[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

权利要求书

1.一种基于多普勒抑制的大规模天线信号空间分集发射方法，其特征在于，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；

其中，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

其中，X(i)＝Θd(i)；K为发射子载波分散的块数；Θ为由的前K行K列构成的子矩阵，为归一化DFT矩阵，d(i)为第i个子载波的原始信息数据符号；

步骤二的具体过程如下：

①发送信号在时延t下由频偏x带来的相位翻转Φ_t(x)为

其中f_s为采样频率；

②将选取的波束形成指向角度记为θ_q，q＝1,2,…,Q，信号经过波束形成后的频偏为-f_dcos(θ_q)，并且在没有时延的条件下的相位翻转为Φ₀(-f_dcos(θ_q))，因此信号经过波束形成后第q波束的发射信号N×M矩阵记为：

其中为波束引入的随机相位偏转，a(θ_q)为对应角度θ_q的阵列导向矢量，s_k为第k块的发射频域块对应的时域符号，X_k为第k块的发射频域块，X_k＝[X_k(1) X_k(2) …X_k(N)]^T；

③经过上述步骤②后，发送信号经过天线加权技术，得到的总的多天线发射信号矩阵记S_k为：

其中，w为天线加权的权重矢量；

步骤三的具体过程如下：

发送信号经过的收发信道假设为Jake模型；假设收发端之间信道包含1+L_p个抽头；定义抽头l＝0,1,…,L_p，其中第l个抽头由在内0～π的无穷多个多径成分构成；将第l抽头对应角度θ的入射径的增益记为κ_l(θ)；

①假设接收端配备单天线，其基站处对应k数据块的接收信号矢量表示为：

其中S_k(l)表示在CP扩展情况下发射端信号矩阵S_k下移l位的版本，表示如下：

其中表示s_k循环下移l位的版本；

将上述的在CP扩展情况下发射端信号矩阵S_k下移l位的版本S_k(l)代入到接收信号矢量y_k中，得到：

②针对大规模天线阵列，考虑M趋于足够大时，将对应角度的导向矢量假设为正交，得到接收信号矢量下：

在理想情况下，收发端在k数据块中等价于经过了一个时不变信道，不同块之间又存在信道快跳变；

第k块等效的时域信道用矩阵的形式表示为：

对应频域信道响应为：

接收信号的频域表示：

Y_k＝Fy_k＝diag(H_k)X_k

对于数据子载波接收信号的频域表示：

Y(i)＝[Y₁(i) Y₂(i) … Y_K(i)]^T

即：

Y(i)＝H(i)Θd(i)

其中H(i)＝diag(H₁(i) H₂(i) … H_K(i))；

③将接收端接收到的信号进行最大似然译码，得到接收信号。