一種mimo移動通信方法及系統的製作方法
2023-06-26 16:35:51 1
專利名稱：一種mimo移動通信方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及移動通信領域，更確切地說，涉及一種MIMO移動通信方法及系統。
背景技術：
MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多輸入多輸出)技術在通信鏈路的發送端和接收端都配備多個天線單元形成天線矩陣，為系統提供空間復用增益和空間分集增益。在MIMO傳輸中為了保證性能，必須採用相應的信道編碼，為此，提出了空時編碼STC(Space-Time Code)。
STC發射機的結構示意圖如圖1所示。輸入比特流首先經過信道編碼器101進行信道編碼，編碼後的信號經過交織器102進行交織，然後再經過空時編碼器103進行空時編碼，最後經過射頻處理器104、105處理，之後各支路信號就可送入各發射天線發射，利用空間電磁波傳輸。這裡，射頻處理器104、105隻是作為示例，射頻處理器可以有任意多個。
STC種類很多，最簡單的STC之一是空時分組碼STBC(Space Time BlockCode)。設在STBC系統使用n發m收天線陣，則在t時刻天線j所接收的信號為 其中，rj(t)代表天線j在t時刻的接收信號，ci(t)代表t時刻的發送碼元，hi，j(t)代表發送天線i與接收天線j之間在t時刻的信道衝激響應，hi，j(t)為實部、虛部均值為0，方差為1/2的復高斯隨機過程。信道是準靜態衰落(quasi-static)信道，nj(t)表示均值為零，方差為σ2的加性復高斯白噪聲。STBC解碼時可以使用最大似然ML(Maximum Likelihood)方法，即求下式的最值 使公示(2)取最小值的碼即是解調出的發送碼元。下面以經典的Alamouti方案的二發一收STBC編解碼過程為例進行具體說明。此時STBC編碼器的原理示意圖如圖2所示。為簡化敘述，下面的敘述中省略時間變量t，設輸入碼流為c1，c2，…，將碼流按照2個一組進行編碼，經過STBC編碼器以後，輸出的編碼矩陣為c*1，c*2分別表示c1，c2的轉置。矩陣的行代表發射天線，列代表時隙。在二發一收情況下，根據公式(1)接收端天線接收的信號為 公式(3)中符號定義同公式(1)，r1，r2分別代表在第一和第二時隙接收天線收到的信號。STBC可採用ML解碼實現充分的分集增益。利用公式(2)可知要解出發射信號只需將接收的r2轉化為r2*(r2*為r2的轉置)後，然後將矩陣左乘矩陣其中信道的衝激響應值hi，i＝1，2，可以在接收端信號經過時間頻率同步以後，通過信道估計得到，進而在接收端解調出發送信息的估計值
…。
從上述的解碼過程可以看出STBC解碼簡單，僅需要對接收信號做線性變換，對信道矩陣沒有特殊要求。但是，STBC僅能得到分集增益，沒有編碼增益。而且STBC速率有限，在兩根發射天線的情況下其編碼速率為1，這也是STBC的最高編碼速率值。編碼速率定義為編碼器在輸入時提取的符號數與每根天線發射的空時編碼符號數之間的比率。另外非理想信道估計和天線的相關性均會降低STBC編碼性能。
另一種常用空時編碼是由Foschini提出的分層空時碼LSTC(LayeredSpace Time Code)。使用LSTC進行通信時，首先將信號經過串並變換，將高速信息流轉化為低速若干支路信息流，然後將各支路信號分別編碼、調製，各支路信號再分別由各天線在相同頻帶內發射，頻譜利用率很高。分層空時碼可以分為垂直分層空時碼V-BLAST(Vertical Bell Laboratories LayeredSpace-Time)、對角分層空時碼DLSTC(Diagonal Layered Space Time Code)和水平分層空時碼HLSTC(Horizontal Layered Space Time Code)，其中又以V-BLAST的應用最為廣泛。
下面以V-BLAST為例，說明LSTC的編解碼過程。設使用V-BLAST的系統具有四根發射天線和4個信道編碼器，則其編碼矩陣如下 ……c44 c43 c42 c41 c04 c03 c02 c01 ……c54 c53 c52 c51 c14 c13 c12 c11 ……c64 c63 c62 c61 c24 c23 c22 c21 ……c74 c73 c72 c71 c34 c33 c32 c31 即將第一個信道編碼器輸出的4個碼元在第一列，第二個信道編碼器的輸出在第二列，依次類推，各行代表發射天線。
V-BLAST的解碼方法有很多種，理論上可以用ML解碼以得到最大的空間分集度，但是ML方法解碼複雜度大，在實際工程中很少使用。實際應用中一般採用實用(雖然不是最優)的算法，包括迫零(ZF，Zero-Forcing)、最小均方誤差(MMSE，Minimum Mean Square Error)和BLAST算法。ZF和MMSE算法是對所有發射信號聯合解碼，而BLAST算法是先對最強的支路信號(即信噪比最高支路信號)進行解碼，接著對剩餘信號中最強支路信號進行解碼，依次迭代直至所有信息分離出來。相比之下，V-BLAST算法解碼的可靠性更高，也最經常被使用。
V-BLAST算法解碼具體過程如下，設接收端天線收到的信號為 r＝Hc+n (4) 設系統使用L發K收天線陣，則信道矩陣是K×L的H＝[(H)1，(H)2……(H)L]，c＝(c1，c2，……，cL)T表示傳輸符號，cj表示天線j的發射符號，n是K×1的均值為零，方差為σ2獨立同分布廣義平穩復高斯白噪聲矢量。(·)T表示矩陣的轉置，(·)H表示矩陣的共軛轉置，(·)+表示矩陣的Moore-Penrose(M-P)偽逆。根據公式(4)為了求解接收信號中的數據流cj，採用逐步檢測相消實現子流的區分和檢測，方法為尋找矩陣w使得 其中ki是1，2，…..，L的一個排列。將r減去前一次解調出的信號估計值
和對應各信道估計值的乘積，得 再對r′中的信噪比最大的支路解調，依次迭代，直至最後解調出所有信號。從以上解碼過程可以看出需要反覆求解信道矩陣H的M-P偽逆，這要求信道矩陣是列滿秩的。
使用V-BLAST方法解碼的系統接收端結構示意圖如圖3所示。通過接收器接收到的接收信號首先經V-BLAST解碼器302進行解碼，然後經過去交織器303去交織，最後送入解碼器304進行信道編碼的解碼，從而恢復原始數據信息。
在使用LSTC傳輸信息時必須考慮信道建模，然而現有技術中涉及的信道模型大都假設天線之間的信道互不相關，這並不符合實際無線電波的傳輸情況。因而將現有技術LSTC應用於實際的最大困難在於，高效的解碼方法，如V-BLAST解碼方法，在接收天線與發射天線之間存在LOS(Line of Sight，視距)傳輸時會失效，因為此時收發天線間存在電磁波的直射路徑，信道矩陣H不滿足列滿秩的條件，從而使V-BLAST的現有解碼方法無法執行。
發明內容
鑑於STBC和LSTC各有所短，單一地使用其中任何一種空時編碼方案，由於現有技術固有的缺陷，均無法在實際的多變信道提供高效可靠的傳輸，因此需要設計出更有效的MIMO通信系統來提高通信質量，使之無論收發天線之間是否存在視距傳輸，都能提供可靠的通信，並實現高速率的數據傳輸，這就是本發明的目的所在。
為了實現上述目的，本發明提供了一種MIMO移動通信方法，其特徵在於，移動臺和基站之間的控制信令和業務信息分別使用各自的編解碼方式進行傳輸；通信時首先判斷移動臺與基站之間的傳輸狀態，然後由控制信令控制業務信息以與傳輸狀態相應的模式進行傳輸。
優選地，所述移動臺和基站之間的控制信令的傳輸方式包括空時編碼的編解碼方式。
優選地，所述移動臺和基站之間的業務信息的傳輸模式包括使用空時編碼的編解碼方式和使用高階調製的編解碼方式。
優選地，所述移動臺與基站之間的傳輸狀態包括移動臺與基站之間存在視距傳輸和不存在視距傳輸。
優選地，所述判斷移動臺與基站之間的傳輸狀態的方法包括檢測基站接收信號的功率的值Pv，功率Pv大於門限值pth時判定為視距傳輸，功率Pv小於門限值pth時判定為不存在視距傳輸。
優選地，所述判斷移動臺與基站之間的傳輸狀態的方法包括檢測信道矩陣的相關性，當信道矩陣相關時判定為視距傳輸；當信道矩陣不相關時判定為不存在視距傳輸。
本發明還提供了一種MIMO移動通信方法，其包括以下步驟 移動臺和基站通過控制信道傳輸控制信令，控制信道始終使用空時編碼的編解碼方案； 基站判斷其與移動臺之間是否存在視距傳輸； 當不存在視距傳輸時，基站發送控制信令控制業務信道採用多天線傳輸，使用垂直分層空時碼V-BLAST編解碼方案進行業務信息傳輸。
優選地，所述MIMO移動通信方法中，當基站與移動臺之間存在視距傳輸時，還包括以下步驟 基站發送控制信令控制業務信道採用單天線傳輸，並使用高階調製進行業務信息傳輸。
優選地，所述MIMO移動通信方法還包括，通信過程中對移動臺和基站之間的信息傳輸狀態進行實時判斷，且在傳輸狀態發生變化時進行傳輸模式切換。
優選地，所述MIMO移動通信方法中所述傳輸模式切換包括傳輸狀態從非視距傳輸變為視距傳輸時的切換，其切換方法為 基站將業務信道切換到單天線發射模式，同時開啟控制信道； 基站通過控制信道向移動臺發送控制信令，要求其改變業務信息編解碼方式為高階調製； 移動臺接收控制信令，切換業務信息編解碼方式為高階調製，發送切換完成反饋信息； 基站接收上述反饋信息，關閉控制信道； 開始使用高階調製傳輸業務信息。
優選地，所述MIMO移動通信方法中所述傳輸模式切換還包括傳輸狀態從視距傳輸變為非視距傳輸時的切換，其切換方法為 基站將業務信道切換到多天線發射模式，同時開啟控制信道； 基站通過控制信道向移動臺發送控制信令，要求其業務信息改變為V-BLAST編解碼方式； 移動臺接收控制信令，切換業務信息為V-BLAST編解碼方式，發送切換完成反饋信息； 基站接收上述反饋信息，關閉控制信道； 開始使用V-BLAST編解碼方式傳輸業務信息。
本發明還提供了一種MIMO移動通信系統，包括 判斷裝置，用於判斷移動臺與基站之間的傳輸狀態，生成狀態信息並將該狀態信息加入控制信令； 控制信令收發裝置，用於收發包含有所述狀態信息的控制信令； 編碼方式選擇器，用於根據控制信令選擇業務信息的傳輸模式； 業務信息收發裝置，用於根據編碼方式選擇器選擇的傳輸模式進行業務信息的收發。
優選地，所述判斷裝置通過檢測基站接收信號的功率的值Pv進行判斷，若功率Pv大於門限值pth時判定為視距傳輸，功率Pv小於門限值pth時判定為不存在視距傳輸。
優選地，所述業務信息收發裝置包括第一業務信息收發單元和第二業務信息收發單元； 其中，第一業務信息收發單元包括 調製器，用於對業務信息進行高階調製； 同步信道估計器，用於根據接收的高階調製信號進行同步和信道估計； 解調器，用於對接收到的高階調製信號進行解調。
第二業務信息收發單元包括 空時編碼器，用於對業務信息進行空時編碼； 支路調製器，用於對編碼後的業務信息進行調製； 支路同步和信道估計器，用於根據接收到的信號進行同步和信道估計； 支路解調器，用於根據同步和信道估計的結果，對接收到的信號進行解調； 空時解碼器，用於根據同步和信道估計的結果，對解調後的接收信號進行空時解碼。
優選地，所述系統控制信令收發裝置還包括 OFDM調製器，在對控制信令進行空時編碼之後對編碼後的控制信令進行OFDM調製，並將調製後的信號送至發射器； OFDM解調器，根據同步和信道估計的結果對來自接收器的接收數據進行OFDM解調，並將解調後的信號送至空時解碼器一。
優選地，所述系統業務信息收發裝置還包括 OFDM調製器，在對業務信息進行空時編碼之後對編碼後的業務信息進行OFDM調製，並將OFDM調製後的信號送至支路調製器； OFDM解調器，根據支路同步和信道估計的結果對來自接收器的接收數據進行OFDM解調，並將解調後的信號送至支路解調器。
本發明的益處在於控制信息和業務信息採用不同的編碼方式，可以實現控制信息始終保持有效傳輸，從而達到控制業務信息傳輸方式的目的，提高系統的可靠性。控制信令使用STBC編碼的優點在於編解碼簡單，受無線信道的影響小，能減小延時確保控制信令有效傳輸。在不存在視距時，業務信息傳輸使用V-BLAST空時編解碼方案，信息傳輸速率高、技術相對容易實現；在視距時，控制信息能根據移動臺的反饋，通知雙方改變編解碼方式，從而可以避免通信中因信道的變化造成通信中斷，提高通信質量。在空時編碼以後再採取一定的技術可以抵抗多徑時延擴展，比如在空時編碼以後再採用OFDM技術，可以抵抗碼間幹擾，提高頻譜利用率。
並且，根據本發明的方法設計的系統結構簡單，容易實現，只需在基站多提供一個調製方式的設備。而且由於基站和移動臺一般都處於非視距傳輸，只有在兩者相隔很近時才可能會處於視距傳輸，所以並沒有增加系統的複雜度。
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中 圖1是空時編碼發射機的結構示意圖。
圖2是STBC編碼器的原理示意圖。
圖3是使用V-BLAST方法解碼的系統接收端結構示意圖。
圖4是信道矩陣元素間關係的示意圖。
圖5是本發明實施例的移動臺和基站之間的通信時序示意圖。
圖6是本發明實施例的控制信令收發裝置的結構示意圖。
圖7是本發明實施例的業務信息收發裝置的結構示意圖。
具體實施例方式 本發明的主要思想和創新之處在於移動臺和基站之間的控制信令和業務信息分別使用各自的編解碼方式進行傳輸；其中業務信息的傳輸包括至少兩種模式；通信時首先判斷移動臺與基站之間的傳輸狀態，然後由控制信令控制業務信息以與傳輸狀態相應的模式進行傳輸。這樣做可以克服單一傳輸方式對信道特性的嚴格要求，更有效地保障通信連續。
這裡，所述移動臺和基站之間的控制信令的一種優選傳輸方式為使用空時編碼，因為其編解碼簡單且不受信道視距條件的影響。而移動臺和基站之間的業務信息的傳輸模式則可以使用空時編碼的編解碼方式和使用高階調製的編解碼方式。空時編碼中的V-BLAST方法是一種較佳的選擇，因為如前文所述，V-BLAST信息傳輸效率高，使用V-BLAST解碼方法的解碼可靠性也相對較高，但是其在視距條件下無法正確解碼，因此視距時使用較高階調製的編解碼方式作為替代傳輸方式。
針對主要使用V-BLAST方法傳輸業務信息的情況，所述移動臺與基站之間的傳輸狀態主要指移動臺與基站之間存在視距傳輸或不存在視距傳輸。
因為信號在無線環境中傳播，有障礙物和沒有障礙物接收信號的能量甚至可以相差20dB，所以可以通過移動臺的接收信號的功率值判斷信號所處的傳輸狀態，進而採取相應的編碼方式。一種簡捷地判斷移動臺與基站之間的傳輸狀態的方法為檢測基站接收信號的功率值Pv，功率Pv大於門限值pth時判定為視距傳輸，功率Pv小於門限值pth時判定為不存在視距傳輸。其中門限值Pth可根據實際環境確定，可為絕對的功率值也可以選擇相對的功率變化作為判斷標準，例如，門限值pth可取功率相對變化為3dB，5dB等值，也可使之為自適應變化的動態門限。
但是，由於造成信號功率變化的原因是多種多樣的，如傳輸介質的變化等，單純的使用功率變化作為視距的判斷標準容易產生誤判。一種更準確的判決方法是檢測信道矩陣的相關性，若信道矩陣是相關的，則判定為視距傳輸；信道矩陣不相關則判定為不存在視距傳輸。顯然，檢測信道矩陣相關性和信號功率變換可以聯合應用來判斷視距傳輸的存在於否。
下面說明信道矩陣相關性判斷視距傳輸的原理。一般來說，在不存在視距時信道矩陣是不相關的。而在存在視距情況下信道矩陣相關係數的計算如下 圖4是信道矩陣元素間關係的示意圖，設Rik為發射天線i與接收天線k之間的距離，歸一化信道矩陣元素 其中，λ為傳輸的電磁波的波長，在視距條件下，可以計算接收天線之間的相關係數 將公式(7)帶入公式(8)，得到 因為在實際條件下收發天線之間的距離一般很大，α可以近似表示兩根不同發射天線與同一接收天線之間的夾角，在實際環境中可以認為趨近於O。相關係數表示為 帶入數值可以看出θi，j近似為1，可以得到信道矩陣元素之間相關。可見存在視距傳輸條件下，MIMO信道矩陣不是列滿秩的。所以，可以根據信道矩陣是否列滿秩來判斷是否存在視距傳輸。
當然，這是在理想狀態下信道矩陣相關係數計算。在實際條件下，即使存在視距傳輸，信道矩陣的列向量也不可能嚴格線性相關，但是只要在一定誤差範圍之內就可以認為是線性相關的。即一定存在矩陣的某一列向量，可以近似表示成其它列向量的線性組合。
V-BLAST的接收機一般採取的解碼方法是BLAST算法，前文已經說明在視距傳輸(LOS)條件下，信道矩陣不是列滿秩，所以業務信息採用V-BLAST編碼方式時，接收機就不能解調出信號，此時若不改變編碼方式，移動臺與基站之間的通信將會中斷，因此必須對業務信息的編碼方式進行切換。同時為了保證控制信令的有效傳輸，需要選擇一種編解碼簡單、可靠且受環境影響小的編解碼方式，STBC正是符合此條件的優選方式。因為STBC的解碼僅需對接收信號做線性變換，節省系統的開銷時間，同時對信道矩陣沒有特殊要求，在視距下仍然可以有效解調出控制信息，所以信令採用STBC編碼，可以在視距下有效傳輸能通知雙方改變編解碼方式，這樣就可以避免出現基站和移動臺之間通信中斷的情況。
圖5是本發明一個實施例移動臺和基站之間的通信時序示意圖。通信開始時，移動臺與基站之間通過控制信道，採用STBC編碼方案傳輸信令信息，基站判斷當前移動臺所處環境(視距/非視距)若移動臺與基站之間不存在視距傳輸，則發送控制信令控制業務信道採用V-BLAST編碼方案開始進行業務信息的傳輸，之後關閉控制信道；若移動臺與基站之間存在視距傳輸，則發送控制信令控制業務信道採用單天線(SISO)傳輸，同時利用高階調製(一般使用較高階調製，如256-QAM)進行業務信息的傳輸，以彌補取消空間復用帶來的數據業務速率的損失，之後關閉控制信道。
通信過程中，由於移動臺位置的變化，可能隨時會從存在視距轉變為非視距傳輸狀態，反之亦然。當移動臺與基站從非視距轉為存在視距時，因為存在視距下信號直線傳播功率損耗低，基站會突然檢測到移動臺的接收信號功率變化超過門限值pth(由實際工程確定)，此時基站將業務信道切換到單發射天線模式，同時開啟控制信道，發送控制信息給移動臺，要求移動臺改變編解碼方式並通過業務信道重傳丟失的數據包，控制信息中應包含所丟失移動臺數據包的起始幀號。移動臺收到要求切換的控制信令後，切換業務信息的編解碼方式，並且由控制信道向基站發送切換完成的反饋信號，反饋信號中應包含所丟失基站數據包的起始幀號。基站在接收到反饋信號以後，關閉控制信道，將業務信息採用較高階調製(如256-QAM)後，通過業務信道傳送。
同理，當移動臺與基站從視距轉為非視距時，因為在非視距傳輸條件下不存在直射路徑，基站會突然檢測到移動臺的接收信號功率變化低於門限值pth，此時基站將業務信道切換到多發射天線模式，同時開啟控制信道，發送控制信息給移動臺，要求移動臺改變編解碼方式並重傳誤碼嚴重的數據包(較高階調製在切換到非視距傳輸後誤碼率升高)，控制信息中應包含所需要重傳的移動臺數據包的起始幀號。移動臺收到要求切換的控制信令後，切換業務信息的編解碼方式，並且由控制信道向基站發送切換完成的反饋信號，反饋信號中應包含需要重傳的基站數據包的起始幀號。基站在接收到反饋信號以後，關閉控制信道，並將業務信息用V-BLAST編碼以後，通過業務信道傳送。
一種使用本發明MIMO移動通信方法的系統，該系統包括判斷裝置、控制信令收發裝置、編碼方式選擇器和業務信息收發裝置，其中判斷裝置根據移動臺與基站之間的傳輸狀態生成狀態信息並將該狀態信息加入控制信令；編碼方式選擇器用於根據控制信令選擇業務信息的傳輸模式；控制信令收發裝置和業務信息收發裝置分別如圖6、圖7所示。在生成傳輸狀態信息時，判斷裝置可通過檢測基站接收信號的功率的值Pv進行，若功率Pv大於門限值pth時判定為存在視距傳輸，若功率Pv小於門限值pth時判定為不存在視距傳輸。
圖6是本發明實施例的控制信令收發裝置的結構示意圖。控制信令收發裝置包括空時編碼器一601；發射器602，603；接收器604，605；同步信道估計器607和空時解碼器一604。
控制信令收發裝置的工作過程為首先，控制信令經過空時編碼器一601編碼，之後送各發射器發射，經過無線信道傳輸以後，由接收器接收，再經過同步信道估計器607進行同步和信道估計，最後空時解碼器一606根據同步和信道估計結果對接收信號解碼，解調出信令信號。從而就可以利用控制信道有效的傳輸控制信息，並控制業務信息在不同的無線通信環境下採取不同的編碼方式。
圖7是本發明實施例的業務信息收發裝置的結構示意圖。業務信息的收發裝置(基帶模型)包括使用第一模式傳輸業務信息的第一業務信息收發單元、使用第二模式傳輸業務信息的第二業務信息收發單元，編碼方式選擇器701根據控制信令選擇第一業務信息收發單元或第二業務信息收發單元進行業務信息收發。第一業務信息收發單元包括高比特速率調製器702；解調器714以及同步信道估計器713。第二業務信息收發單元包括空時編碼器703；支路調製器704，705；發送器706，707，708；接收器710，711，712；支路同步信道估計715，716；支路解調器717，718和空時解碼器719。其中，空時編碼器703一般使用V-BLAST編碼器，而高比特速率信號傳輸系統中的收發天線是V-BLAST收發天線中的一根。
業務信息收發過程如下(等效為基帶工作過程)首先由編碼方式選擇器701根據控制信令選擇編碼方式，如果處於視距傳輸則選擇第一業務信息收發單元的調製器702進行高比特速率調製，經過單天線發送器706發射以後，到達單根接收天線接收器710，經過同步和信道估計器713估計以後，由解調器714利用估計出的信道衝擊響應值解調出在此調製方式下的業務信息；如果基站和移動臺處於非視距傳輸，則選擇第二業務信息收發單元的空時編碼器703進行編碼，各支路碼流經過支路調製器704，705以後由發射器707，708發射，接收器711，712接收信號以後，由支路同步和信道估計器715，716據此進行同步和信道估計，之後經過支路解調器717，718解調各支路信息，最後由空時解碼器719進行空時解碼，可以得到業務信息。
要說明的是，在圖6和圖7中，作為示例，各個環節的發射器、接收器、調製器、解調器、同步信道估計器等只表現了一定的個數(例如圖六中只標示了2個發射器602，603)，但是此種標示並不能作為對本發明範圍的限制。圖6和圖7中的省略號表示了各類器件的個數是可變的，其個數由相應的輸入輸出個數確定。本發明所針對的MIMO通信系統包括系統輸入(對應發射天線)和輸出(對應接收天線)為任意多個的情況，與此相應，系統中的發射器、接收器調製器、解調器、同步信道估計器等的個數也隨輸入輸出的個數變化而變化，所述變化不超出本發明的範圍。特別地，SIMO(單輸入多輸出)系統和MISO(多輸入但輸出)系統可以作為MIMO(多輸入多輸出)系統的特例而納入本發明的範圍。
為了進一步提高系統性能，抵抗頻率選擇性衰落，減少符號間幹擾ISI(Inter-Symbol Interference)，最大限度的利用頻譜資源，信息數據bD經過空時編碼以後可以採用OFDM調製技術，並結合多址接入技術以滿足用戶數量增加的要求。例如，系統控制信令收發裝置增加OFDM調製器和OFDM解調器，在對控制信令進行空時編碼之後對編碼後的控制信令進行OFDM調製，並將調製後的信號送至發射器；接受端根據同步和信道估計的結果對來自接收器的接收數據進行OFDM解調，並將解調後的信號送至空時解碼器一。在系統業務信息收發裝置增加OFDM調製器和OFDM解調器，在對業務信息進行空時編碼之後對編碼後的業務信息進行OFDM調製，並將OFDM調製後的信號送至支路調製器；在接收端根據支路同步和信道估計的結果對來自接收器的接收數據進行OFDM解調，並將解調後的信號送至支路解調器。
OFDM技術將信道分為若干正交子信道，將高速數據信號轉換成並行的低速子數據流，調製到每個子信道傳輸，每個子信道信號的帶寬小於信道的相關帶寬，每個子信道可以看成平坦衰落，可以消除符號間幹擾ISI。然後在接收端採取相應的解調方式，通過對OFDM符號的解調，將正交相關信號解調出來，減少子載波之間幹擾ICI(Inter-Carrier Interference)，滿足高速、高質量信息傳輸要求。在B3G/4G(Beyond 3rd Generat ion/4th Generation)通信中，將需要提供100Mbit/S甚至更高的數據傳輸速率，但同時要求降低成本，這就要求在有限的頻譜資源上實現高速率和大容量，需要採用頻譜效率極高的技術。採用MIMO技術充分開發空間資源，利用多天線收發，在不需要增加頻譜資源和天線發送功率情況下，可以成倍提高信道容量。因此本系統的業務信息採用V-BLAST空時編碼，再結合OFDM調製技術，以提高傳輸的業務信息的質量。
最後，雖然本發明的方法主要是以控制信令和業務信息分別使用STBC和V-BLAST、較高階調製為實施例加以闡明，但本發明的思想和範圍並不局限於此。針對各種現有技術的編解碼方式的公知缺陷和對信道條件的限制，根據不同的信道條件選擇不同編解碼方式的多編碼方式MIMO移動通信方法可以根據本發明的公開內容很容易地推得。因此，所有不超出本發明思想和範圍的MIMO移動通信方法或使用該方法的系統將會落入本發明的權利要求範圍之內。
權利要求
1.一種MIMO移動通信方法，其特徵在於，移動臺和基站之間的控制信令和業務信息分別使用各自的編解碼方式進行傳輸；其中業務信息的傳輸至少包括兩種模式；通信時首先判斷移動臺與基站之間的傳輸狀態，然後由控制信令控制業務信息以與傳輸狀態相應的模式進行傳輸。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述移動臺和基站之間的控制信令的傳輸方式包括空時編碼的編解碼方式。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述移動臺和基站之間的業務信息的傳輸模式包括使用空時編碼的編解碼方式和使用高階調製的編解碼方式。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的移動臺與基站之間的傳輸狀態包括移動臺與基站之間存在視距傳輸和不存在視距傳輸。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述判斷移動臺與基站之間的傳輸狀態的方法包括檢測基站接收信號的功率的值Pv，功率Pv大於門限值pth時判定為視距傳輸，功率Pv小於門限值pth時判定為不存在視距傳輸。
6.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述判斷移動臺與基站之間的傳輸狀態的方法包括檢測信道矩陣的相關性，當信道矩陣相關時判定為視距傳輸；當信道矩陣不相關時判定為不存在視距傳輸。
7.根據權利要求1或2或3或4的一種MIMO移動通信方法，其特徵在於，包括以下步驟
移動臺和基站通過控制信道傳輸控制信令，控制信道始終使用空時編碼的編解碼方案；
基站判斷其與移動臺之間是否存在視距傳輸；
當不存在視距傳輸時，基站發送控制信令控制業務信道採用多天線傳輸，使用垂直分層空時碼V-BLAST編解碼方案進行業務信息傳輸。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，當基站與移動臺之間存在視距傳輸時，還包括以下步驟
基站發送控制信令控制業務信道採用單天線傳輸，並使用高階調製進行業務信息傳輸。
9.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，通信過程中對移動臺和基站之間的信息傳輸狀態進行實時判斷，且在傳輸狀態發生變化時進行傳輸模式切換。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述傳輸模式切換包括傳輸狀態從非視距傳輸變為視距傳輸時的切換，其切換方法為
基站將業務信道切換到單天線發射模式，同時開啟控制信道；
基站通過控制信道向移動臺發送控制信令，要求其改變業務信息編解碼方式為高階調製；
移動臺接收控制信令，切換業務信息編解碼方式為高階調製，發送切換完成反饋信息；
基站接收上述反饋信息，關閉控制信道；
開始使用高階調製傳輸業務信息。
11.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述傳輸模式切換還包括傳輸狀態從視距傳輸變為非視距傳輸時的切換，其切換方法為
基站將業務信道切換到多天線發射模式，同時開啟控制信道；
基站通過控制信道向移動臺發送控制信令，要求其業務信息改變為V-BLAST編解碼方式；
移動臺接收控制信令，切換業務信息為V-BLAST編解碼方式，發送切換完成反饋信息；
基站接收上述反饋信息，關閉控制信道；
開始使用V-BLAST編解碼方式傳輸業務信息。
12.一種MIMO移動通信系統，其特徵在於，包括
判斷裝置，用於判斷移動臺與基站之間的傳輸狀態，生成狀態信息並將該狀態信息加入控制信令；
控制信令收發裝置，用於收發包含有所述狀態信息的控制信令；
編碼方式選擇器，用於根據控制信令選擇業務信息的傳輸模式；
業務信息收發裝置，用於根據編碼方式選擇器選擇的傳輸模式進行業務信息的收發。
13.根據權利要求12所述的MIMO移動通信系統，其特徵在於，所述判斷裝置通過檢測基站接收信號的功率的值Pv進行判斷，若功率Pv，大於門限值pth時判定為視距傳輸，功率Pv小於門限值pth時判定為不存在視距傳輸。
14.根據權利要求12或13所述的MIMO移動通信系統，其特徵在於，所述業務信息收發裝置包括第一業務信息收發單元和第二業務信息收發單元；
其中，第一業務信息收發單元包括
調製器，用於對業務信息進行高階調製；
同步信道估計器，用於根據接收的高階調製信號進行同步和信道估計；
解調器，用於對接收到的高階調製信號進行解調。
第二業務信息收發單元包括
空時編碼器，用於對業務信息進行空時編碼；
支路調製器，用於對編碼後的業務信息進行調製；
支路同步和信道估計器，用於根據接收到的信號進行同步和信道估計；
支路解調器，用於根據同步和信道估計的結果，對接收到的信號進行解調；
空時解碼器，用於根據同步和信道估計的結果，對解調後的接收信號進行空時解碼。
15.根據權利要求12、13或14所述的MIMO移動通信系統，其特徵在於，所述系統的控制信令收發裝置還包括
OFDM調製器，在對控制信令進行空時編碼之後對編碼後的控制信令進行OFDM調製，並將調製後的信號送至發射器；
OFDM解調器，根據同步和信道估計的結果對來自接收器的接收數據進行OFDM解調，並將解調後的信號送至空時解碼器一。
16.根據權利要求12、13或14所述的MIMO移動通信系統，其特徵在於，所述系統的業務信息收發裝置還包括
OFDM調製器，在對業務信息進行空時編碼之後對編碼後的業務信息進行OFDM調製，並將OFDM調製後的信號送至支路調製器；
OFDM解調器，根據支路同步和信道估計的結果對來自接收器的接收數據進行OFDM解調，並將解調後的信號送至支路解調器。
全文摘要
本發明涉及一種MIMO移動通信方法，移動臺和基站之間的控制信令和業務信息分別使用各自的編解碼方式進行傳輸；其中業務信息的傳輸包括至少兩種模式；通信時首先判斷移動臺與基站之間的傳輸狀態，然後由控制信令控制業務信息以與傳輸狀態相應的模式進行傳輸。本發明還提供一種了對應的MIMO移動通信系統。本發明可以實現控制信息始終保持有效傳輸，從而達到控制業務信息傳輸方式的目的，提高系統的可靠性。
文檔編號H04B7/04GK101150343SQ200610062709
公開日2008年3月26日 申請日期2006年9月20日 優先權日2006年9月20日
發明者唐友喜, 勇 王, 邵士海, 李雲崗, 王吉濱 申請人:華為技術有限公司