CN103039019A - 用于确定预编码权重的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定通信网络中的基站与一个用户设备之间的预编码权重的方法。基站配备了具有多个天线的天线结构，并且天线结构在覆盖区域中提供覆盖。预编码权重被存储在基站和用户设备可用的码本中。该方法包括：选择使用覆盖区域的部分；在基站确定码本中存储的生成覆盖区域的所选部分内的至少一个预编码波束的预编码权重子集；以及把所确定的生成覆盖区域的所选部分内的至少一个预编码波束的预编码权重子集通知所述一个用户设备。

Description

用于确定预编码权重的方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定通信系统中、尤其是具有可重新配置天线的MIMO或MISO系统中的预编码权重的方法。
背景技术
预编码是一种支持MIMO无线电系统中的多层传输的波束成形。仿真已经表明，预编码提高无线通信系统的性能，并且因此它已被包含在LTE的标准化中。在预编码中，多个流中的每个流从基站处的发射天线发射，其中每个天线具有独立和适当的加权，使得吞吐量在基站与用户设备(UE)之间最大化。可在UE计算预编码权重，然后UE通知基站应当使用哪些预编码权重。
通常，仅使用在码本中存储的有限数量的预定义预编码权重。码本在基站和UE处均为已知的，因此当UE通知基站应当使用哪些预编码权重时，UE仅需要发送与预编码权重在码本中具有的位置对应的编号(索引)。这个编号通常称作预编码矩阵指示符(PMI)。在基站使用的天线越多，在码本中需要越多预编码权重。未来的无线通信系统将可能在基站使用8个或更多天线，这将需要相当大的码本。
对于大码本存在若干问题：使用哪些预编码权重的计算变得耗费时间和耗费能量；许多比特必须从UE发送给基站以通知要使用哪些预编码权重；存在选择与“非物理(un-physical)”预编码矢量对应的预编码权重的较大概率。因此，需要通过每当可能的时候从预定码本中去除这些非物理预编码矢量来减小码本的大小。
未来的无线系统将在基站使用可重新配置天线，以便增加通信网络的容量并且节省能量。可重新配置天线的两个重要特征是，它们能够改变天线端口的波束指向和波束宽度，并且由此改变基站的辐射图和覆盖区域。
不同的预编码权重将生成不同方向的预编码波束。但是，通过可重新配置天线，基站处的天线单元的波束将随时间而改变。如果由预编码权重创建的预编码波束指向与天线单元的辐射图不同的另一方向，则天线将变得失配，并且将传送提供给天线的功率的很少部分。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种与现有技术方法相比，提高在基站与用户终端之间进行通信时使用生成基站的所选覆盖区域内的至少一个预编码波束的预编码权重的概率的方法。
这个目的通过一种用于确定通信网络中的基站与至少一个用户设备之间的预编码权重的方法来实现。所述基站配备了多个天线的天线结构，在覆盖区域中提供覆盖。预编码权重被存储在基站和至少一个用户设备可用的码本中。该方法包括：选择使用覆盖区域的部分；在基站确定码本中存储的生成覆盖区域的所选部分内的至少一个预编码波束的预编码权重子集；以及把所确定的生成覆盖区域的所选部分内的至少一个预编码波束的预编码权重子集通知至少一个用户设备。
本发明的一个优点在于，更少比特必须从UE发送给基站以通知要使用哪些预编码权重。
本发明的另一个优点在于，更少计算必须在UE进行以查找最佳预编码权重，这节省能量和时间。
本发明的又一个优点在于，存在选择生成所选覆盖区域以外的预编码波束的预编码权重的更小概率，这将提高性能。
本领域的技术人员通过详细描述可发现其它目的和优点。
附图说明
结合作为非限制性示例提供的下列附图来描述本发明，其中：
图1示出现有技术的通信系统。
图2示出按照本发明的具有基站的所保持覆盖区域的通信系统的第一实施例。
图3示出适合实现本发明的通信系统中的基站，它的天线结构具有覆盖区域以及该覆盖区域内的预编码波束。
图4示出一种适合于实现本发明的基站，它的天线结构具有比图3中要小的覆盖区域。
图5示出一种适合于实现本发明的基站，它的天线结构具有比图3和图4中甚至更小的覆盖区域。
图6示出一种适合于实现本发明的基站，它的天线结构具有与图5相比的备选覆盖区域。
图7示出一种适合于实现本发明的基站，它的天线结构具有分为两个部分的覆盖区域。
图8和图9示出按照发明方法所使用的对不同天线配置编索引的示例。
图10是示出发明方法的流程图。
具体实施方式
图1示出通过基站11(BS)以及两个用户设备UE1和UE2来举例说明的现有技术的通信网络10，所述基站11(BS)的天线结构具有可以是可重新配置天线的多个天线12。BS的各天线12具有相等辐射图14、即覆盖区域，并且包括多个天线单元13。但是，如果实现可重新配置天线，则辐射图能够因天线的可重新配置性而改变。窄波束a-g是在应用预编码码本中的预编码权重时生成的预编码波束。对于单层传输，每个预编码波束对应于码本中的一个索引，而对于多层传输，码本中的一个索引表示若干预编码波束。BS的天线结构响应于覆盖区域14内的所应用预编码权重而在不同方向生成预编码波束。
各用户设备UE1、UE2收听并且确定在与BS进行通信时要使用的优选的预编码权重。此后，使用标识码本中的预编码权重的索引将这个信息传送给BS。在这个示例中，UE1向BS传送标识生成第三预编码波束的预编码权重的索引“c”。类似地，UE2向BS传送标识生成第六预编码波束的预编码权重的“f”。BS由此得到关于在与UE1和UE2进行通信时应当优选地分别使用哪些预编码权重的知识。
本发明的基本构思是减少UE与BS之间传送的信息量，但是如果使用BS的完整覆盖区域，则不可能减小码本的大小。因此，仅当或者通过(如结合图2所述)选择使用可用覆盖区域的部分，或者通过(如结合图3-7所述)使用可重新配置天线改变覆盖区域来进行了覆盖区域的减小时，发明方法才是适用的。
图2示出实现确定预编码权重的发明方法的通信网络20的第一实施例。除了结合图1所述的现有技术的系统之外，通信网络20还包括在BS 11处的新功能性。
使用覆盖区域的部分的基本要求优选地通过选择天线结构以将覆盖区域限制到预定义部分来执行，在这种情况下，这可通过两种方式来实现：
i)对于各用户设备UE1、UE2，识别优选的预编码权重“c”、“f”，并且把所述优选的预编码权重通知BS 11；以及使用覆盖区域的部分的选择是基于用户设备所提供的优选的预编码权重“c”、“f”的信息，或者
ii)校准具有对应的无线电链和馈电电缆(未示出)的各天线12，以及使用覆盖区域14的部分的选择是基于每个经校准的天线12所提供的覆盖，以便为用户设备UE1、UE2提供覆盖。
BS 11的新功能性包括确定码本中存储的生成覆盖区域14的所选部分内的一个或多个预编码波束c、f的预编码权重子集。但是，所确定的预编码权重子集需要是BS、UE1和UE2已知的，以便以减少的信令使用预编码波束c和f来实现通信，并且因此BS需要把所确定的生成覆盖区域的所选部分内的预编码波束c和f的预编码权重子集通知用户设备UE1和UE2。如果码本被编索引，即，预编码权重被确定为对应于至少一个索引，则将可用索引传送给各用户设备。优选地，进行码本的更新索引化，并且将其转发到UE1和UE2，如图2所示。
因此，在这个示例中，通过将码本中的可用预编码权重限制到生成覆盖区域14的所选部分内的两个预编码波束c和f的预编码权重，来限制可用预编码波束的数量。天线结构的覆盖区域14未改变(如点划线所示)，但是可用预编码波束c和f限制将要在UE1和UE2所在的覆盖区域14的所选部分中使用的功率。
图3示出适合实现本发明的通信系统中的基站31，它的天线结构具有覆盖区域34以及那个覆盖区域34内的(在本例中)八个预编码波束A-H。在这个实施例中，该天线结构包括四个可重新配置天线32，各天线具有多个天线单元33。各天线具有与覆盖区域34对应的相等辐射图，但是与结合图1所述的系统相对照，天线32的辐射图能够因天线的可重新配置性而改变。窄波束(预编码波束)A-H是通过优选地设置在码本中的预编码权重所生成的波束，并且各波束对应于码本中的一个索引，即，与使用本领域技术人员清楚知道的预编码矩阵指示符(PMI)的预编码权重对应的编号。
图4示出基站31，它的天线结构具有比图3中要小的覆盖区域。可重新配置天线32的辐射图44已变成较小的波束宽度。由于较小的波束宽度，预编码波束A、B、G和H将因它们指向天线结构的辐射图44外部而不可使用。在这种情况下，码本能够减小到仅包含波束C-F。这将引起：
-只有两比特而不是三比特用于从UE(未示出)到BS 31的PMI反馈；
-在UE(未示出)查找最佳预编码权重所必须进行的计算少得多，这节省能量和时间；
-存在因例如信道估计误差而可能选择错误预编码权重(这可能导致严重的性能降级)的更小概率。
所述构思依赖于辐射图/覆盖区域44是正确的，并且假定天线单元33辐射图是通过某种表征或校准已知的。一种备选方案可能是基于来自UE(未示出)的所报告PMI的统计信息来确定可行的预编码权重/PMI。
图5示出基站31，它的天线结构具有比图3和图4中甚至更小的覆盖区域。可重新配置天线32的辐射图54已变成甚至更小的波束宽度。由于较小的波束宽度，预编码波束A-C和F-H将因它们指向天线的辐射图54外部而不可使用。在这种情况下，码本能够减小到仅包含预编码波束D和E。
图6示出基站31，它的天线结构具有与图5相比的备选覆盖区域64。与图5中的辐射图相比，可重新配置天线32的辐射图64变成另一个指向。这使预编码波束A-F因它们指向天线32的辐射图64外部而不可使用。在这种情况下，码本能够减小到仅包含预编码波束G和H。
图7示出基站，它的天线结构具有分为两个部分74和75的覆盖区域。与图6相比，天线32的辐射图变成还包括预编码波束B和C。这使预编码波束A和D-F因它们指向天线32的辐射图74、75外部而不可使用。在这种情况下，码本能够减小到仅包含预编码波束B、C、G和H。
图8和图9示出在BS通知UE(未示出)可用预编码权重时可能使用的对不同天线配置编索引的示例。
图8示出预定天线配置，其中，生成相邻预编码波束(例如A和B)的预编码权重通过“1”来索引。类似地，生成预编码波束B和C的相邻预编码权重通过“2”来索引。这些预定天线配置也存储在BS和UE均可用的码本中，当在基站选择了与图7中的部分74和75对应的覆盖区域时，把可用预编码波束B、C、G和H通知UE(未示出)只需要用两个索引，即，索引“2”和“7”，但是仍然需要将两个比特用于从UE(未示出)到BS 31的PMI反馈，因为四个预编码波束是可用的。
在应当使用三个相邻预编码波束、例如预编码波束D-F的情况下，只需要把索引“4”和“5”传递给UE(未示出)以指示哪些预编码波束是可用的。
图9示出其它的预定天线配置，其中，生成四个相邻预编码波束(例如A-D)的预编码权重通过“8”来索引。它们如图8所示来使用。
使用预定天线配置的主要目的在于，天线可设置成预定配置，以便为当前用户设备提供覆盖，以及除了所确定的预编码权重之外，还把预定配置通知用户设备。
在上述实施例中，在基站确定预编码权重子集，并且把该子集通知用户设备。但是，有可能构造一种具有至少两个分开的预编码权重集合的码本(与具有分开的码本集合相似)，以及选择子集的步骤包括从码本中选择分开的集合其中之一。
例如，有可能具有四个分开的预编码权重集合，其中，第一集合指示生成天线结构所产生的最大可能覆盖区域内的全部预编码波束(例如图1中的预编码波束a-g)的预编码权重。第二集合指示生成预编码波束a和b的预编码权重；第三集合指示生成预编码波束c-e的预编码权重；以及第四集合指示生成预编码波束f和g的预编码权重。
图10示出说明用于确定如上所述的通信网络中的基站与至少一个用户设备之间的预编码权重的发明方法的流程图。基站的天线结构在覆盖区域中提供覆盖，以及预编码权重是基站和各用户设备已知的，优选地存储在码本中。
该流程开始于步骤80，以及在步骤81，各用户设备(UE)识别与优选的预编码波束对应的预编码权重。
此后，在步骤82，每个UE将信息传递给基站。如前面所提及，在步骤83选择基站的覆盖时，可以使用或者可以不使用这个信息。
在步骤83，优选地通过使用可重新配置天线改变天线的辐射图，在基站选择覆盖区域的部分。该流程继续进行到步骤84，其中，在基站确定码本中存储的预编码权重子集。该预编码权重子集生成覆盖区域的所选部分内的至少一个预编码波束。
此后，在步骤85，把所确定的生成覆盖区域的所选部分内的一个或多个预编码波束的预编码权重子集通知每个UE。
在来自用户设备的信息被用于确定预编码权重子集的情况下，该流程反馈回到步骤81。
如果使用可重新配置天线，则基站知道可重新配置天线的波束宽度和波束指向，并且因此能够找出哪些预编码波束指向这些可重新配置天线波束以内。基站将码本更新成仅包含可使用(可用)预编码波束，这意味着已更新码本是原始码本的子集。基站则通知UE在已更新码本中使用哪些预编码权重集合。
应当提到，通信系统优选为MIMO或MISO系统。此外，本发明可适用于非可重新配置天线以及可重新配置天线，如上所述。基站处的天线的最小数量是两个天线。
所述发明方法可适用于具有可重新配置天线的基站，其中，波束指向和/或波束宽度以任意频率(例如每秒一次或者每年一次)来改变。波束宽度和波束指向可使用电或机械手段来改变，这是本领域技术人员众所周知的。
所选辐射图内的窄波束(即，预编码波束)的数量优选地处于1至16(1-16)的范围之内。
基站的新功能性(即，响应于覆盖区域的所选部分而确定预编码权重子集以及把该子集通知用户设备)是在可访问存储器中存储的预编码权重的处理单元中实现的。如果覆盖区域的部分的选择是基于从用户设备接收的信息，则这个功能性也在处理单元中实现。
用户设备还必须能够在收到基站通知时，例如通过更新码本来减少可使用的预编码权重。
缩写词
BS 基站
LTE 长期演进
MIMO 多输入多输出
PMI 预编码矩阵指示符
MISO 多输入单输出
UE 用户设备。

Claims (12)

1. 一种用于确定通信网络中的基站与至少一个用户设备之间的预编码权重的方法，所述基站配备了具有多个天线的天线结构，所述天线结构在覆盖区域中提供覆盖，所述预编码权重被存储在所述基站和所述至少一个用户设备可用的码本中，其特征在于，所述方法包括：
a)选择使用所述覆盖区域的部分，
b)在所述基站确定所述码本中存储的生成所述覆盖区域的所选部分内的至少一个预编码波束的预编码权重子集，以及
c)把所确定的生成所述覆盖区域的所选部分内的所述至少一个预编码波束的预编码权重子集通知所述至少一个用户设备。
2. 如权利要求1所述的方法，其中，步骤a)还包括选择所述天线结构以限制对所述覆盖区域的所述部分的覆盖。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其中，所述天线结构响应于所应用预编码权重而在不同方向生成预编码波束，所述方法还包括将所述码本中的可用预编码权重限制到生成所述覆盖区域的所述所选部分内的所述至少一个预编码波束的预编码权重。
4. 如权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，所述方法还包括：对于各用户设备，识别优选的预编码权重，并且把所述优选的预编码权重通知所述基站；以及a)中的选择步骤是基于所述至少一个用户设备所提供的所述优选的预编码权重的信息。
5. 如权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，具有对应的无线电链和馈电电缆的各天线被校准，并且a)中的选择步骤是基于每个经校准的天线所提供的覆盖，以便为所述至少一个用户设备提供覆盖。
6. 如权利要求5所述的方法，其中，步骤a)还包括将所述天线设置成预定配置，以便为所述至少一个用户设备提供覆盖。
7. 如权利要求6所述的方法，其中，步骤c)还包括：除了所确定的预编码权重之外，把所述预定配置通知所述用户设备。
8. 如权利要求1-7中的任一项所述的方法，其中，所述码本包括至少两个分开的预编码权重集合；以及选择子集的步骤包括从所述码本中选择所述分开的集合其中之一。
9. 如权利要求1-8中的任一项所述的方法，将所述通信系统选择为MIMO系统或MISO系统。
10. 如权利要求1-9中的任一项所述的方法，将所述基站的所述多个天线选择为可重新配置天线，由此所述基站的所述覆盖区域可随时间而改变。
11. 如权利要求1-10中的任一项所述的方法，其中，所述码本被编索引，并且步骤b)中确定的所述预编码权重对应于至少一个索引，以及其中，步骤c)包括向所述用户设备传送所述至少一个索引。
12. 一种基站，配置成与通信网络中的至少一个用户设备进行通信，所述基站配备了具有多个天线的天线结构，所述天线结构在覆盖区域中提供覆盖，以及生成预编码波束的预编码权重被存储在所述基站和所述至少一个用户设备可用的码本中，其特征在于，所述基站配置成：确定所述码本中存储的生成所述覆盖区域的所选部分内的至少一个预编码波束的预编码权重子集，并且把所确定的生成所述覆盖区域的所选部分内的所述至少一个预编码波束的预编码权重子集通知所述至少一个用户设备。
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