專利名稱:無(wú)線通信系統(tǒng)中基于時(shí)分雙工的信號(hào)發(fā)射和接收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線通信系統(tǒng)中的信號(hào)發(fā)射和接收方法。
背景技術(shù)：
無(wú)線通信為人們提供了隨時(shí)隨地相互聯(lián)系以及獲取信息的手段，因此在近幾年中得到了迅速的普及。然而，在目前的無(wú)線環(huán)境中，由于移動(dòng)的需求，無(wú)線信號(hào)的定向傳輸有一定的限制，這樣就造成不同用戶的無(wú)線通信相互之間不可避免地存在著互相干擾。為了保證各種無(wú)線通信的正常進(jìn)行，無(wú)線頻譜的使用一般都要受到嚴(yán)格的限制和管理，這樣無(wú)線通信不可能象有線通信一樣具有很大的帶寬，因此，基于有限的可用無(wú)線頻譜，如何能夠增加無(wú)線通信系統(tǒng)信息傳輸能力是迫切需要解決的問(wèn)題。
在無(wú)線通信中，衰落的無(wú)線信道是阻礙有效通信實(shí)現(xiàn)的主要因素之一。為此，研究者提出了多天線發(fā)射/接收的技術(shù)，“在衰落環(huán)境下，使用多元天線的無(wú)線通信多層空時(shí)結(jié)構(gòu)(G J Foschini，″Layered space-timearchitecture for wireless communication in fading environment when usingmulti-element antennas″，Bell Labs Technical Journal，pp.41-59，Autumn1996.)一文中就公開(kāi)了上述技術(shù)，該技術(shù)可以在獨(dú)立的平坦衰落信道假設(shè)下，保證高效率的高速數(shù)據(jù)傳輸通信。然而，由于無(wú)線通信相互之間干擾的影響，多天線接收的信干噪比并不很高；此外，由于無(wú)線接收的多個(gè)信道也不能隨時(shí)保持相互獨(dú)立，在每一個(gè)接收的單位時(shí)間內(nèi)，互相之間仍然有較大的干擾，加上天線互相耦合等因素，多天線同時(shí)發(fā)射/接收的方法在實(shí)現(xiàn)上仍然存在效率被嚴(yán)重降低的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種無(wú)線通信系統(tǒng)中基于時(shí)分雙工的信號(hào)發(fā)射和接收方法，使用該方法可以提高高速數(shù)據(jù)的傳輸效率，并在信號(hào)接收端獲得盡可能高的信干(噪)比。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的無(wú)線通信系統(tǒng)中基于時(shí)分雙工的信號(hào)發(fā)射和接收方法，包括下述步驟步驟1在基站側(cè)和移動(dòng)臺(tái)側(cè)分別設(shè)置多個(gè)天線，所述多個(gè)天線按照各個(gè)天線接收到的噪聲相互獨(dú)立的原則設(shè)置；步驟2移動(dòng)臺(tái)測(cè)量本側(cè)不同接收天線上的接收信號(hào)，選定其中的一根天線，作為上行發(fā)射天線，在下一個(gè)上行發(fā)射時(shí)刻，以該選定的天線作為發(fā)射天線，在上行發(fā)射時(shí)間段內(nèi)上行發(fā)射信號(hào)；步驟3基站根據(jù)在本側(cè)多根天線上接收到的移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)，選定其中的一根天線，作為下行發(fā)射天線，在下一個(gè)下行發(fā)射時(shí)刻，在下行發(fā)射時(shí)間段內(nèi)向移動(dòng)臺(tái)發(fā)射信號(hào)。
步驟2所述移動(dòng)臺(tái)測(cè)量的不同天線上的接收信號(hào)，為基站發(fā)射的導(dǎo)頻信號(hào)，也可以為基站發(fā)射的廣播信號(hào)，還可以為基站向該移動(dòng)臺(tái)發(fā)射的專用信道信號(hào)。
步驟2和步驟3中所述的選定其中的一根天線為選擇接收信號(hào)強(qiáng)度或者信噪比最高的天線。
步驟3所述基站在發(fā)射信號(hào)時(shí)，當(dāng)基站側(cè)多根天線信號(hào)的信道強(qiáng)相關(guān)時(shí)，同時(shí)選擇基站側(cè)的多根天線發(fā)射同樣的信號(hào)，通過(guò)對(duì)不同天線做不同的加權(quán)，實(shí)現(xiàn)該信號(hào)的定向發(fā)射。
步驟1所述多個(gè)天線按照各個(gè)天線接收到的噪聲相互獨(dú)立的原則設(shè)置，對(duì)于基站側(cè)，相鄰天線間距離大于或等于
對(duì)于移動(dòng)臺(tái)側(cè)，相鄰天線之間的距離不小于
其中，a為基站的服務(wù)扇區(qū)角度，λ為載波波長(zhǎng)。
也可以將基站側(cè)和移動(dòng)臺(tái)側(cè)的相鄰天線之間的距離都設(shè)置為大于或等于1/2載波波長(zhǎng)。
本發(fā)明采用天線單發(fā)射、多接收的方法進(jìn)行無(wú)線信號(hào)的發(fā)射和接收，與現(xiàn)有的多天線發(fā)射、接收方法相比，不需要多個(gè)信號(hào)信道相互獨(dú)立的條件，因此能夠?qū)嵱玫沫h(huán)境更為廣泛，在分集天線和智能天線中都可以得到應(yīng)用。此外，由于采用單天線發(fā)射，發(fā)射信號(hào)的相互干擾降低，不僅接收處理簡(jiǎn)單、能夠獲得盡可能高的信干(噪)比，而且信號(hào)能量傳輸效率較高，因此更適于在無(wú)線環(huán)境中應(yīng)用。此外，本發(fā)明方法由于采用單天線發(fā)射，因此沒(méi)有多發(fā)射天線的信號(hào)在接收天線上進(jìn)行同步的需求，更易于實(shí)現(xiàn)。
具體實(shí)施方式
在現(xiàn)有的多天線系統(tǒng)中，其應(yīng)用的前提是存在獨(dú)立的瑞利衰落信道。由于實(shí)際環(huán)境的多樣性，當(dāng)接收天線相距為載波波長(zhǎng)的一半時(shí)，信號(hào)所經(jīng)歷的衰落信道仍然有可能存在較大的相關(guān)性。然而，對(duì)于噪聲而言，由于噪聲信號(hào)的來(lái)波方位角分布在整個(gè)0到360度空間，另外，無(wú)線環(huán)境中的噪聲信號(hào)一般是多個(gè)不同信號(hào)的合成，因此，對(duì)于相互之間距離大于等于載波波長(zhǎng)一半的兩根天線而言，其接收到的噪聲基本上是相互獨(dú)立的。
以兩根接收天線為例，在其接收到的噪聲相互獨(dú)立時(shí)，對(duì)于單發(fā)射天線的發(fā)射信號(hào)而言，兩個(gè)接收天線上的接收信號(hào)可以下列表示式表示r1=h1S+n1r2=h2S+n2---(1)]]>其中，r1和r2分別是天線1和天線2上的接收信號(hào)，s是單天線發(fā)射的符號(hào)，假設(shè)符號(hào)能量為ES，h1和h2則分別是該符號(hào)到達(dá)兩根接收天線時(shí)所經(jīng)歷的衰落信道，n1和n2則是兩根天線接收的噪聲。
按照現(xiàn)有的多天線發(fā)射和接收無(wú)線信號(hào)的方法，假設(shè)h1和h2是已知(或者已經(jīng)估計(jì))的平坦衰落信道，并且在信號(hào)接收的短時(shí)間內(nèi)是不變或者緩慢變化的(這里不要求兩個(gè)信道是相互獨(dú)立的)，并且假設(shè)兩根天線接收的噪聲n1和n2是高斯噪聲，噪聲功率為σ2。從前面的討論可以知道，當(dāng)兩根天線相距超過(guò)載波波長(zhǎng)的一半時(shí)，這兩個(gè)噪聲信號(hào)相互獨(dú)立。對(duì)天線的接收信號(hào)進(jìn)行最大比合并，則合并后的信號(hào)r=h1*r1+h2*r2=(|h1|2+|h2|2)S+(h1*n1+h2*n2)---(2)]]>得到的信號(hào)的信噪比為SNR=(|h1|2+|h2|2)2ES|h1|2σ2+|h2|2σ2=(|h1|2+|h2|2)ESσ2---(3)]]>原來(lái)兩根接收天線的信噪比分別為
則由公式(3)可知，接收信號(hào)的信噪比得到了增強(qiáng)。由于信噪比的增強(qiáng)不需要信號(hào)信道獨(dú)立的條件，而只需要噪聲相互獨(dú)立的條件；這一條件，在無(wú)線環(huán)境中容易得到滿足，例如，在設(shè)置多天線時(shí)，只要不同天線相距超過(guò)載波波長(zhǎng)的一半即可基本得到滿足，無(wú)論是在基站側(cè)，還是在移動(dòng)終端側(cè)。
下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
在基于時(shí)分雙工無(wú)線通信系統(tǒng)中，首先在基站側(cè)和移動(dòng)臺(tái)側(cè)分別設(shè)置多個(gè)天線，上述多個(gè)天線按照各個(gè)天線接收到的噪聲相互獨(dú)立的原則設(shè)置，具體可以采用下述方法設(shè)置基站側(cè)的天線相互距離，可以依據(jù)服務(wù)的扇區(qū)角度a大小而定，使得相鄰兩天線的距離不小于載波半波長(zhǎng)×360度/a，即相鄰天線間距離大于或等于
也可以簡(jiǎn)單設(shè)置為載波波長(zhǎng)的一半；移動(dòng)臺(tái)一側(cè)的相鄰天線的距離則不應(yīng)小于載波波長(zhǎng)一半，即相鄰天線之間的距離大于或等于
移動(dòng)臺(tái)在接收基站廣播信息時(shí)，可以檢測(cè)多根接收天線所接收的信號(hào)的強(qiáng)度，在上行發(fā)射中，以前一時(shí)刻檢測(cè)到的信號(hào)最強(qiáng)的那一根天線作為發(fā)射天線，在上行發(fā)射時(shí)間段內(nèi)發(fā)射上行信號(hào)，該信號(hào)可以為基站發(fā)射的導(dǎo)頻信號(hào)，也可以為基站發(fā)射的廣播信號(hào)，還可以為基站向該移動(dòng)臺(tái)發(fā)射的專用信道信號(hào)。基站在接收到用戶的發(fā)射信號(hào)后，可以用判斷出來(lái)的接收信號(hào)最強(qiáng)的那一根天線作為下行發(fā)射天線，在下行發(fā)射時(shí)間段內(nèi)向用戶發(fā)射下行數(shù)據(jù)。無(wú)論在基站側(cè)，還是在移動(dòng)臺(tái)側(cè)，上述選定的一根發(fā)射天線為選擇接收信號(hào)強(qiáng)度最高或者信噪比(信干比)最高的天線。當(dāng)然，單發(fā)射天線的選擇也可以根據(jù)其他的原則選定。
本發(fā)明所述方法不排除基站智能天線的使用?；驹谙滦邪l(fā)射中，如果多根天線存在完全相關(guān)或者強(qiáng)相關(guān)的情況，也可以用這多根天線實(shí)現(xiàn)定向發(fā)射。由于在定向發(fā)射中，多根天線發(fā)射的信號(hào)完全相同，所經(jīng)歷的信道也基本相同，差別僅僅在于加權(quán)值的不同，從而形成空間上的定向發(fā)射，因此其效果仍然等同于單根天線發(fā)射。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)線通信系統(tǒng)中基于時(shí)分雙工的信號(hào)發(fā)射和接收方法，包括下述步驟步驟1在基站側(cè)和移動(dòng)臺(tái)側(cè)分別設(shè)置多個(gè)天線，所述多個(gè)天線按照各個(gè)天線接收到的噪聲相互獨(dú)立的原則設(shè)置；步驟2移動(dòng)臺(tái)測(cè)量本側(cè)不同接收天線上的接收信號(hào)，選定其中的一根天線，作為上行發(fā)射天線，在下一個(gè)上行發(fā)射時(shí)刻，以該選定的天線作為發(fā)射天線，在上行發(fā)射時(shí)間段內(nèi)發(fā)射信號(hào)；步驟3基站根據(jù)在本側(cè)多根天線上接收到的移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)，選定其中的一根天線，作為下行發(fā)射天線，在下一個(gè)下行發(fā)射時(shí)刻，在下行發(fā)射時(shí)間段內(nèi)向移動(dòng)臺(tái)發(fā)射信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1中所述的基于時(shí)分雙工的信號(hào)發(fā)射和接收方法，其特征在于步驟2所述移動(dòng)臺(tái)測(cè)量的不同天線上的接收信號(hào)，為基站發(fā)射的導(dǎo)頻信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1中所述的基于時(shí)分雙工的信號(hào)發(fā)射和接收方法，其特征在于步驟2所述移動(dòng)臺(tái)測(cè)量的不同天線上的接收信號(hào)，為基站發(fā)射的廣播信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1中所述的基于時(shí)分雙工的信號(hào)發(fā)射和接收方法，其特征在于步驟2所述移動(dòng)臺(tái)測(cè)量的不同天線上的接收信號(hào)，為基站向該移動(dòng)臺(tái)發(fā)射的專用信道信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1、2、3或4所述的基于時(shí)分雙工的信號(hào)發(fā)射和接收方法，其特征在于步驟2和步驟3中所述的選定其中的一根天線為選擇接收信號(hào)強(qiáng)度或者信噪比最高的天線。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5中所述的基于時(shí)分雙工的信號(hào)發(fā)射和接收方法，其特征在于步驟3所述基站在發(fā)射信號(hào)時(shí)，當(dāng)基站側(cè)多根天線信號(hào)的信道強(qiáng)相關(guān)時(shí)，同時(shí)選擇基站側(cè)的多根天線發(fā)射同樣的信號(hào)，通過(guò)對(duì)不同天線做不同的加權(quán)，實(shí)現(xiàn)該信號(hào)的定向發(fā)射。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6中所述的基于時(shí)分雙工的信號(hào)發(fā)射和接收方法，其特征在于步驟1所述多個(gè)天線按照各個(gè)天線接收到的噪聲相互獨(dú)立的原則設(shè)置，對(duì)于基站側(cè)，相鄰天線間距離大于或等于
對(duì)于移動(dòng)臺(tái)側(cè)，相鄰天線之間的距離大于或等于
其中，a為基站的服務(wù)扇區(qū)角度，λ為載波波長(zhǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求
6中所述的基于時(shí)分雙工的信號(hào)發(fā)射和接收方法，其特征在于步驟1所述多個(gè)天線按照各個(gè)天線接收到的噪聲相互獨(dú)立的原則設(shè)置，基站側(cè)和移動(dòng)臺(tái)側(cè)的相鄰天線之間的距離大于或等于
其中，λ為載波波長(zhǎng)。
專利摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)線通信系統(tǒng)中基于時(shí)分雙工的信號(hào)發(fā)射和接收方法，該方法在基站側(cè)和移動(dòng)臺(tái)側(cè)分別設(shè)置多個(gè)天線，所述多個(gè)天線按照各個(gè)天線接收到的噪聲相互獨(dú)立的原則設(shè)置，這樣，移動(dòng)臺(tái)測(cè)量本側(cè)不同接收天線上的接收信號(hào)，選定其中的一根天線，作為上行發(fā)射天線，在下一個(gè)上行發(fā)射時(shí)刻，以該選定的天線作為發(fā)射天線，上行發(fā)射信號(hào)，基站也根據(jù)在本側(cè)多根天線上接收到的移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)，選定其中的一根天線，作為下行發(fā)射天線，在下一個(gè)下行發(fā)射時(shí)刻，向移動(dòng)臺(tái)發(fā)射信號(hào)；采用上述方法可以提高高速數(shù)據(jù)的傳輸效率，并在信號(hào)接收端獲得盡可能高的信干(噪)比。
文檔編號(hào)H04B7/08GKCN1210969SQ02125818
公開(kāi)日2005年7月13日 申請(qǐng)日期2002年8月5日
發(fā)明者孫立新, 周雷, 陳月華 申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan