CN107046432A - 协调式mimo信号传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种协作MIMO信号传输方法，包括：定义多个协作集合，每个协作集合包括多个基站；协商用于在所述协调的MIMO信号传输中使用的一个或多个公共无线电资源区域；为要由所述协调的MIMO信号传输服务的每个公共无线电资源区域选择零或一个服务移动站；估计所述基站和所述服务移动站之间的信道的信道响应信息，将所述信道响应信息转发到所述服务器；基于从所述基站接收的所述信道响应信息，计算要应用于通过每个公共无线电资源区域由所述协作集中的每个基站发送的信号的加权向量；以及将每个基站通过每个公共无线电资源区域发送的信号的数据内容同步到每个选择的服务移动站。
Description
技术领域
本发明一般涉及协调MIMO(多输入多输出)信号传输方法的无线通信领域。
背景技术
已经提出用于在第四代(4G)无线系统中潜在部署的网络多输入多输出(MIMO)是旨在通过协调多小区传输而减轻小区间干扰并增强吞吐量的技术多个地理上分离的天线属于相同或不同的基站(BS)。这种多BS MIMO技术通过多BS协作信令提高了扇区吞吐量和小区边缘吞吐量。当在服务小区和相邻小区中应用联合预编码时，BS可以为一个或多个移动站(MS)启用多BS联合MIMO处理。以无线宽带系统全球微波接入互操作性(WiMAX)为例，闭环宏分集(CL-MD)和协作MIMO(Co-MIMO)传输有两种情况。对于CL-MD传输，单个MS由多个协调BS联合服务。对于Co-MIMO传输，多个协调BS通过MU-MIMO调度和预编码联合地服务几个移动站(MS)。在称为协作多点(CoMP)传输的第三代合作伙伴计划(3GPP)长期演进高级(LTE-A)标准中也提出了用于多BS联合MIMO处理的类似概念。还存在两种情况：联合处理(JP)和协调调度/协作波束成形(CS/CB)。Co-MIMO和CoMP-JP传输(在研究论文中通常称为网络MIMO)允许多个协作BS通过联合设计的预编码同时服务多个用户。
描述网络MIMO的参考文献是M.K.Kakakayali，G.J.Foschini和R.A.Valenzuela，“Network coordination for spectrally efficient communications in cellularsystems”，IEEE Trans。on Wireless Commun。，vol。13，no。4，第56-61页，2006年8月(“Karakayali等人2006”)。该参考文献描述了“网络协调作为在蜂窝下行链路系统中提供频谱高效通信的手段”。当采用网络协调时，所有基站天线一起作为单个网络天线阵列，并且每个移动台可以从附近的基站接收有用信号。(Id。，Abstract。)在该参考文献中，“目标是协调基站天线传输，使得可以相干地接收来自多个基站天线的信号，以提高信号质量。在实现该目的的传输技术中，有两种简单形式相干协调被认为...：通过零强制传输的协调和通过脏纸编码与有限形式的零强制相结合的协调(同上，第56-57页)。
使用若干其它一般方法来减轻常规蜂窝系统中的小区间干扰，包括频率再用，小区扇区化和扩频。一种常用的技术是避免在相邻小区中使用相同的频率集合；即，小区簇共享整个传输谱。这种方法导致每个小区内可用信道的数量的减少。
已经提出了称为分数频率复用(FFR)的方案，以通过应用重用分区技术来提高频谱效率。FFR(也称为频率分区或重用分区)允许在设计的传输时段期间在不同的频率分区上应用不同的频率重用因子。图。图1示出了全向小区的常规FFR方案。在本公开的这个和一些其它图示中，单元形状被示出为六边形(有时也称为菱形单元)。整个可用频率范围被划分为用于所有小区的内部小区区域(小区中心)的内部频带f A和用于外部小区区域(小区边缘)的外部频带f B)。频带f B进一步分成三个子带f 1，b 2，f 3和b 3；如图1所示。如图1所示，邻接(相邻)小区在外部小区区域中使用不同的子带。在所示的示例中，邻接单元0,6和5分别对于它们的外部单元区域使用子带f1.b1，fbub2和fbub3。每个单元使用三个子带f1.b1，fbub2和fub3中的仅一个(例如，单元0不使用子带f2.b2和fbub3)。在这种FFR方案中，以较低的频谱使用为代价来提高小区边缘处的信号质量。
为了提高频谱效率，FFR可以应用于如图1所示的扇区化蜂窝系统。扇区化蜂窝系统是其中每个小区通过使用定向天线被划分为多个扇区的系统。在所示的示例中，每个小区被划分为内部扇区和三个外部扇区扇区1，扇区2和扇区3.频谱以与图1中相同的方式被划分。1，即进入频带/子带f，A，fB1，fbub2和fbub3。如图所示，如图2所示，每个小区对其内部扇区使用内部频带f.sub.A，并且对于其三个外部扇区分别使用三个频率子带f.sub.B1，fbub2和fub3。三个子带和三个扇区1,2,3之间的对应关系在所有小区中是相同的。结果，在来自三个不同小区的三个扇区彼此邻接(例如，小区0的扇区3，小区6的扇区2和小区5的扇区1)的区域中，由三个扇区使用的频率子带全部不同，这减少了小区间干扰。在这种FFR方案中，每个小区可以使用整个频谱进行发送。
1和2采用了Farooq Khan的“LTE for 4G mobile broadband：air interfacetechnologies and performance”，Cambridge University Press2009，pp.419-420。
发明内容
本发明提供一种协调MIMO(多输入多输出)信号传输方法，包括：定义多个协作集合，每个协作集合包括多个基站；协商用于在所述协调的MIMO信号传输中使用的一个或多个公共无线电资源区域；为要由所述协调的MIMO信号传输服务的每个公共无线电资源区域选择零或一个服务移动站；估计所述基站和所述服务移动站之间的信道的信道响应信息，将所述信道响应信息转发到所述服务器；基于从所述基站接收的所述信道响应信息，计算要应用于通过每个公共无线电资源区域由所述协作集中的每个基站发送的信号的加权向量；以及将每个基站通过每个公共无线电资源区域发送的信号的数据内容同步到每个选择的服务移动站。
附图说明
参考以下更详细的描述和权利要求并结合附图，将更好地理解本发明的优点和特征，其中相同的元件用相同的附图标记表示，其中：
图1示出了具有全单元的蜂窝系统中的常规FFR的示例。
图2示出了扇区化蜂窝系统中的常规FFR的示例。
图3是示出根据本发明实施例的用于无线OFDM系统的基于三小区FFR的网络MIMO的实际实现方法的流程图。
具体实施方式
用于实施本发明的最佳模式根据其优选实施例给出。然而，本发明不限于所描述的实施例，并且本领域技术人员将理解，在不偏离本发明的基本概念的情况下，本发明的许多其他实施例是可能的，并且任何这样的工作也将落入本发明的范围。可以想象，本发明的其他样式和配置可以容易地并入本发明的教导中，并且为了清楚和公开的目的而不是为了限制范围，仅示出和描述一个特定配置。
本文中的术语“一个”不表示数量的限制，而是表示一个或多个所提及的项目的存在。
接下来参考图3描述用于无线OFDM系统的基于三小区FFR的网络MIMO的实际实现。
首先，回程网络(例如，图1中的BS间服务器20或SON服务器12)中的控制服务器选择参与协作网络MIMO操作的BS，定义为协作组(步骤S81)。每组由三个细胞组成。选择标准优选地基于地理位置，即，选择为处于协调组中的BS通常位于附近的地理区域中，这可能导致对彼此的服务MS的显着干扰。该选择还可以考虑信令等待时间，即，控制服务器可以选择具有用于协调组的较低信令等待时间的高速回程连接的小区。蜂窝系统由多个协调组组成。当实行基于TDMA或FDMA的重组时，每个BS可以在重新布置的频率分区方案下或在常规频率分区方案下参与不同组的网络MIMO操作。在常规频率分区和重新布置的频率分区之间进行选择是步骤S81的一部分；在常规频率划分方案下的小区重组也是步骤S81的一部分。
然后，在每个协作集内，多个BS协商用于网络MIMO操作的一个或多个公共无线电资源区域(复合时间-频率区域)(步骤S82)。每个公共无线电资源区域(也称为协作区域)是在时域和频域中定义的逻辑区域。时域资源单元也可以称为子帧；如前所述，频率资源单元被称为RU。在该步骤中可以实施时分和频分复用。协调组的每个公共无线电资源区域用于一次一个服务多达三个MS，即每个BS为零或一个MS。限制是一个BS不能为与两个不同协调组相关联的网络MIMO操作共享相同的公共无线电资源区域；换句话说，由一个BS用于两个不同协作组的公共无线电资源区域不能重叠。可以通过连接到每个BS的回程网络来进行协商。例如，可以通过BS向控制服务器传送其请求来进行协商，并且控制服务器基于请求分配公共无线电资源区域。
在实际的无线OFDM系统中，多个BS将难以在网络MIMO操作中涉及它们的所有服务MS。这是因为MS的数量，每个MS的业务需求和每个MS的信道相干时间通常是不同的。例如，如果每个MS所需的无线电资源的大小不同，则难以协调网络MIMO操作。另一个例子是具有较高速度的MS也很难参与这种操作，因为它们的信道响应将频繁地改变，使得在启用该操作之前不同BS之间的信令等待时间可能已经比MS信道相干时间更长。
在下一步骤中，协调组内的每个BS为每个公共无线电资源区域选择其参与网络MIMO操作的其服务MS中的一个(步骤S83)。选择准则可以包括选择来自属于同一协作组的其他BS的具有较低移动性的MS和/或具有较高干扰的MS。所选择的MS将参与该公共无线电资源区域中的网络MIMO操作。
当每个BS选择服务MS时，三个BS和三个选择的MS在该公共无线电资源区域中执行网络MIMO，使得由三个BS发送的三个信号实现对于所选择的三个服务MS的干扰消除。在一些情况下，三个BS中只有一个或两个BS选择其服务MS参与该公共无线电资源区域中的网络MIMO传输，在这种情况下，未选择其服务MS的BS将执行网络MIMO传输以实现干扰消除用于所选择的服务MS。
在步骤S83中，由BS和服务器做出选择决定。MS可以请求或触发选择，但不做出选择决定。
在选择服务MS之后，每个协作集内的BS及其选择的服务MS执行必要的信道估计和消息交换以构造信道响应矩阵(步骤S84)。更具体地，每个选择的服务MS估计它与协作组中的每个BS之间的信道的信道响应，然后向其对应的BS(其服务BS)报告信道响应以进一步转发到控制服务器。该步骤可以通过已知技术来实现。例如，BS可以根据从MS发送的探测信号来估计信道响应。下面描述一些示例。
对于TDD(时分双工)模式，协调组内的BS协商用于其选择的服务MS的上行链路资源以发送探测信号，使得该组中的每个BS可以根据从每个发送的探测信号来估计信道响应选择的服务MS。由于信道响应在TDD系统中是互易的，所以可以通过该方法来构造用于UL和DL的信道响应矩阵。
对于FDD(频分双工)模式，每个BS通过在TDD模式中的相同探测技术来估计来自所选服务MS的上行链路信道响应。对于下行链路信道响应，MS通过估计由该协作组中的每个BS发送的唯一导频模式序列来估计信道响应。例如，由每个BS发送的导频模式可以用对于该组中的每个BS是唯一的序列来加扰。在信道估计之后，每个MS报告每个BS的估计的信道响应。
回程网络中的控制服务器(例如，图1中的BS间服务器20或SON服务器12)收集由协作组中的BS和它们所选择的服务MS报告的信道响应。基于由控制服务器获得的完整信道响应矩阵，服务器计算应当应用于用于协作网络MIMO传输或接收的每个BS的加权向量(步骤S85)。在网络MIMO传输期间，控制服务器将要由预协商的无线电资源区域中的协作组的BS发送的数据内容同步到MS。
在网络MIMO传输期间，每个BS监视网络MIMO传输的接收信号质量。当信号质量开始下降时，参与该协调组的BS和MS可以重复步骤S84和S85，以根据用户移动性来更新由于可能的信道变化引起的加权向量。如果信号质量继续恶化，则协作组中的BS可以重复步骤S83以重新选择服务MS以加入网络MIMO操作，并且BS和新选择的服务MS重复步骤S84以获得信道响应。如果需要或期望，整个系统可以重复步骤S81以重新配置协调组，然后重复步骤S82至S85。
步骤S84(信道估计和反馈和消息交换)和S85(协作网络MIMO传输)可以通过已知技术来实现。对于不同的蜂窝系统，这些步骤的实现可能不同。
总而言之，根据本发明实施例的基于FFR的三小区网络MIMO系统具有许多优点。与不具有小区扇区的常规网络MIMO相比，该系统通过使用3定向(定向天线)频率分区来减少组间干扰(IGI)效应。与常规FFR一样，每个小区完全利用整个频率范围，但是与常规FFR相比，在该系统中实现了改善的信号质量。即使使用小的协调组大小，即仅使用三个小区，其实现了组间干扰(IGI)的期望的减小。小组大小(三个单元)减少了实现中的计算复杂性以及大量单元之间的同步的需要。使用三小区协作组还提高了服务公平性；与较大(例如七个小区)协调组不同，三小区组在组中不具有“边缘”或“中心”小区。
对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以在基于FFR的三小区网络MIMO系统和本发明的相关方法和装置中进行各种修改和变化，发明。因此，本发明旨在涵盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的修改和变化。
尽管已经描述了目前被认为是本发明的优选实施例，但是应当理解，可以对其进行各种修改，并且意图是所附权利要求覆盖所有这样的修改，如落入在本发明的真实精神和范围内。
已经出于说明和描述的目的呈现了本发明的具体实施例的前述描述。它们不是穷尽的或将本发明和使用方法限制到所公开的精确形式。显然，根据上述教导，许多修改和变化是可能的。选择和描述实施例是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，并且从而使得本领域的其他技术人员能够最佳地利用本发明以及具有适于预期的特定用途的各种修改的各种实施例。应当理解，在不脱离本发明的权利要求的精神或范围的情况下，可以设想等同物的各种省略或替代，因为情况可以建议或呈现权宜，而是旨在覆盖应用或实现。
Claims (8)
1.一种协调MIMO(多输入多输出)信号传输方法，其特征在于，包括：
定义多个协作组，每个协作组包括多个基站；
协商用于在所述协调的MIMO信号传输中使用的一个或多个公共无线电资源区域；
为要由所述协调的MIMO信号传输服务的每个公共无线电资源区域选择零或一个服务移动站；
估计所述基站和所述服务移动站之间的信道的信道响应信息，将所述信道响应信息转发到所述服务器；
基于从所述基站接收的所述信道响应信息，计算要应用于通过每个公共无线电资源区域由所述协作集中的每个基站发送的信号的加权向量；
和将由每个基站通过每个公共无线电资源区域发送的信号的数据内容同步到每个选择的服务移动站。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中服务器通过回程网络连接到每个基站，其中所述服务器交换信令消息并协调路由到每个基站的数据业务。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，由每个协作集内的基站协商的每个公共无线电资源区域是复合时间-频率区域。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述基站中的至少一个属于两个或更多个协作组，并且其中由所述基站在不同协作组内协商的公共无线电资源区域是不重叠的。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述服务器定义的多个协作集合包括两个或多个包含公共基站的协作集合，其中，对于所述公共基站，组是不重叠的。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述定义步骤包括在不同时间重复地重新定义所述多个协作组。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中由服务器定义的所述多个协作组中的每一个由三个基站组成。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述估计步骤包括：
估计由所述协作集中的每个基站发送的导频信号，其中每个导频信号用对于所述发送基站唯一的序列来加扰。
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