CN102104994B - 在mimo系统中向用户发射数据的方法和基站 - Google Patents
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Abstract
根据本发明，提出了一种多输入多输出MIMO系统中的基站，包括：单用户-多输入多输出SU-MIMO/多用户-多输入多输出MU-MIMO预编码装置，用于根据来自控制器的预编码矩阵，对每一个用户的数据和导频进行预编码；控制器，用于根据用户的移动速度和信道状态信息CSI(Channel？State？Information)来产生针对该用户的预编码矩阵，并传送到所述SU-MIMO/MU-MIMO预编码装置；以及多个发射天线，每一个用于发射针对各个用户的数据和导频。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信领域。更具体地，涉及一种在多输入多输出(MIMO)系统中向用户发射数据的方法和基站，能够改善移动用户的性能。
背景技术
“多用户-多输入多输出(MU-MIMO)”表示多个用户共享相同的时频资源来与相同的基站(BS)进行通信。这暗含着在时变信道中，与单用户-多输入多输出(SU-MIMO)相比，每一个用户将会收到额外的用户间干扰(即基站(BS)发给同一多用户组中的其他用户的数据)。另外，随着目标用户的移动速度的增加，该用户间干扰会变大，这使得系统性能极为恶化，特别是在用户高速移动的情况下。因此，在本领域内，需要一种技术在时变信道中在SU-MIMO传输和MU-MIMO传输之间进行自适应切换。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷提出了本发明，本发明的目的是提出一种MIMO系统中向用户发射数据的方法和基站，能够改善移动用户的性能。
为了实现上述目的，根据本发明，提出了一种多输入多输出MIMO系统中的基站，包括：单用户-多输入多输出SU-MIMO/多用户-多输入多输出MU-MIMO预编码装置，用于根据来自控制器的预编码矩阵，对每一个用户的数据和导频进行预编码；控制器，用于根据用户的移动速度和信道状态信息CSI来产生针对该用户的预编码矩阵，并传送到所述SU-MIMO/MU-MIMO预编码装置；以及多个发射天线，每一个用于发射针对各个用户的数据和导频。
优选地，所述控制器将用户的移动速度与预先存储的阈值进行比较，如果用户的移动速度大于预先存储的阈值，则根据SU-MIMO方式来产生针对该用户的预编码矩阵，如果用户的移动速度不大于预先存储的阈值，则根据MU-MIMO方式来产生针对该用户的预编码矩阵。
优选地，所述基站还包括：子载波映射装置，用于将预编码后的数据和导频映射到不同的频率子载波；以及逆快速傅立叶变换IFFT装置，用于对从子载波映射装置输出的映射后的数据和导频进行逆快速傅立叶变换，并传送到所述多个发射天线。
优选地，所述MIMO系统在时变信道上进行操作。
优选地，所述MIMO系统采用正交频分复用OFDM来将带宽划分为多个子载波。
根据本发明，还提出了一种在多输入多输出MIMO系统中向用户发射数据的方法，包括：根据用户的移动速度和信道状态信息CSI来产生针对该用户的预编码矩阵；根据预编码矩阵，对每一个用户的数据和导频进行预编码；以及发射针对各个用户的数据和导频。
附图说明
通过参考以下结合附图对所采用的优选实施例的详细描述，本发明的上述目的、优点和特征将变得显而易见，其中：
图1是根据本发明的多输入多输出MIMO系统中的基站的方框图；
图2是将用户的数据和导频映射到不同的子载波的示意图；
图3是根据本发明的多输入多输出MIMO系统中的移动台的方框图；以及
图4是根据本发明的在多输入多输出MIMO系统中向用户发射数据的方法的流程图。
具体实施方式
对于MU-MIMO系统，在时变信道中，与单用户-多输入多输出(SU-MIMO)相比，每一个用户将会收到额外的用户间干扰(即基站(BS)发给同一多用户组中的其他用户的数据)。随着用户的移动速度的增加，该用户间干扰会变大，这使得移动用户的性能变得恶化，如稍后所详细描述的。将速度阈值设置为Vt，并且将用户k的速度设置为Vk，当Vk≤Vt时，对于用户k采用MU-MIMO来增加系统吞吐量。当Vk＞Vt时，对于用户k采用SU-MIMO，以尽可能保持系统性能。通过将预先计算的Vk存储在发射机处，易于在MU-MIMO和SU-MIMO实现自适应切换，而无需发射机和接收机之间的额外信令。
考虑具有迫零(ZF)预编码的MU-MIMO系统，其中配备了NT个天线的基站(BS)向K个移动用户进行发射。用户k配备有nk个天线，并且其移动速度是Vkkm/h(公里/小时)。针对用户k的后处理SINR如下：
k＝1，2，...，K. i＝1，2，...，nk.
其中Es是符号能量，σn 2是噪声功率，是大小为Knk×NT的信道估计矩阵，表示矩阵的伪逆，‖‖F表示矩阵的Frobenius范数。ρk[t]＝J0(2πDTs·Fd，k)，这里，J0是第一类的零阶贝塞尔函数，DT表示信道估计和信道使用之间的延迟，该延迟是常数且由系统配置来决定。Fd，k是用户k的多普勒频移且与移动速度Vk成正比。
从以上关于SINR和ρk[t]的表达式可以知道，γk[t]随着ρk[t]的增加而增加，ρk[t]随着Fd，k的增加而减小，Fd，k随着Vk的增加而增加，由此可以得出γk[t]随着Vk的增加而减小。也就是说，用户k的性能随着该用户k的移动速度Vk的增加而降低。
因此，根据本发明的MIMO系统在SU-MIMO和MU-MIMO之间进行自适应切换。这里，MIMO系统采用NT个发射天线，并且向每一个具有nk个接收天线的k个用户进行发射。使用正交频分复用(OFDM)来将带宽划分为多个子载波。对于MIMO-OFDM系统，每一个频率子载波可以被看作窄带独立传输信道。因此，可以对每一个子载波进行MIMO操作。
下面根据附图来描述本发明的优选实施例。
图1是根据本发明的多输入多输出MIMO系统中的基站的方框图。
在图1中，由SU-MIMO/MU-MIMO预编码装置对数据源和导频进行预编码。针对数据和导频的预编码矩阵由控制器输出，该控制器的输入是用户的移动速度Vk和CSI(信道状态信息)。速度阈值Vt是预先存储在控制器中的常数。控制器将最近的Vk与预先存储的Vt进行比较。如果Vk＞Vt，则控制器为用户k选择SU-MIMO传输，并且根据SU-MIMO方法计算针对数据和导频的预编码矩阵。如果Vk≤Vt，则控制器为用户k选择MU-MIMO传输，并且根据MU-MIMO方法计算针对数据和导频的预编码矩阵。
图1所示的子载波映射单元将数据和导频分别映射到不同的频率子载波，将用户的数据和导频映射到不同的子载波的情形如图2所示。图1所示的逆快速傅立叶变换(IFFT)装置执行IFFT运算，用于将频域信号转换为时域信号。
经过IFFT运算之后的时域信号由发射天线发射，并且由每一个用户的接收天线来接收。
图3是根据本发明的多输入多输出MIMO系统中的移动台的方框图。
如图3所示，由接收天线接收到的信号由快速傅立叶变换(FFT)装置和子载波解映射装置来进行处理，快速傅立叶变换(FFT)装置和子载波解映射装置分别执行上述IFFT和子载波映射的逆操作。在子载波解映射之后，可以对数据和导频进行区分。信道估计装置然后使用导频在接收机处对CSI(Channel State Information)进行估计，如图3所示。然后，将所估计的CSI提供给均衡装置，该均衡装置可以采用线性最小均方误差(LMMSE)或其他方法。
图4是根据本发明的在多输入多输出MIMO系统中向用户发射数据的方法的流程图。
如图4所示，在步骤401，根据用户的移动速度和信道状态信息CSI来产生针对该用户的预编码矩阵。然后，在步骤403，根据预编码矩阵，对每一个用户的数据和导频进行预编码。最后，在步骤405，发射针对各个用户的数据和导频。
尽管以上已经结合本发明的优选实施例示出了本发明，但是本领域的技术人员将会理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改、替换和改变。因此，本发明不应由上述实施例来限定，而应由所附权利要求及其等价物来限定。
Claims (9)
1.一种多输入多输出MIMO系统中的基站，包括：
单用户-多输入多输出SU-MIMO/多用户-多输入多输出MU-MIMO预编码装置，用于根据来自控制器的预编码矩阵，针对每一个用户的数据和导频进行预编码；
控制器，用于根据用户的移动速度和信道状态信息CSI决定以SU-MIMO或MU-MIMO方式来产生针对所述用户的预编码矩阵，并传送到所述SU-MIMO/MU-MIMO预编码装置；以及
多个发射天线，每一个用于发射针对各个用户的数据和导频。
2.根据权利要求1所述的基站，其中所述控制器将用户的移动速度与预先存储的阈值进行比较，如果用户的移动速度大于预先存储的阈值，则根据SU-MIMO方式来产生针对所述用户的预编码矩阵，如果用户的移动速度不大于预先存储的阈值，则根据MU-MIMO方式来产生针对所述用户的预编码矩阵。
3.根据权利要求1所述的基站，还包括：
子载波映射装置，用于将预编码后的数据和导频映射到不同的频率子载波；以及
逆快速傅立叶变换IFFT装置，用于对从子载波映射装置输出的映射后的数据和导频进行逆快速傅立叶变换，并传送到所述多个发射天线。
4.根据权利要求1所述的基站，其中所述MIMO系统在时变信道上进行操作。
5.根据权利要求1所述的基站，其中所述MIMO系统采用正交频分复用OFDM来将带宽划分为多个子载波。
6.一种在多输入多输出MIMO系统中向用户发射数据的方法，包括：
根据用户的移动速度和信道状态信息CSI决定以SU-MIMO或MU-MIMO方式来产生针对所述用户的预编码矩阵；
根据预编码矩阵，对每一个用户的数据和导频进行预编码；以及
发射针对各个用户的数据和导频。
7.根据权利要求6所述的方法，其中根据用户的移动速度和信道状态信息CSI来产生针对所述用户的预编码矩阵的步骤包括：
将用户的移动速度与预先存储的阈值进行比较，如果用户的移动速度大于预先存储的阈值，则根据SU-MIMO方式来产生针对所述用户的预编码矩阵，如果用户的移动速度不大于预先存储的阈值，则根据MU-MIMO方式来产生针对所述用户的预编码矩阵。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述MIMO系统在时变信道上进行操作。
9.根据权利要求6所述的方法，其中所述MIMO系统采用正交频分复用OFDM来将带宽划分为多个子载波。
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