CN102460995A - 用于促成多用户联合发射-接收波束成形的方法和装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种无线通信的方法，包括从多个接入终端接收检测到的信道信息；基于接收到的信道信息从该多个终端选择接入终端集合；为选定的接入终端集合中的每个接入终端创建波束成形向量；以及使用所创建的波束成形向量中的至少一个波束成形向量来传送信号。本文中还公开了一种用于执行该方法的装置。

Description

用于促成多用户联合发射-接收波束成形的方法和装置

背景

I.领域

以下描述一般涉及无线通信系统，尤其涉及用于促成多用户联合发射-接收波束成形的方法和装置。

II.背景

为了解决无线通信系统所需的增长带宽要求问题，正在开发不同的方案以允许多个用户终端能通过共享信道资源与单个接入点通信，同时达成高数据吞吐量。多入多出(MIMO)技术代表一种此类方法，其是最近出现的用于下一代通信系统的流行技术。

无线通信系统可以变成能够通过共享可用的系统资源(例如，带宽和发射功率)来支持与多个用户终端通信的多址系统。这些无线通信系统可同时支持多个无线通信设备的通信，其中每个无线终端设备可经由上行链路和下行链路上的传输与一个或多个基站通信。上行链路(亦被称为反向链路)是指从无线通信设备至基站的通信链路，而下行链路(亦被称为前向链路)是指从基站至无线通信设备的通信链路。此类多址系统的示例包括码分多址(CDMA)系统、时分多址(TDMA)系统、频分多址(FDMA)系统、以及正交频分多址(OFDMA)系统。

从信息理论的角度来看，无线通信系统中的前向链路传输落在在多用户信道上广播的一般情景下。对于这种情景，用发射端和接收端两者处执行的仔细的信号处理来同时服务多个用户终端已知提供优于在其中每时隙仅一个用户终端被服务的TDMA办法的性能。例如，单发射天线系统中的一种良好办法是叠加编码(SPC)。在诸如MIMO系统之类的多发射天线系统中，脏纸编码(DPC)已被标识为最优的多用户传输策略。DPC涉及非常高的复杂度以及非线性处理，其中在发射端和接收端两者处均需要模运算。因此，希望具有用于多用户终端MIMO系统的线性波束成形方案。然而，目前的线性方案主要是基于迫零(ZF)的方案，这种方案可能会遭受显著的功率损耗。

用于多用户终端MIMO系统的波束成形方案通常涉及每个无线通信设备确定并随后向基站反馈其将用于与基站通信的发射波束成形向量。基站将随后通过选取具有兼容的发射波束成形向量的所有无线通信设备来选择将在相同时隙中服务的所有无线通信设备。例如，基站将选取具有拥有小空间相关的发射波束成形向量的无线通信设备，因此可以减少干扰。

上述办法所遇到的一个问题在于，当每个无线通信设备决定各自的发射波束成形向量时，该无线通信设备不知道相同时隙内可能有哪些其他无线通信设备与其一同被服务；因此，无线通信设备可选择将使其自己的能量最大化的波束并忽略计及选定的波束将对其他无线通信设备导致的任何干扰。因此，仅在由基站进行无线通信设备选择过程期间或多或少地计及干扰减轻，其中具有小空间相关的无线通信设备被一起服务。另外，发射波束成形码本有限的分辨率通常尤其在高信噪比(SNR)状况下导致大残留干扰。

因此，希望解决上述缺陷之中的一个或多个。

概述

根据各种方面，本主题创造涉及用于促成多用户联合发射-接收波束成形的系统和/或方法。基站与多个接入终端相关联。

根据本公开的另一方面，提供了一种用于促成多用户联合发射-接收波束成形的方法。该方法包括从多个接入终端接收检测到的信道信息；基于接收到的信道信息从该多个接入终端选择接入终端集合；为选定接入终端集合中的每个接入终端创建波束成形向量；以及使用所创建的波束成形向量中的至少一个波束成形向量来传送信号。

根据本公开的又一方面，提供了一种用于促成多用户联合发射-接收波束成形的设备。该设备包括用于从多个接入终端接收检测到的信道信息的装置；用于基于接收到的信道信息从该多个接入终端选择接入终端集合的装置；用于为选定接入终端集合中的每个接入终端创建波束成形向量的装置；以及用于使用所创建的波束成形向量中的至少一个波束成形向量来传送信号的装置。

根据本公开的再一方面，提供了一种用于促成多用户联合发射-接收波束成形的装置。该装置包括配置成从多个接入终端接收检测到的信道信息的接收机；以及处理系统。该处理系统被配置成基于接收到的信道信息从该多个接入终端选择接入终端集合；为选定接入终端集合中的每个接入终端创建波束成形向量；以及使用所创建的波束成形向量中的至少一个波束成形向量来传送信号。

根据本公开的再一方面，公开了一种用于促成多用户联合发射-接收波束成形的计算机程序产品。该计算机程序产品包括计算机可读介质，该计算机可读介质编码有可由处理器执行以使该处理器执行以下动作的指令：从多个接入终端接收检测到的信道信息；基于接收到的信道信息从该多个终端选择接入终端集合；为选定接入终端集合中的每个接入终端创建波束成形向量；以及使用所创建的波束成形向量中的至少一个波束成形向量来传送信号。

根据本公开的再一方面，公开了一种基站。该基站包括：配置成从多个接入终端接收检测到的信道信息的无线网络适配器；以及处理系统。该处理系统被配置成基于接收到的信道信息从该多个接入终端选择接入终端集合；为选定接入终端集合中的每个接入终端创建波束成形向量；以及使用所创建的波束成形向量中的至少一个波束成形向量来传送信号。

尽管本文中描述了特定方面，但这些方面的众多变体和置换落在本公开的范围之内。虽然提到了优选方面的一些益处和优点，但本公开的范围并非旨在被限定于特定益处、用途或目标。相反，本公开的各方面旨在宽泛地应用于不同的无线技术、系统配置、网络和传输协议，其中一些作为示例在附图和以下详细描述中解说。详细描述和附图仅仅解说本公开而非限定本公开，本公开的范围由所附权利要求及其等效物来定义。

附图简述

本公开的这些和其他范例方面将在以下详细描述以及在附图中予以描述，附图中

图1是根据本公开的一个方面配置的无线通信网络的图示；

图2是根据本公开的一个方面配置的CDMA通信系统的框图；

图3是图1的无线通信网络中的无线节点的物理(PHY)层的信号处理功能的示例的框图；

图4是在图1的无线通信网络中使用的多用户联合波束成形过程的流程图；

图5是解说可从接入终端向基站反馈的CSI的示例的框图；

图6是解说可从接入终端向基站反馈的示例CSI的框图；

图7是解说可从接入终端向基站反馈的CSI的另一示例的框图；

图8是解说可从接入终端向基站反馈的CSI的再一示例的框图；

图9是解说图1的无线通信网络中的无线节点中的处理系统的硬件配置的示例的框图；以及

图10是根据本公开的一个方面配置的通信装置的框图。

根据常见的实践，为了清楚起见，附图中的某些可被简化。因此，附图可能并未绘制给定装置(例如，设备)或方法的所有组件。最后，类似附图标记可用于通篇标示说明书和附图中的类似特征。

详细描述

以下参照附图更全面地描述了本公开的各个方面。然而，本公开可用许多不同的形式体现并且不应解释为被限定于本公开通篇所给出的任何特定结构或功能。相反，提供这些方面使得本公开将是透彻和完整的，并且其将向本领域技术人员完全传达本公开的范围。基于本文中的教导，本领域的技术人员应领会本公开的范围旨在覆盖本文中所公开的本公开的任何方面，不论其是独立实现的还是与本公开的任何其他方面组合实现的。例如，可以使用本文中所阐述的任何数目的方面来实现装置或实践方法。另外，本公开的范围旨在覆盖使用作为本文中所阐述的本公开的各种方面的补充或者与之不同的其他结构、功能性、或者结构及功能性来实践的装置或方法。应当理解，本文中所披露的本公开的任何方面可以由权利要求的一个或多个要素来体现。

在本公开的一方面，多用户终端MIMO系统实现用于基站的线性联合发射-接收波束成形以支持多个接入终端，其中每个接入终端向基站提供对检测到的信道信息的反馈。检测到的信道信息优选是被分析信道的量化版本并且包括信道方向信息(CDI)。随后，基站基于接入终端的信道方向来选择这些接入终端并且在连续域中使用封闭形式的最小均方误差(MMSE)解决方案而不是有限码本上的穷尽搜索来计算波束成形矢量。

图1解说了其中可实现所公开的各种方面的配置成支持数个用户终端的示例性无线通信系统100。如图1中所示，作为示例，无线通信系统100为诸如举例而言宏蜂窝小区102a-102g之类的多个蜂窝小区102中的设备提供通信。每个蜂窝小区由解说为BS 104a-104g的相应基站(BS)服务，并可互换地称为接入点。每个蜂窝小区可进一步划分为一个或多个扇区。也可互换地称为用户终端、用户装备或移动站的被解说为AT 106a-106k的各种接入终端(AT)106散布遍及该系统。例如，取决于特定AT是否活动以及其是否处于软切换中，AT 106a-106k中的每个AT可以在给定时刻在前向链路(FL)和/或反向链路(RL)上与一个或多个BS 104a-104g通信。无线通信系统100可在大地理区划上提供服务。例如，宏蜂窝小区102a-102g可覆盖领域中的数个城市块。

图2解说了通信系统200。如图2中所示，基站控制器202可用于提供网络204与散布遍及地理区域的所有基站之间的接口。出于解释方便起见，仅示出一个基站206。该地理区域一般被细分成被称为蜂窝小区的更小区域。可将蜂窝小区划分成多个扇区。扇区是蜂窝小区内的物理覆盖区域。无线通信系统内的基站可利用将功率流集中在蜂窝小区的特定扇区内的天线。这样的天线可被称为定向天线。蜂窝小区也可互换地称为扇区。同样，出于解释方便起见，仅示出一个蜂窝小区210。

基站206被配置成服务其各自蜂窝小区(在此情形中为蜂窝小区210)中的所有接入终端208。在某些高话务应用中，蜂窝小区210可被划分为多个扇区，其中一基站服务每一扇区。在所描述的方面，三个接入终端208a-208c被示出与基站206处于通信。每个接入终端208a-208c可在基站控制器202的控制下通过一个或多个基站206接入网络204，或者与其他接入终端208通信。

现在将参照图2给出包括多用户联合波束成形的各个方面的通信系统200的若干方面。无线网络200被示为具有一般被指为基站206和接入终端208a-208c的若干无线节点。每个无线节点能够接收和/或发射。在以下详细的描述中，对于前向链路/下行链路通信而言，术语“基站”用来指发射节点并且术语“接入终端”用来指接收节点，而对于反向链路/上行链路通信而言，术语“基站”用来指接收节点并且术语“接入终端”用来指发射节点。然而，本领域的技术人员将容易理解，其他术语或命名也可用于接入点和/或接入终端。作为示例，基站可被称为接入点、基收发机站、站、终端、节点、充当接入点的接入终端、或者其他某个合适的术语。接入终端可被称为用户终端、移动站、订户站、站、无线设备、终端、节点、或者其他某个合适的术语。本公开通篇所描述的各种概念旨在应用于所有合适的无线节点，而不论其具体的命名为何。

通信系统200可以支持MIMO技术。使用MIMO技术，基站206可以使用SDMA同时与多个接入终端208a-208c通信。SDMA是使得同时间向不同接收机发射的多个流能够共享相同的频率信道并且结果提供更高用户容量的多址方案。这是通过空间预编码每一数据流、然后通过不同发射天线在下行链路上传送每一经空间预编码的流来达成的。经空间预编码的数据流抵达具有不同空间签名的接入终端，这些签名使得多个接入终端208a-208c中的每个接入终端能够恢复目的地为该接入终端的数据流。在上行链路上，每个接入终端发射经空间预编码的数据流，这使得基站206能够标识每个经空间预编码的数据流的源。

多个接入终端208a-208c中的一个或多个接入终端可配备有多个天线以启用某种功能性。以此配置，基站206处的多个天线就可用于与多天线基站通信以在无需附加带宽或发射功率的情况下提高数据吞吐量。这可以通过将发射机处的高数据率信号拆分成具有不同空间签名特征的多个较低速率数据流、由此使得接收机能够将这些流分成多个信道并且适当地组合这些流以恢复出高速率数据信号来达成。

虽然以下公开中的诸部分将描述亦支持多入多出(MIMO)技术的接入终端，但是基站206也可以配置成支持那些并不支持MIMO技术的接入终端。此办法可以允许较老版本的接入终端(即，“旧式”终端)继续部署在无线网络中，从而延长其有用寿命，而同时允许在适当场合引入更新的MIMO接入终端。

在以下详细的描述中，将参照支持诸如正交频分复用(OFDM)的任何合适的无线技术的MIMO系统来描述各种方面。OFDM是将数据分布在以精确频率间隔开的数个副载波上的扩频技术。该间隔提供使接收机能够从副载波恢复数据的“正交性”。OFDM系统可以实现IEEE 802.11或者其他某种空中接口标准。作为示例，其他合适的无线技术包括码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、或者其他任何合适的无线技术、或者合适的无线技术的任何组合。CDMA系统可以用IS-2000、IS-95、IS-856、宽带CDMA(WCDMA)、或者其他某种合适的空中接口标准来实现。TDMA系统可以实现全球移动通信系统(GSM)或者其他某种合适的空中接口标准。如本领域技术人员将容易领会的那样，本公开的各个方面不限于任何具体的无线技术和/或空中接口标准。

无线节点——无论是基站还是接入终端，可以用利用分层结构的协议来实现，该分层结构包括实现将无线节点接口到共享无线信道的所有物理和电气规范的物理(PHY)层、协调对共享无线信道的接入的MAC层、执行各种数据处理功能——作为示例包括语音和多媒体编解码器以及图形处理——的应用层。对于任何特定应用可能需要另外的协议层(例如，网络层、传输层)。在一些配置中，无线节点可扮演基站与接入终端之间、或者两个接入终端之间的中继点，因此可能不需要应用层。本领域技术人员将很容易能够根据具体应用和加诸于整体系统的总体设计约束来为任何无线节点实现恰适的协议。

当无线节点在传送模式中时，应用层处理数据、将数据分段成分组，并向MAC层提供数据分组。MAC层组装MAC分组，其中来自应用层的每个数据分组由MAC分组的有效载荷携带。替换地，MAC分组的有效载荷可携带来自应用层的数据分组的片段或者多个数据分组。每个MAC分组包括MAC报头和检错码。MAC分组有时被称为MAC协议数据单元(MPDU)，并且还可被称为帧、分组、时隙、分段、或任何其他合适的命名。

当MAC决定传送时，MAC向PHY层提供MAC分组块。PHY层通过将该MAC分组块组装到有效载荷中和添加前置码来组装PHY分组。如以下将更详细讨论的，PHY层还负责提供各种信号处理功能(例如，调制、编码、空间处理等)。有时被称为物理层汇聚协议(PLCP)的前置码由接收节点用来检测PHY分组的开始并同步到发射机的节点数据时钟。PHY分组有时被称为物理层协议数据单元(PLPDU)，但也可被称为帧、分组、时隙、分段、或任何其他合适的命名。

当无线节点在接收模式中时，该过程相反。即，PHY层检测来自无线信道的传入PHY分组。前置码允许PHY层锁定在该PHY分组上并执行各种信号处理功能(例如解调、解码、空间处理等)。一旦被处理，PHY层就恢复在该PHY分组的有效载荷中携带的MAC分组块并向MAC层提供MAC分组。

图3解说根据本文中所包含的本公开的各方面配置的在无线网络100中使用的无线节点300。在发射模式中，发射(TX)数据处理器302可用于接收来自数据源301的数据并且编码该数据以便于接收节点处的前向纠错(FEC)。可在TX数据处理器302中使用的编码方案的示例是Turbo码编码方案。编码过程导致代码符号序列，其可由TX数据处理器302成组在一起并且映射成信号星座图以产生调制码元序列。

在实现OFDM的无线节点中，来自TX数据处理器302的调制码元可被提供给OFDM调制器304。OFDM调制器304将调制码元拆分成数个并行流并随后使用某种调制星座将每个流映射到一副载波。随后对每个副载波集执行快速傅里叶逆变换(IFFT)以产生时域OFDM码元，其中每个OFDM码元具有一副载波集。OFDM码元分布在多个数据分组的有效载荷中。

在无线节点300的至少一种配置中，连同每个数据分组中的有效载荷携带至少一个导频信号。导频典型地是由导频单元303生成的非数据承载扩频信号，用以使得接收机能捕获一个或更多个相关联的数据承载(话务)信号信道的定时，并提供用于对此类相关联话务信道进行相干解调的相位基准。OFDM调制器304将导频信号拆分成数个并行流并随后使用某种调制星座将每个流映射到一副载波。随后对每个副载波集执行IFFT以产生构成导频信号的一个或更多个时域OFDM码元。随后将导频信号追加至由每个数据分组携带的有效载荷，然后将数据分组提供给TX空间处理器305。

TX空间处理器305对数据分组执行空间处理。这可通过将数据分组空间预编码成数个经空间预编码的流、并随后经由多个收发机308a-306n相应一个将每个经空间预编码的流提供给多个天线306a-308n中不同的天线来完成。每个收发机用相应的经预编码流来调制RF载波以供在无线信道上传输。

在接收模式中，多个收发机306a-306n中的每一个通过其各自的天线接收信号。每个收发机可被用于恢复调制到RF载波上的信息并将该信息提供给RX空间处理器310以对该信息执行空间处理，从而恢复在以无线节点300为目的地的任何空间流上携带的数据分组。空间处理可根据信道相关矩阵求逆(CCMI)、最小均方误差(MMSE)、软干扰消除(SIC)、或其他合适的技术来执行。

OFDM解调器312恢复数据分组的有效载荷中的OFDM码元中每一副载波上所携带的数据并且将该数据复用到调制码元流中，其中包括导频信号。OFDM解调器312使用快速傅里叶变换(FFT)将流从时域变换到频域。频域信号为每一副载波包括单独的流。

信道估计器315接收来自OFDM解调器312的包含导频信号的流并估计信道响应。由于通过无线信道传输，一般将对每个导频信号进行相移。计算经相移的导频信号的MMSE估计，并且这些估计被用来估计相位误差以及因此估计信道响应。信道响应被提供给RX数据处理器314。

RX数据处理器314被用于将每个调制码元转译回信号星座中的正确点。由于无线信道中的噪声和其他扰动，调制码元可能并不对应于原始信号星座中的点的确切位置。通过使用信道响应，RX数据处理器314通过寻找收到的点与信号星座图中有效码元的位置之间的最小距离来检测最可能被发射的是哪个调制码元。例如在turbo码的情形中，这些软判决可用于计算与给定的调制码元相关联的代码符号的对数似然比(LLR)。RX数据处理器314随后使用代码符号LLR序列和相位误差估计以在将数据提供给数据阱318之前将原始发射的数据解码。

本公开提议一种用于使跨无线蜂窝网上的效用最大化的分布式波束成形方法。本公开提议一种选择使得信号功率与噪声加上由所议波束在在活跃集中的扇区中或诸毗邻扇区中所引起的干扰之比最大化的那些波束的方案。根据本方案，波束选择可以不是在移动站而是代之以在基站处进行。使用增加的信道状态信息(CSI)，基站可以避免在诸毗邻扇区中引起干扰并且可以可观地改善系统的性能。

本文中所描述的技术可在其中在一个扇区中存在K个接入终端的系统中应用。可以假定，基站处的发射天线的数目为M，并且每个AT处的接收天线的数目为N。另外，可以假定，在每个时隙期间，仅AT的子集被选择用于传输并且每个AT仅由一个数据流服务。选定AT的数目S被约束，使得S≤M。

第k个选定接入终端的收到信号向量可被表示为：

(y_k)_N×1＝(H_k)_N×M(x)_M×1+(n_k)_N×1，k＝1，...，S

${\left(x\right)}_{M\×1}=\underset{k=1}{\overset{S}{\mathrm{\Σ}}}{\left(w_k\right)}_{M\×1}{\left(d_k\right)}_{1\×1}.$

此处，H_k表示从基站至接入终端k的信道响应矩阵，并且w_k表示发射滤波器，即，接入终端k的预编码器。

在应用接收滤波器u_k之后：

$r_k=u_k^H(H_k{w}_k\sqrt{P}{s}_k+\underset{j\≠k}{\mathrm{\Σ}}{H}_k{w}_j\sqrt{P}{s}_j+n_k)$

${\mathrm{SINR}}_k=\frac{{\left|u_k^H{H}_k{w}_k\right|}^{2}P}{\underset{j\≠k}{\mathrm{\Σ}}{\left|u_k^H{H}_k{w}_j\right|}^{2}P+u_k^H{u}_k{N}_k}.$

难以获得使总和速率最大化的关于S个选定用户的联合最优发射和接收滤波器向量的闭合形式解。

在本公开的一个方面，实际上有效的联合发射-接收波束成形方案尝试将传输策略分解成两个部分：接收部分上的波束成形器通过与信道的主本征向量相匹配来尝试使目标接入终端的接收能量最大化；发射部分上的波束成形器尝试提供空间调零能力以使对其他选定接入终端造成的干扰最小化。

在其中在发射机处有完美的信道状态信息(CSIT)的情况下，接收部分上的波束成形器中涉及的第一部分可通过信道矩阵的奇异值分解(SVD)来达成：

${\left(H_k\right)}_{N\×M}={\left(U_k\right)}_{N\×N}{\left({\mathrm{\Σ}}_k\right)}_{N\×M}{\left(V_k^H\right)}_{M\×M}$

$=[u_{k,1},...,u_{k,N}]\left[\begin{array}{cccccc}{\mathrm{\λ}}_{k,1}& 0...& 0& 0& ...& 0\\ 0& {\mathrm{\λ}}_{k,n}& 0& ...& ...& ...\\ 0...& 0& {\mathrm{\λ}}_{k,N}& 0& ...& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{v}_{k,1}^H\\ ...\\ v_{k,M}^H\end{array}\right]$

$=[u_{k,1},...,u_{k,N}]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\λ}}_{k,1}\·v_{k,1}^H\\ ...\\ {\mathrm{\λ}}_{k,N}\·v_{k,N}^H\end{array}\right],,$

如果所应用的接收滤波器u_k，1是信道矩阵的主左本征向量，则接收滤波器的输出(r_k)_1×1如下给出：

${\left(r_k\right)}_{1\×1}={\left(u_{k,1}^H\right)}_{1\×N}({\left(H_k\right)}_{N\×M}{\left(x\right)}_{M\×1}+{\left(n_k\right)}_{N\×1})$

$=\left(u_{k,1}^H\right)([u_{k,1},...,u_{k,N}]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\λ}}_{k,1}\·v_{k,1}^H\\ ...\\ {\mathrm{\λ}}_{k,N}\·v_{k,M}^H\end{array}\right]\underset{j=1}{\overset{S}{\mathrm{\Σ}}}{w}_j{d}_j+n_k)$

$=({\mathrm{\λ}}_{k,1}\·v_{k,1}^H)\underset{j=1}{\overset{S}{\mathrm{\Σ}}}{w}_j{d}_j+z_k.,$

实质上，当u_k，1是主左本征向量时，主右本征向量和本征值的乘积

变成从基站至接入终端k的等效信道。

在本公开的一方面，对于发射部分上的波束成形器的优化，引入被称为信号与引起干扰加噪声之比(SCINR)的度量。此度量尝试达成使目标接入终端的功率增益最大化与使对其他接入终端创生的潜在干扰最小化之间的平衡。

${\mathrm{SCINR}}_k=\frac{{\left|u_k^H{H}_k{w}_k\right|}^{2}P}{\underset{j\≠k}{\mathrm{\Σ}}{\left|u_j^H{H}_j{w}_k\right|}^{2}P+N_k}.$

一旦接收滤波器是已知的或者在发射机处被假定在一方面可以是信道的主左本征向量或其他向量，此使SCINR最优的解决方案就等效于在其中S个接入终端以等效的噪声方差N_k向基站k进行传送的虚拟上行链路波束成形问题的MMSE解决方案。

即，发射滤波器如下给出：

通过应用MMSE函数而不是ZF发射滤波器，即使在接入终端选择算法有限制的情况下也能使功率损耗最小化。在本公开的一方面，取代求解闭合形式的发射滤波器w_k，还可以从预先定义的码本选择该发射滤波器以使如先前定义的SCINR最大化。

以上讨论的发射和接收滤波器办法假定完美的CSI。然而，由于信道变化和/或信道估计误差，一般在接入终端接收信号时，由接收机观察到的信道可能不同于由发射机假定的信道。因此，取代与主本征向量相匹配，接收机可以应用MMSE滤波器以消零因信道失配导致的残留干扰。具体地，由于每接入终端仅一个流被服务，因而接收天线阵列可将其余N-1个天线用于干扰抑制目的。

实质上，如果收到信号可被改写为

$y_k=H_{k}x+n_k$

$=H_k{w}_k{d}_k+H_k\underset{j=1,j\≠k}{\overset{S}{\mathrm{\Σ}}}{w}_j{d}_j+n_k,$

则取代对主本征模应用MF滤波器，可以使用基于MMSE准则的接收滤波器：

$u_{\mathrm{mmse}}={({\mathrm{\σ}}^{2}I+H_k\left(\underset{j=1,j\≠k}{\overset{S}{\mathrm{\Σ}}}{w}_j{w}_j^H\right)H_k^H)}^{-1}\left(H_k{w}_k\right),$

并且结果得到的SINR如下给出：

${\mathrm{\γ}}_k={\left(H_k{w}_k\right)}^H{({\mathrm{\σ}}^{2}I+H_k\left(\underset{j=1,j\≠k}{\overset{S}{\mathrm{\Σ}}}{w}_j{w}_j^H\right)H_k^H)}^{-1}\left(H_k{w}_k\right).$

基于显式的信道和波束成形器信息或者来自对R_yy，k的直接估计，用于计算u_mmse的实现对于本领域技术人员而言应当是简单直接的。

由于发射滤波器假定接收滤波器是固定的，因而接入终端不需要反馈维度为N×M的信道矩阵。取而代之的是，接入终端k仅需要反馈维度为1×M的

形式的等效信道向量。在其中接收滤波器是主左本征向量的情形中，等效信道向量实质上变成主右本征向量。

图4解说用于促成多用户联合波束成形的过程400，该过程400具有步骤402，其中从诸如接入终端和基站之类的多个设备收集信道反馈。根据本公开的各方面，接入终端可向基站发回下行链路信道信息。具体地，基站可接收从其接入终端反馈的信道状态信息(CSI)。参照图5，基站502被示为从一个或多个接入终端512a-512c接收CSI 510a-510c。基站502可使效用函数M(w)514最大化并选取使信号对造成干扰加噪声比最大化的码字506。

在图5中示出用于提供此功能性的码字选择组件508。

一旦已选择特定码字506a(即，波束成形向量w)，就可使用所选码字506a来进行波束成形。波束成形组件516被解说用于提供此功能性。

不同的CSI反馈等级是可能的。现在将讨论这些不同的反馈等级的一些示例。在衰落缓慢时反馈全CSI也许是可行的，并且仅反馈信道值上的改变(革新)。当不可能向活跃集中的基站反馈所有信道信息时，量化的方向加上振幅就可用作全反馈的替代。在这种情形中，这些用户之中的每一个可以向基站反馈信道的量化版本(此量化版本可以是固定码本中的元素)加上该信道的振幅。

在图6到8中解说不同的信道状态信息反馈等级。参考图6，当从接入终端反馈的是全CSI 610时，码字选择组件608可通过使诸如以上提供的效用函数之类的效用函数614最大化来从码本604中选择码字。参考图7，当从用户反馈的信道状态信息710仅包括信道方向的量化版本718和该信道的振幅720时，码字选择组件708可通过使诸如本文中提供的效用函数之类的效用函数M(w)714最大化来从码本704中选择码字。参考图8，当从用户反馈的信道状态信息810仅包括信道方向的量化版本818，码字选择组件808可通过使效用函数M(w)814最大化来从码本804中选择码字。

基于收集到的信道反馈，在步骤404中，为每个设备确定给每个设备的资源分配。在本公开的各方面，资源分配可包括诸如OFDM系统下的资源块分配；诸如TDMA系统中的时隙分配；诸如FDMA系统中的频率分配；或者诸如CDMA系统中的码分配。这些资源可被同时提供给数个接入终端，并且以此方式可服务最多达指定数目个接入终端。因此，作为资源分配集的一部分，将确定将被服务的接入终端集合。在以上讨论的发射滤波器设计中，该办法在发射机侧应用空间调零。可以看出，如果选定的接入终端的信道方向具有很强的相关，那么这将导致显著的发射功率惩罚。因此，选择要被仔细地服务的接入终端以使发射功率损耗最小化是重要的。

一种有效的接入终端选择办法是选择S≤M个接入终端，其中接入终端的诸如主右本征向量之类的等效信道向量具有很小的相关。在本公开的一个方面，接入终端选择从寻找具有最高等效信道范数的接入终端开始；随后每次添加一个附加的接入终端，该附加的接入终端1)在其CDI相对于选定的接入终端中的那些接入终端具有较小的相关的接入终端子集之中；并且2)具有最高信道范数。添加接入终端直至S＝M或者没有更多的接入终端可被添加以满足小相关规则。应当注意，如果最初选取具有最高信道范数的接入终端，那么在信道方向的意义上可能没有找到足够兼容的接入终端。因此，在本公开的另一方面，另一接入终端可被用作起点，该起点可导致更多兼容的接入终端被选择以完全利用空间自由度。在任一种情形中，都应当避免选择具有大路径损耗差分的接入终端被一起服务，因为弱接入终端可能由于来自强接入终端的残留干扰而遭受性能下降。

在步骤406中，对选定的接入终端集合执行预编码。在本公开的一个方面，预编码是使用如本文中描述的发射滤波器来执行的。基于被选定的用户来执行预编码。

在步骤408中，基站使用先前已选定的波束成形向量来与选定的接入终端通信。

图9是解说用于无线节点中的处理系统的硬件配置的示例的概念图。在此示例中，处理系统900可用由总线902一般化表示的总线架构来实现。取决于处理系统900的具体应用和整体设计约束，总线902可包括任何数目的互连总线和桥接器。总线将包括处理器904、机器可读介质906、以及总线接口908的各种电路链接在一起。总线接口908可用于尤其将网络适配器910经由总线902连接至处理系统900。网络接口910可被用于实现PHY层的信号处理功能。在接入终端210的情形中(参见图2)，用户接口912(例如，按键板、显示器、鼠标、游戏操纵杆等)也可被连接至总线902。总线902还可链接诸如定时源、外围设备、稳压器、功率管理电路等各种其他电路，这些电路在本领域中是众所周知的，因此将不再赘述。

处理器904负责管理总线和一般处理，包括执行存储在机器可读介质906上的软件。处理器908可用一个或更多个通用/和/或专用处理器来实现。示例包括微处理器、微控制器、DSP处理器、以及其他能执行软件的电路体系。软件应当被宽泛地解释成表示指令、数据、及其任何组合，无论是被称作软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言、还是其它。作为示例，机器可读介质可以包括RAM(随机存取存储器)、闪存、ROM(只读存储器)、PROM(可编程只读存储器)、EPROM(可擦式可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦式可编程只读存储器)、寄存器、磁盘、光盘、硬盘驱动器、或者其他任何合适的存储介质、或其任何组合。机器可读可以体现在计算机程序产品中。该计算机程序产品可以包括包装材料。

在图9所解说的硬件实现中，机器可读介质906被示为处理系统900中与处理器904分开的部分。然而，如本领域的技术人员将容易领会到的，机器可读介质906、或其任何部分可外置于处理系统900。作为示例，机器可读介质906可包括传输线、由数据调制的载波、和/或与无线节点分开的计算机产品，所有这些都可由处理器904通过总线接口908来访问。作为替换或补充，机器可读介质906、或其任何部分可被集成到处理器904中，诸如高速缓存和/或通用寄存器文件可能具有的情形。

处理系统900可以被配置为通用处理系统，其具有一个或更多个提供处理器功能的微处理器以及提供机器可读介质906的至少一部分的外部存储器，所有这些都通过外部总线架构与其他支持电路体系连接在一起。替换地，处理系统900可以用带有处理器904、总线接口908、用户接口912(在接入终端情形中)、支持电路体系(未示出)、和集成在单块芯片中的机器可读介质906的至少一部分的ASIC(专用集成电路)来实现，或者用一个或更多个FPGA(现场可编程门阵列)、PLD(可编程逻辑器件)、控制器、状态机、门控逻辑、分立硬件组件、或者任何其他合适的电路体系、或者能执行本公开通篇所描述的各种功能性的电路的任何组合来实现。本领域技术人员将认识到如何取决于具体应用和加诸于整体系统上的总体设计约束来最好地实现为处理系统900的所描述的功能性。

机器可读介质906被示为具有数个软件模块。这些软件模块包括当由处理器904执行时使处理系统900执行各种功能的指令。每一软件模块可以驻留在单个存储设备中或者跨多个存储设备分布。作为示例，当触发事件发生时，可以从硬件驱动器中将软件模块加载到RAM中。在软件模块执行期间，处理器904可以将一些指令加载到高速缓存中以增加访问速度。随后可将一个或更多个高速缓存行加载到通用寄存器文件中以供由处理器904执行。在以下谈及软件模块的功能性时，将理解这些功能性是由处理器904在执行来自该软件模块的指令时来实现的。在一个方面，提供了用于促成多用户联合波束成形系统的模块950。

图10是根据本公开的另一方面解说用于通信的装置1000的功能性的示例的框图。用于通信的装置1000包括用于从多个接入终端接收信道信息的信道信息接收模块1002，用于从该多个接入终端选择接入终端集合的接入终端选择模块1004，用于为选定的接入终端集合中的每个接入终端创建波束成形向量的波束成形器模块1006，以及用于使用所创建的波束成形向量中的至少一个波束成形向量来传送信号的信号传输模块1008。

所提议的方法和系统平衡了使向目标接入终端传送的能量最大化与对其他接入终端造成的干扰最小化之间的折衷。另外，对于在其中基站具有较小的角展度的常见情景而言，即使信道的振幅信息可能随时间快速地变化，CDI往往变化地更慢。在线性波束成形中，准确的CDI知识对于有效的空间调零而言是足够的。接入终端选择基于CDI，从而该方案的性能对于信道失配而言可以是稳健的。

本文中所描述的各种方面可使用标准编程和/或工程化技术实现为方法、装置、或制品。如在本文中使用的术语“制造品”旨在涵盖可从任何计算机可读设备、载体、或介质访问的计算机程序。例如，计算机可读介质可包括但并不限于磁存储设备、光盘、数字多用盘、智能卡、以及闪存设备。

本公开无意被限定于这些优选方面。此外，本领域的技术人员应认识到本文所描述的方法和装置方面可以用各种方式来实现，包括以硬件、软件、固件、或其各种组合来实现。这些硬件的示例可包括ASIC、现场可编程门阵列、通用处理器、DSP、和/或其他电路系统。本公开的软件和/或固件实现可以经由包括Java、C、C++、MatlabTM、Verilog、VHDL、和/或处理器专用机器及汇编语言等编程语言的任何组合来实现。

本领域技术人员还应当进一步领会，结合本文中所公开的方面描述的各种解说性逻辑块、模块、处理器、装置、电路、和算法步骤可被实现为电子硬件(例如，数字实现、模拟实现或两者的组合，它们可使用源编码或其它某种技术来设计)、纳入指令的各种形式的程序或设计代码(出于简便起见，在本文中可能称其为“软件”或“软件模块”)、或两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和加诸于整体系统的设计约束。技术人员可针对每种特定应用以变化方式来实现所描述的功能性，但此类实现决策不应被解读为致使脱离本公开的范围。

结合文本所公开的各个方面描述的各个示例性逻辑块、模块和电路可在集成电路(“IC”)、接入终端或基站内实现或由其来执行。IC可包括通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、电组件、光学组件、机械组件、或其设计成执行本文中所描述的功能的任何组合，并且可执行驻在IC内部、IC外部或两者中的代码或指令。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，处理器可以是任何常规处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或更多个微处理器、或任何其他此类配置。

本文所描述的方法和系统方面仅解说了本公开的特定方面。应领会到，本领域的技术人员将能设计出尽管未在本文明确描述或示出但却实施了本公开的原理并被包括在本发明范围内的各种布置。此外，本文所叙述的所有示例和条件语言仅旨在用于教示用途以帮助读者理解本公开的原理。本公开及其相关联的参考文献应被理解为并不被限定于这些具体叙述的示例和条件。此外，本文中叙述原理、方面、和本公开的方面及其具体示例的所有陈述旨在涵盖其结构等效和功能等效两者。另外，意图使这些等效既包括当前所知的等效也包括在将来开发出的等效，即所开发出的执行相同功能的任何元件，而不论其结构如何。

本领域的技术人员将领会，本文的框图代表体现本公开原理的解说性电路系统、算法、和功能步骤的概念性示图。类似地，应领会任何流程图、流图、信号图、系统图、代码等代表实质上可以在计算机可读介质中表示从而可由计算机或处理器执行的各种过程，而不论这样的计算机或处理器是否被明确示出。

应理解，在软件模块的上下文中所描述的各步骤的任何具体次序或者阶层是为了提供无线节点的示例而给出的。基于设计偏好，应理解各步骤的具体次序和阶层可被重新安排而仍在本公开的范围内。

尽管本公开的各种方面已被描述为软件实现，但本领域技术人员将容易领会，本公开通篇所给出的各种软件模块可以实现在硬件、或者软件与硬件的任何组合中。这些方面是实现在硬件还是软件中取决于具体应用和加诸于整体系统上的设计约束。技术人员可针对每种特定应用以变化方式来实现所描述的功能性，但此类设计决策不应被解读为致使脱离本公开的范围。

提供了以上描述以使本领域中的任何技术人员均能够完全理解本公开的全部范围。对本文中所公开的各种配置的改动对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，权利要求并非旨在被限定于本文中所描述的本公开的各种方面，而是被授予与权利要求的语言相一致的全部范围，其中对要素单数形式的引述除非特别声明，否则并非旨在表示“有且仅有一个”，而是“一个或更多个”。除非特别另外声明，否则术语“一些/某个”指的是一个或多个。本公开通篇描述的各种方面的要素为本领域普通技术人员当前或今后所知的所有结构上和功能上的等效方案通过引述被明确纳入于此，且旨在被权利要求所涵盖。此外，本文中所公开的任何内容都并非旨在贡献给公众——无论这样的公开是否在权利要求书中被显式地叙述。权利要求的任何要素都不应当在35U.S.C.§112第六款的规定下来解释——除非该要素是使用措辞“用于……的装置”来明确叙述的或者在方法权利要求情形中该要素是使用措辞“用于……的步骤”来叙述的。

Claims (26)

1.一种无线通信的方法，包括：

从多个接入终端接收检测到的信道信息；

基于接收到的信道信息从所述多个接入终端选择接入终端集合；

为所述选定的接入终端集合中的每个接入终端创建波束成形向量；以及

使用所创建的波束成形向量中的至少一个波束成形向量来传送信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测到的信道信息是所述信道的量化版本。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测到的信道信息包括信道方向信息(CDI)。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述接入终端集合是基于所述CDI选择的。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述创建基于所述CDI。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测到的信道信息包括振幅。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述创建包括在连续域中计算波束成形向量。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述创建包括使用最小均方误差(MMSE)函数来计算波束成形向量。

9.一种用于无线通信的设备，包括：

用于从多个接入终端接收检测到的信道信息的装置；

用于基于接收到的信道信息从所述多个接入终端选择接入终端集合的装置；

用于为所选定的接入终端集合中的每个接入终端创建波束成形向量的装置；以及

用于使用所创建的波束成形向量中的至少一个波束成形向量来传送信号的装置。

10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述检测到的信道信息是所述信道的量化版本。

11.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述信道包括信道方向信息(CDI)。

12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述选择装置包括用于基于所述CDI来选择所述接入终端集合的装置。

13.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述创建装置包括用于基于所述CDI来创建所述波束成形向量的装置。

14.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述检测到的信道信息包括振幅。

15.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述创建装置包括用于在连续域中创建所述波束成形向量的装置。

16.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述创建包括使用最小均方误差(MMSE)函数来计算波束成形向量。

17.一种用于无线通信的装置，包括：

接收机，配置成从多个接入终端接收检测到的信道信息；以及

处理系统，配置成：

基于接收到的信道信息从所述多个接入终端选择接入终端集合；

为所选定的接入终端集合中的每个接入终端创建波束成形向量；以及

使用所创建的波束成形向量中的至少一个波束成形向量来传送信号。

18.如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述检测到的信道信息是所述信道的量化版本。

19.如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述信道包括信道方向信息(CDI)。

20.如权利要求19所述的装置，其特征在于，进一步包括用于基于所述CDI来选择所述接入终端集合的选择模块。

21.如权利要求19所述的装置，其特征在于，进一步包括用于基于所述CDI来创建所述波束成形向量的波束成形器。

22.如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述检测到的信道信息包括振幅。

23.如权利要求17所述的装置，其特征在于，进一步包括用于在连续域中创建所述波束成形向量的波束成形器。

24.如权利要求17所述的装置，其特征在于，进一步包括用于使用最小均方误差(MMSE)函数来计算波束成形向量的波束成形器。

25.一种用于通信的计算机程序产品，包括：

用指令编码的机器可读介质，所述指令能由处理器执行以使所述处理器：

从多个接入终端接收检测到的信道信息；

基于接收到的信道信息从所述多个接入终端选择接入终端集合；

为所选定的接入终端集合中的每个接入终端创建波束成形向量；以及

使用所创建的波束成形向量中的至少一个波束成形向量来传送信号。

26.一种基站，包括：

无线网络适配器，配置成从多个接入终端接收检测到的信道信息；以及

处理系统，配置成：

基于接收到的信道信息从所述多个接入终端选择接入终端集合；

为所选定的接入终端集合中的每个接入终端创建波束成形向量；以及

使用所创建的波束成形向量中的至少一个波束成形向量来传送信号。

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