一種多自適應天線陣列的無線傳輸方法
2023-05-19 16:48:26
專利名稱：一種多自適應天線陣列的無線傳輸方法
技術領域：
本發明涉及一種無線通信中的傳輸方法，尤其涉及到一種多自適應天線陣列的無線傳輸方法背景技術：
隨著移動通信事業的高速發展，如何在保證通信質量的同時，利用有限的頻譜資源達到儘可能高的通信容量已成為移動通信發展的核心問題。而如何有效地消除無線通信環境中同頻幹擾(CCI)及多徑衰落的影響則成為解決問題的關鍵所在。
在現有的無線通信技術中，以自適應波束賦形(adaptive beamforming)為代表的智能天線技術以及以空間復用和空間分集為代表的多入多出(MIMO)天線技術普遍被人們所看好。
智能天線陣即自適應天線陣列，其最具代表性的實現方案為自適應波束賦形技術，在發送或接收數據時，其利用天線陣元之間的相干性，將波束主瓣對準目標用戶而將副瓣或零陷對準幹擾源，大幅降低蜂窩系統的同頻幹擾。
MIMO天線技術則是在發送端和接收端同時放置不相干的多根天線，充分利用無線通信中的多徑現象，通過空間分集提高通信的可靠性或通過空間復用大大提高數據傳輸速率。現階段其最具代表性的兩種實現方案為基於空間分集原理的空時分組碼(STBC)技術和基於空間復用原理的垂直貝爾實驗室分層空時(V-BLAST)碼技術。
目前智能天線和MIMO兩種技術尚存在著一定的缺陷。自適應波束賦形技術雖然可以有效地減少同頻幹擾，增大覆蓋範圍，但在多徑比較嚴重的環境下，其性能將會受到較大的影響。MIMO天線技術則充分利用了無線通信環境中的多徑衰落進行空間分集或空間復用，在高斯白噪聲的環境下可以達到很高的性能，但當同頻幹擾存在時，其性能則會大大下降。可見，這兩種先進的天線技術具有很強的互補性，如能將兩種技術結合起來，則通信性能有望大幅提高。但目前兩者的結合卻存在著一定的問題，即智能天線陣元素的相干性與MIMO天線的不相干性之間的矛盾。
發明內容本發明的目的在於彌補現有無線通信方法的不足，提出一種新的無線傳輸方法，將智能天線陣與多入多出(MIMO)天線技術有機地聯合起來，吸取兩種技術各自的優點，同時彌補各自的缺陷，進一步提高系統性能。即使在同頻幹擾與多徑衰落都很嚴重的惡劣環境下，依然能保持很好的通信性能。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是上行傳輸時(移動臺發送信號，基站接收)，在發送端，移動臺利用基於空間分集的多入多出(MIMO)空時處理技術或基於空間復用的MIMO空時處理技術從多根天線同時發出信號，在接收端，由不相干的多個智能天線陣同時接收信號並通過光纖鏈路傳送到基站處理單元(BSH)，BSH先分別對每個智能天線陣接收信號進行自適應波束賦形處理，再利用MIMO技術對不相干的多個智能天線陣信號進行分集合併處理，下行傳輸時(基站發送信號，移動臺接收)，在發送端，BSH先對信號進行基於空間分集的MIMO空時處理或基於空間復用的MIMO空時處理分成多路信號，再對多路信號分別進行自適應波束賦形處理後通過光纖鏈路傳送到不相干的多個智能天線陣，由不相干的多個智能天線陣同時發送信號，在接收端，移動臺對多根接收天線信號進行相應的MIMO空時處理得到發送的信號。與現有無線傳輸方法相比，通信性能進一步提高。
本發明帶來的有益效果與現有無線傳輸方法相比，提高了通信性能。而且即使在同頻幹擾與多徑衰落都很嚴重的惡劣環境下，依然能保持很好的通信性能。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明圖1是本發明的流程結構框架圖。
圖2是本發明第一個實施例(智能天線與基於空間復用的MIMO天線技術相結合)的上行發送與接收方法流程圖。
圖3是本發明第一個實施例的下行發送與接收方法流程圖。
圖4是本發明第二個實施例(智能天線與基於空間復用的MIMO天線技術相結合)的上行發送與接收方法流程圖。
圖5是本發明第二個實施例的下行發送與接收方法流程圖。
具體實施方式在圖1中，移動臺用戶使用m根天線，基站端使用N個智能天線陣，每個天線陣包含n個天線元素。其中，m、N及n都可為大於0的任意整數。上行傳輸時(移動臺發送信號，基站接收)，在發送端，移動臺利用基於空間分集的多入多出(MIMO)空時處理技術或基於空間復用的MIMO空時處理技術從m根天線同時發出信號，在接收端，由不相干的N個智能天線陣同時接收信號並通過光纖鏈路傳送到基站處理單元(BSH)，BSH先分別對每個智能天線陣接收信號進行自適應波束賦形處理，再利用MIMO技術對不相干的N個智能天線陣信號進行分集合併處理，下行傳輸時(基站發送信號，移動臺接收)，在發送端，BSH先對信號進行基於空間分集的MIMO空時處理或基於空間復用的MIMO空時處理分成N路信號，再對N路信號分別進行自適應波束賦形處理後通過光纖鏈路傳送到不相干的N個智能天線陣，由不相干的N個智能天線陣同時發送信號，在接收端，移動臺對m根接收天線信號進行相應的MIMO空時處理得到發送的信號。
在圖2所示第一個實施例的上行發送與接收方法流程中，考慮到實際中移動臺的尺寸限制，要保持一定的不相關性，天線配置數目不可能太多。因此，移動臺的天線數目都為2。考慮到成本的限制，基站端的智能天線陣數目也為2。每個智能天線陣由8個天線振子構成，與第三代移動通信系統TD-SCDMA中的智能天線陣結構相一致。用戶1為目標用戶，其餘K-1個用戶為幹擾用戶。S11、S12為用戶1欲發送的數據，在移動臺經過垂直貝爾實驗室分層空時(V-BLAST)編碼分別從兩根天線同時發送(V-BLAST是基於空間復用的MIMO技術)。經過無線傳播，信號分別到達兩個智能天線陣列。以第一個天線陣列為例，智能天線陣接收到的信號通過光纖鏈路傳送到基站處理單元進行數位訊號處理。基站處理單元以導頻信號d11及d12為輸入參數，分別對用戶1的第一根天線上的數據S11及第二根天線上的數據S12進行自適應波束賦形，得出天線加權向量W1及W2。由於天線陣元素數目為8，因此，天線加權向量W1及W2的元素數目也均為8。利用天線加權向量對智能天線陣各個天線元素上的信號進行疊加，即可得到經過自適應波束賦形後的輸出結果y11，y12。同樣，第二個天線陣列也經過相同的過程得到結果y11′，y12′。此時，如果直接根據y11，y12或y11′，y12′進行判決得到最終信號 則其性能相當於單獨使用智能天線陣的性能(注意由於發送端使用VBLAST編碼進行了空間復用，因此數據速率要大於普通編碼情況。但由於發送功率在發送天線間進行了分配，因此接收信號信噪比會有所下降)。而由於本發明實施例中有兩個不相關的智能天線陣，因此，還可以對信號進行進一步處理以提高性能。這裡提出一個新的方法，即把從移動臺天線發出信號之後到輸出信號y11，y12及y11′，y12′之前的所有處理過程(包括波束賦形處理)整個看成一個信道，並再次通過導頻d11，d12及d11′，d12′進行信道估計。然後，根據信道參數對y11及y11′進行最大比合併及判決得到最終信號 對y12及y12′進行最大比合併及判決得到最終信號 由於在最大比合併之前，信號已通過了自適應波束賦形，從而大幅降低了同頻幹擾。因此可以近似認為，信號此時是符合高斯白噪聲環境的。所以，通過最大比合併處理進一步大幅提高了通信性能。
在圖3所示第一個實施例的下行發送與接收方法流程中，S1，S2為基站欲發送的數據，在基站處理單元經過V-BLAST編碼後通過光纖鏈路分別輸入到兩個不相干的智能天線陣列。為避免使用反饋鏈路，智能天線陣以目標用戶波束到達角為輸入參數進行自適應波束賦形處理。若為TDD(時分雙工)系統，則直接利用上行波束賦形參數進行處理。經過波束賦形的信號通過無線空間傳播到達移動臺接收天線後，先經過信道估計，然後通過相應的VBLAST解碼判決得到最終信號 在圖4所示第二個實施例的上行發送與接收方法流程中，與第一個實施例相同，移動臺的天線數目與基站端的自適應天線陣列數目仍皆為2個，每個天線陣列由8個天線振子構成。用戶1為目標用戶，其餘為幹擾用戶。S11，S12為用戶1欲發送的數據。在移動臺經過空時分組編碼(STBC)後，第一根天線發送數據為-(S11)*、S12，其中「*」代表共軛運算，第二根天線發送數據為(S12，)*、S11(STBC是基於空間分集的MIMO技術)。經過無線傳播，信號分別到達兩個智能天線陣列。以第一個天線陣列為例，基站處理單元將每個天線陣列元素上的信號分為兩路，一路信號進行共軛運算，另一路信號經過一個符號時延的處理。此時，8個天線元素分成了16路信號。分別針對S11和S12對16路信號進行兩次波束賦形處理得到輸出結果y11，y12(輸入參數為導頻信號d11及經過一個符號時延的d12)。注意到此處波束賦形處理時，天線元素個數相當於16個而不是8個，這樣提高了天線陣列抑制幹擾的能力，而此增益是由空時分組編碼的時間分集所帶來的。同樣，第二個天線陣列也經過相同的過程得到結果y11′，y12′。接著，與第一個實施例相同，將從移動臺天線發出信號之後到信號y11，y12及y11′，y12′之前的所有處理過程(包括波束賦形處理)整個看成一個信道，並再次通過導頻d11，d12及d11′，d12′進行信道估計。最後，根據信道參數對y11及y11′進行最大比合併及判決得到最終信號 對y12及y12′進行最大比合併及判決得到最終信號 在圖5所示第二個實施例的下行發送與接收方法流程中，S1，S2為基站欲發送的數據，在基站處理單元經過空時分組編碼後通過光纖鏈路分別輸入到不相干的兩個智能天線陣列。第一個陣列發送數據為-(S1)*、S2，其中「*」代表共軛運算。第二個陣列發送數據為(S2)*、S1。智能天線陣以與第一個實施例中完全相同的方式對信號進行自適應波束賦形處理。經過波束賦形處理的信號通過無線空間傳播到達移動臺接收天線後，先經過信道估計，然後通過相應的空時分組解碼判決得到最終信號
權利要求
1.一種多自適應天線陣列的無線傳輸方法，傳輸分為上行(移動臺發送信號，基站接收)和下行(基站發送信號，移動臺接收)，其特徵是上行傳輸時，在發送端，移動臺利用基於空間分集的多入多出(MIMO)空時處理技術或基於空間復用的MIMO空時處理技術從多根天線同時發出信號，在接收端，由多個智能天線陣同時接收信號並通過光纖鏈路傳送到基站處理單元(BSH)，BSH先分別對每個智能天線陣接收信號進行自適應波束賦形處理，再利用MIMO技術對多個智能天線陣信號進行分集合併處理，下行傳輸時，在發送端，BSH先對信號進行基於空間分集的MIMO空時處理或基於空間復用的MIMO空時處理分成多路信號，再對多路信號分別進行自適應波束賦形處理後通過光纖鏈路傳送到多個智能天線陣，由多個智能天線陣同時發送信號，在接收端，移動臺對多根接收天線信號進行相應的MIMO空時處理得到發送的信號。
2.根據權利要求1所述的一種多自適應天線陣列的無線傳輸方法，其特徵在於在上行傳輸時，把從移動臺天線發出信號之後到波束賦形處理之前的所有過程(包括波束賦形處理)整個看成一個信道，並再次通過導頻信號進行信道估計，從而進一步對信號進行最大比合併處理。
3.根據權利要求2所述的一種多自適應天線陣列的無線傳輸方法，其特徵在於在上行傳輸時，移動臺經過垂直貝爾實驗室分層空時(V-BLAST)編碼從多根天線同時發送信號，在下行傳輸時，基站處理單元將多個智能天線陣看作多個MIMO天線進行V-BLAST編碼同時發送信號，移動臺採用V-BLAST解碼進行接收。
4.根據權利要求2所述的一種多自適應天線陣列的無線傳輸方法，其特徵在於在上行傳輸時，移動臺經過空時分組編碼從多根天線同時發送信號，在下行傳輸時，基站處理單元將多個智能天線陣看作多個MIMO天線進行空時分組編碼同時發送信號，移動臺採用空時分組解碼進行接收。
5.根據權利要求4所述的一種多自適應天線陣列的無線傳輸方法，其特徵在於在移動臺使用m根天線進行空時分組碼的上行鏈路中，基站處理單元通過m個符號時延將每個天線陣列元素上的信號分為m路，此時進行波束賦形處理時，天線陣列元素個數相當於實際個數的m倍。
6.根據權利要求3或5所述的一種多自適應天線陣列的無線傳輸方法，其特徵在於在移動臺通過2根天線同時對信號進行發送或接收，基站處理單元通過以光纖鏈路與之相連的2個智能天線陣同時對信號進行發送或接收。
全文摘要
一種多自適應天線陣列的無線傳輸方法。上行時(移動臺發送信號，基站接收)，移動臺利用多入多出(MIMO)空時處理技術從多根天線同時發出信號。多個智能天線陣同時接收信號並通過光纖鏈路傳送到基站處理單元(BSH)，BSH先分別對每個智能天線陣接收信號進行自適應波束賦形處理，再利用MIMO技術對多個智能天線陣信號進行分集合併處理。下行時(基站發送信號，移動臺接收)，BSH先對信號進行MIMO空時處理分成多路信號，再對多路信號分別進行自適應波束賦形處理後由多個智能天線陣同時發送。移動臺進行相應的空時處理得到發送的數據。與現有無線傳輸方法相比，通信性能進一步提高。
文檔編號H04B7/08GK1988410SQ20051013242
公開日2007年6月27日 申請日期2005年12月23日 優先權日2005年12月23日
發明者王志輝, 周文安, 宋俊德 申請人:北京郵電大學