CN1474608A - 无线通信***中基于时分双工的信号发射和接收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线通信***中基于时分双工的信号发射和接收方法，该方法在基站侧和移动台侧分别设置多个天线，所述多个天线按照各个天线接收到的噪声相互独立的原则设置，这样，移动台测量本侧不同接收天线上的接收信号，选定其中的一根天线，作为上行发射天线，在下一个上行发射时刻，以该选定的天线作为发射天线，上行发射信号，基站也根据在本侧多根天线上接收到的移动台的信号，选定其中的一根天线，作为下行发射天线，在下一个下行发射时刻，向移动台发射信号；采用上述方法可以提高高速数据的传输效率，并在信号接收端获得尽可能高的信干(噪)比。

Description

无线通信***中基于时分双工的信号发射和接收方法

技术领域

本发明涉及无线通信***中的信号发射和接收方法。

背景技术

无线通信为人们提供了随时随地相互联系以及获取信息的手段，因此在近几年中得到了迅速的普及。然而，在目前的无线环境中，由于移动的需求，无线信号的定向传输有一定的限制，这样就造成不同用户的无线通信相互之间不可避免地存在着互相干扰。为了保证各种无线通信的正常进行，无线频谱的使用一般都要受到严格的限制和管理，这样无线通信不可能象有线通信一样具有很大的带宽，因此，基于有限的可用无线频谱，如何能够增加无线通信***信息传输能力是迫切需要解决的问题。

在无线通信中，衰落的无线信道是阻碍有效通信实现的主要因素之一。为此，研究者提出了多天线发射/接收的技术，“在衰落环境下，使用多元天线的无线通信多层空时结构(G J Foschini，″Layered space-timearchitecture for wireless communication in fading environment when usingmulti-element antennas″，Bell Labs Technical Journal，pp.41-59，Autumn1996.)一文中就公开了上述技术，该技术可以在独立的平坦衰落信道假设下，保证高效率的高速数据传输通信。然而，由于无线通信相互之间干扰的影响，多天线接收的信干噪比并不很高；此外，由于无线接收的多个信道也不能随时保持相互独立，在每一个接收的单位时间内，互相之间仍然有较大的干扰，加上天线互相耦合等因素，多天线同时发射/接收的方法在实现上仍然存在效率被严重降低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无线通信***中基于时分双工的信号发射和接收方法，使用该方法可以提高高速数据的传输效率，并在信号接收端获得尽可能高的信干(噪)比。

为达到上述目的，本发明提供的无线通信***中基于时分双工的信号发射和接收方法，包括下述步骤：

步骤1：在基站侧和移动台侧分别设置多个天线，所述多个天线按照各个天线接收到的噪声相互独立的原则设置；

步骤2：移动台测量本侧不同接收天线上的接收信号，选定其中的一根天线，作为上行发射天线，在下一个上行发射时刻，以该选定的天线作为发射天线，在上行发射时间段内上行发射信号；

步骤3：基站根据在本侧多根天线上接收到的移动台的信号，选定其中的一根天线，作为下行发射天线，在下一个下行发射时刻，在下行发射时间段内向移动台发射信号。

步骤2所述移动台测量的不同天线上的接收信号，为基站发射的导频信号，也可以为基站发射的广播信号，还可以为基站向该移动台发射的专用信道信号。

步骤2和步骤3中所述的选定其中的一根天线为选择接收信号强度或者信噪比最高的天线。

步骤3所述基站在发射信号时，当基站侧多根天线信号的信道强相关时，同时选择基站侧的多根天线发射同样的信号，通过对不同天线做不同的加权，实现该信号的定向发射。

步骤1所述多个天线按照各个天线接收到的噪声相互独立的原则设置，对于基站侧，相邻天线间距离大于或等于

对于移动台侧，相邻天线之间的距离不小于

其中，a为基站的服务扇区角度，λ为载波波长。

也可以将基站侧和移动台侧的相邻天线之间的距离都设置为大于或等于1/2载波波长。

本发明采用天线单发射、多接收的方法进行无线信号的发射和接收，与现有的多天线发射、接收方法相比，不需要多个信号信道相互独立的条件，因此能够实用的环境更为广泛，在分集天线和智能天线中都可以得到应用。此外，由于采用单天线发射，发射信号的相互干扰降低，不仅接收处理简单、能够获得尽可能高的信干(噪)比，而且信号能量传输效率较高，因此更适于在无线环境中应用。此外，本发明方法由于采用单天线发射，因此没有多发射天线的信号在接收天线上进行同步的需求，更易于实现。

具体实施方式

在现有的多天线***中，其应用的前提是存在独立的瑞利衰落信道。由于实际环境的多样性，当接收天线相距为载波波长的一半时，信号所经历的衰落信道仍然有可能存在较大的相关性。然而，对于噪声而言，由于噪声信号的来波方位角分布在整个0到360度空间，另外，无线环境中的噪声信号一般是多个不同信号的合成，因此，对于相互之间距离大于等于载波波长一半的两根天线而言，其接收到的噪声基本上是相互独立的。

以两根接收天线为例，在其接收到的噪声相互独立时，对于单发射天线的发射信号而言，两个接收天线上的接收信号可以下列表示式表示：其中，r₁和r₂分别是天线1和天线2上的接收信号，S是单天线发射的符号，假设符号能量为E_S，h₁和h₂则分别是该符号到达两根接收天线时所经历的衰落信道，n₁和n₂则是两根天线接收的噪声。

按照现有的多天线发射和接收无线信号的方法，假设h₁和h₂是已知(或者已经估计)的平坦衰落信道，并且在信号接收的短时间内是不变或者缓慢变化的(这里不要求两个信道是相互独立的)，并且假设两根天线接收的噪声n₁和n₂是高斯噪声，噪声功率为σ²。从前面的讨论可以知道，当两根天线相距超过载波波长的一半时，这两个噪声信号相互独立。对天线的接收信号进行最大比合并，则合并后的信号： $r=h_1^{*}{r}_1+h_2^{*}{r}_2=({\left|h_1\right|}^2+{\left|h_2\right|}^2)S+(h_1^{*}{n}_1+h_2^{*}{n}_2)---\left(2\right)$ 得到的信号的信噪比为： $\mathrm{SNR}=\frac{{({\left|h_1\right|}^2+{\left|h_2\right|}^2)}^2{E}_S}{{\left|h_1\right|}^2{\mathrm{\σ}}^2+{\left|h_2\right|}^2{\mathrm{\σ}}^2}=({\left|h_1\right|}^2+{\left|h_2\right|}^2)\frac{E_S}{{\mathrm{\σ}}^2}---\left(3\right)$

原来两根接收天线的信噪比分别为 ${\left|h_1\right|}^2\frac{E_S}{{\mathrm{\σ}}^2},{\left|h_2\right|}^2\frac{E_S}{{\mathrm{\σ}}^2},$ 则由公式(3)可知，接收信号的信噪比得到了增强。由于信噪比的增强不需要信号信道独立的条件，而只需要噪声相互独立的条件；这一条件，在无线环境中容易得到满足，例如，在设置多天线时，只要不同天线相距超过载波波长的一半即可基本得到满足，无论是在基站侧，还是在移动终端侧。

下面对本发明的实施作进一步详细的描述。

在基于时分双工无线通信***中，首先在基站侧和移动台侧分别设置多个天线，上述多个天线按照各个天线接收到的噪声相互独立的原则设置，具体可以采用下述方法设置：基站侧的天线相互距离，可以依据服务的扇区角度a大小而定，使得相邻两天线的距离不小于载波半波长×360度/a，即相邻天线间距离大于或等于 也可以简单设置为载波波长的一半；移动台一侧的相邻天线的距离则不应小于载波波长一半，即相邻天线之间的距离大于或等于 移动台在接收基站广播信息时，可以检测多根接收天线所接收的信号的强度，在上行发射中，以前一时刻检测到的信号最强的那一根天线作为发射天线，在上行发射时间段内发射上行信号，该信号可以为基站发射的导频信号，也可以为基站发射的广播信号，还可以为基站向该移动台发射的专用信道信号。基站在接收到用户的发射信号后，可以用判断出来的接收信号最强的那一根天线作为下行发射天线，在下行发射时间段内向用户发射下行数据。无论在基站侧，还是在移动台侧，上述选定的一根发射天线为选择接收信号强度最高或者信噪比(信干比)最高的天线。当然，单发射天线的选择也可以根据其他的原则选定。

本发明所述方法不排除基站智能天线的使用。基站在下行发射中，如果多根天线存在完全相关或者强相关的情况，也可以用这多根天线实现定向发射。由于在定向发射中，多根天线发射的信号完全相同，所经历的信道也基本相同，差别仅仅在于加权值的不同，从而形成空间上的定向发射，因此其效果仍然等同于单根天线发射。

Claims (8)

1、一种无线通信***中基于时分双工的信号发射和接收方法，包括下述步骤：

步骤1：在基站侧和移动台侧分别设置多个天线，所述多个天线按照各个天线接收到的噪声相互独立的原则设置；

步骤2：移动台测量本侧不同接收天线上的接收信号，选定其中的一根天线，作为上行发射天线，在下一个上行发射时刻，以该选定的天线作为发射天线，在上行发射时间段内发射信号；

步骤3：基站根据在本侧多根天线上接收到的移动台的信号，选定其中的一根天线，作为下行发射天线，在下一个下行发射时刻，在下行发射时间段内向移动台发射信号。

2、根据权利要求1中所述的基于时分双工的信号发射和接收方法，其特征在于：步骤2所述移动台测量的不同天线上的接收信号，为基站发射的导频信号。

3、根据权利要求1中所述的基于时分双工的信号发射和接收方法，其特征在于：步骤2所述移动台测量的不同天线上的接收信号，为基站发射的广播信号。

4、根据权利要求1中所述的基于时分双工的信号发射和接收方法，其特征在于：步骤2所述移动台测量的不同天线上的接收信号，为基站向该移动台发射的专用信道信号。

5、根据权利要求1、2、3或4所述的基于时分双工的信号发射和接收方法，其特征在于：步骤2和步骤3中所述的选定其中的一根天线为选择接收信号强度或者信噪比最高的天线。

6、根据权利要求5中所述的基于时分双工的信号发射和接收方法，其特征在于：步骤3所述基站在发射信号时，当基站侧多根天线信号的信道强相关时，同时选择基站侧的多根天线发射同样的信号，通过对不同天线做不同的加权，实现该信号的定向发射。

7、根据权利要求6中所述的基于时分双工的信号发射和接收方法，其特征在于：步骤1所述多个天线按照各个天线接收到的噪声相互独立的原则设置，对于基站侧，相邻天线间距离大于或等于 对于移动台侧，相邻天线之间的距离大于或等于 其中，a为基站的服务扇区角度，λ为载波波长。

8、根据权利要求6中所述的基于时分双工的信号发射和接收方法，其特征在于：步骤1所述多个天线按照各个天线接收到的噪声相互独立的原则设置，基站侧和移动台侧的相邻天线之间的距离大于或等于

其中，λ为载波波长。