一种上行MIMO模式间切换方法、装置及设备 |
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| 申请号 | CN201110159288.3 | 申请日 | 2011-06-14 | 公开(公告)号 | CN102832980B | 公开(公告)日 | 2017-10-20 |
| 申请人 | 中兴通讯股份有限公司; | 发明人 | 郭军平; 李静; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种上行MIMO模式间切换方法、装置及设备，该方法基站当获取到当前传输系统采用的发射方式为MIMO方式时，确定上行MIMO两个流的空间相关性系数，并获取每个流在非MIMO模式下的接收 信号 强度指示以及每个流的误包率；选择两个流的接收信号强度指示的较小值，及误包率的较大值，根据两个流的空间相关性系数、选择的接收信号强度指示以及误包率，确定相应的上行MIMO切换模式。由于在本发明中通过对两个流的空间相关性系数、选择的接收信号强度指示的较小值以及误包率的较大值与相应 阈值 进行比较，确定相应的上行MIMO切换模式，从而实现了上行MIMO的模式切换，因此，获得了更好的传输性能。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种上行多输入多输出MIMO模式间切换方法，其特征在于，所述方法包括： |
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| 说明书全文 | 一种上行MIMO模式间切换方法、装置及设备技术领域[0001] 本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种上行多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Out-put，MIMO)模式间切换方法、装置及设备。 背景技术[0002] MIMO技术为正交频分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA)技术中物理层的关键技术。MIMO技术是指在无线通信系统中，将信号进行空间编码后通过多根天线发射出去，通过无线信道到达接收端后，通过位于接收端的多根天线接收，再利用无线空间解码恢复原信号的技术。 [0003] MIMO技术应用在无线通信系统中包括多种实现方式，以WiMax系统为例，该实现方式包括：发射分集方式、空间复用方式以及波束赋型方式等多种多天线技术。对于接收端主要是多天线接收分集，受限于终端的天线数和能力。上行MIMO主要研究发射分集方式和空间复用方式。各种多天线实现方式针对的是不同的无线信道环境，例如在无线信道的MIMO两个流的空间相关性较低时，系统采用空间复用方式能够获得较好的频谱利用率，同时保证传输性能；在MIMO两个流的空间相关性较高时，系统采用发射分集方式能够获得更好的传输性能。因此通信系统可以根据当前信道的条件在不同的多天线技术之间进行自适应的切换。 [0004] 对于下行MIMO系统的切换方案已经有很多，但受限于终端的能力，而针对上行MIMO系统的切换，还没有比较完善的方案。 发明内容[0005] 有鉴于此，本发明提供了一种上行MIMO模式间切换方法、装置及设备，提供针对上行MIMO系统的切换方法，获得更好的传输性能。 [0006] 本发明提供了一种上行多输入多输出MIMO模式间切换方法，该方法包括如下步骤： [0007] 基站当获取到当前传输系统采用的发射方式为MIMO方式时，对接收信号进行信道估计，确定上行MIMO两个流的空间相关性系数； [0008] 估计当前每个流在非MIMO模式下的接收信号强度指示； [0009] 根据校验得到的每个流当前错误数据包的数量，以及根据上层消息中获取的每个流当前数据包数量，确定每个流的误包率； [0010] 选择两个流的接收信号强度指示的较小值，及误包率的较大值，根据两个流的空间相关性系数、选择的接收信号强度指示以及误包率，确定相应的上行MIMO切换模式。 [0011] 本发明提供了一种上行多输入多输出MIMO模式间切换装置，所述装置包括： [0012] 第一确定模块，用于当获取到当前传输系统采用的发射方式为MIMO方式时，对接收信号进行信道估计，确定上行MIMO两个流的空间相关性系数； [0013] 估计模块，用于估计当前每个流在非MIMO模式下的接收信号强度指示； [0014] 第二确定模块，用于根据校验得到的每个流当前的错误数据包的数量，以及根据上层消息中获取的每个流当前的数据包数量，确定每个流的误包率； [0015] 比较确定模块，用于选择两个流的接收信号强度指示的较小值，及误包率的较大值，根据两个流的空间相关性系数、选择的接收信号强度指示以及误包率，确定相应的上行MIMO切换模式。 [0016] 本发明提供了一种基站，该基站包括上述装置。 [0017] 本发明提供了一种上行MIMO模式间切换方法、装置及设备，在该方法中，基站当获取到当前传输系统采用的发射方式为MIMO方式时，对接收信号进行信道估计，确定上行MIMO两个流的空间相关性系数；并获取每个流在非MIMO模式下的接收信号强度指示以及每个流的误包率；选择两个流的接收信号强度指示的较小值，及误包率的较大值，根据两个流的空间相关性系数、选择的接收信号强度指示以及误包率，确定相应的上行MIMO切换模式。由于在本发明中通过对两个流的空间相关性系数、选择的接收信号强度指示的较小值以及误包率的较大值与设置的相应阈值进行比较，确定相应的上行MIMO切换模式，从而实现了上行MIMO的模式切换，因此，获得了更好的传输性能。 附图说明 [0018] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中： [0019] 图1为本发明提供的一种上行多输入多输出MIMO模式间切换的过程示意图； [0020] 图2A为单天线的两个终端采用上行协作MIMO模式的工作示意图； [0021] 图2B为拥有双天线的终端上行MIMO A、MIMO B模式的工作示意图； [0022] 图3为本发明提供的当选择的所述误包率小于设定的误包率阈值时，上行MIMO模式的切换过程； [0023] 图4为本发明提供的误包率大于设定的误包率阈值的一种上行多输入多输出MIMO模式间切换的详细过程示意图； [0024] 图5为本发明提供的一种上行多输入多输出MIMO模式间切换装置的结构示意图。 具体实施方式[0025] 为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 [0026] 图1为本发明提供的一种上行多输入多输出MIMO模式间切换的过程示意图，该切换过程包括以下步骤： [0027] S101：基站当获取到当前传输系统采用的发射方式为MIMO方式时，对接收信号进行信道估计，确定上行MIMO两个流的空间相关性系数。 [0028] 其中，基站获取到当前传输系统采用的发射方式，是通过直接读取Mac To Phy的消息得到的。 [0029] S102：基站估计当前每个流在非MIMO模式下的接收信号强度指示。 [0030] S103：基站根据校验得到的每个流当前错误数据包的数量，以及根据上层消息中获取的每个流当前数据包数量，确定每个流的误包率。 [0031] S104：选择两个流的接收信号强度指示的较小值，及误包率的较大值，根据两个流的空间相关性系数、选择的接收信号强度指示以及误包率，确定相应的上行MIMO切换模式。 [0032] 当基站确定了相应的上行MIMO切换模式后，所述基站将确定的切换后的上行MIMO模式通知给终端。 [0033] 本发明提供的上行多输入多输出MIMO模式间切换方法，主要针对的是上行MIMO两个流的MIMO模式间切换，具体的该方法应用在单终端双天线，以及单天线的两个终端采用MIMO模式时，其MIMO模式的切换过程。 [0034] 图2A为单天线的两个终端采用上行协作MIMO模式的工作示意图，图2B为拥有双天线的终端上行MIMO A、MIMO B模式的工作示意图。基于图2A两个用户分别采用单天线的终端，两个用户的数据经过编码后，该两个终端通过上行协作模式将用户数据发送到基站。基于图2B用户采用双天线的终端，终端将用户数据进行编码后，得到的编码后的数据通过时空编码，通过MIMO A或MIMO B模块将数据发送到基站。 [0035] 目前Wimax系统上行采用的多天线发射技术主要有下面几种：1，空间复用：终端采用BLAST结构，空时编码矩阵为 利用发射天线同时发射不同信号，获得下行流量加倍，2上行MIMO B和协作MIMO。3，空时发射分集：终端采用Alamouti-STC(Space Time Coding)方案，空时编码矩阵为 利用天线发射重复的信号，获得分集增益。此外，协作MIMO也可以和上行MIMO A或者MIMO B结合使用。不同的多天线技术应用的场景有所不同，实现多天线技术的自适应切换，能够提高系统的性能。 [0036] 在本发明中需要根据上行MIMO两个流的空间相关性系数，确定MIMO模式的切换过程，具体的在确定上行MIMO两个流的空间相关性系数时包括： [0037] 对接收信号进行信道估计，确定每个发射天线以及每个接收天线上的信道冲击响应估计值，获得导频的信道冲击响应矩阵； [0038] 对所述导频的信道冲击响应矩阵进行自相关运算，获得导频的自相关矩阵； [0039] 对所述导频的自相关矩阵进行特征值分解，获得上行MIMO两个流的空间相关性系数。 [0040] 具体的在确定两个流的空间相关性系数时：首先需要对接收到的信号进行信道估计，其中可以采用不同的信道估计方法，在进行信道估计时，需要获取各个发射天线以及各个接收天线上的信道冲击响应估计值。将获得到发射天线及接收天线的信道冲击响应估计值写成矩阵的形式，得到导频的信道冲击响应矩阵。 [0041] 对获得的导频的信道冲击响应矩阵进行自相关运算，得出导频的信道自相关矩阵，对该信道自相关矩阵进行特征值求解，则两个流的空间相关性系数即为矩阵的条件数的求解结果。 [0042] 例如，定义特征值λ为满足线性方程det(A-λI)＝0的解，对求解得到的特征值进行排序，得出条件数cond(A)定义为 当信道为不相关信道时，则自相关矩阵为一单位矩阵，则矩阵各特征值相等，得到的条件数为1，当信道完全相关时，自相关矩阵为一个全1矩阵，则矩阵只有一个非0特征值，则条件数为∞。 [0043] 在获取每个流的接收信号强度指示(Received Signal Strength Indication，RSSI)时，估计当前每个流在不进行MIMO时，其可能的RSSI，将该RSSI表示该流的信道的衰落性程度，其中RSSI可以由接收信号的模方累加获得。 [0044] 在获取每个流的误包率时，根据循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check，CRC)得到的当前错误包的数量，以及上层信息中可以得到的当前数据包的数量，得到当前每个流的误包率。 [0045] 而当确定了两个流的空间相关性系数后，并选择了接收信号强度指示以及误包率后，根据上述三个参数确定相应的MIMO切换模式时，包括： [0046] 将选择的所述误包率与设定的误包率阈值进行比较； [0047] 当选择的所述误包率小于设定的误包率阈值时，根据当前上行MIMO模式，及两个流的空间相关性系数与设定的相关性系数阈值的比较结果，确定切换后的MIMO模式； [0048] 当选择的所述误包率大于设定的误包率阈值时，根据当前上行MIMO模式，两个流的空间相关性系数与设定的相关性系数阈值的比较结果，及选择的接收信号强度指示与设定的强度指示阈值的比较结果，确定切换后的MIMO模式。 [0049] 为了便于说明，根据误包率与设定的误包率阈值的不同比较结果分别进行说明。当选择的所述误包率小于设定的误包率阈值时，确定切换后的MIMO模式包括： [0050] 当确定当前上行MIMO模式为MIMO A模式时，将两个流的空间相关性系数与设定的相关性系数阈值进行比较； [0051] 当两个流的空间相关性系数小于设定的相关性系数阈值时，确定切换后的MIMO模式为MIMO B模式， [0052] 当两个流的空间相关性系数大于设定的相关性系数阈值时，保持MIMO A模式； [0053] 当确定当前上行MIMO模式为空间复用模式时，将两个流的空间相关性系数与设定的相关性系数阈值进行比较； [0054] 当两个流的空间相关性系数大于设定的相关性系数阈值时，增大所述设定的相关性系数阈值，不切换到MIMO A模式，或不拆对， [0055] 当两个流的空间相关性系数大于设定的相关性系数阈值时，不切换到MIMO A模式，或不拆对。 [0056] 图3为本发明提供的当选择的所述误包率小于设定的误包率阈值时，上行MIMO模式的切换过程，该过程包括以下步骤： [0057] S301：基站当获取到当前传输系统采用的发射方式为MIMO方式时，对接收信号进行信道估计，确定上行MIMO两个流的空间相关性系数。 [0058] S302：估计当前每个流在非MIMO模式下的接收信号强度指示。 [0059] S303：根据校验得到的每个流当前错误数据包的数量，以及根据上层消息中获取的每个流当前数据包数量，确定每个流的误包率。 [0060] S304：选择两个流的接收信号强度指示的较小值，及误包率的较大值。 [0061] S305：将选择的所述误包率与设定的误包率阈值进行比较，并在所述误包率小于设定的误包率阈值，且终端当前采用MIMO A模式时，进行步骤S306，当终端当前采用空间复用模式时，进行步骤S309。 [0062] S306：判断两个流的空间相关性系数是否大于设定的相关性系数阈值，当判断结果为是时，进行步骤S307，否则，进行步骤S308。 [0063] S307：确定终端不必进行MIMO模式的切换，因此，基站此时向终端反馈不切换到MIMO B模式的通知信息。 [0064] 根据信道相关性系数进行判别，得到的两个流空间相关性系数与预定的相关性系数阈值比较，如果两个流空间相关性系数大，说明当前两个流的空间相关性较强，不适合进行空间复用的MIMO模式；反之，若两个流空间相关性系数较小，说明当前两个流空间相关性较弱，适合进行空间复用的MIMO模式。 [0065] S308：确定终端需要切换到MIMO B模式，因此，基站此时向终端发送切换到MIMO B模式的通知信息。 [0066] S309：判断两个流的空间相关性系数是否大于设定的相关性系数阈值，当判断结果为是时，进行步骤S310，否则，进行步骤S311。 [0067] S310：增大所述设定的相关性系数阈值，确定终端不需要切换到MIMO A模式或不进行拆对，因此，此时基站向终端反馈不切换到MIMO A模式或不进行拆对的通知信息。 [0068] S311：确定终端不需要切换到MIMO A模式或不进行拆对，因此，此时基站向终端反馈不切换到MIMO A模式或不进行拆对的通知信息。 [0069] 在本发明中当选择的所述误包率大于设定的误包率阈值，且确定当前上行MIMO模式为MIMO A模式，或MIMO B模式时，确定切换后的MIMO模式包括： [0070] 当确定当前上行MIMO模式为MIMO A模式时，保持MIMO A模式，并通知终端提高发射功率； [0071] 当确定当前上行MIMO模式为MIMO B模式时，将两个流的空间相关性系数与设定的相关性系数阈值进行比较； [0072] 当两个流的空间相关性系数大于设定的相关性系数阈值时，确定切换后的MIMO模式为MIMO B模式， [0073] 当两个流的空间相关性系数小于设定的相关性系数阈值时，将选择的接收信号强度指示与设定的强度指示阈值进行比较， [0074] 当选择的接收信号强度指示大于设定的强度指示阈值，减小所述相关性阈值，并确定切换后的MIMO模式为MIMO A模式， [0075] 当选择的接收信号强度指示小于设定的强度指示阈值，通知终端提高发射功率，并保持当前的MIMO模式。 [0076] 另外，在本发明中当确定当前上行MIMO模式为协作MIMO模式，选择的所述误包率大于设定的误包率阈值时，确定切换后的MIMO模式包括： [0077] 将两个流的空间相关性系数与设定的相关性系数阈值进行比较； [0078] 当两个流的空间相关性系数大于设定的相关性系数阈值时，通知终端拆对，[0079] 当两个流的空间相关性系数小于设定的相关性系数阈值时，将选择的接收信号强度指示与设定的强度指示阈值进行比较， [0080] 当选择的接收信号强度指示大于设定的强度指示阈值，减小所述相关性阈值，并确定通知终端拆对， [0081] 当选择的接收信号强度指示小于设定的强度指示阈值，通知终端提高发射功率，不拆对。 [0082] 图4为本发明提供的误包率大于设定的误包率阈值的一种上行多输入多输出MIMO模式间切换的详细过程示意图，该切换过程包括以下几个步骤： [0083] S401：基站判断当前传输系统上行采用的发射模式，当判定当前上行采用MIMO模式时，进行步骤S402，否则，不进行MIMO模式切换。 [0084] 其中，基站获取到当前传输系统采用的发射方式，是通过直接读取Mac To Phy消息得到的。 [0085] S402：对接收信号进行信道估计，确定上行MIMO两个流的空间相关性系数。 [0086] S403：估计当前每个流在非MIMO模式下的接收信号强度指示。 [0087] S404：根据校验得到的每个流当前错误数据包的数量，以及根据上层消息中获取的每个流当前数据包数量，确定每个流的误包率。 [0088] S405：选择两个流的接收信号强度指示的较小值，及误包率的较大值。 [0089] S406：将选择的所述误包率与设定的误包率阈值进行比较，并在所述误包率大于设定的误包率阈值，且终端当前采用MIMO A模式时，进行步骤S407，当终端当前采用MIMO B模式时，进行步骤S408，当终端当前采用协作MIMO模式时，进行步骤S413。 [0090] S407：确定终端需要提高发射功率，且不需要切换到MIMO B，即保持当前MIMO A模式，因此，此时基站通知终端提高发射功率，并保持当前MIMO A模式。 [0091] S408：判断两个流的空间相关性系数是否大于设定的相关性系数阈值，当判断结果为是时，进行步骤S409，否则，进行步骤S410。 [0092] S409：确定终端需要切换到MIMO A模式，因此，此时基站向终端发送切换到MIMO A模式的通知信息。 [0093] S410：判断当前选择的RSSI是否大于设定的RSSI阈值，当判断结果为是时，进行步骤S411，否则，进行步骤S412。 [0094] 将选择的RSSI与预定的RSSI阈值比较，若选择的RSSI较大，说明流经过的信道的衰落程度较小，不需要终端再提高发射功率或者调制编码降阶处理；反之，则需要终端提高发射功率或者调制编码降阶处理。 [0095] S411：增大所述设定的相关性系数阈值，并确定终端需要切换到MIMO A模式，因此，此时，基站向终端发送切换到MIMO A模式的通知信息。 [0096] S412：确定终端需要提高发射功率，且不需要切换到MIMO B，即保持当前MIMO A模式，因此，此时基站通知终端提高发射功率，并保持当前MIMO A模式。 [0097] S413：判断两个流的空间相关性系数是否大于设定的相关性系数阈值，当判断结果为是时，进行步骤S414，否则，进行步骤S415。 [0098] S414：确定终端拆对，不进行协作MIMO模式，因此，此时基站向终端发送拆对，不进行协作MIMO模式的通知信息。 [0099] S415：判断当前选择的RSSI是否大于设定的RSSI阈值，当判断结果为是时，进行步骤S416，否则，进行步骤S417。 [0100] S416：增大所述设定的相关性系数阈值，并确定终端拆对，不进行协作MIMO A模式，因此，此时，基站向终端发送拆对，不进行协作MIMO模式的通知信息。 [0101] S417：确定终端需要提高发射功率，且不需要拆对，因此，此时基站通知终端提高发射功率，并保持当前协作MIMO A模式。 [0102] 图5为本发明提供的一种上行多输入多输出MIMO模式间切换装置的结构示意图，所述装置包括： [0103] 第一确定模块51，用于当获取到当前传输系统采用的发射方式为MIMO方式时，对接收信号进行信道估计，确定上行MIMO两个流的空间相关性系数； [0104] 估计模块52，用于估计当前每个流在非MIMO模式下的接收信号强度指示； [0105] 第二确定模块53，用于根据校验得到的每个流当前的错误数据包的数量，以及根据上层消息中获取的每个流当前的数据包数量，确定每个流的误包率； [0106] 比较确定模块54，用于选择两个流的接收信号强度指示的较小值，及误包率的较大值，根据两个流的空间相关性系数、选择的接收信号强度指示以及误包率，确定相应的上行MIMO切换模式。 [0107] 所述装置还包括： [0108] 通知模块55，用于将确定的切换后的上行MIMO模式通知给终端。 [0109] 第一确定模块51，具体用于对接收信号进行信道估计，确定每个发射天线以及每个接收天线上的信道冲击响应估计值，获得导频的信道冲击响应矩阵；对所述导频的信道冲击响应矩阵进行自相关运算，获得导频的自相关矩阵；对所述导频的自相关矩阵进行特征值分解，获得上行MIMO两个流的空间相关性系数。 [0110] 比较确定模块54，具体用于将选择的所述误包率与设定的误包率阈值进行比较；当选择的所述误包率小于设定的误包率阈值时，根据当前上行MIMO模式，及两个流的空间相关性系数与设定的相关性系数阈值的比较结果，确定切换后的MIMO模式；当选择的所述误包率大于设定的误包率阈值时，根据当前上行MIMO模式，两个流的空间相关性系数与设定的相关性系数阈值的比较结果，及选择的接收信号强度指示与设定的强度指示阈值的比较结果，确定切换后的MIMO模式。 [0111] 比较确定模块54，具体用于当选择的所述误包率小于设定的误包率阈值时，当确定当前上行MIMO模式为MIMO A模式时，将两个流的空间相关性系数与设定的相关性系数阈值进行比较；当两个流的空间相关性系数小于设定的相关性系数阈值时，确定切换后的MIMO模式为MIMO B模式，当两个流的空间相关性系数大于设定的相关性系数阈值时，保持MIMO A模式；当确定当前上行MIMO模式为空间复用模式时，将两个流的空间相关性系数与设定的相关性系数阈值进行比较；当两个流的空间相关性系数大于设定的相关性系数阈值时，增大所述设定的相关性系数阈值，不切换到MIMO A模式，或不拆对，当两个流的空间相关性系数小于设定的相关性系数阈值时，不切换到MIMO A模式，或不拆对。 [0112] 比较确定模块54，具体用于当确定当前上行MIMO模式为MIMO A模式，或MIMO B模式，选择的所述误包率大于设定的误包率阈值时，当确定当前上行MIMO模式为MIMO A模式时，保持MIMO A模式，并通知终端提高发射功率；当确定当前上行MIMO模式为MIMO B模式时，将两个流的空间相关性系数与设定的相关性系数阈值进行比较；当两个流的空间相关性系数大于设定的相关性系数阈值时，确定切换后的MIMO模式为MIMO B模式，当两个流的空间相关性系数小于设定的相关性系数阈值时，将选择的接收信号强度指示与设定的强度指示阈值进行比较，当选择的接收信号强度指示大于设定的强度指示阈值，减小所述相关性阈值，并确定切换后的MIMO模式为MIMO A模式，当选择的接收信号强度指示小于设定的强度指示阈值，通知终端提高发射功率，并保持当前的MIMO模式。 [0113] 比较确定模块54，具体用于当确定当前上行MIMO模式为协作MIMO模式，选择的所述误包率大于设定的误包率阈值时，将两个流的空间相关性系数与设定的相关性系数阈值进行比较；当两个流的空间相关性系数大于设定的相关性系数阈值时，通知终端拆对，当两个流的空间相关性系数小于设定的相关性系数阈值时，将选择的接收信号强度指示与设定的强度指示阈值进行比较，当选择的接收信号强度指示大于设定的强度指示阈值，减小所述相关性阈值，并确定通知终端拆对，当选择的接收信号强度指示小于设定的强度指示阈值，通知终端提高发射功率，不拆对。 [0114] 具体的上述装置可以位于基站中。 [0115] 本发明提供了一种上行MIMO模式间切换方法、装置及设备，在该方法中，基站当获取到当前传输系统采用的发射方式为MIMO方式时，对接收信号进行信道估计，确定上行MIMO两个流的空间相关性系数；并获取每个流在非MIMO模式下的接收信号强度指示以及每个流的误包率；选择两个流的接收信号强度指示的较小值，及误包率的较大值，根据两个流的空间相关性系数、选择的接收信号强度指示以及误包率，确定相应的上行MIMO切换模式。由于在本发明中通过对两个流的空间相关性系数、选择的接收信号强度指示的较小值以及误包率的较大值与设置的相应阈值进行比较，确定相应的上行MIMO切换模式，从而实现了上行MIMO的模式切换，因此，获得了更好的传输性能。 |
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