TWI398134B - 在無線通信系統中傳送資訊的系統及方法 - Google Patents

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TWI398134B TW097134248A TW97134248A TWI398134B TW I398134 B TWI398134 B TW I398134B TW 097134248 A TW097134248 A TW 097134248A TW 97134248 A TW97134248 A TW 97134248A TW I398134 B TWI398134 B TW I398134B
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Description

在無線通信系統中傳送資訊的系統及方法
本發明涉及通信網路，更具體地說，涉及一種使用碼簿的多用戶多入多出(MIMO)通信系統中波束形成的方法和系統。
移動通信改變了人們通信的方式，移動電話已從奢侈品變成為日常生活基本用品。移動電話的使用在今天是由社會環境所支配，位置或技術不再是問題。當語音連接滿足了通信的基本需求時，移動語音連接繼續更進一步地滲入到日常生活之中，移動互聯網是移動通信發展一下階段要實現的目標。移動互聯網將成為日常資訊的共同資源，使得對這種資料的各種移動訪問更加容易。
為實現移動互聯網的這些未來需求，現已設計出第三代(3G)蜂窩網路。第三代合作夥伴計劃(3GPP)是由全球通信聯盟協作進行，其目的在於開發一種滿足移動互聯網需要的無線網路標準。為達到這一目標，3GPP所承擔的專案之一被稱為3GPP長期演進(3GPP LTE)專案。3GPP LTE專案中主要研究課題涉及無線通信網路中資料傳輸速率和頻譜利用規範。
比較本發明後續將要結合附圖介紹的系統，現有技術的其他局限性和弊端對於本領域的普通技術人員來說是顯而易見的。
本發明涉及一種使用碼簿的多用戶多入多出(MIMO)通信系統中波束形成的方法和系統，至少結合一張附圖進行了描述，並在權利要求中進行了完整的定義。
根據本發明的一方面，提供一種在無線通信系統中傳送資訊的系統，所述系統包括：
一個或多個電路，用於生成干擾消除矩陣，所述干擾消除矩陣(interference cancellation matrix)使能使用多個輔助信號(subsidiary signal)來代表一個合成信號，其中所述輔助信號中的每一個都是基於多個資料流程信號中的一個對應資料流程信號而生成；
所述一個或多個電路用於基於所述生成的干擾消除矩陣生成預編碼(precoding)矩陣；
所述一個或多個電路用於基於所述生成的預編碼矩陣和基於所述多個資料流程信號生成多個發射信號；
所述一個或多個電路用於經由無線通信媒介發射所述生成的多個信號。
作為優選，所述一個或多個電路用於基於所述生成的預編碼矩陣和生成的波束成形矩陣生成修改後的波束成形矩陣。
作為優選，所述一個或多個電路用於基於經由所述無線通信媒介接收到的信號生成所述生成的波束成形矩陣和一個或多個用戶通道矩陣。
作為優選，所述一個或多個電路用於通過所述接收信號接收一個或多個用戶波束成形向量和/或用戶通道質量資訊。
作為優選，所述一個或多個電路用於基於所述接收到的一個或多個用戶波束成形向量和/或用戶通道質量資訊生成所述預編碼矩陣和/或所述波束成形矩陣。
作為優選，所述一個或多個電路用於經由所述無線通信媒介發射來自所述生成的修改後波束成形矩陣的資料。
作為優選，所述一個或多個電路用於基於碼簿生成所述生成的修改後波束成形矩陣的量化版。
作為優選，所述一個或多個電路用於經由所述無線通信媒介發射來自所述生成的修改後波束成形矩陣的量化版的資料。
作為優選，所述一個或多個電路用於通過計算所述生成的修改後波束成形矩陣中的每一矩陣元素與所述碼簿中每一進入值(entry value)之間的相關值(correlation value)來生成所述生成的修改後波束成形矩陣的量化版。
作為優選，所述一個或多個電路用於根據所計算的所述多個矩陣元素中每一元素的最大值來生成所述生成的修改後波束成形矩陣的量化版。
作為優選，所述一個或多個電路用於基於所述多個最大值為所述多個矩陣元素中每一元素計算指數值(index value)，所述指數值以在所述碼簿中選擇的進入值為參考。
作為優選，所述一個或多個電路用於經由所述無線通信媒介發射所述多個指數值。
根據本發明的一方面，提供一種在無線通信系統中傳送資訊的方法，所述方法包括：
生成干擾消除矩陣，所述干擾消除矩陣(interference cancellation matrix)使能使用多個輔助信號(subsidiary signal)來代表一個合成信號，其中所述輔助信號中的每一個都是基於多個資料流程信號中的一個對應資料流程信號而生成；
基於所述生成的干擾消除矩陣生成預編碼(precoding)矩陣；
基於所述生成的預編碼矩陣和基於所述多個資料流程信號生成多個發射信號；
經由無線通信媒介發射所述生成的多個信號。
作為優選，所述方法包括基於所述生成的預編碼矩陣和生成的波束成形矩陣生成修改後的波束成形矩陣。
作為優選，所述方法包括基於經由所述無線通信媒介接收到的信號生成所述生成的波束成形矩陣和一個或多個用戶通道矩陣。
作為優選，所述方法包括通過所述接收信號接收一個或多個用戶波束成形向量和/或用戶通道質量資訊。
作為優選，所述方法包括基於所述接收到的一個或多個用戶波束成形向量和/或用戶通道質量資訊生成所述預編碼矩陣和/或所述波束成形矩陣。
作為優選，所述方法包括經由所述無線通信媒介發射來自所述生成的修改後波束成形矩陣的資料。
作為優選，所述方法包括基於碼簿生成所述生成的修改後波束成形矩陣的量化版。
作為優選，所述方法包括經由所述無線通信媒介發射來自所述生成的修改後波束成形矩陣的量化版的資料。
作為優選，所述方法包括通過計算所述生成的修改後波束成形矩陣中的每一矩陣元素與所述碼簿中每一進入值(entry value)之間的相關值(correlation value)來生成所述生成的修改後波束成形矩陣的量化版。
作為優選，所述方法包括根據所計算的所述多個矩陣元素中每一元素的最大值來生成所述生成的修改後波束成形矩陣的量化版。
作為優選，所述方法包括基於所述多個最大值為所述多個矩陣元素中每一元素計算指數值(index value)，所述指數值以在所述碼簿中選擇的進入值為參考。
作為優選，所述方法包括經由所述無線通信媒介發射所述多個指數值。
本發明的各種優點、各個方面和創新特徵，以及其中所示例的實施例的細節，將在以下的具體實施方式和附圖中進行詳細介紹。
本發明涉及使用碼簿的多用戶多入多出(MIMO)通信系統中波束形成的方法和系統。本發明的各個實施例可以結合第三代合作夥伴計劃(3GPP)長期演進(LTE)系統來實現。在本發明的各個實施例中，無線通信系統中的MIMO基站可經由MT 個發射天線同時發射預編碼信號。在經由多個發射天線發射之前，該預編碼信號將使用波束成形技術進行處理。在本發明的各個實施例中，不失一般性地，預編碼和波束成形步驟可以合併。MT 個同時發射的信號可由K個用戶設備(UE)工作站接收，其中每一個都經由MR 個接收天線接收信號。可以基於從每一個UE工作站接收的反饋資料對發射信號進行預編碼。
在接收端，每一個UE工作站可以使用干擾消除濾波器來選擇性地接收部分預編碼信號，同時拒收其他部分的預編碼信號。每一個UE工作站的干擾消除濾波器的濾波特性都可以根據從基站接收到的資料來確定。在本發明的各個實施例中，(K個UE工作站中的)第i個UE工作站所使用的干擾消除濾波器可以使UE工作站將從基站接收到的信號轉換成K個信號。UE工作站可以從K個信號中選擇第i個信號進行進一步處理，同時拒收其他信號(j≠i)。
圖1是用於本發明實施例中的示範性MIMO收發器的結構示意圖。參見圖1，其中展示了無線收發器工作站102和多個天線132a......132n。無線收發器工作站102是示例性的通信設備，其可用在無線通信系統的基站或UE中。在示例性的3GPP無線通信系統中，基站可以稱為節點B。多個天線132a......132n使得無線收發器工作站102能夠經由無線通信媒介發射和/或接收信號，例如射頻(RF)信號。不失一般性地，圖1所示的無線收發器工作站102也可以描述為包括與發射器116相連的一個或多個發射天線和與接收器118相連的一個或多個接收天線。
該示例性無線收發器工作站包括處理器112、記憶體114、發射器116、接收器118、發射和接收(T/R)切換開關120和天線矩陣122。天線矩陣122可以用於實現對無線收發器工作站102上用於發射和/或接收信號的一個或多個天線132a......132n的選擇。T/R切換開關120用於將天線矩陣122通信連接到發射器116或接收器118。當T/R切換開關120在發射器116和天線矩陣122之間建立通信連接時，所選擇的天線132a......132n可用於發射信號。當T/R切換開關120在接收器118和天線矩陣122之間建立通信連接時，所選擇的天線132a......132n可用於接收信號。
發射器116可以生成信號，所生成的信號可經由選擇的天線132a......132n發射。發射器可以通過執行編碼功能、信號調製和/或信號調製來生成信號。在本發明的各個實施例中，發射器116能夠使用預編碼和/或波束成形技術來生成信號。
接收器118能夠處理經由天線132a......132n接收的信號。接收器118可以基於接收信號通過執行信號放大、信號解調和/或解碼功能來生成資料。在本發明的各個實施例中，接收器118可以生成資料，這些資料可被發射器116用於進行對生成信號的預編碼和/或波束成形處理。
處理器112可用于生成發射資料和/或處理接收資料。處理器112可以生成資料，所生成的資料可被發射器116使用以生成信號。處理器112可對接收器118生成的資料進行處理。在本發明節點B中的各個實施例中，處理器112可以對接收器118接收到的資料進行處理並生成係數資料，所生成的係數資料可被發射器116用於進行對生成信號的預編碼和/或波束成形處理。該係數資料可以存儲在記憶體114中。
在本發明的各個實施例中，在UE工作站，處理器112用於對接收器所接收的資料進行處理，生成波束成形資料和/或通道質量資訊(CQI)。該波束成形資料和/或CQI可以存儲到記憶體114中。波束成形資料和/或CQI可以由處理器112發送到發射器116中，或由發射器116從記憶體114中獲取該波束成形資料和/或CQI。發射器116可使用波束成形資料和/或CQI來生成信號，所生成的信號由發射天線132a......132n發射。
圖2是用於本發明實施例中的示範性多用戶MIMO系統的結構示意圖。參見圖2，其中展示了帶有多個發射天線212a、212b......212n的發射器116、接收器118、帶有多個天線232a、232b......232n的UE工作站222a、帶有多個天線242a、242b......242n的UE工作站222b、帶有多個天線252a、252b......252n的UE工作站222n、以及通信媒介262。UE工作站222a、222b、......222n的數量用量K表示。天線232a、232b......232n，242a、242b......242n和/或252a、252b......252n分別用於在UE工作站222a、222b、......222n發射和/或接收信號。每一個UE工作站的天線數量用量MR 表示。但是，在本發明的各個實施例中，對於任意給定的UE，其天線的數量是獨立確定的。發射器116可包括預編碼器202和波束成形器204。接收器118可以包括波束成形控制器206。在本發明的各個實施例中，發射器116和接收器118可以是節點B內的部件。發射天線212a、212b......212n的數量可用量MT 表示。
在本發明的各個實施例中，節點B可以同時向K個UE工作站發射資料流程x1 、x2 、......xk ，以使第i個UE接收資料流程xi 。每個資料流程可以代表MS 個空間流或時空流。在一個示例性實施例中，MS =1且每一資料流程代表單個資料流程或時空流。預編碼器202可以基於發射器預編碼矩陣WT 對發射資料流程x1 、x2 、……xk 進行預編碼從而生成預編碼資料流程。波束成形器204接收預編碼資料流程並基於波束成形矩陣V生成MT 個發射信號。每個MT 發射信號可以由發射天線212a、212b……212n之中單獨一個天線發射。發射信號可以通過通信媒介262傳播。當通過通信媒介262傳播時，發射信號的振幅和/或相位可能發生改變。信號傳播過程中的信號改變稱為衰落。通信媒介262的信號衰落特性可以用通道估算矩陣H來表示。可將UE 222a接收的信號稱為信號y1 、UE 222b接收的信號稱為信號y2 、UE 222n接收的信號稱為信號yk 。
UE 222a可以使用干擾消除濾波器對接收信號y1 進行處理，從而實現接收信號r1 的檢測。接收信號r1 可以代表發射資料流程x1 的估算值。UE 222a中所用的干擾消除濾波器的特性可以用矩陣wR1 來表示。干擾消除濾波器也可稱為“匹配濾波器”。UE 222b可以使用干擾消除濾波器對接收信號y2 進行處理，從而實現接收信號r2 的檢測。接收信號r2 可以代表發射資料流程x2 的估算值。UE 222b中所用的干擾消除濾波器的特性可以用矩陣wR2 來表示。UE 222n可以使用干擾消除濾波器對接收信號yk 進行處理，從而實現接收信號rk 的檢測。接收信號rk 可以代表發射資料流程xk 的估算值。UE 222n中所用的干擾消除濾波器的特性可以用矩陣wRk 來表示。
基於接收信號y1 ，UE 222a可以將反饋資訊傳送到接收器118。例如，接收信號y1 使能接收來自發射器116的協定資料單元(PDU)。每一個PDU包括報頭欄位(preamble field)，使得UE 222a能夠基於接收信號y1 生成波束成形矩陣和/或CQI。波束成形矩陣可用矩陣v1 表示，CQI可表示為CQI1 。波束成形矩陣和CQI可作為反饋資訊(V1 ，CQI1 )經由通信媒介262傳送到接收器118。反饋資訊(v1 ，CQI1 )可以放在包括報頭資料的資料幀(或協定資料單元(PDU))內傳送。報頭資料使得節點B能夠計算用戶通道矩陣H1 ，對於接收器118接收到的由UE 222a發射的信號，矩陣H1 表徵通信媒介262特性。類似地，UE 222b和UE 222n可分別將反饋資訊(v2 ，CQI2 )和(vk ，CQIk )經由通信媒介262傳送到接收器118。對包含在PDU中反饋資訊(包括(v2 ，CQI2 )和(vk ，CQIk ))的接收使得節點B能夠計算用戶通道矩陣H2 和Hk ，對於接收器118接收到的分別由UE 222b和UE 222n發射的信號，矩陣H2 和Hk 表徵通信媒介262特性。
波束成形控制器206可從一個或多個UE工作站接收反饋資訊(vi ，CQIi )。波束成形控制器206使能生成預編碼和/或波束成形係數，該係數可與預編碼矩陣WT 和/或波束成形矩陣V一起用於預編碼器202和/或波束成形器204中。
在本發明的一個示例性實施例中，信號yi 可以用資料流程xi 的函數來表示，如下：
其中yi 是MR 行的列向量(其中MR 是第i個UE工作站接收信號yi 所使用的天線的數量)，ni 代表信號雜訊，及：
其中，Hi 代表第i個UE工作站接收的信號yi 的通道估算矩陣(或用戶通道矩陣)；及
等式3　V =[ν1 ν2 …ν K ]　[3]
其中vi 是MT 行的列向量(其中MT 是節點B使用的發射天線的數量)，其是基於從第i個UE工作站接收的波束成形矩陣而生成。
每一個UE工作站的post干擾消除信號ri 可用下式表示：
其中矩陣WR 對於每一個UE工作站而言是基於單獨的矩陣wRi 。
在本發明的各個實施例中，矩陣WR 和WT 中的係數可在節點B確定，這樣矩陣乘積W R ×H ×V ×W T 可至少由一正交矩陣來近似表示。此外，可以定義矩陣VT 。在本發明的各個實施例中，矩陣VT 可定義為矩陣V和WT 的線性組合，如下：
等式5　V T =V ×W T (CQI )　[5]
其中節點B可以基於來自一個或多個UE工作站的CQI反饋生成預編碼矩陣WT 。在基於CQI反饋生成預編碼矩陣WT 的本發明各個實施例中，可以計算預編碼矩陣，其中可以為不同的UE工作站分配不同的加權因數，以使節點B能夠同時向多個UE工作站發射資料，總的資料吞吐量逼近Shannon容量。
在一種確定矩陣WR 和WT 的方案中，可使用單值分解(SVD)法確定矩陣WR ，之後確定矩陣WT ，這樣矩陣乘積W R ×H ×V ×W T 可至少由一正交矩陣來近似表示。
SVD這種方法可以使矩陣M用對角奇值矩陣(diagonal singular matrix)S、M的“輸出(output)”基向量(“output”basis vectors)矩陣U和M的“輸入(input)”基向量(“input”basis vectors)矩陣V的乘積來表示：
等式6　M =U ×S ×V 　[6]∣
其中V* 是矩陣V的共軛轉置矩陣。
作為SVD方法的第一步驟，可以假設資料流程xi 中的每一個都包括單個空間流或時空流(MS =1)，矩陣WR 可由矩陣U來表示，此時等式[4]中的矩陣WT 假設為單位矩陣。在這種情況下，等式[4]可以表示如下：
矩陣U代表了對應干K個UE工作站中的每一個UE工作站的一組匹配濾波器，其可以表示為對角矩陣，其中第i行的矩陣元素可以用ui (即第i個UE工作站的匹配濾波器)表示。因而，等式[7]可以表示如下：
此外，當MS =1，每一個UE工作站222a、222b、......222n的接收天線的數量MR 也可以等於1。在這種情況下，每個用戶通道矩陣Hi 可以用秩等於1的矩陣來表示。用戶通道矩陣Hi 的SVD表示法可以用單個奇值來表示。在這種情形下，等式[8]可以表示如下：
其中λi 代表矩陣Hi 的奇值，，。
基於等式[9]，當矩陣WT 可以表示如下：
當表示為CQI的函數，WT 可以表示如下：
其中，α i (CQI i )為第i個UE工作站的CQI加權因數。等式[10b]給出了基於CQI反饋生成矩陣WT 的例子。在α i (CQI i )=α j (CQI j )的情形下，等式[10b]右邊的第二個矩陣可用單位矩陣代替。
矩陣乘積W R ×H ×V ×W T 可至少由一正交矩陣來近似表示，如下：
其中，為便於說明，等式[10b]中所示的CQI加權因數用單位矩陣表示。
當每一個向量ν i 與每一個向量ν j (i≠j)正交時，乘積ν i ．ν j =0，且等式[10a]中所示的矩陣WT 可用單位矩陣表示。等式[10a]中所示的矩陣稱為相關矩陣。在按照等式[12]計算矩陣VT 之後，節點B將矩陣VT 傳送給每一個UE工作站。
對於每一個子向量vTi ，矩陣VT 可以包括一組浮點值，其中vTi 可以按照等式[12]計算，將浮點矩陣V與浮點矩陣WT 的第i列相乘。在本發明的各個實施例中，通過生成矩陣VT 的量化版(quantized version)，節點B將矩陣VT 的量化版傳送到每一個UE工作站，以此減少節點B向每一個UE工作站傳送的資料量。
在本發明的各個實施例中，可以基於可能(possible)系數值的碼簿(例如3GPP碼簿)選擇矩陣VT 的系數值。從碼簿中為矩陣VT 選擇的系數值可以表示按照等式[12]計算的矩陣VT 中的係數的量化版。
量化值可以從碼簿中選擇，其具有與向量vTi 有關的最高計算相關值，如下所示：
等式13　,　其中l =1,2,...,L [13]
其中L代表碼簿中可能(potential)量化值的數量，i代表碼簿中所選擇的候選量化值的指數(index)。函數arg(x)返回一個值，其等於複值x的極化運算式的角度分量。在等式[13]中，函數max(x)表示相關值是最高(由乘積表示)的候選量化值將被選擇。等式[13]中計算的p值代表值I，其與最高相關值有關(即p代表碼簿指數值)。因此，向量vTi 中係數的量化版可以由表示。向量vTi 、的量化版可以表示如下
等式14　　[14]│
其中p(i)表示第i個UE工作站的p值。
等式[13]中公開的量化方法(其基於cordal距離計算)是一個示例性的量化方法，可用于本發明的各個實施例中。然而，本發明的各個實施例不受等式[13]所示的量化方法的限制。
節點B可以為每一個UE工作站選擇量化向量。量化向量可以由下式表示：
在本發明的各個實施例中，節點B可以將量化向量傳送給每一個UE工作站。在本發明的一個實施例中，節點B通過將按照等式[13]計算的一組碼簿指數值p(i)(值i=1、2......K，其中K代表上述UE工作站的數量)來將量化向量傳送給每一個UE工作站。例如節點B可以將碼簿指數值[p(1)p(2)...p(K)]傳送給每一個UE工作站。
一般來說，當等式[10a]所示的相關矩陣不是單位矩陣的情況下，為矩陣VT 中的每一元素計算量化值，如下所示：
其中，函數量化(V ×W T )的值即為矩陣乘積V ×W T 的量化值。在本發明的示例性實施例中，量化函數(V ×W T )可以使用等式[13]所公開的量化方法。例如量化向量可以根據下式計算：
等式17　=量化　[17]
其中WTi 對應於矩陣WT 的第i列。
第i個UE工作站可以基於從節點B接收的這組碼簿值生成匹配濾波器矩陣wRi 。匹配濾波器矩陣WRi 使得第i個UE工作站能夠從接收信號yi (其還包括其他資料流程xj ,其中j≠i)中選擇性地接收資料流程xi 。有關這一點，第i個UE工作站可以使用匹配濾波器矩陣wRi 對接收信號yi 進行干擾消除濾波，接收信號yi 由發射節點B基於資料流程x1 、x2 、......xMT 生成。在第i個UE工作站，xi 對應於選擇接收的有用資料流程，而資料流程xj (j≠i)對應於干擾信號。
在本發明的各個實施例中，第i個UE工作站可以基於接收到的一組量化向量，或其值與量化向量相關的其他標記(other indicia)，生成匹配濾波器矩陣wRi 。在前述本發明的一個示例性實施例中，每一個UE工作站接收一組碼簿值，其與該組量化向量相關。
在本發明的一個示例性實施例中，第i個UE工作站如下計算匹配濾波器矩陣wRi ：
等式18　　[18]
其中值“1”位於等式[18]右邊的矩陣的第i列，且
等式19　　[19]∣
按照等式[19]計算的匹配濾波器值wRi 表示更新後的匹配濾波器值，其可以回應量化值而計算。
一般來說，當等式[10a]所示的相關矩陣不是單位矩陣的情況下，UE工作站可以接收碼簿值的矩陣p(i,j)，並生成如等式[16]所示的量化矩陣。在這種情況下，可以在等式[18]和[19]中基於量化矩陣來計算匹配濾波器矩陣wRi ，而不是基於一組量化向量。
在本發明的各個實施例中，當UE工作站經過一個過程(procedure)(其與前述過程基本相同)從節點B接收一組浮點值VT 時，第i個UE工作站可以生成匹配濾波器矩陣wRi 。
在本發明的各個實施例中，通過生成接收到的浮點矩陣VT 的量化版=量化(V T )，並基於量化矩陣生成匹配濾波器矩陣wRi ，第i個UE工作站可以減少計算匹配濾波器矩陣wRi 的操作次數。關於這一點，較高性能的UE通過使用浮點矩陣VT 可以生成更高精度的匹配濾波器矩陣wRi ，而性能較低的UE通過使用量化矩陣可以生成精度較低的匹配濾波器矩陣wRi 。
本發明的各個實施例可以在MS ＞1的情況下實現。在這種情況下，UE工作站可以使用MR MS 個天線。例如，當MS =1時，等式[10a]所示的相關矩陣中的每一個ρ ij 元素可以用標量值表示。當MS =2時，等式[10a]所示的相關矩陣中的每一個ρ ij 元素可以用2×2矩陣來表示。同樣，用戶通道矩陣Hi 可以用2×2對角矩陣來表示，該對角矩陣包含2個奇值。
本發明的各個實施例不局限于SVD的應用。例如本發明的各個實施例可以結合幾何平均分解(GMD)、QR分解或最小均方差(MMSE)技術來實現。在本發明的一個示例性實施例中，使用MMSE，矩陣WT 可由下式表示：
等式20　　[20]
其中R代表向量vi 和vj 之間的相關矩陣、σ2 代表與通信媒介262有關的雜訊功率、Λ2 代表接收信號yi 的信號功率。以對角矩陣表示的Λ可由節點B基於從UE工作站接收到的作為反饋資訊的CQI值來計算。
圖3是根據本發明實施例的3GPP LTE系統的節點B MIMO設計的示範性步驟的流程圖。參見圖3，在步驟302，節點B處的波束成形控制器206可以從K個UE工作站中的每一個UE工作站接收波束成形向量vi 和CQIi 。在步驟310，節點B內的處理器112基於從每一個UE工作站接收到的波束成形向量vi 和/或CQIi 計算多個相關因數ρ ij 。在步驟312，基於相關因數(例如等式[10a]中所示)計算預編碼濾波器WT 。在步驟314，步驟302中接收到的波束成形向量vi 和步驟312中計算的預編碼濾波器WT 可用於計算修改後的波束成形矩陣VT ，如等式[12]所示。在步驟316，節點B基於碼簿量化矩陣元素vTi 。在步驟318，節點B中的發射器116向K個UE工作站中的每一個發送該組碼簿選擇。
圖4是根據本發明實施例的用於從碼簿中選擇量化波束成形向量的示範性步驟的流程圖。圖4涉及圖3中的步驟316和318。參見圖4，在步驟402，處理器112選擇碼薄，從中可以選擇量化值。碼薄中包括一組L個量化向量。在步驟404，在波束成形向量vTi 和從碼薄中選擇出的每一個量化向量之間生成相關值。可以為K個UE工作站中的每一個計算相關值。在步驟406，如等式[13]所示，節點B為每一個UE工作站選擇與波束成形向量VTi 最相關的量化向量。在步驟408，節點B將該組碼簿指數(p1 、p2 、......、pK )傳送給每一個UE工作站。
圖5是根據本發明實施例的3GPP LTE系統的UE工作站MIMO設計的示範性步驟的流程圖。參見圖5，在步驟502，第i個UE工作站向節點B發送波束成形向量vi 和CQIi 。在步驟504，第i個UE工作站從節點B接收一組碼簿指數(p1 、p2 、......、pK )。在步驟506，第i個UE工作站計算用戶通道矩陣Hi 。用戶通道矩陣可基於經由接收信號yi 傳送的報頭資料來計算。在步驟508，第i個UE工作站基於接收到的量化指數(p1 、p2 、......、pK )和第i個UE工作站所用的波束成形向量Vi 生成矩陣VT 。在步驟510，第i個UE工作站基於矩陣Hi 和VT 生成逆矩陣乘積。在步驟512，通過選擇步驟510計算得到的逆矩陣乘積中的第i列，可以確定第i個UE工作站的匹配濾波器矩陣wRi 。在步驟514，第i個UE工作站使用匹配濾波器矩陣wRi 對接收信號yi 進行濾波。濾波器矩陣wRi 使第i個UE工作站能夠從接收信號yi 中選擇性地接收資料流程xi ，而接收信號yi 包含有多個資料流程(x1 、x2 、......、xK )的貢獻。
用於3GPP LTE系統的MIMO設計的方法和系統包括節點B 102中的處理器112，其能夠生成干擾消除矩陣(WR )。干擾消除矩陣(也稱為匹配濾波器)可以用多個輔助信號(yi )來表示一個合成信號(Y)，其中輔助信號(yi )中的每一個由節點B發射，並由對應的第i個UE工作站222接收。每一個輔助信號yi 可由節點B基於多個資料流程信號中對應的一個(xi )而生成。基於干擾消除矩陣WR 將合成信號Y分解成多個信號yi (xi )的能力可稱之為正交條件。在本發明的示例性實施例中，干擾消除矩陣WR 可按照等式[8]來表示。匹配濾波器wRi (其為干擾消除矩陣WR 中的元素)使得第i個UE工作站222能夠從合成信號Y中選擇性地接收信號yi 。對信號yi 的選擇性接收使得第i個UE工作站222能夠解碼資料流程xi 而拒收其他信號的干擾yj (j≠i)。
處理器112可基於干擾消除矩陣生成預編碼矩陣(WT )。節點B102內的發射器116可基於該預編碼矩陣生成多個信號。該多個信號可基於資料流程信號xi 在修改後的波束成形矩陣(VT )上生成，其由預編碼器202和波束成形器204生成。生成的多個信號可由多個發射天線212a、212b、......212n經由通信媒介262發送。
處理器112可基於預編碼矩陣WT 和生成的波束成形矩陣(V)生成修改後的波束成形矩陣VT ，如等式[12]所示。在本發明的示例性實施例中，預編碼矩陣WT 可以按照等式[10a]計算，並稱為相關矩陣。基於經由無線通信媒介262接收到的信號，可以生成波束成形矩陣V和/或一個或多個用戶通道矩陣(Hi )。借助接收信號，節點B接收器118中的波束成形控制器206能夠接收一個或多個用戶波束成形矩陣(vi )和/或用戶通道質量資訊(CQIi )。如圖2所示，這些信號可從一個或多個UE工作站222接收。基於用戶波束成形矩陣和/或用戶通道質量資訊，可以生成預編碼矩陣WT 和/或波束成形矩陣V。
來自修改後的波束成形矩陣VT 的資料可由多個天線212a、212b、......、212n經由無線通信媒介262發射。節點B102中的處理器112可基於碼簿生成修改後的波束成形矩陣VT 的量化版。多個發射天線212a、212b、......、212n可經由無線通信媒介262發送量化矩陣的資料。
通過計算修改後的波束成形矩陣VT 中的每一個元素與碼簿內每一個進入值之間的相關值(如等式[13]所示)，處理器112可以使能生成量化矩陣。量化矩陣可以基於對應於每一個矩陣元素計算出的最大值(如等式[13]所示)而生成。可以基於多個計算出的最大值(如等式[13]所示)為每一個矩陣元素計算指數值(p)(其以碼簿內被選擇的一個進入值為參考)。多個發射天線212a、212b、......、212n可經由無線通信媒介262發送多個指數值。
本發明的另一實施例提供一種機器可讀記憶體，其上存儲的電腦程式具有至少一個代碼段，當機器執行該至少一個代碼段時機器能夠按照本文所描述的步驟在使用碼簿的多用戶多入多出(MIMO)通信系統中完成波束成形操作。
本發明可以通過硬體、軟體，或者軟、硬體結合來實現。本發明可以在至少一個電腦系統中以集中方式實現，或者由分佈在幾個互連的電腦系統中的不同部分以分散方式實現。任何可以實現所述方法的電腦系統或其他設備都是可適用的。常用軟硬體的結合可以是安裝有電腦程式的通用電腦系統，通過安裝和執行所述程式控制電腦系統，使其按所述方法運行。在電腦系統中，利用處理器和存儲單元來實現所述方法。
本發明還可以通過電腦程式產品進行實施，所述套裝程式含能夠實現本發明方法的全部特徵，當其安裝到電腦系統中時，通過運行，可以實現本發明的方法。本申請文件中的電腦程式所指的是：可以採用任何程式語言、代碼或符號編寫的一組指令的任何運算式，該指令組使系統具有資訊處理能力，以直接實現特定功能，或在進行下述一個或兩個步驟之後，a)轉換成其他語言、編碼或符號；b)以不同的格式再現，實現特定功能。
本發明是通過幾個具體實施例進行說明的，本領域技術人員應當理解，在不脫離本發明範圍的情況下，還可以對本發明進行各種變換及等同替代。另外，針對特定情形或具體情況，可以對本發明做各種修改，而不脫離本發明的範圍。因此，本發明不局限於所公開的具體實施例，而應當包括落入本發明權利要求範圍內的全部實施方式。
102．．．無線收發器工作站
112．．．處理器
114．．．記憶體
116．．．發射器
118．．．接收器
120．．．發射和接收(T/R)切換開關
122．．．天線矩陣
132a......132n．．．天線
202．．．預編碼器
204．．．波束成形器
206．．．波束成形控制器
212a、212b......212n．．．發射天線
222a．．．UE工作站
222b．．．UE工作站
222n．．．UE工作站
232a、232b......232n．．．天線
242a、242b......242n．．．天線
252a、252b......252n．．．天線
262．．．通信媒介
圖1是用於本發明實施例中的示範性MIMO收發器的結構示意圖；
圖2是用於本發明實施例中的示範性多用戶MIMO系統的結構示意圖；
圖3是根據本發明實施例的3GPP LTE系統的節點B MIMO設計的示範性步驟的流程圖；
圖4是根據本發明實施例的用於從碼簿中選擇量化波束成形向量的示範性步驟的流程圖；
圖5是根據本發明實施例的3GPP LTE系統的UE工作站MIMO設計的示範性步驟的流程圖。
102．．．無線收發器工作站
112．．．處理器
114．．．記憶體
116．．．發射器
118．．．接收器
120．．．發射和接收(T/R)切換開關
122．．．天線矩陣
132a......132n．．．天線

Claims (10)

  1. 一種在無線通信系統中傳送資訊的系統，其特徵在於，包括：一個或多個電路，用於生成干擾消除矩陣，所述干擾消除矩陣使能使用多個輔助信號來代表一個合成信號，其中所述輔助信號中的每一個都是基於多個資料流程信號中的一個對應資料流程信號而生成；所述一個或多個電路用於基於所述生成的干擾消除矩陣生成預編碼矩陣；所述一個或多個電路用於基於所述生成的預編碼矩陣和基於所述多個資料流程信號生成多個發射信號；所述一個或多個電路用於經由無線通信媒介發射所述生成的多個信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中，所述一個或多個電路用於基於所述生成的預編碼矩陣和生成的波束成形矩陣生成修改後的波束成形矩陣。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的系統，其中，所述一個或多個電路用於基於經由所述無線通信媒介接收到的信號生成所述生成的波束成形矩陣和一個或多個用戶通道矩陣。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的系統，其中，所述一個或多個電路用於通過所述接收信號接收一個或多個用戶波束成形向量和/或用戶通道質量資訊。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的系統，其中，所述一個或多個電路用於基於所述接收到的一個或多個用戶波束成形向量和/或用戶通道質量資訊生成所述預編碼矩陣和/或所述波束成形矩陣。
  6. 如申請專利範圍第2項所述的系統，其中，所述一個或多個電路用於經由所述無線通信媒介發射來自所述生成的修改後波束成形矩陣的資料。
  7. 一種在無線通信系統中傳送資訊的方法，其特徵在於，包括：生成干擾消除矩陣，所述干擾消除矩陣使能使用多個輔助信號來代表一個合成信號，其中所述輔助信號中的每一個都是基於多個資料流程信號中的一個對應資料流程信號而生成；基於所述生成的干擾消除矩陣生成預編碼矩陣；基於所述生成的預編碼矩陣和基於所述多個資料流程信號生成多個發射信號；經由無線通信媒介發射所述生成的多個信號。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的方法，其中，所述方法包括基於所述生成的預編碼矩陣和生成的波束成形矩陣生成修改後的波束成形矩陣。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的方法，其中，所述方法包括基於經由所述無線通信媒介接收到的信號生成所述生成的波束成形矩陣和一個或多個用戶通道矩陣。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的方法，其中，所述方法包括通過所述接收信號接收一個或多個用戶波束成形向量和/或用戶通道質量資訊。
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