CN101656559B - 下行数据流的预处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种下行数据流的预处理方法及系统。其中，方法包括：基站接收移动台的反馈信息，该反馈信息包括移动台期望基站发射的数据流个数；基站根据反馈信息确定每个预编码矩阵支持的数据流个数，并根据每个预编码矩阵支持的数据流个数选择目标移动台；基站确定目标移动台的调制编码方案，并根据目标移动台确定的预编码矩阵的编号、目标移动台确定的预编码矩阵中的预编码向量的编号和目标移动台确定的预编码矩阵支持的数据流个数采用目标移动台的调制编码方案对向目标移动台发送的下行数据流进行预处理。当处于高信噪比区域中时，上述方法及系统可以在基站的MU-MIMO系统中实现SU-MIMO发射模式，有效地提高系统的总吞吐量。

Description

下行数据流的预处理方法及系统

技术领域

本发明涉及MIMO(Multi Input Multi Output，多输入多输出)无线通信系统，更具体地，涉及一种下行数据流的预处理方法及系统。

背景技术

通过在基站和移动台配置多根天线，可以极大地改善无线通信链路的容量和可靠性。在不增加额外功率的情况下，空分复用在同一频带上产生多个空间数据管道，从而增加了频谱效率。当基站将占用相同时、频资源的多个数据流发送给同一用户时，称为SU-MIMO(Single UserMIMO，单用户MIMO)，或者称为SDM(Space Division Multiplexing，空分复用)。当基站将占用相同时、频资源的多个数据流发送给不同用户时，称为MU-MIMO(Multiple User MIMO，多用户MIMO)，或者称为SDMA(Space Division Multiple Access，空分多址)。最大化MIMO广播信道容量的动态SDMA的最优解是基于DPC(Dirty Paper Coding，脏纸编码)技术的。DPC能够获得容量界，但其在编、解码端都需要复杂的非线性处理，需要很高的计算复杂度，给目前的实现带来了挑战。

一种次优的SDMA解决方案(通常被称之为“波束成形”)通过为每个激活用户分配不同的波束方向实现同时支持多个用户的数据发射。基于SDMA的波束成形只需要在编码器进行线性处理，因此具有比DPC更低的复杂度。下行广播信道中的DPC和波束成形的设计经常可以通过考虑对偶的上行多址信道(MAC)解得。然而，实际中很难找到最优的波束成形向量和最优的功率分配。

因此，实现简单且性能接近波束成形方案的迫零预处理方式(例如，块对角化(BD)和迫零波束成形(ZFBF))受到了很大的关注。然而，BD和ZFBF需要完全的CSI(Channel State Information，信道状态信息)。由于完全的CSI需要较高的负荷代价，因此允许一定吞吐量损失的部分CSI反馈的SDM/SDMA方式更具有实用价值。目前，主要有两种方式实现部分CSI下的MU-MIMO，其主要差别在于如何进行空间数据流的分离。一种方式是基于CVQ(Channel Vector Quantity，信道向量量化)的方法得到有限信道码本，每个用户基于此码本将对其信道进行量化，根据一定的准则反馈相应的码本编号和估计的SINR；然后基站根据移动台反馈的信道编码信息进行预处理(例如，ZFBF)，以及根据反馈的SINR进行调度。另一种方式是将SU-MIMO的预编码方式扩展到MU-MIMO中(例如，PU2RC)，用户反馈首选的预编码矩阵和预编码向量编号以及对应的SINR。基站将选择同一预编码矩阵的用户分为一组，然后根据用户SINR对用户进行调度。

在低信噪比区域中，由于用户之间的干扰较小，所以MU-MIMO系统的总吞吐量高于SU-MIMO系统的总吞吐量。但是，在高信噪比区域中，由于多用户之间的干扰较大，可能导致MU-MIMO系统的总吞吐量并不会随着发射信噪比的增加而增加，MU-MIMO系统的总吞吐量甚至可能会低于SU-MIMO系统的总吞吐量。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是提供一种下行数据流的预处理方法及系统，能够解决在高信噪比区域中MU-MIMO系统的总吞吐量不随发射信噪比增加而增加的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种下行数据流的预处理方法，包括：基站接收移动台发送的由与基站发射的数据流个数对应的每个预编码矩阵中的每个预编码向量上的信干噪比所确定的反馈信息，其中，反馈信息包括移动台确定的预编码矩阵的编号、移动台确定的预编码矩阵中的预编码向量的编号、移动台期望基站发射的数据流个数以及移动台选定的调制编码方案；基站根据接收到的反馈信息确定每个预编码矩阵支持的数据流个数，并根据每个预编码矩阵支持的数据流个数选择目标移动台；基站根据目标移动台选定的调制编码方案确定目标移动台的调制编码方案，并根据目标移动台确定的预编码矩阵的编号、目标移动台确定的预编码矩阵中的预编码向量的编号和目标移动台确定的预编码矩阵支持的数据流个数采用目标移动台的调制编码方案对向目标移动台发送的下行数据流进行预处理。

根据本发明方法的一个实施例，基站根据目标移动台选定的调制编码方案确定目标移动台的调制编码方案具体为：基站将目标移动台选定的调制编码方案作为目标移动台的调制编码方案；或基站对目标移动台选定的调制编码方案进行调整，将调整后的调制编码方案作为目标移动台的调制编码方案。

根据本发明方法的另一实施例，反馈信息是通过如下步骤确定的：移动台k利用 $m_k=\left\{\begin{array}{cc}{M}_t,& \arg \underset{1\≤m\≤M_t}{\max }m{\log }_2(1+\underset{\underset{1\≤i\≤N}{1\≤j\≤M_t}}{\max }{\mathrm{\γ}}_{k,i,j,m})>1\\ 1,& \arg \underset{1\≤m\≤M_t}{\max }m{\log }_2(1+\underset{\underset{1\≤i\≤N}{1\≤j\≤M_t}}{\max }{\mathrm{\γ}}_{k,i,j,m})=1\end{array}\right.$ 确定移动台k期望基站发射的数据流个数m_k；移动台k利用 $(i_k,j_k)=\arg \underset{\underset{1\≤i\≤N}{1\≤j\≤M_t}}{\max }{\mathrm{\γ}}_{k,i,j,m_k}$ 计算移动台k确定的预编码矩阵的编号i_k和移动台k确定的预编码矩阵中的预编码向量的编号j_k；移动台k根据移动台k确定的预编码矩阵的编号i_k、移动台k确定的预编码矩阵中的预编码向量的编号j_k和移动台k期望基站发射的数据流个数m_k确定信干噪比

并选择与信干噪比

对应的调制编码方案作为移动台选定的调制编码方案；其中，γ_{k，i，j，m}是期望基站发射m个数据流时第i个预编码矩阵中的第j个预编码向量上的信干噪比，M_t是基站的发射天线数，m是期望基站发射的数据流个数，i是预编码矩阵的个数，j是预编码矩阵中预编码向量的个数，1≤m≤M_t，1≤i≤N，1≤j≤M_t。

根据本发明方法的又一实施例，基站根据接收到的反馈信息确定每个预编码矩阵支持的数据流个数的步骤包括：基站根据反馈信息将预编码矩阵的编号和预编码向量的编号相同的移动台分为同一大组；基站根据移动台期望基站发射的数据流个数利用最大最小准则确定每个预编码矩阵支持的数据流个数。

根据本发明方法的再一实施例，基站根据每个预编码矩阵支持的数据流个数选择目标移动台的步骤包括：基站根据反馈信息中的移动台期望基站发射的数据流个数对同一大组中的移动台进行细分，将反馈的移动台期望基站发射的数据流个数相同的移动台分为同一小组；根据用户服务质量、信道状态信息、移动台获得的平均速率和/或队列时延从同一小组中确定优先级最高的移动台；如果基站确定的优先级最高的移动台采用的预编码矩阵支持的数据流个数等于1，则将优先级最高的移动台作为目标移动台，否则在优先级最高的移动台采用的预编码矩阵中选择优先级次高的移动台，将优先级最高的移动台和优先级次高的移动台作为目标移动台。

根据本发明方法的再一实施例，每个预编码矩阵是酉矩阵、随机扰动的酉矩阵或相位旋转的酉矩阵。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种下行数据流的预处理系统，包括：反馈信息接收模块，用于接收移动台发送的由与基站发射的数据流个数对应的每个预编码矩阵中的每个预编码向量上的信干噪比所确定的反馈信息，其中，反馈信息包括移动台确定的预编码矩阵的编号、移动台确定的预编码矩阵中的预编码向量的编号、移动台期望基站发射的数据流个数以及移动台选定的调制编码方案；目标移动台确定模块，用于根据接收到的反馈信息确定每个预编码矩阵支持的数据流个数，并根据每个预编码矩阵支持的数据流个数选择目标移动台；数据预处理模块，用于根据目标移动台选定的调制编码方案确定目标移动台的调制编码方案，并根据目标移动台确定的预编码矩阵的编号、目标移动台确定的预编码矩阵中的预编码向量的编号和目标移动台确定的预编码矩阵支持的数据流个数采用目标移动台的调制编码方案对向目标移动台发送的下行数据流进行预处理。

根据本发明系统的一个实施例，该系统还包括反馈信息计算模块，反馈信息计算模块包括：期望数据流个数计算单元，用于利用 $m_k=\left\{\begin{array}{cc}{M}_t,& \arg \underset{1\≤m\≤M_t}{\max }m{\log }_2(1+\underset{\underset{1\≤i\≤N}{1\≤j\≤M_t}}{\max }{\mathrm{\γ}}_{k,i,j,m})>1\\ 1,& \arg \underset{1\≤m\≤M_t}{\max }m{\log }_2(1+\underset{\underset{1\≤i\≤N}{1\≤j\≤M_t}}{\max }{\mathrm{\γ}}_{k,i,j,m})=1\end{array}\right.$ 确定移动台k期望基站发射的数据流个数m_k；编号计算单元，用于利用 $(i_k,j_k)=\arg \underset{\underset{1\≤i\≤N}{1\≤j\≤M_t}}{\max }{\mathrm{\γ}}_{k,i,j,m_k}$ 计算移动台k确定的预编码矩阵的编号i_k和移动台k确定的预编码矩阵中的预编码向量的编号j_k；调制编码方案选择单元，用于根据移动台k确定的预编码矩阵的编号i_k、移动台k确定的预编码矩阵中的预编码向量的编号j_k和移动台k期望基站发射的数据流个数m_k确定信干噪比

并选择与信干噪比

对应的调制编码方案作为移动台选定的调制编码方案；其中，γ_{k，i，j，m}是期望基站发射m个数据流时第i个预编码矩阵中的第j个预编码向量上的信干噪比，M_t是基站的发射天线数，m是期望基站发射的数据流个数，i是预编码矩阵的个数，j是预编码矩阵中预编码向量的个数，1≤m≤M_t，1≤i≤N，1≤j≤M_t。

根据本发明系统的另一实施例，目标移动台确定模块包括：粗分组单元，用于根据反馈信息将预编码矩阵的编号和预编码向量的编号相同的移动台分为同一大组；数据流个数确定单元，用于根据移动台期望基站发射的数据流个数利用最大最小准则确定每个预编码矩阵支持的数据流个数；细分组单元，用于根据反馈信息中的移动台期望基站发射的数据流个数对同一大组中的移动台进行细分，将反馈的移动台期望基站发射的数据流个数相同的移动台分为同一小组；优先级确定单元，用于根据用户服务质量、信道状态信息、移动台获得的平均速率和/或队列时延从同一小组中确定优先级最高的移动台；目标移动台选择单元，用于如果基站确定的优先级最高的移动台采用的预编码矩阵支持的数据流个数等于1，则将优先级最高的移动台作为目标移动台，否则在优先级最高的移动台采用的预编码矩阵中选择优先级次高的移动台，将优先级最高的移动台和优先级次高的移动台作为目标移动台。

根据本发明系统的又一实施例，每个预编码矩阵是酉矩阵、随机扰动的酉矩阵或相位旋转的酉矩阵。

本发明提供的下行数据流的预处理方法及系统，根据移动台向基站反馈的期望基站发射的数据流个数，在高信噪比区域中可以在基站的MU-MIMO系统中实现SU-MIMO的发射模式，显著地降低了多用户之间的干扰，从而有效地提高了高信噪比区域中系统的总吞吐量。

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。在附图中：

图1是本发明方法的第一实施例的流程示意图。

图2是本发明方法的第二实施例的流程示意图。

图3是支持MU-MIMO通信的无线通信系统的示意图。

图4是本发明方法的第三实施例的流程示意图。

图5是本发明系统的第一实施例的结构示意图。

图6是本发明系统的第二实施例的结构示意图。

图7是本发明系统的第三实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。本发明的示例性实施例及其说明用于解释本发明，但并不构成对本发明的不当限定。

如图1所示，是本发明方法的第一实施例的流程示意图。该实施例可以包括以下步骤：

S101，基站接收移动台发送的由与基站发射的数据流个数对应的每个预编码矩阵中的每个预编码向量上的信干噪比所确定的反馈信息，其中，反馈信息包括移动台确定的预编码矩阵的编号、移动台确定的预编码矩阵中的预编码向量的编号、移动台期望基站发射的数据流个数以及移动台选定的调制编码方案，其中，基站发射的数据流个数可以在1到基站的发射天线数的范围内，调制编码方案是调制方式与编码方案的组合。

具体地，反馈信息可以通过如下步骤确定的：

移动台k利用 $m_k=\left\{\begin{array}{cc}{M}_t,& \arg \underset{1\≤m\≤M_t}{\max }m{\log }_2(1+\underset{\underset{1\≤i\≤N}{1\≤j\≤M_t}}{\max }{\mathrm{\γ}}_{k,i,j,m})>1\\ 1,& \arg \underset{1\≤m\≤M_t}{\max }m{\log }_2(1+\underset{\underset{1\≤i\≤N}{1\≤j\≤M_t}}{\max }{\mathrm{\γ}}_{k,i,j,m})=1\end{array}\right.$ 确定移动台k期望基站发射的数据流个数m_k；

移动台k利用 $(i_k,j_k)=\arg \underset{\underset{1\≤i\≤N}{1\≤j\≤M_t}}{\max }{\mathrm{\γ}}_{k,i,j,m_k}$ 计算移动台k确定的预编码矩阵的编号i_k和移动台k确定的预编码矩阵中的预编码向量的编号j_k；

移动台k根据移动台k确定的预编码矩阵的编号i_k、移动台k确定的预编码矩阵中的预编码向量的编号j_k和移动台k期望基站发射的数据流个数m_k确定信干噪比

并选择与信干噪比

对应的调制编码方案作为移动台选定的调制编码方案；

其中，γ_{k，i，j，m}是期望基站发射m个数据流时第i个预编码矩阵中的第j个预编码向量上的信干噪比，M_t是基站的发射天线数，m是期望基站发射的数据流个数，i是预编码矩阵的个数，j是预编码矩阵中预编码向量的个数，1≤m≤M_t，1≤i≤N，1≤j≤M_t。

S102，基站根据接收到的反馈信息确定每个预编码矩阵支持的数据流个数，并根据每个预编码矩阵支持的数据流个数选择目标移动台。

具体地，基站可以通过如下步骤确定每个预编码矩阵支持的数据流个数：基站根据反馈信息将预编码矩阵的编号和预编码向量的编号相同的移动台分为同一大组；基站根据移动台期望基站发射的数据流个数利用最大最小准则确定每个预编码矩阵支持的数据流个数。其中，最大最小准则是通过如下实现体现的：首先利用最大准则从同一大组的所有移动台中选出最大的期望基站发射的数据流个数作为该同一大组中所有移动台采用的预编码矩阵和预编码向量上能支持的数据流个数；然后再利用最小准则从同一预编码矩阵的所有预编码向量上选出最小的期望基站发射的数据流个数作为该预编码矩阵能支持的数据流个数。

另外，基站根据每个预编码矩阵支持的数据流个数选择目标移动台的步骤可以包括：基站根据反馈信息中的移动台期望基站发射的数据流个数对同一大组中的移动台进行细分，将反馈的移动台期望基站发射的数据流个数相同的移动台分为同一小组；根据用户服务质量、信道状态信息、移动台获得的平均速率和/或队列时延从同一小组中确定优先级最高的移动台；如果基站确定的优先级最高的移动台采用的预编码矩阵支持的数据流个数等于1，则将优先级最高的移动台作为目标移动台，否则在优先级最高的移动台采用的预编码矩阵中选择与优先级最高的移动台所使用的预编码向量不同的移动台作为优先级次高的移动台，将优先级最高的移动台和优先级次高的移动台作为目标移动台。

S103，基站根据目标移动台选定的调制编码方案确定目标移动台的调制编码方案，并根据目标移动台确定的预编码矩阵的编号、目标移动台确定的预编码矩阵中的预编码向量的编号和目标移动台确定的预编码矩阵能支持的数据流个数采用目标移动台的调制编码方案对向目标移动台发送的下行数据流进行预处理。

其中，基站根据目标移动台选定的调制编码方案确定目标移动台的调制编码方案具体为：基站将目标移动台选定的调制编码方案作为目标移动台的调制编码方案；或基站对目标移动台选定的调制编码方案进行调整，将调整后的调制编码方案作为目标移动台的调制编码方案。

该实施例中的每个预编码矩阵是酉矩阵、随机扰动的酉矩阵或相位旋转的酉矩阵。

另外，在该实施例中，为了便于移动台确定反馈信息以及基站对下行数据流进行预处理，将所有预编码矩阵和预编码矩阵中的所有预编码向量均存储到基站和各个移动台中。

上述实施例利用了移动台向基站反馈的信息，当系统处于高信噪比区域中时，根据反馈信息中移动台期望基站发射的数据流个数使基站可以在MU-MIMO系统中实现SU-MIMO发射模式(即，m_k＝1的情况)，降低了多用户之间的干扰，从而有效地提高了高信噪比区域中系统的总吞吐量。

如图2所示，是本发明方法的第二实施例的流程示意图。在该实施例中包括以下步骤：

S201，基站向移动台发射导频信号，在每一调度时隙中移动台根据接收到的导频信号估计CSI；

S202，移动台根据本地存储的预编码矩阵、预编码向量和估计得到的CSI计算与基站发射的数据流个数对应的所有预编码矩阵中的所有预编码向量上的SINR，其中，基站发射的数据流个数可以是从1至基站的发射天线数；

S203，移动台根据计算出的每个SINR确定反馈信息，并通过上行控制信道向基站发送这些反馈信息，其中，反馈信息包括：移动台期望基站的发射的数据流个数、预编码矩阵的编号、预编码向量的编号以及移动台选定的MCS方案的编号；

S204，基站根据来自移动台的反馈信息确定每一预编码矩阵上最终发射的数据流个数；

S205，基站根据每一预编码矩阵上最终发射的数据流个数采用一定的调度准则选择出目标移动台；

S206，基站从其存储的预编码矩阵和预编码向量中选出与反馈信息中的预编码矩阵的编号和预编码向量的编号对应的预编码向量，并利用该预编码向量、选定的调制编码方案和确定的最终发射的数据流个数对目标移动台的数据进行预处理和发射。

上述系统资源的分配和调度均是以时隙为单位。

为了使目标移动台能够正确地解调基站预处理后的数据，基站通过下行控制信令向目标移动台发送为目标移动台确定的调制编码方案；目标移动台在接收到来自基站的数据信号后，根据导频信号和基站发送的控制信息进行解调。

在该实施例中，当系统处于高信噪比区域中时，基站可以根据反馈信息中移动台期望基站发射的数据流个数在MU-MIMO系统中实现SU-MIMO发射模式(即，m_k＝1的情况)，降低了多用户之间的干扰，从而有效地提高了系统的总吞吐量。

以下通过一个更具体的实施例来描述本发明下行数据流的预处理方法。

如图3所示，是支持MU-MIMO通信的无线通信系统的示意图。该无线通信系统10中包括：基站11和多个移动台12。其中，移动台12的个数为：K＝3，但并不局限于3。基站支持3GPP长期演进的规范，该规范中规定的MU-MIMO操作的无线通信基站包括四根天线13：M_t＝4，但是该基站11还可以包括多于四根天线的情况。移动台12具有两根天线14：M_r＝2，但是移动台并不局限于两根天线(例如，移动台可以包括1根天线或者多于两根天线)的情况。

在从基站发射最多M(M≤M_t)个独立编码的数据流的MU-MIMO无线通信系统中，在任意调度时刻传输的数据符号可以表示为x＝[x₁…x_M]^T，其中，[·]^T表示转置操作。在MU-MIMO模式下工作的无线通信系统(例如，无线通信系统10)中，发射机利用预编码矩阵E对发射的数据符号向量x进行预处理后发射，预编码矩阵E由M_t×M_t的酉矩阵 $E(E=[e_1,...,e_{M_t}\left]\right)$ 中的M个列向量构成。目标用户k的接收信号可以表示为：

y_k＝H_kEx+n    (1)

其中，n为加性噪声， $H_k\∈C^{M_r\×M_t}$ 表示移动k台与基站之间的信道冲击响应矩阵，x为基站发射的数据符号向量。

移动台可以采用MMSE(Minimum Mean Square Error，最小均方误差)准则作为接收机的检测方法，所以在接收端中根据MMSE准则估计出的发射的数据符号向量可以表示为：

${\hat{x}}_k=W_k{y}_k---\left(2\right)$

其中，

$W_k=E_k^H{H}_k^H(H_k{\mathrm{EE}}^H{H}_k^H+\frac{{\mathrm{\σ}}^{2}M}{P}{I}_{M_r})---\left(3\right)$

其中，σ²是噪声方差，P是基站为所有用户的所有数据流分配的总功率，E_k是用户k采用的预编码向量(当用户k有1个数据流发射)/预编码矩阵(当用户k有多个数据流发射)，H_kE_k称为用户k的等效信道。

如图4所示，是本发明方法的第三实施例的流程示意图。在该实施例中可以包括以下步骤：

S301，基站向移动台k发射导频信号。

S302，移动台k根据接收到的导频信号估计CSI，当移动台k只接收1个数据流时获得h_k，当移动台k接收多个数据流时获得H_k。

S303，在本实施例中可以假设基站向每个移动台传输一个数据流，移动台k根据公式(4)计算当基站发射m个数据流时在所有预编码矩阵的所有预编码向量上的SINR(即，γ_{k，i，j，m})：

${\mathrm{\γ}}_{k,i,j,m}=\frac{{\left|h_k{e}_{i,j}\right|}^2}{\frac{{\mathrm{m\σ}}^2}{P}+\frac{m-1}{M_t-1}({\left|\right|h_k\left|\right|}^2-{\left|h_k{e}_{i,j}\right|}^2)}---\left(4\right)$

但是本发明并不局限于移动台只支持一个数据流的情况，例如，移动台可以支持L＝min{M_t，M_r}个数据流。此时，每个移动台可以采用公式(5)计算SINR：

${\mathrm{\γ}}_{k,i,j,m}=\frac{{\left|w_{k,i,j}^T{H}_k{e}_{i,j}\right|}^2}{{\left|\right|w_{k,i,j}\left|\right|}_2^2\frac{{\mathrm{m\σ}}^2}{P}+\frac{m-1}{M_t-1}{\mathrm{\Σ}}_{\stackrel{l=1}{l\≠j}}^{M_t}{\left|w_{k,i,j}^T{H}_k{e}_{i,j}\right|}^2}---\left(5\right)$

其中，将为C＝{E⁽¹⁾，...，E^(N)}的预编码矩阵集合分别存储到基站和每个移动台中，预编码矩阵 $E^{\left(i\right)}=[e_{i,1},...,e_{i,M_t}],$ i＝1，...，N，预编码向量e_i，j∈C^M×1，满足||e_i，j||＝1，j＝1，...，M_t，N为预编码矩阵的个数，m＝1，...，M_T表示基站同时发射的数据流个数，w_k，i，j ^T为公式(3)中计算出的用户MMSE检测矩阵的某一行。

进一步地，预编码矩阵可以是基于离散傅立叶变换(DFT)的码本，也可以是基于Householder变换的码本；每一预编码矩阵中包含的预编码向量个数等于基站的发射天线数；还可以基于上述两种码本采用随机扰动或相位旋转的方法得到多个预编码矩阵。

S304，移动台k根据公式(6)确定期望基站发射的数据流个数m_k，在该实施例中仅给出了期望基站发射1个或M_t个数据流的情况：

$m_k=\left\{\begin{array}{cc}{M}_t,& \arg \underset{1\≤m\≤M_t}{\max }m{\log }_2(1+\underset{\underset{1\≤i\≤N}{1\≤j\≤M_t}}{\max }{\mathrm{\γ}}_{k,i,j,m})>1\\ 1,& \arg \underset{1\≤m\≤M_t}{\max }m{\log }_2(1+\underset{\underset{1\≤i\≤N}{1\≤j\≤M_t}}{\max }{\mathrm{\γ}}_{k,i,j,m})=1\end{array}\right.---\left(6\right)$

其中，γ_{k，i，j，m}是S303中计算出的基站发射m个数据流时移动台k采用第i个预编码矩阵中的第j个预编码向量上的SINR，M_t是基站的发射天线数。

移动台k利用基站发射的数据流个数m乘以移动台k在每个预编码向量上的SINR可以近似获得数据速率。从公式(6)可以看出，移动台期望基站发射的数据流个数是满足数据速率最大的要求的，这样在高信噪比区域中可以在基站的MU-MIMO系统中实现SU-MIMO发射模式，从而有效地提高系统的总吞吐量。

从公式(6)可以看出，移动台k可以利用1个比特向基站反馈期望基站发射的数据流个数，例如，用比特0表示移动台k期望基站发射一个数据流，比特1表示移动台k期望基站发射多个数据流(在此实施例中即为M_t个数据流)。

但是，本发明并不局限于基站只发射1个或M_t个数据流的情况，移动台可以期望基站发射1至M_t中任一个数的数据流。只是在这种情况下，移动台需要使用多于1个的比特来反馈期望基站发射的数据流个数。

进一步地，移动台k根据公式(7)确定预编码矩阵的编号i_k及预编码向量的编号j_k：

$(i_k,j_k)=\arg \underset{\underset{1\≤i\≤N}{1\≤j\≤M_t}}{\max }{\mathrm{\γ}}_{k,i,j,m_k}---\left(7\right)$

其中，i_k表示当移动台k期望基站发射m_k个数据流时所采用的预编码矩阵的编号，j_k表示预编码向量在预编码矩阵i_k中的编号，是基站发射m_k个数据流时移动台k采用第i个预编码矩阵中的第j个预编码向量上的SINR。

因此，移动台k可以利用log₂(NM_t)个比特向基站反馈预编码矩阵的编号和该预编码矩阵中的预编码向量的编号。

进一步地，移动台k根据选定的m_k确定并根据γ与MCS方案之间的对应关系选择与

对应的MCS作为移动台k的MCS方案。如果系统存在Q级MCS方案，则需要利用log₂(Q)个比特来传递MCS编号。

通过上述公式(6)可以看出，在高信噪比区域中，本发明可以在基站的MU-MIMO系统中实现SU-MIMO发射模式(即，m_k＝1的情况)，显著地降低了多用户之间的干扰，有效地提高了系统的总吞吐量。

将公式(6)和(7)分别计算出的移动台k期望基站发射的数据流个数m_k、与当基站发射m_k个数据流时移动台确定的预编码矩阵的编号、预编码向量的编码以及移动k选定的MCS方案共同构成移动台的反馈信息。

S305，基站收集所有移动台的反馈信息，采用下面的方式确定在每一预编码矩阵上支持的数据流个数。

基站根据S_i，j＝{k|i_k＝i，i_k＝j，1≤k≤K}对所有移动台进行分组，将选择同一预编码矩阵i和预编码向量j的移动台分为同一大组。

进一步地，根据公式(8)利用最大准则确定在预编码矩阵i、预编码向量j上能够支持的最大数据流个数m_j ⁽ⁱ⁾：

$m_j^{\left(i\right)}=\underset{k\∈S_{i,j}}{\max }{m}_k---\left(8\right)$

公式(8)示出：如果有一个移动台选择了预编码向量e_i，j并且期望基站发射M_t个数据流，那么在这个预编码向量e_i，j上将选择支持M_t个数据流的发射模式，否则， $m_j^{\left(i\right)}=1.$

进一步地，基站根据公式(9)利用最小准则将预编码矩阵i中所有预编码向量上能够支持的最小数据流个数确定为预编码矩阵i最终能够支持的数据流个数m^(t)：

$m^{\left(i\right)}=\underset{1\≤j\≤M_t}{\min }{m}_j^{\left(i\right)}---\left(9\right)$

通过上述公式(8)和(9)，本实施例根据所有移动台的反馈信息，特别利用了反馈信息中期望基站发射的数据流个数m_k，选定了基站最终发射的数据流个数，即确定了是采用MU-MIMO发射模式还是SU-MIMO发射模式。

S306，基站根据 $S_{i,j}^{M_t}=\left\{k\right|k\∈S_{i,j},m_k=M_t\}$ 对分在同一大组S_i，j＝{k|i_k＝i，i_k＝j，1≤k≤K}中的移动台进行再分组，在同一大组中选择期望基站发射数据流个数为M_t的移动台；

进一步地，基站根据一定的调度准则选择一个优先级最高的移动台k^*，该调度准则可以是用户的服务质量(QoS)、用户的当前信道状态、用户已经获得的平均速率和/或队列时延等。

进一步地，基站确定优先级最高的移动台k^*所采用的预编矩阵然后根据在S305中确定的在预编码矩阵

上支持的数据流个数

作如下判断：

如果 $m^{\left(i_{k^{*}}\right)}=1,$ 则当前帧基站只发射一个数据流，即，只向优先级最高的移动台

发送一个数据流；

如果 $m^{\left(i_{k^{*}}\right)}=M_t,$ 则表示当前帧基站要发射M_t个数据流。基站在

中选择预编码向量

之外的其他移动台，如果有多个移动台选择了 $(i_{k^{*}},j)(j\≠j_{k^{*}}),$ 那么可以按一定的优先级进行选择，例如，选择MCS编号最大的移动台(即，速率最高的移动台)，或者根据比例公平原则进行选择，即，选择当前MCS与获得的平均速率比值最大的移动台。

S307，基站可以根据如下两种方法确定目标移动台的调制编码方案：

基站将反馈信息中目标移动台选定的调制编码方案作为目标移动台的调制编码方案；或

基站根据目标移动台的BER或目标移动台的CSI对反馈信息中目标移动台选定的调制编码方案进行调整，例如，如果当前的信道状态不好，则使用比移动台选定的MCS速率低的MCS，否则，使用比移动台选定的MCS速率高的MCS，并将调整后的调制编码方案作为目标移动台的调制编码方案。

S308，基站向目标移动台发送基站为每个目标移动台选择的MCS方案。

S309，基站根据选定的预编码向量对目标移动台的下行数据流进行预处理，然后向目标移动台发射导频信号和预处理后的数据信号。

S310，目标移动台接收基站发送的MCS方案。

S311，目标移动台接收基站发送的下行数据信号，从目标移动台本地中存储的预编码矩阵中取出与反馈信息中的预编码矩阵的编号和预编码向量的编号对应的预编码向量，再基于从基站接收到的MCS方案和估计出的信道冲击响应进行相应数据的解调。

在该实施例中，移动台基于公式(6)确定期望基站发射的数据流个数，这样当系统在高信噪比区域中时，可以在基站的MU-MIMO系统中实现SU-MIMO发射模式，降低了多用户之间的干扰，有效地提高了系统的总吞吐量。

在本发明的另一实施例中，基站还可以根据实际情况改变移动台确定的预编码向量。

如图5所示，是本发明系统的第一实施例的结构示意图。该系统20包括：反馈信息接收模块21，用于接收移动台发送的由与基站发射的数据流个数对应的每个预编码矩阵中的每个预编码向量上的信干噪比所确定的反馈信息，其中，反馈信息包括移动台确定的预编码矩阵的编号、移动台确定的预编码矩阵中的预编码向量的编号、移动台期望基站发射的数据流个数以及移动台选定的调制编码方案；目标移动台确定模块22，用于根据接收到的反馈信息确定每个预编码矩阵支持的数据流个数，并根据每个预编码矩阵支持的数据流个数选择目标移动台；数据预处理模块23，用于根据目标移动台选定的调制编码方案确定目标移动台的调制编码方案，并根据目标移动台确定的预编码矩阵的编号、目标移动台确定的预编码矩阵中的预编码向量的编号和目标移动台确定的预编码矩阵支持的数据流个数采用目标移动台的调制编码方案对向目标移动台发送的下行数据流进行预处理。

如图6所示，是本发明系统的第二实施例的结构示意图。与图5中的实施例相比，该系统30还包括反馈信息计算模块31，反馈信息计算模块31包括：期望数据流个数计算单元311，用于利用 $m_k=\left\{\begin{array}{cc}{M}_t,& \arg \underset{1\≤m\≤M_t}{\max }m{\log }_2(1+\underset{\underset{1\≤i\≤N}{1\≤j\≤M_t}}{\max }{\mathrm{\γ}}_{k,i,j,m})>1\\ 1,& \arg \underset{1\≤m\≤M_t}{\max }m{\log }_2(1+\underset{\underset{1\≤i\≤N}{1\≤j\≤M_t}}{\max }{\mathrm{\γ}}_{k,i,j,m})=1\end{array}\right.$ 确定移动台k期望基站发射的数据流个数m_k；编号计算单元312，用于利用 $(i_k,j_k)=\arg \underset{\underset{1\≤i\≤N}{1\≤j\≤M_t}}{\max }{\mathrm{\γ}}_{k,i,j,m_k}$ 计算移动台k确定的预编码矩阵的编号i_k和移动台k确定的预编码矩阵中的预编码向量的编号j_k；调制编码方案选择单元313，用于根据移动台k确定的预编码矩阵的编号i_k、移动台k确定的预编码矩阵中的预编码向量的编号j_k和移动台k期望基站发射的数据流个数m_k确定信干噪比

并选择与信干噪比

对应的调制编码方案作为移动台选定的调制编码方案；其中，γ_{k，i，j，m}是期望基站发射m个数据流时第i个预编码矩阵中的第j个预编码向量上的信干噪比，M_t是基站的发射天线数，m是期望基站发射的数据流个数，i是预编码矩阵的个数，j是预编码矩阵中预编码向量的个数，1≤m≤M_t，1≤i≤N，1≤j≤M_t。

如图7所示，是本发明系统的第三实施例的结构示意图。与图5中的实施例相比，该系统40中的目标移动台确定模块41包括：粗分组单元411，用于根据反馈信息将预编码矩阵的编号和预编码向量的编号相同的移动台分为同一大组；数据流个数确定单元412，用于根据移动台期望基站发射的数据流个数利用最大最小准则确定每个预编码矩阵支持的数据流个数；细分组单元413，用于根据反馈信息中的移动台期望基站发射的数据流个数对同一大组中的移动台进行细分，将反馈的移动台期望基站发射的数据流个数相同的移动台分为同一小组；优先级确定单元414，用于根据用户服务质量、信道状态信息、移动台获得的平均速率和/或队列时延从同一小组中确定优先级最高的移动台；目标移动台选择单元415，用于如果基站确定的优先级最高的移动台采用的预编码矩阵支持的数据流个数等于1，则将优先级最高的移动台作为目标移动台，否则在优先级最高的移动台采用的预编码矩阵中选择优先级次高的移动台，将优先级最高的移动台和优先级次高的移动台作为目标移动台。

在上述系统的实施例中，每个预编码矩阵是酉矩阵、随机扰动的酉矩阵或相位旋转的酉矩阵。

上述预处理系统中的目标移动台确定模块在高信噪比区域中可以在基站的MU-MIMO系统中实现SU-MIMO发射模式，降低了多用户之间的干扰，从而有效地提高了系统的总吞吐量。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种下行数据流的预处理方法，其特征在于，所述方法包括：

基站接收移动台发送的由与所述基站发射的数据流个数对应的每个预编码矩阵中的每个预编码向量上的信干噪比所确定的反馈信息，其中，所述反馈信息包括所述移动台确定的预编码矩阵的编号、所述移动台确定的预编码矩阵中的预编码向量的编号、所述移动台期望基站发射的数据流个数以及所述移动台选定的调制编码方案；

所述基站根据接收到的反馈信息确定所述每个预编码矩阵支持的数据流个数，并根据所述每个预编码矩阵支持的数据流个数选择目标移动台；

所述基站根据所述目标移动台选定的调制编码方案确定所述目标移动台的调制编码方案，并根据所述目标移动台确定的预编码矩阵的编号、所述目标移动台确定的预编码矩阵中的预编码向量的编号和所述目标移动台确定的预编码矩阵支持的数据流个数采用所述目标移动台的调制编码方案对向所述目标移动台发送的下行数据流进行预处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基站根据所述目标移动台选定的调制编码方案确定所述目标移动台的调制编码方案具体为：

所述基站将所述目标移动台选定的调制编码方案作为所述目标移动台的调制编码方案；或

所述基站对所述目标移动台选定的调制编码方案进行调整，将调整后的调制编码方案作为所述目标移动台的调制编码方案。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反馈信息是通过如下步骤确定的：

移动台k利用 $m_k=\left\{\begin{array}{c}{M}_t,\arg \underset{1\≤m\≤M_t}{\max }m{\log }_2(1+\underset{\underset{1\≤i\≤N}{1\≤j\≤M_t}}{\max }{\mathrm{\γ}}_{k,i,j,m})>1\\ 1,\arg \underset{1\≤m\≤M_t}{\max }m{\log }_2(1+\underset{\underset{1\≤i\≤N}{1\≤j\≤M_t}}{\max }{\mathrm{\γ}}_{k,i,j,m})=1\end{array}\right.$ 确定所述移动台k

期望基站发射的数据流个数m_k；

所述移动台k利用

计算所述移动台k确定的预编码矩阵的编号i_k和所述移动台k确定的预编码矩阵中的预编码向量的编号j_k；

所述移动台k根据所述移动台k确定的预编码矩阵的编号i_k所述移动台k确定的预编码矩阵中的预编码向量的编号j_k和所述移动台k期望基站发射的数据流个数m_k确定信干噪比

并选择与所述信干噪比

对应的调制编码方案作为所述移动台选定的调制编码方案；

其中，r_{k，i ，j，m}是期望基站发射m个数据流时第i个预编码矩阵中的第j个预编码向量上的信干噪比，M_t是所述基站的发射天线数，m是期望基站发射的数据流个数，i是预编码矩阵的个数，j是预编码矩阵中预编码向量的个数，N为预编码矩阵的个数，1≤m≤M_t，1≤i≤N，1≤j≤M_t。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基站根据接收到的反馈信息确定所述每个预编码矩阵支持的数据流个数的步骤包括：

所述基站根据所述反馈信息将预编码矩阵的编号和预编码向量的编号相同的移动台分为同一大组；

所述基站根据所述移动台期望基站发射的数据流个数利用最大最小准则确定所述每个预编码矩阵支持的数据流个数；

最大最小准则是通过如下实现体现的：首先利用最大准则从同一大组的所有移动台中选出最大的期望基站发射的数据流个数作为该同一大组中所有移动台采用的预编码矩阵和预编码向量上能支持的数据流个数；然后再利用最小准则从同一预编码矩阵的所有预编码向量上选出最小的期望基站发射的数据流个数作为该预编码矩阵能支持的数据流个数。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基站根据所述每个预编码矩阵支持的数据流个数选择目标移动台的步骤包括：

所述基站根据所述反馈信息中的所述移动台期望基站发射的数据流个数对所述同一大组中的移动台进行细分，将反馈的所述移动台期望基站发射的数据流个数相同的移动台分为同一小组；

根据用户服务质量、信道状态信息、移动台获得的平均速率和/或队列时延从所述同一小组中确定优先级最高的移动台；

如果所述基站确定的所述优先级最高的移动台采用的预编码矩阵支持的数据流个数等于1，则将所述优先级最高的移动台作为所述目标移动台，否则在所述优先级最高的移动台采用的预编码矩阵中选择优先级次高的移动台，将所述优先级最高的移动台和所述优先级次高的移动台作为所述目标移动台。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述每个预编码矩阵是酉矩阵、随机扰动的酉矩阵或相位旋转的酉矩阵。

7.一种下行数据流的预处理系统，其特征在于，所述系统包括：

反馈信息接收模块，用于接收移动台发送的由与基站发射的数据流个数对应的每个预编码矩阵中的每个预编码向量上的信干噪比所确定的反馈信息，其中，所述反馈信息包括所述移动台确定的预编码矩阵的编号、所述移动台确定的预编码矩阵中的预编码向量的编号、所述移动台期望基站发射的数据流个数以及所述移动台选定的调制编码方案；

目标移动台确定模块，用于根据接收到的反馈信息确定所述每个预编码矩阵支持的数据流个数，并根据所述每个预编码矩阵支持的数据流个数选择目标移动台；

数据预处理模块，用于根据所述目标移动台选定的调制编码方案确定所述目标移动台的调制编码方案，并根据所述目标移动台确定的预编码矩阵的编号、所述目标移动台确定的预编码矩阵中的预编码向量的编号和所述目标移动台确定的预编码矩阵支持的数据流个数采用所述目标移动台的调制编码方案对向所述目标移动台发送的下行数据流进行预处理。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括反馈信息计算模块，所述反馈信息计算模块包括：

期望数据流个数计算单元，用于利用

$m_k=\left\{\begin{array}{c}{M}_t,\arg \underset{1\≤m\≤M_t}{\max }m{\log }_2(1+\underset{\underset{1\≤i\≤N}{1\≤j\≤M_t}}{\max }{\mathrm{\γ}}_{k,i,j,m})>1\\ 1,\arg \underset{1\≤m\≤M_t}{\max }m{\log }_2(1+\underset{\underset{1\≤i\≤N}{1\≤j\≤M_t}}{\max }{\mathrm{\γ}}_{k,i,j,m})=1\end{array}\right.$ 确定移动台k期望基站发射的数据流个数m_k；

编号计算单元，用于利用

计算所述移动台k确定的预编码矩阵的编号i_k和所述移动台k确定的预编码矩阵中的预编码向量的编号j_k；

调制编码方案选择单元，用于根据所述移动台k确定的预编码矩阵的编号i_k、所述移动台k确定的预编码矩阵中的预编码向量的编号j_k和所述移动台k期望基站发射的数据流个数m_k确定信干噪比

并选择与所述信干噪比对应的调制编码方案作为所述移动台选定的调制编码方案；

其中，γ_{k，i，j，m}是期望基站发射m个数据流时第i个预编码矩阵中的第j个预编码向量上的信干噪比，M_t是所述基站的发射天线数，m是期望基站发射的数据流个数，i是预编码矩阵的个数，j是预编码矩阵中预编码向量的个数，N为预编码矩阵的个数，1≤m≤M_t，1≤i≤N，1≤j≤M_t。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述目标移动台确定模块包括：

粗分组单元，用于根据所述反馈信息将预编码矩阵的编号和预编码向量的编号相同的移动台分为同一大组；

数据流个数确定单元，用于根据所述移动台期望基站发射的数据流个数利用最大最小准则确定所述每个预编码矩阵支持的数据流个数，最大最小准则是通过如下实现体现的：首先利用最大准则从同一大组的所有移动台中选出最大的期望基站发射的数据流个数作为该同一大组中所有移动台采用的预编码矩阵和预编码向量上能支持的数据流个数；然后再利用最小准则从同一预编码矩阵的所有预编码向量上选出最小的期望基站发射的数据流个数作为该预编码矩阵能支持的数据流个数；

细分组单元，用于根据所述反馈信息中的所述移动台期望基站发射的数据流个数对所述同一大组中的移动台进行细分，将反馈的所述移动台期望基站发射的数据流个数相同的移动台分为同一小组；

优先级确定单元，用于根据用户服务质量、信道状态信息、移动台获得的平均速率和/或队列时延从所述同一小组中确定优先级最高的移动台；

目标移动台选择单元，用于如果所述基站确定的所述优先级最高的移动台采用的预编码矩阵支持的数据流个数等于1，则将所述优先级最高的移动台作为所述目标移动台，否则在所述优先级最高的移动台采用的预编码矩阵中选择优先级次高的移动台，将所述优先级最高的移动台和所述优先级次高的移动台作为所述目标移动台。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的系统，其特征在于，所述每个预编码矩阵是酉矩阵、随机扰动的酉矩阵或相位旋转的酉矩阵。

Images