专利名称：上行多输入多输出信道的功率控制方法
技术领域：
本发明涉及蜂窝移动通信系统，更具体地，涉及在采用多输入多输出(MIMO)技术 的蜂窝通信系统中控制用户设备的上行发射功率的方法。
背景技术：
随着信息技术的发展，移动终端对接入速率的需求越来越高，这使得未来移动通 信系统要具有更高的传输速率。传输速率的提高可以通过提高系统传输带宽或者频谱 利用率实现。在现有使用固定带宽的WCDMA、TD-SCMDA、LTE等通信系统的上行传输方式 中，频谱效率的提高多是通过功率控制，使用高阶调制等方式实现。在LTE-Advanced等 IMT-Advanced技术研究与标准的讨论中，引入了上行多输入多输出(MIMO)技术，即在上行 链路采用空分复用的技术来进一步提高上行链路的频谱效率，从而进一步提高上行传输速 率。由于上行链路具有明显不同于下行链路的特点，即上行链路需要进行功率控制， 以保证基站对于用户设备的接收质量维持在一定的水平上。上行MIMO技术的引入使得上 行功率控制机制更加复杂化，使得上行功率控制需要考虑更多的因素，如信道状态、预编码 等都会影响上行信号的接收功率。本发明基于对影响上行功率控制的多种因素的综合考 虑，提出了一种针对上行多输入多输出信道的综合功率控制方案。
发明内容
本发明针对采用MIMO传输方式的上行链路提出了解决上行功率控制的方法。在 上行链路中，为了延长电池寿命，减少对于邻小区基站的干扰，用户设备的上行发射功率需 要控制在一个合理的功率水平。上行MIMO技术的引入使得上行功率控制机制更加复杂化， 使得上行功率控制需要考虑更多的因素，如信道状态、预编码等都会影响用户设备的上行 发射功率以及基站侧的信号接收功率。上行多天线发射的使用使得基站获得一定的阵列增 益，使得用户设备侧可以相应降低上行发射功率。考虑到上述诸多影响因素，本发明提出了一种针对上行多输入多输出信道的综合 功率控制方案。根据本发明，上行发射功率取决于传输块的大小信息(或者调制编码方式 MCS)、路损、预编码向量类型、带宽以及基站期望接收功率(或者信噪比)。在空分复用的情况下，每个用户设备可以传输多个传输块(Transmission Block)，每个传输块可以分解为一个或者多个层(layer)，不同层的发射功率差异取决于各 自传输块的发射功率；同一传输块的各层共享同一阵列增益、同一 MCS参数和同一功率调 整参数。上行传输的各传输块可以共享同一 MCS参数、同一阵列增益参数或者同一功率调 整参数，或者各传输块具有各自的MCS参数、阵列增益参数以及功率调整参数。阵列增益是 基站通过控制信令所配置的动态参数，在时变信道情况下，预编码向量和瞬时的信道状态 对应特定的阵列增益，因此，用户设备通过下行控制信道获取最新的阵列增益，此时，功率 调整参数为功率的绝对调整数量或者处于失效状态(用户设备忽略该参数)；阵列增益由基站通过对上行参考信号的测量计算后获得并通知给用户设备，阵列增益的更新周期是上 行参考信号传输周期的整数倍；如果上行传输方式中采用了层移位的映射方式，则多个传 输块共享一个功率调整参数，若上行传输方式中不采用层移位的映射方式，则每个传输块 具有各自的功率调整参数。在空分复用的情况下，基站通过信令的方式为每个传输块配置 一个阵列增益，若上行传输方式中采用传输块移位或者层移位的情况下，各传输块阵列增 益参数跟随传输块移位或层移位而动态更新，传输块的移位或者层的移位与信道状态共同 决定阵列增益的更新；若上行传输方式不采用传输块移位或者层移位的方式，则各传输块 具有各自的阵列增益参数，且阵列增益的更新仅取决于信道状态信息；基站可通过控制信 令配置或者默认阵列增益为0，即忽略阵列增益对于上行发射功率的影响。在时分双工TDD系统中，用户设备也可以利用上下行信道的互惠性得到上行信道 的估计，由此单独完成阵列增益的计算，此时，用户设备需将阵列增益值上报给基站。在上行传输采用空间复用且使用CMP (Cubic Metric Preserving)预编码向量的 情况下，天线的实际发射功率取决于在此天线上进行发射的层的发射功率的大小，传输块 的阵列增益值与该传输块的发射天线组、基站接收天线二者所构成的信道和预编码向量相 关；各层的最大发射功率为天线的最大发射功率。在上行传输采用空间复用且使用CMF(Cubic Metric Friendly)预编码向量的情 况下，若每个层的发射功率相同，则天线的发射功率取决于该天线实际发射的层的数目和 层的发射功率；若各传输块的MCS参数、阵列增益参数以及功率调整参数中的至少一个参 数不同，则不同传输块的层的发射功率也不相同，天线的发射功率取决于该天线实际发射 的各层的发射功率的和；不同传输块的多个层在同一个天线上发射，各层的最大发射功率 的和不大于此天线的最大发射功率；基站半静态或者动态配置各层的最大发射功率。
通过下面结合
本发明的优选实施例，将使本发明的上述及其它目的、特 征和优点更加清楚，其中图1是上行链路MIMO空分复用发射机示意图；图2是层移位与传输块移位的示意图；图3是使用CMP预编码向量时的层功率分配示意图；图4是使用CMF预编码向量时的层功率分配示意图；以及图5示出了基站与用户设备之间的信息交互时序图。
具体实施例方式为了清楚详细的阐述本发明的实现步骤，下面给出了一些本发明的具体实施例， 适用于支持上行使用MIMO技术的移动通信系统，尤其是LTE-Advanced蜂窝移动通信系统。 需要说明的是，本发明不限于这些应用，而是可适用于更多其它相关的通信系统。下面参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明，在描述过程中省略了对于本 发明来说是不必要的细节和功能，以防止对本发明的理解造成混淆。本发明以现有的LTE系统的功率控制机制为例，说明在上行链路引入MIMO传输方 式之后所需要的功率控制行为方式。在LTE系统中，需要功率控制的信道有上行共享信道
5(PUSCH)、随机接入信道(PRACH)、上行控制信道(PUCCH)以及上行侦听参考信号(Sounding Reference Signal, SRS)0其中，PUSCH信道用来传输用户设备的业务和高层信令等数据。Ppusch ⑴=min {Pmx, IOlg (Mpusch⑴)+P。PUSCH (j) + α (j) PL+ATF(i)+f(i)}------(1)LTE的功率控制机制是以控制功率谱密度为控制目标的，上述公式(1)中的功率 控制参数可以参考3GPP 36. 213(8. 7. 0)协议，具体解释如下Ppusch表示用户设备PUSCH信道的发射功率；Pmax表示天线最大发射功率；Mpusch表示用户设备分配的带宽；Po pusch表示与用户设备期望接收功率相关的参数；α表示路损补偿比例；PL表示路损消耗；Δ TF表示与传输块大小(或者调制编码方式MCS)相关的参数；f⑴表示功率调整参数；i表示时间参数；j表示上行业务的类型参数。与LTE相比，LTE-Advanced系统在上行链路有了显著的不同，如上行链路使用多 个子频谱，允许使用空间复用等MIMO技术等。在LTE-Advanced系统中采用了频谱聚合(Carrier Aggregation)技术，不同频谱 具有不同的传播特性。因此，在上行链路配置有多个子频谱的情况下，不同频谱传播特性的 差异使得每个子频谱需要不同的功率控制参数。如公式(1)中的Mpisan Ptuwan PL、Atf和 f(i)等参数，在不同的子频谱上，这些参数由基站所配置，其取值也不尽相同。但对某一特 定的子频谱而言，其功率控制不受其他的子频谱的影响。本发明针对LTE-advanced系统中 某一特定的子频谱的功率控制。图1是上行链路MIMO空分复用发射机示意图。如图1所示，传输块-1和传输块_2 通过传输块到层的映射分别映射到各个层(层-1 层-T)上；层-1 层-T经预编码/天 线映射后，通过相应的发射天线发射。由于上行MIMO传输方式的使用，预编码使得基站侧接收的上行信号的接收质量 受到预编码的影响。在上行空分复用的传输方式下，上行传输信号的CM(Cubic Metric) 值取决于预编码向量的设计；此外，上行空分复用的多个传输块所采用的不同的调制方式 同样对上行功率控制有重要影响。在上行空分复用的传输方式下，每个传输块被分解为多 个层，所有层分别使用不同的预编码向量，空分复用相同的时频资源，传输块到层的映射方 式对上行发射功率的分配产生重要影响。综合上述的分析，影响上行功率控制的主要因素 为1.预编码所产生的阵列增益设在用户设备单天线上行发射的功率为P，基站由此获取的信噪比为SNR_1，手机 上行多天线发射，每个天线的发射功率也为P，基站由此获取的接收信噪比为SNR_2。由 于多个发射天线的使用，使得基站侧的接受信噪比获取了相对于单天线发射的阵列增益(Array Gain)，即SNR_2/SNR_1。为了达到与单天线发射相同的接收信噪比，在终端采用多 天线的情况下，每个天线的发射功率可以降低一定的发射功率。2.传输块到层的映射传输块可分解为多个层，在上行空分复用的传输方式下，不同层复用相同的时频 资源，采用不同预编码或者天线进行发射。采用移位的方式实现传输块到层的映射时，同一 传输块有规律地在不同层上进行传输，传输块也可以有规律的轮换位置。图2是示出了上 述层移位与传输块移位的示意图。传输块或者层移位使得同一传输块或者层在不同时刻具 有不同的阵列增益。具体地，如图2上半部所示，传输块1和传输块2经过串/并(S/P)转换，移位后 映射为层。由于随时间移位，同一传输块在不同时刻对应的层随时间而变化；如图2下半部所示，传输块1和传输块2经过传输块移位，串/并(S/P)转换后映 射为层。由于随时间移位，同一传输块在不同时刻对应的层随时间而变化；3.预编码向量的设计经过预编码之后，每个功率放大器实际传输的功率是多个层所分配的功率在每个 功率放大器上的叠加。因此，功率分配或者说功率控制实际上就是在满足每个功率放大器 约束的前提下，控制分配给每个传输块或者层的功率。每个层在经过预编码后对应一组天 线，这些天线构成了这一层的传输天线集合。在空分复用的情况下，若每个层的传输天线集 合相互正交(即天线集合间彼此无交集)，则此类预编码所对应的预编码向量为CMP (Cubic Metric Preserving)预编码向量；若部分传输天线集合之间存在交集，则此类预编码所对 应的预编码向量为CMF(Cubic Metric Friendly)预编码向量。图3是使用CMP预编码向量时的层功率分配示意图。如图3所示，CMP类型的预编码向量使得层1的天线集合为{1，2}，而层2的天线 集合为{3，4}，两个天线集合相互正交，每个发射天线仅承载一个层。图4是使用CMF预编码向量时的层功率分配示意图。如图4所示，CMF类型的预编码使得不同层的天线集合存在交集，即层1的天线集 合为{2，3}，层2的天线集合为{1，4}，层3的天线集合为{1，2，3，4}。所有天线均承载了多 个层，使得每个天线发射信号的CM (Cubic Metric)(或者峰均比PAR)有所提高。极端情况 下，每个天线都可以承载所有的层。4.传输块的调制方式在空分复用的传输方式下，参与空分复用的不同传输块可以使用相同的调制方式 或者不同的调制方式。5.信道状态，如秩(Rank)等在空分复用的传输方式下，属于同一传输块的不同层分配有相同的发射功率。若 存在同一传输块的多个层在同一天线上进行传输，则此天线的发射功率与层的数目有关， 而层的数目取决于信道的秩和预编码向量的类型。因此，信道状态信息(如秩等)也是影 响上行发射功率的重要因素。下面分别就上述各种因素的不同组合，详细说明LTE-A系统的上行功率控制机 制。层的发射功率
权利要求
1.一种上行多输入多输出信道的功率控制方法，包括 针对每一传输块，基站获取以下一组参数与所述传输块相关的功率分配系数、功率调整参数、预编码向 量、带宽、期望接收功率或期望信噪比、与传输块的大小或调制编码方式有关的参数，并将 上述参数组通知给用户设备；以及用户设备获取一下一组参数路径损耗、发射所述传输块的所有天线的功率放大器最 大发射功率中的最小值，并根据基站所发送过来的参数组、用户设备所获取的参数组和阵 列增益，确定所述传输块所映射的各个层的发射功率； 针对所有传输块，用户设备根据被映射到各根发射天线的各个层的发射功率，确定各根发射天线的发射 功率；以及用户设备以所确定的各根发射天线的发射功率，在上行传输信道上执行数据传输。
2.根据权利要求1所述的上行多输入多输出信道的功率控制方法，其特征在于 在上行传输方式采用空分复用的情况下，每个用户设备传输多个传输块，每个传输块被分解一个或者多个层，每个层的发射功 率取决于各自传输块的发射功率；以及同一传输块的各层共享同一阵列增益、同一调制编码方式和同一功率调整参数。
3.根据权利要求1所述的上行多输入多输出信道的功率控制方法，其特征在于 阵列增益是由基站通过对上行参考信号的测量计算后获得并通知给用户设备的；或者 由基站根据信道状态信息和预编码向量计算获得并通知给用户设备的；或者 基站通过控制信令所配置的动态参数，用户设备通过下行控制信道获取最新的阵列增 益，在此情况下，功率调整参数为一绝对量，或者被用户设备忽略，以及 阵列增益的更新周期是上行参考信号传输周期的整数倍；
4.根据权利要求1所述的上行多输入多输出信道的功率控制方法，其特征在于 阵列增益由基站通过控制信令配置或者默认为0。
5.根据权利要求1所述的上行多输入多输出信道的功率控制方法，其特征在于 在空分复用的情况下，基站通过控制信令为每个传输块配置一个阵列增益，如果上行传输方式采用传输块移位映射或层移位映射，则各传输块阵列增益参数跟随 传输块移位映射或层移位映射而动态更新，传输块移位映射或层移位映射与信道状态共同 决定阵列增益的更新；如果上行传输方式不采用传输块移位映射或层移位映射，则各传输块具有各自的阵列 增益参数，且阵列增益的更新仅取决于信道状态信息。
6.根据权利要求1所述的上行多输入多输出信道的功率控制方法，其特征在于 在时分双工的情况下，用户设备利用上下行信道的互惠性，得到上行信道的估计，由此单独完成阵列增益的计算，以及用户设备将阵列增益值上报给基站。
7.根据权利要求1所述的上行多输入多输出信道的功率控制方法，其特征在于 层的最大发射功率取决于天线的最大发射功率、预编码向量的类型、参与空分复用的传输块的功率分配比例；在使用Cubic Metric Preserving预编码向量的情况下，层的最大发射功率为所述层 所映射的天线的最大发射功率；在使用Cubic Metric Friendly预编码向量的情况下，多个层在同一根天线上发射，各 层的最大发射功率的和不大于所述天线的最大发射功率，其中各层的最大发射功率是由基 站半静态或者动态配置的。
8.根据权利要求1所述的上行多输入多输出信道的功率控制方法，其特征在于如果上行传输方式采用层移位映射，则多个传输块共享一个功率调整参数，如果上行传输方式不采用层移位映射，则每个传输块具有各自的功率调整参数。
9.根据权利要求1所述的上行多输入多输出信道的功率控制方法，其特征在于在上行传输方式采用空间复用且使用Cubic Metric Preserving预编码向量的情况 下，天线的实际发射功率取决于在此天线上进行发射的层的发射功率的大小，传输块的阵 列增益值与该传输块的发射天线组、基站接收天线二者所构成的信道和预编码向量相关。
10.根据权利要求1所述的上行多输入多输出信道的功率控制方法，其特征在于在上行传输方式采用空间复用且使用Cubic Metric Friendly预编码向量的情况下， 如果每个层的发射功率相同，则天线的发射功率取决于该天线实际发射的层的数目和层的 发射功率；如果各传输块的调制编码方式、阵列增益和功率调整参数中的至少一个参数不 同，则不同传输块的层的发射功率也不相同，天线的发射功率取决于该天线实际发射的各 层发射功率的和。
全文摘要
本发明针对采用MIMO传输方式的上行链路提出了解决上行功率控制的方法。上行发射功率取决于传输块的大小(或者调制编码方式MCS)、路损、预编码向量类型、带宽以及基站期望接收功率(或者信噪比)等。上行多天线发射的使用使得基站获得一定的阵列增益，使得用户设备侧可以相应降低上行发射功率；上行传输的各传输块可以共享同一MCS参数、同一阵列增益参数或者同一功率调整参数，或者各传输块具有各自的MCS参数、阵列增益参数以及功率调整参数；在上行采用空间复用且使用CMP预编码向量的情况下，天线的实际发射功率取决于在此天线所发射的层的发射功率的大小；在上行采用空间复用且使用CMF预编码向量的情况下，天线的发射功率取决于该天线实际发射的各层发射功率的和，基站半静态或者动态配置各层的最大发射功率。
文档编号H04B7/005GK101998596SQ20091016644
公开日2011年3月30日 申请日期2009年8月17日 优先权日2009年8月17日
发明者丁铭, 刘仁茂, 张应余, 梁永明, 黄磊 申请人:夏普株式会社