CN101472286A - 虚拟mimo***及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在移动通信***的基站中评估第一组移动设备的虚拟MIMO***的质量的方法。该移动通信***还包括耦合到基站的多个移动设备，该基站适于接收多个移动设备中各移动设备的上行链路信道估计系数。该方法包括以下步骤：选择多个移动设备中的至少第一和第二移动设备；通过计算第一与第二向量之间的逆相关来获得第一因子；获得第二因子，该第二因子描述了第一与第二移动设备之间的平均接收功率比；通过使用算术运算来组合第一因子和第二因子从而计算虚拟MIMO的质量值，该质量值描述了第一与第二移动设备之间虚拟MIMO***的质量。

Description

虚拟MIMO***及其装置

技术领域

本发明涉及移动通信***中的虚拟MIMO***，并且更具体地涉及但不限于评估虚拟MIMO***的质量的方法和基站。

背景技术

在无线技术中，多个输入和多个输出或者MIMO限定多个天线在发送器和接收器处的使用以便提高通信性能。另外，它增加数据吞吐量和链路范围而无需附加带宽或者发送功率。MIMO的主要功能之一在于将高速率信号拆分成多个更低速率的流的空间复用、在同一频率信道中从不同发送天线发送各流。MIMO信道可以建模为让数个发送流穿过由在发送器处的多个发送天线与在接收器处的多个接收天线之间的多个路径组成的矩阵信道。接收器通过多个接收器天线来获得信号并且将接收的信号向量解码成原始信息。

一种特殊类型的MIMO是所谓的虚拟MIMO，其中即使发送器具有单个天线，该虚拟MIMO仍然允许站点在同一频带和时间同时发送信号到多个用户或者从多个用户接收信号。通过在两个或者更多发送器或者移动设备之间共享资源来增加单独发送器的总吞吐量。通常，对于上行链路或者从移动设备到基站的发送而言，可以形成在相同资源上进行发送的成对用户从而形成虚拟MIMO***。然而，多于两个用户也可以用来形成这一虚拟MIMO***。

在虚拟MIMO***内的移动设备与基站天线之间的信道的特征和参数可能大相径庭，这会显著影响它们已经形成的虚拟MIMO***的性能和质量。也就是说，可以用任意方式形成配对，因此需要一种用于评估配对或者分组组合的质量并且将它应用于虚拟MIMO***中以便提高总小区吞吐量的适当方法。

发明内容

本发明提供了一种在移动通信***的基站中评估第一组移动设备的虚拟MIMO***的质量的方法。该移动通信***还包括连接到基站的多个移动设备，该基站适于估计多个移动设备中各移动设备的上行链路信道估计系数。该方法包括以下步骤：选择多个移动设备中的至少第一和第二移动设备；通过计算第一与第二向量之间的逆相关来获得第一因子，分别地，第一向量包含第一移动站与第一和第二基站天线之间的至少第一和第二传递函数，第二向量包含第二移动站与第一和第二基站天线之间的第三和第四传递函数。传递函数是根据信道估计系数而获得的。

移动通信***可以符合比如GSM、UMTS、IEEE 802.11、IEEE802.16或者3GPP LTE这样的标准之一。

该方法还包括：通过将第一向量的第一自相关除以第二向量的第二自相关来获得第二因子。第二因子描述了第一与第二移动设备之间的平均接收功率比；以及通过使用算术运算来组合第一因子和第二因子从而计算虚拟MIMO的质量值，该质量值描述了第一与第二移动设备之间虚拟MIMO***的质量。

根据本发明的一个实施例，算术运算是乘法，其中基站还包括线性接收器，以及其中第二自相关大于第一自相关。第一因子包括第一常量指数而第二因子包括第二常量指数。

本发明实施例的优点之一在于它描述了一种用于对基站中的激活的移动设备进行分组或者配对的优化的方法。该方法基于计算对虚拟MIMO***的质量影响很大的两个因子。这两个因子是形成虚拟MIMO***组的移动设备的逆相关和功率平衡。另一优点在于对移动设备之间逆相关和功率平衡的计算使用已经获得的测量作为信道估计，信道估计会在基站处被持续更新。基站从小区内的激活的每个移动设备接收信息。

在另一方面中，本发明涉及一种在移动通信***的基站中计算移动设备的多个虚拟MIMO***组的方法。该移动通信***还包括连接到基站的多个移动设备。该方法包括以下步骤：获得多个组候选，各个组候选包括至少第一和第二移动设备，多个组候选包括多个移动设备之中的所有可能组合；根据本发明的实施例之一为各个组候选计算质量值；根据计算的质量值从最高到最低质量值对多个组候选进行排序；选择与最高质量值对应的第一组移动设备；以及如果在先前组选择时未包括与第二最高质量值对应的第二组移动设备中的第一和第二移动设备则选择至少该第二组移动设备。

根据本发明的一个实施例，根据标准来选择多个移动设备的组候选，该标准为各移动设备的信号与干扰加噪声之比SINR阈值和/或调度优先级。

根据本发明的另一实施例，重复选择成组移动设备的选择步骤直至已经对最大数目的移动设备进行分组。

根据本发明的另一实施例，从虚拟MIMO***排除放弃的一组移动设备，其中放弃的组包含不符合标准和/或尚未分组的第二批移动设备。

本发明实施例的另一优点在于根据对虚拟MIMO***的性能进行优化的最佳特征和参数将基站小区中的激活的多个移动设备分组到多个虚拟MIMO***组中。本发明的实施例针对基站小区内的分组或者配对的各可能组合计算质量值、获得给予最高质量值的最佳配对以形成虚拟MIMO***。

为了减少复杂度和计算时间，可以使用标准以减少在计算中将包括的移动设备的数目。这一标准可以基于各移动设备的信噪比SNR和/或移动设备的优先级，这些移动设备包括符合这些标准的移动设备，而其余移动设备将继续与基站进行发送和通信而不共享资源。以这一方式，虚拟MIMO***组的可能组合仅包含虚拟MIMO***组内获得良好性能的概率更高的移动设备。在已经计算所有可能组合和它们的质量值之后，基于质量值来存储这些组，并且从具有最高质量值的组开始创建虚拟MIMO***组直至不再能够形成组。各移动设备可以是仅一个虚拟MIMO***组的一部分，而在它们是无法被分组的移动设备的情况下，它们将继续以与不满足标准的移动设备一样的方式与基站通信。

在另一方面中，本发明涉及一种移动通信***的基站，该基站用于计算移动设备的多个虚拟MIMO***组，该移动通信***还包括连接到基站的多个移动设备，该基站适于接收多个移动设备中各移动设备的上行链路信道估计系数。该基站包括：用于选择多个移动设备中的至少第一和第二移动设备作为第一组移动设备的装置；用于通过计算第一与第二向量之间的逆相关来获得第一因子的装置，第一因子包含第一移动站与第一和第二基站天线之间的至少第一和第二传递函数，第二向量包含第二移动站与第一和第二基站天线之间的第三和第四传递函数，传递函数是根据信道估计系数而获得的。

该基站还包括：用于通过将第一向量的第一自相关除以第二向量的第二自相关来获得第二因子的装置，第二向量描述了第一与第二移动站之间的平均接收功率；以及用于通过使用算术运算来组合第一向量和第二向量从而计算虚拟MIMO的质量值的装置，该质量值描述了第一与第二移动设备之间虚拟MIMO***的质量。

根据本发明的一个实施例，该基站还包括：用于获得移动设备的多个组候选的装置，各个组候选包括至少第一和第二移动设备；用于根据本发明实施例之一为各个组候选计算质量值的装置。该基站还包括：用于根据计算的质量值从最高到最低质量值对多个组候选进行排序的装置；以及用于选择与最高质量值对应的第一组移动设备的装置；用于如果在先前组选择时未包括第一和第二移动设备则选择与第二最高质量值对应的至少第二组移动设备的装置。

根据本发明的一个实施例，在基站中，算术运算是乘法，其中基站还包括线性接收器，其中第二自相关大于第一自相关，其中第一因子包括第一常量指数而第二因子包括第二常量指数。

附图说明

在下文中将参照附图仅通过例子更具体地描述本发明的优选实施例，在附图中：

图1是计算多个虚拟MIMO***组的步骤的框图，

图2是用于虚拟MIMO***的多个组候选的框图，

图3是为各个候选计算质量值的框图，

图4是为虚拟MIMO***选择成组移动设备的框图，

图5是本发明一个实施例的流程图，

图6是本发明另一实施例的第二流程图，

图7是根据本发明一个实施例的基站的框图。

具体实施方式

图1示出了包括多个移动站101、基站102以及第一基站天线103和第二基站天线104的移动通信***100的框图。多个移动站101是激活的并且耦合到基站102。基站102从各移动站定期地接收用来获得或者更新信道估计系数的导频符号。

如果基站102需要增加整个小区的发送吞吐量或者容量，则可以使用虚拟MIMO***以便共享两个或者更多移动设备的资源。为了这样做，基站102需要为基站102小区内的激活的各移动设备评估和计算最佳的可能分组组合或者配对。用以计算多个虚拟MIMO***组的第一步骤是放弃不满足虚拟MIMO***标准的所有移动设备。该标准例如可以是信噪比SINR或者先前确定的移动设备优先级。在移动通信***100中，有一组移动设备105不满足这些标准，并且在计算最佳虚拟MIMO***组时不考虑该组移动设备。选择第二组移动设备106作为将作为潜在虚拟MIMO***组被评估的候选。

图2示出了计算移动通信***100内多个虚拟MIMO***组的步骤的框图。在还包括第一和第二基站天线103、104的基站102中进行计算并且针对所有的成组移动设备106完成该计算。在已经选择与标准相符的移动设备作为虚拟MIMO***候选之后，获得多个组候选。各个组候选由第一和第二移动设备形成，并且组候选包括成组移动设备106之中的所有可能组合。例如，第一组候选201由移动设备202和203形成。同时，移动设备202也分组到由移动设备202和205形成的组候选204中。针对作为将成为虚拟MIMO***的一部分的候选的所有移动设备重复这一分组组合。

图3图示了计算移动通信***100内多个虚拟MIMO***的步骤的框图，该移动通信***100还包括基站102以及基站天线103和104。移动通信***100还包括先前尚未放弃的所有移动设备106和放弃的一组移动设备105。图3代表移动设备的多个组合。

在用于计算多个虚拟MIMO***组的又一步骤中，计算用于各个组候选的质量值。这一质量值对具有最高质量值的将被分组到虚拟MIMO***中的组候选进行加权和限定。为了进行虚拟MIMO***的质量值的计算，通过计算第一向量(h_1，n)与第二向量(h_2，n)之间的逆相关来获得第一因子，第一向量包含第一移动站(编号在传递函数的第一子索引中)202与第一和第二基站天线103和104(编号在传递函数的第二子索引中)之间的第一和第二传递函数(h_1，1，n，h_1，2，n)。第二向量包含第二移动站302(编号在传递函数的第一子索引中)与基站天线103和104(编号在传递函数的第二子索引中)之间的传递函数(h_2，1，n，h_2，2，n)。这些传递函数是根据来自移动设备203和302的信道估计系数而获得的并且由基站102接收。可以使用以下公式来代表第一和第二向量的计算(1)以及第一因子A的计算(2)：

$\left(\begin{array}{c}{h}_{1,n}\\ h_{2,n}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{h}_{\mathrm{1,1},n}& h_{\mathrm{1,2},n}\\ h_{\mathrm{2,1},n}& h_{\mathrm{2,2},n}\end{array}\right)---\left(1\right)$    $\mathrm{FirstFactor}\left(A\right)=\frac{1}{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{1,n}\·{h_{2,n}}^H}---\left(2\right),$

其中n代表计算的子载波编号、对于多载波***如OFDM而言可以大于一。公式(2)还代表针对N个子载波的平均。仅对于多载波***才需要使用平均值。如果需要，则可以基于平均接收功率来归一化第一因子(A)的计算从而获得以下公式：

$\mathrm{FirstFactor}\left(A\right)=\frac{1/2\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{1,n}\·{h_{1,n}}^H+1/2\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{2,n}\·{h_{2,n}}^H}{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{1,n}\·{h_{2,n}}^H}---\left(3\right)$

然后，通过将第一向量的第一自相关除以第二向量的第二自相关来获得第二向量，其中第二自相关大于第一自相关。第二因子描述了第一与第二移动设备之间的平均接收功率比并且表示为：

$\mathrm{SecondFactor}\left(B\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{1,n}\·{h_{1,n}}^H}{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{2,n}\·{h_{2,n}}^H}& ,\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{2,n}\·{h_{2,n}}^H>\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{1,n}\·{h_{1,n}}^H\end{array}\right.,---\left(4\right)$

其中H是向量的共轭转置。

最后通过使用视基站中的接收器类型而定的算术运算来组合第一和第二因子从而计算虚拟MIMO的质量值。如果基站102包括线性接收器，则算术运算为乘法而第一和第二因子分别包括第一常量指数(α)和第二因子指数(β)。质量值可以表示为：

QualityValue＝A^α·B^β                              (5)，

其中A代表第一因子而B代表第二因子。

为先前已经选择的所有组候选重复质量值的这一计算。作为例子，组候选202具有质量值0.9而组候选204具有质量值0.91。然后，基于计算的质量值从最高到最低质量值对多个组候选进行排序，以便识别图3中形成最佳虚拟MIMO***的组候选，最佳组候选为303而第二最大质量值为304。具有最高质量值303的第一组形成第一虚拟MIMO组。第二虚拟MIMO组是不包含先前已经分组到虚拟MIMO组上的移动设备的第二最高质量值的组。在图3的情况下，第二最高质量值304由已经形成第一虚拟MIMO组的一部分的移动设备302形成。因此，不能考虑第二最高质量值304，并且下一个最高质量值305是将指向第二虚拟MIMO***的形成的下一个值。为所有后续的组候选重复这一过程直至不再可能有分组或者配对。

图4示出了计算移动通信***100的多个虚拟MIMO***组的步骤的框图，该移动通信***还包括基站102、基站天线103和104并且在图3中所述步骤中选择虚拟MIMO组401、402和403之后还包括所选虚拟MIMO组401、402和403。图4也示出了放弃的一组移动设备105和未分组到任何虚拟MIMO组中的三个另外的移动设备404、405和406。这三个移动设备404-406之所以未被分组是因为它们在它们的相应组候选中获得的质量值为0.6和0.49，低于最小质量值标准0.61。

在某些情形中，如果没有其它设备可用，则不能对移动设备进一步进行分组。例如，如果最小候选标准为0.5，则又一虚拟MIMO组可以由移动设备405和406形成，但是移动设备404不能形成任何其它组，因为所有其它移动设备已经被分组。在这一情况下，移动设备404形成放弃的一组移动设备的一部分而无需配对形成虚拟MIMO组。形成虚拟MIMO组的其余移动设备开始共享包括频率分配的资源以便增加从移动设备到基站102的总发送吞吐量。

图5代表了在移动通信***的基站中评估成组移动设备的虚拟MIMO***的质量的方法的流程图。基站适于接收各移动设备的上行链路信道估计系数。第一步骤501选择多个移动设备中的第一和第二移动设备。第二步骤502通过计算第一与第二向量之间的逆相关来获得第一因子，第一和第二向量包含第一和第二移动站与第一和第二基站天线之间的传递函数，传递函数是根据信道估计系数而获得的。第三步骤503通过将第一向量的第一自相关除以第二向量的第二自相关来获得第二因子，第二向量描述了第一和与第二移动设备之间的平均接收功率比。在第四步骤504中，通过使用算术运算来组合第一和第二因子从而计算虚拟MIMO的质量值。这一质量值描述了第一与第二移动设备之间虚拟MIMO***的质量。

图6示出了本发明一个实施例的在移动通信***的基站中计算移动设备的多个虚拟MIMO***组的方法的流程图。移动通信***包括耦合到基站的多个移动设备。该方法包括获得多个组候选的第一步骤601，各个组候选包括至少第一和第二移动设备，并且多个组候选包括多个移动设备之中的可能组合。第二步骤602根据图5中的流程图为各个组候选计算质量值。第三步骤603根据计算的质量值从最高到最低质量值对多个组候选进行排序。第四步骤604选择与其质量值对应的第一组移动设备以形成第一虚拟MIMO组。第五步骤605选择与第二最高质量值对应的至少第二组移动设备以形成第二虚拟MIMO组，在先前组选择时不能已经包括这些第一和第二移动设备。重复这一步骤605直至已经对最大数目的所有移动设备进行分组并且不再可能形成更多虚拟MIMO组。作为替代，可以设置质量值的阈值，从而如果组候选低于这一质量值阈值，则组候选不再被考虑并且不能形成虚拟MIMO组。

图7示出了还包括多个移动设备708的移动通信***100的基站701。基站使用任何无线技术如来自3GPP的GSM、UMTS、LTE或者来自3GPP标准的WiMax与多个移动设备701通信。基站701还包括第一和第二基站天线702和703以及用于选择多个移动设备中的至少第一和第二移动设备作为第一组移动设备的装置704。基站700还包括用于通过计算第一与第二向量之间的逆相关来获得第一因子的装置705；用于通过将第一向量的第一自相关除以第二相关的第二自相关来获得第二因子的装置706，第二向量描述了第一与第二设备之间的平均接收功率比；以及用于通过使用算术运算来组合第一和第二因子从而计算虚拟MIMO的质量值的装置707，质量值描述了第一与第二移动设备之间虚拟MIMO***的质量。

Claims (10)

1.一种在移动通信***(100)的基站(102)中评估成组移动设备的虚拟MIMO***的质量的方法，所述移动通信***(100)还包括耦合到所述基站(102)的多个移动设备(101)，所述基站(102)适于估计所述多个移动设备(101)中各移动设备的上行链路信道估计系数，所述方法包括以下步骤：

-选择所述多个移动设备(101)中的至少第一移动设备(202)和第二移动设备(203)；

-通过计算第一向量与第二向量之间的逆相关来获得第一因子，所述第一向量包含所述第一移动设备与第一基站天线(103)和第二基站天线(104)之间的至少第一传递函数和第二传递函数，所述第二向量包含所述第二移动设备(203)与所述第一基站天线(103)和第二基站天线(104)之间的至少第三传递函数和第四传递函数，所述传递函数是根据所述信道估计系数而获得的；

-通过将所述第一向量的第一自相关除以所述第二向量的第二自相关来获得第二因子，所述第二因子描述了所述第一移动设备(202)与第二移动设备(203)之间的平均接收功率；

-通过使用算术运算来组合所述第一因子和所述第二因子从而计算所述虚拟MIMO的所述质量值，所述质量值描述了所述第一移动设备(202)与第二移动设备(203)之间所述虚拟MIMO***的质量。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述算术运算是乘法，其中所述第二自相关大于所述第一自相关，其中所述第一因子包括第一常量指数而所述第二因子包括第二常量指数。

3.一种在移动通信***(100)的基站(102)中计算移动设备的多个虚拟MIMO***组的方法，所述移动通信***(100)还包括耦合到所述基站(102)的多个移动设备(101)，所述方法包括以下步骤：

-获得多个组候选(601)，各个组候选包括至少第一移动设备(202)和第二移动设备(203)，所述多个组候选包括所述多个移动设备(101)之中的所有可能组合；

-根据权利要求1为各个组候选(602)计算质量值；

-根据所述计算的质量值从最高质量值(303)到最低质量值对所述多个组候选(603)进行排序；

-选择与所述最高质量值(401)对应的第一组移动设备(604)以形成第一虚拟MIMO组；

-如果在先前组选择时未包括与第二最高质量值(402)对应的第二组移动设备(605)中的所述第一移动设备和第二移动设备，则选择至少所述第二组移动设备(605)以形成第二虚拟MIMO组。

4.如权利要求3所述的方法，其中根据标准来选择所述多个移动设备(101)的所述组候选，所述标准为各移动设备的SINR阈值和/或调度优先级。

5.如权利要求3所述的方法，其中重复所述选择成组移动设备的选择步骤直至已经对最大数目的移动设备进行分组。

6.如权利要求4或者5所述的方法，从所述虚拟MIMO***排除放弃的一组移动设备，其中所述放弃的组包含不符合所述标准和/或尚未分组的第二批移动设备。

7.一种移动通信***(700)的基站(701)，用于计算移动设备的多个虚拟MIMO***组，所述移动通信***(700)还包括耦合到所述基站(701)的多个移动设备(708)，所述基站(701)适于估计所述多个移动设备(708)中各移动设备的上行链路信道估计系数，所述基站(701)包括：

-用于选择所述多个移动设备中的至少第一移动设备和第二移动设备作为第一组移动设备的装置(704)；

-用于通过计算第一向量与第二向量之间的逆相关来获得第一因子的装置(705)，所述第一向量包含所述第一移动设备与第一基站天线(702)和第二基站天线(703)之间的至少第一传递函数和第二传递函数，所述第二向量包含所述第二移动设备与所述第一基站天线(702)和第二基站天线(703)之间的至少第三传递函数和第四传递函数，所述传递函数是根据所述信道估计系数而获得的；

-用于通过将所述第一向量的第一自相关除以所述第二向量的第二自相关来获得第二因子的装置(706)，所述第二因子描述了所述第一移动设备与第二移动设备之间的平均接收功率；

-用于通过使用算术运算来组合所述第一因子和所述第二因子从而计算所述虚拟MIMO的所述质量值的装置(707)，所述质量值描述了所述第一移动设备与第二移动设备之间所述虚拟MIMO***的质量。

8.如权利要求7所述的基站，还包括：

-用于获得移动设备的多个组候选的装置，各个组候选包括至少第一移动设备(202)和第二移动设备(203)；

-用于根据权利要求1为各个组候选计算质量值的装置；

-用于根据所述计算的质量值从最高质量值(303)到最低质量值对所述多个组候选进行排序的装置；

-用于选择与所述最高质量值(401)对应的第一组移动设备的装置；

-用于如果在先前组选择时未包括所述第一移动设备和第二移动设备则选择与第二最高质量值(402)对应的至少第二组移动设备的装置。

9.如权利要求7所述的基站，所述算术运算是乘法，其中所述基站还包括线性接收器，其中所述第二自相关大于所述第一自相关，其中所述第一因子包括第一常量指数而所述第二因子包括第二常量指数。

10.如权利要求7所述的基站，其中根据标准来选择所述多个移动设备(101)的所述组候选，所述标准为各移动设备的SINR阈值和/或调度优先级。

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