专利名称：基于时间反转多天线系统的空时预均衡方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术领域，特别是指一种基于时间反转多天线系统的空时 预均衡方法和设备。
背景技术：
在无线通信系统中，信号在信道中传播时，会形成多径衰落。信号沿不同的路 径传输会形成不同的衰耗和时延。当多径信号的最大传输时延和传输符号周期相当时， 不同路径信号的不同信息码元之间会产生很大的相互干扰，称作码间干扰或符号间干 扰。使数字信号波形产生严重失真，引起很大误码，严重时不能正常通信。在这种情况下，不仅接收信号的幅度和相位随机变化，而且其信息信号的波形 也产生了很大畸变，从频域看，即其不同频率分量受到不同程度的衰落，这种衰落称作 频率选择性衰落。移动通信环境中存在多个散射体、反射体，在无线通信链路的发射与接收端存 在多条传播路径，多径传播对通信的有效性与可靠性造成了严重的影响。研究表明，可 以利用多径引起的接收信号的某些空间特性实现接收端的信号分离。MIMO(多输入多输 出)技术在通信链路两端均使用多个天线，发端将信源输出的串行码流转成多路并行子 码流，分别通过不同的发射天线阵元同频、同时发送；接收方则利用多径引起的多个接 收天线上信号的不相关性从混合信号中分离估计出原始子码流这相当于频带资源重复利 用，可以在原有的频带内实现高速率的信息传输，使频谱利用率和链路可靠性极大的提 高。MIMO系统提供分集增益和复用增益。为了在复杂度和性能上实现更好的折中，可以将接收端的复杂度转移到发送 端。发送端在发射信号之前，可以通过预处理技术，利用已知的信道信息对信号进行预 处理，以减少信号在信道中传输所受到的影响。这样，接收端可以在不增加系统复杂度 的前提下提高检测性能和传输速率。时间反转预处理(Time Reverse，TR)技术的基本思想是，发送端在发信号之
前，将时间反转信道冲击响应和原始信号做卷积(也就是预滤波)。通过信道之后，预滤 波的信号相当于和信道冲击响应进行了一次卷积，结果就是在收端的某一时刻接收信号 达到一个峰值。这样，在接收端设备得到简化的同时提高了性能。时间反转预处理的基本原理，参见
图1所示。图1是对匹配滤波方法和时间反转方法的一个比较，图Ia为匹配滤波方法，图 ib为时间反转方法。其中wω是发送的脉冲波形，hω是信道的冲击响应，η(ιω是双 边带功率谱密度为队/2的加性高斯白噪声。对于ω方法，Clω之前的信号可以表示 为r(t) =w(t)*h(t)+n⑴=y(t)+n(t)，r(t)通过冲击响应为y(_t)的匹配滤波器之后， 就可以得到信噪比最大的输出值。而匹配滤波器的冲击响应y(_t)其实可以分为两部分， 第一部分和信道的冲击响应h (t)做匹配，即4(0 =h(-t)，另一部分和脉冲波形w (t)相 匹配，即 C2 (t) = w(_t)。
如果把匹配滤波器Cl ω挪到发送端，并且将C2ω保留在接收端，就是时间反转 的方法，也可以称之为预Rake分集接收，如图Ib所示。通过这一改动，可以在保证信 号理想接收的同时降低接收端的复杂性。实际信道的传递函数往往是非理想的，且经常是时变的、未知的，因而系统特 性不符合奈奎斯特准则，导致在接收端抽样时刻存在码间干扰，使得系统无码性能下 降。为此，需要考虑在信道传递函数是非理想情况，且信道受到干扰情况下的接收端设 备设计问题，通常，通过预均衡方法，即在接收端抽样判决之前加一个均衡器可以解决 这一问题。均衡器的作用就是用来补偿信道特性的不完善，减少在收端抽样时刻的码间 干扰。但是在实际系统中，为了减少移动通信系统接收端的复杂性，往往会考虑把接 收端的复杂性转移到发送端，于是就产生了预均衡技术，也叫预编码。随着多天线系统传输速率的提高，码间干扰日益严重，同时由空间复用引起的 多流干扰也影响到了系统性能。时间反转技术通过在发送信号上添加信道信息，有效的 降低了码间干扰，但是传输速率有限。基于时间反转的多天线系统可以提高传输速率， 但是却引入了多流干扰，降低了系统性能。因此，长期以来，一直没有很好的方法来对 抗频率选择性衰落而造成的码间干扰以及多天线系统的多流干扰。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种基于时间反转多天线系统的空时预均衡 方法和设备，能够有效消除码间干扰和多流干扰。基于上述目的本发明提供的一种基于时间反转多天线系统的信号发送方法，包 括将待发送的信号按比特分组，采用基于破零准则的预均衡矩阵对分组信号进行 预滤波；对滤波后的信号进行串并变换和脉冲成型处理；对脉冲成型处理后的信号进行时间反转处理后发送。可选的，该信号发送方法所述将待发送的信号按比特分组，采用基于破零准则 的预均衡矩阵对分组信号进行预滤波的过程包括将每风XL个二进制比特为一组，其中风为接收端设备的天线数，L个列向量 表示成
权利要求
1.一种基于时间反转多天线系统的信号发送方法，其特征在于，包括将待发送的信号按比特分组，采用基于破零准则的预均衡矩阵对分组信号进行预滤波；对滤波后的信号进行串并变换和脉冲成型处理； 对脉冲成型处理后的信号进行时间反转处理后发送。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将待发送的信号按比特分组，采用基于破零准则的预均衡矩阵对分组信号进行 预滤波的过程包括将每NrXL个二进制比特为一组，其中风为接收端设备的天线数，L个列向量表示成h=lAiA’2,…A，N/，i= 1，2，…，L ；将该L个列向量首尾相连构成NrLXl的第一列向量 B = Vecab1, b2，…，bL])；用NrLXNrL的基于破零准则的预均衡矩阵P对所述列向量B进行预滤波，得到 NrLXl的第二列向量X= α PB,其中，α = HL/||PB||表示能量归一化因子，并使得每个比特的二进制符号的能量恒为所述对滤波后的信号进行串并变换和脉冲成型处理的过程包括 将所述的第二列向量X经过串并变换得到L个风X 1的第三列向量X1,其中i = 1， 2, …，L ；然后在Xl之前添Wm1个风χι的零向量，在&之后添加M2个风χι的零向量，得到 NrX (Mi+L+M2)的信号矩阵^0 = I^VxA/,，X1’X2’" W^iW2];将该信号矩阵D的每个符号用波形为w (t)的脉冲进行脉冲成型后得到(Mi+L+M2)TS 时间段内的信号_￥+M2 I Nr=J]—G 一 OO其中，为D的第k个数据流的产1 V7v^ k=l，第j个传输符号，Nt为发送端设备的天线数；所述对脉冲成型处理后的信号进行时间反转处理的过程中，在第ρ个发射天线上的 (Mi+L+M2)TS时间段内，经过时间反转后的信号是 Xp(t) = s(t)0gkJ-t)Mx+L·^· Ki2 ι Nr=V^ Σ -T=YdKJ^-U-^)Ts) gKp{-t)7=1 V^'卜1其中，gk, p(t)为第P个发射天线和第k个接收天线之间的信道冲击响应； 在所述时间反转处理后，将所述第P个发射天线上的风组并行数据流同时发送。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述基于破零准则的预均衡矩阵Prrytv f^· rr<1为P = Ht(HHt)-1.,其中，空时信道矩阵应为托普利兹矩阵
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于破零准则的预均衡矩阵P的获 取过程包括接收端向发送端发送一组训练序列，发送端经过信道估计得到信道冲击响应的估计 值么
5.—种基于如权利要求1-4任意一项所述发送方法的信号接收方法，其特征在于，包括对接收的信号进行匹配滤波，捕获信号脉冲的能量； 然后再进行并串变换后输出。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，接收端第q根接收天线接收到的数据可 以表示成
7.—种基于时间反转多天线系统的信号发送端设备，其特征在于，包括空时预均衡器，用于对待发送的信号按比特分组后，采用基于破零准则的预均衡矩 阵对分组信号进行预滤波；串并变换单元，用于对滤波后的信号进行串并变换； 脉冲成型单元，用于对经过串并变换后的信号进行脉冲成型处理； 时间反转单元，用于对脉冲成型处理后的信号进行时间反转处理后发送。
8.根据权利要求7所述的信号发送端设备，其特征在于，所述空时预均衡器，将每风XL个二进制比特为一组，其中风为接收端设备的天线数，L个列向量表示成
9.根据权利要求7所述的信号发送端设备，其特征在于，所述基于破零准则的预均衡矩阵？为P 二 H1 (HH1Y1,其中，空时信道矩阵H为托普利兹矩阵
10.根据权利要求9所述的信号发送设备，其特征在于，所述基于破零准则的预均衡 矩阵P的获取过程包括接收端向发送端发送一组训练序列，发送端经过信道估计得到信道冲击响应的估计值Ui);发送端在获知信道冲击响应之后，通过如下公式得到第k根等效发送天线与第ρ根接 收天线之间的等效信道冲击响应 Λ 1 Ν,计算等效信道冲击响应矩阵η ω的估计值
11.一种基于如权利要求7-10任意一项所述信号发送端设备的信号接收端设备，其特 征在于，包括波形匹配单元，用于对接收的信号进行匹配滤波，捕获信号脉冲的能量； 抽样判决单元，用于对经过匹配滤波后的信号进行抽样判决； 并串变换单元，用于对抽样判决后的信号进行并串变换后输出。
12.根据权利要求11所述的信号接收端设备，其特征在于，接收端第q根接收天线接 收到的数据可以表示成
13.—种基于破零准则的预均衡方法，其特征在于，包括将每风XL个二进制比特为一组，其中L个列向量可以表示成
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述基于破零准则的预均衡矩阵P为
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述基于破零准则的预均衡矩阵P的 获取过程包括接收端向发送端发送一组训练序列，发送端经过信道估计得到信道冲击响应的估计值么’少)；发送端在获知信道冲击响应之后，通过如下公式得到第k根等效发送天线与第ρ根接 收天线之间的等效信道冲击响应 N, 从而得到等效信道冲击响应矩阵
全文摘要
本发明公开一种基于时间反转多天线系统的空时预均衡方法和设备，包括将待发送的信号按比特分组，采用基于破零准则的预均衡矩阵对分组信号进行预滤波；对滤波后的信号进行串并变换和脉冲成型处理；对脉冲成型处理后的信号进行时间反转处理后发送。在接收端对接收的信号进行匹配滤波，捕获信号脉冲的能量；然后再进行抽样判决和并串变换后输出。通过本发明可以有效消除码间干扰和多流干扰。这种方法不仅可以降低天线数目，而且可以在不牺牲误比特率的前提下，实现信息的高速传输。
文档编号H04L1/06GK102014089SQ20101057216
公开日2011年4月13日 申请日期2010年11月29日 优先权日2010年11月29日
发明者吕铁军, 王孜成, 王滔滔 申请人:北京星河亮点通信软件有限责任公司