專利名稱：陣列收發(fā)系統(tǒng)中的參考信號(hào)發(fā)射接收方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線移動(dòng)通信，更具體地指一種陣列收發(fā)系統(tǒng)中的參考信號(hào)發(fā)射接收方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
陣列接收和發(fā)射技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在天線、聲納等系統(tǒng)中，用于信號(hào)的增強(qiáng)和噪聲抑制。
在發(fā)射過程中，輸送到各個(gè)發(fā)射陣元上的信號(hào)，被分別乘以一定的權(quán)值，調(diào)整各自的幅度和相位，使得在特定的接收端獲得最優(yōu)的信號(hào)質(zhì)量。
在接收過程中，來(lái)自每個(gè)陣元的接收信號(hào)，用合適的權(quán)值先分別進(jìn)行加權(quán)，然后累加合并，使得合并后的輸出信號(hào)質(zhì)量達(dá)到最優(yōu)。
在陣列發(fā)射和接收中，關(guān)鍵都在于選擇合適的加權(quán)值，由于每個(gè)陣元需要一個(gè)權(quán)值，所以需要優(yōu)化的值是一組權(quán)值，這一組權(quán)值可以表示為一個(gè)權(quán)值向量，陣列發(fā)射和接收中需要考慮的關(guān)鍵技術(shù)就是這個(gè)權(quán)值向量的優(yōu)化?，F(xiàn)有的許多優(yōu)化方法，都引入了參考信號(hào)來(lái)獲取最優(yōu)的權(quán)值，其原理是利用參考信號(hào)和各個(gè)陣元上信號(hào)的相關(guān)特性。
在現(xiàn)有的陣列發(fā)射和接收方法中，參考信號(hào)一般是一段收發(fā)端都已知的信號(hào)(簡(jiǎn)稱為導(dǎo)頻，即符號(hào)序列)，在發(fā)射和接收中的使用方法如下在發(fā)射過程中，導(dǎo)頻在單個(gè)陣元上發(fā)射，或者和有用信號(hào)經(jīng)過相同的加權(quán)處理后發(fā)射，而在接收過程中，直接使用這一導(dǎo)頻作為接收信號(hào)的參考信號(hào)。
現(xiàn)有的方法存在如下缺點(diǎn)a，在發(fā)射過程中，當(dāng)選擇在單個(gè)陣元上發(fā)射導(dǎo)頻時(shí)，沒有明確在陣列的那個(gè)陣元上進(jìn)行發(fā)射，隨意的選擇并不能獲得最優(yōu)的性能。
b，在接收過程中，直接采用已知的導(dǎo)頻作為參考信號(hào)的方法受到信道衰落變化的影響，在很多通信環(huán)境下并不能很好的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有的陣列收發(fā)系統(tǒng)中的參考信號(hào)，在發(fā)射和接收過程中存在的不能獲得最優(yōu)性能、受信道衰落變化影響大的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提出一種陣列收發(fā)系統(tǒng)中的參考信號(hào)發(fā)射方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種陣列收發(fā)系統(tǒng)中的參考信號(hào)發(fā)射方法，在發(fā)射過程中，a，首先，輸送到發(fā)射陣列上的各個(gè)發(fā)射陣元上的有用信號(hào)，被分別乘以一定的權(quán)值，調(diào)整各個(gè)陣元上信號(hào)的幅度和相位；b，然后，尋找出陣列中的一個(gè)與其余陣元的發(fā)射信道相關(guān)性模值之和最大的陣元；c，最后，在該陣元上的發(fā)射參考信號(hào)或者導(dǎo)頻信號(hào)。
所述的步驟b中，在尋找發(fā)射考參信號(hào)的陣元中，選擇以該陣元發(fā)射到接收端的信號(hào)經(jīng)歷的信道衰落與該陣列的其它陣元上發(fā)射到接收端的信道衰落的相關(guān)性模值之和最大的陣元。
在尋找陣列中一個(gè)與其余陣元的發(fā)射信道相關(guān)性模值之和最大的陣元時(shí)，選擇陣列中諸陣元中最靠近中心的陣元，也即挑選出該陣元與陣列中其他陣元的平均距離為最小。
一種陣列收發(fā)系統(tǒng)中的參考信號(hào)接收方法，在接收過程中，接收陣列天線中的陣元接收由發(fā)射天線發(fā)出的參考信號(hào)或?qū)ьl信號(hào)；將所接收到的導(dǎo)頻信號(hào)與特定陣元上的接收信號(hào)的信道因子之積作為參考信號(hào)。
所述的特定陣元的選擇是以該陣元上的接收信號(hào)經(jīng)歷的信道衰落與接收陣列天線中的其它陣元上的接收信號(hào)經(jīng)歷的信道衰落的相關(guān)性模值之和最大。
在特定陣元的選擇中，以所選的陣元與接收陣列天線中其它諸陣元的平均距離最小的陣元為特定陣元。
一種參考信號(hào)發(fā)射方法的應(yīng)用，所述的參考信號(hào)發(fā)射方法應(yīng)用于碼分多址無(wú)線通信系統(tǒng)中，以此在該系統(tǒng)的陣列天線上發(fā)射公共導(dǎo)頻信號(hào)。
一種參考信號(hào)接收方法的應(yīng)用，所述的參考信號(hào)接收方法應(yīng)用于碼分多址無(wú)線通信系統(tǒng)中，以此在該系統(tǒng)的陣列天線上生成上行參考信號(hào)。
本發(fā)明采用了上述的技術(shù)方案，在陣列發(fā)射時(shí)，參考信號(hào)選擇在與陣列中其余陣元上的發(fā)射信道相關(guān)性模值之和最大的那個(gè)陣元上，從而使得在發(fā)射過程中選擇在單個(gè)陣元上發(fā)射導(dǎo)頻時(shí)，有針對(duì)性地明確在陣列的一個(gè)陣元上進(jìn)行發(fā)射，能獲得最優(yōu)的性能；而在陣列接收時(shí)，考慮采用已知序列與信道因子之積作為參考信號(hào)時(shí)，選取與陣列中其余陣元的接收信道相關(guān)性模值之和最大的那個(gè)陣元上的信道因子，因此，使得在接收過程中，導(dǎo)頻作為參考信號(hào)受到信道衰落變化的影響最小。本發(fā)明的方法通過恰當(dāng)?shù)倪x擇參考信號(hào)所處的陣元位置，能夠獲得最佳的陣列接收和發(fā)射性能。此外，本發(fā)明的發(fā)射接收方法能很好地應(yīng)用于碼分多址無(wú)線通信系統(tǒng)中，在陣列天線上發(fā)射公共導(dǎo)頻信號(hào)和生成上行參考信號(hào)。


圖1為信道和信道空間相關(guān)性示意圖。
圖2為半波長(zhǎng)間隔四陣元均勻直線陣列波束形成示意圖。
圖3為以一定角度范圍內(nèi)到達(dá)天線陣列的信號(hào)示意圖。
具體實(shí)施例方式
首先說明一下信道和信道空間相關(guān)性的概念。
如圖1所示，左側(cè)101指示的是n個(gè)天線排成的直線陣列，右側(cè)102指示的是單個(gè)天線，所有的天線都可以用于發(fā)射或者接收，考察101指示的陣列天線發(fā)射，102指示的單個(gè)天線進(jìn)行接收的情況(反之，即102指示的單個(gè)天線發(fā)射，101指示的陣列進(jìn)行接收的情況)，在信號(hào)從陣列到接收端傳播的過程中，由于無(wú)線傳播以及移動(dòng)通信中存在的各種衰落，信號(hào)到達(dá)102時(shí)受到了傳播的信道環(huán)境的影響，對(duì)于接收信號(hào)的一個(gè)多徑分支，從每個(gè)發(fā)射天線接收到的信號(hào)經(jīng)歷的信道衰落可以表示為一個(gè)復(fù)數(shù)量hi，i＝0，...，n-1，可以排成列向量的形式h→=h0h1···hn-1---(1)]]>由于實(shí)際環(huán)境中hi，i＝0，...，n-1都是一些隨機(jī)變量，可以求(1)表示的復(fù)隨機(jī)向量的自相關(guān)矩陣 其中的ri，j(i，j＝0，...，n-1)代表從第號(hào)天線與第號(hào)天線上到達(dá)102天線的信號(hào)之間的相關(guān)性，可以看出矩陣的第行即代表了第號(hào)天線與陣列中的所有陣元間的相關(guān)性。
對(duì)于102指示的單個(gè)天線發(fā)射，101指示的陣列進(jìn)行接收的情況，同樣可以獲得如(2)式的信道相關(guān)矩陣。
為了改善參考信號(hào)在陣列收發(fā)中的性能，本發(fā)明考慮了陣列上每個(gè)陣元上的信號(hào)之間的相關(guān)性，提出了如下的發(fā)射和接收方法。
其中，陣列收發(fā)系統(tǒng)中的參考信號(hào)發(fā)射方法步描述如下一種陣列收發(fā)系統(tǒng)中的參考信號(hào)發(fā)射方法，在發(fā)射過程中，a，首先，輸送到發(fā)射陣列上的各個(gè)發(fā)射陣元上的有用信號(hào)，被分別乘以一定的權(quán)值，調(diào)整各個(gè)陣元上信號(hào)的幅度和相位；b，然后，尋找出陣列中的一個(gè)與其余陣元的發(fā)射信道相關(guān)性模值之和最大的陣元；c，最后，在該陣元上的發(fā)射參考信號(hào)或者導(dǎo)頻信號(hào)。
所述的步驟b中，在尋找發(fā)射考參信號(hào)的陣元中，選擇以該陣元發(fā)射到接收端的信號(hào)經(jīng)歷的信道衰落與該陣列的其它陣元上發(fā)射到接收端的信道衰落的相關(guān)性模值之和最大的陣元。
在尋找陣列中一個(gè)與其余陣元的發(fā)射信道相關(guān)性模值之和最大的陣元時(shí)，選擇陣列中諸陣元中最靠近中心的陣元，也即挑選出該陣元與陣列中其他陣元的平均距離為最小。
陣列收發(fā)系統(tǒng)中的參考信號(hào)接收方法步描述如下一種陣列收發(fā)系統(tǒng)中的參考信號(hào)接收方法，在接收過程中，接收陣列天線中的陣元接收由發(fā)射天線發(fā)出的參考信號(hào)或?qū)ьl信號(hào)；將所接收到的導(dǎo)頻信號(hào)與特定陣元上的接收信號(hào)的信道因子之積作為參考信號(hào)。
所述的特定陣元的選擇是以該陣元上的接收信號(hào)經(jīng)歷的信道衰落與接收陣列天線中的其它陣元上的接收信號(hào)經(jīng)歷的信道衰落的相關(guān)性模值之和最大。
在特定陣元的選擇中，以所選的陣元與接收陣列天線中其它諸陣元的平均距離最小的陣元為特定陣元。
在發(fā)射過程中，當(dāng)導(dǎo)頻在單個(gè)陣元上發(fā)射時(shí)，在陣列中應(yīng)該這樣選擇發(fā)射導(dǎo)頻的陣元經(jīng)過信道的傳播后，該陣元發(fā)射到接收端的信號(hào)經(jīng)歷的信道衰落與陣列其他陣元上發(fā)射到接收端的信道衰落的相關(guān)性模值之和最大。由于相關(guān)性模值大小在一定的信道環(huán)境下主要取決于陣元之間的間距，間距越大，相關(guān)性模值越小，因此，在大多數(shù)情況下，選擇的陣元是陣列中到其他陣元的平均距離最小的。
在接收過程中，參考信號(hào)采用已知的導(dǎo)頻和特定陣元上的接收信號(hào)的信道因子之積，對(duì)這里的特定陣元的選擇方法是該陣元上的接收信號(hào)經(jīng)歷的信道衰落與陣列其他陣元上的接收信號(hào)經(jīng)歷的信道衰落的相關(guān)性模值之和最大。
由于相關(guān)性在一定的信道環(huán)境下主要取決于陣元之間的間距，間距越大，相關(guān)性模值越小，因此，在大多數(shù)情況下，選擇的陣元是陣列中到其他陣元的平均距離最小的。
下面將以應(yīng)用半波長(zhǎng)間隔四陣元均勻直線陣列為例，對(duì)接收和發(fā)射方法進(jìn)行來(lái)詳細(xì)說明。
在圖1中，201～204指示了天線陣列的四個(gè)陣元，每個(gè)陣元的發(fā)射和接收特性是相同的，205指示的雙向箭頭表明了發(fā)射或者接收信號(hào)，四個(gè)陣元均勻的排列在由206指示的虛線段AB上，AB線段稱為陣列的軸線，相鄰陣元的間隔是天線陣列工作頻點(diǎn)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)的一半，即圖中說明的Wavelengh/2，由207指示的線段CD與AB垂直，稱為陣列的法線，208和209指示了從兩個(gè)不同方向到達(dá)天線陣列的信號(hào)，他們到達(dá)的方向與陣列的法線CD的夾角分別是210和211，角度以逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正方向。
在圖1表示的陣列前提下，按照本發(fā)明提出的方法，則參考信號(hào)的發(fā)射和接收方法應(yīng)該是供接收端使用的導(dǎo)頻選在202(或者203)陣元上發(fā)射。
在接收中，參考信號(hào)采用導(dǎo)頻和202(或者203)陣元上信號(hào)的信道因子之積。
上述的發(fā)射和接收方法表明，在均勻直線陣列情況下，參考信號(hào)應(yīng)該選擇在陣列中最靠近中心的陣元，這樣挑選出的陣元與陣列中其他陣元的平均距離最小，滿足相關(guān)性模值之和最小的要求。
對(duì)此，我們可按照一種相關(guān)性原理來(lái)驗(yàn)證了上述選擇在202(或者203)時(shí)滿足相關(guān)性模值之和最小。
以陣列接收為例，當(dāng)?shù)竭_(dá)陣列的信號(hào)不是平面波，而是從一個(gè)角度范圍內(nèi)到達(dá)時(shí)，如圖3所示301指示的虛線上的四個(gè)天線組成了半波長(zhǎng)間隔均勻直線陣列，信號(hào)從303指示的∠BOC角范圍內(nèi)到達(dá)陣列，信號(hào)中心方向與陣列的法線方向夾角為302指示的∠AOD。
假設(shè)信號(hào)在到達(dá)的角度范圍內(nèi)是均勻分布的，一種近似計(jì)算 的方法為R→=Σq=Q/2Q/2a→(θo+q×Δ/Q)a→II(θo+q*Δφ/Q)---(3)]]>a→(φ)=1e-j2πdλsinφe-j2π2dλsinφe-j2π3dλsinφ---(4)]]>這里的θ0為圖3中的302角，(在一般計(jì)算中取100)是303的角度范圍內(nèi)均勻選取的方向個(gè)數(shù)，Δφ表示303角的大小，是相鄰陣元之間的間隔，λ是天線陣列接收信號(hào)的波長(zhǎng)。
在(3)，(4)中，令θ0＝0，Δφ＝30°，Q＝100，d/λ＝1/2，那么(3)式的 的值為R→=1.00.89040.60400.24880.89041.00.89040.60400.60400.89041.00.89040.24880.60400.89041.0---(5)]]>
從 矩陣的第一行或第一列可以看出第0號(hào)天線上信號(hào)與其他幾根天線上信號(hào)的相關(guān)性特性，比較第二行或第二列代表的第1號(hào)天線上信號(hào)與其他幾根天線上信號(hào)的相關(guān)性特性，顯然后者總共要大于前者。在這種情況下，采用第1號(hào)天線上的信號(hào)作為其他幾根天線上接收信號(hào)的參考信號(hào)，應(yīng)用在各種接收方法中，便可以獲得優(yōu)于以第0號(hào)天線為參考的性能。
本發(fā)明的參考信號(hào)發(fā)射方法和接收方法可應(yīng)用于碼分多址無(wú)線通信系統(tǒng)中，以此在該系統(tǒng)的陣列天線上發(fā)射公共導(dǎo)頻信號(hào)和生成上行參考信號(hào)。
本發(fā)明應(yīng)用在寬帶碼分多址系統(tǒng)中，經(jīng)過了仿真驗(yàn)證證明了優(yōu)于現(xiàn)有的其它的技術(shù)方案所得到的性能。
權(quán)利要求
1.一種陣列收發(fā)系統(tǒng)中的參考信號(hào)發(fā)射方法，其特征在于在發(fā)射過程中，a，首先，輸送到發(fā)射陣列上的各個(gè)發(fā)射陣元上的有用信號(hào)，被分別乘以一定的權(quán)值，調(diào)整各個(gè)陣元上信號(hào)的幅度和相位；b，然后，尋找出陣列中的一個(gè)與其余陣元的發(fā)射信道相關(guān)性模值之和最大的陣元；c，最后，在該陣元上的發(fā)射參考信號(hào)或者導(dǎo)頻信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的陣列收發(fā)系統(tǒng)中的參考信號(hào)發(fā)射方法，其特征在于所述的步驟b中，在尋找發(fā)射考參信號(hào)的陣元中，選擇以該陣元發(fā)射到接收端的信號(hào)經(jīng)歷的信道衰落與該陣列的其它陣元上發(fā)射到接收端的信道衰落的相關(guān)性模值之和最大的陣元。
3.如權(quán)利要求2所述的陣列收發(fā)系統(tǒng)中的參考信號(hào)發(fā)射方法，其特征在于在尋找陣列中一個(gè)與其余陣元的發(fā)射信道相關(guān)性模值之和最大的陣元時(shí)，選擇陣列中諸陣元中最靠近中心的陣元，也即挑選出該陣元與陣列中其他陣元的平均距離為最小。
4.一種陣列收發(fā)系統(tǒng)中的參考信號(hào)接收方法，其特征在于在接收過程中，接收陣列天線中的陣元接收由發(fā)射天線發(fā)出的參考信號(hào)或?qū)ьl信號(hào)；將所接收到的導(dǎo)頻信號(hào)與特定陣元上的接收信號(hào)的信道因子之積作為參考信號(hào)。
5.如權(quán)利要求4所述的陣列收發(fā)系統(tǒng)中的參考信號(hào)接收方法，其特征在于所述的特定陣元的選擇是以該陣元上的接收信號(hào)經(jīng)歷的信道衰落與接收陣列天線中的其它陣元上的接收信號(hào)經(jīng)歷的信道衰落的相關(guān)性模值之和最大。
6.如權(quán)利要求5所述的陣列收發(fā)系統(tǒng)中的參考信號(hào)接收方法，其特征在于在特定陣元的選擇中，以所選的陣元與接收陣列天線中其它諸陣元的平均距離最小的陣元為特定陣元。
7.一種如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)參考信號(hào)發(fā)射方法的應(yīng)用，其特征在于所述的參考信號(hào)發(fā)射方法應(yīng)用于碼分多址無(wú)線通信系統(tǒng)中，以此在該系統(tǒng)的陣列天線上發(fā)射公共導(dǎo)頻信號(hào)。
8.一種如權(quán)利要求4-6中任一項(xiàng)參考信號(hào)接收方法的應(yīng)用，其特征在于所述的參考信號(hào)接收方法應(yīng)用于碼分多址無(wú)線通信系統(tǒng)中，以此在該系統(tǒng)的陣列天線上生成上行參考信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種陣列收發(fā)系統(tǒng)中的參考信號(hào)發(fā)射接收方法及其應(yīng)用，參考信號(hào)選擇在與陣列中其余陣元上的發(fā)射信道相關(guān)性模值之和最大的那個(gè)陣元上，從而使得在發(fā)射過程中選擇在單個(gè)陣元上發(fā)射導(dǎo)頻時(shí)，有針對(duì)性地明確在陣列的一個(gè)陣元上進(jìn)行發(fā)射，能獲得最優(yōu)的性能；而在陣列接收時(shí)，考慮采用已知序列與信道因子之積作為參考信號(hào)時(shí)，選取與陣列中其余陣元的接收信道相關(guān)性模值之和最大的那個(gè)陣元上的信道因子，因此，使得在接收過程中，導(dǎo)頻作為參考信號(hào)受到信道衰落變化的影響最小。本發(fā)明的發(fā)射接收方法能很好地應(yīng)用于碼分多址無(wú)線通信系統(tǒng)中，在陣列天線上發(fā)射公共導(dǎo)頻信號(hào)和生成上行參考信號(hào)。
文檔編號(hào)H04B7/06GK1464667SQ0211206
公開日2003年12月31日 申請(qǐng)日期2002年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月14日
發(fā)明者沙征東 申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司