專利名稱：無線通信系統(tǒng)及執(zhí)行無線通信系統(tǒng)操作的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于無線通信領(lǐng)域，特別是有關(guān)于在多用戶下行鏈路多輸入以及多輸出(Multiple-1nput and Multiple-Output, ΜΙΜΟ)系統(tǒng)中用迭代算法計(jì)算預(yù)編碼器的方法。
背景技術(shù)：
長期演進(jìn)(long term evolution, LTE)項(xiàng)目中的預(yù)編碼方案可以是基于碼本(codebook)或者基于非碼本(non-codebook)的。對(duì)于基于碼本的預(yù)編碼，用戶設(shè)備(移動(dòng)接收器單元)使用細(xì)胞特異性參考信號(hào)(Cell-specific Reference Signals, CRS)估計(jì)信道，并且將預(yù)編碼器矩陣指數(shù)(Precoder Matrix Index, PMI)以及等級(jí)指數(shù)(Rank index,RI)反饋給基站(Base Station，BS)?；究梢赃x擇應(yīng)用此類預(yù)編碼器。對(duì)于基于非碼本的預(yù)編碼，基站需要更準(zhǔn)確的信道狀態(tài)信息(Chanel State Information，CSI)。(例如，時(shí)分雙工(Time Division Duplexing, TDD)系統(tǒng)中，信道狀態(tài)信息能夠使用上行鏈路參考信號(hào)得到。)發(fā)送模式7、8以及9能夠分別以單層、雙層、以及八層來支持基于非碼本的預(yù)編碼?；诜谴a本的預(yù)編碼的詳細(xì)過程敘述如下。以時(shí)分雙工模式為例來設(shè)計(jì)基于非碼本的預(yù)編碼器，基站使用稱為探測參考信號(hào)(Sounding Reference Signals, SRS)的上行鏈路導(dǎo)頻信號(hào)(uplink pilots)來估計(jì)上行鏈路信道狀態(tài)信息。由于時(shí)分雙工中的信道互易性(channel reciprocity)，基站能夠使用上行鏈路信道狀態(tài)信息來得到下行鏈路信道狀態(tài)信息，并且設(shè)計(jì)相應(yīng)的預(yù)編碼器。因?yàn)橛脩粼O(shè)備能夠以預(yù)編碼前插入的解調(diào)參考信號(hào)(Demodulation Reference Signals),或者專用參考信號(hào)(Dedicated ReferenceSignals，DRS)來估計(jì)等效信道(預(yù)編碼器以及信道的復(fù)合效應(yīng))，用戶設(shè)備不需要得知此預(yù)編碼器。因此，用戶設(shè)備能夠相應(yīng)地設(shè)計(jì)接收波束成形矢量(receive beamformingvector)(用于單數(shù)據(jù)流)或者接收波束成形矩陣(用于多數(shù)據(jù)流)。其他基于非碼本的預(yù)編碼設(shè)計(jì)使用細(xì)胞特異性參考信號(hào)或者專用參考信號(hào)。專用參考信號(hào)設(shè)計(jì)中，用戶設(shè)備(移動(dòng)接收器單元)使用專用參考信號(hào)來估計(jì)如上所述的等效信道，以及設(shè)計(jì)接收波束成形。細(xì)胞特異性參考信號(hào)設(shè)計(jì)中，用戶設(shè)備使用細(xì)胞特異性參考信號(hào)來估計(jì)信道狀態(tài)信息，其不包括預(yù)編碼器的效果。此種情況下，接收器僅設(shè)計(jì)相應(yīng)地于信道的接收波束成形。直觀上，相比基于專用參考信號(hào)的方案，基于細(xì)胞特異性參考信號(hào)的方案提供給用戶設(shè)備較少信息。由此，預(yù)期中，基于專用參考信號(hào)的方案應(yīng)該比基于細(xì)胞特異性參考信號(hào)的方案執(zhí)行地更好。因此，基于非碼本的預(yù)編碼能夠達(dá)到更好的效果，但是需要額外的信號(hào)以及計(jì)算量。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供解決上述問題的無線通信系統(tǒng)及執(zhí)行無線通信系統(tǒng)操作的方法。依本發(fā)明一實(shí)施方式，揭示一種無線通信系統(tǒng)，包含基站?；窘邮者x擇性地提供給預(yù)編碼器的輸入信號(hào)。預(yù)編碼器執(zhí)行對(duì)多個(gè)輸入信號(hào)的預(yù)編碼，以及輸出第一信號(hào)?；景谛盘?hào)與干擾加噪聲比的目標(biāo)限制下最小化每一天線的總發(fā)送功率、或者在加總功率限制下最大化信號(hào)與干擾加噪聲比的算法，以決定功率分配并得到高效的預(yù)編碼器.以及向多個(gè)移動(dòng)接收器單兀輸出第一信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式，提供一種執(zhí)行無線通信系統(tǒng)操作的方法，包含:使用基站來接收選擇性地提供給多個(gè)預(yù)編碼器的多個(gè)輸入信號(hào)，預(yù)編碼器執(zhí)行對(duì)輸入信號(hào)的預(yù)編碼，以及輸出第一信號(hào)，基站包含在信號(hào)與干擾加噪聲比的目標(biāo)限制下最小化每一天線的總發(fā)送功率、或者在加總功率限制下最大化信號(hào)與干擾加噪聲比的算法，以決定功率分配并得到高效的預(yù)編碼器；以及向多個(gè)移動(dòng)接收器單元輸出第一信號(hào)。本發(fā)明所提出的無線通信系統(tǒng)及執(zhí)行無線通信系統(tǒng)操作的方法，通過采用在信號(hào)與干擾加噪聲比的目標(biāo)限制下最小化每一天線的總發(fā)送功率、或者在加總功率限制下最大化信號(hào)與干擾加噪聲比的算法來決定功率分配，能夠減少消耗功率，達(dá)到更好的效果。


圖1是顯示依本發(fā)明一實(shí)施方式，所使用的下行鏈路系統(tǒng)的示意圖。圖2是顯示在信號(hào)與干擾加噪聲比目標(biāo)限制下，用于決定功率最小化的迭代步驟的處理流程。圖3是顯示在加總功率限制下，用于使信號(hào)與干擾加噪聲比最大化的步驟的處理流程。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出一種迭代算法來計(jì)算多用戶下行鏈路多輸入以及多輸出系統(tǒng)中的預(yù)編碼器，其中每一用戶接收多數(shù)據(jù)流。業(yè)界可應(yīng)用最大信號(hào)與干擾加噪聲比(Signal toInterference plus Noise Ratio, SINR)濾波器,其為基于一個(gè)用戶中對(duì)多數(shù)據(jù)流聯(lián)合編碼的信號(hào)與干擾加噪聲比最大的加總為標(biāo)準(zhǔn)的濾波器。此標(biāo)準(zhǔn)能夠使聯(lián)合解碼變得接近最大似然(Maximum Likelihood ML)解碼。本發(fā)明提出兩種算法來決定功率分配并得到高效的預(yù)編碼器。其一是在信號(hào)與干擾加噪聲比的目標(biāo)限制下，最小化每一天線的總發(fā)送功率；另一是在加總功率限制下，最大化信號(hào)與干擾加噪聲比。仿真結(jié)果顯示，本發(fā)明所提出的算法明顯優(yōu)于其他的現(xiàn)有技術(shù)方法，例如迫零(Zero-Forcing, ZF)法、塊對(duì)角化(Block-Diagnalization, BD)法、以及信號(hào)泄漏噪聲比(Signal-to-Leakage-and-Noise Ratio, SLNR)法。本發(fā)明的預(yù)編碼器設(shè)計(jì)涉及接收波束成形設(shè)計(jì)，所以得到最佳方案變得非常復(fù)雜。通過針對(duì)單天線功率限制的下行鏈路-上行鏈路對(duì)偶(duality)，以及使加權(quán)的每一數(shù)據(jù)流的信號(hào)與干擾加噪聲比最小化來提出針對(duì)單天線(per-antenna)功率限制的兩種最好的設(shè)計(jì)。針對(duì)單天線功率限制的下行鏈路-上行鏈路對(duì)偶是通過使用拉格朗日對(duì)偶發(fā)現(xiàn)的。這又引出在虛擬上行鏈路進(jìn)行計(jì)算的迭代算法，并且所得到的解決方案能被轉(zhuǎn)換到下行鏈路。例如，將此對(duì)偶應(yīng)用在針對(duì)單數(shù)據(jù)流、用于信號(hào)與干擾加噪聲比平衡問題的波束成形。此外，對(duì)應(yīng)加總功率限制的對(duì)偶有助于解決下行鏈路容量問題，下行鏈路容量問題已存在很長時(shí)間，并且在近年剛有解決方法。此對(duì)偶不僅對(duì)信息理論問題非常有用，而且對(duì)實(shí)際設(shè)計(jì)也很有價(jià)值。例如，利用對(duì)偶來提出解決下行鏈路聯(lián)合波束成形以及功率分配問題的最佳或者次最佳方案。另一方法考慮使加權(quán)的每一數(shù)據(jù)流的信號(hào)與干擾加噪聲比最小化，其中給定固定的接收波束成形器，則發(fā)送波束成形設(shè)計(jì)就成為擬凸(quas1-convex)問題,能夠使用二分搜索法(bisection search)結(jié)合凸優(yōu)化(convex optimization)解決。給定發(fā)送波束成形器，貝1J最佳接收波束成形器簡化為最小均方誤差(Minimum Mean Squared Error, MMSE)濾波器。因此，本發(fā)明提出通過固定其一，同時(shí)最佳化另一，來迭代地計(jì)算發(fā)送以及接收波束成形器。圖1是顯示依本發(fā)明一實(shí)施方式，所使用的下行鏈路系統(tǒng)2的示意圖。下行鏈路系統(tǒng)2包含一個(gè)基站4與K個(gè)用戶(對(duì)應(yīng)K個(gè)移動(dòng)接收器單元)，每一用戶配備多個(gè)天線?；?包含多個(gè)預(yù)編碼器U1....Uk，將信號(hào)發(fā)送到各移動(dòng)接收器單元(用戶設(shè)備)Ρ..Κ。每一移動(dòng)接收器單元1..K相關(guān)于一個(gè)傳播信道!ν..Ηκ?；景l(fā)送的信號(hào)由每一移動(dòng)接收器單元1...Κ接收，其中發(fā)送信號(hào)分別加上相關(guān)于每一移動(dòng)接收器單元1...Κ的高斯白噪聲信號(hào)(White Gausiannoise, AWGN)rv...ηκ。之后,接收波束成形器(圖1中未顯示)或者接收波束成形器所包含的均衡器AV..Vk分別使用針對(duì)每一移動(dòng)接收器單元I……K的高斯白噪聲信號(hào)與所發(fā)送信號(hào)的加總，輸出對(duì)應(yīng)每一移動(dòng)接收器單元I……K的線性估計(jì)矣…ο用戶k (即第k個(gè)移動(dòng)接收單元)用接收天線Nr，k來接收基站4用Nt個(gè)天線發(fā)送的Lk個(gè)數(shù)據(jù)流。對(duì)應(yīng)用戶k的數(shù)據(jù)流Xk的預(yù)編碼器由NtXLk矩陣Uk表示，其中數(shù)據(jù)流Xk的每一元素相互無關(guān)并且具有零平均值，單元變量(unit variance) pk是分配給用戶k的功率?？梢约僭O(shè)數(shù)據(jù)流Xk中功率分配相等，也就是說每一數(shù)據(jù)流都分配有功率PkLk。用戶k的接收波束成形器或者均衡器由LkXNg矩陣Vk表示。接收波束成形后，用戶k的線性估計(jì)可表示為:
權(quán)利要求
1.一種無線通信系統(tǒng)，包含: 基站，接收選擇性地提供給多個(gè)預(yù)編碼器的多個(gè)輸入信號(hào)，該預(yù)編碼器執(zhí)行對(duì)該多個(gè)輸入信號(hào)的預(yù)編碼，以及輸出第一信號(hào)，該基站包含在信號(hào)與干擾加噪聲比的目標(biāo)限制下最小化每一天線的總發(fā)送功率、或者在加總功率限制下最大化信號(hào)與干擾加噪聲比的算法，以決定功率分配并得到高效的預(yù)編碼器，以及該基站向多個(gè)移動(dòng)接收器單元輸出該第一信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的無線通信系統(tǒng)，其特征在于，該基站包含至少一天線，用于發(fā)送該第一信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1所述的無線通信系統(tǒng)，其特征在于，該多個(gè)移動(dòng)接收器單元包含接收波束成形器。
4.如權(quán)利要求3所述的無線通信系統(tǒng)，其特征在于，該接收波束成形器包含均衡器、最小均方誤差濾波器與最大信號(hào)與干擾加噪聲比濾波器其中至少之
5.如權(quán)利要求3所述的無線通信系統(tǒng)，其特征在于，該接收波束成形器接收該第一信號(hào)，并且輸出分別相關(guān)于該各移動(dòng)接收器單元的多個(gè)線性估計(jì)。
6.如權(quán)利要求1所述的無線通信系統(tǒng)，其特征在于，該算法使用拉格朗日對(duì)偶。
7.如權(quán)利要求1所述的無線通信系統(tǒng)，其特征在于，該算法將發(fā)送波束成形器初始化為發(fā)送最小均方誤差濾波器。
8.如權(quán)利要求1所述的無線通信系統(tǒng)，其特征在于，該算法迭代地更新下行鏈路功率分配、下行鏈路接收波束成形器、上行鏈路功率分配、多個(gè)拉格朗日乘子、以及上行鏈路接收波束成形器。
9.如權(quán)利要求1所述的無線通信系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)下行鏈路功率分配以及上行鏈路接收波束成形器收斂或者達(dá)到最大迭代數(shù)時(shí)，該算法停止。
10.一種執(zhí)行無線通信系統(tǒng)操作的方法，包含: 使用基站來接收選擇性地提供給多個(gè)預(yù)編碼器的多個(gè)輸入信號(hào)，該預(yù)編碼器執(zhí)行對(duì)該多個(gè)輸入信號(hào)的預(yù)編碼，以及輸出第一信號(hào)，該基站包含在信號(hào)與干擾加噪聲比的目標(biāo)限制下最小化每一天線的總發(fā)送功率、或者在加總功率限制下最大化信號(hào)與干擾加噪聲比的算法，以決定功率分配并得到高效的預(yù)編碼器，以及該基站向多個(gè)移動(dòng)接收器單元輸出該第一信號(hào)。
11.如權(quán)利要求10所述的執(zhí)行無線通信系統(tǒng)操作的方法，其特征在于，該基站包含至少一天線，用于發(fā)送該第一信號(hào)。
12.如權(quán)利要求10所述的執(zhí)行無線通信系統(tǒng)操作的方法，其特征在于，該多個(gè)移動(dòng)接收器單元包含接收波束成形器。
13.如權(quán)利要求12所述的執(zhí)行無線通信系統(tǒng)操作的方法，其特征在于，該接收波束成形器包含均衡器、最小均方誤差濾波器與最大信號(hào)與干擾加噪聲比濾波器其中至少之一。
14.如權(quán)利要求12所述的執(zhí)行無線通信系統(tǒng)操作的方法，其特征在于，該接收波束成形器接收該第一信號(hào)，并且輸出分別相關(guān)于該各移動(dòng)接收器單元的多個(gè)線性估計(jì)。
15.如權(quán)利要求10所述的執(zhí)行無線通信系統(tǒng)操作的方法，其特征在于，該算法使用拉格朗日對(duì)偶。
16.如權(quán)利要求10所述的執(zhí)行無線通信系統(tǒng)操作的方法，其特征在于，該算法將發(fā)送波束成形器初始化為發(fā)送最小均方誤差濾波器。
17.如權(quán)利要求10所述的執(zhí)行無線通信系統(tǒng)操作的方法，其特征在于，該算法迭代地更新下行鏈路功率分配、多個(gè)下行鏈路接收波束成形器、上行鏈路功率分配、多個(gè)拉格朗曰乘子、以及多個(gè)上行鏈路接收波束成形器。
18.如權(quán)利要求10所述的執(zhí)行無線通信系統(tǒng)操作的方法，其特征在于，當(dāng)下行鏈路功率分配以及上行鏈路接收波束成形器收·斂或者達(dá)到·最大迭代數(shù)時(shí)，該算法停止。
全文摘要
本發(fā)明揭示無線通信系統(tǒng)及執(zhí)行無線通信系統(tǒng)操作的方法。無線通信系統(tǒng)，包含基站?；窘邮者x擇性地提供給預(yù)編碼器的輸入信號(hào)。預(yù)編碼器執(zhí)行對(duì)多個(gè)輸入信號(hào)的預(yù)編碼，以及輸出第一信號(hào)?；景谛盘?hào)與干擾加噪聲比的目標(biāo)限制下最小化每一天線的總發(fā)送功率、或者在加總功率限制下最大化信號(hào)與干擾加噪聲比的算法，以決定功率分配并得到高效的預(yù)編碼器，以及輸出第一信號(hào)給移動(dòng)接收器單元。上述無線通信系統(tǒng)及執(zhí)行無線通信系統(tǒng)操作的方法能夠減少消耗功率，達(dá)到更好的效果。
文檔編號(hào)H04L1/06GK103138895SQ20121049075
公開日2013年6月5日 申請日期2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者楊育翰, 郝永剛, 威廉·普拉柏, 提摩西·皮瑞·費(fèi)雪-杰菲斯, 珍渥克·慕, 若蘭·若凡諾, 劉詩斌 申請人:聯(lián)發(fā)科技(新加坡)私人有限公司