CN101931505B - 一种下行多输入多输出模式的切换方法及基站设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种下行多输入多输出模式的切换方法及基站设备。所述切换方法包括：A、基站中的混合自动重传请求模块统计在每个上报周期内的数据包总数和其中的有效数据包数信息；B、基站根据所述数据包总数和所述有效数据包数确定信道条件，并根据所述信道条件来确定对用户采用的多输入多输出模式，其中，所述多输入多输出模式包括空时编码模式和空间复用模式。依照本发明，使基站能够及时有效地采取最佳的多输入多输出模式，从而在保证传输链路质量的同时，尽可能的提高系统的吞吐量。

Description

一种下行多输入多输出模式的切换方法及基站设备

技术领域

本发明属于移动通信领域，特别涉及一种下行多输入多输出模式的切换方法及基站设备。

背景技术

多输入多输出(Multiple Input and Multiple Output，MIMO)技术，是指在发射机/接收机利用多天线发送/接收的技术，是无线移动天线领域中多天线技术的研究热点，也是下一代移动通信系统中采用的关键技术之一。此技术通过利用多径来抗击信道的各种随机衰落，有效的避免共道干扰，改变信道质量，从而改进网络的可靠性以及通信服务质量；通过利用空间资源，理论上可以在不消耗额外空口资源(时间、频率)的基础上成倍的提高系统容量和频谱效率。

MIMO技术主要有两种应用：分集空时编码(Space Time Coding，STC)(包括发射分集和接收分集)，以及空间复用(Spatial Multiplexing，SM)。

分集STC技术同时利用了时间和空间，不提高系统容量，但是提高分集和编码增益，其原理见图1。如图1所示，输入字符即信息源被分为两组，每组为两个字符。在第一个字符时间内，每组的两个字符[C₁，C₂]同时从两根天线发送，在下一个字符时间内，这两个字符被变换成形式为[-C₂ ^*，C₁ ^*]再次从两根天线发出。这样接收天线在两个字符时间内就可以收到两个字符的两种不同形式，通过解码技术后还原出的字符正确率与两个字符时间内只收到两个字符的一种形式相比得到了很大程度的提高，表现为误码率降低，链路的可靠性被提高，进而提高信号的覆盖范围。在覆盖范围一定且用户的误码率要求一定时，分集增益也可以转化为数据传输速率的提高，如采用更高的调制编码方式等。

空间复用技术利用了空间，如图2所示，高速的数据流被分成并行的数据流同时进行发射，此时每根天线的发射数据是不一样的，在接收端再进行空间解调复用，重新组合成高速串行数据流。利用这种方法，可以很大程度的提高系统传输速率和吞吐量。

由于无线信道实时变化，在某些时刻使用分集STC可以得到更好的信道增益，提高链路传输可靠性；在某些时刻采用空间复用SM技术可以提高信道传输速率，从而提高信道的吞吐量。单独使用STC技术或者SM技术都不能最大限度的利用有限的频带资源。因此，基站如何确定信道条件的好坏，并根据信道条件实时的在STC模式和SM模式之间切换就成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种下行多输入多输出模式的切换方法及基站设备，使得基站能够及时有效地采取最佳MIMO模式，在保证传输链路质量的同时，尽可能的提高系统的吞吐量。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种下行多输入多输出模式的切换方法，包括如下步骤：

A、基站中的混合自动重传请求模块统计在每个上报周期内的数据包总数和其中的有效数据包数信息；

B、基站根据所述数据包总数和所述有效数据包数确定信道条件，并根据所述信道条件来确定对用户采用的多输入多输出模式，其中，所述多输入多输出模式包括空时编码模式和空间复用模式。

上述的方法，其中，在对用户当前采用的是空时编码模式时，所述步骤B具体包括：

在第一切换判决周期内，计算每个上报周期内所述有效数据包数与所述数据包总数的比值，得到第一比值；

统计所述第一比值大于第一门限的次数，得到第一次数；

在所述第一次数达到第一切换门限时，确定信道条件较好，将对该用户采用的多输入多输出模式切换到空间复用模式。

上述的方法，其中，在对用户当前采用的是空间复用模式时，所述步骤B具体包括：

在第二切换判决周期内，计算每个上报周期内所述有效数据包数与所述数据包总数的比值，得到第二比值；

统计所述第二比值小于第二门限的次数，得到第二次数；

在所述第二次数达到第二切换门限时，确定信道条件较差，将对该用户采用的多输入多输出模式切换到空时编码模式。

上述的方法，其中，在对用户当前采用的是空间复用模式时，所述步骤B中还包括：

统计所述数据包总数连续为零的次数，得到第三次数；

在所述第三次数达到第三切换门限时，确定信道条件较差，将对该用户采用的多输入多输出模式切换到空时编码模式。

上述的方法，其中，所述第一切换判决周期大于所述第二切换判决周期。

上述的方法，其中，所述步骤B具体包括：

计算每个上报周期内所述有效数据包数与所述数据包总数的比值，得到第三比值；

在所述第三比值大于第四切换门限时，确定信道条件较好，对该用户采用空间复用模式，否则，确定信道条件较差，对该用户采用空时编码模式。

上述的方法，其中，所述数据包总数为基站在一个上报周期内统计的非重传数据包的数目。

一种基站设备，包括：

混合自动重传请求模块，用于统计在每个上报周期内的数据包总数和其中的有效数据包数信息；

多输入多输出模块，用于根据所述数据包总数和所述有效数据包数确定信道条件，并根据所述信道条件来确定对用户采用的多输入多输出模式，其中，所述多输入多输出模式包括空时编码模式和空间复用模式。

上述的基站设备，其中，所述多输入多输出模块包括：

第一比值计算单元，用于在对用户当前采用的是空时编码模式时，计算在第一切换判决周期的每个上报周期内，所述有效数据包数与所述数据包总数的比值，得到第一比值；

第一次数计算单元，用于统计所述第一比值大于第一门限的次数，得到第一次数；

第一模式切换单元，用于在所述第一次数达到第一切换门限时，确定信道条件较好，将对该用户采用的多输入多输出模式切换到空间复用模式。

上述的基站设备，其中，所述多输入多输出模块还包括：

第二比值计算单元，用于在对用户当前采用的是空间复用模式时，计算在第二切换判决周期的每个上报周期内，所述有效数据包数与所述数据包总数的比值，得到第二比值；

第二次数计算单元，用于统计所述第二比值小于第二门限的次数，得到第二次数；

所述第一模式切换单元还用于，在所述第二次数达到第二切换门限时，确定信道条件较差，将对该用户采用的多输入多输出模式切换到空时编码模式。

上述的基站设备，其中，所述多输入多输出模块还包括：

第三次数计算单元，用于在对用户当前采用的是空间复用模式时，统计所述数据包总数连续为零的次数，得到第三次数；

所述第一模式切换单元还用于，在所述第三次数达到第三切换门限时，确定信道条件较差，将对该用户采用的多输入多输出模式切换到空时编码模式。

上述的基站设备，其中，所述第一切换判决周期大于所述第二切换判决周期。

上述的基站设备，其中，所述多输入多输出模块包括：

第三比值计算单元，用于计算每个上报周期内所述有效数据包数与所述数据包总数的比值，得到第三比值；

第二模式切换单元，用于在所述第三比值大于第四切换门限时，确定信道条件较好，对该用户采用空间复用模式，否则，确定信道条件较差，对该用户采用空时编码模式。

上述的基站设备，其中，所述数据包总数为基站在一个上报周期内统计的非重传数据包的数目。

本发明的实施例利用混合自动重传请求技术来判断信道条件，并根据当前信道条件进行下行MIMO模式的自适应切换，使基站能够及时有效地采取最佳MIMO模式，充分的利用了STC模式和SM模式的优点，从而在保证传输链路质量的同时，尽可能的提高系统的吞吐量。

附图说明

图1为空时编码原理图；

图2为空间复用原理图；

图3为本发明的下行多输入多输出模式的切换方法流程图；

图4为本发明第一实施例的下行多输入多输出模式的切换方法流程图；

图5为本发明第二实施例的下行多输入多输出模式的切换方法流程图；

图6为本发明实施例的基站设备的结构示意图；

图7为上述基站设备中多输入多输出模块的一种结构示意图；

图8为上述基站设备中多输入多输出模块的另一种结构示意图；

图9为STC模式和SM模式的性能比较图。

具体实施方式

为便于更好的理解本发明，这里首先对混合自动重传请求(HybridAutomatic Repeat Request，HARQ)技术进行介绍。

HARQ技术是在自动重传请求(Automatic Repeat Request，ARQ)技术的基础上发展起来的物理层技术，它将传统ARQ技术和前向纠错(Forward ErrorCorrection，FEC)技术结合起来，发送方发送信息时采用FEC编码，接收方当接收信息出错比特数在纠错能力之内时，错误可以自行修正；当差错严重，无法纠正时，就请求重传。由于采用了多次重传，可以使HARQ技术能够较好抵消信道条件的变化带来的影响，从而有效提高传输的效率和可靠性。

HARQ技术的重传机制在一定程度上反映了无线信道条件。如果在某一段时间内，需要被重传的数据包很多，或者传输不成功的数据包很多，则说明信道条件较差；反之，如果某一段时间内，数据包正确率很高，几乎不需要被纠正与重传，则说明此时的信道条件较好。

因此，本发明的实施例利用HARQ技术来判断信道条件，并根据当前信道条件进行下行MIMO模式的自适应切换。

参照图3，本发明的下行多输入多输出模式的切换方法，主要包括如下步骤：

步骤301：基站中的混合自动重传请求(HARQ)模块统计在每个上报周期内的数据包总数和其中的有效数据包数信息；

由于不同的用户与基站之间的信道条件可能不同，在本步骤中，HARQ模块是分别针对每个用户单独进行所述统计。为了避免基站频繁进行统计导致资源占用率过高，设定一个上报周期T_H。上报周期T_H到达后，HARQ模块统计在该周期内的数据包信息：数据包总数M，以及这M个数据包中传输成功的数据包数N，传输成功的数据包在本发明中被称为有效数据包。

为了更准确的反映信道情况，可以只统计首次传输的数据包数，将所述首次传输的数据包的数目作为所述数据包总数M，并统计这M个数据包中未经重传即传输成功的有效数据包的个数N。

步骤302：基站根据所述数据包总数和所述有效数据包数确定信道条件，并根据所述信道条件来确定对用户采用的多输入多输出模式。

基站对不同的用户可以采用不同的多输入多输出模式，其中，所述多输入多输出模式包括空时编码模式和空间复用模式。基站在确定与某用户之间的信道条件较好时，对该用户采用空间复用模式，在所述信道条件较差时，对该用户采用空时编码模式。

以下给出上述方法的两个具体实施例。

实施例一

考虑到频繁的切换会导致系统开销过大，同时考虑到系统数据传输的稳定性，在本实施例中，设定两个切换判决周期T_STC和T_SM，当需要从STC模式切换到SM模式时，采用周期T_STC；当需要从SM模式切换到STC模式时，采用周期T_SM。由于在信道条件较差时，采用SM模式会导致数据传输稳定性变差，所以可以设定周期T_STC长于周期T_SM，这样能够及时从SM模式切换到STC模式，在最大限度的保证系统传输数据稳定性的基础上提高系统的吞吐量。

在整个切换判决周期内统计适合切换的次数，只有在适合切换的次数达到切换门限时才进行切换。由于设定了两个切换判决周期，相应的也要设定两个切换门限TH_STC和TH_SM。如果在切换判决周期结束时，仍未达到切换门限，则MIMO模式不进行切换，进入下一个切换判决周期，重新进行统计。

参照图4，实施例一的下行多输入多输出模式的切换方法，主要包括如下步骤：

步骤401：在每个上报周期T_H到达时，基站中的HARQ模块统计在该上报周期T_H内的数据包总数M和其中的有效数据包数N；

步骤402：判断对用户当前采用的MIMO模式是否为STC模式，若是，进入步骤403，否则，进入步骤408；

步骤403：计算该上报周期T_H内所述有效数据包数N与所述数据包总数M的比值，得到第一比值；

步骤404：判断所述第一比值是否大于第一门限(m％)，若是，将第一次数N_STC加1，否则，进入步骤406；

其中，第一次数N_STC初始时为0。

步骤405：判断所述第一次数N_STC是否达到第一切换门限TH_STC，若是，进入步骤407，否则，进入步骤406；

步骤406：判断第一切换判决周期T_STC是否到达，若是，进入步骤413，否则，延时一个上报周期后，返回步骤403；

步骤407：确定信道条件较好，将对该用户采用的MIMO模式切换到SM模式，进入步骤413；

步骤408：计算该上报周期T_H内所述有效数据包数N与所述数据包总数M的比值，得到第二比值；

步骤409：判断所述第二比值是否小于第二门限(n％)，若是，将第二次数N_SM加1，否则，进入步骤411；

其中，第二次数N_SM初始时为0。

步骤410：判断所述第二次数N_SM是否达到第二切换门限TH_SM，若是，进入步骤412，否则，进入步骤411；

步骤411：判断第二切换判决周期T_SM是否到达，若是，进入步骤413，否则，延时一个上报周期后，返回步骤408；

步骤412：确定信道条件较差，将对该用户采用的MIMO模式切换到STC模式；

步骤413：所有统计数据清零，进入下一个切换判决周期。

此外，在对用户当前采用的MIMO模式为SM模式的情况下，如果所述数据包总数M连续多个上报周期均为零，那么有可能是信道条件突然恶化导致数据无法传输或者是不再做业务传输，此时也可以将对用户采用的MIMO模式从SM模式切换到STC模式，以尽可能的增加信道增益，保证链路可靠性。

因此，可以对实施例一进行优化，即，在对用户当前采用的是SM模式时，还统计所述数据包总数连续为零的次数，得到第三次数；在所述第三次数达到第三切换门限时，确定信道条件较差，将对该用户采用的MIMO模式切换到STC模式。

实施例二

参照图5，实施例二的下行多输入多输出模式的切换方法，主要包括如下步骤：

步骤501：在每个上报周期T_H到达时，基站中的HARQ模块统计在该上报周期T_H内的数据包总数M和其中的有效数据包数N；

步骤502：计算每个上报周期T_H内所述有效数据包数N与所述数据包总数M的比值，得到第三比值；

步骤503～505：判断所述第三比值是否大于第四切换门限，若是，确定信道条件较好，对该用户采用空间复用模式，否则，确定信道条件较差，对该用户采用空时编码模式。

实施例一中，一个切换判决周期中包括多个上报周期；实施例二中，直接将一个上报周期作为一个切换判决周期，因此，上报周期比实施例一中的上报周期相对设置的要大。

以下给出实现上述方法的基站设备。

参照图6，本发明实施例的基站设备60，包括：

混合自动重传请求模块61，用于统计在每个上报周期内的数据包总数和其中的有效数据包数信息；

由于不同的用户与基站之间的信道条件可能不同，混合自动重传请求模块61是分别针对每个用户单独进行所述统计。为了避免频繁进行统计导致资源占用率过高，设定一个上报周期T_H。上报周期T_H到达后，混合自动重传请求模块61统计在该周期内的数据包总数M，以及这M个数据包中的有效数据包数。

为了更准确的反映信道情况，可以只统计首次传输的数据包数，将所述首次传输的数据包数目作为所述数据包总数M，并统计这M个数据包中的有效数据包的个数N。

多输入多输出模块62，用于根据所述数据包总数和所述有效数据包数确定信道条件，并根据所述信道条件来确定对用户采用的多输入多输出模式。

基站对不同的用户可以采用不同的多输入多输出模式，其中，所述多输入多输出模式包括空时编码模式和空间复用模式。多输入多输出模块62在确定与某用户之间的信道条件较好时，对该用户采用空间复用模式，在所述信道条件较差时，对该用户采用空时编码模式。

参照图7，所述多输入多输出模块62具体包括：

第一比值计算单元71，用于在对用户当前采用的是空时编码模式时，计算在第一切换判决周期的每个上报周期内，所述有效数据包数与所述数据包总数的比值，得到第一比值；

第一次数计算单元72，用于统计所述第一比值大于第一门限的次数，得到第一次数；

第二比值计算单元73，用于在对用户当前采用的是空间复用模式时，计算在第二切换判决周期的每个上报周期内，所述有效数据包数与所述数据包总数的比值，得到第二比值；

第二次数计算单元74，用于统计所述第二比值小于第二门限的次数，得到第二次数；

第一模式切换单元75，用于在所述第一次数达到第一切换门限时，确定信道条件较好，将对该用户采用的多输入多输出模式切换到空间复用模式，以及，在所述第二次数达到第二切换门限时，确定信道条件较差，将对该用户采用的多输入多输出模式切换到空时编码模式。

其中，所述多输入多输出模块62中还可包括：

第三次数计算单元(图未示)，用于在对用户当前采用的是空间复用模式时，统计所述数据包总数连续为零的次数，得到第三次数；

所述第一模式切换单元75还用于，在所述第三次数达到第三切换门限时，确定信道条件较差，将对该用户采用的多输入多输出模式切换到空时编码模式。

其中，所述第一切换判决周期大于所述第二切换判决周期。

参照图8，所述多输入多输出模块62具体包括：

第三比值计算单元81，用于计算每个上报周期内所述有效数据包数与所述数据包总数的比值，得到第三比值；

第二模式切换单元82，用于在所述第三比值大于第四切换门限时，确定信道条件较好，对该用户采用空间复用模式，否则，确定信道条件较差，对该用户采用空时编码模式。

综上所述，本发明的实施例利用HARQ技术来判断信道条件，并根据当前信道条件进行下行MIMO模式的自适应切换，使基站能够及时有效地采取最佳MIMO模式，充分的利用了STC模式和SM模式的优点，从而在保证传输链路质量的同时，尽可能的提高系统的吞吐量。图9为STC模式和SM模式性能比较图，从图中可以看出，采用本发明的方案后，系统的性能得到了较大的改善。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (12)

1.一种下行多输入多输出模式的切换方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、基站中的混合自动重传请求模块统计在每个上报周期内的数据包总数和其中的有效数据包数信息；其中统计的过程中，设定两个切换判决周期T_STC和T_SM，当需要从空时编码模式切换到空间复用模式时，采用周期T_STC，当需要从空间复用模式切换到空时编码模式时，采用周期T_SM；并设定周期T_STC长于周期T_SM；

B、基站根据所述数据包总数和所述有效数据包数确定信道条件，并根据所述信道条件来确定对用户采用的多输入多输出模式，其中，所述多输入多输出模式包括空时编码模式和空间复用模式，基站在确定与用户之间的信道条件较好时，对该用户采用空间复用模式，在所述信道条件较差时，对该用户采用空时编码模式。

2.如权利要求1所述的切换方法，其特征在于，在对用户当前采用的是空时编码模式时，所述步骤B具体包括：

在第一切换判决周期T_STC内，计算每个上报周期内所述有效数据包数与所述数据包总数的比值，得到第一比值；

统计所述第一比值大于第一门限的次数，得到第一次数；

在所述第一次数达到第一切换门限时，确定信道条件较好，将对该用户采用的多输入多输出模式切换到空间复用模式。

3.如权利要求2所述的切换方法，其特征在于，在对用户当前采用的是空间复用模式时，所述步骤B具体包括：

在第二切换判决周期T_SM内，计算每个上报周期内所述有效数据包数与所述数据包总数的比值，得到第二比值；

统计所述第二比值小于第二门限的次数，得到第二次数；

在所述第二次数达到第二切换门限时，确定信道条件较差，将对该用户采用的多输入多输出模式切换到空时编码模式。

4.如权利要求3所述的切换方法，其特征在于，在对用户当前采用的是空间复用模式时，所述步骤B中还包括：

统计所述数据包总数连续为零的次数，得到第三次数；

在所述第三次数达到第三切换门限时，确定信道条件较差，将对该用户采用的多输入多输出模式切换到空时编码模式。

5.如权利要求1所述的切换方法，其特征在于，所述步骤B具体包括：

计算每个上报周期内所述有效数据包数与所述数据包总数的比值，得到第三比值；

在所述第三比值大于第四切换门限时，确定信道条件较好，对该用户采用空间复用模式，否则，确定信道条件较差，对该用户采用空时编码模式。

6.如权利要求1至5中任一项所述的切换方法，其特征在于：

所述数据包总数为基站在一个上报周期内统计的非重传数据包的数目。

7.一种基站设备，其特征在于，包括：

混合自动重传请求模块，用于统计在每个上报周期内的数据包总数和其中的有效数据包数信息；其中统计的过程中，设定两个切换判决周期T_STC和T_SM，当需要从空时编码模式切换到空间复用模式时，采用周期T_STC，当需要从空间复用模式切换到空时编码模式时，采用周期T_SM；并设定周期T_STC长于周期T_SM；

多输入多输出模块，用于根据所述数据包总数和所述有效数据包数确定信道条件，并根据所述信道条件来确定对用户采用的多输入多输出模式，其中，所述多输入多输出模式包括空时编码模式和空间复用模式，在确定与用户之间的信道条件较好时，对该用户采用空间复用模式，在所述信道条件较差时，对该用户采用空时编码模式。

8.如权利要求7所述的基站设备，其特征在于，所述多输入多输出模块包括：

第一比值计算单元，用于在对用户当前采用的是空时编码模式时，计算在第一切换判决周期的每个上报周期内，所述有效数据包数与所述数据包总数的比值，得到第一比值；

第一次数计算单元，用于统计所述第一比值大于第一门限的次数，得到第一次数；

第一模式切换单元，用于在所述第一次数达到第一切换门限时，确定信道条件较好，将对该用户采用的多输入多输出模式切换到空间复用模式。

9.如权利要求8所述的基站设备，其特征在于，所述多输入多输出模块还包括：

第二比值计算单元，用于在对用户当前采用的是空间复用模式时，计算在第二切换判决周期的每个上报周期内，所述有效数据包数与所述数据包总数的比值，得到第二比值，

第二次数计算单元，用于统计所述第二比值小于第二门限的次数，得到第二次数；

所述第一模式切换单元还用于，在所述第二次数达到第二切换门限时，确定信道条件较差，将对该用户采用的多输入多输出模式切换到空时编码模式。

10.如权利要求9所述的基站设备，其特征在于，所述多输入多输出模块还包括：

第三次数计算单元，用于在对用户当前采用的是空间复用模式时，统计所述数据包总数连续为零的次数，得到第三次数；

所述第一模式切换单元还用于，在所述第三次数达到第三切换门限时，确定信道条件较差，将对该用户采用的多输入多输出模式切换到空时编码模式。

11.如权利要求7所述的基站设备，其特征在于，所述多输入多输出模块包括：

第三比值计算单元，用于计算每个上报周期内所述有效数据包数与所述数据包总数的比值，得到第三比值；

第二模式切换单元，用于在所述第三比值大于第四切换门限时，确定信道条件较好，对该用户采用空间复用模式，否则，确定信道条件较差，对该用户采用空时编码模式。

12.如权利要求7至11中任一项所述的基站设备，其特征在于：

所述数据包总数为基站在一个上报周期内统计的非重传数据包的数目。

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