CN107852198B - 用于接收器驱动预编码的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种在下行链路(321)上由多天线发送器(301)服务的接收器(311)。接收器包括至少一个天线(311a)，适于在下行链路上从发送器接收数据，估计单元，适于估计关于下行链路(321)的信道状态信息，连接单元，适于在各个通信链路(331，332)上与至少一个协作接收器(312)建立连接，并且从每个协作接收器(312)接收发送器(301)和协作接收器(312)之间的信道(322)的信道状态信息，计算单元，适于根据估计的信道状态信息和接收的信道状态信息计算用于发送器(301)和接收器(311)之间的下行链路(321)的预编码器，以及反馈单元，适于向发送器(301)发送从计算的预编码器导出的信息。

Description

用于接收器驱动预编码的装置和方法

技术领域

本发明一般涉及无线通信领域，特别涉及支持预编码功能的无线通信。

背景技术

在自治网络中，已知两种解决方案用于减少或避免由于缺乏合作而产生的干扰电平。可以标注为资源分配(resource allocation，RA)解决方案的第一类型的解决方案旨在设计通过智能分配的资源无线电块正交化通信的算法，使得如果一个发送器在特定无线电资源(例如，频率、时隙、代码)上发送数据，其他发送器就不在相同的无线电资源上传输数据。例如TDMA和CSMA遵循这种方法。这些方法的缺点是由于两个原因它们的效率不高。第一，它们在时域和/或频域上浪费无线电资源。第二，它们需要发送器之间的一定程度的同步。第二种类型的解决方案假设存在连接发送器和/或所有接收器之间的无噪声高吞吐量回程。通过这种解决方案，网络可以采用最大化整体吞吐量的理论上最优的预编码和解码方案。然而，这种***的实际限制是显而易见的，因为SC或WiFi接入点之间无噪声的高吞吐量回程的存在是不太可能的。

在预编码方面，可以区分两种策略。第一个策略基于一种基于码本的预编码。在这种方法中，预编码器以及必要时在接收器处的相应解码器由有限数量的预先计算的非优化预编码矩阵中的每个发送器选择，其中这些矩阵在发送器和接收器处都是已知的。实际上，当接收器从发送器接收到导频/训练符号时，它估计信道矩阵并且基于一些度量标准来计算对应于最佳预编码器的索引。然而，第一个策略并没有充分利用使用多个天线的潜力。第二种策略要求接收器估计信道，然后将其作为信道状态信息(channel stateinformation，CSI)反馈给发送器。之后，发送器使用这个CSI来设计一个特定的预编码器。可能的预编码器的实例是最大比组合(maximum ratio combining，MRC)预编码，其中，

迫零(zero-forcing，ZF)预编码器，其中

和最小均方误差(minimum mean square error，MMSE)发送器，其中

其中W_n是发送器n采用的预编码器，

是来自由发送器n服务的所有接收器的总CSI反馈。该策略对于减少小区内干扰的负面影响是有效的，但不对小区间干扰的负面影响负有责任。

鉴于上述，许多无线通信网络基于两个范例：多天线设备，也称为多输入多输出(multiple-input and multiple-output，MIMO)方法和全频率重用。这些范例的实例可以在WiFi或LTE无线通信网络中找到。MIMO具有通过减轻干扰和衰落的负面影响而大大改善无线通信网络的性能的潜力，而全频率重用以增加的干扰电平为代价使频谱占用最大化。集中式网络提供许多实现该目标的方式。

在本上下文中，相互干扰的基站(BS)或处理完整CSI的发送器可以通过预编码/波束成形来管理多用户干扰，该完整CSI为关于通向未服务的接收器或用户的信道的信息。实际上，通过利用MIMO预编码的特殊结构，基站或发送器可以通过采用ZF预编码器来减轻多用户干扰。更有效地，基站可以使用MMSE发射滤波来最大化所有接收器处的信号干扰加噪声比(signal to interference plus noise ratio，SINR)。

然而，目前还没有针对无线通信网络的现有解决方案，其中发送器之间既无合作也无协调。这种无线通信网络的示例为例如WiFi、小小区(small-cells，SC)、毫微微小区(femto-cells，FC)。

图1示出了具有MIMO设备的非集中式无线通信***100的示例。***100包括三个多天线发送器101，102，103以及接收器111，112，113的形式的三个基站。发送器101，102，103例如是WiFi接入点，并且接收器111，112，113例如是诸如平板电脑、手提电脑或智能电话的手持设备。

第一接收器111在第一下行链路121上由第一发送器101服务。类似地，第二接收器112在第二下行链路124上由第二发送器102服务，并且第三接收器113在第三下行链路128上由第三发送器103服务。此外，即使第一接收器111不由第二和第三发送器102，103服务，在第二和第三发送器102，103和第一接收器111之间分别有各自的信道126，129。类似地，第二接收器112不由第一和第三发送器101，103服务，并且第三接收器113不由第一和第二发送器101，102服务。然而，从第一和第三发送器101，103到第二接收器112存在各自的信道123，127，并且从第一和第二发送器101，102到第三接收器113存在各自的信道122，125。

当第一接收器111经由下行链路121由第一发送器101服务时，由第一接收器111从其它第二和第三发送器102，103接收的信道126，129在第一接收器111处引起干扰。在图1中，这些信道126，129因此被识别为干扰信道。

干扰强烈地限制了自治多用户/多小区网络(如WiFi和小小区)的性能。一方面，已知的多天线发送器具有归零或减轻干扰对网络性能的负面影响的能力，但是代价为集中化。另一方面，在非集中式无线通信网络中的干扰是难以对付的，如果发送器不协作，则更加难以对付。

发明内容

认识到上述缺点和问题，本发明旨在改进现有技术。特别地，本发明的目的是提供一种具有减少的干扰的改进的无线通信。

本发明特别旨在改进非集中的网络中的无线通信，并且不需要发送器之间的协作。本发明旨在减轻在接收器处造成的干扰。

本发明的上述目的通过所附独立权利要求中提供的解决方案实现。在各从属权利要求中进一步限定了本发明的有利实现方式。

本发明的第一方面提供了一种在下行链路上由多天线发送器服务的接收器。所述接收器包括至少一个适于在下行链路上从发送器接收数据的天线。接收器包括适于估计关于下行链路的信道状态信息的估计单元。接收器包括连接单元，适于在各通信链路上与至少一个协作接收器建立连接，并且从每个协作接收器接收所述发送器和所述协作接收器之间的信道的信道状态信息。接收器包括计算单元，适于根据所述估计的信道状态信息和所述接收的信道状态信息计算用于发送器和接收器之间的下行链路的预编码器。接收器包括反馈单元，其适于向所述发送器发送从所述计算的预编码器导出的信息。

因此，本发明可以补偿发送器之间的协作缺失，特别是在MIMO非协作网络的上下文中，并且可以减少干扰并增加接收器处的SINR。接收器可以有利地利用关于从发送器到协作接收器的干扰信道的知识，以便将信息反馈到发送器以减少协作接收器处的小区间干扰。

在根据第一方面的接收器的实现形式中，从计算的预编码器导出的信息适于由发送器用于对下行链路进行预编码。因此，可以以一种对发送器完全不可见的方式执行干扰减少。

在根据第一方面的接收器的另一实现形式中，所计算的预编码器是最大比合并预编码器或迫零预编码器，或最大比合并预编码器和迫零预编码器的组合。从而可以进一步降低干扰。

在根据第一方面的接收器的另一实现形式中，所述连接单元适于使用与用于所述发送器和所述接收器之间的所述下行链路的无线电接入技术不同的无线电接入技术来与所述至少一个协作接收器建立连接。因此，发送器处级别的协作并不必要。

在根据第一方面的接收器的另一实现形式中，连接单元适于与所述至少一个协作接收器建立自组织网络。

在根据第一方面的接收器的另一实现形式中，连接单元适于与至少一个协作接收器建立Wi-Fi直连、蓝牙或设备到设备的连接。

在根据第一方面的接收器的另一实现形式中，所述连接单元适于广播协作请求，从所述至少一个协作接收器接收对所述协作请求的响应，以及基于所述响应，与所述至少一个协作接收器建立所述连接。

在根据第一方面的接收器的另一实现形式中，连接单元适于在各通信链路上与至少一个协作接收器建立连接在于连接单元适于与多个其他接收器建立连接，以及从多个其他接收器中选择所述至少一个协作接收器。

在根据第一方面的接收机的另一实现形式中，连接单元适于选择所述至少一个协作接收器，使得

其中在各下行链路上，一个或更多个其它多天线发送器经由R_i个天线服务每个选择的协作接收器，

其中

-R₀是所述接收器的所述至少一个天线的数量，所述接收器用于从所述发送器到所述接收器的所述下行链路，

-

是所有选择的协作接收器上，天线的所述数量R_j的总和，

-T₀是用于从所述发送器到所述接收器的所述下行链路的所述发送器的天线的数量，以及

-{T_i|i≠0}是包括对于服务于所述选择的协作接收器的所有所述其它发送器，所述其它发送器的天线的数量的集合。

在根据第一方面的接收器的另一实现形式中，所述接收器适于与所述至少一个协作接收器协商用于计算所述预编码器的策略。

在根据第一方面的接收器的另一实现形式中，所计算的预编码器是最大比合并预编码器与迫零预编码器的组合。所述接收器适于与所述至少一个协作接收器协商用于计算所述预编码器的策略，以限定自私度水平，所述自私度水平限定所述最大比合并预编码器和所述迫零预编码器的所述组合。

在根据第一方面的接收器的另一实现形式中，所述估计单元适于基于通过所述下行链路从所述发送器接收的导频和/或训练信号来估计所述信道状态信息。

在根据第一方面的接收器的另一实现形式中，所述计算单元适于通过将所述发送器和所述接收器之间的所述下行链路的信道矩阵，和所述发送器和每个协作接收器之间的所述各信道的每个信道矩阵，堆叠在一起来构建扩展的信道矩阵，以基于所述扩展信道矩阵来计算所述预编码器。

在根据第一方面的接收器的另一实现形式中，所述计算单元适于产生

-根据等式ρ_MRC＝h_n，r.与所述下行链路的所述信道矩阵相对应的最大比合并预编码器，

-根据等式

的迫零预编码器，

其中

是维数为N_r的单位矩阵，以及

是仅由零组成的维数为(M-N_r)×N_r的矩阵，并且适于根据以下等式计算所述预编码器：

P＝αρ_MRC+(1-α)ρ_ZF

其中α是0和1之间的自私度水平。

在根据第一方面的接收器的另一实现形式中，所述反馈单元适于计算所述预编码器的逆，并且将所述逆作为从所述计算的预编码器导出的信息发送到所述发送器。

在根据第一方面的接收器的另一实现形式中，接收器包括估计单元，适于估计关于从其它发送器到所述接收器的信道的信道状态信息，接收器包括连接单元，适于在各通信链路上与协作接收器建立连接。所述接收器不由所述其它发送器服务，并且所述协作接收器在各下行链路上由所述其它发送器服务。所述接收器适于向所述协作接收器发送所述估计的信道状态信息。

因而，协作接收器可以利用关于从其它发送器到接收器的干扰信道的知识，以将预编码器信息反馈到所述其它发送器，该预编码器信息可减少接收器处的小区间干扰。

本发明的第二方面提供了一种接收器，包括：估计单元，适于估计关于从发送器到所述接收器的信道的信道状态信息，所述接收器包括连接单元，其适于在各通信链路上与协作接收器建立连接。所述接收器不由所述发送器服务，并且所述协作接收器在各下行链路上由所述发送器服务。所述接收器适于向所述协作接收器发送所述估计的信道状态信息。

因而，协作接收器可以利用关于从发送器到接收器的干扰信道的知识，以将预编码器信息反馈到所述发送器，该预编码器信息可减少接收器处的小区间干扰。

在根据第一方面或第二方面的接收器的实现形式中，所述估计单元适于基于通过所述信道从所述发送器接收的导频和/或训练信号来估计所述信道状态信息。

本发明的第三方面提供一种通信网络，包括根据第一方面或第二方面的多个接收器和多天线发送器。

本发明的第四方面提供了一种在下行链路上由多天线发送器服务接收器的方法，并且通过从发送器到协作接收器的信道减少在协作接收器处造成的干扰。所述接收器和所述协作接收器在通信链路上建立连接。所述接收器估计关于所述下行链路的信道状态信息。所述协作接收器估计关于从所述发送器到所述协作接收器的所述信道的信道状态信息。所述接收器在所述通信链路上从所述协作接收器接收关于由所述协作接收器估计的所述信道的所述信道状态信息。所述接收器根据关于所述下行链路的所述估计信道状态信息和关于所述信道的所述接收的信道状态信息计算用于所述发送器和所述接收器之间的所述下行链路的预编码器。接收器向所述发送器发送从所计算的预编码器导出的信息。因此，该方法提出了可以在发送器上执行协作以实现目标性能的接收器协作协议。

根据本发明第四方面的方法的其它特征或实现可以根据本发明的先前方面及其不同的实现形式来执行接收器的功能。

本发明的第五方面提供了一种具有程序代码的计算机程序，当所述计算机程序在计算设备上运行时，所述程序代码用于执行根据本发明第四方面的方法。

本发明针对一组MIMO发送器与其预期接收器通信而不需要发送器之间的任何必要的协作或协调的***。实现本发明的接收器建立了一个通信信道，在该通信信道中，交换了有关CSI的一些辅助信息，从而允许每个接收机建立反馈，一旦被各自的服务发送器接收到可以影响在服务发送器中实现的预编码器。该预编码器适于提高所有协作接收设备的可实现速率。

这对于发送器来说完全是以一种不可见或透明的方式发生的，使得本发明在许多场景下特别有吸引力。例如，在其一个实施例中，本发明可以在多供应商/运营商***中采用，在该***中，供应商/运营商不能控制由另一供应商制造或由另一运营商拥有的发送器的行为。在另一个实施例中，本发明可以在如下的***中采用，即在已经部署的基础设施/标准不允许在发送器侧执行任何互利的预编码/波束成形的***。

本发明提出了一种特别是在非集中的，并且不需要发送器之间协作的网络中解决干扰问题的方案。本发明特别提出了传输计算避免干扰的有效方法的负载，即将计算有效预编码器的负载从发送器传送到接收器。换句话说，本发明提出制定以接收器为中心的决策过程。

本发明具有增加整体网络吞吐量同时对发送器透明，而不需要昂贵的网络/收发器修改以实现相同的目标的优点。换句话说，通过本发明，在采用传统预编码方案的同时每个发送器对整体性能的提高产生贡献，而不需要在发送器之间进行显式或隐式的协作或协调。

本发明的想法是利用关于协作接收器的干扰信道的知识，以便反馈减轻协作接收器的负面效应的预编码器。这种减轻是有利的，因为对于发送器，该减轻以完全不可见的方式发生。由于网络的所有接收器都可以应用本发明的策略，所以通过本发明进行协作的所有接收器可能会经历显著的性能增益，从而增加总体网络吞吐量。本发明产生了以接收器为中心的场景，其中克服了现有技术的网络限制，而不需要运营商或制造商的进一步成本。

必须注意的是，本申请中描述的所有设备、元件、单元和装置可以以软件或硬件元件或其任何种类的组合来实现。由本申请中描述的各种实体执行的所有步骤以及被描述为由各种实体执行的功能旨在表示各实体适于或被配置为执行各自的步骤和功能。即使在具体实施方案的以下描述中，由外部实体完全形成的特定功能或步骤未在实施该特定步骤或功能的实体的具体详细元素的描述中反映出来，则对于本领域技术人员来说这些方法和功能可以在各自的软件或硬件元件或其任何种类的组合中实现。

附图说明

在下面涉及附图的具体实施例的描述中将解释本发明的上述方面和实现形式，其中

图1示出了根据现有技术的非集中式无线通信网络，

图2示出了根据本发明实施例的无线通信网络，

图3示出了根据本发明另一实施例的无线通信网络，

图4示出了根据本发明另一实施例的无线通信网络，

图5示出了根据本发明实施例的方法，

图6示出了根据本发明另一实施例的方法，

图7示出了根据本发明实施例的应用场景，

图8示出了根据本发明另一实施例的应用场景，以及

图9示出了根据本发明实施例的性能增益。

具体实施方式

图2示出了根据本发明实施例的无线通信网络200。

图2的实施例是根据本发明的一般无线通信网络的具体实施例，并且由N个自治发送器组成，编入的索引为n∈{1，...，N}，，发送器n连接到K_n个接收器。这里，特征自治是指发送器不交换或特别地，不能交换它们之间的任何信息的事实，因此表现为在同一无线电资源块中不存在其他发送器。

这种网络的实施例在图2中示出，且包括WiFi网络和SC网络等。网络中的每个发送器都配备了M_n＞1个天线，而接收器配备了N_r≥1个天线。发送器n和接收器r之间的MIMO下行链路信道由矩阵

表示。如对于频分双工(frequency-division duplexing，FDD)通信那样，假设在每个接收器通过下行链路导频/训练序列估计矩阵

通过堆叠发送器n的所有预期接收器的信道矩阵，即对于由发送器n服务的所有接收器，获得根据以下等式(1)的信道矩阵：

因此由接收器r接收的信号可根据下述等式(2)来表达：

其中

-x_n表示发送器n的发送符号向量，以及

-w_r表示相加噪声向量。

在等式(2)中，可以识别三个项：

-表示有用信号的第一项

-表示小区内干扰的第二项

以及

-表示小区间干扰的第三项

在这种情况下，下行链路在相同的频带中工作。因此，产生相互干扰，并且通信的性能下降。即使发送器不协作，也可以利用MIMO技术来减轻小区内干扰。特别地，假设每个发送器基于来自其接收器的CSI反馈采用其选择的预编码器。也就是说，每个发送器执行以下通用预编码策略：

其中

-W_n是发送器n使用的预编码器，

-f_n是某种可逆预编码功能，例如任何诸如可逆的最大比组合(MRC)、ZF或MMSE传输的标准线性预编码策略，以及

-

是连接到发送器n的所有接收器的CSI反馈，即

是由发送器n服务的所有接收器的总体CSI反馈。

根据已知技术，可以将表示小区内干扰的上述等式(2)的第二项最小化，或者甚至更有效地，可以使所有接收器的SINR最大化。

回到图2，无线通信网络200包括两个发送器201，202。发送器201，202是多天线发送器，并且每个发送器特别地包括三个天线。无线通信网络200包括由第一发送器201服务的第一组接收器211，212，213以及从第一发送器201到第一组接收器211，212，213的各下行链路221，222，223。无线通信网络200还包括由第二发送器202服务的第二组接收器214，215以及从第二发送器202到第二组接收器214，215的各下行链路234，235。

此外，即使第一组接收器211，212，213不由第二发送器202服务，在第二发送器202和第一组接收器211，212，213之间存在各自的信道231，232，233。类似地，即使第二组接收器214，215不由第一发送器201服务，在第一发送器201和第二组接收器214，215之间存在各自的信道224，225。

图2的无线通信网络200实际上包括两个自治网络，两个自治网络分别包括第一发送器201和第二发送器202。第一发送器201的传输导致由第二发送器202服务的接收器214，215处的干扰，反之亦然。信道224，225相应地在接收器214，215处引起小区间干扰，而信道231，232，233在接收器211，212，213处引起小区间干扰。

图2的实施例的接收器211，212，213，214，215分别包括一个天线。根据本发明的接收器可以替代地包括多于一个天线，并且因此可以是多天线接收器。发送器201，202例如是基站或WiFi接入点。接收器211，212，213，214，215例如是手持设备，如平板电脑、笔记本电脑或智能手机。

图3示出了根据本发明另一实施例的无线通信网络300。

根据本发明的实施例，图3示出了在下行链路321上由多天线发送器301服务的接收器311。所述接收器311包括至少一个适于在下行链路321上从发送器301接收数据的天线311a。接收器311包括适于估计关于下行链路321的信道状态信息的估计单元。接收器311包括连接单元，适于在各通信链路331，332上与至少一个协作接收器321建立连接，并且从每个协作接收器312接收所述发送器301和所述协作接收器312之间的信道322的信道状态信息。接收器311包括计算单元，适于根据所述估计的信道状态信息和所述接收的信道状态信息计算用于发送器301和接收器311之间的下行链路321的预编码器。接收器311包括反馈单元，其适于向所述发送器301发送从所述计算的预编码器导出的信息。

相应地，当接收器311由下行链路321上的发送器301服务时，协作接收器312不由发送器301服务。在发送器301和协作接收器312之间定义的信道322表示干扰信道，其用于在协作接收器312处进行接收。

因此，接收器311适于利用关于干扰信道322的知识，以将预编码器反馈给发送器301，该预编码器减轻协作接收器312的负面效应，即减少协作接收器312处的小区间干扰。

根据本发明的实施例，接收器311包括估计单元，适于估计关于从其它发送器302到所述接收器311的信道324的信道状态信息，所述接收器311包括连接单元，其适于在各通信链路331，332上与协作接收器321建立连接。所述接收器311不由所述发送器302服务，并且所述协作接收器312在各下行链路323上由所述发送器302服务。所述连接单元适于向所述协作接收器312发送所述估计的信道状态信息。

相应地，协作接收器312而不是接收器311是在下行链路323上由其它发送器302服务。在其它发送器301和接收器312之间定义的信道324表示在接收器312处的接收的干扰信道。

因此，接收器311适于估计该干扰信道324的信道状态信息，并将估计的信道状态信息发送给协作接收器312。反过来，协作接收器312可以利用关于干扰信道324的知识，以将预编码器反馈给其它发送器302，该预编码器减轻接收器311的负面效应，即减少接收器311处的小区间干扰。

类似于如图2所示的实施例，发送器301，302是多天线发送器，并且每个发送器具体分别包括三个天线301a，301b，301c和302a，302b，302c。图2的接收器311，312分别包括一个天线。根据本发明的接收器可以替代地包括多于一个天线，并且因此可以是多天线接收器。图3的发送器301，302以及更一般地，根据本发明的发送器例如是基站或WiFi接入点。图3的接收器311，312，更一般地，根据本发明的接收器例如是手持设备，如平板电脑、笔记本电脑或智能手机。

在图3中，h_2，1表示从接收机311到协作接收器312的单向通信链路331的信道矩阵，而h_1，2表示从协作接收器312到接收器311的单向通信链路332的信道矩阵。接收器311和协作接收机312配备有在其之间交换数据的能力。至少当接收器311和协作接收器312接近时，数据的交换可以无线地进行。这可以例如通过WiFi直连、蓝牙或任何设备到设备(device-to-device，D2D)无线电接入技术(radio access technology，RAT)来实现。

图4示出了根据本发明另一实施例的无线通信网络400。无线通信网络400对应于图3的无线通信网络300。无线通信网络400包括在下行链路421上由发送器401服务的接收器411，其对应于在下行链路321上由发送器301服务的接收器311。无线通信网络400包括在下行链路423上由其它发送器402服务的协作接收器412，其对应于在其它下行链路323上由其它发送器302服务的协作接收器312。此外，无线通信网络400包括从发送器401到协作接收器412的信道422和从其它发送器402到接收器411的信道424，其分别对应于从发送器301到协作接收器312的信道322和从其它发送器302到接收器311的信道324。

图3和图4的实施例之间的差异在于接收器411与协作接收器412之间的数据交换。经由其它网络430执行信道状态信息的数据交换。通过到其它网络430的单向通信链路432，其它网络430，以及从其它网络430到协作接收器412的单向通信链路433，执行从接收器411到协作接收器412的数据交换。通过到其它网络430的单向通信链路434，其它网络430，以及从其它网络430到协作接收器411的单向通信链路431，执行从协作接收器412到接收器411的数据交换。其它网络430可以例如基于云计算，或者中继或转发器。

图5示出了根据本发明的实施例的方法500，其用于在下行链路321上由多天线发送器301服务接收器311，并且减少在协作接收器312处由从发送器301到协作接收器312的信道322所造成的干扰。

根据该方法，接收器311和协作接收器312在通信链路331，332上建立501连接。所述接收器311估计502关于所述下行链路321的信道状态信息。所述协作接收器312估计关于从所述发送器301到所述协作接收器312的所述信道322的信道状态信息。所述接收器311在所述通信链路上331，332上从所述协作接收器312接收504关于由所述协作接收器312估计的所述信道322的所述信道状态信息。所述接收器311根据关于所述下行链路321的所述估计的信道状态信息和关于所述信道322的所述接收的信道状态信息计算505用于所述发送器301和所述接收器311之间的所述下行链路321的预编码器。接收器311向所述发送器301发送506从所述计算的预编码器导出的信息。

有利地，接收器311适于利用关于干扰信道322的知识，以将预编码器反馈给发送器301，该预编码器减轻协作接收器312的负面效应，即减少协作接收器312处的小区间干扰。

有利地，还可以减少由干扰信道324引起的接收器311处的小区间干扰。因此，接收器311估计关于从其它发送器302到接收器311的信道324的信道状态信息。协作接收器312估计关于从其它发送器302到协作接收器312的下行链路323的信道状态信息。所述协作接收器312在所述通信链路上331，332上从所述接收器311接收由所述接收器311估计的关于所述信道324的所述信道状态信息。协作接收器312根据关于下行链路323的估计信道状态信息和相对于信道324的接收信道状态信息计算用于其它发送器302和协作接收器312之间的下行链路323的预编码器。所述协作接收器312向所述其它发送器302发送从所计算的预编码器导出的信息。

图6示出了根据本发明另一实施例的方法600。接收器311在下行链路321上由多天线发送器301服务，方法适于减少由从发送器301到协作接收器312的信道322在协作接收器312处造成的干扰。方法600可以由接收器311和协作接收器312的相应基带功能块来实现。

方法600包括发现和回答发现的步骤601。该步骤的目的是建立在实现本发明的范围内的接收器之间的连接，即，例如在接收器311和多个其他接收器之间的连接。这种连接也可以称为握手。对于建立连接，接收器311通过适当的无线电接入技术(RAT)例如WiFi直连或蓝牙来广播协作的请求。多个其他接收器的基带模块进行应答。然后在接收器311和多个其他接收器中的每一个之间建立连接。所述多个其他接收器是一组潜在的协作接收器。

方法600还包括协作接收器选择的步骤602。在接收器311已经建立与多个其他接收器的连接之后，接收器311适于从多个其他接收器中选择至少一个协作接收器312。从潜在的协作接收器，即从相连的多个其他接收器中选出协作接收器组312。

选择是基于不同的标准。在本发明的一个实施例中，用于选择多个其他接收器之一作为协作接收器的选择标准可以是接收器311与其他接收机之间的距离和/或其它个接收机的天线数量。

该选择阶段的优点在于，其使接收器311和协作接收器312的天线总数小于发送器301以及服务接收器311和协作接收器312的其它发送器302的发送天线的最小数量。因此，接收器311适于选择所述至少一个协作接收器312，使得以下等式得以验证：

其中在各下行链路323上，一个或更多个其它多天线发送器302经由R_i个天线312a服务每个所选择的协作接收器312，以及

其中

-R₀是所述接收器311的所述至少一个天线311a的数量，该接收器311用于从所述发送器301到所述接收器311的所述下行链路321，

-

是所有所选择的协作接收器312上，天线312a的所述数量Rj的总和，

-T₀是用于从所述发送器301到所述接收器311的所述下行链路321的所述发送器301的天线301a，301b，301c的数量，以及

-{T_i|i≠0}是包括对于服务于所述选择的协作接收器312的所有所述其它发送器302，所述其它发送器302的天线302a，302b，302c的数量的集合。

在图3的实施例中，R₀＝1，因为接收器311具有一个天线311a，

因为唯一的协作接收器312具有一个天线312a，T₀＝3，因为服务于接收器311的发送器301具有三个天线301a，301b，301c且{T_i|i≠0}＝{3}，因为服务于协作接收器312的其它发送器302具有三个天线302a，302b，302c。对于图3的实施例，因为1+1≤min(3，3)等式(4)得以验证。

这种协作接收器选择602也可以用于排除具有非常高的移动性的其他接收器，因为接收器311和具有非常高的移动性的其他接收器可能不能很好地协作。该步骤的最小输出是一个组，包括接收器311和协作接收器312，其中协作设备的天线总数K必须小于所涉及的发送器的最小天线数量。

方法600包括进一步的协作级议价和建立步骤603。在步骤602中选择的接收器311和至少一个协作接收器312基于可用的信息量来议价或协商应该采用什么种类的预编码策略。该步骤的最小输出是要采用的预编码策略，例如ZF或MRC。该步骤的可选输出是自私度水平和/或发送SNR水平。自私度的水平可以定义为参数α，该参数α将计算的预编码器限定为最大比组合预编码器和迫零预编码器的组合。

方法600还包括进一步的信息收集步骤604。必要的信息，例如关于干扰信道的信息基于由干扰发送器发送的导频/训练信号来估计，即由发送器301发送。因此，接收器311可以估计关于下行链路321的信道状态信息，并且所述协作接收器312可以估计关于从所述发送器301到所述协作接收器312的所述干扰信道322的信道状态信息。

方法600还包括进一步的信息交换步骤605。在步骤602中选择的接收器311和至少一个协作接收机312交换创建反馈所需的信息，特别是关于干扰信道的信息。特别地，来自协作接收器312的接收(504)可以向接收器311发送其对关于从发送器301到协作接收器312的干扰信道322的信道状态信息的估计。该传输在通信链路332上进行。在一个实施例中，通过RAT(例如蓝牙或WiFi直连)或通过例如基于云计算或中继器或转发器的其它网络430来交换必要的信息。

方法600包括进一步的预编码器计算步骤606。

可以根据若干标准设计预编码器计算步骤606。在本发明的一个实施例中，可以确定标准以达到如下所述的帕累托最优解。

在第一子步骤中，标记为“r”的接收器311根据以下等式将其自己的信道矩阵和协作接收器312的信道矩阵堆叠在一起构成扩展的信道矩阵

其中

-

表示接收器311的信道矩阵，以及

-

表示标记为从“1”到“i”的i个协作接收器312的信道矩阵。

的维数为M_n×K，其中：

-K是接收器311和协作接收器312设备的天线总数，其中优选地

以及

-M_n是发送器n的天线数。

值得注意的是，在预编码器计算606步骤中始终满足必要条件M_n≤K。

在第二子步骤中，根据以下等式评估ZF预编码器：

其中

-

是维数为N_r的单位矩阵，以及

-

是仅由零组成的维数为(M-N_r)×N_r的矩阵。

在第三子步骤中，根据以下等式评估MRC预编码器：

ρ_MRC＝h_n，r. (7)

在第四子步骤中，根据以下等式计算希望的预编码器：

P＝αρ_MRC+(1-α)ρ_ZF (8)

其中α是自私度的水平。

值α＝1将基本上将MRC预编码施加到发送器301上，并且可以被称为自私选择，而值α＝0将施加ZF预编码，并且可以被称为利他选择。

方法600还包括进一步的反馈信号传输步骤607。在该步骤中，接收器311的基带块最终创建反馈信号，并发送到服务接收器311的发送器301。基于在步骤606中计算出的预编码器P，接收器311计算并向发送器发送作为反馈的该向量：

f^-1(P). (9)

假设预编码函数f是可逆的。在这方面，值得注意的是，诸如MRC、ZF和MMSE之类的标准和普遍的预编码功能都是可逆的。特别地，MMSE是广泛使用的接近最优的线性解决方案。

图7示出了根据本发明实施例的应用场景。应用场景基于无线通信网络700。无线通信网络700对应于图3的无线通信网络300。无线通信网络700包括在下行链路721上由发送器701服务的接收器711，其对应于在下行链路321上由发送器301服务的接收器311。无线通信网络700包括在下行链路723上由其它发送器702服务的协作接收器712，其对应于在其它下行链路323上由其它发送器302服务的协作接收器312。此外，无线通信网络700包括从发送器701到协作接收器712的信道722和从其它发送器702到接收器711的信道724，其分别对应于从发送器301到协作接收器312的信道322和从其它发送器302到接收器311的信道324。

发送器701和其它发送器702可以是属于不同网络运营商的小小区或替代的微微小区或毫微微小区。或者，发送器701和其它发送器702可以由不同的供应商构建。优选地，发送器701和其它发送器702可以配备有多个天线。

发送器701和其它发送器702可以是属于不同运营商的WiFi接入点，或由不同的供应商构建，并且优选地配备有多个天线。

无线通信网络700可以涉及设备到设备通信，其中优选地至少发送器301和其它发送器702配备有多个天线。

图8示出了根据本发明另一实施例的应用场景。应用场景基于无线通信网络800，其可以类似于图3中的无线通信网络。无线通信网络800包括在下行链路821上由发送器801服务的接收器811，其对应于在下行链路321上由发送器301服务的接收器311。无线通信网络800包括在下行链路823上由其它发送器802服务的协作接收器812，其对应于在其它下行链路323上由其它发送器302服务的协作接收器312。此外，无线通信网络800包括从发送器801到协作接收器812的信道822和从其它发送器802到接收器811的信道824，其分别对应于从发送器301到协作接收器312的信道322和从其它发送器302到接收器311的信道324。

在图8中，示出了宏小区通信的示例。无线通信网络800是以蜂窝通信网络的形式存在。发送器801是以基站的形式存在，其限定蜂窝通信网络的小区803，而类似地，其它发送器802也是以蜂窝通信网络的基站的形式存在。接收器811和协作接收机812分别靠近小区的边缘并分别受到来自所述其它发送器802和所述发送器801的干扰。

图9示出了根据本发明实施例的性能增益。

为了评估性能，考虑了根据图3的实施例的网络，即，包括发送器和其它发送器，以及接收器和协作接收器的网络，所述发送器和其它发送器每个配备有三个天线，且所述接收器和协作接收器每个配备有一个天线。性能以SINR来进行度量。特别地，在帕累托最优反馈创建程序的情况下，也对不同自私度水平α的值进行测量。

所提出的想法相对于现有技术方法带来的性能增益如图9所示。特别地，涉及单小区预编码器的现有技术方案的性能被标记为MRT并且显示出低的频谱效率。根据本发明的接收器驱动的预编码被标记为RDP，显示出更好的频谱效率。

不同RDP的性能相对于现有技术显示出显著的SNR差距。作为正则化逆预编码器的RDP以更高的计算复杂度为代价优于其他较不复杂的方法。可以注意到，使值α＝0，即总是对发送器施加ZF预编码器，在高SNR值的情况下会变得接近最优，即当网络的性能受到小区内和小区间干扰的强烈限制时。

已经结合作为示例的各种实施例以及实现方式描述了本发明。然而，本领域技术人员可以从附图，本公开和独立权利要求的研究中理解和实现其他变化，并且实践要求保护的发明。在权利要求以及说明书中，“包括”一词不排除其他元素或步骤，并且不定冠词“一个”或“一”不排除复数的情况。单个元件或其他单元可以实现权利要求中所述的几个实体或项目的功能。在相互不同的从属权利要求中列举某些措施的事实并不表示这些措施的组合不能用于有利的实现。

Claims (17)

1.一种接收器，在下行链路上由多天线发送器服务，

包括

-至少一个天线，适于在所述下行链路上从所述发送器接收数据，

-估计单元，适于估计关于所述下行链路的信道状态信息，

-连接单元，适于在各通信链路上与至少一个协作接收器建立连接，

并且从每个所述协作接收器接收所述发送器和所述协作接收器之间的信道的信道状态信息，

-计算单元，适于根据所述估计的信道状态信息和所述接收的信道状态信息计算用于所述发送器和所述接收器之间的所述下行链路的预编码器，

-反馈单元，适于向所述发送器发送从所述计算的预编码器导出的信息；

其中所述计算单元适于通过将所述发送器和所述接收器之间的所述下行链路的信道矩阵，和所述发送器和每个协作接收器之间的所述各信道的每个信道矩阵，堆叠在一起来构建扩展的信道矩阵，以基于所述扩展信道矩阵达到帕累托最优解来计算所述预编码器；

其中所述计算单元适于产生：

根据等式ρ_MRC=h_n,r与所述下行链路的所述信道矩阵相对应的最大比合并预编码器，其中ρ_MRC是最大比合并预编码器，h_n,r是信道矩阵，

根据等式

的迫零预编码器，其中

是维数为N_r的单位矩阵，ρ_ZF是迫零预编码器，

是扩展的信道矩阵，以及

是仅由零组成的维数为(M-N_r)×N_r的矩阵，并且

适于根据以下等式计算所述预编码器：

P＝αρ_MRC+(1-α)ρ_ZF

其中P是最大比合并预编码器和迫零预编码器的组合，α是包括0和1之间的自私度水平；

其中所述连接单元还适于从多个其他接收器中选择所述至少一个协作接收器，其中所述选择的标准是所述接收器与所述多个其他接收器之间的距离和所述多个其他接收器的天线数量并且排除具有高移动性的所述多个其他接收器；

其中所述反馈单元适于计算所述预编码器的逆，并且将所述逆作为从所述计算的预编码器导出的信息发送到所述发送器。

2.根据权利要求1所述的接收器，

其中从所述计算的预编码器导出的所述信息适于由所述发送器用于预编码所述下行链路。

3.根据前述权利要求中任一项所述的接收器，

其中所述计算的预编码器是所述最大比合并预编码器和所述迫零预编码器的组合。

4.根据权利要求1或2所述的接收器，

其中所述连接单元适于使用与用于所述发送器和所述接收器之间的所述下行链路的无线电接入技术不同的无线电接入技术来与所述至少一个协作接收器建立连接。

5.根据权利要求1或2所述的接收器，

其中所述连接单元适于与所述至少一个协作接收器建立自组织网络。

6.根据权利要求1或2所述的接收器，

其中所述连接单元适于与所述至少一个协作接收器建立Wi-Fi直连、蓝牙或设备到设备连接。

7.根据权利要求1或2所述的接收器，

其中所述连接单元适于广播协作请求，从所述至少一个协作接收器接收对所述协作请求的响应，以及基于所述响应，与所述至少一个协作接收器建立所述连接。

8.根据权利要求1或2所述的接收器，

其中

所述连接单元还适于与多个其他接收器建立连接。

9.根据权利要求8所述的接收器，

其中所述连接单元适于选择所述至少一个协作接收器，使得

其中在各下行链路上，一个或更多个其他多天线发送器经由R_i个天线服务每个选择的协作接收器，

其中

-R₀是所述接收器的所述至少一个天线的数量，所述接收器用于从所述发送器到所述接收器的所述下行链路，

-

是所有选择的协作接收器上，天线的数量R_i的总和，

-T₀是用于从所述发送器到所述接收器的所述下行链路的所述发送器的天线的数量，以及

-{T_i|i≠0}是包括对于服务于所述选择的协作接收器的所有所述其他发送器，所述其他发送器的天线的数量的集合。

10.根据权利要求1、2、9中任一项所述的接收器，

其中所述接收器适于与所述至少一个协作接收器协商用于计算所述预编码器的策略。

11.根据权利要求10所述的接收器，

其中被计算的预编码器是最大比合并预编码器和迫零预编码器的组合，

并且其中所述接收器适于与所述至少一个协作接收器协商用于计算所述预编码器的策略，以限定自私度水平，所述自私度水平限定所述最大比合并预编码器和所述迫零预编码器的所述组合。

12.根据权利要求1、2、9、11中任一项所述的接收器，

其中所述估计单元适于基于通过所述下行链路从所述发送器接收的导频和/或训练信号来估计所述信道状态信息。

13.根据权利要求1、2、9、11中任一项所述的接收器，

包括

-估计单元，适于估计关于从发送器到所述接收器的信道的信道状态信息，

-连接单元，适于在各通信链路上与协作接收器建立连接，

其中所述接收器不由所述发送器服务，并且所述协作接收器在各下行链路上由所述发送器服务，

其中所述接收器适于向所述协作接收器发送所述估计的信道状态信息。

14.根据权利要求13所述的接收器，

其中所述估计单元适于基于通过所述信道从所述发送器接收的导频和/或训练信号来估计所述信道状态信息。

15.一种通信网络，包括多个根据前述权利要求中任一项所述的接收器和所述多天线发送器。

16.一种用于在下行链路上由多天线发送器服务接收器，并且减少在协作接收器处由从所述发送器到所述协作接收器的信道所造成的干扰的方法，

其中

-所述接收器和所述协作接收器在通信链路上建立连接，

-所述接收器估计关于所述下行链路的信道状态信息，

-协作接收器估计关于从所述发送器到所述协作接收器的所述信道的信道状态信息，

-所述接收器在所述通信链路上从所述协作接收器接收关于由所述协作接收器估计的所述信道的所述信道状态信息，

-所述接收器根据关于所述下行链路的所述估计的信道状态信息和关于所述信道的所述接收的信道状态信息计算用于所述发送器和所述接收器之间的所述下行链路的预编码器，以及

-接收器向所述发送器发送从所述计算的预编码器导出的信息；

其中所述接收器通过将所述发送器和所述接收器之间的所述下行链路的信道矩阵，和所述发送器和每个协作接收器之间的所述各信道的每个信道矩阵，堆叠在一起来构建扩展的信道矩阵，以基于所述扩展信道矩阵达到帕累托最优解来计算所述预编码器；

所述基于所述扩展信道矩阵达到帕累托最优解来计算所述预编码器包括：

产生根据等式ρ_MRC=h_n,r与所述下行链路的所述信道矩阵相对应的最大比合并预编码器，其中ρ_MRC是最大比合并预编码器，h_n,r是信道矩阵，

产生根据等式

的迫零预编码器，其中

是维数为N_r的单位矩阵，ρ_ZF是迫零预编码器，

是扩展的信道矩阵，以及

是仅由零组成的维数为(M-N_r)×N_r的矩阵，并且

根据以下等式计算所述预编码器：

P=αρ_MRC+(1-α)ρ_ZF

其中P是最大比合并预编码器和迫零预编码器的组合，α是包括0和1之间的自私度水平；

其中所述接收器从多个其他接收器中选择至少一个协作接收器，其中所述选择的标准是所述接收器与所述多个其他接收器之间的距离和所述多个其他接收器的天线数量并且排除具有高移动性的所述多个其他接收器；

其中所述接收器计算所述预编码器的逆，并且将所述逆作为从所述计算的预编码器导出的信息发送到所述发送器。

17.一种计算机可读存储介质，存储计算机程序，所述计算机程序用于执行根据权利要求16所述的方法。

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