CN102187594A - 多输入多输出通信系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种MIMO通信系统和一种控制该系统的方法。该MIMO通信系统包括：MCS(调制和编码方案)等级选择器，其用于根据信道状态选择表示数据调制和编码方案的组合的MCS等级；调制和编码部分，其用于根据与所选择的MCS等级对应的调制和编码方案对传送数据进行处理；D-STTD(双空时传送分集)编码器，其用于通过D-STTD方案对已通过调制和编码部分处理的传送数据进行编码并且通过M个传送天线传送这些传送数据；和接收器，其用于通过N个接收天线接收已通过D-STTD方案编码的数据，通过OSIC-MMSE(排序串行干扰消除-最小均方差)方案检测接收到的数据，并且通过在调制和编码部分中采用的调制和编码方案对接收到的数据进行解码。

Description

多输入多输出通信系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种多输入多输出通信系统和控制该多输入多输出通信系统的方法。

背景技术

近来，已针对MIMO(多输入多输出)系统进行了积极的调查和研究。

MIMO技术被分类为分集技术和复用技术。分集技术包括被配置为使用多个收发天线获得空-时分集增益的STC(空-时编码)技术。复用技术包括将不同的数据传送至每个传送天线的BLAST(贝尔实验室分层空-时)技术。此外，近来已开发了D-STTD(双空时传送分集)技术，以获得分集技术和复用技术的双重效果。

D-STTD是空间复用技术和STTD技术的结合，并且针对一对天线采用两个STBC(空-时块码)。根据D-STTD技术，在通过空间复用形成两个符号序列之后，为每个符号序列分配一对天线并且然后应用STTD方案。因此，为了应用空间复用技术和STTD技术，合计需要四个传送天线，并且需要至少两个接收天线以检测空间复用符号。在D-STTD技术中，因为在两个符号期间传送四个符号，所以可以获得与采用两个传送天线的空间复用技术的吞吐量相同的吞吐量。此外，因为在STTD技术中使用两对天线，所以可以获得与传统STTD相同的传送分集增益。

因此，在具有D-STTD技术的系统中需要用于提高数据传送/接收效率的各种方法。

发明内容

技术问题

实施例提供了一种能够根据信道环境的变化保证有效的吞吐量的多输入多输出通信系统以及一种控制该系统的方法。

实施例提供了一种对能够保证大量数据的高速传送效果的多输入多输出通信系统进行控制的方法。

技术方案

根据实施例，多输入多输出通信系统包括：MCS(调制和编码方案)等级选择器，其用于根据信道状态选择表示数据调制和编码方案的组合的MCS等级；调制和编码部分，其用于根据与所选择的MCS等级对应的调制和编码方案对传送数据进行处理；和D-STTD(双空时传送分集)编码器，其用于通过D-STTD方案对已通过调制和编码部分处理的传送数据进行编码并且通过M个传送天线对传送数据进行传送。

有利效果

根据实施例，可以根据信道环境来有效地保证传输率。

根据实施例，可以高速传输大量数据。

附图说明

图1是示出了根据实施例的MIMO系统的控制框图；

图2是示出了根据实施例的MIMO通信系统的D-STTD编码器和D-STTD解码器的控制框图；

图3是根据实施例的MIMO通信系统的控制流程图；

图4是示出了关于根据实施例的MIMO通信系统中的选择MCS等级的概率的模拟的曲线图；

图5是示出了关于根据实施例的MIMO通信系统中的根据MCS等级的吞吐量的模拟结果的曲线图；

图6是示出了关于传统通信系统和根据实施例的MIMO通信系统中的吞吐量的性能的模拟结果的曲线图；

图7是关于根据实施例的MIMO通信系统中的数据接收的控制流程图；

图8是示出了关于控制根据实施例的MIMO通信系统的方法和传统信号检测方法的信道性能的模拟结果的曲线图；以及

图9是示出了关于传统信号检测方法和根据实施例的信号检测方法的吞吐量性能的模拟结果的曲线图。

具体实施方式

在下文中，将针对附图详细描述根据实施例的多输入多输出系统(MIMO)和控制该系统的方法。

根据实施例的MIMO系统支持根据AMC(适用的自适应调制和编码)方案的MCS(调制和编码方案)等级的多个编码率和多个调制方案。编码率和调制方案的组合被称为MCS(调制和编码方案)。可以根据MCS的数量来定义具有从第一等级至第N等级的多个MCS等级。

下面的表1示出了根据HSDPA(高速下行链路分组接入)和3G LTE  (第三代长期演进方案)的标准的MCS等级。

表1

如表1中所示，随着MCS等级从MCS等级1(QPSK、turbo码：1/3)增加至MCS等级4(64QAM、turbo码：1/2)，MCS等级被分配较高次序的调制方案和较高的编码率。较高次序的调制方案和较高的编码率呈现比较低次序的调制方案和较低的编码率的吞吐量高的吞吐量。然而，较低次序的调制方案和较低的编码率呈现较低的错误率。因此，当信道处于良好状态时，可以选择较高次序的调制方案和较高的编码率(譬如MCS等级4)。当信道处于劣化状态时，可以选择较低次序的调制方案和较低的编码率(譬如MCS等级1)。

信道状态可以根据SNR(信噪比)来估计。根据实施例，可以根据SNR范围应用MCS等级。例如，如果SNR在大约-10分贝至大约-5分贝的范围中，则可以应用MCS等级1。如果SNR为至少+10分贝，则可以应用MCS等级4。可以根据各个系统以各种方式确定设置MCS等级的标准。

图1是示出了根据实施例的MIMO系统的控制框图。

如图1中所示，实施例包括：接收器200，其用于通过D-STTD(双空时传送分集)方案对接收信号解码以估计前向信道；和传送器100，其用于根据在接收器200中估计的前向信道状态选择MCS等级，根据MCS等级对前向信道的传送数据进行编码和调制，并且然后通过D-STTD编码将传送符号传送至每个传送天线。在该情况下，接收器200可以位于移动终端中，并且传送器100可以位于基站中。

接收器200包括：D-STTD解码器350，其用于通过D-STTD方案对通过N个接收天线Rx接收到的接收符号解码；信道状态估计器240，其用于使用已被D-STTD解码的接收符号来估计关于前向信道状态的信噪比(SNR)；解调器230，其用于解调已被D-STTD解码的接收符号；信道解交织器220，其用于针对已被解调的接收比特数据执行信道解交织；和解码器210，其用于对已经历信道解交织的比特数据解码以输出接收数据。

传送器100包括：MCS等级选择器140，其用于根据关于由信道状态估计器240估计的前向信道状态的信息来选择MCS等级；编码器110，其用于根据通过MCS等级选择器140选择的MCS等级对传送数据进行编码；信道交织器220，其用于根据MCS等级针对传送比特数据执行信道交织；调制器130，其用于根据MCS等级对已经历信道交织的传送比特数据进行调制；和D-STTD编码器300，其用于对通过调制获得的传送符号进行D-STTD编码。在该情况下，MCS等级选择器140可以构成传送器100或者接收器200。根据本实施例，MCS等级选择器140构成传送器100。

传送器100的调制器130和接收器200的解调器230可以通过QPSK、16QAM或者64QAM调制方案对信号进行调制和解调。

编码器110和信道交织器120以及解码器210和信道解交织器220可以通过具有1/3或1/2的编码率的turbo编码方案执行信道编码和信道解码。

信道状态估计器240使用通过D-STTD解码器350获得的接收符号来估计表示关于前向信道状态的信息的SNR。信道状态估计器240将前向信道的SNR反馈至传送器100。

MCS等级选择器140根据来自接收器200的前向信道状态反馈来选择MCS等级。编码器110、信道交织器120和调制器130根据所选择的MCS等级对传送数据进行信道编码和调制。传送数据在D-STTD编码器300中被编码并且被传送至传送天线Tx。如果信道处于良好状态，则MCS等级选择器140选择较高次序的调制方案和较高的编码率(譬如MCS等级4)。随着信道状态恶化，MCS等级选择器140可以选择较低次序的调制方案和较低的编码率(譬如MCS等级1)。

通过上述结构，在传送数据已经历由MCS等级选择器140选择的信道编码和交织处理之后，通过由MCS等级选择器140选择的调制方案来调制传送数据。通过调制获得的传送符号被D-STTD编码器300编码并且被传送至M个传送天线Tx。通过接收器200中的D-STTD解码器350，穿过信道的信号被检测为接收信号，其为原始符号的估计值。通过解调器230、信道解交织器220和解码器210来恢复接收数据。

图2是示出了根据实施例的MIMO通信系统的D-STTD编码器300和D-STTD解码器350的控制模块图。

如图2中所示，根据D-STTD技术，两个STTD并行地彼此连接，并且基本上提供四个传送天线Tx和两个接收天线Rx。

D-STTD编码器300包括：解复用器330，其用于复用由调制器130调制的信号；以及第一STTD模块310和第二STTD模块320，其用于通过D-STTD方案对从解复用器330输出的信号进行编码。

D-STTD解码器350包括：OSIC-MMSE(排序串行干扰消除-最小均方差)检测器340，其用于检测在接收天线Rx中接收到的信号。在D-STTD解码器350中接收到的信号可以通过下式表述：

<式>

$\left[\begin{array}{c}{r}_1\\ r_2^{*}\\ r_3\\ r_4^{*}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}& h_{12}& h_{13}& h_{14}\\ h_{12}^{*}& -h_{11}^{*}& h_{14}^{*}& -h_{13}^{*}\\ h_{21}& h_{22}& h_{23}& h_{24}\\ h_{22}^{*}& -h_{21}^{*}& h_{24}^{*}& -h_{23}^{*}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{s}_1\\ s_2\\ s_3\\ s_4\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{n}_1\\ n_2^{*}\\ n_3\\ n_4^{*}\end{array}\right]$

在该式中，r、h、s和n分别表示接收信号、信道响应、传送信号和噪声。信道响应以形式h_ij表述，其意味着第j个传送天线和第i个接收天线之间的信道响应。信道响应h_ij独立地并且同一地分布并且遵循零均值复高斯分布。噪声n是AWGN(加性高斯白噪声)，其表示0和-²I的方差的平均值。

根据上述结构，D-STTD解码器350通过两个接收天线Rx接收已通过四个传送天线Tx传送的信号。D-STTD解码器350使用OSIC-MMSE检测器340检测接收信号以将所估计的符号流输出至解调器230。OSIC-MMSE检测器340对与传送天线Tx的数量一样多的接收数据进行并行化和提取。根据OSIC算法，OSIC-MMSE检测器340检测在具有呈现最低错误概率的信道的天线中接收到的数据。接下来，在将该数据从全部接收到的数据中移除之后，OSIC-MMSE检测器340检测呈现下一个最低概率的天线的接收到的数据，直至所有已传送的数据均被检测。

图3是根据实施例的MIMO通信系统的控制流程图。

接收器200的信道状态估计器240对通过接收天线Rx接收到的信号进行STTD解码，以估计前向信道状态(步骤S100)。在该情况下，信道状态估计器240可以估计表示关于前向信道状态的信息的SNR。

接收器200的信道状态估计器240将所估计的前向信道状态反馈至传送器100(步骤S110)。

传送器100的MCS等级选择器140根据接收到的关于前向信道状态的信息选择MCS等级(步骤S120)。图4是示出了关于根据实施例的MIMO通信系统中的选择MCS等级的概率的模拟的曲线图。该曲线图表示在瑞利平坦衰落环境下的具有AMC方案的D-STTD 4×2通信系统中的基于归一化到1的总概率而转换的选择MCS等级的概率。如图4中所示，选择MCS等级1的概率在低SNR的情况下最高。换言之，如果信道未处于良好状态，则使用表示较低次序调制方案和较低编码率的1/3turbo编码和QPSK调制方案。相反，选择MCS等级4的概率在高SNR的情况下最高。换言之，如果信道处于良好状态，则使用表示较高次序调制方案和较高编码率的1/2turbo编码和64QAM调制方案。

传送器100基于所选择的MCS等级对前向信道的传送数据进行编码和交织(步骤S130)。

传送器100基于所选择的MCS等级对前向信道的传送数据进行调制(步骤S140)。

在通过D-STTD方案对经调制的数据进行编码(步骤S150)之后，传送器100通过传送天线Tx基于D-STTD方案传送经调制的数据(步骤S160)。

接收器200通过OSIC-MMSE方案检测在接收天线Rx中接收到的接收数据(步骤S170)。

在对检测到的数据进行解码和解交织之后，接收器200解调这些数据(步骤S180)。在该情况下，接收器200可以通过与MCS等级对应的编码和调制方案根据由传送器100选择的MCS等级对接收数据进行解调。

如上文所述，根据本实施例，传送器100根据每个SNR环境选择MCS等级并且传送包括MCS等级的数据。接收器200通过OSIC-MMSE方案检测接收数据并且通过与所传送的MCS等级对应的解码和解调方案来解调接收数据。

图5是曲线图，其示出了关于当根据实施例执行传送功能时的根据MCS等级的吞吐量的模拟结果。图5的曲线图表示在瑞利平坦衰落环境下的D-STTD 4×2通信系统中的吞吐量的性能。

当应用MCS等级1(QPSK、1/3的turbo码)时，在大约2分贝或者更大的SNR的情况下的最大传送率下没有帧错误地接收数据。当应用MCS等级4(QPSK、1/2的turbo码)时，在大约18分贝或者更大的SNR情况下的最大传送率下没有帧错误地接收数据。在与MCS等级3或MCS等级4对应的编码率或调制方案的情况下，帧错误概率在低SNR期间很高，但是在高SNR期间可以在没有帧错误的情况下保证高传送率。

因此，根据实施例的MIMO通信系统根据SNR选择MCS等级。因此，数据可以在大多数SNR的情况下没有帧错误地传送/接收。换言之，即使在特定的SNR的情况下也可以保证最有效的吞吐量。

图6是示出了关于传统通信系统和根据实施例的MIMO通信系统中的吞吐量的性能的模拟结果的曲线图。详细而言，图6是示出了在瑞利平坦衰落环境下在根据实施例的具有AMC方案的D-STTD 4×2通信系统和传统的D-STTD 4×2系统中的吞吐量的性能的模拟的曲线图。在该曲线图中，水平轴表示SNR(分贝)，并且竖直轴表示最大吞吐量(兆比特每秒)。

如图6中所示，根据实施例的具有AMC方案的D-STTD 4×2通信系统呈现大约10.9兆比特每秒的最大吞吐量，而传统的D-STTD 4×2系统呈现大约2.7兆比特每秒的最大吞吐量。换言之，在根据实施例的具有AMC方案的D-STTD 4×2通信系统中，最大吞吐量显著增加。

当与传统的D-STTD 4×2系统比较时，根据实施例的具有AMC方案的D-STTD 4×2通信系统呈现在全部SNR期间上的均匀的吞吐量。

图7是示出了根据实施例的MIMO通信系统执行接收功能的控制流程图。在该情况下，MIMO通信系统可以配备有AMC方案和M×ND-STTD方案。

接收器200通过N个接收天线Rx接收已通过M个传送天线Tx传送的数据(步骤S500)。

接收器200可以通过OSIC-MMSE方案检测接收数据。接收器200的OSIC-MMSE检测器340计算M个传送天线Tx中的每个的错误概率(步骤S510)。在该情况下，可以基于SINR(信号干扰比)值来计算错误概率，并且可以按照呈现最高SINR至最低SINR的信道顺序来确定数据检测次序。

接收器200的OSIC-MMSE检测器340按照呈现最低错误概率至最高错误概率的信道顺序设置检测次序i(步骤S520)。M个传送天线Tx的检测次序被设置为从1至M。

接收器200的OSIC-MMSE检测器340根据检测次序通过MMSE方案检测其中从第i个传送天线Tx接收到的接收数据k(步骤S530)。因此，在第一阶段中检测到的接收数据是已通过呈现最低错误概率的传送天线Tx传送的数据。MMSE方案是用于使传送向量和估计向量之间的误差最小的算法。根据MMSE方案，可以通过移除在每个接收天线Rx中接收到的信号之间的干扰来检测原始传送信号。

接收器200的OSIC-MMSE检测器340将已检测到的数据k从全部接收数据中移除，并且检测来自没有数据k的接收到的数据的、具有下一个检测次序的第(i+1)个天线的数据k+1(步骤S540)。

接收器200的OSIC-MMSE检测器340确定是否检测了M个接收数据(步骤S550)并且然后重复地检测接收数据，直至所有M个接收数据均被检测。

同时，如果所有M个接收数据均被检测，则接收器200根据针对接收数据应用的MCS等级对每个接收数据进行解码和解调，以将接收数据恢复为原始数据(步骤S560)。

如上文所述，根据实施例的MIMO通信系统可以通过OSIC-MMSE方案检测接收信号。

图8是示出了关于根据实施例的控制MIMO通信系统的方法和传统的信号检测方法的信道性能的模拟结果的曲线图。

用于模拟的MIMO通信系统是具有AMC方案的D-STTD 4×2通信系统，其包括四个传送天线Tx和两个接收天线Rx。图8示出了关于当MIMO通信系统在瑞利平坦衰落环境下进行数据通信时的根据实施例的OSIC-MMSE检测方法和传统的线性MMSE检测方法的模拟。

如图8中所示，OSIC-MMSE检测方法在低SNR期间呈现比传统的线性MMSE检测方法的吞吐量高1分贝至2分贝的吞吐量。特别地，OSIC-MMSE检测方法在高SNR期间呈现比传统的线性MMSE检测方法的吞吐量高大约3.5分贝的吞吐量。

图9是示出了关于传统的信号检测方法和根据实施例的信号检测方法的吞吐量性能的模拟结果的曲线图。

用于模拟的MIMO通信系统是具有AMC方案的D-STTD4×2通信系统，其包括四个传送天线Tx和两个接收天线Rx。换言之，图9示出了关于当MIMO通信系统在瑞利平坦衰落环境下进行数据通信时的根据实施例的OSIC-MMSE检测方法和ZF(迫零)检测方法中的吞吐量性能的模拟。

如图9中所示，在大约10分贝的SNR期间呈现大约355千比特每秒的吞吐量性能差异。因此，当与ZF算法比较时，OSIC-MMSE检测算法呈现出众的BER(误码率)或SER(误符号率)性能。

如上文所述，根据实施例的MIMO通信系统在执行传送功能时根据SNR信息选择MCS等级。因此，根据信道响应状态动态地应用信道编码率和调制方案，使得可以在特定的SNR的情况下保证最有效的吞吐量。当执行接收功能时，通过OSIC-MMSE方案检测数据，并且通过与已传送的MCS等级对应的解码方案和解调方案来解调接收数据。因此，可以改进接收性能。

尽管已描述了本发明的示例性实施例，但是应当理解：本发明不应限于这些示例性实施例，本领域的普通技术人员可以在如所附权利要求限定的本发明的精神和范围内进行各种改变和修改。

工业实用性

本发明适用于多输入多输出通信。

Claims (15)

1.一种多输入多输出通信系统，包括：

调制和编码方案MCS等级选择器，用于根据信道状态选择表示数据调制和编码方案的组合的MCS等级；

调制和编码部分，用于根据与所选择的MCS等级对应的调制和编码方案对传送数据进行处理；以及

双空时传送分集D-STTD编码器，用于通过D-STTD方案对已通过所述调制和编码部分处理的所述传送数据进行编码，并且通过M个传送天线传送所述传送数据。

2.根据权利要求1所述的多输入多输出通信系统，进一步包括：接收器，用于通过N个接收天线对已通过所述D-STTD方案编码的数据进行接收，通过排序串行干扰消除-最小均方差OSIC-MMSE方案检测接收到的数据，并且通过在所述调制和编码部分中采用的所述调制和编码方案对接收到的数据进行解码。

3.根据权利要求1所述的多输入多输出通信系统，进一步包括：信道状态估计器，用于估计接收到的信号的信噪比SNR并且将所述SNR提供至所述MCS等级选择器。

4.根据权利要求3所述的多输入多输出通信系统，其中所述MCS等级选择器选择所述MCS等级，使得编码方案的编码率和调制方案的调制次序中的至少一个随着信道的SNR增加而增加。

5.根据权利要求3所述的多输入多输出通信系统，其中所述调制和编码部分包括：

编码器，用于根据所选择的MCS等级通过1/3turbo编码方案和1/2turbo编码方案中的一个对所述传送数据进行编码；

信道交织器，用于根据所选择的MCS等级针对已编码的传送数据执行信道交织；以及

调制器，用于根据所选择的MCS等级通过正交相移键控QPSK调制方案、16正交幅度调制16QAM调制方案和64正交幅度调制64QAM调制方案中的一个对已经历信道交织的传送数据进行调制。

6.一种控制多输入多输出通信系统的方法，所述方法包括：

根据信道状态选择表示数据调制和编码方案的组合的调制和编码方案MCS等级；

根据与所述MCS等级对应的调制和编码方案对传送数据进行处理；以及

通过双空时传送分集D-STTD方案对已被调制和编码的所述传送数据进行编码并且通过M个传送天线传送所述传送数据。

7.根据权利要求6所述的方法，其中根据所述信道状态选择所述MCS等级包括：

估计通过信道接收到的接收信号的信噪比SNR；以及

选择所述MCS等级，使得编码方案的编码率和调制方案的调制次序中的至少一个随着所述信道的SNR的增加而增加。

8.根据权利要求6所述的方法，其中根据与所述MCS等级对应的所述调制和编码方案对所述传送数据进行处理包括：根据所选择的MCS等级通过1/3turbo编码方案和1/2turbo编码方案中的一个对所述传送数据进行编码。

9.根据权利要求6所述的方法，其中根据所选择的调制和编码方案等级对所述传送数据进行调制和编码包括：根据所选择的MCS等级通过正交相移键控QPSK调制方案、16正交幅度调制16QAM调制方案和64正交幅度调制64QAM调制方案中的一个对所述传送数据进行调制。

10.一种多输入多输出通信系统的方法，包括：

由N个接收天线接收已通过双空时传送分集D-STTD方案编码并且通过M个传送天线传送的数据；

通过排序串行干扰消除-最小均方差OSIC-MMSE方案检测接收到的数据并且使M个接收到的数据并行化；以及

通过已应用于接收到的数据的调制和编码方案对已并行化的接收到的数据进行解码。

11.根据权利要求10所述的方法，其中通过所述OSIC-MMSE方案检测接收到的数据并且使M个接收到的数据并行化包括：

计算关于所述M个传送天线中的每个的错误概率；

按照从呈现最低错误概率的传送天线至呈现最高错误概率的传送天线的顺序设置接收到的数据的检测次序；

根据所述检测次序检测来自每个传送天线的接收到的数据；以及

检测来自除了已被检测的接收到的数据之外的接收到的数据的、具有下一个检测次序的接收到的数据。

12.根据权利要求11所述的方法，其中重复检测来自除了已被检测的接收到的数据之外的接收到的数据的、具有下一个检测次序的接收到的数据，直至M个接收到的数据均被检测。

13.根据权利要求11所述的方法，其中根据所述检测次序检测来自每个传送天线的接收到的数据包括：通过最小均方差MMSE方案对接收到的数据进行检测。

14.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：

估计通过所述N个接收天线中的一个接收的接收到的数据的信噪比SNR；以及

根据所述SNR选择表示应用于接收到的数据的数据调制和编码方案的调制编码方案MCS等级。

15.根据权利要求14所述的方法，其中通过已应用于接收到的数据的所述调制和编码方案对已并行化的接收到的数据进行解码包括：根据与所述MCS等级对应的所述调制和编码方案对接收到的数据进行解码。

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