本发明涉及蜂窝通信系统，具体地讲，涉及在蜂窝多输入多输出(mimo)系统中为导频信号的传输进行资源分配的方法和装置。
背景技术：
移动数据和语音通信持续增长。数据和语音通信的日益普及要求必须满足全部位于小区域内的大量用户的通信需求，这种情况在本领域中被称为密集人群场景。典型示例包括体育场馆、商场或大型办公楼。
为了增加数据传输性能和可靠性，可在无线无线电电信系统中使用所谓的多输入多输出(mimo)技术来在基站与用户的终端之间发送信息。
mimo系统可使用多个发送和接收天线以用于基站处的无线通信。mimo技术形成了使用时间以及空间维度来发送信息的编码技术的基础。mimo系统中所提供的增强编码允许无线通信的频谱和能量效率增加。
在所谓的大规模mimo系统中，基站可包括大量天线(例如数十或者甚至超过一百个天线)以及关联的接收器电路。大规模mimo基站的额外天线允许无线电能量在空间上聚焦于发送以及定向敏感接收，这改进了频谱效率和辐射能量效率。
为了根据当前活动的接收终端来调整基站的各个单独的天线处的发送信号，基站逻辑需要关于终端与天线之间的无线电信道性质的信息。
导频信令方案可用于此目的，其允许基站设定配置天线参数以用于发送信号以将无线电能量聚焦于终端或者用于接收无线电信号。因此，聚焦可意指使不同路径长度的贡献相位对准并且仅在将到达终端的方向上发送。在传统mimo系统中，可从小区以及可能还有邻近小区内的所有终端在专用于相应终端的时隙中发送训练序列。在传统系统中，训练序列需要正交以便于基站识别用于各个终端的多个天线的配置参数。可使用时分多址(tdma)、码分多址(cdma)或频分多址(fdma)技术或其组合来实现正交性。
在mimo系统使用时分多址(tdma)的情况下，各个终端可在指派的时隙中发送导频信号，其可由天线接收并由基站逻辑进行分析。将理解，时隙是正交信道的一个示例，在时域中实现正交性。为了彼此不干扰，可在各个系统帧中指派各个终端可发送其导频信号的特定一段时间。终端可发送其导频信号的时隙组合起来也被称为帧的导频部分。帧的其余时隙可用于下行链路(dl)和上行链路(ul)数据传输，其中下行链路和上行链路传输在可跟随在帧的头之后的多个时隙中执行。导频信号可各自包括训练序列，其中在基站的多个天线处接收的导频信号由基站逻辑分析。作为分析结果，可获得关于终端与多个天线之间的无线电信道的无线电信道性质的信息。基站可使用分析结果来确定用于经由天线向相应终端发送信号的配置参数。
具体地，大规模mimo系统(mami)可被部署在诸如办公楼、商场、体育场馆或者可出现大密度用户的其它区域的建筑物中。在这些环境中，大量终端可位于由mimo基站服务的小区中。在各个帧中终端的导频信令所需的时间可随着终端的数量而增加。对于大量终端，所有终端发送其导频信号所需的时间可能超过各个帧中的可用导频信令时间。尽管可动态地调节导频信令时间(即，分配给导频信令的时隙的数量)，但是如果导频信令时间增加太多，则有效载荷数据的传输将受到负面影响。因此，用于发送导频信号的资源有限。
将导频信号从终端发送到mimo基站(即，在上行链路方向上)。因此，上行链路和下行链路数据传输基于上行链路导频信号的质量。如果在导频信号传输期间存在干扰，则上行链路和下行链路二者将受到影响。干扰可能源自邻居小区。此外，出于移动性原因，通过配置参数定义的信道的有效性受到限制。新的导频信号需要以规则期限(terms)(例如，大约每毫秒)发送。因此，导频信号的传输需要相当多的资源。为了将有效载荷与导频信号开销之比保持为大，需要将正交导频信道的数量保持为尽可能小。
技术实现要素：
鉴于以上内容，本领域需要解决传统mimo系统的上述缺点中的至少一些的方法和装置。本领域中特别需要为多输入多输出(mimo)系统的终端分配用于导频信令的资源，其中由于大量终端导致用于导频信令的资源受限并且可预期来自邻近小区的干扰。
根据本发明，该目的通过独立权利要求的特征来实现。从属权利要求限定了本发明的优选和有利的实施方式。
根据本发明的实施方式，提供了一种为蜂窝多输入多输出(mimo)系统的多个终端的导频信号的传输分配资源的方法。该蜂窝mimo系统包括基站，该基站包括多个天线以及逻辑，该逻辑分析在所述多个天线处从终端接收的导频信号以获得关于终端与所述多个天线之间的无线电信道的无线电信道性质的信息。根据该方法，基站确定终端与多个天线之间的无线电信道性质是否在一段时间内恒定。如果基站确定终端与多个天线之间的无线电信道性质在一段时间内恒定，则基站配置基站的多个天线的接收参数以将来自该终端的导频信号零化(null)。此外，在基站确定终端与多个天线之间的无线电信道性质在一段时间内恒定的情况下，基站将指派给该终端的用于该终端的导频信号的传输的资源分配给另一终端以用于该另一终端的导频信号的传输。换言之，在基站检测到与特定终端的无线电信道性质在一段时间内没有变化(例如，由于终端是固定终端)的情况下，基站配置其接收参数，使得来自该终端的导频信号被拒绝或忽略，以便能够将导频信号资源重用于从另一终端发送导频信号。具体地，当大规模mimo传输方案用在大量装置或终端需要同时访问的拥挤区域(例如，办公环境、商场等)中时，可使用上述方法来有效地指派用于发送导频信号的有限资源。基站通过使来自预期相对于基站的多个天线具有恒定无线电信道性质的终端的导频信号零化来忽略该终端。零化是用于使大规模mimo天线阵对源自特定装置(例如，布置在特定方向上并与基站的多个天线特定距离的特定装置)的信号无视的技术。
基于这样的事实，如果终端是固定的或者终端与基站之间的无线电信道没有显著变化，则导频信号不需要以相同的强度或频率发送并且将在较长时间内有效。这使得基站能够在导频信号传输阶段期间将来自固定终端的导频信号零化并将资源重用于发送另一终端的导频信号，而不会污染或干扰来自该另一终端的导频信号传输。这样，创建在朝向固定终端的方向上的“数字”屏蔽，并且由该终端使用的导频信道的资源可由基站指派给另一终端。
根据实施方式，基站可通过在基站处接收来自终端的移动信息来确定终端与多个天线之间的无线电信道性质是否在一段时间内恒定。移动信息指示终端是移动的还是固定的。根据移动信息，基站确定终端与多个天线之间的无线电信道性质在一段时间内恒定。终端可例如利用终端的传感器(例如，加速度计或者用于从全球定位系统(gps)接收信号的接收器)来确定其移动状态。基于该传感器数据，终端可指示其当前是否是移动的。作为替代，终端可例如利用上述传感器确定终端的移动方向和速度。可在从终端发送并在基站处接收的移动信息中指示终端的移动方向和速度。基站可将来自终端的移动信息与基站的移动方向和速度进行比较，并且可根据该比较确定终端与多个天线之间的无线电信道性质在一段时间内恒定。具体地，如果该比较表明基站和终端在相同的方向以相同的速度移动，则基站可确定终端与多个天线之间的无线电信道性质在一段时间内恒定。这种状况可存在于布置在火车或船上的基站和终端中。
根据本发明的另一实施方式，基站可通过从另一基站接收恒定信道信息来确定终端与多个天线之间的无线电信道性质是否在一段时间内恒定。来自另一基站的恒定信道信息指示终端与该另一基站的多个天线之间的无线电信道性质在一段时间内恒定。根据恒定信道信息，基站确定终端与基站的多个天线之间的无线电信道性质在一段时间内恒定。例如，如果终端被布置为使得其被基站的小区和另一基站的小区覆盖，则该另一基站可确定终端与另一基站的多个天线之间的无线电信道性质是否在一段时间内恒定(例如，当终端是固定终端时)。该信息可从该另一基站转发给基站，使得基站可使用该信息来将来自终端的导频信号零化并将指派给该终端的用于导频信号的传输的资源重新分配给另一终端。例如，终端可被注册在另一基站处并且可能已向该另一基站发送移动信息，使得该另一基站可容易地确定终端与另一基站的多个天线之间的无线电信道性质是否在一段时间内恒定。
根据另一实施方式，基站可通过确定时间变化率信息来确定终端与多个天线之间的无线电信道性质是否在一段时间内恒定。时间变化率信息指示终端与多个天线之间的信道的无线电信道性质的变化率。例如，如下面将详细描述的，时间变化率信息可基于来自终端的导频信号来确定。
如果时间变化率信息在至少预定一段时间内变化小于预定量，则基站确定终端与多个天线之间的无线电信道性质在一段时间内恒定。例如，无线电信道性质可包括信号强度或相位。所述预定量可包括相对值，使得如果在至少预定一段时间(例如，一秒)内信号强度变化小于几个百分点(例如，小于5％)，则确定无线电信道性质在一段时间内恒定。此外，可这样考虑信号相位：如果在例如几秒的至少预定一段时间(例如，一秒)内相位变化小于几度(例如，小于5度)，则确定无线电信道性质在一段时间内恒定。因此，使得基站能够确定无线电信道性质是否在一段时间内恒定，而无需对终端或其它基站的任何修改。
为了在基站处确定时间变化率信息，基站可按照时间序列从终端接收多个导频信号。此外，基站可确定多个无线电信道性质，其中，所述多个无线电信道性质中的各个无线电信道性质与多个导频信号中的对应导频信号关联。然后，基于其关联的导频信号来确定各个无线电信道性质。最终由基站基于所述多个无线电信道性质确定无线电信道性质的时间变化率信息。可基于所述多个无线电信道性质来确定无线电信道性质的变化。由于来自终端的导频信号用作确定终端与基站的多个天线之间的无线电信道性质是否恒定的基础，所以可使用mimo系统的现有协议和信令帧而无需修改。因此，该方法可仅在基站处被容易地实现。
为了实现将来自终端的导频信号的零化，基站的多个天线的接收参数可被配置为使得来自多个天线的信号被组合和/或滤波以消除从该终端接收的导频信号。通常，在mimo系统中，来自多个天线的信号的组合和滤波用于将多个天线的接收方向聚焦于特定终端以增强接收灵敏度和质量。根据此实施方式，以反方式使用这一效果以将来自终端的导频信号零化。然而，不需要修改所述多个天线或关联的收发器，使得该方法可通过更新现有基站中的软件来实现。
根据另一实施方式，如果基站已确定终端与多个天线之间的无线电信道性质在一段时间内恒定，则基站向另一基站发送另一恒定信道信息。该另一恒定信道信息指示终端与基站的多个天线之间的无线电信道性质在一段时间内恒定。换言之，基站向另一基站告知这样的事实：基站已确定终端与该基站之间的无线电信道性质恒定(例如，当终端是固定的时)。该信息可由另一基站用来将来自该终端的导频信号零化。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于为蜂窝多输入多输出(mimo)系统的多个终端的导频信号的传输分配资源的方法。该蜂窝mimo系统包括基站，该基站包括多个天线以及逻辑，该逻辑分析在所述多个天线处从终端接收的导频信号以获得关于终端与多个天线之间的无线电信道的无线电信道性质的信息。根据该方法，基站确定终端与多个天线之间的无线电信道性质是否在一段时间内恒定。如果基站已确定终端与多个天线之间的无线电信道性质在一段时间内恒定，则基站将恒定信道信息发送给另一基站。该恒定信道信息指示终端与基站的多个天线之间的无线电信道性质在一段时间内恒定，因此，另一基站可将指派给该终端用于导频信号的传输的资源重用于另一终端。
然而，根据实施方式，基站可按照预定期限监听“零化的”终端以确保“零化”有效或者信道是否已改变。例如，基站可按照循环间隔或者基于导频污染检测事件监听“零化的”终端。
在许多mimo应用中(例如，在办公楼、商场或体育场馆中)，存在大量终端，因此需要用于发送导频信号的大量资源。然而，一些终端可能是固定的，使得那些终端与基站的天线之间的无线电信道性质可恒定。根据上述方法，基站确定处于这样的状况的终端并将对应信息转发给另一基站。另一基站可使用该信息来将源自那些终端的导频信号零化并将其自己的小区中的资源重用于向另一基站发送来自另一终端的导频信号。恒定信道信息可包括与资源以及终端有关的信息(例如，终端标识符)。此外，恒定信道信息可包括终端的位置信息，使得另一基站可配置其多个天线的接收参数，使得源自该终端的导频信号通过滤波或零化而被忽略。
此外，如果基站或另一基站的小区中的小区负载高于预定阈值，或者如果另一基站请求，则恒定信道信息可仅被发送给该另一基站。
根据实施方式，基站从终端接收移动信息并根据该移动信息确定终端与多个天线之间的无线电信道性质是否在一段时间内恒定。该移动信息指示终端是移动的还是固定的。在基站本身是固定的情况下(类似在例如办公楼或商场中的许多环境中)，只要终端不在移动，终端与基站的天线之间的无线电信道性质就恒定。因此，可有利地使用移动信息来估计终端与多个天线之间的无线电信道性质是否恒定。
根据另一实施方式，基站通过确定时间变化率信息来确定终端与多个天线之间的无线电信道性质是否在一段时间内恒定。时间变化率信息指示终端与多个天线之间的信道的无线电信道性质的变化率。时间变化率信息可例如通过在一段时间内监测无线电信道的性质来确定。具体地，基站可按照时间序列从终端接收多个导频信号。此外，基站可确定多个无线电信道性质，其中，所述多个无线电信道性质中的各个无线电信道性质与多个导频信号中的对应导频信号关联。基于其关联的导频信号来确定各个无线电信道性质。然后，基站基于所述多个无线电信道性质来确定无线电信道性质的时间变化率信息。无线电信道性质可与所接收的导频信号的信号强度或相位信息有关。如果时间变化率信息在预定一段时间内变化小于预定量，则基站确定终端与多个天线之间的无线电信道性质在一段时间内恒定。例如，如果基站是布置在火车或船上的移动基站，或者如果基站被布置在具有快速移动环境状况的环境中(例如，在流量大的街道峡谷中)，可存在静止终端，所述终端被布置为使得终端与基站之间的信道的无线电信道性质在较长时间内或多或少恒定。这可由基站通过在预定一段时间(例如，几秒)内监测无线电信道性质来确定。在无线电信道性质没有显著变化(具体地，小于预定量(可被定义为相对值))的情况下，基站可确定无线电信道性质恒定，因此该信息可被转发给另一基站以用于上述目的。
根据本发明的另一方面，提供一种用于蜂窝多输入多输出(mimo)系统的基站。该基站包括多个天线以及联接到所述多个天线的逻辑。所述多个天线可按照二维或三维阵列布置。该逻辑被配置为分析在所述多个天线处从终端接收的导频信号以获得关于终端与所述多个天线之间的无线电信道性质的信息。此外，该逻辑被配置为确定终端与多个天线之间的无线电信道性质是否在一段时间内恒定。如果逻辑已确定终端与多个天线之间的无线电信道性质在一段时间内恒定，则逻辑配置所述多个天线的接收参数以用于将来自终端的导频信号零化，并且将指派给终端以用于该终端的导频信号的传输的资源分配给另一终端以用于该另一终端的导频信号的传输。因此，在终端与基站之间的无线电信道性质在一段时间内没有显著改变的情况下，基站通过将来自终端的另外导频信号零化来将其忽略并将资源重用于来自另一终端的导频信号的传输。因此，可在mimo系统中更有效地使用用于导频信号的有限资源。
基站可被配置为执行上述方法及其实施方式。因此，基站也包括上述优点。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于蜂窝多输入多输出(mimo)系统的基站。该基站包括可按照二维或三维阵列布置的多个天线。另外，该基站包括逻辑，该逻辑联接到所述多个天线并且被配置为分析在所述多个天线处从终端接收的导频信号以获得关于终端与所述多个天线之间的无线电信道性质的信息。另外，该逻辑被配置为确定终端与多个天线之间的无线电信道性质是否在一段时间内恒定。在逻辑确定终端与多个天线之间的无线电信道性质在一段时间内恒定的情况下，逻辑向另一基站发送恒定信道信息。该恒定信道信息指示终端与基站的多个天线之间的无线电信道性质在一段时间内恒定，使得指派给该终端以用于导频信号的传输的资源可由另一基站重用于另一终端。因此，可在mimo系统中更有效地使用用于发送导频信号的资源。
基站可被配置为执行上述方法或上述任一个方法实施方式，因此包括上述优点。
尽管以上发明内容和以下具体实施方式中描述的具体特征是结合本发明的特定实施方式和方面描述的，但是应该理解，除非另外具体地指出，否则示例性实施方式和方面的特征可彼此组合。
附图说明
将参照附图更详细地描述本发明。
图1示意性地示出根据本发明的实施方式的基站和终端。
图2示意性地示出根据本发明的实施方式的两个基站和终端的布置方式。
图3示出根据本发明的实施方式的包括分配用于导频信号传输的资源的方法步骤的流程图。
图4示出根据本发明的另一实施方式的包括分配用于导频信号传输的资源的方法步骤的流程图。
具体实施方式
在下文中，将更详细地描述本发明的示例性实施方式。将理解，除非另外具体地指出，否则本文所描述的各种示例性实施方式的特征可彼此组合。各图中相同的标号表示相似或相同的组件。除非另外具体地指出，否则图中所示的组件或装置之间的任何联接可以是直接或间接联接。
图1示出根据实施方式的通信系统10。通信系统10是多输入多输出(mimo)系统并且包括根据实施方式的mimo基站20。mimo通信系统10可以是大规模mimo系统(mami)，并且mimo基站可具有大量天线(例如，几十或者超过一百个天线)。
基站20包括多个天线22。天线23-25可按照二维或三维空间阵列布置在载体上。另外，基站20可包括用于天线23-25的关联(未示出)的收发器。基站20可以是用于大规模mimo系统的基站。因此，基站20可具有几十或者超过一百个天线23-25。多个天线也可空间分布到各种位置(例如，在协作mimo中)。还可多个基站在协作mimo中交互，其中多个天线分布在各种位置上。
在通信系统10中，可布置多个终端11至15。终端11至15可被配置为与基站20通信。终端11至15中的每一个被配置为向基站20发送导频信号。导频信号可分别包括训练序列。导频信号可以是mimo导频信号。
基站20被配置为分析在基站20的多个天线22处接收的导频信号以确定基站20的多个天线22与相应终端11至15之间的无线电信号传输的信道特性。基站20的逻辑21可被配置为基于由多个天线22从终端接收的导频信号来确定足迹矩阵(footprintmatrix)。逻辑21可使用足迹矩阵以在向相应终端发送无线电信号时控制多个天线22。逻辑21可计算足迹矩阵的hermitian共轭以确定由多个天线22中的各个天线23-25发送的无线电信号的时间延迟和幅度，以将无线电能量聚焦于相应终端所在的扇区。反之亦然，当基站20正在从终端接收无线电信号时，在多个天线22中的各个天线23-25处接收的信号被滤波、组合和/或延迟，使得来自相应终端的无线电信号可利用较大的幅度和信噪比被接收。
mimo系统10可使用时分多址方法(tdma)来进行导频信号的传输。导频时隙可被分配给各个终端11-15，相应终端可在该导频时隙中发送其导频信号。时域中的分配确保了各种终端11-15在发送导频信号时彼此不干扰。然而，其它正交传输方法(例如频分多址(fdma)或码分多址(cdma)方法)可用于发送导频信号。
图2示意性地示出包括第一基站31和第二基站32的多输入多输出(mimo)通信系统30。基站31、32可具有与上面结合图1描述的基站20相似或相同的结构。第一基站31覆盖并服务第一小区33，第二基站32覆盖并服务第二小区34。小区33和34在交叠区域35中交叠。布置在小区33内的终端(例如，用户的终端设备，例如移动电话、移动平板计算机、固定计算机或收银机)可被注册在基站31处。布置在小区34内的终端可被注册在第二基站32处。因此，布置在交叠区域35中的终端可被注册在第一基站31处或第二基站32处。
如上面结合图1描述的，mimo系统中的终端可发送导频信号，使得基站可确定基站与终端之间的无线电信道的无线电信道性质以用于增强终端与基站之间的通信。然而，当终端被布置在交叠区域35中时，导频信号将存在于小区33和34二者中。图2示出布置在交叠区域35中的示例性终端36，其可被注册在第二基站32处(由实线箭头37指示)。然而，当发送导频信号时，可在第一基站31以及第二基站32处接收这些导频信号(如箭头38和39所指示)。因此，尽管终端36被注册在小区34中的第二基站32处，分配用于从终端36发送导频信号的资源无法在小区33内使用。
为了改进用于导频信号传输的资源的使用，基站31和32可在其对应基站逻辑21中执行下面结合图3和图4描述的方法。尽管在以下描述中，图3的方法由第一基站31执行并且图4的方法由第二基站32执行，但是基站31、32中的每一个可执行图3和图4的方法中的任一者或二者。
图3示出包括可由第一基站31的基站逻辑21执行的方法步骤51至57的方法50。在步骤51中，基站31确定基站31与终端36之间的无线电信道性质是否恒定。无线电信道性质可由于终端36的移动、第一基站31的移动、第一基站31和终端36相对于彼此的相对移动或者影响终端36与第一基站31之间的无线电信道的环境改变(例如，由于街道峡谷中的车辆移动)而变化。然而，根据环境和场景，第一基站31可有多种方式来确定无线电信道性质是否恒定。
例如，第一基站31可在步骤52中从终端36接收移动信息。终端36可指示它是固定装置。在第一基站31本身也是固定装置并且预期没有显著环境改变的情况下，从终端36接收的该信息可指示终端36与第一基站31之间的无线电信道性质将至少在一段时间内保持恒定。
另外，或者作为替代，第一基站31可在步骤53中从第二基站32接收恒定信道信息。如下面将结合图4描述的，第二基站32可能已确定第二基站32与终端36之间的无线电信道性质是否恒定。在第一基站31和第二基站32也是固定基站或者按照相同的方式移动的情况下，恒定信道信息可向第一基站31间接地指示终端36与该第一基站31之间的无线电信道性质也至少在一段时间内恒定。如图2所示，恒定信道信息可经由从第二基站32到第一基站31的连接40来发送。连接40可以是连接基站31和32的无线或有线连接。
另外，或者作为替代，第一基站31可在一段时间内监测第一基站31与终端36之间的无线电信道性质(步骤54)。例如，第一基站31可按照时间序列从终端36接收多个导频信号并且可分析这些导频信号以确定在至少预定一段时间内无线电信道性质是否在预定限度内变化。
基于步骤51的确定，第一基站31在步骤55中确定无线电信道性质是否恒定。如果无线电信道性质不是恒定的，则可再次针对终端36或者小区33内的任何其它终端执行步骤51，直至找到无线电信道性质在一段时间内恒定的终端为止。如果在步骤55中，第一基站31确定无线电信道性质在至少一段时间内恒定，则第一基站31可配置第一基站31的多个天线的接收参数或者将来自终端36的导频信号零化。零化是用于使天线阵列32对源自特定装置(例如，终端36)的信号无视的技术。由于第一基站31与终端36之间的无线电信道性质在至少一段时间内恒定，所以导频信号无需由第一基站31以相同的强度或频率接收，因此导频信号将在较长时间内有效。这使得第一基站31能够在导频信号传输阶段期间也将固定终端36零化。因此，第一基站31可在步骤57中将终端36用来发送导频信号的完全相同的资源由另一终端(例如，图2中的终端41)重用。换言之，第一基站31在终端36的方向上创建“数字”屏蔽并且将资源重用于终端41的导频信号传输。
如上面在步骤53中描述的，可从第二基站32接收恒定信道信息。例如，可建立基站31、32之间的标准化通信，其中固定装置的导频信号的资源被共享。例如，如图4所示，第二基站32可执行包括方法步骤61至65的方法60。在步骤61中，第二基站32可确定与终端(例如，终端36)的无线电信道性质是否在一段时间内恒定。为了实现这一点，第二基站32可在步骤62中从终端36接收移动信息。另外，或者作为替代，第二基站32可在一段时间内监测终端36与第二基站32之间的无线电信道的无线电信道性质(步骤63)。如果无线电信道性质不恒定(步骤64)，则该方法在步骤61中继续搜索小区34内的终端的无线电信道性质是否在一段时间内恒定。如果第二基站32已确定终端36与第二基站32之间的无线电信道的无线电信道性质在一段时间内恒定(步骤64)，则第二基站32在步骤65中经由连接40向第一基站31发送对应的恒定信道信息。第一基站31可使用该恒定信道信息来将来自终端36的导频信号屏蔽或零化并将资源重新指派给终端41。