专利名称：一种多输入多输出自适应模式切换方法和装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种无线通信技术中第三代合作伙伴计划长期演进(3GPPLTE)中的多输入多输出(ΜΙΜΟ :Multiple-input Multiple-output)系统，具体涉及基于相关性和信干噪比联合的一种多输入多输出自适应模式切换方法和装置。
背景技术：
多输入多输出(MIMO)技术是LTE的关键技术，它是利用多天线来抑制信道衰落的技术方案，能够为系统提供空间复用增益和发送分集增益。目前，多输入多输出系统所使用的传输方案有空间复用(SM)技术、发送分集(TD)技术、空时分集(D-STTD)技术或波束成形(BF)技术。然而，目前所存在的这些传输方案各具特点1、空间复用技术可以提高信道容量，但是降低了系统的可靠性；2、发送分集技术虽提高了信道的可靠性，但以减少容量为代价；3、分集和复用技术之间存在着折中，空时分集技术是将四个天线平均分为两个天线组，天线组内的两个天线采用发送分集的方式发送，天线组之间采用空间复用的方式进行发送；4、波束成形技术借由多根天线产生一个具有指向性的波束，将能量集中在欲传输的方向，增加信号品质，并减少与其他用户间的干扰，但也是以牺牲系统的吞吐量为代价。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种多输入多输出自适应模式切换方法和装置，其可以使无线通信系统对于不同的信道条件，自适应地选择最优的多输入多输出发射方案，使MIMO系统获得最佳性能。为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的本发明一种多输入多输出自适应模式切换方法，包括如下步骤(1)收发双方约定空间复用、波束成形及空时分集3种发送模式的编号及初始的发送模式；(2)接收机对当前信道进行估计得到当前信道信息，并根据当前信道信息计算当前信道的相关性P和信干噪比SINR ；(3)接收机根据当前信道的相关性P和信干噪比SINR，计算当前信道条件下3种发送模式的容量；(4)接收机将上述3种发送模式的容量进行对比，并选取容量最大的发送模式作为该信道条件下的初始的最优发送模式反馈给发射机，(5)发射机根据接收机反馈回的初始的最优发送模式，将发射机的发送模式变为初始的最优发送模式；(6)之后，接收机通过容量的对比或外场测试得到当前信道条件下的相关性门限值P th和信干噪比门限值SINRth ；(7)接收机每隔相干时间T。便将当前信道的相关性P和信干噪比SINR分别与相关性门限值P th和信干噪比门限值SINRth进行比较，
当ρ彡Pth且SINR彡SINRth时，选择空时分集发送模式作为该相干时间内的最优发送模式；当P彡P &且SINR彡SINRth时，选择空间复用发送模式作为该相干时间内的最优发送模式；当P彡Pth且SINR彡SINRth时，选择波束成形发送模式作为该相干时间内的最优发送模式；当P彡P &且SINR彡SINRth时，则需比较波束成形发送模式和空间复用发送模式下的容量来决定选择波束成形发送模式或空间复用发送模式中容量较大的发送模式作为该相干时间内的最优发送模式；(8)发射机根据接收机反馈回的该相干时间内的最优发送模式，将发射机下一相干时间的发送模式变为该相干时间内的最优发送模式。上述方案中，在步骤(6)之前，还包括每隔相干时间T。判断该时刻与前一时刻的信道条件是否发生改变的步骤；若判断信道条件发生改变时，返回至步骤(3)；若判断信道条件未发生改变时，则直接进行步骤(7)。上述方案中，相关性的门限值P th和信干噪比的门限值SINRth的确定方法如下接收机将当前信道条件下的相干时间T。设为门限确定周期，即每隔相干时间T。确定一次相关性的门限值P th和信干噪比的门限值SINRth,在相关性的门限值P th和信干噪比的门限值SINRth的确定过程中，当信道条件发生改变时，需重新确定相关性的门限值P th和信干噪比的门限值SINRth ；否则，不重新确定相关性的门限值P th和信干噪比的门限值SINRth。本发明一种多输入多输出自适应模式切换装置，包括发射机、由多个发射天线构成的发射天线组、接收机、以及由多个接收天线构成的接收天线组。其中，所述发射机主要由调制与编码模块、发送端模式切换模块和发送模块构成；其中发送模块内设有空间复用发送模式单元、波束成形发送模式单元及空时分集发送模式单元；调制与编码模块经由发送端模式切换模块与发送模块相连，发送模块连接发射天线组。所述接收机主要由接收端模式切换模块、接收模块、调制与解码模块、信道估计模块、容量计算模块、容量比对模块、门限确定模块、门限比对模块和反馈模块构成；其中接收天线组与模式切换模块和信道估计模块连接；模式切换模块的输出端经由接收模块与解调与解码模块相连；信道估计模块的输出端连接容量计算模块和接收模块；容量计算模块的输出端分为2路，其中一路经由容量比对模块与反馈模块相连，另一路则依次经过门限确定模块和门限比对模块与反馈模块相连；反馈模块的输出端分为2路，一路直接与接收端模式切换模块相连，另一路经由反馈链路连接发送端模式切换模块。作为改进，本发明还进一步包括有一信道条件判断模块，该信道条件判断模块的输入端与信道估计模块相连，其输出端分别与容量计算模块和门限比对模块相连。与现有技术相比，本发明提出的基于相关性和信干噪比联合的多输入多输出自适应模式切换方案，只需在信道条件改变之处进行容量比对来确定发送模式，而在信道条件未发生改变时，则可通过相关性和信干噪比与相关性和信干噪比门限值的比较确定发送模式，从而有效降低了计算的复杂度，同时提出切实有效的门限确定机制，能够根据不同的信道条件随时调整发送模式，以适应当前信道的状态，自适应地选择最优的MIMO发送模式，提高了系统的容量的同时，也保证了其可靠性，MIMO系统的性能达到最优。
图1为一种多输入多输出自适应发送模式切换方法流程图；图2为门限比对过程中发送模式切换示意图；图3为一种多输入多输出自适应发送模式切换装置的结构示意图。
具体实施例方式参见图1，本发明一种多输入多输出自适应模式切换方法，包括如下步骤(1)收发双方约定空间复用、波束成形及空时分集3种发送模式的编号及初始的发送模式。在本发明优选实施例中，收发双方约定的发送模式包括空间复用(SM)发送模式、 空时分集(D-STTD)发送模式和波束成形(BF)发送模式，其中SM为1，BF为2，D-STTD为 3，并由上述编号设置MIMO模式指示(MMI)的值，将匪I通过上行物理信道反馈到发射机。 发射机根据接收机反馈来的MMI，选择相应的发送模式。另外，不失一般性，假设收发双方约定的初始发送模式为SM，即匪I = 1。(2)接收机对当前信道进行估计得到当前信道信息，并根据当前信道信息计算当前信道的相关性P和信干噪比SINR。在本发明优选实施例中，根据信道估计模块得到信道矩阵的无偏估计值H。其中，①相关性P的计算将估计的信道矩阵进行克罗内克分解，得H=RiZS'2其中，Z e C 为零均值、单位协方差的随机独立分布高斯矩阵，i e Ca^A为接收相关矩阵，S G 为发送相关矩阵。则发送端和接收端的指数相关模型分别为Ru = Shj =其中，P 禾Π P tx分别为邻近天线之间的接收和发送空间相关系数。②信干噪比SINR的计算a.若系统当前处于SM发送模式，则在计算空间复用发送模式的信干噪比SINR时， 理想信道条件下2 X 2的MIMO系统可以分为两个1 X 2的SIMO子系统。令每个独立的SIMO
子系统的信道系数为A =p - “γ和[‘ 为
^T，则每个等效的独立SIMO的信干噪比
SINRsm t = hf i^hjh" +σ2η 1 H1σ 2为接收端噪声的功率谱密度所以，推广到Nt个发送天线的SM方案的SINR为
_
SINRsm = 2 N' -1b.若系统当前处于D-STTD发送模式，为了减少两个天线组之间的干扰，在接收端可以使用优化组合(Optimum Combining, OC)的技术。第k个数据流的OC检测向量为wk=(Bk+—I Y1Hk
P其中，ρ =艮萬为单数据流的信噪比，、为单位矩阵，&为干扰协方差矩阵，并且有如下表示
n [hh" +h,h" k = l,2Bk=W 4
{hX +h2h， k = 3,4第k个数据流的SINR的计算公式为
ykhk\SINRD
-STTD,k ~ι
<(Bk+~I2Nr)wk P
又因为 <(丛+丄、)乂=</^，所以SINRd-; =<hk,由此可得D-STTD方案第 k个数据流的flNR为SINRD_SITDk=h^{Bk+^I2N^ hkc.对于使用最大比组合接收机的BF发送模式，可以提供全分集增益。考虑Nt个发送天线凡个接收天线，具有加性高斯白噪声和L个共信道干扰的无线传输系统，假设干扰信道为平坦衰落瑞利信道。则接收端的接收向量为r =识H0wT X0 + H1P^x1 + ηχ0为要发送的有用信号，X1为干扰信号向量，并且有& = [X1, X2,…，xL]T0 P0为接收端所需信号的平均功率，P1为接收端干扰信号功率，且有P1 = CliagiP1, P2,…PJ。H0 为所需信号经过的凡XNt的信道矩阵，H1为L个干扰的凡XL的信道矩阵，η为加性高斯白噪声。wT为发送端的波束成形向量。在接收端使用最大比组合，令组合权向量为wK。为了最大化信号组合，发送端使用最大比发送(Maximum ratio transmission, MRT),贝丨J有wT = UmaxwE = H0UfflaxUfflax为对Htl最大特征值对应的单位标准特征向量。所以，接收端的组合信号为Z = Whr=祝』H0U-X0+心砣 H1Pfx1 +uHm^n则MIMO-MRC 系统的 SINR 为
权利要求
1.一种多输入多输出自适应模式切换方法，其特征是包括如下步骤(1)收发双方约定空间复用、波束成形及空时分集3种发送模式的编号及初始的发送模式；(2)接收机对当前信道进行估计得到当前信道信息，并根据当前信道信息计算当前信道的相关性P和信干噪比SINR ；(3)接收机根据当前信道的相关性P和信干噪比SINR，计算当前信道条件下3种发送模式的容量；(4)接收机将上述3种发送模式的容量进行对比，并选取容量最大的发送模式作为该信道条件下的初始的最优发送模式反馈给发射机，(5)发射机根据接收机反馈回的初始的最优发送模式，将发射机的发送模式变为初始的最优发送模式；(6)之后，接收机通过容量的对比或外场测试得到当前信道条件下的相关性门限值 Pth和信干噪比门限值SINRth;(7)接收机每隔相干时间T。便将当前信道的相关性P和信干噪比SINR分别与相关性门限值P th和信干噪比门限值SINRth进行比较；当P彡Pth且SINR彡SINRth时，选择空时分集发送模式作为该相干时间内的最优发送模式；当P彡Pth且SINR > SINRth时，选择空间复用发送模式作为该相干时间内的最优发送模式；当P > Pth且SINR彡SINRth时，选择波束成形发送模式作为该相干时间内的最优发送模式；当P彡Pth且SINR彡SINRth时，则需比较波束成形发送模式和空间复用发送模式下的容量来决定选择波束成形发送模式或空间复用发送模式中容量较大的发送模式作为该相干时间内的最优发送模式；(8)发射机根据接收机反馈回的该相干时间内的最优发送模式，将发射机下一相干时间的发送模式变为该相干时间内的最优发送模式。
2.根据权利要求1所述的一种多输入多输出自适应模式切换方法，其特征是在步骤 (6)之前，还包括每隔相干时间T。判断该时刻与前一时刻的信道条件是否发生改变的步骤； 若判断信道条件发生改变时，返回至步骤(3)；若判断信道条件未发生改变时，则直接进行步骤(7)。
3.根据权利要求1所述的一种多输入多输出自适应模式切换方法，其特征是，相关性的门限值P th和信干噪比的门限值SINRth的确定方法如下接收机将当前信道条件下的相干时间T。设为门限确定周期，即每隔相干时间T。确定一次相关性的门限值P th和信干噪比的门限值SINRth,在相关性的门限值P th和信干噪比的门限值SINRth的确定过程中，当信道条件发生改变时，需重新确定相关性的门限值P th和信干噪比的门限值SINRth ；否则，不重新确定相关性的门限值P th和信干噪比的门限值SINRth。
4.一种多输入多输出自适应模式切换装置，包括发射机、由多个发射天线构成的发射天线组、接收机、以及由多个接收天线构成的接收天线组，其特征是，所述发射机主要由调制与编码模块、发送端模式切换模块和发送模块构成；其中发送模块内设有空间复用发送模式单元、波束成形发送模式单元及空时分集发送模式单元；调制与编码模块经由发送端模式切换模块与发送模块相连，发送模块连接发射天线组；所述接收机主要由接收端模式切换模块、接收模块、调制与解码模块、信道估计模块、 容量计算模块、容量比对模块、门限确定模块、门限比对模块和反馈模块构成；其中接收天线组与模式切换模块和信道估计模块连接；模式切换模块的输出端经由接收模块与解调与解码模块相连；信道估计模块的输出端连接容量计算模块和接收模块；容量计算模块的输出端分为2路，其中一路经由容量比对模块与反馈模块相连，另一路则依次经过门限确定模块和门限比对模块与反馈模块相连；反馈模块的输出端分为2路，一路直接与接收端模式切换模块相连，另一路经由反馈链路连接发送端模式切换模块。
5.根据权利要求4所述的一种多输入多输出自适应模式切换装置，其特征是，还包括有一信道条件判断模块，该信道条件判断模块的输入端与信道估计模块相连，其输出端分别与容量计算模块和门限比对模块相连。
全文摘要
本发明公开一种多输入多输出自适应模式切换方法及装置，其基于相关性和信干噪比联合的多输入多输出自适应切换方式，只需在信道条件改变之处进行容量比对来确定发送模式，而在信道条件未发生改变时，则可通过相关性和信干噪比与相关性和信干噪比门限值的比较确定发送模式，从而有效降低了计算的复杂度，同时提出切实有效的门限确定机制，并能够根据不同的信道条件随时调整发送模式，以适应当前信道的状态，自适应地选择最优的MIMO发送模式，提高了系统的容量的同时，也保证了其可靠性，MIMO系统的性能达到最优。
文档编号H04W36/00GK102404806SQ20111044103
公开日2012年4月4日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年12月26日
发明者吴阿沛, 张全君, 张红梅, 陈俊彦 申请人:桂林电子科技大学