專利名稱：一種結(jié)合mimo技術(shù)的td－scdma上行鏈路方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，尤其是涉及一種TD-SCDMA上行鏈路方法。
背景技術(shù)：
TD-SCDMA(時分同步碼分多址)系統(tǒng)是具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的第三代通信(3G)標準之一，其所使用的聯(lián)合檢測技術(shù)可以解決移動通信中多址干擾的問題，增加系統(tǒng)的抗干擾能力。MIMO(Multiple-Input Multiple-Out-put)系統(tǒng)是在上個世紀末美國的貝爾實驗室提出的多天線通信系統(tǒng)，利用MIMO技術(shù)之后的信道容量隨著天線數(shù)量的增大而線性增大。也就是說可以在不增加頻譜資源(帶寬)和天線發(fā)送功率的情況下，利用MIMO信道可以成倍地提高無線信道容量或頻譜利用率，利用MIMO技術(shù)還可以提高信道的可靠性(利用MIMO信道提供的空間復用增益)，降低誤碼率(利用MIMO信道提供的空間分集增益)。
空時編碼是MIMO技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點之一，常見的空時碼有空時分組碼、空時塊碼、空時格碼。空時碼的主要思想是利用空間和時間上的編碼實現(xiàn)一定的空間分集和時間分集，從而降低信道誤碼率?？諘r編碼在理論上研究的較為透徹，但和實際系統(tǒng)結(jié)合的研究不多，特別是能用于由中國首次提出的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國際3G標準TD-SCDMA系統(tǒng)的空時編碼，討論地不多。
目前MIMO技術(shù)已經(jīng)成為3GPP中關(guān)于高速下行分組接入(HSDPA)的關(guān)鍵技術(shù)之一。當前，對于MIMO技術(shù)在WCDMA系統(tǒng)中的應用研究，已經(jīng)取得了一些研究成果(如3GPP協(xié)議中TR25848-400提到的RAKE-BLAST方法)，但是還未在TD-SCDMA系統(tǒng)中得到應用。
將MIMO技術(shù)應用于TD-SCDMA系統(tǒng)主要存在以下問題其中最基本的一個問題是移動終端能夠安裝的天線數(shù)量限制，移動終端設備要求體積小、重量輕、耗電少，如果在移動終端安裝過多的天線，就有可能導致天線不能正常工作，以當今的技術(shù)水平，在移動終端采用兩副天線是比較合適的選擇；另一個問題是在基站接收端多用戶分離和空時解碼的次序問題，TD-SCDMA系統(tǒng)中所使用的多用戶分離技術(shù)本身就是一種很好的抗干擾技術(shù)，而MIMO中單獨使用空時分組編碼時理論上也能使信噪比增加到原來的M倍，其中M是指發(fā)射天線數(shù)量和接收天線數(shù)量中較小的一個值。但是這兩種技術(shù)都是對接收到的初始數(shù)據(jù)進行一系列的變化以得到用戶數(shù)據(jù)的估計值，所以要把這兩種技術(shù)用在一起就不得不考慮在接收端進行處理時的一個次序問題，必須選擇一個合理的次序使得兩者能夠穩(wěn)定發(fā)揮其原有作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種將MIMO技術(shù)應用于TD-SCDMA上行鏈路系統(tǒng)中的一種方案。本發(fā)明將4G當中的MIMO技術(shù)應用于TD-SCDMA系統(tǒng)之中，促進TD-SCDMA的發(fā)展和進一步完善。本方案采用在移動臺發(fā)射端使用兩副天線，并對發(fā)送數(shù)據(jù)進行空時編碼，在基站接收端采用多副天線接收，本系統(tǒng)在接收時先考慮多用戶信號的分離，然后在考慮對用戶信號進行時空解碼。
本發(fā)明的具體步驟如下1、移動臺發(fā)射端先將信息源(數(shù)字信號)進行QPSK調(diào)制，然后再進行STBC(2，k)空時編碼，其編碼規(guī)則為，假如輸入s1、s2、s3…，sk一串數(shù)字序列，則編碼后是2×k維矩陣 簡單來說，也就是原序列每兩個數(shù)據(jù)為一組，如s1、s2可編碼為 接下去的序列可按這個規(guī)則依次編碼下去。
2、將編碼后按照每行數(shù)據(jù)使用一種擴頻碼和擾碼分別進行擴頻加擾，也就是說一個移動臺要使用兩組擴頻碼，兩組擾碼。
3、將擴頻加擾后的信號組成TD-SCDMA用戶幀結(jié)構(gòu)，經(jīng)雙天線進行發(fā)射。TD-SCDMA用戶幀結(jié)構(gòu)包括中綴碼、用戶碼片符號、和時隙間隔。由于用戶碼片符號有兩行，分別對應兩副天線進行發(fā)送，因此，每副天線也對應不同的中綴碼，即一個移動臺需要使用兩組中綴碼，一個雙天線的移動臺可看作發(fā)送兩個用戶的信息。
4、基站接收端使用天線陣列接收經(jīng)過上行鏈路到達的用戶數(shù)據(jù)并存儲到天線陣列存儲單元，然后利用已知的用戶中綴碼信息通過最小均方誤差算法(MMSE)進行估計，得到信道參數(shù)矩陣H＝(BHB)-1BHY，其中B表示中綴碼序列(包括將該中綴碼序列多徑延遲后的信號，如中綴碼長度為L，最大延遲為T，則該矩陣的維數(shù)為[L-T+1，T])，Y表示經(jīng)過信道后接收端接收到的中綴碼。
5、利用第4步所估計出來的信道參數(shù)，以及已知的用戶擴頻碼和用戶擾碼進行信道卷積，信道卷積的公式為b(k)＝c(k)*h(k)，其中h(k)表示第k個用戶的信道沖擊響應，c(k)表示第k個用戶的擴頻碼。
6、利用第5步所得信道卷積進行多用戶分離，多用戶分離使用迫零線性濾波(ZF-BLE)聯(lián)合檢測算法，該算法的數(shù)學表達式為S^ZF-BLE=(AHRn-1A)-1Rn-1AHe,]]>其中e是基站接收到的信號抽樣數(shù)據(jù)矢量，A是權(quán)量矩陣，Rn是噪聲矩陣。因此，本式中最重要的是要確定A的值，當A的值確定之后，就可以估計出原用戶數(shù)據(jù)S。A矩陣的值可以由下式得到AG(n-1)+l,n+N(k-1)=bk,l,(k=1,2....K;n=1....N;l=1,2.....G+W-1)0,(else)]]>其中K表示總用戶數(shù)，W表示信道沖擊響應長度。b是擴頻碼和信道沖擊響應的卷積。
7、利用第6步所得的多用戶信號再進行空時解碼。STBC解碼方法可表示為s^1=h1*r1+h2r2*]]>s^2=h2*r1-h1r2*,]]>其中r1r2分別為時刻一和時刻二，某一天線接收到的用戶信號，h1h2分別為發(fā)送天線一、發(fā)送天線二到某一接收天線的信道參數(shù)。根據(jù)本系統(tǒng)的特殊性(不是直接將接收信號進行空時解碼，而是先進行了多用戶分離)，由于在多用戶分離中已經(jīng)將初步的用戶信號給分離出來了，因此可考慮用兩種方式來進行解碼。第一種方式是首先，將多用戶分離后所得到的用戶信號分別和各自的信道估計參數(shù)相乘，得到類似于初始接收的信號，然后前面所述的STBC解碼準則，得到用戶數(shù)據(jù)估計值 第二種方式是不考慮信道參數(shù)，公式調(diào)整為s^1=r1+r2*]]>s^2=r1-r2*,]]>由于此時的r1r2是已經(jīng)去除了信道干擾的數(shù)據(jù)(通過第六步中所述的信道卷積)，因此可以忽略信道參數(shù)而直接將數(shù)據(jù)進行相加相減，這樣就大大減少了解碼中的運算量，是一種適用于這個系統(tǒng)的次優(yōu)解碼方法。
8、將第7步所得進行信號解調(diào)判決，得到最終用戶數(shù)據(jù)。
本發(fā)明從空間分集的角度出發(fā)，使用了一種適合于移動終端使用兩個天線情況下的空時編碼，同時也考慮到了在基站使用多天線陣列來組成一個多路發(fā)送多路接收的MIMO結(jié)構(gòu)。本發(fā)明方法具有以下特點1、充分利用了現(xiàn)有的技術(shù)，實現(xiàn)簡單。TD-SCDMA現(xiàn)有的一些技術(shù)都已經(jīng)用到了TD-SCDMA手機、基站的設備中。因此，我們在引入新技術(shù)到該系統(tǒng)時就要考慮到系統(tǒng)的兼容性問題。本發(fā)明中使用的MIMO天線，只是在移動臺增加了一副天線，以及一個非常簡單的空時編碼技術(shù)，在軟件上和硬件上的變化都非常小。計算量相對較小，對系統(tǒng)負荷的影響不大，易于實現(xiàn)。
2、充分結(jié)合了MIMO技術(shù)，MIMO技術(shù)是目前比較熱門的4G技術(shù)之一，但是要把真正用到諸如TD-SCDMA這樣的系統(tǒng)中，還是存在不少問題的，而本發(fā)明就是做了在這方面的一個探索，得到了這樣一個應用模型。
3、充分利用了空時碼的特點以及本系統(tǒng)的要求，使用了一種比較易于實現(xiàn)的空時碼，并在解碼時根據(jù)TD-SCDMA信息幀的特點做了改進。
本發(fā)明將MIMO技術(shù)和現(xiàn)有的TD-SCDMA系統(tǒng)相結(jié)合，充分利用了兩種的優(yōu)勢，以及各自的特點，以簡單的方式把兩者結(jié)合起來，達到提高TD-SCDMA性能目的。


圖1為本發(fā)明中移動臺的流程圖；圖2為本發(fā)明基站的流程圖。
具體實施方案下面結(jié)合附圖以及具體實例對本方案進行詳細描述，以便進一步理解本方案的原理、步驟和特點。
圖1是本發(fā)明提出的移動臺的流程圖。該結(jié)構(gòu)圖由用戶數(shù)據(jù)發(fā)生單元，調(diào)制單元，空時編碼單元，擴頻加擾單元，中綴碼產(chǎn)生單元，用戶幀結(jié)構(gòu)形成單元和2副發(fā)送天線組成。這里所指的用戶數(shù)據(jù)是數(shù)字信號，如果輸入數(shù)據(jù)是模擬信號，就應該已經(jīng)經(jīng)過了模數(shù)變化的過程。用戶數(shù)據(jù)經(jīng)過調(diào)制單元，數(shù)字比特就被映射為復數(shù)符號，如經(jīng)過QPSK調(diào)制的數(shù)字比特其映射規(guī)則為00+j，01+1，10-1，11-j。調(diào)制后的信號將進行空時編碼，考慮到TD-SCDMA幀結(jié)構(gòu)中包括兩組用戶數(shù)據(jù)，中間被中綴碼隔斷，因此可以把數(shù)據(jù)一組一組來處理，而不是一個一個的再進行處理，具體的方法如下設兩組數(shù)據(jù)分別為X1，X2，對X1取共軛得到X1*，對X2取共軛負數(shù)得到-X2*，組成[X1，X2，-X2*，X1*]T矩陣后按列讀出，并變換為2×N矩陣，N為用戶符號數(shù)，然后再分別對每一行的數(shù)據(jù)進行擴頻加擾處理，得到具有不同用戶碼的兩行用戶數(shù)據(jù)，最后對每行用戶數(shù)據(jù)加上各自的中綴碼，形成兩行TD-SCDMA幀結(jié)構(gòu)后各自通過一副發(fā)送天線進行發(fā)送操作，在實際應用中，發(fā)送之前還要先經(jīng)過放大器，載頻器等射頻前端電路的處理。
圖2是本發(fā)明提出的基站流程圖。該結(jié)構(gòu)圖由RF射頻前端處理單元、信道估計單元、多用戶聯(lián)合檢測單元、空時碼解碼單元、解調(diào)/判決單元、多用戶數(shù)據(jù)單元、可選的信道重建單元以及多個接收天線組成?；镜慕邮仗炀€先接收小區(qū)內(nèi)由各個移動臺發(fā)送過來的用戶信息，之后先進行射頻前端處理，包括信號的下變頻，模數(shù)轉(zhuǎn)化等，得到數(shù)字基帶信號，然后從該信號中分離出上行信號中的中綴碼，將這些中綴碼信息送入信道估計器，估計出每個用戶的信道沖激響應，再將這些信道沖激響應數(shù)據(jù)與用戶的擴頻擾碼相卷積，得到信道卷積。根據(jù)這些信道卷積信息，我們就可以進行多用戶檢測，分離出各個用戶信息。不過由于在發(fā)射時我們把同個移動臺的兩個天線看作了兩個用戶，因此在這邊我們還要進行這兩個用戶信息的合并，這里就要用到空時解碼。從前面的分析中我們也可以看出，空時解碼在這里有兩種方式，一種使用了信道重建，而另一種則不需要這個過程。所謂的信道重建是指對已經(jīng)得到的用戶信號，再經(jīng)歷一次與發(fā)送接收之間相似的信道(當然此次經(jīng)歷的信道是我們估計出來的信道)這樣估計出來的用戶信息比較準確，但是增加了運算上的復雜度，而直接多用戶檢測后的信號進行處理較為簡單，計算量上大大減少，但是要犧牲一部分的性能，因此，兩者方法都有自己的優(yōu)勢與不足，在實際情況下需要使用哪一種方案就需要聯(lián)系實際要求來考慮了。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)合MIMO技術(shù)的TD-SCDMA上行鏈路方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)移動臺發(fā)射端先將信息源(數(shù)字信號)進行QPSK調(diào)制，然后再進行STBC(2，k)空時編碼；其編碼規(guī)則為假如輸入s1、s2、s3…，sk一串數(shù)字序列，則編碼后是2×k維矩陣s1-s2*···,sk-1-sk*s2s1*···,sks*k-1;]]>(2)將編碼后的信號按照每行數(shù)據(jù)使用一種擴頻碼和擾碼的規(guī)則分別進行擴頻加擾；(3)將擴頻加擾后的信號組成TD-SCDMA用戶幀結(jié)構(gòu)，經(jīng)雙天線進行發(fā)射；TD-SCDMA用戶幀結(jié)構(gòu)包括中綴碼、用戶碼片符號和時隙間隔；(4)基站接收端使用天線陣列接收經(jīng)過上行鏈路到達的用戶數(shù)據(jù)并存儲到天線陣列存儲單元，然后利用已知的用戶中綴碼信息通過最小均方誤差算法進行估計，得到信道參數(shù)矩陣H＝(BHB)-1BHY，其中B表示中綴碼序列，Y表示經(jīng)過信道后接收端接收到的中綴碼；(5)利用第(4)步所估計出來的信道參數(shù)，以及已知的用戶擴頻碼和用戶擾碼進行信道卷積，信道卷積的公式為b(k)＝c(k)*h(k)，其中h(k)表示第k個用戶的信道沖擊響應，c(k)表示第k個用戶的擴頻碼；(6)利用第(5)步所得信道卷積采用迫零線性濾波聯(lián)合檢測算法進行多用戶分離，表示為S^ZF-BLE=(AHRn-1A)-1Rn-1AHe,]]>其中e是基站接收到的信號抽樣數(shù)據(jù)矢量，A是權(quán)量矩陣，Rn是噪聲的矩陣；A矩陣的值由式AG(n-1)+l,n+N(k-1)=bk,l.(k=1,2....K;n=1....N;l=1,2.....G+W-1)0.(else)]]>得到，其中K表示總用戶數(shù)，W表示信道沖擊響應長度，b是擴頻碼和信道沖擊響應的卷積；(7)利用第(6)步所得的多用戶信號再進行空時解碼；(8)將第(7)步所得進行信號解調(diào)判決，得到最終用戶數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種結(jié)合MIMO技術(shù)的TD-SCDMA上行鏈路方法，其特征在于所述的步驟(7)空時解碼的方法是首先將多用戶分離后所得到的用戶信號分別和各自的信道估計參數(shù)相乘，得到類似于初始接收的信號，然后按照STBC解碼準則，得到用戶數(shù)據(jù)估計值
3.如權(quán)利要求1所述的一種結(jié)合MIMO技術(shù)的TD-SCDMA上行鏈路方法，其特征在于所述的步驟(7)空時解碼的方法是采用公式s^1=r1+r2*,s^2=r1-r2*,]]>其中r1r2分別為時刻一和時刻二某一天線接收到的已經(jīng)經(jīng)過多用戶分離的用戶信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種TD－SCDMA上行鏈路方法。目前MIMO技術(shù)還未在TD－SCDMA系統(tǒng)中得到應用。本發(fā)明提出了一種將MIMO技術(shù)應用于TD－SCDMA上行鏈路系統(tǒng)中的一種方案。本方案采用在移動臺發(fā)射端使用兩副天線，并對發(fā)送數(shù)據(jù)進行空時編碼，在基站接收端采用多副天線接收。本系統(tǒng)在接收時先考慮多用戶信號的分離，然后再考慮對用戶信號進行時空解碼。本方案可以增加TD－SCDMA系統(tǒng)容量，提高系統(tǒng)性能，而且空時碼解碼復雜度低，易于實現(xiàn)。
文檔編號H04J13/02GK101047474SQ20071006795
公開日2007年10月3日 申請日期2007年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月10日
發(fā)明者章堅武, 孫雯 申請人:杭州電子科技大學