专利名称：一种时分双工无线通信系统的延时分集发射与接收的方法
技术领域：
本发明涉及无线移动通信领域，尤其涉及一种时分双工TDD无线通信 系统的延时分集发射与接收的方法。
背景技术：
无线信道的时变多径衰落是影响无线通信的一个重要因素。无线信道的 多径能导致接收信号的衰落，特别是在信号带宽小于信道带宽时。传统上， 基站接收机利用空间分集来解决这个问题。理论上，功率控制是抵抗信道衰落的最佳方法。如果发射端预先知道信 道条件，那么在发射的时候先将信号变形，以此来抵消衰落带来的影响。但 是这种方法需要发射端有较大的动态范围，另外因为无线信道是时变的，所 以发射端无法预先知道信道的条件，因此在大多tt散射环境中，对于功率和 带宽受限的系统，采用天线分集方法来抵消信道衰落，以降低衰落环境下传 输误码率是最好的方法。在第三代乃至后三代的移动通信系统中，大量的高速率数据业务使下行 链路的负担越来越重。传统的天线分集是在接收端(移动台)采用多根天线 进行接收分集，并采用合并技术来获得好的信号质量。例如多径分集接收机 (Rake接收机)，但由于移动台尺寸受限，采用接收天线代价高昂，增加 了用户的设备成本。从理论和实际应用中都发现相同阶数的发射分集和接收 分集具有相同的分集增益。因此为了适应第三代移动通信系统的要求，在发 射端采用发射分集技术；在多副天线上发射信号，并将发射信号设计在不同 的信道中保持独立的衰落，而在接收端再对各路径信号进行合并，从而减少 多径衰落的严重影响。发射分集能够实现同一发射信号使若干各移动台获得 发射增益，而传统的接收分集的发射增益只是针对一个移动台。传统的延时发射分集技术属于开环发射分集，即发射端在预先不了解信道状态的情况下，将信号从各天线发射出去。这种方法的优点是系统简单， 分集性能不受信道变化的影响。朗讯科技公司在1999年11月8日的申请号为99123680,公开号 CN1253430A,名称为《用于无线电链路的发射分集和接收均衡》的中国专 利申请中提出了通过多个天线发射出同一信号的各个独立版本。各天线之间 或是在空间上间隔开，或是极化方式相互正交，使同一信号的各独立版本不 会受到相关衰落。自一个有关天线发射的一个独立版本信号比之自另一个天 线发射的前一个独立版本信号滞后一个固定延时。固定延时至少为该的一个 比特周期。接收到的各个独立版本信号在一个均衡器或瑞克结构中进行均 衡，得到一个复合信号。瑞克结构具有有关的瑞克叉指集，与相邻的瑞克叉 指集之间有固定的延时。但是由于没有信道信息，传统的延时发射分集技术效率不高而且不能提 供阵列增益。例如上文所提及的朗讯公司专利方法采用的延时发射分集方案 对各个天线的釆用均分能量的方式，在上下行信道对称性良好的TDD系统 中未能达到最佳的性能。发明内容本发明要解决的技术问题就是提供一种时分双工无线通信系统的延时 分集发射与接收的方法，利用TDD系统上下行信道的相关性信息，使系统 自适应地根据信道情况分配各天线发射功率，从而系统性能更加优化。为了解决上述技术问题，本发明提供一种时分双工无线通信系统的延时 分集发射与接收的方法，包括如下步骤(1) 根据系统的导频部分对上行信道进行信道估计，得到估计的信道 冲激响应；(2) 根据估计的信道冲激响应，计算得到上行各天线的接收功率，并 根据上行各天线的接收功率计算得到对应的下行功率发射因子；(3) 在不同时刻由不同的天线经过功率加权因子加权，经过不同的信 道发射相同的数据给接收端；(4 )在接收端对不同天线延时发射的发射数据进行合并接收；(5)计算下行发射数据的估计值。进一步地，所述步骤(1)中，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的估计矩阵为.物)《'"")… 《'2)(,)《'2)(,)…《，)^'')表示对信道冲激响应的估计矩阵，其大小为NxW，其中N为天线 数目，W为信道估计窗窗长；其中/e'")(^表示t时刻第k个用户在第n根天 线上的信道估计窗内第w个抽头上的信道冲激响应估计值。进一步地，所述步骤(2)中，第t个上行时隙第k个用户的第n根天 线上对应功率为，)=力0)|2其中为t时刻第k个用户在第n根天线上的信道估计窗内第w个 抽头上的信道沖激响应估计值。进一步地，所述步骤(2)中，第n根天线对应第k个用户第t个下行 时隙的功率分配因子为其中N为天线数目，W为信道估计窗窗长，/e")W为t时刻第k个用户 在第n根天线上的信道估计窗内第w个抽头上的信道冲激响应估计值。进一步地，所述步骤(3)中，第n根天线的经过功率加权后的延时发 射数据Data —为￡)ato —— sewd (w)=""邓一 t》其中卯)=。#)为经过扩频加扰后的待发射数据，C为扩频加扰矩阵， d(f)为原始数据，各天线对应延时发射时间r。为r"K"-l).Ar , Ar为延时发射时间间隔。进一步地，所述Ar〉7;, 7;为信道相关时间，从而保证各天线延时发射 的数据经过不同的衰落信道到达接收端。进一步地，所述步骤(4)中，包括接收端接收到各天线在不同的延时时刻发射，经过不同的信道后到达的下行延时发射数据，其中接收到的第n根天线发射的数据《为《= C. t/(/" _ r〃) + w"其中// 为第n根天线所对应的独立下行信道沖激响应， 为高斯白噪声；接收机端合并所有天线的延时发射数据e为进一步地，所述步骤(5)中，利用多径分集Rake接收或联合检测算 法计算得到下行发射数据的估计值。进一步地，所述步骤(5)中，釆用联合检测方法，根据迫零线性块均 衡准则，计算原始用户发射数据的估计值S为其中i^是噪声的相关矩阵，A为根据信道估计与扩频加扰矩阵组成的系 统矩阵。进一步地，所述步骤(5)中，采用联合检测方法，根据最小均方误差 准则，计算原始用户发射数据的估计值3为 "(Zi X)—Vi 》其中^是用户符号的相关矩阵。 本发明有如下有益效果1. 使TDD系统自适应地根据信道情况分配各天线发射功率；2. 在不明显增加运算复杂度的情况下，充分利用TDD系统上下行信道 的对称性，实现了将本属于开环分集算法的延时分集变为可根据信道变化自适应地调整功率参数的闭环分集方法，进一步提高分集增益；3.在TDD系统中适应性较好，非常适合于工程实现处理。
图1是本发明实施例的流程图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。 如图1所示，本实施例包括如下步骤步骤IOI,才艮据系统的导频部分对上行信道进行信道估计，得到估计的 信道沖激响应；步骤102,根据上行各天线的接收功率计算得到对应的下行功率发射因子；步骤103,在不同时刻由不同的天线经过功率加权因子加权，发射相同 的数据经过不同的信道后到达接收端；步骤104,在接收端对不同天线延时发射的发射数据在分别经过独立信 道后进行合并接收；步骤105,利用Rake接收或联合检测(多用户时建议采用)算法计算 得到下行发射数据的估计值。以TD-SCDMA无线通信系统为例，对本发明的一个应用实例进行详细 描述。假设其基站端天线阵列采用N根天线。主要包括以下步骤1 )上行链路信道估计根据上行接收数据的导频部分，采用信道估计方法，则信道第t个上行 时隙第k个用户经过信道后处理的信道沖激响应的估计矩阵表示为《'"(,)…《K do《'2)(o…《'2)(0 (1)W力表示对信道冲激响应的估计矩阵，其大小为NxW,其中N为天线数目，W为信道估计窗窗长；而其中《")")表示t时刻第k个用户在第n根天线上的信道估计窗内第w个抽头上的信道沖激响应估计值。 2)计算功率因子根据步骤1 )得到第t个上行时隙第k个用户的第n根天线上对应功率为则第n根天线对应第k个用户第t个下行时隙的功率分配因子计算公式 如下所示户 IK'")(,)I2"w — W — W『 9/1=1 '7=1 W=l (> 3 J其中W")(,)为步骤1中第t个上行时隙第k个用户经过信道后处理后第n根天线的估计窗内第w个抽头所对应的估计信道冲激响应估计值； 3 )下行链路加权延时发射下行链路中采用的延时分集发射方案是指在不同时刻由不同的天线经 过功率加权因子加权，发射相同的数据经过不同的信道后到达接收端的过 程。其中延时发射时间r"与天线数目——对应，即第r"个时刻由第n根天线 下行发射。各天线对应延时发射时间r 可由下式计算得到r = ("_l).Ar (4) 其中Ar为延时发射时间间隔，必须满足Ar〉7;, 7;表示信道相关时间， 从而保证各天线延时发射的数据经过不同的衰落信道到达接收端。则第n根天线的经过功率加权后的延时发射数据i)"to —"m/("),由下式表示为￡toa _ sewc/(o) = c^S(/" - r") ( 5 )其中外)=。#)为经过扩频加扰后的待发射数据，C为扩频加扰矩阵，d(O为原始数据。4)接收端合并到达接收端，其中第n根天线发射的数据到达接收端后记作《，如下式所示《=a 'C.t/0-r丄Z/"+ "d (6) 其中// 为第n根天线所对应的独立下行信道沖激响应， 为高斯白噪声。因为多根天线延时发射，在接收机端合并所有天线的延时发射数据为 — rec/evec/ , 记作e , 如下式所示5)估计数据计算根据步骤4)中在接收端得到的采用延时分集发射 方案所对应的接收数据，接下来的步骤就是利用Rake接收机或在多用户时 采用联合检测算法对其进行检测，从而得到对原始发射数据的估计值丄其中多用户时可采用联合检测方法，下面给出两种不同的计算方法根据迫零线性块均衡(ZF-BLE )准则，原始用户发射数据d的估计为其中及 是噪声的相关矩阵。A为根据信道估计与扩频加扰矩阵组成的系 统矩阵。根据最小均方误差(MMSE )准则，用户发射数据d的估计为其中^是用户符号的相关矩阵。本发明采用利用上行信道信息计算下行各天线的功率分配因子，并在下 行发射时对各天线的延时数据进行功率加权，并在接收端进行分集合并接收 的方法实现了将本属于开环分集算法的延时分集变为可根据信道变化自适 应地调整功率参数的闭环分集方法，进一步提高采用分集方法的通信系统性能。本发明在不明显增加运算复杂度的情况下，充分利用TDD系统上下行 信道的对称性，进一步提高分集增益，非常利于工程实现。但应当理解的是，本发明的上述针对较佳实施例的描述较为具体，并不 能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以 所附权利要求为准。
权利要求
1. 一种时分双工无线通信系统的延时分集发射与接收的方法，包括如下步骤(1)根据系统的导频部分对上行信道进行信道估计，得到估计的信道冲激响应；(2)根据估计的信道冲激响应，计算得到上行各天线的接收功率，并根据上行各天线的接收功率计算得到对应的下行功率发射因子；(3)在不同时刻由不同的天线经过功率加权因子加权，经过不同的信道发射相同的数据给接收端；(4)在接收端对不同天线延时发射的发射数据进行合并接收；(5)计算下行发射数据的估计值。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(l)中，信道第t个上行时隙第k个用户经过信道后处理的信道沖激响应的估计矩阵为<formula>formula see original document page 2</formula>W力表示对信道冲激响应的估计矩阵，其大小为NxW,其中N为天线 数目，W为信道估计窗窗长；其中《'，,)表示t时刻第k个用户在第n根天 线上的信道估计窗内第w个抽头上的信道沖激响应估计值。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中， 第t个上行时隙第k个用户的第n根天线上对应功率为<formula>formula see original document page 2</formula>其中《，O为t时刻第k个用户在第n根天线上的信道估计窗内第w个 抽头上的信道沖激响应估计值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，第n 才艮天线对应第k个用户第t个下行时隙的功率分配因子为<formula>formula see original document page 3</formula>其中N为天线数目，W为信道估计窗窗长，；^")(o为t时刻第k个用户 在第n根天线上的信道估计窗内第w个抽头上的信道沖激响应估计值。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，第n 根天线的经过功率加权后的延时发射数据_ ^m/(w)为其中s(o-c.c/(/)为经过扩频加扰后的待发射数据，C为扩频加扰矩阵，c/(0为原始数据，各天线对应延时发射时间^为7" =("-l).Ar ， Ar为延时发 射时间间隔。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述Ar〉7;, 7;为信道相关时间，从而保证各天线延时发射的数据经过不同的衰落信道到达接收端。
7. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，包括接收端接收到各天线在不同的延时时刻发射，经过不同的信道后到达的下行延时发射数据，其中接收到的第n根天线发射的数据《为《=a -C-c/(,-r ).// +"d其中// 为第n根天线所对应的独立下行信道沖激响应， 为高斯白噪声；接收机端合并所有天线的延时发射数据e为
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)中，利用 多径分集Rake接收或联合检测算法计算得到下行发射数据的估计值。
9. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)中，采用 联合检测方法，根据迫零线性块均衡准则，计算原始用户发射数据的估计值为其中i "是噪声的相关矩阵，A为根据信道估计与扩频加扰矩阵组成的系 统矩阵。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)中，采 用联合检测方法，根据最小均方误差准则，计算原始用户发射数据的估计值 为<formula>formula see original document page 4</formula>,.其中^是用户符号的相关矩阵。
全文摘要
本发明公开了一种时分双工无线通信系统的延时分集发射与接收的方法，包括根据系统的导频部分对上行信道进行信道估计，得到估计的信道冲激响应；根据估计的信道冲激响应，计算得到上行各天线的接收功率，并根据上行各天线的接收功率计算得到对应的下行功率发射因子；在不同时刻由不同的天线经过功率加权因子加权，经过不同的信道发射相同的数据给接收端；在接收端对不同天线延时发射的发射数据进行合并接收；计算下行发射数据的估计值。本发明在TDD无线移动通信系统中利用上下行信道的相关性信息，自适应的分配延时分集发射时各天线上发射功率，并在接收端利用多径分集接收机或在多用户时使用联合检测方法以获得更大的性能增益。
文档编号H04B7/04GK101262265SQ20071013027
公开日2008年9月10日 申请日期2007年7月17日 优先权日2007年3月9日
发明者斌 李 申请人:中兴通讯股份有限公司