[发明专利]服务质量限定条件下基于容量的发射端优化方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线通信技术领域的发射端优化方法和装置，具体是一种服务质量限定条 件下基于容量的发射端优化方法和装置。

背景技术

当今社会用户对通信系统质量的要求越来越高，物理层关键传输技术已成为研究热点。例 如OFDM(正交频分复用)核心技术的研究，MIMO(多输入多输出)技术的演进等。MIMO技术 是无线通信领域智能天线技术的重大突破，它利用空间中增加的传输信道，在发射端和接收端 采用多天线同时发送信号。在并没有增加带宽的情况下，能够成倍的提高系统的容量和频谱利 用率。各种传输技术的提出都旨在获得系统高容量以及高频谱利用率，在无线信道的条件下获 得最佳的性能。其中发射端的优化设计研究用来确定信息发送的最优方式，对系统整体性能的 提升是至关重要的。

无线信道较有线信道而言具有两大特点：时变性与衰落特性。因此，无线信道的状态是一 个具有时变特性的随机变量，要最大限度的利用信道特性，必须使信息的各项发送特征量也是 一个随信道状态变化的量，也就是使信号发送方式具有自适应性。另一方面，通信系统可用的 资源也是有限的，如发射功率和系统带宽。如何使得有限的资源得到更好地利用，通过资源的 优化分配来提升系统的各项性能也是亟待解决的关键问题。为了充分利用信道的时变特性并合 理分配资源，系统发射端采用自适应技术：随着信道状态的变化，自适应地切换发送模式例如 调制复用方式；在满足有限总资源约束的条件下，在保证服务质量的前提下，最优地分配系统 带宽功率等参数。通过自适应技术灵活地适应系统信道状态的变化，从而有效提高系统性能。

发射端线性预处理技术针对无线信道衰落特性，利用加权的方式使发送信号更好的对抗信 道衰落，可提高MIMO系统性能。发射端优化就是根据CSI(信道状态信息)，对发送信号进行 预处理，以最佳的形式来传输信息。MIMO空分复用系统中，发射端较少数目的数据流经过预 处理后，复用到多个天线上发送。发射端优化就是根据实际的信道情况，对发送信号进行最优 的预处理，采用更有效的形式来传输信息。发射端预处理必须充分利用当前信道状态信息 (CSI)，目前对于理想信道信息条件(perfect CSI)情况下的研究已经很成熟。这种情况下，信 道的状态信息对于发射端和接收端都是精确已知的。发射端可根据不同时刻的信道状态H，自 适应确定发射端处理模式，通常称之为理想CSI条件下的无线资源分配。但是在实际频分复用 情况下，这种发射端完全掌握信道状态信息是不可实现的。即使系统接收端通过信道估计得到 完全准确的信道信息，将CSI详细信息直接反馈回发射端需要太大的开销，并不满足系统有限 带宽的条件。因此考虑更可行的方式：发射端已知部分信道状态信息(partial CSI)。

对于部分信道状态信息情况下的系统自适应优化设计，由于要采用反馈方式，因此系统必 须采用闭环结构，接收端将已知的信道状态信息通过反馈信道反馈回发射端，发射端利用得到 的状态信息来选用优化的结构发送信息。这种模式更符合实际情况，研究表明这种模式能改善 系统性能，具有很大研究价值。

目前基于部分CSI的预处理优化存在的方式主要有：

①采用信道信息量统计模型：将信道信息CSI的均值和方差等统计量直接反馈回发射端， 发射端再根据这些信息量来确定发送模式。参见文献：Pengfei Xia；Shengli Zhou；Giannakis， GB；″Adaptive MIMO-OFDM based on partial channel state information″in Signal Processing， IEEE Transactions on Volume 52，Issue 1，Jan 2004Page(s)：202-213。以这种统计模式反馈仍 然需要较多的信息比特，对系统会造成较大的负担。

②有限比特反馈模式：反馈回发射端的只是发送预处理模式的选择序号，而不是直接的信 道状态特征量。利用这种有限比特反馈方式只需使用较少的开销，研究表明：采用这种方式进 行发射端优化，可以在较少开销下改善系统性能。针对这种模式，经过检索发现以下文献：