CN102017456A

CN102017456A - 一种多天线实现公共信道覆盖的方法及装置

Info

Publication number: CN102017456A
Application number: CN2010800008910A
Authority: CN
Inventors: 杨学志; 蒋伟
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2009-03-05
Filing date: 2010-03-05
Publication date: 2011-04-13

Abstract

一种多天线实现公共信道覆盖的方法，包括：将帧中用于发送公共信道信号的时间-频率资源划分成N个时间-频率资源块；生成N个权向量，每个权向量由M个权系数构成，所述M与天线的数目相等，所述N个权向量的方向图的平均方向图在全小区/扇区的各个方向上的增益差异小于预置的数值；为所述N个时间-频率资源块中的每个时间-频率资源块分别选取所述N个权向量中的一个，不同的时间-频率资源块的权向量各不相同；利用选择的权向量中的M个权系数，分别对对应的M个天线中的公共信道信号进行加权，并通过所述M个天线发送所述加权后的公共信道信号。另外还提供一种多天线实现公共信道覆盖的装置。

Description

一种多天线实现公共信道覆盖的方法及装置

本申请要求于 2009 年 3 月 5 日提交中国专利局、申请号为 PCT/CN2009/070647,发明名称为 "一种实现公共信道全面覆盖的方法及装置" 及 2009年 3月 5日提交中国专利局、申请号为 PCT/CN2009/072141、发明名称为 "一种多天线实现公共信道覆盖的方法及装置" 的专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明实施例涉及通讯领域，尤其涉及一种多天线实现公共信道覆盖的方法及装置。

背景技术

二十世纪九十年代以来，无线通信产业经历了爆炸式增长，随着语音、数据、视频等业务开始逐步移动化，对无线通信系统带宽的需求越来越高。但是，可用的频带资源日益紧张，因此，如何提高频谱利用率成为无线通信研究的一个关键问题。

能有效提高频谱利用率的技术包括：多址接入、信号检测、调制和信道编码等等，其中，潜力巨大的多天线系统（MAS, Multiple Antennas System )在无线通信中的地位日益重要。

智能天线（ SA， Smart Antennas )，又称为天线阵列系统（ AAS， Antenna Array System ), 是多天线系统的一种，智能天线的阵元间距一般小于信道的相关距离。利用天线阵元间的信号相关性，可以实现波束赋型，自适应地把高增益的窄波束指向通信中的移动终端，同时调整零陷对准干扰方向。

多输入多输出（ MIMO， Multiple Input Multiple Output )是多天线系统的另一种形式， Foschini从理论上证明了该技术提高频谱利用率的巨大潜力，其信道容量随着天线的数量线性增长（正比于收发端最小天线数）。多天线系统结合空时编码（STC， Space Time Coding ), 产生空间分集的效果，可以降低误码率，提高系统的可靠性。多天线系统也可采用分层空时结构（BLAST, Bell Labs Layered Space Time )，形成多路并行的子信道，以空间复用的形式提高信道容量，实现高传输速率的通信。 MIMO技术也可以看成是一种智能天线，其主要区别在于天线阵元间距不同， MIMO系统天线间一般应保持不相关性。

蜂窝移动通信系统中，基站为蜂窝小区 /扇区中的每个活动用户分配专用信道（Dedicated Channel )来承载语音、数据或视频业务。基于多天线的基站，可以在专用信道上应用波束赋型或预编码等技术手段，为特定用户发射信号，并且降低对其他用户的干扰。

在实际的移动通信系统中，蜂窝小区 /扇区中除了专用信道外，还需要公共信道 (Public Channel)；公共信道承载小区 /扇区中所有移动终端都需要的公共信息，如广播信道中的系统信息，同步信道中的参考信号，前向接入信道 ( FACH, Forward Access Channel ) 中的导频、寻呼和公共控制消息等等。公共信道对基站系统覆盖的要求与专用信道有很大的差异，需要小区 /扇区中所有的移动终端都能同时接收到信号，所以基站对整个小区 /扇区需要有良好的全小区 /扇区覆盖。

现有技术中，有一种天线阵列全小区 /扇区覆盖的解决方案，该方案将公共信道信号的发射时间划分成时隙，选择一组方向图互补的权向量，在连续的时隙中交替使用互补的权向量，从而实现了基于智能天线的全小区 /扇区覆盖。

上述的技术中，虽然交替使用了多个互补的权向量，但是由于权向量的数量有限，且每个权向量对应的方向图是固定的，因此多个方向图的天线增益平均值在不同方向并不是完全相等，而只具有近似的等向性，从而导致各方向误比特率（BER， Bit Error Rate )性能差异比较大；

另外，上述技术仅仅针对线性阵列的智能天线系统，没有包括其它多天线系统，如 MIMO系统，也不包括其它形式的天线阵列，如方阵、圆阵等。发明内容

本发明实施例提供了一种多天线实现公共信道覆盖的方法及装置，能够实现全小区 /扇区中各方向接收到的信号质量一致。

本发明实施例提供的多天线实现公共信道覆盖的方法，包括：将帧中用于发送公共信道信号的时间-频率资源划分成 N个时间-频率资源块，所述 N为大于 1的正整数；生成 N个权向量，每个权向量由 M个权系数构成，所述 M与天线的数目对应，所述 N个权向量的方向图的平均方向图在全小区 /扇区的各个方向上的增益差异小于预置的数值；为所述 N个时间-频率资源块中的每个时间 -频率资源块分别选取所述 N个权向量中的一个，不同的时间 -频率资源块的权向量各不相同；利用选择的权向量中的 M个权系数，分别对对应的 M个天线中的公共信道信号进行加权，并通过所述 M个天线发送所述加权后的公共信道信号。

本发明实施例提供的多天线实现公共信道覆盖的方法，包括：

将帧中用于发送公共信道信号的物理资源划分成 N个物理资源块，所述 N 为大于 1的正整数；

生成 N个权向量，每个权向量由 M个权系数构成，所述 M与天线的数目对应，所述 N个权向量的方向图的平均方向图在全小区 /扇区的各个方向上的增益差异小于预置的数值；的一个，不同的物理资源块的权向量各不相同；

利用选择的权向量中的 M个权系数，分别对对应的 M个天线中的公共信道信号进行加权，并通过所述 M个天线发送所述加权后的公共信道信号。

本发明实施例提供的多天线实现公共信道覆盖的装置，包括：划分单元，用于将帧中用于发送公共信道信号的时间-频率资源划分成 N个时间-频率资源块，所述 N为大于 1的正整数；生成单元，用于生成 N个权向量，每个权向量由 M个权系数构成，所述 M与天线的数目对应，所述 N个权向量的方向图的平均方向图在全小区 /扇区的各个方向上的增益差异小于预置的数值；权向量选择单元，用于对于所述 N个时间 -频率资源块中的每个时间 -频率资源块分别选取所述 N个权向量中的一个，不同的时间-频率资源块的权向量各不相同；加权单元，用于利用选择的权向量中的 M个权系数分别对对应的 M个天线中的公共信道信号进行加权；发送单元，用于通过所述 M个天线发送所述加权后的公共信道信号。

本发明实施例提供的多天线实现公共信道覆盖的装置，包括：

划分单元，用于将帧中用于发送公共信道信号的物理资源划分成 N个物理资源块，所述 N为大于 1的正整数；

生成单元，用于生成 N个权向量，每个权向量由 M个权系数构成，所述

M与天线的数目对应，所述 N个权向量的方向图的平均方向图在全小区 /扇区的各个方向上的增益差异小于预置的数值；

权向量选择单元，用于对于所述 N个物理资源块中的每个物理资源块分别选取所述 N个权向量中的一个，不同的物理资源块的权向量各不相同；加权单元，用于利用选择的权向量中的 M个权系数分别对对应的 M个天线中的公共信道信号进行加权；

发送单元，用于通过所述 M个天线发送所述加权后的公共信道信号。从上述技术方案中可以看出，本发明实施例具有以下的有益效果：本发明实施例中，由于不同的时间 -频率资源块选择不同的相位对基权向量进行变换，不断改变波束方向图，使得在指定的方向上，天线增益随机变化，因此增益的平均值表现出等向性，从而实现全小区 /扇区中各方向接收到的信号质量一致；

其次，通过仿真实验证明，本发明实施例不仅限于智能天线系统，同时也适用于 MIMO 系统，并且，本发明的实施例不仅适用于线性天线阵列，也适用于圆阵、方阵及其它形状天线阵列。

附图说明

图 1为本发明实施例中多天线实现公共信盖的方法流程图；

图 2为本发明实施例中波束方向图；

图 3为本发明实施例中多天线实现公共信道覆盖的装置一个示意图；图 4为本发明实施例中多天线实现公共信道覆盖的装置另一示意图；图 5为本发明实施例中收发系统图；

图 6为本发明实施例中线性天线阵列仿真实验示意图；

图 7为本发明实施例中线性天线阵列一个波束方向图；

图 8为本发明实施例中线性天线阵列另一波束方向图；

图 9为本发明实施例中方形天线阵列波束方向图；

图 10为本发明实例中方形天线阵列仿真实验示意图。

具体实施方式

其中物理资源块可以是时间、频率（如 OFDM系统中的子载波）、或码（如

CDMA系统中的扩频码），和其它可用于通信的资源，以及这些资源的任意一种组合形式。本发明实施例以时间 -频率资源为例进行介绍，可以用其他通信的资源以同样的流程进行处理。

本发明实施例中的多天线实现公共信道覆盖的方法包括：

1 )将帧中用于发送公共信道信号的时间-频率资源划分成 N个时间 -频率资源块， N为大于 1的正整数；

本实施例中，当需要通过多天线发送公共信道信号时，首先将公共信道信为一帧），之后再将每帧当中用于传输公共信息的时间-频率资源划分成 N个时间-频率资源块， N为大于 1的正整数。

2 )生成 N个权向量，每个权向量由 M个权系数构成，所述 M与天线的数目对应，所述 N个权向量的方向图的平均方向图在全小区 /扇区的各个方向上的增益差异小于预置的数值；

当对时间 -频率资源进行划分之后，即可生成 N个权向量，具体生成权向量的过程将在后续实施例中进行描述，此处不作限定。

需要说明的是，本实施例中，生成的 N个权向量需要符合一定的规则，即 N个权向量的方向图的平均方向图在全小区 /扇区的各个方向上的增益差异小于预置的数值。

3 )对于所述 N个时间-频率资源块中的每个时间-频率资源块分别选取所述 N个权向量中的一个，不同的时间 -频率资源块的权向量各不相同；

当生成了 N个权向量之后，即可为不同的时间 -频率资源块分别选择不同的权向量，具体选择的方式可以有顺序选择或随机选择，选择过程将在后续的实施例中进行详细描述。

4 )利用选择的权向量中的 M个权系数分别对对应的 M个天线中的公共信道信号进行加权，并通过所述 M个天线发送所述加权后的公共信道信号。当选择了对应的权向量之后，即可使用该权向量中的 M个权系数分别对对应的 M个天线中的公共信道信号进行加权，并通过所述 M个天线发送所述加权后的公共信道信号。

本实施例中，由于生成的 N个权向量的方向图的平均方向图在全小区 /扇区的各个方向上的增益差异小于预置的数值，所以增益的平均值表现出等向性，从而实现全小区 /扇区中各方向接收到的信号质量一致。

为便于理解，下面结合附图对本发明实施例中的多天线实现公共信道覆盖的方法进行详细描述，请参阅图 1，本发明实施例中多天线实现公共信道覆盖的方法包括：

101、时间-频率资源的划分

102、获取基权向量；

本实施例中，首先设计一个基权向量^ = [ w₂ K w_M ] ^T , 该基权向量由 M个加权系数构成，加权系数记为 w = l,..., M， M个加权系数对应 M个发射通道， M个发射通道对应 M个天线， M是大于 1的正整数。

这里 Λ ^表示 Λ:的转置，例如矩阵 [_Wl w₂ Κ ν_Μ 表示矩阵 [_Wl w₂ K w_M\ 的转置。

该基权向量波束赋型所产生波束的覆盖角度应当达到预置门限，波束平坦度应达到预置门限，峰均比也应低于预置门限，也就是说该波束应具有覆盖角度宽、波束平坦，峰均比低的特征。

为降低成本，避免使用高功率放大器，可要求每个天线的发射功率相等，即对应基权向量中的每个权系数的模相等， |_Wl| = |_W2| =K =|_wJ。

103、获取 N个不同的相位；

本实施例中，获取 N个不同的相位，分别对应当前帧的 N个时间 -频率资源块，具体可以按照一定的准则从 [0, 2 r]选取 N个相位，选取的 N个相位变换后产生的权向量波束方向图应具有互补性，并尽可能使全小区 /扇区中不同方向的天线增益平均值相等，可以用计算机搜索或多次试验的方法来寻找满足要求的相位，例如可以使用 MATLAB等软件从 0到 2 π中选取符合要求的相位。

104、根据每个相位对基权向量进行变换得到 Ν个权向量；

当获取到基权向量以及 Ν个相位之后，则可以根据每个相位对基权向量进行变换得到 Ν个权向量，对应 Ν个时间-频率资源块，具体的：

假设有任一时间-频率资源块，记为 t，选取相位 )，对基权向量按照下式进行变换，产生一个新的权向量v(t) :

w{t) = diag[\ e^j e^j2mK _e ^j(M~^x) l w (1 )

其中， W表示基权向量， j = Tl , c¾g[jcl...jc"]表示由括号中 xl至 χη的各元素构成对角阵。

需要说明的是，除了采用上述式（1 ) 的方式计算权向量之外，还可以采用其他的方式计算权向量，例如：

从所述 Ν个不同的相位中选取一个相位；

在所述基权向量的第 m个权系数的相角上增加与 m倍的所选相位成正比的相位， m的取值从 1到 M;

将进行了上述的相角增加后的向量作为一个权向量；

重复上述选取相位以及进行相角增加的过程直至得到 N个权向量。

可以理解的是，在实际应用中，还可以采用更多的方式使用相位对基权向量进行变换得到权向量，具体方式此处不作限定。

本实施例中，步骤 101至 104所描述的是根据相位以及基权向量获取 N 个权向量的过程，需要说明的是，在实际应用中，同样还可以采用其他的方式获取权向量，只要使得 N个权向量的方向图的平均方向图在全小区 /扇区的各个方向上的增益差异小于预置的数值即可，具体方式此处不作限定。

105、对于 N个时间-频率资源块中的任意一个，选择 N个权向量中的任意一个；

上述步骤 104中可以根据 N个相位以及基权向量计算得到 N个权向量，这 N个权向量各不相同，且对应 N个时间-频率资源块，对于某个时间-频率资源块，可以从这 N个权向量中选取一个，具体的选取方法可以为：

一、顺序选取：

按照时间-频率资源块的排序，按顺序选取 N个权向量中的一个，例如第一个时间 -频率资源块选取第一个权向量，第二个时间 -频率资源块选取第二个权向量，以此类推。

二、随机选取：

除了上述描述的顺序选取之外，同样可以随机选取，对于某个时间 -频率资源块，随机地从 N个权向量中选取一个，但选取需要遵照一定的标准：每个权向量只能被选取一次，且每个权向量都需要被选择到。

106、利用选择的权向量中的 M个权系数分别对其对应的 M个天线中的公共信道信号进行加权；

当某一时间 -频率资源块确定了选取的权向量之后，对公共信道信号进行加权，按照该权向量进行波束赋型，因此该时间-频率资源块的波束方向图是：

其中 ( 表示天线阵列的方向矢量，该矢量是 Μ维的列向量，表示信号与天线阵列的方向角， ^ 表示向量v(t)的共轭转置。

举例说明，如果系统为线性天线阵列时，上式可以具体表示为：

其中， ^ 表示向量v(t)的共轭转置， ( 表示天线阵列的方向矢量，该矢量是 Μ维的列向量， 0表示信号与天线阵列的方向角， Μ表示天线的个数， Kt)表示第 t个时间-频率资源块在第 m个天线上的权系数， (0表示 ^(t)的共轭， d表示阵元的间距， j d

基权向量按式（1 )进行变换后，其波束方向图仍可以保持覆盖角度宽、波束平坦、峰均比低的特点，仅波束方向图旋转了 0(0，需要说明的是，此处所描述的旋转，并不是指简单的将波束图旋转一定角度，而是通过权向量相位的旋转，使波束图的形状发生变化。

假设基权向量的波束方向图如图 2中实线 201所示，该权向量产生的波束满足覆盖角度宽、波束平坦、峰均比低的要求。基权向量的波束方向图在 30。、 150。、 210。、 330。附近的增益较低，而在 15。、 165。、 225。、 315。附近具有高增益。

选取 ^) = 45，按照式（ 1 )对基权向量进行变换，新权向量 w(t)的波束方向图如图 2中虚线 202所示；新权向量产生的波束仍然满^^盖角度宽、波束平坦、峰均比低的特点。新权向量产生的波束方向图在 30°、 150°、 210°、 330° 附近的具有高增益，而在 15°、 165°、 225°、 315°附近增益较低。可见，两个波束方向图互补，对于一个指定方向，天线阵列的高低增益交替出现，通过信道编码和交织技术，可以实现公共信道全小区 /扇区覆盖的目的。

107、通过 M个天线发送加权后的公共信道信号。

当对公共信道信号加权完成后，通过 M个天线发送加权后的公共信道信号，按照一定顺序依次发送当前帧内的 N个时间-频率资源块的公共信道信号。

本实施例中，充分利用了多天线系统中已有的天线阵元和低功率放大器组，选取一个基权向量产生具有覆盖角度宽、波束平坦、峰均比低的波束，以随机的相位对基权向量进行变换，不断改变波束方向图。在指定的方向上，天线增益随机变化，因此增益的平均值表现出等向性。

需要说明的是，通过上述的步骤可以发送一帧的公共信道信号，并实现公共信道全小区 /扇区覆盖，但如果公共信道信号不止一帧，则需要继续发送下一帧的公共信道信号，由于权向量的数量越多，天线增益平均值等向性越强，因此，为进一步提高天线增益平均值的等向性，可以在不同帧中，使用不同的权向量，而不是简单地重复使用上一帧的权向量。

本实施例中，可以首先选择一个 "帧间递增相位值 "，利用相位值对当前帧的 N个权向量进行更新即可得到 N个不同的第二权向量，则可以在下一帧中使用这 N个第二权向量。具体的可以将相位值分别与当前帧的 N个相位值相加得到 N个第二相位值，利用 N个第二相位值，按照公式（1 )对基权向量进行变换，产生 N个第二权向量。

上面对某一帧中的 N个时间-频率资源块的发送过程进行了详细的描述，在实际应用中，公共信道信号往往不止一帧，下面针对多个帧的情况对本发明实施例中的多天线实现公共信道覆盖的方法进行描述：

基于多天线系统的小区 /扇区公共信道信号的发射时间划分成连续的时间帧，每帧的用于传输公共信息的时间 -频率资源被划分成 N个时间-频率资源块，每个资源块包括 L个调制符号。第 k帧的第 n时间 -频率资源块记为 t 。为了方便信道估计和解调，假设每个时间-频率资源块中的所有 L个符号经历的信道衰落是相关的。

首先确定基权向量v = [_Wl w₂ K w_M] ^T , 该基权向量由 Μ个加权系数构成，加权系数记为， w = l,..., Af， M个加权系数对应 M个发射通道， M个发射通道对应 M个天线， M是大于 1的正整数。

这里 Λ ^表示 Λ:的转置，例如矩阵 [_Wl w₂ Κ Γ表示矩阵 [_Wl w₂ K w_M \ 的转置。

通过该基权向量波束赋型所产生的波束应具有覆盖角度宽、波束平坦，峰均比低的特征。

按照一定的准则从 [0, 2π]中选取 Ν个相位值 (t ), η = Ι,Κ , Ν，顺序地或随机地 (随机选取方式要保证每个相位值被选取且只能被选取一次）从 (t )中选择一个相位，按照式（1 )对基权向量进行变换， N次变换后产生 N个权向量 w(¾,J, n = \, ..., N :

w{t_{k n}) = diag[\ e^j -^} eⁱ ^ ... _e ^J(M-^mt^] - w, n = \, ..., N 其中， w表示基权向量， ] = , i¾ag[jd...jm]表示由括号中 xl至 χη的各元素构成对角阵。

选取的 Ν个相位值变换后产生的权向量波束方向图应具有互补性，尽可能使全小区 /扇区中不同方向的天线增益平均值相等，可以用计算机搜索或多次试验的方法来寻找满足要求的相位。第 k帧的每个时间-频率资源块顺序地选择 _W J， " = 1，...，N中的一个的权向量进行波束赋型，即时间 -频率资源块选择权向量 w ,J；每个时间 -频率资源块也可以随机从v(t )中选择一个权向量，但要保证每个权向量必须被使用而且只能被使用一次。全小区 /扇区中的一个指定方向，如果在某个时间 -频率资源块中的天线增益 4艮低，那么在同一帧中另外的一些时间-频率资源块中增益会较高，经历波束方向图的低增益在 BER性能上等同于受到了信道的深衰落，可以通过信道编码和交织技术来消除影响。

由于权向量的数量越多，天线增益平均值等向性越强，因此，为进一步提高天线增益平均值的等向性，可以在不同的帧中使用不同的 N个权向量，而不是简单地重复使用上一帧的权向量。本实施例中的处理方式为：选取一个"帧间递增相位值 δ "，按照如下公式产生第 + 1帧的相位 φυ " = Ι,Κ , N：

第 A + l帧的每个时间-频率资源块按照上述第 k帧同样的方法，各选取一个相位值，然后进行变换，并用变换产生的新权向量波束赋型。

本实施例中，充分利用了多天线系统中已有的天线阵元和低功率放大器组，选取一个基权向量产生具有覆盖角度宽、波束平坦、峰均比低的波束，以随机的相位对基权向量进行变换，不断改变波束方向图，所以在指定的方向上，天线增益随机变化，因此增益的平均值表现出等向性；

其次，本实施例中，构成基权向量中的每个权系数的模可以相等，所以可以避免使用高功率放大器，从而降低系统成本；

再次，本实施例中，在为每个时间-频率资源块选择对应的权向量时，既可采用顺序选取的方式，也可以采用随机选取的方式，所以能够提高本实施例方案的灵活性；

更进一步，本实施例中，对于不同的帧，可以使用帧间递增相位值对相位进行更新，使得每一帧所使用的相位都不相同，从而使得不同帧所使用的 N 个权向量也不相同，所以能够进一步提高天线增益平均值的等向性。

下面对本发明实施例中的多天线实现公共信道覆盖的装置，具体在实际应用中，该装置可以位于基站中，请参阅图 3，本发明实施例中的多天线实现公共信道覆盖的装置一个实施例包括：

划分单元 301，用于将帧中用于发送公共信道信号的时间-频率资源划分成

N个时间-频率资源块， N为大于 1的正整数；

生成单元 302，用于生成 N个权向量，每个权向量由 M个权系数构成，所述 M与天线的数目对应，所述 N个权向量的方向图的平均方向图在全小区 / 扇区的各个方向上的增益差异小于预置的数值；

权向量选择单元 303，用于对于所述 N个时间-频率资源块中的每个时间- 频率资源块分别选取所述 N个权向量中的一个，不同的时间 -频率资源块的权向量各不相同；

加权单元 304，用于利用选择的权向量中的 M个权系数分别对对应的 M 个天线中的公共信道信号进行加权；

发送单元 305，用于通过所述 M个天线发送所述加权后的公共信道信号。为便于理解，下面对本发明实施例中的多天线实现公共信道覆盖的装置进行伴细描述，请参阅图 4，本发明实施例中的多天线实现公共信道覆盖的装置另一实施例包括：

划分单元 401，用于将帧中用于发送公共信道信号的时间-频率资源划分成 N个时间-频率资源块， N为大于 1的正整数；生成单元 402，用于生成 N个权向量，每个权向量由 M个权系数构成，所述 M与天线的数目对应，所述 N个权向量的方向图的平均方向图在全小区 / 扇区的各个方向上的增益差异小于预置的数值；

权向量选择单元 403，用于对于所述 N个时间 -频率资源块中的每个时间 - 频率资源块分别选取所述 N个权向量中的一个，不同的时间-频率资源块的权向量各不相同；

加权单元 404，用于利用选择的权向量中的 M个权系数分别对对应的 M 个天线中的公共信道信号进行加权；

发送单元 405，用于通过所述 M个天线发送所述加权后的公共信道信号。其中，生成单元 402包括：

基权向量获取单元 4021，用于获取基权向量，所述基权向量由 M个权系数构成，所述 M与天线的数目对应；

相位获取单元 4022，用于获取 N个不同的相位；

变换单元 4023，用于根据相位获取单元 4022获取到的每个相位对所述基权向量获取单元 4021获取到的基权向量进行变换得到 N个权向量，所述 N个权向量各不相同，所述 N个权向量各自包含 M个权系数。

若发送的公共信道信号不止一帧，则本实施例中的装置还可以进一步包括：

递增获取单元 406，用于获取预置的帧间递增相位值；

相位更新单元 407，用于根据所述递增获取单元 406获取到的帧间递增相位值对所述相位获取单元 4022获取到的 N个相位进行更新。

本实施例中的权向量选择单元 403还可以进一步包括：

顺序选取单元 4031，用于按照 N个时间-频率资源块的排序，顺序选择所述 N个权向量中对应的权向量；

或，

随机选取单元 4032，对于 N个时间-频率资源块，随机从所述 N个权向量中选择一个权向量，不同时间-频率资源块选择的权向量各不相同。

本实施例中，基权向量获取单元 4021选取一个基权向量产生具有覆盖角度宽、波束平坦、峰均比低的波束，相位获取单元 4022获取相位，且由变换单元 4023以随机的相位对基权向量进行变换，不断改变波束方向图。在指定的方向上，天线增益随机变化，因此增益的平均值表现出等向性。本实施例实现了多天线对全小区 /扇区覆盖的天线增益等向性。

下面结合本实施例中的收发系统，以一个具体实例对数据收发过程进行描述：

假设一个 8阵元的线性天线阵列，选择如下基权向量：

w = [l 1 1 -1 1 -1 -1 ι]^τ

设天线阵元的间距为半个波长 d = l/2，根据公式（2) 可以获得基权向量的波束方向图，具体可以参见图 2，基权向量的波束方向图覆盖了大部分的角度、波束平坦、峰均比低。

请参阅图 5，图 5为本发明实施例中的收发系统，在发射端，公共信道信号经过编码调制单元 501之后得到符号分块，每块包括 N个调制符号，以向量 d表示。

设接收信号表示为

— [ 1 · · · X N ]

得到的符号分块后，通过组帧单元 502 进行组帧，再进入波束赋型单元 504进行波束赋型，此外还可以通过 OFDM调制单元 503进行正交频分复用 ( OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiple )调制，之后通过信道 505 进行传输，到达接收端由 OFDM解调单元 506进行解调，并进入接收机 507。

需要说明的是，经过波束赋型、多径信道衰落和加性白噪声（AWGN)作用后，接收信号可以表示为：

x =—^H G d + n =—^A d + n 上式中的 H 为信道响应矩阵，如果信道为单抽头信道，例如时分多址

(TDMA, Time Division Multiple Access ) 系统中的窄带信号，或正交频分多址 (OFDMA, Orthogonal Frequency Division Multiple Access )系统，此时信道响应矩阵是对角矩阵：

H = diag [¾ h₂ ... h_N] ^T

其中， ^,/^Κ,/^分别是每帧中 Ν个时间-频率资源块的信道响应系数。波束赋型增益矩阵表示为 G，由指定方向的波束方向图确定。 G = diag [g₁ g₂ ... g_N]

其中， ,&,Κ , 分别是 N个时间-频率资源块中使用的 N个权向量的波束赋型天线增益，可以由如下公式计算出：

g_n =∑w_me ^λ , n = U 表示第 m个天线上的权系数，表示的共轭， d表示阵元的间距， j = , 表示信号与天线阵列的方向角， 1表示波长，表示第 k帧的相位。

为了简化标记，用矩阵表示矩阵 (；和 H的乘积，也是对角阵。

A = H G

最后，在译码解调单元 508中，传输数据符号可以用典型的最小均方误差

( MMSE ) 算法解调，具体解调算法如下所示：上述介绍了公共信道信号的传输过程，其中，在波束赋型单元 504中执行的操作即如前述方法实施例中描述的多天线实现公共信道覆盖的方法，具体过程此处不再赘述。

为了验证上述的方案能够达到预期效果，下面介绍本发明实施例中的仿真正过程：

本发明实施例提出的基于多天线的全小区 /扇区覆盖方法在 MATLAB/Simulink平台中进行仿真，为了充分验证本发明实施例的实用性，选取的仿真参数皆为实际通信系统中已采用或标准中已定义的，见下表。

表 1 仿真参数表

交织矩阵交织 288x120

4-QAM ( QPSK ), Gray映射，搭配 LDPC码时，解调调制器（软）输出对数似然比（LLR， Log-Likelihood Ratio );

搭配卷积码时，解调器采用硬判决

OFDM DFT长度 128，循环前缀长度 16

信道估计理想信道估计

瑞利高斯白噪声信道，瑞利信道采用 3GPP 中定义的 VA信道（具体参数见表 2 )，最大多普勒频移设为 100赫信道

兹；高斯白噪声信道的信噪比（ SNR ) 仿真范围： [-2 dB, 18 dB]

线性天线阵列（ULA ), 8阵元， P车元间距 c/ = l/2，基多天线权向量 w = [l 1 1 -1 1 -1 -1 ι] ^τ , 初始变换相位 φ_η " = 1,· · ·,4等于 60°、 120°、 240°、 300° ,巾贞间递增目位 = 37° 接收机 MMSE算法， jc = (H^ffH + ²/)- 每帧时间划分成 4时隙，频率不划分，时间-频率块中帧格式

符号长度 L=128

3GPP VA信道参数表

参考图 6中仿真结果曲线，单天线和多天线全向波束两种方案进行了仿真对比，每个方案分别采用 LDPC码和卷积码，共四组仿真。

其中，曲线 601 为多天线全向波束采用卷积码时的性能曲线，曲线 602 为单天线采用卷积码时的性能曲线，曲线 603为多天线全向波束采用 LDPC码时的性能曲线，曲线 604为单天线采用 LDPC码时的性能曲线。

仿真实验中随机选取了蜂窝小区 /扇区多个不同的接收角度，仿真结果表明，小区 /扇区中不同方向接收信号质量完全一致，证明了本发明实施例中的多天线阵列全小区 /扇区覆盖的等向性。如图 6所示，多天线全向波束的 BER 性能相对于单天线仅有 1 ~ 2分贝的接收信号功率信噪比（ SNR )损失。较弱编码情况下（卷积码），与单天线的可靠性相比接收信号信噪比损失约 2分贝。较强编码（ LDPC码）情况下，单天线与多天线全向波束的信噪比差仅 1分贝。

通过仿真证明，本发明实施例中提出的多天线系统中的全向波束赋型算法，可以提供良好的全小区 /扇区覆盖。

上述仿真选取的天线间隔是半个波长， ά = ψ , 对应的多天线系统具体为智能天线。可以看出，本发明实施例可以为智能天线系统提供良好的全小区 / 扇区覆盖。当天线间隔增加时，阵元间相关性随之减弱，对应的多天线具体为

ΜΙΜΟ系统。天线间距增加后，天线方向矢量随之变化，基权向量的波束方向图也会发生变化，如图 7以及图 8所示。图 7中的曲线 701表示天线间隔 2 个波长的线性天线阵列的波束图；图 8中的曲线 801表示的波束图对应间隔为

10波长。按照表 1 的参数，仅改变天线的间隔后进行重新仿真，仿真结果表明，天线间隔的改变对仿真结果没有任何影响。所以，天线间隔为 2个和 10 个波长的仿真曲线仍然由图 6中曲线表示。

上述仿真的多天线系统为均匀线性阵，但本发明实施例所述方法和装置同样适用于其它形状的天线阵列。下面以方阵为例进行仿真，设有 8阵元的方阵，按照 2排，每排 4阵元等间隔排列，每排间距和阵元间隔都设为一个波长，则方阵的方向矢量为：

可以选择如下基权向量：

w = [\ 1 1 1 1 -1 -1 1]

该基权向量波束方向图如图 9中的曲线 901所示，满^^盖面宽、波束峰均比低的要求。

按照表 1 中的参数，仅将线阵改为上述方阵进行仿真，仿真结果如图 10 所示。其中，曲线 1001为方阵采用卷积码时的性能曲线，曲线 1002为单天线采用卷积码时的性能曲线，曲线 1003为方阵采用 LDPC码时的性能曲线，曲线 1004为单天线采用 LDPC码时的性能曲线。

仿真实验中随机选取了蜂窝小区 /扇区多个不同的接收角度，仿真结果表明，小区 /扇区中不同方向接收信号质量完全一致，证明了本发明实施例在方阵中全小区 /扇区覆盖的等向性。如图 10所示，多天线全向波束的 BER性能相对于单天线仅有 2分贝左右的接收信号功率信噪比（ SNR )损失。较弱编码情况下（卷积码），与单天线的相比接收信号信噪比损失约 2分贝。较强编码 ( LDPC码）情况下，此时单天线与方阵多天线全向波束的信噪比差仅 1.5分贝。相对于图 6中线阵的仿真曲线，方阵约有 0.5分贝的信噪比损失，这是由于本次仿真中仅选择了一个次优基权向量，可以重新选择方阵对应的最优基权向量提高性能。

进一步，本发明实施例提供的多天线实现公共信道覆盖的装置，包括：划分单元，用于将帧中用于发送公共信道信号的物理资源划分成 N个物理资源块，所述 N为大于 1的正整数；

生成单元，用于生成 N个权向量，每个权向量由 M个权系数构成，所述 M与天线的数目对应，所述 N个权向量的方向图的平均方向图在全小区 /扇区的各个方向上的增益差异小于预置的数值；

发送单元，用于通过所述 M个天线发送所述加权后的公共信道信号。其中物理资源块可以是时间、频率（如 OFDM系统中的子载波）、或码（如 CDMA系统中的扩频码），和其它可用于通信的资源，以及这些资源的任意一种组合形式。本发明实施例以时间 -频率资源为例进行介绍，可以用其他通信的资源以同样的装置流程进行处理。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，所述存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上对本发明实施例所提供的一种多天线实现公共信道覆盖的方法及装置进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

权利要求

1、一种多天线实现公共信道覆盖的方法，其特征在于，包括：

将帧中用于发送公共信道信号的物理资源划分成 N个物理资源块，所述 N 为大于 1的正整数；

生成 N个权向量，每个权向量由 M个权系数构成，所述 M与天线的数目对应，所述 N个权向量的方向图的平均方向图在全小区 /扇区的各个方向上的增益差异小于预置的数值；

量中的一个，不同的物理资源块的权向量各不相同；

利用选择的权向量中的 M个权系数，分别对对应的 M个天线中的公共信道信号进行加权，并通过所述 M个天线发送所述加权后的公共信道信号。

2、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述生成 N个权向量的步骤包括：

获取基权向量，所述基权向量由 M个权系数构成；

对于当前帧，获取 N个不同的相位，根据 N个不同的相位对所述基权向量进行变换得到 N个权向量，所述 N个权向量各不相同，所述 N个权向量各自包含 M个权系数。

3、根据权利要求 2所述的方法，其特征在于，所述根据每个相位对所述基权向量进行变换得到 N个权向量的步骤包括：

通过如下公式得到 N个权向量：

w(t) = diag[\ e^j e^j2 … _e ^(M-稱

其中， w为基权向量，对于某一物理资源块 t，相位为 )， j为虚数单位，尸 = - 1， i¾ag[jd...jm]表示由括号中 xl至 xn的各元素构成对角阵， w(t)为权向量， t的取值从 1到 N。

4、根据权利要求 2所述的方法，其特征在于，所述根据 N个不同的相位对所述基权向量进行变换得到 N个权向量的步骤包括：

从所述 N个不同的相位中选取一个相位；

在所述基权向量的第 m个权系数的相角上增加与 m倍的所选相位成正比的相位， m的取值从 1到 M;

将进行了上述的相角增加后的向量作为一个权向量；重复上述选取相位以及进行相角增加的过程直至得到 N个权向量。

5、根据权利要求 2至 4中任一项所述的方法，其特征在于，所述通过所述 M个天线发送所述加权后的公共信道信号的步骤之后包括：

获取预置的帧间递增相位值；

^居所述帧间递增相位值对所述 N个相位进行更新。

6、根据权利要求 2至 4中任一项所述的方法，其特征在于，

所述基权向量中的 M个权系数的模相等。

7、根据权利要求 2至 4中任一项所述的方法，其特征在于，所述获取基权向量的步骤包括：

选择基权向量，使得通过该基权向量波束赋型后的波束的覆盖角度达到预置门限，且在角度维上波束平坦度高于预置门限，即峰均比低于预置门限。

8、根据权利要求 2至 4中任一项所述的方法，其特征在于，所述获取 N 个不同的相位的步骤包括：

按照预置的算法从 0至 2π的范围内选取 Ν个不同的相位。

9、根据权利要求 1至 4中任一项所述的方法，其特征在于，所述对于 Ν 个物理资源块中的每个物理资源块分别选取所述 Ν个权向量中的一个的步骤包括：

按照 Ν个物理资源块中的排序，顺序选择所述 Ν个权向量中对应的权向量；

或，

随机从所述 Ν个权向量中选择一个权向量，不同物理资源块所选择的权向量各不相同。

10、根据权利要求 1至 9任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述物理资源包括：

时间或者频率或者码或者时间 -频率。

11、一种多天线实现公共信道覆盖的装置，其特征在于，包括：划分单元，用于将帧中用于发送公共信道信号的物理资源划分成 Ν个物理资源块，所述 Ν为大于 1的正整数；

生成单元，用于生成 Ν个权向量，每个权向量由 Μ个权系数构成，所述 M与天线的数目对应，所述 N个权向量的方向图的平均方向图在全小区 /扇区的各个方向上的增益差异小于预置的数值；

权向量选择单元，用于对于所述 N个物理资源块中的每个物理资源块分别选取所述 N个权向量中的一个，不同的物理资源块的权向量各不相同；加权单元，用于利用选择的权向量中的 M个权系数分别对对应的 M个天线中的公共信道信号进行加权；

发送单元，用于通过所述 M个天线发送所述加权后的公共信道信号。

12、根据权利要求 11所述的多天线实现公共信道覆盖的装置，其特征在于，所述生成单元包括：

基权向量获取单元，用于获取基权向量，所述基权向量由 M个权系数构成，所述 M与天线的数目对应；

相位获取单元，用于获取 N个不同的相位；

变换单元，用于根据相位获取单元获取到的每个相位对所述基权向量获取单元获取到的基权向量进行变换得到 N个权向量，所述 N个权向量各不相同，所述 N个权向量各自包含 M个权系数。

13、根据权利要求 11或 12所述的多天线实现公共信道覆盖的装置，其特征在于，所述多天线实现公共信道覆盖的装置还包括：

递增获取单元，用于获取预置的帧间递增相位值；

相位更新单元，用于根据所述递增获取单元获取到的帧间递增相位值对所述相位获取单元获取到的 N个相位进行更新。

14、根据权利要求 11或 12所述的多天线实现公共信道覆盖的装置，其特征在于，所述权向量选择单元包括以下单元中的至少一个：

顺序选择单元，用于按照 N个物理资源块中的排序，顺序选择所述 N个权向量中对应的权向量；

随机选择单元，用于随机从所述 N个权向量中选择一个权向量，不同物理资源块所选择的权向量各不相同。

15、根据权利要求 11至 14任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述物理资源包括：

时间或者频率或者码或者时间 -频率。