專利名稱：一種實現(xiàn)多天線全向信道覆蓋的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及移動通信系統(tǒng)中的信息無線傳輸技術(shù)，尤其涉及一種多天線 全向^[言道覆蓋的方法。
背景技術(shù)：
正交空頻分組(SFBC )碼在維持低解碼復雜度的同時提供了分集增益。 伴隨著人們對于無線通信系統(tǒng)中數(shù)據(jù)吞吐量、覆蓋率及傳輸可靠度要求的不 斷提高，對于四天線乃至多天線系統(tǒng)的應用以及相應SFBC編碼方式的討論 已成為人們關注的焦點。
在3GPPLTE (第三代伙伴組織計劃長期演進)中，對于四天線無反饋 系統(tǒng)的發(fā)射模式主要提出了以下三種方案SFBC+FSTD (空頻分組編碼結(jié) 合頻率轉(zhuǎn)換發(fā)射分集)、均勻的SFBC+FSTD、非均勻的SFBC+FSTD。其 中，SFBC+FSTD的編碼方式最為人們所推崇。對于具有兩個發(fā)射天線和兩 個接收天線的系統(tǒng)，Alamouti編碼可提供滿速率和滿分集增益。但隨著收發(fā) 天線數(shù)目的增加，至今仍未找到完全正交的編碼矩陣。
因此，需要提出一種當天線凄t較多時仍能實現(xiàn)高效、高覆蓋的多天分集 方式的應用方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種多天線全向信道覆蓋的方法，使得 在天線數(shù)較多時，仍能達到高效、高覆蓋的多天線分集方式。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種實現(xiàn)多天線全向信道覆蓋的方法，適用于發(fā)射天線數(shù)目多于4的系 統(tǒng)，包括以下步驟a、 基站將發(fā)射天線分為4個天線組，每組至少包含一個發(fā)射天線；
b、 基站將每兩個在布局位置上不相鄰的由天線組形成的波束配成 對，每對中的兩個波束在同一子載波上同時發(fā)送信號；
c、 基站將在每一波束上發(fā)射的信號映射到與其對應的每一發(fā)射天線 上，由發(fā)射天線將其發(fā)射出去。
進一步地，基站根據(jù)公式;;^ z^^xS"將在每一波束上發(fā)射的信號映射 到每一發(fā)射天線上；其中，m是總發(fā)射天線的數(shù)目，n是映波束的數(shù)量；ymxl 中的每一個元素對應于映射后的每個發(fā)射天線發(fā)射的信號，『_是沃爾什矩 陣，《,中的每一個元素對應每一個波束在第i個子載波上發(fā)射的信號
進一步地，同一天線組中，每兩個發(fā)射天線之間的距離相等。
進一步地，同一天線組中的每兩個發(fā)射天線之間的距離在0.5個工作波 長到IO個工作波長之間。
在本發(fā)明的多天線波束形成結(jié)合空頻分組碼的方法中，八天線波束形成 加SFBC/FSTD方法是為了契合當前人們比較認可的四天線SFBC/FSTD方 法而量身定做的。在不同子載波發(fā)送信號時，以兩個正交且扇區(qū)內(nèi)全向覆蓋 的波束取代原方法中兩個全向天線，因此覆蓋范圍大，均勻度好。且當每個 天線發(fā)射功率一致時，八天線將會帶來3dB的等效功率增益，這在通道功 率受限的情況下顯得至關重要。
總之，大于四天線(如八天線)的引入可以進一步增加分集增益，并能 夠在單通道發(fā)射功率受限時進一步增加信道的覆蓋。此外，通過波束域到陣 元域的映射，能夠支持大于四天線(如八天線)的多天線系統(tǒng)。


圖1為本發(fā)明實施例中物理信道結(jié)構(gòu)圖2為本發(fā)明實施例中實現(xiàn)多天線全向信道覆蓋的方法的流程圖3為本發(fā)明實施例中天線陣結(jié)構(gòu)示意圖4為本發(fā)明實施例中自由空間的能量合成等高線圖；圖5為采用本發(fā)明實施例中八天線波束形成+非均勻的SFBC/FSTD和 四天線非均勻的SFBC/FSTD的比較圖。
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行更詳細的說明。
本發(fā)明以四天線SFBC+FSTD為基礎，在下行廣播信道模式下通過波束 形成和空頻分組碼的結(jié)合完成MIMO(多輸入多輸出)系統(tǒng)中八天線乃至更 多天線的編碼方案。其核心思想是將多天線分組形成扇區(qū)內(nèi)全向覆蓋且相互 正交(或近似正交)的多波束，以有方向性的波束代替原系統(tǒng)中無方向性的 全向天線來發(fā)射相應編碼數(shù)據(jù)，^吏得系統(tǒng)在等效功率和發(fā)射分集等方面獲得 顯著的增益。
圖1為本發(fā)明實施例所采用的物理信道的結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明在常規(guī)發(fā)射機 輸出端增加了波束域到陣元域的映射單元。上述過程可以理解為將常規(guī)的陣 元域的SFBC/FSTD模式通過映射矩陣轉(zhuǎn)換為波束域模式，從而擴充了該方 案的適用范圍。
如圖2所示，實現(xiàn)多天線全向信道覆蓋的方法具體包括如下步驟
a、 基站將發(fā)射天線分為4個天線組，每組中至少包含一個發(fā)射天線， 且每組中的每兩個發(fā)射天線的距離可以但不限于相等，距離的值在0.5義到 l(U之間(其中A為工作波長)；
b、 基站將每兩個在布局位置上不相鄰的由上述天線組形成的波束配 成對，每對中的兩個波束在同一子載波上同時發(fā)送信號；
c、 基站按照公式l :『^xd將在每一波束上發(fā)射的信號映射到與 其對應的每一發(fā)射天線上，由發(fā)射天線將其發(fā)射出去，實際應用時也不排除 用其它方式進行映射；其中，m是總發(fā)射天線的數(shù)目，n是波束的數(shù)量；ymxl 中的每一個元素對應于映射后的每個發(fā)射天線發(fā)射的信號，r_是沃爾什矩
陣,^中的每一個元素對應每一個波束在第i個子載波(即取四天線的編 碼矩陣S的第i列)上發(fā)射的信號。下面用本發(fā)明的 一應用實例進一步加以說明。
步驟210:基站將八天線分成四個天線組，如圖3所示，每組中的兩個 天線之間的間距為4zl，組與組之間的位置無特殊要求。圖中將兩個四天線 陣進行分層排列的目的是為了保證陣列尺寸不太大，以利將來的天線架設。 此外，八天線陣也可使用兩組極化方向不同的4元陣組陣，以進一步減小天 線尺寸。
步驟220:波束配對；
在八天線形成的四個天線組中，基站將由天線l、 2形成的波束1和天 線5、 6形成的波束3配對，由天線3、 4形成的波束2和天線7、 8形成的 波束4配對；
波束1、 3分別對應上述四天線SFBC/FSTD模式中的天線1、 3;波束2、 4分別對應上述四天線SFBC/FSTD模式中的天線2、 4。根據(jù)對應四天線的<formula>formula see original document page 6</formula>
& (《與-《分別為信號&和&的變形，因此，其中包含
&相同)，而波束2、 4未發(fā)送信號；在子載波3和子載 波4中，波束2、 4分別發(fā)送了信號&、 & (《與-《分別為信號&和&的 變形，因此，其中包含的信息量也與&、 &相同)，而波束l、 3未發(fā)送信
步驟230:確定波束形成映射矩陣；
本發(fā)明要求波束l、 3相互正交且全向覆蓋整個扇區(qū)，波束2、 4亦需滿 足此條件。因此，需要設計上述的映射矩陣。在本發(fā)明中，當總發(fā)射天線數(shù) 目大于4時，使用的映射矩陣為沃爾什矩陣『_，其中m是映射后的實際發(fā) 射天線的數(shù)目，n是映射前的虛擬天線數(shù)(即波束的數(shù)量)。如在本實施例 中，m=8, n=4。
步驟240:進行波束形成輸出。
編碼矩陣S=<formula>formula see original document page 6</formula>可知，在子載波1和子載波2中，波束l、
分別發(fā)送信號&、 的信息量也與按照公式=『mx x《xl將虛擬天線上的信號映射到對應的實際發(fā)射天 線上并輸出。其中，m維向量3;^中的每一個元素對應于映射后的每個發(fā)射
天線需發(fā)射的信號；n維向量s二是映射前的虛擬天線上在第i個子載波上發(fā) 射的信號；『_是映射矩陣，是mx"維矩陣。
本發(fā)明的八天線波束形成結(jié)合空頻分組碼的系統(tǒng)中，八天線波束形成加 SFBC/FSTD方案是針對均勻的SFBC/FSTD和非均勻的SFBC/FSTD的四天 線空頻分組碼方案而量身定做的。在不同子載波發(fā)送信號時，以兩個正交且 扇區(qū)內(nèi)全向覆蓋的波束取代原方案中兩個全向天線，不僅覆蓋范圍大，而且 均勻度好。相對于四天線，當每根天線發(fā)射功率一致時，八天線將會帶來 3dB的等效功率增益，這在通道功率受限的情況下顯得至關重要。
在進行SFBC解調(diào)時，發(fā)送在不同天線或不同波束上的兩個版本的信號 要進行能量合并。為了評估廣播信道的全向性，給出了兩個正交波束波束 1、 3或2、 4在自由空間的能量合成等高線圖，如圖4所示。圖中結(jié)果證明 了上述結(jié)論。
圖5所示為采用本發(fā)明方法所進行的仿真效果圖。其中是八天線波束形
種方法都是在總發(fā)射功率一致、且無編解碼交織，QPSK (四相相移一建控) 調(diào)制，瑞利信道的模式下進行10000次仿真統(tǒng)計出來的結(jié)果。從圖中可以得 出八天線波束形成+SFBC/FSTD較常規(guī)的SFBC/FSTD在總發(fā)射功率相同的 情況下有明顯的分集增益，且此增益隨著信噪比的提高而顯著。在每天線發(fā) 射功率相同的情況下，八天線波束形成+SFBC/FSTD不僅有分集增益，更將 有3db的功率增益，以及覆蓋范圍的擴大。因此，使用波束形成結(jié)合空頻分 組碼的方案將會給系統(tǒng)帶來諸多好處。
當然，本發(fā)明還可有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的 形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1、一種實現(xiàn)多天線全向信道覆蓋的方法，適用于發(fā)射天線數(shù)目多于4的系統(tǒng)，其特征在于，包括以下步驟a、基站將發(fā)射天線分為4個天線組，每組至少包含一個發(fā)射天線；b、所述基站將每兩個在布局位置上不相鄰的由所述天線組形成的波束配成對，每對中的兩個波束在同一子載波上同時發(fā)送信號；c、所述基站將在每一波束上發(fā)射的信號映射到與其對應的每一發(fā)射天線上，由所述發(fā)射天線將其發(fā)射出去。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述基站根據(jù)公式lx1 = rmx x S:xl將在每一 波束上發(fā)射的信號映射到所 述每一發(fā)射天線上；其中，m是總發(fā)射天線的數(shù)目，n是映波束的數(shù)量； 中的每一個元素對應于映射后的每個發(fā)射天線發(fā)射的信號，w"是沃爾什矩 陣，《,中的每一個元素對應所述每一個波束在第i個子載波上發(fā)射的信號
3、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于， 同一天線組中，每兩個發(fā)射天線之間的距離相等。
4、 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述同 一天線組中的每兩個發(fā)射天線之間的距離在0.5個工作波長到10 個工作波長之間。
全文摘要
一種實現(xiàn)多天線全向信道覆蓋的方法，適用于發(fā)射天線數(shù)目多于4的系統(tǒng)，包括以下步驟基站將發(fā)射天線分為4個天線組，每組至少包含一個發(fā)射天線；基站將每兩個在布局位置上不相鄰的由天線組形成的波束配成對，每對中的兩個波束在同一子載波上同時發(fā)送信號；基站將在每一波束上發(fā)射的信號映射到與其對應的每一發(fā)射天線上，由發(fā)射天線將其發(fā)射出去。采用本發(fā)明，在不同子載波發(fā)送信號時，以兩個正交且扇區(qū)內(nèi)全向覆蓋的波束取代原方法中兩個全向天線，因此覆蓋范圍大，均勻度好。且當每個天線發(fā)射功率一致時，八天線將會帶來3dB的等效功率增益，這在通道功率受限的情況下顯得至關重要。
文檔編號H04B7/04GK101414862SQ200710181820
公開日2009年4月22日 申請日期2007年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月16日
發(fā)明者王衍文, 瓊 趙 申請人:中興通訊股份有限公司