本案是申請(qǐng)日為2014年12月20日、申請(qǐng)?zhí)枮?01480065687.5、發(fā)明名稱(chēng)為“多輸入多輸出無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中的自適應(yīng)預(yù)編碼”的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

本申請(qǐng)要求美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)no.61/919,613的權(quán)益，美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)no.61/919,613提交于2013年12月20日。

該發(fā)明總體上涉及無(wú)線(xiàn)通信，具體地，涉及用于基站(basestation,bs)根據(jù)系統(tǒng)信息、信道狀態(tài)信息(channelstateinformation,csi)及其估計(jì)的誤差為大規(guī)模多輸入多輸出(multiple-input-multiple-output,mimo)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中的每一個(gè)用戶(hù)終端(userequipment,ue)估計(jì)信道質(zhì)量信息(channelqualityinformation,cqi)和使用自適應(yīng)預(yù)編碼的機(jī)制。

背景技術(shù)：

在大規(guī)模/超大規(guī)模mimo系統(tǒng)中，bs裝有數(shù)十甚至上百的發(fā)射天線(xiàn)。其由于在無(wú)需功率或帶寬增大的情況下提供線(xiàn)性容量增長(zhǎng)而已經(jīng)收到了巨大的關(guān)注，并且是用于下一代無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)(例如，超過(guò)4g、5g)的關(guān)鍵技術(shù)。這種優(yōu)勢(shì)是通過(guò)采用相比于傳統(tǒng)系統(tǒng)配對(duì)用戶(hù)的數(shù)目更多的多用戶(hù)終端多輸入多輸出(mu-mimo)技術(shù)而實(shí)現(xiàn)的。在該系統(tǒng)中，bs在每個(gè)調(diào)度槽選擇用戶(hù)，并且在同一時(shí)頻資源塊(resourceblock,rb)上將數(shù)據(jù)發(fā)送給這些用戶(hù)。預(yù)編碼向量用于將發(fā)射信號(hào)映射到數(shù)百個(gè)發(fā)射天線(xiàn)。在實(shí)際的系統(tǒng)中，當(dāng)用戶(hù)的信道質(zhì)量較差時(shí)，與無(wú)線(xiàn)信道匹配的預(yù)編碼矩陣可以用于取得陣列增益，以使得其增強(qiáng)接收信號(hào)的質(zhì)量。共軛波束成形(conjugatebeamforming,cb)就是這類(lèi)預(yù)編碼方法中的一種。在cb預(yù)編碼中，第k個(gè)用戶(hù)的預(yù)編碼向量是其信道信息的向量的共軛乘以一個(gè)常數(shù)，當(dāng)信道質(zhì)量較好時(shí)，用戶(hù)終端干擾成為系統(tǒng)吞吐量的限制因素，因而需要去除這種干擾的預(yù)編碼向量以提高系統(tǒng)吞吐量。迫零法(zero-forcing,zf)是這類(lèi)預(yù)編碼法中的一種。在zf預(yù)編碼中，第k個(gè)用戶(hù)的預(yù)編碼向量是其中是第k個(gè)用戶(hù)的多用戶(hù)干擾信道，定義為而且，由于存在反饋帶寬限制和測(cè)量誤差等系統(tǒng)誤差，csi誤差總是無(wú)法避免的。因此，bs為ue比較這兩種預(yù)編碼并自適應(yīng)采用優(yōu)選的預(yù)編碼方法是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種解決mu-mimo系統(tǒng)中的基本問(wèn)題的方法，即：當(dāng)這些ue中的僅僅單用戶(hù)mimo(singleuemimio,su-mimo)cqi值可用時(shí)，如何為組中的所有ue估計(jì)mu-mimocqi。由于需要mu-mimocqi值選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)制和信道編碼模式，因而這是重要的。然而，盡管可以使用導(dǎo)頻或測(cè)試信號(hào)的傳輸從測(cè)量中確定su-mimocqi，但使用導(dǎo)頻或測(cè)試信號(hào)的傳輸從測(cè)量中直接確定mu-mimocqi經(jīng)常是不切實(shí)際的。在后一種情況下，時(shí)分雙工(time-divisionduplexing，tdd)信道中的信道互易沒(méi)有幫助，并且對(duì)于頻分雙工(frequency-divisionduplexing,fdd)和tdd信道，導(dǎo)頻或測(cè)試信號(hào)必須由bs使用mu-mimo預(yù)編碼發(fā)送給組中所有的ue，mu-mimocqi值需要在每個(gè)ue加以確定并反饋給bs。在本發(fā)明的實(shí)施例中，可以利用組中ue的su-mimocqi來(lái)估計(jì)mu-mimocqi，由此顯著降低直接從測(cè)量中確定mu-mimocqi所需要的開(kāi)銷(xiāo)，并且使得mu-mimo更加可行。一旦mu-mimocqi值是可用的，就可以選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)制和信道編碼，并且可以估計(jì)使用了所選mu-mimo預(yù)編碼的mu-mimo的速率總和。

本發(fā)明提供了一種使用上述mu-mimocqi估計(jì)法的自適應(yīng)預(yù)編碼法并且對(duì)mu-mimo用戶(hù)組中的用戶(hù)應(yīng)用自適應(yīng)預(yù)編碼。在此方法中，bs收集系統(tǒng)信息，比如下行鏈路中發(fā)射天線(xiàn)的數(shù)目、mu-mimo用戶(hù)組中的ue的數(shù)目、關(guān)于每個(gè)ue的信息(比如信道質(zhì)量信息(cqi)和csi的估計(jì)的誤差(稱(chēng)為csi誤差))。通過(guò)這些信息，bs可以分別估計(jì)一個(gè)或多個(gè)預(yù)編碼法(比如cb和zf)的速率總和，并選擇具有更大速率總和的預(yù)編碼矩陣。

硬件減損，尤其是ue中的硬件減損，是mu-mimo系統(tǒng)的性能的限制因素。本發(fā)明還提供了用于特征化硬件減損并利用來(lái)自特征化的數(shù)據(jù)修正預(yù)編碼以補(bǔ)償硬件減損的方法。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)su-mimocqi估計(jì)mu-mimocqi的實(shí)施例的流程圖。

圖2是bs中的自適應(yīng)預(yù)編碼的操作處理的圖示。

圖3是bs獲取硬件減損參數(shù)(hardwareimpairmentparameters，hip)和ue的當(dāng)前溫度(currenttemperatures,ct)的圖示。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在可以參照附圖，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記在全文中指代相同的部分。現(xiàn)在描述本發(fā)明的示例性的實(shí)施例。這些示例性的實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明的各方面，而不應(yīng)該解釋為限制本發(fā)明的范圍。當(dāng)參照框圖或流程圖描述這些示例性的實(shí)施例時(shí)，每個(gè)框可以代表方法步驟或者用于執(zhí)行該方法步驟的裝置元件。依據(jù)實(shí)現(xiàn)方案，可以用硬件、軟件、固件或其組合配置對(duì)應(yīng)的裝置元件。

在所考慮的的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中，bs裝有n個(gè)下行鏈路中的發(fā)射天線(xiàn)，同時(shí)不失一般性地，每個(gè)ue有一個(gè)接收天線(xiàn)。顯然，可以普及到具有多于一個(gè)接收天線(xiàn)的ue。

不失一般性地，我們假設(shè)，bs已經(jīng)選擇要包括在mu-mimo組中的ue，這意味著確定可以在同一資源分配上調(diào)度的k個(gè)ue的索引。之后，bs開(kāi)始通過(guò)su-mimocqi估計(jì)mu-mimocqi的過(guò)程(附圖1中的標(biāo)記1)。首先，bs獲得mu-mimioue組中每一個(gè)ue的su-mimiocqi(附圖1中的標(biāo)記2)。接下來(lái)，bs估計(jì)每一個(gè)ue的mu-mimocqi(附圖1中的標(biāo)記3)。在估計(jì)出每個(gè)ue的mu-mimiocoi的情況下，bs接著確定每個(gè)ue的調(diào)制和信道編碼模式(附圖1中的標(biāo)記4)。此后，過(guò)程結(jié)束(附圖1中的標(biāo)記5)。這些實(shí)施例可以針對(duì)每一個(gè)資源塊加以執(zhí)行，所述資源塊定義為頻域中的若干個(gè)子載波或者時(shí)域中的若干個(gè)正交頻分復(fù)用多路復(fù)用(ofdm)碼元。

一個(gè)實(shí)施例是估計(jì)mu-mimocqi值的方法(附圖1中的標(biāo)記3)，包含：bs獲取多個(gè)ue的su-mimocqi值(附圖1中的標(biāo)記2)，在互易信道的情況下，su-mimocqi值可以通過(guò)ue對(duì)bs發(fā)射導(dǎo)頻或測(cè)試信號(hào)獲得，或者在非互易信道的情況下，通過(guò)bs對(duì)ue發(fā)射導(dǎo)頻或測(cè)試信號(hào)并且ue反饋其cqi值至bs來(lái)獲得。之后，bs使用su-mimiocqi值來(lái)估計(jì)多個(gè)ue的mu-mimocqi值。以下列出了使用su-mimiocqi值為多個(gè)ue提供mu-mimiocqi值的公式。

mu-mimocqi的估計(jì)公式因所選擇的預(yù)編碼方法而異，其至少包括cb和/或zf。例如，用于cb的公式如下：

或者

而用于zf的公式如下：

或者

或者

其中，1/γk是第k個(gè)ue的cqi的倒數(shù)，uk是第k個(gè)用戶(hù)的歸一化信道系數(shù)向量(如果uk不是單位向量，則用代替它)。第k個(gè)ue的互干擾信道是αk是第k個(gè)ue的csi誤差。bs獲取αk的方法在下面加以描述。

而且，一旦獲得mu-mimocqi值的估計(jì)后，bs選擇適合于mu-mimo信道的質(zhì)量的調(diào)制和信道編碼(附圖1中的標(biāo)記4)。bs還可以選擇使多個(gè)ue的速率總和增大的預(yù)編碼。

另一個(gè)實(shí)施例是利用上文中的mu-mimocqi估計(jì)的自適應(yīng)預(yù)編碼，其呈現(xiàn)在附圖2。過(guò)程開(kāi)始(附圖2中的標(biāo)記6)后，bs首先確定當(dāng)前資源分配上調(diào)度的k個(gè)ue(附圖中的標(biāo)記7)。而后，bs獲取這k個(gè)ue的cqi值(附圖2中的標(biāo)記8)。根據(jù)cqi參數(shù)，bs獲得各ue之間的信道相關(guān)系數(shù)(附圖2中的標(biāo)記9)。之后，bs估計(jì)k個(gè)ue中每一個(gè)ue的su-mimo吞吐量，并選擇最大值作為當(dāng)前資源分配上的su-mimo吞吐量(附圖2中的標(biāo)記10)。之后bs根據(jù)第一預(yù)編碼方法估計(jì)k個(gè)ue的速率總和(附圖2中的標(biāo)記11)。之后bs根據(jù)第二預(yù)編碼方法估計(jì)k個(gè)ue的速率總和(附圖2中的標(biāo)記12)。之后bs根據(jù)混合預(yù)編碼方法估計(jì)k個(gè)ue的速率總和(附圖2中的標(biāo)記13)。利用這些估計(jì)，bs然后選擇具有最大的估計(jì)值的預(yù)編碼方法(附圖2中的標(biāo)記14)。此后，過(guò)程結(jié)束(附圖2中的標(biāo)記15)。在這個(gè)實(shí)現(xiàn)例中，bs獲得k個(gè)ue的cqi值(附圖2中的標(biāo)記8)，其表示為1/γk，k＝1，…，k，。這些值可以由ue通過(guò)上行鏈路信道反饋給bs，或者可以使用信道互易通過(guò)上行鏈路傳輸中的估計(jì)而反饋給bs。

當(dāng)bs估計(jì)k個(gè)ue中每一個(gè)的吞吐量(附圖2中的標(biāo)記10)時(shí)，一種方法是計(jì)算并且選擇這些k個(gè)值中最大者作為c^su。

bs可以通過(guò)第一預(yù)編碼方法(比如cb)來(lái)估計(jì)mu-mimo用戶(hù)組的速率總和(附圖2中的標(biāo)記11)。計(jì)算方法列出在下面。

cb-1：bs依據(jù)估計(jì)cb的速率總和。

cb-2：bs獲得第k個(gè)ue的歸一化信道系數(shù)向量uk。如果uk不是單位向量，用代替它。而后，bs依據(jù)下式估計(jì)速率總和：

bs可以基于第二預(yù)編碼(比如zf)來(lái)估計(jì)mu-mimo用戶(hù)組的速率總和(附圖2中的標(biāo)記12)。計(jì)算方法列出在下面。

zf-1：bs依據(jù)下式估計(jì)zf預(yù)編碼法的速率總和：

zf-2：bs獲得第k個(gè)用戶(hù)的歸一化信道系數(shù)向量uk。如果uk不是單位向量，用代替它。而后，bs依據(jù)下式估計(jì)zf的速率總和：

此外，bs也可以將這k個(gè)ue分為兩個(gè)集合。第一集合ω1包含使用第一預(yù)編碼(比如cb)的k1個(gè)ue，而第二個(gè)集合ω2包含剩下的使用第二預(yù)編碼的k2＝k-k1個(gè)ue。一種可能的劃分ue的方法可以基于su-mimocqi，例如，具有低于預(yù)定閾值的su-mimocqi值的ue屬于ω1，而剩下的ue屬于ω2。假設(shè)ω1的ue索引是ω2的ue索引是

bs可以通過(guò)下面的式子來(lái)估計(jì)集合，ω1中的ue的速率總和：

或者

bs可以通過(guò)下面的式子來(lái)估計(jì)集合，ω2中的ue的速率總和

或者

bs通過(guò)混合預(yù)編碼估計(jì)k個(gè)ue的速率總和(附圖2中的標(biāo)記13)。在bs獲取了c^su，c^cs，c^zf和c^hybrta的值之后，其將這四個(gè)值進(jìn)行比較，并選擇具有最大值或者接近最大估計(jì)速率總和的預(yù)編碼法(附圖2中標(biāo)記14)。

一旦針對(duì)當(dāng)前時(shí)刻在每個(gè)資源塊上結(jié)束了自適應(yīng)預(yù)編碼(附圖2中標(biāo)記15)，每個(gè)資源塊在下一時(shí)刻可以具有不同的預(yù)編碼法。

在上面的公式中，假設(shè)了bs獲取k個(gè)ue的csi誤差。下文描述了bs獲取csi誤差的三種方法。

在用于fdd系統(tǒng)的稱(chēng)為fdd-1的第一種方法中，csi由k個(gè)用戶(hù)反饋。在該方法中每個(gè)ue計(jì)算其自相關(guān)系數(shù)，并通過(guò)上行鏈路控制信道將其反饋給bs。在ue側(cè)，其估計(jì)bs和自身之間的信道向量(以列向量表示)。之后，其將量化為ue的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的碼本集合中的vk(也是列向量)。相關(guān)系數(shù)可以計(jì)算為其中||x||2表示2-范數(shù)，定義為之后，αk被量化并通過(guò)上行鏈路控制信道或者共享的數(shù)據(jù)傳輸信道反饋給bs。

在用于fdd系統(tǒng)的稱(chēng)為fdd-2的第二種方法中，csi由ue反饋。在這種方法中，所有ue的csi誤差估計(jì)為與下式同樣的值：其中d是碼本集合中任何兩個(gè)向量的平均距離。若碼本包含m個(gè)向量，則m可以計(jì)算為其中vi和vj表示碼本集合中的兩個(gè)不同的向量。另一種估計(jì)是其中0＜β＜1是可以由bs自身決定的縮放系數(shù)，dmax是碼本集合中任何兩個(gè)向量之間的最大距離。

稱(chēng)為tdd-1的第三種方法用于tdd系統(tǒng)，其中，bs采用上行鏈路傳輸?shù)男诺阑ヒ仔垣@得下行鏈路csi。令第k個(gè)用戶(hù)的上行鏈路信道質(zhì)量為則一種估計(jì)信道系數(shù)的可能方式是其中參數(shù)g是bs的發(fā)射天線(xiàn)的數(shù)目的函數(shù)，比如g＝n。

此外，bs可以根據(jù)ue的hip和ct來(lái)修正αk以補(bǔ)償由于ue的硬件的故障帶來(lái)的影響。

硬件故障是mu-mimo的限制因素。在一個(gè)實(shí)施例中，bs使用bs和/或ue中的電路的信息，比如ue的hip和ue操作的ct中包括信息，以便修正預(yù)編碼以補(bǔ)償硬件中的缺陷和非線(xiàn)性所帶來(lái)的影響。ue的hip可能包括捕獲ue的硬件中的缺陷和非線(xiàn)性的參數(shù)。hip可能也包括不同操作溫度下的這些參數(shù)。ue的hip可以在工廠(chǎng)或出售前或交付給用戶(hù)前加以特征化。這可以通過(guò)使用自動(dòng)測(cè)試設(shè)備完成，所述自動(dòng)測(cè)試設(shè)備可以包括溫度室，溫度室在操作溫度范圍中的不同溫度下測(cè)試ue以獲得其hip。包括其在不同溫度下的變化的hip可以存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)或ue或兩者中。附圖3呈現(xiàn)了bs獲取ue的hip和ct的過(guò)程。該過(guò)程開(kāi)始(附圖3中的標(biāo)記16)于ue接入無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)(附圖3中標(biāo)記17)，通常是第一次。之后，服務(wù)該ue的bs獲取ue的唯一設(shè)備標(biāo)識(shí)(uniquedeviceidentity，udid)信息(附圖3中的標(biāo)記18)。bs可以使用udid從可與骨干網(wǎng)或者中央處理節(jié)點(diǎn)連接的數(shù)據(jù)庫(kù)中請(qǐng)求hip和ct(附圖3中標(biāo)記19)。數(shù)據(jù)庫(kù)也能被多個(gè)載波的網(wǎng)絡(luò)共享。bs檢測(cè)是否從數(shù)據(jù)庫(kù)中發(fā)現(xiàn)該信息(附圖3中標(biāo)記20)。如果bs成功地獲得了該udid的hip和ct信息，該過(guò)程結(jié)束(附圖3中標(biāo)記24)。bs可以要求ue周期性地發(fā)送ue的ct至bs，并且bs使用該ct確定合適的hip用于ue。如果bs無(wú)法獲得該udid的hip和ct，bs可以發(fā)送請(qǐng)求通知ue反饋回其hip和ct(附圖3中的標(biāo)記21)。收到該請(qǐng)求后,ue通過(guò)上行鏈路控制信道或者共享數(shù)據(jù)信道發(fā)送其hip和ct至其服務(wù)bs(附圖3中標(biāo)記22)。bs可以將該hip和ct發(fā)送至數(shù)據(jù)庫(kù)供存儲(chǔ)(附圖3中標(biāo)記23)，使得將來(lái)不再要求相同的ue將其hip發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)中的bs或者可訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的任何bs。bs也可以為了更快速處理在本地保存hip的副本。此外，當(dāng)ue從第i個(gè)bs移至第j個(gè)bs時(shí)需要移交的時(shí)候，第i個(gè)bs可以通過(guò)他們之間的骨干網(wǎng)或一些其他連接將該hip和ct信息發(fā)送至第j個(gè)bs。在多個(gè)bs共享中心節(jié)點(diǎn)用于基帶處理的實(shí)施例中，hip和ct可以被存儲(chǔ)或者緩存于中心節(jié)點(diǎn)以供所有鄰區(qū)bs獲取并降低移交開(kāi)銷(xiāo)。由于hip包括硬件減損在不同溫度的特性，因此服務(wù)bs可以從ue周期性請(qǐng)求或接收ct，以便其可以將處于正確ct的hip用于處理以補(bǔ)償硬件減損。

盡管本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的以上描述已經(jīng)示出、描述或闡述了本發(fā)明的基礎(chǔ)創(chuàng)新特征或原理，但要理解，在不脫離本發(fā)明的精神的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以進(jìn)行所闡述的方法、要素或裝置、以及其使用的細(xì)節(jié)形式上的各種省略、替代和變化。因而，本發(fā)明的范圍不應(yīng)當(dāng)限于以上描述。而是，本發(fā)明的原理可以應(yīng)用于廣闊范圍的方法、系統(tǒng)和裝置，以實(shí)現(xiàn)這里描述的優(yōu)點(diǎn)，以及同樣實(shí)現(xiàn)其他優(yōu)點(diǎn)或滿(mǎn)足其他目標(biāo)。