用于在无线电网络中操作基站的方法、基站以及用户设备与流程

本发明涉及用于在无线电网络中操作基站的方法。具体地，本发明涉及用于操作包括用于根据所谓的多输入和多输出(MIMO)技术传输射频信号的多个天线的基站的方法。此外，本发明涉及实施该方法的基站和被构造成结合该基站使用的用户设备。

背景技术：

为了提高数据传输性能和可靠性，可以使用所谓的多输入和多输出技术(MIMO)来进行无线远程通信以在基站与用户设备之间传输信息。MIMO技术与用于例如基站或用户设备处的无线通信的多个发送和接收天线的使用有关。MIMO技术形成不仅仅使用时间维度而且使用空间维度来传输信息的编码方法的基础并因此支持空间和时间编码。由此，可以提高无线通信的质量和数据速率。

当大量用户设备设置在由具有多个天线且根据上述MIMO技术传输信息的基站服务的小区内时，这种结构被称为大规模MIMO系统。通常，预计大规模MIMO系统处于建筑物(诸如办公室、购物中心等)中。在这种环境中，预计会有大量的用户设备。在大规模MIMO系统中，基站的独立天线收发器的配置可以依赖于各个用户设备的位置以及基站和用户设备的环境中的传输条件而变化。

大规模MIMO系统可以与时分双工(TDD)系统结合地使用，其中基站与用户设备之间的信息流的传输被划分为嵌入帧结构中的时隙或区段。用于上行链路(UL)数据通信和下行链路(DL)数据通信的不同时隙可以被提供以从用户设备向基站传递信息(上行链路)和从基站向用户设备传递信息(下行链路)。在这种大规模MIMO系统中，需要可以称为“报头”的附加时隙，其用于从用户设备向基站传输包括训练序列的训练信号或导频信号。基于接收到的导频信号，基站可以根据用于随后传输负载信息的空间和环境条件来配置它的天线阵列的收发器。这通常在上行链路时隙期间进行，在上行链路时隙期间，基站记录所接收信号并计算根据训练序列所确定的足迹矩阵(footprint matrix)的共轭转置。由此，可以实现用于负载在随后时隙中传输的高天线增益。通常，负载可以在若干上行链路和下行链路时隙中传输。

这种帧结构的问题是上行链路时隙与下行链路时隙之间的比仅可以通过缩短下行链路时间来改变。这是由于计算足迹矩阵的共轭转置需要上行链路时隙。

然而，特别是在广播情形中，对较高的下行链路容量的需要会增加。

因此，本发明的目的是提供在无线电网络(特别是在使用MIMO技术的无线通信网络)中操作基站的改进方法，以及对应的基站和对应的用户设备，其允许提高下行链路容量。

技术实现要素：

根据本发明，该目的由根据权利要求1所述的、用于在无线电网络中操作基站的方法和根据权利要求15所述的基站来实现。此外，本发明还提供了根据权利要求17所述的、被构造成与基站一起操作的用户设备。从属权利要求定义发明的优选或有利实施方式。

根据本发明的实施方式，提供了一种用于在无线电网络中操作基站的方法，所述基站分配有用于在所述基站与用户设备之间以帧结构传输信息的多个天线，并且所述用户设备向所述基站发送训练信号。所述方法包括以下步骤：在所述基站的所述多个天线的子集的各天线处接收由所述用户设备在第一帧中发送的训练信号；以及基于在所述对应天线处在所述第一帧中所接收的所述训练信号确定所述多个天线的所述子集的各天线的天线配置参数，以使用所述对应天线的所确定的天线配置参数在所述基站与所述用户设备之间在不同于所述第一帧的第二帧中随后传输负载信息。

如这里所用的术语“基站”可以与无线电网络的任意类型的蜂窝或非蜂窝接入点有关，使得术语“基站”例如可以是指用于与对应用户设备传输信息的、蜂窝通信网络的基站或无线局域网(WLAN)的接入点。基站可以包括大规模天线阵列，或者基站或基站侧可以具有分布式天线，使得本发明还可以应用于所谓的合作式MIMO系统或分布式天线系统。如本说明书中所用的术语“传输”等覆盖在基站处从用户设备接收信息和从基站向用户设备发送信息这两者。此外，术语“天线配置参数”要被理解为覆盖各天线的模拟配置和数字配置。在本发明的实施方式中，所有天线配置在数字域中进行，使得天线可以是馈送有具有根据训练信号确定的振幅和/或相位以及对应计算的足迹矩阵的信号的无源部件。

由此，基站使用来自第一帧的训练信号来确定用于在第二帧中传输负载(上行链路负载和/或下行链路负载)的天线配置参数，第二帧不同于第一帧，并且优选地为直接跟随第一帧的帧。该方法可以称为“时隙交织”或“报头交织”。

通过利用来自之前帧的训练信号计算在后帧的天线配置参数，可以支持上行链路时隙和下行链路时隙的非对称分配(即，下行链路时隙将优选地长于上行链路时隙)，从而即使在大规模MIMO系统中也维持高的移动性能。

帧结构或帧设置可以在由用户设备或由配置请求时在基站处从“正常”第一操作模式切换为第二操作模式，在第一操作模式下，所接收的训练信号用于同一帧，在第二操作模式下，所接收的训练信号用于在后帧，用户设备请求甚至可以在已建立的连接期间动态发生。例如，如果用户设备请求较多的下行链路容量(即，超过对应阈值的下行链路容量)或仅请求相对较低的上行链路容量(即，对应阈值以下的上行链路容量)，或者如果上行链路具有较低的优先权，则基站可以从“正常”第一操作模式切换为第二操作模式。上行链路容量与下行链路容量之间的比以及各帧中对应的时隙长度可以基于当前流量情况由基站中的调度器来决定，该情况将对应于由用户设备进行的间接请求。

如果基站在已建立的连接期间切换为第二操作模式，则将必须向用户设备用信号通知这一点。此外，还将必须向可能与该基站正在通信的所有其他用户设备，特别是向使用天线的同一子集的其他用户设备，用信号通知操作模式切换，以对应地同步所考虑的全部用户设备。

第二操作模式允许与第一操作模式相比缩短对应帧的上行链路时隙的持续时间，并且上行链路时隙甚至可以减小多达100％，使得然后可以以多达100％的下行链路容量操作对应的系统。然而，对于计算足迹矩阵的共轭转置仍然存在足够的时间。

在第二操作模式下，帧长度(即，帧的总持续时间)优选地将是恒定的，但将短于“正常”第一操作模式下。如果用户设备在基站的环境中移动，则可能存在所接收到训练序列有效性的侵蚀，然而，如果如上所指示的改变帧，则不是这种情况。

本发明还提供了被构造成执行上述方法的基站和用户设备，使得基站和用户设备这两者还包括上述优点，并且优选地适于用于MIMO系统中，特别是用于大规模MIMO系统中。

虽然上述概要和以下详细描述中所述的具体特征有关本发明的具体实施方式和方面来描述，但应理解，示例性实施方式和方面的特征可以彼此组合，除非另外特别注释。

附图说明

将参照附图更详细地描述本发明。

[图1]图1示意性示出了根据本发明的实施方式的基站和用户设备。

[图2]图2示出了图1的系统中传输的帧的可能结构。

[图3A]图3A例示了所接收训练的信号在图1中所述的系统的第一操作模式下的使用。

[图3B]图3B例示了根据本发明的实施方式的、所接收的训练信号在图1中所述的系统的第二操作模式下的使用。

具体实施方式

在下面，将更详细地描述本发明的示例性实施方式。要理解，这里所述的各种示例性实施方式的特征可以彼此组合，除非另外特别注释。各种附图中的相同附图标记提及类似或相同的部件。附图中所示的部件或装置之间的任意耦合可以为直接或间接耦合，除非另外特别注释。

图1示出了基站11的环境10中所设置的三个用户设备16(UE1、UE2以及UE3)。基站11包括多个天线12和关联的收发器13(T1…T6)。在图1中，为了清楚，仅示出了六个天线12和六个收发器13。然而，这些仅是示例性的数量，并且基站11可以包括例如30至100个甚至更多个天线的阵列和例如以矩阵或圆柱地设置的关联的收发器13。此外，还可以为基站侧包括多个分布式天线。同样地，用户设备16可以各包括一个或更多个天线，例如，各用户设备16可以包括一至四个天线(图1的用户设备各具有三个天线)。

此外，基站11包括耦合到收发器13且适于将收发器13构造成在基站11与用户设备16之间传输射频信号的处理装置(PD)14。基站11的多个天线12和收发器13可以被使用且构造成使得上述多输入和多输出(MIMO)技术可以用于基站11与用户设备16之间的传输。根据MIMO技术的信号处理可以在模拟或数字域或其组合中执行。因此，例如，收发器功能的一部分可以例如在信号处理器中或在处理装置中数字地实现，并且天线12和收发器13的剩余部分可以为有源或无源部件。

为了确定基站11的收发器13的配置参数集，该配置参数集提供将独立用户设备16相对于基站11的空间信息考虑在内的、高质量传输，可以从各用户设备向基站发送射频训练信号或具有训练序列的导频信号，其在多个天线12的子集的各天线处被接收且处理。子集针对各用户设备16可以包括多个天线12中的一个、两个或更多个。基于所接收的训练信号，可以在基站11处确定收发器13的对应配置参数。现在将参照图2更详细地描述这一点。

图2示出了可以在各个用户设备16与基站11之间传输的帧20的结构。帧20通常包括报头21和负载信息部，该负载信息部包括上行链路UL负载信息部23和下行链路DL负载信息部24。各报头包括用于从用户设备16接收训练信号的多个时隙22。在图2中所示的示例中，报头包括八个时隙22。当然，时隙不限于该特定数量的时隙。

在帧20中所接收的训练序列通常在基站11处用来计算足迹矩阵的共轭转置，以确定用于随后传输负载信息的针对天线12的天线配置参数，更新后的天线配置参数对于同一帧20有效。

图3A中也示出了这一点。

图3A示出了一个接一个传输的两个帧20、30，各帧具有上述帧结构，上述帧结构具有报头21、31和负载信息部，该负载信息部包括上行链路负载信息部/时隙23、33和下行链路负载信息部/时隙24、34。在报头21、31中所接收的训练序列在基站11处用来确定用于同一帧20或30(即，用于行链路负载信息部23、33和下行链路负载信息部24、34)中负载信息的随后传输的天线配置参数。独立帧20、30的帧长度T为恒定的。

如果上行链路具有较低的优先权，或者如果用户设备请求增大下行链路容量，则基站11可以从图3A中所示的“正常”操作模式变为图3B中所示的包括不同帧设置的不同操作模式。

根据图3B，在帧20的报头21中接收的训练序列不用于同一帧而是用于随后帧30，该帧30具体可以为直接跟随帧20的下一帧。由此，基于该训练序列确定的天线配置参数将应用于在下一帧30中传输负载，即，应用于在上行链路负载信息部33中传输上行链路信息和/或在帧30的下行链路负载信息部34中传输下行链路负载信息。

如还可以从图3B取得的，与3A相比缩短了帧长度T，以确保系统关于相应用户设备16在基站11的环境中的移动鲁棒性恒定。然而，对于随后帧30的天线配置参数的计算存在足够的时间CT，该计算时间CT也是恒定的。

帧设置从图3A中所示的操作模式至图3B中所示的操作模式的变化允许减小上行链路负载信息部的长度，从而因此改变上行链路容量/下行链路容量比。具体地，上行链路信息部23、33可以减小多达100％，即，上行链路负载信息部23、33然后将为零，使得系统可以用多达100％的下行链路容量来广播。

由此，如果运营商希望使用系统来以增大的下行链路容量进行广播，则基站11还可以通过配置以从图3A中所示的操作模式变为图3B中所示的操作模式。

一般地，基于用于传输上行链路信息的训练信号确定的配置参数可以不同于用于传输下行链路信息的那些。此外，为了使基站11针对各个独立用户设备16识别多个天线12的配置参数，训练信号需要是正交的。在上述示例性实施方式中，训练信号通过使用根据时分多址(TDMA)技术的不同时隙来分开。然而，正交可以由例如码分多址(CDMA)或频分多址(FDMA)技术或其组合的其他正交多址技术来实现。