本案是申請日為2014年12月20日、申請?zhí)枮?01480065687.5、發(fā)明名稱為“多輸入多輸出無線通信系統(tǒng)中的自適應預編碼”的發(fā)明專利申請的分案申請。

本申請要求美國臨時申請no.61/919,613的權益，美國臨時專利申請no.61/919,613提交于2013年12月20日。

該發(fā)明總體上涉及無線通信，具體地，涉及用于基站(basestation,bs)根據(jù)系統(tǒng)信息、信道狀態(tài)信息(channelstateinformation,csi)及其估計的誤差為大規(guī)模多輸入多輸出(multiple-input-multiple-output,mimo)無線通信系統(tǒng)中的每一個用戶終端(userequipment,ue)估計信道質量信息(channelqualityinformation,cqi)和使用自適應預編碼的機制。

背景技術：

在大規(guī)模/超大規(guī)模mimo系統(tǒng)中，bs裝有數(shù)十甚至上百的發(fā)射天線。其由于在無需功率或帶寬增大的情況下提供線性容量增長而已經(jīng)收到了巨大的關注，并且是用于下一代無線通信系統(tǒng)(例如，超過4g、5g)的關鍵技術。這種優(yōu)勢是通過采用相比于傳統(tǒng)系統(tǒng)配對用戶的數(shù)目更多的多用戶終端多輸入多輸出(mu-mimo)技術而實現(xiàn)的。在該系統(tǒng)中，bs在每個調度槽選擇用戶，并且在同一時頻資源塊(resourceblock,rb)上將數(shù)據(jù)發(fā)送給這些用戶。預編碼向量用于將發(fā)射信號映射到數(shù)百個發(fā)射天線。在實際的系統(tǒng)中，當用戶的信道質量較差時，與無線信道匹配的預編碼矩陣可以用于取得陣列增益，以使得其增強接收信號的質量。共軛波束成形(conjugatebeamforming,cb)就是這類預編碼方法中的一種。在cb預編碼中，第k個用戶的預編碼向量是其信道信息的向量的共軛乘以一個常數(shù)，當信道質量較好時，用戶終端干擾成為系統(tǒng)吞吐量的限制因素，因而需要去除這種干擾的預編碼向量以提高系統(tǒng)吞吐量。迫零法(zero-forcing,zf)是這類預編碼法中的一種。在zf預編碼中，第k個用戶的預編碼向量是其中是第k個用戶的多用戶干擾信道，定義為而且，由于存在反饋帶寬限制和測量誤差等系統(tǒng)誤差，csi誤差總是無法避免的。因此，bs為ue比較這兩種預編碼并自適應采用優(yōu)選的預編碼方法是一項挑戰(zhàn)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種解決mu-mimo系統(tǒng)中的基本問題的方法，即：當這些ue中的僅僅單用戶mimo(singleuemimio,su-mimo)cqi值可用時，如何為組中的所有ue估計mu-mimocqi。由于需要mu-mimocqi值選擇適當?shù)恼{制和信道編碼模式，因而這是重要的。然而，盡管可以使用導頻或測試信號的傳輸從測量中確定su-mimocqi，但使用導頻或測試信號的傳輸從測量中直接確定mu-mimocqi經(jīng)常是不切實際的。在后一種情況下，時分雙工(time-divisionduplexing，tdd)信道中的信道互易沒有幫助，并且對于頻分雙工(frequency-divisionduplexing,fdd)和tdd信道，導頻或測試信號必須由bs使用mu-mimo預編碼發(fā)送給組中所有的ue，mu-mimocqi值需要在每個ue加以確定并反饋給bs。在本發(fā)明的實施例中，可以利用組中ue的su-mimocqi來估計mu-mimocqi，由此顯著降低直接從測量中確定mu-mimocqi所需要的開銷，并且使得mu-mimo更加可行。一旦mu-mimocqi值是可用的，就可以選擇適當?shù)恼{制和信道編碼，并且可以估計使用了所選mu-mimo預編碼的mu-mimo的速率總和。

本發(fā)明提供了一種使用上述mu-mimocqi估計法的自適應預編碼法并且對mu-mimo用戶組中的用戶應用自適應預編碼。在此方法中，bs收集系統(tǒng)信息，比如下行鏈路中發(fā)射天線的數(shù)目、mu-mimo用戶組中的ue的數(shù)目、關于每個ue的信息(比如信道質量信息(cqi)和csi的估計的誤差(稱為csi誤差))。通過這些信息，bs可以分別估計一個或多個預編碼法(比如cb和zf)的速率總和，并選擇具有更大速率總和的預編碼矩陣。

硬件減損，尤其是ue中的硬件減損，是mu-mimo系統(tǒng)的性能的限制因素。本發(fā)明還提供了用于特征化硬件減損并利用來自特征化的數(shù)據(jù)修正預編碼以補償硬件減損的方法。

附圖說明

圖1是根據(jù)su-mimocqi估計mu-mimocqi的實施例的流程圖。

圖2是bs中的自適應預編碼的操作處理的圖示。

圖3是bs獲取硬件減損參數(shù)(hardwareimpairmentparameters，hip)和ue的當前溫度(currenttemperatures,ct)的圖示。

具體實施方式

現(xiàn)在可以參照附圖，在附圖中，相同的附圖標記在全文中指代相同的部分?，F(xiàn)在描述本發(fā)明的示例性的實施例。這些示例性的實施例用于說明本發(fā)明的各方面，而不應該解釋為限制本發(fā)明的范圍。當參照框圖或流程圖描述這些示例性的實施例時，每個框可以代表方法步驟或者用于執(zhí)行該方法步驟的裝置元件。依據(jù)實現(xiàn)方案，可以用硬件、軟件、固件或其組合配置對應的裝置元件。

在所考慮的的無線通信系統(tǒng)中，bs裝有n個下行鏈路中的發(fā)射天線，同時不失一般性地，每個ue有一個接收天線。顯然，可以普及到具有多于一個接收天線的ue。

不失一般性地，我們假設，bs已經(jīng)選擇要包括在mu-mimo組中的ue，這意味著確定可以在同一資源分配上調度的k個ue的索引。之后，bs開始通過su-mimocqi估計mu-mimocqi的過程(附圖1中的標記1)。首先，bs獲得mu-mimioue組中每一個ue的su-mimiocqi(附圖1中的標記2)。接下來，bs估計每一個ue的mu-mimocqi(附圖1中的標記3)。在估計出每個ue的mu-mimiocoi的情況下，bs接著確定每個ue的調制和信道編碼模式(附圖1中的標記4)。此后，過程結束(附圖1中的標記5)。這些實施例可以針對每一個資源塊加以執(zhí)行，所述資源塊定義為頻域中的若干個子載波或者時域中的若干個正交頻分復用多路復用(ofdm)碼元。

一個實施例是估計mu-mimocqi值的方法(附圖1中的標記3)，包含：bs獲取多個ue的su-mimocqi值(附圖1中的標記2)，在互易信道的情況下，su-mimocqi值可以通過ue對bs發(fā)射導頻或測試信號獲得，或者在非互易信道的情況下，通過bs對ue發(fā)射導頻或測試信號并且ue反饋其cqi值至bs來獲得。之后，bs使用su-mimiocqi值來估計多個ue的mu-mimocqi值。以下列出了使用su-mimiocqi值為多個ue提供mu-mimiocqi值的公式。

mu-mimocqi的估計公式因所選擇的預編碼方法而異，其至少包括cb和/或zf。例如，用于cb的公式如下：

或者

而用于zf的公式如下：

或者

或者

其中，1/γk是第k個ue的cqi的倒數(shù)，uk是第k個用戶的歸一化信道系數(shù)向量(如果uk不是單位向量，則用代替它)。第k個ue的互干擾信道是αk是第k個ue的csi誤差。bs獲取αk的方法在下面加以描述。

而且，一旦獲得mu-mimocqi值的估計后，bs選擇適合于mu-mimo信道的質量的調制和信道編碼(附圖1中的標記4)。bs還可以選擇使多個ue的速率總和增大的預編碼。

另一個實施例是利用上文中的mu-mimocqi估計的自適應預編碼，其呈現(xiàn)在附圖2。過程開始(附圖2中的標記6)后，bs首先確定當前資源分配上調度的k個ue(附圖中的標記7)。而后，bs獲取這k個ue的cqi值(附圖2中的標記8)。根據(jù)cqi參數(shù)，bs獲得各ue之間的信道相關系數(shù)(附圖2中的標記9)。之后，bs估計k個ue中每一個ue的su-mimo吞吐量，并選擇最大值作為當前資源分配上的su-mimo吞吐量(附圖2中的標記10)。之后bs根據(jù)第一預編碼方法估計k個ue的速率總和(附圖2中的標記11)。之后bs根據(jù)第二預編碼方法估計k個ue的速率總和(附圖2中的標記12)。之后bs根據(jù)混合預編碼方法估計k個ue的速率總和(附圖2中的標記13)。利用這些估計，bs然后選擇具有最大的估計值的預編碼方法(附圖2中的標記14)。此后，過程結束(附圖2中的標記15)。在這個實現(xiàn)例中，bs獲得k個ue的cqi值(附圖2中的標記8)，其表示為1/γk，k＝1，…，k，。這些值可以由ue通過上行鏈路信道反饋給bs，或者可以使用信道互易通過上行鏈路傳輸中的估計而反饋給bs。

當bs估計k個ue中每一個的吞吐量(附圖2中的標記10)時，一種方法是計算并且選擇這些k個值中最大者作為c^su。

bs可以通過第一預編碼方法(比如cb)來估計mu-mimo用戶組的速率總和(附圖2中的標記11)。計算方法列出在下面。

cb-1：bs依據(jù)估計cb的速率總和。

cb-2：bs獲得第k個ue的歸一化信道系數(shù)向量uk。如果uk不是單位向量，用代替它。而后，bs依據(jù)下式估計速率總和：

bs可以基于第二預編碼(比如zf)來估計mu-mimo用戶組的速率總和(附圖2中的標記12)。計算方法列出在下面。

zf-1：bs依據(jù)下式估計zf預編碼法的速率總和：

zf-2：bs獲得第k個用戶的歸一化信道系數(shù)向量uk。如果uk不是單位向量，用代替它。而后，bs依據(jù)下式估計zf的速率總和：

此外，bs也可以將這k個ue分為兩個集合。第一集合ω1包含使用第一預編碼(比如cb)的k1個ue，而第二個集合ω2包含剩下的使用第二預編碼的k2＝k-k1個ue。一種可能的劃分ue的方法可以基于su-mimocqi，例如，具有低于預定閾值的su-mimocqi值的ue屬于ω1，而剩下的ue屬于ω2。假設ω1的ue索引是ω2的ue索引是

bs可以通過下面的式子來估計集合，ω1中的ue的速率總和：

或者

bs可以通過下面的式子來估計集合，ω2中的ue的速率總和

或者

bs通過混合預編碼估計k個ue的速率總和(附圖2中的標記13)。在bs獲取了c^su，c^cs，c^zf和c^hybrta的值之后，其將這四個值進行比較，并選擇具有最大值或者接近最大估計速率總和的預編碼法(附圖2中標記14)。

一旦針對當前時刻在每個資源塊上結束了自適應預編碼(附圖2中標記15)，每個資源塊在下一時刻可以具有不同的預編碼法。

在上面的公式中，假設了bs獲取k個ue的csi誤差。下文描述了bs獲取csi誤差的三種方法。

在用于fdd系統(tǒng)的稱為fdd-1的第一種方法中，csi由k個用戶反饋。在該方法中每個ue計算其自相關系數(shù)，并通過上行鏈路控制信道將其反饋給bs。在ue側，其估計bs和自身之間的信道向量(以列向量表示)。之后，其將量化為ue的存儲器存儲的碼本集合中的vk(也是列向量)。相關系數(shù)可以計算為其中||x||2表示2-范數(shù)，定義為之后，αk被量化并通過上行鏈路控制信道或者共享的數(shù)據(jù)傳輸信道反饋給bs。

在用于fdd系統(tǒng)的稱為fdd-2的第二種方法中，csi由ue反饋。在這種方法中，所有ue的csi誤差估計為與下式同樣的值：其中d是碼本集合中任何兩個向量的平均距離。若碼本包含m個向量，則m可以計算為其中vi和vj表示碼本集合中的兩個不同的向量。另一種估計是其中0＜β＜1是可以由bs自身決定的縮放系數(shù)，dmax是碼本集合中任何兩個向量之間的最大距離。

稱為tdd-1的第三種方法用于tdd系統(tǒng)，其中，bs采用上行鏈路傳輸?shù)男诺阑ヒ仔垣@得下行鏈路csi。令第k個用戶的上行鏈路信道質量為則一種估計信道系數(shù)的可能方式是其中參數(shù)g是bs的發(fā)射天線的數(shù)目的函數(shù)，比如g＝n。

此外，bs可以根據(jù)ue的hip和ct來修正αk以補償由于ue的硬件的故障帶來的影響。

硬件故障是mu-mimo的限制因素。在一個實施例中，bs使用bs和/或ue中的電路的信息，比如ue的hip和ue操作的ct中包括信息，以便修正預編碼以補償硬件中的缺陷和非線性所帶來的影響。ue的hip可能包括捕獲ue的硬件中的缺陷和非線性的參數(shù)。hip可能也包括不同操作溫度下的這些參數(shù)。ue的hip可以在工廠或出售前或交付給用戶前加以特征化。這可以通過使用自動測試設備完成，所述自動測試設備可以包括溫度室，溫度室在操作溫度范圍中的不同溫度下測試ue以獲得其hip。包括其在不同溫度下的變化的hip可以存儲于數(shù)據(jù)庫或ue或兩者中。附圖3呈現(xiàn)了bs獲取ue的hip和ct的過程。該過程開始(附圖3中的標記16)于ue接入無線網(wǎng)絡(附圖3中標記17)，通常是第一次。之后，服務該ue的bs獲取ue的唯一設備標識(uniquedeviceidentity，udid)信息(附圖3中的標記18)。bs可以使用udid從可與骨干網(wǎng)或者中央處理節(jié)點連接的數(shù)據(jù)庫中請求hip和ct(附圖3中標記19)。數(shù)據(jù)庫也能被多個載波的網(wǎng)絡共享。bs檢測是否從數(shù)據(jù)庫中發(fā)現(xiàn)該信息(附圖3中標記20)。如果bs成功地獲得了該udid的hip和ct信息，該過程結束(附圖3中標記24)。bs可以要求ue周期性地發(fā)送ue的ct至bs，并且bs使用該ct確定合適的hip用于ue。如果bs無法獲得該udid的hip和ct，bs可以發(fā)送請求通知ue反饋回其hip和ct(附圖3中的標記21)。收到該請求后,ue通過上行鏈路控制信道或者共享數(shù)據(jù)信道發(fā)送其hip和ct至其服務bs(附圖3中標記22)。bs可以將該hip和ct發(fā)送至數(shù)據(jù)庫供存儲(附圖3中標記23)，使得將來不再要求相同的ue將其hip發(fā)送至網(wǎng)絡中的bs或者可訪問數(shù)據(jù)庫的任何bs。bs也可以為了更快速處理在本地保存hip的副本。此外，當ue從第i個bs移至第j個bs時需要移交的時候，第i個bs可以通過他們之間的骨干網(wǎng)或一些其他連接將該hip和ct信息發(fā)送至第j個bs。在多個bs共享中心節(jié)點用于基帶處理的實施例中，hip和ct可以被存儲或者緩存于中心節(jié)點以供所有鄰區(qū)bs獲取并降低移交開銷。由于hip包括硬件減損在不同溫度的特性，因此服務bs可以從ue周期性請求或接收ct，以便其可以將處于正確ct的hip用于處理以補償硬件減損。

盡管本發(fā)明的優(yōu)選實施例的以上描述已經(jīng)示出、描述或闡述了本發(fā)明的基礎創(chuàng)新特征或原理，但要理解，在不脫離本發(fā)明的精神的情況下，本領域技術人員可以進行所闡述的方法、要素或裝置、以及其使用的細節(jié)形式上的各種省略、替代和變化。因而，本發(fā)明的范圍不應當限于以上描述。而是，本發(fā)明的原理可以應用于廣闊范圍的方法、系統(tǒng)和裝置，以實現(xiàn)這里描述的優(yōu)點，以及同樣實現(xiàn)其他優(yōu)點或滿足其他目標。