专利名称：多输入多输出波束赋形系统及其数据发送方法
技术领域：
本发明涉及无线通讯领域，尤其涉及一种多输入多输出波束赋形系统及其数据发送方法。
背景技术：
波束赋形(Beamforming，简称为BF)是基于自适应天线原理，利用天线阵列通过先进的信号处理算法分别对各天线单元加权处理，使阵列实时对准有用信号方向，而在干扰方向形成零点以抑制干扰信号，从而提高信干噪比，提升系统性能，增加系统的覆盖范围。
图1是根据相关技术的波束赋形的示意图，在发送端具有多根天线，信源的数据经过信道编码调制，乘以对应天线上的权值W后发送出去，形成一个波束，即波束赋形。这样，在接收端看来，发送端的多根发送天线相当于一根虚拟的天线。多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，简称为ΜΙΜΟ)系统是在发送端和接收端分别安置多个天线的通信系统，主要分为两类。当发送端或接收端存在多个天线，且各个发送天线发送的数据集相同时，接收端对获得多个分支的信号进行合并，从而提高链路的可靠性，这一类MIMO技术称为空间分集。当发送端和接收端同时存在多根天线时，由于MIMO信道等效成多个并行的信道，从而可以同时并行发送多个数据流，提高了数据的传输速率，这就是空间复用。MIMO和波束赋形相结合，形成具有两种技术优点的技术多输入多输出波束赋形。它既能像波束赋形那样抑制干扰信号，又能像MIMO那样提高链路的可靠性或传输速率。目前，有两种实现多输入多输出波束赋形的方案，图2是根据相关技术方案一的多输入多输出波束赋形的示意图，将发送端的天线分成多个子阵列，每个子阵列进行波束赋形处理形成一个波束，每个波束相当于一根虚拟天线，虚拟天线间构成一个MIMO系统。图3是根据相关技术方案二的多输入多输出波束赋形的示意图，将发送端的整个天线形成多个波束，每个波束相当于一根虚拟的天线，虚拟天线间构成一个MIMO系统。波束赋形与空间分集的结合为空间分集波束赋形(SpatialDiversity Beamforming，简称为SD+BF)；波束赋形与空间复用的结合为空间复用波束赋形(Spatial Multiplexing Beamforming，简称为 SM+BF)。空间分集波束赋形可以提高链路的可靠性，提高覆盖范围。当覆盖范围一定且接收端的误码率要求一定时，分集增益可以转化为数据传输速率的提高。空间复用波束赋形可以让每根虚拟天线发射不同的数据，提升频谱效率，同样，也可以提高数据传输速率。发明人发现由于接收端的移动和无线信道实时变化，有可能在某些时候使用空间分集波束赋形能够获得更大的数据传输速率，在另外一些时候使用空间复用波束赋形能够获得更高的数据传输速率。而相关技术中不能自动在空间分集波束赋形传输模式和空间复用波束赋形传输模式中选择合适的数据传输模式传输数据，从而不能最大限度的利用有限
6的频带资源。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种多输入多输出波束赋形系统及其数据发送方法， 以解决上述相关技术中不能根据移动和无线信道的实时变化选择最佳的数据发送方法的问题。根据本发明的一个方面，提供了一种多输入多输出波束赋形系统的数据发送方法，包括以下步骤获取步骤，获取多输入多输出波束赋形系统的信道质量信息(CQI， Channel Quality Information)；判决步骤，根据CQI确定空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式更优；切换步骤，将当前的数据发送方式切换到更优的空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式。进一步地，在上述的方法中，获取的CQI是信噪比；判决步骤包括根据信噪比分别确定空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式的第i个数据流的调制编码阶数 Mp编码速率Pp编码重复次数氏；根据MiAiAi分别计算数据传输速率V ；确定V的值较大的为更优。进一步地，在上述的方法中，根据Mi, Pi,氏分别计算空间分集波束赋形模式或空间
权利要求
1.一种多输入多输出波束赋形系统的数据发送方法，其特征在于，包括以下步骤 获取步骤，获取所述多输入多输出波束赋形系统的信道质量信息CQI ；判决步骤，根据所述CQI确定空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式更优； 切换步骤，将当前的数据发送方式切换到所述更优的空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取的所述CQI是信噪比；所述判决步骤包括根据所述信噪比分别确定所述空间分集波束赋形模式或所述空间复用波束赋形模式的第i个数据流的调制编码阶数风、编码速率P”编码重复次数Ri ； 根据Mi, Pi, Ri分别计算数据传输速率V ； 确定V的值较大的为更优。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据Mi,Pi,氏分别计算所述空间分集波束赋形模式或所述空间复用波束赋形模式的数据传输速率V包括N,计算「= (^>,风只// ,)/ 丽0，其中，α i彡0为第i个数据流的传输速率所占的比重，且；^二《, =1 ;NS为所述数据流的个数，Rmimq为MIMO编码速率。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取的所述CQI是空间相关性，获取所述空间相关性包括计算所述多输入多输出波束赋形系统的载波集合的子载波k对应的信道矩阵Hk ； 计算Hk的条件数Kk来表示所述空间相关性，k = 1，…，Nc, Nc为所述子载波个数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，'K{k) Kik)…^{k)计算~ “ - · 5hm(k) hN2(k)…hNM{k)_其中，hu(k)为所述多输入多输出波束赋形系统的第j根发送天线到i根接收天线间的第k个载波上的信道系数，j = 1，…，M，i = l，…，N，M为发送天线数目，N为接收天线数目。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，计算Hk的条件数Kk包括 计算A=^il ,或者r或者厂或者& = Trmn^、；^ax^ = ^min x^max ’ Kk = ^min ’HJ其中， Ο表示求取矩阵的迹，上标H表示对矩阵求共轭转置，Amink, Xmaxk分别表示Hk 的最小和最大奇异值。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述判决步骤包括比较Kk和门限值K。，如果Kk彡Kc, SMBF_Num = SMBF_Num+l ；否则，SMBF_Num保持不变； SMBF Num 计算比例朽=——ψ；比较Pr和门限值Tr；如果ft· > ；，确定空间复用波束赋形模式更优，否则确定空间分集波束赋形模式更优。
8.根据权利要求2-7任一项所述的方法，其特征在于，当前的数据发送方式为空间分集波束赋形模式；所述判决步骤包括 设定 CQI 的门限值区间[SD_THcqi1, SD_THcqi2]； 如果CQI < SD_TH。QI1，则确定空间分集波束赋形模式更优； 如果CQI > SD_TH。QI2，则确定空间复用波束赋形模式更优；如果SD_THeQIl ^ CQI ^ SD_THeQI2，则执行权利要求2_7任一项所述的判决步骤，来确定空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式更优；当前的数据发送方式为空间复用波束赋形模式；所述判决步骤包括 设定 CQI 的门限值区间[SM_THcqi1，SM_THcqi2]； 如果CQI < SM_TH。QI1，则确定空间分集波束赋形模式更优； 如果CQI > SM_TH。QI2，则确定空间复用波束赋形模式更优；如果SM_THeQIl ^ CQI ^ SM_THeQI2，则执行权利要求2_7任一项所述的判决步骤，来确定空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式更优。
9.根据权利要求2-7任一项所述的方法，其特征在于，所述判决步骤包括 设定切换周期T，单位是帧；在发送/接收的总帧数是T的整数倍时，执行根据权利要求2-7任一项所述的判决步马聚ο
10.根据权利要求2-7任一项所述的方法，其特征在于，所述判决步骤包括 设定切换周期T和门限值TH，T的单位是帧；在各切换周期内，设置m个判决时刻，m为正整数且m < T，在每个判决时刻执行根据权利要求2-7任一项所述的判决步骤；在各次切换周期结束的时候，统计在本次切换周期内m次判决中空间分集波束赋形模式更优的次数SD_NUM和空间复用波束赋形模式更优的次数SM_NUM ；当SM_NUM与m的比值大于TH时，或者SM_NUM大于SD_NUM，或者SD_NUM与m的比值小于TH时，确定空间复用波束赋形模式更优，否则，确定空间分集波束赋形模式更优。
11.根据权利要求2-7任一项所述的方法，其特征在于，所述判决步骤包括 设定门限值TH;对于使用空间分集波束赋形模式的所述接收端，统计执行根据权利要求2-7任一项所述的判决步骤，所确定空间复用波束赋形模式更优的次数SM_NUM ；当SM_NUM与总的确定次数的比值大于TH时，确定空间复用波束赋形模式更优。
12.根据权利要求2-7任一项所述的方法，其特征在于，所述判决步骤包括 设定门限值TH;对于使用空间复用波束赋形模式的所述接收端，统计执行根据权利要求2-7任一项所述的判决步骤，所确定空间分集波束赋形模式更优的次数SD_NUM ；当SD_NUM与总的选择次数的比值大于TH时，确定空间分集波束赋形模式更优。
13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述判决步骤包括 设定切换周期T，单位是帧；在发送/接收的总帧数是T的整数倍时，执行根据权利要求8所述的判决步骤。
14.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述判决步骤包括 设定切换周期T和门限值TH，T的单位是帧；在各切换周期内，设置m个判决时刻，m为正整数且m < T，在每个判决时刻执行根据权利要求8所述的判决步骤；在各次切换周期结束的时候，统计在本次切换周期内m次判决中空间分集波束赋形模式更优的次数SD_NUM和空间复用波束赋形模式更优的次数SM_NUM ；当SM_NUM与m的比值大于TH时，或者SM_NUM大于SD_NUM，或者SD_NUM与m的比值小于TH时，确定空间复用波束赋形模式更优，否则，确定空间分集波束赋形模式更优。
15.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述判决步骤包括设定门限值TH； 对于使用空间分集波束赋形模式的所述接收端，统计执行根据权利要求8所述的判决步骤，所确定空间复用波束赋形模式更优的次数SM_NUM ；当SM_NUM与总的确定次数的比值大于TH时，确定空间复用波束赋形模式更优。
16.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述判决步骤包括 设定门限值TH;对于使用空间复用波束赋形模式的所述接收端，统计执行根据权利要求8所述的判决步骤，所确定空间分集波束赋形模式更优的次数SD_NUM ；当SD_NUM与总的选择次数的比值大于TH时，确定空间分集波束赋形模式更优。
17.一种多输入多输出波束赋形系统，其特征在于，包括获取模块，用于获取所述多输入多输出波束赋形系统的信道质量信息CQI ； 判决模块，用于根据所述CQI确定空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式更优；切换模块，用于将当前的数据发送方式切换到所述更优的空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式。
18.根据权利要求17所述的多输入多输出波束赋形系统，其特征在于，所述判决模块包括查询模块，用于根据信噪比分别确定所述空间分集波束赋形模式或所述空间复用波束赋形模式的第i个数据流的调制编码阶数礼、编码速率P”编码重复次数Ri ； 计算模块，用于根据Mi, Pi, Ri分别计算数据传输速率V ； 确定模块，用于确定V的值较大的为更优。
19.根据权利要求17所述的多输入多输出波束赋形系统，其特征在于，所述判决模块包括空间相关性模块，用于计算所述多输入多输出波束赋形系统的载波集合的子载波k对应的信道矩阵Hk ；计算Hk的条件数Kk来表示空间相关性，k = 1，…，Nc, Nc为所述子载信道系数模块，用于计算
全文摘要
本发明公开了一种多输入多输出波束赋形系统及其数据发送方法，方法包括以下步骤获取步骤，获取多输入多输出波束赋形系统的信道质量信息CQI；判决步骤，根据CQI确定空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式更优；切换步骤，将当前的数据发送方式切换到更优的空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式。本发明通过根据CQI选择空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式，从而可实现空间分集波束赋形和空间复用波束赋形的模式切换，从而使两者有效结合，最大限度地提高系统的性能。
文档编号H04L1/00GK102195697SQ20101013899
公开日2011年9月21日 申请日期2010年3月19日 优先权日2010年3月19日
发明者张万帅, 肖华华, 鲁照华 申请人:中兴通讯股份有限公司