專利名稱：在空間相關(guān)mimo系統(tǒng)中使用的自適應(yīng)傳輸方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空間相關(guān)MIMO系統(tǒng)中的自適應(yīng)傳輸技術(shù)，更具體地，涉及一種在空間相關(guān)MIMO系統(tǒng)中使用的自適應(yīng)傳輸方法和設(shè)備，能夠提高相關(guān)MIMO系統(tǒng)中自適應(yīng)傳輸?shù)男阅?，同時(shí)不為系統(tǒng)帶來過多的開銷和復(fù)雜度上的增加。
背景技術(shù)：
越來越高的信息傳輸速率是未來無線通信系統(tǒng)所面臨的主要問題之一。為了在有限的頻譜資源上實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，多天線技術(shù)(MIMO，多輸入多輸出)已成為未來無線通信中所采用的必不可少的手段之一。在MIMO系統(tǒng)中，發(fā)送端利用多根天線進(jìn)行信號(hào)的發(fā)送，接收端利用多根天線進(jìn)行空間信號(hào)的接收。研究表明，相比于傳統(tǒng)的單天線傳輸方法，MIMO技術(shù)可以顯著的提高信道容量，從而提高信息傳輸速率。
除了MIMO技術(shù)之外，自適應(yīng)傳輸技術(shù)也可以有效提高衰落信道中的信息傳輸速率。自適應(yīng)調(diào)制與編碼(AMC)技術(shù)是一種重要的自適應(yīng)傳輸技術(shù)，其基本思想是根據(jù)當(dāng)前的信道特性自適應(yīng)的變化發(fā)送時(shí)采用的調(diào)制和編碼參數(shù)，通過在信道條件好時(shí)多傳一些信息，在信道條件差時(shí)少傳一些信息來提高系統(tǒng)的平均吞吐能力，也即平均頻譜利用率。
因此，如果將MIMO與AMC技術(shù)相結(jié)合，將可以獲得比單純使用一種技術(shù)更高的信息傳輸速率。
圖1所示為通常的采用AMC技術(shù)的MIMO系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意。比如在3GPP中由Lucent公司提出的PARC(逐天線速率控制)方案。
在該結(jié)構(gòu)中，發(fā)送端和接收端分別采用nT和nR個(gè)天線進(jìn)行信號(hào)的發(fā)送和接收。在發(fā)送端，待發(fā)送的數(shù)據(jù)首先經(jīng)過串并變換裝置101的處理分成nT個(gè)數(shù)據(jù)子流，每個(gè)數(shù)據(jù)子流對(duì)應(yīng)一個(gè)發(fā)送天線。在發(fā)送之前，根據(jù)當(dāng)前每個(gè)發(fā)送天線所對(duì)應(yīng)的信道傳輸特性在自適應(yīng)調(diào)制和編碼裝置102中對(duì)這些數(shù)據(jù)子流進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)制和編碼。各個(gè)數(shù)據(jù)子流在AMC時(shí)所需的調(diào)制與編碼參數(shù)M1，M2，…，MnT來自于接收端通過反饋信道108進(jìn)行的反饋。
在接收端，首先由nR個(gè)接收天線104將空間全部信號(hào)接收下來，然后由信道估計(jì)裝置105根據(jù)該接收信號(hào)中的導(dǎo)頻信號(hào)或采用其他方法進(jìn)行信道估計(jì)，估計(jì)出當(dāng)前的信道特性矩陣H(對(duì)于MIMO系統(tǒng)來說，其信道特性可以用一個(gè)nR×nT的矩陣來描述)。然后，AMC參數(shù)選取裝置107根據(jù)H來確定發(fā)送端每個(gè)數(shù)據(jù)子流所采用的調(diào)制和編碼參數(shù)，并將選好的各數(shù)據(jù)子流的調(diào)制與編碼參數(shù)通過反饋信道發(fā)送回發(fā)送端。這里，為了降低系統(tǒng)反饋開銷，一般采取發(fā)送端各天線等功率發(fā)送，而且，在反饋各子流AMC參數(shù)時(shí)，只返回各調(diào)制與編碼參數(shù)對(duì)應(yīng)的序號(hào)。最后，MIMO檢測裝置106根據(jù)信道特性矩陣H，以及AMC參數(shù)選取裝置107輸出的各子流的調(diào)制編碼參數(shù)，采用一般的MIMO檢測方法對(duì)各個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)子流進(jìn)行檢測，并得到原始的發(fā)送數(shù)據(jù)。
在PARC中，AMC參數(shù)選取裝置107中的操作，即AMC參數(shù)選取過程可以分成兩步(1)根據(jù)當(dāng)前信道特性矩陣H，預(yù)先計(jì)算各個(gè)子流1，2，…，nT經(jīng)MIMO檢測后的等效SINR(信號(hào)與干擾噪聲比)SINR(1)，SINR(2)，…，SINR(nT)。
這里，可采用的MIMO檢測方法有多種，比如線性檢測方法，包括迫零(ZF)和最小均方誤差(MMSE)檢測；串行干擾抵消(SIC)方法；最大似然檢測方法等等。現(xiàn)有文獻(xiàn)中已給出了各種MIMO檢測下的子流檢測后等效SINR的計(jì)算方法。比如當(dāng)采用ZF檢測時(shí)，第k個(gè)子流經(jīng)檢測后的SINR為SINR(k)=EsnTN0[H*H]kk-1;]]>當(dāng)采用MMSE檢測時(shí)，第k個(gè)子流經(jīng)檢測后的SINR為SINR(k)=EsnTN0[H*H+N0/EsInT]kk-1-1,]]>其中Es為發(fā)送總功率，N0為噪聲功率，InT為nT×nT的單位陣。
(2)依據(jù)所得到的SINR(1)，SINR(2)，…，SINR(nT)，為各個(gè)子流選取調(diào)制和編碼參數(shù)M1，M2，…，MnT。
由SINR確定調(diào)制編碼參數(shù)可以采用多種方法，比如可以采用如下的方法首先選定若干種調(diào)制與編碼參數(shù)組合，并且通過理論推導(dǎo)或者數(shù)值方法估計(jì)出在AWGN(加性白高斯噪聲)信道下各種參數(shù)的BER性能。然后，根據(jù)各子流檢測后的SINR數(shù)值，選取能滿足一定BER要求且吞吐最大的調(diào)制編碼參數(shù)作為該發(fā)送子流上的調(diào)制與編碼參數(shù)。
研究表明，在MIMO系統(tǒng)中采用PARC的自適應(yīng)傳輸方法可以獲得較好的吞吐性能。但是，此較好吞吐性能的獲得需要一個(gè)前提，那就是MIMO信道是獨(dú)立的。
然而，在實(shí)際的MIMO系統(tǒng)中，MIMO信道往往是相關(guān)的。造成MIMO信道相關(guān)的原因有很多，比如天線放置的間距沒有足夠遠(yuǎn)，天線周圍沒有足夠多的散射物，以及收發(fā)之間存在直射徑(LOS)等等。當(dāng)MIMO信道存在相關(guān)時(shí)，其信道特性矩陣H可以用下式來描述H=Rr1/2HwRt1/2]]>其中，Hw是nR×nT的獨(dú)立MIMO信道特性矩陣，Rr和Rt分別為nR×nR和nT×nT的接收和發(fā)送相關(guān)矩陣。
與獨(dú)立MIMO系統(tǒng)相比，PARC方法在實(shí)際的相關(guān)MIMO系統(tǒng)中會(huì)有很大的性能損失。為了克服信道相關(guān)性所帶來的性能損失，現(xiàn)有技術(shù)給出了一種基于對(duì)瞬時(shí)信道特性矩陣H進(jìn)行奇異值分解(SVD)的方法。該方法的思路是這樣的在每個(gè)發(fā)送時(shí)刻，由接收端將估計(jì)所得的當(dāng)前信道特性矩陣H通過反饋信道發(fā)送回發(fā)送端，再由發(fā)送端對(duì)H進(jìn)行SVD，并利用SVD的結(jié)果對(duì)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理。該方法雖然在一定程度上可以提高相關(guān)MIMO下的性能，然而，在實(shí)際系統(tǒng)中每個(gè)時(shí)刻都要對(duì)H進(jìn)行反饋和作SVD，從系統(tǒng)反饋開銷和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度上來說是難以容忍的。
為此，如何針對(duì)空間相關(guān)MIMO系統(tǒng)設(shè)計(jì)一種新的自適應(yīng)傳輸方法，一方面可以獲得比傳統(tǒng)PARC方法更好的自適應(yīng)性能，另一方面，又不會(huì)為系統(tǒng)帶來過多的開銷和復(fù)雜度上的增加，是該發(fā)明的一個(gè)主要目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種在空間相關(guān)MIMO系統(tǒng)中使用的自適應(yīng)傳輸方法和設(shè)備，能夠提高相關(guān)MIMO系統(tǒng)中自適應(yīng)傳輸?shù)男阅埽瑫r(shí)不為系統(tǒng)帶來過多的開銷和復(fù)雜度上的增加。根據(jù)本發(fā)明的方法中，發(fā)送端根據(jù)MIMO相關(guān)信道的長時(shí)統(tǒng)計(jì)特性對(duì)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理和功率分配，接收端根據(jù)短時(shí)信道特性對(duì)各發(fā)送子流進(jìn)行比特分配。該方法中，在自適應(yīng)參數(shù)選取時(shí)同時(shí)利用了MIMO相關(guān)信道的長時(shí)統(tǒng)計(jì)特性和短時(shí)特性，與傳統(tǒng)方法相比，可以在相近的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和反饋開銷前提下獲得更好的自適應(yīng)性能。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，提出了一種在空間相關(guān)多輸入多輸出通信系統(tǒng)中使用的自適應(yīng)傳輸方法，包括接收端估計(jì)信道統(tǒng)計(jì)特性并將其反饋回發(fā)送端；發(fā)送端根據(jù)反饋來的信道統(tǒng)計(jì)特性，確定功率分配矩陣和預(yù)處理矩陣；接收端根據(jù)信道特性確定調(diào)制與編碼參數(shù)并向發(fā)送端發(fā)送；以及發(fā)送端根據(jù)所確定的功率分配矩陣和預(yù)處理矩陣對(duì)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理和功率分配，并根據(jù)從接收端接收到的調(diào)制與編碼參數(shù)對(duì)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行調(diào)制和編碼，以便通過天線發(fā)射所述發(fā)送信號(hào)。
優(yōu)選地，所述發(fā)送端根據(jù)反饋來的信道統(tǒng)計(jì)特性確定功率分配矩陣和預(yù)處理矩陣的步驟包括根據(jù)多輸入多輸出相關(guān)信道的長時(shí)統(tǒng)計(jì)特性來確定功率分配矩陣和預(yù)處理矩陣。
優(yōu)選地，所述多輸入多輸出相關(guān)信道的長時(shí)統(tǒng)計(jì)特性是R＝E{HHRn-1H}，其中H為多輸入多輸出信道特性矩陣，Rn為接收信號(hào)中加性噪聲n的協(xié)方差矩陣，以及E為數(shù)學(xué)期望運(yùn)算符。
優(yōu)選地，接收端根據(jù)信道特性確定調(diào)制與編碼參數(shù)并向發(fā)送端發(fā)送的步驟包括根據(jù)短時(shí)信道特性來確定所述調(diào)制與編碼參數(shù)。
優(yōu)選地，在所述發(fā)送端根據(jù)多輸入多輸出相關(guān)信道的長時(shí)統(tǒng)計(jì)特性對(duì)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理和功率分配的步驟之前，還包括步驟首先確定發(fā)送端發(fā)送的并行子流數(shù)目L，L由系統(tǒng)選取，其值應(yīng)不大于R的秩。
優(yōu)選地，發(fā)送端根據(jù)反饋來的長時(shí)信道統(tǒng)計(jì)特性確定預(yù)處理矩陣的步驟包括對(duì)R進(jìn)行特征值分解后；以及選取其最大的L個(gè)特征值所對(duì)應(yīng)的特征向量所組成的一個(gè)L×nT矩陣。
優(yōu)選地，發(fā)送端根據(jù)反饋來的信道統(tǒng)計(jì)特性確定功率分配矩陣的步驟包括按照等功率分配和注水功率分配的方式來確定功率分配矩陣。
優(yōu)選地，所述方法還包括接收端利用當(dāng)前信道特性矩陣和信道的統(tǒng)計(jì)特性，通過濾波來消除發(fā)送端預(yù)處理的作用，以及通過濾波對(duì)噪聲進(jìn)行白化處理，并且對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行匹配濾波。
根據(jù)本發(fā)明，還提出了一種在空間相關(guān)多輸入多輸出通信系統(tǒng)中使用的自適應(yīng)傳輸設(shè)備，包括處于接收端的統(tǒng)計(jì)特性計(jì)算裝置，用于估計(jì)信道統(tǒng)計(jì)特性并將其反饋回發(fā)送端；處于發(fā)送端的長時(shí)控制裝置，根據(jù)反饋來的信道統(tǒng)計(jì)特性，確定功率分配矩陣和預(yù)處理矩陣；處于接收端的調(diào)制與編碼參數(shù)選取裝置，用于根據(jù)信道特性確定調(diào)制與編碼參數(shù)并向發(fā)送端發(fā)送；處于發(fā)送端的功率分配裝置，用于根據(jù)所確定的功率分配矩陣對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和功率分配；處于發(fā)送端的預(yù)處理裝置，用于根據(jù)所確定的預(yù)處理矩陣對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；以及處于發(fā)送端的調(diào)制與編碼裝置，根據(jù)接收端反饋回來的調(diào)制與編碼參數(shù)對(duì)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行調(diào)制和編碼。
優(yōu)選地，上述自適應(yīng)傳輸設(shè)備還包括濾波裝置，用于利用當(dāng)前信道特性矩陣和信道的統(tǒng)計(jì)特性，消除發(fā)送端預(yù)處理的作用，以及對(duì)噪聲進(jìn)行白化處理，并且對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行匹配濾波。


通過參考以下結(jié)合附圖對(duì)所采用的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述目的、優(yōu)點(diǎn)和特征將變得顯而易見，其中圖1為示出了傳統(tǒng)的采用AMC技術(shù)的MIMO系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2為示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的MIMO系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3為示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的濾波裝置的細(xì)化示意圖；圖4為示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的自適應(yīng)傳輸方法的流程圖；圖5為示出了本發(fā)明所采用的方法與傳統(tǒng)方法的性能比較的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合

本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
圖2所示為采用本發(fā)明技術(shù)的MIMO系統(tǒng)示意圖。
其中，發(fā)送端和接收端分別采用nT和nR個(gè)天線進(jìn)行信號(hào)的發(fā)送和接收。在發(fā)送端，待發(fā)送的數(shù)據(jù)首先經(jīng)過串并變換裝置101分成L個(gè)并行數(shù)據(jù)子流，L≤min{nT，nR}。這L個(gè)數(shù)據(jù)子流在發(fā)送之前，需要先后經(jīng)過自適應(yīng)調(diào)制和編碼裝置102、功率分配裝置201和預(yù)處理裝置202轉(zhuǎn)化成nT路信號(hào)，再從發(fā)送端nT個(gè)天線上發(fā)送出去。這里，L個(gè)子流在自適應(yīng)調(diào)制與編碼102中所需的調(diào)制與編碼參數(shù)M＝{M1，M2，…，ML}來自于接收端通過反饋信道108的短時(shí)反饋(這里所謂的短時(shí)反饋指的是在每個(gè)發(fā)送時(shí)刻，比如每個(gè)時(shí)隙都要反饋一次)。此外，功率分配裝置201和預(yù)處理裝置202分別通過功率分配矩陣P和預(yù)處理矩陣T來實(shí)現(xiàn)。功率分配矩陣P的目的是用于對(duì)L個(gè)發(fā)送子流進(jìn)行功率加權(quán)，P為L×L的實(shí)正定對(duì)角陣，可以表示為P=diag{P1,P2,...,PL},]]>且滿足Σi=1LPi≤Ptotal,]]>其中Pi為第i個(gè)子流上分配的發(fā)送功率，i＝1，2，…，L，Ptotal為發(fā)送總功率限制。預(yù)處理矩陣T為L×nT矩陣，其目的是為了對(duì)抗MIMO信道的相關(guān)性所帶來系統(tǒng)性能的惡化。與自適應(yīng)調(diào)制與編碼參數(shù)M不同，參數(shù)P和T均來自于接收端的長時(shí)反饋(這里所謂的長時(shí)反饋指的是很長時(shí)間內(nèi)反饋一次，其反饋的時(shí)間間隔要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于短時(shí)反饋中的反饋時(shí)間間隔)，以及發(fā)送端根據(jù)反饋結(jié)果通過長時(shí)控制裝置203計(jì)算所得結(jié)果。
接收端首先由nR個(gè)接收天線104將空間信號(hào)接收下來，然后完成以下三部分操作(1)由信道估計(jì)裝置105根據(jù)該接收信號(hào)進(jìn)行信道估計(jì)，估計(jì)出當(dāng)前的信道特性矩陣H。
(2)計(jì)算下一發(fā)送時(shí)刻發(fā)送端進(jìn)行自適應(yīng)傳輸時(shí)所需的參數(shù)，并將計(jì)算所得的參數(shù)通過反饋信道108發(fā)送回發(fā)送端。具體說來，該步驟包括(2.1)根據(jù)信道估計(jì)的結(jié)果在計(jì)算信道統(tǒng)計(jì)特性裝置213計(jì)算信道統(tǒng)計(jì)特性，并將其反饋回發(fā)送端。由于信道統(tǒng)計(jì)特性本身隨時(shí)間的變化非常緩慢，因此這里對(duì)信道統(tǒng)計(jì)特性的計(jì)算和反饋都是長時(shí)過程，即很長時(shí)間內(nèi)計(jì)算一次，并反饋一次。
(2.2)根據(jù)信道估計(jì)所得當(dāng)前的信道特性矩陣H，以及計(jì)算所得的信道統(tǒng)計(jì)特性，來對(duì)下一發(fā)送時(shí)刻發(fā)送端各子流所采用的調(diào)制與編碼參數(shù)M＝{M1，M2，…，ML}進(jìn)行選取，這在AMC參數(shù)選取裝置214中執(zhí)行，并將選取后的結(jié)果M反饋回發(fā)送端。由于信道特性矩陣H本身變化較快，因此這里對(duì)參數(shù)M的計(jì)算和反饋是短時(shí)過程，即在短時(shí)間內(nèi)，比如每個(gè)時(shí)隙內(nèi)都要進(jìn)行M的選取和反饋。
(3)對(duì)當(dāng)前接收的信號(hào)進(jìn)行檢測，其中包括濾波裝置211和MIMO檢測裝置212的功能。這里，濾波裝置211操作的目的是為了消除發(fā)送端預(yù)處理的作用，其中需要用到當(dāng)前的信道特性矩陣H以及信道的統(tǒng)計(jì)特性。除了H和信道統(tǒng)計(jì)特性之外，MIMO檢測裝置212中還需要用到發(fā)送端各子流所采用的調(diào)制與編碼參數(shù)信息。這里，濾波裝置211可以細(xì)化為如圖3所示。
圖3所示為濾波裝置的細(xì)化示意。
從實(shí)現(xiàn)功能上，其包括兩部分操作對(duì)噪聲進(jìn)行白化處理，以及對(duì)信號(hào)進(jìn)行匹配濾波。其中，對(duì)噪聲的白化濾波裝置301可以用加權(quán)矩陣Rn-1/2來描述，其中Rn為接收端加性噪聲的協(xié)方差矩陣，Rn可由213估計(jì)得到。對(duì)接收信號(hào)的匹配濾波過程可以由裝置302，303，304和305來實(shí)現(xiàn)，即分別用矩陣Rn-H/2，HH，TH和PH對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行匹配濾波，其中()H表示矩陣的共軛轉(zhuǎn)置。
與圖1中的傳統(tǒng)的MIMO-AMC結(jié)構(gòu)，即PARC相比，采用本發(fā)明技術(shù)的MIMO-AMC系統(tǒng)的主要不同之處在于(1)在發(fā)送端，發(fā)送子流的數(shù)目為L，L≤min{nT，nR}，在不同時(shí)刻L數(shù)值大小可以變化，而不是傳統(tǒng)PARC系統(tǒng)中所采用的固定nT個(gè)發(fā)送子流。另外，發(fā)送端在信號(hào)發(fā)送之前對(duì)其采取功率分配201和預(yù)處理202操作，為此還增加了長時(shí)控制裝置202。功率分配裝置201和預(yù)處理操作裝置202所需的信息來自于接收端的反饋，但由于其是一個(gè)長時(shí)過程，即功率分配矩陣P和預(yù)處理T在長時(shí)間內(nèi)都保持不變，因此不會(huì)為系統(tǒng)帶來過多的復(fù)雜度以及反饋開銷上的增加。
(2)在接收端，增加了濾波裝置211和統(tǒng)計(jì)特性計(jì)算裝置213。統(tǒng)計(jì)特性計(jì)算裝置213的目的是為發(fā)送端提供信道的統(tǒng)計(jì)特性，用于發(fā)送端的功率分配和預(yù)處理操作。同時(shí)，由于發(fā)送端加入了預(yù)處理操作，因此在對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行MIMO檢測之前，必須首先在濾波裝置211中對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行匹配濾波操作，用于抵消發(fā)送端預(yù)處理對(duì)信號(hào)的作用。
具體說來，本發(fā)明中提出的方法可以由圖4來描述。
圖4所示為發(fā)明所采用的自適應(yīng)傳輸方法。
具體說來，該方法的實(shí)現(xiàn)主要包含以下幾個(gè)步驟第一步接收端估計(jì)信道統(tǒng)計(jì)特性R，并將其反饋給發(fā)送端，如S401。具體包括(1.1)估計(jì)接收信號(hào)中加性噪聲n的協(xié)方差矩陣Rn，其中n為一nR維列向量，Rn＝E{nnH}，E{}為期望函數(shù)。實(shí)際中可作時(shí)間上的長時(shí)平均得到Rn。
(1.2)估計(jì)信道統(tǒng)計(jì)特性R，其中R＝E{HHRn-1H}。
(1.3)將估計(jì)所得的R通過反饋信道發(fā)送回發(fā)送端。
第二步，發(fā)送端根據(jù)R，確定功率分配矩陣P和預(yù)處理矩陣T，如S411。這一步驟由發(fā)送端的長時(shí)控制裝置203來完成，其具體實(shí)現(xiàn)步驟包括(2.1)確定L，其中L為發(fā)送端發(fā)送的并行子流數(shù)目。在本方法中，要求L≤rank(R)，其中rank()表示矩陣的秩。在該步驟里，首先計(jì)算rank(R)，然后由系統(tǒng)選取一不大于rank(R)的正整數(shù)作為L的值。
(2.2)確定預(yù)處理矩陣T。具體方法是對(duì)R進(jìn)行特征值分解(EVD)，然后選取其最大的L個(gè)特征值所對(duì)應(yīng)的特征向量，并將該L個(gè)特征向量組成L×nT預(yù)處理矩陣T。
(2.3)確定功率分配矩陣P，這里可以采用兩種功率分配方法(2.3.1)各子流等功率分配，即P=diag{Ptotal/L,Ptotal/L,....,Ptotal/L},]]>其中Ptotal為發(fā)送總功率限制。
(2.3.2)基于“注水”的功率分配方法。該方法中首先計(jì)算R的最大L個(gè)特征值，表示成{λ1，λ2，…，λL}，并得到Pi=(μ-Lσn2Ptotalλi)+,]]>其中μ為一常數(shù)，函數(shù)(x)+=xx≥00x<0.]]>由此，得到功率分配矩陣為P=diag{P1,P2,....,PL}.]]>第三步接收端為下一時(shí)刻發(fā)送的數(shù)據(jù)選取調(diào)制和編碼參數(shù)M＝{M1，M2，…，ML}，并將其反饋回發(fā)送端，如S402。具體包括(3.1)根據(jù)當(dāng)前信道特性矩陣H，預(yù)先計(jì)算各個(gè)子流1，2，…，L經(jīng)濾波和MIMO檢測后的等效SINR值SINR(1)，SINR(2)，…，SINR(L)。其具體方法同背景技術(shù)中介紹的PARC中計(jì)算等效SINR的過程一樣，這里不再贅述。但需要注意的是，由于本方法中加入了預(yù)處理和濾波裝置，因此其等效信道矩陣就發(fā)生了變化。具體說來，此時(shí)的等效信道矩陣由傳統(tǒng)PARC中的H變?yōu)榱薍0＝PHTHHHRn-1HTP。也就是說，原來計(jì)算SINR公式中的H全部用H0來替換，nT全部用L來替換，比如，當(dāng)采用MMSE檢測時(shí)，第k個(gè)子流經(jīng)檢測后的SINR為SINR(k)=EsLN0[H0*H0+N0/EsIL]kk-1-1.]]>(3.2)依據(jù)所得的SINR(1)，SINR(2)，…，SINR(L)，為各個(gè)子流選取調(diào)制和編碼參數(shù)M＝{M1，M2，…，ML}。這一步驟同背景技術(shù)中介紹的傳統(tǒng)PARC方法一樣，這里不再贅述。
(3.3)接收端將估計(jì)所得的各子流調(diào)制與編碼參數(shù)M＝{M1，M2，…，ML}通過反饋信道發(fā)送回發(fā)送端。
第四步發(fā)送端按所得的功率分配矩陣P，預(yù)處理矩陣T和調(diào)制與編碼參數(shù)M對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理并發(fā)送出去，如S412。具體說來，發(fā)送端首先按照調(diào)制與編碼參數(shù)M＝{M1，M2，…，ML}對(duì)L個(gè)發(fā)送子流進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)制與編碼，然后用矩陣P和T分別進(jìn)行功率分配和預(yù)處理，最后從nT個(gè)天線上發(fā)送出去。
第五步接收端收到該信號(hào)后，按照相應(yīng)參數(shù)P，T和M對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行濾波和MIMO檢測，如S403。具體包括(5.1)濾波處理，由濾波裝置211來實(shí)現(xiàn)。假設(shè)接收信號(hào)為y，那么，經(jīng)過濾波處理后的輸出信號(hào)為z＝PHTHHHRn-1y，其中y為一nR維列向量，z為一L維列向量。
(5.2)對(duì)濾波輸出的信號(hào)進(jìn)行MIMO檢測，這里可采用任一種常規(guī)的MIMO檢測方法。
第六步判斷是否需要重新估計(jì)信道統(tǒng)計(jì)特性，若是，則轉(zhuǎn)到第一步，否則轉(zhuǎn)到第三步，如S404。
由于信道統(tǒng)計(jì)特性在長時(shí)間內(nèi)保持不變，因此在本方法中對(duì)信道統(tǒng)計(jì)特性的估計(jì)和反饋是一個(gè)長時(shí)過程，即很長時(shí)間執(zhí)行一次，其具體時(shí)間長度可由系統(tǒng)初始設(shè)定。而對(duì)于第三步，即為發(fā)送子流選取調(diào)制和編碼參數(shù)來說，因?yàn)镠的變化較快，所以該操作是一個(gè)短時(shí)過程，即在很短的時(shí)間內(nèi)，比如一個(gè)時(shí)隙內(nèi)，就要執(zhí)行一次。
圖5所示為本發(fā)明所采用的方法與傳統(tǒng)方法的性能比較。
仿真中給出了采用傳統(tǒng)PARC方法與本發(fā)明方法下的系統(tǒng)吞吐性能比較。其中，發(fā)送天線數(shù)nT和接收天線數(shù)nR皆為4，信道采用了平坦瑞利衰落信道。其中的AMC采用了無編碼的自適應(yīng)調(diào)制，調(diào)制參數(shù)分別為“不傳”、BPSK、QPSK、8PSK和16QAM，目標(biāo)BER＝10-3。另外，發(fā)送相關(guān)矩陣為Rt=10.76e0.17πj0.43e0.35πj0.25e0.53πj0.76e-0.17πj10.76e0.17πj0.43e0.35πj0.43e-0.35πj0.76e-0.17πj10.76e0.17πj0.25e-0.53πj0.43e-0.35πj0.76e-0.17πj1]]>對(duì)應(yīng)于ITU中天線間隔為λ/2，傳輸方向?yàn)?0°，角度擴(kuò)展為15°的情況。同時(shí)假設(shè)接收非相關(guān)。由圖5的結(jié)果可見，與傳統(tǒng)方法相比，采用本發(fā)明申請(qǐng)中提出的方法可以獲得更好的吞吐性能。另外，從前面的分析可知，本發(fā)明方法中發(fā)送端所增加的功率分配和預(yù)處理參數(shù)都來自于系統(tǒng)的長時(shí)反饋和計(jì)算，因此不會(huì)為系統(tǒng)帶來過多的反饋開銷和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度上的增加。
盡管以上已經(jīng)結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例示出了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改、替換和改變。因此，本發(fā)明不應(yīng)由上述實(shí)施例來限定，而應(yīng)由所附權(quán)利要求及其等價(jià)物來限定。
權(quán)利要求
1.一種在空間相關(guān)多輸入多輸出通信系統(tǒng)中使用的自適應(yīng)傳輸方法，包括接收端估計(jì)信道統(tǒng)計(jì)特性并將其反饋回發(fā)送端；發(fā)送端根據(jù)反饋來的信道統(tǒng)計(jì)特性，確定功率分配矩陣和預(yù)處理矩陣；接收端根據(jù)信道特性確定調(diào)制與編碼參數(shù)并向發(fā)送端發(fā)送；以及發(fā)送端根據(jù)所確定的功率分配矩陣和預(yù)處理矩陣對(duì)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理和功率分配，并根據(jù)從接收端接收到的調(diào)制與編碼參數(shù)對(duì)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行調(diào)制和編碼，以便通過天線發(fā)射所述發(fā)送信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述發(fā)送端根據(jù)反饋來的信道統(tǒng)計(jì)特性確定功率分配矩陣和預(yù)處理矩陣的步驟包括根據(jù)多輸入多輸出相關(guān)信道的長時(shí)統(tǒng)計(jì)特性來確定功率分配矩陣和預(yù)處理矩陣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述多輸入多輸出相關(guān)信道的長時(shí)統(tǒng)計(jì)特性是R＝E{HHRn-1H}，其中H為多輸入多輸出信道特性矩陣，Rn為接收信號(hào)中加性噪聲n的協(xié)方差矩陣，以及E為數(shù)學(xué)期望運(yùn)算符。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于接收端根據(jù)信道特性確定調(diào)制與編碼參數(shù)并向發(fā)送端發(fā)送的步驟包括根據(jù)短時(shí)信道特性來確定所述調(diào)制與編碼參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于在所述發(fā)送端根據(jù)多輸入多輸出相關(guān)信道的長時(shí)統(tǒng)計(jì)特性對(duì)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理和功率分配的步驟之前，還包括步驟首先確定發(fā)送端發(fā)送的并行子流數(shù)目L，L由系統(tǒng)選取，其值應(yīng)不大于R的秩。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于發(fā)送端根據(jù)反饋來的長時(shí)信道統(tǒng)計(jì)特性確定預(yù)處理矩陣的步驟包括對(duì)R進(jìn)行特征值分解后；以及選取其最大的L個(gè)特征值所對(duì)應(yīng)的特征向量所組成的一個(gè)L×nT矩陣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中的任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于發(fā)送端根據(jù)反饋來的信道統(tǒng)計(jì)特性確定功率分配矩陣的步驟包括按照等功率分配和注水功率分配的方式來確定功率分配矩陣。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括接收端利用當(dāng)前信道特性矩陣和信道的統(tǒng)計(jì)特性，通過濾波來消除發(fā)送端預(yù)處理的作用，以及通過濾波對(duì)噪聲進(jìn)行白化處理，并且對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行匹配濾波。
9.一種在空間相關(guān)多輸入多輸出通信系統(tǒng)中使用的自適應(yīng)傳輸設(shè)備，包括設(shè)置在接收端的統(tǒng)計(jì)特性計(jì)算裝置，用于估計(jì)信道統(tǒng)計(jì)特性并將其反饋回發(fā)送端；設(shè)置在發(fā)送端的長時(shí)控制裝置，根據(jù)反饋來的信道統(tǒng)計(jì)特性，確定功率分配矩陣和預(yù)處理矩陣；設(shè)置在接收端的調(diào)制與編碼參數(shù)選取裝置，用于根據(jù)信道特性確定調(diào)制與編碼參數(shù)并向發(fā)送端發(fā)送；設(shè)置在發(fā)送端的功率分配裝置，用于根據(jù)所確定的功率分配矩陣對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和功率分配；設(shè)置在發(fā)送端的預(yù)處理裝置，用于根據(jù)所確定的預(yù)處理矩陣對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；以及設(shè)置在發(fā)送端的調(diào)制與編碼裝置，根據(jù)接收端反饋回來的調(diào)制與編碼參數(shù)對(duì)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行調(diào)制和編碼。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于還包括濾波裝置，用于利用當(dāng)前信道特性矩陣和信道的統(tǒng)計(jì)特性，消除發(fā)送端預(yù)處理的作用，以及對(duì)噪聲進(jìn)行白化處理，并且對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行匹配濾波。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明，提出了一種在空間相關(guān)多輸入多輸出通信系統(tǒng)中使用的自適應(yīng)傳輸方法，包括接收端估計(jì)信道統(tǒng)計(jì)特性并將其反饋回發(fā)送端；發(fā)送端根據(jù)反饋來的信道統(tǒng)計(jì)特性，確定功率分配矩陣和預(yù)處理矩陣；接收端根據(jù)信道特性確定調(diào)制與編碼參數(shù)并向發(fā)送端發(fā)送；以及發(fā)送端根據(jù)所確定的功率分配矩陣和預(yù)處理矩陣對(duì)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理和功率分配，并根據(jù)從接收端接收到的調(diào)制與編碼參數(shù)對(duì)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行調(diào)制和編碼，以便通過天線發(fā)射所述發(fā)送信號(hào)。
文檔編號(hào)H04L1/02GK1909402SQ20051008939
公開日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2005年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月5日
發(fā)明者佘小明, 李繼峰 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社