專利名稱：一種交叉極化天線系統(tǒng)接收合并方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線通信技術領域，更具體的說，是涉及一種交叉極化天線系統(tǒng)接收合并方法及裝置。
背景技術：
分集接收是MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)的關鍵技術之一，主要指多個天線接收來自多個信道的承載同一信息的多個獨立信號副本，由于上述獨立信號副本不可能同時處于深衰落情況中，因此在任一給定的時刻至少可以保證有一個強度足夠大的信號副本提供接收機使用，從而提高了接收信號的信噪比。上述多個獨立信號副本由交叉極化天線系統(tǒng)進行分集接收合并。交叉極化天線系統(tǒng)中包括多個交叉極化天線，當上述交叉極化天線數(shù)目較多時，硬件需進行的運算量較大， 處理效率低。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明實施例提供了一種交叉極化天線系統(tǒng)接收合并方法及裝置，以克服現(xiàn)有技術中，硬件運算量大，處理效率低的問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案一種交叉極化天線系統(tǒng)接收合并方法，包括將所述交叉極化天線系統(tǒng)中的交叉極化天線按極化方向分成天線子陣，每一天線子陣中包括極化方向相同的陣元；分別對每一天線子陣進行權值矩陣計算，以及利用所述權值矩陣對相應的天線子陣進行歸一化系數(shù)計算；利用所述權值矩陣對相應的天線子陣接收的非導頻信號進行信道均衡，得到均衡
結果；根據(jù)所述天線子陣的均衡結果和歸一化系數(shù)，進行天線陣合并和歸一化系數(shù)調整，得到非導頻信號的合并結果。一種交叉極化天線系統(tǒng)接收合并裝置，包括交叉極化天線，用于接收上行信號；天線子陣分配單元，用于將所述交叉極化天線按極化方向分成天線子陣，每一天線子陣中包括極化方向相同的陣元；權值計算單元，用于分別對每一天線子陣進行權值矩陣計算；歸一化系數(shù)計算單元，用于利用所述權值計算單元計算得到的權值矩陣，對相應的天線子陣進行歸一化系數(shù)計算；天線子陣均衡計算單元，用于利用所述權值矩陣對相應的天線子陣接收的非導頻信號進行信道均衡，得到均衡結果；調整單元，用于根據(jù)所述天線子陣的均衡結果和歸一化系數(shù)，進行天線陣合并和歸一化系數(shù)調整，得到非導頻信號的合并結果。經(jīng)由上述的技術方案可知，在接收合并時，本發(fā)明實施例將交叉極化天線按極化方向分成天線子陣，避免了對高維數(shù)矩陣進行求逆運算，而是采用對低維數(shù)矩陣進行矩陣分解。此時，硬件可分別對各個子陣進行相同的計算處理，從而降低了運算量，提高了處理效率。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實施例提供的交叉極化天線系統(tǒng)接收合并方法流程圖；圖2為本發(fā)明實施例提供的交叉極化天線系統(tǒng)接收合并方法另一流程圖；圖3為本發(fā)明實施例提供的交叉極化天線系統(tǒng)接收合并裝置結構示意圖；圖4為本發(fā)明實施例提供的交叉極化天線系統(tǒng)接收合并裝置另一結構示意圖；圖5為本發(fā)明實施例提供的交叉極化天線系統(tǒng)接收合并裝置又一結構示意圖；圖6為本發(fā)明實施例提供的八天線系統(tǒng)的結構示意圖；圖7為本發(fā)明實施例提供的八天線系統(tǒng)的劃分天線子陣示意圖；圖8為本發(fā)明實施例提供的基于八天線系統(tǒng)的原理圖；圖9為本發(fā)明實施例提供的交叉極化天線系統(tǒng)接收合并方法又一流程圖；圖10為基于圖9的天線子陣內(nèi)的計算示意圖；圖11為本發(fā)明實施例提供的交叉極化天線系統(tǒng)接收合并裝置又一結構示意圖。
具體實施例方式為了引用和清楚起見，下文中使用的技術名詞的說明、簡寫或縮寫總結如下PRB =Physical Resource Block,物理資源塊；LTE =Long Term Evolution，長期演進；OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing, WA-M^ ；ΜΙΜΟ :Multiple-Input Multiple—Output，多進多出。下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。3GPP LTE 采用 OFDM、MIMO (Multiple-Input Multiple-Output)等先進的無線傳輸技術、扁平化網(wǎng)絡結構和全IP系統(tǒng)架構，是具有更高的峰值速率、更短的傳輸時延的新一代移動通信技術。在高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r，對可靠性要求也顯著提高，尤其在惡劣的自然環(huán)境下，也要求較高的數(shù)據(jù)傳輸可靠性。MIMO技術的基本出發(fā)點是將用戶數(shù)據(jù)分解為多個并行的數(shù)據(jù)流，在指定的帶寬內(nèi)由多個發(fā)射天線同時刻發(fā)射，后由多個接收天線接收。然后根據(jù)各個并行數(shù)據(jù)流的空間特性，利用解調技術，最終恢復出原數(shù)據(jù)流。為了對抗更大的時變衰落和多徑干擾，提高傳輸可靠性，通常使用分集接收技術。 分集接收是MIMO的關鍵技術之一，主要指多個天線接收來自多個信道的承載同一信息的多個獨立信號副本，由于上述獨立信號副本不可能同時處于深衰落情況中，因此在任一給定的時刻至少可以保證有一個強度足夠大的信號副本提供接收機使用，從而提高了接收信號的信噪比。上述多個獨立信號副本由交叉極化天線系統(tǒng)進行分集接收合并。交叉極化天線系統(tǒng)中包括多個交叉極化天線，當上述交叉極化天線數(shù)目較多時，硬件須進行的運算量較大， 處理效率低。為解決上述問題，本發(fā)明實施例提供了一種交叉極化天線系統(tǒng)接收合并方法，參見圖1和圖2，該方法至少包括Si、將交叉極化天線系統(tǒng)中的交叉極化天線按極化方向分成天線子陣，每一天線子陣中包括極化方向相同的陣元；S2、分別對每一天線子陣進行權值矩陣計算，以及利用所述權值矩陣對相應的天線子陣進行歸一化系數(shù)計算；在具體實現(xiàn)時，步驟S2可細化為S21、通過將權值矩陣的共軛轉置與通過信道估計得到的信道系數(shù)矩陣相乘，得到歸一化系數(shù)。S3、利用所述權值矩陣對相應的天線子陣接收的非導頻信號進行信道均衡，得到均衡結果；需要注意的是，上述非導頻信號可由非導頻子載波數(shù)據(jù)矩陣構成。因此，在具體實現(xiàn)時，步驟S3可細化為S31、將權值矩陣的共軛轉置與天線子陣接收到的非導頻子載波數(shù)據(jù)矩陣相乘，得到上述均衡結果。S4、根據(jù)所述天線子陣的均衡結果和歸一化系數(shù)，進行天線陣合并和歸一化系數(shù)調整，得到非導頻信號的合并結果。該非導頻信號的合并結果即為最終接收合并的信號。在本發(fā)明其他實施例中，步驟S4可具體包括如下步驟S41、對各天線子陣的均衡結果求和，得到總均衡結果；S42、對各天線子陣的歸一化系數(shù)求和，得到總歸一化系數(shù)；S43、將總均衡結果除以總歸一化系數(shù)，得到所述非導頻信號的合并結果。在本發(fā)明其他實施例中，如果按照最大比合并(MRC)算法，上述實施例中的權值矩陣可通過將上述通過信道估計得到的信道系數(shù)矩陣的共軛轉置作為權值矩陣的共軛轉置來得到。而如果按照干擾抑制合并(IRC)算法，則上述實施例中的權值矩陣可通過將上述通過信道估計得到的信道系數(shù)矩陣的共軛轉置與對應的天線子陣的干擾加噪聲信號的協(xié)方差矩陣的逆矩陣相乘，得到權值矩陣的共軛轉置來得到。上述干擾加噪聲信號的協(xié)方差矩陣又可通過將干擾加噪聲信號矩陣與其自身的共軛轉置相乘后計算統(tǒng)計平均得出。至于干擾加噪聲信號矩陣既可通過現(xiàn)有技術獲得，也可通過如下方式獲得
利用天線子陣接收的導頻信號作為參考信號與本地參考信號進行復相關后，得到含有干擾加噪聲信號的信道系數(shù)矩陣；將所述含有干擾加噪聲信號的信道系數(shù)矩陣與通過信道估計得到的信道系數(shù)矩陣相減，得到所述干擾加噪聲信號矩陣。與之相對應，本發(fā)明實施例還提供了一種交叉極化天線系統(tǒng)接收合并裝置，圖3 示出了其一種結構，包括交叉極化天線1，用于接收上行信號；天線子陣分配單元2，用于將交叉極化天線系統(tǒng)中的交叉極化天線按極化方向分成天線子陣，每一天線子陣中包括極化方向相同的陣元；權值計算單元3，用于分別對每一天線子陣進行權值矩陣計算；歸一化系數(shù)計算單元4，用于利用權值計算單元3計算得到的權值矩陣，對相應的天線子陣進行歸一化系數(shù)計算；天線子陣均衡計算單元5，用于利用上述權值矩陣對相應的天線子陣接收的非導頻信號進行信道均衡，得到均衡結果；調整單元6，用于根據(jù)上述天線子陣的均衡結果和歸一化系數(shù)，進行天線陣合并和歸一化系數(shù)調整，得到非導頻信號的合并結果。在本發(fā)明其他實施例中，參見圖4，上述調整單元6可包括均衡結果合并單元7，用于對各天線子陣的均衡結果求和，得到總均衡結果；歸一化系數(shù)合并單元8，用于對各天線子陣的歸一化系數(shù)求和，得到總歸一化系數(shù)；除法計算單元9，用于將所述總均衡結果除以所述總歸一化系數(shù)，得到所述非導頻信號的合并結果。如前所述，根據(jù)算法不同，權值矩陣計算可通過將通過信道估計得到的信道系數(shù)矩陣的共軛轉置作為權值矩陣的共軛轉置；或者，將通過信道估計得到的信道系數(shù)矩陣的共軛轉置與對應的天線子陣的干擾加噪聲信號的協(xié)方差矩陣的逆矩陣相乘，得到權值矩陣的共軛轉置；所述干擾加噪聲信號的協(xié)方差矩陣通過將干擾加噪聲信號矩陣與其自身的共軛轉置相乘后計算統(tǒng)計平均得出。而在按照IRC算法時，參見圖5，以上所有實施例中的裝置還可包括干擾加噪聲信號計算單元10和信道系數(shù)矩陣計算單元11，其中信道系數(shù)矩陣計算單元10，用于利用天線子陣接收的導頻信號作為參考信號與本地參考信號進行復相關后，得到含有干擾加噪聲信號的信道系數(shù)矩陣；干擾加噪聲信號計算單元11，用于將所述含有干擾加噪聲信號的信道系數(shù)矩陣與所述通過信道估計得到的信道系數(shù)矩陣相減，得到所述干擾加噪聲信號矩陣。為便于理解，現(xiàn)以基站接收端的八天線系統(tǒng)為例，對本發(fā)明的技術方案作進一步的描述。圖6示出了八天線系統(tǒng)的一種結構，其包括陣元1-8。假設發(fā)送端為1根天線，接收端為N(在本實施例中，N為8)天線系統(tǒng)，則接收信號模型可以表示為
r = hx+n其中r為NXl的接收信號，χ表示傳輸信號，h為NXl的信道系數(shù)，η為NXl的干擾加噪聲信號。而接收端合并信號可以表示為y = wHr，g卩y = wH (hx+n)，y表示合并的信號，w表示權值向量，上標H表示共軛轉置。在求解w時，IRC算法基于根據(jù)信號與干擾加噪聲信號功率比最大(MSINR)準貝U。 根據(jù)該準則如下公式
EUwh hx){wH hxf λ wHhhHwSINR - LV 八 7 J -
E[(wH n)(wH n)H ] wH E[nnH]w這里假設傳輸信號能量歸一化，即E[xxh] = I，I為單位矩陣。R = E[nnH]為干擾加噪聲信號的協(xié)方差矩陣。其中，E[ ·]表示對矩陣計算統(tǒng)計平均。則上述公式可化為 r η DTllm wHhhH WSINR = ~Ti——
whRw由廣義瑞利商定理可知，當w為矩陣fhh11的最大特征值對應的特征向量時，SINR 最大，最后可以得到權值矩陣為/ = hY1 (上標-1表示矩陣求逆操作)。對于八天線系統(tǒng)來說η為8X1的矩陣，R為8X8的矩陣。在存在有色干擾時，干擾抑制合并算法能有效的抑制干擾，但是現(xiàn)有技術，還存在干擾加噪聲信號的協(xié)方差矩陣很難估計準確(現(xiàn)有技術直接采用接收信號的自相關矩陣近似估計干擾加噪聲信號的協(xié)方差矩陣)，同時當八天線矩陣維數(shù)為8時，矩陣求逆操作運算量大。而本發(fā)明的技術方案可解決上述問題，詳情請參見后續(xù)內(nèi)容。在求解w時，如根據(jù)MRC算法，則不考慮干擾或者將干擾當做是白噪聲處理，此時協(xié)方差矩陣R只有對角線上的元素，其它元素為0，R= ο2Ι(σ2為噪聲功率)。忽略系數(shù)可以將權值簡寫為/ = hH。在介紹完IRC算法和MRC算法后，現(xiàn)介紹基于八天線系統(tǒng)的技術方案的核心思相.根據(jù)IRC算法，忽略不同極化方向間的干擾，干擾加噪聲協(xié)方差矩陣R可簡化成塊
對角矩陣，即:
(上標h，ν分別表示極化方面)，之后可推導得到
權利要求
1.一種交叉極化天線系統(tǒng)接收合并方法，其特征在于，包括將所述交叉極化天線系統(tǒng)中的交叉極化天線按極化方向分成天線子陣，每一天線子陣中包括極化方向相同的陣元；分別對每一天線子陣進行權值矩陣計算，以及利用所述權值矩陣對相應的天線子陣進行歸一化系數(shù)計算；利用所述權值矩陣對相應的天線子陣接收的非導頻信號進行信道均衡，得到均衡結果；根據(jù)所述天線子陣的均衡結果和歸一化系數(shù)，進行天線陣合并和歸一化系數(shù)調整，得到非導頻信號的合并結果。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述天線子陣的均衡結果和歸一化系數(shù)，進行天線陣合并和歸一化系數(shù)調整，得到非導頻信號的合并結果具體實現(xiàn)包括對各天線子陣的均衡結果求和，得到總均衡結果；對各天線子陣的歸一化系數(shù)求和，得到總歸一化系數(shù)；將總均衡結果除以總歸一化系數(shù)，得到所述非導頻信號的合并結果。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用所述權值矩陣對相應的天線子陣進行歸一化系數(shù)計算的具體實現(xiàn)包括 將權值矩陣的共軛轉置與通過信道估計得到的信道系數(shù)矩陣相乘，得到歸一化系數(shù)。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述權值矩陣計算的具體實現(xiàn)包括 將通過信道估計得到的信道系數(shù)矩陣的共軛轉置作為權值矩陣的共軛轉置；或者， 將通過信道估計得到的信道系數(shù)矩陣的共軛轉置與對應的天線子陣的干擾加噪聲信號的協(xié)方差矩陣的逆矩陣相乘，得到權值矩陣的共軛轉置；所述干擾加噪聲信號的協(xié)方差矩陣通過將干擾加噪聲信號矩陣與其自身的共軛轉置相乘后計算統(tǒng)計平均得出。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述干擾加噪聲信號矩陣具體通過如下方式獲得利用天線子陣接收的導頻信號作為參考信號與本地參考信號進行復相關后，得到含有干擾加噪聲信號的信道系數(shù)矩陣；將所述含有干擾加噪聲信號的信道系數(shù)矩陣與所述通過信道估計得到的信道系數(shù)矩陣相減，得到所述干擾加噪聲信號矩陣。
6.如權利要求1-5任一項所述的方法，其特征在于，所述利用所述權值矩陣對相應的天線子陣接收的非導頻信號進行信道均衡，得到均衡結果的具體實現(xiàn)方式包括將權值矩陣的共軛轉置與天線子陣接收到的非導頻子載波數(shù)據(jù)矩陣相乘，得到所述均衡結果，所述非導頻子載波數(shù)據(jù)矩陣構成所述非導頻信號。
7.一種交叉極化天線系統(tǒng)接收合并裝置，其特征在于，包括 交叉極化天線，用于接收上行信號；天線子陣分配單元，用于將所述交叉極化天線按極化方向分成天線子陣，每一天線子陣中包括極化方向相同的陣元；權值計算單元，用于分別對每一天線子陣進行權值矩陣計算； 歸一化系數(shù)計算單元，用于利用所述權值計算單元計算得到的權值矩陣，對相應的天線子陣進行歸一化系數(shù)計算；天線子陣均衡計算單元，用于利用所述權值矩陣對相應的天線子陣接收的非導頻信號進行信道均衡，得到均衡結果；調整單元，用于根據(jù)所述天線子陣的均衡結果和歸一化系數(shù)，進行天線陣合并和歸一化系數(shù)調整，得到非導頻信號的合并結果。
8.如權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述調整單元包括均衡結果合并單元，用于對各天線子陣的均衡結果求和，得到總均衡結果； 歸一化系數(shù)合并單元，用于對各天線子陣的歸一化系數(shù)求和，得到總歸一化系數(shù)； 除法計算單元，用于將所述總均衡結果除以所述總歸一化系數(shù)，得到所述非導頻信號的合并結果。
9.如權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述權值矩陣計算的具體實現(xiàn)包括 將通過信道估計得到的信道系數(shù)矩陣的共軛轉置作為權值矩陣的共軛轉置；或者， 將通過信道估計得到的信道系數(shù)矩陣的共軛轉置與對應的天線子陣的干擾加噪聲信號的協(xié)方差矩陣的逆矩陣相乘，得到權值矩陣的共軛轉置；所述干擾加噪聲信號的協(xié)方差矩陣通過將干擾加噪聲信號矩陣與其自身的共軛轉置相乘后計算統(tǒng)計平均得出。
10.如權利要求9所述的裝置，其特征在于，還包括干擾加噪聲信號計算單元和信道系數(shù)矩陣計算單元，其中信道系數(shù)矩陣計算單元，用于利用天線子陣接收的導頻信號作為參考信號與本地參考信號進行復相關后，得到含有干擾加噪聲信號的信道系數(shù)矩陣；干擾加噪聲信號計算單元，用于將所述含有干擾加噪聲信號的信道系數(shù)矩陣與所述通過信道估計得到的信道系數(shù)矩陣相減，得到所述干擾加噪聲信號矩陣。
全文摘要
本發(fā)明實施例提供了一種交叉極化天線系統(tǒng)接收合并方法及裝置，以克服現(xiàn)有技術中，硬件運算量大，處理效率低的問題。該方法包括將交叉極化天線按極化方向分成天線子陣；分別對每一天線子陣進行權值矩陣計算，以及利用權值矩陣對相應的天線子陣進行歸一化系數(shù)計算；利用權值矩陣對相應的天線子陣接收的非導頻信號進行信道均衡，得到均衡結果；根據(jù)天線子陣的均衡結果和歸一化系數(shù)，進行天線陣合并和歸一化系數(shù)調整，得到非導頻信號的合并結果?？芍诮邮蘸喜r，本發(fā)明實施例將交叉極化天線按極化方向分成天線子陣，避免了對高維數(shù)矩陣進行求逆運算。硬件可分別對各個子陣進行相同的計算處理，從而降低了運算量，提高了處理效率。
文檔編號H04B7/08GK102315873SQ20111026361
公開日2012年1月11日 申請日期2011年9月7日 優(yōu)先權日2011年9月7日
發(fā)明者姜韜, 解東瑞 申請人:北京北方烽火科技有限公司