CN101095302A - 在无线通信多天线系统中选择重发格式的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在具有多个天线的无线通信系统中重发数据分组的方法。更具体地说，移动站(MS)从多种重发格式中确定重发格式，然后，通知利用其重发数据分组的确定的重发格式。

Description

在无线通信多天线系统中选择重发格式的方法

技术领域

本发明涉及一种向基站提供利用其重发数据分组的重发格式信息的方法，更具体地说，本发明涉及一种在无线通信多天线系统中选择重发格式的方法。

背景技术

最近几年，随着无线通信系统市场迅速发展和普及，用户要求各种多媒体服务。为了满足不断增长的需要，除了发送大量数据之外，还希望快速发送大量的数据。

有效提供各种多媒体服务意味着有效使用有限的频率资源。为此，可用方法之一是采用多输入多输出(MIMO)系统。

通常，在MIMO系统中，采用空间复用(SM)方案或者空时代码(STC)方案，利用三至四个天线发射数据(分组)。这些方案包括通过每个天线接收的数据格式的多种配置。

作为SM方案的例子，根据下面的等式，表示通过三个发射天线发射的数据(分组)的向量。

[等式1]

$\left[\begin{array}{c}{S}_{i+1}\\ S_{i+2}\\ S_{i+3}\end{array}\right]$

如果在发射该分组期间发生了错误，则发射端对通过每个发射天线发射的分组进行修改(通过改变向量的行)，且然后，重发修改的分组。下面的等式是示出改变该向量的行的例子。在此，在重发之前，第一天线和第二天线改变，并交换先前发射的分组。

[等式2]

$\left[\begin{array}{c}{-S}_{i+2}^{*}\\ S_{i+1}^{*}\\ S_{i+3}^{*}\end{array}\right]|$

这种类型的重发方案允许第一发射分组和重发分组获得空时发射分集(STTD)增益，因此，随之允许接收端获得较高的信噪比(SNR)增益。

除了SM方案，还可以采用STC方案。图1示出三天线系统中的STC矩阵的例子。在图1中，具有多个天线的基站(BS)利用STC方案实现发射分集增益。BS将该BS选择的或者使用的STC通知给移动站(MS)，以便该MS对该发射信号进行调制。换句话说，通过每个相应天线，将该STC矩阵的向量元发射到MS。

收到该STC矩阵后，该MS根据每个发射天线利用该STC矩阵确定BS发射信号，然后，根据确定的信号(信道状态)的质量从该STC矩阵中选择特定矩阵。然后，如图2所示，该MS利用MIMO相关的反馈值映射选择的STC矩阵到上行链路快速反馈信道上，以发射到BS，该上行链路快速反馈信道还被称为信道质量指示信道(CQICH)。

无论采用哪种发射方案发射数据分组，都存在一些问题。特别是，对于现有技术的分组重发方法，发射由每个具有两个天线的一对天线组最初发射的两个发送分组，以获得分集增益。然而，根据该信道状态，在接收该分组时，这种类型的固定对的方案并不始终适用。例如，简单地重发三天线系统中从重发分组的第三天线发射的信号。因此，第三天线信号继续承受深度衰减。此外，在发射或者重发时，如果选择STC矩阵，则使用上行链路快速反馈信道。这样，该反馈信道采用包括48个副载波的时隙，如果该副载波不用于容量，则该48个副载波可能浪费资源。

发明内容

因此，本发明涉及在无线通信多天线系统中选择重发格式的方法，该方法基本上克服了因为现有技术的局限性和缺点产生的一个或者多个问题。

本发明的目的是提供一种在具有多个天线的无线通信系统中重发数据分组的方法。

本发明的另一个目的是提供一种在至少具有3个天线的无线通信系统中重发数据分组的方法。

本发明的又一个目的是提供一种基站(BS)可以利用其重发数据分组的重发格式。

在下面的描述中将在某种程度上对本发明的其他优点、目的和特征进行说明，而且在某种程度上，通过研究下面的内容，本发明的其他优点、目的和特征对于本技术领域内的普通技术人员是显而易见的，或者通过实施本发明，可以得知本发明的其他优点、目的和特征。利用本发明的书面说明及其权利要求和附图特别指出的结构，可以实现和达到本发明的目的和其他优点。

为了实现本发明的这些目的和其他优点，而且根据本发明用途，正如在此所实现和广泛描述的那样，在具有多个天线的无线通信系统中重发数据分组的方法包括：移动站(MS)从多种重发格式中确定重发格式，然后通知利用其重发数据分组的确定的重发格式。

根据本发明的另一个方面，在具有至少三个天线的无线通信系统中重发数据分组的方法包括：移动站(MS)从多种重发格式中确定重发格式。在此，基于接收方案，通过选择处理确定重发格式。此外，然后，该MS通知利用其重发数据分组的确定的重发格式。

根据本发明的另一个方面，引入了一种在具有至少三个天线的无线通信系统中重发数据分组的方法。具体地说，基站(BS)将数据分组发射到移动站(MS)。此后，该BS接收重发格式信息。在此，根据接收方案，利用选择处理确定重发格式。最后，如果基站(BS)从MS收到否定确认(NACK)，则BS根据收到的重发格式信息重发数据分组。

显然，上面对本发明所做的一般说明和下面对本发明所做的详细说明是典型性的和说明性的，而且它们意在进一步解释所要求的本发明。

附图说明

所包括的附图有助于进一步理解本发明，而且附图引入本说明书、构成本说明书的一部分，它们示出本发明的(各)实施例，而且它与说明一起用于解释本发明原理。附图中：

图1示出三天线系统中的STC矩阵的例子；

图2示出MS利用MIMO相关反馈值将选择的STC矩阵映射到上行链路快速反馈信道上的例子；

图3是三天线系统中的信道矩阵的例子；

图4示出收到发射信号后接收端的工作；

图5是示出在三天线系统中重发的3个信号配置选项(A)至(C)的例子；

图6示出用于在四天线系统中进行重发的3个信号配置选项(A)至(C)的例子；

图7是示出将第一信号与第二(或者重发)信号组合在一起的向量矩阵(X＝MS+V)的例子；

图8示出MS检测每个天线的发射信号并选择优选的STC矩阵的例子；以及

图9是示出通过CQICH使用片段(0)、片段(1)、片段(2)、片段(3)、片段(4)以及片段(5)进行发射，而通过ACK/NACK信道仅使用片段(1)和片段(2)进行发射的例子。

具体实施方式

现在，将详细说明本发明的优选实施例，附图示出其例子。在所有附图中，只要可能，就利用同样的参考编号表示同样或者类似的部分。

通常，在三天线系统中，发射端利用3个天线发射分组(数据)，然后，接收端也利用3个天线接收从发射端发射的信号。图3是三天线系统中的信道矩阵的例子。在图3中，发射端与接收端之间的信道元被表示为h_ij(i,j＝1，...，3)。然后，如图3所示，表示该接收信号(x₁(i)-x₃(i))。在图3中，v_i+1-v_i+3表示加性白高斯噪声(AWGN)。

此外，图4示出收到该发射信号后接收端的操作。如图4所示，接收端对该接收信号进行解码，以检测数据分组(S10)。如果在解码操作期间，接收端发现错误(S11)，则该接收端请求发射端重发该数据分组。此时，接收端利用根据接收信号解码方法选择的适当选项来选择具有最佳SNR的一种重发格式。换句话说，该接收端选择天线重排配置(shuffling configuration)，然后，发射到发射端(S12，S13)。

将更详细说明图4所示的处理过程的操作。根据本发明，存在3种重发格式，而且每种重发格式分别包括具有STTD配置的两组天线对。图5是示出在三天线系统中重发的3个信号配置选项(A)至(C)的例子。对于图3所示的选项(A)至(C)，在两个天线重发该数据分组时，每个选项重新排列先前的发射信号，而其余天线发射最初发射的信号。

作为选择的，图6示出用于在四天线系统中进行重发的3个信号配置选项(A)至(C)的例子。

在本实施例中，采用具有至少3个天线的通信系统，可以利用诸如迫零(ZF)、最小均方误差(MMSE)以及V-BLAST的解码方案选择选项(A)至(C)的任意一个。在此，下面选择信号解码方法的原理是选择对应于最佳SNR的选项。

图7是示出将第一信号与第二(或者重发)信号组合在一起的向量矩阵(X＝MS+V)的例子。这里，X表示所有最初发射和重发。如果接收端利用ZF方案从该向量矩阵中解码信号S，则可以根据下面的等式表示解码信号

[等式3]

＝M^*X|

在等式3中，“+”表示伪逆。通过对该向量矩阵(X＝MS+V)的每侧应用M⁺，然后应用＝M^*X|，就可以获得等式4。

[等式4]

＝S+M⁺V|

参考等式4，为了使解码信号 的SNR被认为有效，噪声方差(噪声功率)M⁺的范数值(norm value)或者幅度应该小。此外，为了使M⁺的幅度小，M⁺(M₁-M₃)每行的范数值(|M₁|²或|M₂|²或|M₃|²)也必须小。

接收端首先确定作为信道矩阵的逆矩阵的M⁺的范数值(||²)。因为M⁺不是方形矩阵，所以该范数值的形式为 $M_k^{+}{M}_k^{+H}(=P_k{P}_k^H).$ 即，由信道矩阵的逆矩阵P_k与埃尔米特矩阵的逆矩阵P_k的乘积产生该范数值。

此外，接收端还从产生的积向量(P_kP_k ^H)的对角矩阵元确定M_k(k＝1，2，3)的最小和或者乘积。此后，该接收端将对应于M_k(k＝1，2，3)的确定的最小和或者乘积的选项(k)送到该发射端，如等式5所示。

[等式5]

$\mathrm{Optionk}=\underset{k}{\arg \min }\mathrm{Trace}\left(P_k{P}_k^H\right)\mathrm{or}\underset{k}{\arg \min }\mathrm{Deter}\min \mathrm{ant}\left(\mathrm{diag}\left(P_k{P}_k^H\right)\right)|$

其中， $P_K=M_k^{+}.$

在另一个实施例中，该接收端利用MMSE方案解码信号

随后，根据等式7表示该解码信号

[等式7]

$\hat{S}={(\mathrm{\αI}+M_k^H{M}_k)}^{-1}{M}_k^{H}X|$

如果利用P_k代替等式7中的(αI+M_k ^HM_k)^-1M_k ^H，然后，以等式4的形式组织，则可以获得等式8。

[等式8]

此外，如果因为较小P_k意味着小SNR而噪声方差(功率)P_k小，则认为该解码信号

是可以接受的。这样，如等式9所示，而且与ZF方案相同，接收端确定每个行P_k的范数值。换句话说，在将对应于确定的最小和或者积的选项(k)发送到该发射端之前，该接收端确定积向量(P_kP_k ^H)的对角矩阵元的最小和或者乘积M_k(k＝1，2，3)。

[等式9]

$\mathrm{Optionk}=\underset{k}{\arg \min }\mathrm{Trace}\left(P_k{P}_k^H\right)\mathrm{or}\underset{k}{\arg \min }\mathrm{Deter}\min \mathrm{ant}\left(\mathrm{diag}\left(P_k{P}_{k}H\right)\right)$

其中 $P_k={(\mathrm{\αI}+M_k^H{M}_k)}^{-1}{M}_k^H,$ 而

表示SNR。

在本发明的另一个实施例中，接收端利用V-BLAST方案重发数据分组。在V-BLAST方案中，解码具有最佳SNR的信号。最佳SNR指在所有信号中，该噪声方差(功率)最小。此外，最低噪声方差表示最高可靠性。然后，在解码剩余信号的同时，排除该解码信号。此外，在剩余信号中，解码具有最佳SNR或者最低噪声方差的信号。持续执行该过程，直到解码了所有信号。总而言之，首先解码具有最佳SNR或者最低噪声方差的信号，之后解码具有次最佳SNR或者次最低噪声方差的信号，而搁置第一解码信号，直到解码了所有信号。

在工作中，如果信道矩阵(M)的伪逆矩阵被定义为 $\mathrm{Gi}=M_k^{+}(i=1),$ 则该接收端确定该行是Gi矩阵的各行中具有最小范数值的行。例如，如等式10所示，假定具有最小范数值的行是m_i。

[等式10]

$m_i=\underset{\mathrm{j\α}\{m_1,m_2,...,m_{i--1}}{\arg \min }{\left|{\left(G_{k,i}\right)}_j\right|}^2$

在等式10中，因为(G)_j表示G矩阵的第j行，所以G矩阵的第m_i行的范数值是||(G_k.j)m_i||²，而且可以将该范数值表示为q_kj。

首先，如果确定了具有最小向量范数的第m_i行的值，则该接收端获取伪逆矩阵的G_k，j+1(i＝i+1)，以对下一个发射信号进行解码。通过消除对应于m_i的列(第m_i列)，可以获取值G_k，j+1。即，根据等式11，可以表示没有第m_i列的伪逆矩阵(全部第m_i列均为0)。

[等式11]

$G_{k,j+1}=\left(M_k\right)\frac{+}{m},$ 其中i＝i+1

在等式11中， 表示没有m₁，m₂，...，m_i列的矩阵M。

然后，接收端确定G_k，j+1各行中的最小向量范数以及该最小向量范数的值。此外，如上所述，该接收端重复执行列消除处理，以获取该伪逆矩阵(G)的范数值。

在等式12中，该接收端确定具有最小范数和或者范数积的M_k，然后，发射对应于确定的M_k的选项(k)。

[等式12]

$\mathrm{Optionk}=\underset{k}{\arg \min }\underset{i=1}{\overset{\mathrm{Hofcolumns}}{\mathrm{\Σ}}}{q}_{k,i}\mathrm{or}\underset{k}{\arg \min }\underset{i=1}{\overset{\mathrm{Hofcolumns}}{\mathrm{\Π}}}{q}_{k,i}$

此外，该发射端使用对应于从3种重发格式之一选择的选项(k)的重发格式，来重发该数据分组。

应用V-BLAST方案的准则并不局限于具有最佳SNR的信号。实际上，V-BLAST方案的最小化操作不仅仅可以应用于具有最佳SNR或者最小噪声方差的范数和或者范数积。该方案可以应用于最小化最低范数值。此时，该方案可以应用于最小化最高范数值。

例如，在三天线系统中，每个矩阵M_k(M₁，M₂，和M₃)存在3个范数值m_i。根据每个矩阵，存在具有最低噪声方差的范数值(M₁的A₁，M₂的C₂，以及M₃的B₃)，与此同时，存在具有最高噪声方差的范数值(M₁的A₂，M₂的C₃，以及M₃的B₁)。如上所述，根据这些值，可以将该范数值的积或者和降低到最小。即，min{(A₁+B₁+C₁)，(A₂+B₂+C₂)，(A₃+B₃+C₃)}和min{(A₁B₁C₁)，(A₂B₂C₂)，(A₃B₃C₃)}。此外，可以选择每个矩阵中具有最低噪声方差的范数值，以实现最小化。即，可以执行min(A₁，C₂，B₃)，以根据具有最低噪声方差的一组范数值获取最低噪声方差(功率)。作为选择的，可以选择每个矩阵中具有最高噪声方差的范数值实现最小化。即，可以执行min(A₂，C₃，B₁)，以根据具有最高噪声方差的一组范数值获取最低噪声方差(功率)。如上所述，可以扩展根据其应用最小化操作的准则，而且其并不局限于特定的范数值的积或者和。

作为选择的，在BS，接收利用其重发数据分组的该MS确定的重发格式。此后，该接收端相应地发射该数据分组，且与此同时，发射确认信号，以允许该MS知道利用什么格式重发该数据分组。如果该BS不像该MS请求的那样发射该数据分组，则这种确认信号有帮助。例如，如果通过确认信号，该BS发射该数据分组与提供的重发格式不同，则即使使用不希望的重发格式，该MS也可以进行相应解码，其中利用该确认信号的重发格式重发数据分组。

在本发明的另一个实施例中，该实施例涉及在三天线系统中选择和发射该BS使用的STC矩阵。在该实施例中，不通过上行链路快速反馈信道，而通过确认/否定确认(ACK/NACK)信道反馈MIMO相关反馈值或者STC矩阵选择值。

在工作中，具有多个天线的BS从图1所示的STC矩阵中选择STC矩阵，然后，将选择的STC矩阵通知BS。如图8所示，MS检测每个天线的发射信号，然后，选择优选的STC矩阵。然后，通过ACK/NACK信道，将该优选STC矩阵作为反馈发射到BS(S10-S12)。

通过利用该ACK/NACK信道，发射时使用的副载波减半。换句话说，该CQICH使用包括48个副载波的时隙发射选择的STC矩阵，而该ACK/NACK信道利用包括24个副载波的时隙发射选择的STC矩阵。

此外，如图9所示，通过CQICH进行的发射使用片段(0)、片段(1)、片段(2)、片段(3)、片段(4)以及片段(5)；而通过ACK/NACK信道进行的发射仅使用片段(1)和片段(2)。因此，根据反馈到MS的STC矩阵，BS将该数据发射或者重发到该MS。

工业应用

本技术领域内的技术人员明白，在不脱离本发明实质范围的情况下，根据本发明中，可以进行各种修改和变型。因此，本发明意在涵盖落入所附权利要求及其等同所述范围内的本发明的各种修改和变型。

Claims (28)

1.一种在具有多个天线的无线通信系统中重发数据分组的方法，该方法包括：

从多种重发格式中确定重发格式；以及

通知利用其重发该数据分组的确定的重发格式。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，该多个天线是至少三个天线。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，该重发格式与初始发射格式不同。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，该重发格式的至少两个信号使用的天线与初始发射格式的至少两个信号所使用的天线不同。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，该重发格式是基于接收方案通过用选择处理确定的。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，该接收方案是迫零(ZF)、最小均方误差(MMSE)或者垂直贝尔实验室分层空时(V-BLAST)。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，该选择处理包括生成对应于每个重发格式的信道矩阵。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，该选择处理进一步包括利用ZF方案、MMSE方案或者V-BLAST方案对每个信道矩阵取逆。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，该选择处理进一步包括从逆信道矩阵中选择具有最小准则值的重发格式。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，该准则值包括该逆信道矩阵的每行的范数的和或者积。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，该准则值包括该逆信道矩阵的每行的最大范数或者最小范数。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，该多种重发格式包括信号的不同排列，而且其中该重发格式的信号排列不同于初始发射格式的信号排列。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，该重发格式包括空时发射分集(STTD)。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，通过确认/否定确认(ACK/NACK)信道发射该确定的重发格式。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，利用媒体接入信道(MAC)报头、数据业务量或者信道质量指示信道(CQICH)发射确定的重发格式。

16.一种在具有至少三个天线的无线通信系统中重发数据分组的方法，该方法包括：

从多种重发格式中确定重发格式，其中基于接收方案，通过选择处理确定重发格式；以及

通知利用其重发数据分组的确定的重发格式。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，该重发格式与初始发射格式不同。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，该重发格式的至少两个信号使用的天线与初始发射格式的至少两个信号使用的天线不同。

19.根据权利要求16所述的方法，其中，该接收方案是迫零(ZF)、最小均方误差(MMSE)或者垂直贝尔实验室分层空时(V-BLAST)。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，该选择处理包括根据每个重发格式生成信道矩阵。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，该选择处理进一步包括利用ZF方案、MMSE方案或者V-BLAST方案，对每个信道矩阵取逆。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，该选择处理进一步包括从逆信道矩阵中选择具有最小准则值的最佳重发格式。

23.根据权利要求21所述的方法，其中，该准则值包括该逆信道矩阵的每行的范数的和或者积。

24.根据权利要求21所述的方法，其中，该准则值包括该逆信道矩阵的每行的最大范数或者最小范数。

25.根据权利要求16所述的方法，其中，该多种重发格式包括信号的不同排列，而且其中该重发格式的信号排列不同于初始发射格式的信号排列。

26.根据权利要求16所述的方法，其中，通过确认/否定确认(ACK/NACK)信道发射确定的重发格式。

27.一种在具有至少三个天线的无线通信系统中重发数据分组的方法，该方法包括：

将数据分组发射到移动站(MS)。

接收重发格式信息，其中基于接收方案，通过选择处理确定重发格式；以及

如果基站(BS)从MS收到否定确认(NACK)，则根据收到的重发格式信息重发该数据分组。

28.根据权利要求27所述的方法，进一步包括发射指示该BS发射的重发格式的确认信号。

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