CN1731701A - 根据信道空间相关性自适应调整的多天线通信方法及通信系统 - Google Patents

Abstract

根据信道空间相关性自适应调整的多天线通信方法及通信系统，涉及多天线系统的通信方法。其通信方法包括：发送控制信令，探测信道状态信息；通信初始传输方案选择；业务信息传输；监测信道变化和通信中传输方案切换，协调通信双方等5个步骤。其通信系统包括控制信令信息发射机、接收机和业务信息发射机、接收机。本发明把信道的空间相关性作为传输方案切换的判决依据，信道空间相关性强的时候采用智能天线方案，信道空间相关性弱的时候采用V－BLAST方案，使得在信道空间相关性变化的情况下通信能够保持较高的传输速率和较好的通信质量，并且能够敏感地反映出信道的变化，保证传输方式切换的准确性和及时性；控制信令和业务信息采用不同的编码方式和不同的方案传输，实现控制信息始终能有效传输，从而可以提高系统的可靠性。

Description

根据信道空间相关性自适应调整的多天线通信方法及通信系统

技术领域

一种根据信道空间相关性自适应调整的多天线通信方法，属于通信技术领域，特别涉及通信技术中的多天线技术的通信方法。

背景技术

多天线技术是当前无线通信技术中的热点技术，主要包括多入多出(Multiple InputMultiple Output，MIMO)技术和智能天线(Smart Antennas)技术。

MIMO技术采用空时编码，按照使用的空时码分类，主要有两大类：基于发射分集的空时格码(Space Time Trellis Codes，STTC)和空时分组码(Space Time Block Codes，STBC)；基于非发射分集的分层空时码(Layered Space Time Codes，LSTC)。

空时格码是一种综合考虑了信道编码、调制、发射分集和接收分集的设计，能够提供较大的编码增益、频谱利用率和分集增益的编码方式。空时格码的性能很好，但其解码的复杂度相当高。具体而言，当发射天线数固定时，空时格码的解码复杂度(由解码器的网格状态数度量)随传输速率成指数级增长。有鉴于此，Alamouti提出了一种简单的两天线发射分集方案，并给出了较为简单的解码算法。Tarkh等人从中受到启发，应用正交理论，将该方案推广到具有任意发射天线数的发射分集系统，由此提出了空时分组码。空时分组码与空时格码相比，虽然性能有所降低，但解码复杂度却小得多。

下面以经典的Alamouti 2发1收方案为例，说明空时分组码编解码过程。发射数据送入空时分组编码模块的码流为c₁，c₂，…，将码流按照2个一组编码，经过空时分组编码器以后，输出的编码矩阵为： $\left[\begin{array}{cc}{c}_1& -{c^{*}}_2\\ c_2& {c^{*}}_1\end{array}\right],$ 其中矩阵的行代表发射天线，列代表时隙，具体的编码原理见图1。在2发1收情况下，收端天线接收的信号为：

$r=\left[\begin{array}{c}{r}_1\\ r_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{c}_1{h}_1+c_2{h}_2\\ c_1^{*}{h}_2-c_2^{*}{h}_1\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{n}_1\\ n_2\end{array}\right]---\left(1\right)$

r₁，r₂分别代表1、2时隙接收天线接收到的信号，h₁，h₂分别为发射天线1、2对应的信道冲激响应。设 $y=\left[\begin{array}{c}{r}_1\\ r_2^{*}\end{array}\right],$ 则y可表示为

$y=\left[\begin{array}{cc}{h}_1& h_2\\ h_2^{*}& -h_1^{*}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{c}_1\\ c_2\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{n}_1\\ n_2^{*}\end{array}\right]---\left(2\right)$

设 $H=\left[\begin{array}{cc}{h}_1& h_2\\ h_2^{*}& {-h}_1^{*}\end{array}\right],$ 对(2)左乘H^H，由于 $H^{H}H={\left|\right|h\left|\right|}_F^2{I}_2,$ 即可得到发射数据的估计值 从上面的空时分组解码过程可以看出由于发射码块的正交设计，在解码时仅需要对接收信号做线性变换，对信道矩阵没有特殊要求。故采用空时分组编码的多天线通信方法受信道空间相关性变化的影响较小，但其频谱利用率低于分层空时码。

分层空时码是将信源数据分为几个并行的子数据流，对它们独立地进行编码和调制的技术，故它不是基于发射分集的。贝尔实验室的Foschini等人首先提出了一种对角分层空时码(Diagonally Bell Labs Layered Space-Time Wireless Communication Architecture，D-BLAST)，发射信息按照对角线进行空时编码，在独立的瑞利衰落环境下，这种结构获得了巨大的理论容量，它的容量随发射天线的数目线性增长，可以达到90％的香农信道容量，虽然D-BLAST具有较好的空时特性和层次结构，但是它的一个缺陷就是复杂度太高，不适合于应用。随后提出了水平分层空时码H-BLAST(Horizontal BLAST)和垂直分层空时码V-BLAST(VerticalBLAST).虽然H-BLAST的译码简单，但其空时特性比较差；而V-BLAST的性能较好，译码复杂度不大，因此得到广泛应用。

下面介绍V-BLAST的编码译码过程。V-BLAST系统的等效基带模型如图2所示，发射数据1首先通过V-BLAST编码模块5，将发射数据1编码成并行的M路数据符号流，经过无线信道以后，在接收端被N个接收天线同时接收，将接收到的信号进行迫零检测，最后将数据输出。等效基带发射信号M维矢量我们定义为a＝(α₁  α₂…α_M)^T，α_k表示第k个发射天线的数据，对应的接收信号矢量为r＝(r₁ r₂...r_N)^T，可表示为

                r＝Ha+N                           (3)

其中

h_i，j表示从第j个发射天线到第i个接收天线的信道衰落因子，假设不同的h_ij之间相互独立，N表示接收端的高斯噪声矢量。直接求逆的迫零检测方法表示如下，发射信号矢量的估计值为

＝a+H^N                  (4)

其中，(·)^表示矩阵的Moore-Penrose逆。该方法的原理是直接对信道矩阵进行求逆操作，然后用该逆矩阵左乘接收的信号矢量，再同时对各个分量进行译码，可见直接求逆的方法要求信道矩阵列满秩。V-BLAST的另一种检测算法为排序干扰对消(Ordered SuccessiveInterference Cancellation，OSIC)，其具体方法详见G.D.Golden，C.J.Foschini，“Detectionalgorithm and initial laboratory results using V-BLAST space-time communication architecture”，IEEE ECTRONICS LETTERS 7^th Jan 1999，Vol.35 No.1.由上述V-BLAST的编码译码算法可以看出V-BLAST的频谱利用率较高，但其受信道空间相关性的影响较大。

智能天线技术的核心是自适应波束形成，它利用了天线阵列中各单元之间的位置关系，即利用了信号的相位关系，通过加权、合并等方法形成天线波束图，使其主波束方向指向信号方向，而在其它方向上抑制干扰。其原理详见《自适应滤波》，龚耀寰编著，电子工业出版社，2003.7。

目前的多天线技术存在的一个问题是：不同的多天线技术适用于不同的信道情况，没有一种多天线技术能同时在信道空间相关性强和信道空间相关性弱的情况下，达到较高的传输速率和较好的通信质量。MIMO技术由于利用了发射分集和接收分集，在信道空间相关性弱，特别是信道相互独立的情况下能达到较高的信道容量和较好的性能，随着信道空间相关性的增强，MIMO通信的误码率升高，数据传输速率下降；智能天线则利用自适应波束形成技术，使主波束方向指向信号方向，在其它方向上抑制干扰，故在信道空间相关性强，特别是在视距(Line of Sight)的情况下，趋于最佳算法，而随着信道空间相关性的减弱，智能天线通信的误码率升高，数据传输速率下降。

但是，无线信道状态是时变的，由于移动台的移动和建筑物的阻隔，不同时刻的信道空间相关性变化较大。目前已知的文献、专利和相关出版物中还没有提供一种针对实际信道的空间相关性变化的更有效的多天线通信方法。我们将现有的MIMO技术和智能天线技术结合起来，提出了一种根据信道空间相关性自适应调整的多天线通信方法，能够克服单一多天线通信方法在信道空间相关性变化时，误码率升高，数据传输速率下降的弊端，使得在不同的信道状态下能保持较高的数据传输速率和较好的通信质量。

发明内容

针对现有多天线传输方案不能够在信道空间相关性变化的情况下持续进行高速率高质量通信的问题，本发明的目的是提供一种根据信道空间相关性自适应调整的多天线通信方法，其优点是能够根据信道空间相关性的变化，采用不同的多天线传输方案。与单一传输方式的多天线通信方法相比，本发明更能够适应变化的无线信道环境，并能够在信道变化的情况下保持较高的数据传输速率和较好的通信质量。

如图4所示，本发明提供的一种根据信道空间相关性自适应调整的多天线通信方法，其特征是，它包括以下步骤：

步骤1：发送控制信令，探测信道状态信息

在通信初始时，开启控制信道，基站和移动台之间通过发送经过空时编码的控制信令，在接收端获得信道状态信息，计算出此时信道空间相关系数ρ。

步骤2：通信初始传输方案选择

将由步骤1获得的信道空间相关系数ρ与门限值ρ₀相比较，如果ρ≥ρ₀，说明此时信道的空间相关性较强，选择智能天线方案传输业务信息；如果ρ＜ρ₀，说明此时信道的空间相关性较弱，选择V-BLAST方案传输业务信息，同时通过控制信令通知收发双方切换发射、接收方案，然后关闭控制信道。

步骤3：业务信息传输

按照选择的传输方案进行业务信息的传输。

步骤4：监测信道变化

在步骤3业务信息的传输过程中同时监测信道变化，测量得到信道空间相关系数ρ。

步骤5：通信中传输方案切换，协调通信双方

将步骤4获得的信道空间相关系数ρ与门限值ρ₀相比较，如果不满足切换条件，则保持当前的传输方案不变，继续进行步骤3、步骤4；如果满足切换条件，则基站开启控制信道，发送控制信息给移动台，要求移动台改变传输方式并通过业务信道重传丢失的数据包，控制信息中应包含所丢失移动台数据包的起始帧号。移动台收到要求切换的控制信令后，切换业务信息的传输方式，并且由控制信道向基站发送切换完成的反馈信号，反馈信号中应包含所丢失基站数据包的起始帧号，基站在接收到反馈信号以后，关闭控制信道，并将业务信息用所选择的传输方式从业务信道传送，转到步骤3、步骤4。

需要说明的是：

步骤1中控制信令的空时编码方式采用受信道空间相关性影响较小的编码方式，如空时分组码等。

步骤1中的信道状态信息可以通过信道估计获得，也可以通过其他测量方式获得；

步骤2中的门限值ρ₀由工程中的具体系统参数决定，如收发天线数，多天线检测算法和调制方式等，ρ₀的选择还应考虑到切换所需要的时间，并保证在切换期间通信不能中断；

步骤4中的信道空间相关性系数ρ可以通过信道估计获得，也可以通过其他测量方法获得。

本发明的主要原理及依据：

1、把信道的空间相关性作为传输方案切换的判决依据，信道空间相关性强的时候采用智能天线方案传输，在信道空间相关性弱的时候采用V-BLAST方案传输。

由于V-BLAST技术的频谱利用率较高，译码简单，其性能随着信道空间相关性的减弱而提高，而智能天线技术的频谱利用率较高，其性能随着信道空间相关性的增强而提高。本发明在信道的空间相关性较弱(比如信道独立)的情况下，采用V-BLAST方案传输业务信息，在信道的空间相关性较强(比如视距)的情况下，采用智能天线方案传输业务信息。通信初始时V-BLAST和智能天线传输方案的选择和通信中V-BLAST和智能天线传输方案之间的切换，由信道的空间相关性决定。当测量得到的某段时间信道的空间相关系数ρ大于等于门限值ρ₀时，业务信息的传输方式切换到智能天线方案(ρ₀由工程中的具体系统参数决定，如收发天线数，多天线检测算法和调制方式等。ρ₀的选择还应考虑到切换所需要的时间，并保证在切换期间通信不能中断)；当ρ小于ρ₀时，业务信息的传输方式切换到智能天线方案。

2、控制信令和业务信息采用不同的传输方案传输

控制信令用于在通信初始时，由于信道情况未知，通过发送控制信令测量出当前信道空间相关性；通信过程中，信道空间性发生较大变化时(跨越了门限值)，通过控制信令通知通信双方需重传的数据帧和改变传输方案。所以控制信令需要选用一种受信道空间相关性影响较小的空时码进行传输，从而保证通信的可靠进行和业务信息传输方式的顺利切换；由于控制信令的信息量不大，故对其传输方式的频谱利用率要求不高。业务信息则用于传递需要通信的数据，故需要针对不同的信道环境采用频谱利用率高，误码率低的传输方案，提高数据传输速率和通信质量。

由本发明构建的一种根据信道空间相关性自适应调整的多天线通信系统，它包括控制信令信息发射机、控制信令信息接收机和业务信息发射机、业务信息接收机。

控制信令信息发射机、控制信令信息接收机结构如图5所示。控制信令信息发射机包括空时编码模块9、数模转换模块10(其中不同的发射天线对应的数模转换子模块可以不同)、射频处理1模块11(其中不同的发射天线对应的射频处理1子模块可以不同)、M个发射天线。控制信令信息接收机包括N个接收天线，射频处理2模块12(其中不同的接收天线对应的射频处理2子模块可以不同)、模数转换模块13(其中不同的接收天线对应的模数转换子模块可以不同)、空时解码模块14、同步信道估计1模块15。

控制信令信息的发射机、接收机工作过程如下：

在发射端，控制信令b_C(t)输入空时编码模块9，空时编码后的信息输入数模转换模块10转换为模拟信号，模拟信号输入射频处理1模块11后通过M个发射天线发射。在接收端，N个接收天线将收到的信号输入射频处理2模块12，输出的模拟信号通过模数转换模块13转换为数字信号并分别输入空时解码模块14和同步信道估计1模块15，空时解码模块14联合模数转换模块13输出的数字信息和同步信道估计1模块15输出的同步、信道估计信息得到控制信令的估计值_C(t)。

业务信息的发射机、接收机结构如图6所示。业务信息发射机包括传输方案选择模块16、自适应发射波束形成模块23、V-BLAST编码模块5、数模转换模块10(其中不同的发射天线对应的数模转换子模块可以不同)、射频处理3模块17(其中不同的发射天线对应的射频处理3子模块可以不同)、射频处理4模块20(其中不同的发射天线对应的射频处理4子模块可以不同)，智能天线的发射天线阵TX_SA、V-BLAST的发射天线阵TX_BLAST。业务信息接收机包括智能天线的接收天线阵RX_SA、V-BLAST的接收天线阵RX_BLAST，射频处理5模块18(其中不同的接收天线对应的射频处理5子模块可以不同)、射频处理6模块21(其中不同的接收天线对应的射频处理6子模块可以不同)、模数转换模块13(其中不同的接收天线对应的模数转换子模块可以不同)，同步信道估计2模块19、同步信道估计3模块22、自适应接收波束形成模块24、V-BLAST译码模块6。

业务信息的发射机、接收机工作过程如下：在发射端，传输方案选择模块16根据输入的信道空间相关系数ρ选择业务信息的传输方案，如果选择智能天线传输方案，则业务信息b_D(t)输入自适应发射波束形成模块23，经过加权后的信息输入数模转换模块10，输出的模拟信号输入射频处理3模块17后经过智能天线的发射天线阵TX_SA发射。在接收端，智能天线的接收天线阵RX_SA将接收到的信号输入射频处理5模块18，输出的模拟信号输入模数转换模块13得到数字信号并分别输入同步信道估计2模块19和自适应接收波束形成模块24，自适应接收波束形成模块24利用模数转换模块13输出的数字信号和同步信道估计2模块19输出的同步、信道估计信息，得到业务信息的估计值_D(t)。如果选择V-BLAST传输方案，则业务信息b_D(t)输入V-BLAST编码模块5，经过编码的信息输入数模转换模块10，输出的模拟信号输入射频处理4模块20后经过V-BLAST的发射天线阵TX_BLAST发射。在接收端，V-BLAST的接收天线阵RX_BLAST将接收到的信号输入射频处理6模块21，输出的模拟信号输入模数转换模块13得到数字信号并分别输入同步信道估计3模块22和V-BLAST译码模块6，V-BLAST译码模块6利用模数转换模块13输出的数字信号和同步信道估计3模块22输出的同步、信道估计信息，得到业务信息的估计值_D(t)。

需要说明的是：

图5中控制信令信息使用的空时编码是受信道空间相关性变化较小的空时编码，如空时分组码等；

图6中的信道空间相关系数ρ在通信初始时，由控制信令提供，在通信当中，由业务信息中携带的信道信息提供。

图6中的自适应发射波束形成模块23可使用任何能够形成发射波束的自适应波束形成算法，自适应发射波束形成模块24可使用任何能够形成接收波束的自适应波束形成算法。

本发明的工作过程：

通信开始时，移动台与基站之间通过控制信道，采用受信道空间相关性较小的空时编码方案传输信令信息，测量当前信道相关系数ρ：若移动台与基站之间信道的相关系数ρ大于等于门限值ρ₀，则业务信道采用智能天线方案开始进行业务信息的传输，同时关闭控制信道；若移动台与基站之间信道的相关系数ρ小于门限值ρ₀，则业务信道采用V-BLAST方案开始进行业务信息的传输，同时关闭控制信道。

通信过程中，由于移动台位置的变化，可能随时发生信道相关性的变化。若移动台与基站之间信道的空间相关系数ρ大于等于门限值ρ₀，此时基站开启控制信道，发送控制信息给移动台，要求移动台改变编解码方式并通过业务信道重传丢失的数据包，控制信息中应包含所丢失移动台数据包的起始帧号。移动台收到要求切换的控制信令后，切换业务信息的编解码方式，并且由控制信道向基站发送切换完成的反馈信号，反馈信号中应包含所丢失基站数据包的起始帧号。基站在接收到反馈信号以后，关闭控制信道，将业务信息采用智能天线传输方案通过业务信道传送。

若移动台与基站之间信道的相关系数ρ小于门限值ρ₀，此时基站开启控制信道，发送控制信息给移动台，要求移动台改变编解码方式并重传误码严重的数据包，控制信息中应包含所需要重传的移动台数据包的起始帧号。移动台收到要求切换的控制信令后，切换业务信息的编解码方式，并且由控制信道向基站发送切换完成的反馈信号，反馈信号中应包含需要重传的基站数据包的起始帧号。基站在接收到反馈信号以后，关闭控制信道，并将业务信息用V-BLAST编码以后，通过业务信道传送。

本发明的创新之处：现有的多天线通信方法都是基于单一传输方式的，当信道空间相关性改变时，数据速率降低，通信质量变差。本发明提供的一种根据信道空间相关性自适应调整的多天线通信方法，可以针对信道空间相关性的变化，自适应地采用不同的多天线传输方案，从而在信道变化的情况下能够保持较高的通信传输速率和较好的通信质量。

本发明的有益效果：

1、解决了单一多天线传输方式由于信道空间相关性的变化带来的数据传输速率下降，通信质量降低的问题，对不同的信道情况采用不同的信号传输方式，使得在信道空间相关性变化的情况下，通信都能够保持较高的传输速率和较好的通信质量。

2、采用信道的空间相关性作为传输方式的切换依据，能够敏感地反映出信道的变化，保证了传输方式切换的准确性和及时性。

3、控制信息和业务信息采用不同的编码方式，可以实现控制信息始终能有效传输，达到控制业务信息传输的目的，从而可以提高系统的可靠性。

附图说明

图1是空时分组码发射机示意图

其中，1是发射数据模块，2是空时分组编码模块，3是发射天线，TX1代表发射天线1，TX2代表发射天线2， $c^1=\left[\begin{array}{cc}{c}_1& -c_2^{*}\end{array}\right]$ 代表发射天线1上发射的符号， $c^2=\left[\begin{array}{cc}{c}_2& c_1^{*}\end{array}\right]$ 代表发射天线2上发射的符号。

图2是V-BLAST系统示意图

其中，1是发射数据模块，5是V-BLAST编码模块，3是发射天线，4是接收天线，6是V-BLAST译码模块，7是恢复数据模块，TX1代表发射天线1，TXk代表发射天线k，TXM代表发射天线M，RX1代表接收天线1，RXk代表接收天线k，RXN代表接收天线N。

图3是智能天线原理示意图

其中，8是自适应波束形成模块。

图4是本发明的工作流程示意图

其中，ρ代表信道空间相关系数，ρ₀代表门限值。

图5是本发明中控制信令信息的发射机和接收机示意图

其中，9是空时编码模块，10是数模转换模块，11是射频处理1模块，12是射频处理2模块，13是模数转换模块，14是空时解码模块，15是同步、信道估计1模块，3是发射天线，4是接收天线，TX1代表发射天线1，TXM代表发射天线M，RX1代表接收天线1，RXN代表接收天线N，b_C(t)代表控制信令信息，_C(t)代表恢复的控制信令信息。

图6是本发明中业务信息的发射机和接收机示意图

其中，16是传输方案选择模块，23是自适应发射波束形成模块，10是数模转换模块，17是射频处理3模块，18是射频处理5模块，13是模数转换模块，19是同步信道估计2模块，24是自适应接收波束形成模块，5是V-BLAST编码模块，20是射频处理4模块，21是射频处理6模块，22是同步信道估计3模块，6是V-BLAST译码模块，b_D(t)代表业务信息，_D(t)代表恢复的业务信息，TX_SA代表智能天线的发射天线阵，RX_SA代表智能天线的接收天线阵，TX_BLAST代表V-BLAST的发射天线阵，RX_BLAST代表V-BLAST的接收天线阵。

具体实施方式：

下面给出本发明的一种具体实施方式。控制信令信息的空时编码和解码采用受信道空间相关性变化影响较小的STBC码。业务信息传输中，智能天线的传输方案的自适应发射波束形成和自适应接收波束形成均采用基于最小均方误差准则的算法。V-BLAST的检测算法采用基于最小均方误差准则的干扰对消算法(MMSE-SIC)。基站端天线数为8，分成两组，每组4个天线。第一组每个天线之间间隔

波长，第二组每个天线之间的间隔10倍波长。第一组作为智能天线的基站天线，第二组作为V-BLAST的基站天线，选择第二组的两个天线作为STBC的基站天线。移动台天线数为4，间隔为

波长。控制信令信息的传输采用2发2收的STBC码，业务信息的传输采用4发4收的V-BLAST算法和4发4收的智能天线算法，均基于QPSK调制。传输方案切换的门限值选为ρ₀＝0.6。

基于以上系统参数，本发明的工作步骤如下：

步骤1：发送控制信令，探测信道状态信息

在通信初始时，开启控制信道，基站和移动台之间通过发送经过STBC编码的控制信令，在接收端通过STBC信道估计获得信道状态信息，计算出此时信道空间相关系数ρ。

步骤2：通信初始传输方案选择

将由步骤1获得的信道空间相关系数ρ与门限值ρ₀＝0.6相比较，如果ρ≥ρ₀，说明此时信道的空间相关性较强，则业务信道采用4发4收，基于最小均方误差准则的波束形成算法的智能天线方案开始进行业务信息的传输；如果ρ＜ρ₀，说明此时信道的空间相关性较弱，则业务信道采用4发4收，基于MMSE-SIC检测的V-BLAST方案开始进行业务信息的传输，同时通过控制信令通知收发双方切换发射、接收方案，然后关闭控制信道。

步骤3：业务信息传输

按照选择的传输方案进行业务信息的传输。

步骤4：监测信道变化

在步骤3业务信息的传输过程中同时监测信道变化，通过信道估计测量得到信道空间相关系数ρ。

步骤5：通信中传输方案切换，协调通信双方

将步骤4获得的信道空间相关系数ρ与门限值ρ₀＝0.6相比较，如果不满足切换条件，则保持当前的传输方案不变，继续进行步骤3、步骤4；如果满足切换条件，则基站开启控制信道，发送STBC编码的控制信息给移动台，要求移动台改变传输方式并通过业务信道重传丢失的数据包，控制信息中应包含所丢失移动台数据包的起始帧号。移动台收到要求切换的控制信令后，切换业务信息的传输方式，并且由控制信道向基站发送切换完成的反馈信号，反馈信号中应包含所丢失基站数据包的起始帧号，基站在接收到反馈信号以后，关闭控制信道，并将业务信息用所选择的传输方式从业务信道传送，转到步骤3、步骤4。

本发明的具体实施方式，可以通过软件编程实现，也可以通过硬件来实现。

综上所述，本发明提供的一种根据信道空间相关性自适应调整的多天线通信方法，通过测量信道的空间相关系数，自适应地采用不同的多天线传输方案进行信息传输。与一般的多天线传输方案相比，能够在信道变化的情况下能够保持较高的通信传输速率和较好的通信质量。

Claims (6)

1、根据信道空间相关性自适应调整的多天线通信方法，其特征是，它包括以下步骤：

步骤1：发送控制信令，探测信道状态信息

在通信初始时，开启控制信道，基站和移动台之间通过发送经过空时编码的控制信令，在接收端获得信道状态信息，计算出此时信道空间相关系数ρ；

步骤2：通信初始传输方案选择

将由步骤1获得的信道空间相关系数ρ与门限值ρ₀相比较，如果ρ≥ρ₀，说明此时信道的空间相关性较强，选择智能天线方案传输业务信息；如果ρ＜ρ₀，说明此时信道的空间相关性较弱，选择V-BLAST方案传输业务信息，同时通过控制信令通知收发双方切换发射、接收方案，然后关闭控制信道；

步骤3：业务信息传输

按照选择的传输方案进行业务信息的传输；

步骤4：监测信道变化

在步骤3业务信息的传输过程中同时监测信道变化，测量得到信道空间相关系数ρ；

步骤5：通信中传输方案切换，协调通信双方

将步骤4获得的信道空间相关系数ρ与门限值ρ₀相比较，如果不满足切换条件，则保持当前的传输方案不变，继续进行步骤3、步骤4；如果满足切换条件，则基站开启控制信道，发送控制信息给移动台，要求移动台改变传输方式并通过业务信道重传丢失的数据包，控制信息中应包含所丢失移动台数据包的起始帧号；移动台收到要求切换的控制信令后，切换业务信息的传输方式，并且由控制信道向基站发送切换完成的反馈信号，反馈信号中应包含所丢失基站数据包的起始帧号，基站在接收到反馈信号以后，关闭控制信道，并将业务信息用所选择的传输方式从业务信道传送，转到步骤3、步骤4。

2、根据权利要求1所述的根据信道空间相关性自适应调整的多天线通信方法，其特征是，把信道的空间相关性作为传输方案切换的判决依据，信道空间相关性强的时候采用智能天线方案传输，在信道空间相关性弱的时候采用V-BLAST方案传输。

3、根据权利要求1所述的根据信道空间相关性自适应调整的多天线通信方法，其特征是，控制信令和业务信息采用不同的传输方式，步骤3中的业务信息采用智能天线技术和V-BLAST技术，步骤1、步骤2和步骤5中控制信令的空时编码方式采用受信道空间相关性影响较小的编码方式，如空时分组码等。

4、根据权利要求1所述的根据信道空间相关性自适应调整的多天线通信方法，其特征是，步骤2和步骤5中的门限值ρ₀由工程中的具体系统参数决定，如收发天线数，多天线检测算法和调制方式等，ρ₀的选择还应考虑到切换所需要的时间，并保证在切换期间通信不能中断。

5、根据权利要求1所述的根据信道空间相关性自适应调整的多天线通信方法，其特征是，步骤4中的信道空间相关性系数ρ可以通过信道估计获得，也可以通过其他测量方法获得。

6、根据权利要求1所述的根据信道空间相关性自适应调整的多天线通信系统，包括控制信令信息发射机、控制信令信息接收机和业务信息发射机、业务信息接收机，其特征是：

所述控制信令信息发射机包括空时编码模块(9)、数模转换模块(10)、射频处理1模块(11)、M(M为正整数)个发射天线；所述控制信令信息接收机包括N(N为正整数)个接收天线，射频处理2模块(12)、模数转换模块(13)、空时解码模块(14)、同步信道估计1模块(15)；

控制信令信息(b_C(t))输入空时编码模块(9)，空时编码后的信息输入数模转换模块(10)转换为模拟信号，模拟信号输入射频处理1模块(11)后通过M个发射天线发射；N个接收天线将收到的信号输入射频处理2模块(12)，输出的模拟信号通过模数转换模块(13)转换为数字信号并分别输入空时解码模块(14)和同步信道估计1模块(15)，空时解码模块(14)联合模数转换模块(13)输出的数字信息和同步信道估计1模块(15)输出的同步、信道估计信息得到控制信令信息的估计值

业务信息发射机包括传输方案选择模块(16)、自适应发射波束形成模块(23)、V-BLAST编码模块(5)、数模转换模块(10)、射频处理3模块(17)、射频处理4模块(20)，智能天线的发射天线阵(TX_SA)、V-BLAST的发射天线阵(TX_BLAST)；业务信息接收机包括智能天线的接收天线阵(RX_SA)、V-BLAST的接收天线阵(RX_BLAST)，射频处理5模块(18)、射频处理6模块(21)、模数转换模块(13)，同步信道估计2模块(19)、同步信道估计3模块(22)、自适应接收波束形成模块(24)、V-BLAST译码模块(6)；

传输方案选择模块(16)根据输入的信道空间相关系数ρ选择业务信息的传输方案，

如果选择智能天线传输方案，则业务信息(b_D(t))输入自适应发射波束形成模块(23)，经过加权后的信息输入数模转换模块(10)，输出的模拟信号输入射频处理3模块(17)后经过智能天线的发射天线阵(TX_SA)发射；智能天线的接收天线阵(RX_SA)将接收到的信号输入射频处理5模块(18)，输出的模拟信号输入模数转换模块(13)得到数字信号并分别输入同步信道估计2模块(19)和自适应接收波束形成模块(24)，自适应接收波束形成模块(24)利用模数转换模块(13)输出的数字信号和同步信道估计2模块(19)输出的同步、信道估计信息，得到业务信息的估计值

如果选择V-BLAST传输方案，则业务信息(b_D(t))输入V-BLAST编码模块(5)，经过编码的信息输入数模转换模块(10)，输出的模拟信号输入射频处理4模块(20)后经过V-BLAST的发射天线阵(TX_BLAST)发射；V-BLAST的接收天线阵(RX_BLAST)将接收到的信号输入射频处理6模块(21)，输出的模拟信号输入模数转换模块(13)得到数字信号并分别输入同步信道估计3模块(22)和V-BLAST译码模块(6)，V-BLAST译码模块(6)利用模数转换模块(13)输出的数字信号和同步信道估计3模块(22)输出的同步、信道估计信息，得到业务信息的估计值

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