CN101686110B - 一种多输入多输出***、及其数据传输的方法及装置 - Google Patents

一种多输入多输出***、及其数据传输的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多输入多输出***及其数据传输的方法及装置，用以在多输入多输出***中提高上行数据传输的吞吐量。该方法包括：用户终端侧根据收到的基站侧所确定的调制编码方式(MCS)信息，对要发送的数据流进行相应的调制编码，并在每个要发送的数据流中分别***用户专用解调参考信号；进行下行信道估计，根据估计得到的下行信道信息进行特征值分解，得到对应的预编码矩阵，将该预编码矩阵作为上行预编码矩阵；利用所述上行预编码矩阵对***用户专用解调参考信号的数据流进行预编码后向基站侧发送。本发明充分利用上信道状态信息得到多天线的空间分集增益，提高了上行数据传输的吞吐量。

Description

一种多输入多输出***、及其数据传输的方法及装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别是一种多输入多输出(Multiple InputMultiple Output，MIMO)***及其数据传输的方法及装置。 
背景技术
MIMO技术在发射端和接收端都采用多根天线进行发送接收，从而大大提高***的传输性能和容量。MIMO的发送分集技术是在发射端重复发送经过预编码后的数据流，从而获得分集增益和编码增益；MIMO***的空间复用技术是在发送端发送几个不同的数据流，从而在不增加带宽的情况下成倍地提高通信***的容量和频谱效率，真正体现了MIMO***容量提高的本质，但它要求信道能够被等效成几个独立的并行子信道，从而数据流间不会产生干扰。 
在上行传输中，为了达到更高的峰值速率，原有的用户终端(UE)利用单天线传输，已经不能满足未来通信发展的要求。因此，上行MIMO技术是一种必然的发展，也是长期演进(Long-Term-Evolution，LTE)向先进的长期演进(LTE-Advanced)迈进的重要一步。上行单用户多输入多输出(Single-userMultiple Input Multiple Output，SU-MIMO)***可以有闭环和开环两种模式。开环SU-MIMO***不需要信道信息的反馈，包括上行发送分集，上行开环空间复用等技术等，相当于预编码矩阵为单位阵的发送模式。闭环SU-MIMO模式充分利用了信道信息的反馈，根据信道信息自适应调整预编码矩阵，从而获得更大的***容量。 
开环SU-MIMO模式一般用于高速下，此时由于信道变化很快，闭环模式的性能急剧恶化。在信道质量不好时，可以用开环发送分集来获得分集增益，包括空时块码(Spatial and Time Block Code，STBC)、空时块码(Spatial and Frequency Block Code，SFBC)、循环延迟分集(Circular Delay Diversity，CDD)等方式；在信道质量较好时，可以用开环空间复用获得空间分集增益。闭环模式一般用于信道质量较好的较低速度下，此时信道变化不快，反馈时延不会造成性能的恶化，因此利用信道信息进行预编码可以减少多个数据流间的干扰，获得很大的空间增益。 
目前，闭环SU-MIMO***进行上行传输时采用码本形式。它的特点是预编码矩阵由基站根据上行信道信息，在一个基站和终端都知道的码本中，依据某些准则(比如容量)选择其中的码字得到。UE所用的预编码由BS通知的预编码矩阵索引(Precoding Matrix Index，PMI)得到。 
对于开环SU-MIMO模式，由于没有充分利用信道信息匹配信道，***的吞吐量较低；对于闭环码本形式的SU-MIMO模式，由于采用了码本量化，***的吞吐量也会受到影响。同时，后者向UE通知PMI还会增加信令开销。 
发明内容
本发明的目的是提供一种多输入多输出***及其数据传输的方法及装置，用以在多输入多输出***中，以提高上行数据传输的吞吐量。 
本发明提供的一种多输入多输出***上行数据传输的方法，包括： 
用户终端侧根据收到的基站侧所确定的调制编码方式MCS信息，对要发送的数据流进行相应的调制编码，并在每个要发送的数据流中分别***用户专用解调参考信号； 
进行下行信道估计，根据估计得到的下行信道信息进行特征值分解，得到对应的预编码矩阵，利用上下行对称性，将该预编码矩阵作为上行预编码矩阵； 
利用所述上行预编码矩阵对***用户专用解调参考信号的数据流进行预编码后向基站侧发送。 
本发明提供的一种多输入多输出***中的数据传输装置，包括： 
调制编码单元，用于根据收到的基站侧所确定的调制编码方式MCS信息， 对要发送的数据流进行相应的调制编码； 
参考信号***单元，用于在每个要发送的数据流中分别***用户专用解调参考信号； 
预编码矩阵获取单元，用于利用基站侧发送的下行参考信号进行下行信道估计，根据估计得到的下行信道信息进行特征值分解，得到对应的预编码矩阵，利用上下行对称性，将该预编码矩阵作为上行预编码矩阵； 
预编码单元，用于利用所述上行预编码矩阵对***用户专用解调参考信号的数据流进行预编码； 
发射单元，用于将预编码后的数据流向基站发送。 
本发明实施例提供的一种基站，包括： 
信道估计单元，用于通过用户终端发送的探测参考信号进行上行信道估计； 
资源调度单元，用于为该用户终端分配下次传输所需的物理资源； 
MCS信息确定单元，根据所述为该用户终端分配下次传输所需的物理资源的上行信道信息估计出对应的CQI，并根据所述CQI确定对应的MCS信息。 
本发明提供的一种多输入多输出***，包括： 
基站，用于通过用户终端发送的探测参考信号进行上行信道估计，为该用户终端分配下次传输所需的物理资源；根据所述为该用户终端分配下次传输所需的物理资源的上行信道信息估计出对应的信道质量指示CQI，并根据所述CQI确定对应的MCS信息。 
用户终端，用于根据收到的基站侧所确定的调制编码方式MCS信息，对要发送的数据流进行相应的调制编码，并在每个要发送的数据流中分别***用户专用解调参考信号；利用进行下行信道估计得到的下行信道信息进行特征值分解，得到对应的预编码矩阵，利用上下行对称性，将该预编码矩阵作为上行预编码矩阵；利用所述上行预编码矩阵对***用户专用解调参考信号的数据流进行预编码后向基站发送。 
在本发明实施例中，由于利用了上下行的对称性，获得上行预编码矩阵，即：终端侧利用下行信道信息获得上行信道信息，利用该上行信道信息对要发送的上行数据进行预编码后向基站侧发送，以充分利用上信道状态信息得到多天线的空间分集增益，提高了上行数据传输的吞吐量，扩大了***容量。 
并且，由于MCS信息是基站通过探测参考信号估计得到，因此，可以在整个带宽上对UE进行合理的资源调度，同时为UE选择合适的调制编码方式。 
在本发明实施例中，不需要基站侧向终端侧发送PMI反馈，减少了信令开销，并且，基站侧在接收上行数据时，也不需要知道预编码矩阵即可对接收到的上行数据进行解调检测，因此，检测方便。 
附图说明
图1为本发明实施例实现多输入多输出***中数据传输的方法流程图； 
图2为本发明实施例的数据传输装置的结构示意图； 
图3为现有技术的码本形式的SU-MIMO和非码本形式SU-MIMO性能对比示意图。 
具体实施方式
本发明实施例是在上下行对称的MIMO***中，用户终端侧可以根据收到的基站侧所确定的调制编码方式(Modulation and coding Scheme，MCS)信息，对要发送的数据流进行相应的调制编码，并在每个要发送的数据流中分别***用户专用解调参考信号；根据估计得到的下行信道信息进行特征值分解，得到对应的预编码矩阵，将该预编码矩阵作为上行预编码矩阵；利用所述上行预编码矩阵对***用户专用解调参考信号的数据流进行预编码后向基站侧发送。本发明所应用的MIMO***为上下行对称的***，因此，可以根据估计得到的下行信道信息进行特征值分解，得到对应的预编码矩阵，将该预编码矩阵作为上行预编码矩阵对要传输的上行数据进行预编码。上下行对称的MIMO ***可以是TDD***。这种方式不需要码本进行量化，同时很好的利用了信道的上下行对称性，从而提高上行的***吞吐量。 
这里，MCS信息可以为MCS等级，或是指示当前编码方式的标识等。 
并且，基站侧可以通过用户终端发送的探测(Sounding)参考信号进行上行信道估计，为该用户终端分配下次传输所需的物理资源，并根据每个物理资源的上行信道信息估计出对应的CQI，并根据所述CQI确定对应的MCS信息。这种方式由于Sounding参考信号在整个带宽上对用户终端进行合理的资源调度，可以提供用户终端更合适的调制编码方式。 
参见图1所示，本发明进行MIMO***发送上行数据的具体过程如下： 
步骤101：基站(BS)侧通过用户终端发送的Sounding参考信号进行上行信道估计，确定为该用户终端分配下次传输所需的物理资源，并根据所述为该用户终端分配下次传输所需的物理资源的上行信道信息估计出CQI。 
步骤102：BS侧利用预先设置的CQI与MCS的对应关系，确定估计出的CQI所对应的MCS信息。 
这里，如果在TDD***中，根据每个物理资源的上行信道信息估计出CQI的具体步骤可以这样实现：根据每个物理资源的上行信道信息进行矩阵分解获得预编码矩阵，再根据该预编码矩阵和上行信道信息，利用EESM映射计算近似的信干噪比(Signal Interference and Noise Rate，SINR)，再根据该SINR确定CQI。 
步骤103：BS侧通过物理下行控制信道(Physical Downlink ControlChannel，PDCCH)通知用户终端MCS信息。 
步骤104：用户终端根据收到的MCS信息，对要传输的上行数据进行相应的调制编码。 
步骤105：用户终端按照一定导频结构在多个要发送的数据流中分别***用户专用解调参考信号。 
步骤106：将获得的下行信道信息进行特征值分解得到对应的预编码矩阵， 将该预编码矩阵作为上行预编码矩阵，并利用所述上行预编码矩阵对***参考信号的数据进行预编码后，从相应的发射天线发射出去。 
例如：在TDD***中，由于TDD***的上下行对称性，可以认为上行信道信息近似等于下行信道信息，因此可以直接使用下行公共参考信号估计获得下行信道信息，然后对下行信道信息进行特征值分解，从而获得上行预编码矩阵。 
需要说明的是，在本发明实施例中，对称的上行信道信息和下行信道信息是针对同一个物理资源块而言。 
步骤107：BS侧根据用户专用参考信号进行信道估计，得到等效的上行信道，用于对接收到上行数据进行接收检测。 
参见图2所示，本发明实施例的一种多输入多输出***中的数据传输装置，包括：调制编码单元201、参考信号***单元202、预编码矩阵获取单元203、预编码单元204以及发射单元205。其中， 
调制编码单元201，用于根据收到的基站侧所确定的MCS信息，对要发送的数据流进行相应的调制编码； 
参考信号***单元202，用于在每个要发送的数据流中分别***用户专用解调参考信号； 
预编码矩阵获取单元203，用于利用基站侧发送的下行参考信号进行下行信道估计，根据估计得到的下行信道信息进行特征值分解，得到对应的预编码矩阵，将该预编码矩阵作为上行预编码矩阵； 
预编码单元204，用于利用所述上行预编码矩阵对***用户专用解调参考信号的数据流进行预编码； 
发射单元205，用于将预编码后的数据流向基站发送。 
图2所示的数据传输装置可以作为逻辑装置设置在用户终端中，也可以作为独立的物理实体存在。以下是以数据传输装置作为逻辑装置设置在用户终端中为例，描述本发明实施例的多输入多输出***。
本发明实施例的多输入多输出***包括：基站和用户终端。其中， 
基站，用于通过用户终端发送的探测参考信号进行上行信道估计，为该用户终端分配下次传输所需的物理资源；根据所述为该用户终端分配下次传输所需的物理资源的上行信道信息估计出对应的信道质量指示CQI，并根据所述CQI确定对应的MCS信息。 
用户终端，用于根据收到的基站侧所确定的调制编码方式MCS信息，对要发送的数据流进行相应的调制编码，并在每个要发送的数据流中分别***用户专用解调参考信号；利用进行下行信道估计得到的下行信道信息进行特征值分解，得到对应的预编码矩阵，将该预编码矩阵作为上行预编码矩阵；利用所述上行预编码矩阵对***用户专用解调参考信号的数据流进行预编码后向基站发送。 
所述基站，可以用于根据每个物理资源的上行信道信息进行矩阵分解获得预编码矩阵，根据该预编码矩阵和上行信道信息，利用指数有效信扰比映射EESM映射计算SINR，再根据该SINR确定CQI。 
所述基站，还可以进一步用于根据用户专用解调参考信号进行信道估计，获得等效的上行信道信息，并利用所述等效的上行信道信息对来自所述用户终端的数据流进行接收检测。 
本发明实施例的基站，可以包括：信道估计单元、资源调度单元以及MCS信息确定单元。其中，信道估计单元，用于通过用户终端发送的探测参考信号进行上行信道估计；资源调度单元，用于为该用户终端分配下次传输所需的物理资源；MCS信息确定单元，根据所述为该用户终端分配下次传输所需的物理资源的上行信道信息估计出对应的CQI，并根据所述CQI确定对应的MCS信息。 
所述MCS信息确定单元可以包括：预编码矩阵确定单元和CQI确定单元。 
预编码矩阵确定单元，用于根据所述为该用户终端分配下次传输所需的物理资源的上行信道信息进行矩阵分解获得预编码矩阵；CQI确定单元，用于根 据该预编码矩阵和上行信道信息，利用指数有效信扰比映射EESM映射计算信干噪比SINR；根据该SINR确定CQI。 
该基站还可以进一步包括：接收检测单元，用于根据用户专用解调参考信号进行信道估计，获得等效的上行信道信息，并利用所述等效的上行信道信息对来自所述用户终端的数据流进行接收检测。 
图3为仿真现有技术的码本形式的SU-MIMO和非码本形式SU-MIMO性能对比示意图。参见图3所示，2x2天线阵TU信道下码本和非码本形式SU-MIMO的性能，包括理想和真实sounding估计两种情况。从图中可以看出，不管是在理想情况下还是真实sounding估计情况下，非码本形式的闭环SU-MIMO都有一定的性能优势。 
本发明具有广泛的适用性，不仅适用于2×2下的SU-MIMO，还可以用于任意天线阵列(比如极化阵)，任何MIMO天线配置下的数据传输，同时也可以包含一种上行波束赋形的形式。 
在本发明实施例中，在具有上下行对称的MIMO***，利用与上行信道信息相似的下行信道信息获得上行预编码矩阵，即：终端侧利用下行信道信息获得上行信道信息，利用该上行信道信息对要发送的上行数据进行预编码后向基站侧发送，以充分利用上信道状态信息得到多天线的空间分集增益，极大的提高***容量。 
并且，由于MCS信息是基站通过sounding参考信号估计得到，因此，可以在整个带宽上对UE进行合理的资源调度，同时为UE选择合适的调制编码方式。 
在本发明实施例中，不需要基站侧向终端侧发送PMI反馈，减少了信令开销，并且，基站侧在接收上行数据时，也不需要知道预编码矩阵即可对接收到的上行数据进行解调检测，因此，检测方便。 
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及 其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种多输入多输出***上行数据传输的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
用户终端侧根据收到的基站侧所确定的调制编码方式MCS信息，对要发送的数据流进行相应的调制编码，并在每个要发送的数据流中分别***用户专用解调参考信号；
进行下行信道估计，根据估计得到的下行信道信息进行特征值分解，得到对应的预编码矩阵，利用上下行对称性，将该预编码矩阵作为上行预编码矩阵；
利用所述上行预编码矩阵对***用户专用解调参考信号的数据流进行预编码后向基站侧发送。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述MCS信息是基站侧通过如下步骤确定：
基站侧通过用户终端发送的探测参考信号进行上行信道估计，为该用户终端分配下次传输所需的物理资源；
基站侧根据所述为该用户终端分配下次传输所需的物理资源的上行信道信息估计出对应的信道质量指示CQI，并根据所述CQI确定对应的MCS信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述多输入多输出***为时分双工TDD***时，所述基站侧根据所述为该用户终端分配下次传输所需的物理资源的上行信道信息估计出对应的CQI，包括：
根据所述为该用户终端分配下次传输所需的物理资源的上行信道信息进行矩阵分解获得预编码矩阵；
根据该预编码矩阵和上行信道信息，利用指数有效信扰比映射EESM映射计算信干噪比SINR；
根据该SINR确定CQI。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述利用所述上行预编码矩阵对***用户专用解调参考信号的数据流进行预编码后向基站侧发送之后，该方法进一步包括：
基站侧根据用户专用解调参考信号进行信道估计，获得等效的上行信道信息；
利用所述等效的上行信道信息对来自所述用户终端的数据流进行接收检测。
5.一种多输入多输出***中的数据传输装置，其特征在于，该装置包括：
调制编码单元，用于根据收到的基站侧所确定的调制编码方式MCS信息，对要发送的数据流进行相应的调制编码；
参考信号***单元，用于在每个要发送的数据流中分别***用户专用解调参考信号；
预编码矩阵获取单元，用于利用基站侧发送的下行参考信号进行下行信道估计，根据估计得到的下行信道信息进行特征值分解，得到对应的预编码矩阵，利用上下行对称性，将该预编码矩阵作为上行预编码矩阵；
预编码单元，用于利用所述上行预编码矩阵对***用户专用解调参考信号的数据流进行预编码；
发射单元，用于将预编码后的数据流向基站发送。
6.一种基站，其特征在于，该基站包括：
信道估计单元，用于通过用户终端发送的探测参考信号进行上行信道估计；
资源调度单元，用于为该用户终端分配下次传输所需的物理资源；
MCS信息确定单元，根据所述为该用户终端分配下次传输所需的物理资源的上行信道信息估计出对应的CQI，并根据所述CQI确定对应的MCS信息。
7.根据权利要求6所述的基站，其特征在于，所述MCS信息确定单元包括：
预编码矩阵确定单元，用于根据所述为该用户终端分配下次传输所需的物理资源的上行信道信息进行矩阵分解获得预编码矩阵；
CQI确定单元，用于根据该预编码矩阵和上行信道信息，利用指数有效信扰比映射EESM映射计算信干噪比SINR；根据该SINR确定CQI。
8.根据权利要求6所述的基站，其特征在于，该基站还可以进一步包括：
接收检测单元，用于根据用户专用解调参考信号进行信道估计，获得等效的上行信道信息，并利用所述等效的上行信道信息对来自所述用户终端的数据流进行接收检测。
9.一种多输入多输出***，其特征在于，该***包括：
基站，用于通过用户终端发送的探测参考信号进行上行信道估计，为该用户终端分配下次传输所需的物理资源；根据所述为该用户终端分配下次传输所需的物理资源的上行信道信息估计出对应的信道质量指示CQI，并根据所述CQI确定对应的MCS信息；
用户终端，用于根据收到的基站侧所确定的调制编码方式MCS信息，对要发送的数据流进行相应的调制编码，并在每个要发送的数据流中分别***用户专用解调参考信号；利用进行下行信道估计得到的下行信道信息进行特征值分解，得到对应的预编码矩阵，利用上下行对称性，将该预编码矩阵作为上行预编码矩阵；利用所述上行预编码矩阵对***用户专用解调参考信号的数据流进行预编码后向基站发送。
10.根据权利要求9所述的***，其特征在于，所述基站，用于根据所述为该用户终端分配下次传输所需的物理资源的上行信道信息进行矩阵分解获得预编码矩阵，根据该预编码矩阵和上行信道信息，利用指数有效信扰比映射EESM映射计算信干噪比SINR，再根据该SINR确定CQI。
11.根据权利要求9所述的***，其特征在于，所述基站，还进一步用于根据用户专用解调参考信号进行信道估计，获得等效的上行信道信息，并利用所述等效的上行信道信息对来自所述用户终端的数据流进行接收检测。
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