專利名稱：一種ofdma多天線系統(tǒng)的發(fā)射分集方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，尤其涉及一種OFDMA多天線系統(tǒng)的發(fā)射分集方法。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的發(fā)射分集系統(tǒng)中，通過將符號生成D份復(fù)制(或變形的復(fù)制)來實現(xiàn)發(fā) 射分集，每份復(fù)制通過D個天線中的某一個天線進(jìn)行發(fā)射?？梢圆捎每諘r塊碼或者循環(huán)延 遲分集(CDD)方案來提高發(fā)射分集或快速接收的效果。在空時塊碼方案中，對于要傳輸?shù)?br> 符號s工和符號s2，首先生成 < 和一^ , Sl和一《通過同一個天線進(jìn)行發(fā)射，s2和< 通過
另一個不同的天線進(jìn)行發(fā)射。在CDD方案中，信號波形s(t)和它的循環(huán)延遲備份是通過兩 個不同的天線發(fā)射的。 在一般的智能天線系統(tǒng)中，發(fā)射分集的方法有了進(jìn)一步完善首先估計信號的空 間特征h，然后計算天線的傳輸權(quán)重w為w二h，最后利用公式x(t) =w*s(t)生成信號。
但是在衰落信道下，由于多徑和衰落的影響，空間特征h是隨著時間和頻率的變 化而變化的，w = h可能不是最佳傳輸權(quán)重。為了使得OFDMA系統(tǒng)的衰落信道下的信號傳 輸更加穩(wěn)健，需要在設(shè)計傳輸信號時考慮基于不同時間位置和子載波位置的空間特征h(t， k)的可能變化范圍，這里t表示時隙位置，k表示子載波位置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種OFDMA多天線系統(tǒng)的發(fā)射分集方法，該方法包括以下步驟
a，根據(jù)一個或多個符號周期上的多個子載波的空間特征的集合，來估計用戶空間 矩陣； b，確定用戶空間矩陣的秩D，然后根據(jù)用戶空間矩陣得出D個傳輸權(quán)重；
c，根據(jù)D個傳輸權(quán)重，通過D維波束賦形來傳輸OFDMA符號。 優(yōu)選的，步驟a中，可以根據(jù)接收到的一個或多個導(dǎo)頻符號和/或信息符號，或接 收到的一個或多個導(dǎo)頻符號和/或信息符號以及空符號(空符號上不傳輸信號)，來估計所 述的空間特征。 優(yōu)選的，步驟a中，所述用戶空間矩陣的每一列為一個對應(yīng)于一個或多個符號周 期上的一個或多個子載波的空間特征。所述用戶空間矩陣也可以是，根據(jù)一個或多個符號 周期上的一個或多個子載波的空間特征的集合生成的一個相關(guān)矩陣。 優(yōu)選的，步驟a中，用戶空間矩陣是由空間信道矩陣和空間干擾矩陣生成的，根據(jù) 導(dǎo)頻符號和/或信息符號計算空間信道矩陣，根據(jù)空符號計算空間干擾矩陣。進(jìn)一步的，所 述空間信道矩陣是一個根據(jù)導(dǎo)頻符號和/或信息符號生成的相關(guān)矩陣，所述空間干擾矩陣 是一個根據(jù)空符號生成的相關(guān)矩陣，所述用戶空間矩陣計算為空間干擾矩陣的逆矩陣左乘 空間信道矩陣的結(jié)果矩陣。 優(yōu)選的，步驟b中，所述確定用戶空間矩陣的秩D包括對用戶空間矩陣進(jìn)行子空
3間分解，然后確定D等于主子空間的維數(shù)。 優(yōu)選的，步驟b中，所述根據(jù)用戶空間矩陣得出D個傳輸權(quán)重包括對用戶空間矩 陣進(jìn)行子空間分解，然后取主子空間的基本向量作為傳輸權(quán)重。 進(jìn)一步的，上述對用戶空間矩陣進(jìn)行子空間分解后，所述主子空間是對應(yīng)于前D 個最大特征值的D個向量。可以根據(jù)用戶空間矩陣的特征值與最大特征值的比較結(jié)果，來 確定D的大小。 優(yōu)選的，步驟c具體包括為每個0FDMA符號生成D份復(fù)制或變形的復(fù)制；然后根 據(jù)D個傳輸權(quán)重，依次對該D份復(fù)制進(jìn)行一維的波束賦形；最后在時頻網(wǎng)格上發(fā)射D個波束 賦形后的符號向量。對于CS-0FDMA系統(tǒng)，進(jìn)一步的，首先將每個符號碼擴到N個0FDMA符 號，然后根據(jù)D個傳輸權(quán)重，通過D維波束賦形來傳輸碼擴后的每個0FDMA符號，所述傳輸 是在不同時隙或不同子載波或二者的結(jié)合上進(jìn)行的。前述將每個符號碼擴到N個OFDMA符 號的方法可以是確定碼擴負(fù)載因子L，對L個符號向量進(jìn)行N次加權(quán)求和，獲得一個N維 的OFDMA符號向量。 本發(fā)明的有益效果在于考慮了基于不同時間位置和子載波位置的空間特征 h(t， k)的可能變化范圍，使得在衰落信道下，OFDMA系統(tǒng)的信號傳輸更加穩(wěn)健。


圖1為本發(fā)明具體實施例的操作流程示意圖； 圖2為本發(fā)明具體實施例的某一用戶的信道資源分配示意圖； 圖3為本發(fā)明具體實施例的步驟101到步驟103的具體實現(xiàn)過程框圖； 圖4為本發(fā)明具體實施例的步驟104的實現(xiàn)過程框圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖具體說明本發(fā)明的實施方式。 對于一個OFDMA系統(tǒng)，空間特征h(t， k)是隨著時間和頻率而變化的，則由空間特 征的集合構(gòu)造的用戶空間矩陣的主子空間，可以綜合表征空間特征h(t， k)的可能變化范 圍。選取主子空間的基本向量作為D個傳輸權(quán)重，通過D維波束賦形來傳輸0FDMA符號，可 以顯著提高衰落信道下的發(fā)射和接收性能。 本發(fā)明實施例以CS-0FDMA系統(tǒng)為例，其操作流程如圖1所示，下面將詳細(xì)介紹該 實施例的具體步驟。 步驟101、估計空間特征h(t， k) OFDMA系統(tǒng)中，頻譜被分成多個子載波，時間被成分連續(xù)的時隙，每個時隙由多個 符號周期組成，因此無線資源可以表示為二維的時頻網(wǎng)格。如圖2所示，假設(shè)將子載波2和 子載波4分配給某一用戶用于信號傳輸，同時插入導(dǎo)頻符號和空符號，空符號上不傳輸該 用戶信號，用于干擾統(tǒng)計。 空間特征可以是通過導(dǎo)頻符號、信息符號和/或空符號來估計的h(t，k)。假設(shè)接 收到的導(dǎo)頻符號rp(t， k)和信息符號rs(t， k)為
rp(t，k) = h(t， k)Sp(t， k)+v(t， k)
rs(t，k) = h(t， k)s(t， k)+v(t， k)
其中，Sp(t，k)是發(fā)射的導(dǎo)頻符號，s(t，k)是發(fā)射信號，v(t，k)是干擾噪聲，那么，
空間特征按照如下公式進(jìn)行估計
h(t， k) = rp(t， k)
h(t， k) = rs(t， k) 也可以利用多個符號按照如下公式進(jìn)行估計
a:h仏"二 Z rp (,;.,夂)/ 、 " ， )hO," = ^>s(/,:,A:,:)/"K.) 步驟102、根據(jù)空間特征h(t，k)的集合估計用戶空間矩陣H可以通過堆疊多個空 間特征來生成用戶空間矩陣H，如下式所示
H丄=[h(、， k》，h(t2， k2) ， ， h(tK， kK)] 也可以利用多個空間特征計算一個相關(guān)矩陣來生成H，如下式所示 H2 二 Sh(X., &)h* 0,, &) 本實施例中，用戶空間矩陣是由表征信道情況的空間信道矩陣和表征干擾情況的 空間干擾矩陣生成的。空間信道矩陣可以是一個利用根據(jù)導(dǎo)頻符號和/或信息符號估計的 空間特征生成的相關(guān)矩陣，本實施例采用H2作為空間信道矩陣，然后利用根據(jù)空符號估計 的空間特征來構(gòu)建一個空間干擾矩陣，如下式所示
a: R 二^i;(X,夂) 這里，rn(ti， k》是接收到的空符號。最后按照下式計算用戶空間矩陣H;
h3 = r:h2 步驟103、進(jìn)行子空間分解得到維數(shù)為D的主子空間，然后得出D個傳輸權(quán)重。 首先對用戶空間矩陣進(jìn)行子空間分解。對于Hp采用奇異值分解來找出奇異值
{入p A 2， . . . ， A M}和對應(yīng)的奇異向量{Vl， v2， . . . ， vM}。對于H2和！13，可以使用對稱特征
值分解來找出特征值{ A p A 2， . . . ， A J和對應(yīng)的特征向量{Vl， v2， . . . ， vM}。 然后通過如下代碼來確定主子空間的維數(shù)For d = 2 :M， if入丄> T 入d， D = d_l ;break ;end ; 則主子空間是對應(yīng)于前D個最大特征值的D個向量，即最前的D個特征向量。
最后將主子空間的基本向量作為傳輸權(quán)重Wd，如下式所示
wd = vd， d = 1， ， D 圖3所示的框圖詳細(xì)說明了步驟101到步驟103的具體實現(xiàn)過程。
步驟104、根據(jù)D個傳輸權(quán)重，通過D維波束賦形來傳輸OFDMA符號。
圖4表示了步驟104的具體實現(xiàn)過程。下面對該步驟進(jìn)行詳細(xì)說明
a，對原始符號x進(jìn)行碼擴生成要發(fā)射的符號向量s。碼擴可以采用這樣的方法確定碼擴負(fù)載因子L，對L個符號向量進(jìn)行N次加權(quán)求和，獲得一個N維的OFDMA符號向量 (N > L)。 b，將符號向量s生成D份復(fù)制Sl， s2. . . s。，假設(shè)這樣的操作運算記為fd(*)，本實 施例中，fd(s)按照如下計算 <formula>formula see original document page 6</formula> 這里F(td， kd)是一個DFT矩陣的列向量，用于將符號調(diào)制到第t個符號周期和第 k個子載波上，e鄧(-jud)是一個規(guī)定了循環(huán)時延的線性相位因子。 也可以采用CDD或者空時塊碼將符號向量s生成D份復(fù)制。本發(fā)明的又一個實施 例中，采用空時塊碼實現(xiàn)發(fā)射分集，對于D = 2，按照如下計算
<formula>formula see original document page 6</formula> c，根據(jù)D個傳輸權(quán)重，依次對該D份復(fù)制進(jìn)行一維的波束賦形，生成波束賦形后的 符號向量xn x2. xD :
<formula>formula see original document page 6</formula>
d，將波束賦形后的D個符號向量進(jìn)行子載波映射，最后進(jìn)行信號到天線的映射， 生成發(fā)射信號x(t)。 <formula>formula see original document page 6</formula>
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種OFDMA多天線系統(tǒng)的發(fā)射分集方法，其特征在于，包括以下步驟a，根據(jù)一個或多個符號周期上的多個子載波的空間特征的集合，來估計用戶空間矩陣；b，確定用戶空間矩陣的秩D，然后根據(jù)用戶空間矩陣得出D個傳輸權(quán)重；c，根據(jù)D個傳輸權(quán)重，通過D維波束賦形來傳輸OFDMA符號。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟a，根據(jù)接收到的一個或多個導(dǎo)頻符號和 /或信息符號來估計所述的空間特征。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟a，根據(jù)接收到的一個或多個導(dǎo)頻符號和 /或信息符號以及空符號來估計所述的空間特征，空符號上不傳輸信號。
4. 如權(quán)利要求l的方法，其特征在于步驟a，所述用戶空間矩陣的每一列為一個對應(yīng)于 一個或多個符號周期上的一個或多個子載波的空間特征。
5. 如權(quán)利要求1的方法，其特征在于步驟a，所述用戶空間矩陣是，根據(jù)一個或多個符 號周期上的一個或多個子載波的空間特征的集合生成的一個相關(guān)矩陣。
6. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于步驟a，用戶空間矩陣是由空間信道矩陣和空 間干擾矩陣生成的，根據(jù)導(dǎo)頻符號和/或信息符號計算空間信道矩陣，根據(jù)空符號計算空 間干擾矩陣。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述空間信道矩陣是一個根據(jù)導(dǎo)頻符號和 /或信息符號生成的相關(guān)矩陣，所述空間干擾矩陣是一個根據(jù)空符號生成的相關(guān)矩陣，所述 用戶空間矩陣計算為空間干擾矩陣的逆矩陣左乘空間信道矩陣的結(jié)果矩陣。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟b，所述確定用戶空間矩陣的秩D包括 對用戶空間矩陣進(jìn)行子空間分解，然后確定D等于主子空間的維數(shù)。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟b，所述根據(jù)用戶空間矩陣得出D個傳輸 權(quán)重包括對用戶空間矩陣進(jìn)行子空間分解，然后取主子空間的基本向量作為傳輸權(quán)重。
10. 如權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，對用戶空間矩陣進(jìn)行子空間分解后，所 述主子空間是對應(yīng)于前D個最大特征值的D個向量。
11. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，根據(jù)用戶空間矩陣的特征值與最大特征 值的比較結(jié)果，來確定D的大小。
12. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟c具體包括為每個OFDMA符號生成D 份復(fù)制或變形的復(fù)制；然后根據(jù)D個傳輸權(quán)重，依次對該D份復(fù)制進(jìn)行一維的波束賦形；最 后在時頻網(wǎng)格上發(fā)射D個波束賦形后的符號向量。
13. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟c，首先將每個符號碼擴到N個OFDMA 符號，然后根據(jù)D個傳輸權(quán)重，通過D維波束賦形來傳輸碼擴后的每個OFDMA符號，所述傳 輸是在不同時隙或不同子載波或二者的結(jié)合上進(jìn)行的。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，將每個符號碼擴到N個OFDMA符號所采用 的方法是確定碼擴負(fù)載因子L，對L個符號向量進(jìn)行N次加權(quán)求和，獲得一個N維的OFDMA 符號向量。
全文摘要
本發(fā)明提出一種OFDMA多天線系統(tǒng)的發(fā)射分集方法，該方法包括以下步驟a、根據(jù)一個或多個符號周期上的多個子載波的空間特征的集合，來估計用戶空間矩陣；b、確定用戶空間矩陣的秩D，然后根據(jù)用戶空間矩陣得出D個傳輸權(quán)重；c、根據(jù)D個傳輸權(quán)重，通過D維波束賦形來傳輸OFDMA符號。本發(fā)明可以使得OFDMA多天線系統(tǒng)的衰落信道下的信號傳輸更加穩(wěn)健。
文檔編號H04B7/04GK101783697SQ20091007695
公開日2010年7月21日 申請日期2009年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月15日
發(fā)明者徐廣涵, 李航 申請人:北京信威通信技術(shù)股份有限公司