基站和大规模mimo通信方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2014年8月25日提交的美国临时申请No. 62/041408的权益，通过引 用将其全部内容并入本文。
技术领域
[0003] 本发明设及用于无线通信的基站和大规模MIMO通信方法。
【背景技术】
[0004] 随着智能电话的普及，便携式或移动终端实施的无线通信的量呈爆炸式增长。此 后，设备之间执行的不通过人的通信形式也采取无线通信的形式。出于运一原因，与当前相 比，无线通信的流量到2020年及2020年W后可能增长至1000到10000倍。因此，人们正 在积极地研究新的通信系统。开发无线电话系统的厂商W前将努力的重点放在进一步改善 无线电话系统的频率使用效率上，但不是长期演进化T巧和LTE高级化TE-A)通信系统中 的，而现在则正在就所述LTE和LTE-A系统解决该问题。前沿技术之一是大规模多输入多 输出（MIMO)通信系统，其一般是配备有大约一百个天线的基站，并且同时与大约十组移动 终端通信。 阳0化]在大规模MIMO通信系统中，能够稳定地保持频率使用效率，而不接收到大部分通 信信道噪声或早期衰落波动的影响。此外，与常规MIMO通信系统相比，在大规模MIMO通信 系统中，信道容量得到了极大提高。因此，大规模MIMO通信系统引领着下一代新技术的潮 流。
【附图说明】
[0006] 将容易地获得对本公开的更加全面的认识W及本公开的很多附带的优点，因为通 过参考下述联系附图考虑的说明，它们将得到更好的理解，其中：
[0007] 图1示出了与基站有关的系统结构的示例；
[0008] 图2示出了天线阵列的结构的例子；
[0009] 图3示出了基站结构的框图；
[0010] 图4示出了在基站天线的数量为100时与终端数量成比例的干扰的增大； W11] 图5示出了与终端数量相应的接收误码率触时；
[0012] 图6示出了根据本公开的实施例的优点；
[0013] 图7示出了在确定a0时给出所要考虑的干扰的终端数量的影响；
[0014] 图8示出了本公开中邸R和a 0之间的关系。
【发明内容】
[0015] 本公开提供了一种基站，其包括：对将同时发送至多个移动终端的传输信号进行 处理的数据控制电路；对数据控制电路处理的传输信号进行调制的调制器电路；将调制器 电路调制的传输信号调制成射频传输信号的射频调制器电路；W及将射频传输信号无线发 送至多个移动终端的多个天线。在将向其发送传输信号的多个移动终端的数量为Nv,所述 多个天线的数量为Nb的情况下，所述数据控制电路将所述传输信号乘W预编码矩阵。
【具体实施方式】
[0016] 本公开设及大规模MIMO通信系统，其中，一个基站设有数百天线，从而同时与数 十移动终端执行无线通信。本公开的目的在于提供一种大规模MIMO通信系统，其能够W低 计算复杂性去除从基站发送至终端的信号的干扰。其实施方式是在从基站发送时通过预 编码对信号进行调制，从而使在每一终端处接收到的信号与该终端相关而不需要诸如对角 线化等的操作就运样的配置而言，变得有可能提高基站能够同时执行通信的移动终端的数 量。此外，基站变得有可能W和16正交调幅（16QAM)中一样高的效率调制和发送信号。
[0017] 在大规模MIMO通信系统中，可W通过Nv给出基站同时执行通信的移动终端或终 端的数量，可W通过Nb给出基站的天线的数量，可W将指定传输信号的信道矩阵表示为H， 其将变成[NvXNb]。H*是信道矩阵H的共辆复转置。
[0018] 基站将作为矩阵H与矩阵H*的乘积的相关矩阵HXH*分解为下S角矩阵L和上 S角矩阵U，由此获得上S角矩阵U。此外，基站使上S角矩阵U的逆矩阵U 1乘W具有传输 数据的传输信号Tx,并将结果发送至传输系统中的一个或多个移动终端。在从基站发送时， 如果作为预编码乘WH*，那么每一终端的接收变为HXH* ?(传输数据）。运里，如果不同 信道之间的相关低，那么相关矩阵HXH*的非对角元素变得比对角元素小。
[0019] 因此，所述技术的特征在于运样一种方法，即对信号进行调制，从而使用肥表示 的移动终端接收到只给该移动终端的信号，而无需执行诸如对角线化等的操作。而且，通过 相关矩阵降低了叠加在信道上的噪声，因为噪声本身的自相关和互相关低。此外，变得有可 能使得所执行的接收因此不太受信号噪声的影响。
[0020] 如果相关矩阵HXH*的非对角元素在不同信道之间具有低相关，那么其与对角元 素相比将变小。出于运一原因，能够使面向其终端的信号在所述终端处被接收到而无需对 角线化等的操作。此外，由于信道矩阵中的每一信号中含有的噪声与整个信道矩阵具有低 互相关，因而还能够通过所述相关矩阵降低噪声。因此，在运一大规模MIMO通信系统中使 得对信噪比（S/N)的影响降至了最低。
[0021] 但是，在实践中，相关矩阵HXH*中的非对角元素没有变得彻底为零。通过公式1 给出了与基站通信的一系列终端的接收信号的状态。
[0022] 公式 1 :
[0023]
[0024]
[00巧]在通过G给定相关矩阵HXH*的情况下，通过Tx给定传输信号。接收矩阵中的第 一项（TxO ? E hjjVrxi ? E hij .hkr)描述了第一终端肥#1的接收信号。在信道不相关 时，预计公式1的非对角元素由于不相关值的原因而较小。也就是说，在公式1中的终端 肥#1的接收信号的部分当中，所述第一项是终端肥#1应当接收的信号。在第二项之后，作 为干扰项混合了意在供其他终端肥#2、肥#3……接收的信号。在相关低时，与第一项相比 第二项W后的加法结果将变成非常小的值，并且相关值表现为有限的值。
[00%] 此外，某一终端的干扰项只随着其他终端的数量而增大。因此，干扰项的和或者干 扰量只因基站同时通信的终端的数量的增大而增大。在干扰项之和增大时，接收到的信号 的质量恶化。为了避免运种结果，基站还必须提高天线的数量，由此能够使总相关值更小。
[0027] 本公开的目的在于提供一种用于大规模MIMO通信的通信方法。公开了多个实施 例来解决上述问题。如上文解释的，本公开对信道相关矩阵HXH*进行S角分解，并将其按 照预编码矩阵乘到传输信号上。在上文解释的优选实施例中，将上=角矩阵U的逆矩阵U 1 设为预编码矩阵。在另一实施例中，本公开将=角矩阵的上=角矩阵U的每一元素Ui,乘W 增益gi，将下立角矩阵L的每一元素L。乘W增益1/gi，并将下立角矩阵L的逆矩阵L H受 为预编码矩阵。
[0028] 现在参考附图，在几幅图中始终用类似的附图标记表示等同或对应的部分。
[0029] 图1示出了作为本公开的一个实施例的例子的与基站有关的系统结构。将基站 100通过基站控制单元130连接至外部网络140。小区120是来自基站100的电磁波所达 到的范围。基站100在具有大规模MIMO通信系统的小区120内与多个移动终端211、221、 231……291执行无线通信。移动终端211、221、231……291可W拥有用户W及在小区120 中的位置，所述位置随时随着它们移动。基站100配备有具有数量Nb个天线的天线阵列 110,天线IllA-IllNb按照所述阵列布置（Nb = 100)。基站100还配备有数据控制块101， 其接收传输信号或传输数据。将在数据控制块101中获得的传输数据分别提供给各个单独 的调制器102A-102NV，并对其进行调制。各个单独的射频调制器103A-103NV通过传输频率 对每一调制器102A-102NV调制的信号进行调制，并将其提供给天线lllA-lllNb。基站100 同时从天线IllA-IllNb发送信号，并同时与移动