[发明专利]基于联合波束赋形的协同传输方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及一种基于联合波束赋形的协同传输方法，该方法可以实现无线通信系统的高效能传输，达到低功耗、远距离和宽带传输的目的。

背景技术

多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)系统通过在收发端配置多天线，可获得空间分集或复用增益，显著地提高系统的抗衰落能力或频谱效率。MIMO波束赋形也称为MIMO预编码技术，可利用信道状态信息在发送端对发送符号进行预处理，以提高系统容量或降低系统误码率。预编码算法主要包括：基于信道奇异值分解和基于信道几何均值分解的预编码算法等。为了充分发挥MIMO系统的技术优势，发送端天线之间要求相互独立，即：相邻天线单元之间的距离要大于相干距离。在某些通信场景下，发送端受尺寸、硬件和复杂度等众多限制，很难配置多根相互独立的天线，即MIMO天线。为了获取MIMO系统的空间分集增益或复用增益，人们提出协同传输(也称为协同MIMO、分布式MIMO或虚拟MIMO)技术。此时，利用分布式空时编码技术，发送端之间相互协作，构成虚拟MIMO系统。

此外，基于阵列天线也可以实现波束赋形。阵列天线由多个辐射源组成，相邻辐射源之间具有强相关性。阵列天线波束赋形的原理是：通过调节各辐射源的幅度和相位，将无线电信号导向指定的方向，产生空间指向性波束，使得天线主波束对准期望用户方向，旁瓣或零陷对准干扰用户方向，可获得阵列增益。阵列天线波束赋形算法主要包括：基于波达方向估计的波束成形算法和特征波束成形算法等。

联合波束赋形技术将MIMO预编码技术和阵列天线波束赋形技术有效结合，可以同时获取多天线系统带来的分集增益、复用增益和阵列增益，提高通信链路的可靠性和频谱利用率。

中兴通讯股份有限公司的专利申请“一种波达角估计和波束赋形的方法”(专利申请号：200610074201.1，公开号：1917396)，提出了一种波达角估计和波束赋形的方法，包括对子帧重复以下步骤：根据各用户在各个天线上的信道估计，计算各用户的天线阵列信道估计的协方差矩阵；在天线阵列的覆盖角度范围内，计算各用户对应的上行链路接收功率瞬时值和接收功率递归平均值；搜索各用户对应的上行链路接收功率递归平均值的最大值，并据此生成该用户的下行链路波束赋形权值，实现波束赋形；计算各用户相邻子帧波达角估计的波动值；利用各用户DOA估计的波动值，根据接收功率遗忘因子的上、下调整门限，自适应调整对应的遗忘因子。该专利申请存在的不足是，该方法仅能获取天线阵列所带来的阵列增益，其可降低发送功率，提高功率效率和通信距离，但是并不能大幅度的提高数据传输速率。

高通股份有限公司的专利申请“具有空间预编码的MIMO传输”(专利申请号：200880103511.9，公开号：CN101843062A)公开了一种用于在无线通信系统中发送MIMO传输的技术。该设计发射机向接收机发送第一基准信号。接收机基于第一基准信号并根据选择准则来选择预编码基准。接收机估计接收机处的噪声和干扰，并基于预编码矩阵和所估计的噪声和干扰来确定信道质量指示符(CQI)或调制和编码方案(MCS)信息。接收机向发射机发送CQI或MCS信息和第二基准信号。发射机基于第二基准信号并根据与接收机所使用的相同的选择准则来选择预编码矩阵。发射机在随后基于从接收机获得的CQI或MCS信息以及发射机选择的预编码矩阵来向接收机发送MIMO传输。该专利申请存在的不足是，该MIMO传输技术虽然可以获取MIMO系统带来的复用增益，提高数据传输速率，实现宽带传输，但是如果在发射机尺寸、硬件和复杂度受限的情况下，该MIMO传输技术则无法实施。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种基于联合波束赋形的协同传输方法，以实现低功耗、远距离和宽带传输的目标。协同传输技术可以形成虚拟MIMO系统，解决发送端受尺寸、硬件以及复杂度等限制的条件下无法配置MIMO天线的难题，阵列天线波束赋形技术可以实现低功耗和远距离的传输目标，MIMO预编码技术可以实现宽带传输的目标。

本发明实现的基本思路是：首先，各发送节点相互协作，利用分布式空时编码技术，构建虚拟MIMO系统，实现协同传输；然后，利用阵列天线，通过阵列天线波束赋形技术，产生指向接收节点的定向波束；最后，在定向波束的基础上，利用MIMO预编码技术，在发送节点和接收节点之间产生一组独立正交的空间虚拟波束。

为实现上述目的，本发明实现步骤如下：

(1)全向信道估计