CN101150343B - 一种mimo移动通信方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种MIMO移动通信方法，移动台和基站之间的控制信令和业务信息分别使用各自的编解码方式进行传输；其中业务信息的传输包括至少两种模式；通信时首先判断移动台与基站之间的传输状态，然后由控制信令控制业务信息以与传输状态相应的模式进行传输。本发明还提供一种了对应的MIMO移动通信系统。本发明可以实现控制信息始终保持有效传输，从而达到控制业务信息传输方式的目的，提高系统的可靠性。

Description

一种MIMO移动通信方法及系统

技术领域

本发明涉及移动通信领域，更确切地说，涉及一种MIMO移动通信方法及系统。

背景技术

MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出)技术在通信链路的发送端和接收端都配备多个天线单元形成天线矩阵，为系统提供空间复用增益和空间分集增益。在MIMO传输中为了保证性能，必须采用相应的信道编码，为此，提出了空时编码STC(Space-Time Code)。

STC发射机的结构示意图如图1所示。输入比特流首先经过信道编码器101进行信道编码，编码后的信号经过交织器102进行交织，然后再经过空时编码器103进行空时编码，最后经过射频处理器104、105处理，之后各支路信号就可送入各发射天线发射，利用空间电磁波传输。这里，射频处理器104、105只是作为示例，射频处理器可以有任意多个。

STC种类很多，最简单的STC之一是空时分组码STBC(Space Time BlockCode)。设在STBC系统使用n发m收天线阵，则在t时刻天线j所接收的信号为：

$r_j\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{i,j}\left(t\right)c_i\left(t\right)+n_j\left(t\right)---\left(1\right)$

其中，r_j(t)代表天线j在t时刻的接收信号，c_i(t)代表t时刻的发送码元，h_i，j(t)代表发送天线i与接收天线j之间在t时刻的信道冲激响应，h_i，j(t)为实部、虚部均值为0，方差为1/2的复高斯随机过程。信道是准静态衰落(quasi-static)信道，n_i(t)表示均值为零，方差为σ²的加性复高斯白噪声。STBC解码时可以使用最大似然ML(Maximum Likelihood)方法，即求下式的最值：

$\arg \underset{c_j\left(t\right)\∈c}{\min }\left(\underset{t=1}{\overset{l}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\right|r_j\left(t\right)-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{i,j}\left(t\right)c_j\left(t\right)\left|\right)---\left(2\right)$

使公示(2)取最小值的码即是解调出的发送码元。下面以经典的Alamouti方案的二发一收STBC编解码过程为例进行具体说明。此时STBC编码器的原理示意图如图2所示。为简化叙述，下面的叙述中省略时间变量t，设输入码流为c₁，c₂，...，将码流按照2个一组进行编码，经过STBC编码器以后，输出的编码矩阵为 $\left[\begin{array}{cc}{c}_1& -{c^{*}}_2\\ c_2& {c^{*}}_1\end{array}\right],$ c^* ₁，c^* ₂分别表示c₁，c₂的转置。矩阵的行代表发射天线，列代表时隙。在二发一收情况下，根据公式(1)接收端天线接收的信号为：

$r=\left[\begin{array}{c}{r}_1\\ r_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{c}_1{h}_1+c_2{h}_2\\ c_1^{*}{h}_2-c_2^{*}{h}_1\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{n}_1\\ n_2\end{array}\right]---\left(3\right)$

公式(3)中符号定义同公式(1)，r₁，r₂分别代表在第一和第二时隙接收天线收到的信号。STBC可采用ML解码实现充分的分集增益。利用公式(2)可知要解出发射信号只需将接收的r₂转化为r₂ ^*(r₂ ^*为r₂的转置)后，然后将矩阵 $\left[\begin{array}{c}{r}_1\\ r_2^{*}\end{array}\right]$ 左乘矩阵 $H=\left[\begin{array}{cc}{h}_1^{*}& h_2\\ h_2^{*}& {-h}_1\end{array}\right].$ 其中信道的冲激响应值h_i，i＝1，2，可以在接收端信号经过时间频率同步以后，通过信道估计得到，进而在接收端解调出发送信息的估计值

从上述的解码过程可以看出STBC解码简单，仅需要对接收信号做线性变换，对信道矩阵没有特殊要求。但是，STBC仅能得到分集增益，没有编码增益。而且STBC速率有限，在两根发射天线的情况下其编码速率为1，这也是STBC的最高编码速率值。编码速率定义为编码器在输入时提取的符号数与每根天线发射的空时编码符号数之间的比率。另外非理想信道估计和天线的相关性均会降低STBC编码性能。

另一种常用空时编码是由Foschini提出的分层空时码LSTC(LayeredSpace Time Code)。使用LSTC进行通信时，首先将信号经过串并变换，将高速信息流转化为低速若干支路信息流，然后将各支路信号分别编码、调制，各支路信号再分别由各天线在相同频带内发射，频谱利用率很高。分层空时码可以分为垂直分层空时码V-BLAST(Vertical Bell Laboratories LayeredSpace-Time)、对角分层空时码DLSTC(Diagonal Layered Space Time Code)和水平分层空时码HLSTC(Horizontal Layered Space Time Code)，其中又以V-BLAST的应用最为广泛。

下面以V-BLAST为例，说明LSTC的编解码过程。设使用V-BLAST的系统具有四根发射天线和4个信道编码器，则其编码矩阵如下：

……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

即将第一个信道编码器输出的4个码元在第一列，第二个信道编码器的输出在第二列，依次类推，各行代表发射天线。

V-BLAST的解码方法有很多种，理论上可以用ML译码以得到最大的空间分集度，但是ML方法解码复杂度大，在实际工程中很少使用。实际应用中一般采用实用(虽然不是最优)的算法，包括迫零(ZF，Zero-Forcing)、最小均方误差(MMSE，Minimum Mean Square Error)和BLAST算法。ZF和MMSE算法是对所有发射信号联合译码，而BLAST算法是先对最强的支路信号(即信噪比最高支路信号)进行译码，接着对剩余信号中最强支路信号进行译码，依次迭代直至所有信息分离出来。相比之下，V-BLAST算法译码的可靠性更高，也最经常被使用。

V-BLAST算法译码具体过程如下，设接收端天线收到的信号为：

r＝Hc+n    (4)

设系统使用L发K收天线阵，则信道矩阵是K×L的H＝[(H)₁，(H)₂……(H)_L]，c＝(c₁，c₂，……，c_L)^T表示传输符号，c_j表示天线j的发射符号，n是K×1的均值为零，方差为σ²独立同分布广义平稳复高斯白噪声矢量。(·)^T表示矩阵的转置，(·)^H表示矩阵的共轭转置，(·)⁺表示矩阵的Moore-Penrose(M-P)伪逆。根据公式(4)为了求解接收信号 $r=\underset{j=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\left(H\right)}_j{c}_j$ 中的数据流c_j，采用逐步检测相消实现子流的区分和检测，方法为寻找矩阵w使得：

$w_{k_i}^T{\left(H\right)}_j=\left\{\begin{array}{cc}1& j=k_i\\ 0& j\≠k_i\end{array}\right.---\left(5\right)$

其中k_i是1，2，……，L的一个排列。将r减去前一次解调出的信号估计值

和对应各信道估计值的乘积，得

$r^{\′}=r-{\hat{h}}_j{\hat{c}}_j---\left(6\right)$

再对r′中的信噪比最大的支路解调，依次迭代，直至最后解调出所有信号。从以上解码过程可以看出需要反复求解信道矩阵H的M-P伪逆，这要求信道矩阵是列满秩的。

使用V-BLAST方法解码的系统接收端结构示意图如图3所示。通过接收器接收到的接收信号首先经V-BLAST译码器302进行译码，然后经过去交织器303去交织，最后送入解码器304进行信道编码的解码，从而恢复原始数据信息。

在使用LSTC传输信息时必须考虑信道建模，然而现有技术中涉及的信道模型大都假设天线之间的信道互不相关，这并不符合实际无线电波的传输情况。因而将现有技术LSTC应用于实际的最大困难在于，高效的解码方法，如V-BLAST解码方法，在接收天线与发射天线之间存在LOS(Line of Sight，视距)传输时会失效，因为此时收发天线间存在电磁波的直射路径，信道矩阵H不满足列满秩的条件，从而使V-BLAST的现有解码方法无法执行。

发明内容

鉴于STBC和LSTC各有所短，单一地使用其中任何一种空时编码方案，由于现有技术固有的缺陷，均无法在实际的多变信道提供高效可靠的传输，因此需要设计出更有效的MIMO通信系统来提高通信质量，使之无论收发天线之间是否存在视距传输，都能提供可靠的通信，并实现高速率的数据传输，这就是本发明的目的所在。

为了实现上述目的，本发明提供了一种MIMO移动通信方法，其特征在于，移动台和基站之间的控制信令和业务信息分别使用各自的编解码方式进行传输；通信时首先判断移动台与基站之间的传输状态，然后由控制信令控制业务信息以与传输状态相应的模式进行传输。

优选地，所述移动台和基站之间的控制信令的传输方式包括空时编码的编解码方式。

优选地，所述移动台和基站之间的业务信息的传输模式包括使用空时编码的编解码方式和使用高阶调制的编解码方式。

优选地，所述移动台与基站之间的传输状态包括移动台与基站之间存在视距传输和不存在视距传输。

优选地，所述判断移动台与基站之间的传输状态的方法包括检测基站接收信号的功率的值P_v，功率P_v大于门限值p_th时判定为视距传输，功率P_v小于门限值p_th时判定为不存在视距传输。

优选地，所述判断移动台与基站之间的传输状态的方法包括检测信道矩阵的相关性，当信道矩阵相关时判定为视距传输；当信道矩阵不相关时判定为不存在视距传输。

本发明还提供了一种MIMO移动通信方法，其包括以下步骤：

移动台和基站通过控制信道传输控制信令，控制信道始终使用空时编码的编解码方案；

基站判断其与移动台之间是否存在视距传输；

当不存在视距传输时，基站发送控制信令控制业务信道采用多天线传输，使用垂直分层空时码V-BLAST编解码方案进行业务信息传输。

优选地，所述MIMO移动通信方法中，当基站与移动台之间存在视距传输时，还包括以下步骤：

基站发送控制信令控制业务信道采用单天线传输，并使用高阶调制进行业务信息传输。

优选地，所述MIMO移动通信方法还包括，通信过程中对移动台和基站之间的信息传输状态进行实时判断，且在传输状态发生变化时进行传输模式切换。

优选地，所述MIMO移动通信方法中所述传输模式切换包括传输状态从非视距传输变为视距传输时的切换，其切换方法为：

基站将业务信道切换到单天线发射模式，同时开启控制信道；

基站通过控制信道向移动台发送控制信令，要求其改变业务信息编解码方式为高阶调制；

移动台接收控制信令，切换业务信息编解码方式为高阶调制，发送切换完成反馈信息；

基站接收上述反馈信息，关闭控制信道；

开始使用高阶调制传输业务信息。

优选地，所述MIMO移动通信方法中所述传输模式切换还包括传输状态从视距传输变为非视距传输时的切换，其切换方法为：

基站将业务信道切换到多天线发射模式，同时开启控制信道；

基站通过控制信道向移动台发送控制信令，要求其业务信息改变为V-BLAST编解码方式；

移动台接收控制信令，切换业务信息为V-BLAST编解码方式，发送切换完成反馈信息；

基站接收上述反馈信息，关闭控制信道；

开始使用V-BLAST编解码方式传输业务信息。

本发明还提供了一种MIMO移动通信系统，包括

判断装置，用于判断移动台与基站之间的传输状态，生成状态信息并将该状态信息加入控制信令；

控制信令收发装置，用于收发包含有所述状态信息的控制信令；

编码方式选择器，用于根据控制信令选择业务信息的传输模式；

业务信息收发装置，用于根据编码方式选择器选择的传输模式进行业务信息的收发。

优选地，所述判断装置通过检测基站接收信号的功率的值P_v进行判断，若功率P_v大于门限值p_th时判定为视距传输，功率P_v小于门限值p_th时判定为不存在视距传输。

优选地，所述业务信息收发装置包括第一业务信息收发单元和第二业务信息收发单元；

其中，第一业务信息收发单元包括：

调制器，用于对业务信息进行高阶调制；

同步信道估计器，用于根据接收的高阶调制信号进行同步和信道估计；

解调器，用于对接收到的高阶调制信号进行解调。

第二业务信息收发单元包括：

空时编码器，用于对业务信息进行空时编码；

支路调制器，用于对编码后的业务信息进行调制；

支路同步和信道估计器，用于根据接收到的信号进行同步和信道估计；

支路解调器，用于根据同步和信道估计的结果，对接收到的信号进行解调；

空时译码器，用于根据同步和信道估计的结果，对解调后的接收信号进行空时译码。

优选地，所述系统控制信令收发装置还包括：

OFDM调制器，在对控制信令进行空时编码之后对编码后的控制信令进行OFDM调制，并将调制后的信号送至发射器；

OFDM解调器，根据同步和信道估计的结果对来自接收器的接收数据进行OFDM解调，并将解调后的信号送至空时解码器一。

优选地，所述系统业务信息收发装置还包括：

OFDM调制器，在对业务信息进行空时编码之后对编码后的业务信息进行OFDM调制，并将OFDM调制后的信号送至支路调制器；

OFDM解调器，根据支路同步和信道估计的结果对来自接收器的接收数据进行OFDM解调，并将解调后的信号送至支路解调器。

本发明的益处在于：控制信息和业务信息采用不同的编码方式，可以实现控制信息始终保持有效传输，从而达到控制业务信息传输方式的目的，提高系统的可靠性。控制信令使用STBC编码的优点在于编解码简单，受无线信道的影响小，能减小延时确保控制信令有效传输。在不存在视距时，业务信息传输使用V-BLAST空时编解码方案，信息传输速率高、技术相对容易实现；在视距时，控制信息能根据移动台的反馈，通知双方改变编解码方式，从而可以避免通信中因信道的变化造成通信中断，提高通信质量。在空时编码以后再采取一定的技术可以抵抗多径时延扩展，比如在空时编码以后再采用OFDM技术，可以抵抗码间干扰，提高频谱利用率。

并且，根据本发明的方法设计的系统结构简单，容易实现，只需在基站多提供一个调制方式的设备。而且由于基站和移动台一般都处于非视距传输，只有在两者相隔很近时才可能会处于视距传输，所以并没有增加系统的复杂度。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是空时编码发射机的结构示意图。

图2是STBC编码器的原理示意图。

图3是使用V-BLAST方法解码的系统接收端结构示意图。

图4是信道矩阵元素间关系的示意图。

图5是本发明实施例的移动台和基站之间的通信时序示意图。

图6是本发明实施例的控制信令收发装置的结构示意图。

图7是本发明实施例的业务信息收发装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明的主要思想和创新之处在于移动台和基站之间的控制信令和业务信息分别使用各自的编解码方式进行传输；其中业务信息的传输包括至少两种模式；通信时首先判断移动台与基站之间的传输状态，然后由控制信令控制业务信息以与传输状态相应的模式进行传输。这样做可以克服单一传输方式对信道特性的严格要求，更有效地保障通信连续。

这里，所述移动台和基站之间的控制信令的一种优选传输方式为使用空时编码，因为其编解码简单且不受信道视距条件的影响。而移动台和基站之间的业务信息的传输模式则可以使用空时编码的编解码方式和使用高阶调制的编解码方式。空时编码中的V-BLAST方法是一种较佳的选择，因为如前文所述，V-BLAST信息传输效率高，使用V-BLAST解码方法的译码可靠性也相对较高，但是其在视距条件下无法正确译码，因此视距时使用较高阶调制的编解码方式作为替代传输方式。

针对主要使用V-BLAST方法传输业务信息的情况，所述移动台与基站之间的传输状态主要指移动台与基站之间存在视距传输或不存在视距传输。

因为信号在无线环境中传播，有障碍物和没有障碍物接收信号的能量甚至可以相差20dB，所以可以通过移动台的接收信号的功率值判断信号所处的传输状态，进而采取相应的编码方式。一种简捷地判断移动台与基站之间的传输状态的方法为检测基站接收信号的功率值P_v，功率P_v大于门限值p_th时判定为视距传输，功率P_v小于门限值p_th时判定为不存在视距传输。其中门限值p_th可根据实际环境确定，可为绝对的功率值也可以选择相对的功率变化作为判断标准，例如，门限值p_th可取功率相对变化为3dB，5dB等值，也可使之为自适应变化的动态门限。

但是，由于造成信号功率变化的原因是多种多样的，如传输介质的变化等，单纯的使用功率变化作为视距的判断标准容易产生误判。一种更准确的判决方法是检测信道矩阵的相关性，若信道矩阵是相关的，则判定为视距传输；信道矩阵不相关则判定为不存在视距传输。显然，检测信道矩阵相关性和信号功率变换可以联合应用来判断视距传输的存在于否。

下面说明信道矩阵相关性判断视距传输的原理。一般来说，在不存在视距时信道矩阵是不相关的。而在存在视距情况下信道矩阵相关系数的计算如下：

图4是信道矩阵元素间关系的示意图，设R_ik为发射天线i与接收天线k之间的距离，归一化信道矩阵元素

$h_{\mathrm{ik}}=e^{-j2\mathrm{\π}\frac{R_{\mathrm{ik}}}{\mathrm{\λ}}}---\left(7\right)$

其中，λ为传输的电磁波的波长，在视距条件下，可以计算接收天线之间的相关系数

${\mathrm{\θ}}_{i,j}=E\left[h_{\mathrm{ik}}^{*}{h}_{\mathrm{jk}}\right]---\left(8\right)$

将公式(7)带入公式(8)，得到

${\mathrm{\θ}}_{i,j}=E\left[e^{-j2\mathrm{\π}\frac{R_{\mathrm{ik}}-R_{\mathrm{jk}}}{\mathrm{\λ}}}\right]---\left(9\right)$

因为在实际条件下收发天线之间的距离一般很大，α可以近似表示两根不同发射天线与同一接收天线之间的夹角，在实际环境中可以认为趋近于0。相关系数表示为：

${\mathrm{\θ}}_{i,j}=\left\{\begin{array}{cc}{e}^{-j2\mathrm{\π}\left(d_{i,j}\sin \mathrm{\α}\right)/\mathrm{\λ}}& ,i\≠j\\ 1& ,i=j\end{array}\right.---\left(10\right)$

带入数值可以看出θ_i，j近似为1，可以得到信道矩阵元素之间相关。可见存在视距传输条件下，MIMO信道矩阵不是列满秩的。所以，可以根据信道矩阵是否列满秩来判断是否存在视距传输。

当然，这是在理想状态下信道矩阵相关系数计算。在实际条件下，即使存在视距传输，信道矩阵的列向量也不可能严格线性相关，但是只要在一定误差范围之内就可以认为是线性相关的。即一定存在矩阵的某一列向量，可以近似表示成其它列向量的线性组合。

V-BLAST的接收机一般采取的译码方法是BLAST算法，前文已经说明在视距传输(LOS)条件下，信道矩阵不是列满秩，所以业务信息采用V-BLAST编码方式时，接收机就不能解调出信号，此时若不改变编码方式，移动台与基站之间的通信将会中断，因此必须对业务信息的编码方式进行切换。同时为了保证控制信令的有效传输，需要选择一种编解码简单、可靠且受环境影响小的编解码方式，STBC正是符合此条件的优选方式。因为STBC的解码仅需对接收信号做线性变换，节省系统的开销时间，同时对信道矩阵没有特殊要求，在视距下仍然可以有效解调出控制信息，所以信令采用STBC编码，可以在视距下有效传输能通知双方改变编解码方式，这样就可以避免出现基站和移动台之间通信中断的情况。

图5是本发明一个实施例移动台和基站之间的通信时序示意图。通信开始时，移动台与基站之间通过控制信道，采用STBC编码方案传输信令信息，基站判断当前移动台所处环境(视距/非视距)：若移动台与基站之间不存在视距传输，则发送控制信令控制业务信道采用V-BLAST编码方案开始进行业务信息的传输，之后关闭控制信道；若移动台与基站之间存在视距传输，则发送控制信令控制业务信道采用单天线(SISO)传输，同时利用高阶调制(一般使用较高阶调制，如256-QAM)进行业务信息的传输，以弥补取消空间复用带来的数据业务速率的损失，之后关闭控制信道。

通信过程中，由于移动台位置的变化，可能随时会从存在视距转变为非视距传输状态，反之亦然。当移动台与基站从非视距转为存在视距时，因为存在视距下信号直线传播功率损耗低，基站会突然检测到移动台的接收信号功率变化超过门限值p_th(由实际工程确定)，此时基站将业务信道切换到单发射天线模式，同时开启控制信道，发送控制信息给移动台，要求移动台改变编解码方式并通过业务信道重传丢失的数据包，控制信息中应包含所丢失移动台数据包的起始帧号。移动台收到要求切换的控制信令后，切换业务信息的编解码方式，并且由控制信道向基站发送切换完成的反馈信号，反馈信号中应包含所丢失基站数据包的起始帧号。基站在接收到反馈信号以后，关闭控制信道，将业务信息采用较高阶调制(如256-QAM)后，通过业务信道传送。

同理，当移动台与基站从视距转为非视距时，因为在非视距传输条件下不存在直射路径，基站会突然检测到移动台的接收信号功率变化低于门限值p_th，此时基站将业务信道切换到多发射天线模式，同时开启控制信道，发送控制信息给移动台，要求移动台改变编解码方式并重传误码严重的数据包(较高阶调制在切换到非视距传输后误码率升高)，控制信息中应包含所需要重传的移动台数据包的起始帧号。移动台收到要求切换的控制信令后，切换业务信息的编解码方式，并且由控制信道向基站发送切换完成的反馈信号，反馈信号中应包含需要重传的基站数据包的起始帧号。基站在接收到反馈信号以后，关闭控制信道，并将业务信息用V-BLAST编码以后，通过业务信道传送。

一种使用本发明MIMO移动通信方法的系统，该系统包括判断装置、控制信令收发装置、编码方式选择器和业务信息收发装置，其中判断装置根据移动台与基站之间的传输状态生成状态信息并将该状态信息加入控制信令；编码方式选择器用于根据控制信令选择业务信息的传输模式；控制信令收发装置和业务信息收发装置分别如图6、图7所示。在生成传输状态信息时，判断装置可通过检测基站接收信号的功率的值P_v进行，若功率P_v大于门限值p_th时判定为存在视距传输，若功率P_v小于门限值p_th时判定为不存在视距传输。

图6是本发明实施例的控制信令收发装置的结构示意图。控制信令收发装置包括：空时编码器一601；发射器602，603；接收器604，605；同步信道估计器607和空时解码器一604。

控制信令收发装置的工作过程为：首先，控制信令经过空时编码器一601编码，之后送各发射器发射，经过无线信道传输以后，由接收器接收，再经过同步信道估计器607进行同步和信道估计，最后空时解码器一606根据同步和信道估计结果对接收信号解码，解调出信令信号。从而就可以利用控制信道有效的传输控制信息，并控制业务信息在不同的无线通信环境下采取不同的编码方式。

图7是本发明实施例的业务信息收发装置的结构示意图。业务信息的收发装置(基带模型)包括：使用第一模式传输业务信息的第一业务信息收发单元、使用第二模式传输业务信息的第二业务信息收发单元，编码方式选择器701根据控制信令选择第一业务信息收发单元或第二业务信息收发单元进行业务信息收发。第一业务信息收发单元包括高比特速率调制器702；解调器714以及同步信道估计器713。第二业务信息收发单元包括空时编码器703；支路调制器704，705；发送器706，707，708；接收器710，711，712；支路同步信道估计715，716；支路解调器717，718和空时译码器719。其中，空时编码器703一般使用V-BLAST编码器，而高比特速率信号传输系统中的收发天线是V-BLAST收发天线中的一根。

业务信息收发过程如下(等效为基带工作过程)：首先由编码方式选择器701根据控制信令选择编码方式，如果处于视距传输则选择第一业务信息收发单元的调制器702进行高比特速率调制，经过单天线发送器706发射以后，到达单根接收天线接收器710，经过同步和信道估计器713估计以后，由解调器714利用估计出的信道冲击响应值解调出在此调制方式下的业务信息；如果基站和移动台处于非视距传输，则选择第二业务信息收发单元的空时编码器703进行编码，各支路码流经过支路调制器704，705以后由发射器707，708发射，接收器711，712接收信号以后，由支路同步和信道估计器715，716据此进行同步和信道估计，之后经过支路解调器717，718解调各支路信息，最后由空时译码器719进行空时解码，可以得到业务信息。

要说明的是，在图6和图7中，作为示例，各个环节的发射器、接收器、调制器、解调器、同步信道估计器等只表现了一定的个数(例如图六中只标示了2个发射器602，603)，但是此种标示并不能作为对本发明范围的限制。图6和图7中的省略号表示了各类器件的个数是可变的，其个数由相应的输入输出个数确定。本发明所针对的MIMO通信系统包括系统输入(对应发射天线)和输出(对应接收天线)为任意多个的情况，与此相应，系统中的发射器、接收器调制器、解调器、同步信道估计器等的个数也随输入输出的个数变化而变化，所述变化不超出本发明的范围。特别地，SIMO(单输入多输出)系统和MISO(多输入但输出)系统可以作为MIMO(多输入多输出)系统的特例而纳入本发明的范围。

为了进一步提高系统性能，抵抗频率选择性衰落，减少符号间干扰ISI(Inter-Symbol Interference)，最大限度的利用频谱资源，信息数据b_D经过空时编码以后可以采用OFDM调制技术，并结合多址接入技术以满足用户数量增加的要求。例如，系统控制信令收发装置增加OFDM调制器和OFDM解调器，在对控制信令进行空时编码之后对编码后的控制信令进行OFDM调制，并将调制后的信号送至发射器；接受端根据同步和信道估计的结果对来自接收器的接收数据进行OFDM解调，并将解调后的信号送至空时解码器一。在系统业务信息收发装置增加OFDM调制器和OFDM解调器，在对业务信息进行空时编码之后对编码后的业务信息进行OFDM调制，并将OFDM调制后的信号送至支路调制器；在接收端根据支路同步和信道估计的结果对来自接收器的接收数据进行OFDM解调，并将解调后的信号送至支路解调器。

OFDM技术将信道分为若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到每个子信道传输，每个子信道信号的带宽小于信道的相关带宽，每个子信道可以看成平坦衰落，可以消除符号间干扰ISI。然后在接收端采取相应的解调方式，通过对OFDM符号的解调，将正交相关信号解调出来，减少子载波之间干扰ICI(Inter-Carrier Interference)，满足高速、高质量信息传输要求。在B3G/4G(Beyond 3rd Generation/4th Generation)通信中，将需要提供100Mbit/S甚至更高的数据传输速率，但同时要求降低成本，这就要求在有限的频谱资源上实现高速率和大容量，需要采用频谱效率极高的技术。采用MIMO技术充分开发空间资源，利用多天线收发，在不需要增加频谱资源和天线发送功率情况下，可以成倍提高信道容量。因此本系统的业务信息采用V-BLAST空时编码，再结合OFDM调制技术，以提高传输的业务信息的质量。

最后，虽然本发明的方法主要是以控制信令和业务信息分别使用STBC和V-BLAST、较高阶调制为实施例加以阐明，但本发明的思想和范围并不局限于此。针对各种现有技术的编解码方式的公知缺陷和对信道条件的限制，根据不同的信道条件选择不同编解码方式的多编码方式MIMO移动通信方法可以根据本发明的公开内容很容易地推得。因此，所有不超出本发明思想和范围的MIMO移动通信方法或使用该方法的系统将会落入本发明的权利要求范围之内。

Claims (11)

1.一种多输入多输出(MIMO)移动通信方法，其特征在于，移动台和基站之间的控制信令和业务信息分别使用各自的编解码方式进行传输；其中业务信息的传输至少包括两种模式；通信时首先判断移动台与基站之间的传输状态，然后由控制信令控制业务信息以与传输状态相应的模式进行传输；

所述的移动台与基站之间的传输状态包括移动台与基站之间存在视距传输和不存在视距传输；

所述方法具体包括：

移动台和基站通过控制信道传输控制信令，控制信道始终使用空时编码的编解码方案；

基站判断其与移动台之间是否存在视距传输；

当不存在视距传输时，基站发送控制信令控制业务信道采用多天线传输，使用垂直分层空时码(V-BLAST)编解码方案进行业务信息传输；

当存在视距传输时，基站发送控制信令控制业务信道采用单天线传输，并使用高阶调制进行业务信息传输。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断移动台与基站之间的传输状态的方法包括检测基站接收信号的功率的值P_v，功率P_v大于门限值p_th时判定为视距传输，功率P_v小于门限值p_th时判定为不存在视距传输。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断移动台与基站之间的传输状态的方法包括检测信道矩阵的相关性，当信道矩阵相关时判定为视距传输；当信道矩阵不相关时判定为不存在视距传输。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通信过程中对移动台和基站之间的信息传输状态进行实时判断，且在传输状态发生变化时进行传输模式切换。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述传输模式切换包括传输状态从非视距传输变为视距传输时的切换，其切换方法为：

基站将业务信道切换到单天线发射模式，同时开启控制信道；

基站通过控制信道向移动台发送控制信令，要求其改变业务信息编解码方式为高阶调制；

移动台接收控制信令，切换业务信息编解码方式为高阶调制，发送切换完成反馈信息；

基站接收上述反馈信息，关闭控制信道；

开始使用高阶调制传输业务信息。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述传输模式切换还包括传输状态从视距传输变为非视距传输时的切换，其切换方法为：

基站将业务信道切换到多天线发射模式，同时开启控制信道；

基站通过控制信道向移动台发送控制信令，要求其业务信息改变为V-BLAST编解码方式；

移动台接收控制信令，切换业务信息为V-BLAST编解码方式，发送切换完成反馈信息；

基站接收上述反馈信息，关闭控制信道；

开始使用V-BLAST编解码方式传输业务信息。

7.一种MIMO移动通信系统，其特征在于，包括

判断装置，用于判断移动台与基站之间的传输状态，生成状态信息并将该状态信息加入控制信令；其中，所述的移动台与基站之间的传输状态包括移动台与基站之间存在视距传输和不存在视距传输；当不存在视距传输时，基站发送控制信令控制业务信道采用多天线传输，使用垂直分层空时码(V-BLAST)编解码方案进行业务信息传输；当存在视距传输时，基站发送控制信令控制业务信道采用单天线传输，并使用高阶调制进行业务信息传输；

控制信令收发装置，用于收发包含有所述状态信息的控制信令；

编码方式选择器，用于根据控制信令选择业务信息的传输模式；

业务信息收发装置，用于根据编码方式选择器选择的传输模式进行业务信息的收发。

8.根据权利要求7所述的MIMO移动通信系统，其特征在于，所述判断装置通过检测基站接收信号的功率的值P_v进行判断，若功率P_v大于门限值p_th时判定为视距传输，功率P_v小于门限值p_th时判定为不存在视距传输。

9.根据权利要求7或8所述的MIMO移动通信系统，其特征在于，所述业务信息收发装置包括第一业务信息收发单元和第二业务信息收发单元；

其中，第一业务信息收发单元包括：

调制器，用于对业务信息进行高阶调制；

同步信道估计器，用于根据接收的高阶调制信号进行同步和信道估计；

解调器，用于对接收到的高阶调制信号进行解调。

第二业务信息收发单元包括：

空时编码器，用于对业务信息进行空时编码；

支路调制器，用于对编码后的业务信息进行调制；

支路同步和信道估计器，用于根据接收到的信号进行同步和信道估计；

支路解调器，用于根据同步和信道估计的结果，对接收到的信号进行解调；

空时译码器，用于根据同步和信道估计的结果，对解调后的接收信号进行空时译码。

10.根据权利要求7或8所述的MIMO移动通信系统，其特征在于，所述系统的控制信令收发装置还包括：

正交频分复用(OFDM)调制器，在对控制信令进行空时编码之后对编码后的控制信令进行OFDM调制，并将调制后的信号送至发射器；

OFDM解调器，根据同步和信道估计的结果对来自接收器的接收数据进行OFDM解调，并将解调后的信号送至空时解码器。

11.根据权利要求7或8所述的MIMO移动通信系统，其特征在于，所述系统的业务信息收发装置还包括：

OFDM调制器，在对业务信息进行空时编码之后对编码后的业务信息进行OFDM调制，并将OFDM调制后的信号送至支路调制器；

OFDM解调器，根据支路同步和信道估计的结果对来自接收器的接收数据进行OFDM解调，并将解调后的信号送至支路解调器。

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