使用大量基站天线的蜂窝通信系统的预编码和调度的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2012年11月15日提交的美国临时专利申请号61/726, 958的优先 权，通过引用将其结合于本文中。
技术领域
[0003] 本申请总体涉及使用大量基站天线的蜂窝通信系统的预编码和调度。
【背景技术】
[0004] 在蜂窝通信系统中，在基站（BS)处的多个天线和由BS服务的一个或多个用户终 端（UT)处的多个天线允许将两个或多个独立的数据流在相同的时间-频率间隔从BS传输 至UT。实现该过程的具体转输技术被称为空间多路复用。通常，空间多路复用是使用存在 于BS处的多个天线和在一个或多个UT处的多个天线之间的不同的"路径"或信道以便在 相同的时间-频率间隔上空间多路复用独立的数据流的多路输入、多路输出（MMO)转输技 术。当一个UT由BS服务时，系统处于单用户模式中，而当多个UT由BS在相同的时间-频 率间隔上服务时，系统是多用户模式。
[0005] 可在相同的时间-频率间隔上传输的独立的数据流的数量可以被显示为由BS处 的天线的数量与一个或多个UT处的天线的总数两者中的更少的一个限制。对可在相同的 时间-频率间隔上传输的独立的数据流的数量的进一步限制根据快速减弱、不良的信道状 态信息（CSI)(被用于进行空间多路复用的）、和不相关的干扰来得出。
[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，引入的概念称为"大规模 MM0"。 一般地说，大规模MMO指的是在BS处（并且可能在UT处）具有超量（excess)可用的天 线的通信系统，这些天线可用于减少当BS进行空间多路复用时的快速减弱、不良的信道状 态信息（CSI)、和不相关干扰。Marzetta指出当BS处的天线的数量接近无限时，快速减弱、 不良CSI、和不相关干扰的效果消失，仅剩下由导频污染所引起的蜂窝间干扰。导频污染是 相邻的蜂窝（cell)中的导频顺序的再使用的结果。Marzetta进一步指出当BS处的天线的 数量接近无限时，被称为匹配滤波（MF)的预编码的最简单的形式中的一个，变为进行空间 多路复用最佳的。
[0007] 通常，符合大规模MMO需要的超量的发射天线的精确数量没有严格限定，而是当 多用户干扰、和噪声变为由导频污染主导时通过至少一个测量结果来实现。
【发明内容】
[0008] 本发明的一个方面公开了一种用于在单用户多路输入多路输出（SU-MIMO)传输 模式与多用户多路输入多路输出（MU-MIMO)传输模式之间切换的基站，所述基站包括：数 据源，被配置为提供多个数据流；调度器，被配置为控制所述数据源以提供旨在传输至内部 用户终端的第一组多个数据流和旨在传输至一个或多个边缘用户终端的第二组多个数据 流作为输出；以及预编码器，被配置为根据所述MU-MMO传输模式预编码所述第一组多个 数据流并且根据所述SU-MMO传输模式预编码所述第二组多个数据流。
[0009] 根据本发明的一个实施方式，所述调度器进一步被配置为将多个用户终端中的每 个用户终端基于从该多个用户终端接收的信道质量指示指标分类为所述内部用户终端或 所述边缘用户终端部分。
[0010] 根据本发明的一个实施方式，所述预编码器被配置为使用迫零预编码来预编码所 述第一组多个数据流。
[0011] 根据本发明的一个实施方式，所述预编码器被配置为使用最小均方误差预编码来 预编码所述第一组多个数据流。
[0012] 根据本发明的一个实施方式，所述预编码器被配置为使用匹配滤波器预编码来预 编码所述第二组多个数据流。
[0013] 根据本发明的一个实施方式，所述第一组多个数据流中的每个数据流包括符号。
[0014] 根据本发明的一个实施方式，所述调度器被配置为控制所述数据源使得所述第一 组多个数据流中的数据流的数量小于阈值。
[0015] 根据本发明的一个实施方式，基于被配置为将所述第一组多个数据流传输至所述 内部用户终端的传输天线的数量来确定所述阈值。
[0016] 根据本发明的一个实施方式，所述调度器被配置为基于所述第一组多个数据流中 的数据流的数量控制所述预编码器预编码所述第一组多个数据流所使用的预编码类型。
[0017] 根据本发明的一个实施方式，所述调度器被配置为如果所述第一组多个数据流中 的数据流的数量小于阈值，那么控制所述预编码器使用迫零类型预编码或最小均方误差类 型预编码来预编码所述第一组多个数据流。
[0018] 根据本发明的一个实施方式，所述阈值基于被配置为将所述第一组多个数据流传 输至所述内部用户终端的传输天线的数量来确定。
[0019] 本发明的另一个方面公开了一种装置，包括：调度器，被配置为控制数据源提供旨 在传输至蜂窝网络中的蜂窝的内部用户终端的第一组数据流和旨在传输至所述蜂窝网络 中的所述蜂窝的一个或多个边缘用户终端的第二组数据流作为输出；以及预编码器，被配 置为根据多用户多路输入多路输出（MU-MMO)传输模式预编码所述第一组数据流并且根 据单用户多路输入多路输出（SU-MMO)传输模式预编码所述第二组数据流。
[0020] 根据本发明的一个实施方式，所述预编码器被配置为使用迫零预编码来预编码所 述第一组数据流。
[0021] 根据本发明的一个实施方式，所述预编码器被配置为使用最小均方误差预编码来 预编码所述第一组数据流。
[0022] 根据本发明的一个实施方式，所述预编码器被配置为使用匹配滤波器预编码来预 编码所述第二组数据流。
[0023] 根据本发明的一个实施方式，所述第一组数据流中的每个数据流包括符号。
[0024] 根据本发明的一个实施方式，所述调度器被配置为控制所述数据源使得所述第一 组数据流中的数据流的数量小于阈值。
[0025] 根据本发明的一个实施方式，基于被配置为将所述第一组数据流传输至所述内部 用户终端的传输天线的数量来确定所述阈值。
[0026] 本发明的又一方面公开了一种方法，包括：控制数据源以提供旨在传输至蜂窝网 络中的蜂窝的内部用户终端的第一组数据流作为输出；控制所述数据源以提供旨在传输至 所述蜂窝网络中的所述蜂窝的一个或多个边缘用户终端的第二组数据流；根据多用户多路 输入多路输出（MU-MMO)传输模式预编码所述第一组数据流；并且根据单用户多路输入多 路输出（SU-MMO)传输模式预编码所述第二组数据流。
[0027] 根据本发明的一个实施方式，控制所述数据源以提供所述第一组数据流进一步包 括：控制所述数据源使得所述第一组数据流中的数据流的数量小于阈值，其中，基于用于将 所述第一组数据流传输至所述内部用户终端的传输天线的数量来确定所述阈值。
【附图说明】
[0028] 结合于本文并形成本说明书的一部分的附图示出了本公开的实施方式，并与说明 书一起，进一步用于解释实施方式的原理，并且使相关领域技术人员能够制造和使用实施 方式。
[0029] 图1示出可以实现本公开的实施方式的示例性蜂窝网络。
[0030] 图2示出根据本公开的实施方式的示例性蜂窝通信系统的框图。
[0031] 图3示出根据本公开的实施方式的调度和预编码从BS至UT的下行传输的方法的 流程图。
[0032] 图4示出了可用于实现本公开的方面的示例性计算机系统的框图。
[0033] 本发明的实施方式将参照附图进行描述。元件首次出现的附图通常由对应参考标 号中最左边的数字表示。
【具体实施方式】
[0034] 在下面的描述中，阐述了许多具体细节，以便提供对本发明的实施方式的全面理 解。然而，对本领域的技术人员显而易见的是，包括结构、系统和方法的实施方式可在没有 这些具体细节的情况下实施。本文中的描述和表示是由本领域的有经验人员或技术人员使 用以向本领域中的其他技术人员最有效地传达他们工作的实质的常见方法。在其他实例 中，公知的方法、过程、组件和电路未被详细描述，以避免不必要地晦涩本公开内容的方面。
[0035] 在本说明书中引用"一个实施方式"、"实施方式"、"示例实施方式"等表示所描述 的实施方式可包括特定的特征、结构或特性，但是每个实施方式无需包括特定的特征、结构 或特性。此外，这种短语不一定指同一实施方式。此外，当特定特征、结构或特性结合实施 方式进行描述时，应当认为结合其他实施方式（不管是否明确描述）来影响这种特征、结构 或特性在本领域技术人员的知识范围内。
[0036] I.概述
[0037] 几乎所有的将多个独立的数据流在相同的时间-频率间隔上从BS传输至两个或 多个UT的技术都采用预编码。预编码包括在数据流被传输之前在BS处加权独立的数据流 以最大化所接收的信号与噪声和干扰比率，或者除去或最小化针对不同的UT的独立的数 据流之间的干扰。当BS进行预编码时，由BS传输的信号可以写成：
[0038] X = F1SjF2S2+. ·· +FKsK， (1)
[0039] 其中sk是第k个UI'的Lkxl数据矢量（其中Lk是第k个UT的数据流的数量）， Fk是第k个UT的NxLk预编码矢量（其中N是在BS处使用的传输天线的数量），并且K是 UT的数量。
[0040] 基于由BS传输的矢量X，由第k个UT接收的信号可以写成：
[0041] yk= Hk · x+nk, (2)
[0042] 其中nk是表示噪声的矢量，并且Hk是MxN信道矩阵。H k中的每一条对应于BS处 的各个传输天线和第k个UT处的相应接收天线之间的各个子信道。Hk中的列N的数量等 于BS处所用的传输天线的数量，并且H k中的行M的数量等于第k个UT处的接收天线的数 量。
[0043] 在匹配滤波器（MF)预编码（进行称为单用户（SU)-MIMO传输的一种类型的预编 码）中，第k个UT的预编码矢量F k通常选择为Hk的复共轭。因此，Fk不负责除第k个UT 以外的UT的信道的信道特性，这是用于进行被称为多用户（MU)-MMO传输的（更复杂的） 预编码类型的情况。尽管如此，对于BS处的大量的超量传输天线，H k乘以X得出当使用MF 预编码时对应于第k个UT的X项的大的乘积、和对应于除第k个UT以外的UT的其他X项 的可忽视的乘积。在限制的情况下，对于无限数量的传输天线，可以完全消除除由导频污染 引起的干扰以外的干扰，如Marzetta指出的。
[0044] 尽管Marzetta指出，对于BS处的无限数量的传输天线，MF预编码变为进行空间多 路复用的优选，由发明人进行的观