CN101562503B - 一种小间距天线阵基站及其多数据流发射方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种小间距天线阵基站及其多数据流发射方法，该方法包括：获取下行信道状态信息，计算待发射数据流数目、待发射数据流对应的编码调制集合等级和赋形矢量；根据待发射数据流数目选择待发射数据流，将选择的待发射数据流进行串并转换后输出；对串并变换后输出的待发射数据流进行编码、调制；对编码调制后的待发射数据流进行层映射操作；将层映射操作后的每一个待发射数据流乘以对应的赋形矢量后输出；为预编码后的待发射数据流进行资源映射；对资源映射后的所有待发射数据流进行正交频分复用调制；将正交频分复用调制后的所有待发射数据流映射到小间距天线阵的物理天线上发射。本发明提高了小间距天线阵传输形式下的吞吐量。

Description

一种小间距天线阵基站及其多数据流发射方法

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，特别是一种小间距天线阵基站及其多数据流发射方法。

背景技术

在未来移动通信系统中，需要一种技术既能够传输高速率数据，又能尽可能少的占用有限的时频资源，以满足人们日益增长的通信需求。在上述背景下，MIMO(Multi-Input Multi-Output)技术应运而生，理论研究表明：利用有限的时频资源，MIMO能够获得随着天线数线性增长的容量。

目前移动通信系统中广泛采用的MIMO天线阵有大间距天线阵、小间距天线阵和圆阵3种形式。

在小间距天线阵的形式下，基站仅发射一个数据流，其实现流程如图1所示，包括：

步骤11，基站获取下行信道状态信息；

步骤12，基站根据获得的下行信道状态信息，按照准则为待发射的单一数据流确定其MCS(Modulation Coding Set，编码调制集合)等级，并且计算出相应的赋形矢量；

步骤13，基站根据计算得到的MCS等级对待发射数据流进行编码调制；

步骤14，基站将编码调制后的待发射单一数据流与赋形矢量相乘，完成预编码过程；

步骤15，基站对预编码后的待发射单一数据流执行资源映射、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)调制后，映射到小间距天线阵中对应的物理天线上发射。

发明人在实现本发明的过程中发现，上述的基于小间距天线阵的MIMO技术只传输一个数据流，所以在信道条件较好时，可采用最高等级的编码调制方式，但由于实际系统所能支持的MCS(Modulation Coding Set，编码调制集合)有限，所以在信道质量进一步提高时，就无法再提高用户吞吐量和小区吞吐量。

发明内容

本发明的目的是提供一种小间距天线阵基站及其多数据流发射方法，提高小间距天线阵传输形式下的用户吞吐量和小区吞吐量。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种小间距天线阵基站，包括：

参数计算模块，用于获取下行信道状态信息，并根据下行信道状态信息计算待发射数据流数目、待发射数据流对应的编码调制集合等级和待发射数据流对应的赋形矢量；

串并转换模块，用于根据所述待发射数据流数目选择待发射数据流后，将选择的待发射数据流进行串并转换后输出；

编码调制器，用于根据编码调制集合等级和待发射数据流之间的对应关系，对串并变换模块输出的待发射数据流分别进行编码、调制；

层映射模块，用于对编码调制后的所有待发射数据流进行层映射操作；

预编码模块，用于根据赋形矢量和待发射数据流之间的对应关系，将层映射操作后输出的每一个待发射数据流乘以对应的赋形矢量后输出；

资源映射模块，用于为预编码后的所有待发射数据流进行资源映射；

正交频分复用调制模块，用于对资源映射后的所有待发射数据流进行正交频分复用调制；

天线映射模块，用于将正交频分复用调制后的所有待发射数据流映射到小间距天线阵的物理天线上发射。

上述的基站，其中，所述层映射模块进行层映射操作的方式为水平映射、垂直映射或交叉映射。

上述的基站，其中，所述参数计算模块具体包括：

相关矩阵计算单元，用于利用上行信道矩阵H计算相关矩阵R；

特征值分解单元，用于对相关矩阵R进行特征值分解；

数据流数目确定单元，用于根据特征值确定待发射数据流的数目S；

赋形矢量确定单元，用于根据特征值对应的特征向量确定待发射数据流对应的赋形矢量。

上述的基站，其中，λ_i≥T＞λ_i+1时，所述S等于i，所述λ_i表示所述相关矩阵R的第i个特征值，所述T为预设门限值，且λ₁≥λ₂≥...≥λ_min(M，N)，所述N为基站天线数目，所述M为终端天线数目。

上述的基站，其中，λ_i/λ_i+1＞η时，所述S等于i，所述λ_i表示所述相关矩阵R的第i个特征值，所述η为预设门限值，且λ₁≥λ₂≥...≥λ_min(M，N)，所述N为基站天线数目，所述M为终端天线数目。

上述的基站，其中，所述待发射数据流对应的赋形矢量为矩阵V的第1至第S列，所述矩阵V的列向量为所述相关矩阵R的特征值对应的特征矢量。

为了更好的实现上述目的，本发明实施例还提供了一种小间距天线阵基站的多数据流发射方法，其中，包括：

计算步骤，基站获取下行信道状态信息后，根据所述下行信道状态信息计算待发射数据流数目、待发射数据流对应的编码调制集合等级和待发射数据流对应的赋形矢量；

串并变化步骤，基站根据所述待发射数据流数目选择待发射数据流后，将选择的待发射数据流进行串并转换后输出；

编码调制步骤，基站根据编码调制集合等级和待发射数据流之间的对应关系，对串并变换模块输出的待发射数据流分别进行编码、调制；

层映射步骤，基站对编码调制后的所有待发射数据流进行层映射操作；

预编码步骤，基站根据赋形矢量和待发射数据流之间的对应关系，将层映射操作后输出的每一个待发射数据流乘以对应的赋形矢量后输出；

资源映射步骤，基站为预编码后的所有待发射数据流进行资源映射；

正交频分复用调制步骤，基站对资源映射后的所有待发射数据流进行正交频分复用调制；

天线映射步骤，基站将正交频分复用调制后的所有待发射数据流映射到小间距天线阵的物理天线上发射。

上述的方法，其中，所述层映射操作的方式为水平映射、垂直映射或交叉映射。

上述的方法，其中，所述计算步骤具体包括：

利用上行信道矩阵H计算相关矩阵R；

对相关矩阵R进行特征值分解；

根据特征值确定待发射数据流的数目S；

根据特征值对应的特征向量确定待发射数据流对应的赋形矢量。

上述的方法，其中，λ_i≥T＞λ_i+1时，所述S等于i，所述λ_i表示所述相关矩阵R的第i个特征值，所述T为预设门限值，且λ₁≥λ₂≥...≥λ_min(M，N)，所述N为基站天线数目，所述M为终端天线数目。

上述的方法，其中，λ_i/λ_i+1＞η时，所述S等于i，所述λ_i表示所述相关矩阵R的第i个特征值，所述η为预设门限值，且λ₁≥λ₂≥...≥λ_min(M，N)，所述N为基站天线数目，所述M为终端天线数目。

上述的方法，其中，所述待发射数据流对应的赋形矢量为矩阵V的第1至第S列，所述矩阵V的列向量为所述相关矩阵R的特征值对应的特征矢量。

本发明实施例具有以下有益效果：

首先，本发明实施例在小间距天线阵情况下，在信道情况较好时，不再执行单数据流传输，而是进行多数据流的传输，提高了小间距天线阵传输形式下的用户吞吐量和小区吞吐量；

其次，本发明实施例在小间距天线阵情况下，在信道情况较好时，不再执行单数据流传输，而是进行多数据流的传输，因此能够支持SDMA(SpaceDivision Multiple Access，空分多址)，也就能够获得多用户分集增益，进一步提高了小区吞吐量；

最后，本发明实施例在小间距天线阵情况下，利用实际计算得到的赋形矢量进行预编码，而不是采用码本方式进行预编码，提高了预编码的精度。

附图说明

图1为现有的小间距天线阵传输形式下基站发射单一数据流的流程图；

图2为本发明实施例的小间距天线阵传输形式下基站发射多个数据流的流程图；

图3为本发明实施例的小间距天线阵基站的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例的基站及其数据流发射方法，应用于小间距天线阵形式下的MIMO传输，其通过一定的准则选择多个用户数据流，实现小间距天线阵形式下的多数据流MIMO传输。

如图2所示，本发明实施例的基站进行多数据流MIMO传输的方法包括：

步骤21，基站获取下行信道状态信息；

步骤22，基站根据下行信道状态信息和预设准则确定多个待发射数据流；

步骤23，基站根据下行信道状态信息确定每一个待发射数据流对应的MCS等级，并计算每一个待发射数据流对应的赋形矢量；

步骤24，基站根据MCS等级和待发射数据流之间的对应关系，对每一个待发射数据流分别进行编码、调制；

步骤25，基站将编码调制后的所有待发射数据流执行层映射操作；

步骤26，基站执行预编码，根据赋形矢量和待发射数据流之间的对应关系，将层映射操作后输出的每一个待发射数据流乘以对应的赋形矢量后输出；

步骤27，基站对预编码后的所有待发射数据流进行资源映射、OFDM调制后，将所有待发射数据流映射到小间距天线阵的物理天线上发射。

下面对本发明实施例的方法进行进一步详细说明。

在步骤21中，基站需要获取下行信道状态信息来进行后续的处理，在本发明的具体实施例中，该下行信道状态信息可以是终端反馈的下行信道信息，也可以是基站自身利用信道上下行对称性来获取。

由于本发明实施例需要在小间距天线阵方式下传输多个数据流，因此基站必须确定待发射数据流的个数，下面对基站确定待发射数据流的数目进行详细说明。

在本发明的具体实施例中，根据相关矩阵的特征值来确定待发射数据流的数目。

该步骤22具体包括：

步骤221，基站利用上行信道矩阵H计算相关矩阵R，如下：

R＝H^HH

其中：

$H=\left[\begin{array}{ccc}{h}_{11}& ...& h_{1N}\\ ...& ...& ...\\ h_{M1}& ...& h_{\mathrm{MN}}\end{array}\right]$

其中h_ij表示终端第i根天线发，基站第j根天线收的信道响应，上标H表示矩阵的转秩。

步骤222，对相关矩阵R进行特征值分解，如下：

R＝VΛV^H

其中，Λ＝diag{λ₁，λ₂，...，λ_min(M，N)}，且λ₁≥λ₂≥...≥λ_min(M，N)，λ_i表示矩阵R的第i个特征值，而矩阵V的第i列为λ_i对应的特征矢量。

步骤223，确定待发射数据流的数目S；

在本发明的具体实施例中，可以采用多种方式来确定该数目S，说明如下。

方式一、根据预设门限来确定

设定一数目确定门限T，当λ_i≥T＞λ_i+1时，则S＝i。

方式二、根据特征值相对大小η来确定

设定一η，当第一次出现λ_i/λ_i+1＞η时，则S＝i。

在确定待发射数据流的数目后，需要进一步确定每一个待发射数据流对应的赋形矢量，在本发明的具体实施例中，该赋形矢量如下所示：

W＝V(1，2，...，S)

其中，V(1，2，...，S)表示取矩阵V的第1至第S列，每一列对应一个待发射数据流，作为其赋形矢量，而在步骤26中，将层映射后待发射数据作为行向量的矩阵与V(1，2，...，S)相乘即完成预编码操作。

由于本发明实施例的方法需要传输多个数据流，因此在进行预编码之前还需要在空域上进行数据符号分层映射，在本发明的具体实施例中，该层映射可以是水平映射、垂直映射或对角映射。

本发明实施例的基站如图3所示，包括：

参数计算模块，用于获取下行信道状态信息，并根据下行信道状态信息计算待发射数据流的数目以及每一待发射数据流的对应的MCS等级和赋形矢量；

串并转换模块，用于根据待发射数据流的数目选择待发射数据流后，将待发射数据流进行串并转换后输出；

编码调制器，用于根据MCS等级和待发射数据流之间的对应关系，对串并变换模块输出的待发射数据流分别进行编码、调制；

层映射模块，用于对编码调制后的所有待发射数据流进行层映射操作；

预编码模块，用于根据赋形矢量和待发射数据流之间的对应关系，将层映射操作后输出的每一个待发射数据流乘以对应的赋形矢量后输出；

资源映射模块，用于为预编码后的所有待发射数据流进行资源映射；

OFDM调制模块，用于对资源映射后的所有待发射数据流进行OFDM调制；

天线映射模块，用于将OFDM调制后的所有待发射数据流映射到小间距天线阵的物理天线上发射。

在本发明的具体实施例中，该参数计算模块具体包括：

相关矩阵计算单元，用于利用上行信道矩阵H计算相关矩阵R，如下：

R＝H^HH

其中：

$H=\left[\begin{array}{ccc}{h}_{11}& ...& h_{1N}\\ ...& ...& ...\\ h_{M1}& ...& h_{\mathrm{MN}}\end{array}\right]$

其中h_ij表示终端第i根天线发，基站第j根天线收的信道响应，上标H表示矩阵的转秩。

特征值分解单元，用于对相关矩阵R进行特征值分解，如下：

R＝VΛV^H

其中，Λ＝diag{λ₁，λ₂，...，λ_min(M，N)}，且λ₁≥λ₂≥...≥λ_min(M，N)，λ_i表示矩阵R的第i个特征值，而矩阵V的第i列为λ_i对应的特征矢量。

数据流数目确定单元，用于根据特征值确定待发射数据流的数目S；

在本发明的具体实施例中，可以采用多种方式来确定该数目S，说明如下。

方式一、根据预设门限来确定

设定一数目确定门限T，当λ_i≥T＞λ_i+1时，则S＝i。

方式二、根据特征值相对大小η来确定

设定一η，当第一次出现λ_i/λ_i+1＞η时，则S＝i。

赋形矢量确定单元，用于确定每一个待发射数据流对应的赋形矢量，在本发明的具体实施例中，该赋形矢量如下所示：

W＝V(1，2，...，S)

其中，V(1，2，...，S)表示取矩阵V的第1至第S列，每一列对应一个待发射数据流，作为其赋形矢量。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种小间距天线阵基站，其特征在于，包括：

参数计算模块，用于获取下行信道状态信息，并根据下行信道状态信息计算待发射数据流数目、待发射数据流对应的编码调制集合等级和待发射数据流对应的赋形矢量；

串并转换模块，用于根据所述待发射数据流数目选择待发射数据流后，将选择的待发射数据流进行串并转换后输出；

编码调制器，用于根据编码调制集合等级和待发射数据流之间的对应关系，对串并转换模块输出的待发射数据流分别进行编码、调制；

层映射模块，用于对编码调制后的所有待发射数据流进行层映射操作；

预编码模块，用于根据赋形矢量和待发射数据流之间的对应关系，将层映射操作后输出的每一个待发射数据流乘以对应的赋形矢量后输出；

资源映射模块，用于为预编码后的所有待发射数据流进行资源映射；

正交频分复用调制模块，用于对资源映射后的所有待发射数据流进行正交频分复用调制；

天线映射模块，用于将正交频分复用调制后的所有待发射数据流映射到小间距天线阵的物理天线上发射。

2.根据权利要求1所述的基站，其特征在于，所述层映射模块进行层映射操作的方式为水平映射、垂直映射或交叉映射。

3.根据权利要求1所述的基站，其特征在于，所述参数计算模块具体包括：

相关矩阵计算单元，用于利用上行信道矩阵H计算相关矩阵R；

特征值分解单元，用于对相关矩阵R进行特征值分解；

数据流数目确定单元，用于根据特征值确定待发射数据流的数目S；

赋形矢量确定单元，用于根据特征值对应的特征向量确定待发射数据流对应的赋形矢量。

4.根据权利要求3所述的基站，其特征在于，λ_i≥T＞λ_i+1时，所述S等于i，所述λ_i表示所述相关矩阵R的第i个特征值，所述T为预设门限值，且λ₁≥λ₂≥...≥λ_min(M，N)，所述N为基站天线数目，所述M为终端天线数目。

5.根据权利要求3所述的基站，其特征在于，λ_i/λ_i+1＞η时，所述S等于i，所述λ_i表示所述相关矩阵R的第i个特征值，所述η为预设门限值，且λ₁≥λ₂≥...≥λ_min(M，N)，所述N为基站天线数目，所述M为终端天线数目。

6.根据权利要求4或5所述的基站，其特征在于，所述待发射数据流对应的赋形矢量为矩阵V的第1至第S列，所述矩阵V的列向量为所述相关矩阵R的特征值对应的特征矢量。

7.一种小间距天线阵基站的多数据流发射方法，其特征在于，包括：

计算步骤，基站获取下行信道状态信息后，根据所述下行信道状态信息计算待发射数据流数目、待发射数据流对应的编码调制集合等级和待发射数据流对应的赋形矢量；

串并变化步骤，基站根据所述待发射数据流数目选择待发射数据流后，将选择的待发射数据流进行串并转换后输出；

编码调制步骤，基站根据编码调制集合等级和待发射数据流之间的对应关系，对串并转换后输出的待发射数据流分别进行编码、调制；

层映射步骤，基站对编码调制后的所有待发射数据流进行层映射操作；

预编码步骤，基站根据赋形矢量和待发射数据流之间的对应关系，将层映射操作后输出的每一个待发射数据流乘以对应的赋形矢量后输出；

资源映射步骤，基站为预编码后的所有待发射数据流进行资源映射；

正交频分复用调制步骤，基站对资源映射后的所有待发射数据流进行正交频分复用调制；

天线映射步骤，基站将正交频分复用调制后的所有待发射数据流映射到小间距天线阵的物理天线上发射。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述层映射操作的方式为水平映射、垂直映射或交叉映射。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述计算步骤具体包括：

利用上行信道矩阵H计算相关矩阵R；

对相关矩阵R进行特征值分解；

根据特征值确定待发射数据流的数目S；

根据特征值对应的特征向量确定待发射数据流对应的赋形矢量。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，λ_i≥T＞λ_i+1时，所述S等于i，所述λ_i表示所述相关矩阵R的第i个特征值，所述T为预设门限值，且λ₁≥λ₂≥...≥λ_min(M，N)，所述N为基站天线数目，所述M为终端天线数目。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，λ_i/λ_i+1＞η时，所述S等于i，所述λ_i表示所述相关矩阵R的第i个特征值，所述η为预设门限值，且λ₁≥λ₂≥...≥λ_min(M，N)，所述N为基站天线数目，所述M为终端天线数目。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述待发射数据流对应的赋形矢量为矩阵V的第1至第S列，所述矩阵V的列向量为所述相关矩阵R的特征值对应的特征矢量。

Images