CN102017453B - 利用跳频探测参考信号的天线选择 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施方式描述了无线通信网络中的天线选择方法。所述网络包括具有天线集的收发器。所述收发器被配置为一次从一个天线子集在子频带上发送跳频探测参考信号(SRS)。所述收发器交替地从所述天线集中的多个天线子集发送所述跳频SRS。所述收发器响应于所述发送，接收最佳天线子集的信息并从该最佳天线子集发送数据。

Description

利用跳频探测参考信号的天线选择
技术领域
本发明总体上涉及无线通信网络中的天线选择，更具体地，涉及利用跳频探测参考信号选择天线。
背景技术
OFDMA和SC-OFDMA
在无线通信网络中(例如第三代(3G)无线蜂窝通信标准、3GPP长期演进(LTE)标准)，需要在固定带宽信道中针对多个用户同时支持多项服务和多种数据速率。一种方案是根据当前的信道估计在发送之前自适应地对符号进行调制和编码。在采用正交频分复用(OFDMA)的LTE中还存在另一种选择，即通过向不同用户或UE(用户设备、移动站或收发器)分配不同的子载波或子载波组而对多用户频率分集加以利用。在LTE的单载波频分多址(SC-FDMA)上行链路中，在每个用户中，首先通过离散傅立叶变换(DFT)矩阵对符号集中进行扩展，然后将其分配给不同的子载波。网络带宽例如可以从1.25MHz变化到20MHz。网络带宽被划分为多个子载波，例如将10MHz的带宽划分为1024个子载波。
可以应用以下的标准文件：
36.211，3rd Generation Partnership Project；Technical SpecificationGroup Radio Access Network；Physical Channels and Modulation(Release 8)，v 1.0.0(2007-03)；
R1-01057，“Adaptive antenna switching for radio resource allocation inthe EUTRA uplink，”Mitsubishi Electric/Nortel/NTT DoCoMo，3GPPRAN1#48，St.Louis，USA；
R1-071119，“A new DM-RS transmission scheme for antenna selectionin E-UTRA uplink，”LGE，3GPP RAN 1#48，St.Louis，USA；
“Comparison of closed-loop antenna selection with open-loop transmitdiversity(antenna switching within a transmit time interval(TTI))，”Mitsubishi Electric，3GPP RAN1#47bis，Sorrento，Italy
根据3GPP标准，基站(BS)被增强并被称为“演进节点B”(eNodeB)。在本文中所使用的术语BS和eNodeB为可互换的。
多输入多输出(MIMO)
为了进一步增加在衰落信道环境下无线通信网络的容量，可采用多输入多输出(MIMO)天线技术来在不增加带宽的情况下增加网络的容量。由于不同天线的信道区别很大，因此MIMO增加了对抗衰落的鲁棒性并且也使得能够同时发送多个数据流。
此外，对在空间复用方案中或利用空时格码接收的信号进行处理需要复杂度随着天线数量呈指数地增长的收发器。
天线选择
天线相对简单和便宜，而射频链则复杂和昂贵得多。天线选择部分地降低了与MIMO网络相关的复杂度缺陷。天线选择通过使用数量小于天线的射频链，降低了收发器中的发送器和接收器的硬件复杂度。
在天线选择中，通过开关对可用天线集的子集进行自适应选择，并且仅将所选择的天线子集的信号连接到可用的射频链进行信号处理(可以是发送或接收)。本文中，在所有情况下，所选择的子集都是指天线集中的所有可用天线中的一个或多个。
天线选择信号
导频音或参考信号
虽然所选择的一个最佳天线子集被最终用于发送，但是为了选择最佳天线子集，需要对与可用的天线子集相对应的信道进行估计。
这可以通过从不同天线或天线子集发送天线选择信号(如导频音，也称为参考信号)来实现。不同的天线子集可以发送相同的导频音，或者使用不同的导频音。令Nt表示发送天线的数量，Nr表示接收天线的数量，并且令Rt＝Nt/Lt，Rr＝Nr/Lr为整数。则可用的发送(接收)天线元件可被划分为Rt(Rr)个单独的子集。导频重复法将适于Lt×Lr MIMO网络的训练序列重复Rt×Rr次。在训练序列的每次重复中，发送RF链被连接到不同的天线子集。因此，在Rt×Rr次重复结束时，接收器会得到从各个发送天线到各个接收天线的所有信道的完整估计。
当在前向和反向链路(信道)不同的频分双工(FDD)网络中选择发送天线时，收发器将所选择的天线子集中的最佳的一组反馈给发送器。在可互易的时分双工(TDD)网络中，发送器能够独立地进行选择。
对于信道变化缓慢的室内局域网(LAN)的应用，可以采用媒体访问控制(MAC)层协议进行天线选择，参见IEEE 802.11n wireless LANdraft specification，I.P802.11n/D 1.0，“Draft amendment to Wireless LANmedia access control(MAC)and physical layer(PHY)specifications：Enhancements for higher throughput，”Tech.Rep.，March 2006。
通过向物理层发送命令以利用不同的天线子集发送和接收数据包而在MAC层上进行天线选择训练，而不是通过扩展物理(PHY)层前导码来包含针对附加天线的额外训练字段(重复)。训练信息作为Lt×Lr MIMO网络的单个标准训练序列被嵌入MAC报头字段。
LTE中的SC-FDMA结构
在3GPP TR 25.814，v1.2.2“Physical Layer Aspects for EvolvedUTRA”中描述了基本上行链路传输方案。该方案采用具有循环前缀(CP)的单载波传输(SC-FDMA)实现上行链路用户间正交，并且在接收器上实现有效的频域均衡。
宽带探测参考信号(SRS)
宽带SRS有助于eNodeB估计从用户到eNodeB的上行信道的总频域响应。这有助于进行频域调度，其中原则上向针对某个子载波具有最佳上行链路增益的用户分配该子载波。因此，宽带SRS可占用整个网络带宽(如5MHz或10MHz)，或者eNodeB所确定的网络带宽一部分。在占用部分网络带宽的情况下，宽带SRS在多次发送中进行跳频以覆盖整个网络带宽。
参考资料
专利文献
US2008/0232325A1
US2009/0042616A1
US2009/0042615A1
发明内容
本发明实施方式描述了一种无线通信网络中的天线选择方法。所述网络包括具有天线集的收发器。所述收发器被配置为一次从一个天线子集在子频带上发送跳频探测参考信号(SRS)。所述收发器从所述天线集中的多个天线子集交替地发送所述跳频SRS。响应于所述发送，所述收发器接收表示最佳天线子集的信息并且从所述最佳天线子集发送数据。
在一些实施方式中，为每个天线子集分配索引。采用“选择的”和“未选择的”天线子集来表示收发器选择特定的天线子集进行发送。所选天线子集的索引a(nSRS)取决于发送了SRS的子帧号nSRS以及天线子集的数量。因此，可以以a(nSRS)与nSRS之间的函数关系来指定上述索引模式。
在一个实施方式中，收发器具有两个天线子集，并且其索引为0和1。因此，进行上述交替发送导致的所选天线子集的索引模式为[0，1，0，1，0，1，0，1...]。在另一实施方式中，收发器具有三个天线子集，则所选天线子集的索引模式为[0，1，2，0，1，2，0，1，2，0，1，2...]。在各种实施方式中，每次发送跳频SRS之后就切换所选天线子集的索引。
附图说明
图1是根据本发明一个实施方式的无线网络的框图；
图2是根据本发明一个实施方式的上行链路资源网格的框图；
图3是根据本发明一个实施方式的资源块的框图；
图4是根据本发明一个实施方式的天线选择方法的框图；
图5和图6是跳频探测参考信号(SRS)发送的框图；
图7是根据本发明一个实施方式的采用跳频SRS对天线子集进行训练的方法和网络的框图；以及
图8和图9是根据本发明一个实施方式的跳频探测参考信号(SRS)发送的框图。
具体实施方式
LTE网络概述
图1示出了根据本发明一个实施方式的LTE无线网络的总体结构。多个用户设备(UE)或移动收发器111-113与固定基站(BS)110进行通信。基站也包括收发器。
在LTE标准中基站被称为演进节点B(eNodeB)。eNodeB 110使用无线信道或连接101、102、103，对与小区中的收发器的所有通信进行管理和协调。每个连接都可作为从基站到收发器的下行链路(DL)或从收发器到基站的上行链路来运行。由于基站处的可用发送功率比发射器处的发送功率大几个数量级，因此上行链路的性能更加重要。
为了进行无线通信，eNodeB和发射器均设置至少一个RF链和多个天线。通常，eNodeB的天线数量和RF链的数量相等。基站的天线数量可以很多(例如8个)。然而由于成本、尺寸和功耗的限制，移动收发器的RF链的数量通常小于天线115。与基站相比，收发器可用的天线数量较少(例如2个或4个)。因此，在收发器处进行所述的天线训练和天线选择。
在操作中，收发器在发送RF链之间切换天线，以进行发送。通常，进行天线选择是从收发器可用的天线集中选择天线子集。天线选择包括训练，其用于产生、发送和接收天线选择信号。在本发明的实施方式中，网络能够以正交方式容纳具有不同SRS带宽的收发器，并且充分地利用SRS序列的有限资源。
LTE帧结构
上行链路(从收发器到eNodeB)和下行链路(从eNodeB到收发器)传输被组织为无线帧。无线帧的长度为10ms，包括20个分别持续0.5ms的时隙306。两个连续的时隙构成子帧301。帧在时域中包括20个子帧。
图2示出了单载波频分多址(SC-FDMA)上行链路资源网格200的基本结构。横轴表示时间或SC-FDMA符号，纵轴表示频率或子载波。子载波数量取决于网络带宽(例如可具有1.25MHz至20MHz的范围)。
上行链路资源网格由资源元素构成。每个资源元素由子载波和SC-FDMA符号标识。资源元素被分组为资源块。资源块(RB)包括12个连续子载波和6个或7个时间上连续SC-FDMA符号。SC-FDMA符号的数量取决于循环前缀(CP)长度。对于标准循环前缀，SC-FDMA符号的数量为7，而对于扩展循环前缀，SC-FDMA符号的数量为6。
每个子帧构成一个资源块，详见图表300和图3。在本说明书和权利要求书中，可互换地使用术语“子帧”和“传输时间间隔(TTI)”。
图3示出了标准循环前缀的资源块(RB)300的结构。纵轴表示频率，而横轴表示时间。在频域中，资源块包括多个子载波。在时域中，RB被分为多个SC-FDMA符号，SC-FDMA符号可包括数据303和参考信号(RS)310。在上行链路中采用两种RS：探测参考信号(SRS)311和解调参考信号(DMRS)310。
SRS和DMRS均采用恒幅零自相关(CAZAC)序列生成，例如Zadoff-Chu序列(在通过引用合并到本文的TS 36.211v8.5.0的5.5.1节中进行了解释)。当序列长度与Zadoff-Chu序列的可能长度不相等时，通过循环地扩展长度接近且小于所需长度的Zadoff-Chu序列，或缩短长度接近且大于所需长度的Zadoff-Chu序列，可以生成所需长度的序列。对于标准循环前缀，在第四个SC-FDMA符号中发送DMRS，而对于扩展循环前缀，在第三个SC-FDMA符号中发送DMRS。在发送时，除了TS36.211v8.5.0中描述的特殊子帧以外，通常在子帧的最后一个SC-FDMA符号中发送SRS。然而，本发明的实施方式不取决于发送RS的SC-FDMA符号。
天线选择
通常，从不同的天线子集将RS与用户数据一起或与用户数据分开进行发送。基站根据RS进行信道估计并识别出用于数据发送的最佳天线子集。
图4示出了根据本发明实施方式的天线选择的基本方法。基站110指定指令151(例如跳频模式和用于发送RS 161的天线子集)。收发器101根据该指令151发送RS 161。
基站根据收到的RS选择170天线子集181。然后，基站向收发器指示180所选择的天线子集181。接着，收发器101采用选择的天线子集181来发送190数据191。收发器也可采用相同的天线子集来收发数据。
探测参考信号(SRS)
SRS通常为宽带或可变带宽信号。SRS使得基站能够估计网络可用的总带宽或其一部分的频率响应。该信息使得基站能够执行资源分配，例如上行链路频域调度。根据本发明实施方式，SRS也用于天线选择。
LTE的另一选择是采用跳频(FH)模式来发送SRS。具体地，根据预定跳频模式来发送带宽小于网络带宽的(即子频带)的跳频SRS。在多次发送中跳频的SRS遍及了网络可用带宽的大部分甚至全部可用带宽。通过跳频，降低了收发器在训练期间互相干扰的概率。
然而，如果没有正确地执行，则利用跳频可变带宽SRS进行天线选择会限制性能的改善，在收发器快速移动时尤其如此。例如，如图5所示，采用跳频SRS对天线Tx1的所有子频带进行连续探测。此后，以类似的方式对天线Tx2的子频带进行连续探测，如阴影块所示。然而，通过该频域天线选择训练模式获得的信道估计很快就会过期。
图6示出了交替地从可用天线子集发送的、具有跳频SRS的子帧。例如，收发器从两个天线子集(Tx1210、Tx2220)交替地发送SRS。可用带宽240分为四个子频带241-244，使得SRS通过4次发送250覆盖该带宽。注意：子频带可占用一个或多个RB。
从图6可知，在此发送场景中，子频带241和243的SRS总是从天线子集Tx1发送，而子频带242和244的SRS总是从天线子集Tx2发送。因此，收发器不能针对每个可用天线子集在整个频域上对信道进行估计。
图7示出了根据本发明实施方式的采用从天线子集发送的跳频SRS对天线子集进行训练的方法和网络700。如本说明书和权利要求书中所定义的，“实质上交替地发送”表示交替地从天线集中的各个子集发送SRS，但要周期地改变用于发送的子集调度的顺序。
在一些实施方式中，为每个天线子集分配索引。使用“选择的”和“未选择的”天线子集来作为由收发器选择特定天线子集进行发送的指示。
例如，如果收发器具有两个天线子集，则其索引为0和1。因此，交替发送会产生[0，1，0，1，0，1，0，1……]的所选天线子集的索引模板。如果收发器采用两个以上天线子集进行发送，则所有天线子集根据子集的索引交替地发送SRS信号。例如，如果收发器具有三个天线子集，则所选天线子集的索引模式为[0，1，2，0，1，2，0，1，2，0，1，2……]。因此，每次发送跳频SRS之后就切换所选天线子集的索引。
然而，实质上交替地发送会产生例如[0，1，0，1，1，0，1，0，0，1……]的索引模式。注意：对于实质上交替发送的方法，需要周期地改变(例如移动或省略索引)发送子集的索引。
所选天线子集的索引a(nSRS)取决于发送了SRS的子帧号nSRS以及天线子集的数量。因此，可以将上述索引模式表示为a(nSRS)与nSRS之间的函数关系的形式。该函数关系还取决于、但不限于诸如基站索引和SRS序列长度的其它参数。
根据带宽中子频带710的数量与待训练的发射天线子集720的数量之间的关系来确定发送类型(740)。如以下将具体讨论的，如果(730)子频带数量是发射天线数量的整数倍(731)，则实质上交替地发送SRS(760)。例如，每当到达带宽结尾(735)时就切换天线索引(750)。在可选实施方式中，在所述结尾之后或在跳频模式的起点切换天线索引。如果(730)子频带的数量不是发射天线数量的整数倍(733)，则交替地发送SRS。
图8示出了交替地发送跳频SRS的方法的图。BHz的可用带宽810被划分为带宽分别为
Figure BPA00001252439900081
的Nf个子频带(830)。如果子频带数量为奇数(例如Nf＝5)，并且天线子集数量为偶数(例如2个)，则子频带数量不是发射天线数量的整数倍。因此，交替地从两个天线Tx1和Tx2进行发送会产生时间上交错的跳频模式。
图9示出了实质上交替地发送跳频SRS的方法的图。在该实施方式中，子频带的数量(即4个)是发送天线数量(即2个)的整数倍。因此，当发送到达带宽的结尾(如发送模式920)时，切换天线子集的索引。因此，下一发送模式930从天线子集Tx2开始，而不是像期间920那样从天线子集Tx1开始。
如上所述，在一个实施方式中，由基站决定采用何种训练模式。训练模式作为指令151的一部分被发送给收发器。在另选的实施方式中，收发器已知可能的训练模式，并且指令151只包括将使用的训练模式的标识。
尽管通过优选实施方式的示例对本发明进行了描述，但是应当理解，在本发明的精神和范围之内还可进行其它的修改和变化。因此，所附的权利要求旨在涵盖本发明的真实精神和范围之内的各种修改和变型。
工业适用性
本发明的方法和网络适用于多个领域。

Claims (6)

1.一种无线通信系统的天线选择方法，在具有第1天线、第2天线的收发器中，根据依次分配给多个子频带的天线的索引按照其分配顺序而排列的索引模式，从所述第1天线、第2天线发送SRS，在基站中，接收所述SRS，根据该SRS来选择天线，其特征在于，
具有判断子频带的数量为偶数还是奇数的判断步骤，
在所述子频带的数量为奇数的情况下，所述索引模式为交替排列与所述第1天线、第2天线对应的索引，在所述子频带的数量为偶数的情况下，所述索引模式包含连续排列的同一索引。
2.根据权利要求1所述的无线通信系统的天线选择方法，其特征在于，
天线的索引针对所述子频带的依次分配基于传输时间间隔的函数。
3.根据权利要求1或2所述的无线通信系统的天线选择方法，其特征在于，
在所述第1天线的索引是0、所述第2天线的索引是1、所述子频带的数量是4的情况下，索引模式重复[0,1,0,1,1,0,1,0]。
4.一种收发器，其具有第1天线、第2天线，根据依次分配给多个子频带的天线的索引按照其分配顺序而排列的索引模式，从所述第1天线、第2天线发送SRS，其特征在于，
所述收发器判断子频带的数量为偶数还是奇数，并且，
在所述子频带的数量为奇数的情况下，所述索引模式为交替排列与所述第1天线、第2天线对应的索引，在所述子频带的数量为偶数的情况下，所述索引模式包含连续排列的同一索引。
5.根据权利要求4所述的收发器，其特征在于，
天线的索引针对所述子频带的依次分配基于传输时间间隔的函数。
6.根据权利要求4或5所述的收发器，其特征在于，
在所述第1天线的索引是0、所述第2天线的索引是1、所述子频带的数量是4的情况下，索引模式重复[0,1,0,1,1,0,1,0]。
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