專利名稱：發(fā)射機、接收機和用于控制多輸入多輸出系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)的方法、以及可在該系統(tǒng)中使用的發(fā)射機和接收機，更具體地，本發(fā)明涉及一種控制能夠增加其容量的MIMO系統(tǒng)的方法、以及可在該系統(tǒng)中使用的發(fā)射機和接收機。
背景技術(shù)：
在發(fā)射機和接收機中使用多個天線的MIMO方案是處于技術(shù)的最前沿，其以具有通過增大頻率效率和發(fā)射/接收分集來提高無線/移動通信系統(tǒng)性能的潛力而聞名。
作為MIMO系統(tǒng)的傳統(tǒng)技術(shù)，有奇異值分解(SVD)方法。SVD方法允許發(fā)射機通過從接收機反饋的完整的信道環(huán)境信息的奇異值分解來呈現(xiàn)最大性能。然而，通常，在諸如頻分雙工(FDD)系統(tǒng)的系統(tǒng)中，接收機應(yīng)將關(guān)于信道矩陣的信息提供給發(fā)射機。由于該信息非常多，不能容易地將這樣的系統(tǒng)應(yīng)用到信道隨時間變化的環(huán)境中。為了解決該問題，研究和開發(fā)了只將有限的信道信息反饋給發(fā)射機以提高性能的技術(shù)。這樣的技術(shù)包括每天線速率控制(PARC)方法、每流速率控制(PSRC)方法、每單位(unitary)基本流用戶速率控制(PU2RC)方法等等。
在這些技術(shù)中，PARC方法允許接收機使用連續(xù)干擾抵消接收方案以及只反饋關(guān)于天線的信號對干擾加噪聲比(SINR)的信息，從而能夠獲得MIMO信道的理論開環(huán)信道容量。
盡管PARC方法允許通過每個天線分別發(fā)送每個數(shù)據(jù)流，但是PSRC方法允許使用從接收端反饋的酉矩陣(unitary matrix)對每個數(shù)據(jù)流進行預(yù)編碼，并允許發(fā)送每個預(yù)編碼的數(shù)據(jù)流。PSRC方法允許接收機反饋關(guān)于在發(fā)送端中要使用能夠被用于預(yù)編碼的多個酉矩陣中的哪一個的信息，使得該發(fā)送端能夠使用酉矩陣的每個行向量執(zhí)行預(yù)編碼并發(fā)送每個預(yù)編碼的數(shù)據(jù)流。接收機也反饋要被預(yù)編碼的每個數(shù)據(jù)流的SINR，發(fā)送端利用每個SINR確定每個流的數(shù)據(jù)傳送速率并發(fā)送該數(shù)據(jù)。
與提高發(fā)送端和接收端之間的鏈路性能的PARC和PSRC方法不同，當存在使用多個天線的多個終端時，PU2RC方法通過利用多用戶分集來提高性能。當基站發(fā)送多個數(shù)據(jù)流時，PU2RC方法允許使用酉矩陣的每個列向量對每個數(shù)據(jù)流進行預(yù)編碼，并發(fā)送預(yù)編碼的數(shù)據(jù)流，這與PSRC方法相同。與PSRC方法不同的一點是PU2RC方法將每個數(shù)據(jù)流發(fā)送給其他用戶。根據(jù)PU2RC方法，從每個用戶反饋數(shù)據(jù)流的SINR，并且將數(shù)據(jù)流分配給具有最佳SINR的用戶，從而提高系統(tǒng)性能。
傳統(tǒng)的MIMO系統(tǒng)的PARC方法和PSRC方法兩者都應(yīng)一致地保持每個天線或每個數(shù)據(jù)流的發(fā)送功率，從而提供比能夠調(diào)整發(fā)送功率的方法更少的信道容量。所有方法都需要所有天線或數(shù)據(jù)流具有相同的發(fā)送功率。當假定從基站給所有天線或數(shù)據(jù)流分配相同份額的發(fā)送功率時，接收端反饋使用連續(xù)干擾抵消方案的情況的SINR。相同的功率甚至被提供給具有最差SINR的天線或數(shù)據(jù)流。如果提供給特定天線或數(shù)據(jù)流的功率被減少或移除并被附加地提供給具有更好的SINR的另一天線或數(shù)據(jù)流，并且增大數(shù)據(jù)流的發(fā)送速率，則可增大數(shù)據(jù)發(fā)送速率的總和。然而，根據(jù)所述方法，因為反饋給接收機的SINR信息是在所有天線或數(shù)據(jù)流具有相同的發(fā)送功率的假設(shè)下計算的，所以發(fā)射機不能任意地改變發(fā)送功率。如果發(fā)送端改變發(fā)送功率，則不能獲知每個數(shù)據(jù)流的接收SINR。
與PARC和PSRC方法相比，PU2RC方法具有在多用戶環(huán)境下可使用多用戶分集來提高性能的優(yōu)點，但具有不能使用連續(xù)干擾抵消方案來抵消數(shù)據(jù)流之間的干擾的缺點。另一方面，與PU2RC方法相比，PARC和PSRC方法能夠使用連續(xù)干擾抵消方案來抵消數(shù)據(jù)流之間的干擾，但是在多用戶環(huán)境中不能使用多用戶分集提高性能。這兩類方法的性能基本上取決于系統(tǒng)中的用戶數(shù)量和信道環(huán)境。通常，PU2RC方法在具有很多用戶和接近視距(line ofsight，LOS)環(huán)境的信道環(huán)境中呈現(xiàn)良好的性能。相比之下，PARC方法和PSRC方法在具有相對較少的用戶和接近富散射(rich-scattering)環(huán)境的信道環(huán)境中呈現(xiàn)良好的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種控制能夠增加信道容量的MIMO系統(tǒng)的方法、以及能夠應(yīng)用于該系統(tǒng)的發(fā)射機和接收機。
本發(fā)明的另一目的是提供一種控制MIMO系統(tǒng)的方法、以及能夠應(yīng)用于該系統(tǒng)的發(fā)射機和接收機，其中，MIMO系統(tǒng)反饋與在PARC方法和PSRC方法中相同數(shù)量的信息，但是能夠有效地改變發(fā)送功率，以克服PARC方法和PSRC方法的、發(fā)送功率對于所有天線或數(shù)據(jù)流都相同的限制。
本發(fā)明的另一目的是提供一種控制MIMO系統(tǒng)的方法、以及能夠應(yīng)用于該系統(tǒng)的發(fā)射機和接收機，該MIMO系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)的PARC方法、PSRC方法和PU2RC方法的、性能取決于用戶數(shù)量和信道環(huán)境的限制，并在任意環(huán)境中呈現(xiàn)出比傳統(tǒng)方法更好的性能。
本發(fā)明的第一方面提供了一種控制MIMO系統(tǒng)的方法，在所述MIMO系統(tǒng)中，接收機和發(fā)射機使用多個天線，所述方法包括以下步驟在接收機處估計MIMO信道，并且使用連續(xù)干擾抵消方案檢測數(shù)據(jù)流；在接收機處使用所估計的MIMO信道計算滿足下面的公式1的S和P，并且將對應(yīng)于[p1‾,p2‾,···,pM-1‾,SINRMs‾]]]>的信息反饋給發(fā)射機；以及在發(fā)射機處確定每個數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)發(fā)送速率和發(fā)送功率。
公式1p1+p1SINR1s=p2+p2SINR2s=···=pM+pMSINRMs]]>Σ1≤k≤Mpk=P]]>在公式1中，s表示連續(xù)干擾抵消順序，p表示每個流的發(fā)送功率，SINRks表示當流k之前的流的信號被完全去除時流k的SINR，P表示發(fā)射機的功率。
本發(fā)明的第二方面提供了一種MIMO接收機，包括碼元檢測單元和解碼單元，用于使用連續(xù)干擾抵消方案而從自天線接收的信號恢復(fù)多個數(shù)據(jù)流；多路復(fù)用單元，用于多路復(fù)用然后輸出數(shù)據(jù)流；信道估計單元，用于基于從天線接收的信號估計MIMO信道信息；以及反饋參數(shù)提取單元，用于使用所估計的MIMO信道信息提取要反饋給發(fā)射機的參數(shù)。反饋參數(shù)是對應(yīng)于[p1‾,p2‾,···,pM-1‾,SINRMs‾]]]>的信息，S和P是滿足上面的公式1的值。
本發(fā)明的第三方面提供一種MIMO發(fā)射機，包括解復(fù)用單元，用于將高速率用戶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為多個低速率數(shù)據(jù)流；多個編碼單元，用于對數(shù)據(jù)流進行信道編碼；多個碼元映射器，用于將編碼的數(shù)據(jù)流映射為碼元；多個預(yù)編碼/天線映射單元，用于將碼元乘以預(yù)編碼向量并將相乘后的碼元發(fā)送到發(fā)射天線，或?qū)⑾喑撕蟮拇a元經(jīng)由天線映射發(fā)送到天線；以及自適應(yīng)發(fā)送控制單元，用于使用所接收的反饋參數(shù)控制每個流的發(fā)送功率和數(shù)據(jù)傳送速率。反饋參數(shù)是對應(yīng)于[p1‾,p2‾,···,pM-1‾,SINRMs‾]]]>的信息，S和P是滿足上面的公式1的值。
本發(fā)明的第四方面提供了一種控制MIMO系統(tǒng)的方法，所述系統(tǒng)包括具有多個天線的發(fā)射機以及每個具有多個天線的多個接收機，其中，通過在從發(fā)射機發(fā)送的多個流中分配給每個用戶的流來發(fā)送要發(fā)送給每個接收機的每個用戶數(shù)據(jù)，所述方法包括以下步驟在接收機處估計MIMO信道，并且使用從天線接收的信號來檢測數(shù)據(jù)流；在接收機處使用所估計的信道來提取要反饋給發(fā)射機的反饋參數(shù)，并將所述參數(shù)反饋給發(fā)射機；以及在發(fā)射機處使用所反饋的參數(shù)和每個流的數(shù)據(jù)傳送速率來確定要從發(fā)射機的流中分配給接收機的流，其中，所述反饋參數(shù)是對應(yīng)于連續(xù)干擾抵消順序和反映連續(xù)干擾抵消的每個流的SINR的信息。
本發(fā)明的第五方面提供了一種在MIMO系統(tǒng)中使用的MIMO接收機，所述MIMO系統(tǒng)包括具有多個天線的發(fā)射機和每個具有多個天線的多個接收機，其中，通過在從發(fā)射機發(fā)送的多個流中分配給每個用戶的流來發(fā)送要發(fā)送給每個接收機的每個用戶數(shù)據(jù)，所述MIMO接收機包括碼元檢測單元和解碼單元，用于使用連續(xù)干擾抵消方案而從自天線接收的信號恢復(fù)多個數(shù)據(jù)流；多路復(fù)用單元，用于多路復(fù)用并輸出在所述數(shù)據(jù)流中分配給接收機的數(shù)據(jù)流；信道估計單元，用于基于從天線接收的信號估計MIMO信道信息；以及反饋參數(shù)提取單元，用于使用所估計的MIMO信道信息提取要反饋給發(fā)射機的參數(shù)，所述參數(shù)是連續(xù)干擾抵消順序和反映連續(xù)干擾抵消的每個流的SINR。
本發(fā)明的第六方面提供一種MIMO接收機，其包括用戶選擇單元，用于將多個輸入用戶數(shù)據(jù)分配給每個流(這里，可將多個流分配給一個用戶，在這種情況下用戶的數(shù)據(jù)被解復(fù)用為多個低速率數(shù)據(jù)，每個低速率數(shù)據(jù)被分配給一個流)；多個編碼單元，用于對從用戶選擇單元輸出的多個數(shù)據(jù)流進行信道編碼；多個碼元映射器，用于將編碼的數(shù)據(jù)流映射為碼元；多個預(yù)編碼/天線映射單元，用于將碼元乘以預(yù)編碼向量，并將每個相乘后的向量信號發(fā)送到發(fā)射天線，或者只經(jīng)由天線映射將每個碼元發(fā)送到天線；以及自適應(yīng)發(fā)送控制單元，用于使用所接收的反饋參數(shù)來確定將輸入用戶數(shù)據(jù)分配給哪些流以及每個流的數(shù)據(jù)傳送速率，所述反饋參數(shù)是連續(xù)干擾抵消順序和反映連續(xù)干擾抵消的每個流的SINR。
根據(jù)本發(fā)明的控制MIMO系統(tǒng)的方法、以及可在該系統(tǒng)中使用的發(fā)射機和接收機具有增加的信道容量的優(yōu)點。
根據(jù)本發(fā)明的控制MIMO系統(tǒng)的方法、以及可在該系統(tǒng)中使用的發(fā)射機和接收機具有使得能夠以與PARC系統(tǒng)、PSRC系統(tǒng)等相同數(shù)量的反饋信息而有效地改變發(fā)送功率的額外優(yōu)點。
根據(jù)本發(fā)明的控制MIMO系統(tǒng)的方法、以及可在該系統(tǒng)中使用的發(fā)射機和接收機還具有克服諸如PU2RC、PARC以及PSRC的傳統(tǒng)方法的局限性、因而在任意環(huán)境中呈現(xiàn)較好性能的優(yōu)點。


圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明第一示例實施例的MIMO系統(tǒng)的框圖；圖2是圖示根據(jù)本發(fā)明第二示例實施例的MIMO系統(tǒng)的框圖；以及圖3是證明根據(jù)本發(fā)明第二示例實施例的MIMO系統(tǒng)的提高的性能的實驗結(jié)果的曲線圖。
具體實施例方式
在下文中，將詳細描述本發(fā)明的示例實施例。然而，本發(fā)明并不限于下面公開的示例實施例，而是能夠以各種類型實施。因此，本示例實施例是為了完整地公開本發(fā)明以及向本領(lǐng)域普通技術(shù)人員充分告知本發(fā)明的范圍而提供的。
圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明第一示例實施例的多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)的框圖。參照圖1，該MIMO系統(tǒng)包括發(fā)射機110和接收機120。發(fā)射機110包括解復(fù)用單元111、多個信道編碼單元112、多個碼元(symbol)映射器113、多個預(yù)編碼/天線映射單元114、以及自適應(yīng)發(fā)送控制單元115。接收機120包括碼元檢測單元121、解碼單元122、多路復(fù)用單元123、信道估計單元124、以及反饋參數(shù)提取單元125。
高速率用戶數(shù)據(jù)經(jīng)過解復(fù)用單元111，并被分為多個低速率數(shù)據(jù)流。這些數(shù)據(jù)流經(jīng)過信道編碼單元112并被編碼。編碼的數(shù)據(jù)流經(jīng)過碼元映射器113，并被碼元化(symbolize)。所得到的碼元在預(yù)編碼/天線映射單元114處被乘以對應(yīng)于每個流的預(yù)編碼向量并被發(fā)送到發(fā)射天線，或者只經(jīng)由天線映射而被發(fā)送到發(fā)射天線。對應(yīng)于每個流的預(yù)編碼向量可以是特定的固定向量或可以在從接收機反饋的預(yù)編碼向量的基礎(chǔ)上根據(jù)自適應(yīng)發(fā)送控制單元115的命令而變化。
在接收機120中，通過天線接收向量信號，并由碼元檢測單元121通過預(yù)定順序來檢測該向量信號。第一檢測的信號經(jīng)過解碼單元122，并被解碼為原始信息，所述原始信息隨后在多路復(fù)用單元123處被多路復(fù)用。由解碼單元122解碼的信號被編碼回從原始發(fā)送端發(fā)送的信號。將該信號乘以MIMO信道，并且從所接收的信號中減去該結(jié)果。從而，第一檢測的信號完全不與其它剩余的數(shù)據(jù)流相干擾。這是一般的連續(xù)干擾抵消接收方案。在本發(fā)明中，假定在接收機120處使用這樣的連續(xù)干擾抵消接收方案。此外，在本發(fā)明中，假定接收機120能夠使用信道估計單元124估計MIMO信道。所估計的信道被輸入到碼元檢測單元121中，并被用于檢測每個數(shù)據(jù)流。
此外，信道估計單元124估計MIMO信道矩陣，并且，將MIMO信道矩陣輸入到處理關(guān)于要發(fā)送給發(fā)射機110的所估計的MIMO信道矩陣的信息的反饋參數(shù)提取單元125。反饋參數(shù)提取單元125提取的信息被反饋給發(fā)射機110?；趶姆答亝?shù)提取單元125獲得的信息，自適應(yīng)發(fā)送控制單元115確定如何發(fā)送每個數(shù)據(jù)流，并且相應(yīng)地控制信道編碼單元112、碼元映射器113、以及預(yù)編碼/天線映射單元114。
圖1所示的發(fā)射機110和接收機120與采用每天線速率控制(PARC)方法和每流速率控制(PSRC)方法的發(fā)射機和接收機在結(jié)構(gòu)上相似。然而，在圖1所示的發(fā)射機110和接收機120中，從接收機120反饋給發(fā)射機110的信息與根據(jù)PARC方法和PSRC方法的、從接收機反饋給發(fā)射機的每個流的信號對干擾加噪聲比(SINR)不同，因而反饋參數(shù)提取單元125和自適應(yīng)發(fā)送控制單元115執(zhí)行不同的操作。此外，圖1所示的發(fā)射機110不僅能夠改變數(shù)據(jù)發(fā)送速率，還能夠改變發(fā)送功率，使得預(yù)編碼/天線映射單元114可具有不同的結(jié)構(gòu)。換言之，預(yù)編碼/天線映射單元114能夠根據(jù)自適應(yīng)發(fā)送控制單元115的控制來控制流的信號輸出的發(fā)送功率。預(yù)編碼/天線映射單元114調(diào)整預(yù)編碼向量的大小，以控制每個流的信號輸出的發(fā)送功率。第一示例實施例的反饋參數(shù)提取單元125和自適應(yīng)發(fā)送控制單元115如下操作。首先，接收機120的信道估計單元124估計MIMO信道。這里，如果用H表示所估計的信道的矩陣，則H的第j列第i行處的元素的值Hij為第j發(fā)射天線和第i接收天線之間的信道值。此外，將Hj視為MIMO信道矩陣的第j列向量。
通常，當利用酉矩陣U的向量對一個數(shù)據(jù)流進行預(yù)編碼時，通過許多天線發(fā)送該數(shù)據(jù)流的向量信號。然而，假定MIMO信道矩陣為HU，其也可以被認為是通過一個天線來發(fā)送一個數(shù)據(jù)流。因此，方便起見，在下文中將假定只通過一個天線發(fā)送一個數(shù)據(jù)流。
下面，M表示發(fā)射天線的數(shù)目，N表示接收天線的數(shù)目，pk表示第k天線數(shù)據(jù)流的發(fā)送功率。當S表示集合{1，2，？，M}和s？S的置換(permutation)的集合時，sk是s的第k個元素。當在解碼單元122的連續(xù)干擾抵消處理期間以s的順序?qū)⑻炀€數(shù)據(jù)流解碼時，用于第sk個數(shù)據(jù)流的接收信號yk由公式2給出公式2yk=pskHkxk+Σk≤t≤MpstHstxst+n]]>這里，xk是第k天線流的發(fā)送信號，n是噪聲向量。
信號的SINR根據(jù)接收算法變化。例如，當最小均方誤差(MMSE)算法被用作接收算法時，天線發(fā)送功率向量為p＝{pk}，最佳MMSE加權(quán)向量為w(p)，接收SINR由公式3給出公式3SINRskMMSE(p)=psk|w*(p)Hk|2Σk≤t≤Mpst|w*(p)Hst|2+|w*(p)n|2]]>為了使最佳理論信道容量最大化，常規(guī)地計算公式4的解公式4maxs,pΣ1≤k≤Mlog2(1+SINRsk(p))]]>s.t.1tp≤P這里，P是發(fā)射機的最大發(fā)送功率。
每個天線的置換s和發(fā)送功率p解決上面的優(yōu)化問題，并允許獲得最大信道容量。反饋參數(shù)提取單元125解決上面的優(yōu)化問題，并將所述解的p和每個天線的SINR反饋給發(fā)射機110。發(fā)射機110的自適應(yīng)發(fā)送控制單元115在以這種方式接收的信息的基礎(chǔ)上控制每個天線的功率和傳送速率。反饋的發(fā)送功率值被用于發(fā)送功率，并且以與反饋的SINR匹配并且滿足所需PER的數(shù)據(jù)傳送速率來發(fā)送數(shù)據(jù)。該方法優(yōu)化發(fā)送功率，以根據(jù)每個SINR的傳送速率發(fā)送數(shù)據(jù)，從而保證比PARC方法、PSRC方法等更高的信道容量。然而，與傳統(tǒng)的PARC方法和PSRC方法相比，根據(jù)這一方法反饋兩倍數(shù)量的信息。
然而，圖1所示的MIMO系統(tǒng)具有與PARC系統(tǒng)或PSRC系統(tǒng)相同數(shù)量的反饋信息，但是使用根據(jù)天線流改變發(fā)送功率的方法，從而提高性能。通常，當存在其噪聲功率由δ12，δ22，…，δM2給出的多個正交信道時，注水(water-filling)法是已知的功率分配方法，其使信道容量的總和盡可能地大。這里，根據(jù)充水法的最優(yōu)解由公式5給出公式5δ12+p1=δ22+p2=···=δM2+pM=Ω]]>如果Ω<δq2,]]>pq＝0Σ1≤k≤Mpk=P]]>當噪聲電平(level)和磁信號電平的總和是固定的、并且噪聲電平大于該總和時，不分配功率。然而，這是對于不相互干擾的正交信道的解。當接收機使用連續(xù)干擾抵消方案時，經(jīng)過接收機的數(shù)據(jù)流不是完全正交的。即，當使用連續(xù)干擾抵消方案時，雖然較早被解碼的流不干擾稍后被解碼的流，但是稍后被解碼的流的信號干擾較早被解碼的流的信號。因此，經(jīng)過接收機的數(shù)據(jù)流不是完全正交的，但是具有正交特性。因而，當如公式5所示分配功率時，可提高性能。
當s表示連續(xù)干擾抵消順序(order)(解碼順序)、向量p表示分配給每個天線(數(shù)據(jù)流)的功率、在天線k之前的流的信號被完全去除、并且SINRks表示天線k的SINR時，作為滿足公式6的p來分配功率公式6p1+p1SINR1s=p2+p2SINR2s=···=pM+pMSINRMs]]>Σ1≤k≤Mpk=P]]>在計算了滿足該公式的S和P之后，反饋參數(shù)提取單元125將公式7的信息發(fā)送到發(fā)射機110
公式7[p1‾,p2‾,···,pM-1‾,SINRMs‾]]]>接收機110的自適應(yīng)發(fā)送控制單元115接收上面的信道信息，將反饋的值用作第1個到第(M-1)個天線數(shù)據(jù)流的發(fā)送功率，并通過公式8計算第M個天線的發(fā)送功率公式8P-Σ1≤k≤M-1pk]]>通過公式9計算第1個到第(M-1)個天線數(shù)據(jù)流的SINR公式9SINRJs‾=pJSINRMs‾(pM-pJ)SINRMs‾+pM]]>使用天線流的SINR確定每個數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)傳送速率。
根據(jù)上面提供的方法，只反饋[p1‾,p2‾,···,pM-1‾,SINRMs‾]]]>的M個數(shù)目的數(shù)據(jù)。這是根據(jù)PARC方法和PSRC方法反饋的相同數(shù)量的反饋信息。利用該相同數(shù)量的反饋信息，不僅可以控制每個流的傳送速率，還可以控制發(fā)送功率，以提高數(shù)據(jù)傳送速率。
在上述本發(fā)明第一示例實施例提供一種用于在一個給定的發(fā)送/接收鏈路中提高性能的方法的同時，本發(fā)明的第二示例實施例提供一種用于當多個用戶具有多個天線時提高性能的方法。如在上面在背景技術(shù)的討論中簡要提及的那樣，每單位基本流用戶速率控制(PU2RC)方法允許在多用戶MIMO環(huán)境中將合適的流分配給每個用戶。根據(jù)PU2RC方法，每個流被乘以對應(yīng)于該流的預(yù)編碼向量并被通過多個天線發(fā)送。
根據(jù)PU2RC方法，利用單位向量(unitary vector)對每個數(shù)據(jù)流進行預(yù)編碼，然后將其分配給每個用戶。該方法使用多用戶分集提高系統(tǒng)性能。然而，與PARC方法或PSRC方法相比，PU2RC方法具有不能消除流間干擾的缺點。根據(jù)本發(fā)明第二示例實施例的方法實現(xiàn)多用戶分集，并通過連續(xù)干擾抵消方案消除了干擾。
圖2是圖示根據(jù)本發(fā)明第二示例實施例的MIMO系統(tǒng)的圖。參照圖2，該MIMO系統(tǒng)包括發(fā)射機210和接收機220。發(fā)射機210包括用戶選擇單元211、多個信道編碼單元212、多個碼元映射器213、多個預(yù)編碼/天線映射單元214、以及自適應(yīng)發(fā)送控制單元215。接收機220包括碼元檢測單元221、解碼單元222、多路復(fù)用單元223、信道估計單元224、以及反饋參數(shù)提取單元225。
圖2所示的發(fā)射機210和接收機220在結(jié)構(gòu)上和操作上與圖1所示的發(fā)射機110和接收機120在下至它們的大多數(shù)組成單元的級別上相似。然而，由于連續(xù)干擾抵消順序(解碼順序)和反映連續(xù)干擾抵消的流的SINR被反饋給發(fā)射機210，因此反饋參數(shù)提取單元225和自適應(yīng)發(fā)送控制單元215與圖1所示的反饋參數(shù)提取單元125和自適應(yīng)發(fā)送控制單元115不同地操作。此外，圖2所示的MIMO系統(tǒng)將所述流分配給許多用戶，因而包括在自適應(yīng)發(fā)送控制單元215的控制下將用戶數(shù)據(jù)分配給每個流的用戶選擇單元211。例如，當在基站處有四個天線以及三個用戶時，流1可被分配給用戶1，天線2和天線3(即流2和流3)可被分配給用戶2，流4可被分配給用戶3。當像該示例的用戶2一樣將多個流分配給一個用戶時，用戶選擇單元211將用戶2的數(shù)據(jù)分為兩個并行低速率數(shù)據(jù)，并將每個數(shù)據(jù)分配給一個流。具體地說，將這兩個并行低速率數(shù)據(jù)中的一個分配給流2，而將另一個分配給流3。
圖2所示的發(fā)射機210和接收機220的操作與PU2RC方法之間的最大差異是圖2所示的發(fā)射機210和接收機220反饋連續(xù)干擾抵消順序(解碼順序)和反映連續(xù)干擾抵消的SINR。相比之下，根據(jù)PU2RC方法，不反饋解碼順序，并且反饋不反映連續(xù)干擾抵消的SINR。
通過下面所述的方法，可確定連續(xù)干擾抵消順序，并且可計算根據(jù)所述順序的SINR。然而，本發(fā)明不限于下面所述的方法/算法。
接收機220的信道估計單元224估計MIMO信道。然后，為每個流計算其它流的干擾沒有被消除的情況的SINR。選擇具有所計算的SINR中的最大SINR的流。這里，所選擇的流可被表示為s1，并且其SINR可被表示為SINR(s1)。隨后，當假定從數(shù)據(jù)流s1產(chǎn)生的信號的干擾被完全消除時，計算其它流的SINR。選擇具有所計算的SINR中的最大SINR的流。這里，所選擇的流可被表示為s2，并且其SINR可被表示為SINR(s2)。隨后，當假定從數(shù)據(jù)流s1和s2產(chǎn)生的信號的干擾被完全消除時，計算其它流的SINR。選擇具有所計算的SINR中的最大SINR的流。這里，所選擇的流可被表示為s3，并且其SINR可被表示為SINR(s3)。重復(fù)執(zhí)行此過程，直到選擇了所有流或者達到了預(yù)定的最大重復(fù)數(shù)目T(T≤M)為止。隨后，反饋參數(shù)提取單元225向基站發(fā)射機210反饋s1、s2、…、sT的解碼順序(連續(xù)干擾抵消順序)以及每個流的反映連續(xù)干擾抵消的SINR(s1)、SINR(s2)、…、SINR(sT)的SINR。
基站發(fā)射機210使用從所有用戶反饋的上述信息而在以下兩個條件下將每個數(shù)據(jù)流分配給用戶條件1相同的數(shù)據(jù)流不能被分配給多于一個用戶。
條件2為了將流i分配給用戶k，來自用戶k的所反饋的連續(xù)干擾抵消順序(解碼順序)中的流i前面的流必須被分配給用戶k。
每個流在滿足上面的條件時被分配給用戶。這里，基站發(fā)射機210以使該系統(tǒng)性能最大這樣的方式來分配流。
例如，如果系統(tǒng)包括三個用戶并且基站的發(fā)送流的最大數(shù)目是4，則從每個用戶反饋的解碼順序(干擾抵消順序)如下用戶13，1，4，2用戶22，3，1，4用戶34，2，1，3當將流2和流3分配給用戶2時，可將流4分配給用戶3。然而，由于必須將流3預(yù)先分配給用戶1以便將流1分配給用戶1，因此不能將剩余的流1分配給用戶1。
另一方面，當將流3和流1分配給用戶1時，可以將流2分配給用戶2。此外，可以將流4分配給用戶3，因為該分配滿足上面的條件1和條件2。
當將特定流分配給用戶時，基于所反饋的SINR確定所述流的數(shù)據(jù)發(fā)送速率。
圖3是證明根據(jù)本發(fā)明第二示例實施例的MIMO系統(tǒng)的提高的性能的實驗結(jié)果的曲線圖。在圖3中，x軸表示用戶數(shù)量，y軸表示以每個頻率(Hz)的發(fā)送速率(比特每秒(BPS))為單位測量的信道容量。在信噪比(SNR)為10并且發(fā)射機和接收機每個具有4個天線的條件下進行該仿真實驗。
作為該仿真實驗的結(jié)果，當有少量用戶時，PARC系統(tǒng)呈現(xiàn)出比PU2RC系統(tǒng)更大的容量，因而優(yōu)于PU2RC系統(tǒng)。另一方面，當有大量用戶時，PU2RC系統(tǒng)呈現(xiàn)出比PARC系統(tǒng)更大的容量，因而優(yōu)于PARC系統(tǒng)。此外，根據(jù)本發(fā)明第二示例實施例的MIMO系統(tǒng)發(fā)明2呈現(xiàn)出至少與PARC系統(tǒng)和PU2RC系統(tǒng)之間的較大容量一樣大的容量，而與用戶數(shù)量無關(guān)。因此，從仿真實驗的結(jié)果可以看到根據(jù)本發(fā)明第二示例實施例的MIMO系統(tǒng)發(fā)明2優(yōu)于PARC系統(tǒng)和PU2RC系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種控制多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)的方法，所述MIMO系統(tǒng)包括使用多個天線的發(fā)射機和接收機，所述方法包括以下步驟在接收機處估計MIMO信道，并且使用連續(xù)干擾抵消方案來檢測數(shù)據(jù)流；在接收機處使用所估計的信道來計算滿足下面給出的公式的S和P，然后將對應(yīng)于[p1‾,p2‾,···,pM-1‾,SINRMs‾]]]>的信息反饋給發(fā)射機，p1+p1SINR1s=p2+p2SINR2s=···=pM+pMSINRMs]]>Σ1≤k≤Mpk=P]]>其中s表示連續(xù)干擾抵消順序，p表示每個流的發(fā)送功率，SINRks表示當在流k之前的流的信號被完全去除時流k的信號對干擾加噪聲比(SINR)，P表示發(fā)射機的功率；以及在發(fā)射機處使用所反饋的信息來確定每個流的數(shù)據(jù)發(fā)送速率和發(fā)送功率。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在確定每個流的數(shù)據(jù)發(fā)送速率的步驟中，第1個到第(M-1)個流的發(fā)送功率被分配為[p1‾,p2‾,···,pM-1‾],]]>第M個流的發(fā)送功率被分配為P-Σ1≤k≤M-1pk.]]>
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在確定每個流的發(fā)送功率的步驟中，通過以下公式計算第1個到第(M-1)個流的SINRSINRjs‾=pjSINRMs‾(pM-pj)SINRMs‾+pM,]]>以及使用每個數(shù)據(jù)流的SINR來確定每個數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)傳送速率。
4.一種多輸入多輸出(MIMO)接收機，包括碼元檢測單元和解碼單元，用于使用連續(xù)干擾抵消方案來從自天線接收到的信號恢復(fù)多個數(shù)據(jù)流；多路復(fù)用單元，用于多路復(fù)用并輸出所述數(shù)據(jù)流；信道估計單元，用于基于從天線接收的信號估計MIMO信道信息；以及反饋參數(shù)提取單元，用于使用所估計的MIMO信道信息提取要反饋給發(fā)射機的參數(shù)，其中，所述反饋參數(shù)是對應(yīng)于[p1‾,p2‾,···,pM-1‾,SINRMs‾]]]>的信息，SINRks表示當流k之前的流的信號被完全去除時流k的信號對干擾加噪聲比(SINR)，S和P是滿足以下公式的值p1+p1SINR1s=p2+p2SINR2s=···=pM+pMSINRMs]]>Σ1≤k≤Mpk=P]]>其中s表示連續(xù)干擾抵消順序，p表示每個流的發(fā)送功率，P表示發(fā)射機的功率。
5.一種多輸入多輸出(MIMO)發(fā)射機，包括解復(fù)用單元，用于將高速率用戶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為多個低速率數(shù)據(jù)流；多個信道編碼單元，用于對所述數(shù)據(jù)流進行信道編碼；多個碼元映射器，用于將編碼的數(shù)據(jù)流映射為碼元；多個預(yù)編碼/天線映射單元，用于將所述碼元乘以預(yù)編碼向量，并將相乘后的向量信號發(fā)送給發(fā)射天線，或?qū)⑺龃a元經(jīng)由天線映射發(fā)送給所述天線；以及自適應(yīng)發(fā)送控制單元，用于使用所接收的反饋參數(shù)來控制每個流的發(fā)送功率和數(shù)據(jù)發(fā)送速率，其中，所述反饋參數(shù)是對應(yīng)于[p1‾,p2‾,···,pM-1‾,SINRMs‾]]]>的信息，SINRks表示當流k之前的流的信號被完全去除時流k的信號對干擾加噪聲比(SINR)，S和P是滿足下面的公式的值p1+p1SINR1s=p2+p2SINR2s=···=pM+pMSINRMs]]>Σ1≤k≤Mpk=P]]>其中s表示連續(xù)干擾抵消順序，p表示每個流的發(fā)送功率，P表示發(fā)射機的功率。
6.如權(quán)利要求5所述的MIMO發(fā)射機，其中，所述自適應(yīng)發(fā)送控制單元通過控制信道編碼單元和碼元映射器來控制每個流的數(shù)據(jù)發(fā)送速率，并通過控制預(yù)編碼/天線映射單元來控制每個流的發(fā)送功率。
7.如權(quán)利要求5所述的MIMO發(fā)射機，其中，當所述自適應(yīng)發(fā)送控制單元確定每個流的發(fā)送功率時，第1個到第(M-1)個流的發(fā)送功率被分配為[p1‾,p2‾,···,pM-1‾],]]>第M個天線的發(fā)送功率被分配為P-Σ1≤k≤M-1pk.]]>
8.如權(quán)利要求5所述的MIMO發(fā)射機，其中，當所述自適應(yīng)發(fā)送控制單元確定每個流的數(shù)據(jù)傳送速率時，所述自適應(yīng)發(fā)送控制單元通過以下公式計算第1個到第(M-1)個流的SINRSINRjs‾=pjSINRMs(pM-pj)SINRMs‾+pM,]]>以及使用所述流的SINR確定每個流的數(shù)據(jù)傳送速率。
9.一種控制多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)的方法，所述系統(tǒng)包括具有多個天線的發(fā)射機以及每個具有多個天線的多個接收機，其中，通過從自發(fā)射機發(fā)送的多個流中分配給每個用戶的流來發(fā)送要發(fā)送給每個接收機的每個用戶數(shù)據(jù)，所述方法包括以下步驟在接收機處估計MIMO信道，并且使用從天線接收的信號來檢測數(shù)據(jù)流；在接收機處使用所估計的信道來提取要反饋給發(fā)射機的反饋參數(shù)，并將所述反饋參數(shù)反饋給發(fā)射機；以及在發(fā)射機處使用所反饋的參數(shù)和每個流的數(shù)據(jù)發(fā)送速率，來確定要從發(fā)射機的流中分配給接收機的流，其中，所述反饋參數(shù)是對應(yīng)于連續(xù)干擾抵消順序和反映連續(xù)干擾抵消的每個流的信號對干擾加噪聲比(SINR)的信息。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，在接收機處提取和反饋所述反饋參數(shù)的步驟包括以下步驟在接收機處使用所估計的信道將預(yù)編碼向量加到要反饋給發(fā)射機的反饋參數(shù)中；以及提取對應(yīng)于使用所述預(yù)編碼向量的情況的連續(xù)干擾抵消順序以及反映連續(xù)干擾抵消的每個流的SINR的信息，并且將所述信息反饋給發(fā)射機。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，在接收機處提取和反饋所述反饋參數(shù)的步驟包括以下步驟計算當其它流的干擾沒有被消除時發(fā)射機的每個流的SINR；選擇具有所計算的SINR中的最大SINR的發(fā)射機的流，并且存儲所選擇的流的流編號和SINR；計算當從在前一步驟中選擇的流產(chǎn)生的信號的干擾被消除時剩余的流的SINR；選擇具有所計算的SINR中的最大SINR的流，并且存儲所選擇的流的流編號和SINR；對于每個流或預(yù)定數(shù)目的流重復(fù)前面的兩個步驟；以及將連續(xù)存儲的所選擇的流的流編號和SINR作為反饋參數(shù)反饋給發(fā)射機，其中，所述反饋參數(shù)是連續(xù)干擾抵消順序和反映連續(xù)干擾抵消的每個流的SINR。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，在發(fā)射機處確定要分配給接收機的流和每個流的數(shù)據(jù)傳送速率的步驟中，在以下條件下將流分配給接收機一個流不能被分配給多于一個接收機，并且從接收機k反饋的連續(xù)干擾抵消順序中的流i之前的流應(yīng)被分配給接收機k，以便將流i分配給接收機k。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，在發(fā)射機處確定要分配給接收機的流和每個流的數(shù)據(jù)傳送速率的步驟中，分配所述流以便在滿足所述條件的同時使得系統(tǒng)性能最大化。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，在發(fā)射機處確定要分配給接收機的流和每個流的數(shù)據(jù)傳送速率的步驟中，當將流分配給接收機時，基于所反饋的SINR確定所述流的數(shù)據(jù)傳送速率。
15.一種在多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)中使用的MIMO接收機，所述MIMO系統(tǒng)包括具有多個天線的發(fā)射機和每個具有多個天線的多個接收機，其中，通過從自發(fā)射機發(fā)送的多個流中分配給每個用戶的流來發(fā)送要發(fā)送給每個接收機的每個用戶數(shù)據(jù)，所述MIMO接收機包括碼元檢測單元和解碼單元，用于使用連續(xù)干擾抵消方案而從自天線接收的信號向量恢復(fù)多個數(shù)據(jù)流；多路復(fù)用單元，用于多路復(fù)用并輸出從所述數(shù)據(jù)流中分配給接收機的數(shù)據(jù)流；信道估計單元，用于基于從天線接收的信號估計MIMO信道信息；以及反饋參數(shù)提取單元，用于使用所估計的MIMO信道信息提取要反饋的參數(shù)，所述參數(shù)是連續(xù)干擾抵消順序和反映連續(xù)干擾抵消的每個流的信號對干擾加噪聲比(SINR)。
16.一種在多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)中使用的MIMO接收機，所述MIMO系統(tǒng)包括具有多個天線的發(fā)射機和每個具有多個天線的多個接收機，其中，通過從發(fā)射機的多個流中分配給每個用戶的流來發(fā)送要發(fā)送給每個接收機的每個用戶數(shù)據(jù)，所述MIMO接收機包括反饋參數(shù)提取單元，用于使用所估計的MIMO信道信息將預(yù)編碼向量加到要反饋的參數(shù)中，并且提取使用所述預(yù)編碼向量的情況的連續(xù)干擾抵消順序以及反映連續(xù)干擾抵消的每個流的信號對干擾加噪聲比(SINR)。
17.一種多輸入多輸出(MIMO)發(fā)射機，包括用戶選擇單元，用于將多個輸入用戶數(shù)據(jù)分配給流；多個信道編碼單元，用于對從用戶選擇單元輸出的多個數(shù)據(jù)流進行信道編碼；多個碼元映射器，用于將編碼的數(shù)據(jù)流映射為碼元；多個預(yù)編碼/天線映射單元，用于將所述碼元乘以從接收機反饋的預(yù)編碼向量，并將相乘后的向量信號發(fā)送到發(fā)射天線，或者當沒有從接收機反饋所述預(yù)編碼向量時將所述流乘以預(yù)定的預(yù)編碼向量，并將相乘后的向量信號發(fā)送到發(fā)射天線；以及自適應(yīng)發(fā)送控制單元，用于使用所接收的反饋參數(shù)和每個流的數(shù)據(jù)傳送速率來確定將輸入用戶數(shù)據(jù)分配給哪些流，所述反饋參數(shù)是連續(xù)干擾抵消順序和反映連續(xù)干擾抵消的每個流的信號對干擾加噪聲比(SINR)。
18.如權(quán)利要求17所述的MIMO發(fā)射機，其中，所述自適應(yīng)發(fā)送控制單元通過控制用戶選擇單元來控制將輸入用戶數(shù)據(jù)分配給發(fā)射機的哪些流，并且通過控制信道編碼單元和碼元映射器來控制每個天線的數(shù)據(jù)傳送速率。
全文摘要
提供了一種控制多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)的方法。該方法的一個實施例包括以下步驟在接收機處估計MIMO信道并且使用連續(xù)干擾抵消方案檢測數(shù)據(jù)流；在接收機處使用所估計的信道計算S和P，然后將對應(yīng)于(P
文檔編號H04J99/00GK101069365SQ200580041363
公開日2007年11月7日 申請日期2005年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月8日
發(fā)明者李熙秀, 李效陳, 安載泳 申請人:韓國電子通信研究院