LTE多天线系统的传输模式自适应切换方法及装置制造方法及图纸

技术编号:8863973 阅读:495 留言:0更新日期:2013-06-29 01:00
一种LTE多天线系统中的传输模式自适应切换方法,是基站根据用户的SINR、移动速度和地理位置为判断条件,为用户自适应设置合适的传输模式。其操作步骤:先初始化设置传输模式切换所需的轮询周期、模式间切换门限值、计数器门限值和用户移动速度门限值多个参数;再设置默认的传输分集模式传输数据,然后,根据用户反馈的CQI计算SINR值,并将其与预设的切换门限进行比较,更新相应的判决次数和触发次数计数器,判断是否满足模式切换条件,将当前模式切换至理想的目标模式,或继续保持当前模式进行数据传输。本发明专利技术通过统计设定时间内的切换次数,对模式间切换门限、用户移动速度门限值进行实时调整,能实现切换过程中网络传输效率和时效性的有效平衡。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及LTE多天线输入多输出系统中的传输模式自适应切换方法及装置,属于无线通信的

技术介绍
LTE物理层米用正交频分多址0FDMA(Orthogonal Frequency Division MultipleAccess)作为下行多址传输技术,这种技术适用于频率选择性信道和高数据率传输;其下行支持多天线技术,包括空间复用、发射分集、波束赋形,能获得较好的阵列增益、空间复用增益和分集增益。根据LTE R9的物理层协议,通过高层信令半静态配置,用户终端UE可以被设置为8种不同的传输模式。这8种传输模式对应于不同的物理下行共享信道F1DSCH (PhysicalDownlink Shared Channel)的数据处理过程,其实质是对应于不同的多输入多输出ΜΙΜΟ(Multiple In Multiple Out)方式,即传输分集、空间复用和波束赋形。由于不同MIMO模式的实现机制不同,其各自具有的特点与适用的场景也不同。对于传输分集,其主要原理是利用空间信道的弱相关性,在相互独立的信道上传输多个数据副本,用于提高信号传输的可靠性,从而改善接收信号的信干噪比。由于传输分集模式在多信道上传输的数据是相同的,因此,无助于提高吞吐量。因此,传输分集模式适用于低信干噪比的区域,即小区边缘用户,能有效提高数据传输的质量。另外,在实现机制上,传输分集需要较大的天线间距,通常是大于2 λ。空间复用也是利用空间信道弱相关性的技术,但其与传输分集不同,其工作原理是在多个相互独立的空间信道上传输不同的数据流,因此可以有效提高数据传输的峰值速率。所以,空间复用适用于高低噪比的区域,即小区中心用户,能够提升吞吐量。对于波束赋形,又不同于其他两种MBTO机制,它是利用空间信道强相关性的技术,因此需要小间距的天线阵列,通常是采用圆阵或小间距线性天线实现的。波束赋形技术能够采用强方向性的辐射方向图,提升用户的传输质量,因此,对于小区边缘的用户,能有效保证传输质量,从而增加覆盖范围。所以波束赋形主要用于提高系统容量或者覆盖范围,适用于小区边缘的用户。为了进一步提升系统传输可靠性和传输效率,系统应该能够在不同的MIMO机制之间进行自适应地切换,以适应不同的传输信道状况,在不同的场景下能有效改善通信系统性能。现有技术的多天线模式切换算法,例如:基于指数有效SINR映射EESM(Exponential Effective SIR Mapping )的链路自适应和单天线速率控制PARC (PerAntenna Rate Control)相结合的空间复用和波束赋形间的切换,基于最小欧氏距离的空间复用和传输分集间的切换,这些方法的理论性很强,复杂度高,不易于在实际系统中实现。而且,现有文献中的自适应切换方法考虑了 LTE系统中所有8种传输模式,在实际系统中并非全部适用,缺乏针对性和实用性。
技术实现思路
有鉴于此,本专利技术的目的是提供一种用于LTE多天线系统的传输模式自适应切换方法及装置,涉及LTE R9下行的八种传输模式中的三种:传输分集(模式2)、开环空间复用(模式3)和双流波束赋形(模式8),分别对应三种MMO机制:传输分集、空间复用和波束赋形。本专利技术提供的这三种传输模式的实施步骤操作简单、方便,其适用场景涵盖了基本的网络状态,适用广泛;而且,不同模式间的切换算法的复杂度低,在实际系统中容易实现。应用本专利技术方法的装置-基站结构简单、容易推广实现。为了达到上述目的,本专利技术提供了一种长期演进LTE (Long Term Evolution)多天线系统中的传输模式自适应切换方法,其特征在于:所述方法是基站根据用户的信干噪t匕、移动速度和地理位置作为判断条件,自适应地为用户设置适宜的传输模式;包括下述操作步骤:(I)基站初始化设置传输模式切换所涉及的多个参数,所述参数包括:轮询周期、模式间切换门限值、计数器门限值和用户移动速度门限值;(2)基站为用户设置采用传输分集模式进行数据传输:基站根据用户反馈的信道质量指示符CQI (Channel Quality Indicator)计算其信干噪比SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio)数值,并将该数值与预设的切换门限值SINRthl进行比较,更新判决次数计数器C1和触发次数计数器T1,再判断是否满足模式切换条件;若满足,则执行后续步骤(3),将当前模式切换至目标模式,并由记录传输分集到空间复用的模式切换次数的计数器CSFTC_SM中统计切换次数;若不满足,则继续保持当前模式传输数据;(3)基站为用户设置采用空间复用模式进行数据传输:基站根据用户反馈的CQI计算其SINR值,并将该数值与预设的切换门限值SINRth2进行比较,更新判决次数计数器C2和触发次数计数器T2,再判断是否满足模式切换条件;若满足,则根据用户移动速度Vth选择目标模式,并根据不同的目标模式,执行后续步骤(4)或返回执行步骤(2),将当前模式切换至目标模式,并由记录空间复用到传输分集的模式切换次数的计数器CSM_SFB。或记录空间复用到波束赋形的模式切换次数的计数器CSM_BF分别统计相应的切换次数;若不满足,则继续保持当前模式传输数据;(4)基站为用户设置采用波束赋形模式进行数据传输:基站根据用户反馈的CQI计算其SINR值,并将该数值与预设的切换门限值SINRth3进行比较,更新判决次数计数器C3和触发次数计数器T3,再判断是否满足模式切换条件;若满足,则根据用户移动速度Vth选择目标模式,并根据不同的目标模式,返回执行步骤(2)或(3),将当前模式切换至目标模式,并由记录波束赋形到传输分集的模式切换次数的计数器cBF_SFBC或记录波束赋形到空间复用的切换次数的计数器CBF_SM分别统计相应的切换次数;若不满足,则继续保持当前模式传输数据。为了达到上述目的,本专利技术还提供了一种LTE多天线系统的传输模式自适应切换的基站,其特征在于:所述基站根据预设的不同门限值,针对不同传输信道的质量变化自适应地为用户配置相应的传输模式:信道质量好的区域选用空间复用模式,以增加网络吞吐量,提高系统效率;信道质量差的区域再根据用户的不同移动速度,分别选用传输分集或波束赋形两种传输模式中的一种,以提高信号质量,确保传输质量;该基站还能根据切换次数自适应调整多个切换门限值和用户移动速度门限值;该基站增设有下述两个部件:模式自适应单元,用于基站为用户配置初始默认的传输模式,且在运行后,根据用户反馈的CQI计算相应的SINR,并获取用户移动速度,再根据初始设置或从参数自适应单元获取的SINR门限值和速度门限值,判断是否满足模式切换条件;若满足,则统计切换次数,并将其传递给参数自适应单元后,将当前模式切换至目标模式;若不满足,则继续保持当前模式进行传输;以便确保传输质量,又提高系统传输效率;设有顺序连接的设置模块、判断模块、统计模块和切换模块;参数自适应单元,用于基站根据从模式自适应单元获取的不同模式间的切换次数,对SINR门限值和速度门限值进行自适应调整,并将其反馈至模式自适应单元,以避免切换次数过多,导致网络信令开销大,传输效率低,也避免切换次数过低,使基站无法根据信道质量变化实时调整用本文档来自技高网
...

【技术保护点】
一种长期演进LTE多天线系统中的传输模式自适应切换方法,其特征在于:所述方法是基站根据用户的信干噪比、移动速度和地理位置作为判断条件,自适应地为用户设置适宜的传输模式;包括下述操作步骤:(1)基站初始化设置传输模式切换所涉及的多个参数,所述参数包括:轮询周期、模式间切换门限值、计数器门限值和用户移动速度门限值;(2)基站为用户设置采用传输分集模式进行数据传输:基站根据用户反馈的信道质量指示符CQI计算其信干噪比SINR数值,并将该数值与预设的切换门限值SINRth1进行比较,更新判决次数计数器C1和触发次数计数器T1,再判断是否满足模式切换条件;若满足,则执行后续步骤(3),将当前模式切换至目标模式,并由记录传输分集到空间复用的模式切换次数的计数器CSFBC?SM统计切换次数;若不满足,则继续保持当前模式传输数据;(3)基站为用户设置采用空间复用模式进行数据传输:基站根据用户反馈的CQI计算其SINR值,并将该数值与预设的切换门限值SINRth2进行比较,更新判决次数计数器C2和触发次数计数器T2,再判断是否满足模式切换条件;若满足,则根据用户移动速度vth选择目标模式,并根据不同的目标模式,执行后续步骤(4)或返回执行步骤(2),将当前模式切换至目标模式,并由记录空间复用到传输分集的模式切换次数的计数器CSM?SFBC或记录空间复用到波束赋形的模式切换次数的计数器CSM?BF分别统计相应的切换次数;若不满足,则继续保持当前模式传输数据;(4)基站为用户设置采用波束赋形模式进行数据传输:基站根据用户反馈的CQI计算其SINR值,并将该数值与预设的切换门限值SINRth3进行比较,更新判决次数计数器C3和触发次数计数器T3,再判断是否满足模式切换条件;若满足,则根据用户移动速度vth选择目标模式,并根据不同的目标模式,返回执行步骤(2)或(3),将当前模式切换至目标模式,并由记录波束赋形到传输分集的模式切换次数的计数器CBF?SFBC或记录波束赋形到空间复用的切换次数的计数器CBF?SM分别统计相应的切换次数;若不满足,则继续保持当前模式传输数据。...

【技术特征摘要】
1.一种长期演进LTE多天线系统中的传输模式自适应切换方法,其特征在于:所述方法是基站根据用户的信干噪比、移动速度和地理位置作为判断条件,自适应地为用户设置适宜的传输模式;包括下述操作步骤: (1)基站初始化设置传输模式切换所涉及的多个参数,所述参数包括:轮询周期、模式间切换门限值、计数器门限值和用户移动速度门限值; (2)基站为用户设置采用传输分集模式进行数据传输: 基站根据用户反馈的信道质量指示符CQI计算其信干噪比SINR数值,并将该数值与预设的切换门限值SINRthl进行比较,更新判决次数计数器C1和触发次数计数器T1,再判断是否满足模式切换条件;若满足,则执行后续步骤(3),将当前模式切换至目标模式,并由记录传输分集到空间复用的模式切换次数的计数器CSFTC_SMS计切换次数;若不满足,则继续保持当前模式传输 数据; (3)基站为用户设置采用空间复用模式进行数据传输: 基站根据用户反馈的CQI计算其SINR值,并将该数值与预设的切换门限值SINRth2进行比较,更新判决次数计数器C2和触发次数计数器T2,再判断是否满足模式切换条件;若满足,则根据用户移动速度Vth选择目标模式,并根据不同的目标模式,执行后续步骤(4)或返回执行步骤(2),将当前模式切换至目标模式,并由记录空间复用到传输分集的模式切换次数的计数器CSM_SFB。或记录空间复用到波束赋形的模式切换次数的计数器CSM_BF分别统计相应的切换次数;若不满足,则继续保持当前模式传输数据; (4)基站为用户设置采用波束赋形模式进行数据传输: 基站根据用户反馈的CQI计算其SINR值,并将该数值与预设的切换门限值SINRth3进行比较,更新判决次数计数器C3和触发次数计数器T3,再判断是否满足模式切换条件;若满足,则根据用户移动速度Vth选择目标模式,并根据不同的目标模式,返回执行步骤(2)或(3),将当前模式切换至目标模式,并由记录波束赋形到传输分集的模式切换次数的计数器cBF_SFBC或记录波束赋形到空间复用的切换次数的计数器CBF_SM分别统计相应的切换次数;若不满足,则继续保持当前模式传输数据。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤(I)初始化设置的多个参数包括下述操作内容: 设置轮询周期,以保证半静态方式切换传输模式,且设置的轮询周期应适宜,既防止数值过大,导致不能根据信道变化或速度变化灵活切换传输模式,降低时效性;也避免周期过小,使得系统开销增大,传输性能和效率都降低; 设置模式间切换门限值,包括传输分集、空间复用和波束赋形三种模式之间的切换门限值信干噪比SINRthl、SINRth2, SINRth3及其相应的三个调整步长ASINRthl、ASINRth2,Λ SINRth3,其中,SINRthl, SINRth2和SINRth3都能自适应调整;采用衡量网络状况的信干噪比作为切换门限时,其数值高,表明信道质量好,用户可能位于小区中心,应选用空间复用模式,提高系统吞吐量;其数值小,表明信道质量差,用户可能位于小区边缘,应再根据用户移动速度选用传输分集或波束赋形模式,提高用户传输质量; 设置传输分集、空间复用和波束赋形三种模式下用户信干噪比的判决次数计数器(;和满足判决条件的次数、即触发次数计数器Tn的门限值Cthn和Tthn,式中,下标η=1,2,3分别顺序代表上述三种模式;且只有Cn和Tn同时达到各自门限值Cthn和Tthn时,才发生模式切换:即在时间窗口 Cthn内,当 比值满足切换条件时,就将当前传输模式切换至目标模 式,并将Tn和Cn清零; 设置记录不同模式之间切换次数的五个计数器cSFBC_SM、cSM_SFBC、cSM_BF、cBF_SFBC和CBF_SM,其中,各下标SFBC、SM和BF分别表示传输分集、空间复用和波束赋形三种模式,这些计数器分别记录设定时间内由前下标的当前模式至后下标的目标模式的切换次数; 设置用户移动速度门限值Vth及其调整步长Avth,当用户移动速度不小于vth,判定用户为高速移动,则建议采用传输分集模式;当用户移动速度小于vth,判定该用户为中低速移动,则建议采用波束赋形传输模式;该Vth能够自适应调整。3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤(2)包括下列操作内容: (21)基站通过无线资源控制RRC协议信令通知用户,设置与默认的传输分集模式相应的物理下行控制信道H)CCH,并以该传输模式向用户传输数据;此时,未知信干噪比和用户移动速度就直接采用传输分集模式,牺牲了系统传输效率,但能确保传输质量;且传输分集还能够作为空间复用的回退模式,或用户高速移动时波束赋形的备选模式,以提高边缘用户的传输质量; (22)根据设置的轮询周期,判断当前子帧是否为判决子帧;若是,则执行步骤(23);若否,则返回步骤(21); (23)基站根据用户反馈的CQI信息计算SINR,并判断该数值是否超过门限值SINRthl;若未超过,则认为该次轮询过程不满足判决条件,执行后续步骤(24);若已超过,则认为该次轮询过程满足判决条件,跳转执行步骤(25); (24)将判决次数计数器C1W1,触发次数计数器T1不变;继续轮询判断信道状态,即仍保持传输分集模式传输数据,返回执行步骤(21); (25)将判决次数计数器C1和满足触发次数计数器T1均加I后,再将CpT1分别与其相应的门限值Cthl、Tthl进行比较,根据不同情况,执行后续步骤(26); (26)根据比较的不同结果,分别选择执行下述三种情况的操作内容:情况A:若T1达到门限值Tthl,且C1未超过门限值Cthl,则表明在时间窗口 Cthl内,用户反馈的SINR有至少>的比例大于门限值SINRthl,即信道状况好,满足切换条件,适于采用 空间复用模式,以提高系统吞吐量;此时,对T1和C1均清零,并执行后续步骤(27); 情况B:若T1和C1均未达到门限值,则表明不具备判决条件,还要继续轮询信道状况;此时,保持T1和C1不变,继续采用传输分集模式,即返回步骤(21); 情况C:若T1未达到门限值Tthl,但C1达到门限值Cthl,则表明在时间窗口 Cthl内,用户反馈的SINR大于门限值SINRthl的比例数值小,即信道状况不足以支持空间复用;此时,将T1和C1均清零,继续采用传输分集模式,即返回步骤(21); (27)将用户门限值SINRthl参数自适应调整的重要参数-切换次数计数器CSFTC_SM加1,然后,执行步骤(3 ),完成传输分集向空间复用模式的切换。4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤(3)包括下列操作内容: (31)基站通过RRC信令通知用户,设置与等级较高、即适用于信干噪比高,网络状况好的空间复用传输模式相应的H)CCH,并以该传输模式给用户传输数据,以提升系统传输效率,提闻吞吐量; (32)根据设置的轮询周期,判断当前子帧是否为判决子帧。若是,则执行步骤(33),判断是否满足切换条件;若否,则返回步骤(31),继续采用空间复用模式传输数据; (33)基站根据用户反馈的CQI信息计算SINR,并判断其数值是否低于门限值SINRth2;若否,则认为该次轮询过程不满足判决条件,执行步骤(34);若是,则认为该次轮询过程满足判决条件,跳转执行步骤(35); (34)将判决次数计时器C2加1,触发次数计数器T2不变,继续轮询判断信道状况,即仍保持空间复用模式进行传输,返回执行步骤(31); (35)将判决次数计时器C2和触发次数计数器T2均增加1,再将T2和C2分别与相应的门限值Tth2和Cth2进行比较,根据不同情况,执行后续步骤(36); (36)根据比较的不同结果,分别选择执行下述三种情况的操作内容: 情况A:若T2达到门限值Tth2,且C2未超过门限值Cth2,则表明在时间窗口 Cth2内,用户反馈的SINR有至少> 的比例小于门限值SINRth2,即信道状况差,满足切换条件,适于采用 LA2传输分集或波束赋形模式,以提高信号传输质量;执行步骤(37),以便根据用户移动速度判断切换至传输 分集还是波束赋形; 情况B:若T2和C2均未达到门限值,则表明不具备判决条件,还要继续轮询信道状况;此时,维持T2和C2不变,继续采用空间复用模式,即返回步骤(31); 情况C:若T2达到门限值Tth2,而C2达到门限值Cth2,则表明在时间窗口 Cth2内,用户反馈的SINR小于门限值SINRth2的比例数值小,即信道状况无需回退到传输分集或波束赋形模式;此时,将T2和C2均清零,继续采用空间复用模式,即返回步骤(31); (37)判断用户移动速度是否超过门限值vth,若超过,则判定用户UE高速移动,执行步骤(38),将当前传输模式切换至传输分集,并记录模式间切换次数;若未超过,则判定UE中低速移动,跳转执行步骤(39),将当前传输切换至波束赋形,并记录模式间切换次数; (38 )先将用户门限值SINRth2和速度门限值Vth参数自适应调整的重要参数-切换次数计数器CSM_SFB。加1,然后,返回步骤(2),执行空间复用向传输分集模式的切换; (39 )先将用户门限值SINRth2和速度门限值Vth参数自适应调整的重要参数-切换次数计数器CSM_BF加1,然后,执行步骤(4),完成空间复用向波束赋形模式的切换。5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤(4)包括下列操作内容: (41)基站通过RRC信令通知用户,设置与波束赋形相应的H)CCH,并以该传输模式给用户传输数据;作为空间复用的回退模式,波束赋形模式用于边缘用户信噪低和网络状况差的情形,以提升系统传输质量; (42)根据设置的轮询周期,判断当前子帧是否为判决子帧...

【专利技术属性】
技术研发人员:纪晓东贾玉玮李远彭木根靳浩王文博
申请(专利权)人:北京邮电大学
类型:发明
国别省市:

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1