[发明专利]一种基于多普勒抑制的大规模天线信号空间分集发射方法

说明书

本发明公开了一种基于多普勒抑制的大规模天线空间信号分集发射方法，在发送端将频域的发送信号进行分块，当天线足够多时，每个数据块内的信道可以认为是时不变的，然后对信号空间分集预编码；在发送端采取逐数据块的多普勒抑制方法，将经过多普勒频移后的发送信号逐块进行波束形成处理，通过给波束引入逐块随机相位，由此引入信道在数据块间的快跳变。通过上述两个操作，使得接收端的信道变成的标准的块时变信道。基于此，本发明进一步基于信号空间分集技术来获取信道分集增益。与现有技术相比，本发明可以在抑制多普勒扩展同时有效利用信道分集增益，提升了无线通信链路的可靠性。

技术领域

本发明属于高速移动通信领域，涉及一种基于多普勒抑制的大规模天线信号空间分集发射方法。

背景技术

由于无线传输环境具有开放性，信号在空间中传播时会产生反射、衍射、散射、干涉等现象，致使移动无线通信伴随着“多径效应”。一方面，发送信号经由空间的不同路径于不同时刻到达接收端，当时延扩展和信号的采样间隔可比拟时，经历不同时延的信号在接收端叠加在一起会造成显著的符号间干扰(ISI)；从频域上看，即形成了频率选择性衰落。另一方面，发送端和接收端之间的相对运动会引起多普勒频移，由于到达接收端的角度不同，不同路径上的信号经受的多普勒频偏(DFO)也不尽相同；具有不同多普勒频偏的信号在接收端叠加在一起造成信号包络发生变化，从而形成时间选择性衰落。正是这种双选择性衰落为高速移动无线通信带来了巨大的困难。

正交频分复用(OFDM)技术将宽带信道划分为多个并行的互有重叠的窄带子信道，既有效提升了频谱效率，又通过添加循环前缀有效对抗了符号间干扰，将频率选择性衰落转变成了每个子载波上的乘性平坦衰落，成为5G无线通信的核心技术。但也正是由于子信道间互有重叠，OFDM的性能严重依赖于不同子载波之间的正交性，而这一正交性对频率偏移非常敏感。频率偏移会破坏子载波之间的正交性，从而引起严重的子载波间干扰(ICI)，损害OFDM系统的性能。因此，在具有双选择性衰落特性的高速移动通信环境下采用OFDM系统时，首要面临的问题即是如何对抗多个多普勒频偏。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术的问题，提供一种基于多普勒抑制的大规模天线信号空间分集发射方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于多普勒抑制的大规模天线信号空间分集发射方法，包括以下步骤：

步骤一：在发送端将待发射的数据分块，然后对每个数据子载波在连续的多个数据块进行信号空间分集预编码；

步骤二：信号在发送端进行逐数据块的多普勒频偏补偿，然后逐数据块进行波束形成，最后进行天线加权技术处理后发射出去；

步骤三：收发信道假设为Jake模型，发送信号经过信道到达基站接收端，在大规模发送天线的理想情况下，将每个数据块经过的信道等效为时不变信道，然后利用最大似然译码，得到接收信号。

本发明进一步的改进在于，步骤一的具体过程如下：

对于高速移动上行通信场景，高速列车配备M元大规模均匀线阵ULA，基站端采用单天线接收；假设采用N个子载波的OFDM方式，高速列车移动带来的最大多普勒频率记为：f_d＝v/λ，其中v和λ分别表示移动速度和射频波长；

假设发射端在每个块的导频子载波发射导频符号全为1；对于数据子载波i∈I_d，I_d为数据子载波的子载波索引集合；每个数据子载波在连续的k＝1,2,...,K个块进行信号空间分集预编码：

X(i)＝[X₁(i) X₂(i) … X_K(i)]^T