Mimo-cdma基站空間復用接收機系統的製作方法
2023-04-29 15:58:11
專利名稱：Mimo-cdma基站空間復用接收機系統的製作方法
技術領域：
本發明主要涉及到多輸入多輸出(MIMO)碼分多址無線通信系統，特別是多用戶MIMO-CDMA基站的空間復用接收機系統。
背景技術：
到目前為止，多媒體無線通信應用的瓶頸問題是無線頻譜帶寬有限問題。為了解決這一問題，相繼提出智能天線(SA)，空時擴譜(STS)技術和MIMO(多輸入多輸出)技術來提高無線頻譜的利用率。在這三種技術中，雖然SA可以完全利用空間頻譜容量，但CDMA基站(BS)實施SA很困難，因為難以為每個移動臺提供獨立的空間波束。因此，CDMA2000標準和WCDMA標準並沒有將SA列入其標準中，只有TD-SCDMA標準在基站(BS)中採用SA。為了得到空間互不相關的發射流，STS需要對發射數據流做空時編碼，接收機也需要對應的空時解碼電路來恢復接收到的數據流。但這仍然很困難，特別是對移動臺(MS)的系統實現。現有的STS技術涉及複雜的時間交換，增加了算法的複雜度和CDMA系統的實現代價。
與STS相比，現有的MIMO不要求空時編解碼，其接收機的解碼通過乘以轉置信道矩陣來恢復數據矢量。但只有當MIMO信道高度獨立時，現有MIMO接收算法方可得到共信道幹擾較小的解碼數據。在通常的實際應用中，MIMO信道並非高度獨立，這將導致共信道幹擾，嚴重影響通信質量。
為了解決上述問題，本發明提出MIMO-CDMA基站採用逆信道矩陣來恢復發射信號，抑制共信道幹擾。考慮到算法複雜度和CDMA基站和移動臺的成本，本發明將MIMO CDMA系統的設計限制為BS兩個天線和MS兩個天線的情況，所提出的MIMO CDMA系統優於現有其它MIMO CDMA系統的誤碼率性能。
發明內容
本發明的目的使使CDMA系統通過採用MIMO技術後增加系統的容量，實現信道的空間復用。
如果有基站和移動臺均採用兩個以上的天線，CDMA蜂窩內的每一移動臺可獲得兩個以上的空間信道。但這是基於基站(BS)和移動站點(MSs)之間的空間信道是完全不相關的假設，要求MIMO信道矩陣的行向量互不相關。在大多數的應用情況下，MIMO信道矩陣的行向量並非不相關，這就產生了MIMO信道中的共信道幹擾，使得誤碼率性能不能滿足通信要求。為了解決這個問題，本發明提出基站接收機利用逆信道矩陣來對空間信號解碼。
一種MIMO-CDMA基站空分復用接收機系統，該MIMO-C D M A基站與其連接的多個移動臺均具有兩個天線，基站和移動臺的兩個天線間距分別為10倍的發射信號波長和4倍的發射信號波長，各移動臺按照如下步驟發射信號 步驟1)、將兩個信道的數據流使用一個擴譜碼進行擴頻，得到擴頻後信號s1和s2； 步驟2)、由兩根天線分別發射信號s1和s2；其中第k個移動臺的兩數據流
和
經擴譜後，移動臺發射機通過兩個天線發射給基站，信號為
和
其中c(k)是一個長度為P的擴譜碼，用戶k的兩空間信道使用同一擴譜碼c(k)；MIMO-C D M A基站接收機以如下步驟得到還原數據 步驟3)、基站接收機存儲接收到的u1和u2； ；一個蜂窩有k個活動用戶，其中
和
為基站兩個天線接收到的第k個信號， 其中是移動臺發射機天線i到基站接收機天線j經過獨立瑞利路徑的衰減係數；接收機天線j噪聲被規一化為CN(0，1)；零均值，方差為1的復高斯噪聲； 步驟4)、基站接收機將u1和u2乘以得到
和
步驟5)、基站接收機使用第k個移動用戶的本地擴譜碼c(k)，k＝1，...N提取其數據流
和
和 [c(i)]Hc(j)＝0，i，j∈{k＝1，...N}，i≠j，「H」表示復共軛轉置。
上述的步驟1)各移動用戶用的擴譜碼c(k)，k＝1，...N是相互正交的，[c(i)]Hc(j)＝0，i，j∈{k＝1，...N}，i≠j，「H」表示復共軛轉置。
上述的步驟1)各移動用戶對其兩空間信道使用同一擴譜碼c(k)，k＝1，...N。
基站和移動臺的兩個天線間距分別為10倍的發射信號波長和4倍的發射信號波長基站接收機使計算可行。
上述的步驟5)中判決的方法是 如果判決器輸入信號的實部大於零，則輸出1， 如果判決器輸入信號的實部小於零，則輸出-1。
上述的步驟4)中的信道矩陣參數由MIMO-C D M A基站通過上行導引序列估計。
本發明的實施例仿真表明儘管在MIMO-CDMA系統中，MIMO信道並非完全不相關，但通過本發明方法可得到較高的通信容量和較好BER(錯誤比特率)性能。
下面通過附圖及實施例對本發明進行詳細闡述。
圖1是MIMO信道與MIMO-CDMA系統框圖。
圖2是MIMO基站接收機框圖。
圖3是移動臺MIMO發射機的系統框圖。
圖4是移動臺MIMO發射機系統發射信號流程框圖。
圖5是MIMO基站接收機還原數據流程框圖。
圖6是64用戶時使用本發明方法的系統和未使用本發明方法的系統的誤碼性能比較曲線圖。
具體實施例方式 實施例1考慮在CDMA系統中，在基站和移動臺使用MIMO技術來提高系統的容量，實現信道的空間復用，不失一般性。在本發明的MIMO-CDMA系統中，基站和移動臺均使用兩個天線發射和接收數據流，基站和移動臺的兩個天線間距分別為10倍的發射信號波長和4倍的發射信號波長，發射基站和移動臺間欲通過兩空間信道通信，如圖1所示。
如圖3所示，第k個移動臺的兩數據流
和
經擴譜後，移動臺發射機通過兩個天線發射給基站，信號為
和
如圖4所示， (1) 其中c(k)是一個長度為P的擴譜碼，用戶k的兩空間信道使用同一擴譜碼c(k)。採用MIMO技術的CDMA系統沒有增加額外的擴譜碼，僅在原有CDMA信道實現空間復用。
假定一個蜂窩有k個活動用戶，基站在兩個天線接收到的信號(2) 其中
和
為基站兩個天線接收到的第k個信號， 其中是移動臺發射機天線i到基站接收機天線j經過獨立瑞利路徑的衰減係數。接收機天線j噪聲被規一化為CN(0，1)(零均值，方差為1的復高斯噪聲)。
基站通過反嚮導引序列估計信道參數並從 得出本發明的MIMO-CDMA基站接收機算法。
由於基站和移動臺的兩個天線間距分別為10倍的發射信號波長和4倍的發射信號波長，為可逆。
本發明的MIMO-CDMA基站接收機算法步驟如下如圖5所示， 步驟(1)基站接收機存儲接收到的u1和u2； 步驟(2)基站接收機將u1和u2乘以得到
和
步驟(3)基站接收機使用第k個移動用戶的本地擴譜碼提取其數據流
和
實施例2 給出MIMO CDMA系統的計算機仿真結果。設MIMO CDMA系統的上行鏈路從MS到BS都使用兩個天線來發射和接收，並假定基站接收機獲得最佳信道估計。
為了簡化系統仿真，令移動用戶的數量為64，在MIMO CDMA系統中每個用戶的擴譜碼c(k)使用碼長為64的沃爾什碼，每個用戶的數據都採用BPSK方式進行調製。為了驗證MIMO-CDMA系統可用，選擇現有的MIMO CDMA系統接收機算法和本文提出的MIMO CDMA系統接收機算法，兩者使用相同的擴譜碼，CDMA蜂窩中用戶數相同。
在系統仿真中，本發明系統與現有系統基站在相同的SNR和信道條件下發射2000個長度為64的數據幀，其中信道矩陣均為獲得的BER結果如圖6所示。
觀察圖6中的仿真結果，可以看到採用目前的MIMO CDMA算法，MIMO-CDMA基站接收機在信噪比為
時不能正常工作，而且它的誤碼率大於0.176。然而，本發明的MIMO-CDMA基站接收機卻得到了很好的誤碼率性能。當信噪比大於8時，誤碼率小於10-6。所以，本發明的MIMO-CDMA基站接收機在多用戶和低信噪比瑞利信道情況下是有效的。
上面雖然通過實施例描繪了本發明，但本領域普通技術人員知道，本發明有許多變形和變化而不脫離本發明的精神，所附的權利要求將包括這些變形和變化。
權利要求
1、一種MIMO-CDMA基站空分復用接收機系統，該MIMO-C D M A基站與其連接的多個移動臺均具有兩個天線，其特徵在於，基站和移動臺的兩個天線間距分別為10倍的發射信號波長和4倍的發射信號波長，各移動臺按照如下步驟發射信號
步驟1)、將兩個信道的數據流使用一個擴譜碼進行擴頻，得到擴頻後信號s1和s2；
步驟2)、由兩根天線分別發射信號s1和s2；其中第k個移動臺的兩數據流
和
經擴譜後，移動臺發射機通過兩個天線發射給基站，信號為
和
其中c(k)是一個長度為P的擴譜碼，用戶k的兩空間信道使用同一擴譜碼c(k)；
MIMO-C D M A基站以如下步驟得到還原數據
步驟3)、基站接收機存儲接收到的u1和u2；
；一個蜂窩有k個活動用戶，其中
和
為基站兩個天線接收到的第k個信號，
其中
i，j∈{1，2}是移動臺發射機天線i到基站接收機天線j經過獨立瑞利路徑的衰減係數；接收機天線j噪聲
j∈{1，2}被規一化為CN(0，1)；零均值，方差為1的復高斯噪聲；
步驟4)、基站接收機將u1和u2乘以得到
和
步驟5)、基站接收機使用第k個移動用戶的本地擴譜碼提取其數據流
和
和
[c(i)]Hc(j)＝0，i，j∈{k＝1，...N}，i≠j，「H」表示復共軛轉置。
2、如權利要求1所述MIMO-C D M A基站空分復用接收機系統，其特徵在於，步驟1)各移動用戶用的擴譜碼c(k)，k＝1，...N是相互正交的。
3、如權利要求1所述MIMO-C D M A基站空分復用接收機系統，其特徵在於，步驟1)各移動用戶對其兩空間信道使用同一擴譜碼c(k)，k＝1，...N。
4、如權利要求1所述MIMO-C D M A基站空分復用接收機系統，其特徵在於，基站和移動臺的兩個天線間距分別為10倍的發射信號波長和4倍的發射信號波長基站接收機使計算可行。
5、如權利要求1所述MIMO-C D M A基站空分復用接收機系統，其特徵在於，其特徵在於，步驟5)中判決的方法是
如果判決器輸入信號的實部大於零，則輸出1，
如果判決器輸入信號的實部小於零，則輸出-1。
6、如權利要求1所述MIMO-C D M A基站空分復用接收機系統，其特徵在於，其特徵在於，步驟4)中的信道矩陣參數
i，j∈{1，2}由MIMO-C D M A基站通過上行導引序列估計。
全文摘要
本發明涉及一種MIMO-CDMA基站空間復用接收機系統。CDMA小區內不同移動臺所處的空間位置不同，可以得到不同的信道參數矩陣。MIMO-CDMA基站接收機使用不同移動臺至基站的信道矩陣進行解調，再對解調信號分兩路解擴，對得到解擴後信號分別進行判決，得到各移動用戶的還原數據。本發明提供了應用此方法的基站空間復用接收機電路。採用本發明，使每一連接用戶獲得兩個獨立的空間信道，提高CDMA系統的頻譜利用率，簡化MIMO-CDMA基站接收機的設計。
文檔編號H04B7/08GK101447819SQ20091007601
公開日2009年6月3日 申請日期2009年1月4日 優先權日2009年1月4日
發明者揚 肖 申請人:北京交通大學