CN102594519A - 用于多用户多输入多输出下行传输的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于多用户多输入多输出下行传输的方法及装置。在本发明中，提出了在多用户MIMO下行传输时采用码字分组的方案。根据该方案，码本中的码字被分为多个分组，同一分组内的码字相互之间基本正交，在调度和传输过程中，分组是固定的，并使得用户得知同一分组的码字信息。调度时，只有同一分组内码字所对应的用户调度到同一资源块。于是，每一个接收用户知道其干扰用户所使用的码字。根据这一知识，接收用户能够消除信道信息反馈中的信道向量量化误差所产生的多用户干扰。

Description

用于多用户多输入多输出下行传输的方法

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下行数据传输的方法。

背景技术

在多输入多输出(MIMO)系统中采用码字标签反馈的方式来反馈信道信息，下行多用户MIMO传输经常采用迫零预编码操作，信道反馈中的量化误差产生了附加的多用户干扰，而这一多用户干扰无法由预编码抑制或消除。这一多用户干扰严重地影响了系统性能，尤其是在高信噪比的情况下。

发明内容

在MIMO系统中，将用户k的估计信道矩阵表示为H_k。使用奇异值分解

信道可以被分解为几个平行的特征模式。用户选择具有最大奇异值的特征模式作为其传输特征模式。在下行多用户MIMO传输中，为了抑制多用户干扰，基站需要用户的传输特征模式的右奇异值向量v_k的信息，在本申请中称之为空间签名。为了反馈空间签名，使用码本C＝{c₁，…，c_N}。用户k的空间签名v_k量化为

于是，用户可以反馈量化码字的索引(标签)。接收到码字索引之后，基站认为用户k的空间签名为Q_C(v_k)。反馈的量化误差为Δ_k＝v_k-Q_C(v_k)。

基站采用迫零预编码来抑制下行多用户干扰。在基站使用Nt根发射天线的情形下，所选择的用户(小于等于Nt个)的空间签名矩阵用于生成预编码矩阵。空间签名矩阵表示为V＝{v₁，v₂，…，v_Nt}，预编码矩阵是V^H的伪逆矩阵。即W＝V(V^HV)^-1。这样，当没有量化误差时，多用户干扰可以被完全抑制。用户k₁可以得到其数据如下：

${\hat{x}}_{k_1}=u_{k_1}(H_{k_1}\underset{k_2\∈G}{\mathrm{\Σ}}{W}_{k_2}{x}_{k_2}+n_{k_1})=u_{k_1}(U_{k_1}{\mathrm{\Σ}}_{k_1}{V}_{k_1}^H\underset{k_2\∈G}{\mathrm{\Σ}}{w}_{k_2}{x}_{k_2}+n_{k_1})$

$=v_{k_1}^H\mathrm{Wx}+{\tilde{n}}_{k_1}$

$={\mathrm{\σ}}_{k_1}{x}_{k_1}+{\tilde{n}}_{k_1}$

然而，当信道反馈存在量化误差时，残留有多用户干扰，因为预编码矩阵W并非V^H＝{v₁，v₂，…，v_Nt}^H的伪逆矩阵，而是量化的空间签名矩阵{Q_C(v₁)，Q_C(v₂)，…，Q_C(v_Nt)}的共轭转置的伪逆矩阵。于是，

${\hat{x}}_{k_1}=u_{k_1}(H_{k_1}\underset{k_2\∈G}{\mathrm{\Σ}}{W}_{k_2}{x}_{k_2}+n_{k_1})=u_{k_1}(U_{k_1}{\mathrm{\Σ}}_{k_1}{V}_{k_1}^H\underset{k_2\∈G}{\mathrm{\Σ}}{w}_{k_2}{x}_{k_2}+n_{k_1})$

$=v_{k_1}^H\mathrm{Wx}+{\tilde{n}}_{k_1}$

$={\mathrm{\σ}}_{k_1}{x}_{k_1}+{\mathrm{\σ}}_{k_1}\underset{k_2\≠k_1}{\underset{k_2\∈G}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{k_2}{x}_{k_2}+{\tilde{n}}_{k_1},$

其中G表示被选择来进行多用户MIMO传输的一组用户设备。上述中最后一行中第二项即为残留的多用户干扰，这一量化误差引起的多用户干扰正比于系统信噪比，严重地影响系统性能。

通过采用更大的码本，可以实现更精确的信道反馈，从而降低上述量化误差所造成的多用户反馈。然而，该解决方案需要更大的上行带宽以反馈信道信息，尤其是在天线数量多的情形下。此外，因为信道量化粒度更为细致，系统对反馈误差更为敏感，信道信息或者预编码矩阵标签需要以更高的频度反馈。因此，这种方案大大地增加了信道反馈开销的负担。

为了解决上述问题，本发明中提出了在多用户MIMO下行传输时采用码字分组的方案。根据该方案，码本中的码字被分为多个分组，同一分组内的码字相互之间基本正交，在调度和传输过程中，分组是固定的，并使得用户得知同一分组的码字信息。调度时，只有同一分组内码字所对应的用户调度到同一资源块。于是，每一个接收用户知道其干扰用户所使用的码字。根据这一知识，接收用户能够消除信道信息反馈中的信道向量量化误差所产生的多用户干扰。

在本发明的一个实施例中，提出了一种在多输入多输出系统中，由基站进行下行传输的方法，包括：S11.接收来自用户设备的信道反馈信息；S12.根据接收到的信道反馈信息以及预定码字分组方案，将属于相同分组的码字所对应的用户设备的下行数据调制到一起，采用多用户多输入多输出模式发送；其中，所述预定码字分组方案中任一分组中的码字数量不多于所述基站的发射天线数量，任一分组中各码字之间相互基本正交。

在本发明的另一个实施例中，提出了一种在在多输入多输出系统中，由用户设备进行下行数据解调的方法，包括：S21.根据接收到的下行信号生成接收信号；S22.在多用户多输入多输出模式下，根据预定码字分组方案，对所述接收信号进行多用户干扰消除以得到解调信号；其中，所述预定码字分组方案中任一分组中的码字数量不多于基站的发射天线数量，任一分组中各码字之间相互基本正交。

通过采用本发明中所提出的方法，可以降低甚至消除信道反馈量化误差所带来的多用户干扰，且无需增加反馈开销为代价。因此基站进行多用户调度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输入多输出系统中下行数据传输的系统方法流程图；

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。本领域技术人员应能理解，对应于不同的协议标准，基站具有不同的特定称谓；例如在LTE系统或LTE-A系统中，基站又称为节点B(Node B)或进化节点B(eNB)。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的用户设备，亦即单用户(Single User)场景和多用户(Multiple Users)场景。例如在基站四根发射天线、用户设备两根接收天线的多用户情形下，最多可以有两个用户设备被调度到相同的时频资源；又如在基站四根发射天线、用户设备一根接收天线的多用户情形下，最多可以有四个用户设备被调度到相同的时频资源。在多用户情形下，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。

图2示出了根据本发明的一个实施例的在多输入多输出系统中下行数据传输的系统方法流程图。以下结合图1和图2，对多输入多输出系统中由基站进行下行传输的方法以及由用户设备进行下行数据解调的方法加以说明。本领域技术人员应能理解，虽然图2中示出了基站10和用户设备21之间的下行数据传输，但所示出的方法可以应用于任一基站及其所服务的任一用户设备之间。

首先，需要在基站10的小区内确定码字分组方案，用于CSI(ChannelState Indicator)反馈的任一码本中的码字被分为多个分组，任一分组中的码字数量不多于基站10的发射天线数量，任一分组中各码字之间相互基本正交。而多用户调度规则包括，只有同一分组内码字所对应的用户能够调度到同一资源块。

对于同一个码本，可以有多种不同的码字分组方案满足上述条件，即：该码本中的码字被分为多个分组，任一分组中的码字数量不多于基站10的发射天线数量，任一分组中各码字之间相互基本正交。

各种码字分组方案可以固化于基站和用户设备之中。如果系统中所有的基站采用相同的码字分组方案，则基站和用户设备均根据这一相同的码字分组方案执行相应的操作。

如所理解的，用户设备21将向其服务基站10进行信道信息反馈，例如CSI反馈。

在步骤S11中，基站10将接收来自用户设备21的信道反馈信息。具体地，信道反馈信息可以是CSI反馈的码字索引(或称码字标签)。

在步骤S12中，基站10将根据接收到的信道反馈信息以及预定码字分组方案，将属于相同分组的码字所对应的用户设备的下行数据调制到一起，采用多用户多输入多输出模式发送。如所理解的，该步骤中包括：根据多个用户所反馈的码字组成空间签名矩阵，并据此生成预编码矩阵对这多个用户的数据进行预编码处理，然后经基站的多天线发送。

例如，当用户设备21、22所反馈的码字索引所对应的码字属于同一个码字分组，则基站10将用户设备21、22的下行数据调制到一起，根据用户设备21、22所反馈的码字索引所对应的码字生成预编码矩阵来对用户设备21、22的数据进行预编码处理，然后经基站的多天线发送。又例如，当用户设备21、23、24所反馈的码字索引所对应的码字属于同一个码字分组，则基站10将用户设备21、23、24的下行数据调制到一起，根据用户设备21、23、24所反馈的码字索引所对应的码字生成预编码矩阵来对用户设备21、23、24的数据进行预编码处理，然后经基站的多天线发送。

在步骤S21中，用户设备21将根据接收到的下行信号生成接收信号。如所理解的，生成接收信号的过程可以包括与发送端的信道编码相对应的信道解码等处理。

在步骤S22中，在多用户多输入多输出模式下，用户设备21将根据预定码字分组方案，对所述接收信号进行多用户干扰消除以得到解调信号。具体地，如果用户设备21的下行数据采用多用户MIMO模式发送，用户设备21将使用其估计信道矩阵的左奇异矩阵来对接收数据进行解码。

例如，用户k₁接收到的信号表示为

采用其估计信道矩阵的左奇异矩阵来解码，用户k₁可以得到

${\hat{y}}_{k_1}=U_{k_1}^H(H_{k_1}\underset{k_2\∈G}{\mathrm{\Σ}}{w}_{k_2}{x}_{k_2}+n_{k_1}).$

$={\mathrm{\Σ}}_{k_1}{V}_{k_1}^H\mathrm{Wx}+{\tilde{n}}_{k_1}$

其中G表示被选择来进行多用户MIMO传输的一组用户设备，W即为基站进行下行多用户MIMO数据传输所采用的预编码矩阵。根据该实施例中的调度方案，只有同一分组内码字所对应的用户能够调度到同一资源块，而任一分组中各码字之间相互基本正交，因此，CSI反馈量化误差造成的用户间干扰基本得以消除。

在本发明的一个实施例中，所述预定码字分组方案中任一分组中的码字数量等于所述基站的发射天线数量。例如，码本包括64个码字，基站10包括四根发射天线，则基站10采用的码字分组方案应为：码本中的64个码字分为16个分组，每一分组包括四个码字，每一分组的四个码字相互之间基本正交。又例如，码本包括64个码字，基站10包括八根发射天线，则基站10采用的码字分组方案应为：码本中的64个码字分为8个分组，每一分组包括八个码字，每一分组的八个码字相互之间基本正交。这样，结合只有同一分组内码字所对应的用户能够调度到同一资源块的多用户调度规则，基站10能够充分利用其多天线资源来实现与其天线数量相同的多用户MIMO下行数据调度。

在本发明的一个实施例中，在上述步骤S12中，基站10还对所述采用多用户多输入多输出方式发送的数据进行迫零预编码处理。这样可以使得多用户MIMO下行数据传输的整体接收性能得到进一步的提高。

在本发明的一个实施例中，不同的基站可以采用不同的码字分组方案。则由基站10进行下行传输的方法中，在步骤S12之前还包括步骤：广播其所采用的预定码字分组方案的内容或标识。通过这一方式，基站10将其所采用的码字分组方案通知处于其信号覆盖范围之内的所有用户设备，以使得接收到采用多用户MIMO模式发送的下行数据的用户设备据此进行数据解调。具体地，多种不同的码字分组方案可以预先固化于基站和用户设备中，基站10通过广播一个相应的标识符来将其所采用的码字分组方案通知给用户设备。这种广播码字分组方案标识符的方式可以降低信令开销。

在本发明的一个实施例中，由基站10进行下行传输的方法中还包括步骤：如果各码字分组的使用负荷不均匀度超过预定标准，则更新预定码字分组方案。相应地，步骤S12包括：根据接收到的信道反馈信息以及更新的预定码字分组方案，将属于相同分组的码字所对应的用户设备的下行数据调制到一起，采用多用户多输入多输出模式发送。

在每一个码字分组中的码字数量相等的情况下，码字分组的使用负荷可以定义为一个码字分组中被用于下行MIMO传输的码字的数量。

码字分组的使用负荷不均匀度可以定义为

其中x_n表示第n个码字分组的使用负荷，N表示码字分组的数量。最均匀时该值为1，最不均匀时该值为1/N。当该值小于某个预设的值时，定义为码字分组使用负荷不均匀度超过预定标准，基站10就对码字分组方案进行更新。

码字分组的使用负荷不均匀度还可以定义为：在所有码字分组中，使用负荷排位在中间的两者之间的差值。以包括64个码字的码本分为16个各包括4个码字的分组为例，码字分组的使用负荷不均匀度即为16个分组中第八大的使用负荷与第九大的使用负荷之间的差值。使用负荷最均匀时，该差值为0；当使用负荷很不均匀时，该差值最大为4。当该差值大于等于某个预设的值时，例如该差值大于等于2时，定义为码字分组使用负荷不均匀度超过预定标准，基站10就对码字分组方案进行更新。

具体地，多种不同的码字分组方案可以预先固化于基站和用户设备中。当在目前采用的码字分组方案下，码字分组使用负荷不均匀度超过预定标准时，基站10就从预存的多种码字分组方案中另选一种进行码字分组方案更新，以使得在更新的码字分组方案下，码字分组使用负荷不均匀度不超过预定标准。然后，基站10可以通过广播一个相应的标识符来将其所更新的码字分组方案通知给用户设备。这种广播码字分组方案标识符的方式可以降低信令开销。基站10和其所服务的用户设备均基于更新的码字分组方案执行后续的操作。

在本发明的一个实施例中，由用户设备21进行下行数据解调的方法中，步骤S22还包括：根据预定码字分组方案，对解调信号进行去相关运算。

去相关运算能够最小化噪声，该去相关运算可以用公式表示为

这里的R由下式

获得，其中根据用户设备21的估计信道矩阵

(为便于理解，此处标记K₁和21可以互换)的奇异值分解获得，

根据用户设备21所反馈的码字所属的分组中所有码字来构建。也就是说，用户设备21默认为其所反馈的码字所属分组中所有码字均对应于某一用户设备及其下行数据。于是，用户设备最终解调得到的数据可以表示为

在本发明的另一个实施例中，由用户设备21进行下行数据解调的方法中，步骤S22还包括：根据预定码字分组方案，对解调信号进行最小均方误差运算。

最小均方误差运算可以最小化检测信号和发送信号之间的误差，该运算可以用公式表示为于是，其中P是用户设备的发送功率的一个对角矩阵，R由下式

获得，其中

根据用户设备21的估计信道矩阵

(为便于理解，此处标记K₁和21可以互换)的奇异值分解获得，

根据用户设备21所反馈的码字所属的分组中所有码字来构建。也就是说，用户设备21默认为其所反馈的码字所属分组中所有码字均对应于某一用户设备及其下行数据。于是，用户设备最终解调得到的数据可以表示为

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 (9)

1.一种在多输入多输出系统中，由基站进行下行传输的方法，包括：

S11.接收来自用户设备的信道反馈信息；

S12.根据接收到的信道反馈信息以及预定码字分组方案，将属于相同分组的码字所对应的用户设备的下行数据调制到一起，采用多用户多输入多输出模式发送；

其中，所述预定码字分组方案中任一分组中的码字数量不多于所述基站的发射天线数量，任一分组中各码字之间相互基本正交。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定码字分组方案中任一分组中的码字数量等于所述基站的发射天线数量。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤S12包括：

对所述采用多用户多输入多输出方式发送的数据进行迫零预编码处理。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤S12之前还包括：

广播所述预定码字分组方案的内容或标识。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括步骤：

-如果各码字分组的使用负荷不均匀度超过预定标准，则更新预定码字分组方案；

所述步骤S12包括：

根据接收到的信道反馈信息以及更新的预定码字分组方案，将属于相同分组的码字所对应的用户设备的下行数据调制到一起，采用多用户多输入多输出模式发送。

6.一种在在多输入多输出系统中，由用户设备进行下行数据解调的方法，包括：

S21.根据接收到的下行信号生成接收信号；

S22.在多用户多输入多输出模式下，根据预定码字分组方案，对所述接收信号进行多用户干扰消除以得到解调信号；

其中，所述预定码字分组方案中任一分组中的码字数量不多于基站的发射天线数量，任一分组中各码字之间相互基本正交。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预定码字分组方案中任一分组中的码字数量等于基站的发射天线数量。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述步骤S22包括：

根据所述预定码字分组方案，对所述解调信号进行去相关运算。

9.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述步骤S22包括：

根据所述预定码字分组方案，对所述解调信号进行最小均方误差运算。

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