CN101834647A - 一种分布式天线协同定时捕获方法 - Google Patents

Abstract

一种分布式天线协同定时捕获方法，在无线通信网络中建立分布式天线系统，其特征在于：利用参与协同定时捕获的各分布式天线的覆盖范围，计算出特定发射机信号到达各分布式接收天线的最大可能的时延差，并将该时延差作为协同定时捕获处理的搜索范围限制，在该搜索范围限制条件下进行协同定时捕获的搜索处理，改善各分布式接收天线的定时捕获的正确捕获概率。

Description

一种分布式天线协同定时捕获方法

技术领域

本发明涉及分布式天线系统的定时捕获。

背景技术

分布式天线系统的各分布式天线处于不同的地理，对于分布式天线系统的具体设计，需要仔细考虑发射信号到各分布式天线的同步问题。不失一般性，定时捕获应当在其他处理(如定时跟踪、信道估计和数据检测等)之前进行，因此，分布式天线系统的定时捕获非常重要。

在分布式天线系统中，假设有N根分布式接收天线通过光纤或电缆连接到同一中心处理器，这N根分布式接收天线会接收到特定发射机发射的信号，这一特定发射机发射的信号经历不同的路径到达N根分布式接收天线。将发射信号到达第i根分布式接收天线的传播时延表示为τ_i，其中，i＝1，2，…，N。由于τ_i并不相同，因此可以采用传统的定时捕获方法(如非相干定时捕获)对各分布式天线进行单独的定时捕获。

由于发射机发射的用于定时同步的同步码(或称为训练序列)在各分布式接收天线处已知，按照传统的处理方法，各分布式接收天线可以利用已知的同步码同接收信号进行相关运算，并按一定的准则(如最大似然准则)找到发射信号达到该分布式接收天线的传播时延。虽然，传统的定时捕获方法在分布式天线系统中是可行的，但它终究没有能够体现出分布式天线给该系统的定时捕获上带来好处。在分布式天线系统中采用传统的单天线系统或集中式系统的定时捕获方法，各分布式天线间没有进行协同处理，从而，在定时捕获时，不能获得分布式天线的接收分集带来的好处。

另一方面，分布式天线系统一旦建立，对于中心处理器而言，各分布式天线在直射路径下的覆盖能力是已知的。因而，在中心处理器处，可以很方便的提取到各分布式接收天线的覆盖能力信息，从而可以建立参与协调的限制条件，进而能进行协同定时捕获处理。

发明内容

本发明的目的是提供一种分布式天线系统的定时捕获方法，该方法利用各分布式天线的覆盖能力信息(在自由空间中可以达到的最大的覆盖范围)，建立多根分布式接收天线构成的“协同天线集”的协同定时捕获处理的限制条件，从而进行多根分布式天线间的协同定时捕获处理，改善各分布式接收天线的正确捕获概率。

假设有M(M≤N)根分布式接收天线构成“协同天线集”进行协同定时捕获处理，本发明包括系统建立时的处理过程和系统运行时的定时捕获处理过程。其中，系统建立时的处理过程为：

系统建立时，在中心处理器处建立一个时延差信息数据库，时延差信息数据库的数据在系统配置完成后就即可获取。获取的方法为：测量N根分布式覆盖范围，利用这些距离映射出每个发射机信号到达任意两个接收天线对之间的最大时延差，把这些最大时延差信息存储起来，便形成了时延差信息数据库。

系统运行时的定时捕获处理过程为：

(1).首先从时延差信息数据库中，提取出特定发射机信号到达协同天线集中所有两两天线间的最大时延差，并从选取出时延差中找到一个最大时延差值τ_max。

(2).利用一些常规的方法，如能量检测法(energy detection)，粗略判断用户信号是否存在。在判定用户信号存在后，进行后续处理(否则，不进行后续处理)。

(3).分别将协同天线集中的每根接收天线接收到的信号与特定发射机的同步码序列(或称训练序列)进行滑动相关处理，得到协同天线集中每根分布式接收天线的接收序列各个相位的相关值，所述的特定发射机的同步码序列是也预先存储在中心处理器。

(4).将第(3)步中获得的相关值进行模方运算，得到各分布式天线各个相位的模方运算后的结果。

(5).将第(4)步中获得的各天线模方运算后的各相位取值，分别与协同集中其他天线模方运算后不同相位的值进行合并，得到加权合并序列集合。

(6).在加权合并序列集合中进行搜索查找，找出不超过第(1)步中最大时延差τ_max的最大值。

(7).利用第(5)步中搜索得到的最大值，映射出各分布式接收天线最为可能的传输延迟，从而得到特定发射机发射信号到各分布式接收天线的延迟的最终估计值。该最终估计值就是定时捕获的估计值，因为接收端各分布式天线与同一中心处理器相连，各分布式接收天线间能非常精确的进行定时同步，因而，特定发射机与接收机的晶振之间的定时偏差也包含在传输延迟中。

所述的特定发射机是指某一将被关注的发射机。

该发明首先利用各分布式天线的位置，计算出特定发射机信号到达各分布式天线的最大可能的时延差，关联特定发射机信号到达各分布式天线的时延。利用这一关联，建立起多根分布式天线的协同处理；在协同处理时，按照限定搜索范围下进行的搜索，不搜索范围内的搜索值将不被采纳，排除掉一些由干扰(或噪声)引起的不在搜索范围内的搜索值。从而，使得参与协同处理的各分布式接收天线的定时捕获的正确捕获概率得以改善。

附图说明

本发明的目的及特征通过实施实例结合附图进行详细说明，这些实施例子是说明性的，不具有限制性。

图1是多根分布式天线协同定时捕获时的示意图(这里以7根分布式天线为例)；

图2是两根分布式天线协同定时捕获时的详解示意图；

图3是本发明多根分布式接收天线进行协同定时捕获的处理时的示意框图；

图4是分布式天线对之间的“时延差信息数据库”的建立的处理流程示意图。

1为接收天线，2为用户信号存在与否的判别模块，3为相关运算处理模块，4取模方运算处理模块，5为合并处理模块，6为时延差信息数据库，7为限定搜索范围选取模块，8为限定搜索范围下的搜索处理模块，9为分布式天线捕获映射，10系统配置完成，11各分布式天线覆盖范围测量模块，12为计算各天线对之间的最大时延差模块。

具体实施方式

图3所示的本发明的处理方法由接收天线1，用户信号存在与否的判别处理2，相关运算处理3，取模方运算处理4，合并处理5，“时延差信息数据库”6，限定搜索范围选取7，限定搜索范围下的搜索处理8以及各分布式天线捕获映射9组成。图4所示的时延差信息数据库的建立的处理流程，包括系统配置10，各分布式天线覆盖范围测量11，计算各天线对之间的最大时延差12和时延差信息数据库6。

设有N根分布式接收天线与中心处理器相连。下面以选择了M(M≥2)根分布式接收天线进行协同定时捕获处理，举例说明具体实施步骤，其实施流程如图3和图4所示。

时延差信息数据库建立步骤：系统建立时，在中心处理器处建立一个时延差信息数据库。该数据库的数据在系统配置10完成后即可建立，建立该数据库的处理流程如图4所示。在系统配置10完成后，我们可以通过天线覆盖范围测量11，得到各分布式天线在自由空间中的最大覆盖范围，利用该覆盖范围，建立协同处理的必要条件。

为方便理解，我们给出了协同处理建立的示意图，如图1和图2所示。图1给出了分布式天线协同定时捕获时的示意图，其中RA_i，i＝1，2，…7表示分布式拉远天线，阴影部分为需要天线协同定时捕获处理的可能区域(也就是说，真正的协同区域可能会小于这个区域，该区域只是根据自由空间下能达到的最大覆盖区域获得)。图1只给出了6根天线与天线RA₁进行协同的情况，根据需要，还可以有其他形式的组合。为进一步说明，我们给出了两根分布式天线协同定时捕获时的详解示意图，如图2所示。在图2中，D₁为有其他天线协同时，天线RA₁在自由空间传播中能达到的最大覆盖半径；D₂为内部区域半径，内部区域(Inner region)表示在自由空间中，不需要参与协同处理的区域(由于天线距离用户很近，接收信噪比通常足够大，不需要进行协同处理便可以获得较为理想的性能，如能有较好的定时同步，较好的误码率性能，等等)。与内部区域对应的是外部区域(Outer region)，该区域通常需要协同处理才能获得较好的性能(如较好的正确捕获概率，误码率性能等)。在图2中，假设RA₁和RA₂间的距离为D，根据RA₁和RA₂的坐标，有

$D=\sqrt{{(x_1-x_2)}^2+{(y_1-y_2)}^2}$

不失一般性，选择D₁≤D＜2D₁。由于D₁为有其他天线协同时，天线RA₁自由空间传播中能达到的最大覆盖半径，从而，在非自由空间传播的情况下，有

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\τ}}_{1}T\≤D_1/\mathrm{\υ}\\ {\mathrm{\τ}}_{2}T\≤D_1/\mathrm{\υ}\end{array}\right.$

其中，T为采样间隔，τ₁和τ₂为归一化到采样间隔的归一化时延，υ为光速。又由于在RR₁为中心，D₁-D为半径的区域内，不需要进行协同定时处理(该区域接收信噪比通常足够大)，从而，对于协同处理区域的用户，其信号时延还满足

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\τ}}_{1}T\≥(D_1-D)/\mathrm{\υ}\\ {\mathrm{\τ}}_{2}T\≥(D_1-D)/\mathrm{\υ}\end{array}\right.$

继而，我们可以得到

$|{\mathrm{\τ}}_1-{\mathrm{\τ}}_2|\≤{\mathrm{\τ}}_{\max }^{\left(\mathrm{1,2}\right)}$

其中，

为RA₁和RA₂间的最大可能的归一化时延差。从而完成RA₁和RA₂间的最大时延差计算12。

与中心处理器相连的天线为N根，通过计算各天线对之间的最大时延差12，得到τ_max ^(i，j)，将这些最大可能的时延差值为τ_max ^(i，j)存储起来，形成“时延差信息数据库”。

判别用户信号是否存在步骤：利用常规的信号存在与否的判别方法，如能量检测法(energydetection)，粗略判断用户信号是否存在。在判定用户信号存在后，进行后续处理(否则，不进行后续处理)。

限定条件提取步骤：从“时延差信息数据库”中提取参与协同处理的M根分布式接收天线任意两两天线之间最大时延差τ_max ^(k，m)，k＝1，2，…，M，m＝1，2，…，M，k≠m，并选取出它们间的最大值

利用|τ_k-τ_m|≤τ_max作为搜索处理的限定搜索范围。

相关运算处理步骤：将各分布式接收天线接收到的信号，分别与被存储在中心处理器处的特定发射机的同步码序列(或称训练序列)进行滑动相关，得到同步码序列在某一搜索步长下的不同序列相位的相关值。第k，k＝1，2，…，M根分布式接收天线的相关值序列为C_k＝{C_k，l}，l＝1，2，…，L，L为相关值序列长度，根据需要的最大可能时延具体确定。M根分布式接收天线的相关值序列为C＝{C_k}。

模方运算处理步骤：对相关运算处理后的相关值序列C_k进行模方运算处理，得到集合

M根分布式接收天线总的序列集合为

合并处理步骤：假设τ_k，k＝1，2，…，M为发射信号到达分布式接收天线k的传输延迟，根据最大似然准则，可得到合并处理后的序列集合为

其中，l_k＝1，2，…，L；k＝1，2，…，M。

限定条件下的搜索处理步骤：在满足搜索限定条件|τ_k-τ_m|≤τ_max的情况下，对合并处理后的集合C_p进行搜索，也即是作

$\left\{\begin{array}{c}\{{\widehat{\mathrm{\τ}}}_1,{\widehat{\mathrm{\τ}}}_2,\·\·\·,{\widehat{\mathrm{\τ}}}_M\}=\underset{\{{\mathrm{\τ}}_1,{\mathrm{\τ}}_2,\·\·\·,{\mathrm{\τ}}_M\}}{\arg \max }\left\{C_p\right\}\\ s.t.|{\mathrm{\τ}}_k-{\mathrm{\τ}}_m|\≤{\mathrm{\τ}}_{\max },k=\mathrm{1,2},\·\·\·,M,m=\mathrm{1,2},\·\·\·M,k\≠m\end{array}\right.$

处理，找到其大于捕获门限的最大取值，其中

为τ_k的估计值。最后是各分布式天线捕获映射步骤，该步骤利用限定条件下的搜索处理结果，映射得到{τ₁，τ₂，…，τ_M}的估计值

即为所需的定时捕获估计值，从而完成各分布式接收天线的定时捕获处理。

按照本发明具体实施方式提供的协同定时捕获方法，可以使得信号到达各分布式接收天线原本相互独立的时间延迟变得相关起来，既而可进行协同处理；在进行协同定时捕获时，不在搜索范围限定下的搜索值(通常由干扰或噪声引起)得以排除。从而，利用多根分布式接收天线进行协同定时捕获处理，可以使得各参与协同的分布式接收天线的定时捕获的正确捕获概率得以改善。

Claims (5)

1.一种分布式天线协同定时捕获方法，在无线通信网络中建立分布式天线系统，其特征在于：利用参与协同定时捕获的各分布式天线的覆盖范围，计算出特定发射机信号到达各分布式接收天线的最大可能的时延差，并将该时延差作为协同定时捕获处理的搜索范围限制，在该搜索范围限制条件下进行协同定时捕获的搜索处理，改善各分布式接收天线的定时捕获的正确捕获概率。

2.根据权利要求1所述的一种分布式天线协同定时捕获方法，其特征在于：在分布式天线选址后，利用各分布式天线在直射路径下的覆盖范围，计算出特定发射机信号到达任意分布式接收天线对的最大可能的时延差，并为这些时延差信息建立数据库。

3.根据权利要求1所述的一种分布式天线协同定时捕获方法，其特征在于：从时延差信息建立数据库选取出参与协同处理的天线的任意天线对间的时延差信息，并根据这些时延差信息计算得到定时捕获的限定搜索范围。

4.根据权利要求1所述的一种分布式天线协同定时捕获方法，其特征在于：在定时捕获时，利用限定搜索范围关联各分布式接收天线，从而进行定时捕获的协同处理。

5.根据权利要求1所述的一种分布式天线协同定时捕获方法，其特征在于：协同定时捕获的搜索处理，是在限定搜索范围下进行的搜索处理。

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