CN100370699C - 一种自适应天线数调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应天线数调整方法，该方法采用基本天线对接收信号进行信道估计，同时保存所有实现干扰抵消的小区号和抽头号；保留有限时间位置上具有较强信号的抽头的信道冲击响应，并将其余抽头上的信道冲击响应置零，同时保存所保留信号抽头的位置信息；根据得到的信道冲击响应确定当前需处理的码道数；根据得到的当前需处理码道数确定当前采用的天线数，当所确定的当前需要采用的天线数大于基本天线数时，判定为需要增加天线时，利用保存的小区号和抽头号估计增加天线的原始信道冲击响应并用保存的信号抽头位置信息进行后处理；基于所确定的天线完成信号收发和检测。该方法能在提高系统性能的同时降低计算量，从而避免了硬件能力受限的问题。

Description

一种自适应天线数调整方法

技术领域

本发明涉及天线选择技术，尤指一种自适应天线数调整方法。

背景技术

码分多址(CDMA)系统是一个自干扰系统，随着用户数的显著增加，用户产生的自干扰会呈指数级数增加。对于时分同步码分多址(TD-SCDMA)系统来说，TD-SCDMA本身是一个集CDMA、频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)技术于一身的系统，可以通过低带宽FDMA和TDMA来抑制系统的主要干扰。但是，由于TD-SCDMA在每个时隙中是采用CDMA技术来提高容量，因此在单时隙中多个用户之间还存在自干扰，也就是说，时隙CDMA系统属于干扰受限系统。

目前，时隙CDMA系统中的自干扰问题通过联合检测和智能天线技术被进一步抑制，所谓联合检测是指对同一时隙的多个用户依据一定的算法准则同时进行检测，以有效消除符号间干扰(ISI)和多址干扰(MAI)。具体做法是：每个小区采用单小区算法对本小区的信号进行信道估计，并用本小区的信道估计结果结合各用户的扩频码和扰码等信息参与联合检测。单小区算法进行信道估计时，将同频相邻小区信号纯粹当作白噪声来处理，因为单小区算法计算量不是很大，一般采用固定天线数。但在同频组网时，由于同频干扰的影响，系统性能严重下降。为了有效抑制同频干扰，提高系统性能，在专利申请号为03100670.1，发明名称为“时隙码分多址系统多码集信道估计方法”的专利申请中提出了一种同频检测算法，该算法的主要思想是对多个同频相邻小区同时进行信道估计，并用多个同频相邻小区的信道估计结果参与联合检测。

与单小区算法相比，同频检测算法合理利用了同频相邻小区的信息，将色噪声由不利因素变为有利因素，但该同频检测算法要对所有同频相邻小区进行信道估计，在解决同频干扰问题的同时又引入了计算量大、硬件处理能力有限的问题。在很多情况下，如果继续用固定的多根天线如8根天线参与信道估计和联合检测，硬件处理能力根本达不到要求，但如果采用的天线数过少，又会导致系统性能达不到要求。可见，引入同频检测算法后，在计算量、系统性能、硬件处理能力等方面的平衡问题上又出现了矛盾。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种自适应天线数调整方法，能在提高系统性能的同时降低计算量，从而避免了硬件能力受限的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种自适应天线数调整方法，该方法包括以下步骤：

a.确定基本天线数并用所确定的基本天线对接收信号进行信道估计，得到原始信道估计结果，同时保存所有实现干扰抵消的小区号和抽头号；

b.保留有限时间位置上具有较强信号的抽头的信道冲击响应，并将其余抽头上的信道冲击响应置零，同时保存所保留信号抽头的位置信息；

c.根据步骤b得到的信道冲击响应确定当前需处理的码道数；

d.根据当前硬件处理能力确定处理码道数和采用天线数的对应关系，根据所确定的对应关系和步骤c得到的当前需处理码道数确定当前需要采用的天线数，判断所确定的当前需要采用的天线数是否大于基本天线数，如果否，则判定为不需要增加天线，并执行步骤e，否则，利用步骤a保存的小区号和抽头号估计增加天线的原始信道冲击响应，并保留步骤b所保存信号抽头位置信息对应位置上的抽头；

e.基于步骤d所确定的天线完成信号收发和检测。

上述方案中，步骤a中所述确定基本天线数为：根据当前所用阵列天线的处理能力确定，且所述基本天线数小于当前所用阵列天线的总阵元数。其中，所述当前所用阵列天线为8阵元阵列天线，所述基本天线数为4。

上述方案中，步骤c所述确定需处理的码道数进一步包括：

c11.对步骤b得到的信道冲击响应进行窗激活，确定需处理的最大码道数；

c12.对匹配滤波后的数据进行码道激活，将激活的码道个数作为当前需处理的码道数。

或者，步骤c所述确定需处理的码道数进一步包括：对步骤b得到的信道冲击响应进行窗激活，确定需处理的最大码道数；将所确定的最大码道数作为当前需处理的码道数。其中，所述确定最大码道数具体为：根据最大窗数配置和扩频系数估算最多需要处理的码道数。

上述方案中，步骤c具体包括以下步骤：

c21.计算当前使用的所有天线的信道冲击响应的平均值；

c22.将平均信道冲击响应划分为固定长度的信道冲击响应窗，得到对应信道估计窗的信道冲击响应；

c23.根据步骤c22得到的对应信道估计窗的信道冲击响应，计算每个窗信道冲击响应的功率；

c24.采用信噪比门限法进行窗激活；

c25.根据小区最大窗数值和扩频系数确定每个窗内最多容纳的码道数。

本发明所提供的自适应天线数调整方法，先利用少量的天线数进行信道估计，并根据信道估计结果、窗激活等运算，得到当前所需的天线数，再根据需要估计新增加天线的相关信道冲击响应，然后用选定的当前所需天线接收信号参与联合检测。本发明方法中，由于开始仅采用很少量的天线进行信道估计，并利用之前信道估计和有限时间判决时记录的相关信息获取新增天线信道冲击响应，而无需重新进行信道估计或重新进行判决，如此，不仅能根据基站的处理能力、需要处理的码道数和性能，自适应调整天线数；而且大大减少了计算量。本发明方法实现非常灵活、实用，综合考虑了计算量、硬件处理能力与系统性能之间的平衡因素。

附图说明

图1为本发明方法实现的原理框图。

具体实施方式

本发明的核心思想是：先采用尽量少的天线数对多个小区进行信道估计，然后根据信道估计结果及对信道估计的处理进一步确定当前所需的天线数，最后采用所确定的天线数接收用户信号参与联合检测。这里，可以将尽量少的天线数称为完成信道估计功能的基本天线数，该基本天线数可根据阵列天线的处理能力确定，比如：采用均匀圆形8阵列天线时，基本天线数可设置为4。

如图1所示，本发明的自适应天线数调整方法包括以下步骤：

步骤1：根据当前所用阵列天线的处理能力确定基本天线数，并用所确定的基本天线对其接收的用户信号进行信道估计，得到原始信道估计结果；同时，记录需要增加其他天线信道估计时的必要信息，如位置信息等。其中，基本天线数小于当前所用阵列天线的总阵元数，这里所述的增加其他天线是指实际处理需要的多于基本天线数的天线。

由于在同频组网时，需同时估计出多个小区的原始信道估计结果，且通常增加天线信道估计时所需的必要信息为位置信息，所以本步骤中主要记录并保存的是每次实现干扰抵消的小区号cell_No和抽头号tap_No，以避免重复计算，进而降低计算量和复杂度。

本步骤的信道估计是接收机必须完成的工作，用于得到多用户多径复杂信道的信道估计结果。

步骤2：对所得到的原始信道估计结果进行处理，具体就是：保留有限时间位置上具有较强信号的抽头的信道冲击响应，将其余抽头上的信道冲击响应置零。

本步骤是一个有限时间判决处理操作，其中，不同的抽头位置对应不同的时间，所述有限是指有限的抽头数。

为了能简化后续步骤中判决所需处理的码道数，本步骤也要记录和保存处理后剩下的即保留下来的信号抽头的位置信息pp_tap，也就是说，保留信道冲击响应的主要分量。

步骤3：对有限时间判决处理后的信道冲击响应进行窗激活，根据最大窗数配置和扩频系数估算最多需要处理多少个码道，即：确定需处理的最大码道数。

当最大窗数、扩频系数配置较大时，比如配置为8或16，可以直接将最大码道数作为需要处理的码道数。这里，所述最大窗数和扩频系数均由高层预先配置好。如何根据最大窗数配置得出最大码道数为现有技术，在此不再赘述。

步骤4：利用CDMA系统的特点，在窗激活的基础上进一步确定码道数。具体做法是：对匹配滤波后的数据进行码道激活，得到当前需处理的码道数。这里，所述匹配滤波根据扩频码和扰码组成的复合码进行，具体如何进行匹配滤波以及如何根据匹配滤波数据进行码道激活均属现有技术，在此不再详述。

考虑到同频组网时，各Walsh码和扰码组成的复合码具有一定的相关性，可能出现一定的误判，在每个窗对应的最大码道数较少时，也可以省略本步骤，而直接将步骤3中估算出的需处理的最大码道数作为当前需要处理的码道数。

步骤5：根据所得到的当前需处理码道数确定当前要采用的天线数，与基本天线数进行比较，判断是否需要增加天线，如果不需要，直接执行步骤6；如果需要，则估计增加天线的信道冲击响应和进行信道冲击响应后处理。

通常，根据硬件的处理能力，某个阵列天线能处理的码道数与所采用的天线数存在一定的对应关系，比如：采用4天线可处理32码道，采用6天线可处理24码道等等，所以，可通过能处理码道与所用天线数之间存在的对应关系、以及所得到的当前需处理的码道数进一步确定当前要采用的天线数。

在估计增加天线的原始信道冲击响应时，直接利用步骤1)中保存的必要信息如cell_No和tap_No信息，无需再比较和判断需要干扰抵消的抽头；在进行信道冲击响应后处理时，直接利用步骤2)中保存的pp_tap信息，保留pp_tap所对应位置上的抽头，无需再进行抽头功率判决；对增加天线不用再做窗激活和码道激活，直接利用步骤3)和步骤4)的信息即可。

假设步骤1)中采用4天线进行信道估计，而本步骤中确定出当前要采用的天线数为6，具体利用步骤1)中保存的必要信息如cel_No和tap_No信息对增加的2天线进行信道冲击响应估计、以及利用步骤2)中保存的pp_tap信息对信道冲击响应进行后处理的方法，已在前面所述发明名称为“时隙码分多址系统多码集信道估计方法”的专利申请中详细公开。

其中，利用步骤1)中保存的必要信息如cell_No和tap_No信息对增加的2天线进行信道冲击响应估计的具体处理过程是：对增加的2天线并行处理，对每根天线的操作包括(i)对所需天线的多小区进行信道估计，得到信道估计结果；(ii)根据保存的cell_No和tap_No信息所指示的抽头位置的信道估计结果，对所需天线的多小区中，除当前处理小区号以外的其他小区进行干扰抵消；(iii)重复步骤(ii)的过程直到处理完保存的所有小区号和抽头号所指示的抽头位置，得到增加天线的原始信道估计结果。

利用步骤2)中保存的pp_tap信息对信道冲击响应进行后处理的具体处理过程是：对于增加天线的原始信道冲击响应，根据保存的pp_tap信息，直接保留pp_tap信息对应位置上信号的抽头，将其他抽头全置0，得到后处理信道估计结果。

基站处理能力是一定的，本步骤实际是根据需要处理的码道数确定天线数，其中的信道估计和后处理过程直接运用先验信息，即：使用之前保存的信息，如cell_No和tap_No等信息，该方法与直接用多根天线进行信道估计相比，不会增加计算量。

步骤6：根据步骤3)或步骤4)得到的信道冲击响应以及步骤5)得到的增加天线的信道冲击响应，基于选定的天线完成信号收发以及后续的信号检测、数据解调全过程。

这里，如果步骤4)未省略，则采用步骤4)中得到的信道冲击响应；如果省略步骤4)，则采用步骤3)中得到的信道冲击响应。所述选定的天线是指确定当前采用的天线数后，比如确定要采用6根天线，则从所有天线中根据误码率最小原则选取6根天线。

下面再结合图1和具体实施例详细说明本发明自适应天线数调整方法的实现过程。本实施例针对的是3GPP LCR TDD系统，本实施例中，当前所用的阵列天线为8阵元的阵列天线，所述基本天线数为4。

步骤a：用4根天线对接收信号进行信道估计，得到原始信道估计结果hn″ ^(Kal)。其中，Kal为所用天线序号，Kal＝1，…，4；n为小区号，n＝0，…，N₀，n＝0表示本小区，N0表示同频组网的邻小区数。

在同频组网时，需要同时估计出多个小区的原始信道估计结果，此时要对各小区信道冲击响应进行干扰抵消，以取得各小区正确的信道冲击响应hn″ ^(Kal)。具体如何通过对各小区信道冲击响应进行干扰抵消获取各小区的信道冲击响应hn″ ^(Kal)，已在前面所述发明名称为“时隙码分多址系统多码集信道估计方法”的专利申请中详细公开，具体处理过程是：(i)同时求得多个同频相邻小区的原始信道冲击响应；(ii)通过排序等方法求出功率最大的抽头，恢复出功率最大抽头所对应的接收端信号，在以后的干扰抵消过程中去掉该抽头位置，不再用于干扰抵消；(iii)从接收端总信号中减去步骤(ii)中恢复出的信号；(iv)重复步骤(i)至步骤(iii)的抵消过程数十次，最后得到各小区无同频干扰的信道估计结果。

本实施例中，在对信道冲击响应进行干扰抵消的同时，记录和保存各次干扰抵消的小区号cell_No和抽头号tap_No，实际上就是记录上面所述处理过程中步骤(ii)所求出的功率最大的抽头的抽头号及该抽头所在的小区号。

步骤b：进行有限时间判决处理，具体是：对步骤a得到的原始信道估计结果hn″ ^(Kal)(n＝0，…，N₀)进行处理，仅保留有限时间位置上具有较强信号的抽头的信道冲击响应，将其余抽头上的信道冲击响应置零，得到后处理信道冲击响应，其中，Kal＝1，…，4；n＝0，…，N₀。

在对信道冲击响应hn″ ^(Kal)进行处理的同时，记录和保存处理后的信号抽头位置pp_tap，也就是说，记录所保留的较强信号抽头对应的时间位置。

步骤c：对有限时间判决处理后的信道冲击响应进行窗激活，根据最大窗数配置和扩频系数估算最多可能需要处理多少个码道。这里，将本小区的所有窗全部保留，仅对邻小区的窗进行激活检测。具体包括以下几个子步骤：

c1.对当前使用的所有天线的信道冲击响应求平均： ${\underset{\‾}{\stackrel{\·\·}{h}{n}^{\′\′}}}_i^{\left(K_{\mathrm{mn}}\right)}=\frac{1}{\mathrm{Ka}}\underset{\mathrm{Kal}=1}{\overset{\mathrm{Ka}}{\mathrm{\Σ}}}{\underset{\‾}{\stackrel{\·\·}{h}{n}^{\′\′}}}_i^{\left(\mathrm{Kal}\right)},$ Ka＝4，i＝1，…，P，P＝128为信道冲击响应的总抽头数。

c2.将当前所有信道冲击响应

按顺序划分到固定窗长为W_FL的信道估计窗，得到对应信道估计窗的信道冲击响应hn′ _i ^(kmn)。

${\underset{\‾}{{\mathrm{hn}}^{\′}}}_i^{\left(k_{\mathrm{mn}}\right)}=\left\{\begin{array}{ccc}{\underset{\‾}{\stackrel{\·\·}{h}{n}^{\′\′}}}_i^{\left(k_{\mathrm{mn}}\right)}& \mathrm{if}& i\≤W_n-1,\\ 0& \mathrm{if}& i>W_n-1,\end{array}\right.$ k_mn＝0...K_mn-1，i＝0...W_FL-1，

这里，W_FL表示固定处理窗长，一般为16；i为下标，由W_FL限制i的取值范围。

c3.利用步骤c2得到的信道冲击响应估计结果hn′ _i ^(kmn)，计算各个窗口信道冲击响应的功率p_h ^(kmn)：

$p_h^{\left(k_{\mathrm{mn}}\right)}=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\left|\right|{\underset{\‾}{h{n}^{\′}}}_i^{\left(k_{\mathrm{mn}}\right)}\left|\right|}^2$

c4.采用信噪比门限的方法进行窗激活：

其中，β₂建议值为1/8到1/4之间，A为在考虑β₂的基础上的加权系数；

$A=\left\{\begin{array}{cc}\frac{8}{K}& K>8\\ 1& K\≤8\end{array}\right.$

其中，K为小区最大窗数。

c5.确定需要处理的最大码道数。具体做法是：根据K值可以知道每个窗内最多的码道数。时分系统建议在采用大K值如8或16，大扩频系数如8或16的情况下，每个窗对应的码道数最多为2或1，此时可直接将最大码道数作为当前需处理的码道数，码道激活后得到

步骤d：利用CDMA系统的特点，在窗激活的基础上进一步确定码道数。具体操作是：对匹配滤波后的数据进行码道激活。

考虑到同频组网时，各walsh码和扰码组成的复合码具有一定的相关性，可能出现一定的误判，因此在每个窗对应的最大码道数较小时，可省略本步骤，直接以步骤c激活窗数确定的最大码道数作为当前需要处理的码道数即可。

步骤e：根据所得到的当前需处理的码道数确定采用的天线数，因为基站处理能力是一定的，因此所处理码道数与所采用的天线数之间存在对应关系。

确定当前采用的天线数后，将所确定的天线数与基本天线数比较，本实施例中，判断所确定的天线数是否大于4，如果小于等于4，直接执行步骤f；如果大于4，说明需要增加天线，则估计增加天线的信道冲击响应和后处理信道冲击响应。

本步骤中，估计增加天线的原始信道冲击响应时，是利用步骤a保存的cell_No和tap_No信息，无需再比较和判断需要干扰抵消的抽头；在进行信道冲击响应后处理时，是利用步骤b保存的pp_tap信息，直接保留pp_tap所对应位置上信号的抽头。本方法中的信道估计和后处理过程直接运用先验信息，与直接用多根天线进行信道估计相比，不会增加计算量。

也就是说：本步骤根据基站处理能力和需要处理的码道数确定性能最优的天线数；并根据步骤a保存的cell_No和tap_No信息，对所需天线的多小区的信道估计结果进行干扰抵消，得到增加天线的原始信道估计结果；之后，根据步骤b保存的pp_tap信息，直接保留pp_tap信息对应位置上信号的抽头，得到后处理信道估计结果；最后，根据步骤c和步骤d的窗激活和码道激活信息，保留相应窗和码道，对新增天线无需再进行窗激活和码道激活，即可得到

步骤f：根据

和

用选定的天线完成信号收发，参与联合检测，进而完成数据解调全过程。

本发明的自适应天线数调整方法适用于时隙CDMA或类似的采用信道估计码系统的基站，总之，以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种自适应天线数调整方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

a.确定基本天线数并用所确定的基本天线对接收信号进行信道估计，得到原始信道估计结果，同时保存所有实现干扰抵消的小区号和抽头号；

b.保留有限时间位置上具有较强信号的抽头的信道冲击响应，并将其余抽头上的信道冲击响应置零，同时保存所保留信号抽头的位置信息；

c.根据步骤b得到的信道冲击响应确定当前需处理的码道数；

d.根据当前硬件处理能力确定处理码道数和采用天线数的对应关系，根据所确定的对应关系和步骤c得到的当前需处理码道数确定当前需要采用的天线数，判断所确定的当前需要采用的天线数是否大于基本天线数，如果否，则判定为不需要增加天线，并执行步骤e，否则，利用步骤a保存的小区号和抽头号估计增加天线的原始信道冲击响应，并保留步骤b所保存信号抽头位置信息对应位置上的抽头；

e.基于步骤d所确定的天线完成信号收发和检测。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a中所述确定基本天线数为：根据当前所用阵列天线的处理能力确定，且所述基本天线数小于当前所用阵列天线的总阵元数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述当前所用阵列天线为8阵元阵列天线，所述基本天线数为4。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c所述确定需处理的码道数进一步包括：

c11.对步骤b得到的信道冲击响应进行窗激活，确定需处理的最大码道数；

c12.对匹配滤波后的数据进行码道激活，将激活的码道个数作为当前需处理的码道数。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c所述确定需处理的码道数进一步包括：

对步骤b得到的信道冲击响应进行窗激活，确定需处理的最大码道数；将所确定的最大码道数作为当前需处理的码道数。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述确定最大码道数具体为：根据最大窗数配置和扩频系数估算最多需要处理的码道数。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c具体包括以下步骤：

c21.计算当前使用的所有天线的信道冲击响应的平均值；

c22.将平均信道冲击响应划分为固定长度的信道冲击响应窗，得到对应信道估计窗的信道冲击响应；

c23.根据步骤c22得到的对应信道估计窗的信道冲击响应，计算每个窗信道冲击响应的功率；

c24.采用信噪比门限法进行窗激活；

c25.根据小区最大窗数值和扩频系数确定每个窗内最多容纳的码道数。

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