CN101668331B - 分配无线电传输参数的方法和处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于使用信道反馈压缩为无线通信网络中的无线电传输分配参数的方法及其网元和无线通信网络，在该方法中针对在发射机(BS)的天线(A1，A2)与接收机(MS)的天线之间的至少一个连接(CH13-CH24)确定时域中的至少一个信道冲激响应，仅反馈与功率高于预定阈值的所述至少一个信道冲激响应的一个或者多个时间间隔有关的至少一个复系数，并且基于反馈的至少一个信道冲激响应将用于无线电传输的参数分配给所述至少一个连接(CH13-CH24)。

Description

分配无线电传输参数的方法和处理装置
技术领域
本发明涉及用于为无线电传输分配参数的方法、网元和无线通信网络。 
背景技术
在无线通信系统如第三代伙伴项目长期演进(3GPP LTE)或者全球微波接入互操作性(WIMAX)中，对例如在多输入多输出(MIMO)技术中应用的天线分集的使用提供了例如借助高频谱效率和分集来实现的高数据率。 
正交频分复用(OFDM)可以例如在宽带MIMO系统中用来将对频率有选择性的信道划分成窄带平坦衰落子信道集。这样的平坦衰落子信道可以例如使用于应用干扰协调的网络中以便实现高数据率。 
为了优化MIMO-OFDM系统，在发射机一侧需要与不同信道的幅度和相位有关的信息。这样的信息通常以信道状态信息(CSI)的形式从接收机反馈到发射机。在发射机一侧几乎所有MIMO算法需要信道状态信息(CSI)用于为无线电传输分配参数，例如用于选择适当天线权值或者调制和编码方案。 
一方面由于信道的频率选择性和时间演进以及因为针对发射机天线到接收机天线的每个链路都需要反馈而增加范围，所以这一CSI反馈变得很大从而浪费用于信令负荷的上行链路容量。 
根据现有技术的一种方式是针对每个导频符号反馈某一数量的位(例如16位)以获得用于每个信道的信道传递函数的复系数。因此，这一方式所需反馈的数量极大。 
另一标准方式是将信道转换到时域并且反馈信道冲激响应 (CIR)。这同样引起反馈所需的很大开销。 
根据其它现有技术解决方案，减少反馈的信道传递函数复系数的时间或者频率分辨率或者粒度。但是，准确度继而将有损失，这可能导致用于无线电传输的参数的不适当分配。 
根据现有技术的一种用于在MIMO-OFDM网络中减少反馈的方法使用矢量量化压缩来限制需要向发射机发送的反馈数据的大小以便优化MIMO-OFDM设备之间的通信。在有限状态矢量量化反馈中，针对子载波依次地选择最优预编码矩阵。在从某一大小的码本中选择第一预编码矩阵之后，根据在先判决按照每子载波从随时间变化的更小码本中选择后续预编码矩阵。例如在美国专利申请US2007/0297529A1中描述了这样一种用于减少反馈的方法。 
然而，这一方法借助按照每子载波减少码本的大小并且因此减少用于反馈最优预编码矩阵的位的数量而不是减少CSI反馈来减少反馈。如果在发射机一侧使用的MIMO算法除了关于最优预编码矩阵的信息之外还需要CSI信息，则除了向发射机发送关于最优预编码矩阵的信息之外还必须向发射机发送大量CSI反馈。 
因而对于所有上述用于信道反馈的方式，可以认为要么信息丢失要么所需反馈带宽过高。 
为了具有促成高数据率的高信道质量并且同时具有用于数据传输的足够上行链路容量，因此需要在有效信息损失小的情况下减少信道状态的反馈。 
发明内容
本发明的目的因此在于提出一种用于基于与从接收机反馈到发射机的信道状态有关的信息、在有效信息损失小的情况下使用所述信息的反馈压缩来为无线通信网络中的无线电传输分配参数的方法。 
这一目的通过根据本发明的用于为无线电传输分配参数的方法、根据本发明的网元和根据本发明的无线通信网络来实现。 
本发明的主要思想在于使用所谓Rake接收机的原理来压缩关于信道状态的信息的反馈。Rake接收机是一种设计成应对多径衰落效应的例如从码分多址(CDMA)中已知的纯接收机技术。根据本发明，Rake接收机的技术原理将用来压缩无线网络中的反馈，这是一种在全新上下文中的方法指导。 
根据本发明，针对在发射机的天线与接收机的天线之间的连接确定时域中的信道冲激响应，并且仅反馈与功率高于预定阈值的所述信道冲激响应的时间间隔有关的信道冲激响应复系数。基于反馈的信道冲激响应将用于无线电传输的参数分配给所述连接。 
可以从附属权利要求和以下描述中收集本发明的更多发展。 
附图说明
下文将参照附图进一步说明本发明。 
图1示意地示出了作为无线通信网络一部分的多天线基站和多天线移动终端，在该无线通信网络中可以实现根据本发明对压缩信道状态信息的上行链路反馈。 
图2示意地示出了根据用于数个信道的瞬时信道冲激响应来导出所谓长期Rake指峰(finger)和关联复系数。 
具体实施方式
本发明可以实施于其中的无线通信网络包括各种网元，如移动终端或者基站。 
图1示出了作为无线通信网络一部分的基站BS和移动终端MS作为例子。 
基站BS示例地包括适合于发送和接收无线电信号的两个天线A1和A2。 
基站BS包括对无线电传输进行利用的网络基站功能性，即基站提供使移动终端连接到所述网络并且所述移动终端借助无线电传输交换数据的可能性。 
另外，根据本发明的基站BS包括至少一个处理装置，该处理装置适合于针对在所述基站的天线与另一网元的天线之间的至少一个连接来接收与功率比预定阈值更高的至少一个信道冲激响应的一个或多个时间间隔有关的至少一个复系数，以及基于功率比预定阈值更高的至少一个信道冲激响应将资源分配给所述至少一个连接。 
移动终端MS示例地包括适合于发送和接收无线电信号的两个天线A3和A4。 
移动终端MS包括用于使用无线电传输在网络中发送和接收信号的移动终端功能。 
另外，根据本发明的移动终端MS包括至少一个处理装置，该处理装置适合于针对在另一网元的天线与移动终端MS的天线之间的至少一个连接来确定时域中的至少一个信道冲激响应、将所述至少一个信道冲激响应的功率与预定阈值进行比较、并且仅传输与功率高于所述预定阈值的所述至少一个信道冲激响应的一个或者多个时间间隔有关的至少一个复系数。 
移动终端MS的每个天线A3和A4借助在图1中由双箭头以符号表示的MIMO信道CH13-CH24来连接到每个基站BS。基站BS又连接到核心网络，为求简化在图1中未示出该核心网络。 
基站BS通过每个所述MIMO信道CH13-CH24在下行链路中发送数据和导频。主要下行链路传输在图1中由从基站BS到移动终端MS的虚线箭头表示。移动终端MS接收所述数据和导频并且优选地使用所述导频来进行信道估计，从而得到所谓的每天线间链路(即针对每个MIMO信道CH13-CH24)和每子载波信道传递函数(CTF)。 
借助在移动终端MS中进行的快速傅立叶逆变换(IFFT)可以将所述信道传递函数(CTF)从频域转换到时域，从而得到针对每个天线间链路的信道冲激响应(CIR)。 
在图2的第一行中，针对每个天线间链路、即针对每个MIMO信道CH13-CH24描绘信道冲激响应随时间变化的幅度。用于从发送天线l到接收天线m的某个MIMO信道的信道冲激响应可以根据以 下公式由信道冲激响应函数hl，m(t)表达： 
Figure G2009101463438D00051
在上述公式中，N是冲激数，τn是由编号n标明的冲激的时间延迟，而 
Figure G2009101463438D00052
代表由幅度ρl，m，n和相位 
Figure G2009101463438D00053
限定的第n个冲激的复系数。 
与在Rake接收机中进行的过程相似的在移动终端MS中进行的路径分布(profiling)过程用来标识信道冲激响应的最有效抽头、即功率最强的抽头。所述抽头在Rake接收机架构中称为指峰。 
在本发明的一个实施例中，每个单个的天线间链路的信道冲激响应的幅度按照时间来平均，并且将功率最强的抽头标识为指峰。 
通过使用低通滤波器(例如一阶无限冲激响应滤波器)按照时间并且按照所有天线间链路来平均信道冲激响应的绝对值(即幅度)从而实现根据图2中所示实施例的路径分布。 
优选地，在滤波过程中将所述低通滤波器与对既往和当前数据的重要性进行加权的某个遗忘因子一起应用。 
在本发明的一个实施例中，当对于一个时刻仅需要信道的一次实现时，省略低通滤波。 
所述按照时间或者天线间链路的平均得到一个信道冲激响应，该信道冲激响应不具有快速衰落分量并且被称为功率延迟分布。在图2中示出了按照时间和天线来平均的此类功率延迟分布、即信道冲激响应。 
在所述功率延迟分布中，可以将最强抽头分配给指峰。检测在某一如下阈值以下的所有抽头以免浪费用于有噪声的指峰的反馈资源，该阈值例如由噪声电平、干扰电平和某一裕度的组合或者由移动终端MS中的接收机的灵敏度限定。在图2中，阈值由虚线表示。 
优选地，在指峰分配中，保持所选指峰之间在OFDM采样率的范围内的某一最小距离。 
在本发明的一个实施例中，允许的指峰数目是用以微调反馈减少与复杂度之间权衡的参数。 
对于其中已经按照时间和天线来平均的信道冲激响应的幅度高于所述某一阈值的时间间隔、即对于指峰，针对每个天线间链路确定信道冲激响应的复系数。优选地，在确定所述时间间隔中的所述复系数之前针对每个天线间链路按照时间来平均信道冲激响应。换而言之，针对每个天线间链路根据瞬时信道冲激响应在分配指峰的延迟τ获得复系数。 
在图2的右下方针对每个天线间链路CH13-CH24随时间描绘所述指峰、即所述时间间隔中的信道冲激响应的复系数 
Figure G2009101463438D00061
的幅度。 
指峰的所述复系数 
Figure G2009101463438D00062
及其时间位置、即指峰的延迟τ优选地按照快速衰落粒度从移动终端MS反馈到基站BS，例如每毫秒或者更快地更新复系数 
Figure G2009101463438D00063
复系数 
Figure G2009101463438D00064
的更新间隔优选地与相应信道的相干时间匹配。对相干时间的确定例如基于对移动终端MS的速率的估计，该估计又用于对多普勒频率的确定。 
因此，反馈压缩效果来自于将信道冲激响应减少为指峰的信道冲激响应，其中仅包含最有效的多径传播分量。 
在一个优选实施例中，指峰延迟(即指峰的时间位置)和它们的功率或者按照时间或者天线链路来平均的信道冲激响应的幅度在长期基础上(例如以秒量级或者以数百毫秒量级)从移动终端MS反馈到基站BS，因为所述参数仅缓慢地衰落。取而代之，无论功率延迟分布中的有效改变何时出现都反馈指峰延迟。 
在另一优选实施例中，所述指峰的、即每个天线间链路的所述时间间隔中的信道冲激响应的复系数 
Figure G2009101463438D00065
由实幅度的时间平均值(即所述指峰的时间平均功率)和所述指峰的复系数 的比所述指峰的时间平均功率更快衰落的可变复数部分组成。与实幅度的所述时间平均值有关的信息从移动终端MS反馈到基站BS的频率低于所述指峰的复系数 
Figure G2009101463438D00067
的可变复数部分的反馈频率。 
因此，另一反馈压缩效果利用如下事实：所述指峰的延迟及其平均功率缓慢地改变、即按照缓慢衰落的时标改变，而报告与所述指峰的所述延迟有关的信息及其平均功率的频率低于所述指峰的复 系数 
Figure G2009101463438D00071
的可变复数部分的报告频率。 
优选地，用于反馈所述指峰的复系数 
Figure G2009101463438D00072
的可变复数部分的位的数量由于如下事实而减少：在长期基础上可用的指峰平均功率中已经包含复幅度信息的一部分。换而言之，用于反馈所述指峰的复系数 
Figure G2009101463438D00073
的可变复数部分的位的数量限于指示对实幅度的时间平均值相对于所述时间间隔中的所述指峰的复系数 
Figure G2009101463438D00074
而言的最大偏离的所需要的位的数量。 
因此，另一反馈压缩效果是基于如下事实：对所述指峰的复系数 
Figure G2009101463438D00075
的其余快速衰落可变复数部分的指峰示在位数上有所减少，因为在所述指峰的平均功率中已经包含平均动态范围。 
与从移动终端MS反馈到基站BS的信道冲激响应有关的信息由基站BS用来向在基站BS的天线A1、A2与移动终端的天线A3、A4之间的连接分配用于无线电传输的参数，例如天线权值、调制和编码方案或者传输功率。 
本发明在指峰的数目以及用于反馈指峰的平均功率和用于所述指峰的复系数 的位数方面可参数化。 
如上所述的反馈压缩节省了宝贵的反馈带宽以允许上行链路上的数据传输而不是信道冲激响应的反馈。由于本发明可升级和可参数化，所以它允许针对每个传输场合找到性能和反馈质量的最佳权衡。 
根据现有技术例如就当前5MHz LTE的16位分辨率而每秒反馈200000个导频而言对信道状态信息的完整反馈需要3.2Mbit/s的反馈带宽。 
使用10个指峰的根据本发明的基于Rake的反馈需要用于复系数的反馈带宽0.32Mbit/s加上用于传输指峰延迟和所述指峰的平均功率的例如范围为100位的少数长期位。 
因此对于这一例子，Rake压缩较现有技术的反馈而言将实现约10倍的优化。 
所需指峰的数量及其以位数为单位的对应分辨率依赖于传播 场合、因此有待研究。 
已经针对MIMO-OFDM系统描述了本发明，然而本发明的应用不限于这样的系统，因为它例如也适用于在基站BS与移动终端MS之间具有仅一个天线间链路的不适用分频作为原理的系统中。 
已经针对从移动终端MS到基站BS的信道冲激响应反馈这一情况描述了本发明。然而，本发明适用于为任一种网元之间、例如两个基站之间的无线电传输分配参数。 

Claims (10)

1.一种用于使用信道反馈压缩为无线通信网络中的无线电传输分配参数的方法，其特征在于，
针对在发射机(BS)的天线(A1，A2)与接收机(MS)的天线之间的至少一个连接(CH13-CH24)确定时域中的至少一个信道冲激响应；
仅反馈与功率高于预定阈值的所述至少一个信道冲激响应的一个或者多个时间间隔有关的至少一个复系数；以及
基于反馈的所述至少一个信道冲激响应将用于无线电传输的参数分配给所述至少一个连接(CH13-CH24)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述一个或者多个时间间隔中的所述至少一个复系数包括至少一个实幅度的至少一个时间平均值和至少一个可变复数部分，以及
与所述至少一个实幅度的所述至少一个时间平均值有关的信息的反馈频率低于关于所述至少一个可变复数部分的信息的反馈频率。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，用于反馈所述可变复数部分的位的数量限于指示所述至少一个实幅度的所述至少一个时间平均值相对于所述一个或者多个时间间隔中的所述至少一个复系数而言的最大偏离所需要的位的数量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一个或者多个时间间隔的至少一个延迟的反馈频率低于所述至少一个复系数的至少一个相位的反馈频率。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个信道冲激响应在与所述预定阈值做比较之前借助低通滤波器来滤波。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了确定所述一个或者多个时间间隔，所述至少一个信道冲激响应按照时间或者天线链路来平均。
7.一种处于网元(MS)中的处理装置，适合于进行信道反馈压缩以便为无线通信网络中的无线电传输分配参数，其特征在于，所述处理装置包括：
用于针对在另一网元(BS)的天线(A1，A2)与所述网元(MS)的天线(A3，A4)之间的至少一个连接(CH13-CH24)确定时域中的至少一个信道冲激响应的装置；
用于将所述至少一个信道冲激响应的功率与预定阈值进行比较的装置；以及
用于仅传输与功率高于所述预定阈值的所述至少一个信道冲激响应的一个或者多个时间间隔有关的至少一个复系数的装置。
8.根据权利要求7所述的处理装置，其特征在于，所述网元(MS)是移动终端。
9.一种处于网元(BS)中的处理装置，适合于利用信道反馈压缩为无线通信网络中的无线电传输进行参数分配，其特征在于，所述处理装置包括：
用于针对在所述网元(BS)的天线(A3，A4)与另一网元(MS)的天线(A1，A2)之间的至少一个连接(CH13-CH24)来接收与功率高于预定阈值的至少一个信道冲激响应的一个或者多个时间间隔有关的至少一个复系数的装置；以及
用于基于功率高于预定阈值的所述至少一个信道冲激响应将用于无线电传输的参数分配给所述至少一个连接(CH13-CH24)的装置。
10.根据权利要求9所述的处理装置，其特征在于，所述网元(BS)是基站。
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