專利名稱：一種分布式天線協(xié)同定時捕獲方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分布式天線系統(tǒng)的定時捕獲。
背景技術(shù)：
分布式天線系統(tǒng)的各分布式天線處于不同的地理，對于分布式天線系統(tǒng)的具體設(shè) 計，需要仔細(xì)考慮發(fā)射信號到各分布式天線的同步問題。不失一般性，定時捕獲應(yīng)當(dāng)在其他 處理(如定時跟蹤、信道估計和數(shù)據(jù)檢測等)之前進(jìn)行 ，因此，分布式天線系統(tǒng)的定時捕獲
非常重要。在分布式天線系統(tǒng)中，假設(shè)有N根分布式接收天線通過光纖或電纜連接到同一中 心處理器，這N根分布式接收天線會接收到特定發(fā)射機發(fā)射的信號，這一特定發(fā)射機發(fā)射 的信號經(jīng)歷不同的路徑到達(dá)N根分布式接收天線。將發(fā)射信號到達(dá)第i根分布式接收天線 的傳播時延表示為^，其中，1 = 1，2，…，N。由于τ i并不相同，因此可以采用傳統(tǒng)的定 時捕獲方法(如非相干定時捕獲)對各分布式天線進(jìn)行單獨的定時捕獲。由于發(fā)射機發(fā)射的用于定時同步的同步碼(或稱為訓(xùn)練序列)在各分布式接收天 線處已知，按照傳統(tǒng)的處理方法，各分布式接收天線可以利用已知的同步碼同接收信號進(jìn) 行相關(guān)運算，并按一定的準(zhǔn)則(如最大似然準(zhǔn)則)找到發(fā)射信號達(dá)到該分布式接收天線的 傳播時延。雖然，傳統(tǒng)的定時捕獲方法在分布式天線系統(tǒng)中是可行的，但它終究沒有能夠體 現(xiàn)出分布式天線給該系統(tǒng)的定時捕獲上帶來好處。在分布式天線系統(tǒng)中采用傳統(tǒng)的單天線 系統(tǒng)或集中式系統(tǒng)的定時捕獲方法，各分布式天線間沒有進(jìn)行協(xié)同處理，從而，在定時捕獲 時，不能獲得分布式天線的接收分集帶來的好處。另一方面，分布式天線系統(tǒng)一旦建立，對于中心處理器而言，各分布式天線在直射 路徑下的覆蓋能力是已知的。因而，在中心處理器處，可以很方便的提取到各分布式接收天 線的覆蓋能力信息，從而可以建立參與協(xié)調(diào)的限制條件，進(jìn)而能進(jìn)行協(xié)同定時捕獲處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種分布式天線系統(tǒng)的定時捕獲方法，該方法利用各分布式 天線的覆蓋能力信息(在自由空間中可以達(dá)到的最大的覆蓋范圍)，建立多根分布式接收 天線構(gòu)成的“協(xié)同天線集”的協(xié)同定時捕獲處理的限制條件，從而進(jìn)行多根分布式天線間的 協(xié)同定時捕獲處理，改善各分布式接收天線的正確捕獲概率。假設(shè)有M(M ^ N)根分布式接收天線構(gòu)成“協(xié)同天線集”進(jìn)行協(xié)同定時捕獲處理， 本發(fā)明包括系統(tǒng)建立時的處理過程和系統(tǒng)運行時的定時捕獲處理過程。其中，系統(tǒng)建立時 的處理過程為系統(tǒng)建立時，在中心處理器處建立一個時延差信息數(shù)據(jù)庫，時延差信息數(shù)據(jù)庫的 數(shù)據(jù)在系統(tǒng)配置完成后就即可獲取。獲取的方法為測量N根分布式覆蓋范圍，利用這些距 離映射出每個發(fā)射機信號到達(dá)任意兩個接收天線對之間的最大時延差，把這些最大時延差 信息存儲起來，便形成了時延差信息數(shù)據(jù)庫。
系統(tǒng)運行時的定時捕獲處理過程為(1).首先從時延差信息數(shù)據(jù)庫中，提取出特定發(fā)射機信號到達(dá)協(xié)同天線集中所有 兩兩天線間的最大時延差，并從選取出時延差中找到一個最大時延差值τ_。(2).利用一些常規(guī)的方法，如能量檢測法(energy detection)，粗略判斷用戶信 號是否存在。在判定用戶信號存在后，進(jìn)行后續(xù)處理(否則，不進(jìn)行后續(xù)處理)。(3).分別將協(xié)同天線集中的每根接收天線接收到的信號與特定發(fā)射機的同步碼 序列(或稱訓(xùn)練序列)進(jìn)行滑動相關(guān)處理，得到協(xié)同天線集中每根分布式接收天線的接收 序列各個相位的相關(guān)值，所述的特定發(fā)射機的同步碼序列是也預(yù)先存儲在中心處理器。(4).將第(3)步中獲得的相關(guān)值進(jìn)行模方運算，得到各分布式天線各個相位的模 方運算后的結(jié)果。(5).將第(4)步中獲得的各天線模方運算后的各相位取值，分別與協(xié)同集中其他 天線模方運算后不同相位的值進(jìn)行合并，得到加權(quán)合并序列集合。(6).在加權(quán)合并序列集合中進(jìn)行搜索查找，找出不超過第(1)步中最大時延差 的最大值。(7).利用第(5)步中搜索得到的最大值，映射出各分布式接收天線最為可能的傳 輸延遲，從而得到特定發(fā)射機發(fā)射信號到各分布式接收天線的延遲的最終估計值。該最終 估計值就是定時捕獲的估計值，因為接收端各分布式天線與同一中心處理器相連，各分布 式接收天線間能非常精確的進(jìn)行定時同步，因而，特定發(fā)射機與接收機的晶振之間的定時 偏差也包含在傳輸延遲中。所述的特定發(fā)射機是指某一將被關(guān)注的發(fā)射機。該發(fā)明首先利用各分布式天線的位置，計算出特定發(fā)射機信號到達(dá)各分布式天線 的最大可能的時延差，關(guān)聯(lián)特定發(fā)射機信號到達(dá)各分布式天線的時延。利用這一關(guān)聯(lián)，建立 起多根分布式天線的協(xié)同處理；在協(xié)同處理時，按照限定搜索范圍下進(jìn)行的搜索，不搜索范 圍內(nèi)的搜索值將不被采納，排除掉一些由干擾(或噪聲)引起的不在搜索范圍內(nèi)的搜索值。 從而，使得參與協(xié)同處理的各分布式接收天線的定時捕獲的正確捕獲概率得以改善。


本發(fā)明的目的及特征通過實施實例結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明，這些實施例子是說明 性的，不具有限制性。圖1是多根分布式天線協(xié)同定時捕獲時的示意圖(這里以7根分布式天線為例)；圖2是兩根分布式天線協(xié)同定時捕獲時的詳解示意圖；圖3是本發(fā)明多根分布式接收天線進(jìn)行協(xié)同定時捕獲的處理時的示意框圖；圖4是分布式天線對之間的“時延差信息數(shù)據(jù)庫”的建立的處理流程示意圖。1為接收天線，2為用戶信號存在與否的判別模塊，3為相關(guān)運算處理模塊，4取模 方運算處理模塊，5為合并處理模塊，6為時延差信息數(shù)據(jù)庫，7為限定搜索范圍選取模塊，8 為限定搜索范圍下的搜索處理模塊，9為分布式天線捕獲映射，10系統(tǒng)配置完成，11各分布 式天線覆蓋范圍測量模塊，12為計算各天線對之間的最大時延差模塊。
具體實施例方式圖3所示的本發(fā)明的處理方法由接收天線1，用戶信號存在與否的判別處理2，相 關(guān)運算處理3，取模方運算處理4，合并處理5，“時延差信息數(shù)據(jù)庫”6，限定搜索范圍選取7， 限定搜索范圍下的搜索處理8以及各分布式天線捕獲映射9組成。圖4所示的時延差信息 數(shù)據(jù)庫的建立的處理流程，包括系統(tǒng)配置10，各分布式天線覆蓋范圍測量11，計算各天線 對之間的最大時延差12和時延差信息數(shù)據(jù)庫6。設(shè)有N根分布式接收天線與中心處理器相連。下面以選擇了 M(M ^ 2)根分布式 接收天線進(jìn)行協(xié)同定時捕獲處理，舉例說明具體實施步驟，其實施流程如圖3和圖4所示。時延差信息數(shù)據(jù)庫建立步驟系統(tǒng)建立時，在中心處理器處建立一個時延差信息 數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)在系統(tǒng)配置10完成后即可建立，建立該數(shù)據(jù)庫的處理流程如圖4 所示。在系統(tǒng)配置10完成后，我們可以通過天線覆蓋范圍測量11，得到各分布式天線在自 由空間中的最大覆蓋范圍，利用該覆蓋范圍，建立協(xié)同處理的必要條件。
為方便理解，我們給出了協(xié)同處理建立的示意圖，如圖1和圖2所示。圖1給出了 分布式天線協(xié)同定時捕獲時的示意圖，其中RAi, i = 1,2,…7表示分布式拉遠(yuǎn)天線，陰影 部分為需要天線協(xié)同定時捕獲處理的可能區(qū)域(也就是說，真正的協(xié)同區(qū)域可能會小于這 個區(qū)域，該區(qū)域只是根據(jù)自由空間下能達(dá)到的最大覆蓋區(qū)域獲得)。圖1只給出了 6根天線 與天線RA1進(jìn)行協(xié)同的情況，根據(jù)需要，還可以有其他形式的組合。為進(jìn)一步說明，我們給 出了兩根分布式天線協(xié)同定時捕獲時的詳解示意圖，如圖2所示。在圖2中，D1為有其他天 線協(xié)同時，天線RA1在自由空間傳播中能達(dá)到的最大覆蓋半徑；D2為內(nèi)部區(qū)域半徑，內(nèi)部區(qū) 域(Inner region)表示在自由空間中，不需要參與協(xié)同處理的區(qū)域(由于天線距離用戶很 近，接收信噪比通常足夠大，不需要進(jìn)行協(xié)同處理便可以獲得較為理想的性能，如能有較好 的定時同步，較好的誤碼率性能，等等)。與內(nèi)部區(qū)域?qū)?yīng)的是外部區(qū)域(Outer region), 該區(qū)域通常需要協(xié)同處理才能獲得較好的性能(如較好的正確捕獲概率，誤碼率性能等)。 在圖2中，假設(shè)RA1和RA2間的距離為D，根據(jù)RA1和RA2的坐標(biāo)，有D = ^xl - X2)2 + (y, - y2f不失一般性，選擇D1SDCZDlt5由于D1為有其他天線協(xié)同時，天線RA1自由空間 傳播中能達(dá)到的最大覆蓋半徑，從而，在非自由空間傳播的情況下，有
T1T < DlJv|Τ2Τ <其中，T為采樣間隔，^和τ 2為歸一化到采樣間隔的歸一化時延，υ為光速。又 由于在RR1為中心,D1-D為半徑的區(qū)域內(nèi)，不需要進(jìn)行協(xié)同定時處理(該區(qū)域接收信噪比通 常足夠大)，從而，對于協(xié)同處理區(qū)域的用戶，其信號時延還滿足
^T > ⑷-D)/v,
r2T > [D1 - D)/v繼而，我們可以得到K-r^r^
其中，T= = {2D, 一 D)/T^ RA1和RA2間的最大可能的歸一化時延差。從而完成 RA1和RA2間的最大時延差計算12。與中心處理器相連的天線為N根，通過計算各天線對之間的最大時延差12，得到 τ_(υ)，將這些最大可能的時延差值為τ_α’Λ存儲起來，形成“時延差信息數(shù)據(jù)庫”。判別用戶信號是否存在步驟利用常規(guī)的信號存在與否的判別方法，如能量檢測 法(energydetection)，粗略判斷用戶信號是否存在。在判定用戶信號存在后，進(jìn)行后續(xù)處 理(否則，不進(jìn)行后續(xù)處理)。限定條件提取步驟從“時延差信息數(shù)據(jù)庫”中提取參與協(xié)同處理的M根分布式接 收天線任意兩兩天線之間最大時延差Tmax(k’m)，k = 1，2，…，M，m=l，2，…，M，k乒m，并
選取出它們間的最大值Tmax=max|T='l)j。利用I τιΓτω| ^ τ·作為搜索處理的限定搜索范圍。相關(guān)運算處理步驟將各分布式接收天線接收到的信號，分別與被存儲在中心處 理器處的特定發(fā)射機的同步碼序列(或稱訓(xùn)練序列)進(jìn)行滑動相關(guān)，得到同步碼序列在某 一搜索步長下的不同序列相位的相關(guān)值。第k，k= 1，2，…，M根分布式接收天線的相關(guān)值 序列為Ck= {Ckjl},l = 1,2,…，L，L為相關(guān)值序列長度，根據(jù)需要的最大可能時延具體確 定。M根分布式接收天線的相關(guān)值序列為C= {Ck}。模方運算處理步驟對相關(guān)運算處理后的相關(guān)值序列Ck進(jìn)行模方運算 處理，得到集合4 =丨|&丨2丨,/二1,2,...乂。M根分布式接收天線總的序列集合為 = { 4,Α; = 1，2，·..,Μ。合并處理步驟假設(shè)τ k，k = 1,2,…，M為發(fā)射信號到達(dá)分布式接 收天線k的傳輸延遲，根據(jù)最大似然準(zhǔn)則，可得到合并處理后的序列集合為 c = {|cu,|2+|cj2 +…卞,」2}，其中，Ik= 1,2, ...，L;k= 1,2, -,M0限定條件下的搜索處理步驟在滿足搜索限定條件I τ k_ τ m I彡τ _的情況下，對 合并處理后的集合Cp進(jìn)行搜索，也即是作 Τι·Τ2 .■.'" }
s.t.\rk-Tm\<Tmax,k = \,2,---,M,m = \,2,---,M,k^m處理，找到其大于捕獲門限的最大取值，其中、為h的估計值。最后是各分布式 天線捕獲映射步驟，該步驟利用限定條件下的搜索處理結(jié)果，映射得到{ T1, τ2,…，τΜ} 的估計值·{、、，···斤Λ^即為所需的定時捕獲估計值，從而完成各分布式接收天線的定時捕 獲處理。按照本發(fā)明具體實施方式
提供的協(xié)同定時捕獲方法，可以使得信號到達(dá)各分布式 接收天線原本相互獨立的時間延遲變得相關(guān)起來，既而可進(jìn)行協(xié)同處理；在進(jìn)行協(xié)同定時 捕獲時，不在搜索范圍限定下的搜索值(通常由干擾或噪聲引起)得以排除。從而，利用多 根分布式接收天線進(jìn)行協(xié)同定時捕獲處理，可以使得各參與協(xié)同的分布式接收天線的定時 捕獲的正確捕獲概率得以改善。
權(quán)利要求
一種分布式天線協(xié)同定時捕獲方法，在無線通信網(wǎng)絡(luò)中建立分布式天線系統(tǒng)，其特征在于利用參與協(xié)同定時捕獲的各分布式天線的覆蓋范圍，計算出特定發(fā)射機信號到達(dá)各分布式接收天線的最大可能的時延差，并將該時延差作為協(xié)同定時捕獲處理的搜索范圍限制，在該搜索范圍限制條件下進(jìn)行協(xié)同定時捕獲的搜索處理，改善各分布式接收天線的定時捕獲的正確捕獲概率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式天線協(xié)同定時捕獲方法，其特征在于在分布式 天線選址后，利用各分布式天線在直射路徑下的覆蓋范圍，計算出特定發(fā)射機信號到達(dá)任 意分布式接收天線對的最大可能的時延差，并為這些時延差信息建立數(shù)據(jù)庫。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式天線協(xié)同定時捕獲方法，其特征在于從時延差 信息建立數(shù)據(jù)庫選取出參與協(xié)同處理的天線的任意天線對間的時延差信息，并根據(jù)這些時 延差信息計算得到定時捕獲的限定搜索范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式天線協(xié)同定時捕獲方法，其特征在于在定時捕 獲時，利用限定搜索范圍關(guān)聯(lián)各分布式接收天線，從而進(jìn)行定時捕獲的協(xié)同處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式天線協(xié)同定時捕獲方法，其特征在于協(xié)同定時 捕獲的搜索處理，是在限定搜索范圍下進(jìn)行的搜索處理。
全文摘要
一種分布式天線協(xié)同定時捕獲方法，在無線通信網(wǎng)絡(luò)中建立分布式天線系統(tǒng)，其特征在于利用參與協(xié)同定時捕獲的各分布式天線的覆蓋范圍，計算出特定發(fā)射機信號到達(dá)各分布式接收天線的最大可能的時延差，并將該時延差作為協(xié)同定時捕獲處理的搜索范圍限制，在該搜索范圍限制條件下進(jìn)行協(xié)同定時捕獲的搜索處理，改善各分布式接收天線的定時捕獲的正確捕獲概率。
文檔編號H04B7/06GK101834647SQ20101013265
公開日2010年9月15日 申請日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者卿朝進(jìn), 唐友喜, 邵士海 申請人:電子科技大學(xué)