Mimo通信方法以及基站装置和终端的制作方法
【专利说明】ΜIMO通信方法以及基站装置和终端
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请涉及2014年6月4日提交的序列号为62/007, 656的临时申请，并且按照 35U.S.C. § 119(e)要求其优先权，其内容通过引用合并于此。
技术领域
[0003] 本公开内容涉及一种作为具有多输入和多输出的通信的ΜΜ0(多输入多输出）通 信方法，尤其涉及使用大量发送天线的所谓的大规模ΜΙΜΟ通信方法。
【背景技术】
[0004] 当前，随着智能手机的普及，便携式终端的无线通信量爆炸式增长。未来，假设无 人介入情况下的设备间通信在增长，并且预期在2020年及之后通信业务量将增加到当前 量的一千倍至一万倍。因此，积极地进行新通信方法的研究。也就是说，除了当前已经进入 商业使用的LTE(长期演进）和LTE-A之外，还正在对具有更高频率使用效率的方法进行研 究，并且将要作为3GPP的第五代方法做出提议。
[0005] 作为其中的有力技术之一，提供了大规模ΜΙΜ0(大规模多输入多输出）。
[0006] 如图8中例示的，基站BS具有大量（Nb个）发送天线（天线#1至天线_b)，并 且构造了同时通过信道h00至hO(Nb-l).....h(Nb-l)0至h(Nb-l) (N-1)与多个（数量N 个）终端（UE#1至UE·)执行通信的通信系统。基站BS的发送天线的数量Nb例如是大约 100个，以及移动终端的数量例如是大约10个单元。
[0007] 利用这种结构，尽管迄今为止频率使用效率已受到信道噪声和快速改变的衰落的 影响，但是可以在没有实际上受到这些影响的情况下保持频率使用效率稳定。此外，与相关 技术的ΜΜ0相比，信道容量显著地增加。因此，作为下一代新技术，大规模ΜΜ0是最具优 势的技术。
[0008] 在这方面，本申请人做出了关于作为多输入和多输出通信的su-Mn?)(单用户 Μπω)和Μυ-Μηω(多用户Μπω)的提议。在该提议中，与不同幅度多路复用的码被应用到 正交频分复用（OFDM:0rthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)方法，使得可以将 相关技术（NXN)的MM0所需的接收天线的数量从N个减少到1个。由此，可以在不增加 终端的天线的数量的情况下执行ΜΙΜ0高速通信。
[0009] 大约在2010年通过学术论文引入了大规模ΜΜ0方法，并且在2013的年中急切地 发布了针对实际应用的研究结果。在例如非专利文献1、2中描述了细节。由此，在终端数量 是Νν，并且基站BS的天线数量是Nb的情况下，信道矩阵Η变为NvXNb。这里，在从BS进 行发送（下行链路，DL)的时候，当将信道矩阵Η乘以信道矩阵Η的复数共辄转置H*( 表示复数共辄转置）时，每个终端的接收数据变成Η·Η* ·(发送数据）。Η·Η*是被称为 相关矩阵G的矩阵。
[0010] 这里，如果不同信道之间的相关性低，则相关矩阵G(也就是说，Η·Η*)的非对角元 素与对角元素相比变得更小。使用该相关矩阵G，终端因此可以在不执行诸如对角化等运算 的情况下接收针对本终端的信号。此外，因为噪声本身的自动相关性和交叉相关性低，所以 通过相关矩阵G减小了叠加在信道上的噪声。因此，可以执行较少受到SN的影响的接收。
[0011] [引用列表]
[0012] [非专利文献]
[0013] [非专利文献 1]ThomasL.Marzetta，"NoncooperativeCellularWirelesswith UnlimitedNumbersofBaseStationAntennas^,IEEETRANSACTIONSONWIRELESS COMMUNICATIONS,VOL. 9,NO. 11，2010 年 11 月，第 3590-3600 页。
[0014] [非专利文献2]FredrikRusek,DanielPersson,BuonKiongLau,Erik G.Larsson,ThomasL.Marzetta,OveEdfors,andFredrikTufvesson,"Scalingup M頂0〃，IEEESIGNALPROCESSINGMAGAZINE，2013 年 1 月，第 40-60 页。
[0015] 然而，事实上，相关矩阵G=Η·Η*的非对角元素不完全变成0。该状态由表达式 (1)指示。
[0016] [表达式1]
[0017]
[0018] 当信道不相关时，预期在表达式（1)中的非对角元素按照彼此不相关的值的总和 变小。也就是说，如果用UE表示终端，则第一项是在表达式（1)中的"UE#1的接收信号" 部分中要由UE#1接收的信号。第二项及其以后各项指示把要由其它UE接收的信号作为干 扰进行混合。这里，在低相关性的情况下，预期第二项及其以后各项的相加结果与第一项相 比非常小。然而，相关值指示有限值，并且特定终端的干扰项是针对其它终端的数量的值之 和。因此，干扰量随着终端数量增加而增加。因此，干扰损害了接收信号的质量。为了避免 该问题，需要进一步增加布置在BS中的天线的数量。通过增加天线的数量，可以使相关值 的总和更小。
[0019] 将使用图5A和图5B来描述这些实际影响。
[0020] 图5A是例示在BS的天线数量为100时干扰SIR(信噪比）相对于终端数量Nv的 关系的图。图5Α例示了信号调制是16QAM的情况。根据该图，为了减小干扰并且使得SIR 等于或高于l〇db，需要将终端数量设置为4个单元或更少。
[0021] 图5B是例示接收比特错误（BER)相对于终端数量Nv的关系的图。图5B例示了 信号调制是QPSK和16QAM的情况。如根据该图理解的，在QPSK的情况下，如果终端数量多 达大约20个单元，则可以保持BER〈10 2。10 2或更小的BER是保持当前3G移动电话的语音 通信质量的值，并且成为质量的目标。另一方面，在16QAM的情况下，如果存在4个或更多 个终端，则难以满足该质量。也就是说，如果终端数量多达3个，则可以利用16QAM执行通 信，但是如果存在4个或更多个终端，则不可以再执行该通信。在数据通信的情况下，允许 的BER〈大约10 3,因此终端数量在QPSK的情况下变为12个，以及在16QAM的情况下变为4 个。
[0022] 以这种方式，实际上，容纳在一个基站中的终端的数量限于几个单元，并且如果数 量增加，则出现仅允许提供较低速通信服务的问题。
[0023] 发明人认识到在不降低通信速度的情况下放松对被允许容纳在一个基站中的终 端数量的限制的需要。
【发明内容】
[0024] 在本公开内容中，在包括多个天线的基站和容纳在基站中的多个终端之间执行 Μπω通信时，根据本公开内容的MBTO通信方法引入了使用利用正交码进行的扩展的正交 化。
[0025] 也就是说，容纳在一个基站中的终端被划分为至少第一组和第二组，并且正交码 被分配到各个组。在组中，通过非正交码执行多路复用。之后，将发送信号乘以新矩阵，该 新矩阵使用仅一部分对应于信道相关矩阵的有关组的块矩阵的逆矩阵作为预编码矩阵。以 该方式获得的信号被用作要提供给多个天线的发送信号。在接收侧，使用分配给本终端的 正交码来重复逆扩展，使得可以在没有干扰的情况下接收信号。
[0026] 更具体地，基站：
[0027] 将多个终端划分为第一组和第二组，并且将彼此正交的码分配给各个组，
[0028] 利用所分配的码对到多个终端的发送数据进行扩展，
[0029] 将通过扩展获得的数据乘以预定的预编码矩阵，
[0030] 获得表示多个天线和多个终端之间的信道的信道矩阵，
[0031] 将通过乘以预编码矩阵获得的数据乘以信道矩阵的复数共辄矩阵，以及
[0032] 从多个天线发送通过乘以复数共辄矩阵获得的数据。
[0033] 此外，多个终端的每个终端：
[0034] 接收从基站的多个天线发送的信号，以及
[0035] 使用分配给本终端的正交码来逆扩展所接收的信号，以对到本终端的发送数据进 行解码。
[0036] 例如，当具有每个组中的终端的数量作为阶的方矩阵被设置为所述信道矩阵的自 动相关矩阵的对角部分中的子矩阵时，所述预编码矩阵是包括作为对角部分的所述子矩阵 的逆矩阵和被设置为零的非对角部分的块对角矩阵。
[0037] 利用彼此正交的码将到第二组中的终端的信号扩展为到第一组中的终端的信号， 从而在通过将相关矩阵乘以预编码矩阵而获得的矩阵中，非对角块元素通过逆扩展变为 零，从而可以抑制干扰。
[0038] 此外，利用在通过将相关矩阵乘以预编码矩阵而获得的矩阵中被次对角化的标识 矩阵I把到第一组中的多个终端的信号相互分离，使得不发生干扰。
[0039] 在本公开内容中，利用码来扩展数据，因此通过扩展处理将数据速度减小到除以 扩展长度的数据速度。此外，正交码的类型是有限的，因此需要重复地使用码。因此，在非 正交码之间干扰上升，从而不能充分地减少干扰项。为了处理这些问题，每个终端能够执行 发送数据的非正交多路复用。此外，要扩展的数据的调制方法被调整，使