专利名称：智能天线系统的分集发射接收装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种智能天线系统的分集发射接收装置，更具体
地，涉及一种时分同步的码分多址(TD-SCDMA )移动通信系统中， 用于在智能天线系统中进行分集发射接收的实现装置。
背景技术：
当前无线通信中，空时处理技术是研究热点之一，其在空间域 和时间域联合处理接收信号，因而，可以充分利用空间信号处理技 术和时间信号处理t支术的优势，有效^U元码间干护u (ISI)、减少多 址4妄入干护C (MAI)、增加分集增益以及4是高阵增益，达到单个天 线的单时间处理方法无法实现的效果。
目前，空间处理技术主要包括有智能天线、自适应天线、切换 波束天线和空间分集4妄收4支术等。其中，在TD-SCDMA系统中广 泛使用的智能天线技术主要是利用到达天线阵的信号之间的完全 相关性形成天线方向图。该方法利用上下行信道的对称性，根据基 站^t姿收信号实时调整天线的方向图，〗吏天线主波束对准用户信号的 到达方向，旁瓣和零陷对准干纟尤信号的到达方向。由于智能天线根 据用户信号的不同空间传播方向，提供不同的空间信道。在有限的 方向区域内4妄收信号，可以有效地减少接收到的MAI以及理想用 户和其他用户的多径信号数量，本质上增加了接收机的输入信干噪 比(SINR)，从而提高了系统容量和接收质量。但是，由于其理论
建立在布l:没上下朽^f言道完全只于称的基础上，在用户端高速移动或存 在大量多径等信道条件下，其性能无法保证。
在码分多址(CDMA)系统中，还可以采用空间分集接收和发 射方式抵抗多径衰落，这种技术一般在基站端利用两根天线间间隔 凄丈个工作电,兹波波长》文置，由于各个用户多径的影响产生瑞利 (Rayleigh)衰落，两根天线上接收到的两路信号相关性很小，然 后对两路信号进行最大比合并或等增益合并或选择合并，最终实现 空间分集以才是高通信系统性能。分集接收通过增加空间和时间分集 阶数来提高分集增益。
综上所述，空间分集接收和空间分集发射利用空间分集提高了 接收信号质量和发射信号抗衰落性能，而智能天线则是利用阵列天 线大大提高接收质量和发送信号性能。在第三代移动通信标准中， 广泛应用发射分集技术和智能天线技术作为两种利用空间资源对 抗多径衰落，以提高通信系统性能。虽然这两种方法具有上述优势， 但是，在某些情况下这两种方法也分别存在一定的性能损失。
因为空间智能天线技术和分集技术结合能更有效的对抗瑞利 衰落，所以解决上述问题的有效措施之一就是将智能天线技术与空 间分集技术结合起来，以取长补短。
孙平、丁勇和王清泰在2004年9月30曰申请的中国申请第 CN200410084828号，乂>开号为CN1755986的专利《一种用于 SCDMA系统中的双极化板状天线阵》中，提出了 一种用于同步码 分多址通信系统中的双4及化天线平斥反天线阵，该天线阵由两组天线 组成，每组天线有N个天线单元(N为正整lt)，其中一组天线上
单元转-45°，即这两组天线是正交4及4匕的。每一组天线中两个相邻
天线单元的水平距离是相等的，且该距离为发射信号的半个波长到 一个波长之间。在接收时，结合分集技术和智能天线的算法，该天 线阵能提高接收灵敏度。但是，该方法由于在接收端限定了采用选 择合并的方法，因而系统的性能增益提高较小。
针对上述问题，本发明提出了一种智能天线系统的分集发射接 收方法及装置，采用将阵元分组，分别进行波束赋形并且通过时间 分集或编码分集方式，在接收端进行分集接收合并的方法实现了空 间分集和智能天线技术的结合使用，从而，使无线通信系统同时获 得了分集增益和赋形增益，同时也提高了系统的性能。
发明内容
为了使无线通信系统同时获得分集和赋形增益。本发明提供了 一种智能天线系统的分集发射接收方法及装置，利用空间分集和智 能天线相互结合使用，通过在接收端进行联合检测，从而达到了提 高系统性能增益，适应各种不同的信道环境的目的。
本发明的 一 个方面提供了 一种智能天线系统的分集发射接收
装置，其包括分组单元，用于根据第一预定方法将智能天线的阵 元分成至少两个组；上4亍链路信道估计单元，用于在上行链路中分 别对至少两个组的阵元进4于信道估计，得到信道估计^据；波束贝武 形单元，用于根据信道估计数据，分别计算与至少两个组的阵元相 对应的波束赋形权值；下行链路发射单元，用于在下行链路中使用 波束U武形相 f直，由至少两个组的阵元采用第二预定方法分别发射加 权后的数据；以及接收检测单元，用于在接收端分别接收与至少两 个组的阵元相对应的4妾收^t据，并才艮据所采用的第二预定方法对接 收数据进行联合检测，得到下行发射数据的估计值。
才艮据本发明的一个方面，第一预定方法包括以下至少一种级 4匕分集和空间分集。第二预定方法包4舌所有分集方法，例如，以下 至少一种时间发射分集和编码发射分集。
根据本发明的 一 个方面，时间发射分集是在不同时刻由至少两 个组的阵元发射相同的数据经过不同的信道到达接收端。编码发射 分集是下行链路发射的数据经过不同的扩频码和扰码进行扩频加 扰后，在相同时刻由不同的至少两个组的阵元进行下行发射。
本发明的另 一个方面提供了 一种智能天线系统的分集发射接 收方法，该方法包4舌以下步艰i:步骤S102, #4居第一预定方法将智 能天线的阵元分成至少两个组；步骤S104，在上行链路中分别对至 少两个组的阵元进行信道估计，得到信道估计凄t据；步骤S106，冲艮 据信道估计数据，分别计算与至少两个组的阵元相对应的波束赋形 权值；步骤S108，在下行链路中使用波束赋形权值，由至少两个组 的阵元采用第二预定方法分别发射加权后的数据；以及步骤S110, 在接收端分别接收与至少两个组的阵元相对应的接收数据，并根据 所采用的第二预定方法对接收数据进行联合检测，得到下行发射数 才居的估计4直。
才艮据本发明的另 一个方面，第 一预定方法包括以下至少一种 级化分集和空间分集。第二预定方法包4舌所有分集方法，例如，以 下至少一种时间发射分集和编码发射分集。
根据本发明的另 一个方面，时间发射分集是在不同时刻由至少 两个组的阵元发射相同的数据经过不同的信道到达接收端。编码发 射分集是下行链^各发射的数据经过不同的扩频码和扰码进行扩频 加扰后，在相同时刻由不同的至少两个组的阵元进行下行发射。
因此，本发明所提出的智能天线系统的分集发射接收方法及装 置在不明显增加运算复杂度的情况下，能够同时获得分集增益和赋 形增益，另外还适用于各种信道环境，有利于工程实现。
附图用来4是供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部 分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的
限制。在附图中
图1是根据本发明的智能天线系统的分集发射接收方法的流程
图2是根据本发明的智能天线系统的分集发射接收装置的框
图3A是才艮据本发明的实施例的智能天线系统所采用的天线阵 元的空间分集装置的视图3B是根据本发明的实施例的智能天线系统所采用的天线阵 元的极化分集装置的一见图；以及
图4是才艮据本发明的实施例的采用智能天线系统的分集发射接 收方法的流^E图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此 处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本 发明。
图1是根据本发明的智能天线系统的分集发射接收方法的流程
图。如图1所示，智能天线系统的分集发射接收方法包括以下步骤
(1) 步骤S102，才艮据第一预定方法将智能天线的阵元分成至 少两个纟且；
(2) 步骤S104,在上行链^各中分别对至少两个组的阵元进行 信道估计，得到信道估计数据；
(3) 步骤S106， 4艮据信道估计凄t据，分别计算与至少两个组 的阵元相对应的波束赋形4又值；
(4 )步骤S108,在下4亍链路中4吏用波束赋形4又值，由至少两 个组的阵元采用第二预定方法分别发射加权后的数据；
(5)步骤SllO，在接收端分别接收与至少两个组的阵元相对 应的接收数据，并根据所釆用的第二预定方法对接收数据进行联合 检测，得到下行发射数据的估计值。
在本发明中，第一预定方法包4舌以下至少一种纟及^f匕分集和空 间分集。第二预定方法包4舌所有分集方法，例如，以下至少一种 时间发射分集和编码发射分集。
其中，时间发射分集是在不同时刻由至少两个组的阵元发射相 同的数据经过不同的信道到达接收端。编码发射分集是下行链路发 射的数据经过不同的扩频码和扰码进行扩频加扰后，在相同时刻由 不同的至少两个组的阵元进行下行发射。
图2是根据本发明的智能天线系统的分集发射接收装置的框 图。该智能天线系统的分集发射接收装置200包括分组单元202, 用于根据第一预定方法将智能天线的阵元分成至少两个组；上行链 路信道估计单元204，用于在上4亍《连路中分别对至少两个组的阵元 进行信道估计，得到信道估计^t据；波束赋形单元206，用于才艮据 信道估计凄t悟，分别计算与至少两个组的阵元相对应的波束]3式形冲又 值；下行链^各发射单元208，用于在下行链if各中使用波束赋形权值， 由至少两个组的阵元采用第二预定方法分别发射加—又后的凄t据；以 及接收检测单元210,用于在接收端分别接收与至少两个组的阵元 相对应的接收数据，并根据所采用的第二预定方法对接收数据进行 联合检测，得到下行发射数据的估计值。
在本发明中，第一预定方法包4舌以下至少一种级4b分集和空 间分集。第二预定方法包4舌所有的《h集方法，例如，以下至少一种 时间发射分集和编码发射分集。
其中，时间发射分集是在不同时刻由至少两个组的阵元发射相 同的数据经过不同的信道到达接收端。编码发射分集是下行链路发 射的数据经过不同的扩频码和扰码进行扩频加扰后，在相同时刻由 不同的至少两个组的阵元进行下行发射。
图3A是才艮据本发明的实施例的智能天线系统所采用的天线阵 元的空间分集装置的视图，图3B是根据本发明的实施例的智能天 线系统所采用的天线阵元的极化分集装置的视图，以及图4是根据 本发明实施例的采用智能天线系统的分集发射4妄收方法的流程图。
在下文中，将以TD-SCDMA无线通信系统为例，假设基站端 天线阵列采用Ka根天线，结合图3A及图3B详细描述图4的实施 过程。如图4所示，4艮据本发明的实施例，智能天线系统的分集发 射4妄收方法包括下述步骤
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说明书第8/12页
S402,智能天线阵元分纟且步驶《4十只于TD-SCDMA通4言系统， 如图3A及3B所示，将其智能天线部分的Ka根天线分为N组，包 括才及化分集和空间分集两种方法，在此，是以《"=8，^ = 2为例的。
S404，上行链路信道估计步骤将N组阵元视为对立的N个
智能天线系统，每组分别包括P —;—个阵元，则第n ( " = 1，2，'",) 组阵元的信道第t个上行时隙第k个用户经过信道后处理的信道冲 激响应估计矩阵表示为
(2)(,)<formula>formula see original document page 11</formula>式中p表示每组阵列天线数，"=i，2，'"，w， w表示信道估计窗
S406,分组波束赋形步骤:
根据步骤S404得到的第n组阵元对应空间协方差矩阵表示为
<formula>formula see original document page 11</formula>(2)
则第n组阵元对应第k个用户的信干噪比表示为
S腿
(<formula>formula see original document page 11</formula>(3)
其中，W"(")为噪声空间协方差矩阵'乂人而^寻到符合最大SINR准则的第n纟且阵元^"应的波束]3武形氺又 矢量为
其中，w"即为第n组阵元所对应的第k个用户的波束赋形权值。
S408，下行链路步骤下行链路中N个子智能天线系统依然是 相互独立的。这里提供两种分集发射方法时间分集和编码分集。
(1) 时间发射分集采用在不同时刻由不同的子阵元组发射 相同的数据经过不同的信道到达接收端。其中发射时间与子阵元数 目——对应，即第n个时刻由第n个子阵元组下行发射。
假设下行链路发射数据为d，扩频加扰矩阵为C，则接收端接 收到的数据为
《")=W(").C.(5)
其中，《)与^分别为第n个时刻时第n组阵元所对应的接收 数据和下行信道。
(2) 编码发射分集下行链路发射数据d经过不同的扩频码 和才尤码进行扩频加4尤后，在相同时刻由不同的子阵元组进行下行发 射。
因为多个阵元组同时发射，则接收到的数据为合并数据，如下 式所示<formula>formula see original document page 13</formula>其中，《'与V")分别为第n组阵元所对应的接收数据和下行信
道，e"为第n组阵元所对应的由不同扩频码和扰码组成的扩频加扰 矩阵。而且，不同的子阵元组采用不同的训练序列(midamble)码。
S410,联合检测合并接收步骤根据步骤S408中分别在接收 端得到的N组子智能天线系统所对应的接收数据，接着，将它们根 据最大比合并的法则合并接收，从而得到对原始发射数据的估计值
^。在本发明的实施例中采用的是联合检测方法，再次以N = 2为 例，并且与步骤S408对应，分为时间分集和编码分集两种方法
(1)时间发射分集用两个阵元子阵对应的信道估计A("和^ 分别组成各自的系统矩阵f和f)。则将对应于用户符号的接收数
据表示为《)和^。则《)和^可表示为
<formula>formula see original document page 13</formula>(7)
其中，d是用户原始发射符号向量，A矩阵为包括波束赋形权 值、信道以及扩频码-阮码等信息在内的系统矩阵。
根据ZF-BLE准则，原始用户发射数据d的估计为
<formula>formula see original document page 13</formula>其中，凡是噪声的相关矩阵,
才艮净居MMSE准则，用户发射教.才居d的4古计为
<formula>formula see original document page 14</formula>
(9)<formula>formula see original document page 14</formula>
其中^是用户符号的相关矩阵,
(2)编码发射分集采用不同的midamble码分别得到两个阵 元子阵对应的信道估计和^ ,与其各自对应的扩频加扰矩阵c'和 ^分别组成各自的系统矩阵,和^2)。则合并的接收数据e可表示 为
(10)<formula>formula see original document page 14</formula>
其中，d是用户原始发射符号向量，A矩阵为包括波束赋形权 值、信道以及扩频码扰码等信息在内的系统矩阵。
根据ZF-BLE准则，原始用户发射数据d的估计为
(11 )<formula>formula see original document page 14</formula>
其中，A是噪声的相关矩阵。
才艮才居MMSE准则，用户发射lt才居d的估计为<formula>formula see original document page 14</formula>
(12)<formula>formula see original document page 14</formula>
其中，&是用户符号的相关矩阵<
通过以上本发明的描述，可以看到本发明实现以下有益效果 (1)系统同时获得分集增益和赋形增益；(2)在不明显增加运算 复杂度的情况下，利用联合检测实现分集接收；(3)克服了智能天 线系统在高速移动等情况下的性能损失，适应各种不同的信道环境。
以上^f又为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对 于本领域的^支术人员来"i兌，本发明可以有各种更改和变化。凡在本 发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均 应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种智能天线系统的分集发射接收装置，其特征在于，包括分组单元，用于根据第一预定方法将所述智能天线的阵元分成至少两个组；上行链路信道估计单元，用于在上行链路中分别对所述至少两个组的阵元进行信道估计，得到信道估计数据；波束赋形单元，用于根据所述信道估计数据，分别计算与所述至少两个组的阵元相对应的波束赋形权值；下行链路发射单元，用于在下行链路中使用所述波束赋形权值，由所述至少两个组的阵元采用第二预定方法分别发射加权后的数据；以及接收检测单元，用于在接收端分别接收与所述至少两个组的阵元相对应的接收数据，并根据所采用的第二预定方法对所述接收数据进行联合检测，得到下行发射数据的估计值。
2. 根据权利要求1所述的分集发射接收装置，其特征在于，所述 第 一预定方法包括以下至少 一种级化分集和空间分集。
3. 根据权利要求1或2所述的分集发射接收装置，其特征在于， 所述第二预定方法包括以下至少一种时间发射分集和编码发 射分集。
4. 根据权利要求3所述的分集发射接收装置，其特征在于，所述 时间发射分集是在不同时刻由所述至少两个组的阵元发射相 同的数据经过不同的信道到达所述接收端。
冲艮据权利要求3所述的分集发射接收装置，其特征在于，所述 编码发射分集是所述下行链^各发射的凄t据经过不同的扩频码 和4尤码进4亍扩频加4尤后，在相同时刻由不同的所述至少两个组 的阵元进行下行发射。
全文摘要
本发明提供了一种智能天线系统的分集发射接收装置，该装置包括分组单元，用于根据将智能天线的阵元分成至少两个组；上行链路信道估计单元，用于在上行链路中分别对至少两个组的阵元进行信道估计，得到信道估计数据；波束赋形单元，用于根据信道估计数据，分别计算与至少两个组的阵元相对应的波束赋形权值；下行链路发射单元，用于在下行链路中使用波束赋形权值，由至少两个组的阵元分别发射加权后的数据；以及接收检测单元，用于在分别接收与至少两个组的阵元相对应的接收数据，并对接收数据进行联合检测，得到下行发射数据的估计值。因此，通过本发明，提高了系统性能增益，从而能够适应各种不同的信道环境。
文档编号H04B7/02GK101179313SQ20061013860
公开日2008年5月14日 申请日期2006年11月8日 优先权日2006年11月8日
发明者凡 史, 斌 李, 秦洪峰 申请人:中兴通讯股份有限公司