專利名稱：一種分布天線移動通信系統(tǒng)中的上行鏈路接收方法及設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種分布式天線移動通信上行鏈路接收方法，涉及一種在廣義分布式天線系統(tǒng)(GDAS)中的移動通信上行鏈路接收方法。
背景技術：
隨著通信技術的發(fā)展和人們對高速數(shù)據(jù)通信的要求，一種基于MIMO(多輸入多輸出)技術得到應用。在MIMO中，多個不同的數(shù)據(jù)流從不同的天線發(fā)射出去，接收端多天線接收并解調(diào)這些數(shù)據(jù)，這種基于復用的空間多址方式可以將頻譜效率成倍地提高。但是，有三個關鍵因素限制MIMO性能的提高。第一，通常的移動通信中上行鏈路接收到的信號有空間相關性。第二，未來移動通信頻譜的資源限制使得通信系統(tǒng)工作在更高的頻段，系統(tǒng)的路徑損耗比較大，尤其在信號的載頻大于3GHz時更是如此，不利于移動通信系統(tǒng)包括MIMO系統(tǒng)的設計；第三，移動通信系統(tǒng)中存在著陰影衰落，當移動終端處于深陰影衰落區(qū)時，使得MIMO系統(tǒng)的信噪比較低，信號的誤碼率將大為增加。
為了克服路徑損耗和陰影衰落的影響并讓基站天線盡量貼近移動終端，一種稱為分布式天線系統(tǒng)(DAS)的技術開始得到應用。通過對幾個在空間分布且相隔一定距離的天線的收發(fā)信號進行集中處理，能夠獲得空間復用、宏分集、微分集和低路徑損耗的效果。
在廣義分布式天線系統(tǒng)中，參考圖1，每個分布式無線接入單元(RAU)處有多個由天線單元構成的天線陣列，多個分布式無線接入單元處所有天線陣列的接收信號通過光纖或同軸電纜傳送到收發(fā)基站集中處理，其中MT表示移動站，但是由于天線的數(shù)量多，基站處理的數(shù)據(jù)量非常大，影響基站設備的硬件設計可行性，同時天線的使用數(shù)量由于設備的處理能力也受到限制，這樣導致對系統(tǒng)性能提升的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于廣義分布式天線系統(tǒng)的特征波束選擇接收方法和設備，可以達到融合MIMO、智能天線和DAS的優(yōu)點同時減少了系統(tǒng)的運算量，提高處理速度，降低了系統(tǒng)需求的復雜度。為了達到本發(fā)明的目的，采用如下技術方案本發(fā)明提供一種移動通信系統(tǒng)中的上行鏈路接收方法，其中該通信系統(tǒng)包括至少兩個分布式無線接入單元，每個分布式無線接入單元包括至少兩個天線，所述接收方法包括合成的信號形成方法，所述合成的信號形成方法包括如下步驟1)計算對應于每個分布式無線接入單元的基帶數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣；2)將所述協(xié)方差矩陣進行特征分解，得到特征矢量矩陣；3)利用所述協(xié)方差矩陣和特征矢量矩陣計算投影值；4)選擇與特定數(shù)目的大投影值對應的特征矢量作為合成的信號形成的加權矢量；5)利用基帶數(shù)據(jù)和所述加權矢量形成合成的信號。
在所述步驟1)和步驟2)之間還可以包括迭代更新協(xié)方差矩陣的步驟。
在所述步驟2)和步驟3)之間還可以包括將所述特征矢量矩陣進行存儲并延時利用的步驟。
采用公式Ri(k)=1JΣj=1Jxi(j,k)xi(j,k)H]]>計算所述協(xié)方差矩陣，其中Ri(k)為對應分布式無線接入單元i在第k個數(shù)據(jù)塊的協(xié)方差矩陣，上標H表示矩陣或矢量的共軛轉(zhuǎn)置，xi(j，k)表示分布式無線接入單元i在第k個數(shù)據(jù)塊的第j個樣本的列矢量輸出，J是計算當前數(shù)據(jù)塊協(xié)方差矩陣所需要的樣本數(shù)。
采用公式Pml(k)=umlH(k-1)Rm(k)uml(k-1)]]>計算所述投影值，其中Pml(k)是第m個分布式無線接入單元第k個數(shù)據(jù)塊輸出基帶數(shù)據(jù)在第k-1個數(shù)據(jù)塊的迭代協(xié)方差矩陣的特征矢量矩陣的第l列矢量的投影值，uml(k-l)為對應第k-1個數(shù)據(jù)塊的迭代協(xié)方差矩陣的第l列特征矢量，Rm(k)為對應分布式無線接入單元m在第k個數(shù)據(jù)塊的協(xié)方差矩陣，上標H表示矩陣或矢量的共軛轉(zhuǎn)置。
采用公式Ri(k)＝(1-βi)Ri(k-1)+βiRi(k)迭代更新協(xié)方差矩陣，其中，βi為加權系數(shù)，Ri(k)為對應分布式無線接入單元i在第k個數(shù)據(jù)塊的協(xié)方差矩陣。
本發(fā)明還提供一種無線接收系統(tǒng)，其中該無線接收系統(tǒng)包括至少兩個分布式無線接入單元，每個分布式無線接入單元包括至少兩個天線，所述無線接收系統(tǒng)還包括協(xié)方差矩陣計算與特征分解模塊，用于計算對應于每個分布式無線接入單元的基帶數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣并將所述協(xié)方差矩陣進行特征分解得到特征矢量矩陣；投影值計算模塊，利用所述協(xié)方差矩陣和所述特征矢量矩陣計算投影值；選擇特征矢量模塊，選擇與特定數(shù)目的大投影值對應的特征矢量；合成的信號形成模塊，將在所述選擇特征矢量模塊選擇的特征矢量作為加權矢量對基帶數(shù)據(jù)進行加權運算形成合成的信號。
所述協(xié)方差矩陣計算與特征分解模塊在根據(jù)基帶數(shù)據(jù)計算完當前數(shù)據(jù)塊的協(xié)方差矩陣后，對協(xié)方差矩陣進行迭代更新。
所述協(xié)方差矩陣計算與特征分解模塊進行特征分解后將得到的特征矢量矩陣進行存儲并延時利用。
由上述方案可知，本發(fā)明包括每個RAU處的接收陣列的協(xié)方差矩陣的迭代更新，首先計算每個RAU處當前數(shù)據(jù)塊的陣列輸出時間上平均的協(xié)方差矩陣，然后將前一個數(shù)據(jù)塊計算出的協(xié)方差矩陣和當前數(shù)據(jù)塊計算出的協(xié)方差矩陣加權求和，從而完成每個RAU處的協(xié)方差矩陣的迭代更新。由于移動終端到每個RAU的空間方向到達角和角度擴展是慢變的，因此協(xié)方差矩陣的迭代更新可以有效地跟蹤時變信道。
本發(fā)明還包括每個RAU處的接收陣列的協(xié)方差矩陣的特征分解及延時存儲。將所有的RAU處計算出的協(xié)方差矩陣進行特征分解，并存儲所有的特征矢量和特征值。這些特征矢量被延時到下一個數(shù)據(jù)塊以利用，作為波束形成的加權矢量。因為特征分解的結果在下一個數(shù)據(jù)塊使用，所以對計算的實時性要求降低了。作為本發(fā)明的一個顯著優(yōu)點是訓練序列和數(shù)據(jù)都可以用來求解協(xié)方差矩陣利于數(shù)據(jù)的高效率傳輸。
本發(fā)明針對廣義分布式天線系統(tǒng)的上行鏈路接收基帶信號處理而提出的，它考慮了系統(tǒng)實現(xiàn)的實時性、降低系統(tǒng)的自由度和兼顧了系統(tǒng)總體性能要求，提高了波束形成效率，大大降低了運算量，降低了系統(tǒng)復雜度，這樣可以節(jié)約設備成本和增加容量。
通過以下結合附圖對本發(fā)明優(yōu)選實施方式的描述，本發(fā)明的其他特點、目的和效果將變得更加清楚和易于理解。


下面將參考附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，其中圖1為應用廣義分布式天線系統(tǒng)的移動通信系統(tǒng)的結構圖；圖2為本發(fā)明中用于廣義分布式天線系統(tǒng)的合成的信號形成系統(tǒng)的結構圖圖3為本發(fā)明中的協(xié)方差矩陣計算與特征分解模塊實施流程圖；圖4為本發(fā)明中投影值計算與排序流程圖；在所有的上述附圖中，相同的標號表示具有相同、相似或相應的特征或功能。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的說明。
圖3用實現(xiàn)框圖和數(shù)學公式形象地表示了迭代方法計算協(xié)方差矩陣和該矩陣特征分解的過程。本實施例中列舉了有2個RAU(RAU1和RAU2)，每個RAU有3根天線或天線子陣的例子。移動臺有兩個發(fā)射天線，每個天線發(fā)送不同的數(shù)據(jù)。那么發(fā)射一個數(shù)據(jù)塊時間上有100個樣本，每個樣本由兩個不同信號空間復用組成。訓練序列長度有2個樣本，對應樣本1和樣本2。剩下的98個樣本發(fā)射未知信息數(shù)據(jù)，對應樣本3到樣本100。當然本發(fā)明并不限于上述情況的移動臺，對于任何一種移動臺發(fā)送的任何數(shù)據(jù)都適合本發(fā)明的方法。
實施本發(fā)明的第一步是用迭代方法計算協(xié)方差矩陣并對其進行特征分解。
首先將基帶數(shù)據(jù)流輸入到協(xié)方差矩陣計算與特征分解模塊中，該模塊利用計算公式Ri(k)=1JΣj=1Jxi(j,k)xi(j,k)H]]>計算當前數(shù)據(jù)塊的協(xié)方差矩陣，公式中Ri(k)為對應分布式無線接入單元i在第k個數(shù)據(jù)塊的協(xié)方差矩陣，數(shù)學符號的上標H表示矩陣或矢量的共軛轉(zhuǎn)置，在本例中，Xi(j，k)表示RAUi在第k個數(shù)據(jù)塊的第i個樣本的列矢量輸出，對RAU1計算時，i=1，J是計算當前數(shù)據(jù)塊協(xié)方差矩陣所需要的樣本數(shù)，在本例中J等于100。
上面描述了協(xié)方差矩陣的形成過程，下面描述協(xié)方差矩陣的迭代更新過程。將協(xié)方差矩陣利用公式Ri(k)＝(1-βi)Ri(k-1)+βiRi(k)進行迭代更新，其中加權系數(shù)βi的取值為0.1或者是其它根據(jù)具體情況確定的數(shù)字。
最后，對當前數(shù)據(jù)塊的迭代協(xié)方差矩陣進行特征分解，其公式為Ri(k)=Ui(k)Λi(k)UiH(k),]]>其中Ui(k)是對應第k個數(shù)據(jù)塊的迭代協(xié)方差矩陣的特征矢量矩陣，在本例中，得到3列特征矢量，每列特征矢量有3個元素。把這3列特征矢量存儲起來，延時到下一個數(shù)據(jù)塊用，當然，將特征矢量不延時作實時計算同樣可以利用本發(fā)明的方法。
RAU2的參數(shù)計算方法和RAU1的參數(shù)計算方法相同。
實施本發(fā)明的第二步是投影值計算與排序。該步驟在投影值計算模塊中進行，其中該投影值計算模塊接收由協(xié)方差矩陣計算與特征分解模塊計算出的迭代協(xié)方差矩陣及其特征矢量矩陣數(shù)據(jù)，下面介紹詳細的計算過程圖4給出了有M個RAU、每個RAU有L個天線的投影值計算和排序的實現(xiàn)框圖和數(shù)學表達式。所述投影值計算模塊采用公式Pml(k)=umlH(k-1)Rm(k)uml(k-1)]]>計算所述投影值，其中Pml(k)是第m個分布式無線接入單元第k個數(shù)據(jù)塊輸出基帶數(shù)據(jù)在第k-1個數(shù)據(jù)塊的迭代協(xié)方差矩陣的特征矢量矩陣的第l列矢量的投影值，uml(k-1)為對應第k-1個數(shù)據(jù)塊的迭代協(xié)方差矩陣的第l列特征矢量，Rm(k)為對應分布式無線接入單元m的協(xié)方差矩陣，上標H表示矩陣或矢量的共軛轉(zhuǎn)置。
現(xiàn)在將所有的RAU計算出的投影值集中在一起，選取對應于前N個大的投影值的特征向量，本實施例中采用排序的方式，選取對應于前N個大的投影值的特征向量，也可不需要先排序，直接比較大小，每次選取最大的一個，然后從剩下的投影值中再選取最大的，進行N次選取，N可以由具體系統(tǒng)復雜度進行確定。
本實施例中這一步完成兩個RAU的6個投影值的計算，并從中選出1個或多個最大的投影值和對應的特征矢量。
上面描述了投影的過程，下面解釋一下所述投影的物理意義，在GDAS中，每個RAU接收的信號方向在空間上有一定的角度擴展而且是慢變的，所以相鄰的數(shù)據(jù)塊在空間上有相關性。因此利用RAU輸出基帶數(shù)據(jù)投影到前面所述的特征矢量上，將每個天線或天線子陣的主要信號特征提取出來，系統(tǒng)容量損失非常小，同時獲得了陣列增益。另外，用延時的特征矢量進行投影值計算，降低了對實時運算的速度要求。
本發(fā)明的第三步是合成的信號形成。
在本實施例子中，如果第二步在前一個數(shù)據(jù)塊選擇出了例如兩個特征矢量作為合成的信號形成的加權矢量，因此就形成兩個合成的信號。我們以RAU1、RAU2如果恰好分別形成一個合成的信號為例，說明合成的信號形成的過程。
首先，給出RAU1的合成的信號形成原理和過程。當前數(shù)據(jù)塊在時間樣本上的第一個數(shù)據(jù)，即樣本1在RAU1處形成3路基帶數(shù)據(jù)輸出，RAU1的第1、2和3個基帶信息數(shù)據(jù)與相應上步驟中已被選擇的特征矢量的第1、2和3個元素的共軛分別相乘，然后乘積相加，得到RAU1的合成的信號輸出。該合成的信號形成過程在合成的信號形成模塊中完成。RAU2也用同樣方法形成它的合成的信號輸出。本發(fā)明中上述采用的所有計算公式都是本領域技術人員所熟知的。
下面我們簡單介紹基于合成的信號形成后的信道估計和符號解調(diào)。
在信道估計單元中，訓練序列對應的合成的信號輸出可以用于MMSE方法估計出合成的信號形成后的信道參數(shù)。在符號檢測單元中，用所述信道參數(shù)結合經(jīng)典的迫零算法(ZF)、最小均方誤差(MMSE)、連續(xù)干擾消除算法(SUC(Successive Cancellation))、排序的連續(xù)的干擾消除算法OSUC(OrderedSUC)和最大似然估計(ML)等任何一種算法，完成最終的符號檢測，分離出復用的發(fā)射信號，這樣就完成了信息符號解調(diào)過程，上述信道估計和符號解調(diào)的方法均為現(xiàn)有技術中通常采用的方案。
本發(fā)明的基于分布式天線系統(tǒng)的合成的信號選擇接收技術與現(xiàn)有的全部接收天線都被使用相比，降低了運算量。尤其當RAU的數(shù)目和每個分布式天線接入單元RAU的天線數(shù)目增加時，運算量可以節(jié)約許多倍。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種移動通信系統(tǒng)中的上行鏈路接收方法，其中該移動通信系統(tǒng)包括至少兩個分布式無線接入單元，每個分布式無線接入單元包括至少兩個天線，所述接收方法包括合成的信號形成方法，其特征在于，所述合成的信號形成方法包括如下步驟1)計算對應于每個分布式無線接入單元的基帶數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣；2)將所述協(xié)方差矩陣進行特征分解，得到特征矢量矩陣；3)利用所述協(xié)方差矩陣和特征矢量矩陣計算投影值；4)選擇與特定數(shù)目的大投影值對應的特征矢量作為一路合成的信號形成的加權矢量；5)利用基帶數(shù)據(jù)和所述加權矢量形成一路合成的信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的移動通信系統(tǒng)中的上行鏈路接收方法，其特征在于，在所述步驟1)和步驟2)之間還包括迭代更新協(xié)方差矩陣的步驟。
3.根據(jù)權利要求1所述的移動通信系統(tǒng)中的上行鏈路接收方法，其特征在于，在所述步驟2)和步驟3)之間還包括將所述特征矢量矩陣進行存儲并延時利用的步驟。
4.根據(jù)權利要求2所述的移動通信系統(tǒng)中的上行鏈路接收方法，其特征在于，在所述步驟2)和步驟3)之間還包括將所述特征矢量矩陣進行存儲并延時利用的步驟。
5.根據(jù)權利要求1至4中任一項的移動通信系統(tǒng)中的上行鏈路接收方法，其特征在于，采用公式Ri(k)=1JΣj=1Jxi(j,k)xi(j,k)H]]>計算所述協(xié)方差矩陣，其中Ri(k)為對應分布式無線接入單元i在第k個數(shù)據(jù)塊的協(xié)方差矩陣，上標H表示矩陣或矢量的共軛轉(zhuǎn)置，xi(j，k)表示分布式無線接入單元i在第k個數(shù)據(jù)塊的第j個樣本的列矢量輸出，J是計算當前數(shù)據(jù)塊協(xié)方差矩陣所需要的樣本數(shù)。
6.根據(jù)權利要求1至4中任一項的移動通信系統(tǒng)中的上行鏈路接收方法，其特征在于，采用公式Pml(k)=umlH(k-1)Rm(k)uml(k-1)]]>計算所述投影值，其中Pml(k)是第m個分布式無線接入單元第k個數(shù)據(jù)塊輸出基帶數(shù)據(jù)在第k-1個數(shù)據(jù)塊的迭代協(xié)方差矩陣的特征矢量矩陣的第l列矢量的投影值，uml(k-1)為對應第k-1個數(shù)據(jù)塊的迭代協(xié)方差矩陣的第l列特征矢量，Rm(k)為對應分布式無線接入單元m在第k個數(shù)據(jù)塊的協(xié)方差矩陣，上標H表示矩陣或矢量的共軛轉(zhuǎn)置。
7.根據(jù)權利要求2所述的移動通信系統(tǒng)中的上行鏈路接收方法，其特征在于，采用公式Ri(k)＝(1-βi)Ri(k-1)+βiRi(k)迭代更新協(xié)方差矩陣，其中，βi為加權系數(shù)，Ri(k)為對應分布式無線接入單元i在第k個數(shù)據(jù)塊的協(xié)方差矩陣。
8.一種分布式天線無線接收系統(tǒng)，其中該無線接收系統(tǒng)包括至少兩個分布式無線接入單元，每個分布式無線接入單元包括至少兩個天線，其特征在于，所述無線接收系統(tǒng)還包括協(xié)方差矩陣計算與特征分解模塊，用于計算對應于每個分布式無線接入單元的基帶數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣并將所述協(xié)方差矩陣進行特征分解得到特征矢量矩陣；投影值計算模塊，利用所述協(xié)方差矩陣和所述特征矢量矩陣計算投影值；選擇特征矢量模塊，選擇與特定數(shù)目的大投影值對應的特征矢量；合成的信號形成模塊，將在所述選擇特征矢量模塊選擇的特征矢量作為加權矢量對基帶數(shù)據(jù)進行加權運算形成合成的信號。
9.根據(jù)權利要求8所述的分布式天線無線接收系統(tǒng)，其特征在于，所述協(xié)方差矩陣計算與特征分解模塊在根據(jù)基帶數(shù)據(jù)計算完當前數(shù)據(jù)塊的協(xié)方差矩陣后，還對協(xié)方差矩陣進行迭代更新。
10.根據(jù)權利要求8所述的分布式天線無線接收系統(tǒng)，其特征在于，所述協(xié)方差矩陣計算與特征分解模塊進行特征分解后還將得到的特征矢量矩陣進行存儲并延時利用。
11.根據(jù)權利要求9所述的分布式天線無線接收系統(tǒng)，其特征在于，所述協(xié)方差矩陣計算與特征分解模塊進行特征分解后還將得到的特征矢量矩陣進行存儲并延時利用。
12.根據(jù)權利要求8至11中任一項的分布式天線無線接收系統(tǒng)，其特征在于，所述協(xié)方差矩陣計算與特征分解模塊采用公式Ri(k)=1JΣj=1Jxi(j,k)xi(j,k)H]]>計算所述協(xié)方差矩陣，其中Ri(k)為對應分布式無線接入單元i在第k個數(shù)據(jù)塊的協(xié)方差矩陣，上標H表示矩陣或矢量的共軛轉(zhuǎn)置，xi(j，k)表示分布式無線接入單元i在第k個數(shù)據(jù)塊的第j個樣本的列矢量輸出，J是計算當前數(shù)據(jù)塊協(xié)方差矩陣所需要的樣本數(shù)。
13.根據(jù)權利要求8至11中任一項的分布式天線無線接收系統(tǒng)，其特征在于，所述投影值計算模塊采用公式Pml(k)=umlH(k-1)Rm(k)uml(k-1)]]>計算所述投影值，其中Pml(k)是第m個分布式無線接入單元第k個數(shù)據(jù)塊輸出基帶數(shù)據(jù)在第k-1個數(shù)據(jù)塊的迭代協(xié)方差矩陣的特征矢量矩陣的第l列矢量的投影值，uml(k-1)為對應第k-1個數(shù)據(jù)塊的迭代協(xié)方差矩陣的第l列特征矢量，Rm(k)為對應分布式無線接入單元m在第k個數(shù)據(jù)塊的協(xié)方差矩陣，上標H表示矩陣或矢量的共軛轉(zhuǎn)置。
14.根據(jù)權利要求9所述的分布式天線無線接收系統(tǒng)，其特征在于，所述協(xié)方差矩陣計算與特征分解模塊采用公式Ri(k)＝(1-βi)Ri(k-1)+βiRi(k)迭代更新協(xié)方差矩陣，其中，βi為加權系數(shù)，Ri(k)為對應分布式無線接入單元i在第k個數(shù)據(jù)塊的協(xié)方差矩陣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種分布式天線移動通信系統(tǒng)中的上行鏈路接收方法及設備，其中該設備包括至少兩個分布式無線接入單元，每個分布式無線接入單元包括至少兩個天線，所述設備還包括協(xié)方差矩陣計算與特征分解模塊，用于計算對應于每個分布式無線接入單元的基帶數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣并將所述協(xié)方差矩陣進行特征分解得到特征矢量矩陣；投影值計算模塊，利用所述協(xié)方差矩陣和所述特征矢量矩陣計算投影值；選擇特征矢量模塊，選擇與特定數(shù)目的大投影值對應的特征矢量；合成的信號形成模塊，將在所述選擇的特征矢量作為加權矢量對基帶數(shù)據(jù)進行加權運算形成一路合成的信號。
文檔編號H04J99/00GK1980088SQ200510125619
公開日2007年6月13日 申請日期2005年11月30日 優(yōu)先權日2005年11月30日
發(fā)明者王炎, 尤肖虎, 張戰(zhàn), 加山英俊, 潘振崗, 陳嵐 申請人:東南大學, 都科摩(北京)通信技術研究中心有限, 公司