CN105049099A - Lte多天线***的多天线自适应调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LTE多天线***的多天线自适应调度方法，接收端向发送端反馈每个信道的信噪比，发送端根据信噪比分别计算三种天线模式下的等效信息质量信息，然后计算得到三种天线模式的信道容量，再计算得到判决系数，如果判断系数大于等于预设阈值，则采用单天线模式；否则进一步判断发送分集模式的信道容量是否大于等于空间复用模式的信道容量，如果是则采用发送分集模式，否则采用空间复用模式。本发明通过信道信噪比来自适应地设置发送端的天线模式，使天线模式能自动适应当前信道环境，进而提高***吞吐率。

Description

LTE多天线***的多天线自适应调度方法

技术领域

本发明属于LTE通信技术领域，更为具体地讲，涉及一种LTE多天线***的多天线自适应调度方法。

背景技术

为了应对宽带接入技术的挑战，同时为了满足新型业务的需求，国际标准化组织3GPP(3rdGenerationPartnershipProject)在2004年底启动了通用移动通信***(UniversalMobileTelecommunicationSystem,UMTS)的长期演进(LongTermEvolution,LTE)项目。该项目的目的就是研发一个高数据率、高信道容量、低延迟和低成本的移动通信***。LTE***采用了以正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiple,OFDM)和多输入多输出(MultipleInputMultipleOutput,MIMO)为核心的技术，同时还配合使用自适应编码调制(AdaptiveModulationandCoding,AMC)技术来进一步提高***的性能。

MIMO技术就是在无线传输的收发两端都采用多根天线，与传统的单天线传输相比，发射端的多根天线与接收端的多根天线之间可以构成多个并行的空间子信道，而这些子信道可以并行独立地传输信息，这样一方面能够极大地提高数据传输速率，从而满足高速率和大容量的要求；另一方面又可以很好地提高***的抗衰落和抗噪声能力。因此，MIMO技术也被认为是未来移动通信和个人通信***实现高速率数据传输，提高传输质量的重要途径。

AMC技术就是根据信道条件的变化，动态地选择适当的调制和编码方式(ModulationandCodingScheme,MCS)。这种技术已经广泛应用于现有的无线通信***中。其基本思想就是在发送端利用接收端反馈回测量到的信道状态信息，通过一定的处理得到调制和编码方式MCS、数据速率以及发送功率等参数，然后通过这些参数来进行数据发送，以便在不同的信道条件下确保***性能达到最优。

自适应调制编码的基本原理就是根据当前信道状态信息CSI，体现为此时传输信道的信干噪比SINR或信噪比SNR，在接收端动态地调节传输信道的编码调制模式，从而使得无线信道资源最大化利用。然而单纯使用自适应调制编码并不能真正使***增益和***性能最大化，而还需要采用多天线调度进行配合。图1是自适应调制编码AMC模型框图。如图1所示，除了采用自适应调制编码外，还可以采用多天线调度，来对发送端的天线模式进行控制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种LTE多天线***的多天线自适应调度方法，使天线模式能自动适应当前信道环境，提高***吞吐率。

为实现上述发明目的，本发明LTE多天线***的多天线自适应调度方法，包括以下步骤：

S1：接收端向发送端反馈每个信道的信噪比其中i表示信道的序号，取值范围为i＝1,2,...,T，T为反馈信道的个数；

S2：接收端根据信噪比分别计算三种天线模式下的等效信息质量信息SINR_SISO、SINR_TD和SINR_SM，其中下标SISO表示单天线模式，下标TD表示发送分集模式，下标SM表示空间复用模式；计算公式分别为：

${\mathrm{SINR}}_{SISO}=\frac{1}{T}\underset{i=1}{\overset{T}{\Σ}}{\mathrm{SINR}}_R^i$

${\mathrm{SINR}}_{TD}=\frac{M}{T}\underset{i=1}{\overset{T}{\Σ}}{\mathrm{SINR}}_R^i$

${\mathrm{SINR}}_{SM}=2^{\frac{1}{T}\underset{i=1}{\overset{T}{\Σ}}{\log }_2{(1+{\mathrm{SINR}}_R^i)}^N}-1$

其中，M表示发射端天线数，N表示接收端天线数；

S3：分别计算三种天线模式的信道容量C_SISO、C_TD和C_SM，计算公式为：

C_SISO＝log₂(1+SINR_SISO)

C_TD＝log₂(1+SINR_TD)

C_SM＝M×log₂(1+SINR_SM)

S4：计算判决系数α，计算公式为：

$\mathrm{\α}=\frac{C_{SISO}}{max(C_{TD},C_{SM})}$

S5：如果α≥α_th，采用单天线模式；如果不是，则进一步判断是否C_TD≥C_SM，如果是，则采用发送分集模式，否则采用空间复用模式。

本发明LTE多天线***的多天线自适应调度方法，接收端向发送端反馈每个信道的信噪比，发送端根据信噪比分别计算三种天线模式下的等效信息质量信息，然后计算得到三种天线模式的信道容量，再计算得到判决系数，如果判断系数大于等于预设阈值，则采用单天线模式；否则进一步判断发送分集模式的信道容量是否大于等于空间复用模式的信道容量，如果是则采用发送分集模式，否则采用空间复用模式。本发明通过信道信噪比来自适应地设置发送端的天线模式，使天线模式能自动适应当前信道环境，进而提高***吞吐率。

附图说明

图1是自适应调制编码AMC模型框图；

图2是本发明LTE多天线***的多天线自适应调度方法的流程图；

图3是不同判决系数门限下的***吞吐量曲线图；

图4是天线数目为2×2时PedB信道在不同天线模式下的吞吐量曲线图；

图5是天线数目为4×4时PedB信道在不同天线模式下的吞吐量曲线图；

图6是天线数目为2×2时VehA信道在不同天线模式下的吞吐量曲线图；

图7是天线数目为4×4时VehA信道在不同天线模式下的吞吐量曲线图；

图8是天线数目为2×2时HI信道在不同天线模式下的吞吐量曲线图；

图9是天线数目为4×4时HI信道在不同天线模式下的吞吐量曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

图2是本发明LTE多天线***的多天线自适应调度方法的流程图。各图2所示，本发明LTE多天线***的多天线自适应调度方法包括以下步骤：

S201：接收端反馈信道信噪比：

接收端向发送端反馈每个信道的信噪比其中i表示信道的序号，取值范围为i＝1,2,...,T，T为反馈信道的个数，即接收端的接收信道个数。

为了便于计算，本实施例中采用理想情况下的信噪比计算公式，即不考虑接收端信道估计误差以及信道时变的影响，计算公式为：

${\mathrm{SINR}}_R^i=\frac{\mathrm{\β}\·P_{SRS}\·\underset{j=1}{\overset{Q}{\Σ}}{p}_c^j}{S_i+N_{0}B}---\left(1\right)$

其中，P_SRS为节点所在小区导频测量信号(SoundReferenceSignal,SRS)的接收功率；为第j个子载波的信道功率谱，Q为传输子载波个数，由***带宽B决定；β为信道衰落系数，不同的信道取值不同；N₀为信道噪声的功率谱密度；S_I表示干扰功率，即相邻小区内所有用户导频信号接收功率之和，表示为其中指第k个相邻小区中的导频功率值，k的取值范围为k＝1,2,…,K，K是指相邻小区中的导频信号数量。当仅考虑一个小区的单个用户时，干扰功率S_I的值可以忽略。

S202：计算等效信道质量信息：

接收端根据信噪比分别计算三种天线模式下的等效信道质量信息SINR_SISO、SINR_TD和SINR_SM，计算公式分别为：

${\mathrm{SINR}}_{SISO}=\frac{1}{T}\underset{i=1}{\overset{T}{\Σ}}{\mathrm{SINR}}_R^i---\left(2\right)$

${\mathrm{SINR}}_{TD}=\frac{M}{T}\underset{i=1}{\overset{T}{\Σ}}{\mathrm{SINR}}_R^i---\left(3\right)$

${\mathrm{SINR}}_{SM}=2^{\frac{1}{T}\underset{i=1}{\overset{T}{\Σ}}{\log }_2{(1+{\mathrm{SINR}}_R^i)}^N}-1---\left(4\right)$

其中，M表示发射端天线数，N表示接收端天线数；下标SISO表示单天线模式，下标TD表示发送分集模式，下标SM表示空间复用模式。

S203：计算信道容量：

根据香农定理，三种天线模式的信道容量C_SISO、C_TD和C_SM分别为：

C_SISO＝log₂(1+SINR_SISO)(5)

C_TD＝log₂(1+SINR_TD)(6)

C_SM＝M×log₂(1+SINR_SM)(7)

S204：计算判决系数α：

从公式(5)、(6)、(7)可以看出，当M＝N＝1，三种天线模式下具有相同的等效信道质量信息和信道容量，则有SINR_SISO＝SINR_TD＝SINR_SM，C_SISO＝C_TD＝C_SM；当M,N＞1，复用模式SM和分集模式TD的等效信道质量信息以及信道容量都要比单天线模式SISO大。基于以上分析，本发明引入了判决系数α，其表达式为：

$\mathrm{\α}=\frac{C_{SISO}}{max(C_{TD},C_{SM})}---\left(8\right)$

显然判决系数α的取值范围为0＜α≤1。判决系数α可用来衡量三种天线模式下信道容量的相对大小。

S205：判断是否α≥α_th，α_th表示预设的判决门限，根据实际情况设置，经过实验统计，α_th一般的取值范围为0.85≤α_th＜1。如果是，进入步骤S206，否则进入步骤S207。

S206：设置天线模式为单天线模式。这是因为当α≥α_th，说明三种天线模式下所能达到的信道容量值非常接近，也就说明采用单天线方式能够获得与多天线方式相似的***性能，但是由于单天线更为简便且易于实现，所以通过性能和复杂度的折中，选择单输入单输出的天线模式传输更为适合。

S207：判断是否C_TD≥C_SM，如果是，说明相较于空间复用模式，采用发射分集模式会获得更好的***性能，所以选择发射分集模式更为合适，进入步骤S208，否则采用空间复用模式会获得更好的***性能，进入步骤S209。

当天线α＜α_th时，说明采用多天线能够获得更好的信道容量，那么就需要进一步从发射分集TD和空间复用SM两种模式中进行选择，本发明直接根据信道容量的大小来进行选择。

S208：设置天线模式为发射分集模式。

S209：设置天线模式为空间复用模式。

在实际应用中，可以将天线模式的调度结果以代码形式表示，方便多天线模块识别，例如设置单输入单输出SISO模式的对应代码为0，发射分集TD模式的对应代码为1，空间复用SM模式的对应代码为2。

为了说明本发明的技术效果，采用一个具体实例对本发明进行仿真验证。本次仿真中所采用的天线模式主要包括单天线SISO模式、发送分集TD模式(2×2，4×4)以及空间复用SM模式(2×2，4×4)。

图3是不同判决系数门限下的***吞吐量曲线图。如图3所示，展示了三种信道：PedB、VehA和HI的吞吐量。可以看出，单、多天线判决门限α_th在不同取值下自适应***的吞吐量有所区别，当α_th的取值介于0.9和0.95时，***所获吞吐量可以达到最大。因此，本实施例中选取判决门限值α_th＝0.9，即当判决系数α≥0.9，选取SISO模式；当α＜0.9，则选取TD或SM模式。下面给出不同天线模式下的***吞吐量的仿真比较图。

图4是天线数目为2×2时PedB信道在不同天线模式下的吞吐量曲线图。图5是天线数目为4×4时PedB信道在不同天线模式下的吞吐量曲线图。如图4和图5所示，在信道条件一般，信噪比比较低时，***在SISO、发送分集TD以及空间复用SM这三种模式下所能达到的吞吐量值很有限，数值也很接近。与之相比，本发明具有明显优势，***在多天线自适应调度模式下能会获得更高的吞吐量。在相同的信道环境下，随着信噪比SNR的增大，各种天线模式下的吞吐量都有所增加，且本发明的多天线自适应调度模式依然具有优势。当信道条件比较好时，不管天线数目为2×2还是4×4，SISO模式和TD模式、SM模式与本发明能够获得的吞吐量值非常接近，而且可以观察到当信噪比SNR达到5dB之后，本发明基本上都选择空间复用SM模式作为多天线发射方式。

图6是天线数目为2×2时VehA信道在不同天线模式下的吞吐量曲线图。图7是天线数目为4×4时VehA信道在不同天线模式下的吞吐量曲线图。图8是天线数目为2×2时HI信道在不同天线模式下的吞吐量曲线图。图9是天线数目为4×4时HI信道在不同天线模式下的吞吐量曲线图。如图6至图9所示，虽然相比于PedB信道，VehA信道和HI信道更为恶劣，而且每种模式下吞吐量值都有所下降，但是就整体而言，与固定的单、多天线模式相比，***在本发明的多天线自适应调度模式下仍然有着更为突出的性能表现。

从以上的仿真验证结果可以看出，不论在哪种仿真环境和哪种信道条件中，相比较于其他三种固定的天线模式，本发明的多天线自适应调度模式都具有不错的吞吐量性能，并且都表现出稳定的性能优势。由此可以证明，本发明提出的多天线自适应调度方法可以显著改善LTE通信***的性能。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (3)

1.一种LTE多天线***的多天线自适应调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：接收端向发送端反馈每个信道的信噪比其中i表示信道的序号，取值范围为i＝1,2,...,T，T为反馈信道的个数；

S2：接收端根据信噪比分别计算三种天线模式下的等效信息质量信息SINR_SISO、SINR_TD和SINR_SM，计算公式分别为：

${\mathrm{SINR}}_{SISO}=\frac{1}{T}\underset{i=1}{\overset{T}{\Σ}}{\mathrm{SINR}}_R^i$

${\mathrm{SINR}}_{TD}=\frac{M}{T}\underset{i=1}{\overset{T}{\Σ}}{\mathrm{SINR}}_R^i$

${\mathrm{SINR}}_{SM}=2^{\frac{1}{T}\underset{i=1}{\overset{T}{\Σ}}{\log }_2{(1+{\mathrm{SINR}}_R^i)}^N}-1$

其中，M表示发射端天线数，N表示接收端天线数；

S3：分别计算三种天线模式的信道容量C_SISO、C_TD和C_SM，计算公式为：

C_SISO＝log₂(1+SINR_SISO)

C_TD＝log₂(1+SINR_TD)

C_SM＝M×log₂(1+SINR_SM)

S4：计算判决系数α，计算公式为：

$\mathrm{\α}=\frac{C_{SISO}}{max(C_{TD},C_{SM})}$

S5：如果α≥α_th，采用单天线模式；如果不是，则进一步判断是否C_TD≥C_SM，如果是，则采用发送分集模式，否则采用空间复用模式。

2.根据权利要求1所述的多天线自适应调度方法，其特征在于，步骤S1中的信噪比的计算公式为：

${\mathrm{SINR}}_R^i=\frac{\mathrm{\β}\·P_{SRS}\·\underset{j=1}{\overset{Q}{\Σ}}{p}_c^j}{S_I+N_{0}B}$

其中，P_SRS为节点所在小区导频测量信号(SoundReferenceSignal,SRS)的接收功率；为第j个子载波的信道功率谱，Q为传输子载波个数，B表示***带宽，β为信道衰落系数，N₀为信道噪声的功率谱密度，S_I表示干扰功率。

3.根据权利要求1所述的多天线自适应调度方法，其特征在于，步骤S5中判决门限α_th的取值范围为0.85≤α_th＜1。