专利名称：通过共享无线资源向多个目的地同时发送信息的方法和设备的制作方法
通过共享无线资源向多个目的地同时发送信息的方法和设备 技术领域
背景技术：
多输入多输出(MIMO)链路指的是在发射机和接收机处具有多 根天线的通信系统。MIMO链路是一种针对给定带宽和功率预算来提 高无线链路的链路容量的已知有效方式。通过形成共享公共无线频率 资源的多个空间信道或特征模来得到容量的增大。
多天线系统可以提供许多优点，包括空间分集、空间复用、以及 波束成形。空间分集指的是对包含相同发送信息(即，相同的发送数 据)的独立接收采样进行收集的能力。通过将不同的独立接收采样进 行组合，可以减小信道衰落的效应。
在空间复用中，在多个空间信道中的每个空间信道上发送不同的 数据。这些空间信道可以通向单个用户以提高用户的峰值速率，或者 每个信道可以通向多个用户。波束成形是向多个用户发送空间复用的 数据传输的示例。在波束成形中，将发射机天线阵列处天线的相位和 幅度进行电子加权，以创建虚拟波束。可以对波束进行调整，以便将 波束的接收功率针对目的用户最大化，而对其他用户最小化。
具有M根发射天线的发射机与各具有N根接收天线的多个接收机 之间的传输信道被称为MIMO广播信道(BC)。可以使用被称为脏纸 编码(DPC)的技术来实现MIMO-BC的容量区域。在Weingarten等人 在IEEE Trans. Information Theory中的"Capacity region of the MIMO broadcast channel"中公开了传统的DPC算法。公知的DPC是一种复杂
度非常高并且很难实现的非线性技术。
作为与DPC相比较为简单的替代技术，基于迫零(ZF)波束成形 的一类线性体系结构可以用于实现接近最优的性能。在Yoo等人的"On the Optimality of Multiantenna Broadcast Scheduling Using Zero-forcingBeamforming,"IEEE J. Select. Areas Comm., vol. 24, no.3, pp. 528-541， Mar. 2006; Viswanathan等人的"Downlink Capacity Evaluation of .Cellular Networks with Known-Interference Cancellation," IEEE J. Select. Areas Comm., vol. 24, no. 5， pp. 802-811, June 2003;以及Spencer 等人的"Zero-frocing Methods for Downlink Spatial Multiplexing in Multiuser MIMO Channels," IEEE Trans. On Signal Processing, vol. 52, no. 2, pp. 461-471， Feb. 2004中，公开了传统的ZF波束成形技术。
这些传统的ZF波束成形体系结构是使用传统编码(例如，turbo 码)以及线性波束成形来实现的，其中在发射机处利用对信道状态信 息(CSI，更具体地，相位和幅度)的知识来计算所述线性波束成形。 例如，如果多个接收机中的每个接收机仅具有单一接收天线并且发射 机具有多根发射天线，则发射机可以使用多根发射天线中的每一根天 线来向多个接收机中的每个接收机发送单一波束。在该示例中，可以 对每个波束或天线进行加权，使得在除了信号的目的接收机以外的其 他接收机的方向上强迫为空(零)。即，例如可以对每个波束进行加权， 使得接收机受到减小的波束间干扰。
MIMO-BC的一种特殊情况是具有N根天线的单个接收机的情况。 在这种情况下，如果发射机具有MIMO信道的知识，则发射机可以计 算奇异值分解(SVD)并使用SVD的右酉矩阵来形成针对每个空间信 道或特征模的波束。由于接改机也具有CSI的知识，所以接收机还可 以计算SVD，并在接收发送信号时使用左酉矩阵。传统地，使用酉矩 阵来发送和接收空间信道，以实现相互正交性。
发明内容
示例实施例提供了一种以被称作多用户特征模传输(MET)的迫 零波束成形为基础的体系结构。根据至少一个示例实施例，源基于与 一个或更多个接收机(也称作用户)中的每个接收机相关联的多输入 多输出(MIMO)信道的信道信息，来向所述一个或更多个接收机发
送一个或更多个空间复用的数据流。
源处的天线阵列可以包括M (其中MS1)根天线，每个接收机可以包括相应的天线阵列，而每个天线阵列可以具有N根天线(其中N^1)。每个接收机处的天线阵列可以具有相同或不同数目的天线。
发射机可以使用MIMO信道的发射机处的信道状态信息(CSI，例
如，相位和幅度)来选择用户以进行发送，将一个或更多个空间信道分配给所选择的接收机，和/或将发送功率分配至多个空间信道上。根据至少一些示例实施例，可以以灵活的方式向多个接收机分配空间信
道资源或空间信道，以提高和/或优化在给定传输时间间隔(TTI)期间的一个或更多个给定性能度量。示例实施例可以提高空间复用阶数和/或产生更高的发射机吞吐量。具体地，例如，对于基于源(或发射)天线和接收机天线的数目而确定的、给定数目的可用空间信道，可以在多个用户间分配这些信道，以提高和/或优化一个或更多个性能度
如果接收机和空间信道的数目相对较大，则不同分配的总数将相对较大。根据示例实施例的MET技术使用相对简单的算法来向用户分配空间信道。
所分配的空间信道可以与分配给其他用户的空间信道相互正交。根据修改的SVD来发送为给定用户分配的多个空间信道。
根据至少一个示例实施例，可以在多个空间信道上向用户集合中的每个用户同时发送数据，所述多个空间信道在第一传输时间间隔(TTI)期间使用公共的时间和频率资源。所述多个空间信道可以是通过对与空间信道相关联的每根发射天线的相位和幅度进行电子加权而形成的用户专用波束。可以形成用户专用波束，以便减小每个用户所接收的波束间干扰。可以在至少一个相应的空间信道上将数据发送至每个用户。
根据至少一个示例实施例，用户集合可以至少包括第一用户，可以基于信道信息和至少一个服务质量度量来产生要发送至所述第一用户的至少一个波束成形的数据流。所述信道信息和服务质量度量可以与所述第一用户相关联，所述至少一个波束成形的数据流中的每一个可以包括针对第一用户的数据的至少一部分。
根据至少一些示例实施例，可以将数据流解复用为要发送至第一
6用户的至少一个数据子流，可以对所述至少一个数据子流进行处理以产生所述至少一个波束成形的数据流。可以将所述数据流解复用到至少一个频带。可以对所述至少一个数据子流进行调制以产生至少一个调制子流，并且可以对所述至少一个调制子流进行波束成形以产生所述至少一个波束成形的数据流。
可以在多根天线间分发所述至少一个波束成形的数据流，对于多根天线中的每根天线，可以将所述至少一个波束成形的数据流与在所述多根天线间分发的至少一个其他波束成形的数据流进行组合。所述至少一个其他波束成形的数据流可以与另一用户相关联。
根据至少一个示例实施例，可以基于至少一个性能度量来选择用户集合以及用于向用户集合中的每个用户发送数据的至少一个空间信道。所述用户集合可以从请求服务的多个用户中选择。
根据至少一个其他示例实施例，可以基于与第一用户集合中的每
个用户相关联的信道信息和至少一个服务质量度量，来选择第一用户集合以及与第一用户集合中的每个用户相对应的至少一个第一空间信
道。可以在第一时间间隔期间使用公共的时间和频率资源向第一用户集合中的每个用户同时发送数据。可以使用贪婪算法来选择所述第一用户集合以及与每个用户相对应的至少一个第一空间信道。
根据至少一些示例实施例，可以基于与第二用户集合中的每个用户相关联的信道信息和至少一个服务质量度量来选择第二用户集合以及与所述第二用户集合中的每个用户相对应的至少一个第二空间信道。可以在第二时间间隔期间向所述第二用户集合中的每个用户同时发送数据。第一用户集合中的用户可以与第二用户集合中的用户不同，和/或所述至少一个第一空间信道可以与所述至少一个第二空间信道不同。可以使用贪婪算法来选择所述第二用户集合以及与每个用户相对应的所述至少一个第二空间信道。
根据至少一个其他示例实施例，可以在接收机处接收在多个空间信道上发送的数据流。所述多个空间信道可以在传输间隔期间共享公共的时间和频率资源。可以经由所述多个空间信道中的第一空间信道来接收所述数据流的至少第一部分，可以经由所述多个空间信道中的第二空间信道来接收所述数据流的至少第二部分。
可以在多根接收天线中的每根接收天线处接收所发送的数据。可 以对接收信号进行处理，以产生所发送数据流的估计。例如，可以对 接收信号进行处理，以产生调制的数据子流的集合，可以对多个调制 的数据子流进行解调以产生多个数据子流。多个数据子流中的每一个 可以包括所发送数据的至少一部分。可以对所述多个数据子流进行复 用，以产生所发送数据的估计。
根据以下给出的详细描述以及附图，本发明将得到更全面的理 解，附图中相同的元素由相同的参考数字来表示，附图仅仅是以说明 的方式给出的，因此不限制本发明的范围，附图中-
图1示出了根据示例实施例的UMTS无线网络的一部分； 图2更详细的示出了图1的USBB 102; 图3更详细的示出了图2的波束成形模块206;以及 图4示出了根据示例实施例的接收用户。
具体实施例方式
尽管本发明示例实施例的原理可以尤其适于以UMTS演进UTRA 技术、标准和技术为基础的无线通信系统，并且可以在该示例上下文 中进行描述，然而这里所示出和描述的示例实施例仅是说明性的而绝 不是限制性的。示例实施例还可应用于其他无线电网络和/或发展中的 第四代(4G)无线通信系统，如802.16e、 802.16m、 WiMax、以及EV-DO Revision C。这样，对于本领域技术人员来说显而易见地，可以进行各 种修改以应用于其他无线通信系统，并且可以通过这里的教导而想到 各种修改。
以下使用的术语"用户"可以被认为同义于并且在下文中有时被 称作移动台、移动装置、移动用户、用户设备(UE)、订户、用户、 远程台、接入终端、接收机等，并且可以描述无线通信网络中无线资 源的远程用户。术语"NodeB"可以被认为同义于和/或被称作收发基站(BTS)、基站、或发射机，并且可以描述在网络与一个或更多个用 户之间提供数据和/或语音连接性的设备。系统或网络(如接入网)可
以包括一个或更多个NodeB。
通常，示例实施例可以针对使用波束成形技术在无线网络中发送 和接收数据的方法。
如公知的，波束成形技术可以用于将要同时调度或选择的用户组 或集合在空间上分离，以按照给定传输时间间隔(TTI)来接收所发 送的数据。公知的TTI是一种无线网络参数，是指无线电链路上独立 可解码传输的长度。TTI与从较高的网络层传送至无线链路层的数据 块的大小有关。在NodeB中典型地采用的一种波束成形是用户专用波 束成形。在这种情况下，Node B使用对用户信道状态信息(CSI)的
显式知识，并创建为每个用户定制的波束，同时减小波束间干扰。 图1示出了根据示例实施例的UMTS无线网络的一部分。 参考图l， NodeB或发射机100可以具有包括M个天线单元A-l至 A-M的天线阵列A 。天线单元A-1至A-M共同向多个用户104-1至104-K 中的一个或更多个发送波束成形的信号。多个用户104-1至104-K中的 每一个可以具有包括一个或更多(例如，多个)天线单元的相应天线 阵列1041-1至1041-K。例如，用户104-1处的天线阵列1041-1可以包括 N根天线l-l至l-N，用户104-K处的天线阵列1041-K可以包括N根天线 K-1至K-N。尽管这里是关于相同数目的天线来讨论的，然而用户104-1 至104-K中的每一个可以具有相同或不同数目的天线。每个天线阵列 1041-l至1041-K能够接收从NodeB IOO处的天线阵列A发送的波束成 形的信号。
仍参考图l， NodeB IOO还可以包括用户选择和波束成形模块 (USBB) 102。如图所示，USBB 102可以产生多个波束成形的信号， 以基于与多个用户104-1至104-K中的每一个相关联的CSI和服务质量 (QoS)信息来向多个用户104-1至104-K发送数据。NodeB IOO可以使 用多根天线A-1至A-M来发送波束成形的信号，多根天线A-1至A-M中 的每根天线在给定TTI期间可以共享相同的时间和频率资源。
图2更详细地示出了图1的USBB 102。出于示例目的，将关于图l和2来详细描述USBB 102处执行的处理。该示例讨论考虑多频带、多 天线下行链路信道模型，其中将每个频带f (其中f-l,...,F)建模为 MIMO高斯广播信道。出于该讨论的目的，配备有N根接收天线的K个 用户104-l至104-K中的每个用户向具有M根天线的发射机100请求服 务，假定F是可用频率资源块的数目。例如，如果可用带宽是5MHz， 则有F:8个资源块，每个375KHz。假定每个资源块是由25个订户组成 的连续群组。然而，示例实施例不限于此。
参考图2，可以向用户选择器202输入多个用户104-1至104-K中的 每个用户的CSI和QoS信息。如公知的，可以基于信道估计在NodeB 100 处确定CSI。在时分双工系统中，可以基于例如经由上行链路信令信 道(例如，在用户与NodeB之间)传送的导频信号来获得公知的信道 估计。备选地，可以基于从用户的显式反馈在NodeB IOO处确定CSI。 这种确定CSI的方法也是本领域公知的。可以在较高层确定每个用户 的QoS信息，这也是公知的。QoS信息可以包括多个用户104-l至104-K 中的每个用户的QoS度量，如最小延迟、平均实现速率、数据队列大 小等。
仍参考图2，用户选择器202可以选择用户集合S，以在给定TTI 期间进行传输，针对集合S中的每个用户，可以为集合S中的用户分配 要用于发送数据的空间信道或特征模的集合。可以基于输入的CSI和 QoS信息来选择集合S以及相关联的所分配空间信道。
这就是说，例如针对每个TTI，用户选择器202可以选择用户集合 S来接收数据，针对集合S中的每个用户k (iteS)，用户选择器202可 以在要用于向集合S中的用户发送数据的每个频带f-l,...，F上分配空 间信道集合&,/。集合S以及与集合S中的每个用户k相关联的相关联所 分配空间信道可以统称为集合T。
根据至少一个示例实施例，可以使用与K个用户中的每个用户相 关联的加权和速率准则(也称作性能度量)来选择T。例如，可以选 择T以使与给定TTI相关联的加权和速率最大化。
对于给定的用户集合S，针对该集合S内第k个用户的加权速率由
10c^Zlog(l + 5f^f)给出，其中ak是与用户k相关联的QoS权值或QoS
度量，5f2是作为波束成形的函数而传递至第k个用户的第j个空间信
道的功率，t^)是分配给第k个用户的第j个空间信道的功率。
现在将讨论针对给定的集合T (其中T表示用户S和空间信道￡fc (A: e S)的集合)将加权和速率度量最大化的简要示例。根据至少一个
示例实施例，针对给定的集合T和集合S内用户的QoS权值集合a=[ai,...aK]H，通过解由以下等式(1)给出的功率分配问题，可以使加权和速率度量最大化。
草，a) = m^c 2 & Z log (1 + )
其中服从
L "s (i)
在等式(1)中，针对给定集合T的加权和速率度量是Z afcSl0g(l +《fc)2u;f)。在给定等式(1)的情况下，可以使用公知
的SI&l维加权注水来产生最优发送功率u^。
fceS
寻找用于解maxi (r,a)的最优集合T需要穷举搜索所有可能的每
r
频带空间信道分配，其中空间信道的数目依赖于发射机和接收机天线
的数目。发送的空间信道的最大总数是min(M,KN)，每用户的接收机空间信道的最大数目是min(M，N)。例如，如果有M-2根发射机天线，K^3个用户各具有N-2根天线，则NodeB可以发送多至2个空间信道，每个用户可以接收多至2个空间信道。
假定出于示例的目的，将三个用户标记为A、 B和C，则存在用于向这三个用户分配信道的9个选项，这9个选项表示为(A)、 (B)、 (C)、(AA)、 (BB)、 (CC)、 (AB)、 (BC)和(AC)，其中字母指示为哪些用户分配空间信道。在前三个选项((A)、 (B)、 (C))中，仅分配单个信道。
在接下来的三个选项((AA)、 (BB)、 (CC))中，两个信道都分配给单个接收机。在最后三个选项((AB)、 (BC)和(AC))中，在不同接收机之间复用两个信道。
在另一示例中，如果存在4个空间信道和3个接收机，则可以以(AABC)的形式来分配空间信道。即，可以为用户A分配两个信道，为用户B和C中的每一个分配一个信道。如以下将更详细讨论的，可以基于用户A所关联的MIMO信道的SVD来发送和接收为用户A分配的信道，在迫零波束成形意义上，三个接收机3之间的传输可以是相互正交的。
传统地，找到最优分配集合T需要考虑每频带分配1， 2,...,min(M,尺AO个空间信道。因此，要考虑的集合的总数是
例如，对于参数M-4， K=10， N=4， F-8组成的
mtafw)(夠！
(滞-川".
集合，要使用穷举来考虑的集合的总数在1X104。数量级，这在计算上是不可行的。
然而，示例实施例使用更高效的贪婪算法来确定T。以下是对用于确定T的示例贪婪算法的说明。将出于说明目的关于以下伪代码来讨论该示例。该伪代码表示可以在用户选择器202处执
行的过程。
在该示例中，可以针对给定的用户和空间信道分配T来执行优化。可以将由所有K个用户和空间信道组成的集合定义为TA。假定N〈M，其中N是在每个用户处可用的空间信道或接收天线的数目，M是NodeB处发射天线的数目，在集合TA中总共有KN个空间信道。在第j次迭代上，tj是在与集合S中的任何用户相关联的可用空间信道中选择的一个或更多候选空间信道。伪代码如下。l,ro= R( = 0, and Done = 0. while (_/ S min(iCAr，M)) and (not Done) find ~ = arg max i (7^—i u "})
《
S =[:
Done = 1 else
7; = ^,)
end
end
参照以上伪代码，在第一次叠代(]=1)上，所选的空间信道t,将是
全局占优的或最佳的空间信道。即，例如在所有KN个空间信道中，所
选的空间信道t,具有最大的相关联特征值。
在集合TA中所有可用的空间信道中选择了最佳空间信道之后，计 算与所选空间信道t,相关联的加权速率度量Ru。保持该空间信道，可
以从集合TA中的其余空间信道中选择第二空间信道t2。可以选择该第 二空间信道t2，使得针对空间信道t,和t2的组合的加权和速率度量Ru,2
最大化。如果加权和速率度量R"，2大于加权速率度量Rn，则保留第一
和第二空间信道以及相关联的加权和速率度量Ru，2，并以下列步骤继
续进行该过程在其余空间信道中搜索使针对组合的三个空间信道的 加权和速率度量Rti，2，3最大化的下一第三空间信道t3。否则，丢弃第二
空间信道，保留单个空间信道ti和相关联的加权和速率度量R,，搜索
算法终止。
返回图2，可以从用户选择器202向波束成形模块206输出与所选 集合S相关联的CSI以及集合T。还可以从用户选择器202向数据流选择 器203输出所选集合S。数据流选择器203可以选择与集合S中的用户相 关联的数据流，并将所选的数据流输出至波束成形模块206。为了简明 起见，省略了现有技术公知的用于选择这些数据流的方法并从而省略 了对其的详细讨论。
13波束成形模块206可以基于与集合S中的用户相关联的CSI、由集 合T中用户和所选空间信道组成的集合、以及来自数据流选择器203的 所选数据流，来产生用于集合T中的每个用户和空间信道的至少一个 波束成形的数据流。
图3更详细地示出了波束成形模块206。将描述更具体的示例以说 明在波束成形模块206处执行的功能和操作。然而将理解的是，该示例
仅仅是出于说明目的，并不旨在进行限制。
出于以下讨论的目的，假定^efl"表示针对第k个用户的、
用于发送至少一个空间信道的频带的集合，ixi表示集合x的基数。例
如，如果|￡u| = 3， |￡12| = 4, |￡2," = 1, |￡2,2| = 0 ，则|/」=2， |/2| = 1 。在该示例
中，为第一用户(例如，图1中的104-1)分配两个频带上总共7个空间 信道，而为第二用户(例如，104-2)分配仅一个空间信道。在发射机 IOO处有M根天线的情况下，有充足的自由度用于每频带每用户发送至 多为M和N中较小者(例如，min(M,N))数目的空间信道，因此
Z^w—M，其中f-l,…,F。还出于该示例目的假定在集合T中包括图
1中K个用户104-1中104-K中的每个用户，= |j」=f対集合T中所有用 户均成立。
参考图3，可以将针对多个用户104-1至104-K中的每个用户的数据 流输入至多个波束成形处理模块300-l至300-K中相应的一个波束成形 处理模块。每个波束成形处理模块300-l至300-K可以对相应用户的数 据流进行处理，以产生与集合S中的每个用户相关联的至少一个波束 成形的数据流，并在NodeB IOO处的M根天线A-I至A-M上分发用户相 应的波束成形的数据流。波束成形处理模块300-l至300-K中的每一个 可以以相同的方式工作，因此为了简明起见，仅详细讨论波束成形模 块300-l。
关于波束成形模块300-l，可以在解复用器302-l处将针对用户 104-1的数据流解复用为|4|个子流(其中|4|三1)。可以在CIM模块304-ll至304-lF中相应的一个CIM模块处对这些子流进行编码、交织 以及调制，以产生多个调制的符号或子流d^，/eJk。该向量的维数由
频带沖分配给用户的空间信道的数目给出:^w 。
可以在波束成形和求和模块306-ll至306-lF处对多个调制的符号 dw,/e々进行处理，以产生至少一个波束成形的数据流。即，例如在
多个波束成形和求和模块306-ll至306-lF之一处，可以将多个调制的
符号d^， / e Jfc中的每一个与矩阵相乘。矩阵可以是M乘
的MET波束成形矩阵，以下将对该矩阵进行详细描述。可以将在每个 波束成形和求和模块306-ll至306-lF处产生的、所得到的波束成形的 数据流输出至分发和求和模块310。
分发和求和模块310将来自波束成形和求和模块306-11至306-1F 中的每一个的、所得到的组合适当地分发至M根发射天线中的每一根， 并对波束成形的数据流进行求和，以产生所得到的波束成形的数据流， 然后，所得到的波束成形的数据流(如现有技术所公知的)被处理为
至少一个信号。在频带f上的发送信号由x,:ZG^dw来表示，其中 Xf是M维向量。
返回图l，可以向用户104-l发送一个或多个信号Xf。图4更详细地 示出了用户104-1。
在第k个用户(例如，在本示例中的用户104-1)处，用户可以经
由天线阵列402来接收所发送的信号，天线阵列402可以包括N个天线
单元400-l至400-N，(其中N2 1)。可以在RF滤波模块404处将接收信
号从射频(RF)转换至基带，以产生复基带信号。RF滤波模块404可
以以任何公知的方式来产生复基带信号。频带f上一的复基带接收信号由 yfc/=Hfc/x/+nfc/， /c = l，...，K;/ = 来表示，其中》,/是N维向
量，H^eC^是第k个用户的MIMO信道矩阵(出于示例目的，假定 在每个频带f上平坦衰落)， CMO，l)是在f频带上第k个用户处的复
加性高斯白噪声。
15根据示例实施例，给定的用户仅在分配给特定用户的频带上接收 数据。这些所分配的频带称作用户的有效频带。复加性高斯白噪声
iV, C^(0，l)可以考虑第k个用户经历的小区间和/或扇区间干扰。出于
该示例讨论的目的，假定在NodeB 100处知道第k个用户的所有频带上 的所有MIMO信道。
在第k个用户(例如，用户104-1)处，使用多个线性组合器406-l 至406-F中的相应线性组合器来对每个有效频带上的接收信号进行解 调。每个线性组合器406-l至406-F通过将来自RF滤波器模块404的复基
带信号y与丑乘N矩阵相乘来对有效频带进行解调，以产生符号
d^的估计。将软符号d^输出至解调器、解交织器、解码器模块
(DEMIC) 408-l至408-F中相应的一个或多个。每个DEMIC模块408-1 至408-F基于从多个线性组合器406-l至406-F中的相应的一个线性组 合器输出的软符号来产生对所发送的^|个子流的估计。将所发送的|/」
个子流的估计从DEMIC模块408-1至408-F中的每一个输出至复用器 410。复用器410对l;l个子流进行复用，以产生对NodeB 100发送至第k
个用户(例如，本示例中的用户104-1)的数据流的估计。
由于波束成形模块206和用户处的接收机在每个频带中独立操 作，因此可以通过从发送信号x、 MOMO信道矩阵Hk以及空间信道索
引集合EK中丢弃下标f来简化标记。
为了清楚起见，以及为了说明在一些理想情况下可以使用示例实 施例在接收机处以很小的干扰或零干扰来接收信号，现在将更详细地 描述在用户104-1处执行的过程。可以使用奇异值分解(SVD)将第k 个用户(例如，用户104-1)的信道分解为^-Uk2V^"，其中将^中
的特征值布置为使得与所分配的空间信道Ek的集合相关联的特征值出 现在最左列。将这些特征值表示为2^,...,^，^ 。
至少在该示例中，第k个用户的接收机可以是通过对Ufc的最左列 (表示为u^.,.,Uk，^)的Hermitian转置而给出的线性检测器。同样， 矩阵^的最左列表^为v^...,^，^。在给定以上的情况下，检测器之后的信号可以由等式(2)来表示
uw..-ufc,|￡fcl」 yfc
C2)
=rfcGfcdfc+rfc S Gjdj + iik
在等式(2)中，^上述接收信号，！^是经过处理的噪声，
^^,..、,^v^T 是|￡fc|xM矩阵。通过限定
6fc=[rf...it—ir^...1^『，迫零约束要求Gk在^的零空间中。因此:
可以通过考虑由等式(3)表示的i^的SVD来确定Gk。
".(3)
在等式(3)中，v^与同零模式相关联的右特征向量相对应。 第k个用户的预编码器矩阵由Gt-W。)Ck给出。可以将该矩阵用作
每个波束成形处理模块300-l至300-K中的线性组合器处的矩阵。由于 对于所有的fc e S来说Hfc%°> = 0 ，所以对于> 和的任何选择来说 rfcGj = IV^。)Cj = 0 。因此，在组合之后第k个用户的接收信号不包含干 扰。即例如r广r^G^k+^。
可以执行SVD rfc^ = Ofcpfco][^W『，其中^是由特征值组
成的l丑Jxl丑J对角矩阵，并且Ck-^1)。根据等式(3)，针对第k个 用户得到的加权速率是c^Zlog(l + 5f《))，其中5f是g O丑J的
賊
第j个对角元素，u^是分配给该空间信道的功率。
第k个接收机的检测器可能需要知道其他用户j的预编码向量 (或预编码向量信息)，其中jVfc，jeS。可以在控制信道上将该信息 发送至第k个用户。备选地，第k个用户可以基于信道估计所需的预 编码导频信号，直接估计这些向量(或预编码向量信息)。用于执行该 处理的方法是公知的，因此为了简明起见这里省略详细讨论。
示例实施例使得可以在用户的空间信道上发送数据，同时通过在每个传输时间间隔(TTI)期间动态地判定要为多少用户以及哪些用
户服务，来抑制和/或消除单用户MIMO技术与多用户MIMO技术之 间的差别。使用示例实施例，发射机可以向单个用户发送多个空间流， 向多个用户发送单个空间流，或向多个用户发送多个空间流。
由于假定在NodB处已知所有用户的信道，所以可以使用迫零准 则来对发送至不同用户的空间信道进行加权，使得空间信道相互正交。 即，例如给定用户可以不受用于其他用户的空间信道的干扰。由于迫 零，空间信道组在用户之间相互正交；然而，由于SVD，任何给定用 户的空间信道相互正交。
由于每扇区的用户数目无限制地增加，对于给定的M和N，迫 零波束成形类的系统可以是渐进地最优的。
根据示例实施例，在发射机处形成的正交波束的数目小于或等于 发射天线的数目M。另一方面，每用户可以同时接收的空间信道的数 目不大于M或N中的较小者(min(M， N))。这些限制是针对给定频带 的，因此，对于更一般的具有F个频带(资源块)的多频带(OFDM) 的情况，这些限制分别变成FM和min(FM, FN)。
目前为止，如这里所讨论的，示例实施例假定在执行波束成形操 作时，基站具有对用户MIMO信道的理想或接近理想的知识。这可以 是在时分双工(TDD)系统中的情况，在时分双工(TDD)系统中， 在上行链路和下行链路上使用相同的频带。在这种情况下，在上行链 路上由基站获得的、可能相对高度可靠的MIMO信道估计可以用于下 行链路上的MET波束成形。
在频分双工(FDD)系统中，可以在上行链路信道上将信道信息 显式地从用户反馈至基站。因此，考虑用于减小反馈量的技术是有益 的。根据Boccardi等人的"A near-optimum technique using linear precoding for the MIMO broadcast channel," in IEEE ICASSP Proceedings, 2007，当M与为竞争服务的用户数目K相比相对较小时， 在向M个接收机中的每个接收机发送单个流时可以使和速率最大化。 此外，对于每个用户，用于发送数据流的空间信道可以与主特征模相 关联。即例如对于每个用户，可以选择与MIMO信道的奇异值分解的最大特征值相对应的空间信道，以在每个TTI进行传输。尽管具有多 根天线的用户可以对多个特征模进行解调，然而可以通过将用户限制
为接收单个特征模来减小为MET波束成形指定信道信息所需的反馈
由于上行链路反馈信道的有限带宽，基站发射机处的下行链路信
道状态信息(CSI)可能不精确或不理想。因此，在所服务的用户可
能接收残留波束间干扰的意义上，迫零波束成形可能不精确。
在不完善的CSI的情况下，或者在用户接收残留波束间干扰的 情况下，可以使用经由用户处多根天线的空间处理来减轻干扰。作为 示例，如在S. Verdu， Multiuser Detection, Cambridge University Press, 1998中描述的，每个用户可以使用最小均方误差(MMSE)检测器， 以抑制和/或消除波束间干扰。
如此描述了本发明，显而易见的是，可以以多种方式来改变本发 明。这样的变型不被视为背离本发明，所有这样的修改都应包括在本 发明的范围之内。
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权利要求
1、一种从发射机向用户(104-1至104-K)集合中的每个用户同时发送数据的方法，所述方法包括在第一传输时间间隔期间，在多个空间信道上，使用公共的时间和频率资源，将相应数据同时发送至所述用户集合中的每个用户。
2、 根据权利要求l所述的方法，其中，所述多个空间信道是通过 对与空间信道相关联的每根发射天线(A-1至A-M)的相位和幅度进行 电子加权而形成的用户专用波束。
3、 根据权利要求l所述的方法，其中，所述用户集合至少包括第 一用户，所述方法还包括基于信道信息和至少一个服务质量度量来产生要发送至所述第 一用户的至少一个波束成形的数据流，所述信道信息和服务质量度量 与所述第一用户相关联，所述至少一个波束成形的数据流中的每一个 包括针对所述第一用户的数据的至少一部分；以及g巾所述同时发送步骤在所述多个空间信道中的至少一个上将所述 至少一个波束成形的数据流发送至所述第一用户。
4、 根据权利要求3所述的方法，其中，所述产生步骤还包括将数据流解复用为要发送至所述第一用户的至少一个数据子流；以及对所述至少一个数据子流进行处理，以产生所述至少一个波束成 形的数据流。
5、 根据权利要求4所述的方法，还包括在多根天线间分发所述至少一个波束成形的数据流，以及 对于多根天线中的每根天线，将所述至少一个波束成形的数据流与在所述多根天线间分发的至少一个其他波束成形的数据流进行组合。
6、 根据权利要求l所述的方法，还包括基于至少一个性能度量，选择所述用户集合以及用于向所述用户集合中的每个用户发送数据的至少一个空间信道，所述用户集合是从请求服务的多个用户中选择的；其中所述同时发送步骤在所述多个空间信道中的至少一个上向每个 用户发送数据。
7、 一种从发射机向用户集合中的每个用户发送数据的方法，所述方法包括基于与第一用户集合中的每个用户相关联的信道信息和至少一个服务质量度量，首先选择第一用户集合和与第一用户集合中的每个 用户相对应的至少一个第一空间信道；以及在第一时间间隔期间，使用公共的时间和频率资源，向第一用户 集合中的每个用户同时发送数据。
8、 根据权利要求7所述的方法，其中，所述首先选择步骤使用贪 婪算法来选择第一用户集合和与每个用户相对应的至少一个第一空间 信道。
9、 一种接收所发送的数据的方法，所述方法包括 在接收机处，接收在多个空间信道上发送的数据流，所述多个空间信道在传输间隔期间共享公共的时间和频率资源，所述数据流的至 少第一部分是经由所述多个空间信道中的第一空间信道而接收的，所 述数据流的至少第二部分是经由所述多个空间信道中的第二空间信道 而接收的。
10、 根据权利要求9所述的方法，其中，所述处理步骤还包括-对所接收的信号进行处理，以产生调制的数据子流的集合； 对多个调制的数据子流进行解调，以产生多个数据子流，所述多个数据子流中的每个数据子流包括所发送的数据的至少一部分；以及 对所述多个数据子流进行复用，以产生所发送的数据的估计。
全文摘要
本发明提供了一种发送数据的方法，在第一传输时间间隔期间，使用公共的时间和频率资源在多个空间上同时发送针对用户集合中的每个用户的数据。在用户处，在多个空间信道上接收所发送的数据流，其中，所述多个空间信道在给定传输间隔期间共享公共的时间和频率资源。
文档编号H04B7/06GK101689902SQ200880012919
公开日2010年3月31日 申请日期2008年4月18日 优先权日2007年4月23日
发明者弗德里科·伯卡迪, 霍华德·C·黄, 马瑟奥·特里瓦拉多 申请人:朗讯科技公司