CN102098085A - 自适应mimo发送方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种多输入多输出MIMO系统的发送方法，包括步骤：根据信道状态信息和时间相关函数，来产生针对数据和导频的预编码矩阵；根据产生的针对数据的预编码矩阵来对数据进行预编码；根据产生的针对导频的预编码矩阵来对导频进行预编码；以及向接收机发射预编码后的数据和导频。还提出了应用该方法的发送机。根据本发明的方法，能够自适应地确定是否使用信道状态信息来产生预编码矩阵。在信道的时间相关函数不小于预设的阈值时，使用信道状态信息，否则，不使用信道状态信息。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信领域，更具体地，涉及自适应MIMO发送方法和设备，能够提高系统性能。
背景技术
随着无线网络、多媒体技术和因特网的逐渐融合，人们对无线通信业务的类型和质量的要求越来越高。为满足无线多媒体和高速率数据传输的要求，需要开发新一代无线通信系统。新一代无线系统中，从物理层、媒体接入控制层到网络层，将广泛采用一些新技术，如多天线输入和输出(MIMO)、正交频分复用(OFDM)、分组调度等。
MIMO系统是指在发送机和接收机都使用多元天线阵列的系统，它能显著提高系统容量和无线传输链路质量(误比特率BER)。
如果发送机能够获知信道状态信息CSI，则在发送机可以采用信道状态信息对发送信号进行预编码，降低干扰，提高系统的平均接收信噪比SNR，从而降低平均误符号率。
但是，发送机和接收机之间的信道是时变信道，发送机获知的CSI不够精确。使用不精确的CSI会导致系统性能劣化。
因此，需要设计一种时变信道的自适应MIMO发送方法，来克服该缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种MIMO发送方法和设备，能够自适应地采用信道状态信息来计算预编码矩阵，从而提高系统性能。
根据本发明的第一方案，提出了一种多输入多输出MIMO系统的发送机，包括：控制器，用于根据信道状态信息和信道的时间相关函数，来产生针对数据和导频的预编码矩阵；数据预编码单元，用于根据控制器产生的针对数据的预编码矩阵来对数据进行预编码；导频预编码单元，用于根据控制器产生的针对导频的预编码矩阵来对导频进行预编码；以及多根天线，用于向接收机发射预编码后的数据和导频。
优选地，所述控制器存储有阈值；并且所述控制器将所述信道的时间相关函数与所述阈值进行比较，在信道的时间相关函数不小于所述阈值时，使用所述信道状态信息来产生针对数据和导频的预编码矩阵；而在信道的时间相关函数小于所述阈值时，使用单位矩阵来产生针对数据和导频的预编码矩阵。
优选地，所述控制器根据来自接收机的导频来计算所述信道的时间相关函数。
优选地，所述发送机位于MIMO系统的基站处。
优选地，所述信道是时变信道。
优选地，所述MIMO系统是MIMO-OFDM系统。
根据本发明的另一方案，提出了一种多输入多输出MIMO系统的发送方法，包括步骤：根据信道状态信息和信道的时间相关函数，来产生针对数据和导频的预编码矩阵；根据产生的针对数据的预编码矩阵来对数据进行预编码；根据产生的针对导频的预编码矩阵来对导频进行预编码；以及向接收机发射预编码后的数据和导频。
优选地，根据信道状态信息和信道的时间相关函数，来产生针对数据和导频的预编码矩阵的步骤包括：将所述信道的时间相关函数与阈值进行比较；在信道的时间相关函数不小于所述阈值时，使用所述信道状态信息来产生针对数据和导频的预编码矩阵；而在信道的时间相关函数小于所述阈值时，使用单位矩阵来产生针对数据和导频的预编码矩阵。
优选地，所述信道的时间相关函数是根据来自接收机的导频计算出的。
优选地，所述信道是时变信道。
根据本发明的自适应MIMO发送机和发送方法在时变信道中改善了系统性能。
附图说明
结合附图，根据下面对本发明的非限制性实施例的详细描述，本发明的上述及其他目的、特征和优点将变得更加清楚，附图中：
图1A示出了根据本发明实施例的MIMO-OFDM系统中的发送机100的结构的方框图；
图1B示出了根据本发明实施例的MIMO-OFDM系统中的接收机200的结构的方框图；
图2示出了根据本发明实施例的MIMO-OFDM系统中发送机侧的信号和导频的时间-频率分布示意图；以及
图3示出了根据本发明实施例的自适应MIMO发送方法的流程图。
具体实施方式
下面，根据附图描述本发明。在以下描述中，一些具体实施例仅用于描述目的，而不应该理解为对本发明有任何限制，而只是本发明的示例。省略了常规结构或构造，以免导致对本发明的理解不清楚。
瑞利衰落信道(Rayleigh fading channel)是一种无线电信号传播环境的统计模型。下面以瑞利衰落信道为模型来描述本发明。
瑞利衰落信道的归一化时间相关函数是零阶第一类贝塞尔函数，其表示为R(fd，τ)＝J0(2πfdτ)
其中fd是接收机的最大多普勒频移，τ是发送机获得信道状态信息CSI和其使用CSI之间的延迟。R(fd，τ)是乘积fdτ的单调减函数，其中1≥R(fd，τ)≥0。延迟τ是由系统配置实现的一个常数。因此，R(fd，τ)可以被简化为R(fd)。
R(fd)越小，此时信道的时间相关性较小，使用CSI进行预编码获得的系统性能改善也较小。而在R(fd)较大时，信道的时间相关性较大，此时使用CSI进行预编码获得的系统性能改善越大。
因此，根据本发明实施例，在R(fd)较小时，发送机不使用信道状态信息CSI来产生预编码矩阵，这样可以简化预编码矩阵计算的复杂度。而在R(fd)较大时，发送机使用CSI来产生预编码矩阵，以便利用信道的相关性来提高系统性能。
下面以MIMO-OFDM系统为例来描述根据本发明实施例的自适应MIMO发送方法和设备。
图1A示出了根据本发明实施例的MIMO-OFDM系统中的发送机100的结构的方框图，图1B示出了根据本发明实施例的MIMO-OFDM系统中的接收机200的结构的方框图。发送机和接收机分别安装有NT根发送天线和NR根接收天线。
正交频分复用OFDM技术是将带宽划分为多个子载波。对于MMO-OFDM系统，每个频率的子载波都可以被看作独立的窄带传输信道。因此，对每个子载波进行MIMO操作。
根据本发明实施例的发送机100包括数据预编码单元1011、导频预编码单元1012、子载波映射单元102、IFFT单元103以及控制器104。
数据预编码单元1011和导频预编码单元1012用于使用来自控制器104的预编码矩阵，分别对来自数据源的数据和来自导频源的导频进行预编码，以提高抗噪声性，并分别产生预编码后的数据和导频。然后，子载波映射单元102将编码后的数据和导频映射到不同频率的子载波上。图2示出了根据本发明实施例的MIMO-OFDM系统中发送机侧的信号和导频的时间-频率分布示意图。
IFFT单元103对映射到子载波上的子载波信号进行傅立叶逆变换IFFT，将频域信号变换到时域。变换后的子载波信号分别被发送到各个发射天线，通过天线把信号发送出去。
如图1B所示，根据本发明的MIMO-OFDM系统中的接收机200包括FFT单元203、子载波逆映射单元202、均衡单元201以及信道估计单元204。
接收机200中的各个接收天线接收数据，然后由傅立叶变换FFT单元203对接收信号进行傅立叶变换，变换后的信号被发送到子载波逆映射单元202。子载波逆映射单元202将变换后的信号恢复为基带的接收信号，并分离数据和导频，并将信号发送给均衡单元201，将导频发送给信道估计单元204。信道估计单元204根据接收到的导频，进行信道估计，并将估计结果发送给均衡单元201。均衡单元201基于信道估计单元204的估计结果对信道进行均衡，得到接收信号。
根据本发明实施例的发送机100中，预编码单元101利用来自控制器104的预编码矩阵对数据和导频进行预编码。
控制器104中预配置有一个阈值Rt(fd)，其中1≥Rt(fd)≥0。
控制器104首先获得信道的时间相关函数R(fd)。
作为非限制性示例，控制器104从接收机接收导频，并根据所接收的导频来计算信道的时间相关函数。
然后，控制器104将计算出的R(fd)与预存储的阈值Rt(fd)进行比较。如果R(fd)≥Rt(fd)，则控制器采用信道状态信息来产生针对数据和导频的预编码矩阵PD和PP。否则，如果R(fd)＜Rt(fd)，则控制器在产生预编码矩阵时不考虑信道状态信息。
作为非限制性的示例，在R(fd)＜Rt(fd)时，控制器使用单位矩阵I作为数据和导频的预编码矩阵，即PD＝PP＝I。
预存储的阈值Rt(fd)可以通过系统仿真来预先设定，并在系统的实际运行中根据实际情况而重新配置。
在现有的计算接收机的运动速度的操作中，控制器根据来自接收机的导频，计算出信道的时间相关参数，然后根据R(fd，τ)＝J0(2πfdτ)，计算出接收机的最大多普勒频移fd，从而计算出接收机的运动速度。因此，根据本发明实施例的信道的时间相关函数可以是现有的计算接收机运动速度的操作的中间结果，所以根据本发明实施例的方法可以不用改变现有的系统配置。
作为非限制的示例，根据本发明实施例的发送机可以位于基站处，相应地，接收机位于移动台处。
图3示出了根据本发明实施例的自适应MIMO发送方法的流程图。
在步骤S301处，控制器根据信道的时间相关函数和信道状态信息CSI来产生预编码矩阵。具体地，控制器根据来自接收机的导频而计算出R(fd)。控制器将计算出的R(fd)与预存储的阈值Rt(fd)进行比较。如果R(fd)≥Rt(fd)，则控制器采用信道状态信息来产生预编码矩阵。否则，如果R(fd)＜Rt(fd)，则控制器采用单位矩阵作为数据和导频的预编码矩阵。
然后在步骤S303处，利用产生的预编码矩阵对数据和导频进行预编码。
最后，在步骤S305处，通过发射天线将数据和导频发射到接收机。
在发射数据和导频之前，数据和导频经过了子载波映射、IFFT等处理。当然，数据和导频可能还经过了调制、滤波、放大等处理。
根据本发明实施例的MIMO系统在信道相关性较差时不使用CSI来产生预编码矩阵，在信道相关性较好时才使用CSI来产生预编码矩阵，能够提高系统性能，实现了系统的整体性能的优化。
尽管以上描述涉及多个单元，但是通过将一个单元划分为多个单元或将多个单元组合为一个单元，只要其仍能执行相应的功能，也可以实现本发明。
本领域技术人员应该很容易认识到，可以通过编程计算机实现上述方法的不同步骤。在此，一些实施方式同样包括机器可读或计算机可读的程序存储设备(如，数字数据存储介质)以及编码机器可执行或计算机可执行的程序指令，其中，该指令执行上述方法的一些或全部步骤。例如，程序存储设备可以是数字存储器、磁存储介质(如磁盘和磁带)、硬件或光可读数字数据存储介质。实施方式同样包括执行上述方法的所述步骤的编程计算机。
描述和附图仅示出本发明的原理。因此应该意识到，本领域技术人员能够建议不同的结构，虽然这些不同的结构未在此处明确描述或示出，但体现了本发明的原理并包括在其精神和范围之内。此外，所有此处提到的示例明确地主要只用于教学目的以帮助读者理解本发明的原理以及发明人所贡献的促进本领域的构思，并应被解释为不是对这些特定提到的示例和条件的限制。此外，此处所有提到本发明的原则、方面和实施方式的陈述及其特定的示例包含其等同物在内。
上面的描述仅用于实现本发明的实施方式，本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的范围的任何修改或局部替换，均应该属于本发明的权利要求来限定的范围，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (11)
1.一种多输入多输出MIMO系统的发送机，包括：
控制器，用于根据信道状态信息和信道的时间相关函数，来产生针对数据和导频的预编码矩阵；
数据预编码单元，用于根据控制器产生的针对数据的预编码矩阵来对数据进行预编码；
导频预编码单元，用于根据控制器产生的针对导频的预编码矩阵来对导频进行预编码；以及
多根天线，用于向接收机发射预编码后的数据和导频。
2.根据权利要求1所述的发送机，其中，所述控制器存储有阈值；并且所述控制器将所述信道的时间相关函数与所述阈值进行比较，
在信道的时间相关函数不小于所述阈值时，使用所述信道状态信息来产生针对数据和导频的预编码矩阵；而在信道的时间相关函数小于所述阈值时，使用单位矩阵来产生针对数据和导频的预编码矩阵。
3.根据权利要求1所述的发送机，其中，所述控制器根据来自接收机的导频来计算所述信道的时间相关函数。
4.根据权利要求1-3之一所述的发送机，其中，所述发送机位于MIMO系统的基站处。
5.根据权利要求4所述的发送机，其中，所述信道是时变信道。
6.根据权利要求4所述的发送机，其中，所述MIMO系统是MIMO-OFDM系统。
7.一种多输入多输出MIMO系统的发送方法，包括步骤：
根据信道状态信息和信道的时间相关函数，来产生针对数据和导频的预编码矩阵；
根据产生的针对数据的预编码矩阵来对数据进行预编码；
根据产生的针对导频的预编码矩阵来对导频进行预编码；以及
向接收机发射预编码后的数据和导频。
8.根据权利要求7所述的发送方法，其中，根据信道状态信息和信道的时间相关函数，来产生针对数据和导频的预编码矩阵的步骤包括：
将所述信道的时间相关函数与阈值进行比较；
在信道的时间相关函数不小于所述阈值时，使用所述信道状态信息来产生针对数据和导频的预编码矩阵；而在信道的时间相关函数小于所述阈值时，使用单位矩阵来产生针对数据和导频的预编码矩阵。
9.根据权利要求7或8所述的发送方法，其中，所述信道的时间相关函数是根据来自接收机的导频计算出的。
10.根据权利要求7或8所述的发送方法，其中，所述信道是时变信道。
11.根据权利要求7或8所述的发送方法，其中，所述MIMO系统是MIMO-OFDM系统。
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