Mimo通信方法以及基站裝置和終端的制作方法
【專利說明】ΜIMO通信方法以及基站裝置和終端
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請涉及2014年6月4日提交的序列號為62/007, 656的臨時申請，并且按照 35U.S.C. § 119(e)要求其優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容通過引用合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開內(nèi)容涉及一種作為具有多輸入和多輸出的通信的ΜΜ0(多輸入多輸出）通 信方法，尤其涉及使用大量發(fā)送天線的所謂的大規(guī)模ΜΙΜΟ通信方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 當(dāng)前，隨著智能手機(jī)的普及，便攜式終端的無線通信量爆炸式增長。未來，假設(shè)無 人介入情況下的設(shè)備間通信在增長，并且預(yù)期在2020年及之后通信業(yè)務(wù)量將增加到當(dāng)前 量的一千倍至一萬倍。因此，積極地進(jìn)行新通信方法的研究。也就是說，除了當(dāng)前已經(jīng)進(jìn)入 商業(yè)使用的LTE(長期演進(jìn)）和LTE-A之外，還正在對具有更高頻率使用效率的方法進(jìn)行研 究，并且將要作為3GPP的第五代方法做出提議。
[0005] 作為其中的有力技術(shù)之一，提供了大規(guī)模ΜΙΜ0(大規(guī)模多輸入多輸出）。
[0006] 如圖8中例示的，基站BS具有大量（Nb個）發(fā)送天線（天線#1至天線_b)，并 且構(gòu)造了同時通過信道h00至hO(Nb-l).....h(Nb-l)0至h(Nb-l) (N-1)與多個（數(shù)量N 個）終端（UE#1至UE·)執(zhí)行通信的通信系統(tǒng)?；綛S的發(fā)送天線的數(shù)量Nb例如是大約 100個，以及移動終端的數(shù)量例如是大約10個單元。
[0007] 利用這種結(jié)構(gòu)，盡管迄今為止頻率使用效率已受到信道噪聲和快速改變的衰落的 影響，但是可以在沒有實際上受到這些影響的情況下保持頻率使用效率穩(wěn)定。此外，與相關(guān) 技術(shù)的ΜΜ0相比，信道容量顯著地增加。因此，作為下一代新技術(shù)，大規(guī)模ΜΜ0是最具優(yōu) 勢的技術(shù)。
[0008] 在這方面，本申請人做出了關(guān)于作為多輸入和多輸出通信的su-Mn?)(單用戶 Μπω)和Μυ-Μηω(多用戶Μπω)的提議。在該提議中，與不同幅度多路復(fù)用的碼被應(yīng)用到 正交頻分復(fù)用（OFDM:0rthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)方法，使得可以將 相關(guān)技術(shù)（NXN)的MM0所需的接收天線的數(shù)量從N個減少到1個。由此，可以在不增加 終端的天線的數(shù)量的情況下執(zhí)行ΜΙΜ0高速通信。
[0009] 大約在2010年通過學(xué)術(shù)論文引入了大規(guī)模ΜΜ0方法，并且在2013的年中急切地 發(fā)布了針對實際應(yīng)用的研究結(jié)果。在例如非專利文獻(xiàn)1、2中描述了細(xì)節(jié)。由此，在終端數(shù)量 是Νν，并且基站BS的天線數(shù)量是Nb的情況下，信道矩陣Η變?yōu)镹vXNb。這里，在從BS進(jìn) 行發(fā)送（下行鏈路，DL)的時候，當(dāng)將信道矩陣Η乘以信道矩陣Η的復(fù)數(shù)共輒轉(zhuǎn)置H*( 表示復(fù)數(shù)共輒轉(zhuǎn)置）時，每個終端的接收數(shù)據(jù)變成Η·Η* ·(發(fā)送數(shù)據(jù)）。Η·Η*是被稱為 相關(guān)矩陣G的矩陣。
[0010] 這里，如果不同信道之間的相關(guān)性低，則相關(guān)矩陣G(也就是說，Η·Η*)的非對角元 素與對角元素相比變得更小。使用該相關(guān)矩陣G，終端因此可以在不執(zhí)行諸如對角化等運算 的情況下接收針對本終端的信號。此外，因為噪聲本身的自動相關(guān)性和交叉相關(guān)性低，所以 通過相關(guān)矩陣G減小了疊加在信道上的噪聲。因此，可以執(zhí)行較少受到SN的影響的接收。
[0011] [引用列表]
[0012] [非專利文獻(xiàn)]
[0013] [非專利文獻(xiàn) 1]ThomasL.Marzetta，"NoncooperativeCellularWirelesswith UnlimitedNumbersofBaseStationAntennas^,IEEETRANSACTIONSONWIRELESS COMMUNICATIONS,VOL. 9,NO. 11，2010 年 11 月，第 3590-3600 頁。
[0014] [非專利文獻(xiàn)2]FredrikRusek,DanielPersson,BuonKiongLau,Erik G.Larsson,ThomasL.Marzetta,OveEdfors,andFredrikTufvesson,"Scalingup M頂0〃，IEEESIGNALPROCESSINGMAGAZINE，2013 年 1 月，第 40-60 頁。
[0015] 然而，事實上，相關(guān)矩陣G=Η·Η*的非對角元素不完全變成0。該狀態(tài)由表達(dá)式 (1)指示。
[0016] [表達(dá)式1]
[0017]
[0018] 當(dāng)信道不相關(guān)時，預(yù)期在表達(dá)式（1)中的非對角元素按照彼此不相關(guān)的值的總和 變小。也就是說，如果用UE表示終端，則第一項是在表達(dá)式（1)中的"UE#1的接收信號" 部分中要由UE#1接收的信號。第二項及其以后各項指示把要由其它UE接收的信號作為干 擾進(jìn)行混合。這里，在低相關(guān)性的情況下，預(yù)期第二項及其以后各項的相加結(jié)果與第一項相 比非常小。然而，相關(guān)值指示有限值，并且特定終端的干擾項是針對其它終端的數(shù)量的值之 和。因此，干擾量隨著終端數(shù)量增加而增加。因此，干擾損害了接收信號的質(zhì)量。為了避免 該問題，需要進(jìn)一步增加布置在BS中的天線的數(shù)量。通過增加天線的數(shù)量，可以使相關(guān)值 的總和更小。
[0019] 將使用圖5A和圖5B來描述這些實際影響。
[0020] 圖5A是例示在BS的天線數(shù)量為100時干擾SIR(信噪比）相對于終端數(shù)量Nv的 關(guān)系的圖。圖5Α例示了信號調(diào)制是16QAM的情況。根據(jù)該圖，為了減小干擾并且使得SIR 等于或高于l〇db，需要將終端數(shù)量設(shè)置為4個單元或更少。
[0021] 圖5B是例示接收比特錯誤（BER)相對于終端數(shù)量Nv的關(guān)系的圖。圖5B例示了 信號調(diào)制是QPSK和16QAM的情況。如根據(jù)該圖理解的，在QPSK的情況下，如果終端數(shù)量多 達(dá)大約20個單元，則可以保持BER〈10 2。10 2或更小的BER是保持當(dāng)前3G移動電話的語音 通信質(zhì)量的值，并且成為質(zhì)量的目標(biāo)。另一方面，在16QAM的情況下，如果存在4個或更多 個終端，則難以滿足該質(zhì)量。也就是說，如果終端數(shù)量多達(dá)3個，則可以利用16QAM執(zhí)行通 信，但是如果存在4個或更多個終端，則不可以再執(zhí)行該通信。在數(shù)據(jù)通信的情況下，允許 的BER〈大約10 3,因此終端數(shù)量在QPSK的情況下變?yōu)?2個，以及在16QAM的情況下變?yōu)? 個。
[0022] 以這種方式，實際上，容納在一個基站中的終端的數(shù)量限于幾個單元，并且如果數(shù) 量增加，則出現(xiàn)僅允許提供較低速通信服務(wù)的問題。
[0023] 發(fā)明人認(rèn)識到在不降低通信速度的情況下放松對被允許容納在一個基站中的終 端數(shù)量的限制的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0024] 在本公開內(nèi)容中，在包括多個天線的基站和容納在基站中的多個終端之間執(zhí)行 Μπω通信時，根據(jù)本公開內(nèi)容的MBTO通信方法引入了使用利用正交碼進(jìn)行的擴(kuò)展的正交 化。
[0025] 也就是說，容納在一個基站中的終端被劃分為至少第一組和第二組，并且正交碼 被分配到各個組。在組中，通過非正交碼執(zhí)行多路復(fù)用。之后，將發(fā)送信號乘以新矩陣，該 新矩陣使用僅一部分對應(yīng)于信道相關(guān)矩陣的有關(guān)組的塊矩陣的逆矩陣作為預(yù)編碼矩陣。以 該方式獲得的信號被用作要提供給多個天線的發(fā)送信號。在接收側(cè)，使用分配給本終端的 正交碼來重復(fù)逆擴(kuò)展，使得可以在沒有干擾的情況下接收信號。
[0026] 更具體地，基站：
[0027] 將多個終端劃分為第一組和第二組，并且將彼此正交的碼分配給各個組，
[0028] 利用所分配的碼對到多個終端的發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)展，
[0029] 將通過擴(kuò)展獲得的數(shù)據(jù)乘以預(yù)定的預(yù)編碼矩陣，
[0030] 獲得表示多個天線和多個終端之間的信道的信道矩陣，
[0031] 將通過乘以預(yù)編碼矩陣獲得的數(shù)據(jù)乘以信道矩陣的復(fù)數(shù)共輒矩陣，以及
[0032] 從多個天線發(fā)送通過乘以復(fù)數(shù)共輒矩陣獲得的數(shù)據(jù)。
[0033] 此外，多個終端的每個終端：
[0034] 接收從基站的多個天線發(fā)送的信號，以及
[0035] 使用分配給本終端的正交碼來逆擴(kuò)展所接收的信號，以對到本終端的發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn) 行解碼。
[0036] 例如，當(dāng)具有每個組中的終端的數(shù)量作為階的方矩陣被設(shè)置為所述信道矩陣的自 動相關(guān)矩陣的對角部分中的子矩陣時，所述預(yù)編碼矩陣是包括作為對角部分的所述子矩陣 的逆矩陣和被設(shè)置為零的非對角部分的塊對角矩陣。
[0037] 利用彼此正交的碼將到第二組中的終端的信號擴(kuò)展為到第一組中的終端的信號， 從而在通過將相關(guān)矩陣乘以預(yù)編碼矩陣而獲得的矩陣中，非對角塊元素通過逆擴(kuò)展變?yōu)?零，從而可以抑制干擾。
[0038] 此外，利用在通過將相關(guān)矩陣乘以預(yù)編碼矩陣而獲得的矩陣中被次對角化的標(biāo)識 矩陣I把到第一組中的多個終端的信號相互分離，使得不發(fā)生干擾。
[0039] 在本公開內(nèi)容中，利用碼來擴(kuò)展數(shù)據(jù)，因此通過擴(kuò)展處理將數(shù)據(jù)速度減小到除以 擴(kuò)展長度的數(shù)據(jù)速度。此外，正交碼的類型是有限的，因此需要重復(fù)地使用碼。因此，在非 正交碼之間干擾上升，從而不能充分地減少干擾項。為了處理這些問題，每個終端能夠執(zhí)行 發(fā)送數(shù)據(jù)的非正交多路復(fù)用。此外，要擴(kuò)展的數(shù)據(jù)的調(diào)制方法被調(diào)整，使