专利名称：发送功率控制方法、发送功率控制装置、及无线发送装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在时变信道环境下进行自适应调制的多天线无线通信系统的发送功率控制方法、发送功率控制装置、及无线发送装置。
背景技术：
随着无线通信系统和因特网的逐渐融合，用户对无线通信服务的类型和质量的要求越来越高。因此需要开发新一代无线通信系统，以适应无线多媒体和高速率传输的要求。其中，在发送端和接收端都使用多元阵列天线(MEAMulti-Element Antennas)的多输入多输出(MIMO)技术正受到广泛关注。
根据MIMO技术能获得空分复用增益，当接收天线的数量大于发送天线的数量时，瑞利衰落(Reyleigh Fading)信道容量与发送天线数量成线性关系。因此，MIMO系统无需增加功率和频率带宽而能够达到增加系统容量的目的，显著提高传播路径的质量。
多天线系统中，目前研究最多的技术有两类空分复用(例如，参见非专利文献1)和空时编码(例如，参见非专利文献2)。前者通过在每根天线发射不同符号来提高系统的传输速率。后者通过在多个发送天线发送的多个符号间插入编码冗余来提高系统的误比特率特性。即，MIMO系统通过并用空分复用技术和空时编码技术而能够显著提高系统容量和传播路径质量。
在时不变MIMO信道中，为获得最大的总信道容量，基于总发送功率的预定上限及信道矩阵特征值利用WF(Water Filling)算法在空域对每根天线分配发送功率(例如，参见非专利文献[1])。另一方面，在时变MIMO信道中，则结合空域WF算法和时域WF算法进行功率分配而得到最大容量。但时域WF算法要求信道矩阵的概率密度函数(pdfprobability densityfunction)为已知，而计算信道矩阵的概率密度函数比较复杂，运算量庞大，难于实现。因此，在实际的时变信道的MIMO系统中，可通过避免计算信道矩阵的概率密度函数，根据信道条件自适应地调整发送功率及传输速率，而获得最大的总信道容量。
做为发送功率和传输速率的自适应调整技术，可以考虑变传输速率变功率正交幅度调制(MQAMM-ary-Quadrature Amplitude Modulation)。根据变传输速率变功率MQAM，能够在当信道环境好的时候增大数据传输率，信道环境差时降低数据传输率，能够将误比特率(BERBit ErrorRate)抑制在容许范围内。 G.J.Foschini发表在Bell Labs Tech.J.，1996年，卷1第41-59页上的Layered space-time architecture for wireless communicationin a fading environment when using multi-element antennas。G.J.Foschini、M.J.Gans发表在Wireless PersonalCommunications，1998年6(3)第311-335页上的On limits of wirelesscommunications in fading environment when using multiple antennas。I.E.Telatar发表在Eur.Trans.Tel.，1999年11/12月，第6号，第585-595上的Capacity of multi-antenna Gaussian channels。G.G.Raleigh、J.M.Cioffi发表在IEEE Globecom(伦敦，1996年)第1809-1814页上的Space-temporal coding for wirelesscommunications。V.Tarokh、N.Scshadri、A.R.Calderband发表在IEEETrans.On IT，1998年44(2)第744-765页上的Space-time codes for high datarate wireless communicationPerformance critierion and code construction。A.J.Goldsmith和S.Chua发表在IEEE Trans.Commun.，1997年45(10)第1218-1230页上的Variable-rate Variable-powerMQAM for fading channels[J]。S.Chung、H.C.Howard，A.Lozano发表在Proc.of IEEEVTC[C](泽西市)IEEE Press，2001年第910-914页上的Low complexityalgorithm for rate and power quantization in extended V-BLAST[A]。
发明内容
发明需要解决的问题 但是，如上面所述将变传输速率变功率MQAM调制技术应用到时变多天线系统时，有如下的问题存在，即在将连续的传输速率量化为与调制阶数对应的离散值时，将产生起因于量化处理的功率损失，而引起系统容量的降低。
因此，本发明的目的在于提供一种用于进行自适应调制的多天线无线通信系统的，运算量小的发送功率控制方法。
本发明所涉及的用于MIMO系统的发送功率控制方法包括，根据误比特率(BER)的容许范围，对每根发送天线的连续的传输速率及发送功率进行量化而得到量化传输速率及量化发送功率的步骤；根据所述每根天线的量化传输速率及量化发送功率，重新计算每根天线的发送功率，将当前的发送功率使用情况传达给下一个预定间隔的时刻的步骤；及在下一个所述预定间隔的时刻，根据所述使用情况及总发送功率，控制每根天线的传输速率及发送功率，以保证总发送功率，即所有的发送天线的发送功率的总和不发生损失，使系统在时变信道环境下获得最大的信道容量的步骤。
根据此方法，能够抑制计算时变信道环境中的MIMO系统的最大总信道容量所需的运算量，同时控制发送功率及传输速率，能够避免变传输速率变功率MQAM引起的功率损失。
在本发明中，作为多天线系统，以进行空分复用的MIMO系统为例，对此系统的下行链路进行说明。在此MIMO系统中，无线发送装置150(基站BSBase Station)具有M根天线，无线接收装置160(用户)具有N根天线。设各天线的发送功率为Pm，所有天线的发送功率的总和(下面，简称为总发送功率)的上限值为PT时，Pm及PT之间存在如下公式(1)所示的关系。
对信道矩阵H进行特征值分解(SVDSingular Value Decomposition)，则得到H＝UΛVH，Λ是N×M的矩阵，下面，作为矩阵的表示方法，将这样的矩阵记为ΛN×M。另外，ΛN×M为非负对角阵，对角元为(λ11/2…λL1/2)，L＝min(M，N)。对每根天线采用变传输速率变功率MQAM调制时，满足预定误比特率BER的最大调制星座阶数为Mm＝1+KPmλm，其中调整因子为K＝-1.5/ln(5BER)＜1。另外，第m根发送天线的最大瞬时频谱效率为Rm(λm)＝log2Mm＝log2(1+KPmλm)。
本发明提出了一种低复杂度的发送功率控制方法，其思想如下。首先，计算发送天线的频谱效率，并把连续的传输速率量化为可能的传输速率量级。然后，利用量化传输速率，重新计算将BER抑制在容许范围内的天线发送功率。根据这样的发送功率控制方法，预定上限的总发送功率有时可能会有一部分未用，而有时可能会超过预定上限而使用。通过将当前发送功率使用情况通知给下一个预定间隔的时刻来解决总发送功率上限问题，即若一部分发送功率未用，则在下一个预定间隔的时刻(例如下一个时隙)使用该未用的总发送功率，若所使用的总发送功率超过了上限值，则在下一个时刻减去多余的发送功率，以此平均地保证总发送功率的约束。
为了达到上述目的，本发明的一个形态为用于MIMO系统的发送功率控制方法，此方法包括，根据误比特率(BER)的容许范围，对每根发送天线的连续的传输速率及发送功率进行量化而得到量化传输速率及量化发送功率的步骤；根据所述每个天线的量化传输速率及量化发送功率，重新计算每根天线的发送功率，将当前的发送功率使用情况传达给下一个预定间隔的时刻的步骤；及在所述预定间隔的时刻中，根据所述使用情况及总发送功率，控制每根天线的传输速率及发送功率，以保证总发送功率，即所有的发送天线的发送功率的总和不发生损失，使系统在时变信道环境下获得最大的信道容量的步骤。
本发明的另一形态为用于MIMO系统的发送功率控制方法，此方法包括，初始化步骤，使用预定上限设定总发送功率的初始值；功率分配步骤，使用所述总发送功率的预定上限，对发送天线均等地分配初始功率；频谱效率计算步骤，使用所述初始功率计算所述发送天线的频谱效率；量化步骤，根据在所述频谱效率计算步骤中得到的频谱效率，及对应各调制方式方式的频谱效率，将所述频谱效率计算步骤得到的频谱效率量化为最接近的调制方式中的频谱效率而得到量化频谱效率；功率重新计算步骤，利用所述量化频谱效率重新计算与其对应的所述发送天线的发送功率；自适应调制步骤，利用量化频谱效率及在所述功率重新计算步骤中得到的发送功率，对所述发送天线进行自适应调制；发送功率残差计算步骤，从所述总发送功率的预定上限减去已进行了所述自适应调制的发送天线的发送功率而得到总发送功率残差；更新步骤，利用所述功率残差更新在下一个预定间隔的时刻所使用的总发送功率的初始值；判断步骤，判断已进行了所述自适应调制的发送天线的个数，若已经对所有的发送天线进行了所述自适应调制，则结束该发送功率控制，否则继续对下一个发送天线进行所述频谱效率计算步骤。
本发明的另一形态为发送功率控制方法，即在上一形态中，所述调制方式采用多进制相移键控或变传输速率变功率正交幅度调制。
本发明的另一形态为用于MIMO系统的发送功率控制装置，此装置包括，初始化单元，使用预定上限设定总发送功率的初始值；功率分配单元，使用所述总发送功率的预定上限，对发送天线均等地分配初始功率；频谱效率计算单元，使用所述初始功率计算所述发送天线的频谱效率；量化单元，根据在所述频谱效率计算单元中得到的频谱效率，及对应各调制方式方式的频谱效率，将所述频谱效率计算单元得到的频谱效率量化为最接近的调制方式中的频谱效率而得到量化频谱效率；功率重新计算单元，利用所述量化频谱效率重新计算与其对应的所述发送天线的发送功率；自适应调制单元，利用量化频谱效率及在所述功率重新计算单元中得到的发送功率，对所述发送天线进行自适应调制；发送功率残差计算单元，从所述的总发送功率的预定上限减去已进行了所述自适应调制的发送天线的发送功率而得到总发送功率残差；更新单元，利用所述功率残差更新在下一个预定间隔的时刻所使用的总发送功率的初始值；判断单元，判断已进行了所述自适应调制的发送天线的个数，若已经对所有的发送天线进行了所述自适应调制，则结束该发送功率控制，否则使所述频谱效率计算单元计算下一个发送天线的频谱效率。
本发明的另一形态的结构为，在上一形态中，所述调制方式采用多进制相移键控或变传输速率变功率正交幅度调制。
本发明的另一形态为用于MIMO系统的无线发送装置，其结构为，具有上述形态的发送功率控制装置，对各发送天线进行发送功率及传输速率的控制。
本发明的另一形态为用于使用多个发送天线进行MIMO方式通信的系统中的发送功率控制方法，此方法包括，将每根所述发送天线的连续的传输速率量化为离散值的步骤；根据所述离散值，决定第一时刻中所述每根发送天线的发送功率的步骤；计算所述第一时刻中多个所述发送天线的总发送功率和预定总发送功率值的残差的步骤；根据所述残差，计算所述第一时刻的预定间隔之后的第二时刻中的多个所述发送天线的总发送功率的步骤。
图1为表示根据本发明一实施例的MIMO系统的结构的方框图。
图2为表示在根据本发明一实施例的MIMO系统中，进行通常的自适应调制方法的步骤的流程图。
图3为表示根据本发明一实施例的发送功率/传输速率控制单元的内部结构的方框图。
图4为表示根据本发明一实施例的发送功率/传输速率控制单元中的发送功率控制方法的步骤的流程图。
图5为表示根据本发明一实施例所得到的频谱效率的图。
具体实施例方式 下面，将参照附图，对本发明一实施例进行详细的说明。在此，所描述的实施例以说明为目的，并不限定本发明的范围。
图1为表示根据本实施例的MIMO系统100的结构的方框图。当考虑进行空分复用的MIMO系统的下行链路(广播信道)时，如图1所示，无线发送装置150(基站BS)具有M根天线，而无线接收装置160(用户)具有N根天线。
无线发送装置150具有串/并(S/P)转换单元101、发送功率/传输速率控制单元109，并具有结构及功能相同的编码单元102、交织器103、调制单元104、扩频单元105、导频插入单元106、发送(TX)单元107、及发送天线108各M个。下面，例如统称编码单元102-1～102-M为编码单元102。
S/P转换单元101，对输入的信息比特流进行串/并转换处理，并将数量与发送天线的数量M相同的天线支路比特流(下面，简称为子比特流)输出到各编码单元102-1～102-M。各编码单元102-1～102-M，为了对抗噪声，对从S/P转换单元101输入的各子比特流进行透平(Turbo)编码等信道编码(纠错编码)，并输出到各交织器103-1～103-M。各交织器103-1～103-M，对从各编码单元102-1～102-M输入的各子比特流进行交织来降低各子比特流的相关性，并输出到各调制单元104-1～104-M。各调制单元104-1～104-M对从各交织器103-1～103-M输入的各子比特流进行BPSK(Binary Phase Shift Keying)，QPSK(Quadrature PSK)，16QAM等调制处理，并将得到的各子码元流输出到各扩频单元105-1～105-M。各扩频单元105-1～105-M，利用伪随机码序列对从各调制单元104-1～104-M输入的各子码元流进行扩频处理，并输出到各导频插入单元106-1～106-M。各导频插入单元106-1～106-M，对从各扩频单元105-1～105-M输入的各子码元流插入用于同步及信道估计的导频序列，并输出到各发送单元107-1～107-M。各发送单元107-1～107-M，将从各导频插入单元106-1～106-M输入的基带的各子码元流上变频为具有发送载波频率的信号，并通过各发送天线108-1～108-M发送出去。发送功率/传输速率控制单元109，根据从后述的无线接收装置160的信道/SNR估计单元110反馈来的对各信道的增益，及发送天线及接收天线的SNR的估计值，对各编码单元102-1～102-M，各交织器103-1～103-M，各调制单元104-1～104-M，及各发送单元107-1～107-M进行自适应调制编码控制及发送功率的控制。关于发送功率/传输速率控制单元109中的发送功率及传输速率控制处理的详细将在后面描述。
无线接收装置160，具有信道/SNR估计单元110、同步单元113、接收信号处理单元115，并具有结构及功能相同的接收天线111、接收(RX)单元112、及解扩单元114各N个。下面，例如统称RX单元112-1～112-N为RX单元112。
各RX单元112-1～112-N，将各接收天线111-1～111-N接收的具有发送载波频率的信号下变频为基带的各子码元流，并输出到同步单元113。同步单元113，对从各RX单元112-1～112-N输入的各子码元流进行帧同步及跟踪，并输出到各解扩单元114-1～114-N。信道/SNR估计单元110，利用从接收信号处理单元115输入的导频序列估计各信道的增益系数，发送天线及接收天线的SNR，并通过无线发送装置150的反馈发送单元(未图示)，利用反馈信道将估计结果反馈给发送功率/传输速率控制单元109，使之选择自适应调制模式。各解扩单元114-1～114-N，对从同步单元113输入的各子码元流进行解扩处理后，输出到接收信号处理单元115。接收信号处理单元115，对从各解扩单元114-1～114-N输入的子码元流进行解调处理，解交织处理及解码处理而恢复信息比特流并将之输出。
这里，在如上所述的具有M根发送天线及N根接收天线的MIMO系统100中，可按下面的公式(2)求出接收信号向量。
y＝Hx+n …(2) 在此公式中，xM×1是发送信号向量，yN×1是接收信号向量，矩阵HN×M的各元素为独立复高斯随机变量，噪声向量n的方差为δ2。另外，考虑到计算的方便性，设δ2和H各元素已被归一化为1。设每根天线的发送功率为Pm，总发送功率为PT，Pm和PT满足下面的公式(3)所示的关系。
上述xH为对矩阵H进行Hermitian转置而得到的矩阵。
对信道矩阵进行特征值分解(SVD)，则得到H＝UΛVH，酉矩阵UN×N，VM×M分别为发送前滤波矩阵及接收后滤波矩阵，ΛN×M是非负对角阵，其对角元为(λ11/2…λL1/2)，L＝min(M，N)。对发送信号进行发送前滤波，对接收信号进行接收后滤波，即从下面的公式(4)得到公式(5)，信道矩阵H分解为构成下面的公式(6)中的ΛN×M的L个的特征子信道(λ11/2…λL1/2)。
这样，对信道矩阵H进行特征值分解后，接着根据WF算法进行功率分配，则能够得到最大的信道容量，但由于WF算法运算量庞大，难于实现，所以有必要提出低复杂度的实现方法。
对于信道的单次实施(例如，一个子帧单位或一个时隙单位等预定间隔的时间单位)，可按下面的公式(7)求出瞬时信道容量。
在此公式中，Pm＝(μ-λm-1)+、而μ满足下面的公式(8)。
在此公式中，(x)+的定义为max{x，0}，而λ的定义如下面的公式(9)所示。
瑞利衰落条件下的平均信道容量可利用上面的公式(7)求解平均值而得，如下面的公式(10)所示。
在此公式中，p(λ1)是λ1的pdf，构成(λ11/2…λL1/2)的L个的特征值λ1，λ2，…，λL的pdf相等。即，公式(10)独立于λ2，…，λL。
在时变(快衰fast fading)信道下，为得到香农(Shannon)容量，有将变传输速率变功率MQAM调制应用于单天线系统中的技术(例如，参见非专利文献6)。即，根据传输信道的不同特点，自适应地改变MQAM调制信号的电平数，以保证传输质量并获得高频谱效率。下面，将此技术推广到MIMO系统中。
对每根发送天线，在进行MQAM调制时的误比特率(BER)的上限如下面的公式(11)所示。
BER≤0.2exp[-1.5Pmλm/(Mm-1)]… (11) 在此公式中，其中Mm为第m根天线采用的调制星座阶数，Pmλm表示接收从该发送天线发送的信号时的接收质量(SNR)。相反，若BER为已知，则可从上面的公式(11)求出如下面的公式(12)所示的调制星座阶数。
Mm＝1+KPmλm …(12) 在此公式中，调整因子K为K＝-1.5/ln(5BER)＜1。
由公式(7)及公式(12)，可求出第m根发送天线的最大瞬时频谱效率(信道容量)，如下面的公式(13)所示。
Rm(λm)＝log2Mm＝log2(1+KPmλm) ＝[log2(Kμλm)]+(bps/Hz)… (13) 此公式中的Pm可按下面的公式(14)求出。
Pm＝[μ-(Kλm)-1]+ …(14) 在此公式中，μ满足下面的公式(15)。
且，平均频谱效率可按下面的公式(16)求出。
为了得到上面的公式(16)所示的频谱效率，传输速率(调制阶数)需连续变化，而这难于实现。因此，在本发明中，将每根发送天线的传输速率量化为离散的传输速率量级。这可利用MPSK(多进制相移键控)、MQAM(变传输速率正交幅度调制)等调制来实现。其中，调制星座阶数如下面的公式(17)所示。
所有的发送天线可利用{0，1，2，4，…，2(J-1)}等J+1种传输速率发送信号。
图2为表示在MIMO系统100中进行通常的自适应调制的步骤的流程图。如图所示，首先，无线接收装置160利用接收到的导频序列估计每根发送天线所对应的接收质量(SNR)，并反馈给无线发送装置150(S201)。接着，无线发送装置150根据SNR来选择不同阶数的调制方式(S202)。这里，S201的[S]表示步骤，以下同此。
在该方法中，仅根据SNR来选择不同的调制方式进行变传输速率调制，未考虑到功率损失对系统容量的影响。若只是利用该方法，则系统容量会降低，为了避免系统容量的降低，本发明在上述的通常的方法之上，追加了对量化引起的功率损失的补偿处理。
即，在本发明中，以上述的通常的方法为基础，追加了低复杂度的发送功率控制方法(LPRC)。
图3为表示发送功率/传输速率控制单元109的内部结构的方框图。
实现LPRC方法的发送功率/传输速率控制单元109，具有发送功率分配单元301、频谱效率计算单元302、量化单元303、发送功率重新计算单元304、自适应调制单元305、总发送功率残差计算单元306、更新单元307、及判断单元308。
发送功率分配单元301，利用总发送功率，使用均匀的初始值对发送天线108-1～108-M进行发送功率的临时设定。频谱效率计算单元302，利用从发送功率分配单元301输入的发送功率的初始值及从信道/SNR估计单元110发送来的信道/SNR估计值，计算出发送天线108的频谱效率，并输出到量化单元303。量化单元303，具有数据表格，该数据表格由对应于各阶数的调制方式的离散频谱效率组成，从上述数据表格中选择最接近于从频谱效率计算单元302输入的发送天线108频谱效率的离散值，由此进行频谱效率的量化。量化单元303，将发送天线108的量化频谱效率输出到发送功率重新计算单元304及自适应调制单元305。发送功率重新计算单元304，利用从量化单元303输入的量化频谱效率计算出发送天线108的发送功率，将计算结果输出到自适应调制单元305及总发送功率残差计算单元306。自适应调制单元305，利用从量化单元303输入的频谱效率及从发送功率重新计算单元304输入的发送功率，对编码单元102、交织器103、调制单元104及发送单元107进行控制，使之进行自适应调制并同时进行发送功率控制。
总发送功率残差计算单元306，从总发送功率的预定上限减去发送天线108-1～108-M的发送功率的总和，得到总发送功率残差。更新单元307，利用从总发送功率残差计算单元306输入的总发送功率残差更新设定总发送功率的初始上限值。判断单元308，对已进行了自适应调制的天线的数量进行判断，若对所有的天线均已进行了功率、传输速率控制，则结束控制过程，否则，使之对未进行自适应调制的下一根发送天线进行发送功率、传输速率控制。
本发明的技术思想在于，首先，利用公式(13)(14)计算发送天线的频谱效率，并把连续的传输速率量化为离散的传输速率量级，接着，为将BER抑制在容许范围内，利用量化传输速率，重新计算满足公式(13)的发送天线发送功率。根据上述传输速率量化、发送功率控制，预定上限的总发送功率，有时仅使用了一部分，而有时则使用过多。通过把当前的发送功率使用情况传达到下一个时刻来避免发送功率的损失，同时解决发送功率的上限问题。即，若一部分发送功率未用，在下一个预定间隔的时刻(例如，下一个时隙)使用该未用的发送功率，若利用的发送功率超过预定上限的发送功率，则在下一个时刻通过减去多余的发送功率，来平均地保证发送功率的预定上限。换言之，根据上述的传输速率量化及发送功率控制方法，实际消耗的总发送功率时而小于时而大于总发送功率的预定上限值。在本实施例中，通过将当前的发送功率消耗情况通知给下一个时刻，来避免发送功率损失。即，当实际使用的总发送功率小于总发送功率的预定值时，则在下一时刻将总发送功率增加该变小的量，而当实际使用的总发送功率大于总发送功率的预定值时，则在下一时刻将总发送功率减小该变大的量，这样在一定的时间段求取平均时，总发送功率被维持在预定上限值。
图4为表示发送功率/传输速率控制单元109中的发送功率及传输速率控制的步骤的流程图。
1)首先，发送功率/传输速率控制单元109，使用初始上限值进行总发送功率的临时设定(S001)，使i＝0，m＝M，发送功率Ptot(i)＝PT。这里，i为表示发送功率及传输速率控制的开始时刻的计数器，该计数器从0到无限大逐步增一地对时间的流逝进行计数，m为，从发送天线个数M到1逐步减一地对发送天线进行计数的计数器。Ptot(i)＝PT意味着，将预定的总发送功率PT临时设定为i＝0时的总发送功率Ptot(i)的初始值。
2)接着，发送功率分配单元301，利用总发送功率Ptot(i)对第m根发送天线均匀地初始分配发送功率，使Pm＝Ptot(i)/M(S002)。这里，Pm(i)为，被临时设定的第m根发送天线的发送功率的初始值。
3)接着，频谱效率计算单元302按公式(13)(14)计算第m根发送天线的频谱效率Rm(i)(S003)。
4)接着，量化单元303进行第m根发送天线的频谱效率Rm(i)(传输速率)的量化，得到量化传输速率Rm(i)(S004)。
5)接着，发送功率重新计算单元304，按公式(13)利用量化传输速率Rm(i)对第m根发送天线重新计算Pm(i)，计算出实际用于第m根发送天线的发送的发送功率Pm(i)(S005)。
6)接着，自适应调制单元305，利用量化传输速率Rm(i)及重新计算出的Pm(i)，对与第m根发送天线对应的编码单元102-m、交织器103-m、调制单元104-m、及发送单元107-m进行自适应调制编码控制，使之进行自适应MQAM调制(S006)。
7)接着，总发送功率残差计算单元306按下面的公式(18)计算总发送功率残差Premain(i)(S007)。
8)接着，更新单元307临时设定下一时刻i+1的总发送功率Ptot(i+1)的初始值，使Ptot(i+1)＝PT+Premain(i)。另外，更新单元307，将i增一使i＝i+1(S008)。
9)接着，判断单元308，判断m的值，若m＝1，则结束发送功率及传输速率控制处理，若m＝1不成立，则将m减一得到m＝m-1，并返回S002(S009)。
所述步骤并非确定性的，普通技术人员可以通过其他类似的步骤来实现，也可以添加、省略、颠倒或置换其中的某些步骤。
图5为表示根据本实施例所得到的频谱效率的图。
图5示出了通过模拟实验得到的LPRC方法的性能。仿真参数如下发送、接收天线的个数M＝4，N＝4；目标BER＝10-3；调整因子K＝0.28；传输速率由{0，1，2，4，6}等5种量级构成，分别对应未传输、BPSK、4QAM、16QAM、64QAM。并且，仿真是对500次的实施进行的。
图5示出了LPRC方法的频谱效率与连续传输速率(CPR)方法的频谱效率的比较，其中CPR的频谱效率由公式(16)求得。如图5所示，LPRC与CPR的性能相近，发送功率与传输速率无需连续地自适应地变化，也能够获得与连续变化时几乎同样的频谱效率。
普通的技术人员应该理解，只要不脱离本发明的精神和范围，对上述的实施例可以进行各种其他的改变、替换和添加。
如此，根据本实施例，无需利用运算量庞大的WF算法即可得到MIMO系统的最大总信道容量，因此，能够在抑制所需运算量的同时，对发送功率及传输速率进行控制，能够避免因进行变传输速率变功率MQAM而引起的功率损失。
另外，虽然在本实施例中，以在无线发送装置150中设置发送功率/传输速率控制单元109的情形为例进行了说明，但并不限于此，也可以在无线接收装置160中设置发送功率/传输速率控制单元109，由发送功率/传输速率控制单元109来决定发送功率及传输速率，并通知无线发送装置150。此时，无线发送装置150根据由无线接收装置160的发送功率/传输速率控制单元109通知的发送功率及传输速率进行自适应MQAM调制。
又，虽然在本实施例中，以如图4的处理步骤S008所示利用第i时刻的总发送功率残差调整后一个第i+1时刻的总发送功率的初始值的情形为例进行了说明，但并不限于此，也可以利用第i时刻之前几个时刻的总发送功率残差，例如可以利用从PRremain(i-3)至PRremain(i)的四个值来调整第i+1时刻的总发送功率的初始值。
又，此处，虽然以用硬件实现本发明的情形为例进行了说明，但本发明也可用软件实现。例如，可以用编程语言记述根据本发明的发送功率控制方法的算法，将此程序存储于内存中，通过用信息处理单元执行，可以实现与本发明的无线发送装置相同的功能。
本说明书基于2005年1月11日申请的中国专利申请第200510003786.3号。该全部内容包含于此作参考。
工业实用性 根据本发明的发送功率控制方法及无线发送装置适用于在时变信道环境下进行自适应调制的多天线无线通信系统等用途。
权利要求
1、一种用于MIMO系统的发送功率控制方法，包括；
根据误比特率(BER)的容许范围，对每根发送天线的连续的传输速率及发送功率进行量化而得到量化传输速率及量化发送功率的步骤；
根据所述每个天线的量化传输速率及量化发送功率，重新计算每根天线的发送功率，将当前的发送功率使用情况传达给下一个预定间隔的时刻的步骤；及
在下一个所述预定间隔的时刻中，根据所述使用情况及总发送功率，控制每根天线的传输速率及发送功率，以保证总发送功率，即所有的发送天线的发送功率的总和不发生损失，使系统在时变信道环境下获得最大的信道容量的步骤。
2、一种用于MIMO系统的发送功率控制方法，包括；
初始化步骤，使用预定上限设定总发送功率的初始值；
功率分配步骤，使用所述总发送功率的预定上限，对发送天线均等地分配初始功率；
频谱效率计算步骤，使用所述初始功率计算所述发送天线的频谱效率；
量化步骤，根据在所述频谱效率计算步骤中得到的频谱效率，及对应各调制方式的频谱效率，将所述频谱效率计算步骤得到的频谱效率量化为最接近的调制方式中的频谱效率而得到量化频谱效率；
功率重新计算步骤，利用所述量化频谱效率重新计算与其对应的所述发送天线的发送功率；
自适应调制步骤，利用量化频谱效率及在所述功率重新计算步骤中得到的发送功率，对所述发送天线进行自适应调制；
发送功率残差计算步骤，从所述总发送功率的预定上限减去已进行了所述自适应调制的发送天线的发送功率而得到总发送功率残差；
更新步骤，利用所述功率残差更新在下一个预定间隔的时刻所使用的总发送功率的初始值；及
判断步骤，判断已进行了所述自适应调制的发送天线的个数，若已经对所有的发送天线进行了所述自适应调制，则结束该发送功率控制，否则继续对下一个发送天线进行所述频谱效率计算步骤。
3、根据权利要求2所述的发送功率控制方法，其中，
所述调制方式采用多进制相移键控或变传输速率变功率正交幅度调制。
4、一种用于MIMO系统的发送功率控制装置，包括；
初始化单元，使用预定上限设定总发送功率的初始值；
功率分配单元，使用所述总发送功率的预定上限，对发送天线均等地分配初始功率；
频谱效率计算单元，使用所述初始功率计算所述发送天线的频谱效率；
量化单元，根据在所述频谱效率计算单元中得到的频谱效率，及对应各调制方式方式的频谱效率，将所述频谱效率计算单元得到的频谱效率量化为最接近的调制方式中的频谱效率而得到量化频谱效率；
功率重新计算单元，利用所述量化频谱效率重新计算与其对应的所述发送天线的发送功率；
自适应调制单元，利用量化频谱效率及在所述功率重新计算单元中得到的发送功率，对所述发送天线进行自适应调制；
发送功率残差计算单元，从所述总发送功率的预定上限减去已进行了所述自适应调制的发送天线的发送功率而得到总发送功率残差；
更新单元，利用所述功率残差更新在下一个预定间隔的时刻所使用的总发送功率的初始值；及
判断单元，判断已进行了所述自适应调制的发送天线的个数，若已经对所有的发送天线进行了所述自适应调制，则结束该发送功率控制，否则使所述频谱效率计算单元计算下一个发送天线的频谱效率。
5、根据权利要求4所述的发送功率控制装置，所述调制方式采用多进制相移键控或变传输速率变功率正交幅度调制。
6、一种用于MIMO系统的无线发送装置，具有权利要求4所述的发送功率控制装置，对各发送天线进行发送功率及传输速率的控制。
7、一种用于使用多个发送天线进行MIMO方式通信的系统中的发送功率控制方法，包括；
将每根所述发送天线的连续的传输速率量化为离散值的步骤；
根据所述离散值，决定第一时刻中所述每根发送天线的发送功率的步骤；
计算所述第一时刻中多个所述发送天线的总发送功率和预定总发送功率值的残差的步骤；及
根据所述残差，计算所述第一时刻的预定间隔之后的第二时刻中的多个所述发送天线的总发送功率的步骤。
全文摘要
公开了一种进行自适应调制的多天线系统的发送功率控制方法及无线发送装置。在此方法中，首先，计算将误比特率抑制在预定范围内的发送天线的频谱效率，并把连续的传输速率量化为离散的传输速率，接着，利用量化的传输速率，重新计算发送天线的发送功率。为了维持总发送功率的上限值，将当前的发送功率使用情况通知给下一个预定间隔的时刻，若发送功率的一部分未用，则在下一个时隙使用，若使用发送功率超过了平均功率，则在下一个时刻减去多余的发送功率，以保证平均的发送功率。与连续的发送功率控制方法相比，该发送功率控制方法在降低实现所需的复杂度的同时，能够获得几乎同样的信道容量。
文档编号H04J99/00GK101103574SQ200680002058
公开日2008年1月9日 申请日期2006年1月11日 优先权日2005年1月11日
发明者黎海涛, 李继峰 申请人:松下电器产业株式会社