CN102064867A

CN102064867A - 多天线发射方式切换方法和装置

Info

Publication number: CN102064867A
Application number: CN2009102236408A
Authority: CN
Inventors: 张娟; 王立平
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2009-11-18
Filing date: 2009-11-18
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2029-11-18
Also published as: CN102064867B

Abstract

本发明要解决的技术问题是提供一种多天线发射方式切换方法和装置，以便使装置能够选择最为合适的发射方式，提高速度，减少错误。根据本发明的一个方面，提出了一种发射分集-空间复用的多天线发射方式切换方法，包括以下步骤：统计用户设备UE在预定时间内的秩RI＞1的第一累计值和/或第一连续值；以及当第一累计值大于第一累计值门限时，和/或，当第一连续值大于第一连续值门限时，进行主控切换，以将多天线发射方式由发射分集TD方式切换为空间复用SM方式。此外，本发明还提出了一种空间复用-发射分集的多天线发射方式切换方法和一种多天线发射方式切换装置。

Description

多天线发射方式切换方法和装置

技术领域

本发明涉及通信系统，更具体地，涉及一种多天线发射方式切换方法和装置。

背景技术

在无线通信系统中，为提高数据传输速率及系统吞吐量，可以采用MIMO(Multi-Input and Multi-Output)技术。通常使用多天线是出于两个目的：一个是提高数据可靠性；另一个是提高数据传输速率。为了实现较高的可靠性和较高的数据速率，在差的信道状态中采用数据可靠性提高方案，并且在良好的信道状态中采用数据率提高方案。前者是利用MIMO信道提供的空间分集增益，后者利用MIMO信道提供的空间复用增益，因此MIMO技术大致可以分为两类：发射分集(TD，Transmit Diversity)和空间复用(SM，Spatial Multiplexing)。分集技术主要用来对抗信道衰落，获得最优的链路质量，提高解调的信干噪比；而在多径密集、信道相关性较低的环境下，SM是最有效的模式，可获得最高的传输速率。而在高相关的信道下，不适合使用SM模式。因此，上述两种多天线发射模式在实际应用中需要进行平衡考虑，一种有效的方法是根据信道状态自适应的使用多个天线方案获得数据可靠性和数据速率的提高，从而获得不同环境下的最优系统性能。

自适应调制和编码(Adaptive Modulation Coding，AMC)被积极地研究以提高无线网络中的信道容量，AMC方案根据当前的信号质量或信道状态来调整调制方案和码率，以提高数据率。因此在多天线传输方式确定的情况下，结合AMC可以进一步提高系统的性能。

LTE(Long Term Evolution，长期演进)系统的开环模式下利用信道的秩(Rank Indication，RI，为自然数)来进行分集和复用模式的切换，当RI＝1时，使用发射分集，当RI＞1时，使用空间复用。而实际测试中，空间复用不仅仅依赖于信道的相关性，对信道质量尤其是信干噪比的要求很高，信道相关性低，即RI＞1时，但信干噪比较低时，使用空间复用发射，接收端也会接收错误。

因此如何提供一种有效的方法来选择天线传输方式，是本发明旨在解决的问题，根据BS(Base Station，基站)、UE(User Equipment，用户设备)的能力和实际信道条件自适应选择复用和分集发射，从而提高系统的性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种多天线发射方式切换方法和装置，以便使装置能够选择最为合适的发射方式，提高速度，减少错误。

根据本发明的一个方面，提出了一种发射分集-空间复用的多天线发射方式切换方法，包括以下步骤：统计用户设备UE在预定时间内的秩RI＞1的第一累计值和/或第一连续值；以及当第一累计值大于第一累计值门限时，和/或，当第一连续值大于第一连续值门限时，进行主控切换，以将多天线发射方式由发射分集TD方式切换为空间复用SM方式。

其中，还包括：当确定不进行主控切换时，如果SM的吞吐量大于TD的吞吐量，则进行辅控切换，以将多天线发射方式由发射分集TD方式切换为空间复用SM方式。

其中，如果SM的吞吐量大于TD的吞吐量，则进行辅控切换的步骤包括：获取UE的业务量大小；获取UE上报的信道质量指示CQI信息；根据CQI、业务量大小以及当前RB资源占用情况，确定分配的RB个数以及TD的编码调制方式MCS；根据CQI与信干噪比SINR的对应关系获取SM下的SINR；根据CQI与SM的编码调制方式MCS的对应关系获取SM的MCS；当TD的MCS对应的吞吐量小于或等于SM的MCS对应的吞吐量时，进行辅控切换，以将多天线发射方式由发射分集TD方式切换为空间复用SM方式。

其中，预定时间是单位时间或从UE上次切换结束到当前时刻的时间。

根据本发明的另一方面，还提出了一种空间复用-发射分集的多天线发射方式切换方法，包括以下步骤：统计用户设备UE在预定时间内的秩RI＝1的第二累计值和/或第二连续值，以及否认信号NACK的累积值和/或NACK的连续值；以及当第二累计值大于第二累计值门限时，和/或，当第二连续值大于第二连续值门限时，进行主控切换，以将多天线发射方式由空间复用SM方式切换为发射分集TD方式。

其中，还包括：在进行主控切换之前，进行判断，当NACK的累积值大于第三累积值门限时，和/或，当NACK的连续值大于第三连续值门限时，进行主控切换，以将多天线发射方式由空间复用SM方式切换为发射分集TD方式。

其中，还包括：当确定不进行主控切换时，如果TD的吞吐量大于SM的吞吐量，则进行辅控切换，以将多天线发射方式由空间复用SM方式切换为发射分集TD方式。

其中，如果TD的吞吐量大于SM的吞吐量，则进行辅控切换的步骤包括：获取UE的业务量大小；获取UE上报的信道质量指示CQI信息；根据CQI、业务量大小以及当前RB资源占用情况，确定分配的RB个数以及SM的编码调制方式MCS；根据CQI与信干噪比SINR的对应关系获取TD下的SINR；根据CQI与TD的编码调制方式MCS的对应关系获取TD的MCS；当SM的MCS对应的吞吐量小于或等于TD的MCS对应的吞吐量时，进行辅控切换，以将多天线发射方式由空间复用SM方式切换为发射分集TD方式。

根据本发明的又一方面，提出了一种多天线发射方式切换装置，包括：主控模块，用于获取并统计用户设备UE在预定时间内的秩RI＞1的第一累计值和第一连续值以及秩RI＝1的第二累计值和第二连续值，当第一累计值大于第一累计值门限时，和/或，当第一连续值大于第一连续值门限时，输出发射分集TD-空间复用SM的切换信号，以及当第二累计值大于第二累计值门限时，和/或，当第二连续值大于第二连续值门限时，输出SM-TD的切换信号；切换模块，用于响应于主控切换的发射分集-空间复用的切换信号或空间复用-发射分集的切换信号来进行切换，并将切换结果下发至UE。

其中，还包括：辅控模块，用于在确定不进行主控切换时根据吞吐量最大准则确定多天线发射方式是TD或是SM，其中，当TD的MCS对应的吞吐量小于或等于SM的MCS对应的吞吐量时，进行辅控切换，以将多天线发射方式由发射分集TD方式切换为空间复用SM方式，以及其中，当TD的MCS对应的吞吐量大于SM的MCS对应的吞吐量时，进行辅控切换，以将多天线发射方式由空间复用SM方式切换为发射分集TD方式。

本发明所公开的一种多天线发射方式切换方法和装置，可以有效解决MIMO系统中不同天线方式的自适应切换问题，能够取得最优的系统性能；另外，采用主控模块和辅控模块相结合的方法，一方面，在信道变换缓慢情况下，可以避免频繁的模式切换，降低系统开销；另一方面，又可实时跟踪信道变换，调整BS的编码调制方式和发送天线模式，从而迅速适应信道的变化。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是实施本发明的系统原理框图；

图2是根据本发明的分集到复用切换的主控流程图；

图3是根据本发明的分集到复用切换辅控流程图；

图4是根据本发明的复用到分集切换的主控流程图；以及

图5是根据本发明的复用到分集切换的辅控流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的技术方案如下：

步骤1：在基站端首先由主控模块对多天线方式进行选择，其核心是由MAC层维护一个RI和ACK(Acknowledgement)/NACK(NO Acknowledgement)(如果UE对基站的信息能正确译码，则反馈ACK，否则反馈NACK)的计数器，统计BS当前时刻至最近一次模式切换结束时刻间收到UE上报的RI及ACK/NACK的数量，统计分为两类：累计值和连续值，该数量反映了信道在一段时间内的变化趋势。

步骤2：MAC计数器将统计的累计值和连续值分别和累计门限及连续门限进行比较，根据比较结果由基站进行主控模块天线模式的选择判断，当统计值达到门限时，就立刻执行主控模块的切换，否则，进入辅助控制过程。其中，门限值可以由系统仿真结果或者外场测试的经验值得到，可以根据系统的具体要求进行设定门限值。

步骤3：辅助控制首先需要根据UE反馈的CQI(channel quality information，信道质量指示)信息，根据CQI和MCS的对应关系，分别得到分集和复用方式下可以使用的MCS(Modulation and coding scheme，编码调制方式)信息，由此判断是进行相同天线方式内部的MCS选择控制，还是执行不同方式间的切换控制。

步骤4：如果是辅助控制的方式间切换，BS则根据吞吐量最大(吞吐量＝传输码流的长度×传输码流的个数×误帧率)准则，确定出目标UE所能支持的MCS和发射天线的方式。

步骤5：BS的MAC层将天线模式选择结果通过和物理层的接口发送给BS物理层，基站的物理层通过下行控制信道(Physical Downlink Control Channel PDCCH)通知目标UE。

其中，发射分集-空间复用的多天线发射方式切换方法包括以下步骤：统计用户设备UE在预定时间内的秩RI＞1的第一累计值和/或第一连续值(步骤201)；以及当第一累计值大于第一累计值门限时(步骤203)，和/或，当第一连续值大于第一连续值门限时(步骤204)，进行主控切换((步骤205)，以将多天线发射方式由发射分集TD方式切换为空间复用SM方式。

其中，空间复用-发射分集的多天线发射方式切换方法包括以下步骤：统计用户设备UE在预定时间内的秩RI＝1的第二累计值和/或第二连续值(步骤401)，以及否认信号NACK的累积值和/或NACK的连续值(步骤402)；以及当第二累计值大于第二累计值门限和/或NACK的累计值大于累计值门限时(步骤403和/或步骤404)，和/或，当第二连续值大于第二连续值门限和/或NACK的连续值大于连续值门限时(步骤405和步骤406)，进行主控切换，以将多天线发射方式由空间复用SM方式切换为发射分集TD方式。

以下结合附图，将对本发明的具体实施例进行较为详细的说明。

如图1所示，本发明包含信息收集单元、主控模块、辅控模块、MAC调度器。信息收集单元收集UE上报的RI，CQI，ACK/NACK等信息，并将这些信息发送给其他模块；主控模块是根据UE连续上报RI信息，统计RI上报的不同值，从而对MIMO模式进行切换和选择，主控模块是对较长一段时间稳定信道下的天线模式进行硬切换。辅控模块是由UE上报不同流(分集模式下，为单流)CQI的反馈信息，ACK/NACK信息，并对ACK/NACK的数值进行统计，根据一定的准则进行不同天线模式间的实时切换和不同MCS之间的调整。

其中，多天线发射方式切换装置包括：主控模块，用于获取并统计用户设备UE在预定时间内的秩RI＞1的第一累计值和第一连续值以及秩RI＝1的第二累计值和第二连续值，当第一累计值大于第一累计值门限时，和/或，当第一连续值大于第一连续值门限时，输出发射分集TD-空间复用SM的切换信号，以及当第二累计值大于第二累计值门限时，和/或，当第二连续值大于第二连续值门限时，输出SM-TD的切换信号；切换模块(MIMO切换模块)，用于响应于主动切换的发射分集-空间复用的切换信号或空间复用-发射分集的切换信号来进行切换，并将切换结果下发至UE。

此外，该切换装置还包括：辅控模块，用于在确定不进行主控切换时根据吞吐量最大准则确定多天线发射方式是TD或是SM。其中，当TD的MCS对应的吞吐量小于或等于SM的MCS对应的吞吐量时，进行辅控切换，以将多天线发射方式由发射分集TD方式切换为空间复用SM方式，以及其中，当TD的MCS对应的吞吐量大于SM的MCS对应的吞吐量时，进行辅控切换，以将多天线发射方式由空间复用SM方式切换为发射分集TD方式。

本发明所述的多种天线模式自适应选择方法，通过UE的上行反馈信息(RI、ACK/NACK、CQI)，由BS的主控模块和辅控模块进行天线模式选择，以下就通过本发明的各具体实施例来描述一种双发双收(RI＝2)的天线系统：

实施例一：分集到复用的切换

主控过程，如图2所示，步骤如下：

步骤201：统计上次模式切换结束时刻至当前时刻之间MAC层收到的RI的值，其中RI为1的累计值分别表示为：RINum₁，RI大于1的累计值为RINum₂；连续收到RI为1的统计值分别为CONTI_RI1，连续收到RI大于1的统计值分别为CONTI_RI2，系统确定的累计值门限为η_accum_RI，连续值门限为η_conti_RI。

步骤202：BS统计上次模式切换结束时刻至当前时刻之间MAC层收到的ACK和NACK数量，其中ACK和NACK累计值分别表示为：ACCUM_ack和ACCUM_nack，连续收到ACK和NACK的统计值分别为CONTI_ack和CONTI_nack，系统确定的累计值门限为η_accum，连续值门限为η_conti。

步骤203：判断统计的累计值RINum₂是否大于累计值门限η_accum_RI，如果大于，则进行步骤204；否则，进入辅控模块，进行下面步骤301到步骤306的过程；

步骤204：判断统计的连续值CONTI_RI2是否大于η_conti_RI，如果大于，则主控模块将系统的发射方式切换到复用，进行步骤205；否则，进入辅控模块，进行下面步骤301到步骤306的过程。

步骤205：进行发射方式切换，并将切换信息通过PDCCH下发给UE。

辅控过程，如图3所示，步骤如下：

步骤301：辅控模块首先从MAC调度器获得UE的业务量大小，即UE的数据量大小。

步骤302：BS从信息收集单元获得CQI反馈信息。CQI反馈信息是由UE测量信道的信干燥比SINR，利用EESM(Exponential-Effective SINR Mapping，指数意义的有效SINR映射)准测得到AWGN(Additive White Gaussian Noise，加性白高斯噪声信道)信道分集情况的SINR，然后根据链路仿真结果中AWGN信道下给出的SINR和CQI的对应关系，根据吞吐量最大准则，推荐不同码率在不同RB时使用的CQI，通过PUCCH(Physical Uplink Control Channel，物理上行控制信道)信道或PUSCH(Physical Uplink Shared Channel，物理上行共享信道)信道上报给BS。其中，SINR和CQI的对应关系通过设置各种不同的CQI，当BLER误帧率为10％时，得到各个CQI所需要的信干噪比SINR，由此得到CQI和SINR的对应表格。通过测得的信干噪比SINR，查表得到CQI。

步骤303：BS根据不同UE反馈的CQI，根据当前RB资源的占用情况，结合各个UE的业务量大小，确定分配给目标UE的RB个数；在分集模式不变的情况下，根据CQI和MCS的对应关系，确定每个码流应当使用的MCS。

步骤304：BS根据CQI信息以及步骤302中的AWGN信道链路仿真结果，反推得到当前分集情况下SINR_TD，进一步折算为复用情况下的SINR_SM。

步骤305：根据AWGN信道链路仿真结果中SINR和CQI的对应关系，根据吞吐量最大准则，获得该UE在复用模式下，信干噪比为SINR_SM对应的MCS′(MCS1，MCS2)。

步骤306：判断在相同RB分配情况下，该UE采用分集模式的MCS和复用模式的MCS′的吞吐量大小，如果分集模式的吞吐量大，即Th_MCS＞Th_MCS1+Th_MCS2，则切换至分集模式，且采用步骤303中获得的MCS；否则，保持复用方式不变，此时不同流对应的编码调制方式采用第步骤305步获得各流对应的MCS′(MCS 1、MCS2)。

实施例二：复用到分集的切换

主控过程，如图4所示，步骤如下：

步骤401：同步骤201。

步骤402：同步骤202。

步骤403：进一步地，BS对RI的统计值进行分析判断，如果统计的RI的累计值CONTI_RI1大于累计门限值η_accum，则进行步骤404；否则，进行步骤405。

步骤404：进一步地，判断ACCUM_nack大于第三累积值门限(如，累计值门限η_accum)，则主控模块将统发射方式切换到分集。

步骤405：当RI的累计值小于累计值门限，进一步地如果RI的连续值CONTI_RI1大于连续值门限η_conti_RI，则进行步骤406。

步骤406：进一步地，如果NACK的连续统计值大于第三连续值门限(如，连续值门限η_conti)，则主控模块将统发射方式切换到分集。否则保持原有的天线模式不变；

进一步地，如果上述的条件均不满足，则进入辅控过程的步骤501到步骤506。

BS将天线模式选择结果通过下行控制信道PDCCH发送给目标UE。

辅控过程，如图5所示，步骤如下：

步骤501：同步骤301

步骤502：同步骤302

步骤503：BS根据不同UE反馈的CQI，根据当前RB资源的占用情况，结合各个UE的业务量大小，确定分配给目标UE的RB个数；在复用模式不变的情况下，确定每个码流应当使用的MCS′(MCS1，MCS2)。

步骤504：BS根据CQI信息以及步骤302中的AWGN信道链路仿真结果，反推得到当前SINR_SM，进一步折算为分集情况下的SINR_TD。

步骤505：根据AWGN信道链路仿真结果中SINR和CQI的对应关系，根据吞吐量最大准则，获得该UE在分集模式下，信干噪比为SINR_TD对应的MCS。

步骤506：判断在相同RB分配情况下，该UE采用分集模式的MCS和复用模式的MCS′的吞吐量大小，如果分集模式的吞吐量大，即Th_MCS＞Th_MCS1+Th_MCS2，则切换至分集模式，且采用步骤505中获得的MCS；否则，保持复用方式不变，此时不同流对应的编码调制方式采用步骤503中获得的各流对应的MCS′(MCS1，MCS2)。

本发明方法通过主辅结合的方法，主控模块避免了慢变信道下频繁执行的天线模式切换，辅控模块又能快速适应信道的变化，结合UE反馈的多种信息自适应选择合适的天线发送方式，及编码调制方式，有效改善了系统的吞吐量。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种发射分集-空间复用的多天线发射方式切换方法，其特征在于，包括以下步骤：

统计用户设备UE在预定时间内的秩RI＞1的第一累计值和/或第一连续值；以及

当所述第一累计值大于第一累计值门限时，和/或，当所述第一连续值大于第一连续值门限时，进行主控切换，以将多天线发射方式由发射分集TD方式切换为空间复用SM方式。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

当确定不进行主控切换时，如果所述SM的吞吐量大于所述TD的吞吐量，则进行辅控切换，以将多天线发射方式由发射分集TD方式切换为空间复用SM方式。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，如果所述SM的吞吐量大于所述TD的吞吐量，则进行辅控切换的步骤包括：

获取所述UE的业务量大小；

获取所述UE上报的信道质量指示CQI信息；

根据所述CQI、所述业务量大小以及当前RB资源占用情况，确定分配的RB个数以及所述TD的编码调制方式MCS；

根据CQI与信干噪比SINR的对应关系获取所述SM下的SINR；

根据CQI与所述SM的编码调制方式MCS的对应关系获取所述SM的MCS；

当所述TD的MCS对应的吞吐量小于或等于所述SM的MCS对应的吞吐量时，进行辅控切换，以将多天线发射方式由发射分集TD方式切换为空间复用SM方式。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述预定时间是单位时间或从所述UE上次切换结束到当前时刻的时间。

5.一种空间复用-发射分集的多天线发射方式切换方法，其特征在于，包括以下步骤：

统计用户设备UE在预定时间内的秩RI＝1的第二累计值和/或第二连续值，以及否认信号NACK的累积值和/或NACK的连续值；以及

当所述第二累计值大于第二累计值门限时，和/或，当所述第二连续值大于第二连续值门限时，进行主控切换，以将多天线发射方式由空间复用SM方式切换为发射分集TD方式。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：

在进行主控切换之前，进行判断，当所述NACK的累积值大于第三累积值门限时，和/或，当所述NACK的连续值大于第三连续值门限时，进行主控切换，以将多天线发射方式由空间复用SM方式切换为发射分集TD方式。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，还包括：

当确定不进行主控切换时，如果所述TD的吞吐量大于所述SM的吞吐量，则进行辅控切换，以将多天线发射方式由空间复用SM方式切换为发射分集TD方式。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，如果所述TD的吞吐量大于所述SM的吞吐量，则进行辅控切换的步骤包括：

获取所述UE的业务量大小；

获取所述UE上报的信道质量指示CQI信息；

根据所述CQI、所述业务量大小以及当前RB资源占用情况，确定分配的RB个数以及所述SM的编码调制方式MCS；

根据CQI与信干噪比SINR的对应关系获取所述TD下的SINR；

根据CQI与所述TD的编码调制方式MCS的对应关系获取所述TD的MCS；

当所述SM的MCS对应的吞吐量小于或等于所述TD的MCS对应的吞吐量时，进行辅控切换，以将多天线发射方式由空间复用SM方式切换为发射分集TD方式。

9.一种多天线发射方式切换装置，其特征在于，包括：

主控模块，用于获取并统计用户设备UE在预定时间内的秩RI＞1的第一累计值和第一连续值以及秩RI＝1的第二累计值和第二连续值，当所述第一累计值大于第一累计值门限时，和/或，当所述第一连续值大于第一连续值门限时，输出发射分集TD-空间复用SM的切换信号，以及当所述第二累计值大于第二累计值门限时，和/或，当所述第二连续值大于第二连续值门限时，输出SM-TD的切换信号；

切换模块，用于响应于所述主控切换的所述发射分集-空间复用的切换信号或所述空间复用-发射分集的切换信号来进行切换，并将切换结果下发至所述UE。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括：

辅控模块，用于在确定不进行主控切换时根据吞吐量最大准则确定多天线发射方式是TD或是SM，

其中，当所述TD的MCS对应的吞吐量小于或等于所述SM的MCS对应的吞吐量时，进行辅控切换，以将多天线发射方式由发射分集TD方式切换为空间复用SM方式，

以及其中，当所述TD的MCS对应的吞吐量大于所述SM的MCS对应的吞吐量时，进行辅控切换，以将多天线发射方式由空间复用SM方式切换为发射分集TD方式。