动态地确定循环延迟样本数的方法、天线分配方法及装置.pdf

本发明提供了一种动态地确定循环延迟样本数的方法、天线分配方法及装置，确定循环延迟样本数的方法包括：实时地获得一用户终端的移动速度；获得循环延迟信号的循环前缀的样本数，并将所述样本数作为所述用户终端的用户信号的最大循环延迟样本数；根据所述移动速度确定所述用户终端所在信道的相干时间；根据所述相干时间确定最小循环延迟样本数；根据所述最大循环延迟样本数和所述最小循环延迟样本数所确定的范围，确定所述循环延迟分集发射天线上所述用户终端的用户信号的循环延迟样本数。本发明避免了不同循环延迟信号之间的干扰，循环延迟样本数可随用户移动状态动态地改变。

1.  一种动态地确定循环延迟样本数的方法，其特征在于，包括：
实时地获得一用户终端的移动速度；
获得循环延迟分集发射天线使用的正交频分复用循环延迟信号的循环前缀的样本数，并将所述循环前缀的样本数作为所述循环延迟分集发射天线上所述用户终端的用户信号的最大循环延迟样本数；
根据所述移动速度确定所述用户终端所在信道的相干时间；
根据所述相干时间确定所述循环延迟分集发射天线上所述用户终端的用户信号的最小循环延迟样本数；
根据所述最大循环延迟样本数和所述最小循环延迟样本数所确定的范围，确定所述循环延迟分集发射天线上所述用户终端的用户信号的循环延迟样本数。

2.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述移动速度确定所述用户终端所在信道的相干时间的步骤具体包括：
根据公式T_c＝k/f_d，确定所述相干时间，其中T_c为所述相干时间，k是多普勒功率谱确定的常数，f_d为多普勒频移，并且f_d＝v_t/λ，v_t为所述用户信号对应的用户终端的移动速度，λ为载波波长。

3.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述相干时间确定所述最小循环延迟样本数的步骤具体包括：
所述发射天线之间的最小循环延迟样本数为所述相干时间T_c乘以采样频率f_s。

4.  一种天线分配方法，其特征在于，包括：
确定天线的数量为第一数量值；
确定所述天线覆盖区域中用户终端的数量为第二数量值；
确定所述用户终端所在信道的与信道质量相关的参数值；
根据所述第一数量值、所述第二数量值及所述与信道质量相关的参数值，从所述天线中确定出可配置的天线，所述可配置的天线作为循环延迟分集发射天线；
根据所述与信道质量相关的参数值，从所述用户终端中确定需要采用循环延迟分集的用户终端；
至少为一个所述需要采用循环延迟分集的用户终端分配至少一路所述可配置的天线。

5.  根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述“根据所述与信道质量相关的参数值，从所述用户终端中确定需要采用循环延迟分集的用户终端”的步骤具体包括：
确定需要采用循环延迟分集的用户终端集合能容纳的最大用户终端数；
根据所述用户终端反馈的信道质量指示，按信道质量由低至高排列当前用户终端；
按信道质量由低至高查找所述用户终端，如果查找到的用户终端处于平坦衰落信道，则将该用户终端加入所述集合，直到所述集合达到所述最大用户终端数，或者直到无法查找到处于平坦衰落信道的用户终端；
如果所述集合中的用户终端中断连接，则自动选择下一个处于平坦衰落信道的用户终端加入到所述集合。

6.  根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过如下方式判断所述用户终端是否处于平坦衰落信道：如果所述用户终端对应的用户信号的带宽1/T_s大于相干带宽f_tbw，则该用户终端处于平坦衰落信道。

7.  根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述“至少为一个所述需要采用循环延迟分集的用户终端分配至少一路所述可配置的天线”的步骤中，还包括：
如果所述可配置的天线数量增加，则为所述集合中信道质量最差的用户终端多分配一路可配置的天线；
如果所述可配置的天线数量减少，则为所述集合中信道质量最好的用户终端少分配一路可配置的天线。

8.  一种循环延迟分集发射天线的动态配置装置，其特征在于，包括：
反馈信息检测器，用于从反馈信道获得天线覆盖区域中用户终端的信息；
天线分配子系统，用于：确定天线的数量为第一数量值；确定所述天线覆盖区域中用户终端的数量为第二数量值；确定所述用户终端所在信道的与信道质量相关的参数值；根据所述第一数量值、所述第二数量值及所述与信道质量相关的参数值，从所述天线中确定出可配置的天线，所述可配置的天线作为循环延迟分集发射天线；根据所述与信道质量相关的参数值，从所述用户终端中确定需要采用循环延迟分集的用户终端；至少为一个所述需要采用循环延迟分集的用户终端分配至少一路所述可配置的天线。

9.  根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述天线分配子系统包括：
信道状态检测模块，用于判断当前用户终端是否处于平坦衰落信道；
用户数量统计模块，用于确定所述天线覆盖区域中用户终端的数量；
天线选择判决模块，用于选择确定发射天线的配置方案，所述配置方案具体为：根据所述第一数量值、所述第二数量值及所述与信道质量相关的参数值，从所述天线中确定出可配置的天线；根据所述与信道质量相关的参数值，从所述用户终端中确定需要采用循环延迟分集的用户终端；至少为一个所述需要采用循环延迟分集的用户终端分配至少一路所述可配置的天线；
天线配置控制器，用于实施所述配置方案。

10.  根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括延迟样本选择子系统，用于：实时地获得一用户终端的移动速度；获得循环延迟分集发射天线使用的正交频分复用循环延迟信号的循环前缀的样本数，并将所述循环前缀的样本数作为所述循环延迟分集发射天线上所述用户终端的用户信号的最大循环延迟样本数；根据所述移动速度确定所述用户终端所在信道的相干时间；根据所述相干时间确定所述循环延迟分集发射天线上所述用户终端的用户信号的最小循环延迟样本数；根据所述最大循环延迟样本数和所述最小循环延迟样本数所确定的范围，确定所述循环延迟分集发射天线上所述用户终端的用户信号的循环延迟样本数。

11.  根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述延迟样本选择子系统中包括：
用户状态判决模块，用于根据所述反馈信息检测器获得的用户终端的当前状态，确定所述用户终端的移动状态信息；
相干时间计算模块，用于根据所述移动状态信息计算出所述相干时间；
延迟样本计算模块，用于根据所述循环前缀的样本数、所述相干时间以及当前的发射天线配置结果，获得所述最大循环延迟样本数和所述最小循环延迟样本数，并得出所述各循环延迟分集发射天线上每个用户信号的循环延迟样本数。

动态地确定循环延迟样本数的方法、天线分配方法及装置
技术领域
本发明涉及通讯领域的循环延迟发射分集技术，特别是涉及一种动态地确定循环延迟样本数的方法、天线分配方法及装置。
背景技术
循环延迟发射分集技术是指利用不同发射天线之间的循环延迟发射同一种信号，以获得一定的发射分集增益，并且在接收机侧采用循环延迟分集接收技术达到一定的接收分集增益。目前该技术的研究工作主要还停留在固定发射天线和固定循环延迟样本的阶段，现有技术主要为发射机部分的固定循环延迟分集技术。在3GPP标准的提案中，也对自适应地选择循环延迟分集方法也做了深入分析，但现有技术都没给出发射天线选择和循环延迟样本确定的方法。
对于移动中的用户来讲，不同的移动状态对循环延迟样本数的要求是不一样的。如果循环延迟样本数太多，将造成延迟时间超过接收机对同一信号的响应时间，从而影响接收机的正确接收；如果循环延迟样本数太少，会导致不同发射天线间信号的相关性增强，接收机难以分辨不同延迟路径的有效信号，反而不能实现发射分集和接收分集增益的目的。
因此，根据用户移动状态，动态地确定一个合适的循环延迟样本数是十分必要的。另一方面，对于多用户系统，如果每个发射天线支持的最大用户数量是固定不变的，当可配置循环延迟发射天线增加时，如何进行天线分配以提高信道质量较差的用户的发射分集增益，也是有待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种动态地确定循环延迟样本数的方法、天线分配方法及装置，解决现有技术不能根据用户终端的状态而动态的确定循环延迟样本的技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种动态地确定循环延迟样本数的方法，包括：
实时地获得一用户终端的移动速度；
获得循环延迟分集发射天线使用的正交频分复用循环延迟信号的循环前缀的样本数，并将所述循环前缀的样本数作为所述循环延迟分集发射天线上所述用户终端的用户信号的最大循环延迟样本数；
根据所述移动速度确定所述用户终端所在信道的相干时间；
根据所述相干时间确定所述循环延迟分集发射天线上所述用户终端的用户信号的最小循环延迟样本数；
根据所述最大循环延迟样本数和所述最小循环延迟样本数所确定的范围，确定所述循环延迟分集发射天线上所述用户终端的用户信号的循环延迟样本数。
优选地，上述的方法，所述根据所述移动速度确定所述用户终端所在信道的相干时间的步骤具体包括：根据公式T_c＝k/f_d，确定所述相干时间，其中T_c为所述相干时间，k是多普勒功率谱确定的常数，f_d为多普勒频移，并且f_d＝v_t/λ，v_t为所述用户信号对应的用户终端的移动速度，λ为载波波长。
优选地，上述的方法，所述根据所述相干时间确定所述最小循环延迟样本数的步骤具体包括：所述发射天线之间的最小循环延迟样本数为所述相干时间T_c乘以采样频率f_s。
为了实现上述目的，本发明提供了一种天线分配方法，包括：确定天线的数量为第一数量值；确定所述天线覆盖区域中用户终端的数量为第二数量值；确定所述用户终端所在信道的与信道质量相关的参数值；根据所述第一数量值、所述第二数量值及所述与信道质量相关的参数值，从所述天线中确定出可配置的天线，所述可配置的天线作为循环延迟分集发射天线；根据所述与信道质量相关的参数值，从所述用户终端中确定需要采用循环延迟分集的用户终端；至少为一个所述需要采用循环延迟分集的用户终端分配至少一路所述可配置的天线。
优选地，上述的方法，所述“根据所述与信道质量相关的参数值，从所述用户终端中确定需要采用循环延迟分集的用户终端”的步骤具体包括：确定需要采用循环延迟分集的用户终端集合能容纳的最大用户终端数；根据所述用户终端反馈的信道质量指示，按信道质量由低至高排列当前用户终端；按信道质量由低至高查找所述用户终端，如果查找到的用户终端处于平坦衰落信道，则将该用户终端加入所述集合，直到所述集合达到所述最大用户终端数，或者直到无法查找到处于平坦衰落信道的用户终端；如果所述集合中的用户终端中断连接，则自动选择下一个处于平坦衰落信道的用户终端加入到所述集合。
优选地，上述的方法，通过如下方式判断所述用户终端是否处于平坦衰落信道：如果所述用户终端对应的用户信号的带宽1/T_s大于相干带宽f_tbw，则该用户终端处于平坦衰落信道。
优选地，上述的方法，所述“至少为一个所述需要采用循环延迟分集的用户终端分配至少一路所述可配置的天线”的步骤中，还包括：如果所述可配置的天线数量增加，则为所述集合中信道质量最差的用户终端多分配一路可配置的天线；如果所述可配置的天线数量减少，则为所述集合中信道质量最好的用户终端少分配一路可配置的天线。
为了实现上述目的，本发明还提供了一种循环延迟分集发射天线的动态配置装置，包括：反馈信息检测器，用于从反馈信道获得天线覆盖区域中用户终端的信息；天线分配子系统，用于：确定天线的数量为第一数量值；确定所述天线覆盖区域中用户终端的数量为第二数量值；确定所述用户终端所在信道的与信道质量相关的参数值；根据所述第一数量值、所述第二数量值及所述与信道质量相关的参数值，从所述天线中确定出可配置的天线，所述可配置的天线作为循环延迟分集发射天线；根据所述与信道质量相关的参数值，从所述用户终端中确定需要采用循环延迟分集的用户终端；至少为一个所述需要采用循环延迟分集的用户终端分配至少一路所述可配置的天线。
优选地，上述的装置，所述天线分配子系统包括：信道状态检测模块，用于判断当前用户终端是否处于平坦衰落信道；用户数量统计模块，用于确定所述天线覆盖区域中用户终端的数量；天线选择判决模块，用于选择确定发射天线的配置方案，所述配置方案具体为：根据所述第一数量值、所述第二数量值及所述与信道质量相关的参数值，从所述天线中确定出可配置的天线；根据所述与信道质量相关的参数值，从所述用户终端中确定需要采用循环延迟分集的用户终端；至少为一个所述需要采用循环延迟分集的用户终端分配至少一路所述可配置的天线；天线配置控制器，用于实施所述配置方案。
优选地，上述的装置，还包括延迟样本选择子系统，用于：实时地获得一用户终端的移动速度；获得循环延迟分集发射天线使用的正交频分复用循环延迟信号的循环前缀的样本数，并将所述循环前缀的样本数作为所述循环延迟分集发射天线上所述用户终端的用户信号的最大循环延迟样本数；根据所述移动速度确定所述用户终端所在信道的相干时间；根据所述相干时间确定所述循环延迟分集发射天线上所述用户终端的用户信号的最小循环延迟样本数；根据所述最大循环延迟样本数和所述最小循环延迟样本数所确定的范围，确定所述循环延迟分集发射天线上所述用户终端的用户信号的循环延迟样本数。
优选地，上述的装置，所述延迟样本选择子系统中包括：用户状态判决模块，用于根据所述反馈信息检测器获得的用户终端的当前状态，确定所述用户终端的移动状态信息；相干时间计算模块，用于根据所述移动状态信息计算出所述相干时间；延迟样本计算模块，用于根据所述循环前缀的样本数、所述相干时间以及当前的发射天线配置结果，获得所述最大循环延迟样本数和所述最小循环延迟样本数，并得出所述各循环延迟分集发射天线上每个用户信号的循环延迟样本数。
本发明的技术效果在于：
1)为每根天线上的循环延迟样本数确定了上下限值，避免发生同一OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)符号的不同循环延迟信号之间的干扰；
2)为不同移动速度下的用户确定了不同的循环延迟样本数的下限值，循环延迟样本数可随用户移动状态动态地改变；
3)在不同总天线数、总用户数、终端移动状态和用户信道状态情况下，可以为不同信道质量的用户动态地调配有限的发射天线资源，并使每个用户达到最佳的发射分集增益。
附图说明
图1为本发明方法实施例的步骤流程图；
图2为本发明装置实施例的结构图；
图3为本发明实施例的效果图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对具体实施例进行详细描述。
由于同一OFDM符号的多天线循环延迟发射之间不存在正交性，因此容易造成符号间干扰，比较理想的方式就是确定循环延迟样本数的上下限值。本发明实施例中，每根发射天线上的循环延迟样本数采用如下的确定方法：发射天线之间的最大循环延迟样本数上限为循环前缀的样本数，发射天线之间的最小循环延迟样本数下限由信道的相干时间决定。而可配置的用于循环延迟分集发射的天线数由当前的总天线数、总用户数和用户信道状态共同决定，当循环延迟发射天线数增加时，为信道质量较差的用户多分配一路发射天线，当循环延迟发射天线数减少时，为信道质量较好的用户少分配一路发射天线。
本发明实施例的动态地确定循环延迟样本数的方法，包括：实时地获得一移动终端的移动速度；获得循环延迟分集发射天线使用的正交频分复用循环延迟信号的循环前缀的样本数，并将所述循环前缀的样本数作为所述循环延迟分集发射天线上所述移动终端的用户信号的最大循环延迟样本数；根据所述移动速度确定所述移动终端所在信道的相干时间；根据所述相干时间确定所述循环延迟分集发射天线上所述移动终端的用户信号的最小循环延迟样本数；根据所述最大循环延迟样本数和所述最小循环延迟样本数所确定的范围，确定所述循环延迟分集发射天线上所述移动终端的用户信号的循环延迟样本数。
为了更好的表述本发明实施例的实现过程，首先作以下的变量定义：
可配置的发射天线数为N_c，循环延迟分集发射天线可支持的最大用户数为N_u，终端的移动速度为v_t，发射信号的符号时间为T_s，发射带宽为f_tbw，采样频率为f_s，多普勒频移为f_d，最大延迟样本数为N_md，OFDM符号的每一发射天线上的保护间隔的样本为N_GI。
本发明实施例从信道的相干时间和OFDM符号的保护间隔(循环前缀的样本数)两方面来确定循环延迟的样本数。相干时间的定义为T_c＝k/f_d，其中f_d＝v_t/λ，λ为载波波长，k是多普勒功率谱确定的常数。而若同一发射信号的不同延迟版本之间的最大延迟样本数的等效时间T<T_c(其中每个样本的等效时间为1/f_s)，通常认为接收信号经历的是慢衰落，即信道响应H(t)在该等效时间内保持不变；若同一发射信号的不同延迟版本之间的最大延迟样本数的等效时间T>T_c，则认为接收信号经历的是快衰落，即H(t)在该等效时间内发生了改变。由于相干时间与终端的移动速度成反比，当终端在高速移动状态时，T_c值较小，因此可以采用较小的循环延迟样本数；而当终端在慢速移动状态时，T_c值较大，因此可以采用较大的循环延迟样本数。但循环延迟样本数的上限应该为OFDM符号的保护间隔，超过该上限将导致符号间的干扰，因此N_md的取值范围为[f_sT_c，N_GI]。
如果是单用户采用循环延迟分集发射，则
1)计算相干时间T_c；
2)确定每根天线该用户的循环延迟样本数的取值范围[f_sT_c，N_GI]；
如果是多用户采用循环延迟分集发射，则
1)计算各自的相干时间T_c；
2)确定每根天线每个用户的循环延迟样本数的取值范围[f_sT_c，N_GI]_i，i＝0，…，N_u。
本发明实施例的动态地确定循环延迟样本数的方法，还可以同天线分配方法相结合。本发明实施例用当前的总天线数、总用户数和信道状态共同决定循环延迟发射天线的动态配置方式。总天线数、总用户数和用户信道状态决定了可以动态配置的天线数。天线必须首先满足本小区用户的基本通信正常，因此用于动态天线配置的天线必须是那些在保证本小区用户正常通信的条件下剩余的天线。可动态配置的循环分集发射天线则用于那些通信质量不佳，需要循环延迟分集协助以改善通信质量的用户。通信信道的相干带宽f_tbw和发射信号的符号时间T_s决定了当前信道是否处于平坦或非平坦衰落状态，由于循环延迟分集主要用于平坦衰落信道，因此一旦发射信号的带宽1/T_s<f_tbw信道处于非平坦衰落状态，该用户将不需要采用循环延迟分集发射，这也意味着该用户不需要采用额外的循环延迟分集发射天线。此外，当循环延迟发射天线数增加时，为信道质量较差的用户多分配一路发射天线，当循环延迟发射天线数减少时，为信道质量较好的用户少分配一路发射天线。
图1为本发明实施例的方法步骤流程图，如图所示，本发明实施例包括如下步骤：
步骤101，根据本小区所有用户正常通信所需的基本发射天线数；
步骤102，确定可动态配置循环延迟分集发射的天线数N_c；
步骤103，确定当前可配置循环延迟分集发射天线可支持的最大用户数Nu，其中包括：
1)已知可动态配置循环延迟分集发射的天线数N_c；
2)定义每根天线可支持的最大用户数为N_M；
3)设定每个用户最少可使用的循环延迟发射天线数为2；
4)求得N_u＝N_c×N_M/2。
步骤104，根据反馈的信道质量指示，按信道质量优劣由低至高排列当前用户；
步骤105，按信道质量优劣由低至高查找处于平坦衰落信道的用户；
步骤106，判断是否对所有的用户查找完毕，是则返回步骤101，否则执行步骤107；
步骤107，判断当前的用户处于平坦衰落信道，是则执行步骤108，否则返回步骤105；
步骤108，当前的用户处于平坦衰落信道，当前的用户进入采用循环延迟分集发射的用户队列，统计当前处于平坦衰落信道的用户数；
步骤109，判断用户队列中的处于平坦衰落信道的用户数是否达到Nu，是则执行步骤111，否则执行步骤110；
步骤110，判断是否无其他符合平坦衰落条件要求的用户存在，是则执行步骤111，否则执行步骤105；
步骤111，判断是否有用户中断连接，是则执行步骤105按信道质量优劣由低至高查找处于平坦衰落信道的用户，并且还要自动按优先级选择下一个符合条件的用户，否则执行步骤112；
步骤112，计算相干时间；其中包括：
如果是单用户采用循环延迟分集发射，则
1)计算相干时间T_c；
2)确定每根天线该用户的循环延迟样本数的取值范围[f_sT_c，N_GI]；
如果是多用户采用循环延迟分集发射，则
1)计算各自的相干时间T_c；
2)确定每根天线每个用户的循环延迟样本数的取值范围[f_sT_c，N_GI]_i，i＝0，…，N_u；
步骤113，确定每个用户的循环延迟样本数，进一步配置发射天线。其中包括：
根据天线数N_c，在取值范围[fsTc，NGI]i内选择合适的值，进一步配置循环延迟发射天线，包括：
如果Nc增加，则按步骤105的方式，按信道质量优劣由低至高查找处于平坦衰落信道的用户，为处于平坦衰落信道且信道质量更低的用户多分配一路循环发射天线。
如果Nc减少，则按步骤105的方式，按信道质量优劣由低至高查找处于平坦衰落信道的用户为处于平坦衰落信道且信道质量更好的用户少分配一路循环发射天线。
图2为本发明装置实施例的结构图，如图所显示，主要包括两个子系统，延迟样本选择子系统210，用于确定样本取值范围，计算相干时间并确定每个用户的循环延迟样本数。天线分配子系统220，用于：根据可配置的循环延迟分集发射天线的天线数量和用户终端所在信道的信道质量进行天线分配。
其中，反馈信息检测器201从反馈信道获得用户的当前状态、信道的状态以及当前的用户数量。信道状态检测模块221判断当前用户是否处于平坦衰落信道，用户数量统计模块222统计当前的用户数量，综合上述结果，由天线选择判决模块223确定如何选择和配置发射天线，并由天线配置控制器224进行实施。用户状态判决模块211得到用户的移动状态信息后，由相干时间计算模块212计算出当前用户所处信道的相干时间，延迟样本计算模块213根据当前的天线配置结果、循环前缀以及相干时间得出最终的每根天线的循环延迟样本数。
图3是在不同采样频率条件下得到的循环延迟样本数与用户的移动速度的关系曲线。而对应于不同采样频率的保护间隔的样本数如表1。从图3中可以看到，当用户移动速度低于20km/h时，部分采样频率下，采用本方法求得的延迟样本数甚至大于CP的长度，在这种特殊的情况下可取CP的长度作为最佳的循环延迟样本数。
表1

由上可知，采用本发明实施例的优势在于：
1)为每根天线上的循环延迟样本数确定了上下限值，避免发生同一OFDM符号的不同循环延迟信号之间的干扰；
2)为不同移动速度下的用户确定了不同的循环延迟样本数的下限值，循环延迟样本数可随用户移动状态动态地改变；
3)在不同总天线数、总用户数、终端移动状态和用户信道状态情况下，可以为不同信道质量的用户动态地调配有限的发射天线资源，并使每个用户达到最佳的发射分集增益。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。