CN107547119B - 一种基于信道间相关性的传输模式自适应方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种基于信道间相关性的传输模式自适应方法及装置，所述方法包括：对接收端的当前帧进行信道估计，得到信道矩阵；对信道矩阵进行奇异值分解，得到对角矩阵，对角矩阵中对角的元素为信道矩阵的奇异值；计算所有奇异值中最大奇异值和最小奇异值的比值，将比值作为当前帧的条件数；判断条件数是否大于预设条件数门限值，得到判断结果，确定与判断结果对应的当前帧的信道类型，并根据信道类型确定当前帧的传输模式，其中，信道类型包括视距LOS信道或非视距NLOS信道。应用本发明实施例，能够提高链路的吞吐性能。

Description

一种基于信道间相关性的传输模式自适应方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种基于信道间相关性的传输模式自适应方法及装置。

背景技术

在室内宽带移动通信***中，基站与移动台之间的通信链路是通过LOS(Line ofSight，视距)和NLOS(Non Line of Sight，非视距)之间的交替完成的，其中，LOS是指在无线通信中，发射和接收天线必须两点能够直视，中间没有遮挡，NLOS是指在无线通信中，需要通信的两点视线受阻，彼此看不到对方。为了满足日益增长的高速率数据传输的需要，可以通过在基站和移动台之间配置多副天线来实现LOS通信链路和NLOS通信链路的数据传输，从而构成了MIMO(Multiple Input Multiple Output，多输入多输出)***，其中，空间分集和空间复用是MIMO***的主要使用技术。

现有的基于信道间相关性的传输模式，对基站和移动台之间同时包括LOS通信链路和NLOS通信链路，都采用空间复用的传输模式。具体的，先在接收端和发射端使用多副天线，这样，多副天线再空间传播过程中可以产生多径分量，然后充分利用空间传播中的多径分量，在同一频带上使用多径分量产生的多个数据通道(MIMO子信道)发射信号，从而使得信道容量随着天线数量的增加而线性增加。这种信道容量的增加不需要占用额外的带宽，也不需要消耗额外的发射功率，因此是提高信道和***容量一种非常有效的手段。

但是，对于室内场景尤其是在小基站稀疏分布的情况下，基站与移动台之间的通信链路将面临更加频繁的LOS和NLOS之间的交替，对于链路NLOS来说，采用空间复用的可以带来更高的吞吐性能，但对于链路质量优于NLOS的LOS来说，采用空间复用的传输模式，会导致链路的吞吐性能下降。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种基于信道间相关性的传输模式自适应方法及装置，以提高链路的吞吐性能。具体技术方案如下：

本发明实施例公开了一种基于信道间相关性的传输模式自适应方法，所述方法包括：

对接收端的当前帧进行信道估计，得到信道矩阵；

对所述信道矩阵进行奇异值分解，得到对角矩阵，所述对角矩阵中对角的元素为所述信道矩阵的奇异值；

计算所有奇异值中最大奇异值和最小奇异值的比值，将所述比值作为所述当前帧的条件数，所述条件数表征信道间的相关性的大小；

判断所述条件数是否大于预设条件数门限值，得到判断结果，确定与所述判断结果对应的所述当前帧的信道类型，并根据所述信道类型确定所述当前帧的传输模式，其中，所述信道类型包括视距LOS信道或非视距NLOS信道。

可选的，所述对所述信道矩阵进行奇异值分解，得到对角矩阵，所述对角矩阵中对角的元素表示所述信道矩阵的奇异值，包括：

根据公式

对所述信道矩阵进行奇异值分解，得到对角矩阵，其中，m×m、m×n、n×n分别表示矩阵的秩，m表示发射端天线数，n表示接收端天线数，H表示所述信道矩阵，U表示左酉阵，U1，…，Um，…，U_m(m-1)+1，…，U_m×m分别为所述左酉阵的元素，S表示对角矩阵，S1，…，Sm×n分别为所述对角矩阵的元素，表示所述信道矩阵的奇异值，H表示右酉阵，V1，…，Vn，…，V_n(n-1)+1，…，V_n×n分别为所述左酉阵的元素。

可选的，所述判断所述条件数是否大于预设条件数门限值，得到判断结果，确定与所述判断结果对应的所述当前帧的信道类型，并根据所述信道类型确定所述当前帧的传输模式，包括：

判断所述条件数是否大于预设条件数门限值，得到判断结果；

如果所述判断结果为所述条件数大于所述预设条件数门限值，则确定与所述判断结果对应的所述当前帧的信道类型为所述LOS信道，并对所述LOS信道采用空间分集的传输模式；

如果所述判断结果为所述条件数小于或者等于所述预设条件数门限值，则确定与所述判断结果对应的所述当前帧的信道类型为所述NLOS信道，并对所述NLOS信道采用空间复用的传输模式。

可选的，所述确定与所述判断结果对应的所述当前帧的信道类型，并根据所述信道类型确定所述当前帧的传输模式之后，所述方法还包括：

将所述当前帧的传输模式作为与所述当前帧之后相邻的预设周期内的帧所对应的传输模式。

本发明实施例公开了一种基于信道间相关性的传输模式自适应装置，所述装置包括：

估计模块，用于对接收端的当前帧进行信道估计，得到信道矩阵；

分解模块，用于对所述信道矩阵进行奇异值分解，得到对角矩阵，所述对角矩阵中对角的元素为所述信道矩阵的奇异值；

计算模块，用于计算所有奇异值中最大奇异值和最小奇异值的比值，将所述比值作为所述当前帧的条件数，所述条件数表征信道间的相关性的大小；

判断模块，用于判断所述条件数是否大于预设条件数门限值，得到判断结果，确定与所述判断结果对应的所述当前帧的信道类型，并根据所述信道类型确定所述当前帧的传输模式，其中，所述信道类型包括视距LOS信道或非视距NLOS信道。

可选的，所述分解模块，具体用于：

根据公式

对所述信道矩阵进行奇异值分解，得到对角矩阵，其中，m×m、m×n、n×n分别表示矩阵的秩，m表示发射端天线数，n表示接收端天线数，H表示所述信道矩阵，U表示左酉阵，U1，…，Um，…，U_m(m-1)+1，…，U_m×m分别为所述左酉阵的元素，S表示对角矩阵，S1，…，Sm×n分别为所述对角矩阵的元素，表示所述信道矩阵的奇异值，H表示右酉阵，V1，…，Vn，…，V_n(n-1)+1，…，V_n×n分别为所述左酉阵的元素。

所述判断模块，包括：

判断子模块，用于判断所述条件数是否大于预设条件数门限值，得到判断结果；

第一确定子模块，用于如果所述判断结果为所述条件数大于所述预设条件数门限值，则确定与所述判断结果对应的所述当前帧的信道类型为所述LOS信道，并对所述LOS信道采用空间分集的传输模式；

第二确定子模块，用于如果所述判断结果为所述条件数小于或者等于所述预设条件数门限值，则确定与所述判断结果对应的所述当前帧的信道类型为所述NLOS信道，并对所述NLOS信道采用空间复用的传输模式。

所述装置还包括：

确定模块，用于将所述当前帧的传输模式作为与所述当前帧之后相邻的预设周期内的帧所对应的传输模式。

本发明实施例还公开了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，所述处理器、所述通信接口、所述存储器通过通信总线完成相互间的通信；

所述存储器，用于存放计算机程序；

所述处理器，用于执行所述存储器上所存放的程序时，实现上述一种基于信道间相关性的传输模式自适应方法步骤。

在本发明实施的又一方面，还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述任一所述的一种基于信道间相关性的传输模式自适应方法。

本发明实施例提供的一种基于信道间相关性的传输模式自适应方法及装置，先对接收端的当前帧进行信道估计，得到信道矩阵；然后对信道矩阵进行奇异值分解，得到对角矩阵；再计算所有奇异值中最大奇异值和最小奇异值的比值，将比值作为当前帧的条件数；最后判断条件数是否大于预设条件数门限值，得到判断结果，确定与判断结果对应的当前帧的信道类型，并根据信道类型确定当前帧的传输模式。这种将条件数作为信道间的相关性指标，通过判断当前帧的条件数与预设条件数门限值的大小，并根据判断结果确定与当前帧是LOS信道类型还是NLOS信道类型，最终根据信道类型确定当前帧的传输模式。这样，对不同的信道类型采用不同的传输模式，使得LOS信道类型和NLOS信道类型都能采用提高链路的吞吐性能的传输模式，从而极大的提高了链路的吞吐性能。当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于信道间相关性的传输模式自适应方法的一种流程示意图；

图2为本发明实施例提供的信道间静态场景的拓扑图；

图3为本发明实施例提供的信道间动态场景的拓扑图；

图4为本发明实施例提供的视距和非视距的信道条件数累积分布图；

图5为本发明实施例提供的一种基于信道间相关性的传输模式自适应方法的另一种流程示意图；

图6为本发明实施例提供的一种基于信道间相关性的传输模式的仿真结果图；

图7为本发明实施例提供的一种基于信道间相关性的传输模式自适应装置的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

近年来，室内宽带移动通信***重点在于提高热点和室内覆盖场景下传输速率和容量，室内场景与其它场景相比，拥有较大的带宽和较低的移动台移动速度，所以使得室内宽带移动通信具有较好的室内信道环境和较高的峰值吞吐量，从而大大的提高了它的传输速率。但是，对于室内场景尤其是在小基站稀疏分布的情况下，基站与移动台间的通信链路将面临更加频繁的LOS和NLOS之间的交替，这是室内场景相比于室外宏基站场景需要考虑的新课题。基于此，本发明提供了一种基于信道间相关性的传输模式自适应方法，具体过程如下：

参见图1，图1为本发明实施例提供的一种基于信道间相关性的传输模式自适应方法的一种流程示意图，包括如下步骤：

S101，对接收端的当前帧进行信道估计，得到信道矩阵。

具体的，由于无线信道有着很大的随机性，导致接收信号的幅度、相位、频率产生失真，从而给接收机的设计带来了很大的挑战。同时，在无线通信***中，分集、信道均衡、最佳匹配接收机设计、最大似然检测、相干解调及自适应链路技术等均需要良好的信道估计的支持。因此，信道估计器是接收机中一个很重要的组成部分，信道估计也成为无线通信领域中一个非常重要的课题。

对于链路中的每一帧，接收端通过信道估计可以得到信道矩阵。信道估计，就是从接收数据中将假定的某个信道模型的模型参数估计出来的过程。如果信道是线性的话，那么信道估计就是对***冲激响应进行估计。需强调的是信道估计是信道对输入信号影响的一种数学表示，而“好”的信道估计则是使得某种估计误差最小化的估计算法。无线通信中常用的信道估计准则有最小均方误差准则(MMSE)和最大似然准则(ML)。

S102，对所述信道矩阵进行奇异值分解，得到对角矩阵，所述对角矩阵中对角的元素为所述信道矩阵的奇异值。

具体的，由于条件数的概念来源于对信道的奇异值(SDV)分解，所以当以条件数作为信道状态信息的指标时，需要先对信道矩阵进行奇异值分解。通过，对信道矩阵进行奇异值分解，得到左酉阵、对角矩阵和右酉阵，其中对角矩阵中对角上的元素就是信道矩阵的奇异值。

S103，计算所有奇异值中最大奇异值和最小奇异值的比值，将所述比值作为所述当前帧的条件数，所述条件数表征信道间的相关性的大小。

具体的，根据公式

计算所有奇异值中最大奇异值和最小奇异值的比值，将比值作为当前帧的条件数(CN，ConditionNumber)。由于在对角阵中，奇异值的大小衡量的是信道所支持的“自由度”的“健康状况”，数值越趋近0，说明该自由度越接近“退化”的边缘。例如，在“最优信道”中有两个奇异值的情况下，两个奇异值大小相同，意味着信道对两个自由度的支持都很好，没有任何差别，这是理想的情况；而在“随机信道”中有两个奇异值的情况下就不同了，一个数值比较大，一个比较小。换句话说，这个信道支持1个自由度绰绰有余，想支持2个，效果就没有那么好。所以条件数便是很有价值的一个参数，条件数定义为“对角阵S”中最大奇异值比上最小奇异值的结果，这个比值(条件数)越接近1，说明信道中各个平行子信道(自由度)的传输条件都很很平均；比值越大，说明各个子信道的传输条件差别大、不均衡。这里，条件数表征信道间的相关性的大小，即信道间各个平行子信道的自由度的大小。

S104，判断所述条件数是否大于预设条件数门限值，得到判断结果，确定与所述判断结果对应的所述当前帧的信道类型，并根据所述信道类型确定所述当前帧的传输模式，其中，所述信道类型包括视距LOS信道或非视距NLOS信道。

确定信道相关性强和弱的判定门限T，使用该门限决定当前链路最佳的传输模式。具体操作时应该对实际应用的室内***中对LOS和NLOS的信道矩阵进行奇异值分解，计算条件数，并通过接收信号在室内场景的分布情况选择所有接收信号中靠近中间的接收信号到基站的距离作为判定值。这里，预设条件数门限值可以根据实际情况来设定，例如对于图2的信道间静态场景的拓扑图，可以选择T＝15作为判定门限。当条件数门限值(记为CNT)确定后，比较当前帧的条件数(记为CN)和CNT，当CN大于CNT时，说明信道的相关性强，可以判决为LOS信道环境，即当前帧应该采用空间分集的传输方式，反之，说明信道的相关性弱，可以判决为NLOS信道环境，即当前帧应该采用空间复用的传输方式。如此自适应的结果可以应对移动场景中LOS和NLOS环境间切换时导致的吞吐性能变差的问题。

由此可见，本发明实施例提供的一种基于信道间相关性的传输模式自适应方法，先对接收端的当前帧进行信道估计，得到信道矩阵；然后对信道矩阵进行奇异值分解，得到对角矩阵；再计算所有奇异值中最大奇异值和最小奇异值的比值，将比值作为当前帧的条件数；最后判断条件数是否大于预设条件数门限值，得到判断结果，确定与判断结果对应的当前帧的信道类型，并根据信道类型确定当前帧的传输模式。这种将条件数作为信道间的相关性指标，通过判断当前帧的条件数与预设条件数门限值的大小，并根据判断结果确定与当前帧是LOS信道类型还是NLOS信道类型，最终根据信道类型确定当前帧的传输模式。这样，对不同的信道类型采用不同的传输模式，使得LOS信道类型和NLOS信道类型都能采用提高链路的吞吐性能的传输模式，从而极大的提高了链路的吞吐性能。

由于在以往对传输模式自适应的研究中，一种常见的传输模式自适应的方法是基于信道质量进行的，但对于链路质量优于NLOS的LOS来说，由于天线间的相关性强，并不适合于采用TM3空间复用的传输模式。因此，对于LOS和NLOS频繁交替的室内场景下，应该结合具体的信道特性对传输模式自适应过程进行设计。关于本发明提供的基于的室内场景通过图2和图3进行介绍。

图2为本发明实施例提供的信道间静态场景的拓扑图。在图2中所示的静态场景的拓扑图是围绕大厅两侧各有6个独立房间，每个房间的面积是6m×6m。在大厅的中央有两个大房间，所占比例为8m×8m。图中线的粗细程度表征了墙体的厚度情况，粗线代表较厚的墙体，细线代表较薄的墙体。基站被部署在大厅的中心处，用于信号的发射(Tx)，而三个位于图中测试点·表示静态检测点UE，UE为接收机(Rx)，与Tx的直线距离分别为3m，15m，24m。显然，距离为3m的Tx与Rx之间信号的传播方式为LOS，称Rx处的测试点为“好点”，15m和24m的传播方式为NLOS，且所穿透的墙体厚度不同，分别称Rx处的测试点为“中间点”和“差点”。

图3为本发明实施例提供的信道间动态场景的拓扑图，在图3中所示的动态场景的拓扑图中，也是围绕大厅两侧各有6个独立房间，每个房间的面积是6m×6m。在大厅的中央有两个大房间，所占比例为8m×8m。图中线的粗细程度表征了墙体的厚度情况，粗线代表较厚的墙体，细线代表较薄的墙体。在图2中，A、B、C、D、E、F、G、H、I处的·表示路径中检测点，A、B、C、D、E、F、G、H、I之间的直线表述移动路径，用户移动的路线为X->A->B->C->D->E->D->C->B->F->G->H->I。从X到A的移动路径用于完成信道环境的初始化及测试工作，将不包含在性能仿真中。图中可以观察到，A->B->C和C->B->F为LOS传输，D->E->D和G->H->I是NLOS传输(分别穿透了一堵薄墙体和两堵薄墙体)。C->D，D->C和F->G是LOS到NLOS的转换状态。另外需要说明，UE(静态检测点)的速度为3km/h，路线的总长为32m的，因此路径的总持续时间为38.4s。

通过图2和图3提供的信道间静态场景及动态场景的拓扑图，可以看出在室内场景中LOS和NLOS是频繁交替，因此，结合具体的信道特性对传输模式自适应是非常必要的。

在本发明实施例中，采用信道奇异值来描述信道相关特性是基于MIMO信道容量与信道奇异值的关系。这里，信道容量与信道奇异值的关系可以通过公式：

来表示，其中，H表示信道矩阵，C表示信道容量，B表示信道带宽，N表示信道的总数目，ρ表示信号的平均功率，

表示信道矩阵的奇异值，i表示第i个信道，i为大于零的自然数。这里，公式中的信道估计就是从接收数据中将假定的某个信道模型的模型参数估计出来的过程。在本发明中，先通过对接收端的当前帧进行信道估计，可以确定信道矩阵；然后通过信道矩阵进行奇异值分解，从而得到信道奇异值；最后，通过信道奇异值来描述信道相关特性，根据信道的相关特性，为信道选择相适应的传输模式，使得信道间传输模式自适应，从而也提高了链路的吞吐性能。

在本发明实施例中，对信道矩阵进行奇异值分解，得到对角矩阵，具体可以为：

根据公式

对所述信道矩阵进行奇异值分解，得到对角矩阵，其中，m×m、m×n、n×n分别表示矩阵的秩，m表示发射端天线数，n表示接收端天线数，H表示所述信道矩阵，U表示左酉阵，U1，…，Um，…，U_m(m-1)+1，…，U_m×m分别为所述左酉阵的元素，S表示对角矩阵，S1，…，Sm×n分别为所述对角矩阵的元素，表示所述信道矩阵的奇异值，H表示右酉阵，V1，…，Vn，…，V_n(n-1)+1，…，V_n×n分别为所述左酉阵的元素。

这里，酉阵可以通过与自己的共轭转置相乘，就可以把自己化简掉，其中使用右酉阵，可以对发送信号进行预处理，将传输过程转化成具有平行子信道的对角阵形式。这里，通过对信道矩阵进行奇异值分解，从而根据奇异值的比值计算条件数，使得更能准确的判断信道中各个平行子信道的传输条件。

这里，奇异值的个数就是该信道矩阵的秩，奇异值的个数，直接反应了信道所支持的自由度的数目，例如，当信道矩阵的秩为2时，通过公式：

对信道矩阵进行奇异值分解，得到对角矩阵，其中，H表示信道矩阵，U表示左酉阵，U1、U2、U3、U4分别为左酉阵的元素，S表示对角矩阵，S1、S2分别为对角矩阵的元素，表示信道矩阵的奇异值，V表示右酉阵，V1、V2、V3、V4分别为左酉阵的元素。这里，当信道矩阵的秩为2时，通过对信道矩阵进行奇异值分解，从而根据奇异值的比值计算条件数，使得更能准确的判断信道中各个平行子信道的传输条件。

又例如，当信道矩阵的秩为3时，通过公式：

对信道矩阵进行奇异值分解，得到对角矩阵，其中，H表示信道矩阵，U表示左酉阵，U1、U2、U3、U4、U5、U6、U7、U8、U9分别为左酉阵的元素，S表示对角矩阵，S1、S2、S3分别为对角矩阵的元素，表示信道矩阵的奇异值，V表示右酉阵，V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8、V9分别为左酉阵的元素。这里，当信道矩阵的秩为3时，通过对信道矩阵进行奇异值分解，从而根据奇异值的比值计算条件数CN，使得更能准确的判断信道中各个平行子信道的传输条件。

另外，需要说明的是，当信道矩阵的秩为n时，都可以通过上述对信道矩阵进行奇异值分解的公式，对信道矩阵进行奇异值分解。

在本发明实施例中，判断条件数是否大于预设条件数门限值，得到判断结果，确定与判断结果对应的当前帧的信道类型，并根据信道类型确定当前帧的传输模式，具体可以为：

第一步，判断条件数是否大于预设条件数门限值，得到判断结果。

具体的，先确定信道相关性强和弱的判定门限值T，即预设条件数门限值，然后使用该门限值决定当前链路最佳的传输模式。具体操作时应该对实际应用的室内***中对LOS和NLOS的信道矩阵进行奇异值分解，根据分解后的奇异值中最大奇异值与最小奇异值计算条件数，并通过分布情况选择预设条件数门限值。例如，对于图2的分布图，可以选择T＝15作为判决门限。

第二步，如果判断结果为条件数大于预设条件数门限值，则确定与判断结果对应的当前帧的信道类型为LOS信道，并对LOS信道采用空间分集的传输模式。

当条件数门限值(CNT)确定后，比较当前帧的条件数(记为CN)和CNT，当CN大于CNT时，说明信道的相关性强，可以判决为LOS信道环境，则当前帧应该采用空间分集的传输方式。其中，空间分集是利用多副接收天线来实现的。在发端采用一副天线发射，而在接收端采用多副天线接收。接收端天线之间的距离dλ/2(λ为工作波长)，以保证接收天线输出信号的衰落特性是相互独立的，也就是说，当某一副接收天线的输出信号很低时，其他接收天线的输出则不一定在这同一时刻也出现幅度低的现象，经相应的合并电路从中选出信号幅度较大、信噪比最佳的一路，得到一个总的接收天线输出信号。这样就降低了信道衰落的影响，改善了传输的可靠性。该技术在模拟频分移动通信***(FDMA)、数字时分***(TDMA)及码分***(CDMA)中都有应用。这里，对LOS信道环境采用空间分集，提高了传输信号质量。

第三步，如果判断结果为条件数小于或者等于预设条件数门限值，则确定与判断结果对应的当前帧的信道类型为NLOS信道，并对NLOS信道采用空间复用的传输模式。

具体的，当CN小于等于CNT时，说明信道的相关性弱，可以判决为NLOS信道环境，则当前帧应该采用空间复用的传输方式。如此自适应的结果可以应对移动场景中LOS和NLOS环境间切换时导致的吞吐性能变差的问题。其中，空间复用是在发射端、接收端同时使用多根天线，可以成倍的提高***传输的速率。

总的来说，空间分集(TM2)和空间复用(TM3)技术是室内场景的微蜂窝的主要使用技术。对于室内宽带移动通信***，实验表明在LOS下采用TM3会导致链路吞吐性能低下，而在NLOS下采用TM3会比采用TM2带来更高的吞吐性能增益。结合不同传输模式预编码矩阵的特点，在LOS下采用空间复用效果不良是由于LOS信道的强相关性引起的，当选择信道间的相关性指标作为判决LOS和NLOS下采用何种传输模式的判定因子时，可以得到链路的最佳的吞吐性能。

为了验证选择条件数作为LOS和NLOS信道间相关性表征指标的合理性并拟定相关性强弱的判定门限值，在1000帧的信道仿真下统计了LOS和NLOS的CDF(条件数的累积分布函数)分布情况，如图4所示。

在图4中，横坐标表示条件数，纵坐标表示条件数的累积分布函数CDF，在图4中显示了三条信道，分别是非视距信道(LET-Hi NLOS)、视距信道(LET-Hi LOS)、理想双天线收发传输模式(Ideal 2×2MIMN channel)，其中，LET-Hi是采用线性能量传递小基站满足热点及室内覆盖需求的技术。由图4可见，在理想情况下，条件数的累积分布函数分布很稳定，而实际情况中，条件数越大，越适合信道类型为LOS的信道，条件数越小，越适合信道类型为NLOS的信道。由于TM3是利用天线间的不相关性来得到增益，因此并不适合LOS的信道环境，尤其是动态信道条件下，LOS和NLOS处在不断的切换中，所以进行传输模式自适应是必要的。

在本发明一个可选的实施例中，确定与判断结果对应的当前帧的信道类型，并根据信道类型确定当前帧的传输模式之后，还可以将当前帧的传输模式作为与当前帧之后相邻的预设周期内的帧所对应的传输模式。

具体的，如果对每一帧都来确定所对应的传输模式，然后分别对每一帧对应的信道环境采用对应的传输模式，可以极大的提高了链路的吞吐性能。但在实际中，如果有很多相邻帧的传输模式都不同，就需要不断地进行传输模式的调整，这样，会对***带来的额外带宽损耗。为了减少不断调整对***带来的额外带宽损耗，往往选择一个合适的调整周期来进行自适应的调整，对于本发明中所描述的自适应方法，可以采取和CQI(ChannelQuality Indicator，信道质量指示)上报一样的周期，也可以通过试验确定更符合实际需求的周期值，例如可以是二十帧为一个周期，当确定当前帧的传输模式为空间复用后，与当前帧之后相邻的十九帧的传输模式也都为空间复用。这里，将当前帧的传输模式作为与当前帧之后相邻的预设周期内的帧所对应的传输模式，可以减少***带来的额外带宽损耗，其中，预设周期根据实际需求来设定。

本发明实施例还提供的一种基于信道间相关性的传输模式自适应方法的另一种流程示意图，如图5所示，具体过程如下：

步骤501，第N帧接收端接收流程。

这里，由于需要对第N帧确定相应的传输模式，则需要在接收端接收第N帧的信号，第N帧可以是整个信道中任何一帧。

步骤502，信道估计得到矩阵H，对矩阵H进行SVD分解。

这里，由于本发明是通过条件数判断第N帧的信道类型，而条件数是通过奇异值分解得到的。因此需要先对第N帧进行信道估计得到矩阵H，该矩阵为信道矩阵，对信道矩阵进行奇异值(SDV)分解，得到对角矩阵，该对角矩阵中的元素即为信道矩阵的奇异值。

步骤503，根据奇异值计算当前条件数(CN)。

通过对信道矩阵进行奇异值(SDV)分解，得到的对角矩阵中包括多个奇异值，将这些奇异值中最大奇异值和最小奇异值的比值，作为当前帧的条件数(CN)。

步骤504，判断CN>CNT。

这里，CNT为预设条件数门限值，通过判断当前帧的条件数CN是否大于预设条件数门限值CNT，得到判断结果。

步骤505，选择空间分集传输模式。

具体的，当条件数大于预设条件数门限值时，确定与判断结果对应的当前帧的信道类型为LOS信道，并对LOS信道采用空间分集传输模式。

步骤506，选择空间复用传输模式。

具体的，当条件数小于或等于预设条件数门限值时，确定与判断结果对应的当前帧的信道类型为NLOS信道，并对NLOS信道采用空间复用传输模式。

步骤507，确定下一帧的传输模式。

当第N帧的传输模式确定后，对第N帧采用该传输模式，并继续确定第N+1帧的传输模式，其确定方式与上述确定第N帧的步骤相同。

可见，本发明实施例提供的一种基于信道间相关性的传输模式自适应方法，先对接收端的第N帧进行信道估计，得到信道矩阵；通过对信道矩阵进行奇异值分解，得到对角矩阵；再计算所有奇异值中最大奇异值和最小奇异值的比值，将比值作为第N帧的条件数；判断条件数是否大于预设条件数门限值，得到判断结果，确定与判断结果对应的第N帧的信道类型，并根据信道类型确定当前帧的传输模式，从而极大的提高了链路的吞吐性能。

采用本发明实施例提供的一种基于信道间相关性的传输模式自适应方法，进行了仿真，资源大小为2PRBs，采用了高阶256QAM。相关参数如表1所示。

表1

其中，RB表示天线承载，HARQ表示混合自动重传请求，QPSK表示四相相移键控信号，AMC表示自适应调制和编码，MMSE表示并行最小均方误差算法。

仿真结果如图6所示，图6中给出的仿真结果显示，横坐标表示信噪比(SNR)，单位是分贝(dB)，纵坐标表示链路的吞吐量(Throughput)，单位是兆比特位每秒(Mbps)。图中显示了视距下空间分集的仿真结果、视距下空间复用的仿真结果、非视距下空间分集的仿真结果、非视距下空间复用的仿真结果、视距的传输模式自适应的仿真结果及非视距的传输模式自适应的仿真结果。由图6可以看出，当进行传输模式自适应之后，相比于不进行自适应，视距和非视距下在TM2(空间分集)和TM3(空间复用)中选用了最合适的传输模式，从而最大化链路的吞吐性能。

参见图7，图7为本发明实施例提供的一种基于信道间相关性的传输模式自适应装置的结构示意图，包括如下模块：

估计模块701，用于对接收端的当前帧进行信道估计，得到信道矩阵；

分解模块702，用于对信道矩阵进行奇异值分解，得到对角矩阵，对角矩阵中对角的元素为信道矩阵的奇异值；

计算模块703，用于计算所有奇异值中最大奇异值和最小奇异值的比值，将比值作为当前帧的条件数，条件数表征信道间的相关性的大小；

判断模块704，用于判断条件数是否大于预设条件数门限值，得到判断结果，确定与判断结果对应的当前帧的信道类型，并根据信道类型确定当前帧的传输模式，其中，信道类型包括视距LOS信道或非视距NLOS信道。

由此可见，本发明实施例提供的一种基于信道间相关性的传输模式自适应装置，先通过估计模块对接收端的当前帧进行信道估计，得到信道矩阵；然后通过分解模块对信道矩阵进行奇异值分解，得到对角矩阵；再通过计算模块计算所有奇异值中最大奇异值和最小奇异值的比值，将比值作为当前帧的条件数；最后通过判断模块判断条件数是否大于预设条件数门限值，得到判断结果，确定与判断结果对应的当前帧的信道类型，并根据信道类型确定当前帧的传输模式。这种将条件数作为信道间的相关性指标，通过判断当前帧的条件数与预设条件数门限值的大小，并根据判断结果确定与当前帧是LOS信道类型还是NLOS信道类型，最终根据信道类型确定当前帧的传输模式，从而极大的提高了链路的吞吐性能。

进一步的，分解模块702，具体用于：

根据公式

对所述信道矩阵进行奇异值分解，得到对角矩阵，其中，m×m、m×n、n×n分别表示矩阵的秩，m表示发射端天线数，n表示接收端天线数，H表示所述信道矩阵，U表示左酉阵，U1，…，Um，…，U_m(m-1)+1，…，U_m×m分别为所述左酉阵的元素，S表示对角矩阵，S1，…，Sm×n分别为所述对角矩阵的元素，表示所述信道矩阵的奇异值，H表示右酉阵，V1，…，Vn，…，V_n(n-1)+1，…，V_n×n分别为所述左酉阵的元素。

进一步的，判断模块704，包括：

判断子模块，用于判断条件数是否大于预设条件数门限值，得到判断结果；

第一确定子模块，用于如果判断结果为条件数大于预设条件数门限值，则确定与判断结果对应的当前帧的信道类型为LOS信道，并对LOS信道采用空间分集的传输模式；

第二确定子模块，用于如果判断结果为条件数小于或者等于预设条件数门限值，则确定与判断结果对应的当前帧的信道类型为NLOS信道，并对NLOS信道采用空间复用的传输模式。

进一步的，所述装置还包括：

确定模块，用于将当前帧的传输模式作为与当前帧之后相邻的预设周期内的帧所对应的传输模式。

本发明实施例还提供了一种电子设备，如图8所示，包括处理器801、通信接口802、存储器803和通信总线804，其中，处理器801，通信接口802，存储器803通过通信总线804完成相互间的通信，

存储器803，用于存放计算机程序；

处理器801，用于执行存储器803上所存放的程序时，实现如下步骤：

对接收端的当前帧进行信道估计，得到信道矩阵；

对信道矩阵进行奇异值分解，得到对角矩阵，对角矩阵中对角的元素为信道矩阵的奇异值；

计算所有奇异值中最大奇异值和最小奇异值的比值，将比值作为当前帧的条件数，条件数表征信道间的相关性的大小；

判断条件数是否大于预设条件数门限值，得到判断结果，确定与判断结果对应的当前帧的信道类型，并根据信道类型确定当前帧的传输模式，其中，信道类型包括视距LOS信道或非视距NLOS信道。

上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。

存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。

上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

由此可见，通过本发明实施例提供的一种电子设备，先对接收端的当前帧进行信道估计，得到信道矩阵；然后对信道矩阵进行奇异值分解，得到对角矩阵；再计算所有奇异值中最大奇异值和最小奇异值的比值，将比值作为当前帧的条件数；最后判断条件数是否大于预设条件数门限值，得到判断结果，确定与判断结果对应的当前帧的信道类型，并根据信道类型确定当前帧的传输模式。这种将条件数作为信道间的相关性指标，通过判断当前帧的条件数与预设条件数门限值的大小，并根据判断结果确定与当前帧是LOS信道类型还是NLOS信道类型，最终根据信道类型确定当前帧的传输模式，从而极大的提高了链路的吞吐性能。

在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一所述的一种基于信道间相关性的传输模式自适应方法。其中，所述的一种基于信道间相关性的传输模式自适应方法包括：

对接收端的当前帧进行信道估计，得到信道矩阵；

对信道矩阵进行奇异值分解，得到对角矩阵，对角矩阵中对角的元素为信道矩阵的奇异值；

计算所有奇异值中最大奇异值和最小奇异值的比值，将比值作为当前帧的条件数，条件数表征信道间的相关性的大小；

判断条件数是否大于预设条件数门限值，得到判断结果，确定与判断结果对应的当前帧的信道类型，并根据信道类型确定当前帧的传输模式，其中，信道类型包括视距LOS信道或非视距NLOS信道。

由此可见，通过本发明实施例提供的一种计算机可读存储介质，先对接收端的当前帧进行信道估计，得到信道矩阵；然后对信道矩阵进行奇异值分解，得到对角矩阵；再计算所有奇异值中最大奇异值和最小奇异值的比值，将比值作为当前帧的条件数；最后判断条件数是否大于预设条件数门限值，得到判断结果，确定与判断结果对应的当前帧的信道类型，并根据信道类型确定当前帧的传输模式。这种将条件数作为信道间的相关性指标，通过判断当前帧的条件数与预设条件数门限值的大小，并根据判断结果确定与当前帧是LOS信道类型还是NLOS信道类型，最终根据信道类型确定当前帧的传输模式，从而极大的提高了链路的吞吐性能。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、电子设备、计算机可读存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于信道间相关性的传输模式自适应方法，其特征在于，所述方法包括：

对接收端的当前帧进行信道估计，得到信道矩阵；

对所述信道矩阵进行奇异值分解，得到对角矩阵，所述对角矩阵中对角的元素为所述信道矩阵的奇异值；

计算所有奇异值中最大奇异值和最小奇异值的比值，将所述比值作为所述当前帧的条件数，所述条件数表征信道间的相关性的大小；

判断所述条件数是否大于预设条件数门限值，得到判断结果，确定与所述判断结果对应的所述当前帧的信道类型，并根据所述信道类型确定所述当前帧的传输模式，其中，所述信道类型包括视距LOS信道或非视距NLOS信道；

所述判断所述条件数是否大于预设条件数门限值，得到判断结果，确定与所述判断结果对应的所述当前帧的信道类型，并根据所述信道类型确定所述当前帧的传输模式，包括：

判断所述条件数是否大于预设条件数门限值，得到判断结果；

如果所述判断结果为所述条件数大于所述预设条件数门限值，则确定与所述判断结果对应的所述当前帧的信道类型为所述LOS信道，并对所述LOS信道采用空间分集的传输模式；

如果所述判断结果为所述条件数小于或者等于所述预设条件数门限值，则确定与所述判断结果对应的所述当前帧的信道类型为所述NLOS信道，并对所述NLOS信道采用空间复用的传输模式。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述信道矩阵进行奇异值分解，得到对角矩阵，所述对角矩阵中对角的元素表示所述信道矩阵的奇异值，包括：

根据公式

对所述信道矩阵进行奇异值分解，得到对角矩阵，其中，m×m、m×n、n×n分别表示矩阵的秩，m表示发射端天线数，n表示接收端天线数，H表示所述信道矩阵，U表示左酉阵，U1，…，Um，…，U_m(m-1)+1，…，U_m×m分别为所述左酉阵的元素，S表示对角矩阵，S1，…，Sm×n分别为所述对角矩阵的元素，表示所述信道矩阵的奇异值，H表示右酉阵，V1，…，Vn，…，V_n(n-1)+1，…，V_n×n分别为所述左酉阵的元素。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定与所述判断结果对应的所述当前帧的信道类型，并根据所述信道类型确定所述当前帧的传输模式之后，所述方法还包括：

将所述当前帧的传输模式作为与所述当前帧之后相邻的预设周期内的帧所对应的传输模式。

4.一种基于信道间相关性的传输模式自适应装置，其特征在于，所述装置包括：

估计模块，用于对接收端的当前帧进行信道估计，得到信道矩阵；

分解模块，用于对所述信道矩阵进行奇异值分解，得到对角矩阵，所述对角矩阵中对角的元素为所述信道矩阵的奇异值；

计算模块，用于计算所有奇异值中最大奇异值和最小奇异值的比值，将所述比值作为所述当前帧的条件数，所述条件数表征信道间的相关性的大小；

判断模块，用于判断所述条件数是否大于预设条件数门限值，得到判断结果，确定与所述判断结果对应的所述当前帧的信道类型，并根据所述信道类型确定所述当前帧的传输模式，其中，所述信道类型包括视距LOS信道或非视距NLOS信道；

所述判断模块，包括：

判断子模块，用于判断所述条件数是否大于预设条件数门限值，得到判断结果；

第一确定子模块，用于如果所述判断结果为所述条件数大于所述预设条件数门限值，则确定与所述判断结果对应的所述当前帧的信道类型为所述LOS信道，并对所述LOS信道采用空间分集的传输模式；

第二确定子模块，用于如果所述判断结果为所述条件数小于或者等于所述预设条件数门限值，则确定与所述判断结果对应的所述当前帧的信道类型为所述NLOS信道，并对所述NLOS信道采用空间复用的传输模式。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述分解模块，具体用于：

根据公式

对所述信道矩阵进行奇异值分解，得到对角矩阵，其中，m×m、m×n、n×n分别表示矩阵的秩，m表示发射端天线数，n表示接收端天线数，H表示所述信道矩阵，U表示左酉阵，U1，…，Um，…，U_m(m-1)+1，…，U_m×m分别为所述左酉阵的元素，S表示对角矩阵，S1，…，Sm×n分别为所述对角矩阵的元素，表示所述信道矩阵的奇异值，H表示右酉阵，V1，…，Vn，…，V_n(n-1)+1，…，V_n×n分别为所述左酉阵的元素。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

确定模块，用于将所述当前帧的传输模式作为与所述当前帧之后相邻的预设周期内的帧所对应的传输模式。

7.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，所述处理器、所述通信接口、所述存储器通过所述通信总线完成相互间的通信；

所述存储器，用于存放计算机程序；

所述处理器，用于执行所述存储器上所存放的程序时，实现权利要求1-3任一所述的方法步骤。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1-3任一所述的方法步骤。

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