CN102468913A - 多用户多输入多输出系统中的信令信息反馈方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及多用户多输入多输出系统中的信令信息反馈方法及装置。在本发明的一个实施例中，提出了一种在多用户多输入多输出系统中，由用户设备向基站反馈信令信息的方法，包括：S1.确定单用户预编码码字；S2.确定与所述单用户预编码码字相互正交的至少一个干扰源预编码码字；S3.根据所述单用户预编码码字以及所述至少一个干扰源预编码码字，确定多用户信道质量信息；S4.向所述基站发送所述多用户信道质量信息的指示。通过采用本发明中的技术方案，可以在多用户多输入多输出系统中进一步改进动态模式选择的系统性能。

Description

多用户多输入多输出系统中的信令信息反馈方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术，尤其涉及多用户多输入多输出系统中的信令信息的反馈方法及装置。

背景技术

诸如多用户多输入多输出(MU-MIMO)的多天线技术由于其信令简单、易于配置以及极为可观的系统性能而被确定为LTE-A的基础技术以满足高级国际移动通信(IMT-Advanced)的需求。

在3GPP LTE-A中，已经对无需RRC重配置的动态单用户-多用户切换方案的可能性达成一致。如何较好地执行灵活的调度和MIMO模式的选择对于反馈机制的设计是关键的挑战。

发明内容

在3GPP LTE或LTE-A协议中，非周期性的信道质量指示(ChannelQuality Indicator，CQI)、预编码矩阵索引(Precoding Matrix Index，PMI)和秩索引(Rank Index，RI)报告通过物理上行共享信道(PUSCH)传输。一个用户设备应当报告一个或多个CQI值，这些CQI值是在假设相应的选择的预编码矩阵或预编码矩阵索引的使用受制于报告的RI的情况下被计算的。所有的信息能够被自然地用于基站侧进行单用户MIMO(SU-MIMO)调度。如果需要在单用户MIMO和多用户MIMO之间进行动态切换，那么应当合适地调整PMI和CQI信息以进一步满足多用户MIMO调度的需求。下面将分别给出用于单用户MIMO调度和多用户MIMO调度的确定PMI/CQI的例子。

将用户k的信道矩阵表示为维度为N_R×N_T的H_k，其中N_R为接收天线的数量，N_T为发射天线的数量。传输数据流(秩)的数量为r，其中，对于单用户MIMO而言，r≤min(N_R，N_T)；而对于多用户MIMO而言，r＝1。对应于秩r的预编码从码本集{W^(r)(j)|j＝1，…，N}中选择，N为码本中码字的数量，每个码字具有N_T×r的维度。对于用户设备k，测量到的噪声和干扰功率为P_INK。

1)对于单用户MIMO，每个用户设备根据信道容量最大化准则推荐一个合适的码字(或PMI)和秩索引(RI)，并且同时根据等效信道和最小均方差(MMSE)检测将相应的CQI报告至其服务基站。

单用户MIMO模式下合适的秩索引RI_opt和预编码矩阵索引

可以根据下式选择：

$[W_{\mathrm{opt}}^{\left({\mathrm{RI}}_{\mathrm{opt}}\right)},{\mathrm{RI}}_{\mathrm{opt}}]=\underset{1\≤j\≤N,1\≤r\≤\min (N_R,N_T)}{\arg \max }\underset{m=1}{\overset{r}{\mathrm{\Σ}}}{\log }_2(1+\frac{\mathrm{diag}{\left[{\mathrm{DD}}^H\right]}_{\mathrm{mm}}}{\mathrm{diag}{[I_{\mathrm{self}}{I_{\mathrm{self}}}^H+P_{\mathrm{INK}}]}_{\mathrm{mm}}})---\left(1\right)$

其中，最小均方差接收机权重为w＝(H_kW^(r)(j))^H(H_kW^(r)(j)(H_kW^(r)(j))^H+P_INK)^-1，有用的数据流部分是D＝diag(wH_kW^(r)(j))，数据流之间的干扰部分是I_self＝wH_kW^(r)(j)-D。相应的单用户MIMO的CQI可以表示为：

${\log }_2(1+{\mathrm{CQI}}_k)=\frac{1}{{\mathrm{RI}}_{\mathrm{opt}}}\underset{m=1}{\overset{{\mathrm{RI}}_{\mathrm{opt}}}{\mathrm{\Σ}}}{\log }_2(1+\frac{\mathrm{diag}{\left[{\mathrm{DD}}^H\right]}_{\mathrm{mm}}}{\mathrm{diag}{[I_{\mathrm{self}}{I_{\mathrm{self}}}^H+P_{\mathrm{INK}}]}_{\mathrm{mm}}})---\left(2\right)$

2)对于多用户MIMO，假定每个用户设备一个数据流，可以从单用户MIMO预编码矩阵(或PMI)中选择一个合适的列向量，并较好的与信道矩阵的主要特征向量匹配，然后被用于多用户MIMO预编码。

报告的CQI能够被重新使用，并且在多用户MIMO调度中仅需要一些功率调整。

根据来自用户设备的上述报告的PMI/CQI/RI信息，服务基站能够实现单用户MIMO调度、多用户MIMO调度、以及灵活的动态模式切换。但是显然，在基于合适的选择的秩索引计算上述CQI报告时并没有考虑多用户干扰，因此其主要适合单用户MIMO。如果附加的CQI报告考虑了多用户干扰的效果，则其能够进一步改进系统性能。

为了实现上述目的，本发明中提出了增强的CQI反馈方法。

在本发明的一个实施例中，提出了一种在多用户多输入多输出系统中，由用户设备向基站反馈信令信息的方法，包括：S1.确定单用户预编码码字；S2.确定与所述单用户预编码码字相互正交的至少一个干扰源预编码码字；S3.根据所述单用户预编码码字以及所述至少一个干扰源预编码码字，确定多用户信道质量信息；S4.向所述基站发送所述多用户信道质量信息的指示。

在本发明的另一个实施例中，提出了一种在多用户多输入多输出系统的用户设备用于向基站反馈信令信息的信令信息反馈装置，包括：第一装置，用于确定单用户预编码码字；第二装置，用于确定与所述单用户预编码码字相互正交的至少一个干扰源预编码码字；第三装置，用于根据所述单用户预编码码字以及所述至少一个干扰源预编码码字，确定多用户信道质量信息；第四装置，用于向所述基站发送所述多用户信道质量信息的指示。

通过采用本发明中所提出的方法及装置，用户设备所反馈的用户信道质量信息考虑了多用户干扰的效果，因此基站进行单用户调度、多用户调度以及模式切换时可以做出更加适合于多用户MIMO情形的选择，从而进一步提高系统性能。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更加明显：

图1示出了根据本发明的一个实施例的多用户多输入多输出系统的拓扑图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的在多用户多输入多输出系统中，由用户设备向基站反馈信令信息的方法流程图；

图3示出了根据本发明的一个实施例的在多用户多输入多输出系统的用户设备用于向基站反馈信令信息的信令信息反馈装置的框图；

在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示对应的特征。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的一个实施例的多用户多输入多输出系统的拓扑图。如图所示，该实施例中的多用户多输入多输出系统包括用户设备21、22、23、24以及他们的服务基站10(eNB)。本领域技术人员应能理解，在多用户MIMO系统中，包括单独调度的用户设备以及联合调度(co-scheduled)的用户设备。在多用户情形下，经常有多个用户设备被调度到相同的时频资源上(联合调度)，例如在基站8发射天线、用户设备2接收天线的多用户情形下，经常有4个用户设备被调度到相同是时频资源。这些被调度到相同时频资源的用户设备的信号会产生相互干扰，互为干扰源。因此，被调度到相同时频资源的用户设备所分配的预编码码字通常是相互正交或接近正交的。

图2示出了根据本发明的一个实施例的在多用户多输入多输出系统中，由用户设备向基站反馈信令信息的方法流程图。如图所示，该实施例中的信令信息反馈方法包括四个步骤S1、S2、S3、S4。以下以用户设备21与基站10为例来说明该信令信息反馈方法。该方法在多用户信道质量信息的反馈中考虑了干扰源的影响。

在步骤S1中，用户设备21确定其单用户预编码码字。通常，该单用户与编码码字(PMI)将与单用户信道质量指示(CQI)、秩索引(RI)一起反馈给其服务基站10。

在步骤S2中，用户设备21根据协同调度方案，确定与所述单用户预编码码字相互正交的至少一个干扰源预编码码字。

在步骤S3中，用户设备21根据其单用户预编码码字以及所述至少一个干扰源预编码码字，确定多用户信道质量信息。具体地，在估算过程中计入多用户干扰的成分以确定多用户信道质量信息，多用户干扰成分中包括与所述至少一个干扰源预编码码字有关的项。例如，以前述公式(2)来确定多用户信道质量信息，与干扰源预编码码字有关的项均计入多用户干扰成分P_INK中。

在步骤S4中，用户设备21向基站10发送所述多用户信道质量信息的指示。具体地，可以由用户设备21对多用户信道质量信息进行量化，并将量化值或者量化索引反馈给其服务基站10。

因为用户设备所反馈的用户信道质量信息考虑了多用户干扰的效果，所以基站进行单用户调度、多用户调度以及模式切换时可以做出更加适合于多用户MIMO情形的选择，从而进一步提高系统性能。

在本发明的一个实施例中，基站10工作于8发射天线条件下。根据LTE-A第10版协议(Release 10)，秩为1(rank-1)的8根发射天线码本为2级反馈方案。第一级子码字W₁用于宽带和/或长时反馈，其码本

包括16个码字，其中每

一组四个码字相互正交。第二级子码字W₂用于窄带和/或短时反馈，其码本也包括16个码字，包括四个不同的列选择，每一个列选择乘以四个不同的共相位(co-phasing)产生四个码字。

上述步骤S1包括：用户设备21确定其单用户预编码码字W的第一级子码字W₁和第二级子码字W₂，W＝W₁×W₂。

上述步骤S2包括：用户设备21根据其单用户预编码码字W的第一级子码字W₁及其正交子码字、其单用户预编码码字W的第二级子码字W₂及其正交子码字，确定所述至少一个干扰源预编码码字。

该实施例的信令信息反馈方法尤其适合于8根发射天线配置下、为多用户MIMO调度的目的选择单用户MIMO的rank-1的PMI、多用户预编码(PMI)干扰与本用户设备所选择的秩为1(rank-1)的PMI正交的情形。

根据在8根发射天线的配置中多用户MIMO调度的常识，在大多数情况下，多用户MIMO中有4个用户被调度到相同的时频资源而产生相互干扰。因此，在多用户信道质量信息反馈考虑多用户干扰时，可以视为通常有三个干扰源。

在本发明的一个实施例中，上述方法流程中的步骤S2包括：用户设备21根据其单用户预编码码字W的第一级子码字W₁及其一个正交子码字、所述单用户预编码码字W的第二级子码字W₂及其一个正交子码字，确定与所述单用户预编码码字W相互正交的三个干扰源预编码码字。在步骤S3中，用户设备21根据所述单用户预编码码字W以及所述三个干扰源预编码码字，确定所述多用户信道质量信息。

根据在码本中序号，第一级子码字W₁及其正交子码字可以根据如表1、表2、表3之一来确定(选择)：

表1.正交W1对(n，mod(n+4，16))选项1

表2.正交W1对(n，mod(n+8，16))选项2

表3.正交W1对(n，mod(n+12，16))选项3

第二级子码字W₂及其正交子码字则分别具有相同的列选择和正交的共相位(co-phasing)。

第一级子码字W₁及其一个正交子码字、第二级子码字W₂及其一个正交子码字，共可以组合出包括W在内的四个相互正交的码字，亦即用户设备21的单用户预编码码字W以及三个干扰源预编码码字。

在本发明的另一个实施例中，上述方法流程中的步骤S2包括：用户设备21根据所述单用户预编码码字W的第一级子码字W₁及其三个正交子码字、所述单用户预编码码字W的第二级子码字W₂及其相同列选择的子码字，确定与所述单用户预编码码字W相互正交的三个干扰源预编码码字。在步骤S3中，用户设备21根据所述单用户预编码码字W以及所述三个干扰源预编码码字，确定所述多用户信道质量信息。

如果W₁为

则其三个正交子码字分别为

W₁及其三个正交子码字分别与W₂以及与其具有相同列选择的三个子码字(其共相位可以与W₂相同，也可以不同)相乘，分别得到用户设备21的单用户预编码码字W以及与W相互正交的三个干扰源预编码码字。

上述实施例尤其适合于8根发射天线配置下、为多用户MIMO调度的目的选择单用户MIMO的rank-1的PMI、多用户预编码(PMI)干扰与本用户设备所选择的秩为1(rank-1)的PMI正交的情形。

在上述方法流程的步骤S4中，通常还包括：用户设备21向其服务基站10发送单用户预编码矩阵索引(PMI)、单用户信道质量指示(CQI)、秩索引(RI)。基站接收到这些信令信息以及考虑了多用户干扰成分的多用户信道质量信息，在进行单用户MIMO调度、多用户MIMO调度以及单用户/多用户模式切换时可以做出更加适合于多用户MIMO情形的选择，从而进一步提高系统性能。

在多用户信道质量信息的反馈中也可以仅考虑一个干扰源或两个干扰源的影响。在此情况下，则在上述方法流程的步骤S2中可以仅确定一个或两个干扰源预编码码字，在步骤S3中根据所述单用户预编码码字以及这一个或两个干扰源预编码码字来确定多用户信道质量信息。

图3示出了根据本发明的一个实施例的在多用户多输入多输出系统的用户设备用于向基站反馈信令信息的信令信息反馈装置的框图。如图所示，信令信息反馈装置200包括第一装置201、第二装置202、第三装置203、第四装置204。典型地，信令信息反馈装置200可以设置于多用户多输入多输出系统中的用户设备21、22、23、24中。

第一装置201用于确定单用户预编码码字。

第二装置202用于确定与所述单用户预编码码字相互正交的至少一个干扰源预编码码字。

第三装置203用于根据所述单用户预编码码字以及所述至少一个干扰源预编码码字，确定多用户信道质量信息。

第四装置204用于向所述基站发送所述多用户信道质量信息的指示。

在本发明的其他实施例中，第一装置201、第二装置202、第三装置203、第四装置204分别用于执行前述实施例的方法流程中的步骤S1、S2、S3、S4。

根据仿真结果，采用本发明中提出的方法与装置，可以为多用户多输入多输出系统带来4～8％的小区(cell)平均增益以及1～6％的小区边缘增益。

本发明所提出的多用户MIMO信令信息反馈方案在LTE-A第8版协议中物理上行共享信道(PUSCH)模式的基础上提供了很好的补充。多用户信道质量信息反馈可以根据宽带配置报告或者根据窄带配置报告。在窄带配置反馈模式下，可以反馈一个宽带多用户信道质量指示、以及各个子带相对于宽带多用户信道质量指示的差分指示，以降低总体反馈开销。

本领域技术人员应能理解，本发明中所称的各装置既可以由硬件模块实现，也可以由软件中的功能模块实现，还可以由集成了软件功能模块的硬件模块实现。

本领域技术人员应能理解，上述实施例均是示例性而非限制性的。在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。在权利要求书中，术语“包括”并不排除其他装置或步骤；不定冠词“一个”不排除多个；术语“第一”、“第二”用于标示名称而非用于表示任何特定的顺序。权利要求中的任何附图标记均不应被理解为对保护范围的限制。权利要求中出现的多个部分的功能可以由一个单独的硬件或软件模块来实现。某些技术特征出现在不同的从属权利要求中并不意味着不能将这些技术特征进行组合以取得有益效果。

Claims (10)

1.一种在多用户多输入多输出系统中，由用户设备向基站反馈信令信息的方法，包括：

S1.确定单用户预编码码字；

S2.确定与所述单用户预编码码字相互正交的至少一个干扰源预编码码字；

S3.根据所述单用户预编码码字以及所述至少一个干扰源预编码码字，确定多用户信道质量信息；

S4.向所述基站发送所述多用户信道质量信息的指示。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述基站工作于8发射天线条件下；

所述步骤S1包括：确定所述单用户预编码码字的第一级子码字和第二级子码字；

所述步骤S2包括：根据所述单用户预编码码字的第一级子码字及其正交子码字、所述单用户预编码码字的第二级子码字及其正交子码字，确定所述至少一个干扰源预编码码字。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述步骤S2包括：根据所述单用户预编码码字的第一级子码字及其一个正交子码字、所述单用户预编码码字的第二级子码字及其一个正交子码字，确定与所述单用户预编码码字相互正交的三个干扰源预编码码字；

所述步骤S3中，根据所述单用户预编码码字以及所述三个干扰源预编码码字，确定所述多用户信道质量信息。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述步骤S2包括：根据所述单用户预编码码字的第一级子码字及其三个正交子码字、所述单用户预编码码字的第二级子码字及其相同列选择的子码字，确定与所述单用户预编码码字相互正交的三个干扰源预编码码字；

所述步骤S3中，根据所述单用户预编码码字以及所述三个干扰源预编码码字，确定所述多用户信道质量信息。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤S4还包括：向所述基站发送单用户预编码矩阵索引、单用户信道质量指示、秩索引。

6.一种在多用户多输入多输出系统的用户设备用于向基站反馈信令信息的信令信息反馈装置，包括：

第一装置，用于确定单用户预编码码字；

第二装置，用于确定与所述单用户预编码码字相互正交的至少一个干扰源预编码码字；

第三装置，用于根据所述单用户预编码码字以及所述至少一个干扰源预编码码字，确定多用户信道质量信息；

第四装置，用于向所述基站发送所述多用户信道质量信息的指示。

7.根据权利要求6所述的信令信息反馈装置，其特征在于，

所述基站工作于8发射天线条件下；

所述第一装置还用于：确定所述单用户预编码码字的第一级子码字和第二级子码字；

所述第二装置还用于：根据所述单用户预编码码字的第一级子码字及其正交子码字、所述单用户预编码码字的第二级子码字及其正交子码字，确定所述至少一个干扰源预编码码字。

8.根据权利要求7所述的信令信息反馈装置，其特征在于，

所述第二装置还用于：根据所述单用户预编码码字的第一级子码字及其一个正交子码字、所述单用户预编码码字的第二级子码字及其一个正交子码字，确定与所述单用户预编码码字相互正交的三个干扰源预编码码字；

所述第三装置根据所述单用户预编码码字以及所述三个干扰源预编码码字，确定所述多用户信道质量信息。

9.根据权利要求7所述的信令信息反馈装置，其特征在于，

所述第二装置还用于：根据所述单用户预编码码字的第一级子码字及其三个正交子码字、所述单用户预编码码字的第二级子码字及其相同列选择的子码字，确定与所述单用户预编码码字相互正交的三个干扰源预编码码字；

所述第三装置根据所述单用户预编码码字以及所述三个干扰源预编码码字，确定所述多用户信道质量信息。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的信令信息反馈装置，其特征在于，所述第四装置还用于：向所述基站发送单用户预编码矩阵索引、单用户信道质量指示、秩索引。

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