CN101465683B - 基于双极化天线的上行接收方法及下行发射方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双极化天线的上行接收方法，包括：基站通过包括两组天线的双极化天线接收来自终端的信号，根据信号得到相应的基带信号，其中，信号与基带信号均包括训练序列部分和数据部分；基站对基带信号的训练序列部分进行信道冲击响应估计，获得信道冲击响应参数；基站根据获得的信道冲击响应参数，生成复合系统矩阵和对应于两组天线中每一组天线的冲击响应矩阵；以及基站利用生成的复合系统矩阵和冲击响应矩阵对基带信号的数据部分进行联合检测处理，恢复基带信号的数据部分的信息。此外，本发明还公开了一种基于双极化天线的下行发射方法。

Description

基于双极化天线的上行接收方法及下行发射方法

技术领域

本发明涉及通信领域，并且特别地，涉及一种用于时分同步码分多址(TD-SCDMA)系统的基于双极化天线的上行接收方法以及基于双极化天线的下行发射方法。

背景技术

在现有的智能天线技术中，通过利用信号传输的空间特性和数字信号处理技术，可以实现上行链路来波角度(DOA)估计以及下行链路波束赋形，从而达到降低噪声干扰、增加容量、扩大覆盖、改善通信质量、降低发射功率和提高无线数据传输速率的目的。

由于智能天线的阵列面积较大，所以使用天面较小的双极化天线是一种趋势。在2004年9月30日提交的申请号为200410084828.6的专利中提到一种用于码分多址通信系统的双极化天线平板天线阵列，该天线阵列有两组天线组成，每组天线有N个天线单元(N为正整数)，在其中一组上，每个天线单元的所有天线阵子相对普通垂直极化天线单元旋转+45°，另外一组旋转-45°，即，这两组天线是正交极化的，其中，每组天线内部满足常规的阵列设计。

然而，目前对于双极化天线尚未提出针对双极化天线的特性实现发射和接收的技术方案。

发明内容

考虑到上述问题而做出本发明，为此，本发明的主要目的在于提供一种基于双极化天线的上行接收方法以及基于双极化天线的下行发射方法，以有效实现基于双极化天线的接收和发射。

根据本发明的实施例，提供了一种基于双极化天线的上行接收方法。

该方法包括：基站通过包括两组天线的双极化天线接收来自终端的信号，根据信号得到相应的基带信号，其中，信号与基带信号均包括训练序列部分和数据部分；基站对基带信号的训练序列部分进行信道冲击响应估计，获得信道冲击响应参数；基站根据获得的信道冲击响应参数，生成复合系统矩阵和对应于两组天线中每一组天线的冲击响应矩阵；以及基站利用生成的复合系统矩阵和冲击响应矩阵对基带信号的数据部分进行联合检测处理，恢复基带信号的数据部分的信息。

其中，双极化天线接收的信号为来自多个终端的信号，并且多个终端中的每一个分别对应于各自的信道冲击响应参数。

另外，上述信道冲击响应参数包括：信道冲击响应值、信道化码、扰码、扩频码。其中，冲击响应矩阵包括冲击响应值。并且，联合检测矩阵包括扩频码。

根据本发明的另一实施例，提供了一种基于双极化天线的下行发射方法。

该方法包括：基站通过包括两组天线的双极化天线接收来自终端的信号，根据信号得到相应的基带信号，其中，信号与基带信号均包括训练序列部分和数据部分；基站对基带信号的训练序列部分进行信道冲击响应估计，获得信道冲击响应参数；基站根据获得的信道冲击响应参数，生成对应于两组天线中每一组天线的冲击响应矩阵；以及基站根据获得的冲击响应矩阵来获得两组天线中的每一组天线各自的空间相关矩阵或两组天线的联合空间相关矩阵，并获得其权值，确定将要发射的信号。

其中，在获得两组天线中每一组天线各自的空间相关矩阵的情况下，分别计算两组天线中的每一组天线各自的空间相关矩阵的权值，并由此获得两组天线中的每一组天线分别将要发射的信号。在这种情况下，进一步包括：设置两组天线分别发送的信号之间的时间间隔。

另一方面，在获得两组天线的联合空间相关矩阵时，将两组天线的信道估计矩阵彼此合并为联合空间相关矩阵，计算联合空间相关矩阵的权值，并由此获得两组天线将要发射的信号。

另外，上述信道冲击响应参数包括：信道冲击响应值、信道化码、扰码、扩频码。

通过本发明的上述技术方案，能够充分利用双极化天线中不同极化方式接收到的能量，进行上行接收解调和下行发射；并且，能够在性能接近的情况下，有效的减小天线面积，便于在实际工程的应用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的基于双极化天线的上行接收方法的流程图；

图2是采用根据本发明实施例的方法的双极化天线结构实例的示意图；以及

图3是根据本发明实施例的基于双极化天线的下行发射方法的流程图。

具体实施方式

方法实施例一

在本实施例中，提供了一种基于双极化天线的上行接收方法。

如图1所示，根据本实施例的基于双极化天线的上行接收方法包括：步骤S102，基站通过包括两组天线的双极化天线接收来自终端的信号，根据信号得到相应的基带信号，其中，信号与基带信号均包括训练序列部分和数据部分；步骤S104，基站对基带信号的训练序列部分进行信道冲击响应估计，获得信道冲击响应参数；步骤S106，基站根据获得的信道冲击响应参数，生成复合系统矩阵和对应于两组天线中每一组天线的冲击响应矩阵；以及步骤S108，基站利用生成的复合系统矩阵和冲击响应矩阵对基带信号的数据部分进行联合检测处理，恢复基带信号的数据部分的信息。

其中，双极化天线接收的信号为来自多个终端的信号，并且多个终端中的每一个分别对应于各自的信道冲击响应参数。

另外，上述信道冲击响应参数可以包括：信道冲击响应值、信道化码、扰码、扩频码。其中，冲击响应矩阵包括冲击响应值。并且，联合检测矩阵包括扩频码。

以下将结合实例，详细描述本发明。

图2示出了天线数量N为4时的双极化天线阵列，其中，一组天线阵子的极化方式相对普通垂直极化天线单元旋转+45°，另外一组相对普通垂直极化天线单元旋转相对普通垂直极化天线单元旋转-45°。

在具体进行接收和发射时主要包含以下步骤：

(1)信道估计：

设天线的个数为N，从两组不同极化方式的天线共接收到2N路信号，通过以下公式对每路信号分别进行信道估计：

$h_{Q_k}=\mathrm{IFFT}\left(\frac{\mathrm{FFT}\left(e_{Q_k}\right)}{\mathrm{FFT}\left({\mathrm{mid}}_{Q_k}\right)}\right)---\left(1\right)$

其中，Q＝1、2，表示两种极化方式，k＝1...N，e_Qk是某种极化方式(两种极化方式之一)下第k路的天线的接收信号，mid_Qk是本小区的midamble码，h_Qk表示信道估计值，h_Qk＝[h₁ h₂...h_w]，w为信道估计窗长；

由每路接收信号得到的h_Qk组成信道冲激响应矩阵如下：

H＝[h₁₁ ... h_1N h₂₁... h_2N]^T，其中，N是双极化天线阵元个数；

(2)上行联合检测：

根据之前得到的信道冲激响应响应矩阵H以及复合扩频码生成用于联合检测的V矩阵，V矩阵的元素V(iV，jV)存放的是用户k，第m根天线，第i列，第n个系统数据：

$b_i^{k,m}\left(n\right)=\underset{l=1}{\overset{W}{\mathrm{\Σ}}}{h}_l^{k,m}\·C_{(i-1)\·Q\left(k\right)+n-l+1}^k---\left(2\right)$

其中，C_Q(k) ^k为复合扩频码，Q(k)为扩频因子，Q(k)∈(1，2，4，8，16)；

再由得到的V矩阵生成系统矩阵A进行联合检测，进而进行后续处理，恢复接收信号的数据部分的原始数据。

方法实施例二

在本实施例中，提供了一种基于双极化天线的下行发射方法。

如图3所示，根据本实施例的基于双极化天线的下行发射方法包括：步骤S302，基站通过包括两组天线的双极化天线接收来自终端的信号，根据信号得到相应的基带信号，其中，信号与基带信号均包括训练序列部分和数据部分；步骤S304，基站对基带信号的训练序列部分进行信道冲击响应估计，获得信道冲击响应参数；步骤S306，基站根据获得的信道冲击响应参数，生成对应于两组天线中每一组天线的冲击响应矩阵；以及步骤S308，基站根据获得的冲击响应矩阵来获得两组天线中的每一组天线各自的空间相关矩阵或两组天线的联合空间相关矩阵，并获得其权值，确定将要发射的信号。

其中，在获得两组天线中每一组天线各自的空间相关矩阵的情况下，分别计算两组天线中的每一组天线各自的空间相关矩阵的权值，并由此获得两组天线中的每一组天线分别将要发射的信号。在这种情况下，进一步包括：设置两组天线分别发送的信号之间的时间间隔。

另一方面，在获得两组天线的联合空间相关矩阵时，将两组天线的信道估计矩阵彼此合并为联合空间相关矩阵，计算联合空间相关矩阵的权值，并由此获得两组天线将要发射的信号。

另外，上述信道冲击响应参数可以包括：信道冲击响应值、信道化码、扰码、扩频码。

具体地，在实际进行下行发射的过程中，由两种不同极化方式可得到2组天线数据信道信道冲激响应H₁和H₂，其中，

H₁＝[h₁₁ ... h_1N]^T、H₂＝[h₂₁ ... h_2N]^T，此时，存在以下2种发射方法：

(A)延时发射方法：首先按照以下方式生成2组天线数据各自的空间相关矩阵：

${\mathrm{Rxx}}_n=H_n\·H_n^H,---\left(3\right)$

其中，(n＝1，2)；

根据所生成的据2组天线数据各自的空间相关矩阵，采用常规EBB或GOB的波束赋形方法生成2个空间相关矩阵各自的权值：

$\left\{\begin{array}{c}{W}_1=[w_{11},w_{12},\·\·\·,w_{1N}]\\ W_2=[w_{21},w_{22},\·\·\·,w_{2N}]\end{array}\right.---\left(4\right)$

根据公式(4)得到2组天线各自的赋形权值后，通过以下公式得到每组天线下行需要发射的信号：

$\left\{\begin{array}{c}{Y}_{1N}=W_1^H\·X\\ Y_{2N}=W_2^H\·X\end{array}\right.---\left(5\right)$

其中，X表示下行需要发射的信号；

基于公式(5)得到的2组天线下行需要发射的信号后，对于第二组天线上的数据，整体延时n个码片的发射(n的值为可配置，根据TD-SCDMA帧格式特点，n＝0-16)，即：

Y_2N(t-nT)表示将Y_2N(t)延迟nT，其中， $T=\frac{1}{1.28}\mathrm{\μs},$ 为码片周期。

(B)联合赋形发射方法：

首先根据以下公式生成2路信号各自的空间相关矩阵：

Rxx＝[H₁ H₂]·[H₁ H₂]^H    (7)

根据公式(7)生成的空间相关矩阵，将2路信号的空间相关矩阵联合考虑，采用常规EBB的波束赋形方法生成赋性权值，即：

W＝[w₁₁，w₁₂，…，w_1N，w₂₁，w₂₂，…，w_2N]    (8)

根据公式(8)得到联合赋形权值后，根据以下公式得到天线下行需要发射的信号：

Y＝W·X    (9)

本领域的技术人员应当理解，本发明不仅可用于两路天线分别采用+45°和-45°旋转的极化方式的极化天线，还可以应用于垂直与水平极化方式的极化天线。

综上所述，借助于本发明的技术方案，能够充分利用双极化天线中不同极化方式接收到的能量，进行上行接收解调和下行发射；并且，能够在性能接近的情况下，有效的减小天线面积，便于在实际工程的应用。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于双极化天线的上行接收方法，其特征在于，包括：

基站通过包括两组天线的双极化天线接收来自终端的信号，根据所述信号得到相应的基带信号，其中，所述信号与所述基带信号均包括训练序列部分和数据部分；

所述基站对所述基带信号的训练序列部分进行信道冲击响应估计，获得信道冲击响应参数；

所述基站根据获得的所述信道冲击响应参数，生成复合系统矩阵和对应于所述两组天线中每一组天线的冲击响应矩阵；

以及

所述基站利用生成的所述复合系统矩阵和所述冲击响应矩阵对所述基带信号的数据部分进行联合检测处理，恢复所述基带信号的数据部分的信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述双极化天线接收的所述信号为来自多个终端的信号，并且所述多个终端中的每一个分别对应于各自的信道冲击响应参数。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述信道冲击响应参数包括：信道冲击响应值、信道化码、扰码、扩频码。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述冲击响应矩阵包括所述冲击响应值。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，联合检测矩阵包括所述扩频码。

6.一种基于双极化天线的下行发射方法，其特征在于，包括：

基站通过包括两组天线的双极化天线接收来自终端的信号，根据所述信号得到相应的基带信号，其中，所述信号与所述基带信号均包括训练序列部分和数据部分；

所述基站对所述基带信号的训练序列部分进行信道冲击响应估计，获得信道冲击响应参数；

所述基站根据获得的所述信道冲击响应参数，生成对应于所述两组天线中每一组天线的冲击响应矩阵；以及

所述基站根据获得的所述冲击响应矩阵来获得所述两组天线中的每一组天线各自的空间相关矩阵或所述两组天线的联合空间相关矩阵，并获得其权值，确定将要发射的信号。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在获得所述两组天线中每一组天线各自的空间相关矩阵的情况下，分别计算所述两组天线中的每一组天线各自的空间相关矩阵的权值，并由此获得所述两组天线中的每一组天线分别将要发射的所述信号。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括：设置所述两组天线分别发送的所述信号之间的时间间隔。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在获得所述两组天线的联合空间相关矩阵时，将所述两组天线的信道估计矩阵彼此合并为所述联合空间相关矩阵，计算所述联合空间相关矩阵的权值，并由此获得所述两组天线将要发射的所述信号。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述信道冲击响应参数包括：信道冲击响应值、信道化码、扰码、扩频码。

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