CN102823208A - 用于mimo系统中信道估计和检测的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于执行多输入多输出（MIMO）系统中的信道估计和检测的方法，包括：生成对于扩展的循环前缀（CP）的解调参考信号DM-RS型式；并且基于生成的DM-RS信号型式来估计和检测信道性能。所述DM-RS型式从秩1到秩8型式对8层传送进行支持。一种传送器，一种接收器和一种其系统也被提供。本发明的解决方案改善信道估计精确度，节省在终端的信道估计实现和实现复杂性。

Description

用于MIMO系统中信道估计和检测的方法和设备
技术领域
本发明涉及无线通信的领域，并且更具体地涉及演进的通用地面无线电接入（E-UTRA）系统（其也常被称为普遍部署的WCDMA系统的长期演进（LTE））中通过对于扩展的循环前缀（扩展的CP）的解调参考信号（DM-RS）的相干检测。
背景技术
长期演进（LTE）当前作为UMTS系统的下一代移动通信系统被讨论。LTE是用于实现能在上行链路中和下行链路中都达到高数据速率的高速的基于分组的通信的科技。LTE上的3GPP工作也被称为E-UTRAN（演进的通用地面接入网络）。为了支持高数据速率，LTE允许高达20 MHz的系统带宽。LTE也能够在不同频率带中操作并且能在至少频分双工（FDD）和时分双工（TDD）中操作。LTE中使用的调制技术或传送方案已知为OFDM（正交频分复用）。LTE高级（LTE-advanced）能被视为LTE标准的未来发行版并且既然它是LTE的演进，向后的兼容性是重要的以便LTE高级能被部署在已经被LTE占据的谱中。在已知为eNB或eNodeB（其中e表示演进的）的LTE和LTE高级无线电基站中，能采用具有波束形成科技的多个天线以便向用户设备提供高数据速率。因此，LTE和LTE高级是多输入多输出（MIMO）无线电系统的示例。基于MIMO的系统的另一示例是全球微波接入互操作（WiMAX）系统。
如3GPP LTE中定义的，RS正与数据一起复用到OFDM时间-频率网格中。在Rel-8中，依照不同的功能性定义三类下行链路参考信号，即小区特定参考信号、UE特定参考信号和MBSFN参考信号。此处，关注前两类参考信号。
小区特定参考信号（也叫称作CRS）对除了模式7（即单层波束形成）以外的下行链路传送模式的Rel-8中的数据解调和信道测量负责。UE终端将使用CRS来演算信道质量指示/预编码矩阵索引/秩指示符（Rank Indicator）（CQI/PMI/RI）并且还通过执行信道估计而进行数据解调。定义总共4个CRS来支持多达4层传送，即，天线端口0-3，如图1中示出的（仅正常CP），详细的描述能在标准文档，“3GPP TS 36.211 V8.6.0(2009-03)”中找到。
引入UE特定参考信号（也称作专用参考信号，或DRS），仅用于Rel-8中的传送模式7，即单层波束形成。DRS被预编码并且与数据共享相同的预编码器。此外，DRS仅负责信道解调，这意味着用于数据解调的信道估计将基于DRS被执行。在Rel-8中，仅单个DRS端口被定义以支持单层传送，即，天线端口5。对于正常CP和扩展的CP的DRS型式（pattern）分别被定义，如图2中示出的（仅正常CP）。详细的描述能在标准文档,“3GPP TS 36.211 V8.6.0(2009-03)”中找到。
在“3GPP, RANl_58bis Chairman notes, RAN1 58bis, October 12th-16th, 2009, Miyazaki, Japan”中，DM-RS为正常CP而设计，如图3中示出的，充当多达四层DM-RS型式。一些特性被总结在此：每层总共12个资源元素被协定作为DM-RS开销（在图3中被标示为1或2）。两个CDM组（标示为1和2）占据频率域中不同的副载波。每个CDM组使用各自长度为2的6个正交码覆盖（orthogonal code cover）（OCC）来复用多达两层。这是非交错的版本，即第1 DM-RS群（cluster）和第2 DM-RS群采取相同的副载波。
为了实现LTE高级下行链路谱效率30bps/Hz，应使用某一类高级天线配置（例如8x8高阶（high-order）MIMO）来支持多达8层传送。如果多达8个小区特定参考信号的类似设计被引入，系统开销将不可避免地增加，并且因此吞吐量性能将被严重地降低。因此，存在对于生成从秩1到秩8对正常子帧和下行链路导频时隙（DwPTS）进行支持的对于扩展的CP的DM-RS型式的需求。基于这个考虑，提议CSI-RS（也就是小区特定参考信号）目标仅为信道测量，而DM-RS（也就是UE特定参考信号）目标仅为信道解调。CSI-RS能被小区中的所有UE终端访问并且DM-RS仅在分配的资源块（RB）上能被UE访问。
在对于扩展的CP的DM-RS型式上，已知扩展的CP不连同传送模式8（即双层波束形成模式）被支持。扩展的CP的使用被预期用于具有更大时间分散的信道，或同等地用于相比于其中使用正常CP的信道（例如媒介（Vehicular） B信道（VehB））经历多得多的频率选择性的信道。因此，存在对于生成对于扩展的CP的DM-RS型式以保证和改善此类信道中的检测性能的需求。
在TDD中，根据不同特殊子帧配置，DwPTS具有不同的长度，这造成在UE侧的相当多设计。因此，存在对于生成对于扩展的CP的DM-RS型式以减少UE实现复杂性的需求。
为正常CP而设计的型式已经被很好地接受。一些设计原则已经被决定。因此，存在对于生成具有对于扩展的CP的顺畅和闭合的设计以进一步节省UE实现和标准努力的对于扩展的CP的DM-RS的需求。
发明内容
本发明提供一种用于执行多输入多输出MIMO系统中的信道估计和检测的方法，包括：生成对于扩展的循环前缀CP的解调参考信号DM-RS型式；以及基于所生成的DM-RS信号型式来估计和检测信道性能。所述DM-RS型式包括对8层传送进行支持的秩5-8型式。
本发明也提供一种传送器，包括：用于生成对于扩展的循环前缀的DM-RS型式的解调参考信号型式生成器。所述DM-RS型式包括对8层传送进行支持的秩5-8型式。
在本发明的另外方面中，提供一种接收器，包括：信道估计模块，适于通过使用对于扩展的循环前缀的解调参考信号（DM-RS）型式来估计信道性能；以及信道检测模块，适于通过使用DM-RS中包含的估计的信道状态信息CSI来相干地检测。所述DM-RS型式包括对8层传送进行支持的秩5-8型式。
在本发明的另一方面中，提供包括如上面的传送器和接收器的一种系统。
总之，本发明为扩展的CP提议交错的型式，其从秩1到秩8相比正常CP具有稍高的RS开销。通过使用频率域中具有稍高RS开销的本发明的型式的信道估计和检测能提供捕获快速频率变化的良好能力以改善信道估计精确度，这通常合适于扩展的CP情况。此外，本发明的型式能尽可能地保持子集设计以节省在终端的信道估计实现。而且，当在TDD系统中，本发明的型式能节省标准努力以及还有实现复杂性，因为统一的型式被提议用于所有DwPTS长度。设计的型式能广泛地应用于例如更高阶MIMO、多用户MIMO（MU-MIMO）、协调的多点传送（CoMP）和可能还有中继等等特征。
附图说明
在以下部分中，本发明将参考在图中示出的示范性实施例来描述，其中：
图1示出示范性图，其示出现有技术中的多达4个下行链路小区特定参考信号（正常CP）;
图2示出示范性图，其示出一个下行链路UE特定参考信号（正常CP）;
图3示出示范性图，其示出现有技术中的对于正常CP的多达4层DM-RS型式;
图4示出示范性结构图，其示出根据本发明的一实施例的具有DM-RS型式的无线系统；
图5示出流程图，其示出根据本发明的一实施例的用于通过使用DM-RS型式的信道估计和检测的方法；
图6示出根据本发明的一实施例的示范性扩展的CP秩1-4型式，用于正常子帧（左）和DwPTS（右）；
图7示出根据本发明的一实施例的具有OCC=4的示范性扩展的CP秩5-8型式（选项1）；
图8示出根据本发明的一实施例的具有OCC=4的示范性扩展的CP秩5-8型式（选项2）；和
图9示出根据本发明的一实施例的具有OCC=2的示范性扩展的CP秩5-8型式（选项3）。
具体实施方式
将通过参考附图来描述本发明的实施例。
参考信号（RS）,如也称作预定义训练序列/信号，被广泛应用于无线通信系统中，具有改善检测性能的目的。也就是，在无线通信系统中，由传送器携带的RS对进行信道估计的接收器负责。通过使用估计的信道状态信息（CSI）的相干检测能被应用，这被认为是改善性能的有效方法。
参考图4，提供具有参考信号的无线通信系统，其包括至少传送器和接收器。在传送器和接收器之间预定义RS。传送器包括DM-RS型式生成器，用于生成对于扩展的循环前缀的DM-RS型式；在接收器，信道估计通过使用RS（其目标是进行用于数据恢复的相干检测）而被首先应用。接收器包括用于通过使用对于扩展的循环前缀的DM-RS型式来估计信道性能的信道估计模块；以及用于通过使用包含在DM-RS中的估计的信道状态信息CSI来相干检测的信道检测模块。DM-RS型式从秩1到秩8对8层传送进行支持。
图5示出用于执行MIMO系统中的信道估计和检测的方法。该方法包括以下步骤：
在步骤10中，对于扩展的循环前缀的解调参考信号型式在传送器从DM-RS型式生成器来生成。
在步骤20中，依靠生成的DM-RS信号型式，在接收器通过信道估计模块和信道检测模块分别执行信道估计和检测。
DM-RS型式包括对8层传送进行支持的秩5-8型式。
此后，两个DM-RS型式情况，即秩1-4型式和秩5-8型式被详细地提供。
情况1：秩1-4型式
如图6中示出的，本发明的一实施例提供用于多达四层传送的支持的DM-RS型式。这个型式的检测性能对于扩展的CP情况能被保证。在这个图中，3或2个控制符号作为分别用于正常子帧和DwPTS的示例而被给出。
在这个啪嗒声（patter）中，每层16个RE的DM-RS开销被使用，这稍高于用于正常CP的12个RE（见图3）。每层16个RE被选择用于在信道估计/检测性能和开销之间做出最好的折衷。这可解决信道估计精确度由于高频率选择性衰退而降级的问题。
提议交错的结构以进一步改善性能。这能有益于详细的信道估计算法，例如广泛地用于基于DM-RS的传送模式的2D-MMSE过滤方法。
正常子帧的打孔（punctured）版本简单地被提议用于所有DwPTS情况，即具有8、9或10个OFDM符号的DwPTS。这能减轻（ease）UE实现，因为仅一个DM-RS型式被用于信道估计（当适用于不同的DwPTS情况时）。当然，这不合适于具有3个OFDM符号的DwPTS的情况，因为无数据传送被预期。
和正常CP情况相同，CDM+FDM基本上被用于复用多达四层。这维护正常CP和扩展的CP之间的DM-RS设计的良好一致性。换言之，设计原则能在大程度上被共享。
良好的子集设计被保持，因为不管不同的秩型式如何，每层信道估计是相同的。例如，层1信道估计实现在秩1和秩4型式中是相同的。
情况2：秩5-8型式
如图7-9中示出的，基于这个秩1-4型式，提供对于秩5-8型式的三个优选的可选DM-RS型式以支持多达8层传送。这可给出顺畅和简单的型式设计。
图7示出针对对于扩展的CP的DM-RS型式的选项1，其中OCC=4。选项1再使用秩1-4型式中为DM-RS保留的资源元素，这在某种程度上减轻在UE的信道估计实现。这个选项保持秩1-4型式的相同特性，即用于所有DwPTS情况的统一型式和子集设计、交错的结构、每层16个RE。如在图7中示出的，差别是为每个CDM组使用具有长度为4的OCC，其中OCC是在时间-频率域中为正常子帧和DwPTS构建的。优点是通过从2到4修改OCC长度而做出了软扩展。
对于正常子帧，选项1中的DM-RS型式包括每层16个RE，并且16个RE对于CDM组1包括无线电帧中在R（i，f）的资源元素，其中当i=5或6时f=2、5、8、11，并且当i=11或12时f=3、6、9、12；对于CDM组2，当i=5或6时f=1、4、7、10，并且当i=11或12时f=2、5、8、11，其中i代表无线电帧中时间域方向中的第i个符号，以及f代表无线电帧中频率域方向中的第f个副载波。
对于具有8、9或10个OFDM符号的DwPTS（其是正常子帧的打孔版本），选项1中的DM-RS型式包括每层8个RE，并且8个RE对于CDM组1包括无线电帧中的在R（i，f）的资源元素，其中当i=5或6时f=2、5、8、11；对于CDM组2，当i=5或6时f=1、4、7、10；并且具有i=9、10、11、12以及f=1到12的RE被打孔。
图8示出针对对于扩展的CP 的DM-RS型式的选项2,其中OCC=4。相比于选项1，选项2提供具有OCC长度为4的另一型式。所以，一些类似的特性被维护，例如用于所有DwPTS情况的统一型式和子集设计、交错的结构、每层16个RE。差别是具有长度为4的OCC在4个相邻资源元素中被构建。优点是这个选项能有效地克服高移动率环境中多普勒的负面影响，因为使用的OCC之间的正交性能被相对好地保持。
对于正常子帧，选项2中的DM-RS型式包括每层16个RE，并且16个RE对于CDM组1包括无线电帧中在R（i，f）的资源元素，其中当i=5或6时f=4、5、10、11，并且当i=11或12时f=2、3、8、9；对于CDM组2，当i=5或6时f=1、2、7、8，并且当i=11或12时f=5、6、11、12，其中i代表无线电帧中时间域方向中的第i个符号，以及f代表无线电帧中频率域方向中的第f个副载波。
对于具有8、9或10个OFDM符号的DwPTS（其是正常子帧的打孔版本），选项2中的DM-RS型式包括每层8个RE，并且8个RE对于CDM组1包括无线电帧中在R（i，f）的资源元素，其中当i=5或6时f=4、5、10、11；对于CDM组2，当i=5或6时f=1、2、7、8；并且具有i=9、10、11、12以及f=1到12的RE被打孔。
图9示出针对对于扩展的CP的DM-RS型式的选项3,其中OCC=2。相比于选项1/2，选项3提供不同的解决方案。总共4个CDM组被提议并且具有长度为2的OCC被提议，因为多达2层被复用在CDM组中。这个选项由于OCC长度为2而具有维护使用的OCC之间的正交性的非常良好的能力。每层8个RE的更少的DM-RS开销被提议，因为在扩展的CP中，在相似的VehB信道下多于4层传送的应用非常慢。所以这个开销好到足以获取TU相似信道下良好的检测性能。仍然，一些类似特性被维护，例如用于所有DwPTS情况的统一型式和子集设计、交错的结构。
对于正常子帧，选项3中的DM-RS型式包括每层8个RE，并且8个RE对于CDM组1包括无线电帧中在R（i，f）的资源元素，其中当i=5或6时f=5、11，并且当i=11或12时f=3、9；对于CDM组2，当i=5或6时f=4、10，并且当i=11或12时f=2、8；对于CDM组3，当i=5或6时f=2、8，并且当i=11或12时f=6、12；对于CDM组4，当i=5或6时f=1、7，并且当i=11或12时f=5、11；其中i代表无线电帧中时间域方向中的第i个符号，以及f代表无线电帧中频率域方向中的第f个副载波。
对于具有8、9或10个OFDM符号的DwPTS（其是正常子帧的打孔版本），选项3中的DM-RS型式包括每层4个RE，并且4个RE对于CDM组1包括无线电帧中的在R（i，f）的资源元素，其中当i=5或6时f=5、11；对于CDM组2，当i=5或6时f=4、10；对于CDM组3，当i=5或6时f=2、8；对于CDM组4，当i=5或6时f=1、7；并且具有i=9、10、11、12以及f=1到12的RE被打孔。
在本发明中，具有对于扩展的CP的每层最大16个RE的DM-RS开销的交错的型式被提供。三个优选的可选型式被提议用于秩5-8设计。可观察到支持秩5-8的对于扩展的CP的前述DM-RS型式具有以下优点：
-良好的一致性通过采用和正常CP一样的设计而被维护，即通过控制信道和Rel-8 CRS复用的TDM以及使用CDM+FDM作为层之间的基本复用方案。
-基于DM-RS的检测性能被保证，因为型式具有捕获扩展的CP能经历的系统中信道频率域变化的良好能力。
-子集设计被尽可能地保持以减轻UE实现。
-通过对用于正常子帧的型式进行打孔的统一型式被用于所有DwPTS长度，这能进一步限制UE实现复杂性增加得太多。
虽然本发明已经参考其示范性实施例被具体地示出并且描述，然而本领域技术人员将理解各种形式和细节上的改变可在不背离如附带的权利要求所定义的本发明的范畴和精神的情况下被做出。示范性实施例应仅在描述的意义中被考虑而不用于限制的目的。因此，本发明的范畴不是通过本发明的详细描述而是通过附带的权利要求来定义，并且在范畴之内的所有差异将被解释为被包括在本发明中。

Claims (21)

1. 一种用于执行多输入多输出MIMO系统中的信道估计和检测的方法，包括：
   生成（10）对于扩展的循环前缀CP的解调参考信号DM-RS型式；和
   基于所生成的DM-RS信号型式来估计和检测（20）信道性能；其中，
   所述DM-RS型式包括对8层传送进行支持的秩5-8型式。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述DM-RS型式包括交错的结构。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中所述DM-RS型式为扩展的CP采用每层最大16个资源元素RE的DM-RS开销。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中在所述DM-RS型式中，子集设计从秩1到秩8被保持。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述DM-RS型式包括用于不同下行链路导频时隙  DwPTS情况的正常子帧的打孔版本。
6. 根据权利要求5所述的方法，所述DwPTS情况包括具有8、9或10个OFDM符号的DwPTS。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中所述DM-RS型式使用码分复用CDM加频分复用FDM来复用多达四层。
8. 根据权利要求1所述的方法，其中所述DM-RS型式包括第一DM-RS型式，所述第一DM-RS型式包括总共2个CDM组，并且具有长度为4的正交码覆盖OCC被用于每个CDM组。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中所述OCC被构建在时间-频率域中，用于正常子帧和DwPTS。
10. 根据权利要求8或9所述的方法，其中对于正常子帧，所述第一DM-RS型式包括每层16个RE，并且所述16个RE对于CDM组1包括无线电帧中在R（i，f）的资源元素，其中当i=5或6时f=2、5、8、11，并且当i=11或12时f=3、6、9、12; 对于CDM组2，当i=5或6时f=1、4、7、10，并且当i=11或12时f=2、5、8、11，其中，i代表无线电帧中时间域方向中的第i个符号，以及f代表无线电帧中频率域方向中的第f个副载波。
11. 根据权利要求10所述的方法，其中，对于是所述正常子帧的打孔版本的具有8、9或10个OFDM符号的DwPTS，所述第一DM-RS型式包括每层8个RE，并且所述8个RE对于CDM组1包括无线电帧中在R（i，f）的资源元素，其中当i=5或6时f=2、5、8、11；对于CDM组2，当i=5或6时f=1、4、7、10；并且其中，具有i=9、10、11、12以及f=1到12的RE被打孔。
12. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述DM-RS型式包括第二DM-RS型式，所述第二DM-RS型式包括总共2个CDM组，并且具有长度为4的OCC被用于每个CDM组，并且其中，具有长度为4的所述OCC被构建在4个相邻的资源元素中。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中，对于正常子帧，所述第二DM-RS型式包括每层16个RE，并且所述16个RE对于CDM组1包括无线电帧中在R（i，f）的资源元素，其中当i=5或6时f=4、5、10、11，并且当i=11或12时f=2、3、8、9；对于CDM组2，当i=5或6时f=1、2、7、8，并且当i=11或12时f=5、6、11、12，其中，i代表无线电帧中时间域方向中的第i个符号，以及f代表无线电帧中频率域方向中的第f个副载波。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中，对于是所述正常子帧的打孔版本的具有8、9或10个OFDM符号的DwPTS，所述第二DM-RS型式包括每层8个RE，并且所述8个RE对于CDM组1包括无线电帧中在R（i，f）的资源元素，其中当i=5或6时f=4、5、10、11；对于CDM组2，当i=5或6时f=1、2、7、8；并且其中，具有i=9、10、11、12以及f=1到12的RE被打孔。
15. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述DM-RS型式包括第三DM-RS型式，所述第三DM-RS型式包括总共4个CDM组，并且具有长度为2的OCC被用于每个CDM组。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中，对于正常子帧，所述第三DM-RS型式包括每层8个RE，并且所述8个RE对于CDM组1包括无线电帧中在R（i，f）的资源元素，其中当i=5或6时f=5、11，并且当i=11或12时f=3、9；对于CDM组2，当i=5或6时f=4、10，并且当i=11或12时f=2、8；对于CDM组3，当i=5或6时f=2、8，并且当i=11或12时f=6、12；对于CDM组4，当i=5或6时f=1、7，并且当i=11或12时f=5、11；其中i代表无线电帧中时间域方向中的第i个符号，以及f代表无线电帧中频率域方向中的第f个副载波。
17. 根据权利要求16所述的方法，其中，对于是所述正常子帧的打孔版本的具有8、9或10个OFDM符号的DwPTS，所述第三DM-RS型式包括每层4个RE，并且所述4个RE对于CDM组1包括无线电帧中在R（i，f）的资源元素，其中当i=5或6时f=5、11；对于CDM组2，当i=5或6时f=4、10；对于CDM组3，当i=5或6时f=2、8；对于CDM组4，当i=5或6时f=1、7；并且其中，具有i=9、10、11、12以及f=1到12的RE被打孔。
18. 一种传送器，包括，
    解调参考信号DM-RS型式生成器，适于生成对于扩展的循环前缀的DM-RS型式；其中，
    所述DM-RS型式包括对8层传送进行支持的秩5-8型式。
19. 一种接收器，包括，
    信道估计模块，适于通过使用对于扩展的循环前缀的解调参考信号DM-RS型式来估计信道性能；和
    信道检测模块，适于通过使用所述DM-RS中包含的估计的信道状态信息CSI来相干地检测；其中，
    所述DM-RS型式包括对8层传送进行支持的秩5-8型式。
20. 一种传送器，传送根据权利要求10、11、13、14、16和17中的任一项所述的DM-RS型式。
21. 一种接收器，接收根据权利要求10、11、13、14、16和17中的任一项所述的DM-RS型式
一种系统，包括如权利要求17中要求权利的传送器和如权利要求18中要求权利的接收器。
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