CN102244566A - 用于多输入多输出系统的下行传输方法和基站 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于多输入多输出系统的下行传输方法和基站,其中,方法包括:基站使用用户终端在时间窗内上报的信道质量指示CQI、秩指示RI、和预编码矩阵指示PMI,在用户终端当前所处的下行传输模式内选择一种下行MIMO方式;基站使用选择的下行MIMO方式向用户终端传输数据。本发明实现了最大限度地增加LTE系统的覆盖和系统容量的效果。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域,具体而言,涉及一种用于多输入多输出系统的下行传输方法和基站。
背景技术
LTE(Long Term Evolution,长期演进)无线通信系统是以OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用)技术为基础的新一代无线网络,其无线侧采用MIMO(Multiple Input andMultiple Output,多输入多输出)、高阶调制以及相应的频选调度、功率控制等技术相配合,以达到更高的系统吞吐量和频谱效率。
在LTE系统中,MIMO被认为是达到用户平均吞吐量和频谱效率要求的最佳技术。为了达到该目标,LTE系统中规定了在不同的无线信道环境中可自适应地选择采用包括线性空域预编码、波束赋形、以及发射分集等方案在内的多种MIMO技术。
线性空域预编码方法是指:当发射端存在多根发射天线时,可以通过一个线性的预编码操作将多个数据流映射到多根天线上。UE根据对下行空间信道特性的估计生成预编码向量,并利用上行控制信道反馈给eNodeB侧。其原理主要在于通过预编码矩阵使得发射信号处于信道矩阵的相应正交基上,其主要工作机理是在多个相互独立的空间信道上传递不同的数据流,从而提高数据传输的峰值速率。
对于Rank=1下的预编码方法,假设天线数目为N,当数据流数目为1时,即将1个数据流映射到N根天线上时,这种空域的线性预编码又可以看作是传统的波束赋形方法。波束赋形技术主要原理是利用空间信道的强相关性,利用波的干涉原理产生强方向性的辐射方向图,使得辐射方向图的主瓣自适应地指向用户来波方向,从而提高信噪比,提高系统容量或者覆盖范围。而Rank=1下的预编码与波束赋形具体的差别仅在于UE根据对下行空间信道特性的估计生成预编码向量,并利用上行控制信道反馈给eNodeB侧。只是由于考虑到反馈信息量化的问题,LTE协议中规定了2天线和4天线模式下的反馈权值列表,UE端实际反馈的PMI(PrecodingMatrix Indicator,预编码矩阵指示)是权值的索引。
发射分集的主要原理是利用空间信道的弱相关性,结合时间/频率上的选择性,基于分集增益以提高信号传输的可靠性,从而改善接收信号的信噪比。
LTE协议中规定了多种下行传输模式,各下行传输模式中又可以支持包括基于预编码的空间复用、Rank=1的预编码以及发射分集在内的多种MIMO技术。由于各下行传输模式内存在上述的多种下行MIMO技术,每种下行MIMO技术均具有针对性,而目前的LTE系统中,当无线环境发生变化时,不能实时调整下行MIMO传输技术,存在资源利用率较低的情况。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用于多输入多输出系统的下行传输方法和基站,以至少解决上述问题。
根据本发明的一个方面,提供了一种用于多输入多输出系统的下行传输方法,包括:基站使用用户终端在时间窗内上报的信道质量指示CQI、秩指示RI、和预编码矩阵指示PMI,在用户终端当前所处的下行传输模式内选择一种下行MIMO方式;基站使用选择的下行MIMO方式向用户终端传输数据。
根据本发明的另一方面,提供了一种基站,包括:选择模块,用于使用用户终端在时间窗内上报的信道质量指示CQI、秩指示RI、和预编码矩阵指示PMI,在用户终端当前所处的下行传输模式内选择一种下行MIMO方式;传输模块,用于使用选择的下行MIMO方式向用户终端传输数据。
通过本发明,由于以UE上报的CQI、RI、和PMI作为基站为UE在下行传输模式内选择一种合适的MIMO技术来进行数据传输的依据,从而使得LTE通信系统中在下行传输模式内可根据UE的位置及其所处的无线信道场景等为其自适应配置适合的下行MIMO技术,以进一步发挥多天线技术的优势,使得LTE无线通信系统能够充分利用下行各种MIMO技术的不同特点及其适用场景,实现了最大限度地增加LTE系统的覆盖和系统容量的效果。
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是根据本发明实施例的用于多输入多输出系统的下行传输方法的流程图;
图2是根据本发明优选实施例的用于多输入多输出系统的下行传输方法的流程图;以及
图3是根据本发明实施例的基站的示意图。
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。
LTE系统包括基站(eNodeB)和用户终端(UE),eNodeB采用不同的下行传输模式传输UE的数据,而各种下行传输模式中又支持多种MIMO技术,本发明在LTE系统中实现。
图1是根据本发明实施例的用于多输入多输出系统的下行传输方法的流程图,包括以下步骤:
步骤S102,基站使用UE在时间窗内上报的CQI(ChannelQuality Indicator,信道质量指示)、RI(Rank Indication,秩指示)、和PMI,在UE当前所处的下行传输模式内选择一种下行MIMO方式;
例如,在LTE系统中,LTE协议规定下行传输模式内包括基于预编码的空间复用技术、Rank=1的预编码(即层数为1的预编码)技术、以及发射分集等MIMO技术。而且,LTE协议还规定在部分下行传输模式内各UE(User Equipment,用户终端)向基站(eNodeB)反馈上报CQI/RI/PMI信息,因此可以基于上述信息完成下行传输模式内的MIMO方式的选择方法的判定工作。
步骤S104,基站使用选择的下行MIMO方式向该UE传输数据。
例如,通过步骤S102在UE所对应的下行传输模式所支持的多种MIMO技术中为该UE选择了一种合适的MIMO技术后,基站使用该选择的MIMO技术来传输该UE的数据,能够使得UE在各种信道情况下都能最大程度地提高LTE系统的容量。
本实施例由于以UE上报的CQI、RI、和PMI作为基站为UE在下行传输模式内选择一种合适的MIMO技术来进行数据传输的依据,从而提供了一种下行传输模式内实现自适应选择的方法,使得LTE通信系统中在下行传输模式内可根据UE的位置及其所处的无线信道场景等为其自适应配置适合的下行MIMO技术,以进一步发挥多天线技术的优势,使得LTE无线通信系统能够充分利用下行各种MIMO技术的不同特点及其适用场景,实现了最大限度地增加LTE系统的覆盖和系统容量的效果。上述方法可应用于LTE系统中。
此外,相比于模式间切换,模式内切换(当通过步骤S102为UE选择了与其当前所使用的第一MIMO技术不同的第二MIMO技术时,基站将为UE)可通过MAC信令完成,大大缩短了切换时延,使得自适应算法可以更快地适应无线信道的变化。
优选地,步骤S102包括以下步骤1至步骤4:
步骤1,使用用户终端在时间窗内上报的CQI,计算用户终端的信道信干噪比参数flagCQI为:
其中,flagCQI为用户终端的信道信干噪比参数,CQI_Thr为CQI判决门限,为用户终端在时间窗内最近M次上报的CQI的平均值,M为常数,m为变量,CQI1(m)为单流或双流中的第一个流的CQI值,CQI2(m)为双流中的第二个流的CQI值。
步骤2,使用用户终端在时间窗内上报的RI,计算用户终端的信道相关性参数flagRI为:
其中,若用户终端不上报RI,则用户终端的信道相关性参数为0。
步骤3,使用用户终端在时间窗内上报的PMI,计算用户终端的信道变化状况参数flagPMI为:
其中,若用户终端不上报PMI,则用户终端的信道变化状况参数为0。
上述步骤1至步骤3可以称为基站为终端选择一种下行MINO技术的判决算法。
步骤4,根据用户终端的信道信干噪比参数flagCQI、信道相关性参数flagRI、和信道变化状况参数flagPMI,在UE当前所处的下行传输模式内确定选择的下行MIMO方式(即从UE对应的下行传输模式所支持的多种MIMO技术中选择一种MIMO技术),其包括:若信道信干噪比参数的值为第一值、信道相关性参数的值为第四值、以及信道变化状况参数的值为第七值,并且UE当前处于下行传输模式4内时,则选择上述下行MIMO方式为基于预编码的闭环空间复用技术;若信道信干噪比参数的值为第一值、信道相关性参数的值为第四值、以及信道变化状况参数的值为第八值,并且UE当前处于下行传输模式3内时,则选择上述下行MIMO方式为基于预编码的开环空间复用技术;若信道相关性参数的值为第三值以及信道变化状况参数的值为第七值,并且UE当前处于下行传输模式4或下行传输模式6内时,则选择上述下行MIMO方式为层数为1的闭环预编码技术;若信道相关性参数的值为第三值以及信道变化状况参数的值为第七值,并且UE当前处于下行传输模式7内时,则选择上述下行MIMO方式为波束赋形技术;否则,选择上述下行MIMO方式为UE当前所处的下行传输模式内的发射分集技术。
例如:在步骤4中,在UE当前处于的下行传输模式为下行传输模式4时,当基站当前传输UE的数据采用的下行MIMO技术是基于预编码的闭环空间复用技术时,若按照上述步骤1-4为UE选择的MIMO技术是层数为1的闭环预编码技术或者是发射分集技术,则基站将传输UE的数据所采用的MIMIO技术切换为层数为1的闭环预编码技术或者是发射分集技术;当基站当前传输UE的数据采用的MIMO技术是层数为1的闭环预编码技术时,若按照上述步骤1-4为UE选择的MIMO技术是基于预编码的闭环空间复用技术或者是发射分集技术,则基站将传输UE的数据所采用的MIMIO技术切换为基于预编码的闭环空间复用技术或者是发射分集技术;当基站当前传输UE的数据采用的MIMO技术是发射分集技术时,若按照上述步骤1-4为UE选择的MIMO技术是基于预编码的闭环空间复用技术或者是层数为1的闭环预编码技术,则基站将传输UE的数据所采用的MIMIO技术切换为基于预编码的闭环空间复用技术或者是层数为1的闭环预编码技术。
此外,如果按照上述步骤1至步骤4为UE选择的MIMO技术是与基站当前传输UE的数据采用的MIMO技术相同,则基站仍然使用当前的MIMO技术传输UE的数据,不会发生切换。
上述优选实施例的用于多输入多输出系统的下行传输方法采用的判决算法所采用的算法简单、复杂度较低。在下行传输模式内实现多种MIMO技术的自适应选择(切换),基本可以满足UE在各种信道情况下都能最大程度地提高LTE系统的容量,而且该方法易于推广到其他下行传输模式内的MIMO技术的选择和切换。
此外,利用UE上报的CQI、RI及PMI信息统计获得信道SINR参数、信道相关性参数、以及信道变化状况参数,以判断UE所处的无线信道类型,并据此自适应地判断出其最适应的下行MIMO方式。该算法主要利用现有协议中规定的反馈信息,在尽可能提高系统吞吐量的同时,未明显增加运算复杂度,非常利于工程实现。
如图2所示,在具体实施过程中,根据LTE协议的规定,用户的下行传输模式内切换(选择)通过MAC层信令交换实现,因此切换过程间隔时间为毫秒级,因此,上述的时间窗T的取值可根据仿真和测试获得,建议将时间窗T取值为30ms。具体的选择方法包括下述步骤:
步骤S202,统计时间窗T内各个UE上报的CQI情况,根据CQI判决门限获得信道SINR(Signal Interference Noise Ratio,信干噪比)参数flagCQI:
其中,当UE第m次反馈单流CQI时,将其值赋给CQI1(m),并令CQI2(m)=16;M为常数,M值可根据仿真和测试值确定,建议取值为4。
则根据CQI判决门限CQI_Thr,计算第k个UE的flagCQI(k)为:
其中,判决门限CQI_Thr值可根据仿真和测试值确定,建议取值为5。上述公式(2)中的第一值取值为1,第二值取值为0。
步骤S204,统计时间窗T内的各个UE上报的RI情况,根据RI判决门限获得信道相关性参数flagRI;如果部分下行传输模式内未上报RI,则令flagRI=0。
以第k个UE为例,每个时间窗T开始时,Numk RI=0,当基站接收到第k个UE反馈的RI=1时,有Numk RI=1=Numk RI=1+1,则有:
其中,Numk total_RI为时间窗T内第k个UE反馈的RI的总次数,Pk RI=1为第k个UE在时间窗内上报的RI=1的概率,Pk RI≥2为第k个UE在时间窗T内上报的RI≥2的概率。
则根据RI判决门限RI_Thr计算第k个UE的信道相关性参数flagRI(k)为:
其中,RI判决门限RI_Thr的值可根据仿真和测试值确定,1>RI_Thr>0.5,建议取值为0.55。公式(4)中第三值取值为1,第四值取值为2,第五值取值为0。
步骤S206,统计时间窗T内的各个UE上报的PMI变化情况,根据信道变化特性判决门限PMI_Thr获得信道变化状况参数flagPMI;如果部分模式内未上报RI,则令flagPMI=0。
以第k个UE为例,每个时间窗T开始时,Numk PMI=0;当基站接收到的第k个UE连续两个上报的PMI值不同时,有Numk PMI=Numk PMI+1,则有:
其中,Numk total_PMI为时间窗T内第k个UE反馈PMI的总次数,Pk MI为第k个UE在时间窗内连续两个上报的PMI值不同的概率。
则根据信道变化特性判决门限PMI_Thr,计算得到第k个UE的信道变化状况参数flagPMI(k)为:
其中,信道变化特性判决门限PMI_Thr的值可根据仿真和测试值确定,1>PMI_Thr>0,建议取值为0.3。公式(6)中,第七值取值为1,第八值取值为0。
步骤S208,根据上述步骤S202至步骤S206中得到各UE对应的参数(包括flagCQI(k)、flagRI(k)、flagPMI(k)),为各UE自适应选择其所处的下行传输模式内的不同的下行MIMO方式,以完成下行传输模式内的自适应选择(切换)过程。
以下行传输模式4为例,LTE协议规定的下行传输模式4中支持的MIMO技术包括基于预编码的闭环空间复用技术、Rank=1的闭环预编码技术、以及发射分集技术,则根据上述步骤中得到各UE对应的参数,判断各UE自适应切换到的上述三种不同的下行MIMO方式中的某一种。
仍然以第k个用户为例:
①满足flagRI(k)=2&& flagCIR(k)=1&& flagPMI(k)=1时,此时UE所处的无线信道特性适合采用基于预编码的闭环空间复用技术;
②满足flagRI(k)=1&& flagPMI(k)=1时,此时UE所处的无线信道特性适合采用Rank=1的闭环预编码技术;
③除上述情况外的所有情况:此时UE所处的无线信道特性适合采用发射分集技术。
图3是根据本发明实施例的基站的示意图,包括:选择模块10,用于使用UE在时间窗(T)内上报的信道质量指示CQI、秩指示RI、和预编码矩阵指示PMI,在UE当前所处的下行传输模式内选择一种下行MIMO方式;传输模块20,用于使用选择的下行MIMO方式向UE传输数据。
优选地,选择模块10包括:第一计算模块102,用于使用UE在时间窗内上报的CQI,计算UE的信道信干噪比参数;第二计算模块104,用于使用UE在时间窗内上报的RI,计算UE的信道相关性参数;第三计算模块106,用于使用UE在时间窗内上报的PMI,计算UE的信道变化状况参数;确定模块108,用于根据UE的信道信干噪比参数、信道相关性参数、和信道变化状况参数,在UE当前所处的下行传输模式内确定上述选择的下行MIMO方式。
优选地,第一计算模块102计算UE的信道信干噪比参数为:其中,flagCQI为用户终端的信道信干噪比参数,CQI_Thr为CQI判决门限,为用户终端在时间窗内最近M次上报的CQI的平均值,M为常数,m为变量,CQI1(m)为单流或双流中的第一个流的CQI值,CQI2(m)为双流中的第二个流的CQI值。
参数,PRI=1为用户终端在时间窗内上报的RI=1的概率,PRI≥2为用户终端在时间窗内上报的RI≥2的概率,RI_Thr为RI判决门限。
优选地,若用户终端不上报RI,则第二计算模块104将用户终端的信道相关性参数记为0。
优选地,第三计算模块106计算用户终端的信道变化状况参数为:其中,flagPMI为用户终端的信道变化状况参数,PPMI为用户终端在时间窗内连续两个上报的PMI值不同的概率,PMI_Thr为信道变化特性判决门限。
优选地,若用户终端不上报PMI,则第三计算模块106将用户终端的信道变化状况参数记为0。
优选地,确定模块108包括:第一选择模块,用于当信道信干噪比参数的值为第一值、信道相关性参数的值为第四值、以及信道变化状况参数的值为第七值,并且UE当前处于下行传输模式4内时,选择上述下行MIMO方式为基于预编码的闭环空间复用技术;第二选择模块,用于当信道信干噪比参数的值为第一值、信道相关性参数的值为第四值、以及信道变化状况参数的值为第八值,并且UE当前处于下行传输模式3内时,则选择上述下行MIMO方式为基于预编码的开环空间复用技术;第三选择模块,用于当信道相关性参数的值为第三值以及信道变化状况参数的值为第七值,并且UE当前处于下行传输模式4或下行传输模式6内时,选择上述下行MIMO方式为层数为1的闭环预编码技术;第四选择模块,用于当信道相关性参数的值为第三值以及信道变化状况参数的值为第七值,并且UE当前处于下行传输模式7内时,则选择上述下行MIMO方式为波束赋形技术;第五选择模块,用于在除上述情况的其他情况下,选择上述下行MIMO方式为UE当前所处的下行传输模式内的发射分集技术。
上述优选实施例的基站利用UE上报的CQI及RI信息或前后时隙上行链路信道冲击相应数据的相关值获得各种参数,提高了判断算法的可靠性;并且该基站适用于LTE FDD及TDD系统,在保证算法性能的情况下未增加运算复杂度,非常利于工程实现;采用自适应算法,适应各种不同的信道环境。
从以上的描述中,可以看出,本发明实现了如下技术效果:
(1)利用LTE系统协议的规定,根据用户终端UE上报的CQI、RI及PMI信息获得对应的各种参数,提高了实现下行传输模式内的MIMO技术选择的判断算法的可靠性;
(2)适用于LTE FDD(频分双工)及TDD(时分双工)系统,在保证分辩结果精度的情况下未增加运算复杂度,非常利于工程实现;
(3)采用自适应方法,可适应各种不同的信道环境。
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)
1.一种用于多输入多输出MIMO系统的下行传输方法,其特征在于,包括:
基站使用用户终端在时间窗内上报的信道质量指示CQI、秩指示RI、和预编码矩阵指示PMI,在所述用户终端当前所处的下行传输模式内选择一种下行MIMO方式;
所述基站使用所述选择的下行MIMO方式向所述用户终端传输数据。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,基站使用用户终端在时间窗内上报的信道质量指示CQI、秩指示RI和预编码矩阵指示PMI,在所述用户终端当前所处的下行传输模式内选择一种下行MIMO方式包括:
使用所述用户终端在所述时间窗内上报的所述CQI,计算所述用户终端的信道信干噪比参数;
使用所述用户终端在所述时间窗内上报的所述RI,计算所述用户终端的信道相关性参数;
使用所述用户终端在所述时间窗内上报的所述PMI,计算所述用户终端的信道变化状况参数;
根据所述用户终端的信道信干噪比参数、信道相关性参数、和信道变化状况参数,在所述用户终端当前所处的下行传输模式内确定所述下行MIMO方式。
5.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,若所述用户终端不上报RI,则所述用户终端的信道相关性参数为0。
7.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,若所述用户终端不上报PMI,则所述用户终端的信道变化状况参数为0。
8.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,根据所述用户终端的信道信干噪比参数、信道相关性参数、和信道变化状况参数,在所述用户终端当前所处的下行传输模式内确定所述下行MIMO方式包括:
若所述信道信干噪比参数的值为第一值、所述信道相关性参数的值为第四值、以及所述信道变化状况参数的值为第七值,并且所述用户终端当前处于下行传输模式4内时,则选择所述下行MIMO方式为基于预编码的闭环空间复用技术;
若所述信道信干噪比参数的值为第一值、所述信道相关性参数的值为第四值、以及所述信道变化状况参数的值为第八值,并且所述用户终端当前处于下行传输模式3内时,则选择所述下行MIMO方式为基于预编码的开环空间复用技术;
若所述信道相关性参数的值为第三值以及所述信道变化状况参数的值为所述第七值,并且所述用户终端当前处于下行传输模式4或下行传输模式6内时,则选择所述下行MIMO方式为层数为1的闭环预编码技术;
若所述信道相关性参数的值为第三值以及所述信道变化状况参数的值为所述第七值,并且所述用户终端当前处于下行传输模式7内时,则选择所述下行MIMO方式为波束赋形技术;
否则,选择所述下行MIMO方式为所述用户终端当前所处的下行传输模式内的发射分集技术。
9.一种基站,其特征在于,包括:
选择模块,用于使用用户终端在时间窗内上报的信道质量指示CQI、秩指示RI、和预编码矩阵指示PMI,在所述用户终端当前所处的下行传输模式内选择一种下行MIMO方式;
传输模块,用于使用所述选择的下行MIMO方式向所述用户终端传输数据。
10.根据权利要求9所述的基站,其特征在于,所述选择模块包括:
第一计算模块,用于使用所述用户终端在所述时间窗内上报的所述CQI,计算所述用户终端的信道信干噪比参数;
第二计算模块,用于使用所述用户终端在所述时间窗内上报的所述RI,计算所述用户终端的信道相关性参数;
第三计算模块,用于使用所述用户终端在所述时间窗内上报的所述PMI,计算所述用户终端的信道变化状况参数;
确定模块,用于根据所述用户终端的信道信干噪比参数、信道相关性参数、和信道变化状况参数,在所述用户终端当前所处的下行传输模式内确定所述下行MIMO方式。
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