專利名稱：基于極化分集增益最優(yōu)的基站變極化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線通信領(lǐng)域，特別涉及基于極化分集增益最優(yōu)的基站變極化最優(yōu)發(fā)送方法。
背景技術(shù)：
在無線通信領(lǐng)域，由于不同的極化方式同時(shí)經(jīng)歷深衰落的可能性很小，極化分集可獲得有效的分集增益。目前關(guān)于極化分集的研究主要集中在極化分集與空間分集性能對比分析研究、無線信道特性對極化分集增益的影響、發(fā)送和接收天線配置對極化分集增益的影響等方面。這些研究的最終目標(biāo)都是提高極化分集增益。為了提高極化分集增益，從接收分集的角度，現(xiàn)有研究表明，士45°雙極化天線分集接收是準(zhǔn)最優(yōu)的接收方式。事實(shí)上，接收端分集增益的大小同時(shí)也由發(fā)端天線極化配置決定。近期相關(guān)研究提出一種基于改變天線安裝角度的極化增益優(yōu)化方案，通過改變天線安裝角度，即等效于改變天線極化角α
cos a
使得接收端極化分集增益最大。然而一個極化狀態(tài)可以表述為Jones矢量形式.沖，即
smae^
一個極化狀態(tài)有極化角α與相對相位差Φ兩個自由度?；诟淖兲炀€安裝角度的極化增益優(yōu)化方案忽略了極化狀態(tài)相對相位差Φ這個自由度，僅是Φ = 0的一個特例。聯(lián)合優(yōu)化基站發(fā)送天線極化狀態(tài)對應(yīng)的極化角α與相對相位差Φ，能夠獲得更高的分集增益。

發(fā)明內(nèi)容
為了使接收端極化分集增益最大，本發(fā)明實(shí)例提供了一種基站端通過信道估計(jì)，建立分集增益最優(yōu)化目標(biāo)模型，通過群體智能粒子群優(yōu)化算法選擇匹配信道統(tǒng)計(jì)特性的最優(yōu)發(fā)送極化狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)基站端最優(yōu)變極化發(fā)送，所述技術(shù)方案如下基于極化分集增益最優(yōu)的基站變極化方法，包括基站估計(jì)信道獲取信道統(tǒng)計(jì)特性；依據(jù)信道統(tǒng)計(jì)特性和發(fā)送極化狀態(tài)，建立分集增益最優(yōu)化目標(biāo)模型；采用群體智能粒子群優(yōu)化算法求解最優(yōu)發(fā)送極化狀態(tài)；基站實(shí)現(xiàn)發(fā)送天線的變極化。本發(fā)明實(shí)例提供的技術(shù)方案的有益效果是通過估計(jì)信道統(tǒng)計(jì)特性，建立分集增益最優(yōu)化目標(biāo)模型，求解最優(yōu)發(fā)送天線極化狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)基站天線適應(yīng)極化信道統(tǒng)計(jì)特性，變極化最優(yōu)發(fā)射，使得接收端極化分集增益最大。


圖1 本發(fā)明實(shí)施例的通信系統(tǒng)發(fā)射框圖；圖2 本發(fā)明實(shí)施例的通信系統(tǒng)接收框圖；圖3 本發(fā)明實(shí)施例的最優(yōu)極化狀態(tài)選擇框圖4 本發(fā)明實(shí)施例帶來的分集增益效果對比具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。參見圖1 調(diào)制100 移動通信采用傳統(tǒng)調(diào)制，如數(shù)字蜂窩移動通信GSM(GlcAal System ofMobile communication)中采用的 GMSK(GaussianFilteredMinimumShiftKeying)調(diào)制。分路200 把一路信號分為兩路，作為正交發(fā)送天線的兩個副本。最優(yōu)極化狀態(tài)選擇300 基站估計(jì)信道的統(tǒng)計(jì)特性，建立接收極化分集增益最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)與信道統(tǒng)計(jì)特性、發(fā)送極化狀態(tài)關(guān)系，通過群體智能粒子群優(yōu)化算法，選擇最優(yōu)天線發(fā)送極化狀態(tài)，采用變極化技術(shù)等效改變天線極化狀態(tài)。數(shù)模轉(zhuǎn)換400 實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號向模擬信號轉(zhuǎn)換。正交雙極化天線發(fā)射500 正交雙極化天線作為變極化的硬件基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)信號通過射頻天線向接收端輻射。參見圖2 雙極化天線接收600 實(shí)現(xiàn)射頻信號到模擬信號接收。模數(shù)轉(zhuǎn)換700 實(shí)現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。分集合并800 合并分集接收兩路信號，其輸出信號是各支路信號的加權(quán)和?？蛇x的分集合并方式包括等增益合并，選擇合并和最大比合并等。解調(diào)900 從分集合并后的接收信號中恢復(fù)消息。在本發(fā)明實(shí)施例中，參見圖3，最優(yōu)極化狀態(tài)選擇300包括信道估計(jì)301 基站在時(shí)域進(jìn)行基于訓(xùn)練序列的最小二乘信道估計(jì)，獲得雙極化信道的統(tǒng)計(jì)特性。一個VH-VH(可以是任意正交雙極化天線，為分析方便采用垂直水平雙極
，“發(fā)
表主極化功率比(CPR)，體現(xiàn)無線散射信道環(huán)境對于極化狀態(tài)的選擇性，U e (0，1)，體現(xiàn)為垂直極化波更適合實(shí)際無線散射信道傳輸。χ = K = IH代表交叉極化鑒別度(XPD)，體
丨‘丨 W
現(xiàn)無線散射環(huán)境的去極化作用。U 1 = ε {hvv，hvh}，υ2 = ε {hhv，、}分別為接收端垂直和水平天線得到的發(fā)送相關(guān)系數(shù)。σ 1 = ε {hvv，hhv}, σ 1 = ε {hvh，htt}分別為發(fā)送端垂直和水平天線得到的接收相關(guān)系數(shù)。S 1 = ε {hvv，hj，52 = ε {hhv，hvJ代表正交極化引起的信道間相關(guān)系數(shù)，分別為主極化相關(guān)和反極化相關(guān)。隨著雙極化天線制作工藝的不斷提高，υ 1，υ 2，ol，σ 2都接近與零。因此，通過信道估計(jì)，獲得U，χ，δ 1，δ 2。最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)建模與最優(yōu)極化狀態(tài)求解302 —個接收分集系統(tǒng)的性能通過分集增益來衡量，分集增益由接收分集信號的相關(guān)性、接收分集信號兩支路的功率差以及分集合并算法共同決定。
化天線發(fā)送到垂直水平雙極化天線接收)的雙極化信道可以表示為
K KhK Kh
4
設(shè)發(fā)送天線的極化狀態(tài)為
權(quán)利要求
1.基于極化分集增益最優(yōu)的基站變極化方法，應(yīng)用與無線通信領(lǐng)域，其特征在于，包括基站估計(jì)信道獲取信道統(tǒng)計(jì)特性；依據(jù)信道統(tǒng)計(jì)特性和發(fā)送極化狀態(tài)，建立分集增益最優(yōu)化目標(biāo)模型；采用群體智能粒子群優(yōu)化算法求解最優(yōu)發(fā)送極化狀態(tài)；基站實(shí)現(xiàn)發(fā)送天線的變極化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述依據(jù)信道統(tǒng)計(jì)特性和發(fā)送極化狀態(tài)，建立分集增益最優(yōu)化目標(biāo)模型，包括基站在時(shí)域進(jìn)行基于訓(xùn)練序列的最小二乘信道估計(jì)，獲得雙極化信道的統(tǒng)計(jì)特性，包括 U，χ，δ 1，δ 2 ；建立分集增益最優(yōu)化目標(biāo)模型
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于極化分集增益最優(yōu)的基站變極化方法，應(yīng)用于無線通信領(lǐng)域。天線極化狀態(tài)包括極化角α與相對相位差φ兩個自由度。近期相關(guān)研究提出一種基于改變基站天線安裝角度的極化增益優(yōu)化方案，該方案忽略了極化狀態(tài)相對相位差φ這個自由度。相比該方案，本發(fā)明實(shí)施例聯(lián)合優(yōu)化基站發(fā)送天線極化狀態(tài)對應(yīng)的極化角α與相對相位差φ。本發(fā)明實(shí)施例通過基站估計(jì)信道獲取信道統(tǒng)計(jì)特性，依據(jù)信道統(tǒng)計(jì)特性和發(fā)送極化狀態(tài)，建立分集增益最優(yōu)化目標(biāo)模型，采用群體智能粒子群優(yōu)化算法求解最優(yōu)發(fā)送極化狀態(tài)(α*，φ*)，基站根據(jù)(α*，φ*)實(shí)現(xiàn)發(fā)送天線的變極化。仿真結(jié)果表明，聯(lián)合優(yōu)化基站發(fā)送天線極化狀態(tài)對應(yīng)的極化角α與相對相位差φ能夠獲得更高的極化分集增益。
文檔編號H04W16/22GK102572861SQ20111041689
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者馮春燕, 吳曉彬, 曾志民, 林琳, 郭彩麗 申請人:北京郵電大學(xué)