專利名稱：一種多輸入多輸出(mimo)傳輸方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到多輸入多輸出無線通信系統(tǒng)中傳輸和用戶調(diào)度技術(shù)，特 別是涉及一種結(jié)合隨機(jī)波束成形與迫零波束成形的MIMO傳輸技術(shù)和調(diào)度 方法。
背景技術(shù)：
隨著移動(dòng)通信用戶數(shù)量的急劇增加和無線寬帶業(yè)務(wù)(如多媒體業(yè)務(wù)) 的迅速興起，人們期望未來移動(dòng)通信系統(tǒng)能提供更高的數(shù)據(jù)傳輸率 (100Mbps以上)、更髙的頻譜效率(10bps/Hz以上)。
多輸入多數(shù)出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)是一種在發(fā)射 端和接收端同時(shí)使用多根天線的技術(shù)。MIMO是提高頻譜效率的一種有效 手段，它能夠在不增加發(fā)射功率的前提下，成倍的提高系統(tǒng)的頻譜效率。
波束成形是一類典型的MIMO技術(shù)，其基本思想是在每根發(fā)射天線上 乘上一個(gè)復(fù)數(shù)來構(gòu)建一個(gè)波束方向。因此對(duì)N根發(fā)射天線則需乘上一個(gè)N 維的復(fù)向量，通常把這個(gè)N維的復(fù)向量稱為波束成形矢量或一個(gè)波束。對(duì) 于多發(fā)射天線系統(tǒng)可以構(gòu)建多個(gè)波束并行地發(fā)射數(shù)據(jù)。
隨機(jī)波束成形和迫零波束成形是兩大類波束成形技術(shù)。
隨機(jī)波束成形是在發(fā)射端隨機(jī)地構(gòu)建N個(gè)波束(N通常為發(fā)射端天線 數(shù))同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)射。然后，接收端計(jì)算在每個(gè)波束上的信干噪比并反 饋?zhàn)畲笮鸥稍氡纫约皩?duì)應(yīng)的波束索引值給發(fā)射端。最后，發(fā)射端在每個(gè)波 束上選擇信干噪比最大的用戶進(jìn)行發(fā)射。
隨機(jī)波束成形的優(yōu)點(diǎn)在于反饋開銷小、實(shí)施復(fù)雜度低，且在用戶數(shù)足 夠大的情況下能獲得較高系統(tǒng)容量，但是在實(shí)際用戶數(shù)情況下隨機(jī)波束成 形的系統(tǒng)容量較低，遠(yuǎn)沒有達(dá)到多用戶MIMO系統(tǒng)的容量。
迫零波束成形是假設(shè)發(fā)射端已知所有用戶的信道狀態(tài)信息，然后通過
調(diào)度算法選擇相應(yīng)的用戶并對(duì)這些用戶的信道矩陣求逆來獲得波束成形矢 量的一種技術(shù)。由于各波束成形矢量是通過對(duì)用戶信道求逆獲得，因此它 能消除用戶信道間干擾，從而獲得很高的系統(tǒng)容量。
迫零波束成形系統(tǒng)高容量的獲得是以巨大的反饋開銷為代價(jià)。迫零波 束成形中每個(gè)接收端需要反饋其信道狀態(tài)信息，且由于要對(duì)用戶信道求逆， 信道狀態(tài)信息的反饋精度也要足夠高。因此反饋開銷大和反饋精度要求高 是迫零波束成形的主要缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種MIMO傳輸方法，該方法減小了反饋開銷， 并提高了系統(tǒng)容量。
本發(fā)明的另一 目的在于提供一種MIMO系統(tǒng)，該系統(tǒng)減小了反饋開銷， 并提高了系統(tǒng)容量。
本發(fā)明的技術(shù)方案為
一種多輸入多輸出(MIMO)傳輸方法，包括以下步驟
(1) 發(fā)射端構(gòu)造隨機(jī)波束并用以向各接收端發(fā)射信道估計(jì)信號(hào)；
(2) 各接收端接收信道估計(jì)信號(hào)，進(jìn)行信道估計(jì)；
(3) 各接收端生成隨機(jī)波束成形反饋信息，將其發(fā)送給發(fā)射端；
(4) 發(fā)射端接收隨機(jī)波束成形反饋信息；
(5) 發(fā)射端根據(jù)隨機(jī)波束成形反饋信息進(jìn)行用戶預(yù)選，生成備選調(diào)度 用戶集，將其發(fā)送給各接收端；
(6) 各接收端接收備選調(diào)度用戶集；
(7) 各接收端根據(jù)備選調(diào)度用戶集進(jìn)行反饋判斷，若允許反饋，進(jìn)入 步驟(8)，否則，進(jìn)入步驟(12);
(8) 允許反饋的接收端生成迫零波束成形反饋信息，將其發(fā)送給發(fā)射
端；
(9) 發(fā)射端接收迫零波束成形反饋信息，轉(zhuǎn)換為調(diào)度信息；
(10) 發(fā)射端根據(jù)調(diào)度信息進(jìn)行用戶調(diào)度，得到調(diào)度用戶；
(11) 發(fā)射端構(gòu)造迫零波束并用以向調(diào)度用戶發(fā)射用戶數(shù)據(jù)；
(12)結(jié)束。
所述隨機(jī)波束成形反饋信息為接收端在隨機(jī)波束上的最大信干噪比及 其對(duì)應(yīng)的波束索引值。
所述迫零波束成形反饋信息為歸一化信道量化索引值和信道幅度或者 歸一化信道量化索引值和信干噪比。
所述步驟(5)具體為設(shè)置備選調(diào)度用戶集為空集，將同一波束索引 值對(duì)應(yīng)的信干噪比按照由大到小排序，選擇前L個(gè)最大信干噪比對(duì)應(yīng)的用 戶加入備選調(diào)度用戶集；若同一波束索引值對(duì)應(yīng)的信干噪比個(gè)數(shù)小于L， 則將其對(duì)應(yīng)的用戶全部加入備選調(diào)度用戶集。
所述步驟(7)具體為接收端判斷備選調(diào)度用戶集是否包含該接收端 本身，若包含，則允許反饋，進(jìn)入步驟(8)，否則，不反饋，進(jìn)入步驟(12)。
所述步驟(10)具體為
(10.1) 令調(diào)度列表為空集，調(diào)度用戶集合等于備選調(diào)度用戶集；
(10.2) 分別計(jì)算調(diào)度調(diào)度用戶集合中每個(gè)用戶時(shí)獲得的系統(tǒng)容量， 選擇最大系統(tǒng)容量對(duì)應(yīng)的用戶加入到調(diào)度列表中，并在調(diào)度用戶集合中刪 除該用戶；
(10.3) 分別計(jì)算調(diào)度用戶集合中每個(gè)用戶與調(diào)度列表中所有用戶同 時(shí)調(diào)度時(shí)的系統(tǒng)容量，從中選擇系統(tǒng)容量最大值C"計(jì)算調(diào)度列表中所有 用戶同時(shí)調(diào)度時(shí)的系統(tǒng)容量C"若C^q，將該用戶加入調(diào)度列表并從調(diào) 度用戶集合中刪除該用戶，否則，結(jié)束；
(10.4) 若調(diào)度列表中用戶數(shù)等于發(fā)射天線數(shù)或調(diào)度用戶集合為空，步 驟(10)結(jié)束，否則，轉(zhuǎn)入步驟(10.3)。
所述步驟(10)具體為
(10.1) 令調(diào)度列表為空集，調(diào)度用戶集合等于備選調(diào)度用戶集；
(10.2) 從調(diào)度用戶集合中挑選出信道狀況最好的用戶，將其加入到 調(diào)度列表中，并把該用戶從調(diào)度用戶集合中刪除；
(10.3) 更新調(diào)度用戶集合為調(diào)度用戶集合中與調(diào)度列表中所有用戶 的信道準(zhǔn)正交的用戶，信道的準(zhǔn)正交程度通過信道矢量的夾角來衡量。
(10.4) 如果調(diào)度用戶集合為空或調(diào)度列表中用戶個(gè)數(shù)等于發(fā)射天線數(shù)，則結(jié)束，否則，轉(zhuǎn)入步驟(10.2)。
一種多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)，包括
發(fā)射端ll，用于向接收端12發(fā)送信道估計(jì)信號(hào)、用戶數(shù)據(jù)；和至少 一個(gè)接收端12，用于接收來自發(fā)射端的信道估計(jì)信號(hào)、用戶數(shù)據(jù)，生成隨 機(jī)波束成形反饋信息，將其發(fā)送給接收端ll;
其特征在于
所述發(fā)射端11還用于根據(jù)隨機(jī)波束成形反饋信息進(jìn)行預(yù)選生成備選調(diào) 度用戶集，將其發(fā)送給接收端；接收來自接收端12的迫零波束成形反饋信 息，轉(zhuǎn)換為調(diào)度信息，并根據(jù)調(diào)度信息進(jìn)行用戶調(diào)度；
所述接收端12還用于接收來自發(fā)射端11的備選調(diào)度用戶集，根據(jù)備 選調(diào)度用戶集進(jìn)行反饋判斷，若允許反饋則生成迫零波束成形反饋信息， 將其發(fā)送給發(fā)射端。
所述發(fā)射端U包括
第一雙工射頻器117和位于其上的發(fā)射天線，用于接收來自隨機(jī)波束 成形器112的隨機(jī)波束和信道估計(jì)信號(hào)、來自迫零波束成形器116的迫零 波束和用戶數(shù)據(jù)、來自備選用戶選擇器114的備選調(diào)度用戶集，并發(fā)送給 接收端12;接收來自接收端12的隨機(jī)波束成形反饋信息和迫零波束成形反 饋信息，并傳送給反饋信息處理器113;
波束成形模式控制器lll，用于觸發(fā)隨機(jī)波束成形器112和觸發(fā)迫零波 束成形器116;
隨機(jī)波束成形器112，用于接收來自波束成形模式控制器111的觸發(fā)信 號(hào)，構(gòu)建N個(gè)隨機(jī)波束，并將隨機(jī)波束和信道估計(jì)信號(hào)傳送給雙工射頻器 117;
反饋信息處理器U3，用于接收來自雙工射頻器117的隨機(jī)波束成形反
饋信息生成預(yù)調(diào)度信息，將其傳送給備選用戶選擇器114;接收來自雙工射 頻器117的迫零波束成形反饋信息，生成調(diào)度信息，將其傳送給調(diào)度器115; 備選用戶選擇器114，用于接收來自反饋信息處理器(113)的預(yù)調(diào)度信
息，根據(jù)預(yù)調(diào)度信息進(jìn)行用戶預(yù)選生成備選調(diào)度用戶集，將其傳送給雙工 射頻器117;
調(diào)度器115，用于接收來自反饋信息處理器113的調(diào)度信息，根據(jù)調(diào)度
信息進(jìn)行用戶調(diào)度得到調(diào)度用戶，將調(diào)度用戶及其歸一化信道矢量傳送給
迫零波束成形器116;
迫零波束成形器116,用于接收來自波束成形模式控制器111的觸發(fā)信 號(hào)和來自調(diào)度器115的調(diào)度用戶及其歸一化信道矢量，生成迫零波束，向
雙工射頻器117傳送迫零波束和用戶數(shù)據(jù)； 所述接收端12包括
第二雙工射頻器125和位于其上的接收天線，用于接收來自發(fā)射端11
的信道估計(jì)信號(hào)、用戶數(shù)據(jù)和備選調(diào)度用戶集，并傳送給接收信號(hào)處理器
121;接收來自隨機(jī)波束成形反饋生成器122的隨機(jī)波束成形反饋信息和來 自迫零波束成形反饋生成器123的迫零波束成形反饋信息，并發(fā)送給發(fā)射 端11;
接收信號(hào)處理器121，用于接收來自第二雙工射頻器125的信道估計(jì)信 號(hào)、用戶數(shù)據(jù)和備選調(diào)度用戶集，進(jìn)行信道估計(jì)得到信道幅度和信道矢量 并分別傳送給隨機(jī)波束成形反饋生成器122和迫零波束成形反饋生成器 123，并將備選調(diào)度用戶集傳送給反饋控制器124;
反饋控制器124，用于接收來自接收信號(hào)處理器121的備選調(diào)度用戶 集，根據(jù)備選調(diào)度用戶集進(jìn)行反饋判斷，若允許反饋，向迫零波束成形反 饋生成器123傳送觸發(fā)信號(hào)；
隨機(jī)波束成形反饋生成器(122)，用于接收來自接收信號(hào)處理器121 的信道幅度，根據(jù)信道幅度生成隨機(jī)波束成形反饋信息，傳送給第二雙工 射頻器125;
迫零波束成形反饋生成器124，用于接收來自接收信號(hào)處理器121的信 道矢量和來自反饋控制器124的觸發(fā)信號(hào)，根據(jù)信道矢量生成迫零波束成 形反饋信息，傳送給第二雙工射頻器125。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明同時(shí)獲得了隨機(jī)波束成形反饋開銷小和迫零 波束成形系統(tǒng)容量大的優(yōu)點(diǎn)。通過用戶預(yù)選剔出對(duì)系統(tǒng)容量影響小的大量
用戶，降低了系統(tǒng)的反饋開銷和實(shí)施復(fù)雜度；同時(shí)通過提高迫零波束成形 的反饋精度獲得系統(tǒng)容量的提升。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)框架圖2為本發(fā)明傳輸方法流程圖3為發(fā)射端結(jié)構(gòu)圖4為接收端結(jié)構(gòu)圖5為本發(fā)明與正交隨機(jī)波束成形系統(tǒng)、迫零波束成形系統(tǒng)的頻譜效 率仿真效果比較圖6為本發(fā)明反饋用戶數(shù)的減少率與接收端個(gè)數(shù)K之間關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面就結(jié)合附圖來具體描述本發(fā)明。
如圖1所示，本發(fā)明系統(tǒng)包括發(fā)射端11和接收端12.1、 12.2........
12.K。接收端12.1、 12.2、 ....... 12.K結(jié)構(gòu)相同，為描述方將接收端12.1、
12.2........ 12.K均稱為接收端12，每個(gè)接收端12均對(duì)應(yīng)一個(gè)用戶。
發(fā)射端ll用于發(fā)射信道估計(jì)信號(hào)、用戶數(shù)據(jù)信號(hào)、備選調(diào)度用戶集信 息和接收反饋信號(hào)等。如圖2所示，發(fā)射端ll包括波束成形模式控制器 111、隨機(jī)波束成形器112、反饋信息處理器113、備選用戶選擇器114、調(diào) 度器115、迫零波束成形器116、雙工射頻器117以及多根發(fā)射天線。
接收端12用于接收發(fā)射信號(hào)、還原接收信號(hào)、反饋判決、產(chǎn)生反饋信 號(hào)并反饋給發(fā)射端等。如圖3所示，接收端12包括接收信號(hào)處理器121、 隨機(jī)波束成形反饋生成器122、迫零波束成形反饋生成器123、反饋控制器 124、雙工射頻器125以及多根接收天線。
圖2為本發(fā)明方法流程圖，包括S201、 S202、 S203、 S204、 S205、 S206、 S207、 S208、 S209、 S210、 S211、 S212共十二步驟。
圖3為本發(fā)明發(fā)射端結(jié)構(gòu)圖，圖4為本發(fā)明接收端結(jié)構(gòu)圖。
具體考慮發(fā)射端11有N根天線，接收端12有1根天線的MIMO系統(tǒng)，
下面結(jié)合本發(fā)明方法流程圖(圖2)來描述本發(fā)明。
在步驟S201中，發(fā)射端11的波束成形模式控制器111觸發(fā)隨機(jī)波束 成形器112構(gòu)建N (可以小于N)個(gè)隨機(jī)波束&，m-l,…,n，并采用隨機(jī)波 束發(fā)射信道估計(jì)信號(hào)Sm，l=1....，n，則發(fā)射的信號(hào)為-
<formula>formula see original document page 12</formula>(1)
在步驟S202中，各接收端12接收經(jīng)過信道衰減后的信道估計(jì)信號(hào)為<formula>formula see original document page 12</formula>
其中A是第i個(gè)用戶的信道矢量(本實(shí)施例中為lxN維復(fù)矢量)，K是噪 聲分量(假設(shè)噪聲功率為1)。各接收端估計(jì)信道矢量A和信道幅度 |HQ|，m=1，...n，并分別傳送到隨機(jī)波束成形反饋生成器122和迫零波束成 形反饋生成器123;
在步驟S203中，各接收端12生成隨機(jī)波束成形反饋信息并將其反饋 給發(fā)射端ll，隨機(jī)波束成形反饋信息包括最大信干噪比及其對(duì)應(yīng)的波束 索引值。通過波束索引值可以確定波束。
各接收端12的隨機(jī)波束成形反饋生成器122按公式(3)計(jì)算在每個(gè)波束 上的信干噪比，
<formula>formula see original document page 12</formula> (3)
其中戶為發(fā)射功率。
在步驟S204中，發(fā)射端11的反饋信息處理器113接收隨機(jī)波束成形 反饋信息，生成預(yù)調(diào)度信息并傳送給備選用戶選擇器1M，該預(yù)調(diào)度信息為 各用戶的最大信干噪比及其對(duì)應(yīng)的波束索引值。
在步驟S205中，發(fā)射端11的備選用戶選擇器114根據(jù)收到的預(yù)調(diào)度 信息對(duì)用戶進(jìn)行預(yù)選，生成備選調(diào)度用戶集，并將其發(fā)送給各接收端12。
備選調(diào)度用戶集生成的過程為設(shè)置備選調(diào)度用戶集為空集，對(duì)于每 個(gè)隨機(jī)波束，備選用戶選擇器114將同一波束索引值對(duì)應(yīng)的信干噪比按照 由大到小排序，選擇前L個(gè)最大信干噪比對(duì)應(yīng)的用戶加入備選調(diào)度用戶集，
若反饋該波束索引值的用戶數(shù)小于L，則將用戶全部加入。L的選取可根據(jù) 實(shí)際系統(tǒng)要求確定，取L-3 5時(shí)能獲得性能和復(fù)雜度的良好折中。
在步驟S206中，各接收端12的接收信號(hào)處理器121接收備選調(diào)度用 戶集，并傳送給反饋控制器124。
在步驟S207中，各接收端12的反饋控制器124根據(jù)備選調(diào)度用戶集 進(jìn)行反饋判斷。判斷的標(biāo)準(zhǔn)為備選調(diào)度用戶集是否包含該用戶，若包含， 則反饋控制器124觸發(fā)迫零波束成形反饋生成器123并進(jìn)入步驟S208，否 則進(jìn)入步驟S212。
在步驟S208中，允許反饋的接收端12的迫零波束成形反饋生成器123 生成迫零波束成形反饋信息并反饋給發(fā)射端11。
迫零波束成形反饋信息的生成包括信道矢量量化和信道幅度或信干噪 比計(jì)算。信道矢量量化的基本思想是用一個(gè)己知的矢量去代替信道矢量， 其過程如下(1)碼本確定在發(fā)射端11和接收端12都事先確定一個(gè)矢 量碼本，該碼本是可用于信道矢量量化的所有矢量的集合，其中每個(gè)矢量 為一N維復(fù)矢量，共有"個(gè)這樣的矢量(B為信道量化比特?cái)?shù))。(2)信 道的歸一化量化:從碼本中選擇與歸一化的信道矢量最相近的一個(gè)矢量作 為該信道的量化值，并將該矢量的索引值作為反饋值。本領(lǐng)域人員應(yīng)能理 解信道幅度或信干噪比的計(jì)算，故不以說明。最后，生成的反饋信息包括 歸一化信道量化索引值和信道幅度或者歸一化信道量化索引值和信干噪 比。
在步驟S209中，發(fā)射端11的反饋信息處理器113接收迫零波束成形 反饋信息，并對(duì)其進(jìn)行處理以生成調(diào)度信息，該調(diào)度信息包括歸一化信 道矢量和信道幅度或歸一化信道矢量和信干噪比。
在步驟S210中，發(fā)射端11的調(diào)度器115根據(jù)調(diào)度信息，執(zhí)行調(diào)度算 法得到調(diào)度用戶，并將調(diào)度用戶及其歸一化信道矢量傳送給迫零波束成形 器116。
調(diào)度器115可以使用各種調(diào)度算法，包括但不限于以下的調(diào)度算法一 和調(diào)度算法二。
調(diào)度算法一包括以下步驟
1) 令調(diào)度列表(用于存放選中的用戶)為空集，調(diào)度用戶集合(用于
存放所有備選的用戶)等于備選調(diào)度用戶集；
2) 分別計(jì)算調(diào)度調(diào)度用戶集合中每個(gè)用戶時(shí)獲得的系統(tǒng)容量，選擇最 大系統(tǒng)容量對(duì)應(yīng)的用戶加入到調(diào)度列表中，并在調(diào)度用戶集合中刪 除該用戶；
3) 分別計(jì)算用戶集合中每個(gè)用戶與調(diào)度列表中所有用戶同時(shí)被調(diào)度 時(shí)的系統(tǒng)容量，從中選擇系統(tǒng)容量最大值Cn計(jì)算調(diào)度調(diào)度列表中 所有用戶時(shí)的系統(tǒng)容量C2;若C,2C,，將該用戶加入調(diào)度列表并從 調(diào)度用戶集合中刪除該用戶，否則，結(jié)束；
4) 若調(diào)度列表中用戶數(shù)等于發(fā)射天線數(shù)或調(diào)度用戶集合為空，結(jié)束， 否則，轉(zhuǎn)入步驟3)。
在調(diào)度算法一中計(jì)算系統(tǒng)容量時(shí)，也可計(jì)算經(jīng)加權(quán)后的系統(tǒng)容量，即 用權(quán)值乘以系統(tǒng)容量后的容量，其中權(quán)值由調(diào)度器指定，該權(quán)值代表用戶 的服務(wù)等級(jí)和QoS要求。
調(diào)度算法二包括以下步驟-
1) 令調(diào)度列表(用于存放選中的用戶)為空集，調(diào)度用戶集合(用于 存放所有備選的用戶)等于備選調(diào)度用戶集；
2) 從調(diào)度用戶集合中挑選出信道狀況最好的用戶，將其加入到調(diào)度列 表中，并把該用戶從調(diào)度用戶集合中刪除；
3) 更新調(diào)度用戶集合為調(diào)度用戶集合中與調(diào)度列表中所有用戶的信 道準(zhǔn)正交的用戶，信道的準(zhǔn)正交程度可以通過信道矢量的夾角來衡 量。
4) 如果調(diào)度用戶集合為空或調(diào)度列表中用戶個(gè)數(shù)等于發(fā)射天線數(shù)，則 結(jié)束，否則轉(zhuǎn)入步驟2)。
在步驟S211中，發(fā)射端11的波束成形模式控制器111觸發(fā)迫零波束 成形器116，迫零波束成形器116接收來自調(diào)度器115的調(diào)度用戶及其歸一 化信道矢量，迫零波束成形器116對(duì)調(diào)度用戶的歸一化信道矢量求逆來構(gòu) 造迫零波束，并用與用戶信道矢量相應(yīng)的迫零波束向調(diào)度用戶發(fā)射數(shù)據(jù)。
步驟S212，結(jié)束。
圖5為本發(fā)明方案與正交隨機(jī)波束成形、迫零波束成形的頻譜效率仿 真效果比較圖；仿真參數(shù)為發(fā)射端天線數(shù)N-4、接收端天線數(shù)M4、接收 端個(gè)數(shù)K=100、在每個(gè)隨機(jī)波束上選擇信干噪比最大的用戶個(gè)數(shù)L=3、信 道量化比特?cái)?shù)B-12，發(fā)射功率/>=0 40犯。從圖中可以看出，本發(fā)明方案 的頻譜效率明顯高于正交隨機(jī)波束波束成形；且相對(duì)迫零波束成形，頻譜 效率下降較小。
圖6為本發(fā)明方案反饋用戶數(shù)的減少率與接收端個(gè)數(shù)K之間關(guān)系的仿 真圖。在發(fā)射天線數(shù)N-4、接收天線數(shù)M-1的條件下(方案中其他參數(shù)的 選取對(duì)本仿真的影響可忽略)，分別仿真了在每個(gè)隨機(jī)波束上選擇最大信干 噪比的用戶個(gè)數(shù)L-3、 4、 5的情況下，反饋用戶數(shù)的減少率隨接收端個(gè)數(shù) K的變化情況。從圖中可以看出，本發(fā)明方案能大大減少反饋用戶的數(shù)目。
權(quán)利要求
1、一種多輸入多輸出(MIMO)傳輸方法，包括以下步驟(1)發(fā)射端構(gòu)造隨機(jī)波束并用以向各接收端發(fā)送信道估計(jì)信號(hào)；(2)各接收端接收信道估計(jì)信號(hào)，進(jìn)行信道估計(jì)；(3)各接收端生成隨機(jī)波束成形反饋信息，將其發(fā)送給發(fā)射端；(4)發(fā)射端接收隨機(jī)波束成形反饋信息；(5)發(fā)射端根據(jù)隨機(jī)波束成形反饋信息進(jìn)行用戶預(yù)選，生成備選調(diào)度用戶集，將其發(fā)送給各接收端；(6)各接收端接收備選調(diào)度用戶集；(7)各接收端根據(jù)備選調(diào)度用戶集進(jìn)行反饋判斷，若允許反饋，進(jìn)入步驟(8)，否則，進(jìn)入步驟(12)；(8)允許反饋的接收端生成迫零波束成形反饋信息，將其發(fā)送給發(fā)射端；(9)發(fā)射端接收迫零波束成形反饋信息，將其轉(zhuǎn)換為調(diào)度信息；(10)發(fā)射端根據(jù)調(diào)度信息進(jìn)行用戶調(diào)度，得到調(diào)度用戶；(11)發(fā)射端構(gòu)造迫零波束并用以向調(diào)度用戶發(fā)射用戶數(shù)據(jù)；(12)結(jié)束。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多輸入多輸出(MIMO)傳輸方法，其特 征在于，所述隨機(jī)波束成形反饋信息為接收端在隨機(jī)波束上的最大信干噪 比及其對(duì)應(yīng)的波束索引值。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多輸入多輸出(MIMO)傳輸方法，其特 征在于，所述步驟(5)具體為設(shè)置備選調(diào)度用戶集為空集，將同一波束 索引值對(duì)應(yīng)的信干噪比按照由大到小排序，選擇前L個(gè)最大信干噪比對(duì)應(yīng) 的用戶加入備選調(diào)度用戶集；若同一波束索引值對(duì)應(yīng)的信干噪比個(gè)數(shù)小于 L，則將其對(duì)應(yīng)的用戶全部加入備選調(diào)度用戶集。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的多輸入多輸出(MIMO)傳 輸方法，其特征在于，所述步驟(7)具體為接收端判斷備選調(diào)度用戶集是否包含該接收端本身，若包含，則允許反饋，進(jìn)入步驟(8)，否則， 不反饋，進(jìn)入步驟(12)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的多輸入多輸出(MIMO)傳輸 方法，所述步驟(10)具體為(10.1) 令調(diào)度列表為空集，調(diào)度用戶集合等于備選調(diào)度用戶集；(10.2) 分別計(jì)算調(diào)度調(diào)度用戶集合中每個(gè)用戶時(shí)獲得的系統(tǒng)容量， 選擇最大系統(tǒng)容量對(duì)應(yīng)的用戶加入到調(diào)度列表中，并在調(diào)度用戶集合中刪 除該用戶；(10.3) 分別計(jì)算調(diào)度用戶集合中每個(gè)用戶與調(diào)度列表中所有用戶同 時(shí)調(diào)度時(shí)的系統(tǒng)容量，從中選擇系統(tǒng)容量最大值C,;計(jì)算調(diào)度列表中所有 用戶同時(shí)調(diào)度時(shí)的系統(tǒng)容量C」若c^q,將該用戶加入調(diào)度列表并從調(diào) 度用戶集合中刪除該用戶，否則，結(jié)束；(10.4) 若調(diào)度列表中用戶數(shù)等于發(fā)射天線數(shù)或調(diào)度用戶集合為空，步 驟(10)結(jié)束，否則，轉(zhuǎn)入步驟(10.3)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的多輸入多輸出(MIMO)傳輸 方法，所述步驟(10)具體為(10.1) 令調(diào)度列表為空集，調(diào)度用戶集合等于備選調(diào)度用戶集；(10.2) 從調(diào)度用戶集合中挑選出信道狀況最好的用戶，將其加入到 調(diào)度列表中，并把該用戶從調(diào)度用戶集合中刪除；(10.3) 更新調(diào)度用戶集合為調(diào)度用戶集合中與調(diào)度列表中所有用戶 的信道準(zhǔn)正交的用戶，信道的準(zhǔn)正交程度通過信道矢量的夾角來衡量。(10.4) 如果調(diào)度用戶集合為空或調(diào)度列表中用戶個(gè)數(shù)等于發(fā)射天線 數(shù)，則結(jié)束，否則，轉(zhuǎn)入步驟(10.2)。
7、 一種多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)，包括發(fā)射端(11),用于向接收端(12)發(fā)送信道估計(jì)信號(hào)、用戶數(shù)據(jù)； 和至少一個(gè)接收端(12)，用于接收來自發(fā)射端的信道估計(jì)信號(hào)、用戶數(shù) 據(jù)，生成隨機(jī)波束成形反饋信息，將其發(fā)送給接收端(11);其特征在于:所述發(fā)射端(11)還用于根據(jù)隨機(jī)波束成形反饋信息進(jìn)行預(yù)選生成備選調(diào)度用戶集，將其發(fā)送給接收端；接收來自接收端(12)的迫零波束成 形反饋信息，轉(zhuǎn)換為調(diào)度信息，并根據(jù)調(diào)度信息進(jìn)行用戶調(diào)度；所述接收端(12)還用于接收來自發(fā)射端(11)的備選調(diào)度用戶集， 根據(jù)備選調(diào)度用戶集進(jìn)行反饋判斷，若允許反饋則生成迫零波束成形反饋 信息，將其發(fā)送給發(fā)射端。
8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種多輸入多輸出(MMO)系統(tǒng)，其特征 在于，所述發(fā)射端(11)包括:第一雙工射頻器(117)和位于其上的發(fā)射天線，用于接收來自隨機(jī)波 束成形器(112)的隨機(jī)波束和信道估計(jì)信號(hào)、來自迫零波束成形器(116) 的迫零波束和用戶數(shù)據(jù)、來自備選用戶選擇器(114)的備選調(diào)度用戶集， 并發(fā)送給接收端(12);接收來自接收端(12)的隨機(jī)波束成形反饋信息 和迫零波束成形反饋信息，并傳送給反饋信息處理器(113);波束成形模式控制器(111)，用于觸發(fā)隨機(jī)波束成形器(112)和觸 發(fā)迫零波束成形器(116);隨機(jī)波束成形器(112)，用于接收來自波束成形模式控制器(111) 的觸發(fā)信號(hào)，構(gòu)建N個(gè)隨機(jī)波束，并將隨機(jī)波束和信道估計(jì)信號(hào)傳送給雙 工射頻器(117);反饋信息處理器(113)，用于接收來自雙工射頻器(117)的隨機(jī)波束成 形反饋信息生成預(yù)調(diào)度信息，將其傳送給備選用戶選擇器(114);接收來 自雙工射頻器(117)的迫零波束成形反饋信息，生成調(diào)度信息，將調(diào)度信 息傳送給調(diào)度器(115);備選用戶選擇器(114)，用于接收來自反饋信息處理器(113)的預(yù)調(diào)度 信息，根據(jù)預(yù)調(diào)度信息進(jìn)行用戶預(yù)選生成備選調(diào)度用戶集，將其傳送給雙 工射頻器(117);調(diào)度器(115)，用于接收來自反饋信息處理器(113)的調(diào)度信息，根據(jù) 調(diào)度信息進(jìn)行用戶調(diào)度得到調(diào)度用戶，將調(diào)度用戶及其歸一化信道矢量傳送給迫零波束成形器(116);迫零波束成形器(116)，用于接收來自波束成形模式控制器(111)的 觸發(fā)信號(hào)和來自調(diào)度器(115)的調(diào)度用戶及其歸一化信道矢量，生成迫零波束，向雙工射頻器(117)傳送迫零波束和用戶數(shù)據(jù)；所述接收端(12)包括第二雙工射頻器(125)和位于其上的接收天線，用于接收來自發(fā)射端 (11)的信道估計(jì)信號(hào)、用戶數(shù)據(jù)和備選調(diào)度用戶集，并傳送給接收信號(hào) 處理器(121);接收來自隨機(jī)波束成形反饋生成器(122)的隨機(jī)波束成 形反饋信息和來自迫零波束成形反饋生成器(123)的迫零波束成形反饋信 息，并發(fā)送給發(fā)射端(11);接收信號(hào)處理器(121)，用于接收來自第二雙工射頻器(125)的信 道估計(jì)信號(hào)、用戶數(shù)據(jù)和備選調(diào)度用戶集，進(jìn)行信道估計(jì)得到信道幅度和 信道矢量并分別傳送給隨機(jī)波束成形反饋生成器(122)和迫零波束成形反 饋生成器(123)，并將備選調(diào)度用戶集傳送給反饋控制器(124);反饋控制器(124)，用于接收來自接收信號(hào)處理器(121)的備選調(diào) 度用戶集，根據(jù)備選調(diào)度用戶集進(jìn)行反饋判斷，若允許反饋，向迫零波束 成形反饋生成器(123)傳送觸發(fā)信號(hào)；隨機(jī)波束成形反饋生成器(122)，用于接收來自接收信號(hào)處理器(121) 的信道幅度，根據(jù)信道幅度生成隨機(jī)波束成形反饋信息，傳送給第二雙工 射頻器(125);迫零波束成形反饋生成器(124)，用于接收來自接收信號(hào)處理器(121) 的信道矢量和來自反饋控制器(124)的觸發(fā)信號(hào)，根據(jù)信道矢量生成迫零 波束成形反饋信息，傳送給第二雙工射頻器(125)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多輸入多輸出(MIMO)傳輸方法及系統(tǒng)，在該方法中發(fā)射端發(fā)射信道估計(jì)信號(hào)，各接收端生成隨機(jī)波束成形反饋信息并發(fā)送給發(fā)射端，發(fā)送端進(jìn)行用戶預(yù)選生成備選調(diào)度用戶集，將其發(fā)送給各接收端；各接收端進(jìn)行反饋判斷，若允許反饋，則生成迫零波束成形反饋信息，將其發(fā)送給發(fā)射端；發(fā)射端進(jìn)行用戶調(diào)度得到調(diào)度用戶，并向調(diào)度用戶發(fā)射用戶數(shù)據(jù)。本發(fā)明同時(shí)具有隨機(jī)波束成形和迫零波束成形的優(yōu)點(diǎn)，降低了系統(tǒng)的反饋開銷和實(shí)施復(fù)雜度，提高了系統(tǒng)容量。
文檔編號(hào)H04L25/02GK101207590SQ20071016868
公開日2008年6月25日 申請(qǐng)日期2007年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月7日
發(fā)明者劉應(yīng)狀, 周宗儀, 俊 孫, 朱光喜, 林宏志, 王德勝, 鄭治凱 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)