背景技術(shù):
小小區(qū)被許多人認(rèn)為是未來第五代(5g)無線系統(tǒng)的有前途的組件。然而,只有在安裝成本可以控制的情況下才能實現(xiàn)小小區(qū)的潛力。
小小區(qū)安裝的兩個基本要求是電力和回程,當(dāng)由有線連接提供時,電力和回程通常是昂貴的。通過使用來自例如小型風(fēng)力渦輪機和/或太陽能板的功率對蓄電池進行充電,可以消除用于電力的有線連接,同時最小化內(nèi)部功率消耗。有線回程連接可以通過使用無線回程而被消除。
已經(jīng)提出了一種中繼小區(qū)來降低在小小區(qū)處的內(nèi)部功耗。在下行鏈路上,中繼小區(qū)從回程鏈路接收載波頻率上的復(fù)值模擬基帶信號,并且以容納連接到該中繼小區(qū)的一個或多個用戶的接入載波頻率來重傳基帶信號。在上行鏈路上,中繼小區(qū)在接入鏈路上從一個或多個用戶接收組合的發(fā)送信號,并且在回程上行鏈路上重傳組合的基帶信號。這種類型的中繼小區(qū)被設(shè)計用于相對低功耗的操作。
傳統(tǒng)的無線回程連接可以通過在大約0.8到6.0ghz之間的無線電頻率(例如wi-fi)或者毫米波技術(shù)來提供。盡管這兩種技術(shù)在某些操作條件下可能是實用的,但每種技術(shù)也有局限性。對于約0.8至6.0ghz之間的無線電頻率,在非視距條件下,上行鏈路所需的輻射功率對于每加倍的范圍增加約10分貝(db)(假定的損耗指數(shù)約為3.5)。這限制了使用這些頻帶的回程連接的操作范圍,以及因此使用該技術(shù)的小小區(qū)部署的靈活性。毫米波回程連接利用物理上小的高增益碟形天線來補償范圍引起的衰減損耗。然而,毫米波鏈路通常限于視距傳播,并且需要相對緊密的天線對齊,這又限制了部署的靈活性。此外,毫米波鏈接不被認(rèn)為是“全天候的”。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
至少一些示例實施例提供一種形式的用于中繼小區(qū)(也被稱為“中繼器類型小小區(qū)”、“中繼器小小區(qū)”等)和回程網(wǎng)絡(luò)之間的無線回程連接的大規(guī)模mimo(也稱為“大規(guī)模天線系統(tǒng)”)。單個大規(guī)模mimo基站可以通過其頻譜效率的優(yōu)點來向多個中繼小區(qū)提供同時和/或并發(fā)的回程連接。
至少一些示例實施例為“全模擬”中繼小區(qū)的多樣性提供頻分雙工(fdd)大規(guī)模mimo回程鏈路。
相對于中繼小區(qū)在大規(guī)模mimo陣列中具有不成比例的更多數(shù)量的業(yè)務(wù)天線(例如,以至少天線對于中繼小區(qū)的四比一(4:1)比率)在中心節(jié)點處對預(yù)編碼和解碼帶來相對高的簡單性和魯棒性。
一個或多個示例實施例還提供具有無線回程鏈路的中繼小區(qū)。本文中討論的一個或多個示例實施例解決了現(xiàn)有技術(shù)的中繼器小小區(qū)與現(xiàn)有技術(shù)的點對多點回程連接之間的不兼容問題。
至少一個示例實施例提供了一種用于大規(guī)模多輸入多輸出(mimo)回程系統(tǒng)中的信道估計的方法。根據(jù)至少該示例實施例,該方法包括:由mimo回程系統(tǒng)的中心節(jié)點在下行鏈路上向小小區(qū)中繼器終端傳輸承載在頻域中相互正交的導(dǎo)頻序列的集合的下行鏈路導(dǎo)頻信號,導(dǎo)頻序列的集合中的每個導(dǎo)頻序列對應(yīng)于在中心節(jié)點處的天線陣列的天線;在中心節(jié)點處在上行鏈路上接收承載由小小區(qū)中繼器終端傳輸?shù)膶?dǎo)頻序列的集合的上行鏈路導(dǎo)頻信號,所接收的上行鏈路導(dǎo)頻信號是下行鏈路導(dǎo)頻信號的頻率轉(zhuǎn)換的重傳;以及基于導(dǎo)頻序列的集合和所接收的上行鏈路導(dǎo)頻信號來估計中心節(jié)點和小小區(qū)中繼器終端之間的上行鏈路信道和下行鏈路信道中的至少一個。
至少另一個示例實施例提供了一種用于在大規(guī)模多輸入多輸出(mimo)回程系統(tǒng)中傳輸數(shù)據(jù)的方法。根據(jù)至少該示例實施例,該方法包括:響應(yīng)于在下行鏈路控制信道上從大規(guī)模mimo回程系統(tǒng)的中心節(jié)點所接收的觸發(fā)信號,進入訓(xùn)練模式;在小小區(qū)中繼器終端處從大規(guī)模mimo回程系統(tǒng)的中心節(jié)點接收承載在頻域中相互正交的導(dǎo)頻序列的集合的下行鏈路導(dǎo)頻信號,該導(dǎo)頻序列的集合中的每一個導(dǎo)頻序列對應(yīng)于在中心節(jié)點處的天線陣列的天線;對所接收的下行鏈路導(dǎo)頻信號進行頻率轉(zhuǎn)換,以生成承載導(dǎo)頻序列的集合的上行鏈路導(dǎo)頻信號;并且在上行鏈路上向大規(guī)模mimo回程系統(tǒng)的中心節(jié)點發(fā)送承載導(dǎo)頻序列的集合的上行鏈路導(dǎo)頻信號。
至少另一個示例實施例提供了一種大規(guī)模多輸入多輸出(mimo)中心節(jié)點。根據(jù)至少該示例實施例,中心節(jié)點包括大規(guī)模mimo天線陣列和測量提取電路。大規(guī)模mimo天線陣列被配置為:在下行鏈路上向小小區(qū)中繼器終端傳輸承載在頻域中相互正交的導(dǎo)頻序列的集合的下行鏈路導(dǎo)頻信號,該導(dǎo)頻序列的集合中的每個導(dǎo)頻序列對應(yīng)于到大規(guī)模mimo天線陣列中的天線;并且在上行鏈路上接收承載由小小區(qū)中繼器終端傳輸?shù)膶?dǎo)頻序列的集合的上行鏈路導(dǎo)頻信號,所接收的上行鏈路導(dǎo)頻信號是下行鏈路導(dǎo)頻信號的頻率轉(zhuǎn)換的重傳。測量提取電路被配置為:基于導(dǎo)頻序列的集合和所接收的上行鏈路導(dǎo)頻信號來估計中心節(jié)點和小小區(qū)中繼器終端之間的上行鏈路信道和下行鏈路信道中的至少一個。
至少另一個示例實施例提供了一種用于通過大規(guī)模多輸入多輸出(mimo)回程系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的小小區(qū)中繼器終端。根據(jù)至少該示例實施例,終端包括:收發(fā)機天線和移頻器電路。收發(fā)機天線被配置為:在下行鏈路信道上從大規(guī)模mimo回程系統(tǒng)的中心節(jié)點接收觸發(fā)信號;從中心節(jié)點接收承載在頻域中相互正交的導(dǎo)頻序列的集合的下行鏈路導(dǎo)頻信號,該導(dǎo)頻序列的集合中的每個導(dǎo)頻序列對應(yīng)于在大規(guī)模mimo中心節(jié)點處的大規(guī)模mimo天線陣列中的天線;并在上行鏈路上向中心節(jié)點傳輸承載導(dǎo)頻序列的集合的上行鏈路導(dǎo)頻信號。移頻器電路被配置為:響應(yīng)于所接收的觸發(fā)信號,使得小小區(qū)中繼器終端進入訓(xùn)練模式;并且在訓(xùn)練模式中,對所接收的下行鏈路導(dǎo)頻信號進行頻率轉(zhuǎn)換,以生成承載該導(dǎo)頻序列的集合的上行鏈路導(dǎo)頻信號。
附圖說明
根據(jù)下文給出的詳細(xì)描述和附圖中將更充分地理解本發(fā)明,其中相同的元件由相同的附圖標(biāo)記表示,其僅以說明的方式給出,并且因此不是對本發(fā)明的限制。
圖1圖示了具有大規(guī)模多輸入多輸出(mimo)無線回程鏈路的回程系統(tǒng)架構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。
圖2是圖示了圖1所示的大規(guī)模mimo中心節(jié)點140的示例實施例的框圖。
圖3是圖示了根據(jù)示例實施例的用于獲得大規(guī)模mimo中心節(jié)點和中繼小區(qū)之間的傳播信道的信道估計的方法的流程圖。
圖4是圖示了圖1所示的第k個中繼小區(qū)120-k的示例實施例的框圖。
圖5是圖示了根據(jù)示例實施例的在訓(xùn)練階段期間圖4的中繼小區(qū)的操作方法的流程圖。
應(yīng)當(dāng)注意,這些附圖旨在說明在某些示例實施例中利用的方法、結(jié)構(gòu)和/或材料的一般特征,并補充下文提供的書面描述。然而,這些附圖并不是按比例繪制并且可能不能精確地反映任意給定實施例的精確的結(jié)構(gòu)或性能特征,并且不應(yīng)被解釋為限定或限制示例實施例所涵蓋的值或?qū)傩缘姆秶?。在各種附圖中使用類似或相同的附圖標(biāo)記旨在指示存在相似或相同的元件或特征。
具體實施方式
現(xiàn)在將參照附圖更全面地描述各種示例實施例,在附圖中示出了一些示例實施例。
本文公開了詳細(xì)的示意性實施例。然而,為了描述示例實施例的目的,本文公開的特定結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)僅僅是代表性的。然而,本發(fā)明可以以許多替代形式實施,并且不應(yīng)被解釋為僅限于本文所闡述的實施例。
因此,盡管示例實施例能夠以各種修改和替代形式,但是實施例通過示例的方式在附圖中示出,并且將在本文中詳細(xì)描述。然而,應(yīng)當(dāng)理解,沒有將示例實施例限制為所公開的特定形式的意圖。相反,示例實施例將覆蓋落入本公開范圍內(nèi)的所有修改、等同物和替代方案。在整個附圖的描述中,相似的數(shù)字表示相似的元件。
盡管術(shù)語第一、第二等可以在本文中用于描述各種元件,但是這些元件不應(yīng)受這些術(shù)語的限制。這些術(shù)語僅用于將一個元素與另一個元素區(qū)分開。例如,在不脫離本公開的范圍的前提下,第一元件可以被稱為第二元件,并且類似地,第二元件可以被稱為第一元件。如本文所使用的術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)聯(lián)列出的項目的任意和所有組合。
當(dāng)元件被稱為“連接”或“耦合”到另一元件時,其可以直接連接或耦合到另一元件,或者可以存在中間元件。相反,當(dāng)元件被稱為“直接連接”或“直接耦合”到另一元件時,不存在中間元件。用于描述元素之間的關(guān)系的其他詞語應(yīng)該以類似的方式來解釋(例如,“在…之間”對“直接在…之間”、“相鄰”對“直接相鄰”等)。
本文使用的術(shù)語僅用于描述特定實施例的目的,而不旨在是限制性的。如本文所使用的,單數(shù)形式“一(”、“一個”和“該”也旨在包括復(fù)數(shù)形式,除非上下文另有明確指示。還將理解,術(shù)語“包括”、“包括了”、“包含”和/或“包含了”在本文中使用時指定所描述的特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件的存在但不排除一個或多個其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或其組合的存在或添加。
還應(yīng)當(dāng)注意,在一些替代實施方式中,所標(biāo)注的功能/動作可以不以附圖中所標(biāo)注的順序來執(zhí)行。例如,取決于所涉及的功能/動作,連續(xù)示出的兩個附圖實際上可以基本上同時執(zhí)行,或者有時可以以相反的順序執(zhí)行。
在以下描述中提供具體細(xì)節(jié)以提供對示例實施例的透徹理解。然而,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解,可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實施示例實施例。例如,系統(tǒng)可以以框圖的形式示出,以免將示例實施例掩蓋于不必要的細(xì)節(jié)中。在其他情況下,可以示出眾所周知的過程、結(jié)構(gòu)和技術(shù),而沒有不必要的細(xì)節(jié),以避免使示例實施例模糊不清。
在下面的描述中,將參考操作的動作和符號表示(例如,以流程表、流程圖、數(shù)據(jù)流程圖、結(jié)構(gòu)圖、框圖等的形式)來描述說明性實施例,其可以被實現(xiàn)為包括執(zhí)行特定任務(wù)或?qū)崿F(xiàn)特定抽象數(shù)據(jù)類型的例程、程序、對象、組件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等的程序模塊或功能過程,并且可以使用例如現(xiàn)有的無線電接入網(wǎng)絡(luò)(ran)元素、中繼節(jié)點、集中式ran服務(wù)器等的現(xiàn)有硬件實現(xiàn)。這樣的現(xiàn)有硬件可以包括一個或多個中央處理單元(cpu)、片上系統(tǒng)(soc)設(shè)備、數(shù)字信號處理器(dsp)、專用集成電路、現(xiàn)場可編程門陣列(fpga)計算機等。
盡管流程圖可以將操作描述為順序過程,但是許多操作可以并行地、并發(fā)地、或同時地執(zhí)行。此外,可以重新布置操作的順序。進程可以當(dāng)其操作完成時終止,但也可以具有圖中未包括的附加步驟。處理可以對應(yīng)于方法、功能、過程、子例程、子程序等。當(dāng)處理對應(yīng)于功能時,其終止可以對應(yīng)于函數(shù)返回到調(diào)用函數(shù)或主函數(shù)。
如本文所公開的術(shù)語“存儲介質(zhì)”、“計算機可讀存儲介質(zhì)”或“非暫時性計算機可讀存儲介質(zhì)”可以表示用于存儲數(shù)據(jù)的一個或多個設(shè)備,包括只讀存儲器(rom)、隨機存取存儲器(ram)、磁性ram、核心存儲器、磁盤存儲介質(zhì)、光學(xué)存儲介質(zhì)、閃存設(shè)備和/或用于存儲信息的其他有形機器可讀介質(zhì)。術(shù)語“計算機可讀介質(zhì)”可以包括但不限于便攜式存儲設(shè)備或固定存儲設(shè)備、光學(xué)存儲設(shè)備以及能夠存儲、包含或承載指令和/或數(shù)據(jù)的各種其他介質(zhì)。
此外,示例實施例可以由硬件、軟件、固件、中間件、微代碼、硬件描述語言或其任意組合來實現(xiàn)。當(dāng)以軟件、固件、中間件或微代碼實現(xiàn)時,用于執(zhí)行必要任務(wù)的程序代碼或代碼段可以存儲在諸如計算機可讀存儲介質(zhì)的機器或計算機可讀介質(zhì)中。當(dāng)以軟件實現(xiàn)時,處理器或復(fù)數(shù)個處理器將執(zhí)行必要的任務(wù)。
代碼段可以表示過程、功能、子程序、程序、例程、子歷程、模塊、軟件包、類、或者指令、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或程序語句的任意組合。代碼段可以通過傳遞和/或接收信息、數(shù)據(jù)、參數(shù)、系數(shù)或存儲器內(nèi)容而耦合到另一代碼段或硬件電路。信息、參數(shù)、系數(shù)、數(shù)據(jù)等可以經(jīng)由包括存儲器共享、消息傳遞、令牌傳遞、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)鹊娜我夂线m的手段而被傳遞、轉(zhuǎn)發(fā)或傳輸。
如本文所使用的,術(shù)語“中心節(jié)點”可以被認(rèn)為與下文有時稱為基站、節(jié)點b、enodeb、enb、收發(fā)臺、基站收發(fā)機(bts)等同義。如本文所討論的,中心節(jié)點可以具有除了執(zhí)行本文討論的方法的能力和功能之外的與常規(guī)中心節(jié)點功能相關(guān)聯(lián)的所有功能。
如本文所討論的,術(shù)語“用戶設(shè)備”或“ue”可以被認(rèn)為與下文有時稱為用戶、客戶端、移動單元、移動臺、移動用戶、移動、訂戶、用戶、遠(yuǎn)程站、接入終端、接收機等同義,并且描述無線通信網(wǎng)絡(luò)中的無線資源的遠(yuǎn)程用戶。
如本文所討論的,上行鏈路(或反向鏈路)傳輸是指從用戶設(shè)備(ue)到網(wǎng)絡(luò)的傳輸,而下行鏈路(或前向鏈路)傳輸是指從網(wǎng)絡(luò)到ue的傳輸。
根據(jù)示例實施例,現(xiàn)有的無線電接入網(wǎng)絡(luò)(ran)元件、中繼小區(qū)、中心節(jié)點、集中式ran服務(wù)器等可以是(或包括)硬件、固件、硬件執(zhí)行軟件或其任意組合。這樣的硬件可以包括被配置為用于執(zhí)行本文所描述的功能以及這些元件的任意其它公知的功能的專用機器的一個或多個中央處理單元(cpu)、片上系統(tǒng)(soc)設(shè)備、數(shù)字信號處理器(dsp)、專用集成電路(asic)、現(xiàn)場可編程門陣列(fpga)等。在至少一些情況下、cpu、soc、dsp、asic和fpga通??梢员环Q為處理電路、處理器和/或微處理器。
更詳細(xì)地,例如,如本文所討論的,現(xiàn)有的無線電接入網(wǎng)絡(luò)(ran)元件、中繼小區(qū)、中心節(jié)點、集中式ran服務(wù)器等可以是包括一個或多個處理器、各種接口、計算機可讀介質(zhì)和(可選地)顯示設(shè)備的任意物理計算機硬件系統(tǒng)。一個或多個接口可以被配置為向/從一個或多個其他網(wǎng)絡(luò)元件發(fā)送/接收(有線或無線)數(shù)據(jù)信號;并且向/從其它網(wǎng)絡(luò)元件發(fā)送/接收(有線或無線地)控制信號。在至少一個示例中,可以在一個或多個處理器和各種接口上執(zhí)行現(xiàn)有無線接入網(wǎng)(ran)元件、中繼小區(qū)、中心節(jié)點、集中式ran服務(wù)器等的功能。
盡管本文可以關(guān)于相對特定的頻率(例如,5.5ghz、2.0ghz、2.1ghz等)討論一個或多個示例實施例,但示例實施例不應(yīng)該限于這些示例性頻率。示例實施例可以應(yīng)用于如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會認(rèn)識到的其他頻率。
在北美和歐洲,大多數(shù)蜂窩接入系統(tǒng)和用戶終端(例如智能手機)利用頻分雙工(fdd),頻分雙工具有不相交頻帶中的雙上行接入信道和下行接入信道。因此,用于大規(guī)模mimo系統(tǒng)的最有商業(yè)吸引力的中繼小區(qū)是利用fdd的中繼小區(qū)。然而,為了使得fdd中繼小區(qū)使用常規(guī)時分雙工(tdd)回程連接,中繼小區(qū)必須將同時進行的上行鏈路接入流和下行鏈路接入流緩沖并且復(fù)用到單個時分復(fù)用回程流中。提供同時進行的上行鏈路傳輸和下行鏈路傳輸?shù)膄dd回程鏈路可以避免中繼小區(qū)內(nèi)的這種耗電緩沖。
至少一個示例實施例提供了利用fdd來能夠?qū)崿F(xiàn)同時進行的上行鏈路傳輸和下行鏈路傳輸并且避免上述在中繼小區(qū)內(nèi)的耗電緩沖的大規(guī)模mimo回程鏈路。
在傳統(tǒng)的大規(guī)模mimo系統(tǒng)中,天線陣列(有時稱為大規(guī)模mimo天線陣列或大規(guī)模mimo陣列)服務(wù)多個終端,天線陣列包括相對較多數(shù)量的物理上相對較小的低增益天線,其中所有終端利用所有的時間/頻率資源。在一個示例中,將終端內(nèi)置到多個中繼小區(qū)中的每一個中,以在用戶和回程網(wǎng)絡(luò)之間提供回程鏈路。
在下行鏈路上,大規(guī)模mimo中心節(jié)點(有時也稱為大規(guī)模mimo基站)經(jīng)由大規(guī)模mimo陣列向多個中繼小區(qū)傳輸同時的承載數(shù)據(jù)信號,使得每個中繼小區(qū)基本上僅接收打算給該中繼小區(qū)的信號,而來自打算給其他中繼小區(qū)的信號的干擾最小。
在上行鏈路上,大規(guī)模mimo中心節(jié)點經(jīng)由大規(guī)模mimo陣列接收由中繼小區(qū)傳輸?shù)某休d數(shù)據(jù)的信號的疊加。所接收的信號由中繼小區(qū)和大規(guī)模mimo中心節(jié)點之間的傳播信道進行修改。大規(guī)模mimo中心節(jié)點處理所接收的信號以恢復(fù)來自每個中繼小區(qū)的單個信號。
在上行鏈路和下行鏈路兩者上,大規(guī)模mimo中心節(jié)點利用傳播信道的頻率響應(yīng)的知識(也稱為信道估計、信道知識或信道狀態(tài)信息(csi))在向中繼小區(qū)傳輸信號之前執(zhí)行對信號的預(yù)編碼以及從中繼小區(qū)接收的信號的解碼,傳播信道將每個天線連接到每個中繼小區(qū)。
通常,該信道知識通過采用時分雙工(tdd)和上行鏈路導(dǎo)頻信號(也稱為“導(dǎo)頻”)來獲取。在一個常規(guī)示例中,中繼小區(qū)在上行鏈路上發(fā)送已知的、相互正交的導(dǎo)頻序列,并且大規(guī)模mimo中心節(jié)點根據(jù)其所接收的導(dǎo)頻信號來估計上行鏈路信道,上行鏈路信道通過tdd互易而等于下行鏈路信道。在該示例中,訓(xùn)練所需的時間與終端的數(shù)量成比例,并且獨立于大規(guī)模mimo陣列中的業(yè)務(wù)天線的數(shù)量。
與傳統(tǒng)的大規(guī)模mimo系統(tǒng)相反,根據(jù)至少一些示例實施例,通過在訓(xùn)練階段期間采用頻分雙工(fdd)來獲取信道知識(本文中也稱為信道估計或信道狀態(tài)信息(csi)),在訓(xùn)練階段中大規(guī)模mimo中心節(jié)點連續(xù)地向連接到該大規(guī)模mimo中心節(jié)點的每個中繼小區(qū)傳輸導(dǎo)頻信號,并且中繼小區(qū)連續(xù)地將所接收的導(dǎo)頻信號一次地重新傳輸回大規(guī)模mimo中心節(jié)點,使得在任意給定時間處中繼小區(qū)中的僅一個中繼小區(qū)重傳導(dǎo)頻信號。稍后將詳細(xì)討論訓(xùn)練階段以及在訓(xùn)練階段期間大規(guī)模mimo中心節(jié)點和中繼小區(qū)的示例操作。
根據(jù)至少一些示例實施例,大規(guī)模mimo中心節(jié)點利用觸發(fā)信號來將中繼小區(qū)設(shè)置為訓(xùn)練模式(本文中也稱為校準(zhǔn)模式)。為了在中繼小區(qū)處保持相對低的功率消耗,盡可能地避免中繼小區(qū)處的數(shù)據(jù)流的復(fù)雜處理,并且大規(guī)模mimo處理的復(fù)雜度中的大多數(shù)(如果不是全部)駐留在大規(guī)模mimo中心節(jié)點中。關(guān)于訓(xùn)練階段,例如,為了保持相對低的功率消耗,可以將具有非常低的傳輸速率以及簡單的調(diào)制和編碼的帶外信號用作觸發(fā)信號來將中繼小區(qū)設(shè)置到訓(xùn)練模式。該觸發(fā)信號包括用于中繼小區(qū)中的每一個的單獨碼序列,使得中繼小區(qū)中的每一個在一個導(dǎo)頻持續(xù)時間中連續(xù)地和/或順序地切換到導(dǎo)頻重傳模式(也稱為主動訓(xùn)練模式)。如上文所提到的,當(dāng)在訓(xùn)練階段期間設(shè)置為訓(xùn)練模式時,中繼小區(qū)一次重傳從中心節(jié)點所接收的導(dǎo)頻信號,使得中繼小區(qū)中的僅一個中繼小區(qū)在訓(xùn)練階段期間的任意給定時間重傳導(dǎo)頻信號。根據(jù)至少一些示例實施例,為了確保k個導(dǎo)頻序列的正交性,導(dǎo)頻持續(xù)時間τ可以大于或等于k。較長的導(dǎo)頻序列可以以更高的訓(xùn)練開銷為代價來產(chǎn)生更準(zhǔn)確的信道估計。在一個示例中,導(dǎo)頻持續(xù)時間τ可以等于或基本上等于一個3gpp-lte子幀的持續(xù)時間(例如,大約1毫秒)。然而,為了冗余和/或噪聲減輕,多個導(dǎo)頻序列可以在1毫秒內(nèi)被傳輸。
作為替代方案,可以將具有非常低的傳輸速率和簡單的調(diào)制和編碼的帶內(nèi)信號用作觸發(fā)信號來將中繼小區(qū)設(shè)置為訓(xùn)練模式。
根據(jù)至少一些示例實施例,觸發(fā)信號不以大容量mimo天線陣列的帶寬、陣列增益和方向性傳輸,而是在具有全向天線方向圖的窄帶輔助控制信道中傳輸。作為替代方案,可以用單個陣列天線或貼片(patch)天線來傳輸觸發(fā)信號。觸發(fā)信號可以包含比附接中繼小區(qū)更多的碼序列,使得新添加的中繼小區(qū)可以被添加到系統(tǒng)中,而不預(yù)先配置新添加的中繼小區(qū)的id。此外,觸發(fā)信號可以包含用于冗余、安全性、功率控制或其它原因的附加信息位。
圖1圖示了具有大規(guī)模mimo無線回程鏈路的回程系統(tǒng)架構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。
參考圖1,通信網(wǎng)絡(luò)包括:大規(guī)模mimo中心節(jié)點140(本文中有時也稱為大規(guī)模mimo基站);集中式無線電接入網(wǎng)(ran)服務(wù)器160;多個中繼小區(qū)120-1、...、120-k、...、120-k;以及核心網(wǎng)絡(luò)180。圖1還圖示了由中繼小區(qū)120-1至120-k服務(wù)的多個用戶設(shè)備(ue)100-1、...,100-p、...、100-p。如本文所討論的,中繼小區(qū)也可以稱為中繼器小小區(qū)、中繼器類型的小小區(qū)、小小區(qū)中繼器終端和中繼器小小區(qū)終端。
根據(jù)至少一個示例實施例,集中式ran服務(wù)器160包括用于中繼小區(qū)120-1至120-k的基帶(bb)處理器池(本文中也稱為基帶處理池)。與用于各個覆蓋區(qū)域的多個常規(guī)基站處單獨執(zhí)行的操作類似,集中式ran服務(wù)器160對由中繼小區(qū)120-1至120-k服務(wù)的ue100-1至100-p執(zhí)行調(diào)度、調(diào)制和編碼以及功率控制。更簡要地說,集中式ran服務(wù)器160生成用于中繼小區(qū)120-1至120-k向ue傳輸?shù)南滦墟溌沸盘?,并且處理來自中繼小區(qū)的上行鏈路信號,以通過核心網(wǎng)進一步傳輸。由于這些操作是眾所周知的,因此省略更詳細(xì)的討論。
集中式ran服務(wù)器160通過例如有線回程鏈路通信地耦合到大規(guī)模mimo中心節(jié)點140。在一個示例中,集中式ran服務(wù)器160在通用公共無線電接口(cpri)上通過有線回程鏈路向大規(guī)模mimo中心節(jié)點140傳輸并且從大規(guī)模mimo中心節(jié)點140接收多個基帶信號(例如,第三代合作伙伴計劃長期演進(3gpplte)基帶信號)。
仍然參考圖1,大規(guī)模mimo中心節(jié)點140包括大規(guī)模mimo天線陣列(在本文中有時也稱為“大規(guī)模天線陣列”)142連同相關(guān)聯(lián)的電子和信號處理(稍后詳細(xì)討論)。在該示例中,大規(guī)模mimo陣列142包括為k個中繼小區(qū)120-1至120-k提供無線回程鏈路的m個天線(是m元件的天線陣列)。在該示例中,m和k可以是實數(shù)或自然數(shù),其中m可以大于或等于2。在更具體的示例中,大規(guī)模mimo天線陣列142可以具有64個天線(即,m是64)并且16個中繼小區(qū)可以連接到大規(guī)模mimo中心節(jié)點140(即,k是16)。稍后將更詳細(xì)地討論大規(guī)模mimo陣列142和大規(guī)模mimo中心節(jié)點140的示例操作。除了本文討論的功能之外,大容量mimo中心節(jié)點140還可以具有本領(lǐng)域眾所周知的所有常規(guī)功能。
根據(jù)一個或多個示例實施例的大規(guī)模mimo中心節(jié)點140利用fdd,因此對于回程業(yè)務(wù)存在兩個不相交頻帶。這些頻帶也與中繼小區(qū)用于接入業(yè)務(wù)的兩個頻帶不相交。此外,在大規(guī)模mimo中心節(jié)點140和大規(guī)模mimo陣列142處使用fdd能夠在大規(guī)模mimo陣列142和中繼小區(qū)120-1至120-k之間同時進行上行鏈路回程傳輸和下行鏈路回程傳輸。
根據(jù)至少一個示例實施例,大規(guī)模mimo中心節(jié)點140和中繼小區(qū)120-1至120-k以兩種模式工作:1)訓(xùn)練模式(也稱為校準(zhǔn)模式),其中大規(guī)模mimo中心節(jié)點140獲取大規(guī)模mimo陣列142和中繼小區(qū)120-1至120-k之間的上行鏈路傳播信道和下行鏈路傳播信道的信道知識(也稱為信道估計或信道狀態(tài)信息(csi));以及2)正常傳輸模式,其中大規(guī)模mimo中心節(jié)點140和中繼小區(qū)120-1至120-k執(zhí)行向k個中繼小區(qū)120-1至120-k所服務(wù)的ue的信號的正?;爻虃鬏敽蛷膋個中繼小區(qū)120-1至120-k所服務(wù)的ue的信號的正?;爻探邮铡T谟?xùn)練模式和正常傳輸模式兩者中,采用正交頻分復(fù)用(ofdm)在上行鏈路上傳輸信號和在下行鏈路上接收信號。此外,由于系統(tǒng)是fdd系統(tǒng),所以上行鏈路傳輸和下行鏈路傳輸并發(fā)或同時發(fā)生。
大規(guī)模mimo中心節(jié)點140經(jīng)由大規(guī)模mimo回傳鏈路通信地耦合到多個中繼小區(qū)120-1至120-k。在某些情況下,回程鏈路也可以稱為前傳鏈路。在一個示例中,大規(guī)模mimo中心節(jié)點140在例如2ghz和/或5ghz信道上向多個中繼小區(qū)120-1至120-k傳輸信息并且從多個中繼小區(qū)120-1至120-k接收信息。稍后將更詳細(xì)地討論中繼小區(qū)120-1至120-k的示例操作。
圖2是圖示了圖1所示的大規(guī)模mimo中心節(jié)點140的示例實施例的框圖。
如上文所討論的,根據(jù)至少一個示例實施例,大規(guī)模mimo中心節(jié)點140在兩種模式中起作用:1)訓(xùn)練模式(也稱為校準(zhǔn)模式),其中大規(guī)模mimo中心節(jié)點140獲得信道知識(也稱為信道估計或信道狀態(tài)信息(csi));以及2)正常傳輸模式,其中大規(guī)模mimo中心節(jié)點140經(jīng)由大規(guī)模mimo天線陣列142執(zhí)行到k個中繼小區(qū)120-1至120-k的信號的正?;爻虃鬏敽蛷膋個中繼小區(qū)120-1至120-k的信號的正?;爻探邮铡?/p>
下文關(guān)于圖3所示的流程圖將更詳細(xì)地討論圖2所示的大規(guī)模mimo中心節(jié)點140的組件和示例操作。圖3所示的流程圖示出了用于在訓(xùn)練階段期間獲得大規(guī)模mimo中心節(jié)點140和第k個中繼小區(qū)120-k之間的傳播信道的信道估計的方法的示例實施例。盡管將關(guān)于單個中繼小區(qū)120-k討論圖3所示的示例實施例,但是應(yīng)當(dāng)理解,類似的操作可以對連接到大規(guī)模mimo中心節(jié)點140的k個中繼小區(qū)中的每一個執(zhí)行。
訓(xùn)練階段
如上文所討論的,大規(guī)模mimo中心節(jié)點140利用上行鏈路信道估計和下行鏈路信道估計來適當(dāng)?shù)仡A(yù)編碼用于下行鏈路(即,從大規(guī)模mimo中心節(jié)點到中繼小區(qū))的回程傳輸?shù)男盘?,并且適當(dāng)?shù)亟獯a在上行鏈路(即從中繼小區(qū)到大規(guī)模mimo中心節(jié)點)上所接收的信號。這些上行鏈路信道估計和下行鏈路信道估計的獲取在訓(xùn)練階段期間完成,在訓(xùn)練階段中大規(guī)模mimo中心節(jié)點140執(zhí)行操作的k個連續(xù)迭代。在每次迭代期間,大規(guī)模mimo中心節(jié)點140從大規(guī)模mimo陣列142中的m個天線中的每一個傳輸下行鏈路導(dǎo)頻信號,并且k個中繼小區(qū)120-1至120-k中的單個中繼小區(qū)實時地重傳在上行鏈路(具有適當(dāng)?shù)念l率轉(zhuǎn)換)上所接收的組合導(dǎo)頻信號,而剩余的(k-1)個中繼小區(qū)保持靜音;也就是說,剩余的(k-1)個中繼小區(qū)不重傳所接收的組合導(dǎo)頻信號或執(zhí)行正常的回程傳輸操作。在訓(xùn)練階段期間,中繼小區(qū)被設(shè)置為訓(xùn)練模式或校準(zhǔn)模式,其中正常的訪問服務(wù)被暫停。在至少一個示例中,正常接入服務(wù)的暫??梢灾复詷?biāo)準(zhǔn)依從方式的配置,諸如例如使用幾乎或基本上空的多播-廣播單頻網(wǎng)(mbsfn)廣播幀并且拒絕上行授權(quán)。
根據(jù)至少一些示例實施例,為了減少數(shù)據(jù)信號的延遲,操作的k次連續(xù)迭代可以分布在若干不同的訓(xùn)練階段。在至少一個示例中,可以針對k個中繼小區(qū)中的每一個執(zhí)行訓(xùn)練階段,并且因此,訓(xùn)練周期可以最終包括k個訓(xùn)練階段。根據(jù)至少該示例實施例,k個迭代可以不被認(rèn)為是連續(xù)的,而是被組織在其間具有數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆蛛x的訓(xùn)練階段中。
現(xiàn)在參考圖2和3,一旦進入訓(xùn)練模式,在步驟s302,大規(guī)模mimo中心節(jié)點140將k個中繼小區(qū)120-1至120-k設(shè)置為訓(xùn)練模式。更詳細(xì)地,例如,觸發(fā)信號生成電路328生成并且向大規(guī)模mimo天線陣列142的m個天線端口輸出輔助觸發(fā)信號。然后,大規(guī)模mimo中心節(jié)點140向k個中繼小區(qū)120-1至120-k傳輸輔助觸發(fā)信號。
在一個示例中,當(dāng)(i)信道信息被認(rèn)為已經(jīng)充分惡化以致應(yīng)該重新估計信道時,(ii)當(dāng)新的中繼小區(qū)進入系統(tǒng)時,iii)在網(wǎng)絡(luò)運營商的方向,(iv)周期性地取決于信道的可變性(例如,每幾分鐘、每秒幾次等)等,大規(guī)模mimo中心節(jié)點140可以進入訓(xùn)練模式。如果大規(guī)模mimo中心節(jié)點140周期性地進入訓(xùn)練模式,周期可以由網(wǎng)絡(luò)運營商指定,但是訓(xùn)練模式的實際進入可以在沒有運營商交互的情況下被觸發(fā),諸如通過一個或多個定時器。
如上文所討論的,根據(jù)至少一個示例實施例,輔助觸發(fā)信號是具有相對低的傳輸速率和相對簡單的調(diào)制和編碼的帶外信號。該輔助觸發(fā)信號包括用于中繼小區(qū)中的每一個中繼小區(qū)的單獨碼序列,使得中繼小區(qū)中的每一個在一個導(dǎo)頻持續(xù)時間內(nèi)連續(xù)地和/或順序地切換到導(dǎo)頻重傳模式。換句話說,輔助觸發(fā)信號還在連續(xù)的導(dǎo)頻持續(xù)時間(和/或訓(xùn)練階段)期間連續(xù)地指定來自k個中繼小區(qū)120-1至120-k的中繼小區(qū),以重傳從大規(guī)模mimo中心節(jié)點140接收的導(dǎo)頻信號。
在至少一個其他示例實施例中,可以在中繼小區(qū)處使用數(shù)字處理來提取回程信號的符號(例如,ofdm符號)邊界,以改善帶外信號的同步和/或放寬帶外信號的要求。在另一個示例實施例中,觸發(fā)可以是回程信號的完全帶內(nèi)并且通過中繼小區(qū)處的(選擇性的)數(shù)字信號處理來恢復(fù)。這有時被稱為“數(shù)字輔助導(dǎo)頻重傳”。
根據(jù)至少一些示例實施例,輔助觸發(fā)信號不以大容量mimo天線陣列的帶寬和陣列增益和方向性傳輸,而是在具有全向天線方向圖的窄帶輔助控制信道中傳輸。
如上文所提到的,為了在訓(xùn)練階段期間獲得大規(guī)模mimo天線陣列142和第k個中繼小區(qū)之間的傳播信道的信道知識,大規(guī)模mimo中心節(jié)點140僅依賴于第k個中繼小區(qū)120-k,第k個中繼小區(qū)120-k在與大規(guī)模mimo中心節(jié)點140的其上行鏈路回程連接上返回下行鏈路導(dǎo)頻而所有其他(k-1個)中繼小區(qū)是靜默或靜音的。為此,當(dāng)對上行鏈路上的大規(guī)模mimo中心節(jié)點140進行回程連接的正常接入被暫停用于導(dǎo)頻傳輸時,大規(guī)模mimo中心節(jié)點140利用輔助觸發(fā)信號來通知k個中繼小區(qū)中的每一個。
當(dāng)?shù)趉個中繼小區(qū)120-k被指定為重傳從大規(guī)模mimo中心節(jié)點140接收的導(dǎo)頻信號時,輔助觸發(fā)信號指示第k個中繼小區(qū)120-k進入導(dǎo)頻傳輸模式,其中第k個中繼小區(qū)120-k暫停正常的傳輸活動,但是在下一個導(dǎo)頻持續(xù)時間內(nèi)在上行鏈路上重傳在下行鏈路上從大規(guī)模mimo中心節(jié)點140接收的導(dǎo)頻信號。在該導(dǎo)頻持續(xù)時間期間,由其他(k-1個)中繼小區(qū)所接收的輔助觸發(fā)信號指示(k-1個)其他中繼小區(qū)進入靜音模式,其中每個中繼小區(qū)暫停正常傳輸活動,并且不重傳來自大規(guī)模mimo中心節(jié)點140的導(dǎo)頻信號。
在至少一個示例實施例中,模擬第k個中繼小區(qū)120-k可以瞬時重傳導(dǎo)頻信號。在數(shù)字輔助中繼小區(qū)中,可以通過在中繼小區(qū)處處理延遲來平移重傳(例如,按大約一個ofdm符號或子幀)。
返回到圖3,當(dāng)k個中繼小區(qū)120-1至120-k處于訓(xùn)練模式并且正?;爻虃鬏敱粫和r,在步驟s304,大規(guī)模mimo中心節(jié)點140基于在m個導(dǎo)頻序列的集合來生成m×1導(dǎo)頻信號,m個導(dǎo)頻序列的集合在ofdm域中被創(chuàng)建并且在每個奈奎斯特頻率間隔上彼此相互正交。如果需要,m個導(dǎo)頻序列的集合可以跨越多于一個的ofdm符號,但是這不是必需的。
更詳細(xì)地說,在步驟s304中,正交導(dǎo)頻生成電路326生成m個下行導(dǎo)頻序列集合,并且將生成的m個導(dǎo)頻序列的集合輸出到導(dǎo)頻插入電路308。正交導(dǎo)頻生成電路326也將該m個下行鏈路導(dǎo)頻序列的集合輸出到測量提取電路316用于計算信道知識,這將在后面討論。m個下行鏈路導(dǎo)頻序列的集合可以存儲在緩沖區(qū)(未示出)中。根據(jù)至少一些示例實施例,導(dǎo)頻插入電路308的導(dǎo)頻插入和在測量提取電路316處執(zhí)行的提取可以由觸發(fā)信號產(chǎn)生電路328生成觸發(fā)信號來控制和/或同步。
導(dǎo)頻插入電路308將生成的m個導(dǎo)頻序列的集合插入對應(yīng)的m個頻域脈沖中,其中m個頻域脈沖(或替代地,沃爾什碼)中的每一個對應(yīng)于大規(guī)模mimo中心節(jié)點140處的大規(guī)模mimo天線陣列的m個天線之中的天線。m個頻域脈沖被輸出到ifft電路310。
ifft電路310通過對來自導(dǎo)頻插入電路308的m個頻域脈沖中的每一個的m快速傅里葉逆變換(fft)來生成m分量基帶信號。射頻(rf)上變頻電路312將m分量基帶信號轉(zhuǎn)換為模擬形式,并且將模擬信號上變頻到下行鏈路回程載波頻率(例如,約5.6ghz)。rf上變頻電路312將上變頻的模擬信號輸出到m個天線端口,用于在下行鏈路上將m×1導(dǎo)頻信號傳輸?shù)降趉個中繼小區(qū)120-k。
返回到圖3,在步驟s306,大規(guī)模mimo中心節(jié)點140經(jīng)由大規(guī)模mimo天線陣列142在下行鏈路上將m×1導(dǎo)頻信號傳輸?shù)降牡趉個中繼小區(qū)120-k。
一經(jīng)接收,第k個中繼小區(qū)120-k將所接收的m×1導(dǎo)頻信號從下行鏈路載波頻率轉(zhuǎn)換為上行鏈路載波頻率,并且在上行鏈路上將m×1導(dǎo)頻信號重傳回大規(guī)模mimo中心節(jié)點140。盡管本文的討論主要涉及到完全地模擬,但是中繼小區(qū)處的轉(zhuǎn)換可以通過對所接收的m×1導(dǎo)頻信號的一些濾波或處理而被數(shù)字地輔助,以消除來自干擾的大規(guī)模mimo中心節(jié)點的導(dǎo)頻污染。關(guān)于圖4和圖5稍后將提供第k個中繼小區(qū)的示例功能的更詳細(xì)的討論。
在步驟s308,大規(guī)模mimo中心節(jié)點140在上行鏈路上從第k個中繼小區(qū)120-k接收所重傳的m×1導(dǎo)頻信號。
在更詳細(xì)的示例中,如果在步驟s306中由大規(guī)模mimo中心節(jié)點140傳輸?shù)膍×1下行鏈路導(dǎo)頻信號表示為xp(f),并且第k個中繼小區(qū)120-k重傳其所接收的導(dǎo)頻信號,則由大規(guī)模mimo天線陣列142在上行鏈路上從第k個中繼小區(qū)120-k接收的m×1導(dǎo)頻信號ypk(f)(忽視噪聲和干擾)由下面的等式(1)給出:
在等式(1)中,作為頻率的函數(shù),guk(f)是第k個中繼小區(qū)120-k和大規(guī)模mimo天線陣列142之間的m×1上行鏈路信道向量,gdk(f)是大規(guī)模mimo天線陣列142和第k個中繼小區(qū)120-k之間的m×1下行鏈路信道向量,并且xp(f)是由大規(guī)模mimo天線陣列142傳輸?shù)恼粚?dǎo)頻信號的m×1向量。在等式(1)中,上標(biāo)“t”表示轉(zhuǎn)置,因此
在該示例中,假設(shè)下行鏈路導(dǎo)頻信號xp(f)是經(jīng)由ofdm生成的,其中循環(huán)前綴超過下行鏈路延遲擴展和上行鏈路延遲擴展的和。
通過用ofdm音調(diào)索引n代替等式(1)中的頻率變量f,在大規(guī)模mimo中心節(jié)點140處接收的m×1導(dǎo)頻信號ypk(f)由下面所示的等式(2)給出。
傳播信道的頻率響應(yīng)通常不隨頻率瞬時改變。事實上,頻率奈奎斯特間隔等于或基本上等于總延遲擴展的倒數(shù),其設(shè)計小于循環(huán)前綴的持續(xù)時間。在ofdm音調(diào)中,對于給定頻率的奈奎斯特間隔nnyquist等于ofdm可用間隔tu除以信道延遲擴展td,如下面等式(3)所示。
對于常規(guī)ofdm參數(shù)(例如,等于大約
根據(jù)至少一些示例實施例,更有效的導(dǎo)頻序列可以是在頻域中相互正交的那些導(dǎo)頻序列。在頻域中相互正交的導(dǎo)頻序列可以由m×τ酉矩陣
值得注意的是,如果需要長于奈奎斯特間隔的導(dǎo)頻信號來容納更多數(shù)量的業(yè)務(wù)天線,或者為了提高所接收的導(dǎo)頻信號的信噪比(snr),則可以在訓(xùn)練階段采用兩個或更多個連續(xù)的ofdm信號。
假設(shè)導(dǎo)頻序列在頻域中是相互正交的,則等式(4)可以重寫為如下式(5)所示的矩陣形式。
并且等式(5)可以重寫為下面等式(6)所示。
其中
返回到圖3,在步驟s310,大規(guī)模mimo中心節(jié)點140生成用于大規(guī)模mimo天線陣列142和第k個中繼小區(qū)120-k之間的傳播信道的信道知識(在圖2中稱為csi322)。在一個示例中,大規(guī)模mimo中心節(jié)點140基于從第k個中繼小區(qū)120-k接收的重傳導(dǎo)頻信號ypk和由導(dǎo)頻生成電路326生成的m個導(dǎo)頻序列的原始集合,計算大規(guī)模mimo陣列142和第k個中繼小區(qū)120-k之間的上行鏈路信道和下行鏈路信道的信道狀態(tài)信息(csi)。在大規(guī)模mimo陣列142和第k個中繼小區(qū)120-k之間的上行鏈路信道和下行鏈路信道的信道知識可以也稱為大規(guī)模mimo陣列142與第k個中繼小區(qū)120-k之間的上行鏈路傳播信道和下行鏈路傳播信道的估計。
在一個示例中,大規(guī)模mimo中心節(jié)點140將所接收的重傳導(dǎo)頻信號與m個導(dǎo)頻序列的集合中的至少一個導(dǎo)頻序列相關(guān),并且基于該相關(guān)來估計上行鏈路傳播信道和下行鏈路傳播信道中的一個或多個。
在更具體的示例中,大規(guī)模mimo中心節(jié)點140將所接收的重傳導(dǎo)頻信號與m個導(dǎo)頻序列的集合中的每個導(dǎo)頻序列相關(guān),并且基于相關(guān)來估計上行鏈路傳播信道和下行鏈路傳播信道中的一個或多個。在將所接收的重傳導(dǎo)頻信號與m個導(dǎo)頻序列的集合中的每個導(dǎo)頻序列相關(guān)時,大規(guī)模mimo中心節(jié)點140可以生成相關(guān)值的m×m上/下矩陣,其中每個相關(guān)值指示m個所接收的上行鏈路導(dǎo)頻信號之一和m個導(dǎo)頻序列的集合中的導(dǎo)頻序列之間的關(guān)聯(lián),并且基于m×m上/下矩陣來估計上行鏈路傳播信道和下行鏈路傳播信道中的一個或多個。大規(guī)模mimo中心節(jié)點140可以通過從m×m上/下矩陣中的相關(guān)值中標(biāo)識主要奇異值來估計傳播信道中的一個或多個,并且然后基于所標(biāo)識的主要奇異值來估計上行鏈路信道和下行鏈路信道中的至少一個。與主要奇異值相關(guān)聯(lián)的奇異向量指示中繼小區(qū)和中心節(jié)點之間的上行鏈路信道和/或下行鏈路信道的傳播向量的分量的相對值。
關(guān)于圖2所示的大規(guī)模mimo中心節(jié)點140的示例實施例的更詳細(xì)的情況,在步驟s308,大規(guī)模mimo天線陣列142從第k個中繼小區(qū)120-k接收重傳的導(dǎo)頻信號,并且將所接收的導(dǎo)頻信號輸入到下變頻電路314。下變頻電路314對所接收的信號進行下變頻和數(shù)字化,并且將數(shù)字信號輸出到fft電路315。fft電路315對來自下變頻電路314的數(shù)字信號執(zhí)行fft,并且將所接收的重傳導(dǎo)頻信號ypk輸出到測量提取電路316。
關(guān)于步驟s310更詳細(xì)地,測量提取電路316基于所接收的重傳導(dǎo)頻信號ypk和來自導(dǎo)頻生成電路326的m個導(dǎo)頻序列的原始集合,計算大規(guī)模mimo陣列142和第k個中繼小區(qū)120-k之間的上行鏈路傳播信道和下行鏈路傳播信道的信道狀態(tài)信息。
例如,測量提取電路316通過將所接收的信號與m個導(dǎo)頻序列的集合中的m個導(dǎo)頻序列中的每一個相關(guān)聯(lián)來處理所接收的重傳導(dǎo)頻信號ypk,該m個導(dǎo)頻序列的集合等同于將方程(6)中給出的所接收的重傳導(dǎo)頻信號ypk乘以酉矩陣的復(fù)共軛
因此,經(jīng)處理的導(dǎo)頻信號zpk是理論上秩一(rank-one)的m×m矩陣
根據(jù)等式(7),上行傳播向量的m個分量的相對值被唯一地確定,下行鏈路傳播向量的m個分量的相對值也被唯一地確定。更詳細(xì)地,通過svd,大規(guī)模mimo中心節(jié)點140獲得由下面所示的等式(8)給出的處理信號zpk的近似。
在等式(8)中,
也可能存在無法解決的整體相位不確定性。考慮到這一點,可以將上行鏈路信道估計中的每一個的相位提前相同的量,并且將下行鏈路信道估計中的每一個的相位推遲(retard)相同的量。然而,由于這樣做不會影響大規(guī)模mimo回程操作,因為由第三代合作伙伴計劃長期演進(3gpplte)信號承載的內(nèi)部導(dǎo)頻將自動補償任意相位偏移,所以對于中繼小區(qū)的操作是沒有任何影響的。傳播的實際實例也可能與等式(9)和(10)中的相等的功率分割有所不同,其影響將是傳送到中繼小區(qū)和從中繼小區(qū)傳送的基帶信號將以修改的、以及頗為未知的頻率響應(yīng)而被接收。再次,由lte信號承載的內(nèi)部導(dǎo)頻應(yīng)該對其進行補償。作為替代,可以應(yīng)用功率控制來調(diào)整上行鏈路傳輸以補償上述現(xiàn)象。
用于大規(guī)模mimo陣列142和第k個中繼小區(qū)120-k之間的傳播信道的所獲得的csi322被輸出到預(yù)編碼電路306和解碼電路320,以在正常傳輸模式期間使用,在下文中更詳細(xì)地討論。大規(guī)模mimo中心節(jié)點140可以包括存儲器330,存儲器330用于存儲由測量提取電路316獲得的信道知識(csi322)。
圖2所示的存儲器330還可以存儲操作系統(tǒng)和用于提供包括本文討論的那些大規(guī)模mimo中心節(jié)點140的功能的任意其他例程/模塊/應(yīng)用。這些軟件組件也可以使用驅(qū)動機構(gòu)(未示出)從單獨的計算機可讀存儲介質(zhì)加載到存儲器330中。該單獨的計算機可讀存儲介質(zhì)可以包括盤、磁帶、dvd/cd-rom驅(qū)動器、存儲卡或其他類似的計算機可讀存儲介質(zhì)(未示出)。在一些實施例中,可以經(jīng)由各種接口(未示出)之一而不是經(jīng)由計算機可讀存儲介質(zhì)來將軟件組件加載到存儲器330中。
在一個或多個訓(xùn)練階段期間,大規(guī)模mimo中心節(jié)點140對k個中繼小區(qū)120-1至120-k中的每一個執(zhí)行上文討論的處理。這樣做,大規(guī)模mimo中心節(jié)點140總共傳輸k次m×1導(dǎo)頻信號,并且在k個連續(xù)導(dǎo)頻持續(xù)時間中的每一個期間,k個中繼小區(qū)中的正好一個在上行鏈路上實時地傳輸其所接收的導(dǎo)頻信號(并且具有頻率轉(zhuǎn)換),而其他k-1個中繼小區(qū)靜音。
在至少一些示例實施例中,一旦大規(guī)模mimo中心節(jié)點140獲得了在大規(guī)模mimo天線陣列142和k個中繼小區(qū)120-1至120-k中的每一個之間的上行鏈路傳播信道和下行鏈路傳播信道的信道知識,訓(xùn)練階段就完成。一旦訓(xùn)練階段完成,大規(guī)模mimo中心節(jié)點140可以向k個中繼小區(qū)120-1至120-k輸出隨后的輔助觸發(fā)信號,指示k個中繼小區(qū)120-1至120-k恢復(fù)在上行鏈路和下行鏈路上的正常的回程傳輸操作。下面將更詳細(xì)地討論大規(guī)模mimo中心節(jié)點140的正?;爻虃鬏敗?/p>
正常傳輸模式
仍然參考圖2,在正常回程傳輸模式中,在下行鏈路上,大規(guī)模mimo中心節(jié)點140經(jīng)由cpri從集中式ran服務(wù)器160接收k個復(fù)合基帶信號。cpri終止(termincation)電路302將k個下行鏈路復(fù)基帶信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字基帶信號,并且將k個數(shù)字基帶信號輸出到fft電路304。fft電路304對每個數(shù)字基帶信號執(zhí)行fft,并且將經(jīng)變換的信號輸出到預(yù)編碼電路306。
預(yù)編碼電路306基于(并卻利用)上文關(guān)于圖3討論的訓(xùn)練階段期間獲得的信道知識(csi322),對來自fft電路304的經(jīng)變換的信號執(zhí)行大規(guī)模mimo預(yù)編碼。
與訓(xùn)練階段不同,在正常傳輸模式中,導(dǎo)頻生成電路326和導(dǎo)頻插入電路308被跳過并且不被使用。
預(yù)編碼電路306利用下行鏈路傳播信道的信道知識(也稱下行鏈路信道估計或下行鏈路信道的估計)對來自集中式ran服務(wù)器160的要傳輸?shù)街欣^小區(qū)120-1至120-k的下行鏈路信號執(zhí)行預(yù)編碼操作。眾所周知,預(yù)編碼操作確保每個中繼小區(qū)基本上僅接收旨在針對該中繼小區(qū)的信號。一個示例預(yù)編碼操作是所謂的波束成形。在下面的討論中,下標(biāo)“d”表示下行鏈路傳輸。
生成用于由大規(guī)模mimo中心節(jié)點140向中繼小區(qū)120-1至120-k的傳輸?shù)念A(yù)編碼下行鏈路信號xd(f)的示例波束成形操作由下面所示的等式(11)給出。
在等式(11)中,
另一個預(yù)編碼操作的示例被稱為迫零。生成預(yù)編碼下行鏈路信號xd(f)的迫零操作的示例由下面所示的等式(12)給出。
下行鏈路功率控制(例如,在等式(11)和(12)中的dηd)確保中繼小區(qū)中的每一個具有相同或基本上相同的信號與干擾和噪聲比(sinr)。可以基于根據(jù)已知算法從信道估計獲得的下行鏈路波束形成增益來選擇功率控制系數(shù)。
仍然參考圖2,預(yù)編碼電路306將預(yù)編碼信號輸出到ifft電路310,該ifft電路310通過對來自預(yù)編碼電路306的預(yù)編碼信號執(zhí)行m逆fft來生成時域中的m-分量基帶信號。rf上變頻電路312然后將m-分量基帶信號轉(zhuǎn)換為模擬形式,并且將模擬信號上變頻到例如約5.6ghz的下行鏈路載波頻率。rf上變頻電路312將經(jīng)上變頻的模擬信號輸出到大規(guī)模mimo天線陣列142,用于在下行鏈路上傳輸給k個中繼小區(qū)120-1至120-k。
在上行鏈路上,大規(guī)模mimo中心節(jié)點140在大規(guī)模mimo天線陣列142處從k個中繼小區(qū)120-1至120-k接收回程傳輸。構(gòu)成中繼小區(qū)120-1至120-k和大規(guī)模mimo陣列142之間的回程傳輸?shù)纳闲墟溌沸盘柺菑?fù)模擬基帶信號。根據(jù)至少一些示例實施例,假設(shè)大規(guī)模mimo鏈路的頻譜帶寬大于或等于要傳輸?shù)哪M信號的帶寬。然而,示例實施例不限于該假設(shè)。
在一個示例中,在上行鏈路上,第k個中繼小區(qū)120-k向大規(guī)模mimo中心節(jié)點140傳輸信號ηkauk(t)。在所傳輸?shù)男盘栔?,auk(t)是在從附接到第k個中繼小區(qū)120-k的ue(例如,ue100-p和100-p)的無線電接入鏈路上接收的復(fù)基帶信號,并且ηk是功率控制系數(shù)。下標(biāo)“u”表示在中繼小區(qū)和大規(guī)模mimo中心節(jié)點之間的上行鏈路上的傳輸。來自第k個中繼小區(qū)120-k的所傳輸?shù)纳闲墟溌沸盘枽莐auk(t)通過上行鏈路傳播信道傳遞到大規(guī)模mimo中心節(jié)點140處的大規(guī)模mimo陣列142,其中大規(guī)模mimo陣列142的第m個天線接收由下面所示的等式(13)給出的疊加的信號(忽略噪聲和可能的干擾):
在等式(13)中,gumk(t)是第k個中繼小區(qū)120-k和大規(guī)模mimo陣列142的第m個天線之間的上行鏈路傳播信道的基帶復(fù)值脈沖響應(yīng)。在向量/矩陣符號中,由大規(guī)模mimo陣列142所接收的信號由如下所示的等式(14)給出:
yu(t)=gu(t)*dηuau(t)(14)
在等式(14)中,gu(t)是上行鏈路信道的m×k脈沖響應(yīng),au(t)是在上行鏈路上傳輸?shù)幕爻绦盘柕膋×1向量,并且dηu是功率控制系數(shù)的k×k對角矩陣。在等式(14)中,“*”表示卷積。由于時域中的卷積等價于頻域中的乘積,所以等式(14)可以被重寫為如下所示的等式(15)。
yu(f)=gu(f)dηuau(f)(15)
如下文所討論的,等式(15)可以用于獲得上行鏈路傳輸?shù)幕爻绦盘朼u(f)的估計。
在上行鏈路上,功率控制尋求使由大規(guī)模mimo陣列142處理的上行鏈路信號的信號與干擾和噪聲比(sinr)相等。這確保每個中繼小區(qū)僅使用必要的功率,靠近大規(guī)模mimo陣列142的中繼小區(qū)傳輸?shù)男盘柌粫蜎]來自位于距離大規(guī)模mimo陣列142更遠(yuǎn)的中繼小區(qū)的信號。由于中繼小區(qū)不知道上行鏈路信道,所以大規(guī)模mimo中心節(jié)點140計算功率控制系數(shù),并且將所計算的功率控制系數(shù)傳送給中繼小區(qū)。在一個示例中,大規(guī)模mimo中心節(jié)點140經(jīng)由窄帶輔助無線控制信道向每個中繼器小小區(qū)發(fā)送功率控制系數(shù)。在另一示例中,大規(guī)模mimo中心節(jié)點140在導(dǎo)頻傳輸間隔之后的間隔中向中繼小區(qū)傳輸功率控制系數(shù)。
返回到圖2,大規(guī)模mimo天線陣列142向下變頻電路314輸出在例如約5.5ghz的上行鏈路載波頻率處經(jīng)由對應(yīng)的天線端口在m個天線中的每一個處接收的信號。下變頻電路314對所接收的信號進行下變頻和數(shù)字化,并且將m個數(shù)字信號輸出到fft電路315。
fft電路315對來自下變頻電路314的m數(shù)字信號的每個執(zhí)行fft,并將m個經(jīng)變換的信號輸出到解碼電路320。與訓(xùn)練模式不同,測量提取電路316被跳過,不用于正常的傳輸模式。因此,fft電路315將經(jīng)變換的信號輸出到解碼電路320,而不是像在訓(xùn)練階段的情況那樣輸出到測量提取電路316。
仍然參考圖2,解碼電路320使用在上文討論的訓(xùn)練階段期間獲得的信道知識(csi322)來對m個經(jīng)變換的信號進行解碼。
更詳細(xì)地說,對于來自第k個中繼小區(qū)120-k的上行鏈路傳輸,解碼電路320利用在訓(xùn)練階段期間獲得的在第k個中繼小區(qū)120-k和大規(guī)模mimo天線陣列142之間的上行鏈路傳播信道的信道知識來處理接收的信號yu(f)并且恢復(fù)來自第k個中繼小區(qū)120-k的一個或多個單獨傳輸信號,其包括從附接到第k個中繼小區(qū)120-k的ue接收的信號。在一個示例中,大規(guī)模mimo中心節(jié)點140利用匹配濾波,其在頻域中采用以下表達式(16)中所示的形式:
在表達式(16)中,
在另一示例中,大規(guī)模mimo中心節(jié)點140可以利用迫零來恢復(fù)所傳輸?shù)纳闲墟溌沸盘柕墓烙嫞缭谝韵卤磉_式(17)中所示。
返回到圖2,在恢復(fù)來自k個中繼小區(qū)的單個傳輸信號之后,解碼電路320將經(jīng)解碼的信號輸出到ifft電路323,ifft電路323對經(jīng)解碼的信號中的每一個執(zhí)行逆fft以生成k個復(fù)基帶信號,其中每個復(fù)基帶信號對應(yīng)于來自中繼小區(qū)120-1至120-k中的中繼小區(qū)。ifft電路323將k個復(fù)基帶信號輸出到cpri生成電路324,cpri生成電路324將復(fù)基帶信號轉(zhuǎn)換為cpri格式,以通過有線回程鏈路進一步傳輸?shù)交爻叹W(wǎng)絡(luò)。cpri生成電路324然后將cpri信號傳輸?shù)郊惺絩an服務(wù)器160用于常規(guī)lte處理(即ue的ran協(xié)議的終止)。然后,集中式ran服務(wù)器160將ue的經(jīng)處理的信號傳輸?shù)胶诵木W(wǎng)絡(luò)180,用于進一步的傳輸和目的地遞送。
圖4是圖示第k個中繼小區(qū)120-k的示例實施例的框圖。盡管本文僅討論了單個中繼小區(qū),但是k個中繼小區(qū)120-1至120-k中的每一個均可以以相同或基本相同的方式被配置和操作。
參考圖4,第k個中繼小區(qū)120-k包括開關(guān)控制器522sx,開關(guān)控制器522sx根據(jù)從大規(guī)模mimo中心節(jié)點140接收的輔助觸發(fā)信號來控制下行鏈路三路開關(guān)526dl和上行鏈路三路開關(guān)526ul。在訓(xùn)練模式中,三路開關(guān)526ul和526dl將所接收的信號饋送通過移頻器(shifter)522cal,移頻器522cal包括混頻器,混頻器用于將所接收的模擬m×1導(dǎo)頻信號從下行鏈路載波頻率轉(zhuǎn)換為上行鏈路載波頻率以在給定的導(dǎo)頻持續(xù)時間內(nèi)重傳到大規(guī)模mimo中心節(jié)點140。在數(shù)字輔助中繼小區(qū)中,移頻器522cal還可以對所接收的信號執(zhí)行一些濾波。
更詳細(xì)地說,開關(guān)控制器522sx基于來自大規(guī)模mimo中心節(jié)點140的輔助觸發(fā)信號,將三路開關(guān)526dl和526ul中的每一個設(shè)置為三個操作位置之一。
當(dāng)三路開關(guān)526dl和526ul處于第一位置p1時,中繼小區(qū)不在回程鏈路的上行鏈路或接入鏈路的下行鏈路上進行傳輸;也就是說,中繼小區(qū)是靜音或靜默的。
當(dāng)開關(guān)控制器522sx將三路交換機526ul和526dl設(shè)置在第二位置p2時,在下行鏈路上從大規(guī)模mimo中心節(jié)點140接收的m×1導(dǎo)頻信號通過移頻器522cal饋送。移頻器522cal將下行鏈路m×1導(dǎo)頻信號從下行鏈路載波頻率轉(zhuǎn)換為上行鏈路載波頻率,并且將經(jīng)轉(zhuǎn)換的m×1導(dǎo)頻信號輸出到三路開關(guān)526ul,以在上行鏈路上重傳到大規(guī)模mimo中心節(jié)點140。
當(dāng)三路開關(guān)526dl和526ul處于第三位置p3時,中繼小區(qū)120k在上行鏈路和下行鏈路上執(zhí)行信號的正常中繼。對于在下行鏈路上的信號的正常中繼,下行鏈路回程信號以大約5.6ghz的載波頻率由下行鏈路收發(fā)天線530antdl從大規(guī)模mimo中心節(jié)點140接收,并且輸入到放大器524dl。放大器524dl對所接收的回程信號進行放大,并且將經(jīng)放大的下行鏈路回程信號輸出到下行鏈路移頻器522dl。下行鏈路移頻器522dl將經(jīng)放大的下行鏈路回程信號頻率轉(zhuǎn)換為大約2.65ghz的下行鏈路接入載波頻率,并且中繼小區(qū)120-k將經(jīng)轉(zhuǎn)換的下行鏈路信號傳輸?shù)接芍欣^小區(qū)120-k服務(wù)的ue。
在上行鏈路上,中繼小區(qū)120-k以大約2.55ghz的載波頻率從由中繼小區(qū)120-k所服務(wù)的ue接收組合的上行鏈路接入信號。所接收的上行鏈路接入信號被輸入到放大器524ul,放大器524ul對來自ue的組合接入信號進行放大,并且將經(jīng)放大的組合信號輸出到上行鏈路移頻器522ul。上行鏈路移頻器522ul將經(jīng)放大的組合信號頻率轉(zhuǎn)換為例如約2.1ghz或5.5ghz的上行鏈路回程載波頻率,以通過上行鏈路收發(fā)機天線530antul在中繼小區(qū)120-k和大規(guī)模mimo中心節(jié)點140之間的上行鏈路回程上傳輸?shù)酱笠?guī)模mimo中心節(jié)點140。
頻率轉(zhuǎn)換信號被輸出到上行鏈路三路開關(guān)526ul,然后由中繼小區(qū)120-k經(jīng)由上行收發(fā)天線530antul傳輸?shù)酱笠?guī)模mimo中心節(jié)點140。中繼小區(qū)120-k可以同時地和/或并發(fā)地向由中繼小區(qū)120-k所服務(wù)的ue發(fā)送上行鏈路信號并且從由中繼小區(qū)120-k所服務(wù)的ue接收下行鏈路信號。
圖5是圖示了根據(jù)示例實施例的在訓(xùn)練階段期間在導(dǎo)頻傳輸模式中圖4所示的中繼小區(qū)的操作方法的流程圖。
參考圖4和圖5,在步驟s520,響應(yīng)于從大規(guī)模mimo中心節(jié)點140接收輔助觸發(fā)信號,針對導(dǎo)頻持續(xù)時間中繼小區(qū)120-k進入導(dǎo)頻傳輸模式。如上文所提到的,在導(dǎo)頻傳輸模式中,開關(guān)控制器522sx將三路開關(guān)526ul和526dl設(shè)置在第二位置,使得上行鏈路三路開關(guān)526ul和下行鏈路三路開關(guān)526dl中的每一個耦合到移頻器522cal。
在步驟s540,中繼小區(qū)102-k在下行鏈路上在下行鏈路收發(fā)信機天線530antdl處從大規(guī)模mimo中心節(jié)點140接收下行鏈路m×1導(dǎo)頻信號。所接收的m×1導(dǎo)頻信號由下行鏈路三路開關(guān)526dl饋送到移頻器522cal。移頻器522cal將所接收的m×1導(dǎo)頻信號從下行鏈路載波頻率轉(zhuǎn)換為上行鏈路載波頻率,并且將經(jīng)轉(zhuǎn)換的m×1導(dǎo)頻信號輸出到三路開關(guān)526ul,用于通過上行鏈路收發(fā)信機天線530antul在上行鏈路上在上行鏈路載波頻率處傳輸回大規(guī)模mimo中心節(jié)點140。
在步驟s560,中繼小區(qū)120-k經(jīng)由上行收發(fā)天線530antul在上行鏈路上將所接收的m×1導(dǎo)頻信號重傳到大規(guī)模mimo中心節(jié)點140。
在將所接收的m×1導(dǎo)頻信號在上行鏈路上重傳回大規(guī)模mimo中心節(jié)點140并且對應(yīng)的導(dǎo)頻持續(xù)時間期滿之后,中繼小區(qū)120-k退出導(dǎo)頻傳輸模式。在使用多個訓(xùn)練階段的示例中,在退出導(dǎo)頻傳輸模式之后,中繼小區(qū)120-k可以進入正常傳輸模式并且恢復(fù)正常操作。替代地,在使用單個訓(xùn)練階段的示例中,在退出導(dǎo)頻傳輸模式之后,中繼小區(qū)120-k可以變?yōu)椴⑶冶3朱o音,直到從大規(guī)模mimo中心節(jié)點140接收到后續(xù)輔助觸發(fā)信號,將中繼小區(qū)120-k設(shè)置回正常傳輸模式。一旦設(shè)置為正常傳輸模式,中繼小區(qū)120-k通過相應(yīng)地中繼上行鏈路信號和下行鏈路信號來恢復(fù)正常操作。
示例實施例可以擴大相對低功耗中繼小區(qū)的適用性。示例實施例還可以提供相對大量的中繼小區(qū)的更靈活和相對低努力的部署,因為可以用相同的無線回程鏈路來服務(wù)多個中繼小區(qū)。中繼小區(qū)在回程上行鏈路上應(yīng)用低發(fā)射功率,利用mimo天線增益,將大部分接入和回程信號處理外包給mimo中心節(jié)點和基帶池。所得到的相對低功率架構(gòu)有助于可再生能源與中繼小區(qū)的實際部署,從而降低了操作費用和總部署成本。根據(jù)一個或多個示例實施例的架構(gòu)還允許在幾乎任意位置的中繼小區(qū)的部署,而與電力可用性無關(guān),例如在壞網(wǎng)格(bad-grid)和離網(wǎng)(off-grid)場景中。此外,大規(guī)模mimo回程鏈路不需要到中心節(jié)點的視線條件。
為了說明和描述的目的,提供了對示例實施例的前述描述。這并不旨在是窮舉的或限制公開。特定示例實施例的單個元件或特征通常不限于該特定實施例,而是在可應(yīng)用的情況下是可互換的,并且可以在所選擇的實施例中使用,即使沒有具體示出或描述。其在許多方面也可能有所改變。這些變體不被視為脫離本公開,并且所有這些修改旨在被包括在本公開的范圍內(nèi)。