专利名称：用于促成多用户联合发射-接收波束成形的方法和装置的制作方法
用于促成多用户联合发射-接收波束成形的方法和装置背景I.领域以下描述一般涉及无线通信系统，尤其涉及用于促成多用户联合发射-接收波束成形的方法和装置。II.背景为了解决无线通信系统所需的增长带宽要求问题，正在开发不同的方案以允许多个用户终端能通过共享信道资源与单个接入点通信，同时达成高数据吞吐量。多入多出 (MIMO)技术代表一种此类方法，其是最近出现的用于下一代通信系统的流行技术。无线通信系统可以变成能够通过共享可用的系统资源(例如，带宽和发射功率) 来支持与多个用户终端通信的多址系统。这些无线通信系统可同时支持多个无线通信设备的通信，其中每个无线终端设备可经由上行链路和下行链路上的传输与一个或多个基站通信。上行链路(亦被称为反向链路)是指从无线通信设备至基站的通信链路，而下行链路 (亦被称为前向链路)是指从基站至无线通信设备的通信链路。此类多址系统的示例包括码分多址(CDMA)系统、时分多址(TDMA)系统、频分多址(FDMA)系统、以及正交频分多址 (OFDMA)系统。从信息理论的角度来看，无线通信系统中的前向链路传输落在在多用户信道上广播的一般情景下。对于这种情景，用发射端和接收端两者处执行的仔细的信号处理来同时服务多个用户终端已知提供优于在其中每时隙仅一个用户终端被服务的TDMA办法的性能。例如，单发射天线系统中的一种良好办法是叠加编码(SPC)。在诸如MIMO系统之类的多发射天线系统中，脏纸编码(DPC)已被标识为最优的多用户传输策略。DPC涉及非常高的复杂度以及非线性处理，其中在发射端和接收端两者处均需要模运算。因此，希望具有用于多用户终端MIMO系统的线性波束成形方案。然而，目前的线性方案主要是基于迫零(ZF) 的方案，这种方案可能会遭受显著的功率损耗。用于多用户终端MIMO系统的波束成形方案通常涉及每个无线通信设备确定并随后向基站反馈其将用于与基站通信的发射波束成形向量。基站将随后通过选取具有兼容的发射波束成形向量的所有无线通信设备来选择将在相同时隙中服务的所有无线通信设备。 例如，基站将选取具有拥有小空间相关的发射波束成形向量的无线通信设备，因此可以减少干扰。上述办法所遇到的一个问题在于，当每个无线通信设备决定各自的发射波束成形向量时，该无线通信设备不知道相同时隙内可能有哪些其他无线通信设备与其一同被服务；因此，无线通信设备可选择将使其自己的能量最大化的波束并忽略计及选定的波束将对其他无线通信设备导致的任何干扰。因此，仅在由基站进行无线通信设备选择过程期间或多或少地计及干扰减轻，其中具有小空间相关的无线通信设备被一起服务。另外，发射波束成形码本有限的分辨率通常尤其在高信噪比(SNR)状况下导致大残留干扰。因此，希望解决上述缺陷之中的一个或多个。概述
根据各种方面，本主题创造涉及用于促成多用户联合发射-接收波束成形的系统和/或方法。基站与多个接入终端相关联。根据本公开的另一方面，提供了一种用于促成多用户联合发射-接收波束成形的方法。该方法包括从多个接入终端接收检测到的信道信息；基于接收到的信道信息从该多个接入终端选择接入终端集合；为选定接入终端集合中的每个接入终端创建波束成形向量；以及使用所创建的波束成形向量中的至少一个波束成形向量来传送信号。根据本公开的又一方面，提供了一种用于促成多用户联合发射-接收波束成形的设备。该设备包括用于从多个接入终端接收检测到的信道信息的装置；用于基于接收到的信道信息从该多个接入终端选择接入终端集合的装置；用于为选定接入终端集合中的每个接入终端创建波束成形向量的装置；以及用于使用所创建的波束成形向量中的至少一个波束成形向量来传送信号的装置。根据本公开的再一方面，提供了一种用于促成多用户联合发射-接收波束成形的装置。该装置包括配置成从多个接入终端接收检测到的信道信息的接收机；以及处理系统。 该处理系统被配置成基于接收到的信道信息从该多个接入终端选择接入终端集合；为选定接入终端集合中的每个接入终端创建波束成形向量；以及使用所创建的波束成形向量中的至少一个波束成形向量来传送信号。根据本公开的再一方面，公开了一种用于促成多用户联合发射-接收波束成形的计算机程序产品。该计算机程序产品包括计算机可读介质，该计算机可读介质编码有可由处理器执行以使该处理器执行以下动作的指令从多个接入终端接收检测到的信道信息； 基于接收到的信道信息从该多个终端选择接入终端集合；为选定接入终端集合中的每个接入终端创建波束成形向量；以及使用所创建的波束成形向量中的至少一个波束成形向量来传送信号。根据本公开的再一方面，公开了一种基站。该基站包括配置成从多个接入终端接收检测到的信道信息的无线网络适配器；以及处理系统。该处理系统被配置成基于接收到的信道信息从该多个接入终端选择接入终端集合；为选定接入终端集合中的每个接入终端创建波束成形向量；以及使用所创建的波束成形向量中的至少一个波束成形向量来传送信号。尽管本文中描述了特定方面，但这些方面的众多变体和置换落在本公开的范围之内。虽然提到了优选方面的一些益处和优点，但本公开的范围并非旨在被限定于特定益处、 用途或目标。相反，本公开的各方面旨在宽泛地应用于不同的无线技术、系统配置、网络和传输协议，其中一些作为示例在附图和以下详细描述中解说。详细描述和附图仅仅解说本公开而非限定本公开，本公开的范围由所附权利要求及其等效物来定义。附图简述本公开的这些和其他范例方面将在以下详细描述以及在附图中予以描述，附图中
图1是根据本公开的一个方面配置的无线通信网络的图示；图2是根据本公开的一个方面配置的CDMA通信系统的框图；图3是图1的无线通信网络中的无线节点的物理(PHY)层的信号处理功能的示例的框图；图4是在图1的无线通信网络中使用的多用户联合波束成形过程的流程图5是解说可从接入终端向基站反馈的CSI的示例的框图；图6是解说可从接入终端向基站反馈的示例CSI的框图；图7是解说可从接入终端向基站反馈的CSI的另一示例的框图；图8是解说可从接入终端向基站反馈的CSI的再一示例的框图；图9是解说图1的无线通信网络中的无线节点中的处理系统的硬件配置的示例的框图；以及图10是根据本公开的一个方面配置的通信装置的框图。根据常见的实践，为了清楚起见，附图中的某些可被简化。因此，附图可能并未绘制给定装置(例如，设备)或方法的所有组件。最后，类似附图标记可用于通篇标示说明书和附图中的类似特征。详细描述以下参照附图更全面地描述了本公开的各个方面。然而，本公开可用许多不同的形式体现并且不应解释为被限定于本公开通篇所给出的任何特定结构或功能。相反，提供这些方面使得本公开将是透彻和完整的，并且其将向本领域技术人员完全传达本公开的范围。基于本文中的教导，本领域的技术人员应领会本公开的范围旨在覆盖本文中所公开的本公开的任何方面，不论其是独立实现的还是与本公开的任何其他方面组合实现的。例如， 可以使用本文中所阐述的任何数目的方面来实现装置或实践方法。另外，本公开的范围旨在覆盖使用作为本文中所阐述的本公开的各种方面的补充或者与之不同的其他结构、功能性、或者结构及功能性来实践的装置或方法。应当理解，本文中所披露的本公开的任何方面可以由权利要求的一个或多个要素来体现。在本公开的一方面，多用户终端MIMO系统实现用于基站的线性联合发射-接收波束成形以支持多个接入终端，其中每个接入终端向基站提供对检测到的信道信息的反馈。 检测到的信道信息优选是被分析信道的量化版本并且包括信道方向信息(CDI)。随后，基站基于接入终端的信道方向来选择这些接入终端并且在连续域中使用封闭形式的最小均方误差(MMSE)解决方案而不是有限码本上的穷尽搜索来计算波束成形矢量。图1解说了其中可实现所公开的各种方面的配置成支持数个用户终端的示例性无线通信系统100。如图1中所示，作为示例，无线通信系统100为诸如举例而言宏蜂窝小区102a-102g之类的多个蜂窝小区102中的设备提供通信。每个蜂窝小区由解说为BS 104a-104g的相应基站(BQ服务，并可互换地称为接入点。每个蜂窝小区可进一步划分为一个或多个扇区。也可互换地称为用户终端、用户装备或移动站的被解说为AT 106a-106k 的各种接入终端(AT) 106散布遍及该系统。例如，取决于特定AT是否活动以及其是否处于软切换中，AT 106『10故中的每个AT可以在给定时刻在前向链路(FL)和/或反向链路 (RL)上与一个或多个BS 104a-104g通信。无线通信系统100可在大地理区划上提供服务。 例如，宏蜂窝小区102a-102g可覆盖领域中的数个城市块。图2解说了通信系统200。如图2中所示，基站控制器202可用于提供网络204与散布遍及地理区域的所有基站之间的接口。出于解释方便起见，仅示出一个基站206。该地理区域一般被细分成被称为蜂窝小区的更小区域。可将蜂窝小区划分成多个扇区。扇区是蜂窝小区内的物理覆盖区域。无线通信系统内的基站可利用将功率流集中在蜂窝小区的特定扇区内的天线。这样的天线可被称为定向天线。蜂窝小区也可互换地称为扇区。同样，出于解释方便起见，仅示出一个蜂窝小区210。基站206被配置成服务其各自蜂窝小区(在此情形中为蜂窝小区210)中的所有接入终端208。在某些高话务应用中，蜂窝小区210可被划分为多个扇区，其中一基站服务每一扇区。在所描述的方面，三个接入终端208a-208c被示出与基站206处于通信。每个接入终端208a-208c可在基站控制器202的控制下通过一个或多个基站206接入网络204， 或者与其他接入终端208通信。现在将参照图2给出包括多用户联合波束成形的各个方面的通信系统200的若干方面。无线网络200被示为具有一般被指为基站206和接入终端208a-208c的若干无线节点。每个无线节点能够接收和/或发射。在以下详细的描述中，对于前向链路/下行链路通信而言，术语“基站”用来指发射节点并且术语“接入终端”用来指接收节点，而对于反向链路/上行链路通信而言，术语“基站”用来指接收节点并且术语“接入终端”用来指发射节点。然而，本领域的技术人员将容易理解，其他术语或命名也可用于接入点和/或接入终端。作为示例，基站可被称为接入点、基收发机站、站、终端、节点、充当接入点的接入终端、 或者其他某个合适的术语。接入终端可被称为用户终端、移动站、订户站、站、无线设备、终端、节点、或者其他某个合适的术语。本公开通篇所描述的各种概念旨在应用于所有合适的无线节点，而不论其具体的命名为何。通信系统200可以支持MIMO技术。使用MIMO技术，基站206可以使用SDMA同时与多个接入终端208a-208c通信。SDMA是使得同时间向不同接收机发射的多个流能够共享相同的频率信道并且结果提供更高用户容量的多址方案。这是通过空间预编码每一数据流、然后通过不同发射天线在下行链路上传送每一经空间预编码的流来达成的。经空间预编码的数据流抵达具有不同空间签名的接入终端，这些签名使得多个接入终端208a-208c 中的每个接入终端能够恢复目的地为该接入终端的数据流。在上行链路上，每个接入终端发射经空间预编码的数据流，这使得基站206能够标识每个经空间预编码的数据流的源。多个接入终端208a-208c中的一个或多个接入终端可配备有多个天线以启用某种功能性。以此配置，基站206处的多个天线就可用于与多天线基站通信以在无需附加带宽或发射功率的情况下提高数据吞吐量。这可以通过将发射机处的高数据率信号拆分成具有不同空间签名特征的多个较低速率数据流、由此使得接收机能够将这些流分成多个信道并且适当地组合这些流以恢复出高速率数据信号来达成。虽然以下公开中的诸部分将描述亦支持多入多出(MIMO)技术的接入终端，但是基站206也可以配置成支持那些并不支持MIMO技术的接入终端。此办法可以允许较老版本的接入终端(即，“旧式”终端)继续部署在无线网络中，从而延长其有用寿命，而同时允许在适当场合引入更新的MIMO接入终端。在以下详细的描述中，将参照支持诸如正交频分复用(OFDM)的任何合适的无线技术的MIMO系统来描述各种方面。OFDM是将数据分布在以精确频率间隔开的数个副载波上的扩频技术。该间隔提供使接收机能够从副载波恢复数据的“正交性”。OFDM系统可以实现IEEE 802. 11或者其他某种空中接口标准。作为示例，其他合适的无线技术包括码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、或者其他任何合适的无线技术、或者合适的无线技术的任何组合。CDMA系统可以用IS-2000、IS-95、IS-856、宽带CDMA(WCDMA)、或者其他某种合适的空中接口标准来实现。TDMA系统可以实现全球移动通信系统(GSM)或者其他某种合适的空中接口标准。如本领域技术人员将容易领会的那样，本公开的各个方面不限于任何具体的无线技术和/或空中接口标准。无线节点——无论是基站还是接入终端，可以用利用分层结构的协议来实现，该分层结构包括实现将无线节点接口到共享无线信道的所有物理和电气规范的物理(PHY) 层、协调对共享无线信道的接入的MAC层、执行各种数据处理功能——作为示例包括语音和多媒体编解码器以及图形处理——的应用层。对于任何特定应用可能需要另外的协议层 (例如，网络层、传输层)。在一些配置中，无线节点可扮演基站与接入终端之间、或者两个接入终端之间的中继点，因此可能不需要应用层。本领域技术人员将很容易能够根据具体应用和加诸于整体系统的总体设计约束来为任何无线节点实现恰适的协议。当无线节点在传送模式中时，应用层处理数据、将数据分段成分组，并向MAC层提供数据分组。MAC层组装MAC分组，其中来自应用层的每个数据分组由MAC分组的有效载荷携带。替换地，MAC分组的有效载荷可携带来自应用层的数据分组的片段或者多个数据分组。每个MAC分组包括MAC报头和检错码。MAC分组有时被称为MAC协议数据单元(MPDU)， 并且还可被称为帧、分组、时隙、分段、或任何其他合适的命名。当MAC决定传送时，MAC向PHY层提供MAC分组块。PHY层通过将该MAC分组块组装到有效载荷中和添加前置码来组装PHY分组。如以下将更详细讨论的，PHY层还负责提供各种信号处理功能(例如，调制、编码、空间处理等)。有时被称为物理层汇聚协议(PLCP) 的前置码由接收节点用来检测PHY分组的开始并同步到发射机的节点数据时钟。PHY分组有时被称为物理层协议数据单元(PLPDU)，但也可被称为帧、分组、时隙、分段、或任何其他合适的命名。当无线节点在接收模式中时，该过程相反。S卩，PHY层检测来自无线信道的传入 PHY分组。前置码允许PHY层锁定在该PHY分组上并执行各种信号处理功能(例如解调、解码、空间处理等)。一旦被处理，PHY层就恢复在该PHY分组的有效载荷中携带的MAC分组块并向MAC层提供MAC分组。图3解说根据本文中所包含的本公开的各方面配置的在无线网络100中使用的无线节点300。在发射模式中，发射(TX)数据处理器302可用于接收来自数据源301的数据并且编码该数据以便于接收节点处的前向纠错(FEC)。可在TX数据处理器302中使用的编码方案的示例是Turbo码编码方案。编码过程导致代码符号序列，其可由TX数据处理器 302成组在一起并且映射成信号星座图以产生调制码元序列。在实现OFDM的无线节点中，来自TX数据处理器302的调制码元可被提供给OFDM 调制器304。OFDM调制器304将调制码元拆分成数个并行流并随后使用某种调制星座将每个流映射到一副载波。随后对每个副载波集执行快速傅里叶逆变换(IFFT)以产生时域 OFDM码元，其中每个OFDM码元具有一副载波集。OFDM码元分布在多个数据分组的有效载荷中。在无线节点300的至少一种配置中，连同每个数据分组中的有效载荷携带至少一个导频信号。导频典型地是由导频单元303生成的非数据承载扩频信号，用以使得接收机能捕获一个或更多个相关联的数据承载(话务)信号信道的定时，并提供用于对此类相关联话务信道进行相干解调的相位基准。OFDM调制器304将导频信号拆分成数个并行流并随后使用某种调制星座将每个流映射到一副载波。随后对每个副载波集执行IFFT以产生构成导频信号的一个或更多个时域OFDM码元。随后将导频信号追加至由每个数据分组携带的有效载荷，然后将数据分组提供给TX空间处理器305。TX空间处理器305对数据分组执行空间处理。这可通过将数据分组空间预编码成数个经空间预编码的流、并随后经由多个收发机308a-306n相应一个将每个经空间预编码的流提供给多个天线306a-308n中不同的天线来完成。每个收发机用相应的经预编码流来调制RF载波以供在无线信道上传输。在接收模式中，多个收发机306a-306n中的每一个通过其各自的天线接收信号。 每个收发机可被用于恢复调制到RF载波上的信息并将该信息提供给RX空间处理器310 以对该信息执行空间处理，从而恢复在以无线节点300为目的地的任何空间流上携带的数据分组。空间处理可根据信道相关矩阵求逆(CCMI)、最小均方误差(MMSE)、软干扰消除 (SIC)、或其他合适的技术来执行。OFDM解调器312恢复数据分组的有效载荷中的OFDM码元中每一副载波上所携带的数据并且将该数据复用到调制码元流中，其中包括导频信号。OFDM解调器312使用快速傅里叶变换(FFT)将流从时域变换到频域。频域信号为每一副载波包括单独的流。信道估计器315接收来自OFDM解调器312的包含导频信号的流并估计信道响应。 由于通过无线信道传输，一般将对每个导频信号进行相移。计算经相移的导频信号的MMSE 估计，并且这些估计被用来估计相位误差以及因此估计信道响应。信道响应被提供给RX数据处理器314。RX数据处理器314被用于将每个调制码元转译回信号星座中的正确点。由于无线信道中的噪声和其他扰动，调制码元可能并不对应于原始信号星座中的点的确切位置。通过使用信道响应，RX数据处理器314通过寻找收到的点与信号星座图中有效码元的位置之间的最小距离来检测最可能被发射的是哪个调制码元。例如在turbo码的情形中，这些软判决可用于计算与给定的调制码元相关联的代码符号的对数似然比(LLR)。RX数据处理器 314随后使用代码符号LLR序列和相位误差估计以在将数据提供给数据阱318之前将原始发射的数据解码。本公开提议一种用于使跨无线蜂窝网上的效用最大化的分布式波束成形方法。本公开提议一种选择使得信号功率与噪声加上由所议波束在在活跃集中的扇区中或诸毗邻扇区中所引起的干扰之比最大化的那些波束的方案。根据本方案，波束选择可以不是在移动站而是代之以在基站处进行。使用增加的信道状态信息(CSI)，基站可以避免在诸毗邻扇区中引起干扰并且可以可观地改善系统的性能。本文中所描述的技术可在其中在一个扇区中存在K个接入终端的系统中应用。可以假定，基站处的发射天线的数目为M，并且每个AT处的接收天线的数目为N。另外，可以假定，在每个时隙期间，仅AT的子集被选择用于传输并且每个AT仅由一个数据流服务。选定AT的数目S被约束，使得S彡M0第k个选定接入终端的收到信号向量可被表示为(yk)NX1 = (Hk)NXM(x)MX1+(nk)NX1，k = 1，· · ·，S
s(X)MX1 = Σ (W 丄Xl ⑷M
k=\ ,此处，Hk表示从基站至接入终端k的信道响应矩阵，并且Wk表示发射滤波器，即，接入终端k的预编码器。在应用接收滤波器Uk之后
权利要求
1.一种无线通信的方法，包括从多个接入终端接收检测到的信道信息； 基于接收到的信道信息从所述多个接入终端选择接入终端集合； 为所述选定的接入终端集合中的每个接入终端创建波束成形向量；以及使用所创建的波束成形向量中的至少一个波束成形向量来传送信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测到的信道信息是所述信道的量化版本。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测到的信道信息包括信道方向信息 (CDI)。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述接入终端集合是基于所述CDI选择的。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述创建基于所述CDI。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测到的信道信息包括振幅。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述创建包括在连续域中计算波束成形向量。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述创建包括使用最小均方误差(MMSE)函数来计算波束成形向量。
9.一种用于无线通信的设备，包括用于从多个接入终端接收检测到的信道信息的装置； 用于基于接收到的信道信息从所述多个接入终端选择接入终端集合的装置； 用于为所选定的接入终端集合中的每个接入终端创建波束成形向量的装置；以及用于使用所创建的波束成形向量中的至少一个波束成形向量来传送信号的装置。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述检测到的信道信息是所述信道的量化版本。
11.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述信道包括信道方向信息(⑶I)。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述选择装置包括用于基于所述CDI来选择所述接入终端集合的装置。
13.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述创建装置包括用于基于所述CDI来创建所述波束成形向量的装置。
14.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述检测到的信道信息包括振幅。
15.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述创建装置包括用于在连续域中创建所述波束成形向量的装置。
16.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述创建包括使用最小均方误差(MMSE)函数来计算波束成形向量。
17.一种用于无线通信的装置，包括接收机，配置成从多个接入终端接收检测到的信道信息；以及处理系统，配置成基于接收到的信道信息从所述多个接入终端选择接入终端集合； 为所选定的接入终端集合中的每个接入终端创建波束成形向量；以及使用所创建的波束成形向量中的至少一个波束成形向量来传送信号。
18.如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述检测到的信道信息是所述信道的量化版本。
19.如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述信道包括信道方向信息(CDI)。
20.如权利要求19所述的装置，其特征在于，进一步包括用于基于所述CDI来选择所述接入终端集合的选择模块。
21.如权利要求19所述的装置，其特征在于，进一步包括用于基于所述CDI来创建所述波束成形向量的波束成形器。
22.如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述检测到的信道信息包括振幅。
23.如权利要求17所述的装置，其特征在于，进一步包括用于在连续域中创建所述波束成形向量的波束成形器。
24.如权利要求17所述的装置，其特征在于，进一步包括用于使用最小均方误差 (MMSE)函数来计算波束成形向量的波束成形器。
25.一种用于通信的计算机程序产品，包括用指令编码的机器可读介质，所述指令能由处理器执行以使所述处理器 从多个接入终端接收检测到的信道信息； 基于接收到的信道信息从所述多个接入终端选择接入终端集合； 为所选定的接入终端集合中的每个接入终端创建波束成形向量；以及使用所创建的波束成形向量中的至少一个波束成形向量来传送信号。
26.—种基站，包括无线网络适配器，配置成从多个接入终端接收检测到的信道信息；以及处理系统，配置成基于接收到的信道信息从所述多个接入终端选择接入终端集合； 为所选定的接入终端集合中的每个接入终端创建波束成形向量；以及使用所创建的波束成形向量中的至少一个波束成形向量来传送信号。
全文摘要
公开了一种无线通信的方法，包括从多个接入终端接收检测到的信道信息；基于接收到的信道信息从该多个终端选择接入终端集合；为选定的接入终端集合中的每个接入终端创建波束成形向量；以及使用所创建的波束成形向量中的至少一个波束成形向量来传送信号。本文中还公开了一种用于执行该方法的装置。
文档编号H04B7/04GK102460995SQ201080028999
公开日2012年5月16日 申请日期2010年6月24日 优先权日2009年6月26日
发明者J·B·索里亚加, J·E·斯密, J·侯, J·陈, N·H·加迪 申请人:高通股份有限公司