專利名稱：Mimo通信系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動通信技術(shù)，具體涉及一種MIMO通信系統(tǒng)及其方 法，能夠通過多用戶預(yù)編碼來消除小區(qū)之間的干擾，并且能夠降低對 基站間信息交換對主干網(wǎng)帶寬的需求以及消除路徑功率不平衡帶來 的影響。
背景技術(shù)：
作為IEEE802.16e和3GPP LTE向IMT-advanced系統(tǒng)的演進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)， 正EE802.16m和3GPP LTE+目標(biāo)在于取得更高的平均用戶吞吐率、小 區(qū)邊緣用戶吞吐率和扇區(qū)吞吐率等。多用戶MIMO (MU-MIMO)是 演進(jìn)過程中的重要障礙。眾所周知，空分多址(SDMA)技術(shù)可以用 于系統(tǒng)容量的提高，其中單個基站(BS)通過預(yù)編碼技術(shù)在相同的 時頻資源上將多個數(shù)據(jù)流發(fā)送給多個用戶，使得每個用戶不受來自其 他用戶的干擾。但是，相比于單用戶MIMO( SU-MIMO)，MU-MMIMO 在諸如低頻重用之類的干擾受限制環(huán)境中并不能取得明顯的性能增 益，這是因?yàn)閲?yán)重的小區(qū)間干擾(ICI)而造成的。在IEEE802.16m 和3GPPLTE+中，小區(qū)間干擾同樣是期待解決的技術(shù)問題。
為了解決小區(qū)間干擾問題，已經(jīng)提出了一些方案，例如ICI知曉 (ICI-aware)功率控制，靈活頻率重用，宏分集，在接收側(cè)進(jìn)行干擾 消除的ICI隨機(jī)化技術(shù)等等。這些技術(shù)可以在MU-MIMO之上使用， 用來提高在干擾受限制的情況下提高性能增益。雖然這些技術(shù)能夠提 高小區(qū)邊緣用戶吞吐率，但是無論是在系統(tǒng)頻譜效率方面還是接收機(jī) 復(fù)雜度方面帶來的成本都是非常高的。從系統(tǒng)容量的角度來看，無論 使用何種技術(shù)在接收機(jī)側(cè)消除干擾，未遭受干擾的系統(tǒng)總是比那些遭 受了干擾的系統(tǒng)具有較高的容量?，F(xiàn)有技術(shù)之一是SU-MIMO通信系統(tǒng)。如圖1所示，在SU-MIMO 通信系統(tǒng)中，每個基站BS1和BS2分別向其小區(qū)覆蓋范圍中的單個 移動站MS1和MS2提供數(shù)據(jù)流，但是相鄰的基站發(fā)射會導(dǎo)致ICI， 也就是除了真正有用的數(shù)據(jù)流之外還產(chǎn)生干擾流。
在SU-MIMO通信系統(tǒng)中，每個基站向單個移動站(BS)提供服 務(wù)。每個基站BS1和BS2根據(jù)從它自身到所服務(wù)的移動站MS1和 MS2之間的信道矩陣，按照預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)計算加權(quán)矩陣，然后在被發(fā) 送到無線電信道之前用加權(quán)矩陣對數(shù)據(jù)符號進(jìn)行加權(quán)操作。在 SU-MIMO通信系統(tǒng)中，在基站BS1和基站BS2之間沒有數(shù)據(jù)流和信 道信息交換操作，因此它們之間并不進(jìn)行任何協(xié)同工作。如上所述， SU-MIMO通信系統(tǒng)的系統(tǒng)性能受ICI的限制，例如小區(qū)邊緣用戶吞 吐率比較低等。
現(xiàn)有技術(shù)之二是MU-MIMO通信系統(tǒng)。如圖2所示，在 MU-MIMO通信系統(tǒng)中，每個基站BS1和BS2分別向其覆蓋區(qū)域 之內(nèi)的多個移動站MSla、 MSlb和MS2a、 MS2b發(fā)送數(shù)據(jù)流， 相鄰的基站發(fā)射同樣會導(dǎo)致ICI，也就是除了產(chǎn)生有用的數(shù)據(jù)流之 外，還產(chǎn)生了干擾流。
在MU-MIMO通信系統(tǒng)中，每個基站向多個移動站提供服務(wù)。 每個基站基于從其自身到其服務(wù)的多個用戶之間的信道矩陣，按照諸 如迫零(ZF)、分塊對角化(BD)、最大特征值傳輸(MET)之類的 預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)計算加權(quán)矩陣，以便最大化多用戶系統(tǒng)容量，使得每個移動 站的信號遠(yuǎn)離其他用戶，然后在發(fā)送到無線電信道之前對數(shù)據(jù)符號進(jìn) 行加權(quán)。另外，在MU-MIMO通信系統(tǒng)中，終端需要估計從基站到 其自身的信道矩陣，然后將其反饋給該基站。在MU-MIMO通信系 統(tǒng)中，在基站BS1和基站BS2之間不存在數(shù)據(jù)流和信道信息交換操 作，但是系統(tǒng)容量同樣受ICI限制。
現(xiàn)有技術(shù)之三是網(wǎng)絡(luò)MIMO (NET-MIMO)通信系統(tǒng)。如圖3所 示，在NET-MIMO通信系統(tǒng)中，在多個基站BS1和BS2之間進(jìn)行聯(lián) 合多用戶預(yù)編碼操作，使得基站的所有用戶的信號彼此正交。
在NET-MIMO通信系統(tǒng)中，多個基站BS1和BS2聯(lián)合向多個移動站MS1和MS2提供服務(wù)。每個基站基于從所有基站到其服務(wù)的所
有移動站之間的信道矩陣，按照預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)計算加權(quán)矩陣，以便最大 化多用戶信道容量，然后在發(fā)送到無線電信道之間對數(shù)據(jù)符號進(jìn)行加
權(quán)操作。在NET-MIMO通信系統(tǒng)中，終端需要估計從向其提供服務(wù) 的所有基站到該終端之間的信道矩陣，然后將估計的信道矩陣反饋給 相應(yīng)的基站。如上所述，在NET-MIMO通信系統(tǒng)中，需要在基站之 間交換所有的數(shù)據(jù)和所有的信道信息，使得這些數(shù)據(jù)和信道信息能夠 為每個基站得到，這造成了對主干網(wǎng)帶寬的明顯需求。在NET-MIMO 通信系統(tǒng)中，由于ICI被消除，大大提高了系統(tǒng)的容量，但是帶來的 問題是需要明顯消耗主干網(wǎng)絡(luò)的帶寬，以便在各個基站之間傳送數(shù)據(jù) 和信道信息。另外，每個移動站要估計所有相關(guān)的信道矩陣，使得接 收端的計算量非常大。
現(xiàn)有技術(shù)之四是協(xié)同MIMO (CO-MIMO)通信系統(tǒng)。如圖4所 示，在CO-MIMO通信系統(tǒng)中，單個基站BS1或BS2向多個移動站 MS1和MS2提供服務(wù)，并且單個移動站由多個基站提供服務(wù)。與 NET-MIMO通信系統(tǒng)的一個區(qū)別在于每個基站將獨(dú)立地進(jìn)行預(yù)編碼。
如上所述，在CO-MIMO通信系統(tǒng)中，每個基站向多個移動站提 供服務(wù)，每個移動站由多個基站提供服務(wù)。另外，每個基站基于從其 自身到所有服務(wù)的移動站的信道矩陣，按照預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)計算加權(quán)矩 陣，從而最大化多用戶信道容量，然后在發(fā)送到無線電信道之前對數(shù) 據(jù)符號進(jìn)行加權(quán)操作。在CO-MIMO通信系統(tǒng)中，終端需要估計從向 其提供服務(wù)的所有基站到該終端的信道矩陣，然后將信道矩陣反饋給 相應(yīng)的基站。另夕卜，在CO-MIMO通信系統(tǒng)中，在基站之間不存在數(shù) 據(jù)和信道信息的交換操作，因此對主干帶寬沒有需求。
在CO-MIMO通信系統(tǒng)中，ICI得到了部分的消除，從而提高了 系統(tǒng)性能。但是，同時由于調(diào)度算法和每個移動站到向其提供服務(wù)的 各個基站之間的路徑上的功率的不平衡，造成了系統(tǒng)性能的損害。因 此，CO-MIMO通信系統(tǒng)僅僅適用于在小區(qū)邊緣的用戶提高小區(qū)邊緣 用戶吞吐率。
總之，上述的現(xiàn)有技術(shù)或者是因?yàn)镮CI的緣故而導(dǎo)致系統(tǒng)增益較
7低，或者是需要通過主干網(wǎng)在基站之間傳送大量的數(shù)據(jù)和信道信息， 造成了運(yùn)營成本的增加，或者是復(fù)雜的多用戶調(diào)度和功率不平衡造成 系統(tǒng)性能的降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種MIMO通信系統(tǒng)及其方法，它基于多 基站輔助信道測量和調(diào)度，使用多用戶預(yù)編碼來消除ICI，因此提高 了系統(tǒng)頻譜效率，降低了對主干網(wǎng)帶寬的需要，消除了路徑功率不平 衡造成的影響，并提高了小區(qū)邊緣用戶的吞吐率。
在本申請中提出了一種方案，目的在于提高ICI消除能力，降低 基站協(xié)調(diào)復(fù)雜度和提高系統(tǒng)性能。在本發(fā)明的方案中，單個基站根據(jù) 基站調(diào)度結(jié)果向單個或者多個移動站提供服務(wù)，同時每個移動站僅僅 由單個基站提供服務(wù)。在每個基站進(jìn)行多用戶預(yù)編碼操作，從而消除 對相鄰基站的用戶的干擾。在本申請中，將所提出的方案稱為'干擾 零化CO陽MIMO (CO-MIMO-IN)，。
在本發(fā)明的一個方面，提出了一種MIMO通信系統(tǒng)，包括多個 基站和多個移動站，其中每個基站向一個或者更多個移動站提供服
務(wù)，并且每個移動站僅僅由一個基站提供服務(wù)，每個移動站都包括
信道估計單元，用于估計從向其提供服務(wù)的基站以及相鄰的基站到該 移動站的信道矩陣，其中所述信道矩陣被反饋到向其提供服務(wù)的基站
和相鄰的基站，每個基站都包括加權(quán)矩陣計算單元，用于基于從移
動站反饋的信道矩陣用多用戶預(yù)編碼算法計算加權(quán)矩陣；以及加權(quán)單
元，用于利用加權(quán)矩陣對要發(fā)射的數(shù)據(jù)符號進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算。
在本發(fā)明的另一方面，提出了一種MIMO通信系統(tǒng)，包括多個 基站和多個移動站，其中每個基站向一個或者更多個移動站提供服
務(wù)，并且每個移動站僅僅由一個基站提供服務(wù)，每個移動站都包括
參考信號發(fā)送單元，用于將參考信號發(fā)送給向其提供服務(wù)的基站以及
相鄰的基站，每個基站都包括信道矩陣估計單元，用于基于參考信 號發(fā)送單元所發(fā)送的參考信號，利用上下行信道的對稱性估計相應(yīng)的 信道矩陣；加權(quán)矩陣計算單元，用于基于估計的信道矩陣用多用戶預(yù)編碼算法計算加權(quán)矩陣；以及加權(quán)單元，用于利用加權(quán)矩陣對要發(fā)射 的數(shù)據(jù)符號進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算。
在本發(fā)明的再一方面，提出了一種用于MIMO通信系統(tǒng)的方法， 所述MIMO通信系統(tǒng)包括多個基站和多個移動站，其中每個基站向 一個或者更多個移動站提供服務(wù)，并且每個移動站僅僅由一個基站提 供服務(wù)，所述方法包括步驟在每個移動站估計從向其提供服務(wù)的基 站以及相鄰的基站到該移動站的信道矩陣，其中所述信道矩陣被反饋 到向其提供服務(wù)的基站和相鄰的基站，基于從移動站反饋的信道矩陣 用多用戶預(yù)編碼算法計算加權(quán)矩陣；以及利用加權(quán)矩陣對要發(fā)射的數(shù) 據(jù)符號進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算。
在本發(fā)明的又一方面，提出了一種用于MIMO通信系統(tǒng)的方法， 所述MIMO通信系統(tǒng)包括多個基站和多個移動站，其中每個基站向 一個或者更多個移動站提供服務(wù)，并且每個移動站僅僅由一個基站提 供服務(wù)，在每個移動站將參考信號發(fā)送給向其提供服務(wù)的基站以及相 鄰的基站，基于所發(fā)送的參考信號，利用上下行信道的對稱性估計相 應(yīng)的信道矩陣；基于估計的信道矩陣用多用戶預(yù)編碼算法計算加權(quán)矩 陣；以及利用加權(quán)矩陣對要發(fā)射的數(shù)據(jù)符號進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算。
利用本發(fā)明實(shí)施例的通信系統(tǒng)和方法，能夠有效避免小區(qū)間干 擾，相比于傳統(tǒng)的單天線系統(tǒng)，本發(fā)明的方案能夠允許傳統(tǒng)的 SU-MIMO和MU-MIMO獲得充分的性能增益。
另外，相比于NET-MIMO，本發(fā)明實(shí)施例的方案大大降低了對 基站間協(xié)調(diào)能力的需求，因此降低了對主干網(wǎng)帶寬的需求。
另外，相比于NET-MIMO和CO-MIMO，本發(fā)明實(shí)施例的方案 并不需要復(fù)雜的基站間調(diào)度，因此對于應(yīng)用環(huán)境更具有魯棒性。
另外，相比于CO-MIMO，本發(fā)明實(shí)施例的方案對于路徑功率不 平衡更為魯棒，因此可以應(yīng)用于小區(qū)中心的用戶和小區(qū)邊緣的用戶， 從而提高了平均系統(tǒng)容量和小區(qū)邊緣用戶的吞吐率。


閱讀了下面的詳細(xì)說明以及附圖之后，本發(fā)明的這些以及其它的目的和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚，在附圖中
圖1示出了 SU-MIMO通信系統(tǒng)的示意圖2示出了 MU-MIMO通信系統(tǒng)的示意圖； 圖3示出了 NET-MIMO通信系統(tǒng)的示意圖； 圖4示出了 CO-MIMO通信系統(tǒng)的示意圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的CO-MIMO-IN通信系統(tǒng)的示意
圖6是如圖5所示的通信系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)框圖7和圖8示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的通信系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)在第 一情形下的仿真結(jié)果比較；以及
圖9和圖10示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的通信系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)在 第二情形下的仿真結(jié)果比較。
具體實(shí)施例方式
下面對照附圖來說明根據(jù)本發(fā)明各個實(shí)施例的通信系統(tǒng)及其方法。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的CO-MIMO-IN通信系統(tǒng)的示意 圖。如圖5所示，在CO-MIMO-IN通信系統(tǒng)中，每個基站BS1和BS2 向單個或者多個移動站MS1和MS2提供服務(wù)，并且每個移動站MS1 和MS2僅僅由單個基站BS1或BS2提供服務(wù)。由于基站不需要向相 鄰的基站的用戶提供服務(wù)，大大降低了調(diào)度復(fù)雜度，并且消除了路徑 功率不平衡帶來的影響。
在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的通信系統(tǒng)中，例如每個基站BS1基于從其 自身到所服務(wù)的移動站MS1以及相關(guān)的移動站MS2之間的信道矩 陣，按照預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)計算加權(quán)矩陣，以便在消除相關(guān)移動站MS2的 干擾的同時最大化多用戶信道容量，然后在發(fā)送到無線電信道之前對 數(shù)據(jù)符號進(jìn)行加權(quán)操作。
在本發(fā)明實(shí)施例的通信系統(tǒng)中，每個移動站MS1和MS2需要估 計從提供服務(wù)的基站和干擾基站二者到其自身之間的信道矩陣，然后 將其反饋給相應(yīng)的基站BS1和BS2。另外，在基站BS1和BS2之間不進(jìn)行數(shù)據(jù)和信道信息的交換，因此消除了對骨干網(wǎng)帶寬的需要。由 于在基站側(cè)的預(yù)編碼中就考慮到了相關(guān)聯(lián)的移動站的干擾，因此能夠 消除小區(qū)間干擾。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，由于單個移動站僅僅由一個基站來提供服 務(wù)，所以能夠有效對抗功率不平衡和調(diào)度復(fù)雜度，同時對演進(jìn)中的標(biāo) 準(zhǔn)的改動最小，整體的小區(qū)吞吐率的改進(jìn)完全超過了未使用宏分集所 引起的性能降低。
下面給出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的通信系統(tǒng)的實(shí)例。如圖6所示，根
據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的通信系統(tǒng)包括至少一個基站和至少一個移動站，每 個基站向一個或者多個移動站提供服務(wù)，而每個移動站僅僅由單個基 站提供服務(wù)。
根據(jù)該實(shí)施例，蜂窩系統(tǒng)中有兩個扇區(qū)，其中在每個扇區(qū)中有一 個移動站。每個基站有四根發(fā)射天線，并且向具有兩根接收天線的單 個移動站提供服務(wù)。每個移動站所接收的數(shù)據(jù)流的數(shù)目是二，等于接 收天線的數(shù)目。自然，上述的配置可以擴(kuò)展到其他數(shù)目的基站和移動 站以及另外的天線配置。
如圖6所示，基站BS1包括加權(quán)矩陣計算單元10、加權(quán)單元(未 示出)和發(fā)送單元(未示出)。類似，基站BS2包括加權(quán)矩陣計算單 元20，加權(quán)單元(未示出)和發(fā)送單元(未示出)。
移動站MS1包括信道估計單元30和解調(diào)單元40，而移動站MS2 包括信道估計單元50和解調(diào)單元60。下面對照附圖6對本發(fā)明示例 的通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和操作過程進(jìn)行詳細(xì)說明。
在下面的描述中將使用如下變量
1) ^(m = l,2):要發(fā)送給第m個移動站的數(shù)據(jù)符號矢量；
2) xm(w = 1，...，4):要發(fā)送給第m個移動站的協(xié)方差為PI的預(yù)編碼符號 矢量，其中P是每根天線的發(fā)射功率；
3) Hm :從第"個基站到其所服務(wù)的第m個移動站的信道矩陣；
4) nff):第^個移動站的方差為(721的加性白噪聲矢量；
5) Y :第m個移動站所接收的符號矢量；
6) W^:第〃個基站的用于第m個移動站的歸一化預(yù)編碼矩陣。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的通信系統(tǒng)的操作過程如下
1) 對于移動站MSI,信道估計單元30例如基于導(dǎo)頻估計基站BS1
禾口BS2到移動站BS1的信道矩陣H,,和1112,然后例如以基于碼本 (codebook)的方法直接通過上行鏈路將信道矩陣Hu反饋到基 站BS1,信道矩陣將H。反饋到基站BS2。作為另一選擇，也可 以將信道矩陣Hw反饋給基站BS1，然后要求基站BS1通過基 站間信道交換方式將信道矩陣通知給基站BS2。
2) 對于MS2,信道估計單元50估計基站BS1和BS2到移動站MS2 的信道矩陣H21和1122,然后通過以如上相同的方式將信道矩陣 H21反饋給基站BSl,將信道矩陣H22反饋給基站BS2 。作為 另一選擇，也可以將信道矩陣H22反饋個基站BS1，然后要求 基站BS1通過基站間信道交換方式將信道矩陣通知給基站BS2。
3) 在基站BSl,加權(quán)矩陣計算單元10基于獲得的信道矩陣Hn and
H21 ，將諸如BD， ZF， MET之類的多用戶預(yù)編碼算法應(yīng)用于信道
矩陣
H
21
獲得加權(quán)矩陣[『 『12],然后加權(quán)單元用獲得的加
4)
權(quán)矩陣對要發(fā)射的數(shù)據(jù)符號進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算得到a =『 a并且 //21 接下來發(fā)送單元通過發(fā)射天線發(fā)送經(jīng)過加權(quán)后的數(shù)據(jù) 符號；
類似地，在基站BS2，加權(quán)矩陣計算單元20基于獲得的信道矩陣
//12和//22，將多用戶預(yù)編碼算法用于信道矩陣22.
獲得加
權(quán)矩陣[『21『22],然后加權(quán)單元用獲得的加權(quán)矩陣對要發(fā)射的
數(shù)據(jù)符號進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算得到a =『22a并且//12i22 = o，接下來 發(fā)送單元通過發(fā)射天線發(fā)送經(jīng)過加權(quán)的數(shù)據(jù)符號；
125)這樣，在移動站MSl接收的符號矢量乂-[/^ //12]. 于H0,則乂-7V^A+""消除了ICI;
『22
+ ",.由
6)類似地，在移動站MS2接收的符號矢量力-[/^ //22]. 由于//2|.巧，=0，則;k二H^+",，消除了 ICI。
『22 ' ■
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，解調(diào)單元40和60可以利用最大相似度檢 測器或者M(jìn)MSE檢測器將接收的消除了 ICI的信號矢量解調(diào)為針對 移動站MS1的&和針對移動站MS2的《2 。
下面說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的通信系統(tǒng)和方法的仿真結(jié)果。在仿 真過程中，釆用如下配置
1) 小區(qū)布置兩個扇區(qū)，每個扇區(qū)一個基站
2) 考慮到的MIMO方案SU-MIMO, MU-MIMO， Co-MIMO， Net-MIMO, and Co-MIMO-IN
3) 天線配置
a)情形l:每個移動站具有兩根發(fā)射天線，每個移動站具有一根 接收天線。在這種情形下，CO-MIMO通信系統(tǒng)執(zhí)行MU-MIMO 預(yù)編碼，以便在每個基站為兩個移動站提供服務(wù)，然后以宏分 集的形式將數(shù)據(jù)從每個基站發(fā)送到目的移動站
b)
胃形2:每個基站具有四根發(fā)射天線，每各移動站具有兩根接
小主
收天線
4) 對信號信道和干擾信道都采用空間獨(dú)立的平坦瑞 衰落信道
5) 每個移動站的總發(fā)射功率是固定的，并且被發(fā)射的數(shù)據(jù)流均分
6) 多用戶預(yù)編碼算法采用分塊對角化(BD)
7) SIR:長期發(fā)射信號對干擾功率比
8) SNR:長期發(fā)射信號對造成功率比
9) A:功率不平衡因子，它等于每個無線電路徑上的功率與其他無線 電路徑上的功率之比；10) 性能度量每個移動站的總?cè)萘?br> 11) 未考慮調(diào)度增益
情形1
圖7示出了情形1下根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的通信系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)之 間的性能增益比較。從圖7中可以看出，在干擾受限制的情況下，例 如SIR為0時，SU-MIMO和MU-MIMO的性能受到很大的限制，并 且出現(xiàn)了容量平臺(capacity floor),這意味著增加發(fā)射功率對于系統(tǒng) 的容量而言不起作用。比較而言，NET-MIMO， CO-MIMO和 CO-MIMO-IN由于有效的消除了 ICI，所以可以獲得更高的系統(tǒng)容量。 與NET-MIMO相比，CO-MIMO和CO-MIMO-IN有大約20 %的容量 增益。但是NET-MIMO的高實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度導(dǎo)致容量增益比較低。與現(xiàn) 有的CO-MIMO相比，本發(fā)明實(shí)施例的CO-MIMO-IN通信系統(tǒng)雖然 因?yàn)楹攴旨鴨适Я?10%的系統(tǒng)容量，但是由于消除了功率不平衡 造成的不利影響，所以CO-MIMO-IN通信系統(tǒng)還是可以獲得與 CO-MIMO類似的性能，如圖所示。
情形2
圖9和圖10示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的通信系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)在 情形l下的仿真結(jié)果比較。從圖9中可以看出，天線數(shù)目的增加有利 于SU-MIMO和MU-MIMO的容量的增加，但是它們的性能仍舊受 ICI所限制。NET-MIMO， CO-MIMO和CO-MIMO-IN同樣能夠獲得 較高的容量增益，NET-MIMO， CO-MIMO和CO-MIMO-IN的容量 間隙略有增大。但是，由于路徑功率不平衡而給CO-MIMO所帶來的 不利影響同樣增加，從圖10中可以看出，CO-MIMO-IN比CO-MIMO 的容量高出了 15%。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的通信系統(tǒng)能夠獲得如下優(yōu)點(diǎn)
1) 有效避免小區(qū)間干擾，相比于傳統(tǒng)的單天線系統(tǒng)，本發(fā)明的方案 能夠允許傳統(tǒng)的SU-MIMO和MU-MIMO獲得充分的性能增益；
2) 相比于NET-MIMO，本發(fā)明實(shí)施例的方案大大降低了對基站間協(xié) 調(diào)能力的需求，因此降低了對主干網(wǎng)帶寬的需求；3) 相比于NET-MIMO和CO-MIMO，本發(fā)明并不需要復(fù)雜的基站間 調(diào)度，因此對于應(yīng)用環(huán)境更具有魯棒性；
4) 相比于CO-MIMO，本發(fā)明的方案對于路徑功率不平衡更為魯棒， 因此可以應(yīng)用于小區(qū)中心的用戶和小區(qū)邊緣的用戶，從而提高了 平均系統(tǒng)容量和小區(qū)邊緣用戶的吞吐率。
變型
以上描述的是信道估計操作在移動站端進(jìn)行的情況。實(shí)際上，信 道估計可以在基站端進(jìn)行。在這種情況下，需要移動站包括一個參考 信號發(fā)送單元，它能夠向基站發(fā)送參考信號(例如soimding)，然后 由設(shè)置在基站端的信道估計單元，基于該參考信號估計從該移動站到 該基站的信道矩陣，同時利用上下行信道的對稱性，將該上行信道矩 陣作為從該基站到該移動站的下行信道矩陣。然后，加權(quán)矩陣計算單 元和加權(quán)單元按照如上所述的方法計算加權(quán)矩陣，并且在被發(fā)送到無 線電信道之前對該要發(fā)送的數(shù)據(jù)符號進(jìn)行加權(quán)操作。
以上所雖然以功能模塊的形式描述了本發(fā)明實(shí)施例的通信系統(tǒng) 的構(gòu)成及其功能，但是這并不意味著將本發(fā)明限定于上述的形式。本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠?qū)⑵渲械囊粋€或者多個模塊進(jìn)行組合，或者 將其中的一個模塊的功能分別在兩個或者更多個模塊中實(shí)現(xiàn)。
另外，上述的通信系統(tǒng)中的功能模塊可以由軟件來實(shí)現(xiàn)，也可以 由硬件來實(shí)現(xiàn)，或者由軟件和硬件一起來實(shí)現(xiàn)。
可以對上述的內(nèi)容進(jìn)行各種具體的實(shí)施或者改變而不偏離本發(fā) 明的實(shí)質(zhì)和精髓。上述的實(shí)施例意欲例證本發(fā)明，而非想要限制本發(fā) 明的范圍。本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求而非實(shí)施例來限定。在權(quán) 利要求范圍內(nèi)和本發(fā)明權(quán)利要求的意義和等同范圍內(nèi)進(jìn)行的各種修 改被視為在本發(fā)明的范圍之中。
權(quán)利要求
1、一種MIMO通信系統(tǒng)，包括多個基站和多個移動站，其中每個基站向一個或者更多個移動站提供服務(wù)，并且每個移動站僅僅由一個基站提供服務(wù)，每個移動站都包括信道估計單元，用于估計從向其提供服務(wù)的基站以及相鄰的基站到該移動站的信道矩陣，其中所述信道矩陣被反饋到向其提供服務(wù)的基站和相鄰的基站，每個基站都包括加權(quán)矩陣計算單元，用于基于從移動站反饋的信道矩陣用多用戶預(yù)編碼算法計算加權(quán)矩陣；以及加權(quán)單元，用于利用加權(quán)矩陣對要發(fā)射的數(shù)據(jù)符號進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算。
2、 如權(quán)利要求l所述的MIMO通信系統(tǒng)，其中所述信道矩陣是 移動站通過上行鏈路直接反饋給基站的。
3、 如權(quán)利要求l所述的MIMO通信系統(tǒng)，其中所述信道矩陣是 被移動站反饋給向其服務(wù)的基站，然后由該基站將所述信道矩陣通知 給相鄰的基站。
4、 如權(quán)利要求l所述的MIMO通信系統(tǒng)，其中所述多用戶預(yù)編 碼算法包括以下至少之一迫零、分塊對角化、最大特征值傳輸。
5、 一種MIMO通信系統(tǒng)，包括多個基站和多個移動站，其中每個基站向一個或者更多個移動站提供服務(wù)，并且每個移動站僅僅由一個基站提供服務(wù)，每個移動站都包括參考信號發(fā)送單元，用于將參考信號發(fā)送給向其提供服務(wù)的 基站以及相鄰的基站，每個基站都包括信道矩陣估計單元，用于基于參考信號發(fā)送單元所發(fā)送的參考信號，利用上下行信道的對稱性估計相應(yīng)的信道矩陣；加權(quán)矩陣計算單元，用于基于估計的信道矩陣用多用戶預(yù)編 碼算法計算加權(quán)矩陣；以及加權(quán)單元，用于利用加權(quán)矩陣對要發(fā)射的數(shù)據(jù)符號進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算。
6、 如權(quán)利要求5所述的MIMO通信系統(tǒng)，其中所述信道矩陣估 計單元基于參考信號估計從該移動站到該基站的信道矩陣，并且基于 上下行信道的對稱性，將所估計的信道矩陣作為從該基站到該移動站 的信道矩陣。
7、 如權(quán)利要求5所述的MIMO通信系統(tǒng)，其中所述的參考信號 是sounding信號。
8、 一種用于MIMO通信系統(tǒng)的方法，所述MIMO通信系統(tǒng)包 括多個基站和多個移動站，其中每個基站向一個或者更多個移動站提 供服務(wù)，并且每個移動站僅僅由一個基站提供服務(wù)，所述方法包括步驟在每個移動站估計從向其提供服務(wù)的基站以及相鄰的基站到該移動站的信道矩陣，其中所述信道矩陣被反饋到向其提供服務(wù)的基站 和相鄰的基站，基于從移動站反饋的信道矩陣用多用戶預(yù)編碼算法計算加權(quán)矩 陣；以及利用加權(quán)矩陣對要發(fā)射的數(shù)據(jù)符號進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算。
9、 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述信道矩陣是移動站通過上行鏈路直接反饋給基站的。
10、 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述信道矩陣是被移動站反饋給向其服務(wù)的基站，然后由該基站將所述信道矩陣通知給相鄰的基 站。
11、 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述多用戶預(yù)編碼算法包括以下至少之一迫零、分塊對角化、最大特征值傳輸。
12、 一種用于MIMO通信系統(tǒng)的方法，所述MIMO通信系統(tǒng)包括多個基站和多個移動站，其中每個基站向一個或者更多個移動站提供服務(wù)，并且每個移動站僅僅由一個基站提供服務(wù)，在每個移動站將參考信號發(fā)送給向其提供服務(wù)的基站以及相鄰 的基站，基于所發(fā)送的參考信號，利用上下行信道的對稱性估計相應(yīng)的信道矩陣；基于估計的信道矩陣用多用戶預(yù)編碼算法計算加權(quán)矩陣；以及 利用加權(quán)矩陣對要發(fā)射的數(shù)據(jù)符號進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算。
13、 如權(quán)利要求12所述的方法，其中基于所發(fā)送的參考信號， 利用上下行信道的對稱性估計相應(yīng)的信道矩陣的步驟包括基于參考信號估計從該移動站到該基站的信道矩陣，以及 基于上下行信道的對稱性，將所估計的信道矩陣作為從該基站到 該移動站的信道矩陣。
14、 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述的參考信號是sounding信號。
全文摘要
公開了一種MIMO通信系統(tǒng)及其方法。該系統(tǒng)包括多個基站和多個移動站，其中每個基站向一個或者更多個移動站提供服務(wù)，并且每個移動站僅僅由一個基站提供服務(wù)，每個移動站都包括信道估計單元，用于估計從向其提供服務(wù)的基站以及相鄰的基站到該移動站的信道矩陣，其中所述信道矩陣被反饋到向其提供服務(wù)的基站和相鄰的基站，每個基站都包括加權(quán)矩陣計算單元，用于基于從移動站反饋的信道矩陣用多用戶預(yù)編碼算法計算加權(quán)矩陣；以及加權(quán)單元，用于利用加權(quán)矩陣對要發(fā)射的數(shù)據(jù)符號進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算。本發(fā)明提高了系統(tǒng)頻譜效率，降低了對主干網(wǎng)帶寬的需要，消除了路徑功率不平衡造成的影響，并提高了小區(qū)邊緣用戶的吞吐率。
文檔編號H04L1/02GK101621357SQ200810040249
公開日2010年1月6日 申請日期2008年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月1日
發(fā)明者楊紅衛(wèi), 蔡立羽 申請人:上海貝爾阿爾卡特股份有限公司