專利名稱：一種分布式多入多出公用移動通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及通信技術(shù)中的使用多天線的移動通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
眾所周知，集中式多入多出(Multiple Input Multiple Output，簡稱MIMO)移動通信系統(tǒng)是指基站端和移動臺都具有多天線的通信系統(tǒng)，它具有良好的頻譜效率，較高的系統(tǒng)容量和較好的通信質(zhì)量。集中式MIMO移動通信系統(tǒng)中使用的空時碼主要有兩大類基于非發(fā)射分集的分層空時碼(Layered Space Time Codes，LSTC)；基于發(fā)射分集的空時格碼(Space Time Trellis Codes，STTC)和空時分組碼(Space Time Block Codes，STBC)。
分層空時碼將信源數(shù)據(jù)分為幾個并行的子數(shù)據(jù)流，對它們獨立地進行編碼和調(diào)制，故它不是基于發(fā)射分集的。貝爾實驗室的Foschini等人首先提出了一種對角分層空時碼(Diagonally Bell Labs Layered Space-Time Wireless Communication Architecture，D-BLAST)，發(fā)射信息按照對角線進行空時編碼，在獨立的瑞利衰落環(huán)境下，這種結(jié)構(gòu)獲得了巨大的理論容量，它的容量隨發(fā)射天線的數(shù)目線性增長，可以達到90％的香農(nóng)信道容量，但是D_BLAST系統(tǒng)的一個缺陷就是復雜度太高，不適合于應用。G.D.Golden等人在D_BLAST的基礎(chǔ)上提出了一種簡化的版本，就是V-BLAST(Vertical BLAST)，該系統(tǒng)已經(jīng)在實驗室進行了實驗驗證，在室內(nèi)慢衰落的環(huán)境下，該系統(tǒng)的頻譜效率高達40bit/s/Hz。
Tarokh等人提出了空時格碼，它綜合考慮了信道編碼、調(diào)制、發(fā)射分集和接收分集的設(shè)計，能夠提供較大的編碼增益、頻譜利用率和分集增益?？諘r格碼的性能雖然很好，但其解碼的復雜度相當高。具體而言，當發(fā)射天線數(shù)固定時，空時格碼的解碼復雜度(由解碼器的網(wǎng)格狀態(tài)數(shù)度量)隨傳輸速率成指數(shù)級增長。有鑒于此，Alamouti提出了一種簡單的兩天線發(fā)射分集方案，并給出了較為簡單的解碼算法。Tarkh等人從中受到啟發(fā)，應用正交理論，將該方案推廣到具有任意發(fā)射天線數(shù)的發(fā)射分集系統(tǒng)，由此提出了空時分組碼?？諘r分組碼與空時格碼相比，雖然性能有所降低，但解碼復雜度卻小得多。
集中式MIMO移動通信系統(tǒng)模型如圖1所示，該系統(tǒng)主要由移動臺天線1、移動臺2、基站天線3、基站4、接入服務(wù)器5和核心網(wǎng)6構(gòu)成。移動臺2和基站4兩端分別有多個移動臺天線1和多個基站天線3，基站4實現(xiàn)數(shù)字信號處理和MIMO空時處理等功能，并通過接入服務(wù)器5接到核心網(wǎng)6?；?和移動臺2兩端的多天線構(gòu)成了MIMO系統(tǒng)，可采用分層空時碼、空時分組碼或者空時格碼進行編碼和譯碼。
但是，集中式MIMO移動通信系統(tǒng)存在幾點不足1.系統(tǒng)性能受到收發(fā)天線間通信鏈路獨立性的影響。由于天線集中在基站，基站天線的空間相關(guān)性較強，收發(fā)天線間的通信鏈路的獨立性減弱，從而導致系統(tǒng)性能變差。
2.基站到用戶的接入距離較大，對基站和移動臺的發(fā)射功率要求高，導致電磁波對人體的影響較大。
3.為實現(xiàn)小區(qū)覆蓋，基站需搭建在較高的建筑物上，基站選址的靈活性受到限制。
分布式MIMO技術(shù)能克服集中式MIMO中鏈路空間相關(guān)性較強的問題，但是目前已報道的論文、專利和相關(guān)出版物還局限于從理論上對分布式MIMO技術(shù)性能指標的研究，還沒有一種實用的分布式MIMO移動通信系統(tǒng)的方案。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種分布式MIMO公用移動通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有系統(tǒng)容量大、小區(qū)覆蓋率高、對人體的電磁輻射小、施工成本低等特點。
本發(fā)明提供的一種分布式MIMO公用移動通信系統(tǒng)，如圖2所示，它包括移動臺天線1、移動臺2、M(M為大于1的正整數(shù))個基站天線3、接入服務(wù)器5、中心信號處理器7、核心網(wǎng)6，其特征是它還包括路燈11、輸電電纜管道10、輸電電纜9、傳輸媒質(zhì)8，M個基站天線3分別固定在N(N為大于1的正整數(shù))個路燈11上，用于連接基站天線3的傳輸媒質(zhì)8位于輸電電纜管道10之內(nèi)，基站天線3通過傳輸媒質(zhì)8與中心信號處理器7相連。
需要說明的是本發(fā)明中所述的中心信號處理器7具有實現(xiàn)MIMO空時處理和數(shù)字信號處理等功能；本發(fā)明中每個路燈上可以架設(shè)一個基站天線，也可以架設(shè)多個基站天線。
本發(fā)明中所述的基站天線可以架設(shè)在路燈桿頂端，也可以架設(shè)在路燈桿、路燈架等路燈部位。
如果位于路燈11上的基站天線3分布不符合工程上移動通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋要求時，可以增加天線承載體，所述的天線承載體要求具有一定高度和自帶適合鋪設(shè)傳輸媒質(zhì)的管道，并且天線承載體上的基站天線3與路燈11上的基站天線3一起組成的天線網(wǎng)絡(luò)能夠滿足工程上移動通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋要求；輸電電纜管道10可以是路燈電纜管道也可以是天線承載體自帶的適合鋪設(shè)傳輸媒質(zhì)的管道。
傳輸媒質(zhì)8是指可以傳輸信號的介質(zhì)，可以是光纖、同軸電纜、電力線等。
移動臺可以有多個移動臺天線1，也可以只有單個移動臺天線1。
本發(fā)明一種分布式MIMO公用移動通信系統(tǒng)的上行鏈路工作過程在分布式MIMO公用移動通信系統(tǒng)的上行鏈路中，信號從移動臺2通過多個移動臺天線1發(fā)射，通過無線傳播后，由位于不同路燈11上的M個基站天線3接收。接收到的信號通過傳輸媒質(zhì)8傳輸?shù)街行男盘柼幚砥?進行聯(lián)合檢測。中心信號處理器7可通過接入服務(wù)器5與核心網(wǎng)6相連，進行信息交換。
本發(fā)明一種分布式MIMO公用移動通信系統(tǒng)下行鏈路的工作過程在分布式MIMO公用移動通信系統(tǒng)的下行鏈路中，信號從M個位于不同路燈11上的基站天線3發(fā)射，經(jīng)過無線傳播后，在移動臺2通過多個移動臺天線1接收并進行信號檢測。
需要說明的是本發(fā)明一種分布式MIMO公用移動通信系統(tǒng)中，可使用基于多入多出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)鏈路的正常工作，如空時碼技術(shù)、智能天線技術(shù)等。
本發(fā)明的創(chuàng)新之處現(xiàn)有的集中式MIMO移動通信系統(tǒng)中，基站一端的天線均是集中在基站的，如圖1所示。本發(fā)明提出的分布式MIMO公用移動通信系統(tǒng)，其特點是基站天線不再集中在基站，而是架設(shè)在位于不同地理位置的路燈上，實現(xiàn)本發(fā)明中基站天線的分布，利用路燈或天線承載體的自帶的管道鋪設(shè)光纖等傳輸媒質(zhì)，從而大大降低了移動通信系統(tǒng)的成本。
本發(fā)明的實質(zhì)從技術(shù)角度來看，將原來集中在基站的多個基站天線架設(shè)到路燈上，利用路燈在地理位置上分布的特點，減小了基站天線間的空間相關(guān)性，增強了收發(fā)天線間鏈路的獨立性，縮小了信號接入距離，能改善鏈路性能，提高系統(tǒng)容量，降低電磁波對人體的輻射；從實現(xiàn)角度來看，使用路燈作為基站天線的承載體，能充分利用路燈電纜原有的管道來鋪設(shè)光纖等傳輸媒質(zhì)，降低了施工的成本，增加了可操作性，簡便易行。
與現(xiàn)有的集中式MIMO無線通信系統(tǒng)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是(1)由于基站天線架設(shè)在不同的路燈上，利用路燈在地理位置上分布的特點，減少了基站天線間的空間相關(guān)性，增強了收發(fā)天線間的獨立性，能夠達到更高的系統(tǒng)容量。
(2)天線搭建在路燈上，縮短了信號的接入距離，降低了對發(fā)射信號的功率要求，提高了小區(qū)覆蓋率，降低了電磁波對人體的輻射。
(3)天線搭建在路燈上，能夠利用原有的路燈電纜管道鋪設(shè)光纖等傳輸設(shè)備，降低了成本，易于施工實現(xiàn)。
綜上所述，本發(fā)明提出了一種分布式MIMO公用移動通信系統(tǒng)，通過將基站端的多天線搭建在處于不同地理位置的路燈上，既減弱了基站天線的空間相關(guān)性，又能充分利用輸電電纜管道來鋪設(shè)光纖等傳輸媒質(zhì)，方便易行，便于施工實現(xiàn)和成本控制。與集中式MIMO通信系統(tǒng)相比，分布式MIMO公用移動通信系統(tǒng)能達到更高的系統(tǒng)容量，縮短了信號的接入距離，降低對發(fā)射信號的功率要求，提高了小區(qū)覆蓋率，減少了對人體的電磁輻射。
圖1是集中式MIMO移動通信系統(tǒng)示意圖其中，1是移動臺天線，2是移動臺，3是基站天線，4是基站，5是接入服務(wù)器，6是核心網(wǎng)。
圖2是本發(fā)明的分布式MIMO公用移動通信系統(tǒng)示意圖其中，1是移動臺天線，2是移動臺，3是基站天線，5是接入服務(wù)器，6是核心網(wǎng)，7是中心信號處理器，8為傳輸媒質(zhì)，9是路燈電纜，10是路燈電纜的管道，11是路燈。
具體實施例方式
考慮城市中微小區(qū)的情況，典型的小區(qū)半徑為500米，共有7個基站天線均勻分布在小區(qū)中，相鄰天線間距離為300米，共有7個路燈，路燈高度為10米，每個路燈上架設(shè)一個基站天線。在路燈的分布不滿足小區(qū)覆蓋要求的情況下，基站天線也可以架設(shè)在其他天線承載體上。天線到中心信號處理器的傳輸媒質(zhì)采用光纖；光纖鋪設(shè)在路燈或者天線承載體自帶的管道中。
在集中式MIMO移動通信系統(tǒng)中，基站往往處于小區(qū)中心；在本發(fā)明的分布式MIMO公用移動通信系統(tǒng)中，基站天線均勻分布在小區(qū)中不同地理位置，并由光纖連接到中心信號處理器。下面分析在該實例中，分布式MIMO公用移動通信系統(tǒng)與集中式MIMO移動通信系統(tǒng)相比所具有的優(yōu)點1.信號接入距離減小。當移動臺處于小區(qū)邊緣時，集中式MIMO移動通信系統(tǒng)的基站天線到移動臺的接入距離等于小區(qū)半徑，為500米；而在分布式MIMO公用移動通信系統(tǒng)中，基站天線到移動臺最短的接入距離在150米左右。
2.對基站天線的發(fā)射功率的要求降低。由于接入距離減小，則基站天線到移動臺的路徑損耗減小，為對抗路徑損耗所要求的基站天線的發(fā)射功率也相應減小。設(shè)無線傳播中路徑損耗因子為4，則分布式MIMO移動通信系統(tǒng)中基站天線的發(fā)射功率比集中式MIMO移動通信系統(tǒng)中基站天線的發(fā)射功率低20dB左右。
3.系統(tǒng)容量提高。與集中式MIMO移動通信系統(tǒng)相比，分布式MIMO公用移動通信系統(tǒng)中分布在小區(qū)中不同地理位置的基站天線間的空間相關(guān)性更低，基站天線到移動臺的鏈路獨立性更好，能夠提高系統(tǒng)容量。
4.電磁輻射傷害減小。分布式MIMO公用移動通信系統(tǒng)中基站天線的發(fā)射功率能夠比集中式MIMO通信系統(tǒng)的發(fā)射功率低20dB，從而大大減小了天線周邊區(qū)域的電磁污染。
下面描述本發(fā)明的一種
具體實施例方式本發(fā)明上行鏈路
具體實施例方式在上行鏈路中，信號從移動臺2通過多個移動臺天線2發(fā)射，通過無線傳播后，由位于不同路燈11上的總共7個基站天線3接收。接收到的信號通過光纖8經(jīng)過路燈的電纜管道10傳輸?shù)街行男盘柼幚砥?進行聯(lián)合檢測。中心信號處理器7可通過接入服務(wù)器5與核心網(wǎng)6相連。
本發(fā)明下行鏈路的
具體實施例方式在下行鏈路中，信號從位于不同路燈11上的總共7個基站天線3發(fā)射，通過無線傳播后，在移動臺2由多個移動臺天線1接收并進行信號檢測。
本發(fā)明提出的分布式MIMO公用移動通信系統(tǒng)，由于基站天線分布到不同的路燈上，雖然能夠獲得收發(fā)鏈路更加獨立帶來的系統(tǒng)容量增益，但是從不同的基站天線到達移動臺天線的時延不同。而集中式MIMO移動通信系統(tǒng)中，信號經(jīng)歷相同的信道傳播時延后到達接收機，從而導致了集中式MIMO通信系統(tǒng)的檢測算法在分布式MIMO公用移動通信系統(tǒng)中不再適用。在這里，我們給出分布式MIMO公用移動通信系統(tǒng)一種具體的檢測方式。除此之外，該系統(tǒng)也可使用其他可行的檢測算法，均不影響本發(fā)明的一般性。
下面給出分布式MIMO公用移動通信系統(tǒng)上行鏈路和下行鏈路一種具體的檢測方式。
分布式MIMO公用移動通信系統(tǒng)上行鏈路的一種具體檢測方式分布式MIMO公用移動通信系統(tǒng)的上行鏈路中，多個發(fā)射天線集中在移動臺，接收天線分布于不同路燈上，從不同的發(fā)射天線到不同的接收天線的信道傳播時延不同，從不同的發(fā)射天線到同一個接收天線的信道傳播時延相同。基于該特點，分布式MIMO公用移動通信系統(tǒng)上行鏈路的發(fā)射機與集中式MIMO發(fā)射機的原理相同，詳見G.D.Golden，C.J.Foschini，“Detection algorithm and initial laboratory results using V_BLAST space-timecommunication architecture”，IEEE ECTRONICS LETTERS 7thJan 1999，Vol.35 No.1。上行鏈路的接收機需要先對信道傳播時延進行補償后再根據(jù)集中式MIMO的接收機原理進行信號檢測。
下面對分布式MIMO公用移動通信系統(tǒng)上行鏈路的接收機結(jié)構(gòu)進行說明。如圖2所示，M個不同路燈上的基站天線接收到信號后經(jīng)過光纖傳送到中心信號處理器。在中心信號處理器對信號進行檢測前，先對不同基站天線傳輸?shù)降男盘栠M行延時，用于補償不同的信道傳播時延。假設(shè)信道傳播時延在接收機已知，對不同的接收天線接收到的信號進行延時。設(shè)移動臺天線到基站天線m的傳播時延為τm，m＝1，…，MR；接收機中對第m個接收天線上的信號的延時為τm′，τm′滿足τ1+τ1′=···=τm+τm′=···=τMR+τMR′.]]>因此通過延時模塊后，每個接收天線的信號的經(jīng)歷的總時延相等，可以用集中式MIMO的檢測方法進行檢測。
分布式MIMO公用移動通信系統(tǒng)的下行鏈路中，發(fā)射天線分布于不同的路燈上，接收天線集中于移動臺，從不同的發(fā)射天線到不同的接收天線的信道傳播時延不同，從不同的發(fā)射天線到同一個接收天線的信道傳播時延也不同?；谠撎攸c，分布式MIMO公用移動通信系統(tǒng)需采用不同于集中式MIMO通信系統(tǒng)的方法進行檢測，現(xiàn)存的檢測算法有一種基于格的搜索迭代算法，在此不再贅述，詳見Y.L.C.de Jong，T.J.Wollink，“Iterative trellissearch detection for asynchronous MIMO systems，”IEEE VTC’2003-Fall，vol.1，Oct，2003，pp.503-507。
權(quán)利要求
1.一種分布式多入多出公用移動通信系統(tǒng)，它包括移動臺天線(1)、移動臺(2)、M(M為大于1的正整數(shù))個基站天線(3)、中心信號處理器(7)、接入服務(wù)器(5)、核心網(wǎng)(6)，其特征是它還包括路燈(11)、輸電電纜管道(10)、輸電電纜(9)、傳輸媒質(zhì)(8)，M個基站天線(3)分別固定在N個(N為大于1的正整數(shù))路燈(11)上，用于連接基站天線(3)的傳輸媒質(zhì)(8)位于輸電電纜管道(10)之內(nèi)，基站天線(3)通過傳輸媒質(zhì)(8)與中心信號處理器(7)相連。
2.一種分布式多入多出公用移動通信系統(tǒng)，其特征是每個路燈上可以架設(shè)一個基站天線，也可以架設(shè)多個基站天線。
3.一種分布式多入多出公用移動通信系統(tǒng)，其特征是基站天線可以架設(shè)在路燈桿頂端，也可以架設(shè)在路燈桿，路燈架等路燈部位。
4.一種分布式多入多出公用移動通信系統(tǒng)，其特征是如果位于路燈(11)上的基站天線(3)分布不符合工程上移動通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋要求時，增加天線承載體，所述的天線承載體要求具有一定高度和自帶適合鋪設(shè)傳輸媒質(zhì)的管道，并且天線承載體上的基站天線(3)與路燈(11)上的基站天線(3)一起組成的天線網(wǎng)絡(luò)能夠滿足工程上移動通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋要求。
5.一種分布式多入多出公用移動通信系統(tǒng)，其特征是所述的輸電電纜管道(10)可以是路燈電纜管道也可以是天線承載體自帶的適合鋪設(shè)傳輸媒質(zhì)的管道。
6.一種分布式多入多出公用移動通信系統(tǒng)，其特征是所述的傳輸媒質(zhì)(8)是指用于傳輸信號的介質(zhì)，可以是光纖、同軸電纜、電力線等。
7.一種分布式多入多出公用移動通信系統(tǒng)的移動臺可以有多個移動臺天線(1)，也可以只有單個移動臺天線(1)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種分布式MIMO公用移動通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過在路燈上架設(shè)天線，利用現(xiàn)有的路燈電纜管道鋪設(shè)光纖等傳輸媒質(zhì)，將路燈上的天線連接到中心信號處理器，然后通過接入服務(wù)器與核心網(wǎng)連接。利用路燈在地理位置上分布的特點，減小了基站天線間的空間相關(guān)性，增強了收發(fā)天線間鏈路的獨立性，縮小了信號接入距離，能改善鏈路性能，提高系統(tǒng)容量，降低電磁波對人體的輻射；使用路燈作為基站天線的承載體，充分利用路燈電纜原有的管道來鋪設(shè)光纖等傳輸媒質(zhì)，降低了施工的成本，便于施工實現(xiàn)和成本控制。
文檔編號H04B7/04GK1885736SQ20051002112
公開日2006年12月27日 申請日期2005年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月21日
發(fā)明者孔婷, 唐友喜 申請人:電子科技大學