CN105453451A - 大规模mimo方案的天线合并 - Google Patents

Abstract

在此公开中，提供一种用于天线合并以满足大规模MIMO系统的导频要求的方法及其装置。从用户设备(UE)的角度来看，UE经由UE的多个天线中的每个发送第一导频信号，并且从基站接收天线合并信息。在此，天线合并信息基于第一导频信号将多个天线合并成一个或者多个天线组，并且正交序列中的每个被分配给天线组中的每个。UE使用用于天线组的每个的被分配的正交序列来发送第二导频信号。第二导频信号能够被用于估计从基站到UE的下行链路信道。

Description

大规模MIMO方案的天线合并

技术领域

本发明涉及无线通信系统，并且更具体地，涉及用于满足大规模MIMO系统的导频要求的天线合并的方法及其装置。

背景技术

作为本发明可适用到的无线通信系统的示例，将示意地描述第三代合作伙伴计划(3GPP)长期演进(LTE)通信系统。

图1是示出作为无线通信系统的示例的演进的通用移动电信系统(E-UMTS)的网络结构的示意图。E-UMTS是传统UMTS的演进的形式，并且已经在3GPP中被标准化。通常，E-UMTS也可以称作LTE系统。对于UMTS和E-UMTS的技术规范的细节，参考“3rdGenerationPartnershipProject；TechnicalSpecificationGroupRadioAccessNetwork(第三代合作伙伴计划；技术规范组无线电接入网络)”的版本7和版本8。

参考图1，E-UMTS包括用户设备(UE)、演进的节点B(e节点B或者eNB)和接入网关(AG)，该接入网关(AG)位于演进的UMTS陆地无线电接入网络(E-UTRAN)的端部处，并且连接到外部网络。eNB可以同时地发送用于广播服务、多播服务和/或单播服务的多个数据流。

每eNB可以存在一个或多个小区。小区被设置为在诸如1.25、2.5、5、10、15和20MHz带宽的一个中操作，并且在该带宽中将下行链路(DL)或者上行链路(UL)传输服务提供给多个UE。不同的小区可以被设置为提供不同的带宽。eNB控制到多个UE的数据传输或者来自多个UE的数据接收。eNB将DL数据的DL调度信息发送给相应的UE，以便通知UE假设要发送DL数据的时间/频率域、编译、数据大小和混合自动重传请求(HARQ)相关的信息。此外，eNB将UL数据的UL调度信息发送给相应的UE，以便通知UE可以被UE使用的时间/频率域、编译、数据大小和HARQ相关的信息。可以在eNB之间使用用于发送用户业务或者控制业务的接口。核心网(CN)可以包括用于UE的用户注册的AG和网络节点等。AG基于跟踪区(TA)来管理UE的移动性。一个TA包括多个小区。

虽然基于宽带码分多址(WCDMA)，无线通信技术已经被开发至LTE，但是用户和服务提供商的需求和期待在上升。此外，考虑到正在发展中的其他无线电接入技术，需要新的技术演进以确保在未来具有高的竞争性。需要每比特成本的降低、服务可利用性的提高、频带的灵活使用、简化的结构、开放接口、UE的适当功率消耗等。

发明内容

技术问题

因此，本发明涉及一种用于大规模MIMO系统的天线合并的方法及其装置，其在实质上消除由于现有技术限制和缺点而造成的一个或多个问题。

在下面的描述中将部分地阐述本发明的附加优点、目的和特点，对于本领域普通的技术人员在参阅以下内容时部分地将变得显而易见或者可以从本发明的实践中获悉。通过尤其在所写的说明书和此处的权利要求以及所附的附图中指出的结构，可以实现和获得本发明的目的和其他优点。

技术解决方案

为了实现这些目的和其他优点并且根据本发明的用途，如在此处具体化和广泛地描述的，提供一种用于在采用大规模MIMO(多输入多输出)方案的无线通信系统中用户设备(UE)操作的方法。该方法包括：经由UE的多个天线中的每个发送第一导频信号；从基站接收天线合并信息，其中天线合并信息基于第一导频信号将多个天线合并成一个或者多个天线组，其中正交序列中的每个被分配给天线组中的每个；以及使用用于天线组的每个的被分配的正交序列来发送第二导频信号，其中第二导频信号被用于估计从基站到UE的下行链路信道。

在本发明的另一方面中，提供一种用于基站在采用大规模MIMO(多输入多输出)方案的无线通信系统中操作的方法。该方法包括：经由用户设备(UE)的多个天线中的每个接收第一导频信号；将天线合并信息发送给UE，其中天线合并信息基于接收到的第一导频信号将UE的多个天线合并成一个或者多个天线组，其中正交序列中的每个被分配给天线组中的每个；接收通过使用用于天线组的每个的被分配的正交序列所产生的第二导频信号；基于接收到的第二导频信号来估计从基站到UE的下行链路信道。

在本发明的另一方面中，提供一种在采用大规模MIMO(多输入多输出)方案的无线通信系统中操作的用户设备(UE)。该UE包括：多个天线；收发器，该收发器被配置成经由多个天线发送和接收信号；以及处理器，该处理器被连接到收发器并且控制收发器，其中处理器被配置成经由多个天线中的每个发送第一导频信号，从基站接收天线合并信息，其中天线合并信息基于第一导频信号将多个天线合并成一个或者多个天线组，其中正交序列中的每个被分配给天线组中的每个，并且使用用于每个天线组的被分配的正交序列来发送第二导频信号，其中第二导频信号被用于估计从基站到UE的下行链路信道。

在本发明的另一方面中，提供一种在采用大规模MIMO(多输入多输出)方案的无线通信系统中操作的基站。该基站包括：多个天线；收发器，该收发器被配置成经由多个天线发送和接收信号；以及处理器，该处理器被连接到收发器并且控制收发器，其中处理器被配置成接收经由用户设备(UE)的多个天线中的每个发送的第一导频信号；将天线合并信息发送到UE，其中天线合并信息基于接收到的第一导频信号将UE的多个天线合并成一个或者多个天线组，其中正交序列中的每个被分配给天线组中的每个；接收通过使用用于每个天线组的每个的被分配的正交序列所产生的第二导频信号；以及基于接收到的第二导频信号来估计从基站到UE的下行链路信道。

在上面的发明中，天线合并信息能够被确定以最小化在天线组的有效信道之间的相关性。

该方法能够进一步包括：将优选天线合并方法发送给基站/通过基站接收优选天线合并方法，其中UE可以基于要被发送的数据量来确定优选天线合并方法。

该方法能够进一步包括：从基站接收/发送被修改的天线合并信息，其中被修改的天线合并信息能够基于第二导频信号。

优选地，UE能够在第一UE组内，并且UE可以在除了第二UE组的UE发送第二导频信号的时段之外的不同时段处发送第二导频信号。

基站能够包括多个天线，并且多个天线的数目能够大于阈值数目。

有益效果

根据本发明的实施例，网络和用户设备可以在无线通信系统中有效地发送和接收信号。

应该明白，本发明的上文的概述和后面的详细说明这两者是示例性和说明性的，并且如所要求的意欲提供对本发明的进一步解释。

附图说明

该附图被包括以提供对本发明进一步的理解，并且被并入且构成本申请书的一部分，其举例说明本发明的实施例，并且与该说明书一起用以解释本发明的原理。

图1是示出作为无线通信系统的示例的演进的通用移动电信系统(E-UMTS)的网络结构的示意图。

图2是概念上示出演进的通用陆地无线电接入网络(E-UTRAN)的网络结构的示意图。

图3是示出基于3GPP无线电接入网络标准的在UE和E-UTRAN之间的无线电接口协议的控制平面和用户平面的示意图。

图4是示出在3GPP系统中使用的物理信道和使用其的常规信号传输方法的示意图。

图5是用于常规多天线(MIMO)通信系统的配置的图。

图6示出具有4个天线的基站发送用于信道估计的小区特定的参考信号的情况。

图7示出具有8个天线的基站发送用于信道估计的CSI-RS的情况。

图8示出在采用TDD方案的无线通信系统的帧结构。

图9示出根据本发明的一个实施例的基于UE分组的参考信号传输方案。

图10示出根据本发明的一个实施例的天线合并方案。

图11是用于解释根据本发明的一个实施例的用于天线合并的过程的图。

图12是根据本发明实施例的通信设备的框图。

具体实施方式

本发明的配置、操作和其他特点将通过参考附图描述的本发明的实施例理解。以下的实施例是将本发明的技术特征适用于第三代合作伙伴计划(3GPP)系统的示例。

虽然在本说明书中使用长期演进(LTE)系统和高级LTE(LTE-A)系统描述本发明的实施例，它们仅是示例性的。因此，本发明的实施例适用于与以上定义相对应的任何其他通信系统。此外，虽然在本说明书中基于时分双工(TDD)方案描述本发明的实施例，本发明的实施例可以容易地修改和适用于半双工FDD(H-FDD)方案或者频分双工(FDD)方案。

图2是概念上示出演进的通用陆地无线电接入网络(E-UTRAN)的网络结构的示意图。E-UTRAN系统是传统UTRAN系统的演进形式。E-UTRAN包括小区(eNB)，其经由X2接口相互连接。小区经由无线电接口连接到用户设备(UE)以及经由S1接口连接到演进的分组核心(EPC)。

EPC包括移动管理实体(MME)、服务网关(S-GW)和分组数据网络网关(PDN-GW)。MME具有关于连接和UE能力的信息，主要使用于UE的移动性管理。S-GW是具有E-UTRAN作为端点的网关，并且PDN-GW是具有分组数据网络(PDN)作为端点的网关。

图3是示出基于3GPP无线电接入网络标准，在UE和E-UTRAN之间的无线电接口协议的控制平面和用户平面协议的示意图。控制平面指的是用于发送用于管理在UE和E-UTRAN之间的呼叫的控制消息的路径。用户平面指的是用于发送在应用层中产生的数据的路径，例如，语音数据或者因特网分组数据。

第一层的物理(PHY)层使用物理信道向较高层提供信息传送服务。PHY层经由传送信道连接到位于较高层上的媒体访问控制(MAC)层。数据经由传送信道在MAC层和PHY层之间传送。数据被经由物理信道在发送侧的物理层和接收侧的物理层之间传送。物理信道将时间和频率作为无线电资源使用。详细地，物理信道在下行链路中使用正交频分多址(OFDMA)方案调制，并且在上行链路中使用单载波频分多址(SC-FDMA)方案调制。

第二层的MAC层经由逻辑信道向较高层的无线电链路控制(RLC)层提供服务。第二层的RLC层支持可靠的数据传输。RLC层的功能可以通过MAC层的功能块实现。第二层的分组数据会聚协议(PDCP)层执行报头压缩功能，以在具有相对小的带宽的无线电接口中减小不必要的控制信息用于有效的网际协议(IP)分组传送，诸如IPv4版本4(IPv4)分组或者IP版本6(IPv6)分组。

位于第三层的底部的无线电资源控制(RRC)层仅在控制平面中定义。RRC层相对于无线电承载(RB)的配置、重新配置和释放来控制逻辑信道、传送信道和物理信道。RB指的是第二层在UE和E-UTRAN之间提供数据传输的服务。为此，UE的RRC层和E-UTRAN的RRC层互相交换RRC消息。

eNB的一个小区被设置为在诸如1.25、2.5、5、10、15和20MHz带宽的一个中操作，并且在该带宽中将下行链路或者上行链路传输服务提供给多个UE。不同的小区可以被设置为提供不同的带宽。

用于从E-UTRAN到UE的数据传输的下行链路传送信道包括用于系统信息传输的广播信道(BCH)、用于寻呼消息传输的寻呼信道(PCH)和用于用户业务或者控制消息传输的下行链路共享信道(SCH)。下行链路多播和广播服务的业务或者控制消息可以经由下行链路SCH发送，并且也可以经由单独的下行链路多播信道(MCH)发送。

用于从UE到E-UTRAN的数据传输的上行链路传送信道包括用于初始控制消息传输的随机接入信道(RACH)、和用于用户业务或者控制消息传输的上行链路SCH。被定义在传送信道上方并且被映射到传送信道的逻辑信道包括广播控制信道(BCCH)、寻呼控制信道(PCCH)、公用控制信道(CCCH)、多播控制信道(MCCH)和多播业务信道(MTCH)。

图4是示出在3GPP系统中使用的物理信道和使用其的常规信号传输方法的示意图。

当UE接通电源或者进入新小区时，UE执行初始小区搜索操作，诸如与eNB同步(S401)。为此，UE可以从eNB接收主同步信道(P-SCH)和辅同步信道(S-SCH)以执行与eNB同步，并且获取诸如小区ID的信息。然后，UE可以从eNB接收物理广播信道以获得在小区中的广播信息。在初始小区搜索操作期间，UE可以接收下行链路基准信号(DLRS)以便确认下行链路信道状态。

在初始小区搜索操作之后，基于包括在PDCCH中的信息UE可以接收物理下行链路控制信道(PDCCH)和物理下行链路控制信道(PDSCH)以获得更加详细的系统信息(S402)。

当UE最初接入eNB，或者没有用于信号传输的无线电资源时，UE可以相对于eNB执行随机接入过程(RACH)(步骤S403至S406)。为此，UE可以经由物理随机接入信道(PRACH)将特定序列作为前导发送(S403)，并且经由PDCCH和与其相对应的PDSCH接收对前导的响应消息(S404)。在基于竞争的RACH的情况下，UE可以进一步执行竞争解决过程。

在以上所述的过程之后，UE可以从eNB接收PDCCH/PDSCH(S407)，并且可以将物理上行链路共享信道(PUSCH)/物理上行链路控制信道(PUCCH)发送给eNB(S408)，其是常规上行链路/下行链路信号传输过程。具体地，UE经由PDCCH接收下行链路控制信息(DCI)。在这里，DCI包括控制信息，诸如用于UE的资源分配信息。根据DCI的不同用途定义不同的DCI格式。

在上行链路中从UE发送到eNB，或者在下行链路中从eNB发送到UE的控制信息包括下行链路/上行链路肯定确认/否定确认(ACK/NACK)信号、信道质量指示符(CQI)、预编码矩阵索引(PMI)、秩指示符(RI)等。在3GPPLTE系统的情况下，UE可以经由PUSCH和/或PUCCH发送诸如CQI/PMI/RI的控制信息。

图5是用于常规多天线(MIMO)通信系统的配置的图。

N_T个发送天线被提供给发送阶段，同时N_R个接收天线被提供给接收阶段。在发送和接收阶段中的每个使用多个天线的情况下，与发送阶段或者接收阶段使用多个天线的情况相比较，理论上的信道传输性能被增加更多。信道传输性能的增加与天线的数目成比例。因此，传输速率被增强并且频率效率能够被上升。假定在使用单个天线的情况下的最大传输速率被设置为R₀，在使用多个天线的情况下的传输速率可能在理论上被上升了将最大传输速率R₀乘以速率增长率R_i的结果，如在等式1中所示。在这样的情况下，R_i是N_T和N_R中的较小的一个。

[等式1]

R_i＝min(N_T，N_R)

例如，在使用4个发送天线和4个接收天线的MIMO通信系统中，能够获得比单个天线系统的4倍的传输速率。

在上面解释的MIMO系统假定在无线通信系统中的发射器获知信道。对于一些传输方案(例如，STC，阿拉莫提(alamouti)方法)，不存在获知信道的需求，但是不能够一般化。因此，存在对于用于MIMO的信道估计的需求，因此接收器/发射器可以为此用途发送参考信号(RS)。

对于不具有干扰的信道估计，多个发射器的RS应彼此正交。如果在从第一发射器到第一接收器的RS与从第二发射器到第二接收器的RS之间存在相关性，在第一接收器处的信道估计不仅可以反映从第一发射器到第一接收器的信道而且可以反映从第二发射器到第一接收器的信道。可以说，通过从第二发射器到第一接收器的信道污染从第一发射器到第一接收器的信道。并且，这也能够被称为“导频污染”。

由于通过此污染引起的错误在上面解释的导频污染可能限制链路性能，因此即使当发射器增强传输功率时，链路性能也不能够被提高到超过确定的限制。因此，在确定的时序处发送的参考信号应彼此正交。

由于此，将会解释大规模MIMO系统的概念。

最近，大规模MIMO方案作为用于5G移动通信系统的候选组成技术引起很大的关注。对于包括具有多个天线的基站和具有一个天线的UE的基站的系统能够采用此大规模MIMO方案。尽管每个UE仅具有一个天线，当通过具有多个天线的基站服务多个UE时整个系统能够被视为MIMO系统。如果我们假定UE的数目是K，则在高的SNR中的性能的分级可以被表达为min(N_t,K)。

用于基站的天线的数目能够被无约束的。但是，具体地，我们能够假定基站的天线的数目超过确定的阈值数目，以便于区分大规模MIMO方案与传统的MIMO方案。例如，此阈值能够是4或者8，但是我们假定当用于一个基站的天线的数目远远大于此示例性阈值数目的情况。

理论上，当用于一个基站的天线的数目变成无穷大时，基站的最佳传输算法可以是MRT(最大比率传输)，并且最佳接收算法可以是MRC(最大比率合并)。这些MRT和MRC是简单的，但是当传统的MIMO方案被使用时这些方案的性能是受限的，因为这些方案没有考虑干扰。然而，当用于一个基站的天线的数目变成无穷大时，上面的缺点被解决。而且，如果天线的数目增加，则来自于一个天线的波束能够是锐化的，因此在没有给予其他接收器干扰的情况下来自于该天线的信号能够被承载以被接收。

另一方面，为了有效率地采用在上面提及的大规模MIMO方案，本申请的优选实施例假定TDD(时分双工)替代FDD(频分双工)的使用。

图6示出当具有4个天线的基站发送用于信道估计的小区特定的参考信号的情况。

为了在采用FDD方案的无线通信系统中执行下行链路信道估计，基站将会通过多个天线中的每个发送参考信号，并且UE将会反馈来自于每个天线的用于每个信道的信道状态。图6是用于当具有4个天线的基站将参考信号(R₀、R₁、R₂和R₃)发送给天线端口0、1、2以及3中的每个的情况。如从图6能够看到的，用于不同天线的参考信号在时间-频率资源中采用不同的资源元素。因此，当天线的数目严格地增加时，参考信号开销将会严格地增加。

图7示出当具有8个天线的基站发送用于信道估计的CSI-RS的情况。

CSI-RS(信道状态信息参考信号)被引入以减少干扰信号开销。如从图7能够看到的，当与如通过图6所示的小区特定参考信号的使用相比较时具有8个传输天线(天线端口15-22)的基站可以以被减少的资源数量经由天线中的每个发送CSI-RS。因此，当在上面解释的大规模MIMO被采用时，本发明的一个可能的示例可以使用CSI-RS以估计下行链路信道。然而，在本申请的优选实施例中，TDD方案被采用并且上行链路参考信号能够被用于估计下行链路信道。

图8示出在采用TDD方案的无线通信系统的帧结构。

当FDD方案被使用时，下行链路频带不同于上行链路频带。因此，下行链路信道的估计完全不同于上行链路信道的估计。然而，当TDD方案被使用时，下行链路信道的频带与上行链路频带的相同，因此我们能够使用上行链路参考信号以估计下行链路信道。

图8是采用TDD方案的本发明的一个优选实施例的帧结构的示例。长度T_f＝307200·T_s＝10ms的每个无线电帧是均由153600·T_s＝5ms的长度的两个半帧组成。每个半帧是由长度30720·T_s＝1ms的五个子帧组成。在[表1]中列出被支持的上行链路-下行链路配置，对于无线电帧中的每个子帧，“D”表示为下行链路传输保留子帧，“U”表示为上行链路传输保留子帧，并且“S”表示具有三个字段DwPTS、GP以及UpPTS的特殊子帧。通过经历等于30720·T_s＝1ms的DwPTS、GP以及UpPTS的总长度的[表2]给出DwPTS和UpPTS的长度。每个子帧i被定义为两个时隙，在每个子帧中长度T_slot＝15360·T_s＝0.5ms的2i和2i+1。

[表1]

[表2]

支持具有5ms和10ms下行链路至上行链路切换点周期这两者的上行链路-下行链路配置。

在5ms下行链路到上行链路切换点周期的情况下，在半帧中都存在特殊子帧。

在10ms下行链路到上行链路切换点周期的情况下，仅在第一半帧中存在特殊子帧。

始终为下行链路传输保留子帧0和5以及DwPTS。始终为上行链路传输保留UpPTS和直接地跟随特殊子帧的子帧。

在多个小区被集合的情况下，UE可以假定在不同小区中的特殊子帧的保护时段具有至少1456·T_s的重叠。

在具有不同的上行链路-下行链路配置的多个小区被聚合并且UE不能够在被集合的小区中进行同时的接收和传输的情况下，下述限制应用：

-如果在主小区中的子帧是下行链路子帧，则UE将不会在相同的子帧中在辅小区上发送任何信号或者信道。

-如果在主小区中的子帧是上行链路子帧，则没有期待UE在相同的子帧中在辅小区上接收任何下行链路传输。

-如果在主小区中的子帧是特殊子帧并且辅小区中的子帧是下行链路子帧，则没有期待UE在相同的子帧中在辅小区中接收PDSCH/EPDCCH/PMCH/PRS传输，并且不期待UE接收在重叠保护时段的OFDM符号中的辅小区上的任何其他信号或者主小区中的UpPTS。

通过使用用于TDD方案的在上面解释的帧结构，本实施例可以使用上行链路参考信号以估计下行链路信道。此外，当用于一个基站的天线的数目增加时RS的数目不必增加，并且不存在对于UE向基站反馈信道状态信息的需求。

然而，当无线通信系统扩大到多小区时，UE的数目应增加，因此用于上行链路参考信号的正交序列的数目应增加以支持其。但是，存在对于正交序列的数目的限制，因此当正交序列的数目比UE的数目少时，始终可能存在在上面解释的导频污染问题。

为了解决此问题，本发明的一个优选实施例假定如在下面解释的基于UE分组的参考信号传输。

图9示出根据本发明的一个实施例的基于UE分组的参考信号传输方案。

在本实施例中，在无线通信系统中的UE可以被分组成多个UE组(例如，在图9中示出的UE组1、UE组2以及UE组3)。在相同的UE组内的UE使用用于彼此正交的上行链路参考信号的正交序列。因此，不存在用于信道估计的导频污染问题。

通过不同的时序同步每个UE组与基站。并且，不同的UE组中的UE可以以不同的上行链路传输时间单位发送上行链路参考信号。例如，UE组1的UE可以在子帧0、1和2处发送上行链路探测参考信号同时UE组2的UE2从基站接收下行链路信号。图9的时间单位能够是时隙，子帧或者等效物。当通过基站接收来自于UE组1的UE1的RS时，基站可以在子帧4处处理同时UE组2的UE2发送上行链路参考信号。当同步通过基站(或者用于多BS操作的基站)服务的所有的UE组和基站时，UE可以发送上行链路数据(例如，来自于图9处的子帧9)。

将会解释在上面提及的方案的优点。

假设分别存在两个小区“A”和“B”，和在小区A和B内的两个UE“a”和“b”。信道h_mn表示在第m个基站和第n个UE之间的信道。为了方便解释没有考虑噪声。在这样的情况下，当基站A估计信道时，当UEa和b发送SRS(探测参考信号)时，被估计的信道能够被表达为 ${\hat{h}}_{Aa}={\mathrm{\α}}_1{h}_{Aa}+{\mathrm{\α}}_2{h}_{Ab}={\mathrm{\α}}_1{h}_{Aa}+{\mathrm{\α}}_2{h}_{Ab}.$ 在此，α₁和α₂表示恒定值。能够说在上面估计的信道被污染了α₂h_Ab。

如果基站A从发送{d_a,d_b}的UEa和UEb接收数据，则MRC滤波器的结果可以被表达为：

[等式2]

$\begin{array}{c}\frac{1}{N_t}{\hat{h}}_{Aa}^H\left(d_a{h}_{Aa}+d_b{h}_{Ab}\right)=\frac{1}{N_t}({\mathrm{\α}}_1{h}_{Aa}^H+{\mathrm{\α}}_2{h}_{Ab}^H)\left(d_a{h}_{Aa}+d_b{h}_{Ab}\right)\\ =\frac{{\mathrm{\α}}_1{d}_a}{N_t}\left|\right|h_{Aa}|{|}^2+\frac{a_2{d}_b}{N_t}|\left|h_{Ab}\right|{|}^2+\frac{{\mathrm{\α}}_1{d}_b}{N_t}{h}_{Aa}^H{h}_{Ab}+\frac{a_2{d}_a}{N_t}{h}_{Ab}^H{h}_{Aa}\\ \underset{N_t\→\mathrm{\∞}}{\→}\frac{{\mathrm{\α}}_1{d}_a}{N_t}\left|\right|h_{Aa}|{|}^2+\frac{{\mathrm{\α}}_2{d}_b}{N_t}|\left|h_{Ab}\right|{|}^2\end{array}$

在上面的[等式2]中，即使当天线的数目变成无穷大时，也能够识别项没有到达0。因此，由于导频污染将会存在性能退化。

然而，当在上面解释的基于UE分组的方案被使用时，仅一个UE(例如，UEa)发送SRS同时其他UE(例如，UEb)没有发送SRS。假定UEb从基站B接收数据同时UEa发送SRS。在这样的情况下，在基站A处的的信道估计能够被表达为：

[等式3]

${\hat{h}}_{Aa}={\mathrm{\α}}_1{h}_{Aa}+{\mathrm{\α}}_2{h}_{AB}$

应注意的是，因为当UEa发送参考信号时基站B发送数据，所以项h_Ab被替换成h_AB。如果基站A从发送{d_a,d_b}的UEa和UEb接收数据，则MRC滤波器的结果可以被表达为：

[等式4]

$\begin{array}{c}\frac{1}{N_t}{\hat{h}}_{Aa}^H(d_a{h}_{Aa}+d_b{h}_{Ab})=\frac{1}{N_t}\left({\mathrm{\α}}_1{h}_{Aa}^H+{\mathrm{\α}}_2{h}_{AB}^H\right)\left(d_a{h}_{Aa}+d_b{h}_{Ab}\right)\\ =\frac{{\mathrm{\α}}_1{d}_a}{N_t}\left|\right|h_{Aa}|{|}^2+\frac{{\mathrm{\α}}_2{d}_a}{N_t}{h}_{AB}^H{h}_{Aa}+\frac{{\mathrm{\α}}_1{d}_b}{N_t}{h}_{Aa}^H{h}_{Ab}+\frac{{\mathrm{\α}}_2{d}_b}{N_t}{h}_{AB}^H{h}_{Ab}\underset{N_t\→\mathrm{\∞}}{\→}\frac{{\mathrm{\α}}_1{d}_a}{N_t}|\left|h_{Aa}\right|{|}^2\end{array}$

应注意的是，当天线的数目变成无穷大时干扰变成0。因此，通过使用基于UE分组的RS传输方案，导频污染问题能够被解决同时正交序列的数目被限制。

通过下述方案在上面提及的基于UE分组的RS方案能够被更多地改进。

当在相同的UE组内的UE发送相互正交的正交序列时，基站能够相互容易地区分每个信道。但是，当正交序列的数目被限制时，在一个UE组内的UE不可以被分配正交序列。在这样的情况下，基站不能够相互区分信道。

当UE具有多个天线时上述问题变成更加严重的。假定存在N个正交序列并且每个UE具有Nr天线。在这样的情况下，UE能够同时发送/接收Nr独立的信号。并且，网络能够仅支持一个UE组内的N/NrUE。

在相同的示例中，当网络向每个UE仅分配Nr/2序列时，网络能够支持一个UE组内的2N/Nr个UE。这能够是在UE能够同时接收/发送的数据的数目和在一个UE组内支持的UE的数目之间的权衡。

基于此，本发明的一个实施例提出使用天线合并方案以增加在一个UE组内支持的UE的数目。

图10示出根据本发明的一个实施例的天线合并方案。

在本实施例中，被分配给每个UE的序列的数目小于每个UE的天线的数目。但是，为了消除性能退化，每个UE的天线被组合以发送导频。除了导频之外的信号能够经由多个天线中的每个被发送。因此，网络能够满足信道性能的要求并且能够支持在一个UE组内的更多数目的UE。

在图10中示出的示例中，UE具有4个天线。此示例的UE从基站接收天线合并信息。在本实例中，假定天线合并信息将天线1、2和3合并成组1(G1)并且将天线4作为组2(G2)。此示例的基站将正交序列中的每个分配给天线组中的每个。因此，正交序列S1被分配给天线组1(G1)并且正交序列S2被分配给天线组2(G2)。

此示例的UE可以使用用于每个天线组的被分配的正交序列发送导频信号。因此，UE经由天线组1(G1)使用S1发送导频并且经由天线组2使用S2发送导频。基站可以基于通过没有被分组的UE的天线中的每个发送的导频信号来确定此天线合并信息。并且，UE可以通知网络用于发送SRS的优选的天线合并。

在此，“天线合并”可以意指基于多个物理/逻辑天线建立逻辑信道。例如，当UE具有4个物理天线时，2个天线组能够被定义为：

[等式5]

[h₁h₂h₃h₄]→[g₁g₂]

$g_1=\underset{m=1}{\overset{2}{\Σ}}{w}_m{h}_m,g_2=\underset{m=3}{\overset{4}{\Σ}}{w}_m{h}_m$

在此，h_m表示在UE的第m个物理信道和基站之间的信道。g_m表示在UE的第m个逻辑信道和基站之间的逻辑信道。w_m表示用于h_m的权重值，并且其能够通过基站来确定。以通知UEh_m的信令可以被要求。或者，其可以被预先确定。与h_m的物理信道相比较上面的g_m可以被称为“有效信道”。

根据本发明的一个实施例，每个有效信道能够具有任何数目的物理天线。例如，g₁和g₂可以分别对应于{h₁,h₂,h₄}和{h₃}。

此示例的UE可以基于上述天线合并发送导频。基站可以基于接收到的导频来估计信道。应注意的是，当使用在上面解释的TDD方案时本示例的基站不仅能够估计上行链路信道，而且能够估计下行链路信道。

能够更加详细地解释上面的示例。

假定UE具有4个天线。基站可以将天线合并信息发送到将4个天线合并成具有2个序列(t1和t2)和[w₁w₂w₃w₄]的权重向量的2个天线组的UE。本示例的UE可以发送具有上述序列和权重向量的导频。在基站处接收到的这些导频能够被表达为下述：

[等式6]

$R=\underset{m=1}{\overset{2}{\Σ}}{h}_m\left(w_m{t}_1^T\right)+\underset{m=3}{\overset{4}{\Σ}}{h}_m\left(w_m{t}_2^T\right)+W,$ 对于R，

$=\left(\underset{m=1}{\overset{2}{\Σ}}{h}_m{w}_m\right)t_1^T+\left(\underset{m=3}{\overset{4}{\Σ}}{w}_m{h}_m\right)t_2^T+W$

$=g_1{t}_1^T+g_2{t}_2^T+W$

在等式6中，W表示噪声矩阵。并且，经由4个天线发送的序列是{w₁t₁w₂t₁w₃t₂w₄t₂}。即，UE经由天线1和2发送序列t₁，并且经由天线3和4发送序列t₂。基站能够基于序列(t₁和t₂)如下地估计信道。

[等式6]

${\hat{g}}_1={\mathrm{Rt}}_1^{*}=(g_1{t}_1^T+g_2{t}_2^T+W)t_1^{*}=g_1+{\mathrm{Wt}}_1^{*}$

${\hat{g}}_2={\mathrm{Rt}}_2^{*}=(g_1{t}_1^T+g_2{t}_2^T+W)t_2^{*}=g_2+{\mathrm{Wt}}_2^{*}$

通过此，基站估计2个逻辑(有效的)信道替代来自于UE的4个物理信道。通过此方案，正交序列的数目能够被有效地减少。因此，如果通过使用逻辑信道(有效信道)替代物理信道能够满足UE的信道性能要求，则网络能够以被限制数目的序列支持更多的UE。

在上面的示例中，用于导频的序列被假定为正交序列。但是，在一些情况下，除了正交序列之外的序列能够被用于导频信号(例如，准正交序列)。

详细地解释实现上述天线合并方案的过程。

图11是用于解释根据本发明的一个实施例的用于天线合并的过程的图。在基站(eNB)的角度解释图11，但是通过下面的解释能够容易地理解UE的操作。

基站可以经由UE的多个天线从UE接收第一导频信号(S1110)。在此，在没有天线合并的情况下发送这个第一导频信号并且其被用于基站确定本发明的一个实施例的天线合并信息。

例如，假定UE具有4个物理天线。当UE经由4个物理天线中的每个发送4个正交序列时，基站可以估计[h₁h₂h₃h₄]的物理信道。在本实例中，基站可以基于[h₁h₂h₃h₄]确定天线合并g₁和g₂。

即使当UE配置天线合并g₁和g₂之后通过UE能够发送这个第一导频信号。在这样的情况下，基站可以配置新的天线合并g₃。新天线合并g₃能够基于先前天线合并g₁或者g₂。在这样的情况下，天线合并的概念能够包括在一个逻辑信道和另一逻辑信道之间的映射。

基于此，基站可以确定天线合并信息并且将其发送给UE(S1120)。基站可以确定天线合并信息以使每个逻辑(有效的)信道变成相互正交。

当基站获取如在上面陈述的2个有效信道时，基站可以使用MRT发送2个独立的流(层)。但是，如果2个有效的信道不相互正交，则将会存在相互干扰。在这样的情况下，在UE处的接收到的信号能够被如下地表达：

[等式7]

$r=\left[\begin{array}{c}{g}_1^T\\ g_2^T\end{array}\right]\[g_1^{*}{g}_2^{*}\]\left[\begin{array}{c}{s}_1\\ s_2\end{array}\right]+w=\left[\begin{array}{cc}\left|\right|g_1|{|}^2& g_1^T{g}_2^{*}\\ g_2^T{g}_1^{*}& \left|\right|g_2|{|}^2\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{s}_1\\ s_2\end{array}\right]+w,$ 对于r，w∈□^2×1

在上面的等式中，s1和s2表示被发送的数据符号，并且w表示噪声向量。在这样的情况下，第一流的SINR能够被表达为如下。

[等式8]

${\mathrm{SINR}}_1=\frac{\left|\right|g_1|{|}^4{\mathrm{\ϵ}}_s}{|g_1^T{g}_2^{*}{|}^2{\mathrm{\ϵ}}_s+{\mathrm{\σ}}_w^2},forE\[{\left|s\right|}^2\]={\mathrm{\ϵ}}_s,\frac{1}{2}E\[\left|\right|w|{|}^2\]={\mathrm{\σ}}_w^2$

根据等式8，能够看到在g₁和g₂之间的相关性越小，SINR变得越大。因此，优选示例的基站确定g1和g2的天线合并以最小化的校正值。

在本发明的另一示例中，当接收到的信号的SINR在预先确定的时段变差时UE可以请求天线合并信息的重新配置/修改。基于此请求，基站可以再次确定天线合并信息并且将其发送到UE。

并且，在本发明的另一示例中，基站可以确定天线合并信息以最小化有效信道之间的最大的校正值。或者，其可以确定使在有效信道之间的最大校正值小于阈值。通过这样做，基站可以防止天线组在相同的方向中被对准。假定存在2个UE(UEa和UEb)，并且每个UE具有4个天线。如果2个序列被分配给每个UE，则每个UE的有效信道能够被如下地定义。

[等式9]

$\{g_{a,1},g_{a,2}\}=\{\underset{m=1}{\overset{2}{\Σ}}{w}_{m,a}{h}_{m,a},\underset{m=3}{\overset{4}{\Σ}}{w}_{m,a}{h}_{m,a}\}$

$\{g_{b,1},g_{b,2}\}=\{\underset{m=1}{\overset{2}{\Σ}}{w}_{m,b}{h}_{m,b},\underset{m=3}{\overset{4}{\Σ}}{w}_{m,b}{h}_{m,b}\}$

此示例的基站可以使用上述度量基于下述等式确定权重。

[等式10]

$\underset{\left\{\begin{array}{c}{w}_{1,a},w_{2,a},w_{3a},w_{4,a},\\ w_{1,b},w_{2,b},w_{3,b},w_{4,b}\end{array}\right\}}{\min }\max {\left|g_{l,n}^H{g}_{k,m}\right|}^2,$ 对于l≠k或者n≠m

当有效信道的数目增加时等式10的上述方案变得更加复杂。因此，在本发明的另一示例中，基于下述等式为每个UE能够确定权重。

[等式11]

$\underset{\{w_{1,a},w_{2,a},w_{3a,},w_{4,a}\}}{min}|g_{a,1}^H{g}_{a,2}{|}^2,\underset{\{w_{1,b},w_{2,b},w_{3,b},w_{4,b}\}}{min}|g_{b,1}^H{g}_{b,2}{|}^2$

基于此天线合并信息，UE可以经由基于接收到的信息合并的多个天线发送第二导频(S1130)。基于此，基站可以估计DL信道以及UL信道(S1140)。在本发明的一个示例中，基站可以基于第二导频信号来修改天线合并。

在本发明的一个实施例中，UE可以将优选的天线合并方案发送到基站。此优选的天线合并信息能够被独立地发送以发送第一导频信号。或者，此优选天线合并方案能够被发送，替代发送第一导频信号。

在一个示例中，UE可以通知基站有效信道的优选数目。假定存在具有4个天线的2个UE(UEa和UEb)。进一步假定UEa具有要被发送/接收的大量数据，同时对于UEb存在少量的数据。在这样的情况下，UEa可以要求更多数目的有效信道同时UEb要求更少数目的有效信道。

在另一示例中，UE可以基于接收到的数据的ACK/NACK来确定优选天线合并方法。当有效信道的数目增加时，能够获取更多分集增益。因此，当在确定数目的时间接收到的数据的解码结果是NACK时，此示例的UE要求更多数目的有效信道。否则，UE可以请求更少数目的有效信道。

在又一示例中，UE可以基于估计的信道信息来确定优选天线合并方法。在UE处能够如下接收通过基站发送的信号。

[等式12]

$R=\left[\begin{array}{c}{g}_1^T\\ g_2^T\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{P}_1& P_2\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}{s}_1& 0& s_3& 0\\ 0& s_2& 0& s_4\end{array}\right]+W=\left[\begin{array}{cc}{g}_1^T{P}_1& g_1^T{P}_2\\ g_2^T{P}_1& g_2^T{P}_2\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}{s}_1& 0& s_3& 0\\ 0& s_2& 0& s_4\end{array}\right]+W$

其中

在此，[P₁P₂]表示预编码矩阵，s₁,s₂,s₃,s₄表示参考信号(RS)。基于此，UE可以估计 $z_1=\left[\begin{array}{c}{g}_1^T{P}_1\\ g_2^T{P}_1\end{array}\right]$ 和 $z_2=\left[\begin{array}{c}{g}_1^T{P}_2\\ g_2^T{P}_2\end{array}\right].$

当相关性系数变大时，接收性能变差。因此，当变成大于预先确定的阈值时此示例的UE可以请求新天线配置。

或者，UE可以使用基于z₁,z₂计算的SINR。当SINR变成小于预先确定的阈值时，UE可以请求新天线配置。

在另一示例中，UE可以基于z₁,z₂将优选的发送给基站。此示例的基站可以确定导致的天线合并。

能够通过网络控制和许可UE的上述优选的天线合并方案。网络将会不仅考虑通过此优选天线合并方法发送的UE，而且会考虑在小区内的其他的UE。因此，基站可以重写此接收的天线合并方法并且否则进行确定。例如，当通过第一UE提出的有效信道干扰第二UE的有效信道时，基站可以确定除了被提出的一个之外的天线合并信息，并且向UE通知它。

图12是根据本发明实施例的通信设备的方框图。

在图12中示出的设备可以是适用于执行上述机制的用户设备(UE)和/或者eNB，但是，其能够是用于执行相同操作的任何设备。

如图12所示，该设备可以包括DSP/微处理器(110)和RF模块(收发器；135)。DSP/微处理器(110)与收发器(135)电连接，并且对其进行控制。基于其实现和设计者的选择，该设备可以进一步包括功率管理模块(105)、电池(155)、显示器(115)、键区(120)、SIM卡(125)、存储器设备(130)、扬声器(145)和输入设备(150)。

对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的精神或者范围的情况下能够在本发明中进行各种修改或者变化。因此，意在是本发明覆盖对本发明的修改和变化，只要他们落在所附的权利要求及其等效的范围内。

工业实用性

虽然已经集中在适用于3GPPLTE系统的示例描述以上描述的方法，但本发明可适用于除了3GPPLTE系统之外的各种无线通信系统。

Claims (14)

1.一种用于在采用大规模MIMO(多输入多输出)方案的无线通信系统中用户设备(UE)操作的方法，所述方法包括：

经由所述UE的多个天线中的每个发送第一导频信号；

从基站接收天线合并信息，其中所述天线合并信息基于所述第一导频信号将所述多个天线合并成一个或者多个天线组，其中正交序列中的每个被分配给所述天线组中的每个；以及

使用用于所述天线组中的每个的被分配的正交序列发送第二导频信号，其中所述第二导频信号被用于估计从所述基站到所述UE的下行链路信道。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述天线合并信息被确定以最小化在所述天线组的有效信道之间的相关性。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

将优选天线合并方法发送给所述基站，

其中，所述UE基于要被发送的数据量来确定所述优选天线合并方法。

4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

从所述基站接收修改的天线合并信息，其中所述修改的天线合并信息基于所述第二导频信号。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述UE在第一UE组内，以及

其中，所述UE在除了第二UE组的UE发送所述第二导频信号的时段之外的不同时段处发送所述第二导频信号。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基站包括多个天线，其中多个天线的数目大于阈值数目。

7.一种用于基站在采用大规模MIMO(多输入多输出)方案的无线通信系统中操作的方法，所述方法包括：

接收经由用户设备(UE)的多个天线中的每个发送的第一导频信号；

将天线合并信息发送给所述UE，其中所述天线合并信息基于接收到的第一导频信号将所述UE的多个天线合并成一个或者多个天线组，其中正交序列中的每个被分配给所述天线组中的每个；

接收通过使用用于所述天线组的每个的被分配的正交序列所产生的第二导频信号；以及

基于接收到的第二导频信号来估计从所述基站到所述UE的下行链路信道。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述天线合并信息被确定以最小化在所述天线组的有效信道之间的相关性。

9.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：

从所述UE接收优选天线合并方法，

其中，基于要通过所述UE发送的数据量来确定所述优选天线合并方法。

10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述UE在第一UE组内，以及

其中，在除了所述基站从第二UE组的UE接收所述第二导频信号的时段之外的不同时段处，所述基站从所述UE接收所述第二导频信号。

11.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：

将修改的天线合并信息发送到所述UE，其中所述修改的天线合并信息基于接收到的第二导频信号。

12.根据权利要求7所述的方法，其中，所述基站包括多个天线，其中多个天线的数目大于阈值数目。

13.一种在采用大规模MIMO(多输入多输出)方案的无线通信系统中操作的用户设备(UE)，所述UE包括：

多个天线；

收发器，所述收发器被配置成经由所述多个天线发送和接收信号；以及

处理器，所述处理器被连接到所述收发器以及控制所述收发器，

其中，所述处理器被配置成经由多个天线中的每个发送第一导频信号，从基站接收天线合并信息，其中所述天线合并信息基于所述第一导频信号将所述多个天线合并成一个或者多个天线组，其中正交序列中的每个被分配给所述天线组中的每个，以及使用用于所述天线组的每个的被分配的正交序列发送第二导频信号，其中所述第二导频信号被用于估计从所述基站到所述UE的下行链路信道。

14.一种在采用大规模MIMO(多输入多输出)方案的无线通信系统中操作的基站，所述基站包括：

多个天线；

收发器，所述收发器被配置成经由所述多个天线发送和接收信号；以及

处理器，所述处理器被连接到所述收发器以及控制所述收发器，

其中，所述处理器被配置成接收经由用户设备(UE)的多个天线中的每个发送的第一导频信号；将天线合并信息发送到所述UE，其中所述天线合并信息基于接收到的第一导频信号将所述UE的多个天线合并成一个或者多个天线组，其中正交序列中的每个被分配给所述天线组中的每个；接收通过使用用于所述天线组的每个的被分配的正交序列所产生的第二导频信号；以及基于接收到的第二导频信号来估计从所述基站到所述UE的下行链路信道。