CN108141295B - 通过基于网络的贪婪序列选择和交换减轻小区间导频干扰 - Google Patents

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CN108141295B CN201580083405.9A CN201580083405A CN108141295B CN 108141295 B CN108141295 B CN 108141295B CN 201580083405 A CN201580083405 A CN 201580083405A CN 108141295 B CN108141295 B CN 108141295B
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Abstract

用于减少导频小区间干扰的以协作方式进行的小区中的CSI‑RS或CSI导频序列的分配。每个小区中的序列占据相同的时隙，多个子载波频率，且通过适当选择的循环移位在时间上正交。多个小区中的序列从非正交但可以通过它们的根索引进行分辨的序列的池中进行选择。因为信道抽头的数量是受限的，在小区间交换根索引允许给定小区重构在相邻小区中使用的序列并估计干扰信道，从而减轻导频污染。此外，提出了一种贪婪选择算法，用于寻找进一步减少信道估计均方误差的序列组合。

Description

通过基于网络的贪婪序列选择和交换减轻小区间导频干扰
技术领域
本发明一般地涉及无线通信领域，具体地涉及基于多小区***中的导频序列的信道状态信息(CSI)和信道估计。
背景技术
为了满足日益增长的高速率无线数据传输需求，对于未来的无线蜂窝***，目前提倡具有大量天线并服务于许多用户(大规模MIMO***)的发射器。这样的情况的一个可能应用是第3代合作伙伴计划(3GPP)长期演进(LTE)/LTE演进的下行链路(DL)。MIMO和大型MIMO操作的主要挑战之一是在基站(BS)处获取准确的信道状态信息(CSI)以执行波束成形或预编码操作。在LTE***中，这是通过发送用于信道估计的预定义信号-导频或导频序列-来执行的。
未来的5G***将有效利用频谱，并将朝向值为1的频率复用迈进。这意味着当相邻小区的用户的导频被调度在与期望用户的导频相同的时间和频率资源上时，所述期望用户的导频将会遭受小区间导频干扰。这种干扰降低了BS处的CSI质量。设计在任何数量的小区上正交的导频序列基本上是不可能的。因此，导频序列通常限制为在一个小区中正交，并且必须设计新的解决方案来缓解小区间导频干扰。
小区间导频干扰问题对于小区边缘用户尤其严重，因为干扰导频的功率与期望导频的功率相当。
小区间导频干扰有害的一种可能的情况是时分双工(TDD)模式。此处，由于信道互易性，发射器可以基于期望用户在上行链路(UL)中发送的导频估计期望用户的CSI，并使用这些估计在DL中执行波束成形或预编码。然而，UL小区间导频干扰使BS处的CSI质量恶化，并导致不匹配的预编码器，使TDD模式中的DL性能恶化。适用于TDD和频分双工(FDD)模式的另一种情况是在UL数据传输的背景下。此处，UL小区间导频干扰使在BS处需要的用于解码/解调由期望用户发送的符号的UL CSI的质量恶化。
LTE使用以下程序使对其他小区的干扰随机化。首先，根据序列分组跳频，在给定小区中使用的序列取决于分组跳频图案和序列位移图案。在这一点上，存在17个跳频图案/分组和30个位移图案。进一步地，多达30个小区的集群可以属于相同的跳频分组，且该集群中的小区通过位移图案进行区分。然后，根据循环移位跳频，小区特定的循环移位被添加在UE特定的循环移位的头部。重要的是要注意，LTE因此只能使对其他小区的干扰随机化。
发明内容
意识到上述缺点和问题，本发明旨在改善现有技术。特别地，本发明的目的是减轻小区间导频干扰。
本发明的第一方面提供了一种用于移动网络中小区间导频干扰减轻的控制器，所述移动网络包括多个基站，用于服务在相应小区中的用户设备。不同导频序列集合被每个基站用于估计由所述基站服务的用户设备的信道状态信息CSI。所述控制器包括传输单元，其适用于将由所述移动网络的第一基站使用的导频序列集合的信息传输到至少所述移动网络的第二基站。
因此，本发明提出了允许第二基站估计其他小区中的用户设备的CSI并减轻小区间导频干扰的，尤其是估计由第一基站服务的小区中的用户设备的CSI的多小区协作。
所述控制器是移动网络的一部分，尤其可以不同于移动网络的基站或可以是一个基站的一部分。
在根据第一方面的控制器的一实现形式中，其中由序列识别参数识别由每个基站使用的所述导频序列集合，并且所述传输单元适用于将由所述第一基站使用的所述导频序列集合的信息传输到所述移动网络的所述第二基站，其中：
所述传输单元适用于将识别由所述第一基站使用的所述导频序列集合的所述序列识别参数传输到所述第二基站。
在根据第一方面的控制器的一实现形式中，由每个基站使用的所述导频序列集合由Zadoff-Chu序列组成，所述Zadoff-Chu序列包括根序列和所述根序列的循环移位版本，所述根序列由根索引识别。所述传输单元适用于将识别由所述第一基站使用的所述导频序列集合的所述序列识别参数传输到所述第二基站，其中：所述传输单元适用于将识别由所述第一基站使用的所述根序列的所述根索引传输到所述第二基站。
在根据第一方面的控制器的一实现形式中，由每个基站使用的所述导频序列集合由M-序列、Gold序列或Kasami序列组成。所述序列识别参数识别由所述第一基站使用的所述导频序列集合，其中在所述第一基站中使用的所述导频序列集合可以从所述序列识别参数生成。
因此，第二基站重构由第一基站使用的导频序列集合是可能的。
在根据第一方面的控制器的一实现形式中，所述传输单元适用于将识别由所述第一基站使用的所述导频序列集合的所述序列识别参数传输到所述第二基站，其中：
所述传输单元适用于将由所述第一基站使用的所述导频序列集合的索引传输到所述第二基站。
在根据第一方面的控制器的一实现形式中，所述控制器包括选择单元，适用于从可能的序列识别参数的第二集合中选择K个序列识别参数的第一集合，K对应于基站的数量和所述移动网络的小区的数量，和分配单元，适用于从所述第一集合中为所述移动网络的所述K个基站的每一个分配不同的序列识别参数。
在根据第一方面的控制器的一实现形式中，其中所述选择单元适用于通过贪婪算法选择所述K个序列识别参数的第一集合，所述贪婪算法包括：
-初始阶段，包括从所述第二集合选择第一序列识别参数，使用所述第一序列识别参数初始化所述第一集合，并从所述第二集合中移除所述第一序列识别参数，以及
-递归阶段，包括选择使联合均方误差滤波器∈q最小化的所述第二集合的序列识别参数rq，将所选择的序列识别参数rq添加到所述第一集合，并从所述第二集合中移除所述选择的序列识别参数rq，
其中所述联合均方误差滤波器∈q定义为:
Figure GDA0002262522550000021
其中q对应于所述递归阶段的第q步骤，
Mq是时间频率传递函数M，定义为:
Figure GDA0002262522550000031
Sq是对角矩阵，其包括由所述序列识别参数识别的相应序列sk的元素，并且
Figure GDA0002262522550000032
是包括傅里叶矩阵FN的对应于由所述导频序列占据的L个子载波的L行的前T个条目的矩阵，T是抽头的数量，
其中
Figure GDA0002262522550000033
是
Figure GDA0002262522550000034
的协方差矩阵的逆矩阵，
hk，td是长度为T的由第k个基站服务的用户设备的信道脉冲响应CIR，其中k的取值为1，2，3，…，q，σn 2是存在于选择单元处的加性噪声的功率，并且tr(.)表示矩阵的迹。
因此，K是协作小区的数量，k表示协作小区的索引。因此，取决于递归阶段的第q步骤，k的取值为1，2，3，…，q，并在递归阶段结束时k的取值为1，2，3，…，K。由于每个用户映射到服务基站或服务小区，k也表示由第k个基站服务的用户。实际上，当描述本发明时，我们考虑每个小区中一个用户：使给定小区中的给定用户的信道估计恶化的导频干扰来自其他小区中的每个中的一个用户，所述其他小区中的每个中的一个用户利用与给定用户相同的相位旋转传输它的导频。
本发明的第二方面提供了一种用于服务移动网络的小区中的用户设备的基站。所述移动网络包括用于服务在相应的其他的小区中的用户设备的其他的基站，其中不同导频序列集合被每个基站用于估计由所述基站和所述其他的基站服务的用户设备的信道状态信息CSI。所述基站包括接收单元，适用于接收分别由所述移动网络的其他的基站使用的所述导频序列集合的信息。
在根据第二方面的基站的一实现形式中，通过序列识别参数识别由每个基站使用的所述导频序列集合，并且所述接收单元适用于接收分别由所述移动网络的其他的基站使用的所述导频序列集合的信息，其中：
所述接收单元适用于接收分别识别由所述其他的基站使用的所述导频序列集合的序列识别参数。
在根据第二方面的基站的一实现形式中，由每个基站使用的所述导频序列集合由Zadoff-Chu序列组成，所述Zadoff-Chu序列包括根序列sk和所述根序列的循环移位版本，所述根序列sk由根索引rk识别，所述接收单元适用于接收分别识别由所述移动网络的所述其他的基站使用的所述导频序列集合的序列识别参数，其中：
所述接收单元适用于接收识别由所述其他的基站使用的相应根序列sk的所述根索引rk。
在根据第二方面的基站的一实现形式中，由每个基站使用的所述导频序列集合由M-序列、Gold序列或Kasami序列组成，其中所述序列识别参数识别由给定基站使用的所述导频序列集合，其中在所述给定基站中使用的所述导频序列集合可以从所述序列识别参数生成。
在根据第二方面的基站的一实现形式中，所述接收单元适用于接收L维频域信号y，所述L维频域信号y包括从位于由所述基站服务的所述小区和所述其他的小区中的用户设备接收的导频序列，其中L是分布在L个子载波上的所述导频序列的长度。所述基站包括计算单元，适用于对位于由所述基站服务的所述小区和所述其他的小区中的所述用户设备在时域中执行联合信道估计。
在根据第二方面的基站的一实现形式中，所述计算单元适用于对每个接收的序列识别参数生成通过所述序列识别参数识别的长度为L的所述根序列sk，
其中所述计算单元适用于生成时间频率传递函数M，其定义为:
Figure GDA0002262522550000041
其中Sk是对角矩阵，其包括分别生成的序列的元素，和
Figure GDA0002262522550000042
是包括傅里叶矩阵FN的对应于由所述导频序列占据的L个子载波的L行的前T个条目的矩阵，T是抽头的数量，其中所述计算单元适用于通过求解以下定义的L个方程的线性***执行所述联合信道估计：
y＝Mhtd+n
其中y是由所述接收单元接收的频域信号，
htd定义为：
Figure GDA0002262522550000043
其中K是包括由所述基站服务的所述小区和所述其他的小区的小区的数量，
hk，td是由第k个基站服务的用户设备的信道脉冲响应CIR，其中k的取值为1，2，3，…，K。
在根据第二方面的基站的一实现形式中，所述计算单元适用于通过使如下定义的估计滤波器G最佳化来执行所述联合信道估计：
Figure GDA0002262522550000044
其中Chtd是hk，td的协方差矩阵，并且σn 2是存在于所述选择单元处的加性噪声的功率。
在根据第二方面的基站的一实现形式中，所述基站包括广播单元，适用于将由所述基站使用的所述导频序列集合的信息广播到由所述基站服务的所述用户设备。
与根据本发明的第一方面的控制器有关的其他方面也适用于根据第二方面的基站。
本发明的第三方面提供了一种用于移动网络中的小区间导频干扰减轻的方法，所述移动网络包括用于服务在相应小区中的用户设备的多个基站，其中不同导频序列集合被每个基站用于估计由所述基站服务的用户设备的信道状态信息CSI。所述方法包括将由所述移动网络的第一基站使用的导频序列集合的信息传输到至少所述移动网络的第二基站。
与根据本发明的第一方面的控制器有关的其它方面也适用于根据第三方面的方法。
本发明的第四方面提供了一种用于基站服务移动网络的小区中的用户设备的方法，其中所述移动网络包括用于服务在相应的其他的小区中的用户设备的其他的基站。不同导频序列集合被每个基站用于估计由所述基站服务的用户设备的信道状态信息CSI。所述方法包括：所述基站接收分别由所述移动网络的其他的基站使用的所述导频序列集合的信息。
与根据本发明第二方面的基站有关的其他方面也适用于根据第四方面的方法。
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，用于当所述计算机程序在计算设备上运行时执行根据第三或第四方面所述的方法。
本发明尤其提出以用于导频序列的LTE UL帧格式作为示例。然而，本发明也可以在其他***中采用。在LTE UL中，每个小区中的用户导频序列在时间上占据相同的符号时隙，但其涵盖多个子载波频率，并通过适当选择的循环移位在时间上正交。涵盖频率的导频序列具有以下性质：占据的子载波的数量越大，序列长度和可用序列的数量越大。例如，如果考虑Zadoff-Chu(ZC)序列，则根序列的数量与序列的长度成比例，且每个根序列通过它的根索引可分辨。可用序列被称为序列池。属于此池的序列不正交。多个小区中的序列从此池中选择。本发明由两个主要部分组成。
本发明的主要部分涉及基站之间的序列的交换，例如，ZC序列的根索引的交换。这允许每个BS知道相邻小区中的用户使用哪些导频序列并及时执行期望的和干扰链路的CSI的联合估计，因为实践中信道抽头的总数通常是受限的。相邻小区中的用户链路的CSI的知识可对于例如UL或DL CoMP应用是重要的。通过中央控制器交换序列索引或知道相邻小区中使用的序列索引的基站称为协作基站。
本发明的另一主要方面涉及贪婪选择算法，该算法寻找确保对于给定序列长度和协作基站数量的低信道估计均方误差(MSE)的好的序列组合。这在宽带应用中序列涵盖大量子载波和可用序列池很大的情况下尤其重要。在这样的情景中，序列选择可以带来很大的益处。
与例如在LTE中的标准化技术的现有技术相比，提出的序列交换很大地改善CSI质量。此外，与序列由网络随机分配或由小区随机选择的情况相比，在中到高信噪比(SNR)状况下，提出的贪婪选择算法带来额外的平均1到5dB的功率增益。通过贪婪选择获得的增益可以用于进一步改善CSI质量或减少实现给定估计MSE需要的导频功率传输。此外，该贪婪选择确保坏的序列集合被排除，其中，坏的集合是造成较高信道估计MSE的集合。在高SNR的情况下，这样的集合的性能会比由贪婪程序返回的序列的性能差大于10dB。
由本发明提出的矩阵M和M_q适用于OFDM或OFDM类似(多载波)***。
需要说明的是，本申请中所描述的所有设备、元件、单元和装置均可以以软件或硬件元件或其任何种类的组合来实现。由本申请中描述的多种实体执行的所有步骤以及描述为由多种实体执行的功能旨在表示所述各个实体适用于或配置为执行相应的步骤和功能。即使这样，在特定实施例的以下描述中，完全由外部实体形成的特定功能或步骤没有反映在执行该特定步骤或功能的实体的特定详细元件的描述中，技术人员应清楚，这些方法和功能可以在相应的软件或硬件元件或其任意类型的组合中实现。
附图说明
本发明的以上方面和实施形式将在以下关于附图的具体实施例的描述中解释，其中
图1示出了根据本发明的多小区通信***的一实施例，
图2示出了具有长度为L的导频序列的时频网格，
图3示出了根据本发明的贪婪序列选择的一实施例，
图4示出了根据本发明一实施例的作为SNR的函数的估计误差/子载波/用户，
图5示出了根据本发明另一实施例的作为SNR的函数的估计误差/子载波/用户，
图6示出了根据本发明的另一实施例的作为SNR的函数的估计误差/子载波/用户，
图7示出了根据本发明实施例的贪婪序列选择的应用场景，和
图8示出了根据本发明实施例的贪婪序列选择的应用场景。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的多小区通信***的移动网络的一实施例。
***100包括多个小区101，102，103，以及多个基站111，112，113。每个基站111，112，113适用于服务在其相应的小区101，102，103中的用户设备(UE)121，122，123。每个基站尤其负责根据下行链路(DL)和上行链路(UP)与位于它的小区中的用户设备的通信。术语基站是用于定义服务小区，即，服务位于小区内的用户设备的实体的通用术语。基站可以是例如GSM网络中的基站收发信台(BTS)，UMTS网络中的Node B，或LTE中的eNodeB。
在图1的实施例中，基站111通过在UL 131中由UE 121发送的导频序列获得信道状态信息(CSI)。类似地，基站112，113分别通过在相应的UL 137，134中由UE 122，123发送的导频序列获得CSI。由UE 122，123发送的导频序列导致在基站111处的导频干扰。这例如由图1中的箭头132表示。相似地，由UE 121，122发送的导频序列导致在基站113处的导频干扰。这由图1中的箭头135，138表示。进一步地，由UE 121，123发送的导频序列导致在基站112处的导频干扰。这由图1中的箭头133，136表示。
根据本发明的通信***100是例如总共具有N个子载波的多小区正交频分复用(OFDM)***。此外，考虑K个协作BS/小区，其中小区中的所有单一天线用户共享由L个子载波组成的给定带宽分配。小区k中的用户在UL中发送序列sk的相位旋转版本，用于信道估计的目的，其中序列sk对于相应的BS k已知。图2示出了具有长度为L的导频序列的相应的时频网格，其中相位旋转序列分布在L个子载波，其中k＝1...K。
频域中的相位旋转对应于时域中的循环移位；因此，小区中的导频在时间上分开。相位旋转/循环移位被设计为考虑由于频率选择性导致的时间弥散并确保用户在时间上保持正交，例如在LTE***中实现的。例如，LTE***支持在UL中每个符号时隙(66，67μsec)多达8个循环移位，允许8个用户使用相同的符号时隙用于导频传输。因此，使给定用户的信道估计恶化的剩余的导频干扰来自其他小区中的用户，所述其他小区中的用户使用与给定用户相同的相位旋转传输它们的导频。在不失一般性的情况下，我们关注在没有任何相移的情况下用户发送其相应的序列。除了从其他小区接收K-1个序列之外，每个BS接收对应于其自己的小区中的用户的序列。为了进行分析，考虑一个BS和它的接收天线中的一个就足够了。在天线中的一个处接收的L维频域信号可以表示为
Figure GDA0002262522550000061
其中hk是感兴趣的子载波处的用户k和BS之间的频域L维CSI向量，Sk是对角矩阵，包括在其主对角线上的元素sk，n是加性高斯白噪声向量，其元素与均值0和方差σn 2无关。
在以下实施例中，假设类似于LTE/LTE-A***，使用循环扩展Zadoff-Chu(ZC)序列。但是，本发明不限于ZC序列并覆盖了将在后面阐述的其他类型的序列。正式地，长度为L、根索引为r的循环扩展(CE)ZC序列的第u个元素定义为:
Figure GDA0002262522550000062
其中u＝1，…，L。
此处，
Figure GDA0002262522550000074
是小于L的最大素数，
Figure GDA0002262522550000078
表示对
Figure GDA0002262522550000075
取模操作。小区k中的用户使用长度为L、根索引为rk的CE ZC序列。因此，元素sk表示为
Figure GDA0002262522550000071
u＝1，…，L。注意，当使用长度为L的序列时，存在
Figure GDA0002262522550000076
个根索引。因此，在实践中，存在足够在K个小区中使用的可分辨的根索引和相应的导频序列。例如，对于对应于子载波数量L＝12的LTE中的最小频带分配，存在10个不同的根索引，并且10个不同的导频序列可以在多达10个小区中使用。假设序列存储在BS/UE处，使得在BS/UE处的给定根索引的知识足以构建相应的CE ZC序列。此外，假设现在将K个根索引随机分配给K个区。
本发明的第一部分包括在BS间交换序列索引，使得给定BS获取在(K-1)个相邻小区中使用的序列的知识，需要所述知识用于对所有K个UE同时执行信道估计。然而，即使使用此知识，由于所有用户的CSI对应于KL变量，而在BS观察到的向量(即，y)具有L大小的事实，BS也不能同时估计所有UE的CSI。
因此，提出在时域内执行信道估计。如果每个用户的信道脉冲响应(CIR)具有最多T个抽头，那么接收的向量y可以替代地表示为
Figure GDA0002262522550000072
其中傅里叶子阵
Figure GDA0002262522550000077
是从傅里叶矩阵FN的对应于L个感兴趣的子载波的L行的前T个条目(entry)获得的，并且hk，td是用户k的CIR，N是可用子载波的总数。在OFDM***中，抽头T的数量小于子载波L的数量，参见例如I.Maniatis，T.Weber，A.Sklavos，Y.Liu，E.Costa，H.Haas，和E.Schulz，发表于in Proc.of the 7th IEEE Int.Symp.on Spread-SpectrumTech.\&Appl.(ISSSTA’02)，vol.1，pp.44-48的““Pilots for joint channel estimationin multi-user OFDM mobile radio systems”。T的值由基站根据传播情景确定或由在本发明范围之外的某些技术估计。
关于抽头T的数量小于子载波L的数量的此观察用于执行联合信道估计。换句话说，如果每个用户分配的子载波的数量大于用户CIR抽头的总和(L>KT)，且相邻小区的序列在BS处已知，BS可以联合估计所有UE的CIR。
在此情况下，定义以下矩阵M和向量htd是可能的：
Figure GDA0002262522550000073
Figure GDA0002262522550000081
其中M是时间频率传递函数矩阵，并且第二变量htd包括所有用户的堆叠CIR。
然后，BS可以应用以下接收MSE滤波器G
Figure GDA0002262522550000082
以获得所有UE的堆叠CIR估计：
Figure GDA0002262522550000083
此处，Chtd是hk，td的协方差矩阵。
换句话说，根据以上定义的向量htd堆叠用户CIR，并且定义时间频率传递函数矩阵M，y可以表示为：
y＝Mhtd+n (9)
这是具有KT个未知数的L个方程的线性***。假定BS知道序列sl，
Figure GDA0002262522550000085
这变成对于L≥KT产生恰好一个解的估计问题。在L<KT的情况下，每个用户的占主导的抽头可以被估计，而其余的抽头被忽略。因为主导干扰的数量通常是受限的，L≥KT适用于大范围的情景。
注意，此协方差矩阵的知识对于实现MSE滤波器不是必须的。实际上，尽管MSE公式和贪婪选择算法取决于协方差矩阵Chtd，但在实践中此量可以被单位矩阵(或其缩放版本)代替。原因有两个。第一，不同小区中的UE的CIR通常是不相关的，因此协方差矩阵Chtd显示为块对角结构，其中非零块对角条目对应于单独用户的抽头的协方差矩阵。第二，在诸如室外环境的大范围情景下，给定用户的相应的散射体是不相关的。因此，每个用户的抽头是不相关的，并且Chtd是包括主对角线上的K个用户的抽头功率的对角矩阵，对角矩阵的其余元素为零。如果是抽头功率在BS处未知的情况，当运行贪婪算法时，Chtd可以由缩放的单位矩阵替换。即使使用协方差矩阵的错误知识，算法仍将表现期望的性能。
在下文中，将详细描述根据本发明的贪婪序列选择算法。
到目前为止，BS处的MSE估计滤波器是在假设序列固定的情况下计算的。另一MSE改善通过序列选择发生。注意，使用选择的估计滤波器，时域中的信道估计MSE表示为
Figure GDA0002262522550000084
其通过M隐含地为用户导频序列的函数，tr(.)表示矩阵的迹。因此，序列的最佳集合使∈最小化。不幸的是，这样的最佳化问题具有组合性，并且不会产生闭型的解决方案。蛮力方法不适于实时应用，因为必须要经历可能很大数量的组合且可能对于L值很大的2个以上的小区的情况已经是不可行的。因此，我们提出贪婪序列选择算法来解决此问题。贪婪算法通常用于找到组合问题的次优解。在序列选择的上下文中，假定序列{s1，s2，…，sq-1}已经被选择并固定，在步骤q贪婪算法通过使联合MSE最小化的根索引rq选择序列sq。在步骤q处，输入-输出传递函数Mq定义为
Figure GDA0002262522550000091
联合MSE表示为
Figure GDA0002262522550000092
其中
Figure GDA0002262522550000093
是
Figure GDA0002262522550000094
的协方差矩阵。
在贪婪选择算法的第q步骤，经历
Figure GDA0002262522550000095
个可能的序列选择(因为q-1个序列已经被分配给前q-1个用户)并寻找导致最低的MSE的序列选择。这总结在图3的算法1中。
贪婪算法可以以中央或分布式的方式发生。在中央实现中，中央控制器计算K个小区网络中的所有的K个序列并将相应序列的K个根索引通过信号发送给每个BS/小区。中央控制器还分配要在每个小区中使用的序列；然而，此选择可以是随机的。分散式实现如下运行。在第一步骤中，给定BS，例如BS 1，随机地选择s1并通过信号将它的根索引发送给其他的(K-1)个BS。在步骤q>＝2中，BS q基于已经由实现步骤1至q-1的BS通过信号发送的序列{s1，s2，…，sq-1}实现贪婪算法的步骤q，并计算它的序列sq。然后其将sq的根索引通过信号发送给其他的(K-1)个BS/小区。此通过信号的传输确保所有需要的序列在BS处已知。
每个BS需要通过信号传输程序通知在其自己的小区中的UE选择的序列索引。这可以通过例如广播信道或类似于目前LTE正在使用的方式实现。在这个意义上来说，也涉及到UE。在LTE中，要被UE使用的UL序列取决于小区特定(小区ID)或分组特定的参数，其中小区分组由多达30个小区组成。LTE Rel-11及更高版本提供了(例如，出于CoMP的目的)覆盖这些参数并通过无线电资源控制(RRC)层设置其他“虚拟小区和分组参数”的可能性。此机制可以用于将选择的导频序列索引分配给UE。具体地，在贪婪算法完成之后，对应于选择的导频序列索引的“虚拟小区和分组参数”可以被BS发送到附接到该BS的UE。然后，UE从“虚拟小区和分组参数”获得选择的导频序列索引。注意，在LTE中不存在用于在BS间交换序列索引的可用/标准化机制。
当1)协作小区的集群是由网络(例如，根据下文详细描述的第一情景)创建的，或2)新小区加入集群(例如，根据下文详细描述的第二情景)时，需要选择的序列的传输/交换。这可以快速并实时地完成。实际上，信令开销是非常小的，换句话说，信令开销为K^2log2
Figure GDA0002262522550000098
量级。对于LTE中使用的ZC序列，当带宽为10MHz时，
Figure GDA0002262522550000096
当K＝6，
Figure GDA0002262522550000097
时，所有的K个eNB间要交换的消息等于6^2log2(1022)<＝360比特。因为此消息很小且BS间的交换通常通过有线网络完成，所以其可以实时实现。要被从BS通过信号发送的它的UE的消息小到
Figure GDA0002262522550000101
比特。因此，BS和UE间消息交换可以实时实现，如同已经在LTE中实现的那样(例如，用于CoMP)。
在根据本发明的贪婪序列选择的第一情景中，网络分配小区的分组以进行协作并执行联合信道估计。
在第一情景的第一实施例中，程序是集中的。例如，当网络分配包括三个小区的分组以进行协作并执行联合信道估计时，该程序由中央控制器执行，如下文中详细描述的：
步骤1:中央控制器选取随机序列s1。
步骤2:给定s1，中央控制器设置q＝2，并寻找使联合MSE最小化，即，使∈q最小化的序列s2，其中假设网络中存在两个小区。上述∈q的定义中的协方差矩阵可以近似为缩放的单位矩阵。
步骤3:给定s1和s2，中央控制器设置q＝3，并寻找使联合MSE∈q最小化的序列s3，其中假设网络中存在三个小区。∈q的定义中的协方差矩阵可以近似为缩放的单位矩阵。
步骤4:中央控制器将获得的序列s1，s2，和s3随机地分配给三个小区。其附加地将在相邻的两个小区中使用的序列通过信号发送给每个小区，用于如方程(8)定义的那样进行联合信道估计。换句话说，其将小区2和小区3中使用的序列s2和s3通过信号发送给小区1，等等。
然后，当所有需要的序列都被通过信号发送且每个小区中的联合MSE信道估计可以根据方程(8)进行时，算法结束。
图7示出了第一情景的第二实施例，其中图7示出了具有三个小区701,702,703和相应的基站711,712,713的通信***700。在第一情景的第二实施例中，在不存在中央控制器并且所述算法以分布方式执行的情况下，第一实施例的程序可以简单地变为如下：
步骤1在小区1 701处进行：小区1选择随机序列s1，并通过信号将s1发送到小区2702和小区3 703。
步骤2在小区2处进行：给定s1的知识，小区2根据贪婪程序选择它的使联合MSE∈q(q＝2)最小化的序列s2。小区2将选择的s2通过信号发送给小区1和小区3。
步骤3在小区3处进行：给定s1和s2的知识，小区3根据贪婪程序选择它的使联合MSE∈q(q＝3)最小化的序列s3。小区3将选择的s3通过信号发送给小区1和小区2。
然后，当所有需要的序列都被通过信号发送且每个小区中的联合MSE信道估计可以根据方程(8)进行时，算法结束。
在根据本发明的贪婪序列选择的第二情景中，几个小区根据本发明进行协作并执行联合信道估计，又一小区加入协作集群。
在第二情景的第一实施例中，程序是集中的。例如，两个小区1和2进行协作并执行联合信道估计。小区1知道小区2中使用的序列s2，反之亦然。现小区3加入该协作集群。假设集中实现，以下步骤示出如何计算小区3中的序列s3以及需要交换什么信息。
步骤1：中央控制器已经知道在小区1和2中使用的序列s1和s2。给定此知识，中央处理器使用所述贪婪程序计算要在小区3中使用的序列s3。
步骤2：中央处理器将s3通过信号发送给小区1，2，和3。此外，中央处理器将序列s1和s2通过信号发送给小区3。程序结束。利用通过信号发送的所有需要的序列，3个小区中的联合MSE信道估计可以根据方程(8)进行。
图8中示出了第二场景的第二实施例，其中图8示出了具有三个小区801,802,803和相应的基站811,812,813的通信***800。在第二情景的第二实施例中，加入协作集群的小区的序列的计算和信息交换以集中方式实现，包括以下步骤：
步骤1：小区1 801和小区2 802分别将序列s1和s2用信号发送给想要加入协作集群的小区3。
步骤2：给定s1和s2的知识，小区3使用贪婪程序计算要被使用的序列s3。
步骤3：小区3将找到的s3通过信号发送给小区1和2。
步骤4：程序结束。利用通过信号发送的所有需要的序列，3个小区中的联合MSE信道估计可以根据方程(8)进行。
即使提出的方法是针对CE ZC序列示出的，很显然其不限于这样的序列。所述提出的方法可以覆盖可以通过诸如ZC序列情况下的根序列的参数进行分辨的任意类型的序列。这样的参数称为序列识别参数。
ZC序列的替代还包括M-序列、Gold序列、或Kasami序列。然而，这些序列是由0和1组成的二进制序列。尽管不像ZC情况下存在根索引，但是存在生成这样的序列的参数(例如，随机种子)。这样的参数可被传输到其他的BS，使得相应的序列可以在线生成。替代地，整个序列可以是预生成，存储在BS和/或UE中，并用索引标记。在此情况下，仅需要将序列索引传输到其他的BS，即，需要在BS间交换序列索引。
在下文中，将对本发明的性能和优势进行详细描述。
链路级仿真已经被用来评估所提出的贪婪选择算法的性能。主要研究结果如下：
与现有技术(例如LTE)相比，所提出的根索引交换显着提高了CSI质量，因为联合信道估计可以在K个小区中进行，并且通过抑制大多数干扰，期望用户的CSI于是可被恢复。
与序列由网络随机分配或由小区随机选择的情况相比，在中到高SNR状况下，提出的贪婪选择算法带来额外的平均1到5dB的功率增益。这在图4到图6中示出，其中示出了作为SNR的函数的各自的估计误差/子载波/用户，其中在图4中的实施例中，小区数量为K＝3个，子载波数量为L＝120个，在图5中的实施例中，小区数量为K＝4个，子载波数量为L＝180个，抽头功率不相等，其中在图6中的实施例中，小区数量为K＝5个，子载波数量为L＝240个。
通过贪婪选择获得的增益可以用于进一步改善CSI质量或减小实现给定估计MSE需要的导频功率传输。此外，贪婪选择确保不选择坏的序列集合。这样的集合的性能会比由贪婪算法返回的序列的性能差10dB。
即使使用协方差矩阵Chtd的错误知识，贪婪算法仍表现出期望性能。图5示出了协方差矩阵被进行了1/T缩放的单位矩阵替代的情景中的结果。
在下文中，对本发明的不同和优势进行详细描述。
与现有技术(例如，LTE)相比，提出的根索引的交换很大地改善了BS处的CSI质量。对于高阶调制方案(例如，64-QAM或更高)的传输，精确的CSI是必需的。
因为在K个小区执行了联合信道估计，相邻小区中的用户的估计的CSI可被用于执行UL或DL CoMP，其现根据所提出方法进行操作，具有更好的CSI质量和***性能。
当新小区加入协作集群，仅必须计算给定小区的序列，如在例如第二情景中示出的。与必须使用蛮力方法来计算序列的情况相比，这使得实时进行集群的动态分配和分组成为可能。
这样的蛮力方法不如提出的贪婪算法有利，因为其不能实时实现，虽然如此，其仍是提出的贪婪算法的替代。考虑K＝4、L＝240的情景。那么存在
Figure GDA0002262522550000121
和
Figure GDA0002262522550000122
个CE ZC序列，其具有可分辨的根索引。蛮力方法需要经历超过238x237x236x235>3x109个组合来寻找导致最低MSE的那个组合。这样的蛮力搜索是可能的，然而，优选贪婪选择。实际上，贪婪选择仅需要经历237+236+235＝708个组合，当创建4小区集群时，贪婪选择轻易地实时实现。将在两种情况中需要的组合的数量进行对比，贪婪选择算法导致巨大的复杂性减少。
本发明已经结合作为示例以及实现的各种实施例进行了描述。然而，通过对附图，本公开和独立权利要求的研究，本领域技术人员通过实践所要求保护的发明可以理解和实现其他变型。在权利要求书以及说明书中，词语“包括”不排除其他元素或步骤，不定冠词“一”不排除多个。单个元件或其他单元可以实现权利要求中记载的若干实体或项目的功能。在相互不同的从属权利要求中记载了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施方式中。

Claims (15)

1.一种用于移动网络（100）中小区间导频干扰减轻的控制器，所述移动网络（100）包括多个基站（111，112，113），用于服务在相应小区（101,102,103）中的用户设备（121，122，123），
其中不同导频序列集合被每个基站（111，112，113）用于估计由所述基站（111，112，113）服务的用户设备（121，122，123）的信道状态信息CSI，
所述控制器包括：
传输单元，适用于将由所述移动网络（100）的第一基站（111）使用的导频序列集合的信息传输到至少所述移动网络（100）的第二基站（112）；
其中由序列识别参数识别由每个基站（111，112，113）使用的所述导频序列集合，并且
其中所述传输单元适用于将由所述第一基站（111）使用的所述导频序列集合的信息传输到所述移动网络（100）的所述第二基站（112），其中：
所述传输单元适用于将识别由所述第一基站（111）使用的所述导频序列集合的所述序列识别参数传输到所述第二基站（112）；
其中通过所述第一基站（111）对位于由所述第一基站（111）服务的所述小区（101）和其他的小区（102,103）中的所述用户设备（121，122，123）在时域中执行联合信道估计。
2.根据权利要求1所述的控制器，
其中由每个基站（111,112,113）使用的所述导频序列集合由Zadoff-Chu序列组成，所述Zadoff-Chu序列包括根序列sk和所述根序列的循环移位版本，所述根序列sk由根索引rk识别，
其中所述传输单元适用于将识别由所述第一基站（111）使用的所述导频序列集合的所述序列识别参数传输到所述第二基站（112），其中：
所述传输单元适用于将识别由所述第一基站（111）使用的所述根序列sk的所述根索引rk传输到所述第二基站（112）。
3.根据权利要求1所述的控制器，
其中由每个基站（111,112,113）使用的所述导频序列集合由M-序列、Gold序列或Kasami序列组成，并且
其中所述序列识别参数识别由所述第一基站（111）使用的所述导频序列集合，其中在所述第一基站（111）中使用的所述导频序列集合可以从所述序列识别参数生成。
4.根据权利要求1所述的控制器，
其中所述传输单元适用于将识别由所述第一基站（111）使用的所述导频序列集合的所述序列识别参数传输到所述第二基站（112），其中：
所述传输单元适用于将由所述第一基站（111）使用的所述导频序列集合的索引传输到所述第二基站（112）。
5.根据权利要求1至4任一项所述的控制器，
包括：
-选择单元，适用于从可能的序列识别参数的第二集合中选择K个序列识别参数的第一集合，K对应于基站的数量和所述移动网络（100）的小区（101,102,103）的数量，以及
-分配单元，适用于从所述第一集合中为所述移动网络（100）的K个基站（111，112，113）的每一个分配不同的序列识别参数。
6.根据权利要求5所述的控制器，
其中所述选择单元适用于通过贪婪算法选择所述K个序列识别参数的第一集合，所述贪婪算法包括：
-初始阶段，包括从所述第二集合选择第一序列识别参数，使用所述第一序列识别参数初始化所述第一集合，并从所述第二集合中移除所述第一序列识别参数，以及
-递归阶段，包括选择使联合均方误差滤波器
Figure 844854DEST_PATH_IMAGE001
最小化的所述第二集合的序列识别参 数rq，将所选择的序列识别参数rq添加到所述第一集合，并从所述第二集合中移除所述选择 的序列识别参数rq，
其中所述联合均方误差滤波器
Figure 315150DEST_PATH_IMAGE001
定义为:
Figure 514050DEST_PATH_IMAGE002
其中q对应于所述递归阶段的第q步骤，
Mq是时间频率传递函数M，定义为:
Figure 107230DEST_PATH_IMAGE003
Sq是对角矩阵，其包括由所述序列识别参数识别的相应序列的元素，并且
F̃是包括傅里叶矩阵FN的对应于由所述导频序列占据的L个子载波的L行的前T个条目的矩阵，T是抽头的数量，
其中
Figure 303856DEST_PATH_IMAGE004
是
Figure 448398DEST_PATH_IMAGE005
的协方差矩阵的逆矩阵，
hk，td是长度为T的由第k个基站服务的用户设备的信道脉冲响应CIR，其中k的取值为1，2，3，…，q，σn 2是存在于选择单元处的加性噪声的功率，并且tr(.)表示矩阵的迹。
7.用于服务移动网络（100）的小区（101）中的用户设备（121）的基站（111），
其中所述移动网络（100）包括用于服务在相应的其他的小区（102，103）中的用户设备（122，123）的其他的基站（112，113），
其中不同导频序列集合被每个基站（111，112，113）用于估计由所述基站（111）和所述其他的基站（112,113）服务的用户设备（121,122,123）的信道状态信息CSI，
所述基站（111）包括：
-接收单元，适用于接收分别由所述移动网络（100）的其他的基站（112，113）使用的所述导频序列集合的信息；
其中由序列识别参数识别由每个基站（111,112,113）使用的所述导频序列集合，并且
其中所述接收单元适用于接收分别由所述移动网络（100）的其他的基站（112，113）使用的所述导频序列集合的信息，其中：
所述接收单元适用于接收分别识别由所述其他的基站（112,113）使用的所述导频序列集合的序列识别参数；
所述基站（111）还包括：
计算单元，适用于对位于由所述基站（111）服务的所述小区（101）和所述其他的小区（102,103）中的所述用户设备（121，122，123）在时域中执行联合信道估计。
8.根据权利要求7所述的基站（111），
其中由每个基站（111,112,113）使用的所述导频序列集合由Zadoff-Chu序列组成，所述Zadoff-Chu序列包括根序列sk和所述根序列的循环移位版本，所述根序列sk由根索引rk识别，
其中所述接收单元适用于接收分别识别由所述移动网络（100）的所述其他的基站（112,113）使用的所述导频序列集合的序列识别参数，其中：
所述接收单元适用于接收识别由所述其他的基站（112,113）使用的相应根序列sk的所述根索引rk。
9.根据权利要求7所述的基站（111），
其中由每个基站（111,112,113）使用的所述导频序列集合由M-序列、Gold序列或Kasami序列组成，并且
其中，所述序列识别参数识别由给定基站使用的所述导频序列集合，其中在所述给定基站中使用的所述导频序列集合可以从所述序列识别参数生成。
10.根据权利要求7所述的基站（111），
其中所述接收单元适用于接收L维频域信号y，所述L维频域信号y包括从位于由所述基站（111）服务的所述小区（101）和所述其他的小区（102,103）中的用户设备（121，122，123）接收的导频序列，
其中L是分布在L个子载波上的所述导频序列的长度。
11.根据权利要求8所述的基站（111），
其中所述计算单元适用于对每个接收的序列识别参数生成通过所述序列识别参数识别的长度为L的所述根序列sk，
其中所述计算单元适用于生成时间频率传递函数M，其定义为:
Figure 372361DEST_PATH_IMAGE006
其中Sk是对角矩阵，其包括分别生成的序列的元素，和
F̃是包括傅里叶矩阵FN的对应于由所述导频序列占据的L个子载波的L行的前T个条目的矩阵，T是抽头的数量，
其中所述计算单元适用于通过求解以下定义的L个方程的线性***执行所述联合信道估计：
Figure 99009DEST_PATH_IMAGE007
其中y是由所述接收单元接收的频域信号，
htd定义为：
Figure 997694DEST_PATH_IMAGE008
其中K是包括由所述基站（111）服务的所述小区（101）和所述其他的小区（102,103）的小区的数量，
hk，td是由第k个基站服务的用户设备的信道脉冲响应CIR，其中k的取值为1，2，3，…，K。
12.根据权利要求11所述的基站（111），
其中所述计算单元适用于通过使如下定义的估计滤波器G最佳化来执行所述联合信道估计：
Figure 426271DEST_PATH_IMAGE009
其中Chtd 是hk，td的协方差矩阵，并且σn 2是存在于选择单元处的加性噪声的功率。
13.根据权利要求7或12所述的基站（111），
包括广播单元，适用于将由所述基站（111）使用的所述导频序列集合的信息广播到由所述基站（111）服务的所述用户设备（121）。
14.用于移动网络（100）中的小区间导频干扰减轻的方法，所述移动网络（100）包括用于服务在相应小区（101,102,103）中的用户设备（121，122，123）的多个基站（111，112，113），
其中不同导频序列集合被每个基站（111，112，113）用于估计由所述基站（111,112,113）服务的用户设备（121,122,123）的信道状态信息CSI，
所述方法包括：
将由所述移动网络（100）的第一基站（111）使用的导频序列集合的信息传输到至少所述移动网络（100）的第二基站（112）；
其中由序列识别参数识别由每个基站（111，112，113）使用的所述导频序列集合，并且
其中将由所述第一基站（111）使用的所述导频序列集合的信息传输到所述移动网络（100）的所述第二基站（112），其中：
将识别由所述第一基站（111）使用的所述导频序列集合的所述序列识别参数传输到所述第二基站（112）；
所述方法还包括：
其中通过所述第一基站（111）对位于由所述第一基站（111）服务的所述小区（101）和其他的小区（102,103）中的所述用户设备（121，122，123）在时域中执行联合信道估计。
15.用于基站（111）服务移动网络（100）的小区（101）中的用户设备（121）的方法，
其中所述移动网络（100）包括用于服务在相应的其他的小区（102，103）中的用户设备（122，123）的其他的基站（112，113），
其中不同导频序列集合被每个基站（111，112，113）用于估计由所述基站（111）和所述其他的基站（112,113）服务的用户设备（121,122,123）的信道状态信息CSI，
所述方法包括:
- 所述基站（111）接收分别由所述移动网络（100）的其他的基站（112,113）使用的所述导频序列集合的信息；
其中由序列识别参数识别由每个基站（111,112,113）使用的所述导频序列集合，并且
其中所述基站（111）接收分别由所述移动网络（100）的其他的基站（112，113）使用的所述导频序列集合的信息，其中：
所述基站（111）接收分别识别由所述其他的基站（112,113）使用的所述导频序列集合的序列识别参数；
所述方法还包括：
所述基站（111）对位于由所述基站（111）服务的所述小区（101）和所述其他的小区（102,103）中的所述用户设备（121，122，123）在时域中执行联合信道估计。
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