專利名稱：用于多入多出通信系統(tǒng)的發(fā)射方法、裝置和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線通信領(lǐng)域，涉及一種應(yīng)用于自適應(yīng)閉環(huán)MIMO(Multiple Input Multiple Output，多入多出)通信系統(tǒng)的發(fā)射方法、發(fā)射機(jī)和包含該發(fā)射機(jī)的發(fā)射系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
無線通信領(lǐng)域中MIMO技術(shù)的一個突出特點(diǎn)就是大大提高了系統(tǒng)容量?；谛畔⒄摽梢酝茖?dǎo)出，如果各發(fā)射天線的發(fā)射功率都相同(即假設(shè)發(fā)射端對信道矩陣沒有先驗(yàn)知識)，MIMO通信系統(tǒng)的容量隨min(M，N)線性增長，其中M、N分別為發(fā)射和接收天線數(shù)。同時，一些學(xué)者提出，如果發(fā)射端完全已知或部分已知信道矩陣，且充分利用已知的信道矩陣信息來調(diào)整MIMO通信系統(tǒng)各發(fā)射天線的功率，則能進(jìn)一步提高M(jìn)IMO通信系統(tǒng)的容量。因此，為了使MIMO通信系統(tǒng)的容量盡可能大，很多專利提出了閉環(huán)預(yù)編碼的MIMO系統(tǒng)，即MIMO通信系統(tǒng)的接收機(jī)將估計(jì)的全部或部分信道信息反饋給發(fā)射機(jī)，發(fā)射機(jī)利用接收到的信道信息對發(fā)射信號進(jìn)行預(yù)編碼。但這種預(yù)編碼方法的缺陷是雖然可以改善接收機(jī)的解碼性能，卻由于沒有進(jìn)行功率的調(diào)整，因此MIMO通信系統(tǒng)的容量并沒有增加。在專利EP1386438《Link Adaptation for Wireless MIMO TransmissionSchemes》中提出了分層MIMO的功率分配機(jī)制，其基本思想是分配每層的功率，使得每層的數(shù)據(jù)速率相同。這種機(jī)制雖然使所有層的容量是相同的，但是系統(tǒng)的信道容量并沒有增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種自適應(yīng)的閉環(huán)MIMO通信系統(tǒng)的發(fā)射方法，解決了平均分配功率時MIMO通信系統(tǒng)的容量無法增加的問題。
本發(fā)明目的之一在于提供一種用于自適應(yīng)閉環(huán)多入多出通信系統(tǒng)的發(fā)射方法，包括如下步驟第一步發(fā)射機(jī)接收到接收機(jī)反饋的全部或部分信道信息，其中包含每個子信號流的信噪比；第二步根據(jù)接收機(jī)反饋信息中的全部或部分信道信息，獲得預(yù)編碼矩陣；根據(jù)每個子信號流的信噪比非平均的分配每個子信號流的功率增益；第三步根據(jù)第二步得到的每個子信號流的功率增益，為每個子信號流自適應(yīng)的選擇調(diào)制編碼方式，進(jìn)行調(diào)制編碼；第四步根據(jù)第二步得到的預(yù)編碼矩陣對每個調(diào)制編碼后的子信號流數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)編碼；第五步預(yù)編碼后的數(shù)據(jù)送到空時編碼單元進(jìn)行空時編碼。
上述第一步中的信道信息還包含空間信道矩陣。
上述分配各子信號流的功率增益具體包括
(1)多入多出通信系統(tǒng)的信道容量寫為C=Σi=1SWlog2(1+Piρi)]]>(公式1)其中，W表示信道帶寬，S表示子信號流的個數(shù)，Pi是第i個子信號流功率，ρi是第i個子信號流的信噪比；(2)當(dāng)子信號流的個數(shù)固定的時候，總的子信號流的功率是固定的，即Σi=1SPi=P]]>(公式2)其中，P為總的子信號流的功率；(3)再使用拉格朗日因子M=maxPi,λΣi=1SWlog2(1+Piρi)+λ(P-Σi=1SPi)]]>(公式3)得到不同子信號流的功率增益Pn=P+Σi=1S1ρiS-1ρn,n=1,2,···,S]]>(公式4)。
本發(fā)明的另一個目的在于提出一種用于自適應(yīng)閉環(huán)MIMO通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)，包括至少由兩根發(fā)射天線組成的天線組、信道編碼單元、調(diào)制單元、預(yù)編碼單元、空時編碼單元，其特征在于，還包括預(yù)編碼控制單元，上述預(yù)編碼控制單元對每個子信號流的功率增益實(shí)現(xiàn)不平均的分配。
上述的預(yù)編碼控制單元根據(jù)上述的接收機(jī)反饋的包含全部或部分信道信息和各子信號流信噪比的反饋信息得出每個信號流的功率增益和預(yù)編碼矩陣，并根據(jù)每個信號流的功率增益自適應(yīng)的選擇每個信號流的調(diào)制編碼方式；上述的信道編碼單元根據(jù)上述的預(yù)編碼控制單元選擇的編碼方式對每個子信號流進(jìn)行編碼；上述的調(diào)制單元根據(jù)上述的預(yù)編碼控制單元選擇的調(diào)制方式對經(jīng)過上述的信道編碼單元編碼后的每個子信號流進(jìn)行調(diào)制；上述的預(yù)編碼單元將經(jīng)過上述的調(diào)制單元調(diào)制后的每個子信號流與上述的預(yù)編碼控制單元產(chǎn)生的預(yù)編碼矩陣相乘；上述的空時編碼單元對經(jīng)過預(yù)編碼單元處理后的各子信號流進(jìn)行空時編碼；上述的發(fā)射機(jī)天線組將輸出信號發(fā)送給接收機(jī)。
本發(fā)明的又一個目的在于提出一種用于自適應(yīng)閉環(huán)MIMO通信系統(tǒng)的發(fā)射系統(tǒng)，至少包括一個發(fā)射機(jī)和一個接收機(jī)。
上述的發(fā)射機(jī)進(jìn)一步包括至少由兩根發(fā)射天線組成的天線組、信道編碼單元、調(diào)制單元、預(yù)編碼單元、空時編碼單元、預(yù)編碼控制單元；上述的接收機(jī)進(jìn)一步包括接收天線/組、空時解碼單元、子信號流數(shù)據(jù)處理單元、子信號流信道估計(jì)單元、反饋信息產(chǎn)生單元；在上述的發(fā)射機(jī)中，上述的預(yù)編碼控制單元根據(jù)上述的接收機(jī)反饋的包含全部或部分信道信息和各子信號流信噪比的反饋信息得出每個信號流的功率增益和預(yù)編碼矩陣，并根據(jù)每個信號流的功率增益自適應(yīng)的選擇每個信號流的調(diào)制編碼方式；上述的信道編碼單元根據(jù)上述的預(yù)編碼控制單元選擇的編碼方式對每個子信號流進(jìn)行編碼；上述的調(diào)制單元根據(jù)上述的預(yù)編碼控制單元選擇的調(diào)制方式對經(jīng)過上述的信道編碼單元編碼后的每個子信號流進(jìn)行調(diào)制；上述的預(yù)編碼單元將經(jīng)過上述的調(diào)制單元調(diào)制后的每個子信號流與上述的預(yù)編碼控制單元產(chǎn)生的預(yù)編碼矩陣相乘；上述的空時編碼單元對經(jīng)過預(yù)編碼單元處理后的各子信號流進(jìn)行空時編碼；上述的發(fā)射機(jī)天線組將輸出信號發(fā)送給接收機(jī)；在上述的接收機(jī)中，上述的接收機(jī)的天線/組接收上述的發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號；上述的空時解碼單元對上述的接收機(jī)的天線/組接收的信號進(jìn)行空時解碼；上述的子信號流數(shù)據(jù)處理單元對上述的空時解碼單元輸出的信號進(jìn)行解調(diào)、解碼等基帶信號處理，得到發(fā)射信號流的估計(jì)；上述的子信號流信道估計(jì)單元估計(jì)信道狀態(tài)，得到信道估計(jì)矩陣和每個子信號流的信噪比；上述的反饋信息產(chǎn)生單元根據(jù)所述的子信號流信道估計(jì)單元的輸出產(chǎn)生反饋信息，發(fā)送給所述的發(fā)射機(jī)的預(yù)編碼控制單元。
本發(fā)明提供的方法、裝置和系統(tǒng)，不僅可以改善接收機(jī)的解碼性能，而且通過根據(jù)MIMO通信系統(tǒng)每個子信號流的信噪比自適應(yīng)的分配子信號流功率，使得分配原則簡單，而且提高M(jìn)IMO通信系統(tǒng)的容量。


圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)方式。
圖1所示為本發(fā)明自適應(yīng)閉環(huán)MIMO通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案。首先發(fā)射機(jī)100接收到接收機(jī)200發(fā)送的反饋信息，其中包含全部或部分信道信息和每個子信號流的信噪比，若包括空間信道矩陣更好。這里，若僅有部分信道信息，只要可以通過這些信道信息推導(dǎo)出信噪比即可。預(yù)編碼控制單元105根據(jù)接收到的全部或部分信道信息和每個子信號流的信噪比，計(jì)算每個子信號流的功率增益和預(yù)編碼矩陣，預(yù)編碼矩陣可以通過多種方式獲得，在802.16等協(xié)議中就提供了多種方式，這里舉例可以由信道矩陣各特征值對應(yīng)的單位正交特征向量構(gòu)成，或者由接收機(jī)反饋有限個預(yù)先計(jì)算好的典型的預(yù)編碼矩陣，接收機(jī)反饋時只需要反饋序號即可。
各子信號流的功率增益可以通過如下推導(dǎo)得到。
MIMO通信系統(tǒng)的信道容量公式可以寫為C=Σi=1SWlog2(1+Piρi)]]>(公式1)其中，W表示信道帶寬，S表示子信號流的個數(shù)，Pi是第i個子信號流功率，ρi是第i個子信號流的信噪比。
并且，當(dāng)子信號流的個數(shù)固定的時候，總的子信號流的功率是固定的，即滿足下面的公式Σi=1SPi=P]]>(公式2)這里，P為總的子信號流的功率。
因此，為了在公式(2)的約束條件下，使得公式(1)最大，可以使用拉格朗日因子來解決這個問題，即M=maxPi,λΣi=1SWlog2(1+Piρi)+λ(P-Σi=1SPi)]]>(公式3)
對上述公式(3)求解可以得到Pn=P+Σi=1S1ρiS-1ρn,n=1,2,···,S]]>(公式4)因此，對于不同信噪比的子信號流可以根據(jù)公式(4)確定其功率增益，從而提高M(jìn)IMO通信系統(tǒng)的信道容量。
另外，根據(jù)子信號流的功率增益可以為子信號流自適應(yīng)的選擇不同的編碼調(diào)制方式，使得本發(fā)明相對其他方法更加靈活。
設(shè)發(fā)射機(jī)100接收的反饋信息中的子信號流的信道矩陣為H。定義E=diag(P1,P2,···PS),]]>其中，Pi是第i個子信號流的功率增益。則預(yù)編碼矩陣和各子信號功率增益可以一起寫為W＝VE (公式5)其中，V可以是矩陣HHH的特征向量組成的矩陣。
信道編碼單元101A，101B，...，101S根據(jù)預(yù)編碼控制單元105確定的每個子信號流的編碼方式進(jìn)行編碼。經(jīng)過編碼的子信號流分別輸入到調(diào)制單元102A，102B，...，102S，調(diào)制單元102A，102B，...，102S根據(jù)預(yù)編碼控制單元105確定的每個子信號流的調(diào)制方式進(jìn)行調(diào)制。經(jīng)過調(diào)制后的子信號流分別輸入到預(yù)編碼單元103，預(yù)編碼單元103使用公式(5)得到的預(yù)編碼矩陣W對每個子信號流進(jìn)行預(yù)編碼。經(jīng)過預(yù)編碼的子信號流分別輸入到空時編碼單元104進(jìn)行空時編碼，得到空時編碼信號。最后，發(fā)射天線組106A，106B，...，106M將空時編碼信號通過空間信道300發(fā)射給接收機(jī)200，這里，M是發(fā)射機(jī)100的發(fā)射天線數(shù)。
接收機(jī)200的天線組201A，201B，...，201N接收空時編碼信號，這里，N是接收機(jī)200的接收天線數(shù)。接收到空時編碼信號分別輸入到空時解碼單元202進(jìn)行空時解碼。經(jīng)過空時解碼的信號可以進(jìn)一步輸入到子信號流數(shù)據(jù)處理單元203進(jìn)行子信號流解調(diào)和解碼等基帶處理，得到子信號流的估計(jì)。經(jīng)過空時解碼的信號也輸入到子信號流信道估計(jì)單元204，對信道矩陣和每個子信號流的信噪比進(jìn)行估計(jì)。子信號流信道估計(jì)單元204將信道矩陣的估計(jì)值和每個子信號流的信噪比的估計(jì)值輸入到反饋信息產(chǎn)生單元205。反饋信息產(chǎn)生單元205對估計(jì)的信道矩陣和每個子信號流的信噪比進(jìn)行處理，產(chǎn)生反饋信息。接收機(jī)200將反饋信息產(chǎn)生單元205產(chǎn)生的反饋信息通過反饋信道發(fā)送給接收機(jī)100。
其中，發(fā)射天線組數(shù)M、接收天線組N和信道編碼單元或調(diào)制單元的個數(shù)S沒有關(guān)系，M，N，S可以任意設(shè)置。
上面是對本發(fā)明的實(shí)施例的描述，并非用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，對本發(fā)明的實(shí)施例的各種修正和變化都落在本發(fā)明的構(gòu)思和所附權(quán)利要求限定范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于自適應(yīng)閉環(huán)多入多出通信系統(tǒng)的發(fā)射方法，其特征在于包括如下步驟第一步發(fā)射機(jī)接收到接收機(jī)反饋的全部或部分信道信息，其中包含每個子信號流的信噪比；第二步根據(jù)接收機(jī)反饋信息中的全部或部分信道信息，獲得預(yù)編碼矩陣；根據(jù)每個子信號流的信噪比非平均的分配每個子信號流的功率增益；第三步根據(jù)第二步得到的每個子信號流的功率增益，為每個子信號流自適應(yīng)的選擇調(diào)制編碼方式，進(jìn)行調(diào)制編碼；第四步根據(jù)第二步得到的預(yù)編碼矩陣對每個調(diào)制編碼后的子信號流數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)編碼；第五步預(yù)編碼后的數(shù)據(jù)送到空時編碼單元進(jìn)行空時編碼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)閉環(huán)多入多出通信系統(tǒng)的發(fā)射方法，其特征在于，所述第一步中的信道信息還包含空間信道矩陣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自適應(yīng)閉環(huán)多入多出通信系統(tǒng)的發(fā)射方法，其特征在于，分配各子信號流的功率增益具體包括多入多出通信系統(tǒng)的信道容量寫為C=Σi=1SWlog2(1+Piρi)]]>(公式1)其中，W表示信道帶寬，S表示子信號流的個數(shù)，Pi是第i個子信號流功率，ρi是第i個子信號流的信噪比；當(dāng)子信號流的個數(shù)固定的時候，總的子信號流的功率是固定的，即Σi=1SPi=P]]>(公式2)其中，P為總的子信號流的功率；再使用拉格朗日因子M=maxPi,λΣi=1SWlog2(1+Piρi)+λ(P-Σi=1SPi)]]>(公式3)得到不同子信號流的功率增益Pn=P+Σi=1S1ρiS-1ρn,n=1,2,···,S]]>(公式4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于自適應(yīng)閉環(huán)多入多出通信系統(tǒng)的發(fā)射方法，其特征在于，所述第二步中的預(yù)編碼矩陣可以由信道矩陣各特征值對應(yīng)的單位正交特征向量構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于自適應(yīng)閉環(huán)多入多出通信系統(tǒng)的發(fā)射方法，其特征在于，所述第二步中的預(yù)編碼矩陣可以是接收機(jī)反饋的典型的預(yù)編碼矩陣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于自適應(yīng)閉環(huán)多入多出通信系統(tǒng)的發(fā)射方法，其特征在于，接收機(jī)僅反饋預(yù)編碼矩陣的序號。
7.一種用于自適應(yīng)閉環(huán)多入多出通信系統(tǒng)中的發(fā)射機(jī)，包括至少由兩根發(fā)射天線組成的天線組、信道編碼單元、調(diào)制單元、預(yù)編碼單元、空時編碼單元，其特征在于，還包括預(yù)編碼控制單元，所述預(yù)編碼控制單元對每個子信號流的功率增益實(shí)現(xiàn)不平均的分配。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)射機(jī)，其特征在于所述的預(yù)編碼控制單元根據(jù)所述的接收機(jī)反饋的包含全部或部分信道信息和各子信號流信噪比的反饋信息得出每個信號流的功率增益和預(yù)編碼矩陣，并根據(jù)每個信號流的功率增益自適應(yīng)的選擇每個信號流的調(diào)制編碼方式；所述的信道編碼單元根據(jù)所述的預(yù)編碼控制單元選擇的編碼方式對每個子信號流進(jìn)行編碼；所述的調(diào)制單元根據(jù)所述的預(yù)編碼控制單元選擇的調(diào)制方式對經(jīng)過所述的信道編碼單元編碼后的每個子信號流進(jìn)行調(diào)制；所述的預(yù)編碼單元將經(jīng)過所述的調(diào)制單元調(diào)制后的每個子信號流與所述的預(yù)編碼控制單元產(chǎn)生的預(yù)編碼矩陣相乘；所述的空時編碼單元對經(jīng)過預(yù)編碼單元處理后的各子信號流進(jìn)行空時編碼；所述的發(fā)射機(jī)天線組將輸出信號發(fā)送給接收機(jī)。
9.一種包含權(quán)利要求7或8所述發(fā)射機(jī)的發(fā)射系統(tǒng)，至少包括一個發(fā)射機(jī)和一個接收機(jī)，其特征在于所述的發(fā)射機(jī)進(jìn)一步包括至少由兩根發(fā)射天線組成的天線組、信道編碼單元、調(diào)制單元、預(yù)編碼單元、空時編碼單元、預(yù)編碼控制單元；所述的接收機(jī)進(jìn)一步包括接收天線/組、空時解碼單元、子信號流數(shù)據(jù)處理單元、子信號流信道估計(jì)單元、反饋信息產(chǎn)生單元；在所述的發(fā)射機(jī)中，所述的預(yù)編碼控制單元根據(jù)所述的接收機(jī)反饋的包含全部或部分信道信息和各子信號流信噪比的反饋信息得出每個信號流的功率增益和預(yù)編碼矩陣，并根據(jù)每個信號流的功率增益自適應(yīng)的選擇每個信號流的調(diào)制編碼方式；所述的信道編碼單元根據(jù)所述的預(yù)編碼控制單元選擇的編碼方式對每個子信號流進(jìn)行編碼；所述的調(diào)制單元根據(jù)所述的預(yù)編碼控制單元選擇的調(diào)制方式對經(jīng)過所述的信道編碼單元編碼后的每個子信號流進(jìn)行調(diào)制；所述的預(yù)編碼單元將經(jīng)過所述的調(diào)制單元調(diào)制后的每個子信號流與所述的預(yù)編碼控制單元產(chǎn)生的預(yù)編碼矩陣相乘；所述的空時編碼單元對經(jīng)過預(yù)編碼單元處理后的各子信號流進(jìn)行空時編碼；所述的發(fā)射機(jī)天線組將輸出信號發(fā)送給接收機(jī)；在所述的接收機(jī)中，所述的接收機(jī)的天線/組接收所述的發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號；所述的空時解碼單元對所述的接收機(jī)的天線/組接收的信號進(jìn)行空時解碼；所述的子信號流數(shù)據(jù)處理單元對所述的空時解碼單元輸出的信號進(jìn)行解調(diào)、解碼等基帶信號處理，得到發(fā)射信號流的估計(jì)；所述的子信號流信道估計(jì)單元估計(jì)信道狀態(tài)，得到信道估計(jì)矩陣和每個子信號流的信噪比；所述的反饋信息產(chǎn)生單元根據(jù)所述的子信號流信道估計(jì)單元的輸出產(chǎn)生反饋信息，發(fā)送給所述的發(fā)射機(jī)的預(yù)編碼控制單元。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于自適應(yīng)閉環(huán)多入多出通信系統(tǒng)的發(fā)射方法，步驟如下發(fā)射機(jī)接收到接收機(jī)反饋的全部或部分信道信息，其中包含每個子信號流的信噪比；根據(jù)接收機(jī)反饋的信道信息，獲得預(yù)編碼矩陣；根據(jù)每個子信號流的信噪比非平均的分配每個子信號流的功率增益；根據(jù)每個子信號流的功率增益，為每個子信號流自適應(yīng)的選擇調(diào)制編碼方式，進(jìn)行調(diào)制編碼；對每個調(diào)制編碼后的子信號流數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)編碼；最后進(jìn)行空時編碼。本發(fā)明還公開了實(shí)現(xiàn)該方法的發(fā)射機(jī)和包含該發(fā)射機(jī)的發(fā)射系統(tǒng)。本發(fā)明不僅可以改善接收機(jī)的解碼性能，還極大提高M(jìn)IMO通信系統(tǒng)的容量。
文檔編號H04B7/005GK1832369SQ20051003364
公開日2006年9月13日 申請日期2005年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月12日
發(fā)明者郁光輝, 曲紅云 申請人:中興通訊股份有限公司