CN105940647A - 用于在无线网络中操作基站的方法和对应基站 - Google Patents

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Abstract

用于在无线网络中操作基站的方法和基站。用于无线网络(10)的基站(11)包括多个天线(12)，多个天线(12)用于在基站(11)与用户设备(16)之间传输射频信号。基站(11)在多个天线(12)的子集的每个天线(12)处接收由用户设备(16)发送的训练信号，并且基于在对应天线(12)处在多个不同帧(20)中接收的训练信号的组合(60‑62)来确定针对多个天线(12)的子集的每个天线(12)的天线配置参数，以用于在基站(11)与用户设备(16)之间随后传输有效载荷信息(22、23)。不同帧的训练信号的组合可以包括训练信号的求平均和/或加权。

Description

用于在无线网络中操作基站的方法和对应基站
技术领域
本发明涉及一种用于在无线网络中操作基站的方法。特别是，本发明涉及一种用于操作包括用于根据所谓的多输入多输出(MIMO)技术传输射频信号的多个天线的基站的方法。此外，本发明涉及实现该方法的基站和被构造为与基站结合使用的用户设备。
背景技术
为了增加数据传输性能和可靠性，所谓的多输入多输出技术(MIMO)可以在无线射频远程通信中使用，以用于在基站与用户设备之间传输信息。MIMO技术涉及在例如基站或用户设备处使用多个发送和接收天线用于无线通信。MIMO技术形成用于编码方法的基础，编码方法不仅使用时间维度还使用空间维度来传输信息，因此使得能够进行空间编码和时间编码。由此，可以提高无线通信的质量和数据速率。
当大量用户设备被布置在由基站(该基站具有多个天线并且根据上述MIMO技术来传输信息)服务的小区内时，这种布置称为大型MIMO系统。在这种大型MIMO系统中，基站的各个天线收发器的配置可以根据每个用户设备的位置以及基站和用户设备的环境中的传输条件而变化。
大型MIMO系统可以与时分双工(TDD)系统结合使用，在时分双工(TDD)系统中，基站与用户设备之间的信息流的传输被分成嵌入帧结构中的时隙。可以提供用于上行链路(UL)数据通信和下行链路(DL)数据通信的不同时隙，以用于将信息从用户设备传输到基站(上行链路)和用于将信息从基站传输到用户设备(下行链路)。在这种大型MIMO系统中，需要附加时隙，其可以称为用于将导频信号或包括训练序列的训练信号从用户设备传输到基站的“头部(header)”。基于所接收的导频信号(其还称为用户设备的“足迹”)，基站可以根据空间条件和环境条件来构造其天线阵列的收发器。由此，可以实现针对将在以下时隙中传输的有效载荷的高天线增益。有效载荷可以在多个上行链路时隙和下行链路时隙中被传输。然而，当用户设备正在移动时，信道质量可能由于基站和用户设备的空间布置的变化而劣化。
典型地，大型MIMO系统期望在诸如办公室、大商场等的建筑物中。在该环境中，预期存在大量用户设备。用户设备的移动性或基站和用户设备的变化空间布置可能要求频繁地发送信道训练序列，以便跟上MIMO系统的天线配置的老化或腐蚀。用户设备越快地移动，训练序列就需要越频繁地从每个用户设备传输到基站。典型地，这种大型MIMO系统中的基站以允许用户设备的最大速率或空间布置变化的方式被构造。然而，这对系统吞吐量可能具有影响，这是因为频繁发送的训练序列可能占用数据通信信道的有价值且有效部分。
对于连接到MIMO系统的典型用户，导频信号传输强度很可能与用户的速度成比例。另外，正在移动的用户的数量越大，可获得的导频就越少，因此，越少数量的用户可以由系统支持。这种实现中可能出现的问题是当用户不移动但是使用移动装置例如用于浏览和/或处于通话模式时。用户是静止的，但是对应移动装置不是静止的，这是因为用户手上的移动装置总是在用户附近的有限空间内随意移动。当用户在移动装置的显示器上轻击时，或当用户正在向朋友示出某物时，移动装置的位置和取向可能稍微来回变化。该持久存在的随意移动的影响是，为了维持良好连接，需要非常经常发送导频信息，使得系统可以比需要的更多地超载导频信息。
因此，本发明的目的是提供一种在MIMO系统中操作基站的改进方法以及对应基站，其允许避免或至少减少由于系统中的用户设备的移动(尤其是各个用户附近的有限空间内的小移动)造成的过多导频或训练信号传输而导致的系统的过载。
发明内容
根据本发明，该目的由如在权利要求1中限定的一种用于在无线网络中操作基站的方法和如在权利要求12中限定的基站实现。而且，本发明还提供如在权利要求15中限定的被构造用于与基站操作的用户设备。从属权利要求限定本发明的优选或有利实施方式。
根据本发明的实施方式，提供了一种用于在无线网络中操作基站的方法，该基站包括用于在基站与用户设备之间在帧结构中传输信息的多个天线。基站在多个天线的子集的每个天线处接收由用户设备发送的训练信号或导频信号，并且基于在对应天线处在多个不同帧中接收的训练信号的组合来确定针对一个或更多个帧的天线配置参数或针对多个天线的子集的每个天线的天线配置参数的一部分，以用于使用针对对应天线的所确定天线配置参数在基站与用户设备之间随后传输有效载荷信息。
如这里使用的术语“基站”可以涉及无线网络的任何类型的蜂窝或非蜂窝接入节点，使得术语“基站”例如可以指蜂窝通信网络的基站或用于与对应用户设备传输信息的无线局域网(WLAN)的接入点。而且，术语“基站”还可以通常指通信系统的基站侧(其中，分配基站侧的天线)，使得本发明还可以应用至所谓的协作MIMO系统或分布式天线系统。如本说明书中使用的术语“传输”等覆盖在基站处从用户设备接收信息和将信息从基站发送到用户设备。而且，术语“天线配置参数”被理解为覆盖各个天线的模拟配置和数字配置二者。在本发明的实施方式中，所有天线配置在数字域中进行，使得天线可以是无源的并且被馈送有具有根据不同帧的训练信号的上述组合和对应计算的足迹矩阵确定的振幅和/或相位的信号。
根据本发明的又一实施方式，天线配置参数可以通过对在不同帧中接收的各个训练信号在时间上求平均和/或加权而获得。在后者情况下，可以选择用于对各个训练信号加权的加权因子，使得与比最新接收的帧更早被接收的帧的训练信号相比，最新接收的帧的训练信号更高地被加权。另选或另外地，可以选择加权因子，使得在基站的对应天线处训练信号的帧越晚被接收，该训练信号越高地被加权。
通常，优选地，与较早接收的训练信号相比，可以对最近接收的训练信号更高地加权。用于对训练信号加权的加权函数可以基于从用户设备接收的训练序列中的单一或类似图案的观察，使得加权可以相应地被连续调整(adapt)，并且可以被优化用于包括更多改变的那些训练序列。
对于不同帧的各个训练信号的组合，可以使用滑动窗技术，滑动窗技术使得一旦从用户设备接收到新训练信号，就产生训练信号的新组合。例如，滑动窗可以使得，为了确定天线配置参数，至少考虑最新从用户设备接收到训练信号的该帧的训练信号和至少一个较早接收的帧的训练信号，使得滑动窗连续地被调整并且沿着从用户设备接收的帧移动。根据一个实施方式，利用每个新滑动窗，考虑新训练信号并且丢弃旧训练信号。
本发明可以优选地应用至已经在基站与用户设备之间确定移动的基站与用户设备之间的通信。更优选地，本发明可以应用至已经确定用户设备大规模是静止的基站与用户设备之间的通信，这意味着各个用户是静止的，但是对于其，某种程度的移动存在于基站与用户设备之间，例如，如果用户使用用户设备浏览或向朋友示出用户设备上的某物。这种识别在基站和用户设备二者处可以例如通过使用加速度计、定位技术和/或跟踪技术等利用已知常规技术或算法来进行。例如，如果用户设备的平均速率低于给定阈值，则可以指示静止用户的正在移动的用户设备，同时用户设备的加速度计指示用户设备的移动。而且，静止用户的正在移动的用户设备还可以通过足迹的分析来确定。
本发明允许使用多个导频和对应足迹的组合(例如，多个足迹的时间平均和/或加权组合)，用于确定或计算MIMO系统中(尤其在大型MIMO系统中)的基站处的天线配置，这能够得到更大的覆盖范围和更慢的导频速率。特别是，可以由此过滤用户设备的小移动。
因为即使用户是静止的，移动装置(如智能电话)的使用也不是绝对静止的，所以基站与移动装置之间的对应通信信道也同样不是绝对静止的。为了维持良好的连接质量和可靠的数据传送，这种随意移动通常要求针对基站的导频的密集更新，以便能够跟踪移动装置的足迹。导频或训练信号的这种过多传输可以由不同帧的训练信号的上述组合来避免。这得到关于移动装置的小移动的更高鲁棒性。
根据本发明的实施方式，在用于确定基站的天线配置的不同帧中接收的训练信号的上述组合可以与动态导频分配或利用结合，以便释放资源，这意味着基站与对应用户设备之间的传输的劣化被连续地监测，以基于传输的劣化确定用于从用户设备接收下一个训练信号的下一个时隙的时间。
例如，基站与用户设备之间的传输的劣化可以基于基站与用户设备之间的移动(优选地，相对移动)和/或基于基站的空间信息或用户设备的空间信息来确定。
本发明还提供被构造为用于执行上述方法以使得基站和用户设备二者还包括以上优点并且优选地适用于在MIMO通信系统中使用的基站和用户设备。
虽然以上概括和以下详细说明中描述的特定特征结合本发明的具体实施方式和方面来描述，但是应当理解，示例性实施方式和方面的特征可以彼此组合，除非另外特别阐述。
附图说明
将参照附图更详细地描述本发明。
图1示意性地示出了根据本发明的实施方式的基站和用户设备。
图2示出了根据本发明的实施方式的图1所示的基站的天线配置的确定。
图3示出了描述了根据本发明的实施方式的用于调整用于控制训练信号时隙的定时的方法步骤的流程图。
图4示出了根据本发明的实施方式的用于传输训练信号的时隙的分配。
具体实施方式
以下将更详细地描述本发明的示例性实施方式。将理解的是，这里描述的各种示例性实施方式的特征可以彼此组合，除非另外特别阐述。各个附图中的相同附图标记是指类似或相同组件。附图中所示的组件或装置之间的任何联接可以是直接或间接联接，除非另外特别阐述。
图1示出了基站11的环境10中布置的三个用户设备16(UE1、UE2和UE3)。基站11包括多个天线12和关联收发器13(T1...T6)。在图1中，为了清楚的原因，仅示出六个天线12和六个收发器13。然而，这些仅是示例性数量，并且基站11可以包括例如以矩阵或圆柱形布置的例如30至100或甚至更多个天线12和关联收发器13的阵列。同样地，用户设备16可以均包括一个或更多个天线。例如，每个用户设备可以包括一至四个天线(图1的用户设备均具有三个天线)。
而且，基站11包括处理装置(PD)14，处理装置(PD)14联接到收发器13并且适于配置用于在基站11与用户设备16之间传输射频信号的收发器13。可以使用并配置基站11的多个天线12和收发器13，使得上述多输入和多输出(MIMO)技术可以用于基站11与用户设备16之间的传输。根据MIMO技术的信号处理可以在模拟域或数字域或其组合中执行。因此，例如，可以例如在信号处理器或处理装置中数字地实现收发器功能的一部分，并且天线12和收发器13的剩余部分可以是无源组件。
为了确定针对基站11的收发器13的配置参数集(其考虑各个用户设备16相对于基站11的空间信息提供高质量发送)，具有训练序列的射频训练信号或导频信号可以从每个用户设备16被传输到基站11，在多个天线12的子集的每个天线处被接收和处理。针对每个用户设备16，子集可以包括多个天线12中的一个、两个或更多个。基于接收到的训练信号，可以在基站11处确定针对收发器13的对应配置参数。然而，当用户设备中的一个至少在某种程度上移动(例如，用户设备UE 2，如图1中的箭头15指示的)时，除非针对新位置更新对应配置参数，否则传输质量将降低。而且，甚至当用户设备(如例如图1中的用户设备UE1和UE3)不移动时，由于环境的变化，除非针对新环境更新对应配置参数，否则传输质量可能降低。
更新可以通过传输另一个训练信号并且基于在基站11处接收的训练信号确定更新后配置参数来执行。然而，这限制了允许用户设备移动的速率或允许环境变化发生而不降低传输性能的速度。减小将训练信号从用户设备16发射到基站11的间隔可能由于用于训练信号的数据量的增加而降低整体系统性能。
如果用户设备的用户是静止的，但是用户设备正在移动(例如，如果用户在用户设备的显示器上轻击，这可能造成用户设备的取向的变化，或者如果用户向朋友示出用户设备等)，该问题也可能出现。
为了解决该问题，基站11可以被构造为基于在多个不同帧中接收的训练信号的组合(即，基于在至少两个不同帧中接收的导频的组合)来确定或计算针对其天线12和收发器13的天线配置参数。这种组合可以包括各个训练信号或导频的时间求平均和/或加权组合。在求平均的情况下，求平均处理通常要求计算多维矩阵的平均值。
图2示出了根据本发明的实施方式的这种求平均机制的视图。
图2示出了可以在用户设备16与基站11之间逐个被传输的一系列帧(t在图2中指示时间)。各个帧包括头部(header)21和有效载荷信息字段，有效载荷信息字段包括上行链路(UL)有效载荷信息块22和下行链路(DL)有效载荷信息块23。而且，每个头部21包括用于从用户设备16接收训练信号的多个时隙。在图2中，假定特定用户设备仅在六个后续帧中的一个帧中传输导频信号，而相同用户设备不在该组后续六个帧中的其它五个帧中传输训练信号。用户设备传输训练信号的那些帧在图2中被标记为黑色，而用户设备不传输训练信号的其它帧在图2中被标记为白块。然而，这仅是示例性示例，并且当然，用户设备也可以在每个帧20中或在具有不同恒定或可变时间间隔的帧中传输训练信号。
在图2的示例性实施方式中，基站11使用用于对训练信号、在四个不同帧20中在基站11处接收的四个训练信号的导频或足迹求平均的滑动窗。例如，在图2中，当接收具有用户设备中的一个的训练信号的新帧20时，基站使用该训练信号以及从该用户设备接收的在前三个训练信号来计算或确定针对对应天线12和收发器13的天线配置参数。这在图2中由窗口60指示。
当从相同用户设备接收到新训练信号时，基站11使窗口移位，使得丢弃较旧训练序列，同时考虑各个新训练信号用于计算配置参数。这由图2中所示的窗口61和62来指示，它们分别相对于窗口60移位一组六个帧(包括具有来自用户设备的新训练信号的一个帧)和一组十二个帧(包括具有新训练信号的两个帧)。
基站11基于被窗口60、61或62覆盖的来自各个用户设备的训练信号的组合来计算或确定对应配置参数。例如，基站11可以通过从对应训练信号计算时间求平均训练序列，来确定配置参数。
另选地或另外地，基站11还可以被构造为使得其通过从对应训练信号计算加权训练序列信息来确定配置参数，使得被各自窗口60-62覆盖的各个训练信号根据它们何时由基站11接收被不同地加权。特别地，通过选择针对每个训练信号的对应各个加权因子，最新接收的训练信号可以比最旧或最早接收的训练信号更高地被加权。
上述方法可以与动态头部分配机制组合，动态头部分配机制根据基站11与用户设备16之间的传输信道的条件来分配用于传输训练信号的时隙。
与用户设备16被布置在由基站11服务的小区内相比，更少时隙(所谓的“导频信道”)可以被提供用于每个传输帧。然后，在变化环境中的快速移动用户设备或用户设备可以使用每个帧中的时隙，而静止或缓慢移动用户设备通常可以使用更少时隙。分配方案需要在用户设备16与基站11之间提供同步。例如，基站可以将针对时隙的合适频率分配给每个用户设备16。通过考虑用户设备16的移动性和环境，当分配时隙时，可以每帧减小头部信息的量。因此，可以减小头部大小，并且与在每个帧20中为每个用户设备16分配训练信号时隙的系统相比，可以改进小区的有效载荷能力。看待它的另一种方式是对于固定帧定义，可以连接更大数量的用户设备。
图3更详细地示出以上概述的方法。图3中所示的方法70包括方法步骤71至布置76。在步骤71中，提供时隙以用于在基站11的每个天线12处接收从每个用户设备16发送的训练信号(步骤72)。在步骤73中，对于每个天线，遵照上述方法基于在对应天线12处接收的训练信号来确定对应配置参数。在步骤74中，使用针对天线12的所确定配置参数，在基站11与用户设备16之间传输有效载荷信息块。在步骤75中，确定基站11与每个用户设备16之间的传输的劣化参数。
可以基于基站11和每个用户设备16的空间信息来确定劣化参数。例如，可以确定基站11与每个用户设备16之间的移动。空间信息可以从指示例如基站11或用户设备16的静止位置的固有配置参数推导，或者可以基于例如全球定位系统的地理信息来确定。空间信息还可以包括位置、速率、加速度和移动方向。用户设备16的对应空间信息可以在对应信息协议数据单元中被传输到基站11。基于基站11和每个用户设备16的空间信息，基站11可以确定由于位置变化是否导致可能发生基站11与对应用户设备16之间的传输的劣化，使得为了补偿这一点，可能要求天线12的配置参数的调整。
而且，为了考虑基站11的环境的变化，基站11可以另外监测每个传输的比特误码率，以确定是否要求天线12的配置参数的调整以维持高质量数据传输。而且，劣化参数还可以由基站11与用户设备16之间的传输的噪声因数或信号电平来确定。另外或作为替代，劣化参数还可以通过检测每个用户设备16的足迹矩阵中的帧到帧变化来确定，其是由来自该用户设备的训练信号形成的天线配置参数的特征图案。
基于由基站11确定或估计的该劣化参数，对于每个用户设备16，在步骤76中确定用于又一时隙的定时或用于接收下一个训练信号的时隙速率。因此，对于缓慢移动的用户设备或静止用户设备，与用于具有高移动性的用户设备或在快速变化环境中相对于基站11布置的用户设备相比，优选地提供用于接收训练信号的更少时隙。
图4更详细地示出用于提供或分配用于接收训练信号的时隙的实施方式。图4示出多个传输帧20、30、40和50。每个传输帧分别包括头部21、31、41和51和有效载荷信息字段(分别包括上行链路UL有效载荷信息块22、32、42和52以及下行链路DL有效载荷信息块23、33、43和53)。如关于头部21更详细示出的，每个头部包括用于从用户设备16接收训练信号的多个时隙80。在图4所示的示例中，头部包括八个时隙80，当然不限于该特定数量的时隙。
在图4的示例中，用户设备UE1和UE3是静止的，而用户设备UE2正在移动。因此，正在移动的用户设备UE2在每一帧中传输训练序列，如箭头所指示的，而静止用户设备UE1和UE3仅在每隔一帧中传输它们的训练序列。详细地，用户设备UE1在传输帧20和40中传输其训练序列，并且用户设备UE3在传输帧30和50中传输其训练序列。因此，可以减小头部大小，并且可以传输更多有效载荷信息。而且，可以针对用户设备UE1和UE3不太频繁地执行基站11内的配置参数的调整，这还可以减小基站11内的计算强度。
通常，用于传输上行链路信息的配置参数可以与用于传输下行信息的那些配置参数不同。
训练信号需要是正交的，以便用于使基站11识别针对每个用户设备16的多个天线12的配置参数。在上述示例性实施方式中，训练信号根据时分多址(TDMA)技术通过使用不同时隙来分离。然而，正交性还可以由其它正交接入技术(如码分多址(CDMA)或频分多址(FDMA)技术或其组合)来实现。

Claims (15)

1.一种用于在无线网络中操作基站的方法，
其中，所述基站(11)包括用于在所述基站(11)与用户设备(16)之间在帧结构中传输信息的多个天线(12)，并且
其中，所述用户设备(16)将训练信号传输到所述基站(11)，
所述方法包括以下步骤：
-在所述基站(11)的所述多个天线(12)的子集的每个天线(12)处接收由所述用户设备(16)发送的所述训练信号，以及
-基于在对应天线(12)处在多个不同帧(20)中接收的所述训练信号的组合(60-62)来确定针对所述多个天线(12)的所述子集的每个天线(12)的天线配置参数，以用于使用针对所述对应天线(12)的所确定天线配置参数在所述基站(11)与所述用户设备(16)之间随后传输有效载荷信息(22、23)。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中，确定天线配置参数的步骤包括：对在所述多个不同帧(20)中在所述天线(12)处接收的所述训练信号求平均，并且基于所述求平均的结果确定所述天线配置参数。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，
其中，确定天线配置参数的步骤包括：利用各个加权因子对在所述多个不同帧(20)中在所述对应天线(12)处接收的所述训练信号加权，以基于利用所述加权因子加权的训练信号的组合来确定所述天线配置参数。
4.根据权利要求3所述的方法，
其中，选择所述加权因子，使得与比最新接收的帧更早被接收的帧的训练信号相比，所述最新接收的帧的训练信号更高地被加权。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的方法，
其中，选择所述加权因子，使得在所述基站(11)的所述对应天线(12)处训练信号的帧越晚被接收，该训练信号越高地被加权。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其中，其组合训练信号被用于确定所述天线配置参数的所述多个不同帧(20)包括已经从所述用户设备(16)最新接收到训练信号的帧、以及具有所述用户设备(16)的训练信号的至少一个更早接收的帧。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
所述方法还包括：确定所述基站(11)与所述用户设备(16)之间的移动，
其中，如果所述基站(11)与所述用户设备(16)之间的移动超过阈值，则执行基于在所述多个不同帧(20)中接收的所述训练信号的组合来确定针对所述多个天线(12)的所述子集的每个天线(12)的天线配置参数的步骤。
8.根据权利要求7所述的方法，
其中，如果确定所述基站(11)与所述用户设备(16)之间的移动的步骤指示所述用户设备(16)的用户是静止的而所述用户设备(16)正在移动，则执行基于在所述多个不同帧(20)中接收的所述训练信号的组合来确定针对所述多个天线(12)的所述子集的每个天线(12)的天线配置参数的步骤。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，所述方法还包括：
确定指示由于所述基站(12)与所述用户设备(16)之间的传输的变化导致的所述传输的劣化的劣化参数要求调整所述天线配置参数，以及
基于所述劣化参数确定定时参数，所述定时参数用于控制下一个时隙(80)何时被提供用于在所述多个天线(12)的所述子集的每个天线(12)处接收来自所述用户设备(16)的下一个训练信号。
10.根据权利要求9所述的方法，
其中，确定所述劣化参数的步骤包括：确定所述基站(11)与所述用户设备(16)之间的移动和/或确定所述基站(11)或所述用户设备(16)的空间信息。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其中，所述无线网络是MIMO通信系统。
12.一种用于无线网络的基站，所述基站包括：
-多个天线(12)，所述多个天线(12)用于在所述基站(11)与用户设备(16)之间在帧结构中传输射频信号，以及
-处理装置(14)，所述处理装置(14)被构造为
在所述多个天线(12)的子集的每个天线(12)处接收由所述用户设备(16)发送的训练信号，以及
基于在对应天线(12)处在多个不同帧中接收的所述训练信号的组合(60-62)来确定针对所述多个天线(12)的所述子集的每个天线(12)的天线配置参数，以用于使用针对所述对应天线(12)的所确定的天线配置参数在所述基站(11)与所述用户设备(16)之间随后传输有效载荷信息(22、23)。
13.根据权利要求12所述的基站，
其中，所述基站(11)被构造为执行根据权利要求1-11中的任一项所述的方法。
14.根据权利要求12或权利要求13所述的基站，
其中，所述基站(11)被构造为在MIMO通信系统中操作。
15.一种用于无线网络的用户设备，其中，所述用户设备(16)被构造用于在所述用户设备(16)与根据权利要求12-14中的任一项所述的基站(11)之间传输射频信号。
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