CN105357155B - 收发控制信息的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于发送控制信息的方法，该方法包括：从第一收发器接收参考信号；响应于参考信号的接收，基于所接收的参考信号确定多个控制信息；使用块码对所述多个控制信息进行联合编码；使用所选择的调制方案调制经编码的控制信息，以生成多个调制符号；将所选择的序列与所述调制符号相乘，以生成多个相乘序列；将多个相乘序列映射到子帧中的时域和频域的两组资源元素，两组的资源元素中的第一组在频域中位于所述子帧的一个边缘并且在时域中位于的子帧的第一半，而两组的资源元素中的第二组在频域中位于所述子帧的相对边缘并且在时域中位于子帧的第二半；并且将所映射的序列转换成射频信号以进行发送。

Description

收发控制信息的方法和装置
本申请是名称为“无线通信系统中的高效上行链路反馈”申请(申请号：200880009039.2；申请日：2008年3月13日)的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种用于在无线通信系统中控制信道传输的方法和装置，更具体地，涉及一种在无线通信系统中收发控制信息的方法和装置。
背景技术
正交频分复用(OFDM)是用于在频域中复用数据的流行的无线通信技术。
在通信系统中，多路径通信信道导致频率选择性衰落。此外，在移动无线环境中，所述信道也导致时变衰落(time-varying fading)。因此，在采用OFDM的无线移动系统中，除了时域调度外，还可以通过使用频率选择性多用户调度来改善整个系统性能和效率。在频率选择性多用户调度的情况下，可能经历上衰落(upfade)的相邻子载波的集合被分配用于向用户传输。上衰落是其中多路径条件导致无线电信号得到增强的情况。全部带宽被划分为多个子带，且每个子带包括多个相邻的子载波。
在无线通信系统中，结合OFDM技术广泛地使用通常被称为多输入多输出(MIMO)系统的多天线通信系统，以提高系统性能。
在MIMO系统中，发送器和接收器二者均配备有多个天线。因此，发送器能够在同一频带内同时发送独立的数据流。与通过增加带宽或增加整个发送功率来增加吞吐量(例如，每时间单位发送的数据量)的传统方式不同，MIMO技术通过利用由于多个天线而得到的空间域中的额外的自由度来增加无线通信系统的谱效率。因此，MIMO技术可以显著地增加系统的吞吐量和范围(range)。
当发送器和接收器之间的传输信道相对恒定时，可以使用闭环MIMO方案来进一步提高系统性能。在闭环MIMO系统中，接收器向发送器通知关于信道条件的反馈信息。发送器利用该反馈信息连同诸如调度优先级、数据和资源可利用性的其他考虑因素一起，来最优化该传输方案。
普通的闭环MIMO方案是MIMO预编码。利用预编码，要发送的数据流在被传递到发送器中的多个发送天线中之前被预编码，即预先乘以预编码矩阵。
在当代的闭环MIMO预编码方案中，当发送器在向接收器发送数据之前对数据进行预编码时，发送器通过发送携带预编码信息的显式的(explicit)控制信息来向接收器通知诸如预编码矩阵的标识的预编码信息。该方法的重要问题是控制信息无效率地消耗了相当数量的系统资源量，并降低了整个系统的吞吐量和容量。
在基于分组的无线数据通信系统中，所谓的控制信道通常伴随着数据传输。在第三代长期演进(3G LTE)系统中，携带控制信号的控制信道被称为：物理下行链路控制信道(PDCCH)，用于从基站到用户设备个体的传输；或物理上行链路控制信道(PUCCH)，用于从用户设备个体到基站的传输。PDCCH携带诸如用户设备(UE)ID、资源分配信息、有效载荷大小、调制、混合自动重发请求(ARQ)HARQ信息、MIMO相关信息的信息。可以携带通过对控制信息进行计算并通过UE ID掩码而得到的循环冗余校验来代替显式的UE ID。
在PUCCH中携带的来自UE的不同类型的反馈信息总结如下：
·子带CQI信息
·MIMO秩(rank)
·天线/层选择
·MIMO预编码
·关于下行链路数据传输的ACK/NACK
目前，每种类型的反馈控制信息被单独编码或调制以及被发送。这导致了低效传输，原因在于不能采用覆盖多种控制类型的高效编码。此外，如果某种类型的CRC被用于差错检测的目的，则每个控制信息类型需要单独的CRC，这导致过多的开销。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于传输控制信道信息的改进的方法和设备。
本发明的另一个目的是提供一种用于控制信道传输以高效地利用传输资源的改进的方法和设备。
根据本发明的一个方面，一种用于发送控制信道信息的方法可以包括：从第一收发器向第二收发器发送参考信号；响应于所述参考信号的接收，在所述第二收发器处基于所接收的参考信号确定多个控制信道元素(element)；在所述第二收发器处对所述多个控制信道元素进行联合编码以生成控制信号；以及从所述第二收发器向所述第一收发器发送所述控制信号。
所述多个控制信道元素可以包括：子带信道质量指示符、关于多输入和多输出秩和所选择的层的指示符、关于多输入和多输出预编码的指示符、关于肯定应答或否定应答的指示符、以及关于循环冗余校验的指示符。
当所述第一收发器使用4个天线时，可以利用4个比特来形成所述关于多输入和多输出秩和所选择的层的指示符。当所述第一收发器使用2个天线时，所述关于多输入和多输出秩和所选择的层的指示符可以携带2个比特。
该方法还可以包括预设所述关于多输入和多输出秩和所选择的层的指示符。在这种情况下，所述多个控制信道元素可以包括：子带信道质量指示符、格式指示符、关于多输入和多输出预编码的指示符、关于肯定应答或否定应答的指示符、以及循环冗余校验指示符。
该方法还可以包括预设所述关于多输入和多输出预编码的指示符。在这种情况下，所述多个控制信道元素可以包括：子带信道质量指示符、格式指示符、关于多输入和多输出秩和所选择的层的指示符、关于肯定应答或否定应答的指示符、以及循环冗余校验指示符。
该方法还可以包括预设所述子带信道质量指示符。在这种情况下，所述多个控制信道元素可以包括：格式指示符、关于多输入和多输出秩和所选择的层的指示符、关于多输入和多输出预编码的指示符、关于肯定应答或否定应答的指示符、以及循环冗余校验指示符。
可以通过下述步骤来对所述多个控制信道元素进行联合编码：将所选择的尾比特的集合插入到所述多个控制信道元素中；使用所选择的码来编码插入了所述尾比特的控制信道元素；对编码后的控制信道元素进行删余；使用所选择的调制方案调制删余后的控制信道元素，以生成多个等长调制符号；使用调制符号来调制所选择的序列，以生成多个调制序列；将所述多个调制序列映射到可用传输资源中；以及将映射后的符号转换为射频信号。
所选择的码可以是从包括卷积码、截尾卷积码和块码的组中选择出的一种码。
所选择的调制方案可以是从包括四相相移键控(QPSK)、二相相移键控(BPSK)和正交幅度调制(QAM)的组中选择出的一种调制方案。
每个调制序列可以是恒包络零自相关(CAZAC)序列。
可以通过下述步骤将所述多个调制序列映射到可用传输资源中：在时频域(timeand frequency domain)中将所述可用传输资源划分为多个等时宽的资源元素，其中利用多个子载波来形成每个资源元素，并且每个资源元素中的子载波的数量等于所述多个调制序列中的每个调制序列的长度；在时域子帧中选择两个资源元素集合用于控制信道传输，其中所述两个资源元素集合中的资源元素的数量等于所述多个调制序列的数量，其中第一资源元素集合位于该子帧在时频域中的一个边界上，且第二资源元素集合位于该子帧在时频域中的相对边界上；以及将所述多个调制序列映射到所述两个资源元素集合中。
可以通过下述步骤将所述多个调制序列映射到可用传输资源中：在时频域中将所述可用传输资源划分为多个等时宽的资源元素，其中利用多个子载波来形成每个资源元素，并且每个资源元素中的子载波的数量等于所述多个调制序列中的每个调制序列的长度；选择多个连续的时域子帧以用于控制信道传输；在每个时域子帧中选择两个资源元素集合，其中第一资源元素集合位于该子帧在时频域中的一个边界上，且第二资源元素集合位于该子帧在时频域中的另一边界上，并且在每个所选择的子帧中的两个资源元素集合内的资源元素的数量和所述多个调制序列的数量之间的关系通过下式建立：
M＝X×N
其中，M是调制序列的数量，X是所选择的子帧的数量，N是在每个所选择的子帧中的两个资源元素集合内的资源元素的数量；以及将所述多个调制序列映射到所选择的子帧中的所选择的资源元素内。
可以通过下述步骤将所述多个调制序列映射到可用传输资源中：在时频域中将所述可用传输资源划分为多个等时宽的资源元素，其中利用Y个子载波来形成每个资源元素，所述多个调制序列的每个调制序列的长度为Z，且Y/Z＝B，其中B是正整数；在时域子帧中选择两个资源元素集合用于控制信道传输，其中所述两个资源元素集合中的资源元素的数量等于所述多个调制序列的数量，其中第一资源元素集合位于该子帧在时频域中的一个边界上，且第二资源元素集合位于该子帧在时频域中的相对边界上；以及将所述多个调制序列映射到所述两个资源元素集合中，其中每个资源元素对应于B个调制序列。
可替换地，可以通过下述步骤来对所述多个控制信道元素进行联合编码：将所选择的尾比特的集合插入到所述多个控制信道元素中；使用所选择的码来编码插入了所述尾比特的控制信道元素；对编码后的控制信道元素进行删余；使用所选择的调制方案调制删余后的控制信道元素，以生成多个等长调制符号；将所述多个调制符号映射到可用传输资源中；以及将映射后的符号转换为射频信号。
可以通过下述步骤将所述多个调制符号映射到可用传输资源中：在时频域中将所述可用传输资源划分为多个等时宽的资源元素，其中每个资源元素对应于一个子载波；在时域子帧中选择两个资源元素集合用于控制信道传输，其中第一资源元素集合位于该子帧在时频域中的一个边界上，且第二资源元素集合位于该子帧在时频域中的相对边界上，并且在所述子帧中的两个资源元素集合内的资源元素的数量等于所述多个调制符号的数量；以及将所述多个调制符号映射到所述两个资源元素集合中。
根据本发明的另一方面，一种发送器可以被构造为具有：控制信息生成器，生成多个控制元素；尾比特插入单元，将所选择的尾比特的集合插入到所述多个控制信道元素中；编码单元，使用所选择的码来编码所述控制信道元素；删余单元，删余编码后的控制信道元素；第一调制器，使用所选择的调制方案来调制删余后的控制信道元素，以生成多个调制符号；映射单元，将所述多个控制元素映射到可用传输资源中；上变频单元，将映射后的符号转换为射频信号；耦接的至少一个天线，发送所述射频信号。
根据本发明的一个方面，提供一种用于发送控制信息的方法，该方法包括：从第一收发器接收参考信号；响应于参考信号的接收，基于所接收的参考信号确定多个控制信息；使用块码对所述多个控制信息进行联合编码；使用所选择的调制方案调制经编码的控制信息，以生成多个调制符号；将所选择的序列与所述调制符号相乘，以生成多个相乘序列；将多个相乘序列映射到子帧中的时域和频域的两组资源元素，两组的资源元素中的第一组在频域中位于所述子帧的一个边缘并且在时域中位于的子帧的第一半，而两组的资源元素中的第二组在频域中位于所述子帧的相对边缘并且在时域中位于子帧的第二半；并且将所映射的序列转换成射频信号以进行发送。
根据本发明的一个方面，提供一种被配置为传送控制信息的装置，该装置包括：接收器，被配置为从收发器接收参考信号；和控制器，被配置为：响应于参考信号的接收，基于所接收的参考信号确定多个控制信息；使用块码对所述多个控制信息进行联合编码；使用所选择的调制方案调制经编码的控制信息，以生成多个调制符号；将所选择的序列与所述调制符号相乘，以生成多个相乘序列；将多个相乘序列映射到子帧中的时域和频域的两组资源元素，其中两组的资源元素中的第一组在频域中位于所述子帧的一个边缘并且在时域中位于子帧的第一半，而两组的资源元素中的第二组在频域中位于所述子帧的相对边缘并且在时域中位于子帧的第二半；并且将所映射的序列转换成射频信号以进行发送。
根据本发明的一个方面，提供一种被配置为接收控制信息的装置，该装置包括：发送器，被配置为将参考信号发送给收发器；和接收器，被配置为从收发器接收控制信号，其中所述控制信号通过以下操作来生成：响应于参考信号的接收，基于所接收的参考信号确定多个控制信息；使用块码对所述多个控制信息进行联合编码；使用所选择的调制方案调制经编码的控制信息，以生成多个调制符号；将所选择的序列与所述调制符号相乘，以生成多个相乘序列；将多个相乘序列映射到子帧中的时域和频域的两组资源元素，其中两组的资源元素中的第一组在频域中位于所述子帧的一个边缘并且在时域中位于子帧的第一半，而两组的资源元素中的第二组在频域中位于所述子帧的相对边缘并且在时域中位于子帧的第二半；并且将所映射的序列转换成射频信号以进行发送。
附图说明
当结合附图进行考虑时，随着通过参照下面的详细说明本发明变得更好理解，对本发明的更全面的理解和其许多附加优点将显而易见，在附图中，相似的参考符号指代相同或类似的元件，其中：
图1是适合于实践本发明的原理的正交频分复用(OFDM)收发器链的图示；
图2是用于离散傅立叶变换(DFT)扩展正交频分复用系统的发送器和接收器的框图；
图3示出用于OFDM系统中的频率选择性多用户调度和频率分集的子载波分配方案；
图4示出OFDM系统中的频率选择性调度的例子；
图5是适合于实践本发明的原理的多输入多输出(MIMO)系统的图示；
图6是适合于实践本发明的原理的单码字MIMO方案的图示；
图7是适合于实践本发明的原理的多码字MIMO方案的图示；
图8A和图8B是在适合于实践本发明的原理的预编码MIMO系统中预编码的例子；
图9是适合于实践本发明的原理的在不同子带上MIMO预编码的例子的图示；
图10是适合于实践本发明的原理的在不同子带上MIMO秩的例子的图示；
图11是适合于实践本发明的原理的、用于2×2MIMO系统的、在不同子带上的MIMO层排序的例子的图示；
图12是单载波频分多址(SC-FDMA)收发器链的图示；
图13是SC-FDMA系统中的用于控制信道的资源分配方案；
图14示出根据本发明原理的第一实施例的用于联合编码反馈信息的方法；
图15示出用于4-传输天线情况的秩和所选择的层指示符的例子；
图16示出根据本发明原理的第二实施例的用于联合编码反馈信息的方法；
图17示出根据本发明原理的第二实施例的用于联合编码反馈信息的具体例子；
图18示出根据本发明原理的第三实施例的用于将控制信道信息映射到传输资源中的方法；
图19示出用于相干(coherent)发送的方法和用于相干接收的方法；
图20示出根据本发明原理的第四实施例的用于将控制信道信息映射到传输资源中的方法；
图21示出根据本发明原理的第五实施例的用于将控制信道信息映射到传输资源中的方法；
图22示出根据本发明原理的第六实施例的用于将控制信道信息映射到传输资源中的方法；
图23示出根据本发明原理的第七实施例的用于将控制信道信息映射到传输资源中的方法；
图24示出用于非相干发送的方法和用于非相干接收的方法；以及
图25示出根据本发明原理的第八实施例的用于将控制信道信息映射到传输资源中的方法。
具体实施方式
图1示出正交频分复用(OFDM)收发器链。在使用OFDM技术的通信系统中，在发送器链110，控制信号或数据111被调制器112调制，并被串/并(S/P)转换器113串并转换。逆快速傅立叶变换(IFFT)单元114用于将信号从频域变换到时域。由循环前缀(CP)插入单元116将循环前缀(CP)或零前缀(ZP)添加到每个OFDM符号，以避免或减轻由于多路径衰落而导致的影响。从而，通过诸如天线(未示出)的发送器(Tx)前端处理单元117或可替换地通过固定线路或线缆发送信号。在接收器链120，假设获得了理想的时间和频率同步，由CP去除单元122处理接收器(Rx)前端处理单元121接收的信号。快速傅立叶变换(FFT)单元124将所接收的信号从时域变换到频域，以用于进一步的处理。
OFDM系统中的总带宽被划分为称作子载波的窄带频率单元。子载波的数量等于系统中使用的FFT/IFFT的大小N。通常，因为在频谱边界处的某些子载波被保留作为保护子载波，所以用于数据的子载波的数量小于N。一般来说，在保护子载波上不发送信息。
在DFT扩展OFDM系统中，首先由QAM调制器131来调制要发送的数据。如图2所示，在经QAM调制的符号在被映射到IFFT单元135之前，通过FFT单元133对其进行FFT预编码。随后的信号处理过程类似于图1中所示的例子中的发送器，因此省略了对其的解释。在接收器，在FFT单元143的FFT操作之前，类似于图1中所示的接收器中的操作来处理所接收的信号。在FFT操作之后，由频域均衡(FDE)单元145来执行频域均衡。然后，由IFFT单元147对均衡后的符号执行IFFT操作，以获得数据调制符号。
在通信链路中，多路径通信信道导致频率选择性衰落。此外，在移动无线环境中，该信道也导致时变衰落。因此，在采用基于OFDM/DFT-扩展-OFDM接入的无线移动系统中，除了时域调度外，还可以通过使用频率选择性多用户调度来提高整个系统的性能和效率。在频率选择性多用户调度的情况下，可能经历上衰落的相邻子载波的集合被分配用于向用户传输。上衰落是其中多路径条件导致无线电信号得到增强的情况。全部带宽被划分为多个子带，且每个子带包括多个相邻的子载波。如图3所示，子载波f1、f2、f3和f4被归组到子带201中，以用于以频率选择性多用户调度模式向用户传输。频率选择性多用户调度通常对于可以其跟踪信道质量的低移动性用户有利。
在图4中示出了OFDM系统中的平(flat)和频率选择性调度的例子。如图4所示，用户1的信号质量在边界资源块RB#1、RB#2、RB#3、RB#8、RB#9、RB#10、RB#11和RB#12周围更好，且用户2的信号质量在中间资源块RB#4、RB#5、RB#6和RB#7周围更好。如果在边界资源块处调度用户1且在中间资源块处调度用户2，则可以提高信号质量。需要来自用户设备(UE)的每子带信道质量指示(CQI)反馈，以使得能够进行频率选择性多用户调度。
多输入多输出(MIMO)方案使用多个发送天线和多个接收天线来提高无线通信信道的容量和可靠性。MIMO系统保证容量随K线性增加，其中K是发送天线数量(M)和接收天线数量(N)中的最小值，即K＝min(M，N)。在图5中示出4×4MIMO系统的简化例子。在该例子中，从4个发送天线分别发送4个不同的数据流。在4个接收天线处接收所发送的信号。对所接收的信号执行某种形式的空间信号处理，以恢复4个数据流。空间信号处理的例子是使用连续干扰删除原理来恢复所发送的数据流的贝尔实验室垂直分层空时码(vertical BellLaboratories Layered Space-Time，V-BLAST)。MIMO方案的其他变型包括跨发送天线执行某类空时编码(例如，贝尔实验室对角分层空时码(diagonal Bell Laboratories LayeredSpace-Time，D-BLAST))的方案以及诸如空分多址(SDMA)的波束成形方案。
MIMO信道估计包括估计关于从每个发送天线到每个接收天线的链路的信道增益和相位信息。因此，用于M×N MIMO系统的信道包括N×M矩阵：
其中，aij表示从发送天线j到接收天线i的信道增益。为了使得能够估计MIMO信道矩阵的元素，从每个发送天线发送单独的导频。
在图6中给出单码字MIMO方案的例子。在单码字MIMO传输的情况下，循环冗余校验(CRC)152被添加到单个数据流151，然后依序执行编码153和调制154。然后，经编码和调制的符号被去多路复用155，以便经由多个天线156传输。
在如图7所示的多码字MIMO传输的情况下，数据流161被去多路复用162为更小的流块。各个CRC 163被附加到这些更小的流块，然后对这些更小的流块执行单独的编码164和调制165。然后，经由单独的MIMO天线166发送这些更小的块。应当注意，在多码字MIMO传输的情况下，可以对各个流中的每个流使用不同的调制和编码，这导致所谓的PARC(每天线速率控制(per antenna rate control))方案。此外，因为可以在从总信号(overallsignal)中删除码字之前对每个码字执行CRC校验，所以多码字传输允许更高效的后解码和干扰删除。以此方式，仅删除正确接收的码字，以避免删除处理中的任何干扰传播。
当发送器和接收器之间的传输信道相对恒定时，可以使用闭环MIMO方案来进一步提高系统性能。在闭环MIMO系统中，接收器向发送器通知关于信道条件的反馈信息。发送器利用该反馈信息连同诸如调度优先级、数据和资源可利用性的其他考虑因素一起，来最优化传输方案。
普通的闭环MIMO方案是MIMO预编码。利用预编码，要发送的数据流在被传递到发送器中的多个发送天线之前被预编码，即预先乘以预编码矩阵。
在图8A和图8B中示出在将数据流映射到物理天线之前采用酉阵预编码(unitarypre-coding)的可选预编码协议。该可选预编码在预编码之前创建虚拟天线(VA)集合171。在这种情况下，码字中的每一个可能通过所有的实际发送天线172发送。在2个发送天线172情况下的酉阵预编码矩阵的两个例子P1和P2可以是：
假设在给定时间分别通过流1和流2发送调制符号S1和S2。然后，如图8A所示的例子中的利用矩阵P1预编码后的调制符号T1和如图8B所示的例子中的利用矩阵P2预编码后的调制符号T2可以被分别写成如下：
因此，当如图8A所示使用预编码矩阵P1进行预编码时，将分别经由天线1和天线2发送符号和类似地，当如图8B所示使用预编码矩阵P2进行预编码时，将分别经由天线1和天线2发送符号和应当注意，在如图8A和图8B所示的IFFT操作之前在OFDM子载波级别(level)上进行预编码。
MIMO预编码的例子是基于傅立叶的预编码。傅立叶矩阵是具有如下给出的项的N×N方阵：
PN＝ej2πmn/N m,n＝0,1,…(N-1)……(4)
2×2傅立叶矩阵可以被表示为：
类似地，4×4傅立叶矩阵可以被表示为：
可以按照如下给出的那样通过在傅立叶矩阵中引入移位(shift)参数(g/G)来定义多个预编码矩阵：
可以通过取G＝4来定义4个2×2傅立叶矩阵的集合。其中g＝0、1、2和3的这4个2×2矩阵被写为：
在从基站到用户设备(UE)的传输路径、即下行链路传输中，一般依赖于由用户设备发送到基站的预编码反馈信息来确定预编码矩阵。预编码反馈信息通常包括预编码矩阵标识(precoding-matrix identity)。
当OFDM系统中的全部带宽被划分为多个子带时，其中每个子带为连续子载波的集合，由于OFDM系统中的频率选择性衰落，所以对于不同子带(SB)的最佳预编码可以不同，如图9中示出的例子所示。在图9中，不同的SB使用不同的预编码矩阵。包括连续的OFDM子载波1至64的子带1(SB1)使用预编码矩阵包括连续的OFDM子载波65至128的SB2使用预编码矩阵等等。因此，以子带为基础发送预编码反馈信息。而且，由于反馈误差，基站也需要向用户设备通知在所发送的子带上使用的预编码信息。这导致下行链路中的额外的信令开销。
除了预编码信息以外，另一种形式的反馈信息是秩(rank)信息、即MIMO层的数量。MIMO层是能够携带数据符号的空间信道。众所周知，即使当系统能够支持4×4MIMO时，秩-4(4个MIMO层)的传输也不总是令人满意的。由UE经历的MIMO信道一般限制了能够用于传输的最大秩。通常，对于系统中比较弱的用户来说，从吞吐量的观点来看，与更高秩的传输相比，更低秩的传输是首选的。而且，由于频率选择性衰落，最佳秩对于不同的子带可能不同。如图10中的例子所示，SB1使用秩-1传输；SB2使用秩-2传输；等等。因此，UE需要以子带为基础在反馈信息中包括秩信息。此外，由于可能有反馈错误(feedback error)，所以基站另外需要在不同子带上指示所发送的MIMO秩。秩信息也可以对于子带是公共的，即对于所有子带报告单一秩值。在任何情况下，这都导致下行链路中的额外开销。
再一种形式的MIMO反馈信息是层排序(layer ordering)信息。在图11的例子中，对于SB1、SB2、SB4、SB5和SB8的层次序(layer order)是层2、然后是层1；而对于SB3、SB6和SB7的层次序是层1、然后是层2。层排序信息一般由UE发送，并也由基站在下行链路上的控制信令中指示。层的排序可以基于它们所经历的信道质量或其他类似的准则。
适用于MIMO和非MIMO情形二者的另一种形式的MIMO反馈信息是所选择的用于传输的子带。在这种情况下，仅对于所选择的子带提供诸如预编码、秩、所选择的层的ID和层排序的MIMO反馈信息。然而，在这种情况下，UE和基站二者都需要用信号告知关于所选择的子带的信息。
LTE系统中的物理上行链路控制信道(PUCCH)通常使用CAZAC Zadoff-Chu(ZC)序列。长度为N的Zadoff-Chu(ZC)序列被定义为：
其中，序列索引p与N是互质数(即，p和N唯一的公约数是1)。对于固定的p，Zadoff-Chu(ZC)序列具有理想的周期性自相关特性(即，对于除0以外的所有时间移位(timeshift)，周期性自相关为0)。对于不同的p，ZC序列并不正交，但是表现出低的互相关。如果序列长度N被选择为质数，则不管时间移位为何，存在任何两个序列之间的周期性互相关为的N-1个不同序列。
总之，利用Zadoff-Chu序列，如果N是质数，则可获得具有固定的周期性互相关的N-1个不同序列以用作前导码。此外，每个序列具有理想的周期性自相关特性。
利用单载波调制和频域均衡的单载波频分多址(SC-FDMA)是具有类似于OFDMA系统的性能和复杂度的技术。由于其固有的单载波结构，所以SC-FDMA的一个优点在于SC-FDMA信号具有较低的峰均功率比(peak-to average power ratio，PAPR)。低PAPR通常导致功率放大器的高效率，这对于上行链路传输中的移动站来说特别重要。SC-FDMA被选择作为3GPP长期演进(LTE)中的上行链路多址接入方案。在图12中示出用于SC-FDMA的收发器链的例子。在发送器侧，数据或控制信号被串并(S/P)转换器181串并转换。在由子载波映射单元183将时域数据映射到子载波集合之前，由离散傅里叶变换(DFT)变换器182对时域数据或控制信号应用离散傅里叶变换。为了确保低PAPR，通常在频域中输出的DFT将被映射到连续子载波的集合。然后，将由IFFT变换器184来应用通常大小(size)比DFT大小大的IFFT，以将信号变换回时域。在并串(P/S)转换器185的并串转换之后，将由循环前缀(CP)插入单元186在数据或控制信号被发送到发送前端处理单元187之前将循环前缀添加到数据或控制信号上。具有被添加了循环前缀的处理后的信号通常被称作SC-FDMA块。当信号通过例如无线通信系统中的多路径衰落信道的通信信道188之后，接收器将通过接收器前端处理单元191执行接收器前端处理、通过CP去除单元192去除CP、通过FFT变换器194应用FFT、并进行频域均衡。在频域中将均衡后的信号去映射195之后，将应用逆离散傅立叶变换(IDFT)196。IDFT的输出将被传递用于诸如解调和解码的进一步的时域处理。
在图13中示出用于LTE SC-FDMA系统中的PUCCH的资源分配的例子。波段(band)边界处的资源被分配给控制信道。因为移动站在给定时间仅在连续的频带之内进行发送，所以用于上行链路控制的每个资源信道在子帧内两个时隙上从波段的一个边界跳跃到波段的另一个边界，以便在保持单载波传输特性的同时获得频率分集。在不存在上行链路数据传输的情况下，在这些资源信道中的一个信道上发送肯定应答(Acknowledgement，ACK)信道。在存在上行链路数据传输的情况下，在分配给那个移动站的资源块内ACK和其他上行链路控制信道可以与该数据传输多路复用。
来自UE的不同类型的反馈信息被总结如下：
●子带CQI信息
●MIMO秩
●天线/层选择
●MIMO预编码
●关于下行链路数据传输的ACK/NACK
在当代的传输方案中，每种类型的反馈控制信息被单独编码/调制以及被发送。因为不能采用覆盖多种控制类型的有效编码，所以这导致了低效传输。此外，如果某类CRC被用于差错检测的目的，则每个控制信息类型需要单独的CRC，这导致了过多的开销。
在本发明中，我们描述了一种对来自UE的不同类型的反馈信息进行联合编码的方案，如图14所示。格式(format)字段指示每个字段的长度以及是否存在给定子段。例如，ACK/NACK反馈可以仅在接收到来自基站的下行链路传输时存在，并且ACK或NACK消息需要在发送反馈控制信息时发送。类似地，在某些情况下，一个反馈信息比其他反馈信息变化大。在这种情况下，适合反馈经历较大δ(delta)变化的信息。例如，在某些情况下，可以更新CQI信息而不提供关于MIMO预编码的信息。在其他例子中，可以提供MIMO预编码信息而不更新CQI信息。要注意的是，图14中示出的消息字段是为了说明的目的。本发明必然涵盖对图14中示出的字段的子集进行联合编码的方案、以及对可能包括未在图14中示出的字段的多个消息字段进行联合编码的方案。
当不同类型的信息被一起编码时，还可以更高效地发送控制信息。如图15所示，秩和所选择的层信息被合并到单个字段中。对于4个发送天线(天线1、2、3和4)MIMO传输的情况，为MIMO秩和层选择指示提供总共4比特(bit)反馈(4+6+4+1＝15种组合)。具体而言，为秩-1传输提供4种组合(组合0-3)；为秩-2传输提供6种组合(组合4至9)；为秩-3传输提供4种组合(组合10-13)；并且为秩-4传输提供1种组合(组合14)。在两个发送天线的情况下，MIMO秩和层选择指示仅需要2比特。
根据本发明原理的第一实施例，表1列出11种可能的物理上行链路控制信道(PUCCH)格式。PUCCH可以包含7个字段：“格式”、“子带CQI”、“MIMO秩和所选择的层”、“MIMO预编码”、“ACK/NACK”、“保留”和“CRC”。PUCCH可以具有总共5种可能的有效载荷大小，即60、43、36、27和16比特。我们假设当定义总带宽上有一(1)个、五(5)个或十(10)个子带时UE提供反馈。对于10个子带的情况，第一可能控制信道、即控制信道1携带子带CQI和基于子带的MIMO预编码信息。对于控制信道1的总有效载荷大小是60比特。对于10个子带的情况，控制信道2携带子带CQI而不携带MIMO信息。如果我们假设MIMO秩信息对于子带是公共的，则PUCCH没有必要携带关于MIMO秩和所选择的层的信息。因此，在字段“MIMO秩和所选择的层”中的比特数可以是零(0)。对于控制信道2的有效载荷大小是36比特。对于10个子带的情况，控制信道3携带MIMO信息而不携带CQI信息。对于控制信道3的有效载荷大小是36比特。UE可以交替发送控制信道2和控制信道3，以向节点B(即基站)提供关于子带CQI和基于子带的预编码二者的信息。1比特格式指示告诉节点B在给定时间携带哪个信息。与UE使用控制信道1来发送子带CQI和子带预编码信息二者的情况相比，控制信道2和控制信道3的这种交替发送允许UE以更低的功率进行发送。因为存在1比特格式指示，所以节点B不需要在控制信道2和控制信道3之间盲解码。
对于10个子带的情况，当UE反馈具有公共MIMO预编码信息的子带CQI时使用控制信道4。对于5个子带的情况，当UE反馈子带CQI也反馈基于子带的MIMO预编码MIMO信息时使用具有相同有效载荷大小(即43比特)的控制信道7。1比特格式指示符在信道编号5和7之间进行区分。
控制信道5、6、8和9具有相同的27比特有效载荷大小，并且以2比特格式指示符字段来区分。例如，当UE反馈平均CQI和在单个子带情况中有效的公共预编码时使用控制信道5。
剩余的两个控制信道、即控制信道10和控制信道11用于平均CQI反馈且无MIMO预编码。控制信道编号10和11之间的区别在于10不携带ACK/NACK字段。信道编号11携带2比特ACK/NACK字段和降低粒度的3比特CQI字段。这两个控制信道均携带总共16比特。
在此处未描述的其他实施例中，可以定义携带平均CQI和子带预编码的其他PUCCH格式。也可以在PUCCH中添加诸如上行链路资源请求的其他字段，因此创建另外的控制格式。此外，当不期望ACK/NACK时，2比特ACK/NACK字段可以被用于其他目的，诸如发送资源请求等。类似地，当使用2发送天线MIMO时，MIMO秩和层选择字段仅需要2比特，因此剩余的2比特可以被用于其他类型的上行链路反馈或使得更多的比特可用于诸如CQI字段的某些字段。
表1：上行链路PUCCH控制信道格式
在根据本发明原理的第二实施例中，如图16所示，PUCCH首先被传送到尾比特(tail bit)插入单元210中。尾比特是添加到数据块的末端以将卷积编码器212重置到预先定义的状态的固定比特序列。然后，通过卷积编码器212利用卷积码对PUCCH进行编码。由删余(puncturing)/重复单元214按照需要对编码后的信息进行删余。在由S/P转换单元216进行了S/P转换之后，由调制器218使用四相相移键控(QPSK)调制对信息进行调制。恒包络零自相关(CAZAC)序列调制器220使用CAZAC序列进一步调制该复数调制符号。CAZAC序列被用作例子，且利用其他序列的调制也是可以的。由FFT变换器222对经调制的CAZAC序列执行FFT操作，结果得到的样本由映射单元224映射到IFFT 226的输入处的PUCCH子载波资源。在添加了循环前缀之后，结果得到的信号被上变频单元228上变频到RF，且经由至少一个天线而发送。应当注意，可以使用除QPSK之外的其他调制形式，例如二相相移键控(BPSK)和16-正交幅度调制(QAM)。而且，可以使用除卷积码之外的编码方案，例如截尾(tail-biting)卷积码或各种块码。此外，可以跳过该处理中的一个或多个步骤。例如，在某些实施例中，调制符号可以被直接FFT预编码并映射到物理资源，而无需CAZAC序列调制。在另一实施例中，例如可以跳过FFT预编码操作。
在图17所示的根据本发明原理的示范实施例中，8个尾比特被添加到36比特的PUCCH信息，且以1/3编码率对信息进行卷积编码。这得到总共132个编码比特。在下一步骤中，删余36个比特，提供96个编码比特。这96比特经QPSK调制后得到48个复数调制符号。每个复数调制符号进一步调制CAZAC序列，结果得到的48个序列被映射到48个物理资源元素。
根据本发明原理的第三实施例，在图18中示出了PUCCH物理资源映射的例子。在本发明的第三实施例中，假设使用QPSK的相干调制。如图19所示，在相干发送的情况下，利用调制符号对CAZAC序列进行调制，并且发送导频或参考信号以辅助接收器处的信道估计。在相干接收的情况下，基于所接收的导频或参考信号执行信道估计。然后，信道估计用于执行对所接收的PUCCH数据符号的频域均衡(FDE)。在FDE输出处的均衡后的调制样本通过所使用的CAZAC序列进行解调，以得到所发送的PUCCH数据调制符号。在使用QPSK的相干调制中，单个序列可以携带2比特。关于PUCCH的映射，资源元素(RE)被定义为单个SC-FDMA块或OFDM符号上的1个RB。在图18的例子中，PUCCH被映射到四十八(48)个RE，也就是说，在十二(12)个SC-FDMA块中通过四(4)个RB来发送PUCCH。每个QPSK符号调制长度为十二(12)的CAZAC序列，且每个经调制的CAZAC序列被映射到一个RE(12个子载波)。
在图20中示出的根据本发明原理的第四实施例中，PUCCH被映射到4个子帧，每个子帧中使用1个RB。每个CAZAC序列的长度为12，并且被映射到12个子载波。在一个子帧中存在12个SC-FDMA块。因此，在一个子帧中携带12个CAZAC序列。每个子帧携带12个经调制的CAZAC序列，即4个子帧携带48个经调制的CAZAC序列。这允许在PUCCH的传输期间使用某种时间分集。此外，对于更小的带宽，RB的总数很小，因此在时间上扩展PUCCH允许每子帧使用较少数量的RB。
在根据本发明原理的第五实施例中，可以使用不同长度的CAZAC序列。例如，图21示出其中使用长度为6的CAZAC序列的情况。在该情况下，通过2个资源块(RB)、即通过24个资源元素发送总共48个经调制的CAZAC序列。在该情况下，包含12个子载波的每个资源元素包含每个长度为6的2个CAZAC序列。
在图22中示出的根据本发明原理的第六实施例中，在12个SC-FDMA块中PUCCH被映射到4个子载波，而没有CAZAC序列调制。4个子载波在12个SC-FDMA块中提供48个子载波，用于携带来自PUCCH的48个QPSK调制符号。
在图23中示出的根据本发明原理的第七实施例中，通过12个SC-FDMA块中的二百五十六(256)个子载波来发送多个长度为256的CAZAC序列、即256个可能的CAZAC序列。这256个可能的CAZAC序列中的每个具有256个元素。与先前的实施例不同，该第七实施例使用非相干传输。如图24所示，在非相干发送的情况下，CAZAC序列被映射到IFFT输入处的子载波。当使用FFT预编码时，在FFT的输入处映射CAZAC序列且FFT输出处的样本被映射到IFFT输入处的子载波。在非相干接收的情况下，接收器利用所预期的所有可能的CAZAC序列对所接收的频域样本执行相关操作。然后，基于门限判据(threshold criterion)对所接收的CAZAC序列做出判决。因为接收到来自多个可能序列中的单个序列，所以所接收的序列指示PUCCH的信息比特。因为28＝256，所以可以由8比特信息来表示256个可能的CAZAC序列中的每个。在256个CAZAC序列中，选择单个序列以在12个SC-FDMA块的每个中进行发送。这允许在每个SC-FDMA块中携带8比特，即在这12个SC-FDMA块中总共携带96个编码比特(12×8＝96)。应当注意，在这种情形下，可以对所发送的序列执行非相干检测，而无需与PUCCH一起发送导频或参考信号。
在图25中示出的根据本发明原理的第七实施例中，通过十二(12)个SC-FDMA块的每个中的32个子载波发送2个长度为16的CAZAC序列、即16个可能的CAZAC序列。在16个CAZAC序列中，使用每个SC-FDMA块中的16个子载波来发送单个序列。这允许在每个SC-FDMA块中的每16个子载波中携带4比特。因此，在12个SC-FDMA块中的32个子载波内可以携带总共96个编码比特(12×2×4＝96)。应当注意，在这种情形下，可以对所发送的序列执行非相干检测，而无需与PUCCH一起发送导频或参考信号。
在LTE系统中也被称为e节点B(e-Node B)的基站可以配置UE能够使用什么PUCCH信道。在e节点B允许UE使用表1中列出的所有可能的PUCCH格式的情况下，在e节点B需要用于5种有效载荷大小的总共5种盲解码。然而，因为支持总共11种不同的PUCCH实际格式，并且使用1或2比特格式字段来区分某些格式，因此不需要另外的盲解码。
应当注意，在CRC失败时，当发送与其他信息联合编码的ACK/NACK时，e节点B应当将那时发送的任何ACK/NACK解释为NACK信号。
在其中额外的SC-FDMA块被用于诸如探测参考信号(sounding referencesignal，RS)的其他目的的情况下，可以执行对编码符号的额外删余或者可以将更大数量的RB或子载波分配给PUCCH。

Claims (10)

1.一种由用户设备UE发送控制信息的方法，该方法包括：
从第一收发器接收参考信号；
响应于参考信号的接收，基于所接收的参考信号确定多个控制信息；
使用块码对所述多个控制信息进行联合编码；
使用所选择的调制方案调制经编码的控制信息，以生成多个调制符号；
将所选择的序列与所述调制符号相乘，以生成多个相乘序列；
将多个相乘序列映射到子帧中的时域和频域的两组资源元素，两组的资源元素中的第一组在频域中位于所述子帧的一个边缘并且在时域中位于的所述子帧的第一时隙，而两组的资源元素中的第二组在频域中位于所述子帧的相对边缘并且在时域中位于所述子帧的第二时隙；并且
将所映射的序列转换成射频信号以进行发送，
其中所述控制信息是信道质量信息(CQI)、预编码矩阵指示(PMI)和秩指示(RI)中的至少一个。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
将所述多个相乘序列映射到所述两组资源元素，其中，所述多个相乘序列的数量等于所述两组资源元素中的资源元素的数量。
3.如权利要求1所述的方法，还包括：选择要被映射到所述两组资源元素中的第一组的相乘序列的子集，
其中所述相乘序列的被选子集中的相乘序列被映射到所述两组资源元素中的第一组，其中所述被选子集中的相乘序列的数量等于所述两组资源元素中的第一组中的资源元素的数量。
4.如权利要求1所述的方法，其中每一个资源元素以一定数量的子载波来形成，其中所述载波的数量是被选序列的长度的整数倍。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述资源元素是可用传输资源中包括的等时宽的资源元素。
6.一种在基站接收控制信息的方法，该方法包括：
将参考信号通过收发器发送给用户设备UE；和
通过所述收发器从UE接收包括控制信息的控制信号，其中所述控制信号是在UE通过以下操作来生成的：
响应于参考信号的接收，基于所接收的参考信号确定多个控制信息；
使用块码对所述多个控制信息进行联合编码；
使用所选择的调制方案调制经编码的控制信息，以生成多个调制符号；
将所选择的序列与所述调制符号相乘，以生成多个相乘序列；
将多个相乘序列映射到子帧中的时域和频域的两组资源元素，其中两组的资源元素中的第一组在频域中位于所述子帧的一个边缘并且在时域中位于所述子帧的第一时隙，而两组的资源元素中的第二组在频域中位于所述子帧的相对边缘并且在时域中位于所述子帧的第二时隙；并且
将所映射的序列转换成射频信号以进行发送,
其中所述控制信息是信道质量信息(CQI)、预编码矩阵指示(PMI)和秩指示(RI)中的至少一个。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述控制信号是通过以下操作来生成的：将所述多个相乘序列映射到所述两组资源元素，其中所述多个相乘序列的数量等于所述两组资源元素中的资源元素的数量。
8.如权利要求6所述的方法，其中所述控制信号是通过以下操作来生成的：选择要被映射到所述两组资源元素中的第一组的相乘序列的子集，
其中所述相乘序列的子集中的相乘序列被映射到所述两组资源元素中的第一组，其中所述被选子集中的相乘序列的数量等于所述两组资源元素中的第一组中的资源元素的数量。
9.如权利要求6所述的方法，其中每一个资源元素以一定数量的子载波来形成，其中所述子载波的数量是被选序列的长度的整数倍。
10.如权利要求6所述的方法，其中所述资源元素是可用传输资源中包括的等时宽的资源元素。
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