專利名稱：發(fā)送分集方法和mimo通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于多入多出(MIMO)系統(tǒng)中的發(fā)送分集技術(shù)，具體地，涉及一種空間相關(guān)MIMO通信系統(tǒng)及相應(yīng)的發(fā)送分集方法，能夠有效地提高發(fā)送分集性能。
背景技術(shù)：
越來(lái)越高的信息傳輸速率是未來(lái)無(wú)線通信系統(tǒng)所面臨的主要問(wèn)題之一。為了在有限的頻譜資源上實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，多入多出技術(shù)，即多天線技術(shù)已成為未來(lái)無(wú)線通信中所采用的必不可少的手段之一。在MIMO系統(tǒng)中，發(fā)送端利用多根天線進(jìn)行信號(hào)的發(fā)送，接收端利用多根天線進(jìn)行空間信號(hào)的接收。研究表明，相比于傳統(tǒng)的單天線傳輸方法，MIMO技術(shù)可以顯著的提高信道容量，從而提高信息傳輸速率。
從發(fā)送方法上看，MIMO系統(tǒng)可以粗略的劃分為兩類基于空間復(fù)用的MIMO發(fā)送系統(tǒng)和基于空間分集的MIMO發(fā)送系統(tǒng)。對(duì)于空間復(fù)用MIMO發(fā)送系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其基本思想是每個(gè)發(fā)送天線上發(fā)送的信號(hào)之間相互獨(dú)立，其目的是獲得最大的傳輸速率，常見(jiàn)的系統(tǒng)如BELL實(shí)驗(yàn)室提出的V-BLAST系統(tǒng)。與空間復(fù)用MIMO發(fā)送系統(tǒng)不同，在空間分集MIMO系統(tǒng)中，信號(hào)在發(fā)送之前一般都要進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理的目的是用一定程度的傳輸速率的損失來(lái)?yè)Q取發(fā)送分集能力的提高，從而獲得更好的MIMO接收性能。在空間分集MIMO系統(tǒng)中，其采用的預(yù)處理方法有多種，其中最基本的一種方法即是采用空時(shí)編碼的方法。
圖1所示為傳統(tǒng)的采用發(fā)送分集的MIMO系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意。
在該結(jié)構(gòu)中，發(fā)送端和接收端分別采用nT和nR個(gè)天線進(jìn)行信號(hào)的發(fā)送和接收。在發(fā)送端，首先在編碼調(diào)制單元101中對(duì)待發(fā)送的比特流進(jìn)行編碼和調(diào)制操作，以形成發(fā)送符號(hào)。接著，將串行的符號(hào)流通過(guò)串并變換單元102分成M個(gè)并行符號(hào)流。在串并變換單元102之后，設(shè)置的是空時(shí)編碼單元103，由其完成對(duì)發(fā)送符號(hào)的空時(shí)編碼。具體說(shuō)來(lái)，空時(shí)編碼單元103每次讀入由串并變換單元102輸出的并行的M個(gè)符號(hào)，再對(duì)這M×1符號(hào)向量根據(jù)預(yù)定的空時(shí)編碼規(guī)則進(jìn)行空時(shí)編碼，生成一nT×N的符號(hào)矩陣X。接下來(lái)，這個(gè)nT×N的符號(hào)矩陣X將在連續(xù)的N個(gè)發(fā)送時(shí)間間隔內(nèi)用nT個(gè)發(fā)送天線104發(fā)送出去，每個(gè)發(fā)送時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)送符號(hào)矩陣X的一列。這里，M和N都是自然數(shù)，并且將M/N定義為空時(shí)編碼的編碼效率。另外，根據(jù)所采用空時(shí)編碼規(guī)則的不同，空時(shí)編碼本身亦可以分為多種，比如空時(shí)分組碼，空時(shí)網(wǎng)格碼，等等。
在接收端，首先由nR個(gè)接收天線111將空間全部信號(hào)接收下來(lái)，然后由信道估計(jì)單元115根據(jù)該接收信號(hào)中的導(dǎo)頻信號(hào)或采用其他方法進(jìn)行信道估計(jì)，估計(jì)出當(dāng)前的信道特性矩陣H(對(duì)于MIMO系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其信道特性可以用一個(gè)nR×nT的矩陣來(lái)描述)。然后，空時(shí)譯碼單元112根據(jù)信道特性矩陣H來(lái)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行空時(shí)譯碼。這里，空時(shí)譯碼可以看成是發(fā)送端的空時(shí)編碼的逆操作。然后，空時(shí)譯碼的輸出依次經(jīng)過(guò)并串變換單元113和解調(diào)譯碼單元114之后，最后得到希望的接收數(shù)據(jù)。
對(duì)于發(fā)送分集MIMO系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在傳輸速率上其雖然不及空間復(fù)用MIMO系統(tǒng)(可以認(rèn)為后者的空時(shí)編碼效率為nT)，但由于其在發(fā)送端采用了預(yù)處理技術(shù)，提高了發(fā)送信號(hào)的分集能力，從而可以獲得更好的MIMO接收性能。近些年來(lái)，許多專家和學(xué)者對(duì)MIMO中的發(fā)送分集技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，提出了多種有效的空時(shí)編碼的設(shè)計(jì)方法。
然而遺憾的是，目前對(duì)MIMO系統(tǒng)中發(fā)送分集方法的研究還主要基于這樣一個(gè)假設(shè)前提，那就是MIMO系統(tǒng)的信道之間是獨(dú)立的。但是，在實(shí)際的MIMO系統(tǒng)中，MIMO系統(tǒng)的信道之間往往是相關(guān)的。造成MIMO系統(tǒng)的信道相關(guān)的原因有很多，比如天線放置的間距沒(méi)有足夠遠(yuǎn)，天線周圍沒(méi)有足夠多的散射物，以及收發(fā)送端之間存在直射徑(LOS)等等。當(dāng)MIMO系統(tǒng)的信道之間存在相關(guān)時(shí)，其信道特性矩陣H可以用下式來(lái)描述H=Rr1/2HwRt1/2]]>其中，Hw是nR×nT的獨(dú)立MIMO信道特性矩陣，Rr和Rt分別為nR×nR和nT×nT的接收和發(fā)送相關(guān)矩陣。
現(xiàn)有研究表明，實(shí)際環(huán)境下MIMO系統(tǒng)的天線之間的相關(guān)性將會(huì)降低MIMO信道的秩，從而降低發(fā)送分集的有效重?cái)?shù)，從而帶來(lái)發(fā)送分集性能的惡化。為此，需要針對(duì)空間相關(guān)MIMO系統(tǒng)提出一種新的發(fā)送分集技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問(wèn)題，提出了本發(fā)明。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種MIMO通信系統(tǒng)及相應(yīng)的發(fā)送分集方法，以提高相關(guān)MIMO系統(tǒng)中發(fā)送分集的性能。
在本發(fā)明的一個(gè)方面，提出了一種用于MIMO通信系統(tǒng)中的發(fā)送分集方法，所述MIMO通信系統(tǒng)包括接收設(shè)備和發(fā)送設(shè)備，所述發(fā)送分集方法包括步驟發(fā)送設(shè)備通過(guò)正交變換將M個(gè)原始符號(hào)復(fù)用成N個(gè)發(fā)送符號(hào)，其中M和N是自然數(shù)；接收設(shè)備根據(jù)信道的二階統(tǒng)計(jì)特性確定分別針對(duì)N個(gè)發(fā)送符號(hào)的N個(gè)波束形成參數(shù)；接收設(shè)備通過(guò)反饋信道將確定的N個(gè)波束形成參數(shù)發(fā)送給接收設(shè)備；以及發(fā)送設(shè)備在時(shí)間上依次用與N個(gè)波束形成參數(shù)相對(duì)應(yīng)的波束發(fā)送N個(gè)發(fā)送符號(hào)。
在本發(fā)明的另一方面，提出了一種包括發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備的MIMO通信系統(tǒng)，所述接收設(shè)備包括參數(shù)確定裝置，用于根據(jù)信道的二階統(tǒng)計(jì)特性來(lái)確定N個(gè)波束形成參數(shù)，并通過(guò)反饋信道將確定的N個(gè)波束形成參數(shù)發(fā)送給發(fā)送設(shè)備；所述發(fā)送設(shè)備包括正交變換裝置，用于通過(guò)正交變換將M個(gè)原始符號(hào)復(fù)用成N個(gè)發(fā)送符號(hào)，其中M和N是自然數(shù)；波束形成裝置，用于在時(shí)間上依次用與N個(gè)波束形成參數(shù)相對(duì)應(yīng)的波束發(fā)送N個(gè)發(fā)送符號(hào)。
利用本發(fā)明的方法和系統(tǒng)，可以提高相關(guān)MIMO系統(tǒng)中的發(fā)送分集性能，從而改善了無(wú)線通信性能。


圖1所示為傳統(tǒng)的采用發(fā)送分集的MIMO系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的MIMO系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例在發(fā)送端和接收端執(zhí)行的操作的流程圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例在接收端確定發(fā)送參數(shù)過(guò)程的流程圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的方法與傳統(tǒng)方法的性能比較。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合

本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
圖2所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的MIMO系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖2所示，發(fā)送端(發(fā)送設(shè)備)和收收端(接收設(shè)備)分別采用nT和nR個(gè)天線進(jìn)行信號(hào)的發(fā)送和接收。在發(fā)送端，在編碼調(diào)制單元101中對(duì)待發(fā)送的比特流進(jìn)行編碼和調(diào)制操作，以形成符號(hào)流。接著，在串并變換單元102對(duì)串行的符號(hào)流進(jìn)行串并變換，將其分成M個(gè)并行符號(hào)流，即串并變換單元102的輸出為M×1的向量，在圖2中用s表示，其中s＝[s1，s2，...，sM]T。
設(shè)置在串并變換單元102之后的是正交變換單元201，它對(duì)并行符號(hào)流進(jìn)行正交變換后，輸出N×1的向量a＝Us＝[a1，s2，...，aN]T，其中U為(N×M)正交矩陣，滿足UHU＝I，I為單位矩陣。
在正交變換之后，功率分配單元202對(duì)符號(hào)流進(jìn)行功率分配，以輸出可以表示為N×1的向量b＝Pa＝[b1，b2，...，bN]T，其中P為功率分配矩陣，P=diag{P1,P2,···,PN},]]>滿足ΣiPi=Ptotal,]]>即總功率恒定為Ptotal。
接下來(lái)，并串變換單元203將并行的符號(hào)流變換串行的符號(hào)流，然后由波束形成單元204利用相應(yīng)的波束通過(guò)發(fā)送天線104將其發(fā)送出去。圖2中，在數(shù)據(jù)發(fā)送之前，波束集合存儲(chǔ)單元205中已經(jīng)存儲(chǔ)了發(fā)送所采用的波束集合W＝{w1，w2，...，wN}，這里，每個(gè)發(fā)送波束wi為一nT×1向量。在具體發(fā)送時(shí)采用這樣的發(fā)送方法在發(fā)送時(shí)刻1，用nT個(gè)發(fā)送天線104發(fā)送b1w1，在發(fā)送時(shí)刻2，用nT個(gè)發(fā)送天線104發(fā)送b2w2，依次類推，即在時(shí)間上依次用波束集合W中的波束w1，w2，...，wN將N個(gè)發(fā)送符號(hào)發(fā)送出去，每個(gè)發(fā)送時(shí)刻用1個(gè)波束發(fā)送1個(gè)符號(hào)。
另外，發(fā)送端進(jìn)行功率分配和波束形成所需的參數(shù)，即功率分配矩陣P和發(fā)送波束集合W均是由接收端確定的并通過(guò)反饋信道傳送的。而且，功率分配矩陣P和發(fā)送波束集合W可以由接收端根據(jù)MIMO信道的二階統(tǒng)計(jì)特性確定而得。因此，這里的確定操作和參數(shù)反饋操作的過(guò)程為一長(zhǎng)時(shí)過(guò)程，即相鄰兩次確定操作和參數(shù)反饋操作的時(shí)間間隔很長(zhǎng)。接收端確定參數(shù)P和W的具體過(guò)程將在后面給出。
接收端首先由nR個(gè)接收天線111將空間信號(hào)接收下來(lái)，然后完成以下三部分操作(1)由信道估計(jì)單元115根據(jù)該接收信號(hào)進(jìn)行信道估計(jì)，估計(jì)出當(dāng)前的信道特性矩陣H，例如根據(jù)接收信號(hào)的導(dǎo)頻估計(jì)當(dāng)前的信道特性矩陣H。
(2)判斷是否需要重新計(jì)算發(fā)送端進(jìn)行功率分配和波束形成所需的參數(shù)，即功率分配矩陣P和發(fā)送波束集合W，如果需要?jiǎng)t進(jìn)行計(jì)算并將相應(yīng)結(jié)果反饋回發(fā)送端。前面提到，接收端確定功率分配矩陣P和發(fā)送波束集合W的過(guò)程是一長(zhǎng)時(shí)過(guò)程，即不需要每個(gè)時(shí)刻都進(jìn)行P和W的計(jì)算。在實(shí)際系統(tǒng)中，可設(shè)置一定時(shí)器，每隔T時(shí)間進(jìn)行一次參數(shù)P和W的確定和反饋操作。
(3)在MIMO檢測(cè)單元211對(duì)當(dāng)前接收的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，其具體操作將在下面詳細(xì)給出。
與圖1中的傳統(tǒng)的MIMO系統(tǒng)的發(fā)送分集方法相比，根據(jù)本發(fā)明的MIMO系統(tǒng)的發(fā)送分集方法主要不同之處在于●對(duì)發(fā)送符號(hào)采取波束形成發(fā)送，且每個(gè)時(shí)刻只發(fā)送一個(gè)符號(hào)，即發(fā)送符號(hào)在時(shí)間上正交。前者的好處在于消除各發(fā)送符號(hào)信道之間的相關(guān)性，后者的好處在于消除傳統(tǒng)方法中同一時(shí)刻發(fā)送多個(gè)符號(hào)時(shí)存在的符號(hào)間干擾；●發(fā)送符號(hào)由原始符號(hào)經(jīng)正交變換而得，這樣的好處在于使每個(gè)發(fā)送符號(hào)之上復(fù)用了多個(gè)原始符號(hào)，從而提高了原始符號(hào)的分集重?cái)?shù)。
具體說(shuō)來(lái)，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的發(fā)送分集方法可以由圖3來(lái)描述。圖3所示為根據(jù)發(fā)明實(shí)施例的在發(fā)送端和接收端執(zhí)行的操作的流程圖。
如圖3所示，在S401，接收端確定發(fā)送波束集合W＝{w1，w2，...，wN}及功率分配矩陣P=diag{P1,P2,···,PN},]]>并將所得結(jié)果通過(guò)反饋信道221反饋給發(fā)送端。將功率分配矩陣發(fā)送給功率分配單元202，而將波束集合存儲(chǔ)在發(fā)送端的波束集合存儲(chǔ)單元205之中。步驟S401的詳細(xì)過(guò)程可以參見(jiàn)圖4。
圖4所示為接收端確定參數(shù)P和W的流程圖。
在步驟S421，計(jì)算發(fā)送相關(guān)矩陣Rt，具體說(shuō)來(lái)可以有兩種方法(1)Rt(i*T)＝E{HHH}，其中Rt(i*T)表示在時(shí)刻i*T計(jì)算所得的發(fā)送相關(guān)矩陣，T表示計(jì)算相關(guān)矩陣的時(shí)間間隔，E{}表示在時(shí)間段[(i-1)*T，i*T]內(nèi)求平均。一般來(lái)說(shuō)，T值較大，所以該步驟為一長(zhǎng)時(shí)過(guò)程。
此外，在實(shí)際系統(tǒng)中，T值的確定可以有兩種方法一是采用固定值，由系統(tǒng)初始確定；二是采用可變T值，即T值隨信道時(shí)變情況的變化(如車速變化)而變化，信道時(shí)變?cè)娇鞎r(shí)T值越小，信道時(shí)變?cè)铰龝r(shí)T值越大。
(2)Rt(i*T)＝ρRt((i-1)*T)+(1-ρ)E{HHH}，即根據(jù)(i-1)*T時(shí)刻的信道相關(guān)值Rt((i-1)*T)，以及時(shí)間段[(i-1)*T，i*T]內(nèi)的平均值E{HHH}進(jìn)行加權(quán)求得i*T時(shí)刻的信道相關(guān)值Rt(i*T)，其中ρ稱作遺忘因子，其數(shù)值由系統(tǒng)初始選定。
在步驟S422，對(duì)步驟S421中計(jì)算所得的發(fā)送相關(guān)矩陣Rt進(jìn)行特征值分解(EVD)，得到nT個(gè)特征向量以及nT個(gè)特征值。并且，這nT個(gè)特征向量與nT個(gè)特征值一一對(duì)應(yīng)。
然后，在步驟S423，從nT個(gè)特征值中選取最大的N個(gè)特征值用λi來(lái)表示，其中i＝1，2，...，N，并且滿足λ1≥λ2≥...≥λN。于是，得到一個(gè)包含N個(gè)波束的發(fā)送波束集合W＝{w1，w2，...，wN}，其中wi為與特征值λi相對(duì)應(yīng)的特征向量。
在步驟S424，確定功率分配矩陣P=diag{P1,P2,···,PN},]]>這里可以三種功率分配方法(1)等功率分配方法，即Pi＝Ptotal/N，i＝1，2，...，N，其中Ptotal為發(fā)送總功率限制；(2)基于“注水”的功率分配方法。該方法中將利用前面(1.2)中計(jì)算所得的N個(gè)特征值{λ1，λ2，...，λN}，并由此得到“注水”功率分配Pi=(μ-Nσn2Ptotalλi)+,]]>其中μ為一常數(shù)(通過(guò)μ值的選取滿足發(fā)送總功率限制Ptotal)，σn2為噪聲方差，函數(shù)(x)+=xx≥00x<0.]]>(3)基于特征值的功率分配方法，按此方法得到的功率分配結(jié)果為Pi=λiPtotalΣi=1Nλi.]]>該方法中，每個(gè)波束上的功率分配與其對(duì)應(yīng)特征值大小成正比。該方法與上面“注水”功率分配有相似的思想，即特征值越大的波束上分配越多的發(fā)送功率，但該方法功率分配復(fù)雜度要更低。
在步驟S425，將所得的發(fā)送波束集合W＝{w1，w2，...，wN}及功率分配矩陣P=diag{P1,P2,···,PN}]]>通過(guò)反饋信道221反饋回發(fā)送端，其反饋時(shí)間間隔同確定相關(guān)矩陣的時(shí)間間隔，亦為T。這樣，結(jié)束了發(fā)送端的參數(shù)確定操作。
在接收端將確定的參數(shù)反饋到發(fā)送端之后，在每個(gè)發(fā)送時(shí)刻，發(fā)送端根據(jù)接收端反饋的發(fā)送波束集合W＝{w1，w2，...，wN}及功率分配矩陣P=diag{P1,P2,···,PN},]]>進(jìn)行發(fā)送信號(hào)預(yù)處理，并將處理后的信號(hào)發(fā)送出去。
如圖3所示，在步驟S411，在正交變換單元201對(duì)原始發(fā)送符號(hào)進(jìn)行正交變換。原始發(fā)送符號(hào)為一M×1向量，例如圖2中s＝[s1，s2，...，sM]T。正交變換操作可以用左乘(N×M)正交矩陣U來(lái)實(shí)現(xiàn)，正交變換后的輸出為N×1的向量a＝Us＝[a1，s2，...，aN]T。這里，對(duì)正交變換矩陣U沒(méi)有特別要求，只要求其滿足正交性，即UHU＝I，I為單位陣。比如，對(duì)于M＝N＝2，M＝N＝3和M＝N＝4時(shí)可以分別采用如下矩陣作為正交變換矩陣
U2=22111-1]]>U3=121211-2120-2]]>U4=1211111-11-111-1-11-1-11]]>在步驟S412，功率分配單元202根據(jù)接收端反饋的功率分配矩陣P=diag{P1,P2,···,PN},]]>對(duì)正交變換后的輸出a＝Us＝[a1，s2，...，aN]T進(jìn)行功率分配。功率分配后的輸出表示為b=Pa=[b1,b2,...,bN]T=[P1a1,P2a2,...,PNaN]T.]]>然后，在步驟S413，波束形成單元204通過(guò)天線104將功率分配后的N個(gè)發(fā)送符號(hào)b＝[b1，b2，...，bN]T用發(fā)送波束集合W＝{w1，w2，...，wN}發(fā)送出去。具體地，在發(fā)送時(shí)刻1，用發(fā)送波束w1發(fā)送符號(hào)b1，即此時(shí)nT個(gè)發(fā)送天線上發(fā)送的信號(hào)為b1w1；在發(fā)送時(shí)刻2，用發(fā)送波束w2發(fā)送符號(hào)b2，即此時(shí)nT個(gè)發(fā)送天線上發(fā)送的信號(hào)為b2w2；依次類推，即在時(shí)間上依次用波束集合W中的波束w1，w2，...，wN將N個(gè)發(fā)送符號(hào)發(fā)送出去，每個(gè)發(fā)送時(shí)刻用1個(gè)波束發(fā)送1個(gè)符號(hào)。這樣，圖2中從發(fā)送天線104發(fā)送的信號(hào)可以表示為C＝W·diag{b1，b2，...，bN}，其中C＝[c1，c2，...，cN]，ci為(nT×1)向量，表示在時(shí)刻i天線上的發(fā)送信號(hào)，W＝[w1，w2，...，wN]，其中wi亦為(nT×1)向量。
以上第二步中從步驟S411到S413的數(shù)據(jù)預(yù)處理過(guò)程是一個(gè)重復(fù)過(guò)程，即在每個(gè)原始符號(hào)向量s＝[s1，s2，...，sM]T發(fā)送之前，都要進(jìn)行一遍上述的預(yù)處理操作。
如圖3所示，在發(fā)送端如上所述將符號(hào)發(fā)送出去之后，流程轉(zhuǎn)入接收端。在步驟S402，接收端通過(guò)接收天線111在收到發(fā)送端在時(shí)間上依次用N個(gè)波束發(fā)送的信號(hào)之后，根據(jù)相應(yīng)參數(shù)，即正交矩陣U、發(fā)送波束集合W、功率分配矩陣P=diag{P1,P2,···,PN}]]>以及當(dāng)前信道特性矩陣H來(lái)進(jìn)行信號(hào)的檢測(cè)。
具體地，首先在MIMO檢測(cè)單元211中，對(duì)接收端的nR個(gè)接收天線收到的信號(hào)進(jìn)行合并，如下根據(jù)以上定義，在連續(xù)N個(gè)時(shí)間段內(nèi)的接收信號(hào)為X＝HC+[n1n2... nN]其中X＝[x1，x2，...，xN]，xi為(nR×1)向量，表示在時(shí)刻i天線接收的信號(hào)，ni為(nR×1)噪聲向量。對(duì)xi進(jìn)行最大比合并得到，y＝[y1，y2，...，yN]，其中yi＝(Hwi)xi于是，得到y(tǒng)＝H0s+α (1)其中等效信道 且α＝[α1，α2，...，αN]，αi為方差為(Hwi)HHwiσ2的高斯白噪聲。
其次，在MIMO檢測(cè)單元211中，采用傳統(tǒng)MIMO檢測(cè)方法對(duì)合并后的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。從(1)式可見(jiàn)，在信號(hào)合并后的形式與傳輸MIMO中的信號(hào)形式完全相同，因此，這里可以用任一種傳統(tǒng)MIMO檢測(cè)方法來(lái)對(duì)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，如線性檢測(cè)方法，干擾抵消檢測(cè)，最大似然檢測(cè)等等。唯一不同的是，將傳統(tǒng)MIMO檢測(cè)中用到的信道特性矩陣用這里的等效信道特性矩陣H0代替。
接下來(lái)，在步驟S403，判斷是否需要為發(fā)送端重新確定發(fā)送波束集合W＝{w1，w2，...，wN}及功率分配矩陣P=diag{P1,P2,···,PN},]]>若是，則轉(zhuǎn)到步驟S401。
前面提到，由于信道統(tǒng)計(jì)特性在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持不變，因此在此對(duì)信道二階統(tǒng)計(jì)特性的估計(jì)，以及對(duì)發(fā)送波束集合W和功率分配矩陣P的確定和反饋操作是一個(gè)長(zhǎng)時(shí)過(guò)程，即很長(zhǎng)時(shí)間執(zhí)行一次，其具體時(shí)間長(zhǎng)度如上所述的時(shí)間T。在這里，即是對(duì)時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)距離上一次確定發(fā)送波束集合時(shí)刻時(shí)間間隔為T時(shí)，則轉(zhuǎn)到步驟S401，重新確定發(fā)送波束集合W和功率分配矩陣P。
圖5所示為本發(fā)明所采用的發(fā)送分集方法與傳統(tǒng)的發(fā)送分集方法的性能比較，其中示出了在傳統(tǒng)發(fā)送分集方法與本發(fā)明方法下的系統(tǒng)BER(誤碼率)性能比較。如圖5所示，考慮了兩種環(huán)境發(fā)送天線數(shù)nT為2和4。兩種環(huán)境下，對(duì)應(yīng)傳輸速率分別為1和1/2。接收天線數(shù)nR皆為1，接收端采用ZF(迫零)檢測(cè)，調(diào)制參數(shù)為QPSK。另外，2個(gè)發(fā)送天線和4個(gè)發(fā)送天線下的發(fā)送相關(guān)矩陣分別為R2=10.97e0.34πj0.97e-0.34πj1]]>和R4=10.97e0.34πj0.89e0.68πj0.77e0.99πj0.97e-0.34πj10.97e0.34πj0.89e0.68πj0.89e-0.68πj0.97e-0.34πj10.97e0.34πj0.77e-0.99πj0.89e-0.68πj0.97e-0.34πj1]]>對(duì)應(yīng)于ITU中天線間隔為λ/2，傳輸方向?yàn)?0°，角度擴(kuò)展為5°的情況，同時(shí)假設(shè)接收非相關(guān)。由圖5的結(jié)果可見(jiàn)，與傳統(tǒng)方法相比，采用本發(fā)明的方法可以獲得更好的BER性能。
此外，盡管在上面的說(shuō)明中需要接收端確定功率分配矩陣P和波束形成集合W，并且接收端在發(fā)送符合之前對(duì)其進(jìn)行了功率分配操作，但是如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員清楚的那樣，功率分配矩陣和功率分配操作并不是必須的，因?yàn)樗皇菍?duì)發(fā)送的各個(gè)符號(hào)的功率進(jìn)行了優(yōu)化，并不參與信道之間的相關(guān)性的消除。
因此，以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種用于MIMO通信系統(tǒng)中的發(fā)送分集方法，所述MIMO通信系統(tǒng)包括接收設(shè)備和發(fā)送設(shè)備，所述發(fā)送分集方法包括步驟發(fā)送設(shè)備通過(guò)正交變換將M個(gè)原始符號(hào)復(fù)用成N個(gè)發(fā)送符號(hào)，其中M和N是自然數(shù)；接收設(shè)備根據(jù)信道的二階統(tǒng)計(jì)特性確定分別針對(duì)N個(gè)發(fā)送符號(hào)的N個(gè)波束形成參數(shù)；接收設(shè)備通過(guò)反饋信道將確定的N個(gè)波束形成參數(shù)發(fā)送給接收設(shè)備；以及發(fā)送設(shè)備在時(shí)間上依次用與N個(gè)波束形成參數(shù)相對(duì)應(yīng)的波束發(fā)送N個(gè)發(fā)送符號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)送分集方法，其特征在于，在發(fā)送設(shè)備發(fā)送N個(gè)發(fā)送符號(hào)的步驟之前，還包括步驟接收設(shè)備確定與N個(gè)波束形成參數(shù)相對(duì)應(yīng)的N個(gè)功率分配系數(shù)；接收設(shè)備通過(guò)反饋信道將確定的N個(gè)功率分配系數(shù)發(fā)送給接收設(shè)備；以及發(fā)送設(shè)備根據(jù)N個(gè)功率分配系數(shù)為N個(gè)發(fā)送符號(hào)分配功率。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)送分集方法，其特征在于，接收設(shè)備根據(jù)信道的二階統(tǒng)計(jì)特性確定針對(duì)N個(gè)發(fā)送符號(hào)的N個(gè)波束形成參數(shù)的步驟包括估計(jì)信道的特性矩陣；根據(jù)信道的特性矩陣獲得發(fā)送相關(guān)矩陣；對(duì)發(fā)送相關(guān)矩陣進(jìn)行特征值分解，以獲得多個(gè)特征向量和與所述多個(gè)特征向量相對(duì)應(yīng)的多個(gè)特征值；從所述多個(gè)特征向量中選取與多個(gè)特征值中最大的N個(gè)特征值相對(duì)應(yīng)的N個(gè)特征向量，作為N個(gè)波束形成參數(shù)。
4.如權(quán)利要求2或3所述的發(fā)送分集方法，其特征在于，接收設(shè)備確定與N個(gè)波束形成參數(shù)相對(duì)應(yīng)的N個(gè)功率分配系數(shù)的步驟包括步驟接收設(shè)備為N個(gè)波束形成參數(shù)確定相同的N個(gè)功率分配系數(shù)。
5.如權(quán)利要求3所述的發(fā)送分集方法，其特征在于，接收設(shè)備確定與N個(gè)波束形成參數(shù)相對(duì)應(yīng)的N個(gè)功率分配系數(shù)的步驟包括步驟通過(guò)‘注水’方法，利用所述N個(gè)特征值{λ1，λ2，...，λN}，得到功率分配系數(shù)Pi=(μ-Nσn2Ptotalλi)+,]]>其中μ為一常數(shù)，通過(guò)μ值的選取滿足發(fā)送總功率限制Ptotal，σn2為噪聲方差，函數(shù)(x)+=xx≥00x<0.]]>
6.如權(quán)利要求3所述的發(fā)送分集方法，其特征在于，接收設(shè)備確定與N個(gè)波束形成參數(shù)相對(duì)應(yīng)的N個(gè)功率分配系數(shù)的步驟包括步驟以與每個(gè)波束形成參數(shù)相對(duì)應(yīng)的功率分配系數(shù)與其特征值大小成正比的方式確定N個(gè)功率分配系數(shù)。
7.如權(quán)利要求2所述的發(fā)送分集方法，其特征在于，每隔預(yù)定的時(shí)間間隔，接收設(shè)備確定與N個(gè)波束形成參數(shù)相對(duì)應(yīng)的N個(gè)功率分配系數(shù)。
8.如權(quán)利要求7所述的發(fā)送分集方法，其特征在于，所述預(yù)定的時(shí)間間隔在信道時(shí)變快的情況下比在信道時(shí)變慢的情況下小。
9.如權(quán)利要求2所述的發(fā)送分集方法，其特征在于，每隔預(yù)定的時(shí)間間隔，接收設(shè)備根據(jù)信道的二階統(tǒng)計(jì)特性確定分別針對(duì)N個(gè)發(fā)送符號(hào)的N個(gè)波束形成參數(shù)。
10.如權(quán)利要求9所述的發(fā)送分集方法，其特征在于，所述預(yù)定的時(shí)間間隔在信道時(shí)變快的情況下比在信道時(shí)變慢的情況下小。
11.一種包括發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備的MIMO通信系統(tǒng)，所述接收設(shè)備包括參數(shù)確定裝置，用于根據(jù)信道的二階統(tǒng)計(jì)特性來(lái)確定N個(gè)波束形成參數(shù)，并通過(guò)反饋信道將確定的N個(gè)波束形成參數(shù)發(fā)送給發(fā)送設(shè)備；所述發(fā)送設(shè)備包括正交變換裝置，用于通過(guò)正交變換將M個(gè)原始符號(hào)復(fù)用成N個(gè)發(fā)送符號(hào)，其中M和N是自然數(shù)；波束形成裝置，用于在時(shí)間上依次用與N個(gè)波束形成參數(shù)相對(duì)應(yīng)的波束發(fā)送N個(gè)發(fā)送符號(hào)。
12.如權(quán)利要求11所述的MIMO通信系統(tǒng)，其特征在于，所述參數(shù)確定裝置還確定與N個(gè)波束形成參數(shù)相對(duì)應(yīng)的N個(gè)功率分配系數(shù)，并通過(guò)反饋信道將N個(gè)功率分配系數(shù)發(fā)送給接收設(shè)備；所述發(fā)送設(shè)備還包括功率分配裝置，設(shè)置在正交變換裝置和波束形成裝置之間，用于根據(jù)所述N個(gè)功率分配系數(shù)為N個(gè)發(fā)送符號(hào)分配功率。
13.如權(quán)利要求12所述的MIMO通信系統(tǒng)，其特征在于，所述接收設(shè)備還包括信道估計(jì)裝置，用于估計(jì)信道的特性矩陣；以及，所述參數(shù)確定裝置根據(jù)信道的特性矩陣獲得發(fā)送相關(guān)矩陣，對(duì)發(fā)送相關(guān)矩陣進(jìn)行特征值分解，以獲得多個(gè)特征向量和與所述多個(gè)特征向量相對(duì)應(yīng)的多個(gè)特征值，并從所述多個(gè)特征向量中選取與多個(gè)特征值中最大的N個(gè)特征值相對(duì)應(yīng)的N個(gè)特征向量，作為N個(gè)波束形成參數(shù)。
14.如權(quán)利要求12所述的MIMO通信系統(tǒng)，其特征在于，參數(shù)確定裝置為N個(gè)波束形成參數(shù)確定相同的N個(gè)功率分配系數(shù)。
15.如權(quán)利要求13所述的MIMO通信系統(tǒng)，其特征在于，參數(shù)確定裝置通過(guò)‘注水’方法，利用所述N個(gè)特征值{λ1，λ2，...，λN}，得到功率分配系數(shù)Pi=(μ-Nσn2Ptotalλi)+,]]>其中μ為一常數(shù)，通過(guò)μ值的選取滿足發(fā)送總功率限制Ptotal，σn2為噪聲方差，函數(shù)(x)+=xx≥00x<0.]]>
16.如權(quán)利要求13所述的MIMO通信系統(tǒng)，其特征在于，參數(shù)確定裝置以與每個(gè)波束形成參數(shù)相對(duì)應(yīng)的功率分配系數(shù)與其特征值大小成正比的方式確定N個(gè)功率分配系數(shù)。
17.如權(quán)利要求12所述的MIMO通信系統(tǒng)，其特征在于，每隔預(yù)定的時(shí)間間隔，參數(shù)確定裝置確定與N個(gè)波束形成參數(shù)相對(duì)應(yīng)的N個(gè)功率分配系數(shù)。
18.如權(quán)利要求17所述的MIMO通信系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)定的時(shí)間間隔在信道時(shí)變快的情況下比在信道時(shí)變慢的情況下小。
19.如權(quán)利要求12所述的MIMO通信系統(tǒng)，其特征在于，每隔預(yù)定的時(shí)間間隔，參數(shù)確定裝置根據(jù)信道的二階統(tǒng)計(jì)特性確定分別針對(duì)N個(gè)發(fā)送符號(hào)的N個(gè)波束形成參數(shù)。
20.如權(quán)利要求19所述的MIMO通信系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)定的時(shí)間間隔在信道時(shí)變快的情況下比在信道時(shí)變慢的情況下小。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于MIMO通信系統(tǒng)中的發(fā)送分集方法，所述MIMO通信系統(tǒng)包括接收設(shè)備和發(fā)送設(shè)備，所述發(fā)送分集方法包括步驟發(fā)送設(shè)備通過(guò)正交變換將M個(gè)原始符號(hào)復(fù)用成N個(gè)發(fā)送符號(hào)，其中M和N是自然數(shù)；接收設(shè)備根據(jù)信道的二階統(tǒng)計(jì)特性確定分別針對(duì)N個(gè)發(fā)送符號(hào)的N個(gè)波束形成參數(shù)；接收設(shè)備通過(guò)反饋信道將確定的N個(gè)波束形成參數(shù)發(fā)送給接收設(shè)備；以及發(fā)送設(shè)備在時(shí)間上依次用與N個(gè)波束形成參數(shù)相對(duì)應(yīng)的波束發(fā)送N個(gè)發(fā)送符號(hào)。該發(fā)送方法消除了發(fā)送符號(hào)信道之間的相關(guān)性，同時(shí)還采用時(shí)間上正交發(fā)送的方法，從而可以有效提高相關(guān)MIMO下的發(fā)送分集性能。
文檔編號(hào)H04B7/08GK1968043SQ200510125388
公開(kāi)日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2005年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月16日
發(fā)明者佘小明, 李繼峰 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社