用於確定預編碼權重的方法
2023-07-25 06:39:56 1
專利名稱：用於確定預編碼權重的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於確定通信系統中、尤其是具有可重新配置天線的MIMO或MISO系統中的預編碼權重的方法。
背景技術：
預編碼是一種支持MMO無線電系統中的多層傳輸的波束成形。仿真已經表明，預編碼提高無線通信系統的性能，並且因此它已被包含在LTE的標準化中。在預編碼中，多個流中的每個流從基站處的發射天線發射，其中每個天線具有獨立和適當的加權，使得吞吐量在基站與用戶設備(UE)之間最大化。可在UE計算預編碼權重，然後UE通知基站應當使用哪些預編碼權重。通常，僅使用在碼本中存儲的有限數量的預定義預編碼權重。碼本在基站和UE處均為已知的，因此當UE通知基站應當使用哪些預編碼權重時，UE僅需要發送與預編碼權重在碼本中具有的位置對應的編號(索引)。這個編號通常稱作預編碼矩陣指示符(PMI)。在基站使用的天線越多，在碼本中需要越多預編碼權重。未來的無線通信系統將可能在基站使用8個或更多天線，這將需要相當大的碼本。對於大碼本存在若干問題使用哪些預編碼權重的計算變得耗費時間和耗費能量；許多比特必須從UE發送給基站以通知要使用哪些預編碼權重；存在選擇與「非物理(un-physical) 」預編碼矢量對應的預編碼權重的較大概率。因此，需要通過每當可能的時候從預定碼本中去除這些非物理預編碼矢量來減小碼本的大小。未來的無線系統將在基站使用可重新配置天線，以便增加通信網絡的容量並且節省能量。可重新配置天線的兩個重要特徵是，它們能夠改變天線埠的波束指向和波束寬度，並且由此改變基站的輻 射圖和覆蓋區域。不同的預編碼權重將生成不同方向的預編碼波束。但是，通過可重新配置天線，基站處的天線單元的波束將隨時間而改變。如果由預編碼權重創建的預編碼波束指向與天線單元的輻射圖不同的另一方向，則天線將變得失配，並且將傳送提供給天線的功率的很少部分。
發明內容
本發明的一個目的是提供一種與現有技術方法相比，提高在基站與用戶終端之間進行通信時使用生成基站的所選覆蓋區域內的至少一個預編碼波束的預編碼權重的概率的方法。這個目的通過一種用於確定通信網絡中的基站與至少一個用戶設備之間的預編碼權重的方法來實現。所述基站配備了多個天線的天線結構，在覆蓋區域中提供覆蓋。預編碼權重被存儲在基站和至少一個用戶設備可用的碼本中。該方法包括選擇使用覆蓋區域的部分；在基站確定碼本中存儲的生成覆蓋區域的所選部分內的至少一個預編碼波束的預編碼權重子集；以及把所確定的生成覆蓋區域的所選部分內的至少一個預編碼波束的預編碼權重子集通知至少一個用戶設備。本發明的一個優點在於，更少比特必須從UE發送給基站以通知要使用哪些預編碼權重。本發明的另一個優點在於，更少計算必須在UE進行以查找最佳預編碼權重，這節省能量和時間。本發明的又一個優點在於，存在選擇生成所選覆蓋區域以外的預編碼波束的預編碼權重的更小概率，這將提高性能。本領域的技術人員通過詳細描述可發現其它目的和優點。
結合作為非限制性示例提供的下列附圖來描述本發明，其中
圖1示出現有技術的通信系統。圖2示出按照本發明的具有基站的所保持覆蓋區域的通信系統的第一實施例。圖3示出適合實現本發明的通信系統中的基站，它的天線結構具有覆蓋區域以及該覆蓋區域內的預編碼波束。圖4示出一種適合於實現本發明的基站，它的天線結構具有比圖3中要小的覆蓋區域。圖5示出一種適合於實現本發明的基站，它的天線結構具有比圖3和圖4中甚至更小的覆蓋區域。
圖6示出一種適合於實現本發明的基站，它的天線結構具有與圖5相比的備選覆蓋區域。圖7示出一種適合於實現本發明的基站，它的天線結構具有分為兩個部分的覆蓋區域。圖8和圖9示出按照發明方法所使用的對不同天線配置編索引的示例。圖10是示出發明方法的流程圖。
具體實施例方式圖1示出通過基站11 (BS)以及兩個用戶設備UEl和UE2來舉例說明的現有技術的通信網絡10，所述基站11 (BS)的天線結構具有可以是可重新配置天線的多個天線12。BS的各天線12具有相等輻射圖14、即覆蓋區域，並且包括多個天線單元13。但是，如果實現可重新配置天線，則輻射圖能夠因天線的可重新配置性而改變。窄波束a-g是在應用預編碼碼本中的預編碼權重時生成的預編碼波束。對於單層傳輸，每個預編碼波束對應於碼本中的一個索引，而對於多層傳輸，碼本中的一個索引表示若干預編碼波束。BS的天線結構響應於覆蓋區域14內的所應用預編碼權重而在不同方向生成預編碼波束。各用戶設備UEl、UE2收聽並且確定在與BS進行通信時要使用的優選的預編碼權重。此後，使用標識碼本中的預編碼權重的索引將這個信息傳送給BS。在這個示例中，UEl向BS傳送標識生成第三預編碼波束的預編碼權重的索引「C」。類似地，UE2向BS傳送標識生成第六預編碼波束的預編碼權重的「f」。BS由此得到關於在與UEl和UE2進行通信時應當優選地分別使用哪些預編碼權重的知識。
本發明的基本構思是減少UE與BS之間傳送的信息量，但是如果使用BS的完整覆蓋區域，則不可能減小碼本的大小。因此，僅當或者通過(如結合圖2所述)選擇使用可用覆蓋區域的部分，或者通過(如結合圖3-7所述)使用可重新配置天線改變覆蓋區域來進行了覆蓋區域的減小時，發明方法才是適用的。圖2示出實現確定預編碼權重的發明方法的通信網絡20的第一實施例。除了結合圖1所述的現有技術的系統之外，通信網絡20還包括在BS 11處的新功能性。使用覆蓋區域的部分的基本要求優選地通過選擇天線結構以將覆蓋區域限制到預定義部分來執行，在這種情況下，這可通過兩種方式來實現
i)對於各用戶設備UE1、UE2，識別優選的預編碼權重「c」、「f」，並且把所述優選的預編碼權重通知BS 11 ;以及使用覆蓋區域的部分的選擇是基於用戶設備所提供的優選的預編碼權重的信息，或者
)校準具有對應的無線電鏈和饋電電纜(未示出)的各天線12，以及使用覆蓋區域14的部分的選擇是基於每個經校準的天線12所提供的覆蓋，以便為用戶設備UE1、UE2提供覆蓋。BS 11的新功能性包括確定碼本中存儲的生成覆蓋區域14的所選部分內的一個或多個預編碼波束c、f的預編碼權重子集。但是，所確定的預編碼權重子集需要是BS、UE1和UE2已知的，以便以減少的信令使用預編碼波束c和f來實現通信，並且因此BS需要把所確定的生成覆蓋區域的所選部分內的預編碼波束c和f的預編碼權重子集通知用戶設備UEl和UE2。如果碼本被編索引，即，預編碼權重被確定為對應於至少一個索引，則將可用索引傳送給各用戶設備。優選地，進行碼本的更新索引化，並且將其轉發到UEl和UE2，如圖2所示。因此，在這個示例中，通過將碼本中的可用預編碼權重限制到生成覆蓋區域14的所選部分內的兩個預編碼波束c和f的預編碼權重，來限制可用預編碼波束的數量。天線結構的覆蓋區域14未改變(如點劃線所示)，但是可用預編碼波束c和f限制將要在UEl和UE2所在的覆蓋區域14的所選部分中使用的功率。圖3示出適合實現本發明的通信系統中的基站31，它的天線結構具有覆蓋區域34以及那個覆蓋區域34內的(在本例中)八個預編碼波束A-Η。在這個實施例中，該天線結構包括四個可重新配置天線32，各天線具有多個天線單元33。各天線具有與覆蓋區域34對應的相等輻射圖，但是與結合圖1所述的系統相對照，天線32的輻射圖能夠因天線的可重新配置性而改變。窄波束(預編碼波束)A-H是通過優選地設置在碼本中的預編碼權重所生成的波束，並且各波束對應於碼本中的一個索引，即，與使用本領域技術人員清楚知道的預編碼矩陣指示符(PMI)的預編碼權重對應的編號。圖4示出基站31，它的天線結構具有比圖3中要小的覆蓋區域。可重新配置天線32的輻射圖44已變成較小的波束寬度。由於較小的波束寬度，預編碼波束A、B、G和H將因它們指向天線結構的輻射圖44外部而不可使用。在這種情況下，碼本能夠減小到僅包含波束C-F。這將引起
-只有兩比特而不是三比特用於從UE (未示出)到BS 31的PMI反饋；
-在UE(未示出)查找最佳預編碼權重所必須進行的計算少得多，這節省能量和時間；-存在因例如信道估計誤差而可能選擇錯誤預編碼權重(這可能導致嚴重的性能降級)的更小概率。所述構思依賴於輻射圖/覆蓋區域44是正確的，並且假定天線單元33輻射圖是通過某種表徵或校準已知的。一種備選方案可能是基於來自UE (未不出)的所報告PMI的統計信息來確定可行的預編碼權重/PMI。圖5示出基站31，它的天線結構具有比圖3和圖4中甚至更小的覆蓋區域。可重新配置天線32的輻射圖54已變成甚至更小的波束寬度。由於較小的波束寬度，預編碼波束A-C和F-H將因它們指向天線的輻射圖54外部而不可使用。在這種情況下，碼本能夠減小到僅包含預編碼波束D和E。圖6示出基站31，它的天線結構具有與圖5相比的備選覆蓋區域64。與圖5中的輻射圖相比，可重新配置天線32的輻射圖64變成另一個指向。這使預編碼波束A-F因它們指向天線32的輻射圖64外部而不可使用。在這種情況下，碼本能夠減小到僅包含預編碼波束G和H。圖7不出基站,它的天線結構具有分為兩個部分74和75的覆蓋區域。與圖6相比，天線32的輻射圖變成還包括預編碼波束B和C。這使預編碼波束A和D-F因它們指向天線32的輻射圖74、75外部而不可使用。在這種情況下，碼本能夠減小到僅包含預編碼波束 B、C、G 和 H。圖8和圖9示出在BS通知UE(未示出)可用預編碼權重時可能使用的對不同天線配置編索引的示例。 圖8示出預定天線配置，其中，生成相鄰預編碼波束(例如A和B)的預編碼權重通過「I」來索引。類似地，生成預編碼波束B和C的相鄰預編碼權重通過「2」來索弓丨。這些預定天線配置也存儲在BS和UE均可用的碼本中，當在基站選擇了與圖7中的部分74和75對應的覆蓋區域時，把可用預編碼波束B、C、G和H通知UE(未示出)只需要用兩個索引，即，索引「2」和「7」，但是仍然需要將兩個比特用於從UE(未示出)到BS 31的PMI反饋，因為四個預編碼波束是可用的。在應當使用三個相鄰預編碼波束、例如預編碼波束D-F的情況下，只需要把索引「4」和「5」傳遞給UE(未示出)以指示哪些預編碼波束是可用的。圖9示出其它的預定天線配置，其中，生成四個相鄰預編碼波束(例如A-D)的預編碼權重通過「8」來索引。它們如圖8所示來使用。使用預定天線配置的主要目的在於，天線可設置成預定配置，以便為當前用戶設備提供覆蓋，以及除了所確定的預編碼權重之外，還把預定配置通知用戶設備。在上述實施例中，在基站確定預編碼權重子集，並且把該子集通知用戶設備。但是，有可能構造一種具有至少兩個分開的預編碼權重集合的碼本(與具有分開的碼本集合相似)，以及選擇子集的步驟包括從碼本中選擇分開的集合其中之一。例如，有可能具有四個分開的預編碼權重集合，其中，第一集合指示生成天線結構所產生的最大可能覆蓋區域內的全部預編碼波束(例如圖1中的預編碼波束a-g)的預編碼權重。第二集合指示生成預編碼波束a和b的預編碼權重；第三集合指示生成預編碼波束c-e的預編碼權重；以及第四集合指示生成預編碼波束f和g的預編碼權重。圖10示出說明用於確定如上所述的通信網絡中的基站與至少一個用戶設備之間的預編碼權重的發明方法的流程圖。基站的天線結構在覆蓋區域中提供覆蓋，以及預編碼權重是基站和各用戶設備已知的，優選地存儲在碼本中。該流程開始於步驟80，以及在步驟81，各用戶設備(UE)識別與優選的預編碼波束對應的預編碼權重。此後，在步驟82，每個UE將信息傳遞給基站。如前面所提及，在步驟83選擇基站的覆蓋時，可以使用或者可以不使用這個信息。在步驟83，優選地通過使用可重新配置天線改變天線的輻射圖，在基站選擇覆蓋區域的部分。該流程繼續進行到步驟84，其中，在基站確定碼本中存儲的預編碼權重子集。該預編碼權重子集生成覆蓋區域的所選部分內的至少一個預編碼波束。此後，在步驟85，把所確定的生成覆蓋區域的所選部分內的一個或多個預編碼波束的預編碼權重子集通知每個UE。在來自用戶設備的信息被用於確定預編碼權重子集的情況下，該流程反饋回到步驟81。如果使用可重新配置天線，則基站知道可重新配置天線的波束寬度和波束指向，並且因此能夠找出哪些預編碼波束指向這些可重新配置天線波束以內。基站將碼本更新成僅包含可使用(可用)預編碼波束，這意味著已更新碼本是原始碼本的子集。基站則通知UE在已更新碼本中使用哪些預編碼權重集合。應當提到，通信系統優選為MMO或MISO系統。此外，本發明可適用於非可重新配置天線以及可重新配置天線，如上所述。基站處的天線的最小數量是兩個天線。所述發明方法可適用於具有可重新配置天線的基站，其中，波束指向和/或波束寬度以任意頻 率(例如每秒一次或者每年一次)來改變。波束寬度和波束指向可使用電或機械手段來改變，這是本領域技術人員眾所周知的。所選輻射圖內的窄波束(即，預編碼波束)的數量優選地處於I至16(1-16)的範圍之內。基站的新功能性(即，響應於覆蓋區域的所選部分而確定預編碼權重子集以及把該子集通知用戶設備)是在可訪問存儲器中存儲的預編碼權重的處理單元中實現的。如果覆蓋區域的部分的選擇是基於從用戶設備接收的信息，則這個功能性也在處理單元中實現。用戶設備還必須能夠在收到基站通知時，例如通過更新碼本來減少可使用的預編碼權重。縮寫詞
BS基站LTE長期演進MIMO多輸入多輸出PMI預編碼矩陣指示符MISO多輸入單輸出UE用戶設備。
權利要求
1.一種用於確定通信網絡中的基站與至少一個用戶設備之間的預編碼權重的方法，所述基站配備了具有多個天線的天線結構，所述天線結構在覆蓋區域中提供覆蓋，所述預編碼權重被存儲在所述基站和所述至少一個用戶設備可用的碼本中，其特徵在於，所述方法包括 a)選擇使用所述覆蓋區域的部分， b)在所述基站確定所述碼本中存儲的生成所述覆蓋區域的所選部分內的至少一個預編碼波束的預編碼權重子集，以及 c)把所確定的生成所述覆蓋區域的所選部分內的所述至少一個預編碼波束的預編碼權重子集通知所述至少一個用戶設備。
2.如權利要求1所述的方法，其中，步驟a)還包括選擇所述天線結構以限制對所述覆蓋區域的所述部分的覆蓋。
3.如權利要求1或2所述的方法，其中，所述天線結構響應於所應用預編碼權重而在不同方向生成預編碼波束，所述方法還包括將所述碼本中的可用預編碼權重限制到生成所述覆蓋區域的所述所選部分內的所述至少一個預編碼波束的預編碼權重。
4.如權利要求1-3中的任一項所述的方法，其中，所述方法還包括對於各用戶設備，識別優選的預編碼權重，並且把所述優選的預編碼權重通知所述基站；以及a)中的選擇步驟是基於所述至少一個用戶設備所提供的所述優選的預編碼權重的信息。
5.如權利要求1-3中的任一項所述的方法，其中，具有對應的無線電鏈和饋電電纜的各天線被校準，並且a)中的選擇步驟是基於每個經校準的天線所提供的覆蓋，以便為所述至少一個用戶設備提供覆蓋。
6.如權利要求5所述的方法，其中，步驟a)還包括將所述天線設置成預定配置，以便為所述至少一個用戶設備提供覆蓋。
7.如權利要求6所述的方法，其中，步驟c)還包括除了所確定的預編碼權重之外，把所述預定配置通知所述用戶設備。
8.如權利要求1-7中的任一項所述的方法，其中，所述碼本包括至少兩個分開的預編碼權重集合；以及選擇子集的步驟包括從所述碼本中選擇所述分開的集合其中之一。
9.如權利要求1-8中的任一項所述的方法，將所述通信系統選擇為MMO系統或MISO系統。
10.如權利要求1-9中的任一項所述的方法，將所述基站的所述多個天線選擇為可重新配置天線，由此所述基站的所述覆蓋區域可隨時間而改變。
11.如權利要求1-10中的任一項所述的方法，其中，所述碼本被編索引，並且步驟b)中確定的所述預編碼權重對應於至少一個索引，以及其中，步驟C)包括向所述用戶設備傳送所述至少一個索引。
12.—種基站，配置成與通信網絡中的至少一個用戶設備進行通信，所述基站配備了具有多個天線的天線結構，所述天線結構在覆蓋區域中提供覆蓋，以及生成預編碼波束的預編碼權重被存儲在所述基站和所述至少一個用戶設備可用的碼本中，其特徵在於，所述基站配置成確定所述碼本中存儲的生成所述覆蓋區域的所選部分內的至少一個預編碼波束的預編碼權重子集，並且把所確定的生成所述覆蓋區域的所選部分內的所述至少一個預編碼波束的預編碼權重子集通知所述至少一個用戶設備。
全文摘要
本發明涉及一種用於確定通信網絡中的基站與一個用戶設備之間的預編碼權重的方法。基站配備了具有多個天線的天線結構，並且天線結構在覆蓋區域中提供覆蓋。預編碼權重被存儲在基站和用戶設備可用的碼本中。該方法包括選擇使用覆蓋區域的部分；在基站確定碼本中存儲的生成覆蓋區域的所選部分內的至少一個預編碼波束的預編碼權重子集；以及把所確定的生成覆蓋區域的所選部分內的至少一個預編碼波束的預編碼權重子集通知所述一個用戶設備。
文檔編號H04B7/04GK103039019SQ201080068566
公開日2013年4月10日 申請日期2010年8月16日 優先權日2010年8月16日
發明者A.尼爾森, F.阿特利 申請人:瑞典愛立信有限公司