CN103477599A - 用于具有波束成型的双向中继的***和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于具有波束成型的双向中继的***和方法。一用于中继站操作的方法包括估计中继站和耦合至该中继站的通信设备之间通信信道的数量、储存包含在传输中的数据、储存包含在传输中的数据、使用预编码矩阵对包含所存储数据子集的传输进行预编码以及发送预编码过的传输。所述估计基于由所述通信设备子集内的通信设备所做的传输,而所述预编码矩阵基于通信信道的估计。

Description

用于具有波束成型的双向中继的***和方法
交叉引用
本申请要求2011年4月15日提交的第13/088,055号美国非临时申请案的在先申请优先权,该非临时申请案以引用方式并入本文本中。
技术领域
本发明大体涉及数字通信,尤其涉及一种用于具有波束成型的双向中继的***和方法。
背景技术
中继节点(RN),或者简言之,中继站(relay),被视为一种改善基站的覆盖、群组移动性、临时网络部署、小区边缘吞吐量和/或在新的区域提供覆盖的工具。RN经由施主小区(还称为施主增强节点B(施主eNB或D-eNB)),通过D-eNB捐赠的网络资源,无线连接至无线通信网络。
一般来说,可有多种不同类型的RN,包括放大转发RN,其中RN接收传输,然后在对所接收到的传输不进行任何解调和/或解码的情况下,再发送所接收到的传输。RN可在不同的频带或不同的时间间隔内接收和发送所述传输,以减少自身干扰。放大转发RN可对所接收到的传输进行放大和/或附加信号处理,以帮助提高通信***性能。另一种类型的RN为译码转发RN。此种RN接收传输、解调并解码、重新编码并重新调制(可能使用不同的调制和编码方案),然后发送。
另一适用于放大转发或译码转发RN的概念是双向RN。在双向RN中,通常没有上行和/或下行传输的概念。相反,可存在多个传输阶段。例如,可存在第一传输阶段(本文中称为多址接入阶段(MA)),其中eNB和用户设备(UE)等与双向RN耦合的通信设备同时进行发送,和第二传输阶段(本文中称为广播阶段(BC)),其中双向RN播送信号至与该双向RN耦合的eNB和UE。
信息论表明双向RN可提供优于传统的单向RN(例如,放大转发RN和译码转发RN)的链路效率,从而改善通信***的整体性能,其中传统的单向RN仍然使用上行和下行传输的概念。
发明内容
这些技术优点大体上由本发明的示例实施例实现,本发明的示例实施例提供一种用于具有波束成型的双向中继的***和方法。
根据本发明的一项示例实施例,提供一种用于中继站操作的方法。该方法包括估计中继站和与该中继站耦合的通信设备的子集之间的通信信道。该估计是基于通信设备的子集中的通信设备所进行的传输。该方法还包括存储一部分所述传输,并且使用预编码矩阵来预编码传输,该传输包括存储的一部分传输的至少一个子集的组合。所述预编码矩阵基于通信信道的估计。该方法进一步包括将预编码后的传输发送至通信设备的子集。
根据本发明的另一项示例实施例,提供一种用于中继站操作的方法。该方法包括发送传输参数至与中继站耦合的通信设备子集,接收来自该通信设备子集中通信设备的预编码向量,根据预编码向量确定预编码矩阵,向与中继站耦合的通信设备提供预编码矩阵,储存一部分来自通信设备子集的传输,以及发送包含至少结合了所储存部分传输子集的传输。该传输用预编码矩阵进行了预编码。
根据本发明的另一个示例实施例,提供一种中继站。该中继站包括信道估计单元、存储器、与所述信道估计单元耦合的预编码器系数单元、与所述预编码器系数单元和存储器耦合的预编码器以及与所述预编码器耦合的发射器。该信道估计单元估计中继站和与该中继站耦合的通信设备子集之间的通信信道。该估计基于通信设备所进行的传输。存储器储存一部分来自通信设备的传输,预编码器系数单元基于通信信道的估计来确定预编码矩阵,预编码器预编码所存储的一部分传输的子集以传输至通信设备的子集,且发射器发送预编码后的所存储的一部分传输的子集。
根据本发明的另一项示例实施例,提供一种用于中继站操作的方法。该方法包括在第一间隔内从耦合至中继站的通信设备子集中的第一类型通信设备处接收传输、估计中继站和传输至该中继站的第一类型通信设备子集之间的通信信道、在第二间隔内从耦合至中继站的通信设备子集中的任意类型通信设备处接收传输、在第二间隔内估计中继站和传输至该中继站的任意类型通信设备子集之间的通信信道,以及存储来自任意类型通信设备的一部分传输。
根据本发明的另一项示例实施例,提供了一种用于通信设备操作的方法。该方法包括从中继站接收传输参数、基于传输参数确定预编码向量、将预编码向量发送至该中继站、将第一传输发送至该中继站以及从该中继站接收第二传输。第二传输包括在中继站接收的一部分传输的至少一个子集的预编码后的组合,且该传输由与中继站耦合的通信设备的子集发送至该中继站。
根据本发明的另一项示例实施例,提供一种通信设备。该通信设备包括接收器、耦合到所述接收器的预编码向量单元以及耦合到所述预编码向量单元的发射器。接收器从中继站接收传输参数并从该中继站接收第二传输。第二传输包括在中继站接收的一部分传输的至少一个子集的预编码后的组合,且该传输由与中继站耦合的通信设备的子集发送至该中继站。预编码向量单元基于传输参数确定预编码向量,且发射器将预编码向量发送至中继站并将第一传输发送至该中继站。
本发明所公开的一个优点是RN可使用预编码的方法来增强RN的总传输速率性能。
示例性实施例的另一优点是提供一种传输格式,以精确地确定(例如,估计)RN及与其耦合的通信设备之间的通信信道,从而帮助提高通信性能。该传输格式可帮助RN确定通信信道信息,而无需使用可能使实施方式复杂化的特殊信令和/或处理技术。
示例实施例的另一优点在于提供一种确定预编码信息的分布式技术,以帮助减少RN以及与其耦合的通信设备中的计算开销。减少计算开销可降低RN和通信设备中的材料成本和操作成本。
上述内容非常广泛地概述了本发明的特征和技术优点,以便更好地理解随后对所述实施例的详细描述。下文中将描述所述实施例的附加特征和优点,这些特征和优点构成本发明的权利要求书的主题。所属领域的技术人员应了解,所公开的概念和具体实施例可容易地用作修改或设计用于实现本发明的相同目的的其他结构或过程的基础。所属领域的技术人员还应意识到,此类等效构造不脱离所附权利要求书中所提出的本发明的精神和范围。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点,现在参考以下结合附图进行的描述,其中:
图1a所示为根据本文所述的示例实施例的示例通信***;
图1b所示为根据本文所述的示例实施例的示例通信***,该通信***具有在MA阶段运行的RN;
图1c所示为根据本文所述的示例实施例的示例通信***,该通信***具有在BC阶段运行的RN;
图2a根据本文所述的示例实施例,图示了一个RN在RN阶段运行的通信***的示例模型;
图2b所示为根据本文所述的示例实施例的通信***的示例模型,该通信***具有在BC阶段运行的RN;
图3a所示为根据本文所述的示例实施例的中继传输中RN操作的示例流程图,其中RN以双向中继模式运行;
图3b所示为根据本文所述的示例实施例的通信中通信设备操作的示例流程图,其中以双向中继模式运行的RN中继进出通信设备的通信;
图4a所示为根据本文所述的示例实施例的示例通信***,该通信***具有在MA阶段运行的RN;
图4b所示为根据本文所述的示例实施例的示例通信***,该通信***具有在BC阶段操作的RN;
图5a所示为根据本文所描述的示例实施例的传输帧的示例结构;
图5b所示为根据本文所描述的示例实施例的传输帧的示例结构;
图6a所示为根据本文所描述的示例实施例的发送中eNB操作的示例流程图;
图6b所示为根据本文所描述的示例实施例的发送中UE操作的示例流程图;
图7a所示为根据本文所描述的示例实施例的发送至与RN耦合的通信设备中RN操作的示例流程图,其中通过以分布式方式确定的预编码矩阵W对传输进行预编码;
图7b所示为根据本文所描述的示例实施例的从RN接收并解码传输中通信设备操作的示例流程图,其中通过以分布式方式确定的预编码矩阵W对传输进行预编码;
图8所示为根据本文所描述的示例实施例的示例通信设备;
图9所示为根据本文所描述的示例实施例的示例通信设备。
具体实施方式
下文将详细讨论对当前示例实施例的实施和使用。然而,应了解,本发明提供可在各种具体上下文中体现的许多适用的发明性概念。所论述的具体实施例仅仅说明用以实施和使用本发明的具体方式,而不限制本发明的范围。
本发明将参照具体上下文中的示例实施例进行描述,即支持RN以帮助改善通信***整体性能的通信***,比如,兼容第三代合作伙伴计划(3GPP)长期演进(LTE)、WiMAX和IEEE802.16等的通信设备。
图1a示出了通信***100。通信***100包括与eNB110和UE115耦合的RN105。根据一项示例实施例,RN105可作为双向RN运行,其中RN105可在第一阶段(称为MA阶段)从eNB和UE115接收传输,然后在第二阶段(称为BC阶段)广播至eNB110和UE115。与正常的RN一样,RN105可使用D-eNB分配的网络资源进行通信。例如,eNB110可将一部分网络资源分配给RN105。由于通信设备参与到双向通信中,指出RN105以及与RN105一起运行的UE和/或eNB,就如RN105在第一阶段(MA阶段)和第二阶段(BC阶段)中运行一样。
图1b示出了通信***120,该通信***具有在MA阶段运行的双向RN。在MA阶段运行时,RN125可从eNB130(示出为信号S1)接收传输,也可从UE135(示出为信号S2)接收传输。RN125实际可从多个UE接收传输,但图1b仅仅示出一个UE以简化图1b。RN125可同时从eNB130和UE135接收传输。RN125也可单独从eNB130和UE135接收传输。
图1c示出了通信***140,该通信***具有在BC阶段运行的RN。在BC阶段运行时,RN145可将传输广播至eNB150和UE155(示出为信号S3)。根据一项示例实施例,信号S3可为针对eNB150和UE155的传输的组合,例如,或者接收到的两个信号的和。
然后,由eNB150和UE155从S3中提取针对其的传输。例如,在eNB150中,eNB150可通过将S3与S1结合,从S3中提取
Figure BDA0000396316750000081
(接收到的S2的版本,包括与信道矩阵H结合的S2以及可能还包括噪音),例如, S ^ 2 = S 1 ⊕ S 3 .
尽管图1a、1b和1c示出的是RN耦合至单个eNB和单个UE,但RN可耦合至多个eNB和多个UE。通常,RN可耦合至至少一个eNB,该eNB也可作为RN的D-eNB。RN也可耦合至至少一个UE。因此,对于RN耦合至单个eNB和单个UE的说明和论述不应将其理解为限制示例实施例的范围或精神。
图2a示出了通信***的模型200,该通信***具有在MA阶段运行的RN。考虑通信***具有RN205,该RN205耦合至eNB210和K个UE,如UE215、UE216和UE217等,其中K为正整数。RN205和eNB210之间的通信信道可使用信道矩阵H进行描述,而RN205和多个UE中的第k个UE的通信信道为gk
针对K个UE的数据(例如{d1,d2,...,dK})可由波束成型向量(例如{f1,f2,...,fK})进行波束成型,然后由eNB210发送至RN205。来自第k个UE(例如,uk)的数据可从第k个UE发送至RN205。RN205处的组合的接收信号可表达为:
r = Hx + Σ k = 1 K g k u k + n r = HFd + Gu + n r 其中,H为用于eNB210和RN205之间的通信信道的信道矩阵,gk(也称G)为用于第k个UE和RN205之间的通信信道的信道矩阵,uk(也称u)为第k个UE发送的数据,x(也称Fd)为eNB210发送的数据,且为噪音。
图2b示出了通信***的模型250,该通信***具有在BC阶段运行的RN。考虑通信***具有RN205,该RN205耦合至eNB260和K个UE,如UE265、UE266和UE267等,其中K为正整数。RN255和eNB260之间的通信信道可使用信道矩阵H*进行描述,而RN255和多个UE中的第k个UE的通信信道为
Figure BDA0000396316750000105
由eNB260传输的针对K个UE的数据(例如{d1,d2,...,dK})可由波束成型向量(例如{f1,f2,...,fK})进行波束成型,并由RN255接收。从第k个UE(例如,uk)到eNB260的数据可从第k个UE发送并由RN255接收。由RN255发送的预编码后的组合接收信号可表达为:
r ~ = Wr = WHFd + W Σ k = 1 K g k u k + W n r 其中,
Figure BDA0000396316750000102
为RN255处的预编码后的组合接收信号,W为用于RN255的预编码器矩阵,r为RN255处的组合接收信号,H为用于eNB260和RN255之间的通信信道的信道矩阵,gk(也称G)为用于第k个UE和RN255之间的通信信道的信道矩阵,uk(也称u)为第k个UE发送的数据,x(也称Fd)为eNB260发送的数据,且n为噪音。总的来说,需要对接收的信号r进行预编码,以帮助提高性能。
可限制预编码器矩阵以满足RN发射功率的度量标准,例如,平均总发射功率可由下式限制:
| | r ~ | | 2 2 = | | Wr | | 2 2 = tr ( Wrr * W * ) = P r .
假设MA模式和BC模式之间的时间间隔足够小,以至信道可以保持相互性,则在第k个UE处接收到的信号可表示为:
y k = g k * r ~ + n k = g k * WHFd + g k * W Σ k = 1 K g k u k + g k * W n r + n k
= g k * WH f k d k + g k * W g k u k + g k * WH Σ i ≠ k K f i d i + g k * W Σ i ≠ k K g i u i + g k * W n r + n k 其中,
Figure BDA0000396316750000119
为UE处的AWGN。清楚起见,上述第k个UE处接收到的信号的表达可表示如下:
自身干扰项
Figure BDA0000396316750000113
可以是重要的人为双向中继操作。假设UE对与RN之间的信道有全面的认识(例如,通过先验培训或一些其他技术获取),以及预编码器矩阵W(例如,通过信令从RN处获取),则可从yk中减去自身干扰。随后,可执行信号检测
Figure BDA0000396316750000114
其中,Ik为总干扰加噪音,并可表示为:
I k = g k * W ( Σ i ≠ k K H f i d i + g i u i ) + g k * W n r + n k .
对于不变的信道,随机传输内的平均干扰功率表示为:
E { | I k | 2 } = g k * W [ ( Σ i ≠ k K P d K H f i f i * H * + P u g i g i * ) + N 0 I ] W * g k + N 0
且,结果SINR的形式为广义瑞利(Rayleigh)系数:
SINR k = g k * W A k W * g k g k * W B k W * g k 其中
A k = H f k f k * H *
以及
B k = Σ i ≠ k K ( H f i f i * H * + K P u P d g i g i * ) + K N 0 P d ( 1 + 1 g k * W W * g k ) I
为N×N厄密(Hermitian)矩阵。
图3a示出了中继传输中的RN操作300的流程图,其中RN以双向中继模式运行。RN操作300可表示当RN205和RN255等RN以双向中继模式运行来将信息中继至与该RN耦合的eNB和UE等通信设备时,发生在该RN中的操作。RN操作300可在RN处于双向中继模式且耦合至通信设备时发生。
RN操作300可开始于RN从与该RN耦合的eNB和UE等通信设备接收信号(传输)(方框305)。根据一项实施例,来自通信设备的传输可基本上同时到达RN。换言之,来自eNB和UE的所有传输可大约同时到达RN。根据另一项示例实施例,来自传输设备的传输可在独立阶段到达RN,即,来自eNB的传输和来自UE的传输可在独立的阶段进行接收。此外,如果有大量UE耦合至RN,则来自这些UE的传输也可划分成多个独立阶段。例如,第一部分(大约)UE可在第一阶段发送至RN,第二部分(大约)UE可在第二阶段发送至RN,以此类推。
RN可使用传输内的信号估计(推测)通信信道特征和/或单个eNB和UE与RN之间的通信信道的信息(方框307)。例如,RN可使用从eNB和UE处接收到的传输中的导频信号、参考序列或其他序列来估计通信信道特征和/或通信信道信息。根据一项示例实施例,RN可使用eNB或UE发送的信号来估计其各自的通信信道。根据另一项示例实施例,并不使用专门发送的信号来进行信道估计,RN反而通过测量eNB和UE在一段时间内进行的传输来进行信道估计。
RN也可存储经调制和信道编码后的控制以及经调制和信道编码后的传输的数据部分(和包含在传输内的其他信息,RN可能不使用这些信息来执行其中继职责)(方框309)。根据一项示例实施例,存储来自eNB和UE的传输中不是导频信号和参考序列等的部分。根据一项示例实施例,在一些情况下,如果很难移除导频信号和参考序列等,则存储整个传输。根据一项示例实施例,RN可将经调制和信道编码后的控制和传输的数据部分(和其他信息)存储在缓存、存储器、主存储器和辅助存储器等中。
RN可使用信道估计来构建预编码矩阵W(方框311)。W可为N×N矩阵,其中N为RN中发射天线的个数。根据一项示例实施例,可设计W来为用户最大化下行总和速率以及取得最佳信号加干扰噪声比(SINR)等。或者,可设计W以满足与多个UE或所有UE上的集体SINR相关的性能目标,例如SINR加权总和的最大化等。
然后,W可用于预编码所存储的经调制过和信道编码过的控制传输,以及数据部分的传输(方框313),然后可发送(例如,广播)至eNB和UE(方框315)。注意,预编码矩阵W可适用于从eNB和UE接收到的信号的组合的至少一部分,所述eNB和UE参与与RN的双向通信,此外,可能存在其他的UE和/或eNB运行在RN以及UE和/或eNB的信号探测区域内,但是它们不参与与RN进行的双向通信。
RN也可将W提供给eNB和UE(方框317)。可在独立控制信道或共享控制信道上将W广播至eNB和UE。也可在有限前馈或反馈链路上发送W。根据一项示例实施例,RN可定期将W提供给eNB和UE。根据一项替代性示例实施例,RN可在其更新W时将W提供给eNB和UE。根据一项替代性示例实施例,RN可在其对W进行指定数量的更新时将W提供给eNB和UE。根据一项替代性示例实施例,RN可在其接收到提供W的请求时将W提供给eNB和UE。
由于W的大小可能会较大,所以RN可采用任意数目的技术来降低将W提供给eNB和UE所需的信息量。例如,可在发送前,通过压缩、量子化或其他方式来降低W的大小。另外,在RN提供W更新时,RN可提供W的差分信息,而非W的完整版本。此外,RN可将W的函数提供给eNB和UE。
图3b所示为通信中通信设备操作350的示例流程图,其中以双向中继模式运行的RN中继进出通信设备的通信。通信设备操作350可表示当eNB和/或UE等通信设备接收或发送数据至以双向中继模式运行的RN时,在该通信设备中发生的操作。通信设备操作350可在通信设备耦合至处于双向中继模式的RN时发生。
通信设备操作350可开始于通信设备将信号(传输)发送至RN(方框355)。根据一项示例实施例,通信设备可与其他eNB和UE等耦合至RN的设备大概同时发送至RN。根据另一项示例实施例,通信设备可在其他与该通信设备同类型的设备发送至RN时发送至该RN。
然后,通信设备可从RN处接收传输,其中该传输已通过W进行过预编码(方框357)。根据一项示例实施例,接收到的传输可为针对参与RN的双向通信的UE和/或eNB的广播信号。通信设备也可从RN处接收W、压缩版的W、W的一部分、差分版的W、W的函数等等(方框359)。如果通信设备以交替形式接收W,则该通信设备可能需要重建W和/或更新W。
通信设备可对预编码的传输进行解码(方框361)。根据一项示例实施例,通信设备可使用W来对预编码的传输进行解码。例如,通信设备可使用W以及关于其各自通信信道的信息,以取消自身干扰并后续对预编码的传输进行解码。
图4a示出了通信***400,该通信***具有在MA阶段运行的RN。通信***400包括RN405,该RN405耦合至eNB410以及UE415和UE416等多个UE,且RN405运行于MA阶段。如先前所述,在MA阶段,RN405从eNB410和/或多个UE处接收传输。来自eNB410和/或多个UE的传输可在不同的阶段大概同时到达RN405,其中来自eNB410(和其他eNB)的传输在第一阶段到达而来自多个UE的传输在第二阶段到达。来自eNB410和多个UE的传输包括数据(如实线所示)和/或参考信号(如虚线所示)。
图4b示出了通信***450,该通信***具有在BC阶段运行的RN。通信***450包括RN455,该RN455耦合至eNB460以及UE465和UE466等多个UE,且RN455运行于BC阶段。如先前所述,在BC阶段,RN455通过广播方式将预编码的传输发送至eNB410和/或多个UE。可基于信道特征和/或RN455以及eNB410和/或多个UE之间的通信信道的信息,使用预编码器对传输进行预编码。来自RN455的传输包括数据(如实线所示)和/或预编码器(W)反馈(如虚线所示)。
一般来说,用于第k个UE和RN之间的通信信道的信道矩阵gk可通过测量由所述第k个UE发送的一套导频和参考信号等来获得。然而,如果耦合至RN的eNB和UE都同时(或大体上同时)发送,其中来自eNB的传输的发射功率等级通常远远高于来自UE的传输的发射功率等级,这样就可能很难获取gk的准确值和/或净值。但是,gk的准确值和/或净值可能很重要,因为该值能帮助确保W值的准确确定。因此,需要一种帧结构,以确保信道统计和/或与eNB与UE到RN之间信息的准确确定。
图5a示出了传输帧500的结构。传输帧500可代表RN以MA模式运行时接受到的传输帧。根据一项示例实施例,传输帧500包括多个特征,以帮助RN做出信道统计和/或耦合至该RN的eNB和UE等通信设备之间的信息的精确确定。传输帧500可包括时域资源、频域资源或者时域和频域资源。
传输帧500包括第一间隔505,其中只有耦合至RN的eNB可进行发送,以及第二间隔510,其中只有耦合到RN的UE可进行发送。第一间隔505和第二间隔510可称为专用传输间隔。通过分离eNB与UE的传输,可大量减少传输功率级别的不匹配,从而简化RN准确确定的eNB和UE到RN之间的通信信道的任务。
根据一项示例实施例,在专用传输间隔内,无论哪种类型的允许进行发送的通信设备都可以发送信号,以辅助RN对各通信信道进行确定。例如,通信设备可发送导频和参考序列等。然而,如果通信设备已经发送了其导频和参考序列等,或者如果通信设备拥有需要其发送的数据和/或控制信令,则通信设备发送数据和/或控制信令,或者将数据和/或控制信令与导频和参考序列等进行组合发送。
根据一项示例实施例,在第二间隔510内,由UE发送的导频和参考序列等信号可通过如下技术进行复用:代码复用、不同相位偏移、频率偏移、时间复用或者其组合等。此外,UE特定信息也可在第二间隔510内发送至RN。
根据一项示例实施例,也许能够将专用传输间隔(例如,第一间隔505和/或第二间隔510)划分成多个部分,以允许一种类型设备的不同子集进行发送。将相对大量的通信设备划分成多个子集可帮助避免过多通信设备同时进行发送并可能降低性能的场景。
传输帧500也包括第三间隔515,其中耦合至RN的eNB和UE均可进行发送。在第三间隔515内,eNB和UE可如MA操作中论述的那样进行传输。根据一项实施例,在第三间隔515内,eNB和UE均可发送数据和/或控制信令,而且在一些情况下,还可发送导频和参考信号等。一般来说,由于数据和/或控制信令要求大于导频和参考序列等,所以第三间隔515可大于(例如,间隔长于、频带宽于或者两者结合)第一间隔505和/或第二间隔510。
尽管在图5a中示出为时分复用,但是第一间隔505、第二间隔510和/或第三间隔515可为时分复用、频分复用、码分复用或者其组合。
根据一项示例实施例,由于eNB传输的发射功率水平一般很高,所以第一间隔505为可选。然而,为了帮助提高通信***性能,第二间隔510可为传输帧500的必须部分。
传输帧500也可包括保护间隔,例如保护间隔520和保护间隔522等,以调节定时提前和同步错误等。
尽管图5中示出为数字顺序,即,第一间隔505在第二间隔510之前在第三间隔515之前,但是所述间隔可以任何顺序发生。
尽管将传输帧500描述为由RN进行接收的传输,但是在RN进行传输时,所使用的将是传输帧500或类似的传输帧,例如RN在BC模式下运行,如图5b中所示的传输帧550。当RN进行发送时,可使用传输帧,该传输帧具有只发送给eNB的传输的第一间隔(如间隔555),只发送给UE的传输的第二间隔(如间隔560),以及都发送给eNB和UE的传输的第三间隔(如间隔565)。此外,该传输帧也可以具有保护间隔570和575。根据一项示例实施例,在专有传输间隔(第一间隔和/或第二间隔)中,可以不需要使用网络编码。此外,为发往UE的传输预留的间隔可用于发送数据,如发送W信息。
图6a示出了传输中的eNB操作600的流程图。eNB操作600可表示当eNB发送至RN时,发生在eNB中的操作,其中RN以MA模式运行,且eNB遵循一种传输帧格式,该传输帧格式允许具体类型的通信设备的专用传输,例如如图5a所示。eNB操作600可在eNB处于正常运行模式时以及在eNB耦合至以MA模式运行的RN时发生。
eNB操作600可开始于eNB执行检查以确认RN当前是否正在等待来自eNB的传输,即,RN处于eNB专属传输间隔(方框605)。如果RN当前正在等待仅仅来自eNB的传输,则eNB可传输(方框607)。根据一项示例实施例,eNB可传输导频和参考序列等。然而,eNB也可能传输数据和/或控制信令。
如果RN不在等待来自eNB的传输,或者如果只发送给eNB的专有传输间隔已结束,则eNB可进行检查以确定RN是否正在等待来自eNB和其他通信设备的传输,即,RN并不在只发送给eNB的专有传输间隔内,而是在允许来自eNB(方框609)的传输间隔内。如果RN允许来自eNB的传输,则eNB可进行发送(方框611)。
图6b示出了传输过程中的UE操作650的流程图。UE操作650可表示当UE发送至以MA模式运行的RN中,且UE遵循允许例如如图5a所示的特定类型的通信设备的专属传输的传输帧格式时,在UE中发生的操作。UE操作650可在UE在正常模式下运行以及UE耦合至以MA模式运行的RN时发生。
UE操作650可开始于UE执行检查以确认RN当前是否正在等待仅仅来自UE的传输,即,RN处于UE专属传输间隔(方框655)。如果RN当前正在等待仅仅来自UE的传输,则UE可传输(方框657)。根据一项示例实施例,UE可传输导频和参考序列等。然而,UE也可能传输数据和/或控制信令。
如果RN不在等待来自UE的传输或者UE专属传输间隔已结束,则UE可检查确定RN当前是否正在等待来自UE和其他通信设备的传输,即,RN不在UE专属传输间隔内,而是在允许来自UE的传输的间隔内(方框659)。如果RN允许来自UE的传输,则UE可传输(方框661)。
尽管图6a和6b的论述专注于操作,其中eNB和UE传输至遵循与图5a所示类似的传输帧结构的RN,图6a和6b所示的流程图也可应用于正在传输至eNB和UE的RN,该eNB和UE遵循允许发往不同类型通信设备的专属传输的相似帧结构。
W的确定在计算方面是一个难题,会对任何一个通信设备(即RN)造成很重的负担。因此,需要将计算负担分布在多个通信设备上,例如RN和耦合至RN的通信设备。通过将计算负担分布在多个通信设备上,可显著减少任意单一设备的计算负担。此外,由于W不需要频繁的更新,因此避免协调计算分布中涉及的通信成为重要的性能瓶颈。
在平均时延发射功率受限制情况下,需要考虑设计预编码矩阵以最大化UE的SINR的问题。鉴于单一的编码矩阵W,如果可以预计到最大化每个UE的SINR,则该问题显得很有希望。更加传统的方法应当是直接设计W,以便获取全局的***参数,例如,在UE中最大化SINR的最小值。另一方法用于确保针对UE服务质量的最低水平,例如,针对每个UE的容积率都有最小范围的要求。
首先,考虑设计W,以便最大化第k个UE的SINR,而无需考虑其他UE的SINR,可表示如下:
max | Wr | 2 2 = P r SINR k .
广义瑞利系数(generalized Rayleigh quotient)
Figure BDA0000396316750000212
为上述表达式提供了从广义本征分量
(eigen-decomposition)中获得的解法。为简化该该符号,假设
Figure BDA0000396316750000213
上文给出的SINR表达式相对于W值的量级,其数值范围保持不变。因而,功率的限制可通过测量W值来达到。随着功率限制的放宽,中继功率的限制变为:
max v ~ k v ~ k * A k v ~ k v ~ k * B k v ~ k .
相对于目标物的梯度可表示为:
∂ SINR k ∂ W = 2 A k v ~ k ( v ~ k * B k v ~ k ) - 2 ( v ~ k * A k v ~ k ) B k v ~ k ( v ~ k * B k v ~ k ) 2 = 2 A k v ~ k - 2 ( SINR k ) B k v ~ k v ~ k * B k v ~ k
Figure BDA0000396316750000217
的必要最佳性条件,给出:
A k v ~ k = ( SINR k ) B k v ~ k .
根据定义,上述为矩阵对{Ak,Bk}中的广义本征值问题,其中SINRk
Figure BDA0000396316750000219
分别表示本征值和本征向量。等式
Figure BDA00003963167500002110
表明
Figure BDA0000396316750000221
的极值(固定值)点,是作为广义本征值问题的本征向量而获得的,而SINR的最大值是通过与对应于最大本征值的原则本征向量获得的。假设是针对第k个用户的解法。用于替代变量vk=W*gk的变更,并且恢复中继功率的限制,则W值的必要最佳条件如下所示:
(CI)W*gk=vk
(CII)r*W*Wr=Pr.
总的来说,就最大化第k个UE的SINR值这点来说,任何满足条件(CI)和(CII)的预编码器均是(对多重标准而言)的最佳预编码器。这种预编码器将很难得到。
图7a所示为发送传输至耦合到RN上的通信设备的RN操作700的流程图,其中以分布式方式确定的预编码矩阵W对该传输进行预编码。RN操作700指示出,RN确定预编码矩阵W,并使用预编码矩阵W对发送到耦合在RN上的通信设备的传输进行预编码时,发生在该RN内的操作。RN操作700可在RN处于正常运行模式下,并且耦合至通信设备时发生。
RN操作700可开始于RN发送传输参数至通信设备,即,eNB和UE(方框705)。总的来说,传输参数包括信道信息、波束成型系数、传输功率信息以及通信设备数量等等。传输参数的示例针对第k个通信设备。
A k = H f k f k * H *
以及
B k = Σ i ≠ k K ( H f i f i * H * + K P u P d g i g i * ) + K N 0 P d ( 1 + 1 g k * W W * g k ) I , |
或者等效参数。
如果RN知道H、fk和gk,则RN自身可计算Ak和Bk。然而,计算复杂度可能很高,当正在使用迭代算法时尤为如此。可将计算分布到多个通信设备上,以帮助降低任一设备上的计算复杂度。
结合传输参数,第k个通信设备可解决本征向量问题,该问题表示如下:
A k v ~ k = ( SINR k ) B k v ~ k
对于预编码向量
Figure BDA0000396316750000233
并将
Figure BDA0000396316750000234
发送回RN。
RN可从第k个通信设备(方框707)中接收预编码向量~
Figure BDA0000396316750000235
根据一项示例实施例,RN可从与其耦合的每个通信设备处接收预编码向量,并且该RN可利用该预编码向量来解出W值(方框709)。
根据由通信设备提供的值,RN可使用各种技术,结合条件CI和CII来解出W值,比如放大转发预编码、变尺度逆预编码、单一预编码、迭代限制预编码、以及梯度上升等等。
RN可利用W对发往参与与RN的双向通信的通信设备的传输进行预编码(方框711),并将预编码后的传输发送至通信设备(方框713)。RN也可向通信设备提供W、W的更新、W的函数以及压缩版本W等(方框715)。
图7b所示为接收和解码来自RN的传输时的通信设备操作750的流程图,其中通过以分布式方式确定的预编码矩阵W对传输进行预编码。通信设备操作750可表示当通信设备协助RN确定预编码矩阵W,从而帮助减少RN的计算负载,然后从使用预编码矩阵W进行预编码后的RN处接收传输时,eNB和/或UE等通信设备中的操作。通信设备也可解码来自通信设备的预编码后的传输。通信设备操作750可在通信设备处于正常运行模式且耦合至RN时发生。
通信设备操作750可开始于通信设备从RN处接收传输参数(方框755)。在第k个通信设备处的传输参数的示例包括:
A k = H f k f k * H *
以及
B k = Σ i ≠ k K ( H f i f i * H * + K P u P d g i g i * ) + K N 0 P d ( 1 + 1 g k * W W * g k ) I .
结合传输参数,通信设备可解决本征向量问题(方框757)。例如,在第k个通信设备处,本征向量问题表达为:
Figure BDA0000396316750000243
且第k个通信设备可求解预编码向量
Figure BDA0000396316750000244
通信设备可将预编码向量
Figure BDA0000396316750000245
发送至RN(方框759)。
通信设备可从RN处接收传输,其中所述传输通过预编码矩阵W进行预编码,预编码矩阵W部分基于由通信设备提供的预编码向量进行计算(方框761)。根据一项示例实施例,接收到的传输可为针对参与RN的双向通信的UE和/或eNB的广播信号。
通信设备也可从RN处接收预编码矩阵W(方框763)。根据一项示例实施例,RN可向通信设备提供预编码矩阵W、W的更新、W的函数以及压缩版的W等等。
通信设备可使用预编码矩阵W对预编码的传输进行解码(方框765)。
根据一项示例实施例,RN可发送gk、H以及fk等非通信设备特定传输参数,而非发送Ak和Bk等通信设备特定传输参数。提供非通信设备特定传输参数的优点之一在于:RN可将非通信设备专属传输参数广播至所有通信设备,而非专门发送给每一个通信设备。
根据一项示例实施例,图7a和7b所述的技术不需要完全分布,即,并不需要涉及每个通信设备来协助RN确定预编码矩阵W。当然,RN可确定由通信设备的一个子集来执行计算。例如,如果存在低能力通信设备和高能力通信设备,则RN可决定仅仅使用高能力通信设备来执行计算。RN自身可执行低能力通信设备的计算。
除通信设备能力之外,RN可基于通信设备空闲和/或忙碌百分比、通信设备负载、通信设备优先级以及通信设备性能(例如,服务质量)要求等因素来选择通信设备。
此外,RN可基于通信设备的历史记录,选择通信设备的不同子集,所述通信设备用于辅助确定预编码矩阵W。例如,RN可以根据时间分配通信设备的不同子集,以便所有的通信设备均能辅助RN确定预编码矩阵W。
根据一项示例实施例,如果采用分布式算法,则如W的第i个迭代W(i)等附加信息也可由RN发送至通信设备。
根据一项示例实施例,RN也可指示使用哪个算法来计算RN在确定W时将使用的信息。由于待提供给RN的信息随着用于确定W的算法的不同而可能不同,所以可能需要指示待使用的算法。
图8提供了通信设备800的替代性图解。通信设备800可以是RN的实施方式。通信设备800可用于实施本文所论述的各种实施例。如图8所示,发射器805用于发送信息,而接收器810用于接收信息。发射器805包括预编码器807,用于使用预编码矩阵(如预编码矩阵W)对传输进行预编码。
信道估计单元820用于估计通信设备800和耦合至通信设备800的其他通信设备之间的信道。信道估计单元820使用由通信设备发送的导频和参考序列等。预编码器系数单元825用于处理和/或选择预编码器系数,以供预编码器807使用。预编码器系数单元825基于由信道估计单元820提供的信道估计来处理预编码器系数。反馈单元830用于向通信设备提供(即,反馈)信息,例如预编码器矩阵或者关于预编码器矩阵信息。信道信息单元835用于确定通信设备800和耦合至通信设备800的其他通信设备之间的通信信道的信道信息。子集选择单元840用于从耦合至通信设备800的通信设备中选择通信设备子集,例如用于确定预编码矩阵W等。存储器845用于存储预编码矩阵、预编码向量、预编码系数、信道信息、信道估计以及数据等等。
通信设备800的元件可实施成特定的硬件逻辑块。在一个替代方案中,通信设备800的元件可实施成在处理器、控制器、专用集成电路等等中执行的软件。在又一个替代方案中,通信设备800的元件可实施成软件和/或硬件的组合。
例如,接收器810和发射器805可实施成特定的硬件块,而信道估计单元820、预编码器系数单元825、反馈单元830、信道信息单元835以及子集选择单元840可以是在微处理器(例如,处理器815)或者定制电路或者现场可编程逻辑阵列的定制编译逻辑阵列中执行的软件模块。
图9提供通信设备900的替代性图解。通信设备900可以是eNB和/或UE的实施方案。通信设备900可用于实施本文所论述的各种实施例。如图9所示,发射器905用于发送信息,而接收器910用于接收信息。
解码器920用于解码从通信设备900处接收的传输。解码器920可使用预编码矩阵对传输进行解码。干扰消除单元925用于消除接收到的传输中出现的干扰,例如自身干扰和来自其它通信设备之间的通信的干扰等。预编码向量单元930用于使用由耦合至通信设备900的通信设备提供的传输参数来求解本征向量值问题,以确定预编码向量。存储器935用于存储预编码矩阵、预编码向量、预编码系数、信道信息、信道估计、本征值、传输参数以及算法类型等等。
通信设备900的元件可实施成特定的硬件逻辑块。在一个替代方案中,通信设备900的元件可实施成在处理器、控制器、专用集成电路等等中执行的软件。在又一个替代方案中,通信设备900的元件可实施成软件和/或硬件的组合。
例如,接收器910和发射器905可实施成特定的硬件块,而解码器920、干扰消除单元925以及预编码向量单元930可以是在微处理器(例如,处理器915)或者定制电路或现场可编程逻辑阵列的定制编译逻辑阵列中执行的软件模块。
通信设备700和通信设备800的上述实施例还可按照包括功能步骤和/或非功能动作的方法来说明。先前的描述和相关流程图说明了可在本发明的示例实施例的实践中执行的步骤和/或动作。通常,功能步骤按照实现的结果来描述本发明,而非功能动作描述用于实现特定结果的更具体动作。虽然功能步骤和/或非功能动作可按特定顺序进行描述或要求,但本发明无需受限于步骤和/或动作的任何特定顺序或组合。进一步地,在列举权利要求时,以及在图3a、3b、6a、6b、7a和7b的流程图的描述中,步骤及/或动作的使用(或不使用)用来指示所期望的此类术语的具体使用(或不使用)。
尽管已详细描述本发明及其优点,但应理解,在不脱离所附权利要求书界定的本发明的精神和范围的情况下,可在本文中进行各种改变、替代和更改。
此外,本发明的范围不应限于说明书中描述的过程、机器、制造工艺、物质成分、构件、方法和步骤的特定实施例。所属领域的一般技术人员将从本发明的披露内容中容易了解到,可根据本发明利用执行与本文本所述对应实施例大致相同的功能或实现与本文本所述对应实施例大致相同的效果的过程、机器、制造工艺、物质成分、构件、方法或步骤,包括目前存在的或以后将开发的。因此,所附权利要求书既定在其范围内包括此类过程、机器、制造工艺、物质成分、构件、方法或步骤。

Claims (43)

1.一种用于中继站操作的方法,其特征在于,所述方法包括:
估计中继站和耦合至该中继站的通信设备子集之间的通信信道,其中所述估计是基于所述通信设备子集中的通信设备发送的传输来进行;
存储部分所述的传输;
使用预编码矩阵对包含所存储的部分传输的至少一个子集的组合的传输进行预编码,其中所述预编码矩阵基于所述通信信道的估计;以及
将所述预编码的传输发送至所述通信设备的子集。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述部分传输包括所述传输的经调制和信道编码的控制部分以及所述传输的经调制和信道编码的数据部分。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述存储的部分传输的至少一个子集的组合包括所述存储的部分传输的至少一个子集的总和。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述通信设备的子集包括参与与中继站的双向通信的通信设备。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,进一步包括发送所述预编码矩阵。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,将所述预编码矩阵发送至所述通信设备的子集。
7.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,发送所述预编码矩阵包括发送所述预编码矩阵、所述预编码矩阵的部分、所述预编码矩阵的更新、所述预编码矩阵的函数、所述预编码矩阵的压缩版、所述预编码矩阵差分版或上述各项组合。
8.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,发送预编码矩阵周期性地发生在所述预编码矩阵有更新时、在所述预编码矩阵发生了指定数目的更新时、在所述中继站接受到请求预编码矩阵的消息时或者上述各项的组合。
9.根据权利要求5所示的方法,其特征在于,所述预编码矩阵在控制信道上传输。
10.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,将所述预编码后的传输广播至所述通信设备的子集。
11.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述通信设备发送的所述的传输包括导频、参考序列、控制、数据或上述项的组合。
12.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,基于所述导频、参考序列或其组合对所述通信信道进行估计。
13.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述估计和所述存储发生在操作的第一阶段,所述发送发生在操作的第二阶段,且所述操作的第一阶段与所述操作的第二阶段脱离。
14.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,估计通信信道包括估计中继站和所述通信设备子集中的第一类型通信设备之间的通信信道,其中所述估计基于所述第一类型通信设备在第一专属间隔内发送的传输,且所述第一专属间隔包括仅仅来自所述第一类型通信设备的传输。
15.根据权利要求14所述的方法,其特征在于,估计通信信道包括估计中继站和所述通信设备子集中的第二类型通信设备之间的通信信道,其中所述估计基于所述第二类型通信设备在第二专属间隔内发送的传输,且所述第二专属间隔包括仅仅来自所述第二类型通信设备的传输。
16.根据权利要求14所述的方法,其特征在于,所述存储发生在非专属间隔内,其中可以允许来自所述通信设备子集中的任意通信设备的传输。
17.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述通信设备中的至少一个为增强型NodeB。
18.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述通信设备中的至少一个为用户设备。
19.一种用于中继站操作的方法,其特征在于,所述方法包括:
将传输参数发送至与中继站耦合的通信设备的子集;
从所述通信设备子集中的通信设备处接收预编码向量;
从所述预编码向量确定预编码矩阵;
将所述预编码矩阵提供给耦合至该中继站的通信设备;
存储来自所述通信设备子集的部分传输;以及发送包含存储的部分传输的至少一个子集的组合的传输,其中使用预编码矩阵对所述传输进行预编码。
20.根据权利要求19所述的方法,其特征在于,所述部分传输包括所述传输的经调制和信道编码的控制部分以及所述传输的经调制和信道编码的数据部分。
21.根据权利要求19所述的方法,其特征在于,所述传输参数包括通信信道信息、波束成型系数、传输功率信息、通信设备数量以及上述项的组合。
22.根据权利要求19所述的方法,其特征在于,所述发送传输参数包括将通信专用传输参数发送至所述通信设备子集中的每个通信设备。
23.根据权利要求19所述的方法,其特征在于,所述发送传输参数包括将非通信设备专用传输参数发送至所述通信设备子集。
24.根据权利要求19所述的方法,其特征在于,所述确定预编码矩阵包括根据不同条件解析预编码矩阵。
25.根据权利要求24所述的方法,其特征在于,所述解析预编码矩阵包括使用放大转发预编码、扩展反向预编码、单一预编码、迭代限制预编码、梯度增加或上述项的组合。
26.根据权利要求19所述的方法,其特征在于,所述发送传输包括广播传输。
27.一种中继站,其特征在于,包括:
信道估计单元,用于估计中继站和耦合至该中继站的通信设备子集之间的通信信道,其中所述估计基于所述通信设备发送的传输;
存储器,用于存储来自所述通信设备的部分传输;
耦合至所述信道估计单元的预编码器系数单元,所述预编码器系数单元用于基于所述通信信道的估计来确定预编码矩阵;
耦合至所述预编码器系数单元和所述存储器的预编码器,所述预编码器用于对所述存储的部分传输的子集进行预编码以发送至所述通信设备的子集;以及
耦合至该预编码器的发射器,所述发射器用于发送所述存储的部分传输的预编码后的子集。
28.根据权利要求27所述的中继站,其特征在于,进一步包括:耦合至所述预编码器系数单元的反馈单元,所述反馈单元用于将所述预编码器系数反馈给所述通信设备。
29.根据权利要求28所述的中继站,其特征在于,所述反馈单元向所述通信设备提供预编码器系数、预编码器系数的部分、预编码器系数的更新、预编码器系数的函数、压缩版预编码器系数、差分版预编码器系数或者上述项的组合。
30.根据权利要求27所述的中继站,其特征在于,所述信道估计单元估计素数通信信道,且所述存储器在第一操作阶段存储所述部分传输,所述发射器在第二操作阶段发送,且所述第一操作阶段和所述第二操作阶段脱离。
31.根据权利要求27所述的中继站,其特征在于,所述预编码器系数单元进一步用于基于预编码向量确定预编码矩阵,所述预编码向量来自耦合至所述中继站的所述通信设备的子集。
32.根据权利要求31所述的中继站,其特征在于,所述发射器进一步用于将传输参数发送至所述通信设备的子集。
33.一种用于中继站操作的方法,其特征在于,所述方法包括:
在第一间隔内,从耦合至中继站的通信设备子集中的第一类通信设备处接收传输;
估计中继站和发送至该中继站的所述第一类通信设备的子集之间的通信信道;
在第二间隔内,从耦合至所述中继站的所述通信设备子集中的任意类型通信设备处接收传输;
在第二间隔内,估计所述中继站和发送至所述中继站的所述任意类型通信设备的子集之间的通信信道;以及
存储来自所述任意类型通信设备的部分传输。
34.根据权利要求33所述的方法,其特征在于,进一步包括:
在第三间隔内,从耦合至中继站的通信设备子集中的第二类通信设备处接收传输;以及
估计所述中继站和发送至所述中继站的所述第二类通信设备的子集之间的通信信道。
35.根据权利要求33所述的方法,其特征在于,所述第一间隔和所述第二间隔在时域、频域、码域或上述各项的组合内独立。
36.根据权利要求33所述的方法,其特征在于,在所述第一间隔内接收到的传输包括导频、参考序列或其组合。
37.根据权利要求33所述的方法,其特征在于,在所述第二间隔内从第一类通信设备之外的其他类型通信设备处接收到的传输包括导频、参考序列、数据或其组合。
38.一种用于通信设备操作的方法,其特征在于,所述方法包括:
从中继站接收传输参数;
基于所述传输参数,确定预编码向量;
将所述预编码向量发送至所述中继站;
向所述中继站发送第一传输;以及
从所述中继站接收第二传输,其中所述第二传输包括在素数中继站处接收到的部分传输的至少一个子集的预编码组合,所述传输由耦合至所述中继站的通信设备的子集发送至所述中继站。
39.根据权利要求38所述的方法,其特征在于,所述确定预编码向量包括解析涉及传输参数的本征向量问题。
40.根据权利要求38所述的方法,其特征在于,进一步包括:
接收预编码矩阵;以及
使用所述预编码矩阵解码所述第二传输。
41.一种通信设备,其特征在于,包括:
接收器,用于从中继站接收传输参数并从该中继站接收第二传输,其中所述第二传输包括在所述中继站处接收到的部分传输的至少一个子集的预编码组合,所述传输由耦合至所述中继站的通信设备的子集发送至所述中继站;
耦合至所述接收器的预编码向量单元,用于基于所述传输参数确定预编码向量;以及
耦合至所述预编码向量单元的发射器,用于将所述预编码向量发送至所述中继站,以及将第一传输发送至所述中继站。
42.根据权利要求41所述的通信设备,其特征在于,所述预编码向量单元通过解析涉及传输参数的本征向量问题来确定所述预编码向量。
43.根据权利要求41所述的通信设备,其特征在于,所述接收器进一步用于从所述中继站接收预编码矩阵,且所述通信设备进一步包括耦合至所述接收器的解码器,所述解码器用于使用所述预编码矩阵来解码所述第二传输。
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