獨立數據流控制方法及裝置的製作方法

2023-06-11 00:05:31 3

專利名稱：獨立數據流控制方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及通信領域，並且特別地，涉及一種獨立悽t提流控制 方法和裝置。
背景技術：
提高有限帶寬的頻帶利用率和克服無線信道的多徑衰落是寬帶
無線通4言系鄉克面臨的嚴山炎才兆戰，多1#入多4餘出(Multi-Input Multi-Output,簡稱為MIMO )技術能夠在不增加所佔用的信號帶寬 的前提下提高系統的傳輸效率和傳輸可靠性。
對於陣列天線而言，預編石馬MIMO是一種集空間分集(波束形 成)和空間復用於一體的多天線傳輸技術。這裡的空間分集採用了 正交多波束(而不僅僅是天線本身)，最優的多波束是信道的特徵矢 量，可以在這多個波束中分別傳輸獨立的數據流，由於各個不同的 數據流在彼此正交的波束上傳輸，因此有利於接收機進行檢測。
4旦在實際應用中，有些波束對應的增益過小，4吏得4妄收才幾無法 檢測，導致這些數據流的傳輸質量非常差，影響整個系統的傳輸效 果。

發明內容
考慮到有些波束對應的增益過小，使得接收才幾無法才企測的問題 而做出本發明，為此本發明的主要目的在於提供一種獨立^:據流控制方法，以解決相關4支術中由于波束對應的增益過小、4妻收才幾無法 檢測，導致數據流的傳輸質量差，影響整個系統的傳輸效果的問題。
根據本發明的一個方面，提供了 一種獨立悽t據流控制方法。
才艮據本發明實施例的獨立數據流控制方法包4舌發送端將高速 悽史據流解復用為M路j氐速悽t:據流，並通過預編;馬將M路^f氐速悽丈據 流映射到M根發射天線上，其中，M為發射天線個數，且M〉4; M根發射天線的數據流經過N x M空間信道達到接收端，接收端對 接收到的數據流進行解碼處理，其中，N為接收天線個數，IN>=1; 計算經過接收端解碼後的各個數據流上的信噪比；計算多輸入多輸 出信道的總信道增益；設置預定門限，使用其增益大於或等於預定 門限的波束髮射數據流，並將發射的數據流的個數反饋給發送端。
優選地，在上述通過預編碼將M路低速數據流映射到M根發 射天線上的操作中，根據如下公式進行預編碼操作r = HFs+n，其 中，r是Nx 1的接收信號矢量，H是NxM的信道矩陣，F是Mx B的最優預編碼矩陣，s是B x 1的發射符號信息， S = ra"*(//)^min(M,A0 ， n是Nxl 的噪聲矢量；其中，
A&
《2A
AAAA
MlAJ細
H = Ui:rw， U和V分別是NxN和MxM的酉矩
陣，Z是由H的奇異值;i,.組成的對角陣。
優選地，上述4妄收端^f吏用如下公式對接收到的數據流進行解碼 處理，其中G是與F對應的最優解預編碼矩陣，=GHFs + n=i:s + ii',
j), = ;iA + ",， 、1,2,…^，其中，義,為信道矩陣H進行奇異值分解得 到第i個非零奇異值，其物理意義為第i個數據流對應的子信道增益，且入Q入2L.々入"0， Sj是第i個Bxl的發射符號信息，ni是第i個 Nxl的噪聲矢量，F是取V的左B列構成的矩陣，G是取U的左B列。
優選地，使用如下公式計算經過接收端解碼後的各個悽t據流上formula see original document page 9流的發射功率，"'是第i個數據流對應的子信道的噪聲功率譜密度-
優選地，使用如下公式計算多輸入多輸出信道的總信道增益:
formula see original document page 9;i,, hi,2,…，5;其中，各個波束上的增益分別為A。
優選地，上述預定門限T-O."Q。
此外，在上述方法中，還可以進一步包4舌上述發送端才艮據孑妄 收端反々貴的個lt來調度相應^t目的獨立悽t據流。
根據本發明的另一方面，提供了一種獨立數據流控制裝置。根 據本發明實施例的獨立數據流控制裝置包括以下模塊
接收模塊，用於接收發送端發送的M路數據流，其中，M為 發射天線的個數，且M>=1; i,碼處理才莫塊，用於對4妄收才莫塊4矣收 到的數據流進行解碼處理，其中，N為接收天線個數，且N〉=l; 信噪比計算模塊，用於計算經過解碼處理模塊i奪碼後的各個數據流 上的信噪比；信道增益計算模塊，用於計算多輸入多輸出信道的總 信道增益；設置模塊，用於設置預定門限；確定模塊，用於確定用 於發射數據流的增益大於或等於預定門限的波束，並將發射的數據 流的個數反饋給發送端。優選地，解碼處理模塊使用如下公式對接收到的數據流進行譯 碼處理5^GHFs + n'-5:s + n ，》'"1，2，…，S，其中，h是NxM 的信道矩陣，F是MxB的最優預編碼矩陣，s是Bxl的發射符號信 息，S-raw^T/^min^'AO ， n是Nxl 的噪聲矢量；其中，
formula see original document page 10
，H-m:", U和V分別是NxN和MxM的酉矩
陣，S是由H的奇異值義,組成的對角陣；&為第i個數據流對應的子
信道的增益，且X! ^入2〈.. ^入B^), Si是第i個Bxl的發射符號信 息，ni是第i個Nxl的噪聲矢量，F是取V的左B列構成的矩陣， G是取U的左B列。
優選地，信噪比計算模塊使用如下公式計算經過接收端解碼後
, / = 1,2,.-.,5， 其中，
纖，=A
的各個數據流上的信噪比
formula see original document page 10
4是第i個悽t據流的發射功率，v;是第i個數據流對應的子信道的 噪聲功率譜密度。
優選地，增益計算才莫塊^f吏用如下公式計算多輸入多輸出信道的
總信道增益2 —§^， h1，2，…，^，其中，各個波束上的增益分別為2 。
其中，上述設置模塊設置預定門限T-O."Q。
藉助於上述4支術方案，通過選擇適當的波束增益門限值來決定 哪些波束髮射獨立的數據流，可以保證接收機的性能，提高系統增 益。本發明的其它特徵和優點將在隨後的說明書中闡述，並且，部 分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發 明的目的和其他優點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附 圖中所特別指出的結構來實現和獲得。


附圖用來提供對本發明的進一步理解，並且構成"i兌明書的一部 分，與本發明的實施例一起用於解釋本發明，並不構成對本發明的
限制。在附圖中
圖1是根據本發明實施例的多輸入多輸出系統模型示意圖2是根據本發明實施例的獨立數據流控制方法的流程圖3是相關技術中在4x4、 16QAM的情況下4個獨立凝:據流 的誤符號率曲線示意圖4是根據本發明實施例的方法在4x4、 16QAM的情況下誤 符號率曲線示意圖；以及
圖5是根據本發明實施例的獨立數據流控制裝置的示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發明的優選實施例進行il明，應當理解，此 處所描述的優選實施例僅用於說明和解釋本發明，並不用於限定本 發明。方法實施例
在本實施例中，^是供了一種獨立數據流控制方法，圖l給出了
該方法的簡要處理流程，如圖1所示，包4舌以下處理
信號從信源經過信道編碼和調製映射，進行預編碼處理後發射， 之後在4妻收端進4於解預編碼(或者稱為解碼)，經過4企測解碼解碼後 輸出。
圖2是才艮據本發明實施例的獨立悽t據流控制方法的流程圖。
如圖2所示，該方法包4舌:
步驟S202，發送端將高速數據流解復用為M路低速數據流， 每個獨立數據流編碼、調製後，通過預編碼(precoding )將M路低 速數據流映射到M根發射天線上，其中，M為發射天線個數，且 M>=1;
在該步驟中，可以根據如下公式(即，預編碼MIMO系統的數 學模型)進行預編碼操作r = HFs+n,其中，r是Nxl的接收信號 矢量，H是NxM的信道矩陣，F是MxB的最優預編碼矩陣，s 是B x 1的發射符號信息，"=r""A:(//)《min(M，AO， n是N x 1的噪聲
矢量；
上面的線性預編碼的作用是對發射信號進行線性加權合併，然
後輸出到發射天線，加權矩陣為F =
FFA _F
15
j，i " j，'
八
22
A A A
F 八
rA/2 "廠細」
12另外，H-US", U和V分別是NxN和MxM的酉矩陣，S是 由H的奇異值A,組成的對角陣。 一般加權矩陣的產生可以採用奇異
值分解或特徵值分解得到，在實際應用中，由於考慮到反饋開銷的 問題，一4殳採用碼本反々齎方式；
步驟S204， M根發射天線的數據流經過N x M空間信道達到 接收端，接收信號為r， r是Nxl維矢量，接收端對接收到的信號 進行解預處理(即，解碼處理)，即，4妄收信號兩端乘以G,其中， N為接收天線個數，_iLN>=l;
在該步驟中，接收端使用如下公式對接收到的數據流進行解碼 處理
formula see original document page 13
上式經過進一步展開為formula see original document page 13
其中，^為信道矩陣H進行奇異值分解得到第i個非零奇異值，
其物理意義為第i個數據流對應的子信道的增益，且入Q入^…2入 ao, Sj是第i個Bxl的發射符號信息，ni是第i個Nxl的噪聲矢量， B為非零奇異值個數。F是取V的左B列構成的矩陣，G是取U的 左B列。
從上式中很容易可以恢復出發送端的B個數據流，在理想情況 下，B個獨立數據流之間是沒有幹擾的；但是，在實際中，考慮到 碼本方式及反饋時延，B個數據流之間存在一定的千擾，這時，可 採用幹擾消除的接收機；步驟S206，計算經過接收端解碼後的各個數據流上的信噪比 (SNR);
在該步驟中，使用如下公式計算經過接收端解碼後的各個數據 ;危上的〗言p桑比
纖,=凡
ii Ii2w.
iiii 2
=4%, :l，2,…,i ;其中，^是第i個數據流的發
射功率，^是第i個數據流對應的子信道的噪聲功率譜密度；
由此可見，檢測出的每個流的SNR是其發射SNR的&倍；
步驟S208，計算MIMO信道的總信道增益；N x M維MIMO 信道經奇異值分解或特徵值分解得到B個(其中，B不大於 min(N,M))空間子信道，即，H = Ui:C其中U和V分別是NxN 和MxM的酉矩陣，i:是由H的奇異值^組成的對角陣，義,為第i個
悽t據流對應的子信道的增益，且 w 2入2 2…2入aO。
在該步驟中，使用如下公式計算多輸入多輸出信道的總信道增 益2 = ^>,, ,、1,2，…,5;其中，各個波束上的增益分別為*。
步驟S210，根據QoS服務質量要求或者系統的需求，選擇有 效波束傳輸數據；通過仿真，設置預定門限T-O."Q，使用其增益 大於或等於預定門限的波束髮射數據流，並將發射的數據流的個數
反饋給發送端。也就是說，當會超過T時，該波束髮射信號流，而
i〈T時，關閉該波束上的數據流。當然，不同的信道環境門限的設 置也不同，需要#4居具體的應用環境而定；
14在上述處理的基礎上，發送端可以4艮據《1妻收端反々貴的個#:來調 度相應數目的獨立數據流，此時，最優預編碼矩陣選擇較大奇異值 對應的列矢量，以獲得好的傳輸性能。
在上述實施例的處理方案中，理，論上，有B個正交波束的增益 i， i=l，2,...,B大於零，就可以發射B個獨立的數據流。但是，事 實上，由於信道的隨機性，會出現很小的奇異值，這些奇異值對應 的波束傳輸的數據雖然能夠通過正交性在接收機被檢測出來，但是 由於增益過小，解調判決往往效果很差，如圖3所示，其中信道條 件數(Channel Condition,簡稱為CC )的定義如下(即，最大奇異
值與最小奇異值之比)CC =，。
義8
從圖3的仿真結果可以看出，4個獨立流的誤符號率曲線差別 較大，最好的性能和最差的性能在10-1時相差近10dB，這樣使得 整個系統的性能也很差，在10-1時與最好的性能相差6dB之多。
採用本發明實施例提供的流控方法後，關斷兩個數據流，僅發 送奇異值較大的兩個數據流，系統總的誤符號率曲線如圖4所示。 從圖4的結果可以看出，只要選取適當的波束增益門限值來決定哪 些波束髮射獨立的lt據流，哪些波束不發射獨立的數據流，就可以 保證接收機的性能達到一定的要求，系統總的SER性能在10-1時， 有6dB的增益。
裝置實施例
在本實施例中，提供了 一種獨立數據流控制裝置，圖5是根據 本發明實施例的獨立悽t據流控制裝置的示意圖，如圖5所示，該裝 置包括以下模塊接收模塊10，用於接收發送端發送的M路數據流，其中，M 為發射天線的個數，iM>=l;
其中，在發送端，每個獨立數據流經過編碼、調製後，通過預 編碼(precoding)將M路低速數據流映射到M根發射天線上；
在發送端，可以才艮才居如下^>式(即，預編石馬MIMO系統的悽t學 模型)進行預編碼操作r = HFs + n，其中，r是Nxl的接收信號矢 量，H是NxM的信道矩陣，F是MxB的最優預編碼矩陣，s是B xl的發射符號信息，5 = ra"^/)Smin(M，A0, n是Nxl的噪聲矢量；
上面的線性預編碼的作用是對發射信號進行線性加4又合併，然
後輸出到發射天線，加權矩陣為F =
F f1 A P
。1 屍12 "屍1S
F F A F
A A A A
F F 八F
另外，H = Ui:rw， U和V分別是NxN和MxM的酉矩陣，S是 由H的特徵值A組成的對角陣。 一般加權矩陣的產生可以採用奇異
值分解或特徵值分解得到，在實際應用中，由於考慮到反饋開銷的
問題， 一般採用碼本方式；
解碼處理才莫塊20,用於對4妄收才莫塊接收到的數據流進行解碼處 理，即，接收信號兩端乘以G,其中，N為接收天線個悽t， _iLN>=l;
其中，解碼處理模塊20使用如下公式對接收到的數據流進行譯 碼處理
"GHFs + n =Es + n ，
上式經過進一 步展開為》'=+ "' ， f' = i， 2，…，S ，其中，A,為信道矩陣H進行奇異值分解得到第i個非零奇異值，
其物理意義為第i個數據流對應的子信道的增益，且、^入2^…^入
B^)，Si是第i個Bxl的發射符號信息，ni是第i個Nxl的噪聲矢量， B為可發送獨立數據流個數，F是取V的左B列構成的矩陣，G是 取U的左B歹'J。
從上式中;f艮容易可以恢復出發送端的B個婆t據流，在理想情況 下，B個獨立數據流之間是沒有幹擾的；但是，在實際中，考慮到 碼本方式及反饋時延，B個數據流之間存在一定的幹擾，這時，可 採用幹擾消除的接收機；
信噪比計算模塊30,用於計算經過解碼處理模塊i斧碼後的各個 數據流上的信噪比；
其中，信噪比計算模塊30使用如下公式計算經過4妄收端解碼後
五lkll2 ，屍廣
的各個數據流上的信噪比 V' ， "1，2，…，5，其中，
^是第i個數據流的發射功率，"是第i個數據流對應的子信道的 噪聲功率譜密度。
由此可見，檢測出的每個流的SNR是其發射SNR的義,倍；
信道增益計算才莫塊40,用於計算MIMO信道的總4言道增益；N x M維MIMO信道經奇異值分解或特徵值分解得到B個(其中，B 不大於min(N，M))空間子信道，即，H = Ui:"，其中U和V分別 是NxN和MxM的酉矩陣，i:是由H的特徵值A組成的對角陣，；l,為
第i個悽t據流對應的子信道的增益，且人Q入2^…2人B》0。
17其中，增益計算模塊40使用如下公式計算多輸入多輸出信道的 總信道增益 S ， ^1，2，…^，其中，各個波束上的增益分別為 2 。
設置模塊50，用於設置預定門限；優選地，根據QoS服務質 量要求或者系統的需求，選擇有效波束傳輸數據；通過仿真，設置 模塊50設置預定門限T = 0.1*Q。
確定模塊60,用於確定用於發射數據流的增益大於或等於預定 門限的波束，並將發射的數據流的個數反饋給發送端。也就是說，
當A超過T時，該波束髮射信號流，而A〈T時，關閉該波束上的悽t
據流。當然，不同的信道環境門限的設置也不同，需要根據具體的 應用^不境而定；
此外，經過上述的處理後，發送端可以根據接收端反饋的個數 來調度相應lt目的獨立IW居流。
綜上所述，藉助於本發明的技術方案，能夠提高流的傳輸質量， 從而提高整個系統的傳輸效果。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明， 對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在 本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等， 均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種獨立數據流控制方法，其特徵在於，包括發送端將高速數據流解復用為M路低速數據流，並通過預編碼將所述M路低速數據流映射到M根發射天線上，其中，M為發射天線個數，且M＞＝1；所述M根發射天線的數據流經過N×M空間信道達到接收端，所述接收端對接收到的數據流進行解碼處理，其中，N為接收天線個數，且N＞＝1；計算經過所述接收端解碼後的各個數據流上的信噪比；計算多輸入多輸出信道的總信道增益；設置預定門限，將其增益大於或等於所述預定門限的波束用於發射數據流，並將發射的數據流的個數反饋給所述發送端。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在所述通過預編碼 將所述M路低速數據流映射到M根發射天線上的操作中，根 據如下公式進行預編碼揭:作r = HFs + n其中，r是Nxl的接收信號矢量，H是NxM的信道矩陣， F是MxB的最優預編碼矩陣，s是Bxl的發射符號信息， B = ra"A:(/0^min(M，iV)， n是Nxl的^桑聲矢量；其中，formula see original document page 2U和V分別是NxN和MxM的酉矩陣，2是由H的奇異 值義,組成的對角陣。
3. 根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述接收端使用如 下公式對接收到的數據流進行解碼處理，其中G是與F對應 的最優解預編碼矩陣formula see original document page 3其中，A,為信道矩陣H進行奇異值分解得到第i個非零奇異值，其物理意義為第i個數據流對應的子信道的增益，且入^入2^…2入b20, Sj是第i個Bxl的發射符號信息，rij 是第i個Nxl的噪聲矢量，F是耳又V的左B列構成的矩陣，G 是耳又U的左B歹'J。
4. 根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，使用如下公式計算 經過所述接收端解碼後的各個數據流上的信噪比formula see original document page 3其中，^是第i個數據流的發射功率，v'是第i個數據流對應的子信道的噪聲功率譜密度。
5. 根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，使用如下公式計算 多輸入多輸出信道的總信道增益formula see original document page 3其中，各個波束上的增益分別為A。
6. 根據權利要求1所述的方法，其特;f正在於，所述預定門限T 0.1*Q。
7. 根據權利要求1至6中任一項所述的方法，其特徵在於，進-步包括數目的獨立數據流。
8. —種獨立數據流控制裝置，其特徵在於，包括接收模塊，用於接收發送端發送的M ^各數據流，其中， M為發射天線的個ll, JLM>=1;解碼處理模塊，用於對所述接收模塊接收到的數據流進行 i,碼處理，其中，N為4妄收天線個悽t， _ELN>=1;信噪比計算模塊，用於計算經過所述解碼處理模塊解碼後 的各個數據流上的信噪比；信道增益計算模塊，用於計算多輸入多輸出信道的總信道 增益；設置模塊，用於設置預定門限；確定模塊，用於確定用於發射數據流的增益大於或等於所 述預定門限的波束，並將發射的數據流的個數反饋給所述發送端o
9. 根據權利要求8所述的裝置，其特徵在於，所述解碼處理模塊 使用如下公式對接收到的數據流進行解碼處理，=GHFs + n = Us + n;i,為第i個數據流對應的子信道的增益，且^ 2入2 ^入"0, Si是第i個Bxl的發射符號信息，rii是第i個Nxl的噪聲 矢量，F是取V的左B列構成的矩陣，G是取U的左B列。
10. 根據權利要求9所述的裝置，其特徵在於，所述信噪比計算模 塊4吏用如下7>式計算經過所述接收端解碼後的各個#:據流上 的信"喿比formula see original document page 5其中，^是第i個數據流的發射功率，v'是第i個數據流 對應的子信道的噪聲功率譜密度。
11.根據權利要求10所述的裝置，其特徵在於，所述增益計算模 塊使用如下公式計算多輸入多輸出信道的總信道增益其中，各個波束上的增益分別為i。其中，H是NxM的信道矩陣，F是MxB的預編碼矩陣， s是Bxl的發射符號信息，S-，^/^min(M，A0， n是Nxl的 噪聲矢量；其中，F:U和V分別是NxN和MxM的酉頭巨陣，2是由H的奇異 值義,組成的對角陣；formula see original document page 5
12. 根據權利要求8所述的裝置，其特徵在於，所述設置^f莫塊設置 予貞定門卩艮T-0."Q。
全文摘要
本發明公開了一種獨立數據流控制方法，包括發送端將高速數據流解復用為M路低速數據流，並通過預編碼將M路低速數據流映射到M根發射天線上，其中，M為發射天線個數，且M＞＝1；M根發射天線的數據流經過N×M空間信道達到接收端，接收端對接收到的數據流進行解碼處理，其中，N為接收天線個數，且N＞＝1；計算經過接收端解碼後的各個數據流上的信噪比；計算多輸入多輸出信道的總信道增益；設置預定門限，使用其增益大於或等於預定門限的波束髮射數據流，並將發射的數據流的個數反饋給發送端。此外，本發明還公開了一種獨立數據流控制裝置。通過上述技術方案，能夠提高流的傳輸質量，從而提高整個系統的傳輸效果。
文檔編號H04B7/04GK101577573SQ20081009679
公開日2009年11月11日 申請日期2008年5月9日 優先權日2008年5月9日
發明者段亞軍 申請人:中興通訊股份有限公司