用於在多用戶-mimo通信網絡中確定信道質量指數的方法和裝置的製作方法

2023-05-31 17:37:46

專利名稱：用於在多用戶-mimo通信網絡中確定信道質量指數的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及無線通信系統中的信道質量信息的交換。更具體地，本發明涉及在支持多用戶(MU)多輸入和多輸出(MIMO)或MU-MIMO操作的諸如基於IEEE 802. 16的網絡的通信網絡中確定信道質量指數。
背景技術：
IEEE 802. 16是由IEEE(美國電氣和電子工程師協會)開發的一系列無線寬帶標準，在此通過引用全部併入。IEEE 802. 16e使用OFDMA(正交頻分多址)運載數據。IEEE 802. 16e支持自適應調製和編碼，使得當信道質量狀況相對較好時更高效，但是可能使用不那麼魯棒(robust)的編碼方案，例如64QAM(正交幅度調製)，以便最大化每單位時間能夠發送(transmit)的信道或數據總量。然而，當信道質量狀況相對較差時不那麼高效，但是可以使用更魯棒的調製和編碼方案，例如，BPSK(二進位相移鍵控)，以便提高信道質量(但是以更低的數據發送速率為代價)。根據信道狀況，可以支持任意數量的不同調製方案。例如，在最好的狀況下，可以選擇64QAM調製方案，而在最差的狀況下，可以選擇BPSK調製方案。當信道狀況處於兩種極端之間時，可以選擇在效率和魯棒性之間具有中間折中的其它中間調製方案，例如16QAM、QPSK等。為了改善的誤差檢測和校正性能，IEEE 802.16還支持混合自動重傳請求 (HARQ) οIEEE 802. 16的另一特徵是MIMO操作。MIMO是網絡中的收發機均具有多個發送和/或接收天線以允許能夠由發送器在希望的接收器的方向上實現定向波束模式和/或反之亦然、從而改善對於希望的接收器的信號強度而不增加發送器處的功率的特徵。MIMO還傾向於減少信道之間的幹擾並提高NL0S(非視距)特性。單用戶MIMO或SU-MIMO指的是其中僅有一個發送器和接收器在任意給定通信資源單元上在任意給定時間通信的MIMO的使用。多用戶MIMO或MU-MIMO是發送器(如基站) 使用MIMO在同一通信資源單元中同時向兩個不同接收器發送兩個不同信號的技術。更具體地，由於發送器能對發射波束進行波束成形，所以它能將希望對於一個接收器(如移動臺)的數據/信號導向該接收器，並將希望對於另一接收器的數據/信號導向該另一接收器。如果兩個波束被導向完全不同的方向並且兩個接收器離發送器足夠遠、使得在每個接收器處希望對於該接收器的數據信號實質上比希望對於在通信資源單元上操作的另一接收器的數據/信號強，則兩個接收器可以共享同一信道。眾所周知，在OFDM中，基站和移動臺之間的各下行通信信道實際上包括可用於網
5絡的總體時間和頻譜中的子載波頻率的特定子集和時隙(如，在幀內)的特定子集。如上所述，在MU-MIMO中，基站在時隙和頻率的同一子集內向兩個(或更多個)移動臺進行發送。 換句話說，在MU-MIMO中，基站在時隙和頻率的同一子集上支持兩個不同通信信道。這就是為了避免本說明書中的混淆在此使用術語「通信資源單元」指代時隙和頻率的給定子集、並且使用術語「通信信道」指代與單個移動臺的單個下行鏈路的原因。支持MU-MIMO操作的網絡經常將以SU-MIMO操作，直到呼叫負載超出特定閾值；然後將呼叫的一些或全部切換到MU-MIMO操作，以便支持更大數量的同時呼叫，儘管這樣具有較低的質量。在一些網絡中，當從SU-MIMO操作切換到MU-MIMO操作時，通信資源單元可以保持相同的大小(即，每單位時間佔用相同數量的子載波頻率和時隙)，並且恰好由兩個 (或更多個)移動臺共享。然而，在一些網絡中，對於MU-MIMO操作的通信資源單元可以是與SU-MIMO通信資源單元不同的大小(可能更大，每單位時間佔用更多的子載波頻率和/ 或時隙)，以便減輕對於共享MU-MIMO通信資源單元的每個移動臺的通信質量劣化，但是代價是總體呼叫容量的較小的增加。在具有自適應調製和編碼(AMC)的無線通信網絡(例如IEEE802. 16)中，一般是基站決定將要使用哪種調製和編碼方案。如上所述，這種決定通常基於信道(特別是下行信道)質量的某個測量。由於基站不能直接測量它自己的下行信道的質量，所以移動臺例如通過觀察下行信道中的導頻位、關於接收的數據的比特糾錯率等進行自適應以確定下行信道質量，然後在控制信道上將信道質量數據發送回基站。例如，在IEEE 802. 16中，移動臺向基站發送稱為CQI (信道質量指數)的參數。存在若干種在IEEE 802. 16中生成並發送CQI的技術，這些技術包括基於碼書的CQI和基於探測的CQI。在基於碼書的CQI中，存在有限數量的可能的CQI值，各CQI值對應於信道狀況。移動臺和基站都具有公開了這些可能的CQI值的含義的碼書。移動臺將CQI值發送到基站，這需要非常少的帶寬，基站將CQI 值插入碼書中以確定它表示的意思。例如，碼書可以揭示為4的CQI值表示基站應該選擇具有1/2編碼率的16QAM的調製方案，並且揭示其它。然而，當處於MU-MIMO模式時，每個移動臺可能有必要發送大量CQI數據，因為移動臺不具有關於它們與之共享通信資源單元的其它移動臺的任何信息。

發明內容
為了最小化與在支持MU-MIMO的無線通信網絡中從移動臺向基站發送CQI數據相關聯的控制信令開銷，基於SU-MIMO CQI數據、移動臺幾何數據、以及移動臺PMI (預編碼矩陣指數)數據估計MU-MIMO操作期間的CQI。更具體地，基站維護並更新將幾何數據和得知的幹擾預編碼器數據的影響與響應於從SU-MIMO操作切換到MU-MIMO操作的CQI值劣化相互關聯的知識池。然後，當基站從SU-MIMO操作切換到MU-MIMO操作時，它諮詢知識池， 對於每個相關移動臺預測CQI劣化並從已知的預切換SU-MIMO CQI反饋數據中減去CQI劣化，以預測對於該移動臺的後切換MU-MIMO CQI。這節省了與CQI和PMI反饋相關聯的非常大量的開銷通信，因為在MU-MIMO中，移動臺不知道它在MU-MIMO操作中與之共享通信資源單元的其它移動臺的身份。因此，每個移動臺將需要發送大量CQI數據，例如相對於不同幹擾移動臺的最好CQI和最差CQI，以便基站確定MU-MIMO信道中的信道質量。


圖1是表示實現本發明的示例性蜂窩通信網絡的框圖。圖2是示例性OFDM發送器架構的邏輯分解的框圖。圖3是示例性OFDM接收器架構的邏輯分解的框圖。圖4是例示響應於從SU-MIMO到MU-MIMO操作的切換的幾何和CQI劣化之間的相互關係的圖表。圖5是例示根據本發明一個特定實施方式的基站操作的流程圖。
具體實施例方式圖1例示了實現本發明的示例性蜂窩通信網絡的基本組件。基站控制器(BSC) 10 控制多個小區12內的無線通信，小區由相應的基站(BS) 14進行服務。在一些配置中，每個小區進一步分為多個扇區13或區域(未示出)。通常，各基站14便於使用OFDM與關聯於相應的基站14的小區12內的移動和/或無線終端(在下文中，移動臺)16通信。移動臺 16相對於基站14的移動導致信道狀況的重大波動。如所例示的，基站14和移動臺16均包括多個天線，以提供用於通信的空間分集。在一些配置中，可以設置中繼站15來協助基站 14和移動臺16之間的通信。移動臺16可以從任意小區12、扇區13、區域(未示出)、基站 14或中繼15切換到另一小區12、扇區13、區域(未示出)、基站14或中繼15。在一些配置中，基站14彼此通信，並經由回程網絡11與另一網絡(例如，核心網絡或網際網路，二者均未示出)通信。在一些配置中，不需要基站控制器10。在OFDM調製中，用於每個通信資源單元的發送帶劃分為多個正交載波。各載波根據要發送的數字數據而調製。因為OFDM將發送帶劃分為多個載波，所以與單載波技術相比，減少了每載波的帶寬，並增加了每載波的調製時間。由於多個載波並行發送，所以任意給定載波上的數字數據或符號發送速率低於單載波技術。OFDM調製利用對要發送的信息進行快速傅立葉逆變換(IFFT)。對於解調，對接收的信號進行快速傅立葉變換(FFT)恢復了發送的信息。在實踐中，分別由執行合適算法的數位訊號處理提供IFFT和FFT。相應地，OFDM調製的特性化特徵是對於發送資源單元內的多個帶生成正交載波。調製後的信號是具有相對低的發送速率、能夠保留在它們各自的帶內的數位訊號。各個載波不由數位訊號直接調製。相反，通過IFFT算法對載波一起進行調製。在操作中，OFDM優選地至少用於從基站到移動臺的下行傳輸。每個基站14配備有 η個發送天線，每個移動臺配備有m個接收天線。應該注意，利用合適的雙工器或切換器，各個天線能夠用於接收以及發送。參照圖2，將描述邏輯OFDM發送架構。最初，基站控制器10將向基站14發送希望由該基站14直接或藉助於中繼站15發送到各個移動臺16的數據。基站14可以使用與移動臺相關聯的CQI來調度用於發送的數據、並且選擇用於發送調度的數據的合適的調製和編碼方案。可以從移動臺16直接接收CQI，或者可以在基站14處基於移動臺16提供的信息確定CQI。在任一種情況下，對於每個移動臺16的CQI是信道幅度(或響應)在OFDM 頻帶上變化的程度的函數。
由數據加擾邏輯塊46按照降低與數據相關聯的峰均功率比的方式對調度的數據 44進行加擾，其中調度的數據44是比特流。由CRC添加邏輯塊48確定對於經加擾的數據的循環冗餘校驗(CRC)並將其附加到經加擾的數據。由信道編碼器邏輯塊50執行信道編碼，以有效地向數據添加冗餘，從而便利移動臺16處的恢復和誤差校正。再次，對於特定移動臺16的信道編碼是基於CQI。在一些實現中，信道編碼器邏輯塊使用已知的Turbo編碼技術。然後由速率匹配邏輯塊52處理編碼後的數據，以補償與編碼相關聯的數據擴展。比特交織器邏輯塊M對編碼後的數據中的比特系統地(systematically)重新排序，以最小化連續數據比特的損失。由映射邏輯塊56根據選擇的基帶調製將得到的數據比特系統地映射到相應的符號。優選地，使用QAM或QPSK調製。然而，如果信道質量特別差， 則也可以使用BSK或其它高魯棒調製技術。基於對於特定移動臺確定的CQI來優選地選擇調製度。可以由符號交織器邏輯塊58對符號系統地重新排序，以進一步增強發送的信號對由於頻率選擇性衰落(fade)而導致的周期性數據損失的免疫力。此時，比特組已經被映射到表示幅度和相位星座中的位置的符號。當期望空間分集時，接著由空時分組碼(STC)編碼器邏輯塊60處理符號分組，空時分組碼(STC)編碼器邏輯塊60按照使發送的信號更加抗幹擾並且更容易在移動臺16處解碼的方式修改符號。 STC編碼器邏輯塊60將處理進入的信號，並提供對應於基站14的發送天線數量的η個輸出。控制系統20和/或基帶處理器22將提供控制STC編碼的映射控制信號。此時，用於 η個輸出的符號表示要發送的數據，並且能夠被移動臺16恢復。假設基站具有兩個天線28，即η = 2，然後STC編碼器邏輯塊輸出兩個符號流。相應地，STC編碼器邏輯塊60輸出的符號流中的每個被發送到相應的IFFT處理器62，為了易於理解，分離地示出IFFT處理器62。本領域技術人員將意識到，一個或多個處理器可以用於單獨地或與這裡描述的其它處理器結合來提供這種數位訊號處理。IFFT處理器62優選地將對相應的符號操作，以提供其傅立葉逆變換。IFFT處理器62的輸出提供時域中的符號。時域符號被分組為與逐個前綴插入邏輯塊64相關聯的幀。由相應的數字上轉換(DUC) 和數模(DA)轉換電路66將得到的每個信號在數字域中上轉換到中頻，並轉換為模擬信號。 得到的(模擬)信號然後以期望的RF頻率同時調製、放大、並經由RF電路68和天線觀發送(發射)。應該注意，預期的移動臺16已知的導頻信號分散在子載波中。下面詳細討論的移動臺16將使用導頻信號進行信道估計。圖3例示了在移動臺16處直接從基站14或藉助於中繼15接收發送的信號的處理。一旦發送的信號到達移動臺16處的天線40中的每個，則由相應的RF電路70對各信號進行解調和放大。為了簡潔清楚起見，僅詳細描述和例示兩個接收器等分(receiver half) 中的一個。模數(A/D)轉換器和下轉換電路72對模擬信號進行數位化和下轉換，以用於數字處理。得到的數位化信號可以由自動增益控制電路(AGC) 74使用，以基於接收的信號電平控制RF電路70中的放大器的增益。最初，數位化信號被提供到同步邏輯塊76，同步邏輯塊76包括粗同步邏輯塊78， 粗同步邏輯塊78緩存若干OFDM符號，並計算兩個連續OFDM符號之間的自相關。得到的對應於相關結果的最大值的時間索引確定細同步搜索窗，細同步邏輯塊80使用細同步搜索窗來確定基於頭部的精確幀起始位置。細同步邏輯塊80的輸出便利了通過幀定位邏輯塊84的幀採集。合適的幀定位(alignment)很重要，使得隨後的FFT處理提供從時域到頻域的精確轉換。細同步算法是基於接收的由頭部運載的導頻信號與已知導頻數據的本地副本之間的相關性。一旦發生幀定位採集，則由前綴移除邏輯塊86移除OFDM符號的前綴，並將得到的採樣發送到頻率偏移校正邏輯塊88，頻率偏移校正邏輯塊88補償由發送器和接收器中的不匹配的本機振蕩器導致的系統頻率偏移。優選地，同步邏輯塊76包括頻率偏移和時鐘估計邏輯塊82，頻率偏移和時鐘估計邏輯塊82是基於頭部，以幫助估計對於發送的信號的這種影響，並將這些估計提供到校正邏輯塊88以正確地處理OFDM符號。此時，時域中的OFDM符號已經準備好用於使用FFT處理邏輯塊90轉換到頻域。結果是頻域符號，其被感測到處理邏輯塊92。處理邏輯塊92使用分散導頻提取邏輯塊94提取分散的導頻信號，使用信道估計邏輯塊96基於提取的導頻信號確定信道估計，並使用信道重構邏輯塊98提供對於所有子載波的信道響應。為了確定對於每個子載波的信道響應， 導頻信號實質是在時域和頻域中以已知模式分散在遍及OFDM子載波的數據符號中的多個導頻信號。處理邏輯塊92將接收的導頻符號與在特定時隙處特定子載波中期望的導頻符號進行比較，以確定對於發送導頻符號的子載波的信道響應。對結果進行插值，以估計對於剩餘子載波(不在其內提供導頻符號)的大多數(如果不是全部的話)的信道響應。實際和經過插值的信道響應用於估計總體信道響應，總體信道響應包括對於OFDM信道中的子載波的大多數(如果不是全部的話)的信道響應。頻域符號和信道重構估計(源自來自每個接收路徑的信道響應)被提供到STC解碼器100。STC解碼器100對兩個接收路徑提供STC解碼，以恢復發送的符號。信道重構信息向STC解碼器100提供足以在處理各個頻域符號時去除發送信道的影響的均衡信息。使用符號解交織器邏輯塊102將恢復的符號按順序放回，符號解交織器邏輯塊 102對應於發送器的符號交織器邏輯塊58。然後使用解映射邏輯塊104將解交織符號解調或解映射為相應的比特流。然後使用解交織器邏輯塊106對該比特進行解交織，解交織器邏輯塊106對應於發送器架構的比特交織器邏輯塊54。然後由解速率匹配邏輯塊108處理解交織後的比特，並將其呈現給信道解碼器邏輯塊110，以恢復初始加擾的數據和CRC校驗和。相應地，CRC邏輯塊112去除CRC校驗和，按照傳統方式校驗加擾的數據，並將其提供到解擾邏輯塊114，以用於使用已知的基站解擾碼進行解擾，從而恢復原始發送的數據116。與恢復數據116並行地，確定CQI或至少足以允許基站14創建CQI的信息，並發送到基站14。如上所述，CQI可以是載波幹擾比(CR)以及信道響應在OFDM頻帶中的各子載波上變化的程度的函數。對於此實施方式，將使用對於OFDM頻帶中的每個子載波的信道增益來發送相對彼此比較的信息以確定信道增益在OFDM頻帶上變化的程度。儘管多種技術可用於測量變化程度，但一種技術是計算對於用於發送數據的整個OFDM頻帶上的每個子載波的信道增益的標準差。圖1-3提供了可用於實現本發明的實施方式的通信系統的一個具體示例。應該理解，能夠利用具有不同於該具體示例、但是以與這裡描述的實施方式的實現兼容的方式操作的架構的通信系統實現本發明的實施方式。包括IEEE 802. 16、3GGP長期演進(LTE)和UMB的許多無線電信系統和標準已經採用了或至少支持基於碼書的閉環ΜΙΜ0，如上所述，這種MIMO允許移動單元發送非常小段的CQI數據，基站能夠使用碼書將該CQI數據轉換為關於信道質量的魯棒信息。而且如之前提到的，IEEE 802. 16、LTE和UMB也支持多用戶(MU)MIMO。MU-MIMO 允許網絡通過實質上使用空分多址(SDMA)在兩個或更多個移動臺之間共享單個OFDM通信資源單元來增加能夠同時支持的通信信道的數量。在基於碼書的MU-MIMO中，移動臺將它們的CQI和預編碼矩陣指數(PMI)值反饋回基站以供基站使用，用於確定使用什麼調製和編碼方案來與相應的移動臺通信等等。預編碼指的是通過對提供到每個發送天線的信號進行合適的加權來用多個發送天線進行波束成形、使得在接收器處最大化信號強度的處理。因此，PMI是移動臺發送到基站的、用於告知基站移動臺希望基站使用哪種特定預編碼方案進行從基站到移動臺的下行通信的數據集。然而，應該注意，許多通信網絡還允許基站忽略(override)移動臺的預編碼方案請求並選擇它自己的預編碼方案，並且告知移動臺該預編碼方案，使得移動臺能夠正確地從基站接收數據。在任意情況下，從移動臺發送到基站的CQI和PMI都指示信道質量。在MU-MIMO中，移動臺不知道它與之共享OFDM通信資源單元的其它移動臺或多個其它移動臺的身份。因此，必須發送大量CQI反饋，來為基站提供適當地足夠的信息，以便作出關於與這些移動臺利用哪些調製和編碼方案的知情(well informed)決定。例如，該信息可以包括分別用於SU-MIMO和MU-MIMO的多個CQI，例如，SU-CQI、最好MU-CQI、最差 MU-CQI，對於用於與其它移動臺通信的不同的可能預編碼方案，可能包括多個最好MU-CQI 和最差MU-CQI。(在下文中，給定移動臺與之共享OFDM通信資源單元的其它移動臺或多個其它移動臺有時將被稱作幹擾預編碼器或多個幹擾預編碼器。)這種增加的用於發送CQI 和PMI控制數據的控制信令開銷是不期望的。根據本發明，並不要求移動臺在進入並處於MU-MIMO模式時發送大量CQI反饋數據，而是基站併入知識池電路，該知識池電路維護並更新將移動臺幾何信息和/或得知的關於幹擾預編碼器的影響的信息與預期的CQI劣化相互關聯的知識池。然後將預期的 CQI劣化與處於SU-MIMO操作中時來自移動臺的CQI反饋數據相結合，以預測它的MU-MIMO CQI。更具體地，每個基站維護包括從幹擾預編碼器信息和用戶幾何信息到SU-MIMO CQI反饋劣化的映射的知識池。可以根據在SU-MIMO和MU-MIMO操作期間接收的HARQ(混合自動重傳請求)統計獲得關於幹擾預編碼器的影響的信息，如下面將更詳細描述的。幾何信息可以是指示信道質量的任意可用信息，例如SNR(信噪比)或BER(誤比特率)。在 Kumar, S. ；Monghal, G. ；Nin, J. ；Ordas, I. ；Pedersen, K. I. ；Mogensen, P. E, Autonomous Inter Cell Interference Avoidance under Fractional Load for Downlink Long Term Evolution,Vehicular Technology Conference,2009, VTC Spring 2009,IEEE 69th, published 12 June 2009 (ISSN 1550-2252 ；Print ISBN :978-1-4244-2517-4)中公開的一個實施方式中，該信息是一個移動臺接收的期望接收信號功率(Ps)與快速衰落時平均的總小區間幹擾(P1)和噪聲(Pn)之和的比值，即幾何(或G-因子)=Ps/ (P〗+PN)圖4是示出從SU-MIMO切換到MU-MIM0時幾何與CQI劣化之間的示例性相互關係的圖表。例如，當幾何因子低時(如_20dB)，從SU-MIMO切換到MU-MIMO操作時的平均CQI劣化是3dB。當幾何是0的dB時，從SU-MIMO切換到MU-MIMO導致了 4. 5dB的平均CQI劣化。幾何因子為IOdB時，切換導致了幾乎6dB的平均CQI劣化。因此，可以看出，當系統從 SU-MIMO切換到MU-MIMO時，移動臺的幾何對預期的CQI劣化量具有影響。可以通過使基站將它從SU-MIMO切換到MU-MIMO操作之後第一 OFDM幀中的HARQ 統計與從SU-MIMO切換到MU-MIMO操作之前最後一幀的HARQ統計進行比較，來收集不同幹擾預編碼器對CQI的影響。這兩個幀之間的自動重傳請求(ARQ)的增加通常與由於幹擾預編碼器導致的CQI劣化非常相關。在操作中，每個移動臺在SU-MIMO期間將其優選的單用戶PMI數據和其CQI數據反饋到基站。當基站決定調度MU-MIMO操作時，它將兩個或更多個移動臺配對以共享 MU-MIMO資源單元，並如知識池映射所指示的調整這兩個移動臺的CQI。資源單元是OFDM 子載波和時隙的特定組合。可能是與用於SU-MIMO相同的單元，或者可以是不同的單元。更具體地，基站中的電路接收從它的小區中的移動臺的每個接收的SU-MIMO CQI 並進行存儲。該電路還接收由這些移動臺中的每個報告的優選單用戶PMI並進行存儲。最後，移動臺還能配置為向基站發送幾何信息(例如前面提到的G-因子)，使得基站也接收每個移動臺的幾何信息並進行存儲。例如可以在網絡進入時並且在網絡進入之後其它合適的時間(例如，在固定間隔處和/或一旦發生特定定義事件時)確定幾何信息。當基站決定發起MU-MIMO操作時，它知道關於它的小區中的所有移動臺的PMI和 CQI，並且能夠使用此信息來確定在MU-MIMO資源單元中結合哪些移動臺。此時，對於將要與一個或多個其它移動臺置於MU-MIMO模式下的每個移動臺，基站處的預測電路能夠將該移動臺的最近幾何信息和從該移動臺將與之共享OFDM通信資源單元的其它移動臺接收的最近優選PMI插入到知識池中，並將預測的CQI劣化確定為該幹擾預編碼信息和幾何信息的函數。基站然後取得針對該移動臺的最後報告的SU-MIMO CQI值，並從中減去預期的 CQI劣化，以得到針對該移動臺的預期MU-MIM0CQI。對於共享通信資源單元的每個移動臺， 將完成此操作。基站中的預編碼選擇電路然後將基於該預期CQI從CQI碼書中選擇用於到該移動臺的下行傳輸的調製和編碼方案。可選地，預期CQI可應用某些進一步的偏移或校正因子。在一個實施方式中，能夠對於每個移動臺單獨地維護知識池。另選地，可以在單個知識庫中共同維護針對多個移動臺的數據，並且能夠使用針對多個移動臺的知識池信息來預測從SU-MIMO模式切換到MU-MIMO模式時各個移動臺的CQI劣化。此外，每個移動臺能夠維護它自己的知識池或整個網絡或其一部分(如BSC)，能夠在多個基站/小區或整個網絡上收集對於每個移動臺的信息。根據本發明的原理，知識池將幹擾預編碼器信息和/或幾何因子信息與CQI劣化相互關聯的特性能夠採取多種形式。在一個簡單示例中，可以在一個表中維護作為幹擾預編碼器調製方案的函數的期望的SU-MIMO到MU-MIMO的CQI劣化，可以在另一個表中維護作為幾何因子的函數的期望CQI劣化，並且能夠將來自表的兩個CQI劣化數目簡單地相加以獲得總體預測CQI劣化值。在更複雜的實施方式中，可以對將幹擾預編碼器調製方案和幾何因子在影響CQI 時彼此的任何相互關係中的因子利用算法。
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圖5是概念性例示根據本發明一個實施方式的原理的基站操作的圖。應該理解， 流程圖是概念性的，以便例示本發明主要的處理，而並不表示將包括許多其它處理和步驟的基站處理實際操作。此外，流程圖中的一些「步驟」表示動作，其連續發生，或者被中斷驅動使得它們在特定時間處不發生。實際上，流程圖中的總體步驟順序僅是示例性的。如步驟501所示，基站連續維護並更新將幹擾PMI和幾何信息與CQI劣化相關聯的知識池。在步驟503中，基站接收並存儲由相應小區內的每個移動臺請求的用於SU-MIMO 操作的優選PMI。在正常操作狀況下，基站實際上連續執行該步驟。接下來，在步驟505中，基站接收並存儲來自相應小區中的每個移動臺的CQI。再次，這是可以正常並連續地發生在基站中的操作，其作為正常操作協議的一部分。接下來，在步驟507中，基站讀取從每個移動臺接收的幾何因子。在正常操作狀況下，這也可以由基站連續執行。接下來，在步驟509中，當基站決定相對於一個或多個OFDM通信資源單元從 SU-MIMO模式切換到MU-MIMO模式時，流程將繼續直至到步驟511、513、515和517。另一方面，如果基站沒有決定切換到MU-MIMO模式，將不執行步驟511-517。相反，基站將簡單地繼續在正常SU-MIMO模式下操作，在圖中，這簡單地表示為返回第一步驟501的流程分支。當呼叫負載低於預定閾值時，基站通常將在SU-MIMO模式下操作，以便在每個信道中提供最高質量接收。然而，如果負載超過特定閾值(例如，可用信道數量)，則它將切換到MU-MIMO模式，以便服務增加的呼叫負載，儘管這樣很可能具有更低的信道質量。在此示例中，我們將假設在MU-MIMO模式下，僅有兩個移動臺在MU-MIMO中共享OFDM通信資源單兀。因此，在步驟511中，基站檢查要共享給定OFDM通信資源單元的兩個移動臺的 CQI,PMI和幾何因子。接下來，在步驟513中，對於這些移動臺中的每個，基站諮詢知識池， 以根據以下的函數來確定預測CQI劣化(1)該移動臺的幾何因子和( 另一移動臺的幹擾PMI。接下來，在步驟515中，基站從對於該移動臺的最後記錄的SU-MIMO CQI中減去預測CQI劣化，以確定對於該移動臺的新的MU-MIMO CQI。基站然後根據預測MU-MIMO CQI的函數為這些移動臺中的每個選擇調製方案和編碼方案，等等。最後，在步驟517中，對於共享通信資源單元的每個移動臺，基站將切換到 MU-MIMO模式之後第一幀中的HARQ信息與對於最近的SU-MIMO幀的HARQ信息進行比較，估計其它移動臺的幹擾預編碼器對這些移動臺中的每個的CQI的影響，並相應地更新知識池中的幹擾預編碼器信息。將會理解，本發明可以在基站、中繼站或網絡的其它節點內實現。這裡公開的處理可以整體地在網絡的單個節點內執行，或者可以分布在多個不同節點(例如一個或多個基站和基站控制器(BSC))中。此外，處理可以由任意數量的電路類型實現，包括但不限於編程通用計算機、數位訊號處理器、組合邏輯電路、模擬電路、專用集成電路(ASIC)、固件、硬體、軟體和前述中的任意的各種組合。此外，將會理解，這裡公開的許多步驟可以由常規上存在於基站或網絡的其它節點中的設備執行。僅作為一個示例，這裡討論的各種數據的發送和接收可以使用現有發送器、接收器、數據處理器、天線、以及已經存在於無線網絡的各節點中的用於執行網絡中的所有其它數據和控制信號通信的其它設備來執行。
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本發明不必需要對移動臺進行任何修改以根據本發明操作。然而，根據本發明的原理，能夠容易地修改其它移動臺以進行操作。如此已經描述了本發明的一些特定實施方式，各種變化、修改和改進對於本領域技術人員來說將是容易發生的。由於本公開而變得明顯的這些變化、修改和改進意圖是本說明書的一部分，儘管這裡沒有明確陳述，並且意圖在本發明的精神和範圍內。相應地，前述描述僅作為示例而非限制。本發明僅由下面的權利要求及其等同物中限定的進行限制。
權利要求
1.一種無線通信網絡中的基站，用於與多個移動臺無線通信，所述基站支持多用戶多輸入和多輸出MU-MIMO通信，包括發送器； 接收器； 多個天線；知識庫電路，維護每個移動臺的幾何和第一移動臺要在MU-MIMO操作中與之共享通信資源單元的每個其它移動臺的預編碼方案與基站和每個移動臺之間的通信信道質量對於單用戶MIMO操作相對多用戶MIMO操作的差異的相互關係的知識庫；確定電路，確定每個移動臺對於單用戶MIMO操作所選擇的預編碼方案、對於每個移動臺的單用戶MIMO信道質量數據、以及對於每個移動臺的幾何數據；以及預測電路，響應於將第一移動臺從單用戶MIMO操作切換到其中所述第一移動臺將與至少一個第二移動臺共享第一通信資源單元的多用戶MIMO操作，使用所述知識庫將對應於共享第一通信資源單元的移動臺中的每個的預編碼方案數據和幾何數據映射到對於第一移動臺和第二移動臺中的每個的預測信道質量劣化。
2.根據權利要求1所述的基站，其中，對於在MU-MIMO操作中共享所述第一通信資源單元的每個移動臺，所述預測電路使用知識池來確定由於從單用戶MIMO切換到多用戶MIMO 而導致的以下對信道質量的預測影響(a)該移動臺的幾何和(b)共享所述第一通信資源單元的每個其它移動臺的選擇的單用戶預編碼方案的幹擾效應。
3.根據權利要求2所述的基站，還包括預編碼器選擇電路，用於根據該移動臺的相應預測信道質量劣化和單用戶MIMO信道質量數據的函數選擇用於在MU-MIMO操作中共享所述第一通信資源單元的移動臺中的每個的下行通信的調製方案。
4.根據權利要求1所述的基站，其中所述基站在下行通信信道中使用正交頻分多址。
5.根據權利要求4所述的基站，其中信道質量信息包括經由天線從移動臺接收的信道質量指數CQI。
6.根據權利要求1所述的基站，其中所述知識庫電路為每個移動臺維護單獨的知識庫。
7.根據權利要求1所述的基站，其中所述知識庫電路為多個移動臺維護共同的知識庫。
8.根據權利要求1所述的基站，其中對於每個移動臺的幾何信息包括經由天線從移動臺接收的幾何因子。
9.根據權利要求1所述的基站，其中對於每個移動臺的幾何信息在網絡進入期間獲得。
10.根據權利要求1所述的基站，還包括用於從與之通信的移動臺接收混合自動重傳請求HARQ的電路；以及用於以下的電路(a)將對於在單用戶MIMO操作下與第一移動臺的通信的HARQ統計和對於在與至少一個第二移動臺共享通信資源單元的多用戶MIMO操作下與第一移動臺的通信的HARQ統計進行比較，所述至少一個第二移動臺使用特定預編碼方案來生成比較數據；以及(b)使用比較數據來估計至少一個第二移動臺的特定預編碼方案對第一移動臺的信道質量的影響，其中知識池中的關於通信信道質量與第一移動臺與之共享通信資源單元的至少一個第二移動臺的預編碼方案的相互關係的數據至少部分地從比較數據產生。
11.根據權利要求1所述的基站，還包括用於從與之通信的移動臺接收混合自動重傳請求HARQ的電路；以及用於以下的電路(a)將對於在單用戶MIMO操作下與第一移動臺的通信的HARQ統計和對於在進入與至少一個第二移動臺共享通信資源單元的多用戶MIMO操作之後的第一幀中與第一移動臺的通信的HARQ統計進行比較，所述至少一個第二移動臺使用特定預編碼方案來生成比較數據；以及(b)使用比較數據來估計至少一個第二移動臺的特定預編碼方案對第一移動臺的信道質量的影響，其中知識池中的關於通信信道質量與第一移動臺與之共享通信資源單元的至少一個第二移動臺的預編碼方案的相互關係的數據至少部分地從HARQ統計比較數據產生。
12.—種預測多用戶多輸入多輸出MU-MIMO操作中無線通信網絡中的基站和移動臺之間的下行信道質量的方法，該方法包括維護每個移動臺的幾何和每個移動臺要與之共享通信資源單元的至少每個其它移動臺的預編碼方案與基站和每個移動臺之間的通信信道質量對於單用戶MIMO操作相對多用戶MIMO操作的差異的相互關係的知識庫；確定每個移動臺對於多用戶MIMO操作所選擇的預編碼方案、對於每個移動臺的單用戶MIMO信道質量數據、以及對於每個移動臺的幾何數據；以及響應於將第一移動臺從單用戶MIMO操作切換到其中第一移動臺將與至少一個第二移動臺共享第一通信資源單元的多用戶MIMO操作，使用所述知識庫將對應於共享第一通信資源單元的移動臺中的每個的預編碼方案數據和幾何數據映射到對於第一移動臺和第二移動臺中的每個的預測信道質量劣化；以及根據預測信道質量劣化和單用戶MIMO信道質量數據的函數選擇用於共享所述第一通信資源單元的移動臺中的每個的下行通信的調製方案。
13.根據權利要求12所述的方法，其中，對於在MU-MIMO操作中共享所述第一通信資源單元的每個移動臺，映射使用知識池來預測由於從單用戶MIMO切換到多用戶MIMO而導致的以下對信道質量的影響(a)該移動臺的幾何和(b)共享所述第一通信資源單元的每個其它移動臺的選擇的預編碼方案的幹擾效應。
14.根據權利要求12所述的方法，其中選擇調製方案包括根據相應移動臺的單用戶 MIMO信道質量的另一函數選擇調製方案。
15.根據權利要求12所述的方法，其中基站在下行通信信道中使用正交頻分多址，並且信道質量信息包括由移動臺測量的信道質量指數CQI。
16.根據權利要求12所述的方法，還包括將對於在單用戶MIMO操作下基站與第一移動臺之間的通信的HARQ統計和對於在與至少一個第二移動臺共享通信資源單元的多用戶MIMO操作下基站與第一移動臺之間的通信的HARQ統計進行比較，所述至少一個第二移動臺使用特定預編碼方案來生成比較數據；以及使用比較數據來估計至少一個第二移動臺的特定預編碼器方案對第一移動臺的信道質量的影響，其中知識池中的關於通信信道質量與第一移動臺與之共享通信資源單元的至少一個第二移動臺的預編碼方案的相互關係的數據至少部分地從比較數據產生。
17.一種估計處於多用戶多輸入多輸出MU-MIMO操作時無線通信網絡中的基站和移動臺之間的下行信道質量的方法，所述網絡在下行通信信道中使用正交頻分多址OFDMA調製並支持單用戶MIMO SU-MIMO和MU-MIMO通信協議，該方法包括維護移動臺的幾何和第一移動臺要與之共享通信資源單元的至少第二移動臺的預編碼方案與基站和每個移動臺之間的下行通信信道質量對於SU-MIMO操作相對MU-MIMO操作的差異的相互關係的知識庫；確定每個移動臺對於多用戶MIMO操作所選擇的預編碼方案、對於每個移動臺的單用戶MIMO CQI、以及對於每個移動臺的幾何數據；以及響應於將第一移動臺從SU-MIMO操作切換到其中第一移動臺將與至少一個第二移動臺共享第一通信資源單元的MU-MIMO操作，使用所述知識庫將對應於共享第一通信資源單元的移動臺中的每個的預編碼方案數據和幾何數據映射到對於第一移動臺和第二移動臺中的每個的預測信道質量劣化。
18.根據權利要求17所述的方法，其中，對於在處於MU-MIMO操作時共享所述第一通信資源單元的每個移動臺，映射使用知識池來預測由於從單用戶MIMO切換到多用戶MIMO而導致的以下對信道質量的影響(a)該移動臺的幾何和(b)共享所述第一通信資源單元的每個其它移動臺的選擇的預編碼方案的幹擾效應。
19.根據權利要求17所述的方法，還包括根據該移動臺的預測信道質量劣化和SU-MIMO CQI的函數，選擇用於在處於MU-MIMO 操作時共享所述第一通信資源單元的移動臺中的每個的下行通信的調製方案。
20.根據權利要求17所述的方法，還包括將對於在處於單用戶MIMO操作時基站與第一移動臺之間的通信的HARQ統計和對於在處於與至少一個第二移動臺共享通信資源單元的多用戶MIMO操作時基站與第一移動臺之間的通信的HARQ統計進行比較，所述至少一個第二移動臺使用特定預編碼方案來生成比較數據；以及使用比較數據來估計至少一個第二移動臺的特定預編碼器方案對第一移動臺的CQI 的影響，其中知識池中的關於CQI與第一移動臺與之共享通信資源單元的至少一個第二移動臺的預編碼方案的相互關係的數據至少部分地從比較數據產生。
全文摘要
本發明涉及用於在多用戶-MIMO通信網絡中確定信道質量指數的方法和裝置。為了最小化與在支持MU-MIMO的無線通信網絡中從移動臺向基站發送CQI數據相關聯的控制信令開銷，基於SU-MIMO CQI數據、移動臺幾何數據、以及移動臺PMI(預編碼矩陣指數)數據估計MU-MIMO操作期間的CQI。更具體地，基站維護並更新將幾何數據和得知的幹擾預編碼器數據的影響與響應於從SU-MIMO操作切換到MU-MIMO操作的CQI值劣化相互關聯的知識池。然後，當基站從SU-MIMO操作切換到MU-MIMO操作時，它諮詢知識池，對於每個相關移動臺預測CQI劣化並從已知的預切換SU-MIMO CQI反饋數據中減去CQI劣化，以預測對於該移動臺的後切換MU-MIMO CQI。
文檔編號H04W24/00GK102484801SQ201080017560
公開日2012年5月30日 申請日期2010年4月21日 優先權日2009年4月21日
發明者R·諾瓦克, S·維茲克, 俞東生, 方莫寒, 袁軍, 馬江鐳 申請人:羅克之星Bidco有限合夥公司