CN101814939B

CN101814939B - 一种多天线发射分集方法及装置

Info

Publication number: CN101814939B
Application number: CN200910078459.2A
Authority: CN
Inventors: 王衍文; 李岩; 谭欢喜
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2009-02-23
Filing date: 2009-02-23
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2029-02-23
Also published as: CN101814939A

Abstract

本发明公开了一种多天线发射分集方法及装置。本发明方案中，设置波束组与频率的编码矩阵；将多个天线产生的波束分成不重合的两组，得到两个波束组；根据编码矩阵确定波束组在不同频率上发送的符号，提供了多天线的发射分集方案，解决了目前相关技术没有提供多天线发射分集方案的问题，并且在不增加额外导频开销的同时，能够获得较好的分集增益。本发明方案在多天线通信系统中将多天线发射分集结合波束形成，将不同的符号对应不同的波束组，进而进行波束组的状态切换，这样的分集方案相比传统的2天线空频编码具有6dB的性能增益。另外，本发明在进行波束组的状态切换中使符号能够得到完整覆盖。

Description

一种多天线发射分集方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别是指一种多天线发射分集方法及装置。

背景技术

在第三代合作伙伴计划(3GPP，3rd Generation Partnership Project)长期演进(LTE，Long-Term Evolution)系统中，下行定义了发射天线为2天线时的分集方式为空频分组编码(SFBC，Space Frequency Block Codes，)，编码矩阵为：

其中，编码矩阵的每一行对应不同的频率，每一列对应不同的天线，x₁、x₂空频编码前的符号，x^*表示对x求共轭。

下行还定义了4天线时的分集方式为频率切换分集(SFBC+FSTD，SFBC+Frequency Switch Time Division)，编码矩阵为：

其中编码矩阵的每一行对应不同的频率，每一列对应不同的天线，x₁、x₂、x₃和x₄分别为空频编码前的符号，x^*表示对x求共轭。

在3GPP长期演进高级(LTE-Advanced)通信系统中，为了提高下行的数据传输速率和频谱利用率，下行最多可使用8根发射天线，但是在现有的相关技术中，并没有提供8天线时的发射分集方式。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种多天线发射分集方法及装置，以解决目前相关技术没有提供多天线发射分集方案的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种多天线发射分集方法，在多天线通信系统中，该方法包含：设置波束组与频率的编码矩阵，所述编码矩阵的每一行对应不同的频率，每一列对应不同的波束组，包括第一波束组在第一频率和第二频率上分别发送x₁和x₂、及第二波束组在第一频率和第二频率上分别发送-x₂ ^*和x₁ ^*，其中，x₁、x₂为编码前的符号，x^*表示对x求共轭；将多个天线产生的波束分成不重合的两组，得到两个波束组；根据编码矩阵确定波束组在不同频率上发送的符号。

所述编码矩阵的分集方式可以为空频分组编码，所述第一频率对应第一子载波，所述第二频率对应第二子载波。

所述第一波束组和所述第二波束组两个波束组中所包含的波束集合需要能够完整覆盖指定空间区域；进一步地，所述第一波束组、所述第二波束组中所包含的各波束是：根据基站预先设定的天线权值生成的固定波束，和/或，自适应波束。

所述第一波束组和所述第二波束组在空间上相互独立；进一步地，所述第一波束组和所述第二波束组在空间上相互正交。所述第一波束组对应能量最大的波达角方向，所述第二波束组对应能量次大的波达角方向。

所述根据编码矩阵确定波束组在不同频率上发送的符号之后，进一步包括：根据多天线通信系统的设定需要进行切换时，进行波束状态的切换，切换完成后，各波束组按照当前状态在不同频率上发送符号。

所述进行波束状态的切换，包括：将所述第一波束组与所述第二波束组的空间位置互换，各波束组在不同频率上发送的符号保持不变；或者，将所述第一波束组与所述第二波束组在同一频率上发送的符号互换。

一种多天线发射分集系统，该系统包括：编码矩阵设置单元、波束分组单元、编码单元，其中，所述编码矩阵设置单元用于设置多天线通信系统的波束组与频率的编码矩阵设置，所述编码矩阵的每一行对应不同的频率，每一列对应不同的波束组，包括第一波束组在第一频率和第二频率上分别发送x₁和x₂、及第二波束组在第一频率和第二频率上分别发送-x₂ ^*和x₁ ^*，x₁、x₂为编码前的符号，x^*表示对x求共轭；所述波束分组单元用于将多个天线产生的波束分成不重合的两组，得到两个波束组；所述编码单元用于根据编码矩阵确定波束组在不同频率上发送的符号。

该装置进一步包括：波束切换单元，用于进行波束状态的切换。所述波束切换单元为：波束空间切换单元，用于将所述第一波束组与所述第二波束组的空间位置互换，各波束组在不同频率上发送的符号保持不变；或者，所述波束切换单元为波束信息切换单元，用于将所述第一波束组与所述第二波束组在同一频率上发送的符号互换。

本发明方案中，设置波束组与频率的编码矩阵；将多个天线产生的波束分成不重合的两组，得到两个波束组；根据编码矩阵确定波束组在不同频率上发送的符号，提供了多天线的发射分集方案，解决了目前相关技术没有提供多天线发射分集方案的问题，并且在不增加额外导频开销的同时，能够获得较好的分集增益。

本发明方案在多天线通信系统中将多天线发射分集结合波束形成，将不同的符号对应不同的波束组，进而进行波束组的状态切换，这样的分集方案相比传统的2天线空频编码具有6dB的性能增益。另外，本发明在进行波束组的状态切换中提供波束空间切换和波束信息切换两种具体的实现方式，使得符号能够得到完整覆盖。

附图说明

图1为本发明中实现多天线发射分集流程图；

图2A为本发明中采用波束空间切换的切换前波束状态示意图；

图2B为本发明中采用波束空间切换的切换后波束状态示意图；

图3A为本发明中采用波束信息切换的切换前波束状态示意图；

图3B为本发明中采用波束信息切换的切换后波束状态示意图；

图4为本发明中实现多天线发射分集装置结构示意图。

具体实施方式

相关技术中，提出了波束形成与空频编码相结合的多天线处理方案，通过理论分析和仿真验证都证明将分集输出的信号分别送入独立的波束形成阵列，与单一的空频分集相比可以获得6dB的增益。

本发明将结合波束形成和发射分集，设计包含多天线的通信系统、即多天线通信系统的分集方法，也就是说，在多天线通信系统中将多天线发射分集结合波束形成，将不同的符号对应不同的波束组，进而进行波束组的状态切换，这样的分集方案相比传统的2天线空频编码具有6dB的性能增益。下面结合附图对本发明方案的具体实现进行详细说明。

图1为本发明中实现多天线发射分集流程图，如图1所示，实现多天线发射分集的处理过程包括：

步骤101：对于多天线通信系统，将波束组与频率的编码矩阵设置为：

编码矩阵的每一行对应不同的频率，每一列对应不同的波束组，其中，x₁、x₂为编码前的符号，x^*表示对x求共轭。

步骤102：将多个天线产生的波束分成不重合的两组，得到两个波束组，两个波束组中所包含的波束集合需要能够完整覆盖指定空间区域。波束组的划分可以是任意的，每个波束组中所包含的波束数量可以相同，也可以不相同。

波束组1和波束组2中所包含的各波束为根据基站预先设定的天线权值生成的固定波束；也可以为自适应波束，即天线能够根据反馈的信道信息自适应产生适当的波束。

波束组1和波束组2可以在空间上相互独立；进一步地，波束组1和波束组2在空间上相互正交。

步骤103：根据编码矩阵确定波束组在不同频率上发送的符号。

所述编码矩阵的分集方式可以为空频分组编码，这样，根据编码矩阵波束组1和波束组2在子载波1上分别发送x₁和-x₂ ^*，波束组1和波束组2在子载波2上分别发送x₂和x₁ ^*。

每个小区可以划分成波束组1和波束组2，波束组1可以对应能量最大的波达角方向，波束组2可以对应能量次大的波达角方向，根据编码矩阵波束组1在不同频率上分别发送x₁和x₂，波束组2在不同频率上发送-x₂ ^*和x₁ ^*。

步骤104：根据多天线通信系统的设定需要进行切换时，进行波束状态的切换，切换完成后，各波束组按照当前状态在不同频率上发送符号。波束状态的切换包括波束空间切换和波束信息切换两种具体的实现方式。

波束空间切换是指将波束组1与波束组2的空间位置互换，而各波束组在不同频率上发送的符号保持不变。也就是说，切换状态前，波束组1在频率1和频率2上分别发送x₁和x₂，波束组2在频率1和频率2上分别发送-x₂ ^*和x₁ ^*；切换状态后、即切换完成后，波束组1仍然在频率1和频率2上分别发送x₁和x₂，波束组2仍然在频率1和频率2上分别发送-x₂ ^*和x₁ ^*，但是波束组1和波束组2的空间位置已经互换，与切换状态前不同了，从而使得x₁和x₂、及-x₂ ^*和x₁ ^*达到空间的完整覆盖，完整覆盖这一点对于控制信道的发射分集尤为重要。

波束信息切换是指切换状态下将波束组1与波束组2在同一频率上发送的符号互换。也就是说，切换状态前，波束组1在频率1和频率2上分别发送x₁和x₂，波束组2在频率1和频率2上分别发送-x₂ ^*和x_1*；切换状态后、即切换完成后，波束组1在频率1和频率2上分别发送-x₂ ^*和x₁ ^*，波束组2在频率1和频率2上分别发送x₁和x₂，从而使得x₁和x₂、及-x₂ ^*和x₁ ^*达到空间的完整覆盖，完整覆盖这一点对于控制信道的发射分集尤为重要。

在多天线通信系统设定的切换状态再次到达时，继续进行波束切换，即将波束组的状态恢复至执行上一次波束切换之前的状态。如此往复，波束组在两个状态之间进行切换，波束组的两个不同状态依次交替出现。

例如，初始时，每个小区按照天线覆盖范围的角度依次分成波束1、波束2、波束3、波束4四个固定波束，将波束1和波束3分为一组，得到波束组1，将波束2和波束4分为一组，得到波束组2，根据编码矩阵可得：波束组1在频率1和频率2上分别发送x₁和x₂，波束组2在频率1和频率2上分别发送-x₂ ^*和x₁ ^*。根据多天线通信系统的设定需要进行切换时，进入切换状态。

如果进行的是波束空间切换，则将波束组1(波束1和波束3)与波束组2(波束2和波束4)的空间位置互换，即将波束1与波束2的空间位置互换，波束3与波束4的空间位置互换，切换完成后，波束组1和波束组2在不同频率上发送的符号不变。

如果进行的是波束信息切换，将波束组1(波束1和波束3)与波束组2(波束2和波束4)发送的符号互换，切换完成后，波束组1在不同频率上分别发送-x₂ ^*和x₁ ^*，波束组2在不同频率上分别发送x₁和x₂。

下面以8天线的3GPP长期演进高级通信系统为例，对本发明方案的具体实现做更进一步地详细说明。

实例一，参见图1，具体处理过程包括以下步骤：

步骤101A：对于8天线的3GPP长期演进高级通信系统，将波束组与频率的编码矩阵设置为：

该编码矩阵的分集方式为空频分组编码。其中，编码矩阵的每一行对应不同的频率，每一列对应不同的波束组，x₁、x₂为编码前的符号，x^*表示对x求共轭。

步骤102A：小区按照天线覆盖范围的角度依次分成波束1、波束2、波束3、波束4四个波束，波束1为由基站预先设定的天线的权值生成的波束；波束2、波束3和波束4为自适应波束。假设基站覆盖的指定空间区域为0°～120°，波束1对准15°，波束2对准45°，波束3对准75°，波束4对准105°。每两个波束一组，波束1和波束3组成波束组1，波束2和波束4组成波束组2，各波束的形状如图2A所示。波束组1和波数组2在空间上相互独立，能够使经过空频分组编码处理的符号经过完全独立的信道，获得最大的分集增益。

步骤103A：根据分集方式为空频分组编码的编码矩阵确定波束组在不同频率上发送的符号，如图2A所示，波束组1(波束1和波束3)和波束组2(波束2和波束4)在子载波1上分别发送x₁和-x₂ ^*，波束组1和波束组2在子载波2上分别发送x₂和x₁ ^*，即波束组1分别在子载波1和子载波2上发送x₁和x₂，波束组2分别在子载波1和子载波2上发送-x₂ ^*和x₁ ^*。

步骤104A：根据多天线通信系统的设定需要进行切换时，采用波束空间切换进行波束状态的切换，即将波束组1(波束1和波束3)与波束组2(波束2和波束4)的空间位置互换，也就是说，波束1与波束2的空间位置互换，波束3与波束4的空间位置互换。切换完成后，各波束上发送的信息保持不变，只是波束组1与波束组2的空间位置进行了互换，如图2B所示。通过图2A和图2B的对比就能够非常清晰直观地了解到波束空间切换的具体实现了。

实例二，参见图1，具体处理过程包括以下步骤：

步骤101B：对于8天线的3GPP长期演进高级通信系统，将波束组与频率的编码矩阵设置为：该编码矩阵的分集方式为空频分组编码。其中，编码矩阵的每一行对应不同的频率，每一列对应不同的波束，x₁、x₂为编码前的符号，x^*表示对x求共轭。

步骤102B：每个小区分成波束1和波束2，波束1和波束2均为根据终端的波达角信息生成的自适应波束，波束的形状如图3A所示。波束1对应波束组1，波束2对应波束组2，其中，波束1对应能量最大的波达角方向，波束2对应能量次大的波达角方向。

步骤103B：根据分集方式可以为空频分组编码的编码矩阵确定波束组在不同频率上发送的符号，如图3A所示，波束1和波束2在子载波1上分别发送x₁和-x₂ ^*，波束1和波束2在子载波2上分别发送x₂和x₁ ^*，即波束1分别在子载波1和子载波2上发送x₁和x₂，波束2分别在子载波1和子载波2上发送-x₂ ^*和x₁ ^*。

步骤104B：根据多天线通信系统的设定需要进行切换时，采用波束信息切换进行波束状态的切换，即将波束1和波束2在同一频率上发送的符号互换。切换完成后，波束1分别在子载波1和子载波2上发送-x₂ ^*和x₁ ^*，波束2分别在子载波1和子载波2上发送x₁和x₂，如图3B所示。

波束1和波束2在空间上相互正交，在经过空频编码处理的符号的发送过程中保持不变，经过空频编码处理的符号经过完全独立的信道，在下一个空频编码时，可对符号进行自适应调整，以获得最大的分集增益。

图4为本发明中实现多天线发射分集装置结构示意图，如图4所示，该装置包括：编码矩阵设置单元、波束分组单元、编码单元，其中，编码矩阵设置单元用于将多天线通信系统的波束组与频率的编码矩阵设置为：

其中，编码矩阵的每一行对应不同的频率，每一列对应不同的波束组，x₁、x₂为编码前的符号，x^*表示对x求共轭；波束分组单元用于将多个天线产生的波束分成不重合的两组，得到两个波束组；编码单元用于根据编码矩阵确定波束组在不同频率上发送的符号。所述两个波束组中所包含的波束集合需要能够完整覆盖指定空间区域。

该装置进一步包括：波束切换单元，用于进行波束状态的切换。所述波束切换单元为波束空间切换单元，用于将波束组1与波束组2的空间位置互换，各波束组在不同频率上发送的符号保持不变；或者，所述波束切换单元为波束信息切换单元，用于将波束组1与波束组2在同一频率上发送的符号互换。

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

1.一种多天线发射分集方法，其特征在于，在多天线通信系统中，该方法包含：

设置波束组与频率的编码矩阵，所述编码矩阵的每一行对应不同的频率，每一列对应不同的波束组，包括第一波束组在第一频率和第二频率上分别发送x₁和x₂、及第二波束组在第一频率和第二频率上分别发送

和

，其中，x₁、x₂为编码前的符号，x^*表示对x求共轭；

将多个天线产生的波束分成不重合的两组，得到两个波束组；所述每个波束组中所包含的波束数量不相同；

根据编码矩阵确定波束组在不同频率上发送的符号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述编码矩阵的分集方式可以为空频分组编码，所述第一频率对应第一子载波，所述第二频率对应第二子载波。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述第一波束组和所述第二波束组两个波束组中所包含的波束集合需要能够完整覆盖指定空间区域；

进一步地，所述第一波束组、所述第二波束组中所包含的各波束是：根据基站预先设定的天线权值生成的固定波束，和/或，自适应波束。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述第一波束组和所述第二波束组在空间上相互独立；

进一步地，所述第一波束组和所述第二波束组在空间上相互正交。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一波束组对应能量最大的波达角方向，所述第二波束组对应能量次大的波达角方向。

6.根据权利要求1至5任一所述的方法，其特征在于，所述根据编码矩阵确定波束组在不同频率上发送的符号之后，进一步包括：根据多天线通信系统的设定需要进行切换时，进行波束状态的切换，切换完成后，各波束组按照当前状态在不同频率上发送符号。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述进行波束状态的切换，包括：

将所述第一波束组与所述第二波束组的空间位置互换，各波束组在不同频率上发送的符号保持不变；或者，

将所述第一波束组与所述第二波束组在同一频率上发送的符号互换。

8.一种多天线发射分集系统，其特征在于，该系统包括：编码矩阵设置单元、波束分组单元、编码单元，其中，

所述编码矩阵设置单元用于设置多天线通信系统的波束组与频率的编码矩阵设置，所述编码矩阵的每一行对应不同的频率，每一列对应不同的波束组，包括第一波束组在第一频率和第二频率上分别发送x₁和x₂、及第二波束组在第一频率和第二频率上分别发送

和

，x₁、x₂为编码前的符号，x^*表示对x求共轭；

所述波束分组单元用于将多个天线产生的波束分成不重合的两组，得到两个波束组，所述每个波束组中所包含的波束数量不相同；

所述编码单元用于根据编码矩阵确定波束组在不同频率上发送的符号。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，该系统进一步包括：波束切换单元，用于进行波束状态的切换。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述波束切换单元为：

波束空间切换单元，用于将所述第一波束组与所述第二波束组的空间位置互换，各波束组在不同频率上发送的符号保持不变；或者，

所述波束切换单元为波束信息切换单元，用于将所述第一波束组与所述第二波束组在同一频率上发送的符号互换。