CN101741446A - 多输入多输出方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开多输入多输出方法和装置，该方法包括：对于各用户，分别生成其对应的波束赋形权值；对于各辅调度用户，按照预定规则分别生成辅调度用户对应的参考波束赋形权值，参考波束赋形权值与主调度用户的信号空间垂直且赋形增益最大；对于各辅调度用户，分别根据辅调度用户对应的参考波束赋形权值确定辅调度用户对应的信道质量指示，并根据确定的信道质量指示确定辅调度用户的单次传输吞吐量；从辅调度用户中，选择与主调度用户进行二阶空分复用的一个参考辅调度用户，并且在满足预定条件的情况下，根据参考辅调度用户的参考波束赋形权值和主调度用户的波束赋形权值对参考辅调度用户和主调度用户进行空分复用。提高小区吞吐量和系统频谱效率。

Description

多输入多输出方法和装置

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种多输入多输出方法和装置。

背景技术

多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，简称为MIMO)技术的特征在于无线发射机和接收机都引入了多根天线，相对于传统的单输入单输出系统，MIMO系统通过空间分集技术或者空间复用技术来获得系统容量的极大提升。

传统的单用户MIMO(Single User-MIMO，简称为SU-MIMO)的概念可以进一步扩展，即当多个用户终端的天线共同构成接收或发射多天线时，SU-MIMO就扩展到了多用户MIMO(MultipleUser-MIMO，简称为MU-MIMO)架构。

在时分同步码分多址第三代移动通信系统的下行高速数据共享信道的传输过程中，多个UE的天线接收信号是独立进行处理的，因此在接收端无法做到多天线联合均衡，这就意味着基站节点(Node B)在发射端就要控制住MU-MIMO多流之间的干扰，使得各个UE在接收本用户传输流的同时不会面临很大的其他用户的流间干扰，从而避免因为流间干扰过大导致实际吞吐量降低的问题。可以说，Node B对下行MU-MIMO流间互干扰控制的好坏，直接影响着MU-MIMO技术的应用概率和应用效果，进而影响着小区吞吐量和频谱效率等无线网络性能指标。

传统的非MU-MIMO的时分同步码分多址系统下行高速数据共享信道在宏蜂窝阵列天线架构下通常采用波束赋形的形式，波束赋形权值的生成通常采用基于最大特征空间分解的特征向量法(Eigenvalue Based Beamforming，简称为EBB)方法，以获得最佳的赋形增益。由于不同UE的赋形权值是根据自身空间特征独立生成的，直接采用这些权值进行MU-MIMO的多流传输必然会带来用户间干扰，最终影响吞吐量。而挑选发射信号正交性较好的用户进行MU-MIMO，会大大降低MU-MIMO的应用概率，也不利于小区吞吐量的进一步提升。

发明内容

考虑到相关技术中存在的参与MIMO的用户间干扰较大，导致小区吞吐量降低的问题而提出本发明，为此，本发明的主要目的在于提供一种多输入多输出方法及装置，以解决上述问题。

根据本发明的一个方面，提供一种多输入多输出方法，该方法应用于包括基站和多个用户的MU-MIMO系统，多个用户包括一个主调度用户和至少一个辅调度用户，其中，基站至少包括2根天线，每个用户至少包括1根天线。

根据本发明的多输入多输出方法包括：对于各用户，分别生成其对应的波束赋形权值；对于各辅调度用户，按照预定规则分别生成辅调度用户对应的参考波束赋形权值，其中，参考波束赋形权值与主调度用户的信号空间垂直且赋形增益最大；对于各辅调度用户，分别根据辅调度用户对应的参考波束赋形权值确定辅调度用户对应的信道质量指示，并根据确定的信道质量指示确定辅调度用户的单次传输吞吐量；从辅调度用户中，选择与主调度用户进行二阶空分复用的一个参考辅调度用户，并且在满足预定条件的情况下，根据参考辅调度用户的参考波束赋形权值和主调度用户的波束赋形权值对参考辅调度用户和主调度用户进行空分复用；其中，预定条件为：参考辅调度用户的单次传输吞吐量与主调度用户的单次传输吞吐量之和大于主调度用户的单次传输吞吐量。

根据本发明的另一个方面，提供一种多输入多输出装置。

根据本发明的多输入多输出装置包括：第一处理模块，用于对各用户，分别生成其对应的波束赋形权值；第二处理模块，用于对于各辅调度用户，按照预定规则分别生成辅调度用户对应的参考波束赋形权值，其中，参考波束赋形权值与主调度用户的信号空间垂直且赋形增益最大；确定模块，用于对各辅调度用户，分别根据辅调度用户对应的参考波束赋形权值确定辅调度用户对应的信道质量指示，并根据确定的信道质量指示确定辅调度用户的单次传输吞吐量；选择模块，用于从辅调度用户中，选择与主调度用户进行二阶空分复用的一个参考辅调度用户；空分复用模块，用于在满足预定条件的情况下，根据参考辅调度用户的参考波束赋形权值和主调度用户的波束赋形权值对参考辅调度用户和主调度用户进行空分复用，其中，预定条件为：参考辅调度用户的单次传输吞吐量与主调度用户的单次传输吞吐量之和大于主调度用户的单次传输吞吐量。

通过本发明的上述至少一个技术方案，通过对参与MIMO的辅调度用户的波束赋形权值进行预正交处理，相比于现有技术，能够大大降低空分用户之间的干扰，从而提高小区的吞吐量和系统的频谱效率。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明方法实施例的多输入多输出方法的流程图；

图2是根据本发明方法实施例的多输入多输出方法的详细处理流程图；

图3是根据本发明装置实施例的多输入多输出装置的结构框图；

图4为根据本发明实施例的基于多用户发射信号部分预正交的时分同步码分多址系统应用MU-MIMO的结构示意图。

具体实施方式

功能概述

本发明的基本思路是：本发明在于提供一种基于多用户发射信号部分预正交的时分同步码分多址系统应用MU-MIMO的技术方案，该技术方案以一种简单并且鲁棒(robust)的方式实现了多用户发射信号的预正交处理。

下面将结合附图详细描述本发明。

方法实施例

根据本发明实施例，提供了一种多输入多输出方法，该方法应用于包括基站和多个用户的MU-MIMO系统，多个用户包括一个主调度用户和至少一个辅调度用户，其中，基站至少包括2根天线，每个用户至少包括1根天线，其中，多个用户的总数小于或等于基站包括的天线总数，且参与MU-MIMO的多个用户可以采用相同或不同的训练序列即时分同步码分多址系统中的相同基本训练序列(Midamble码)的不同Shift，或者不同的Midamble码)。

图1是根据本发明实施例的多输入多输出方法的流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤(步骤S102至步骤S108)。

步骤S102，对于各用户，分别生成其对应的波束赋形权值，例如，可以按照EBB(特征向量法)准则生成各用户的波束赋形权值；

步骤S104，对于各辅调度用户，按照预定规则分别生成辅调度用户对应的参考波束赋形权值，其中，参考波束赋形权值与主调度用户的信号空间垂直且赋形增益最大；

步骤S106，对于各辅调度用户，分别根据辅调度用户对应的参考波束赋形权值确定辅调度用户对应的信道质量指示，并根据确定的信道质量指示确定辅调度用户的单次传输吞吐量；

步骤S108，从辅调度用户中，选择与主调度用户进行二阶空分复用的一个参考辅调度用户，并且在满足预定条件的情况下，根据参考辅调度用户的参考波束赋形权值和主调度用户的波束赋形权值对参考辅调度用户和主调度用户进行二阶空分复用，即利用相同的时隙、码道资源，将主调度用户和辅调度用户同时发射出去，各自采用不同的波束赋形权值，其中，主调度用户波束赋形权值没有修正，而辅调度用户的波束赋形权值进行了修正，即做了预正交处理；在不满足预定条件的情况下，对主调度用户进行单流传输，参考辅调度用户暂不发送，其中，预定条件为：参考辅调度用户的单次传输吞吐量与主调度用户的单次传输吞吐量之和大于主调度用户的单次传输吞吐量，由于多个用户空分复用时，功率可能是共享的，因此主调度用户的吞吐量在空分复用后也可能是下降的，从而需要评估空分复用的多个用户吞吐量之和是否大于原来不做空分复用时的主调度用户单独传输时的吞吐量，满足这个条件才进行空分，否则不进行空分。

其中，上述选择与主调度用户进行二阶空分复用的一个参考辅调度用户的原则可以有很多种，例如吞吐量最大原则(即单次传输吞吐量最大的辅调度用户)、优先级最高原则(即根据调度器确定的优先级因子最高的辅调度用户)等。

其中，预定规则可以包括以下两种方式。

方式一：将各辅调度用户的波束赋形权值向主调度用户的波束赋形权值张成的一维信号空间对应的(K-1)维补空间做垂直投影，生成各辅调度用户对应的参考波束赋形权值，其中，K为大于1的自然数。

方式二：将各辅调度用户的波束赋形权值向主调度用户的空间相关矩阵的前L个最大特征值对应的特征向量张成的L维信号空间对应的(K-L)维补空间做垂直投影，生成各辅调度用户对应的参考波束赋形权值，其中，L为大于0的自然数，K为大于1的自然数。

通过本发明实施例提供的技术方案，通过对参与MIMO的辅调度用户的波束赋形权值进行预正交处理，相比于现有技术，能够大大降低空分用户之间的干扰，从而提高小区的吞吐量和系统的频谱效率。

由于应用空分复用的一个准则就是空分后多用户共同传输的吞吐量大于不空分时主调度用户单独传输的吞吐量，因此小区的吞吐量和频谱效率肯定是得到提高的。

需要说明的是在具体实施过程中，可以从二阶空分(即两用户MIMO)扩展到n阶空分(即n用户MIMO)，下面以从二阶空分扩展到三阶空分为例对此进行说明。

对于除主调度用户和参考辅调度用户之外的其他用户，向主调度用户和参考辅调度用户的权值张成的二维信号空间对应的(K-2)维补空间做垂直投影生成其他各用户对应的第一参考波束赋形权值；其他各用户根据其对应的第一参考波束赋形权值确定信道质量指示，并根据信道质量指示确定单次传输吞吐量；Node B在其他用户中，挑选出一个第一参考辅调度用户；比较二阶空分用户(两用户)的单次传输吞吐量之和是否小于该第一参考辅调度用户加上之确定的二阶空分用户(共三用户)的吞吐量之和，如果判断结果为是，则进行第三阶空分，如果判断结果为否，则当次传输为二维空分，由于多个用户空分复用时，功率可能是共享的，因此主调度用户的吞吐量在空分复用后也可能是下降的，从而需要评估空分复用的多个用户吞吐量之和是否大于原来不做空分复用时的主调度用户单独传输时的吞吐量，满足这个条件才进行空分复用，否则不进行空分复用。

以此类推，n阶空分的处理为：第n阶空分复用的波束赋形权值修正，实际上是将剩余待空分用户的波束赋形权值向前(n-1)个已调度的空分用户权值张成的(n-1)维信号空间对应的(K-n+1)维补空间做垂直投影而生成；将剩余待空分用户根据波束赋形权值调整可能引入的进一步损失，剩余待空分用户根据其各自的波束赋形权值修正CQI；Node B挑选出一个第n阶空分调度用户；同样，在一定发射功率约束下，比较前(n-1)阶空分用户共(n-1)个用户的单次吞吐量之和是否小于n阶空分用户共n个用户的吞吐量之和，如果判断结果为是，则进行第n阶空分，并继续进行(n+1)阶空分的比较，如果判断结果为否，则当次传输为第(n-1)维空分。

需要说明的是，本发明所述的预正交方法并非完全意义上预正交，而是部分预正交，这样只保障了第n阶空分用户的引入对前(n-1)阶空分用户的所有信号而言是正交的，但不能保证前(n-1)阶空分用户的信号对第n阶空分用户信号是正交的。以两用户MIMO为例，本发明提供的方法保证了辅调度用户信号对于主调度用户信号是正交的，但不能保证主调度用户对辅调度用户的干扰正交，这样可以尽量保证主调度用户的增益不受损失，使得MU-MIMO相对于非MIMO系统的性能提升上是比较稳健的，这也是需要修正辅调度用户CQI的一个重要原因。

图2是根据本发明方法实施例的多输入多输出方法的详细处理流程图，下面以两用户MIMO在一个时分同步码分多址系统高速下行分组业务上为例对本发明实施例进行说明，如图2所示，包括以下处理：

步骤S201，Node B根据上行信道估计，获取参与MIMO的多个用户的空时信道冲击响应矩阵H，并通过EBB方式获得各用户的下行波束赋形权值w(对应于上述的步骤S102)，其中，矩阵H的维度为L×K(L为时域扩展延拓，K为Node B天线通道数目)，波束赋形权值向量w是信号空间矩阵R＝H^H·H最大特征值对应的特征向量；

步骤S202，Node B按照现有方式对参与MIMO的多个用户进行调度，确定HS-PDSCH时隙码道资源对应的调度用户，该调度用户称为主调度用户，记为用户1，主调度用户的波束赋形权值保持不变，记为w₁，并将除该主调度用户之外的其他用户成为辅调度用户；

步骤S203，将辅调度用户的波束赋形权值向w₁张成信号空间的补空间做垂直投影，得到预正交修正权值(即上文所述的参考波束赋形权值)(对应于上述的步骤S 104)，记为

其中，任一辅调度用户i的预正交修正权值w_i的计算过程如下：

${\tilde{w}}_i=w_i-w_1{w}_1^H\·w_i---\left(1\right)$

步骤S204，对辅调度用户进行相应的CQI折算，其中任一待空分用户i的CQI修正过程可以分为三步：

第一步，修正辅调度用户i与主调度用户空分后的解调符号信噪比：

${\mathrm{SNR}}_{i,\mathrm{SDMA}}=\frac{\left|{\tilde{w}}_i^H{R}_i{\tilde{w}}_i\right|}{{\mathrm{\λ}}_i}\·{\mathrm{SNR}}_i---\left(2\right)$

其中，为第i个用户的空间相关矩阵，为R_i的最大特征值，SNR_i为用户i非空分时上报的CQI转换成的符号信噪比(需考虑非空分与空分的功率折算)。

第二步，计算用户i信号相对于空分干扰的信干比：

${\mathrm{SIR}}_i=\frac{{\left|{\tilde{w}}_i^H{R}_i{\tilde{w}}_i\right|}^2}{{\left|{\tilde{w}}_i^H{R}_i{w}_1\right|}^2}---\left(3\right)$

第三步，计算最终修正的用户i(与主调度用户)空分后的符号信干噪比：

${\mathrm{SINR}}_i=\frac{{\mathrm{SIR}}_i\·{\mathrm{SNR}}_{i,\mathrm{SDMA}}}{{\mathrm{SIR}}_i+{\mathrm{SNR}}_{i,\mathrm{SDMA}}}---\left(4\right)$

步骤S205，Node B利用步骤204修正后的待空分用户CQI，并按照一定准则挑选出一个进行二阶空分的辅调度用户，将该辅调度用户成为参考辅调度用户，例如，该准则可以为吞吐量最大准则、比例公平准则等，该参考辅调度用户的波束赋形权值为步骤S203获取的(修正后的与主调度用户信号空间垂直的)赋形权值向量

步骤S206，在一定的发射功率约束下，主调度用户根据其波束赋形权值确定单次传输吞吐量，辅调度用户根据其参考波束赋形权值确定单次传输吞吐量(对应于上述的步骤S106)，如果当主调度用户和辅调度用户的单次传输吞吐量之和大于主调度用户的单次吞吐量，则确定应用二阶空分复用(即进行两用户MIMO)，否则当前调度时刻只进行主用户单流传输(对应于上述的步骤S108)。

按照上述方法，两用户MIMO的实例可以很容易的推广到更多用户的MU-MIMO中去。本发明适用于任意采用基站多天线技术的无线系统都是适用的，因此多用户之间无法保证信号正交，甚至在上行也是可以应用的，如果多个UE的发射信号能够做到联合预处理(即多用户协作MIMO)，那么也可以在上行MU-MIMO做多用户发射信号部分预正交，以降低接收机均衡带来的噪声抬升效应

需要注意的是，参与MU-MIMO的用户数最大不超过Node B天线数目，另外，为了控制Node B处理的复杂度，也可以人为限定最大的空分复用系数。

装置实施例

根据本发明实施例，提供一种多输入多输出装置。

图3示出了根据本发明实施例的多输入多输出装置的结构框图，如图3所示，该装置包括第一处理模块10、第二处理模块20、确定模块30、选择模块40和空分复用模块50。

第一处理模块10，用于对各用户，分别生成其对应的波束赋形权值；第二处理模块20，连接至第一处理模块10，用于对于各辅调度用户，按照预定规则分别生成辅调度用户对应的参考波束赋形权值，其中，参考波束赋形权值与主调度用户的信号空间垂直且赋形增益最大；确定模块30，连接至第一处理模块10和第二处理模块20，用于对各辅调度用户，分别根据辅调度用户对应的参考波束赋形权值确定辅调度用户对应的信道质量指示，并根据确定的信道质量指示确定辅调度用户的单次传输吞吐量；选择模块40，用于从辅调度用户中，选择与主调度用户进行二阶空分复用的一个参考辅调度用户；空分复用模块50，连接至第一处理模块10、确定模块30和选择模块40，用于在满足预定条件的情况下，根据参考辅调度用户的参考波束赋形权值和主调度用户的波束赋形权值对参考辅调度用户和主调度用户进行空分复用，其中，预定条件为：参考辅调度用户的单次传输吞吐量与主调度用户的单次传输吞吐量之和大于主调度用户的单次传输吞吐量。

通过本发明实施例提供的多输入多输出装置，通过对参与MIMO的辅调度用户的波束赋形权值进行预正交处理，相比于现有技术，能够大大降低空分用户之间的干扰，从而提高小区的吞吐量和系统的频谱效率。

图4为根据本发明实施例的基于多用户发射信号部分预正交的时分同步码分多址系统应用MU-MIMO的结构示意图，如图4所示，Node B对参与MIMO的多个用户，根据主调度用户传输块确定出主调度用户，根据辅调度用户传输块确定出辅调度用户，并对各用户进行上行空时信道估计，生成各用户的波束赋形权值，并利用主调度用户对各辅调度用户进行波束赋形，即对各辅调度用户进行波束赋形权值预正交修正，将经过预正交修正的各辅调度用户再与主调度进行空分复用，具体实施方法见图1或图2所示的方法，这里不再赘述。

如上所述，借助于本发明提供的多输入多输出方法和/或装置，通过对参与MIMO的用户的波束赋形权值进行调整，大幅度提高采用多天线技术的时分同步码分多址系统下行高速分组业务应用MU-MIMO(或称为SDMA)技术的概率和性能，显著降低了MU-MIMO的多流互干扰，提升了MU-MIMO技术的应用概率，从而提高了小区吞吐量指标以及时分同步码分多址系统的频谱效率。

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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多输入多输出方法，应用于包括基站和多个用户的MU-MIMO系统，所述多个用户包括一个主调度用户和至少一个辅调度用户，其中，所述基站至少包括2根天线，每个用户至少包括1根天线，其特征在于，所述方法包括：

对于各用户，分别生成其对应的波束赋形权值；

对于各辅调度用户，按照预定规则分别生成所述辅调度用户对应的参考波束赋形权值，其中，所述参考波束赋形权值与所述主调度用户的信号空间垂直且赋形增益最大；

对于各辅调度用户，分别根据所述辅调度用户对应的参考波束赋形权值确定所述辅调度用户对应的信道质量指示，并根据确定的所述信道质量指示确定所述辅调度用户的单次传输吞吐量；

从所述辅调度用户中，选择与所述主调度用户进行二阶空分复用的一个参考辅调度用户，并且在满足预定条件的情况下，根据所述参考辅调度用户的参考波束赋形权值和所述主调度用户的波束赋形权值对所述参考辅调度用户和所述主调度用户进行空分复用；

其中，所述预定条件为：所述参考辅调度用户的单次传输吞吐量与所述主调度用户的单次传输吞吐量之和大于所述主调度用户的单次传输吞吐量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定规则包括：

将各辅调度用户的波束赋形权值向所述主调度用户的波束赋形权值张成的一维信号空间对应的(K-1)维补空间做垂直投影，生成各辅调度用户对应的参考赋形权值，其中，K为大于1的自然数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定规则包括：

将各辅调度用户的波束赋形权值向所述主调度用户的空间相关矩阵的前L个最大特征值对应的特征向量张成的L维信号空间对应的(K-L)维补空间做垂直投影，生成各辅调度用户对应的参考赋形权值，其中，L为大于0的自然数，K为大于1的自然数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选择参考辅调度用户包括：选择各辅调度用户中，单次传输吞吐量最大的辅调度用户作为所述参考辅调度用户。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在不满足所述预定条件的情况下，对所述主调度用户进行单流传输。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述多个用户的总数小于或等于所述基站包括的天线总数。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述多个用户采用相同或不同的训练序列。

8.一种多输入多输出装置，其特征在于，包括：

第一处理模块，用于对各用户，分别生成其对应的波束赋形权值；

第二处理模块，用于对于各辅调度用户，按照预定规则分别生成所述辅调度用户对应的参考波束赋形权值，其中，所述参考波束赋形权值与所述主调度用户的信号空间垂直且赋形增益最大；

确定模块，用于对各辅调度用户，分别根据所述辅调度用户对应的参考波束赋形权值确定所述辅调度用户对应的信道质量指示，并根据确定的所述信道质量指示确定所述辅调度用户的单次传输吞吐量；

选择模块，用于从所述辅调度用户中，选择与所述主调度用户进行二阶空分复用的一个参考辅调度用户；

空分复用模块，用于在满足预定条件的情况下，根据所述参考辅调度用户的参考波束赋形权值和所述主调度用户的波束赋形权值对所述参考辅调度用户和所述主调度用户进行空分复用，其中，所述预定条件为：所述参考辅调度用户的单次传输吞吐量与所述主调度用户的单次传输吞吐量之和大于所述主调度用户的单次传输吞吐量。

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