CN101359951A - 基于信道质量指示的分集、复用传输确定方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于信道质量指示的分集、复用传输确定方法，涉及LTE系统中分集、复用确定技术，为解决当前分集、复用复杂而提出，所采用的技术方案是：A.获取当前时刻之前连续N个传输时间间隔内用户终端反馈的信道质量指示CQI值，并计算出所获取CQI值的均值M和标准差S；B.建立[M－S，M+S]集合与所设定信噪比范围的依序对应关系；C.根据步骤B中的对应关系确定当前CQI值对应的信噪比，其中，小于M－S的CQI值以M－S计，大于M+S的CQI值以M+S计；D.根据步骤C确定的信噪比计算分集、复用增益，从而确定采用分集或复用传输下行数据。本发明还同时公开了一种实现上述方法的装置。本发明实用且实现简单，所确定的分集、复用增益准确。

Description

基于信道质量指示的分集、复用传输确定方法与装置

技术领域

本发明涉及长期演进(LTE，Long Term Evolution)系统中分集、复用确定技术，尤其涉及一种基于信道质量指示的分集、复用传输确定方法与装置。

背景技术

为了面向未来、打造持续的竞争力，第三代移动通信全球标准化组织(3GPP)于2004年12月正式成立了LTE系统研究项目。LTE制定的出发点是保证3GPP未来十年的竞争力，使其从性能、功能、成本上得到全面提升。相对于3GPP Release6，其下行频谱效率将提高3至4倍，上行提高2至3倍。为此，LTE系统采用了分集、复用等新技术。分集是一个信号通过多条路径送达接收端，好处是降低信号受到信道深度衰落而无法识别的可能性。复用是多个信号同时通过多条路径送达接收端，好处是收发端吞吐量增大。空间复用的优势是，容量的增加与发送天线的数量线性相关。空间复用可以提供更高的容量，但是信号质量并无改善。空间复用不仅没有提高信号质量，反而使信号质量降低了。空间分集能改善信号质量，并在接收端达到更高的信噪比。特别是在广大的网络区域，空间复用技术达到了自身的极限。网络环境越大，信号强度就必须越高。分集原理依赖于结构化冗余的传输。这种冗余可以在任何时间、从任何天线、通过任何频率或以任何极化方式传输。

空间分集提高了信道的可靠性，降低信道误码率；空间复用技术则是在各个天线上发送不同的数据流，线性地提高系统容量，增强数据通信的速率。可见，采用空间分集发射或空间复用发射是既相互矛盾又相互统一的多天线发射方法，它们各自有其优势所在。如果有一种有效的方法，既能提高分集增益，也能提高复用增益，从而既能降低信道误码率，也能增强数据通信的速率，这就可以达到空间分集和空间复用的最优组合发射方法。

请参见L.Zheng and D.N.Tse的“Diversity and multiplexing：A fundamentaltradeoff in multiple antenna channels”(IEEE Trans.Inform.Theory，vol.49，P1073-1096，May 2003)，该文献提出了确定空间分集和空间复用多天线的最优组合发射方法，既能提高分集增益，也能提高复用增益。这种方法根据信噪比和预先的要求确定最优分集增益和复用增益的一种组合发射方法。即

d_opt(r)＝(M_R-r)(M_T-r)，0≤r≤min(M_R，M_T)    (1)

上式中，MR和MT分别表示接收天线数和发射天线数，d_opt(r)表示空间分集的最优分集增益，r表示空间复用的增益，但r和d其中之一必须以信噪比和实际要求予以确定。即通过下面的公式确定

$\underset{{\log }_2\mathrm{SNR}\→\∞}{\lim }\frac{R\left(\mathrm{SNR}\right)}{{\log }_2\mathrm{SNR}}=r---\left(2\right)$

$\underset{\log \mathrm{SNR}\→\∞}{\lim }\frac{{\log P}_e\left(\mathrm{SNR}\right)}{\log \mathrm{SNR}}=-d---\left(3\right)$

上式中，R(SNR)表示特定信噪比条件下要求达到的数据速率(bps/Hz)，Pe(SNR)表示特定信噪比条件下要求达到的差错率(％)。

Yijia Fan，John Thompson，Abdulkareem Adinoyi，and Halim Yanikomeroglu的“On the diversity-multiplexing tradeoff for multi-antenna multi-relay channels”(IEEE ICC 2007，P24-28，June 2007，Glasgow，Scotland，UK)以及L.Zhao，W.Mo，Y.Ma，and Z.Wang的“Diversity and multiplexing tradeoff in general fadingchannels”(IEEE Trans.Inform.Theory，Vol.53，P1549-1557，April 2007)从其他角度也探讨了这种最优组合发射方法，但其实质与前述文献是一致的，这里不再赘述。

前述方案必须在获得信噪比的前提下，根据一定的需求条件来最终确定r和d的最佳组合。然而这在实践中是不可行的，3GPP LTE的规范制定过程中，人们通常倾向让终端向基站发送信道质量指示(CQI，Channel Quality Indicator)来表示下行链路信道条件的状态，而CQI是传输块大小、终端类型、调制方式以及功率调节等一系列因素的函数。正在修订中的3GPP R7版文献TS 25.214定义的一系列CQI表，见表一。由表一可知，每一个CQI值都由5个比特的二进制数表示(0～30)，虽然这些值与信噪比没有直接的线性关系，但从CQI表中可以发现，随着CQI值的逐渐增大，表中的传输块也逐渐增大，调制方式从QPSK逐渐变为16QAM，这意味着随着CQI值的增大信道条件有逐渐变好的趋势。但由于CQI反馈的瞬时性和信道条件的多变性，通常不能完全通过CQI表直接确定CQI值与信噪比的直接关系，因此如何确定r和d的最佳组合在实践中仍然存在一定的问题。

                        表一

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于信道质量指示的分集、复用传输确定方法与装置，能根据终端反馈的CQI准确估计出信道的当前信噪比。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于信道质量指示的分集、复用传输确定方法，设定可靠通信的信噪比范围，该方法包括：

A、获取当前时刻之前连续N个传输时间间隔内用户终端反馈的信道质量指示CQI值，并计算出所获取CQI值的均值M和标准差S；

B、建立[M-S，M+S]集合与所设定信噪比范围的依序对应关系；

C、根据步骤B中的对应关系确定当前CQI值对应的信噪比，其中，小于M-S的CQI值以M-S计，大于M+S的CQI值以M+S计；

D、根据步骤C确定的信噪比计算分集、复用增益，从而确定采用分集或复用传输下行数据。

其中，设定可靠通信的信噪比范围包括：

以分集所需的理论最小信噪比为基准设定信噪比范围的最小值，以复用所需的理论最小信噪比为基准设定信噪比范围的最大值。

其中，步骤C包括：

若所述信噪比范围设定单元设定的信噪比范围为[SNR1，SNR2]，所确定当前CQI值为Q，则Q对应的信噪比为：

$\mathrm{SNR}1+\frac{[Q-(M-S)]\·[\mathrm{SNR}2-\mathrm{SNR}1]}{2S}$ 或

$\mathrm{SNR}2-\frac{[(M+S)-Q]\·(\mathrm{SNR}2-\mathrm{SNR}1)}{2S}.$

一种基于信道质量指示的分集、复用传输确定装置，包括：

信噪比范围设定单元，用于设定可靠通信的信噪比范围；

CQI值统计计算单元，用于获取当前时刻之前连续N个传输时间间隔内用户终端反馈的信道质量指示CQI值，并计算出所获取CQI值的均值M和标准差S；

CQI值集合与信噪比范围对应单元，用于建立[M-S，M+S]集合与所设定信噪比范围的依序对应关系；

当前信噪比确定单元，用于根据所述CQI值集合与信噪比范围对应单元建立的对应关系确定当前CQI值对应的信噪比，其中，小于M-S的CQI值以M-S计，大于M+S的CQI值以M+S计；

分集、复用增益计算单元，用于根据所述当前信噪比确定单元确定的信噪比计算分集、复用增益；

分集或复用选择单元，用于根据所述分集、复用增益计算单元确定采用分集或复用传输下行数据。

其中，所述信噪比范围设定单元包括：

分集所需的理论最小信噪比计算模块，用于计算分集所需的理论最小信噪比；

复用所需的理论最小信噪比计算模块，用于计算复用所需的理论最小信噪比；

信噪比范围设定模块，用于分别以分集所需的理论最小信噪比、复用所需的理论最小信噪比为基准设定信噪比范围的最小值、最大值。

其中，所述当前信噪比确定单元确定信噪比的方式为：

若所述信噪比范围设定单元设定的信噪比范围为[SNR1，SNR2]，所确定当前CQI值为Q，则Q对应的信噪比为：

$\mathrm{SNR}1+\frac{[Q-(M-S)]\·(\mathrm{SNR}2-\mathrm{SNR}1)}{2S}$ 或

$\mathrm{SNR}2-\frac{[(M+S)-Q]\·(\mathrm{SNR}2-\mathrm{SNR}1)}{2S}.$

本发明首先设定可靠通信的信噪比范围，该信噪比范围的最小值根据分集所需的理论最小信噪比而设定、信噪比范围的最大值根据复用所需的理论最小信噪比而设定。然后，对若干传输时间间隔内用户终端反馈的信道质量指示CQI值进行统计，计算其均值和标准差，以所确定的均值和标准差构成的集合与设定的信噪比范围进行对应；当接收到用户终端反馈的当前的CQI值时，按前述的对应关系确定其对应的信噪比。再根据所确定的信噪比计算分集、复用增益，从而作为分集或复用通信的依据。

附图说明

图1为本发明基于信道质量指示的分集、复用传输确定装置的组成结构示意图；

图2为本发明的信噪比范围设定单元组成结构示意图；

图3为本发明基于信道质量指示的分集、复用传输确定方法的流程图。

具体实施方式

本发明的核心思想是：对若干传输时间间隔内用户终端反馈的信道质量指示CQI值进行统计，计算其均值和标准差，以所确定的均值和标准差构成的集合与事先设定的信噪比范围进行对应；当接收到用户终端反馈的当前的CQI值时，按前述的对应关系确定其对应的信噪比。本发明的信噪比范围根据香农理论并结合实际通信条件而设定，而根据统计规律统计出的CQI值集合是符合当前CQI值分布规律的，根据当前CQI值确定的信噪比是非常接近实际信道的信噪比的，确定信噪比后即可根据实际的通信要求如特定信噪比条件下要求达到的数据速率或差错率来计算分集或复用的增益，从而作为分集或复用通信方式的依据。本发明计算量非常小且实现较简单，计算结果非常准确。以下结合附图对本发明进行详细描述。

图1为本发明基于信道质量指示的分集、复用传输确定装置的组成结构示意图，如图1所示，本发明的基于信道质量指示的分集、复用传输确定装置包括信噪比范围设定单元10、CQI值统计计算单元11、CQI值集合与信噪比范围对应单元12、当前信噪比确定单元13、分集、复用增益计算单元14、分集或复用选择单元15，其中，信噪比范围设定单元10用于设定可靠通信的信噪比范围。该信噪比以理论值为基础，结合实际的通信条件而设定。CQI值统计计算单元11用于获取当前时刻之前连续Q个传输时间间隔内用户终端反馈的信道质量指示CQI值，并计算出所获取CQI值的均值M和标准差S。这里，需要获取天线阵列中每根天线的子载波组上某移动终端的所有CQI值。所统计的传输时间间隔达到一定数目后，所得到的均值M和标准差S所确定的集合[M-S，M+S]越能反映当前CQI值的统计规律。CQI值集合与信噪比范围对应单元12用于建立[M-S，M+S]集合与所设定信噪比范围的依序对应关系。这里的对应关系是依序映射对应关系。当前信噪比确定单元13用于根据所述统计CQI值集合与信噪比范围对应单元建立的对应关系确定当前CQI值对应的信噪比，其中，小于M-S的CQI值以M-S计，大于M+S的CQI值以M+S计。具体确定方式为：若所述信噪比范围设定单元设定的信噪比范围为[SNR1，SNR2]，所确定当前CQI值为Q，则Q对应的信噪比为：

$\mathrm{SNR}1+\frac{[Q-(M-S)]\·(\mathrm{SNR}2-\mathrm{SNR}1)}{2S}---\left(4\right)$ 或

$\mathrm{SNR}2-\frac{[(M+S)-Q]\·(\mathrm{SNR}2-\mathrm{SNR}1)}{2S}---\left(5\right).$

分集、复用增益计算单元14用于根据当前信噪比确定单元13所确定的信噪比计算分集、复用增益。具体计算方式可依据前述公式(2)或(3)进行计算，当确定分集或复用增益后，再依据公式(1)计算复用或分集增益。

分集或复用选择单元15用于根据所述分集、复用增益计算单元确定采用分集或复用传输下行数据。

图2为本发明的信噪比范围设定单元组成结构示意图，如图2所示，本发明的信噪比范围设定单元10包括分集所需的理论最小信噪比计算模块100、复用所需的理论最小信噪比计算模块101和信噪比范围设定模块102，其中，分集所需的理论最小信噪比计算模块100用于计算分集所需的理论最小信噪比。复用所需的理论最小信噪比计算模块101用于计算复用所需的理论最小信噪比。本领域技术人员应当理解，根据香农原理来计算分集和复用所需的最小信噪比是容易实现的。信噪比范围设定模块102用于分别以分集所需的理论最小信噪比、复用所需的理论最小信噪比为基准设定信噪比范围的最小值、最大值。这里，前述的分集和复用所需的最小信噪比仅为参考值，实际的通信环境是复杂的，其信道质量受外界环境的影响也比较大，因此，需要根据具体的通信环境来具体设定。当通信条件有变化时，该设定的信噪比范围需要更新。本发明采用周期更新的方式，在更新时刻到来时重新确定信噪比范围。之所以将分集所需的理论最小信噪比设为信噪比范围的最小值，是因为若信道条件低于该值，说明信道质量极差，将必须采用分集方式进行数据传输；而将复用所需的理论最小信噪比设为信噪比范围的最大值，是因为若信道条件大于该值，说明信道质量极好，采用复用方式进行数据传输绝对可保证传输质量。

以下对本发明的基于信道质量指示的分集、复用传输确定方法进行说明。

图3为本发明基于信道质量指示的分集、复用传输确定方法的流程图，如图3所示，本发明的基于信道质量指示的分集、复用传输确定方法包括：

步骤301：设定可靠通信的信噪比范围。以分集和复用所需的最小信噪比仅为参考值分别确定信噪比范围的最小值和最大值。具体设置方式可参见本发明装置对应部分的相关描述，这里不再赘述。

步骤302：获取当前时刻之前连续N个传输时间间隔内用户终端反馈的信道质量指示CQI值，并计算出所获取CQI值的均值M和标准差S。从而确定集合[M-S，M+S]。本领域技术人员应当理解，根据用户终端反馈的CQI值并进行统计是容易实现的，其计算复杂度是非常低的。

步骤303：建立[M-S，M+S]集合与所设定信噪比范围的依序对应关系。

步骤304：根据步骤303中的对应关系确定当前CQI值对应的信噪比，其中，小于M-S的CQI值以M-S计，大于M+S的CQI值以M+S计。具体确定方式为：

若所述信噪比范围设定单元设定的信噪比范围为[SNR1，SNR2]，所确定当前CQI值为Q，则Q对应的信噪比为：

$\mathrm{SNR}1+\frac{[Q-(M-S)]\·(\mathrm{SNR}2-\mathrm{SNR}1)}{2S}$ 或

$\mathrm{SNR}2-\frac{[(M+S)-Q]\·(\mathrm{SNR}2-\mathrm{SNR}1)}{2S}.$

步骤305：根据步骤304确定的信噪比计算分集、复用增益，从而确定采用分集或复用传输下行数据。根据信噪比计算分集、复用增益可参见前述的公式(1)、(2)、(3)。

以下举一示例，以说明本发明是如何实现的。

假设事先要求数据速率为15bps/Hz，事先所设定可靠通信的信噪比波动范围为15dB～25dB，对应的信噪比为31.6～316.2，MT＝8，MR＝4，假定在4个TTI内获取了512个CQI值，这512个CQI值的均值为18，标准差为6，则可确定CQI的下限值和上限值分别为12和24，CQI＜12的均以12计，CQI＞24的均以24计，则最终CQI与信噪比的对应关系为：CQI值集合[12，24]依序对应到设定信噪比范围[31.6，316.2]。当前所获得的CQI为18时，通过计算对应的信噪比为173.9。由r×log2(173.9)＝15可得r≈2，进一步可求得d＝(8-2)×(4-2)＝12。然后可根据计算出的d和r确定数据传输的具体方式。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (6)

1、一种基于信道质量指示的分集、复用传输确定方法，其特征在于，设定可靠通信的信噪比范围，该方法包括：

A、获取当前时刻之前连续N个传输时间间隔内用户终端反馈的信道质量指示CQI值，并计算出所获取CQI值的均值M和标准差S；

B、建立[M-S，M+S]集合与所设定信噪比范围的依序对应关系；

C、根据步骤B中的对应关系确定当前CQI值对应的信噪比，其中，小于M-S的CQI值以M-S计，大于M+S的CQI值以M+S计；

D、根据步骤C确定的信噪比计算分集、复用增益，从而确定采用分集或复用传输下行数据。

2、根据权利要求1所述的基于信道质量指示的分集、复用传输确定方法，其特征在于，设定可靠通信的信噪比范围包括：

以分集所需的理论最小信噪比为基准设定信噪比范围的最小值，以复用所需的理论最小信噪比为基准设定信噪比范围的最大值。

3、根据权利要求1所述的基于信道质量指示的分集、复用传输确定方法，其特征在于，步骤C包括：

若所述信噪比范围设定单元设定的信噪比范围为[SNR1，SNR2]，所确定当前CQI值为Q，则Q对应的信噪比为：

$\mathrm{SNR}1+\frac{[Q-(M-S)]\·(\mathrm{SNR}2-\mathrm{SNR}1)}{2S}$ 或

$\mathrm{SNR}2-\frac{[(M+S)-Q]\·(\mathrm{SNR}2-\mathrm{SNR}1)}{2S}.$

4、一种基于信道质量指示的分集、复用传输确定装置，其特征在于，该装置包括：

信噪比范围设定单元，用于设定可靠通信的信噪比范围；

CQI值统计计算单元，用于获取当前时刻之前连续N个传输时间间隔内用户终端反馈的信道质量指示CQI值，并计算出所获取CQI值的均值M和标准差S；

CQI值集合与信噪比范围对应单元，用于建立[M-S，M+S]集合与所设定信噪比范围的依序对应关系；

当前信噪比确定单元，用于根据所述CQI值集合与信噪比范围对应单元建立的对应关系确定当前CQI值对应的信噪比，其中，小于M-S的CQI值以M-S计，大于M+S的CQI值以M+S计；

分集、复用增益计算单元，用于根据所述当前信噪比确定单元确定的信噪比计算分集、复用增益；

分集或复用选择单元，用于根据所述分集、复用增益计算单元确定采用分集或复用传输下行数据。

5、根据权利要求4所述的基于信道质量指示的分集、复用传输确定装置，其特征在于，所述信噪比范围设定单元包括：

分集所需的理论最小信噪比计算模块，用于计算分集所需的理论最小信噪比；

复用所需的理论最小信噪比计算模块，用于计算复用所需的理论最小信噪比；

信噪比范围设定模块，用于分别以分集所需的理论最小信噪比、复用所需的理论最小信噪比为基准设定信噪比范围的最小值、最大值。

6、根据权利要求4所述的基于信道质量指示的分集、复用传输确定装置，其特征在于，所述当前信噪比确定单元确定信噪比的方式为：

若所述信噪比范围设定单元设定的信噪比范围为[SNR1，SNR2]，所确定当前CQI值为Q，则Q对应的信噪比为：

$\mathrm{SNR}1+\frac{[Q-(M-S)]\·(\mathrm{SNR}2-\mathrm{SNR}1)}{2S}$ 或

$\mathrm{SNR}2-\frac{[(M+S)-Q]\·(\mathrm{SNR}2-\mathrm{SNR}1)}{2S}.$

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