CN101730979A - 在无线通信网络中生成天线选择信号的方法及*** - Google Patents

在无线通信网络中生成天线选择信号的方法及*** Download PDF

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内莱士·B·梅赫塔
埃德姆·巴拉
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Abstract

一种在无线通信***中生成信号以从天线集中选择天线子集从而发送用户数据的方法和***。使用第一天线子集在第一发送时间间隔(TTI)期间发送第一信号(例如用户数据)。使用第二天线子集在第二TTI期间发送第二信号(例如导频音)。根据所述用户数据和所述导频音，来估计针对所述第一天线子集和所述第二天线子集的相应信道。然后，基于所述估计，从所述第一天线子集和所述第二天线子集中选择最优天线子集，以在下一个TTI期间发送所述用户数据，并且其中，自适应地执行所述选择。

Description

在无线通信网络中生成天线选择信号的方法及***
技术领域
本发明总体上涉及在无线通信网络中生成天线选择信号，更具体地说，涉及在RF链(RF chain)的数量少于天线数量的收发机中选择天线。
背景技术
OFDM
在例如第三代(3G)无线蜂窝通信标准及3GPP长期演进(LTE)标准的无线通信网络中，希望以固定带宽的信道针对多用户同时支持多服务及多数据速率。一种方案是在发送之前基于当前信道估计来对符号进行自适应调制和编码。在使用正交频分复用(OFDMA)的LTE中另一个可供使用的选择是通过向不同的用户或UE(用户设备)指派不同的子载波或子载波组来利用多用户频率分集。***带宽例如可以从1.25MHz变化到20MHz。将***带宽划分为多个子载波，例如，针对5MHz带宽划分为1024个子载波。
以引证方式将以下标准化文档合并于此：36.211，第三代合作伙伴计划；技术规范组无线接入网；物理信道和调制(Release 8)，v 1.0.0(2007-03)；R1-01057，″Adaptive antenna switching for radio resource allocation in theEUTRA uplink，″Mitsubishi Electric/Nortel/NTT DoCoMo，3GPP RAN1#48，St.Louis，USA；R1-071119，″A new DM-RS transmission scheme for antennaselection in E-UTRA uplink，″LGE，3GPP RAN1#48，St.Louis，USA；以及″Comparison of closed-loop antenna selection with open-loop transmitdiversity(antenna switching within a transmit time interval(TTI))，″Mitsubishi Electric，3GPP RAN1#47bis，Sorrento，Italy。根据3GPP标准，基站被增强并且被称为“演进的NodeB”(eNodeB)。
MIMO
为了进一步增大在衰落信道环境中无线通信***的容量，可以使用多输入多输出(MIMO)天线技术，以在不增加带宽的情况下来增大***的容量。由于不同天线的信道可能差别很大，所以MIMO提高了对衰落的稳健性并使得能够同时地发送多数据流。
虽然MIMO***的性能很好，但是它也会增大收发机中的硬件及信号处理复杂度、功耗以及部件尺寸。这部分地是由于各接收天线都需要其中通常包括低噪声放大器、下变频器及模数转换器的接收射频(RF)链。类似地，各发射天线元件都需要其中包括数模转换器、上变频器及功率放大器的发送RF链。
此外，在对空间复用方案中接收到的信号或者对利用空时格形码(space-time trellis code)接收到的信号进行处理时，所需要的接收机的复杂度会作为天线数量的函数而呈指数地增长。
天线选择
天线相对简单且廉价，而RF链则复杂和昂贵得多。天线选择降低了与MIMO***相关的一些复杂度缺陷。天线选择通过使用比天线数量少的RF链来降低发射机与接收机的硬件复杂度。
在天线选择中，通过切换器来自适应地选择可用天线集的子集，并且仅有所选择的天线子集的信号连接到可用RF链(RF链可以是发射的或接收的)，以进行信号处理。在全部情况下，这里所述的所选择的子集是指天线集中的全部可用天线的一个或更多个。请注意，本发明也允许使用多子集进行训练。例如，可以是4个天线及1个RF链，或者8个天线及2个RF链，这两种情况均包括四个子集。
天线选择信号
导频音(pilot tone)或参考信号
为了选择最优天线子集，即使最终仅使用所选择的最优天线子集进行发送，仍需要对与全部可能的发射及接收天线子集相对应的全部信道进行估计。
这可以通过从不同的天线或天线子集发送天线选择信号(例如，导频音，也称为参考信号)来实现。不同的天线子集可以发送相同的导频音或使用不同的导频音。令Nt表示发射天线的数量，Nr表示接收天线的数量，并且令Rt＝Nt/Lt以及Rr＝Nr/Lr为整数。然后，可以将可用的发射(接收)天线元件划分成Rt(Rr)个不相交的子集。导频重复法将适用于Lt×LrMIMO***的训练序列重复Rt·Rr次。在对该训练序列的每次重复期间，发送RF链连接到不同的天线子集。因此，在Rt·Rr次重复结束时，接收机具有对从各个发射天线到各个接收天线的全部信道的完整估计。
在前向与反向链路(信道)不相同的频分双工(FDD)***中进行发射天线选择的情况下，接收机将所选择的天线子集的最优集合反馈给发射机。在互易(reciprocal)的时分双工(TDD)***中，发射机能够独立地执行这种选择。
对于具有缓慢变化信道的室内LAN应用，可以使用介质访问(MAC)层协议来执行天线选择，参见IEEE 802.11n wireless LAN draftspeci fication，I.P802.11n/D1.0，“Draft amendment to Wireless LAN mediaaccess control(MAC)and physical layer(PHY)specifications：Enhancements for higher throughout”，Tech.Rep.，2006年3月。
通过由MAC层向物理(PHY)层发出利用不同的天线子集发送及接收分组的命令来完成天线选择训练，而不是将物理层前导码扩展成包括针对附加天线元件的额外训练字段(重复)。在MAC头字段中嵌入作为针对Lt×LrMIMO***的单个标准训练序列的训练信息。
LTE中的OFDMA结构
在3GPP TR 25.814，v1.2.2，“Physical Layer Aspects for EvolvedUTRA”中描述了基本上行链路传输方案。该方案是具有循环前缀(CP)的单载波传输(SC-OFDMA)，用于实现上行链路用户间正交性并使得能够在接收机侧实现有效的频域均衡。
LTE参考信号
3GPP LTE构想使用两种参考信号。这两种参考信号都在TTI的一个或更多个长块(LB)或短块(如果可用)中发送。
数据调制参考信号
数据调制(DM)参考信号在指派给用户设备的子载波中与数据一起发送。这些信号有助于eNodeB(基站)接收机获得对信道的准确估计，并由此可以对接收信号进行相干地解码。
宽带探测参考信号(SRS)
宽带SRS用于帮助eNodeB对从用户到eNodeB的上行链路信道的整个频域响应进行估计。这有助于进行频域调度，其中，在理论上将子载波指派给针对该子载波具有最佳上行链路信道增益的用户。因此，宽带SRS可以占据整个***带宽，例如，5MHz或10MHz。还提出了其它替换方式，其中，宽带SRS占据***带宽中的一部分并且在多个传输期间进行跳频，以覆盖整个***带宽。
发明内容
一种在无线通信***中生成天线选择信号的方法。所述天线选择信号用于从可用天线集中选择最优天线子集。然后，所选择的子集可用于发送或接收信号。
使用第一天线子集在第一发送时间间隔(TTI)期间发送用户数据。使用第二天线子集在第二TTI期间发送导频音。之后，可以根据需要使用另一天线子集来发送附加导频音。从最近用于数据发送的天线子集所发送的导频音与从其它天线子集所发送的导频音在其发送频度方面可能有所不同。
根据所述用户数据和所述导频音，来估计针对所述第一天线子集和所述第二天线子集的相应信道。然后，基于所估计出的信道，从所述第一天线子集和所述第二天线子集中选择最优天线子集，以在下一个TTI期间发送所述用户数据。请注意，用户数据及导频音都可用作天线选择信号。
附图说明
图1A是示出了根据本发明的一个实施方式的基带传输链的框图；
图1B-1E是示出了根据本发明的各个实施方式的发送时间间隔的框图；
图1F是示出了根据本发明的一个实施方式的资源块的框图；
图2-13是示出了根据本发明的各个实施方式的天线选择信号的框图；
图14及图15是示出了根据本发明的一个实施方式的天线选择分组的框图；
图16是示出了根据本发明的一个实施方式的天线选择方法的流程图；
图17是示出了在选择了天线之后切换天线的四种方式的框图；
图18是示出了根据本发明的一个实施方式的、由不同的天线轮流地发送探测参考信号的框图：
图19是示出了根据本发明的一个实施方式的、与所选择的天线相比更低频度地由未选择的天线发送探测参考信号的框图；以及
图20是示出了根据本发明的一个实施方式的、甚至当没有从所选择的天线发送数据时更低频度地由未选择的天线发送探测参考信号的框图。
具体实施方式
本发明的各个实施方式提供了一种用于在无线网络中生成并发送天线选择信号的方法及***。更具体地说，本发明可以应用于RF链的数量少于天线数量的收发机中，例如对于两个发射天线有一个发送RF链，或者对于四个发射天线有两个发送RF链。应当理解的是，接收天线也可以连接到相应更少的接收RF链。应当注意的是，在此说明的技术可以用于仅具有单个天线的接收机。本发明适用于根据3GPP、4G蜂窝、WLAN、WiBro、WiMAX和IEEE802.20标准而设计的网络。
图1A示出了本发明的各个实施方式所使用的离散傅里叶变换(DFT)扩频OFDM收发机的发送RF链10的一部分。使用DFT 12对符号11进行编码，然后进行子载波映射13和快速傅立叶逆变换(IFFT)14，随后进行循环前缀(CP)***14以生成发送信号15。子载波映射13确定哪些频率用于进行发送。
图1B示出了发送子帧或发送时间间隔(TTI)20的基本结构。将发送划分成持续时间为0.5ms的时隙。一个帧长度为10ms。在下文中，术语TTI和子帧可互换使用。一个TTI包括一个或更多个时隙。TTI 21包括由CP 24间隔开的长块(LB)22和短块(SB)。在TTI长度为1.0ms的情况下，子帧具有12个LB和4个SB。
图1C示出了针对3GPP LTE而考虑的具有一个时隙的TTI。该TTI的持续时间为0.5ms。该TTI包括循环前缀(CP)24、长块(LB)22和短块(SB)23。短块中的符号可以用于发送导频音25。长块用于发送信息或控制符号(用户数据)。因此，该TTI包括6个LB和2个SB。
图1C示出了针对3GPP LTE而考虑的具有一个时隙的另一个0.5ms的TTI。在这种情况下，全部OFDM符号都具有相同的长度，并且都是长块。该时隙中的一个或更多个LB用于发送导频音，而其它LB用于发送信息(数据)。实际上，该TTI具有7个LB。
图1E示出了具有多个时隙26的TTI。例如，该TTI为1.0ms长，并包括两个时隙26。可以如图1B-1D所示而划分这些时隙。在这种情况下，该TTI包括14个LB。
图1F示出了根据本发明的一个实施方式的、在发送时间间隔(TTI)20期间的资源块(RB)21的基本结构。纵轴表示频率，而横轴表示时间，如先前对TTI的说明所示来划分时间。因此，该RB在时间上被划分成长块(无阴影)22和短块(有阴影)23，例如6个或12个长块，以及2个或4个短块。长块用于控制信号和数据信号，而短块用于数据调制(DM)参考信号。RB的另一可能结构仅包括长块而不包括短块，例如在0.5ms的时隙中有7个LB或在1.0ms持续时间中有14个LB。在频域中，资源块包括多个子载波，例如，14个子载波。
如果存在SB，则它们用于DM及宽带SRS。如果在RB中仅存在LB，则一个或更多个LB用于DM RS及宽带SRS。可以将多个RB指派给上行链路用户。这些RB可以是连续的，但不一定是连续的。此外，包括RB的子载波可以是连续的，或发布在***带宽或***带宽的一部分上。
DM及宽带探测参考信号还可以用于天线选择训练的目的。DM/宽带RS与AS RS可以是相同的，区别仅在于它们的用途不同。DM信号用于对其它长块中的数据进行解调，而AS RS用于为了天线选择目的而进行信道估计。针对天线选择而使用宽带SRS的优点是有利于进行联合频域调度及天线选择。应当注意的是，接收机中的信道估计是公知的。应当注意的是，本发明并不限于在TTI内的具体数量的长块及短块。为了清楚起见，在图1F中未示出CP。
根据本发明的一个实施方式的天线选择信号可以使用正交频分复用(OFDM)。
为了使得能够针对从用户设备(UE)到基站(BS)的上行链路进行天线选择，UE从可用发射天线的子集发送DM RS或宽带SRS。BS对信道进行估计，并选择最优(最佳)发射天线子集。在FDD***的情况下，BS还将与所选择的天线子集有关的信息反馈回到UE。然后，UE使用所选择的发射天线进行未来至BS的传输。可以周期性地执行这种选择，或经请求而执行这种选择。在后一种情况下，在训练或选择可以开始之前要求进行通知。应当注意的是，可以选择与先前所使用的天线子集相同的天线子集。所选择的天线还可用于接收用户数据，这非常适于其中上行链路与下行链路信道彼此互易的缓慢变化的TDD***。
假设RF链比天线少，则由不同的天线集按照时分复用(TDM)方式使用频分复用(FDM)或码分复用(CDM)来发送导频音，这与图1F所示的基本RB结构一致。
在以下的说明中，首先考虑具有一个RF链和两个发射或接收天线的UE以及FDM导频音。然后，对这些方案进行扩展以使用CDM导频音。接下来，考虑针对FDM导频音及CDM导频音均有两个RF链和四个天线。基于这一描述还可以进行进一步的扩展。然后，考虑在所选择的天线子集(即，当前正在发送或已经发送数据的天线子集)与其它未选择的天线之间进行区分的方案。这种区别在于由所选择的天线子集及未选择的天线子集发送AS RS的频度。
如这里定义的，所选择的天线子集最近发送了用户数据，而未选择的天线子集通常仅发送天线选择信号。如本发明的一个实施方式所述，与所选择的天线子集相比，未选择的天线子集更低频度地发送AS信号。
考虑两种情况的天线训练：在一个TTI内进行天线训练和选择，以及在多个TTI之间进行天线训练和选择。
针对这两种情况中的每一种，说明周期性的天线选择和经请求的天线选择。对使用各种另选导频音用于天线选择进行描述，诸如数据调制(DM)RS、宽带SRS或混合方案。
在以下针对具有一个发送RF链和两个天线(Tx1和Tx2)的UE的示例中，对于具有6个LB和2个SB的时隙结构，假设一个块(SB1)用于发送数据信号、控制信号和DM信号，而另一个块(SB2)用于周期性地发送AS信号。对于包括多个LB(且不包括SB)的1ms TTI，将两个LB(例如LB4和LB11)用于发送DM和宽带SRS。BS根据参考信号来估计信道，并相应地做出天线选择决策。出于说明的目的，假设在BS对选择进行通知与在UE中实际进行切换之间存在延迟。
在一个TTI内进行天线选择时的训练
使用DM RS
如图2A和2B所示，可以通过周期地生成AS信号来执行天线选择和训练。图2A示出了每两个TTI进行天线选择，图2B示出了每三个TTI进行天线选择。
如图2A所示，在第一TTI 220期间，UE利用所选择的天线(例如BS获知将使用天线Tx1)在SB1中开始发送大部分RB 221，包括全部长块以及DM信号201。然而，RB 221的AS信号202是在SB2中由未选择的天线(Tx2)发送。如这里所使用的，“未选择”表示使用与最近用于在RB中发送数据符号的天线子集不同的其它天线子集。也就是说，UE使用不同的天线子集在一个TTI中发送多个符号。
对于包括3个时隙(具有用于DM信号的2个LB)的1ms TTI，UE开始发送大部分RB，包括用于数据的全部LB(1-3、5-14)以及用于DM信号的LB4。然而，RB的AS信号是在LB11中由未选择的天线发送。
如图所示，由于AS信号202在FDM导频音的情况下使用更少的参考信号载波(例如为图2A所示数量的一半)，或者针对CDM信号使用更低功率，因此AS信号202可以称为“低开销”信号。
在210，BS使用针对Tx1的DM信号201以及针对Tx2的AS信号202来选择天线子集(在两个天线的情况下选择一个天线)。在做出选择之后经过一段时间，BS将例如“使用Tx2205”的选择反馈给UE。UE在接收到该反馈之后，针对下一个TTI而切换到所选择的发射天线Tx2。如图2A和2B所示，周期性地重复该训练过程。
图2A和2B还示出，由于天线选择所要求的估计精度低于相干解调所要求的精度，因此可以降低开销量，对于FDM导频音该开销量用返回路径转发(return path forwarding，RPF)来衡量，而对于CDM导频音该开销量用功率来衡量。开销量的减少涉及选择精度与导频音开销减少之间的折衷。
使用宽带SRS
如针对上行链路信道的图3A和图3B所示，还可以使用宽带探测RS 302来实现天线训练和选择。这些信号称为信道质量指示符(CQI)导频信号。发送CQI信号，以使得能够在BS进行信道选择和频域分配。请注意，CQI导频的带宽大于RB的带宽。
如图3A和3B所示，将一个块(SB1)用于大部分RB的数据信号(长块)和DM信号301，而将另一个块(SB2)用于CQI信号302。图3A示出了针对每个TTI使用CQI信号302进行的联合天线选择和资源块指派。
图3B示出了使用每多个(例如每两个或每更多个)TTI而发送的CQI信号进行的联合天线选择和资源块指派。通常，每TTI地发送或者每多个TTI周期性地发送CQI信号。
这使得BS能够估计这两个天线的信道的宽带频率响应。将CQI信号用于训练和选择的另一优点是使得能够进行联合资源块载波频率指派和天线选择，这提高了频域调度的效率。UE可以对发射天线以及RB中使用的频率进行切换。
经请求的自适应天线训练和选择
如图4所示，可以仅在当前天线的性能下降到低于所希望的阈值时才发送AS信号，而不是周期性发送AS信号。可以维持信号干扰噪声比(SINR)估计、混合自动重传请求(HARQ)状态或调制及编码方案(MCS)处理的历史，以确定何时需要进行天线选择。可以由UE或BS来收集这种历史。
在UE或BS例如使用选择触发信号401做出了执行天线训练和选择的决策后，UE通过使用AS信号202或CQI信号在下一个TTI期间发送AS信号，如上所述。然后，BS可以估计这两个天线的信道、对天线进行选择(210)并将使用Tx2的决策205发送回UE。在这种情况下，当UE向BS明确地通知AS信号的形式时性能得到了提高。
在多个TTI之间进行天线选择时的训练
现在说明在多个TTI之间而不是如上所述在一个TTI内进行天线训练和选择时的相应情况。多个TTI之间的选择进一步简化了UE处的实现复杂度，但在选择最优天线集时引入了一些额外的延迟。
使用全部的TTI
图5和图6示出了当UE仅能够在多个TTI之间对天线进行切换时如何能够实现发射天线选择和训练。UE使用所选择的天线正常地发送RB 221。使用未选择的天线Tx2来周期性地发送RB。通过使用来自先前TTI的信道估计，BS现在可以为UE选择(210)最优天线，并将其决策Tx2205反馈回UE。该机制表明一个TTI可以用于天线训练和选择以及用户数据发送。
图6示出了对CQI信号602的相同处理。利用未选择的天线所发送的TTI 601包括数据和宽带探测RS 602，以及DM导频(如果存在的话)。如上所述，使用具有CQI信号的TTI还能够进行联合资源块重新指派和天线选择。应当注意的是，对未选择的天线进行使用的周期性可以与上面所描述的不同。
然而，因为BS或UE处可能不知道Tx2的信道，所以需要以保守的更低速率MCS来利用未选择的天线Tx2进行发送。利用未选择的天线发送的RB包括数据和导频音。虽然利用未选择的天线的初始发送要求保守地选择MCS，但可以使用与当前信道估计有关的先前信道估计来获得更可靠并且可能较不保守的MCS选择，以由未选择的天线进行后续的RB发送。
经请求的自适应训练
图7A和7B示出了响应于选择触发401的经请求的自适应天线选择。UE使用所选择的天线(Tx1)进行发送，直到如上所述而测得的天线性能低于预定阈值为止。UE发送触发信号410，并在下一个TTI通过如图7A所示利用未选择的天线仅发送AS导频信号701、或者通过如图7B所示发送整个RB 702，从而开始进行训练。
在本发明的一个实施方式中，针对后续的TTI以及选择信号205，UE恢复成使用Tx1。在另一实施方式中，UE继续使用Tx2，除非BS指示UE切换到另一天线子集。
多天线子集选择
在以下示例中，说明如何能够在具有两个RF链和四个发射天线的UE中实现天线选择。如上所述，对于两个RF链，按照FDM或CDM方式同时发送两个天线的参考信号。利用两种不同的模式来说明用于不同天线的参考信号子载波。
FDM导频
和以前一样，对使用AS信号或宽带探测参考信号的天线选择进行说明。图8A示出了经由一对未选择的天线(Tx3和Tx4)而在每两个TTI期间周期性地发送AS信号801，图8B示出了每三个TTI发送的AS信号801。
CDM导频
图9A到9B示出了分别使用一对未选择的天线(例如Tx3和Tx4)，针对每两个TTI和每三个TTI，利用周期性FDM宽带探测参考信号901和RB指派而进行的天线训练和选择。
图10A到10B示出了通过使用周期性CDM数据调制信号而进行的天线集选择。在这种情况下，同时发送的两个导频1001与1002彼此正交。对于UE在多个TTI之间进行切换的情况以及对于经请求的(自适应)天线选择的情况，可以有类似的方案。
针对一个RF链和四个发射天线的天线训练
在图11中示出了针对一个RF链和四个天线的实施方式。UE发送针对四个天线的训练信息，使得在任意一个时刻仅有一个发射天线是活动的(active)。虽然说明了三种选择，但也可能有其它的推广和组合。
如图11所示，UE在第一TTI 1101中从Tx1发送数据分组，并使用SB2发送针对Tx2的AS信号202。然后，BS可以确定天线Tx1和Tx2中的哪一个更好，并将其决策(例如，使用Tx21105)反馈回UE。UE在第三TTI之后接收到该反馈。同时，UE在第二TTI 1102中从Tx1重发第二数据分组，并且使用RB的SB2来发送针对Tx3的AS信号。然后，按照先前BS所指示的，发射机切换到Tx2，并在TTI 1103中使用Tx2发送第三数据分组。在同一TTI内，UE使用SB2来发送针对最后剩余的天线Tx4的天线选择信号。然后，BS例如确定Tx3是全部四个天线中的最优天线，并指示UE使用Tx3进行发送。接下来，UE使用Tx31103来发送数据分组1104。针对具有14个LB且其中有2个LB承载参考信号的1ms TTI，可以说明类似的机制。
请注意，在对不同天线的信道进行估计的同时，BS更新其选择决策并反馈回该决策。在一个实施方式中，BS仅反馈回其最终决策，而不反馈增量的选择更新。在这种情况下，不存在使用Tx2的反馈，并且UE使用Tx1来发送第三TTI。
图12示出了加快选择处理的另一可选方案。该可选方案使用在一个TTI内进行选择和在多个TTI之间进行选择的组合。UE在第一TTI 1201中使用天线Tx1来发送数据分组，并使用SB2从天线Tx2发送AS信号1202。然后，UE切换到天线Tx3以在第二TTI 1203中发送数据分组，并在SB2中发送针对天线Tx4的AS信号1204。
然后，BS可以确定全部四个发射天线的信道并对其进行比较，并将其选择决策(例如Tx31205)反馈回UE。在等待选择决策的同时，UE继续从天线Tx1发送数据分组，此后，切换到天线Tx3。
或者，如图13所示，当BS仅能够估计出多个可用天线的一组信道时，BS发送增量更新。在第一TTI之后BS对天线Tx1和Tx2的信道估计进行比较，并将其选择决策1301发送回UE。例如，BS选择Tx21301。在第二TTI之后UE接收到该决策。在第二TTI中，UE如以前一样使用天线Tx3来发送其数据分组，并使用天线Tx4来发送AS信号。然而，在第三TTI中，在接收到BS的选择决策后，UE切换到Tx2，以发送数据分组。如以前一样，BS可以在第二TTI之后对全部四个天线进行比较，并将其选择决策(例如，Tx31302)发送回UE。UE在第三TTI之后切换到Tx3。
使用AS分组
单独的AS分组
除了上述实施方式以外，天线选择处理还可以使用如图14所示的天线选择(AS)分组1400。AS分组将天线选择控制(ASC)信息1401例如嵌入到第一长块(LB1)中，并将DM导频(P)信号1402嵌入到第一短块SB 1中(对于具有2个SB的时隙的情况)，或者嵌入到LB4中(对于具有14个LB的TTI的情况)。该处理非常适于突发的业务，这是因为可以在发送突发之前恰好完成选择。ASC信息1401可以指示出UE正在使用哪个天线子集来发送这些信号。因此，BS可以将其信道估计与特定的天线直接关联起来。此外，ASC信息还可以指示出UE的天线选择请求，并且指示出第二短块SB2中的导频音应当被BS用于训练。
如图14所示，BS在选择天线之前并不需要接收导频音。BS可以在接收到上行链路TTI的前两个OFDM符号之后立即进行选择。这涉及到下面的步骤和定时延迟。BS从UE接收UL TTI的第一和第二OFDM符号，并且，执行信道估计和天线选择，其延迟为T0。如果从BS到UE的距离小于10Km，则可以忽略往返传播延迟T1。UE接收到DL TTI的第一长块和第一短块，随后，UE切换到所选择的天线，其延迟为T2。
捎带(piggybacking)AS训练
或者，如图15所示，UE可以将控制分组(诸如在LB1中具有ACK或NACK 1501的分组)用于天线选择。即使UE没有其它上行链路分组要发送到BS，UE仍在从BS接收到分组之后在上行链路上发送这种类型的分组。为了减少天线选择的开销，可以在未选择的天线上利用某些分组来发送ACS字段1401。因此，该方案不需要发送附加的分组。如上所述，可以周期性地或者自适应地稍带AS信息。此外，UE或BS都可以启动该处理。
天线选择方法
图16示了出根据本发明的一个实施方式的天线选择方法。在1610选择第一天线用于从UE向BS发送信号，例如，所选择的天线Tx1是最后使用过的天线。假设先前的选择对UE和BS均为已知。在1620，UE在一个TTI期间经由所选择的天线(Tx1)向BS发送数据分组。在该数据分组的长块中承载数据(或控制信号)。
在1630，如上所述，UE还使用未选择的天线(例如，Tx2)来发送AS信号。AS信号的发送可以是周期性地每k个TTI进行，或者经请求而进行。在该分组的短块中或者在下一个数据分组中承载AS信号。AS信号可以是FDM信号或CDM信号。如这里所述，AS信号甚至可以是低开销信号。如果该信号是FDM信号，则低开销意味着更少数量的信号子载波。对于CDM导频音，低开销信号具有更低的功率。
在步骤1640，响应于接收到数据分组和AS信号，BS对信道进行估计并选择天线，并将该选择发送到UE。在CDM信号的情况下，BS还可以重新指派UE所使用的资源块的载波频率。然后，在1650，在接收到该选择之后，并且可能在RB重新指派之后，UE切换到所选择的天线来发送后续的分组。
如果天线选择是经请求而进行的，则UE或BS可以基于SINR、MCS或HARQ历史而启动该选择处理。
图17示出了在已经选择了天线之后可以对天线进行切换(SW)的4种方式(1701-1704)。对天线进行切换所需的时间可以用纳秒来度量，例如取决于具体的实现方式为10至100纳秒。该时长比符号的长度(例如，10ms)要短多个量级。
因此，在本发明的一个实施方式中，实质上是在多个符号之间对天线进行切换。也就是说，可以在前一个符号的块结束时进行这种切换，或者在下一个符号的CP起始时进行这种切换。
这4种方式包括：完全在用于发送信号的LB/SB内进行切换，并使用CP 1710以及LB或SB数据部分进行切换-1701；使用用于发送导频音的LB/SB的CP以及相邻LB的CP进行切换-1702；使用用于发送导频音的LB/SB的CP以及相邻LB的CP进行切换-1703；使用相邻LB的CP而不使用用于发送导频音的LB/SB的CP进行切换-1704。在上述4种方法中，其中将包含要发送的导频音的LB/SB用于切换的第一种方法在性能上的损失最小，这是因为数据LB没有受到影响。
减小的天线探测RS开销
还可以通过减小用于发送AS RS的频率，来减少天线选择的开销。此外，即使没有数据要发送时也可以发送探测参考信号。此外，基站可以在任意时刻(包括当UE没有从未选择的天线子集发送探测参考信号时的情况)发送关于UE应当使用哪个天线的决策。
如图18所示，轮流地从两个天线发送宽带探测RS 1801。请注意，即使UE没有发送数据也可以发送宽带SRS。基站对这两个天线的信道进行估计，并执行资源块及天线调度。例如，探测RS周期是两个TTI 1802，并且UE从TTI#1开始发送。然后，从第一天线发送TTI#1、5、9、……的探测RS，而从第二天线发送TTI#3、7、11、……的探测RS。
以下说明的本发明的一个实施方式减小了当探测RS用作AS RS时的天线探测开销。
如图19所示，再次周期性地发送探测RS 1901。但是，现在对eNodeB最近选择用于数据发送的所选择天线与其它未选择天线之间进行区分。现在，从未选择的天线仅发送每k个探测RS中的一个探测RS，而从所选择的天线发送其余RS，其中k大于1，例如为5、10或15。k的最优参数值取决于UE速度、上行链路无线信道的多普勒扩频、eNodeB的调度限制、干扰环境等。如先前所述，eNodeB执行资源块指派，并确定UE应当使用哪个天线来进行数据发送。参数k先验地为eNodeB及UE所知。
这个方案的优点在于，eNodeB可以更高频度地估计所选择的天线的信道。这通常是当UE缓慢移动或根本不移动时的最优天线。在上述两种机制中，eNodeB可以先验地获知未选择天线何时发送了探测RS。
如图20所示，即使UE没有数据要发送也可以由UE发送探测RS。按照类似方式可以减小当DM RS用于AS时的AS探测开销。
仿真
以下，说明各种自适应天线选择方案，以及针对不同的探测RS用途参数具有和不具有频域调度的***级仿真结果。
表1给出了仿真参数。
表1
  ***带宽  10MHz
  TTI持续时间  1ms
  每RB的载波数量  12
  探测RS位置  第一长块
  每TTI的LB数量  14
  每BS(小区)的UE数量  25
  信道模型  6射线典型城市型
  UE速度  3kmph
  发射(UE)天线的数量  2
  发送RF链的数量  1
  接收机(eNodeB)天线的数量  2
  反馈延迟  1TTI
  ***带宽  10MHz
  发射天线之间的归一化距离  0.5m
  出射角变化  58°
  eNodeB(接收)天线的空间相关  不相关
  指派给UE的连续RB的数量  2
  调度算法  频域2.固定RB指派
仿真结果
轮流地探测两个天线
首先，考虑其中如上所述按照轮流方式从两个天线发送探测RS的情况。探测RS的发送间隔设置为2ms或10ms。
表2概括了用户通过单个天线选择所获得的自适应天线选择增益。对于两个TTI探测间隔，具有自适应天线选择能力的UE所获得的SNR增益大于具有单个发射天线的UE所获得的SNR增益。
表2：2TTI探测间隔
 SNR CDF点   具有频域调度   不具有频域调度
  1％   3.2dB   3.8dB
  10％   2dB   2.6dB
表3概括了用户设备通过单个天线选择所获得的自适应天线选择增益。在表3中，对于TTI探测间隔，具有自适应天线选择能力的UE所获得的SNR增益大于具有单个发射天线的UE所获得的SNR增益。
表3：10TTI探测间隔
 SNR CDF点   具有频域调度   不具有频域调度
  1％   2.4dB   3.0dB
  10％   1.6dB   2.3dB
在全部情况下，可以看到，具有自适应天线切换能力的UE的性能(按照其链路所经历的SNR而衡量)获得了极大的提高。
减小的开销天线探测
现在考虑其中与未选择的天线相比，较不频繁地从所选择的天线发送探测RS的情况。探测RS的发送间隔为2ms。从未选择的天线更低频度地(例如，在5个实例中仅1个)发送探测RS在性能方面的损失可忽略不计。甚至，基于其它更极端情况(其中，由未选择的天线在10个实例中的1个发送探测RS或在15个实例中的1个发送探测RS)的自适应天线选择仍然实现了极大的性能增益。
发明效果
本发明的各个实施方式提供了一种在MIMO网络中的从用户设备到基站的上行链路中的天线选择，其中UE中的RF链的数量少于天线的数量。本发明还提供了用于自适应地选择天线的装置。
虽然以优选实施方式为例说明了本发明，但应当理解的是，在本发明的精神和范围内可以做出各种其它修改和改变。因此，所附权利要求的目的是涵盖落入本发明的精神和范围内的全部这些种变型和改变。

Claims (33)

1.一种在无线通信网络中生成天线选择(AS)信号的方法，该方法包括以下步骤：
由用户设备(UE)使用所述UE的可用天线集的第一子集来发送所述AS信号；
由所述UE使用所述UE的可用天线集的第二天线子集来发送所述AS选择信号；
在基站(BS)中根据所述AS信号来估计针对所述第一天线子集及所述第二天线子集的信道；以及
在所述BS中基于所估计出的信道从所述第一天线子集和所述第二天线子集中选择最优天线子集，以用于发送用户数据到所述BS。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述AS信号可以从用户数据信号、数据调制参考信号、导频音、信道质量指示符(CQI)信号以及宽带探测参考信号中选择。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在单个发送时间间隔(TTI)期间执行所述发送、估计及选择。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述TTI包括子帧，该子帧包含有多个长块、多个短块以及用于将所述长块与所述短块分隔开的多个循环前缀，并且，所述长块用于发送所述用户数据，而所述短块用于发送所述导频音。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述TTI包括子帧，该子帧包含有多个长块以及用于将所述长块分隔开的多个循环前缀。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述AS信号使用正交频分复用。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述BS将与所述最优天线子集有关的信息反馈到所述UE。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述选择是周期性的。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述选择是经请求的。
10.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：
在所述UE中使用与所述最优天线子集有关的信息来进行接收。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述AS信号使用频分复用。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述AS信号按照时分复用的方式使用码分复用。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，在每两个发送时间间隔执行所述发送、估计及选择。
14.根据权利要求2所述的方法，其中，所述CQI信号用于联合资源块载波频率重新指派及天线选择。
15.根据权利要求9所述的方法，其中，所述经请求的选择基于信号干扰噪声比(SINR)估计。
16.根据权利要求9所述的方法，其中，所述经请求的选择由所述UE发起。
17.根据权利要求9所述的方法，其中，所述经请求的选择由所述BS发起。
18.根据权利要求1所述的方法，其中，所述AS信号包括天线选择控制信息。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述天线选择控制信息指示了所述UE用于发送所述AS信号的所述天线子集。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述天线选择控制信息指示了所述UE的天线选择请求。
21.根据权利要求4所述的方法，其中，所述UE在所述循环前缀中的一个循环前缀期间在这些天线子集之间进行切换。
22.根据权利要求1所述的方法，其中，所述AS信号是控制分组的一部分。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述控制分组包括ACK或NACK。
24.根据权利要求1所述的方法，其中，所述UE在所述用户数据的数据符号期间在这些天线子集之间进行切换。
25.根据权利要求1所述的方法，其中，最近发送了所述用户数据的天线子集是所述可用天线集中所选择的天线子集，而所述可用天线集的其它天线是未选择的天线子集，并且该方法进一步包括以下步骤：
与所选择的天线子集相比利用所述未选择的天线子集更低频度地发送所述AS信号。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述未选择的天线子集每发送所述AS信号一次，所选择的天线子集发送所述AS信号k次，其中，k大于1。
27.根据权利要求25所述的方法，其中，所述AS信号是宽带探测参考信号。
28.根据权利要求25所述的方法，其中，所述AS信号是数据调制参考信号。
29.根据权利要求25所述的方法，其中，在所述UE发送所述AS信号之前所述BS将k发送到所述UE。
30.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一天线子集是最近用于发送所述用户数据的。
31.一种在无线通信网络中生成天线选择(AS)信号的***，该***包括：
用户设备(UE)，其被设置为使用所述UE的可用天线集的第一子集来发送所述AS信号，然后，使用所述UE的可用天线集的第二天线子集来发送所述AS信号；
基站(BS)，其被设置为根据所述AS信号来估计针对所述第一天线子集和所述第二天线子集的信道；以及
选择装置，其用于在所述BS中基于所估计出的信道从所述第一天线子集和所述第二天线子集中选择最优天线子集，以发送用户数据到所述BS。
32.根据权利要求31所述的***，其中，在单个发送时间间隔(TTI)期间执行所述发送、估计及选择。
33.根据权利要求31所述的***，其中，所述BS将与所述最优天线子集有关的信息反馈回所述UE。
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