CN102457359B - 探测参考符号发送方法及基站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基站，包括：探测参考符号SRS周期参数产生装置，用于根据最大多普勒频移f_d、上行链路SRS信噪比γ_p、下行链路数据符号长度T_s和归一化SRS开销比k产生SRS周期参数SRSP；发送装置，用于将产生的SRS周期参数SRSP发送给用户设备，以使得所述用户设备基于SRS周期参数SRSP向基站发送SRS。本发明能够以最优的SRS周期向基站发送SRS，从而在给定归一化SRS开销比条件下实现最优***性能。

Description

探测参考符号发送方法及基站

技术领域

本发明的实施例涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种探测参考符号发送方法及基站。

背景技术

预编码/波束赋形通常利用基站处的信道状态信息(CSI，ChannelState Information)实现无线多输入多输出(MIMO，Multi-InputMulti-Output)下行链路的分集增益和天线增益。通常，由于信道互易性，在时分双工(TDD，Time Division Duplex)***中，CSI是通过上行链路探测参考符号(SRS，Sounding Reference Symbol)获得的，然而，在实践中，由于上行链路信道估计误差和上下行传输延迟，所获得的CSI并不理想。

上行链路SRS可以看作是***开销的一部分。一般来说，大多数通信标准中限定了归一化的SRS开销(即，每个上行链路SRS发射周期对应的SRS的数目)。因此，在给定归一化SRS开销的情况下设计一种最优的SRS周期(SRSP，SRS Period)是非常重要的。理论上，如果每周期上行链路SRS的数目增大，则上行链路信道估计将更为准确，但是SRSP也将增大，从而导致更大的上下行传输延迟。相反，如果每周期上行链路SRS的数目减小，则SRSP也将减小，从而使得上下行传输延迟减小，但是上行链路信道估计将更差。

大多数现有的方案只孤立地考虑了上述双重因素之一。即便少数方案中折衷地考虑了上述两个因素，它们也仅仅是通过一些仿真结果来确定SRSP，普遍缺乏充足的理论依据，因而很难以最优的SRSP来发送SRS，进而无法实现最优***性能。

因此，在TDD***中，需要设计一种能够以最优SRSP来发送SRS的上行链路SRS发送方案。

发明内容

根据本发明的一方面，提出了一种基站，包括：探测参考符号SRS周期参数产生装置，用于根据最大多普勒频移f_d、上行链路SRS信噪比γ_p、下行链路数据符号长度T_s和归一化SRS开销比k产生SRS周期参数SRSP；发送装置，用于将产生的SRS周期参数SRSP发送给用户设备，以使得所述用户设备基于SRS周期参数SRSP向基站发送SRS。

优选地，在上行链路SRS的符号长度也等于T_s时，所述SRS周期参数SRSP基于下列公式计算：

SRSP＝(1+k)(A+25/(AB)-C)

$A=\sqrt[3]{\sqrt{\frac{1}{{64\left({\mathrm{\πf}}_d{T}_s\right)}^4{\left({\mathrm{k\γ}}_p\right)}^2}-\frac{125}{{6192\left(\mathrm{\π}{f}_d{T}_s\right)}^2{\left(k{\mathrm{\γ}}_p\right)}^4}}-\frac{125}{1728{\left({\mathrm{k\γ}}_p\right)}^3}+\frac{1}{2^3{\left(\mathrm{\π}{f}_d{T}_s\right)}^2{\mathrm{k\γ}}_p}}$

B＝144(kγ_p)²

$C=\frac{5}{12{\mathrm{k\γ}}_p}.$

优选地，所述基站还包括：估计装置，用于估计最大多普勒频移f_d和上行链路SRS信噪比γ_p。

优选地，所述基站还包括：预先设定装置，用于预先设定下行链路数据符号长度T_s和归一化SRS开销比k。

优选地，所述SRS周期参数SRSP在通信期间是固定的。

优选地，所述SRS周期参数SRSP在通信期间能够动态调整。

优选地，所述基站实现在TDD***中。

根据本发明的另一方面，提出了一种探测参考符号SRS发送方法，包括：基站根据最大多普勒频移f_d、上行链路SRS信噪比γ_p、下行链路数据符号长度T_s和归一化SRS开销比k产生SRS周期参数SRSP；基站将产生的SRS周期参数SRSP发送给用户设备；以及用户设备基于接收的SRS周期参数向基站发送SRS。

由此可见，本发明能够在TDD***中以最优的SRS周期向基站发送SRS，从而在给定归一化SRS开销比条件下实现最优***性能，

附图说明

结合附图对本发明的实施例进行详细的描述，可更好地理解本发明，其中：

图1示出了根据本发明的支持MIMO的TDD***中的基站的示意性结构框图；

图2示出了LET TDD帧结构2的示意图；

图3示出了TDD MISO波束赋形***中的等效块/SRSP的示意图；

图4示出了平均的后验-SNR与等效块长度/SRSP的关系的仿真图；

图5示出了根据本发明的探测参考符号SRS发送方法的信号流图。

具体实施方式

为了清楚详细的阐述本发明的实现步骤，下面给出了本发明的一些具体实施例，适用于支持MIMO的TDD无线通信***，尤其是LTE-A蜂窝移动通信***。需要说明的是，本发明不局限于这些应用，而是可以适用于更多其它相关的无线通信***。

下面将参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明，在描述过程中省略了对于本发明来说是不必要的细节和功能，以防止对本发明的理解造成混淆。

图1是根据本发明的支持MIMO的TDD***中的基站的示意性结构框图。

如图1所示，基站包括探测参考符号SRS周期参数产生装置101和发送装置103。探测参考符号SRS周期参数产生装置101根据最大多普勒频移f_d、上行链路SRS信噪比γ_p、下行链路数据符号长度T_s和归一化SRS开销比k产生SRS周期参数SRSP。然后，发送装置103将探测参考符号SRS周期参数产生装置101所产生的SRS周期参数SRSP发送给用户设备，以使得用户设备基于该SRS周期参数SRSP向基站发送SRS。在本发明中，探测参考符号SRS周期参数产生装置101产生的SRS周期参数SRSP可以是最优的SRS周期参数SRSP，即，能够导致最佳***性能的SRS周期参数SRSP。

尽管图中未示出，根据本发明的基站还可以包括：估计装置，用于估计最大多普勒频移f_d和上行链路SRS信噪比γ_p；以及预先设定装置，用于预先设定下行链路数据符号长度T_s和归一化SRS开销比k。

下面将对探测参考符号SRS周期参数产生装置101如何基于最大多普勒频移f_d、上行链路SRS信噪比γ_p、下行链路数据符号长度T_s和归一化SRS开销比k来产生最优的SRS周期参数SRSP进行详细说明。

为了便于分析，考虑一种在基站中具有N_t个天线以及在用户设备处具有一个天线的TDD MISO波束赋形***。假设时隙t处N_t×1维度的信道矢量和及其在时隙t-τ处的延迟的估计分别为h(t)和h(t)和的关系可以建模为：

$h\left(t\right)=\mathrm{\ρ}\hat{h}(t-\mathrm{\τ})+\mathrm{\η}\left(t\right)---\left(1\right)$

其中，ρ表示h(t)和之间的相关性，η(t)是与非相关的分量。一般而言，|ρ|越大，则h(t)和之间的相关性越高，从而导致更好的***性能。参照Y.Isukapalli，R.Annavajjala，and B.D.Rao，“Performance analysis of transmit beamforming for MISO systemswith imperfect feedback”IEEE Trans.Commun.，vol.57，no.1，pp.222-231，Jan.2009，ρ可以表示为：

ρ＝ρ_dρ_e                    (2)

其中，ρ_d和ρ_e分别是仅延迟相关和仅估计相关。如之前所提及的，在给定归一化开销的情况下，|ρ_d|变大意味着|ρ_e|变小，反之亦然。因此，存在一个最优的SRSP使得|ρ|最大化，从而导致最优***性能。

例如，对于LTE而言，在3GPP规范中定义了七种TDD帧结构。不失一般性，选择如图2所示的帧结构2进行分析。应注意，本发明也可以采用其他适当的帧结构。

图2示出了LTE TDD帧结构2的示意图。如图2所示，一个无线帧包括10个子帧，一个子帧包括14个OFDM符号。上行链路SRS可以经由特定子帧(SS)和/或上行链路子帧(US)中的最后一个或若干OFDM符号来发送。

为了便于进行进一步的分析，可以将图2等效地概括为图3。这里，为了能够清楚地指示上行链路信道估计与其实际下行链路使用之间的延迟，将所有SRS连同后续下行链路传输的数据符号用一个等效块来表示，这里等效块长度正好等于SRSP。

下面将以波束赋形为例来具体说明如何获得最优的SRSP。应注意，本发明并不局限于波束赋形，而是可以适用于其他类似的发射信号处理方法。

图3示出了TDD MISO波束赋形***中的等效块/SRSP的示意图。如图3所示，假设用户设备每周期发送M_p个SRS给基站。然后，基站可以使用接收到的SRS，基于最小均方误差(MMSE)准则来估计信道矢量，根据估计的信道矢量产生波束赋形矢量，并发送M_d个波束赋形的数据符号。

这里，假设每个SRS和波束赋形的数据符号的持续时间都为T_s。由于信道估计误差和上下行传输延迟，第m个数据符号的波束赋形矢量为

将归一化的SRS开销定义为k＝M_p/M_d，因此SRSP等于M_p+M_d＝(1+k)M_d。注意，也可以定义k＝M_p/(M_p+M_d)，只是推导出的公式略有区别。一般意义上，k是根据***需要预先设计的常数。本发明的目标正是在给定k的约束条件下求解最优SRSP或M_d。假定信道的时变特性遵从经典的Jakes模型。因此，参照W.Jakes，MicrowaveMobile Communications.IEEE Press，1994，第m个数据符号的仅延迟相关的系数可表示为：

|ρ_d(m)|＝J₀(2πmf_dT_s)                  (3)

其中，J₀是第一类零阶Bessel函数，f_d是最大多普勒频移。另一方面，参照B.Hassibi and B.M.Hochwald，“How much training is neededin a multiple-antenna wireless link？”IEEE Trans.Inform.Theory，vol.49，no.4，pp.951-964，Apr.2003，由于采用MMSE信道估计，因而当前块的仅估计相关系数可以表示为：

${\mathrm{\ρ}}_e=\sqrt{1/(1+\frac{1}{M_p{\mathrm{\γ}}_p})}---\left(4\right)$

其中γ_p是上行链路SRS功率与基站噪声之比。因此，第m个数据符号的总信道相关系数可以表示为：

$\left|\mathrm{\ρ}\left(m\right)\right|=\left|{\mathrm{\ρ}}_d\left(m\right)\right|\left|{\mathrm{\ρ}}_e\right|=J_0\left(2\mathrm{\πm}{f}_d{T}_s\right)\sqrt{1/(1+\frac{1}{M_p{\mathrm{\γ}}_p})}\≈[1-{\left(2\mathrm{\πm}{f}_d{T}_d\right)}^2/4]\sqrt{1/(1+\frac{1^{-}}{M_p{\mathrm{\γ}}_p})}---\left(5\right)$

其中，当0≤πmf_dT_s≤1时“≈”成立。对于本发明的***而言，平均的后验SNR(信噪比)是|ρ(m)|的单调递增函数。所以，最大化平均的后验SNR正好相当于对给定归一化SRS开销的约束条件下的|ρ(m)|的最大化。注意：一个块中，每个数据符号具有不同的|ρ(m)|值。因为第M_d个数据符号(即最后一个数据符号)具有最小的仅延迟相关系数，这主导了整个块的性能，所以，为了分析简单起见，这里针对该符号的|ρ(M_d)|值求解最优SRSP。

根据复合函数求导法则，|ρ(M_d)|相对于M_d的偏导数可以表示为：

$\frac{\∂|\mathrm{\ρ}\left(M_d\right)}{\∂M_d}=\frac{M_d^{-2}}{{8c}_2}(-{4c}_1^2{c}_2{M}_d^3-{5c}_1^2{M}_d^2+4){(1+\frac{1}{c_2{M}_d})}^{-3/2}---\left(6\right)$

其中c₁＝2πf_dT_s以及c₂＝kγ_p。设求解对应的方程则可以得到如下的最优M_d和SPSR：

$M_d^{\mathrm{opt}}=A+25/\left(\mathrm{AB}\right)-C,{\mathrm{SRSP}}^{\mathrm{opt}}=(1+k)M_d^{\mathrm{opt}}$

$A=\sqrt[3]{\sqrt{\frac{1}{{64\left({\mathrm{\πf}}_d{T}_s\right)}^4{\left({\mathrm{k\γ}}_p\right)}^2}-\frac{125}{{6192\left(\mathrm{\π}{f}_d{T}_s\right)}^2{\left(k{\mathrm{\γ}}_p\right)}^4}}-\frac{125}{1728{\left({\mathrm{k\γ}}_p\right)}^3}+\frac{1}{2^3{\left(\mathrm{\π}{f}_d{T}_s\right)}^2{\mathrm{k\γ}}_p}}$

B＝144(kγ_p)²

$C=\frac{5}{12{\mathrm{k\γ}}_p}---\left(7\right)$

在本发明中，基站中的探测参考符号SRS周期参数产生装置101利用公式(7)，根据最大多普勒频移f_d、上行链路SRS信噪比γ_p、下行链路数据符号长度T_s和归一化SRS开销比k，计算得到SRS周期参数SRSP。

图4示出了给定不同归一化SRS开销k的情况下的平均后验SNR(信噪比)与等效块长度/SRSP之间的关系的仿真图。在图4的仿真中，假设信道是时变的(符合Jakes模型)、空间非相关的、频率平坦的、并且具有瑞利衰落，基站和用户设备分别使用MMSE信道估计和理想的信道估计，并且使用如下的参数设置：N_t＝4，T_s＝10^-3/14s，f_d＝70Hz，以及γ_p＝10dB。

从图4中可以看出，上述理论推导的结果与仿真结果很好地吻合，也就是说，使得平均后验SNR最大化的最优SRSP等于从公式(7)推导出的结果。

由此可见，根据本发明的基站中的探测参考符号SRS周期参数产生装置101可以利用公式(7)计算得到最优的SRS周期参数SRSP，而不需要进行任何仿真。

图5示出了本发明的探测参考符号SRS发送方法的信号流图。

如图5所示，在步骤S501，基站根据最大多普勒频移f_d、上行链路SRS信噪比γ_p、下行链路数据符号长度T_s和归一化SRS开销比k产生SRS周期参数SRSP。最大多普勒频移f_d和上行链路SRS信噪比γ_p是基站按照常规方式估计的，下行链路数据符号长度T_s和归一化SRS开销比k是基站预先设定的。当然，本发明中的最大多普勒频移f_d、上行链路SRS信噪比γ_p、下行链路数据符号长度T_s和归一化SRS开销比k也可以采用其他适当的方式确定。

根据本发明，基站可以利用上述公式(7)，根据最大多普勒频移f_d、上行链路SRS信噪比γ_p、下行链路数据符号长度T_s和归一化SRS开销比k，计算得到最优的SRS周期参数SRSP。

然后，基站在步骤S503将产生的SRS周期参数SRSP发送给用户设备。最后，在步骤S505，用户设备基于接收的SRS周期参数向基站发送SRS。

这里以LTE/LTE-A***为例，用户设备侧可以采用的两种SRS周期参数设定策略进行说明：

在Rel-8/9版本中，在每个用户设备激活期间，通常利用层2的调度器将其SRSP固定。当然，优选的SRSP值可以灵活地确定。在通信刚开始时，可以根据公式(7)(或者辅以适当的修正)基于最大多普勒频移f_d、上行链路SRS信噪比γ_p、下行链路数据符号长度T_s和归一化SRS开销比k来计算最优的SRSP。在通信期间，SRSP不再改变。

在Rel-10及更高版本中，每个用户设备在通信刚开始时采取与上述固定策略类似的方法来确定SRSP。两个策略之间的主要区别在于，对于动态策略，如果一些关键参数，例如f_d和γ_p在通信期间显著变化，则SRSP可以根据公式(7)来动态调整。

由此，本发明能够以最优的SRS周期向基站发送SRS，从而在给定归一化SRS开销比条件下实现最优***性能，同时对于TDD***中的SRS发送方案的设计有一定的理论指导作用。

描述和附图仅示出本发明的原理。因此应该意识到，本领域技术人员能够建议不同的结构，虽然这些不同的结构未在此处明确描述或示出，但体现了本发明的原理并包括在其精神和范围之内。此外，所有此处提到的示例明确地主要只用于教学目的以帮助读者理解本发明的原理以及发明人所贡献的促进本领域的构思，并应被解释为不是对这些特定提到的示例和条件的限制。此外，此处所有提到本发明的原则、方面和实施方式的陈述及其特定的示例包含其等同物在内。

上面的描述仅用于实现本发明的实施方式，本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的范围的任何修改或局部替换，均应该属于本发明的权利要求来限定的范围，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种基站，包括：

探测参考符号SRS周期参数产生装置，用于根据最大多普勒频移f_d、上行链路SRS信噪比γ_p、下行链路数据符号长度T_s和归一化SRS开销比k产生SRS周期参数SRSP；

发送装置，用于将产生的SRS周期参数SRSP发送给用户设备，以使得所述用户设备基于SRS周期参数SRSP向基站发送SRS。

2.根据权利要求1所述的基站，其中，在上行链路SRS的符号长度也等于T_s时，所述SRS周期参数SRSP基于下列公式计算：

SRSP＝(1+k)(A+25/(AB)-C)

$A=\sqrt[3]{\sqrt{\frac{1}{{64\left({\mathrm{\πf}}_d{T}_s\right)}^4{\left({\mathrm{k\γ}}_p\right)}^2}-\frac{125}{{6192\left(\mathrm{\π}{f}_d{T}_s\right)}^2{\left(k{\mathrm{\γ}}_p\right)}^4}}-\frac{125}{1728{\left({\mathrm{k\γ}}_p\right)}^3}+\frac{1}{2^3{\left(\mathrm{\π}{f}_d{T}_s\right)}^2{\mathrm{k\γ}}_p}}$

B＝144(kγ_p)²

$C=\frac{5}{12{\mathrm{k\γ}}_p}.$

3.根据权利要求1所述的基站，还包括：估计装置，用于估计最大多普勒频移f_d和上行链路SRS信噪比γ_p。

4.根据权利要求1所述的基站，还包括：预先设定装置，用于预先设定下行链路数据符号长度T_s和归一化SRS开销比k。

5.根据权利要求1所述的基站，其中，所述SRS周期参数SRSP在通信期间是固定的。

6.根据权利要求1所述的基站，其中，所述SRS周期参数SRSP在通信期间能够动态调整。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的基站，其中，所述基站实现在时分双工TDD***中。

8.一种探测参考符号SRS发送方法，包括：

基站根据最大多普勒频移f_d、上行链路SRS信噪比γ_p、下行链路数据符号长度T_s和归一化SRS开销比k产生SRS周期参数SRSP；

基站将产生的SRS周期参数SRSP发送给用户设备；以及

用户设备基于接收的SRS周期参数向基站发送SRS。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，在上行链路SRS的符号长度也等于T_s时，所述SRS周期参数SRSP基于下列公式计算：

SRSP＝(1+k)(A+25/(AB)-C)

$A=\sqrt[3]{\sqrt{\frac{1}{{64\left({\mathrm{\πf}}_d{T}_s\right)}^4{\left({\mathrm{k\γ}}_p\right)}^2}-\frac{125}{{6192\left(\mathrm{\π}{f}_d{T}_s\right)}^2{\left(k{\mathrm{\γ}}_p\right)}^4}}-\frac{125}{1728{\left({\mathrm{k\γ}}_p\right)}^3}+\frac{1}{2^3{\left(\mathrm{\π}{f}_d{T}_s\right)}^2{\mathrm{k\γ}}_p}}$

B＝144(kγ_p)²

$C=\frac{5}{12{\mathrm{k\γ}}_p}.$

10.根据权利要求8所述的方法，还包括：基站估计最大多普勒频移f_d和上行链路SRS信噪比γ_p。

11.根据权利要求8所述的方法，还包括：基站预先设定下行链路数据符号长度T_s和归一化SRS开销比k。

12.根据权利要求8所述的方法，其中，所述SRS周期参数SRSP在通信期间是固定的。

13.根据权利要求8所述的方法，其中，所述SRS周期参数SRSP在通信期间能够动态调整。

14.根据权利要求8～13中任一项所述的方法，其中，所述方法实现在时分双工TDD***中。