CN102047579A - 在多小区环境中使用探测信道的协作mimo - Google Patents

在多小区环境中使用探测信道的协作mimo Download PDF

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Abstract

公开了一种在多小区环境中使用探测信道的协作MIMO方法。所述方法包括：由为第一小区提供服务的第一基站获取第一基站与移动站之间的第一下行链路信道的第一CSI，向第二基站发射包括请求为第二小区提供服务的第二基站获取第二基站与移动站之间的第二下行链路信道的第二CSI的信息的信号，以及由第二基站获取第二CSI。第一基站服务移动终端。

Description

在多小区环境中使用探测信道的协作MIMO
技术领域
本发明涉及一种移动通信系统，更具体地，涉及一种用于在移动通信系统中执行协作多输入多输出(MIMO)的方法以及用于获取对其必要的信道状态信息的方法。
背景技术
近来，MIMO系统作为宽带无线移动通信技术已经引起关注。MIMO系统使得频谱效率与天线数量成比例地提高，这在采用传统的单输入单输出(SISO)方案的通信技术中很难实现。
MIMO技术是指使用多个天线实现高速通信的多天线技术。根据是发射相同数据还是发射不同数据，MIMO技术被分类为空间复用方案和空间分集方案。
在空间复用方案中，通过多个发射/接收天线同时发射不同数据。也就是说，发射侧使用发射天线发射不同数据，接收侧通过干扰消除和信号处理区分发射的数据，从而与发射天线数量成比例地提高传输率。
空间分集方案通过使用多个发射天线发射相同的数据来获得发射分集。空间分集方案是一种空时信道编码方案。空间分集方案能够通过经由多个发射天线发射相同数据来最大限度地获得发射分集增益(性能增益)。然而，空间分集方案不是一种能够提高传输率的方法，而是一种能够通过分集增益提高传输可靠性的方法。
根据信道信息是否从接收侧反馈到发射侧，MIMO技术可以被分类为开环类型(例如，贝尔实验室分层空时(BLAST)、空时网格码(STTC)等)和闭环类型(例如，发射自适应阵列(TxAA)等)。
根据用户的数量，MIMO技术还可以被划分为单用户MIMO和多用户MIMO。在具有两个或更多个天线的一个移动站与具有两个或更多个天线的基站之间执行单用户MIMO。在每一个都具有一个天线的两个或更多个移动站与具有多个天线的一个基站之间执行多用户MIMO。多用户MIMO具有以下优点。第一，由于移动站仅需要一个发射路径，因此仅需要一个功率放大器。此外，尽管一个移动站与另一个移动站在MIMO模式下操作，但是由于一个移动站通过一个天线发射数据，因此移动站的输出不需要根据天线被划分。因此，多用户MIMO不会经受一般MIMO中产生的3dB损失。第二，通过适当地选择两个移动站而不是在一个移动站内安装两个天线可以获得更好的信道矩阵。根据多用户MIMO，由于通过同时考虑多个用户期望用户天线之间的低相关性，因此可以获得更好类型的信道特征矩阵。
与应用于单个小区实现分集的传统MIMO、单用户MIMO或多用户MIMO相比，协作MIMO在如图1所示的多小区环境中使用多个基站提高小区边缘的用户的接收性能。移动站可以通过经由相同小区的基站的多个天线的单用户MIMO或多用户MIMO提高接收性能。如图1所示，在很容易受到邻近小区的干扰影响的小区边缘的移动站从邻近基站接收相同信道的信号，从而实现分集或空间复用(SM)的协作MIMO。
移动站可以使用协作MIMO系统从多小区基站共同地接收数据。为了提高系统性能，每个基站可以使用相同射频资源同时支持一个或多个移动站MS1、MS2、……、MSk。基站可以基于基站与移动站之间的信道状态信息执行空分多址(SDMA)。
在协作MIMO中，服务基站和一个或多个协作基站通过骨干网络连接到调度器。可以通过接收各移动站MS1、MS2、……、MSk与协作基站之间的信道状态信息来操作调度器，其中，通过各基站BS1、BS2、……、BSM经由骨干网络来测量所述信道状态信息。例如，调度器调度相对于服务基站以及一个或多个协作基站的协作MIMO操作的信息。也就是说，调度器直接指示各基站执行协作MIMO操作。
使用协作MIMO的每个移动站仅向服务基站报告协作MIMO操作必要的信息，而不向协作基站报告该信息。服务基站通过骨干网络向调度器发射反馈信息。调度器通过骨干网络向协作基站提供协作MIMO操作的信息。在这种情况下，小区边缘的移动站应该向服务基站发射关于协作MIMO操作要求的服务基站和协作基站的信息以及协作MIMO操作的信息。因此，可能增加反馈开销。
发明内容
技术问题
设计为解决上述问题的本发明的目的在于提供一种用于执行协作MIMO的方法以及一种有效获取信道状态信息并减少反馈开销的方法。
技术方案
可以通过提供一种用于由特定移动站在多小区环境中按照协作MIMO方案接收信号的方法来实现本发明的目的。所述方法包括：向服务基站和协作基站发射上行链路探测(sounding)信号，其中，协作基站包括用于与服务基站一起执行协作MIMO的至少一个邻近基站；以及使用多用户预编码矩阵接收信号，其中，由协作基站使用相对于从协作基站接收服务的移动站的上行链路探测信号来计算多用户预编码矩阵。可以通过使用由协作基站从特定移动站接收的上行链路探测信号估计信道状态信息(CSI)且使用估计的CSI计算多用户预编码矩阵来获取多用户预编码矩阵。
CSI可以是关于特定移动站按照协作MIMO方案接收信号的下行链路信道的状态信息。
在本发明的另一方面，在此提供一种用于由特定基站按照协作MIMO方案与一个或多个协作基站一起发射信号的方法。所述方法包括：从特定移动站接收上行链路探测信号；使用上行链路探测信号估计从协作基站接收服务的移动站的信道状态信息(CSI)；使用估计的CSI计算移动站的多用户预编码矩阵；以及按照协作MIMO方案使用计算的多用户预编码矩阵发射信号。
可以在时分双工(TDD)系统中支持CSI估计。
在本发明的另一方面，在此提供一种用于在宽带无线移动通信系统中获取移动站与两个或更多个基站之间的信道状态信息(CSI)的方法。所述方法包括：由为第一小区提供服务的第一基站获取第一基站与移动站之间的第一下行链路信道的第一CSI；向第二基站发射包括请求为第二小区提供服务的第二基站获取第二基站与移动站之间的第二下行链路信道的第二CSI的信息的信号；以及由第二基站获取第二CSI，其中，第一基站服务移动站。
所述方法还可以包括由第一基站向移动站发射指示信号，其中，所述指示信号包括指示移动站通过第一基站与移动站之间的第一探测信道发射第一探测信号且通过第二基站与移动站之间的第二探测信道发射第二探测信号的信息。
移动站可以通过第一基站与移动站之间的第一探测信道发射第一探测信号且通过第二基站与移动站之间的第二探测信道发射第二探测信号，第一基站可以基于从移动站发射的第一探测信号获取第一CSI，第二基站可以基于从移动站发射的第二探测信号获取第二CSI。分配给第一探测信道的二维时间-频率资源可以与分配给第二探测信道的二维时间-频率资源相同。第一探测信道与第二探测信道可以相同。
第一基站可以通过测量第一基站与移动站之间的第一上行链路信道来获取第一CSI，第二基站可以通过测量第二基站与移动站之间的第二上行链路信道来获取第二CSI。
第一CSI和第二CSI可以用于执行协作MIMO。
在本发明的另一方面，在此提供一种用于在具有多小区环境的宽带无线移动通信系统中执行协作MIMO的方法。所述方法包括：由为第一小区提供服务的第一基站获取第一基站与第一基站服务的移动站之间的第一下行链路信道的第一CSI；以及向第二基站发射包括请求为第二小区提供服务的第二基站获取第二基站与移动站之间的第二下行链路信道的第二CSI的信息的信号。
在本发明的另一方面，在此提供一种用于在具有多小区环境的宽带无线移动通信系统中执行协作MIMO的方法。所述方法包括：由为第一小区提供服务的第一基站从第二基站接收信号，其中，所述信号包括请求第一基站获取第一基站与为第二小区提供服务的第二基站服务的移动站之间的下行链路信道的CSI的信息；以及由第一基站获取CSI。
在本发明的另一方面，在此提供一种用于在具有多小区环境的宽带无线移动通信系统中执行协作MIMO的方法。所述方法包括：由为第一小区提供服务的第一基站服务的移动站从第一基站接收信号，其中，所述信号包括指示移动站通过第一基站与移动站之间的第一探测信道发射第一探测信号且通过为第二小区提供服务的第二基站与移动站之间的第二探测信道发射第二探测信号的信息；以及由移动站发射第一探测信号和第二探测信号。
有益效果
根据本发明，可以有效获得用于执行协作MIMO的信道状态信息。
附图说明
被包括以提供对本发明的进一步理解的附图图示本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。
在附图中：
图1示出在多小区环境中使用多个基站提高小区边缘的用户的接收性能的传统方法；
图2示出使用多个基站和基于码本的预编码的协作MIMO的示例；
图3是解释用于执行协作MIMO方案的方法的示图；
图4是示出协作MIMO系统中数据信息的反馈过程的示图；
图5是示出协作MIMO的反馈信息的流程的示图；
图6是示出根据现有技术的CSI传输方案的示图；
图7是示出根据本发明的示例性实施例的服务基站和协作基站获得移动站的CSI的方法的示图；以及
图8是示出根据本发明的示例性实施例的信号流的流程图。
具体实施方式
现将详细参照本发明的示例性实施例，在附图中图示其示例。下面将参照附图给出的详细描述旨在解释本发明的示例性实施例，而不是表示根据本发明仅可以实现的实施例。下面的详细描述包括为了提供对本发明全面理解的特定细节。然而，本领域的技术人员将理解，在不脱离这样的特定细节的情况下，可以实现本发明。例如，将围绕特定术语给出下面的描述，但是本发明不限于此，并且任何其它术语可以用于表示相同的含义。
在一些实例中，省略了已知结构和/或设备，或者在集中于已知结构和/或设备的重要特征的情况下以框图和/或流程图的形式示出已知结构和/或设备，以使不模糊本发明的概念。在整个说明书中，将使用相同的参考数字指示相同或类似的部件。
以下描述的示例性实施例是本发明的元件和特征的组合。除非另有说明，所述元件或特征可以被认为是可选择的。可以在不与其它元件或特征结合的情况下实现每个元件或特征。此外，可以通过组合部分元件和/或特征来构建本发明的实施例。可以重新排列本发明的实施例中描述的操作顺序。任何一个实施例中的某些结构可以被包括在另一实施例中，并且可以被另一实施例的相应结构替换。
在本发明的示例性实施例中，对基站与移动站之间的数据发射和接收关系做出描述。在此，术语“基站”是指与移动站直接通信的网络的终端节点。在一些情况下，被描述为由基站执行的特定操作可以由基站的上层节点来执行。也就是说，明显的是，在由包括基站的多个网络节点组成的网络中，可以由基站或除了基站以外的网络节点执行为了与移动站通信而执行的各种操作。术语“基站”可以用术语“固定站”、“节点B”、“e节点B(eNB)”、“接入点”等替换。术语“移动站”可以用术语“用户设备”、“移动用户站(MSS)”等替换。
在多小区环境中，小区边缘的用户的接收性能特性易受到小区之间的干扰。以下，提出应用协作MIMO的详细方法作为向受到小区之间干扰影响的小区边缘的用户提供更好服务的方法。
图2示出使用多个基站和基于码本的预编码的协作MIMO的示例。
基站BS1、BS2、……、BSM估计从每个移动站形成的信道H1、H2、……、HM，并且独立地产生天线加权值W1、W2、……、WM。在每个基站的预编码器中将每个天线加权值相乘，然后将其发射到每个移动站。由于将多个独立流发射到多个移动站或一个特定移动站，因此可以实现多用户MIMO、单用户MIMO、SDMA等。
图3是解释用于执行协作MIMO方案的方法的示图。
如图3所示，可以应用协作MIMO方案的多小区环境的通信系统包括移动站(MS)10和多个基站，所述基站包括接收移动站10发射的上行链路数据的服务基站(BS1)11和邻近小区的邻近基站(BS2)12。通信系统还可以包括调度器13，当多个基站执行协作MIMO时，调度器13调度发射到每个基站的数据。
按照与通过经由小区的基站的多个天线的单用户MIMO或多用户MIMO提高接收性能类似的方式，可以通过从位于多个邻近小区中的基站接收相同信道的信号来实现单用户MIMO或多用户MIMO。具体地，当采用这种情况时，位于小区边缘且因此受到邻近小区干扰的移动站可以通过从邻近基站接收相同信道的信号来实现分集、单用户MIMO或多用户MIMO。
调度器13可以使用各种MIMO方案构建移动站的数据，特别是小区边缘的移动站的数据，并且将该数据发射到多个邻近小区中的各基站，从而这些基站可以协作地且更加有效地向移动站发射信号。多个基站协作地向移动站发射信号的这种编码方案被称为协作MIMO编码。各种传统已知的MIMO方案可以同样地或类似地应用于协作MIMO编码。
调度器13从移动站接收通过每个基站接收的信号获得的信道信息，并且根据每个基站的信道状态使用信道信息适当地构建将被发射到相应移动站的数据。例如，信道信息可以包括信道质量信息(CQI)和排名信息(RI)。调度器13可以通过信道信息选择最佳编码和调制方案，并且使用选择的编码和调制方案构建数据。
当应用协作MIMO方案时，将协作MIMO编码应用于调度器13中的信息比特以向移动站10发射信号，如图3所示。编码的信息比特被单独地传递到各基站11和12。基站11和12对传递的信号进行调制且将调制的信号发射到移动站10。
图4示出协作MIMO系统中数据信息的反馈过程。
参照图4，MS1指定属于基站BS1的小区区域的移动站，MS2指定属于基站BS2的小区区域的移动站，MS3指定属于基站BS3的小区区域的移动站。“服务基站”指示向每个小区区域的移动站提供服务的基站，“协作基站”指示在每个小区区域的邻近小区区域中提供服务的基站。向特定移动站提供服务的服务基站可以用作提供相对于接收另一基站的服务的移动站的协作MIMO服务的协作基站。
每个移动站基于接收的信息向每个服务基站报告协作MIMO操作所必需的反馈信息。向服务基站报告的反馈信息通过骨干网络进一步报告给调度器。调度器基于接收的反馈信息指示每个服务基站的协作基站执行协作MIMO操作。
例如，参照图4，通过骨干网络将多个协作基站连接到调度器。调度器可以通过骨干网络接收由相应服务基站测量的关于移动站MS1、MS2和MS3的信息以及基站之间的信道信息。调度器可以向每个服务基站和协作基站发射反馈信息用于协作MIMO。以类似的方式，移动站MS1和MS2可以执行协作MIMO。
图5示出协作MIMO的反馈信息的流程。
参照图5，每个移动站MS1、MS2、……、或MSN向相应服务基站BS1、BS2、……、或BSN发射反馈信息。服务基站可以通过骨干网络向调度器发射反馈信息。
发射的反馈信息可以包括信道状态信息(CSI)、信道质量指示符(CQI)、预编码矩阵索引(PMI)、接收信号强度指示符(RSSI)等。
调度器可以使用通过骨干网络接收的反馈信息识别基站与移动站之间的关系。因此，调度器可以通过骨干网络向协作基站BS1、BS2、……、BSN发射调度决定消息。协作基站可以通过发射到基站的调度决定消息反馈服务所提供到的移动站的信道信息。也就是说，每个基站基于反馈信道信息估计独立预编码矩阵，从而执行SDMA。
图6示出根据现有技术的CSI传输方案。
为了实现协作MIMO，移动站应该测量协作基站(还可以被称为“目标基站”)的CSI(H2)以及服务基站的CSI(H1)，用于传输到服务基站。服务基站通过骨干网络发射目标基站的CSI(H2)，从而执行闭环协作MIMO。
在此情况下，由于发射目标基站的CSI和服务基站的CSI，因此反馈开销增加。
可以通过使用根据本发明的示例性实施例的上行链路信道探测的方法来减少协作MIMO的反馈开销。
上行链路信道探测是在时分双工(TDD)系统中向基站提供信道响应信息的一种手段。由于上行链路信道探测，传输天线阵列技术，诸如自适应波束形成、下行链路SDMA和闭环MIMO是可行的。在IEEE802.16e标准中使用了上行链路信道探测。
因为在TDD系统中上行链路和下行链路是对称的，所以可以实现上行链路信道探测，其是当必要时向基站提供信道响应信息的一种手段。
基站可以通过下行链路消息向移动站通知可以使用“探测区”的事实以及探测区的特性。如果需要连续探测，则基站指示移动站定期地发射探测信号，从而减少用于探测信号的指示的消息的开销。
如果发射探测信号，则基站可以使用典型信道测量方法测量信道响应。与其它反馈方法相比，此方法可以减少TDD系统中的信道测量延迟。此外，在此方法中，由于与移动站相比基站的复杂度增加，因此可以减小移动站的复杂度。
图7示出根据本发明的示例性实施例的用于服务基站和协作基站获得移动站的CSI的方法。
每个基站获取移动站的CSI的方法可以如下。服务基站调度移动站以使用移动站的独特探测信道向服务基站和目标基站发射探测信号。另外，服务基站可以向目标基站发射使用由移动站发射的探测信号测量目标基站与移动站之间的信道状态的请求。
接下来，移动站可以使用独特探测信道向服务基站和目标基站发射探测信号。然后，服务基站可以使用接收的探测信号获得服务基站与移动站之间的下行链路信道H1的CSI(H1)。目标基站可以使用接收的探测信号获得目标基站与移动站之间的下行链路信道H2的CSI(H2)。获得的CSI可以用于目标MIMO。
当使用TDD模式时，可以应用图7的描述。如果使用频分双工(FDD)模式，则可以执行下面的步骤。
服务基站可以请求目标基站基于在上行链路获得的信道测量移动站与目标站之间的下行链路信道的CSI。然后，服务基站可以基于服务基站与移动站之间的上行链路信道计算服务基站与移动站之间的下行链路信道H1的CSI。目标基站可以基于目标基站与移动站之间的上行链路信道计算目标基站与移动站之间的下行链路信道H2的CSI。获得的CSI可以用于协作MIMO。
图8是示出根据本发明的示例性实施例的信号流的流程图。
在步骤S801，服务基站S_BS请求目标基站T_BS获取用于协作MIMO的下行链路CSI。在此，下行链路CSI指示目标基站T_BS与移动站之间的CSI，并且移动站从服务基站S_BS接收服务。在步骤S802，服务基站S_BS发射调度信号，所述调度信号请求或指示属于服务基站S_BS的移动站发射探测信号。在步骤S803和S803′，移动站分别向服务基站S_BS和目标基站T_BS发射探测信号。在步骤S804，服务基站S_BS基于接收的探测信号确定服务基站S_BS与移动站之间的下行链路信道H1的CSI(H1)。在步骤S804′，目标基站T_BS基于接收的探测信号确定目标基站T_BS与移动站MS之间的下行链路信道H2的CSI(H2)。服务基站S_BS接收的探测信号与目标基站T_BS接收的探测信号相同。
确定的CSI可以用于在步骤S805中执行协作MIMO。更详细地，与协作MIMO传输协调相关的特定基站，包括服务基站S_BS和目标基站T_BS，可以使用确定的CSI计算关于协作MIMO传输协调的移动站的多用户预编码矩阵。基站可以使用多用户预编码矩阵按照协作MIMO方案向移动站发射相同信号或独立信号。
图8是基于以TDD模式操作的移动通信系统。当使用FDD模式时，可以省略步骤S802和S803。在步骤S804和S804′，基站可以基于每个基站与移动站之间的上行链路信道来估计下行链路信道的CSI，而不是基于探测信号产生CSI。
通过上述实施例获得的CSI可以用于波束形成以及协作MIMO。
根据本发明，可以有效地获取用于协作MIMO的CSI。特别地，可以减少将CSI从移动站发射到基站所必需的传输开销。
对本领域技术人员明显的是，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，对本发明进行各种修改和变型。因此，本发明意在覆盖所附权利要求及其等同物的范围内提供的本发明的修改和变型。此外，可以通过所附权利要求中没有明确引用关系的权利要求的组合体现本发明，或者本发明可以包括申请之后修改的新权利要求。
工业应用
本发明可应用于使用协作MIMO的无线移动通信系统。

Claims (15)

1.一种用于特定移动站在多小区环境中按照协作多输入多输出(MIMO)方案接收信号的方法，所述方法包括：
向服务基站和协作基站发射上行链路探测信号，其中，所述协作基站包括用于与所述服务基站一起执行协作MIMO的至少一个邻近基站；以及
使用多用户预编码矩阵接收信号，其中，由所述协作基站使用相对于从所述协作基站接收服务的移动站的上行链路探测信号来计算所述多用户预编码矩阵。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过以下获得所述多用户预编码矩阵：
使用在所述协作基站处从所述特定移动站接收的上行链路探测信号估计信道状态信息(CSI)；以及
使用估计的CSI计算所述多用户预编码矩阵。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在时分双工(TDD)系统中支持CSI估计。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述CSI是关于所述特定移动站按照协作MIMO方案接收信号的下行链路信道的状态信息。
5.一种用于由特定基站按照协作多输入多输出(MIMO)方案与一个或多个协作基站一起发射信号的方法，所述方法包括：
从特定移动站接收上行链路探测信号；
使用所述上行链路探测信号估计从所述协作基站接收服务的移动站的信道状态信息(CSI)；
使用估计的CSI计算移动站的多用户预编码矩阵；以及
按照协作MIMO方案使用计算的多用户预编码矩阵发射信号。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，在时分双工(TDD)系统中支持CSI估计。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述CSI是关于按照协作MIMO方案向所述特定移动站发射信号的下行链路信道的状态信息。
8.一种用于在宽带无线移动通信系统中获取移动站与两个或更多个基站之间的信道状态信息(CSI)的方法，所述方法包括：
在为第一小区提供服务的第一基站处获取所述第一基站与所述移动站之间的第一下行链路信道的第一CSI；
在所述第一基站处向第二基站发射信号，所述信号包括请求为第二小区提供服务的所述第二基站获取所述第二基站与所述移动站之间的第二下行链路信道的第二CSI的信息；以及
在所述第二基站处获取所述第二CSI，
其中，由所述第一基站与所述第二基站一起协作地服务所述移动站。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：由所述第一基站向所述移动站发射指示信号，其中，所述指示信号包括指示所述移动站通过所述第一基站与所述移动站之间的第一探测信道发射第一探测信号且通过所述第二基站与所述移动站之间的第二探测信道发射第二探测信号的信息。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述移动站通过所述第一基站与所述移动站之间的第一探测信道发射第一探测信号且通过所述第二基站与所述移动站之间的第二探测信道发射第二探测信号，
其中，所述第一基站基于从所述移动站发射的所述第一探测信号获取所述第一CSI，并且
其中，所述第二基站基于从所述移动站发射的所述第二探测信号获取所述第二CSI。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，分配给所述第一探测信道的二维时间-频率资源与分配给所述第二探测信道的二维时间-频率资源相同。
12.根据权利要求8至11中的任何一项所述的方法，其中，所述第一探测信道与所述第二探测信道相同。
13.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一基站通过测量所述第一基站与所述移动站之间的第一上行链路信道来获取所述第一CSI，所述第二基站通过测量所述第二基站与所述移动站之间的第二上行链路信道来获取所述第二CSI。
14.根据权利要求8至11中的任何一项所述的方法，其中，所述第一CSI和所述第二CSI用于执行协作多输入多输出(MIMO)。
15.一种用于在具有多小区环境的宽带无线移动通信系统中执行协作多输入多输出(MIMO)的方法，所述方法包括：
在由为第一小区提供服务的第一基站服务的移动站处从所述第一基站接收信号，其中，所述信号包括指示所述移动站通过所述第一基站与所述移动站之间的第一探测信道发射第一探测信号且通过为第二小区提供服务的第二基站与所述移动站之间的第二探测信道发射第二探测信号的信息；以及
在所述移动站处发射所述第一探测信号和所述第二探测信号。
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