專利名稱：Mimo-cdma基站空間復(fù)用接收機系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及到多輸入多輸出(MIMO)碼分多址無線通信系統(tǒng)，特別是多用戶MIMO-CDMA基站的空間復(fù)用接收機系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
到目前為止，多媒體無線通信應(yīng)用的瓶頸問題是無線頻譜帶寬有限問題。為了解決這一問題，相繼提出智能天線(SA)，空時擴譜(STS)技術(shù)和MIMO(多輸入多輸出)技術(shù)來提高無線頻譜的利用率。在這三種技術(shù)中，雖然SA可以完全利用空間頻譜容量，但CDMA基站(BS)實施SA很困難，因為難以為每個移動臺提供獨立的空間波束。因此，CDMA2000標(biāo)準(zhǔn)和WCDMA標(biāo)準(zhǔn)并沒有將SA列入其標(biāo)準(zhǔn)中，只有TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)在基站(BS)中采用SA。為了得到空間互不相關(guān)的發(fā)射流，STS需要對發(fā)射數(shù)據(jù)流做空時編碼，接收機也需要對應(yīng)的空時解碼電路來恢復(fù)接收到的數(shù)據(jù)流。但這仍然很困難，特別是對移動臺(MS)的系統(tǒng)實現(xiàn)?，F(xiàn)有的STS技術(shù)涉及復(fù)雜的時間交換，增加了算法的復(fù)雜度和CDMA系統(tǒng)的實現(xiàn)代價。
與STS相比，現(xiàn)有的MIMO不要求空時編解碼，其接收機的解碼通過乘以轉(zhuǎn)置信道矩陣來恢復(fù)數(shù)據(jù)矢量。但只有當(dāng)MIMO信道高度獨立時，現(xiàn)有MIMO接收算法方可得到共信道干擾較小的解碼數(shù)據(jù)。在通常的實際應(yīng)用中，MIMO信道并非高度獨立，這將導(dǎo)致共信道干擾，嚴(yán)重影響通信質(zhì)量。
為了解決上述問題，本發(fā)明提出MIMO-CDMA基站采用逆信道矩陣來恢復(fù)發(fā)射信號，抑制共信道干擾?？紤]到算法復(fù)雜度和CDMA基站和移動臺的成本，本發(fā)明將MIMO CDMA系統(tǒng)的設(shè)計限制為BS兩個天線和MS兩個天線的情況，所提出的MIMO CDMA系統(tǒng)優(yōu)于現(xiàn)有其它MIMO CDMA系統(tǒng)的誤碼率性能。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的使使CDMA系統(tǒng)通過采用MIMO技術(shù)后增加系統(tǒng)的容量，實現(xiàn)信道的空間復(fù)用。
如果有基站和移動臺均采用兩個以上的天線，CDMA蜂窩內(nèi)的每一移動臺可獲得兩個以上的空間信道。但這是基于基站(BS)和移動站點(MSs)之間的空間信道是完全不相關(guān)的假設(shè)，要求MIMO信道矩陣的行向量互不相關(guān)。在大多數(shù)的應(yīng)用情況下，MIMO信道矩陣的行向量并非不相關(guān)，這就產(chǎn)生了MIMO信道中的共信道干擾，使得誤碼率性能不能滿足通信要求。為了解決這個問題，本發(fā)明提出基站接收機利用逆信道矩陣來對空間信號解碼。
一種MIMO-CDMA基站空分復(fù)用接收機系統(tǒng)，該MIMO-C D M A基站與其連接的多個移動臺均具有兩個天線，基站和移動臺的兩個天線間距分別為10倍的發(fā)射信號波長和4倍的發(fā)射信號波長，各移動臺按照如下步驟發(fā)射信號 步驟1)、將兩個信道的數(shù)據(jù)流使用一個擴譜碼進行擴頻，得到擴頻后信號s1和s2； 步驟2)、由兩根天線分別發(fā)射信號s1和s2；其中第k個移動臺的兩數(shù)據(jù)流

和

經(jīng)擴譜后，移動臺發(fā)射機通過兩個天線發(fā)射給基站，信號為

和
其中c(k)是一個長度為P的擴譜碼，用戶k的兩空間信道使用同一擴譜碼c(k)；MIMO-C D M A基站接收機以如下步驟得到還原數(shù)據(jù) 步驟3)、基站接收機存儲接收到的u1和u2； ；一個蜂窩有k個活動用戶，其中

和

為基站兩個天線接收到的第k個信號， 其中是移動臺發(fā)射機天線i到基站接收機天線j經(jīng)過獨立瑞利路徑的衰減系數(shù)；接收機天線j噪聲被規(guī)一化為CN(0，1)；零均值，方差為1的復(fù)高斯噪聲； 步驟4)、基站接收機將u1和u2乘以得到

和
步驟5)、基站接收機使用第k個移動用戶的本地擴譜碼c(k)，k＝1，...N提取其數(shù)據(jù)流

和
和 [c(i)]Hc(j)＝0，i，j∈{k＝1，...N}，i≠j，“H”表示復(fù)共軛轉(zhuǎn)置。
上述的步驟1)各移動用戶用的擴譜碼c(k)，k＝1，...N是相互正交的，[c(i)]Hc(j)＝0，i，j∈{k＝1，...N}，i≠j，“H”表示復(fù)共軛轉(zhuǎn)置。
上述的步驟1)各移動用戶對其兩空間信道使用同一擴譜碼c(k)，k＝1，...N。
基站和移動臺的兩個天線間距分別為10倍的發(fā)射信號波長和4倍的發(fā)射信號波長基站接收機使計算可行。
上述的步驟5)中判決的方法是 如果判決器輸入信號的實部大于零，則輸出1， 如果判決器輸入信號的實部小于零，則輸出-1。
上述的步驟4)中的信道矩陣參數(shù)由MIMO-C D M A基站通過上行導(dǎo)引序列估計。
本發(fā)明的實施例仿真表明盡管在MIMO-CDMA系統(tǒng)中，MIMO信道并非完全不相關(guān)，但通過本發(fā)明方法可得到較高的通信容量和較好BER(錯誤比特率)性能。



下面通過附圖及實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)闡述。
圖1是MIMO信道與MIMO-CDMA系統(tǒng)框圖。
圖2是MIMO基站接收機框圖。
圖3是移動臺MIMO發(fā)射機的系統(tǒng)框圖。
圖4是移動臺MIMO發(fā)射機系統(tǒng)發(fā)射信號流程框圖。
圖5是MIMO基站接收機還原數(shù)據(jù)流程框圖。
圖6是64用戶時使用本發(fā)明方法的系統(tǒng)和未使用本發(fā)明方法的系統(tǒng)的誤碼性能比較曲線圖。

具體實施例方式 實施例1考慮在CDMA系統(tǒng)中，在基站和移動臺使用MIMO技術(shù)來提高系統(tǒng)的容量，實現(xiàn)信道的空間復(fù)用，不失一般性。在本發(fā)明的MIMO-CDMA系統(tǒng)中，基站和移動臺均使用兩個天線發(fā)射和接收數(shù)據(jù)流，基站和移動臺的兩個天線間距分別為10倍的發(fā)射信號波長和4倍的發(fā)射信號波長，發(fā)射基站和移動臺間欲通過兩空間信道通信，如圖1所示。
如圖3所示，第k個移動臺的兩數(shù)據(jù)流

和

經(jīng)擴譜后，移動臺發(fā)射機通過兩個天線發(fā)射給基站，信號為

和

如圖4所示， (1) 其中c(k)是一個長度為P的擴譜碼，用戶k的兩空間信道使用同一擴譜碼c(k)。采用MIMO技術(shù)的CDMA系統(tǒng)沒有增加額外的擴譜碼，僅在原有CDMA信道實現(xiàn)空間復(fù)用。
假定一個蜂窩有k個活動用戶，基站在兩個天線接收到的信號(2) 其中

和

為基站兩個天線接收到的第k個信號， 其中是移動臺發(fā)射機天線i到基站接收機天線j經(jīng)過獨立瑞利路徑的衰減系數(shù)。接收機天線j噪聲被規(guī)一化為CN(0，1)(零均值，方差為1的復(fù)高斯噪聲)。
基站通過反向?qū)б蛄泄烙嬓诺绤?shù)并從 得出本發(fā)明的MIMO-CDMA基站接收機算法。
由于基站和移動臺的兩個天線間距分別為10倍的發(fā)射信號波長和4倍的發(fā)射信號波長，為可逆。
本發(fā)明的MIMO-CDMA基站接收機算法步驟如下如圖5所示， 步驟(1)基站接收機存儲接收到的u1和u2； 步驟(2)基站接收機將u1和u2乘以得到

和
步驟(3)基站接收機使用第k個移動用戶的本地擴譜碼提取其數(shù)據(jù)流

和
實施例2 給出MIMO CDMA系統(tǒng)的計算機仿真結(jié)果。設(shè)MIMO CDMA系統(tǒng)的上行鏈路從MS到BS都使用兩個天線來發(fā)射和接收，并假定基站接收機獲得最佳信道估計。
為了簡化系統(tǒng)仿真，令移動用戶的數(shù)量為64，在MIMO CDMA系統(tǒng)中每個用戶的擴譜碼c(k)使用碼長為64的沃爾什碼，每個用戶的數(shù)據(jù)都采用BPSK方式進行調(diào)制。為了驗證MIMO-CDMA系統(tǒng)可用，選擇現(xiàn)有的MIMO CDMA系統(tǒng)接收機算法和本文提出的MIMO CDMA系統(tǒng)接收機算法，兩者使用相同的擴譜碼，CDMA蜂窩中用戶數(shù)相同。
在系統(tǒng)仿真中，本發(fā)明系統(tǒng)與現(xiàn)有系統(tǒng)基站在相同的SNR和信道條件下發(fā)射2000個長度為64的數(shù)據(jù)幀，其中信道矩陣均為獲得的BER結(jié)果如圖6所示。
觀察圖6中的仿真結(jié)果，可以看到采用目前的MIMO CDMA算法，MIMO-CDMA基站接收機在信噪比為
時不能正常工作，而且它的誤碼率大于0.176。然而，本發(fā)明的MIMO-CDMA基站接收機卻得到了很好的誤碼率性能。當(dāng)信噪比大于8時，誤碼率小于10-6。所以，本發(fā)明的MIMO-CDMA基站接收機在多用戶和低信噪比瑞利信道情況下是有效的。
上面雖然通過實施例描繪了本發(fā)明，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員知道，本發(fā)明有許多變形和變化而不脫離本發(fā)明的精神，所附的權(quán)利要求將包括這些變形和變化。
權(quán)利要求
1、一種MIMO-CDMA基站空分復(fù)用接收機系統(tǒng)，該MIMO-C D M A基站與其連接的多個移動臺均具有兩個天線，其特征在于，基站和移動臺的兩個天線間距分別為10倍的發(fā)射信號波長和4倍的發(fā)射信號波長，各移動臺按照如下步驟發(fā)射信號
步驟1)、將兩個信道的數(shù)據(jù)流使用一個擴譜碼進行擴頻，得到擴頻后信號s1和s2；
步驟2)、由兩根天線分別發(fā)射信號s1和s2；其中第k個移動臺的兩數(shù)據(jù)流
和
經(jīng)擴譜后，移動臺發(fā)射機通過兩個天線發(fā)射給基站，信號為
和
其中c(k)是一個長度為P的擴譜碼，用戶k的兩空間信道使用同一擴譜碼c(k)；
MIMO-C D M A基站以如下步驟得到還原數(shù)據(jù)
步驟3)、基站接收機存儲接收到的u1和u2；
；一個蜂窩有k個活動用戶，其中
和
為基站兩個天線接收到的第k個信號，
其中
i，j∈{1，2}是移動臺發(fā)射機天線i到基站接收機天線j經(jīng)過獨立瑞利路徑的衰減系數(shù)；接收機天線j噪聲
j∈{1，2}被規(guī)一化為CN(0，1)；零均值，方差為1的復(fù)高斯噪聲；
步驟4)、基站接收機將u1和u2乘以得到
和
步驟5)、基站接收機使用第k個移動用戶的本地擴譜碼提取其數(shù)據(jù)流
和
和
[c(i)]Hc(j)＝0，i，j∈{k＝1，...N}，i≠j，“H”表示復(fù)共軛轉(zhuǎn)置。
2、如權(quán)利要求1所述MIMO-C D M A基站空分復(fù)用接收機系統(tǒng)，其特征在于，步驟1)各移動用戶用的擴譜碼c(k)，k＝1，...N是相互正交的。
3、如權(quán)利要求1所述MIMO-C D M A基站空分復(fù)用接收機系統(tǒng)，其特征在于，步驟1)各移動用戶對其兩空間信道使用同一擴譜碼c(k)，k＝1，...N。
4、如權(quán)利要求1所述MIMO-C D M A基站空分復(fù)用接收機系統(tǒng)，其特征在于，基站和移動臺的兩個天線間距分別為10倍的發(fā)射信號波長和4倍的發(fā)射信號波長基站接收機使計算可行。
5、如權(quán)利要求1所述MIMO-C D M A基站空分復(fù)用接收機系統(tǒng)，其特征在于，其特征在于，步驟5)中判決的方法是
如果判決器輸入信號的實部大于零，則輸出1，
如果判決器輸入信號的實部小于零，則輸出-1。
6、如權(quán)利要求1所述MIMO-C D M A基站空分復(fù)用接收機系統(tǒng)，其特征在于，其特征在于，步驟4)中的信道矩陣參數(shù)
i，j∈{1，2}由MIMO-C D M A基站通過上行導(dǎo)引序列估計。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種MIMO-CDMA基站空間復(fù)用接收機系統(tǒng)。CDMA小區(qū)內(nèi)不同移動臺所處的空間位置不同，可以得到不同的信道參數(shù)矩陣。MIMO-CDMA基站接收機使用不同移動臺至基站的信道矩陣進行解調(diào)，再對解調(diào)信號分兩路解擴，對得到解擴后信號分別進行判決，得到各移動用戶的還原數(shù)據(jù)。本發(fā)明提供了應(yīng)用此方法的基站空間復(fù)用接收機電路。采用本發(fā)明，使每一連接用戶獲得兩個獨立的空間信道，提高CDMA系統(tǒng)的頻譜利用率，簡化MIMO-CDMA基站接收機的設(shè)計。
文檔編號H04B7/08GK101447819SQ20091007601
公開日2009年6月3日 申請日期2009年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月4日
發(fā)明者揚 肖 申請人:北京交通大學(xué)