開環模式下共用天線系統和方法

2023-09-20 17:52:50 1

專利名稱：開環模式下共用天線系統和方法
技術領域：
本發明涉及一種多天線系統和方法，特別是一種開環模式下共用天 線系統和方法。
背景技術：
智能天線技術已成為移動通信中最具有吸引力的技術之一，並在第
三代移動通信系統中時分同步碼分多址(Tine Divi s ion-Synchronous Code Division Multiple Access,簡稱TD-SC隨)系統中獲得了廣泛應 用。
智能天線最核心的技術是波束成形，它根據信號的導向矢量，改變 天線陣列的方向圖，產生空間定向波束，達到提取目標信號、抑制或消 除幹擾的目的。由於智能天線系統主要依靠天線陣元之間的強相關性進 行信號處理以實現波束成形，因此要求天線陣元間距較小，目前應用 TD-SCDMA系統中均設為1/2波長。圖10為TD-SCDMA系統中智能天線陣 列示意圖，智能天線所有陣元(設有N個陣元，N為正整數)採用相同的 極化方式——垂直極化，每個天線陣元間距為1/2波長，N個天線陣元一 起作用於來自各個方向的波束進行空間濾波，將高增益的窄波束對準服 務用戶方向，零陷對準幹擾方向，提高陣列的輸出信幹比，降低系統內 的千擾，同時提高了系統的抗幹擾能力。
多輸入多輸出(Multiple-Input Mul tiple—Output,簡稱MIM0 )或 多輸入單輸出(Multiple-Input Single-Output,簡稱MISO)利用多天 線來抑制信道衰落或提高系統容量，可以為系統提供復用增益和空間分 集增益，其中空間復用技術可以大大提高信道容量，而空間分集可以提高信道的可靠性，降低信道誤碼率，因而它在LTE和WiMax等系統中都 被作為物理層的關鍵技術。由於MIM0/MIS0系統主要是利用不同天線對 上空間信道衰落特性的獨立性來獲得分集增益，因此要求天線陣元間距 較大，理論上要求天線陣元間距為10波長左右。
由於智能天線系統和MIM0/MIS0系統對天線相關性要求不同，未來 系統演進過程中可能面臨著天線系統的大規模重建和改造。為了解決這 個問題，將智能天線系統與MIM0/MIS0系統進行融合，現有技術要麼將 原智能天線系統中所有的天線陣元簡單的分成兩組，要麼根據特定的情 況只選用遠端天線陣元作發射天線。
將原智能天線系統中的所有天線陣元簡單分成兩組的方案只是將原 有天線陣元構成廣義的兩天線系統，但該廣義兩天線系統間仍具有很強 的相關性，無法獲得相應的分集增益。而只選用遠端天線陣元作發射天 線的方案需採用與原智能天線系統中不同的功放(由於為保證可比性， 兩遠端天線陣元的功率之和等於原智能天線系統中所有天線陣元功率之 和)，且在這種方案下，當遠端天線陣元被作為MIM0/MIS0系統的多輸 入天線時，兩個遠端天線陣元理論上還具有較強的相關性，且不能在同 一時刻又被用于波束成形。
當智能天線系統中部分天線陣元(遠端天線陣元)被用於MIM0/MIS0 系統時，其它天線陣元(中間天線陣元)則設置為關閉狀態，否則所有 天線陣元按照原智能天線系統進行工作，這涉及到天線和公共信道資源 在不同系統下的分配問題，導致系統效率下降，從而導致系統吞吐量下 降。

發明內容
本發明的目的是提供一種開環模式下共用天線系統和方法，通過智能天 線技術與MIM0/MIS0技術的有機融合，可使不同系統的終端能同時工作在同一個天線系統下，實現無縫接入。
為了實現上述目的，本發明提供了一種開環模式下共用天線系統，包括 第一天線陣列，其內的天線陣元具有相同極化方式，用於發送第一定向波束； 第二天線陣列，其內的天線陣元具有相同的、與第一天線陣列極化方式
正交的極化方式，用於發送第二定向波束；
空間-時間編碼模塊，對發送信號進行空間-時間編碼處理；
第 一波束成形模塊，根據第 一天線陣列對應的導向矢量確定波束成形權
矢量，並對空間-時間編碼模塊的輸出信號進行加權處理，以形成第一定向波
束並通過第一天線陣列發送；
第二波束成形模塊，根據第二天線陣列對應的導向矢量確定波束成形權
矢量，並對空間-時間編碼模塊的輸出信號進行加權處理，以形成第二定向波
束並通過第二天線陣列發送。
所述空間-時間編碼模塊為對發送信號進行阿拉穆蒂空-時編碼處理的阿
拉穆蒂空-時編碼模塊。
在移動終端單天線時，所述第一波束成形模塊包括 第一導向矢量單元，根據第一天線陣列的接收信號獲得與第一天線陣列
對應的第一組導向矢量，所述第一組導向矢量為對應於各移動終端天線的導
向矢量組；
第一權矢量生成單元，根據第一組導向矢量生成第一天線陣列對應於目 標移動終端天線的波束成形權矢量；
第一加權單元，4艮據第一天線陣列對應於目標移動終端天線的波束成形 權矢量對空間_時間編碼模塊的輸出信號進行加權處理，通過第一天線陣列發 送第一個定向波束，所述第一個定向波束為指向目標移動終端天線的定向波束；
所述第二波束成形模塊包括
第二導向矢量單元，根據第二天線陣列的接收信號獲得與第二天線陣列 對應的第二組導向矢量，所述第二組導向矢量為對應於各移動終端天線的導向矢量組；
第二權矢量生成單元，根據第二組導向矢量生成第二天線陣列對應於目 標移動終端天線的波束成形權矢量；
第二加權單元，根據第二天線陣列對應於目標移動終端天線的波束成形 權矢量對空間-時間編碼模塊的輸出信號進行加權處理，通過第二天線陣列發 送第二個定向波束，所述第二個定向波束為指向目標移動終端天線的定向波束。
在移動終端多天線時，所述第一波束處理模塊包括
第一導向矢量單元，根據第一天線陣列的接收信號獲得與第一天線陣列 對應的第一蔟導向矢量，所述第一簇導向矢量包括對應於各移動終端M個天 線的M個導向矢量組，其中M為正整數；
第一權矢量生成單元，根據第一簇導向矢量生成第一天線陣列對應於目 標移動終端M個接收天線的M波束成形權矢量；
第一加權單元，根據第一天線陣列對應於目標移動終端M個接收天線的 M波束成形權矢量對空間-時間編碼模塊的輸出信號進行加權處理，通過第一 天線陣列發送第一組定向波束，所述第一組定向波束包括分別指向目標移動 終端M個接收天線的M個定向波束；
所述第二波束處理模塊包括
第二導向矢量單元，根據第二天線陣列的接收信號獲得與第二天線陣列 對應的第二簇導向矢量，所述第二簇導向矢量包括對應於各移動終端M個天 線的M個導向矢量組，其中M為正整數；
第二權矢量生成單元，根據第二簇導向矢量生成第二天線陣列對應於目 標移動終端M個接收天線的M波束成形權矢量；
第二加權單元，根據第二天線陣列對應於目標移動終端M個接收天線的 M波束成形權矢量對空間-時間編碼模塊的輸出信號進行加權處理，通過第二 天線陣列發送第二組定向波束，所述第二組定向波束包括分別指向目標移動 終端M個接收天線的M個定向波束。在上述技術方案基礎上，所述第一天線陣列和第二天線陣列的天線陣元
數相同，每個天線陣列中各天線陣元間距小於或等於1/2波長。
為了實現上述目的，本發明還提供了一種開環模式下共用天線方法，包括 對發送信號先進行空間-時間編碼處理；
根據第一天線陣列和第二天線陣列對應的導向矢量確定相應的波束成形 權矢量，對空-時編碼處理的輸出信號進行加權處理，以形成第一定向波束和 第二定向波束；
兩個極化方式正交的天線陣列分別發送所述第一定向波束和第二定向波束。
其中，所述對發送信號先進行空間-時間編碼處理具體為對發送信號進 行空間-時間編碼處理使同一符號間隔的編碼符號分別通過兩個天線陣列發送。
其中，在移動終端單天線時，所述根據第一天線陣列和第二天線陣列對 應的導向矢量確定相應的波束成形權矢量，對空-時編碼處理的輸出信號進行 加權處理，以形成第一定向波束和第二定向波束具體為
根據兩個天線陣列的接收信號獲得兩組導向矢量，每組導向矢量為對應 於各移動終端天線的導向矢量組；
根據兩組導向矢量分別生成兩個天線陣列對應於目標移動終端天線的波 束成形權矢量；
根據兩個天線陣列對應於目標移動終端天線的波束成形權矢量分別對空 間-時間編碼處理的輸出信號進行加權處理，以形成第一個定向波束和第二個 定向波束，每個定向波束為指向目標移動終端天線的定向波束。
其中，在移動終端多天線時，所述根據第一天線陣列和第二天線陣列對 應的導向矢量確定相應的波束成形權矢量，對空-時編碼處理的輸出信號進行 加權處理，以形成第一定向波束和第二定向波束具體為
根據兩個天線陣列的接收信號獲得兩簇導向矢量，每簇導向矢量包括對 應於各移動終端M個天線的M個導向矢量組，其中M為正整數；
根據兩簇導向矢量分別生成兩個天線陣列對應於目標移動終端M個接收天線的M波束成形權矢量；
根據兩個天線陣列對應於目標移動終端M個接收天線的M波束成形權矢 量分別對空間-時間編碼處理的輸出信號進行加權處理，以形成第一組定向波 束和第二組定向波束，每組定向波束包括分別指向目標移動終端M個接收天 線的M個定向波束。
在上述技術方案中，所述空間-時間編碼處理為阿拉穆蒂空-時編碼處理。 本發明提出了一種在移動終端單天線時開環模式下共用天線系統和方 法，首先通過第一天線陣列和第二天線陣列構成兩個廣義的發射天線，由於 兩個天線陣列的極化方式相互正交，因此這兩個廣義天線間相互獨立。在移 動終端單天線時，兩個天線陣列根據接收到的衰落獨立的接收信號可以分別 獲得兩個天線陣列相應的兩組導向矢量，利用每組導向矢量確定的波束成形 權矢量，對經過空間-時間編碼處理的輸出信號進行加權處理，形成指向目標 移動終端天線的二個定向波束並分別通過兩個廣義天線發送，從而構成一個 廣義的MIS0系統(2xl的MIS0系統)，可以從兩個雙極化天線陣列獲得空 間分集增益，同時又可以獲得每個子陣上的波束賦形增益。在移動終端多天 線時，兩個天線陣列根據接收到的衰落獨立的接收信號可以分別獲得兩個天 線陣列相應的兩簇導向矢量，利用每簇導向矢量確定的M波束成形權矢量， 對經過空間-時間編碼處理的輸出信號進行加權處理，形成指向目標移動終端
廣義的MIM0系統(2xM的MIM0系統)，可以從兩個雙極化天線陣列獲得空 間分集增益，同時又可以獲得每個子陣上的波束賦形增益。
本發明開環模式下共用天線系統和方法可以在保留智能天線陣元的基本 結構的基礎上，在每個天線陣列上獲得一定的波束賦形增益，又可以從兩個 雙極化天線陣列上獲得空間分集增益。從而較好地解決智能天線技術和 MIS0/MIM0技術的融合需求，使得即將商用的TD-SCDMA系統中的終端和未來 使用MISO/MIMO技術系統中的終端可以同時工作在本發明系統和方法中，實現了無縫接入，由於不涉及天線陣元的分配使用問題，從而可以使終端的 設計更易於統一，同時使未來天線系統的演進更加平滑，避免了未來系統演 進過程中可能出現的大規模重建和改造。
下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。


圖1為本、發明開環才莫式下共用天線系統的結構示意圖； 圖2為本發明天線陣列示意圖； 圖3為本發明第一實施例的結構示意圖； 圖4a為第一實施例第一波束成形模塊的結構示意圖； 圖4b為第一實施例第二波束成形模塊的結構示意圖； 圖5為本發明第二實施例的結構示意圖； 圖6a為第二實施例第一波束成形模塊的結構示意圖； 圖6b為第二實施例第二波束成形模塊的結構示意圖； 圖7為本發明開環模式下共用天線方法的流程圖； 圖8為本發明在移動終端單天線時開環模式下共用天線方法的流程圖； 圖9為本發明在移動終端多天線時開環模式下共用天線方法的流程圖； 圖10為TD-SCDMA系統中智能天線陣列示意圖。 附圖標記說明 A10—移動終端接收天線； 11 —空間-時間編碼模塊 A12 —第一波束成形模塊； A121 —第一導向矢量單元； A221 —第二導向矢量單元； B12 —第一波束成形模塊； B121 —第 一蔟導向矢量單元； B2 21 —第二蔟導向矢量單元；
12
B10—移動終端M個接收天線； 13—第一天線陣列； A22 —第二波束成形模塊； A122—第一權矢量生成單元； A222 —第二權矢量生成單元； B22 —第二波束成形模塊； B122—第一權矢量生成單元； B222 —第二權矢量生成單元；
23—第二天線陣列；
A123 —第一加權單元; A223—第二加權單元;
B123 —第一加權單元; B223 —第二加權單元。
具體實施例方式
圖1為本發明開環模式下共用天線系統的結構示意圖。如圖1所示，開 環模式下共用天線系統包括空間-時間編碼模塊、連接在空間-時間編碼模塊 和第 一天線陣列之間的第 一波束成形模塊和連接在空間-時間編碼模塊和第 二天線陣列之間的第二波束成形模塊。空間-時間編碼模塊用於對發送信號進
行空間-時間編碼處理；第一波束成形模塊用於根據第一天線陣列對應的導向 矢量確定波束成形權矢量，並對空間-時間編碼模塊的輸出信號進行加權處 理，以形成第一定向波束，第一天線陣列用於以第一極化方式發送第一定向 波束。第二波束成形模塊用於根據第二天線陣列對應的導向矢量確定波束成 形權矢量，並對空間-時間編碼模塊的輸出信號進行加權處理，以形成第二定 向波束，第二天線陣列用於以第二極化方式發送第二定向波束。其中，第一 天線陣列內的各天線陣元具有相同的第一極化方式，第二天線陣列內的各天 線陣元具有相同的第二極化方式，第 一極化方式與第二極化方式相互正交。
在上述技術方案中，空間-時間編碼模塊對發送信號進行的空間-時間編 碼處理優選採用阿拉穆蒂(Alamouti)空-時編碼，即空間-時間編碼模塊為 對發送信號進行Alamouti空-時編碼處理的Alamouti空-時編碼模塊，是獲得 空間分集較簡單的方法，且得到了廣泛的應用。本發明空間-時間編碼模塊的 主要作用是將下行數據進行必要的編碼調製之後，按Alamouti的編碼思想進 行空-時編碼，並將同一符號間隔的編碼符號分別向第一波束成形模塊和第二 波束成形模塊發送，從而可以從兩個雙極化天線陣列上獲得空間分集增益。
圖2為本發明天線陣列示意圖。針對現有技術TD-SCDMA系統中智能天線 陣列中N個陣元，其中N為正整數，且每個天線陣元間距小於或等於入/2， 其中X表示波長，本實施例提出了一種在雙極化天線基礎上構成兩個廣義發 射天線的技術方案。具體地，本實施例將天線陣列中的N個陣元均分為兩組 第一天線陣列13和第二天線陣列23，每個天線陣列中各有N/2個天線陣元， 每個天線陣列中相鄰天線陣元之間的間距小於或等於入/2,每個天線陣列中所有天線陣元採用相同的極化方式，但第一天線陣列13和第二天線陣列23 的極化方式相互正交。例如，第一天線陣列13可以是-45°極化天線陣列，第 二天線陣列23則是+45°極化天線陣列。由此，-45。極化天線陣列和+45°極化 天線陣列構成雙極化天線，並在該雙極化天線基礎上構成了兩個廣義的發射 天線，且這兩個廣義天線間相互獨立，/人而具備了 MIS0/MIM0的形式。
本發明提出的是一種新的天線融合方案，將原智能天線系統的所有陣元 分成兩組，每組內的天線陣元極化方式相同，且天線陣元間距保持為原智能 天線系統要求的間距，而不同組的天線陣元極化方式相互正交，從而這兩組 天線構成了 一個廣義兩天線系統，且這兩個廣義天線的空間衰落特性是相互 獨立的，從而在保持原智能天線系統基本結構的基礎上，又滿足了 MIM0/MIS0 系統關於天線獨立性的要求。由於每組內的天線陣元符合智能天線系統的要 求，因而組內天線可以採用智能天線技術。在MIM0/MIS0系統中，根據發送 端是否有信道信息，可以分為閉環的MIM0/MIS0和開環的MIM0/MIS0。本發 明的技術方案是開環的MIM0/MIS0,在沒有信道信息的情況下，利用空時編 碼可以獲得全部的分集增益，即兩個廣義天線的空間衰落相互獨立的特性可 以帶來的一定的分集增益或陣列增益，從而可以有效保持原系統的性能。具 體地，本發明首先通過第一天線陣列和第二天線陣列構成兩個廣義的發射天 線，由於兩個天線陣列的極化方式相互正交，因此這兩個廣義天線間相互獨 立。在移動終端單天線時，兩個天線陣列根據接收到的衰落獨立的接收信號 可以分別獲得兩個天線陣列相應的兩組導向矢量，利用每組導向矢量確定的 波束成形權矢量，對經過空間-時間編碼模塊的輸出信號進行加權處理，形成 指向目標移動終端天線的二個定向波束並分別通過兩個廣義天線發送，從而 構成一個廣義的MIS0系統(2xl的MIS0系統)，可以從兩個雙4及化天線陣 列獲得空間分集增益，同時又可以獲得每個子陣上的波束賦形增益。在移動 終端多天線時，兩個天線陣列根據接收到的衰落獨立的接收信號可以分別獲 得兩個天線陣列相應的兩簇導向矢量，利用每簇導向矢量確定的M波束成形權矢量，對經過空間-時間編碼模塊的輸出信號進行加權處理，形成指向目標
構成一個廣義的MIMO系統(2xM的MIMO系統)，可以/人兩個雙極化天線陣 列獲得空間分集增益，同時又可以獲得每個子陣上的波束賦形增益。
作為一種智能天線與MIMO/MISO系統的共用天線系統，本發明開環^^莫式 下共用天線系統可以在保留智能天線陣元的基本結構的基礎上，在每個天線 陣列上獲得一定的波束賦形增益，又可以從兩個雙極化天線陣列上獲得空間 分集增益。從而較好地解決智能天線技術和MIS0/MIM0技術的融合需求，使 得即將商用的TD-SCDMA系統中的終端和未來使用MIS0/MIM0技術系統中的終 端可以同時工作在本發明系統中，實現了無縫接入，同時使未來天線系統的 演進更加平滑，避免了未來系統演進過程中可能出現的大規模重建和改造。
圖3為本發明第一實施例的結構示意圖，是一種在移動終端單天線時開 環模式下共用天線系統。如圖3所示，本實施例包括空間-時間編碼模塊11、 通過第一天線陣列13向目標移動終端接收天線A10發送第一個定向波束的第 一波束成形模塊A12和通過第二天線陣列23向目標移動終端接收天線A10發 送第二個定向波束的第二波束成形模塊A22。空間-時間編碼模塊11用於對 發送信號進行空間-時間編碼處理；第一波束成形模塊A12用於根據第一天線 陣列13對應的第一組導向矢量確定波束成形權矢量，並對空間-時間編碼模 塊11的輸出信號進行加權處理，以形成指向目標移動終端接收天線A10的第 一個定向波束，第一天線陣列13用於以第一極化方式發送該第一個定向波 束。第二波束成形模塊A22用於根據第二天線陣列23對應的第二組導向矢量 確定波束成形權矢量，並對空間-時間編碼模塊11的輸出信號進行加權處理， 以形成指向目標移動終端接收天線A10的第二個定向波束，第二天線陣列23 用於以第二極化方式發送該第二個定向波束。其中，第一天線陣列13內的各 天線陣元具有相同的第一極化方式，第二天線陣列23內的各天線陣元具有相 同的第二極化方式，第 一極化方式與第二極化方式相互正交。圖4a為第一實施例第一波束成形模塊的結構示意圖，圖4b為第一實施 例第二波束成形模塊的結構示意圖。
如圖4a所示，第一波束成形模塊A12包括依次連接的第一導向矢量單元 A121、第一權矢量生成單元A122和第一加權單元A123,同時第一加權單元 A123分別與空間-時間編碼模塊11和第一天線陣列13連接。第一導向矢量 單元A121用於根據第一天線陣列13的接收信號獲得與第一天線陣列13對應 的第一組導向矢量，第一組導向矢量為對應於各移動終端天線的導向矢量組； 第一權矢量生成單元A122用於根據第一組導向矢量生成第一天線陣列對應 於目標移動終端天線的波束成形權矢量；第一加權單元A123用於從空間-時 間編碼模塊11接收其輸出信號，根據第一天線陣列對應於目標移動終端天線 的波束成形權矢量對空間-時間編碼模塊11的輸出信號進行加權處理，向第 一天線陣列13發送N/2個輸出信號，通過第一天線陣列13發送指向目標移 動終端接收天線A10的第一個定向波束。
如圖4b所示，第二波束成形模塊A22包括依次連接的第二導向矢量單元 A221、第二權矢量生成單元A222和第二加權單元A223,同時第二加權單元 A223分別與空間-時間編碼模塊11和第二天線陣列23連接。第二導向矢量 單元A221用於根據第二天線陣列23的接收信號獲得與第二天線陣列23對應 的第二組導向矢量，第二組導向矢量為對應於各移動終端天線的導向矢量組； 第二權矢量生成單元A222用於根據第二組導向矢量生成第二天線陣列對應 於目標移動終端天線的波束成形權矢量；第二加權單元A223用於從空間-時 間編碼模塊11接收其輸出信號，根據第二天線陣列對應於目標移動終端天線 的波束成形權矢量對空間-時間編碼模塊11的輸出信號進行加權處理，向第 二天線陣列23發送N/2個輸出信號，通過第二天線陣列23發送指向目標移 動終端接收天線A10的第二個定向波束。
圖5為本發明第二實施例的結構示意圖，是一種在移動終端多天線時開 環模式下共用天線系統。如圖5所示，本實施例包括空間-時間編碼模塊11、第一波束成形模塊B12和通過第二天線陣列23向目標移動終端M個接收天線 B10發送M個定向波束的第二波束成形模塊B12。空間-時間編碼模塊11用於 對發送信號進行空間-時間編碼處理；第一波束成形模塊B12用於根據第一天 線陣列13對應的第一簇導向矢量確定的M波束成形權矢量對空間-時間編碼 模塊11的輸出信號進行加權處理，以形成指向目標移動終端M個接收天線 B10的第一組定向波束，第一天線陣列13用於以第一極化方式發送該第一組 定向波束。第二波束成形模塊B22用於根據第二天線陣列23對應的第二簇導 向矢量確定的M波束成形權矢量對空間-時間編碼模塊11的輸出信號進行加 權處理，以形成指向目標移動終端M個接收天線B10的第二組定向波束，第 二天線陣列23用於以第二極化方式發送該第二組定向波束。其中，第一天線 陣列13內的各天線陣元具有相同的第一極化方式，第二天線陣列23內的各 天線陣元具有相同的第二極化方式，第一極化方式與第二極化方式相互正交。 圖6a為第二實施例第一波束成形模塊的結構示意圖，圖6b為第二實施 例第二波束成形模塊的結構示意圖，本實施例假設目標移動終端的接收天線 為二個。
如圖6a所示，第一波束成形模塊B12包括依次連接的第一導向矢量單元 B121、第一權矢量生成單元B122和第一加權單元B123,同時第一加權單元 B123分別與空間-時間編碼模塊11和第一天線陣列13連接。第一導向矢量 單元B121用於根據第一天線陣列13的接收信號獲得與第一天線陣列13對應 的第一簇導向矢量，第一簇導向矢量包括對應於各移動終端二個天線的二個 導向矢量組導向矢量組(1, 1)和導向矢量組(1， 2)，其中導向矢量組 (1， 1)對應於第一天線陣列和各移動終端第一個天線，導向矢量組(l， 2) 對應於第一天線陣列和各移動終端第二個天線；第一權矢量生成單元B122用 於分別根據導向矢量組(1, l)和導向矢量組U, 2)生成第一天線陣列對 應於目標移動終端二個天線的二波束成形權矢量；第一加權單元Bl23用於從空間-時間編碼模塊11接收其輸出信號，根據第一天線陣列對應於目標移動 終端二個天線的二波束成形權矢量對空間-時間編碼模塊11的輸出信號進行
加權處理，向第一天線陣列13發送N/2個輸出信號，通過第一天線陣列13 發送指向目標移動終端二個天線B10的第一組定向波束定向波束(l, 1) 和定向波束(l, 2)，其中定向波束(l, 1)是第一天線陣列指向目標移動 終端第一個天線的定向波束，定向波束(l, 2)是第一天線陣列指向目標移 動終端第二個天線的定向波束。
如圖6b所示，第二波束成形模塊B22包括依次連接的第二導向矢量單元 B221、第二權矢量生成單元B222和第二加權單元B223，同時第二加權單元 B223分別與空間-時間編碼模塊11和第二天線陣列23連接。第二導向矢量 單元B221用於根據第二天線陣列23的接收信號獲得與第二天線陣列23對應 的第二簇導向矢量，第二簇導向矢量包括對應於各移動終端二個天線的二個 導向矢量組導向矢量組(2， 1)和導向矢量組(2， 2)，其中導向矢量組 (2， 1)對應於第二天線陣列和各移動終端第一個天線，導向矢量組(2， 2) 對應於第二天線陣列和各移動終端第二個天線；第二權矢量生成單元B222用 於分別根據導向矢量組(2, 1)和導向矢量組(2， 2)生成第二天線陣列對 應於目標移動終端二個天線的二波束成形權矢量；第二加權單元B223用於從 空間-時間編碼模塊11接收其輸出信號，根據第二天線陣列對應於目標移動 終端二個天線的二波束成形權矢量對空間-時間編碼模塊11的輸出信號進行 加權處理，向第二天線陣列23發送N/2個輸出信號，通過第二天線陣列23 發送指向目標移動終端二個天線B10的第二組定向波束定向波束(2, 1) 和定向波束(2, 2),其中定向波束(2, 1)是第二天線陣列指向目標移動 終端第一個天線的定向波束，定向波束(2， 2)是第二天線陣列指向目標移 動終端第二個天線的定向波束。
圖7為本發明開環模式下共用天線方法的流程圖，具體為
步驟l、對發送信號先進行空間-時間編碼處理；步驟2、根據第一天線陣列和第二天線陣列對應的導向矢量確定相應的 波束成形權矢量，對空-時編碼處理的輸出信號進行加權處理，以形成第一定 向波束和第二定向波束；
步驟3、兩個極化方式正交的天線陣列分別發送所述第一定向波束和第 二定向波束。
本發明開環模式下共用天線方法是在一個由第一天線陣列和第二天線陣 列構成的兩個廣義發射天線基礎上實現的，第一天線陣列和第二天線陣列分 別包括N/2個極化方式相同的天線陣元，且每個天線陣元間距小於或等於入 /2，第一天線陣列和第二天線陣列的極化方式相互正交，因此使這兩個廣義 天線間相互獨立。在移動終端單天線時，每個天線陣列#4居其對應的一組導 向矢量就可以形成一個定向波束。第一天線陣列根據接收信號可以獲得與第 一天線陣列對應的第一組導向矢量，第二天線陣列根據接收信號可以獲得與 第二天線陣列對應的第二組導向矢量，根據第 一組導向矢量確定的波束成形 權矢量對空間-時間編碼處理的輸出信號進行加權處理，形成指向目標移動終 端天線的第一個定向波束，並通過第一天線陣列發送。同時，根據第二組導 向矢量確定的波束成形權矢量對空間-時間編碼處理的輸出信號進行加權處 理，形成指向目標移動終端天線的第二個定向波束，並通過第二天線陣列發 送，從而構成一個廣義的MISO系統(2xl的MIS0系統)，；^兩個雙4l化天 線陣列獲得空間分集增益，同時又可以獲得每個子陣上的波束賦形增益。在 移動終端多天線時，每個天線陣列才艮據其對應的一簇導向矢量就可以形成一 組定向波束。兩個天線陣列根據接收到的衰落獨立的接收信號可以分別獲得 兩個天線陣列相應的兩簇導向矢量，利用每簇導向矢量確定的M波束成形權 矢量，對經過空間-時間編碼處理的輸出信號進行加權處理，形成指向目標移 動終端M個接收天線的第一組定向波束和第二組定向波束，並分別通過兩個 廣義天線發送，從而構成一個廣義的MIMO系統(hM的MIM0系統)，可以 從兩個雙極化天線陣列獲得空間分集增益，同時又可以獲得每個子陣上的波束賦形增益。
作為一種智能天線與MIM0/MIS0系統的共用天線方法，本發明開環模式
下共用天線方法可以在保留智能天線陣元的基本結構的基礎上，在每個天線 陣列上獲得一定的波束賦形增益，又可以從兩個雙極化天線陣列上獲得空間
分集增益。從而較好地解決智能天線技術和MIS0/MIM0技術的融合需求，使 得即將商用的TD-SCDMA系統中的終端和未來4吏用MIS0/MIM0技術系統中的終 端可以同時工作在本發明方法中，實現了無縫接入，同時^f吏未來天線系統的 演進更加平滑，避免了未來系統演進過程中可能出現的大規模重建和改造。
本發明上述技術方案無需下行信道信息，直接對廣義多天線系統進行空 時編碼，使組內的所有天線發送相同的空時編碼符號。其中步驟l具體為 對發送信號進行空間-時間編碼處理；向兩個天線陣列分別發送同 一符號間隔 的編碼符號。
上述空間-時間編碼處理優選採用Alamouti空間-時間編碼，它是獲得空 間分集較筒單的方法，且得到了廣泛的應用。本發明步驟1的主要作用是將 下行數據進行必要的編碼調製之後，按Alamouti的編碼思想進行空間-時間 編碼，從而可以從兩個雙極化天線陣列獲得空間分集增益，同時有可以獲得 每個子陣上的波束賦形增益。
在上述技術方案基礎上，下面分別就移動終端單天線和移動終端多天線 情況進一步說明本發明的技術方案。
圖8為本發明在移動終端單天線時開環^^莫式下共用天線方法的流程圖， 具體為
步驟ll、對發送信號先進行空間-時間編碼處理；
步驟12、根據兩個天線陣列的接收信號獲得兩組導向矢量，每組導向矢 量為對應於各移動終端天線的導向矢量組；
步驟13、根據兩組導向矢量分別生成兩個天線陣列對應於目標移動終端 天線的波束成形權矢量；步驟14、根據兩個天線陣列對應於目標移動終端天線的波束成形權矢量 分別對空間-時間編碼處理的輸出信號進行加權處理，以形成第 一個定向波束
和第二個定向波束，每個定向波束為指向目標移動終端天線的定向波束；
步驟15、兩個極化方式正交的天線陣列分別發送第一個定向波束和第二 個定向波束。
在圖8所示技術方案中，兩組導向矢量分別為與第一天線陣列對應的第 一組導向矢量和與第二天線陣列對應的第二組導向矢量。#>據第一組導向矢 量就可以生成第一天線陣列對應於目標移動終端天線的波束成形權矢量，根 據第 一 天線陣列波束成形權矢量對空間-時間編碼處理的輸出信號進行加權 處理，就可以形成指向目標移動終端天線的第一個定向波束，最後通過第一 天線陣列發送該第一個定向波束。根據第二組導向矢量就可以生成第二天線 陣列對應於目標移動終端天線的波束成形權矢量，根據第二天線陣列波束成 形權矢量對空間-時間編碼處理的輸出信號進行加權處理，就可以形成指向目 標移動終端天線的第二個定向波束，最後通過第二天線陣列發送該第二個定 向波束。
圖9為本發明在移動終端多天線時開環4莫式下共用天線方法的流程圖， 具體為
步驟21、對發送信號先進行空間-時間編碼處理；
步驟22、根據兩個天線陣列的接收信號獲得兩簇導向矢量，每簇導向矢 量包括對應於各移動終端M個天線的M個導向矢量組；
步驟23、根據兩簇導向矢量分別生成兩個天線陣列對應於目標移動終端 M個接收天線的M波束成形權矢量；
步驟24、根據兩個天線陣列對應於目標移動終端M個接收天線的M波束 成形權矢量分別對空間-時間編碼處理的輸出信號進行加權處理，以形成第一 組定向波束和第二組定向波束，每組定向波束包括分別指向目標移動終端M 個接收天線的M個定向波束；步驟25、兩個極化方式正交的天線陣列分別發送第一組定向波束和第二 組定向波束。
在圖9所示技術方案中，兩簇導向矢量包括與第一天線陣列對應第一簇 導向矢量和與第二天線陣列對應的第二簇導向矢量。第一簇導向矢量包括對 應於第一天線陣列的M個導向矢量組導向矢量組(l， 1)、導向矢量組(l，
2)........導向矢量組(1， M)，其中導向矢量組(1， M)對應於第一天線
陣列和各移動終端第M個天線。第二蔟導向矢量包括對應於第二天線陣列的
M個導向矢量組導向矢量組(2， 1)、導向矢量組(2， 2)........導向
矢量組(2, M),其中導向矢量組(2, M)對應於第二天線陣列和各移動終 端第M個天線。根據每簇導向矢量可以分別生成每個天線陣列對應於目標移 動終端M個接收天線的M波束成形權矢量，並對空間-時間編碼模塊的輸出信 號進行加權處理，分別向兩個天線陣列發送N/2個輸出信號，通過兩個天線 陣列發送指向目標移動終端M個接收天線的兩組定向波束。兩組定向波束包 括第一天線陣列發送的第一組定向波束和第二天線陣列發送的第二組定向波
束。第一組定向波束包括定向波束(1, 1)、定向波束(1， 2)........定
向波束(1， M)，其中定向波束(1， M)是第一天線陣列指向目標移動終端 第M個天線的定向波束。第二組定向波束包括定向波束(2, 1)、定向波束
(2， 2)........定向波束(2, M)，其中定向波束(2, M)是第二天線陣
列指向目標移動終端第M個天線的定向波束。
最後應說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制， 儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當 理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技 術方案的精神和範圍。
權利要求
1.一種開環模式下共用天線系統，其特徵在於，包括第一天線陣列，其內的天線陣元具有相同極化方式，用於發送第一定向波束；第二天線陣列，其內的天線陣元具有相同的、與第一天線陣列極化方式正交的極化方式，用於發送第二定向波束；空間-時間編碼模塊，對發送信號進行空間-時間編碼處理；第一波束成形模塊，根據第一天線陣列對應的導向矢量確定波束成形權矢量，並對空間-時間編碼模塊的輸出信號進行加權處理，以形成第一定向波束並通過第一天線陣列發送；第二波束成形模塊，根據第二天線陣列對應的導向矢量確定波束成形權矢量，並對空間-時間編碼模塊的輸出信號進行加權處理，以形成第二定向波束並通過第二天線陣列發送。
2. 如權利要求1所述的開環模式下共用天線系統，其特徵在於，所述空 間-時間編碼模塊為對發送信號進行阿拉穆蒂空-時編碼處理的阿拉穆蒂空-時編碼模塊。
3. 如權利要求1所述的開環才莫式下共用天線系統，其特徵在於， 所述第 一波束成形模塊包括第一導向矢量單元，根據第一天線陣列的接收信號獲得與第一天線陣列 對應的第一組導向矢量，所述第一組導向矢量為對應於各移動終端天線的導 向矢量組；第一權矢量生成單元，根據第一組導向矢量生成第一天線陣列對應於目 標移動終端天線的波束成形權矢量；第一加權單元，根據第一天線陣列對應於目標移動終端天線的波束成形 權矢量對空間-時間編碼模塊的輸出信號進行加權處理，通過第一天線陣列發 送第一個定向波束，所述第一個定向波束為指向目標移動終端天線的定向波束；所述第二波束成形模塊包括第二導向矢量單元，根據第二天線陣列的接收信號獲得與第二天線陣列 對應的第二組導向矢量，所述第二組導向矢量為對應於各移動終端天線的導 向矢量組；第二權矢量生成單元，根據第二組導向矢量生成第二天線陣列對應於目 標移動終端天線的波束成形權矢量；第二加權單元，根據第二天線陣列對應於目標移動終端天線的波束成形 權矢量對空間-時間編碼模塊的輸出信號進行加權處理，通過第二天線陣列發 送第二個定向波束，所述第二個定向波束為指向目標移動終端天線的定向波束。
4.如權利要求1所述的開環模式下共用天線系統，其特徵在於， 所述第 一波束處理模塊包括第一導向矢量單元，根據第一天線陣列的接收信號獲得與第一天線陣列 對應的第一簇導向矢量，所述第一簇導向矢量包括對應於各移動終端M個天 線的M個導向矢量組，其中M為正整數；第一權矢量生成單元，根據第一簇導向矢量生成第一天線陣列對應於目 標移動終端M個接收天線的M波束成形權矢量；第一加權單元，根據第一天線陣列對應於目標移動終端M個接收天線的 M波束成形權矢量對空間-時間編碼模塊的輸出信號進行加權處理，通過第一 天線陣列發送第一組定向波束，所述第一組定向波束包括分別指向目標移動 終端M個接收天線的M個定向波束；所述第二波束處理模塊包括第二導向矢量單元，根據第二天線陣列的接收信號獲得與第二天線陣列 對應的第二蔟導向矢量，所述第二簇導向矢量包括對應於各移動終端M個天 線的M個導向矢量組，其中M為正整數；第二權矢量生成單元，根據第二簇導向矢量生成第二天線陣列對應於目標移動終端M個接收天線的M波束成形4又矢量；第二加權單元，根據第二天線陣列對應於目標移動終端M個接收天線的 M波束成形權矢量對空間-時間編碼模塊的輸出信號進行加權處理，通過第二 天線陣列發送第二組定向波束，所述第二組定向波束包括分別指向目標移動 終端M個接收天線的M個定向波束。
5. 如權利要求1 ~ 4中任一權利要求所述的開環模式下共用天線系統，其 特徵在於，所述第一天線陣列和第二天線陣列的天線陣元數相同，每個天線 陣列中各天線陣元間距小於或等於1/2波長。
6. —種開環模式下共用天線方法，其特徵在於，包括 對發送信號先進行空間-時間編碼處理；根據第 一天線陣列和第二天線陣列對應的導向矢量確定相應的波束成形 權矢量，對空-時編碼處理的輸出信號進行加權處理，以形成第一定向波束和 第二定向波束；兩個極化方式正交的天線陣列分別發送所述第 一定向波束和第二定向波束。
7. 如權利要求6所述的開環模式下共用天線方法，其特徵在於，所述對 發送信號先進行空間-時間編碼處理具體為對發送信號進行空間_時間編碼 處理使同 一符號間隔的編碼符號分別通過兩個天線陣列發送。
8. 如權利要求6所述的開環模式下共用天線方法，其特徵在於，所述根 據第一天線陣列和第二天線陣列對應的導向矢量確定相應的波束成形權矢 量，對空-時編碼處理的輸出信號進行加權處理，以形成第一定向波束和第二 定向波束具體為根據兩個天線陣列的接收信號獲得兩組導向矢量，每組導向矢量為對應 於各移動終端天線的導向矢量組；根據兩組導向矢量分別生成兩個天線陣列對應於目標移動終端天線的波 束成形權矢量；根據兩個天線陣列對應於目標移動終端天線的波束成形權矢量分別對空 間 -時間編碼處理的輸出信號進行加權處理，以形成第 一個定向波束和第二個 定向波束，每個定向波束為指向目標移動終端天線的定向波束。
9. 如權利要求6所述的開環模式下共用天線方法，其特徵在於，所述根 據第一天線陣列和第二天線陣列對應的導向矢量確定相應的波束成形權矢 量，對空-時編碼處理的輸出信號進行加權處理，以形成第一定向波束和第二 定向波束具體為根據兩個天線陣列的接收信號獲得兩簇導向矢量，每簇導向矢量包括對 應於各移動終端M個天線的M個導向矢量組，其中M為正整數；根據兩簇導向矢量分別生成兩個天線陣列對應於目標移動終端M個接收 天線的M波束成形權矢量；根據兩個天線陣列對應於目標移動終端M個接收天線的M波束成形權矢 量分別對空間-時間編碼處理的輸出信號進行加權處理，以形成第一組定向波 束和第二組定向波束，每組定向波束包括分別指向目標移動終端M個接收天 線的M個定向波束。
10. 如權利要求6~9中任一權利要求所述的開環模式下共用天線方 法，其特徵在於，所述空間-時間編碼處理為阿拉穆蒂空-時編碼處理。
全文摘要
本發明涉及一種開環模式下共用天線系統和方法，系統包括空間-時間編碼模塊、連接在空間-時間編碼模塊和第一天線陣列之間的第一波束成形模塊和連接在空間-時間編碼模塊和第二天線陣列之間的第二波束成形模塊。方法包括對發送信號先進行空間-時間編碼處理；根據第一天線陣列和第二天線陣列對應的導向矢量確定相應的波束成形權矢量，對空-時編碼處理的輸出信號進行加權處理，以形成第一定向波束和第二定向波束；兩個極化方式正交的天線陣列分別發送所述第一定向波束和第二定向波束。本發明使未來天線系統的演進更加平滑，避免了未來系統演進過程中可能出現的大規模重建和改造。
文檔編號H04L27/26GK101316129SQ20071009997
公開日2008年12月3日 申請日期2007年6月1日 優先權日2007年6月1日
發明者劉光毅, 崔春風, 徐曉東, 閆志剛, 黃宇紅 申請人:中國移動通信集團公司