CN1988410A

CN1988410A - 一种多自适应天线阵列的无线传输方法

Info

Publication number: CN1988410A
Application number: CN 200510132421
Authority: CN
Inventors: 王志辉; 周文安; 宋俊德
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2005-12-23
Filing date: 2005-12-23
Publication date: 2007-06-27

Abstract

一种多自适应天线阵列的无线传输方法。上行时(移动台发送信号，基站接收)，移动台利用多入多出(MIMO)空时处理技术从多根天线同时发出信号。多个智能天线阵同时接收信号并通过光纤链路传送到基站处理单元(BSH)，BSH先分别对每个智能天线阵接收信号进行自适应波束赋形处理，再利用MIMO技术对多个智能天线阵信号进行分集合并处理。下行时(基站发送信号，移动台接收)，BSH先对信号进行MIMO空时处理分成多路信号，再对多路信号分别进行自适应波束赋形处理后由多个智能天线阵同时发送。移动台进行相应的空时处理得到发送的数据。与现有无线传输方法相比，通信性能进一步提高。

Description

一种多自适应天线阵列的无线传输方法

【技术领域】

本发明涉及一种无线通信中的传输方法，尤其涉及到一种多自适应天线阵列的无线传输方法

【背景技术】

随着移动通信事业的高速发展，如何在保证通信质量的同时，利用有限的频谱资源达到尽可能高的通信容量已成为移动通信发展的核心问题。而如何有效地消除无线通信环境中同频干扰(CCI)及多径衰落的影响则成为解决问题的关键所在。

在现有的无线通信技术中，以自适应波束赋形(adaptive beamforming)为代表的智能天线技术以及以空间复用和空间分集为代表的多入多出(MIMO)天线技术普遍被人们所看好。

智能天线阵即自适应天线阵列，其最具代表性的实现方案为自适应波束赋形技术，在发送或接收数据时，其利用天线阵元之间的相干性，将波束主瓣对准目标用户而将副瓣或零陷对准干扰源，大幅降低蜂窝系统的同频干扰。

MIMO天线技术则是在发送端和接收端同时放置不相干的多根天线，充分利用无线通信中的多径现象，通过空间分集提高通信的可靠性或通过空间复用大大提高数据传输速率。现阶段其最具代表性的两种实现方案为基于空间分集原理的空时分组码(STBC)技术和基于空间复用原理的垂直贝尔实验室分层空时(V-BLAST)码技术。

目前智能天线和MIMO两种技术尚存在着一定的缺陷。自适应波束赋形技术虽然可以有效地减少同频干扰，增大覆盖范围，但在多径比较严重的环境下，其性能将会受到较大的影响。MIMO天线技术则充分利用了无线通信环境中的多径衰落进行空间分集或空间复用，在高斯白噪声的环境下可以达到很高的性能，但当同频干扰存在时，其性能则会大大下降。可见，这两种先进的天线技术具有很强的互补性，如能将两种技术结合起来，则通信性能有望大幅提高。但目前两者的结合却存在着一定的问题，即智能天线阵元素的相干性与MIMO天线的不相干性之间的矛盾。

【发明内容】

本发明的目的在于弥补现有无线通信方法的不足，提出一种新的无线传输方法，将智能天线阵与多入多出(MIMO)天线技术有机地联合起来，吸取两种技术各自的优点，同时弥补各自的缺陷，进一步提高系统性能。即使在同频干扰与多径衰落都很严重的恶劣环境下，依然能保持很好的通信性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

上行传输时(移动台发送信号，基站接收)，在发送端，移动台利用基于空间分集的多入多出(MIMO)空时处理技术或基于空间复用的MIMO空时处理技术从多根天线同时发出信号，在接收端，由不相干的多个智能天线阵同时接收信号并通过光纤链路传送到基站处理单元(BSH)，BSH先分别对每个智能天线阵接收信号进行自适应波束赋形处理，再利用MIMO技术对不相干的多个智能天线阵信号进行分集合并处理，下行传输时(基站发送信号，移动台接收)，在发送端，BSH先对信号进行基于空间分集的MIMO空时处理或基于空间复用的MIMO空时处理分成多路信号，再对多路信号分别进行自适应波束赋形处理后通过光纤链路传送到不相干的多个智能天线阵，由不相干的多个智能天线阵同时发送信号，在接收端，移动台对多根接收天线信号进行相应的MIMO空时处理得到发送的信号。与现有无线传输方法相比，通信性能进一步提高。

本发明带来的有益效果：

与现有无线传输方法相比，提高了通信性能。而且即使在同频干扰与多径衰落都很严重的恶劣环境下，依然能保持很好的通信性能。

【附图说明】

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是本发明的流程结构框架图。

图2是本发明第一个实施例(智能天线与基于空间复用的MIMO天线技术相结合)的上行发送与接收方法流程图。

图3是本发明第一个实施例的下行发送与接收方法流程图。

图4是本发明第二个实施例(智能天线与基于空间复用的MIMO天线技术相结合)的上行发送与接收方法流程图。

图5是本发明第二个实施例的下行发送与接收方法流程图。

【具体实施方式】

在图1中，移动台用户使用m根天线，基站端使用N个智能天线阵，每个天线阵包含n个天线元素。其中，m、N及n都可为大于0的任意整数。上行传输时(移动台发送信号，基站接收)，在发送端，移动台利用基于空间分集的多入多出(MIMO)空时处理技术或基于空间复用的MIMO空时处理技术从m根天线同时发出信号，在接收端，由不相干的N个智能天线阵同时接收信号并通过光纤链路传送到基站处理单元(BSH)，BSH先分别对每个智能天线阵接收信号进行自适应波束赋形处理，再利用MIMO技术对不相干的N个智能天线阵信号进行分集合并处理，下行传输时(基站发送信号，移动台接收)，在发送端，BSH先对信号进行基于空间分集的MIMO空时处理或基于空间复用的MIMO空时处理分成N路信号，再对N路信号分别进行自适应波束赋形处理后通过光纤链路传送到不相干的N个智能天线阵，由不相干的N个智能天线阵同时发送信号，在接收端，移动台对m根接收天线信号进行相应的MIMO空时处理得到发送的信号。

在图2所示第一个实施例的上行发送与接收方法流程中，考虑到实际中移动台的尺寸限制，要保持一定的不相关性，天线配置数目不可能太多。因此，移动台的天线数目都为2。考虑到成本的限制，基站端的智能天线阵数目也为2。每个智能天线阵由8个天线振子构成，与第三代移动通信系统TD-SCDMA中的智能天线阵结构相一致。用户1为目标用户，其余K-1个用户为干扰用户。S₁₁、S₁₂为用户1欲发送的数据，在移动台经过垂直贝尔实验室分层空时(V-BLAST)编码分别从两根天线同时发送(V-BLAST是基于空间复用的MIMO技术)。经过无线传播，信号分别到达两个智能天线阵列。以第一个天线阵列为例，智能天线阵接收到的信号通过光纤链路传送到基站处理单元进行数字信号处理。基站处理单元以导频信号d₁₁及d₁₂为输入参数，分别对用户1的第一根天线上的数据S₁₁及第二根天线上的数据S₁₂进行自适应波束赋形，得出天线加权向量W₁及W₂。由于天线阵元素数目为8，因此，天线加权向量W₁及W₂的元素数目也均为8。利用天线加权向量对智能天线阵各个天线元素上的信号进行叠加，即可得到经过自适应波束赋形后的输出结果y₁₁，y₁₂。同样，第二个天线阵列也经过相同的过程得到结果y₁₁′，y₁₂′。此时，如果直接根据y₁₁，y₁₂或y₁₁′，y₁₂′进行判决得到最终信号

则其性能相当于单独使用智能天线阵的性能(注意由于发送端使用VBLAST编码进行了空间复用，因此数据速率要大于普通编码情况。但由于发送功率在发送天线间进行了分配，因此接收信号信噪比会有所下降)。而由于本发明实施例中有两个不相关的智能天线阵，因此，还可以对信号进行进一步处理以提高性能。这里提出一个新的方法，即把从移动台天线发出信号之后到输出信号y₁₁，y₁₂及y₁₁′，y₁₂′之前的所有处理过程(包括波束赋形处理)整个看成一个信道，并再次通过导频d₁₁，d₁₂及d₁₁′，d₁₂′进行信道估计。然后，根据信道参数对y₁₁及y₁₁′进行最大比合并及判决得到最终信号

对y₁₂及y₁₂′进行最大比合并及判决得到最终信号

由于在最大比合并之前，信号已通过了自适应波束赋形，从而大幅降低了同频干扰。因此可以近似认为，信号此时是符合高斯白噪声环境的。所以，通过最大比合并处理进一步大幅提高了通信性能。

在图3所示第一个实施例的下行发送与接收方法流程中，S₁，S₂为基站欲发送的数据，在基站处理单元经过V-BLAST编码后通过光纤链路分别输入到两个不相干的智能天线阵列。为避免使用反馈链路，智能天线阵以目标用户波束到达角为输入参数进行自适应波束赋形处理。若为TDD(时分双工)系统，则直接利用上行波束赋形参数进行处理。经过波束赋形的信号通过无线空间传播到达移动台接收天线后，先经过信道估计，然后通过相应的VBLAST译码判决得到最终信号

在图4所示第二个实施例的上行发送与接收方法流程中，与第一个实施例相同，移动台的天线数目与基站端的自适应天线阵列数目仍皆为2个，每个天线阵列由8个天线振子构成。用户1为目标用户，其余为干扰用户。S₁₁，S₁₂为用户1欲发送的数据。在移动台经过空时分组编码(STBC)后，第一根天线发送数据为-(S₁₁)^*、S₁₂，其中“*”代表共轭运算，第二根天线发送数据为(S₁₂，)^*、S₁₁(STBC是基于空间分集的MIMO技术)。经过无线传播，信号分别到达两个智能天线阵列。以第一个天线阵列为例，基站处理单元将每个天线阵列元素上的信号分为两路，一路信号进行共轭运算，另一路信号经过一个符号时延的处理。此时，8个天线元素分成了16路信号。分别针对S₁₁和S₁₂对16路信号进行两次波束赋形处理得到输出结果y₁₁，y₁₂(输入参数为导频信号d₁₁及经过一个符号时延的d₁₂)。注意到此处波束赋形处理时，天线元素个数相当于16个而不是8个，这样提高了天线阵列抑制干扰的能力，而此增益是由空时分组编码的时间分集所带来的。同样，第二个天线阵列也经过相同的过程得到结果y₁₁′，y₁₂′。接着，与第一个实施例相同，将从移动台天线发出信号之后到信号y₁₁，y₁₂及y₁₁′，y₁₂′之前的所有处理过程(包括波束赋形处理)整个看成一个信道，并再次通过导频d₁₁，d₁₂及d₁₁′，d₁₂′进行信道估计。最后，根据信道参数对y₁₁及y₁₁′进行最大比合并及判决得到最终信号对y₁₂及y₁₂′进行最大比合并及判决得到最终信号

在图5所示第二个实施例的下行发送与接收方法流程中，S₁，S₂为基站欲发送的数据，在基站处理单元经过空时分组编码后通过光纤链路分别输入到不相干的两个智能天线阵列。第一个阵列发送数据为-(S₁)^*、S₂，其中“*”代表共轭运算。第二个阵列发送数据为(S₂)^*、S₁。智能天线阵以与第一个实施例中完全相同的方式对信号进行自适应波束赋形处理。经过波束赋形处理的信号通过无线空间传播到达移动台接收天线后，先经过信道估计，然后通过相应的空时分组译码判决得到最终信号

Claims

1.一种多自适应天线阵列的无线传输方法，传输分为上行(移动台发送信号，基站接收)和下行(基站发送信号，移动台接收)，其特征是：上行传输时，在发送端，移动台利用基于空间分集的多入多出(MIMO)空时处理技术或基于空间复用的MIMO空时处理技术从多根天线同时发出信号，在接收端，由多个智能天线阵同时接收信号并通过光纤链路传送到基站处理单元(BSH)，BSH先分别对每个智能天线阵接收信号进行自适应波束赋形处理，再利用MIMO技术对多个智能天线阵信号进行分集合并处理，下行传输时，在发送端，BSH先对信号进行基于空间分集的MIMO空时处理或基于空间复用的MIMO空时处理分成多路信号，再对多路信号分别进行自适应波束赋形处理后通过光纤链路传送到多个智能天线阵，由多个智能天线阵同时发送信号，在接收端，移动台对多根接收天线信号进行相应的MIMO空时处理得到发送的信号。

2.根据权利要求1所述的一种多自适应天线阵列的无线传输方法，其特征在于：在上行传输时，把从移动台天线发出信号之后到波束赋形处理之前的所有过程(包括波束赋形处理)整个看成一个信道，并再次通过导频信号进行信道估计，从而进一步对信号进行最大比合并处理。

3.根据权利要求2所述的一种多自适应天线阵列的无线传输方法，其特征在于：在上行传输时，移动台经过垂直贝尔实验室分层空时(V-BLAST)编码从多根天线同时发送信号，在下行传输时，基站处理单元将多个智能天线阵看作多个MIMO天线进行V-BLAST编码同时发送信号，移动台采用V-BLAST译码进行接收。

4.根据权利要求2所述的一种多自适应天线阵列的无线传输方法，其特征在于：在上行传输时，移动台经过空时分组编码从多根天线同时发送信号，在下行传输时，基站处理单元将多个智能天线阵看作多个MIMO天线进行空时分组编码同时发送信号，移动台采用空时分组译码进行接收。

5.根据权利要求4所述的一种多自适应天线阵列的无线传输方法，其特征在于：在移动台使用m根天线进行空时分组码的上行链路中，基站处理单元通过m个符号时延将每个天线阵列元素上的信号分为m路，此时进行波束赋形处理时，天线阵列元素个数相当于实际个数的m倍。

6.根据权利要求3或5所述的一种多自适应天线阵列的无线传输方法，其特征在于：在移动台通过2根天线同时对信号进行发送或接收，基站处理单元通过以光纤链路与之相连的2个智能天线阵同时对信号进行发送或接收。