CN102356565B - 用于使用预编码在多用户mimo网络中通信的方法及其设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在网络中通信的方法，所述网络包括主站和至少第一辅站，其中，第一辅站向主站发射第一多个预编码向量的指示，其中，第一预编码向量的数量大于从主站向第一辅站的发射的优选秩。

Description

用于使用预编码在多用户MIMO网络中通信的方法及其设备
技术领域
本发明涉及用于在通信网络中通信的方法。更具体而言，它涉及用于以MIMO（多输入多输出）模式，在主站与一个或更多个辅站之间通信的方法。它还涉及能够实施这种方法的辅站或主站。
本发明例如与所有无线通信网络，以及在以下描述的实例中与诸如UMTS、或者UMTSLTE的移动电信网络相关。
背景技术
在通信网络中，为了增加通信的可达吞吐量，已广泛提出了MIMO（多输入、多输出）。MIMO涉及发射器和接收器这二者处多个天线的使用以改进通信性能。它的确通过较高频谱效率（每赫兹带宽每秒较多比特）和链路可靠性在没有额外带宽或发射功率的情况下提供数据吞吐量的显著增加。
多用户MIMO（MU-MIMO）是演进MIMO，允许站点同时在同样波段中与多个用户通信。在本发明的示范性实施例中，移动通信网络包括可以通过使用多个主站天线和多个辅站天线，通过MIMO流同时与多个辅站（移动台、或者用户设备、或者UE）通信的主站（基站、或者NodeB或eNodeB）。为了形成流，辅站通过向主站发射CSI（信道状态信息）反馈为主站提供与信道的状态有关的信息。这种CSI表明为了使主站发射的相应空间可分离数据流的可达数据速率最大化要使用的理想或至少优选的预编码向量。此预编码向量可以是发射期间要对主站的每个天线端口应用以朝向辅站天线引导数据流的一组复值。
然而，在MU-MIMO环境中，以信号发送的预编码向量在使用时会使得射束干扰同时与主站通信的另一辅站。此外，辅站无法估算干扰站点在何处以及预编码向量的使用是否会引起干扰。每个辅站中辅站发射的预编码向量的共享将会引起过多信令以及将会需要每个辅站的过多计算能力以生成非干扰预编码向量。
发明内容
本发明的目的是提出减轻上述问题的用于在MU-MIMO网络中通信的改进方法。
本发明的另一目的是提出在通过减少干扰增进信道质量的同时不引起过多信令的用于通信的方法。
本发明的又一目的是提出包括可以使整个系统的数据吞吐量最大化的辅站和主站的系统。
为此，按照本发明的一个方面，提出了用于在网络中通信的方法，所述网络包括主站和至少第一辅站，其中，第一辅站向主站发射第一多个预编码向量的指示，其中，第一预编码向量的数量大于从主站向第一辅站的发射的优选秩。
发射的秩意思是主站与给定辅站之间MIMO通信的空间可分离数据流的数量。应该注意秩不能超过辅站的和主站的天线数量的最小值。例如，具有四个天线的辅站不能接收多于四个空间可分离流，所以不能超过秩-4通信。此外，十六天线的主站不能发射多于16个波束。作为实例，这种主站可以同时向四个辅站发射四个秩-4MIMO发射，或者向一个辅站发射一个秩-4MIMO发射同时向另外两个辅站发射两个秩-2MIMO发射以及向另外八个辅站发射八个秩-1MIMO发射。
作为结果，主站能够例如基于所指示的多个向量的线性组合而生成另一预编码向量以便建立通信。在MU-MIMO实施例的情形中，主站现在能够生成从辅站的角度而言可能非最理想、但是准许防止向不同辅站发射的流之间干扰的预编码向量。在特定实施例中，主站选择预编码向量的组合，如，不需要很多处理的线性组合，以使得连接辅站的所有发射速率的和速率最大。
按照本发明的另一方面，提出了包括用于与主站在网络中通信的装置的辅站，辅站进一步包括布置成用于向主站发射第一多个预编码向量的指示的发射装置，其中，第一预编码向量的数量大于从主站向第一辅站的发射的优选秩。
本发明的这些和其它方面将根据下文中描述的实施例而明白，并且参照这些实施例进行阐述。
附图说明
现在将参照附图通过实例的方式更详细地描述本发明，其中：
－图1是按照使一个辅站的速率最大化的波束赋形方案的网络的方框图；
－图2是按照本发明实施例的网络的方框图。
具体实施方式
本发明涉及具有主站以及与主站通信的多个辅站的通信网络。例如图1和2中示例了这种网络，其中，主站或基站100与多个辅站101、102、103和104以无线方式通信。在本发明的示例性实例中，辅站101－104是UMTS网络的用户设备或移动台。
按照本发明的第一实施例，主站100包括了包括多个天线的天线阵列、以及复增益放大器以使得主站100能够执行波束赋形，如，MIMO波束赋形。通常，主站包括四个天线。在LTE的大多数演进版本中，主站可以包括8、16个天线或更多天线。类似地，辅站101－104包括多个天线，例如，用于与第一LTE版本兼容的UE的2个天线。在后来的版本中辅站可以具有4或8个天线、或者甚至更多天线。由于天线阵列，主站100可以形成数据流的波束，如，图1上描绘的波束150和151。为了形成波束和建立MIMO通信，预编码向量的生成是必需的，此生成需要在辅站和主站侧这二者上计算以及有关信道状态的信息。
例如，在LTE规范的第一版本中，被配置成在MU-MIMO中接收下行链路发射的辅站进行下行链路信道的测量（通常使用非预编码公共参考信号（CRS））以及向主站eNodeB发射信道状态信息（CSI）反馈。这指示要用于下行链路发射的优选预编码向量（PMI，预编码矩阵指示器）以及指示相应调制和编码方案的相关联CQI（信道质量信息）值。在此实例中，下行链路发射是基于码本的，意思是从有限集合中选择用于发射的预编码向量。把选取的预编码向量告知辅站以使得辅站可以得出作为公共参考信号（CRS）的相应线性组合的相位参考。
具有单个接收天线的辅站反馈实现最佳质量发射或最可靠通信的单个优选预编码向量的索引，例如，使它的天线处的信号干扰比SINR最大化的那个。这可以基于直接信道向量量化（CVQ）、或者发射波束赋形向量的预定码本。在辅站具有两个（或更多个）接收天线的情形中，状况较复杂，采取的途径取决于对于量化CSI反馈可用的码本的大小。在这种辅站处可以做的将会是反馈全信道矩阵（或至少它的量化版本）。然而这将会需要显著的信令开销和资源。
在秩-2发射的情形中，可以反馈优选预编码矩阵。然而这例如由于信道矩阵的秩受限、而在辅站优选秩-1发射的情况下，或者在以只支持秩-1发射的MIMO模式配置辅站的情况下，或者在主站只调度秩-1发射的情况下不适当。
对于秩-1发射，在相对较小反馈码本的情形中，具有两个接收天线的辅站通过得出使码本中每个发射波束赋形向量的SINR最大化的接收组合向量来确定单个优选预编码向量是可行的。此单个优选预编码向量通常可以是MMSE（最小均方估值）接收组合向量。UE可以上报使最大SINR最大化的发射波束赋形向量。
对于去往一个辅站的单个流，可以把此途径表达如下：
1.通过y＝Hgx+n给出接收的信号，其中
oy是接收的信号，Nx1向量
ox是发射的信号，1x1向量
og是预编码向量，Mx1
oH是信道矩阵，NxM
on是每个接收天线处的噪声，Nx1向量。为了方便可以把H归一化以使得噪声方差相等
oM是eNB处发射天线的数量
oN是UE处接收天线的数量
2.对于大小C的码本中每个可容许的g，计算接收天线权重向量w（1xN）以使得wy＝使误差最小化，即：w＝(Hg)H((Hg)(Hg)H+σ2I)-1
3.在计算w的相应MMSE解之后上报使SINR最大化的g。这等同于上报单个接收天线的g，其中，把g选取为使wH给出的有效1xM发射信道的接收SINR最大化
4.eNB调度器将选择上报正交g（或至少互相关性低的g）的UE对。
在基于信道向量量化（CVQ）的反馈的情形中，类似途径可以得到反馈的单个优选预编码向量。然而，这有赖于主站发射器处迫零波束赋形的假设，以及依赖于所得SINR的近似。
以上途径的主要缺陷是它们并非必定使利用MU-MIMO的小区中的和速率最大化，因为较高和速率可以通过选取实现UE的不同配对但是不使每个单独UE的SINR最大化的w来获得。
可以通过从主站100向辅站101引导的波束151在图1中对此进行图示。即使此波束151是使辅站101的SINR最大化的那个波束，它也引起对辅站102的巨大干扰。此辅站102将会因为笔直导向它的波束151而无法具有SINR高的通信。
此外，在许多情形中辅站计算优化SINR的单个权重向量w是不可行的，因此反馈单个优选发射预编码向量是不可行的。这种情形包括：
i）大反馈码本的情形，以使得SINR计算和不同优化的数量变得禁止；
ii）辅站不知道发射预编码向量的情形，例如
a.主站处的发射波束赋形，其中，通过预编码参考信号而非实际使用的预编码向量的指示器和CRS给出相位参考；在此情形中有效地存在无限数量的发射预编码向量可用，辅站对于其中的每个将需要得出理想权重向量w；
b.当迫零发射波束赋形的假设会并非必定有效时，基于信道向量量化的反馈。
本发明的一个方面基于对于以上识别的情形可以有大量或甚至无限数量的w的事实。这意味着通过使w变化，基站会可以选择在并非必定使任何单个UE的速率最大化的情况下使和速率最大化的UE对。
图2中描绘了本发明第一实施例的示范性变型，其中，主站100能够引导波束151以使得它不干扰辅站102。即使波束151未提供辅站101的最高可能的SINR值，对于所有辅站可获得的和速率也由于专用于另一辅站即101的波束151不干扰辅站102所以可以更好。
为了实现这一点，按照本发明的第一实施例提出了辅站向主站反馈一组优选预编码向量，预编码向量的数量大于发射的优选秩。主站可以首先确定发射的优选秩以及预先配置辅站。随后，这准许辅站知晓需要反馈给主站的所需预编码向量的数量，它还准许限制会在计算能力方面较之主站而言较受限的辅站处的计算需求。
然而可以让辅站根据信道的状态对发射的优选秩做判定以使得它准许信道的理想使用。在这种情形中，辅站把发射的优选秩告知主站。
根据第一实施例的变型，当应用在LTE网络中UE或辅站处两个接收天线的情形中时，每个UE即使在秩-1发射是优选的时，也反馈两个预编码向量g：g1和g2。可以通过选择两个优选正交接收向量w1和w2（其对主站和辅站这二者可能是先验已知的或者其关系对主站和辅站这二者是先验已知的），如上计算每个预编码向量g。
根据有益实施例如上所述计算第一个接收向量w1以使基于码本的反馈途径的速率最大化。也反馈使用w的此值计算的相应CQI值，这对于没有为同时发射而调度的的其它辅站结束的情形给出足够信息。可以随后选取第二个向量w2为w1的正交向量（这对于另一辅站的理想调度给出足够信息），针对w的此值计算第二CQI值以及也反馈第二CQI值。辅站还反馈相应g值：g1和g2。
对于辅站处的两个接收天线，合适实施例会使用例如w向量w1＝[11]和w2＝[1-1]，或者接收天线选择对应的[01]和[10]。
应该注意可以把本发明的此示范性实施例扩展到具有N个接收天线的辅站，在此情形中w是维度为1xN的向量。在这种情形中，辅站可以发射直至N个w向量对应的优选预编码向量反馈。例如，如果N＝4，则辅站可以反馈w1、w2、w3和w4对应的4个优选预编码向量，其中所有向量可以例如彼此正交。
按照以上实例的变型，辅站可以发送少于N个w对应的减少的反馈量。在这种情形中（例如，对于2个w），特定w的选取可以把接收天线之间的相关性考虑在内以使反馈给主站的信息最大化。
例如，如果选择w1使速率最大化，则用于生成w2、w3、以及w4的可能的乘数可以是[11-1-1]、[1-11-1]、以及[1-1-11]。在假设按分开（以及因此的关联性）的次序索引天线的情况下使用w2对w3或w4可能是优选的。
作为本发明进一步的方面，因此，辅站根据天线之间的相关性选择第二个w（由于主站无需知道辅站处的物理天线与天线索引之间的关系）。
在另一实施例中，辅站选择和反馈SINR最高的n个w，其中n<N。
作为进一步的实例，如果把w1选择为[1111]，则w2、w3、以及w4的可能值可以是[11-1-1]、[1-11-1]、以及[1-1-11]。
在N＝2的实施例中，主站调度器随后自由地选择用户A的任何gA为与gA正交的g1和g2的线性组合以及用户B的类似得出的gB。可以把此扩展到N>2，其中，辅站上报g的两个（或更多个）值，eNB应用作为上报值的线性组合的预编码。
如果辅站上报w的N个值对应的g的N个值，则这为eNB提供了全信道矩阵的一些信息。然而，这具有优于已知方法的一些优点，因为并非必定指定接收天线的排序、以及计算复杂度可能较低以求信道表示的等同准确性（即，相比于码本大小CN的一个查找而言，码本大小C的N个查找）。
在本发明的变型中，主站是诸如用户设备的移动终端，主站是诸如eNodeB的基站。
本发明可应用于诸如UMTSLTE和UMTSLTE演进的移动电信系统，而且在一些变型中可应用于动态或者至少半持久地进行资源分配的任何通信系统。
在本说明书和权利要求中元素前面的词语“一”或“一个”不排除多个这种元素的存在。进一步地，词语“包括”不排除除了列出的那些以外的其它元素或步骤的存在。
权利要求中包括括号中的附图标记意在帮助理解以及并非意在限制。
通过阅读本公开，其它修改将会对本领域技术人员是明显的。这种修改可以涉及无线电通信领域中已经知道的其它特征。

Claims (17)

1.一种用于在网络中通信的方法，所述网络包括主站和至少第一辅站，其中，第一辅站向主站发射第一多个预编码向量的指示，其中，第一预编码向量的数量大于从主站向第一辅站的发射的优选秩且少于辅站的接收天线的数量，其中辅站根据每个预编码向量的相应SINR以及辅站的接收天线之间的相关性中的至少一个来选择第一预编码向量。
2.如权利要求1所述的方法，其中，第一辅站把发射的优选秩告知主站。
3.如权利要求1所述的方法，其中，主站配置发射的优选秩。
4.如权利要求1所述的方法，其中，发射的优选秩是预定的。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，第一辅站根据不同的相应接收组合向量得出第一组的每个预编码向量。
6.如权利要求5所述的方法，其中，接收组合向量彼此正交。
7.如权利要求5所述的方法，其中，把通过第一组的至少一个预编码向量以及相应接收组合向量可获得的发射速率的指示发射给主站。
8.如权利要求6所述的方法，其中，把通过第一组的至少一个预编码向量以及相应接收组合向量可获得的发射速率的指示发射给主站。
9.如权利要求5所述的方法，其中，把通过第一组的预编码向量中的每个以及它们的相应接收组合向量可获得的发射速率的指示发射给主站。
10.如权利要求6所述的方法，其中，把通过第一组的预编码向量中的每个以及它们的相应接收组合向量可获得的发射速率的指示发射给主站。
11.如权利要求1至4中任一项所述的方法，进一步包括主站基于第一组的第一预编码向量的组合选择第一发射预编码向量的步骤。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述步骤进一步包括基于第二组预编码向量的第二预编码向量的组合选择第二发射预编码向量，第二辅站指示第二组，以及其中，选择第一发射预编码向量和第二发射预编码向量以使得第二辅站速率的和第一辅站速率的和速率最大化。
13.如权利要求12所述的方法，其中，第一发射预编码向量和第二发射预编码向量基本上正交。
14.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，每个发射预编码向量是相应组的预编码向量的线性组合。
15.一种包括用于与主站在网络中通信的装置的辅站，辅站进一步包括布置成用于向主站发射第一多个预编码向量的指示的发射装置，其中，第一预编码向量的数量大于从主站向第一辅站的发射的优选秩且少于辅站的接收天线的数量，其中辅站根据每个预编码向量的相应SINR以及辅站的接收天线之间的相关性中的至少一个来选择第一预编码向量。
16.一种包括用于与至少一个辅站在网络中通信的装置的主站，主站进一步包括布置成用于从至少一个辅站接收第一多个预编码向量的指示的接收装置，其中，第一预编码向量的数量大于从主站向第一辅站的发射的优选秩且少于辅站的接收天线的数量，其中辅站根据每个预编码向量的相应SINR以及辅站的接收天线之间的相关性中的至少一个来选择第一预编码向量；以及布置成用于基于第一组的第一预编码向量的组合选择第一发射预编码向量的控制装置。
17.一种系统，包括如权利要求16中要求保护的主站以及如权利要求15中要求保护的至少一个辅站。
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