本申請要求2015年1月16日提交的美國臨時(shí)申請no.62/104,088的權(quán)益。

本發(fā)明涉及多用戶多入多出(mu-mimo)無線通信，更具體地說，涉及mu-mimo系統(tǒng)中的波束成形。

背景技術(shù)：

為了滿足移動(dòng)數(shù)據(jù)的連續(xù)快速增長需求，無線產(chǎn)業(yè)需要可以按合理的成本將覆蓋區(qū)域中的非常高的數(shù)據(jù)率同時(shí)提供給包括在小區(qū)邊沿處的多個(gè)用戶的解決方案。當(dāng)前，無線電信產(chǎn)業(yè)關(guān)注于小型小區(qū)的密集部署(所謂的超密集網(wǎng)絡(luò))，以增加無線譜的空間重復(fù)使用作為用于滿足增長的移動(dòng)數(shù)據(jù)需求的解決方案。小型小區(qū)的密集部署需要大量回程并且產(chǎn)生高度復(fù)雜的小區(qū)間干擾。對于干擾問題的一種解決方案是需要謹(jǐn)慎的射頻(rf)測量和規(guī)劃以及小區(qū)間協(xié)調(diào)，這樣顯著地增加部署成本并且減少譜效率。另一解決方案是自組織網(wǎng)絡(luò)(son)技術(shù)，其感測rf環(huán)境，通過干擾和tx管理、協(xié)調(diào)的傳輸和切換相應(yīng)地配置小型小區(qū)。son以增加的管理開銷和減少的譜效率的代價(jià)減少對于謹(jǐn)慎的rf測量和規(guī)劃的需要。用于支持大量小型小區(qū)的回程網(wǎng)絡(luò)對于鋪設(shè)是昂貴的。

用于增加無線譜的空間重復(fù)使用的另一方法是mimo，尤其是多用戶mimo(mu-mimo)。在無線通信系統(tǒng)中，具有多個(gè)天線的無線節(jié)點(diǎn)、基站(bs)或用戶裝備(ue)可以在下行鏈路(dl)或上行鏈路(ul)中使用波束成形，以增加與其它無線節(jié)點(diǎn)的鏈路的信噪比(snr)或信干噪比(sinr)，因此數(shù)據(jù)率。mu-mimo可以在頻率和時(shí)間塊(例如資源塊(rb))中同時(shí)對多個(gè)ue進(jìn)行波束成形，即，使用空間復(fù)用以提供容量增長，而無需增加帶寬。在大型mimo或大規(guī)模mimo系統(tǒng)中，bs可以裝配有幾十至幾百個(gè)天線。為了bs使用多個(gè)天線對多個(gè)ue進(jìn)行波束成形，bs需要充分精確地獲知去往ue的dl信道(例如每個(gè)ue的dl信道狀態(tài)信息(csi))。然而，因?yàn)橐韵聝蓚€(gè)原因，所以通過在下行鏈路中發(fā)送基準(zhǔn)導(dǎo)頻直接獲得dlcsi并不是高效的：(1)bs上的大量天線將在下行鏈路中產(chǎn)生用于基準(zhǔn)信號的大的系統(tǒng)開銷；(2)需要很多比特以精確地量化csi，這樣在ul中產(chǎn)生反饋信道的過載。幸虧可以采用例如要求2013年12月20日提交的臨時(shí)專利申請61/919,032的利益的2014年12月20日提交的我們的pct申請pct/us14/71752中所描述的使用切換以創(chuàng)建信道互易性的時(shí)分雙工(tdd)系統(tǒng)中或頻分雙工(fdd)系統(tǒng)中的空中無線信道的互易性質(zhì)，以減少信道估計(jì)開銷。在該系統(tǒng)中，ue發(fā)送導(dǎo)頻信號(例如偵聽基準(zhǔn)信號(srs))，其在ul中由bs上的所有天線接收。bs通過接收到的導(dǎo)頻信號估計(jì)ulcsi，并且使用其以基于信道互易性估計(jì)dlcsi。.

附圖說明

圖1示出分布式大規(guī)模mimo(dm-mimo)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)將參照附圖，其中，相同標(biāo)號通篇指代相同部分。現(xiàn)在可以描述本發(fā)明示例性實(shí)施例。示例性實(shí)施例得以提供以示出本發(fā)明的各方面，并且不應(yīng)理解為限制本發(fā)明的范圍。當(dāng)參照框圖或流程圖描述示例性實(shí)施例時(shí)，每個(gè)塊可以表示方法步驟或用于執(zhí)行方法步驟的裝置元件。取決于實(shí)現(xiàn)方式，可以在硬件、軟件、固件或其組合中配置對應(yīng)裝置元件。下文中，導(dǎo)頻信號可以表示一個(gè)天線為了估計(jì)發(fā)送天線與一個(gè)或多個(gè)接收天線之間的信道所發(fā)送的信號。其可以又稱為基準(zhǔn)信號、信道估計(jì)信號或測試信號。

在以下描述中，天線用于指示包括例如混合波束成形系統(tǒng)中的除非上下文另外指示的rf電路和天線的rf路徑，一個(gè)rf路徑可以經(jīng)由波束成形電路(主要是模擬的)連接到多個(gè)天線元件。在該系統(tǒng)中，連接到同一rf路徑的所有天線元件在寬帶處理中可以看作單個(gè)等效天線。

本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例是一種用于無線網(wǎng)絡(luò)密集化以提供比部署密集小型小區(qū)更高的吞吐量以及更高譜效率的方法。實(shí)施例稱為分布式大規(guī)模mimo(dm-mimo)，如圖1所示，其包括：中央基帶單元(bbu)1，其受多用戶波束成形器(mu-bf器)2和集中式回程以及大量(幾十至幾百個(gè))遠(yuǎn)程無線電頭(rrh)3支持，rrh3中的每一個(gè)包含天線、rf收發(fā)機(jī)以及同步電路。它們可以放置在放置或規(guī)劃小型小區(qū)的地方或覆蓋區(qū)域中的其它位置中。每個(gè)rrh可以具有多個(gè)天線，并且所有rrh可以關(guān)于所有rrh可以覆蓋的整個(gè)區(qū)域中的真實(shí)“頻率重復(fù)使用1”在相同頻帶中進(jìn)行發(fā)送和接收。在需要改進(jìn)的覆蓋的情況下，可以添加rrh，而無需rf規(guī)劃。每個(gè)rrh經(jīng)由去程連接(其可以是經(jīng)由光纖、電纜或無線鏈路)連接到中央bbu。在去程連接上承載數(shù)字iq采樣或模擬rf信號。此外，中央bbu也可以通過每個(gè)rrh校準(zhǔn)時(shí)間延遲，并且相應(yīng)地調(diào)整它，以確保所有rhh所發(fā)送的信號在時(shí)間上得以同步。此外，中央bbu也可以通過每個(gè)rrh校準(zhǔn)時(shí)間延遲，并且相應(yīng)地調(diào)整它，以確保所有rhh所發(fā)送的信號在時(shí)間上得以同步。在一個(gè)實(shí)施例中，只要時(shí)間同步誤差處于系統(tǒng)循環(huán)前綴內(nèi)，時(shí)間同步的精度就是松弛的，并且各rrh之間的延遲的差異在信道模型中得以捕獲，而且在數(shù)字基帶處理中受處理。這樣減少多個(gè)rrh上的時(shí)間同步的成本和復(fù)雜度。在另一實(shí)施例中，無需多個(gè)rrh之間的載波相位的同步。反之，每個(gè)rrh的載波相位例如使用鎖相環(huán)(pll)電路鎖定到其所恢復(fù)的主基準(zhǔn)時(shí)鐘，因此，各rrh之間的相位差是固定的并且包括于信道模型中。因此，這些相位差在數(shù)字基帶中受處理。

mu-bf器例如使用迫零(zf)、規(guī)則化zf(rzf)、最小均方差(mmse)、臟紙編碼(dpc)或共軛波束成形(cb)執(zhí)行多用戶波束成形(mu-bf)，以用于所有rrh或rrh集群上的天線，以實(shí)現(xiàn)具有低波束間干擾的整個(gè)覆蓋區(qū)域上的高階空間復(fù)用。分配給bs的相同頻率資源或整個(gè)譜可以同時(shí)對很多ue波束化。當(dāng)rrh集群(只要集群中包含足夠數(shù)量的天線，其就可以包含一個(gè)或多個(gè)rrh)中的天線用于執(zhí)行mu-bf時(shí)，其稱為分布式mu-bf(dmu-bf)。在dmu-bf的一個(gè)實(shí)施例中，對于(相對于發(fā)送功率和大規(guī)模衰落)足夠遠(yuǎn)離開的rrh集群同時(shí)執(zhí)行使用相同頻率資源的信道估計(jì)或mu-bf，而無需擔(dān)心不同集群的各ue導(dǎo)頻信號或波束之間的干擾，因?yàn)樗鼈兺ㄟ^部署得以空間隔離。該實(shí)施例是高度可分級的，意味著大量rrh可以添加到dm-mimo系統(tǒng)，以部署在覆蓋區(qū)域上，從而dm-mimo系統(tǒng)可以對非常大量的ue(例如幾十至幾百個(gè)ue)同時(shí)對分配給bs的相同頻率資源或整個(gè)譜進(jìn)行波束成形。

多個(gè)bbu及其關(guān)聯(lián)dm-mimo系統(tǒng)可以部署得相鄰，以覆蓋較寬的區(qū)域。dm-mimo系統(tǒng)可以通過偵聽ue所發(fā)送的導(dǎo)頻或基準(zhǔn)信號獲得對相鄰dm-mimo系統(tǒng)中的ue的信道的估計(jì)，并且使用信道估計(jì)以計(jì)算預(yù)編碼矩陣，以使得其rrh的傳輸與對相鄰dm-mimo系統(tǒng)中的ue的信道是正交的。該實(shí)施例要求多個(gè)bbu及其關(guān)聯(lián)dm-mimo系統(tǒng)是同步的。該實(shí)施例要求多個(gè)bbu及其關(guān)聯(lián)dm-mimo系統(tǒng)是同步的。

如果經(jīng)由去程發(fā)送數(shù)字iq采樣，則dm-mimo需要高速去程。這些去程上的數(shù)據(jù)率典型地將顯著高于用于小型小區(qū)的回程的數(shù)據(jù)率。替代地，去程可以使用光纖上的rf(rfof)發(fā)送模擬信號。rrh與bbu之間的數(shù)字去程可以使用如圖1所示的星形或級聯(lián)連接或組合，其包括多用戶成形器(mu–bf器)2以及集中式回程所支持的中央基帶單元(bbu)1以及大量(幾十至幾百個(gè))遠(yuǎn)程無線電頭(rrh)3。此外，每個(gè)rrh經(jīng)由去程連接4連接到中央bbu。在室內(nèi)環(huán)境中，鋪設(shè)去程的成本可能與鋪設(shè)對密集地部署的小型小區(qū)的回程的成本相似，并且可能在一些應(yīng)用中是可接受的。然而，存在鋪設(shè)去程的成本太昂貴或不實(shí)際的室外或一些室內(nèi)環(huán)境。本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例使用高速無線鏈路，以提供對小型小區(qū)的去程，因此避免使用大量有線連接(例如對密集部署的小型小區(qū)的有線去程或?qū)Υ罅康姆植际絩rh的光纖去程)。實(shí)施例還使用以無線方式廣播主基準(zhǔn)時(shí)鐘信號，并且rrh中的每一個(gè)從無線廣播恢復(fù)主基準(zhǔn)時(shí)鐘信號，而且使用它以生成本地時(shí)鐘和載波信號以確保所有rhh使用相同載波頻率、以及相對于主基準(zhǔn)時(shí)鐘信號校準(zhǔn)的延遲和相位。

實(shí)施例可以還包括：部署具有去程的分布式rrh以形成dm-mimo網(wǎng)絡(luò)，對于每個(gè)rrh或每個(gè)rrh集群執(zhí)行第一等級波束成形，然后將該rrh或rrh集群中的每一個(gè)上的所有天線看作單個(gè)天線，并且在多個(gè)這些rrh或rrh集群之間執(zhí)行第二等級波束成形。

在另一實(shí)施例中，采用在中心位置處具有大量的天線的mu-mimobs，以提供對分布式rrh的空間復(fù)用的多流無線回程，其形成dm-mimo網(wǎng)絡(luò)。中央mu-bf器可以通過在空間復(fù)用的多流無線回程上發(fā)送信道信息和基帶采樣完成dm-mimo網(wǎng)絡(luò)的波束成形。

在又一實(shí)施例中，分布式rrh的子集用于執(zhí)行mu-mimo波束成形，即，僅包括rrh、afr和所選擇的ue的子集的信道的信道矩陣用在mu-bf器計(jì)算預(yù)編碼或檢測矩陣中，以對所選擇ue進(jìn)行波束成形。獨(dú)立于其它rrh正在進(jìn)行的操作完成該處理。當(dāng)rrh的兩個(gè)或更多個(gè)子集位于具有高程度的rf隔離度的區(qū)域中(即，從一個(gè)子集中的rrh因此ue到另一子集的rf信號的路徑損耗很大(例如-20db)(稱為rf不相交子集))時(shí)，兩個(gè)或更多個(gè)子集使用相同頻率資源獨(dú)立地或同時(shí)地執(zhí)行mu-mimo波束成形。此外，rf不相交子集的群組在時(shí)隙1使用相同頻率資源獨(dú)立地或同時(shí)地執(zhí)行mu-mimo波束成形，并且rf不相交子集的另一群組在時(shí)隙2使用相同頻率資源獨(dú)立地或同時(shí)地執(zhí)行mu-mimo波束成形。兩個(gè)群組可以重疊，意味著一些rrh可以屬于多于一個(gè)的群組。這是dm-mimo的空分和時(shí)分，緩解信道估計(jì)中的導(dǎo)頻污染的問題，并且通過減少信道矩陣的維度減少用于波束成形的計(jì)算負(fù)擔(dān)。

在mu-mimo波束成形中，不相關(guān)的信道是強(qiáng)烈地優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈儙淼驼{(diào)節(jié)數(shù)量的信道矩陣以及更高的容量。然而，在具有很多附近ue的區(qū)域(例如體育館中的大人群、實(shí)況賽事等)中，一些mu-mimo信道是高度相關(guān)的。一個(gè)實(shí)施例是一種用戶分組以改進(jìn)mu-mimo波束成形的方法，其包括：計(jì)算不同ue的信道的相關(guān)；將具有低信道相關(guān)的ue選擇到群組中；將頻率資源分配給ue的群組；在所分配的頻率資源上使用群組中的ue的信道矩陣計(jì)算預(yù)編碼和/或檢測矩陣；以及在所分配的頻率資源上執(zhí)行與群組中的ue的mu-mimo波束成形。此外，待在相同時(shí)隙受服務(wù)的ue可以劃分為兩個(gè)或更多個(gè)這些群組，其中的每一個(gè)得以分配可用頻率資源的一部分。

在mu-mimo系統(tǒng)中，與不同ue的信道的延遲擴(kuò)展可以顯著不同。較大的延遲擴(kuò)展對應(yīng)于短的相干帶寬，因此需要在更大量的頻率資源塊或子載波上計(jì)算預(yù)編碼和/或檢測矩陣。如果具有較短延遲擴(kuò)展以及具有較大延遲擴(kuò)展的信道在mu-mimo波束成形中混合在一起，則必須在具有較大延遲擴(kuò)展的tc所需的頻率資源塊或子載波的更精細(xì)的分辨率上計(jì)算預(yù)編碼和/或檢測矩陣。這樣因?qū)τ糜诰哂休^大相干帶寬的信道的較小頻率資源塊或子載波群組執(zhí)行不必要的計(jì)算而浪費(fèi)計(jì)算資源，和/或歸因于可以在硬件所允許的時(shí)間中處理的矩陣的大小減少可以在相同頻率資源上同時(shí)受服務(wù)的ue的數(shù)量。具有較大相干帶寬的信道僅需要在小數(shù)量的頻率資源塊上計(jì)算預(yù)編碼和/或檢測矩陣。一個(gè)實(shí)施例是一種用戶分組以用于高效mu-mimo波束成形計(jì)算的方法，其包括：估計(jì)不同ue的信道的延遲擴(kuò)展或相干帶寬；將具有相似延遲擴(kuò)展或相干帶寬的ue選擇到群組中；將頻率資源分配給ue的群組；在所分配的頻率資源上使用群組中的ue的信道矩陣計(jì)算預(yù)編碼和/或檢測矩陣；以及在所分配的頻率資源上執(zhí)行與群組中的ue的mu-mimo波束成形。此外，待在相同時(shí)隙受服務(wù)的ue可以劃分為兩個(gè)或更多個(gè)這些群組，其中的每一個(gè)得以分配可用頻率資源的一部分。

用戶分組和頻率分配還需要考慮其它ue信道條件(即信道質(zhì)量信息(cqi)、信道估計(jì)誤差(cee)以及ue速度指示信息(sii))，如2014年3月21日提交的題為“frequencyresourceallocationinmu-mimosystems”的臨時(shí)專利申請61/968,647中所描述的那樣。一個(gè)實(shí)施例估計(jì)信道參數(shù)，包括但不限于不同ue的信道的相關(guān)性、延遲擴(kuò)展或相干帶寬、cqi、cee和sii；基于這些ue的信道參數(shù)將它們選擇到群組中，從而其改進(jìn)系統(tǒng)性能，包括但不限于改進(jìn)的mu-mimo波束成形、增加的系統(tǒng)吞吐量、減少的計(jì)算負(fù)擔(dān)、減少的功耗；將頻率資源分配給ue的群組；在所分配的頻率資源上使用群組中的ue的信道矩陣計(jì)算預(yù)編碼和/或檢測矩陣；以及在所分配的頻率資源上通過群組中的ue執(zhí)行mu-mimo波束成形。此外，待在相同時(shí)隙受服務(wù)的ue可以劃分為兩個(gè)或更多個(gè)這些群組，其中的每一個(gè)被分配可用頻率資源的一部分。

雖然本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的前面描述已經(jīng)示出、描述或說明本發(fā)明的基本新穎特征或原理，但應(yīng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以進(jìn)行所示的方法、要素或裝置的細(xì)節(jié)的形式及其使用方面的各種省略、替換和改變。因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)限于前面描述。此外，本發(fā)明的原理可以應(yīng)用于廣泛范圍的方法、系統(tǒng)和裝置，以實(shí)現(xiàn)在此所描述的優(yōu)點(diǎn)并且實(shí)現(xiàn)其它優(yōu)點(diǎn)或同樣滿足其它目的。