CN102265523A - 用于无线通信系统中的节点之间的通信的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线通信系统(2)中的第一节点(1)，其中第一节点(1)包括至少两个天线端口(3，4)，并且设置成用于通过至少一个天线辐射波瓣(6，7，8，9)、经由信道(H)与第二节点(5)进行通信。第二节点(5)包括至少两个天线端口(10，11)，并且相对第一节点(1)以特定方向(12)定位，并且设置成用于在特定时间向第一节点(1)传送至少两个预编码权重集合请求其中之一。每个所传送预编码权重集合请求根据信道(H)来选择，使得第一节点(1)接收用于特定波束形成的指令。第一节点(1)设置成应用这种波束形成，使得从第二节点(5)所接收的预编码权重集合请求在特定时间段中具有至少一个特定分布的集合中的一个特定分布。

Description

用于无线通信系统中的节点之间的通信的装置和方法

技术领域

本发明涉及无线通信系统中的第一节点，其中第一节点包括至少两个天线端口，并且设置成用于通过至少一个天线辐射波瓣经由信道与第二节点进行通信。第二节点包括至少两个天线端口，相对第一节点以特定方向定位，并且设置成用于在特定时间向第一节点传送至少两个预编码权重集合请求其中之一。每个所传送预编码权重集合请求根据信道来选择，使得通过每个预编码权重集合请求，第一节点接收用于特定波束形成的指令。

本发明还涉及对应方法。

背景技术

多输入多输出(MIMO)系统的成功在很大程度上取决于信道的特性。在频分双工(FDD)系统中，上行链路(UL)载波频率不同于下行链路(DL)载波频率。

一般来说，FDD系统在UL中没有与在DL中相同的信道，即，它不是可互换的。这意味着，发射器必须通知接收器关于它看到哪一个信道，反过来也是一样，以便能够沿正确方向定向能量。传送全信道矩阵的成本高，并且因此不是希望的。在第三代合作伙伴项目(3GPP)标准36.x中使用的一个备选方案是传送与权重集合对应的指数。

基站天线能够从一定数量的预编码矩阵中选择一个。这些预编码矩阵将在预定义方向传送流。但是，选择预编码权重的自由度受到一定限制。现行标准仅支持用于选择预编码的相当粗略反馈。

换言之，仅存在可用的预编码矩阵的有限集合，其中每个预编码矩阵涉及天线的特定权重，并且因此每个预编码矩阵与某种天线辐射波瓣配置相关。如果用户终端向基站提供反馈，则基站基于那个反馈来选择特定预编码矩阵。那个特定预编码矩阵提供某种天线辐射波瓣配置，由于可用的有限数量的预编码矩阵，这可能是可用之中的最佳天线辐射波瓣配置。即使它是最佳天线辐射波瓣配置，但也可能不会提供基站与用户终端之间的最终通信情景。在最坏情况中，用户终端可在所选天线辐射波瓣配置中定位于两个相邻波瓣之间。

因此，希望获得一种用于提供更好地使用可用天线覆盖的可接受通信情景的更可靠方法。

发明内容

本发明的目的是获得一种用于提供更好地使用可用天线覆盖的可接受通信情景的更可靠方法。

所述目的通过无线通信系统中的第一节点来实现，其中第一节点包括至少两个天线端口，并且设置成用于通过至少一个天线辐射波瓣经由信道与第二节点进行通信。第二节点包括至少两个天线端口，并且相对第一节点以特定方向定位，并且设置成用于在特定时间向第一节点传送至少两个预编码权重集合请求其中之一。每个所传送预编码权重集合请求根据信道来选择，使得通过每个预编码权重集合请求，第一节点接收用于特定波束形成的指令。第一节点设置成应用这种波束形成，使得从第二节点所接收的预编码权重集合请求在特定时间段中具有至少一个特定分布的集合中的一个特定分布。

所述目的还通过一种用于建立无线通信系统中的第一节点与第二节点之间的通信的方法来实现，其中第一节点包括至少两个天线端口，并且可使用至少一个天线辐射波瓣经由信道与第二节点进行通信。第二节点具有至少两个天线端口，并且相对第一节点以特定方向定位。该方法包括下列步骤：第二节点根据信道来选择每个所传送预编码权重集合请求，使得通过每个预编码权重集合请求，第一节点接收用于特定波束形成的指令；第二节点在特定时间向第一节点传送至少两个预编码权重集合请求其中之一；以及第一节点应用这种波束形成，使得从第二节点所接收的预编码权重集合请求在特定时间段中具有至少一个特定分布的集合中的一个特定分布。

在一个实施例示例中，第一节点设置成或者用于查找天线辐射波瓣图，使得不存在预编码矩阵偏好。

按照另一个示例，所接收预编码权重集合请求分布主要涉及两个天线辐射波瓣图，使得第一节点经由两个相邻辐射波瓣与第二节点进行通信。

按照另一个示例，第一节点包括用于根据所接收预编码权重集合请求分布来计算特定预编码权重集合的装置。

按照另一个示例，所述特定预编码权重集合对应于如下情况：第一节点设置成在特定方向定向最终辐射波瓣。

按照另一个示例，第一节点是基站，而第二节点是用户终端，反过来也是一样。

在从属权利要求中公开其它示例。

许多优点通过本发明来实现。主要是更好地使用可用天线覆盖。

附图说明

现在参照附图更详细地描述本发明，附图包括：

图1示意示出按照本发明的系统；

图2示意示出按照本发明的系统的顶视图；以及

图3示出按照本发明的方法的流程图。

具体实施方式

参照图1和图2，在无线通信系统2中存在基站1，基站具有第一天线端口3和第二天线端口4。基站1经由第一天线辐射波瓣6、第二天线辐射波瓣7、第三天线辐射波瓣8和第四天线辐射波瓣9、通过由信道矩阵H所定义的信道H与用户终端5进行通信。用户终端5包括第一天线端口10和第二天线端口11。用户终端5相对基站1以特定方向12定位。

所传送信号y在已经通过信道H传递时被变换成所接收信号

信道矩阵H能够按照下式以奇异值分解写作：

H＝UDV^H                        (1)

在这里，矩阵D是定义各数据流看到的增益的对角矩阵，酉矩阵U和V是基矩阵，以及上标H表示它是厄米转置。MIMO系统设置成传送与D中超过某个阈值的奇异值的数量相关的多个数据流。一旦已经决定流的数量，则各流与一个奇异值和两个奇异向量关联，其中一个奇异向量来自U而另一个来自V。这些奇异向量用作天线单元权重，其中来自V的向量在发射器中使用，而来自U的向量在接收器中使用。

在常规均匀线性阵列(ULA)中，权重对应于空间定位的零值集合，表示将在没有被零值阻塞的方位方向来辐射能量。相等地，在接收器侧，从没有被零值阻塞的方向来接收所辐射能量。显然，这些未阻塞方向对应于方位的群集位置，从而便于数据流的传输。

在发射器所使用的向量不同于在接收器所使用的向量，因为有用群集具有取决于观测点(Tx或Rx)的不同角位，并且天线可以是不同的。群集在当前上下文中与信道的结构、例如建筑物等相关。这意味着，群集的位置被看作是缓慢变化信道性质。另外，快速变化信道性质也存在，例如快速衰落。

在一个示例中，用户终端5通过使用来自基站1的导频信号，来提供信道H的估计

因此

${\hat{H}}_{\mathrm{MS}}={\hat{U}}_{\mathrm{MS}}{\hat{D}}_{\mathrm{MS}}{\hat{V}}_{\mathrm{MS}}^H$

符号^在这里表示估计。

用户终端5经由反馈信道F向基站发送

从而向基站1提供信息。基站1在传送时使用

矩阵

中的每一列构成预编码向量，并且提供用于一个MIMO流的波束形成。

所传送信号y是矩阵

与消息x相乘，即

$y={\hat{V}}_{\mathrm{MS}}x$

所接收信号

写作：

$\tilde{y}=\mathrm{Hy}=H{\hat{V}}_{\mathrm{MS}}x=U_{\mathrm{MS}}{D}_{\mathrm{MS}}{V}_{\mathrm{MS}}^H{\hat{V}}_{\mathrm{MS}}x$

其中，

近似为单位矩阵。对于理想的已知信道，

等于V_MS，并且乘积为单位矩阵。

所接收信号与

相乘：

${\hat{U}}_{\mathrm{MS}}^H\tilde{y}\≈D_{\mathrm{MS}}x$

V的列表示能够对其计算零值的多项式。零值将使来自与特定、如方位方向对应的方向的信号衰减。因此，在用户终端5所找到的V中的向量理想地指示基站1在哪个方向发送或者在哪个位置不发送。但是，在诸如3GPP之类的码本方式中，存在有限数量的矩阵V_MS供在其间选择，其中这些矩阵形成预编码矩阵。所使用方向可能因粗略预编码器码本或预编码器集合而完全不理想。

信道能够被看作是随机过程，其中列是N维复空间C^N中的随机向量，这意味着信道分解、即等式(1)也是随机的。但是，基函数的变型在很大程度上取决于空间谱的特性。通过峰值来表征的谱将具有描述那些峰值的基函数。因此，如果环境引起峰值，则它们将在适当长的时间中保持为固定，即对随机性无变化。在平谱中，不存在优选方向，并且在哪个方向传送能量实际其实无关紧要。显然，与对应于平谱的零值相比，V的零值的位置对于尖峰谱呈现较小变化。

3GPP中采用的用于传送基向量的方式是使用各与指数(index)关联的预定义向量集合。这能够被看作是基矩阵的连续体的量化。特别是对于两个天线的情况，权重集合本质上由两个矩阵组成。

在这种情况下并且按照本发明，基站1设置成操纵其天线辐射波瓣配置，使得用户终端5将通过请求最佳预编码器选择来设法校正基站1。当满足特定概率条件时，该过程停止。然后，已知的是，零值位于通过基站1所选的波束所给定的方向。概率条件通常规定所接收预编码矩阵的两个相邻天线辐射波瓣7、8中的任一个基本相等的概率。当基站1操纵其天线辐射波瓣配置时，实际上存在多个天线辐射波瓣图，每个对应一个不同方向。

这个信息用于定向最终天线辐射波瓣13。通常，期望的最终波瓣方向是在所述相邻天线辐射波瓣7、8之间。

用户终端5期望的包括预编码权重集合的哪一个预编码器矩阵V_MS一般采取预编码权重集合请求的形式从用户终端5传送给基站1。

一般来说，基站1按照特定方式来设置其天线辐射波瓣配置，并且分析来自用户终端5的对应输入。因此，用户终端5设置成用于在特定时间向基站1传送至少两个预编码权重集合请求其中之一，其中每个所传送预编码权重集合请求根据信道H来选择，使得通过每个预编码权重集合请求，基站1接收用于特定波束形成的指令。

基站1设置成应用这种波束形成，使得从第二节点(5)所接收的预编码权重集合请求在特定时间段中具有至少一个特定分布的集合中的一个特定分布。

术语“分布”在这里涉及预编码权重集合请求的特定概率分布，其中当满足特定概率条件时得到特定分布。例如，这种预编码权重集合请求分布可包括大体相等地请求两个特定天线辐射波瓣7、8。在那种情况下，用户终端5在大体相等的程度上请求基站1经由所述特定天线辐射波瓣7、8其中之一与其通信。

一种示范方法涉及基于坐标旋转数字计算机(CORDIC)的方式。基本假设在于，将要被阻塞的方向在某个时间段期间是固定的。针对在基站1的处理来进行描述，用户终端5只计算反馈的指数，该指数在这个示例中与三个预编码矩阵W1、W2、W3其中之一相关。t是运行迭代时间，S表示误差符号，k是多个用户终端中的特定用户终端的编号，以及N表示包括统计的指数传输。算法概述如下：

1.设t＝0，

S＝1

2.对于第k个用户终端，收集N个指数传输

3.计算差ε＝#W₃-#W₂，即，选择三和二已经发生的次数之间的差。

4.如果差ε小于M观测，则通过最终45°旋转来找出解决方案。

5.如果ε＞0且S≠sign(ε)，则t＝t+1；

6.S＝sign(ε)

7.将所选预编码器旋转

8.转到步骤2

上述算法基于选择来将预编码器旋转角

每当旋转过大时，该角减半，并且使旋转反向。在这里，术语“过大”表示用户终端偏好以前未偏好的预编码矩阵，并且存在一个或另一个预编码器的偏好。

本方法适合能够被看作经过缓慢变化的信道中的部件。例如，这能够与信道中的结构对象、如建筑物相关。因此，所跟踪的信息与角谱相关，并且对应随机变量η＝HH^H。如果η是固定的，则谱估计能够计算为若干快照的平均，这称作求平均。因此，角信息经由信道的次级矩来查找。另外，随机变量η可具有预计值。这个预计值能够被解释为角谱的分量。

在一般情况下，例如存在由K个元素组成的ULA，并且存在L个预编码矩阵。策略是使基站1查找波束星座，使得不存在预编码矩阵偏好。这还意味着，基站1在传输最佳地应当已经发生的方向放置零值。显然，通过使用逆谱作为预编码矩阵，反而将放大在所找到的解决方案中衰减的所有方向。

参照图1-3，本发明还涉及一种用于建立基站1与用户终端5之间的通信的方法，如前面所述。该方法包括下列步骤：

14：用户终端5根据信道H来选择每个所传送预编码权重集合请求，使得通过每个预编码权重集合请求，基站1接收用于特定波束形成的指令。

15：用户终端5在特定时间向基站1传送至少两个预编码权重集合请求之一。

16：基站1应用这种波束形成，使得从用户终端5所接收的预编码权重集合请求在特定时间段中具有至少一个特定分布的集合中的一个特定分布。

本发明并不局限于上述示例，而是可在所附权利要求书的范围之内自由变化。

要注意，该情景很少是静态的，用户终端5可在移动，并且信道处于变化状态。因此，通过本发明所获取的结果往往仅在有限时间中才是有效的。因此，通过本发明，必须更新由基站所应用的波束形成。

作为一个备选方案，本发明可互换地工作，使得基站1向用户终端5传送预编码权重集合请求。本发明还可按两种方式工作，使得基站1向用户终端5传送预编码权重集合请求，并且用户终端5向基站1传送预编码权重集合请求。

存在与一个或多个基站进行通信的多个用户终端或者与一个或多个用户终端进行通信的多个基站。

用户终端例如由膝上型电脑或蜂窝电话构成。

基站例如可由中继站构成。

基站和用户终端一般是无线通信系统中称作节点的术语。

可以设想第一节点1显式通知第二节点5关于它打算定位其天线辐射波瓣的位置。在这种情况下，第一节点不是按照变化方式来定向其导频传输。而是经由显式方向信息来指示第二节点计算来自所述方向的辐射的效果，并且以此为基础来选择权重集合指数。基于从所述第一节点所提供的显式指示来迭代该过程。

Claims (22)

1.一种无线通信系统(2)中的第一节点(1)，其中

所述第一节点(1)包括至少两个天线端口(3，4)，并且设置成用于通过至少一个天线辐射波瓣(6，7，8，9)、经由信道(H)与第二节点(5)进行通信，

所述第二节点(5)包括至少两个天线端口(10，11)，并且相对所述第一节点(1)以特定方向(12)定位，所述第二节点(5)设置成用于在特定时间向所述第一节点(1)传送至少两个预编码权重集合请求之一，每个所传送预编码权重集合请求根据所述信道(H)来选择，使得通过每个预编码权重集合请求，所述第一节点(1)接收用于特定波束形成的指令，

其特征在于，

所述第一节点(1)设置成应用这种波束形成，使得从所述第二节点(5)所接收的预编码权重集合请求在特定时间段中具有至少一个特定分布的集合中的一个特定分布。

2.如权利要求1所述的第一节点，其特征在于，它设置成查找天线辐射波瓣图，使得不存在预编码矩阵偏好。

3.如权利要求1或2中的任一项所述的第一节点，其特征在于，所接收预编码权重集合请求分布主要涉及两个天线辐射波瓣图，使得所述第一节点(1)经由两个相邻辐射波瓣(7，8)与所述第二节点(5)进行通信。

4.如权利要求1-3中的任一项所述的第一节点，其特征在于，所述第一节点包括用于根据所接收预编码权重集合请求分布来计算特定预编码权重集合的装置。

5.如权利要求4所述的第一节点，其特征在于，所述特定预编码权重集合对应于如下情况：所述第一节点设置成在特定方向定向最终辐射波瓣(13)。

6.如权利要求5所述的第一节点，其特征在于，基本上在所述两个相邻辐射波瓣(7，8)之间定向所述最终辐射波瓣(13)。

7.如权利要求1-6中的任一项所述的第一节点，其特征在于，所述第一节点(1)是基站，而所述第二节点(5)是用户终端。

8.如权利要求7所述的第一节点，其特征在于，存在多个用户终端(5)，所述基站(1)设置成将其波瓣(6，7，8，9)定向到所述多个用户终端(5)。

9.如权利要求1-6中的任一项所述的第一节点，其特征在于，所述第一节点是用户终端，而所述第二节点是基站。

10.如权利要求1-9中的任一项所述的第一节点，其特征在于，所述第一节点(1)与所述第二节点(5)之间的方向主要在方位平面来确定。

11.如权利要求1-10中的任一项所述的第一节点，其特征在于，所述特定分布与特定概率相关，其中当满足特定概率条件时得到所述特定分布。

12.一种用于建立无线通信系统(2)中的第一节点(1)与第二节点(5)之间的通信的方法，其中所述第一节点(1)包括至少两个天线端口(3，4)，并且可使用至少一个天线辐射波瓣(6，7，8，9)、经由信道(H)与所述第二节点(5)进行通信，所述第二节点(5)具有至少两个天线端口(10，11)，并且相对所述第一节点(1)以特定方向(12)定位，所述方法包括下列步骤：

所述第二节点(5)根据所述信道(H)来选择每个所传送预编码权重集合请求，使得通过每个预编码权重集合请求，所述第一节点(1)接收用于特定波束形成的指令；以及

所述第二节点(5)在特定时间向所述第一节点(1)传送至少两个预编码权重集合请求之一，

其特征在于，所述方法还包括下列步骤：

所述第一节点(1)应用这种波束形成，使得从所述第二节点(5)所接收的预编码权重集合请求在特定时间段中具有至少一个特定分布的集合中的一个特定分布。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，它用于查找天线辐射波瓣图，使得不存在预编码矩阵偏好。

14.如权利要求12或13中的任一项所述的方法，其特征在于，所接收预编码权重集合请求分布主要涉及两个天线辐射波瓣图，使得所述第一节点(1)经由两个相邻辐射波瓣(7，8)与所述第二节点(5)进行通信。

15.如权利要求12-14中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第一节点(1)根据所述所获取预编码权重集合请求分布来计算特定预编码权重集合。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述特定预编码权重集合对应于如下情况：所述第一节点(1)在特定方向定向最终辐射波瓣(13)。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，基本上在所述两个相邻辐射波瓣(7，8)之间定向所述最终辐射波瓣(13)。

18.如权利要求12-17中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第一节点(1)是基站，而所述第二节点(5)是用户终端。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，存在所述基站(1)将其波瓣(6，7，8，9)定向到的多个用户终端(5)。

20.如权利要求12-17中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第一节点是用户终端，而所述第二节点是基站。

21.如权利要求12-20中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第一节点(1)与所述第二节点(5)之间的方向主要在方位平面来确定。

22.如权利要求12-21中的任一项所述的方法，其特征在于，所述特定分布与特定概率相关，其中当满足特定概率条件时得到所述特定分布。

Images