專利名稱：多天線無線通信系統(tǒng)中的低復(fù)雜度定時(shí)同步方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種應(yīng)用于多天線無線通信系統(tǒng)的定時(shí)同步的方法，屬于移動(dòng)通信中 的同步技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
定時(shí)同步是移動(dòng)通信系統(tǒng)能正常通信的前提。為了能夠支持高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，未 來移動(dòng)通信系統(tǒng)將是多收、發(fā)天線的系統(tǒng)。在多天線無線通信系統(tǒng)中，由于有多個(gè) 發(fā)送天線，使得在接收端存在多天線之間的信號(hào)千擾。對于同步算法，多天線干擾 將導(dǎo)致性能的下降。為了解決這個(gè)問題，有人提出了在不同天線上錯(cuò)開發(fā)送同步序 列的方案來避免干擾，但由于同時(shí)只在一路天線發(fā)送，帶來了發(fā)送能量的損失，從 而導(dǎo)致接收信噪比的損失，使得同步性能下降。也有人提出了在所有發(fā)送天線同時(shí) 發(fā)送降低多天線干擾的同步序列的方案，但導(dǎo)致接收端復(fù)雜度較高，不利于硬件實(shí) 現(xiàn)。因此，設(shè)計(jì)降低多天線干擾及接收復(fù)雜度的定時(shí)同步方案是提高多天線系統(tǒng)同 步性能的重要保證。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種多天線無線通信系統(tǒng)中的低復(fù)雜度定時(shí) 同步方法，能以較低的復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)多天線無線通信系統(tǒng)定時(shí)同步。
技術(shù)方案本發(fā)明提出了低復(fù)雜度的基于調(diào)制序列的多天線無線通信系統(tǒng)定時(shí) 同步方法。
假設(shè)發(fā)送端有A^個(gè)發(fā)送天線，各個(gè)發(fā)送天線的同步序列以如下方式定義 記長為^的原始序列為"。,"1,...,^_1此序列可以任意選取，對該序列用~><~
的正交矩陣『進(jìn)行調(diào)制，得到調(diào)制后的序列C = c^g(a。，q，... —
外
其中C為7VxA^的矩陣，其每一列為一個(gè)天線的發(fā)送同步序列；
4在接收端，為了實(shí)現(xiàn)定時(shí)同步，需要使用匹配濾波器對同步序列進(jìn)行捕獲，然 后對匹配濾波器的輸出進(jìn)行搜索，找到最大輸出，其最大輸出對應(yīng)的位置即為同步 位置；
記發(fā)送天線/發(fā)送的信號(hào)為C,，則第y個(gè)接收天線接收信號(hào)為
<formula>formula see original document page 5</formula>
其中、,(/,A:)為第A:時(shí)刻發(fā)送天線Z和接收天線y之間的第/個(gè)多徑分量的信道沖擊 響應(yīng)， (A:)為第_/個(gè)接收天線第A時(shí)刻的加性高斯白噪聲AWGN;
將連續(xù)iV個(gè)時(shí)刻的接收信號(hào)表示成
r = [r(。
r(*-1)…r(A-iV + l)]r, 它是一個(gè)iVxi^的矩陣；
A時(shí)刻A^個(gè)接收天線的匹配濾波器輸出非相干合并后的輸出為
<formula>formula see original document page 5</formula>r,和a，是為標(biāo)記方便引入的中間變量，其定義見上式；由于對A^
<formula>formula see original document page 5</formula>
接收天線匹配濾波器的輸出進(jìn)行了非相干合并，并且由于a一的稀疏結(jié)構(gòu)，
使得以上的匹配濾波運(yùn)算可以用多相方式實(shí)現(xiàn)； 然后，對整個(gè)搜索區(qū)間內(nèi)的非相干合并后的輸出序列2 = (21,^,...,^)進(jìn)行最大 值搜索，即得到定時(shí)同步，即同步時(shí)刻r由下式確定r = argmaX(Zl,z2，...,zM); 其中M為設(shè)定的搜索區(qū)間大?。籞的各元素2,.(/ = 1,2,...,肘)為搜索區(qū)件中各時(shí)刻接 收天線匹配濾波器輸出的非相干合并結(jié)果。有益效果在本發(fā)明中，通過在發(fā)送端發(fā)送我們所發(fā)明的正交調(diào)制的同步序列， 使得接收端與現(xiàn)有設(shè)備相比，能夠在接收端以與單天線系統(tǒng)相同的復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)多天 線無線通信系統(tǒng)的定時(shí)同步，大大降低了現(xiàn)有方法的復(fù)雜度。
具體實(shí)施例方式
假設(shè)發(fā)送端有A^個(gè)發(fā)送天線。各個(gè)發(fā)送天線的同步序列以如下方式定義 記長為iV的原始序列為(此序列可以任意選取)。對該序列用
Wr x iVr的正交矩陣『進(jìn)行調(diào)制，得到調(diào)制后的序列 C =必flg("o,fl,,)[，，…,『f
外
其中C為Wxi^的矩陣，其每一列為一個(gè)天線的發(fā)送同步序列, 易于發(fā)現(xiàn)，C可以表示成
<formula>formula see original document page 6</formula>
其中1為&><~的單位矩陣。
在接收端，為了實(shí)現(xiàn)定時(shí)同步，需要使用匹配濾波器對同步序列進(jìn)行捕獲，然 后對匹配濾波器的輸出進(jìn)行搜索，找到最大輸出，其最大輸出對應(yīng)的位置即為同步 位置。
記發(fā)送天線/發(fā)送的信號(hào)為c,，則第y個(gè)接收天線接收信號(hào)為<formula>formula see original document page 7</formula>
其中~，, (/，"為第yt時(shí)刻發(fā)送天線/和接收天線_/之間的第/個(gè)多徑分量的信道沖擊 響應(yīng)， (A:)為第y個(gè)接收天線第A:時(shí)刻的加性高斯白噪聲(AWGN)。
為了方便表示，我們將第A時(shí)刻各發(fā)送天線的發(fā)送信號(hào)c, (it)和接收天線的接收 信號(hào)。("表示成矢量的形式
<formula>formula see original document page 7</formula>
其中
<formula>formula see original document page 7</formula>
將連續(xù)7V個(gè)時(shí)刻的接收信號(hào)表示成 r = , r(A:-l)
它是一個(gè)iVxA^的矩陣。
則接收匹配濾波器的輸出可寫成-
<formula>formula see original document page 7</formula>它是A^xi^的矩陣，其每列代表了一個(gè)接收天線對A^個(gè)發(fā)射天線的同步序列
在某個(gè)時(shí)刻的相關(guān)值。注意式中最后一行實(shí)際上是對最后面的兩個(gè)矩陣的乘積做一 個(gè)正交變換。
A時(shí)刻A^個(gè)接收天線的匹配濾波器輸出非相干合并后的輸出為
<formula>formula see original document page 8</formula>其中，r,和a鄉(xiāng)是為標(biāo)記方便引入的中間變量，其定義見公式[7]?？梢?，由于
對A^個(gè)接收天線匹配濾波器的輸出進(jìn)行了非相干合并，并且由于a，的稀疏結(jié)構(gòu)， 使得以上的匹配濾波運(yùn)算可以用多相方式實(shí)現(xiàn)。從公式[7]可以看到，在這種發(fā)送同 步序列方案下，7^個(gè)接收天線時(shí)的同步捕獲運(yùn)算復(fù)雜度與單發(fā)單收天線模式下的是 一樣的。這就大大降低了運(yùn)算復(fù)雜度。
然后，對整個(gè)搜索區(qū)間內(nèi)的匹配濾波器的輸出序列2 = (21,22，...,~)(其中M為
設(shè)定的搜索區(qū)間大小)進(jìn)行最大值搜索，即得到定時(shí)同步。即同步時(shí)刻由下式確定 "argmax(X,Z2,…，ZM) [8]
實(shí)施例如下
考慮由基站和移動(dòng)臺(tái)構(gòu)成的多天線無線通信系統(tǒng)?；景l(fā)送同步序列，移動(dòng)臺(tái)
對同步序列進(jìn)行接收，并根據(jù)接收的同步序列完成定時(shí)同步。主要步驟如下
(1)、假設(shè)基站設(shè)備發(fā)送端有iVT個(gè)發(fā)送天線，在基站發(fā)送端，記長為iV的原
始序列為"o,""...,"^ ，且此序列可以任意選取，對該序列用X 的正交矩陣『進(jìn)
行調(diào)制，得到調(diào)制后的序列C:^flgO。，a,，… 一)[『,『，…,PnT，其中C為JVxA^的
外
矩陣，其每一列為一個(gè)發(fā)送天線的發(fā)送同步序列。將此同步序列在各個(gè)發(fā)送天線上 進(jìn)行發(fā)送。(2)、在移動(dòng)臺(tái)接收端，A^個(gè)接收天線對同步序列進(jìn)行接收，并對接收同步序 列經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后，第7'個(gè)接收天線的接收信號(hào)為
。("=i^、,(a)c,d/)+"#), 7=i,u
將連續(xù)iV個(gè)時(shí)刻的接收信號(hào)表示成
r = [r(" r(yt-1)…r(A: - TV + ， 它是一個(gè)7VxA^的矩陣； 然后根據(jù)公式
zt —lyll監(jiān)
… W21 _00 -!00o一
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二 |w:a,w/7r|2 —U
計(jì)算接收天線的匹配濾波器輸出，并進(jìn)行非相干合并。其結(jié)果&即為非相干合 并的結(jié)果。
G)、然后，對整個(gè)搜索區(qū)間內(nèi)的非相干合并后的輸出序列2 = (^22，...,~)(其
中M為設(shè)定的搜索區(qū)間大小)進(jìn)行最大值搜索，即得到定時(shí)同步，即同步時(shí)刻由下 式確定r二argmax(^^，...，^)。至此，移動(dòng)臺(tái)同步模塊完成了定時(shí)同
權(quán)利要求
1.一種多天線無線通信系統(tǒng)中的低復(fù)雜度定時(shí)同步方法，其特征在于該方法為假設(shè)發(fā)送端有NT個(gè)發(fā)送天線，各個(gè)發(fā)送天線的同步序列以如下方式定義記長為N的原始序列為a0，a1，...，aN-1此序列可以任意選取，對該序列用NT×NT的正交矩陣W進(jìn)行調(diào)制，得到調(diào)制后的序列 id="icf0001" file="A2009100292610002C1.tif" wi="61" he="10" top= "55" left = "110" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>其中C為N×NT的矩陣，其每一列為一個(gè)天線的發(fā)送同步序列；在接收端，為了實(shí)現(xiàn)定時(shí)同步，需要使用匹配濾波器對同步序列進(jìn)行捕獲，然后對匹配濾波器的輸出進(jìn)行搜索，找到最大輸出，其最大輸出對應(yīng)的位置即為同步位置；記發(fā)送天線i發(fā)送的信號(hào)為ci，則第j個(gè)接收天線接收信號(hào)為<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>r</mi> <mi>j</mi></msub><mo>=</mo><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>l</mi><mo>=</mo><mn>0</mn> </mrow> <mrow><mi>L</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></munderover><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <msub><mi>N</mi><mi>T</mi> </msub></munderover><msub> <mi>h</mi> <mrow><mi>j</mi><mo>,</mo><mi>i</mi> </mrow></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>l</mi> <mo>,</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow><msub> <mi>c</mi> <mi>i</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>-</mo> <mi>l</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub> <mi>n</mi> <mi>j</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1,2</mn><mo>,</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>,</mo><msub> <mi>N</mi> <mi>R</mi></msub> </mrow>]]></math></maths>其中hj，i(l，k)為第k時(shí)刻發(fā)送天線i和接收天線j之間的第l個(gè)多徑分量的信道沖擊響應(yīng)，nj(k)為第j個(gè)接收天線第k時(shí)刻的加性高斯白噪聲AWGN；將連續(xù)N個(gè)時(shí)刻的接收信號(hào)表示成r＝[r(k)r(k-1)…r(k-N+1)]T，它是一個(gè)N×NR的矩陣；k時(shí)刻N(yùn)R個(gè)接收天線的匹配濾波器輸出非相干合并后的輸出為<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>z</mi> <mi>k</mi></msub><mo>=</mo><msubsup> <mrow><mo>|</mo><mo>|</mo><mi>y</mi><mo>|</mo><mo>|</mo> </mrow> <mn>2</mn> <mn>2</mn></msubsup> </mrow>]]></math></maths><maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow><mo>=</mo><msubsup> <mrow><mo>|</mo><mo>|</mo><msubsup> <mi>W</mi> <mi>rev</mi> <mi>H</mi></msubsup><msub> <mi>a</mi> <mi>tmp</mi></msub><mi>r</mi><mo>|</mo><mo>|</mo> </mrow> <mn>2</mn> <mn>2</mn></msubsup> </mrow>]]></math></maths><maths id="math0004" num="0004" ><math><![CDATA[ <mrow><mo>=</mo><mi>tr</mi><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>W</mi><mi>rev</mi><mi>H</mi> </msubsup> <msub><mi>a</mi><mi>tmp</mi> </msub> <msup><mi>rr</mi><mi>H</mi> </msup> <msubsup><mi>a</mi><mi>tmp</mi><mi>H</mi> </msubsup> <mi>W</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths><maths id="math0005" num="0005" ><math><![CDATA[ <mrow><mo>=</mo><msubsup> <mrow><mo>|</mo><mo>|</mo><msub> <mi>r</mi> <mi>tmp</mi></msub><mo>|</mo><mo>|</mo> </mrow> <mn>2</mn> <mn>2</mn></msubsup> </mrow>]]></math></maths>rtmp和atmp是為標(biāo)記方便引入的中間變量，其定義見上式；由于對NR個(gè)接收天線匹配濾波器的輸出進(jìn)行了非相干合并，并且由于atmp的稀疏結(jié)構(gòu)，使得以上的匹配濾波運(yùn)算可以用多相方式實(shí)現(xiàn)；然后，對整個(gè)搜索區(qū)間內(nèi)的非相干合并后的輸出序列z＝(z1，z2，...，zM)進(jìn)行最大值搜索，即得到定時(shí)同步，即同步時(shí)刻τ由下式確定τ＝argmax(z1，z2，...，zM)；其中M為設(shè)定的搜索區(qū)間大??；z的各元素zi(i＝1，2，...，M)為搜索區(qū)件中各時(shí)刻接收天線匹配濾波器輸出的非相干合并結(jié)果。
全文摘要
多天線無線通信系統(tǒng)中的低復(fù)雜度定時(shí)同步方法提供一種多天線無線通信系統(tǒng)中的低復(fù)雜度定時(shí)同步方法，能以較低的復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)多天線無線通信系統(tǒng)定時(shí)同步；該方法為假設(shè)發(fā)送端有N_T個(gè)發(fā)送天線，各個(gè)發(fā)送天線的同步序列以如下方式定義記長為N的原始序列為a₀，a₁，...，a_N-1此序列可以任意選取，對該序列用N_T×N_T的正交矩陣W進(jìn)行調(diào)制，得到調(diào)制后的序列如上，其中C為N×N_T的矩陣，其每一列為一個(gè)天線的發(fā)送同步序列；在接收端，為了實(shí)現(xiàn)定時(shí)同步，需要使用匹配濾波器對同步序列進(jìn)行捕獲，然后對匹配濾波器的輸出進(jìn)行搜索，找到最大輸出，其最大輸出對應(yīng)的位置即為同步位置。
文檔編號(hào)H04B7/08GK101516133SQ20091002926
公開日2009年8月26日 申請日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者尤肖虎, 潘志文, 高西奇 申請人:東南大學(xué)