CN1862997B - 空间相关性判别方法及多天线系统工作模式调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通信领域中空间相关性判别方法和多天线系统工作模式调整方法。其中空间相关性判别方法包括以下步骤：步骤1：获取信道冲击响应矩阵；步骤2：计算信道的衰落深度参数；步骤3：估计MIMO信道空间相关性和信道衰落深度。本方法克服了现有空间相关性判别方法存在的计算复杂且不适用于实时系统，以及现有多天线系统工作模式调整方法计算资源浪费的缺点。本方法可以在系统中实时工作、运算量小、判别精度满足MIMO模式间切换需要。

Description

空间相关性判别方法及多天线系统工作模式调整方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及多输入多输出(MIMO，Multiple-Input，Multiple-Output)无线通信系统中空间衰落相关性的判别和多天线系统中工作模式自适应调整方法。

背景技术

MIMO系统有多种工作模式，如空间复用模式、发射分集模式和波束成形模式。根据MIMO信道条件选择与之相匹配的工作模式，以及在特定工作模式下自适应地根据信道信息(CSI)实时地调整MIMO系统的工作参数是实现MIMO系统频谱效率最大化的一个有效途径，也是目前无线通信领域内一个研究热点。由朗讯公司申请的名称为“一种用于多天线配置的结构”(Structure for multiple antenna configurations)(申请号为20020132600)的美国专利，讨论了可以综合实现空间复用、发射分集以及波束成形的MIMO系统中天线的结构形式。由高通公司申请的名称为“具有多发射模式的MIMO系统”(Multiple-input，multiple-output(MIMO)systems withmultiple transmission modes)(申请号为20030161282)的美国专利文件，讨论了利用信道状态信息CSI实现波束成形、发射分集、空间复用等模式的综合使用方法。这些专利从一个侧面反映了MIMO系统研究正朝向自适应多模式发展的趋势。

要实现MIMO系统工作模式和工作参数自适应调整，就需要获取恰当的MIMO信道信息。在所需要的MIMO信道信息参数(如信道传递矩阵、信道传递矩阵的特征值、衰落的相关性、信噪比SNR)中，信道衰落的空间相关性和信道衰落深度是决定MIMO系统工作模式的重要参数。现有技术中获取MIMO信道空间相关性信息的方法主要包括以下两种。第一种是直接按照空间相关性的定义来测量计算空间相关性。Persefoni Kyritsi等在文献“Correlation Analysis Based On MIMO Channel Measurements in an IndoorEnvironment”IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS INCOMMUNICATIONS，VOL.21，NO.5，JUNE 2003中给出的是直接利用相关性的定义来计算MIMO信道衰落的空间相关性，计算方法如下式：

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{complex}}=\frac{E\left[u{v}^{*}\right]-E\left[u\right]E\left[v^{*}\right]}{\sqrt{\left(E\right[{\left|u\right|}^2]-{\left|E\right[u\left]\right|}^2)(E{\left|v\right|}^2-{\left|E\right[v\left]\right|}^2)}}$

式中：E[·]表示求数学期望的运算；u、v分别表示复随机变量，在MIMO系统中表示天线接收到的信道冲击响应；ρ_complex是复相关系数；＊表示复共轭运算。在实际使用中，为了获取计算相关系数所需要的随机变量u、v(MIMO信道冲击响应)的样本数目，需要在小尺度空间范围内对信道冲击响应进行多次测量，以保障足够多的样本数目。

第二种是采用奇异值分解来计算信道的空间相关性。高通公司的名称为“高效率高性能通信系统中测量上报信道信息的方法和装置”(Method andapparatus for measuring reporting channel state information in a highefficiency，high performance communications system)(申请号为20030235255)的专利申请，以及名为“MIMO系统中使用特征模式分解和信道求逆的信号处理”(Signal processing with channel eigenmodedecomposition and channel inversion for MIMO systems)(专利号为US6,473,467)的美国专利，采用了奇异值分解(Singular ValueDecomposition)或称之为特征值分解(The Eigenvector Decomposition)的方法来求取信道相关性。高通的这两项技术属于一类，都是通过对估计出的信道冲击响应矩阵进行分解来获得信道的相关特性，并且在获取信道相关特性的同时，获取信道增益信息、信噪比信息等，发射端根据这些信道信息来确定恰当的发射模式、功率分配、调制方式等，以实现对信道频谱资源的高效利用。

但是，上述现有空间相关性获取技术的缺点在于：基于空间相关性定义的计算方法不适应于实时工作的MIMO系统中对信道相关性的实时提取，而且计算量大。而基于奇异值分解的方法虽然是目前MIMO系统中获取信道相关性数据和其他CSI数据的主导性方法，具有相关性判断准确性高的特点，是MIMO系统实现特定工作模式(如充分利用信道信息的空间复用模式)不可或缺的技术。但是，当工作在无需信道信息或只需部分信道信息模式的MIMO系统周期地判断是否需要进行模式切换时(如判断工作在波束形成模式的MIMO系统是否需要切换到空间复用模式)，只要对MIMO信道相关性进行简单的类别判断，无需通过矩阵分解来精确计算信道的相关性，此种情况下，如果仍然采用奇异值分解或特征值分解的方法来判断信道的相关性就只需要对信道相关性进行分类判断，就会浪费系统运算资源和系统功率。因此，矩阵分解方法计算信道相关性不适合用于这种目的。

现有技术中和自适应多模式MIMO系统构建有关的方法主要有如下两种。一种是空间复用与波束成形的切换方法，典型代表是美国高通公司申请的名为“具有多发射模式的MIMO系统”(MIMO systems with multipietransmission modes)(申请号为20030161282)的美国专利申请，采用如下基本步骤来确定MIMO系统的工作模式：1)获取信道冲击响应的奇异值分解和信干比；2)根据信道冲击响应奇异值分解的结果和信干比的大小(与若干个门限比较)来确定波束成形、空间复用中的一种工作模式。该专利申请把MIMO系统的空间复用做了进一步的细分，如分为利用全部信道信息的MIMO和利用部分信道信息的MIMO。

另外一种是时间分集与空间分级/空间复用的切换方法。如名称为“OFDM的时间分集和空间分集”(Adaptive time diversity and spatialdiversity for OFDM)(申请号为20020122383)的美国专利申请，讨论了MIMO+OFDM系统中时间分集与空间分集的一种切换方法。该方法的基本步骤是：1)系统启动后先按照时间分集或空间分集之一种进行工作，接收机在相应的工作模式下进行信道估计(对OFDM各个子信道)获取信道冲击响应矩阵并解码分组数据；2)接收机对信道冲击相应矩阵进行特征值分解；3)控制器根据3个基本准则(只有一个准则是从特征值分解中获取)确定是工作在时间分集还是工作在空间分集模式；4)接收机把确定的工作模式反馈到发射端，用于确定下一轮的发射模式。本发明所述的空间分集包括了空间复用。但是现有MIMO系统工作模式自适应切换方法的缺点也很明显：奇异值分解或特征值分解是运算量很大的处理，虽然奇异值分解，能够提供准确的信道切换信息，但是，不分场合(信道条件)地使用奇异值分解或特征值分解是对运算资源的浪费，因为在一些信道条件下无需奇异值分解或特征值分解就可以确定信道的工作模式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有空间相关性判别方法存在的计算复杂且不适用于实时系统，以及现有多天线系统工作模式调整方法计算资源浪费的缺点，以期提出一种可以在系统中实时工作、运算量小、判别精度满足MIMO模式间切换需要的空间相关性判别方法，以及可以有效降低多天线系统在模式自适应切换中运算量的多天线系统工作模式调整方法。

本发明所述空间相关性判别方法包括以下步骤：

步骤1：获取信道冲击响应矩阵；

步骤2：计算信道的衰落深度参数；

步骤3：估计MIMO信道空间相关性和信道衰落深度。

在所述步骤1中，信道冲击响应矩阵的获取通过对导频信道上进行的信道估计实现，根据MIMO系统导频结构的特点，H矩阵可以在前导码序列上获取，也可以在与数据传输相伴随的子信道导频(对应OFDM模式)上获取。

所述步骤2中计算信道的衰落深度包括以下步骤：

(2.1)计算信道冲击响应矩阵的均值，该计算对整个矩阵进行或者以行为单位进行；

(2.2)计算信道冲击响应矩阵的标准差，该计算对整个矩阵进行或者以行为单位进行；

(2.3)计算道冲击响应矩阵的标准差除以道冲击响应矩阵的均值。

也可以包括以下步骤：

(2.1’)计算信道冲击响应矩阵的均值的平方；

(2.2’)计算信道冲击响应矩阵的方差；

(2.3’)计算道冲击响应矩阵的方差除以道冲击响应矩阵的均值的平方。

所述步骤3中估计MIMO信道空间相关性和信道衰落深度进一步包括以下步骤：

(3.1)将权利要求1中步骤2计算出的信道衰落深度参数与预定的若干个门限进行比较；

(3.2)根据比较结果判断是空间相关性强、空间相关性一般、空间相关性很弱，同时判断MIMO信道衰落程度轻微、MIMO信道衰落程度一般、MIMO信道衰落程度严重。

本发明所述多天线系统工作模式调整方法包括以下步骤：

步骤1：启动MIMO系统工作，在这个过程中，发射端发射用于信道同步、估计的导频信号，导频信号可以是连续导频信号，也可以是间断导频信号；在启动阶段，MIMO系统可以工作在空间分集、空间复用和波束成形多种模式，为了达到较好的效果，建议工作在发射分集模式；

步骤2：获取信道状态信息；

步骤3：首次工作模式判断；

该步骤利用步骤2获取的信道信息ρ_c、v_a、v_c、SNR来确定MIMO系统下次发射的工作模式；

步骤4：按照波束成形模式的系统配置工作，该步骤实现对波束成形系统的参数配置；

步骤5：获取波束成形模式下信道状态信息；

在波束成形状态下，接收端按照步骤2的方法获取信道状态信息；

步骤6：波束成形模式下工作模式判断；

采用和步骤3相同的方法判断下一步工作模式；把工作模式判别结果反馈给发射端，作为下一轮发射的工作模式；

步骤7：按照空间复用模式的系统配置工作，该步骤实现对波束成形系统的参数配置；

步骤8：获取空间复用模式下信道状态信息；

步骤9：空间复用模式下工作模式判断；

步骤10：按照空间分集模式的系统配置工作，该步骤实现对波束成形系统的参数配置；

步骤11：获取空间分集模式下信道状态信息，方法与步骤2相同；

步骤12：在空间分集模式下工作模式判断，方法与步骤3相同。

本发明提出的空间相关性判别方法可以在实际系统中实时工作、运算量小、判别精度满足MIMO模式间切换的要求；本发明提出的空间相关性判别方法可以在判断信道相关性方面作为特征值分解或奇异值分解的一个补充，通过和特征值分解或奇异值分解的有机结合，可以构造出性能得到优化的自适应多模式MIMO系统。

附图说明

图1是本发明所述空间相关性判别方法工作流程图。

图2是本发明所述多天线系统工作模式调整方法工作流程图。

具体实施方式

本发明所述方法不是要取代特征值分解或奇异值分解的方法，而是在判断信道相关性方面作为特征值分解或奇异值分解的一个补充，和现有技术综合使用，从而构造出性能得到优化的自适应多模式MIMO系统。

信道的空间相关性是多天线系统(如MIMO)实现其工作模式自适应优化的一个重要依据，本发明给出一种通过测量信道衰落深度来间接判别空时信道空间相关性的方法，以及将该方法应用于多天线系统的工作模式自适应调整的实施例。

本发明所述间接判别空时信道空间相关性的方法的特点是可以同时获得MIMO信道衰落深度信息和信道相关程度信息，而且算法简单，易于实现；多天线系统的工作模式自适应调整方法简化了系统的处理复杂度，是降低MIMO系统运算量和功耗的一种有效途径。

本发明所述的利用信道衰落程度来间接判断空间相关性的基础是衰落的空间相关性与衰落程度的内在联系，也就是：信道的衰落程度越大，不同天线上接收到的信号间的相关性越小，反之，信道的衰落程度越小，不同天线上接收到的信号间的相关性越大。这种规律可以从如下的场测结果中引伸出来。

Persefoni Kyritsi等人在文献“Correlation Analysis Based on MIMOChannel Measurements in an Indoor Environment”IEEE JOURNAL ONSELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS，VOL.21，NO.5，给出的室内测试结果可以直接表明：1)在LOS信道情况下(文献中的图6～7)，当移动台和基站相距较近时，发射天线之间表现出较低的互相关性，原因是当移动台离发射天线较近时，反射信号幅度较强且反射信号与直达信号之间的相位差显著(此时反射路径和直达路径之间的差显著)，这就导致了反射信号和直达信号之间叠加后形成大的幅度起伏(意味着大的幅度衰落)，从而导致发射天线间的互相关性降低；随着移动台和基站相距的增加，发射天线之间的互相关性也逐步增加，原因是当移动台离发射天线之间的距离增加时，反射信号幅度较弱且反射信号与直达信号之间的相位差逐步减少(此时反射路径和直达路径之间的差减少)，这就导致了反射信号和直达信号之间叠加后形成的幅度起伏逐步减少(意味着幅度衰落逐步减小)，从而导致发射天线间的互相关性逐步增加；2)在准LOS信道下，即文献中的实验室测试点，由于通过实验室走廊和门的传播是主导成分，穿透墙传播的信号是很弱的，此时只有很弱的穿透信号叠加到绕射信号分量上(意味着此时叠加后的信号的衰落很小)，在此情况下，发射天线间的相关性的增大趋势和LOS相同。

在William C.-Y.LEE，”Effects on Correlation Between Two Mobile RadioBase-Station Antennas”IEEE Transactions on Communications，Vol.COM-21，No.11，November，1973，pp1214-1224.给出的测试结论中，直接的结论是：当两个接收天线与移动台天线之间放置遮挡物体阻断直达信号分量后，两个接收天线的相关性降低。从信号衰落的角度看，当两个接收天线与移动台天线之间有直达信号分量时，直达分量是主导分量，其强度远大于信号的反射分量，反射分量与直达分量的叠加结果是一个衰落程度较轻的信号；当两个接收天线与移动台天线之间放置遮挡物体阻断直达信号分量后，接收天线接收到的是没有主导分量的各个反射信号分量之间的叠加，其结果是叠加信号的衰落程度大于无遮挡的衰落程度，因此，有遮挡时的空间相关性小于无遮挡时的空间相关性。

根据从信号衰落的角度对上述长测结果的讨论，可以引申得到如下结论：一般情况下，MIMO信道的空间相关性随信道衰落程度的降低而增加。轻度衰落的莱斯信道(K值很大时)下，MIMO信道的空间相关性也很强；深度衰落的瑞利信道下(K值很小)，MIMO信道的空间相关性也很弱(或者说MIMO信道的独立性很强)。根据这个规律，只要估计出信道的衰落深度，就可以推断出MIMO信道的相关程度。

结合附图1所示可以看出，本发明所述的空间相关性判别方法包括以下步骤

第1步，获取信道冲击响应矩阵H；

$H\left(\mathrm{\τ}\right)=\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{A}_l\mathrm{\δ}(\mathrm{\τ}-{\mathrm{\τ}}_l),---\left(1\right)$

$A_l={\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\α}}_{11}^{\left(l\right)}& {\mathrm{\α}}_{12}^{\left(l\right)}& ...& {\mathrm{\α}}_{1N}^{\left(l\right)}\\ {\mathrm{\α}}_{21}^{\left(l\right)}& {\mathrm{\α}}_{22}^{\left(l\right)}& ...& {\mathrm{\α}}_{2N}^{\left(l\right)}\\ .& .& & .\\ .& .& & .\\ .& .& & .\\ {\mathrm{\α}}_{M1}^{\left(l\right)}& {\mathrm{\α}}_{M2}^{\left(l\right)}& ...& {\mathrm{\α}}_{\mathrm{MN}}^{\left(l\right)}\end{array}\right]}_{M\×N}---\left(2\right)$

H具有公式(1)、(2)给出的形式，当L大于1时，公式(1)、(2)表示频率选择衰落信道的冲击响应矩阵；当L＝1时，公式(1)、(2)表示平坦衰落信道的冲击响应矩阵。

矩阵H的获取是通过对导频信道上进行的信道估计来实现的，根据MIMO系统导频结构的特点，H矩阵可以在前导码序列上获取，也可以在与数据传输相伴随的子信道导频(对应OFDM模式)上获取。

第2步，计算信道的衰落深度σ_fading。

使用第1步获取的信道矩阵H的L＝1的各个α_i，j ¹，i＝1～M，j＝1～N，分三个子步骤计算信道衰落深度σ_fading

步骤2-A，计算均值μ，

均值μ的计算可以对M＊N个冲击响应的均值进行计算，也可以按照H的行向量分组计算，得到M个μ_i，i＝1～M；

均值μ可以是幅度的均值，也可以是功率的均值。

步骤2-B，计算标准差ε或方差ε²，

根据步骤2-A对均值μ的计算方式，如果均值μ对M＊N个冲击响应的均值进行计算，则标准差ε或方差ε²的计算也对M＊N个冲击响应计算其标准差ε或方差ε²；如果均值μ按照H的行向量分组计算，则标准差ε或方差ε²也按照H的行向量分组计算。

如果步骤2-A对均值μ是对幅度求平均，则本步骤就计算标准差ε；如果步骤2-A对均值μ是对功率求平均，则本步骤就计算方差ε²。

步骤2-C，计算信道的衰落深度σ_fading

利用σ_fading＝ε/μ，或者利用σ² _fading＝ε²/μ²计算信道的衰落深度。

如果MIMO系统采用OFDM传输方式，共有K个子信道，则对应每个子信道都可以得到一个H_k，k＝1～K。对K个子信道重复步骤2-A～2-C，就可以得到相对应的σ_fading，k或σ² _fading，k

第三步，估计MIMO信道空间相关性。

把测量得到的σ_fading，k或σ² _fading，k的值与门限值，如设2个门限值：0＜threshold1＜threshold2，进一步地，threshold1取值范围在0～0.5范围内，threshold2取0.5～20范围内的值。将步骤2计算出的衰落深度σ_fading，k或σ² _fading，k与这2个门限值进行比较：

1)当σ_fading，k或σ² _fading，k小于threshold1时，就判定MIMO信道衰落程度轻微，同时判定MIMO信道的空间相关性强；

2)当σ_fading，k或σ² _fading，k大于threshold1但是小于threshold2时，就判定MIMO信道衰落程度一般，同时判定相关性一般；

3)当σ_fading，k或σ² _fading，k大于threshold2时，就判定MIMO信道衰落程度严重，同时判定MIMO信道的相关性很弱；

也可以设更多的门限来判别信道的衰落程度和相关程度。

在第2步对计算信道的衰落深度σ_fading的计算中，可以从一个信道矩阵H来获取衰落深度σ_fading，为了达到更好的效果，也可以从多个信道矩阵H来获取衰落深度σ_fading。

本实施例给出一种在MIMO系统中应用本发明所述间接判断信道空间相关性来实现工作模式自适应切换的方法。工作模式自适应切换的方法包括如图2所示的基本步骤。

步骤1：启动MIMO系统工作201，在这个过程中，发射端发射用于信道同步、估计的导频信号，导频信号可以是连续导频信号，也可以是间断导频信号；在启动阶段，MIMO系统可以工作在空间分集、空间复用和波束成形多种模式，为了达到较好的效果，本发明建议工作在发射分集模式；

步骤2：获取信道状态信息202，这一步由如下基本步骤组成：

步骤201：利用导频信号获取信道冲击响应；

步骤202：根据信道冲击响应计算信道的衰落深度并由此推断信道的空间相关性ρ_c，具体方法由图1所示的步骤组成；

步骤203：计算信道的信噪比SNR；

步骤204：计算信道时变速度，时变速度的计算包含两个方面的内容：1)信道衰落自相关性变化速率v_a和；2)信道衰落互相关性时变速率v_c；

步骤3：首次工作模式判断203。该步骤利用步骤202获取的信道信息ρ_c、v_a、v_c、SNR来确定MIMO系统下次发射的工作模式：

1)如果：ρ_c＞THR_Fading_1，THR_Fading_1取0.7-0.95之间的值；就在下一次发射中采用波束成形模式；

2)如果：如果SNR＜THR_SNR，

或者，[(v_a＞THR_v_a)OR(v_c＞THR_v_c))AND(ρ_c＜THR_Fading_1)，

则MIMO系统工作于空间分集模式。

3)除上述两种情况之外，MIMO系统工作于空间复用模式。

步骤4：按照波束成形模式的系统配置工作204。该步骤实现对波束成形系统的参数配置；

步骤5：获取波束成形模式下信道状态信息207。

在波束成形状态下，接收端按照步骤2的方法获取信道状态信息。

步骤6：波束成形模式下工作模式判断210。

采用和步骤3相同的方法判断下一步工作模式；把工作模式判别结果反馈给发射端，作为下一轮发射的工作模式。

步骤7：按照空间复用模式的系统配置工作205。该步骤实现对波束成形系统的参数配置；

步骤8：获取空间复用模式下信道状态信息208。

在空间复用模式下，接收端按照如下步骤获取信道状态信息：

步骤801：利用导频信号获取信道冲击响应；

步骤802：对信道冲击相应矩阵进行特征值或奇异值分解；

步骤803：计算信道的信噪比SNR；

步骤804：计算信道时变速度，时变速度的计算包含两个方面的内容：1)信道衰落自相关性变化速率v_a和；2)信道衰落互相关性时变速率v_c；

步骤9：空间复用模式下工作模式判断211。

1)如果：如果信干比大于门限的奇异值个数不大于1；就在下一次发射中采用波束成形模式；

2)如果：如果SNR＜THR_SNR，

或者，[(v_a＞THR_v_a)OR(v_c＞THR_v_c)]

则MIMO系统工作于空间分集模式。

3)除上述两种情况之外，MIMO系统工作于空间复用模式。

步骤10：按照空间分集模式的系统配置工作205。该步骤实现对波束成形系统的参数配置；

步骤11：获取空间分集模式下信道状态信息209。

在空间分集模式下，接收端按照如下步骤获取信道状态信息：

步骤1101：利用导频信号获取信道冲击响应；

步骤1102：根据信道冲击响应计算信道的衰落深度并由此推断信道的空间相关性ρ_c，具体方法由图1所示的步骤组成；

步骤1103：计算信道的信噪比SNR；

步骤1104：计算信道时变速度，时变速度的计算包含两个方面的内容：1)信道衰落自相关性变化速率v_a和；2)信道衰落互相关性时变速率v_c；

步骤12：在空间分集模式下工作模式判断212。

判断方法与步骤3相同。

Claims (14)

1.一种空间相关性判别方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：通过公式(1)和(2)获取信道冲击响应矩阵，

$H\left(\mathrm{\τ}\right)=\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{A}_l\mathrm{\δ}(\mathrm{\τ}-{\mathrm{\τ}}_l),---\left(1\right)$

$A_l={\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\α}}_{11}^{\left(l\right)}& {\mathrm{\α}}_{12}^{\left(l\right)}& ...& {\mathrm{\α}}_{1N}^{\left(l\right)}\\ {\mathrm{\α}}_{21}^{\left(l\right)}& {\mathrm{\α}}_{22}^{\left(l\right)}& ...& {\mathrm{\α}}_{2N}^{\left(l\right)}\\ .& .& & .\\ .& .& & .\\ .& .& & .\\ {\mathrm{\α}}_{M1}^{\left(l\right)}& {\mathrm{\α}}_{M2}^{\left(l\right)}& ...& {\mathrm{\α}}_{M,N}^{\left(l\right)}\end{array}\right]}_{M\×N}---\left(2\right)$

当L大于1时，公式(1)、(2)表示频率选择衰落信道的冲击响应矩阵；当L＝1时，公式(1)、(2)表示平坦衰落信道的冲击响应矩阵；

步骤2：计算信道的衰落深度参数，具体为：

衰落深度参数为σ_fading，根据H矩阵的L＝1的各个α_i，j ¹，＝1～M，j＝1～N，分三个子步骤计算该衰落深度σ_fading：

步骤2-A，计算均值μ，

根据对M×N个冲击响应的均值计算均值μ，或者按照H的行向量分组计算均值μ，得到M个μ_i，i＝1～M；均值μ是幅度的均值或者是功率的均值；

步骤2-B，计算标准差ε或方差ε²，

根据步骤2-A对均值μ的计算方式，如果均值μ对M×N个冲击响应的均值进行计算，则标准差ε或方差ε²的计算也对M×N个冲击响应计算其标准差ε或方差ε²；如果均值μ按照H的行向量分组计算，则标准差ε或方差ε²也按照H的行向量分组计算；

如果步骤2-A对均值μ是对幅度求平均，则本步骤就计算标准差ε；如果步骤2-A对均值μ是对功率求平均，则本步骤就计算方差ε²；

步骤2-C，计算信道的衰落深度σ_fading，

利用σ_fading＝ε/μ，或者利用σ² _fading＝ε²/μ²计算信道的衰落深度；

步骤3：根据衰落参数与预定的若干个门限进行比较，估计多输入多输出信道空间相关性和信道衰落深度。

2.根据权利要求1所述的空间相关性判别方法，其特征在于，在所述步骤1中，信道冲击响应矩阵的获取通过对导频信道上进行的信道估计实现，根据多输入多输出系统导频结构的特点，信道冲击响应H矩阵可以在前导码序列上获取，也可以在与数据传输相伴随的子信道导频上获取。

3.根据权利要求2所述的空间相关性判别方法，其特征在于，在所述步骤2-C中，如果多输入多输出系统采用OFDM传输方式，共有K个子信道，则对应每个子信道都可以得到一个H_k，k＝1～K，对K个子信道重复步骤2-A～2-C，得到相对应的σ_fading，k或σ² _fading，k。

4.根据权利要求1所述的空间相关性判别方法，其特征在于，所述步骤3中估计多输入多输出信道空间相关性和信道衰落深度进一步包括以下步骤：

(3.1)将权利要求1中步骤2计算出的信道衰落深度参数与预定的若干个门限进行比较；

(3.2)根据比较结果判断是空间相关性强、空间相关性一般、空间相关性很弱，同时判断多输入多输出信道衰落程度轻微、多输入多输出信道衰落程度一般、多输入多输出信道衰落程度严重。

5.一种多天线系统工作模式调整方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：启动多输入多输出系统工作，在这个过程中，发射端发射用于信道同步、估计的导频信号，导频信号是连续导频信号或者是间断导频信号；

步骤2：获取信道状态信息；

步骤3：首次工作模式判断；

该步骤利用步骤2获取的信道信息空间相关性ρ_c、信道衰落自相关性变化速率v_a、信道衰落互相关性变化速率v_c、信噪比来确定多输入多输出系统下次发射的工作模式；

步骤4：按照波束成形模式的系统配置工作，该步骤实现对波束成形系统的参数配置；

步骤5：获取波束成形模式下信道状态信息；

在波束成形状态下，接收端按照步骤2的方法获取信道状态信息；

步骤6：波束成形模式下工作模式判断；

采用和步骤3相同的方法判断下一步工作模式；把工作模式判别结果反馈给发射端，作为下一轮发射的工作模式；

步骤7：按照空间复用模式的系统配置工作，该步骤实现对波束成形系统的参数配置；

步骤8：获取空间复用模式下信道状态信息；

步骤9：空间复用模式下工作模式判断；

步骤10：按照空间分集模式的系统配置工作，该步骤实现对波束成形系统的参数配置；

步骤11：获取空间分集模式下信道状态信息，方法与步骤2相同；

步骤12：在空间分集模式下工作模式判断，方法与步骤3相同。

6.根据权利要求5所述的多天线系统工作模式调整方法，其特征在于，所述步骤1中，在启动阶段，多输入多输出系统可以工作在空间分集、空间复用和波束成形多种模式。

7.根据权利要求5所述的多天线系统工作模式调整方法，其特征在于，所述步骤2进一步包括以下步骤：

步骤201：利用导频信号获取信道冲击响应；

步骤202：根据信道冲击响应计算信道的衰落深度并由此推断信道的空间相关性ρ_c；

步骤203：计算信道的信噪比；

步骤204：计算信道时变速度。

8.根据权利要求7所述的多天线系统工作模式调整方法，其特征在于，所述步骤204中，时变速度的计算包含两个方面的内容：1)信道衰落自相关性变化速率v_a和；2)信道衰落互相关性时变速率v_c。

9.根据权利要求5所述的多天线系统工作模式调整方法，其特征在于，所述步骤3利用步骤202获取的信道信息ρ_c、v_a、v_c、信噪比来确定多输入多输出系统下次发射的工作模式：

1)如果ρ_c＞THR_Fading_1，THR_Fading_1取0.7-0.95之间的值；就在下一次发射中采用波束成形模式；

2)如果SNR＜THR_SNR，或者[(v_a＞THR_v_a)OR(v_c＞THR_v_c)]AND(ρ_c＜THR_Fading_1)，则多输入多输出系统工作于空间分集模式；

3)除上述两种情况之外，多输入多输出系统工作于空间复用模式。

10.根据权利要求5所述的多天线系统工作模式调整方法，其特征在于，所述步骤8中，接收端按照如下步骤获取信道状态信息：

步骤801：利用导频信号获取信道冲击响应；

步骤802：对信道冲击相应矩阵进行特征值或奇异值分解；

步骤803：计算信道的信噪比；

步骤804：计算信道时变速度。

11.根据权利要求10所述的多天线系统工作模式调整方法，其特征在于，所述步骤804中，时变速度的计算包含两个方面的内容：1)信道衰落自相关性变化速率v_a和；2)信道衰落互相关性时变速率v_c。

12.根据权利要求5所述的多天线系统工作模式调整方法，其特征在于，所述步骤9中，

1)如果：如果信干比大于门限的奇异值个数不大于1；就在下一次发射中采用波束成形模式；

2)如果：如果SNR＜THR_SNR，或者，[(v_a＞THR_v_a)OR(v_c＞THR_v_c)]，则多输入多输出系统工作于空间分集模式；

3)除上述两种情况之外，多输入多输出系统工作于空间复用模式。

13.根据权利要求5所述的多天线系统工作模式调整方法，其特征在于，所述步骤11中，接收端按照如下步骤获取信道状态信息：

步骤1101：利用导频信号获取信道冲击响应；

步骤1102：根据信道冲击响应计算信道的衰落深度并由此推断信道的空间相关性ρ_c；

步骤1103：计算信道的信噪比；

步骤1104：计算信道时变速度。

14.根据权利要求13所述的多天线系统工作模式调整方法，其特征在于，所述步骤1104中，时变速度的计算包含两个方面的内容：1)信道衰落自相关性变化速率v_a和；2)信道衰落互相关性时变速率v_c。

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