CN101132212A - 一种链路自适应方法 - Google Patents

Abstract

一种链路自适应方法，从阵列天线各个独立通道读取该天线对应的信道冲击响应；计算阵列天线各个独立通道信道冲击响应的首径幅度；计算阵列天线各个独立通道信道冲击响应的时延扩展；根据阵列天线各个独立通道冲击响应的首径幅度和时延扩展选择工作模式；根据终端上报/基站测量的发射功率比例、基站测量的终端发射的上行信号信干比/终端测量的接收到的信号的信干比，选择自适应调制编码方式。本发明所述方法使得多天线基站装置和单天线终端装置之间的通信链路可以根据信道环境的变化来选择最优的工作模式和调制方式，显著提高了系统的频谱效率，易于在现有系统中实现。

Description

一种链路自适应方法

技术领域：

本发明属于无线通信领域，涉及采用阵列天线的系统中自适应选择最佳工作模式(波束成形模式、空间分集)以及高阶调制的方法。

背景技术：

阵列天线和自适应调制编码的结合可以灵活高效地实现高速无线分组传输。目前的TD-SCDMA系统是采用智能天线的系统，把智能天线从单一的波束成形模式推广到波束成形与空间分集相结合的自适应模式，并在此基础上引入自适应调制编码方法，将显著提高TD-SCDMA系统的高速下行传输HSDPA(High-Speed Downlink Packet Access)和高速上行传输HSUPA(High-Speed Uplink Packet Access)的传输速率和频谱效率。

目前出现的链路自适应技术主要来源于多输入多输出系统(MIMO)系统的研究。多输入多输出系统(MIMO)有多种工作模式，如空间复用模式、空间分集模式和波束成形模式。信道衰落的空间相关性(同一个天线阵列中不同天线间的互相关性)、信道衰落的深度(信噪比)和信道衰落的时变速率是决定多输入多输出系统最佳工作模式的基本因素。一般地，为了使MIMO系统能实现多天线系统频谱效率最大化，需要自适应地从若干可能的工作模式中挑选一个与之相匹配的工作模式，如，空间相关性很强时采用波束成形模式；信道变化速度极快且/或信干比很低时，采用空间分集分集模式；当信干比较高且相关性较低且信道变化表示很快时，采用空间复用模式。

现有技术中和自适应多模式MIMO系统构建有关的方法如下：

1、高通的美国专利申请(申请号为20030161282)“具有多发射模式的MIMO系统”(Multiple-input，multiple-output(MIMO)systems withmultiple transmission modes)，采用如下基本步骤来确定MIMO系统的工作模式：1)获取信道冲击响应的奇异值分解和信干比；2)根据信道冲击响应奇异值分解的结果和信干比的大小(与若干个门限比较)来确定波束成形、空间复用中的一种工作模式。该专利申请把MIMO系统的空间复用做了进一步的细分，如，分为利用全部信道信息的MIMO和利用部分信道信息的MIMO。

2、美国专利申请20020122383，专利申请名称为“OFDM的时间分集和空间分集”(Adaptive time diversity and spatial diversity for OFDM)，讨论了MIMO+OFDM系统中时间分集与空间分集的一种切换方法。该方法的基本步骤是：1)系统启动后先按照时间分集或空间分集之一种进行工作，接收机在相应的工作模式下进行信道估计(对OFDM各个子信道)获取信道冲击响应矩阵并解码分组数据；2)接收机对信道冲击响应矩阵进行特征值分解；3)控制器根据3个基本准则(只有一个准则是从特征值分解中获取)确定是工作在时间分集还是工作在空间分集模式；4)接收机把确定的工作模式反馈到发射端，用于确定下一轮的发射模式。本发明所述的空间分集包括了空间复用。

上述现有技术共同的缺点是把奇异值分解或特征值分解作为信道切换的一个基本处理方法，而奇异值分解或特征值分解是运算量很大的处理，虽然奇异值分解，能够提供准确的信道切换信息，但是，一味地使用奇异值分解或特征值分解是对运算资源的浪费，因为在一些信道条件下无需奇异值分解或特征值分解就可以确定信道的工作模式。其次是现有算法无法识别室内信道和室外信道，也没有提供高阶调制所需要的信道判别方法。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的问题，提出一种运算量不大的自适应方法。

本发明所述的一种链路自适应方法，包括以下步骤

第1步，从阵列天线各个独立通道读取该天线对应的信道冲击响应；

第2步，计算阵列天线各个独立通道信道冲击响应的首径幅度；

第3步，计算阵列天线各个独立通道信道冲击响应的时延扩展；

第4步，根据阵列天线各个独立通道冲击响应的首径幅度和时延扩展选择工作模式；

第5步，根据终端上报/基站测量的发射功率比例、基站测量的终端发射的上行信号信干比/终端测量的接收到的信号的信干比，选择自适应调制编码方式。

所述第4步选择工作模式的方法为：

ρ＝σ/μ小于预设门限时，阵列天线采用波束成形模式，否则，采用空间分级模式；其中，

μ＝(A1_1+A1_2+...+A1_N)/N

σ＝{[(A1_1-μ)2+(A1_2-μ)2+...+(A1_N-μ)2]/N}^0.5

A_1～A_N是N来自N个天线的首径的幅度；N是独立天线或独立通道个数。

所述第4步选择工作模式的方法也可以是：以下两个条件同时成立时，阵列天线采用波束成形模式，否则，采用空间分级模式：

(1)RMS_mean小于预设门限；(2)ρ＝σ/μ小于预设门限；

其中，

RMS_mean＝(∑RMS_i)/N

μ＝(A1_1+A1_2+...+A1_N)/N

σ＝{[(A1_1-μ)2+(A1_2-μ)2+...+(A1_N-μ)2]/N}^0.5

RMS_i(i＝1～N)是来自N个天线的信道冲击响应H_i的均方根时延扩展，

A_1～A_N是N来自N个天线的首径的幅度；N是独立天线或独立通道个数。

所述第5步选择自适应调制编码方式的方法为：

(1)在上行传输时：基站首先获取终端上报的发射功率比例η，或者是根据终端上报的发射功率，以及终端的最大发射功率来求取η；基站测量至终端发射的上行信号的信干比SIR_measure；

当SIR_measure/η大于预定高阶调制门限TH_16时，采用16QAM调制；当SIR_measure/η大于预定高阶调制门限TH_64时，就采用64QAM调制；

(2)在下行传输时：基站获取基站测量到的发射功率的比例η；终端测量的其接收到的信号的信干比SIR_UE；

当SIR_measure/η大于预定高阶调制门限TH_16时，就采用16QAM调制；当SIR_measure/η大于预定高阶调制门限TH_64时，就采用64QAM调制。

本发明所述方法使得多天线基站装置和单天线终端装置之间的通信链路可以根据信道环境的变化来选择最优的工作模式和调制方式，显著提高了系统的频谱效率，易于在现有系统中实现。

附图说明：

图1是本发明的流程图。

具体实施方式

本发明适用的场合是由至少一个多天线的基站或者接入点和至少一个单天线的终端或者无线数据发送装置构成的系统，这个系统可以是室内系统，也可以是室外系统。这里所述的多天线的基站是TDD模式的基站，也适用于FDD基站；这里所述的终端可以是便携移动终端，也可以是固定安装的终端或者无线数据发送装置。

图1为本发明的流程，包括以下步骤。

第1步101，从阵列天线各个独立通道读取该天线对应的信道冲击响应；

阵列天线基带处理单元读取终端发射信号在各个独立天线上产生的信道冲击响应，这些冲击响应可以是来自终端发送的上行接入信号，如TD-SCDMA的UpPTS时隙内终端发送的上行同步信号，也可以是专用信道时隙内传送的中间码。为了进一步提高信干比，基带处理单元可以对这些独立天线上产生的信道冲击响应分别进行相干累加，或者在相干累加的基础上再进行非相干累加；

第2步102，计算阵列天线各个独立通道信道冲击响应的首径的幅度；

阵列天线基带处理单元对来自N个天线的信道冲击响应分别进行径判决和首径识别，对识别出的N个首径P1_i(i＝1～N)，计算其幅度A1_i(i＝1～N)；

第3步103，计算计算阵列天线各个独立通道信道冲击响应的时延扩展；

分别计算N个冲击响应的均方根时延扩展RMS(root mean square)，S_i(i＝1～N)。

第4步104，利用阵列天线各个独立通道信道冲击响应的首径和时延扩展进行工作模式(波束成形或空间分集)的选择；

(1)计算μ＝(A1_1+A1_2+...+A1_N)/N

式中：μ是均值；A_1～A_N是N来自N个天线的首径的幅度；N是独立天线(或独立通道)个数。

(2)计算σ＝{[(A1_1-μ)2+(A1_2-μ)2+...+(A1_N-μ)2]/N}^0.5

式中：σ是标准差；

(3)计算ρ＝σ/μ

式中：ρ表示样本序列的交流成分与直流成分之比。

(4)计算来自N个天线的信道冲击响应H_i的均方根时延扩展RMS_i(i＝1～N)，计算方法是，求取H_i功率时延分布的二阶矩的平方根，然后对RMS_i求平均：RMS_ mean＝(∑RMS_i)/N

在上述基础上，选择天线工作模式的方法可以有以下两种：

A、ρ小于预设门限TH_fade，阵列天线采用波束成形模式；否则，采用空间分级模式。预设门限TH_fade的取值为大于零的小数，典型取值是0.1。

另一种确定工作在波束成形模式的的判断方法是：在如下两个条件同时成立时，阵列天线采用波束成形模式工作：

(1)RMS_mean小于预设门限TH_rms；(2)ρ小于预设门限TH_fade。

预设门限TH_rms的取值为大于零的实数，典型取值是2微秒；预设门限TH_fade的取值为大于零的小数，典型取值是0.3。

当上述两个条件不能同时满足时，阵列天线采用空间分级模式工作；

第5步105，进行自适应调制编码方式的判决。

分为两种情形，第一种是上行传输，一种是下行传输。

在上行传输时，基站首先获取：

(1)终端上报的发射功率比例(发射功率和最大额定功率之比)η，或者是根据终端上报的UE transmitted power，以及终端的最大发射功率来求取η；

(2)和基站测量的终端发射的上行信号的信干比SIR_measure。

目标SIR_target＝SIR_measure/η

当SIR_target大于预定高阶调制门限TH_16时，就采用16QAM调制。

当SIR_target大于预定高阶调制门限TH_64时，就采用64QAM调制。

TH_16取值范围为大于10分贝的实数，典型值是15分贝；TH_16取值范围为大于20分贝的实数，典型值为25分贝。

在下行传输时，基站首先获取：

(1)基站测量到的发射功率(Transmitted carrier power)的比例(发射功率和最大额定功率之比)η；

(2)终端测量的其接收到的信号的信干比SIR_UE。

目标SIR_target＝SIR_measure/η

当SIR_target大于预定高阶调制门限TH_16时，就采用16QAM调制。

当SIR_target大于预定高阶调制门限TH_64时，就采用64QAM调制。

TH_16取值范围为大于10分贝的实数，典型值是15分贝；TH_16取值范围为大于20分贝的实数，典型值为25分贝。

Claims (7)

1.一种链路自适应方法，包括以下步骤：

第1步，从阵列天线各个独立通道读取该天线对应的信道冲击响应；

第2步，计算阵列天线各个独立通道信道冲击响应的首径幅度；

第3步，计算阵列天线各个独立通道信道冲击响应的时延扩展；

第4步，根据阵列天线各个独立通道冲击响应的首径幅度和时延扩展选择工作模式；

第5步，根据终端上报/基站测量的发射功率比例、基站测量的终端发射的上行信号信干比/终端测量的接收到的信号的信干比，选择自适应调制编码方式。

2.权利要求1所述的链路自适应方法，其特征在于，所述第4步选择工作模式的方法为：

ρ＝σ/μ小于预设门限时，阵列天线采用波束成形模式，否则，采用空间分级模式；其中，

μ＝(A1_1+A1_2+...+A1_N)/N

σ＝{[(A1_1-μ)2+(A1_2-μ)2+...+(A1_N-μ)2]/N}^0.5

A_1～A_N是N来自N个天线的首径的幅度；N是独立天线或独立通道个数。

3.权利要求1所述的链路自适应方法，其特征在于，所述第4步选择工作模式的方法为：以下两个条件同时成立时，阵列天线采用波束成形模式，否则，采用空间分级模式：

(1)RNS_mean小于预设门限；(2)ρ＝σ/μ小于预设门限；其中，

RMS_mean＝(∑RMS_i)/N

μ＝(A1_1+A1_2+...+A1 _N)/N

σ＝{[(A1_1-μ)2+(A1_2-μ)2+...+(A1_N-μ)2]/N}^0.5

RMS_i(i＝1～N)是来自N个天线的信道冲击响应H_i的均方根时延扩展，

A_1～A_N是N来自N个天线的首径的幅度；N是独立天线或独立通道个数。

4.权利要求2所述的链路自适应方法，其特征在于，ρ的预设门限的取值为0.1。

5.权利要求3所述的链路自适应方法，其特征在于，ρ的预设门限的取值为0.3，RMS_mean的预设门限为2微秒。

6.权利要求1所述的链路自适应方法，其特征在于，所述第5步选择自适应调制编码方式的方法为：

(1)在上行传输时：基站首先获取终端上报的发射功率比例η，或者是根据终端上报的发射功率，以及终端的最大发射功率来求取η；基站测量至终端发射的上行信号的信干比SIR_measure；

当SIR_measure/η大于预定高阶调制门限TH_16时，采用16QAM调制；当SIR_measure/η大于预定高阶调制门限TH_64时，就采用64QAM调制；

(2)在下行传输时：基站获取基站测量到的发射功率的比例η；终端测量的其接收到的信号的信干比SIR_UE；

当SIR_measure/η大于预定高阶调制门限TH_16时，就采用16QAM调制；当SIR_measure/η大于预定高阶调制门限TH_64时，就采用64QAM调制。

7.权利要求1所述的链路自适应方法，其特征在于，TH_16取值为15分贝；TH_64取值为25分贝。

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