多输入多输出移动通信系统中控制传输模式的装置和方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN200580019553.0	申请日：	2005.06.13
公开号：	CN1969473A	公开日：	2007.05.23
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	授权\|\|\|实质审查的生效\|\|\|公开
IPC分类号：	H04B7/06(2006.01)	主分类号：	H04B7/06
申请人：	三星电子株式会社;
发明人：	郑鸿实; 蔡赞秉; 金宰烈
地址：	韩国京畿道
优先权：	2004.06.14 KR 10－2004－0043402
专利代理机构：	北京市柳沈律师事务所	代理人：	黄小临;王志森
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内容摘要

本发明提供了一种在MIMO移动通信系统中控制传输模式的装置和方法。在MIMO移动通信系统中的接收器中，错误校验器校验在所接收的数据中的错误，并且输出错误校验结果；反馈部分根据所述错误校验结果而自适应地改变与信道状态相关联的阈值，并且通过比较所改变的阈值与测量的CQI(信道质量指示器)而确定传输模式，并且向发送器反馈传输模式信息。

权利要求书

1.  一种在多输入多输出(MIMO)移动通信系统中的接收器，包括：
错误校验器，用于校验在所接收的数据中的错误，并且输出错误校验结果；
反馈部分，用于根据所述错误校验结果而自适应地改变与信道状态相关联的阈值，并且通过比较所改变的阈值与测量的信道质量指示器(CQI)而确定传输模式，并且向发送器反馈传输模式信息。

2.  根据权利要求1的接收器，其中，所述错误校验结果是循环冗余码(CRC)校验结果。

3.  根据权利要求1的接收器，其中，所述CQI是信噪比(SNR)。

4.  根据权利要求1的接收器，其中，所述传输模式是编码方法、调制方案和天线传输方案中的至少一个。

5.  根据权利要求1的接收器，其中，所述反馈部分使用在严重失真信道环境下计算得到的阈值作为初始阈值，如果错误校验结果是确认(ACK)并且所述阈值小于预定参考值则非线性地降低现有的阈值，如果错误校验结果是ACK并且所述阈值大于或等于所述预定参考值则线性地降低现有的阈值，以及如果错误校验结果是否定(NACK)则将现有的阈值改变为初始阈值。

6.  根据权利要求1的接收器，其中，所述反馈部分使用在典型的信道环境下计算得到的阈值作为初始阈值，如果错误校验结果是ACK则线性地降低现有的阈值，以及如果错误校验结果是NACK则将现有的阈值改变为初始阈值。

7.  根据权利要求6的接收器，其中，如果错误校验结果是NACK，其中所述阈值大于或等于初始阈值，则反馈部分把现有的阈值提高预定值。

8.  根据权利要求1的接收器，其中，所述反馈部分使用在严重失真信道环境下计算得到的阈值作为初始阈值，如果当前的错误校验结果是ACK则非线性地降低现有的阈值，如前一个错误校验结果是ACK并且当前的错误校验结果是否定(NACK)则将现有的阈值改变为预定的第一值，如果前一个错误校验结果是NACK并且所述错误校验结果是另一个NACK则保持现有的阈值，如果连续NACK的数目是预定值或更多，则将现有的阈值改变为初始阈值，如果然后产生ACK，则线性地降低初始阈值，以及如果然后产生NACK则将初始阈值改变为预定的第二值。

9.  根据权利要求1的接收器，还包括：
解调器，用于通过解调所接收的调制码元来产生代码码元；以及
解码器，用于通过解码代码码元来恢复从发送器发送的数据。

10.  根据权利要求1的接收器，其中，所述反馈部分包括与SNR对吞吐量曲线相关联的数据库，根据错误校验结果来自适应地调整阈值，所述阈值将所述SNR对吞吐量曲线划分为多个区域，并且反馈关于与其中SNR测量落入的区域对应的传输模式的信息。

11.  一种在多输入多输出(MIMO)移动通信系统中的发送器，包括：
接收部分，用于从移动站(MS)接收信道质量指示器(CQI)和所发送数据的错误校验结果；以及
控制器，用于根据所述错误校验结果来自适应地改变与信道状态相关联的阈值，并且通过比较所改变的阈值与所接收的CQI而确定传输模式。

12.  根据权利要求11的发送器，其中，所述错误校验结果是循环冗余码(CRC)校验结果。

13.  根据权利要求11的发送器，其中，所述CQI是信噪比(SNR)。

14.  根据权利要求11的发送器，其中，所述传输模式是编码方法、调制方案和天线传输方案中的至少一个。

15.  根据权利要求11的发送器，其中，所述控制器使用在严重失真信道环境下计算得到的阈值作为初始阈值，如果错误校验结果是确认(ACK)并且所述阈值小于预定参考值则非线性地降低现有的阈值，如果错误校验结果是ACK并且所述阈值大于或等于所述预定参考值则线性地降低现有的阈值，以及如果错误校验结果是否定(NACK)则将现有的阈值改变为初始阈值。

16.  根据权利要求11的发送器，其中，所述控制器使用在典型的信道环境下计算得到的阈值作为初始阈值，如果错误校验结果是ACK则线性地降低现有的阈值，并且如果错误校验结果是NACK则将现有的阈值改变为初始阈值。

17.  根据权利要求16的发送器，其中，如果错误校验结果是NACK，其中所述阈值大于或等于初始阈值，则控制器将现有的阈值提高预定值。

18.  根据权利要求11的发送器，其中，所述控制器使用在严重失真信道环境下计算得到的阈值作为初始阈值，如果当前的错误校验结果是ACK则非线性地降低现有的阈值，如前一个错误校验结果是ACK并且当前的错误校验结果是否定(NACK)则将现有的阈值改变为预定的第一值，如果前一个错误校验结果是NACK并且所述错误校验结果是另一个NACK则保持现有的阈值，如果连续NACK的数目是预定值或更多，则将现有的阈值改变为初始阈值，如果然后产生ACK，则线性地降低初始阈值，以及如果然后产生NACK则将初始阈值改变为预定的第二值。

19.  根据权利要求11的发送器，还包括：
编码器，用于以预定的码率来编码传输数据；
调制器，用于以预定的调制方案来调制编码数据；以及
多传输模式部分，用于通过以预定的天线传输方案编码调制的数据而产生多个天线信号，
其中，所述控制器根据所确定的传输模式来控制码率、调制方案和天线传输方案中的至少一个。

20.  根据权利要求19的发送器，其中，所述天线传输方案是提供高数据率的空间复用(SM)、提供高分集增益的时空块编码(STBC)、作为SM和STBC的组合的混合方法中的一个。

21.  根据权利要求11的发送器，其中，所述控制器包括与SNR对吞吐量曲线相关联的数据库，根据错误校验结果来自适应地调整阈值，所述阈值将所述SNR对吞吐量曲线划分为多个区域，并且反馈关于与其中SNR测量落入的区域对应的传输模式的信息。

22.  一种移动通信系统，包括：
接收器，包括：错误校验器，用于校验在所接收的数据中的错误，并且输出错误校验结果；反馈部分，用于根据所述错误校验结果而自适应地改变与信道状态相关联的阈值，并且通过比较所改变的阈值与测量的信道质量指示器(CQI)而确定传输模式，并且向发送器反馈传输模式信息；
发送器，包括控制器，用于根据所述传输模式信息来控制编码方法、调制方案和天线传输方案中的至少一个。

23.  根据权利要求22的移动通信系统，其中，所述错误校验结果是循环冗余码(CRC)校验结果。

24.  根据权利要求22的移动通信系统，其中，所述CQI是信噪比(SNR)。

25.  根据权利要求22的移动通信系统，其中，所述发送器将提供高数据率的空间复用(SM)、提供高分集增益的时空块编码(STBC)、作为SM和STBC的组合的混合方法中的一个确定为天线传输方案。

26.  一种移动通信系统，包括：
接收器，包括：错误校验器，用于校验在所接收的数据中的错误，并且输出错误校验结果；以及反馈部分，用于向发送器反馈所测量的信道质量指示器(CQI)和错误校验结果；以及
发送器，包括控制器，用于根据所述错误校验结果来自适应地改变与信道状态相关联的阈值，以及通过比较所改变的阈值和所述CQI来确定传输模式。

27.  根据权利要求26的移动通信系统，其中，所述错误校验结果是循环冗余码(CRC)校验结果。

28.  根据权利要求26的移动通信系统，其中，所述CQI是信噪比(SNR)。

29.  根据权利要求28的移动通信系统，其中，所述发送器还包括：
编码器，用于以预定的码率来编码传输数据；
调制器，用于以预定的调制方案来调制编码数据；以及
多传输模式部分，用于通过以预定的天线传输方案编码调制的数据而产生多个天线信号，
其中，所述控制器根据所确定的传输模式来控制码率、调制方案和天线传输方案中的至少一个。

30.  根据权利要求29的移动通信系统，其中，所述天线传输方案是提供高数据率的空间复用(SM)、提供高分集增益的时空块编码(STBC)、作为SM和STBC的组合的混合方法中的一个。

31.  一种根据信道状态自适应地改变阈值的方法，将所述阈值与信道质量指示器(CQI)相比较以确定传输模式，包括步骤：
将在严重失真信道环境下计算得到的阈值设置为初始阈值；
如果在接收器处接收的帧的循环冗余码(CRC)校验结果是确认(ACK)，则将现有的阈值与预定的参考值相比较；
如果现有的阈值等于或者大于所述参考值，则非线性地降低现有的阈值；
如果现有的阈值小于所述参考值，则线性地降低现有的阈值；以及
如果所述CRC校验结果是否定(NACK)，则将现有的阈值改变为初始阈值。

32.  根据权利要求31的方法，其中，所述传输模式是编码方法、调制方案和天线传输方案中的至少一个。

33.  根据权利要求31的方法，其中，所述CQI是信噪比(SNR)。

34.  一种根据信道状态自适应地改变阈值的方法，将所述阈值与信道质量指示器(CQI)相比较以确定传输模式，包括步骤：
将在典型的信道环境中计算得到的阈值设置为初始阈值；
如果在接收器处接收的帧的循环冗余码(CRC)校验结果是确认(ACK)，则线性地降低现有的阈值；以及
如果CRC校验结果是否定(NACK)，则将现有的阈值改变为所述初始阈值。

35.  根据权利要求34的方法，还包括步骤：如果CRC校验结果是NACK，其中所述现有的阈值大于或等于初始阈值，则将现有的阈值提高预定值。

36.  根据权利要求34的方法，其中，所述传输模式是编码方法、调制方案和天线传输方案中的至少一个。

37.  根据权利要求34的方法，其中，所述CQI是信噪比(SNR)。

38.  一种根据信道状态自适应地改变阈值的方法，将所述阈值与信道质量指示器(CQI)相比较以确定传输模式，包括步骤：
将在严重失真信道环境下计算得到的阈值设置为初始阈值；
如果在接收器处接收的帧的循环冗余码(CRC)校验结果是确认(ACK)，则非线性地降低现有的阈值；
如果CRC校验结果是否定(NACK)，则确定前一个CRC校验结果是ACK还是NACK；
如果前一个CRC校验结果是ACK，则将现有的阈值增加到预定的第一值；
如果前一个CRC校验结果是NACK，则计数连续NACK的数目；
如果所述计数小于预定值，则保持现有的阈值，以及如果所述计数等于或大于所述预定值，则将现有的阈值改变为初始阈值；以及
如果随后是ACK，则线性地降低初始阈值，如果随后是NACK，则将初始阈值改变为预定的第二值。

39.  根据权利要求38的方法，其中，所述传输模式是编码方法、调制方案和天线传输方案中的至少一个。

40.  根据权利要求38的方法，其中，所述CQI是信噪比(SNR)。

41.  根据权利要求38的方法，还包括步骤：
通过解调所接收的调制码元来产生代码码元；并且
通过解码所述代码码元来恢复从发送器发送的数据。

42.  一种在多输入多输出(MIMO)移动通信系统中的接收器中的反馈方法，包括步骤：
在所接收的数据中校验错误，并且输出错误校验结果；
根据错误校验结果来自适应地改变与信道状态相关联的阈值；以及
通过将所改变的阈值与测量的信道质量指示器(CQI)相比较而确定传输模式，并且向发送器反馈传输模式信息。

43.  根据权利要求42的反馈方法，其中，错误校验结果是循环冗余码(CRC)校验结果。

44.  根据权利要求42的反馈方法，其中，所述CQI是信噪比(SNR)。

45.  根据权利要求42的反馈方法，其中，所述传输模式是编码方法、调制方案和天线传输方案的至少一个。

46.  根据权利要求42的反馈方法，其中，所述阈值改变步骤包括步骤：
将在严重失真信道环境下计算得到的阈值设置为初始阈值；
如果错误校验结果是确认(ACK)并且所述现有的阈值小于预定参考值，则非线性地降低现有的阈值；
如果所述现有的阈值大于或等于所述预定参考值，则线性地降低现有的阈值；并且
如果错误校验结果是否定(NACK)，则将现有的阈值改变为初始阈值。

47.  根据权利要求42的反馈方法，其中，所述阈值改变步骤包括步骤：
将在典型的信道环境下计算得到的阈值设置为初始阈值；
如果错误校验结果是ACK，则线性地降低现有的阈值；
如果错误校验结果是NACK，则将现有的阈值改变为初始阈值；并且
如果错误校验结果是NACK，其中现有的阈值大于或等于初始阈值，则将现有的阈值提高预定值。

48.  根据权利要求42的反馈方法，其中，所述阈值改变步骤包括步骤：
将在严重失真信道环境下计算得到的阈值设置为初始阈值；
如果所述错误校验结果是ACK，则非线性地降低现有的阈值；
如果所述错误校验结果是NACK，则确定前一个错误校验结果是ACK还是NACK；
如果前一个错误校验结果是ACK，则将现有的阈值提高到预定的第一值，并且如果前一个错误校验结果是NACK，则计数连续NACK的数目；
如果所述计数小于预定值，则保持现有的阈值，如果所述计数大于或等于所述预定值，则将现有的阈值改变为初始阈值；以及
如果随后是ACK，则线性地降低初始阈值，如果随后是NACK，则将初始阈值改变为预定的第二值。

49.  根据权利要求42的反馈方法，还包括步骤：通过解调所接收的调制码元来产生代码码元。

50.  根据权利要求42的反馈方法，其中，所述阈值将SNR对吞吐量曲线划分为多个区域，并且其中，所述反馈步骤包括步骤：向发送器反馈关于与其中SNR测量落入的区域对应的传输模式的信息。

51.  一种在多输入多输出(MIMO)移动通信系统中的发送方法，包括步骤：
从接收器接收信道质量指示器(CQI)和所发送数据的错误校验结果；
根据所述错误校验结果来自适应地改变与信道状态相关联的阈值，并且通过比较所改变的阈值与所接收的CQI来确定传输模式。

52.  根据权利要求51的发送方法，其中，所述错误校验结果是循环冗余码(CRC)校验结果。

53.  根据权利要求51的发送方法，其中，所述CQI是信噪比(SNR)。

54.  根据权利要求51的发送方法，其中，所述传输模式是编码方法、调制方案和天线传输方案中的至少一个。

55.  根据权利要求51的发送方法，其中，所述阈值改变步骤包括步骤：
将在严重失真信道环境下计算得到的阈值设置为初始阈值；
如果错误校验结果是确认(ACK)并且所述现有的阈值小于预定参考值，则非线性地降低现有的阈值；
如果所述现有的阈值大于或等于所述参考值，则线性地降低现有的阈值；以及
如果错误校验结果是否定(NACK)，则将现有的阈值改变为初始阈值。

56.  根据权利要求51的发送方法，其中，所述阈值改变步骤包括步骤：
将在典型的信道环境下计算得到的阈值设置为初始阈值；
如果错误校验结果是ACK，则线性地降低现有的阈值；
如果错误校验结果是NACK，则将现有的阈值改变为初始阈值；并且
如果错误校验结果是NACK，其中现有的阈值大于或等于初始阈值，则将现有的阈值提高预定值。

57.  根据权利要求51的发送方法，其中，所述阈值改变步骤包括步骤：
将在严重失真信道环境下计算得到的阈值设置为初始阈值；
如果所述错误校验结果是ACK，则非线性地降低现有的阈值；
如果所述错误校验结果是NACK，则确定前一个错误校验结果是ACK还是NACK；
如果前一个错误校验结果是ACK，则将现有的阈值提高到预定的第一值，以及如果前一个错误校验结果是NACK，则计数连续NACK的数目；
如果所述计数小于预定值，则保持现有的阈值，如果所述计数大于或等于所述预定值，则将现有的阈值改变为初始阈值；并且
如果随后是ACK，则线性地降低初始阈值，如果随后是NACK，则将初始阈值改变为预定的第二值。

58.  根据权利要求51的发送方法，还包括步骤：
根据所确定的传输模式来控制码率、调制方案和天线传输方案的至少一个；
以预定的码率来编码传输数据；
以预定的调制方案来调制编码数据；以及
通过以预定的天线传输方案编码调制的数据而产生多个天线信号，

59.  根据权利要求51的发送方法，其中，所述天线传输方案是提供高数据率的空间复用(SM)、提供高分集增益的时空块编码(STBC)、作为SM和STBC的组合的混合方法中的一个。

60.  根据权利要求51的发送方法，其中，所述阈值将SNR对吞吐量曲线划分为多个区域，并且其中，所述确定传输模式的步骤包括步骤：选择与其中SNR测量落入的区域对应的传输模式。

说明书

多输入多输出移动通信系统中控制传输模式的装置和方法
技术领域
本发明一般地涉及一种移动通信系统，具体上涉及一种发送/接收装置和方法，用于保证在多输入多输出(MIMO)移动通信系统中的高数据率和高可靠性。
背景技术
自适应调制和编码(AMC)被积极地研究以提高无线网络中的信道容量。AMC方案根据当前的信号质量或信道状态来调整调制方案和码率，同时在一个帧的发送期间保持发送功率不变，以提高数据率。例如，假定近处的移动台(MS)在从基站(BS)接收信号过程中具有小的错误概率。所述近处的MS使用高阶调制方案诸如其中四个比特形成一个信号的16进制正交调幅(16QAM)，以及高码率诸如3/4。当远程MS从BS接收具有高错误概率的信号时，远程MS使用低阶调制方案和低码率来无误地接收信号。
在AMC中，根据接收器处测量到的信噪比(SNR)属于SNR对吞吐量图(或曲线)中的哪个区域来相对于多个码率和调制方案而确定所使用的传输方案。但是，SNR对吞吐量图是从特定的衰落信道模型得出的，这意味着SNR对吞吐量图可能在改变的衰落环境中不可行。因此，存在对用于选择传输方案的新方法的需求。
通常，使用多个天线是出于两个目的：一个是提高数据可靠性，另一个是提高数据率。为了实现较高的可靠性和较高的数据率，在差的信道状态中采用数据可靠性提高方案，并且在良好的信道状态中采用数据率提高方案。显然，根据信道状态适应性使用多个天线方案导致数据率和数据可靠性的提高。
在本上下文中，组合传统的AMC方案和多个发送/接收天线方案已显现成为未来通信系统的重大议题。考虑服务于同一目的的AMC和多个天线方案，通过根据信道状态优化调制方案、码率和天线传输方案可以获得满意的数据率和可靠性。
采用多个天线的技术已经被研究以建立高速、可靠的通信系统，其以有限的无线资源最大化数据传输率，并且最小化错误率。这些技术被称作时空(space-time)处理。
时空处理被开发来处理在无线环境中遇到的问题，诸如信号丢失和意外信道状态劣化。随着其于二十世纪60年代的引入，聚束(beam-forming)算法现在是积极研究的领域，用于提高小区容量和在正向链路和反向链路上的天线增益。如所公知，由Tarokh等在1997年提出的时空编码(STC)获得了与发送和接收天线的数量的乘积成比例的分集(diversity)效果。
已经进行了相当大的努力来使用多个天线以用于提高数据传输率以及用于改善如上所述的接收性能。最著名的数据率提高方法之一是空间复用(spatial multiplexing，SM)。所述SM是通过不同的发送天线来发送不同的信息数据的方案。Telta等的研究结果显示：与单输入单输出(SISO)相比较，SM带来了与发送天线的数量一样多的在容量上的提高。所述容量提高对于高速数据传输系统是重要的。
STC旨在降低传输数据的错误率，以及SM用于最大化传输数据的数据率。达到这两个目的两者的一种方法是2层SM。例如，在四个发送天线通过分组而作为两个发送天线的系统中，可以连接对应于所述两个发送天线的两个STBC块。在这种情况下，比在使用四个天线的STBC方案中获得了更高的数据率，并且比在使用四个天线的SM方法中获得了更低的错误率。
如上所述，根据通信系统中的发送天线和接收天线的数量存在各种MIMO(多输入多输出)方案，因此，系统容量依赖于在所述各种天线组合中选择哪个用于数据发送/接收。
因此，需要开发一种用于在MIMO系统中根据衰落的信道环境来确定天线传输方案并且同时应用传统的AMC方案的方法。
发明内容
本发明的一个目的是实质地解决至少上述问题和/或缺点，并且提供至少下述的优点，因此，本发明的一个目的是提供一种在MIMO移动通信系统中根据信道状态来控制码率、调制方案和天线传输方案的装置和方法。
本发明的另一个目的是提供一种用于在MIMO移动通信系统中根据信道状态来改变确定传输模式的标准，并且根据改变的标准来控制码率、调制方案和天线传输方案的装置和方法
通过提供一种用于在MIMO移动通信系统中控制传输模式的装置和方法来实现上述的目的。根据本发明的一个方面，在MIMO移动通信系统中的接收器中，错误校验器校验在所接收的数据中的错误，并且输出错误校验结果。反馈部分根据所述错误校验结果而自适应地改变与信道状态相关联的阈值，并且通过比较所改变的阈值与测量的CQI(信道质量指示器)而确定传输模式，并且向发送器反馈传输模式信息。
根据本发明的另一个方面，在MIMO移动通信系统中的发送器中，接收部分从MS接收CQI和所发送数据的错误校验结果。控制器根据所述错误校验结果来自适应地改变与信道状态相关联的阈值，并且通过比较所改变的阈值与所接收的CQI而确定传输模式。
根据本发明的另一个方面，在一种根据信道状态来自适应地改变阈值的方法中，使用现有的阈值来与CQI相比较以确定传输模式，在严重失真信道环境下计算得到的阈值被设置为初始阈值。如果在接收器接收的帧的CRC(循环冗余码)校验结果是ACK，则将现有的阈值与预定的参考值相比较。如果现有的阈值等于或者大于所述参考值，则非线性地降低现有的阈值。如果现有的阈值小于所述参考值，则线性地降低现有的阈值。如果CRC校验结果是NACK，则现有的阈值被改变为初始阈值。
根据本发明的另一个方面，在根据信道状态而自适应地改变阈值的方法中，将所述阈值与CQI相比较以确定传输模式，在典型的信道环境中计算得到的阈值被设置为初始阈值。如果在接收器接收的帧的CRC校验结果是ACK，则线性地降低现有的阈值。如果CRC校验结果是NACK，则现有的阈值被改变为所述初始阈值。
根据本发明的另一个方面，在根据信道状态而自适应地改变阈值的方法中，将所述阈值与CQI相比较以确定传输模式，在严重失真信道环境下计算得到的阈值被设置为初始阈值。如果在接收器接收的帧的所述CRC校验结果是ACK，则非线性地降低现有的阈值。如果CRC校验结果是NACK，则确定前一个CRC校验结果是ACK还是NACK。如果前一个CRC校验结果是ACK，则现有的阈值被提高到预定的第一值。如果前一个CRC校验结果是NACK，则计数连续NACK的数目。如果所述计数小于预定值，则保持现有的阈值，如果所述计数等于或大于所述预定值，则将现有的阈值改变为初始阈值。如果随后是ACK，则线性地降低初始阈值，如果随后是NACK，则将初始阈值改变为预定的第二值。
根据本发明的另一个方面，在MIMO移动通信系统中的接收器中的反馈方法中，在所接收的数据中校验错误，并且输出错误校验结果。根据错误校验结果来自适应地改变与信道状态相关联的阈值。通过将所改变的阈值与测量的CQI相比较而确定传输模式，并且向发送器反馈传输模式信息。
根据本发明的另一个方面，在MIMO移动通信系统中的发送方法中，从接收器接收CQI和所发送数据的错误校验结果。根据错误校验结果来自适应地改变与信道状态相关联的阈值，并且通过比较所改变的阈值与所接收的CQI来确定传输模式。
附图说明
通过下面结合附图详细说明，本发明的上述和其他目的、特征和优点将会变得更加清楚，其中：
图1是根据本发明实施例的OFDM系统中的发送器的方框图；
图2、3、4是对图1中所图解的多传输模式部分的操作的图解表示；
图5是根据本发明实施例的OFDM系统中的接收器的方框图；
图6是图5中所图解的反馈部分的详细方框图；
图7是图解在图6中所图解的第一传输模式决定器中的阈值确定操作的流程图；
图8是图解根据本发明实施例的根据第一传输模式决定器的操作的在阈值上的改变的图；
图9是图解在图6的第二传输模式决定器中的阈值确定操作的流程图；
图10是图解根据本发明实施例的第二传输模式决定器中的阈值上的改变的图；
图11是图解在图6中所图解的第三传输模式决定器中的阈值确定操作的流程图；
图12是图解根据本发明实施例的第三传输模式决定器中的在阈值上的改变的图；以及
图13是根据本发明实施例的概念上的SNR对吞吐量图。
具体实施方式
下面参见附图说明本发明的优选实施例。在下面的说明中，不详细说明公知的功能或结构，因为它们将以不必要的细节混淆本发明。
本发明旨在提供一种方法，用于在MIMO移动通信系统中根据信道状态来改变确定传输模式的标准，并且根据所改变的标准来控制码率、调制方案和天线传输方案。
应当明白，在如下两种通信系统的语境下对本发明做出下述描述，一种通信系统具有带有4个发送天线的发送器和带有2个接收天线的接收器，另一通信系统具有带有4个发送天线的发送器和带有4个接收天线的接收器。但是，很清楚，存在除这里所述的方案之外的其他各种MIMO方案。
虽然本发明适用于频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)和正交频分复用(OFDM)系统中的任何一种，但是为了表示简单，将OFDM系统作为示例。
图1是根据本发明实施例的OFDM系统中的发送器的方框图。
参见图1，本发明的发送器100包括循环冗余码(CRC)产生器102、编码器104、调制器106、多传输模式部分108、控制器110、多个逆快速傅立叶变换(IFFT)处理器112、114、116、118、多个并行到串行(P/S)转换器120、122、124和126、多个射频(RF)处理器128、130、132和134以及多个发送天线136、138、140和142。
在运行中，控制器110根据从MS中的接收器接收的反馈信息(或者传输模式信息)来确定码率、调制方案和天线传输方案，并且相应地控制编码器104、调制器106和多传输模式部分108。
CRC产生器102产生针对输入的传输数据的CRC，并且将CRC附接到所述传输数据。编码器104在控制器110的控制下以预定的码率来编码被附接了CRC的数据，并且输出代码字。在此，用k来表示输入信息字的长度，并且用R表示由控制器110告诉编码器104的码率。因此，代码字的长度是n(＝k/R)。编码器104可以是传统的编码器、turbo编码器或LDPC(低密度奇偶校验)编码器。
调制器106在控制器110的控制下以预定的调制方案来调制编码的数据，具体上，调制器106根据控制器110告诉调制器106的调制方案(或者调制阶)的信号星座(constellation)来将输入数据映射到调制码元。调制器106支持二进制相移键控(BPSK)、四相移键控(QPSK)、8正交相移键控(8-PSK)和16QAM。在BPSK中，一个比特(s＝1)被映射到一个复信号(complex signal)，在QPSK中，两个比特(s＝2)被映射到一个复信号，在8PSK中，三个比特(s＝3)被映射到一个复信号，在16QAM中，4个比特(s＝4)被映射到一个复信号。
多传输模式部分108在控制器110的控制下以预定方法来编码调制码元，由此产生多个天线信号。这些天线信号分别被提供到它们的对应的IFFT处理器112-118。将在下面参见图2、3、4来更详细地说明多传输模式部分108的操作。
IFFT处理器112-118对所接收的数据进行IFFT处理。P/S(并行到串行)转换器120-126将从它们对应的IFFT处理器112-118接收的IFFT信号串行化。
RF处理器128-134将从它们对应的P/S转换器120-126接收的串行数据转换为模拟信号，RF处理所述模拟信号，并且将它们输出到它们对应的发送天线136-142。所述RF处理器128-134每个包括滤波器和前端单元。
发送天线136-142将所接收的信号辐射到空中。具体上，通过第一发送天线136来发送来自RF处理器128的RF信号，通过第二发送天线来发送来自RF处理器130的RF信号，通过第三发送天线140来发送来自RF处理器132的RF信号，通过第四发送天线142来发送来自RF处理器134的RF信号。
图2、3、4是对图1中所图解的多传输模式部分108的操作的图示。具体上，图2是在多传输模式部分108运行在时空块编码(space-time block coding，STBC)情况下的方框图，图3是在多传输模式部分108运行在2层空间复用(SM)的情况下的方框图，图4是在多传输模式部分108运行在SM的情况下的方框图。
参见图2，多传输模式部分108需要4x4STBC编码器202，用于STBC操作。4×4STBC编码器202以使得可以在四个时间间隔通过四个发送天线来发送四个调制码元的方式对从调制器106接收的调制码元编码。在OFDM系统中，形成一个天线信号的四个调制码元被映射到预定的四个副载波或被在两个时间周期中承载在预定的2个副载波上，而不是在四个时间周期中发送。
参见图3，对于2层SM，多传输模式部分108需要S/P(串行到并行)转换器206和两个2×2STBC编码器208和210。S/P转换器206将从图1中所图解的调制器106接收的串行调制码元并行化，并且向第一2×2STBC编码器208输出奇数编号的调制码元，并且向第二2×2STBC编码器210输出偶数编号的调制码元。2×2STBC编码器208和210编码输入码元，以便可以在两个时间周期中通过两个天线来发送两个输入码元。在OFDM系统中，形成一个天线信号的两个码元被映射到预定的两个副载波或被在两个时间周期中承载在预定的1个副载波上，而不是仅仅在2个时间周期中发送它们。
参见图4，对于SM操作，多传输模式部分108需要S/P转换器214。S/P转换器214将从图1的调制器106接收的串行调制码元并行化，并且向四个天线输出并行的调制码元，以便在一个时间周期中通过四个相应的天线来发送四个调制码元。
多传输模式部分108被配置使得支持上述三种天线发送方案。但是，所述天线发送方案仅仅是例证应用，多传输模式部分108不限于此。
对于4个发送天线，例如，所述三种天线发送方案具有下面的特点。
(表1)

STBC 2层SM SM 数据率 1 2 4 分集增益 4 2 无

从表1可以注意，STBC在数据率上最低，但是在分集增益上最高。另一方面，SM在数据率上最大，但是在分集增益上最低，因此，优选的是，诸如SM之类的较高速率的天线发送方案用于良好的信道状态，而诸如STBC之类的高分集天线方案用于差的信道状态。
现在，将说明作为发送器100的对方的接收器的配置。
图5是根据本发明的实施例的OFDM系统中的接收器的方框图。
参见图5，本发明的接收器包括多个接收天线300-302。多个RF处理器304-306、多个S/P转换器308-310、多个快速傅立叶变换(FFT)处理器312-314、时空处理器316、P/S(并行到串行)转换器318、解调器320、解码器322、CRC校验器324和反馈部分326。
在运行中，RF处理器304-306将通过接收天线300-302从发送器100的发送天线136-142接收的信号下变频(downconvert)为中频(IF)信号，然后转换为基带信号，并且将模拟基带信号转换为数字信号。
S/P转换器308-310并行化从它们对应的RF处理器304-306接收的串行数据。FFT处理器312-314FFT处理从它们对应的P/S转换器308-310接收的并行数据。
时空处理器316以对应于在发送器100中的多传输模式部分108的传输方案的预定方法来解码FFT信号，由此估计多传输模式部分108的输入信号。
P/S转换器318串行化从时空处理器316接收的并行数据。解调器320解调串行数据，由此估计被映射到调制码元的比特。
解码器322根据编码器104的操作来解码经解调的数据，并且向CRC校验器324输出包括CRC的信息字。即，解码器322确定被输入到编码器104的信息比特。
CRC校验器324根据预定数据单位——例如在帧的基础上——校验经解码的数据的CRC，以便确定是否经解码的数据与发送器100的输入数据相同。如果它们相同，则不产生CRC错误。如果它们不同，则发生CRC错误。CRC校验结果(确认：ACK或否定：NACK)被提供到反馈部分326。在没有CRC错误的情况下，输出经解码的数据。
反馈部分326根据CRC校验结果来确定要发送到发送器100的反馈信息(即传输模式信息)。所述传输模式信息用于确定AMC水平和/或天线传输方案。
图6是图5中所图解的反馈部分326的详细方框图。
参见图6，反馈部分326包括第一传输模式决定器400、第二传输模式决定器402、第三传输模式决定器404和传输模式选择器406。下面分别参见图7和8、9和10以及11和12来更详细地说明第一、第二和第三传输模式决定器400、402、404的操作。
在运行中，第一、第二和第三传输模式决定器400、402、404根据来自CRC校验器220的校验结果以不同方式信道自适应地(channel-adaptively)改变阈值，将所改变的阈值与作为信道质量指示器(CQI)测量的SNR相比较，并且根据比较结果来选定传输模式。如上所述，接收器使用SNR对吞吐量图来决定传输模式，所述SNR对吞吐量图图解在SNR测量和传输模式之间的映射关系。例如，通过参考SNR对吞吐量图，如果SNR测量小于预定阈值，则来选择第一传输模式，以及如果SNR测量大于预定阈值，则参见所述SNR对吞吐量图来选择第二传输模式。
SNR对吞吐量图(或阈值)被限于特定信道模型，因此在改变的衰落环境下可能不适当。因此，本发明特性地根据所接收的数据的CRC校验结果来改变阈值，并且根据所改变的阈值来决定传输模式。SNR对吞吐量图(或阈值)对于当前信道速率的适配使得更可靠地选定传输模式。因此，传输模式决定器400、402、404每个具有与预定的SNR对吞吐量曲线相关联的存储表，根据CRC校验结果来调整将所述曲线划分为多个区域的阈值，并且确定对应于SNR测量的曲线区域，由此确定传输模式。
传输模式选择器406选择第一、第二和第三传输模式决定器400、402、404之一，并且向发送器返回关于所选择的传输模式的信息。如上所述，所述传输模式信息包括编码方法、调制方案和天线传输模式中的至少一个。在实际的实现中，可以将三个传输模式决定器400、402、404的全部或至少一个提供到接收器。如果它具有多个传输模式决定器，则所述接收器通过在给定情况下选择传输模式决定器之一来确定传输模式。
图7是图解在第一传输模式决定器400中的阈值确定操作的流程图。
参见图7，第一传输模式决定器400在步骤500中将时间索引设置为1以开始通信。对于第一帧或反馈信息，第一传输模式决定器400根据在诸如AWGN(Additive White Noise，加性白噪声)信道环境之类的严重失真信道环境下计算得到的初始阈值TH_initial来确定传输模式。对于随后的帧，第一传输模式决定器400以下述方式来确定阈值，以便决定传输模式。
第一传输模式决定器400首先在步骤502校验从CRC校验器324接收的CRC校验结果。如果CRC校验结果是ACK，则第一传输模式决定器400在步骤504将预定参考值与现有的阈值TH_i-1相比较。如果现有的阈值TH_i-1等于或大于参考值(TH_i-1≥参考值)，则第一传输模式决定器400在步骤506非线性地计算新的阈值TH_i，并且进行到步骤514。具体上，第一传输模式决定器400从现有的阈值TH_i-1减去预定值Δ和时间索引i的乘积，由此产生新的阈值TH_i，如在方程(1)中所示：
TH_i＝TH_i-1-Δ×i                                      (1)
如果现有的阈值TH_i-1小于参考值(TH_i-1小于参考值)，则第一传输模式决定器400在步骤508通过下面的方程(2)来计算新的阈值TH_i，并且进行到步骤514。
TH_i＝TH_i-1-Δ                                         (2)
另一方面，在步骤S502的NACK的情况下，第一传输模式决定器400在步骤510将初始阈值TH_initial设置为新的阈值TH_i。第一传输模式决定器400在步骤512将时间索引i设置为0，并且进行到步骤514。因此，在方程(3)中：
TH_i＝TH_initial                                      (3)
在步骤514中，第一传输模式决定器400将时间索引i提高1，并且返回到步骤502。
图8是图解根据第一传输模式决定器400的操作的在阈值上的改变的图。
参见图8，通信使用在严重失真信道环境下获得的初始阈值来开始。然后，如果所接收的帧的CRC校验为ACK，则将现有的阈值降低预定值Δ和时间索引i的乘积。当连续的ACK将所述阈值降低到低于预定参考值时，所述阈值被降低预定值Δ。如果在这个操作其间产生NACK，则在上述的方法中，所述阈值返回到初始阈值，然后再一次降低。
图9是图解在第二传输模式决定器402中的阈值确定操作的流程图。第二传输模式决定器402以与第一传输模式决定器400不同的方式运行，所述不同点在于：直接线性地降低阈值，而没有非线性改变，这是因为假定了典型的信道环境。
参见图9，第二传输模式决定器402在步骤600将时间索引i设置为1以开始通信，对于第一反向链路帧或反馈信息，第二传输模式决定器402根据在通常信道上计算得到的初始阈值TH_initial来确定传输模式。对于随后的帧，第二传输模式决定器402如下确定阈值以选定传输模式。
第二传输模式决定器402首先在步骤602中校验从图5的CRC校验器324接收的CRC校验结果。如果CRC校验结果是ACK，则第二传输模式决定器402在步骤604中通过从现有的阈值TH_i-1减去预定值Δ而计算新的阈值TH_i，并且进行到步骤612。即，与第一传输模式决定器400相比较，第二传输模式决定器402直接地线性降低所述阈值。通过方程(4)来计算所述新的阈值TH_i：
TH_i＝TH_i-1-Δ                                      (4)
另一方面，在步骤602的NACK的情况下，第二传输模式决定器402在步骤606将现有的阈值TH_i-1与预定参考值相比较。如果现有的阈值TH_i-1小于所述参考值，则第二传输模式决定器402在步骤608将初始阈值TH_initial设置为新的阈值TH_i，并且进行到步骤612。因此，在方程(5)中：
TH_i＝TH_initial                                       (5)
如果现有的阈值TH_i-1等于或大于参考值，则第二传输模式决定器402在步骤610通过相加预定值Δ和现有的阈值TH_i-1而计算新的阈值TH_i，并且进行到步骤612。即，在方程(6)中：
TH_i＝TH_i-1+Δ                                        (6)
图10是图解根据第二传输模式决定器402的操作的在阈值上的改变的图。
参见图10，通信使用在典型的信道环境下获得的初始阈值来开始。换句话说，通信以低于第一传输模式决定器400的初始阈值的阈值开始，如果所接收的帧的CRC校验为ACK，则将现有的阈值降低预定值Δ。如果所接收的帧的CRC校验为NACK，则在上述的方法中，现有的阈值被返回到初始模型，然后再一次线性降低。由于采用通常信道环境，因此，与其中第一传输模式决定器400运行的信道环境相比较，第一CRC校验结果可能是NACK。因此，如果在现有的阈值等于或大于初始阈值的状态中发生NACK，则通过把预定值加到现有的阈值来计算新的阈值。
图11是图解在第三传输模式决定器404中的操作的流程图。第三传输模式决定器404组合第一和第二传输模式决定器400和402的操作。具体上，第三传输模式决定器404使用在严重失真信道环境下计算得到的阈值作为初始阈值。如果产生NACK，则第三传输模式决定器404将现有的阈值改变为预定值，而不返回到初始阈值。如果另一个NACK后随，则第三传输模式决定器404保持被改变的阈值。但是，如果产生m个连续的NACK，则第三传输模式决定器404返回到初始阈值，然后以与第二传输模式决定器402相同的方式运行。
参见图11，第三传输模式决定器404在步骤700将时间索引i设置为1，以开始通信，并且将其操作模式初始化为第一传输模式决定器400的操作(以下称为第一模式)。
在步骤702中，第三传输模式决定器404校验当前的操作模式。如果是第一模式，则第三传输模式决定器404在步骤704校验在图5中所图解的CRC校验器324的CRC校验结果。如果CRC校验结果是ACK，则第三传输模式决定器404在步骤706非线性地降低现有的阈值TH_i-1，并且进行到步骤722。具体上，控制器1255通过从现有的阈值TH_i-1减去预定值Δ和时间索引i的乘积而计算新的阈值TH_i。如方程(7)中所示：
TH_i＝TH_i-1-Δ×i                                   (7)
如果在步骤704中CRC校验结果是NACK，则第三传输模式决定器404在步骤708确定是否NACK是另一个，即是否前一个CRC校验结果是NACK。如果前一个CRC校验结果是ACK，则第三传输模式决定器404在步骤710将新的阈值TH_i设置为预定的第一值，并且进行到步骤722。例如，第一值可以在当前NACK之前的阈值。相反，如果前一个CRC校验结果是NACK，则第三传输模式决定器404在步骤712计数连续NACK的数目。如果所述计数小于m，则第三传输模式决定器404在步骤714保持现有的阈值TH_i-1，将时间索引i设置为0，并且进行到步骤922。即，如果连续NACK的数目小于预定值，则保持现有的阈值。因此，在方程(8)中：
TH_i＝TH_i-1                                          (8)
同时，如果在步骤712中所述计数是m或者更大，则第三传输模式决定器404在步骤718基于认为连续的NACK发生由差的信道条件信道，而将新的阈值TH_i设置为在最差信道环境下计算得到的初始阈值TH_initial。
在步骤720，第三传输模式决定器404转变到第二传输模式决定器402的操作模式(以下称为第二模式)，并且进行到步骤722。在步骤722，第三传输模式决定器404将时间索引i提高1，并且返回到步骤702。
如果在步骤702当前的操作模式是第二模式，则第三传输模式决定器404在步骤724校验CRC校验结果。如果所述CRC校验结果是ACK，则第三传输模式决定器404在步骤726将现有的阈值TH_i-1线性地降低，并且进行到步骤722。如果CRC校验结果是NACK，则第三传输模式决定器404在步骤728将新的阈值TH_i设置为预定的第二值，并且进行到步骤722。
图12是图解根据第三传输模式决定器404的操作的在阈值上的改变的图。
参见图12，通信使用在严重失真信道环境下获得的初始阈值开始，然后，如果所接收的帧的CRC校验是ACK，则以第一传输模式决定器400的方式来非线性地降低阈值。如果所接收的帧的CRC校验为NACK，则阈值被改变到预定的第一值。如果随后产生ACK，则非线性地降低所述阈值，并且如果产生m个连续的NACK，则将阈值改变到初始阈值。然后，以第二传输模式决定器402的方式来改变阈值。具体上，在ACK的情况下，线性地降低阈值，并且在NACK的情况下，将阈值改变到预定的第二值。
在上述实施例中的本发明的整体操作被总结如下。
发送器首先产生用于传输数据的CRC，编码和调制被附接了CRC的传输数据，并且以多传输模式部分108支持的多天线传输方案之一通过发送天线来发送所述调制数据。对于数据发送，发送器根据从接收器接收的反馈信息或传输模式信息确定码率、调制方案和天线传输方案。对于初始传输，使用预定的码率、调制方案和天线传输方案。
接收器恢复所接收的信号，并且对于所述信号执行CRC校验。如果CRC校验结果是ACK，则降低阈值以由此选择适合于更好的衰落情况的传输模式。如果CRC校验结果是NACK，则提高阈值以由此选择适合于更差衰落情况的传输模式。可以以上述三种方法来改变阈值。如上所述，所述阈值调整是将SNR对吞吐量图适配到当前的信道状态以决定传输模式的处理。
在上述的实施例中，接收器(MS)确定涉及码率、调制方案和天线传输方案的传输模式，并且向发送器(BS)反馈传输模式信息。可以进一步将下述方案当作一个替代实施例：接收器(MS)返回CQI和帧的CRC校验结果(ACK或NACK)，并且发送器(BS)根据反馈信息来确定传输模式。
根据本发明的替代实施例的发送器和接收器分别具有图1和5中图解的配置。但是，它们以与在如上所述的本发明的第一实施例中的发送器和接收器部分不同的方式来运行。
关于图5中图解的接收器，除反馈部分326之外的所有部件以与在第一实施例中相同的方式来运行。反馈部分326向发送器100反馈CRC校验器324的CRC校验结果和CQI，并且发送器100根据所述反馈信息来确定传输模式。
关于在图1中所图解的发送器，除了控制器110之外的所有部件以与在第一实施例中相同的方式来运行。控制器110根据反馈信息来改变SNR对吞吐量图，并且根据改变的图来确定传输模式。因此，控制器110包括具有在图6中所图解的配置的反馈部分，并且以在图7、9、11中图解的过程之一来确定传输模式。这些传输模式确定过程已经在前更详细地被说明，因此在此不再说明。
在本发明的所述替代实施例中的本发明的整体操作总结如下。
接收器首先对于从发送器接收的数据执行CRC校验，并且向发送器反馈CRC校验结果和CQI。
发送器产生用于传输数据的CRC，编码和调制被附接了CRC的传输数据，并且以多传输模式部分108支持的多天线传输方案之一通过发送天线来发送所述调制数据。对于数据发送，发送器根据从接收器接收的反馈信息或传输模式信息确定码率、调制方案和天线传输方案，并且以所确定的传输模式来发送数据，如果CRC校验结果是ACK，则对于SNR对吞吐量图降低阈值，以由此选择适合于更好的衰落情况的传输模式。如果CRC校验结果是NACK，则提高阈值以由此选择适合于更差衰落情况的传输模式。可以以上述三种方法来改变阈值。
图13是根据本发明实施例的用于确定传输模式的概念上的SNR对吞吐量图。在所图解的情况下，定义了四个传输模式。
参见图13，对于小于第一阈值TH1的SNR设置第一传输模式。在第一传输模式中，发送器以码率1/2、以QPSK和使用STBC方案来发送数据。对于在第一阈值TH1和第二阈值TH2之间的SNR设置第二传输模式。在第二传输模式中，发送器以码率3/4、以16QAM和使用2层SM来发送数据。对于在第二阈值TH2和第三阈值TH3之间的SNR设置第三传输模式。在第三传输模式中，发送器以码率6/7、以16QAM和使用2层SM来发送数据。对于在第三阈值TH3之上的SNR设置第四传输模式。在第四传输模式中，发送器以码率3/4、以64QAM和使用SM来发送数据。
如图13中所示，可以控制码率、调制方案和天线传输方案的全部。但是不必考虑所有这些参数。例如，在给定码率的情况下，仅仅控制调制方案和天线传输方案。
根据本发明实施例，根据CRC校验结果来改变阈值TH1、TH2和TH3，由此选择适合于当前的信道状态的传输模式。例如，如果CRC校验结果是NACK，则阈值TH1、TH2和TH3向右移位，以便可以选择用于差衰落环境的传输模式。相反，如果CRC校验结果是ACK，则阈值TH1、TH2和TH3向左移位，以便可以选择用于良好衰落环境的传输模式。
如上所述，本发明有益地使用多个码率和多个调制方案而最大化数据率。而且，具有最小错误概率的AMC方案被扩展到多天线方案，由此使得能够实现具有最大数据率和最小错误概率的更有效的通信系统。当根据信道环境来选择最佳的传输方法时，可以实现更可靠的通信系统。而且，基于实际衰落环境的更有效的传输模式决定器的设计使得能够实现有效的通信系统。
虽然已经参照特定的其优选实施例而示出和说明了本发明，但是它们仅仅是例证应用。例如，虽然在本发明的实施例中通过CRC(或帧错误校验：FEC)来校验帧错误，但是诸如奇偶校验之类的任何其他方法可用。而且，尽管在所述实施例中SNR被用作CQI来确定传输模式时，但是替代地可以使用Ec/Io或C/I。因此，本领域内的技术人员可以明白：在不脱离所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的各种改变。