CN101675601B - 一种用于在多输入多输出环境中通信的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在下行链路信道上从具有发射天线阵列的主站向次级站通信的方法，该方法包括以下步骤：在主站处，(a)配置下行链路信道，步骤(a)再细分为以下步骤：5(a2)为发射天线阵列中的每一个，计算在从主站向次级站的对应传送期间要应用的预编码；(a3)对该预编码应用可逆变换，从而确定在变换域中基本表示该预编码的预编码系数组；(a4)计算包括至少一个参数的参数组，该参数基本表示在步骤(a3)所获得的系数；(a5)通过信号向次级站传送该参数组；15(b)基本上按照步骤(a2)计算的预编码向次级站传送数据。

Description

一种用于在多输入多输出环境中通信的方法

技术领域

本发明涉及一种用于在网络内通信的方法。

背景技术

多输入多输出(MIMO)是用于下一代无线系统以提高通信链路的容量和健壮性的技术。MIMO技术基于通信链路中多个发射天线和多个接收天线的存在。MIMO技术的应用被预见到用于蜂窝通信、宽带无线接入以及无线局域网(WLAN)。若干个两个或更多发射天线在此也被称为发射天线阵列。

MIMO通信的好处通过从传播信道提供空间分集的天线阵列与能够适合于变化的多元信道的算法的结合来获得。

在未来移动系统中以及在通用移动通信系统的长期演进中(UMTSLTE)，多天线技术的使用将变得日益重要，以满足频谱效率的需求。通过在空间域针对单个用户或共享相同时间-频率资源块的多个用户复用多个码字，能够在下行链路传送中实现频谱效率的显著增益。这些使用多天线发送的复用增益的单用户或多用户MIMO方案有时被称作空分复用(SDM)和空分多址(SDMA)技术。SDMA方案使同一无线小区内的多个用户能够被容纳在同一频率或时隙中。这种技术的实现可以通过使用天线阵列来完成，该天线阵列能够借助于幅度和相位加权以及内部反馈控制来改变其时间、频率和空间响应。

波束形成是一种通过在所期望的通信目标(终端设备)的方向上相长地增加信号相位、并使非期望的或干扰的通信目标的模式减小到零、被用来创建天线阵列的辐射模式的方法。

在这样的背景下，波束形成矢量扮演着重要角色。为了阐明波束形成矢量的含义，在使用发送波束形成和接收组合的示例性单用户通信系统中，假定使用M个发射和N个接收天线来进行信号传送，该通信系统的输入输出关系由下式给出：

y＝z^HHwx+z^Hn

其中H是连接发送器和接收器的N×M信道矩阵，z是接收组合矢量，z^H是其厄密共轭转置，w是发送波束形成矢量，x是来自所选择星座的所传送的符号，n是加在接收器上的独立噪声。

目的是设计信号x以便其能够向用户有效地传递信息。

在针对SDM和SDMA技术的波束形成矢量的设计中，挑战之一是基站需要了解所有用户的信道和每个用户的接收天线。这将要求从用户向基站通过信号传送大量的反馈。

已经提出了一种解决方案，其通过引入少量可能的波束形成矩阵码本来减少这种信令信息。每个用户随后通过评估不同波束形成组合的信噪比(SINR)，应用贪婪程序从码本中选择一个或多个优选的波束形成矢量。这样，每个用户必须将优选的一个或多个矢量的一个或若干个索引分别加上一个或多个指示对应SINR的信道质量指示器(CQI)值通过信号传送。

基于码本的解决方案的一个问题是波束形成矢量未根据信道条件作联合优化。基站利用来自用户的反馈信息仅仅向报告最佳CQI值的用户组调度传送。

可替换地，如果基站能够实施波束形成器的自组网(ad-hoc)设计，这可实现小区吞吐量的显著增益。这例如在一些量化操作后用户报告所有信道系数的情况下是可能的。然而，这需要通过信号传送与每用户发射天线的数量M与接收天线的数量N间的乘积MN一样多的复值。

同样，基于信道量化和迫零波束形成来解决该问题的方案在申请人卷号为PH006732EP4的专利申请“Transform-DomainFeedbackSignallingforMIMOCommunication”中进行了描述。

另一种方法是PU2RC(每用户单速率控制)

图1描述了在应用了本发明的典型多用户下行链路MIMO方案中、在(B节点的)发送器和(UE的)接收器处执行的基本操作的框图。这里所描述的方法用于减少从B节点向所选择用于传送的每个UE通过信号传送预编码矩阵U所需要的比特数。

图1是在发送器和接收器处执行的下行链路多用户MIMO操作的框图。AMC框针对待传送的每个空间流执行调制和编码的适配。来自每个UE的反馈包括选择自矢量码本的PMI(预编码矩阵指示器)索引和CQI(信道质量指示器)实值，它是用于相关接收空间流的SINR估计。

来自B节点的反馈传递与形成预编码矩阵U的矢量有关的量化信息。该来自B节点的反馈是本发明的主题。

针对多用户MIMO系统的预编码(还被称为波束形成)有许多解决方案众所周知，其中针对传送给几个用户中的每个用户的流来计算预编码矢量。然而，期望能够向接收器指示在发送器处所使用的波束形成系数。原则上，为了最好的性能，每个用户应当知道其自身的系数以及用户们的系数。

文献EP1775857公开了一种用于在MIM0网络中发送/接收数据的方法。发送器计算发送(Tx)过滤器或接收(Rx)过滤器，选择与所计算的Tx过滤器或Rx过滤器相关的码本，并将所选择码本中的索引传送给接收器。

有必要向被调度用于传送的每个用户有效地通过信号传送预编码系数，以便他们能够针对他们想要的信号(例如从公共参考信号)得到适合的相位参考，并且还优选地能够优化接收器系数，可能会考虑来自打算发送给其它用户的信号的干扰。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于通过信号传送预编码矢量而不在信令信道上增加太多开销的有效方法。

为此目的，按照本发明，提出一种用于在下行链路信道上从具有发射天线阵列的主站向次级站通信的方法，在主站端，该方法包括以下步骤：

(a)配置下行链路信道，

步骤(a)再细分为以下步骤：

(a2)针对发射天线阵列的每个，计算在从主站向次级站的对应传送期间待应用的预编码；

(a3)对预编码应用可逆变换，从而确定在变换域中指示预编码的预编码系数组；

(a4)计算包括至少一个参数的参数组，该参数基本表示在步骤(a3)所获得的系数；

(a5)通过信号向次级站传送参数组；

(b)基本按照步骤(a2)计算的预编码向次级站传送数据。

本发明基于这种认识，即任何设计良好的波束形成器组可能具有低互相关(或者甚至接近正交状态)。这意味着主要需求是能够通过信号传送针对用于期望信号的波束形成器的系数。

因而，本发明的方法允许在发送器侧进行波束形成处理的高效信号传送，其基于在变换域中指示预编码的预编码系数组从发送器到接收器的传递。

此外，作为能够与本发明第一方面结合的本发明的另一方面，可以考虑下行链路信号传送本身。

为了构造最佳接收器，有必要了解基站针对所有被同时调度的用户所使用的预编码矢量。这使具有多接收天线的接收器能够得到用于其自身数据的相位参考，以及为抵制来自其它用户信号的干扰而计算组合系数。

然而，这导致非常大的下行链路信令开销。

按照本发明的这个方面，认识到上述下行链路信令最重要的目的(例如，在改善性能或总的吞吐量方面)是为接收器提供充分的信息以得到用于其自身数据的预编码矢量。通过利用用于其它用户的一些预编码矢量知识的干扰抑制，可以获得进一步的性能改善，但是这不是所述下行链路信令必须实现的主要目的。

因此，按照本发明的信令方面，所提供的属于用户自身数据的预编码矢量的信息量比所提供的属于其它同时使用的预编码矢量的信息量大。

前面所述的信息量例如在具有更好的分辨率、更频繁的更新速率、更细的频域粒度等方面可能更大。

本发明还涉及适于实现本发明第一方面的方法的基站。

本发明的这些方面以及其它方面将从以下所描述的实施例中看得更为清楚，并参考这些实施例进行阐述。

附图说明

现在将通过示例、参考附图更详细地描述本发明，其中：

-图1是描述在应用本发明的典型多用户下行链路MIMO方案中，在发送器(B节点)和(UE的)接收器处执行的基本操作的框图。

具体实施方式

本发明涉及一种从主站向次级站通信的方法，这种主站可以是基站或B节点，这种次级站可以是移动站或用户设备。

1)在一个实施例中，本发明应用于使用TDMA的蜂窝系统，无线信道假设是非色散式(即服从平衰落)，每个移动终端具有单个接收天线。每个基站具有多个发射天线(作为示例，假设4个发射天线)。从每个天线发送正交导频信号。应用频率重用以便每个小区使用与其邻居不同的频率。每个移动终端(或用户)被分配到由特定基站服务的小区。应用下面的过程：

·网络从服务于其小区的基站的每个发射天线接收来自移动终端的关于下行链路信道传递函数的测量结果。实际上，基站从每个次级站接收信道状态信息，该信息能够在信令信道上发送。该信息可以是优选的传送方向的估计，或者如在专利申请(申请人的卷号PH006732EP4)中所处理的。

·网络能够例如基于传递函数、以及待传送数据的可用性和优先级来选择每个小区所服务的移动终端。实际上，可以使用在前面步骤中获得的信道状态信息中包含的信息。该选择可依赖于若干标准。例如，可能基于从次级站接收的信道状态信息作出这种选择。而且，独自的或与前述标准结合，可依赖于待传送数据的优先级来作出选择。另一个示例是基于上面所讨论的标准选择第一站，然后选择信道特性与先选择的次级站没有高关联性的次级站。还有另一个可能性是选择次级站以获得最大的吞吐量。

·然后，例如使用迫零波束形成，为每个调度的用户计算预编码系数。这些系数不强制地与优选方向以及由次级站先前通过信号传送的其它信息相对应。实际上，这些系数可以与通过信号传送的系数不同，且基于主站的计算，但是该计算至少能够部分地借助于先前在基站接收到的相应信道状态信息来执行。

·执行例如线性和正交的可逆变换，像IDFT(离散傅里叶逆变换)，以便将预编码转变为变换域(像用于IDFT示例的角域)中的系数。这样，获得在变换域中指示预编码的预编码系数组。为了减少待传送数据的问题，这些系数可被量化。

·通过例如将系数值与查询表进行比较，可推导出索引。例如可以比较系数组的最大值来选择表，然后，在以下步骤中，其索引将被传送到所选择的次级站。

·发送标识预计将接收数据的用户、传送格式以及接收数据需要的任何其它信息的信息。这将包括表示或指示应用于每个用户的预编码系数的索引，如上面看到的。

·然后使用预编码系数和一些可用发射天线，数据被传送到每个所选用户。用于不同用户的数据可以同时发送。

利用4个发射天线，同时向高达4个用户发送是可能的。

可执行计算预编码的步骤，目的是获得最高可能的数据速率。

2)在不同于(1)的另一实施例中，蜂窝系统使用OFDM，无线信道被假设为色散的，但是在每个副载波内可被看作平坦的。让我们假设32个副载波。与第一实施例的其它不同如下：

·移动终端为每个副载波和每个发射天线进行下行链路传递函数的测量。

·最终的用户选择包括为每个用户分配副载波。

·副载波分配优选通过信号传送到移动终端。

原则上，利用4个发射天线和32个副载波，可同时向128个用户传送。然而，在实际系统中，这个数值可能低一些。

3)在不同于(1)的另一实施例中，本发明用于使用CDMA的蜂窝系统中(比如UMTS)。无线信道被假设为非色散的。通过不同的扰码来区分基站，从每个天线发送正交导频序列。与第一个实施例的其它不同如下：

·不同的信道化码可用于提供正交通信信道，但是信道传递函数不依赖于信道化码。

·最终选择的用户选择可包括对用户的信道化码分配。然而，这需要在调度原理的基础上完成，而不是由无线信道传递函数确定。

·用于不同用户的数据可以使用相同的信道化码。

利用4个发射天线，同时进行多至4×信道化码数目个传送是可能的。

4)在不同于(1)的另一实施例中，每个移动终端有两个天线。在这种情况下，可以向用户传送多达两个数据流。这样，发送器可通过信号向用户传送表示所传送波束中的每一个的两个预编码索引。

5)在不同于(1)的另一实施例中，系统使用TDD。在信道互易性的假定下，一个方向上的信道传递函数能够通过观察其它方向上传送的信号来确定。

通常，对于色散信道，在发送器处使用的预编码可作为频率的函数而变化(例如，不同矢量应用于频谱的不同部分)。在这种情况下，可以期望发送器能通过信号传送多于一个的不同预编码矢量。

除了基于IDFT的量化，可使用不同的矢量/标量量化技术。

在本发明信令方面的一个实施例中，利用不同的预编码，对多个用户同时进行传送，且所分配的用于向不同用户传送的时间-频率资源块可被不同地分组。在这种情况下，在用于其时间频率资源完全或部分与用户自身资源相重叠的其它所有用户的预编码这个方面，对每个用户提供完全的预编码信息将导致非常高的信令开销。通过传送减少的有关其它用户预编码的信息量，其可被设计成对于多于一个的其它用户是有效的。

应用领域

无线通信系统，尤其是移动和WLAN系统。特别是蜂窝系统，比如UMTS和UMTSLTE。

Claims (13)

1.一种用于在下行链路信道上从具有发射天线阵列的主站向次级站通信的方法，该方法包括以下步骤，在所述主站处，

（a）配置所述下行链路信道，

步骤（a）再细分为以下步骤：

（a2）为发射天线阵列中的每一个，计算在从主站向次级站的对应传送期间要应用的预编码；

（a3）通过对所述预编码应用可逆变换将预编码变换为变换域中的一组预编码系数，并且量化所述预编码系数；

（a4）计算包括至少一个参数的参数组，该参数表示在步骤（a3）所获得的一组预编码系数；

（a5）通过信号向次级站传送所述参数组；

（b）按照步骤（a2）计算的所述预编码向次级站传送数据。

2.如权利要求1的方法，还包括在步骤（a）前，在所述主站接收来自所述次级站的信道状态信息。

3.如权利要求2的方法，其中计算预编码的步骤（a2）至少部分地借助于相应的信道状态信息来执行。

4.如权利要求1或权利要求2的方法，其中执行计算预编码的步骤（a2）以最大化数据速率。

5.如权利要求1至3的任何一项的方法，还包括：在步骤（a）前，从多个次级站中选择所述次级站。

6.如权利要求5的方法，其中，对于每个次级站，至少部分地借助于相应信道质量的指示来执行所述选择。

7.如权利要求5的方法，其中，至少部分地借助于待传送到每个对应次级站的各数据的优先级的指示来执行所述选择。

8.如权利要求5的方法，其中，通过选择第一次级站，并选择信道特性与关联于所述第一次级站的信道特性没有高相关性的另外的次级站来执行所述选择。

9.如权利要求1至3的任何一项的方法，其中，执行所述选择以便总数据吞吐量最大化。

10.如权利要求1至3的任何一项的方法，其中，可逆变换是线性的和正交的。

11.如权利要求10的方法，其中，步骤（a3）包括将离散傅里叶逆变换应用到所述预编码。

12.如权利要求1至3的任何一项的方法，其中，步骤（a4）的参数组基于在步骤（a3）计算的系数组中具有最大量值的系数。

13.一种包括发射天线阵列用于在下行链路上与次级站通信的主站，还包括：

用于配置所述下行链路信道的配置装置，该配置装置包括：

用于为发射天线阵列中的每一个、计算在从主站向次级站的对应传送期间要应用的预编码的计算装置；

用于通过对所述预编码运用可逆变换将预编码变换为变换域中的一组预编码系数的变换装置；

用于量化所述预编码系数的量化装置；以及

用于计算包括至少一个参数的参数组的装置，该参数表示通过所述变换装置所获得的系数；以及

用于通过信号向次级站传送所述参数组的装置，以及

用于按照由所述计算装置计算的所述预编码向所述次级站传送数据的传送装置。