CN102356566B - 在使用预编码的多用户网络中的通信方法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及网络中的通信方法，所述网络包括主站和至少一个具有多个天线的次站，该方法包括以下步骤：主站向第一次站发送第一接收组合矩阵的指示，第一次站将使用第一接收组合矩阵来组合在其所述多个天线处从来自主站的第一后续传输中接收的信号。

Description

在使用预编码的多用户网络中的通信方法及其设备

技术领域

本发明涉及一种在通信网络中进行通信的方法。更具体地，本发明涉及一种在MIMO(多输入多输出)模式下在一个主站与一个或多个次站之间进行通信的方法。本发明还涉及能够实现这种方法的主站或次站。

本发明例如与所有的无线通信网络有关，并且在下面描述的一个实例中与诸如UMTS或UMTS LTE之类的移动电信网络有关。

背景技术

在通信网络中，为了增加通信的可达到的吞吐量，MIMO(多输入多输出)被广泛地推荐。MIMO涉及在发射机和接收机二者处多个天线的使用以提高通信性能。它事实上通过更高的频谱效率(每赫兹每秒更多比特的带宽)和链路可靠性提供了数据吞吐量的显著增加，而无需附加的带宽或发射功率。

在本发明的一个示范性实施例中，移动通信网络包括主站(基站，或者NodeB或eNodeB)，其可以通过使用多个主站天线和多个次站天线利用MIMO流与至少一个次站(移动站，或者用户设备，或者UE)通信。为了形成该流，次站通过向主站发送CSI(信道状态信息)反馈来向主站提供关于信道状态的信息。这种CSI指示将被使用的最优的或者至少优选的预编码向量，以便最大化由主站发送的对应的空间可分离的数据流的可达到的数据速率。该预编码向量可以是在将数据流导向次站天线的传输期间将被应用到主站的每个天线端口的一组复数值。

然而，主站也可以选择其他预编码向量以将数据流导向不同的次站。如果第一次站没有选择适当的接收组合权重应用到在其接收天线处接收的信号，则它可能受到导向其他次站处的数据流的不利(adverse)干扰。

发明内容

本发明的一个目的是提出一种在网络中进行通信的方法，其减轻了上面描述的问题。

本发明的另一个目的是提出一种使MIMO能被使用的改进的通信方法，以减少到不同实体的传输之间的干扰，或者无需在次站中的过多的计算能力。

为了这个目的，根据本发明的一个方面，提出一种在网络中进行通信的方法，所述网络包括主站和至少一个具有多个天线的次站，该方法包括以下步骤：主站向第一次站发送第一接收组合矩阵的指示，第一次站将要使用第一接收组合矩阵组合在其所述多个天线处从来自主站的第一后续传输中接收的信号。

因此，次站能够针对后续传输的接收使用适合的接收向量或矩阵。事实上，所述传输不同于优选的传输(用次站所计算的预编码向量)是可能的，并且这避免了对次站的最优接收矩阵的计算。此外，可以减少延迟，例如，如果次站不需要在传输的第一帧期间尝试次优矩阵(很可能是丢帧的原因)。

根据本发明的另一个方面，提出了一种次站，该次站包括用于与主站通信的通信装置，该次站包括含有多个天线的天线阵列，并进一步包括：用于从主站接收第一接收组合矩阵的指示的装置，次站将要使用第一接收组合矩阵组合在其所述多个天线处从来自主站的第一后续传输中接收的信号：以及控制装置，其用于根据第一接收组合矩阵控制天线阵列。

根据本发明的又一个方面，提出一种主站，该主站包括用于与至少一个具有多个天线的次站通信的装置，该主站包括被设置用于向所述至少一个次站发送第一接收组合矩阵的指示的发射机，所述至少一个次站将要使用第一接收组合矩阵组合在其所述多个天线处从来自主站的第一后续传输中接收的信号。

本发明的这些和其他方面将根据下文中描述的实施例而清楚明白并将参考这些实施例而被阐明。

附图说明

现在将参考附图通过实例更详细地描述本发明，在附图中：

-图1是根据最大化一个次站的速率的波束形成方案的网络的框图；

-图2是根据本发明一个实施例的网络的框图。

具体实施方式

本发明涉及具有主站和多个与主站通信的次站的通信网络。例如在图1和2上图示了这种网络，其中主站或者基站100与多个次站101、102、103和104进行无线通信。在本发明的说明性的实例中，次站101-104是UMTS网络中的移动站或者用户设备。

根据本发明的第一实施例，主站100包括含有多个天线的天线阵列和复增益放大器，使得主站100能够执行波束形成，如MIMO波束形成。典型地，主站包括4个天线。在LTE的最高级版本中，主站可以包括8个、16个天线或更多。类似地，次站101-104包括多个天线，例如对于符合第一个LTE版本(release)的UE而言有2个天线。在后来的版本中，次站可以具有4个或8个天线，或者甚至更多。由于天线阵列，主站100可以形成数据流的波束，如在图1中描绘的波束150和151。为了形成波束并建立MIMO通信，预编码向量的生成是必需的，该生成需要关于信道状态的信息以及次站方和主站方二者上的计算。

例如，在LTE规范的第一个版本中，被配置为在MU-MIMO中接收下行链路传输的次站测量下行链路信道(典型地使用非预编码的公共参考信号(CRS))并且向主站eNodeB发送信道状态信息(CSI)反馈。这指示了将被用于下行链路传输的优选预编码向量(PMI，预编码矩阵指示符)，以及指示对应的调制和编码方案的关联的CQI(信道质量信息)值。在该实例中，下行链路传输是基于码本的，这意味着用于传输的预编码向量是从有限集中选择的。所选择的预编码向量被发信号给次站，使得次站可以获得作为公共参考信号(CRS)的对应线性组合的相位参考。

具有单个接收天线的次站反馈实现更好质量的传输或者更可靠的通信的单个优选预编码向量的索引(index)，例如使得在该次站的天线处的信号干扰比SINR最大的那个向量。这可以基于发送波束形成向量的预定码本，或者直接信道向量量化(CVQ)。在次站具有两个(或更多个)接收天线的情况下，状况更加复杂，并且所采取的方法依赖于可用于量化的CSI反馈的码本的大小。在这种次站处所能做的将是反馈全信道矩阵(或至少其量化的版本)。然而，这将需要大量的信令开销和资源。

在秩2传输的情况下，反馈优选的预编码矩阵是可能的。然而，如果次站更喜好秩1传输或被配置为处于只支持秩1传输的MIMO模式，或者如果主站仅调度秩1传输，则这是不适合的。

对于秩1传输，在相对较小的反馈码本的情况下，对于具有两个接收天线的次站而言，通过获得使码本中每个发送波束形成向量的SINR最大化的接收组合向量来确定单个优选预编码向量是可行的。该单个优选预编码向量可以典型地是MMSE(最小均方估计)接收组合向量。UE可以报告使最大SINR最大化的发送波束形成向量。

对于到一个次站的单个流，该方法可以被表示如下：

1.接收的信号通过y＝Hgx+n给出，其中

οy是所接收的信号，N×1向量

οx是发送的信号，1×1向量

οg是预编码向量，M×1

οH是信道矩阵，N×M

οn是每个接收天线处的噪声，N×1向量。为了方便起见，H可以被归一化以使得噪声方差相等。

οM是eNB处发送天线的数量

οN是UE处接收天线的数量

2.对于大小为C的码本中的每个可能的g，计算接收天线权重向量w(1×N)，使得最小化误差即：w＝(Hg)^H((Hg)(Hg)^H+σ²I)^-1。

3.在计算w的对应的MMSE解后，报告使SINR最大化的g。这等价于为单个接收天线报告g，其中g被选择为使得对于由wH给出的有效的1×M传输信道接收的SINR最大化。

4.eNB调度器将选择报告正交的g(或者至少具有低互相关的g)的UE对。

在基于信道向量量化(CVQ)的反馈的情况下，类似的方法可能导致用于反馈的单个优选预编码向量。然而，这依赖于在主站发射机处的迫零波束形成的假设，并且依赖于所得的SINR的近似。

上述方法的主要缺点是，在利用MIMO方案的小区中不必最大化和速率(sumrate)，并且在MU-MIMO的实例中，因为更高的和速率可以通过选择实现UE的不同配对但对于单独UE不最大化SINR的w来实现。

这可以在图1上利用从主站100指向次站101的波束151图示。即使该波束151是使得次站101的SINR最大化的波束，它造成了对次站102的显著干扰。因为直接指向次站102的波束151，次站102将不能进行具有高SINR的通信。

并且，在某些情况下，对次站而言，计算使SINR最优化的单个权重向量w是不可行的，并且因此反馈单个优选发送预编码向量是不可行的。这样的情况包括：

i)大的反馈码本的情况，使得不同的最优化和SINR计算的数量变为抑制性的(prohibitive)；

ii)次站不知道发送预编码向量的情况，例如

a.在主站处发送波束形成，其中相位参考通过预编码参考信号而不是CRS和实际使用的预编码向量的指示符给出；在这种情况下，有效地存在无限数量的可用的发送预编码向量，对于其中的每个可用的发送预编码向量，次站将必须获得最优的权重向量w；

b.基于信道向量量化的反馈，当迫零发送波束形成的假设可能不一定有效时。

并且，在某些情况下，对次站而言，计算使SINR最优化的单个w是不可行的。对于给定的期望的传输，次站不知道来自其他用户的传输(即不知道由主站为向其他用户的传输选择的g)，因此存在计算最优w值以最小化来自到其他用户的传输的干扰的影响的问题。

根据本发明的一个实施例，提出了通知次站其将要使用的接收向量w的值。这避免了通知次站用于其他用户的预编码(g值)的需要。这对次站而言还避免了计算/估计可能不是最优的w的值需要。应当注意的是，在没有来自其他用户的干扰的情况下，w的最优值可以从g中获得。

根据本发明的变形，主站，如eNodeB，向次站发送接收波束形成向量w的指示的信号，次站将要使用接收波束形成向量w组合来自它的N个接收天线的信号。这将被设计为最小化来自其他用户的传输的干扰。即使最优天线组合权重作为w被告知，解调相位参考可以从专用参考信号获得。

在本发明的一个实施例中，主站发送最优接收向量w，其基于由主站自身计算的预编码向量。事实上，本发明的这个实施例基于以下事实：对于上述情况，大量或者甚至无限数量的w是可能的。这意味着通过改变w，对基站而言，选择使和速率最大化而不需要最大化任何单独次站的速率的次站对是可能的。

图2中描绘了本发明的第一实施例的示范性变形，其中主站100能够引导波束151以使得次站102不被它打扰。即使波束151没有为次站101提供最高的可能SINR值，但是针对所有次站可实现的和速率能够更好，因为次站102没有被专用于另一个次站(即101)的波束151干扰。

为了实现这一点，根据本发明的第一实施例，提出次站向主站反馈一组优选预编码向量，预编码向量的数量大于传输的秩。主站然后通过组合接收到的预编码向量计算预编码向量。主站可以首先确定优选传输秩并且预先配置次站。然后，这允许次站知道需要反馈给主站的所需的预编码向量的数量。这还允许降低次站处的计算需求，在计算能力方面该次站处的计算需求可能比主站更有限。

然而，可能的是，让次站根据信道状态决定优选传输的秩以使得它允许信道的最优使用。在这种情况下，次站向主站发送优选传输秩的信号。

根据第一实施例的变形，当在LTE网络中次站或UE处有两个接收天线的情况下被应用时，每个UE反馈两个预编码向量g，g₁和g₂，甚至在秩1传输是优选的时。每个预编码向量g可以如上所述通过选择两个优选地正交的接收向量w₁和w₂而被计算，该接收向量w₁和w₂对主站和次站两者而言可能是先验(priori)已知的或者具有已知的关系。

根据一个有利的实施例，如上所述，第一接收向量w₁被计算以最大化基于码本的反馈方法的速率。使用w的该值计算出的对应的CQI值也被反馈，这针对在没有其他次站结束(end up)同时被调度用于传输的情况给出了足够信息。第二向量w₂然后可以被选择为w₁的正交向量(其给出了用于另一个次站的最优调度的足够信息)，并且第二CQI值针对w的该值而被计算并且也被反馈。次站也反馈对应的g值，g₁和g₂。

对于在次站处的两个接收天线，一个适当的实施例可以使用w向量例如w₁＝[1 1]和w₂＝[1 -1]，或者对应于接收天线选择的[0 1]和[1 0]。

应当注意的是，本发明的该示范性的实施例可以被扩展到具有N个接收天线的次站，在该情况下，w是1×N维的向量。在这种情况下，次站可以发送对应于多达N个的w向量的优选的预编码向量反馈。例如，如果N＝4，则次站可以反馈4个优选预编码向量，其对应于w₁、w₂、w₃和w₄。

根据上述实例的变形，次站可以发送对应于少于N个w的降低数量的反馈。在这种情况下(例如对于2个w)，哪些特定w的选择可以考虑接收天线之间的相关性，以便最大化反馈给主站的信息。

例如，如果w₁被选择为使速率最大化，则用于生成w₂、w₃和w₄的可能的乘数可以为[1 1 -1 -1]、[1 -1 1 -1]和[1 -1 -1 1]。假设天线是按照间隔顺序索引的(并且因此相关)，使用w₂很可能相对于w₃或w₄是优选的(即它会给eNodeB更多信息)。

因此，作为本发明的另一个方面，次站根据天线之间的相关性选择第二w(因为主站不需要知道在次站的物理天线与天线索引之间的关系)。

在另一个实施例中，次站选择并反馈具有最高SINR的n个w，其中n＜N。

作为另一个实例，如果w₁被选择为[1 1 1 1]，则w₂、w₃和w₄可能的值可以是[1 1 -1 -1]、[1 -1 1 -1]和[1 -1 -1 1]。

在N＝2的实施例中，主站调度器随后为用户A自由选择作为g₁和g₂的线性组合的任何g_A，这使g_A和类似地为用户B获得的g_B正交化。这可以被扩展到N＞2，其中次站报告g的两个(或更多个)值，并且eNB应用作为所报告的值的线性组合的预编码。

如果次站报告对应于N个w值的N个g值，则这向eNB提供关于全信道矩阵的一些信息。然而，这相对于已知方法具有一些优点，因为不必指定接收天线的排序，并且对于信道表示的等效精度，计算复杂度很可能更低(即与一次查找大小为CN的码本相比较，N次查找大小为C的码本)。

可替代地，本发明可以与优选的预编码向量和信道的知识的其它来源协作使用，例如在TDD系统中借助互易(reciprocity)完成。

本发明也适用于秩＞1的传输，其中eNB向UE发送接收处理矩阵而不是向量的指示的信号。

在一个优选实施例中，接收波束形成向量w被次站用在被发送的信号的解调中。在另一个实施例中，w被次站用于计算要报告给主站的CQI的值。

在本发明的变形中，主站是移动终端，如用户设备，且主站是基站，如eNodeB。

本发明可适用于移动电信系统，如UMTS LTE和UME LTE-Advanced，但是还在一些变形中，适用于任何将动态地或至少半持续地完成资源分配的通信系统。

在本说明书和权利要求书中，元件之前的词语“一”或“一个”不排除多个这样的元件的存在。而且，词语“包括”不排除所列出之外的其他元件或步骤的存在。

权利要求中圆括号中的附图标记的包含旨在帮助理解，而不旨在限制。

对本领域技术人员而言，通过阅读本公开，其他修改将是清楚明白的。这样的修改可以涉及无线电通信领域中已知的其他特征。

Claims (12)

1.一种用于在网络中进行通信的方法，所述网络包括主站和至少一个具有多个天线的次站，该方法包括以下步骤：

主站向第一次站发送第一接收波束形成向量的指示，第一次站将要使用第一接收波束形成向量组合在其所述多个天线处从来自主站的第一后续传输中接收的信号；

其中，所指示的第一接收波束形成向量被选择成使得它最小化来自到其他次站的传输的干扰。

2.如权利要求1所述的方法，其中，主站选择将要应用于来自主站的所述第一后续传输的第一预编码矩阵，并且其中所述第一接收波束形成向量对应于第一预编码矩阵。

3.如权利要求2所述的方法，其中第一预编码矩阵是向量。

4.如权利要求1所述的方法，其中该方法进一步包括步骤：为第二次站选择第二接收波束形成向量，并且其中第一接收波束形成向量和第二接收波束形成向量被选择成使得第一次站速率和第二次站速率的和速率被最大化。

5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其中第一次站向主站发送第一多个预编码向量的指示，其中第一预编码向量的数量大于从主站到第一次站的优选的传输秩。

6.如权利要求5所述的方法，其中第一次站根据不同的对应的接收组合向量获得第一组的每个预编码向量。

7.如权利要求6所述的方法，其中接收组合向量是彼此正交的。

8.如权利要求5-7中任一项所述的方法，进一步包括步骤（b）:主站基于第一组的第一预编码向量的组合选择第一发送预编码向量。

9.如权利要求8所述的方法，其中步骤（b）进一步包括:基于预编码向量的第二组的第二预编码向量的组合选择第二发送预编码向量，该第二组由第二次站指示，并且其中第一发送预编码向量和第二发送预编码向量被选择成使得第一次站速率和第二次站速率的和速率被最大化。

10.如权利要求9所述的方法，其中，第一发送预编码向量和第二发送预编码向量是基本正交的。

11.一种包括被设置用于与主站通信的通信装置的次站，该次站包括：含有多个天线的天线阵列，该天线被设置用于从主站接收第一接收波束形成向量的指示，次站将要使用第一接收波束形成向量组合在其所述多个天线处从来自主站的第一后续传输中接收的信号；以及控制装置，其用于根据第一接收波束形成向量控制天线阵列；

其中，所指示的第一接收波束形成向量被选择成使得它最小化来自到其他次站的传输的干扰。

12.一种包括用于与至少一个次站通信的装置的主站，该主站包括发射机，其被设置用于向第一次站发送第一接收波束形成向量的指示，第一次站将要使用第一接收波束形成向量组合在其多个天线处从来自主站的第一后续传输中接收的信号；

其中，所指示的第一接收波束形成向量被选择成使得它最小化来自到其他次站的传输的干扰。