CN102017454A - 无线通信网络以及无线通信网络中的天线选择方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施方式介绍了一种无线通信网络中的天线选择(AS)方法。所述网络包括基站和收发机，其中，所述收发机具有天线集，并且其中，所述收发机被配置为每次从天线子集中发送跳频的探测参考信号(SRS)。所述基站基于子频带的数量以及天线集中子集的数量来确定训练发送的类型；并向所述收发机发送包括所述类型的指令。

Description

无线通信网络以及无线通信网络中的天线选择方法
技术领域
本发明总体涉及无线通信网络中的天线选择，更具体而言，涉及利用跳频的探测参考信号来选择天线。
背景技术
以下专利以及专利申请与本申请相关，在此通过引用合并于此。
于2007年12月10日提交的美国专利申请No.11/953,452，名称为“Method and System for Generating Antenna Selection Signals in WirelessNetworks；”
于2008年3月26日提交的美国专利申请No.12/055,522，名称为“Method for Selecting Antennas in a Wireless Networks；”
于2007年10月26日提交的美国专利申请No.11/924,703，名称为“Method for Implicit Selecting Antennas in a Wireless Networks；”
于2007年8月6日提交的美国专利申请No.11/834,345，名称为“Method for Selecting Antennas in a Wireless Networks；”
于2008年5月7日提交的美国临时专利申请No.61/051,216，名称为“Tree-Based Frequency-Hopped Sounding Reference Signals for TransmitAntenna Selection Training；”
于2008年6月24日提交的美国临时专利申请No.61/075,102，名称为“Tree-Based Frequency-Hopped Sounding Reference Signals for TransmitAntenna Selection Training；”
于2008年6月30日提交的美国临时专利申请No.61/076,743，名称为“Tree-Based Frequency-Hopped Sounding Reference Signals for TransmitAntenna Selection Training；”
于2008年7月1日提交的美国临时专利申请No.61/077,301，名称为“Tree-Based Frequency-Hopped Sounding Reference Signals for TransmitAntenna Selection Training；”以及
于2008年7月2日提交的美国临时专利申请No.61/077,723，名称为“Tree-based frequency-hopped sounding reference signals for transmitantenna selection training with antenna index.”
OFDMA以及SC-OFDMA
在无线通信网络中(诸如，第三代(3G)无线蜂窝通信标准以及第3GPP长期演进(LTE)标准)，期望针对固定的带宽信道中的多个用户同时支持多种业务以及多种数据速率。一种方案是在基于当前信道估计进行传输之前自适应地对符号进行调制和编码。LTE中另一种可选方案(其使用正交频分复用(OFDMA))，是通过对不同的用户或UE(用户设备、移动台或收发机)分配不同的子载波或子载波组来开发多用户频率分集。在LTE上行链路的单载波频分复用多址(SC-FDMA)中，在各个用户中，首先，通过离散傅里叶变换(DFT)矩阵装置将符号整体扩展，然后将其分配给各个子载波。网络带宽可以变化，例如，从1.25MHz至20MHz。网络带宽被分割成多个子载波，例如，对于10MHz的带宽来说被分割成1024个子载波。
可应用以下标准文档：第三代合作伙伴项目36.211；无线接入网技术规范组；物理信道及调制(版本8)，v1.0.0(2007-03)；R1-01057，“Adaptiveantenna switching for radio resource allocation in the EUTRA uplink，”Mitsubishi Electric/Nortel/NTT DoCoMo，3GPP RAN1#48，St.Louis，USA；R1-071119，“A new DM-RS transmission scheme for antenna selection inE-UTRA uplink，”LGE，3GPP RAN1#48，St.Louis，USA；以及“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，因此被称作“演进型NodeB(eNodeB：evolved NodeB)”。我们可以交替地使用术语BS和ENodeB。
多输入多输出(MIMO)
为了进一步提高衰落信道环境中的无线通信网络的容量，可以采用多输入多输出(MIMO)天线技术来提高网络的容量而无需增加带宽。由于不同天线的信道可以极不相同，因此，MIMO提高了对于衰落的鲁棒性，同时使得多个数据流能够同时被发送。
此外，对利用空分复用方案或者空时trellis编码接收到的信号的处理要求如下的收发机，其中复杂度作为天线个数的函数而呈指数增加。
天线选择
天线相对简单且便宜，而RF链路则复杂且昂贵的多。天线选择减少了一些与MIMO网络有关的复杂度的缺点。天线选择通过利用比天线数量少的RF链路而减少了收发机中发射机和接收机的硬件复杂度。
在天线选择中，通过开关自适应地选择可用天线集的子集，并且只有选择的天线子集的信号被连接到可用的RF链路以用于信号处理(可以是发送或者接收)。如这里使用的，在所有的情况下，选择的子集表示天线集中所有可用的天线中的一个或多个。
导频音(pilot tone)或参考信号
为了选择最优的天线子集，即使最终只有一个选择的天线的最优子集被用于传输，也需要估计与可用的天线子集对应的信道。
这可以通过从不同天线或者天线子集发送天线选择信号(例如，导频音，也称作参考信号)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。用Nt表示发送天线的数量，Nr表示接收天线的数量，并且设Rt＝Nt/Lt以及Rr＝Nr/Lr为整数。然后，可以将可用的发送(接收)天线单元分割成Rt(Rr)个拆开的子集。导频重复方案将适用于Lt x Lr MIMO网络的训练序列重复Rt x Rr次。在训练序列的每次重复中，发送RF链路被连接到不同的天线子集。因此，在Rt x Rr次重复结束后，接收机具有了从不同发送天线至不同接收天线的全部信道的完整估计。
在频分复用(FDD)网络(其中，前向和反向链路(信道)不相同)中发送天线选择时，收发机将选择的天线子集的最优子集反馈回发射机。在互逆的时分复用(TDD)网络中，发射机可以独立地进行选择。
对于具有缓变信道的室内局域网(LAN)应用中，可以利用媒体访问(MAC)层协议来进行天线选择，参见IEEE 802.11n无线LAN草案规范，I.P802.11n/D1.0，“Draft amendment to Wireless LAN media accesscontrol(MAC)and physical layer(PHY)specifications：Enhancements forhigher throughput，”Tech.Rep.，March 2006。
天线选择训练是在MAC层中通过向物理(PHY)层发出指令以利用不同的天线子集来发送和接收分组而完成的，而不是将物理层前导码扩展为包括用于另外的天线的额外的训练字段(重复)。训练信息(用于Lt x Lr MIMO网络的单个标准的训练序列)被嵌入MAC报头字段。
LTE中的SC-FDMA结构
基本的上行发送方案在“3GPP TR 25.814，v1.2.2“Physical LayerAspects for Evolved UTRA.””中进行了介绍。该方案是带有循环前缀(CP)的单载波发送(SC-FDMA)，用于实现上行用户问正交以及使得在接收机端能实现有效地频域均衡。
宽带探测参考信号(SRS)
宽带SRS帮助eNodeB来估计由用户至eNodeB的上行信道的整个频域响应。这有助于频域调度，原则上，子载波被分配给对于该子载波来说具有最佳上行信道增益的用户。因此，宽带SRS能占用整个网络带宽(例如，5MHz或10MHz)，或者由eNodeB确定的整个网络带宽的一部分。在后者的情况下，宽带SRS在多次传输中进行跳频以覆盖整个网络带宽。
发明内容
本发明的实施方式介绍了一种无线通信网络中的天线选择(AS)方法，所述网络包括基站和收发机，其中，所述收发机具有天线集，并且其中，所述收发机被配置为每次从天线子集中发送跳频的探测参考信号(SRS)。基站基于子频带的数量以及天线集中子集的数量来确定训练发送的类型，并且发送包括所述类型的指令给所述收发机。
在一个实施方式中，子频带的数量是天线集中的子集数量的整数倍，并且所述类型是实质上交替发送。
在另一个实施方式中，子频带的数量不是天线集中的子集数量的整数倍，并且所述类型是交替发送。
在一个实施方式中，所述收发机知道所述训练发送的类型，并且被配置为基于所述指令来选择所述训练发送。在一个实施方式中，所述指令包括训练模式、跳频模式。在另一个实施方式中，所述指令包括跳频模式并且所述收发机被配置为根据所述跳频模式来进行发送。
附图说明
图1是根据本发明的实施方式的无线网络的框图。
图2是根据本发明的实施方式的上行资源网格的框图。
图3是根据本发明的实施方式的资源块的框图。
图4是根据本发明的实施方式的用于选择天线的方法的框图。
图5-6是跳频探测参考信号(SRS)发送的框图。
图7是根据本发明的实施方式的用于训练具有跳频SRS的天线子集的方法及网络的框图。
图8-9是根据本发明的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示出了根据本发明的实施方式的LTE无线网络的总体结构。多个用户设备(UE)或移动收发机111-113与静态的基站(BS)110进行通信。基站还包括收发机。
在LTE标准中基站被称作演进型节点B(eNodeB)。eNodeB 110利用无线信道或连接101、102、103来管理并协调与小区中的收发机的全部通信。各个连接可以作为从基站至收发机的下行链路(DL)或者从收发机至基站的上行链路(UL)而进行工作。由于基站处可用的发送功率比发送机处的发送功率大几个数量级，因此上行链路中的性能要重要的多。
为了进行无线通信，eNodeB和发送机两者均具有至少一个RF链路和多个天线。通常，在eNodeB中，天线的数量和RF链路的数量相等。基站处的天线数量可以非常大，例如，8个。但是，由于成本、尺寸以及功耗的限制，移动收发机通常具有的RF链路数少于天线115的数量。收发机处可用的天线数量与基站相比相对较少，例如，2或4个。因此，这里介绍的天线训练和选择被应用于收发机。
在工作中，收发机在要进行发送的发送RF链路之间切换天线。通常，天线选择从收发机处的可用天线集中选择天线子集。天线选择包括训练，该训练用于生成、发送和接收天线选择信号。本发明的实施方式使得网络能够以正交的方式容纳具有不同SRS带宽的收发机，并良好地使用有限的SRS序列资源。
LTE帧结构
上行链路(收发机至eNodeB)和下行链路(eNodeB至收发机)的发送被编成无线帧。无线帧长10ms，并且由持续时间各自为0.5ms的20个时隙306组成。两个连续的时隙构成子帧301。该帧在时域中包括20个子帧。
图2示出了SC-FDMA(单载波频分多址)上行资源网格200的基本结构。横轴表示时间或者SC-FDMA符号，而纵轴表示频率或子载波。子载波的数量取决于网络带宽，其范围例如在1.25MHz至20MHz。
上行资源网格由资源粒子(resource element)组成。各个资源粒子由子载波和SC-FDMA符号来表示。资源粒子被分组成资源块。资源块(RB)由12个连续的子载波和时间上6或7个连续的SC-FDMA符号而组成。SC-FDMA符号的数量取决于循环前缀(CP)的长度。对于普通的循环前缀，SC-FDMA符号的数量等于7，而对于扩展的循环前缀，SC-FDMA符号的数量等于6。
各个子帧由资源块构成，具体参见插图300以及图3。为了便于说明此说明书和所附权利要求，我们可互换地使用子帧和传输时间间隔(TTI)这样的术语。
图3示出了普通循环前缀的资源块(RB)300的结构。纵轴表示频率，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被分割成SC-FDMA符号，其可以包括数据303和参考信号(RS)310。在上行链路中使用两种类型的RS：探测参考信号(SRS)311以及解调参考信号(DMRS)310。
SRS和DMRS均利用恒包络零自相关序列(CAZAC)序列(诸如，Zadoff-Chu序列)来生成，如TS 36.211 V8.5.0的5.5.1章节中所介绍的，通过引用将其合并于此。当序列长度不等于Zadoff-Chu序列的可能长度时，通过将Zadoff-Chu序列的长度循环扩展为接近或小于所期望的长度或者通过将Zadoff-Chu序列的长度截断为接近或大于所期望的长度来生成期望长度的序列。DMRS在普通循环前缀的第4个SC-FDMA符号中以及扩展的循环前缀的第3个SC-FDMA符号中发送。当发送SRS时，SRS通常在除TS 36.211 V8.5.0中介绍的特定子帧以外的子帧的最后一个SC-FDMA中发送。但是，本发明的实施方式不依赖于SC-FDMA符号(在其中发送RS)。
天线选择
通常，RS与来自天线的不同子集的用户数据一起发送或者分开发送。基于RS，基站估计信道并识别用于数据发送的天线的最优子集。
图4示出了根据本发明的实施方式的用于选择天线的基本方法。基站110指定指令151(例如，跳频模式以及用于发送RS 161的天线子集)。收发机101根据指令151来发送RS 161。
基站基于接收到的RS来选择天线181的子集。然后，基站向收发机指示180选择的天线181的子集。然后，收发机101利用选择的天线181的子集来发送190数据191。收发机还能利用同一天线子集来接收发送数据。
探测参考信号(SRS)
SRS通常是宽带或可变带宽的信号。SRS使得基站能评价可用于网络的整个带宽(或者其一部分)的频率响应。该信息使得基站能够执行资源分配，诸如，上行频域调度。根据本发明的实施方式，SRS还用于天线选择。
LTE的另一个可选方案是利用跳频(FH)模式来发送SRS。具体而言，基于预定的跳频模式来发送带宽小于网络带宽的跳频SRS(即，子频带)。跳频的SRS经由多次传输而占据可用于网络的整个带宽的大部分，甚至整个可用的带宽。通过跳频，在训练期间收发机彼此干扰的概率减小。
但是，如果不正确地执行，则具有跳频可变带宽SRS的天线选择的性能提升有限，尤其是，如果收发机快速移动的情况。例如，如图5所示，通过跳频的SRS来连续探测天线Tx1的所有子频带。然后，如阴影块所示，按照类似的方式连续地探测天线Tx2的子频带。但是，从该频域天线选择训练模式中获得的信道估计很快就过期了。
图6示出了具有从可用的天线子集交替发送的跳频SRS的子帧。例如，收发机交替地从天线的两个子集(即，Tx1 210和Tx2 220)发送SRS。可用的带宽240被分割成4个子频带241-244，使得SRS利用4次发送250来覆盖带宽。应注意的是，子频带可以占用一个或多个RB。
从图6中可以看出，在发送场景中，始终从天线Tx1的子集发送子频带241和243的SRS，始终从天线Tx2的子集发送子频带242和244的SRS。因此，收发机不能针对各个可用的天线子集来估计整个频域的信道。
图7示出了根据本发明的实施方式的用于训练具有从天线的子集发送的跳频SRS的天线子集的方法及网络700。实质上交替发送(Transmitting substantially alternately)意味着，如这里针对本说明书以及所附权利要求的目的而定义的，从天线集的各个子集交替地发送SRS，但是，用于发送的子集调度的顺序可以周期地改变。
在一些实施方式中，我们针对天线的各个子集分配索引。我们还将天线的“选择的”和“未选择的”子集用作对收发机选择的用来发送的天线的特殊子集进行指示。
例如，如果收发机具有两个天线子集，索引为0和1。因此，通过交替发送，使得选择的天线子集的索引模式成为[0，1，0，1，0，10，1…]。如果收发机使用两个以上的天线子集用于发送，则天线的所有子集根据子集的索引来交替地发送SRS信号。例如，如果收发机具有三个天线索引，则选择的天线子集的索引模式成为[0，1，2，0，1，2，0，1，2，0，1，2…]。因此，我们每次在发送了跳频的SRS之后切换选择的天线子集的索引。但是，实质上交替发送会生成例如，[0，1，0，1，1，0，1，0，0，1…]的索引模式。应注意的是，对于实质上交替发送的方法，我们周期地变换用于发送子集的索引，例如，将索引移位或者省略。
选择的天线子集的索引a(nSRS)取决于发送SRS的子帧的数量nSRS以及天线子集的数量。因此，可以按照a(nSRS)与nSRS之间的函数关系的方式来指定上述索引模式，函数关系取决于其它参数，诸如，但不限于基站索引以及SRS序列的长度。
我们基于带宽中的子频带710的数量与要被训练的发送天线的子集720的数量之间的关系来确定740发送的类型。如下面具体介绍的，如果730子频带的数量是发送天线的数量的整数倍731，则我们实质上交替地发送SRS 760。例如，我们每次在到达带宽的末尾的时候735切换天线索引750。在可替换的实施方式中，我们在跳频模式的末尾处或者起始处之后切换天线索引。如果730子频带的数量不是发送天线的数量的整数倍733，则我们交替地发送770 SRS。
图8示出了用于交替地发送跳频SRS的方法的框图。可用的B Hz的带宽810被分割成Nf个830子频带，各个子频带的带宽分别为
Figure BPA00001252754700091
。如果子频带的数量为奇数，例如，Nf＝5，并且天线的子集的数量为偶数，例如，2，则子频带的数量不是发送天线的数量的整数倍。因此，从两个天线Tx1和Tx2交替地发送的结果是时间交织的跳频模式。
图9示出了用于实质上交替发送跳频SRS的方法的框图。在该实施方式中，子频带的数量(即，4)是发送天线的数量(即，2)的整数倍。因此，当发送到达带宽的末尾时(例如，发送模式920)，我们切换天线子集的索引。因此，发送的下一模式930起始于天线Tx2的子集，而不是循环920情况下的子集Tx1。
如上所述，在一个实施方式中，由基站决定使用哪个训练模式。训练模式作为指令151的一部分被发送给收发机。在可替换的实施方式中，收发机知道可能的训练模式，并且指令151只包括要使用的训练模式的标识。
虽然通过优选实施方式的示例来介绍了本发明，但是应了解的是，在本发明的精神和范围内可以进行各种其他改写和修改。因此，所附权利要求旨在涵盖落入本发明的实质精神和范围内的所有这些变型和修改。

Claims (10)

1.一种无线通信网络中的天线选择(AS)方法，所述网络包括基站和收发机，其中，所述收发机具有天线集，并且其中，所述收发机被配置为一次从一个天线子集发送跳频的探测参考信号(SRS)，该方法在所述基站处包括以下步骤：
基于子频带的数量以及所述天线集中子集的数量来确定训练发送的类型；以及
向所述收发机发送包括所述类型的指令。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述子频带的数量是所述天线集中的子集数量的整数倍，并且所述类型是实质上交替发送。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述子频带的数量不是所述天线集中的子集数量的整数倍，并且所述类型是交替发送。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述收发机知道所述训练发送的类型，并且被配置为基于所述指令来选择所述训练发送。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述指令包括训练模式。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述指令包括跳频模式。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述收发机被配置为根据所述跳频模式来进行发送。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定是基于带宽中的子频带的数量与所述天线集中的天线子集的数量之间的关系，并且其中，时隙中SC-FDMA符号的数量是6。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定是基于带宽中的子频带的数量与所述天线集中的天线子集的数量之间的关系，并且其中，时隙中SC-FDMA符号的数量是7。
10.一种无线通信网络，所述网络包括基站和收发机，其中，所述收发机具有天线集，并且其中，所述收发机被配置为每次从天线子集中发送跳频的探测参考信号(SRS)，并且所述基站包括：
被配置为基于子频带的数量以及所述天线集中子集的数量来确定训练发送的类型的模块；以及
向所述收发机发送包括所述类型的指令的装置。
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