CN102415006B - 用于在网络中进行通信的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在网络中操作通信系统的方法，所述系统包括主站以及至少一个次站，所述主站包括多个发射天线，所述次站包括多个接收天线，所述方法包括以下步骤：所述主站在多个通信方案中选择第一通信方案，所述主站基于第一通信方案计算传输向量，所述次站基于第二通信方案计算接收向量，所述第二通信方案是在预先确定的通信方案被所述主站使用的假设下由所述次站在多个通信方案中选择的。

Description

用于在网络中进行通信的方法

技术领域

本发明涉及一种用于在通信网络中进行通信的方法。更具体地，本发明涉及一种用于以MIMO（多输入多输出）模式在主站与一个或多个次站之间进行通信的方法。本发明还涉及能够实现这种方法的主站或次站。

本发明例如相关于所有的无线通信网络，并且在以下描述的示例中相关于诸如UMTS或者UMTSLTE之类的移动电信网络。

背景技术

在通信网络中，为了增加通信的可达到的吞吐量，已经广泛地提出了MIMO（多输入多输出）。MIMO涉及在发射器和接收器处使用多个天线来改进通信性能。它通过更高的频谱效率（每赫兹带宽每秒更多的比特）和链路可靠性的确提供了数据吞吐量的显著增加，而无需附加的带宽或发射功率。

多用户MIMO（MU-MIMO）是高级MIMO，其允许站同时在相同的带中与多个用户通信。在本发明的示范性实施例中，移动通信网络包括主站（基站，或NodeB或eNodeB），通过使用多个主站天线和多个次站天线，所述主站可以利用MIMO流与多个次站（移动站、或用户设备或UE）同时通信。为了形成流，次站通过向主站传输CSI（信道状态信息）反馈来为主站提供与信道状态有关的信息。这种CSI指示要使用的最佳的或者至少优选的预编码向量，以便使由主站传输的对应的空间可分离的数据流的可达到的数据速率最大化。此预编码向量可以是在传输期间要应用于主站的每个天线端口以将数据流导向次站天线的一组复数值。

然而，在MU-MIMO的背景下，发信号通知（signalled）的预编码向量在被使用时可以导致干扰同时与主站通信的另一个次站的波束。此外，次站不能够估计干扰站位于何处以及使用预编码向量是否可能导致干扰。

此外，在特定的传输模式（像基于奇异值分解（SVD）的MIMO模式）下，由次站执行的后处理和由主站执行的预处理需要被匹配，例如以用于实现传输矩阵的对角化。然而，如果传输模式或者传输模式的细节需要在每个事件（像次站的置换或者网络中干扰源的到达）处被重新初始化，则整个系统的灵活性受影响。这种重新初始化将需要大量的信令来重新配置传输系统。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种缓解上述问题的方法。

本发明的另一个目的是提出一种用于在主站之间进行通信的方法，其使得能够灵活地使用多模式MIMO传输系统。

本发明的实施例之一的另一个目的是提出一种在网络中进行通信的方法，其使得能够实现多用户MIMO，同时减少所需要的信令的量。

根据本发明第一方面，提出了一种在网络中通信系统的方法，所述系统包括主站以及至少一个次站，所述主站包括多个发射天线，所述次站包括多个接收天线，所述方法包括以下步骤：

所述主站在多个通信方案中选择第一通信方案，

所述主站基于第一通信方案计算传输向量，

所述次站基于第二通信方案计算接收向量，所述第二通信方案是在预先确定的通信方案被所述主站使用的假设下由所述次站在所述多个通信方案中选择的。

根据本发明的第二方面，提出了一种用于在包括与多个次站进行通信的主站的网络中操作次站的方法，其中所述方法包括：次站根据预先确定的通信方案计算接收向量，基于实际信道与接收向量的乘积来估计组合的信道。

根据本发明的第三方面，提出了一种次站，所述次站包括用于在网络中与主站进行通信的通信装置，其中所述次站包括用于根据预先确定的通信方案计算接收向量并且用于基于实际信道与接收向量的乘积来估计组合的信道的控制装置。

根据本发明的第四方面，提出了一种主站，其包括用于在网络中与至少一个次站进行通信的装置，所述主站包括多个发射天线并且所述次站包括多个接收天线，所述主站还包括用于在多个通信方案中选择第一通信方案并且用于基于第一通信方案计算传输向量的控制装置，第一通信方案不同于由所述次站使用的预先确定的通信方案。

因此，本发明定义了用于在中心实体（主站或者LTE实现方式中的eNodeB）与至少一个次站（移动站或者LTE实现方式中的用户设备）之间的多输入多输出（MIMO）通信的一组机制。本发明中描述的所述机制通过增强由中心实体执行的预编码来允许用户和/或流选择中的额外的灵活性。根据本发明，这是通过确保由次站执行的后处理为中心实体所知来实现的。这具有以下优点：不将预编码限制于次站被配置为的模式。实际上，在一个实施例中，主站能够从第一传输模式改变到第二传输，尽管次站可能甚至未意识到此改变并且仍根据此第一传输模式来计算接收权重或者进行后处理。这使得能够在主站处实现更大的灵活性。

本发明的这些和其它方面将根据下文描述的实施例而清楚明白，并且将参照所述实施例而被阐明。

附图说明

现在将参照附图、通过示例更详细地描述本发明，在附图中：

-图1是实现本发明第一实施例的网络的框图。

具体实施方式

本发明涉及一种通信网络，其具有主站以及与所述主站进行通信的多个次站。这种网络例如在图1和2中图示，其中主站或者基站100与多个次站101、102、103和104无线地通信。在本发明的说明性示例中，次站101-104是移动站或者UMTS网络的用户设备。

根据本发明的第一实施例，主站100包括包含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，比如MIMO波束赋形。典型地，主站包括四个天线。在LTE最高级的版本中，主站可以包括8、16个天线或者更多个天线。类似地，次站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。在之后的版本中，次站可以具有4个或者8个或者甚至更多的天线。由于天线阵列，主站100可以形成数据流的波束，比如在图1中描绘的波束150和151。为了形成波束并且建立MIMO通信，预编码向量的生成是必要的，此生成需要关于信道的状态的信息以及在次站和主站两侧上的计算。

在支持多个独立流的传输的MIMO系统（诸如奇异值分解（SVD）MIMO系统）中，用于次站的数据由信道矩阵的右奇异向量进行预编码，并且然后使用左奇异向量在次站处进行后处理。以此方式，预处理和后处理被匹配，以使得等效信道被对角化以支持多个流的传输，而无流间干扰。

在线性代数中，奇异值分解（SVD）是矩形实或复矩阵的重要的因式分解法。利用SVD的应用例如包括计算伪逆、数据的最小二乘拟合、矩阵逼近以及确定矩阵的秩、范围和零空间。

假设M是一个m乘n矩阵，其元（entry）来自域K，域K是实数域或者复数域。于是，存在以下形式的因式分解：

M=U∑V*

其中U是K上的m乘m酉矩阵，矩阵∑是m乘n对角矩阵，其中对角线上是非负实数，V*表示K上的n乘n酉矩阵V的共轭转置。这种因式分解被称作M的奇异值分解。

一般常规是以非递增的方式对对角元∑_i,i进行排序。在此情况下，对角矩阵∑由M唯一地确定（尽管矩阵U和V不是）。∑的对角元被称为M的奇异值。

在M=U∑V*中，V的列形成M的一组正交的“输入”或“分析”基向量方向，U的列形成M的一组正交的“输出”基向量方向，矩阵∑包含奇异值，其可以被视为标量“增益控制”，每个对应的输入乘以所述标量“增益控制”以给出对应的输出。

此外，应当注意：当且仅当存在K^m中的单位长度向量u以及Kⁿ中的单位长度向量v使得

Mv=σu且M*u=σv

的情况下，非负实数σ是M的奇异值。

向量u和v分别被称为σ的左奇异向量和右奇异向量。

在任何奇异值分解M=U∑V*中，

∑的对角线元必需等于M的奇异值。U和V的列分别是对应的奇异值的左奇异向量和右奇异向量。因此，上面定理陈述：

m×n矩阵M具有至少一个且至多p=min(m,n)个不同的奇异值。

然而，发射机（这里是主站100）在意识到信道M的情况下，也需要意识到接收机（例如次站101）将使用的权重，以便能够计算适当的预编码器。这在主站和次站两者在相同的MIMO模式下操作的限制被取消（lift）情况下甚至更重要。

在典型的SVD系统中，主站将基于从次站接收的信道矩阵反馈来计算右奇异向量的矩阵V。这在主站可以使用什么传输模式方面限制了主站。如果主站例如决定改为使用迫零（ZF）和/或在MU-MIMO模式下调度多个用户，则它将必须重新配置该系统，导致至少从主站（并且在某些情况下从两侧）发信号通知传输参数。要由次站101-104使用的后处理矩阵U的知识使得主站能够将预编码修改为新的矩阵V_new。

因此，根据本发明的此第一实施例，为了建立通信链路的目的而假设：将用来从主站100向次站传输多个流的技术是奇异值分解（SVD）。配备有N个接收天线的次站101然后将计算信道矩阵估计的左奇异向量，并且将它们用于N个所接收的信号的线性处理，从而期望重构N个独立的数据流。所述次站可以通过发信号通知这种估计的结果来通知主站。

在此实施例的第一变型中，主站通过MIMO通信仅与一个次站通信。在此示例中，主站100可以减少在传输期间传输的有效秩。传输的秩的含义是主站与给定的次站之间的MIMO通信的空间可分离的数据流的数量。应注意：秩不能超过主站和次站的天线的数量的最小值。例如，具有四个天线的次站不能接收多于四个空间可分离的流，因此不能超过秩-4通信。此外，十六个天线的主站不能传输多于16个流而在它们之间没有干扰。作为示例，这种主站可以同时将四个秩-4MIMO传输传输到四个次站，或者将一个秩-4MIMO传输传输到一个次站，两个秩-2MIMO传输传输到另两个次站，以及八个秩-1MIMO传输传输到另八个次站。

一旦次站执行了它的后处理，该次站就期望对应于满秩情况的N个独立的传输的流的估计。主站可以决定一些奇异值无用，或者决定仅仅使用其M个发射天线中的一些来进行到其它用户的传输，并且因此其需要向次站指示重建的N个流中的哪一个以及有多少是有效的，并且相应地修改其预编码。

在此示例中，可以基于后处理或后编码系数以及实际的信道增益（即，传输期间的信道传输状况）来计算所述估计。在本发明的特定示例中，这些估计基于后处理系数与实际信道状况的乘积。这些估计可以在也可以包括信道质量指示符（CQI）的信道状态信息（CSI）报告中被传输给主站。

信道状态信息（CSI）报告包括描述无线电信道的特性的信息，其典型地指示一个或多个发射天线与一个或多个接收天线之间的复传递函数矩阵。

CQI包括由次站发信号通知给主站的信息，以指示下行链路传输的适当的数据速率（典型地是调制和编码方案（MCS）值），其通常基于所接收的下行链路信号与干扰加噪声比（SINR）的测量以及次站的接收机特性的知识。

在此示例的变型中，在次站中根据对于每个空间流的参考符号的估计来获得后处理系数。这允许减少主站所需要的信令量。然而，在此示例的变型中，要由次站使用的后处理系数明确地由主站发信号通知。实际上，主站处理这些系数的估计。这使得能够减少次站的复杂度，因为所有的计算需要由主站进行。在这种示例中，次站可以反馈利用特定的系数组获得的接收的质量。应注意：V向量可以在CSI中反馈给主站，以使得主站能够调整传输模式或者甚至改变所选择的传输方案。

在此实施例的另一个变型中，主站可以决定使用迫零（ZF）波束赋形来调度多个用户，这与一个用户使用奇异值分解模式（SVD）相反。

由于主站知道或者假设所有同时被调度的用户将使用基于SVD的后处理，因此主站能够计算预编码，以使得从每个虚拟的发射天线到接收天线的等效信道向量相互正交，从而使得其自身能够调度多个用户。

在本发明的另一个实施例中，提出了操作如图1中描述的通信系统，即该通信系统包括配备有多个发射天线的主站100以及配备有多个接收天线的多个次站101-104，其中主站执行数据的预编码，而次站执行后处理，以使得一个或多个独立数据流150或151可以被次站接收。在此实施例中，在使用例如SVD或者迫零之类的特定传输方案的假设下，在次站中根据信道矩阵或者实际信道状况来计算后处理参数。

主站处的预编码不限于使用与由次站用于后处理的假设相同的假设（例如，主站实际上不必使用SVD，或者主站实际上不必使用指定的码本，后者特别相关于专用RS的LTE-A的情况）。

实际上，由次站使用的假设可以从一组可用假设中选择。此外，要使用的特定假设可以由主站发信号通知给次站，或者由次站根据参考信号（或者导频信号）推断。应注意：这不同于配置所述模式，因为这可以在通信链路的操作期间动态地发生。

在上面的实施例中的任一个中，主站可以向次站发信号通知要使用多少空间流，即传输的秩。此秩可以不同于次站对于所使用的传输方案假设而预期的默认值。

根据另一个实施例，主站基于来自次站的信道反馈、要由次实体使用的后处理的知识、以及特定的服务目标来确定使用什么预编码，并且相应地执行调度。

在特定的实施例中，主站是移动站或者用户设备，次站是基站或者eNodeB。

本发明对于利用MIMO以及MU-MIMO的无线通信系统具有特定的、但非排他的应用。示例包括诸如UMTS、UMTSLTE、以及UMTSLTE-高级、以及无线LAN（IEEE802.11n）和宽带无线（IEEE802.16）之类的蜂窝系统。

本发明可适用于比如UMTSLTE和UMTSLTE-高级的移动电信系统，但也可适用于利用MIMO和MU-MIMO的无线通信系统。示例包括诸如无线LAN（IEEE802.11n）以及宽带无线（IEEE802.16）之类的、连同UMTS、UMTSLTE以及UMTSLTE-高级一起的蜂窝系统。

在本说明书和权利要求中，元件前面的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。另外，词语“包括”不排除存在所列出的之外的其它元件或步骤。

在权利要求中的括号中包括附图标记意在帮助理解，而并非意在限制。

根据阅读本公开，对于本领域技术人员来说，其它修改将是明显的。这种修改可以涉及无线电通信领域中已知的其它特征。

Claims (12)

1.一种用于在包括主站以及至少一个次站的网络中操作次站的方法，所述主站包括多个发射天线且所述次站包括多个接收天线，所述次站基于预定的第一处理方案执行后处理，所述方法还包括基于实际信道条件以及所述后处理来作出信道内给定数目的独立发射流的估计。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述估计是实际信道与后处理系数的乘积。

3.如权利要求1和2中任一项所述的方法，其中所述第一处理方案的特性预先由主站发信号通知给次站。

4.如权利要求1和2中任一项所述的方法，其中所述第一处理方案基于下述的任意一个：SVD、迫零、基于码本的预编码。

5.如权利要求1和2中任一项所述的方法，其中次站包括被报告给主站的信道状态指示符中的给定数目的独立发射流的估计。

6.如权利要求5所述的方法，其中所报告的CSI包括信道质量（CQI），其是基于使用第二处理方案的主站的假设而计算的。

7.如权利要求5所述的方法，其中所报告的CSI包括用于SVD预编码的相关的奇异向量。

8.如权利要求5所述的方法，其中所报告的CSI包括表示多个发射天线中的至少一个与多个接收天线中的至少一个之间的复传递函数矩阵的指示。

9.如权利要求5所述的方法，其中所报告的CSI包括表示根据信道传递函数的奇异值分解计算的右奇异向量的指示。

10.如权利要求5所述的方法，其中次站使用从所报告的CSI得出的预编码从主站接收数据。

11.如权利要求1和2中任一项所述的方法，其中处理发生在多个空间流上，空间流的数量在第一或者第二处理方案之一的假设下被预先确定。

12.如权利要求1和2中任一项所述的方法，其中处理发生在多个空间流上，其中主站在操作期间向次站发信号通知要使用的空间流的数量。