CN107210808A - 用于大规模mimo通信系统的上行链路信干噪比估计 - Google Patents

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Abstract

本发明提出用于估计MU‑MIMO无线通信系统中的上行链路SINR和信道估计误差等级的方法，其包括：BS获得上行链路中的BS的每个接收天线与UE的发送天线之间的信道系数；BS使用UE与BS之间的信道系数估计UE的SU‑MIMO SINR；BS使用UE与BS之间的信道系数估计UE的信道估计误差等级。

Description

用于大规模MIMO通信系统的上行链路信干噪比估计
本申请要求2015年1月16日提交的美国临时申请No.62/104,644的权益。
技术领域
本发明的领域涉及无线通信，更具体地说，涉及OFDMA无线通信的上行链路传输中的信干噪比(SINR)和信道状态信息(CSI)误差等级估计，更具体地说，涉及大规模MIMO系统。
背景技术
大规模MIMO系统可能将传统MIMO系统放大达量级的量值(即基站(BS)处的几百个天线)，以在相同时间-频率资源中同时服务于几十个用户装备(UE)。该系统可以在谱效率方面提供大量优点。通过主动空间复用和大阵列增益，大规模MIMO系统可以同时实现容量增加和能量效率改进。此外，可以通过廉价的低功率组件对此进行构建。其也具有显著减少空中接口的延时，简化媒体接入层，并且增加对非有意的人为干扰和有意的拥塞的鲁棒性的潜能。通常，虽然频分双工(FDD)可论证地是可能的，但利用上行链路与下行链路之间的信道互易性，在时分双工(TDD)模式下考虑大规模MIMO系统。此外，正交频分复用(OFDM)仍是用于对于在例如第4代(4G)通信系统的整个带宽中复用UE的最佳技术，因为其非常适合于MIMO系统。因此，与OFDM组合的大规模MIMO将比通过相对简单实现方式的传统系统增加谱效率多于十倍。
当在TDD通信系统中采用大规模MIMO时，通过使用TDD系统的信道互易性通过每个UE所发送的上行链路导频或侦听基准信号(SRS)估计BS与UE之间的下行链路信道。除了CSI之外，还需要估计每个UE的上行链路和下行链路的SINR，从而BS可以预测可实现的传输速率并且选择用于每个UE的正确调制和编码方案(MCS)。即使如此，因为不可避免的CSI估计误差，所以所估计的SINR也不能精确地反映MU-MIMO用户群组中的每个UE的信道质量。因此，还需要每个UE的CSI误差等级，从而当选择用于UE的MCS时，可以近似并且包括CSI误差所导致的SINR降低。归因于以上原因，本发明提供用于基于每个UE的所估计的上行链路信道系数估计每个UE的SINR和CSI误差等级的方法。
本发明提出提供信号传输、检测方法以及用于大规模MIMO系统中的下行链路和上行链路传输的有关处理的实施例。
发明目的
本发明的目的是提供用于关于大规模MIMO系统估计上行链路SINR和CSI误差等级的方法。
本发明的其它目的是指定有助于SINR和CSI误差等级估计的特定SRS序列。
发明内容
如图1所示，在BS在专用OFDM码元上接收到SRS之后，当BS估计每个UE与自身之间的每个子载波上的信道系数时(2)，其开始(1)。此后，BS估计每个UE的时间偏移(TO)和频率偏移(TO)，并且补偿所估计的信道系数中所包含的这两个偏移(3)。此后，BS使用校正后的系数以分别估计每个UE的上行链路SINR和下行链路SINR(4)，并且来到结束(5)。此外，还估计每个UE的CSI误差等级。当在上行链路子帧中对于每个UE保留两个SRS码元时，相同梳式上的两个根序列在这些OFDM码元中应是不同的，以增强SINR估计精度。
附图说明
作为当结合附图时本发明的各个方面的以下详细描述的结果，将更清楚地理解本发明的前述实现方式以及附加实现方式。贯穿附图的若干视图，相同标号指代对应部分。
图1示出CSI和SINR估计的处理
图2示出无线电时间-频率资源的结构。
图3示出资源块的结构。
图4示出SRS码元中的梳式的结构。
具体实施方式
对于大规模MU-MIMO OFDM通信系统，其中，对于上行链路和下行链路传输复用采用TDD模式。图2中示出对上行链路和下行链路的无线电资源(时间和频率)分配，其中，在包括频域中的整个带宽和时域中的TF所表示的连续时间持续期的帧的单元中组织资源。一个帧进一步划分为n个子帧，其中，分别对于下行链路和上行链路传输预留n2＝n-n1个子帧。注意，下行链路和上行链路子帧的数量和指数在帧中是可配置的。一个子帧包括时域中的Nsym个OFDM码元。图2示出帧6和子帧7的结构的示例。一个子帧7包括多个资源块(RB)，其中，一个RB包括频域中的Nsc个连续子载波(例如在3GPP-LTE/LTE-A中，Nsc＝12)以及时域中所有SC-OFDM/OFDM码元8。码元中的一个子载波称为资源元素(RE)，其为最小数据传输单元。图3示出RB结构9的示例，其中，Nsc＝12并且Nsys＝14，并且矩形表示一个RE。一个子帧中所使用的RB并且因此子载波的数量取决于信道带宽，如以下表1所示。
表1
LTE信道带宽 RB的数量 每码元的子载波的数量
1.4MHz 6 72
3MHz 15 180
5MHz 25 300
10MHz 50 600
15MHz 75 900
20MHz 100 1200
用于每个UE的上行链路SRS值分配给这些子载波。对于SRS所预留的SC-OFDM/OFDM码元的数量在上行链路子帧中关于每个UE是一个或两个，这取决于BS所分配的资源。为了复用更多UE以在相同码元上发送SRS，可以采用两种策略：(1).整个频带划分为若干区段，其中，每一个包含连续子载波集合；(2).每个区段中的子载波可以划分为若干群组，其中，每个群组称为梳式。区段和梳式的数量根据特定应用情形是可配置的。通过根序列(例如，对于特定梳式，所有UE在一个梳式中所发送的SRS序列)的不同循环移位版本在一个梳式中复用多个UE，根据下式通过根序列的循环移位α定义
其中，是具有恒定幅度零自相关(CAZAC)的根序列，是根序列的长度，其等于梳式中所包含的子载波的数量。注意，指数u和v唯一地确定根序列。虽然不同UE在一个梳式中所发送的SRS在接收机处重叠，但因为每个UE所使用的α的唯一值，所以可以几乎理想地分离每个UE与BS之间的信道。
当在子帧中对于每个UE预留两个SRS码元时，第一码元中的梳式的根序列与第二码元的不同，这样确保SINR估计的精度。可以通过预定根序列分配(例如，u和v由子帧中的小区标识和SRS码元指数确定)或其它方式(例如，BS分配u、v，并且通过下行链路控制信道通知所涉及的UE)实现该情况。
当BS接收到SRS时，其首先通过例如[1]中的方法估计每个接收天线与每个UE之间的信道系数。通过这些所估计的信道系数，其估计每个UE的TO和FO，并且通过分别补偿所估计的信道系数中所包含的TO和FO校正它们。此后，BS估计每个UE的上行链路SINR。
图4是SRS传输的示例，其中，在上行链路子帧中对于SRS预留两个码元11、12。在该示例中，我们假设一个区段中的梳式的数量是2，其中，在每个梳式上复用K个UE(每个UE具有单个发送天线)。设M表示BS侧处的接收天线的数量，于是在校正TO和FO之后，第i子载波上的第k UE与第m天线之间的信道系数由特定梳式中的表示，其中，t＝1，2，m＝1，…，M，k＝1，…，K，并且注意，以下描述基于该示例，但其不会限制本发明的应用。
对于第k UE，BS首先选择梳式中的子载波集合Ωest，k(例如，除了位于两个边界频带上的之外的梳式的子载波)，并且其中，|Ωest，k|表示Ωest，k的基数，Ndis是所丢弃的子载波的数量。于是，第k UE的噪声和干扰功率可以估计为：
通过(1.2)，第m天线上的第k UE的信号功率估计为：
显然，第m天线上的第k UE的SINR可以直接计算为：
在实际系统中，必须关于传输速率预测估计每个UE的SINR或信道质量指示(CQI)。特定频带(例如子载波集合Ω∈Ωest，k)中的理想上行链路SU-MIMO SINR定义为：
其中，是理想干扰加噪声功率。在实际系统中，基于CSI估计处理，和具有以下近似关系：
对于信道增益其近似为：
因此，在子载波集合|Ω|上，SINR可以估计为：
当用于近似子载波集合Ω上的上行链路数据SINR时，由于数据的发送功率可以与SRS的不同，因此必须进行调整，例如，
由于在所估计的信道系数中存在不可避免的干扰和噪声，因此CSI误差等级用于测量UE的所估计的信道矢量偏离理想矢量有多少。更具体地说，CSI误差等级定义为理想与所估计的信道矢量之间的归一化相关：
其中，和是以及分别定义的理想和所估计的信道矢量：
通过(1.2)和(1.3)，αk估计为：
通过αk，当选择用于每个UE的MCS时，BS可以容纳非理想CSI的影响。
虽然本发明优选实施例的前面描述已经示出、描述或说明本发明的基本新颖特征或原理，但应理解，在不脱离本发明的精神的情况下，本领域技术人员可以进行所示的方法、要素或装置的细节的形式及其使用方面的各种省略、替换和改变。因此，本发明的范围不应限于前面描述。此外，本发明的原理可以应用于广泛范围的方法、系统和装置，以实现在此所描述的优点并且实现其它优点或同样满足其它目的。

Claims (10)

1.一种用于估计MU-MIMO无线通信系统中的上行链路SINR和信道估计误差等级的方法，其包括：BS获得上行链路中的BS的每个接收天线与UE的发送天线之间的信道系数；BS使用UE与BS之间的信道系数估计UE的SU-MIMO SINR；BS使用UE与BS之间的信道系数估计UE的信道估计误差等级。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：UE在上行链路中在多于一个的连续OFDM码元中发送导频信号。
3.如权利要求2所述的方法，还包括：BS在接收到导频信号之后估计在连续导频码元的多个子载波处的每个发送和接收天线配对之间的信道系数，并且根据需要补偿时间偏移和频率偏移。
4.如权利要求1所述的方法，还包括：BS通过在多个天线配对上在属于不同导频码元的相同子载波处对任何两个系数之间的差取平均估计所估计的信道系数的噪声等级。
5.如权利要求1所述的方法，还包括：BS通过在属于相同导频码元的两个连续子载波处对两个系数之间的差取平均估计所估计的信道系数的功率等级。
6.如权利要求1所述的方法，还包括：BS通过所估计的信道系数的功率等级和噪声的功率等级计算每天线的上行链路导频SINR。
7.如权利要求1所述的方法，还包括：通过所估计的信道系数和噪声功率等级计算上行链路导频SU-MIMO SINR。
8.如权利要求1所述的方法，还包括：通过将偏移与上行链路导频SU-MIMO SINR相加计算关于上行链路数据传输的SU-MIMO SINR。
9.如权利要求1所述的方法，还包括：通过将偏移与关于上行链路数据传输的上行链路导频SU-MIMO SINR或SU-MIMO SINR相加计算关于下行链路数据传输的SU-MIMO SINR。
10.如权利要求1所述的方法，还包括：通过所估计的信道系数功率等级和噪声功率等级计算上行链路所估计的信道的误差等级。
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