CN101499829B - 一种高速移动环境下的数据发送方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高速移动环境下的数据发送方法，包括：移动台所属基站通过该基站覆盖小区中的多个射频通道组接收所述移动台的上行数据信号，并根据该上行数据信号计算所述多个射频通道组中每个射频通道组上的信道因子；每个射频通道组包括至少两路射频通道；根据每个射频通道组上的信道因子确定最佳射频通道组；为最佳射频通道组中的至少两个射频通道分配发射功率，并在所述最佳射频通道组中的至少两个射频通道上发送下行数据信号，且所述至少两个射频通道相互间隔预设的时间间隔进行信号发送。本发明还提供了一种高速移动环境下的数据发送系统。应用本发明，能够遏制高速移动环境下多普勒效应对系统性能造成的影响，完善高速移动环境中的无线覆盖。

Description

一种高速移动环境下的数据发送方法及系统

技术领域

本发明涉及高速移动环境下的通信技术，特别涉及一种高速移动环境下的数据发送方法及系统。

背景技术

数字移动通信系统中的移动用户受到多普勒效应的影响，尤其当移动台高速运动时，同一子帧内的信道变化较快，造成联合检测的误差较大，即使使用相位校准技术(POC)，也不能完全纠正。

另外在TD-SCDMA系统中，采用智能天线波束赋型的方法跟踪用户，由于上下行信道的互易性，在下行链路上，利用上行接收信号计算的波束赋型因子会产生较大的误差，从而使波束赋型不准。这样会导致在高速环境中系统性能急剧下降，严重影响用户的通讯质量。

而一般地，高速铁路等环境中移动台的移动速度可达300km/h～500km/h。假设移动台的移动速度为300km/h，系统工作的载频为2GHz，则最大多普勒频移可达f_m＝v*f_c/c＝555Hz，从而会导致在接收端严重影响信号检测质量。在现有的TD-SCDMA标准中，采用智能天线波束赋型的方法跟踪用户，目前支持的移动台的最高移动速度是120km/h。

经查新，申请号200610164504.2提出了一种向高速移动的交通工具提供宽度通信的方法，其主要通过在WIMAX基站之间布置WLAN热点，当交通工具的速度高于一定阈值时，使用WLAN热点建立与交通工具间的通信。申请号200510124308.8提出了一种高速移动下正常通信的方法，主要通过在发送端发送接收端已知的信号，在接收端通过接收的已知信号对检测结果做校准，从而提高用户的检测性能。申请号02288157.3提出了一种微蜂窝分布式天线系统，其主要进行室内覆盖，组成部分是通过功分器得到多个支路，从而扩大室内覆盖范围。

由上述可见，目前并没有针对时分复用、码分多址系统在高速移动环境下正常通信的方法，特别是没有针对TD-SCDMA系统在高速移动环境下正常通信的方法。因此，在时分复用、码分多址系统中，移动台由于高速移动状态产生的多普勒频移，将导致系统性能恶化，完善高速移动环境中的无线覆盖，必须提出有效的技术手段，遏制多普勒效应对系统性能造成的影响。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种高速移动环境下的数据发送方法及系统，能够遏制高速移动环境下多普勒效应对系统性能造成的影响，完善高速移动环境中的无线覆盖。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种高速移动环境下的数据发送方法，包括：

a、根据多个射频通道组接收所述移动台的上行数据信号，计算所述多个射频通道组中每个射频通道组上的信道因子；每个射频通道组包括至少两路射频通道；

b、根据所述每个射频通道组上的信道因子确定最佳射频通道组；

c、为所述最佳射频通道组中的至少两个射频通道分配发射功率，并在所述最佳射频通道组中的至少两个射频通道上发送下行数据信号，且所述至少两个射频通道相互间隔预设的时间间隔进行信号发送。

较佳地，所述射频通道组中的每路射频通道间的相关系数不大于1/e。

较佳地，所述步骤b包括：

对所述每个射频通道组的信道因子进行相关处理，得到所述多个射频通道组中所有射频通道的空间相关矩阵

对空间相关矩阵进行特征值分解，确定最大特征值对应的特征向量W^k；

对特征向量W^k中的元素取模，并将模值最大的N个元素所对应的射频通道组确定为最佳射频通道组，N为大于或等于1的整数。

较佳地，所述确定最大特征值所对应的特征向量W^k为： $W^k=\arg \underset{W^k}{\max }{\left(W^k\right)}^H{R}_{\mathrm{hh}}^k{W}^k.$

较佳地，当步骤b中确定的最佳射频通道组为多个时，则针对所述多个最佳射频通道组，分别执行步骤c。

较佳地，步骤c中所述为最佳射频通道组中的每个射频通道分配发射功率包括：在确定的最佳射频通道组的至少两路射频通道上平均分配发射功率。

较佳地，所述预设的时间间隔以码片为单位。

一种高速移动环境下的数据发送系统，包括多个射频通道组、分别与每个射频通道组对应的多个接收发射转换开关和多个接收单元、一个天线选择单元、一个功率分配单元、一个延迟发送单元；

每一个射频通道组在包含至少两路射频通道，每一路射频通道包含一个天线单元，每一个天线单元用于进行上行链路的信号接收和下行链路的信号发送；

每一个接收发射转换开关，用于对相应的射频通道组，进行上行链路信号接收和下行链路信号发射的转换；

每一个接收单元，用于接收相应射频通道组上的信号，并根据接收到的信号计算该射频通道组上的信道因子；

最佳通道组选择单元，用于根据所有接收单元上的信道因子，确定最佳射频通道组；

功率分配单元，用于为最佳射频通道组的至少两个射频通道分配发射功率；

延迟发送单元，用于将数据信号映射到所述最佳射频通道组的至少两个路射频通道上，并对要发射的数据，通过所述至少两个射频通道的天线单元、以预设的时间间隔发射出去。

较佳地，不同射频通道组的天线单元间的距离、大于同一个射频通道组内的不同天线单元间的距离；

同一个射频通道组内的每路射频通道间的相关系数不大于1/e。

较佳地，所述延迟发送单元，用于根据预设的时间间隔，将不同射频通道上的发送信号进行不同的延迟后输入相应的射频通道。

由上述技术方案可见，本发明中，移动台所属基站通过该基站覆盖小区中的多个射频通道组接收所述移动台的上行数据信号，并根据该上行数据信号计算所述多个射频通道组中每个射频通道组上的信道因子；所述任一射频通道组包括至少两路射频通道；根据所述每个射频通道组上的信道因子确定最佳射频通道组；为所述最佳射频通道组中的至少两个射频通道分配发射功率，并在所述最佳射频通道组中的至少两个射频通道上发送下行数据信号，并且该发送下行数据信号的各个射频通道，相互间隔预设的时间间隔进行信号发送。通过上述方式，基站能够根据接收信号选择最佳射频通道组，从而为高速移动的移动台选择信号质量最好的射频通道组进行数据发送，以改善信号接收质量。并且，在利用该最佳射频通道组进行数据发送时，在该射频通道组中通过延迟分集进行信号发送，从而使信号通过不同的信道路径到达移动站，以遏制多普勒效应对系统性能造成的影响。

附图说明

图1为本发明提供的高速移动环境下的数据发送方法的总体流程图。

图2为本发明系统应用的一个实施例示意图。

图3为上述图2所示应用场景中本发明系统的一个具体结构示意图。

图4为本发明提供的数据发送方法的具体流程图。

图5为本发明系统的另一个实施例的具体结构示意图。

图6为本发明的数据发送方案与现有的智能天线方案的性能比较示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术手段和优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明做进一步详细说明。

本发明的基本思想是：利用多径对抗多普勒频移对系统性能的影响。

本发明提供了一种高速移动环境下的数据发送系统。该系统包括多个射频通道组、分别与每个射频通道组对应的多个接收发射转换开关和多个接收单元、一个天线选择单元、一个功率分配单元、一个延迟发送单元。其中，多个射频通道组沿移动台运动的路线放置。

每一个射频通道组在包含至少两路射频通道，每一路射频通道包含一个天线单元，每一个天线单元用于进行上行链路的信号接收和下行链路的信号发送。

每一个接收发射转换开关，用于对相应的射频通道组，进行上行链路信号接收和下行链路信号发射的转换。

每一个接收单元，用于接收相应射频通道组上的信号，并根据接收到的信号计算该射频通道组上的信道因子。

最佳通道组选择单元，用于根据所有接收单元上的信道因子，确定最佳射频通道组。

功率分配单元，用于为最佳射频通道组的至少两个射频通道分配发射功率。

延迟发送单元，用于将数据信号映射到最佳射频通道组的至少两个射频通道上，并对要发射的数据，通过所述至少两个射频通道的天线单元、以预设的时间间隔发射出去。

本发明还提供了一种高速移动环境下的数据发送方法。图1为该方法的总体流程图，其流程包括：

步骤101，根据多个射频通道组接收的所述移动台的上行数据信号，计算所述多个射频通道组中每个射频通道组上的信道因子。

其中，任一射频通道组包括至少两路射频通道。

步骤102，根据每个射频通道组上的信道因子确定最佳射频通道组。

步骤103，为步骤102中选择的最佳射频通道组中的至少两个射频通道分配发射功率，并在最佳射频通道组中的至少两个射频通道上发送下行数据信号，且所述至少两个射频通道相互间隔预设的时间间隔进行信号发送。

本步骤中，在选择出来的最佳射频通道组的射频通道上，利用其中的两个或两个以上的射频通道进行信号发送，其中，用于进行下行数据信号发送的射频通道越多，移动台的信号接收质量越好。同时，在利用多个射频通道发送信号时，不同的射频通道间隔一定时间发送信号，即采用延迟发送分集的方式，以获取延迟发送分集增益。

通过上述方法和系统，一方面通过多个射频通道组对移动台的分布式覆盖，使得多个射频通道组能够接收高速移动台的上行数据信号，从而使系统能够为根据不同射频通道组的信号接收质量进行分析，确定信号接收质量最好的射频通道组作为最佳射频通道组，进行下一周期的信号发送；另一方面，在进行信号发送时，利用最佳射频通道组中的多个射频通道，采用延迟分集的方式进行信号发送，从而形成多径，以对抗多普勒频移对系统性能的影响。并且，应用本发明的上述方法和系统，移动台不需做任何改动即可适应高速移动环境中的应用，并且本发明简单实用、易于实现。

上述即为对本发明的总体概述，下面通过具体实施例说明本发明的具体实施方式。

图2是本发明系统应用的一个实施例示意图。基站201通过光纤与三个射频通道组202、203和204相连，205和206分别是两个带有移动台的交通工具。

根据本发明的方法和系统，基站201可以分别为不同的移动台(205和206)提供最佳射频通道组上的通讯服务，当移动台的位置发生改变时，基站201可以通过对上行接收信号的计算处理，调整选择最佳的射频通道组为移动台服务。

根据本发明的方法和系统，基站201可以在一个射频通道组内为移动台(205或206)提供延迟发送分集信号，从而有效遏制移动台高速运动产生的多普勒效应，提高通讯质量。

图3是上述图2所示应用场景中本发明系统的一个具体结构示意图。为了简化示意说明，该具体结构图中只示意了含有两个射频通道组，每个射频通道组包含两路射频通道的系统。

如图3所示，在上行链路工作时段，基站处于接收状态。接收发射转换开关转向接收位置，射频通道组(303和304)中的天线单元接收来在自移动台(301和302)的上行信号。接收单元307和308分别对接收到的信号进行处理，计算得到对应每个射频通道的信道因子。

在下行链路工作时段，基站处于发送状态。最佳通道组选择单元409根据上行链路接收得到的信道因子计算出对应每一个移动台的最佳射频通道组。功率分配单元310在最佳射频通道组的两路射频通道上分配功率。延迟发送单元311把要发送的数据信号发送到与每个移动台(301或302)对应的最佳射频通道组上。发送的过程为：在其最佳射频通道组的两路射频通道上间隔一定的时间发送信号。接收发射转换开关(305和306)转向发送位置，通过射频通道组(303和304)的天线单元把数据发射出去。

上述图3所示的系统为包括两个射频通道组、每个射频通道组包括两路射频通道的情况。事实上，可以进一步延伸到包含一个或多个射频通道组、每个射频通道组包含两路或两路以上射频通道的通信系统。

另外，在上述数据发送系统中，在进行射频通道组和射频通道组内不同射频通道的天线单元设置时，优选地，不同射频通道组的天线单元间的距离(即对应302中的天线单元与303中的天线单元间的距离)、大于同一个射频通道组内的不同天线单元间的距离(即对应302中的两个天线单元间的距离)；同一个射频通道组(例如射频通道组302)内的不同射频通道对应的信道间互不相关，而当不同路的射频通道间的相关系数不大于1/e，其对应的信道间的相关性效果与互不相关类似，因此在射频通道组设置过程中，最好保证同一个射频通道组内的不同路的射频通道间的相关系数不大于1/e，以获得更好的接收性能。当然，在实际实施过程中，同一个射频通道组内的不同射频通道间的相关性也可以大于1/e，只是相关系数越大，接收性能要稍差一些。

在描述了本发明的上述系统之后，下面再对本发明的方法进行描述。

图4为本发明提供的数据发送方法的具体流程图。如图4所示，该方法包括：

步骤401，多个射频通道组接收移动台的上行数据信号，并根据该上行数据信号计算所述多个射频通道组中每个射频通道组上的信道因子。

本步骤中，信道因子是用于指示每个射频通道组信道强度的参数。该信道因子的获得可以采用现有的方式实现，这里就不再赘述。

步骤402，对步骤401中得到的各个射频通道组的信道因子做相关处理，得到各个射频通道组中各个射频通道的空间相关矩阵

本步骤中，根据信道因子获取空间相关矩阵的方式与现有的方式相同，这里就不再赘述。

步骤403，对空间相关矩阵

进行特征值分解，确定最大特征值对应的特征向量W^k。

本步骤中，具体确定最大特征值对应的特征向量的方式为： $W^k=\arg \underset{W^k}{\max }{\left(W^k\right)}^H{R}_{\mathrm{hh}}^k{W}^k.$

步骤404，对最大特征值对应的特征向量W^k中的元素取模，并将模值最大的元素对应的射频通道组，确定为最佳射频通道组。

本步骤中，特征向量W^k中模值最大的元素对应的射频通道组即为信道质量最佳射频通道组。这里，确定的最佳通道组可以为一个，也可以为多个，例如，当移动台运动到两个射频通道组的中间时，计算得到的特征向量W^k中有两个模值相同，均为最大，且二者对应的射频通道组不同。

至此，通过步骤402～404完成了对射频通道组上的信号质量进行判决，从而确定最佳射频通道组的操作，接下来，在该最佳射频通道组上进行下一周期信号的发送。

步骤405，为步骤404中确定的最佳射频通道组中的各个射频通道分配发射功率。

本步骤中，最简单地，为最佳射频通道组中的各个射频通道平均分配发射功率。

步骤406，在步骤404中确定的最佳射频通道组中的不同射频通道上，间隔一定的延迟时间发送下行数据信号。

本步骤中，在向移动台发送下行数据信号时，将下行数据信号映射到最佳射频通道组的至少两路射频通道上，并对要发射的数据进行调制后发送。不同通道上发送的信号要间隔一定的延迟时间，该延迟时间为预设的时间间隔。具体地，在设置时间间隔时，一方面该时间间隔不能过小，要保证接收端能够分辨出延迟的信号；另一方面该时间间隔不能过大，要保证延迟后的等效信道不能超过信道估计窗长。因此，预设的时间间隔通常以码片为单位，可以根据实际情况选择延迟一个或多个码片。

至此，图4所示的本发明实施例中数据发送方法的具体流程结束。在上述流程的步骤404中，将最大特征值对应的特征向量中模值最大的一个元素所对应的射频通道组确定为最佳射频通道组，事实上，也可以将模值最大的N(N＞1)个元素所对应的多个射频通道组确定为最佳射频通道组，也就是利用多个射频通道组进行下行数据信号的发送。当然，这种方式下比较浪费功率，增大了下行的干扰，因此，优选地，利用上述步骤404的操作确定最佳射频通道组进行信号发送。

图5是本发明系统的另一个实施例的具体结构示意图。在该实施例的具体结构中，示意了含有三个射频通道组的系统。其中第一个射频通道组中含有三路射频通道，第二个射频通道组中含有两路射频通道，第三个射频通道组中含有四路射频通道。上述射频通道组之间，可以根据系统需要任意选择不同的预设时间间隔进行信号发送，都能实现本发明的目的。

具体其中各个单元的结构和功能与前述图2所示系统中的单元相同，这里就不再赘述。

另外，对本发明的数据发送方法和现有的智能天线方案进行了仿真性能对比，图6为性能对比结果示意图。其中，仿真环境为：移动台速度300km/h。如图6所示，曲线1为采用现有的智能天线方案进行数据发送时，系统的接收信号信噪比与误块率的关系曲线；曲线2为采用本发明的方法和系统进行数据发送时，系统的接收信号信噪比与误块率的关系曲线。由曲线1和曲线2的对比可以看出，采用本发明的方法和系统时，在相同的接收信噪比条件下，能够获得更低的误块率，明显的改善系统的误块率性能，从而显著提高系统的通讯质量。

以上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。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)

1.一种高速移动环境下的数据发送方法，其特征在于，该方法包括：

a、根据多个射频通道组接收移动台的上行数据信号，计算所述多个射频通道组中每个射频通道组上的信道因子；每个射频通道组包括至少两路射频通道；所述信道因子是用于指示每个射频通道组信道强度的参数；

b、根据所述每个射频通道组上的信道因子确定最佳射频通道组；

c、为所述最佳射频通道组中的至少两个射频通道分配发射功率，并在所述最佳射频通道组中的至少两个射频通道上发送下行数据信号，且所述至少两个射频通道相互间隔预设的时间间隔进行信号发送。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述射频通道组中的每路射频通道间的相关系数不大于1/e。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b包括：

对所述每个射频通道组的信道因子进行相关处理，得到所述多个射频通道组中所有射频通道的空间相关矩阵

对空间相关矩阵进行特征值分解，确定最大特征值对应的特征向量W^k；

对特征向量W^k中的元素取模，并将模值最大的N个元素所对应的射频通道组确定为最佳射频通道组，N为大于或等于1的整数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述确定最大特征值所对应的特征向量W^k为： $W^k=\arg \underset{W^k}{\max }{\left(W^k\right)}^H{R}_{\mathrm{hh}}^k{W}^k.$

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当步骤b中确定的最佳射频通道组为多个时，则针对所述多个最佳射频通道组，分别执行步骤c。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c中所述为最佳射频通道组中的每个射频通道分配发射功率包括：在确定的最佳射频通道组的至少两路射频通道上平均分配发射功率。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设的时间间隔以码片为单位。

8.一种高速移动环境下的数据发送系统，其特征在于，该系统包括多个射频通道组、分别与每个射频通道组对应的多个接收发射转换开关和多个接收单元、一个天线选择单元、一个功率分配单元、一个延迟发送单元；

每一个射频通道组包含至少两路射频通道，每一路射频通道包含一个天线单元，每一个天线单元用于进行上行链路的信号接收和下行链路的信号发送；

每一个接收发射转换开关用于对相应的射频通道组，进行上行链路信号接收和下行链路信号发射的转换；

每一个接收单元，用于接收相应射频通道组上的信号，并根据接收到的信号计算该射频通道组上的信道因子；所述信道因子是用于指示每个射频通道组信道强度的参数；

最佳通道组选择单元，用于根据所有接收单元上的信道因子，确定最佳射频通道组；

功率分配单元，用于为最佳射频通道组的至少两个射频通道分配发射功率；

延迟发送单元，用于将数据信号映射到所述最佳射频通道组的至少两个路射频通道上，并对要发射的数据，通过所述至少两个射频通道的天线单元、以预设的时间间隔发射出去。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，

不同射频通道组的天线单元间的距离大于同一个射频通道组内的不同天线单元间的距离；

同一个射频通道组内的每路射频通道间的相关系数不大于1/e。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述延迟发送单元，用于根据预设的时间间隔，将不同射频通道上的发送信号进行不同的延迟后输入相应的射频通道。

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