多輸入多輸出波束賦形系統及其數據發送方法
2023-10-08 17:24:59 2
專利名稱：多輸入多輸出波束賦形系統及其數據發送方法
技術領域：
本發明涉及無線通訊領域，尤其涉及一種多輸入多輸出波束賦形系統及其數據發送方法。
背景技術：
波束賦形(Beamforming，簡稱為BF)是基於自適應天線原理，利用天線陣列通過先進的信號處理算法分別對各天線單元加權處理，使陣列實時對準有用信號方向，而在幹擾方向形成零點以抑制幹擾信號，從而提高信幹噪比，提升系統性能，增加系統的覆蓋範圍。
圖1是根據相關技術的波束賦形的示意圖，在發送端具有多根天線，信源的數據經過信道編碼調製，乘以對應天線上的權值W後發送出去，形成一個波束，即波束賦形。這樣，在接收端看來，發送端的多根發送天線相當於一根虛擬的天線。多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output，簡稱為ΜΙΜΟ)系統是在發送端和接收端分別安置多個天線的通信系統，主要分為兩類。當發送端或接收端存在多個天線，且各個發送天線發送的數據集相同時，接收端對獲得多個分支的信號進行合併，從而提高鏈路的可靠性，這一類MIMO技術稱為空間分集。當發送端和接收端同時存在多根天線時，由於MIMO信道等效成多個並行的信道，從而可以同時並行發送多個數據流，提高了數據的傳輸速率，這就是空間復用。MIMO和波束賦形相結合，形成具有兩種技術優點的技術多輸入多輸出波束賦形。它既能像波束賦形那樣抑制幹擾信號，又能像MIMO那樣提高鏈路的可靠性或傳輸速率。目前，有兩種實現多輸入多輸出波束賦形的方案，圖2是根據相關技術方案一的多輸入多輸出波束賦形的示意圖，將發送端的天線分成多個子陣列，每個子陣列進行波束賦形處理形成一個波束，每個波束相當於一根虛擬天線，虛擬天線間構成一個MIMO系統。圖3是根據相關技術方案二的多輸入多輸出波束賦形的示意圖，將發送端的整個天線形成多個波束，每個波束相當於一根虛擬的天線，虛擬天線間構成一個MIMO系統。波束賦形與空間分集的結合為空間分集波束賦形(SpatialDiversity Beamforming，簡稱為SD+BF)；波束賦形與空間復用的結合為空間復用波束賦形(Spatial Multiplexing Beamforming，簡稱為 SM+BF)。空間分集波束賦形可以提高鏈路的可靠性，提高覆蓋範圍。當覆蓋範圍一定且接收端的誤碼率要求一定時，分集增益可以轉化為數據傳輸速率的提高。空間復用波束賦形可以讓每根虛擬天線發射不同的數據，提升頻譜效率，同樣，也可以提高數據傳輸速率。發明人發現由於接收端的移動和無線信道實時變化，有可能在某些時候使用空間分集波束賦形能夠獲得更大的數據傳輸速率，在另外一些時候使用空間復用波束賦形能夠獲得更高的數據傳輸速率。而相關技術中不能自動在空間分集波束賦形傳輸模式和空間復用波束賦形傳輸模式中選擇合適的數據傳輸模式傳輸數據，從而不能最大限度的利用有限
6的頻帶資源。
發明內容
本發明的主要目的在於提供一種多輸入多輸出波束賦形系統及其數據發送方法， 以解決上述相關技術中不能根據移動和無線信道的實時變化選擇最佳的數據發送方法的問題。根據本發明的一個方面，提供了一種多輸入多輸出波束賦形系統的數據發送方法，包括以下步驟獲取步驟，獲取多輸入多輸出波束賦形系統的信道質量信息(CQI， Channel Quality Information)；判決步驟，根據CQI確定空間分集波束賦形模式或空間復用波束賦形模式更優；切換步驟，將當前的數據發送方式切換到更優的空間分集波束賦形模式或空間復用波束賦形模式。進一步地，在上述的方法中，獲取的CQI是信噪比；判決步驟包括根據信噪比分別確定空間分集波束賦形模式或空間復用波束賦形模式的第i個數據流的調製編碼階數 Mp編碼速率Pp編碼重複次數氏；根據MiAiAi分別計算數據傳輸速率V ；確定V的值較大的為更優。進一步地，在上述的方法中，根據Mi, Pi,氏分別計算空間分集波束賦形模式或空間
權利要求
1.一種多輸入多輸出波束賦形系統的數據發送方法，其特徵在於，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的信道質量信息CQI ；判決步驟，根據所述CQI確定空間分集波束賦形模式或空間復用波束賦形模式更優； 切換步驟，將當前的數據發送方式切換到所述更優的空間分集波束賦形模式或空間復用波束賦形模式。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，獲取的所述CQI是信噪比；所述判決步驟包括根據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用波束賦形模式的第i個數據流的調製編碼階數風、編碼速率P」編碼重複次數Ri ； 根據Mi, Pi, Ri分別計算數據傳輸速率V ； 確定V的值較大的為更優。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，根據Mi,Pi,氏分別計算所述空間分集波束賦形模式或所述空間復用波束賦形模式的數據傳輸速率V包括N,計算「= (^>,風只// ,)/ 麗0，其中，α i彡0為第i個數據流的傳輸速率所佔的比重，且；^二《, =1 ;NS為所述數據流的個數，Rmimq為MIMO編碼速率。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，獲取的所述CQI是空間相關性，獲取所述空間相關性包括計算所述多輸入多輸出波束賦形系統的載波集合的子載波k對應的信道矩陣Hk ； 計算Hk的條件數Kk來表示所述空間相關性，k = 1，…，Nc, Nc為所述子載波個數。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，'K{k) Kik)…^{k)計算~ 「 - · 5hm(k) hN2(k)…hNM{k)_其中，hu(k)為所述多輸入多輸出波束賦形系統的第j根發送天線到i根接收天線間的第k個載波上的信道係數，j = 1，…，M，i = l，…，N，M為發送天線數目，N為接收天線數目。
6.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，計算Hk的條件數Kk包括 計算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H表示對矩陣求共軛轉置，Amink, Xmaxk分別表示Hk 的最小和最大奇異值。
7.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，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 計算比例朽=——ψ；比較Pr和門限值Tr；如果ft· > ；，確定空間復用波束賦形模式更優，否則確定空間分集波束賦形模式更優。
8.根據權利要求2-7任一項所述的方法，其特徵在於，當前的數據發送方式為空間分集波束賦形模式；所述判決步驟包括 設定 CQI 的門限值區間[SD_THcqi1, SD_THcqi2]； 如果CQI SD_TH。QI2，則確定空間復用波束賦形模式更優；如果SD_THeQIl ^ CQI ^ SD_THeQI2，則執行權利要求2_7任一項所述的判決步驟，來確定空間分集波束賦形模式或空間復用波束賦形模式更優；當前的數據發送方式為空間復用波束賦形模式；所述判決步驟包括 設定 CQI 的門限值區間[SM_THcqi1，SM_THcqi2]； 如果CQI SM_TH。QI2，則確定空間復用波束賦形模式更優；如果SM_THeQIl ^ CQI ^ SM_THeQI2，則執行權利要求2_7任一項所述的判決步驟，來確定空間分集波束賦形模式或空間復用波束賦形模式更優。
9.根據權利要求2-7任一項所述的方法，其特徵在於，所述判決步驟包括 設定切換周期T，單位是幀；在發送/接收的總幀數是T的整數倍時，執行根據權利要求2-7任一項所述的判決步馬聚ο
10.根據權利要求2-7任一項所述的方法，其特徵在於，所述判決步驟包括 設定切換周期T和門限值TH，T的單位是幀；在各切換周期內，設置m個判決時刻，m為正整數且m < T，在每個判決時刻執行根據權利要求2-7任一項所述的判決步驟；在各次切換周期結束的時候，統計在本次切換周期內m次判決中空間分集波束賦形模式更優的次數SD_NUM和空間復用波束賦形模式更優的次數SM_NUM ；當SM_NUM與m的比值大於TH時，或者SM_NUM大於SD_NUM，或者SD_NUM與m的比值小於TH時，確定空間復用波束賦形模式更優，否則，確定空間分集波束賦形模式更優。
11.根據權利要求2-7任一項所述的方法，其特徵在於，所述判決步驟包括 設定門限值TH;對於使用空間分集波束賦形模式的所述接收端，統計執行根據權利要求2-7任一項所述的判決步驟，所確定空間復用波束賦形模式更優的次數SM_NUM ；當SM_NUM與總的確定次數的比值大於TH時，確定空間復用波束賦形模式更優。
12.根據權利要求2-7任一項所述的方法，其特徵在於，所述判決步驟包括 設定門限值TH;對於使用空間復用波束賦形模式的所述接收端，統計執行根據權利要求2-7任一項所述的判決步驟，所確定空間分集波束賦形模式更優的次數SD_NUM ；當SD_NUM與總的選擇次數的比值大於TH時，確定空間分集波束賦形模式更優。
13.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述判決步驟包括 設定切換周期T，單位是幀；在發送/接收的總幀數是T的整數倍時，執行根據權利要求8所述的判決步驟。
14.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述判決步驟包括 設定切換周期T和門限值TH，T的單位是幀；在各切換周期內，設置m個判決時刻，m為正整數且m < T，在每個判決時刻執行根據權利要求8所述的判決步驟；在各次切換周期結束的時候，統計在本次切換周期內m次判決中空間分集波束賦形模式更優的次數SD_NUM和空間復用波束賦形模式更優的次數SM_NUM ；當SM_NUM與m的比值大於TH時，或者SM_NUM大於SD_NUM，或者SD_NUM與m的比值小於TH時，確定空間復用波束賦形模式更優，否則，確定空間分集波束賦形模式更優。
15.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述判決步驟包括設定門限值TH； 對於使用空間分集波束賦形模式的所述接收端，統計執行根據權利要求8所述的判決步驟，所確定空間復用波束賦形模式更優的次數SM_NUM ；當SM_NUM與總的確定次數的比值大於TH時，確定空間復用波束賦形模式更優。
16.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述判決步驟包括 設定門限值TH;對於使用空間復用波束賦形模式的所述接收端，統計執行根據權利要求8所述的判決步驟，所確定空間分集波束賦形模式更優的次數SD_NUM ；當SD_NUM與總的選擇次數的比值大於TH時，確定空間分集波束賦形模式更優。
17.一種多輸入多輸出波束賦形系統，其特徵在於，包括獲取模塊，用於獲取所述多輸入多輸出波束賦形系統的信道質量信息CQI ； 判決模塊，用於根據所述CQI確定空間分集波束賦形模式或空間復用波束賦形模式更優；切換模塊，用於將當前的數據發送方式切換到所述更優的空間分集波束賦形模式或空間復用波束賦形模式。
18.根據權利要求17所述的多輸入多輸出波束賦形系統，其特徵在於，所述判決模塊包括查詢模塊，用於根據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用波束賦形模式的第i個數據流的調製編碼階數禮、編碼速率P」編碼重複次數Ri ； 計算模塊，用於根據Mi, Pi, Ri分別計算數據傳輸速率V ； 確定模塊，用於確定V的值較大的為更優。
19.根據權利要求17所述的多輸入多輸出波束賦形系統，其特徵在於，所述判決模塊包括空間相關性模塊，用於計算所述多輸入多輸出波束賦形系統的載波集合的子載波k對應的信道矩陣Hk ；計算Hk的條件數Kk來表示空間相關性，k = 1，…，Nc, Nc為所述子載信道係數模塊，用於計算
全文摘要
本發明公開了一種多輸入多輸出波束賦形系統及其數據發送方法，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的信道質量信息CQI；判決步驟，根據CQI確定空間分集波束賦形模式或空間復用波束賦形模式更優；切換步驟，將當前的數據發送方式切換到更優的空間分集波束賦形模式或空間復用波束賦形模式。本發明通過根據CQI選擇空間分集波束賦形模式或空間復用波束賦形模式，從而可實現空間分集波束賦形和空間復用波束賦形的模式切換，從而使兩者有效結合，最大限度地提高系統的性能。
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 優先權日2010年3月19日
發明者張萬帥, 肖華華, 魯照華 申請人:中興通訊股份有限公司