[发明专利]基于时间反转多天线系统的空时预均衡方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是指一种基于时间反转多天线系统的空时预均衡方法和设备。

背景技术

在无线通信系统中，信号在信道中传播时，会形成多径衰落。信号沿不同的路径传输会形成不同的衰耗和时延。当多径信号的最大传输时延和传输符号周期相当时，不同路径信号的不同信息码元之间会产生很大的相互干扰，称作码间干扰或符号间干扰。使数字信号波形产生严重失真，引起很大误码，严重时不能正常通信。

在这种情况下，不仅接收信号的幅度和相位随机变化，而且其信息信号的波形也产生了很大畸变，从频域看，即其不同频率分量受到不同程度的衰落，这种衰落称作频率选择性衰落。

移动通信环境中存在多个散射体、反射体，在无线通信链路的发射与接收端存在多条传播路径，多径传播对通信的有效性与可靠性造成了严重的影响。研究表明，可以利用多径引起的接收信号的某些空间特性实现接收端的信号分离。MIMO(多输入多输出)技术在通信链路两端均使用多个天线，发端将信源输出的串行码流转成多路并行子码流，分别通过不同的发射天线阵元同频、同时发送；接收方则利用多径引起的多个接收天线上信号的不相关性从混合信号中分离估计出原始子码流这相当于频带资源重复利用，可以在原有的频带内实现高速率的信息传输，使频谱利用率和链路可靠性极大的提高。MIMO系统提供分集增益和复用增益。

为了在复杂度和性能上实现更好的折中，可以将接收端的复杂度转移到发送端。发送端在发射信号之前，可以通过预处理技术，利用已知的信道信息对信号进行预处理，以减少信号在信道中传输所受到的影响。这样，接收端可以在不增加系统复杂度的前提下提高检测性能和传输速率。

时间反转预处理(Time Reverse，TR)技术的基本思想是，发送端在发信号之前，将时间反转信道冲击响应和原始信号做卷积(也就是预滤波)。通过信道之后，预滤波的信号相当于和信道冲击响应进行了一次卷积，结果就是在收端的某一时刻接收信号达到一个峰值。这样，在接收端设备得到简化的同时提高了性能。

时间反转预处理的基本原理，参见图1所示。

图1是对匹配滤波方法和时间反转方法的一个比较，图1a为匹配滤波方法，图1b为时间反转方法。其中w(t)是发送的脉冲波形，h(t)是信道的冲击响应，n₀(t)是双边带功率谱密度为N₀/2的加性高斯白噪声。对于(a)方法，c₁(t)之前的信号可以表示为r(t)＝w(t)*h(t)+n(t)＝y(t)+n(t)，r(t)通过冲击响应为y(-t)的匹配滤波器之后，就可以得到信噪比最大的输出值。而匹配滤波器的冲击响应y(-t)其实可以分为两部分，第一部分和信道的冲击响应h(t)做匹配，即c₁(t)＝h(-t)，另一部分和脉冲波形w(t)相匹配，即c₂(t)＝w(-t)。

如果把匹配滤波器c₁(t)挪到发送端，并且将c₂(t)保留在接收端，就是时间反转的方法，也可以称之为预Rake分集接收，如图1b所示。通过这一改动，可以在保证信号理想接收的同时降低接收端的复杂性。

实际信道的传递函数往往是非理想的，且经常是时变的、未知的，因而系统特性不符合奈奎斯特准则，导致在接收端抽样时刻存在码间干扰，使得系统无码性能下降。为此，需要考虑在信道传递函数是非理想情况，且信道受到干扰情况下的接收端设备设计问题，通常，通过预均衡方法，即在接收端抽样判决之前加一个均衡器可以解决这一问题。均衡器的作用就是用来补偿信道特性的不完善，减少在收端抽样时刻的码间干扰。

但是在实际系统中，为了减少移动通信系统接收端的复杂性，往往会考虑把接收端的复杂性转移到发送端，于是就产生了预均衡技术，也叫预编码。

随着多天线系统传输速率的提高，码间干扰日益严重，同时由空间复用引起的多流干扰也影响到了系统性能。时间反转技术通过在发送信号上添加信道信息，有效的降低了码间干扰，但是传输速率有限。基于时间反转的多天线系统可以提高传输速率，但是却引入了多流干扰，降低了系统性能。因此，长期以来，一直没有很好的方法来对抗频率选择性衰落而造成的码间干扰以及多天线系统的多流干扰。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种基于时间反转多天线系统的空时预均衡方法和设备，能够有效消除码间干扰和多流干扰。

基于上述目的本发明提供的一种基于时间反转多天线系统的信号发送方法，包括：

将待发送的信号按比特分组，采用基于破零准则的预均衡矩阵对分组信号进行预滤波；