CN102823177A - 用于操作从站的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于操作从站的方法，从站借助于MIMO传输与至少一个主站通信，该方法包括：从站向主站用信号通知代表推荐预编码系数集合的单个预编码指示符，其中相同设置预编码指示符申请多种可用传输模式。

Description

用于操作从站的方法
技术领域
本发明涉及用于在移动通信网络中操作无线电站的方法，其中主站与至少一个从站通信。
例如，这个发明对于IEEE 802.11网络或者以及对于UMTS Long Term Evolution（长期演进）（LTE和LTE-Advanced）网络是相关的，其中在主站与从站之间的通信能够使用不同的模式，例如，用于多用户/单用户的MIMO传输、不同秩（rank）的MIMO传输乃至SISO/MIMO模式。
背景技术
在蜂窝电信系统中，小区（cell）内的多个用户终端与服务于该小区的主站通信。对于后续的一代又一代的蜂窝系统来说，可实现的数据速率一直保持在增长。在诸如UMTS和LTE之类的高级系统中，不同地被描述为MIMO、预编码或波束形成（beamforming）的多天线发送/接收技术被支持用于从单个主站到移动终端的传输。由于波束形成模式的空间选择性，这样的传输模式在保持平均干扰电平的同时已允许可实现数据速率和通信范围的重大增长。
为了实现波束形成，具有天线阵列的典型的发射站对从其各自的天线发射的信号应用一组复系数（形成预编码矩阵或预编码矢量），以便传输流在空间上朝向接收站进行定向。在诸如LTE之类的无线通信系统中，基站和终端二者通常配备有多个天线。这允许不同的MIMO操作模式以及常规的传输模式，如同SISO传输模式。为了考虑到选择合适的传输模式而在确定信道条件中支持基站，移动终端通常为每一对天线测量下行链路信道并导出信道状态报告，以发送到基站。
基站随后能够使用这个信息来调度决定，诸如：
· 向哪些终端发射；
· 使用哪些频率/时间/代码资源；
· MIMO传输模式参数（例如，空间流的数量和SU-MIMO或MU-MIMO）。
在这样的系统的实现中，定义预编码码本。这些预编码码本可以被看作是以简洁的方式来描述信道预编码系数或预编码加权的预编码矩阵（或预编码矢量）的方式，从而减少为了指示预编码而需要的信令的数量。这些码本也允许用户终端（在LTE中被定义成用户设备或UE）以针对码本条目的索引的形式向网络报告用于下行链路传输的优选预编码器。
在这种情况下，优选预编码器是将被应用于基站（在LTE中被定义成eNodeB）的发射天线的一组复系数。类似地，预编码码本也可以由基站使用来用信号通知（signal）用于传输至用户终端的预编码。这允许用户终端从公共导频符号中导出适当的相位/振幅基准，用于每一个下行链路传输的解调。
用于捕获信道状态信息的有效方法是从预编码器的码本中选择在其被应用于发射机上时将导致最高数据速率的条目。这个信息可以作为PMI（预编码矩阵指示符）来用信号通知。假定的空间流的数量或秩指示符（RI）通常将是这样的报告的一部分。
作为码本设计的示例，用于4个Tx（发射）天线的LTE Release 8（版本8）码本具有嵌套结构。这意味着：对于给定的码本索引来说，用于给定传输秩的预编码矢量是用于下一更高秩的矢量的子集。这个特征在对于SU-MIMO（多个层被发送至同一个终端）和MU-MIMO（有限数量的层被发送至一个以上的终端）二者使用相同的码本时可能是有帮助的。
对于LTE-A来说，其意图是：将支持在SU-MIMO与MU-MIMO传输模式之间的动态切换。在这种情况下，所希望的是：UE反馈对于两种模式是适合的。这能够通过对于两种模式发送PMI/RI和CQI来实现。针对这两种模式的PMI/CQI计算之间的主要区别可能是：
· 假定的最大传输秩（例如，仅受限于用于SU-MIMO的天线的数量以及对于MU-MIMO而言的高达秩=2）
· 可用的功率（例如，对于SU-MIMO而言的全功率以及对于MU-MIMO而言的在终端之间划分的功率）
· 可能不同的有关干扰的假设。
然而，这需要较高数量的资源。本发明的一个目的是减少用信号通知PMI所需要的比特的数量。
发明内容
本发明的目的是提议缓解上述问题的方法。
本发明的另一个目的是提议允许主站针对合适传输模式的选择作出决定而不需要大量的用信号通知的资源的方法。
本发明的另一个目的是提议减少在从站中为了提供推荐的预编码系数集合所需要的计算量的方法。
根据本发明的第一方面，提议一种用于操作从站的方法，从站借助于MIMO传输与至少一个主站通信，该方法包括：从站向主站用信号通知代表推荐的预编码系数集合的单个预编码指示符，其中相同的单个预编码指示符申请（apply for）多个可用传输模式。
根据本发明的第二方面，提议一种从站，所述从站包括：用于借助于MIMO传输与至少一个主站通信的装置，以及用于向主站用信号通知代表推荐的预编码系数集合的单个预编码指示符的装置，其中相同的单个预编码指示符申请多个可用传输模式。
根据本发明的第三方面，提议一种主站，所述主站包括：用于借助于MIMO传输与至少一个从站通信的装置，该方法包括：主站从从站接收代表推荐的预编码系数集合的单个预编码指示符，其中相同的单个预编码指示符申请多个可用传输模式，以及其中主站包括控制装置，用于至少部分基于推荐的预编码系数从多个可用传输模式中选择传输模式。
相应地，从站用信号通知申请多个传输模式的唯一一个预编码指示符。实际上，不是针对每一个传输模式提供预编码指示符，而是针对每一个相应的传输模式，每一个预编码指示符代表推荐系数集合，这只需要一个单个预编码指示符，其中该一个单个预编码指示符对于多种传输模式中的每一种传输模式可以代表推荐的预编码系数集合中的不同集合。因而，用信号通知推荐的预编码系数所需要的资源量被减少。本发明的一个实施例基于以下的认识：对于两种不同传输模式（例如，SU-MIMO和MU-MIMO或其他）联合优化的码本索引将不会在实践中导致显著降低数据速率。此外，在SU-MIMO/MU-MIMO的特殊示例中，有可能针对SU-MIMO而言的次优码本索引的选择与针对MU-MIMO而言的相比对于传输速率具有较少的影响，在这种情况下索引选择能够偏向于对于MU-MIMO实现高传输速率。
此外，一个单个预编码指示符的用信号通知可能需要从站较少的计算和操作，因而对于从站而言导致降低的计算能力要求以及降低的能源成本。
本发明的这些和其他方面从下文描述的实施例中将是明显的，并且本发明的这些和其他方面将参考下文描述的实施例来阐述。
附图说明
现在将通过示例、参考附图来更详细描述本发明，其中：
图1是其中实现本发明的第一实施例的系统的框图。
图2A、2B分别表示根据常规方法以及根据第一实施例的用于报告预编码系数的信令消息。
图3表示根据本发明的第二实施例的用于报告预编码系数的帧。
具体实施方式
本发明涉及如同802.11例如802.11n或UMTS例如图1所示的UMTS LTE或LTE-Advanced系统之类的移动通信系统。主站例如在LTE实施例中的eNodeB 100与多个从站例如在LTE实施例中的用户设备（UE）110通信。
图1的电信系统包括在小区101中操作的主站100，其中多个从站110位于该小区中。为了清楚起见，在图1中仅描绘两个从站110。主站100包括利用预编码器105来控制的多个发射天线104，其中预编码器能够调节应用于发射天线的信号的增益和相位，以便在一个或多个空间信道上以波束形成模式来发射。由于数据信号111a和111b而产生的单个数据束111在图1中被描述成从主站100至从站110。为了清楚起见，在图1仅描绘一个数据波束，其对应于单用户MIMO（Single User-MIMO）传输模式（SU-MIMO）。在多用户MIMO（Multi User-MIMO）（MU-MIMO）操作模式中，更多的波束将被定向至其他的从站110。这个数据波束111形成空间信道，其上例如在如同PDSCH（Physical Downlink Shared CHannel物理下行链路共享信道）之类的数据信道上可以发送数据。可以通过物理层信令（例如，PDCCH或物理下行链路控制信道）将用于在PDSCH上进行的数据传输的空间信道（例如，天线端口或虚拟天线）通知从站。
为了将推荐的预编码系数集合反馈给主站100，从站110使用上行链路控制信道115。
根据本发明的第一实施例，提议利用多个传输模式共同的一个报告来用信号通知预编码系数，其中传输模式例如不限于仅仅SU-MIMO和MU-MIMO。例如，对于传输秩不同的MIMO传输模式，能够进行相同的处理。传输秩定义所使用的数据流的数量以及专用于该传输的天线的数量。应注意：在以下的实施例中，用于SU-MIMO和MU-MIMO的码本能够是独立的或组合的码本，例如，其使用在用于四个发射天线的LTE Rel 8（第8版）码本中找到的嵌套属性。
在如图1的SU-MIMO/MU-MIMO的情况中，本发明的这个实施例基于以下假设：用于SU-MIMO和MU-MIMO的联合优化的码本索引将不会在实践中导致显著降低数据速率。与专门的优化码本索引相比，联合优化的码本可能导致略差的数据速率。然而，根据测试，似乎这种降级是相当小的。
应注意：单个预编码指示符可以指示多个预编码系数集合。实际上，主站中系数的检索取决于接收到的码本索引以及其他的参数，如同该模式是MU-MIMO还是SU-MIMO或者传输秩。实际上，利用给定码本索引所指示的特定系数集合通常将取决于所考虑的传输模式（例如，传输秩）以及码本设计。通常，对于大于1的传输秩而言，系数集合的不同部分将与每一个空间流（或层）相关联。
进一步，似乎在一些情景中对于SU-MIMO的次优码本索引的选择相比于对于MU-MIMO而言对传输速率具有较小的影响，在这种情况下索引选择能够偏向于对于MU-MIMO实现高传输速率。这能够在从站在选择阶段中通过计算加权的联合速率来完成，如在下文这个实施例的变体中将看到的。
实际上，根据这个第一实施例，例如，根据对接收信号执行的测量，从站选择利用索引i表示的推荐的预编码系数的集合。在变体中，从站也能够从用于传输模式k的可能的秩集合                                                
Figure 2011800179406100002DEST_PATH_IMAGE001
中选择秩。进行i和/或
Figure 2011800179406100002DEST_PATH_IMAGE002
的这种选择，以便联合速率被最大化。在这个等式中，加权可以使得
Figure 2011800179406100002DEST_PATH_IMAGE004
，并且RMIMOk是针对MIMO传输模式k估计的数据速率。在特定情况下，
Figure 2011800179406100002DEST_PATH_IMAGE005
。
更特别地，在其中PMI对于例如SU-MIMO/MU-MIMO之类的两个传输模式是共同的情况下，从站如下为每一个码本索引计算联合速率：
Figure 2011800179406100002DEST_PATH_IMAGE006
其中：
- i是用于指示SU和MU-MIMO码本二者中的码本条目的联合码本索引；
- rSU和rMU分别是用于SU-MIMO和MU-MIMO的传输秩；
- RSU和RMU分别是对于SU-MIMO和MU-MIMO可实现的传输速率；
- α和β是加权因数。作为特例，下面进一步讨论β=1-α。
通常，码本搜索将给出最大化总的（联合）速率的i、rSU、rMU的集合。
α（和/或）β的选择能够用于将码本索引的选择偏向于SU或MU MIMO。它也能够被视为与SU或MU MIMO传输将被基站选择的平均概率相关。在这种情况下，α的值能够被设计成将在某个时间间隔上实现的平均速率最大化。这个加权可以被预定。然而，在变体中，依据状况以及哪一个传输模式应优先，这个加权由主站来调节并用信号通知给从站。因而，在第一实施例的这个变体中，基站用信号通知加权因数，以调节码本索引（PMI）选择朝向或SU或MU-MIMO的偏向。在进一步的变体中，加权因数可以由从站来选择并且可能用信号通知给主站。
图2A和2B允许比较依照这个实施例获得的资源节约。在图2A和2B，对于八个天线的码本而言的从站反馈的典型的比特数量以及假设八个接收天线将是如下：
图2A，对于常规系统：
- SU-MIMO字段包括：
· PMI（6个比特）
· RI（秩指示符）－秩1-8（3比特）
· 对于高达两个码字的CQI（信道质量指示符）（6比特）
- MU-MIMO
· PMI（6比特）
· RI－秩1或2（1比特）
· 对于高达两个码字的CQI（6比特）
针对28比特的总要求。
图2B，对于根据本发明的系统：
- 联合信令
· PMI（6比特）
- SU-MIMO
· RI－秩1-8（3比特）
· 对于高达两个码字的CQI（6比特）
- MU-MIMO
· RI－秩1或2（1比特）
· 对于高达两个码字的CQI（6比特）
针对22比特的总要求。
随后，基站能够基于这个信息来调度至一个或多个UE的传输，例如，选择传输方案和分组大小。可用的传输方案包括其中发送一个或多个空间层的SU和MU-MIMO。在这个示例中，由于高达两个码字被发送，所以估计的总的可实现传输速率将是针对每一个码字可实现的速率之总和。
在进一步变体中，因为在典型的假设下用于MU-MIMO的秩应该始终相等或较低，所以用于SU-MIMO 的传输秩与用于MU-MIMO的传输秩一起被联合编码。
在图3所示的进一步变体中，为SU-MIMO考虑的传输秩并不包括为MU-MIMO考虑的传输秩。这在针对SU-MIMO和MU-MIMO的反馈计算的假设仅在有关传输秩的假设方面不同时将是恰当的。因而，这允许再次减少将要发送的数据量。在进一步变体中，这些CQI值中的一个或多个也被差分编码，这是因为这些值有可能是相似的。
- 联合信令
· PMI（6比特）
· RI-秩
· 用于SU-MIMO的CQI（6比特）
- MU-MIMO
· 差分CQI（3比特）。用于MU-MIMO码字的CQI通过添加用于SU-MIMO码字之一的CQI和差分CQI来获得。
在类似的实施例中，每一个参数集合对于每一个相应的传输模式包括下列之中的至少一个：优选的传输秩，可实现的传输速率，可实现传输速率的估计，用于至少一种可用传输模式的指示与利用单个预编码指示符用信号通知的集合不同的预编码系数集合的附加信息。
在进一步示例中，用于MU-MIMO的传输秩被限制于秩1。
在进一步变体中，对于可用传输谱中一个以上的部分，发送反馈。
应注意：在这个实施例中，其中为了简洁和简明起见而示出仅仅两个不同的传输模式。然而，这个实施例并不限于两种传输模式，并且能够容易地被扩展为考虑两种以上的传输模式。
在另一个实施例中，被联合考虑用于码本索引选择的传输模式是具有不同的传输秩范围的MIMO传输模式。实际上，在这个实施例的示例中，第一传输秩范围可以是
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，即秩1 MIMO传输模式，并且第二传输范围可以是
Figure 2011800179406100002DEST_PATH_IMAGE008
，即具有至少2的秩的MIMO传输模式（多个流被定向至从站）。在一个示例中，为码本索引的联合优化而考虑的不同传输模式是MU-MIMO（秩1）和MU-MIMO（秩2）。在另一个示例中，为码本索引的联合优化而考虑两个以上的传输模式，例如，SU-MIMO、MU-MIMO（秩1）、MU-MIMO（秩2）。
根据本发明的第二实施例，该系统与第一实施例的系统的不同之处在于联合码本索引的选择。在第一实施例中，提议通过最大化 
Figure DEST_PATH_IMAGE009
来为每一个码本索引计算联合速率
其中
· i是用于指示SU和MU-MIMO码本二者中的码本条目的联合码本索引；
· rSU和rMU分别是用于SU-MIMO和MU-MIO的传输秩；
· RSU和RMU分别是对于SU-MIMO和MU-MIMO的可实现传输速率；
· α和β是加权因数。作为特例，β=1-α。
通常，码本搜索将给出最大化总（联合）速率的i、rSU和rMU的集合。
第二实施例并不限于考虑SU-MIMO和MU-MIMO。它可以应用于其中eNB可能希望使用与UE所指示的不同的传输秩的任何情形中。例如，用于码本搜索的替代标准能够是选择码本索引的最佳值i=iopt，以最大化：
Figure 2011800179406100002DEST_PATH_IMAGE010
。
在这里，联合速率被计算为对于秩1以及给出最高速率的秩（即，ropt）的速率的加权平均。因而，从站选择推荐的预编码系数集合i，以便最大化联合速率。这个联合速率基于针对秩1以及给出最高速率的秩的速率的加权平均。
在更常见的情形中，所报告的码本索引能够是考虑根据不同假设（例如不同的秩、不同的传输模式、不同的干扰假设）导出的两个或更多传输速率的优化。
来自LTE中的UE的信道状态报告的一部分是CQI值，其实际上是信道能够支持的传输速率。在这种情况下，能够报告分别与R SU (i opt , r opt )和R SU (i, 1)相对应的两个CQI值。然而，最小化针对CQI报告的开销（例如，只报告一个CQI值）将是所期望的。注意：两个值之间的差分编码是已知的（例如，报告一个CQI值以及那个值与第二值之间的差）。
在上面的实施例中，UE可以报告与码本搜索中最大化的联合速率（例如，根据等式2中的标准导出）相对应的CQI值。
然而，这在实践中可能不是报告的最佳CQI值。我们注意到，一般来说：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
。
进一步，基于用于信道容量的Shannon-Hartley（香农哈特利）等式
Figure 2011800179406100002DEST_PATH_IMAGE012
，我们注意到
Figure DEST_PATH_IMAGE013
，其对于将被报告的最大速率设置上界和下界，即roptRSU(iopt,1)≥RSU(iopt,ropt)≥RSU(iopt,1)。这意味着：报告将允许eNB知道针对秩1的速率并估计针对最佳秩的速率（例如，为
Figure DEST_PATH_IMAGE015
）。相应地，有益的是：从站向主站报告速率估计值，其中速率估计值基于所选择的传输秩与针对具有预定秩的推荐的预编码系数集合获得的数据速率的乘积。
进一步的可能性将是报告在eNB上将针对秩1和最佳秩的速率估计中的组合误差最小化的速率。这能够通过报告诸如以下的组合加权速率来实现：
Figure 2011800179406100002DEST_PATH_IMAGE016
或者，更一般地：
Figure DEST_PATH_IMAGE017
其中δ和ε是加权，r opt 是最佳秩，i opt 是最佳预编码系数集合，以及R SU (i,r)是具有秩r和预编码系数集合i的传输模式的数据速率。
基于所报告的秩以及针对不同秩的速率的统计信息的知识，eNB能够估计由UE针对最佳秩和秩1观察到的速率，其将由eNB和UE使用相同的δ和ε值来促成。这些值在说明书中能够是固定的、利用更高层信令来配置或从一些其他参数中进行计算。它们也能够取决于信道条件（例如SNR、最佳传输秩）。
在更一般的情形中，所报告的CQI能够是根据不同的假设（例如不同的秩，不同的传输速率，不同的干扰假设）导出的两个或更多CQI/速率值的组合。
在示例的实施例中，推荐的预编码系数在用户设备中鉴于下行链路传输来确定。然而，在本发明的变体中，基站或节点B可以根据本发明来确定推荐的预编码系数，并且以与上文详细的实施例相似的方式来用信号通知这些系数。此外，例如，在LTE中，一方面可以使用相同的码本来向用户终端用信号通知由基站实际上在下行链路中应用的预编码矢量或矩阵，而另一方面且如在上面的实施例中所述的，码本可以用于由用户终端反馈优选的预编码矩阵，以允许相位/振幅基准被导出。
本发明对于在主站与从站之间采用多种传输模式、最显著地MIMO和MU-MIMO模式的无线通信系统具有特别但并不排他的应用。示例包括诸如UMTS、UMTS LTE和UMTS LTE-Advanced之类的蜂窝系统以及无线LAN（IEEE 802.11n）和宽带无线（IEEE 802.16）。
在本说明书和权利要求书中，在某个元素之前的词“一”或“一个”并不排除多个这样的元素的存在。进一步，词“包括”并不排除除了所列出的元素或步骤之外的其他元素或步骤的存在。
在权利要求书的括号中包括参考符号旨在帮助理解，而非旨在进行限制。
对于本领域技术人员来说，通过阅读目前披露内容，其他的修改将是显而易见的。这样的修改可以牵涉在无线电通信的领域中已知的其他特征。

Claims (18)

1.一种用于操作从站的方法，所述从站借助于MIMO传输与至少一个主站通信，所述方法包括：所述从站向所述主站用信号通知代表至少一个推荐预编码系数集合的单个预编码指示符，其中相同的单个预编码指示符申请多个可用传输模式。
2.权利要求1的方法，其中多个可用传输模式至少包括一个单用户MIMO传输模式和一个多用户MIMO传输模式。
3.权利要求1或2的方法，其中多个可用传输模式至少包括一个具有第一传输秩范围的MIMO传输模式和一个具有第二传输秩范围的MIMO传输模式。
4.任一前述权利要求的方法，其中所述从站与所述单个预编码指示符一起用信号通知用于每一个传输模式的相应的参数集合。
5.权利要求4的方法，其中对于每一个相应的传输模式，每一个参数集合包括以下之中的至少一个：优选的传输秩，可实现的数据速率，可实现的数据速率的估计，指示与利用所述单个预编码指示符用信号通知的不同的预编码系数集合的用于可用传输模式之中的至少一个的附加信息。
6.任一前述权利要求的方法，进一步包括：所述从站确定将借助于所述单个预编码指示符向所述主站用信号通知的用于至少一个可用传输模式的推荐预编码系数集合。
7.权利要求6的方法，其中所述推荐预编码系数集合从包括预编码矩阵集合的预编码码本中进行选择，以及其中所述预编码指示符是代表针对所述预编码码本中的条目的索引的预编码矩阵指示符。
8.权利要求6或7的方法，其中所述从站选择所述推荐预编码系数集合，以便联合速率被最大化，所述联合速率基于针对秩1以及给出最高速率的秩的速率的加权和。
9.权利要求8的方法，其中所述从站选择与索引i相对应的推荐预编码系数集合，和/或从用于至少一个传输模式k的可能的秩集合                                                
Figure 444637DEST_PATH_IMAGE001
中选择秩，以便最大化速率
Figure 424095DEST_PATH_IMAGE002
，其中
Figure 203832DEST_PATH_IMAGE003
，R(i)是联合数据速率，和RMIMOk是MIMO传输模式k的估计数据速率。
10.权利要求9的方法，其中
Figure 676007DEST_PATH_IMAGE004
。
11.权利要求8、9或10的方法，其中所述联合速率被报告给所述主站。
12.权利要求9、10或11的方法，其中所述从站向所述主站报告估计速率，其中所述估计速率基于所选择的传输秩与对于具有预定秩的推荐预编码系数集合获得的数据速率之乘积。
13.权利要求12的方法，其中所述预定秩是1。
14.权利要求13的方法，其中所述从站报告从组合加权速率
Figure 490379DEST_PATH_IMAGE005
中确定的联合速率，其中δ和ε是加权，r opt 是最佳秩，i opt 是最佳预编码系数集合，以及R SU (i,r)是用于具有秩r与预编码系数集合i的传输模式的数据速率。
15.权利要求11到14之中任一权利要求的方法，其中报告给所述主站的速率采用多个速率的形式。
16.权利要求15的方法，其中所述多个速率各自对应于多个传输模式和/或多个码字中的至少一个。
17.一种从站，包括用于借助于MIMO传输与至少一个主站通信的装置以及用于向所述主站用信号通知代表至少一个推荐预编码系数集合的单个预编码指示符的装置，其中相同的单个预编码指示符申请多个可用传输模式。
18.一种主站，包括用于借助于MIMO传输与至少一个从站通信的装置，所述方法包括：所述主站从所述从站接收代表至少一个推荐预编码系数集合的单个预编码指示符，其中相同的单个预编码指示符申请多个可用传输模式，以及其中所述主站包括控制装置，用于至少部分基于所述单个预编码指示符从多个可用传输模式中选择传输模式。
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