CN103119860B - Mu-mimo的反馈方案 - Google Patents

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Abstract

用于管理MU-MIMO系统中的反馈的系统和方法的实施例。接入点可以宣告将在第一帧中接收下行链路信息的一个或多个移动站。接入点还可向这一个或多个移动站发送探测分组，并根据反馈调度从这一个或多个移动站接收反馈。反馈可以基于探测分组的接收。

Description

MU-MIMO的反馈方案
技术领域
本公开涉及用于显式波束形成的反馈方案，并且更具体地涉及用于MU-MIMO系统中显式波束形成的反馈方案。
背景技术
多用户多输入多输出（MU-MIMO）系统可以在单个天线阵列中同时向/从多个用户传送和接收信号。在MU-MIMO系统中，并行地发送多个信号，并且这些信号通过在不同（例如，正交）方向或在不同的空间信道中传送（或接收）每个信号而保持彼此独立。利用天线阵列在特定方向传送（或接收）信号的过程称为波束形成。通过为每个信号选择一个波束（这将与其它并行波束产生有限的干扰），可以同时传送或接收多个信号。通常计算波束为彼此正交以便将波束之间的干扰减至最小。
有两种不同类型的波束形成系统：隐式和显式。在隐式波束形成中，接入点基于互易信道来计算波束形成矩阵。即，接入点接收上行链路信号，并且基于上行链路信号的接收质量和方向，接入点确定下行链路波束的方向和其它参数。在显式波束形成中，接入点向移动站发送出探测信号。接着，移动站向接入点发送关于接收信号的质量的反馈。然后，接入点可以利用反馈来生成波束以用于未来的下行链路信号。
发明内容
本公开提供一种在包括一个或多个移动站的多用户多输入多输出（MU-MIMO）系统中的接入点，所述接入点适于：向一个或多个移动站发送包括宣告一个或多个移动站的探测分组，其中为了发送所述探测分组，所述接入点还适于为所述一个或多个移动站指派反馈调度，其中所述反馈调度基于关于所述一个或多个移动站中的移动站的反馈的长度的确定；基于所述探测分组从所述一个或多个移动站接收反馈；从所述一个或多个移动站中的移动站接收调制和编码方案信息；以及向所述移动站发送具有基于所述调制和编码方案信息的调制和编码方案的下行链路帧。
本公开还提供一种在MU-MIMO系统中的移动站，所述移动站适于：从接入点接收包括一个或多个移动站的宣告的探测分组；基于所述探测分组将反馈发送到所述接入点；将调制和编码方案信息发送到所述接入点；将反馈矩阵发送到所述接入点，所述反馈矩阵基于将在下行链路帧中由所述接入点传送并分配给所述一个或多个移动站中的其它移动站的流的数量以及来自所述接入点的所述探测分组的接收质量而被确定；以及从所述接入点接收具有基于所述调制和编码方案信息的调制和编码方案的下行链路帧。
本公开还提供一种无线通信设备，包括：用于向一个或多个移动站发送包括宣告一个或多个移动站的探测分组的部件，其中发送所述探测分组还包括为所述一个或多个移动站指派反馈调度，其中指派所述反馈调度包括确定关于所述一个或多个移动站中的移动站的反馈的长度；用于基于所述探测分组从所述一个或多个移动站接收反馈的部件；用于从所述一个或多个移动站中的移动站接收调制和编码方案信息的部件；以及用于向所述移动站发送具有基于所述调制和编码方案信息的调制和编码方案的下行链路帧的部件。
附图说明
图1示出无线通信系统的实例。
图2示出用于在图1的无线通信系统中通信的移动站的实例。
图3示出用于在图1的无线通信系统中通信的接入点的实例。
图4示出用于管理反馈以用于图1的系统中的显式波束形成的实例图表。
具体实施方式
以下描述和附图充分地说明特定实施例以使得本领域技术人员能够实现它们。其它实施例可以并入结构、逻辑、电、过程和其它变化。一些实施例的部分和特征可以包含在其它实施例的部分和特征中或替换其它实施例的部分和特征。权利要求中所阐述的实施例涵盖那些权利要求的所有可用等效物。
本发明者尤其已经认识到显式波束形成的反馈方案，以使得多个移动站能够向MU-MIMO系统中的接入点提供反馈。在反馈方案中，接入点为每个移动站分配上行链路时隙以用于反馈信息。为了分配上行链路时隙，接入点确定来自每个移动站的反馈的长度。在一些实例中，接入点可以通过将多个下行链路流指派给每个移动站以及将反馈限制为特定类型与特定的调制和编码方案来控制来自移动站的反馈的长度。如本文中所使用的，流对应于将利用波束形成技术和/或空间复用（SDMA）技术作为波束进行传送的数据流。
图1示出无线通信系统100的实例。无线通信系统100可以包括与接入网络104无线通信的多个移动站102。接入网络104在移动站102与另一通信网络106之间转发信息。通信网络106可以包括互联网、专用内部网或其它网络。
在一个实例中，每个移动站102可以包括用于向/从接入网络104中的接入点118传送和接收无线信号的一个或多个天线114。接入点118可以实现到移动站102的空中接口，并且可以利用耦合到它的天线阵列116传送和接收信号。接入点118可以在通信上耦合到通信网络106以便向/从移动站106转发信息。
图2示出移动站102的实例。移动站102可以包括用于存储在处理电路206上执行的指令204的存储器202。指令204可以包括配置成使移动站102执行动作以便在移动站102与接入点118之间进行无线通信的软件。移动站102还可包括用于利用天线114传送和接收信号的RF收发器208。
在一些实例中，移动站102可以是个人数字助理（PDA）、具有无线通信能力的膝上型或桌面型计算机、web平板、上网本、无线电话、无线耳机、寻呼机、即时消息传送装置、数码相机、接入点、电视、医疗装置（例如，心率监测器、血压监测器等）或可无线地接收和/或传送信息的其它装置。
图3示出接入点118的实例。接入点118可以包括用于存储在处理电路306上执行的指令304的存储器302。指令304可以包括配置成使接入点118执行动作以便在移动站102与接入点118之间进行无线通信的软件。接入点118还可包括用于利用天线阵列116传送和接收信号的RF收发器308。处理电路306可以配置成利用天线阵列116实现波束形成。在一个实例中，处理电路306可以配置成利用天线阵列116来在MU-MIMO系统中实现自适应波束形成。即，可以对不同移动站102同时实现多个波束。此外，每个波束的方向可以根据到给定移动站102的信号路径的改变而动态地改变。接入点118可以包括用于利用通信网络106发送和接收信息的网络交换器、路由器或集线器。
在一个实例中，移动站102和接入点118可以配置成根据一个或多个频段和/或标准简要表操作。例如，移动站102和接入点118可以配置成根据诸如电气和电子工程师协会（IEEE）标准的特定通信标准通信。具体来说，移动站102可以配置成根据MU-MIMOWi-Fi的IEEE802.11ac通信标准的一个或多个版本操作。
移动站102和接入点118还可配置成根据无线城域网（WMAN）的IEEE802.16通信标准的一个或多个版本（包括其变型和演进）操作。例如，移动站102和接入点118可以配置成利用802.16标准的IEEE802.16-2004、IEEE802.16(e)和/或802.16(m)版本通信。关于IEEE802.16标准的更多信息，请参考“IEEEStandardsforInformationTechnology--TelecommunicationsandInformationExchangebetweenSystems”-MetropolitanAreaNetworks-SpecificRequirements-Part16:“AirInterfaceforFixedBroadbandWirelessAccessSystems”（2005年5月及相关修订/版本）。
在一些实例中，移动站102和接入点118可以配置成根据通用地面无线电接入网（UTRAN）长期演进（LTE）通信标准的一个或多个版本（包括LTE第8版、LTE第9版及未来版）通信。关于UTRANLTE标准的更多信息，请参见2008年3月第8版的UTRAN-LTE的第三代合作伙伴计划（3GPP）标准（包括其变型及以后的版本（版））。
在一些实例中，RF收发器208和RF收发器308可以配置成传送和接收包括多个正交副载波的正交频分复用（OFDM）通信信号。在宽带多载波实例中，移动站102和接入点118可以配置成根据正交频分多址（OFDMA）技术通信。
在其它实例中，移动站102和接入点118可以配置成利用一个或多个其它调制技术通信，这一个或多个其它调制技术可以是例如扩频调制（例如，直序码分多址（DS-CDMA）和/或跳频码分多址（FH-CDMA））、时分复用（TDM）调制、和/或频分复用（FDM）调制。
图4示出MU-MIMO系统100中的显式波束形成的反馈方案的实例定时流程图400。为了开始反馈过程，接入点118向移动站102发送出探测分组402。探测分组402可以对应于一个或多个下行链路帧404。探测分组402可以宣告下行链路帧404的组ID以及将与组ID相关联的移动站102的媒体接入控制（MAC）地址。
探测分组402还可包括移动站102的反馈调度。反馈调度可以识别与组ID相关联的每个移动站102的时隙。在一个实例中，为了有效地调度反馈时隙，接入点118确定来自每个移动站102的反馈的长度，并且相应地指派时隙。例如，接入点118可以宣告，第一移动站102具有在反馈周期的起点调度的反馈时隙406。在确定来自第一移动站102的反馈的长度之后，接入点118可以将第二移动站102指派给紧跟在来自第一移动站102的反馈406的末端的反馈时隙408。接入点118可以以这样的方式继续指派反馈时隙410、412，直到与组ID相关联的所有移动站102均在反馈周期中具有时隙。
在一个实例中，为了确定将从移动站102接收的反馈的长度，接入点118指定反馈的某些参数。例如，移动站102的反馈的长度可以基于移动站102的下行链路流的数量以及从移动站102接收的反馈矩阵的维数而改变。
因此，在一个实例中，接入点118指定移动站102的反馈矩阵的维数。由接入点118指派的反馈矩阵的维数可以设置成大于或等于下行链路流的数量，在这些下行链路流上，数据将在与组ID相关联的下行链路帧中发送到移动站102。在一个实例中，分配给移动站102的流的数量取决于用于在给定下行链路帧内接收传输的不同移动站102的数量。当有较大数量的移动站102要接收传输时，可以有较少的流可供每个移动站102使用。因此，分配给移动站102的流的数量可以少于有较少移动站102在下行链路帧内接收传输时的分配给移动站102的流的数量。在一个实例中，接入点118具有最多八个流，并且每个下行链路帧具有最多四个不同的移动站102。另外，在一个实例中，可以向单个移动站102发送最多四个流。在一个实例中，指派给移动站102的反馈矩阵的维数可以取决于预编码类型以及下行链路流的数量。例如，当接入点118实现简单的MMSE预编码时，可以将反馈矩阵的维数设置成等于下行链路流的数量（Ns×Nt）。当接入点118实现块对角预编码时，那么可以将反馈矩阵的维数设置为接收天线的数量（Nr×Nt）。分配给移动站102的流的数量也可基于来自移动站102的之前传输的质量。例如，如果之前传输由于多个流之间的高干扰而经历差的质量，那么接入点118可以在未来的传输中减少分配给移动站102的流的数量。
接入点118还可指定移动站102要使用的反馈类型。在一个实例中，反馈类型包括未压缩信道状态信息（CSI）反馈、未压缩预编码矩阵反馈和压缩预编码矩阵反馈。取决于由接入点118所指定的反馈矩阵维数，未压缩CSI反馈可以包括Nr×Nt信道矩阵的一个或多个列。如本文所使用的，Nr对应于移动站102处的接收天线的数量，而Nt对应于接入点118上的天线阵列116中的发射天线的数量。另外，Ns对应于在探测分组402中分配给移动站102的流的数量。未压缩预编码矩阵具有与未压缩CSI反馈相同的维数，但是矩阵的内容是信道矩阵的右奇异向量，而不是CSI本身。压缩预编码矩阵包括表示信道矩阵的右奇异矩阵的压缩信息。例如，如果接入点118在天线阵列116中具有四个发射天线，移动站102具有两个接收天线，并且接入点118在探测分组402中指示Ns=2，那么未压缩CSI和预编码矩阵将包括4×2矩阵。压缩预编码矩阵将包括4×2右奇异矩阵。也可使用更多的压缩反馈类型。在一个实例中，移动站102通知接入点118关于移动站102支持的反馈类型。在一个实例中，这种反馈类型支持的通知可以由移动站102在与接入点118关联期间提供。
在一个实例中，接入点118可以基于接入点118所使用的预编码算法来设置反馈类型。例如，当接入点118正使用简单预编码算法时，接入点118可以指定从移动站102提供较少信息的反馈类型。当接入点118正使用复杂预编码算法时，接入点118可以指定从移动站102提供更多信息的反馈类型。例如，如果接入点118正使用简单的最小均方差（MMSE）预编码算法，那么接入点118可以指定移动站102利用压缩预编码矩阵来发送反馈。如果接入点实现块对角预编码算法，那么AP可以指定来自移动站102的全信道矩阵（例如，未压缩CSI）。在一个实例中，当接入点118指定移动站102要接收少于移动站102处的接收天线的数量的流时。在一个实例中，移动站102可以基于利用某些接收天线的接收提供反馈，并且可以利用相同的接收天线来接收对应的下行链路帧。
在一个实例中，接入点118还可指定将供移动站102在编码反馈以发送到接入点118时所使用的调制和编码方案（MCS）。在任何情况下，一旦接入点118指定了这些参数，接入点118便可确定来自每个移动站102的反馈的长度，并根据反馈的长度为反馈指派时隙。
当移动站102接收探测分组402时，移动站102可以测量探测分组402的前导以便确定接收质量和方向。然后，移动站102基于接收质量和方向计算在探测分组402中所指定的反馈类型（例如，未压缩CSI、未压缩预编码或压缩预编码）的反馈矩阵。
在一个实例中，移动站102可以基于没有来自其它移动站102的流的干扰而计算接收质量的反馈矩阵。有利的是，这种计算反馈矩阵的方法可与用于单用户MIMO的方法相同，由于移动站102对于MU-MIMO和SU-MIMO没有使用不同的过程，所以由此可以简化移动站102处的过程。在另一个实例中，移动站102可以基于来自其它移动站102的流的随机且均匀的干扰而计算反馈矩阵。例如，移动站102可以基于探测分组402中由接入点118所提供的流分配来计算其它移动站102的流的数量。然后，移动站102可以通过假设来自所有其它流的干扰信号从所有方向随机且均匀地到达来计算反馈矩阵，其中利用相同的发射功率来传送每个流。
一旦移动站102计算了反馈矩阵，移动站102便在分配给移动站102的时隙内并利用在探测分组402中所宣告的MCS来将反馈矩阵发送到接入点118。在一个实例中，除了反馈矩阵外，移动站102还计算在到移动站102的下行链路流中供接入点118使用的优选MCS。优选MCS可以基于没有来自到其它移动站102的流的干扰或基于来自到其它移动站102的流的随机且均匀的干扰进行计算。
与组ID相关联的所有移动站102均可根据探测分组402中的宣告执行反馈矩阵计算，并在由探测分组402所指派的时隙内提供反馈矩阵。
一旦接入点118从移动站102接收反馈矩阵，接入点118便可基于反馈矩阵调整预编码算法的参数。在一个实例中，对于基于没有来自其它移动站102的流的任何干扰计算反馈矩阵的移动站102，接入点118可以调整反馈矩阵以考虑来自其它流的干扰。在另一个实例中，接入点118可以在预编码算法中没有进行调整的情况下实现反馈矩阵。一旦接入点118基于所接收的反馈矩阵调整了参数，接入点118便可传送对应于探测分组402中的组ID的下行链路帧414。因此，可以基于来自移动站102的反馈利用预编码调整来生成下行链路帧414。在一个实例中，接入点118基于反馈对下行链路帧414中的训练字段以及数据字段（例如，MAC协议数据单元（MPDU））运用经过调整的预编码。
接着，与组ID相关联的移动站102可以接收下行链路帧414并解码其中的信息。然后，移动站102可以在合适的信道（例如，ACK信道）上向接入点118发送确认（ACK）或否认（NACK）信息416，以表明下行链路帧414是否由移动站102准确地接收。另外，在一些实例中，移动站102可以执行额外的计算以便基于下行链路帧414的接收质量改进将供接入点118使用的优选MCS。该改进的MCS可以与ACK/NACK信息416背负(piggyback)在一起，并在例如ACK信道上发送到接入点118。然后，接入点118可以利用改进的MCS以用于未来到移动站102的传输。有利的是，该改进的MCS考虑到来自到其它移动站102的流的实际干扰，因为在下行链路帧414中一起传送这些其它流以及到执行计算的移动站102的流。
实施例可以在硬件、固件和软件之一或其组合中实现。实施例也可以作为存储在计算机可读介质上的指令来实现，这些指令可以由至少一个处理电路读取和执行以便执行本文所描述的操作。计算机可读介质可以包括以机器（如计算机）可读形式进行存储的任何机制。例如，计算机可读介质可以包括只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、磁盘存储介质、光存储介质、闪速存储器装置以及其它存储装置和介质。
提供摘要是为了符合37C.F.R.Section1.72(b)要求提供摘要的规定，以便允许阅读者能够确定技术公开的本质和要旨。提交时要了解，它不是用于限制或解释权利要求的范围或含义。随附权利要求由此并入到详细描述中，其中每个权利要求独立代表一个单独的实施例。

Claims (19)

1.一种在包括一个或多个移动站的多用户多输入多输出（MU-MIMO）系统中的接入点，所述接入点适于：
向一个或多个移动站发送包括宣告一个或多个移动站的探测分组，其中为了发送所述探测分组，所述接入点还适于为所述一个或多个移动站指派反馈调度，其中所述反馈调度基于关于所述一个或多个移动站中的移动站的反馈的长度的确定；
基于所述探测分组从所述一个或多个移动站接收反馈；
从所述一个或多个移动站中的移动站接收调制和编码方案信息；以及
向所述移动站发送具有基于所述调制和编码方案信息的调制和编码方案的下行链路帧。
2.如权利要求1所述的接入点，其中所述探测分组还包括所述一个或多个移动站中的移动站的反馈类型和/或所述移动站的反馈矩阵的维数。
3.如权利要求2所述的接入点，其中：
所述反馈类型包括未压缩信道状态信息反馈、未压缩预编码矩阵反馈或压缩预编码矩阵反馈。
4.如权利要求3所述的接入点，其中所述反馈类型基于来自所述移动站的关于所述移动站支持所述未压缩信道状态信息反馈、未压缩预编码矩阵反馈或压缩预编码矩阵反馈中的哪种反馈类型的信息。
5.如权利要求1所述的接入点，所述反馈的长度基于从所述移动站接收的反馈矩阵的维数以及分配给所述移动站的下行链路流的数量而确定。
6.如权利要求1所述的接入点，其中由所述移动站发送的所述调制和编码方案信息基于所述下行链路帧的接收质量。
7.如权利要求1所述的接入点，还适于：
从所述一个或多个移动站中的移动站接收反馈矩阵，所述反馈矩阵基于所述一个或多个移动站的流的数量确定；以及
基于所述反馈矩阵利用预编码调整将下行链路帧发送到所述移动站。
8.一种在MU-MIMO系统中的移动站，所述移动站适于：
从接入点接收包括一个或多个移动站的宣告的探测分组；
基于所述探测分组将反馈发送到所述接入点；
将调制和编码方案信息发送到所述接入点；
将反馈矩阵发送到所述接入点，所述反馈矩阵基于将在下行链路帧中由所述接入点传送并分配给所述一个或多个移动站中的其它移动站的流的数量以及来自所述接入点的所述探测分组的接收质量而被确定；以及
从所述接入点接收具有基于所述调制和编码方案信息的调制和编码方案的下行链路帧。
9.如权利要求8所述的移动站，其中所述探测分组还包括反馈类型和/或反馈矩阵的维数以及所述移动站的调制和编码方案。
10.如权利要求9所述的移动站，所述移动站还适于基于在所述探测分组中所指定的反馈类型和反馈矩阵的维数将反馈矩阵发送到所述接入点。
11.如权利要求8所述的移动站，所述移动站还基于来自分配给所述一个或多个移动站中的其它移动站的流的随机且均匀的干扰计算所述调制和编码方案，其中以基本相等的功率传送所述流。
12.如权利要求8所述的移动站，所述移动站将所述调制和编码方案信息与ACK/NACK背负在一起。
13.如权利要求8所述的移动站，其中所述下行链路帧基于预编码调整，所述预编码调整基于所述下行链路帧的反馈矩阵。
14.一种无线通信设备，包括：
用于向一个或多个移动站发送包括宣告一个或多个移动站的探测分组的部件，其中发送所述探测分组还包括为所述一个或多个移动站指派反馈调度，其中指派所述反馈调度包括确定关于所述一个或多个移动站中的移动站的反馈的长度；
用于基于所述探测分组从所述一个或多个移动站接收反馈的部件；
用于从所述一个或多个移动站中的移动站接收调制和编码方案信息的部件；以及
用于向所述移动站发送具有基于所述调制和编码方案信息的调制和编码方案的下行链路帧的部件。
15.如权利要求14所述的无线通信设备，其中发送探测分组还包括为所述一个或多个移动站中的移动站指派反馈类型或为所述移动站指派反馈矩阵的维数。
16.如权利要求15所述的无线通信设备，其中：
所述反馈类型包括未压缩信道状态信息反馈、未压缩预编码矩阵反馈或压缩预编码矩阵反馈，并且
所述反馈类型基于来自所述移动站的关于所述移动站支持所述未压缩信道状态信息反馈、未压缩预编码矩阵反馈或压缩预编码矩阵反馈中的哪种反馈类型的信息。
17.如权利要求14所述的无线通信设备，所述反馈的长度基于从所述移动站接收的反馈矩阵的维数以及分配给所述移动站的下行链路流的数量确定。
18.如权利要求14所述的无线通信设备，其中所述调制和编码方案信息基于所述下行链路帧的接收质量。
19.如权利要求14所述的无线通信设备，包括：
用于从所述一个或多个移动站中的移动站接收反馈矩阵的部件，所述反馈矩阵基于所述一个或多个移动站的流的数量确定；以及
用于基于所述反馈矩阵利用预编码调整将下行链路帧发送到所述移动站的部件。
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