專利名稱：多輸入輸出系統(tǒng)的功率分配方法、發(fā)射接收方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信系統(tǒng)，更具體的說，是一種基于預(yù)編碼MIMO系 統(tǒng)的功率分配方法及應(yīng)用該方法的發(fā)射才妄收方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
無線通信系統(tǒng)中，MIMO (多輸入多輸出)最大的特點(diǎn)就是大大提高了 系統(tǒng)的容量，基于信息論可以推導(dǎo)出，如果各發(fā)射天線的發(fā)射功率都相同， 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)。如果MIMO系統(tǒng)的接收機(jī)根據(jù)估計(jì)的部分或者全部信道信息得 到預(yù)編碼矩陣并反饋到發(fā)射機(jī)，發(fā)射機(jī)利用反饋來的預(yù)編碼矩陣對發(fā)射信號 進(jìn)行預(yù)編碼，則可以進(jìn)一步的提高系統(tǒng)容量，增加傳輸速率。雖然采用預(yù)編 碼方案可以改善接收機(jī)的解碼性能，但是由于沒有進(jìn)行功率調(diào)整，預(yù)編碼 MIMO系統(tǒng)的容量并沒有增加太多。如果發(fā)射機(jī)進(jìn)一步利用接收到的信道矩 陣信息來調(diào)整預(yù)編碼MIMO系統(tǒng)各發(fā)射天線的功率，則可以進(jìn)一步提高預(yù) 編碼MIMO通信系統(tǒng)的容量。
專利申請?zhí)枮镃N200510033643的中國專利申請"用于多入多出通信系 統(tǒng)的發(fā)射方法、裝置和系統(tǒng)"，該專利申請根據(jù)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，獲得預(yù)編碼矩陣， 并根據(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，其采 用的是注水原理，即哪個子信道信噪比高，哪個天線的發(fā)射功率就大。這 種機(jī)制雖說增大了系統(tǒng)容量，但在一些子信道信噪比很低的情況下分配的發(fā) 射功率4I^氐，相當(dāng)于損失了子信道，傳輸速率并沒有增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種MIMO系統(tǒng)的功率分配技術(shù)，以
4在保證性能的前提下，既增大了系統(tǒng)容量，又增加了傳輸速率。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種多輸入輸出系統(tǒng)的功率分配方
法，該方法包括以下步驟
(a) 發(fā)射機(jī)接收到上一子幀的接收機(jī)反饋的預(yù)編碼矩陣和奇異值矩陣， 其中的每一個奇異值代表的是獨(dú)立空間子信道的增益；
(b) 根據(jù)奇異值矩陣判斷每個子信道的傳輸性能的優(yōu)劣；
(c) 根據(jù)子信道的傳輸性能的優(yōu)劣采用非等功率分配技術(shù)，在保證數(shù)據(jù) 流一的傳輸性能要求的前提下，將多余的功率分配到數(shù)據(jù)流二，達(dá)到提高系 統(tǒng)容量的要求。
進(jìn)一步地，步驟(c)中功率分配后的數(shù)據(jù)流Yl, Y2分別為i^Az^L^，
Aj +義2
g-^JtA&，其中Sl、 S2分別為分配前的數(shù)據(jù)流，4、 ；^分別為上一子幀
的奇異值，A為變量，依據(jù)信道的質(zhì)量而定。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種多輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)射接收方 法，該方法包括以下步驟
(1) 發(fā)射機(jī)接收到接收機(jī)反饋的預(yù)編碼矩陣和奇異值矩陣，其中的每 一個奇異值代表的是獨(dú)立空間子信道的增益；
(2) 發(fā)射機(jī)根據(jù)步驟(l)得到的每個子信道的增益，非平均的分配每個 子信號流的功率增益，在保證數(shù)據(jù)流一的傳輸性能要求的前提下，將多余的 功率分配到數(shù)據(jù)流二，達(dá)到提高系統(tǒng)容量的要求；
(3 )發(fā)射機(jī)根據(jù)步驟(l)得到的預(yù)編碼矩陣對每個子信號流進(jìn)行預(yù)編碼， 并將預(yù)編碼后的數(shù)據(jù)送到發(fā)射天線發(fā)射；
(4)接收機(jī)接收到經(jīng)過信道傳輸過來的數(shù)據(jù)，對訓(xùn)練序列部分進(jìn)行信 道估計(jì)得到信道矩陣，對數(shù)據(jù)部分進(jìn)行譯碼；
(5 M妄收機(jī)對步驟(4)得到的信道矩陣進(jìn)行奇異值分解得到預(yù)編碼矩陣、 譯碼矩陣和奇異值矩陣，其中的每一個奇異值代表的是獨(dú)立空間子信道的增
益；
(6)接收機(jī)對步驟(4)得到的信道矩陣進(jìn)行編解碼處理，將處理后得到 的信道矩陣和步驟(4)得到的譯碼數(shù)據(jù)一起進(jìn)行信號檢測。進(jìn)一步地，所述多輸入輸出系統(tǒng)是時分雙工無線通信系統(tǒng)。
進(jìn)一步地，所述步驟(4)中，接收機(jī)檢測到小區(qū)系統(tǒng)信息，同時得到本小 區(qū)的訓(xùn)練序列、擴(kuò)頻碼和擾碼信息，根據(jù)訓(xùn)練序列信息對接收的訓(xùn)練序列信 號進(jìn)4于信道沖激響應(yīng)估計(jì)，得到所對應(yīng)的信道沖激響應(yīng)組成信道矩陣。
進(jìn)一步地，所述步驟(4)中，接收機(jī)接收的是下行普通語音或者數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) 信息。
為解決上述4支術(shù)問題，本發(fā)明提供一種多輸入輸出系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括待 發(fā)送數(shù)據(jù)前期處理及功率分配模塊、預(yù)編碼及數(shù)據(jù)發(fā)射模塊、信道矩陣獲取 及數(shù)據(jù)譯碼模塊、信道矩陣處理模塊及信號檢測模塊，其中，
待發(fā)送數(shù)據(jù)前期處理及功率分配模塊用于對待發(fā)送數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼、調(diào) 制、擴(kuò)頻加擾，根據(jù)每個子信道的增益非平均的分配每個子信號流的功率增 益，非平均分配的原則是，在保證數(shù)據(jù)流一傳輸性能的前提下，將多余的功 率分配到數(shù)據(jù)流二；
預(yù)編碼及數(shù)據(jù)發(fā)射模塊用于根據(jù)接收機(jī)反饋來的預(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；
信道矩陣獲取及數(shù)據(jù)譯碼模塊用于根據(jù)小區(qū)的信息進(jìn)行信道沖激響應(yīng) 估計(jì)獲得信道矩陣及對數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼；
信道矩陣處理模塊用于對信道矩陣進(jìn)行奇異值分解得到預(yù)編碼矩陣和 譯碼矩陣以及奇異值矩陣并根據(jù)預(yù)編碼矩陣和譯碼矩陣對信道矩陣進(jìn)行編 解碼處理；
信號檢測模塊用于對編解碼處理后的信道矩陣和譯碼數(shù)據(jù)進(jìn)行信號檢 測，得到目標(biāo)用戶i殳備的期望數(shù)據(jù)。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明基于預(yù)編碼MIMO系統(tǒng)，采用非等功率分配 技術(shù)，在調(diào)制方式一定的情況下，在保證數(shù)據(jù)流一的傳輸性能要求的前提下， 將多余的功率分配到數(shù)據(jù)流二，達(dá)到提高系統(tǒng)容量的要求，并且沒有損失傳 輸子信道，提高了數(shù)據(jù)傳輸速率。


圖1是本發(fā)明基于預(yù)編碼多輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)射和接收流程圖。
圖2是本發(fā)明基于預(yù)編碼多輸入輸出系統(tǒng)的功率分配流程圖。 圖3是本發(fā)明基于預(yù)編碼多輸入輸出系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明基于預(yù)編碼MIMO系統(tǒng)的發(fā)射接收流程如圖1所示，該流程包 括以下步驟
步驟IOI，發(fā)射機(jī)接收到接收機(jī)反饋的預(yù)編碼矩陣和奇異值矩陣，并獲 得每個子信道的增益，對各個子信號流進(jìn)行編碼復(fù)用、調(diào)制、擴(kuò)頻加擾；
步驟102,根據(jù)步驟101得到的每個子信道的增益非平均的分配每個子 信號流的功率增益，采用非等功率分配技術(shù)，在調(diào)制方式一定的情況下，在 保證數(shù)據(jù)流一的傳輸性能要求的前提下，將多余的功率分配到數(shù)據(jù)流二，達(dá) 到提高系統(tǒng)容量的要求；
步驟103,根據(jù)步驟101得到的預(yù)編碼矩陣對每個子信號流進(jìn)行預(yù)編碼， 并把預(yù)編碼后的數(shù)據(jù)送到發(fā)射天線，對各個天線上的數(shù)據(jù)流加midamble形 成待發(fā)射的基帶數(shù)據(jù)；
步驟104，接收機(jī)接收到經(jīng)過信道傳輸過來的數(shù)據(jù)，分為數(shù)據(jù)部分和訓(xùn) 練序列部分，根據(jù)訓(xùn)練序列信息對接收訓(xùn)練序列信號進(jìn)行信道沖激響應(yīng)估 計(jì)，得到所對應(yīng)的信道沖激響應(yīng)組成信道矩陣，對數(shù)據(jù)部分進(jìn)行譯碼；
步驟105,接收機(jī)對步驟104得到的信道矩陣進(jìn)行奇異值分解得到預(yù)編 碼矩陣，譯碼矩陣和奇異值矩陣，其中的每一個奇異值代表的是獨(dú)立空間子 信道的增益；
步驟106，接收機(jī)對步驟104得到的信道矩陣進(jìn)行編解碼處理，將處理 后的矩陣和步驟104得到的譯碼數(shù)據(jù)一起進(jìn)行信號檢測，得到目標(biāo)用戶設(shè)備 UE的期望數(shù)據(jù)。
下面結(jié)合附圖2對本發(fā)明基于預(yù)編碼MIMO系統(tǒng)的功率分配方法進(jìn)行 說明，本發(fā)明方法包括以下步驟
步驟201,發(fā)射機(jī)接收到上一子幀的接收機(jī)反饋的預(yù)編碼矩陣和奇異值矩陣，其中的每一個奇異值代表的是獨(dú)立空間子信道的增益。
對于MIMO天線系統(tǒng)來說，如果信道的秩為M，則通過預(yù)編碼矩陣和 接收解碼矩陣，可以形成M個正交的子信道，可以在這M個信道中分別傳 輸獨(dú)立的數(shù)據(jù)流。信道響應(yīng)矩陣H的元素由獨(dú)立的高斯隨機(jī)變量組成，如 下
r,2 .
(1)
x代表天線發(fā)射的數(shù)據(jù)，y代表接收天線所接收的數(shù)據(jù)，那么H表示在 發(fā)射天線與接收天線之間的的信道沖激響應(yīng)矩陣，比如/^代表第3根發(fā)射天 線與第l根接收天線間的信道沖激響應(yīng)。
y = Hx + n (2)
信道矩陣H可以奇異值分解為
i/ = Z)LP" (3)
給等式(2)兩端同時左乘矩陣￡>",將x分解為x-PS ，那么可以
得到
/" = ￡),5 + /) =2^ +《 (4)
S代表空間子信道的發(fā)射信號，r代表空間子信道的接收信號，所對應(yīng) 的關(guān)系為x=Ps ; r = ￡> ，其中P為預(yù)編碼矩陣，譯碼矩陣為G=DH 。
4
4」
對角線上的每一個奇異值代表這
奇異值分解得到的奇異值矩陣2 =
個獨(dú)立空間子信道的增益。
步驟202:根據(jù)奇異值矩陣判斷每個子信道的傳輸性能的優(yōu)劣。
由于奇異值矩陣是個對角矩陣，對角線上每一個的奇異值代表這個獨(dú)立 空間子信道的增益，即有M個奇異值就表明信道的秩為M，形成M個正 交的子信道，可以在這M個信道中分別傳輸獨(dú)立的數(shù)據(jù)流，每個奇異值的 大小代表的就是這M個正交子信道的增益。由于各個不同的數(shù)據(jù)流在彼此 正交的信道上傳輸，所以，便于接收機(jī)檢測。預(yù)編碼MIMO系統(tǒng)是在調(diào)制
8映射之后對M個不同的數(shù)據(jù)流進(jìn)行預(yù)編碼，通過多天線發(fā)射，而對應(yīng)的在 接收機(jī)首先進(jìn)行相應(yīng)的解碼處理分離出不同的獨(dú)立數(shù)據(jù)流，然后解調(diào)譯碼得 到恢復(fù)的信息數(shù)據(jù)。
因此，奇異值大，代表的是這個子信道的增益大，這個子信道的傳輸性 能優(yōu)；反之奇異值小，代表的是這個子信道的增益小，這個子信道傳輸性能 劣。
步驟203,根據(jù)子信道的傳輸性能的優(yōu)劣采用非等功率分配技術(shù)，在調(diào) 制方式一定的情況下，在保證數(shù)據(jù)流一的傳輸性能要求的前提下，將多余的 功率分配到數(shù)據(jù)流二，達(dá)到提高系統(tǒng)容量的要求。
根據(jù)奇異值分解得到的奇異值矩陣S =
如果A、 ^都不為零，
、. .、
即有兩個奇異值代表信道的秩為2,形成2個正交的子信道，可以在這2個
信道中分別傳輸獨(dú)立的數(shù)據(jù)流。A、 ^分別代表的是子信道的增益，根據(jù)它 們的大小判斷出信道的傳輸性能的優(yōu)劣，進(jìn)行非等功率分配發(fā)射端兩個數(shù)
據(jù)流經(jīng)過編碼復(fù)用、調(diào)制、擴(kuò)頻加擾得到的數(shù)據(jù)流為SI, S2, s = [s 經(jīng)過功率分配后的數(shù)據(jù)流為Yl, Y2, y = y2f，其中《、"中的i表示預(yù) 編碼輸入數(shù)據(jù)流編號，則
<formula>formula see original document page 9</formula>
A在這里是個不定的變量，依據(jù)信道的質(zhì)量而定，即秩的大小。
如果^很小，表明第二個子信道增益很低，此時給這個子信道功率分配 大點(diǎn)，確保不損失子信道，在保證數(shù)據(jù)流一傳輸性能的前提下，將多余的功 率分配到數(shù)據(jù)流二，達(dá)到提高系統(tǒng)容量和傳輸速率的要求。
本發(fā)明還提供了一種預(yù)編碼MIMO系統(tǒng)，如圖3所示，該系統(tǒng)包括 待發(fā)送數(shù)據(jù)前期處理及功率分配模塊301、預(yù)編碼及數(shù)據(jù)發(fā)射模塊302、信 道矩陣獲取及數(shù)據(jù)譯碼模塊303、信道矩陣處理模塊304、信號檢測模塊305, 以下對各模塊進(jìn)行詳細(xì)說明。
待發(fā)送數(shù)據(jù)前期處理及功率分配模塊301,用于對待發(fā)送數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼、 調(diào)制、擴(kuò)頻加擾，并根據(jù)每個子信道的增益非平均的分配每個子信號流的功 率增益，非平均分配的原則是在保證數(shù)據(jù)流一傳輸性能的前提下，將多余的功率分配到數(shù)據(jù)流二；
預(yù)編碼及數(shù)據(jù)發(fā)射模塊302:用于根據(jù)接收機(jī)反饋來的預(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；
信道矩陣獲取及數(shù)據(jù)譯碼模塊303:用于根據(jù)小區(qū)的信息進(jìn)行信道沖激 響應(yīng)估計(jì)獲得信道矩陣及對數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼；
信道矩陣處理;f莫塊304:用于對信道矩陣進(jìn)行奇異值分解得到預(yù)編碼矩 ^f亍編解碼處理；
信號檢測模塊305:用于對編解碼處理后的信道矩陣和譯碼數(shù)據(jù)進(jìn)行信 號檢測，得到目標(biāo)用戶設(shè)備的期望數(shù)據(jù)。
綜上所述，本發(fā)明基于預(yù)編碼MIMO系統(tǒng)，采用非等功率分配技術(shù)， 在調(diào)制方式一定的情況下，在一些子信道增益很低、環(huán)境很差的情況下分配 的發(fā)射功率大點(diǎn)，不損失子信道，從而在保證數(shù)據(jù)流一的傳輸性能要求的前 提下，將多余的功率分配到數(shù)據(jù)流二，達(dá)到提高系統(tǒng)容量的要求，并且沒有 損失子信道，既增大了系統(tǒng)容量，又提高了數(shù)據(jù)傳輸速率。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離權(quán)利要求書確定的本發(fā)明的精神和范圍的 條件下，還可以對以上內(nèi)容進(jìn)行各種各樣的修改。因此本發(fā)明的范圍并不僅 限于以上的說明，而是由權(quán)利要求書的范圍來確定的。
權(quán)利要求
1、一種多輸入輸出系統(tǒng)的功率分配方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(a)發(fā)射機(jī)接收到上一子幀的接收機(jī)反饋的預(yù)編碼矩陣和奇異值矩陣，其中的每一個奇異值代表的是獨(dú)立空間子信道的增益；(b)根據(jù)奇異值矩陣判斷每個子信道的傳輸性能的優(yōu)劣；(c)根據(jù)子信道的傳輸性能的優(yōu)劣采用非等功率分配技術(shù)，在保證數(shù)據(jù)流一的傳輸性能要求的前提下，將多余的功率分配到數(shù)據(jù)流二，達(dá)到提高系統(tǒng)容量的要求。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于步驟(c)中功率分配后的數(shù)據(jù)流Yl， Y2分別為y;-AzAsy-AlA&，其中Sl、 S2分別為分配前的數(shù)據(jù)流，4、 ^分別為上一子幀的奇異值，A為變量，依據(jù)信道的質(zhì)量 而定。
3、 一種多輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)射接收方法，其特征在于，該方法包括以 下步驟(1) 發(fā)射機(jī)接收到接收機(jī)反饋的預(yù)編碼矩陣和奇異值矩陣，其中的每 一個奇異值代表的是獨(dú)立空間子信道的增益；(2) 發(fā)射機(jī)根據(jù)步驟(l)得到的每個子信道的增益，非平均的分配每個 子信號流的功率增益，在保證數(shù)據(jù)流一的傳輸性能要求的前提下，將多余的 功率分配到數(shù)據(jù)流二，達(dá)到提高系統(tǒng)容量的要求；(3 )發(fā)射機(jī)根據(jù)步驟(l)得到的預(yù)編碼矩陣對每個子信號流進(jìn)行預(yù)編碼， 并將預(yù)編碼后的數(shù)據(jù)送到發(fā)射天線發(fā)射；(4)接收機(jī)接收到經(jīng)過信道傳輸過來的數(shù)據(jù)，對訓(xùn)練序列部分進(jìn)行信 道估計(jì)得到信道矩陣，對數(shù)據(jù)部分進(jìn)行譯碼；(5 )接收機(jī)對步驟(4)得到的信道矩陣進(jìn)行奇異值分解得到預(yù)編碼矩陣、 譯碼矩陣和奇異值矩陣，其中的每一個奇異值代表的是獨(dú)立空間子信道的增益；(6)接收機(jī)對步驟(4)得到的信道矩陣進(jìn)行編解碼處理，將處理后得到的信道矩陣和步驟(4)得到的譯碼數(shù)據(jù)一起進(jìn)行信號檢測。
4、 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述多輸入輸出系統(tǒng)是時 分雙工無線通信系統(tǒng)。
5、 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述步驟(4)中，接收機(jī)檢 測到小區(qū)系統(tǒng)信息，同時得到本小區(qū)的訓(xùn)練序列、擴(kuò)頻碼和擾碼信息，根據(jù) 訓(xùn)練序列信息對接收的訓(xùn)練序列信號進(jìn)行信道沖激響應(yīng)估計(jì)，得到所對應(yīng)的 信道沖激響應(yīng)組成信道矩陣。
6、 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述步驟(4)中，接收機(jī)接 收的是下行普通語音或者數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信息。
7、 一種多輸入輸出系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括待發(fā)送數(shù)據(jù)前期處 理及功率分配模塊、預(yù)編碼及數(shù)據(jù)發(fā)射模塊、信道矩陣獲取及數(shù)據(jù)譯碼模塊、 信道矩陣處理模塊及信號檢測模塊，其中，待發(fā)送數(shù)據(jù)前期處理及功率分配模塊用于對待發(fā)送數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼、調(diào) 制、擴(kuò)頻加擾，根據(jù)每個子信道的增益非平均的分配每個子信號流的功率增 益，非平均分配的原則是，在保證數(shù)據(jù)流一傳輸性能的前提下，將多余的功 率分配到數(shù)據(jù)流二；預(yù)編碼及數(shù)據(jù)發(fā)射模塊用于根據(jù)接收機(jī)反饋來的預(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；信道矩陣獲取及數(shù)據(jù)譯碼模塊用于根據(jù)小區(qū)的信息進(jìn)行信道沖激響應(yīng) 估計(jì)獲得信道矩陣及對數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼；信道矩陣處理模塊用于對信道矩陣進(jìn)行奇異值分解得到預(yù)編碼矩陣和 解碼處理；信號檢測模塊用于對編解碼處理后的信道矩陣和譯碼數(shù)據(jù)進(jìn)行信號檢 測，得到目標(biāo)用戶設(shè)備的期望數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種多輸入輸出系統(tǒng)的功率分配方法及應(yīng)用該方法的接收發(fā)射方法和系統(tǒng)，該功率分配方法包括以下步驟(a)發(fā)射機(jī)接收到上一子幀的接收機(jī)反饋的預(yù)編碼矩陣和奇異值矩陣，其中的每一個奇異值代表的是獨(dú)立空間子信道的增益；(b)根據(jù)奇異值矩陣判斷每個子信道的傳輸性能的優(yōu)劣；(c)根據(jù)子信道的傳輸性能的優(yōu)劣采用非等功率分配技術(shù)，在保證數(shù)據(jù)流一的傳輸性能要求的前提下，將多余的功率分配到數(shù)據(jù)流二，達(dá)到提高系統(tǒng)容量的要求。本發(fā)明方法和系統(tǒng)達(dá)到了提高系統(tǒng)容量的要求，并且沒有損失傳輸子信道，提高數(shù)據(jù)傳輸速率。
文檔編號H04B7/005GK101494475SQ200810006038
公開日2009年7月29日 申請日期2008年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月25日
發(fā)明者李少杰 申請人:中興通訊股份有限公司