CN101174868B - 一种多用户发射分集的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多用户发射分集的方法及装置，用于解决现有发射分集技术中多天线的发射时延不能根据实际信道情况进行实时调整的问题，进一步解决由于发射时延配置不当而导致信道估计超过有效范围以及增加系统多址干扰的问题；该方法包括统计各天线上所有用户的信道冲激响应有效窗长；根据所述信道冲激响应有效窗长确定各天线的发射时延；以及根据所述各天线的发射时延在对应的时间点从各天线上发送信号。本发明根据信道情况实现了多天线发射时延的动态分配，避免了信道估计超出有效范围而增加多址干扰的问题，提高了系统的性能。

Description

一种多用户发射分集的方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域的分集技术，特别涉及一种多用户发射分集的方法及装置。 

背景技术

分集技术是一种常用的抗衰落技术，在移动通信领域得到了广泛的应用。其中，接收分集技术已经非常成熟，而发射分集技术近些年成为研究热点。延迟发射分集是发射分集的一种方式，通过发射天线的延迟发射人为的制造频率选择性信道，接收端采用合适的多径合并算法可以获得分集增益。如图1所示的延迟发射分集示意图中，在确定各天线的延迟后，通过延迟器在各天线上形成原发送信号的延迟分量并将其发送出去，发射延迟可以在基带实现也可以在模拟器件上实现。 

延迟发射分集的关键在于延迟时间的设定，在目前的技术中发射时延量一般是根据小区环境预先设定的，因此会出现如下问题：在频率选择性信道情况下，如果时延选择过小，会导致多天线信号衰落叠加而造成衰落深度和衰落率的增加；如果时延选择过大，会造成终端无法完整估计信道冲激响应，因而使得数据检测性能恶化，增加多址干扰；所以，发射时延选择不当会影响到系统的性能。 

发明内容

本发明提供一种多用户发射分集的方法及装置，用以解决现有发射分集技术中多天线的发射时延不能根据实际信道情况进行实时调整的问题，进一步解决由于发射时延配置不当而导致系统性能降低的问题。 

本发明提供如下技术方案： 

一种多用户发射分集的方法，包括步骤： 

统计各天线上所有用户的信道冲激响应有效窗长； 

根据所述信道冲激响应有效窗长确定各天线的发射时延，相邻两根天线中的后一根天线的发射时延为前一根天线的发射时延与该前一根天线上所有用户的信道冲激响应有效窗长之和；其中，所述各天线中的第一根天线的发射时延为零；以及 

根据所述各天线的发射时延在对应的时间点从各天线上发送信号。 

根据上行信道估计结果统计各天线上所有用户的信道冲激响应有效窗长；或者，根据终端反馈的相关信息统计各天线上所有用户的信道冲激响应有效窗长。 

各天线上各用户的信道冲激响应有效窗长的统计步骤包括： 

确定各天线上各用户信道冲激响应抽头功率的相关值大于对应阈值的所有信道冲激响应的位置的集合； 

根据所述集合中最大位置和最小位置之间对应的长度确定各天线上各用户的信道冲激响应有效窗长。 

所述相关值为瞬时值，或者为多帧算术平均值，或者为多帧加权平均值。 

在统计所述信道冲激响应有效窗长后进一步比较所有天线上的所有用户的信道冲激响应有效窗长之和与信道冲激响应限制窗长，当所述信道冲激响应有效窗长之和超过所述信道冲激响应限制窗长时，调整信道冲激响应有效窗长。 

调整信道冲激响应有效窗长的方法包括减少发射天线的个数；或者，对所有天线上所有用户的信道冲激响应有效窗长进行约束；或者，对部分天线上所有用户的信道冲激响应有效窗长进行约束；或者，增加信道冲激响应抽头功率的相关值对应的阈值。 

所述信道冲激响应限制窗长根据信道冲激响应的估计窗长和保护窗长确定。 

从各天线上发送信号时，等增益配置各天线上的发射功率；或者，根据用 户在各天线上的接收功率的比例配置各天线上的发射功率。 

用户在天线上的接收功率为所述用户在该天线上的所有信道冲激响应抽头功率之和。 

一种通信设备，包括： 

接收单元，用于接收其他通信设备发送的信息； 

统计单元，用于统计各天线上所有用户的信道冲激响应有效窗长； 

配置单元，用于根据所述信道冲激响应有效窗长确定各天线的发射时延，相邻两根天线中的后一根天线的发射时延为前一根天线的发射时延与该前一根天线上所有用户的信道冲激响应有效窗长之和；其中，所述各天线中的第一根天线的发射时延为零； 

发送单元，用于根据所述各天线的发射时延在对应的时间点从各天线上发送信号。 

所述通信设备还包括： 

设置单元，用于根据信道冲激响应的估计窗长和保护窗长设置信道冲激响应限制窗长； 

比较单元，用于比较所有天线上的所有用户的信道冲激响应有效窗长之和与所述信道冲激响应限制窗长； 

调整单元，用于当所述信道冲激响应有效窗长之和超过所述信道冲激响应限制窗长时，调整信道冲激响应有效窗长。 

所述调整单元调整信道冲激响应有效窗长的方法包括减少发射天线的个数；或者，对所有天线上所有用户的信道冲激响应有效窗长进行约束；或者，对部分天线上所有用户的信道冲激响应有效窗长进行约束；或者，增加信道冲激响应抽头功率的相关值对应的阈值。 

所述通信设备为基站。 

本发明有益效果如下： 

本发明根据信道估计结果对多经时延进行统计，通过统计各天线上各用户的信道冲激响应有效窗长进一步根据各天线上所有用户的信道冲激响应有效窗长确定各天线的发射时延；实现了多天线发射时延的动态配置，根据信道情况有效地设置多天线的发射时延，避免了由于发射时延的配置不当而导致多径信号叠加和衰落深度以及衰落率增加的问题，也解决了信道估计超出有效范围而增加多址干扰的问题，采用本发明提高了系统的性能。 

附图说明

图1为现有技术中延迟发射分集示意图； 

图2为本发明实施例中多用户发射分集的主要实现流程图； 

图3为本发明实施例中一种基站的结构示意图； 

图4为本发明实施例中多用户发射分集的具体实现流程图。 

具体实施方式

本实施例中利用信道估计直接进行多径扩展时延统计，首先统计各天线上各用户的信道冲激响应有效窗长，并根据该统计结果进一步确定各天线的发射时延，根据所述发射时延和用户在各天线上的发射功率在各天线上将信号发送出去。 

下面结合说明书附图对本发明技术方案作详细说明。 

如图2所示，本实施例中多用户发射分集的主要流程如下： 

步骤200、统计各天线上所有用户信道估计的信道冲激响应有效窗长。 

步骤201、根据所述信道冲激响应有效窗长确定各天线的发射时延。 

步骤202、根据所述各天线的发射时延在对应的时间点从各天线上发送信号。 

本实施例中的一种基站结构如图3所示，该基站包括接收单元30用于接收其他通信设备发送的信息；统计单元31用于统计各天线上所有用户的信道冲激响应有效窗长，可以直接根据上行信道估计结果进行统计，也可以根据终端反馈的相关信息进行统计；设置单元32用于根据信道冲激响应的估计窗长 和保护窗长设置信道冲激响应限制窗长；比较单元33用于比较所有天线上的所有用户的信道冲激响应有效窗长之和与所述信道冲激响应限制窗长；调整单元34用于当所述信道冲激响应有效窗长之和超过所述信道冲激响应限制窗长时，调整信道冲激响应有效窗长；其调整方法包括减少发射天线的个数；或者对所有天线上所有用户信道估计的信道冲激响应有效窗长进行约束；或者对部分天线上所有用户信道估计的信道冲激响应有效窗长进行约束；或者增加信道冲激响应抽头功率的相关值对应的阈值；配置单元35用于根据所述信道冲激响应有效窗长确定各天线的发射时延，相邻两根天线中的后一根天线的发射时延为前一根天线的发射时延与该前一根天线上所有用户信道估计的信道冲激响应有效窗长之和；其中，第一根天线的发射时延为零；发送单元36用于根据所述各天线的发射时延在对应的时间点从各天线上发送信号；从天线上发送信号时，等增益发射，即各天线上的发射功率相同；或者最大比发射，即各天线上的发射功率根据用户在各天线上的接收功率的比例进行配置。 

本实施例以直接利用上行信道估计结果进行多径时延扩展的统计为例对多用户发射分集的实现作详细说明，假设基站在第i帧接收到的各同频用户的信道冲激响应为： 

$h^{(i,k_a,k)}={[h_1^{(i,k_a,k)},h_2^{(i,k_a,k)},\·\·\·{,h}_W^{(i,k_a,k)}]}^T,k_a=1,\·\·\·,K_a,k=1,\·\·\·,K$

其信道抽头功率可以表示为： 

$p^{(i,k_a,k)}={[p_1^{(i,k_a,k)},p_2^{(i,k_a,k)},\·\·\·{,p}_W^{(i,k_a,k)}]}^T={[{\left|h_1^{(i,k_a,k)}\right|}^2,{\left|h_2^{(i,k_a,k)}\right|}^2,\·\·\·,{\left|h_W^{(i,k_a,k)}\right|}^2]}^T$

其中，K_a是基站所使用的天线数，K为基站接收的码道数，W是信道冲激响应窗长。 

如图4所示，实现多用户发射分集的具体步骤如下： 

步骤400、统计各天线上各用户信道估计的信道冲激响应有效窗长。 

步骤401、计算各天线上所有用户信道估计的信道冲激响应有效窗长。 

步骤402、确定信道冲激响应限制窗长。 

步骤403、判断所有天线上的所有用户信道估计的信道冲激响应有效窗长之和是否不超过所述信道冲激响应限制窗长，如果是，执行步骤405；否则，执行步骤404。 

步骤404、调整信道冲激响应有效窗长。 

步骤405、确定各天线的发射时延。 

步骤406、确定各天线上的发射功率。 

步骤407、根据各天线的发射时延和发射功率在对应的时间点从各天线上发送信号。 

在步骤400中，各天线上各用户信道估计的信道冲激响应有效窗长可以通过如下几种方法进行统计： 

方法1、根据瞬时值计算 

首先，计算瞬时信道冲激响应抽头功率大于一定门限ε_p，1的所有信道冲激响应的位置的集合Φ，如下所示： 

$\mathrm{\Φ}=\left\{w\right|p_w^{(i,k_a,k)}\≥{\mathrm{\ϵ}}_{p,1}\}$

其中，w为信道冲激响应的位置。 

然后，根据所述集合中最大位置和最小位置之间对应的长度确定各天线上各用户信道估计的信道冲激响应有效窗长 

计算公式如下： 

$W_{p,1}^{(k_a,k)}=\max \left(\mathrm{\Φ}\right)-\min \left(\mathrm{\Φ}\right)+1$

方法2、根据多帧算术平均值计算 

首先，存储N个信道冲激响应结果，并对其功率进行平均，如下所示： 

$p^{(k_a,k)}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{p}^{(i,k_a,k)}$

然后，计算信道冲激响应平均抽头功率大于一定门限ε_p，2的所有信道冲激响应的位置的集合Φ，如下所示： 

$\mathrm{\Φ}=\left\{w\right|p_w^{(k_a,k)}\≥{\mathrm{\ϵ}}_{p,2}\}$

最后，根据所述集合中最大位置和最小位置之间对应的长度确定各天线上 各用户信道估计的信道冲激响应有效窗长 计算公式如下： 

$W_{p,2}^{(k_a,k)}=\max \left(\mathrm{\Φ}\right)-\min \left(\mathrm{\Φ}\right)+1.$

方法3、根据多帧递归平均值计算 

首先，存储N个信道冲激响应结果，并对其功率进行加权平均： 

$p^{(k_a,k)}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i{p}^{(i,k_a,k)}$

其中， $\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i=1.$

然后，计算信道冲激响应加权平均抽头功率大于一定门限ε_p，3的所有信道冲激响应的位置的集合Φ，如下所示： 

$\mathrm{\Φ}=\left\{w\right|p_w^{(k_a,k)}\≥{\mathrm{\ϵ}}_{p,3}\}$

最后，根据所述集合中最大位置和最小位置之间对应的长度确定各天线上各用户信道估计的信道冲激响应有效窗长 

计算公式如下： 

$W_{p,3}^{(k_a,k)}=\max \left(\mathrm{\Φ}\right)-\min \left(\mathrm{\Φ}\right)+1$

在步骤401中，各天线上所有用户信道估计的信道冲激响应有效窗长可以通过如下两种方式计算： 

一种是计算所有用户的信道冲激响应有效窗长的最大值，如下所示： 

$W_p^{\left(k_a\right)}=\max \{W_p^{(k_a,1)},W_p^{(k_a,2)},\·\·\·,W_p^{(k_a,K)}\}$

另一种是计算所有用户的信道冲激响应有效窗长的平均值，如下所示： 

$W_p^{\left(k_a\right)}=\frac{1}{K}\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{W}_p^{(k_a,k)}$

其中，各天线上各用户的信道冲激响应有效窗长可以选择上述步骤400中任意一种方法计算得到。 

在步骤402中、确定信道冲激响应限制窗长的过程如下：假设终端信道冲激响应的估计窗长为W_max，则限制窗长为 

W_lim＝W_max-W_g

其中，W_g为保护窗长。 

在步骤404中、所有天线上的所有用户信道估计的信道冲激响应有效窗长之和与信道冲激响应限制窗长满足如下关系： 

$\underset{k_a=1}{\overset{K_a}{\mathrm{\Σ}}}{W}_p^{\left(k_a\right)}\≤W_{\lim }$

即：所有天线上的所有用户信道估计的信道冲激响应有效窗长之和不超过信道冲激响应限制窗长。 

当所有天线上的所有用户信道估计的信道冲激响应有效窗长之和超过信道冲激响应限制窗长时，可以采用如下几种方法调整信道冲激响应有效窗长。 

方法1，减少发射天线个数为K_a，t，使得： 

$\underset{k_a=1}{\overset{K_{a,t}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{W}_p^{\left(k_a\right)}\&le;W_{\lim }<\underset{k_a=1}{\overset{K_{a,t}+1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{W}_p^{\left(k_a\right)}$

方法2，对所有天线上所有用户信道估计的信道冲激响应有效窗长进行整体约束；即： 

方法3，对部分天线上所有用户信道估计的信道冲激响应有效窗长进行约束；即： 

或者， 

方法4、增加信道冲激响应抽头功率的相关值对应的阈值，使得： 

$\underset{k_a=1}{\overset{K_a}{\mathrm{\&Sigma;}}}{W}_p^{\left(k_a\right)}\&le;W_{\lim }$

上述方法1和方法3是简化的处理方式，为使调整结果比较合理目前较多采用上述方法2和方法4。 

在步骤405中，设定天线K_a的发射时延 

使其满足如下公式： 

${\mathrm{\&Delta;\&tau;}}_{k_a}=\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;\&tau;}}_1=0\\ {\mathrm{\&Delta;\&tau;}}_{k_a}={\mathrm{\&Delta;\&tau;}}_{k_a-1}+W_p^{(k_a-1)},k_a>1\end{array}\right.$

即：相邻两根天线中的后一根天线的发射时延配置为前一根天线的发射时延与该前一根天线上所有用户信道估计的信道冲激响应有效窗长之和；其中，第一根天线的发射时延为零。 

在步骤406中，配置用户k，k＝1，…，K在各天线上的发射功率时，假设接收帧对应的发射帧的间隔是Δframe，则可以通过如下两种方法配置各天线上的发射功率； 

方法1，等增益发射，用户k在各天线上的发射功率相同。 

方法2，最大比发射，用户k在各天线上的发射功率根据用户k在各天线上的接收功率的比例进行配置；用户k在各天线上的接收功率根据其瞬时接收功率，如下所示： 

$p^{(i,k_a,k)}=\underset{w=1}{\overset{W}{\mathrm{\&Sigma;}}}{p}_w^{(i,k_a,k)}$

本实施例中利用上行信道估计进行多径时延扩展的估计，可以在单天线情况下进行估计，也可以在多天线情况下对多天线的估计结果进行平均；通过终 端反馈相关信息进行下行延迟发射分集时，根据终端反馈的信道估计结果进行各天线发射时延的配置，实现过程与本实施例中的实现过程同理；采用终端反馈的方式获取信息并不限于仅反馈各天线信道的多经时延，还可以是其他信息(例如信道估计窗长等信息)，此处不详述。 

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。 

Claims (14)

1.一种多用户发射分集的方法，其特征在于，包括步骤：

统计各天线上所有用户的信道冲激响应有效窗长；

根据所述信道冲激响应有效窗长确定各天线的发射时延，相邻两根天线中的后一根天线的发射时延为前一根天线的发射时延与该前一根天线上所有用户的信道冲激响应有效窗长之和；其中，所述各天线中的第一根天线的发射时延为零；以及

根据所述各天线的发射时延在对应的时间点从各天线上发送信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据上行信道估计结果统计各天线上所有用户的信道冲激响应有效窗长；或者，根据终端反馈的相关信息统计各天线上所有用户的信道冲激响应有效窗长。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，各天线上各用户的信道冲激响应有效窗长的统计步骤包括：

确定各天线上各用户信道冲激响应抽头功率的相关值大于对应阈值的所有信道冲激响应的位置的集合；

根据所述集合中最大位置和最小位置之间对应的长度确定各天线上各用户的信道冲激响应有效窗长。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述相关值为瞬时值，或者为多帧算术平均值，或者为多帧加权平均值。

5.如权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，在统计所述信道冲激响应有效窗长后进一步比较所有天线上的所有用户的信道冲激响应有效窗长之和与信道冲激响应限制窗长，当所述信道冲激响应有效窗长之和超过所述信道冲激响应限制窗长时，调整信道冲激响应有效窗长。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，调整信道冲激响应有效窗长的方法包括减少发射天线的个数；或者，对所有天线上所有用户的信道冲激响应有效窗长进行约束；或者，对部分天线上所有用户的信道冲激响应有效窗长 进行约束；或者，增加信道冲激响应抽头功率的相关值对应的阈值。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述信道冲激响应限制窗长根据信道冲激响应的估计窗长和保护窗长确定。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，从各天线上发送信号时，等增益配置各天线上的发射功率；或者，根据用户在各天线上的接收功率的比例配置各天线上的发射功率。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，用户在天线上的接收功率为所述用户在该天线上的所有信道冲激响应抽头功率之和。

10.一种通信设备，其特征在于，包括：

接收单元，用于接收其他通信设备发送的信息；

统计单元，用于统计各天线上所有用户的信道冲激响应有效窗长；

配置单元，用于根据所述信道冲激响应有效窗长确定各天线的发射时延，相邻两根天线中的后一根天线的发射时延为前一根天线的发射时延与该前一根天线上所有用户的信道冲激响应有效窗长之和；其中，所述各天线中的第一根天线的发射时延为零；

发送单元，用于根据所述各天线的发射时延在对应的时间点从各天线上发送信号。

11.如权利要求10所述的通信设备，其特征在于，还包括：

设置单元，用于根据信道冲激响应的估计窗长和保护窗长设置信道冲激响应限制窗长；

比较单元，用于比较所有天线上的所有用户的信道冲激响应有效窗长之和与所述信道冲激响应限制窗长；

调整单元，用于当所述信道冲激响应有效窗长之和超过所述信道冲激响应限制窗长时，调整信道冲激响应有效窗长。

12.如权利要求11所述的通信设备，其特征在于，所述调整单元调整信道冲激响应有效窗长的方法包括减少发射天线的个数；或者，对所有天线上所 有用户的信道冲激响应有效窗长进行约束；或者，对部分天线上所有用户的信道冲激响应有效窗长进行约束；或者，增加信道冲激响应抽头功率的相关值对应的阈值。

13.如权利要求10至12任一项所述的通信设备，其特征在于，所述通信设备为基站。

14.如权利要求13所述的通信设备，其特征在于，所述发送单元从天线上发送信号时，等增益配置各天线上的发射功率；或者，根据用户在各天线上的接收功率的比例配置各天线上的发射功率。 

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