[發明專利]MIMO系統中上行鏈路的信號接收方法及其系統

無效

• 申請號: 200810227116.3
• 申請日: 2008-11-21
• 公開（公告）號: CN101741450A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發明（設計）人: 尚勇;史雙寧;張小欣;趙婷婷;趙玉萍
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H04B7/08
• 分類號: H04B7/08;H04B7/06
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 張國良

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，特別是涉及多用戶MIMO(Multiple?Input?Multiple?Output，多輸入多輸出)系統中上行鏈路的信號接收。

背景技術

下一代無線通信系統將為用戶提供更高的數據傳輸速率和更好的服務質量，系統容量也將得到大幅度提高，同時有限的無線頻譜資源使得頻譜利用率的提高成為下一代無線通信技術中的重要目標之一。MIMO(Multiple?Input?Multiple?Output，多輸入多輸出)系統能夠適應這一發展要求，因此近年來得到了迅猛的發展。MIMO系統通過在發射端和接收端分別使用多個天線發送和接收信號，獲得空間分集和復用增益，從而能夠在無需額外功耗和帶寬的條件下大幅度增加系統容量、顯著提高傳輸鏈路質量、提高頻譜利用率，適用于高傳輸速率的音、視頻等多媒體業務。目前，點對點的單用戶MIMO系統的研究已經日趨成熟，點對多點的多用戶MIMO系統(MU-MIMO)成為了新的研究熱點。例如，在實際的無線局域網(WLAN)以及蜂窩MIMO系統中，一個基站通常與多個用戶同時通信，用戶具有一根或多根天線，基站則具有多根天線。多用戶MIMO具有很多優點：多天線帶來的分集增益可以提高誤比特率性能；多天線的復用增益可以擴大系統的吞吐量；另外，多天線帶來的方向性增益可以從空間上區分多用戶，從而消除用戶間的干擾。

在多用戶MIMO系統的上行鏈路中，所有用戶在相同的頻段上向基站發送信號，基站采用多個天線單元接收信號，當天線單元之間具有足夠大的間距時，將形成多個并行的、不相關的空間信道。基站的主要任務是采用多用戶檢測或者其他有效方法來分離來自各個用戶的數據，即實現多用戶接入。為了充分采集每個用戶的所有多徑信號、實現接收信號功率的最大化，現有多用戶MIMO系統中基站接收均采用全向天線，即各個天線單元均獨立接收來自空間全向范圍內的全部信號。

圖1為現有多用戶MIMO系統的上行鏈路系統結構框圖，如圖1所示，在用戶j的發射機中，用戶處理模塊用于產生待發送的N_j路用戶信號；N_j根全向天線在用戶發射機端將用戶處理模塊給出的信號發送到無線信道中；M根全向接收天線在基站接收機端獨立接收來自空間全向范圍內的全部信號；基站處理模塊對M個全向天線的接收信號進行后續處理，完成信道估計和多用戶檢測等功能。

根據《移動蜂窩通信---模擬和數字系統》一書中的表述可知：在實際的移動通信系統中，戶外用戶端的最大有效散射半徑約為100個波長；同時，由于大多數基站天線架設位置都高于附近建筑物的高度，基站天線附近的信道環境中不存在均勻分布的散射體，因此對于特定的用戶，其信號到達基站時通常不是全向的，而是分布在有限方向范圍內的單一信號或簇信號。

全向天線的使用沒有考慮上述因素，會導致較低的接收信噪比和較強的干擾信號，使得基站接收機需要精確度很高的信道估計算法和復雜的多用戶檢測算法以保證系統的吞吐量。

發明內容

本發明的目的是提供一種多用戶MIMO系統中上行鏈路的信號接收方法及其系統，能夠無損失地收集特定方向范圍內的全部信號，同時有效抑制此方向范圍以外的信號的干擾，從而提高基站接收機輸入端的信干比，降低基站處信道估計及多用戶檢測等后續處理的復雜度。目前已有多種方法可以估計用戶發送給基站的信號波的到達方向范圍以及用戶與基站的距離。采用MUSIC算法、ESPRIT算法可用于信號波的到達方向估計，其中MUSIC算法在使用數據足夠長或者SNR適當高、并且信號模型足夠準確的條件下可以達到很高的精度。采用接收信號功率測量的方法可以非常方便地測定用戶與基站的大致距離。

為達到上述目的，本發明的技術方案提供了一種多用戶MIMO系統中的上行鏈路系統，所述系統包括：用戶發射機端，所述用戶發射機端包括用于產生要發送給基站的用戶信號的用戶處理模塊和用于將所述用戶處理模塊給出的信號發送到無線信道中的全向發射天線模塊；基站接收機端，所述基站接收機端包括：用于接收特定的信號到達方向范圍內的所有信號的空間響應可調的接收天線單元模塊；用于對特定到達方向范圍內的接收信號進行空域濾波的多用戶天線空間響應控制模塊；用于對空域濾波后的信號進行處理并完成信道估計和多用戶檢測的基站處理模塊。

更具體地，其中所述多用戶天線空間響應控制模塊包括：加權系數確定子模塊，所述加權系數確定子模塊根據各個用戶信號的到達方向范圍和用戶與基站的距離計算接收天線單元中各個陣元針對不同用戶的加權系數；加權合并子模塊，所述加權合并子模塊對各個天線單元所接收的用戶信號進行加權合并。