[发明专利]多用户MIMO系统中下行链路的信号发射方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种多用户MIMO系 统中下行链路的信号发射方法和装置。

背景技术

下一代无线通信系统将为用户提供更高的数据传输速率和更好 的服务质量，系统容量将大幅度提高。而可供无线通信使用的无线频 谱资源有限，因此下一代无线通信技术必须设法提高频谱利用率。多 输入多输出(MIMO)系统正适应未来无线通信技术发展的要求，近年 来得到迅猛的发展。MIMO系统是指在发射端通过多个发射天线发送 信号，在接收端使用多个接收天线接收信号的无线通信系统。采用 MIMO系统能够获得空间分集和复用增益，无需耗费额外的功率和带 宽而能够大幅增加系统容量，且能够显著提高传输链路质量。因此， MIMO系统适用于高传输速率的音、视频等多媒体业务。

目前，单用户的MIMO系统研究已经日趋成熟，研究已经从点 对点的单用户系统扩展到点对多点的多用户MIMO系统 (MU-MIMO)。例如，实际的无线局域网(WLAN)以及蜂窝MIMO 系统通常是一个基站与多个移动台同时通信，移动台有一根或多根天 线，基站则具有多根天线。多用户的多天线配置带来许多好处：多天 线具有的分集增益可以提高误比特率性能，多天线的复用增益令多用 户的信道和速率区域扩大，多天线同样可以带来方向性增益从空间上 区分用户从而消除用户间的干扰。

现有技术的一种多用户MIMO系统如图1所示，该系统可分解 为四个部分：预编码模块用于利用信道估计结果对在下行链路系统的 基站发射机中对信号进行预编码；全向发射天线模块将对整个空间的 用户全向发射信号；接收天线阵列模块用于不同的用户各自利用全向 天线接收基站发送的信号；解编码模块用于不同的用户将接收的信号 进行解调和解编码。

在基站发射端，各个天线单元独立地向空间全向范围内发射信 号。在实际的移动通信系统中，由于大多数基站天线架设位置较高， 一般都高于附近建筑物的高度，在天线附近的信道环境不存在均匀分 布散射体，因此，对于特定的用户，其到达基站的信号通常不是全向 的，而是分布在有限方向范围内的单一信号或簇信号。同样，对于基 站发射端，在某一时段内，只需要对特定方向范围内的用户接收端发 射信号。但目前的MIMO系统并未考虑上述情况，基站发射端全向 天线的使用会导致高的发射能量，用户接收端也会接收到基站发送给 其它用户的较强的干扰信号，降低了用户接收机的信干比。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种多用户MIMO系统中下行链路 的信号发射方法和装置，以克服现有技术中由于在基站发射端各个天 线单元独立地向空间全向范围内发射信号，从而造成发射能量高、用 户接收机的信干比低的缺陷。

为达到上述目的，本发明的技术方案提供一种多用户MIMO系 统中下行链路的信号发射方法，所述方法包括以下步骤：产生发送给 各个用户的信号s^j(n)，j＝1，2，...，K，K为系统中的总用户数目；根 据信道估计结果及发射天线单元的空间响应，对信号s^j(n)进行预编 码；利用用户发送给基站的信号波的到达方向范围Φ以及用户与基站 的距离D，对所发送的信号进行空间响应控制；利用空间响应可调的 发射天线单元将信号发射到信道中。

其中，一个空间响应可调的天线单元由含有多个阵元的微型天线 阵来实现。

其中，在所述产生发送给各个用户的信号s^j(n)的步骤中，具体 包括：第i个天线由含有L_i个阵元的微型天线阵来实现，其中i＝1，2，...， M，M为发射天线的个数。

其中，在所述对信号s^j(n)进行预编码的步骤中，具体包括：在 下行链路系统的基站发射机中，根据信道响应及M个发射天线单元 的空间响应，对信号s^j(n)进行预编码得到信号s_i，k^j(n)，其中i＝1，...， M，k＝1，...，L_i，M为基站发射天线单元的个数，L_i为第i个天线单元 中的微型天线阵的阵元个数。

其中，在所述对所发送的信号进行空间响应控制的步骤中，具体 包括：确定每个天线单元的每个阵元上信号的加权系数；用所述加权 系数对发射信号进行加权。