[發明專利]基于聯合波束賦形的協同傳輸方法

有效

• 申請號: 201210202374.2
• 申請日: 2012-06-06
• 公開（公告）號: CN102710395A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 趙力強;張海林;孟凱凱;劉龍偉;李寶良;余智
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04L1/06
• 分類號: H04L1/06;H04L25/02;H04B7/06
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

技術領域

本發明屬于通信技術領域，更進一步涉及一種基于聯合波束賦形的協同傳輸方法，該方法可以實現無線通信系統的高效能傳輸，達到低功耗、遠距離和寬帶傳輸的目的。

背景技術

多輸入多輸出(Multiple?Input?Multiple?Output，MIMO)系統通過在收發端配置多天線，可獲得空間分集或復用增益，顯著地提高系統的抗衰落能力或頻譜效率。MIMO波束賦形也稱為MIMO預編碼技術，可利用信道狀態信息在發送端對發送符號進行預處理，以提高系統容量或降低系統誤碼率。預編碼算法主要包括：基于信道奇異值分解和基于信道幾何均值分解的預編碼算法等。為了充分發揮MIMO系統的技術優勢，發送端天線之間要求相互獨立，即：相鄰天線單元之間的距離要大于相干距離。在某些通信場景下，發送端受尺寸、硬件和復雜度等眾多限制，很難配置多根相互獨立的天線，即MIMO天線。為了獲取MIMO系統的空間分集增益或復用增益，人們提出協同傳輸(也稱為協同MIMO、分布式MIMO或虛擬MIMO)技術。此時，利用分布式空時編碼技術，發送端之間相互協作，構成虛擬MIMO系統。

此外，基于陣列天線也可以實現波束賦形。陣列天線由多個輻射源組成，相鄰輻射源之間具有強相關性。陣列天線波束賦形的原理是：通過調節各輻射源的幅度和相位，將無線電信號導向指定的方向，產生空間指向性波束，使得天線主波束對準期望用戶方向，旁瓣或零陷對準干擾用戶方向，可獲得陣列增益。陣列天線波束賦形算法主要包括：基于波達方向估計的波束成形算法和特征波束成形算法等。

聯合波束賦形技術將MIMO預編碼技術和陣列天線波束賦形技術有效結合，可以同時獲取多天線系統帶來的分集增益、復用增益和陣列增益，提高通信鏈路的可靠性和頻譜利用率。

中興通訊股份有限公司的專利申請“一種波達角估計和波束賦形的方法”(專利申請號：200610074201.1，公開號：1917396)，提出了一種波達角估計和波束賦形的方法，包括對子幀重復以下步驟：根據各用戶在各個天線上的信道估計，計算各用戶的天線陣列信道估計的協方差矩陣；在天線陣列的覆蓋角度范圍內，計算各用戶對應的上行鏈路接收功率瞬時值和接收功率遞歸平均值；搜索各用戶對應的上行鏈路接收功率遞歸平均值的最大值，并據此生成該用戶的下行鏈路波束賦形權值，實現波束賦形；計算各用戶相鄰子幀波達角估計的波動值；利用各用戶DOA估計的波動值，根據接收功率遺忘因子的上、下調整門限，自適應調整對應的遺忘因子。該專利申請存在的不足是，該方法僅能獲取天線陣列所帶來的陣列增益，其可降低發送功率，提高功率效率和通信距離，但是并不能大幅度的提高數據傳輸速率。

高通股份有限公司的專利申請“具有空間預編碼的MIMO傳輸”(專利申請號：200880103511.9，公開號：CN101843062A)公開了一種用于在無線通信系統中發送MIMO傳輸的技術。該設計發射機向接收機發送第一基準信號。接收機基于第一基準信號并根據選擇準則來選擇預編碼基準。接收機估計接收機處的噪聲和干擾，并基于預編碼矩陣和所估計的噪聲和干擾來確定信道質量指示符(CQI)或調制和編碼方案(MCS)信息。接收機向發射機發送CQI或MCS信息和第二基準信號。發射機基于第二基準信號并根據與接收機所使用的相同的選擇準則來選擇預編碼矩陣。發射機在隨后基于從接收機獲得的CQI或MCS信息以及發射機選擇的預編碼矩陣來向接收機發送MIMO傳輸。該專利申請存在的不足是，該MIMO傳輸技術雖然可以獲取MIMO系統帶來的復用增益，提高數據傳輸速率，實現寬帶傳輸，但是如果在發射機尺寸、硬件和復雜度受限的情況下，該MIMO傳輸技術則無法實施。

發明內容

本發明的目的在于克服上述已有技術的不足，提出一種基于聯合波束賦形的協同傳輸方法，以實現低功耗、遠距離和寬帶傳輸的目標。協同傳輸技術可以形成虛擬MIMO系統，解決發送端受尺寸、硬件以及復雜度等限制的條件下無法配置MIMO天線的難題，陣列天線波束賦形技術可以實現低功耗和遠距離的傳輸目標，MIMO預編碼技術可以實現寬帶傳輸的目標。

本發明實現的基本思路是：首先，各發送節點相互協作，利用分布式空時編碼技術，構建虛擬MIMO系統，實現協同傳輸；然后，利用陣列天線，通過陣列天線波束賦形技術，產生指向接收節點的定向波束；最后，在定向波束的基礎上，利用MIMO預編碼技術，在發送節點和接收節點之間產生一組獨立正交的空間虛擬波束。

為實現上述目的，本發明實現步驟如下：

(1)全向信道估計