CN102439866B - 用于多输入多输出通信系统中多路复用控制和数据信道的系统和方法 - Google Patents

用于多输入多输出通信系统中多路复用控制和数据信道的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了在多输入多输出(MIMO)通信系统中复用控制和数据信道的系统和方法。一种将至少一个码字上的数据符号和控制符号复用到若干个多输入多输出(MIMO)层上的方法，该方法包括通过设置该至少一个码字的一个可变的与秩相关的偏移值来确定每个该若干MIMO层上的控制符号的数量。

Description

用于多输入多输出通信系统中多路复用控制和数据信道的系统和方法
本申请要求2010年1月11日申请的发明名称为“用于多输入多输出通信系统中多路复用控制和数据信道的系统和方法”(System and Method forMultiplexing Control and Data Channels in a Multiple Input，Multiple OutputCommunications System)的第61/293,985号美国临时专利申请和2010年8月13日申请的发明名称为“用于多输入多输出通信系统中多路复用控制和数据信道的系统和方法”(System And Method for Multiplexing Control and DataChannels in a Multiple Input，Multiple Output Communications System)的第12/856,333号美国专利申请的优先权，该申请以引用的方式并入到本文中。
技术领域
本发明主要与无线通信相关，特别地，与用于多输入多输出(MIMO)通信系统中多路复用控制和数据信道的系统和方法相关。
发明背景
对于3GPP REL-8(通常称为长期演进(Long Term Evolution，LTE))，一般说来，上行链路控制信息可以以两种方式发送：(a)不使用同步数据传输(即，上行链路共享信道(UL-SCH))；以及(b)使用UL-SCH同步传输。在本文中涉及的是(b)，其中，控制信息和数据是在相同的子帧上发射的。
当用户设备(UE)具有有效的调度授权时，网络资源分配给相应子帧中的UL-SCH。在子帧中，在调制和离散傅里叶转换(discrete Fourier transform，DFT)转换预编码之前，上行链路层1(L1)/层2(L2)控制信令可以使用已编码的UL-SCH复用到物理上行链路共享信道(PUSCH)中。控制信令可以包括混合自动重传请求(HARQ)证实和信道状态报告。
发明内容
通过在多输入多输出(MIMO)通信系统中复用控制和数据信道的系统和方法的实施例，通常会解决这些问题及其他问题并获取技术上的优势。
根据一实施例，提供了一种将至少一个码字上的数据符号和控制符号复用到若干个多输入多输出(MIMO)层上的方法，该方法包括通过设置该至少一个码字的一个可变的与秩相关的偏移值来确定每个该若干MIMO层上的控制符号的数量。
根据一个实施例，提供了一种在多输入多输出(MIMO)层上发射控制符号和数据符号的方法，该方法包括将至少一个码字的数据符号和控制符号复用到若干MIMO层上，并通过设置该至少一个码字的一个可变的与秩相关的偏移值来确定每个该若干MIMO层上的控制符号的数量；以及在上行信道上发送在该若干MIMO层上的数据符号和控制符号。
根据一个实施例，提供了一种用于在多输入多输出(MIMO)层上发射控制符号和数据符号的系统，该系统包括发射机，用于设置该至少一个码字的一个可变的与秩相关的偏移值来确定每个该若干MIMO层上的控制符号的数量，该发射机包括若干天线用于发射在该若干MIMO层上的数据符号和控制符号。
一个实施例的优势为，将控制信号复用至多个MIMO层可能会有助于分集处理增益。
实施例的另一个优势为，将传输基于控制信息的类型、要求和性质而将控制信号复用至多个MIMO层。例如，CQI/PMI控制信号将映射至与HARQ ACK/NACK或RI不同的MIMO层或CW或MIMO层数。
为便于更好地理解后续的实施例的详细说明，前面的内容相当广泛地概述了本发明的功能和技术优势，。在下文中，将描述本发明的更多功能和优势，它们形成了本发明的权利要求的主题。本领域技术人员应该理解，可以在本文中揭示的概念和特定实施例的基础上修改和设计其他结构和流程，以便发挥与本发明相同的用途。本领域技术人员还应理解，这样的等同结构没有脱离本发明附带的权利要求中所述的本发明的实质和范围。
附图简述
为了更完整地了解本发明的实施例及其优势，可以参考以下附图和说明，其中：
图1为在LTE中复用控制和数据信息的空间示意图。
图2为RANK-2UL传输的发射器结构示意图，它在无ACK/NACK空间绑和不进行层切换的情况下，使用两个TB用于两个发射天线；
图3为RANK-2UL传输的发射器结构示意图，它在有ACK/NACK空间绑定和使用层切换的情况下，使用两个TB用于两个发射天线；
图4A为LTE中的单个层映射至单个码字的示意图。
图4B为两个码字映射至两个层的示意图；
图4C为两个码字映射至三个层的示意图；
图4D为两个码字映射至四个层的示意图；
图4E为一个码字映射至两个层的示意图；
图5为包含来自一个码字的控制和数据信息的两个MIMO层的空间示意图；
图6为包含来自两个码字的控制和数据信息的两个MIMO层的空间示意图；
图7为包含来自两个码字的控制和数据信息的三个MIMO层的空间示意图；以及
图8为包含来自两个码字的控制和数据信息的两个MIMO层的空间示意图。
具体实施方式
下面详细讨论了实施例的制作方法和用途。应该理解，本发明提供了许多可应用的发明概念，可以在大量特定环境中实施。所讨论的这些特定实施例仅说明了制作和使用本发明的特定方式，并没有限制本发明的全部范围。
图1为在LTE中复用控制和数据信息的空间示意图100。如图1中所示，控制和数据信息复用至单个上行链路层。空间图表100可以分区至不同的区域，不同区域分别承载不同的信息。使用类似的哈希模式进行哈希处理的区域承载类似信息。例如，区域105可用于承载例如导频的参考信号。区域110可用于承载UL-SCH数据，区域115可用于承载信道质量指示和/或解码矩阵指示信息，区域120可用于承载在HARQ中使用的ACK/NACK，区域125可用于承载轶指示信息。
每个区域可以包含多个资源元素(RE)，同时将精确数量的资源元素分配至依赖于例如正在使用的编码和调制方案、通信系统配置、运行的UE数量等因素的独立区域。空间示意图100中显示的各区域的比例不意图说明分配给各个区域的资源元素的数量的精确关系，而是传递一种相对关系并进行区域排列。
对于3GPP Rel-10(通常称为LTE-Advanced(LTE-A))，在一系列与LTE中相同的包括信道编码、速率匹配、调制等处理之后，可以将一个传输块(TB)映射至MIMO码字(CW)。但是，LTE-A上行链路中的MIMO层的最大数量增加到了四个，并且MIMO码字的最大数量增加到了两个。
与下行链路MIMO相反，LTE-A的上行链路(UL)MIMO正考虑与ACK/NACK空间绑定一起在处理链中采用层切换。图2说明了rank-2UL传输的发射器结构200，在无ACK/NACK空间绑定的情况下，使用两个TB用于两个发射天线，而不进行层切换。图3说明了rank-2UL传输的发射器结构300，在ACK/NACK空间绑定的情况下，使用两个TB用于两个发射天线，并且进行层切换。
图4A说明了LTE中单个码字至单个层的映射。图4B说明了两个码字至两个层的映射。图4C说明了两个码字至三个层的映射。图4D说明了两个码字至四个层的映射。图4E说明了一个码字至两个层的映射。如果使用了DL LTE中所用的设计，则图4E中所示的映射可能只用于重新发射，其中，初始发射使用了两个层发送TB。此外，图4A至图4E中所示的码字(CW)与层映射组合可用于LTE-ADVANCED上行链路中。
如TR36.814中所述，“上行链路L1/L2控制信令和数据的同步传输通过两种机理进行支持：
-根据与Rel-8相同的原则，控制信令与数据复用至PUSCH。
-控制信令与物理上行链路控制信道(physical uplink control channel，PUCCH)上的数据同时在PUCCH上传输。”
尽管可以与数据信息同时在PUCCH上传输，在至少以下情况下控制信息仍然需要与数据一起在PUSCH上复用的控制信令：
-PUSCH上的复用数据和控制信息减少CM，因此增加了覆盖区。
-当CQI/PMI/RI以及可能其他信道状态信息由指定了UL-SCH传输的PDCCH触发时，这样的控制信息必须与PUSCH上的数据一起复用。
当只使用一个MIMO层时，应该使用同3GPP R8描述相同的控制数据复用方案(如图1中所示)。对于多个MIMO层的控制-数据复用的新设计如下面所讨论，例如：一个或多个码字映射至两个、三个或四个MIMO层(如图4b至4e中所示)。
将控制-数据复用至多个MIMO层PUSCH传输可能需要采取几个步骤：单个码字或所有码字。
单个码字原则-选择与其中一个码字关联的层用于控制-数据的复用。可能需要一个标准或原则，才能选择合适的码字。可以通过高层信令或动态物理下行链路控制信道(PDCCH)信令，明确选择码字(例如，选择第一个码字)。或者，可以隐式选择码字，方法是使用：a)如在指定PUSCH的PDCCH中提供的码字的调制和编码方案(MCS)级别；b)码字的信号以及信噪比(SINR)的干扰；C)码字占据的层数；D)码字对PUSCH性能的影响；E)HARQ发射状态，例如：初始发射与重新发射的对比或者两者结合。
所有码字原则-将所有MIMO层用于控制-数据复用。当一个码字映射至两个层上面时，单个码字策略可以并模至所有的代码策略。
最终解决方案的性能比较和选择，主要取决于使用层切换的ACK/NACK空间绑定(LS/ANB)是否用于UL MIMO发射。进一步的考虑因素可能包括：增强的NodeB(eNB)功能可能会实施的接收器的类型(串行干扰消除(successive interference cancellation，SIC)与最小均方错误(minimum mean-square error，MMSE)对比)，在无LS/ANB(控制信息的大小，比特数)的情况下、重新传输是否位于一个码字上，控制信息的大小(比特数，相对于已分配的PUSCH资源)。此外，为了分集和覆盖目的，在CQI/PMI对比于ACK/NACK和RI时还需要考虑不同的因素。例如，与ACK/NACK或RI不同，CQI/PMI可能会映射至不同的层或CW，或者不同数量的层或CW。
虽然此处讨论了LTE控制信息，例如：ACK/NACK、RI、CQI/PMI，但是例如子载波指示的其他控制信令，也可以使用LTE-A中类似的方式进行处理。
控制信息位于单个码字上。
由于控制信息对于通信系统正常行使功能非常重要，所以需要尽可能地保护这些信息，以便它们能够被eNB正确接收到。此外，控制信息相对较小，并且由例如块代码和卷积代码等质量相对较弱的代码保护，因此应该使用质量较好的物理信道来承载控制信息。
因此，如果有多个MIMO层，设计考虑因素可能包含：-控制信息应该映射至质量更好的层。例如，对于映射至两个层的两个码字，假设层二质量好于层一，则控制信息应该映射至层二，让层一完全仅用于数据。
-如果控制信息映射至属于相同码字的层，对于接收器可能会更加简单。
-如果控制信息要使用码字X进行复用，则控制信息应映射至码字X的所有层上。这样可以允许控制信息利用层间的分集。
-如果控制信息映射至多个层上，它应该在多个层之间占用相同的资源元素。
因此，对于图4a至4e所示的码字至层映射的场合，控制数据复用如下所示。在下面将要讨论的图形的控制信号的标记位置(例如图1、5-8)中，分配给每个类型的控制信令的资源元素的数量仅用于说明作用。如LTE中所示，每个类型的控制信令的调制信号的数量将作为多个变量的函数进行计算。然后，可以使用一个原则将调制符号分配至资源元素，直至所有调制信号都耗尽。分配给每个层/插槽的调制符号的数量可能会有所不同。
一个码字映射至一个层：重新使用3GPP Release-8设计(图1)。
一个码字映射至两个层：图5说明了包含来自单个码字的控制和数据的两个MIMO层的空间图表500。控制信息(包含在区域505和区域506以及区域510-513中)可能会复用至两个层上，其中，控制调制信号在两个层中占用相同的(或大致相同的)资源元素。如图5中所示，在区域(例如区域510-513)上承载的信息可以使用数据进行分时复用。如在LTE Rel-8中所示，区域510-513可能用于承载HARQ ACK/NACK信息和秩指示(RI)。
两个码字映射至两个层：图6说明了包含来自两个码字的控制和数据信息的两个MIMO层的空间示意图600。根据前面所讨论的单个码字原则，将控制信息映射至层(区域605和区域615和616)。将承载控制信息的层称为层X。在层X中，控制和数据的复用将重新使用3GPP Release-8设计。此处，控制信息不仅包括用于Release-8中的CQI、ACK/NACK、RI，还包括可能在Release-10或更新版本中定义的任何新类型的控制信息，例如：用于载波聚合和COMP等的指示信息。区域610承载包含控制和数据信息的码字中的数据，区域611承载仅包含数据的码字中的数据。
两个码字映射至三个层：图7说明了包含来自两个码字中的控制和数据信息的三个MIMO层的空间示意图700。如图7中所示，第一个码字(称为CW1)映射至一个层，第二个码字(称为CW2)映射至两个层。显然，如果将控制信息排除在外，则CW2包含了两倍于CW1的调制符号。因此，如果将控制信息穿刺至数据调制符号中，则考虑大量数据调制符号被从码字中穿刺，将控制符号与CW2进行多路复用可能会好于与CW1的多路复用。区域705和区域720和721包含了来自包含控制和数据的码字中的控制信息，区域710包含了来自于包含控制和数据的码字的数据，区域715包含了来自仅包含数据的码字中的数据。
两个码字映射至四个层：每个码字被映射至两个MIMO层。将驻留了控制信息的第一个码字称为码字X。码字X根据如前面所讨论的单个码字原则进行选择。在码字X中，如果两个码字映射至三个层上，则控制和数据的多路复用可以与码字CW2一样来执行。
所有码字上的控制信息。
在控制信息包含在所有码字中的情况下，控制信息可能会一直映射至所有MIMO层中。如下文中所讨论，所有的码字表示有两个或多个码字。因此，可以不考虑一个码字映射至一个或两个层的情况。图8为包含来自两个码字的控制和数据信息的两个MIMO层的空间示意图800。如图8中所示，控制信息可能映射至两个层，而来自两个码字的每个码字中的数据映射至单个层。如图8中所示的来自两个码字的控制和数据至两个MIMO层的映射可能会利用控制信息的最大空间分集以及质量较好的控制信息覆盖区。区域805和806以及区域815至818承载来自两个码字的控制信息，其中区域810承载来自第一个码字的数据，区域811承载来自第二个码字的数据。
但是，控制信令的资源分配可能会比较困难，因为两个传输块采用了分开的处理方式。例如，两个传输块可以具有不同的调制顺序，因此使得控制信息使用两个不同的调制顺序。如果使用了SIC接收器，可能将控制信息映射至所有层将使实施消除操作变得困难。此外，如果采用了ACK/NACK控制绑定与层切换，则每层都可能获得全部或近于全部的空间分集，使得所有码字映射更加没有优势。
在3GPP Release-8中，用于确定HARQ-ACK或等级指示器和信道质量信息的编码符号数量的公式为：
Figure GDA0000133391740000091
并且
Figure GDA0000133391740000101
为了扩展至多层PUSCH传输，公式还需要进行更新。请注意，尽管ACK/NACK、RI和CQI用作控制信息的示例，相同的公式仍然可以用于承载其他类型的控制信息，例如，用于载波聚合和COMP等的指示器。公式将不会被视为限于任何特定控制信息类型。单个码字情况的公式如下所示。
-ACK/NACK(RI)用于单个码字：
Figure GDA0000133391740000102
其中，Nlayer为用于多路复用CW的层数。此外，需要定义在层之间映射RE的顺序。
-CQI用于单个码字：
Figure GDA0000133391740000103
此外，需要定义在层之间映射资源元素的顺序。
所有码字情况的公式如下所示。
-ACK/NACK用于所有码字：
Figure GDA0000133391740000111
Figure GDA0000133391740000113
上面所示的最后一步假设两个码字使用相同的偏移值(β)。MPRn(n＝1，2)为与码字n的MCS级别相关联的光谱系数。为了获取该公式，加权的(通过每个码字的层数)平均MPR可用于计算控制信息的已编码符号的数量，而LTE Release-8的原始公式则使用单个码字的MPR。此外，需要定义在层和码字之间映射资源元素的顺序。为了实现分集增益，可以首先在码字/层之间进行映射。在将不同的调制级别用于两个码字的情况中，则需要修改ACK/NACK和RI的编码方案。
-CQI用于所有码字：
此外，需要定义在层和码字之间映射资源元素的顺序。为了实现分集增益，可以首先在码字/层之间进行映射。在将不同的调制级别用在两个码字中的情况下，需要对性能进行验证。
此外，对所有情况都可以考虑秩相关的偏移值，其中针对PUSCH传输的层的不同数量，偏移β可以设置不同的值。
选项的比较。
在表1中，在考虑多个组合时，会将单个码字的PROS和CONS，以及所有码字映射选项进行比较。该比较显示，与所有码字相比，单个码字选项可能是更佳的解决方案。
表1.将单个CW策略与所有CW策略进行比较，假设：(a)层切换与无层切换进行比较，以及(b)MMSE接收器与SIC接收器进行比较。
Figure GDA0000133391740000122
Figure GDA0000133391740000131
本发明的实施例的优势功能可能包括：一种用于在多个MIMO层上发射控制符号和数据符号的方法，该方法包括：从Ncw个码字的多个MIMO层选择与第一个层集合关联的第一个码字集合，其中，Ncw个码字将被同时发射，并且第一个码字集合包含Ncw1MIMO码字，其中，Ncw1为大于或等于1的整数；将控制符号分发到第一个层集合；将第一个码字集合的数据符号置于第一个层集合上；将(NCW-NCW1)个剩余码字的数据符号置于剩余层上(如果NCW＞NCW1)；并发送多个MIMO层。该方法还可以包括，其中，第一个码字集合包括单个码字。该方法还可以包括，其中，第一个码字集合通过通信设备进行选择。该方法还可以包括，其中，第一个码字集合基于信道质量进行选择。该方法还可以包含，其中，第一个码字集合是基于与码字关联的调制和编码方案(MCS)级别进行选择的。该方法还可以包含，其中，第一个码字集合是基于与码字关联的层的数量进行选择的。该方法还包括，其中，第一个码字集合是基于控制信号对每个码字的数据传输的性能的影响级别进行选择的。该方法还包括，其中，产生的影响为控制信号与每个码字的数据符号的比例。该方法还可以包含，其中，第一个码字集合是基于与码字关联的混合自动重传请求(HYBRID AUTOMATIC REPEATREQUEST，MCS)发射状态进行选择的。该方法还可以包括，其中，第一个码字集合是由服务于通信设备的控制器进行选择的。该方法还可以包括，其中，第一个码字集合通过下行链路消息以信号的方式发送至通信设备。该方法还可以包括，其中，第一个码字集合包含NCW个码字。该方法还可以包含，其中，将控制信号分发至第一个层集合是基于第一个码字集合的MCS级别。该方法还可以包含，其中，将控制信号分发至第一个层集合是基于第一个码字集合的加权MCS级别。该方法还可以包含，其中，将控制信号分发至第一个层集合上包括将大致相同的控制信号分发至第一个层集合。该方法还可以包括，其中，选择第一个码字集合包括选择为两个不同类型的控制信号选择两个不同的第一个码字集合。
虽然已经详细描述了本发明的实施例及其优势，但是必须理解，在不背离本发明附加权利要求所定义的实质和范围的情况下，本领域技术人员可以设计本发明的不同的变型方案或对其进行更改、替换。此外，本专利申请的范围并不限于在规范中所描述的过程、设备、制造商、物质的构成、方式、方法和步骤的特定实施例。本领域技术人员可以从本发明揭示的内容中理解，过程、机器、制造商、物质的构成、方式、方法或步骤，无论是已有还是有待将来开发，只要实质上可以与本文中描述的实施例执行相同的功能或实现相同的结果，均可以根据本发明进行利用。相应地，本文中所附的权利要求用于在其范围中涵盖此类过程、设备、制造商、物质的构成、方式、方法或步骤。

Claims (19)

1.一种将至少一个码字上的数据符号和控制符号复用到若干个多输入多输出（MIMO）层上的方法，该方法包括：
通过设置该至少一个码字的一个可变的与秩相关的偏移值来确定每个该若干MIMO层上的控制符号的数量。
2.如权利要求1所述的方法，其中控制符号被复用到各MIMO层间相同的资源元素上。
3.如权利要求1所述的方法，进一步包括：将该控制符号中的第一类型符号复用到该MIMO层的第一集合上，将该控制符号中的第二类型符号复用到该MIMO层的第二集合上，其中该MIMO层的第一集合至少部分地不同于第二集合。
4.如权利要求3所述的方法，进一步包括：根据码字的调制编码方案（Modulation and Coding Scheme,MCS）等级为该控制符号的第一类型符号选择码字。
5.如权利要求1所述的方法，其中该至少一个码字为若干码字，该方法进一步包括：将该控制符号中的第一类型符号复用到该若干码字的第一集合上，将该控制符号中的第二类型符号复用到该若干码字的第二集合上，其中该若干码字的第一集合至少部分地不同于第二集合。
6.如权利要求1所述的方法，进一步包括根据混合自动重传请求（Hybridautomatic repeat request,HARQ）发射状态为数据符号和控制符号选择码字。
7.如权利要求1所述的方法，其中控制符号包括信道质量信息（CQI）和预编码矩阵指示（PMI）中至少一个。
8.如权利要求1所述的方法，其中控制符号包括混合自动重传请求（HARQ）的肯定证实（ACK）/否定证实（NACK）信息和秩指示（RI）中的至少一个。
9.如权利要求1所述的方法，其中控制符号在多个MIMO层的各层之间的时序一致。
10.一种在多输入多输出（MIMO）层上发射控制符号和数据符号的方法，该方法包括
将至少一个码字的数据符号和控制符号复用到若干MIMO层上，并通过设置该至少一个码字的一个可变的与秩相关的偏移值来确定每个该若干MIMO层上的控制符号的数量；
在上行信道上发送在该若干MIMO层上的数据符号和控制符号。
11.一种用于在多输入多输出（MIMO）层上发射控制符号和数据符号的系统，该系统包括：
发射机，用于设置至少一个码字的一个可变的与秩相关的偏移值来确定每个若干MIMO层上的控制符号的数量，该发射机包括若干天线用于发射在该若干MIMO层上的数据符号和控制符号。
12.如权利要求11所述的系统，其中该发射机进一步用于将控制符号复用到各MIMO层间相同的资源元素上。
13.如权利要求11所述的系统，其中该发射机进一步用于将该控制符号中的第一类型符号复用到该MIMO层的第一集合上，将该控制符号中的第二类型符号复用到该MIMO层的第二集合上，其中该MIMO层的第一集合至少部分地不同于第二集合。
14.如权利要求13所述的系统，其中该发射机进一步用于根据码字的调制编码方案（Modulation and Coding Scheme,MCS）等级为该控制符号的第一类型符号选择码字。
15.如权利要求11所述的系统，其中该发射机进一步用于将该控制符号中的第一类型符号复用到该若干码字的第一集合上，将该控制符号中的第二类型符号复用到该若干码字的第二集合上，其中该若干码字的第一集合至少部分地不同于第二集合。
16.如权利要求11所述的系统，其中该发射机进一步用于根据混合自动重传请求（Hybrid automatic repeat request,HARQ）发射状态为数据符号和控制符号选择码字。
17.如权利要求11所述的系统，其中控制符号包括信道质量信息（CQI）和预编码矩阵指示（PMI）中至少一个。
18.如权利要求11所述的系统，其中控制符号包括混合自动重传请求（HARQ）的肯定证实（ACK）/否定证实（NACK）信息和秩指示（RI）中的至少一个。
19.如权利要求11所述的系统，其中该天线在上行信道上发送在该若干MIMO层上的数据符号和控制符号。
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Assignee: Apple Computer, Inc.

Assignor: Huawei Technologies Co., Ltd.

Contract record no.: 2015990000755

Denomination of invention: System and method for multiplexing control and data channels in a multiple input, multiple output communications system

Granted publication date: 20140430

License type: Common License

Record date: 20150827

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