CN101686079A - 网络mimo系统及其信令处理方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种网络MIMO系统及其信令处理方法。该网络MIMO系统，包括：超蜂窝，包括多个基站；接收器，作为用户的用户装置，该接收器包括量化单元，预编码选择器和信道质量指示符计算器，量化单元基于预定码本将信道状态信息量化为该码本中的元素t，预编码选择器计算该码本中的元素t的索引作为预编码矩阵索引，CQI计算器计算信道质量指示符，用户装置将计算的预编码矩阵索引和信道质量指示符发送给所述多个基站，其中，该码本中的元素t由下式表示：t＝Q·diag{w_i}·u_j，其中，wi是基站之间的码本中的元素，用p×r矩阵来表示，p是用户装置k找到的强链路的基站的数量，u和Q见上式，L_i→k表示从基站i到用户装置k的大规模衰减。

Description

网络MIMO系统及其信令处理方法

技术领域

本发明涉及一种无线通信系统中的网络MIMO系统，更具体地讲，涉及一种无线通信系统中的网络MIMO系统及其码本设计方法和控制信令处理方法。

背景技术

网络MIMO是在3GPP先进LTE(LET-Adanced)中激烈讨论的新的蜂窝结构。这种技术需要从UE(用户装置)反馈的精确的信道状态信息。基于码本的信道状态信息反馈对于FDD(频分复用)系统是非常有效的。存在关于SU(单用户)MIMO和MU(多用户)MIMO的码本设计。然而，共站(co-site)被假设用于在公开文献中的SU MIMO和MU MIMO码本设计。对于网络MIMO，基站空间分离(例如100米)，这引起了对码本设计的新的技术需求。现有的SUMIMO和MU MIMO码本设计方法不能直接用于网络MIMO码本设计，这是因为共站假设被破坏。

发明内容

本发明提出一种用于网络MIMO的码本及其信令设计方法。文献中的SU MIMO和MU MIMO码本设计的例子可被再次用作新设计方法中的部分。

根据本发明的一方面，提供一种网络MIMO系统，包括：超蜂窝，包括多个基站；接收器，作为用户的用户装置，该接收器包括量化单元，预编码选择器和信道质量指示符计算器，量化单元基于预定码本将信道状态信息量化为该码本中的元素t，预编码选择器计算该码本中的元素t的索引作为预编码矩阵索引，CQI计算器计算信道质量指示符，用户装置将计算的预编码矩阵索引和信道质量指示符发送给所述多个基站，其中，该码本中的元素t由下式表示：t＝Q·diag{w_i}·u_j，其中，wi是基站之间的码本中的元素，用p×r矩阵来表示，p是用户装置k找到的强链路的基站的数量，

$u={[{\left(v_x^{\left(1\right)}\right)}^T...{\left(v_y^{\left(i\right)}\right)}^T...{\left(v_z^{\left(p\right)}\right)}^T]}^T,x\∈[1,2^{B\left(1\right)}],y\∈[1,2^{B\left(i\right)}],z\∈\left[{\mathrm{1,2}}^{B\left(p\right)}\right],$

$Q=\mathrm{diag}\{1,...,\sqrt{L_{1\→k}/L_{i\→k}},...\sqrt{L_{1\→k}/L_{r\→k}}\},$ L_i→k表示从基站i到用户装置k的大规模衰减。

根据本发明的另一方面，提供一种用于网络MIMO系统的控制信令处理方法，包括：用户装置k通过从用户装置k到最强链路的基站的上行控制信道报告信道质量指示符和预编码矩阵索引；用户装置k向除了最强链路的基站之外的2～p范围内的基站反馈预编码矩阵索引；通过高层信令同步用户装置k和站1～p之间的L_1→k，…，L_1→k，…，L_p→k。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的将会变得更加清楚，其中：

图1是示出根据本发明示例性实施例的网络MIMO系统的示意图。

图2是示出根据本发明示例性实施例的的用户装置的反馈部分的框图。

具体实施方式

图1是示出根据本发明示例性实施例的网络MIMO系统的示意图。

如图1所示，基站1-基站7通过有线(例如光纤)或无线方式形成超蜂窝1，基站8-基站15通过有线或无线方式形成超蜂窝2。如图1所示，各个超蜂窝包括多个基站，并联合进行多个基站的资源调度、波束成形以及上下行信令控制等。各个UE(例如，图1中的UE1-UE14)向各个基站反馈用户信道信息以及资源申请等信令。

各超蜂窝内的站i(即，基站i)的码本由具有2^B(i)大小的M_i×r(每列向量是单位常模)的矩阵构成，其中，M_i表示站i的天线的数量(例如，基站1的天线的数量是2，而基站9的天线的数量是1)，r表示秩(rank)(在3GPP LET中，对于MU-MIMO模式，r设置为1，对于SU-MIMO模式，r的范围是从1到min(M_i，N_k)，其中，N_k表示UE k的天线的数量，UE k可以是UE1-UE14中的任意一个)。下面的等式(1)表示站i的码本：

$C^{\left(i\right)}\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\{v_1^{\left(i\right)},v_2^{\left(i\right)},...,v_{2^{B\left(i\right)}}^{\left(i\right)}\}---\left(1\right)$

UE k测量来自不同站的信道，并找到p个强链路(站)。UE k通过导频信号强度按照从强到弱对站进行排序，例如，1，...i，...，p。L_i→k表示从站i到UE k的大规模衰减(路径损耗和屏蔽效应)，可由UE来测量该大规模衰减。网络MIMO码本设计过程所列如下：

下面的等式(2)表示各个站的码本的集合：

$C^{\left(1\right)},...,C^{\left(i\right)},...,C^{\left(p\right)}\→C_C\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\{u_1,u_2,...,u_{2^{\mathrm{\ΣB}\left(i\right)}}\}---\left(2\right)$

其中，C_C中的任何元素可表示为：

$u={[{\left(v_x^{\left(1\right)}\right)}^T...{\left(v_y^{\left(i\right)}\right)}^T...{\left(v_z^{\left(p\right)}\right)}^T]}^T,x\∈[1,2^{B\left(1\right)}],y\∈[1,2^{B\left(i\right)}],z\∈\left[{\mathrm{1,2}}^{B\left(p\right)}\right]---\left(3\right)$

下面的等式(4)表示多个站之间的码本D：

$D\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\{w_1,w_2,...,w_{2^B}\}---\left(4\right)$

其中，码本D中的元素是p×r矩阵，每列向量是单位常模。优选的是，码本D遵照以下标准来设计：1)恒模2)最大化秩r的Chordal距离。

优选的是对根据以上标准设计的码本D进行对角化和加权，即通过以下等式(5)的运算来得到码本E：

$E\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\{Q\·\mathrm{diag}\left(w_1\right),Q\·\mathrm{diag}\left(w_2\right),...,Q\·\mathrm{diag}\left(w_{2^B}\right)\}---\left(5\right)$

其中， $Q=\mathrm{diag}\{1,...,\sqrt{L_{1\→k}/L_{i\→k}},...\sqrt{L_{1\→k}/L_{r\→k}}\}$

最后得到最终的网络MIMO码本F，其中，下面的等式(6)表示码本F的一个元素t：

t＝Q·diag{w_i}·u_j                  (6)

下面描述网络MIMO码本的控制信令处理方法。

首先，UE k通过从UE k到站1(站1是UE k的最强链路)的上行控制信道报告CQI(信道质量指示符)和PMI(码本C⁽¹⁾中的预编码矩阵索引)。

然后，UE k向2～p范围内的站i(i＞1)反馈PMI，具体地讲，UE k通过从UE k到站i的上行控制信道报告从UE k到站i的PMI(即，码本C⁽ⁱ⁾中的预编码矩阵索引)。此时，由码本D中的PMI替换为CQI预留的比特来发送PMI。PMI位被等分，并经过p-1个上行链路控制信道(UE k→站2，...UE k→站i，UE k→站p)被发送。

最后，通过高层信令(RRC)UE k和站1～p之间L_1→k，…，L_1→k，…，L_p→k被同步。

图2是示出根据本发明示例性实施例的利用码本F的用户装置的反馈部分的框图。

该用户装置的反馈部分包括量化单元21、预编码选择器22和CQI计算器23。量化单元21基于码本F将信道状态信息量化为元素t，预编码选择器22计算码本F中的元素t的索引(即PMI)，CQI计算器计算CQI。用户装置的反馈部分将PMI和CQI经由上行链路控制信道发送给基站。由于PMI和CQI的具体传输过程在上面的网络MIMO码本的控制信令处理方法已经进行了详细描述，因此在此不再赘述。

当基站接收到PMI时，基站利用PMI进行处理，例如波束成形。

根据本发明设计的码本可被实现为用于3GPP，3GPP2，IEEE 802.16m等的网络MIMO码本。

例如，假设超蜂窝由4个站(1，2，3，4)构成，并且每个站2根天线。L_1→k＝1，L_2→k＝1/2，L_3→k＝1/3，L_4→k＝1/4。参数r被设置为1(MU MIMO模式或仅1根天线的UE)。

$C^{\left(1\right)}=C^{\left(i\right)}=C^{\left(p\right)}\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\{\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{c}1\\ 1\end{array}\right],\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{c}1\\ -1\end{array}\right],\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{c}1\\ j\end{array}\right],\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{c}1\\ -j\end{array}\right]\}$ (这里使用3GPP LTE 2Tx码本)。

码本 $D\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\{w_1,w_2,...,w_{2^4}\},$ 其中：

$w_1=\frac{1}{2}{\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\end{array}\right]}^T$

$w_2=\frac{1}{2}{\left[\begin{array}{cccc}1& j& -1& -j\end{array}\right]}^T$

$w_3=\frac{1}{2}{\left[\begin{array}{cccc}1& -1& 1& -1\end{array}\right]}^T$

$w_4=\frac{1}{2}{\left[\begin{array}{cccc}1& -j& -1& j\end{array}\right]}^T$

$w_5=\frac{1}{2}{\left[\begin{array}{cccc}1& e^{j\frac{\mathrm{\π}}{4}}& j& e^{j\frac{3\mathrm{\π}}{4}}\end{array}\right]}^T$

$w_6=\frac{1}{2}{\left[\begin{array}{cccc}1& e^{j\frac{3\mathrm{\π}}{4}}& -j& e^{j\frac{\mathrm{\π}}{4}}\end{array}\right]}^T$

$w_7=\frac{1}{2}{\left[\begin{array}{cccc}1& e^{j\frac{5\mathrm{\π}}{4}}& j& e^{-j\frac{\mathrm{\π}}{4}}\end{array}\right]}^T$

$w_8=\frac{1}{2}{\left[\begin{array}{cccc}1& e^{-j\frac{\mathrm{\π}}{4}}& -j& e^{j\frac{5\mathrm{\π}}{4}}\end{array}\right]}^T$

$w_9=\frac{1}{2}{\left[\begin{array}{cccc}1& 1& -1& -1\end{array}\right]}^T$

$w_{10}=\frac{1}{2}{\left[\begin{array}{cccc}1& j& 1& j\end{array}\right]}^T$

$w_{11}=\frac{1}{2}{\left[\begin{array}{cccc}1& -1& -1& 1\end{array}\right]}^T$

$w_{12}=\frac{1}{2}{\left[\begin{array}{cccc}1& -j& 1& -j\end{array}\right]}^T$

$w_{13}=\frac{1}{2}{\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 1& -1\end{array}\right]}^T$

$w_{14}=\frac{1}{2}{\left[\begin{array}{cccc}1& 1& -1& 1\end{array}\right]}^T$

$w_{15}=\frac{1}{2}{\left[\begin{array}{cccc}1& -1& 1& 1\end{array}\right]}^T$

$w_{16}=\frac{1}{2}{\left[\begin{array}{cccc}1& -1& -1& -1\end{array}\right]}^T$

码本D被选作3GPP LTE秩1码本(该码本是恒模且秩1的Chordal距离＝0.75)。

这种最终网络码本由4×4×4×4×16＝4096向量(8×1的列向量)组成。假设从站1到UE k的PMI是1，站2到UE k的PMI是3，站3到UEk的PMI是2，站4到UEk的PMI是1，并且码本D的PMI是12，则可由下式表示信道量化t。

$t=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{c}1\×1\×1\\ 1\×1\×1\\ 1\×(-j)\×\frac{1}{\sqrt{2}}\\ j\×(-j)\×\frac{1}{\sqrt{2}}\\ 1\×1\×\frac{1}{\sqrt{3}}\\ -1\×1\×\frac{1}{\sqrt{3}}\\ 1\×(-j)\×\frac{1}{\sqrt{4}}\\ 1\×(-j)\×\frac{1}{\sqrt{4}}\end{array}\right]=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{c}1\\ 1\\ \frac{-j}{\sqrt{2}}\\ \frac{1}{\sqrt{2}}\\ \frac{1}{\sqrt{3}}\\ -\frac{1}{\sqrt{3}}\\ \frac{-j}{\sqrt{4}}\\ \frac{-j}{\sqrt{4}}\end{array}\right]$

下面描述网络MIMO码本的控制信令处理方法的例子。

假设超蜂窝由两个站(即，站1和站2)组成，并且每个站有2根天线。让L_1→k＝1，L_2→k＝1/2。参数r被设置为1(在MU MIMO模式下或者用户装置仅1根天线)。

$C^{\left(1\right)}=C^{\left(2\right)}=D\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\{\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{c}1\\ 1\end{array}\right],\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{c}1\\ -1\end{array}\right],\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{c}1\\ j\end{array}\right],\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{c}1\\ -j\end{array}\right]\}$ (这里使用3GPP LTE 2Tx码本)。

用于支持3GPP LTE 2Tx天线MU-MIMO的上行控制信令

下面描述支持具有2个站的先进3GPP LTE2Tx天线网络MIMO的上行链路控制信令设计的例子：

a)从UE到站1(最强链路)的上行链路控制信令：

b)从UE到站2的上行链路控制信令：

‘x’表示未使用。

通过利用本发明的网络MIMO码本，提高了网络MIMO超蜂窝的吞吐性能；并且该网络MIMO码本将现有SU和MU MMO码本设计作为分量，使得能够与旧有系统兼容，并且根据本发明的控制信令处理方法能够与旧有系统的后向兼容。

尽管已经参照示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (4)

1、一种网络MIMO系统，包括：

超蜂窝，包括多个基站；

接收器，作为用户的用户装置，该接收器包括量化单元，预编码选择器和信道质量指示符计算器，量化单元基于预定码本将信道状态信息量化为该码本中的元素t，预编码选择器计算该码本中的元素t的索引作为预编码矩阵索引，CQI计算器计算信道质量指示符，用户装置将计算的预编码矩阵索引和信道质量指示符发送给所述多个基站，

其中，该码本中的元素t由下式表示：

t＝Q·diag{w_i}·u_j

其中，w_i是基站之间的码本中的元素，用p×r矩阵来表示，p是用户装置k找到的强链路的基站的数量，

x∈[1，2^B(1)]，y∈[1，2^B(i)]，z∈[1，2^B(p)]，L_i→k表示从基站i到用户装置k的大规模衰减。

2、如权利要求1所述的网络MIMO系统，其中，由用p×r矩阵表示的元素构成的码本是基于以下标准设计：恒模和最大化秩r的Chordal距离。

3、一种用于权利要求1所述的网络MIMO系统的控制信令处理方法，包括：

用户装置k通过从用户装置k到最强链路的基站的上行控制信道报告信道质量指示符和预编码矩阵索引；

用户装置k向除了最强链路的基站之外的2到p范围内的基站反馈预编码矩阵索引；

通过高层信令同步用户装置k和基站1到基站p之间的L_1→k，…，L_1→k，…，L_p→k。

4、如权利要求3所述的控制信令处理方法，其中，用户装置k通过从用户装置k到2到p范围内的基站中的一个基站i的上行控制信道报告从用户装置k到基站i的预编码矩阵索引，并且由用p×r矩阵表示的元素构成的码本的预编码矩阵索引替换为发送信道质量指示符所预留的比特来发送预编码矩阵索引，PMI位被等分，并经过p-1个上行链路控制信道被发送。

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