專利名稱：一種自適應(yīng)加權(quán)空時發(fā)射分集的接收方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空時發(fā)射分集接收技術(shù)，尤指一種基于自適應(yīng)加權(quán)空時發(fā)射分集的接收方法及其系統(tǒng)。
在WCDMA系統(tǒng)下行鏈路中，要實現(xiàn)大容量用戶數(shù)和高速數(shù)據(jù)傳送，同樣需要采用多種發(fā)射分集技術(shù)，空時發(fā)射分集(STTD，Space TimeTransmit Diversity)方法便是其中之一。該分集技術(shù)是將待傳送的信息先進(jìn)行簡單的空時編碼，然后將空時編碼后的信號分成兩路，按照相等能量準(zhǔn)則分別送至兩路獨立的發(fā)射通道進(jìn)行發(fā)射，相應(yīng)的，接收端分別接收來自兩路獨立發(fā)射通道的信號，并根據(jù)極大似然原理進(jìn)行處理。但由于按照平分的方式等分發(fā)射能量，該普通的STTD發(fā)射分集技術(shù)無法達(dá)到性能上界。
為了提高空時發(fā)射分集的性能，申請人曾提出一種基于空時編碼和自適應(yīng)加權(quán)的發(fā)射分集技術(shù)，其核心思想是發(fā)射端根據(jù)從反饋信道接收的有關(guān)當(dāng)前兩路無線信道的衰落幅度特性信息，重新計算合適的發(fā)射功率權(quán)重值，并重新分配發(fā)射能量，其實現(xiàn)結(jié)構(gòu)如

圖1所示。圖1中，標(biāo)號100表示待傳送信息，其中的S1和S2為同一空時編碼塊中的兩個發(fā)射符號；101即為空時編碼模塊，102為反饋信號處理模塊，103為最優(yōu)權(quán)重計算模塊，104為反饋通道，105為發(fā)射功率分配模塊，106為具有兩根天線的發(fā)射天線陣，表示兩路獨立的發(fā)射通道分別通過天線Ant1、Ant2進(jìn)行發(fā)射；Rec為接收端基于極大似然(ML)原理的接收機(jī)，107為極大似然接收模塊。
基于圖1所示的系統(tǒng)接收，該分集方法至少包括以下的步驟a.發(fā)射端將待發(fā)射符號以每兩個輸入符號為一個單元塊，按一定規(guī)則進(jìn)行空時編碼后輸出兩路信號；b.發(fā)射端根據(jù)當(dāng)前給定的發(fā)射功率權(quán)重值，在保持總發(fā)射功率不變的前提下，分別實時調(diào)整兩路發(fā)射天線的當(dāng)前發(fā)射功率值；發(fā)射天線陣按當(dāng)前發(fā)射功率值，將經(jīng)過空時編碼的輸出信號從兩根獨立的天線發(fā)射出去；c.接收端的接收機(jī)根據(jù)當(dāng)前接收到信號，估計出兩路無線信道的衰落特性，并將兩路無線信道衰落幅度特性經(jīng)過編碼后反饋至發(fā)射端；d.發(fā)射端從反饋信道接收并獲得當(dāng)前兩路無線信道衰落幅度的特性信息，按公式(1)計算兩路發(fā)射通道發(fā)射功率的新自適應(yīng)權(quán)重值，并根據(jù)該權(quán)重值進(jìn)行發(fā)射功率調(diào)整。 在接收端，同一空時編碼塊的接收信號可以表示為 w12+w22=1]]>其中，r1、r2分別為同一空時編碼塊的接收信號，h1和h2分別表示從兩根發(fā)射天線到接收天線無線信道的衰落因子，S1和S2為同一空時編碼塊中的發(fā)射符號，n1和n2為接收噪聲，w1和w2分別為發(fā)射端兩路發(fā)射通道的發(fā)射功率權(quán)重。
按傳統(tǒng)方式，接收機(jī)主要完成極大似然接收和解碼等功能，由極大似然接收技術(shù)計算的S1、S2判決變量直接用于解碼，此種情況下S1、S2的判決變量為 從公式(3)可以看出，由于兩路發(fā)射通道權(quán)重不相等，將導(dǎo)致S1判決變量中出現(xiàn)交叉項(w1-w2)h1*h2S2*，同樣，S2判決變量中也將出現(xiàn)類似的交叉項(w2-w1)h1*h2S1*。隨著信號能量的增加，該交差項的干擾將會越來越大，嚴(yán)重影響了接收機(jī)的性能。
可見，如果僅僅采用傳統(tǒng)極大似然接收方法，基于空時編碼和自適應(yīng)加權(quán)的發(fā)射分集的性能受到嚴(yán)重的限制，影響了發(fā)射效果。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種實現(xiàn)自適應(yīng)加權(quán)空時發(fā)射分集接收方法的系統(tǒng)，使其能改善自適應(yīng)加權(quán)空時發(fā)射分集系統(tǒng)中接收機(jī)的性能，從而提高該系統(tǒng)的整體性能，且設(shè)計簡單、易于實現(xiàn)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種自適應(yīng)加權(quán)空時發(fā)射分集的接收方法，至少包括a.接收機(jī)接收到來自發(fā)射端的信號后，先利用極大似然原理計算出每路信號的判決變量中間值；b.然后該判決變量中間值按給定的線性變換矩陣及其系數(shù)，通過線性變換計算出每路信號的最終判決變量值，并將該值作為后續(xù)處理模塊的輸入。
上述過程中，步驟a進(jìn)一步包括接收機(jī)對接收到的輸入信號以空時編碼塊為單元進(jìn)行檢測，且每次輸出兩個判決變量中間值。
步驟b進(jìn)一步包括預(yù)先設(shè)定線性變換矩陣，并預(yù)先計算出線性變換矩陣系數(shù)。其中，該線性變換矩陣系數(shù)與自適應(yīng)加權(quán)空時發(fā)射分集的實現(xiàn)形式有關(guān)，可以由自適應(yīng)權(quán)重值和無線信道衰落幅度特性確定；并且，計算線性變換矩陣系數(shù)所用的自適應(yīng)權(quán)重值與發(fā)射端當(dāng)前使用的權(quán)重值完全同步。
步驟b還進(jìn)一步包括將最終判決變量值送入接收機(jī)中的解碼模塊進(jìn)行解碼處理。
一種實現(xiàn)上述自適應(yīng)加權(quán)空時發(fā)射分集接收方法的系統(tǒng)，至少包括空時編碼模塊、具有兩根天線的發(fā)射天線陣、發(fā)射功率分配模塊、反饋通道、反饋信號處理模塊和最優(yōu)權(quán)重計算模塊以及接收端接收機(jī)中的極大似然接收模塊，關(guān)鍵是接收端的接收機(jī)中還進(jìn)一步包括線性變換模塊；接收機(jī)的極大似然接收模塊接收并處理來自發(fā)射端的信號，輸出判決變量中間值給線性變換模塊做線性變換，經(jīng)處理的判決變量繼續(xù)送入接收機(jī)的后續(xù)處理模塊，該后續(xù)處理模塊至少包括解碼模塊。
由上述方案可以看出，本發(fā)明的關(guān)鍵在于在基于自適應(yīng)加權(quán)空時發(fā)射分集的接收端增加線線變換處理，以去除發(fā)射功率權(quán)重計算過程中產(chǎn)生的信號間干擾，提高系統(tǒng)性能。
本發(fā)明所提供的自適應(yīng)加權(quán)空時發(fā)射分集的接收方法及其系統(tǒng)，具有以下的優(yōu)點和特點1)本發(fā)明根據(jù)接收機(jī)自身獲得的有關(guān)無線信道衰落幅度信息，以及基于空時編碼自適應(yīng)加權(quán)閉環(huán)發(fā)射分集技術(shù)最優(yōu)權(quán)重的計算方法，在極大似然接收模塊后，增加了一級簡單的線性變換(LT，Linear Transform)，通過線性變換處理去除自適應(yīng)權(quán)重計算時的交叉項，從而避免了交叉項產(chǎn)生的信號干擾，極大改善了該發(fā)射分集的接收性能；且該線性變換與基于空時編碼自適應(yīng)加權(quán)發(fā)射分集技術(shù)配合使用，可大大提高系統(tǒng)的整體性能。
2)本發(fā)明只需在接收端的接收機(jī)中增加一個線性變換模塊，對現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)改動很小，系統(tǒng)性能在原有基礎(chǔ)上得到了進(jìn)一步的提高，結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單且易于實現(xiàn)。
3)經(jīng)過仿真試驗和理論分析證明，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、性能優(yōu)越，在信噪比相等的情況下，誤碼率比現(xiàn)有STTD發(fā)射分集低很多；而且，在誤碼率相同的情況下，本發(fā)明要求的信號發(fā)射功率更低。因此，隨著信噪比的提高，系統(tǒng)獲得的性能增益也越大。
下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明再作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
圖2為本發(fā)明空時發(fā)射分集的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，該系統(tǒng)包括空時編碼模塊101、反饋信號處理模塊102、最優(yōu)權(quán)重計算模塊103、反饋通道104、發(fā)射功率分配模塊105、具有兩根天線的發(fā)射天線陣106以及接收端接收機(jī)中的極大似然接收模塊107，特別是在接收端接收機(jī)的極大似然接收模塊107之后還包括線性變換模塊108。其中，反饋通道104用于輸出來自接收機(jī)的有關(guān)當(dāng)前無線信道特性的信息；反饋信號處理模塊102用于接收來自反饋通道中有關(guān)當(dāng)前無線信道特性的信息，并做映射處理；最優(yōu)權(quán)重計算模塊103則根據(jù)來自反饋接收模塊102的有關(guān)無線信道特性信息，計算出兩路發(fā)射通道的發(fā)射功率權(quán)重；發(fā)射功率分配模塊105用來根據(jù)接收到的發(fā)射功率權(quán)重，調(diào)整不同天線的發(fā)射功率值；發(fā)射天線陣106則按照當(dāng)前發(fā)射功率值，將經(jīng)過空時編碼模塊101編碼后的輸出經(jīng)兩根獨立天線送出。線性變換模塊108用于接收極大似然接收模塊107的輸出，基于自適應(yīng)權(quán)重的計算方法，計算出線性變換矩陣系數(shù)，并用該矩陣對輸入進(jìn)行線性變換。
參見圖2所示，本發(fā)明首先由極大似然接收模塊107遵循正常的極大似然原理，對接收到的來自發(fā)射端的輸入信號以空時編碼塊為單元進(jìn)行檢測。這里，經(jīng)過空時編碼后的每一路信號均包含信息的一個拷貝，但形式和順序不一樣，所說的一個空時編碼塊實際上是指兩路信號信息的兩個拷貝，因此，接收機(jī)同時接收兩路信號，利用這兩個信息的拷貝按照公式(4)進(jìn)行聯(lián)合處理，每次輸出兩個判決變量的中間值送至線性變換模塊108，該判決變量的中間值可以表示為
設(shè)定A＝(w1|h1|2+w2|h2|2) (5)B=(w1-w2)h1*h2]]>實際上，該系數(shù)A和B還可表示為其它形式，或由其它因素確定，主要取決于自適應(yīng)加權(quán)空時發(fā)射分集實現(xiàn)形式的不同。
在式(5)中計算線性變換矩陣系數(shù)A和B是根據(jù)發(fā)射端當(dāng)前所用的自適應(yīng)權(quán)重值w1、w2，即保證計算變換矩陣系數(shù)的權(quán)重值與發(fā)射機(jī)當(dāng)前所使用的權(quán)重值完全同步，進(jìn)而使線性變換處理的效果更好，從而提高系統(tǒng)的整體性能。
對于該權(quán)重同步的實現(xiàn)，通?？梢圆捎脙煞N方案一種是接收機(jī)和基站在建立連接時，就確定上行鏈路和下行鏈路之間的相對時延，根據(jù)該固定的相對時延來保證權(quán)重同步。另一種方法是接收機(jī)利用下行公共導(dǎo)頻信道和專用導(dǎo)頻信道來估計出當(dāng)前發(fā)射機(jī)實際使用的權(quán)重，以此權(quán)重值進(jìn)行接收端的信號解調(diào)和變換矩陣系統(tǒng)計算。該方法具體的實現(xiàn)過程是這樣通過公共導(dǎo)頻信道估計出信道衰落因子h1和h2，再通過專用導(dǎo)頻信道估計出w1*h1和w2*h2，從而獲得當(dāng)前發(fā)射機(jī)實際使用的權(quán)重值w1、w2，實際上此值是前一時刻根據(jù)權(quán)重公式計算出的權(quán)重值，然后以此值繼續(xù)解調(diào)過程并計算變換矩陣系數(shù)。
根據(jù)上面所述的公式(1)以及接收機(jī)自身獲得的有關(guān)無線信道衰落特性，線性變換模塊108可計算出公式(5)所表示的線性變換矩陣系數(shù)A和B，然后按照公式(6)所示的線性變換矩陣對極大似然接收模塊107輸出的判決變量中間值 進(jìn)行線性變換 線性變換后的結(jié)果由線性變換模塊108輸出，作為最終的判決變量送至接收機(jī)中的后續(xù)處理模塊，比如解碼模塊，按傳統(tǒng)方式進(jìn)行解碼等后續(xù)處理。
根據(jù)上述方案可以得到判決變量對應(yīng)的平均信噪比SNR為SNRw-STTD=2.86σ02σ2Es---(7)]]>根據(jù)公式(7)可計算得出，本發(fā)明與普通STTD發(fā)射分集的性能相比平均增加1.55dB，與增加自適應(yīng)加權(quán)的STTD發(fā)射分集性能相比也平均增加了0.7～0.8dB。
圖3即為本發(fā)明與現(xiàn)有空時發(fā)射分集、現(xiàn)有自適應(yīng)加權(quán)空時發(fā)射分集性能對比的示意圖，其中，橫坐標(biāo)表示信噪比(Eb/No)的分貝(dB)數(shù)，縱坐標(biāo)表示原始誤碼率，曲線31為普通STTD發(fā)射分集的性能曲線，曲線32為增加自適應(yīng)加權(quán)調(diào)整發(fā)射功率后STTD發(fā)射分集的性能曲線，曲線33為本發(fā)明增加線性變換處理后STTD發(fā)射分集的性能曲線。由三條曲線的比較可以看出，當(dāng)誤碼率相同時，接收端增加了線性變換處理的自適應(yīng)加權(quán)發(fā)射分集的信噪比值要比其它兩種情況信噪比值低，也就是說，誤碼率相同時，本發(fā)明信號所需的發(fā)射功率最低；從另一角度來看，當(dāng)三條曲線的信噪比相同時，接收端增加了線性變換處理的自適應(yīng)加權(quán)發(fā)射分集的誤碼率與其它兩種情況相比明顯最低，顯而易見，本發(fā)明發(fā)射分集的系統(tǒng)整體性能更高了。
本發(fā)明不僅適用于本申請人曾提出的前述自適應(yīng)加權(quán)空時發(fā)射分集方法與結(jié)構(gòu)，對于其它各種通過不同途徑實現(xiàn)的自適應(yīng)加權(quán)空時發(fā)射分集技術(shù)，本發(fā)明的思想均適用，只是針對各種自適應(yīng)加權(quán)空時發(fā)射分集技術(shù)實現(xiàn)的不同，相應(yīng)的線性變換系數(shù)會有所不同。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)加權(quán)空時發(fā)射分集的接收方法，其特征在于該方法至少包括a.接收機(jī)接收到來自發(fā)射端的信號后，先利用極大似然原理計算出每路信號的判決變量中間值；b.然后該判決變量中間值按照給定的線性變換矩陣及其系數(shù)，通過線性變換計算出每路信號的最終判決變量值，并將該值作為后續(xù)處理模塊的輸入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟a進(jìn)一步包括接收機(jī)對接收到的輸入信號以空時編碼塊為單元進(jìn)行檢測，且每次輸出兩個判決變量中間值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟b進(jìn)一步包括預(yù)先設(shè)定線性變換矩陣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟b進(jìn)一步包括預(yù)先計算出線性變換矩陣系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟b進(jìn)一步包括將最終判決變量值送入接收機(jī)中的解碼模塊進(jìn)行解碼處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征在于所述的線性變換矩陣系數(shù)與自適應(yīng)加權(quán)空時發(fā)射分集的實現(xiàn)形式有關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述的線性變換矩陣系數(shù)由自適應(yīng)權(quán)重值和無線信道衰落幅度特性確定。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于計算線性變換矩陣系數(shù)所用的自適應(yīng)權(quán)重值與發(fā)射端當(dāng)前使用的權(quán)重值完全同步。
9.一種實現(xiàn)上述自適應(yīng)加權(quán)空時發(fā)射分集接收方法的系統(tǒng)，至少包括空時編碼模塊、具有兩根天線的發(fā)射天線陣、發(fā)射功率分配模塊、反饋通道、反饋信號處理模塊和最優(yōu)權(quán)重計算模塊以及接收端接收機(jī)中的極大似然接收模塊，其特征在于接收端的接收機(jī)中還進(jìn)一步包括線性變換模塊；接收機(jī)的極大似然接收模塊接收并處理來自發(fā)射端的信號，輸出判決變量中間值給線性變換模塊做線性變換，經(jīng)處理的判決變量繼續(xù)送入接收機(jī)的后續(xù)處理模塊。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的后續(xù)處理模塊至少包括解碼模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自適應(yīng)加權(quán)空時發(fā)射分集的接收方法，至少包括以下步驟a)接收機(jī)接收到來自發(fā)射端的信號后，先利用極大似然原理計算出每路信號的判決變量中間值；b)然后該判決變量中間值按照給定的線性變換矩陣及其系數(shù)，通過線性變換計算出每路信號的最終判決變量值，并將該值作為后續(xù)處理模塊的輸入。本發(fā)明還公開了一種實現(xiàn)上述自適應(yīng)加權(quán)空時發(fā)射分集接收方法的系統(tǒng)，該方法和結(jié)構(gòu)能夠改善自適應(yīng)加權(quán)空時發(fā)射分集系統(tǒng)中接收機(jī)的性能，消除信號干擾，提高系統(tǒng)的整體性能。
文檔編號H04B7/08GK1447608SQ02125258
公開日2003年10月8日 申請日期2002年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月22日
發(fā)明者曹愛軍 申請人:華為技術(shù)有限公司