專利名稱：一種提高室內(nèi)分布式多輸入多輸出系統(tǒng)信道容量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，尤其是涉及一種提高室內(nèi)分布式多輸入多輸出系統(tǒng)信道容量的方法。
背景技術(shù)：
隨著室內(nèi)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通信量的迅猛增長(zhǎng)，室內(nèi)覆蓋已成為各大廠商和運(yùn)營(yíng)商關(guān)注的焦點(diǎn)。有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，全球范圍內(nèi)3G室內(nèi)業(yè)務(wù)量占其總業(yè)務(wù)量近70%，室內(nèi)用戶是室外用戶的2倍以上。可以說，保證網(wǎng)絡(luò)良好的室內(nèi)覆蓋，是提高服務(wù)等級(jí)、發(fā)展客戶、提高營(yíng)運(yùn)收入的關(guān)鍵。但是對(duì)于使用2GHz高頻段的3G或LTE網(wǎng)絡(luò)而言，由于建筑物自身的屏蔽和吸收作用，造成了無線電波較大的傳輸衰耗，而且2GHz高頻電波繞射能力遠(yuǎn)小于GSM的900MHz，易形成移動(dòng)信號(hào)的弱場(chǎng)強(qiáng)區(qū)甚至盲區(qū)。而采用傳統(tǒng)的室內(nèi)覆蓋方式，需要增加干線放大器的輸出功率或增加干線放大器的數(shù)目，從而增加網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本?，F(xiàn)有的室內(nèi)微蜂窩，也易受建筑物結(jié)構(gòu)的影響，使其覆蓋受到很大限制。直放站可以很快解決信號(hào)弱和盲區(qū)問題，但其不能增加系統(tǒng)容量，且易造成對(duì)其他基站的干擾。室內(nèi)分布系統(tǒng)是針對(duì)室內(nèi)用戶群、用于改善建筑物內(nèi)移動(dòng)通信環(huán)境的一種成功的方案，其利用室內(nèi)天線分布系統(tǒng)將移動(dòng)基站的信號(hào)均勻分布在室內(nèi)每個(gè)角落，可以保證室內(nèi)區(qū)域擁有理想的信號(hào)覆蓋。3G網(wǎng)絡(luò)大量采用分布式基站架構(gòu)，基帶處理單元(Base Band Unit, BBU)加射頻拉遠(yuǎn)單元(Radio Remote Unit,RRU)的結(jié)構(gòu)采用一種新型的分布式網(wǎng)絡(luò)覆蓋模式連接。采用光纖將基站中的射頻模塊拉遠(yuǎn)到靠近要覆蓋的樓層，通過室內(nèi)分布系統(tǒng)與室內(nèi)天線，實(shí)現(xiàn)建筑物中的室內(nèi)覆蓋。多輸入多輸出(MMO)技術(shù)，因?yàn)樗梢杂行У乩每臻g和時(shí)間的分集作用，實(shí)現(xiàn)
較為理想的鏈路性能。從物理本質(zhì)上來說，利用不同通道之間的空間非相關(guān)性來復(fù)用相同
的無線資源將大大提高系統(tǒng)的吞吐量。信道容量隨著天線數(shù)量的增大而線性增大。也就是
說可以在不增加帶寬和天線發(fā)送功率的情況下利用MIMO信道成倍地提高無線信道容量。
MIMO將多徑無線信道與發(fā)射、接收視為一個(gè)整體進(jìn)行優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)高的通信容量和頻譜
利用率。這是一種近于最優(yōu)的空域時(shí)域聯(lián)合的分集和干擾對(duì)消處理。同傳統(tǒng)的單天線系統(tǒng)
和僅在接收端采用多天線的系統(tǒng)相比，MIMO信道既提供了功率增益，又可以提高自由度增.、
Mo在室內(nèi)場(chǎng)景中，由于復(fù)雜的環(huán)境會(huì)影響信道參數(shù)的變化，而且在室內(nèi)場(chǎng)景下信號(hào)傳播存在嚴(yán)重的阻擋，更加嚴(yán)重的多徑。為確保信息的可靠性，不少文獻(xiàn)提出用信道統(tǒng)計(jì)信息不隨信道的波動(dòng)而變化這一特征反饋信道信息。但這種方法精確度不佳，而且需要大量的信息反饋，加大系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。而本系統(tǒng)能動(dòng)態(tài)地獲取并利用角域信息構(gòu)造信道矩陣，采用室內(nèi)分布式MIMO系統(tǒng)架構(gòu)，根據(jù)天線選擇策略選出適合的天線進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，不僅能夠提 高系統(tǒng)信噪比；同時(shí)，可自適應(yīng)地根據(jù)信道信息狀態(tài)，充分利用MMO的空間自由度進(jìn)行復(fù)用，進(jìn)一步提高信道容量。
中國(guó)專利CN1946001公開一種在多用戶多輸入多輸出系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)下行鏈路自適應(yīng)的方法及系統(tǒng)，包括步驟用戶設(shè)備測(cè)量下行鏈路的信道狀態(tài)并將信道狀態(tài)信息反饋到基站；基站根據(jù)接收到的信道狀態(tài)信息，給用戶設(shè)備分配子載波，并將分配結(jié)果通知對(duì)應(yīng)的用戶設(shè)備；用戶設(shè)備根據(jù)所分配的子載波估計(jì)下行鏈路對(duì)應(yīng)的信道質(zhì)量；用戶設(shè)備根據(jù)所述信道質(zhì)量進(jìn)行發(fā)射天線選擇，并將選擇結(jié)果與所述估計(jì)的信道質(zhì)量信息反饋給基站；基站根據(jù)所述用戶設(shè)備反饋的信道質(zhì)量信息，以及選定的發(fā)射天線信息，對(duì)每根選定的天線進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)制與編碼方式選擇，并對(duì)每根選定的天線進(jìn)行發(fā)射功率分配與控制。該發(fā)明提高了系統(tǒng)的頻譜利用效率以及信道容量，充分利用無線系統(tǒng)的資源中國(guó)專利CNlOl114862公開一種在多輸入多輸出系統(tǒng)中的通信方法，包括接收端根據(jù)信道情況選擇發(fā)射天線組合；接收端將選擇的發(fā)射天線組合信息發(fā)給發(fā)射端；發(fā)射端根據(jù)接收的所述發(fā)射天線組合信息使用選擇的發(fā)射天線組合向接收端發(fā)射信號(hào)。該發(fā)明還公開了一種在多輸入多輸出系統(tǒng)中的通信系統(tǒng)，包括發(fā)射端和接收端。根據(jù)該發(fā)明，由于在接收端采用信道容量最大化原則選擇發(fā)射天線，并將選擇的發(fā)射天線發(fā)給發(fā)射端，發(fā)射端采用所選擇的發(fā)射天線向接收端發(fā)射信號(hào)可達(dá)到較高的傳輸效率，或者在接收端達(dá)到更低的誤包率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可獲得最佳提升系統(tǒng)容量的性能的提高室內(nèi)分布式多輸入多輸出系統(tǒng)信道容量的方法。本發(fā)明在室內(nèi)分布式多輸入多輸出系統(tǒng)中利用角域信息以天線選擇為基礎(chǔ)，優(yōu)化功率分配，在多天線反饋系統(tǒng)中，由于接收端具有全部或者部分的信道狀態(tài)信息，加上本發(fā)明利用多輸入多輸出(MMO)技術(shù)特有的空間自由度，基于信道奇異值分解(SVD)的功率分配方法，本發(fā)明包括以下步驟I)發(fā)射端根據(jù)接收端反饋的角域信息，建立分布式多輸入多輸出(MMO)信道的角域模型；2)根據(jù)建立的分布式多輸入多輸出(MIMO)信道的角域模型,針對(duì)不同室內(nèi)環(huán)境重新構(gòu)造信道信息矩陣；3)根據(jù)信道信息矩陣，在室內(nèi)分布式天線中選擇信道增益較大和到達(dá)角差異較大的發(fā)射天線用于數(shù)據(jù)發(fā)送；4)利用奇異值分解(SVD)方法分解天線選擇后的信道信息矩陣，并采用功率注水算法對(duì)已選擇的發(fā)射天線進(jìn)行功率分配；5)利用室內(nèi)分布式多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)，發(fā)送各用戶在各個(gè)信道中的待發(fā)送信號(hào)，從而達(dá)到提高信道容量的目的。在步驟I)中，所述角域信息，是接收端通過信道估計(jì)得到的，角域信息包括信號(hào)到達(dá)接收天線入射角P、歸一化天線距離A即天線間距與載波波長(zhǎng)之比、載波波長(zhǎng)K、天線間隔A X。、接收天線與發(fā)射天線間距離d和視距路徑衰減因子a等；接收端將角域信息反饋給發(fā)射端，發(fā)射端重新構(gòu)造信道信息矩陣，建立MMO信道的角域模型，明確信道的衰落情況，構(gòu)造天線分集發(fā)送方案。
在步驟2)中，所述針對(duì)不同室內(nèi)環(huán)境重新構(gòu)造信道信息矩陣，包括若在室內(nèi)式分布式MMO系統(tǒng)中信道增益較大，存在較強(qiáng)的視距路徑，則只在室內(nèi)分布的每根饋線中選擇一個(gè)信道狀態(tài)較好的發(fā)射天線發(fā)射信號(hào)；同時(shí)不同信號(hào)在多根饋線上進(jìn)行復(fù)用；若在室內(nèi)式分布式MMO系統(tǒng)中存在較嚴(yán)重的多徑衰落，則在每根饋線中選擇多個(gè)角域信息較好的天線進(jìn)行分集發(fā)送，提高信噪比，增強(qiáng)信道穩(wěn)定性；同時(shí)不同信號(hào)在多根饋線上進(jìn)行復(fù)用；至此，在室內(nèi)分布式MMO系統(tǒng)中，利用一根饋線上多個(gè)子天線實(shí)現(xiàn)了分集發(fā)送，利用多根饋線間的空間自由度進(jìn)行復(fù)用，顯著提高了信道質(zhì)量和容量。所述在室內(nèi)分布式MMO系統(tǒng)中，多根發(fā)射饋線分別發(fā)射不同信息，同一根饋線上不同發(fā)射天線發(fā)射相同信息，因此在該室內(nèi)分布系統(tǒng)中可以提供多個(gè)自由度進(jìn)行復(fù)用，同時(shí)也可以提供多種天線組合的分集發(fā)送； 所述重新構(gòu)造信道信息矩陣的具體步驟，包括若在室內(nèi)空間只存在視距傳播，求出任意發(fā)射天線到接收天線間的視距信道增益，構(gòu)建方法為Tilk =exp(-j2milk/Ac)-et(nt)-er (Qr)則視距信道增益矩陣為
權(quán)利要求
1.一種提高室內(nèi)分布式多輸入多輸出系統(tǒng)信道容量的方法，其特征在于包括以下步驟 1)發(fā)射端根據(jù)接收端反饋的角域信息，建立分布式多輸入多輸出信道的角域模型； 2)根據(jù)建立的分布式多輸入多輸出信道的角域模型，針對(duì)不同室內(nèi)環(huán)境重新構(gòu)造信道 息矩陣; 3)根據(jù)信道信息矩陣，在室內(nèi)分布式天線中選擇信道增益較大和到達(dá)角差異較大的發(fā)射天線用于數(shù)據(jù)發(fā)送； 4)利用奇異值分解方法分解天線選擇后的信道信息矩陣，并采用功率注水算法對(duì)已選擇的發(fā)射天線進(jìn)行功率分配； 5)利用室內(nèi)分布式多輸入多輸出系統(tǒng)，發(fā)送各用戶在各個(gè)信道中的待發(fā)送信號(hào)，從而達(dá)到提高信道容量的目的。
2.如權(quán)利要求I所述的一種提高室內(nèi)分布式多輸入多輸出系統(tǒng)信道容量的方法，其特征在于在步驟I)中，所述角域信息，是接收端通過信道估計(jì)得到的，角域信息包括信號(hào)到達(dá)接收天線入射角P、歸一化天線距離A即天線間距與載波波長(zhǎng)之比、載波波長(zhǎng)入。、天線間隔△ X。、接收天線與發(fā)射天線間距離d和視距路徑衰減因子a ;接收端將角域信息反饋給發(fā)射端，發(fā)射端重新構(gòu)造信道信息矩陣，建立多輸入多輸出信道的角域模型，明確信道的衰落情況，構(gòu)造天線分集發(fā)送方案。
3.如權(quán)利要求I所述的一種提高室內(nèi)分布式多輸入多輸出系統(tǒng)信道容量的方法，其特征在于在步驟2)中，所述針對(duì)不同室內(nèi)環(huán)境重新構(gòu)造信道信息矩陣，包括 若在室內(nèi)式分布式多輸入多輸出系統(tǒng)中信道增益較大，存在較強(qiáng)的視距路徑，則只在室內(nèi)分布的每根饋線中選擇一個(gè)信道狀態(tài)較好的發(fā)射天線發(fā)射信號(hào)；同時(shí)不同信號(hào)在多根饋線上進(jìn)行復(fù)用； 若在室內(nèi)式分布式多輸入多輸出系統(tǒng)中存在較嚴(yán)重的多徑;S落，則在每根饋線中選擇多個(gè)角域信息較好的天線進(jìn)行分集發(fā)送，提高信噪比，增強(qiáng)信道穩(wěn)定性；同時(shí)不同信號(hào)在多根饋線上進(jìn)行復(fù)用。
4.如權(quán)利要求3所述的一種提高室內(nèi)分布式多輸入多輸出系統(tǒng)信道容量的方法,其特征在于所述在室內(nèi)分布式多輸入多輸出系統(tǒng)中，多根發(fā)射饋線分別發(fā)射不同信息，同一根饋線上不同發(fā)射天線發(fā)射相同信息，在該室內(nèi)分布系統(tǒng)中提供多個(gè)自由度進(jìn)行復(fù)用，同時(shí)也提供多種天線組合的分集發(fā)送。
5.如權(quán)利要求I所述的一種提高室內(nèi)分布式多輸入多輸出系統(tǒng)信道容量的方法，其特征在于在步驟2)中，所述重新構(gòu)造信道信息矩陣的具體步驟，包括 若在室內(nèi)空間只存在視距傳播，求出任意發(fā)射天線到接收天線間的視距信道增益，構(gòu)建方法為
全文摘要
一種提高室內(nèi)分布式多輸入多輸出系統(tǒng)信道容量的方法，涉及無線通信領(lǐng)域。提供一種可獲得最佳提升系統(tǒng)容量的性能的提高室內(nèi)分布式多輸入多輸出系統(tǒng)信道容量的方法。發(fā)射端根據(jù)接收端反饋的角域信息，建立分布式多輸入多輸出信道的角域模型；根據(jù)建立的分布式多輸入多輸出信道的角域模型，針對(duì)不同室內(nèi)環(huán)境重新構(gòu)造信道信息矩陣；根據(jù)信道信息矩陣，在室內(nèi)分布式天線中選擇信道增益較大和到達(dá)角差異較大的發(fā)射天線用于數(shù)據(jù)發(fā)送；利用奇異值分解方法分解天線選擇后的信道信息矩陣，并采用功率注水算法對(duì)已選擇的發(fā)射天線進(jìn)行功率分配；利用室內(nèi)分布式多輸入多輸出系統(tǒng)，發(fā)送各用戶在各個(gè)信道中的待發(fā)送信號(hào)，從而達(dá)到提高信道容量的目的。
文檔編號(hào)H04W16/20GK102664669SQ201210125259
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月26日
發(fā)明者張遠(yuǎn)見, 杜亮, 趙毅峰, 陳春超, 黃聯(lián)芬 申請(qǐng)人:京信通信系統(tǒng)(中國(guó))有限公司, 廈門大學(xué)