CN1719761A - 一种分布式多入多出正交频分复用通信系统的通信方法 - Google Patents

Abstract

一种分布式多入多出正交频分复用通信系统的通信方法，属于通信技术领域，特别涉及通信技术中的多天线系统的通信方法。与集中式MIMO－OFDM通信系统的通信方法相比较，本发明在发射步骤中的加循环前缀步骤中，所加循环前缀长度不小于最大发射天线时延所对应的最大多径时延。只需改变现有集中式MIMO－OFDM通信系统的通信方法中发射步骤中循环前缀设计方法，就能克服分布式MIMO－OFDM通信系统的异步性问题，从而实现分布式MIMO－OFDM通信系统的通信方法。采用本发明后，可以利用现有集中式MIMO－OFDM通信系统的硬件和软件，发挥分布式MIMO－OFDM通信系统的巨大优势，有着巨大的市场利益和广阔的市场应用前景。

Description

一种分布式多入多出正交频分复用通信系统的通信方法

技术领域

一种分布式多入多出正交频分复用通信系统的通信方法，属于通信技术领域，特别涉及通信技术中的多天线系统的通信方法。

背景技术

多入多出天线(MIMO，Multiple In Multiple Out)系统能够利用丰富的多径散射信道而获得巨大的理论容量，信息论研究表明，MIMO系统的容量随发射天线的数目线性增长。正交频分复用技术(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)具有很强的抗衰落能力和很高的频谱利用率，适合多径环境和衰落环境中的高速数据传输。充分利用两种技术的优点，将两者结合起来的MIMO-OFDM技术，已成为新一代移动通信的核心技术。

按照收发天线的位置不同，MIMO-OFDM系统可分为分布式MIMO-OFDM(DistributedMIMO-OFDM)和集中式MIMO-OFDM(Centralized MIMO-OFDM)。集中式MIMO-OFDM，在基站或者终端都将多个天线集中在一起；分布式MIMO-OFDM，将多个天线组分布到不同的地理区域中，不同位置的天线组经过光纤或电缆与中心信号处理器相连。集中式MIMO-OFDM的各个发射信号是同步到达接收天线端的，即同一接收天线接收到的各个发射天线的信号时延是相同的。分布式MIMO-OFDM的不同发射天线的信号是异步到达接收天线的，即同一接收天线接收到的不同发射天线的信号时延是不同的。

关于集中式MIMO-OFDM通信系统的通信方法已有部分研究。比如V BLAST类(VerticalBell Labs Layered Space-Time Wireless Communication Architecture，V_BLAST)集中式MIMO-OFDM通信系统的通信方法。

V_BLAST类集中式MIMO-OFDM通信系统如图1所示。在发射机模块1中M_T路数据流通过M_T根天线发射，经过丰富的多径散射信道后，在接收机模块4中由M_R根天线同时接收，将接收信号进行迫零信号检测后，输出检测数据流。

发射机1的结构如图2所示。信源数据5通过模块6进行信源编码、信道编码及调制，然后将数据通过串并转换模块7形成M_T路数据子流，接着将每一路数据子流通过逆快速傅里叶变换(IFFT，Inverse Fast Fourier Transform)模块8，再将变换后的数据送入加前缀(CP，Cyclic Pre-fix)模块9添加循环前缀，接着将M_T路添加了循环前缀的数据流经数模转换(D/A，Digital to Analog)模块10转换为模拟信号，再经过射频(RF，Radio Frequency)模块11进行射频前端处理后，通过M_T根发射天线送入散射信道。

接收机4的结构如图3所示。M_R根天线接收到的信号经射频模块12处理后，通过模数转换(A/D，Analog to Digital)模块13由模拟信号转换为数字信号，接着经过去循环前缀模块14去掉前缀，然后将经过快速傅里叶变换(FFT，Fast Fourier Transform)模块15处理后的信号送入迫零信号检测模块16，输出检测数据流，再通过模块17对检测数据进行解调、信道译码及信源译码，最终得到信源数据的估计值。

下面介绍V_BLAST类集中式MIMO-OFDM的迫零信号检测算法。

假设图2串并转换模块7输出的OFDM信号矢量为

$B={\left(\begin{array}{cccc}{B}^T\left(0\right)& B^T\left(1\right)& \·\·\·& B^T(N-1)\end{array}\right)}_{{\mathrm{NM}}_T\×1}^T,$ 其中 $B\left(k\right)={\left(\begin{array}{cccc}{B}_1\left(k\right)& B_2\left(k\right)& \·\·\·& B_{M_T}\left(k\right)\end{array}\right)}_{M_T\×1}^T$ 表示M_T根发射天线对应的第k个子载波上的OFDM数据；在接收端，经射频处理、去CP、FFT变换后到接收信号矢量为

Y＝HB+N                                                           (1)

其中 $Y={\left(\begin{array}{cccc}Y\left(0\right)& Y\left(1\right)& \·\·\·& Y(N-1)\end{array}\right)}_{{\mathrm{NM}}_R\×1}^T,$ $Y\left(l\right)={\left(\begin{array}{cccc}{Y}_1\left(l\right)& Y_2\left(l\right)& \·\·\·& Y_{M_R}\end{array}\right)}_{M_R\×1}^T;$ H是以H(l)为块对角元素的块对角信道矩阵，[H(l)]_j，i＝ω_j，i(l)，ω_j，i(l)表示从第i根发射天线到第j个接收天线的信道冲击响应在第l个子载波上的信道频率响应；N表示接收信号所含的高斯噪声矢量。经迫零检测后的信号为

$\hat{B}\left(l\right)=H^{-1}\left(l\right)Y\left(l\right)$ k＝0，…，N-1                                                         (2)

内容详见H Bolcskei.“On the capacity of OFDM based spatial multiplexing systems”，IEEETrans.Comm，Feb 2002，Vol.52 No.2.；G.D.Golden，C.J.Foschini，“Detection algorithm andinitial laboratory results using V_BLAST space-time communication architecture”，IEEEECTRONICS LETTERS 7th Jan 1999，Vol.35 No.1.

集中式MIMO-OFDM的各个发射信号是同步到达接收天线端的，而分布式MIMO-OFDM系统的发射天线在地域上分布较远，从不同发射天线到达接收天线的信号是不同步到达接收天线端的，所以现有集中式MIMO-OFDM通信系统的通信模式不能直接运用于分布式MIMO-OFDM通信系统中。电子科技大学于2005年6月21日申请了“一种分布式多人多出公用移动通信系统”的专利(专利号：200510021124.9)，但该专利并没有提出该通信系统的通信方法。

发明内容

本发明提出了一种适用于分布式MIMO-OFDM通信系统的通信方法。采用本发明，能有效的解决因发射天线分布引起的接收端信号不同步问题。同时，将分布式MIMO-OFDM通信系统的信号检测问题转化为集中式MIMO-OFDM通信系统的信号检测问题，这样，可以将已有的集中式MIMO-OFDM的各种检测方法应用在分布式MIMO-OFDM系统中。

运用本发明所述的通信方法的分布式MIMO-OFDM通信系统模型如图4所示。M_T个发射天线分布于蜂窝小区内，各发射天线与发射机之间用光纤或电缆连接；M_R个接收天线分布于蜂窝小区内，各接收天线与接收机之间用光纤或电缆连接。其中，发射机结构如图5所示，包括数据信源单元5；信源编码、信道编码、调制单元6；空时编码单元24；IFFT单元8；加前缀单元25；数模转换单元10；射频处理单元11；光纤或电缆单元19；发射天线单元20。接收机结构如图8所示，包括接收天线单元21；光纤或电缆单元22；射频处理单元12；模数转换单元13；延时单元26；去前缀单元27；FFT单元15；信号检测单元16；解调、信道译码、信源译码单元17。

一种分布式多入多出正交频分复用通信系统的通信方法，其特征是，它包括发射步骤和接收步骤：

假设发射端有M_T根分布于不同地理位置的发射天线，发射步骤如下：

步骤1：将信源进行信源编码、信道编码及调制

采用信道编码技术对信源数据在不失真的条件下进行压缩；采用信道编码技术引入冗余信息对抗散射信道引起的失真；采用调制技术将编码数据进行映射；

步骤2：空时编码

采用空时编码技术，是提高系统抗衰落能力和频谱利用率有效方法。这里采用的空时编码技术包括目前所有的空时编码技术，比如：V_BLAST、STBC、STTC等。经空时编码后的数据转换为M_T路并行的数据符号流；

步骤3：IFFT变换

采用IFFT技术实现OFDM调制，将频域数据变换为时域数据；

步骤4：加循环前缀

采用循环前缀技术以避免散射信道引起的OFDM符号之间的干扰。本发明中，分布式MIMO-OFDM系统的发射步骤与集中式MIMO-OFDM系统的发射步骤基本一致，唯一的区别在于本步骤中循环前缀设计方式的不同。由于集中式MIMO-OFDM通信系统的发射信号是同时到达接收机的，所以其循环前缀设计准则为：循环前缀长度不小于多径信道中的最大多径时延。而分布式MIMO-OFDM通信系统的各个发射天线的信号是异步到达接收天线的，即同一接收天线接收到的各个发射天线的信号时延是不同的，所以，除了多径时延，还存在发射天线间的时延。针对分布式MIMO-OFDM通信系统的特点，本发明提出了一种分布式MIMO-OFDM的循环前缀设计准则：分布式MIMO-OFDM的循环前缀长度不小于最大发射天线时延所对应的最大多径时延长度。假设τ_j，k，l表示第k根发射天线与第j根接收天线之间第l条路径的信道时延，在接收端每根接收天线上通过延时处理使得τ_j，k，l＝τ_k，l即表示每根接收天线的时延一致。对于集中式MIMO-OFDM通信系统，由于各发射天线同时到达接收端，故τ_k，l＝τ_l，即表示在接收端每根发射天线的时延一致，每根发射天线的发射信号是同步到达接收端天线的，则其循环前缀长度为

集中式MIMO-OFDM通信系统加循环前缀后的OFDM数据符号如图6所示。对于分布式MIMO-OFDM通信系统，加循环前缀后的OFDM数据符号如图7所示，其循环前缀长度为 其中P为归一化循环前缀长度。

步骤5：数模转换

采用数模转换技术将数字信号转换为模拟信号；

步骤6：射频处理

采用射频处理技术对模拟信号进行变频、放大等射频信号处理，使M_T路信号满足发射要求；

步骤7：发射

将射频处理后的M_T路信号经光纤等有线媒质传输后，从M_T根分布于不同地理位置的天线发射出去；

假设接收端有M_R根分布于不同地理位置的接收天线，接收步骤如下：

步骤1：接收

通过分布于不同地理位置的接收天线接收信号，然后将接收信号经光纤等有线媒质传输到中心处理器；

步骤2：射频处理

采用射频处理技术，将接收信号进行发大、变频、滤波等射频处理后，得到基带模拟接收信号；

步骤3：模数转换

采用模数转换技术，将模拟信号转换为数字基带信号；

步骤4：延时

由于接收天线分布于不同地理位置，所以同一根发射天线到达不同接收天线的时间是不同步的。假设每根接收天线已知各发射天线的时延。那么，利用已知时延值，在每根接收天线上采用相应的延时技术(假设τ_j，k，l表示第k根发射天线与第j根接收天线之间第l条路径的信道时延，在接收端每根接收天线上通过延时处理使得τ_j，k，l＝τ_k，l即表示每根接收天线的时延一致)，就可以使同一根发射天线到达不同接收天线的时间同步；

步骤5：去循环前缀

集中式MIMO-OFDM通信系统去掉循环前缀的长度为 而分布式MIMO-OFDM通信系统去掉的循环前缀长度为

对于第j根接收天线，经去循环前缀处理后的长度为N的接收信号序列可用矢量表述为

$y_j=\sqrt{\frac{E_S}{M_T}}{\left[\begin{array}{cccc}{R}_{j,1}& R_{j,2}& \·\·\·& R_{j,M_T}\end{array}\right]}_{N\×N{M}_T}{\left[\begin{array}{c}{b}_1\\ b_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ b_{M_T}\end{array}\right]}_{{\mathrm{NM}}_T\×1}+n_j---\left(3\right)$

其中，

$b_k={(b_k(N-P),b_k(N-P+1),\·\·\·,b_k\left(0\right),b_k\left(1\right),\·\·\·,b_k(N-1))}_{N+P\×1}^T---\left(5\right)$

$y_j={(y_j\left(P\right),y_j(P+1),\·\·\·,y_j(N+P-1))}_{N\×1}^T---\left(6\right)$

$n_j={(n_j\left(P\right),n_j(P+1),\·\·\·,n_j(N+P-1))}_{N\×1}^T---\left(7\right)$

R_j，k(l)为第k根发射天线与第j根接收天线之间的数字基带信道冲击响应；b_k(l)为第k根发射天线上的OFDM数据符号 $B_k={(B_k\left(0\right),B_k\left(1\right),\·\·\·,B_k(N-1))}_{N\×1}^T$ 经IFFT后的数掘；n_j(l)为第j根接收天线的加性白高斯噪声，其分布为N(0，σ²)；E_S为符号能量，发射天线采用平均功率分配，每个发射天线的发射功率为

N为子载波个数；

步骤6：FFT变换

采用FFT技术实现OFDM解调，将时延数据变换为频域数据。式(3)通过FFT变换后得到的信号为

$Y_j=\sqrt{\frac{E_S}{M_T}}{H}_{j}B+N_j=\sqrt{\frac{E_S}{M_T}}{\left[\begin{array}{cccc}{H}_{j,1}& H_{j,2}& \·\·\·H& j,{\mathrm{NM}}_Y\end{array}\right]}_{N\×N{M}_T}{\left[\begin{array}{c}{B}_1\\ B_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ B_{M_T}\end{array}\right]}_{{\mathrm{NM}}_T\×1}+N_j---\left(8\right)$

其中Y_j、N_j分别为第j根接收天线的接收信号y_j、加性白高斯噪声n_j的FFT变换；B_k为第k根发射天线对应的OFDM数据符号，也就是待检测数据；H_j，k为第k根发射天线与第j根接收天线之间信道矩阵对应的频率响应

$Y_j={(Y_j\left(0\right),Y_j\left(1\right),\·\·\·,Y_j(N-1))}_{N\×1}^T---\left(9\right)$

$B_k={(B_k\left(0\right),B_k\left(1\right),\·\·\·,B_k(N-1))}_{N\×1}^T---\left(10\right)$

$N_j={(N_j\left(0\right),N_j\left(1\right),\·\·\·,N_j(N-1))}_{N\×1}^T---\left(11\right)$

H_j，k＝diag(H_j，k(0)，H_j，k(1)，…，H_j，k(N-1))_N×N               (12)

步骤7：将M_R路处理后的接收信号送入信号检测单元进行信号检测将M_R根接收天线接收到的经处理后信号联合写成一矢量

$Y=\sqrt{\frac{E_S}{M_T}}\mathrm{HB}+N---\left(13\right)$

其中

$Y={(Y_1^T,Y_2^T,\·\·\·,Y_{M_R}^T)}_{N{M}_k\×1}^T---\left(14\right)$

$H={\left(\begin{array}{cccc}{H}_1& H_2& \·\·\·& H_{M_R}\end{array}\right)}_{{\mathrm{NM}}_R\×{\mathrm{NM}}_T}^T---\left(15\right)$

$B={\left(\begin{array}{cccc}{B}_1^T& B_2^T& \·\·\·& B_{M_T}^T\end{array}\right)}_{{\mathrm{NM}}_T\×1}^T---\left(16\right)$

$N={\left(\begin{array}{cccc}{N}_1^T& N_2^T& \·\·\·& N_{M_R}^T\end{array}\right)}_{{\mathrm{NM}}_R\×1}^T---\left(17\right)$

由式(13)可以看出，通过发射步骤中步骤4所述的加循环前缀处理，使得分布式MIMO-OFDM通信系统的信号检测关系式结构与集中式MIMO-OFDM通信系统的信号检测关系式(1)的结构一致，这样，就可以将分布式MIMO-OFDM通信系统的信号检测问题转化为集中式MIMO-OFDM通信系统的信号检测问题，故现有适用于集中式MIMO-OFDM通信系统的信号检测方法(如迫零算法、最小均方误差算法、排序干扰对消算法等)也适用于分布式MIMO-OFDM通信系统的信号检测方法；

步骤8：解调、信道译码、信源译码

将检测后的数据进行解调、信道译码即信源译码，得到信源数据估计值。

需要说明的是，上述接收端采用的分布式接收天线也可以为集中式接收天线，即接收端也可以采用接收天线集中于一处的接收机结构。当接收端采用集中式接收天线时，接收步骤中的步骤4可以取消。

利用本发明所得的分布式MIMO-OFDM通信系统的工作过程为：

在发射端，首先将信源编码、信道编码、调制处理后的数据，经空时编码后转换成M_T路并行的数据子流，然后将M_T路并行的数据流做IFFT变换，接着将变换后的数据添加长度为

的循环前缀，再将加了循环前缀后的数字信号通过数模转换转换为模拟信号，经射频处理后，通过光缆或者电缆等媒介，将该数据从分布于不同地理位置的M_T根发射天线发射出去。

在接收端，由M_R根接收天线进行信号接收，接收信号经射频处理后，通过A/D采样处转换为数字基带信号，然后去掉长度为 的循环前缀，再将去掉循环前缀后的信号进行FFT变换，接着将M_R路变换后的数据送入信号检测单元，按照式(8)～(17)所述的流程进行处理，根据已有检测算法进行信号检测，接着将检测后的信号进行解调、信道译码、信源译码得到信源估计值。

分布式MIMO-OFDM通信系统的通信过程流程图如图9所示。

本发明的有益效果：

1、只需改变现有集中式MIMO-OFDM通信系统的通信方法中发射步骤中循环前缀设计方法，就能克服分布式MIMO-OFDM通信系统的异步性问题，从而实现分布式MIMO-OFDM通信系统的通信方法。

2、与集中式MIMO-OFDM通信系统相比，采用本发明的分布式MIMO-OFDM系统容量更高，能降低对发射信号的功率要求，提高小区覆盖率。

3、采用本发明的分布式MIMO-OFDM系统与现有集中式MIMO-OFDM系统具有相同的发射机和接收机结构，可以在不增加系统复杂度及成本的前提下，充分利用现有集中式MIMO-OFDM通信系统的硬件和软件，从而发挥分布式MIMO-OFDM通信系统的巨大优势。

附图说明

图1是集中式MIMO-OFDM通信系统框图

其中，1是集中式MIMO-OFDM系统的发射机；2是集中式发射天线；3是集中式接收天线；4是集中式MIMO-OFDM系统的接收机

图2是集中式MIMO-OFDM通信系统的发射机框图

其中，5是数据信源单元；6是信源编码、信道编码、调制单元；7是串并转换单元；8是IFFT单元；9是加循环前缀单元；10是数模转换单元；11是射频处理单元；2是集中式发射天线

图3是集中式MIMO-OFDM通信系统的接收机框图

其中，3是集中式接收天线；12是射频处理单元；13是模数转换单元；14是去前缀单元；15是FFT单元；16是信号检测单元；17是解调、信道译码、信源译码单元

图4是采用本发明的分布式MIMO-OFDM通信系统框图

其中，18是分布式MIMO-OFDM系统的发射机；19是发射端的光纤或电缆；20是分布式发射天线；21是分布式接收天线；22是接收端的光纤或电缆；23是分布式MIMO-OFDM系统的接收机

图5是采用本发明的分布式MIMO-OFDM通信系统的发射机框图

其中，5是数据信源单元；6是信源编码、信道编码、调制单元；24是空时编码单元；8是IFFT单元；25是加循环前缀单元；10是数模转换单元；11是射频处理单元；19是发射端的光纤或电缆；20是分布式发射天线；

图6是集中式MIMO-OFDM系统通信方法中加循环前缀后的OFDM符号

图7是本发明所述的分布式MIMO-OFDM通信系统的通信方法中加循环前缀后的OFDM符号

图8是采用本发明的分布式MIMO-OFDM通信系统的接收机框图

其中，21是分布式接收天线；22是接收端的光纤或电缆；12是射频处理单元；13是模数转换单元；26是延时器单元；27是去循环前缀单元；15是FFT单元；16是信号检测单元；17是解调、信道译码、信源译码单元

图9是分布式MIMO-OFDM通信系统的通信过程流程图

具体实施方式：

下面给出本发明的一个具体实施方式，分布式MIMO-OFDM通信系统的发射机及接收机结构如图5、8所示，设发射天线数M_T＝2；接收天线数M_R＝2；子载波个数N＝1024；业务数率1/T_S＝20MHz；OFDM符号长度NT_S＝102.4μs；归一化循环前缀长度P＝3；BPSK调制；E_S＝1，采用平均功率分配；信道为准静态瑞利多径信道，其中每对收发天线间的多径数为3，经延时器后的路径时延为τ_1，0＝0，τ_1，1＝1.3T_S，τ_1，2＝2.6T_S，τ_2，0＝0.3T_S，τ_2，1＝1.9T_S，τ_2，0＝2.9TS。

信道模型不考虑路径衰落和阴影衰落，仅考虑小尺度衰落对信号的影响。2根发射天线分布于小区中，2根接收天线固定于移动台。发射端未进行信道编码，采用V_BLAST空时编码，信源比特流经调制后串并转换为2路数据流，经IFFT变换后添加循环前缀，然后经射频处理后通过光纤或电缆从对应的2根发射天线上发送。假定无线环境散射充分，不同发射天线到接收天线经历独立的瑞利衰落。发射天线分布于小区中，不同发射天线到达同一接收天线的分布时延不同；而接收天线固定于移动台，同一发射天线到达不同接收天线的时延相同。在接收端，不同接收天线的加性白高斯噪声不相关，其均值为0，方差为σ²。

经过去循环前缀后的数字基带信号组合成的1024维列矢量为

$y_j=\sqrt{\frac{1}{2}}{\left[\begin{array}{cc}{R}_{j,1}& R_{j,2}\end{array}\right]}_{1024\×2048}{\left[\begin{array}{c}{b}_1\\ b_2\end{array}\right]}_{2048\×1}---\left(18\right)$

式(18)通过FFT变换后得到的信号为

$Y_j=\sqrt{\frac{1}{2}}{H}_{j}B+N_j=\sqrt{\frac{1}{2}}{\left[\begin{array}{cc}{H}_{j,1}& H_{j,2}\end{array}\right]}_{1024\×2048}{\left[\begin{array}{c}{B}_1\\ B_2\end{array}\right]}_{2048\×1}+N_j---\left(19\right)$

将2根接收天线接收到的经处理后信号联合写成一矢量

$Y=\sqrt{\frac{1}{2}}\mathrm{HB}+N---\left(20\right)$

其中

$Y={\left(\begin{array}{cc}{Y}_1^T& Y_2^T\end{array}\right)}_{2048\×1}^T---\left(21\right)$

$H={\left(\begin{array}{cc}{H}_1& H_2\end{array}\right)}_{2048\×2048}^T---\left(22\right)$

$B={\left(\begin{array}{cc}{B}_1^T& B_2^T\end{array}\right)}_{2048\×1}^T---\left(23\right)$

$N={\left(\begin{array}{cc}{N}_1^T& N_2^T\end{array}\right)}_{2048\×1}^T---\left(24\right)$

信号检测算法采用迫零检测算法(ZF，Zero Forcing)和最小均方误差算法(MMSE，Minimum Mean Square Error)，则B(l)信号检测值

为

$\hat{B}\left(l\right)={2H}^{-1}\left(l\right)Y\left(l\right)$ l＝0，…，1023                                                  (25)

$\hat{B}\left(l\right)=W^H\left(l\right)Y\left(l\right)$ l＝0，…，1023                                                  (26)

其中

$W\left(l\right)=\sqrt{\frac{1}{2}}{(\frac{1}{2}H\left(l\right)H^H\left(l\right)+{\mathrm{\σ}}^2{I}_{2\×2})}^{-1}H\left(l\right)---\left(27\right)$

$\hat{B}\left(l\right)={\left(\begin{array}{cc}{\hat{B}}_1\left(l\right)& {\hat{B}}_2\left(l\right)\end{array}\right)}_{2\×1}^T---\left(28\right)$

$H\left(l\right)={\left[\begin{array}{cc}{H}_{\mathrm{1,1}}\left(l\right)& H_{\mathrm{1,2}}\left(l\right)\\ H_{\mathrm{2,1}}\left(l\right)& H_{\mathrm{2,2}}\left(l\right)\end{array}\right]}_{2\×2}---\left(29\right)$

$Y\left(l\right)={\left(\begin{array}{cc}{Y}_1\left(l\right)& Y_2\left(l\right)\end{array}\right)}_{2\×1}^T---\left(30\right)$

本发明的具体实施方式，可以通过软件编程实现，也可以通过硬件来实现。

综上所述，本发明提出的分布式MIMO-OFDM通信系统的通信方法，利用现有集中式MIMO-OFDM通信系统的发射机和接收机结构，在不增加发射端和接收端复杂度的前提下，能有效的解决因发射天线分布引起的接收端信号不同步的问题。同时，可以将分布式MIMO-OFDM通信系统信号检测问题转化为集中式MIMO-OFDM通信系统的信号检测问题，这样可以将已有的集中式MIMO-OFDM通信系统的各种检测方法应用在分布式MIMO-OFDM通信系统中。由于分布式MIMO-OFDM通信系统的巨大优势，分布式MIMO-OFDM通信系统在未来的陆地无线通信系统中会收到越来越多的关注，本发明有效的解决了分布式MIMO-OFDM通信系统的通信方法问题，在硬件上易于实现，有着巨大的市场利益和广阔的市场应用前景。

Claims (4)

1、一种分布式多入多出正交频分复用通信系统的通信方法，其特征是，它包括发射步骤和接收步骤：

假设发射端有M_T根分布于不同地理位置的发射天线，其发射步骤如下：

步骤1：将信源进行信源编码、信道编码及调制

采用信道编码技术对信源数据在不失真的条件下进行压缩；采用信道编码技术引入冗余信息对抗散射信道引起的失真；采用调制技术将编码数据进行映射；

步骤2：空时编码

采用空时编码技术将数据转换为M_T路并行的数据符号流；

步骤3：IFFT变换

采用IFFT技术实现OFDM调制，将频域数据变换为时域数据；

步骤4：加循环前缀

采用循环前缀技术以避免散射信道引起的OFDM符号之间的干扰，其循环前缀长度不小于最大天线时延所对应的最大多径时延，即其循环前缀长度为 其中P为归一化循环前缀长度；

步骤5：数模转换

采用数模转换技术将数字信号转换为模拟信号；

步骤6：射频处理

采用射频处理技术对模拟信号进行变频、放大等射频信号处理，使M_T路信号满足发射要求；

步骤7：发射

将射频处理后的M_T路信号经光纤等有线媒质传输后，从M_T根分布于不同地理位置的天线发射出去；

假设接收端有M_R根分布于不同地理位置的接收天线，其接收步骤如下：

步骤1：接收

通过接收端的M_R接收天线接收信号；

步骤2：射频处理

采用射频处理技术，将接收信号进行发大、变频、滤波等射频处理后，得到基带模拟接收信号；

步骤3：模数转换

采用模数转换技术，将模拟信号转换为数字基带信号；

步骤4：去循环前缀

去掉长度为

的循环前缀，对于第j根接收天线，经去循环前缀处理后的长度为N的接收信号序列可用矢量表述为

$y_j=\sqrt{\frac{E_S}{M_T}}{{\left[\begin{array}{cccc}{R}_{j,1}& R_{j,2}& \·\·\·& R_{j,M_T}\end{array}\right]}_{N\×{\mathrm{NM}}_T}\left[\begin{array}{c}{b}_1\\ b_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ b_{M_T}\end{array}\right]}_{{\mathrm{NM}}_T\×1}+n_j---\left(1\right)$

其中，

$b_k={(b_k(N-P),b_k(N-P+1),\·\·\·,b_k\left(0\right),b_k\left(1\right),\·\·\·,b_k(N-1))}_{N+P\×1}^T---\left(3\right)$

$y_j={(y_j\left(P\right),y_j(P+1),\·\·\·,y_j(N+P-1))}_{N\×1}^T---\left(4\right)$

$n_j={(n_j\left(P\right),n_j(P+1),\·\·\·,n_j(N+P-1))}_{N\×1}^T---\left(5\right)$

R_j，k(l)为第k根发射天线与第j根接收天线之间的数字基带信道冲击响应；b_k(l)为第k根发射天线上的OFDM数据符号 $B_k={(B_k\left(0\right),B_k\left(1\right),\·\·\·,B_k(N-1))}_{N\×1}^T$ 经IFFT后的数据；n_j(l)为第j根接收天线的加性白高斯噪声，其分布为N(0，σ²)；E_S为符号能量，发射天线采用平均功率分配，每个发射天线的发射功率为

N为子载波个数；

步骤5：FFT变换

采用FFT技术实现OFDM解调，将时延数据变换为频域数据，式(1)通过FFT变换后得到的信号为

$Y_j=\sqrt{\frac{E_S}{M_T}}{H}_{j}B+N_j=\sqrt{\frac{E_S}{M_T}}{{\left[\begin{array}{cccc}{H}_{j,1}& H_{j,2}& \·\·\·& H_{j,M_T}\end{array}\right]}_{N\×{\mathrm{NM}}_T}\left[\begin{array}{c}{B}_1\\ B_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ B_{M_T}\end{array}\right]}_{{\mathrm{NM}}_T\×1}+N_j---\left(6\right)$

其中Y_j、N_j分别为第j根接收天线的接收信号y_j、加性白高斯噪声n_j的FFT变换；B_k为第k根发射天线对应的OFDM数据符号，也就是待检测数据；H_j，k为第k根发射天线与第j根接收天线之间信道矩阵对应的频率响应

$Y_j={(Y_j\left(0\right),Y_j\left(1\right),\·\·\·,Y_j(N-1))}_{N\×1}^T---\left(7\right)$

$B_k={(B_k\left(0\right),B_k\left(1\right),\·\·\·,B_k(N-1))}_{N\×1}^T---\left(8\right)$

$N_j={(N_j\left(0\right),N_j\left(1\right),\·\·\·,N_j(N-1))}_{N\×1}^T---\left(9\right)$

H_j，k＝diag(H_j，k(0)，H_j，k(1)，…，H_j，k(N-1))_N×N                (10)

步骤6：将M_R路处理后的接收信号送入信号检测单元进行信号检测

将M_R根接收天线接收到的经处理后信号联合写成一矢量

$Y=\sqrt{\frac{E_S}{M_T}}\mathrm{HB}+N---\left(11\right)$

其中

$Y={(Y_1^T,Y_2^T,\·\·\·,Y_{M_R}^T)}_{{\mathrm{NM}}_R\×1}^T---\left(12\right)$

$H={\left(\begin{array}{cccc}{H}_1& H_2& \·\·\·& H_{M_R}\end{array}\right)}_{{\mathrm{NM}}_R\×{\mathrm{NM}}_T}^T---\left(13\right)$

$B={\left(\begin{array}{cccc}{B}_1^T& B_2^T& \·\·\·& B_{M_T}^T\end{array}\right)}_{{\mathrm{NM}}_T\×1}^T---\left(14\right)$

$N={\left(\begin{array}{cccc}{N}_1^T& N_2^T& \·\·\·& N_{M_R}^T\end{array}\right)}_{{\mathrm{NM}}_R\×1}^T---\left(15\right)$

由式(11)可以看出，通过发射步骤中步骤4所述的加循环前缀处理，使得分布式MIMO-OFDM通信系统的信号检测关系式结构与集中式MIMO-OFDM通信系统的信号检测关系式的结构一致，这样，就可以将分布式MIMO-OFDM通信系统的信号检测问题转化为集中式MIMO-OFDM通信系统的信号检测问题；

步骤7：解调、信道译码、信源译码

将检测后的数据进行解调、信道译码即信源译码，得到信源数据估计值。

2、根据权利要求1所述的一种分布式多入多出正交频分复用通信系统的通信方法，其特征是，所述发射步骤中的加循环前缀步骤所采用的循环前缀设计准则为：循环前缀长度不小于最大发射天线时延所对应的最大多径时延长度；所述发射步骤中的空时编码步骤所采用的空时编码技术包括目前所有的空时编码技术，比如：V_BLAST、STBC、STTC等。

3、根据权利要求1所述的一种分布式多入多出正交频分复用通信系统的通信方法，其特征是，所述接收步骤中的步骤7的信号检测方法可以采取迫零算法、最小均方误差算法、排序干扰对消算法等适用于集中式MIMO-OFDM通信系统的信号检测方法。

4、根据权利要求1所述的一种分布式多入多出正交频分复用通信系统的通信方法，其特征是，发射天线数M_T＝2；接收天线数M_R＝2；子载波个数N＝1024；业务数率1/T_S＝20MHz；OFDM符号长度NT_S＝102.4μs；归一化循环前缀长度P＝3；BPSK调制；E_s＝1，采用平均功率分配。

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