專利名稱：使用任意預(yù)編碼基準(zhǔn)信號(hào)的mu-mimo的通用化基準(zhǔn)信令方案的制作方法
使用任意預(yù)編碼基準(zhǔn)信號(hào)的MU-MIMO的通用化基準(zhǔn)信令方案
本發(fā)明申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2008年2月20日的、申請(qǐng)?zhí)枮?00880008640.X (國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/US2008/054355)以及發(fā)明名稱為“使用任意預(yù)編碼基準(zhǔn)信號(hào)的MU-MMO的通用化基準(zhǔn)信令方案”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明總體上涉及信息處理的領(lǐng)域。在一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種用于在無(wú)線MIMO通信系統(tǒng)中傳遞基準(zhǔn)信號(hào)信息的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
無(wú)線通信系統(tǒng)在指定電磁頻譜中發(fā)射和接收信號(hào)，但是電磁頻譜的容量是有限的。隨著對(duì)無(wú)線通信系統(tǒng)的要求持續(xù)擴(kuò)展，存在提高頻譜使用效率的越來(lái)越多的挑戰(zhàn)。為了在降低系統(tǒng)對(duì)噪聲和干擾的敏感度和限制發(fā)射功率的同時(shí)提高系統(tǒng)的通信容量，已提出許多無(wú)線通信技術(shù)，諸如多輸入多輸出(ΜΙΜ0)，該技術(shù)是一種傳輸方法，其中具有多個(gè)發(fā)射天線的發(fā)射機(jī)將信號(hào)無(wú)線地發(fā)射到多個(gè)接收機(jī)，每個(gè)接收機(jī)具有多個(gè)接收天線。例如，空分多址(SDMA)系統(tǒng)可被實(shí)現(xiàn)為閉環(huán)系統(tǒng)以提高頻譜使用效率。SDMA近來(lái)涌現(xiàn)為一種用于下一代通信系統(tǒng)的流行技術(shù)。在諸如IEEE802.16和第三代伙伴項(xiàng)目(3GPP)長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)平臺(tái)的數(shù)種當(dāng)前涌現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)中已采用基于SDMA的方法。


圖1示出了使用SDMA的無(wú)線MMO通信系統(tǒng)100。在MMO系統(tǒng)中，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)均配備有多個(gè)天線。無(wú)線通信系統(tǒng)100包括一個(gè)或多個(gè)發(fā)射機(jī)101 (例如，基站)和一個(gè)或多個(gè)接收機(jī)站102.1 102.m (例如，訂戶站)，其中“m”是表示給定地理區(qū)域中的接收機(jī)站的數(shù)量的整數(shù)。當(dāng)基站和訂戶站均配備有接收機(jī)和發(fā)射機(jī)時(shí)，基站和訂戶站可以是發(fā)射機(jī)和接收機(jī)?；就ǔＥc多個(gè)訂戶站通信。訂戶站與基站直接通信并且經(jīng)由基站與其他訂戶站間接通信?；镜臄?shù)量部分取決于待由無(wú)線通信系統(tǒng)100服務(wù)的地理區(qū)域。訂戶系統(tǒng)實(shí)際上可以是任何類型的無(wú)線單向或雙向通信設(shè)備，諸如蜂窩電話、無(wú)線裝備計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和無(wú)線個(gè)人數(shù)字助理。在基站和訂戶站之間傳遞的信號(hào)可以包括語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、電子郵件、視頻和其他數(shù)據(jù)、語(yǔ)音和視頻信號(hào)。
在SDMA-MMO無(wú)線通信系統(tǒng)中，每個(gè)基站101和訂戶站102.1包括用于發(fā)射和接收信號(hào)的天線陣列。在SDMA中，不同的訂戶站共享相同的時(shí)間-頻率信道并且它們之間的分離出現(xiàn)在空間維度中。在傳輸期間，天線陣列通過(guò)將一組發(fā)射波束成形權(quán)重應(yīng)用到被施加到天線陣列中的每個(gè)天線的信號(hào)，來(lái)形成波束或多個(gè)波束?；緦⒁唤M不同的發(fā)射波束成形權(quán)重應(yīng)用到與每個(gè)訂戶站的每個(gè)通信，目的在于使無(wú)線電通信設(shè)備信號(hào)之間的干擾最小。在諸如時(shí)分雙工(TDD)的某些傳輸方案中，基站和訂戶站之間的波束成形允許在下行鏈路和上行鏈路期間將相同的頻率信道和不同的時(shí)間信道分配給訂戶站。在諸如頻分雙工(FDD)的其他傳輸方案中，基站和訂戶站之間的波束成形允許在下行鏈路和上行鏈路期間將相同的時(shí)間信道和不同的頻率信道分配給訂戶站。
如圖1中更具體地示出的，MMO系統(tǒng)基站101使用波束成形通過(guò)多個(gè)天線發(fā)射單個(gè)數(shù)據(jù)流(例如，S1),并且接收機(jī)組合來(lái)自多個(gè)接收天線的接收信號(hào)以重新構(gòu)造發(fā)射數(shù)據(jù)。這是通過(guò)“波束成形”權(quán)重實(shí)現(xiàn)的，由此通過(guò)將權(quán)重向量Wi施加到信號(hào)Si并且在天線陣列上發(fā)射結(jié)果Xi，在信號(hào)處理單元103.1中處理用于傳輸?shù)男盘?hào)Si。加權(quán)向量Wi用于引導(dǎo)信號(hào)，目的在于提高信號(hào)質(zhì)量或者性能度量，如接收信號(hào)的信號(hào)-干擾和噪聲比(SINR)。在接收機(jī)處，使用組合向量Vi處理天線陣列檢測(cè)的接收信號(hào)。具體地，基站101具有N個(gè)天線的陣列105，其中N是大于或等于m的整數(shù)?；緶?zhǔn)備傳輸信號(hào)，對(duì)于每個(gè)信號(hào)Si，該傳輸信號(hào)由向量Xi表示，其中i e {l，2，...，m}。(注意:粗體小寫(xiě)字母變量表示向量并且粗體大寫(xiě)字母變量表示矩陣)。根據(jù)式[I]確定傳輸信號(hào)向量Xi:
Xi=Wi.Si [I]
其中Wi是第i個(gè)波束成形、N維傳輸權(quán)重向量(還被稱為“發(fā)射波束成形器”)，并且權(quán)重向量Wi的每個(gè)系數(shù)％表示第j個(gè)發(fā)射天線105上的權(quán)重和相移。此外，項(xiàng)“Si”是待發(fā)射到第i個(gè)接收機(jī)的數(shù)據(jù)。權(quán)重向量Wi的每個(gè)系數(shù)可以是復(fù)權(quán)重。除非另外指出，否則傳輸波束成形向量被稱為“權(quán)重向量”，并且接收向量被稱為“組合向量”，盡管在具有相反信道(reciprocal channel)的系統(tǒng)(諸如TDD系統(tǒng))中，接收機(jī)/訂戶站處的組合向量v可以用作組合向量(在自發(fā)射機(jī)/基站接收信號(hào)時(shí))和加權(quán)向量(在發(fā)射到發(fā)射機(jī)/基站時(shí))。
經(jīng)由信道矩陣Hi表示的信道發(fā)射傳輸信號(hào)向量Xi。信道矩陣Hi表示發(fā)射機(jī)天線陣列105和第i個(gè)訂戶站102.1處的接收機(jī)天線陣列104.1之間的信道增益。因此，信道矩陣Hi可由NXki復(fù)系數(shù)矩陣表示，其中N是基站天線陣列105處的天線數(shù)量并且Ici是第i個(gè)訂戶站天線陣列104.1中的天線數(shù)量。對(duì)于每個(gè)訂戶站，h的值可以是唯一的。如將認(rèn)識(shí)到的，信道矩陣Hi可替換地可由IciXN復(fù)系數(shù)矩陣表示，在該情況中，相應(yīng)地調(diào)節(jié)矩陣運(yùn)算算法，由此例如，關(guān)于NXki信道矩陣的右奇異向量計(jì)算變?yōu)殛P(guān)于IciXN信道矩陣的左奇異向量計(jì)算。信道矩陣Hi的系數(shù)至少部分地取決于諸如空氣的介質(zhì)的傳輸特性，信號(hào)通過(guò)該介質(zhì)發(fā)射。多種方法可用于確定信道矩陣Hi系數(shù)，諸如向接收機(jī)發(fā)射已知導(dǎo)頻信號(hào)，由此了解該導(dǎo)頻信號(hào)的接收機(jī)可以使用公知的導(dǎo)頻估計(jì)技術(shù)估計(jì)信道矩陣Hi的系數(shù)?？商孢x地，實(shí)際的信道矩陣Hi對(duì)于接收機(jī)是已知的并且也可以對(duì)于發(fā)射機(jī)是已知的。
在訂戶站102.1處，在匕個(gè)接收天線上接收發(fā)射信號(hào)。例如，經(jīng)由信道矩陣氏表示的信道發(fā)射傳輸信號(hào)向量X1，并且在接收機(jī)102.1處將該信號(hào)向量X1作為接收信號(hào)向量Y1=H1aX^n1 (其中η表示由其他訂戶站引起的噪聲和任何共信道干擾)接收。更具體地，關(guān)于第i個(gè)訂戶站102.1的接收信號(hào)由根據(jù)式[2]的IciXl接收信號(hào)向量yi表示:
權(quán)利要求
1.一種被配置為用于多輸入多輸出空分多址無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的基站，所述基站包括: 耦接到多個(gè)天線的收發(fā)器，所述收發(fā)器被配置為從多個(gè)遠(yuǎn)程無(wú)線設(shè)備接收信道信息；以及 與接收器通信的處理裝置，所述處理裝置被配置為: 基于信道信息生成多個(gè)發(fā)射波束成形向量； 通過(guò)使用多個(gè)發(fā)射波束成形向量中每個(gè)發(fā)射波束成形向量對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行編碼來(lái)生成預(yù)編碼基準(zhǔn)信號(hào)；以及 經(jīng)由收發(fā)器把預(yù)編碼基準(zhǔn)信號(hào)前饋到多個(gè)遠(yuǎn)程無(wú)線設(shè)備，用于在多個(gè)遠(yuǎn)程無(wú)線設(shè)備中的每個(gè)處生成接收波束成形向量； 其中，所述預(yù)編碼基準(zhǔn)信號(hào)使得能夠通過(guò)多個(gè)遠(yuǎn)程無(wú)線設(shè)備中的至少一個(gè)遠(yuǎn)程無(wú)線設(shè)備進(jìn)行信道確定，所進(jìn)行的信道確定無(wú)需基站發(fā)射與以下相關(guān)的信息:(i)發(fā)射波束成形向量；或(ii)被設(shè)計(jì)用于多個(gè)遠(yuǎn)程無(wú)線設(shè)備中的所述至少一個(gè)遠(yuǎn)程無(wú)線設(shè)備的預(yù)編碼基準(zhǔn)信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的基站，其中所述處理裝置還被配置為: 利用第一 發(fā)射波束成形向量對(duì)第一基準(zhǔn)信號(hào)編碼，以生成被設(shè)計(jì)用于多個(gè)遠(yuǎn)程無(wú)線設(shè)備中的所述至少一個(gè)遠(yuǎn)程無(wú)線設(shè)備的第一預(yù)編碼基準(zhǔn)信號(hào)；和 利用第二發(fā)射波束成形向量對(duì)第二基準(zhǔn)信號(hào)編碼，以生成被設(shè)計(jì)用于多個(gè)遠(yuǎn)程無(wú)線設(shè)備中的至少另一個(gè)遠(yuǎn)程無(wú)線設(shè)備的第二預(yù)編碼基準(zhǔn)信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1所述的基站，其中所述處理裝置被配置為利用多個(gè)發(fā)射波束成形向量中的預(yù)定的一個(gè)發(fā)射波束成形向量對(duì)第一基準(zhǔn)導(dǎo)頻進(jìn)行編碼。
4.一種無(wú)線通信裝置，包括: 第一裝置，被配置為向網(wǎng)絡(luò)實(shí)體提供使得該網(wǎng)絡(luò)實(shí)體能夠生成多個(gè)發(fā)射波束成形向量的信道信息； 第二裝置，被配置為至少部分地基于多個(gè)發(fā)射波束成形向量來(lái)接收由所述網(wǎng)絡(luò)實(shí)體生成的預(yù)編碼基準(zhǔn)信號(hào)；以及 第三裝置，被配置為至少部分地基于預(yù)編碼基準(zhǔn)信號(hào)來(lái)識(shí)別無(wú)線通信裝置的接收波束成形向量； 其中，所述識(shí)別是在無(wú)需接收與多個(gè)發(fā)射波束成形向量的用于所述無(wú)線通信裝置的一個(gè)發(fā)射波束成形向量相關(guān)的附加信息的情況下進(jìn)行的。
5.如權(quán)利要求4所述的無(wú)線通信裝置，其中第一裝置、第二裝置和第三裝置包括與存儲(chǔ)設(shè)備通信的處理裝置，所述存儲(chǔ)設(shè)備包括至少一個(gè)計(jì)算機(jī)程序，所述至少一個(gè)計(jì)算機(jī)程序被配置為當(dāng)被所述處理裝置執(zhí)行時(shí)提供信道信息、接收預(yù)編碼基準(zhǔn)信號(hào)并且識(shí)別接收波束成形向量。
6.如權(quán)利要求4所述的無(wú)線通信裝置，其中網(wǎng)絡(luò)包括多輸入多輸出空分多址網(wǎng)絡(luò)。
7.如權(quán)利要求4所述的無(wú)線通信裝置，其中網(wǎng)絡(luò)實(shí)體包括至少兩個(gè)天線。
8.如權(quán)利要求4所述的無(wú)線通信裝置，其中接收波束成形向量的識(shí)別包括: 在無(wú)線通信裝置處從預(yù)編碼基準(zhǔn)信號(hào)中提取多個(gè)發(fā)射波束成形向量；以及 使用多個(gè)發(fā)射波束成形向量來(lái)在無(wú)線通信裝置處生成接收波束成形向量。
9.如權(quán)利要求8所述的無(wú)線通信裝置，其中從預(yù)編碼基準(zhǔn)信號(hào)中提取多個(gè)發(fā)射波束成形向量包括:執(zhí)行在無(wú)線通信裝置處接收的預(yù)編碼基準(zhǔn)信號(hào)相對(duì)于預(yù)定向量集合的至少一個(gè)假設(shè)測(cè)試，其中預(yù)定向量集合中的每個(gè)向量唯一表示候選發(fā)射波束成形矩陣。
10.如權(quán)利要求9所述的無(wú)線通信裝置，其中提取多個(gè)發(fā)射波束成形向量包括:從發(fā)射波束成形向量的預(yù)定集合中選擇發(fā)射波束成形矩陣。
11.如權(quán)利要求10所述的無(wú)線通信裝置，還包括被配置為在無(wú)線通信裝置處從所選擇的發(fā)射波束成形矩陣識(shí)別一列的裝置，其中通過(guò)測(cè)試發(fā)射波束成形矩陣的所有列而把所識(shí)別出的列設(shè)計(jì)用于無(wú)線通信裝置。
12.如權(quán)利要求10所述的無(wú)線通信裝置，其中該無(wú)線通信裝置被進(jìn)一步配置為向所接收的預(yù)編碼基準(zhǔn)信號(hào)應(yīng)用第一測(cè)試，以識(shí)別哪個(gè)發(fā)射波束成形向量被設(shè)計(jì)用于所述接收設(shè)備，其中所述第一測(cè)試包括:從發(fā)射基準(zhǔn)信號(hào)&的有限集合中選擇使第一目標(biāo)測(cè)度最大的基準(zhǔn)信號(hào)，其中是由所述接收設(shè)備初始設(shè)計(jì)的最優(yōu)盲接收波束成形向量，并且是所述預(yù)編碼基準(zhǔn)信號(hào)。
13.如權(quán)利要求12所述的無(wú)線通信裝置，其中該無(wú)線通信裝置被進(jìn)一步配置為向在接收設(shè)備處接收的預(yù)編碼基準(zhǔn)信號(hào)應(yīng)用第二測(cè)試，以識(shí)別由發(fā)射設(shè)備生成的多個(gè)發(fā)射波束成形向量中的每個(gè)發(fā)射波束成形向量，其中對(duì)于每個(gè)預(yù)編碼基準(zhǔn)信號(hào)，所述第二測(cè)試包括:從發(fā)射波束成形向量Wi的有限集合中選擇使距離測(cè)度I |y-HHWi| I2最小的發(fā)射波束成形向量，其中I是預(yù)編碼基準(zhǔn)信號(hào)并且H是針對(duì)所述接收設(shè)備的信道矩陣。
14.如權(quán)利要求13所述的無(wú)線通信裝置，其中所提供的信道信息包括來(lái)自接收設(shè)備的優(yōu)選預(yù)編碼向量。
15.一種操作多輸入多輸出空分多址無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的基站的方法，該無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)被配置為與多個(gè)移動(dòng)設(shè)備通信，該方法包括: 在基站處從至少一個(gè)移動(dòng)設(shè)備接收信道信息； 基于信道信息來(lái)生成多個(gè)發(fā)射波束成形向量； 通過(guò)使用多個(gè)發(fā)射波束成形向量中的至少一個(gè)發(fā)射波束成形向量對(duì)至少一個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)編碼，來(lái)生成至少一個(gè)預(yù)編 碼基準(zhǔn)信號(hào)；和 將至少一個(gè)預(yù)編碼基準(zhǔn)信號(hào)前饋到至少一個(gè)移動(dòng)設(shè)備。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中至少一個(gè)預(yù)編碼基準(zhǔn)信號(hào)被配置為使得能夠: 通過(guò)所述至少一個(gè)移動(dòng)設(shè)備生成接收波束成形向量；以及 通過(guò)所述至少一個(gè)移動(dòng)設(shè)備識(shí)別其自身的信道向量，所進(jìn)行的識(shí)別無(wú)需基站提供識(shí)別與所述至少一個(gè)移動(dòng)設(shè)備相對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)預(yù)編碼基準(zhǔn)信號(hào)或至少一個(gè)發(fā)射波束成形向量的附加信息。
17.如權(quán)利要求15所述的方法， 其中生成至少一個(gè)預(yù)編碼基準(zhǔn)信號(hào)的步驟包括: 利用所述至少一個(gè)發(fā)射波束成形向量來(lái)對(duì)所述至少一個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)編碼，以生成被配置為由所述至少一個(gè)移動(dòng)設(shè)備使用的所述至少一個(gè)預(yù)編碼基準(zhǔn)信號(hào)；以及 利用多個(gè)發(fā)射波束成形向量中的至少另一個(gè)發(fā)射波束成形向量來(lái)對(duì)至少另一個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)編碼，以生成被配置用于多個(gè)移動(dòng)設(shè)備的至少另一個(gè)移動(dòng)設(shè)備的至少另一個(gè)預(yù)編碼基準(zhǔn)信號(hào)。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其中生成所述至少一個(gè)預(yù)編碼基準(zhǔn)信號(hào)包括:利用所述至少一個(gè)發(fā)射波束成形向量對(duì)第一基準(zhǔn)導(dǎo)頻編碼，所述至少一個(gè)發(fā)射波束成形向量是從多個(gè)發(fā)射波束成形向量的預(yù)定集合中選擇的。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其中生成多個(gè)發(fā)射波束成形向量包括:使用被配置為使用(X=[C1C2...cffl])選擇發(fā)射波束成形矩陣W的空間分離算法，W=X[ΧΗΧ+ α I]' 其中向量Cl，c2，...cm包括自所述多個(gè)移動(dòng)設(shè)備中的“m”個(gè)移動(dòng)設(shè)備接收的候選發(fā)射波束成形向量； 參數(shù)α包括光滑化函數(shù)常數(shù)；并且 矩陣I包括單位矩陣。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，其中生成多個(gè)發(fā)射波束成形向量包括使用被配置為選擇發(fā)射波束成形矩陣的空間分離算法，該空間分離算法包括將波束成形矩陣W= [w1； W2,...wm]選擇為:
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使用任意預(yù)編碼基準(zhǔn)信號(hào)的MU-MIMO的通用化基準(zhǔn)信令方案。提供了一種多用戶MIMO下行鏈路波束成形系統(tǒng)(200)，使得能夠?qū)l(fā)射波束成形向量高效地提供給用戶裝置設(shè)備(201.i)的子集，其中在基站(210)處計(jì)算空間分離或迫零發(fā)射波束成形器(wi)并且將其用于生成預(yù)編碼基準(zhǔn)信號(hào)(216)。預(yù)編碼基準(zhǔn)信號(hào)(216)被前饋到用戶裝置設(shè)備(201.i)，該用戶裝置設(shè)備(201.i)向預(yù)編碼基準(zhǔn)信號(hào)應(yīng)用一個(gè)或多個(gè)假設(shè)測(cè)試(207.i、208.i)以提取包括被設(shè)計(jì)用于用戶裝置的特定的發(fā)射波束成形向量(wUE)的預(yù)編碼矩陣(W)，并且該提取信息用于生成接收波束成形器(vi)。
文檔編號(hào)H04L25/03GK103139117SQ20131005325
公開(kāi)日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2008年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月16日
發(fā)明者雅耶斯·H·科泰克, 杰艾克里斯南·C·蒙達(dá)拉斯 申請(qǐng)人:飛思卡爾半導(dǎo)體公司