CN102457317A - 一种进行多天线技术切换的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种进行多天线技术切换的方法和装置，此方法包括：使用多天线技术的单发射模式发射数据时，根据无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度，转换至多天线技术的混合发射模式。本发明通过单发射模式和混合发射模式的划分及实时切换，可以根据系统信道实时情况自适应选择多天线技术，提高系统性能。本发明中通过两次判别能够满足MIMO模式间切换的空间相关性判别精度，兼顾了多天线发射方式的调整时机和精度。其中第一次判别为粗判别，区分出三种多天线技术比较适用的场景；第二次判别为精判别，在系统运算量支持的情况下，对多天线技术的适用场景进一步细化，并且自适应的切换到满足条件的天线工作模式。

Description

一种进行多天线技术切换的方法和装置

技术领域

本发明涉及无线通信领域的多输入多输出系统，尤其涉及一种进行多天线技术切换的方法和装置。

背景技术

多输入多输出无线通信系统有多种实现方式，以WiMax系统为例，存在波束赋型方式、空间复用方式以及发射分集方式等多种多天线技术。各种实现方式针对的是不同的无线信道条件，例如在无线信道的空间相关性较低时，系统采用发射分集能够获得较好的传输性能；在空间相关性较高时，系统采用波束赋型方式能够获得更好的传输性能。

波束赋型方式的原理为基站通过使用终端上行子载波信道信息获取一组有效权值作为各发射天线下行信号的加权矢量，以达到使该终端接收的下行信号抗衰落及抗干扰能力加强，以扩大基站覆盖范围，提高下行信号传输质量。空间复用技术的原理为基站采用BLAST结构，利用发射天线同时发射不同信号，获得下行流量加倍。发射分集的原理为基站采用Alamouti-STC(Space Time Coding)方案，利用天线发射重复的信号，获得分集增益。此外，这三种主要的多天线技术也可以结合使用。例如，同时采用发射分集和波束赋型技术；同时采用空间复用和波束赋型技术。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。

系统根据信道条件在各种天线技术之间进行自适应的调整，成为无线通信领域的一个研究重点。

由高通公司提供的名称为使用多传输模式的多输入多输出系统(Multiple-input，multiple-output(MIMO)systems with multiple transmissionmodes)的专利提出了一种多天线技术选择使用的方法：根据信道冲击响应奇异值分解和信噪比的计算，与相应的门限进行比较，从而确定采用波束赋型、空间复用中的一种天线工作模式。由中兴通讯公司提出的申请号为200510069203名称为“空间相关性判别方法及多天线系统工作模式调整方法”的专利文件公开了一种通信领域中空间相关性判别方法和多天线系统工作模式调整方法，该方法通过计算信道衰落深度参数对空间相关性的强弱进行判别，并为多天线技术的自适应切换提供依据。这些研究表明，实现多天线技术之间的自适应切合成为无线通信系统多天线技术发展的趋势。

各种多天线技术的使用，需要获取无线信道的相关信息。对这些信息进行整理和归纳，可以反应无线信道空间相关性的特点，从而为系统提供切换准则，实现多天线技术的自适应调整。获取MIMO信道空间相关性信息的方法包括：方法1，直接根据定义计算空间相关性；方法2，采用特征值分解或者奇异值分解对无线信道的空间相关性进行计算；此外，方法3中还可以根据信噪比、信道增益、信道衰落深度参数等作为判别信息。其中，方法1的缺点在于不能实时计算，并且运算量大。方法2的精度较高，缺点在于不需要判决时，会浪费系统资源，并且特征值分解或者奇异值分解本身运算量也较大。方法3其他信息作为判别信息，运算量较小，但是不能反映信道相关性，难免有误差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种进行多天线技术切换的方法和装置，根据系统信道实时情况自适应选择多天线技术，提高系统性能。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种进行多天线技术切换的方法，包括：使用多天线技术的单发射模式发射数据时，根据无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度，转换至多天线技术的混合发射模式。

进一步地，上述方法还可以具有以下特点：

单发射模式是指波束赋型模式，空间复用模式，发射分集模式中的一种；确定单发射模式的方式包括：计算无线信道冲击响应的自相关矩阵的行列式值，此行列式值大于或等于预设第一门限时，使用波束赋型模式；此行列式值小于预设第一门限并且在大于预设第二门限时，使用空间复用模式；此行列式值小于或等于预设第二门限时，使用发射分集模式。

进一步地，上述方法还可以具有以下特点：

在波束赋型模式下，判断无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值小于或等于预设第三门限时，采用的混合发射模式是同时使用空间复用与波束赋型的混合发射模式；在空间复用模式下，判断无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值大于或等于预设第四门限时，采用的混合发射模式是同时使用空间复用与波束赋型的混合发射模式；在发射分集模式下，判断无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值大于或等于预设第五门限时，采用的混合发射模式是同时使用发射分集与波束赋型的混合发射模式。

进一步地，上述方法还可以具有以下特点：

处于同时使用空间复用与波束赋型的混合发射模式情况下，计算得到的无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值大于预设第三门限时，采用波束赋型模式；处于同时使用空间复用与波束赋型的混合发射模式情况下，计算得到的无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值小于预设第四门限时，采用空间复用模式；处于同时使用发射分集与波束赋型的混合发射模式情况下，计算得到的无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值小于预设第五门限时，采用发射分集模式。

进一步地，上述方法还可以具有以下特点：

无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值是指无线信道冲击响应的自相关矩阵中最大特征值与最小特征值的比值。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种进行多天线技术切换的装置，所述装置，用于使用多天线技术的单发射模式发射数据时，根据无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度，转换至多天线技术的混合发射模式。

进一步地，上述装置还可以具有以下特点：

所述装置，还用于根据以下方式确定单发射模式：计算无线信道冲击响应的自相关矩阵的行列式值，此行列式值大于或等于预设第一门限时，使用波束赋型模式；此行列式值小于预设第一门限并且在大于预设第二门限时，使用空间复用模式；此行列式值小于或等于预设第二门限时，使用发射分集模式。

进一步地，上述装置还可以具有以下特点：

所述装置，还用于在波束赋型模式下，判断无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值小于或等于预设第三门限时，采用的混合发射模式是同时使用空间复用与波束赋型的混合发射模式；所述装置，还用于在空间复用模式下，判断无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值大于或等于预设第四门限时，采用的混合发射模式是同时使用空间复用与波束赋型的混合发射模式；所述装置，还用于在发射分集模式下，判断无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值大于或等于预设第五门限时，采用的混合发射模式是同时使用发射分集与波束赋型的混合发射模式。

进一步地，上述装置还可以具有以下特点：

所述装置，还用于在处于同时使用空间复用与波束赋型的混合发射模式情况下，计算得到的无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值大于预设第三门限时，采用波束赋型模式；所述装置，还用于在处于同时使用空间复用与波束赋型的混合发射模式情况下，计算得到的无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值小于预设第四门限时，采用空间复用模式；所述装置，还用于在处于同时使用发射分集与波束赋型的混合发射模式情况下，计算得到的无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值小于预设第五门限时，采用发射分集模式。

进一步地，上述装置还可以具有以下特点：

所述装置，还用于计算无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值时计算无线信道冲击响应的自相关矩阵中最大特征值与最小特征值的比值。

本发明通过单发射模式和混合发射模式的划分及实时切换，可以根据系统信道实时情况自适应选择多天线技术，提高系统性能。

本发明中通过两次判别能够满足MIMO模式间切换的空间相关性判别精度，兼顾了多天线发射方式的调整时机和精度。其中第一次判别为粗判别，区分出三种多天线技术比较适用的场景；第二次判别为精判别，在系统运算量支持的情况下，对多天线技术的适用场景进一步细化，并且自适应的切换到满足条件的天线工作模式。

附图说明

图1是实施例中进行多天线技术切换的方法的流程图；

图2是具体实施例中多天线技术切换的方法的流程图。

具体实施方式

进行多天线技术切换的装置，用于使用多天线技术的单发射模式发射数据时，根据无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度，转换至多天线技术的混合发射模式。

本装置可以根据以下方式确定单发射模式：计算无线信道冲击响应的自相关矩阵的行列式值，此行列式值大于或等于预设第一门限时，使用波束赋型模式；此行列式值小于预设第一门限并且在大于预设第二门限时，使用空间复用模式；此行列式值小于或等于预设第二门限时，使用发射分集模式。

本装置在波束赋型模式下，判断无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值小于或等于预设第三门限时，采用的混合发射模式是同时使用空间复用与波束赋型的混合发射模式；在空间复用模式下，判断无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值大于或等于预设第四门限时，采用的混合发射模式是同时使用空间复用与波束赋型的混合发射模式；在发射分集模式下，判断无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值大于或等于预设第五门限时，采用的混合发射模式是同时使用发射分集与波束赋型的混合发射模式。

所述装置在处于同时使用空间复用与波束赋型的混合发射模式情况下，计算得到的无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值大于预设第三门限时，采用波束赋型模式；在处于同时使用空间复用与波束赋型的混合发射模式情况下，计算得到的无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值小于预设第四门限时，采用空间复用模式；在处于同时使用发射分集与波束赋型的混合发射模式情况下，计算得到的无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值小于预设第五门限时，采用发射分集模式。

本装置在计算无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值时计算无线信道冲击响应的自相关矩阵中最大特征值与最小特征值的比值。

如图1所示，进行多天线技术切换的方法包括：

步骤101，使用多天线技术的单发射模式发射数据。

单发射模式是指波束赋型模式，空间复用模式，发射分集模式中的一种。

确定单发射模式的方式包括：计算无线信道冲击响应的自相关矩阵的行列式值，此行列式值大于或等于预设第一门限时，使用波束赋型模式；此行列式值小于预设第一门限并且在大于预设第二门限时，使用空间复用模式；此行列式值小于或等于预设第二门限时，使用发射分集模式。

无线信道冲击响应自相关矩阵的获取，需要通过对接收信号进行信道估计实现。根据接收信号的导频或者训练序列的结构，信道估计的方法可以有所差别。具体的，计算各个接收天线上的信道估计值，并写成向量的形式，对该向量进行自相关运算，获取自相关矩阵。

根据已有技术中的方式计算自相关矩阵的行列式值，当信道为不相关信道时，自相关矩阵为单位阵，行列式值为1。当信道为完全相关信道时，自相关矩阵为全1阵，行列式值为0。

步骤102，根据无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度，转换至多天线技术的混合发射模式。

无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值是指无线信道冲击响应的自相关矩阵中最大特征值与最小特征值的比值。具体计算时，对自相关矩阵执行特征值分解，得到自相关矩阵中最大特征值和最小特征值，将自相关矩阵中最大特征值与最小特征值的比值作为空间相关程度值。当信道为不相关信道时，相关矩阵为一单位阵，则矩阵各特征值相等，当信道为完全相关信道时，相关矩阵为一个全1阵，则矩阵只有一个非0特征值。

在波束赋型模式下，判断无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值小于或等于预设第三门限时，采用的混合发射模式是同时使用空间复用与波束赋型的混合发射模式；空间相关程度值大于预设第三门限时，继续维持波束赋型模式。

在空间复用模式下，判断无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值大于或等于预设第四门限时，采用的混合发射模式是同时使用空间复用与波束赋型的混合发射模式；空间相关程度值小于预设第四门限时，继续维持空间复用模式。

在发射分集模式下，判断无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值大于或等于预设第五门限时，采用的混合发射模式是同时使用发射分集与波束赋型的混合发射模式；空间相关程度值小于预设第五门限时，继续维持发射分集模式。

上述方法还可以包括步骤103即从混合发射模式转换至单发射模式。

处于同时使用空间复用与波束赋型的混合发射模式情况下，计算得到的无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值大于预设第三门限时，采用波束赋型模式；处于同时使用空间复用与波束赋型的混合发射模式情况下，计算得到的无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值小于预设第四门限时，采用空间复用模式；处于同时使用发射分集与波束赋型的混合发射模式情况下，计算得到的无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值小于预设第五门限时，采用发射分集模式。

具体实施例

如图2所示，本实施例给出Wimax系统的多天线模式切换过程的步骤。

步骤201，系统初始选择一种多天线技术的发射模式，此发射模式可以是波束赋型模式，空间复用模式，发射分集模式中的一种，也可以是同时使用空间复用与波束赋型的混合发射模式或同时使用发射分集与波束赋型的混合发射模式。

步骤202，计算无线信道冲击响应的自相关矩阵的行列式值。

步骤203，将此行列式值与预设第一门限(T1)和预设第二门限(T2)比较，判断所选发射天线之间的空间相关性强弱，根据空间相关性与多天线使用条件的关系，选择适用的多天线技术。此行列式值大于或等于T1时，选择波束赋型模式，执行步骤204；此行列式值小于T1并且大于T2时，使用空间复用模式，执行步骤205；此行列式值小于或等于T2时，使用发射分集模式，执行步骤206。此步骤包括了通过计算行列式进行三种天线模式切换的过程。

上述步骤201至203中，初始步骤中的发射模式可以是任意一种多天线模式，系统通过计算接收信号的信道自相关矩阵，以及对矩阵求行列式，比较行列式的计算值与门限之间的关系，得到空间相关性强弱的判断，进而在不同的多天线模式之间进行切换。

步骤204，在波束赋型模式下，计算无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值，此空间相关程度值小于或等于预设第三门限(T3)时，采用的混合发射模式是同时使用空间复用与波束赋型的混合发射模式，此空间相关程度值大于T3时，维持波束赋型模式；在此混合发射模式情况下，计算无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值，此空间相关程度值大于T3时，采用波束赋型模式，此空间相关程度值小于或等于T3时，维持此混合发射模式。

步骤205，在空间复用模式下，计算无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值，此空间相关程度值大于或等于预设第四门限(T4)时，采用的混合发射模式是同时使用空间复用与波束赋型的混合发射模式，此空间相关程度值小于T4时，维持空间复用模式；在此混合发射模式情况下，计算无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值，此空间相关程度值小于T4时，采用空间复用模式，此空间相关程度值大于或等于T4时，维持此混合发射模式。

步骤206，在发射分集模式下，计算无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值，此空间相关程度值大于或等于预设第五门限(T5)时，采用的混合发射模式是同时使用发射分集与波束赋型的混合发射模式，此空间相关程度值小于T5时，维持发射分集模式；在此混合发射模式情况下，计算无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值，此空间相关程度值小于T5时，采用发射分集模式，此空间相关程度值大于或等于T5时，维持此混合发射模式。

步骤204，205，206是步骤203的可选后续过程，根据系统支持的多天线技术情况以及系统的运算能力，对多天线技术的选择进一步细化。

上述门限值均为经验值。

本发明所要解决的技术问题，是针对现有空间相关性计算复杂度较高不利于根据无线环境所处的场景，进行实时使用和切换。提供一种在系统中进行两次空间相关性判别的切换方法，从而一方面降低了系统实时计算的负担，本发明中通过两次判别能够满足MIMO模式间切换的空间相关性判别精度，兼顾了多天线发射方式的调整时机和精度。其中第一次判别为粗判别，区分出三种多天线技术比较适用的场景；第二次判别为精判别，在系统运算量支持的情况下，对多天线技术的适用场景进一步细化，并且自适应的切换到满足条件的天线工作模式。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

Claims (10)

1.一种进行多天线技术切换的方法，其特征在于，

使用多天线技术的单发射模式发射数据时，根据无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度，转换至多天线技术的混合发射模式。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

单发射模式是指波束赋型模式，空间复用模式，发射分集模式中的一种；

确定单发射模式的方式包括：计算无线信道冲击响应的自相关矩阵的行列式值，此行列式值大于或等于预设第一门限时，使用波束赋型模式；此行列式值小于预设第一门限并且在大于预设第二门限时，使用空间复用模式；此行列式值小于或等于预设第二门限时，使用发射分集模式。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

在波束赋型模式下，判断无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值小于或等于预设第三门限时，采用的混合发射模式是同时使用空间复用与波束赋型的混合发射模式；

在空间复用模式下，判断无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值大于或等于预设第四门限时，采用的混合发射模式是同时使用空间复用与波束赋型的混合发射模式；

在发射分集模式下，判断无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值大于或等于预设第五门限时，采用的混合发射模式是同时使用发射分集与波束赋型的混合发射模式。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，

处于同时使用空间复用与波束赋型的混合发射模式情况下，计算得到的无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值大于预设第三门限时，采用波束赋型模式；

处于同时使用空间复用与波束赋型的混合发射模式情况下，计算得到的无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值小于预设第四门限时，采用空间复用模式；

处于同时使用发射分集与波束赋型的混合发射模式情况下，计算得到的无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值小于预设第五门限时，采用发射分集模式。

5.如权利要求1至4中任一权利要求所述的方法，其特征在于，

无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值是指无线信道冲击响应的自相关矩阵中最大特征值与最小特征值的比值。

6.一种进行多天线技术切换的装置，其特征在于，

所述装置，用于使用多天线技术的单发射模式发射数据时，根据无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度，转换至多天线技术的混合发射模式。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述装置，还用于根据以下方式确定单发射模式：计算无线信道冲击响应的自相关矩阵的行列式值，此行列式值大于或等于预设第一门限时，使用波束赋型模式；此行列式值小于预设第一门限并且在大于预设第二门限时，使用空间复用模式；此行列式值小于或等于预设第二门限时，使用发射分集模式。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述装置，还用于在波束赋型模式下，判断无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值小于或等于预设第三门限时，采用的混合发射模式是同时使用空间复用与波束赋型的混合发射模式；

所述装置，还用于在空间复用模式下，判断无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值大于或等于预设第四门限时，采用的混合发射模式是同时使用空间复用与波束赋型的混合发射模式；

所述装置，还用于在发射分集模式下，判断无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值大于或等于预设第五门限时，采用的混合发射模式是同时使用发射分集与波束赋型的混合发射模式。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述装置，还用于在处于同时使用空间复用与波束赋型的混合发射模式情况下，计算得到的无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值大于预设第三门限时，采用波束赋型模式；

所述装置，还用于在处于同时使用空间复用与波束赋型的混合发射模式情况下，计算得到的无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值小于预设第四门限时，采用空间复用模式；

所述装置，还用于在处于同时使用发射分集与波束赋型的混合发射模式情况下，计算得到的无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值小于预设第五门限时，采用发射分集模式。

10.如权利要求6至9中任一权利要求所述的装置，其特征在于，

所述装置，还用于计算无线信道冲击响应的自相关矩阵的空间相关程度值时计算无线信道冲击响应的自相关矩阵中最大特征值与最小特征值的比值。

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