使用定向天線的無線通信的方法及設備的製作方法

2023-07-15 00:24:41

使用定向天線的無線通信的方法及設備的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種方法，在所述方法中，基站將導頻信號分配給小區中的移動終端，從移動終端發射的上行鏈路導頻信號獲得CSI，使用所述CSI預編碼消息且依據TDD協議發射所述消息。通過比較從每一移動終端接收的所述導頻信號與和所述移動終端相關聯的已知導頻信號來獲得所述CSI。所述已知導頻信號根據導頻信號再使用模式與相應移動終端相關聯，在所述導頻信號再使用模式中，給鄰近小區分配相互正交導頻信號的相互正交再使用群組，且給定小區內的移動終端被限於僅發射分配給所述小區的導頻信號。
【專利說明】使用定向天線的無線通信的方法及設備

【技術領域】
[0001] 本發明涉及使用TDD發射的無線通信的方法及系統

【背景技術】
[0002] 長期以來已經知道空間多路復用技術可用於提高無線網絡的頻譜效率。（頻譜效 率描述每單位頻率的所發射數據速率，通常以位/秒/赫茲形式）。在空間多路復用的典型 實例中，多重發射天線陣列將消息疊加發送到多重接收天線陣列。假設已知信道狀態信息 (CSI)(即，相應發射-接收天線對之間的信道係數）。假如在相應信道係數之間存在低相 關，那麼發射器或接收器或發射器及接收器兩者可使用CSI來界定用於所發射消息中的每 一者的準獨立信道。因此，個別消息在接收天線陣列處是可恢復的。
[0003] 更近些時候，專家已提出空間多路復用技術的擴展，其中通過更大數目的基站天 線或類似物（本文中我們稱其為"服務天線"或簡稱為"天線"）來在同一時頻隙中同時為 移動或靜止用戶終端（本文中也稱為"終端"）的多重性服務。特定來說，當服務天線的數 目比終端的數目大得多時，此類網絡可稱為"大規模天線系統（LSAS)"。
[0004] 理論研究預測LSAS網絡的性能隨著服務天線數目的增加而有利地逐步升高。特 定來說，不僅存在頻譜效率增益，而且還存在能量效率增益。（能量效率描述總數據處理量 與總發射功率的比率且（例如）以位/焦耳測量）。
[0005] -個此研究為T.L.馬哲特（T.L.Marzetta)所著的"具有無限數目個基站天線的 非合作性蜂窩無線（NoncooperativeCellularWirelesswithUnlimitedNumbersof BaseStationAntennas) ",關於無線通信的電氣與電子工程師協會會幹"9(IEEETrans,on WirelessCommunications9)(2010 年 11 月）3590-3600,下文稱為"馬哲特 2010"。
[0006] 在一些方法中，基站可通過依賴於時分雙工（TDD)倒易性的程序獲得CSI。即，終 端在反向鏈路上發送導頻序列，基站可從所述導頻序列估計CSI。接著，基站可將CSI用於 波束形成。當每一終端可被指派相互正交導頻序列集中的一者時此方法十分有效。
[0007] 一般來說，被認為有利的是，使行動裝置在給定頻率上且甚至可能在所有頻率上 同步發射所有導頻序列，從而利用導頻序列的相互正交性。
[0008] 然而，可用正交導頻序列的數目是相對小的且可不大於相干時間與延遲擴展的比 率。單個小區內的終端可使用正交導頻序列，但通常將要求來自相鄰小區的終端再使用相 同導頻序列中的至少一些。導頻序列在不同小區中的此再使用產生導頻汙染的問題。導頻 汙染致使基站不僅將其消息承載信號波束形成到定位在同一小區中的終端而且波束形成 到定位在相鄰小區中的終端。這是所謂的定向幹擾。定向幹擾不會隨著基站天線的數目增 大而消失。實際上，定向小區間幹擾連同所要信號一起與基站天線的數目成比例地增大。
[0009] 舉例來說，如馬哲特2010中展示，隨著基站天線的數目在LSAS網絡中增大，由導 頻汙染引起的小區間幹擾將最終作為主要幹擾源而出現。
[0010] 一種用於使用下行鏈路信號的預編碼來減輕LSAS網絡中的定向幹擾的方法描 述於A.阿斯卡敏（A.Ashikhmin)及T.馬哲特所著的2011年12月19日申請的標題 為"具有小區間幹擾抑制的無線通信的大規模天線方法及設備（Large-ScaleAntenna MethodandApparatusofWirelessCommunicationwithSuppressionofIntercell Interference) "的第13/329834號共同待決美國專利申請案中，所述專利申請案轉讓給本 受讓人。
[0011] 然而，仍舊需要可減輕LSAS網絡中以及在每一基站處採用小天線陣列乃至單一 天線的無線網絡中歸因於導頻汙染的定向幹擾的問題的其它方法。


【發明內容】

[0012] 我們已發現此方法。在一個實施例中，我們提供一種新方法，其中基站將導頻信號 分配給小區中的移動終端，從由移動終端發射的上行鏈路導頻信號獲得CSI，使用CSI預編 碼消息且依據TDD協議發射所述消息。通過比較從每一移動終端接收的導頻信號與和所述 移動終端相關聯的已知導頻信號來獲得CSI。所述已知導頻信號根據導頻信號再使用模式 與相應移動終端相關聯，在所述導頻信號再使用模式中，鄰近小區被分配相互正交導頻信 號的相互正交再使用群組，且給定小區內的移動終端被限於僅發射分配給所述小區的導頻 信號。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1為說明歸因於導頻汙染的小區間幹擾的LSAS網絡的一部分的示意圖。
[0014] 圖2為說明快衰落係數與慢衰落係數之間的區別的LSAS網絡的一部分的示意圖。
[0015] 圖3為說明用於小區內發射及接收的傳播信道的LSAS網絡的一部分的示意圖。
[0016] 圖4為用於導致幹擾的小區間發射及接收的傳播信道的圖3的網絡部分的示意 圖。
[0017] 圖5為已根據本文中描述的實施例扇區化的LSAS網絡的小區的示意圖。
[0018] 圖6為其中每一小區具有六個扇區的導頻信號再使用模式的示意圖。
[0019] 圖7為其中每一小區具有四個扇區的導頻信號再使用模式的示意圖。
[0020] 圖8為其中小區具有可變數目個扇區的導頻信號局部扇區化再使用模式的示意 圖。

【具體實施方式】
[0021] 在以下論述中，術語"消息"表示待發射的數據的主體的整體或任何部分。消息可 以一或多個符號的形式編碼，每一符號具有一或多個二進位位的信息內容。術語"模塊"表 示任何專用電路或電路組合，或記錄在機器可讀存儲器中的任何指令集連同能夠實行所記 錄指令的通用或專用電路。
[0022] 在一個信道使用間隔期間從基站天線陣列發射的消息承載信號在此處稱為"符 號"。符號可以空間及頻率兩者分布，這是因為每一基站可具有多個用於發射的天線，且每 一符號可在多個0FDM副載波或"載頻調"上分布。
[0023] 術語"天線"是指與小區相關聯的基站天線。每一小區最多具有M個天線。術語 "終端"是指移動用戶終端。
[0024] 我們可互換地使用術語"導頻信號"及"導頻序列"，除非另有注釋。
[0025] 在說明性情境中，網絡具有總共L個小區。為方便起見，我們假設每一小區含有n 個用戶。所述網絡中使用的導頻信號的總數為K>n。導頻信號編號為1，...，K。給定小 區中的用戶發射正交導頻信號vk，k= 1，...，n。在我們的形式體系中，導頻信號表示為行 向量。每一行向量表示複雜基帶信號值序列。在實施方案中，所述序列為時間序列。在其 它實施方案中，所述序列可為（例如）時間及頻率兩者上的序列。即，序列的元素可以時間 及頻率區間發射。"正交"表示給定兩個導頻信號'，Vj，如果r尹j，那麼乘積' ? Vj*等於 零。在我們的表示法中，向量v*為向量v的共軛轉置，且由符號" ?"表示的運算為向量點 乘積。
[0026] 對於本說明，我們將假設相同導頻信號在所有小區中被再使用，且所述導頻信號 被分配給終端，使得在每一小區中，第k個終端被分配導頻信號k。隨後，我們將描述其中不 同小區被分配不同導頻信號群組的情境。
[0027] 在我們的表示法中，天線mi為小區i的第m個天線。終端kl為小區1的第k個 終端。
[0028]對於載頻調t，天線mi與終端kl之間的信道係數為

【權利要求】
1. 一種由服務於小區的基站執行的方法，其包括： 將導頻信號分配給所述小區中的移動終端； 從移動終端發射的上行鏈路導頻信號獲得CSI ; 使用所述CSI預編碼消息；及 依據TDD協議發射所述消息；其中： 通過比較從每一移動終端接收的所述導頻信號與和所述移動終端相關聯的已知導頻 信號來獲得所述CSI ;及 所述已知導頻信號根據導頻信號再使用模式與相應移動終端相關聯，在所述導頻信號 再使用模式中，給鄰近小區分配相互正交導頻信號的相互正交再使用群組，且給定小區內 的移動終端被限於僅發射分配給所述小區的導頻信號。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中： 所述被服務的小區具有經分配的再使用群組； 將所述被服務的小區分成至少四個指定類型的扇區，使得存在至少兩個扇區類型且鄰 近扇區必須具有不同類型； 將所分配的再使用群組劃分成對應於相應扇區類型的兩個或兩個以上子群組；且 執行所述將導頻信號分配給所述被服務的小區中的移動終端的步驟，使得每一類型的 扇區內的移動終端將僅發射所述類型的導頻信號。
3. 根據權利要求2所述的方法，其中執行所述將導頻信號分配給所述被服務的小區中 的移動終端的步驟，使得每一類型的扇區內的移動終端僅被分配所述類型的導頻信號。
4. 根據權利要求1所述的方法，其中所述基站為具有再使用因子3或更多的網絡的一 部分，且其中所述基站具有為導頻信號的三個相互正交再使用群組中的一者的經分配再使 用群組。
5. 根據權利要求4所述的方法，其中： 將所述被服務的小區分成六個扇區； 將每一扇區指派給兩種類型中的一者，使得鄰近扇區被指派給不同類型； 將所分配的再使用群組劃分成兩個子群組，其中每一者對應於所述兩個相應扇區類型 中的一者；及 執行所述將導頻信號分配給所述被服務的小區中的移動終端的步驟，使得每一類型的 扇區內的移動終端將僅發射所述類型的導頻信號。
6. -種用於服務於無線網絡的小區的基站設備，其包括： 數字存儲器裝置，其可操作以維持屬於經分配再使用群組的相互正交導頻信號的列 表，其中所述經分配再使用群組為根據導頻信號再使用模式指派給所述網絡的小區的兩個 或兩個以上導頻信號再使用群組中的一者，在所述導頻信號再使用模式中，給鄰近小區指 派相互正交導頻信號的相互正交再使用群組； 導頻模塊，其可操作以從所述數字存儲器裝置獲得所述經分配再使用群組的導頻信號 且將其作為可由所述移動終端發射的唯一導頻信號指派給所述小區中的移動終端； 無線電接收器設備，其經配置以從所述移動終端接收所述經分配再使用群組的導頻信 號且通過比較從每一移動終端接收的所述導頻信號與和所述移動終端相關聯的已知導頻 信號來從所述所接收導頻信號獲得CSI ; 信號處理器，其經配置以從所述無線電接收器設備獲得所述CSI且使用所述CSI預編 碼消息；及 無線電發射器設備，其經配置以從所述信號處理器接收所述經預編碼消息且依據TDD 協議發射所述經預編碼消息。
7. 根據權利要求6所述的基站設備，其中： 所述基站設備經配置以服務於分成至少四個扇區的小區的扇區，每一扇區具有指定類 型；且 所述導頻模塊經配置以在受到每一類型的扇區內的移動終端僅可發射對應類型的導 頻信號的限制的情況下指派所述導頻信號，其中： 存在至少兩個扇區類型； 鄰近扇區必須具有不同類型；且 所述經分配再使用群組中的所述導頻信號被劃分為對應於相應扇區類型的兩個或兩 個以上子群組。
8. -種由基站所服務的無線通信網絡的小區中的移動終端執行的方法，其包括： 從所述基站接收導頻信號的指派；及 將所指派的導頻信號發射到所述基站；其中： 所述經指派的導頻信號彼此正交且選自劃分成此處命名為第一類型、第二類型等等的 至少兩個相互排斥的類型的導頻信號群組； 所述小區具有劃分成兩個或兩個以上扇區類型的至少四個相異扇區，使得沒有兩個鄰 近扇區具有相同類型但至少兩個非鄰近扇區具有相同類型； 每一扇區類型與對應導頻信號類型相關聯；且 在受到每一類型的導頻信號僅可由佔據相同類型的扇區的移動終端發射的限制的情 況下執行所述經指派導頻信號的所述發射。
9. 根據權利要求8所述的方法，其中所述經指派導頻信號的所述發射包括發射一種類 型的導頻信號，且接著，在進入相同小區的新扇區之後，發射不同類型的導頻信號。
10. -種用於配置組織成若干小區的無線網絡的方法，其包括： 定義具有再使用因子至少2的再使用模式，使得存在至少兩個再使用小區類別，且每 一小區具有相應再使用類別；及 將來自至少兩個再使用群組的導頻信號分配給所述小區，其中所述導頻信號在每一再 使用群組內相互正交且跨域再使用群組相互正交，將來自每一再使用群組的導頻信號僅分 配給對應再使用類別的小區，且所述導頻信號用於由每一相應小區中的移動臺進行的上行 鏈路發射； 其中所述分配步驟包括將消息發射到每一小區中的基站，所述消息致使所述基站將識 別其經分配導頻信號的信息記錄在數字存儲器中。
【文檔編號】H04W16/14GK104322092SQ201380026178
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2013年5月15日 優先權日:2012年5月22日
【發明者】阿列克謝·阿西赫明, 託馬斯·L·馬爾澤塔 申請人:阿爾卡特朗訊