TWI517620B - 在多輸入多輸出（ｍｉｍｏ）網路中通信的方法及裝置 - Google Patents

Description

在多輸入多輸出(MIMO)網路中通信的方法及裝置

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，本發明係關於一種在一MIMO(多輸入多輸出)模式下在一主站台與一或多個副站台之間通信之方法。本發明亦係關於可實施此一方法之主站台或副站台。

舉例而言，此發明係關於所有無線通信網路，且在下文描述之一實例中，其係關於一行動電信網路，諸如UMTS或UMTS LTE。

在通信網路中，已廣泛提出MIMO(多輸入、多輸出)以增加可達成的通信輸送量。MIMO涉及在傳輸器與接收器二者使用多個天線以改良通信效能。事實上，在無需額外頻寬或傳輸功率下藉由較高頻譜效率(每赫茲頻寬每秒更多位元)及鏈路可靠度其提供資料輸送量之明顯增加。

多使用者MIMO(MU-MIMO)為一先進MIMO，其允許一站台在相同的頻帶中同時與多個使用者通信。在本發明之一例示性實施例中，一行動通信網路包括一主站台(基地台或NodeB或eNodeB)，該主站台可藉由使用複數個主站台天線及複數個副站台天線而同時與複數個副站台(行動台或使用者設備或UE)以MIMO串流通信。為形成該串流，該等副站台藉由傳輸CSI(頻道狀態資訊)回饋至該主站台而將關於該頻道狀態之資訊提供給該主站台。此CSI指示待使用之一最佳或至少一較佳預編碼向量以最大化由該主站台所傳輸之對應空間可分離之資料串流之可達成的資料速率。此預編碼向量可為在傳輸期間應用於該主站台之各天線埠以將資料串流引導至該等副站台天線之一組複數值。

然而，在MU-MIMO之背景中，當使用經用信號發送之預編碼向量時，可引起對同時與該主站台通信之另一副站台干擾之一波束。此外，該副站台無法評估諸干擾站台位於何處及使用一預編碼向量是否可引起干擾。在各副站台中共用由該等副站台所傳輸之該等預編碼向量將引起太多的信號發送且將需要各副站台之太多計算能力來產生無干擾預編碼向量。

本發明之一目的係提出一種在一MU-MIMO網路中通信之經改良方法，該方法減輕以上所描述之問題。

本發明之另一目的係提出一種通信之方法，該方法在藉由減小干擾來增強頻道品質時不引起太多的信號發送。

本發明之又一目的係提出一種系統，該系統包括一主站台及若干副站台，其等可最大化該整個系統之資料輸送量。

為達到此目的，根據本發明之一態樣，提出一種在一網路中通信之方法，該網路包括一主站台及至少一第一副站台，其中該第一副站台將第一複數個預編碼向量之一指示傳輸至該主站台，其中第一預編碼向量之數目大於自該主站台至該第一副站台之一較佳傳輸秩。

傳輸秩意謂在該主站台與一給定副站台之間的MIMO通信之空間可分離資料串流之數目。應注意，該秩不可超過該主站台之天線數目及該副站台之天線數目之最小值。舉例而言，具有四個天線之一副站台不能接收多於四個空間可分離串流，因此不能超過第4秩通信。此外，具有16個天線之一主站台不能傳輸多於16個波束。作為一實例，此一主站台可同時傳輸四個第4秩MIMO傳輸至四個副站台，或一個第4秩MIMO傳輸至一副站台、以2個第2秩MIMO傳輸至另外兩個副站台，及8個第1秩MIMO傳輸至另外八個副站台。

因此，舉例而言，該主站台可基於所指示之該複數個向量之一線性組合產生另一預編碼向量以建置通信。在一MU-MIMO實施例之情形中，該主站台現在可產生一預編碼向量，自該副站台之觀點，該預編碼向量可能為次佳，但是該預編碼向量允許防止傳輸至不同副站台之串流之間的干擾。在一特定實施例中，該主站台選擇預編碼向量之一組合，如不需要大量處理之一線性組合，使得該等所連接之副站台之所有傳輸速率之總和速率為最大。

根據本發明之另一態樣，提出一種副站台，該副站台包括在一網路中與一主站台通信之構件，該副站台進一步包括傳輸構件，該傳輸構件經配置以將第一複數個預編碼向量之一指示傳輸至該主站台，其中第一預編碼向量之數目大於自該主站台至該第一副站台之一較佳傳輸秩。

從參考下文所描述之該等實施例，本發明之此等及其他態樣將變得顯而易見，且將參考下文所描述之該等實施例闡明本發明之此等及其他態樣。

現在將參考隨附圖式藉由實例方式更詳細描述本發明。

本發明係關於一通信網路，其具有一主站台及與該主站台通信之複數個副站台。此一網路係繪示於(例如)圖1及圖2中，其中一主站台或基地台100與複數個副站台101、102、103及104進行無線通信。在本發明之一繪示性實例中，該等副站台101至104為行動台或一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，使得該主站台100可實行波束成形，如MIMO波束成形。通常，該主站台包括4個天線。在大多數先進LTE版本中，該主站台可包括8個天線、16個天線或更多天線。類似地，對於順從於該第一LTE版本的該等UE，該等副站台101至104包括複數個天線，例如，2個天線。在後來版本中，該等副站台可具有4個或8個天線、或甚至更多天線。歸因於該等天線陣列，該主站台100可形成資料串流之波束，如描述於圖1之波束150及151。為形成波束且建置一MIMO通信，必須產生預編碼向量，此產生需要關於該頻道狀態之資訊及在該副站台側及該主站台側二者之計算。

舉例而言，在第一版本之LTE規格中，經組態在MU-MIMO中接收下行鏈路傳輸之副站台進行下行鏈路頻道之測量(通常使用未預編碼之共同參考信號(CRS))且將頻道狀態資訊(CSI)回饋傳輸至該主站台(該eNodeB)。此指示待用於該等下行鏈路傳輸之一較佳預編碼向量(PMI，預編碼矩陣指示符)及指示一對應調變及編碼方案之一關聯CQI(頻道品質資訊)值。在此實例中，該等下行鏈路傳輸基於碼簿，其意謂用於傳輸之該等預編碼向量係選自一有限集合。將該所選預編碼向量用信號發送至該等副站台，使得該副站台可推導一相位參考作為該等共同參考信號(CRS)之一對應線性組合。

具有一單一接收天線之一副站台回饋一單一較佳預編碼向量之索引，該較佳預編碼向量實現更好品質之傳輸或最可靠之通信，例如，最大化在其之天線之信號對干擾比率SINR之一預編碼向量。此可基於傳輸波束成形向量之一預定碼簿，或直接頻道向量量化(CVQ)。若該副站台具有兩個(或更多)接收天線，則情況更為複雜且所採取之方法取決於可用於經量化之CSI回饋之碼簿大小。在此一副站台完成的動作將為回饋整個頻道矩陣(或至少回饋頻道矩陣之一經量化之版本)。然而，此需要顯著的用信號發送額外耗用及資源。

在第2秩傳輸之情形下，可能回饋一較佳預編碼矩陣。然而，若舉例而言歸因於該頻道矩陣之秩受限而使該副站台偏好第1秩傳輸，或若該副站台係經組態而在僅支援第1秩傳輸之一MIMO模式中，或若該主站台僅排程一第1秩傳輸，則此是不合適的。

對於第1秩傳輸，在一相對較小回饋碼簿之情形下，具有兩個接收天線之一副站台可藉由推導該接收組合向量判定一單一較佳預編碼向量，其最大化該碼簿中之各傳輸波束成形向量之SINR。此單一較佳預編碼向量通常可為MMSE(最小均方估計)接收組合向量。該UE可報告最大化最大SINR之該傳輸波束成形向量。

對於至一副站台之一單一串流而言，可如下表達此方法：

1.所接收之信號係藉由y= Hg x +n而給出，其中

o y係所接收之信號，為一N×1向量

o x係所傳輸之信號，為一1×1向量

o g係預編碼向量，為M×1

o H係頻道矩陣，為N×M

o n係在各接收天線之雜訊，為一N×1向量。為方便起見，可正規化H使得雜訊方差相等。

o M係在該eNB之傳輸天線之數目

o N係在該UE之接收天線之數目

2.對於一大小為C之碼簿中之各可能的g，計算接收天線權重向量w(1xN)，使得wy=最小化誤差E[x-]，亦即：w=(Hg) ^H ((Hg)(Hg) ^H +σ² I)^-1。

3.在計算w之對應MMSE解決方案之後，報告最大化SINR之g。此相當於報告一單一接收天線之g，其中g係經選擇以最大化藉由wH所給出之一有效1×M傳輸頻道之所接收之SINR。

4.eNB排程器將選擇報告正交g's(或至少具有低相關性之g's)之UE對。

在基於頻道向量量化(CVQ)之回饋之情形中，一類似方法可導致用於該回饋之一單一較佳預編碼向量。然而，此依賴於在該主站台傳輸器之迫零波束成形之一假設，且依賴於該產生之SINR之一近似值。

該等以上方法之主要缺陷係：該等以上方法不一定最大化使用MU-MIMO之一小區中之總和速率，因為可藉由選擇一w而使不同對之UE能夠達成一較高總和速率，但是未最大化各個別UE之SINR。

此可圖解闡釋於圖1中所示之自該主站台100引導至該副站台101之該波束151。即使此波束151係最大化該副站台101之SINR之一波束，但該波束對該副站台102引起明顯干擾。因為直接引導於此副站台102之波束151而使該副站台102將不能進行具有一高SINR之一通信。

此外，在一些情形下，該副站台不可實行計算最佳化該SINR之一單一權重向量w，且因此不可實行回饋一單一較佳傳輸預編碼向量，此等情形包含：

i)一大回饋碼簿之情形，使得不同的最佳化數目及SINR計算變得昂貴；

ii)該副站台不瞭解該傳輸預編碼向量之情形，舉例而言：

a.在該主站台之傳輸波束成形，其中相位參考係藉由預編碼之參考信號給出，而非藉由CRS及實際使用的預編碼向量之一指示符給出；在此情形中，事實上存在可用的無限數目之傳輸預編碼向量，對於各傳輸預編碼向量，該副站台必須推導最佳權重向量w；

b.當迫零傳輸波束成形之一假設可能不一定有效時，基於頻道向量量化之回饋。

本發明之一態樣係基於下列事實：對於上文所識別之該等情形，可能有大量或甚至無限數目之w。此意謂，藉由改變w而使基地台可能選擇最大化總和速率之UE對，但是不一定最大化任意個別UE之速率。

圖2中描述本發明之一第一實施例之一例示性變體，其中該主站台100可引導波束151使得該副站台102不受該波束干擾。即使該波束151未將最高之可能SINR值給該副站台101，所有該等副站台之可達到之總和速率可為更佳，此係因為該副站台102未受到專屬用於另一副站台(即101)之該光束151之干擾。

為達到此目的，根據本發明之一第一實施例，提出該副站台將一組較佳預編碼向量回饋至該主站台，預編碼向量之數目大於該較佳傳輸之秩。該主站台可首先判定該較佳傳輸秩且預先組態該副站台。接著，此允許該副站台意識到需要回饋至該主站台之所需預編碼向量之數目。亦允許在該副站台限制計算要求，在計算能力方面與該主站台相比，該副站台將較為有限

然而，可能令該副站台取決於頻道狀態對較佳傳輸秩作出決定，使得其允許該頻道之一最佳使用。在此一情形中，該副站台將該較佳傳輸秩用信號發送至該主站台。

根據該第一實施例之一變體，當應用於副站台或一LTE網路中之UE之兩個接收天線的情形中時，甚至當第1秩傳輸為較佳時，各UE回饋兩個預編碼向量g's(g ₁ 與g ₂ )。可藉由選擇兩個較佳正交接收向量w ₁ 及w ₂ 而如上計算各預編碼向量g，該兩個較佳正交接收向量w ₁ 及w ₂ 為主站台及副站台二者所知或具有為主站台及副站台二者所知之一關係，該關係可能為一先驗關係。

根據一有利實施例，第一接收向量w ₁ 係經計算以最大化如上所描述之一基於碼簿之回饋方法之速率。亦回饋使用此w值來計算之一對應CQI值，該CQI值對於當無其他副站台最後處於被排程以在相同時間進行傳輸時的情形給予足夠的資訊。接著可選擇第二向量w ₂ 為w ₁ 之一正交向量(其給出足夠的資訊以用於最佳排程另一副站台)，且對於此w值計算一第二CQI值且亦將其回饋。該副站台亦回饋該等對應g值(g ₁ 與g ₂ )。

對於在該副站台之兩個接收天線，舉例而言，一合適的實施例可使用w向量w ₁ =[1 1]及w ₂ =[1 -1]，或[0 1]及[1 0]，以對應於接收天線選擇。

應注意，本發明之此例示性實施例可擴充至具有N個接收天線之一副站台，在該情形中w為維度1×N之一向量。在此一情形中，該副站台可傳輸對應於多達N個w向量之較佳預編碼向量回饋。舉例而言，若N=4，則該副站台可回饋對應於w ₁ 、w ₂ 、w ₃ 及w ₄ 之四個較佳預編碼向量，舉例而言，所有該等向量可相互正交。

根據以上實例之一變體，該副站台可傳輸對應於少於N個w's的減少數量之回饋。在此一情形(例如，2個w's)中，選擇哪些特定w's可考慮該等接收天線之間之相關性以最大化回饋至該主站台之資訊。

舉例而言，若w ₁ 係經選擇以最大化速率，則用於產生w ₂ 、w ₃ 及w ₄ 之可能乘數可為[1 1 -1 -1]、[1 -1 1 -1]及[1 -1 -1 1]。假設該等天線係以分離順序編索引(且因此相關)，對w ₃ 或w ₄ 而言使用w ₂ 係可能較佳(亦即，其將給予eNodeB更多資訊)。

作為本發明之一進一步態樣，該副站台根據該等天線之間之相關性選擇該第二w(因為該主站台無需知道該天線索引與在該副站台之實體天線之間的關係)。

在另一實施例中，該副站台選擇且回饋具有最高SINR之n個w，其中n<N。

作為一進一步實例，若w₁係經選擇為[1 1 1 1]，則w ₂ 、w ₃ 及w ₄ 之可能值可為[1 1 -1 -1]、[1 -1 1 -1]及[1 -1 -1 1]。

在N=2之一實施例中，該主站台排程器則自由選擇使用者A之任意g _A ，其作為正交化g _A 之g ₁ 及g ₂ 之一線性組合，及使用者B之一經類似推導之g _B 。此可擴充至N>2，其中該副站台報告兩個(或兩個以上)g值，且該eNB應用該等所報告的值之一線性組合之預編碼。

若該副站台報告對應於N個w值之N個g值，則此將提供關於該完整頻道矩陣之一些資訊給該eNB。然而，此具有優於已知方法之一些優點，因為無需指定該等接收天線之定序，且對於頻道表示法之相同準確度，計算複雜度可能更低(亦即，大小為C之一碼簿的N個搜尋與大小為CN之一碼簿的一搜尋相比較)。

在本發明之一變體中，該主站台為如一使用者設備之一行動終端，且該主站台為如一eNodeB之一基地台。

本發明可能適用於如UMTS LTE及先進UMTS LTE之行動電信系統，但是在一些變體中，本發明亦適用於自動完成配置資源或至少半持續完成配置資源之任意通信系統。

在本說明書及申請專利範圍中，一元件前面的字詞「一」不排除複數個此等元件之存在。此外，字詞「包括」不排除所列之該等元件或步驟之外的其他元件或步驟之存在。

申請專利範圍中括弧內所包含之參考符號意欲援助理解且非意欲限制。

從閱讀本發明，其他修改對熟習此項技術者而言將顯而易見。此等修改可包含無線電通信技術中已知的其他特徵。

100．．．主站台

101．．．副站台

102．．．副站台

103．．．副站台

104．．．副站台

150．．．波束

151．．．波束

圖1係根據一波束成形方案最大化一副站台之速率的一網路之一方塊圖；

圖2係根據本發明之一實施例的一網路之一方塊圖。

100‧‧‧主站台

101‧‧‧副站台

102‧‧‧副站台

103‧‧‧副站台

104‧‧‧副站台

150‧‧‧波束

151‧‧‧波束

Claims (17)

1. 一種用於在一網路中通信之方法，該網路包括一主站台及至少一第一副站台，其中該第一副站台將一第一複數個預編碼向量之一指示傳輸至該主站台，其中該指示包括該第一複數個預編碼向量中之預編碼向量之一數目，該數目大於自該主站台至該第一副站台之一傳輸秩(rank of transmission)。
2. 如請求項1之方法，其中藉由該第一副站台將該傳輸秩用信號發送至該主站台。
3. 如請求項1之方法，其中藉由該主站台組態該傳輸秩。
4. 如請求項1之方法，其中預先判定該傳輸秩。
5. 如請求項1至4中任一項之方法，其中該第一副站台根據一不同的對應接收組合向量推導第一組之各預編碼向量。
6. 如請求項5之方法，其中該等接收組合向量係相互正交。
7. 如請求項5之方法，其中將可以該第一組之至少一預編碼向量與該對應接收組合向量達成之一傳輸速率傳輸至該主站台。
8. 如請求項5之方法，其中將可以該第一組之該等預編碼向量之各者及其等對應之接收組合向量達成之該等傳輸速率傳輸至該主站台。
9. 如請求項1至4中任一項之方法，其中該第一複數個預編碼向量之該數目小於該副站台之接收天線的數目。
10. 如請求項9之方法，其中該副站台取決於下列至少一者來選擇該第一複數個預編碼向量：該副站台之該等接收天線之間之該相關性；及各預編碼向量之一對應SINR。
11. 如請求項1至4中任一項之方法，其進一步包括下列步驟：該主站台基於第一組之該第一複數個預編碼向量之一組合而選擇一第一傳輸預編碼向量。
12. 如請求項11之方法，其中該步驟進一步包括：基於一第二組預編碼向量之諸第二預編碼向量的一組合而選擇一第二傳輸預編碼向量，由一第二副站台指示該第二組預編碼向量，且其中選擇該第一傳輸預編碼向量及該第二傳輸預編碼向量，使得最大化該第一副站台速率及該第二副站台速率之總和速率。
13. 如請求項12之方法，其中該第一傳輸預編碼向量與該第二傳輸預編碼向量實質上係正交的。
14. 如請求項1至4中任一項之方法，其中各傳輸預編碼向量係該各別組之預編碼向量的一線性組合。
15. 一種副站台，其包括用於在一網路中與一主站台通信之構件，該副站台進一步包括經配置以將一第一複數個預編碼向量之一指示傳輸至該主站台之傳輸構件，其中該指示包括該第一複數個預編碼向量中之預編碼向量之一數目，該數目大於自該主站台至該第一副站台之一傳輸秩。
16. 一種主站台，其包括用於在一網路中與至少一副站台通信之構件，該主站台進一步包括：接收構件，其經配置 以自該至少一副站台接收一第一複數個預編碼向量之一指示，其中該指示包括該第一複數個預編碼向量中之預編碼向量之一數目，該數目大於自該主站台至該第一副站台之一傳輸秩；及控制構件，其經配置以基於第一組之該等第一預編碼向量之一組合而選擇一第一傳輸預編碼向量。
17. 一種通信系統，其包括一主站台及至少一副站台，該至少一副站台進一步包括：傳輸構件，其經配置以將一第一複數個預編碼向量之一指示傳輸至該主站台，其中該指示包括該第一複數個預編碼向量中之預編碼向量之一數目，該數目大於來自該主站台之一傳輸秩，該至少一副站台可獲得該傳輸秩。