CN101069365B

CN101069365B - 发射机、接收机和用于控制多输入多输出系统的方法

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Publication number: CN101069365B
Application number: CN2005800413639A
Authority: CN
Inventors: 李熙秀; 李效陈; 安载泳
Original assignee: Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
Current assignee: Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2005-12-07
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2025-12-07
Also published as: KR20060064501A; US20090252247A1; US7991066B2; JP2008523702A; JP4472757B2; CN101069365A; KR100696208B1

Abstract

提供了一种控制多输入多输出(MIMO)系统的方法。该方法的一个实施例包括以下步骤：在接收机处估计MIMO信道并且使用连续干扰抵消方案检测数据流；在接收机处使用所估计的信道计算S和P，然后将对应于(P₁，P₂，…，P_M-1，SINR_M ^S)的信息反馈给发射机；以及在发射机处使用所反馈的信息确定每个流的传送速率和发送功率。该方法的另一实施例包括以下步骤：在接收机处估计MIMO信道并且使用从天线接收的信号检测数据流；在接收机处使用所估计的信道提取要反馈给发射机的反馈参数，并且将该反馈参数反馈给发射机；以及在发射机处使用所反馈的参数和每个流的数据传送速率来确定要从发射机的流中分配给接收机的流，其中反馈参数是对应于连续干扰抵消顺序和反映连续干扰抵消的每个流的信号对干扰加噪声比(SINR)的信息。

Description

发射机、接收机和用于控制多输入多输出系统的方法

技术领域

本发明涉及一种控制多输入多输出(MIMO)系统的方法、以及可在该系统中使用的发射机和接收机，更具体地，本发明涉及一种控制能够增加其容量的MIMO系统的方法、以及可在该系统中使用的发射机和接收机。

背景技术

在发射机和接收机中使用多个天线的MIMO方案是处于技术的最前沿，其以具有通过增大频率效率和发射/接收分集来提高无线/移动通信系统性能的潜力而闻名。

作为MIMO系统的传统技术，有奇异值分解(SVD)方法。SVD方法允许发射机通过从接收机反馈的完整的信道环境信息的奇异值分解来呈现最大性能。然而，通常，在诸如频分双工(FDD)系统的系统中，接收机应将关于信道矩阵的信息提供给发射机。由于该信息非常多，不能容易地将这样的系统应用到信道随时间变化的环境中。为了解决该问题，研究和开发了只将有限的信道信息反馈给发射机以提高性能的技术。这样的技术包括每天线速率控制(PARC)方法、每流速率控制(PSRC)方法、每单位(unitary)基本流用户速率控制(PU2RC)方法等等。

在这些技术中，PARC方法允许接收机使用连续干扰抵消接收方案以及只反馈关于天线的信号对干扰加噪声比(SINR)的信息，从而能够获得MIMO信道的理论开环信道容量。

尽管PARC方法允许通过每个天线分别发送每个数据流，但是PSRC方法允许使用从接收端反馈的酉矩阵(unitary matrix)对每个数据流进行预编码，并允许发送每个预编码的数据流。PSRC方法允许接收机反馈关于在发送端中要使用能够被用于预编码的多个酉矩阵中的哪一个的信息，使得该发送端能够使用酉矩阵的每个行向量执行预编码并发送每个预编码的数据流。接收机也反馈要被预编码的每个数据流的SINR，发送端利用每个SINR确定每个流的数据传送速率并发送该数据。

与提高发送端和接收端之间的链路性能的PARC和PSRC方法不同，当存在使用多个天线的多个终端时，PU2RC方法通过利用多用户分集来提高性能。当基站发送多个数据流时，PU2RC方法允许使用酉矩阵的每个列向量对每个数据流进行预编码，并发送预编码的数据流，这与PSRC方法相同。与PSRC方法不同的一点是PU2RC方法将每个数据流发送给其他用户。根据PU2RC方法，从每个用户反馈数据流的SINR，并且将数据流分配给具有最佳SINR的用户，从而提高系统性能。

传统的MIMO系统的PARC方法和PSRC方法两者都应一致地保持每个天线或每个数据流的发送功率，从而提供比能够调整发送功率的方法更少的信道容量。所有方法都需要所有天线或数据流具有相同的发送功率。当假定从基站给所有天线或数据流分配相同份额的发送功率时，接收端反馈使用连续干扰抵消方案的情况的SINR。相同的功率甚至被提供给具有最差SINR的天线或数据流。如果提供给特定天线或数据流的功率被减少或移除并被附加地提供给具有更好的SINR的另一天线或数据流，并且增大数据流的发送速率，则可增大数据发送速率的总和。然而，根据所述方法，因为反馈给接收机的SINR信息是在所有天线或数据流具有相同的发送功率的假设下计算的，所以发射机不能任意地改变发送功率。如果发送端改变发送功率，则不能获知每个数据流的接收SINR。

与PARC和PSRC方法相比，PU2RC方法具有在多用户环境下可使用多用户分集来提高性能的优点，但具有不能使用连续干扰抵消方案来抵消数据流之间的干扰的缺点。另一方面，与PU2RC方法相比，PARC和PSRC方法能够使用连续干扰抵消方案来抵消数据流之间的干扰，但是在多用户环境中不能使用多用户分集提高性能。这两类方法的性能基本上取决于系统中的用户数量和信道环境。通常，PU2RC方法在具有很多用户和接近视距(line ofsight，LOS)环境的信道环境中呈现良好的性能。相比之下，PARC方法和PSRC方法在具有相对较少的用户和接近富散射(rich-scattering)环境的信道环境中呈现良好的性能。

发明内容

[技术问题]

本发明的一个目的是提供一种控制能够增加信道容量的MIMO系统的方法、以及能够应用于该系统的发射机和接收机。

本发明的另一目的是提供一种控制MIMO系统的方法、以及能够应用于该系统的发射机和接收机，其中，MIMO系统反馈与在PARC方法和PSRC方法中相同数量的信息，但是能够有效地改变发送功率，以克服PARC方法和PSRC方法的、发送功率对于所有天线或数据流都相同的限制。

本发明的另一目的是提供一种控制MIMO系统的方法、以及能够应用于该系统的发射机和接收机，该MIMO系统克服了传统的PARC方法、PSRC方法和PU2RC方法的、性能取决于用户数量和信道环境的限制，并在任意环境中呈现出比传统方法更好的性能。

[技术方案]

本发明的第一方面提供了一种控制MIMO系统的方法，在所述MIMO系统中，接收机和发射机使用多个天线，所述方法包括以下步骤：在接收机处估计MIMO信道，并且使用连续干扰抵消方案检测数据流；在接收机处使用所估计的MIMO信道计算满足下面的公式1的 S和 P，并且将对应于

[\overset{&OverBar;}{p_{1}}, \overset{&OverBar;}{p_{2}}, \cdot \cdot \cdot, \overset{&OverBar;}{p_{M - 1}}, {SINR}_{M}^{\overset{&OverBar;}{s}}]

的信息反馈给发射机；以及在发射机处确定每个数据流的数据发送速率和发送功率。

公式1

p_{1} + \frac{p_{1}}{{SINR}_{1}^{s}} = p_{2} + \frac{p_{2}}{{SINR}_{2}^{s}} = \cdot \cdot \cdot = p_{M} + \frac{p_{M}}{{SINR}_{M}^{s}}

\underset{1 \leq k \leq M}{Σ} p_{k} = P

在公式1中，s表示连续干扰抵消顺序，p表示每个流的发送功率，SINR_k ^s 表示当流k之前的流的信号被完全去除时流k的SINR，P表示发射机的功率。

本发明的第二方面提供了一种MIMO接收机，包括：码元检测单元和解码单元，用于使用连续干扰抵消方案而从自天线接收的信号恢复多个数据流；多路复用单元，用于多路复用然后输出数据流；信道估计单元，用于基于从天线接收的信号估计MIMO信道信息；以及反馈参数提取单元，用于使用所估计的MIMO信道信息提取要反馈给发射机的参数。反馈参数是对应于

[\overset{&OverBar;}{p_{1}}, \overset{&OverBar;}{p_{2}}, \cdot \cdot \cdot, \overset{&OverBar;}{p_{M - 1}}, {SINR}_{M}^{\overset{&OverBar;}{s}}]

的信息， S和 P是满足上面的公式1的值。

本发明的第三方面提供一种MIMO发射机，包括：解复用单元，用于将高速率用户数据转换为多个低速率数据流；多个编码单元，用于对数据流进行信道编码；多个码元映射器，用于将编码的数据流映射为码元；多个预编码/天线映射单元，用于将码元乘以预编码向量并将相乘后的码元发送到发射天线，或将相乘后的码元经由天线映射发送到天线；以及自适应发送控制单元，用于使用所接收的反馈参数控制每个流的发送功率和数据传送速率。反馈参数是对应于

的信息，

和

是满足上面的公式1的值。

本发明的第四方面提供了一种控制MIMO系统的方法，所述系统包括具有多个天线的发射机以及每个具有多个天线的多个接收机，其中，通过在从发射机发送的多个流中分配给每个用户的流来发送要发送给每个接收机的每个用户数据，所述方法包括以下步骤：在接收机处估计MIMO信道，并且使用从天线接收的信号来检测数据流；在接收机处使用所估计的信道来提取要反馈给发射机的反馈参数，并将所述参数反馈给发射机；以及在发射机处使用所反馈的参数和每个流的数据传送速率来确定要从发射机的流中分配给接收机的流，其中，所述反馈参数是对应于连续干扰抵消顺序和反映连续干扰抵消的每个流的SINR的信息。

本发明的第五方面提供了一种在MIMO系统中使用的MIMO接收机，所述MIMO系统包括具有多个天线的发射机和每个具有多个天线的多个接收机，其中，通过在从发射机发送的多个流中分配给每个用户的流来发送要发送给每个接收机的每个用户数据，所述MIMO接收机包括：码元检测单元和解码单元，用于使用连续干扰抵消方案而从自天线接收的信号恢复多个数据流；多路复用单元，用于多路复用并输出在所述数据流中分配给接收机的数据流；信道估计单元，用于基于从天线接收的信号估计MIMO信道信息；以及反馈参数提取单元，用于使用所估计的MIMO信道信息提取要反馈给发射机的参数，所述参数是连续干扰抵消顺序和反映连续干扰抵消的每个流的SINR。

本发明的第六方面提供一种MIMO发射机，其包括：用户选择单元，用于将多个输入用户数据分配给每个流(这里，可将多个流分配给一个用户，在这种情况下用户的数据被解复用为多个低速率数据，每个低速率数据被分配给一个流)；多个编码单元，用于对从用户选择单元输出的多个数据流进行信道编码；多个码元映射器，用于将编码的数据流映射为码元；多个预编码/天线映射单元，用于将码元乘以预编码向量，并将每个相乘后的向量信号发送到发射天线，或者只经由天线映射将每个码元发送到天线；以及自适应发送控制单元，用于使用所接收的反馈参数来确定将输入用户数据分配给哪些流以及每个流的数据传送速率，所述反馈参数是连续干扰抵消顺序和反映连续干扰抵消的每个流的SINR。

[有利效果]

根据本发明的控制MIMO系统的方法、以及可在该系统中使用的发射机和接收机具有增加的信道容量的优点。

根据本发明的控制MIMO系统的方法、以及可在该系统中使用的发射机和接收机具有使得能够以与PARC系统、PSRC系统等相同数量的反馈信息而有效地改变发送功率的额外优点。

根据本发明的控制MIMO系统的方法、以及可在该系统中使用的发射机和接收机还具有克服诸如PU2RC、PARC以及PSRC的传统方法的局限性、因而在任意环境中呈现较好性能的优点。

附图说明

图1是图示根据本发明第一示例实施例的MIMO系统的框图；

图2是图示根据本发明第二示例实施例的MIMO系统的框图；以及

图3是证明根据本发明第二示例实施例的MIMO系统的提高的性能的实验结果的曲线图。

具体实施方式

在下文中，将详细描述本发明的示例实施例。然而，本发明并不限于下面公开的示例实施例，而是能够以各种类型实施。因此，本示例实施例是为了完整地公开本发明以及向本领域普通技术人员充分告知本发明的范围而提供的。

图1是图示根据本发明第一示例实施例的多输入多输出(MIMO)系统的框图。参照图1，该MIMO系统包括发射机110和接收机120。发射机110包括解复用单元111、多个信道编码单元112、多个码元(symbol)映射器113、多个预编码/天线映射单元114、以及自适应发送控制单元115。接收机120包括码元检测单元121、解码单元122、多路复用单元123、信道估计单元124、以及反馈参数提取单元125。

高速率用户数据经过解复用单元111，并被分为多个低速率数据流。这些数据流经过信道编码单元112并被编码。编码的数据流经过码元映射器113，并被码元化(symbolize)。所得到的码元在预编码/天线映射单元114处被乘以对应于每个流的预编码向量并被发送到发射天线，或者只经由天线映射而被发送到发射天线。对应于每个流的预编码向量可以是特定的固定向量或可以在从接收机反馈的预编码向量的基础上根据自适应发送控制单元115的命令而变化。

在接收机120中，通过天线接收向量信号，并由码元检测单元121通过预定顺序来检测该向量信号。第一检测的信号经过解码单元122，并被解码为原始信息，所述原始信息随后在多路复用单元123处被多路复用。由解码单元122解码的信号被编码回从原始发送端发送的信号。将该信号乘以MIMO信道，并且从所接收的信号中减去该结果。从而，第一检测的信号完全不与其它剩余的数据流相干扰。这是一般的连续干扰抵消接收方案。在本发明中，假定在接收机120处使用这样的连续干扰抵消接收方案。此外，在本发明中，假定接收机120能够使用信道估计单元124估计MIMO信道。所估计的信道被输入到码元检测单元121中，并被用于检测每个数据流。

此外，信道估计单元124估计MIMO信道矩阵，并且，将MIMO信道矩阵输入到处理关于要发送给发射机110的所估计的MIMO信道矩阵的信息的反馈参数提取单元125。反馈参数提取单元125提取的信息被反馈给发射机110。基于从反馈参数提取单元125获得的信息，自适应发送控制单元115确定如何发送每个数据流，并且相应地控制信道编码单元112、码元映射器113、以及预编码/天线映射单元114。

图1所示的发射机110和接收机120与采用每天线速率控制(PARC)方法和每流速率控制(PSRC)方法的发射机和接收机在结构上相似。然而，在图1所示的发射机110和接收机120中，从接收机120反馈给发射机110的信息与根据PARC方法和PSRC方法的、从接收机反馈给发射机的每个流的信号对干扰加噪声比(SINR)不同，因而反馈参数提取单元125和自适应发送控制单元115执行不同的操作。此外，图1所示的发射机110不仅能够改变数据发送速率，还能够改变发送功率，使得预编码/天线映射单元114可具有不同的结构。换言之，预编码/天线映射单元114能够根据自适应发送控制单元115的控制来控制流的信号输出的发送功率。预编码/天线映射单元114调整预编码向量的大小，以控制每个流的信号输出的发送功率。第一示例实施例的反馈参数提取单元125和自适应发送控制单元115如下操作。首先，接收机120的信道估计单元124估计MIMO信道。这里，如果用H表示所估计的信道的矩阵，则H的第j列第i行处的元素的值H_ij为第j发射天线和第i接收天线之间的信道值。此外，将H_j视为MIMO信道矩阵的第j列向量。

通常，当利用酉矩阵U的向量对一个数据流进行预编码时，通过许多天线发送该数据流的向量信号。然而，假定MIMO信道矩阵为HU，其也可以被认为是通过一个天线来发送一个数据流。因此，方便起见，在下文中将假定只通过一个天线发送一个数据流。

下面，M表示发射天线的数目，N表示接收天线的数目，p_k表示第k天线数据流的发送功率。当S表示集合{1，2，？，M}和s？S的置换(permutation)的集合时，s_k是s的第k个元素。当在解码单元122的连续干扰抵消处理期间以s的顺序将天线数据流解码时，用于第s_k个数据流的接收信号y_k由公式2给出：

公式2

y_{k} = \sqrt{p_{s_{k}}} H_{k} x_{k} + \underset{k \leq t \leq M}{Σ} \sqrt{p_{s_{t}}} H_{s_{t}} x_{s_{t}} + n

这里，x_k是第k天线流的发送信号，n是噪声向量。

信号的SINR根据接收算法变化。例如，当最小均方误差(MMSE)算法被用作接收算法时，天线发送功率向量为p＝{p_k}，最佳MMSE加权向量为w(p)，接收SINR由公式3给出：

公式3

{SINR}_{s_{k}}^{MMSE} (p) = \frac{{p_{s_{k}} | w * (p) H_{k} |}^{2}}{\underset{k \leq t \leq M}{Σ} p_{s_{t}} {| w * (p) H_{s_{t}} |}^{2} + {| w * (p) n |}^{2}}

为了使最佳理论信道容量最大化，常规地计算公式4的解：

公式4

\max_{s, p} \underset{1 \leq k \leq M}{Σ} \log_{2} (1 + {SINR}_{s_{k}} (p))

s.t.1^tp≤P

这里，P是发射机的最大发送功率。

每个天线的置换s和发送功率p解决上面的优化问题，并允许获得最大信道容量。反馈参数提取单元125解决上面的优化问题，并将所述解的p和每个天线的SINR反馈给发射机110。发射机110的自适应发送控制单元115 在以这种方式接收的信息的基础上控制每个天线的功率和传送速率。反馈的发送功率值被用于发送功率，并且以与反馈的SINR匹配并且满足所需PER的数据传送速率来发送数据。该方法优化发送功率，以根据每个SINR的传送速率发送数据，从而保证比PARC方法、PSRC方法等更高的信道容量。然而，与传统的PARC方法和PSRC方法相比，根据这一方法反馈两倍数量的信息。

然而，图1所示的MIMO系统具有与PARC系统或PSRC系统相同数量的反馈信息，但是使用根据天线流改变发送功率的方法，从而提高性能。通常，当存在其噪声功率由δ₁ ²，δ₂ ²，…，δ_M ²给出的多个正交信道时，注水(water-filling)法是已知的功率分配方法，其使信道容量的总和尽可能地大。这里，根据充水法的最优解由公式5给出：

公式5

δ_{1}^{2} + p_{1} = δ_{2}^{2} + p_{2} = \cdot \cdot \cdot = δ_{M}^{2} + p_{M} = Ω

如果

Ω < δ_{q}^{2},

p_q＝0

\underset{1 \leq k \leq M}{Σ} p_{k} = P

当噪声电平(level)和磁信号电平的总和是固定的、并且噪声电平大于该总和时，不分配功率。然而，这是对于不相互干扰的正交信道的解。当接收机使用连续干扰抵消方案时，经过接收机的数据流不是完全正交的。即，当使用连续干扰抵消方案时，虽然较早被解码的流不干扰稍后被解码的流，但是稍后被解码的流的信号干扰较早被解码的流的信号。因此，经过接收机的数据流不是完全正交的，但是具有正交特性。因而，当如公式5所示分配功率时，可提高性能。

当s表示连续干扰抵消顺序(order)(解码顺序)、向量p表示分配给每个天线(数据流)的功率、在天线k之前的流的信号被完全去除、并且SINR_k ^s表示天线k的SINR时，作为满足公式6的p来分配功率：

公式6

p_{1} + \frac{p_{1}}{{SINR}_{1}^{s}} = p_{2} + \frac{p_{2}}{{SINR}_{2}^{s}} = \cdot \cdot \cdot = p_{M} + \frac{p_{M}}{{SINR}_{M}^{s}}

\underset{1 \leq k \leq M}{Σ} p_{k} = P

在计算了满足该公式的 S和 P之后，反馈参数提取单元125将公式7的信息发送到发射机110：

公式7

[\overset{&OverBar;}{p_{1}}, \overset{&OverBar;}{p_{2}}, \cdot \cdot \cdot, \overset{&OverBar;}{p_{M - 1}}, {SINR}_{M}^{\overset{&OverBar;}{s}}]

接收机110的自适应发送控制单元115接收上面的信道信息，将反馈的值用作第1个到第(M-1)个天线数据流的发送功率，并通过公式8计算第M个天线的发送功率：

公式8

P - \underset{1 \leq k \leq M - 1}{Σ} p_{k}

通过公式9计算第1个到第(M-1)个天线数据流的SINR：

公式9

{SINR}_{J}^{\overset{&OverBar;}{s}} = \frac{p_{J} {SINR}_{M}^{\overset{&OverBar;}{s}}}{(p_{M} - p_{J}) {SINR}_{M}^{\overset{&OverBar;}{s}} + p_{M}}

使用天线流的SINR确定每个数据流的数据传送速率。

根据上面提供的方法，只反馈

[\overset{&OverBar;}{p_{1}}, \overset{&OverBar;}{p_{2}}, \cdot \cdot \cdot, \overset{&OverBar;}{p_{M - 1}}, {SINR}_{M}^{\overset{&OverBar;}{s}}]

的M个数目的数据。这是根据PARC方法和PSRC方法反馈的相同数量的反馈信息。利用该相同数量的反馈信息，不仅可以控制每个流的传送速率，还可以控制发送功率，以提高数据传送速率。

在上述本发明第一示例实施例提供一种用于在一个给定的发送/接收链路中提高性能的方法的同时，本发明的第二示例实施例提供一种用于当多个用户具有多个天线时提高性能的方法。如在上面在背景技术的讨论中简要提及的那样，每单位基本流用户速率控制(PU2RC)方法允许在多用户MIMO环境中将合适的流分配给每个用户。根据PU2RC方法，每个流被乘以对应于该流的预编码向量并被通过多个天线发送。

根据PU2RC方法，利用单位向量(unitary vector)对每个数据流进行预编码，然后将其分配给每个用户。该方法使用多用户分集提高系统性能。然而，与PARC方法或PSRC方法相比，PU2RC方法具有不能消除流间干扰的缺点。根据本发明第二示例实施例的方法实现多用户分集，并通过连续干扰抵消方案消除了干扰。

图2是图示根据本发明第二示例实施例的MIMO系统的图。参照图2，该MIMO系统包括发射机210和接收机220。发射机210包括用户选择单元211、多个信道编码单元212、多个码元映射器213、多个预编码/天线映射单元214、以及自适应发送控制单元215。接收机220包括码元检测单元221、解码单元222、多路复用单元223、信道估计单元224、以及反馈参数提取单元225。

图2所示的发射机210和接收机220在结构上和操作上与图1所示的发射机110和接收机120在下至它们的大多数组成单元的级别上相似。然而，由于连续干扰抵消顺序(解码顺序)和反映连续干扰抵消的流的SINR被反馈给发射机210，因此反馈参数提取单元225和自适应发送控制单元215与图1所示的反馈参数提取单元125和自适应发送控制单元115不同地操作。此外，图2所示的MIMO系统将所述流分配给许多用户，因而包括在自适应发送控制单元215的控制下将用户数据分配给每个流的用户选择单元211。例如，当在基站处有四个天线以及三个用户时，流1可被分配给用户1，天线2和天线3(即流2和流3)可被分配给用户2，流4可被分配给用户3。当像该示例的用户2一样将多个流分配给一个用户时，用户选择单元211将用户2的数据分为两个并行低速率数据，并将每个数据分配给一个流。具体地说，将这两个并行低速率数据中的一个分配给流2，而将另一个分配给流3。

图2所示的发射机210和接收机220的操作与PU2RC方法之间的最大差异是图2所示的发射机210和接收机220反馈连续干扰抵消顺序(解码顺序)和反映连续干扰抵消的SINR。相比之下，根据PU2RC方法，不反馈解码顺序，并且反馈不反映连续干扰抵消的SINR。

通过下面所述的方法，可确定连续干扰抵消顺序，并且可计算根据所述顺序的SINR。然而，本发明不限于下面所述的方法/算法。

接收机220的信道估计单元224估计MIMO信道。然后，为每个流计算其它流的干扰没有被消除的情况的SINR。选择具有所计算的SINR中的最大SINR的流。这里，所选择的流可被表示为s1，并且其SINR可被表示为SINR(s1)。随后，当假定从数据流s1产生的信号的干扰被完全消除时，计算其它流的SINR。选择具有所计算的SINR中的最大SINR的流。这里，所选择的流可被表示为s2，并且其SINR可被表示为SINR(s2)。随后，当假定从数据流s1和s2产生的信号的干扰被完全消除时，计算其它流的SINR。选择具有所计算的SINR中的最大SINR的流。这里，所选择的流可被表示为s3，并且其SINR可被表示为SINR(s3)。重复执行此过程，直到选择了所有流或者达到了预定的最大重复数目T(T≤M)为止。随后，反馈参数提取单元225向基站发射机210反馈s1、s2、…、sT的解码顺序(连续干扰抵消顺序)以及每个流的反映连续干扰抵消的SINR(s1)、SINR(s2)、…、SINR(sT)的SINR。

基站发射机210使用从所有用户反馈的上述信息而在以下两个条件下将每个数据流分配给用户：

条件1：相同的数据流不能被分配给多于一个用户。

条件2：为了将流i分配给用户k，来自用户k的所反馈的连续干扰抵消顺序(解码顺序)中的流i前面的流必须被分配给用户k。

每个流在满足上面的条件时被分配给用户。这里，基站发射机210以使该系统性能最大这样的方式来分配流。

例如，如果系统包括三个用户并且基站的发送流的最大数目是4，则从每个用户反馈的解码顺序(干扰抵消顺序)如下：

用户1：3，1，4，2

用户2：2，3，1，4

用户3：4，2，1，3

当将流2和流3分配给用户2时，可将流4分配给用户3。然而，由于必须将流3预先分配给用户1以便将流1分配给用户1，因此不能将剩余的流1分配给用户1。

另一方面，当将流3和流1分配给用户1时，可以将流2分配给用户2。此外，可以将流4分配给用户3，因为该分配满足上面的条件1和条件2。

当将特定流分配给用户时，基于所反馈的SINR确定所述流的数据发送速率。

图3是证明根据本发明第二示例实施例的MIMO系统的提高的性能的实验结果的曲线图。在图3中，x轴表示用户数量，y轴表示以每个频率(Hz)的发送速率(比特每秒(BPS))为单位测量的信道容量。在信噪比(SNR)为10并且发射机和接收机每个具有4个天线的条件下进行该仿真实验。

作为该仿真实验的结果，当有少量用户时，PARC系统呈现出比PU2RC系统更大的容量，因而优于PU2RC系统。另一方面，当有大量用户时，PU2RC系统呈现出比PARC系统更大的容量，因而优于PARC系统。此外，根据本发明第二示例实施例的MIMO系统发明2呈现出至少与PARC系统和PU2RC系统之间的较大容量一样大的容量，而与用户数量无关。因此，从仿真实验的结果可以看到：根据本发明第二示例实施例的MIMO系统发明2优于PARC系统和PU2RC系统。

Claims

1.一种控制多输入多输出(MIMO)系统的方法，所述MIMO系统包括使用多个天线的发射机和接收机，所述方法包括以下步骤：

在接收机处估计MIMO信道，并且使用连续干扰抵消方案来检测数据流；

在接收机处使用所估计的信道来计算满足下面给出的公式的s和P，然后将对应于

的信息反馈给发射机，

p_{1} + \frac{p_{1}}{{SINR}_{1}^{s}} = p_{2} + \frac{p_{2}}{{SINR}_{2}^{s}} = \cdot \cdot \cdot = p_{M} + \frac{p_{M}}{{SINR}_{M}^{s}}

\underset{1 \leq k \leq M}{Σ} p_{k} = P

其中s表示连续干扰抵消顺序，p表示每个流的发送功率，

表示当在流k之前的流的信号被完全去除时流k的信号对干扰加噪声比(SINR)，P表示发射机的功率；以及

在发射机处使用所反馈的信息来确定每个流的数据发送速率和发送功率

其中，在确定每个流的发送功率的步骤中，第1个到第M-1个流的发送功率被分配为[p₁，p₂，…，p_M-1]，第M个流的发送功率被分配为

其中，在确定每个流的数据发送速率的步骤中，通过以下公式计算第1个到第M-1个流的SINR：

{SINR}_{j}^{s} = \frac{p_{j} {SINR}_{M}^{s}}{(p_{M} - p_{j}) {SINR}_{M}^{s} + p_{M}},

以及

使用每个数据流的SINR来确定每个数据流的数据传送速率。

2.一种多输入多输出(MIMO)接收机，包括：

码元检测单元和解码单元，用于使用连续干扰抵消方案来从自天线接收到的信号恢复多个数据流；

多路复用单元，用于多路复用并输出所述数据流；

信道估计单元，用于基于从天线接收的信号估计MIMO信道信息；以及

反馈参数提取单元，用于使用所估计的MIMO信道信息提取要反馈给发射机的参数，

其中，所述反馈参数是对应于的信息，

表示当流k之前的流的信号被完全去除时流k的信号对干扰加噪声比(SINR)，s和P是满足以下公式的值：

p_{1} + \frac{p_{1}}{{SINR}_{1}^{s}} = p_{2} + \frac{p_{2}}{{SINR}_{2}^{s}} = \cdot \cdot \cdot = p_{M} + \frac{p_{M}}{{SINR}_{M}^{s}}

\underset{1 \leq k \leq M}{Σ} p_{k} = P

其中s表示连续干扰抵消顺序，p表示每个流的发送功率，P表示发射机的功率。

3.一种多输入多输出(MIMO)发射机，包括：

解复用单元，用于将高速率用户数据转换为多个低速率数据流；

多个信道编码单元，用于对所述数据流进行信道编码；

多个码元映射器，用于将编码的数据流映射为码元；

多个预编码/天线映射单元，用于将所述码元乘以预编码向量，并将相乘后的向量信号发送给发射天线，或将所述码元经由天线映射发送给所述天线；以及

自适应发送控制单元，用于使用所接收的反馈参数来控制每个流的发送功率和数据发送速率，

其中，所述反馈参数是对应于

的信息，

表示当流k之前的流的信号被完全去除时流k的信号对干扰加噪声比(SINR)，s和P是满足下面的公式的值：

p_{1} + \frac{p_{1}}{{SINR}_{1}^{s}} = p_{2} + \frac{p_{2}}{{SINR}_{2}^{s}} = \cdot \cdot \cdot = p_{M} + \frac{p_{M}}{{SINR}_{M}^{s}}

\underset{1 \leq k \leq M}{Σ} p_{k} = P

其中s表示连续干扰抵消顺序，p表示每个流的发送功率，P表示发射机的功率，

其中，当所述自适应发送控制单元确定每个流的发送功率时，第1个到第M-1个流的发送功率被分配为[p₁，p₂，…，p_M-1]，第M个天线的发送功率被分

自适应发送控制单元通过以下公式计算第1个到第(M-1)个流的SINR：

{SINR}_{j}^{s} = \frac{p_{j} {SINR}_{M}^{s}}{(p_{M} - p_{j}) {SINR}_{M}^{s} + p_{M}},

以及

使用所述流的SINR确定每个流的数据传送速率。

4.如权利要求3所述的MIMO发射机，其中，所述自适应发送控制单元通过控制信道编码单元和码元映射器来控制每个流的数据发送速率，并通过控制预编码/天线映射单元来控制每个流的发送功率。

5.一种控制多输入多输出(MIMO)系统的方法，所述系统包括具有多个天线的发射机以及每个具有多个天线的多个接收机，其中，通过从自发射机发送的多个流中分配给每个用户的流来发送要发送给每个接收机的每个用户数据，所述方法包括以下步骤：

在接收机处估计MIMO信道，并且使用从天线接收的信号来检测数据流；

在接收机处使用所估计的信道来提取要反馈给发射机的反馈参数，并将所述反馈参数反馈给发射机；以及

在发射机处使用所反馈的参数和每个流的数据发送速率，来确定要从发射机的流中分配给接收机的流，

其中，所述反馈参数是对应于连续干扰抵消顺序和反映连续干扰抵消的每个流的信号对干扰加噪声比(SINR)的信息。

6.如权利要求5所述的方法，其中，在接收机处提取和反馈所述反馈参数的步骤包括以下步骤：

在接收机处使用所估计的信道将预编码向量加到要反馈给发射机的反馈参数中；以及

提取对应于使用所述预编码向量的情况的连续干扰抵消顺序以及反映连续干扰抵消的每个流的SINR的信息，并且将所述信息反馈给发射机。

7.如权利要求5所述的方法，其中，在接收机处提取和反馈所述反馈参数的步骤包括以下步骤：

计算当其它流的干扰没有被消除时发射机的每个流的SINR；

选择具有所计算的SINR中的最大SINR的发射机的流，并且存储所选择的流的流编号和SINR；

计算当从在前一步骤中选择的流产生的信号的干扰被消除时剩余的流的SINR；

选择具有所计算的SINR中的最大SINR的流，并且存储所选择的流的流编号和SINR；

对于每个流或预定数目的流重复前面的两个步骤；以及

将连续存储的所选择的流的流编号和SINR作为反馈参数反馈给发射机，

其中，所述反馈参数是作为所述连续存储的所选择流的流编号的连续干扰抵消顺序和反映连续干扰抵消的每个流的SINR。

8.如权利要求5所述的方法，其中，在发射机处确定要分配给接收机的流和每个流的数据传送速率的步骤中，在以下条件下将流分配给接收机：一个流不能被分配给多于一个接收机，并且从接收机k反馈的连续干扰抵消顺序中的流i之前的流应被分配给接收机k，以便将流i分配给接收机k。

9.如权利要求8所述的方法，其中，在发射机处确定要分配给接收机的流和每个流的数据传送速率的步骤中，分配所述流以便在满足所述条件的同时使得系统性能最大化。

10.如权利要求8所述的方法，其中，在发射机处确定要分配给接收机的流和每个流的数据传送速率的步骤中，当将流分配给接收机时，基于所反馈的SINR确定所述流的数据传送速率。

11.一种在多输入多输出(MIMO)系统中使用的MIMO接收机，所述MIMO系统包括具有多个天线的发射机和每个具有多个天线的多个接收机，其中，通过从自发射机发送的多个流中分配给每个用户的流来发送要发送给每个接收机的每个用户数据，所述MIMO接收机包括：

码元检测单元和解码单元，用于使用连续干扰抵消方案而从自天线接收的信号向量恢复多个数据流；

多路复用单元，用于多路复用并输出从所述数据流中分配给接收机的数据流；

反馈参数提取单元，用于使用所估计的MIMO信道信息提取要反馈的参数，所述参数是连续干扰抵消顺序和反映连续干扰抵消的每个流的信号对干扰加噪声比(SINR)。

12.一种在多输入多输出(MIMO)系统中使用的MIMO接收机，所述MIMO系统包括具有多个天线的发射机和每个具有多个天线的多个接收机，其中，通过从发射机的多个流中分配给每个用户的流来发送要发送给每个接收机的每个用户数据，所述MIMO接收机包括：

反馈参数提取单元，用于使用所估计的MIMO信道信息来提取连续干扰抵消顺序以及反映连续干扰抵消的每个流的信号对干扰加噪声比(SINR)。

13.一种多输入多输出(MIMO)发射机，包括：

用户选择单元，用于将多个输入用户数据分配给流；

多个信道编码单元，用于对从用户选择单元输出的多个数据流进行信道编码；

多个码元映射器，用于将编码的数据流映射为码元；

多个预编码/天线映射单元，用于将所述码元乘以从接收机反馈的预编码向量，并将相乘后的向量信号发送到发射天线，或者当没有从接收机反馈所述预编码向量时将所述流乘以预定的预编码向量，并将相乘后的向量信号发送到发射天线；以及

自适应发送控制单元，用于使用所接收的反馈参数和每个流的数据传送速率来确定将输入用户数据分配给哪些流，所述反馈参数是连续干扰抵消顺序和反映连续干扰抵消的每个流的信号对干扰加噪声比(SINR)。

14.如权利要求13所述的MIMO发射机，其中，所述自适应发送控制单元通过控制用户选择单元来控制将输入用户数据分配给发射机的哪些流，并且通过控制信道编码单元和码元映射器来控制每个天线的数据传送速率。