CN102104406A - 波束赋形和多输入多输出波束赋形的切换方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种波束赋形和多输入多输出波束赋形的切换方法和系统，该方法包括：在判决周期内，根据切换算法从预定多天线数据发送模式中选择适合于当前用户的数据发送模式，其中，多天线发送模式包括波束赋形和MIMO波束赋形；使用选择的数据发送模式传输数据。本发明最大限度地提高了系统的性能。

Description

波束赋形和多输入多输出波束赋形的切换方法和系统

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种波束赋形(BeamForming，简称为BF)和多输入多输出波束赋形(Multiple InputMultiple Output Beam Forming，简称为MIMO+BF)的切换方法和系统。

背景技术

BF是基于自适应天线原理，利用天线阵列通过先进的信号处理算法分别对各天线单元进行加权处理，使阵列实时对准有用信号方向，而在干扰方向形成零点以抑制干扰信号，从而提高信干噪比，提升系统性能，增加系统的覆盖范围。

图1是根据相关技术的BF发送端的示意图，如图1所示，信源经过信道编码、调制后，乘以对应天线上的权值Wi发送出去，其中，i＝1，2，…，m，m为发送端的实际物理天线。经过波束赋形后，多根天线相当于一根虚拟的天线。

MIMO是在发送端和接收端分别安置多个天线的通信系统，它主要分成两类。当发送端或接收端存在多个天线时，且各个发送天线发送的数据集是相同的，接收端对获得多个分支的信号进行合并，从而提高链路的可靠性，我们将这一类MIMO技术叫做空间分集。另外，当发送端和接收端同时存在多个天线时，由于MIMO信道等效成多个并行的信道，从而可以同时并行发送多个数据流，提高了数据的传输速率，我们将这一类MIMO技术叫空间复用。

而MIMO+BF是结合了MIMO和波束赋形两种技术优点的技术。它将发送端的天线分成多个子阵列。每个子阵列进行波束赋形处理形成一个波束，相当于一根虚拟的天线。而多个子阵列间的虚拟天线构成一个MIMO系统。它既能像波束赋形那样抑制干扰信号，又能像MIMO那样提高链路的可靠性或传输速率。

图2是根据相关技术的MIMO+BF发送端的示意图，其中的一种MIMO波束赋形的发送端示意图如图2所示。系统将天线分成n个子阵列，每个子阵列包含m根物理天线，当然，子阵列可以包含不同数目的物理天线。每个子阵列进行波束赋形处理，形成一个波束，即虚拟天线。多根虚拟天线间构成一个MIMO系统。

但是，有时会存在这样的情况，虚拟天线间的等效信道相关性很高，一根虚拟天线的信号可能会淹没另外一根虚拟天线的信号，从而并不适合做MIMO。这时，所有物理天线做一个波束进行发送数据更能提高信干噪比。

因此，目前无法解决BF和MIMO+BF自适应切换的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种BF和MIMO+BF的切换方法和系统，以至少解决上述问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种波束赋形和MIMO波束赋形的切换方法，包括：在判决周期内，根据切换算法从预定多天线数据发送模式中选择适合于当前用户的数据发送模式，其中，多天线发送模式包括波束赋形和MIMO波束赋形；使用选择的数据发送模式传输数据。

优选地，切换算法包括：步骤1，初始化先前信道相关矩阵R_Pre，切换判决的周期为T帧；步骤2，在周期内，根据帧的时间顺序，计算当前用户在帧结构中特定载波集合上的信道相关矩阵： $R=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{H}_{\mathrm{Rx},\mathrm{Tx}}^H\left(k\right)*H_{\mathrm{Rx},\mathrm{Tx}}\left(k\right),$ 其中，N表示特定载波集合上包含载波的数目，H_Rx，Tx(k)是特定载波集合中第k个子载波的信道系数矩阵，Tx，Rx分别是发送端和接收端的发送天线数目，上标H是对矩阵求共厄转置；步骤3，先前信道相关矩阵更新为R_Pre＝ρR_Pre+(1-ρ)R，ρ为常量且0≤ρ≤1；步骤4，重复步骤2～步骤3直到周期结束；步骤5，计算信道相关矩阵的相关性常量：

其中，f是对相关矩阵R_Pre的处理函数。

优选地，通过以下方式至少之一获取H_Rx，Tx(k)：基站测量用户对应的上行信道系数，其中，上行信道包括以下至少之一：用户传输上行业务的数据信道、用户向基站反馈信息的上行反馈信道、用户向基站发送的Sounding信号、用户向基站发送的数据中包含的导频信道；用户通过上行反馈信道向基站反馈用户对应的信道系数。

优选地，f包括以下之一： $f\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\min }\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)}{\mathrm{tr}\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)},$ $f\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\min }\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)}{{\mathrm{\λ}}_{\max }\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)},$ f(R_Pre)＝λ_min(R_Pre)，其中，λ_max(R_Pre)，λ_min(R_Pre)分别为矩阵R_Pre的最大特征值和最小特征值。

优选地，根据切换算法选择适合于当前用户的数据发送模式包括：根据

与配置的门限值Tr的关系选择适用于当前用户的数据发送模式。

优选地，根据

与配置的门限值Tr的关系选择适用于当前用户的数据发送模式包括：如果

且用户之前使用波束赋形的数据发送模式，则用户继续使用波束赋形；如果且用户之前使用MIMO波束赋形的数据发送模式，则用户切换到波束赋形；如果

且用户之前使用波束赋形的数据发送模式，则用户切换到MIMO波束赋形；如果

且用户之前使用MIMO波束赋形的数据发送模式，则用户继续使用MIMO波束赋形。

根据本发明的另一方面，提供了一种下行波束赋形和多输入多输出MIMO波束赋形的切换系统，包括：模式判决模块，用于根据切换算法，判决用户适合使用的发送模式为波束赋形或MIMO波束赋形；MIMO波束赋形发送模块，用于对数据进行MIMO编码，并对MIMO编码后的数据乘以对应天线的权值分量后进行发送；波束赋形发送模块，用于对数据乘以对应天线的权值分量后进行发送；切换模块，用于根据模式判决模块的判决结果，决定使用波束赋形发送模块或MIMO波束赋形发送模块来发送数据。

优选地，切换算法包括：步骤1，初始化先前信道相关矩阵R_Pre，切换判决的周期为T帧；步骤2，在周期内，根据帧的时间顺序，计算当前用户在帧结构中特定载波集合上的信道相关矩阵： $R=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{H}_{\mathrm{Rx},\mathrm{Tx}}^H\left(k\right)*H_{\mathrm{Rx},\mathrm{Tx}}\left(k\right),$ 其中，N表示特定载波集合上包含载波的数目，H_Rx，Tx(k)是特定载波集合中第k个子载波的信道系数矩阵，Tx，Rx分别是发送端和接收端的发送天线数目，上标H是对矩阵求共厄转置；步骤3，先前信道相关矩阵更新为R_Pre＝ρR_Pre+(1-ρ)R，ρ为常量且0≤ρ≤1；步骤4，重复步骤2～步骤3直到周期结束；步骤5，计算相关矩阵的相关性常量：

其中，f是对相关矩阵R_Pre的处理函数。

优选地，f包括以下之一： $f\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\min }\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)}{\mathrm{tr}\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)},$ $f\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\min }\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)}{{\mathrm{\λ}}_{\max }\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)},$ f(R_Pre)＝λ_min(R_Pre)，其中，λ_max(R_Pre)，λ_min(R_Pre)分别为矩阵R_Pre的最大特征值和最小特征值。

优选地，模式判决模块包括：第一模式判决子模块，用于在

且用户之前使用波束赋形的数据发送模式的情况下，判决用户继续使用波束赋形；第二模式判决子模块，用于在

且用户之前使用MIMO波束赋形的数据发送模式的情况下，判决用户切换到波束赋形；第三模式判决子模块，用于在且用户之前使用波束赋形的数据发送模式的情况下，判决用户切换到MIMO波束赋形；第四模式判决子模块，用于在

且用户之前使用MIMO波束赋形的数据发送模式的情况下，判决用户继续使用MIMO波束赋形。

通过本发明，根据系统的信道情况选择BF或MIMO+BF中性能好的技术来发送数据，解决了目前无法实现BF和MIMO+BF自适应切换的问题，进而最大限度地提高了系统的性能。

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不当限定。在附图中：

图1是根据相关技术的BF发送端的示意图；

图2是根据相关技术的MIMO+BF发送端的示意图；

图3是根据本发明实施例的BF和MIMO+BF的切换方法的流程图；

图4是根据本发明实施例的BF和MIMO+BF的切换系统的结构框图；

图5是根据本发明实施例的BF和MIMO+BF的切换系统的优选结构框图；

图6是根据本发明实施例的BF和MIMO+BF的切换方法的详细流程图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

方法实施例

根据本发明的实施例，提供了一种BF和MIMO+BF的切换方法，应用于包括发送端和接收端的无线通信系统。图3是根据本发明实施例的BF和MIMO+BF的切换方法的流程图，如图3所示，包括如下的步骤S302至步骤S304：

步骤S302，在判决周期内，根据切换算法从预定多天线数据发送模式中选择适合于当前用户的数据发送模式，其中，预定多天线数据发送模式包括：BF和MIMO+BF。

步骤S304，使用选择的数据发送模式传输数据。

具体地，在判决周期内，无线通信系统根据切换算法从两种多天线数据发送模式中选择一种适合于当前用户的数据发送模式；无线通信系统中的发送端根据所述选择的结果使用相应的发送模式传输数据，这里的两种多天线发送模式包括波束赋形和MIMO波束赋形，切换算法由无线通信系统中的模式判决模块执行完成。

其中，步骤S302中的无线通信系统模式判决模块的切换算法包括以下步骤：

步骤1，初始化先前信道相关矩阵R_Pre，切换判决的周期为T帧。

步骤2，在周期T内，根据帧的时间顺序，计算当前用户在帧结构中特定载波集合上的信道相关矩阵： $R=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{H}_{\mathrm{Rx},\mathrm{Tx}}^H\left(k\right)*H_{\mathrm{Rx},\mathrm{Tx}}\left(k\right),$ 其中，N表示特定载波集合上包含载波的数目，H_Rx，Tx(k)是特定载波集合中第k个子载波的信道系数矩阵，Tx，Rx分别是发送端和接收端的发送天线数目，上标H是对矩阵求共厄转置。

其中，通过以下方式至少之一获取H_Rx，Tx(k)：

方式一：基站测量用户对应的上行信道系数，其中，上行信道包括以下至少之一：用户传输上行业务的数据信道、用户向基站反馈信息的上行反馈信道、用户向基站发送的Sounding信号、用户向基站发送的数据中包含的导频信道。

方式二：用户通过上行反馈信道向基站反馈用户对应的信道系数。

步骤3，先前信道相关矩阵更新为R_Pre＝ρR_Pre+(1-ρ)R，ρ为常量且0≤ρ≤1。

步骤4，重复步骤2～步骤3直到周期T结束。

步骤5，计算相关矩阵的相关性常量：

其中，f是对相关矩阵R_Pre的处理函数。

优选地，f包括以下之一： $f\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\min }\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)}{\mathrm{tr}\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)},$ $f\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\min }\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)}{{\mathrm{\λ}}_{\max }\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)},$ f(R_Pre)＝λ_min(R_Pre)，其中，λ_max(R_Pre)，λ_min(R_Pre)分别为矩阵R_Pre的最大特征值和最小特征值。

然后，根据切换算法选择适合于当前用户的数据发送模式包括：根据

与配置的门限值Tr的关系选择适用于当前用户的数据发送模式，具体地：

如果

且用户在判决之前使用BF技术，则用户继续使用BF。

如果

且用户在判决之前使用MIMO+BF技术，用户切换到BF。

如果

且用户在判决之前使用BF技术，则用户切换到MIMO+BF。

如果且用户在判决之前使用MIMO+BF技术，则用户继续使用MIMO+BF。

通过该实施例，提供了一种下行波束赋形和MIMO波束赋形自适应切换的方法，可以实现波束赋形和MIMO波束赋形的自适应切换，从而使两者有效结合，最大限度地提高系统的性能。

系统实施例

根据本发明的实施例，提供了一种BF和MIMO+BF的切换系统，该系统可以用于实现上述的BF和MIMO+BF的切换方法。图4是根据本发明实施例的BF和MIMO+BF的切换系统的结构框图，如图4所示，该系统包括：模式判决模块2、切换模块4、MIMO+BF发送模块6、BF发送模块8，下面对上述结构进行详细描述。

模式判决模块2：用于根据切换算法，判决用户最适合使用的发送模式为BF或MIMO+BF；切换模块4：连接至模式判决模块2，用于根据模式判决模块2的结果，决定使用BF发送模块8还是MIMO+BF发送模块6来发送数据；MIMO+BF发送模块6：连接至切换模块4，用于对数据进行MIMO编码，并对MIMO编码后的数据乘以对应天线的权值分量后进行发送；BF发送模块8：连接至切换模块4，用于对数据乘以对应天线的权值分量后进行发送。

其中，切换算法包括：

步骤1，初始化先前信道相关矩阵R_Pre，切换判决的周期为T帧；

步骤2，在周期内，根据帧的时间顺序，计算当前用户在帧结构中特定载波集合上的信道相关矩阵： $R=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{H}_{\mathrm{Rx},\mathrm{Tx}}^H\left(k\right)*H_{\mathrm{Rx},\mathrm{Tx}}\left(k\right),$ 其中，N表示特定载波集合上包含载波的数目，H_Rx，Tx(k)是特定载波集合中第k个子载波的信道系数矩阵，Tx，Rx分别是发送端和接收端的发送天线数目，上标H是对矩阵求共厄转置；

步骤3，先前信道相关矩阵更新为R_Pre＝ρR_Pre+(1- ρ)R，ρ为常量且0≤ρ≤1；

步骤4，重复步骤2～步骤3直到周期结束；

步骤5，计算相关矩阵的相关性常量：

其中，f是对相关矩阵R的处理函数，优选地，f包括以下之一： $f\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\min }\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)}{\mathrm{tr}\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)},$ $f\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\min }\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)}{{\mathrm{\λ}}_{\max }\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)},$ f(R_Pre)＝λ_min(R_Pre)，其中，λ_max(R_Pre)，λ_min(R_Pre)分别为矩阵R_Pre的最大特征值和最小特征值。

其中，模式判决模块2包括：

第一模式判决子模块，用于在

且用户之前使用波束赋形的数据发送模式的情况下，判决用户继续使用波束赋形。

第二模式判决子模块，用于在

且用户之前使用MIMO波束赋形的数据发送模式的情况下，判决用户切换到波束赋形。

第三模式判决子模块，用于在

且用户之前使用波束赋形的数据发送模式的情况下，判决用户切换到MIMO波束赋形。

第四模式判决子模块，用于在

且用户之前使用MIMO波束赋形的数据发送模式的情况下，判决用户继续使用MIMO波束赋形。

通过上述实施例，解决了波束赋形和MIMO波束赋形自适应切换的问题，提高了无线通讯系统的性能。

下面结合实际应用对上述系统进行说明。图5是根据本发明实施例的BF和MIMO+BF的切换系统的优选结构框图，如图5所示，一方面，信源经过信道编码、调制，进入切换模块，另一方面，将信道系数矩阵的信道信息输入模式判决模块，模式判决模块将判决结果通知给切换模块，切换模块选择MIMO+BF发送模块或BF发送模块来发送数据。

图6是根据本发明实施例的BF和MIMO+BF的切换方法的详细流程图，下面结合图6对本发明的优选实施例进行描述。

实施例一

该实施例为根据相关性矩阵R_Pre的处理为 $f\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\min }\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)}{\mathrm{tr}\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)}$ 的实施例。

假设一个基站下面服务的用户有M个，其集合表示成Ω，用户i记为u_i。其中MIMO+BF用户的集合记为Ω_MIMO+BF，初始化为空集，即Ω_MIMO+BF＝{φ}。BF用户的集合记为Ω_BF，初始化为全集，即Ω_BF＝Ω。配置切换的周期为T帧。如果为接入的第一帧，先前信道相关矩阵R_Pre配置为全零矩阵，否则初始化为上一次判决计算的值。

在周期T内，基站下的每个用户u_i，i＝1，2，…，M进行如下处理，如图6的流程所示，直到遍历完所有的用户。

(1)在周期T内，根据帧的时间顺序，计算当前用户在帧结构中特定载波集合上的信道相关性矩阵： $R=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{H}_{\mathrm{Rx},\mathrm{Tx}}^H\left(k\right)*H_{\mathrm{Rx},\mathrm{Tx}}\left(k\right),$ 这里，N表示特定载波集合上包含载波的数目，H_Rx，Tx(k)是特定载波集合中第k个子载波的信道系数矩阵，通过以下方式至少之一获取：

方式一：基站测量用户对应的上行信道系数，其中上行信道包括用户传输上行业务的数据信道或者是用户向基站反馈信息的上行反馈信道或者是用户向基站发送的Sounding信号或者是用户想基站发送的数据中包含的导频信道。

方式二：用户通过上行反馈信道向基站反馈用户对应的信道系数。

其中，Tx，Rx分别是发送端和接收端的发送天线数目，上标H是对矩阵求共厄转置。

(2)先前信道相关矩阵更新为R_Pre＝ρR_Pre+(1-ρ)R，ρ为常量且0≤ρ≤1

(3)重复(1)～(2)直到周期T结束。

(4)计算相关矩阵的相关性常量：这里，λ_max(R_Pre)，λ_min(R_Pre)分别为矩阵R_Pre的最大特征值和最小特征值。

(5)对于用户u_i，i＝1，2，…，M，进行如下模式选择：

(A)如果u_i在MIMO+BF用户集合Ω_MIMO+BF中且

则将该用户从MIMO+BF集合中删除，并将它加到BF集合Ω_BF中。

(B)如果u_i在BF用户集合Ω_BF中且

则将该用户继续保留在BF集合Ω_BF中。

(C)如果u_i在MIMO+BF用户集合Ω_MIMO+BF中且

则将该用户继续保留在MIMO+BF用户集合Ω_MIMO+BF。

(D)如果u_i在BF用户集合Ω_BF中且

那么将该用户从BF集合中删除，并将它加到MIMO+BF集合Ω_MIMO+BF中。

基站按用户所在的集合进行数据发送，如果该用户在BF集合中，则选择BF发送模块，将数据按BF的模式发送出去；如果该用户在MIMO+BF集合中，则选择MIMO+BF发送模块，将数据按MIMO+BF的模式发送出去。

然后，基站进入到下一个判决周期。

实施例二

该实施例是根据相关性矩阵R_Pre的处理为 $f\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\min }\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)}{{\mathrm{\λ}}_{\max }\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)}$ 的实施例。

假设一个基站下面服务的用户有M个，其集合表示成Ω，用户i记为u_i。其中MIMO+BF用户的集合记为Ω_MIMO+BF，初始化为空集，即Ω_MIMO+BF＝{φ}。BF用户的集合记为Ω_BF，初始化为全集，即Ω_BF＝Ω。配置切换的周期为T帧。如果为接入的第一帧，先前信道相关矩阵R_Pre配置为全零矩阵，否则初始化为上一次判决计算的值。

在周期T内，基站下的每个用户u_i，i＝1，2，…，M进行如下处理，如图6的流程所示，直到遍历完所有的用户。

(1)在周期T内，根据帧的时间顺序，计算当前用户在帧结构中特定载波集合上的信道相关性矩阵： $R=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{H}_{\mathrm{Rx},\mathrm{Tx}}^H\left(k\right)*H_{\mathrm{Rx},\mathrm{Tx}}\left(k\right),$ 这里，N表示特定载波集合上包含载波的数目，H_Rx，Tx(k)是特定载波集合中第k个子载波的信道系数矩阵，通过以下方式至少之一获取：

方式一：基站测量用户对应的上行信道系数，其中上行信道包括用户传输上行业务的数据信道或者是用户向基站反馈信息的上行反馈信道或者是用户向基站发送的Sounding信号或者是用户想基站发送的数据中包含的导频信道。

方式二：用户通过上行反馈信道向基站反馈用户对应的信道系数。

其中，Tx，Rx分别是发送端和接收端的发送天线数目，上标H是对矩阵求共厄转置。

(2)先前信道相关矩阵更新为R_Pre＝ρR_Pre+(1-ρ)R，ρ为常量且0≤ρ≤1。

(3)重复(1)～(2)直到周期T结束。

(4)计算相关矩阵的相关性常量：

这里，λ_max(R_Pre)，λ_min(R_Pre)分别为矩阵R_Pre的最大特征值和最小特征值。

(5)对于用户u_i，i＝1，2，…，M，进行如下模式选择：

(A)如果u_i在MIMO+BF用户集合Ω_MIMO+BF中且

则将该用户从MIMO+BF集合中删除，并将它加到BF集合Ω_BF中。

(B)如果u_i在BF用户集合Ω_BF中且

则将该用户继续保留在BF集合Ω_BF中。

(C)如果u_i在MIMO+BF用户集合Ω_MIMO+BF中且

则将该用户继续保留在MIMO+BF用户集合Ω_MIMO+BF。

(D)如果u_i在BF用户集合Ω_BF中且

则将该用户从BF集合中删除，并将它加到MIMO+BF集合Ω_MIMO+BF中。

基站按用户所在的集合进行数据发送，如果该用户在BF集合中，则选择BF发送模块，将数据按BF的模式发送出去；如果该用户在MIMO+BF集合中，则选择MIMO+BF发送模块，将数据按MIMO+BF的模式发送出去。

然后，基站进入到下一个判决周期。

实施例三

该实施例根据相关性矩阵R的处理为f(R)＝λ_min(R_Pre)的实施例。

假设一个基站下面服务的用户有M个，其集合表示成Ω，用户i记为u_i。其中MIMO+BF用户的集合记为Ω_MIMO+BF，初始化为空集，即Ω_MIMO+BF＝{φ}。BF用户的集合记为Ω_BF，初始化为全集，即Ω_BF＝Ω。配置切换的周期为T帧。如果为接入的第一帧，先前信道相关矩阵R_Pre配置为全零矩阵，否则初始化为上一次判决计算的值。

在周期T内，基站下的每个用户u_i，i＝1，2，…，M进行如下处理，如图6的流程所示，直到遍历完所有的用户。

(1)在周期T内，根据帧的时间顺序，计算当前用户在帧结构中特定载波集合上的信道相关性矩阵： $R=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{H}_{\mathrm{Rx},\mathrm{Tx}}^H\left(k\right)*H_{\mathrm{Rx},\mathrm{Tx}}\left(k\right),$ 这里，N表示特定载波集合上包含载波的数目，H_Rx，Tx(k)是特定载波集合中第k个子载波的信道系数矩阵，通过以下方式至少之一获取：

方式一：基站测量用户对应的上行信道系数，其中上行信道包括用户传输上行业务的数据信道或者是用户向基站反馈信息的上行反馈信道或者是用户向基站发送的Sounding信号或者是用户想基站发送的数据中包含的导频信道。

方式二：用户通过上行反馈信道向基站反馈用户对应的信道系数。

其中，Tx，Rx分别是发送端和接收端的发送天线数目，上标H是对矩阵求共厄转置。

(2)先前信道相关矩阵矩阵更新为R_Pre＝ρR_Pre+(1-ρ)R，ρ为常量且0≤ρ≤1。

(3)重复(1)～(2)直到周期T结束。

(4)计算相关矩阵的相关性常量：

这里，λ_max(R_Pre)，λ_min(R_Pre)分别为矩阵R_Pre的最大特征值和最小特征值。

(5)对于用户u_i，i＝1，2，…，M，进行如下模式选择：

(A)如果u_i在MIMO+BF用户集合Ω_MIMO+BF中且

则将该用户从MIMO+BF集合中删除，并将它加到BF集合Ω_BF中。

(B)如果u_i在BF用户集合Ω_BF中且

则将该用户继续保留在BF集合Ω_BF中。

(C)如果u_i在MIMO+BF用户集合Ω_MIMO+BF中且

则将该用户继续保留在MIMO+BF用户集合Ω_MIMO+BF。

(D)如果u_i在BF用户集合Ω_BF中且

则将该用户从BF集合中删除，并将它加到MIMO+BF集合Ω_MIMO+BF中。

基站按用户所在的集合进行数据发送，如果该用户在BF集合中，则选择BF发送模块，将数据按BF的模式发送出去；如果该用户在MIMO+BF集合中，则选择MIMO+BF发送模块，将数据按MIMO+BF的模式发送出去。

然后，基站进入到下一个判决周期。

通过本发明的上述实施例，可以根据系统的特点，灵活地选择波束赋形和MIMO波束赋形中性能较好的技术来发送数据，从而最大限度地提高系统的性能。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

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 (10)

1.一种波束赋形和多输入多输出MIMO波束赋形的切换方法，其特征在于，包括：

在判决周期内，根据切换算法从预定多天线数据发送模式中选择适合于当前用户的数据发送模式，其中，所述多天线发送模式包括波束赋形和MIMO波束赋形；

使用选择的数据发送模式传输数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述切换算法包括：

步骤1，初始化先前信道相关矩阵R_Pre，切换判决的周期为T帧；

步骤2，在所述周期内，根据帧的时间顺序，计算当前用户在帧结构中特定载波集合上的信道相关矩阵： $R=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{H}_{\mathrm{Rx},\mathrm{Tx}}^H\left(k\right)*H_{\mathrm{Rx},\mathrm{Tx}}\left(k\right),$ 其中，N表示所述特定载波集合上包含载波的数目，H_Rx，Tx(k)是特定载波集合中第k个子载波的信道系数矩阵，Tx，Rx分别是发送端和接收端的发送天线数目，上标H是对矩阵求共厄转置；

步骤3，所述先前信道相关矩阵更新为R_Pre＝ρR_Pre+(1-ρ)R，ρ为常量且0≤ρ≤1；

步骤4，重复步骤2～步骤3直到所述周期结束；

步骤5，计算信道相关矩阵的相关性常量：

其中，f是对所述相关矩阵R_Pre的处理函数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过以下方式至少之一获取所述H_Rx，Tx(k)：

基站测量用户对应的上行信道系数，其中，上行信道包括以下至少之一：用户传输上行业务的数据信道、用户向基站反馈信息的上行反馈信道、用户向基站发送的Sounding信号、用户向基站发送的数据中包含的导频信道；

用户通过上行反馈信道向基站反馈用户对应的信道系数。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，f包括以下之一：

$f\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\min }\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)}{\mathrm{tr}\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)},$ $f\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\min }\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)}{{\mathrm{\λ}}_{\max }\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)},$ f(R_Pre)＝λ_min(R_Pre)，其中，λ_max(R_Pre)，λ_min(R_Pre)分别为矩阵R_Pre的最大特征值和最小特征值。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述切换算法选择适合于当前用户的数据发送模式包括：

根据所述

与配置的门限值Tr的关系选择适用于所述当前用户的数据发送模式。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述

与配置的所述门限值Tr的关系选择适用于所述当前用户的数据发送模式包括：

如果

且用户之前使用波束赋形的数据发送模式，则所述用户继续使用波束赋形；

如果且用户之前使用MIMO波束赋形的数据发送模式，则所述用户切换到波束赋形；

如果

且用户之前使用波束赋形的数据发送模式，则所述用户切换到MIMO波束赋形；

如果

且用户之前使用MIMO波束赋形的数据发送模式，则所述用户继续使用MIMO波束赋形。

7.一种下行波束赋形和多输入多输出MIMO波束赋形的切换系统，其特征在于，包括：

模式判决模块，用于根据切换算法，判决用户适合使用的发送模式为波束赋形或MIMO波束赋形；

MIMO波束赋形发送模块，用于对数据进行MIMO编码，并对MIMO编码后的数据乘以对应天线的权值分量后进行发送；

波束赋形发送模块，用于对数据乘以对应天线的权值分量后进行发送；

切换模块，用于根据所述模式判决模块的判决结果，决定使用所述波束赋形发送模块或所述MIMO波束赋形发送模块来发送数据。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述切换算法包括：

步骤1，初始化先前信道相关矩阵R_Pre，切换判决的周期为T帧；

步骤2，在所述周期内，根据帧的时间顺序，计算当前用户在帧结构中特定载波集合上的信道相关矩阵： $R=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{H}_{\mathrm{Rx},\mathrm{Tx}}^H\left(k\right)*H_{\mathrm{Rx},\mathrm{Tx}}\left(k\right),$ 其中，N表示所述特定载波集合上包含载波的数目，H_Rx，Tx(k)是特定载波集合中第k个子载波的信道系数矩阵，Tx，Rx分别是发送端和接收端的发送天线数目，上标H是对矩阵求共厄转置；

步骤3，所述先前信道相关矩阵更新为R_Pre＝ρR_Pre+(1-ρ)R，ρ为常量且0≤ρ≤1；

步骤4，重复步骤2～步骤3直到所述周期结束；

步骤5，计算相关矩阵的相关性常量：

其中，f是对所述相关矩阵R_Pre的处理函数。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，f包括以下之一：

$f\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\min }\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)}{\mathrm{tr}\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)},$ $f\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\min }\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)}{{\mathrm{\λ}}_{\max }\left(R_{\mathrm{Pre}}\right)},$ f(R_Pre)＝λ_min(R_Pre)，其中，λ_max(R_Pre)，λ_min(R_Pre)分别为矩阵R_Pre的最大特征值和最小特征值。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述模式判决模块包括：

第一模式判决子模块，用于在

且用户之前使用波束赋形的数据发送模式的情况下，判决所述用户继续使用波束赋形；

第二模式判决子模块，用于在

且用户之前使用MIMO波束赋形的数据发送模式的情况下，判决所述用户切换到波束赋形；

第三模式判决子模块，用于在

且用户之前使用波束赋形的数据发送模式的情况下，判决所述用户切换到MIMO波束赋形；

第四模式判决子模块，用于在

且用户之前使用MIMO波束赋形的数据发送模式的情况下，判决所述用户继续使用MIMO波束赋形。

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