[发明专利]适用于大规模天线阵列的同步信号发射方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在基站侧使用大规模天线阵列的移动通信系统，尤其涉及在大规模天线阵列中实现同步信号的发射。

背景技术

为适应未来发展的需要，移动通信系统要求能够支持高达每秒数百兆甚至上千兆比特的高速分组数据传输，在无线频谱资源日趋紧张的情况下，采用多天线发送和多天线接收（MIMO）的无线传输技术，在过去十余年来一直是移动通信领域研究的主流技术之一。受到天线数量的限制（以3GPP的LTE-A为例，其在基站侧最多支持8根传输天线），传统的MIMO技术的频谱效率仍然较低，因此在基站侧使用更多的天线配置以进一步发掘空间维度资源，是未来移动通信系统的发展趋势之一。当基站被配置大规模天线（几十根甚至上百根）时，限于空间尺寸的制约，且为了利用天线间的相关性，一般采用较小的天线间距（不超过1个载波波长）。

同步是移动通信系统设计需考虑的首要问题。在一般的移动通信系统中，用户（移动台）在上电后需要首先检测同步信道以完成小区（或扇区）搜索、小区选择以及与基站间建立时频同步。由于每个用户位置的不确定性以及大量用户的位置在小区内呈均匀分布的特点，因此小区中的同步信号在发射时必须以全向形式发出，即在各个方向上同步信号的发射功率应当尽可能均匀，以此保证小区内各方向的用户能够获得均匀可靠的同步信号接收信噪比。除了同步信号，还有一些信号在从基站发射时也应具有全向特性，如广播信号，因此，本发明的覆盖范围不仅包括同步信号本身，也包括所有应具有全向特性的信号。

单天线较容易获得全向特性，而多天线由于相互干扰，较难获得全向特性。目前应用于多天线的同步信号发射方式主要有时间切换发射分集（TSTD）、预编码矢量切换（PVS）和循环延迟分集（CDD）。TSTD在同一时刻只使用1根发射天线以形成全向信号，但当天线数量较大时，其对发射功率的利用率过低，无法保证用户获得可靠的接收信噪比。PVS在不同时刻使用在空间上彼此互补的波束以实现对空间区域的覆盖，若要获得可靠的接收信噪比则需对多次接收信号进行合并，当天线数量较大时会造成同步时间过长。CDD在不同天线上发送彼此循环移位的同步信号以保证全向特性，但会在接收端带来伪多径效应，对应的同步算法较为复杂。因此，现有的同步信号发射方式无法适用于发射天线数较多的大规模天线阵列。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于大规模天线阵列的同步信号发射方法，能够实现同步信号在小区中的全向覆盖，为各个方向的用户提供均匀可靠的同步信号接收信噪比。

本发明采用的技术方案是：一种适用于大规模天线阵列的同步信号发射方法，包括以下步骤：

a、基站天线配置

基站侧的发射天线配置既可以是传统的阵列天线，也可以是多波束天线。无论是哪种天线，其天线阵列既可以是一维线阵，也可以是二维矩形阵。阵列中每个天线可采用单极化或多极化天线。所有天线的方向图应相同。

b、同步信号发射

基站首先生成原始同步信号，此信号可视情况进行选择，本发明对其不做出任何约束。生成好的同步信号与加权矢量一起被送入全向信号生成器，在全向信号生成器中，同步信号在乘以加权矢量后，由1路变成多路被输出，然后送入各个天线或波束端口进行发射。加权矢量可以使用循环正交序列，Zadoff-Chu（ZC）序列就是循环正交序列的一种。

作为加权矢量序列应具有理想或近似理想的周期自相关或非周期自相关特性，以使得从天线发出的同步信号具有全向特性，此外此序列应具有恒模或近似恒模特性，以使得发射机功率能够被充分利用。ZC序列就是一种具有理想周期自相关特性的恒模序列，其可以被用来作为加权矢量。

c、发射分集

为避免低速移动的用户与基站间的等效信道长时间处于深衰落，可以在前后若干次发射同步信号时，使用彼此低相关的加权矢量，以实现发射分集。

本发明提出在基站侧，使用循环正交序列作为加权矢量，将原始的1路同步信号向各个天线或波束端口映射成多路的方法，实现了同步信号的发射功率在空间各方向上的均匀分配，其实现复杂度低，加权矢量在各种小区配置场景间具有通用性，且避免了传统同步信号发射方法应用于大规模天线阵列时存在的功率利用率低、同步时间长等问题。

有益效果：本发明提供的适用于大规模天线阵列的同步信号发射方法，具有如下优点：

1、本方法所形成的同步信号具有全向特性；

2、本方法所提供的加权矢量的计算方法，不受天线数量以及天线方向图的限制，只要天线数量确定，就可以按照给定规则非常简单地生成一系列对应的加权矢量；