專利名稱：在mimo系統(tǒng)中向用戶發(fā)射數(shù)據(jù)的方法和基站的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及移動通信領域。更具體地，涉及一種在多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)中向 用戶發(fā)射數(shù)據(jù)的方法和基站，能夠改善移動用戶的性能。
背景技術：
“多用戶-多輸入多輸出(MU-MIMO) ”表示多個用戶共享相同的時頻資源來與相同 的基站(BQ進行通信。這暗含著在時變信道中，與單用戶-多輸入多輸出(SU-MIMO)相比， 每一個用戶將會收到額外的用戶間干擾(即基站(BS)發(fā)給同一多用戶組中的其他用戶的 數(shù)據(jù))。另外，隨著目標用戶的移動速度的增加，該用戶間干擾會變大，這使得系統(tǒng)性能極為 惡化，特別是在用戶高速移動的情況下。因此，在本領域內(nèi)，需要一種技術在時變信道中在 SU-MIMO傳輸和MU-MIMO傳輸之間進行自適應切換。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術的缺陷提出了本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提出一種MIMO系統(tǒng)中 向用戶發(fā)射數(shù)據(jù)的方法和基站，能夠改善移動用戶的性能。為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，提出了一種多輸入多輸出MIMO系統(tǒng)中的基站， 包括單用戶-多輸入多輸出SU-MIMO/多用戶-多輸入多輸出MU-MIMO預編碼裝置，用 于根據(jù)來自控制器的預編碼矩陣，對每一個用戶的數(shù)據(jù)和導頻進行預編碼；控制器，用于 根據(jù)用戶的移動速度和信道狀態(tài)信息CSI來產(chǎn)生針對該用戶的預編碼矩陣，并傳送到所述 SU-MIM0/MU-MIM0預編碼裝置；以及多個發(fā)射天線，每一個用于發(fā)射針對各個用戶的數(shù)據(jù) 和導頻。優(yōu)選地，所述控制器將用戶的移動速度與預先存儲的閾值進行比較，如果用戶的 移動速度大于預先存儲的閾值，則根據(jù)SU-MIMO方式來產(chǎn)生針對該用戶的預編碼矩陣，如 果用戶的移動速度不大于預先存儲的閾值，則根據(jù)MU-MIMO方式來產(chǎn)生針對該用戶的預編 碼矩陣。優(yōu)選地，所述基站還包括子載波映射裝置，用于將預編碼后的數(shù)據(jù)和導頻映射到 不同的頻率子載波；以及逆快速傅立葉變換IFFT裝置，用于對從子載波映射裝置輸出的映 射后的數(shù)據(jù)和導頻進行逆快速傅立葉變換，并傳送到所述多個發(fā)射天線。優(yōu)選地，所述MIMO系統(tǒng)在時變信道上進行操作。優(yōu)選地，所述MIMO系統(tǒng)采用正交頻分復用OFDM來將帶寬劃分為多個子載波。根據(jù)本發(fā)明，還提出了一種在多輸入多輸出MIMO系統(tǒng)中向用戶發(fā)射數(shù)據(jù)的方法， 包括根據(jù)用戶的移動速度和信道狀態(tài)信息CSI來產(chǎn)生針對該用戶的預編碼矩陣；根據(jù)預 編碼矩陣，對每一個用戶的數(shù)據(jù)和導頻進行預編碼；以及發(fā)射針對各個用戶的數(shù)據(jù)和導頻。


通過參考以下結合附圖對所采用的優(yōu)選實施例的詳細描述，本發(fā)明的上述目的、優(yōu)點和特征將變得顯而易見，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的多輸入多輸出MIMO系統(tǒng)中的基站的方框圖；圖2是將用戶的數(shù)據(jù)和導頻映射到不同的子載波的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的多輸入多輸出MIMO系統(tǒng)中的移動臺的方框圖；以及圖4是根據(jù)本發(fā)明的在多輸入多輸出MIMO系統(tǒng)中向用戶發(fā)射數(shù)據(jù)的方法的流程 圖。
具體實施例方式對于MU-MIMO系統(tǒng)，在時變信道中，與單用戶-多輸入多輸出(SU-MIM0)相比，每 一個用戶將會收到額外的用戶間干擾IM基站(BS)發(fā)給同一多用戶組中的其他用戶的數(shù) 據(jù)1。隨著用戶的移動速度的增加，該用戶間干擾會變大，這使得移動用戶的性能變得惡化， 如稍后所詳細描述的。將速度閾值設置為vt，并且將用戶k的速度設置為Vk，當Vk彡Vt時， 對于用戶k采用MU-MIMO來增加系統(tǒng)吞吐量。當Vk > Vt時，對于用戶k采用SU-MIM0，以 盡可能保持系統(tǒng)性能。通過將預先計算的Vk存儲在發(fā)射機處，易于在MU-MIMO和SU-MIMO 實現(xiàn)自適應切換，而無需發(fā)射機和接收機之間的額外信令?？紤]具有迫零(ZF)預編碼的MU-MIMO系統(tǒng)，其中配備了 Nt個天線的基站(BS)向K 個移動用戶進行發(fā)射。用戶k配備有nk個天線，并且其移動速度是Vkkm/h (公里/小時)。 針對用戶k的后處理SINR如下
m _Es\pk['t_
Yk [t] ----~
￡,(Hp“']|2) +心 J (樸fk = 1,2, ... ,K. i = 1，2，· · ·，nk.其中Es是符號能量，σ η2是噪聲功率，邰- ]是大小為KnkXNT的信道估計矩陣，卞 表示矩陣的偽逆，Il IIf表示矩陣的Frobenius范數(shù)。P k[t] = π DTs · Fd, k)，這里，J。 是第一類的零階貝塞爾函數(shù)，DT表示信道估計和信道使用之間的延遲，該延遲是常數(shù)且由 系統(tǒng)配置來決定。Fd,k是用戶k的多普勒頻移且與移動速度Vk成正比。從以上關于SINR和Pk[t]的表達式可以知道，yk[t]隨著Pk[t]的增加而增加， PkW隨著Fd,k的增加而減小，F(xiàn)d,k隨著Vk的增加而增加，由此可以得出Yk[t]隨著Vk的 增加而減小。也就是說，用戶k的性能隨著該用戶k的移動速度Vk的增加而降低。因此，根據(jù)本發(fā)明的MIMO系統(tǒng)在SU-MIMO和MU-MIMO之間進行自適應切換。這里， MIMO系統(tǒng)采用Nt個發(fā)射天線，并且向每一個具有nk個接收天線的k個用戶進行發(fā)射。使 用正交頻分復用(OFDM)來將帶寬劃分為多個子載波。對于MIM0-0FDM系統(tǒng)，每一個頻率子 載波可以被看作窄帶獨立傳輸信道。因此，可以對每一個子載波進行MIMO操作。下面根據(jù)附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。圖1是根據(jù)本發(fā)明的多輸入多輸出MIMO系統(tǒng)中的基站的方框圖。在圖1中，由SU-MIM0/MU-MIM0預編碼裝置對數(shù)據(jù)源和導頻進行預編碼。針對數(shù) 據(jù)和導頻的預編碼矩陣由控制器輸出，該控制器的輸入是用戶的移動速度Vk和CSI (信道 狀態(tài)信息)。速度閾值Vt是預先存儲在控制器中的常數(shù)?？刂破鲗⒆罱腣k與預先存儲 的Vt進行比較。如果Vk > Vt,則控制器為用戶k選擇SU-MIMO傳輸，并且根據(jù)SU-MIMO方法計算針對數(shù)據(jù)和導頻的預編碼矩陣。如果Vk彡Vt，則控制器為用戶k選擇MU-MIMO傳輸， 并且根據(jù)MU-MIMO方法計算針對數(shù)據(jù)和導頻的預編碼矩陣。圖1所示的子載波映射單元將數(shù)據(jù)和導頻分別映射到不同的頻率子載波，將用 戶的數(shù)據(jù)和導頻映射到不同的子載波的情形如圖2所示。圖1所示的逆快速傅立葉變換 (IFFT)裝置執(zhí)行IFFT運算，用于將頻域信號轉(zhuǎn)換為時域信號。經(jīng)過IFFT運算之后的時域信號由發(fā)射天線發(fā)射，并且由每一個用戶的接收天線 來接收。圖3是根據(jù)本發(fā)明的多輸入多輸出MIMO系統(tǒng)中的移動臺的方框圖。如圖3所示，由接收天線接收到的信號由快速傅立葉變換(FFT)裝置和子載波解 映射裝置來進行處理，快速傅立葉變換(FFT)裝置和子載波解映射裝置分別執(zhí)行上述IFFT 和子載波映射的逆操作。在子載波解映射之后，可以對數(shù)據(jù)和導頻進行區(qū)分。信道估計裝 置然后使用導頻在接收機處對CSI (Channel State ^formation)進行估計，如圖3所示。 然后，將所估計的CSI提供給均衡裝置，該均衡裝置可以采用線性最小均方誤差(LMMSE)或 其他方法。圖4是根據(jù)本發(fā)明的在多輸入多輸出MIMO系統(tǒng)中向用戶發(fā)射數(shù)據(jù)的方法的流程 圖。如圖4所示，在步驟401，根據(jù)用戶的移動速度和信道狀態(tài)信息CSI來產(chǎn)生針對該 用戶的預編碼矩陣。然后，在步驟403，根據(jù)預編碼矩陣，對每一個用戶的數(shù)據(jù)和導頻進行預 編碼。最后，在步驟405，發(fā)射針對各個用戶的數(shù)據(jù)和導頻。盡管以上已經(jīng)結合本發(fā)明的優(yōu)選實施例示出了本發(fā)明，但是本領域的技術人員將 會理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明進行各種修改、替換和改 變。因此，本發(fā)明不應由上述實施例來限定，而應由所附權利要求及其等價物來限定。
權利要求
1.一種多輸入多輸出MIMO系統(tǒng)中的基站，包括單用戶-多輸入多輸出SU-MIMO/多用戶-多輸入多輸出MU-MIMO預編碼裝置，用于根 據(jù)來自控制器的預編碼矩陣，針對每一個用戶的數(shù)據(jù)和導頻進行預編碼；控制器，用于根據(jù)用戶的移動速度和信道狀態(tài)信息CSI來產(chǎn)生針對該用戶的預編碼矩 陣，并傳送到所述SU-MIM0/MU-MIM0預編碼裝置；以及多個發(fā)射天線，每一個用于發(fā)射針對各個用戶的數(shù)據(jù)和導頻。
2.根據(jù)權利要求1所述的基站，其中所述控制器將用戶的移動速度與預先存儲的閾值 進行比較，如果用戶的移動速度大于預先存儲的閾值，則根據(jù)SU-MIMO方式來產(chǎn)生針對該 用戶的預編碼矩陣，如果用戶的移動速度不大于預先存儲的閾值，則根據(jù)MU-MIMO方式來 產(chǎn)生針對該用戶的預編碼矩陣。
3.根據(jù)權利要求1所述的基站，還包括子載波映射裝置，用于將預編碼后的數(shù)據(jù)和導頻映射到不同的頻率子載波；以及逆快速傅立葉變換IFFT裝置，用于對從子載波映射裝置輸出的映射后的數(shù)據(jù)和導頻 進行逆快速傅立葉變換，并傳送到所述多個發(fā)射天線。
4.根據(jù)權利要求1所述的基站，其中所述MIMO系統(tǒng)在時變信道上進行操作。
5.根據(jù)權利要求1所述的基站，其中所述MIMO系統(tǒng)采用正交頻分復用OFDM來將帶寬 劃分為多個子載波。
6.一種在多輸入多輸出MIMO系統(tǒng)中向用戶發(fā)射數(shù)據(jù)的方法，包括根據(jù)用戶的移動速度和信道狀態(tài)信息CSI來產(chǎn)生針對該用戶的預編碼矩陣；根據(jù)預編碼矩陣，對每一個用戶的數(shù)據(jù)和導頻進行預編碼；以及發(fā)射針對各個用戶的數(shù)據(jù)和導頻。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其中根據(jù)用戶的移動速度和信道狀態(tài)信息CSI來產(chǎn)生 針對該用戶的預編碼矩陣的步驟包括將用戶的移動速度與預先存儲的閾值進行比較，如果用戶的移動速度大于預先存儲的 閾值，則根據(jù)SU-MIMO方式來產(chǎn)生針對該用戶的預編碼矩陣，如果用戶的移動速度不大于 預先存儲的閾值，則根據(jù)MU-MIMO方式來產(chǎn)生針對該用戶的預編碼矩陣。
8.根據(jù)權利要求6所述的方法，其中所述MIMO系統(tǒng)在時變信道上進行操作。
9.根據(jù)權利要求6所述的方法，其中所述MIMO系統(tǒng)采用正交頻分復用OFDM來將帶寬 劃分為多個子載波。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明，提出了一種多輸入多輸出MIMO系統(tǒng)中的基站，包括單用戶-多輸入多輸出SU-MIMO/多用戶-多輸入多輸出MU-MIMO預編碼裝置，用于根據(jù)來自控制器的預編碼矩陣，對每一個用戶的數(shù)據(jù)和導頻進行預編碼；控制器，用于根據(jù)用戶的移動速度和信道狀態(tài)信息CSI(Channel State Information)來產(chǎn)生針對該用戶的預編碼矩陣，并傳送到所述SU-MIMO/MU-MIMO預編碼裝置；以及多個發(fā)射天線，每一個用于發(fā)射針對各個用戶的數(shù)據(jù)和導頻。
文檔編號H04L27/26GK102104994SQ200910200878
公開日2011年6月22日 申請日期2009年12月21日 優(yōu)先權日2009年12月21日
發(fā)明者周寶龍, 張鵬杰, 李亞麟, 蔣玲鴿, 郭彬, 馬鳴 申請人:上海貝爾股份有限公司