專利名稱：多輸入多輸出通信系統(tǒng)中的多用戶下行傳輸模式切換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信技術(shù)，特別是 涉及一種多輸入多輸出通信系統(tǒng)中的多用戶下行傳輸模式切換方法。
背景技術(shù)：
為了適應(yīng)新一代移動通信系統(tǒng)中日益增長的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率的需要，采用多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output, ΜΙΜΟ)無線傳輸技術(shù)可以充分挖掘空間資源，提高頻譜利用率和功率效率，在實現(xiàn)高速率傳輸?shù)耐瑫r緩解無線頻譜資源日趨緊張的問題，從而成為新一代移動通信標(biāo)準(zhǔn) 3GPP LTE-Advanced(3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution，第三代合作伙伴計劃的長期演進(jìn)高版本)研究的關(guān)鍵所在。多用戶MIMO技術(shù)通過多用戶空分復(fù)用可以獲得更高的系統(tǒng)和容量，近年來在理論界和工業(yè)界都得到廣泛的重視。傳統(tǒng)的多用戶MIMO技術(shù)研究主要集中在假設(shè)基站端知道用戶的瞬時信道狀態(tài)信息的情況。在實際中，由于信道估計誤差，信道量化誤差，反饋時延等因素，使得基站端獲取的瞬時信道狀態(tài)信息往往不準(zhǔn)確。當(dāng)瞬時信道狀態(tài)信息不準(zhǔn)確度過大時，多用戶MIMO傳輸會受到多用戶干擾的嚴(yán)重影響，使得其可達(dá)和速率降低，甚至?xí)陀趩斡脩鬗IMO傳輸?shù)目蛇_(dá)速率。另一方面，信道的統(tǒng)計特性相對于瞬時信道狀態(tài)信息變化較慢，可以認(rèn)為基站端可以獲得較為準(zhǔn)確的統(tǒng)計信道狀態(tài)信息。在基站獲取的瞬時信道狀態(tài)信息誤差較大時，可以僅利用統(tǒng)計信道狀態(tài)信息進(jìn)行單用戶或多用戶MIMO傳輸。理論研究表明，當(dāng)信道相關(guān)度足夠大時，利用統(tǒng)計信道狀態(tài)信息的多用戶傳輸可達(dá)到與利用瞬時信道狀態(tài)信息的多用戶傳輸相當(dāng)?shù)目蛇_(dá)速率；如果基站獲取的瞬時信道狀態(tài)信息誤差較大，利用相對準(zhǔn)確的統(tǒng)計信道狀態(tài)信息進(jìn)行傳輸可以獲得更高的系統(tǒng)可達(dá)速率。另外，在不同的信噪比下，利用統(tǒng)計信道狀態(tài)信息的多用戶和單用戶傳輸之間也關(guān)于信道相關(guān)程度存在著切換關(guān)系?；谌缟纤龅谋尘埃景l(fā)明給出一種在多輸入多輸出通信系統(tǒng)中的多用戶下行傳輸模式切換方法。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明提供一種多輸入多輸出通信系統(tǒng)中的多用戶下行傳輸模式切換方法，可以根據(jù)用戶反饋及基站獲取的信道信息對各用戶傳輸模式進(jìn)行動態(tài)配置，從而保證通信系統(tǒng)在各種信道條件下的性能，有效提高系統(tǒng)的可達(dá)速率。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種多輸入多輸出通信系統(tǒng)中的多用戶下行傳輸模式切換方法，該系統(tǒng)包括一個基站和N個用戶終端，N為自然數(shù)，整個下行傳輸過程分為若干個傳輸時段；在每個傳輸時段末，基站從各用戶終端獲取接收信噪比， 用戶終端移動速度以及統(tǒng)計信道狀態(tài)信息，基站通過所述信息將所有用戶按照其各自的最優(yōu)傳輸模式進(jìn)行分組；在下一傳輸時段，基站對各組用戶分別采用相應(yīng)的最優(yōu)傳輸模式進(jìn)行傳輸；該方法具體包括以下步驟
步驟一、在各傳輸時段末，基站獲取用戶k的信噪比Y k，移動速度vk，以及該用戶在該傳輸時段內(nèi)的統(tǒng)計信道狀態(tài)信息，k = IKN ；步驟二、基站根據(jù)步驟 k ；步驟三、對于用戶k，基站通過將其瞬時信道狀態(tài)信息不準(zhǔn)確度ak，信噪比Yk及信道相關(guān)度Xk與預(yù)先設(shè)定的閾值相比較，確定其能使系統(tǒng)吞吐率最大化的最優(yōu)傳輸模式；對所有用戶，按照其各自的最優(yōu)傳輸模式分為利用瞬時信道狀態(tài)信息和利用統(tǒng)計信道狀態(tài)信息兩大類；利用瞬時信道狀態(tài)信息，以下記為模式類A，利用統(tǒng)計信道狀態(tài)信息，以下記為模式類B ；對于利用瞬時信道狀態(tài)信息的用戶，又分為順?biāo)矔r信道單用戶和瞬時信道多用戶兩個傳輸模式組，瞬時信道單用戶以下記為模式A. 1，瞬時信道多用戶以下記為模式A. 2 ；對于利用統(tǒng)計信道狀態(tài)信息的用戶，同樣分為統(tǒng)計信道單用戶和統(tǒng)計信道多用戶兩個傳輸模式組，統(tǒng)計信道單用戶以下記為模式B. 1，統(tǒng)計信道多用戶以下記為模式 B. 2 ；步驟四、在下一傳輸時段，對于步驟三中所述模式類A內(nèi)的用戶，在每一傳輸時刻反饋其瞬時信道狀態(tài)信息并進(jìn)行相應(yīng)的單用戶或多用戶預(yù)編碼傳輸；對于步驟三中所述模式類B內(nèi)的用戶，利用步驟一中所獲取的統(tǒng)計信道狀態(tài)信息進(jìn)行相應(yīng)的單用戶或多用戶預(yù)編碼傳輸； 同時，對于模式類A或模式類B內(nèi)的用戶，均在基站端或用戶端對反饋或估計所得的瞬時信道狀態(tài)信息進(jìn)行統(tǒng)計，以在該傳輸時段末得到所需的統(tǒng)計信道狀態(tài)信息；步驟五、在本傳輸時段末，返回步驟一，并順次實施后續(xù)步驟，根據(jù)各用戶信道狀態(tài)的變化對各用戶所在的傳輸模式組進(jìn)行動態(tài)切換，并進(jìn)行下一傳輸階段，直到整個傳輸過程結(jié)束。優(yōu)選的，步驟一中，在各傳輸時段末，基站獲取用戶k的信噪比信息Yk，移動速度 vk,以及其在該傳輸時段內(nèi)的統(tǒng)計信道狀態(tài)信息；其中統(tǒng)計信道狀態(tài)信息包括信道相關(guān)矩陣或信道均值；統(tǒng)計信道狀態(tài)信息的獲取，在用戶端通過對該傳輸時段內(nèi)所估計的瞬時信道狀態(tài)信息進(jìn)行統(tǒng)計后并反饋給基站或者在基站端對該傳輸時段內(nèi)所估計的瞬時信道狀態(tài)信息反饋值進(jìn)行統(tǒng)計后得到。優(yōu)選的，步驟二中，基站根據(jù)步驟一中所獲得的統(tǒng)計信道狀態(tài)信息，計算用戶k的信道相關(guān)度X k，并結(jié)合步驟一中所獲取的信噪比Yk和移動速度Vk的信息，估計其瞬時信道狀態(tài)信息不準(zhǔn)確度α k ；在瑞利信道中，信道相關(guān)度Xk用用戶k發(fā)送相關(guān)矩陣的條件數(shù)來表示；在萊斯信道中，信道相關(guān)度Xk用用戶k信道的K因子來表示；CIk的值根據(jù)反饋的信噪比Yk，移動速度Vk以及信道相關(guān)度Xk的值，在預(yù)先定義的數(shù)據(jù)表中進(jìn)行查表獲得。優(yōu)選的，步驟三中，基站根據(jù)各用戶瞬時信道狀態(tài)信息不準(zhǔn)確度α k，反饋的信噪比Yk及信道相關(guān)度Xk的值，將所有用戶按照其最優(yōu)傳輸模式分為利用瞬時信道狀態(tài)信息的模式A. 1，瞬時信道單用戶，與模式A. 2，瞬時信道多用戶，以及利用統(tǒng)計信道狀態(tài)信息的模式B. 1，統(tǒng)計信道單用戶，與模式B. 2，統(tǒng)計信道多用戶，共四個傳輸模式組；分組步驟如下 步驟31 當(dāng)用戶k的瞬時信道狀態(tài)信息不準(zhǔn)確度Cik小于閾值ath時，將用戶k歸為模式類A ；進(jìn)一步檢查用戶信噪比信息Yk，若Yk小于第一信噪比閾值Ythl，或大于第二信噪比閾值Yth2，則用戶傳輸模式設(shè)定為模式A. 1 ；否則，用戶傳輸模式設(shè)定為模式A. 2 ；步驟32 當(dāng)用戶k的瞬時信道狀態(tài)信息不準(zhǔn)確度a k大于閾值a th時，進(jìn)一步檢查用戶信道相關(guān)度信息Xk;若用戶信道相關(guān)度信息Xk大于第一信道相關(guān)度閾值Xthl，則用戶k傳輸模式設(shè)定為模式B. 2 ；若用戶信道相關(guān)度信息X k小于第二信道相關(guān)度閾值χ th2， 則用戶k傳輸模式設(shè)定為模式A. 1 ；否則，用戶k傳輸模式設(shè)定為模式B. 1。優(yōu)選的，步驟三中，瞬時信道信息不準(zhǔn)確度閾值α &與用戶信道相關(guān)度信息Xk和用戶信噪比信息Yk的取值有關(guān)，信道相關(guān)度閾值Xthl* Xth2與用戶信噪比信息用戶信噪比信息Y k和戶k的瞬時信道狀態(tài)信息不準(zhǔn)確度a k的取值有關(guān)；閾值a th，以及信道相關(guān)度閾值X thl和X th2預(yù)先通過數(shù)值仿真比較所涉及的傳輸模式在不同信道條件下的可達(dá)速率而得到。優(yōu)選的，步驟四中，在下一傳輸時段，對于步驟三中所述模式類A內(nèi)的用戶，在每一傳輸時刻反饋其瞬時信道狀態(tài)信息并進(jìn)行相應(yīng)的單用戶或多用戶預(yù)編碼傳輸；對于步驟三中所述模式類B內(nèi)的用戶，利用步驟一中所獲取的統(tǒng)計信道狀態(tài)信息進(jìn)行相應(yīng)的單用戶或多用戶預(yù)編碼傳輸。優(yōu)選的，各傳輸模式組內(nèi)的用戶采用如下傳輸方式對于模式A. 1組內(nèi)的用戶，采用波束成形傳輸方式，對于模式A. 2組內(nèi)的用戶，采用傳統(tǒng)預(yù)編碼方案如迫零預(yù)編碼；對于模式B. 1組內(nèi)的用戶，采用統(tǒng)計特征模式傳輸，對于模式B. 2組內(nèi)的用戶，采用統(tǒng)計特征模式空分多址。優(yōu)選的，步驟五中，在本傳輸時段結(jié)束時，根據(jù)各用戶更新后的各用戶瞬時信道狀態(tài)信息不準(zhǔn)確度ak，信噪比Yk及信道相關(guān)度Xk的信息對其傳輸模式進(jìn)行動態(tài)切換，并在下一傳輸時段根據(jù)新的分組情況按照相應(yīng)方案進(jìn)行傳輸；每一傳輸時段的時長根據(jù)系統(tǒng)所處環(huán)境配置。有益效果本發(fā)明實施例提供的多輸入多輸出通信系統(tǒng)中的多用戶下行傳輸模式切換方法，具有如下優(yōu)點1、本方法綜合考慮了利用統(tǒng)計信道狀態(tài)信息，以及利用瞬時信道狀態(tài)信息的多用戶、單用戶傳輸共四種傳輸模式，使得在利用瞬時信道狀態(tài)信息的傳輸方案由于信道估計、 量化誤差，反饋延時等原因失效時，可以利用統(tǒng)計信道狀態(tài)信息進(jìn)行傳輸，達(dá)到較好的性能；2、本方法復(fù)雜度低，通過將所關(guān)注的參數(shù)與預(yù)設(shè)閾值比較即可完成傳輸模式切換。歸為利用統(tǒng)計信道狀態(tài)信息的傳輸模式類的用戶，在傳輸階段可只反饋統(tǒng)計信道狀態(tài)信息，從而能有效降低反饋開銷；3、本方法能夠充分利用信道狀態(tài)信息，自適應(yīng)地進(jìn)行傳輸模式切換，保證系統(tǒng)在各種信道環(huán)境下的吞吐率性能。


圖1為本發(fā)明多輸入多輸出通信系統(tǒng)中的多用戶下行傳輸模式切換方法中傳輸時段劃分以及實施步驟的一個實施例的流程圖； 圖2為本發(fā)明多輸入多輸出通信系統(tǒng) 中的多用戶下行傳輸模式切換方法中模式切換模塊一個實施例的流程圖。
具體實施例方式
下面將參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行說明。多輸入多輸出通信系統(tǒng)中的多用戶下行傳輸模式切換方法，根據(jù)系統(tǒng)吞吐率最大化準(zhǔn)則，各用戶在利用統(tǒng)計信道狀態(tài)信息，或瞬時信道狀態(tài)信息的多用戶，或單用戶傳輸四種模式中動態(tài)切換，包括如下步驟1)在各傳輸時段末，基站從所服務(wù)的所有用戶終端獲取其移動速度，接收信噪比，以及統(tǒng)計信道狀態(tài)信息；2)根據(jù)步驟1)所獲信息，基站通過計算或查表得到各用戶瞬時信道狀態(tài)信息不準(zhǔn)確度，信道相關(guān)度，并基于此確定其最優(yōu)傳輸模式；3)在下一傳輸時段對各用戶按其最優(yōu)傳輸模式進(jìn)行傳輸，在各傳輸時段末根據(jù)其信道變化動態(tài)切換傳輸模式。本發(fā)明提供的一種多輸入多輸出通信系統(tǒng)中的多用戶下行傳輸模式切換方法，該系統(tǒng)包括一個基站和N個用戶終端，N為自然數(shù)，整個下行傳輸過程分為若干個傳輸時段； 在每個傳輸時段末，基站從各用戶終端獲取接收信噪比，用戶終端移動速度以及統(tǒng)計信道狀態(tài)信息，基站通過所述信息將所有用戶按照其各自的最優(yōu)傳輸模式進(jìn)行分組；在下一傳輸時段，基站對各組用戶分別采用相應(yīng)的最優(yōu)傳輸模式進(jìn)行傳輸；該方法具體包括以下步驟步驟一、在各傳輸時段末，基站獲取用戶k的信噪比Yk，移動速度vk，以及該用戶在該傳輸時段內(nèi)的統(tǒng)計信道狀態(tài)信息，k = IKN ；步驟二、基站根據(jù)步驟一中所獲得的統(tǒng)計信道狀態(tài)信息，計算用戶k的信道相關(guān)度X k，并結(jié)合步驟一中所得反饋的信噪比Yk和移動速度Vk的信息，估計其瞬時信道狀態(tài)信息不準(zhǔn)確度α k ；步驟三、對于用戶k，基站通過將其瞬時信道狀態(tài)信息不準(zhǔn)確度ak，信噪比Yk及信道相關(guān)度Xk與預(yù)先設(shè)定的閾值相比較，確定其能使系統(tǒng)吞吐率最大化的最優(yōu)傳輸模式；對所有用戶，按照其各自的最優(yōu)傳輸模式分為利用瞬時信道狀態(tài)信息和利用統(tǒng)計信道狀態(tài)信息兩大類；利用瞬時信道狀態(tài)信息，以下記為模式類A，利用統(tǒng)計信道狀態(tài)信息，以下記為模式類B ；對于利用瞬時信道狀態(tài)信息的用戶，又分為順?biāo)矔r信道單用戶和瞬時信道多用戶兩個傳輸模式組，瞬時信道單用戶以下記為模式A. 1，瞬時信道多用戶以下記為模式A. 2 ；對于利用統(tǒng)計信道狀態(tài)信息的用戶，同樣分為統(tǒng)計信道單用戶和統(tǒng)計信道多用戶兩個傳輸模式組，統(tǒng)計信道單用戶以下記為模式B. 1，統(tǒng)計信道多用戶以下記為模式 B. 2 ；步驟四、在下一傳輸時段，對于步驟三中所述模式類A內(nèi)的用戶，在每一傳輸時刻反饋其瞬時信道狀態(tài)信息并進(jìn)行相應(yīng)的單用戶或多用戶預(yù)編碼傳輸；對于步驟三中所述模式類B內(nèi)的用戶，利用步驟一中所獲取的統(tǒng)計信道狀態(tài)信息進(jìn)行相應(yīng)的單用戶或多用戶預(yù)編碼傳輸；同時，對于模式類A或模式類B內(nèi)的用戶，均在基站端或用戶端對反饋或估計所得的瞬時信道狀態(tài)信息進(jìn)行統(tǒng)計，以在該傳輸時段末得到所需的統(tǒng)計信道狀態(tài)信息；步驟五、在本傳輸時段末，返回步驟一，并順次實施后續(xù)步驟，根據(jù)各用戶信道狀態(tài)的變化對各用戶所在的傳輸模式組進(jìn)行動態(tài)切換，并進(jìn)行下一傳輸階段，直到整個傳輸過程結(jié)束步驟一中，在各傳輸時段末，基站獲取用戶k的信噪比信息Yk，移動速度vk，以及其在該傳輸時段內(nèi)的統(tǒng)計信道狀態(tài)信息；其中統(tǒng)計信道狀態(tài)信息包括信道相關(guān)矩陣或信道均值；統(tǒng)計信道狀態(tài)信息的獲取，在用戶端通過對該傳輸時段內(nèi)所估計的瞬時信道狀態(tài)信息進(jìn)行統(tǒng)計后并反饋給基站或者在基站端對該傳輸時段內(nèi)所估計的瞬時信道狀態(tài)信息反饋值進(jìn)行統(tǒng)計后得到。步驟二中，基站根據(jù)步驟一中所獲得的統(tǒng)計信道狀態(tài)信息，計算用戶k的信道相關(guān)度X k，并結(jié)合步驟一中所獲取的信噪比Yk和移動速度Vk的信息，估計其瞬時信道狀態(tài)信息不準(zhǔn)確度α k ；在瑞利信道中，信道相關(guān)度Xk用用戶k發(fā)送相關(guān)矩陣的條件數(shù)來表示；在萊斯信道中，信道相關(guān)度Xk用用戶k信道的K因子來表示；Cik的值根據(jù)反饋的信噪比Yk，移動速度Vk以及信道相關(guān)度Xk的值，在預(yù)先定義的數(shù)據(jù)表中進(jìn)行查表獲得。步驟三中，基站根據(jù)各用戶瞬時信道狀態(tài)信息不準(zhǔn)確度ak，反饋的信噪比、及信道相關(guān)度Xk的值，將所有用戶按照其最優(yōu)傳輸模式分為利用瞬時信道狀態(tài)信息的模式A. 1，瞬時信道單用戶，與模式A. 2，瞬時信道多用戶，以及利用統(tǒng)計信道狀態(tài)信息的模式 B. 1，統(tǒng)計信道單用戶，與模式B. 2，統(tǒng)計信道多用戶，共四個傳輸模式組；分組步驟如下步驟31 當(dāng)用戶k的瞬時信道狀態(tài)信息不準(zhǔn)確度a k小于閾值a th時，將用戶k歸為模式類A ；進(jìn)一步檢查用戶信噪比信息Yk，若Yk小于第一信噪比閾值Ythl，或大于第二信噪比閾值Yth2，則用戶傳輸模式設(shè)定為模式A. 1 ；否則，用戶傳輸模式設(shè)定為模式A. 2 ；步驟32 當(dāng)用戶k的瞬時信道狀態(tài)信息不準(zhǔn)確度a k大于閾值a th時，進(jìn)一步檢查用戶信道相關(guān)度信息Xk;若用戶信道相關(guān)度信息Xk大于第一信道相關(guān)度閾值Xthl，則用戶k傳輸模式設(shè)定為模式B. 2 ；若用戶信道相關(guān)度信息X k小于第二信道相關(guān)度閾值χ th2， 則用戶k傳輸模式設(shè)定為模式A. 1 ；否則，用戶k傳輸模式設(shè)定為模式B. 1。步驟三中，瞬時信道信息不準(zhǔn)確度閾值a th與用戶信道相關(guān)度信息X k和用戶信噪比信息Yk的取值有關(guān)，信道相關(guān)度閾值Xthl和Xth2與用戶信噪比信息用戶信噪比信息 Y k和戶k的瞬時信道狀態(tài)信息不準(zhǔn)確度a k的取值有關(guān)；閾值a th，以及信道相關(guān)度閾值X thl和X th2預(yù)先通過數(shù)值仿真比較所涉及的傳輸模式在不同信道條件下的可達(dá)速率而得到。步驟四中，在下一傳輸時段，對于步驟三中所述模式類A內(nèi)的用戶，在每一傳輸時刻反饋其瞬時信道狀態(tài)信息并進(jìn)行相應(yīng)的單用戶或多用戶預(yù)編碼傳輸；對于步驟三中所述模式類B內(nèi)的用戶，利用步驟一中所獲取的統(tǒng)計信道狀態(tài)信息進(jìn)行相應(yīng)的單用戶或多用戶預(yù)編碼傳輸。各傳輸模式組內(nèi)的用戶采用如下傳輸方式對于模式A. 1組內(nèi)的用戶，采用波束成形傳輸方式，對于模式A. 2組內(nèi)的用戶，采用傳統(tǒng)預(yù)編碼方案如迫零預(yù)編碼；對于模式 B. 1組內(nèi)的用戶，采用統(tǒng)計特征模式傳輸，對于模式B. 2組內(nèi)的用戶，采用統(tǒng)計特征模式空分多址。
步驟五中，在本傳 輸時段結(jié)束時，根據(jù)各用戶更新后的各用戶瞬時信道狀態(tài)信息不準(zhǔn)確度ak，信噪比Yk及信道相關(guān)度Xk的信息對其傳輸模式進(jìn)行動態(tài)切換，并在下一傳輸時段根據(jù)新的分組情況按照相應(yīng)方案進(jìn)行傳輸；每一傳輸時段的時長根據(jù)系統(tǒng)所處環(huán)境配置。本發(fā)明實例提供了一種多輸入多輸出系統(tǒng)中的多用戶下行傳輸模式切換方法，具體包括以下步驟步驟一、在各傳輸時段末，基站獲取用戶k(k= 1KN)的信噪比Yk，移動速度vk，以及該用戶在該傳輸時段內(nèi)的統(tǒng)計信道狀態(tài)信息；步驟二、基站根據(jù)步驟一中所獲得的統(tǒng)計信道狀態(tài)信息，計算用戶k的信道相關(guān)度X k，并結(jié)合步驟一中所得Yk和Vk的信息，估計其瞬時信道狀態(tài)信息不準(zhǔn)確度ak;步驟三、對于用戶k，基站通過將ak，Yk及Xk與預(yù)先設(shè)定的閾值相比較，確定其能使系統(tǒng)吞吐率最大化的最優(yōu)傳輸模式。對所有用戶，按照其各自的最優(yōu)傳輸模式分為利用瞬時信道狀態(tài)信息(以下記為模式類A)以及利用統(tǒng)計信道狀態(tài)信息(以下記為模式類 B)兩大類；對于利用瞬時信道狀態(tài)信息的用戶，又分為單用戶(以下記為模式Α. 1)以及多用戶(以下記為模式A. 2)兩個傳輸模式組；對于利用統(tǒng)計信道狀態(tài)信息的用戶，同樣分為單用戶(以下記為模式B. 1)以及多用戶(以下記為模式B. 2)兩個傳輸模式組；步驟四、在下一傳輸時段，對于步驟三中所述模式類A內(nèi)的用戶，在每一傳輸時刻反饋其瞬時信道狀態(tài)信息并進(jìn)行相應(yīng)的單用戶或多用戶預(yù)編碼傳輸；對于步驟三中所述模式類B內(nèi)的用戶，利用步驟一中所獲取的統(tǒng)計信道狀態(tài)信息進(jìn)行相應(yīng)的單用戶或多用戶預(yù)編碼傳輸。同時，對于模式類A或模式類B內(nèi)的用戶，均在基站端或用戶端對反饋或估計所得的瞬時信道狀態(tài)信息進(jìn)行統(tǒng)計，以在該傳輸時段末得到所需的統(tǒng)計信道狀態(tài)信息；步驟五、在本傳輸時段末，返回步驟一，并順次實施后續(xù)步驟，根據(jù)各用戶信道狀態(tài)的變化對各用戶所在的傳輸模式組進(jìn)行動態(tài)切換，并進(jìn)行下一傳輸階段，直到整個傳輸過程結(jié)束。上述的方法，其中，在所述步驟一中，在各傳輸時段末，基站獲取用戶k的信噪比信息Y k，移動速度vk，以及其在該傳輸時段內(nèi)的統(tǒng)計信道狀態(tài)信息。其中統(tǒng)計信道狀態(tài)信息包括信道相關(guān)矩陣或信道均值；統(tǒng)計信道狀態(tài)信息的獲取，既可以在用戶端通過對該傳輸時段內(nèi)所估計的瞬時信道狀態(tài)信息進(jìn)行統(tǒng)計后并反饋給基站，也可以在基站端對該傳輸時段內(nèi)所估計的瞬時信道狀態(tài)信息反饋值進(jìn)行統(tǒng)計后得到；上述的方法，其中，在所述步驟二中，基站根據(jù)步驟一中所獲得的統(tǒng)計信道狀態(tài)信息，計算用戶k的信道相關(guān)程度X k，并結(jié)合步驟一中所得Yk和Vk的信息，估計其瞬時信道狀態(tài)信息不準(zhǔn)確度ak。在瑞利信道中，信道相關(guān)程度Xk可用用戶k發(fā)送相關(guān)矩陣的條件數(shù)來表示；在萊斯信道中，信道相關(guān)程度Xk可用用戶k信道的K因子來表示。Cik的值可根據(jù)Yk，vk以及Xk的值，在預(yù)先定義的數(shù)據(jù)表中進(jìn)行查表獲得；上述的方法，其中，在所述步驟三中，基站根據(jù)各用戶ak，Yk及Xk的值，將所有用戶按照其最優(yōu)傳輸模式分為利用瞬時信道狀態(tài)信息的模式A. 1(單用戶)與模式A. 2(多用戶)，以及利用統(tǒng)計信道狀態(tài)信息的模式B. 1(單用戶)與模式B. 2 (多用戶)共四個傳輸模式組。分組步驟如下步驟1)當(dāng)用戶k的瞬時信道狀態(tài)信息不準(zhǔn)確度α k小于閾值α th時，將用戶k歸為模式類Α。進(jìn)一步檢查用戶信噪比信息Yk，若Yk小于第一信噪比閾值Ythl，或大于第二信噪比閾值Yth2，則用戶傳輸模式設(shè)定為模式A. 1 ；否則，用戶傳輸模式設(shè)定為模式A. 2 ；步驟2)當(dāng)用戶k的瞬時信道狀態(tài)信息不準(zhǔn)確度α k大于閾值α th時，進(jìn)一步檢查用戶信道相關(guān)度信息xk。若Xk大于第一信道相關(guān)度閾值>cthl，則用戶k傳輸模式設(shè)定為模式B. 2 ；若)c k小于第二信道相關(guān)度閾值χ th2，則用戶k傳輸模式設(shè)定為模式A. 1 ；否則， 用戶k傳輸模式設(shè)定為模式B. 1 ；上述的方法，其中，在所述步驟三中，瞬時信道信息不準(zhǔn)確度閾值Cith與、和Yk 的取值有關(guān)，信道相關(guān)度閾值χ thl 和 X th2 與Y !^P α k的取值有關(guān)。閾值ath，χ
thl 和 X th2
的確定，可通過數(shù)值仿真，比較所涉及的傳輸模式在不同信道條件下的可達(dá)速率而得到。在實現(xiàn)中，可由預(yù)先獲取的數(shù)據(jù)表中進(jìn)行查表獲得；上述的方法，其中，在所述步驟四中，在下一傳輸時段，對于步驟三中所述模式類A 內(nèi)的用戶，在每一傳輸時刻反饋其瞬時信道狀態(tài)信息并進(jìn)行相應(yīng)的單用戶或多用戶預(yù)編碼傳輸；對于步驟三中所述模式類B內(nèi)的用戶，利用步驟一中所獲取的統(tǒng)計信道狀態(tài)信息進(jìn)行相應(yīng)的單用戶或多用戶預(yù)編碼傳輸。具體來說，各傳輸模式組內(nèi)的用戶可以但不限于采用如下傳輸方式對于模式A. 1組內(nèi)的用戶，可采用波束成形傳輸方式，對于模式A. 2組內(nèi)的用戶，可采用傳統(tǒng)預(yù)編碼方案如迫零(Zero Forcing, ZF)預(yù)編碼；對于模式B. 1組內(nèi)的用戶，可采用統(tǒng)計特征模式傳輸(Statistical Eigenmode Transmission, SET)，對于模式 B. 2組內(nèi)的用戶，可采用統(tǒng)計特征模式空分多址(Statistical Eigenmode-Space Division Multiple Access, SE-SDMA)；上述的方法，其中，在所述步驟五中，在本傳輸時段結(jié)束時，根據(jù)各用戶更新后的 ak，Yk及Xk信息對其傳輸模式進(jìn)行動態(tài)切換，并在下一傳輸時段根據(jù)新的分組情況按照相應(yīng)方案進(jìn)行傳輸。每一傳輸時段的時長可根據(jù)系統(tǒng)所處環(huán)境靈活配置。本發(fā)明實施例提供的多輸入多輸出通信系統(tǒng)中的多用戶下行傳輸模式切換方法， 可以根據(jù)信道狀況以及基站獲取的瞬時信道狀態(tài)信息不準(zhǔn)確度，有效的在利用統(tǒng)計信道狀態(tài)信息的單用戶與多用戶傳輸，以及利用瞬時信道狀態(tài)信息的單用戶與多用戶傳輸四種傳輸模式中靈活切換，從而顯著提高系統(tǒng)在各種環(huán)境下的吞吐率。圖1為本發(fā)明多輸入多輸出通信系統(tǒng)中的多用戶下行傳輸模式切換方法中傳輸時段劃分以及實施步驟的一個實施例的流程圖。該方法包括以下步驟步驟101 在傳輸時段1，基站按照各用戶當(dāng)前傳輸模式對其進(jìn)行單用戶或多用戶傳輸，并對各用戶的統(tǒng)計信道狀態(tài)信息進(jìn)行統(tǒng)計。對各用戶的統(tǒng)計信道狀態(tài)信息的統(tǒng)計可以在各用戶設(shè)備處實施，也可以在基站處實施；步驟102 在傳輸時段1結(jié)束時，對各用戶進(jìn)行傳輸模式切換?；精@取各用戶接收信噪比，移動速度，以及統(tǒng)計信道狀態(tài)信息；基站計算各用戶信道相關(guān)度，并估計瞬時信道狀態(tài)信息不準(zhǔn)確度；基站通過將各用戶接收信噪比，信道相關(guān)度，以及瞬時信道狀態(tài)信息不準(zhǔn)確度與預(yù)設(shè)閾值比較，確定下一傳輸時段中用戶的最優(yōu)傳輸模式；步驟103 在步驟102結(jié)束后，進(jìn)入下一傳輸時段2。對于利用瞬時信道狀態(tài)信息的傳輸用戶組，在每個傳輸時刻反饋瞬時信道狀態(tài)信息；對于利用統(tǒng)計信道狀態(tài)信息的傳輸用戶組，利用傳輸時段1中所得的統(tǒng)計信道狀態(tài)信息進(jìn)行傳輸。圖2為本發(fā)明多輸入多輸出系統(tǒng)中的多用戶下行傳輸模式切換方法中模式切換模塊一個實施例的流程圖。具體包括如下步驟步驟201 基站獲取用戶k的信道相關(guān)度X k，瞬時信道狀態(tài)信息不準(zhǔn)確度α k，以及接收信噪比Yk等信息；步驟202 檢測Cik是否大于信道不準(zhǔn)確度閾值α th;若大于信道不準(zhǔn)確度閾值 α th，則執(zhí)行步驟203 ；否則，執(zhí)行步驟204 ；步驟203 將用戶歸類為傳輸模式類B，即利用統(tǒng)計信道狀態(tài)信息的傳輸模式。之后，執(zhí)行步驟205 ；步驟204 將用戶歸類為傳輸模式類A，即利用瞬時信道狀態(tài)信息的傳輸模式。之后，執(zhí)行步驟206 ；步驟205 檢測信道相關(guān)度X k是否大于第一信道相關(guān)度閾值X thl ；若大于第一信道相關(guān)度閾值Xthl，則執(zhí)行步驟208 ；否則，執(zhí)行步驟207 ；步驟206:檢測接收信噪比Yk是否大于第二信噪比閾值Yth2且小于第一信噪比閾值Ythl。若大于第二信噪比閾值Yth2且小于第一信噪比閾值Ythl，執(zhí)行步驟210;否則， 執(zhí)行步驟211 ；步驟207 檢測信道相關(guān)度X k是否小于第二信道相關(guān)度閾值Χ th2。若小于第二信道相關(guān)度閾值χ th2，執(zhí)行步驟211 ；否則，執(zhí)行步驟209 ；步驟208 設(shè)定用戶傳輸模式為模式B. 2，即利用統(tǒng)計信道狀態(tài)信息的多用戶傳輸；步驟209 設(shè)定用戶傳輸模式為模式B. 1，即利用統(tǒng)計信道狀態(tài)信息的單用戶傳輸；步驟210 設(shè)定用戶傳輸模式為模式A. 2，即利用瞬時信道狀態(tài)信息的多用戶傳輸；步驟211 設(shè)定用戶傳輸模式為模式A. 1，即利用瞬時信道狀態(tài)信息的單用戶傳輸。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不以上述實施方式為限，但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所揭示內(nèi)容所作的等效修飾或變化，皆應(yīng)納入權(quán)利要求書中記載的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種多輸入多輸出通信系統(tǒng)中的多用戶下行傳輸模式切換方法，其特征在于，該系統(tǒng)包括一個基站和N個用戶終端，N為自然數(shù)，整個下行傳輸過程分為若干個傳輸時段； 在每個傳輸時段末，基站從各用戶終端獲取接收信噪比，用戶終端移動速度以及統(tǒng)計信道狀態(tài)信息，基站通過所述信息將所有用戶按照其各自的最優(yōu)傳輸模式進(jìn)行分組；在下一傳輸時段，基站對各組用戶分別采用相應(yīng)的最優(yōu)傳輸模式進(jìn)行傳輸；該方法具體包括以下步驟步驟一、在各傳輸時段末，基站獲取用戶k的信噪比Yk，移動速度vk，以及該用戶在該傳輸時段內(nèi)的統(tǒng)計信道狀態(tài)信息，k = IKN ；步驟二、基站根據(jù)步驟一中所獲得的統(tǒng)計信道狀態(tài)信息，計算用戶k的信道相關(guān)度χ k， 并結(jié)合步驟一中所得反饋的信噪比Y k和移動速度Vk的信息，估計其瞬時信道狀態(tài)信息不準(zhǔn)確度α k ；步驟三、對于用戶k，基站通過將其瞬時信道狀態(tài)信息不準(zhǔn)確度ak，信噪比Yk及信道相關(guān)度Xk與預(yù)先設(shè)定的閾值相比較，確定其能使系統(tǒng)吞吐率最大化的最優(yōu)傳輸模式；對所有用戶，按照其各自的最優(yōu)傳輸模式分為利用瞬時信道狀態(tài)信息和利用統(tǒng)計信道狀態(tài)信息兩大類；利用瞬時信道狀態(tài)信息，以下記為模式類A，利用統(tǒng)計信道狀態(tài)信息，以下記為模式類B;對于利用瞬時信道狀態(tài)信息的用戶，又分為瞬時信道單用戶和瞬時信道多用戶兩個傳輸模式組，瞬時信道單用戶以下記為模式A. 1，瞬時信道多用戶以下記為模式 A. 2 ；對于利用統(tǒng)計信道狀態(tài)信息的用戶，同樣分為統(tǒng)計信道單用戶和統(tǒng)計信道多用戶兩個傳輸模式組，統(tǒng)計信道單用戶以下記為模式B. 1，統(tǒng)計信道多用戶以下記為模式B. 2 ；步驟四、在下一傳輸時段，對于步驟三中所述模式類A內(nèi)的用戶，在每一傳輸時刻反饋其瞬時信道狀態(tài)信息并進(jìn)行相應(yīng)的單用戶或多用戶預(yù)編碼傳輸；對于步驟三中所述模式類 B內(nèi)的用戶，利用步驟一中所獲取的統(tǒng)計信道狀態(tài)信息進(jìn)行相應(yīng)的單用戶或多用戶預(yù)編碼傳輸；同時，對于模式類A或模式類B內(nèi)的用戶，均在基站端或用戶端對反饋或估計所得的瞬時信道狀態(tài)信息進(jìn)行統(tǒng)計，以在該傳輸時段末得到所需的統(tǒng)計信道狀態(tài)信息；步驟五、在本傳輸時段末，返回步驟一，并順次實施后續(xù)步驟，根據(jù)各用戶信道狀態(tài)的變化對各用戶所在的傳輸模式組進(jìn)行動態(tài)切換，并進(jìn)行下一傳輸階段，直到整個傳輸過程結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多輸入多輸出通信系統(tǒng)中的多用戶下行傳輸模式切換方法， 其特征在于步驟一中，在各傳輸時段末，基站獲取用戶k的信噪比信息Yk，移動速度vk，以及其在該傳輸時段內(nèi)的統(tǒng)計信道狀態(tài)信息；其中統(tǒng)計信道狀態(tài)信息包括信道相關(guān)矩陣或信道均值；統(tǒng)計信道狀態(tài)信息的獲取，在用戶端通過對該傳輸時段內(nèi)所估計的瞬時信道狀態(tài)信息進(jìn)行統(tǒng)計后并反饋給基站或者在基站端對該傳輸時段內(nèi)所估計的瞬時信道狀態(tài)信息反饋值進(jìn)行統(tǒng)計后得到。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多輸入多輸出通信系統(tǒng)中的多用戶下行傳輸模式切換方法， 其特征在于步驟二中，基站根據(jù)步驟一中所獲得的統(tǒng)計信道狀態(tài)信息，計算用戶k的信道相關(guān)度χ k，并結(jié)合步驟一中所獲取的信噪比Yk和移動速度Vk的信息，估計其瞬時信道狀態(tài)信息不準(zhǔn)確度α k ；在瑞利信道中，信道相關(guān)度Xk用用戶k發(fā)送相關(guān)矩陣的條件數(shù)來表示；在萊斯信道中，信道相關(guān)度Xk用用戶k信道的K因子來表示；CIk的值根據(jù)反饋的信噪比Yk，移動速度Vk以及信道相關(guān)度Xk的值，在預(yù)先定義的數(shù)據(jù)表中進(jìn)行查表獲得。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多輸入多輸出通信系統(tǒng)中的多用戶下行傳輸模式切換方法， 其特征在于步驟三中，基站根據(jù)各用戶瞬時信道狀態(tài)信息不準(zhǔn)確度ak，反饋的信噪比Yk 及信道相關(guān)度Xk的值，將所有用戶按照其最優(yōu)傳輸模式分為利用瞬時信道狀態(tài)信息的模式A. 1，瞬時信道單用戶，與模式A. 2，瞬時信道多用戶，以及利用統(tǒng)計信道狀態(tài)信息的模式 B. 1，統(tǒng)計信道單用戶，與模式B. 2，統(tǒng)計信道多用戶，共四個傳輸模式組；分組步驟如下步驟31 當(dāng)用戶k的瞬時信道狀態(tài)信息不準(zhǔn)確度Cik小于閾值Cith時，將用戶k歸為模式類A ；進(jìn)一步檢查用戶信噪比信息Yk，若Yk小于第一信噪比閾值Ythl，或大于第二信噪比閾值Yth2，則用戶傳輸模式設(shè)定為模式A. 1 ；否則，用戶傳輸模式設(shè)定為模式A. 2 ；步驟32:當(dāng)用戶k的瞬時信道狀態(tài)信息不準(zhǔn)確度Cik大于閾值a th時，進(jìn)一步檢查用戶信道相關(guān)度信息χ k;若用戶信道相關(guān)度信息Xk大于第一信道相關(guān)度閾值Xthl，則用戶 k傳輸模式設(shè)定為模式B. 2;若用戶信道相關(guān)度信息Xk小于第二信道相關(guān)度閾值Xth2，則用戶k傳輸模式設(shè)定為模式A. 1 ；否則，用戶k傳輸模式設(shè)定為模式B. 1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多輸入多輸出通信系統(tǒng)中的多用戶下行傳輸模式切換方法， 其特征在于步驟三中，瞬時信道信息不準(zhǔn)確度閾值Cith與用戶信道相關(guān)度信息Xk和用戶信噪比信息Yk的取值有關(guān)，信道相關(guān)度閾值Xthl和Xth2與用戶信噪比信息用戶信噪比信息Y k和戶k的瞬時信道狀態(tài)信息不準(zhǔn)確度a k的取值有關(guān)；閾值a th，以及信道相關(guān)度閾值Xthl和Xth2預(yù)先通過數(shù)值仿真比較所涉及的傳輸模式在不同信道條件下的可達(dá)速率而得到。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多輸入多輸出通信系統(tǒng)中的多用戶下行傳輸模式切換方法， 其特征在于步驟四中，在下一傳輸時段，對于步驟三中所述模式類A內(nèi)的用戶，在每一傳輸時刻反饋其瞬時信道狀態(tài)信息并進(jìn)行相應(yīng)的單用戶或多用戶預(yù)編碼傳輸；對于步驟三中所述模式類B內(nèi)的用戶，利用步驟一中所獲取的統(tǒng)計信道狀態(tài)信息進(jìn)行相應(yīng)的單用戶或多用戶預(yù)編碼傳輸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多輸入多輸出通信系統(tǒng)中的多用戶下行傳輸模式切換方法， 其特征在于各傳輸模式組內(nèi)的用戶采用如下傳輸方式對于模式A. 1組內(nèi)的用戶，采用波束成形傳輸方式，對于模式A. 2組內(nèi)的用戶，采用傳統(tǒng)預(yù)編碼方案如迫零預(yù)編碼；對于模式 B. 1組內(nèi)的用戶，采用統(tǒng)計特征模式傳輸，對于模式B. 2組內(nèi)的用戶，采用統(tǒng)計特征模式空分多址。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多輸入多輸出通信系統(tǒng)中的多用戶下行傳輸模式切換方法， 其特征在于步驟五中，在本傳輸時段結(jié)束時，根據(jù)各用戶更新后的各用戶瞬時信道狀態(tài)信息不準(zhǔn)確度ak，信噪比Yk及信道相關(guān)度Xk的信息對其傳輸模式進(jìn)行動態(tài)切換，并在下一傳輸時段根據(jù)新的分組情況按照相應(yīng)方案進(jìn)行傳輸；每一傳輸時段的時長根據(jù)系統(tǒng)所處環(huán)境配置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多輸入多輸出通信系統(tǒng)中的多用戶下行傳輸模式切換方法，其特征在于，該系統(tǒng)包括一個基站和個用戶終端，N為自然數(shù)，整個下行傳輸過程分為若干個傳輸時段；在每個傳輸時段末，基站從各用戶終端獲取接收信噪比，用戶終端移動速度以及統(tǒng)計信道狀態(tài)信息，基站通過所述信息將所有用戶按照其各自的最優(yōu)傳輸模式進(jìn)行分組；在下一傳輸時段，基站對各組用戶分別采用相應(yīng)的最優(yōu)傳輸模式進(jìn)行傳輸。本方法綜合利用統(tǒng)計和瞬時信道狀態(tài)信息，能有效提高通信系統(tǒng)在各種信道條件下的性能。
文檔編號H04L1/06GK102413523SQ20111040659
公開日2012年4月11日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者張軍, 朱霖, 王玨, 金石, 高西奇 申請人:東南大學(xué)