[发明专利]一种天线模式选择方法、系统及装置

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种天线模式选择方法、系统及装置。

背景技术

在未来的通信系统中，如高速分组接入演进(HSPA+，High Speed Packet Access Plus)、长期演进(LTE，Long Term Evolution)等系统，引入了多输入 多输出(MIMO，Multiple Input Multiple Output)技术用以进一步提高系统的 数据传输速率和传输质量。另外，智能天线也在通信系统中得到了广泛的应用。 开环MIMO技术包括空间复用(SM，Spatial Multiplexing)以及发射分集(TD， Transmit Diversity)技术。智能天线所使用的关键技术是波束赋形(BF， Beam-Forming)技术。

SM、TD以及BF这几种多天线技术的适用场景和所要解决的问题是不同 的。SM适用于信噪比较高、空间相关性较小的环境，提供高的频谱利用率； TD适用于信道质量较差的环境，利用分集技术将相同的信息在不同的空间链 路上发送，对抗信道的深衰落，提供高的可靠性；BF适用于信道质量差、干 扰严重的环境，将主波束对准期待用户发射数据，提高信号接收信噪比，改善 通信质量，降低干扰。

如果多天线系统固定地采用某种天线技术，则仅能在某些信道环境下能够 获得较好的系统性能，却无法兼顾其它的信道环境。比如SM尽管可以获得较 高的频谱利用率，但是会损失分集增益，也就是说抗信道衰落的性能不好；而 TD和BF尽管可以提供较高的可靠性，但会损失数据传输速率。因此，在多天 线系统中，存在各种天线技术的折中，即根据实时的信道环境，自适应地切换 各种天线模式，以匹配不同的信道环境，获得最佳的性能。

常用的天线模式切换算法是基于香农(Shannon)容量准则的算法，即计 算出各个备选天线模式下的Shannon容量，并进行比较，选择最大的Shannon 容量值所对应的天线模式用于下一次的数据发射。Shannon容量是根据各备选 天线模式下的每个数据流的检测后信噪比(SNR，Signal to Noise Ratio)计算 得到的，因此，获得检测后SNR是Shannon容量准则必须的前提。而获得检 测后SNR的过程包括：在发射端进行导频设计，在接收端进行信道估计，从 而估算出数据流的检测后SNR。

理论研究表明，在独立同分布(i.i.d.)瑞利(Rayleigh)衰落信道下，MIMO 信道容量随着发射天线个数和接收天线个数中的最小值呈线性变化。现有的垂 直贝尔实验室分层空时(V-BLAST，Vertical Bell Laboratories Layered Space Time)结构在信道矩阵的特征值较小、信噪比较低时，性能是比较差的。为了 对抗低信噪比下信道的深衰落，现有技术中给出的各种空时码技术，利用发射 分集合并多个独立衰落的信号，获得分集增益，以克服性能恶化的问题。但是， 发射分集技术会损失数据速率，在分集支路比较少时，信道能够支持的数据速 率是很低的。

为了既保证可靠性，又保证较高的频谱利用率，常用的解决方法是：接收 端向发射端反馈信道质量信息，发射端依据该信道质量信息，按照一定准则选 择最合适的天线模式来发射数据；或者，接收端进行天线模式选择，然后将选 择后的结果通知发射端，发射端根据该结果采用相应的天线模式发射数据。在 信噪比较低时，更倾向于选择TD或者BF模式，而当信噪比较高时，更倾向 于选择SM模式。

在上述天线模式切换的过程中，如何得到各种天线模式下的每个数据流的 检测后SNR是很关键的，下面给出现有导频设计方案下估算检测后SNR的方 法。

一、公共导频

所谓公共导频，就是基站(Node B)在下行链路的每个发射天线上使用不 同的导频，用户终端(UE)利用导频辅助信道估计，即先估计出导频位置的 信道衰落，然后利用这些估计出的信道衰落通过内插等方法得到数据部分的信 道衰落，由于每个收发天线对之间的信道衰落是信道矩阵中的一个元素，因此， 可以获得完整的下行信道矩阵H。根据估计出的下行信道矩阵H，通过计算方 式得到各种天线模式下的检测后SNR，具体计算过程如下：

TD模式有效的检测后SNR为：