在多个空间层上发送数据的方法以及用户设备与流程

所揭露实施例一般有关于无线通信网络，以及更具体地，有关于基站侧同时(simultaneously)在多个空间层上发送多个信号的方法。

背景技术：

无线网络系统的发送器以及接收器的多个天线的使用，以及相关基频信号处理，被称作多入多出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)技术。在多用户MIMO(MU-MIMO)系统中，发送器侧应用预编码(precoding)以抑制对其他接收站的传输多所引起的每一个接收站经历的相互(mutual)干扰。对于所属领域技术人员而言，MU-MIMO预编码，指基于广播信道的已发送信号的空间编码。为了应用MU-MIMO预编码，发送系统需要知道多个无线信道的信道状态信息(Channel State Information，CSI)，其中该多个无线信道将该发送系统连接到用于传输的多个接收站每一者上。在3GPP LTE系统中，接收站(例如用户设备，UE)测量CSI以及透过反馈信道上报CSI给发送站(例如ENB)是常见的。CSI反馈的内容包含用于每一个DL分量载波(Component Carrier，CC)的秩指示符(Rank Indicator，RI)、信道品质指示符(Channel Quality Indicator，CQI)以及预编码矩阵指示符(Precoding Matrix Indicator，PMI)。

MIMO传输技术是利用无线信道的空间特性获得更高数据吞吐量是关键的。举例说明，透过利用空间复用(spatial multiplexing)技术，多个信号的多个流(stream)，可以在从基站到用户设备的多个层发送，以得到更高数据吞吐量。一般说来，这可以透过知道一些DL信道而获得，其中知道DL信道可以从UE反馈获得，或者从基站透过信道交互性(reciprocity)而估计而获得。以DL频分双工(FDD)LTE为例，UE反馈CSI信息包含RI、CQI以及PMI。其他无线通信标准，例如WIFI也定义了用于空间复用的相似机制。

当前，期望大多数手持移动装置有两个接收天线，开发了具有此期待的多数接收以及发送技术。虽然基站可以配置比移动装置更多天线，整体无线信道的最大秩受到了另一侧最小天线配置的限制。所以，无线信道的最大秩是二。秩决定了空间层的最大数量，其中上述空间层在理想条件下可以在多个层之间，没有严重交互干扰地发送。举例说明，如果秩为二，基站可以在两个层同时发送两个流。这个情况通常期待发生在移动装置享有高信号品质时，例如，在小小区中当其与很接近基站通信时。

为了实现无线通信系统中空间复用，移动装置将自己偏好(preferred)空间传输层的数量上报，即，自己的秩给服务基站。这个运作的周期(periodicity)可以配置不同。在两个接收天线的假设下，无线信道的最大可能秩为二。基站通常采用UE上报中的推荐作为自己的DL调度。

期望在DL中，发送比接收天线的数量、无线信道的秩，或者来自UE推荐的值更多数量的层数量的解决办法。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供在多个空间层上发送数据的方法以及用户设备。

本发明提出在无线信道上发送比无线信道的秩，或者来自移动台的推荐的反馈值更多空间层的方法。在一个示例实施例中，本发明指向调度比来自移动台上报的偏好数量更多数量层的方法。在一个示例实施例中，本发明指向为秩上报多个预编码候选的方法，其中该秩为比移动台上报的偏好秩更大。在一个实施例中，本发明指向在预编码矩阵中附加(append)基站发送的额外层(extralayer)的额外列(extra columns)的方法。在一个示例实施例中，本发明指向在相同无线信道上发送额外数据流的方法。在一个示例实施例中，本发明指向利用额外层的节省电池功率的方法。

在移动通信网络中，从基站角度，基站从UE接收CSI。CSI包含指示出信道秩的RI以及指示出原始预编码矩阵的PMI。基站然后决定空间层的数量，其中该数量比UE所请求的信道秩更大。然后基站在原始预编码矩阵中，附加多个额外预编码矢量，用于形成一个新的预编码矩阵。最后，基站在多个空间层上使用新预编码矩阵发送数据。决定额外预编码矢量以实质上最小化多个空间层内的层之间干扰。当决定额外预编码矢量时，基站也可以从UE接收用于更高秩的额外PMI。在一个实施例中，多个额外预编码矢量中的每一个(以及可选地，原始预编码矩阵中每一列)，使用对应功率因数(power factor)而应用，以减少层之间干扰。在另一个实施例中，数据包含对应原始预编码矩阵的原始数据部分，以及对应额外预编码矢量的新数据部分，使用更低调制阶数而应用，以及该新数据部分(可选地以及原始数据部分)，以降低层之间干扰。在再一个实施例中，原始数据部分以及新数据部分为从基站发送到不同移动台。

在移动通信网络中，从UE角度，UE估计CSI。CSI包含指示出信道秩的RI，指示出原始预编码矩阵的PMI。然后UE发送CSI作为反馈信息给基站。然后UE在多个空间层上接收数据，其中该多个空间层的数量比该信道秩更大。该由基站使用新预编码矩阵对数据进行预编码，其中该新预编码矩阵具有多个额外预编码矢量。最后，UE在多个空间层上使用先进接收器解码数据，该先进接收器消除多个空间层内的层之间干扰。在一个实施例中，UE为已选择秩反馈PMI，以及用于更高秩的额外PMI，以帮助基站决定多个额外预编码矢量。在另一个实施例中，用于DL传输的多个空间层的使用也可以帮助解决UE的电池耗竭(draining)问题。

下面详细描述本发明的其他实施例以及有益效果。发明内容不用于限定本发明。本发明保护范围以权利要求为准。

附图说明

图1为根据一个新颖方面，移动通信系统中空间复用的示意图。

图2为根据一个新颖方面，无线系统中，UE以及基站的简化方块示意图。

图3为DL传输中使用比接收天线的数量、信道秩、或者来自移动台推荐的秩更多数量的空间层的方法示意图。

图4为使用原始空间层的数量所发送的信号，以及使用更多空间层所发送信号的示意图。

图5为选择额外预编码矢量在原始预编码矩阵顶部的一个实施例的示意图。

图6为根据一个新颖方面，从基站角度，发送额外空间层的方法流程图。

图7为根据一个新颖方面，从UE角度发送额外空间层的方法流程图。

具体实施方式

下面详细参考本发明的一些实施例，参考附图介绍本发明的例子。

参考图1介绍本发明的几个示例实施例，其中一般指透过无线信道发送的预编码消息的方法。可以理解，下面的揭露提供各种实施例，作为实现本发明的不同特征的例子。在下面描述元件以及安排的特定例子以简化本发明的揭露。当然其中例子不用于限定。此外，本发明揭露可以在多个例子中重复参考标号以及/或者字母。这个重复是为了简化说明以及阐明，不用于指示多个所描述实施例以及/或者配置之间的关系。

图1给出根据一个新颖方面，具有干扰的无线通信系统100中空间复用的示意图。在图1中，无线通信系统100包含形成分布在地理区域中网络的一个或者多个基础单元。基础单元也可以称作为接入点、接入终端、基站，节点B，演进节点B，或者所属领域中其他词汇。在图1中，基础单元101在服务区域中服务远程单元102，服务区域例如小区，或者小区扇区。在一些系统中一个或者多个基础单元通信地耦接到控制器上，形成与一个或者多个网络通信的接入点。所揭露不限于任何特定无线通信系统。一般说来，服务基站101以及103在时域以及/或者频域发送DL通信信号105以及106给远程单元102以及104。远程移动单元发送UL信号107以及108给服务单元101以及103。

多数无线通信标准定义了一些类空间复用方法。例子包含LTE以及/或者Wi-Fi中基于码书的空间复用。一般说来，为了实现无线通信系统中的空间复用，移动台将自己偏好预编码以及/或者移动台观察到的当前无线信道的特性上报。这个信息也称作CSI，发回给基站，所以CSI用在近期未来DL调度以及数据传输中。这个反馈信息通通常比较一些度量(metric)而决定，该度量例如，容量(capacity)以及或者期望SNR等等。由于物理大小的限制，当前期望移动台，例如小区电话具有两个接收天线，以及这使得信道的最大秩为二。该秩决定了空间层的最大数量，其中在理想条件下该空间层可以在多个层之间没有严重的交互干扰而发送。例如，如果秩为二，基站可以在两个层同时发送两个流。这个情况通常在移动台享受高SNR时发生，例如当该移动台与在小小区中很接近的基站通信时。

当被调度秩在使用一些非理想量化预编码器时为二或者更多，每一个流自然地承受来自彼此的干扰，这称作层之间干扰。一般说来，这种干扰可以在接收器侧透过连续干扰消除(Successive Interference Cancellation，SIC)接收器，或者最大似然(Maximum Likelihood，ML)检测器而移除。当该干扰被小心地控制在可容忍级别，透过提供可观的复杂度降低，那么一些种类的简化ML检测器(例如，球形检测器(sphere detector))也可以跟完全成熟的(full-blown)ML检测器一样使用。

由于硬件的快速提高(GPGA，ASIC或者DSP)，复杂接收器用在很多无线通信标准中。例如，LTE R12中，用于小区之间干扰消除的先进接收器(advanced receiver)的使用已经被确定。具有先进接收器的强制使用，ML/SIC接收器现在广泛用于很多不同场景。此外，具有大量平板电脑装置，接收天线的数量可以增加。所以，可以处理三个或者多个空间层的先进接收器变得越来越现实。

根据一个新颖方面，DL传输中使用比接收天线数量、信道的秩、或者从移动台所请求的值的更大数量的空间层。在图1的例子中，当移动单元102透过UL传输107上报单层传输(single layer transmission)给基站101，基站101可以调度两个层用于DL传输105。相似地如果移动单元102要求两个层传输，基站101可以调度三个或者更多层。这种调度行为可能导致每个层之间不可避免的干扰。如果没有小心控制的话，这会负面地影响移动台观察到的接收SNR。但是，考虑到消除层之间干扰的移动台的能力，由于可以补偿层之间干扰导致的损失，允许系统获得与移动台推荐的原始预编码矩阵相比相同或者相似的吞吐量。

图2为根据一个新颖方面，无线系统中UE201以及基站221的简化方块示意图。UE201包含存储器202、处理器203、RF收发器204、以及天线205以及206。RF收发器204，耦接到天线205以及206，从天线接收RF信号，将其转换为基频信号以及发送给处理器203。RF收发器204也将从处理器203收到的基频信号转换，将其转换为RF信号，以及发送给天线。处理器203处理已接收基频信号以及调用不同功能模块以实施UE201中的功能。存储器202存储程序指令以及数据207以控制UE201的运作。

相似地，ENB221包含存储器222、处理器223，收发器224耦接到多个天线225以及226。根据本发明的新颖方面，程序指令以及数据207以及227当被处理器203以及223所执行时，使得UE201以及ENB221使用多于一个空间层实施DL传输。

UE201也包含多个功能模块，包含控制以及配置模块221、解码器212、信道估计模块213以及反馈模块214，其中控制以及配置模块221从网络接收控制以及配置信息，解码器212解码UE信息，信道估计模块213实施DL信道估计，以及反馈模块214提供CSI反馈信息。相似地，ENB221也包含多个功能模块，包含控制以及配置模块231、编码器232、信道估计模块233以及调度器234，其中编码器232编码UE信息，信道估计模块233实施UL信道估计，以及调度器234基于来自UE的CSI反馈信息使用空间复用调度DL传输。被处理器203以及223所执行的不同元件以及模块可以实现为硬件电路以及固件/软件代码的组合，以实施期望功能。

图3为在DL传输中使用比接收天线数量、信道秩或者移动装置推荐的值更多数量的空间层的方法示意图。图3的无线通信系统包含UE301以及基站ENB302。步骤311中，ENB302在无线信道上发送DL参考信号给UE301。步骤312中，基于已接收DL参考信号UE301实施信道估计。UE301估计CSI其中包含与无线信道相关的RI、CQI以及PMI。步骤313中，UE301发送CSI反馈信息给ENB302。步骤314中，基于已接收CSI反馈信息，ENB302为UE301实施DL调度。在一个新颖方面中，ENB302调度在比UE301推荐的空间层更多的多个空间层上发送的数据。步骤315中，在多个空间层上，透过SU-MIMO、MU-MIMO或者透过非正交多接入(Non-Orthogonal Multiple Access，NOMA)，ENB302发送数据给UE301(以及其他UE)。步骤316中，解码多个空间层上收到的数据。UE301应用接收器的先进处理(advanced processing)(例如SIC或者ML)以消除层之间干扰。

一般说来，所揭露的技术可以应用于频分双工(FDD)以及时分双工(TDD)系统。当应用TDD在系统中，移动台不需要反馈信道相关信息。在此情况下，基站可以使用UL参考(或者导频)信号以估计DL信道，以及信道交互的特性。

图4为使用原始数量的空间层所发送的信号，以及使用更多个空间层所发送的信号的示意图。在图4的例子中，在应用预编码矩阵W之后，基站ENB402发送数据/消息矢量x给UE401。典型地，原始预编码矩阵W由UE401透过PMI而推荐，以及ENB402只是使用对应预编码矩阵。原始发送信号可以表示为：

其中

-矩阵W为具有维度(N_t×v)的原始预编码矩阵

-标量v为预编码的空间层的数量

-列矢量w_i为W中的每个列

-列矢量x为具有维度(v×1)的原始消息矢量

根据一个新颖方面，根据W中附加有一个或者多个列，(即W变成(N_t×(v+n))，其中n为被附加的额外层的数量。相似地，列矢量x变成((v+n)×1)。此外，增加另一个额外参数以控制每一个预编码矢量的功率。所以，新的发送信号可以记作：

其中

-矩阵W’为具有维度(N_t×(v+n))的新预编码矩阵

-标量(v+n)为新预编码器的空间层的数量

-列矢量w_i表示W中每一个列

-列矢量x’为具有维度((v+n)×1)的新的消息矢量

-列矢量m_i为新预编码矩阵W’中新附加的列

-标量P_i为每一个原始空间层的功率控制常数

-标量P’_i为每一个附加空间层的功率控制常数

-符号b_i为要在新空间层上发送的新消息。他们可以来自不同的星座(constellation)(即，不同的调制格式)，来自原始数据x_i使用的那个星座。

依赖于接收器的先进处理，这个增强的模型可以用于SU-MIMO以发送更多空间层。如果多个移动台使用这个模型(即，x_i以及b_i为用于不同移动台)，那么其有效地变为MU-MIMO传输，或者非正交多接入(Non-Orthogonal Multiple Access，NOMA)。

考虑到最大秩的固定数量(例如，两个接收天线)以及w_i，使用来自接收器的只有一个反馈设计另一个正交矢量m_i是困难的。任何新的列将来可能引起对现存矢量之一所指向的层的干扰，即w_i。在一个有益方面，如果所选择秩比最大秩小，建议移动台将最好的预编码矩阵上报用于所选择秩，以及一个或者多个预编码矩阵用于更高的秩。

举例说明，假设FDD，如果UE401决定秩1是最好的，以及W₁为对应期望预编码器，然后其上报最好的预编码器W₁给ENB402，以及用于秩2的最好的预编码器，即W₂给ENB402。在这个具体例子中，基站ENB402然后可以采用W₂，当其想要增加额外层时。在非基于码书的空间复用TDD中，情况更为简单。基站选择预编码器具有更多自由。因为基站具有精确的信道信息，其可以使用具有可变数量层的更复杂的预编码器，计算更复杂预编码器。

当整体通信系统没有为给比已选择值更高的秩定义预编码矩阵，(例如，当移动台选择秩2，以及没有定义秩3预编码器)，基站然后必须计算额外列m_i。在此情况下，额外列m_i指明的空间方向，可以与现存预编码器w_i非正交。但是，据相信当接收天线的数量增加时，有更多空间维度可用。换言之，可以使用很多不同选择策略而选择新的矢量。

在此情况下，用于m_i的干扰功率的数量也可以使用功率控制参数，即P’_i而控制。进一步说，在移动台的ML或者SIC处理之后，也可以控制一些数量的干扰。功率控制限制可以从调制以及编码方案(Modulation and Coding Scheme，MCS)以及/或者新层的数据率而获得。例如，如果数据率为低，可以使用更小的限制以避免高的层之间干扰。在另一个例子中，也可以在原始预编码矢量w_i使用额外功率控制参数P_i，减少整体层之间干扰。

功率控制限制也可以从其引起的干扰的数量而决定。换言之，如果层之间干扰的数量(例如，预编码矩阵的两个列之间的内积(inner product)的范数(norm)或者其他任何相似度量)为大时，然后限制可以设定为小，以减少整体层之间干扰。换言之，功率控制限制与两个矢量w_i以及m_i的相关成反比。

图5为原始预编码矩阵W上面，选择额外预编码矢量m_i的一个实施例的示意图。如图5所示，当基站需要计算多个新预编码矢量时，他们可以选择作为矢量的新集合，这样新的矢量彼此正交。此外，因为期望新的矢量与现存矢量具有小相关，其也可以选择为遵循优化规则如下：

新消息b_i的调制也可以选择为与x_i使用的不同，以最小化层之间干扰的负面影响。例如，其可以选择为QPSK(或者系统支持的最低阶调制(例如，BPSK))，所以b_i自己可以使用高概率而被成功解码，即使具有来自其他层的干扰。在此情况下，如果应用SIC接收器，成功解码消息可以很有帮助。以此方式，新附加层可以用于发送低率数据，因为其不需要更高阶调制。在另一个例子中，也可以降低原始消息x_i的调制阶数以帮助最小化层之间干扰的负面影响。在一个具体例子中，原始消息x_i的调制阶数为64QAM，以及消息x_i为用于移动装置#1。具有额外的空间层，x_i的调制阶数从64QAM降低到16QAM。新消息b_i的调制阶数为QPSK，以及消息b_i为用于移动装置#2。

当使用更低阶数调制而小心控制干扰时，层的更多数量的使用也可以帮助解决电池耗竭问题。更低阶数调制导致了接收器的搜索过程中，可能性更低。他们也对于噪声更有弹性(resilient)。因此，由于上述方法以及简化ML检测器(例如，球形检测器)，透过获得更低干扰，，整体错误率可以维持在某一期望水平。以此方式，更多层的使用可以降低电池消耗。进一步说，因为使用更多层的更低阶调制是对于噪声更有弹性，可能帮助减少重传的数量(即，HARQ运作)，导致了相似吞吐量，因为具有更高调制阶数的更少层。

图6为根据一个新颖发明，从基站角度发送额外空间层的方法流程图。步骤601中，无线通信网络中，基站从UE接收CSI。CSI包含指示出信道秩的RI，指示出原始预编码矩阵的PMI。步骤602中，基站决定空间层的数量，其中该空间层的数量比UE请求的信道秩更大。步骤603中，基站在原始预编码矩阵中附加额外预编码矢量，以形成一个新预编码矩阵。步骤604中，基站在该多个空间层上使用新预编码矩阵而发送数据。决定额外预编码矢量而实质上最小化多个空间层中层之间的干扰。当决定额外预编码矢量时，基站也可以从UE接收用于更高秩的额外PMI。在一个实施例中，使用对应功率因数而应用多个额外预编码矢量其中每一个(以及可选择低原始预编码矩阵的每一个列)，以减少层之间干扰。在另一个实施例中，数据包含对应原始预编码矩阵的原始数据部分，以及对应额外预编码矢量的新数据部分，以及新数据部分(以及可选地以及原始数据部分)使用更低调制阶数而应用，以减少层之间干扰。在再一个实施例中，原始数据部分以及新数据部分被从基站发送给不同移动装置。

图7为根据一个新颖方面，从UE角度发送额外空间层的方法流程图。步骤701中，UE在移动通信网络中估计CSI。CSI包含指示出信道秩的RI，指示出原始预编码矩阵的PMI。步骤702中，UE发送CSI作为反馈信息给基站。步骤703中，UE在多个空间层上接收数据，其中该多个空间层的数量比信道秩更大。该数据为基站使用新预编码矩阵而预编码，其中该新预编码矩阵具有额外预编码矢量。步骤704中，UE使用先进接收器而在多个空间层上解码数据，其中，该先进接收器消除多个空间层中层之间干扰。在一个实施例中，UE所选择秩反馈PMI作，以及额外PMI用于更高秩，以帮助基站决定额外预编码矢量。在另一个实施例中，用于DL传输的更高数量空间层的使用也可以帮助解决UE的电池耗竭问题。

虽然本发明联系特定实施例用于说明，本发明不以此为限。相应地，在不脱离本发明精神范围内，所描述实施例的多个特征进行润饰、修改以及组合，本发明保护范围以权利要求为准。