CN1855762A - 一种提高wcdma多入多出终端系统上行系统容量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种提高WCDMA多入多出终端系统上行系统容量的方法，该方法包括以下步骤：步骤一、在信号发射侧：对信源数据块Q－block进行STOB编码，形成STOB矩阵；STOB编码器输出数据流g_m ^k，(l)(i|Q)进行信道映射，其中g_m ^k，(l)(i|Q)表示在第m个天线上发射第k用户第Q块数据矩阵的第i列数据；对g_m ^k，(l)(i|Q)进行信道映射的同时，在专用导频信道并行数据流中插入相应的发射天线编码数据；步骤二、在信号接收侧：Node B接收机在进行信道估计的同时识别发射天线，得到信道估计值及信道估计值对应的发射天线；步骤三、定义发射电磁耦合信道；步骤四、定义系统性能参数SINR。本发明技术方案利用电磁耦合进一步提高MIMO系统上行容量的方法，从而实现EM互耦变成了提高MIMO系统容量的方法。

Description

一种提高WCDMA多入多出终端系统上行系统容量的方法

技术领域

本发明涉及一种提高多入多出(MIMO)终端系统容量的方法，尤其涉及蜂窝移动通信领域的一种WCDMA多入多出终端系统容量的方法。

背景技术

不断提高蜂窝移动通信系统的传输效率进而提高系统容量始终是移动通信系统无线传输技术(RTT)的中心任务。MIMO技术已经成为3GPP中超3G(B3G)和基于OFDM技术的3G长期演化(LTE)技术的主流技术。同时MIMO技术也是Wimax技术的关键技术之一。然而，当采用MIMO技术时，因受限于终端尺寸，MIMO终端天线单元间距往往只有0.1～0.3工作波长。由电磁理论可知，此时MIMO终端天线单元间存在较强的电磁耦合(EM Coupling)，该电磁耦合对MIMO系统性能有不可忽视的影响。因此，本发明提出了一种利用该电磁耦合进一步提高MIMO系统上行容量的方法，从而将EM互耦变成了提高MIMO系统容量的方法。

发明内容

本发明解决现有技术方案中多入多出终端系统天线单元间存在较强的电磁耦合，对多入多出系统性能存在的不利影响的技术问题，提供一种提高WCDMA多入多出终端系统上行系统容量的方法

本发明提供一种提高WCDMA多入多出终端系统上行系统容量的方法，包括以下步骤：

步骤一、在信号发射侧：

1)对信源数据块Q-block进行STOB编码，形成STOB矩阵；

2)STOB编码器输出数据流g_m ^k，(l)(i|Q)进行信道映射，其中g_m ^k，(l)(i|Q)表示在第m个天线上发射第k用户第Q块数据矩阵的第i列数据；

3)对g_m ^k，(l)(i|Q)进行信道映射的同时，在专用导频信道并行数据流中插入相应的发射天线编码数据；

步骤二、在信号接收侧：

4)Node B接收机在进行信道估计的同时识别发射天线，得到信道估计值及信道估计值对应的发射天线；

5)接收机接收到的经过波束形成后的信号可表示为：

$y_C^{k,\left(l\right)}={\left[{\stackrel{\‾}{w}}^{k,\left(l\right)}\right]}^T\·{\stackrel{\‾}{r}}_C^{k,\left(l\right)}---\left(1\right)$

${\stackrel{\‾}{r}}_{C,n}^{k,\left(l\right)}\left(n_s\right)=\left[\right]a_{r,n}^{k,\left(l\right)}\left(n_s\right)\left\{{\stackrel{\‾}{h}}^{k,\left(l\right)}\left(n_s\right)\right[{\mathrm{\β}}_c{G}^k\left(n_s\right)]{\tilde{C}}^{k,\left(l\right)}+{\stackrel{\‾}{u}}_{C,n}^{k,\left(l\right)}\left(n_s\right)\}---\left(4\right)$

${\stackrel{\‾}{h}}^{k,\left(l\right)}\left(n_s\right)=\frac{{\stackrel{\mathrm{\ρ}}{h}}_{;n}^{k,\left(l\right)}\left(n_s\right)}{a_{r,n}^{k,\left(l\right)}\left(n_s\right)}=\left[h_{t,1}^{k,\left(l\right)}\left(n_s\right)h_{t,2}^{k,\left(l\right)}\left(n_s\right)\mathrm{\Λ}{h}_{t,N_t}^{k,\left(l\right)}\left(n_s\right)\right]---\left(5\right)$

其中，r_C，n ^k，(l)(n_s)为第n天线接收l径的原始输出信号，w_n ^k，(l)(n_s)为第n天线接收l径的接收波束权值，n_s＝N_cI/4采样点为波束形成权值更新周期， h^k，(l)(n_s)为l径1×n_T维信道复增益行向量，a_r，n ^k，(l)为l径在接收阵列天线n产生的相对复值，即接收响应矢量

的第n个分量，h_t，m ^k，(l)(n_s)为在接收阵列l径波束输出端口观测到的发射天线m对第n_s观测数据序列呈现的信道复增益，

6)当发射天线EM耦合不可忽视时，发射信号表示为：

$\left[\begin{array}{c}{g}_{1,\mathrm{Mc}}^{k,i}\left(Q\right)\\ g_{2,\mathrm{Mc}}^{k,i}\left(Q\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}1& M_{c1}\\ M_{c2}& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{g}_1^{k,i}\left(Q\right)\\ g_2^{k,i}\left(Q\right)\end{array}\right]---\left(8\right)$

则r_C，n ^k，(l)(i|Q)应表示为

$r_{C,n}^{k,\left(l\right)}\left(i\right|Q)=h_{t,1}^{k,\left(l\right)}{g}_{1,\mathrm{Mc}}^{k,\left(l\right)}\left(i\right|Q)+h_{t,2}^{k,\left(l\right)}{g}_{2,\mathrm{Mc}}^{k,\left(l\right)}\left(i\right|Q)+u_{C,\mathrm{Mc}}^{k,\left(l\right)}\left(i\right|Q)$

$=[h_{t,1}^{k,\left(l\right)}+M_{c2}{h}_{t,2}^{k,\left(l\right)}]g_1^{k,\left(l\right)}\left(i\right|Q)+[h_{t,2}^{k,\left(l\right)}+M_{c1}{h}_{t,1}^{k,\left(l\right)}]g_2^{k,\left(l\right)}\left(i\right|Q)+u_{C,\mathrm{Mc}}^{k,\left(l\right)}\left(i\right|Q)$                           (9)

其中， 表示基于发射天线的复信道向

量，因子，M_c1、M_c2表示发射天线单元间的EM耦合因子，步骤三、定义发射电磁耦合信道

$h_{\mathrm{Mc},1}^{k,\left(l\right)}=h_{t,1}^{k,\left(l\right)}+M_{c2}{h}_{t,2}^{k,\left(l\right)}$

$h_{\mathrm{Mc},2}^{k,\left(l\right)}=h_{t,2}^{k,\left(l\right)}+M_{c1}{h}_{t,1}^{k,\left(l\right)}$                           (10)

(10)式中，表明发射天线EM耦合因子对信道估计的影响，步骤四、定义系统性能参数SINR

$\mathrm{SINR}={\left[\frac{\mathrm{mean}\left(y_C^{k,\left(l\right)}\right)}{\mathrm{\σ}\left(y_C^{k,\left(l\right)}\right)}\right]}^2---\left(11\right)$

(11)式中，mean(x)、σ(x)分别表示x的均值、方差。

本发明技术方案利用电磁耦合进一步提高MIMO系统上行容量的方法，从而实现EM互耦变成了提高MIMO系统容量的方法。

附图说明

图1是本发明方法中STOB数字基带发射系统示意图；

图2是本发明方法中MMSE Beam form数字基带接收系统示意图；

图3是导频时段有/无发射天线互耦Tx1信道估计曲线

图4是有/无发射天线互耦SINR增益(dB)曲线

具体实施方式

本发明提供一种提高WCDMA多入多出终端系统上行系统容量的方法：采用空时正交分组编码(STOB)EM互耦发射+自适应最小均方误差波束形成(MMSE Beamforming)接收，该方法包括以下步骤：

步骤一、在信号发射侧：

7)对信源数据块Q-block进行STOB编码，形成STOB矩阵；

8)STOB编码器输出数据流g_m ^k，(l)(i|Q)进行信道映射，其中g_m ^k，(l)(i|Q)表示在第m个天线上发射第k用户第Q块数据矩阵的第i数据；

9)对g_m ^k，(l)(i|Q)进行信道映射的同时，在专用导频信道并行数据流中插入相应的发射天线编码数据；

步骤二、在信号接收侧：

10)Node B接收机在进行信道估计的同时识别发射天线，得到信道估计值及信道估计值对应的发射天线；

11)接收机接收到的经过波束形成后的信号可表示为：

$y_C^{k,\left(l\right)}={\left[{\stackrel{\‾}{w}}^{k,\left(l\right)}\right]}^T\·{\stackrel{\‾}{r}}_C^{k,\left(l\right)}---\left(1\right)$

${\stackrel{\‾}{r}}_{C,n}^{k,\left(l\right)}\left(n_s\right)=\left[\right]a_{r,n}^{k,\left(l\right)}\left(n_s\right)\left\{{\stackrel{\‾}{h}}^{k,\left(l\right)}\left(n_s\right)\right[{\mathrm{\β}}_c{G}^k\left(n_s\right)]{\tilde{C}}^{k,\left(l\right)}+{\stackrel{\‾}{u}}_{C,n}^{k,\left(l\right)}\left(n_s\right)\}---\left(4\right)$

${\stackrel{\‾}{h}}^{k,\left(l\right)}\left(n_s\right)=\frac{{\stackrel{\mathrm{\ρ}}{h}}_{;n}^{k,\left(l\right)}\left(n_s\right)}{a_{r,n}^{k,\left(l\right)}\left(n_s\right)}=\left[h_{t,1}^{k,\left(l\right)}\left(n_s\right)h_{t,2}^{k,\left(l\right)}\left(n_s\right)\mathrm{\Λ}{h}_{t,N_t}^{k,\left(l\right)}\left(n_s\right)\right]---\left(5\right)$

其中，r_C，n ^k，(l)(n_s)为第n天线接收l径的原始输出信号，w_n ^k，(l)(n_s)为第n天线接收l径的接收波束权值，n_s＝N_cI/4采样点为波束形成权值更新周期， h^k，(l)(n_s)为l径1×n_T维信道复增益行向量，a_r，n ^k，(l)为l径在接收阵列天线n产生的相对复值，即接收响应矢量

的第n个分量。h_t，m ^k，(l)(n_s)为在接收阵列l径波束输出端口观测到的发射天线m对第n_s观测数据序列呈现的信道复增益。

12)当发射天线EM耦合不可忽视时，发射信号表示为：

$\left[\begin{array}{c}{g}_{1,\mathrm{Mc}}^{k,i}\left(Q\right)\\ g_{2,\mathrm{Mc}}^{k,i}\left(Q\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}1& M_{c1}\\ M_{c2}& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{g}_1^{k,i}\left(Q\right)\\ g_2^{k,i}\left(Q\right)\end{array}\right]---\left(8\right)$

则r_C，n ^k，(l)(i|Q)应表示为

$r_{C,n}^{k,\left(l\right)}\left(i\right|Q)=h_{t,1}^{k,\left(l\right)}{g}_{1,\mathrm{Mc}}^{k,\left(l\right)}\left(i\right|Q)+h_{t,2}^{k,\left(l\right)}{g}_{2,\mathrm{Mc}}^{k,\left(l\right)}\left(i\right|Q)+u_{C,\mathrm{Mc}}^{k,\left(l\right)}\left(i\right|Q)$

$=[h_{t,1}^{k,\left(l\right)}+M_{c2}{h}_{t,2}^{k,\left(l\right)}]g_1^{k,\left(l\right)}\left(i\right|Q)+[h_{t,2}^{k,\left(l\right)}+M_{c1}{h}_{t,1}^{k,\left(l\right)}]g_2^{k,\left(l\right)}\left(i\right|Q)+u_{C,\mathrm{Mc}}^{k,\left(l\right)}\left(i\right|Q)$                                 (9)

其中，

表示基于发射天线的复信道向

量。因子，M_c1、M_c2表示发射天线单元间的EM耦合因子。步骤三、定义发射电磁耦合信道

$h_{\mathrm{Mc},1}^{k,\left(l\right)}=h_{t,1}^{k,\left(l\right)}+M_{c2}{h}_{t,2}^{k,\left(l\right)}$

$h_{\mathrm{Mc},2}^{k,\left(l\right)}=h_{t,2}^{k,\left(l\right)}+M_{c1}{h}_{t,1}^{k,\left(l\right)}$                                 (10)

(10)式中，表明发射天线EM耦合因子对信道估计的影响。步骤四、定义系统性能参数SINR

$\mathrm{SINR}={\left[\frac{\mathrm{mean}\left(y_C^{k,\left(l\right)}\right)}{\mathrm{\σ}\left(y_C^{k,\left(l\right)}\right)}\right]}^2---\left(11\right)$

(11)式中，mean(x)、σ(x)分别表示x的均值、方差。

下面结合附图，对本技术方案进一步说明：

a1)如图1所示，在UE侧，采用STOB发射技术，其中包括：

13)复数据(x₁，x₂，...，x_N1)序列构成的第Q个待发射复数据块，经过

空时正交分组编码器编码后，形成空时正交STOB并行数据流g_m ^k，(l)(i|Q)，i＝1，2，..，V，其中，复数据x_i＝x_d，i+jx_c，i表示DPDCH的待发数据x_d，i、DPCCH信道的待发数据x_c，i， ${\stackrel{\mathrm{\ρ}}{g}}^{k,\left(l\right)}\left(Q\right)={[g_1^{k,\left(l\right)}\left(i\right|Q),g_2^{k,\left(l\right)}\left(i\right|Q),\·\·,g_{n_T}^{k,\left(l\right)}\left(i\right|Q)]}^T,$

表示由第Q个复数据块构成的分组矩阵的第i个列矢量，V为STOB编码器的长度。

14)STOB编码器输出数据流g_m ^k，(l)(i|Q)进行WCDMA信道映射。

15)对g_m ^k，(l)(i|Q)进行WCDMA信道映射的同时，在DPCCH信道并行数据流中插入相应的发射天线编码数据；

b1)如图2所示，在Node B信号接收侧，采用自适应最小均方误差波束形成(MMSE Beamforming)接收技术，其包括以下步骤：

1Node B接收机通过DPCCH信道进行信道估计的同时识别发射天线，得到信道估计值及信道估计值对应的发射天线；

2接收机按照MMSE准则得到权值；

3完成自适应波束形成；

c1)进行系统参数SINR评估

如图3所示，发射天线互耦对接收阵列波束合成信道估计影响程度，可以看出，本文采用的终端天线阵列天线单元的互耦增加STOB发射+MMSE Beamforming系统Tx1信道估计的模值，因此，对Tx1信道增益有贡献。

如图4所示，发射天线电磁互耦对本收发系统SINR增益的影响，可以看出，发明的收发系统中，发射天线电磁互耦将系统平均SINR增益提高了1.2dB。

以上是对本发明的较佳实施例的描述，并不能理解为对本发明方法的专利保护范围的限制，请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (1)

1、一种提高WCDMA多入多出终端系统上行系统容量的方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、在信号发射侧：

1)对信源数据块Q-block进行STOB编码，形成STOB矩阵；

2)STOB编码器输出数据流g_m ^k，(l)(i|Q)进行信道映射，其中g_m ^k，(l)(i|Q)表示在第m个天线上发射第k用户第Q块数据矩阵的第i列数据；

3)对g_m ^k，(l)(i|Q)进行信道映射的同时，在专用导频信道并行数据流中插入相应的发射天线编码数据；

步骤二、在信号接收侧：

4)Node B接收机在进行信道估计的同时识别发射天线，得到信道估计值及信道估计值对应的发射天线；

5)接收机接收到的经过波束形成后的信号可表示为：

$y_C^{k,\left(l\right)}={\[{\stackrel{\‾}{w}}^{k,\left(l\right)}\]}^T\·{\stackrel{\‾}{r}}_C^{k,\left(l\right)}---\left(1\right)$

${\stackrel{\‾}{r}}_{C,n}^{k,\left(l\right)}\left(n_s\right)=\left[\right]a_{r,n}^{k,\left(l\right)}\left(n_s\right)\left\{{\stackrel{\‾}{h}}^{k,\left(l\right)}\left(n_s\right)\right[{\mathrm{\β}}_C{G}^k\left(n_s\right)]{\tilde{C}}^{k,\left(l\right)}+{\stackrel{\‾}{u}}_{C,n}^{k,\left(l\right)}\left(n_s\right)\}---\left(4\right)$

${\stackrel{\‾}{h}}^{k,\left(l\right)}\left(n_s\right)=\frac{{\stackrel{\mathrm{\ρ}}{h}}_{;n}^{k,\left(l\right)}\left(n_s\right)}{a_{r,n}^{k,\left(l\right)}\left(n_s\right)}=\left[\begin{array}{cccc}{h}_{t,1}^{k,\left(l\right)}\left(n_s\right)& h_{t,2}^{k,\left(l\right)}\left(n_s\right)& \mathrm{\Λ}& h_{t,N_l}^{k,\left(l\right)}\left(n_s\right)\end{array}\right]---\left(5\right)$

其中，r_C，n ^k，(l)(n_s)为第n天线接收l径的原始输出信号，w_n ^k，(l)(n_s)为第n天线接收l径的接收波束权值，n_s＝N_cI/4采样点为波束形成权值更新周期， h^k，(l)(n_s)为l径1×n_T维信道复增益行向量，a_r，n ^k，(l)为l径在接收阵列天线n产生的相对复值，即接收响应矢量

的第n个分量，h_t，m ^k，(l)(n_s)为在接收阵列l径波束输出端口观测到的发射天线m对第n_s观测数据序列呈现的信道复增益，

6)当发射天线EM耦合不可忽视时，发射信号表示为：

$\left[\begin{array}{c}{g}_{1,\mathrm{Mc}}^{k,i}\left(Q\right)\\ g_{2,\mathrm{Mc}}^{k,i}\left(Q\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}1& M_{c1}\\ M_{c2}& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{g}_1^{k,i}\left(Q\right)\\ g_2^{k,i}\left(Q\right)\end{array}\right]---\left(8\right)$

则r_C，n ^k，(l)(i|Q)应表示为

$r_{C,n}^{k,\left(l\right)}\left(i\right|Q)=h_{t,1}^{k,\left(l\right)}{g}_{1,\mathrm{Mc}}^{k,\left(l\right)}\left(i\right|Q)+h_{t,2}^{k,\left(l\right)}{g}_{2,\mathrm{Mc}}^{k,\left(l\right)}\left(i\right|Q)+u_{C,\mathrm{Mc}}^{k,\left(l\right)}\left(i\right|Q)$

$=[h_{t,1}^{k,\left(l\right)}+M_{c2}{h}_{t,2}^{k,\left(l\right)}]g_1^{k,\left(l\right)}\left(i\right|Q)+[h_{t,2}^{k,\left(l\right)}+M_{c1}{h}_{t,1}^{k,\left(l\right)}]g_2^{k,\left(l\right)}\left(i\right|Q)+u_{C,\mathrm{Mc}}^{k,\left(l\right)}\left(i\right|Q)---\left(9\right)$

其中，

表示基于发射天线的复信道向量，因子，M_c1、M_c2表示发射天线单元问的EM耦合因子，步骤三、定义发射电磁耦合信道

$h_{\mathrm{Mc},1}^{k,\left(l\right)}=h_{t,1}^{k,\left(l\right)}+M_{c2}{h}_{t,2}^{k,\left(l\right)}$

$h_{\mathrm{Mc},2}^{k,\left(l\right)}=h_{t,2}^{k,\left(l\right)}+M_{c1}{h}_{t,1}^{k,\left(l\right)}---\left(10\right)$

(10)式中，表明发射天线EM耦合因子对信道估计的影响，步骤四、定义系统性能参数SINR

$\mathrm{SINR}={\left[\frac{\mathrm{mean}\left(y_C^{k,\left(l\right)}\right)}{\mathrm{\σ}\left(y_C^{k,\left(l\right)}\right)}\right]}^2---\left(11\right)$

(11)式中，mean(x)、σ(x)分别表示x的均值、方差。

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