一種頻分雙工系統(tǒng)中的聯(lián)合空域與極化域波束形成方法
【專利摘要】本發(fā)明給出了一種頻分雙工系統(tǒng)中的聯(lián)合空域與極化域波束形成方法。無線傳播中的多徑效應(yīng)、極化旋轉(zhuǎn)和極化色散效應(yīng)會(huì)引起無線信號(hào)極化特征的變化，從而導(dǎo)致信號(hào)在接收端的極化失配，引起接收信噪比惡化。傳統(tǒng)數(shù)字波束形成技術(shù)無法單獨(dú)通過空域信號(hào)處理來彌補(bǔ)極化失配所造成的性能損失。為了彌補(bǔ)該損失，本發(fā)明將終端反饋給基站的預(yù)編碼與交叉天線平均接收功率比互易相結(jié)合，形成了一種聯(lián)合空域和極化域的發(fā)射波束形成方法。該方法不僅能夠在空域?qū)崿F(xiàn)信號(hào)的增強(qiáng)，還能夠彌補(bǔ)收發(fā)端極化不匹配造成的信噪比損失。本發(fā)明為頻分雙工系統(tǒng)中聯(lián)合空域與極化域發(fā)射數(shù)字波束形成技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供了有益的參考方案。
【專利說明】一種頻分雙工系統(tǒng)中的聯(lián)合空域與極化域波束形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于陣列信號(hào)處理【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種頻分雙工系統(tǒng)中的聯(lián)合空域與極化域波束形成方法，能夠廣泛地應(yīng)用到多天線無線移動(dòng)通信系統(tǒng)中。
【背景技術(shù)】
[0002]波束形成又叫空域?yàn)V波，是一種使用多天線陣列定向發(fā)送和接收信號(hào)的信號(hào)處理技術(shù)。波束形成技術(shù)通過調(diào)整相位陣列的基本單元的參數(shù)，使得某些角度的信號(hào)獲得相長(zhǎng)干涉，而另一些角度的信號(hào)獲得相消干涉。波束形成既可以用于信號(hào)發(fā)射端，又可以用于信號(hào)接收端。波束形成技術(shù)在發(fā)射端時(shí)，波束形成器控制每一個(gè)發(fā)射裝置的相位和信號(hào)幅度，從而在發(fā)射出的信號(hào)波陣中獲得需要相長(zhǎng)和相消干涉模式。在接收端，不同接收器接收到的信號(hào)以一種恰當(dāng)?shù)姆绞浇M合起來，從而獲得期望的信號(hào)輻射模式。
[0003]與此同時(shí)，在空間傳播中由于無線電波和電離層中電子的相互作用(法拉第效應(yīng))會(huì)造成無線電波極化方向的旋轉(zhuǎn)。另外，空中水氣凝結(jié)物會(huì)造成無線電波的去極化效果，從而改變電波的極化狀態(tài)，以至于功率從預(yù)期極化狀態(tài)轉(zhuǎn)變到一種非預(yù)期的正交極化狀態(tài)。在這種情況下，由于收發(fā)端極化的不匹配，會(huì)導(dǎo)致接收信噪比的損失(最差情況是收端天線極化方向和經(jīng)過空間傳播后的發(fā)端電波極化完全正交，導(dǎo)致接收功率為O)。
[0004]在TDD (Time Division Duplexing,時(shí)分雙工)系統(tǒng)下，由于上下行信道具備完全的互易性，因此利用上行信道估計(jì)結(jié)果可以獲得下行波束賦形權(quán)值，從而實(shí)現(xiàn)下行最大比發(fā)射(MRT, Maximum Ratio Transmit),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)最佳的波束指向和極化匹配,達(dá)到最佳接收性能。但對(duì)于FDD (Frequency Division Duplexing頻分雙工)系統(tǒng)，由于上下行傳輸頻點(diǎn)不同，導(dǎo)致上行瞬時(shí)信道和下行瞬時(shí)信道有很大差異，無法直接通過上行信道來獲取滿足最佳波束角度和最佳極化匹配的最優(yōu)的下行波束權(quán)值。
[0005]對(duì)于FDD系統(tǒng)，目前協(xié)議中通常采用閉環(huán)預(yù)編碼方法，但其由于只對(duì)發(fā)天線進(jìn)行相位加權(quán)，提高收發(fā)端極化匹配程度的效果有限，仍存在較大的極化不匹配造成的功率損失，其接收機(jī)性能受限。
[0006]在3GPP LTE Release936.211標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中，對(duì)于FDD系統(tǒng)，目前協(xié)議中主要采用下行預(yù)編碼最優(yōu)選擇方法:UE (User Equipment)接收信號(hào)后，進(jìn)行信道動(dòng)態(tài)估計(jì)得到信道矩陣H，通過“最優(yōu)碼本選擇算法(如基于接收信噪比最大化準(zhǔn)則的碼本選擇算法)”來獲得最佳預(yù)編碼矩陣對(duì)應(yīng)的序號(hào)PMI (Precoding Matrix Index)。UE將PMI通過上行反饋信道反饋給激戰(zhàn)?；精@得PMI信息之后，從碼本矩陣中選擇PMI對(duì)應(yīng)的碼本，作為下行發(fā)射的權(quán)值向量，基站的多天線同時(shí)發(fā)射信號(hào)s時(shí)，以此加權(quán)向量信息進(jìn)行相位加權(quán)，實(shí)現(xiàn)波束賦形。但由于預(yù)編碼矩陣數(shù)目有限，通過UE反饋的PMI來選擇的權(quán)值向量進(jìn)行發(fā)射波束形成時(shí)會(huì)存在量化誤差。該方法在應(yīng)用于雙極化天線發(fā)射波束形成波時(shí)，實(shí)際就是對(duì)正交極化天線的發(fā)射信號(hào)進(jìn)行了相位加權(quán)，再加上相位量化誤差的存在，無法精確調(diào)整主極化角度，從而抑制極化不匹配造成的功率損失效果有限。
[0007]Y.C.Liang，Hochwald等人在2001年就提出了利用FDD系統(tǒng)上下行信道二階統(tǒng)計(jì)特征的相似性來設(shè)計(jì)發(fā)射DBF權(quán)值。M.Jordan用FDD系統(tǒng)上下行信道空時(shí)相關(guān)矩陣所滿足的互易特征，基站側(cè)基于上行信道估計(jì)所得的空時(shí)相關(guān)矩陣來獲取下行空時(shí)相關(guān)矩陣，然后即可進(jìn)一步得到下行波束形成權(quán)值。類似地，摩托羅拉、愛立信、華為等公司在3GPP標(biāo)準(zhǔn)提案和專利中也分別提出了利用FDD系統(tǒng)上下行角度功率譜互易和二階統(tǒng)計(jì)特性的互易來設(shè)計(jì)下行發(fā)射DBF權(quán)值。但是，這些公開資料同樣沒有解決收發(fā)端極化不匹配所造成的信噪比損失的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種頻分雙工系統(tǒng)中的聯(lián)合空域與極化域波束形成方法，利用上下行信道在空域和極化域特征的互易性，設(shè)計(jì)了發(fā)射波束形成權(quán)值，提高了整個(gè)系統(tǒng)發(fā)射波束形成的接收信噪比。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種頻分雙工系統(tǒng)中的聯(lián)合空域與極化域波束形成方法，步驟如下:
[0010]1)用戶端UE根據(jù)下行信道估計(jì)結(jié)果，在預(yù)編碼集合中根據(jù)用戶端接收信噪比最大準(zhǔn)則選擇最優(yōu)的預(yù)編碼向量，并將最優(yōu)預(yù)編碼向量對(duì)應(yīng)的序號(hào)PMI通過上行控制信道反饋給基站；所述的基站配備N/2個(gè)雙極化天線陣子單元，每個(gè)陣子單元包含兩個(gè)正交極化天線貞子，共配備有N個(gè)天線陣子，N為大于I的正整數(shù)；
[0011]2)基站根據(jù)上行控制信道獲取UE反饋的最優(yōu)預(yù)編碼向量的序號(hào)PMI，在預(yù)編碼集合中選出對(duì)應(yīng)的最優(yōu)預(yù)編碼向量
【權(quán)利要求】
1.一種頻分雙工系統(tǒng)中的聯(lián)合空域與極化域波束形成方法，其特征在于步驟如下: 1)用戶端UE根據(jù)下行信道估計(jì)結(jié)果，在預(yù)編碼集合中根據(jù)用戶端接收信噪比最大準(zhǔn)則選擇最優(yōu)的預(yù)編碼向量，并將最優(yōu)預(yù)編碼向量對(duì)應(yīng)的序號(hào)PMI通過上行控制信道反饋給基站；所述的基站配備N/2個(gè)雙極化天線陣子單元，每個(gè)陣子單元包含兩個(gè)正交極化天線貞子，共配備有N個(gè)天線陣子，N為大于I的正整數(shù)； 2)基站根據(jù)上行控制信道獲取UE反饋的最優(yōu)預(yù)編碼向量的序號(hào)PMI，在預(yù)編碼集合中選出對(duì)應(yīng)的最優(yōu)預(yù)編碼向量
【文檔編號(hào)】H04B7/06GK103916174SQ201410123047
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月27日
【發(fā)明者】種稚萌, 樓大年, 張映南 申請(qǐng)人:西安空間無線電技術(shù)研究所