CN102195697B - 多输入多输出波束赋形系统及其数据发送方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多输入多输出波束赋形系统及其数据发送方法，方法包括以下步骤：获取步骤，获取多输入多输出波束赋形系统的信道质量信息CQI；判决步骤，根据CQI确定空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式更优；切换步骤，将当前的数据发送方式切换到更优的空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式。本发明通过根据CQI选择空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式，从而可实现空间分集波束赋形和空间复用波束赋形的模式切换，从而使两者有效结合，最大限度地提高系统的性能。

Description

多输入多输出波束赋形系统及其数据发送方法

技术领域

本发明涉及无线通讯领域，尤其涉及一种多输入多输出波束赋形系统及其数据发送方法。

背景技术

波束赋形(Beamforming，简称为BF)是基于自适应天线原理，利用天线阵列通过先进的信号处理算法分别对各天线单元加权处理，使阵列实时对准有用信号方向，而在干扰方向形成零点以抑制干扰信号，从而提高信干噪比，提升系统性能，增加系统的覆盖范围。

图1是根据相关技术的波束赋形的示意图，在发送端具有多根天线，信源的数据经过信道编码调制，乘以对应天线上的权值W后发送出去，形成一个波束，即波束赋形。这样，在接收端看来，发送端的多根发送天线相当于一根虚拟的天线。

多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，简称为MIMO)系统是在发送端和接收端分别安置多个天线的通信系统，主要分为两类。当发送端或接收端存在多个天线，且各个发送天线发送的数据集相同时，接收端对获得多个分支的信号进行合并，从而提高链路的可靠性，这一类MIMO技术称为空间分集。当发送端和接收端同时存在多根天线时，由于MIMO信道等效成多个并行的信道，从而可以同时并行发送多个数据流，提高了数据的传输速率，这就是空间复用。

MIMO和波束赋形相结合，形成具有两种技术优点的技术：多输入多输出波束赋形。它既能像波束赋形那样抑制干扰信号，又能像MIMO那样提高链路的可靠性或传输速率。

目前，有两种实现多输入多输出波束赋形的方案，图2是根据相关技术方案一的多输入多输出波束赋形的示意图，将发送端的天线分成多个子阵列，每个子阵列进行波束赋形处理形成一个波束，每个波束相当于一根虚拟天线，虚拟天线间构成一个MIMO系统。

图3是根据相关技术方案二的多输入多输出波束赋形的示意图，将发送端的整个天线形成多个波束，每个波束相当于一根虚拟的天线，虚拟天线间构成一个MIMO系统。

波束赋形与空间分集的结合为空间分集波束赋形(SpatialDiversity Beamforming，简称为SD+BF)；波束赋形与空间复用的结合为空间复用波束赋形(Spatial Multiplexing Beamforming，简称为SM+BF)。

空间分集波束赋形可以提高链路的可靠性，提高覆盖范围。当覆盖范围一定且接收端的误码率要求一定时，分集增益可以转化为数据传输速率的提高。空间复用波束赋形可以让每根虚拟天线发射不同的数据，提升频谱效率，同样，也可以提高数据传输速率。

发明人发现由于接收端的移动和无线信道实时变化，有可能在某些时候使用空间分集波束赋形能够获得更大的数据传输速率，在另外一些时候使用空间复用波束赋形能够获得更高的数据传输速率。而相关技术中不能自动在空间分集波束赋形传输模式和空间复用波束赋形传输模式中选择合适的数据传输模式传输数据，从而不能最大限度的利用有限的频带资源。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种多输入多输出波束赋形系统及其数据发送方法，以解决上述相关技术中不能根据移动和无线信道的实时变化选择最佳的数据发送方法的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种多输入多输出波束赋形系统的数据发送方法，包括以下步骤：获取步骤，获取多输入多输出波束赋形系统的信道质量信息(CQI，Channel Quality Information)；判决步骤，根据CQI确定空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式更优；切换步骤，将当前的数据发送方式切换到更优的空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式。

进一步地，在上述的方法中，获取的CQI是信噪比；判决步骤包括：根据信噪比分别确定空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式的第i个数据流的调制编码阶数M_i、编码速率P_i、编码重复次数R_i；根据M_i，P_i，R_i分别计算数据传输速率V；确定V的值较大的为更优。

进一步地，在上述的方法中，根据M_i，P_i，R_i分别计算空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式的数据传输速率V包括：计算 $V=(\underset{i=1}{\overset{N_s}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_i{M}_i{P}_i/R_i)R_{\mathrm{MIMO}},$ 其中，α_i≥0为第i个数据流的传输速率所占的比重，且 ${\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_s}{\mathrm{\α}}_i=1;$ N_s为数据流的个数，R_MIMO为MIMO编码速率。

进一步地，在上述的方法中，获取的CQI是空间相关性，获取空间相关性包括：计算多输入多输出波束赋形系统的载波集合的子载波k对应的信道矩阵H_k；计算H_k的条件数K_k来表示空间相关性，k＝1，…，N_c，N_c为子载波个数。

进一步地，在上述的方法中，计算 $H_k=\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}\left(k\right)& h_{12}\left(k\right)& \·\·\·& h_{1M}\left(k\right)\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ h_{N1}\left(k\right)& h_{N2}\left(k\right)& \·\·\·& h_{\mathrm{NM}}\left(k\right)\end{array}\right],$ 其中，h_ij(k)为MIMO波束赋形系统的第j根发送天线到i根接收天线间的第k个载波上的信道系数，j＝1，…，M，i＝1，…，N，M为发送天线数目，N为接收天线数目。

进一步地，在上述的方法中，计算H_k的条件数K_k包括：计算 $K_k=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\min }^k}{{\mathrm{\λ}}_{\max }^k},$ 或者 $K_k={\mathrm{\λ}}_{\min }^k\×{\mathrm{\λ}}_{\max }^k,$ 或者 $K_k={\mathrm{\λ}}_{\min }^k,$ 或者 $K_k=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\min }^k}{\mathrm{Tr}\left({H_k}^H{H}_k\right)};$ 其中，Tr()表示求取矩阵的迹，上标H表示对矩阵求共轭转置，λ_min ^k，λ_max ^k分别表示H_k的最小和最大奇异值。

进一步地，在上述的方法中，判决步骤包括：比较K_k和门限值K_c，如果K_k≥K_c，SMBF_Num＝SMBF_Num+1；否则，SMBF_Num保持不变；计算比例 $\mathrm{Pr}=\frac{\mathrm{SMBF}\_\mathrm{Num}}{N_c};$ 比较Pr和门限值T_r；如果Pr≥T_r，确定空间复用波束赋形模式更优，否则确定空间分集波束赋形模式更优。

在上述任一项的方法中，当前的数据发送方式为空间分集波束赋形模式；判决步骤包括：设定CQI的门限值区间[SD_TH_CQI1，SD_TH_CQI2]；如果CQI＜SD_TH_CQI1，则确定空间分集波束赋形模式更优；如果CQI＞SD_TH_CQI2，则确定空间复用波束赋形模式更优；如果SD_TH_CQI1≤CQI≤SD_TH_CQI2，则执行上述任一项的方法中的判决步骤，来确定空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式更优。

在上述任一项的方法中，当前的数据发送方式为空间复用波束赋形模式；判决步骤包括：设定CQI的门限值区间[SM_TH_CQI1，SM_TH_CQI2]；如果CQI＜SM_TH_CQI1，则确定空间分集波束赋形模式更优；如果CQI＞SM_TH_CQI2，则确定空间复用波束赋形模式更优；如果SM_TH_CQI1≤CQI≤SM_TH_CQI2，则执行上述任一项的方法中的判决步骤，来确定空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式更优。

在上述任一项的方法中，判决步骤包括：设定切换周期T，单位是帧；在发送/接收的总帧数是T的整数倍时，执行上述任一项的方法中的判决步骤。

在上述任一项的方法中，判决步骤包括：设定切换周期T和门限值TH，T的单位是帧；在各切换周期内，设置m个判决时刻，m为正整数且m≤T，在每个判决时刻执行上述任一项的方法中的判决步骤；在各次切换周期结束的时候，统计在本次切换周期内m次判决中空间分集波束赋形模式更优的次数SD_NUM和空间复用波束赋形模式更优的次数SM_NUM；当SM_NUM与m的比值大于TH时，或者SM_NUM大于SD_NUM，或者SD_NUM与m的比值小于TH时，确定空间复用波束赋形模式更优，否则，确定空间分集波束赋形模式更优。

在上述任一项的方法中，判决步骤包括：设定门限值TH；对于使用空间分集波束赋形模式的接收端，统计执行上述任一项的方法中的判决步骤，所确定空间复用波束赋形模式更优的次数SM_NUM；当SM_NUM与总的确定次数的比值大于TH时，确定空间复用波束赋形模式更优。

在上述任一项的方法中，判决步骤包括：设定门限值TH；对于使用空间复用波束赋形模式的接收端，统计执行上述任一项的方法中的判决步骤，所确定空间分集波束赋形模式更优的次数SD_NUM；当SD_NUM与总的选择次数的比值大于TH时，确定空间分集波束赋形模式更优。

根据本发明的另一方面，提供了一种多输入多输出波束赋形系统，包括：获取模块，用于获取多输入多输出波束赋形系统的信道质量信息CQI；判决模块，用于根据CQI确定空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式更优；切换模块，用于将当前的数据发送方式切换到更优的空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式。

进一步地，在上述的多输入多输出波束赋形系统中，判决模块包括：查询模块，用于根据信噪比分别确定空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式的第i个数据流的调制编码阶数M_i、编码速率P_i、编码重复次数R_i；计算模块，用于根据M_i，P_i，R_i分别计算数据传输速率V；确定模块，用于确定V的值较大的为更优。

进一步地，在上述的多输入多输出波束赋形系统中，判决模块包括：空间相关性模块，用于计算多输入多输出波束赋形系统的载波集合的子载波k对应的信道矩阵H_k；计算H_k的条件数K_k来表示空间相关性，k＝1，…，N_c，N_c为子载波个数；信道系数模块，用于计算 $H_k=\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}\left(k\right)& h_{12}\left(k\right)& \·\·\·& h_{1M}\left(k\right)\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ h_{N1}\left(k\right)& h_{N2}\left(k\right)& \·\·\·& h_{\mathrm{NM}}\left(k\right)\end{array}\right],$ h_ij(k)为多输入多输出波束赋形系统的第j根发送天线到i根接收天线间的第k个载波上的信道系数，j＝1，…，M，i＝1，…，N，M为发送天线数目，N为接收天线数目；条件数模块，用于计算 $K_k=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\min }^k}{{\mathrm{\λ}}_{\max }^k},$ 或者 $K_k={\mathrm{\λ}}_{\min }^k\×{\mathrm{\λ}}_{\max }^k,$ 或者 $K_k={\mathrm{\λ}}_{\min }^k,$ 或者 $K_k=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\min }^k}{\mathrm{Tr}\left({H_k}^H{H}_k\right)};$ 其中，Tr()表示求取矩阵的迹，上标H表示对矩阵求共轭转置，λ_min ^k，λ_max ^k分别表示H_k的最小和最大奇异值；确定模块，用于比较K_k和门限值K_c，如果K_k≥K_c，SMBF_Num＝SMBF_Num+1；否则，SMBF_Num保持不变；计算比例 $\mathrm{Pr}=\frac{\mathrm{SMBF}\_\mathrm{Num}}{N_c};$ 比较Pr和门限值T_r；如果Pr≥T_r，确定空间复用波束赋形模式更优，否则确定空间分集波束赋形模式更优。

本发明实施例通过根据CQI选择空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式，从而可实现空间分集波束赋形和空间复用波束赋形的模式切换，从而使两者有效结合，最大限度地提高系统的性能。

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是根据相关技术的波束赋形的示意图；

图2是根据相关技术方案一的多输入多输出波束赋形的示意图；

图3是根据相关技术方案二的多输入多输出波束赋形的示意图；

图4示出了根据本发明实施例的多输入多输出波束赋形系统的数据发送方法的流程图；

图5示出了根据本发明实施例的方案B的流程图；

图6示出了根据本发明实施例的方案C的流程图；

图7示出了根据本发明实施例的方案D的流程图；

图8示出了根据本发明实施例的多输入多输出波束赋形系统的方框图；

图9示出了根据本发明一个优选实施例的判决模块；

图10示出了根据本发明一个优选实施例的判决模块。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明的实施例可以在图2和图3的多输入多输出波束赋形系统上实现，多输入多输出波束赋形系统包括：

发送端：用来发送数据或者信息的设备，比如宏基站，微基站等，其设置有多根天线。

接收端：用来接收数据或者信息的各类终端，如移动台，手持设备，数据卡等，其设置有多根天线。

信噪比，本发明中是一种统称，可以是信噪比，英文为Signal toNoise Ratio，缩写为SNR；也可以是信干噪比，英文为Signal toInterference and Noise Ratio，缩写为SINR；还可以是载干噪比，英文为Carrier to Interference plus Noise Ration，缩写为CINR；下文一概用CINR表示包括SNR、SINR在内的各类信噪比。

DIUC，即Downlink Interval Usage Code，调制编码方式、编码速率、重复次数某种组合对应的索引值，下文简称为：调制编码值。

图4示出了根据本发明实施例的多输入多输出波束赋形系统的数据发送方法的流程图，包括以下步骤：

获取步骤S10，获取多输入多输出波束赋形系统的信道质量信息CQI；

判决步骤S20，根据CQI确定空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式更优；

切换步骤S30，将当前的数据发送方式切换到更优的空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式。

在系统里，发送端和一个接收端之间有个CQI，它可以是在接收端计算，或者接收端反馈一些信息给发送端，在发送端计算。相关技术中，数据发送模式一旦选定就不能变化，而该实施例中，通过根据CQI选择空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式，从而可实现空间分集波束赋形和空间复用波束赋形的模式切换，从而使两者有效结合，最大限度地提高系统的性能。

下面介绍本发明的优选实施例。

优选地，获取的CQI是信噪比；判决步骤S20包括：

根据信噪比分别确定空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式的第i个数据流(即多天线构造的第i个波束发送的数据)的调制编码阶数M_i、编码速率P_i、编码重复次数R_i；

根据M_i，P_i，R_i分别计算数据传输速率V；

确定V的值较大的为更优。

信噪比是影响通信质量的最主要的信道质量指标，根据获取的CQI，通过查表就可以得到M_i，P_i，R_i，因此该优选实施例容易实现，而且可以很好地自适应通信环境。

优选地，根据M_i，P_i，R_i分别计算空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式的数据传输速率V包括：

计算 $V=(\underset{i=1}{\overset{N_s}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_i{M}_i{P}_i/R_i)R_{\mathrm{MIMO}},$ 其中，α_i≥0为第i个数据流的传输速率所占的比重，且 ${\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_s}{\mathrm{\α}}_i=1;$ N_s为数据流的个数，R_MIMO为MIMO编码速率，是一个常量。

利用本优选实施例可以分别计算出空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式的数据传输速率V，从而可以以数据传输速率V为判断依据，选取更优的数据发送方式。

下面描述的方案A综合了上述优选实施例的技术方案。

(A)使用数据传输速率进行空间分集波束赋形和空间复用波束赋形模式选择的方法包括：

无线通信系统根据信道系数矩阵分别计算空间分集波束赋形模式和空间复用波束赋形模式下的数据传输速率；选择数据传输速率大的模式为适合该接收端使用的数据发送模式。

其中，数据传输速率为空间分集波束赋形模式或者空间复用波束赋形模式下每单位资源上传输的比特数目，可用下面的公式计算：

$V=(\underset{i=1}{\overset{N_s}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_i{M}_i{P}_i/R_i)R_{\mathrm{MIMO}},$

其中，α_i≥0为第i个数据流传输速率的比重，且 ${\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_s}{\mathrm{\α}}_i=1.$ M_i，P_i，R_i分别为第i个数据流的调制编码阶数、编码速率、编码重复次数，i＝1，…，N_s，N_s为多输入多输出波束赋形发送的数据流个数，R_MIMO为MIMO编码速率。

优选地，获取的CQI是空间相关性，获取空间相关性包括：计算多输入多输出波束赋形系统的载波集合的子载波k对应的信道矩阵H_k；计算H_k的条件数K_k来表示空间相关性，k＝1，…，N_c，N_c为子载波个数。

空间相关性在通信设备移动时，是一个重要的信道质量指标，本优选实施例特别适用于该场景。

优选地，计算 $H_k=\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}\left(k\right)& h_{12}\left(k\right)& \·\·\·& h_{1M}\left(k\right)\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ h_{N1}\left(k\right)& h_{N2}\left(k\right)& \·\·\·& h_{\mathrm{NM}}\left(k\right)\end{array}\right],$ 其中，h_ij(k)为MIMO波束赋形系统的第j根发送天线到i根接收天线间的第k个载波上的信道系数，j＝1，…，M，i＝1，…，N，M为发送天线数目，N为接收天线数目。

本实施例提供了计算信道矩阵H_k的方案，从而可以计算出空间相关性，本实施例的计算过程比较简单，容易实现。

优选地，在上述的方法中，计算H_k的条件数K_k包括：计算 $K_k=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\min }^k}{{\mathrm{\λ}}_{\max }^k},$ 或者 $K_k={\mathrm{\λ}}_{\min }^k\×{\mathrm{\λ}}_{\max }^k,$ 或者 $K_k={\mathrm{\λ}}_{\min }^k,$ 或者 $K_k=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\min }^k}{\mathrm{Tr}\left({H_k}^H{H}_k\right)};$ 其中，Tr()表示求取矩阵的迹，上标H表示对矩阵求共轭转置，λ_min ^k，λ_max ^k分别表示H_k的最小和最大奇异值。

本实施例提供了利用信道矩阵H_k计算空间相关性的方案，本实施例的计算过程比较简单，容易实现。

优选地，判决步骤S20包括：比较K_k和门限值K_c，如果K_k≥K_c，SMBF_Num＝SMBF_Num+1；否则，SMBF_Num保持不变；计算比例 $\mathrm{Pr}=\frac{\mathrm{SMBF}\_\mathrm{Num}}{N_c};$ 比较Pr和门限值T_r；如果Pr≥T_r，确定空间复用波束赋形模式更优，否则确定空间分集波束赋形模式更优。

本实施例提供了利用空间相关性判断空间复用波束赋形模式或空间分集波束赋形模式更优的方案，从而解决了设备移动等情况下的发送方式自适应的问题。

下面描述的方案B综合了上述空间相关性的优选实施例的技术方案，特别容易实现。

(B)使用信道条件数进行空间分集波束赋形和空间复用波束赋形模式选择的方法包括：

以全部或选定部分子载波作为统计对象，分别根据各子载波所对应的接收端信道系数矩阵的条件数，统计条件数大于预设门限值的比例。如果该比例超过预设的比例门限值，选择用空间复用波束赋形模式，否则用空间分集波束赋形模式。

具体实现步骤如图5所示，包括：

步骤S502，以全部或选定部分子载波作为统计对象，确定统计对象的位置。

步骤S504，确定子载波k的矩阵H_k。

$H_k=\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}\left(k\right)& h_{12}\left(k\right)& \·\·\·& h_{1M}\left(k\right)\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ h_{N1}\left(k\right)& h_{N2}\left(k\right)& \·\·\·& h_{\mathrm{NM}}\left(k\right)\end{array}\right],$ h_ij(k)为第j根发送天线到i根接收天线间的第k个载波上的信道系数，j＝1，…，M，i＝1，…，N，M为发送天线数目，N为接收天线数目，λ_min ^k，λ_max ^k分别表示信道矩阵H_k的最小和最大奇异值，k＝1，…，N_c，N_c为用来做判决的载波集合的载波个数。

步骤S506，计算矩阵H_k的条件数K_k。

这里，条件数优选地定义为 $K_k=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\min }^k}{{\mathrm{\λ}}_{\max }^k},$ 或者 $K_k={\mathrm{\λ}}_{\min }^k\×{\mathrm{\λ}}_{\max }^k,$ 或者 $K_k={\mathrm{\λ}}_{\min }^k,$ 或者 $K_k=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\min }^k}{\mathrm{Tr}\left({H_k}^H{H}_k\right)}.$ 其中，Tr(A)表示矩阵A的迹，上标H表示对矩阵求共轭转置。

步骤S508，对条件数进行判断。

发送端预先设定条件数门限值K_c和比例门限值T_r。假设计算得到子载波k对应的信道矩阵H_k的条件数为K_k，k＝1，…，N_c，N_c为用来做判决的载波集合的载波个数；

比较K_k和门限值K_c。

步骤S510，如果K_k≥K_c，SMBF_Num＝SMBF_Num+1；否则，SMBF_Num保持不变。

步骤S512，判断各个子载波的判决是否完成，如果没有，则回到步骤504。

步骤S514，计算信道条件数大于设定门限值的比例 $\mathrm{Pr}=\frac{\mathrm{SMBF}\_\mathrm{Num}}{N_c},$ 并比较Pr和门限值T_r。

步骤S516，如果Pr≥T_r，选择空间复用波束赋形模式。

步骤S518，否则选用空间分集波束赋形模式。

至于计算条件数小于预设门限值所占的比例1-Pr，并用1-Pr和T_r比较，如果1-Pr＜Tr，选择空间复用波束赋形模式，否则选用空间分集波束赋形模式。只是本发明的简单变形，也是受本发明的保护。

优选地，当前的数据发送方式为空间分集波束赋形模式；判决步骤S20包括：

设定CQI的门限值区间[SD_TH_CQI1，SD_TH_CQI2]；

如果CQI＜SD_TH_CQI1，则确定空间分集波束赋形模式更优；

如果CQI＞SD_TH_CQI2，则确定空间复用波束赋形模式更优；

如果SD_TH_CQI1≤CQI≤SD_TH_CQI2，则执行上述任一实施例的方法中的判决步骤S20，来确定空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式更优。

优选地，当前的数据发送方式为空间复用波束赋形模式；判决步骤S20包括：

设定CQI的门限值区间[SM_TH_CQI1，SM_TH_CQI2]；

如果CQI＜SM_TH_CQI1，则确定空间分集波束赋形模式更优；

如果CQI＞SM_TH_CQI2，则确定空间复用波束赋形模式更优；

如果SM_THCQI1≤CQI≤SM_THCQI2，则执行上述任一项的方法中的判决步骤S20，来确定空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式更优。

这两个优选实施例综合运用了上述多个优选实施例的技术方案，并且设定了切换区间，相当于一个预判决步骤，有利于减少计算量。

考虑到对于CINR，在空间复用波束赋形模式时的切换CINR会比空间分集波束赋形模式时的CINR小很多，所以这两个优选实施例针对不同数据发送模式，设置了不同的门限值区间。

但是如果门限值设置一样的话，可以不依赖当前具体发送模式来选择是否切换，所以本发明的实施例并不限定于针对当前具体发送模式将门限值区间设置为相同或不同。

下面的方案C综合了这两个优选实施例的方案，下面予以详细描述。

(C)利用数据传输速率或信道条件数或信噪比或调制编码值等信道质量信息的多个组合来实现空间分集波束赋形和空间复用波束赋形模式选择的方法包括：

对于当前使用空间分集波束赋形的接收端，设定信道质量信息的门限值为区间[SD_TH_CQI1，SD_TH_CQI2]，SD_TH_CQI1≤SD_TH_CQI2；

对于当前使用空间复用波束赋形的接收端，设定信道质量信息的门限值为区间[SM_TH_CQI1，SM_TH_CQI2]，SM_TH_CQI1≤SM_TH_CQI2，

对于当前使用空间分集波束赋形的接收端，CQI大于预设门限值是指CQI＞SD_TH_CQI2；CQI小于预设门限值是指CQI＜SD_TH_CQI1；

对于当前使用空间复用波束赋形的接收端，CQI大于预设门限值是指CQI＞SM_TH_CQI2；CQI小于预设门限值是指CQI＜SM_TH_CQI1；

如图6所示，门限值1可以指SD_TH_CQI1或SM_TH_CQI1；门限值2可以指SD_TH_CQI2或SM_TH_CQI2。利用空间相关性判决和利用信噪比判决的方案可以采用前面优选实施例所提供的技术方案。

所述的方法进一步包括：

对于当前使用空间分集波束赋形的接收端，如果CQI＜SD_TH_CQI1，继续选择空间分集波束赋形模式；如果CQI＞SD_TH_CQI2，选择空间复用波束赋形模式；如果SD_TH_CQI1≤CQI≤SD_TH_CQI2，选择空间分集波束赋形模式；或者进一步用数据传输速率选择适合使用的数据发送模式。或者进一步用信道条件数选择适合使用的数据发送模式。

对于当前使用空间复用波束赋形的接收端，如果CQI＜SM_TH_CQI1，选择空间分集波束赋形模式；如果CQI＞SM_TH_CQI2，继续选择空间复用波束赋形模式；如果SM_TH_CQI1≤CQI≤SM_TH_CQI2；选择空间复用波束赋形模式，或者进一步用数据传输速率选择适合使用的数据发送模式。或者进一步用空间相关性选择适合使用的数据发送模式。

这里，CQI优选地为CINR，DIUC，或者信道条件数大于门限值的子载波所占的比列Pr。数据传输速率选择方法是(A)中所述的方法，空间相关性选择方法是(B)中所述的方法。

优选地，判决步骤S20包括：设定切换周期T，单位是帧；在发送/接收的总帧数是T的整数倍时，执行上述任一实施例的方法中的判决步骤S20。

本优选实施例提供的判决时机简单易行。

优选地，判决步骤S20包括：

设定切换周期T和门限值TH，T的单位是帧；

在各切换周期内，设置m个判决时刻，m为正整数且m≤T，在每个判决时刻执行上述任一实施例的方法中的判决步骤S20；

在各次切换周期结束的时候，统计在本次切换周期内m次判决中空间分集波束赋形模式更优的次数SD_NUM和空间复用波束赋形模式更优的次数SM_NUM；

当SM_NUM与m的比值大于TH时，或者SM_NUM大于SD_NUM，或者SD_NUM与m的比值小于TH时，确定空间复用波束赋形模式更优，否则，确定空间分集波束赋形模式更优。

优选地，判决步骤S20包括：

设定门限值TH；

对于使用空间分集波束赋形模式的接收端，统计执行上述任一实施例的方法中的判决步骤S20，所确定空间复用波束赋形模式更优的次数SM_NUM；

当SM_NUM与总的确定次数的比值大于TH时，确定空间复用波束赋形模式更优。

优选地，判决步骤S20包括：

设定门限值TH；

对于使用空间复用波束赋形模式的接收端，统计执行上述任一实施例的方法中的判决步骤S20，所确定空间分集波束赋形模式更优的次数SD_NUM；

当SD_NUM与总的选择次数的比值大于TH时，确定空间分集波束赋形模式更优。

这些优选实施例提供的判决时机简单易行，而且综合运用了上述优选实施例的方案，可以以信噪比或空间相关性进行判决，且可以执行预判决的步骤，所以适用于各种场景，且计算量较小。

下面的方案D综合了上述优选实施例的方案

(D)进一步地，模式选择方法还可以与判决周期结合使用，方法包括：

(D1)如图7(a)，设定切换周期T，单位是帧；

步骤S702，所述预置的判决时刻是在发送/接收的总帧数是T的整数倍时；

步骤S704，用(A)～(C)描述的模式选择方法选择一个数据发送模式为空间分集波束赋形或者空间复用波束赋形。

并在下个切换周期内使用该数据发送模式传输数据。

(D2)如图7(b)，设定切换周期T和门限值TH，T的单位是帧；

步骤S706-708，在各切换周期内，设置m个判决时刻，m为正整数且m≤T；在各次切换周期结束的时候，统计在本次切换周期内m次判决中适合使用空间分集波束赋形和空间复用波束赋形的次数SD_NUM和SM_NUM(即图中的N)；选择的方法如(A)～(C)所述。

步骤S710，当SM_NUM与m的比值大于TH时，或者SM_NUM大于SD_NUM，或者SD_NUM与m的比值小于TH时，所述发送端和接收端间在下个切换周期使用空间复用波束赋形模式传输数据，否则，下个切换周期内使用空间分集波束赋形模式传输数据。

(D3)

如图7(c)设定门限值TH；

步骤S712，对于使用空间分集波束赋形的接收端，用(A)～(C)的模式选择方法统计选择为使用空间复用波束赋形模式的次数SM_NUM；

步骤S714，判断SM_NUM与总的选择次数的比值大于TH；

步骤S716，所述发送端和该接收端间改为使用空间复用波束赋形模式传输数据；

如图7(d)设定门限值TH；

步骤S718，对于使用空间复用波束赋形的接收端，用(A)～(C)的模式选择方法统计选择为适合使用空间分集波束赋形模式的次数SD_NUM；

步骤S720，判断SD_NUM与总的选择次数的比值大于TH；

步骤S722，所述发送端和该接收端间改为使用空间分集波束赋形模式传输数据。

本发明实施例还包括一个多输入多输出波束赋形系统如示意图8所示，包括：

获取模块10，用于获取多输入多输出波束赋形系统的信道质量信息CQI；

判决模块20，用于根据CQI确定空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式更优；

切换模块30，用于将当前的数据发送方式切换到更优的空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式。

空间分集波束赋形发送模块：将数据进行空间分集编码，并将空间分集编码后的数据乘以对应天线的权值分量后发送出去。

空间复用波束赋形发送模块：将数据进行空间复用编码，并将空间复用编码后的数据乘以对应天线的权值分量后发送出去。

该多输入多输出波束赋形系统灵活地选择空间分集波束赋形和空间复用波束赋形中性能较好的技术来发送数据，从而最大限度地提高系统的性能。

图9示出了根据本发明一个优选实施例的判决模块，包括：

查询模块902，用于根据信噪比分别确定空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式的第i个数据流的调制编码阶数M_i、编码速率P_i、编码重复次数R_i；

计算模块904，用于根据M_i，P_i，R_i分别计算数据传输速率V；

确定模块906，用于确定V的值较大的为更优。

图10示出了根据本发明一个优选实施例的判决模块，包括：

空间相关性模块1002，用于计算多输入多输出波束赋形系统的载波集合的子载波k对应的信道矩阵H_k；计算H_k的条件数K_k来表示空间相关性，k＝1，…，N_c，N_c为子载波个数；

信道系数模块1004，用于计算 $H_k=\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}\left(k\right)& h_{12}\left(k\right)& \·\·\·& h_{1M}\left(k\right)\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ h_{N1}\left(k\right)& h_{N2}\left(k\right)& \·\·\·& h_{\mathrm{NM}}\left(k\right)\end{array}\right],$ h_ij(k)为多输入多输出波束赋形系统的第j根发送天线到i根接收天线间的第k个载波上的信道系数，j＝1，…，M，i＝1，…，N，M为发送天线数目，N为接收天线数目；

条件数模块1006，用于计算 $K_k=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\min }^k}{{\mathrm{\λ}}_{\max }^k},$ 或者 $K_k={\mathrm{\λ}}_{\min }^k\×{\mathrm{\λ}}_{\max }^k,$ 或者 $K_k={\mathrm{\λ}}_{\min }^k,$ 或者 $K_k=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\min }^k}{\mathrm{Tr}\left({H_k}^H{H}_k\right)};$ 其中，Tr()表示求取矩阵的迹，上标H表示对矩阵求共轭转置，λ_min ^k，λ_max ^k分别表示H_k的最小和最大奇异值；

确定模块1008，用于比较K_k和门限值K_c，如果K_k≥K_c，SMBF_Num＝SMBF_Num+1；否则，SMBF_Num保持不变；计算比例 $\mathrm{Pr}=\frac{\mathrm{SMBF}\_\mathrm{Num}}{N_c};$ 比较Pr和门限值T_r；如果Pr≥T_r，确定空间复用波束赋形模式更优，否则确定空间分集波束赋形模式更优。

下面进一步介绍本发明的多个优选实施例。

单独使用信噪比的实施例。

发送端对其服务的所有接收端进行如下处理。

(1)计算该接收端在空间分集波束赋形下第j个数据流上的信噪比SD_CINR_j，并用它查表格，找到适合该信噪比下的调制编码阶数SD_M_i，编码速率SD_P_i，重复次数SD_R_i，j＝1，…，N_s，N_s为数据流的个数。那么它在空间分集波束赋形模式下的数据传输速率为

$V_{\mathrm{SD}}=(\underset{i=1}{\overset{N_s}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_i\×\mathrm{SD}\_M_i\×\mathrm{SD}\_P_i/\mathrm{SD}\_R_i)$

这里，R_MIMO＝1，α_i为大于零的常数，且 ${\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_s}{\mathrm{\α}}_i=1.$

(2)计算该接收端在空间复用波束赋形下第j个数据流上的信噪比SM_CINR_j，并用它查表格，找到适合该信噪比下的调制编码阶数SM_M_i，编码速率SM_P_i，重复次数SM_R_i，j＝1，…，N_s，N_s为数据流的个数。那么它在空间复用波束赋形模式下的数据传输速率为

$V_{\mathrm{SM}}=(\underset{i=1}{\overset{N_s}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_i\×\mathrm{SM}\_M_i\×\mathrm{SM}\_P_i/\mathrm{SM}\_R_i)\×N_s$

这里，R_MIMO＝N_s，α_i为大于零的常数，且 ${\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_s}{\mathrm{\α}}_i=1.$

(3)比较V_SD，V_SM，如果V_SD＞V_SM，选择空间分集波束赋形模式，否则选择空间复用波束赋形模式。用选定的数据发送模式发送该接收端的数据。

优选实施例2

单独使用空间相关性的实施列。

发送端预先设定条件数门限值K_c和比例门限值T_r。对其服务的所有接收端进行如下处理。

发送端预先设定条件数门限值K_c和比例门限值T_r。假设计算得到子载波k对应的信道矩阵H_k的条件数为K_k，k＝1，…，N_c，N_c为用来做判决的载波集合的载波个数；

比较K_k和门限值K_c，如果K_k≥K_c，SMBF_Num＝SMBF_Num+1，否则，SMBF_Num保持不变。

这里，条件数优选地定义为 $K_k=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\min }^k}{{\mathrm{\λ}}_{\max }^k},$ 或者 $K_k={\mathrm{\λ}}_{\min }^k\×{\mathrm{\λ}}_{\max }^k,$ 或者 $K_k={\mathrm{\λ}}_{\min }^k,$ 或者 $K_k=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\min }^k}{\mathrm{Tr}\left({H_k}^H{H}_k\right)}.$ 其中，Tr(A)表示矩阵A的迹，上标H表示对矩阵求共轭转置。 $H_k=\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}\left(k\right)& h_{12}\left(k\right)& \·\·\·& h_{1M}\left(k\right)\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ h_{N1}\left(k\right)& h_{N2}\left(k\right)& \·\·\·& h_{\mathrm{NM}}\left(k\right)\end{array}\right],$ h_ij(k)为第j根发送天线到i根接收天线间的第k个载波上的信道系数，j＝1，…，M，i＝1，…，N，M为发送天线数目，N为接收天线数目，λ_min ^k，λ_max ^k分别表示信道矩阵H_k的最小和最大奇异值，k＝1，…，N_c，N_c为用来做判决的载波集合的载波个数。

计算信道条件数大于设定门限值的比例 $\mathrm{Pr}=\frac{\mathrm{SMBF}\_\mathrm{Num}}{N_c},$ 并比较Pr，Tr，如果Pr≥Tr，选择空间复用波束赋形模式，否则选择空间分集波束赋形模式。

或者计算条件数小于预设门限值所占的比例1-Pr，并用1-Pr和Tr比较，如果1-Pr＜Tr，选择空间复用波束赋形模式，否则使用空间分集波束赋形模式。

用选定的数据发送模式发送该接收端的数据。

优选实施例3

组合方法在CQI为CINR，且SD_TH_CQI1＝SD_TH_CQI2＝SM_TH_CQI1＝SM_TH_CQI2＝THCINR的实施列。

发送端对其服务的所有接收端进行如下处理。

计算该接收端当前使用的数据发送模式下的CINR，比较CINR和THCINR，如果CINR≤THCINR，选择空间分集波束赋形模式，否则选择空间复用波束赋形模式。

用选定的数据发送模式发送该接收端的数据。

优选实施例4

组合方法在CQI为DIUC，且SD_TH_CQI1＝SD_TH_CQI2＝SM_TH_CQI1＝SM_TH_CQI2＝THDIUC的实施列。

发送端对其服务的所有接收端进行如下处理。

计算该接收端当前使用的数据发送模式下的CINR，并查表找到对应的DIUC，比较DIUC和THDIUC，如果DIUC≤THDIUC，选择空间分集波束赋形模式，否则选择空间复用波束赋形模式。

用选定的数据发送模式发送该接收端的数据。

优选实施例5

组合方法在SD_TH_CQI1＝SM_TH_CQI1＝TH1；SD_TH_CQI2＝SM_TH_CQI2＝TH2，或者SD_TH_CQI1＝SD_TH_CQI2＝TH2；SM_TH_CQI1＝SM_TH_CQI2＝TH1，进一步处理为保留原数据发送模式的实施列。

发送端对其服务的所有接收端进行如下处理。

计算该接收端的CQI，这里CQI为CINR或者DIUC或者信道条件数大于预设门限值的子载波所占的比例Pr。

对于当前使用空间分集波束赋形发送数据的接收端，如果CQI≤TH2，继续选择空间分集波束赋形模式，否则，选择空间复用波束赋形模式。

对于当前使用空间复用波束赋形发送数据的接收端，如果CIQ≤TH1，选择空间分集波束赋形模式，否则，继续选择空间复用波束赋形模式。

用选定的数据发送模式发送该接收端的数据。

优选实施例6

组合方法在SD_TH_CQI1＝SM_TH_CQI1＝0；SD_TH_CQI2＝SM_TH_CQI2＝TH2。

发送端对其服务的所有接收端进行如下处理。

计算该接收端的CQI，这里CQI为CINR或者DIUC或者信道条件数大于预设门限值的子载波所占的比例Pr。

如果CQI≤TH2，或者保留原来的数据发送模式，或者用数据发送速率选择方法选择一个数据发送模式，或者用信道条件数选择方法选择一个数据发送模式。

如果CQI＞TH2，选择空间复用波束赋形模式。

用选定的数据发送模式发送该接收端的数据。

优选实施例7

组合方法在SD_TH_CQI1＝SM_TH_CQI1＝TH1；SD_TH_CQI2＝SM_TH_CQI2＝M，M为一个无穷大的数值。

发送端对其服务的所有接收端进行如下处理。

计算该接收端的CQI，这里，CQI为CINR或者DIUC或者信道条件数大于预设门限值的子载波所占的比例Pr。

如果CQI≤TH1，选择空间分集波束赋形模式。

如果CQI＞TH1，或者保留原来的数据发送模式，或者用数据发送速率选择方法选择一个数据发送模式，或者用信道条件数判方法决选择一个数据发送模式。

用选定的数据发送模式发送该接收端的数据。

优选实施例8

组合方法在CQI为信道条件数大于预设门限值的子载波所占的比例，且SD_TH_CQI1＝SM_TH_CQI1＝TH1；SD_TH_CQI2＝SM_TH_CQI2＝TH2，且进一步处理为数据发送速率选择的发送模式的实施列。

发送端对其服务的所有接收端进行如下处理。

用信道系数矩阵计算信道条件数大于预设门限值的子载波所占的比例Pr；如果Pr＜TH1，选择空间分集波束赋形模式，如果Pr＞TH2，选择空间复用波束赋形模式；如果TH1≤Pr≤TH2，选择数据发送速率选择该接收端适合使用的数据发送模式。

用选定的数据发送模式发送该接收端的数据。

优选实施例9

组合方法在CQI为CINR，且SD_TH_CQI1＝SM_TH_CQI1＝TH1；SD_TH_CQI2＝SM_TH_CQI2＝TH2，且进一步处理为数据发送速率选择的发送模式的实施列。

发送端对其服务的所有接收端进行如下处理。

用信道系数计算该接收端当前发送模式下的CINR。如果CINR＜TH1，选择空间分集波束赋形模式；如果CINR＞TH2，选择空间复用波束赋形模式；如果TH1≤CINR≤TH2，选择数据发送速率选择该接收端适合使用的数据发送模式。

用选定的数据发送模式发送该接收端的数据。

优选实施例10

组合方法在CQI为DIUC，且SD_TH_CQI1＝SM_TH_CQI1＝TH1；SD_TH_CQI2＝SM_TH_CQI2＝TH2，且进一步处理为数据发送速率选择的发送模式的实施列。

发送端对其服务的所有接收端进行如下处理。

用信道系数计算该接收端当前发送模式下的CINR，并用它查表找到对应的DIUC。如果DIUC＜TH1，选择空间分集波束赋形模式；如果DIUC＞TH2，选择空间复用波束赋形模式；如果TH1≤DIUC≤TH2，选择数据发送速率选择该接收端适合使用的数据发送模式。

用选定的数据发送模式发送该接收端的数据。

优选实施例11

组合方法在CQI为CINR，且SD_TH_CQI1＝SM_TH_CQI1＝TH1；SD_TH_CQI2＝SM_TH_CQI2＝TH2，且进一步处理为信道条件数选择的实施列。

发送端对其服务的所有接收端进行如下处理。

用信道系数计算该接收端当前发送模式下的CINR。如果CINR＜TH1，选择空间分集波束赋形模式；如果CINR＞TH2，选择空间复用波束赋形模式；如果TH1≤CINR≤TH2，用信道条件数选择该接收端适合使用的数据发送模式。

用选定的数据发送模式发送该接收端的数据。

优选实施例12

组合方法在CQI为DIUC，且SD_TH_CQI1＝SM_TH_CQI1＝TH1；SD_TH_CQI2＝SM_TH_CQI2＝TH2，且进一步处理为信道条件数选择的实施列。

发送端对其服务的所有接收端进行如下处理。

用信道系数计算该接收端当前发送模式下的CINR，并用它查表找到对应的DIUC。如果DIUC＜TH1，选择空间分集波束赋形模式；如果DIUC＞TH2，选择空间复用波束赋形模式；如果TH1≤DIUC≤TH2，用信道条件数选择该接收端适合使用的数据发送模式。

用选定的数据发送模式发送该接收端的数据。

优选实施例13

组合方法在SD_TH_CQI1＝SM_TH_CQI1＝0的实施例。

发送端对其服务的所有接收端进行如下处理。

计算该接收端在当前数据发送模式下的CQI，这里CQI为CINR或者DIUC或者信道条件数大于预设门限值的子载波所占的比例Pr。

对当前使用空间分集波束赋形的接收端，如果CQI＜SD_TH_CQI2，或者保留原来的数据发送模式，或者用数据发送速率选择方法选择一个数据发送模式，或者用信道条件数选择方法选择一个数据发送模式。否则，继续选择空间复用波束赋形模式。

对当前使用空间复用波束赋形的接收端，如果CQI＜SM_TH_CQI2，或者保留原来的数据发送模式，或者用数据发送速率选择方法选择一个数据发送模式，或者用信道条件数选择方法选择一个数据发送模式。否则，继续选择空间复用波束赋形模式。

用选定的数据发送模式发送该接收端的数据。

优选实施例14

组合方法在SM_TH_CQI2＝SM_TH_CQI2＝M，M为一个无穷大的数值的实施例。

发送端对其服务的所有接收端进行如下处理。

计算该接收端在当前数据发送模式下的CQI，这里CQI为CINR或者DIUC或者信道条件数大于预设门限值的子载波所占的比例Pr。

对当前使用空间分集波束赋形的接收端，如果CQI＜SD_TH_CQI1，继续选择空间复用波束赋形模式。否则，或者保留原来的数据发送模式，或者用数据发送速率选择方法选择一个数据发送模式，或者用信道条件数选择方法选择一个数据发送模式。

对当前使用空间复用波束赋形的接收端，如果CQI＜SM_TH_CQI1，继续选择空间复用波束赋形模式。否则，或者保留原来的数据发送模式，或者用数据发送速率选择方法选择一个数据发送模式，或者用信道条件数选择选择一个数据发送模式。

用选定的数据发送模式发送该接收端的数据。

优选实施例15

组合方法在CQI为信道条件数大于预设门限值的子载波所占的比例Pr，且进一步处理为数据发送速率选择发送模式的实施列。

发送端对其服务的所有接收端进行如下处理。

用信道系数矩阵计算条件数大于预设门限值子载波比例Pr，

对当前使用空间分集波束赋形的接收端，如果Pr＜SD_TH_CQI1，继续选择空间分集波束赋形模式，如果Pr＞SD_TH_CQI2，选择空间复用波束赋形模式，如果SD_TH_CQI1≤Pr≤SD_TH_CQI2，用数据发送速率选择该接收端适合使用的数据发送模式。

对当前使用空间复用波束赋形的接收端，如果Pr＜SM_TH_CQI1，选择空间分集波束赋形模式；如果Pr＞SM_TH_CQI2，继续选择空间复用波束赋形模式；如果SM_TH_CQI1≤Pr≤SM_TH_CQI2，用数据发送速率选择该接收端适合使用的数据发送模式。

用选定的数据发送模式发送该接收端的数据。

优选实施例16

组合方法在CQI为CINR，且进一步处理为数据发送速率选择发送模式的实施列。

发送端对其服务的所有接收端进行如下处理。

用信道信息计算该接收端当前数据发送模式下的CINR。

对当前使用空间分集波束赋形的接收端，如果CINR＜SD_TH_CQI1，继续选择空间分集波束赋形模式；如果CINR＞SD_TH_CQI2，选择空间复用波束赋形模式，如果SD_TH_CQI1≤CINR≤SD_TH_CQI2，用数据发送速率选择该接收端适合使用的数据发送模式。

对当前使用空间复用波束赋形的接收端，如果CINR＜SM_TH_CQI1，选择空间分集波束赋形模式；如果CINR＞SM_TH_CQI2，继续选择空间复用波束赋形模式，如果SM_TH_CQI1≤CINR≤SM_TH_CQI2，用数据发送速率选择该接收端适合使用的数据发送模式。

用选定的数据发送模式发送该接收端的数据。

优选实施例17

组合方法在CQI为DIUC，且进一步处理为数据发送速率选择的发送模式的实施列。

发送端对其服务的所有接收端进行如下处理。

用信道信息计算该接收端当前发送模式下的CINR，并用它查表找到对应的DIUC。

对当前空间分集波束赋形的接收端，如果DIUC＜SD_TH_CQI1，继续选择空间分集波束赋形模式；如果DIUC＞SD_TH_CQI2，选择空间复用波束赋形模式；如果SD_TH_CQI1≤DIUC≤SD_TH_CQI2，用数据发送速率选择该接收端适合使用的数据发送模式。

对当前使用空间复用波束赋形的接收端，如果DIUC＜SM_TH_CQI1，选择空间分集波束赋形数据发送模；如果DIUC＞SM_TH_CQI2，继续选择空间复用波束赋形模式；如果SM_TH_CQI1≤DIUC≤SM_TH_CQI2，用数据发送速率选择该接收端适合使用的数据发送模式。

用选定的数据发送模式发送该接收端的数据。

优选实施例18

组合方法在CQI为CINR，且进一步处理为信道条件数选择的实施列。

发送端对其服务的所有接收端进行如下处理。

用信道矩阵计算该接收端当前发送模式下的CINR。

对当前使用空间分集波束赋形的接收端，如果CINR＜SD_TH_CQI1，继续选择空间分集波束赋形模式；如果CINR＞SD_TH_CQI2，选择空间复用波束赋形模式，如果SD_TH_CQI1≤CINR≤SD_TH_CQI2，用信道条件数选择该接收端适合使用的数据发送模式。

对当前使用空间复用波束赋形的接收端，如果CINR＜SM_TH_CQI1，选择空间分集波束赋形模式，如果CINR＞SM_TH_CQI2，继续选择空间复用波束赋形模式，如果SM_TH_CQI1≤CINR≤SM_TH_CQI2，用信道条件数选择该接收端适合使用的数据发送模式。

用选定的数据发送模式发送该接收端的数据。

优选实施例19

组合方法在CQI为DIUC，且进一步处理为信道条件数选择的实施列。

发送端对其服务的所有接收端进行如下处理。

用信道信息计算该接收端当前发送模式下的CINR，并用它查表找到对应的DIUC。

对当前使用空间分集波束赋形的接收端，如果DIUC＜SD_TH_CQI1，继续选择空间分集波束赋形模式；如果DIUC＞SD_TH_CQI2，选择空间复用波束赋形模式；如果SD_TH_CQI1≤DIUC≤SD_TH_CQI2，用信道条件数选择该接收端适合使用的数据发送模式。

对当前使用空间复用波束赋形的接收端，如果DIUC＜SM_TH_CQI1，选择空间分集波束赋形模式；如果DIUC＞SM_TH_CQI2，继续选择空间复用波束赋形模式；如果SM_TH_CQI1≤DIUC≤SM_TH_CQI2，用信道条件数选择该接收端适合使用的数据发送模式。

用选定的数据发送模式发送该接收端的数据。

优选实施例20

切换算法与判决周期结合的实施例1。如图7(a)，设定切换周期T，单位是帧；

在发送/接收的总帧数是T的整数倍时；用(A)～(C)描述的模式切换算法选择一个数据发送模式为空间分集波束赋形或者空间复用波束赋形。并在下个切换周期内使用该模式传输数据。进入下一个切换周期。

优选实施例21

切换算法与判决周期结合的实施例2。如图7(b)，设定切换周期T和门限值TH，T的单位是帧；

在各切换周期内，设置m个判决时刻，m为正整数且m≤T；在各次切换周期结束的时候，统计在本次切换周期内m次判决中适合使用空间分集波束赋形和空间复用波束赋形的次数SD_NUM和SM_NUM；选择的方法如(A)～(C)所述。

当SM_NUM与m的比值大于TH时，或者SM_NUM大于SD_NUM，或者SD_NUM与m的比值TH时，所述发送端和接收端间在下个切换周期使用空间复用波束赋形模式传输数据，否则，下个切换周期内使用空间分集波束赋形模式传输数据。进入下一个切换周期。

优选实施例22

切换算法与判决周期结合的实施例3。如图7(c)设定门限值TH；

对于使用空间分集波束赋形的接收端，统计选择适合使用空间复用波束赋形的次数SM_NUM；当SM_NUM与总的选择次数的比值大于TH时，使用空间复用波束赋形模式传输数据；进入下一次判决周期。

对于使用空间复用波束赋形的接收端，统计选择为适合使用空间分集波束赋形的次数SD_NUM；当SD_NUM与总的选择次数的比值大于TH时，使用空间分集波束赋形模式传输数据；进入下一次判决周期。

这里，每次进行模式选择的方法如(A)～(C)所述。

综上所述，本发明实施例通过根据CQI选择空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式，从而可实现空间分集波束赋形和空间复用波束赋形的模式切换，从而使两者有效结合，最大限度地提高系统的性能。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

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。

Claims (15)

1.一种多输入多输出波束赋形系统的数据发送方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取步骤，获取所述多输入多输出波束赋形系统的信道质量信息CQI；

判决步骤，根据所述CQI确定空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式更优，其中，所述空间分集波束赋形模式是波束赋形与空间分集的结合，所述空间复用波束赋形模式是波束赋形与空间复用的结合；

切换步骤，将当前的数据发送方式切换到所述更优的空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式；

其中，获取的所述CQI是信噪比，所述判决步骤包括：根据所述信噪比分别确定所述空间分集波束赋形模式或所述空间复用波束赋形模式的第i个数据流的调制编码阶数M_i、编码速率P_i、编码重复次数R_i；根据M_i,P_i,R_i分别计算数据传输速率V；确定V的值较大的为更优；或者，

其中，获取的所述CQI是空间相关性，获取所述空间相关性包括：计算所述多输入多输出波束赋形系统的载波集合的子载波k对应的信道矩阵H_k；计算H_k的条件数K_k来表示所述空间相关性，k＝1,…,N_c，N_c为所述子载波个数。

2.根据权利要求1所述的方法，在获取的所述CQI是信噪比的情况下，其特征在于，根据M_i,P_i,R_i分别计算所述空间分集波束赋形模式或所述空间复用波束赋形模式的数据传输速率V包括：

计算 $V=(\underset{i=1}{\overset{N_s}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_i{M}_i{P}_i/R_i)R_{\mathrm{MIMO}},$

其中，α_i≥0为第i个数据流的传输速率所占的比重，且N_s为所述数据流的个数，R_MIMO为MIMO编码速率。

3.根据权利要求1所述的方法，在获取的所述CQI是空间相关性的情况下，其特征在于，

计算 $H_k=\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}\left(k\right)& h_{12}\left(k\right)& \·\·\·& h_{1M}\left(k\right)\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ h_{N1}\left(k\right)& h_{N2}\left(k\right)& \·\·\·& h_{\mathrm{NM}}\left(k\right)\end{array}\right],$

其中，h_ij(k)为所述多输入多输出波束赋形系统的第j根发送天线到i根接收天线间的第k个子载波上的信道系数，j＝1,…,M,i＝1,…,N,M为发送天线数目，N为接收天线数目。

4.根据权利要求1所述的方法，在获取的所述CQI是空间相关性的情况下，其特征在于，计算H_k的条件数K_k包括：

计算 $K_k=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\min }^k}{{\mathrm{\λ}}_{\max }^k},$ 或者 $K_k={\mathrm{\λ}}_{\min }^k\×{\mathrm{\λ}}_{\max }^k,$ 或者 $K_k={\mathrm{\λ}}_{\min }^k,$ 或者 $K_k=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\min }^k}{\mathrm{Tr}\left({H_k}^H{H}_k\right)};$

其中，Tr()表示求取矩阵的迹，上标H表示对矩阵求共轭转置，分别表示H_k的最小和最大奇异值。

5.根据权利要求1所述的方法，在获取的所述CQI是空间相关性的情况下，其特征在于，所述判决步骤包括：

比较K_k和门限值K_c，如果K_k≥K_c，SMBF_Num＝SMBF_Num+1；否则，SMBF_Num保持不变；

计算比例 $\mathrm{Pr}=\frac{\mathrm{SMBF}\_\mathrm{Num}}{N_c};$

比较Pr和门限值T_r；

如果Pr≥T_r，确定空间复用波束赋形模式更优，否则确定空间分集波束赋形模式更优。

6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，

当前的数据发送方式为空间分集波束赋形模式；所述判决步骤包括：

设定CQI的门限值区间[SD_TH_CQI1，SD_TH_CQI2]；

如果CQI<SD_TH_CQI1，则确定空间分集波束赋形模式更优；

如果CQI>SD_TH_CQI2，则确定空间复用波束赋形模式更优；

如果SD_TH_CQI1≤CQI≤SD_TH_CQI2，则执行权利要求1-5任一项所述的判决步骤，来确定空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式更优；

当前的数据发送方式为空间复用波束赋形模式；所述判决步骤包括：

设定CQI的门限值区间[SM_TH_CQI1，SM_TH_CQI2]；

如果CQI<SM_TH_CQI1，则确定空间分集波束赋形模式更优；

如果CQI>SM_TH_CQI2，则确定空间复用波束赋形模式更优；

如果SM_TH_CQI1≤CQI≤SM_TH_CQI2，则执行权利要求1-5任一项所述的判决步骤，来确定空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式更优。

7.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述判决步骤包括：

设定切换周期T，单位是帧；

在发送/接收的总帧数是T的整数倍时，执行根据权利要求1-5任一项所述的判决步骤。

8.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述判决步骤包括：

设定切换周期T和门限值TH，T的单位是帧；

在各切换周期内，设置m个判决时刻，m为正整数且m≤T，在每个判决时刻执行根据权利要求1-5任一项所述的判决步骤；

在各次切换周期结束的时候，统计在本次切换周期内m次判决中空间分集波束赋形模式更优的次数SD_NUM和空间复用波束赋形模式更优的次数SM_NUM；

当SM_NUM与m的比值大于TH时，或者SM_NUM大于SD_NUM，或者SD_NUM与m的比值小于TH时，确定空间复用波束赋形模式更优，否则，确定空间分集波束赋形模式更优。

9.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述判决步骤包括：

设定门限值TH；

对于使用空间分集波束赋形模式的所述接收端，统计执行根据权利要求1-5任一项所述的判决步骤，所确定空间复用波束赋形模式更优的次数SM_NUM；

当SM_NUM与总的确定次数的比值大于TH时，确定空间复用波束赋形模式更优。

10.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述判决步骤包括：

设定门限值TH；

对于使用空间复用波束赋形模式的所述接收端，统计执行根据权利要求1-5任一项所述的判决步骤，所确定空间分集波束赋形模式更优的次数SD_NUM；

当SD_NUM与总的选择次数的比值大于TH时，确定空间分集波束赋形模式更优。

11.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述判决步骤包括：

设定切换周期T，单位是帧；

在发送/接收的总帧数是T的整数倍时，执行根据权利要求6所述的判决步骤。

12.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述判决步骤包括：

设定切换周期T和门限值TH，T的单位是帧；

在各切换周期内，设置m个判决时刻，m为正整数且m≤T，在每个判决时刻执行根据权利要求6所述的判决步骤；

在各次切换周期结束的时候，统计在本次切换周期内m次判决中空间分集波束赋形模式更优的次数SD_NUM和空间复用波束赋形模式更优的次数SM_NUM；

当SM_NUM与m的比值大于TH时，或者SM_NUM大于SD_NUM，或者SD_NUM与m的比值小于TH时，确定空间复用波束赋形模式更优，否则，确定空间分集波束赋形模式更优。

13.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述判决步骤包括：

设定门限值TH；

对于使用空间分集波束赋形模式的所述接收端，统计执行根据权利要求6所述的判决步骤，所确定空间复用波束赋形模式更优的次数SM_NUM；

当SM_NUM与总的确定次数的比值大于TH时，确定空间复用波束赋形模式更优。

14.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述判决步骤包括：

设定门限值TH；

对于使用空间复用波束赋形模式的所述接收端，统计执行根据权利要求6所述的判决步骤，所确定空间分集波束赋形模式更优的次数SD_NUM；

当SD_NUM与总的选择次数的比值大于TH时，确定空间分集波束赋形模式更优。

15.一种多输入多输出波束赋形系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取所述多输入多输出波束赋形系统的信道质量信息CQI；

判决模块，用于根据所述CQI确定空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式更优，其中，所述空间分集波束赋形模式是波束赋形与空间分集的结合，所述空间复用波束赋形模式是波束赋形与空间复用的结合；

切换模块，用于将当前的数据发送方式切换到所述更优的空间分集波束赋形模式或空间复用波束赋形模式；

其中，获取的所述CQI是信噪比，所述判决模块包括：查询模块，用于根据信噪比分别确定所述空间分集波束赋形模式或所述空间复用波束赋形模式的第i个数据流的调制编码阶数M_i、编码速率P_i、编码重复次数R_i；计算模块，用于根据M_i,P_i,R_i分别计算数据传输速率V；确定模块，用于确定V的值较大的为更优；或者，

其中，获取的所述CQI是空间相关性，所述判决模块包括：空间相关性模块，用于计算所述多输入多输出波束赋形系统的载波集合的子载波k对应的信道矩阵H_k，k＝1,…,N_c，N_c为所述子载波个数，其中， $H_k=\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}\left(k\right)& h_{12}\left(k\right)& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& h_{1M}\left(k\right)\\ \&CenterDot;& \&CenterDot;& \&CenterDot;& \&CenterDot;\\ \&CenterDot;& \&CenterDot;& \&CenterDot;& \&CenterDot;\\ \&CenterDot;& \&CenterDot;& \&CenterDot;& \&CenterDot;\\ h_{N1}\left(k\right)& h_{N2}\left(k\right)& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& h_{\mathrm{NM}}\left(k\right)\end{array}\right],$

h_ij(k)为所述多输入多输出波束赋形系统的第j根发送天线到i根接收天线间的第k个载波上的信道系数，j＝1,…,M,i＝1,…,N,M为发送天线数目，N为接收天线数目；条件数模块，用于计算H_k的条件数K_k来表示空间相关性，其中， $K_k=\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_{\min }^k}{{\mathrm{\&lambda;}}_{\max }^k},$ 或者 $K_k={\mathrm{\&lambda;}}_{\min }^k\&times;{\mathrm{\&lambda;}}_{\max }^k,$ 或者 $K_k={\mathrm{\&lambda;}}_{\min }^k,$ 或者 $K_k=\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_{\min }^k}{\mathrm{Tr}\left({H_k}^H{H}_k\right)};$ 其中，Tr()表示求取矩阵的迹，上标H表示对矩阵求共轭转置，分别表示H_k的最小和最大奇异值；确定模块，用于比较K_k和门限值K_c，如果K_k≥K_c，SMBF_Num＝SMBF_Num+1；否则，SMBF_Num保持不变；计算比例比较Pr和门限值T_r；如果Pr≥T_r，确定空间复用波束赋形模式更优，否则确定空间分集波束赋形模式更优。