CN101335970A - 一种空分多址通信***资源分配实现方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空分多址通信***资源分配实现方法，包括：空间特征参数的获取步骤，用于根据天线阵列上的各用户上行信号或信道估计，获得所述各用户的空间特征参数；***资源分配步骤，用于根据所述空间特征参数判定所述用户间的空间隔离度，并根据所述空间隔离度进行***资源分配。本发明的应用可以同时实现时间、频率以及码道等***资源复用，从而达到增加***容量、提高无线数据传输速率等目的。

Description

一种空分多址通信***资源分配实现方法及装置

技术领域

本发明涉及空分多址通信***，特别涉及一种空分多址(SDMA)通信***资源分配实现方法及装置。

背景技术

空分多址通信***是根据不同用户信号的空间传播特性，为相应用户分配和提供不同的空间信道，以实现时间、频率、码道等***资源复用，从而达到增加***容量、提高无线数据传输速率等目的。

空分多址***通常与智能天线技术存在紧密联系。智能天线利用信号传输的空间特性和数字信号处理技术，根据信号、干扰和噪声的空间分布，实现赋形权矢量估计以及下行波束赋形，即在期望的有用信号方向形成主波束，抑制其它方向的干扰和噪声，包括在一定干扰方向上形成零陷。

名称为“SDMA for WCDMA”，公开号为US2007/0019535A1的美国专利根据用户的空间特征划分多个簇(Cluster)，每簇分配一个扰码和多个正交的沃尔什(Walsh)序列，不同簇之间的沃尔什序列可复用。该方法利用空分多址技术实现码道资源的复用，但是在多径角谱扩展较大的情况下，无法准确地判断用户间的空间隔离度，可能造成簇划分困难甚至错误，从而导致***干扰明显增加。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种空分多址通信***资源分配实现方法及装置，其能够根据不同用户的空间特征进行***资源分配，达到增加***容量，提高无线数据传输速率的目的。

本发明还有一个目的，用于提供一种空分多址通信***，其可以根据不同用户的空间特征进行***资源分配，达到增加***容量，提高无线数据传输速率的目的。

为达到上述目的，本发明提供的空分多址通信***资源分配实现方法，其特征在于，包括：

空间特征参数的获取步骤，用于根据天线阵列上的各用户上行信号或信道估计，获得所述各用户的空间特征参数；

***资源分配步骤，用于根据所述空间特征参数判定所述用户间的空间隔离度，并根据所述空间隔离度进行***资源分配。

上述空分多址通信***资源分配实现方法，其特征在于，所述***资源分配步骤进一步包括：

一判断用户间可否实现***资源复用的步骤，用于判断所述用户间的所述空间隔离度是否满足要求，如满足要求，则所述用户间可以实现***资源复用，否则，所述用户间无法实现***资源复用。

上述空分多址通信***资源分配实现方法，其特征在于，所述空间特征参数包括：用户信号的波达角和上行接收功率角谱的峰均比。

上述空分多址通信***资源分配实现方法，其特征在于，所述***资源分配步骤还进一步包括：

设定用户间波达角的夹角门限的步骤；

设定用户上行接收功率角谱的锐度门限的步骤。

上述空分多址通信***资源分配实现方法，其特征在于，所述用户间的空间隔离度是否满足要求的步骤进一步包括：判断用户的波达角之差是否超过所述夹角门限的步骤，如果是，则进一步判断所述用户各自的峰均比是否均超过所述锐度门限；如果否，则所述用户间的空间隔离度不满足要求。

上述空分多址通信***资源分配实现方法，其特征在于，在所述判断两用户各自的峰均比是否均超过所述锐度门限的步骤中，如所述峰均比均超过所述锐度门限，则所述用户间的空间隔离度满足要求，该用户间的***资源可以同时复用；否则所述用户间的空间隔离度不满足要求。

进一步的，本发明提供的应用上述空分多址通信***资源分配实现方法的资源分配实现装置，其特征在于，该装置包括：

空间特征参数计算模块，用于根据天线阵列上的各用户上行信号或信道估计，计算所述各用户的空间特征参数；

***资源分配模块，用于根据所述空间特征参数判定所述用户间的空间隔离度，并根据所述空间隔离度进行***资源分配；所述***资源分配模块进一步包括一判断模块，用于通过判断两用户之间的所述空间隔离度是否满足要求来判断两用户之间是否可实现***资源复用。

更进一步的，本发明提供的一种空分多址通信***，包括一***资源分配实现装置，其特征在于，所述***资源分配实现装置包括：

空间特征参数计算模块，用于根据天线阵列上的各用户上行信号或信道估计，计算所述各用户的空间特征参数；

***资源分配模块，用于根据所述空间特征参数判定所述用户间的空间隔离度，并根据所述空间隔离度进行***资源分配；所述***资源分配模块进一步包括一判断模块，用于通过判断用户间的所述空间隔离度是否满足要求来判断用户间是否可实现***资源复用。

与现有技术相比，本发明的空分多址通信***资源分配实现方法及装置，基于用户信号的波达角以及上行接收功率角谱的峰均比两个空间特征参数，判定用户间的空间隔离度，并据此实现***资源分配。当用户之间的空间隔离度满足要求时，则可以同时实现时间、频率以及码道等***资源复用，从而达到增加***容量、提高无线数据传输速率等目的。

附图说明

图1是本发明实施例空分多址通信***资源分配实现方法流程图；

图2是本发明实施例空分多址通信***资源分配实现装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例详细描述本发明，以更进一步了解本发明之目的、方案及功效，但并非作为对本发明所附权利要求保护范围的限制。

图1是本发明实施例空分多址通信***资源分配实现方法的流程图；参考图1，本发明的空分多址***资源分配实现方法，包括：

步骤S10，根据天线阵列上的各用户上行信号或信道估计，获得所述各用户的空间特征参数，所述空间特征参数包括：用户信号的波达角和上行接收功率角谱的峰均比；

步骤S20，根据所述空间特征参数判定所述用户间的空间隔离度，并根据所述空间隔离度进行***资源分配。

上述步骤S10进一步包括：

步骤S101，获取用户信号波达角：

针对天线阵列，用户k的上行信号矩阵或信道估计矩阵为

$H^{\left(k\right)}={\left[\begin{array}{cccc}{h}_0^{(k,0)}& h_1^{(k,0)}& ...& h_{W-1}^{(k,0)}\\ h_0^{(k,1)}& h_1^{(k,1)}& ...& h_{W-1}^{(k,1)}\\ ...& ...& ...& ...\\ h_0^{(k,M-1)}& h_1^{(k,M-1)}& ...& h_{W-1}^{(k,M-1)}\end{array}\right]}_{M\×W}...\left(1\right)$

式中，M表示天线通道数，W表示上行信号长度或信道估计窗长。

空间协方差矩阵表示为

R^(k)＝H^(k)·(H^(k))^H                                    (2)

式中，(·)^H表示共轭转置运算。

在角度覆盖范围内，用户k、θ方向上对应的上行接收功率的角谱表示为

P^(k)(θ)＝(w(θ))^H·R^(k)·w(θ)                        (3)

式中，w(θ)为与阵列流形和方位角θ有关的矢量，通常采用导向矢量，即w(θ_i)＝a(θ_i)。

用户k的信号波达角估计表示为

${\mathrm{\θ}}^{\left(k\right)}=\underset{\mathrm{\θ}}{\arg }\left\{\max \left(P^{\left(k\right)}\left(\mathrm{\θ}\right)\right)\right\}---\left(4\right)$

步骤S102，获取用户上行接收功率角谱的峰均比：

设定用户k接收功率角谱的峰值窗：[θ^(k)-α·Ω，θ^(k)+α·Ω]，其中，Ω为天线阵列的半功率主瓣宽度，参数 $\mathrm{\α}\≥\frac{1}{3}.$

在角度覆盖范围内，峰值功率可表示为上行接收功率的最大值，也可表示为峰值窗内的功率均值，即：

$P_p^{\left(k\right)}=\max \left(P^{\left(k\right)}\left(\mathrm{\θ}\right)\right)=P^{\left(k\right)}\left({\mathrm{\θ}}^{\left(k\right)}\right)---\left(5\right)$

$P_p^{\left(k\right)}=\frac{1}{N_1}\·\underset{n=0}{\overset{N_1-1}{\mathrm{\Σ}}}{P}^{\left(k\right)}\left({\mathrm{\θ}}_n\right),{\mathrm{\θ}}_n\∈[{\mathrm{\θ}}^{\left(k\right)}-\mathrm{\α}\·\mathrm{\Ω},{\mathrm{\θ}}^{\left(k\right)}+\mathrm{\α}\·\mathrm{\Ω}]---\left(6\right)$

式中N₁表示峰值窗内上行接收功率的采样数。

在角度覆盖范围内，均值功率表示为峰值窗外的功率均值，即：

$P_m^{\left(k\right)}=\frac{1}{N_2}\·\underset{n=0}{\overset{N_2-1}{\mathrm{\Σ}}}{P}^{\left(k\right)}\left({\mathrm{\θ}}_n\right),{\mathrm{\θ}}_n\∉[{\mathrm{\θ}}^{\left(k\right)}-\mathrm{\α}\·\mathrm{\Ω},{\mathrm{\θ}}^{\left(k\right)}+\mathrm{\α}\·\mathrm{\Ω}]---\left(7\right)$

式中N₂表示峰值窗外上行接收功率的采样数。

那么，用户k的上行接收功率角谱的峰均比表示为：

${\mathrm{\η}}^{\left(k\right)}=\frac{P_p^{\left(k\right)}}{P_m^{\left(k\right)}}---\left(8\right)$

本发明的方法还包括一设定用户间波达角的夹角门限和用户上行接收功率角谱的锐度门限的步骤；在本实施例中，设定用户间波达角的夹角门限Θ和用户上行接收功率角谱的锐度门限Γ。

上述步骤S20进一步包括：

步骤S201，判断两用户的波达角之差是否超过所述夹角门限，是，则执行步骤S202，否则所述两用户之间的空间隔离度不满足要求，两用户间无法实现***资源复用。

步骤S202，判断所述两用户各自的峰均比是否均超过所述锐度门限，如所述峰均比均超过所述锐度门限，则所述两用户之间的空间隔离度满足要求，该两用户间的***资源可以同时复用；否则所述两用户之间的空间隔离度不满足要求，两用户间无法实现***资源复用。

根据上述步骤S201和步骤S202，针对用户k和用户l，若同时满足

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δ\θ}=|{\mathrm{\θ}}^{\left(k\right)}-{\mathrm{\θ}}^{\left(l\right)}|\≥\mathrm{\Θ}\\ \min ({\mathrm{\η}}^{\left(k\right)},{\mathrm{\η}}^{\left(l\right)})\≥\mathrm{\Γ}\end{array}\right.---\left(9\right)$

则用户k和用户l之间的空间隔离度满足要求，可以同时实现时间、频率以及码道等***资源复用，即用户k和用户l之间的时间、频率以及码道等***资源可以完全一致；否则，用户k和用户l之间无法同时实现***资源复用，即必须在时间、频率或码道等方面加以区分。

天线阵列的天线间距与阵列类型有关。一般情况下，线阵的天线间距为半载波波长；而圆阵的天线间距约为0.4～0.6倍的载波波长。

夹角门限Θ与天线阵列的半功率主瓣宽度有关，通常Θ≥β·Ω，其中Ω为主瓣宽度，参数β≥2。

用户上行接收功率角谱的峰均比可以有效地反映出接收功率角谱的尖锐程度(锐度)，同样在一定程度上可以作为用户多径角谱扩展的一个有效的衡量参数。通常锐度门限Γ≥10dB。

图2是本发明实施例空分多址通信***资源分配实现装置示意图。参考图2，本发明提供的空分多址通信***资源分配实现装置10，包括：空间特征参数计算模块100，用于根据天线阵列上的各用户上行信号或信道估计，计算所述各用户的空间特征参数；***资源分配模块200，用于根据所述空间特征参数判定所述用户间的空间隔离度，并根据所述空间隔离度进行***资源分配；所述***资源分配模块进一步包括一判断模块201，用于通过判断两用户之间的所述空间隔离度是否满足要求来判断两用户之间是否可实现***资源复用。

综上所述，本发明提供的空分多址通信***资源分配实现方法及装置，基于用户信号的波达角以及上行接收功率角谱的峰均比两个空间特征参数，判定用户间的空间隔离度，并据此实现***资源分配。当用户之间的空间隔离度满足要求时，则可以同时实现时间、频率以及码道等***资源复用，从而达到了增加***容量、提高无线数据传输速率等目的。

在图1和图2中，本发明所揭示的一种空分多址通信***，包括空分多址通信***资源分配实现装置10，通过该空分多址通信***资源分配实现装置10可以实现图1所示方法。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1、一种空分多址通信***资源分配实现方法，其特征在于，包括：

空间特征参数的获取步骤，用于根据天线阵列上的各用户上行信号或信道估计，获得所述各用户的空间特征参数；

***资源分配步骤，用于根据所述空间特征参数判定所述用户间的空间隔离度，并根据所述空间隔离度进行***资源分配。

2、根据权利要求1所述的空分多址通信***资源分配实现方法，其特征在于，所述***资源分配步骤进一步包括：

一判断用户间可否实现***资源复用的步骤，用于判断所述用户间的所述空间隔离度是否满足要求，如满足要求，则所述用户间可以实现***资源复用，否则，所述用户间无法实现***资源复用。

3、根据权利要求2所述的空分多址通信***资源分配实现方法，其特征在于，所述空间特征参数包括：用户信号的波达角和上行接收功率角谱的峰均比。

4、根据权利要求2所述的空分多址通信***资源分配实现方法，其特征在于，所述***资源分配步骤还进一步包括：

设定用户间波达角的夹角门限的步骤；

设定用户上行接收功率角谱的锐度门限的步骤。

5、根据权利要求2所述的空分多址通信***资源分配实现方法，其特征在于，所述用户间的空间隔离度是否满足要求的步骤进一步包括：判断用户的波达角之差是否超过所述夹角门限的步骤，如果是，则进一步判断所述用户各自的峰均比是否均超过所述锐度门限；如果否，则所述用户间的空间隔离度不满足要求。

6、根据权利要求5所述的空分多址通信***资源分配实现方法，其特征在于，在所述判断两用户各自的峰均比是否均超过所述锐度门限的步骤中，如所述峰均比均超过所述锐度门限，则所述用户间的空间隔离度满足要求，该用户间的***资源可以同时复用；否则所述用户间的空间隔离度不满足要求。

7、根据权利要求3所述的空分多址通信***资源分配实现方法，其特征在于，所述用户信号的波达角估计以下式表示：

${\mathrm{\θ}}^{\left(k\right)}=\underset{\mathrm{\θ}}{\arg }\left\{\max \left(P^{\left(k\right)}\left(\mathrm{\θ}\right)\right)\right\},$

其中，P^(k)(θ)表示用户k在θ方向上对应的上行接收功率的角谱，其可以下式表示：

P^(k)(θ)＝(w(θ))^H·R^(k)·w(θ)，

其中，w(θ)为与阵列流形和方位角θ有关的矢量，R^(k)表示空间协方差矩阵，其可以下式表示：

R^(k)＝H^(k)·(H^(k))^H，

其中，(·)^H表示共轭转置运算，H^(k)表示用户k的上行信号或信道估计矩阵，可以下式表示：

$H^{\left(k\right)}={\left[\begin{array}{cccc}{h}_0^{(k,0)}& h_1^{(k,0)}& \·\·\·& h_{W-1}^{(k,0)}\\ h_0^{(k,1)}& h_1^{(k,1)}& \·\·\·& h_{W-1}^{(k,1)}\\ \·\·\·& \·\·\·& \·\·\·& \·\·\·\\ h_0^{(k,M-1)}& h_1^{(k,M-1)}& \·\·\·& h_{W-1}^{(k,M-1)}\end{array}\right]}_{M\×W},$

其中，M表示天线通道数，W表示上行信号长度或信道估计窗长。

8、根据权利要求3所述的空分多址通信***资源分配实现方法，其特征在于，所述上行接收功率角谱的峰均比以下式表示：

${\mathrm{\η}}^{\left(k\right)}=\frac{P_p^{\left(k\right)}}{P_m^{\left(k\right)}},$

其中，P_p ^(k)表示角度覆盖范围内上行接收功率的最大值或峰值窗内的功率均值，

P_m ^(k)表示角度覆盖范围内峰值窗外的功率均值，

所述上行接收功率的最大值P_p ^(k)以下式表示：

$P_p^{\left(k\right)}=\max \left(P^{\left(k\right)}\left(\mathrm{\θ}\right)\right)=P^{\left(k\right)}\left({\mathrm{\θ}}^{\left(k\right)}\right)$

所述峰值窗内的功率均值P_p ^(k)以下式表示：

$P_p^{\left(k\right)}=\frac{1}{N_1}\·\underset{n=0}{\overset{N_1-1}{\mathrm{\Σ}}}{P}^{\left(k\right)}\left({\mathrm{\θ}}_n\right),$

其中，N₁表示峰值窗内上行接收功率的采样数，

θ_n属于用户k接收功率角谱的峰值窗内，

所述峰值窗外的功率均值P_m ^(k)以下式表示：

$P_m^{\left(k\right)}=\frac{1}{N_2}\·\underset{n=0}{\overset{N_2-1}{\mathrm{\Σ}}}{P}^{\left(k\right)}\left({\mathrm{\θ}}_n\right),$

其中，N₂表示峰值窗外上行接收功率的采样数，

θ_n属于用户k接收功率角谱的峰值窗外，

所述用户k接收功率角谱的峰值窗以下式表示：[θ^(k)-α·Ω，θ^(k)+α·Ω]，其中，Ω为天线阵列的半功率主瓣宽度，参数 $\mathrm{\α}\≥\frac{1}{3}.$

9、一种利用权利要求1～8中任一项所述的空分多址通信***资源分配实现方法的资源分配实现装置，其特征在于，该装置包括：

空间特征参数计算模块，用于根据天线阵列上的各用户上行信号或信道估计，计算所述各用户的空间特征参数；

***资源分配模块，用于根据所述空间特征参数判定所述用户间的空间隔离度，并根据所述空间隔离度进行***资源分配；所述***资源分配模块进一步包括一判断模块，用于通过判断两用户之间的所述空间隔离度是否满足要求来判断两用户之间是否可实现***资源复用。

10、一种空分多址通信***，包括一***资源分配实现装置，其特征在于，所述***资源分配实现装置包括：

空间特征参数计算模块，用于根据天线阵列上的各用户上行信号或信道估计，计算所述各用户的空间特征参数；

***资源分配模块，用于根据所述空间特征参数判定所述用户间的空间隔离度，并根据所述空间隔离度进行***资源分配；所述***资源分配模块进一步包括一判断模块，用于通过判断用户间的所述空间隔离度是否满足要求来判断用户间是否可实现***资源复用。

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