专利名称：多用户mimo系统中的中继的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在MIMO系统中发送信号的方法，所述MIMO系统包括基站BS 和至少一个中继站RS，所述RS在使用时分双工来实现的半双工中操作。BS和RS向至少一 个移动台MS分布信道。本发明还涉及一种布置成执行所述方法的BS。
背景技术：
利用例如移动通信，无线电系统或无线网络服务的无线系统可在基站(BS)使用 多个天线以在同时和同频率上支持多个移动台(MS)。MS的信号分离在空间域中实现。此 类系统通常称为多用户(MU)多输入多输出(MIMO)系统。在本文档中，假设天线是端口，其对于无线信号的传送和接收是可访问的。这不一 定需要是物理天线。物理天线可能例如支持两个极化，并且因此提供两个可访问端口。在 我们记法中，这两个端口称为两个天线。MU-MIMO以及其它通信系统的关键问题是关于分配到不同MS的资源的公平性。如 果系统要最大化总吞吐量，BS将优选地服务于具有良好信道质量的MS,同时放弃具有差信 道质量的MS。这种远近效应导致通信小区上可用吞吐量的非均勻分布。对该问题的潜在解决方法可能是增加系统中BS的密度。但是增加BS站的数量变 得越来越难，因为可用站是稀有且成本高的。中继站(旧)被看成抵抗小区区域上系统资源 的非均勻分布、同时避免部署附加的BS的一种可能性。RS具有以下优点它们能制造为小 尺寸，并且不要求回程连接。此外，RS可用于扩展通信系统的覆盖。基于中继的通信在例如US 2007/165581A、US 2008/2671 IlAA 和 US 2007/190934AA的早期工作中已讨论。但是这些工作仅论述了经由RS的单个源(在这种 情况中是路)和单个目的地(在这种情况中是赂)之间的通信的问题。在US 7406060BB 中提出了基于MBTO的中继系统，其关注于通信系统的上行链路。考虑从BS经由RS到多个 MS的信号传送的其它相关公开依赖以下假设在BS和MS之间没有直接信号路径，此类文 档是Tetsushi Abe、Hui Shi、 Takahiro Asai 禾口 Hitoshi Yoshino 的"Relay techniques for mimo wireless networks with multiple sourceand destination pairs” (EURASIP J. ffirel. Commun. Netw.，vol. 2006，no. 2，pp. 37—37，2006)。A. Wittneben 的"Coherent multiuser relaying with partial relaycooperation,，，(在 IEEE Wireless Communications and NetworkingConference 中， WCNC,2006, vol. 2，pp.1027-1033)。Lingfan Weng 禾口 R. D. Murch 的“Multi—user ΜΙΜΟ RelaySystem with Selfinterference Cancellation,，，(在 WirelessCommunications and Networking Conference 中，2007.WCNC 2007. IEEE, Kowloon,2007 年 3 月 11-15，pp.958-962)。Taiwen Tang, R. W. Heath, Robert W. Heath 禾口 Sunghyun Cho 的"On Achievable Sum Rates of A Multiuser MIMO Relay Channel, ”(在 Information Theory 中，2006 IEEEInternational Symposium on, Seattle, WA, 2006 年 7 月，pp. 1026-1030)。例如RS的限制尺寸的实际的考虑一般要求RS操作在半双工模式中。该半双工模 式可使用时分双工(TDD)来实现，S卩，RS能在一个时隙中接收并在下个时隙中传送。RS的 半双工操作一般导致中继链路上50%的有效吞吐量损失，因为RS使用两个时隙将其数据 输送到接收器。在第二时隙期间，BS甚至可能被完全阻止传送以避免与中继的干扰，这导 致进一步的吞吐量损失。例如，让我们假设具有差信号质量和/或高MS密度的通信小区中的某个区域。给 定此类区域，常规通信系统中的BS面临以下问题将资源分配到该区域中的MS，而不浪费 功率并惩罚该小区中的其它MS。如果将部署半双工RS以服务于该区域中的MS，则系统资 源(例如时隙/频率)将被中继链路阻塞，并且总系统容量将减少。其它MS再次被惩罚。
发明内容
本发明的目的是解决上述提到的问题，并且促进通信系统中半双工时分双工中继 的使用而不具有典型的双工损失。这通过一种用于在MIMO系统中发送信号的方法来解决。所述系统包括基站BS和 至少一个中继站RS，所述中继站在使用时分双工来实现的半双工中操作。所述BS和所述 RS向至少一个移动台MS分布信道。该方法特征尤其在于以下步骤，其中-所述BS选择在第一时隙Tl期间被服务的至少一个RS，并选择在第二时隙T2期 间被服务的至少一个MS，-所述BS在Tl期间创建到所述RS的信道，-所述BS和所述RS在T2期间创建到所述MS的信道。这还通过一种布置成在MIMO系统中发送信号的基站BS来解决。所述系统包括所 述基站BS和至少一个中继站RS，所述中继站布置成在使用时分双工来实现的半双工中操 作。所述BS和所述RS布置成向至少一个移动台MS分布信道。所述BS特征尤其在于-所述BS布置成选择在第一时隙Tl期间被服务的至少一个RS，并选择在第二时 隙T2期间被服务的至少一个MS,-所述BS还布置成在Tl期间创建到所述RS的信道，-所述BS和所述RS还布置成在T2期间创建到所述MS的信道。本发明允许借助于半双工RS在通信小区区域上分布系统资源。因为RS用作协作 的MU-MIMO系统的部分，所以能避免与标准半双工RS相关联的吞吐量损失。此外，如果考 虑放大和转发RS，它们对于MS将是完全透明的。这又意味着仅BS需要知道RS被使用的事 实，这显著简化了它们在现有通信系统中的部署。
在下文中，将参考附图来详细描述本发明。这些图仅用于说明，并且不以任何方式 限制本发明的范围图1示出中继辅助的MIMO系统。图2示出传送符号向量计算。图3示出根据本发明的方法的方案。
具体实施例方式现在将参考具体实施方式
中描述的并在附图中示出的实施例来详细描述本发明。 具有进一步发展并在以下描述的本发明的实施例要仅视为是示例，并且决不限制专利权利 要求所提供的保护范围。应该认识到根据图1执行以下描述的方法步骤的基站(BQ布置成执行所述步骤。 该BS因此也在以下描述。注意，斜体字母χ代表标量变量，粗体小写字母χ表示标量的向量，粗体大写字母 X表示标量的矩阵，书法体字母X表示对象的集合，并且Ixl表示集合X的基数。本发明涉及一种用于在MIMO系统中发送信号的方法，所述系统包括基站(BS)和 至少一个中继站(RS)，中继站在使用时分双工实现的半双工中操作，其中BS和RS向至少一 个移动台(MQ分布信道。根据说明性实施例，参见图1，所考虑的系统包括至少一个BS 10、数量R的RS 11 和数量K的MS 12，MS是用户实体，例如移动电话。BS使用M个天线，第r个RS使用^is,, 个天线，而第k个MS使用Nms,k个天线，如图1中所示。假设中继站(RS)操作在TDD (时分 双工)模式中，即，在一个时隙(Tl)中接收，并且在下一个时隙(T2)中重新传送信号。在根据本发明的第一方法步骤中，BS 10选择301 (见图3)在第一时隙(Tl)期间 被服务的至少一个RS 11，并选择在第二时隙(T2)期间被服务的至少一个MS 12。BS还可 以选择在Tl期间被服务的至少一个MS，其中BS在Tl期间创建到所述第二 MS的信道。Tl 期间选择的MS可以和T2期间选择的MS相同。根据说明性实施例，BS 10在第一步骤中选择在第一时隙Tl期间被服务的MS 12 的集合11的集合民…类似地，选择移动台(MQ的集合Ksel2,其在第二时隙T2 期间被服务。这三个集合的基数分别是Ksell、Rsel和Ksel2。根据该方法，信道是使用多用户ΜΙΜΟ技术来创建的无干扰的信道，S卩，信道是空 间分离的。这意味着BS 10联合选择每个RS 11和每个MS 12，使得BS能创建到每个选择 的MS的无干扰的信道。创建信道意味着使用MU-MIMO技术来创建无干扰的信道。为了达到好的性能，选择MS和RS以便BS能高效地创建到不同MS的无干扰的信 道。正确选择要服务的RS和MS对于好的性能是关键的。在本文档中，我们假设存在某种 算法，其能选择优化某个成本函数(cost-function)的MS和RS。根据本发明，到选定MS 12和RS 11的传送现在划分成两个时隙。在Tl中，BS 10 创建302(见图3)到所述(选定)RS 11的信道。在说明性实施例中，BS在第一时隙Tl期 间创建分别到Ksell和Rsel中所有MS和RS的无干扰的信道。这通过图1中的点线示出。这 暗示BS在此第一时隙Tl期间将RS视为附加的MS。根据本发明，BS 10和所述(选定)RS 11在第二时隙T2中创建303 (见图3)到所 述MS 12的信道。所述RS (或多个RS)在第二时隙T2中被视为分布的传送天线阵列的部 分，该天线阵列由BS的加上RS的天线阵列组成。该分布的天线阵列服务于Ksel2中的MS， 如图1中通过虚线示出的。到Ksel2中MS的无干扰的信道再次使用MU-MIMO技术来创建。因此，本发明的基本概念是BS 10在第一时隙(Tl)期间将RS 11视为附加的MS 12，并使用MU-MIMO技术来创建到这些RS的无干扰的信道。在第二时隙(T2)中，从第一时隙选择的RS以及BS被视为是一个大的分布的天线阵列。在以下的示例中，将展示在使用它们作为MU-MIMO系统的部分时，能如何避免与 RS 11 TDD模式相关联的吞吐量损失。正如将展示的，由于在第一时隙中服务RS所引起的 吞吐量中的损失通过在第二时隙期间包括BS 10和RS的分布天线阵列支持更高数量的MS 的事实来补偿。支持的MS 12的数量在T2期间高于在Tl期间。支持的MS数量假设BS 10使用线性处理并采用M个传送天线。为了标记简单，我们假设每个RS 11以及每个MS 12使用N个天线。所有RS 11在TDD模式中操作。通过其M个传送天线， BS 10能用无干扰的信道来服务最多总共M个接收天线。如果BS决定调度Rsel = |Rsel|个 RS作为下行链路的部分，则能在第一时隙Tl期间调度的MS的最大数量给出为
权利要求
1.一种用于在MIMO系统中发送信号的方法，所述系统包括基站BS(IO)和至少一个中 继站RS(Il)，所述中继站在使用时分双工来实现的半双工中操作，其中所述BS(IO)和所述 RS(Il)向至少一个移动台MS(12)分布信道，特征在于以下步骤，其中-所述BS(IO)选择(301)在第一时隙Tl期间被服务的至少一个RS(Il)，并选择在第 二时隙T2期间被服务的至少一个MS (12)，-所述BS(IO)在Tl期间创建(302)到所述RS(Il)的信道，-所述BS(IO)和所述RS(Il)在T2期间创建(303)到所述MS(12)的信道。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述BS(IO)还选择在Tl期间被服务的至少一个 MS (12)，其中所述BS (10)在Tl期间创建到所述MS (12)的信道。
3.如权利要求2所述的方法，其中在Tl期间选择的MS(12)与在T2期间选择的MS (12) 相同。
4.如前面权利要求的任一项所述的方法，其中所述RS(Il)是在转发接收信号时使用 线性处理的放大和转发中继站。
5.如前面权利要求的任一项所述的方法，其中所述信道是使用多用户MIMO技术创建 的无干扰的信道。
6.如前面权利要求的任一项所述的方法，其中所述BS(10)使用线性预编码来创建无 干扰的信道。
7.如前面权利要求的任一项所述的方法，其中所述BS(IO)和所述RS(Il)在T2期间被 视为是包括用于所述BS(10)和所述RS(Il)的天线阵列的一个分布的天线阵列。
8.如前面权利要求的任一项所述的方法，其中支持的MS(12)的数量在T2期间比在Tl 期间高。
9.如权利要求8所述的方法，其中在Tl期间创建到所述RS(Il)的信道的数量在T2期 间变得可用于所述MS (12)。
10.如权利要求8-9的任一项所述的方法，其中能在Tl和T2上被服务的MS(12)的总 数量独立于RS(Il)的数量。
11.如前面权利要求的任一项所述的方法，其中所述BS(10)联合选择每个RS(Il)和每 个MS (12)，以便所述BS (10)能创建到每个选择的MS (12)的无干扰的信道。
12.如前面权利要求的任一项所述的方法，其中所有创建的信道在TI和T2上恒定。
13.一种布置成在MIMO系统中发送信号的基站BS(IO)，所述系统包括所述基站BS(IO) 和至少一个中继站RS(Il)，所述中继站布置成在使用时分双工来实现的半双工中操作，其 中所述BS(IO)和所述RS(Il)布置成向至少一个移动台MS(U)分布信道，特征在于-所述BS(IO)布置成选择(301)在第一时隙Tl期间被服务的至少一个RS(Il)，并选 择在第二时隙T2期间被服务的至少一个MS (12)，-所述BS(IO)还布置成在Tl期间创建(302)到所述RS(Il)的信道，-所述BS(IO)和所述RS(Il)还布置成在T2期间创建(303)到所述MS(12)的信道。
14.如权利要求13所述的基站BS(10)，其中所述BS (10)还布置成还选择在Tl期间被 服务的至少一个MS (12)，其中所述BS (10)布置成在Tl期间创建到所述MS (12)的信道。
15.如权利要求13-14的任一所述的基站BS(10)，其中，所述BS(IO)还布置成使用线 性预编码来创建无干扰的信道。
16.如权利要求13-15的任一项所述的基站BS(IO)，其中所述BS(IO)和所述RS(Il) 在T2期间布置成被视为包括用于所述BS(IO)和所述RS(Il)的天线阵列的一个分布的天 线阵列。
17.如权利要求13-16的任一所述的基站BS(10)，其中所述BS (10)布置成联合选择每 个RS(Il)和每个MS(12)，以便所述BS(10)能创建到每个选择的MS的无干扰的信道。
18.如前面权利要求的任一项所述的基站BS(IO)，其中所述RS(Il)是在转发接收信号 时使用线性处理的放大和转发中继站。
全文摘要
本发明涉及一种用于在MIMO系统中发送信号的方法，所述系统包括基站BS 10和至少一个中继站RS 11，所述中继站在使用时分双工来实现的半双工中操作。所述BS 10和RS 11向至少一个移动台MS 12分布信道。所述方法特征尤其在于以下步骤，其中-BS 10选择301在第一时隙T1期间被服务的至少一个RS 11，并选择在第二时隙T2期间被服务的至少一个MS 12，-BS 10在T1期间创建302到所述RS 11的信道，-BS 10和所述RS 11在T2期间创建303到所述MS 12的信道。
文档编号H04W88/04GK102138352SQ200980114665
公开日2011年7月27日 申请日期2009年2月24日 优先权日2008年2月25日
发明者A·沃尔夫冈, M·科尔德雷 申请人:爱立信电话股份有限公司