擇或閉環反饋來選擇天線。
由上可知，無論分集還是復用在進行天線選擇時都有部分天線不發送數據，而天線也是一種資源，因此上述的天線選擇會造成天線資源的浪費。
現有技術中另一種方案是把兩天線下的空時分組編碼和循環延遲分集相結合，將發送天線分成兩組，每組分別發送Alamouti編碼後的一個數據流，且發送的數據流在每組進行循環延遲分集發送。由於天線選擇可以帶來一定的分集增益，但是這種方案中的發送天線是固定的，無法獲得天線選擇帶來的分集增益。
發明內容
本發明的目的在於解決現有技術中存在的天線選擇中造成剩餘天線的空間資源浪費和固定發送天線的循環移位無法獲得天線選擇帶來的分集增益的問題。
為了實現發明目的，本發明提供了一種無線信號的多天線發送系統，所述系統對應多個發送天線，用於將輸入數據流通過所述多個發送天線發送出去，所述系統包括空時處理單元，用於對輸入數據流進行空時處理，輸出多個頻域信號數據流；調製單元，用於對所述頻域信號數據流進行正交頻分復用調製，輸出對應的時域信號數據流；數據流分離單元，用於選擇每個時域信號數據流對應的發送天線組，並將所述時域信號數據流分配到對應的發送天線組上，所述多個發送天線組的天線總個數等於發送天線數；循環延遲發送模塊，用於將所述時域信號數據流在對應的發送天線組中的所有發送天線上進行循環延遲發送。
所述循環延遲發送模塊進一步包括數據流複製模塊，用於將時域信號數據流複製到對應發送天線組中的所有發送天線上；循環移位模塊，用於根據時域信號數據流對應的發送天線，對所述時域信號數據流進行循環移位；循環前綴處理模塊，用於將循環移位後的數據流添加一個循環前綴。
所述空時處理為空時分組編碼或者空分復用或者空時分組編碼和空分復用的結合。
所述數據流分離單元選擇發送天線組的方式為開環隨機選擇或閉環控制選擇。
若相鄰小區發送相同的信息時，所述數據流分離單元進一步用於從多個相鄰小區的天線中選擇所述時域信號數據流對應的發送天線組。
為了更好地實現發明目的，本發明進一步提供了一種無線通信系統，所述系統包括至少一個多天線發送系統，以及與所述多天線發送系統對應的多個發送天線，所述多天線發送系統用於將輸入數據流通過所述多個發送天線發送出去，所述多天線發送系統包括空時處理單元，用於對輸入數據流進行空時處理，輸出多個頻域信號數據流；調製單元，用於對所述頻域信號數據流進行正交頻分復用調製，輸出對應的時域信號數據流；
數據流分離單元，用於選擇每個時域信號數據流對應的發送天線組，並將所述時域信號數據流分配到對應的發送天線組上，所述多個發送天線組的天線總個數等於發送天線數；循環延遲發送模塊，用於將所述時域信號數據流在對應的發送天線組中的所有發送天線上進行循環延遲發送。
所述循環延遲發送模塊進一步包括數據流複製模塊，用於將時域信號數據流複製到對應發送天線組中的所有發送天線上；循環移位模塊，用於根據時域信號數據流對應的發送天線，對所述時域信號數據流進行循環移位；循環前綴處理模塊，用於將循環移位後的數據流添加一個循環前綴。
所述空時處理為空時分組編碼或者空分復用或者空時分組編碼和空分復用的結合。
所述數據流分離單元選擇發送天線組的方式為開環隨機選擇或閉環控制選擇。
若相鄰小區發送相同的信息時，所述數據流分離單元進一步用於從多個相鄰小區的天線中選擇所述時域信號數據流對應的發送天線組。
為了更好地實現發明目的，本發明還提供了一種無線信號的多天線發送方法，將輸入數據流通過多個發送天線發送出去，所述方法包括下述步驟A.對輸入數據流進行空時處理，輸出多個頻域信號數據流；B.對所述頻域信號數據流進行正交頻分復用調製，輸出對應的時域信號數據流；C.選擇每個時域信號數據流對應的發送天線組，並將所述時域信號數據流分配到對應的發送天線組上，所述多個發送天線組的天線總個數等於發送天線數；D.將所述時域信號數據流在對應的發送天線組中的所有發送天線上進行循環延遲發送。
所述步驟D進一步包括D1.將時域信號數據流複製到對應發送天線組中的所有發送天線上；D2.根據時域信號數據流對應的發送天線，對所述時域信號數據流進行循環移位；D3.將循環移位後的數據流添加一個循環前綴。
所述空時處理為空時分組編碼或者空分復用或者空時分組編碼和空分復用的結合。
所述天線選擇的方式為開環隨機選擇或閉環控制選擇。
若相鄰小區發送相同的信息時，所述步驟C進一步包括從多個相鄰小區的天線中選擇所述時域信號數據流對應的發送天線組。
本發明將天線選擇和循環延遲分集進行結合，一方面可以通過天線選擇來獲得空間分集增益，另一方面利用循環延遲分集來獲得頻率分集增益。
圖1是本發明提供的無線通信系統的結構圖；圖2是本發明提供的多天線發送系統中循環延遲發送模塊的結構圖。
具體實施例方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
本發明將天線選擇和循環延遲分集技術相結合，利用天線選擇後的剩餘空閒天線來進行循環延遲發送，不僅可以獲得由天線選擇帶來的分集增益，同時剩餘天線上的循環延遲發送也可以獲得一定的頻率分集增益。
圖1示出了本發明提供的無線通信系統的結構，為了描述簡便，僅示出了與本發明相關的部分。在本發明中，無線通信系統包括至少一個多天線發送系統，每個多天線發送系統與多個發送天線相連，將輸入數據流通過多個發送天線發送出去。每個天線發送系統包括空時處理單元101、調製單元102、數據流分離單元103以及多個循環延遲發送模塊104。
輸入數據流經空時處理單元101進行空時處理後，輸出M個數據流，以便將處理後的數據流通過多個天線發送出去，其中M為自然數，M＞1，空時處理單元101輸出的數據流的個數不大於發送天線數和接收天線數中最小的一個。
經過空時處理後的數據流輸入到調製單元102進行正交頻分復用調製，調製單元102對數據流進行快速反傅立葉變換，將頻域信號轉換為時域信號。數據流分離單元103選擇發送時域信號數據流對應的發送天線組，並將調製後的數據流根據天線選擇的結果分別發送到循環延遲發送模塊104，在其分配的一組天線中通過循環延遲發送出去。
天線選擇可以是開環的隨機選擇，也可以是閉環的控制選擇。天線選擇的結果是把所有的發送天線分成M組，每組天線對應一個數據流。每組天線中的天線數是不定的，隨著天線選擇而改變。
在本發明的一個實施例中，空時處理單元101對輸入數據流進行空時分組編碼，以兩天線的空時分組編碼為例說明如下假設X1，X2是兩個OFDM頻域符號，每個子載波上的頻域信號為X1(k)，X2(k)，k＝0，…N-1，其中N是OFDM傅立葉變換的長度。對X1，X2進行空時分組編碼如下G=X1-X2*X2X1*]]>從上式可以看出經過空時處理單元101處理後每個符號時刻輸出數據流的個數為2，如在第一個OFDM符號時，輸出的兩個數據流分別是X1，X2，這兩個流分別輸入到調製單元102進行正交頻分復用調製，得到OFDM的時域信號。
經過空時分組編碼後輸出的數據流輸入到調製單元102，調製單元102對數據流進行反傅立葉變換，將頻域信號轉換為時域信號x(n)=1Nk=0N-1X(k)ej2nk/N]]>n＝0，1…N-1X(k)表示從空時處理單元101輸出的數據流，x1＝(x1(0)，x1(1)，……x1(N-1))。
若發送天線數為5，所有的發送天線經過天線選擇後分成兩組，分別對應一個數據流，例如第1，3，5天線經過選擇分給了第一個數據流X1，第2，4個天線分配給了第二個數據流X2，然後把兩個OFDM的時域信號分別在各自的發送天線組中通過循環延遲發送模塊104發送出去。
在本發明的另一個實施例中，空時處理單元101對輸入數據流進行空分復用處理，假設空分復用的獨立數據流個數為3，則空時處理單元101的輸出如式(3)G=X1X2X3]]>上式可以看出空時處理單元101輸出了三個數據流X1，X2，X3，這三個OFDM的頻域符號分別輸入到調製單元102進行正交頻分復用調製得到OFDM時域信號，天線選擇的結果是把所有的發送天線經過選擇後分成了三組，數據流分離單元103將三個數據流分別分離到對應一個發送天線組上，循環延遲發送單元104把調製後的三個數據流分別從各自的發送天線組中通過循環延遲發送出去。
在本發明的另一個實施例中，空時處理單元101採用空時分組編碼和空分復用結合的方式對數據流進行處理，假設空時處理輸出的數據流個數為3，則空時處理單元101的輸出如下X1-X2*X2X1*X3X4]]>從上式中可以看出第一個符號時刻輸出三個數據流X1，X2，X3，第二個符號時刻輸出-X2*，X1*，X4，每個符號時刻輸出的三個OFDM的頻域符號分別輸入到調製單元102進行正交頻分復用調製得到OFDM時域信號，天線選擇的結果是把所有的發送天線經過選擇後分成了三組，數據流分離單元103將三個數據流分別分離到對應一個天線組上，循環延遲發送模塊104把調製後的三個數據流分別從各自的天線組中通過循環延遲發送出去。
圖2示出了循環延遲發送模塊104的結構，數據流複製模塊1041對數據流分離單元103輸出的用於循環延遲發送的數據流進行複製，複製的數量與每個發送天線組中的天線數量有關。
循環移位模塊1042對OFDM符號在時域上進行循環移位。假定發送端的一個發送天線組中的發送天線數為M，第一個天線上的OFDM符號循環移位的位數為0，其它發送天線上循環移位的位數為αm-1，m＝2，…M。
循環前綴處理單元1043將經過循環移位後的數據流加上循環前綴(CP，cyclic prefix)後，從各個發送天線上同時發送出去。數據流在發送之前加上循環前綴用來抵抗多徑的影響，循環前綴的長度由信道的條件決定。有關循環位數和循環前綴的關係可參考M.Bossert，A.Huebner，F.Schuehlein在7th InternationalOFDM-Workshop(InOWo)，pp.1-5，Hamburg，Germnay，September 2002.發表的，題為「On Cyclic Delay Diversity in OFDM Based Transmission Schemes」的科技文獻，本發明在此引用，不再贅述。
例如對x1循環移位兩位，進行如下的操作x1(N-2)，x1(N-1)，x1(0)，x1(1)，……，x1(N-3)加循環前綴的操作是對數據進行搬移，按照循環前綴的長度把數據流後面的數據搬移到數據流的前面，假設一個數據流為x(0)，x(1)，x(2)，……x(N-1)，循環前綴的長度為n，加循環前綴就需要進行如下的操作x(N-n)，x(N-n+1)，…x(N-1)，x(0)，x(1)，…x(N-1)由此可見數據流加CP後的長度為N+n，其實就是把數據流後面的n個數據循環搬移到數據流的前面。
作為本發明的另一個實施例，在無線通信系統中的相鄰小區，當用戶處於小區的邊緣，即兩個小區的交界處時，兩個小區可以同時發送給邊界用戶相同的信息，此時就可以利用本發明對兩個小區的天線進行天線選擇並進行循環移位發送。假設小區1中有兩個發送天線Tx1，Tx2，小區2中有一個發送天線Tx3，假設發送給某用戶的兩個數據流X1，X2經過兩天線的空時分組編碼和調製後得到OFDM的時域數據流x1，x2，假設經過天線選擇後小區1中的發送天線Tx1和小區2中的發送天線Tx3來發送數據流x1，且數據流x1需要在發送天線Tx3中進行循環移位發送；x2從發送天線Tx2中發送出去。在相鄰小區的其它發送天線組合時也可以採用天線選擇和循環延遲發送結合的方法。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種無線信號的多天線發送系統，所述系統對應多個發送天線，用於將輸入數據流通過所述多個發送天線發送出去，其特徵在於，所述系統包括空時處理單元，用於對輸入數據流進行空時處理，輸出多個頻域信號數據流；調製單元，用於對所述頻域信號數據流進行正交頻分復用調製，輸出對應的時域信號數據流；數據流分離單元，用於選擇每個時域信號數據流對應的發送天線組，並將所述時域信號數據流分配到對應的發送天線組上，所述多個發送天線組的天線總個數等於發送天線數；循環延遲發送模塊，用於將所述時域信號數據流在對應的發送天線組中的所有發送天線上進行循環延遲發送。
2.如權利要求1所述的多天線發送系統，其特徵在於，所述循環延遲發送模塊進一步包括數據流複製模塊，用於將時域信號數據流複製到對應發送天線組中的所有發送天線上；循環移位模塊，用於根據時域信號數據流對應的發送天線，對所述時域信號數據流進行循環移位；循環前綴處理模塊，用於將循環移位後的數據流添加一個循環前綴。
3.如權利要求1或2所述的多天線發送系統，其特徵在於，所述空時處理為空時分組編碼或空分復用或者空時分組編碼和空分復用的結合。
4.如權利要求1或2所述的多天線發送系統，其特徵在於，所述數據流分離單元選擇發送天線組的方式為開環隨機選擇或閉環控制選擇。
5.如權利要求1或2所述的多天線發送系統，其特徵在於，若相鄰小區發送相同的信息時，所述數據流分離單元進一步用於從多個相鄰小區的天線中選擇所述時域信號數據流對應的發送天線組。
6.一種無線通信系統，所述系統包括至少一個多天線發送系統，以及與所述多天線發送系統對應的多個發送天線，所述多天線發送系統用於將輸入數據流通過所述多個發送天線發送出去，其特徵在於，所述多天線發送系統包括空時處理單元，用於對輸入數據流進行空時處理，輸出多個頻域信號數據流；調製單元，用於對所述頻域信號數據流進行正交頻分復用調製，輸出對應的時域信號數據流；數據流分離單元，用於選擇每個時域信號數據流對應的發送天線組，並將所述時域信號數據流分配到對應的發送天線組上，所述多個發送天線組的天線總個數等於發送天線數；循環延遲發送模塊，用於將所述時域信號數據流在對應的發送天線組中的所有發送天線上進行循環延遲發送。
7.如權利要求6所述的無線通信系統，其特徵在於，所述循環延遲發送模塊進一步包括數據流複製模塊，用於將時域信號數據流複製到對應發送天線組中的所有發送天線上；循環移位模塊，用於根據時域信號數據流對應的發送天線，對所述時域信號數據流進行循環移位；循環前綴處理模塊，用於將循環移位後的數據流添加一個循環前綴。
8.如權利要求6或7所述的無線通信系統，其特徵在於，所述空時處理為空時分組編碼或空分復用或者空時分組編碼和空分復用的結合。
9.如權利要求6或7所述的無線通信系統，其特徵在於，所述數據流分離單元選擇發送天線組的方式為開環隨機選擇或閉環控制選擇。
10.如權利要求6或7所述的無線通信系統，其特徵在於，若相鄰小區發送相同的信息時，所述數據流分離單元進一步用於從多個相鄰小區的天線中選擇所述時域信號數據流對應的發送天線組。
11.一種無線信號的多天線發送方法，將輸入數據流通過多個發送天線發送出去，其特徵在於，所述方法包括下述步驟A.對輸入數據流進行空時處理，輸出多個頻域信號數據流；B.對所述頻域信號數據流進行正交頻分復用調製，輸出對應的時域信號數據流；C.選擇每個時域信號數據流對應的發送天線組，並將所述時域信號數據流分配到對應的發送天線組上，所述多個發送天線組的天線總個數等於發送天線數；D.將所述時域信號數據流在對應的發送天線組中的所有發送天線上進行循環延遲發送。
12.如權利要求11所述的多天線發送方法，其特徵在於，所述步驟D進一步包括D1.將時域信號數據流複製到對應發送天線組中的所有發送天線上；D2.根據時域信號數據流對應的發送天線，對所述時域信號數據流進行循環移位；D3.將循環移位後的數據流添加一個循環前綴。
13.如權利要求11或12所述的多天線發送方法，其特徵在於，所述空時處理為空時分組編碼或空分復用或者空時分組編碼和空分復用的結合。
14.如權利要求11或12所述的多天線發送方法，其特徵在於，所述天線選擇的方式為開環隨機選擇或閉環控制選擇。
15.如權利要求11或12所述的多天線發送方法，其特徵在於，若相鄰小區發送相同的信息時，所述步驟C進一步包括從多個相鄰小區的天線中選擇所述時域信號數據流對應的發送天線組。
全文摘要
本發明適用於無線通信領域，提供了一種無線信號的多天線發送系統、方法及無線通信系統，所述系統包括空時處理單元，用於對輸入數據流進行空時處理，輸出多個頻域信號數據流；調製單元，用於對所述頻域信號數據流進行正交頻分復用調製，輸出對應的時域信號數據流；數據流分離單元，用於選擇每個時域信號數據流對應的發送天線組，並將所述時域信號數據流分配到對應的發送天線組上，所述多個發送天線組的天線總個數等於發送天線數；循環延遲發送模塊，用於將所述時域信號數據流在對應的發送天線組中的所有發送天線上進行循環延遲發送。本發明可以通過天線選擇獲得空間分集增益，並能利用循環延遲分集獲得頻率分集增益。
文檔編號H04B7/06GK1964218SQ20051010131
公開日2007年5月16日 申請日期2005年11月9日 優先權日2005年11月9日
發明者劉江華, 曲秉玉 申請人:華為技術有限公司