TWI516043B - 網路中通信的方法 - Google Patents

Description

網路中通信的方法

本發明係關於一種用於在一通信網路中通信之方法。更具體言之，其係關於一種用於在一MIMO(多輸入多輸出)模式下在一主要站台與一或多個次要站台之間通信的方法。其亦係關於能夠實施此一方法之主要站台或次要站台。

舉例而言，本發明係關於所有無線通信網路，且在下文描述之一實例中，係關於一種諸如UMTS或UMTS LTE之行動電信網路。

在諸通信網路中，為增加可達到的通信輸送量，已廣泛提出MIMO(多輸入，多輸出)。MIMO涉及在傳送器及接收器兩者上使用多個天線以改良通信效能。事實上，其在無額外頻寬或傳送能量下以更高頻譜效率(每秒每赫茲更多位元之頻寬)及鏈路可靠性顯著增加資料輸送量。

多使用者MIMO(MU-MIMO)為一高級MIMO，其允許一站台同時以相同頻帶與多個使用者通信。在本發明之一例示性實施例中，一行動通信網路包括一主要站台(基地台，或NodeB或eNodeB)，該主要站台可藉由使用複數個主要站台天線及複數個次要站台天線而使用MIMO串流同時與複數個次要站台(行動站台，或使用者設備或UE)通信。為形成串流，該等次要站台藉由將CSI(頻道狀態資訊)回饋傳送至該主要站台而將有關於該頻道狀態之資訊提供給該主要站台。此CSI指示待使用之一最佳或至少一較佳預先編碼向量，以最大化由該主要站台所傳送之對應空間可分離之資料串流之可達到的資料速率。此預先編碼向量可為在將該資料串流引導朝向該等次要站台天線之傳輸期間待應用於該主要站台之各天線埠之一組複數值。

然而，在MU-MIMO情形下，該經發信號之預先編碼向量在使用時可導致同時干擾另一次要站台與該主要站台通信之一波束。此外，該次要站台無法評估諸干擾站台位於何處且無法評估使用一預先編碼向量是否可引起干擾。

此外，在諸特定傳輸模式(諸如基於奇異值分解(SVD)之一MIMO模式)下，需要使由該次要站台執行的後處理與由該主要站台執行之預先處理匹配，(例如)以達成傳輸矩陣之對角化。然而，若在每一事件(如一次要站台之位移或該網路中一干擾源之到達)中需要重新初始化該傳輸模式或該傳輸模式之細節，則整個系統的靈活性受到影響。此一重新初始化將需要大量發信號以重新組態該傳輸系統。

本發明之一目的係提出一種減輕上文所提及的問題之方法。

本發明之另一目的係提出一種用於在一主要站台與一或多個次要站台之間通信的方法，其實現靈活使用一多模式MIMO傳輸系統。

本發明之諸實施例之一者的另一目的係提出一種在一網路中通信的一方法，其實現一多使用者MIMO同時減小所需發信號量。

根據本發明之一第一態樣，一方法提出一網路中之一通信系統，該系統包括一主要站台及至少一次要站台，該主要站台包括複數個傳送天線且該次要站台包括複數個接收天線，該方法包括以下步驟：該主要站台在複數個通信方案中選擇一第一通信方案；該主要站台基於該第一通信方案計算一傳輸向量；該次要站台基於一第二通信方案計算一接收向量，在假定該主要站台正在使用一預先判定的通信方案下，該次要站台在複數個通信方案中選擇該第二通信方案。

根據本發明之一第二態樣，提出一種用於在一網路中操作一次要站台之方法，該網路包括與複數個次要站台通信之一主要站台，其中該方法包括一次要站台根據一預先判定的通信方案計算一接收向量，且基於該實際頻道及接收向量估計經組合之頻道。

根據本發明之一第三態樣，提出一種次要站台，該次要站台包括用於在一網路中與一主要站台通信之通信構件，其中該次要站台包括控制構件，該控制構件用於根據一預先判定的通信方案計算一接收向量，且用於基於該實際頻道及該接收向量之乘積估計該經組合之頻道。

根據本發明之一第四態樣，提出一種主要站台，該主要站台包括用於在一網路中與至少一次要站台通信之構件，該主要站台包括複數個傳送天線且該次要站台包括複數個接收天線，該主要站台進一步包括控制構件，該控制構件用於在複數個通信方案中選擇一第一通信方案，且用於基於該第一通信方案計算一傳輸向量，該第一通信方案與該次要站台正在使用之一預先判定的通信方案不同。

因此，本發明定義用於一中央實體(主要站台或一LTE實施方案中之一eNodeB)與至少一次要站台(行動站台或一LTE實施方案中之一使用者設備)之間的多輸入多輸出(MIMO)通信的一組機制。本發明中所描述之該等機制藉由增強由該中央實體所執行之預先編碼而允許使用者及/或串流選擇的額外靈活性。根據本發明，此係藉由確保由該次要站台所執行之後處理係為該中央實體所知而完成。此具有不將預先編碼限於該次要站台之組態模式之優點。的確，在一實施例中，該主要站台可自一第一傳輸模式改變為一第二傳輸模式，儘管該次要站台甚至可能不知道此變化，且仍正在根據此第一傳輸模式計算接收權重或後處理。此實現該主要站台上的更多靈活性。

本發明之此等及其他態樣將自下文所描述之實施例變得顯而易見，且將參考該等實施例闡明該等態樣。

現在將藉由實例、參考隨附圖式更詳細描述本發明。

本發明係關於一通信網路，其具有一主要站台及與該主要站台通信之複數個次要站台。此一網路舉例而言係於圖1及圖2中予以說明，其中一主要站台或基地台100與複數個次要站台101、102、103及104無線通信。在本發明之一說明性實例中，該等次要站台101至104為行動站台或一UMTS網路之使用者設備。

根據本發明之一第一實施例，該主要站台100包括含有複數個天線之一天線陣列及一複數增益放大器，使得該主要站台100能夠執行波束成形，諸如MIMO波束成形。通常，該主要站台包括四個天線。在最先進版本之LTE中，該等主要站台可包括8個天線、16個天線或更多。類似地，該等次要站台101至104包括複數個天線，例如用於與第一LTE版本相容之該等UE之2個天線。在較新版本中，該等次要站台可具有4個或8個天線或者甚至更多。歸因於該等天線陣列，該主要站台100可形成資料串流波束，如描述於圖1之波束150及151。為形成波束及建立一MIMO通信，預先編碼向量的產生是必要的，此產生需要關於頻道狀態之資訊及在該次要站台方與該主要站台方兩者上之計算。

在支援多個獨立串流傳輸之MIMO系統(諸如，奇異值分解(SVD)MIMO系統)中，用於一次要站台之資料係由該頻道矩陣之右奇異向量預先編碼，且接著係使用左奇異向量在該次要站台上而得以後處理。以此方式，預處理及後處理係經匹配，使得相等頻道係經對角化以在無串流間干擾下支援多個串流的傳輸。

在線性代數中，奇異值分解(SVD)為一矩形實矩陣或複矩陣之一重要因數分解。使用該SVD之應用包含(例如)計算偽逆、資料之最小二乘方擬合、矩陣逼近及判定一矩陣的秩(rank)、範圍及空值空間。

假定M為一m×n矩陣，其之元素來自為實數域或複數域的域K。於是存在以下形式的一因數分解：

M=UΣV*

其中U為K中之一m×m酉矩陣(unitary matrix)，該矩陣Σ為一m×n對角矩陣(其對角線上為非負實數)，且V*表示V的共軛轉置，即K中之一n×n酉矩陣。此一因數分解稱為M之一奇異值分解。

一普通慣例係以非增加方式排列對角線元素Σ_i,i。在此情形中，該對角矩陣Σ係由M唯一判定(雖然矩陣U及矩陣V不是如此)。Σ之該等對角元素被稱為M的該等奇異值。

在M=UΣV*中，V之諸行形成M的一組標準正交「輸入」或「分析」基本向量方向，U之諸行形成M之一組標準正交「輸出」基本向量方向，該矩陣Σ含有可被認為係標量「增益控制」的該等奇異值，各對應輸入與標量「增益控制」相乘以給出一對應輸出。

此外，應注意，若在K^m中存在單位長度向量u且Kⁿ中存在v，則一非負實數σ為M的一奇異值，使得

Mu=σu且M*u=σu。

向量u及向量v各被稱為σ的左奇異向量及右奇異向量。

在任何奇異值分解M=UΣV*中，Σ之對角元素必須等於M之該等奇異值。U及V之該等行分別為該等對應奇異值之左奇異向量及右奇異向量。因此以上原理陳述：一m×n矩陣M具有至少一個奇異值且至多p=min(m,n)個不同的奇異值。

然而，若該傳送器(此處為該主要站台100)知道頻道M，則亦需要知道該接收器(例如，次要站台101)將使用的權重，以能夠計算合適的預先編碼器。若主要站台與次要站台兩者操作於相同MIMO模式之限制被解除，則此甚至更為重要。

在一典型SVD系統中，該主要站台將基於自該次要站台接收之頻道矩陣回饋計算諸右奇異向量之矩陣V。此將該主要站台限制在其可使用之傳輸模式。若該主要站台決定(例如)改為使用強制零(ZF)及/或在一MU-MIMO模式下排程多個使用者，則其必須重新組態該系統，從而至少自該主要站台且在一些情形中自兩方用信號發送傳輸參數。對待為該等次要站台101至104所使用之該後處理矩陣U之認知使該主要站台可將該預先編碼修改為一新的矩陣V。

因此，根據本發明之此第一實施例，出於設定通信鏈路之目的，假定將用於將多個串流自該主要站台100傳送至一次要站台之技術為奇異值分解(SVD)。裝備有N個接收天線之一次要站台101接著將計算該頻道矩陣估計之該等左奇異向量且使用該等向量對所接收之N個信號進行線性處理，期望重新建構N個獨立資料串流。該次要站台可藉由用信號發送此估計結果通知該主要站台。

在此實施例之一第一變體中，該主要站台透過MIMO通信僅與一次要站台通信。在此實例中，該主要站台100可在傳輸期間降低有效傳輸秩。傳輸秩意謂的是該主要站台與一給定次要站台之間的MIMO通信之空間可分離資料串流數目。應注意，該秩不可超過該主要站台之天線數目及該次要站台天線數目之最小值。例如，具有四個天線之一次要站台不可接收多於四個空間可分離之串流，因此不可超過秩-4通信。此外，一16個天線之主要站台在其等之間無干擾下不可傳送多於16個波束。作為一實例，此一主要站台可將四個秩-4之MIMO傳輸同時傳送至四個次要站台，或將一秩-4之MIMO傳輸傳送至一次要站台，將兩個秩-2之MIMO傳輸傳送至另外兩個次要站台及八個秩-1之MIMO傳輸傳送至另外八個次要站台。

一旦一次要站台執行其之後處理，則其期望估計對應於全秩情形之N個獨立傳送的串流。該主要站台可決定一些奇異值為無用值，或簡單使用其之M個傳送天線之一些以傳輸至其他使用者，且因此其需要向該次要站台指示該等經重新建構之串流中哪些及多少串流為有效，且相應地修改其之預先編碼。

在此實例中，可在傳輸期間，基於後處理係數或後編碼係數及實際頻道增益(亦即，頻道傳輸條件)計算該等估計。在本發明之一特定實例中，此等估計係基於該等後處理係數與該等實際頻道條件之乘積。可在諸頻道資訊狀態(CSI)報告中將此等估計傳送至該主要站台，該等頻道狀態資訊報告亦可包含一頻道品質指示項(CQI)。

一頻道狀態資訊(CSI)報告包括描述無線電頻道之特徵之資訊，該資訊通常指示一或多個傳送天線與一或多個接收天線之間之該複數轉移函數矩陣。

一CQI包括由一次要站台用信號發送至該主要站台之資訊，以指示通常基於對經接收之下行鏈路信號干擾雜訊比(SINR)之一量測及對該次要站台之接收器特性之認知的下行鏈路傳輸之一合適資料速率(通常為一調變及編碼方案(MCS)值)。

在此實例之一變體中，於該次要站台中自該等空間串流之各者的參考符號之估計獲得該等後處理係數。此允許減少來自該主要站台之所需發信號量。然而，在此實例之一變體中，該主要站台明確地用信號發送待為該次要站台所使用之該等後處理係數。事實上，該主要站台進行估計此等係數。因為所有計算需要由該主要站台進行，所以此使得能夠減小該等次要站台之複雜度。在此一實例中，該等次要站台可回饋使用一特定組係數所達成之接收品質。應注意，可在一CSI中將V-向量回饋至該主要站台以使該主要站台能夠調整該傳輸模式或甚至改變該所選之傳輸方案。

在此實施例之另一變體中，該主要站台可決定使用零形式(ZF)波束成形排程多個使用者，其相對於使用奇異值分解模式(SVD)排程一使用者。

因為主要站台知道或假定，所有同時排程的使用者將使用基於SVD之後處理，所以可計算預先編碼，使得自虛擬傳送之各者至接收天線之該等相等頻道向量係相互正交的，使得其自身可排程多個使用者。

在本發明之另一實施例中，提出如圖1所描述般操作一通信系統，亦即，包括裝備有多個傳送天線之一主要站台100及裝備有多個接收天線之複數個次要站台101至104，其中該主要站台實行資料之預先編碼且該等次要站台實行後處理，使得該等次要站台可接收一或多個獨立資料串流150或151。在此實施例中，後處理參數係在假定使用一特定傳輸方案(例如，SVD或強制零)下，於次要器件中自該頻道矩陣或實際頻道條件而得以計算。

在該主要站台處之預先編碼不限於使用與該次要站台所使用之假定相同之假定來進行後處理(例如，該主要站台事實上無需使用SVD，或該主要站台事實上無需使用一專用碼簿，後者尤其係有關於專門RS之LTE-A案例)。

事實上，由該次要站台所使用之該假定可選自一組可用的假定。此外，欲使用之特定假定可由該主要站台用信號發送至該次要站台，或者係由該次要站台自參考信號(或引示信號)推斷。應注意，此與組態該模式不同，因為此可在操作該通信鏈路期間動態地發生。

在該等以上實施例之任一者中，該主要站台可將使用多少空間串流(亦即，傳輸秩)用信號發送至該次要站台。此秩可與該次要站台所期望之該傳輸方案假定所使用之預設值不同。

根據另一實施例，該主要站台基於來自該次要站台之頻道回饋、對待由該次要實體使用之後處理認知及特定服務目標判定使用何種預先編碼，且相應地實行排程。

在一特定實施例中，該主要站台為一行動站台或一使用者設備，且該次要站台為一基地台或一eNodeB。

本發明具有用於使用MIMO及MU-MIMO之無線通信系統之特定(但非專屬)的應用。諸實例包含蜂巢式系統(諸如UMTS、UMTS LTE及高級UMTS LTE)以及無線LAN(IEEE 802.11n)及寬頻無線(IEEE 802.16)。

本發明不僅適用於行動電信系統(諸如，UMTS LTE及高級UMTS LTE)，而且亦適用於使用MIMO及MU-MIMO之無線通信系統。諸實例包含蜂巢式系統連同UMTS、UMTS LTE及高級UMTS LTE，諸如無線LAN(IEEE 802.11n)及寬頻無線(IEEE 802.16)。

在本說明書及申請專利範圍中，一元件前之字詞「一」不排除複數個此等元件之存在。另外，字詞「包括」不排除除所列之該等元件或步驟以外之其他元件或步驟的存在。

在申請專利範圍之括弧中包含之參考符號旨在輔助理解而非旨在限制。

閱讀本揭示內容之後，其他修改對於熟習此項技術者而言將顯而易見。此等修改可包含已在無線電通信技術中所知之其他特徵。

100．．．主要站台

101．．．次要站台

102．．．次要站台

103．．．次要站台

104．．．次要站台

150．．．波束

151．．．波束

圖1係在本發明之一第一實施例中實施之一網路之一方塊圖。

100．．．主要站台

101．．．次要站台

102．．．次要站台

103．．．次要站台

104．．．次要站台

150．．．波束

151．．．波束

Claims (11)

1. 一種用於在一網路中操作一次要站台之方法，該網路包括一主要站台及至少一次要站台，該主要站台包括複數個傳送天線且該次要站台包括複數個接收天線，該方法包括：自該主要站台接收一第一通信方案(scheme)之特徵；基於該第一通信方案之該特徵及該等傳送天線與該等接收天線之間的被觀察頻道(observed channel)來推導後處理係數(post-processing coefficients)；基於該等傳送天線與該等接收天線之間的該被觀察頻道及利用該後處理係數執行後處理之結果來估計一經組合頻道；假定一第二通信方案之特徵且根據該經估計之組合頻道來判定頻道狀態指示項報告(channel state indicator report；CSI)資訊；將該CSI資訊傳輸至該主要站台。
2. 如請求項1之方法，其中該第一通信方案係經預先判定。
3. 如請求項1之方法，其中該第一通信方案特徵係由該次要站台預先自該主要站台所接收。
4. 如請求項1之方法，其中該第一通信方案係基於以下任一者：奇異值分解(SVD)、強制零、基於碼簿之預先編碼。
5. 如請求項1之方法，其中控制器組合一頻道狀態指示項 報告(channel state indicator report；CSI)，且使用一傳送器(transmitter)將該CSI報告傳輸至該主要站台。
6. 如請求項5之方法，其中該CSI報告包含一指示，該指示代表該複數個傳送天線之至少一者與該複數個接收天線之至少一者之間的一複數轉移函數矩陣。
7. 如請求項5之方法，其中該CSI報告包含一指示，該指示代表自該頻道轉移函數之奇異值分解(SVD)計算之一右奇異向量。
8. 如請求項5之方法，其中該接收器經組態以自該經報告之CSI推導之預先編碼自該主要站台接收資料。
9. 如請求項1之方法，其中該接收(reception)發生在複數個空間串流上，空間串流數目係在該第一通信方案或該第二通信方案之任一者的假定下而預先判定。
10. 如請求項1之方法，其中該接收發生在複數個空間串流上，其中接收器經組態以自該主要站台接收若干待使用之空間串流。
11. 一種次要站台，其包括：一接收器，其經組態以自一主要站台接收使用於後處理中之係數；一控制器，其經組態以自複數個通信方案中選擇一第一通信方案，該控制器經組態以基於該第一通信方案之特徵及複數個傳送天線與複數個接收天線之間的被觀察頻道來推導後處理係數，該控制器經組態以基於該複數個傳送天線與該複數個接收天線之間的該被觀察頻道及 利用該後處理係數執行後處理之結果來估計一經組合頻道，該控制器經組態以假定一第二通信方案之特徵且根據該經估計之組合頻道來組合(assemble)CSI報告；及一傳送器，其經組態以將該CSI報告傳輸至該主要站台。