Un método para implementar una antena inteligente de sistema WCDMA,

que comprende las siguientes etapasde:

(a) procesar las señales recibidas por una red de antenas en una canal de radiofrecuencia para obtener datos de redde banda base que incluyen una pluralidad de componentes (21),

(b) estimar e identificar un entorno de comunicación inalámbrica en el que está situado un canal según lascaracterísticas de dichos datos de red, determinar el tipo de canal al que pertenece actualmente 10 el canal basándoseen un criterio de decisión establecido para el tipo de canal (22),

(c) seleccionar en tiempo real un algoritmo de conformación de haz adaptable correspondiente según el resultado dela identificación del tipo de canal, calcular un valor de ponderación del enlace ascendente (23),

(d) multiplicar dichos datos de red y dicho valor de ponderación del enlace ascendente para conformar un haz (24),

(e) seleccionar en tiempo real un algoritmo de detección de multiusuarios correspondiente para procesar los datosdespués de que el haz está conformado según el resultado de la identificación del tipo de canal, y completar ladistinción de usuarios (25).

Un método y equipo para llevar realizar una antena inteligente en un sistema WCDMA

Campo técnico

La presente invención se refiere a una técnica de antena inteligente en un sistema de acceso múltiple por división de código de banda ancha (WCDMA) en el campo de las comunicaciones, en particular a un método y un dispositivo para implementar una antena inteligente en un sistema WCDMA.

Técnica antecedente

En el canal de comunicación WCDMA, además del ruido blanco gaussiano aditivo (AWGN) , existen varias interferencias en diferentes entornos, así que el diseño de un receptor debe tener en consideración las restricciones de las interferencias. Bajo el entorno AWGN ideal, puede usarse un desensanchador de filtro adaptado (o denominado un desensanchador correlacionado) . En el caso de interferencias de múltiples trayectos, a menudo se usa un receptor Rake desensanchador de diversidad de multitrayectos, que tiene que estimar el retardo y la amplitud de los multitrayectos. En el canal que tiene interferencia de banda estrecha, el método usado común es añadir un filtro de predicción adaptable delante del filtro adaptado para estimar la interferencia de banda estrecha y llevar a cabo la separación de las señales ensanchadas de banda ancha. En el sistema WCDMA con interferencias multiacceso, el receptor de detección de multiusuarios nunca recibió amplia atención. Está constituido por un conjunto de filtros adaptados y un detector multiusuario, el típico es un detector multiusuario decorrelacionado, que tiene complejidad lineal y la mejor capacidad de suprimir el efecto cerca – lejos. Pero su desventaja es necesitar diversa información (como pseudocódigo, sincronización, frase, etc.) de todos los usuarios de interferencia.

En el método anterior, la supresión para varias interferencias habitualmente se realiza por separado. Sin embargo, a menudo realmente nos enfrentamos con las dos condiciones siguientes: 1) puede que no conozcamos en qué clase de entorno de interferencia estamos situados, y tampoco precisar los parámetros de interferencia; 2) a veces, puede haber varias interferencias existentes al mismo tiempo. Bajo tales condiciones, el receptor que puede suprimir una clase de interferencia no puede funcionar normalmente cuando está bajo el entorno del canal en el que existe simultáneamente otra clase de interferencia o varias interferencias. También existe un método de combinación de un filtro de muesca de banda estrecha, un receptor Rake, y un detector multiusuario decorrelacionado. Pero su desventaja es que el receptor es extremadamente complejo e incluso no puede implementarse.

El modelo de banda base de señal de recepción DS/CDMA de modulación BPSK en un entorno de canal complejo se analizará en primer lugar en este documento. La modulación de espectro ensanchado y el efecto de multitrayecto usan el filtro FIR para configurar el modelo. Existe interferencia multiacceso, interferencia multitrayecto, interferencia de banda estrecha y AWGN. Hay K usuarios en el sistema, la secuencia de datos de cada usuario es dk (n) ∈± 1, ck y hk son los coeficientes del filtro FIR. El filtro ck completa la función de modulación de espectro ensanchado, siendo su entrada dk (n) δ (n – Tb) , siempre y cuando ck = [ck, 0, ck, 1, K, ck, N – 1]T represente la secuencia de pseudocódigo de espectro ensanchado del usuario k-ésimo con su valor de ± 1, entonces la respuesta al impulso del filtro es igual a esta secuencia de pseudocódigo de espectro ensanchado ck, hk representa el efecto de la interferencia multitrayecto. Siempre y cuando el retardo de multitrayecto sea los tiempos integrales del periodo de chip de codificación Tc, TkTc representa el retardo temporal del trayecto de la LoS (línea de visión) del usuario k-ésimo, siempre y cuando el número máximo de multitrayectos sea L, el retardo temporal de cada trayecto del usuario késimo es: TkTc, (Tk + 1) Tc, K, (Tk + L – 1) Tc respectivamente, y el coeficiente de desvanecimiento está indicado por el vector hk = [hk, 0, hk, 1, K, hk, L – 1]T, para el usuario con el número de multitrayectos inferior a L, algunos elementos de hk son cero.

Siempre y cuando el primer usuario sea el usuario esperado, y Tk > T1, (k = 2, K, K) , hacer

mk, l = int[ Tk + l – Tl) / N ]

qk, l = Tk+ l – Tl – N⋅mk, l

Las dos ecuaciones anteriores ilustra cuántos periodos de célula de código de datos el trayecto l-ésimo del usuario k-ésimo se retrasa en relación con el trayecto de LoS del primer usuario, mk, l es la parte entera, qk, l es el residuo.

Si no se considera la interferencia de banda estrecha, el vector de la señal recibida se representa como:

L−1

x[n]=hd (n) c +I[hd (n −m −1) cf +hd (n −m ) cb ]

1, 01 1 1, l 1 1, l 1, l 1, l 1 1, l 1, l l=1

KL−1

+II[hk, ldk (n − mk , l −1) cfk, l + hk, ldk (n − mk, l ) cbk , l ]+ z (n)

k=2 l=0

En la que:

Tcfk , l = [ck, N −q , ck , N −q −1, K, ck, N −1, 0, K, 0]1xN ,

k , lk , l

cbk, l = [0, K, 0, ck, 0, ck , 1, K, ck, N−q −1]1 TxN

k , l

El primer elemento de la ecuación es la señal del trayecto de LoS del usuario esperado, el segundo es la interferencia multitrayecto generada por el usuario esperado, el tercero es la interferencia multiacceso, la interferencia multitrayecto generada por el usuario multiacceso es equivalente a la interferencia multiacceso, es decir, equivalente a la interferencia multiacceso del elemento (k – 1) l, el cuarto elemento es la interferencia AWGN.

Habitualmente, en la estación base del sistema WCDMA, el receptor a menudo adopta la técnica de recepción correlacionada o de recepción Rake, que es el método de proceso para un único usuario. Desde el punto de vista de la teoría de la información, el WCDMA es un canal MIMO, y el único usuario no puede aprovechar plenamente la capacidad del canal. La detección de multiusuarios puede aprovechar plenamente la información de dominio temporal del multiusuario, como la palabra de código, la amplitud, la sincronización, y el retardo, etc., y reducir de ese modo en gran medida la interferencia multiacceso multitrayecto. La técnica de antena inteligente se basa en una antena adaptable y procesamiento de señal de red de alta resolución, y hace posible que el receptor capte la información de dominio espacial de la señal multiusuario. Tal información espacial incluye parámetros como el ángulo de llegada, el número de señales, el modo de polarización de la señal, y la relación de fases relativas, etc.

Para aprovechar plenamente las características del dominio espacial y el dominio temporal de las señales, es necesario realizar un procesamiento asociado al espacio – tiempo para las señales. El método de procesamiento asociado al espacio – tiempo incluye el método basado en algún criterio de optimización espacio – temporal y el método basado en alguna característica estructural. Para aprovechar plenamente diversos métodos en diversas condiciones, el procesamiento espacio – temporal puede combinarse en una arquitectura de radio por software, es decir, el procesamiento asociado espacio – temporal se implementa con software, para construir un método de procesamiento asociado espacio – temporal generalizado adecuado para diversas condiciones de canal.

La antena inteligente adaptable usada actualmente, como las desveladas en la solicitud de patente de China 01132304 “A Receiving Device with full Adaptive Smart”, la solicitud de patente de China 01131993 “A Receiving Method and Device with Smart Antenna”, el valor de ponderación puede actualizarse por ciertos criterios según los cambios de las características de distribución del espacio de la señal, la amplitud y la fase del valor de ponderación pueden actualizarse libremente, cuando el algoritmo de actualización es convergente, este método puede aprovechar plenamente las características espaciales de la señal de usuario esperada y la señal de interferencia a la máxima SIR (relación señal – interferencia) de la señal recibida.

Sin embargo, existen algunos problemas técnicos clave que han de resolverse al aplicar la antena inteligente en la práctica. En donde la estabilidad y la complejidad... [Seguir leyendo]

1. Un método para implementar una antena inteligente de sistema WCDMA, que comprende las siguientes etapas

de: 5

(a) procesar las señales recibidas por una red de antenas en una canal de radiofrecuencia para obtener datos de red de banda base que incluyen una pluralidad de componentes (21) ,

(b) estimar e identificar un entorno de comunicación inalámbrica en el que está situado un canal según las características de dichos datos de red, determinar el tipo de canal al que pertenece actualmente el canal basándose en un criterio de decisión establecido para el tipo de canal (22) ,

(c) seleccionar en tiempo real un algoritmo de conformación de haz adaptable correspondiente según el resultado de

la identificación del tipo de canal, calcular un valor de ponderación del enlace ascendente (23) , 15

(d) multiplicar dichos datos de red y dicho valor de ponderación del enlace ascendente para conformar un haz (24) ,

(e) seleccionar en tiempo real un algoritmo de detección de multiusuarios correspondiente para procesar los datos después de que el haz está conformado según el resultado de la identificación del tipo de canal, y completar la distinción de usuarios (25) .

2. El método para implementar la antena inteligente de la reivindicación 1, en el que en dicho criterio de decisión para el tipo de canal, los tipos de canal se dividen en las tres clases siguientes o cualquier combinación de las mismas: primera, el ruido blanco gaussiano aditivo es la parte de interferencia principal, el entorno en el que está

situado está lejos de la estación base, la potencia de la señal es débil y el ruido es fuerte; segunda, la interferencia de canal común es la parte de interferencia principal, el entorno en que está situado es interferido por el canal común de otras células; tercera, la interferencia entre símbolos es la parte de interferencia principal, el entorno en que está situado tiene interferencia entre símbolos considerable debido a la gran diferencia de retardos temporales entre cada una de las componentes multitrayecto.

3. El método para implementar la antena inteligente de la reivindicación 2, en el que dicho criterio de decisión para el tipo de canal determina el tipo de canal según la desviación del espectro de potencia en banda y el autovalor de la matriz de correlación de dichos datos de red, dicho criterio de decisión incluye cualquier combinación de los tres, o al menos dos criterios siguientes:

si el número de autovalores efectivos es 1, y la desviación del espectro de potencia en banda es pequeña, se trata de dicho primer tipo de canal,

si el número de autovalores efectivos es 1, y la desviación del espectro de potencia en banda es grande, se trata de dicho segundo tipo de canal,

si el número de autovalores efectivos es mayor que 1, y la desviación del espectro de potencia en banda es pequeña, se trata de dicho tercer tipo de canal.

45 4. El método para implementar la antena inteligente de la reivindicación 2, en el que en dicha etapa (c) de seleccionar el algoritmo de conformación de haz adaptable correspondiente según el resultado de la identificación del tipo de canal, se sigue cualquier combinación de los tres, o al menos dos criterios siguientes:

para el primer tipo de canal con ruido blanco gaussiano aditivo como la parte de interferencia principal, se adopta un algoritmo de conformación de haz de combinación de relación máxima,

para el segundo tipo de canal con interferencia de canal común como la parte de interferencia principal, se adopta un algoritmo de módulo constante avanzado (CMA) para la conformación de haz,

55 para el tercer tipo de canal con interferencia entre símbolos como la parte de interferencia principal, se adopta un algoritmo de conformación de haz recursivo concatenado avanzado.

5. El método para implementar la antena inteligente de la reivindicación 1, en el que en dicha etapa (e) de seleccionar el algoritmo de detección de multiusuarios correspondiente según el resultado de la identificación del tipo de canal, se sigue cualquier combinación de los tres, o al menos dos criterios siguientes:

para el primer tipo de canal con ruido blanco gaussiano aditivo como la parte de interferencia principal, se adopta el método de detección de multiusuarios basado en la media cuadrática mínima,

65 para el segundo tipo de canal con interferencia de canal común como la parte de interferencia principal, se adopta el método de detección de decorrelación,

para el tercer tipo de canal con interferencia entre símbolos como la parte de interferencia principal, se adopta el método de neutralización de interferencias paralelas.

6. El método para implementar la antena inteligente de la reivindicación 2, 3 o 4, en el que el criterio de decisión para el tipo de canal establecido en la etapa (a) además incluye un cuarto tipo de canal: existen diversas interferencias y ruidos, el entorno en el que está situado es un entorno de comunicación complejo con ruido fuerte y tanto interferencia de canal común como interferencia entre símbolos, su condición de decisión correspondiente es: el número de autovalores efectivos es mayor que 1, y la desviación de potencia en banda es grande; en dicha etapa

(c) de seleccionar el algoritmo de conformación de haz adaptable correspondiente según el resultado de la identificación del tipo de canal, para dicho cuarto tipo de canal se adopta un algoritmo de conformación de haz asistido por bits piloto.

7. El método para implementar la antena inteligente de la reivindicación 6, en el que en dicha etapa (e) de

seleccionar el algoritmo de detección de multiusuarios correspondiente según el resultado de la identificación del tipo de canal, para el cuarto tipo de canal con diversas interferencias y ruidos se usa el método de cancelación de interferencia multiacceso parcial.

8. El método para implementar la antena inteligente de la reivindicación 1, en el que dicha etapa (e) es seguida por una etapa (f) : calcular el valor de ponderación del enlace descendente según el valor de ponderación del enlace ascendente obtenido (26) .

9. El método para implementar la antena inteligente de la reivindicación 3 o 6, en el que cuando dicha desviación de

potencia en banda es mayor que un umbral establecido, se considerará que la desviación de potencia en banda es 25 relativamente grande, de lo contrario, se considerará que es relativamente pequeña.

10. Un dispositivo de antena inteligente para un sistema WCDMA, que incluye una red de antenas (10) , un módulo de canal de radiofrecuencia (RF) (11) , y un módulo de conformación de haz (12) para conformar el haz después de ponderar cada una de las señales de los canales individuales, incluyendo el dispositivo de antena inteligente además un módulo de detección y clasificación de entorno de canal (13) , un módulo de selección de algoritmo de conformación de haz y generación de valor de ponderación (14) , y un módulo de detección de multiusuarios (15) , en el que:

dicho módulo de detección y clasificación de entorno de canal (13) se usa para estimar e identificar un entorno de

comunicación inalámbrica en el que está situado un canal según las características de los datos de red de banda base recibidos desde dicho canal de RF, para determinar el tipo de canal actual, y devolver como salida el resultado a dicho módulo de selección de algoritmo de conformación de haz y generación de valor de ponderación,

dicho módulo de selección de algoritmo de conformación de haz y generación de valor de ponderación (14) se usa para seleccionar un algoritmo de conformación de haz correspondiente según el resultado de la identificación del tipo de canal , para calcular un nuevo valor de ponderación del enlace ascendente según dichos datos de red y la realimentación de señal de conformación de haz, y enviar el nuevo valor de ponderación del enlace ascendente a dicho módulo de conformación de haz,

45 dicho módulo de detección de multiusuarios (15) se usa para seleccionar el algoritmo de detección de multiusuarios correspondiente según el resultado de la identificación de dicho tipo de canal, para procesar dicha señal de conformación de haz, y completar la distinción de usuarios.

11. El dispositivo de antena inteligente de la reivindicación 10, en el que dicho módulo de detección y clasificación de entorno de canal (13) además incluye: una unidad de cálculo de autovalores, para calcular el autovalor de la matriz de correlación de los datos de red y contar el número de autovalores efectivos; una unidad de cálculo de desviación del espectro de potencia en banda, para estimar la potencia de cada canal de las señales recibidas por la red y calcular la desviación del espectro de potencia en banda; y una unidad de decisión de tipo de canal, para identificar el tipo al que pertenece actualmente el canal por un criterio de decisión establecido según el número de

55 autovalores efectivos y la desviación del espectro de potencia en banda.

12. El dispositivo de antena inteligente de la reivindicación 11, en el que cuando dicha unidad de decisión de tipo de canal identifica el tipo al que pertenece actualmente el canal según el número de autovalores efectivos y la desviación del espectro de potencia en banda, se sigue cualquier combinación de los tres, o al menos dos criterios siguientes:

si el número de autovalores efectivos es 1, y la desviación del espectro de potencia en banda es pequeña, se trata de dicho primer tipo de canal, en el que el ruido blanco gaussiano aditivo es la parte de interferencia principal, el entorno en que está situado está lejos de la estación base, la potencia de la señal es débil y el ruido es fuerte;

65 si el número de autovalores efectivos es 1, y la desviación del espectro de potencia en banda es grande, se trata de dicho segundo tipo de canal, en el que la interferencia de canal común es la parte de interferencia principal, el entorno en que está situado es interferido por el canal común de otras células;

si el número de autovalores efectivos es mayor que 1, y la desviación del espectro de potencia en banda es

pequeña, se trata de dicho tercer tipo de canal, en el que la interferencia entre símbolos es la parte de interferencia principal, el entorno en que está situado tiene interferencia entre símbolos considerable debido a la gran diferencia de retardos temporales entre cada una de las componentes multitrayecto.

13. El dispositivo de antena inteligente de la reivindicación 12, en el que cuando dicho módulo de detección de

multiusuarios (15) selecciona el algoritmo de detección de multiusuarios correspondiente según el resultado de la identificación del tipo de canal, se sigue cualquier combinación de los tres, o al menos dos criterios siguientes:

para el primer tipo de canal con ruido blanco gaussiano aditivo como la parte de interferencia principal, se adopta el método de detección de multiusuarios basado en la media cuadrática mínima;

para el segundo tipo de canal con interferencia de canal común como la parte de interferencia principal, se adopta el método de detección de decorrelación;

para el tercer tipo de canal con interferencia entre símbolos como la parte de interferencia principal, se adopta el 20 método de neutralización de interferencias paralelas.

14. El dispositivo de antena inteligente de la reivindicación 13, en el que cuando dicha unidad de decisión de tipo de canal identifica el tipo al que pertenece actualmente el canal según el número de autovalores efectivos y la desviación del espectro de potencia en banda, sigue los siguientes criterios:

si el número de autovalores efectivos es mayor que 1, y la desviación de potencia en banda es grande, se trata del cuarto tipo de canal, en el que existen diversas interferencias y ruidos, el entorno en que está situado es un entorno de comunicación complejo con ruido fuerte y tanto interferencia de canal común como interferencia entre símbolos;

cuando dicho módulo de detección de multiusuarios selecciona el algoritmo de detección de multiusuarios correspondiente según el resultado de la identificación del tipo de canal, se usa un método de cancelación de interferencia multiacceso parcial para el cuarto tipo de canal.

15. El dispositivo de antena inteligente de la reivindicación 12 o 14, en el que cuando dicha unidad de decisión de

tipo de canal determina que dicha desviación de potencia en banda es mayor que un umbral establecido, se considera que la desviación de potencia en banda es relativamente grande, de lo contrario, se considera que es relativamente pequeña.