CN100479346C - 多用户多输入多输出系统中发送和接收数据的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种在包括连接到多个用户设备的基站的多用户多输入多输出(MIMO)系统中用于发送和接收数据的方法。在该方法中，每个用户设备分别使用线性接收方案和非线性接收方案计算信道容量信息，并将计算的信道容量信息反馈至基站。基站根据从用户设备反馈的信道容量信息分别使用至少两个不同的天线调度方案计算系统容量，并且使用从两个天线调度方案中选择的具有较高的系统容量的天线调度方案给用户设备分配天线。

Description

多用户多输入多输出系统中发送和接收数据的装置及方法

技术领域

本发明一般涉及一种在多用户多输入多输出(MIMO)系统中用于发送和接收数据的装置以及方法，具体地，涉及在多用户MIMO系统中用于发送和接收数据的装置和方法，在该MIMO系统中基站自适应地选择天线调度方案。

背景技术

现有的无线移动通信系统提供面向话音的业务并且主要依靠信道编码来克服低质信道。然而，由于对用户能够无论时间和地点地与任何人进行通信的高质量多媒体业务需求的增加，现有业务发展成面向数据的业务。因此，对用于以较低的误码率发送大量数据的下一代无线发送技术存在高的需要。特别是，以高速率在所需数据量很大的链路中发送数据是非常重要的。

对于下一代无线通信，推荐了各种天线系统。例如，MIMO系统，即，一个典型的天线系统，在不过度使用频带宽度的情况下通过所有发送天线增加谱效率。一般，根据发送机的发送结构和方案，MIMO被分类成空间-时间编码(STC)、分集、波束形成(BF)，和空间多路复用(SM)，所有的这些均提供高速率数据和可靠性。

当各种天线系统被用于发送端或接收端时，调度方案在确定多用户MIMO环境中的系统容量时起最重要因素的作用，在该多用户MIMO环境中不同的发送天线可以被同时分配用于特定用户的数据传输。由于蜂窝网络趋向于使用数目增加的发送/接收天线服务于数目增加的用户，因此调度算法在复杂的系统方案中起重要作用。

用户的发送天线调度方案包括各种资源(即，发送天线)分配方案。例如，所有的发送天线被分配给一个用户，或根据在发送天线和接收天线之间的链路情况，分配发送天线给不同的用户。

接收端用线性迫零(ZF)、最小均方误差(MMSE)、连续干扰取消(SIC)、规则的SIC、球解码、和最大似然估值法来实施，同时那些方案在性能上的改善不期望地增加了实施的复杂性。

因此，在无线通信系统中，根据MIMO系统的类型、调度方案的类型、和接收端的实施方法来确定最佳的系统容量。因此，其实施可以根据该系统的目的以不同的方式实现。

发明内容

本发明根据多用户MIMO系统中的接收端结构和用户数目自适应地实施一种天线调度方案。

本发明根据多用户MIMO系统中具有线性和非线性特征的接收端的用户数目自适应地实施一种天线调度方案。

根据本发明的一个方面，提供一种在包括连接到多个用户设备的基站的多用户多输入多输出(MIMO)系统中用于发送和接收数据的方法。在该方法中，每一个用户设备分别使用线性接收方案和非线性接收方案计算信道容量信息，并将计算的信道容量信息反馈至基站。基站根据从用户设备反馈的该信道容量信息，分别使用至少两个不同的天线调度方案计算系统容量，并且使用从两个天线调度方案当中选择的具有较高系统容量的天线调度方案为用户设备分配天线。

根据本发明的另一方面，提供一种在多用户多输入多输出(MIMO)系统中用于发送和接收数据的方法，其中，基站根据从位于它的覆盖范围内的终端接收的信道状态信息分配天线。该方法包括步骤：根据从所有终端接收的信道状态信息，使用至少两个接收方案计算总系统容量；在接收方案中选择具有较高的总系统容量的接收方案；使用与选择的接收方案相应的发送天线分配方案分配天线。

附图说明

本发明的上述及其他目的、特点和优点将由于下列结合附图的详细描述而变得更明白，其中：

图1是一个方框图，示出根据本发明的一个实施例的在多用户MIMO系统中发送和接收数据的装置；

图2是一个信令传输图，示出根据本发明的一个实施例的在多用户MIMO系统中发送和接收数据的方法；和

图3是一个图表，示出系统容量和天线调度方案之间的关系。

具体实施方式

现在将参照附图在下文详细描述本发明的优选实施例。在下面的描述中，对所包括的已知功能和结构的详细说明在这里为了简明而已省略。

图1是一个方框图，示出根据本发明的一个实施例的在多用户MIMO系统中用于发送和接收数据的装置。如图1中所示，在多用户MIMO系统中，每个小区包括一个基站10和多个用户设备(或终端)UE₁到UE_k。

基站10，其包括多个天线ANT#1到ANT#N，将信号S-UE₁到S-UE_k发送至与它们相关的用户设备UE₁到UE_k。本发明可以使用最大值链路方法(MaxLink Technique MLT)和独立通量方法(Independent Stream Technique IST)作为用于多用户设备的基站天线调度方案。更具体地说，MLT是一个用于将所有的发送天线分配到单个用户设备的方案，而IST是一个用于将发送天线分配到不同的用户设备的方案，其中每个用户设备可以被分配0个、1个、或多于一个的发送天线。

基站10从各个用户设备UE₁到UE_k接收反馈信息12用于调度发送天线ANT#1到ANT#N。接收的反馈信息12是在各个用户设备UE₁到UE_k中计算的有关信道容量的信息，并且，基站10使用反馈信息12和当前连接到基站10的用户设备UE₁到UE_k的数目选择一个能够实现最佳系统容量的天线调度方案。也就是说，根据当前连接到基站10的用户设备UE₁到UE_k的数目，基站10确定在用MLT方案分配发送天线ANT#1到ANT#N给用户设备UE₁到UE_k的操作与用IST方案分配发送天线ANT#1到ANT#N给用户设备UE₁到UE_k的操作中哪个操作在实现最佳系统容量上效率高，并且用为了最大化系统容量所选择的方案调度发送天线ANT#1到ANT#N。

每个用户设备UE₁到UE_k包括多个天线25和26，并且使用具有非线性特性的SIC 21和22以及具有线性特性的MMSE 23和24。因此，当从基站10接收到信号时，每个用户设备UE₁到UE_k分别地计算用于SIC方案21和22以及MMSE方案23和24的信道容量，并将相应的信息反馈到基站10。如果基站10用MLT方案分配发送天线ANT#1到ANT#N，每个用户设备UE₁到UE_k用SIC方案21和22接收数据。如果基站10用IST方案分配发送天线ANT#1到ANT#N，每个用户设备UE₁到UE_k用MMSE方案23和24接收数据。

因此，根据来自用户设备UE₁到UE_k的反馈信息12选择用于发送天线ANT#1到ANT#N的调度方案。然而，连接到基站10的用户设备UE₁到UE_k的数目可能会因为用户设备UE₁到UE_k的移动而变化。因此，基站10使用控制信号(例如，导频信号)从用户设备UE₁到UE_k连续地接收反馈信息12，该控制信号允许用户设备UE₁到UE_k连续地计算它们的信道容量信息并将计算的信道容量信息反馈到基站10。进一步的，基站根据接收的反馈信息12实时监视系统容量，并根据监视结果自适应地选择天线调度方案。例如，一个用户设备，其目前用MLT方案连接基站10的天线并且使用SIC接收方案执行通信，随后由于连接到基站10的用户设备数目的改变，该用户设备可以用IST方案连接到基站10的天线并使用MMSE接收方案执行通信。

图2是一个信令传输图，示出根据本发明的一个实施例的在多用户MIMO系统中用于发送和接收数据的方法。参照图2，在步骤S2，为了确定用于数据传输的天线调度方案，基站给用户设备发送一个控制信号，该控制信号使该用户设备连续地计算它们的信道容量信息并将计算的信道容量信息反馈给基站。

在步骤S4，每个用户设备使用SIC方案和MMSE方案接收控制信号，并根据控制信号计算信道容量。在这里，从第m个发送天线到第k个用户设备建立的信道的信噪比(SNR)被表示为γ_k，m，使用该信噪比值计算出的信道容量被表示为c_f(γ_k，m(t))。

在步骤S6，用户设备将用SIC接收方案和MMSE接收方案计算出的信道容量信息c_f(γ_k，m(t))反馈给基站。

在步骤S8，基站确定它将使用MLT方案还是IST方案调度天线。因此，基站使用从用户设备反馈的信道容量信息选择一个适于最大化系统容量的方案。

当使用MLT方案调度天线时，基站搜索第k个用户设备，其中用于所有m个发送天线的容量总和被最大化。当使用MLT方案调度天线时，系统容量可以由方程(1)表示。

$C_M\left(t\right)=\underset{k}{\max }\underset{m}{\mathrm{\Σ}}{c}_f\left({\mathrm{\γ}}_{k,m}\left(t\right)\right).........\left(1\right)$

当使用IST方案调度天线时，每个发送天线的容量应该被最大化。也就是说，当使用IST方案调度天线时，系统容量与各个发送天线的容量的总和相等，如同方程(2)表示的那样。

$C_I\left(t\right)=\underset{m}{\mathrm{\Σ}}\underset{k}{\max }{c}_f\left({\mathrm{\γ}}_{k,m}\left(t\right)\right).........\left(2\right)$

在步骤S10，在计算C_M(t)和C_I(t)之后，基站从C_M(t)值和C_I(t)值中选择一个较大值，使用相应于该选择值的方案给用户设备分配天线，并且将数据发送到用户设备，如同方程(3)表示的那样。

C_H(t)＝max{C_M(t)，C_I(t)}   .........(3)

所有上述过程在基站和用户设备之间周期性地执行。  因此，该基站可以主动地应对连接到该基站的用户设备数目的变化。

图3是一个图表，示出系统容量和天线调度方案之间的关系。如所示出的，系统容量随着用户设备数目的增加而增大，与调度方案的类型无关。然而，如果用户设备的数目超过一个预定值，就系统容量而言MLT方案优于IST方案。

总之，在本发明中，基站周期性地监视系统容量并根据用户设备数目的变化自适应地选择最佳天线调度方案。

如上所述，本发明在用线性MMSE接收方案和用IST天线调度方案实现的系统及用非线性SIC接收方案和MLT天线调度方案实现的系统之间比较系统容量，并根据比较结果选择具有较高系统容量的天线调度方案，由此提供一个可以实时根据连接到基站的用户设备的数目实现最佳系统容量的多用户MIMO系统。

虽然本发明已经参考其某些优选实施例被示出并描述，但本领域的技术人员可以理解，在不背离如所附的权利要求所定义的本发明的实质和范围的情况下，可以在形式和细节上做出不同的变化。

Claims (22)

1.一种在多用户多输入多输出MIMO系统中用于发送和接收数据的装置，该装置包括：

多个用户设备，用于分别使用线性接收方案和非线性接收方案计算信道容量信息，并反馈该信道容量信息；和

基站，用于接收从用户设备反馈的信道容量信息，根据信道容量信息分别使用至少两个不同的天线调度方案计算系统容量，并使用从至少两个天线调度方案中选择的具有最高系统容量的天线调度方案将天线分配给用户设备。

2.如权利要求1所述的装置，其中该至少两个不同的天线调度方案包括用于将基站的所有的发送天线分配到一个用户设备的最大值链路方法MLT方案，和用于将基站的发送天线分配到不同的用户设备的独立通量方法IST方案。

3.如权利要求2所述的装置，其中当相应的用户设备使用MLT方案连接到基站时，每个用户设备使用非线性接收方案接收数据，并且当相应的用户设备使用IST方案连接到基站时，每个用户设备使用线性接收方案接收数据。

4.如权利要求3所述的装置，其中非线性接收方案是连续干扰消除SIC接收方案。

5.如权利要求3所述的装置，其中线性接收方案是最小均方误差MMSE方案。

6.如权利要求1所述的装置，其中基站从用户设备周期性地接收信道容量信息，并且根据周期性地接收的信道容量信息重新选择至少两个天线调度方案中的一个。

7.一种在包括连接到多个用户设备的基站的多用户多输入多输出MIMO系统中用于发送和接收数据的方法，该方法包括步骤：

通过用户设备分别使用线性接收方案和非线性接收方案计算信道容量信息；

将计算的信道容量信息反馈给基站；

通过基站，根据从用户设备反馈的信道容量信息，分别使用至少两个不同的天线调度方案计算系统容量；以及

使用从至少两个天线调度方案中选择的具有最高系统容量的天线调度方案将天线分配到用户设备。

8.如权利要求7所述的方法，其中该至少两个不同的天线调度方案包括用于将基站的所有发送天线分配给一个用户设备的最大值链路方法MLT方案，和用于将基站的发送天线分配到不同的用户设备的独立通量方法IST方案。

9.如权利要求8所述的方法，其中当相应的用户设备使用MLT方案连接到基站时，每个用户设备使用非线性接收方案接收数据，并且当相应的用户设备使用IST方案连接到基站时，每个用户设备使用线性接收方案接收数据。

10.如权利要求9所述的方法，其中非线性接收方案是连续干扰消除SIC接收方案。

11.如权利要求9所述的方法，其中线性接收方案是最小均方误差MMSE方案。

12.如权利要求7所述的方法，其中基站从用户设备周期性地接收信道容量信息并且根据信道容量信息选择至少两个天线调度方案中的一个。

13.一种在多用户多输入多输出MIMO系统中用于发送和接收数据的方法，其中基站根据从位于基站覆盖区之内的终端接收的信道容量信息分配天线，该方法包括步骤：

根据从所有终端接收的信道容量信息使用至少两个天线调度方案分别计算总的系统容量，其中该接收的信道容量信息是使用线性接收方案和非线性接收方案计算的；

在天线调度方案之中选择具有最高的总系统容量的天线调度方案；以及使用所选择的天线调度方案分配天线。

14.如权利要求13所述的方法，其中该至少两个天线调度方案包括单个天线分配方案和集中天线分配方案。

15.如权利要求14所述的方法，其中单个天线分配方案在分布的基础上分配发送天线，以便每个终端的系统容量被最大化。

16.如权利要求14所述的方法，其中集中天线分配方案将所有发送天线分配到一个终端。

17.如权利要求14所述的方法，其中单个天线分配方案是独立通量方法IST方案并且集中天线分配方案是最大值链路方法MLT方案。

18.如权利要求14所述的方法，其中线性接收方案是最小均方误差MMSE方案。

19.如权利要求14所述的方法，其中非线性接收方案是连续干扰消除SIC方案。

20.如权利要求13所述的方法，其中天线调度方案包括MLT方案和IST方案。

21.如权利要求13所述的方法，其中线性接收方案是最小均方误差MMSE方案。

22.如权利要求13所述的方法，其中非线性接收方案是连续干扰消除SIC方案。

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