智能天線系統的分集發射接收裝置的製作方法

2023-06-14 07:01:56 5

專利名稱：智能天線系統的分集發射接收裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種智能天線系統的分集發射接收裝置，更具體
地，涉及一種時分同步的碼分多址(TD-SCDMA )移動通信系統中， 用於在智能天線系統中進行分集發射接收的實現裝置。
背景技術：
當前無線通信中，空時處理技術是研究熱點之一，其在空間域 和時間域聯合處理接收信號，因而，可以充分利用空間信號處理技 術和時間信號處理t支術的優勢，有效^U元碼間幹護u (ISI)、減少多 址4妄入幹護C (MAI)、增加分集增益以及4是高陣增益，達到單個天 線的單時間處理方法無法實現的效果。
目前，空間處理技術主要包括有智能天線、自適應天線、切換 波束天線和空間分集4妄收4支術等。其中，在TD-SCDMA系統中廣 泛使用的智能天線技術主要是利用到達天線陣的信號之間的完全 相關性形成天線方向圖。該方法利用上下行信道的對稱性，根據基 站^t姿收信號實時調整天線的方向圖，〗吏天線主波束對準用戶信號的 到達方向，旁瓣和零陷對準幹糹尤信號的到達方向。由於智能天線根 據用戶信號的不同空間傳播方向，提供不同的空間信道。在有限的 方向區域內4妄收信號，可以有效地減少接收到的MAI以及理想用 戶和其他用戶的多徑信號數量，本質上增加了接收機的輸入信幹噪 比(SINR)，從而提高了系統容量和接收質量。但是，由於其理論
建立在布l:沒上下朽^f言道完全只於稱的基礎上，在用戶端高速移動或存 在大量多徑等信道條件下，其性能無法保證。
在碼分多址(CDMA)系統中，還可以採用空間分集接收和發 射方式抵抗多徑衰落，這種技術一般在基站端利用兩根天線間間隔 悽丈個工作電,茲波波長》文置，由於各個用戶多徑的影響產生瑞利 (Rayleigh)衰落，兩根天線上接收到的兩路信號相關性很小，然 後對兩路信號進行最大比合併或等增益合併或選擇合併，最終實現 空間分集以才是高通信系統性能。分集接收通過增加空間和時間分集 階數來提高分集增益。
綜上所述，空間分集接收和空間分集發射利用空間分集提高了 接收信號質量和發射信號抗衰落性能，而智能天線則是利用陣列天 線大大提高接收質量和發送信號性能。在第三代移動通信標準中， 廣泛應用發射分集技術和智能天線技術作為兩種利用空間資源對 抗多徑衰落，以提高通信系統性能。雖然這兩種方法具有上述優勢， 但是，在某些情況下這兩種方法也分別存在一定的性能損失。
因為空間智能天線技術和分集技術結合能更有效的對抗瑞利 衰落，所以解決上述問題的有效措施之一就是將智能天線技術與空 間分集技術結合起來，以取長補短。
孫平、丁勇和王清泰在2004年9月30曰申請的中國申請第 CN200410084828號，乂>開號為CN1755986的專利《一種用於 SCDMA系統中的雙極化板狀天線陣》中，提出了 一種用於同步碼 分多址通信系統中的雙4及化天線平斥反天線陣，該天線陣由兩組天線 組成，每組天線有N個天線單元(N為正整lt)，其中一組天線上
單元轉-45°，即這兩組天線是正交4及4匕的。每一組天線中兩個相鄰
天線單元的水平距離是相等的，且該距離為發射信號的半個波長到 一個波長之間。在接收時，結合分集技術和智能天線的算法，該天 線陣能提高接收靈敏度。但是，該方法由於在接收端限定了採用選 擇合併的方法，因而系統的性能增益提高較小。
針對上述問題，本發明提出了一種智能天線系統的分集發射接 收方法及裝置，採用將陣元分組，分別進行波束賦形並且通過時間 分集或編碼分集方式，在接收端進行分集接收合併的方法實現了空 間分集和智能天線技術的結合使用，從而，使無線通信系統同時獲 得了分集增益和賦形增益，同時也提高了系統的性能。

發明內容
為了使無線通信系統同時獲得分集和賦形增益。本發明提供了 一種智能天線系統的分集發射接收方法及裝置，利用空間分集和智 能天線相互結合使用，通過在接收端進行聯合檢測，從而達到了提 高系統性能增益，適應各種不同的信道環境的目的。
本發明的 一 個方面提供了 一種智能天線系統的分集發射接收
裝置，其包括分組單元，用於根據第一預定方法將智能天線的陣 元分成至少兩個組；上4亍鏈路信道估計單元，用於在上行鏈路中分 別對至少兩個組的陣元進4於信道估計，得到信道估計^據；波束貝武 形單元，用於根據信道估計數據，分別計算與至少兩個組的陣元相 對應的波束賦形權值；下行鏈路發射單元，用於在下行鏈路中使用 波束U武形相 f直，由至少兩個組的陣元採用第二預定方法分別發射加 權後的數據；以及接收檢測單元，用於在接收端分別接收與至少兩 個組的陣元相對應的4妾收^t據，並才艮據所採用的第二預定方法對接 收數據進行聯合檢測，得到下行發射數據的估計值。
才艮據本發明的一個方面，第一預定方法包括以下至少一種級 4匕分集和空間分集。第二預定方法包4舌所有分集方法，例如，以下 至少一種時間發射分集和編碼發射分集。
根據本發明的 一 個方面，時間發射分集是在不同時刻由至少兩 個組的陣元發射相同的數據經過不同的信道到達接收端。編碼發射 分集是下行鏈路發射的數據經過不同的擴頻碼和擾碼進行擴頻加 擾後，在相同時刻由不同的至少兩個組的陣元進行下行發射。
本發明的另 一個方面提供了 一種智能天線系統的分集發射接 收方法，該方法包4舌以下步艱i:步驟S102, #4居第一預定方法將智 能天線的陣元分成至少兩個組；步驟S104，在上行鏈路中分別對至 少兩個組的陣元進行信道估計，得到信道估計悽t據；步驟S106，衝艮 據信道估計數據，分別計算與至少兩個組的陣元相對應的波束賦形 權值；步驟S108，在下行鏈路中使用波束賦形權值，由至少兩個組 的陣元採用第二預定方法分別發射加權後的數據；以及步驟S110, 在接收端分別接收與至少兩個組的陣元相對應的接收數據，並根據 所採用的第二預定方法對接收數據進行聯合檢測，得到下行發射數 才居的估計4直。
才艮據本發明的另 一個方面，第 一預定方法包括以下至少一種 級化分集和空間分集。第二預定方法包4舌所有分集方法，例如，以 下至少一種時間發射分集和編碼發射分集。
根據本發明的另 一個方面，時間發射分集是在不同時刻由至少 兩個組的陣元發射相同的數據經過不同的信道到達接收端。編碼發 射分集是下行鏈^各發射的數據經過不同的擴頻碼和擾碼進行擴頻 加擾後，在相同時刻由不同的至少兩個組的陣元進行下行發射。
因此，本發明所提出的智能天線系統的分集發射接收方法及裝 置在不明顯增加運算複雜度的情況下，能夠同時獲得分集增益和賦 形增益，另外還適用於各種信道環境，有利於工程實現。


附圖用來4是供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部 分，與本發明的實施例一起用於解釋本發明，並不構成對本發明的
限制。在附圖中
圖1是根據本發明的智能天線系統的分集發射接收方法的流程
圖2是根據本發明的智能天線系統的分集發射接收裝置的框
圖3A是才艮據本發明的實施例的智能天線系統所採用的天線陣 元的空間分集裝置的視圖3B是根據本發明的實施例的智能天線系統所採用的天線陣 元的極化分集裝置的一見圖；以及
圖4是才艮據本發明的實施例的採用智能天線系統的分集發射接 收方法的流^E圖。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此 處所描述的優選實施例僅用於說明和解釋本發明，並不用於限定本 發明。
圖1是根據本發明的智能天線系統的分集發射接收方法的流程
圖。如圖1所示，智能天線系統的分集發射接收方法包括以下步驟
(1) 步驟S102，才艮據第一預定方法將智能天線的陣元分成至 少兩個糹且；
(2) 步驟S104,在上行鏈^各中分別對至少兩個組的陣元進行 信道估計，得到信道估計數據；
(3) 步驟S106， 4艮據信道估計悽t據，分別計算與至少兩個組 的陣元相對應的波束賦形4又值；
(4 )步驟S108,在下4亍鏈路中4吏用波束賦形4又值，由至少兩 個組的陣元採用第二預定方法分別發射加權後的數據；
(5)步驟SllO，在接收端分別接收與至少兩個組的陣元相對 應的接收數據，並根據所釆用的第二預定方法對接收數據進行聯合 檢測，得到下行發射數據的估計值。
在本發明中，第一預定方法包4舌以下至少一種糹及^f匕分集和空 間分集。第二預定方法包4舌所有分集方法，例如，以下至少一種 時間發射分集和編碼發射分集。
其中，時間發射分集是在不同時刻由至少兩個組的陣元發射相 同的數據經過不同的信道到達接收端。編碼發射分集是下行鏈路發 射的數據經過不同的擴頻碼和擾碼進行擴頻加擾後，在相同時刻由 不同的至少兩個組的陣元進行下行發射。
圖2是根據本發明的智能天線系統的分集發射接收裝置的框 圖。該智能天線系統的分集發射接收裝置200包括分組單元202, 用於根據第一預定方法將智能天線的陣元分成至少兩個組；上行鏈 路信道估計單元204，用於在上4亍《連路中分別對至少兩個組的陣元 進行信道估計，得到信道估計^t據；波束賦形單元206，用於才艮據 信道估計悽t悟，分別計算與至少兩個組的陣元相對應的波束]3式形衝又 值；下行鏈^各發射單元208，用於在下行鏈if各中使用波束賦形權值， 由至少兩個組的陣元採用第二預定方法分別發射加—又後的悽t據；以 及接收檢測單元210,用於在接收端分別接收與至少兩個組的陣元 相對應的接收數據，並根據所採用的第二預定方法對接收數據進行 聯合檢測，得到下行發射數據的估計值。
在本發明中，第一預定方法包4舌以下至少一種級4b分集和空 間分集。第二預定方法包4舌所有的《h集方法，例如，以下至少一種 時間發射分集和編碼發射分集。
其中，時間發射分集是在不同時刻由至少兩個組的陣元發射相 同的數據經過不同的信道到達接收端。編碼發射分集是下行鏈路發 射的數據經過不同的擴頻碼和擾碼進行擴頻加擾後，在相同時刻由 不同的至少兩個組的陣元進行下行發射。
圖3A是才艮據本發明的實施例的智能天線系統所採用的天線陣 元的空間分集裝置的視圖，圖3B是根據本發明的實施例的智能天 線系統所採用的天線陣元的極化分集裝置的視圖，以及圖4是根據 本發明實施例的採用智能天線系統的分集發射4妄收方法的流程圖。
在下文中，將以TD-SCDMA無線通信系統為例，假設基站端 天線陣列採用Ka根天線，結合圖3A及圖3B詳細描述圖4的實施 過程。如圖4所示，4艮據本發明的實施例，智能天線系統的分集發 射4妄收方法包括下述步驟
200610138607. 1
說明書第8/12頁
S402,智能天線陣元分糹且步駛《4十隻於TD-SCDMA通4言系統， 如圖3A及3B所示，將其智能天線部分的Ka根天線分為N組，包 括才及化分集和空間分集兩種方法，在此，是以《"=8，^ = 2為例的。
S404，上行鏈路信道估計步驟將N組陣元視為對立的N個
智能天線系統，每組分別包括P —;—個陣元，則第n ( " = 1，2，'",) 組陣元的信道第t個上行時隙第k個用戶經過信道後處理的信道衝 激響應估計矩陣表示為
(2)(,)formula see original document page 11式中p表示每組陣列天線數，"=i，2，'"，w， w表示信道估計窗
S406,分組波束賦形步驟:
根據步驟S404得到的第n組陣元對應空間協方差矩陣表示為
formula see original document page 11(2)
則第n組陣元對應第k個用戶的信幹噪比表示為
S腿
(formula see original document page 11(3)
其中，W"(")為噪聲空間協方差矩陣'乂人而^尋到符合最大SINR準則的第n糹且陣元^"應的波束]3武形氺又 矢量為
其中，w"即為第n組陣元所對應的第k個用戶的波束賦形權值。
S408，下行鏈路步驟下行鏈路中N個子智能天線系統依然是 相互獨立的。這裡提供兩種分集發射方法時間分集和編碼分集。
(1) 時間發射分集採用在不同時刻由不同的子陣元組發射 相同的數據經過不同的信道到達接收端。其中發射時間與子陣元數 目——對應，即第n個時刻由第n個子陣元組下行發射。
假設下行鏈路發射數據為d，擴頻加擾矩陣為C，則接收端接 收到的數據為
《")=W(").C.(5)
其中，《)與^分別為第n個時刻時第n組陣元所對應的接收 數據和下行信道。
(2) 編碼發射分集下行鏈路發射數據d經過不同的擴頻碼 和才尤碼進行擴頻加4尤後，在相同時刻由不同的子陣元組進行下行發 射。
因為多個陣元組同時發射，則接收到的數據為合併數據，如下 式所示formula see original document page 13其中，《'與V")分別為第n組陣元所對應的接收數據和下行信
道，e"為第n組陣元所對應的由不同擴頻碼和擾碼組成的擴頻加擾 矩陣。而且，不同的子陣元組採用不同的訓練序列(midamble)碼。
S410,聯合檢測合併接收步驟根據步驟S408中分別在接收 端得到的N組子智能天線系統所對應的接收數據，接著，將它們根 據最大比合併的法則合併接收，從而得到對原始發射數據的估計值
^。在本發明的實施例中採用的是聯合檢測方法，再次以N = 2為 例，並且與步驟S408對應，分為時間分集和編碼分集兩種方法
(1)時間發射分集用兩個陣元子陣對應的信道估計A("和^ 分別組成各自的系統矩陣f和f)。則將對應於用戶符號的接收數
據表示為《)和^。則《)和^可表示為
formula see original document page 13(7)
其中，d是用戶原始發射符號向量，A矩陣為包括波束賦形權 值、信道以及擴頻碼-阮碼等信息在內的系統矩陣。
根據ZF-BLE準則，原始用戶發射數據d的估計為
formula see original document page 13其中，凡是噪聲的相關矩陣,
才艮淨居MMSE準則，用戶發射教.才居d的4古計為
formula see original document page 14
(9)formula see original document page 14
其中^是用戶符號的相關矩陣,
(2)編碼發射分集採用不同的midamble碼分別得到兩個陣 元子陣對應的信道估計和^ ,與其各自對應的擴頻加擾矩陣c'和 ^分別組成各自的系統矩陣,和^2)。則合併的接收數據e可表示 為
(10)formula see original document page 14
其中，d是用戶原始發射符號向量，A矩陣為包括波束賦形權 值、信道以及擴頻碼擾碼等信息在內的系統矩陣。
根據ZF-BLE準則，原始用戶發射數據d的估計為
(11 )formula see original document page 14
其中，A是噪聲的相關矩陣。
才艮才居MMSE準則，用戶發射lt才居d的估計為formula see original document page 14
(12)formula see original document page 14
其中，&是用戶符號的相關矩陣<
通過以上本發明的描述，可以看到本發明實現以下有益效果 (1)系統同時獲得分集增益和賦形增益；(2)在不明顯增加運算 複雜度的情況下，利用聯合檢測實現分集接收；(3)克服了智能天 線系統在高速移動等情況下的性能損失，適應各種不同的信道環境。
以上^f又為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對 於本領域的^支術人員來"i兌，本發明可以有各種更改和變化。凡在本 發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均 應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種智能天線系統的分集發射接收裝置，其特徵在於，包括分組單元，用於根據第一預定方法將所述智能天線的陣元分成至少兩個組；上行鏈路信道估計單元，用於在上行鏈路中分別對所述至少兩個組的陣元進行信道估計，得到信道估計數據；波束賦形單元，用於根據所述信道估計數據，分別計算與所述至少兩個組的陣元相對應的波束賦形權值；下行鏈路發射單元，用於在下行鏈路中使用所述波束賦形權值，由所述至少兩個組的陣元採用第二預定方法分別發射加權後的數據；以及接收檢測單元，用於在接收端分別接收與所述至少兩個組的陣元相對應的接收數據，並根據所採用的第二預定方法對所述接收數據進行聯合檢測，得到下行發射數據的估計值。
2. 根據權利要求1所述的分集發射接收裝置，其特徵在於，所述 第 一預定方法包括以下至少 一種級化分集和空間分集。
3. 根據權利要求1或2所述的分集發射接收裝置，其特徵在於， 所述第二預定方法包括以下至少一種時間發射分集和編碼發 射分集。
4. 根據權利要求3所述的分集發射接收裝置，其特徵在於，所述 時間發射分集是在不同時刻由所述至少兩個組的陣元發射相 同的數據經過不同的信道到達所述接收端。
衝艮據權利要求3所述的分集發射接收裝置，其特徵在於，所述 編碼發射分集是所述下行鏈^各發射的悽t據經過不同的擴頻碼 和4尤碼進4亍擴頻加4尤後，在相同時刻由不同的所述至少兩個組 的陣元進行下行發射。
全文摘要
本發明提供了一種智能天線系統的分集發射接收裝置，該裝置包括分組單元，用於根據將智能天線的陣元分成至少兩個組；上行鏈路信道估計單元，用於在上行鏈路中分別對至少兩個組的陣元進行信道估計，得到信道估計數據；波束賦形單元，用於根據信道估計數據，分別計算與至少兩個組的陣元相對應的波束賦形權值；下行鏈路發射單元，用於在下行鏈路中使用波束賦形權值，由至少兩個組的陣元分別發射加權後的數據；以及接收檢測單元，用於在分別接收與至少兩個組的陣元相對應的接收數據，並對接收數據進行聯合檢測，得到下行發射數據的估計值。因此，通過本發明，提高了系統性能增益，從而能夠適應各種不同的信道環境。
文檔編號H04B7/02GK101179313SQ20061013860
公開日2008年5月14日 申請日期2006年11月8日 優先權日2006年11月8日
發明者凡 史, 斌 李, 秦洪峰 申請人:中興通訊股份有限公司