[發(fā)明專利]適用于大規(guī)模天線陣列的同步信號(hào)發(fā)射方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210177921.6
• 申請(qǐng)日: 2012-05-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102710309A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高西奇;孟鑫;江彬;仲文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B7/06
• 分類號(hào): H04B7/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種在基站側(cè)使用大規(guī)模天線陣列的移動(dòng)通信系統(tǒng)，尤其涉及在大規(guī)模天線陣列中實(shí)現(xiàn)同步信號(hào)的發(fā)射。

背景技術(shù)

為適應(yīng)未來(lái)發(fā)展的需要，移動(dòng)通信系統(tǒng)要求能夠支持高達(dá)每秒數(shù)百兆甚至上千兆比特的高速分組數(shù)據(jù)傳輸，在無(wú)線頻譜資源日趨緊張的情況下，采用多天線發(fā)送和多天線接收（MIMO）的無(wú)線傳輸技術(shù)，在過(guò)去十余年來(lái)一直是移動(dòng)通信領(lǐng)域研究的主流技術(shù)之一。受到天線數(shù)量的限制（以3GPP的LTE-A為例，其在基站側(cè)最多支持8根傳輸天線），傳統(tǒng)的MIMO技術(shù)的頻譜效率仍然較低，因此在基站側(cè)使用更多的天線配置以進(jìn)一步發(fā)掘空間維度資源，是未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)之一。當(dāng)基站被配置大規(guī)模天線（幾十根甚至上百根）時(shí)，限于空間尺寸的制約，且為了利用天線間的相關(guān)性，一般采用較小的天線間距（不超過(guò)1個(gè)載波波長(zhǎng)）。

同步是移動(dòng)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)需考慮的首要問(wèn)題。在一般的移動(dòng)通信系統(tǒng)中，用戶（移動(dòng)臺(tái)）在上電后需要首先檢測(cè)同步信道以完成小區(qū)（或扇區(qū)）搜索、小區(qū)選擇以及與基站間建立時(shí)頻同步。由于每個(gè)用戶位置的不確定性以及大量用戶的位置在小區(qū)內(nèi)呈均勻分布的特點(diǎn)，因此小區(qū)中的同步信號(hào)在發(fā)射時(shí)必須以全向形式發(fā)出，即在各個(gè)方向上同步信號(hào)的發(fā)射功率應(yīng)當(dāng)盡可能均勻，以此保證小區(qū)內(nèi)各方向的用戶能夠獲得均勻可靠的同步信號(hào)接收信噪比。除了同步信號(hào)，還有一些信號(hào)在從基站發(fā)射時(shí)也應(yīng)具有全向特性，如廣播信號(hào)，因此，本發(fā)明的覆蓋范圍不僅包括同步信號(hào)本身，也包括所有應(yīng)具有全向特性的信號(hào)。

單天線較容易獲得全向特性，而多天線由于相互干擾，較難獲得全向特性。目前應(yīng)用于多天線的同步信號(hào)發(fā)射方式主要有時(shí)間切換發(fā)射分集（TSTD）、預(yù)編碼矢量切換（PVS）和循環(huán)延遲分集（CDD）。TSTD在同一時(shí)刻只使用1根發(fā)射天線以形成全向信號(hào)，但當(dāng)天線數(shù)量較大時(shí)，其對(duì)發(fā)射功率的利用率過(guò)低，無(wú)法保證用戶獲得可靠的接收信噪比。PVS在不同時(shí)刻使用在空間上彼此互補(bǔ)的波束以實(shí)現(xiàn)對(duì)空間區(qū)域的覆蓋，若要獲得可靠的接收信噪比則需對(duì)多次接收信號(hào)進(jìn)行合并，當(dāng)天線數(shù)量較大時(shí)會(huì)造成同步時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。CDD在不同天線上發(fā)送彼此循環(huán)移位的同步信號(hào)以保證全向特性，但會(huì)在接收端帶來(lái)偽多徑效應(yīng)，對(duì)應(yīng)的同步算法較為復(fù)雜。因此，現(xiàn)有的同步信號(hào)發(fā)射方式無(wú)法適用于發(fā)射天線數(shù)較多的大規(guī)模天線陣列。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種適用于大規(guī)模天線陣列的同步信號(hào)發(fā)射方法，能夠?qū)崿F(xiàn)同步信號(hào)在小區(qū)中的全向覆蓋，為各個(gè)方向的用戶提供均勻可靠的同步信號(hào)接收信噪比。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種適用于大規(guī)模天線陣列的同步信號(hào)發(fā)射方法，包括以下步驟：

a、基站天線配置

基站側(cè)的發(fā)射天線配置既可以是傳統(tǒng)的陣列天線，也可以是多波束天線。無(wú)論是哪種天線，其天線陣列既可以是一維線陣，也可以是二維矩形陣。陣列中每個(gè)天線可采用單極化或多極化天線。所有天線的方向圖應(yīng)相同。

b、同步信號(hào)發(fā)射

基站首先生成原始同步信號(hào)，此信號(hào)可視情況進(jìn)行選擇，本發(fā)明對(duì)其不做出任何約束。生成好的同步信號(hào)與加權(quán)矢量一起被送入全向信號(hào)生成器，在全向信號(hào)生成器中，同步信號(hào)在乘以加權(quán)矢量后，由1路變成多路被輸出，然后送入各個(gè)天線或波束端口進(jìn)行發(fā)射。加權(quán)矢量可以使用循環(huán)正交序列，Zadoff-Chu（ZC）序列就是循環(huán)正交序列的一種。

作為加權(quán)矢量序列應(yīng)具有理想或近似理想的周期自相關(guān)或非周期自相關(guān)特性，以使得從天線發(fā)出的同步信號(hào)具有全向特性，此外此序列應(yīng)具有恒?；蚪坪隳Ｌ匦裕允沟冒l(fā)射機(jī)功率能夠被充分利用。ZC序列就是一種具有理想周期自相關(guān)特性的恒模序列，其可以被用來(lái)作為加權(quán)矢量。

c、發(fā)射分集

為避免低速移動(dòng)的用戶與基站間的等效信道長(zhǎng)時(shí)間處于深衰落，可以在前后若干次發(fā)射同步信號(hào)時(shí)，使用彼此低相關(guān)的加權(quán)矢量，以實(shí)現(xiàn)發(fā)射分集。

本發(fā)明提出在基站側(cè)，使用循環(huán)正交序列作為加權(quán)矢量，將原始的1路同步信號(hào)向各個(gè)天線或波束端口映射成多路的方法，實(shí)現(xiàn)了同步信號(hào)的發(fā)射功率在空間各方向上的均勻分配，其實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低，加權(quán)矢量在各種小區(qū)配置場(chǎng)景間具有通用性，且避免了傳統(tǒng)同步信號(hào)發(fā)射方法應(yīng)用于大規(guī)模天線陣列時(shí)存在的功率利用率低、同步時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題。

有益效果：本發(fā)明提供的適用于大規(guī)模天線陣列的同步信號(hào)發(fā)射方法，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、本方法所形成的同步信號(hào)具有全向特性；

2、本方法所提供的加權(quán)矢量的計(jì)算方法，不受天線數(shù)量以及天線方向圖的限制，只要天線數(shù)量確定，就可以按照給定規(guī)則非常簡(jiǎn)單地生成一系列對(duì)應(yīng)的加權(quán)矢量；