CN100433597C - 智能天线收发分集方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能天线收发分集方法和装置，在接收方法中，增加了自适应智能天线空域处理，首先对基带信号先进行时域上的多径搜索和分配；然后对于分配下来的每一个多径时延，用一路智能天线接收后再进行信号波束加权和跟踪解扰解扩处理，同时对波束权值进行更新；最后进行多径合并得到数据信息。接收方法中，发射方法中，先判断基站高层是否指示要进行发射分集；选择对应数据信号能量较大权值矢量作为发射波束权值，并对下行发射的符号级数据进行发射分集和扩频加扰处理，形成两路复数数据，再经过加权合并、发射。本发明的方法和装置与现有的收发方法相比具有很大的优势。

Description

智能天线收发分集方法和装置

技术领域

本发明涉及码分多址通信系统，更具体地指一种智能天线收发分集方法和装置，本发明方法和装置可以应用于采用任何阵列方式和任何双工方式的码分多址通信系统。

背景技术

码分多址(CDMA)是一种多址接入方法，它基于扩频技术并且近来已成为除现有频分多址(FDMA：Frequency-Divisoin Multiple-Access)和时分多址(TDMA：Time-Division Multiple-Access)方法之外应用于蜂窝无线系统的又一种多址方法。与现有方法相比，码分多址具有许多优点，例如频谱利用率高、规划简单等。正因如此，第三代移动通信中码分多址系统成为主流。

现在采用码分多址方法的系统主要有：窄带CDMA(IS-95：Interim Standard95)系统，宽带CDMA(WCDMA：Wideband CDMA)系统，Cdma2000系统，TD-SCDMA(TimeDivision Synchronous Code Division Multiple Access)系统，TD-CDMA(TimeDivision-Code Division Multiple Access)系统等。

在一般的移动通信环境中，基站和移动台之间的信号沿接收机和发射机之间的若干路径进行传播。这种多径传播现象主要是由信号在发射机和接收机周围的物体表面的反射引起的。由于传播路径的不同，沿不同路径到达接收机的同一信号的不同多径成分到达接收机的传播时延和到达角度也不同，从而造成多径干扰和信号衰落。

在CDMA系统中使用的接收机是一种多分支结构的接收机，其中每一分支与沿某一单独路径传播的多径组同步。每一分支是一个单独的接收机元件，其功能是解调期望接收信号分量。在传统的CDMA系统中采用相干或不相干的方法合并不同接收机元件信号，可以改善接收信号质量。这种接收机也叫瑞克(Rake)接收机，能把同一用户不同时延的多径能量按一定规则叠加在一起，从而提高接收机性能。瑞克接收机可以看成是对期望信号进行时间分集合并。

在CDMA系统中，在信号的接收过程还可以采用空间分集接收和分集发射方式抵抗多径衰落。这种技术一般在基站利用两根天线间隔数个工作电磁波波长放置，由于各个用户多径的影响产生瑞利衰落，两根天线上接收到的两路信号相关性很小，然后对两路信号进行最大比合并或等增益合并或选择合并，从而实现空间分集提高通信系统性能。移动台(特别是手机)在价格、体积和电池容量等方面的限制，使得在移动台实现天线接收分集一般不可行，改善下行信道性能的另一思路是在基站处实现天线发分集，但它不如天线接收分集直观，处理起来也相对复杂。近几年对天线发分集技术的研究相当活跃，也取得一些令人瞩目的成果。G.Jfoschini，Jr.And M.J.Gans在“On limits of wireless comm.In a fadingenvironment when using multiple antennas，Wireless Personal Comm.Vol.6No.3p.311-335，Mar.1998”中计算了多天线发射系统在衰落信道中的信道容量。V.Tarokh，N.Seshadri，and A.R.Calderbank提出将编码、调制和天线发分集有机结合的空时卷积码和分组码。WCDMA协议定义了两种开环发分集模式和两种闭环发分集模式，分别是时间切换开环发射分集(TSTD：Time Switched TransmitDiversity)、基于空时编码开环发射分集(STTD：Space Time Transmit Diversity)、闭环发射分集(closed loop mode transmit diversity)模式1、闭环发射分集模式2。在这些发射分集中也用两根天线。两根天线提供了两个发射通道，把需要的数据按照一定的方法生成两路信号分别送到两个发射通道中。

在CDMA系统中，许多用户使用同一频带进行通信。由于不可能设计出完全互不相关的扩频码集合，所以不同用户之间仍存在相互干扰。一般来说，在一个频带内的用户数越多，干扰水平就越高，链路的通信质量就越差。因此，CDMA系统是一个干扰受限的无线通信系统，其每一个规定宽度的频带所能容纳的信道数是有限度的，所以前述的各种技术手段只能将通信系统的容量提高到一定程度，要想超过这个限度则必须增加其他的资源。空间分集是增加系统容量与改善系统性能的最新发展技术，理论上分析表明只要正确地使用一组天线，形成新的自由度和空间，就能较大地增加系统容量。此外，采用空间分集还可以降低功耗、增加抗衰落和抗干扰能力，更有效地切换以及更好的安全性和系统鲁棒性。

为了进一步利用不同信号的不同空间特性提高系统性能，很多人研究了智能天线技术，也叫阵列天线技术。智能天线采用两个以上的单天线阵元组成天线阵，每个阵元的接收到的信号经过射频处理后进行用适当的权值进行加权求和，就能达到定向接收的效果。加权的实质是一种空间滤波，智能天线也可以认为是一种空分多址(SDMA：Space Division Multiple Access)技术。在SDMA中通过天线阵列接收信号，并通过数字信号处理进行数字波束赋形(DBF：Digital Beam Former)，使所需信号的信噪比最大。这是通过调整天线阵列所接收的信号的相位使所需信号通过相加求和得到加强，而其它干扰信号通过相加求和得到削弱实现的。对采用CDMA多址方式的系统而言智能天线具有许多优势。在TD-SCDMA系统中明确地把智能天线技术作为标准的组成部分。

智能天线大体可分三种。

一种是预多波束智能天线。这种方案是预先设定一些指向不同方向的波束权值，在通信过程中选择接收信号比较好的那些波束权值加权结果进行后续处理，如中国专利98800049(自适应阵列天线装置)，还有美国metawave公司的GSMSpotlight智能天线。这种方法的缺点是需要设计较好较多的预先权值，也没有充分利用具体时刻的信号空间分布特性，不能很好的提高接收信号的信噪比。不过这种方法的实现思路很容易想到。

第二种是部分自适应智能天线。这种实现方案通常从接收的阵列信号中提取期望用户信号到达方向角信息，然后形成指向到达方向角的波束，到达方向角变化则权值跟着变化。该方案的准则是使接收到的期望用户信号能量最大，同时有限的压制其它方向的干扰。相控阵就属于这样的技术，相控阵的所有幅度一样，不能改变，只有相位能自适应的改变。部分自适应智能天线的性能比预多波束智能天线要好，但还是没有完全利用信号空间信息，自适应范围也有限，而且提取达到方向角的过程比较复杂，能不能实时实现还是一个问题。也有不少这方面的专利，如中国专利97104039(具有智能天线的时分双工同步码分多址无线通信系统)，中国专利97202038(用于自适应天线的方向控制电路)，中国专利99105647(用于码分多址系统的预先优化成形波束的自适应阵列天线)。

另一种是全自适应智能天线。这种天线的权值不需要预先设置，而是根据信号空间分布特性的变化按一定准则不断更新权值，权值的幅度和相位都可以自由的更新，这种智能天线能充分利用期望用户信号和干扰信号的空间特性使接收到的信号的信干噪比达到最大，而部分自适应智能天线一般不考虑干扰到达方向。这是很令人向往的结果，可以说是智能天线的最高境界，也有人申请了这方面的专利，如中国专利99104709(自适应天线)。

把智能天线技术和分集技术结合就能更有效的对抗瑞利多径衰落。然而，智能天线阵列的相邻阵元间距一般为半个工作波长左右，要使两个阵元信号相关性较大，而分集技术采用的两根天线需要相隔数个波长(比如十个波长)，要使两个天线的信号相关性很小，智能天线和分集天线有着一定的不兼容性。要把两者结合起来，有一种方法是在一个小区内采用两个相距较大的天线阵列来分集。但这种方法仍然没有很好使两种技术兼容，因为如果为了保证智能天线效果，两个阵列的阵元数不能太少，这样的话两个阵列需要许多天线阵元和相应的射频处理模块，实现复杂度比较大，如果为了减少复杂度，减少每个阵列的阵元数，则智能天线的空分效果又很难体现。

综上所述，瑞克接收机是利用时间分集来提高接收信号质量，空间分集接收和空间分集发射则提高接收信号质量和发射信号抗衰落性能，智能天线则利用阵列天线大大提高接收质量和发送信号性能。发射分集技术和智能天线技术是两种利用空间资源对抗多径衰落提高通信系统性能的新技术，在第三代移动通信标准中都使用了这两种技术。瑞克接收和双天线接收分集则是比较成熟的技术。但怎样高效的在通信系统中同时采用这些种技术还是一个没有很好解决的问题。

发明内容

本发明的目的之一是为了解决智能天线和瑞克接收以及空间分集相结合的问题，提出一种智能天线瑞克接收方法和装置。

本发明的目的之二是一种提出采用智能天线、瑞克接收和空间收发分集的CDMA基带处理方法。

为了实现上述两个目的，本发明依次采用如下技术方案：

一种智能天线瑞克接收方法，该方法首先对基带信号先进行时域上的多径搜索和分配；然后对于分配下来的每一个多径时延，用一路智能天线接收后再进行信号波束加权和跟踪解扰解扩处理，同时对波束权值进行更新；最后进行多径合并得到数据信息。

该方法进一步包括以下步骤：

a，利用天线阵列接收射频信号，对该射频信号进行射频通道处理，使其转换成基带数字信号，射频通道处理包括信号的低噪声放大、解调、变频、自动增益控制、模数变换等处理；

b，对基带数字信号同时进行如下处理，

其一，多径搜索模块对射频通道过来的基带数字信号进行多径搜索，搜索出一个用户不同时延的多径信息，然后根据得到的多径信息进行多径分配，把能量比较大的多径作为解扰解扩的多径，把这些多径时延分别送入各个空时分支接收机的跟踪解扰解扩模块；

其二，对射频通道过来的基带数字信号用当前的波束权值进行空间加权求和，把加权求和得到的数据信号分别送入各个空时分支接收机的跟踪解扰解扩模块；

c，每个空时分支接收机中的跟踪解扰解扩模块对步骤b中得到的数据信号进行多径跟踪和解扰解扩，得到符号级数据信息；

d，每个空时分支接收机中的权值更新模块利用系统中高层信息和解扰解扩模块中的信息进行本空时分支接收机的波束权值自适应更新计算，得到的新权值送到波束赋形模块中作为当前权值；同时，分支接收机中信道估计补偿模块对解扰解扩后的数据进行信道估计补偿，补偿后的信息数据送出空时分支接收机；

e，对各个空时分支接收机送来的信息数据进行多径合并，得到的数据送到后续处理模块。

一种智能天线瑞克接收装置，该接收装置包括天线阵列、多个射频通道、多个单用户空时瑞克模块，

所述的天线阵列包括两个或两个以上的天线阵元，其输出端接到射频通道的输入端；

所述的多个射频通道的数量与天线阵元数量相同，每个射频通道输入端接一个阵元的输出端，所有射频通道的输出端接到各个单用户空时瑞克模块的输入端；

所述的单用户空时瑞克模块进一步包括多径搜索模块、多径分配模块、多个空时分支接收机、多径合并模块，

所述的多径搜索模块，完成对用户的多径搜索，搜索出一个用户不同时延的多径信息，多径搜索模块的输入信号为射频通道的输出信号、用户扰码信息，多径搜索模块的输出信息为各条多径的时延和能量信息并输入到多径分配模块；

所述的多径分配模块根据得到的多径信息进行多径分配，选择能量比较大的多径作为解扰解扩的多径，把这些多径时延分别各个送入空时分支接收机；

所述的多径合并模块对所有空时分支接收机的输出进行合并。

所述的空时分支接收机还包括波束赋形模块、跟踪解扰解扩模块、信道估计补偿模块、权值更新模块，

所述的波束赋形模块输入端与射频通道的输出端相连外，还与权值更新模块的权值输出端相连，波束赋形模块的输出端连到跟踪解扰解扩模块的输入端，该赋形模块完成用当前权值对射频通道过来的信号进行复数加权求和；

所述的跟踪解扰解扩模块的输入信号是波束赋形模块和多径分配模块的输出信号，跟踪解扰解扩模块完成对加权求和后的数据进行多径跟踪和解扰解扩的功能，解扰解扩后的数据在送到信道估计补偿模块的同时，还要给权值更新模块提供所需的信息数据；

所述的权值更新模块的输入信号为各个射频通道的输出信号、扰码信息、导频符号信息，该模块完成权值更新后得到新的一组复数权值，然后把这套复数权值输出送往波束赋形模块；

所述的信道估计补偿模块输入信号主要是跟踪解扰解扩的输出数据，还需要导频符号信息，该模块完成对解扰解扩后数据信息的信道估计和信道补偿，把补偿后的信息数据作为分支接收机的输出。

所述的多径合并模块输入是各个分支接收机中的信号估计补偿模块输出的符号级数据，多径合并模块把这些数据进行最大比值合并或等增益合并，合并之后的数据作为单用户空时瑞克模块的输出，供后续处理。

所述的各模块，可以是硬件模块，也可以是软件模块。

本发明上述智能天线瑞克接收方法和装置，与现有的瑞克接收相比，增加了自适应智能天线空域处理，与当前各种文献中的智能天线技术相比，采用分支接收方法对不同时延的多径信号进行分别接收然后合并。这样，本发明的智能天线瑞克接收机能充分利用信号的时域空域特性，进行分集接收，大大提高了系统性能。本发明所述智能天线瑞克接收方法和装置适用于时分双工和频分双工CDMA系统。

一种码分多址系统中的基带信号处理方法，

在接收基带信号时，

首先采用本发明的瑞克接收方法实现对用户信号的时空分集接收，

然后把各时空分支接收机的权值和解码结果的信号能量信息送给发射电路的波束选择模块；

在发射基带信号时，

首先采用本发明的智能天线发射分集方法把发射数据形成两路分集数据用两个不同的波束权值加权，

然后将两个不同的波束权值加权后送往射频通道；

其中，所述智能天线发射分集方法，在接收端用多个波束接收一个用户信号的前提下，其具体步骤为：

第一步，先判断基站高层是否指示要进行发射分集；

第二步，如果需要进行发射分集，则同时进行如下处理，

a.从各个接收波束权值矢量中选择对应数据信号能量较大的两个波束权值矢量作为发射波束权值；

b.对下行发射的符号级数据进行通常的发射分集和扩频加扰处理，形成两路复数数据；

第三步，把第二步得到复数数据和发射波束权值矢量相乘，完成发射的波束加权过程，并把加权后的多路数据分别送往数据合路模块；

第四步，把第三步加权后的多路数据在数据合路模块中和其它用户以及公共信道的加权数据按照对应天线叠加合并，合并后的数据送往各个射频通道，最后从天线阵列发射出去。

本发明的上述基带信号处理方法，能有效地将上述智能天线瑞克接收方法以及智能天线发射分集方法应用于基带信号的接收和发射中，无疑将大大提高了码分多址系统的性能。

附图说明

图1是现有技术中一般的瑞克接收装置结构图。

图2是通常的发射分集结构图。

图3是本发明关于智能天线瑞克接收方法的流程图。

图4是本发明关于智能天线发射分集方法的流程图。

图5是本发明关于智能天线瑞克接收装置结构图。

图6是本发明关于智能天线发射分集装置总体结构图。

图7是本发明关于频分双工系统中单用户智能天线发射分集模块结构图。

图8是本发明关于时分双工系统中单用户智能天线发射分集模块结构图。

图9是本发明关于采用智能天线、瑞克接收和空间收发分集的CDMA基带处理结构示意图。

图10是多径传播示意图。

图11是针对图10环境得到对应最强路径的波束图。

图12是针对图10环境得到对应次强路径的波束图。

图13是针对图10环境发射分集的波束图。

图14是针对图10环境两个较强波束权值叠加得到的波束图。

具体实施方式

下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述，根据这些结构图，同一领域的技术人员可以很容易实现本发明。

图1是一般的瑞克接收装置结构图，两根分集天线101.1、101.2接收空中信号，通过对应的两个射频通道102.1、102.2转化为基带信号，基带信号送入多径搜索模块103进行多径搜索，搜索结果送给多径分配模块104。多径分配模块104选取能量较大的几个多径及其所对应的射频通道102.1或102.2过来信号分配给各个跟踪解扰解扩模块105.n，n＝1，2，…，N。这里假设瑞克接收机有N个分支。跟踪解扰解扩模块进行多径跟踪以及信号解扰解扩，解扩后的信号送入各个信道估计补偿模块106.n，，n＝1，2，…，N。各路进行信道补偿后的信号送入多径合并模块107进行多径合并。除天线101和射频通道102外，其它模块构成了所谓的瑞克接收机。这种瑞克接收机的每个分支电路处理一些相同时延的多径信息，由于没有做空域滤波，每个分支电路输出信号的信噪比还是比较大。

图2是通常的发射分集结构图，编码交织后的符号级数据首先经过发射分集处理模块201，形成两路数据，每路数据分别通过扩频加扰模块202.1和202.2扩频加扰得到信号21.1和21.2，许多用户以及公用信道的扩频之后的数据2p.1(p＝1，2，…，P)在数据合路模块203.1叠加在一起，21.2、22.2、…、2P.2等数据则在数据合路模块203.2中叠加在一起。两个合路模块合并的数据分别送往两个射频通道模块102.1和102.2，最后经天线101.1和101.2发射出去。用户信息通过两个相关比较小路径到达移动台接收机，可以提高系统性能。

图3是智能天线瑞克接收方法流程图，方框301对应于前文所述的第一步，用天线阵列接收信号，通过各个阵元的射频通道处理，转换成基带数字信号。方框302.1和方框302.2对应两个并行任务，相当于第二步。一方面对射频通道过来的基带数字信号进行多径搜索。然后把能量比较大的多径时延分别送入各个跟踪解扰解扩模块。另一方面，对射频通道过来的基带数字信号用当前的各个波束权值进行空间加权求和，把加权求和得到的数据信号分别送入各个跟踪解扰解扩模块。方框303对应方法的第三步，进行多径跟踪和解扰解扩，得到符号级信息数据。方框304.1和304.2对应第四部的两个并行处理任务。一方面对解扰解扩后的数据进行信道估计补偿，另一方面利用系统中信息和解扰解扩模块中的信息进行波束权值自适应更新计算，得到的权值作为当前波束权值。方框305相当于方法第五步，对各个补偿后的信息数据进行多径合并，得到的数据送到后续处理模块。这种方法在解扰解扩之前，先进行空间加权，相当于空域滤波，空间加权能把有用信号同相叠加提高增益，对大部分干扰信号反相或尽量反相叠加压制干扰信号，从而大大提高了信干噪比，提高系统性能，这是采用了智能天线的长处。同时这种方法把各个多径的能量收集合并，这是采用了瑞克的长处。

图4是智能天线发射分集方法流程图，菱形框401对应方法第一步，判断基站高层是否指示要进行发射分集。如果要进行发射分集，则进入402.1和方框402.2，402.1又可以分成两个步骤，用两个方框402.1.1和402.1.2组成，这些以402为标识开头的模块相当于前面所述方法的第二步，一方面，对下行发射的符号级数据进行通常的发射分集和扩频加扰处理，形成两路复数数据，另一方面，从各个接收波束权值矢量中选择对应数据信号能量较大的两个波束权值矢量，在频分双工系统中，把两个波束权值矢量转换为对应发射频率的两个发射波束权值矢量。在时分双工系统中，直接把上面得到的两个波束权值矢量作为发射波束权值矢量。方框403对应方法的第三步，把得到两路复数数据和两个发射波束权值矢量相乘，完成发射的波束加权过程，并把加权后的多路数据分别送往数据合路模块。方框406对应方法的第六步，在数据合路模块中，把加权后的多路数据和其它用户以及公共信道的加权后数据对应天线叠加合并，合并后的数据送往各个射频通道，最后从天线阵列发射出去。如果第一步中高层指示不用发射分集，则进入方框404.1和404.2，这对应于方法的第四步，一方面对下行发射的符号级数据进行通常的扩频加扰处理形成一路复数数据，另一方面，从各个接收波束权值矢量中选择对应数据信号能量较大的一个或多个波束权值矢量。如果选择了两个或两个以上，把这些波束权值矢量相加形成一个新的权值矢量。在频分双工系统中，把选择的波束权值矢量转换为对应发射频率的发射波束权值矢量。在时分双工系统中，直接把得到的波束权值矢量作为发射波束权值矢量。这里选择多个波束进行叠加发射时，虽然没有采用通常的发射分集处理，也相当于进行了分集发射，根据多径时延的收发互易性，在移动台的瑞克接收机中能把多个波束发射的能量合并起来。这种用多个波束发射处理方法与通常智能天线用一个波束发射相比，能更好的提高系统稳定性，减少通信掉话率。方框405相当于第五步，把第四步得到复数数据和发射波束权值矢量相乘，完成发射的波束加权过程，并把加权后的多路数据送往数据合路模块。然后执行第六步406，把加权后的多路数据和其它用户以及公共信道的加权后数据对应天线叠加合并，合并后的数据送往各个射频通道，最后从天线阵列发射出去。这种方法利用阵列天线不同波束实现发射分集，与双天线发射分集有异曲同工之处，不过，本发明的方法以波束形式发射，与双天线发射分集相比，有节省发射功率，大大降低对其它方向用户干扰等积极作用，能大大提高系统性能。

图5是智能天线瑞克接收装置结构图，天线阵列901由M个天线阵元901.1、901.2、…、901.M组成，对应有M个射频通道模块902.1、902.2、…、902.M。在基带系统中，有多个结构相同的单用户智能天线瑞克接收模块5p，p＝1，2，…，P。各个射频通道模块处理的接收信号送往这些模块。单用户智能天线瑞克接收模块中有多径搜索模块501，多径分配模块502，多个(比如N个)空时分支接收机503.n(n＝1，2，…，N)，以及一个多径合并模块504。射频通道处理的接收信号送到多径搜索模块501和各个空时分支接收机503.n中。多径搜索模块501的搜索结果送给多径分配模块502。多径分配模块把多条较强的多径信息分别分配给多个空时分支接收机503.n。每个空时分支接收机中有波束赋形模块5031、跟踪解扰解扩模块5032、信道估计补偿模块5033、权值更新模块5034。波束赋形模块5031对射频通道902过来的多路信号进行空间加权求和，然后把得到信号送给跟踪解扰解扩模块5032，跟踪解扰解扩模块5032根据多径分配模块502指定的多径信息对输入数据进行多径跟踪和解扰解扩，得到的数据送给信道估计补偿模块5033。信道估计补偿模块对解扩后数据进行信道估计和补偿，输出结果送到多径合并模块504。权值更新模块5034根据射频通道过来的信号和解扰解扩模块中的数据计算新的波束权值矢量，并把计算结果送往波束赋形模块5031。各个空时分支接收机的输出数据在多径合并模块504同相位叠加。叠加后的数据送往后续处理模块(比如结交织，解码等)。

图6是智能天线发射分集装置总体结构图，总体上，有多个单用户智能天线发射分集模块601.p(p＝1，2，…，P)，输入这些模块的是已经进行信道编码交织的符号级用户数据和接收链路中得到的各个波束权值矢量及其对应的信号能量数据，还有一些高层的控制信息，所有这些用输入在图6中用一个宽箭头表示。发射分集处理、扩频加扰、发射波束加权等功能都在这些模块中完成。每个单用户智能天线发射分集处理模块可以输出两个波束的数据，如果阵列天线901的阵元数为M，则共有2×M路复数数据输出。还有处理公共信道的公共信道数据形成部分602，根据高层信息形成扩频加扰后的公共信道数据。全向发射波束赋形模块603再把公共信道数据用全方向性波束加权，形成M路复数数据。所有单用户智能天线发射模块601.p和全向发射波束赋形模块603的输出数据在数据合路模块604中按对应的天线阵元叠加，形成M路复数数据送入相应的射频通道模块902.m(m＝1，2，…，M)。射频通道902完成发射信号的模数转换、射频调制、线性功率放大等功能，最后把信号送到天线阵列901。

图7是频分双工系统中单用户智能天线发射分集模块结构图。接收链路的得到的多个权值矢量和对应接收信号能量以及高层控制信息输入波束权值选择综合模块701。

如果需要进行发射分集，701选择两个对应接收能量较大的权值矢量送给收发权值转换模块702，702把接收权值矢量转换为波束形状尽量相同的发射权值矢量，送给两个发射波束赋形模块705.1和705.2。另一方面，以经进行信道编码的数据在发射分集处理模块703进行发射分集处理，对开环发射分集要进行相应的空时码编码，对闭环发射分集，要进行两路信号的复数加权，有时还要加入不同的专用导频符号。703输出的两路信号分别送给扩频加扰模块704.1和704.2，扩频加扰后信号分别送往两个发射波束赋形模块705.1和705.2。发射波束赋形模块705.1和705.2把输入的用户信号和权值矢量相乘输出两个波束的数据706.1和706.2。

如果高层指定不用发射分集，这图7中的虚线方框代表的模块704.2和705.2空闲，虚线箭头代表的链路也空闲。发射分集处理模块703直接把输入信号输出到扩频加扰模块704.1中进行扩频加扰。波束权值选择综合模块701则选择一个和多个权值矢量合并成一个权值矢量送给收发权值转换模块702。发射波束赋形模块705.1把扩频加扰模块704.1的输出和收发权值转换模块702的输出相乘，得到一个波束信号706.1，送往数据合路模块。

图8是时分双工系统中单用户智能天线发射分集模块结构图，与图7中应用频分双工的智能天线发射分集相比，发射波束赋形模块805和波束权值选择综合模块801之间少了波束权值转换模块，801的两个输出和两个发射波束赋形模块805.1和805.2直接相连，其它处理和上面所述的一样。

图9是采用智能天线、瑞克接收和空间收发分集的CDMA基带处理结构示意图。接收和发射用同样的天线阵列901以及射频通道902。接收链路采用类似图5所示的智能天线瑞克接收装置，概括为智能天线瑞克接收装置903。发射链路采用类似图6的智能天线发射分集模块，概括为智能天线发射分集装置904。图5中各个权值更新模块5034和信道估计补偿模块5033的输出要分别送给发射装置904中的各个相应的波束权值选择综合模块(如图7中的701，图8中的801)。

下面结合具体的应用例子说明本发明方法的效果。

图10是多径传播示意图，移动台1001发射的信号经过3条路径到达基站天线阵列1002。经过直射路径1011的达到基站天线阵列的信号能量最大，通过障碍物1003反射的路径1012的信号能量次之，通过障碍物1004反射的路径1013的信号能量最小。移动台1001的信号是下面要处理的期望信号。另外图中还有两个移动台1005和1006，对基站接收移动台1001信号的过程来说，这两个移动台发射的信号是干扰信号。其中移动台1005的信号经过路径1051和1052到达基站天线阵列，移动台1006的信号经过路径1061到达基站天线阵列。

图11是在智能天线瑞克接收方法和装置中，针对图10环境得到对应最强路径1011的空时分支接收机中权值矢量对应的波束图，这里假设天线阵列为8阵元的均匀直线阵列，应用在一个120度的扇区覆盖中，我们只关心30度到150度的扇区范围，图中极坐标半径的物理含义是信号在特定方向上的幅度增益。从图中波束111可以看出，在105度左右，信号增益很大，而其它方向上增益很小，这样就可以把图10中通过路径1011的有用信号很好的接收下来，而把其它方向的信号都当作干扰压制了。

图12是针对图10环境得到对应次强路径1012的波束图，即另外一个空时分支接收机中权值矢量对应的波束方向图。与图11中的波束111类似，图12中的波束121在50度左右有很大增益，而其它方向增益很小，这样就可以把图10中通过路径1012的有用信号很好的接收下来，而把其它方向的信号都当作干扰压制了。最后通过瑞克的多径合并，就可以把各个多径信号能量合并在一起。

图13是针对图10环境发射分集的波束图。发射分集的两路信号，一路通过波束131发射出去，一路通过波束132发射出去。波束131对应图11中的波束111，用这个波束发射的信号将通过图10中的路径1011从基站天线阵列到达移动台1001。波束132对应图12中的波束121，用这个波束发射的信号将通过图10中的路径1012从基站天线阵列到达移动台1001。由于这两个波束有很好的方向性，这种方法实现通常的发射分集的同时对其它方向上的移动台(比如图10中的移动台1005和1006)干扰非常小，这对系统通信质量和容量的提高大有贡献，同时还可以降低系统功耗。

图14是针对图10环境两个较强波束权值叠加得到的波束图。如果高层不指定用发射分集。波束权值选择综合模块把图11中的波束111和图12中的波束121对应的权值矢量叠加，得到新的权值矢量对应的波束方向图。这个波束方向图中有两个比较大的波瓣141、142，分别指向105度和50度方向。用户数据从这个波束发射出去，可以通过图10中的路径1011和1012从基站天线阵列到达移动台1001，而对其它移动台1005和1006干扰很小。在移动台1001，能把这两个波瓣过来的信号用移动台的瑞克接收机接收合并。这种智能天线发射方法是本发明提出的另一种发射分集方式，这种方法同样能得到类似通常发射分集(如开环发射分集，闭环发射分集)的效果，而且移动台接收处理更加简单，对其它用户干扰很小，需要功率比较低。同时，和通常用一个方向波束的智能天线系统相比，这种发射方法能够有效的对抗移动台移动中的多径变化，提高了智能天线系统的稳定性和健壮性。

Claims (10)

1、一种智能天线瑞克接收方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：首先对基带信号先进行时域上的多径搜索和分配；然后对于分配下来的每一个多径时延，用一路空时分支接收机接收：空时分支接收机对基带数字信号用当前的波束权值进行空间加权求和，对加权后的数据信号进行多径跟踪和解扰解扩处理，得到符号级数据信息，每个空时分支接收机中利用系统中高层信息和解扰解扩模块中的信息进行本空时分支接收机的波束权值自适应更新计算，得到的新权值作为当前权值，同时，空时分支接收机对解扰解扩后的数据进行信道估计补偿，补偿后的信息数据送出空时分支接收机；最后对各个空时分支接收机送来的信息数据进行多径合并得到数据信息。

2、如权利要求1所述的智能天线瑞克接收方法，其特征在于，所述对基带信号先进行时域上的多径搜索和分配步骤前还包括步骤：

利用天线阵列接收射频信号，对该射频信号进行射频通道处理，使其转换成基带数字信号，射频通道处理包括信号的低噪声放大、解调、变频、自动增益控制、模数变换处理。

3、如权利要求1或2所述的智能天线瑞克接收方法，其特征在于，所述对基带信号先进行时域上的多径搜索和分配进一步包括步骤：

多径搜索模块对射频通道过来的基带数字信号进行多径搜索，搜索出一个用户不同时延的多径信息，然后根据得到的多径信息进行多径分配，把能量比较大的多径作为解扰解扩的多径，把这些多径时延分别送入各个空时分支接收机的跟踪解扰解扩模块。

4、一种智能天线瑞克接收装置，其特征在于：该接收装置包括天线阵列、多个射频通道、多个单用户空时瑞克模块，

所述的天线阵列包括两个或两个以上的天线阵元，其输出端接到射频通道的输入端；

所述的多个射频通道的数量与天线阵元数量相同，每个射频通道输入端接一个阵元的输出端，所有射频通道的输出端接到各个单用户空时瑞克模块的输入端；

所述的单用户空时瑞克模块进一步包括多径搜索模块、多径分配模块、多个空时分支接收机、多径合并模块，

所述的多径搜索模块，完成对用户的多径搜索，搜索出一个用户不同时延的多径信息，多径搜索模块的输入信号为射频通道的输出信号、用户扰码信息，多径搜索模块的输出信息为各条多径的时延和能量信息并输入到多径分配模块；

所述的多径分配模块根据得到的多径信息进行多径分配，选择能量比较大的多径作为解扰解扩的多径，把这些多径时延分别各个送入空时分支接收机；

所述的空时分支接收机包括波束赋形模块、解扰解扩模块、信道估计补偿模块、权值更新模块，所述的波束赋形模块完成用当前权值对射频通道过来的信号进行复数加权求和，所述的解扰解扩模块完成对加权求和后的数据进行解扰解扩，解扰解扩后的数据在送到信道估计补偿模块的同时，还要给权值更新模块提供所需的信息数据；所述的权值更新模块完成权值更新后得到新的一组复数权值，然后把这套复数权值输出送往波束赋形模块，所述的信道估计补偿模块完成对解扰解扩后数据信息的信道估计和信道补偿，把补偿后的信息数据作为分支接收机的输出；所述的多径合并模块对所有空时分支接收机的输出进行合并。

5、如权利要求4所述的智能天线瑞克接收装置，其特征在于：

所述的波束赋形模块输入端与射频通道的输出端相连外，还与权值更新模块的权值输出端相连；

所述的解扰解扩模块的输入信号是波束赋形模块和多径分配模块的输出信号；

所述的权值更新模块的输入信号为各个射频通道的输出信号、扰码信息、导频符号信息；

所述的信道估计补偿模块输入信号主要是跟踪解扰解扩的输出数据，还需要导频符号信息。

6、如权利要求4或5所述的智能天线瑞克接收装置，其特征在于：所述的多径合并模块输入是各个分支接收机中的信号估计补偿模块输出的符号级数据，多径合并模块把这些数据进行最大比值合并或等增益合并，合并之后的数据作为单用户空时瑞克模块的输出，供后续处理。

7、如权利要求4或5所述的智能天线瑞克接收装置，其特征在于：所述的各模块，可以是硬件模块，也可以是软件模块。

8、如权利要求6所述的智能天线瑞克接收装置，其特征在于：所述的各模块，可以是硬件模块，也可以是软件模块。

9、如权利要求6所述的智能天线瑞克接收装置，其特征在于：所述的空时分支接收机还包括跟踪模块，用于完成对加权求和后的数据进行多径跟踪。

10、一种码分多址系统中的基带信号处理方法，其特征在于：

在接收基带信号时，

首先采用权利要求1或2所述的智能天线瑞克接收方法实现对用户信号的时空分集接收，

然后把各时空分支接收机的权值和解码结果的信号能量信息送给发射电路的波束选择模块；

在发射基带信号时，

首先采用智能天线发射分集方法把发射数据形成两路分集数据用两个不同的波束权值加权，

然后将两个不同的波束权值加权后送往射频通道；

其中所述智能天线发射分集方法，在接收端用多个波束接收一个用户信号的前提下，其具体步骤为：

第一步，先判断基站高层是否指示要进行发射分集；

第二步，如果需要进行发射分集，则同时进行如下处理，

a.从各个接收波束权值矢量中选择对应数据信号能量较大的两个波束权值矢量作为发射波束权值；

b.对下行发射的符号级数据进行通常的发射分集和扩频加扰处理，形成两路复数数据；

第三步，把第二步得到复数数据和发射波束权值矢量相乘，完成发射的波束加权过程，并把加权后的多路数据分别送往数据合路模块；

第四步，把第三步加权后的多路数据在数据合路模块中和其它用户以及公共信道的加权数据按照对应天线叠加合并，合并后的数据送往各个射频通道，最后从天线阵列发射出去。

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