使用大量基站天線的蜂窩通信系統(tǒng)的預(yù)編碼和調(diào)度的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求于2012年11月15日提交的美國臨時(shí)專利申請?zhí)?1/726, 958的優(yōu)先 權(quán)，通過引用將其結(jié)合于本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本申請總體涉及使用大量基站天線的蜂窩通信系統(tǒng)的預(yù)編碼和調(diào)度。
【背景技術(shù)】
[0004] 在蜂窩通信系統(tǒng)中，在基站（BS)處的多個(gè)天線和由BS服務(wù)的一個(gè)或多個(gè)用戶終 端（UT)處的多個(gè)天線允許將兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)流在相同的時(shí)間-頻率間隔從BS傳輸 至UT。實(shí)現(xiàn)該過程的具體轉(zhuǎn)輸技術(shù)被稱為空間多路復(fù)用。通常，空間多路復(fù)用是使用存在 于BS處的多個(gè)天線和在一個(gè)或多個(gè)UT處的多個(gè)天線之間的不同的"路徑"或信道以便在 相同的時(shí)間-頻率間隔上空間多路復(fù)用獨(dú)立的數(shù)據(jù)流的多路輸入、多路輸出（MMO)轉(zhuǎn)輸技 術(shù)。當(dāng)一個(gè)UT由BS服務(wù)時(shí)，系統(tǒng)處于單用戶模式中，而當(dāng)多個(gè)UT由BS在相同的時(shí)間-頻 率間隔上服務(wù)時(shí)，系統(tǒng)是多用戶模式。
[0005] 可在相同的時(shí)間-頻率間隔上傳輸?shù)莫?dú)立的數(shù)據(jù)流的數(shù)量可以被顯示為由BS處 的天線的數(shù)量與一個(gè)或多個(gè)UT處的天線的總數(shù)兩者中的更少的一個(gè)限制。對可在相同的 時(shí)間-頻率間隔上傳輸?shù)莫?dú)立的數(shù)據(jù)流的數(shù)量的進(jìn)一步限制根據(jù)快速減弱、不良的信道狀 態(tài)信息（CSI)(被用于進(jìn)行空間多路復(fù)用的）、和不相關(guān)的干擾來得出。
[0006] 在 T.L.Marzetta， "Noncooperative Cellular Wireless with Unlimited Numbers of Base Station Antennas, " IEEE Transactions on Wireless Communicatio ns, vol. 9, no. 11，pp. 3590-3600, Nov. 2010[Marzetta]中，引入的概念稱為"大規(guī)模 MM0"。 一般地說，大規(guī)模MMO指的是在BS處（并且可能在UT處）具有超量（excess)可用的天 線的通信系統(tǒng)，這些天線可用于減少當(dāng)BS進(jìn)行空間多路復(fù)用時(shí)的快速減弱、不良的信道狀 態(tài)信息（CSI)、和不相關(guān)干擾。Marzetta指出當(dāng)BS處的天線的數(shù)量接近無限時(shí)，快速減弱、 不良CSI、和不相關(guān)干擾的效果消失，僅剩下由導(dǎo)頻污染所引起的蜂窩間干擾。導(dǎo)頻污染是 相鄰的蜂窩（cell)中的導(dǎo)頻順序的再使用的結(jié)果。Marzetta進(jìn)一步指出當(dāng)BS處的天線的 數(shù)量接近無限時(shí)，被稱為匹配濾波（MF)的預(yù)編碼的最簡單的形式中的一個(gè)，變?yōu)檫M(jìn)行空間 多路復(fù)用最佳的。
[0007] 通常，符合大規(guī)模MMO需要的超量的發(fā)射天線的精確數(shù)量沒有嚴(yán)格限定，而是當(dāng) 多用戶干擾、和噪聲變?yōu)橛蓪?dǎo)頻污染主導(dǎo)時(shí)通過至少一個(gè)測量結(jié)果來實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的一個(gè)方面公開了一種用于在單用戶多路輸入多路輸出（SU-MIMO)傳輸 模式與多用戶多路輸入多路輸出（MU-MIMO)傳輸模式之間切換的基站，所述基站包括：數(shù) 據(jù)源，被配置為提供多個(gè)數(shù)據(jù)流；調(diào)度器，被配置為控制所述數(shù)據(jù)源以提供旨在傳輸至內(nèi)部 用戶終端的第一組多個(gè)數(shù)據(jù)流和旨在傳輸至一個(gè)或多個(gè)邊緣用戶終端的第二組多個(gè)數(shù)據(jù) 流作為輸出；以及預(yù)編碼器，被配置為根據(jù)所述MU-MMO傳輸模式預(yù)編碼所述第一組多個(gè) 數(shù)據(jù)流并且根據(jù)所述SU-MMO傳輸模式預(yù)編碼所述第二組多個(gè)數(shù)據(jù)流。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，所述調(diào)度器進(jìn)一步被配置為將多個(gè)用戶終端中的每 個(gè)用戶終端基于從該多個(gè)用戶終端接收的信道質(zhì)量指示指標(biāo)分類為所述內(nèi)部用戶終端或 所述邊緣用戶終端部分。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，所述預(yù)編碼器被配置為使用迫零預(yù)編碼來預(yù)編碼所 述第一組多個(gè)數(shù)據(jù)流。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，所述預(yù)編碼器被配置為使用最小均方誤差預(yù)編碼來 預(yù)編碼所述第一組多個(gè)數(shù)據(jù)流。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，所述預(yù)編碼器被配置為使用匹配濾波器預(yù)編碼來預(yù) 編碼所述第二組多個(gè)數(shù)據(jù)流。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，所述第一組多個(gè)數(shù)據(jù)流中的每個(gè)數(shù)據(jù)流包括符號(hào)。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，所述調(diào)度器被配置為控制所述數(shù)據(jù)源使得所述第一 組多個(gè)數(shù)據(jù)流中的數(shù)據(jù)流的數(shù)量小于閾值。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，基于被配置為將所述第一組多個(gè)數(shù)據(jù)流傳輸至所述 內(nèi)部用戶終端的傳輸天線的數(shù)量來確定所述閾值。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，所述調(diào)度器被配置為基于所述第一組多個(gè)數(shù)據(jù)流中 的數(shù)據(jù)流的數(shù)量控制所述預(yù)編碼器預(yù)編碼所述第一組多個(gè)數(shù)據(jù)流所使用的預(yù)編碼類型。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，所述調(diào)度器被配置為如果所述第一組多個(gè)數(shù)據(jù)流中 的數(shù)據(jù)流的數(shù)量小于閾值，那么控制所述預(yù)編碼器使用迫零類型預(yù)編碼或最小均方誤差類 型預(yù)編碼來預(yù)編碼所述第一組多個(gè)數(shù)據(jù)流。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，所述閾值基于被配置為將所述第一組多個(gè)數(shù)據(jù)流傳 輸至所述內(nèi)部用戶終端的傳輸天線的數(shù)量來確定。
[0019] 本發(fā)明的另一個(gè)方面公開了一種裝置，包括：調(diào)度器，被配置為控制數(shù)據(jù)源提供旨 在傳輸至蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的蜂窩的內(nèi)部用戶終端的第一組數(shù)據(jù)流和旨在傳輸至所述蜂窩網(wǎng)絡(luò) 中的所述蜂窩的一個(gè)或多個(gè)邊緣用戶終端的第二組數(shù)據(jù)流作為輸出；以及預(yù)編碼器，被配 置為根據(jù)多用戶多路輸入多路輸出（MU-MMO)傳輸模式預(yù)編碼所述第一組數(shù)據(jù)流并且根 據(jù)單用戶多路輸入多路輸出（SU-MMO)傳輸模式預(yù)編碼所述第二組數(shù)據(jù)流。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，所述預(yù)編碼器被配置為使用迫零預(yù)編碼來預(yù)編碼所 述第一組數(shù)據(jù)流。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，所述預(yù)編碼器被配置為使用最小均方誤差預(yù)編碼來 預(yù)編碼所述第一組數(shù)據(jù)流。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，所述預(yù)編碼器被配置為使用匹配濾波器預(yù)編碼來預(yù) 編碼所述第二組數(shù)據(jù)流。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，所述第一組數(shù)據(jù)流中的每個(gè)數(shù)據(jù)流包括符號(hào)。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，所述調(diào)度器被配置為控制所述數(shù)據(jù)源使得所述第一 組數(shù)據(jù)流中的數(shù)據(jù)流的數(shù)量小于閾值。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，基于被配置為將所述第一組數(shù)據(jù)流傳輸至所述內(nèi)部 用戶終端的傳輸天線的數(shù)量來確定所述閾值。
[0026] 本發(fā)明的又一方面公開了一種方法，包括：控制數(shù)據(jù)源以提供旨在傳輸至蜂窩網(wǎng) 絡(luò)中的蜂窩的內(nèi)部用戶終端的第一組數(shù)據(jù)流作為輸出；控制所述數(shù)據(jù)源以提供旨在傳輸至 所述蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的所述蜂窩的一個(gè)或多個(gè)邊緣用戶終端的第二組數(shù)據(jù)流；根據(jù)多用戶多路 輸入多路輸出（MU-MMO)傳輸模式預(yù)編碼所述第一組數(shù)據(jù)流；并且根據(jù)單用戶多路輸入多 路輸出（SU-MMO)傳輸模式預(yù)編碼所述第二組數(shù)據(jù)流。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，控制所述數(shù)據(jù)源以提供所述第一組數(shù)據(jù)流進(jìn)一步包 括：控制所述數(shù)據(jù)源使得所述第一組數(shù)據(jù)流中的數(shù)據(jù)流的數(shù)量小于閾值，其中，基于用于將 所述第一組數(shù)據(jù)流傳輸至所述內(nèi)部用戶終端的傳輸天線的數(shù)量來確定所述閾值。
【附圖說明】
[0028] 結(jié)合于本文并形成本說明書的一部分的附圖示出了本公開的實(shí)施方式，并與說明 書一起，進(jìn)一步用于解釋實(shí)施方式的原理，并且使相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制造和使用實(shí)施 方式。
[0029] 圖1示出可以實(shí)現(xiàn)本公開的實(shí)施方式的示例性蜂窩網(wǎng)絡(luò)。
[0030] 圖2示出根據(jù)本公開的實(shí)施方式的示例性蜂窩通信系統(tǒng)的框圖。
[0031] 圖3示出根據(jù)本公開的實(shí)施方式的調(diào)度和預(yù)編碼從BS至UT的下行傳輸?shù)姆椒ǖ?流程圖。
[0032] 圖4示出了可用于實(shí)現(xiàn)本公開的方面的示例性計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的框圖。
[0033] 本發(fā)明的實(shí)施方式將參照附圖進(jìn)行描述。元件首次出現(xiàn)的附圖通常由對應(yīng)參考標(biāo) 號(hào)中最左邊的數(shù)字表示。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 在下面的描述中，闡述了許多具體細(xì)節(jié)，以便提供對本發(fā)明的實(shí)施方式的全面理 解。然而，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是，包括結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)和方法的實(shí)施方式可在沒有 這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施。本文中的描述和表示是由本領(lǐng)域的有經(jīng)驗(yàn)人員或技術(shù)人員使 用以向本領(lǐng)域中的其他技術(shù)人員最有效地傳達(dá)他們工作的實(shí)質(zhì)的常見方法。在其他實(shí)例 中，公知的方法、過程、組件和電路未被詳細(xì)描述，以避免不必要地晦澀本公開內(nèi)容的方面。
[0035] 在本說明書中引用"一個(gè)實(shí)施方式"、"實(shí)施方式"、"示例實(shí)施方式"等表示所描述 的實(shí)施方式可包括特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性，但是每個(gè)實(shí)施方式無需包括特定的特征、結(jié)構(gòu) 或特性。此外，這種短語不一定指同一實(shí)施方式。此外，當(dāng)特定特征、結(jié)構(gòu)或特性結(jié)合實(shí)施 方式進(jìn)行描述時(shí)，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為結(jié)合其他實(shí)施方式（不管是否明確描述）來影響這種特征、結(jié)構(gòu) 或特性在本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識(shí)范圍內(nèi)。
[0036] I.概述
[0037] 幾乎所有的將多個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)流在相同的時(shí)間-頻率間隔上從BS傳輸至兩個(gè)或 多個(gè)UT的技術(shù)都采用預(yù)編碼。預(yù)編碼包括在數(shù)據(jù)流被傳輸之前在BS處加權(quán)獨(dú)立的數(shù)據(jù)流 以最大化所接收的信號(hào)與噪聲和干擾比率，或者除去或最小化針對不同的UT的獨(dú)立的數(shù) 據(jù)流之間的干擾。當(dāng)BS進(jìn)行預(yù)編碼時(shí)，由BS傳輸?shù)男盘?hào)可以寫成：
[0038] X = F1SjF2S2+. ·· +FKsK， (1)
[0039] 其中sk是第k個(gè)UI'的Lkxl數(shù)據(jù)矢量（其中Lk是第k個(gè)UT的數(shù)據(jù)流的數(shù)量）， Fk是第k個(gè)UT的NxLk預(yù)編碼矢量（其中N是在BS處使用的傳輸天線的數(shù)量），并且K是 UT的數(shù)量。
[0040] 基于由BS傳輸?shù)氖噶縓，由第k個(gè)UT接收的信號(hào)可以寫成：
[0041] yk= Hk · x+nk, (2)
[0042] 其中nk是表示噪聲的矢量，并且Hk是MxN信道矩陣。H k中的每一條對應(yīng)于BS處 的各個(gè)傳輸天線和第k個(gè)UT處的相應(yīng)接收天線之間的各個(gè)子信道。Hk中的列N的數(shù)量等 于BS處所用的傳輸天線的數(shù)量，并且H k中的行M的數(shù)量等于第k個(gè)UT處的接收天線的數(shù) 量。
[0043] 在匹配濾波器（MF)預(yù)編碼（進(jìn)行稱為單用戶（SU)-MIMO傳輸?shù)囊环N類型的預(yù)編 碼）中，第k個(gè)UT的預(yù)編碼矢量F k通常選擇為Hk的復(fù)共軛。因此，F(xiàn)k不負(fù)責(zé)除第k個(gè)UT 以外的UT的信道的信道特性，這是用于進(jìn)行被稱為多用戶（MU)-MMO傳輸?shù)模ǜ鼜?fù)雜的） 預(yù)編碼類型的情況。盡管如此，對于BS處的大量的超量傳輸天線，H k乘以X得出當(dāng)使用MF 預(yù)編碼時(shí)對應(yīng)于第k個(gè)UT的X項(xiàng)的大的乘積、和對應(yīng)于除第k個(gè)UT以外的UT的其他X項(xiàng) 的可忽視的乘積。在限制的情況下，對于無限數(shù)量的傳輸天線，可以完全消除除由導(dǎo)頻污染 引起的干擾以外的干擾，如Marzetta指出的。
[0044] 盡管Marzetta指出，對于BS處的無限數(shù)量的傳輸天線，MF預(yù)編碼變?yōu)檫M(jìn)行空間多 路復(fù)用的優(yōu)選，由發(fā)明人進(jìn)行的觀