CN101383645A - 一种上行多用户设备虚拟多输入多输出的配对方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种上行多用户设备UE虚拟多输入多输出的配对方法，应用于每个UE在发送数据时使用1根发射天线，基站Node B使用2根接收天线接收数据的情况，Node B根据每个UE信道矩阵所对应的码本，对多个UE进行两两配对，使配对的两UE对应的码本列向量之间的内积为0。本发明提出的上行虚拟MIMO允许两个具有单发射天线的UE在相同的资源(包括时间、频带资源、扩频码等)上传输数据。这种使用方式可以降低正交系统的维数限制，同时能够增加上行容量和UE吞吐量。

Description

一种上行多用户设备虚拟多输入多输出的配对方法

技术领域

本发明涉及多输入多输出(MIMO，Multiple Input and Multiple Output)无线移动通信系统，尤其涉及一种应用于上行多用户设备(UE，UserEquipment)虚拟MIMO的配对方法。

背景技术

MIMO技术是针对多径无线信道来说的，是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，从而提高数据速率、减少误比特率，改善无线信号传送质量。MIMO无线移动通信系统由于其有效提高信道容量而成为LTE(长期演进，Long Term Evolution)的研究中一项倍受人们关注的技术。

使用预编码技术进行多数据流与天线之间的复用能够更加有效地利用现有信道资源，针对多UE使用的预编码方法的基本思想是发射端的发射机已知所有UE的信道信息，根据所有UE的信道信息，通过多UE信号分离算法对于多UE间的信号进行分离，消除UE之间的干扰，达到同时同频传输多UE信号的目的。但是对于上行链路来说，由于复杂度的限制，通常情况下UE作为发射机只能有一套功率放大等发射装置。也就是说，虽然UE是拥有多天线的，但是在发射时通常只会使用其中一个天线。如何使发射时仅使用一个天线的UE也能够应用MIMO技术，达到有效地利用现有信道资源的目的，是目前存在的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是提供一种上行多UE虚拟MIMO的配对方法，解决发射时仅使用一个天线的UE也能够应用MIMO技术，从而有效地利用现有信道资源的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种上行多用户设备UE虚拟多输入多输出的配对方法，应用于每个UE在发送数据时使用1根发射天线，基站Node B使用2根接收天线接收数据的情况，其特征在于，Node B根据每个UE信道矩阵所对应的码本，对多个UE进行两两配对，使配对的两UE对应的码本列向量之间的内积为0。

进一步地，所述方法包括如下步骤：

(1)Node B创建码本；

(2)Node B估计出每个UE的信道矩阵；

(3)Node B用每个UE的信道矩阵与最接近的码本相对应，得到每个UE信道矩阵所对应的码本；

(4)Node B对多个UE进行两两配对，使配对的两UE对应的码本列向量之间的内积为0。

进一步地，所述步骤(1)包括如下步骤：Node B设置码本中每个元素的幅度相等，对于每个元素的相位进行以π/2为间隔的量化，两个元素分别有4种取值：{1j-1-j}。

进一步地，所述Node B创建的码本为：

进一步地，所述步骤(3)中，Node B先对每个UE的信道矩阵进行以π/2为相位间隔的量化，再对比前面创建的码本，用每个UE的信道矩阵与最接近的码本相对应，得到每个UE信道矩阵所对应的码本。

进一步地，所述步骤(4)中，Node B对多个UE进行两两配对，设配对的UE分别为UE1和UE2，UE1的信道矩阵对应的码本为H₁＝[h₁₁ h₂₁]^T，UE2的信道矩阵对应的码本为H₂＝[h₁₂ h₂₂]^T，则 $\left[\begin{array}{cc}{h}_{11}& h_{21}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{h}_{12}^{*}\\ h_{22}^{*}\end{array}\right]=0.$

进一步地，所述步骤(4)中，Node B对多个UE进行两两配对，码本配对方式如下表，设配对的UE分别为UE1和UE2，UE1的信道矩阵所对应的码本序号如第1列所示，能够选择与UE1的码本进行配对的UE2的信道矩阵码本序号如第2列所示：

 

UE1的码本序号	UE2的码本序号
		1	3、8、9、14
2	4、5、10、15
		3	1、6、11、16
4	2、7、12、13
		5	2、7、12、13
6	3、8、9、14
		7	4、5、10、15
8	1、6、11、16

 

9	1、6、11、16
		10	2、7、12、13
11	3、8、9、14
		12	4、5、10、15
13	4、5、10、15
		14	1、6、11、16
15	2、7、12、13
		16	3、8、9、14

进一步地，所述步骤(4)执行之后，还执行：

(5)Node B为所述配对的UE分配相同的资源，Node B将每个UE所需占用的频带信息反馈给对应的UE；

(6)UE根据所需占用的频带信息进行数据发送。

进一步地，所述资源为时间、频带资源以及扩频码。

进一步地，所述步骤(5)中，Node B还将配对信息发送给各个UE。

本发明提出的上行虚拟MIMO(V-MIMO)允许两个具有单发射天线的UE在相同的资源(包括时间、频带资源、扩频码等)上传输数据。这种使用方式可以降低正交系统的维数限制，同时能够增加上行容量和UE吞吐量。

附图说明

图1是上行多UE虚拟MIMO方式示意图；

图2是本发明实施例的流程图。

具体实施方式

在本发明实施例中，NodeB需要在配对使用方式下调度和分配两个UE，虚拟MIMO中的两个UE需要利用正交导频来进行信道估计。

每个UE在发送数据时仅使用1根发射天线，基站(Node B)有2根接收天线(基站有多根天线，但本发明是针对Node B有2根接收天线的情况)，那么UE1与NodeB间的信道矩阵为H₁＝[h₁₁ h₂₁]^T，UE2与NodeB间的信道矩阵为H₂＝[h₁₂ h₂₂]^T(其中T指矩阵的转置)，如图1所示。

那么两个UE之间完全没有干扰的前提是：两个信道矩阵列向量之间的内积为0，即： $\left[\begin{array}{cc}{h}_{11}& h_{21}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{h}_{12}^{*}\\ h_{22}^{*}\end{array}\right]=0$ (其中*指矩阵的共轭)。当满足这个条件时，可以配对作为虚拟MIMO进行多UE同时发送的情况下两个UE之间没有干扰。将两个UE进行配对后形成新的信道矩阵为： $H=\left[\begin{array}{cc}{h}_{11}& h_{12}\\ h_{21}& h_{22}\end{array}\right].$

由于两UE之间完全没有干扰的条件过于苛刻，将约束条件放宽为近似等于0，即两个信道矩阵列向量之间的内积趋近于0：

$\min \left|\right|\left[\begin{array}{cc}{h}_{11}& h_{21}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{h}_{12}^{*}\\ h_{22}^{*}\end{array}\right]\left|\right|~0$

一个UE的信道矩阵只有两个元素，可以预先规定码本，每个UE的信道矩阵与最接近的码本相对应，利用码本代替信道矩阵，码本之间已经确定了符合上述无干扰条件的配对方式，从众多UE中挑选符合码本配对条件的进行配对即可。

在构建码本时，码本中每个元素的幅度相等，对于每个元素的相位进行以π/2为间隔的量化。两个元素分别有4种取值：{1j-1-j}，两个元素的码本就有16种情况。

码本如下表：

表1 信道矩阵对应的码本

根据前面的UE间没有干扰的条件，码本配对方式如下表，UE1的信道矩阵所对应的码本序号如第1列所示，能够选择与UE1的码本进行配对的UE2的信道矩阵码本序号如第2列所示。

 

UE1的码本序号	UE2的码本序号
		1	3、8、9、14
2	4、5、10、15
		3	1、6、11、16
4	2、7、12、13
		5	2、7、12、13
6	3、8、9、14
		7	4、5、10、15
8	1、6、11、16
		9	1、6、11、16
10	2、7、12、13

 

11	3、8、9、14
		12	4、5、10、15
13	4、5、10、15
		14	1、6、11、16
15	2、7、12、13
		16	3、8、9、14

表2 码本间配对关系

在实际应用中，Node B根据上述码本创建方式，先创建码本，然后根据每个UE的信道矩阵找到对应的码本，再根据配对方式对多个UE进行两两配对。具体实施步骤如图2所示：

步骤201，Node B创建码本；

创建码本的方式如前面所述，码本中每个元素的幅度相等，对于每个元素的相位进行以π/2为间隔的量化，两个元素分别有4种取值：{1j-1-j}，两个元素的码本有16种情况，如表1所示；

步骤202，Node B估计出每个UE的信道矩阵；

Node B估计出每个UE的信道矩阵的方法，目前有多种方式，如可以使用ML(最大似然)；MMSE(最小均方误差)以及其它信道估计方法。因为信道估计是现有技术，所以具体如何进行信道估计不再详细描述。

步骤203，Node B对于每个UE的信道矩阵进行以π/2为相位间隔的量化，对比前面创建的码本，用每个UE的信道矩阵与最接近的码本相对应，得到每个UE信道矩阵所对应的码本；

步骤204，Node B根据码本配对方法对于多个UE进行两两配对；

配对的方法是：使两个UE对应的码本列向量之间的内积为0。

假设UE1的信道矩阵对应的码本为H₁＝[h₁₁ h₂₁]^T，UE2的信道矩阵对应的码本为H₂＝[h₁₂ h₂₂]^T，若 $\left[\begin{array}{cc}{h}_{11}& h_{21}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{h}_{12}^{*}\\ h_{22}^{*}\end{array}\right]=0,$ 则可以将这两个UE配为一对。

步骤205，Node B为所述配对的UE分配相同的资源，所述资源包括时间、频带资源、扩频码等；Node B将每个UE所需占用的频带等信息反馈给UE；为了让UE获知所述频带还有哪个其它UE在发送数据，Node B还可以将配对信息发送给所述UE；

步骤206，UE根据所需占用的频带信息进行数据发送。

这样，两个具有单发射天线的UE在可以在相同的资源(包括时间、频带资源、扩频码等)上传输数据。这种使用方式可以降低正交系统的维数限制，同时能够增加上行容量和UE吞吐量。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，本发明的保护范围以权利要求为准。

Claims (10)

1.一种上行多用户设备UE虚拟多输入多输出的配对方法，应用于每个UE在发送数据时使用1根发射天线，基站Node B使用2根接收天线接收数据的情况，其特征在于，Node B根据每个UE信道矩阵所对应的码本，对多个UE进行两两配对，使配对的两UE对应的码本列向量之间的内积为0。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤:

(1)Node B创建码本；

(2)Node B估计出每个UE的信道矩阵；

(3)Node B用每个UE的信道矩阵与最接近的码本相对应，得到每个UE信道矩阵所对应的码本；

(4)Node B对多个UE进行两两配对，使配对的两UE对应的码本列向量之间的内积为0。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)包括如下步骤:Node B设置码本中每个元素的幅度相等，对于每个元素的相位进行以π/2为间隔的量化，两个元素分别有4种取值:{1 j -1 -j}。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述Node B创建的码本为:

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，NodeB先对每个UE的信道矩阵进行以π/2为相位间隔的量化，再对比前面创建的码本，用每个UE的信道矩阵与最接近的码本相对应，得到每个UE信道矩阵所对应的码本。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，NodeB对多个UE进行两两配对，设配对的UE分别为UE1和UE2，UE1的信道矩阵对应的码本为H₁＝[h₁₁ h₂₁]^T，UE2的信道矩阵对应的码本为H₂＝[h₁₂ h₂₂]^T，则 $\left[\begin{array}{cc}{h}_{11}& h_{21}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{h}_{12}^{*}\\ h_{22}^{*}\end{array}\right]=0.$

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，NodeB对多个UE进行两两配对，码本配对方式如下表，设配对的UE分别为UE1和UE2，UE1的信道矩阵所对应的码本序号如第1列所示，能够选择与UE1的码本进行配对的UE2的信道矩阵码本序号如第2列所示:

  UE1的码本序号 UE2的码本序号 1 3、8、9、14 2 4、5、10、15 3 1、6、11、16 4 2、7、12、13 5 2、7、12、13

  6 3、8、9、14 7 4、5、10、15 8 1、6、11、16 9 1、6、11、16 10 2、7、12、13 11 3、8、9、14 12 4、5、10、15 13 4、5、10、15 14 1、6、11、16 15 2、7、12、13 16 3、8、9、14 。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)执行之后，还执行:

(5)Node B为所述配对的UE分配相同的资源，Node B将每个UE所需占用的频带信息反馈给对应的UE；

(6)UE根据所需占用的频带信息进行数据发送。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述资源为时间、频带资源以及扩频码。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)中，NodeB还将配对信息发送给各个UE。

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