专利名称：无线通信方法和系统、相应网络以及计算机程序产品的制作方法
技术领域：
本公开涉及无线(例如，无线电)通信。本公开是通过关注其在米用所谓的多用户多输入-多输出(MU-MIMO)技术的传输系统中的可能用途来设计的。
背景技术：
MU-MIMO技术是ー种多用户传输技术，可以在像OFDM的多载波无线电通信系统中采用，其中通信信道的带宽被分成被称为副载波的多个子频帯。在像3GPP LTE-A (第三代合作伙伴计划长期演进高级)的蜂窝系统中，副载波布置在所述副载波的集合的多个子集(被称为物理资源块-PRB，或者简单地说就是RB)中。在MU-MMO系统中，给定频率资源在 给定时刻被多次重用，以便发送属于不同用户的多个信息流。由于通过空间上分离的天线发送和接收的信号所看到的不同空间传播路径，多个流被分离。在下行链路(DL)发送方向上-即，从基站朝向用户设备-MU-MMO系统进行操作，使得属于基站(或者节点B)的多个发送天线被用于在相同频率资源上向多个用户进行发送。附属表示的图I是MU-MMO DL连接的各种可能拓扑结构的示意性表示。在所有的表示当中，BS表示基站(节点B)，而用户设备(UE)被表示为UE1、UE2、UE3、...。具体而言，图I的部分a)示出了共同定位的BS发射机和每个用户的单个流。部分b)示出了共同定位的BS发射机和每个用户的单个或多个流。部分c)示出了分布式协同BS发射机和每个用户的单个流。在以上的所有配置中，每个用户接收打算用于所有用户的信号的混合，这样会经历干扰。通过在发射机运行的预编码，干扰可以大大受到限制。与单用户MMO(SU-MMO)系统相反，在MU-MMO系统中，DL接收天线不是全都属于同一个终端。这个事实使实现接收的方式有所不同在SU-MMO中，所有的空间流都适于被联合(或者顺序地)解码，从而提高传输性能。为此，在基站运行MU-MMO预编码在MU-MMO系统中可能是重要的。MU-MMO预编码通常具有减轻针对不同用户的流之间的干扰的目的。
MU-MIMO预编码可以根据若干特性来分类，诸如-在发射机执行的操作的类型，例如，线性的或者非线性的。例如IEEE2008上由Veljko Stankovic和Martin Haardt所发表的“Generalized Design of Multi-User MIMOPrecoding Matrices” 以及 IEEE 2003 上由 Giuseppe C aire 和 Shlomo Shamai 所发表的“On theAchievable Throughput of a Multiantenna Gaussian BroadcastChannel，，的文章分别提供了关于线性和非线性预编码的基本參考信息；-可在发射机获得的信道状态信息(CSI)的类型，例如，短期的或者长期的。短期预编码考虑快速衰减，而长期预编码只考虑信道的较慢变化；-发送天线的空间相关性预编码可以作为波束形成技术或者作为经典MMO传输来实现。波束形成可以利用半波长、强关联的发送天线阵列来执行，而且更常作为长期技术来实现。像经典MMO传输那样运行的预编码通常发生在间隔远的、很大程度上不关联的发送天线，而且基于短期信道状态信息。由于本公开的焦点不在于所采用的预编码的类型及其特性，为此，在这里记住MU-MIMO系统可以包括具有Mt个发送天线并且为K个用户提供服务的基站就足够了。为了简化，可以假设每个用户都配备了恒定数目的Mk个接收天线，其中Mk ^ Mt/2。可以类似地假设基站把频率资源分成W个块(资源块，RB)，例如，W〈K，而且，每个实际被调度的得到服务的用户都使用正好ー个RB。最优预编码将需要为每个RB考虑所有可能的用户分组、实际上为每个可能的分组计算预编码、而且最后选择最大化要为调度选择的给定目标功能的组。换句话说，对于每
(K)
个RB，必须计算总共n种可能的预编码方案。 U MTjMR リ由于假定信道状态信息对于每个RB都是不同的，因此，取决于信道状态
(K \
的任何类型的预编码(通常就是这样)都将导致要计算总共'lM y种预编码方案。这会很容易地导致不切实际的数字(例如，Mt=4、K=60、Mk=2、屯=50给出总共
^ 1Q \
￥「厂I =88,500)，尤其是当复杂和i十算:繁重的预编码需要被实时十算:的时 候。JmtIMRIJ关于发送侧的信道知识，可以首先考虑频分双エ(FDD)系统，其中DL信道估计是经由密度为每个RB I个导频的导频信号来执行的。发射机处的信道知识可以假设为意味着那些导频需要在上行链路(UL)方向上被发送。然后，对于每个时间间隔，将需要发送总共Mk Mt 屯 K I个复数。对于以上所考虑例子的相同数字，而且对于I = 2 Ums的时间间隔、以及量化单个复数所需的16位，在UL信令中将总共需要768Mbit/s，这有可能比其自己的总UL能力都多得多。在时分双エ(TDD)系统中，假如存在RF部件的正确补偿或调谐，那么DL和UL相互性可帮助获取关于信道的信息。但是，被所有用户看到的信道的知识需要所有用户在整个带宽上在UL中并且利用其全部发送天线进行发送。这在实践当中可能是难以实现的，尤其是对于大量的用户。这些问题在某种程度上已经在专利文献中得到了解决。例如，US-A-2008/0117815公开了ー种减少反馈量和调度复杂性的方法，而W0-A-2009/38509公开了ー种采用基于用户速度修改为每个用户在SU-MMO模式和MU-MMO模式之间选择的调制的布置，其中用户速度是ー个有用的參数。一个稍微相似的公开在TO-A-2007/109630中提供。通过仅基于它们的信道的量值来选择用户终端，文档US-A-2008/0242309解决了減少UL信道中的信令的问题。
发明内容
因此，本发明人已经注意到，基于基站和用户设备之间的连接信道的估计的MU-MIMO系统的传统预编码方案(尤其是短期类型)存在两种类型的挑战它们需要发射机处的对于每个用户的完全信道知识，而且暗示着计算繁重的调度阶段。
本发明人还相似地注意到，各种原因妨碍这些问题被以上所考虑的现有技术的专利文档解決。第一个原因可能是过多的等待时间，例如，因为用户是利用发送若干次所谓的部分信息反馈的非常复杂的过程被顺序选择的。过多的等待时间会限制最小可接受信道相干时间。一个相关的问题可能在于以下事实因为部分信息反馈在上行链路(UL)方向上被发送若干次，所以反馈信息的总量集合起来可能会过大。另ー个原因可能在于把上行链路方向上的反馈量限制到合理量的困难如果，例如，大量用户呈现出低移动性，那么将存在许多MU-MMO的候选者，而且因此UL中的信令负载和用于在基站进行调度的计算复杂性都将过大。 还有另ー个原因是对调度复杂性的影响，例如，因为(不考虑可能采用的反馈的类型)所有信道的UL信令量级都变得非常重，这使得MU-MMO预编码器的合理实现非常关键。因此，本发明的目标是提供一种免于以上突出的缺陷的解决方案。根据本发明，该目标是通过具有在随后权利要求中所阐述的特征的方法来实现的。本发明还涉及相应的系统、相关的网络及相关的计算机程序产品，所述计算机程序产品可以加载到至少一台计算机的内存中并且包括当所述产品在计算机上运行时用于执行本发明的方法的步骤的软件代码部分。如在此所使用的，对这种计算机程序产品的引用是要等效于对包含指令的计算机可读介质的引用，所述指令用于控制计算机系统，来协调本发明的方法的性能。对“至少一台计算机”的引用很显然是要突出本发明以分布式/模块化方式实现的可能性。权利要求是在此所提供的本发明的公开的组成部分。各种实施方式涉及预编码在MU-MMO无线通信系统中利用多个副载波的集合从基站发送到多个用户终端的信号，所述副载波布置在所述副载波的集合的多个子集(例如，RB)中，其中，所述预编码涉及获取关于基站和所述多个用户终端之间的连接信道的信道状态イM息(例如，CS I)。因此，通过把所述多个副载波的集合中已经检测到信道质量指示符的相应子集与每个信道质量指示符相关联，各种实施方式提供用于利用所述多个用户终端来检测所述多个副载波的集合的相应子集的信道质量指示符(例如，CQI或者明确的SINR估计)；由此，创建具有相关联的信道质量指示符的用户/子集对，而且，这些用户/子集对经受根据与其相关联的信道质量指示符的选择，因此通过(专门)为由所述根据信道质量指示符的选择(以及多阶段选择过程中的根据诸如速度、最大位速率、到达方向或者角展度的其它參数的可能的其它选择步骤)产生的用户/子集对获取信道状态信息来执行预编码。通过利用以别的方式已经可以获得的量作为UL反馈来选择MU-MMO的候选用户，各种实施方式克服了现有技术解决方案中固有的缺陷(例如，在发射机处需要每个用户的完全信道知识和/或计算繁重的调度阶段)。各种实施方式涉及MU-MMO预编码的实现，这种预编码不具体涉及所采用的预编码的类型。各种实施方式既可以应用于线性MU-MIMO预编码方案，又可以应用于非线性MU-MIMO预编码方案，同时，某些实施方式特别适合于短期预编码。在各种实施方式中，用户选择是特定于RB的。在各种实施方式中，选择是多阶段的，以便尽可能多地限制UL反馈的量。
在各种实施方式中，用户选择基于所报告的信道质量指示符，诸如像被称为CQI(信道质量指示符)的指示符。在各种实施方式中，例如，在宽带CQI报告的情况下，只有当CQI超过给定阈值吋，用户才被认为是关于所有可用RB的MU-MMO的候选者。在各种实施方式中，在特定于RB的CQI报告的情况下，选择是在每个RB的基础上操作的如果CQI仅为最好的RB被用信号通知(“最佳-M”模式)，那么，对于那些没有用信号通知的CQI的RB，终端不被考虑为MU-MMO的候选者，而对于那些具有CQI的RB，则可以应用阈值。在各种实施方式中，信道质量的指示符可以由明确的SINR估计来表示，该SINR估计是在UL中代替CQI被用信号通知的，并且以类似于CQI的方式被处理。在各种实施方式中，请求最大可用每用户位速率的那些用户(例如，在具有小负载 的网络中需要高位速率服务，或者有特权的“高级”用户)要被从MU-MMO中排除(尤其是当利用共同定位的天线运行吋)。在各种实施方式中，用户选择可涉及估计的用户运动速度例如，对于具有超过预定速度阈值的估计速度的用户，可以排除MU-MMO。在各种实施方式中，可以在基站处根据UL信号来估计速度；还可以在移动终端处根据DL信号或者独立的定位系统来估计速度。在后一种情况下，所估计的速度被报告给基站。在各种实施方式中，通过使用指示速度是低于还是高于阈值的单个位，反馈量可被減少。在各种实施方式中，其中估计的到达方向和角展度在基站是可以获得的，用户的选择可以操作成使得对于每个RB，候选者将不具有相似的到达方向和角展度。在各种实施方式中，如果候选者沿给定方向集中，则只有给定角展度内的少量用户被考虑作为MU-MIMO的候选者(根据随机原则，给定角展度内运行的有些用户可被排除)。在各种实施方式中，基站将随后在DL中用信号通知请求候选用户終端在UL上发送它们的完整信道状态信息(CSI)的请求；该请求一般仅限于每个用户终端少量RB。在其中选择基于最佳-M CQI信令的各种实施方式中，可能暗示，如果基站请求完整的CSI，那么它相对于全部的或者最佳的M’个资源，其中M，〈M，这节省了 DL信令资源。在各种实施方式中，在候选用户已经在上行链路上用信号通知了它们的完整CSI之后，提供仅候选用户将被考虑用于MU-MMO调度的调度阶段；对于被调度的用户，随后基于所述完整的CSI信息来计算MU-MMO预编码信号。各种实施方式适用于利用MU-MMO传输的无线系统，而且尤其是特征为在发送侧进行预编码的那些类型的MU-MIM0，所述预编码需要详细的信道状态知识。
现在将參考附图仅仅作为例子来描述本发明，其中图I已经在上面描述过了 ；图2是代表各种实施方式的操作的流程图。
具体实施例方式在以下描述中，为了提供对实施方式的透彻理解，给出了很多具体细节。实施方式可以没有这些具体细节中的ー个或多个来实践，或者利用其它的方法、部件、材料等来实践。在其它情况下，众所周知的结构、材料或者操作没有被具体示出或者进行描述，以避免模糊所述实施方式的各个方面。贯穿本说明书，对“一种实施方式”或者“一个实施方式”的弓I用意味着联系该实施方式描述的特定特征、结构或特性包括在至少ー种实施方式中。因而，贯穿本说明书，短语“在一种实施方式中”或者“在一个实施方式中”在各个地方的出现不一定全都指相同的实施方式。此外，特定的特征、结构或特性可以在ー种或多种实施方式中以任何合适的方式组合。在此所提供的标题仅仅是为了方便，而不是解释所述实施方式的范围或意图。
本公开将參考应用于在其它方面遵循3GPP标准版本10及以上(LTE-A，长期演迸-高级)的系统中的下行链路(DL)连接的各种示例性实施方式。各种实施方式适用于其它基于蜂窝和非蜂窝无线系统的多载波传输技术(像0FDM)，或者关于单载波传输。在基于单载波的系统的情况下，在ー个时刻，全部带宽都将分配给ー组MU-MMO用户，但预选择的概念仍然适用。图2的流程图代表用于在利用MU-MIMO的发射机内选择要被考虑用于预编码目的的用户终端的过程的示例性实施方式。另外还将认识到，图2的示例性过程的某些步骤可被省略或者它们的次序可被改变。在起始步骤之后,在步骤10,通过考虑所有活动用户的集合Q = {>J,系统(为了简化，系统将被假设为位于基站BS，例如节点B，但分布式布置也是可能的)的“智能”将开始。如在此所使用的，术语“活动用户终端”将指示具有对于DL传输的未决请求的那些用户終端，即，其无线电接ロ处于连接状态并且等待对于DL传输被调度的那些用户终端。假定K是活动用户的数目，因此Q = |>J，i = I.K，那么可以类似地假设，在步骤12中，基站将能够为第i个用户估计该用户自己的运动速度Vi，或者传播信道中的最快散射者(或者，在移动基站的情况下是UL接收机)的速度。在此所考虑类型的速度估计技术在本领域中是已知的，因此没必要在这里提供具体的描述。如果Vmax表示MU-MMO调度可容忍的最大运动速度，那么新的用户集合可被定义为D1 = {碑}，卜 G
IH- ^这第一个选择步骤(在图2中总体上标记为步骤14)将导致把活动用户分成两组，即-估计速度低于(和等干)阈值Vmax的用户；-估计速度高于阈值Vmax的用户。当系统中存在不同等级的MU-MMO时，这个选择步骤还可以进ー步细化为子步骤。
作为例子，如果存在2x 2和4x 4类型的MU-MMO，其中在两种情况下每个用户的接收天线的数目都是ル=1，那么就可以假设2x2将以比4x 4稍高的速度运行。在那种情况下，将存在两个最大的可接受速度v_，S卩，用于2x 2的较高的ー个(v_2X2)和用于4x 4的
较低的ー个( V max4X4 )。然后，用户将被划分成对任何类型的MU-MIMO调度都不符合条件的用户、只对2x2符合条件的用户、以及对两种类型的MU-MIMO调度都符合条件的用户。在任何一种情况下，对任何一种类型的MU-MMO调度都不符合条件的用户(例如，估计速度高于阈值Vmax的用户)将被转发到用于非MU-MMO用户终端的(一种已知类型的)调度过程40。在步骤16中，系统还将排除作为具有最大位速率的连接的候选者的那些用户(例如，愿意支付较高费用的高级用户)。作为步骤16的結果，将因此形成新的选择用户集合
权利要求
1.ー种在多用户MMO无线通信系统中利用多个副载波的集合预编码在下行链路上从基站(BS)发送到多个用户终端(UE1、UE2、UE3、 )的信号的方法，所述多个副载波布置在所述多个副载波的集合的多个子集中，其中，所述预编码涉及获取(30)关于所述基站(BS)和所述多个用户终端(服1、服2、服3、 )中的用户终端之间的连接信道的信道状态信息，该方法包括 -通过把所述多个副载波的集合中已经检测到信道质量指示符的相应子集与每个信道质量指示符相关联，利用所述多个用户终端(UE1、UE2、UE3、 )来检测(18)所述多个副载波的集合中的相应子集的信道质量指示符， -创建(20)具有相关联的信道质量指示符的用户/子集对， -使所述用户/子集对经受根据与其相关联的信道质量指示符的选择(22)，以及 -通过获取(30)关于由所述根据信道质量指示符的选择(22)产生的用户/子集对的信道状态信息来执行所述预编码(32 )。
2.如权利要求I所述的方法，其中，所述获取(30)信道状态信息的步骤包括在下行链路中从所述基站(BS)用信号通知由所述根据信道质量指示符的选择(22)产生的用户/子集对。
3.如权利要求I或者权利要求2所述的方法，包括作为为所述多个用户终端(UE1、UE2、UE3、…)获取的CQI或者明确的SINR估计来检测(18)所述信道质量指示符。
4.如前面任何一项权利要求所述的方法，其中，检测(18)所述信道质量指示符是以由用户终端(UE1、UE2、UE3、…)提供的最佳-M CQI信令的形式，并且所述获取(30)信道状态信息的步骤包括 -在下行链路中从所述基站(BS)用信号通知对应于由所述选择(22)产生的至少ー个用户/子集对的用户终端，以及 -从被用信号通知的用户终端接收对应于M个最佳资源子集或其中一个子集的信道状态ィ目息。
5.如前面任何一项权利要求所述的方法，其中，所述多个副载波的集合的所述子集包括资源块或者说RB，并且其中，所述用户/子集对是作为具有相关联的信道质量指示符的用户/RB对来创建(20)的。
6.如前面任何一项权利要求所述的方法，其中，所述根据信道质量指示符的选择(22)包括选择具有高于给定阈值的相关联信道质量指示符的用户/子集对。
7.如前面任何一项权利要求所述的方法，其中，所述根据信道质量指示符的选择(22)包括丢弃没有信道质量指示符可用的用户/子集对。
8.如前面任何一项权利要求所述的方法，其中，所述根据信道质量指示符的选择(22)被包括在多阶段选择(14、16、22和26)中，导致执行所述预编码(32)时为其获取信道状态信息的幸存用户/子集对集合。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述多阶段选择(14、16、22和26)包括根据其运动速度来选择(14)所述多个用户终端(UE1、UE2、UE3、…)，优选地，通过从多用户MMO中排除具有高于预定速度阈值的估计速度的用户终端(UE1、UE2、UE3、…)来选择(14)所述多个用户终端(UE1、UE2、UE3、…)。
10.如权利要求8或者权利要求9所述的方法，其中，所述多阶段选择(14、16、22和26)包括根据其位速率来选择(14)用户终端，优选地，通过从多用户MIMO中排除请求系统中可用的最大每用户位速率的用户终端(UEI、UE2、UE3、…)来选择(14)用户终端。
11.如权利要求8至10中任何一项所述的方法，其中，所述多阶段选择(14、16、22和26)包括根据基站(BS)处的到达方向和角展度中的至少ー个来选择(14)所述多个用户终端(UE1、UE2、UE3、…)，优选地，通过从多用户MMO中有选择地排除给定角展度内的用户终端来选择(14)所述多个用户终端(服1、服2、服3、.. )。
12.一种用于在多用户MIMO无线通信布置中预编码从基站(BS)发送到多个用户終端(UE1、UE2、UE3、…)的信号的系统，该系统被配置成执行权利要求I至11中的任何ー项所述的方法。
13.如权利要求12所述的系统，其中，所述系统位于所述基站(BS)。
14.一种无线通信网络，包括用于在多用户MMO无线通信布置中向多个用户終端(UEU UE2、UE3、…)发送预编码信号的基站(BS)，该网络包括权利要求12或13的任何一项所述的系统。
15.一种计算机程序产品，可加载到至少一台计算机的内存中并且包括当该产品在计算机上运行时执行权利要求I至11中的任何一项所述的方法的步骤的软件代码部分。
全文摘要
一种多用户多输入-多输出(MU-MIMO)无线通信系统，使用布置在多个子集或资源块(RB)中的多个副载波的集合。从基站(BS)发送到用户终端(UE1、UE2、UE3、…)的信号的预编码涉及获取(30)关于基站和所述多个用户终端之间的连接信道的信道状态信息(例如，CSI)。信道质量指示符(例如，CQI或者明确的SINR估计)是利用用户终端(UE1、UE2、UE3、…)为各个RB子集检测(18)的，以产生(20)具有相关联的信道质量指示符的用户/RB对。用户/RB对经受根据与其相关联的信道质量指示符的选择(22)，因此，预编码是通过专门为经历根据信道质量指示符的选择以及多阶段选择过程中的可能的其它选择步骤而幸存的用户/RB对获取信道状态信息(30)来执行的，其中，所述其它选择步骤根据诸如速度(14)、最大位速率(16)、到达方向或角展度(26)的其它参数。
文档编号H04B7/06GK102844992SQ201080066295
公开日2012年12月26日 申请日期2010年4月20日 优先权日2010年4月20日
发明者P·普廖蒂 申请人:意大利电信股份公司