專利名稱：空間相關(guān)性判別方法及多天線系統(tǒng)工作模式調(diào)整方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，尤其涉及多輸入多輸出(MIMO，Multiple-Input，Multiple-Output)無線通信系統(tǒng)中空間衰落相關(guān)性的判別和多天線系統(tǒng)中工作模式自適應(yīng)調(diào)整方法。
背景技術(shù)：
MIMO系統(tǒng)有多種工作模式，如空間復(fù)用模式、發(fā)射分集模式和波束成形模式。根據(jù)MIMO信道條件選擇與之相匹配的工作模式，以及在特定工作模式下自適應(yīng)地根據(jù)信道信息(CSI)實時地調(diào)整MIMO系統(tǒng)的工作參數(shù)是實現(xiàn)MIMO系統(tǒng)頻譜效率最大化的一個有效途徑，也是目前無線通信領(lǐng)域內(nèi)一個研究熱點。由朗訊公司申請的名稱為“一種用于多天線配置的結(jié)構(gòu)”(Structure for multiple antenna configurations)(申請?zhí)枮?0020132600)的美國專利，討論了可以綜合實現(xiàn)空間復(fù)用、發(fā)射分集以及波束成形的MIMO系統(tǒng)中天線的結(jié)構(gòu)形式。由高通公司申請的名稱為“具有多發(fā)射模式的MIMO系統(tǒng)”(Multiple-input，multiple-output(MIMO)systems withmultiple transmission modes)(申請?zhí)枮?0030161282)的美國專利文件，討論了利用信道狀態(tài)信息CSI實現(xiàn)波束成形、發(fā)射分集、空間復(fù)用等模式的綜合使用方法。這些專利從一個側(cè)面反映了MIMO系統(tǒng)研究正朝向自適應(yīng)多模式發(fā)展的趨勢。
要實現(xiàn)MIMO系統(tǒng)工作模式和工作參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整，就需要獲取恰當(dāng)?shù)腗IMO信道信息。在所需要的MIMO信道信息參數(shù)(如信道傳遞矩陣、信道傳遞矩陣的特征值、衰落的相關(guān)性、信噪比SNR)中，信道衰落的空間相關(guān)性和信道衰落深度是決定MIMO系統(tǒng)工作模式的重要參數(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)中獲取MIMO信道空間相關(guān)性信息的方法主要包括以下兩種。第一種是直接按照空間相關(guān)性的定義來測量計算空間相關(guān)性。Persefoni Kyritsi等在文獻(xiàn)“Correlation Analysis Based on MIMO Channel Measurements in an IndoorEnvironment”IEEE JOU RNAL ON SELECTED AREAS INCOMMUNICATIONS，VOL.21，NO.5，JUNE 2003中給出的是直接利用相關(guān)性的定義來計算MIMO信道衰落的空間相關(guān)性，計算方法如下式ρcomplex=E[uv*]-E[u]E[v*](E[|u|2]-|E[u]|2)(E|v|2-|E[v]|2)]]>式中E[·]表示求數(shù)學(xué)期望的運算；u、v分別表示復(fù)隨機變量，在MIMO系統(tǒng)中表示天線接收到的信道沖擊響應(yīng)；ρcomplex是復(fù)相關(guān)系數(shù)；*表示復(fù)共軛運算。在實際使用中，為了獲取計算相關(guān)系數(shù)所需要的隨機變量u、v(MIMO信道沖擊響應(yīng))的樣本數(shù)目，需要在小尺度空間范圍內(nèi)對信道沖擊響應(yīng)進(jìn)行多次測量，以保障足夠多的樣本數(shù)目。
第二種是采用奇異值分解來計算信道的空間相關(guān)性。高通公司的名稱為“高效率高性能通信系統(tǒng)中測量上報信道信息的方法和裝置”(Method andapparatus for measuring reporting channel state information in a highefficiency，high performance communications system)(申請?zhí)枮?0030235255)的專利申請，以及名為“MIMO系統(tǒng)中使用特征模式分解和信道求逆的信號處理”(Signal processing with channel eigenmodedecomposition and channel inversion for MIMO systems)(專利號為US6,473,467)的美國專利，采用了奇異值分解(Singular ValueDecomposition)或稱之為特征值分解(The Eigenvector Decomposition)的方法來求取信道相關(guān)性。高通的這兩項技術(shù)屬于一類，都是通過對估計出的信道沖擊響應(yīng)矩陣進(jìn)行分解來獲得信道的相關(guān)特性，并且在獲取信道相關(guān)特性的同時，獲取信道增益信息、信噪比信息等，發(fā)射端根據(jù)這些信道信息來確定恰當(dāng)?shù)陌l(fā)射模式、功率分配、調(diào)制方式等，以實現(xiàn)對信道頻譜資源的高效利用。
但是，上述現(xiàn)有空間相關(guān)性獲取技術(shù)的缺點在于基于空間相關(guān)性定義的計算方法不適應(yīng)于實時工作的MIMO系統(tǒng)中對信道相關(guān)性的實時提取，而且計算量大。而基于奇異值分解的方法雖然是目前MIMO系統(tǒng)中獲取信道相關(guān)性數(shù)據(jù)和其他CSI數(shù)據(jù)的主導(dǎo)性方法，具有相關(guān)性判斷準(zhǔn)確性高的特點，是MIMO系統(tǒng)實現(xiàn)特定工作模式(如充分利用信道信息的空間復(fù)用模式)不可或缺的技術(shù)。但是，當(dāng)工作在無需信道信息或只需部分信道信息模式的MIMO系統(tǒng)周期地判斷是否需要進(jìn)行模式切換時(如判斷工作在波束形成模式的MIMO系統(tǒng)是否需要切換到空間復(fù)用模式)，只要對MIMO信道相關(guān)性進(jìn)行簡單的類別判斷，無需通過矩陣分解來精確計算信道的相關(guān)性，此種情況下，如果仍然采用奇異值分解或特征值分解的方法來判斷信道的相關(guān)性就只需要對信道相關(guān)性進(jìn)行分類判斷，就會浪費系統(tǒng)運算資源和系統(tǒng)功率。因此，矩陣分解方法計算信道相關(guān)性不適合用于這種目的。
現(xiàn)有技術(shù)中和自適應(yīng)多模式MIMO系統(tǒng)構(gòu)建有關(guān)的方法主要有如下兩種。一種是空間復(fù)用與波束成形的切換方法，典型代表是美國高通公司申請的名為“具有多發(fā)射模式的MIMO系統(tǒng)”(MIMO systems with multipletransmission modes)(申請?zhí)枮?0030161282)的美國專利申請，采用如下基本步驟來確定MIMO系統(tǒng)的工作模式1)獲取信道沖擊響應(yīng)的奇異值分解和信干比；2)根據(jù)信道沖擊響應(yīng)奇異值分解的結(jié)果和信干比的大小(與若干個門限比較)來確定波束成形、空間復(fù)用中的一種工作模式。該專利申請把MIMO系統(tǒng)的空間復(fù)用做了進(jìn)一步的細(xì)分，如分為利用全部信道信息的MIMO和利用部分信道信息的MIMO。
另外一種是時間分集與空間分級/空間復(fù)用的切換方法。如名稱為“OFDM的時間分集和空間分集”(Adaptive time diversity and spatialdiversity for OFDM)(申請?zhí)枮?0020122383)的美國專利申請，討論了MIMO+OFDM系統(tǒng)中時間分集與空間分集的一種切換方法。該方法的基本步驟是1)系統(tǒng)啟動后先按照時間分集或空間分集之一種進(jìn)行工作，接收機在相應(yīng)的工作模式下進(jìn)行信道估計(對OFDM各個子信道)獲取信道沖擊響應(yīng)矩陣并解碼分組數(shù)據(jù)；2)接收機對信道沖擊相應(yīng)矩陣進(jìn)行特征值分解；3)控制器根據(jù)3個基本準(zhǔn)則(只有一個準(zhǔn)則是從特征值分解中獲取)確定是工作在時間分集還是工作在空間分集模式；4)接收機把確定的工作模式反饋到發(fā)射端，用于確定下一輪的發(fā)射模式。本發(fā)明所述的空間分集包括了空間復(fù)用。但是現(xiàn)有MIMO系統(tǒng)工作模式自適應(yīng)切換方法的缺點也很明顯奇異值分解或特征值分解是運算量很大的處理，雖然奇異值分解，能夠提供準(zhǔn)確的信道切換信息，但是，不分場合(信道條件)地使用奇異值分解或特征值分解是對運算資源的浪費，因為在一些信道條件下無需奇異值分解或特征值分解就可以確定信道的工作模式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有空間相關(guān)性判別方法存在的計算復(fù)雜且不適用于實時系統(tǒng)，以及現(xiàn)有多天線系統(tǒng)工作模式調(diào)整方法計算資源浪費的缺點，以期提出一種可以在系統(tǒng)中實時工作、運算量小、判別精度滿足MIMO模式間切換需要的空間相關(guān)性判別方法，以及可以有效降低多天線系統(tǒng)在模式自適應(yīng)切換中運算量的多天線系統(tǒng)工作模式調(diào)整方法。
本發(fā)明所述空間相關(guān)性判別方法包括以下步驟步驟1獲取信道沖擊響應(yīng)矩陣；步驟2計算信道的衰落深度參數(shù)；步驟3估計MIMO信道空間相關(guān)性和信道衰落深度。
在所述步驟1中，信道沖擊響應(yīng)矩陣的獲取通過對導(dǎo)頻信道上進(jìn)行的信道估計實現(xiàn)，根據(jù)MIMO系統(tǒng)導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)的特點，H矩陣可以在前導(dǎo)碼序列上獲取，也可以在與數(shù)據(jù)傳輸相伴隨的子信道導(dǎo)頻(對應(yīng)OFDM模式)上獲取。
所述步驟2中計算信道的衰落深度包括以下步驟(2.1)計算信道沖擊響應(yīng)矩陣的均值，該計算對整個矩陣進(jìn)行或者以行為單位進(jìn)行；(2.2)計算信道沖擊響應(yīng)矩陣的標(biāo)準(zhǔn)差，該計算對整個矩陣進(jìn)行或者以行為單位進(jìn)行；(2.3)計算道沖擊響應(yīng)矩陣的標(biāo)準(zhǔn)差除以道沖擊響應(yīng)矩陣的均值。
也可以包括以下步驟(2.1’)計算信道沖擊響應(yīng)矩陣的均值的平方；(2.2’)計算信道沖擊響應(yīng)矩陣的方差；(2.3’)計算道沖擊響應(yīng)矩陣的方差除以道沖擊響應(yīng)矩陣的均值的平方。
所述步驟3中估計MIMO信道空間相關(guān)性和信道衰落深度進(jìn)一步包括以下步驟(3.1)將權(quán)利要求1中步驟2計算出的信道衰落深度參數(shù)與預(yù)定的若干個門限進(jìn)行比較；(3.2)根據(jù)比較結(jié)果判斷是空間相關(guān)性強、空間相關(guān)性一般、空間相關(guān)性很弱，同時判斷MIMO信道衰落程度輕微、MIMO信道衰落程度一般、MIMO信道衰落程度嚴(yán)重。
本發(fā)明所述多天線系統(tǒng)工作模式調(diào)整方法包括以下步驟步驟1啟動MIMO系統(tǒng)工作，在這個過程中，發(fā)射端發(fā)射用于信道同步、估計的導(dǎo)頻信號，導(dǎo)頻信號可以是連續(xù)導(dǎo)頻信號，也可以是間斷導(dǎo)頻信號；在啟動階段，MIMO系統(tǒng)可以工作在空間分集、空間復(fù)用和波束成形多種模式，為了達(dá)到較好的效果，建議工作在發(fā)射分集模式；步驟2獲取信道狀態(tài)信息；步驟3首次工作模式判斷；
該步驟利用步驟2獲取的信道信息ρc、vα、vc、SNR來確定MIMO系統(tǒng)下次發(fā)射的工作模式；步驟4按照波束成形模式的系統(tǒng)配置工作，該步驟實現(xiàn)對波束成形系統(tǒng)的參數(shù)配置；步驟5獲取波束成形模式下信道狀態(tài)信息；在波束成形狀態(tài)下，接收端按照步驟2的方法獲取信道狀態(tài)信息；步驟6波束成形模式下工作模式判斷；采用和步驟3相同的方法判斷下一步工作模式；把工作模式判別結(jié)果反饋給發(fā)射端，作為下一輪發(fā)射的工作模式；步驟7按照空間復(fù)用模式的系統(tǒng)配置工作，該步驟實現(xiàn)對波束成形系統(tǒng)的參數(shù)配置；步驟8獲取空間復(fù)用模式下信道狀態(tài)信息；步驟9空間復(fù)用模式下工作模式判斷；步驟10按照空間分集模式的系統(tǒng)配置工作，該步驟實現(xiàn)對波束成形系統(tǒng)的參數(shù)配置；步驟11獲取空間分集模式下信道狀態(tài)信息，方法與步驟2相同；步驟12在空間分集模式下工作模式判斷，方法與步驟3相同。
本發(fā)明提出的空間相關(guān)性判別方法可以在實際系統(tǒng)中實時工作、運算量小、判別精度滿足MIMO模式間切換的要求；本發(fā)明提出的空間相關(guān)性判別方法可以在判斷信道相關(guān)性方面作為特征值分解或奇異值分解的一個補充，通過和特征值分解或奇異值分解的有機結(jié)合，可以構(gòu)造出性能得到優(yōu)化的自適應(yīng)多模式MIMO系統(tǒng)。


圖1是本發(fā)明所述空間相關(guān)性判別方法工作流程圖。
圖2是本發(fā)明所述多天線系統(tǒng)工作模式調(diào)整方法工作流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明所述方法不是要取代特征值分解或奇異值分解的方法，而是在判斷信道相關(guān)性方面作為特征值分解或奇異值分解的一個補充，和現(xiàn)有技術(shù)綜合使用，從而構(gòu)造出性能得到優(yōu)化的自適應(yīng)多模式MIMO系統(tǒng)。
信道的空間相關(guān)性是多天線系統(tǒng)(如MIMO)實現(xiàn)其工作模式自適應(yīng)優(yōu)化的一個重要依據(jù)，本發(fā)明給出一種通過測量信道衰落深度來間接判別空時信道空間相關(guān)性的方法，以及將該方法應(yīng)用于多天線系統(tǒng)的工作模式自適應(yīng)調(diào)整的實施例。
本發(fā)明所述間接判別空時信道空間相關(guān)性的方法的特點是可以同時獲得MIMO信道衰落深度信息和信道相關(guān)程度信息，而且算法簡單，易于實現(xiàn)；多天線系統(tǒng)的工作模式自適應(yīng)調(diào)整方法簡化了系統(tǒng)的處理復(fù)雜度，是降低MIMO系統(tǒng)運算量和功耗的一種有效途徑。
本發(fā)明所述的利用信道衰落程度來間接判斷空間相關(guān)性的基礎(chǔ)是衰落的空間相關(guān)性與衰落程度的內(nèi)在聯(lián)系，也就是信道的衰落程度越大，不同天線上接收到的信號間的相關(guān)性越小，反之，信道的衰落程度越小，不同天線上接收到的信號間的相關(guān)性越大。這種規(guī)律可以從如下的場測結(jié)果中引伸出來。
Persefoni Kyritsi等人在文獻(xiàn)“Correlation Analysis Based on MIMOChannel Measurements in an Indoor Environment”IEEE JOURNAL ONSELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS，VOL.21，NO.5，給出的室內(nèi)測試結(jié)果可以直接表明1)在LOS信道情況下(文獻(xiàn)中的圖6～7)，當(dāng)移動臺和基站相距較近時，發(fā)射天線之間表現(xiàn)出較低的互相關(guān)性，原因是當(dāng)移動臺離發(fā)射天線較近時，反射信號幅度較強且反射信號與直達(dá)信號之間的相位差顯著(此時反射路徑和直達(dá)路徑之間的差顯著)，這就導(dǎo)致了反射信號和直達(dá)信號之間疊加后形成大的幅度起伏(意味著大的幅度衰落)，從而導(dǎo)致發(fā)射天線間的互相關(guān)性降低；隨著移動臺和基站相距的增加，發(fā)射天線之間的互相關(guān)性也逐步增加，原因是當(dāng)移動臺離發(fā)射天線之間的距離增加時，反射信號幅度較弱且反射信號與直達(dá)信號之間的相位差逐步減少(此時反射路徑和直達(dá)路徑之間的差減少)，這就導(dǎo)致了反射信號和直達(dá)信號之間疊加后形成的幅度起伏逐步減少(意味著幅度衰落逐步減小)，從而導(dǎo)致發(fā)射天線間的互相關(guān)性逐步增加；2)在準(zhǔn)LOS信道下，即文獻(xiàn)中的實驗室測試點，由于通過實驗室走廊和門的傳播是主導(dǎo)成分，穿透墻傳播的信號是很弱的，此時只有很弱的穿透信號疊加到繞射信號分量上(意味著此時疊加后的信號的衰落很小)，在此情況下，發(fā)射天線間的相關(guān)性的增大趨勢和LOS相同。
在William C.-Y.LEE，”Effects on Correlation Between Two Mobile RadioBase-Station Antennas”IEEE Transactions on Communications，Vol.COM-21，No.11，November，1973，pp1214-1224.給出的測試結(jié)論中，直接的結(jié)論是當(dāng)兩個接收天線與移動臺天線之間放置遮擋物體阻斷直達(dá)信號分量后，兩個接收天線的相關(guān)性降低。從信號衰落的角度看，當(dāng)兩個接收天線與移動臺天線之間有直達(dá)信號分量時，直達(dá)分量是主導(dǎo)分量，其強度遠(yuǎn)大于信號的反射分量，反射分量與直達(dá)分量的疊加結(jié)果是一個衰落程度較輕的信號；當(dāng)兩個接收天線與移動臺天線之間放置遮擋物體阻斷直達(dá)信號分量后，接收天線接收到的是沒有主導(dǎo)分量的各個反射信號分量之間的疊加，其結(jié)果是疊加信號的衰落程度大于無遮擋的衰落程度，因此，有遮擋時的空間相關(guān)性小于無遮擋時的空間相關(guān)性。
根據(jù)從信號衰落的角度對上述長測結(jié)果的討論，可以引申得到如下結(jié)論一般情況下，MIMO信道的空間相關(guān)性隨信道衰落程度的降低而增加。輕度衰落的萊斯信道(K值很大時)下，MIMO信道的空間相關(guān)性也很強；深度衰落的瑞利信道下(K值很小)，MIMO信道的空間相關(guān)性也很弱(或者說MIMO信道的獨立性很強)。根據(jù)這個規(guī)律，只要估計出信道的衰落深度，就可以推斷出MIMO信道的相關(guān)程度。
結(jié)合附圖1所示可以看出，本發(fā)明所述的空間相關(guān)性判別方法包括以下步驟第1步，獲取信道沖擊響應(yīng)矩陣H；H(τ)=Σi=1LAiδ(τ-η),---(1)]]>Ai=α11(i)α12(i)...α1N(i)α21(i)α22(i)...α2N(i)............αM1(i)αM2(i)...αMN(i)M×N---(2)]]>H具有公式(1)、(2)給出的形式，當(dāng)L大于1時，公式(1)、(2)表示頻率選擇衰落信道的沖擊響應(yīng)矩陣；當(dāng)L＝1時，公式(1)、(2)表示平坦衰落信道的沖擊響應(yīng)矩陣。
矩陣H的獲取是通過對導(dǎo)頻信道上進(jìn)行的信道估計來實現(xiàn)的，根據(jù)MIMO系統(tǒng)導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)的特點，H矩陣可以在前導(dǎo)碼序列上獲取，也可以在與數(shù)據(jù)傳輸相伴隨的子信道導(dǎo)頻(對應(yīng)OFDM模式)上獲取。
第2步，計算信道的衰落深度σfading。
使用第1步獲取的信道矩陣H的L＝1的各個αi，j1，i＝1～M，j＝1～N，分三個子步驟計算信道衰落深度σfading步驟2-A，計算均值μ，均值μ的計算可以對M*N個沖擊響應(yīng)的均值進(jìn)行計算，也可以按照H的行向量分組計算，得到M個μi，i＝1～M；均值μ可以是幅度的均值，也可以是功率的均值。
步驟2-B，計算標(biāo)準(zhǔn)差ε或方差ε2，根據(jù)步驟2-A對均值μ的計算方式，如果均值μ對M*N個沖擊響應(yīng)的均值進(jìn)行計算，則標(biāo)準(zhǔn)差ε或方差ε2的計算也對M*N個沖擊響應(yīng)計算其標(biāo)準(zhǔn)差ε或方差ε2；如果均值μ按照H的行向量分組計算，則標(biāo)準(zhǔn)差ε或方差ε2也按照H的行向量分組計算。
如果步驟2-A對均值μ是對幅度求平均，則本步驟就計算標(biāo)準(zhǔn)差ε；如果步驟2-A對均值μ是對功率求平均，則本步驟就計算方差ε2。
步驟2-C，計算信道的衰落深度σfading利用σfading＝ε/μ，或者利用σ2fading＝ε2/μ2計算信道的衰落深度。
如果MIMO系統(tǒng)采用OFDM傳輸方式，共有K個子信道，則對應(yīng)每個子信道都可以得到一個Hk，k＝1～K。對K個子信道重復(fù)步驟2-A～2-C，就可以得到相對應(yīng)的σfading，k或σ2fading，k第三步，估計MIMO信道空間相關(guān)性。
把測量得到的σfading，k或σ2fading，k的值與門限值，如設(shè)2個門限值0<threshold1<threshold2，進(jìn)一步地，threshold1取值范圍在0～0.5范圍內(nèi)，threshold2取0.5～20范圍內(nèi)的值。將步驟2計算出的衰落深度σfading，k或σ2fading，k與這2個門限值進(jìn)行比較1)當(dāng)σfading，k或σ2fading，k小于threshold1時，就判定MIMO信道衰落程度輕微，同時判定MIMO信道的空間相關(guān)性強；2)當(dāng)σfading，k或σ2fading，k大于threshold1但是小于threshold2時，就判定MIMO信道衰落程度一般，同時判定相關(guān)性一般；3)當(dāng)σfading，k或σ2fading，k大于threshold2時，就判定MIMO信道衰落程度嚴(yán)重，同時判定MIMO信道的相關(guān)性很弱；也可以設(shè)更多的門限來判別信道的衰落程度和相關(guān)程度。
在第2步對計算信道的衰落深度σfading的計算中，可以從一個信道矩陣H來獲取衰落深度σfading，為了達(dá)到更好的效果，也可以從多個信道矩陣H來獲取衰落深度σfading。
本實施例給出一種在MIMO系統(tǒng)中應(yīng)用本發(fā)明所述間接判斷信道空間相關(guān)性來實現(xiàn)工作模式自適應(yīng)切換的方法。工作模式自適應(yīng)切換的方法包括如圖2所示的基本步驟。
步驟1啟動MIMO系統(tǒng)工作201，在這個過程中，發(fā)射端發(fā)射用于信道同步、估計的導(dǎo)頻信號，導(dǎo)頻信號可以是連續(xù)導(dǎo)頻信號，也可以是間斷導(dǎo)頻信號；在啟動階段，MIMO系統(tǒng)可以工作在空間分集、空間復(fù)用和波束成形多種模式，為了達(dá)到較好的效果，本發(fā)明建議工作在發(fā)射分集模式；步驟2獲取信道狀態(tài)信息202，這一步由如下基本步驟組成步驟201利用導(dǎo)頻信號獲取信道沖擊響應(yīng)；步驟202根據(jù)信道沖擊響應(yīng)計算信道的衰落深度并由此推斷信道的空間相關(guān)性ρc，具體方法由圖1所示的步驟組成；步驟203計算信道的信噪比SNR；步驟204計算信道時變速度，時變速度的計算包含兩個方面的內(nèi)容1)信道衰落自相關(guān)性變化速率vα和；2)信道衰落互相關(guān)性時變速率vc；步驟3首次工作模式判斷203。該步驟利用步驟202獲取的信道信息ρc、vα、vc、SNR來確定MIMO系統(tǒng)下次發(fā)射的工作模式1)如果ρc＞THR_Fading_1，THR_Fading_1取0.7-0.95之間的值；就在下一次發(fā)射中采用波束成形模式；2)如果如果SNR＜THR_SNR，或者，[(vα＞THR_vα)OR(vc＞THR_vc))AND(ρc＜THR_Fading_1)，則MIMO系統(tǒng)工作于空間分集模式。
3)除上述兩種情況之外，MIMO系統(tǒng)工作于空間復(fù)用模式。
步驟4按照波束成形模式的系統(tǒng)配置工作204。該步驟實現(xiàn)對波束成形系統(tǒng)的參數(shù)配置；步驟5獲取波束成形模式下信道狀態(tài)信息207。
在波束成形狀態(tài)下，接收端按照步驟2的方法獲取信道狀態(tài)信息。
步驟6波束成形模式下工作模式判斷210。
采用和步驟3相同的方法判斷下一步工作模式；把工作模式判別結(jié)果反饋給發(fā)射端，作為下一輪發(fā)射的工作模式。
步驟7按照空間復(fù)用模式的系統(tǒng)配置工作205。該步驟實現(xiàn)對波束成形系統(tǒng)的參數(shù)配置；步驟8獲取空間復(fù)用模式下信道狀態(tài)信息208。
在空間復(fù)用模式下，接收端按照如下步驟獲取信道狀態(tài)信息步驟801利用導(dǎo)頻信號獲取信道沖擊響應(yīng)；步驟802對信道沖擊相應(yīng)矩陣進(jìn)行特征值或奇異值分解；步驟803計算信道的信噪比SNR；步驟804計算信道時變速度，時變速度的計算包含兩個方面的內(nèi)容1)信道衰落自相關(guān)性變化速率vα和；2)信道衰落互相關(guān)性時變速率vc；步驟9空間復(fù)用模式下工作模式判斷211。
1)如果如果信干比大于門限的奇異值個數(shù)不大于1；就在下一次發(fā)射中采用波束成形模式；2)如果如果SNR＜THR_SNR，或者，[(vα＞THR_vα) OR(vc＞THR_vc)]則MIMO系統(tǒng)工作于空間分集模式。
3)除上述兩種情況之外，MIMO系統(tǒng)工作于空間復(fù)用模式。
步驟10按照空間分集模式的系統(tǒng)配置工作205。該步驟實現(xiàn)對波束成形系統(tǒng)的參數(shù)配置；步驟11獲取空間分集模式下信道狀態(tài)信息209。
在空間分集模式下，接收端按照如下步驟獲取信道狀態(tài)信息步驟1101利用導(dǎo)頻信號獲取信道沖擊響應(yīng)；步驟1102根據(jù)信道沖擊響應(yīng)計算信道的衰落深度并由此推斷信道的空間相關(guān)性ρc，具體方法由圖1所示的步驟組成；步驟1103計算信道的信噪比SNR；
步驟1104計算信道時變速度，時變速度的計算包含兩個方面的內(nèi)容1)信道衰落自相關(guān)性變化速率vα和；2)信道衰落互相關(guān)性時變速率vc；步驟12在空間分集模式下工作模式判斷212。
判斷方法與步驟3相同。
權(quán)利要求
1.一種空間相關(guān)性判別方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1獲取信道沖擊響應(yīng)矩陣；步驟2計算信道的衰落深度參數(shù)；步驟3估計多輸入多輸出信道空間相關(guān)性和信道衰落深度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間相關(guān)性判別方法，其特征在于，在所述步驟1中，信道沖擊響應(yīng)矩陣的獲取通過對導(dǎo)頻信道上進(jìn)行的信道估計實現(xiàn)，根據(jù)多輸入多輸出系統(tǒng)導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)的特點，H矩陣可以在前導(dǎo)碼序列上獲取，也可以在與數(shù)據(jù)傳輸相伴隨的子信道導(dǎo)頻上獲取。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的空間相關(guān)性判別方法，其特征在于，H矩陣通過公式(1)和(2)獲得，當(dāng)L大于1時，公式(1)、(2)表示頻率H(τ)=Σl=1LAlδ(τ-η),---(1)]]>Al=α11(l)α12(l)···α1N(l)α21(l)α22(l)···α2N(l).........αM1(l)αM2(l)···αMN(l)M×N---(2)]]>選擇衰落信道的沖擊響應(yīng)矩陣；當(dāng)L＝1時，公式(1)、(2)表示平坦衰落信道的沖擊響應(yīng)矩陣。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的空間相關(guān)性判別方法，其特征在于，所述步驟2中，衰落深度參數(shù)為σfading，根據(jù)H矩陣的L＝1的各個αi，j1，i＝1～M，j＝1～N，分三個子步驟計算該衰落深度σfading步驟2-A，計算均值μ，根據(jù)對M*N個沖擊響應(yīng)的均值計算均值μ，或者按照H的行向量分組計算均值μ，得到M個μi，i＝1～M；均值μ是幅度的均值或者是功率的均值；步驟2-B，計算標(biāo)準(zhǔn)差ε或方差ε2，根據(jù)步驟2-A對均值μ的計算方式，如果均值μ對M*N個沖擊響應(yīng)的均值進(jìn)行計算，則標(biāo)準(zhǔn)差ε或方差ε2的計算也對M*N個沖擊響應(yīng)計算其標(biāo)準(zhǔn)差ε或方差ε2；如果均值μ按照H的行向量分組計算，則標(biāo)準(zhǔn)差ε或方差ε2也按照H的行向量分組計算；如果步驟2-A對均值μ是對幅度求平均，則本步驟就計算標(biāo)準(zhǔn)差ε；如果步驟2-A對均值μ是對功率求平均，則本步驟就計算方差ε2；步驟2-C，計算信道的衰落深度σfading，利用σfading＝ε/μ，或者利用σ2fading＝ε2/μ2計算信道的衰落深度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的空間相關(guān)性判別方法，其特征在于，在所述步驟2-C中，如果多輸入多輸出系統(tǒng)采用OFDM傳輸方式，共有K個子信道，則對應(yīng)每個子信道都可以得到一個Hk，k＝1～K，對K個子信道重復(fù)步驟2-A～2-C，得到相對應(yīng)的σfading，k或σ2fading，k。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間相關(guān)性判別方法，其特征在于，所述步驟3中估計多輸入多輸出信道空間相關(guān)性和信道衰落深度進(jìn)一步包括以下步驟(3.1)將權(quán)利要求1中步驟2計算出的信道衰落深度參數(shù)與預(yù)定的若干個門限進(jìn)行比較；(3.2)根據(jù)比較結(jié)果判斷是空間相關(guān)性強、空間相關(guān)性一般、空間相關(guān)性很弱，同時判斷多輸入多輸出信道衰落程度輕微、多輸入多輸出信道衰落程度一般、多輸入多輸出信道衰落程度嚴(yán)重。
7.一種多天線系統(tǒng)工作模式調(diào)整方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1啟動多輸入多輸出系統(tǒng)工作，在這個過程中，發(fā)射端發(fā)射用于信道同步、估計的導(dǎo)頻信號，導(dǎo)頻信號是連續(xù)導(dǎo)頻信號或者是間斷導(dǎo)頻信號；步驟2獲取信道狀態(tài)信息；步驟3首次工作模式判斷；該步驟利用步驟2獲取的信道信息ρc、νa、νc、信噪比來確定多輸入多輸出系統(tǒng)下次發(fā)射的工作模式；步驟4按照波束成形模式的系統(tǒng)配置工作，該步驟實現(xiàn)對波束成形系統(tǒng)的參數(shù)配置；步驟5獲取波束成形模式下信道狀態(tài)信息；在波束成形狀態(tài)下，接收端按照步驟2的方法獲取信道狀態(tài)信息；步驟6波束成形模式下工作模式判斷；采用和步驟3相同的方法判斷下一步工作模式；把工作模式判別結(jié)果反饋給發(fā)射端，作為下一輪發(fā)射的工作模式；步驟7按照空間復(fù)用模式的系統(tǒng)配置工作，該步驟實現(xiàn)對波束成形系統(tǒng)的參數(shù)配置；步驟8獲取空間復(fù)用模式下信道狀態(tài)信息；步驟9空間復(fù)用模式下工作模式判斷；步驟10按照空間分集模式的系統(tǒng)配置工作，該步驟實現(xiàn)對波束成形系統(tǒng)的參數(shù)配置；步驟11獲取空間分集模式下信道狀態(tài)信息，方法與步驟2相同；步驟12在空間分集模式下工作模式判斷，方法與步驟3相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多天線系統(tǒng)工作模式調(diào)整方法，其特征在于，所述步驟1中，在啟動階段，多輸入多輸出系統(tǒng)可以工作在空間分集、空間復(fù)用和波束成形多種模式。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多天線系統(tǒng)工作模式調(diào)整方法，其特征在于，所述步驟2進(jìn)一步包括以下步驟步驟201利用導(dǎo)頻信號獲取信道沖擊響應(yīng)；步驟202根據(jù)信道沖擊響應(yīng)計算信道的衰落深度并由此推斷信道的空間相關(guān)性ρc；步驟203計算信道的信噪比；步驟204計算信道時變速度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多天線系統(tǒng)工作模式調(diào)整方法，其特征在于，所述步驟204中，時變速度的計算包含兩個方面的內(nèi)容1)信道衰落自相關(guān)性變化速率νa和；2)信道衰落互相關(guān)性時變速率νc。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多天線系統(tǒng)工作模式調(diào)整方法，其特征在于，所述步驟3利用步驟202獲取的信道信息ρc、νa、νc、信噪比來確定多輸入多輸出系統(tǒng)下次發(fā)射的工作模式1)如果ρc＞THR_Fading_1，THR_Fading_1取0.7-0.95之間的值；就在下一次發(fā)射中采用波束成形模式；2)如果SNR＜THR_SNR，或者[(νa＞THR_νa)OR(νc＞THR_νc)]AND(ρc＜THR_Fading_1)，則多輸入多輸出系統(tǒng)工作于空間分集模式；3)除上述兩種情況之外，多輸入多輸出系統(tǒng)工作于空間復(fù)用模式。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多天線系統(tǒng)工作模式調(diào)整方法，其特征在于，所述步驟8中，接收端按照如下步驟獲取信道狀態(tài)信息步驟801利用導(dǎo)頻信號獲取信道沖擊響應(yīng)；步驟802對信道沖擊相應(yīng)矩陣進(jìn)行特征值或奇異值分解；步驟803計算信道的信噪比；步驟804計算信道時變速度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的多天線系統(tǒng)工作模式調(diào)整方法，其特征在于，所述步驟804中，時變速度的計算包含兩個方面的內(nèi)容1)信道衰落自相關(guān)性變化速率νa和；2)信道衰落互相關(guān)性時變速率νc。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多天線系統(tǒng)工作模式調(diào)整方法，其特征在于，所述步驟9中，1)如果如果信干比大于門限的奇異值個數(shù)不大于1；就在下一次發(fā)射中采用波束成形模式；2)如果如果SNR＜THR_SNR，或者，[(νa＞THR_νa)OR(νc＞THR_νc)]，則多輸入多輸出系統(tǒng)工作于空間分集模式；3)除上述兩種情況之外，多輸入多輸出系統(tǒng)工作于空間復(fù)用模式。
15.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多天線系統(tǒng)工作模式調(diào)整方法，其特征在于，所述步驟11中，接收端按照如下步驟獲取信道狀態(tài)信息步驟1101利用導(dǎo)頻信號獲取信道沖擊響應(yīng)；步驟1102根據(jù)信道沖擊響應(yīng)計算信道的衰落深度并由此推斷信道的空間相關(guān)性ρc，具體方法由圖1所示的步驟組成；步驟1103計算信道的信噪比；步驟1104計算信道時變速度。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的多天線系統(tǒng)工作模式調(diào)整方法，其特征在于，所述步驟1104中，時變速度的計算包含兩個方面的內(nèi)容1)信道衰落自相關(guān)性變化速率νa和；2)信道衰落互相關(guān)性時變速率νc。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通信領(lǐng)域中空間相關(guān)性判別方法和多天線系統(tǒng)工作模式調(diào)整方法。其中空間相關(guān)性判別方法包括以下步驟步驟1獲取信道沖擊響應(yīng)矩陣；步驟2計算信道的衰落深度參數(shù)；步驟3估計MIMO信道空間相關(guān)性和信道衰落深度。本方法克服了現(xiàn)有空間相關(guān)性判別方法存在的計算復(fù)雜且不適用于實時系統(tǒng)，以及現(xiàn)有多天線系統(tǒng)工作模式調(diào)整方法計算資源浪費的缺點。本方法可以在系統(tǒng)中實時工作、運算量小、判別精度滿足MIMO模式間切換需要。
文檔編號H04L1/02GK1862997SQ20051006920
公開日2006年11月15日 申請日期2005年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月11日
發(fā)明者刁心璽 申請人:中興通訊股份有限公司