CN106105121B - 用于在大规模mimo系统中获取下行数据的方法与设备 - Google Patents

用于在大规模mimo系统中获取下行数据的方法与设备 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是提供一种用于在大规模MIMO系统中获取下行数据的方法与设备。具体地，基站向对应用户设备发送指示下行链路信道估计信息的下行链路控制信令，其中，下行链路控制信令包括对应的等效信道均值信息；对在传输子带的每一子载波上待发送的信号进行迫零预编码；将经迫零预编码后的信号发送至用户设备。与现有技术相比，本发明基站在子载波上对信号进行迫零预编码，并向用户设备发送指示DL信道估计信息的DL控制信令，使得用户设备可基于DL控制信令中的等效信道均值信息进行解调，不依赖DL参考信号来进行DL等效信道估计，在降低预编码颗粒度的同时，也降低了信令开销，系统性能也大大提升。

Description

用于在大规模MIMO系统中获取下行数据的方法与设备
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种用于在大规模MIMO系统中获取下行数据的技术。
背景技术
在传统多输入多输出(MIMO，Multiple Input Multiple Output)系统中，为估计下行链路信道，通常在包括多个连续子载波的每一子带(如包括60个连续子载波)上进行下行链路(DL，downlink)预编码，并在每一子带上插入DL参考信号以方便估计DL等效信道。子带的大小必须小于信道的相关带宽，因此子带中的信道可被粗略地视为是平坦的，子带中的所有子载波可使用相同的预编码矩阵(可从该子带的平均信道状态信息(CSI，ChannelState Information)计算得到)，然后，使用相同的预编码矩阵对参考信号进行预编码，将预编码后的参考信号插入到每一子带。在用户侧，每一用户使用DL参考信号估计每一子带上的等效信道。
逐子带预编码的缺点是因每一子载波上预编码矩阵和真实信道之间的不匹配导致的额外的多用户干扰，其优点是允许插入参考信号以辅助DL等效信道估计。然而，随着天线数量的增长，逐子带预编码的优点缩水且其缺点扩展；因此，在大规模MIMO系统中，较小的预编码颗粒度在频域是首选的，但因参考信号的开销随预编码颗粒度的降低而增加，这就对DL信道估计造成困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于在大规模MIMO系统中获取下行数据的方法与设备。
根据本发明的一个方面，提供了一种在基站端用于在大规模MIMO系统中获取下行数据的方法，其中，该方法包括：
-向对应用户设备发送指示下行链路信道估计信息的下行链路控制信令，其中，所述下行链路控制信令包括对应的等效信道均值信息；
其中，该方法还包括：
a对在传输子带的每一子载波上待发送的信号进行迫零预编码；
b将经迫零预编码后的所述信号发送至所述用户设备。
根据本发明的另一方面，还提供了一种在用户设备端辅助用于在大规模MIMO系统中获取下行数据的方法，其中，该方法包括：
-接收对应基站发送的指示下行链路信道估计信息的下行链路控制信令，其中，所述下行链路控制信令包括对应的等效信道均值信息；
其中，该方法还包括：
A接收所述基站发送的在传输子带的每一子载波上对待发送的信号进行迫零预编码后的信号；
B根据所述等效信道均值信息，对所述信号进行解调处理，以获得对应的下行数据。
根据本发明的一方面，还提供了一种用于在大规模MIMO系统中获取下行数据的基站，其中，该基站包括：
第一发送装置，用于向对应用户设备发送指示下行链路信道估计信息的下行链路控制信令，其中，所述下行链路控制信令包括对应的等效信道均值信息；
其中，该基站还包括：
预编码装置，用于对在传输子带的每一子载波上待发送的信号进行迫零预编码；
第二发送装置，用于将经迫零预编码后的所述信号发送至所述用户设备。
根据本发明的另一方面，还提供了一种辅助用于在大规模MIMO系统中获取下行数据的用户设备，其中，该用户设备包括：
第一接收装置，用于接收对应基站发送的指示下行链路信道估计信息的下行链路控制信令，其中，所述下行链路控制信令包括对应的等效信道均值信息；
其中，该用户设备还包括：
第二接收装置，用于接收所述基站发送的在传输子带的每一子载波上对待发送的信号进行迫零预编码后的信号；
解调装置，用于根据所述等效信道均值信息，对所述信号进行解调处理，以获得对应的下行数据。
根据本发明的再一方面，还提供了一种用于在大规模MIMO系统中获取下行数据的系统，其中，该系统包括如前述根据本发明一个方面的一种用于在大规模MIMO系统中获取下行数据的基站，以及根据本发明另一方面的一种辅助用于在大规模MIMO系统中获取下行数据的用户设备。
与现有技术相比，本发明基站端通过在每一子载波上对信号进行迫零预编码，并向对应的用户设备发送指示下行链路信道估计信息的DL控制信令，使得用户设备可基于DL控制信令中的等效信道均值信息进行解调，从而实现了在大规模MIMO系统中，降低预编码颗粒度的同时，也降低了信令开销，并实现了DL信道估计，且相对于现有技术(基于参考信号的DL信道估计)系统性能也大大提升，同时，用户设备无需依赖DL参考信号来进行DL等效信道估计，且本发明易于实现。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1示出根据本发明一个方面的一种用于在大规模MIMO系统中获取下行数据的基站和用户设备的设备示意图；
图2示出用户设备数量K固定而基站的天线数量NT变化时，本发明与现有技术(使用逐子带多用户预编码)的用户设备所接收的信号的平均信噪比之间的比值曲线示意图；
图3示出基站的天线数量NT固定而用户设备数量K变化时，本发明与现有技术(使用逐子带多用户预编码)的用户设备所接收的信号的平均信噪比之间的比值曲线示意图；
图4示出在不同天线数量和用户设备数量下，本发明和现有技术(使用逐子带多用户预编码)的DL传输性能的比较示意图；
图5示出另一实施例的在不同天线数量和用户设备数量下，本发明和现有技术(使用逐子带多用户预编码)的DL传输性能的比较示意图；
图6示出根据本发明另一个方面的基站和用户设备配合实现用于在大规模MIMO系统中获取下行数据的方法流程图。
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
图1示出根据本发明一个方面的一种用于在大规模MIMO系统中获取下行数据的基站1和用户设备2，在此，大规模MIMO系统包括但不限于如正交频分复用(OFDM，OrthogonalFrequency Division Multiplexing)大规模MIMO系统、单载波频分多址(SC-FDMA，Single-carrier Frequency-Division Multiple Access)大规模MIMO系统、滤波器组多载波(FBMC，Filter Bank MultiCarrier)大规模MIMO系统等，在该等系统中，每一基站配置多个天线，且同时支持多个用户设备。优选地，该等系统中的每一基站如基站1同时支持多个用户设备，且支持的用户设备的数量远小于该基站如基站1配置的天线的数量。
其中，基站1包括第一发送装置11、预编码装置12和第二发送装置13，用户设备2包括第一接收装置21、第二接收装置22和解调装置23。具体地，基站1的第一发送装置11向对应用户设备2发送指示下行链路信道估计信息的下行链路控制信令，其中，所述下行链路控制信令包括对应的等效信道均值信息；相应地，用户设备2的第一接收装置21接收对应基站1发送的指示下行链路信道估计信息的下行链路控制信令，其中，所述下行链路控制信令包括对应的等效信道均值信息；基站1的预编码装置12对在传输子带的每一子载波上待发送的信号进行迫零预编码；第二发送装置13将经迫零预编码后的所述信号发送至所述用户设备2；相应地，用户设备2的第二接收装置22接收所述基站1发送的在传输子带的每一子载波上对待发送的信号进行迫零预编码后的信号；解调装置23根据所述等效信道均值信息，对所述信号进行解调处理，以获得对应的下行数据。
在此，基站1是指移动通信系统中，连接固定部分与无线部分，并通过空中的无线传输与移动台相连的设备，其包括但不限于如Note B基站、eNB基站等。在此，用户设备2是指在移动通信设备中，终止来自或送至网络的无线传输，并将终端设备的能力适配到无线传输的部分，即用户接入移动网络的设备。其包括但不限于任何一种可与用户通过键盘、触摸板、或声控设备进行人机交互并能通过移动网络与基站进行信号的相互传送和接收来达到移动通信信号的传送的电子产品，例如平板电脑、智能手机、PDA、车载电脑等。在此，所述移动网络包括但不限于GSM、3G、LTE、Wi-Fi、WiMax、WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA、HSPA、LTD等。本领域技术人员应能理解上述用户设备、移动网络和基站仅为举例，其他现有的或今后可能出现的用户设备或移动网络或基站如可适用于本发明，也应包含在本发明保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。
具体地，基站1的第一发送装置11通过无线信道，如以周期性的发送方式、广播方式等，向对应用户设备2发送指示下行链路信道估计信息的下行链路控制信令，其中，所述下行链路控制信令包括对应的等效信道均值信息。在此，所述等效信道均值信息对应于基站1发送给用户设备2的下行链路信道估计信息，等效信道均值信息可表示为：其中ak由以下公式(1)表示：
pk为基站1对第k个用户设备的平均发送功率。在上述公式(1)中，为基站1所支持的K个用户设备中第k个用户设备的发送端信道状态信息(CSIT)误差的方差，gk为第k个用户设备的路径损耗。
以下以举例方式说明为什么可用表示所述等效信道均值信息：
例如，在具有NFFT个子载波的DL OFDM大规模MIMO系统中，假设是时分双工(TDD，Time Division Duplexing)的，因此，基于信道的互易性，该系统中的基站可从上行链路探测参考信号获得信道状态信息(CSI，Channel State Information)，假设该系统中的一个基站被配置NT个天线，并通过多用户预编码同时支持K个用户设备，且每一用户设备有一根天线。
对于基站1，以Hw标记K个用户设备和NT个天线之间在第w个子载波上的K×NT维的信道矩阵，假设gk为第k个用户设备的路径损耗，则：
其中，G＝diag([g1…gk…gK])，即G是以gk为第k个对角元素的对角矩阵。利用TDD中UL/DL信道的互易性，基站1可获得Hw的估计，记为发送端信道状态信息误差被表示为：
信道状态信息误差可能来自上行信道估计误差和信道的时变。ΔHw独立于Hw，且具有：
其中，是对角矩阵，标记为的第k个对角元素是第k个用户设备的CSIT误差的方差。根据公式(3)和公式(4)，可得到：
基站1使用迫零计算得到每一子载波的预编码矩阵如：
P是对角矩阵，具有第k个对角元素pk，P的选择使得E(|Ww|2)＝1，其中，该期望在所有w上平均得到。在给定用户设备数量K下，pk的值随NT线性增加，其期望可被计算为：
在用户设备侧，在第w个子载波上接收到的信号为：
基于公式(3)和(4)，则可得到：
因此，ΔHw可被建模为：
其中，A为常数矩阵，Bw为独立于的随机矩阵。基于公式(10)，可得到：
以及
将公式(11)和(12)与公式(9)和(4)进行比较，可得到：
A＝diag([a1…ak…aK]) (13)
其中，ak由以上公式(1)所示，且将公式(10)带入公式(8)，可得到：
yw＝(I+A)P1/2xw+BwWwxw+nw (14)
考虑特定用户设备k，所接收的信号可表示为：
其中，Bw(k，：)表示矩阵Bw的第k行，Ww(：，k)表示矩阵Ww的第k列，nw，k为高斯白噪声。则对于用户设备k，等效信道是：
等效信道的均值是对于逐子载波预编码，很难像传统MIMO系统一样插入参考信号，因此，用户设备无法获得等效信道的精确估计，相反，基站1可向对应的用户设备发送指示下行链路信道估计信息的下行链路控制信令，其中，所述下行链路控制信令包括对应的等效信道均值信息在只有等效信道的均值信息的情况下，用户设备k将上述公式(15)中右侧的第二项视为干扰，尽管其包含所期望的信号xw，k。
本发明的逐子载波预编码避免了现有技术中逐子带预编码带来的额外多用户干扰。相比于现有的采用DL参考信号进行DL信道估计的技术，本发明不需要DL参考信号，而只需要通过控制信令发送等效信道的均值。由于等效信道的均值只与用户设备k有关，其在整个带宽上是不变的，其所需的信令开销较低。
相应地，用户设备2的第一接收装置21通过无线信道，接收对应基站1发送的指示下行链路信道估计信息的下行链路控制信令，其中，所述下行链路控制信令包括对应的等效信道均值信息。
基站1的预编码装置12对在传输子带的每一子载波上待发送的信号进行迫零预编码。具体地，预编码装置12可首先运用迫零准则，基于传输子带的每一子载波对应的信道状态信息，确定所述每一子载波所对应的预编码矩阵；然后，根据所述预编码矩阵，对在所述每一子载波上待发送的信号进行迫零预编码。
例如，对于具有NFFT个子载波的DL OFDM大规模MIMO系统，该系统中的一个基站被配置NT个天线，并同时支持K个用户设备，且每一用户设备有一根天线，则对于该系统中的基站1的预编码装置12，其可利用上述公式(6)得到每个子载波所对应的预编码矩阵；然后，预编码装置12利用上述得到的预编码矩阵，对在对应子载波上待发送的信号进行迫零预编码。每个子载波上的预编码矩阵都是根据该子载波上的CSIT计算得到的，因此不同子载波上的预编码矩阵是不同的。
第二发送装置13通过无线信道，将经迫零预编码后的所述信号发送至所述用户设备2。
相应地，用户设备2的第二接收装置22通过无线信道，在传输子带的每一子载波上接收所述基站1发送的迫零预编码后的信号。
解调装置23根据所述等效信道均值信息，对所述信号进行解调处理，以获得对应的下行数据。例如，假设用户设备2为基站1所支持的K个用户设备中的第k个用户设备，其第一接收装置21接收到基站1发送的指示下行链路信道估计信息的下行链路控制信令，其中，所述下行链路控制信令包括对应的等效信道均值信息为如则解调装置23可视该等效信道均值信息为等效信道状态信息，并利用该等效信道均值信息对其第二接收装置22接收到的所述信号进行解调处理，以获得对应的下行数据，即对在每一子载波上接收到的信号分别进行解调，获得每一子载波发送的下行数据，换言之，每个子载波的解调结果是该子载波上发送的信号的估值。
在此，本领域技术人员应当理解，在具体实施例中，基站1的第一发送装置11和第二发送装置13可并行地执行，也可串行地执行；用户设备2的第一接收装置21和第二接收装置22可并行地执行，也可串行地执行。
基站1和用户设备2的各个装置之间是持续不断工作的。具体地，基站1的第一发送装置11向对应用户设备2持续发送指示下行链路信道估计信息的下行链路控制信令，其中，所述下行链路控制信令包括对应的等效信道均值信息；相应地，用户设备2的第一接收装置21持续接收对应基站1发送的指示下行链路信道估计信息的下行链路控制信令，其中，所述下行链路控制信令包括对应的等效信道均值信息；基站1的预编码装置12持续对在传输子带的每一子载波上待发送的信号进行迫零预编码；第二发送装置13将经迫零预编码后的所述信号发送至所述用户设备2；相应地，用户设备2的第二接收装置22持续接收所述基站发送的在传输子带的每一子载波上对待发送的信号进行迫零预编码后的信号；解调装置23持续根据所述等效信道均值信息，对所述信号进行解调处理，以获得对应的下行数据。在此，本领域技术人员应能理解“持续”是指基站1和用户设备2的各装置之间分别不断地进行下行链路控制信令的发送与接收、对待发送的信号进行迫零预编码、经迫零预编码后的信号的发送与接收，以及对信号的解调，直至基站1在较长时间内停止下行链路控制信令的发送。
优选地，基站1还包括确定装置(未示出)。具体地，确定装置基于所述用户设备的相关信息，确定所述等效信道均值信息；其中，所述相关信息包括：
-所述用户设备的速率；
-所述用户设备发送的上行链路探测参考信号的信噪比；
-所述用户设备的长时信道衰落。
例如，假设用户设备2为基站1所支持的K个用户设备中的第k个用户设备，则确定装置可预先得到用户设备2发送的不同上行链路探测参考信号的信噪比和用户设备2的CSIT误差的方差之间的对应关系；然后根据实际测得的上行链路探测参考信号的信噪比，通过类似查表的方式得到用户设备2的当前CSIT误差的方差，即得到接着，根据上述公式(1)计算得到用户设备2的等效信道均值信息。
再如，假设用户设备2为基站1所支持的K个用户设备中的第k个用户设备，则确定装置可首先基于用户设备2的速率，根据经验值估算由用户设备2的信道时变带来的信道估计误差方差；然后，再根据用户设备2发送的上行链路探测参考信号的信噪比估算得到由上行信道估计误差带来的信道估计误差方差，把两者加起来，即得到用户设备2的当前CSIT误差的方差，即得到接着，根据上述公式(1)计算得到用户设备2的等效信道均值信息。
本领域技术人员应能理解上述基于所述用户设备的相关信息确定所述等效信道均值信息的方式仅为举例，其他现有的或今后可能出现的基于所述用户设备的相关信息确定所述等效信道均值信息的方式如可适用于本发明，也应包含在本发明保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。
下面说明本发明相对于现有技术中基于DL参考信号的逐子带预编码方案的性能优势：
1)下面首先对基于有DL参考信号的逐子带预编码的大规模MIMO系统进行分析：
假设在传统OFDM-MIMO系统中，NFFT个子载波被分为LSB个子带，每一子带包含NSB个连续子载波，则在每一子带上执行的DL多用户预编码表示如下：
其中，P为对角矩阵，pk为第k个对角元素。{pk，k＝1～K}被选择使得
E|Wb|2＝1 (18)
且
公式(18)中的期望在所有b上平均得到。对于固定用户设备数量K，pk的数值随基站天线的数量线性增加。利用wishart矩阵的性质，pk的期望可被估计为：
在用户设备侧，在第b个子带的第i个子载波上所接收到的信号为：
其中，
为CSIT误差，其包括由UL信道估计误差和信道时变引起的误差(在公式(22)中由表示)，以及由使用在公式(19)中所示的每一子带平均CSIT而不是每一子载波CSIT引起的误差(在公式(22)中由表示)。考虑特定用户设备k，所接收到的信号可被写为：
其中，A(k，：)和A(：，k)分别表示矩阵A的第k行和第k列，xk和nk分别为矩阵x和n的第k个元素。公式(23)中的第二项为由CSIT误差引起的多用户干扰。当NSB＞1，不仅包括{ΔHw}，也包括导致额外的多用户干扰的由逐子带预编码引起的误差。
2)本发明相对于现有技术的性能优势分析：
假设α(w2-w1)表示第w1个子载波和第w2个子载波之间的归一化信道频率相关性，则有
假设具有相同的归一化频率相关性，则：
以及
公式(24)至(26)中的期望是在和的多个实现上平均得到的。为简便起见，定义
其中，H可由ΔH、H(e)或代替。合并公式(24)至(27)、(19)和(22)，可计算得到：
定义
以及
则根据公式(31)和(32)，(28)至(30)可被简化为：
和
根据公式(33)和(34)，可得到
因此，可将建模为
其中，Ci为常数矩阵，Db，i为独立于具有零均值的随机矩阵。根据公式(37)，则有
以及
将公式(38)和(39)与公式(36)和(35)进行比较，则可得到：
Ci＝diag([ci，1…ci，k…ci，K]) (40)
其中，
以及
其中，
将公式(37)代入公式(23)，在第b个子带的第i个子载波上所接收到的信号可被写为：
I)现有技术中用户设备所接收到的信号的平均信噪比：
在该情形下，NSB＞1且在每一子带上插入参考信号以方便用户设备估计各自的等效信道，则第k个用户设备所接收到的信号的平均信噪比可被计算如下：
其中，公式(45)中的等式(a)由公式(20)和(34)获得，公式(45)中的等式(a)中的期望在i＝1～NSB上平均得到。
II)本发明中用户设备所接收到的信号的平均信噪比：
在该情形下，NSB＝1，因此ri＝NT，ci，k＝ak，且其中ak在公式(1)中定义。每一用户设备k仅知晓其自身的等效信道的均值，即
因此，公式(44)中的第二项应被视为干扰，尽管其包含所期望的信号。由第k个用户设备所接收到的信号的平均信噪比可被计算如下：
其中，等式(a)由运用公式(7)获得。
III)本发明和现有技术的比较：
为便于比较，定义
若η＞1，说明本发明优于现有技术，否则，相反。
以下说明η、NT和K之间的关系：
图2示出K固定而NT不同时η的曲线，图3示出NT固定而K不同时η的曲线，在图2与图3中，公式(24)中的频率相关性函数{α(Δw)}由使用SCM(空间信道模型，Spatial ChannelModel)信道模型且用户设备的速率为3km/h来模拟得到。对于所有用户设备，路径损耗被设置为1，且对任何k，CSIT误差的方差设置为噪声方差设为1，对于逐子带预编码，带宽被分为多个子带，每一子带包含NSB＝60个连续子载波。
从图2可以看出，用户设备K数量固定时，在天线数量较少时，逐子带预编码性能较好，而随着天线数量的增加，逐子载波预编码的性能提升，最终超过逐子带预编码。从该图中，还可看出，当K＝1时，具有DL训练信号的逐子带预编码总是优于没有DL训练信号的逐子载波预编码，因该情形中没有多用户干扰。然而，当NT.增加时，这两者之间的差距缩小，这意味着由不精确的等效信道估计引起的自干扰的不利影响随着天线数量的增加而减小。
从图3可以看出，天线数量NT固定时，在用户设备数量较少时逐子带预编码性能较好，而随着用户设备数量的增加，逐子载波预编码的性能提升，且最终超过逐子带预编码。这是因为随着用户设备数量的增加，关于多用户干扰的逐子带预编码的不利影响变得越来越严重。若用户设备的数量持续增加接近天线数量，逐子带预编码再次变得表现较好，因此，优选地，本发明中基站同时支持的用户设备的数量远小于其配置的天线的数量。
除以上理论分析之外，以下采用模拟方法来证明本发明的优势。考虑MIMO OFDM系统的DL传输，该系统具有NFFT＝1024个子载波且基站的天线数量为NT。每一基站基于迫零算法使用DL多用户MIMO同时支持K个用户设备。路径损耗设为1，且对于所有用户设备，基站侧的CSIT误差的方差设置为
对于逐子带多用户预编码，假设带宽被分为多个子带，每一子带包含NSB＝60个连续子载波。运用每一子带的平均CSIT来计算该子带的预编码矩阵。在用户设备侧，假设在每一子带中，运用DL参考信号，理想的等效信道估计可被实现。
对于逐子载波多用户预编码，分别为每一子载波计算预编码矩阵。基站向每一用户设备发送指示在公式(1)中定义的等效信道均值信息的信令。
图4和图5均示出在不同天线数量和用户设备数量下，本发明和现有技术的DL传输性能比较示意图。
在图4中，设置NT＝2且K＝4，对于所有用户设备，均采用QPSK调制且速率为1/3的Turbo码。在图5中，设置NT＝64且K＝8，对于所有用户设备，均采用16QAM调制且速率为1/3的Turbo码。
从图4中可以看到，对于天线数量较少的图4，具有DL训练信号的逐子带预编码的性能优于没有DL训练信号的逐子载波预编码。
然而，当天线数量增加至如图5所示时，没有DL训练信号的逐子载波预编码的性能大大超过具有DL训练信号的逐子带预编码，如图5可以看出，本发明提供可大于5dB的性能增益。
图6示出根据本发明另一个方面的基站和用户设备配合实现用于在大规模MIMO系统中获取下行数据的方法流程图。
在此，大规模MIMO系统包括但不限于如正交频分复用(OFDM，OrthogonalFrequency Division Multiplexing)大规模MIMO系统、单载波频分多址(SC-FDMA，Single-carrier Frequency-Division Multiple Access)大规模MIMO系统、滤波器组多载波(FBMC，Filter Bank MultiCarrier)大规模MIMO系统等，在该等系统中，每一基站配置多个天线，且同时支持多个用户设备。优选地，基站1同时支持多个用户设备，且支持的用户设备的数量远小于基站1配置的天线的数量。
其中，该方法包括步骤S1、步骤S2、步骤S3和步骤S4。具体地，在步骤S1中，基站1向对应用户设备2发送指示下行链路信道估计信息的下行链路控制信令，其中，所述下行链路控制信令包括对应的等效信道均值信息；相应地，用户设备2接收对应基站1发送的指示下行链路信道估计信息的下行链路控制信令，其中，所述下行链路控制信令包括对应的等效信道均值信息；在步骤S2中，基站1对在传输子带的每一子载波上待发送的信号进行迫零预编码；在步骤S3中，基站1将经迫零预编码后的所述信号发送至所述用户设备2；相应地，用户设备2接收所述基站1发送的在传输子带的每一子载波上对待发送的信号进行迫零预编码后的信号；在步骤S4中，用户设备2根据所述等效信道均值信息，对所述信号进行解调处理，以获得对应的下行数据。
在此，基站1是指移动通信系统中，连接固定部分与无线部分，并通过空中的无线传输与移动台相连的设备，其包括但不限于如Note B基站、eNB基站等。在此，用户设备2是指在移动通信设备中，终止来自或送至网络的无线传输，并将终端设备的能力适配到无线传输的部分，即用户接入移动网络的设备。其包括但不限于任何一种可与用户通过键盘、触摸板、或声控设备进行人机交互并能通过移动网络与基站进行信号的相互传送和接收来达到移动通信信号的传送的电子产品，例如平板电脑、智能手机、PDA、车载电脑等。在此，所述移动网络包括但不限于GSM、3G、LTE、Wi-Fi、WiMax、WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA、HSPA、LTD等。本领域技术人员应能理解上述用户设备、移动网络和基站仅为举例，其他现有的或今后可能出现的用户设备或移动网络或基站如可适用于本发明，也应包含在本发明保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。
具体地，在步骤S1中，基站1通过无线信道，如以周期性的发送方式、广播方式等，向对应用户设备2发送指示下行链路信道估计信息的下行链路控制信令，其中，所述下行链路控制信令包括对应的等效信道均值信息。在此，所述等效信道均值信息对应于基站1发送给用户设备2的下行链路信道估计信息，等效信道均值信息可表示为：其中ak由以下公式(49)表示：
pk为基站1对第k个用户设备的平均发送功率。在上述公式(49)中，为基站1所支持的K个用户设备中第k个用户设备的发送端信道状态信息(CSIT)误差的方差，gk为第k个用户设备的路径损耗。
以下以举例方式说明为什么可用表示所述等效信道均值信息：
例如，在具有NFFT个子载波的DL OFDM大规模MIMO系统中，假设是时分双工(TDD，Time Division Duplexing)的，因此，基于信道的互易性，该系统中的基站可从上行链路探测参考信号获得信道状态信息(CSI，Channel State Information)，假设该系统中的一个基站被配置NT个天线，并通过多用户预编码同时支持K个用户设备，且每一用户设备有一根天线。
对于基站1，以Hw标记K个用户设备和NT个天线之间在第w个子载波上的K×NT维的信道矩阵，假设gk为第k个用户设备的路径损耗，则：
其中，G＝diag([g1…gk…gK])，即G是以gk为第k个对角元素的对角矩阵。利用TDD中UL/DL信道的互易性，基站1可获得Hw的估计，记为发送端信道状态信息误差被表示为：
信道状态信息误差可能来自上行信道估计误差和信道的时变。ΔHw独立于Hw，且具有：
其中，是对角矩阵，标记为的第k个对角元素是第k个用户设备的CSIT误差的方差。根据公式(51)和公式(52)，可得到：
基站1使用迫零计算得到每一子载波的预编码矩阵如：
P是对角矩阵，具有第k个对角元素pk，P的选择使得E(|Ww|2)＝1，其中，该期望在所有w上平均得到。在给定用户设备数量K下，pk的值随NT线性增加，其期望可被计算为：
在用户设备侧，在第w个子载波上接收到的信号为：
基于公式(51)和(52)，则可得到：
因此，ΔHw可被建模为：
其中，A为常数矩阵，Bw为独立于的随机矩阵。基于公式(58)，可得到：
以及
将公式(59)和(60)与公式(57)和(52)进行比较，可得到：
A＝diag([a1…ak…aK]) (61)
其中，ak由以上公式(49)所示，且将公式(58)带入公式(56)，可得到：
yw＝(I+A)P1/2xw+BwWwxw+nw (62)
考虑特定用户设备k，所接收的信号可表示为：
其中，Bw(k，：)表示矩阵Bw的第k行，Ww(：，k)表示矩阵Ww的第k列，nw，k为高斯白噪声。则对于用户设备k，等效信道是：
等效信道的均值是对于逐子载波预编码，很难像传统MIMO系统一样插入参考信号，因此，用户设备无法获得等效信道的精确估计，相反，基站1可向对应的用户设备发送指示下行链路信道估计信息的下行链路控制信令，其中，所述下行链路控制信令包括对应的等效信道均值信息在只有等效信道的均值信息的情况下，用户设备k将上述公式(63)中右侧的第二项视为干扰，尽管其包含所期望的信号xw，k。
本发明的逐子载波预编码避免了现有技术中逐子带预编码带来的额外多用户干扰。相比于现有的采用DL参考信号进行DL信道估计的技术，本发明不需要DL参考信号，而只需要通过控制信令发送等效信道的均值。由于等效信道的均值只与用户设备k有关，其在整个带宽上是不变的，其所需的信令开销较低。
相应地，用户设备2通过无线信道，接收对应基站1发送的指示下行链路信道估计信息的下行链路控制信令，其中，所述下行链路控制信令包括对应的等效信道均值信息。
在步骤S2中，基站1对在传输子带的每一子载波上待发送的信号进行迫零预编码。具体地，在步骤S2中，基站1可首先运用迫零准则，基于传输子带的每一子载波对应的信道状态信息，确定所述每一子载波所对应的预编码矩阵；然后，根据所述预编码矩阵，对在所述每一子载波上待发送的信号进行迫零预编码。
例如，对于具有NFFT个子载波的DL OFDM大规模MIMO系统，该系统中的一个基站被配置NT个天线，并同时支持K个用户设备，且每一用户设备有一根天线，则对于该系统中的基站1，其在步骤S2中可利用上述公式(54)得到每个子载波所对应的预编码矩阵；然后，在步骤S2中，基站1利用上述得到的预编码矩阵，对在对应子载波上待发送的信号进行迫零预编码。每个子载波上的预编码矩阵都是根据该子载波上的CSIT计算得到的，因此不同子载波上的预编码矩阵是不同的。
在步骤S3中，基站1通过无线信道，将经迫零预编码后的所述信号发送至所述用户设备2。
相应地，用户设备2通过无线信道，接收所述基站1发送的在传输子带的每一子载波上对待发送的信号进行迫零预编码后的信号。
在步骤S4中，用户设备2根据所述等效信道均值信息，对所述信号进行解调处理，以获得对应的下行数据。例如，假设用户设备2为基站1所支持的K个用户设备中的第k个用户设备，其在步骤S3中接收到基站1发送的指示下行链路信道估计信息的下行链路控制信令，其中，所述下行链路控制信令包括对应的等效信道均值信息为如则在步骤S4中，用户设备2可视该等效信道均值信息为等效信道状态信息，并利用该等效信道均值信息对其在步骤S3中接收到的所述信号进行解调处理，以获得对应的下行数据，即对在每一子载波上接收到的信号分别进行解调，获得每一子载波发送的下行数据，换言之，每个子载波的解调结果是该子载波上发送的信号的估值。
在此，本领域技术人员应当理解，在具体实施例中，步骤S1和步骤S3可并行地执行，也可串行地执行。
基站1和用户设备2的各个步骤之间是持续不断工作的。具体地，在步骤S1中，基站1向对应用户设备2持续发送指示下行链路信道估计信息的下行链路控制信令，其中，所述下行链路控制信令包括对应的等效信道均值信息；相应地，用户设备2持续接收对应基站1发送的指示下行链路信道估计信息的下行链路控制信令，其中，所述下行链路控制信令包括对应的等效信道均值信息；在步骤S2中，基站1持续对在传输子带的每一子载波上待发送的信号进行迫零预编码；在步骤S3中，基站1将经迫零预编码后的所述信号发送至所述用户设备2；相应地，用户设备2持续接收所述基站发送的在传输子带的每一子载波上对待发送的信号进行迫零预编码后的信号；在步骤S4中，用户设备2持续根据所述等效信道均值信息，对所述信号进行解调处理，以获得对应的下行数据。在此，本领域技术人员应能理解“持续”是指基站1和用户设备2的各步骤之间分别不断地进行下行链路控制信令的发送与接收、对待发送的信号进行迫零预编码、经迫零预编码后的信号的发送与接收，以及对信号的解调，直至基站1在较长时间内停止下行链路控制信令的发送。
优选地，该方法还包括步骤S5(未示出)。具体地，在步骤S5中，基站1基于所述用户设备的相关信息，确定所述等效信道均值信息；其中，所述相关信息包括：
-所述用户设备的速率；
-所述用户设备发送的上行链路探测参考信号的信噪比；
-所述用户设备的长时信道衰落。
例如，假设用户设备2为基站1所支持的K个用户设备中的第k个用户设备，则在步骤S5中，基站1可预先得到用户设备2发送的不同上行链路探测参考信号的信噪比和用户设备2的CSIT误差的方差之间的对应关系；然后根据实际测得的上行链路探测参考信号的信噪比，通过类似查表的方式得到用户设备2的当前CSIT误差的方差，即得到接着，根据上述公式(49)计算得到用户设备2的等效信道均值信息。
再如，假设用户设备2为基站1所支持的K个用户设备中的第k个用户设备，则在步骤S5中，基站1可首先基于用户设备2的速率，根据经验值估算由用户设备2的信道时变带来的信道估计误差方差；然后，再根据用户设备2发送的上行链路探测参考信号的信噪比估算得到由上行信道估计误差带来的信道估计误差方差，把两者加起来，即得到用户设备2的当前CSIT误差的方差，即得到接着，根据上述公式(49)计算得到用户设备2的等效信道均值信息。
本领域技术人员应能理解上述基于所述用户设备的相关信息确定所述等效信道均值信息的方式仅为举例，其他现有的或今后可能出现的基于所述用户设备的相关信息确定所述等效信道均值信息的方式如可适用于本发明，也应包含在本发明保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。
需要注意的是，本发明可在软件和/或软件与硬件的组合体中被实施，例如，可采用专用集成电路(ASIC)、通用目的计算机或任何其他类似硬件设备来实现。在一个实施例中，本发明的软件程序可以通过处理器执行以实现上文所述步骤或功能。同样地，本发明的软件程序(包括相关的数据结构)可以被存储到计算机可读记录介质中，例如，RAM存储器，磁或光驱动器或软磁盘及类似设备。另外，本发明的一些步骤或功能可采用硬件来实现，例如，作为与处理器配合从而执行各个步骤或功能的电路。
另外，本发明的一部分可被应用为计算机程序产品，例如计算机程序指令，当其被计算机执行时，通过该计算机的操作，可以调用或提供根据本发明的方法和/或技术方案。而调用本发明的方法的程序指令，可能被存储在固定的或可移动的记录介质中，和/或通过广播或其他信号承载媒体中的数据流而被传输，和/或被存储在根据所述程序指令运行的计算机设备的工作存储器中。在此，根据本发明的一个实施例包括一个装置，该装置包括用于存储计算机程序指令的存储器和用于执行程序指令的处理器，其中，当该计算机程序指令被该处理器执行时，触发该装置运行基于前述根据本发明的多个实施例的方法和/或技术方案。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (11)

1.一种在基站端用于在大规模MIMO系统中获取下行数据的方法，其中，该方法包括：
-向对应用户设备发送指示下行链路信道估计信息的下行链路控制信令，其中，所述下行链路控制信令包括对应的等效信道均值信息；
其中，该方法还包括：
a对在传输子带的每一子载波上待发送的信号进行迫零预编码；
b将经迫零预编码后的所述信号发送至所述用户设备；
其中，所述等效信道均值信息被表示为 a k 被表示为pk为基站1对第k个用户设备的平均发送功率，为基站1所支持的K个用户设备中第k个用户设备的发送端信道状态信息(CSIT)误差的方差，gk为第k个用户设备的路径损耗。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法还包括：
-基于所述用户设备的相关信息，确定所述等效信道均值信息；
其中，所述相关信息包括：
-所述用户设备的速率；
-所述用户设备发送的上行链路探测参考信号的信噪比；
-所述用户设备的长时信道衰落。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述步骤a包括：
-运用迫零准则，基于传输子带的每一子载波对应的信道状态信息，确定所述每一子载波所对应的预编码矩阵；
-根据所述预编码矩阵，对在所述每一子载波上待发送的信号进行迫零预编码。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述基站同时支持多个用户设备，且支持的用户设备的数量远小于所述基站配置的天线的数量。
5.一种在用户设备端辅助用于在大规模MIMO系统中获取下行数据的方法，其中，该方法包括：
-接收对应基站发送的指示下行链路信道估计信息的下行链路控制信令，其中，所述下行链路控制信令包括对应的等效信道均值信息；
其中，该方法还包括：
A接收所述基站发送的在传输子带的每一子载波上对待发送的信号进行迫零预编码后的信号；
B根据所述等效信道均值信息，对所述信号进行解调处理，以获得对应的下行数据；
其中，所述等效信道均值信息被表示为 a k 被表示为pk为基站1对第k个用户设备的平均发送功率，为基站1所支持的K个用户设备中第k个用户设备的发送端信道状态信息(CSIT)误差的方差，gk为第k个用户设备的路径损耗。
6.一种用于在大规模MIMO系统中获取下行数据的基站，其中，该基站包括：
第一发送装置，用于向对应用户设备发送指示下行链路信道估计信息的下行链路控制信令，其中，所述下行链路控制信令包括对应的等效信道均值信息；
其中，该基站还包括：
预编码装置，用于对在传输子带的每一子载波上待发送的信号进行迫零预编码；
第二发送装置，用于将经迫零预编码后的所述信号发送至所述用户设备；
其中，所述等效信道均值信息被表示为 a k 被表示为pk为基站1对第k个用户设备的平均发送功率，为基站1所支持的K个用户设备中第k个用户设备的发送端信道状态信息(CSIT)误差的方差，gk为第k个用户设备的路径损耗。
7.根据权利要求6所述的基站，其中，该基站还包括：
确定装置，用于基于所述用户设备的相关信息，确定所述等效信道均值信息；
其中，所述相关信息包括：
-所述用户设备的速率；
-所述用户设备发送的上行链路探测参考信号的信噪比；
-所述用户设备的长时信道衰落。
8.根据权利要求6或7所述的基站，其中，所述预编码装置用于：
-运用迫零准则，基于传输子带的每一子载波对应的信道状态信息，确定所述每一子载波所对应的预编码矩阵；
-根据所述预编码矩阵，对在所述每一子载波上待发送的信号进行迫零预编码。
9.根据权利要求6或7所述的基站，其中，所述基站同时支持多个用户设备，且支持的用户设备的数量远小于所述基站配置的天线的数量。
10.一种辅助用于在大规模MIMO系统中获取下行数据的用户设备，其中，该用户设备包括：
第一接收装置，用于接收对应基站发送的指示下行链路信道估计信息的下行链路控制信令，其中，所述下行链路控制信令包括对应的等效信道均值信息；
其中，该用户设备还包括：
第二接收装置，用于接收所述基站发送的在传输子带的每一子载波上对待发送的信号进行迫零预编码后的信号；
解调装置，用于根据所述等效信道均值信息，对所述信号进行解调处理，以获得对应的下行数据；
其中，所述等效信道均值信息被表示为 a k 被表示为pk为基站1对第k个用户设备的平均发送功率，为基站1所支持的K个用户设备中第k个用户设备的发送端信道状态信息(CSIT)误差的方差，gk为第k个用户设备的路径损耗。
11.一种用于在大规模MIMO系统中获取下行数据的系统，其中，该系统包括权利要求6至9中任一项所述的基站，以及权利要求10所述的用户设备。
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