專利名稱：在mimo系統(tǒng)中向用戶發(fā)射數(shù)據(jù)的方法和基站的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動通信領(lǐng)域。更具體地，涉及一種在多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)中向 用戶發(fā)射數(shù)據(jù)的方法和基站，能夠降低信道時變性對移動用戶的性能的影響。
背景技術(shù)：
多輸入多輸出(MIMO)傳輸導(dǎo)致了較高的數(shù)據(jù)速率。對MIMO系統(tǒng)，預(yù)編碼可利用發(fā) 射機(jī)處的信道狀態(tài)信息(CSIT)獲得全分集增益以及額外的陣列增益，且實(shí)現(xiàn)簡單。通常， 具有Nt個發(fā)射天線和Nr個接收天線的MIMO系統(tǒng)可以提供多達(dá)min (Nt, Nr)個獨(dú)立數(shù)據(jù)流。 受移動臺(UE)的尺寸和成本制約，雙流預(yù)編碼是多流傳輸中的最有可能采用的模式。通常，通過在頻分雙工(FDD)系統(tǒng)中利用反饋或者在時分雙工(TDD)系統(tǒng)中利用 信道互易性來獲得CSIT。然而，實(shí)際上，由于信道的時變性，特別是在快速衰落環(huán)境中，CSIT 并不理想。CSIT的不精確將導(dǎo)致流間干擾，并且該干擾隨著UE的速度增加而增大。因此， 雙流預(yù)編碼可能會比單流預(yù)編碼差。因此，在本領(lǐng)域中需要一種在時變信道中進(jìn)行自適應(yīng) 發(fā)射預(yù)編碼的方法。目前，多數(shù)方法關(guān)注于僅根據(jù)信噪比(SNR)的秩自適應(yīng)傳輸。這類方法通常假定 CSIT是理想的，并且忽略了信道時變性的影響。因此，最終結(jié)果與預(yù)期的相差很大。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷提出了本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提出一種在MIMO系統(tǒng) 中向用戶發(fā)射數(shù)據(jù)的方法和基站，能夠降低信道時變性對移動用戶的性能的影響。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，提出了一種MIMO系統(tǒng)中的基站，包括數(shù)據(jù)預(yù)編 碼單元，用于根據(jù)來自預(yù)編碼控制器的預(yù)編碼矩陣，針對用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)編碼；導(dǎo)頻預(yù)編 碼單元，用于根據(jù)來自預(yù)編碼控制器的預(yù)編碼矩陣，針對導(dǎo)頻進(jìn)行預(yù)編碼；控制器，用于根 據(jù)最大多普勒頻移和信道狀態(tài)信息CSI來產(chǎn)生相應(yīng)的預(yù)編碼矩陣，并傳送到所述數(shù)據(jù)預(yù)編 碼單元和所述導(dǎo)頻預(yù)編碼單元；以及多個發(fā)射天線，每一個用于發(fā)射針對該用戶的數(shù)據(jù)和 導(dǎo)頻。優(yōu)選地，所述控制器利用最大多普勒頻移來計算歸一化時間相關(guān)系數(shù)，并且將所 計算出的歸一化時間相關(guān)系數(shù)與預(yù)先存儲的閾值進(jìn)行比較，如果所計算出的歸一化時間相 關(guān)系數(shù)大于等于預(yù)先存儲的閾值，則產(chǎn)生雙流預(yù)編碼矩陣，如果所計算出的歸一化時間相 關(guān)系數(shù)小于預(yù)先存儲的閾值，則產(chǎn)生單流預(yù)編碼矩陣。優(yōu)選地，所述基站還包括子載波映射單元，用于將預(yù)編碼后的數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻映射到 不同的頻率子載波；以及逆快速傅立葉變換(IFFT)單元，用于對從子載波映射單元輸出的 映射后的數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻進(jìn)行逆快速傅立葉變換，并傳送到所述多個發(fā)射天線。優(yōu)選地，所述MIMO系統(tǒng)在時變信道上進(jìn)行操作。優(yōu)選地，所述MIMO系統(tǒng)采用正交頻分復(fù)用OFDM來將帶寬劃分為多個子載波。優(yōu)選地，所述最大多普勒頻移是通過對移動臺的運(yùn)動速度的估計來得到的。
根據(jù)本發(fā)明，還提出了一種在MIMO系統(tǒng)中向用戶發(fā)射數(shù)據(jù)的方法，包括根據(jù)最 大多普勒頻移和信道狀態(tài)信息CSI來產(chǎn)生相應(yīng)的預(yù)編碼矩陣；根據(jù)所述預(yù)編碼矩陣，針對 用戶的數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻進(jìn)行預(yù)編碼；以及發(fā)射針對該用戶的數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻。


通過參考以下結(jié)合附圖對所采用的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述目的、 優(yōu)點(diǎn)和特征將變得顯而易見，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的MIMO系統(tǒng)中的基站的框圖；圖2是將用戶的數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻映射到不同的子載波的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的MIMO系統(tǒng)中的移動臺的框圖；以及圖4是根據(jù)本發(fā)明的在MIMO系統(tǒng)中向用戶發(fā)射數(shù)據(jù)的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式對于經(jīng)典的克拉克(Clark)衰落譜，歸一化的時間相關(guān)系數(shù)可以表達(dá)為ρ (fd, τ) = J0 (2 Jifd τ) (1)其中，fd是最大多普勒頻移，且與UE速度成比例增加；τ是發(fā)射機(jī)獲得CSIT和通 過實(shí)際信道發(fā)射信號之間的時延Jtl(X)是第一類零階貝塞耳函數(shù)。時延τ通常是由系統(tǒng) 配置決定的常數(shù)，因此，P (fd，τ)可以簡化為ρ (fd)。ρ (fd)越小，CSIT越不精確，導(dǎo)致了 更大的流間干擾。另外，P (fd)是關(guān)于fd的單調(diào)遞減函數(shù)，取值范圍為0彡P(guān) (fd)彡1。發(fā)射機(jī)可以通過速度估計來得到fd。因此，將閾值設(shè)置為Pt(fd)，其中， O^ Pt(fd) ^ 1。如果P (fd)彡P(guān) t(fd)，則發(fā)射機(jī)將采用雙流預(yù)編碼；否則，發(fā)射機(jī)將采 用單流預(yù)編碼。通過將預(yù)先計算出的Pt(fd)存儲在發(fā)射機(jī)處，可以簡單地實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)預(yù)編 碼。考慮具有Nt個發(fā)射天線和N,個接收天線的MIMO下行鏈路。使用正交頻分復(fù)用 (OFDM)將寬帶信道轉(zhuǎn)換為一系列窄帶信道，每一個窄帶信道對應(yīng)一個OFDM子載波。因此， 可以對每一個子載波進(jìn)行上述MIMO操作。在子載波k處，設(shè)時隙t-τ基站獲得的凡XNt維信道矩陣(為簡化，假定其無誤) 以及時隙t的實(shí)際下行凡XNt維信道矩陣分別為H(t_ τ )和H(t)。H(t_ τ )和H(t)之間 的關(guān)系可以建模為H(t- τ ) = rH(t) + AH (2)其中，Γ表示H(t_ τ )和H(t)之間的互相關(guān)矩陣，Δ H表示非相關(guān)分量矩陣，其所 有元素均為均值為零、方差為1-P2(fd)的復(fù)高斯隨機(jī)變量。從公式(1)和(2)可以知道， 速度越快，則P (fd)越小，從而導(dǎo)致H(t-T)和H(t)之間的差異越大。H(t-x)和H(t)的奇異值分解(SVD)可以分別表示為Η( -τ)= υα-τ) Σ α-τ)νΗα-τ)和H(t) =U(t) Σ (t) Vh (t)，其中 U (t_ τ )和 V (t_ τ )是H (t_ τ ) 的左奇異矩陣和右奇異矩陣；U (t)和V(t)是H(t)的左奇異矩陣和右奇異矩陣；Σ (t-τ) 和Σ (t)都是長方矩陣，它們的對角元素分別是H(t_ τ)和H(t)的非零奇異值，非對角線 元素均為零。雙流預(yù)編碼情形設(shè)原始數(shù)據(jù)矢量為s(04h(0，?？梢詫㈩A(yù)編碼信號矢量表示為x(t) = V(1'2) (t- τ )s(t)，其中，V(1’a (t- τ )表示由V (t_ τ )的第一和第二列構(gòu)成的矩 陣。因此，接收到的信號矢量為yd(t) = H(t)x(t)+n(t)(3)= U(t) Σ (t) Vh (t) V(1'2) (t- τ ) s (t) +η (t)其中η (t)是加性白高斯噪聲(AWGN)。如果該信道沒有時變，則有H (t_ τ) = H(t)。因此，等式(3)可以簡化為yd (t) = U(t) Σ (t)s(t)+n(t)(4)。= [ σ 1(t)u1 (t) , σ2 (t) U2 (t) ] s (t) +η (t)其中，0l(t)和。2(t)是H(t)的第一和第二大奇異值，U1 (t)和U2 (t)是相應(yīng)的 左奇異矢量。由于σ^Οι^α)和o2(t)u2(t)是正交的，因此接收機(jī)估計等效信道矩陣
并且用
11左乘力(0 得到
權(quán)利要求
1.一種多輸入多輸出MIMO系統(tǒng)中的基站，包括數(shù)據(jù)預(yù)編碼單元，用于根據(jù)來自預(yù)編碼控制器的預(yù)編碼矩陣，針對用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù) 編碼；導(dǎo)頻預(yù)編碼單元，用于根據(jù)來自預(yù)編碼控制器的預(yù)編碼矩陣，針對導(dǎo)頻進(jìn)行預(yù)編碼；控制器，用于根據(jù)最大多普勒頻移和信道狀態(tài)信息CSI來產(chǎn)生相應(yīng)的預(yù)編碼矩陣，并 傳送到所述數(shù)據(jù)預(yù)編碼單元和所述導(dǎo)頻預(yù)編碼單元；以及多個發(fā)射天線，每一個用于發(fā)射針對該用戶的數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基站，其中所述控制器利用最大多普勒頻移來計算歸一化時 間相關(guān)系數(shù)，并且將所計算出的歸一化時間相關(guān)系數(shù)與預(yù)先存儲的閾值進(jìn)行比較，如果所 計算出的歸一化時間相關(guān)系數(shù)大于等于預(yù)先存儲的閾值，則產(chǎn)生雙流預(yù)編碼矩陣，如果所 計算出的歸一化時間相關(guān)系數(shù)小于預(yù)先存儲的閾值，則產(chǎn)生單流預(yù)編碼矩陣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基站，還包括子載波映射單元，用于將預(yù)編碼后的數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻映射到不同的頻率子載波；以及逆快速傅立葉變換IFFT單元，用于對從子載波映射單元輸出的映射后的數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻 進(jìn)行逆快速傅立葉變換，并傳送到所述多個發(fā)射天線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基站，其中所述MIMO系統(tǒng)在時變信道上進(jìn)行操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基站，其中所述MIMO系統(tǒng)采用正交頻分復(fù)用OFDM來將帶寬 劃分為多個子載波。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基站，其中所述最大多普勒頻移是通過對移動臺的運(yùn)動速度 的估計來得到的。
7.一種在多輸入多輸出MIMO系統(tǒng)中向用戶發(fā)射數(shù)據(jù)的方法，包括根據(jù)最大多普勒頻移和信道狀態(tài)信息CSI來產(chǎn)生相應(yīng)的預(yù)編碼矩陣；根據(jù)所述預(yù)編碼矩陣，針對用戶的數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻進(jìn)行預(yù)編碼；以及發(fā)射針對該用戶的數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述根據(jù)最大多普勒頻移和信道狀態(tài)信息CSI來 產(chǎn)生相應(yīng)的預(yù)編碼矩陣的步驟包括利用最大多普勒頻移來計算歸一化時間相關(guān)系數(shù)，并且將所計算出的歸一化時間相關(guān) 系數(shù)與預(yù)先存儲的閾值進(jìn)行比較，如果所計算出的歸一化時間相關(guān)系數(shù)大于等于預(yù)先存儲 的閾值，則產(chǎn)生雙流預(yù)編碼矩陣，如果所計算出的歸一化時間相關(guān)系數(shù)小于預(yù)先存儲的閾 值，則產(chǎn)生單流預(yù)編碼矩陣。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述MIMO系統(tǒng)在時變信道上進(jìn)行操作。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述MIMO系統(tǒng)采用正交頻分復(fù)用OFDM來將帶寬 劃分為多個子載波。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述最大多普勒頻移是通過對移動臺的運(yùn)動速 度的估計來得到的。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明，提出了一種在多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)中向用戶發(fā)射數(shù)據(jù)的方法，包括根據(jù)最大多普勒頻移和信道狀態(tài)信息CSI來產(chǎn)生相應(yīng)的預(yù)編碼矩陣；根據(jù)所述預(yù)編碼矩陣，針對用戶的數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻進(jìn)行預(yù)編碼；以及發(fā)射針對該用戶的數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻。
文檔編號H04L25/02GK102104449SQ20091020092
公開日2011年6月22日 申請日期2009年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月21日
發(fā)明者丁齊, 周寶龍, 張雷, 李春亭, 林凌峰 申請人:上海貝爾股份有限公司