CN101150344B - 一种下行多流调制编码方式选择和功率加载方法 - Google Patents

Abstract

一种下行多流调制编码方式选择和功率加载方法，包括以下步骤：在单用户多入多出模式下，信道质量标识最大的数据流根据其信道质量标识值来选择该流的调制编码方式，余下的多入多出数据流选用低一级的调制编码方式。从而降低了信道质量反馈，同时保持较好的吞吐量性能。作为本发明方法的一种改进，在最好的流的信号干扰噪声比(SINR)大于调制编码方式中最大的信号干扰噪声比时，基站采用功率加载的方法。冗余的功率将被转移到余下的流，这样可以提高剩余流的吞吐量，同时信道质量标识值最大的流上的吞吐量仍然保持不变。

Description

一种下行多流调制编码方式选择和功率加载方法

技术领域

本发明属于多天线***技术领域，特别涉及多天线***中减少信道质量标识反馈下的多流传输及功率加载方法。

背景技术

在多入多出***的下行传输中，有单用户和多用户两种模式。通常情况下，下行多入多出的每个流的信道质量标识都会被反馈到基站端。但在多用户模式下，每个用户可能只反馈一个流上的信道质量标识。由于用户反馈信令容量的限制，信道质量标识反馈信令的开销显得尤为重要。如今的一些改进方案，其目的都是为了减少下行传输信道质量标识反馈的信令开销。

三星公司提出了一种用在下行多流传输的动态转换方案(Samsung，R1-061323，“Dynamic Selection of Single and Multi-User MIMO，”3GPP TSG RAN WG1 Meeting #45，Shanghai，China，8-12May，2006.三星公司，R1-061323，“单用户与多用户多入多出***的动态选择方案，”3GPP TSG RAN WG1 #45会议，上海，中国，5月8-12日，2006.)。在单用户和多用户模式下，每个用户只向基站反馈一个流上的信道质量标识。当基站在单用户模式下调度一个用户时，它用信道质量标识最大的流上的信道质量标识作为所有的流选择调制编码方式的依据。但是这种调制编码方式选择方法只适合信道质量标识最大的流，其他流的性能损失需要通过混合自动重发请求(HARQ)来弥补。

在每流率控制(PSRC)的环境下，如果是单用户多入多出***，通常会在每个流上进行信道质量标识估计，这样会使信道质量反馈的信令开销非常大。如果是多用户多入多出***，每个用户可以只反馈一个流上的信道质量标识给基站。三星公司针对反馈信令开销大的缺点，提出了单用户和多用户之间动态转换的方法来减少开销。

在多用户2X2多入多出情况下，三星方案中信道质量反馈和调度的例子如图1所示。用户端用线性最小均方误差(LMMSE)来计算信道质量，并且向基站反馈两个天线(流)中最大的一个信道质量标识值CQI＝max(CQI1，CQI2)及该天线(流)的标识信息。然后基站可以根据最大的信道质量标识值相对应的调制编码方式，在选定的天线上调度数据给这个用户。同样地，在相同的时频资源中，另外一个用户向基站反馈一个在其他可以被用来传输的天线上较好的 信道质量标识。

单用户2X2多入多出情况下，三星方案中信道质量标识反馈和调度的例子如图2所示。用户端同样使用线性最小均方误差(LMMSE)计算信道质量，然后向基站反馈两个天线(流)中最大的信道质量标识值，即CQI＝max(CQI1，CQI2)。在单用户多入多出中，基站决定调度用户，并且在该用户上的所有天线上选择同样的调制编码方式来传输。实际上一个信道质量标识反馈只适用于一个天线(流)，这样会导致信道质量标识值较低的流或者天线的调制编码方式的选择不是很准确，在这种情况下，可以用混合自动重发请求(HARQ)来弥补一些性能损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种下行多流调制编码方式选择和功率加载方法，以减少信道质量标识反馈。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：一种下行多流调制编码方式选择和功率加载方法，用于单用户下行多流多入多出***中，其步骤为：在单用户多入多出模式下，信道质量标识最大的数据流根据其信道质量标识值来选择该流的调制编码方式，余下的多入多出数据流选用低一级的调制编码方式；用户将所有流中的最大的信道质量标识反馈给基站。从而降低了信道质量反馈，同时保持较好的吞吐量性能。

作为本发明方法的一种改进，在最好的流的信号干扰噪声比(SINR)大于调制编码方式中最大的信号干扰噪声比时，基站采用功率加载的方法。冗余的功率将被转移到余下的流，这样可以提高剩余流的吞吐量，同时信道质量标识值最大的流上的吞吐量仍然保持不变。

一种下行多流调制编码方式选择和功率加载方法，用于多用户下行多流多入多出***中，一个用户向基站报告一个信道质量标识，并用该值作为该用户上所有的数据流选择调制编码方式的依据。如果一个用户被分配的流数大于1，信道质量标识最大的流根据其信道质量标识值来选择调制编码方式，余下的多入多出流选用低一级的调制编码方式，用户将所有流中的最大的信道质量标识反馈给基站。如果一个用户分配的流数等于1，则由该用户向基站报告一个信道质量标识，并用该值作为该用户数据流选择调制编码方式的依据。

附图说明

图1为现有在多用户多入多出下信道质量标识反馈和调度方法；

图2为现有在单用户情况下信道质量标识反馈和调度方法；

图3为不同的调制编码方式下每比特能量噪声比(Eb/N0)和误块率(BLER)的曲线；

图4为在2X2***下，各种方案的吞吐量的比较；

图5为在4X4***下，各种方案的吞吐量的比较。

具体实施方式

一种下行多流调制编码方式选择和功率加载方法，包括以下步骤：

用于单用户下行多流多入多出***中时，其步骤为：在单用户多入多出模式下，信道质量标识最大的数据流根据其信道质量标识值来选择该流的调制编码方式，余下的多入多出数据流选用低一级的调制编码方式。从而降低了信道质量反馈，同时保持较好的吞吐量性能。

其中，在最好的流的信号干扰噪声比(SINR)大于调制编码方式中最大的信号干扰噪声比时，基站采用功率加载的方法。冗余的功率将被转移到余下的流，这样可以提高剩余流的吞吐量，同时信道质量标识值最大的流上的吞吐量仍然保持不变。

用于多用户下行多流多入多出***中时，一个用户向基站报告一个信道质量标识，并用该值作为该用户上所有的数据流选择调制编码方式的依据。如果一个用户被分配的流数大于1，信道质量标识最大的流根据其信道质量标识值来选择调制编码方式，余下的多入多出流选用低一级的调制编码方式。如果一个用户分配的流数等于1，则由该用户向基站报告一个信道质量标识，并用该值作为该用户数据流选择调制编码方式的依据。

假设流1是信道质量标识最大的流，并且基站接受到它的信道质量标识值。P₁是流1上的发射功率，H₁是流1上的信道衰减矩阵。P₂是流2上的发射功率，H₂是流2上的信道衰减矩阵。σ²是噪声功率。此外，信号干扰噪声比(SINR)_I是信道质量标识最大的流的信号干扰噪声比，信号干扰噪声比(SINR)_Target是流1上最高一级的调制编码方式所限制的信号干扰噪声比。

可以得到： $\frac{P_1\·H_1}{P_2\·H_2+{\mathrm{\σ}}^2}={\mathrm{SINR}}_1\⇒H_1=\frac{{\mathrm{SINR}}_1\×(P_2\·H_2+{\mathrm{\σ}}^2)}{P_1};$

如果基站发现信号干扰噪声比(SINR)_I比调制编码模式中最高级的信号干扰噪声比(SINR)要大，例如信号干扰噪声比(SINR)_I＞信号干扰噪声比(SINR)_Target，基站就从流1转移功率Δ到流2上，服从以下的限制条件：

$\frac{(P_1-\mathrm{\Δ})\×H_1}{(P_2+\mathrm{\Δ})\×H_2+{\mathrm{\σ}}^2}\≥{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}$

$\⇒(P_1-\mathrm{\Δ})\×H_1\≥{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\×((P_2+\mathrm{\Δ})\×H_2+{\mathrm{\σ}}^2)$

$\⇒P_1\·H_1-{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·P_2\·H_2-{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·{\mathrm{\σ}}^2\≥\mathrm{\Δ}\×(H_1+{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·H_2)$

$\⇒\mathrm{\Δ}\≤\frac{P_1\·H_1-{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·P_2\·H_2-{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·{\mathrm{\σ}}^2}{H_1+{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·H_2}$

$\⇒\mathrm{\Δ}\≤\frac{{\mathrm{SINR}}_1\×(P_2\·H_2+{\mathrm{\σ}}^2)-{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·P_2\·H_2-{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·{\mathrm{\σ}}^2}{\frac{{\mathrm{SINR}}_1\×(P_2\·H_2+{\mathrm{\σ}}^2)}{P_1}+{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·H_2},$

$\⇒\mathrm{\Δ}\≤\frac{{\mathrm{SINR}}_1\×(P_2\·H_2+{\mathrm{\σ}}^2)-{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·(P_2\·H_2+{\mathrm{\σ}}^2)}{\frac{{\mathrm{SINR}}_1\×(P_2\·H_2+{\mathrm{\σ}}^2)}{P_1}+{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·H_2},$

$\⇒\mathrm{\Δ}\≤\frac{{\mathrm{SINR}}_1\×(P_2\·H_2+{\mathrm{\σ}}^2)-{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·(P_2\·H_2+{\mathrm{\σ}}^2)}{\frac{{\mathrm{SINR}}_1\×(P_2\·H_2+{\mathrm{\σ}}^2)}{P_1}},$

$\⇒\mathrm{\Δ}\≤P_1\·\frac{{\mathrm{SINR}}_1-{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}}{{\mathrm{SINR}}_1}.$

在下行多流多入多出***中，假设信道模型是SCM TU 120。仿真5×10⁴个点，在每个接受天线上用线性最小均方误差(LMMSE)计算出相应的信号干扰噪声比。此外，采用的自适应调制编码方式如下：

信号干扰噪声比＝[低于4.2  4.2  5.0  7.2  9.8  高于9.8]；

自适应调制方式＝[2  2  2  4  4  4]；

自适应编码率＝[1/2  1/2  3/4  1/2  2/3  2/3]；

另外，不同的调制编码方式下，每比特能量噪声比(Eb/NO)和误块率(BLER)的曲线如图3所示。图3中QPSK为正交移相键控，16QAM为16正交幅度调制。每个流上的吞吐量计算如下：

吞吐量＝自适应调制模式×自适应编码率×(1-误块率)；

总的吞吐量是所有流上的吞吐量的总合。

在2×2(两路流)***中，不同方案的吞吐量的比较如图4。从图4中可以看出，本发明实施例的吞吐量要比现有技术-三星公司的方法要大。当采用功率加载时，吞吐量还会有更多的提高。此外，在基站为每个流设置其相应的调制编码方式情况下，吞吐量是最大的，并且可以被认为是该***吞吐量的上界。但是，当采用功率加载时，本发明实施例还是要好于理想信道质量反馈的情况(没有功率加载)。

从图4中还可以看出，当平均信噪比足够大的时候，例如35dB，现有技术-三星公司的方法要优于本发明实施例。这是因为在所有流上的信号干扰噪声比可能要比最高一级的调制编码方式所限制的信号干扰噪声比还要大。在这种情况，本发明仍旧强制信道质量标识较小 的流用比最大的的流所用的调制编码方式低一级的调制编码方式，因此会有一定程度的吞吐量的损失。

图5提供了4×4(4路流)***下一些主要的仿真结果，可以得到和图4相近的结论。从图5上来看，与2×2***相比，吞吐量在4×4***的环境下有了更大的提高，这个结论可以很容易的从信息论上来解释，因为多天线***的吞吐量上限与天线数目成线性比例关系。

Claims (3)

1.一种下行多流调制编码方式选择和功率加载方法，用于单用户下行多流多入多出***中，其特征在于：信道质量标识最大的流根据其信道质量标识值来选择调制编码方式，余下的多入多出流选用低一级的调制编码方式；用户将所有流中的最大的信道质量标识反馈给基站；当信道质量标识最大的流的信号干扰噪声比大于该流上最高一级的调制编码方式所限制的信号干扰噪声比时，基站采用功率加载的方法，冗余的功率转移到余下的流；

假设流1是信道质量标识最大的流，并且基站接受到它的信道质量标识值；P₁是流1上的发射功率，H₁是流1上的信道衰减矩阵；P₂是流2上的发射功率，H₂是流2上的信道衰减矩阵；σ²是噪声功率，此外，信号干扰噪声比SINR₁是信道质量标识最大的流的信号干扰噪声比，信号干扰噪声比SINR_Target是流1上最高一级的调制编码方式所限制的信号干扰噪声比；

可以得到： $\frac{P_1\·H_1}{P_2\·H_2+{\mathrm{\σ}}^2}={\mathrm{SINR}}_1\⇒H_1=\frac{{\mathrm{SINR}}_1\×(P_2\·H_2+{\mathrm{\σ}}^2)}{P_1};$

如果基站发现信号干扰噪声比SINR₁比调制编码模式中最高级的信号干扰噪声比SINR_Target要大，当信号干扰噪声比SINR₁>信号干扰噪声比SINR_Target，基站就从流1转移功率Δ到流2上，服从以下的限制条件：

$\frac{(P_1-\mathrm{\Δ})\×H_1}{(P_2+\mathrm{\Δ})\×H_2+{\mathrm{\σ}}^2}\≥{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}$

$\⇒(P_1-\mathrm{\Δ})\×H_1\≥{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\×((P_2+\mathrm{\Δ})\×H_2+{\mathrm{\σ}}^2)$

$\⇒P_1\·H_1-{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·P_2\·H_2-{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·{\mathrm{\σ}}^2\≥\mathrm{\Δ}\×(H_1+{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·H_2)$

$\⇒\mathrm{\Δ}\≤\frac{P_1\·H_1-{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·P_2\·H_2-{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·{\mathrm{\σ}}^2}{H_1+{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·H_2}$

$\⇒\mathrm{\Δ}\≤\frac{{\mathrm{SINR}}_1\×(P_2\·H_2+{\mathrm{\σ}}^2)-{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·P_2\·H_2-{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·{\mathrm{\σ}}^2}{\frac{{\mathrm{SINR}}_1\×(P_2\·H_2+{\mathrm{\σ}}^2)}{P_1}+{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·H_2},$

$\⇒\mathrm{\Δ}\≤\frac{{\mathrm{SINR}}_1\×(P_2\·H_2+{\mathrm{\σ}}^2)-{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·(P_2\·H_2+{\mathrm{\σ}}^2)}{\frac{{\mathrm{SINR}}_1\×(P_2\·H_2+{\mathrm{\σ}}^2)}{P_1}+{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·H_2},$

$\⇒\mathrm{\Δ}\≤\frac{{\mathrm{SINR}}_1\×(P_2\·H_2+{\mathrm{\σ}}^2)-{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·(P_2\·H_2+{\mathrm{\σ}}^2)}{\frac{{\mathrm{SINR}}_1\×(P_2\·H_2+{\mathrm{\σ}}^2)}{P_1}},$

$\⇒\mathrm{\Δ}\≤P_1\·\frac{{\mathrm{SINR}}_1-{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}}{{\mathrm{SINR}}_1}..$

2.一种下行多流调制编码方式选择和功率加载方法，用于多用户下行多流多入多出***中，其特征在于：如果一个用户被分配的流数大于1，信道质量标识最大的流根据其信道质量标识值来选择调制编码方式，余下的多入多出流选用低一级的调制编码方式；用户将所有流中的最大的信道质量标识反馈给基站；当信道质量标识最大的流的信号干扰噪声比大于该流上最高一级的调制编码方式所限制的信号干扰噪声比时，基站采用功率加载的方法，冗余的功率转移到余下的流；

假设流1是信道质量标识最大的流，并且基站接受到它的信道质量标识值；P₁是流1上的发射功率，H₁是流1上的信道衰减矩阵；P₂是流2上的发射功率，H₂是流2上的信道衰减矩阵；σ²是噪声功率；此外，信号干扰噪声比SINR₁是信道质量标识最大的流的信号干扰噪声比，信号干扰噪声比SINR_Target是流1上最高一级的调制编码方式所限制的信号干扰噪声比，

可以得到： $\frac{P_1\·H_1}{P_2\·H_2+{\mathrm{\σ}}^2}={\mathrm{SINR}}_1\⇒H_1=\frac{{\mathrm{SINR}}_1\×(P_2\·H_2+{\mathrm{\σ}}^2)}{P_1};$

如果基站发现信号干扰噪声比SINR₁比调制编码模式中最高级的信号干扰噪声比SINR_Target要大，当信号干扰噪声比SINR₁＞信号干扰噪声比SINR_Target，基站就从流1转移功率Δ到流2上，服从以下的限制条件：

$\frac{(P_1-\mathrm{\Δ})\×H_1}{(P_2+\mathrm{\Δ})\×H_2+{\mathrm{\σ}}^2}\≥{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}$

$\⇒(P_1-\mathrm{\Δ})\×H_1\≥{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\×((P_2+\mathrm{\Δ})\×H_2+{\mathrm{\σ}}^2)$

$\⇒P_1\·H_1-{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·P_2\·H_2-{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·{\mathrm{\σ}}^2\≥\mathrm{\Δ}\×(H_1+{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·H_2)$

$\⇒\mathrm{\Δ}\≤\frac{P_1\·H_1-{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·P_2\·H_2-{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·{\mathrm{\σ}}^2}{H_1+{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·H_2}$

$\⇒\mathrm{\Δ}\≤\frac{{\mathrm{SINR}}_1\×(P_2\·H_2+{\mathrm{\σ}}^2)-{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·P_2\·H_2-{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·{\mathrm{\σ}}^2}{\frac{{\mathrm{SINR}}_1\×(P_2\·H_2+{\mathrm{\σ}}^2)}{P_1}+{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·H_2},$

$\⇒\mathrm{\Δ}\≤\frac{{\mathrm{SINR}}_1\×(P_2\·H_2+{\mathrm{\σ}}^2)-{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·(P_2\·H_2+{\mathrm{\σ}}^2)}{\frac{{\mathrm{SINR}}_1\×(P_2\·H_2+{\mathrm{\σ}}^2)}{P_1}+{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·H_2},$

$\⇒\mathrm{\Δ}\≤\frac{{\mathrm{SINR}}_1\×(P_2\·H_2+{\mathrm{\σ}}^2)-{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}\·(P_2\·H_2+{\mathrm{\σ}}^2)}{\frac{{\mathrm{SINR}}_1\×(P_2\·H_2+{\mathrm{\σ}}^2)}{P_1}},$

$\⇒\mathrm{\Δ}\≤P_1\·\frac{{\mathrm{SINR}}_1-{\mathrm{SINR}}_{T\arg \mathrm{et}}}{{\mathrm{SINR}}_1}..$

3.根据权利要求2所述的一种下行多流调制编码方式选择和功率加载方法，其特征在于：如果一个用户分配的流数等于1，则由该用户向基站报告一个信道质量标识，并用该值作为该用户数据流选择调制编码方式的依据。

Images