单流模式和双流模式自适应切换方法

摘要

本发明提出了用于时分同步码分多址系统的单流模式和双流模式自适应切换方法。其中的一种自适应切换方法包括以下步骤：S102，节点B对上行信道进行估计，并通过信道估计结果实时地评估两个传输块的空间信道互相关性。S104，在空间信道互相关性高于第一阈值的情况下，切换到单流模式，在空间信道互相关性低于第一阈值的情况下，进行后续单流和双流吞吐量的评估。S106，节点B根据用户终端反馈的单流模式或双流模式的信道质量指示，分别估计单流模式和双流模式的吞吐量，在双流模式的吞吐量比单流模式的吞吐量高出第二阈值的情况下，切换到双流模式，否则切换到单流模式。

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及用于时分同步码分多址系统的单流模式和双流模式自适应切换方法。

背景技术

多输入所输出(MIMO)技术是近年来移动通信领域的热门研究领域，它的特征在于无线发射机和接收机都引入了多根天线。相对于传统的单输入单输出(SISO)系统，MIMO系统通过空间分集技术或者空间复用技术来获得系统容量的极大提升。多输入单输出(MISO)和单输入多输出(SIMO)是MIMO的两种特殊形式，即只在通信链路的一端采用多天线，另一端仍然采用单天线。

现有TD-SCDMA(时分同步码分多址)系统室内覆盖的主流方案是采用多通道分布式覆盖。以8通道分布式覆盖为例(后续如不做特殊说明则默认8通道)，基站节点B(Node B)采用8个独立的分布式通道，每个通道带一组吸顶天线独立覆盖一定区域(例如办公楼一定楼层)，不同通道之间的只有很小的重叠覆盖区域以保证覆盖连续(例如楼梯间)，而用户终端(UE)普遍采用单天线，因此，从Node B与小区内一个UE之间的通信链路来看，完全是SISO方式。

相对于其他采用CDMA(码分多址)方式的第三代移动通信(3G)系统而言，TD-SCDMA系统的码片速率较低，因此接收机的多径分辨率较差，多径分集增益不如其他3G系统显著。尤其是在室内环境，由于信道的时延扩展很窄，几乎不可能获取多径分集增益，因此这就为后续通过MIMO方式引入空间分集增益留下了很大的性能提高空间。

当然，MIMO技术除了空间分集方式通过抗衰弱以及最大比合并提高信噪比的均值，缩小方差，从而获得容量上的抬升以外；还可以通过空间复用方式，利用不同天线信道的独立性建立多个空间子信道来提高容量，这就是著名的BLAST(贝尔实验室空时分层)技术方案。理论上，空间复用方式的极限容量是随着天线数的抬升呈线性抬升，而非空间分集方式下的对数抬升关系。

TD-SCDMA系统的室内覆盖中应用MIMO技术尤其是空间复用方案具备有利条件，这表现在：

(1)室内覆盖邻小区干扰很小，几乎不存在室外宏蜂窝多小区联合检测自由度的问题；

(2)室内环境由于反射散射众多且角度扩展大，因此LOS(视距)径绝对占优的概率小一些。

因此，在现有TD-SCDMA系统室内覆盖中应用MIMO技术(尤其是空间复用方式)将大大提升上下行吞吐量。而TD-SCDMA系统作为一种支持向后平滑演进的3G系统，对于数据业务吞吐量提高的追求是永远存在的。

MIMO空间分集方式可以被看作是单流模式，即只传输一个数据流，通过空间分集方式提高接收信号载干比，从而改善系统吞吐量；MIMO空间复用方式可以被看作是双流模式(以2×2MIMO为例)，即同时传输两个数据流，通过空间复用方式改善系统吞吐量。不过，无论是基于空间分集的单流模式还是基于空间复用的双流模式，单独在TD-SCDMA系统室内覆盖中应用都不是完美的解决方案。

发明内容

鉴于以上所述的一个或多个问题，本发明提出了用于时分同步码分多址系统的单流模式和双流模式自适应切换方法，可以克服现有技术的不足以及大幅度提高TD-SCDMA系统室内覆盖环境的下行高速分组业务吞吐量。

根据本发明的一种用于时分同步码分多址系统的单流模式和双流模式自适应切换方法，其中，系统中的用户终端具有两个独立衰落的天线，节点B到用户终端的两个通道混合覆盖覆盖区域并同时传输两个传输块到用户终端，该自适应切换方法包括以下步骤：

S102，节点B对上行信道进行估计，并通过信道估计结果实时地评估两个传输块的空间信道互相关性。

S104，在空间信道互相关性高于第一阈值的情况下，切换到单流模式，在空间信道互相关性低于第一阈值的情况下，进行后续单流和双流吞吐量的评估。

S106，节点B根据用户终端反馈的单流模式或双流模式的信道质量指示，分别估计单流模式和双流模式的吞吐量，在双流模式的吞吐量比单流模式的吞吐量高出第二阈值的情况下，切换到双流模式，否则切换到单流模式。

其中，覆盖区域的大小为两个通道独立覆盖的覆盖区域大小之和。

其中，在双流模式下，通过两个通道分别同时传输不同的两个传输块，其中，两个传输块被映射到同一组物理码道上。

其中，在上行控制信道，为用户终端的不同天线分配同一基本Midamble码的不同偏移或分配不同的基本Midamble码。在下行高速分组业务信道，在双流模式下，为用于同一用户终端的同时传输的两个传输块分别分配同一基本Midamble码的不同偏移或分配不同的基本Midamble码；在单流模式下，分配一个基本Midamble码的一个偏移。在下行控制信道，为节点B覆盖的两个通道分配同一基本Midamble码的不同偏移、同一基本Midamble码的同一偏移、或分配不同的基本Midamble码。

在系统中的用户终端具有M个独立衰落的天线，节点B到用户终端的M个通道混合覆盖覆盖区域并同时传输M个传输块到用户终端的情况下，其中，M为正整数，通过以下至少一种方式分配训练序列：在上行控制信道，为用户终端的不同天线分配同一基本Midamble码的不同偏移或分配不同的基本Midamble码。在下行高速分组业务信道，在双流模式下，为用于同一用户终端的同时传输的两个传输块分别分配同一基本Midamble码的不同偏移或分配不同的基本Midamble码；在单流模式下，分配一个基本Midamble码的一个偏移。在下行控制信道，为节点B覆盖的两个通道分配同一基本Midamble码的不同偏移、同一基本Midamble码的同一偏移、或分配不同的基本Midamble码。

其中，在M>1的情况下，M流模式用于下行高速分组业务信道。

其中，在任一时刻，采用N流模式，将N个传输块映射到一组相同的物理码道上，在N个不同的通道上发射出去，在余下的M-N个通道上发射N个传输块中最大的M-N个传输块，形成发射分集，其中，N为正整数且N小于或等于空间信道的自由度。

通过本发明的方法克服了现有技术的不足以及大幅度提高了TD-SCDMA系统室内覆盖环境的下行高速分组业务吞吐量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，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：

图1为根据本发明的一种用于时分同步码分多址系统的单流模式和双流模式自适应切换方法的流程图；

图2为根据本发明的TD-SCDMA室内MIMO系统双流模式发射机示意图；

图3为根据本发明的TD-SCDMA室内MIMO系统单流模式发射机示意图；

图4为根据本发明一个实施例的自适应单双流模式的切换判决流程图；以及

图5为根据本发明的TD-SCDMA室内覆盖系统由非MIMO架构演进到MIMO架构的示意图。

具体实施方式

下面参考附图，详细说明本发明的具体实施方式。

图1为根据本发明的一种用于时分同步码分多址系统的单流模式和双流模式自适应切换方法的流程图。其中，在用户终端增加一根独立天线，从而系统中的用户终端具有两个独立衰落的天线。节点B到用户终端的两个通道混合覆盖覆盖区域并同时传输两个传输块到用户终端。

如图1所示，该自适应切换方法包括以下步骤：

S102，节点B对上行信道进行估计，并通过信道估计结果实时地评估两个传输块的空间信道互相关性。

S104，在空间信道互相关性高于第一阈值的情况下，切换到单流模式，在空间信道互相关性低于第一阈值的情况下，进行后续单流和双流吞吐量的评估。

S106，节点B根据用户终端反馈的单流模式或双流模式的信道质量指示，分别估计单流模式和双流模式的吞吐量，在双流模式的吞吐量比单流模式的吞吐量高出第二阈值的情况下，切换到双流模式，否则切换到单流模式。

其中，将现有TD-SCDMA室内覆盖环境单通道独立覆盖一定区域改为两通道混合共同覆盖一定区域，混合覆盖区域大小等于现有两通道独立覆盖区域的总和，因此同样大小的覆盖区域，现有系统的通道总数维持不变。

其中，节点B侧所有通道仍然是独立的，即分属于同覆盖两通道的不同吸顶天线在位置距离上要保证其快衰落的独立性(这一点显然在室内很容易做到)；因此在任一被双通道混合覆盖的区域，形成了2×2MIMO方式。

其中，在双流模式下，通过两个通道分别同时传输不同的两个传输块，其中，两个传输块被映射到同一组物理码道上。

其中，在上行控制信道，为用户终端的不同天线分配同一基本Midamble码(中间训练序列)的不同偏移或分配不同的基本Midamble码。在下行高速分组业务信道，在双流模式下，为用于同一用户终端的同时传输的两个传输块分别分配同一基本Midamble码的不同偏移或分配不同的基本Midamble码；在单流模式下，分配一个基本Midamble码的一个偏移。在下行控制信道，为节点B覆盖的两个通道分配同一基本Midamble码的不同偏移、同一基本Midamble码的同一偏移、或分配不同的基本Midamble码。

其中，双流模式仅限于下行高速分组业务信道，单流模式适用于所有信道。对于单流模式，发射端为发射分集、接收端为接收分集。发射分集可以采用简单的延时发射分集来实现。对于高速分组业务信道的双流模式，节点B同覆盖的两通道各自发射两个不同的传输块(主传输块和辅传输块)，其中主传输块和辅传输块被映射到同一组物理码道上进行空分复用，每个传输块的调制和编码方式(MCS)可以采用类似3GPP TR25.867技术文档提到的逐天线速率控制(PARC)方式来确定。

以下为根据本发明一个实施例的UE独立天线数大于2的情况的自适应切换方法。其中，系统侧混合同覆盖的独立通道个数也要与UE独立天线个数保持一致。以UE侧M根独立天线，系统侧M个同覆盖通道形成的M×M MIMO扩展架构为例说明该实施例。

原来2×2的MIMO架构只支持单流和双流两种传输模式，并在这两种模式间进行自适应切换；现在M×M的MIMO架构可以支持单流、双流、...、M流，并在这M种模式间进行自适应切换。

训练序列的分配原则和2×2MIMO类似。对于上行控制信道，不同发射天线分配不同的Midamble偏移；对于下行高速分组业务信道，每个传输块分配一个Midamble偏移；对于下行控制信道，M根发射通道可以分配相同的Midamble偏移，也可以分配不同的偏移；

双流、三流、...、M流模式只适用于下行高速分组业务信道；单流模式适用于所有信道。

对于任一时刻，如果确定采用N流模式(1<＝N<＝M)，则N个传输块被映射到一组相同的物理码道上，在N根不同的通道上发射出去，余下的M-N根通道发射上述N个传输块中最大的M-N个，形成发射分集。

Node B根据如下准则进行自适应的N流模式(1<＝N<＝M)切换判决：N不超过空间信道的自由度，即N不超过空间信道自相关矩阵的有效秩(记为Rank)；采用N流模式(N<＝Rank)后总吞吐量最大。

另外，本发明的思想并不仅仅局限在室内覆盖的应用范围，还可以延伸到室外分布式覆盖场景中去。

图2为根据本发明的TD-SCDMA室内MIMO系统双流模式发射机示意图。图3为根据本发明的TD-SCDMA室内MIMO系统单流模式发射机示意图。

图4为根据本发明一个实施例的自适应单双流模式的切换判决流程图。下面以混合覆盖区域为2×2MIMO的TD-SCDMA系统下行高速分组业务为例，具体介绍该实施例的操作步骤。

Node B通过对上行控制信道进行信道估计，获取UE侧不同发射天线的信道冲击响应，并构成如下格式的空时信道冲击响应矩阵

$H=\left(\begin{array}{cc}{\hat{h}}^{\left(\mathrm{1,1}\right)}& {\hat{h}}^{\left(\mathrm{1,2}\right)}\\ {\hat{h}}^{\left(\mathrm{2,1}\right)}& {\hat{h}}^{\left(\mathrm{2,2}\right)}\end{array}\right)---\left(1\right)$

其中列向量h^(i，j)中的i表示UE天线索引，j表示Node B天线索引(S402)；

计算2×2空间信道相关矩阵

$R_H=H^H·H=\left(\begin{array}{cc}{\left|\right|h^{\left(\mathrm{1,1}\right)}\left|\right|}_2^2+{\left|\right|h^{\left(\mathrm{2,1}\right)}\left|\right|}_2^2& h^{{\left(\mathrm{1,1}\right)}^H}{h}^{\left(\mathrm{1,2}\right)}+h^{{\left(\mathrm{2,1}\right)}^H}{h}^{\left(\mathrm{2,2}\right)}\\ h^{{\left(\mathrm{1,2}\right)}^H}{h}^{\left(\mathrm{1,1}\right)}+h^{{\left(\mathrm{2,2}\right)}^H}{h}^{\left(\mathrm{2,1}\right)}& {\left|\right|h^{\left(\mathrm{1,2}\right)}\left|\right|}_2^2+{\left|\right|h^{\left(\mathrm{2,2}\right)}\left|\right|}_2^2\end{array}\right)---\left(2\right)$

计算空间信道相关系数(S404)

$\rho =\frac{\left|R_H\left(\mathrm{1,2}\right)\right|}{\sqrt{R_H\left(\mathrm{1,1}\right)}·\sqrt{R_H\left(\mathrm{2,2}\right)}}---\left(3\right)$

如果空间信道相关系数ρ大于某一预定门限，则确定为单流模式，否则进行后续基于吞吐量指标的单双流模式判决(S406)；

Node B通过上行控制信道获取单流模式下主传输块对应的CQI，转换为对应载干比并进而预测双流模式下主辅传输块对应的载干比和或者Node B通过上行控制信道获取双流模式下主辅传输块各自对应的CQI，转换为对应的载干比和并进而预测单流模式下主传输块对应的载干比其中反馈CQI到载干比Ec/No的转换可以通过查表进行；而单双流载干比之间的转算基于如下公式：

$\frac{E_c}{N_o}=\frac{\mathrm{trace}\left(R_H\right)}{R_H\left(\mathrm{1,1}\right)}·{\left(\frac{E_c}{N_o}\right)}_1---\left(4\right)$

$\frac{E_c}{N_o}=\frac{\mathrm{trace}\left(R_H\right)}{R_H(2,2)}·{\left(\frac{E_c}{N_o}\right)}_2---\left(5\right)$

根据上述单双流模式下的载干比分别预测单双流模式下的吞吐量，如果双流模式的总吞吐量比单流模式高出一定程度，则当前时刻采用双流模式(S410～S414)；否则采用单流模式(S408)。

对于双流模式，Node B同覆盖的两通道各自发射两个不同的传输块(主传输块和辅传输块)，两个传输块分别采用同一基本Miamble码的不同偏移；对于单流模式，Node B同覆盖的两通道只发射一个传输块，两通道采用相同基本Midamble码的相同偏移(即双流模式中主传输块对应的Miamble码偏移)，辅通道的发射时间相对于主通道有几个码片左右的延时，以形成延时发射分集。

注意，如果上行控制信道反馈的最新CQI信息距离实际调度判决时刻有很长的延时(例如物理时序上已经相隔数个子帧)，则可以对上述空间相关矩阵R_H以及载干比参数进行平滑，以获取更平稳的空间信道相关特性及吞吐量信息。

图5为根据本发明的TD-SCDMA室内覆盖系统由非MIMO架构演进到MIMO架构的示意图。

通过本发明所述的方法，大大改善了现有TD-SCDMA系统室内分布几乎无空域分集增益的不足，最大限度的融合了现有MIMO空间分集技术和空间复用技术的优点，同时避免了两者在TD-SCDMA系统中单独应用时面临的缺点，以系统和硬件架构(尤其在网络侧)最小改动的代价，换取了显著的容量提高。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。