CN102832982A - 带有mimo加速器的基站及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及一种带有MIMO加速器的基站及其控制方法。其中一种带有MIMO加速器的基站，包括：一个MIMO加速器，包括至少有4个独立的天线通道和对应的射频通道，用于波束成型；一个射频拉远单元，其天线通道数少于所述MIMO加速器的天线通道数，所述射频拉远单元的天线发射功率高于所述MIMO加速器的天线发射功率，所述射频拉远单元的无线信号发射与所述MIMO加速器同步；一个上行检测实体，接收来自从所述MIMO加速器的信号，并选择波束成型的候选用户；一个主单元，根据所述上行检测实体选择的用户分配所述MIMO加速器的资源，产生到所述MIMO加速器的发射信号，解调译码来自所述MIMO加速器的信号。

Description

带有MIMO加速器的基站及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种无线通信系统，具体而言，是一种带有MIMO加速器的基站及其控制方法。
背景技术
MIMO(多输入多输出)作为一种提升无线通信网络的容量和(或)覆盖的技术被广泛接受。MIMO能被分做两类：空间复用，又称为单用户MIMO，特征是用多流为一个用户提供服务；波束成型，有单用户波束成型和多用户波束成型，特征是用空间定向波束为一个或多个用户提供服务。
不同类型的MIMO要求不同的应用场景：
多流的单用户MIMO(SU-MIMO)适合在高信干噪比和不相关的无线传播信道条件下工作。可能的单用户MIMO的场景是热点覆盖，这种场景下因为小区覆盖小而容易获得良好的信干噪比，由于丰富的散射容易获得不相关的无线传播信道。
单用户波束成型或者多用户波束成型适合在用户有准视距传播时工作。此外，多用户波束成型需要用户间正交的空间波束。
3GPP LTE Rel-8协议支持最大四层的单用户MIMO以及单用户波束成型。LTE Rel-9版本引入了双层波束成型。在LTE Rel-10版本支持最大4层的波束成型，以及最大8层的单用户MIMO。
随着收发天线数目增加，MIMO系统的复杂度和成本也相应增加。当天线通道增加时，器件数目(例如功放，滤波器，数模装换器，模数转换器等)都相应增加，并直接影响小区的成本。
3GPP TR 36.819.“Coordinated multi-point operation for LTE physical layeraspects”中给出了3GPP在给定场景的MIMO性能增益。部署更多的天线通道，能够获得更大的系统性能增益。然而，MIMO系统的性能提升非常依赖小区所服务用户所处的无线传播信道环境。在无线网络中的每个站点部署MIMO天线系统是不划算的。
发明内容
MIMO系统的成本和复杂度随着部署的天线通道数目增加而增加。部署天线通道数目越多，可预期的系统性能增益越大。然而，MIMO系统的性能提升非常依赖小区所服务用户所处的无线传播信道环境。并且，MIMO系统性能可能因为反馈比特有限导致的非理想的信道质量指示而受损。在无线网络中大规模部署多天线系统可能是不划算的，特别是对于宏小区网络，成本将因为每个小区部署的天线通道数目而显著增加。
为了解决所述问题，本发明一个实施例一种带有MIMO加速器的基站，包括：一个MIMO加速器，包括至少有4个独立的天线通道和对应的射频通道，用于波束成型；一个射频拉远单元，其天线通道数少于所述MIMO加速器的天线通道数，所述射频拉远单元的天线发射功率高于所述MIMO加速器的天线发射功率，所述射频拉远单元的无线信号发射与所述MIMO加速器同步；一个上行检测实体，接收来自从所述MIMO加速器的信号，并选择波束成型的候选用户；一个主单元，根据所述上行检测实体选择的用户分配所述MIMO加速器的资源，产生到所述MIMO加速器的发射信号，解调译码来自所述MIMO加速器的信号。
本发明一个方法实施例一种带有MIMO加速器的基站的控制方法，包括：步骤1：主单元104将小区内的激活用户的标识、同步信息、以及上行资源调度信息发送给上行检测单元103；上行检测单元103利用这些信息，对MIMO加速器101的上行接收信号进行检测，判断某个激活用户是否适合采用波束成型；如果是，将该用户做为MIMO加速器候选用户，并记录该用户的最佳波束参数；否则，将该激活用户暂不作为候选用户；步骤2：主单元104对激活用户进行下行资源调度；如果被调度的激活用户是MIMO加速器的候选用户，根据该用户的MIMO加速器最佳波束参数，为该用户调度用户专用的数据信道资源和用户专用的控制信道资源，产生馈送给MIMO加速器的用户发射信号；如果被调度的激活用户不是MIMO加速器的候选用户，根据射频拉远单元102和用户间信道质量测量，为该用户分配信道资源，并产生馈送给射频拉远单元102的用户发射信号；步骤3：主单元104将所有馈送给MIMO加速器101的用户信号按照射频通道分别叠加，并馈送给MIMO加速器101，由MIMO加速器101进行中射频的通道处理后，通过阵列天线发送。
MIMO加速器为能从波束成型受益的用户提供服务，其他不能受益的用户由常规的射频拉远单元(Radio Remote Unit)提供服务。这个方案能够获得部署昂贵大规模天线系统的常规基站的类似MIMO性能增益，同时显著降低成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的类似方案。
图1是带MIMO加速器的基站的架构。
图2是带校准单元的MIMO加速器的原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是带MIMO加速器的基站架构。为了在宏小区场景获得大规模MIMO的性能增益，同时保证低成本和低功耗，本实施例所描述基站包括：至少一个大规模MIMO加速器101用于精确波束成型，该单元部署至少4个独立的天线通道和对应的射频通道；至少一个射频拉远单元，该单元的天线通道数少于大规模MIMO加速器，同时每天线通道的发射功率高于MIMO加速器。该单元的无线信号发射与MIMO加速器同步；一个上行检测实体，接收来自从大规模MIMO加速器的信号，并选择精确波束成型的候选用户；一个主单元，为MIMO加速器服务的用户以及射频拉远单元服务的用户分配无线资源，控制上行检测实体，产生到MIMO加速器和射频拉远单元的发射信号，解调译码来自射频拉远单元和MIMO加速器的信号；大规模MIMO加速器配置了一组低功率射频通道和一个相关天线阵列。每个射频通道的发射功率在数百毫瓦到数瓦之间。
大规模MIMO加速器的相关天线阵列和对应的射频通道通过校准单元进行校准，保证精确波束成型。
图2描述了带校准单元的MIMO加速器的原理图。
MIMO加速器的天线系统包含了一组相关天线阵元201，阵元201等间距放置。每个天线阵元是一个天线通道，如果用交叉极化阵元，每个天线阵元有2个天线通道。所有天线阵元有相似的辐射方向图，保证精确波束成型。
MIMO加速器的天线系统部署在射频拉远单元的天线系统旁边。两个天线系统靠近部署能帮助MIMO加速器覆盖小区的所有可能受益于波束成型的用户，并有助于补偿终端上报的信道质量指示。
MIMO加速器的另一种实施方式是：与射频拉远单元共享天线系统。这有助于降低天线系统成本。
每个天线通道对应一个射频通道。这个射频通道包括双工器202，发射滤波器203，接收滤波器204，发射功放205，低噪放206，小信号收发信机207等。此外，MIMO加速器还包含了一个校准单元210，用于校准射频通道以支持精确波束成型。
射频拉远单元102只有少数几个射频通道，以及相对MIMO加速器101的高发射功率，典型配置是一个或者两个发射通道，发射功率可以到数十瓦。
上行检测单元103从MIMO加速器接收上行多通道信号，选择能从精确波束成型受益的用户。
一种选择候选用户的方法是检测每个可能波束的接收信号强度。如果用户从某个波束接收的信号强度显著强于从其他波束收到的信号强度，则作为候选用户。
为了辅助上行检测，主单元会提供必要的用户信息，包括用户标识，用户分配的上行无线资源，以及用户的定时信息等。
上行检测单元采用用户的波束成型增益来补偿终端上报的信道质量指示，这个增益是相对常规射频拉远单元的。为了改善补偿效果，MIMO加速器的天线阵列应该尽量靠近对应的射频拉远单元的天线。典型的距离是数米。
主单元104为MIMO加速器服务的用户以及射频拉远单元服务的用户分配无线资源。MIMO加速器在支持多用户波束成型时，会为不同的候选用户分配相同的无线资源。当MIMO加速器负载较重时，MIMO加速器的候选用户也可以由常规射频拉远单元提供服务。
对于每次传输间隔，分配给MIMO加速器用户的无线资源应该不与分配给常规射频拉远单元用户的无线资源重叠。
分配给MIMO加速器101用户的无线资源包括用户专用的数据信道资源和用户专用的控制信道资源。两种资源都需要采用用户专用参考信号进行接收，以支持针对用户的透明波束成型。
主单元104产生到MIMO加速器和射频拉远单元的同步发射信号。发射信号在不同设备的天线口实现精确的时间和频率对齐。
MIMO加速器为能从波束成型受益的用户提供服务，其他不能受益的用户由常规的射频拉远单元(Radio Remote Unit)提供服务。这个方案能够获得部署昂贵大规模天线系统的常规基站的类似MIMO性能增益，同时显著降低成本。
MIMO加速器对基站是可选配的。只有部署在适合单用户或多用户波束成型的无线传播环境下的基站才配置MIMO加速器。MIMO加速器的这种部署灵活性将显著降低网络部署的成本。
MIMO加速器通过波束成型为选定用户提供服务。下行用波束成型传输能节约基站的发射功率，同时上行用波束成型能显著降低服务用户的发射功率。这种减少的发射功率能降低对网络的干扰，从而有助于网络性能提升
上行检测单元用户选择MIMO加速器的服务用户。这个单元也能够补偿来自终端的非理想信道测量。这能够提升数据传输的性能。
以下的各个实施例中包含有一种带有MIMO加速器的基站的控制方法，以步骤序号描述的步骤为该方法的核心步骤。其他相关描述为对该核心步骤的有益补充，和该核心步骤结合可以形成各种衍生的实施方式。
主单元104和常规的射频拉远单元102配合工作，为小区内的用户提供服务。
步骤1：主单元104将小区内的激活用户的标识、同步信息、以及上行资源调度信息发送给上行检测单元103。
上行检测单元103利用这些信息，对MIMO加速器101的上行接收信号进行检测，判断某个激活用户是否适合采用波束成型。如果是，将该用户做为MIMO加速器候选用户，并记录该用户的最佳波束参数；否则，将该激活用户暂不作为候选用户。上行检测单元103定期更新候选用户信息，并发送给主单元。
步骤2：主单元104对激活用户进行下行资源调度。如果被调度的激活用户是MIMO加速器的候选用户，根据该用户的MIMO加速器最佳波束参数，为该用户调度用户专用的数据信道资源和用户专用的控制信道资源，产生馈送给MIMO加速器的用户发射信号；如果被调度的激活用户不是MIMO加速器的候选用户，根据射频拉远单元102和用户间信道质量测量，为该用户分配信道资源，并产生馈送给射频拉远单元102的用户发射信号。
步骤3：主单元104将所有馈送给MIMO加速器101的用户信号按照射频通道分别叠加，并馈送给MIMO加速器101，由MIMO加速器101进行中射频的通道处理后，通过阵列天线发送。
主单元104将所有馈送给射频拉远单元102的用户信号叠加，由射频拉远单元102进行中射频的通道处理后，通过射频拉远单元的天线发送。
主单元104对激活用户进行上行资源调度。如果被调度的激活用户是MIMO加速器的候选用户，根据该用户的MIMO加速器最佳波束参数，为该用户调度用户专用的数据信道资源和用户专用的控制信道资源；如果被调度的激活用户不是MIMO加速器的候选用户，根据射频拉远单元102和用户间信道质量测量，为该用户分配信道资源。
主单元104从常规射频拉远单元102接收上行信号，根据上行资源调度信息，从常规射频拉远单元所服务的用户的上行传输信道上解调译码出用户的数据。同时，主单元104从MIMO加速器101接收上行信号，根据上行资源调度信息，从MIMO加速器用户的上行传输信道上解调译码出用户的数据.
为了避免MIMO加速器负载重而影响通信效果。在上述步骤2中，主单元104对激活用户进行下行资源调度。如果被调度的激活用户是MIMO加速器101的候选用户，同时MIMO加速器101负载较重时，MIMO加速器101的候选用户也可以由射频拉远单元102提供服务。此时，主单元104根据射频拉远单元102和用户间信道质量测量，为该用户分配信道资源，并产生馈送给常规射频拉远单元的用户发射信号。
为了进一步提升无线空口资源利用率和频谱效率，在上述步骤2中，如果被调度的激活用户集合中有多个MIMO加速器的候选用户，主单元104可以为不同的MIMO加速器候选用户分配相同的(或部分相同的)无线信道资源，以支持多用户MIMO。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
尽管已示出和描述了本发明的一些实施例，但本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可对这些实施例进行各种修改，这样的修改应落入本发明的范围内。

Claims (16)

1.一种带有MIMO加速器的基站，包括：
一个MIMO加速器，包括至少有4个独立的天线通道和对应的射频通道，用于波束成型；
一个射频拉远单元，其天线通道数少于所述MIMO加速器的天线通道数，所述射频拉远单元的天线发射功率高于所述MIMO加速器的天线发射功率，所述射频拉远单元的无线信号发射与所述MIMO加速器同步；
一个上行检测实体，接收来自从所述MIMO加速器的信号，并选择波束成型的候选用户；
一个主单元，根据所述上行检测实体选择的用户分配所述MIMO加速器的资源，产生到所述MIMO加速器的发射信号，解调译码来自所述MIMO加速器的信号。
2.如权利要求1所述的基站，所述MIMO加速器包含至少4个独立的天线通道和对应的射频通道，所述所有天线通道和所述射频通道采用校准单元进行校准。
3.如权利要求2所述的基站，所述MIMO加速器对所述天线通道和所述射频通道做了预校准。
4.如权利要求1所述的基站，所述MIMO加速器连接到一个相关天线阵列，所述相关天线阵列放置在靠近所述射频拉远单元的天线。
5.如权利要求4所述的基站，所述相关天线阵列和所述射频拉远单元共享天线资源。
6.如权利要求1所述的基站，所述上行检测实体集成在所述大规模MIMO加速器中。
7.如权利要求1所述的基站，所述上行检测实体集成在所述主单元中。
8.如权利要求1所述的基站，所述上行检测实体根据所述主单元获得的用户配置信息，从所述MIMO加速器接收信号；所述用户配置信息包括用户标识，所述射频拉远单元信号获得的用户同步信息。
9.如权利要求1所述的基站，所述MIMO加速器服务选定的用户分配无线资源，所述无线资源包括用户专用的数据信道资源和用户专用的控制信道资源。
10.如权利要求1所述的基站，所述主单元为所述射频拉远单元服务的用户分配无线资源；所述无线资源包括公共信道资源，用户专用的数据信道资源和用户专用的控制信道资源。
11.如权利要求1所述的基站，所述主单元为所述MIMO加速器服务的用户以及射频拉远单元服务的用户分配无线资源；分配给所述MIMO加速器服务的用户资源与分配给射频拉远单元的用户资源不同。
12.如权利要求1所述的基站，所述主单元为所述MIMO加速器和所述射频拉远单元产生同步发射信号；所述发射信号在不同设备的天线口实现精确的时间和频率对齐。
13.一种带有MIMO加速器的基站的控制方法，包括：
步骤1：主单元104将小区内的激活用户的标识、同步信息、以及上行资源调度信息发送给上行检测单元103；
上行检测单元103利用这些信息，对MIMO加速器101的上行接收信号进行检测，判断某个激活用户是否适合采用波束成型；如果是，将该用户做为MIMO加速器候选用户，并记录该用户的最佳波束参数；否则，将该激活用户暂不作为候选用户；
步骤2：主单元104对激活用户进行下行资源调度；如果被调度的激活用户是MIMO加速器的候选用户，根据该用户的MIMO加速器最佳波束参数，为该用户调度用户专用的数据信道资源和用户专用的控制信道资源，产生馈送给MIMO加速器的用户发射信号；如果被调度的激活用户不是MIMO加速器的候选用户，根据射频拉远单元102和用户间信道质量测量，为该用户分配信道资源，并产生馈送给射频拉远单元102的用户发射信号；
步骤3：主单元104将所有馈送给MIMO加速器101的用户信号按照射频通道分别叠加，并馈送给MIMO加速器101，由MIMO加速器101进行中射频的通道处理后，通过阵列天线发送。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于：主单元104和射频拉远单元102配合工作，为小区内的用户提供服务。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于：主单元104还对激活用户进行上行资源调度。如果被调度的激活用户是MIMO加速器的候选用户，根据该用户的MIMO加速器最佳波束参数，为该用户调度用户专用的数据信道资源和用户专用的控制信道资源；如果被调度的激活用户不是MIMO加速器的候选用户，根据常规射频拉远单元和用户间信道质量测量，为该用户分配信道资源。
16.如权利要求13、15所述的方法，其特征在于：主单元104还从射频拉远单元102接收上行信号，根据上行资源调度信息，从射频拉远单元102所服务的用户的上行传输信道上解调译码出用户的数据；主单元104从MIMO加速器101接收上行信号，根据上行资源调度信息，从MIMO加速器用户的上行传输信道上解调译码出用户的数据。
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