多天線通信環境中發射天線的選擇方法
2023-11-01 11:22:12 1
專利名稱：多天線通信環境中發射天線的選擇方法
技術領域：
本發明涉及無線多天線通信系統中發射天線的選擇方法。
在無線通信中，衰落的無線信道是阻礙有效通信實現的主要因素之一。為此，研究者提出了多天線發射/接收的技術，「在衰落環境下，使用多元天線的無線通信多層空時結構(G J Foschini，＂Layered space-timearchitecture for wireless communication in fading environment when usingmulti-element antennas＂，Bell Labs Technical Journal，pp.41-59，Autumn1996.)一文中就公開了上述技術，該技術可以在獨立的平坦衰落信道假設下，保證高效率的高速數據傳輸通信。然而，由於無線通信相互之間幹擾的影響，多天線接收的信幹(噪)比並不很高；此外，由於無線接收的多個信道也不能隨時保持相互獨立，在每一個接收的單位時間內，互相之間仍然有較大的幹擾，加上天線互相耦合等因素，多天線同時發射/接收的方法在實現上仍然存在效率被嚴重降低的問題。因此，在多天線的通信環境下，恰當地選擇發射天線可以使發射信號的相互幹擾降低、提高信號能量傳輸效率，同時能使接收處理簡單。
為達到上述目的，本發明提供的多天線通信環境中發射天線的選擇方法，包括下述步驟步驟1在信號發射端和信號接收端分別設置多個天線，信號發射端首先在所有天線上發射導頻，信號接收端測量不同接收天線上得到的信號發射端各個發射天線的信道估計；步驟2信號接收端根據接收信道測量的信噪比的大小，從信號發射蟎的多天線中選擇一根或多根作為發射天線，如果選擇一根，轉步驟4，否則轉步驟3；步驟3信號接收端根據在所有接收天線上得到的信道空間向量，計算空間向量相互之間的相關性，依據相關性從信號發射端的多天線中，選擇一根或多根作為發射天線；步驟4信號接收端將選擇結果通知信號發射端；步驟5信號發射端根據信號接收端的選擇結果，選取發射天線。
步驟3所述計算空間向量相互之間的相關性按照下述公式完成 其中，cij為第i根發射天線的信道空間列向量 與第j根發射天線的信道空間列向量 的相關係數。a*代表對複數列向量a取共軛轉置。|b|則代表取複數b的模。
在步驟3，根據信道空間向量相關性最小和信道空間向量各元素的模的平方和最大的原則選取發射天線。
所述方法還包括當該方法基於時分雙工系統實現時，信號發射端為基站，信號接收端為移動臺，移動臺根據基站的導頻同時確定上下行多天線的信道狀況從而直接選擇上行發射天線。
本發明所述的方法通過信號接收端選擇信號發射端的發射天線，使信號發射端通過選擇的天線發射信號，可以更有效地實現高速數據的傳輸，減少並發的數據流相互之間的幹擾；由於現有的多天線發射/接收方法實現的前提是每個發射信號在多接收天線上形成的空間向量相互之間的相關性較小，由於無線傳播信道的隨機性，這一條件並不是總能得到滿足。然而，當所有發射信號的信道存在較大的相關性時，其中的部分信號所經歷的信道仍然有可能相互正交，或者相關性較小。因此，本發明的信號接收端根據接收信道測量的信噪比的大小，以及信號的信道空間向量相互之間相關性的情況，通過選取部分發射天線，能夠獲得效率更高的信號傳輸，同時也能使信號的接收處理更簡單。
在無線蜂窩通信環境中，由於存在較大的幹擾，可實現的信噪比一般比較低。本發明方法可以通過選取少量的發射天線進行高速傳輸，避免其他發射天線帶來的幹擾。不同發射天線上的信號，其信道相互之間存在較小的相關性的概率相同，因此，本發明通過基於信道空間向量相關性的選擇，能夠獲得多天線發射的有效合理的應用，更有利於無線蜂窩通信系統效率的提高。
依據上述分析，根據不同信道向量 1≤j≤4的線性相關程度大小，選擇一根或多根天線進行發射，然後在接收方採用多天線接收，從而獲得在空間上儘可能相互正交的多個發射信號，可以簡化接收的處理，並能有效提高信號傳輸的性能。
下面結合圖2對本發明的實施作進一步詳細的描述。
圖2是本發明所述方法的實施例流程圖。按照圖2，首先需要在信號發射端和信號接收端分別設置多個天線，信號發射端首先經步驟l在所有天線上發射導頻，信號接收端測量不同接收天線上得到的信號發射端各個發射天線的信道估計，然後信號接收端在步驟2根據估計出的接收信道測量的信噪比的大小，從信號發射端的多天線中為其選擇一根或多根作為發射天線，例如選擇發射信號在所有移動臺天線上的信噪比之和最大的天線，通常，信噪比較好時選擇的天線根數較多。接著在步驟3判斷步驟2中選擇了幾根天線，如果選擇一根，則信號接收端在步驟5將選擇結果通知信號發射端，信號發射端根據信號接收端的選擇結果，選取發射天線。如果經步驟3的判斷得知選擇了兩根以上的天線，則信號接收端在步驟4根據在所有接收天線上得到的信道空間向量，計算空間向量相互之間的相關性，依據相關性從信號發射端的多天線中，選擇一根或多根作為發射天線，然後信號接收端在步驟5將選擇結果通知信號發射端，由信號發射端根據信號接收端的選擇結果，選取發射天線。
步驟4所述計算空間向量相互之間的相關性按照下述公式完成 其中，cij為第i根發射天線的信道空間列向量 與第j根發射天線的信道空間列向量 的相關係數， 代表對複數列向量 取共軛轉置， 代表對複數列向量 取共軛轉置， 則代表取複數 的模。
在步驟4，根據信道空間向量相關性最小和信道空間向量各元素的模的平方和最大的原則選取發射天線。
例如，當接收端估計出信道如下時H=1.401101.4011.401101.4011.401101.401]]>則通過計算可以知道，c12＝c23＝0，C13＝1，c14＝C24＝C34＝0.707。發射天線1的信號的信道空間向量與發射天線3的信號的信道空間向量完全相關，發射天線l的信號強度高於天線3的信號強度，發射天線4的信號的信道空間向量則與其他任何一個信號的信道空間向量都有較強的相關性。因此，這裡選擇發射天線1和2分別發射信號，可以實現最有效的信號傳輸。
圖2所述方法可以應用於頻分雙工(FDD)模式和時分雙工(TDD)模式，當圖2所述方法基於時分雙工系統實現時，信號發射端為基站，信號接收端為移動臺，移動臺可以根據基站的導頻同時確定上下行多天線的信道狀況從而直接選擇上行發射天線。這裡所述的選擇上行發射天線為選擇所接收的所有發射信號強度或者信噪比之和最大的一根或多根天線。
權利要求
1.一種多天線通信環境中發射天線的選擇方法，包括下述步驟步驟1在信號發射端和信號接收端分別設置多個天線，信號發射端首先在所有天線上發射導頻，信號接收端測量不同接收天線上得到的信號發射端各個發射天線的信道估計；步驟2信號接收端根據接收信道測量的信噪比的大小，從信號發射端的多天線中選擇一根或多根作為發射天線，如果選擇一根，轉步驟4，否則轉步驟3；步驟3信號接收端根據在所有接收天線上得到的信道空間向量，計算空間向量相互之間的相關性，依據相關性從信號發射端的多天線中，選擇一根或多根作為發射天線；步驟4信號接收端將選擇結果通知信號發射端；步驟5信號發射端根據信號接收端的選擇結果，選取發射天線。
2.根據權利要求l中所述的多天線通信環境中發射天線的選擇方法，其特徵在於，步驟3所述計算空間向量相互之間的相關性按照下述公式完成 其中，cij為第i根發射天線的信道空間列向量 與第j根發射天線的信道空間列向量 的相關係數， 代表對複數列向量 取共軛轉置， 代表對複數列向量 取共軛轉置， 則代表取複數 的模。
3.根據權利要求2中所述的多天線通信環境中發射天線的選擇方法，其特徵在於在步驟3，根據信道空間向量相關性最小和信道空間向量各元素的模的平方和最大的原則選取發射天線。
4.根據權利要求1、2或3中所述的多天線通信環境中發射天線的選擇方法，其特徵在於所述方法還包括當該方法基於時分雙工系統實現時，信號發射端為基站，信號接收端為移動臺，移動臺根據基站的導頻同時確定上下行多天線的信道狀況從而直接選擇上行發射天線。
全文摘要
本發明公開了一種多天線通信環境中發射天線的選擇方法，該方法中，信號發射端首先在所有天線上發射導頻，信號接收端測量不同接收天線上得到的信號發射端各個發射天線的信道估計，然後信號接收端根據接收信道測量的信噪比的大小，從信號發射端的多天線中選擇一根或多根作為發射天線，當選擇一根天線時，直接將選擇結果通知信號發射端，否則信號接收端還要根據在所有接收天線上得到的信道空間向量，計算空間向量相互之間的相關性，依據相關性從信號發射端的多天線中，選擇一根或多根作為發射天線，然後再將選擇結果通知信號發射端。按照上述方案選擇的發射天線進行信號的發射可以使發射信號的相互幹擾降低、提高信號能量傳輸效率。
文檔編號H04B1/707GK1476270SQ0212548
公開日2004年2月18日 申請日期2002年8月12日 優先權日2002年8月12日
發明者周雷, 陳月華, 孫立新, 鄭志彬, 雷 周 申請人:華為技術有限公司