專利名稱：多輸入多輸出波束賦形系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)發(fā)送方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通訊領(lǐng)域，尤其涉及一種多輸入多輸出波束賦形系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)發(fā)送方法。
背景技術(shù)：
波束賦形(Beamforming，簡稱為BF)是基于自適應(yīng)天線原理，利用天線陣列通過先進(jìn)的信號處理算法分別對各天線單元加權(quán)處理，使陣列實(shí)時(shí)對準(zhǔn)有用信號方向，而在干擾方向形成零點(diǎn)以抑制干擾信號，從而提高信干噪比，提升系統(tǒng)性能，增加系統(tǒng)的覆蓋范圍。

圖1是根據(jù)相關(guān)技術(shù)的波束賦形的示意圖，在發(fā)送端具有多根天線，信源的數(shù)據(jù)經(jīng)過信道編碼調(diào)制，乘以對應(yīng)天線上的權(quán)值W后發(fā)送出去，形成一個(gè)波束，即波束賦形。這樣，在接收端看來，發(fā)送端的多根發(fā)送天線相當(dāng)于一根虛擬的天線。多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output，簡稱為ΜΙΜΟ)系統(tǒng)是在發(fā)送端和接收端分別安置多個(gè)天線的通信系統(tǒng)，主要分為兩類。當(dāng)發(fā)送端或接收端存在多個(gè)天線，且各個(gè)發(fā)送天線發(fā)送的數(shù)據(jù)集相同時(shí)，接收端對獲得多個(gè)分支的信號進(jìn)行合并，從而提高鏈路的可靠性，這一類MIMO技術(shù)稱為空間分集。當(dāng)發(fā)送端和接收端同時(shí)存在多根天線時(shí)，由于MIMO信道等效成多個(gè)并行的信道，從而可以同時(shí)并行發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)流，提高了數(shù)據(jù)的傳輸速率，這就是空間復(fù)用。MIMO和波束賦形相結(jié)合，形成具有兩種技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的技術(shù)多輸入多輸出波束賦形。它既能像波束賦形那樣抑制干擾信號，又能像MIMO那樣提高鏈路的可靠性或傳輸速率。目前，有兩種實(shí)現(xiàn)多輸入多輸出波束賦形的方案，圖2是根據(jù)相關(guān)技術(shù)方案一的多輸入多輸出波束賦形的示意圖，將發(fā)送端的天線分成多個(gè)子陣列，每個(gè)子陣列進(jìn)行波束賦形處理形成一個(gè)波束，每個(gè)波束相當(dāng)于一根虛擬天線，虛擬天線間構(gòu)成一個(gè)MIMO系統(tǒng)。圖3是根據(jù)相關(guān)技術(shù)方案二的多輸入多輸出波束賦形的示意圖，將發(fā)送端的整個(gè)天線形成多個(gè)波束，每個(gè)波束相當(dāng)于一根虛擬的天線，虛擬天線間構(gòu)成一個(gè)MIMO系統(tǒng)。波束賦形與空間分集的結(jié)合為空間分集波束賦形(SpatialDiversity Beamforming，簡稱為SD+BF)；波束賦形與空間復(fù)用的結(jié)合為空間復(fù)用波束賦形(Spatial Multiplexing Beamforming，簡稱為 SM+BF)?？臻g分集波束賦形可以提高鏈路的可靠性，提高覆蓋范圍。當(dāng)覆蓋范圍一定且接收端的誤碼率要求一定時(shí)，分集增益可以轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)傳輸速率的提高。空間復(fù)用波束賦形可以讓每根虛擬天線發(fā)射不同的數(shù)據(jù)，提升頻譜效率，同樣，也可以提高數(shù)據(jù)傳輸速率。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)由于接收端的移動和無線信道實(shí)時(shí)變化，有可能在某些時(shí)候使用空間分集波束賦形能夠獲得更大的數(shù)據(jù)傳輸速率，在另外一些時(shí)候使用空間復(fù)用波束賦形能夠獲得更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。而相關(guān)技術(shù)中不能自動在空間分集波束賦形傳輸模式和空間復(fù)用波束賦形傳輸模式中選擇合適的數(shù)據(jù)傳輸模式傳輸數(shù)據(jù)，從而不能最大限度的利用有限
6的頻帶資源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種多輸入多輸出波束賦形系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)發(fā)送方法， 以解決上述相關(guān)技術(shù)中不能根據(jù)移動和無線信道的實(shí)時(shí)變化選擇最佳的數(shù)據(jù)發(fā)送方法的問題。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種多輸入多輸出波束賦形系統(tǒng)的數(shù)據(jù)發(fā)送方法，包括以下步驟獲取步驟，獲取多輸入多輸出波束賦形系統(tǒng)的信道質(zhì)量信息(CQI， Channel Quality Information)；判決步驟，根據(jù)CQI確定空間分集波束賦形模式或空間復(fù)用波束賦形模式更優(yōu)；切換步驟，將當(dāng)前的數(shù)據(jù)發(fā)送方式切換到更優(yōu)的空間分集波束賦形模式或空間復(fù)用波束賦形模式。進(jìn)一步地，在上述的方法中，獲取的CQI是信噪比；判決步驟包括根據(jù)信噪比分別確定空間分集波束賦形模式或空間復(fù)用波束賦形模式的第i個(gè)數(shù)據(jù)流的調(diào)制編碼階數(shù) Mp編碼速率Pp編碼重復(fù)次數(shù)氏；根據(jù)MiAiAi分別計(jì)算數(shù)據(jù)傳輸速率V ；確定V的值較大的為更優(yōu)。進(jìn)一步地，在上述的方法中，根據(jù)Mi, Pi,氏分別計(jì)算空間分集波束賦形模式或空間
權(quán)利要求
1.一種多輸入多輸出波束賦形系統(tǒng)的數(shù)據(jù)發(fā)送方法，其特征在于，包括以下步驟 獲取步驟，獲取所述多輸入多輸出波束賦形系統(tǒng)的信道質(zhì)量信息CQI ；判決步驟，根據(jù)所述CQI確定空間分集波束賦形模式或空間復(fù)用波束賦形模式更優(yōu)； 切換步驟，將當(dāng)前的數(shù)據(jù)發(fā)送方式切換到所述更優(yōu)的空間分集波束賦形模式或空間復(fù)用波束賦形模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，獲取的所述CQI是信噪比；所述判決步驟包括根據(jù)所述信噪比分別確定所述空間分集波束賦形模式或所述空間復(fù)用波束賦形模式的第i個(gè)數(shù)據(jù)流的調(diào)制編碼階數(shù)風(fēng)、編碼速率P”編碼重復(fù)次數(shù)Ri ； 根據(jù)Mi, Pi, Ri分別計(jì)算數(shù)據(jù)傳輸速率V ； 確定V的值較大的為更優(yōu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，根據(jù)Mi,Pi,氏分別計(jì)算所述空間分集波束賦形模式或所述空間復(fù)用波束賦形模式的數(shù)據(jù)傳輸速率V包括N,計(jì)算「= (^>,風(fēng)只// ,)/ 麗0，其中，α i彡0為第i個(gè)數(shù)據(jù)流的傳輸速率所占的比重，且；^二《, =1 ;NS為所述數(shù)據(jù)流的個(gè)數(shù)，Rmimq為MIMO編碼速率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，獲取的所述CQI是空間相關(guān)性，獲取所述空間相關(guān)性包括計(jì)算所述多輸入多輸出波束賦形系統(tǒng)的載波集合的子載波k對應(yīng)的信道矩陣Hk ； 計(jì)算Hk的條件數(shù)Kk來表示所述空間相關(guān)性，k = 1，…，Nc, Nc為所述子載波個(gè)數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，'K{k) Kik)…^{k)計(jì)算~ “ - · 5hm(k) hN2(k)…h(huán)NM{k)_其中，hu(k)為所述多輸入多輸出波束賦形系統(tǒng)的第j根發(fā)送天線到i根接收天線間的第k個(gè)載波上的信道系數(shù)，j = 1，…，M，i = l，…，N，M為發(fā)送天線數(shù)目，N為接收天線數(shù)目。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，計(jì)算Hk的條件數(shù)Kk包括 計(jì)算A=^il ,或者r或者廠或者& = Trmn^、；^ax^ = ^min x^max ’ Kk = ^min ’HJ其中， Ο表示求取矩陣的跡，上標(biāo)H表示對矩陣求共軛轉(zhuǎn)置，Amink, Xmaxk分別表示Hk 的最小和最大奇異值。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述判決步驟包括比較Kk和門限值K。，如果Kk彡Kc, SMBF_Num = SMBF_Num+l ；否則，SMBF_Num保持不變； SMBF Num 計(jì)算比例朽=——ψ；比較Pr和門限值Tr；如果ft· > ；，確定空間復(fù)用波束賦形模式更優(yōu)，否則確定空間分集波束賦形模式更優(yōu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2-7任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，當(dāng)前的數(shù)據(jù)發(fā)送方式為空間分集波束賦形模式；所述判決步驟包括 設(shè)定 CQI 的門限值區(qū)間[SD_THcqi1, SD_THcqi2]； 如果CQI < SD_TH。QI1，則確定空間分集波束賦形模式更優(yōu)； 如果CQI > SD_TH。QI2，則確定空間復(fù)用波束賦形模式更優(yōu)；如果SD_THeQIl ^ CQI ^ SD_THeQI2，則執(zhí)行權(quán)利要求2_7任一項(xiàng)所述的判決步驟，來確定空間分集波束賦形模式或空間復(fù)用波束賦形模式更優(yōu)；當(dāng)前的數(shù)據(jù)發(fā)送方式為空間復(fù)用波束賦形模式；所述判決步驟包括 設(shè)定 CQI 的門限值區(qū)間[SM_THcqi1，SM_THcqi2]； 如果CQI < SM_TH。QI1，則確定空間分集波束賦形模式更優(yōu)； 如果CQI > SM_TH。QI2，則確定空間復(fù)用波束賦形模式更優(yōu)；如果SM_THeQIl ^ CQI ^ SM_THeQI2，則執(zhí)行權(quán)利要求2_7任一項(xiàng)所述的判決步驟，來確定空間分集波束賦形模式或空間復(fù)用波束賦形模式更優(yōu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2-7任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述判決步驟包括 設(shè)定切換周期T，單位是幀；在發(fā)送/接收的總幀數(shù)是T的整數(shù)倍時(shí)，執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求2-7任一項(xiàng)所述的判決步馬聚ο
10.根據(jù)權(quán)利要求2-7任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述判決步驟包括 設(shè)定切換周期T和門限值TH，T的單位是幀；在各切換周期內(nèi)，設(shè)置m個(gè)判決時(shí)刻，m為正整數(shù)且m < T，在每個(gè)判決時(shí)刻執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求2-7任一項(xiàng)所述的判決步驟；在各次切換周期結(jié)束的時(shí)候，統(tǒng)計(jì)在本次切換周期內(nèi)m次判決中空間分集波束賦形模式更優(yōu)的次數(shù)SD_NUM和空間復(fù)用波束賦形模式更優(yōu)的次數(shù)SM_NUM ；當(dāng)SM_NUM與m的比值大于TH時(shí)，或者SM_NUM大于SD_NUM，或者SD_NUM與m的比值小于TH時(shí)，確定空間復(fù)用波束賦形模式更優(yōu)，否則，確定空間分集波束賦形模式更優(yōu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求2-7任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述判決步驟包括 設(shè)定門限值TH;對于使用空間分集波束賦形模式的所述接收端，統(tǒng)計(jì)執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求2-7任一項(xiàng)所述的判決步驟，所確定空間復(fù)用波束賦形模式更優(yōu)的次數(shù)SM_NUM ；當(dāng)SM_NUM與總的確定次數(shù)的比值大于TH時(shí)，確定空間復(fù)用波束賦形模式更優(yōu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求2-7任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述判決步驟包括 設(shè)定門限值TH;對于使用空間復(fù)用波束賦形模式的所述接收端，統(tǒng)計(jì)執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求2-7任一項(xiàng)所述的判決步驟，所確定空間分集波束賦形模式更優(yōu)的次數(shù)SD_NUM ；當(dāng)SD_NUM與總的選擇次數(shù)的比值大于TH時(shí)，確定空間分集波束賦形模式更優(yōu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述判決步驟包括 設(shè)定切換周期T，單位是幀；在發(fā)送/接收的總幀數(shù)是T的整數(shù)倍時(shí)，執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求8所述的判決步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述判決步驟包括 設(shè)定切換周期T和門限值TH，T的單位是幀；在各切換周期內(nèi)，設(shè)置m個(gè)判決時(shí)刻，m為正整數(shù)且m < T，在每個(gè)判決時(shí)刻執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求8所述的判決步驟；在各次切換周期結(jié)束的時(shí)候，統(tǒng)計(jì)在本次切換周期內(nèi)m次判決中空間分集波束賦形模式更優(yōu)的次數(shù)SD_NUM和空間復(fù)用波束賦形模式更優(yōu)的次數(shù)SM_NUM ；當(dāng)SM_NUM與m的比值大于TH時(shí)，或者SM_NUM大于SD_NUM，或者SD_NUM與m的比值小于TH時(shí)，確定空間復(fù)用波束賦形模式更優(yōu)，否則，確定空間分集波束賦形模式更優(yōu)。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述判決步驟包括設(shè)定門限值TH； 對于使用空間分集波束賦形模式的所述接收端，統(tǒng)計(jì)執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求8所述的判決步驟，所確定空間復(fù)用波束賦形模式更優(yōu)的次數(shù)SM_NUM ；當(dāng)SM_NUM與總的確定次數(shù)的比值大于TH時(shí)，確定空間復(fù)用波束賦形模式更優(yōu)。
16.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述判決步驟包括 設(shè)定門限值TH;對于使用空間復(fù)用波束賦形模式的所述接收端，統(tǒng)計(jì)執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求8所述的判決步驟，所確定空間分集波束賦形模式更優(yōu)的次數(shù)SD_NUM ；當(dāng)SD_NUM與總的選擇次數(shù)的比值大于TH時(shí)，確定空間分集波束賦形模式更優(yōu)。
17.一種多輸入多輸出波束賦形系統(tǒng)，其特征在于，包括獲取模塊，用于獲取所述多輸入多輸出波束賦形系統(tǒng)的信道質(zhì)量信息CQI ； 判決模塊，用于根據(jù)所述CQI確定空間分集波束賦形模式或空間復(fù)用波束賦形模式更優(yōu)；切換模塊，用于將當(dāng)前的數(shù)據(jù)發(fā)送方式切換到所述更優(yōu)的空間分集波束賦形模式或空間復(fù)用波束賦形模式。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的多輸入多輸出波束賦形系統(tǒng)，其特征在于，所述判決模塊包括查詢模塊，用于根據(jù)信噪比分別確定所述空間分集波束賦形模式或所述空間復(fù)用波束賦形模式的第i個(gè)數(shù)據(jù)流的調(diào)制編碼階數(shù)禮、編碼速率P”編碼重復(fù)次數(shù)Ri ； 計(jì)算模塊，用于根據(jù)Mi, Pi, Ri分別計(jì)算數(shù)據(jù)傳輸速率V ； 確定模塊，用于確定V的值較大的為更優(yōu)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的多輸入多輸出波束賦形系統(tǒng)，其特征在于，所述判決模塊包括空間相關(guān)性模塊，用于計(jì)算所述多輸入多輸出波束賦形系統(tǒng)的載波集合的子載波k對應(yīng)的信道矩陣Hk ；計(jì)算Hk的條件數(shù)Kk來表示空間相關(guān)性，k = 1，…，Nc, Nc為所述子載信道系數(shù)模塊，用于計(jì)算
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多輸入多輸出波束賦形系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)發(fā)送方法，方法包括以下步驟獲取步驟，獲取多輸入多輸出波束賦形系統(tǒng)的信道質(zhì)量信息CQI；判決步驟，根據(jù)CQI確定空間分集波束賦形模式或空間復(fù)用波束賦形模式更優(yōu)；切換步驟，將當(dāng)前的數(shù)據(jù)發(fā)送方式切換到更優(yōu)的空間分集波束賦形模式或空間復(fù)用波束賦形模式。本發(fā)明通過根據(jù)CQI選擇空間分集波束賦形模式或空間復(fù)用波束賦形模式，從而可實(shí)現(xiàn)空間分集波束賦形和空間復(fù)用波束賦形的模式切換，從而使兩者有效結(jié)合，最大限度地提高系統(tǒng)的性能。
文檔編號H04L1/00GK102195697SQ20101013899
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月19日
發(fā)明者張萬帥, 肖華華, 魯照華 申請人:中興通訊股份有限公司