TW200913538A - Method and arrangement for improved radio resource allocation in a MIMO system - Google Patents

Description

200913538 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明一般涉及無線通信系統，以及具體地涉及在多重 輸入多重輸出無線通信系統中改善的資源分配。 IEEE 標準 802.16e-2005 及 IEEE 標準 802.16-2004/Corl-2005(對IEEE標準802· 16-2004的修訂及更正），"本地及都 會區域網路的IEEE標準’第16部分：用於固定及行動寬頻 無線存取系統的空中介面，第2修訂：在許可帶寬中用於

結合的固定及行動操作的實體及媒體存取控制層π，2〇〇6 年2月28曰。 專利申請PCT/US2006/020707”用於利用HARQ的ΜΙΜ〇 sew設計的秩降級"。 【先前技術】 社一個無線通信 > ........、Ν V —丞地台， 或-終端機）可利用多個傳輸天線用於資料傳輸到一配備 有多個接收天線的接收器。該多個傳輸—接收天線形成了 ^輸入多輸出(ΜΙΜ0)頻道，其可用於增加流輸送量及/ :匕二，該傳輸器可同時從該等傳輸天線傳 1:貝〜以提1^流輸送4。另外，該傳輸器可冗餘地 -所有的傳輸天線傳輸—單—資料流以改 = 收。這項技術的另-個通用術語是智慧 ^的接 天線處理的办門資1 . ’’、次，其執行多個 幹…1Μ〇系統提供顯著增加的資料'，， 輸达置及鏈結範圍而沒有盔 貝枓飢 率。此係藉由更古的哺”， °的額外帶寬及傳輸功 更巧的頻睹效率（每秒每 131323.doc 200913538 位元）及鏈結可靠性或多樣性（減少的衰減）實現。 對於無線通仏’ ΜΙΜΟ系統提供—除了頻率與時間的額 外的信號空間維度。專用傳輸一接收天線對創造該空間維 度的秩，例如，該秩代表資料流中可經由該ΜΙΜ〇頻道被 同時傳輸的數目。如果太多資料流被傳輸，那麼過多的干 擾可由這些資料流的每個所觀測，並且整體性能可能受到 影響。反過來說，如果太少資料流被傳輸，那麼該Μιμ〇

頻道的容量沒有被完全地利用。理想地，該等μιμ〇傳輸 —接收天線對的每個鏈路佔用該信號空間中的一個秩，以 使頻道係數形成一滿秩矩陣。一 ΜΙΜΟ接收器然後可使用 k號處理技術分離來自不同天線的信號，其等藉由其在兮 二間維度中的線性獨立性在頻率與時間中是重疊的。化號 的分離類似於絕緣的電線，唯一的不同是其是經由相^頻° 率與時間的共同無線媒體完成。用由MIM〇創造的這個額 外的空間維度，多個資料流可在空氣中相互疊加，從而增 加可支援的資料率。 曰 多個重新傳輸方案被揭示在先前技術中。一個常用的方 案是所謂的自動重覆請求（ARQ)，其是資料傳輸的—個錯 誤控制技術，其使用確認及逾時來達成可靠的資料傳輸。曰 ARQ的一個演變變形是所謂的混合ARQ或H-ARQ，其最佳 給出比傳統ARQ在無線頻道上更好的性能。 H-ARQ經常被利用作為鏈路適應錯誤的—項補救措施或 作為由機運性提前終止的干擾減少的一種機制。由於無線 行動環境中不可預測的衰減，該ΜΙΜΟ頻道在排程的時間 131323.doc 200913538 及報告的時間之間可能有不可忽略的變化。在報告及排程 中的不匹配可導致選擇該鏈路可支援之過於樂觀的調變與 編碼方案，因此造成封包錯誤。沒有H_ARQ，在實體層中 的剩餘封包錯誤只能由上層協定糾正。有了 H_ARQ，實體 層旎迅速回應以重新傳輸該封包以提供第二次機會。 對於上行鏈路，把一封包需要的能量分成幾個傳輸將減 少功率，因此減少干擾、波動。H_ARQ能利用一上行鏈路 封包可能的提前終止來收穫該機運性增益。h_arq預計為 ΜΙΜΟ系統提供相同的好處。 因此，有需要使能夠提高ΜΙΜΟ系統中fj-ARQ重新傳輸 的效率的一種方法及配置。 【實施方式】 為了提供充分理解本發明的有關概念，多輸入多輸出系 統k號的理論的一般描述將如下文。 一般，ΜΙΜΟ系統中的信號之空間特徵能從該等導頻或 導頻信號提取。例如’不同天線的該等導頻可被設計為在 時域與頻域中是正交的。圖說明8〇2l6e⑴的一個Μ ΜΙΜΟ例子。因此，該例子假設—系統包括兩個傳輸/接收 天線對，即，兩個傳輸天線及兩個接收天線。因此，一個 #唬被說明作為一副載波部分利用（pusc)群集，其包括四 個正交分頻多工（0FDM)符號及其各自分離的導頻及其在 時間（OFDMA符號）與頻率（副載波）上的分離。 在圖1中 接收機能從該等實心黑點推導出在天線〇的 頻C向合。=[办。。/^ f ’以及從該等條狀點推導出天 131323.doc 200913538 線1的頻道向量包=(^ h γ 示傳輸天線號碼且第:個中 天線0傳輪的資 予表不接收天線號碼。假設由 該兩個接^線處ΖΓ/由天線1傳輸^則在 靦測可由方程式1表示 叫1= \〇 \〇] 尤〇| η UII Α丨 ,1 + 10 ,^ 興〗處觀測到的雜訊與干擾樣 本。看方程式1，如杲雜 ⑴ 數矩陣是滿㈣，㈣被忽略並絲設頻道係 土；兩個觀測值Λ與乃解出兩個未 知〜與'。實際上，當雜訊分 、刀里係不可忽略時，一雜訊變 異數矩陣通常被加到頻道係重 糸數的矩陣’以用於該資料符 號的最小均方差之解。 上面的例子能很容易地歸納到_的Μ ί Μ Ο系統，盆中 Μ是在-蠢0碼字的空間域中所傳輸符號的數目，且歧 接收到的臟0符號觀測的數目”主意，圖i的例子中的該 ΜΙΜΟ導頻並不限於頻域與時域。事實上，水平軸盘垂直 軸可以是信號空間的任何維度，其包含時間、頻率或碼， 只要是該信號空間中的頻道係數能以實際濾波器從導頻來 估計。因此，該方程在一般意義上被寫成 7〇 办。,。·’’ Km-' • · · • · · • · · v〇,〇 · • * • · V 〇M-\ 3V丨 _^W-1,0 ··· hN_]M_^ v • · V XM~\ 十 TV, 131323.doc (2) 200913538 其中

Λ^-1,0

V 疋在該傳輸器處的預編碼矩陣。對於 那些非預編碼的系統’其令#等於你 單位矩陣（identity matrix)。 ° I編喝矩陣是— 該頻道係數矩陣的秩小 數目小於兮秩，脚、戍專於_(^)°只要碼字的 该秩，该聯立方程式即有-唯—解… 數矩陣是滿秩，在該廣義的時間譜與空系 該等並行資料、、* 4 一 夕工傳輸的 之，益綠/ _系，统的峰值逮率。總十 空間:旦’、員道與雜訊的該暫態實現必須導致可分離的㈣ 工二刀里以使該多卫傳輸的資料流存在—唯—解。> 平仃也該空間分集，比如Aiamuti編碼或s 賴於該等多秩頻道以提高覆蓋範圍。該空間分集在不= 2支之間的該等不相關的頻道處達到良好的性能，但是 Μ不如在該等強相關頻道處的該單—天線傳輸。 、如果該雜訊—干擾等級與該信號部分相比為太高，則上 述方程式中的該等傳輸資料符號可能無法正確解出，或者 士果由於改變無線傳播的特徵而使該頻道係數矩陣不是滿 秩的’則可能係完全不可解的。同時，過多的頻道估計誤 差可以成[° J的初始檢測的失敗。對於在該接收器處具 有干擾消除的系統，誤差傳播將導致所有該等傳輸碼字的 完全失敗。在這些情況下，上述的H-ARQ方案的幫助是十 刀有限的，因為其只是設計來提供能量或編碼增益，不提 供額外的信號空間維度以分離多工信號或抑制過多的干 擾。因此’有需要改善H-ARQ對於ΜΙΜΟ系統的可適用 131323.doc 200913538 性。 在此領域中一個先前技術是減少ΜΙΜΟ的秩以用於h ARQ重新傳輸[2]。該減少的秩使MIM◦系統對於頻道估吁 與干擾消除誤差更加強大，特別是在強關聯的頻道中。然 而，該先前技術只介紹了用於空間多工的秩減少機制。在、 重新傳輸期間具有不同數目的MIM〇秩，該對應的無線電 貝源分配方案保持與初始傳輸相同。因此，如果該重 輸嘗試的條件與在干擾大的環境中的該初始傳輸是相同 的，那麼該H-ARQ的成功的可能性是有限的。 本發明將參考在圖2a中說明的該非f —般無線系統 2b的該ΜΙΜΟ系統而描述在下文中。 因此’圖2a中的該系統是—無線通信系統。該系統包括 在-或多個扇區中的複數個基地台則，其互相接收 輸、重覆等無線通信信號及/或到一或多個用戶設備即。 母個基地台BS可包括一傳輸器鏈及一接收器鏈，並每個又 能包括複數個與信號傳輸及接收相關聯的元例 理器、調變器、多工器、解調器、解多工器： 用戶設備UE可以是例如行動電話、 曰薏予機、筆記帮雷 月自、手持式通信裝置、手持式★十|妒罢 丹'汁异裝置、衛星收音機、全 球定位系統、PDA及/或其他適合 王 穿置。 #热踝網路上通信的 此外，圖2b顯* 一個—般Μιμ * -¾ ’其中羊個向括容 個天線或天線組的傳輸裝置τχ盥一 ” 匕括多個天峻戎夭綠 組的接收裝置RX進行無線通信。 U天線次天線 …為此項技術者認識到 I31323.doc 200913538 每個傳輸TX及接收RX農置都能經調適成同時具有傳輸天 線及接收天線的收發器。 本發明將主要在一利用0FDM的無線通信系統的上下文 中被4响，但疋應明白相同的總體概念完全適用於利用 CDMA或1WCDMA或類似者等的系統。 本發明的一種方法的一個基本態樣因此是在該減少秩之 ΜΙΜΟ HARQ重新傳輸期間以—靈活的方式分配該無線電

資源。本質上，根據一基本實施例，一旦接收到一 Η_ ARQ，該傳輸器藉由選擇可用ΜΙΜ〇鍵路的―子集來減少 該ΜΙΜΟ頻道的秩，以重新傳輪所請求㈣，不—定是原 來分配的鏈路，J重新分配該可用無線電資源以改善祕 ARQ重新傳輸效能。 特別是’參考圖3 ’根據本發明的一種方法的 _ _1 一 施例能夠改善在-MlM〇無線通信系統中的一節點中的 ARQ重新傳輸’例如，基於〇刪。然而，本發明同樣適 用於利用CDMA5tWCDMA或類似者等的系統。基於一預 定秩與無線電資源分配，初始資料被傳輸si跨越複數個可 用ΜΙΜΟ鏈路。為了回應接收到S2_該傳輸資料的至少一 部分的H-ARQ，該隨後重新傳輸的該秩藉由選擇該可用 ΜΙΜΟ鏈路（包含該以於成功傳輸而再次可用的鍵路）的 一子集而被減少S3。，tf·冰 ^ m

卜6亥專可用的無線電資源被以一 靈活或調適的方式舌#八I 、I的方式重新分配S4以進-步增加該請求資料的 成功重新傳輸的機會。最後， 、 根據ΜΙΜΟ鏈路中所馮摆 哥钿 中所選擇的子集(例如，減少的秩的_ 131323.doc .J2- 200913538 頻道）及該等重新分配的無線電資源。 應注意’參考圖4a及圖4b，對於ΜΙΜΟ系統，待傳輸的 該等資料流可能受到垂直或者水平編碼。因此，如圖4a中 所不’對於垂直編碼，一資料流2的不同符號c丨、C2經由 從不同Tx天線始發的不同ΜΙΜΟ鏈路被傳輸。相似地，如 圖4b中所示，對於水平編碼，包括兩個資料流芏與洼的該等 符號經由不同ΜΙΜΟ鏈路被傳輸，該等兩個資料流也被從 不同Τ X天線傳輸。 ΜΙΜΟ HARQ資料流的該ACK/NACK回饋可以一單獨或 集合的形式被傳輸。對於水平編碼，每流HARq與每傳輸 時間間隔HARQ都是可行的。 無線電資源的該重新分配可基於關於重新傳輸應滿足何 條件而被實施為各種實施例。 除了該重新傳輸中的秩的減少，不同重新傳輸也可選擇 不同秩以接近HARQ中跳躍的空間域。參考以上描述，該 極端的h況是具有在不同重新傳輸嘗試中跳躍的空間域的 該秩-1的重新傳輸。 根據-具體實施例，無線電資源的該重新分配能夠重指 派導頻空’0’。因此’為了完全利用由成功的資料流留下： 該維度，有可能重指派該導頻空間以使進一步加強對該等 剩餘鏈路的頻道估計的準確性或減少負擔。 又一實施例關於W由傳輸功率所|示的可用無線電 分配至剩餘的資料流以促進㈣雜訊比。此外，該隹 度可重複使用作為剩餘資料流的空間分集的一來源。 守吳 3 131323.doc -13- 200913538 之，當水平編碼資料流被部分接收到時，該成功資料流的 H-ARQ重新傳輸停止，且該等剩餘資料流的h_arq重新傳 輸藉由使用該信號空間中所釋放之維度可從空間多工切換 到空間一時間傳輸分集。 、 在集合ACK的情況下，當所有資料流被成功接收到時， 該傳輸器將被確認停止重新傳輸。在垂直編碼與空間分集 的情況下’—個資料流被分成幾個只具有-個CRC的幻于 資料流，其被稱為每TTI HARQ。在接收到該集合ack之 前’該傳輸器不能區分是否所有或部分的鏈路是錯誤的。 取代在所有MIM0鏈路上重新傳輸的《，該冑輪器可只選 擇它們的部分用於重新傳輸。 、 百先，該選擇可係基於對應於具有重新分配導頻型樣與 傳輸功率的失敗先前傳輸之延遲ΜΙΜΟ分支CQI回饋。導 頻的重新分配可遵循該接收器預先知道的一預定的型樣順 序或可由該傳輸器傳輸信號用於該重新傳輸。 第二，該選擇可能基於考慮到該系統位元在解碼中是最 重要的，因此，總是重新傳輸首先具有減少秩的該等系統 位元。 第二，在另一實施例中，在以滿導頻與功率分配將該等 並列資料流串$回到—串列流之後，該傳輸可被減少到一 單輸入多輸出（SIMO)系統。 第四，可以一隨機方式（例如，空間域跳躍）來執行 ΜΙΜΟ鏈路的的該子集的選擇，以達成空間域分集。 以上揭示的實施例可單獨或聯合使用。熟習此項技術者 131323.doc -14- 200913538 能容易地把該空間域跳躍概括成光错、時間與空間編石馬域 跳躍之組合的方案。在本揭示案中，這廣義的方法信號將 被稱為空間跳躍。 在該減少的秩ΜΙΜΟ HARQ重新傳輸及該對應資料流的 成功解碼之後，該接收器可使用判定回饋以為在從所結合 ΜΙΜΟ信號的最後失敗傳輸所緩衝的軟值中的分支重新建 構一"新導頻序列"。基於判定回饋的該料頻彳列將比原 來的更長’因此’該ΜΙΜ◦分支能從舊的軟值被更加準確 地估计與消除。結果，從該最後傳輸剩餘的該失敗的 ΜΙΜΟ分支可㈣新的干擾消除與成功解碼的—更好機會 而被恢復。 參考圖5 ’冑示根據本發明的一 g己置的一般實施例。該 配置可位於一無線通信系統中的一基地台與行動終端機之Λ 者或者中且除了一天線陣列與一輸入輸出單元 I/O,該配置亦包括··一.傳輸單元10、50,其經調適用於 根據一預定秩與無線電資源分配在該天線陣列中的—或多 個天線上傳輸資料流；—H_ARQ單元20，其經調適用於: 收與處理關於傳輸資料的重新傳輸請求；—秩處理單元 3〇’其經調適用於減少或調適重新傳輸的該秩。該秩處： 單元30經調適用於藉由選擇用於請求資料流或符號的重新 傳輸的可用ΜIΜ 0鏈路的-子集來（例如）減少該重新傳輸 秩。此外’該配置包括一分配單元4〇，其經調適用於重·： 分配該等無線電資源以用於在該選擇的可用μιμ〇鍵路子 集上重新傳輸。最後，該傳輸單元10、5〇進一步經調適用 13I323.doc 200913538 於基於-減少的秩與該等無、線電資源的重新分配而重新傳 輸請求資料流或符號。 本發明已經被描述在一單用pMIMCh^況的上下文中， 然而，它同樣適用於一多用戶MIM0情況。不論是具有大 空間之天線陣列（不相關空間頻道）之常規多用戶 ΜΙΜ0(Μυ·ΜΙ_或者具有接近空間之天線陣列（相關空 間頻道）所謂的空分多重存取（SDMA)。

此外，取代只利用該重新分配資源用於重新傳輸的是， 也可能傳輸與該重新傳輸的資料流並行的新資肖，基於該 重新分配資源。因A ’該等新資料流有可能具有更好的成 功傳輸機會。 本發明的優點包括·· 、、-。合減少的秩M_ HARQ與靈活的資源分配（比如信號 空間跳躍與導頻型樣重新指派）的改良之效率，其提高了U 對頻道估計準確性與干擾„誤差傳播的㈣。該重^ 輸不僅提供額外的編碼分集或能量增益，而且還改善了頻 道估計與干擾對消的條件。 熟習此項技術者將明白’只要不㈣其由該等所附請求 項所界定之範㈣情況·F可料發明作各種修錦及變化。 【圖式簡單說明】 本發明，連同其進一步的目的與[點，可經由參考以下 描述連同所附圖式而被最好地理解，其中·· 圖1說明已知ΜΙΜΟ信號傳輸的原理； 圖2a說明--般無線系統； 131323.doc -16- 200913538 圖2b說明一示意性的廣義ΜΙΜΟ系統； 圖3說明根據本發明的一種方法的——般實施例的示意 流程圖； 圖4a示意性說明垂直編碼的原理； 圖4 b示意性說明水平編碼的原理； 圖5說明根據本發明的一配置的示意方塊圖； 縮寫詞 ACK 確認（信號） CDMA 分碼多重存取 CRC 循環冗餘檢測 CQI 頻道品質資訊 H-ARQ 混合自動重覆請求 ΜΙΜΟ 多輸入多輸出 NACK 否定確認 OFDM 正交分頻多工 PUSC i 部分利用副載波 \ SIMO 單輸入多輸出 WCDMA 寬頻分碼多重存取 【主要元件符號說明】 _ 10 、 50 傳輸單元 20 H-ARQ單元 30 秩處理單元 40 分配單元 131323.doc •17-

Claims (1)

1. 200913538 、申請專利範圍： 1. 2文σ在MIM0無線通信系統中的一節點中之資料 HARQ重新傳輸之方法，其特徵為： 、 根據一預定秩鱼血娩φ :名、E、 /、·、，、4電貧源为配，跨越複數 ΜΙΜΟ鏈路傳輪81資料； 们了用 接㈣-對該傳輸資料之至少部分的重新傳輸請求； ^選擇該複數個可請Μ◦鍵路之—子集來減知 該等重新傳輸的該秩； 以及調適地重新分配8何用無線電資源給該子集； 以及 根據該減少的秩與無線電資源重新分配’在該所選子 集上重新傳輸s 5該請求資料。 2·根據請求項1之方法，其特徵為該重新分配步㈣包括 -或數個重指派導頻空間與空間域跳躍。 3.根據請求項2之方法，其特徵為該等資料流經水平編 碼0 祀據月求項3之方法，其特徵為該ί新分配步驟包括： 在附加ΜΙΜΟ鏈路上重新傳輸請求資料。 根據月长項3之方法，其特徵為該重新分配步驟包括： 伙空間多工切換到空間一時間傳輸分集。 6. 根據請求；[酉7夕Htr^ .. 貝2之方法’其特徵為該等資料流經垂直編 碼。 7’根據叫求項6之方法，其特徵為基於：用於一失敗的 MIM〇鏈路傳輸之接收到的CQI回饋與H-ARQ而選擇一或 I31323.doc 200913538 數個mM〇鏈路以用於重新傳輪 等所選擇Μ雜鏈路之導頻型樣與傳輪功率新分配用於該 8.根據請求項6之方法，其特徵為·以… 用於所請求資料之系統位元，·以及伴持=重新傳輸 請求有效負載資料之預定的秩與無線電、八斤傳輸所 9.根據請求項6之方法，其特徵 ;:：配。 J 稽由將所有Φ吉Iff 料流結合成一單一串列資料流且以滿導頻盘 道的η重新傳輸而將該職0頻道減少至—則0頻 道的進一步步驟。 只 】0 .根據清求6 、土 4+ ., 、方法，〃、特徵為隨機選擇用於重新傳& 之ΜΙΜΟ鏈路之該子集。 新傳輪 11. 根據請求項7_】〇之任何組合的方法。 12. 根據請求項3之方法，其特徵為利用多個職〇鏈路 傳輸該所請求資料。 ’ 13. 根據請求項3之方法’其特徵為利用該等原來職〇鍵路 且增加該等MIMQ鏈路之所分配功率來重新傳輸該 求資料。 14. -種在—MIM〇無線通信系統中之配置，其特徵為： 用於根據一預定秩與無線電資源分配而跨越複數個可 用ΜΙΜΟ鏈路來傳輸資料之構件丨〇 ; 用於接收對資料之一重新傳輸請求的構件2〇 ; 用於藉由選擇該複數個可用ΜΙΜΟ鏈路之一子集而減 少該等重新傳輸的秩之構件3〇;以及 彳 用於調適地重新分配可用無線電資源給該子集之構件 131323.doc 200913538 4 0 ;以及 用於根據該減少的秩與經調適之無線電資源分配而在 該所選擇之子集上重新傳輸該所請求資料的構件50。 131323.doc