CN103199907A - 预信道mimo无线发射装置及信号发射方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信技术。本发明解决了现有MIMO技术中数据传输率提高得越多或用户数量增加得越多，发射天线的数量就会增加越多的问题，提供了一种预信道MIMO无线发射装置及信号发射方法，其技术方案可概括为：预信道MIMO无线发射装置，包括多路信号发射端及至少一个信号输入端，每一路信号发射端对应至少一个信号输入端，每一个信号输入端仅对应一路信号发射端，每一路信号发射端包括一个调制器、一根天线、与该路信号发射端所对应的信号输入端一一对应连接的复加权模块及一个加法器，该路信号发射端中的所有复加权模块与加法器连接，加法器与该路信号发射端中的调制器连接。本发明的有益效果是，提高数据传输率，适用于MIMO系统。

Description

预信道MIMO无线发射装置及信号发射方法

技术领域

本发明涉及通信技术，特别涉及MIMO无线传输技术。

背景技术

现有的MIMO（多输入多输出）技术利用发射端与接收端的多天线的不同空间位置所形成的无线信道并行传输多路信号或数据流，能大幅度提高无线通信系统的数据传输率及吞吐量，是现代无线通信技术的一个重要发展，已经在通信领域内产生了极大的影响，具有广泛的应用价值。如图1所示为现有MIMO无线通信系统的系统框图，发射端包括n路信号发射端及与信号发射端相对应的n个信号输入端，每一路信号发射端包括一个调制器及一根天线（这里忽略功率放大器），信号输入端输入的基带信号经调制器调制后传输给天线进行发送，发射端具有n路输入基带数据流x₀,x₁,…..,x_n-1及n根发射天线（n为正整数），x_m∈{±1}(m=0,1,...,n-1)，每路数据流x_m经射频调制后，变为同一载波频率的高频信号，再由相应的天线Ant.m(m=0,1,...,n-1)发射出去；接收端包括k根天线、k个解调器(这里忽略低噪声放大器)、基带信号处理模块及n个信号输出端，每根天线分别与一个解调器一一对应连接，每一个解调器都与基带信号处理模块连接，基带信号处理模块与n个信号输出端连接，接收端配置有k根接收天线(k=1,2,……)，每根天线的射频信号经解调器后得到基带信号，基带信号处理模块对来自不同天线的k路基带信号进行优化合并、检测、判决等处理，最后得到n路输出数据流y₀,y₁……,y_n-1,y_m∈{±1}(m=0,1,...,n-1)，y_m即是发射端输入数据流x_m的估计值

而针对基带信号处理模块工作过程的分析如下：设第m根发射天线与第l根接收天线之间的信道为h_ml，则第l根接收天线上的信号为

$r_l=\underset{m=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{ml}}{x}_m+b_l$ (l=0,1,......,k-1)   (1)

式中b_k为第k根接收天线的高斯白噪声。为了检测数据x_i，可在接收端采用最大信噪比合并方法。

$r_l=h_{\mathrm{il}}{x}_i+\underset{m=0,m\≠i}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{ml}}{x}_m+b_l$ (l=0,1,......,k-1)   (2)

接收端可估计出各信道h_ml，据此可将各个接收天线的信号合并得到判决变量，即

$Z_i=\underset{l=0}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{h_{\mathrm{il}}}^{*}{r}_l=\underset{l=0}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{h_{\mathrm{il}}}^{*}(h_{\mathrm{il}}{x}_i+\underset{m=0,m\≠i}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{ml}}{x}_m+b_l)---\left(3\right)$

$Z_i=x_i\underset{l=0}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h_{\mathrm{il}}\right|}^2+\underset{l=0}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=0,m\≠i}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{h_{\mathrm{il}}}^{*}{h}_{\mathrm{ml}}{x}_m+\underset{l=0}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{h_{\mathrm{il}}}^{*}{b}_l---\left(4\right)$

设Q(.)为判决函数，Q(.)∈{±1}。则有

$y_m={\hat{x}}_m=Q\left(\mathrm{Re}\left(Z_m\right)\right)$ (m=0,1,......,n-1)   (5)

这里，Re(.)表示取实数操作。在公式(4)中，第一项代表用户的有用信号分量；第二、三项则代表来自其它用户信号的干扰及各天线的噪声，只要将这些干扰及噪声控制在一定的范围内，接收端就可以正确的检测出各个用户发送的数据流。

由于发射端采用了多天线并行传输，系统可以在不增加频带宽度的情况下提高数据传输率n倍，或增加户数量n倍，因此系统容量及频谱效率也就大大提高了，但数据传输率提高得越多或用户数量增加得越多，发射天线的数量就会增加越多，而在实际应用中，发射天线数量的增加往往又受到成本、空间尺度等因素的制约，这就直接限制了系统性能的提高程度。另外，现有MIMO无线通信系统的性能依赖于传输信道之间的相关性，当不同传输信道之间出现较强的相关性时，整个MIMO系统的性能将会明显下降，而在现有系统中，信道之间的相关性则取决于通信的自然环境及各种随机因素，往往无法改变，因此MIMO系统的性能在现实应用中难得到以保证。

发明内容

本发明的目的是要克服目前MIMO技术中数据传输率提高得越多或用户数量增加得越多，发射天线的数量就会增加越多的缺点，提供一种预信道MIMO无线发射装置及信号发射方法。

本发明解决其技术问题，采用的技术方案是，预信道MIMO无线发射装置，包括多路信号发射端，每一路信号发射端包括一个调制器及一根天线，其特征在于，还包括至少一个信号输入端，每一路信号发射端对应至少一个信号输入端，每一个信号输入端仅对应一路信号发射端，每一路信号发射端还包括与该路信号发射端所对应的信号输入端一一对应连接的复加权模块及一个加法器，该路信号发射端中的所有复加权模块与加法器连接，加法器与该路信号发射端中的调制器连接；

所述复加权模块用于对信号输入端输入的基带信号根据预设的复加权值进行复加权后传送给加法器；

所述加法器用于将该路信号发射端中所有复加权模块进行复加权后的基带信号进行合并后再传送给该路信号发射端中的调制器。

具体的，所述每一根天线的载波频率相同。

再进一步的，所述每一路信号发射端所对应的信号输入端的数量不同。

预信道MIMO无线信号发射方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、对预信道MIMO无线发射装置中的信号输入端进行分组，每一路信号发射端对应至少一个信号输入端，每一个信号输入端仅对应一路信号发射端；

步骤2、信号输入端接收到输入的基带信号，将该基带信号传送给其对应的复加权模块进行复加权后再传送给对应信号发射端的加法器；

步骤3、加法器将其接收到的所有对应信号输入端传送来的复加权后的基带信号进行合并，该信号发射端将合并后的信号作为传送信号进行处理后发送。

具体的，步骤2中，所述复加权模块中的复加权值为预设的复加权值。

进一步的，步骤2中，所述复加权模块中的复加权值为根据情况或者根据反馈信息动态调整的复加权值。

具体的，步骤2中，所述复加权模块能够替换为滤波器；所述复加权值能够替换为滤波器权值。

再进一步的，步骤3中，所述处理的方式为射频调制。

本发明的有益效果是，在本发明方案中，通过上述预信道MIMO无线发射装置及信号发射方法，在同样载波频率及带宽条件下增加MIMO无线通信系统中每根发射天线的传输信道数量，由此增加每根天线传输的信号或数据流路数，因而可以在不增加天线个数的情况下进一步提高MIMO系统的数据传输率、系统容量及频谱效率。且与现有MIMO无线通信系统相比，各传输信道的特性可以根据需要在发射端设置与动态调整，实现了传输信道特性的可控，可以控制与降低信道间的相关性等，保证或提高MIMO系统的性能，具有更好的通用性。

附图说明

图1是现有MIMO无线通信系统的系统框图。

图2是本发明预信道MIMO无线发射装置的系统框图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，详细描述本发明的技术方案。

本发明的预信道MIMO无线发射装置的系统框图如图2。本发明的预信道MIMO无线发射装置，包括多路信号发射端，还包括至少一个信号输入端，每一路信号发射端包括一个调制器及一根天线，每一路信号发射端对应至少一个信号输入端，每一个信号输入端仅对应一路信号发射端，每一路信号发射端还包括与该路信号发射端所对应的信号输入端一一对应连接的复加权模块及一个加法器，该路信号发射端中的所有复加权模块与加法器连接，加法器与该路信号发射端中的调制器连接。这里，复加权模块用于对信号输入端输入的基带信号根据预设的复加权值进行复加权后传输给加法器，加法器用于将该路信号发射端中所有复加权模块传送来的复加权后的基带信号进行合并，然后传输给该路信号发射端的调制器。

本发明的预信道MIMO无线信号发射方法中，首先对预信道MIMO无线发射装置中的信号输入端进行分组，每一路信号发射端对应至少一个信号输入端，每一个信号输入端仅对应一路信号发射端，当信号输入端接收到输入的基带信号，将该基带信号传送给其对应的复加权模块进行复加权后再传送给对应信号发射端的加法器，加法器将其接收到的所有对应信号输入端传送来的复加权后的基带信号进行合并，该信号发射端将合并后的信号作为传送信号进行处理后发送。

实施例

本发明实施例的预信道MIMO无线发射装置的系统框图如图2。本发明的预信道MIMO无线发射装置，包括多路信号发射端，还包括至少一个信号输入端，每一路信号发射端包括一个调制器及一根天线，每一路信号发射端对应至少一个信号输入端，每一个信号输入端仅对应一路信号发射端，每一路信号发射端还包括与该路信号发射端所对应的信号输入端一一对应连接的复加权模块及一个加法器，该路信号发射端中的所有复加权模块与加法器连接，加法器与该路信号发射端中的调制器连接。这里，复加权模块用于对信号输入端输入的基带信号根据预设的复加权值进行复加权后传送给加法器，加法器用于将该路信号发射端中所有复加权模块发送来的复加权后的基带信号进行合并后，再传送给该路信号发射端作为传输信号。传输信号通过调制器进行射频调制后使用该路信号发射端中的天线进行发送，其中，每一根天线的载波频率相同，每一路信号发射端所对应的信号输入端的数量可以不同。

使用时，信号输入端接收到输入的基带信号，将该基带信号传送给其对应的复加权模块进行复加权后再传送给对应信号发射端的加法器。这里，复加权模块中的复加权值可以为预设的复加权值，也可以为根据情况或者根据反馈信息动态调整的复加权值。在应用中为了克服无线多径信道的影响，本发明中的复加权模块可以用滤波器替代，以实现信道均衡，即将一个多径信道均衡为一个等效单径信道，这时，复加权值用滤波器权值向量替代。每一路信号发射端将其接收到的所有对应信号输入端传送来的复加权后的基带信号使用加法器进行合并，并将合并后的信号作为传送信号进行射频调制后发送。

具体举例说明如下：设该预信道MIMO无线发射装置共有n路信号发射端，每一路信号发射端还具有k个信号输入端及k个复加权模块及一个加法器，其中，n=1、2……，k=1、2……，使用时，若k个信号输入端都接收到输入的基带信号，则分别通过与其连接的复加权模块对输入的基带信号进行复加权，再将复加权后的基带信号发送给对应的加法器。每一个加法器都将接收到的所有复加权后的基带信号进行合并后作为传送信号传送给调制器，调制器对接收到的传送信号进行射频调制，调制器调制后的信号通过该路信号发射端中的天线发射出去。

Claims (7)

1.预信道MIMO无线发射装置，包括多路信号发射端，每一路信号发射端包括一个调制器及一根天线，其特征在于，还包括至少一个信号输入端，每一路信号发射端对应至少一个信号输入端，每一个信号输入端仅对应一路信号发射端，每一路信号发射端还包括与该路信号发射端所对应的信号输入端一一对应连接的复加权模块及一个加法器，该路信号发射端中的所有复加权模块与加法器连接，加法器与该路信号发射端中的调制器连接；

所述复加权模块用于对信号输入端输入的基带信号根据预设的复加权值进行复加权后传送给加法器；

所述加法器用于将该路信号发射端中所有复加权模块进行复加权后的基带信号进行合并后再传送给该路信号发射端中的调制器。

2.如权利要求1所述的预信道MIMO无线发射装置，其特征在于，所述每一根天线的载波频率相同。

3.预信道MIMO无线信号发射方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、对预信道MIMO无线发射装置中的信号输入端进行分组，每一路信号发射端对应至少一个信号输入端，每一个信号输入端仅对应一路信号发射端；

步骤2、信号输入端接收到输入的基带信号，将该基带信号传送给其对应的复加权模块进行复加权后再传送给对应信号发射端的加法器；

步骤3、加法器将其接收到的所有对应信号输入端传送来的复加权后的基带信号进行合并，该信号发射端将合并后的信号作为传送信号进行处理后发送。

4.如权利要求3所述的预信道MIMO无线发射装置，其特征在于，步骤2中，所述复加权模块中的复加权值为预设的复加权值。

5.如权利要求3所述的预信道MIMO无线发射装置，其特征在于，步骤2中，所述复加权模块中的复加权值为根据情况或者根据反馈信息动态调整的复加权值。

6.如权利要求3所述的预信道MIMO无线发射装置，其特征在于，步骤2中，所述复加权模块能够替换为滤波器；所述复加权值能够替换为滤波器权值。

7.如权利要求3所述的预信道MIMO无线发射装置，其特征在于，步骤3中，所述处理的方式为射频调制。

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