CN1933357A - 混合发射天线选择的最大率传输系统及其发射天线数的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混合发射天线选择的最大率传输系统及其发射天线数的计算方法。本发明的混合发射天线选择的最大率传输系统包括一个发射预编码模块经M_F个射频链路连接一个射频转换模块，然后连接M_T个发射天线，M_T＞M_F，发射信道状态信息反馈给发射预编码模块和射频转换模块，发射预编码模块实现发射分集功能，射频转换模块实现选择功能。本发明给出上述混合发射天线选择的最大率传输系统所需最少总发射天线数的计算方法。本发明将闭环发射分集和天线选择两种技术结合起来，共享发射端的信道状态信息，增加系统性能，降低系统复杂性。

Description

混合发射天线选择的最大率传输系统及其发射天线数的计算方法

技术领域

本发明涉及一种多天线系统，特别是一种混合发射天线选择的最大率传输系统及其发射天线数的计算方法。

背景技术

由于无线频谱是个有限的频率资源，无线通信强烈需要多方面的技术来获取更高的信道容量。天线阵列分集是一个关键技术，它可以对抗无线信道的长时延深度衰落。多数经典分集技术将天线阵列用在接收端，称为接收天线分集。然而接收分集只适用于基站接收机(即上行)，对于下行应用是不可行的。这是因为移动终端受到尺寸和功率的影响只能用已接收天线。在这种情况下，我们将多天线放在发射端，称为发射天线分集，这非常适合下行应用。

发射天线分集是第三代移动通信WCDMA频分双工下行系统的一个组成部分，可分成开环和闭环两种形式。开环发射分集(OLTD)不需要任何信道状态信息(CSI)，因此只能提供分集增益。闭环发射分集(CLTD)需要来自移动终端的CSI，因此除了分集增益还能获得波束形成增益。这两种发射分集方式的实现复杂度太高。因此最近的一些工作将开环发射分集和发射天线选择(TAS)相结合以降低系统的复杂度。然而这种结合并没有充分利用CSI，因为开环发射分集不需要了解信道。随后，有文献提出将闭环发射分集和发射天线选择相结合。这样来自移动终端的CSI可以确定最优天线子集和最优发射预编码。也有文献提出选择所有天线子集信道相关矩阵的最大特征值对应的特征向量作为最优发射预编码。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种混合发射天线选择的最大率传输系统(TAS-MRT)及其发射天线数的计算方法。将闭环发射分集和天线选择两种技术结合起来，共享发射端的信道状态信息，增加系统性能，降低系统复杂性。

为了达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种混合发射天线选择的最大率传输系统，包括一个发射预编码模块经M_F个射频链路连接一个射频转换模块，然后连接M_T个发射天线，M_T＞M_F，其特征在于发射信道状态信息反馈给所述的发射预编码模块和射频转换模块；

所述的发射预编码模块实现闭环发射分集功能，根据反馈的信道状态信息调整预编码矢量w，使接收信噪比最大。

所述的射频转换模块实现天线选择功能，根据反馈的信道状态信息，从M_T个发射天线中确定最优的M_F个用于发射。

一种上述传输系统所需最少总发射天线数的计算方法，其特征在于具体步骤如下：

1)首先计算TAS-MRT系统的平均接收信噪比 γ_TAS-MRT，计算公式如下：

${\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}}_{\mathrm{TAS}-\mathrm{MRT}}={\mathrm{\γ}}_0\underset{k=1}{\overset{M_F}{\mathrm{\Σ}}}\{M_T\·C_{M_T-1}^{k-1}\underset{r=0}{\overset{M_T-k}{\mathrm{\Σ}}}[C_{M_T-k}^r\frac{{(-1)}^{M_T-k-r}}{{(M_T-r)}^2}\left]\right\},$

其中，M_F代表为射频链路数，M_T(M_T＞M_F)为发射天线数，组合数 $C_N^n=\frac{N!}{n!(N-n)!},$ γ₀为发射信噪比；

2)然后计算MRT系统的平均接收信噪比 γ_MRT，计算公式即：

γ_MRT＝γ₀M，

其中，M为MRT系统的分集集数；

3)最后搜索系统所需最少的发射天线数M_T ^min，即

$M_T^{\min }=\underset{M_T>M>M_F}{\min }{\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}}_{\mathrm{TAS}-\mathrm{MRT}}\≥{\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}}_{\mathrm{MRT}}.$

这个式子表明，当系统使用的射频链路数减少，即M_F＜M，增加发射天线数可以使系统的平均接收信噪比不下降的话，即 γ_TAS-MRT≥ γ_MRT，那么这时所需的最小发射天线数M_T ^min即是我们所要计算的。

本发明方法与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

(1)将闭环发射分集和天线选择两种技术结合起来，其优点是两种技术可以共享发射端已知的信道状态信息，可以增加系统性能同时降低系统的复杂度。

(2)在最优天线选择算法的基础上，根据瑞利信道衰落的统计特性和排序统计特性，给出了系统平均接收信噪比的计算公式。

(3)有了这个系统性能的计算公式之后，通过与MRT系统比较，可以计算出当所用的射频链路数已知时系统所需发射天线数的最小值。

本发明研究了基于发射天线选择的最大率传输系统，这个系统的优点是以增加廉价的发射天线为代价，通过合理的天线选择算法，减少系统所需的射频链路数量。根据瑞利信道平坦衰落的分布特性，计算出了系统平均接收信噪比。有了性能计算公式之后，根据系统所需的射频链路数，给出了计算所需发射天线数最小值的算法。这个算法对系统的优化设计有非常重要的参考作用和价值。

附图说明

图1为本发明基于发射天线选择的最大率传输系统(TAS-MRT)的结构框图。

图2为混合发射天线选择的最大率传输系统(TAS-MRT)的平均接收信噪比。

具体实施方式

实施例一：参见图1，本混合发射天线选择的最大率传输系统包括一个发射预编码模块1经M_F个射频链路2连接一个射频链转换模块3，然后连接M_T个发射天线4，M_T＞M_F，发射端信道状态信息5反馈给所述的发射预编码模块1和射频转换模块3；

所述的发射预编码模块(1)实现闭环发射分集功能，根据反馈的信道状态信息调整预编码矢量w，使接收信噪比最大。

所述的射频转换模块3实现天线选择功能，根据反馈的信道状态信息，从M_T个发射天线4中确定最优的M_F个用于发射。

实施例二：上例所述的传输系统所需要最少总发射天线数计算方法的步骤如下：

1)首先计算TAS-MRT系统的平均接收信噪比 γ_TAS-MRT，计算公式如下：

${\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}}_{\mathrm{TAS}-\mathrm{MRT}}={\mathrm{\γ}}_0\underset{k=1}{\overset{M_F}{\mathrm{\Σ}}}\{M_T\·C_{M_T-1}^{k-1}\underset{r=0}{\overset{M_T-k}{\mathrm{\Σ}}}[C_{M_T-k}^r\frac{{(-1)}^{M_T-k-r}}{{(M_T-r)}^2}\left]\right\},$

其中，M_F代表为射频链路数，M_T(M_T＞M_F)为发射天线数，组合数 $C_N^n=\frac{N!}{n!(N-n)!},$ γ₀为发射信噪比；

2)然后计算MRT系统的平均接收信噪比 γ_MRT，计算公式即：

γ_MRT＝γ₀M，

其中，M为MRT系统的分集集数；

3)最后搜索系统所需最少的发射天线数M_T ^min，即

$M_T^{\min }=\underset{M_T>M>M_F}{\min }{\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}}_{\mathrm{TAS}-\mathrm{MRT}}\≥{\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}}_{\mathrm{MRT}}.$

如图2所示，可以看到(8，5)TAS-MRT系统的平均接收信噪比等于7.1726，这个数值稍大于发射分集数为7的MRT系统的平均接收信噪比。也就是说，与MRT系统相比，TAS-MRT系统可以在不损实系统性能的情况下增加一个发射天线就节省两个射频链路。这是非常诱人的。根据图3，我们可以合理地选择增加天线以减少射频链路。

Claims (2)

1、一种混合发射天线选择的最大率传输(TAS-MRT)系统，包括一个发射预编码模块(1)经M_F个射频链路(2)连接一个射频转换模块(3)，然后连接M_T个发射天线(4)，M_T＞M_F，其特征在于发射信道状态信息(5)反馈给所述的发射预编码模块(1)和射频转换模块(3)；

所述的发射预编码模块(1)实现闭环发射分集功能，根据反馈的信道状态信息调整预编码矢量w，使接收信噪比最大。

所述的射频转换模块(3)实现天线选择功能，根据反馈的信道状态信息，从M_T个发射天线(4)中确定最优的M_F个用于发射。

2、一种用于计算根据权利要求1所述的混合发射天线选择的最大率传输系统所需最少总发射天线数的方法，其特征在于具体计算步骤如下：

1)首先计算TAS-MRT系统的平均接收信噪比 γ_TAS-MRT，计算公式如下：

${\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}}_{\mathrm{TAS}-\mathrm{MRT}}={\mathrm{\γ}}_0\underset{k=1}{\overset{M_F}{\mathrm{\Σ}}}\{M_T\·C_{M_T-1}^{k-1}\underset{r=0}{\overset{M_T-k}{\mathrm{\Σ}}}[C_{M_T-k}^r\frac{{(-1)}^{M_T-k-r}}{{(M_T-r)}^2}\left]\right\},$

其中，M_F代表为射频链路数，M_T(M_T＞M_F)为发射天线数，组合数

$C_N^n=\frac{N!}{n!(N-n)!},$ γ₀为发射信噪比；

2)然后计算MRT系统的平均接收信噪比 γ_MRT，计算公式即：γ_MRT＝γ₀M，

其中，M为MRT系统的分集集数；

3)最后搜索系统所需最少的发射天线数M_T ^min，即

$M_T^{\min }=\underset{M_T>M>M_F}{\min }{\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}}_{\mathrm{TAS}-\mathrm{MRT}}\≥{\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}}_{\mathrm{MRT}}.$