CN100499396C - 一种在多输入多输出***中的通信方法和*** - Google Patents

一种在多输入多输出***中的通信方法和*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种在多输入多输出***中的通信方法，包括：接收端根据信道情况选择发射天线组合；接收端将选择的发射天线组合信息发给发射端；发射端根据接收的所述发射天线组合信息使用选择的发射天线组合向接收端发射信号。本发明还公开了一种在多输入多输出***中的通信***，包括：发射端和接收端。根据本发明，由于在接收端采用信道容量最大化原则选择发射天线，并将选择的发射天线发给发射端，发射端采用所选择的发射天线向接收端发射信号可达到较高的传输效率，或者在接收端达到更低的误包率。

Description

一种在多输入多输出***中的通信方法和***
技术领域
本发明涉及一种通信技术，尤其涉及一种在多输入多输出***中的通信方法和***。
背景技术
根据信息论，在通信***的发射端和接收端，或者这两端同时使用多天线阵列可以极大的提高***的传输比特率。
图1示出了在发射端和接收端同时使用多天线阵列的具有空-时架构的无线通信***。该***也称为MIMO(多输入多输出)***，其工作在瑞利散射环境，信道矩阵的各个元素可以近似看作是统计独立的。在图1所示的***中，一个数据序列可被分成M个不相关的码元子序列，每个子序列由M个发射天线中的一个发射。M个子序列在经过一个信道矩阵为H的信道的影响后，在接收端可由N个接收天线接收。发射信号s1，...，sM可分别通过M个不同的天线单元a-1，...，a-M发射，相应的接收信号x1，...，xN分别从N个不同的天线单元b-1，...，b-N接收。在该通信***中，发射天线单元数M最少是2，而接收天线单元数N最少是M。信道矩阵H是一个N×M的矩阵，矩阵中第i行j列的元素表示第i个接收天线和第j个发射天线通过传输信道的耦合。接收信号x1，...，xN在数字信号处理器中被处理以产生恢复的发射信号
Figure C200610127647D00041
。此图中也显示了求和成分c-1，c-2，...，c-N，它们代表包含的无法避免的噪声信号w1，w2，...，wN，这些噪声信号分别加入到接收天线单元b-1，b-2，...，b-N接收到的信号中。
在图1所示的MIMO***中，可以使用单码字(SCW：Single Code Word)模式。上述单码字模式在IEEE 802.20标准和某公司提交给LTE的提案中，都有介绍。单码字模式下，发射端使用M个虚拟天线端口向接收端发射信号，所述的M大于等于2小于等于4。在多个虚拟发射天线上，每一个时刻只传输一路编码后的数据流，该数据流内的多个符号串并转换后，再分到各个虚拟发射天线上发射。在每一个TTI，接收端只反馈一个CQI信息和一个ACK/NACK信息，其中CQI信息告诉发射端在相应的一个TTI传输一路编码后的数据采用什么样的MCS(The modulation and channel coding scheme：调制与信道编码方案)，而ACK/NACK信息告诉发射端在相应的一个TTI传输一路编码后的数据是否已经被接收端正确解码。
针对上述发送方式，接收机可以是简单的线性接收机，比如公知的MMSE(最小均方误差)equalizer(均衡器)的空时或者空频实现，也可以是复杂的对空间多路传输的数据进行非线性联合解调的接收机，比如采用干扰消除技术的非线性接收机。
IEEE 802.20标准中所规定的SCW模式中，接收端反馈空间复用的维数(Rank)K，发射端根据这个维数K，在一个TTI内的每个时刻，必定使用所有可用的M个发射天线中的K个进行空间多路传输；发射端在一个TTI内的各个时刻，交替使用所有的M个发射天线，即轮流使用各个发射天线，而不是只使用M个中固定的K个。比如发射端有4个发射天线1、2、3、4，如果在信号发射时确定用其中2个发射天线，则每一个时刻都使用2个发射天线，但是使用哪2个发射天线，是随时间变化的，几个时刻用发射天线1、2，几个时刻用发射天线3、4，几个时刻用发射天线2、3...，这样依次交替变化所使用的发射天线，直到遍历所有可能的组合(在这里共有C4 2＝6种组合，即使用天线12，天线34，天线13，天线24，天线14，天线23。
接收端通过CQICHSCW(单码字模式(SCW)信道质量指示(CQI：ChannelQuality Indicator：))信道向发射端反馈控制字CQICHSCW，以控制发射端所用的MCS以及并行发射几路信号。该控制字总共包括10个比特，其中：FormatType域占1个比特，CQIValueSCW域占5个比特，Rank域占2个比特，Reserved(即保留未使用)域占2个比特。
下面进一步介绍上述控制字CQICHSCW。所述的CQIValueSCW用来通知发射端采用什么样的MCS(调制和信道编码方案)，所述的Rank用于通知发射端的发射天线使用信息，指示某一个TTI(传输时隙)通过空间复用可同时并行发射的各路发射信号的数目K，所述K小于等于M。发射端获得K以后，在所述的TTI的每一个时刻采用K个发射天线通过空间复用并行发射所述K路发射信号；并且在一个TTI的若干个符号周期内，从M个发射天线中选择K个发射天线，使用所选择的K个发射天线发射信号，接着在该TTI的另外的若干个符号周期，再从M个发射天线中选择另外K个发射天线，使用所选择的另外K个发射天线发射信号，直至采用了所有的CM K个发射天线组合发射信号，而所述GM K即从M个天线中取K个天线的，所有可能的组合个数。
这里介绍上述的TTI和符号周期的概念。为了对抗信道衰落，以及信道的干扰和噪声带来的传输错误，发射端把需要传输的数据分成多个数据包(Block)，对同一个数据包中的信息比特进行信道编码和交织，再调制成多个符号通过信道传输，而传输这样一个数据包所需要的时间的长度决定了一个TTI的长度。接收端先接收同一个数据包内包含的所有符号，再进行解交织和解码。在本文件中，一个TTI就是指传输这样一个数据包的时间间隔。
而一个TTI内所传输的一个数据包内的各个符号，可以分布在时域上的不同区间，或者分布在频域上的不同区间，或者分布在时域和频域的二维平面上的不同区间。本文所述的一个符号周期，就是指通过信道传输的一个符号在时域上占用的区间，或者在频域上占用的区间，或者在时域和频域的二维平面上占用的区间。例如，IEEE 802.20标准2006-01-06的文献”MBFDD and MBTDD：Proposed Draft Air Interface Specification”所描述的MIMO OFDM通信方案中，一个数据包使用时域上的8个OFDM符号，每个OFDM符号占用频域上的16个子载波，那么一个符号周期，就是指时域和频域的二维平面上的一个区间，也就是时域上1个OFDM符号上的1个子载波，而这个数据包共有8 x 16＝128个符号周期。
这样，由于M个发射天线所对应信道情况有所不同，在一个TTI内，M个发射天线中有的发射天线对应的信道情况比较好，从而在接收端的接收信噪比比较好，而有的发射天线对应的信道情况比较差，从而在接收端的接收信噪比比较差。因此，在一个TTI内使用M个发射天线中取K个发射天线的所有的CM K个发射天线组合发射信号，不能充分利用信道情况较优的发射天线组合，以达到较高的传输效率，或者在接收端达到更低的误包率。
发明内容
本发明的目的是提供一种在多输入多输出***中的通信方法和***。可使发射端使用最优发射天线组合向接收端发射信号，从能充分利用信道情况好的发射天线，以达到较高传输速率，或者在接收端达到更低的误包率。
本发明公开了一种在多输入多输出***中的通信方法，包括：
接收端根据信道情况选择发射天线组合；
接收端将选择的发射天线组合信息发给发射端；
发射端根据选择的发射天线组合信息使用选择的发射天线组合向接收端发射信号。
所述的接收端将选择的发射天线组合信息发给发射端具体包括：接收端将选择的发射天线组合信息设置在发射天线组合信息域中，并将发射天线组合信息域发给发射端。
所述的发射天线组合信息域用以置换单码字模式信道质量指示中的RANK比特域和保留比特域。
所述的发射天线组合信息域中每一比特分别对应于发射端的每一发射天线。
发射端根据所述的发射天线组合信息域中各个比特的取值确定是否选择相应的各个发射天线。
所述的选择发射天线组合具体包括：根据传输率最大化的原则选择发射天线组合。
所述的接收端将选择的发射天线组合信息发给发射端具体包括：接收端通过单码字模式信道质量指示信道将发射天线组合信息域发给发射端。
本发明还公开了一种在多输入多输出***中的通信***，包括：
发射端，用于使用接收端选择的发射天线组合向接收端发射信号；
接收端，用于根据信道情况选择发射天线组合，并将选择的发射天线组合信息反馈给发射端，以便发射端采用选择的发射天线组合向发射端发射信号。
所述的接收端包括：
接收单元，用于接收发射端的每一发射天线的发射信号；
选择单元，根据信道情况选择发射天线组合；
设置单元，将选择的发射天线组合信息设置在发射天线组合信息域中，其中所述的发射天线组合信息域中每一比特分别对应于发射端的每一发射天线；
发送单元，用于将发射天线组合信息域发给发射端。
所述发射端包括：
接收单元，用于接收接收端反馈的选择的发射天线组合信息，其中，发射天线组合信息设置在发射天线组合信息域中，所述的发射天线组合信息域中每一比特分别对应于发射端的每一发射天线；
确定单元，根据接收端反馈的发射天线信息确定发射天线组合；
发射单元，用于采用确定单元确定的发射天线组合向接收端发射信号。
因此，根据本发明，由于在接收端采用信道容量最大化原则选择发射天线，并将选择的发射天线发给发射端，所以，发射端采用所选择的发射天线向接收端发射信号可达到较高的传输效率，或者在接收端达到更低的误包率。
附图说明
图1示出了MIMO无线通信***的示意图；
图2示出了本发明的通信流程图；
图3示出了本发明的通信***示意图。
具体实施方式
为了便于本领域一般技术人员理解和实现本发明，现结合附图描绘本发明的实施例。
本发明的基本思想是，在接收端利用CQICHSCW信道向发射端反馈发射天线组合信息，这样，发射端使用反馈的发射天线组合向接收端发射信号，能充分利用信道情况好的发射天线，以达到较高传输速率，或者在接收端达到更低的误包率。
本发明提供了一种在多输入多输出***中的通信方法，下面参照图2详细描述本发明的通信方法。
步骤1、发射端使用每一发射天线向接收端发射信号。
步骤2、接收端根据每一发射天线的发射信号获得各个发射天线的接收信噪比值和选择发射天线组合。接收端根据传输率最大化原则选择发射天线组合，即使用哪几个发射天线。更具体的，接收端选择使用接收信噪比值较大的几个发射天线。
步骤3、接收端获得CQI值，将获得的CQI值和选择的发射天线组合信息发给发射端。所述CQI值告诉发射端在相应的一个TTI传输一路编码后的数据采用什么样的MCS。
接收端将选择的发射天线组合信息设置在控制字CQICHSCW中，控制字CQICHSCW的结构如表1所示。
表1  控制字CQICHSCW的结构
 
比特数目 用途
RANK比特域 2 同时使用的发射天线的数目
CQIValue比特域 5 CQI的值
保留比特域 2 未用
如表1所示，所述的CQICHSCW包括RANK比特域、CQIValue比特域和保留比特域。
根据本发明，以4根发射天线为例，可使RANK比特域和保留比特域中每一比特对应预定发射天线。将选择的发射天线组合信息设置在RANK比特域和保留比特域中，这样，就可根据所述的RANK比特域和保留比特域中每一比特的取值确定是否选择发射天线。例如，当某一个比特值取1时，表示这个比特对应的发射天线在当前的TTI被使用，当某一个比特值取0，表示这个比特对应的发射天线在当前的TTI不被使用。当然也可采用相反的表示方法，即，当某一个比特值取1时，表示这个比特对应的发射天线在当前的TTI不被使用，当某一个比特值取0，表示这个比特对应的发射天线在当前的TTI被使用。这样，RANK比特域和保留比特域中比特值为1所对应发射天线为选择的发射天线。由于选择发射天线时，采用信道容量最大化原则选择发射天线，所以，采用所选择的发射天线向接收端发射信号可达到较高的传输效率，或者在接收端达到更低的误包率。
因此，本发明把保留比特域2个比特利用起来，与Rank域2个比特结合，组成一个4个比特的域，这4个比特的每一个比特分别控制4个发射天线的每一个的开关状态。根据本发明，也将RANK比特域和保留比特域称作发射天线组合信息域
步骤4、发射端使用选择的发射天线组合向接收端发射信号。
发射端通过CQICHSCW信道接收到发射天线组合信息后，获得发射天组合信息，使用选择的发射天线组合向接收端发射信号。
如图3所示，本发明还公开了一种在多输入多输出***中的通信***，包括：发射端，用于使用每一发射天线，或选择的发射天线组合向接收端发射信号；接收端，用于根据每一发射天线的发射信号选择发射天线组合，并将选择的发射天线组合信息反馈给发射端，以便发射端采用选择的发射天线组合向发射端发射信号。
所述的接收端包括：接收单元，用于接收发射端的每一发射天线的发射信号；选择单元，根据每一发射天线的发射信号选择发射天线组合；设置单元，将选择的发射天线组合信息设置在发射天线组合信息域中；发送单元，用于将发射天线组合信息域发给发射端。
所述发射端包括：接收单元，用于接收接收端反馈的选择的发射天线组合信息；确定单元，根据接收端反馈的发射天线信息确定发射天线组合；发射单元，用于采用确定单元确定的发射天线组合向接收端发射信号。
因此，根据本发明，由于在接收端采用信道容量最大化原则选择发射天线，并将选择的发射天线发给发射端，所以，发射端采用所选择的发射天线向接收端发射信号可达到较高的传输效率，或者在接收端达到更低的误包率。
虽然通过实施例描绘了本发明，但本领域普通技术人员知道，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，就可使本发明有许多变形和变化，本发明的范围由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1、一种在多输入多输出***中的通信方法，其特征在于，包括：
接收端根据信道情况选择发射天线组合；
接收端将选择的发射天线组合信息发给发射端；
发射端根据接收的所述发射天线组合信息使用选择的发射天线组合向接收端发射信号；
其中，所述的接收端将选择的发射天线组合信息发给发射端具体包括：接收端将选择的发射天线组合信息设置在发射天线组合信息域中，并将发射天线组合信息域发给发射端，所述的发射天线组合信息域中每一比特分别对应于发射端的每一发射天线。
2、根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，所述的发射天线组合信息域用以置换单码字模式信道质量指示中的RANK比特域和保留比特域。
3、根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，发射端根据所述的发射天线组合信息域中各个比特的取值确定是否选择相应的各个发射天线。
4、根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，所述的选择发射天线组合具体包括：根据传输率最大化的原则选择发射天线组合。
5、根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，所述的接收端将选择的发射天线组合信息发给发射端具体包括：接收端通过单码字模式信道质量指示信道将发射天线组合信息域发给发射端。
6、一种在多输入多输出***中的通信***，其特征在于，包括：
发射端，用于使用接收端选择的发射天线组合向接收端发射信号；
接收端，用于根据信道情况选择发射天线组合，并将选择的发射天线组合信息反馈给发射端，以便发射端采用选择的发射天线组合向发射端发射信号；
其中所述接收端还包括：
接收单元，用于接收发射端的每一发射天线的发射信号；
选择单元，根据信道情况选择发射天线组合；
设置单元，将选择的发射天线组合信息设置在发射天线组合信息域中，其中所述的发射天线组合信息域中每一比特分别对应于发射端的每一发射天线；
发送单元，用于将发射天线组合信息域发给发射端。
7、根据权利要求6所述的通信***，其特征在于，所述发射端包括：
接收单元，用于接收接收端反馈的选择的发射天线组合信息；
确定单元，根据接收端反馈的发射天线信息确定发射天线组合；
发射单元，用于采用确定单元确定的发射天线组合向接收端发射信号。
8、一种接收端，其特征在于，包括：
接收单元，用于接收发射端的每一发射天线的发射信号；
选择单元，根据信道情况选择发射天线组合；
设置单元，将选择的发射天线组合信息设置在发射天线组合信息域中，其中，所述的发射天线组合信息域中每一比特分别对应于发射端的每一发射天线；
发送单元，用于将发射天线组合信息域发给发射端。
9、一种发射端，其特征在于，包括：
接收单元，用于接收接收端反馈的选择的发射天线组合信息，其中，发射天线组合信息设置在发射天线组合信息域中，所述的发射天线组合信息域中每一比特分别对应于发射端的每一发射天线；
确定单元，根据接收端反馈的发射天线信息确定发射天线组合；
发射单元，用于采用确定单元确定的发射天线组合向接收端发射信号。
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