專利名稱：Mimo-cdma基站空間復(fù)用發(fā)射機系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及到多輸入多輸出(MIM0)碼分多址無線通信系統(tǒng)，特別是 多用戶MIMO-CDMA基站的發(fā)射機系統(tǒng)算法。
背景技術(shù)：
到目前為止，多媒體無線通信應(yīng)用的瓶頸問題是無線頻譜帶寬有限問題。為 了解決這一問題，相繼提出智能天線(SA),空時擴譜(STS)技術(shù)和MIMO (多 輸入多輸出)技術(shù)來提高無線頻語的利用率。在這三種技術(shù)中，雖然SA可以完 全利用空間頻譜容量，但CDMA基站(BS)實施SA很困難，因為難以為每個移 動臺^是供獨立的空間波束。因此，CDMA2000標(biāo)準(zhǔn)和WCDMA標(biāo)準(zhǔn)并沒有將SA列入 其標(biāo)準(zhǔn)中，只有TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)在基站(BS)中采用SA。為了得到空間互不相關(guān) 的發(fā)射流，STS需要對發(fā)射數(shù)據(jù)流做空時編碼，接收機也需要對應(yīng)的空時解碼電 路來恢復(fù)接收到的數(shù)據(jù)流。但這仍然很困難，特別是對移動臺(MS)的系統(tǒng)實 現(xiàn)?，F(xiàn)有的STS技術(shù)涉及復(fù)雜的時間交換，增加了算法的復(fù)雜度和CDMA系統(tǒng)的 實現(xiàn)代價。
與STS相比，現(xiàn)有的MIMO系統(tǒng)不要求空時編解碼，其移動臺接收機的解碼 通過乘以轉(zhuǎn)置信道矩陣來恢復(fù)數(shù)據(jù)流，對于移動臺，矩陣計算將使其硬件實現(xiàn) 難度與成本大大增加。另外，只有當(dāng)MIMO信道高度獨立時，現(xiàn)有MIMO系統(tǒng)接 收算法方可得到共信道干擾較小的解碼數(shù)據(jù)。在通常的實際應(yīng)用中，MIMO信道 并非高度獨立，這將導(dǎo)致共信道干擾，嚴(yán)重影響通信質(zhì)量。
為了解決上述問題，本發(fā)明提出MIMO-CDMA基站采用逆信道矩陣來調(diào)制發(fā)射 信號，抑制共信道干擾?？紤]到算法復(fù)雜度和MIMO-CDMA基站和移動臺的成本，本發(fā)明將MIMO-CDMA系統(tǒng)的設(shè)計限制為BS兩個天線和MS兩個天線的情況，所 提出的MIMO-CDMA優(yōu)于現(xiàn)有其它MIMO-CDMA系統(tǒng)的誤碼率性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供MIMO-CDMA基站空間復(fù)用發(fā)射機系統(tǒng)，使CDMA系統(tǒng) 通過采用MIMO技術(shù)后增加系統(tǒng)的容量，實現(xiàn)信道的空間復(fù)用。
如果有基站和移動臺均采用兩個以上的天線，CDMA蜂窩內(nèi)的每一移動臺可 獲4尋兩個以上的空間1'言道。^a這是基于基站(BS)和移動站點(MSs)之間的空 間信道是完全不相關(guān)的假設(shè)，要求MIMO信道矩陣的行向量互不相關(guān)。在大多數(shù) 的應(yīng)用情況下，MIMO信道矩陣的行向量并非不相關(guān)，這就產(chǎn)生了 MIMO信道中的 共信道干擾，使得誤碼率性能不能滿足通信要求。為了解決這個問題，本發(fā)明 提出利用逆信道矩陣來對空間信號調(diào)制。
一種MIMO-CDMA基站空分復(fù)用發(fā)射機系統(tǒng)，該MIMO-C DMA基站與其連 接的多個移動臺均具有兩個天線，基站和移動臺的兩個天線間距分別為IO倍的 發(fā)射信號波長和4倍的發(fā)射信號波長，
基站發(fā)射機系統(tǒng)按照如下步驟發(fā)射信號
步驟1)基站發(fā)射機將各移動臺的兩個信道的數(shù)據(jù)流使用 一個擴譜碼進行 擴頻，對第*個用戶的擴譜碼&"}和&"}擴譜，得到擴頻后信號s"和s^;
<formula>formula see original document page 5</formula>
其中c("是一個長度為P的擴譜碼，用戶it的兩空間信道使用同 一擴譜碼
步驟2)對第;t個用戶的擴譜信號si"和s^，采用信道矩陣進行調(diào)制，其中V ，!'，^0力是基站發(fā)射機天線/到移動臺接收機天線y經(jīng)過獨立瑞 利路徑的衰減系數(shù)；
得到第A個用戶的擴譜信號zi"和4", k-l，…，K;
步驟3)基站發(fā)射機由兩根天線分別發(fā)射第A個用戶的擴譜信號z!"和z^， k=l,…，K;
與MIMO-C DMA基站連接的移動臺按照如下步驟得到還原數(shù)據(jù) 第k個移動用戶使用本地擴譜碼矢量提c("取其數(shù)據(jù)流6,("和Z^ ,
6,
和
<formula>formula see original document page 6</formula>
上述的步驟1)中有步驟各移動用戶用的擴譜碼c"),A:-l,…7V是相互
正交的，[c(')]"c(;) = (Uj'e{A: = lv.JV},"_/， "H，，表示復(fù)共軛轉(zhuǎn)置。
上述的步驟1)中有各移動用戶對其兩空間信道使用同一擴謙碼
c"U",...iV的步驟。
上述的基站和移動臺的兩個天線間距分別為10倍的發(fā)射信號波長和4倍
的發(fā)射信號波長基站接收機使
1-1
計算可行;
上述的步驟5)中判決的方法是 如果判決器輸入信號的實部大于零，則輸出1， 如果判決器輸入信號的實部小于零，則輸出-1。
<formula>formula see original document page 6</formula>上述的步驟2 )中的信道矩陣參數(shù)《'"'"'e化a由MIM0-C DMA基站通過
上行導(dǎo)引序列估計。
本發(fā)明的實施例仿真表明盡管在MIM0-CDMA系統(tǒng)中，MIM0信道并非完全
不相關(guān)，但通過本發(fā)明方法可得到較高的通信容量和較好BER (錯誤比特率)性
6匕
B匕(


下面通過附圖及實施例對本發(fā)明進行詳細闡述。
圖1是MIM0信道與MIM0-CDMA系統(tǒng)框圖。 圖2是MIM0-CDMA基站發(fā)射機框圖。 圖3是MIMO-CDMA移動臺接收機的系統(tǒng)框圖。 圖4是基站發(fā)射機系統(tǒng)步驟流程圖。
圖5是64用戶時使用本發(fā)明方法的系統(tǒng)和未使用本發(fā)明方法的系統(tǒng)的誤 碼性能比較曲線圖。
具體實施例方式
實施例1;考慮在CDMA系統(tǒng)中，在基站和移動臺使用MIMO技術(shù)來提高系統(tǒng) 的容量，實現(xiàn)信道的空間復(fù)用。不失一般性，在本發(fā)明的MIM0-CDMA系統(tǒng)中， 基站和移動臺均使用兩個天線發(fā)射和接收數(shù)據(jù)流，基站和移動臺的兩個天線間 距分別為10倍的發(fā)射信號波長和4倍的發(fā)射信號波長，發(fā)射基站和移動臺間欲 通過兩空間信道通信，如圖1所示。
如圖2所示，基站對發(fā)給第A個移動臺的兩數(shù)據(jù)流仏"l和仏f }擴鐠，得到s"
1 ' (1)
s(/)"f)c")
其中c<"是一個長度為尸的擴i普碼，用戶A的兩空間信道使用同 一擴譜碼c("。 采用M頂O技術(shù)的CDMA系統(tǒng)沒有增加額外的擴譜碼，僅在原有CDMA信道實現(xiàn)空 間復(fù)用。如圖2,基站發(fā)射機對第ifc個用戶的擴譜信號sf)和s^,采用信道矩陣進行如
下調(diào)制
<formula>formula see original document page 8</formula>
然后在兩個天線發(fā)射信號z"和zP,其中~ ，"六0，3是基站發(fā)射機天線/到 移動臺接收機天線乂經(jīng)過獨立瑞利路徑的衰減系數(shù)，基站通過反向?qū)б蛄泄烙?br> 信道參數(shù)《。，"'"1，2、由于基站和移動臺的兩個天線間距分別為IO倍的發(fā)射信 號波長和4倍的發(fā)射信號波長，[，;,:]為可逆。
第;t個移動臺兩個天線接收到信號r,("和rf〗為
<formula>formula see original document page 8</formula>
接收機天線y噪聲n^,y'G仏2h皮規(guī)一化為cw(o，D (零均值，方差為1的復(fù) 高斯噪聲)；
第k個移動用戶用本地擴譜碼矢量提取其數(shù)據(jù)流6"和g":
<formula>formula see original document page 8</formula>
本發(fā)明的M頂O-CDMA基站發(fā)射機系統(tǒng)算法如下如圖4， 步驟(1):基站發(fā)射機系統(tǒng)對發(fā)給第*個移動臺的兩數(shù)據(jù)流&"}和^"}擴譜， 得到s!"和s(/)，實施例2;給出MIMO CDMA系統(tǒng)的計算機仿真結(jié)果。設(shè)MIMO CDMA系統(tǒng)的上 行鏈路從MS到BS都使用兩個天線來發(fā)射和接收，并假定基站接收機獲得最佳 信道估計。
為了筒化系統(tǒng)仿真，令移動用戶的數(shù)量為64,在MIMO CDMA系統(tǒng)中每個用戶 的擴譜c("使用碼長為64的沃爾什碼，每個用戶的數(shù)據(jù)都采用BPSK方式進行調(diào) 制。為了驗證MIMO-CDMA系統(tǒng)可用，選擇現(xiàn)有的MIMO CDMA系統(tǒng)接收機算法和 本文提出的MIMO CDMA系統(tǒng)接收機算法，兩者使用相同的擴譜碼，CDMA蜂窩中
<formula>formula see original document page 9</formula>
步驟(2 ):基站發(fā)射機對第個用戶的擴譜信號^)和《)，采用信道矩陣進行 調(diào)制，
<formula>formula see original document page 9</formula>
步驟(3 ):基站發(fā)射機由兩根天線分別發(fā)射第;t個用戶的擴譜信號々;和4", k=l，…，K。
本發(fā)明的MIMO-CDMA移動臺接收機系統(tǒng)算法如下
第k個移動用戶用本地擴譜碼矢量提取其數(shù)據(jù)流6,("和6f :
和用戶數(shù)相同。
在系統(tǒng)仿真中，本發(fā)明系統(tǒng)與現(xiàn)有系統(tǒng)基站在相同的SNR和信道條件下發(fā)射
2000個長度為64的數(shù)據(jù)幀，其中信道矩陣均為H二
0.56 0.42 0.4 0.58
，獲得的BER結(jié)
果如圖5所示。
觀察圖5中的仿真結(jié)果，可以看到采用目前的MIM0 CDMA算法，MIM0-CDMA 基站4姿收才幾在信噪比為
時不能正常工作，而且它的誤碼率大于0. 176。然
) 々'
^發(fā)明的MIMO-CDMA基站接收機卻得到了很好的誤碼率性能。當(dāng)信噪比大
于8時，誤碼率小于1(T6。所以，本發(fā)明的MIMO-CDMA基站接收機系統(tǒng)在多用戶 和低信噪比瑞利信道情況下是有效的。
上面雖然通過實施例描繪了本發(fā)明，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員知道，本發(fā)明 有許多變形和變化而不脫離本發(fā)明的精神，所附的權(quán)利要求將包括這些變形和 變化。
權(quán)利要求
1、一種MIMO-CDMA基站空分復(fù)用發(fā)射機系統(tǒng)，該MIMO-CDMA基站與其連接的多個移動臺均具有兩個天線，其特征在于，基站和移動臺的兩個天線間距分別為10倍的發(fā)射信號波長和4倍的發(fā)射信號波長，基站發(fā)射機按照如下步驟發(fā)射信號步驟1)基站發(fā)射機將各移動臺的兩個信道的數(shù)據(jù)流使用一個擴譜碼進行擴頻，對第k個用戶的擴譜碼和擴譜，得到擴頻后信號和其中c(k)是一個長度為P的擴譜碼，用戶k的兩空間信道使用同一擴譜碼c(k)；步驟2)對第k個用戶的擴譜信號和采用信道矩陣進行調(diào)制，其中是基站發(fā)射機天線i到移動臺接收機天線j經(jīng)過獨立瑞利路徑的衰減系數(shù)；得到第k個用戶的擴譜信號和k＝1，...，K；步驟3)基站發(fā)射機由兩根天線分別發(fā)射第k個用戶的擴譜信號和k＝1，...，K；與MIMO-CDMA基站連接的移動臺按照如下步驟得到還原數(shù)據(jù)第k個移動用戶使用本地擴譜碼矢量提c(k)取其數(shù)據(jù)流和和[c(i)]Hc(j)＝0，i，j∈{k＝1，...N}，i≠j，“H”表示復(fù)共軛轉(zhuǎn)置。
2、 如權(quán)利要求1所述MIM0-C DMA基站空分復(fù)用發(fā)射機系統(tǒng)，其特征在 于，步驟l)各移動用戶用的擴譜碼c"Ud，..JV是相互正交的。
3、 如權(quán)利要求1所述MIMO-CDMA基站空分復(fù)用發(fā)射機系統(tǒng)，其特征在 于，步驟l)各移動用戶對其兩空間信道使用同一擴譜碼^" = 1,..1。
4、如權(quán)利要求1所述MIMO-C DMA基站g分復(fù)用發(fā)射機系統(tǒng)，其特征在 于，基站和移動臺的兩個天線間距分別為10倍的發(fā)射信號波長和4倍的發(fā)射信號波長基站接收機使<formula>formula see original document page 3</formula>計算可行。
5、 如權(quán)利要求1所述MIM0-C DMA基站空分復(fù)用接收機系統(tǒng)，其特征在 于，其特征在于，步驟5)中判決的方法是如果判決器輸入信號的實部大于零，則輸出1, 如果判決器輸入信號的實部小于零，則輸出-l。
6、 如權(quán)利要求1所述MIM0-C DMA基站空分復(fù)用發(fā)射機系統(tǒng)，其特征在于，其特征在于，步驟2)中的信道矩陣參數(shù)《)，"、0，a由MIM0-CDMA基站 通過上行導(dǎo)引序列估計。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種MIMO-CDMA基站空間復(fù)用發(fā)射機系統(tǒng)。CDMA小區(qū)內(nèi)不同移動臺所處的空間位置不同，可以得到不同的信道參數(shù)矩陣。MIMO-CDMA基站發(fā)射機使用不同移動臺至基站的信道矩陣進行調(diào)制，使每一連接用戶獲得兩個獨立的空間信道，各移動臺接收機無需進行矩陣運算，直接對接收信號分兩路解擴，對得到解擴后信號分別進行判決，得到該用戶的接收數(shù)據(jù)。本發(fā)明提供了應(yīng)用此方法的基站空間復(fù)用發(fā)射機電路。采用本發(fā)明可提高CDMA系統(tǒng)的頻譜利用率，簡化MIMO-CDMA移動臺接收機的設(shè)計。
文檔編號H04B7/04GK101447816SQ20091007601
公開日2009年6月3日 申請日期2009年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月4日
發(fā)明者揚 肖 申請人:北京交通大學(xué)