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CN101816203A - 用于无线通信的开环多天线模式的秩自适应 - Google Patents

用于无线通信的开环多天线模式的秩自适应 Download PDF

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CN101816203A CN200880110621A CN200880110621A CN101816203A CN 101816203 A CN101816203 A CN 101816203A CN 200880110621 A CN200880110621 A CN 200880110621A CN 200880110621 A CN200880110621 A CN 200880110621A CN 101816203 A CN101816203 A CN 101816203A
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Abstract

在无线网络中执行移动站的秩自适应，确定移动站是否在快速移动。响应于确定移动站在快速移动，选择开环多天线模式以执行移动站和基站之间的无线通信。并且，根据移动站和基站之间的开环多天线模式从用于无线通信的多个秩之中选择。

Description

用于无线通信的开环多天线模式的秩自适应
技术领域
本发明大体上涉及用于移动站和基站之间的无线通信的开环多天线模式的秩自适应(rank adaption)。
背景技术
各种无线接入技术已经提出或实现以使移动站能够与其他移动站或与耦合于有线网络的有线终端进行通信。无线接入技术的示例包括GSM(全球移动通信系统)和UMTS(通用移动电信系统)技术，其由第三代合作伙伴计划(3GPP)定义；和CDMA2000(码分多址2000)技术，其由3GPP2定义。
作为无线接入技术的继续演进的一部分以提高频谱效率、改进服务、降低成本等等，已经提出新的标准。一个这样的新标准是来自3GPP的长期演进(LTE)标准，其试图增强UMTS无线网络。
根据LTE，使用从移动站反馈到基站的信息而使秩自适应可满足信道依赖预编码(闭环)MIMO(多输入，多输出)无线传输。MIMO指在发送侧和/或接收侧多天线的使用。秩自适应指对于移动站和基站之间的无线通信从多个秩中选择，例如秩1和秩2。“秩1”指在基站和移动站之间传送数据的无线信道仅使用单层。利用这样的单层通信，相同的信号从发送天线中的每个发射(使得提供冗余)，其具有适当相位(以及有时是增益)编码使得信号功率在接收器输入处最大化。“秩2”指用于在基站和移动站之间传送数据的特定无线信道能够使用两层，其采用小区扇区(cell sector)中的沿多个路径的多个空间束。利用秩2通信，独立数据可以在多个束中发送以增加移动站和基站之间的无线通信中的数据吞吐量。其他的秩也是可能的，例如秩4等等。
由移动站作为信道依赖预编码(闭环MIMO)的一部分反馈到基站的信息包括索引(index)以识别用于编码将在下行链路无线信道上从基站发送到移动站的数据的代码字。这样的索引在LTE环境中称为预编码矩阵索引(PMI)。不同的索引用于选择不同的代码字。反馈信息还包括由移动站确定待使用的秩。秩信息的这样的反馈使秩自适应成为可能，其中多个秩中的一个可以选择用于无线通信。待应用于下行链路数据(待由基站发送)的预编码(秩和代码字)然后从秩和PMI信息确定。通过基于来自移动站的反馈信息应用预编码(包括秩自适应)，可以提高小区或小区扇区内的无线数据通信的吞吐量和可靠性。
然而，用于闭环MIMO传输的常规预编码仅对于相对缓慢移动的移动站是有效的，使得当预编码由基站应用时由移动站反馈到基站的信息(特别地，PMI信息)不过期。当移动站的速度增加时，用于闭环MIMO传输的预编码可能不是有益的。
发明内容
一般，根据实施例，在无线网络中对移动站执行秩自适应的方法包括确定移动站是否在快速移动。响应于确定移动站在快速移动，选择开环多天线模式以进行移动站和基站之前的无线通信。然后根据移动站和基站之间的开环多天线模式进行无线通信的多个秩之中的选择。
其他或备选特征将从下列说明、附图和权利要求变得清楚。
附图说明
图1是根据实施例的通信网络的框图，其包括根据开环多天线模式对无线通信使用秩自适应的无线网络；
图2图示根据实施例描绘多天线模式的图表，其基于探测的无线信道质量和移动站的速度而被选择性地使用；以及
图3和4是根据一些实施例对于开环多天线模式执行秩自适应的过程的流程图。
具体实施方式
在下列说明中，阐述许多细节以提供对一些实施例的理解。然而，本领域内那些技术人员将理解一些实施例可在没有这些细节的情况下实行并且从描述的实施例的许多变化或改动可以是可能的。
在包含本发明的一些实施例的无线网络中，各种多天线模式可以在下行链路无线信道(从基站到移动站)上得到支持，下行链路无线信道例如物理下行链路共享信道(PDSCH)或其他类型的数据信道。PDSCH信道是在由第三代合作伙伴计划(3GPP)定义的长期演进(LTE)无线网络中存在的信道。3GPP LTE技术是UMTS(通用移动电信系统)技术的演进，UMTS也由3GPP公布。尽管根据一些实施例参照LTE技术，注意这些技术还可以应用于其他无线技术，例如CDMA2000(码分多址2000)技术，其由3GPP2定义，或其他无线接入技术。并且，尽管接着的论述针对应用于下行链路通信的技术，注意到本发明的一些实施例也可以应用于上行链路通信。
多天线模式可以是MIMO(多输入，多输出)模式，其中在发送器使用多个发送天线而在接收器使用多个接收天线。在一些实施例中，可以由无线网络支持的各种多天线模式包括闭环MIMO模式和开环MIMO模式。闭环MIMO模式指其中下行链路数据使用根据来自移动站的反馈信息(包括秩信息、代码字的索引和其他信息(例如，无线信道质量的指示，例如信道质量指示符或CQI等))确定的预编码而被预编码的MIMO模式。索引(或其他类型的标识符)允许基站从多个可能的代码字之中选择以用于编码下行链路数据。
利用开环MIMO模式，固定的(或预定的)代码字(而不是如与闭环MIMO一起使用的可变代码字)用于编码下行链路数据。结果，基站应用固定的(或预定的)代码字到下行链路数据。利用开环MIMO模式，不需要来自移动站的PMI反馈。备选地，代替使用固定的或预定的代码字，而可以使用预定代码字序列。
根据一些实施例，可以探测移动站的速度，并且多天线模式可以基于移动站的速度选择。当移动站速度相对低时，那么可以使用闭环MIMO模式，其中可以追踪信道中的变化，并且移动站能够选择将用于编码下行链路数据的代码字。选择的代码字采用选择的代码字的索引的形式(或其他标识符)反馈给基站。可以由移动站探测的信道中的变化包括基于移动站的位置的信道状态改变，基于移动站距离基站的距离的路径损耗，由基站附近障碍物引起的遮蔽(shadowing)，和其他因素。
代码字可以从包括许多条目(包含可以选择性用于编码数据的对应代码字)的代码本中选择。在一些示范性实现中代码本可以设置为矩阵。矩阵可以具有对应于代码本索引的行，和对应于秩的列。从而，代码本中的许多代码字对应于秩1，而代码本中的其他代码字对应于秩2。代码本还可以包括对应于其他秩的条目。如上文指出的，利用闭环MIMO通信，秩信息和索引(在LTE环境中称为预编码矩阵索引或PMI)可以从移动站反馈到基站。这允许基站选择代码字以应用于下行链路通信(从基站到移动站)。
对于缓慢移动的移动站，基站还执行局部信道分配，其中连续的物理资源块(RB)分配给给定移动站。物理资源块指时域中的限定数量的连续符号和频域中的许多连续副载波。
然而，闭环MIMO(信道依赖预编码)的有效性在涉及高速移动站的情况下折衷。“高速移动站”或“快速移动的移动站”是在大于一些预先限定的阈值的速度下移动的移动站，例如大于30千米每小时(km/h)。当移动站在快速移动时闭环MIMO的有效性折衷，因为由移动站提供的反馈(包括PMI)可能相对快速地变为过期的，使得由基站根据来自移动站的反馈做出的任何决定可能不能提供最佳的结果。并且，对于快速移动基站，通常使用分布式或分集信道分配，其中分配给给定移动站的资源块不必是连续的并且可能来自频带的不同部分。因为带的不同部分的秩是不同的，快速移动的移动站的闭环MIMO由于该进一步的原因而不是有效的。
结果，根据一些实施例，对于高速移动站，固定(或预定)代码字用于执行从基站发送到移动站的下行链路数据的编码。固定(或预定)预编码的使用是用于下行链路数据到高速移动站的传输的开环MIMO模式的一部分。
除使用固定(或预定)预编码外，秩自适应还可以根据一些实施例用于开环MIMO模式以增强通信吞吐量和可靠性。例如，在一些实施例中，对于开环MIMO模式，秩1或秩2可以基于无线信道状态选择。例如，秩自适应可以基于长期SINR(信号干扰加噪声比)。“长期”SINR指当前测量的SINR和之前测量的SINR的某种聚合。该聚合可以是平均值或备选地可以是一些其他的聚合(例如，中间值、总和，等等)。在其他实施例中，代替使用SINR提供无线信道质量的指示，而可以使用一些其他类型的参数。
基本上，“差的”信道状态(相对于预定或另外建立的标准)将指示将使用秩1通信，而“较好”质量的信道状态(相对于这样的标准)将指示可以使用秩2通信。在一些实现中，秩1方案是发送分集方案，其中相同的信息(冗余信息)在不同的路径(空间束)上发送到移动站以增加移动站将接收到下行链路数据的可能性。例如，发送分集格式可以是空间频率块编码(SFBC)格式。
秩2通信提供空间复用，其中发送器的两个天线用于发送独立的下行链路数据以由接收器的对应天线接收。因而，根据一些实施例，对于具有高移动性(高速度)的移动站，向开环多天线模式提供动态秩自适应使得秩1通信或秩2通信可以被利用以增加吞吐量和覆盖增益二者。在其他实施例中，可以支持其他秩。
因而，根据一些实施例，对于缓慢移动的移动站，可以使用具有秩自适应的基于代码本的信道依赖预编码(闭环MIMO)。对于快速移动的移动站，可以使用具有秩自适应的开环MIMO模式，其中选择的秩是基于无线信道状态。
图1示出示范性无线网络，其中可以提供本发明的一些实施例。无线网络包括基站100，其包括天线阵列或其他组件(多束天线)102用于在对应的小区扇区108中沿多个路径104、106(空间束)发送无线信号。小区扇区是蜂窝网络的小区的一个分段。尽管仅两个路径104和106在图1中描绘，注意在其他实施例中可以在小区扇区中提供超过两个路径。射频(RF)资源(例如，频率、时隙等等)可以通过使用多束天线沿不同的路径发送无线信号而在小区扇区的不同地理区域中被重新使用。移动站110可以在小区扇区108中使用路径104、106中的一个或多个来通信，这取决于移动站110在小区扇区中的位置。
在备选实现中，注意可以在小区中提供多个束而不是在小区扇区中提供多个束。如这里使用的，术语“小区段”可以指小区扇区或小区。
尽管仅一个基站在图1中描绘，注意无线网络将典型地包括多个基站。在一些实现中，无线网络是LTE无线网络。在备选实现中，可以使用其他类型的无线网络。注意提及“LTE无线网络”指遵守由3GPP开发的规范(尽管该规范随时间改动或演进)的要求以及遵守从LTE演进的随后的标准的无线网络。此外，即使在接着的论述中提及LTE无线网络，注意根据优选实施例的技术还可以应用于非LTE无线网络。在非LTE无线网络中，术语“基站”可以指任何能够发送数据到移动站或从移动站接收数据的发送器。更一般地，术语“基站”可以指蜂窝网络基站、在任何类型的无线网络中使用的接入点或任何类型的发送器以与移动站通信。
在LTE无线网络中，基站100包括增强节点B(“eNode B”)，其包括收发器基站，其包括天线阵列102。基站100还包括无线电网络控制器，其与增强节点B协作。无线电网络控制器和/或增强节点B可以执行下列任务中的一个或多个：无线电资源管理、用于管理移动站的移动性的移动性管理、通信路由等等。注意一个无线电网络控制器可以访问多个eNode B，或备选地eNode B可以由多个无线电接入控制器访问。
如在图1中描绘的，基站100包括一个或多个中央处理单元(CPU)122，其连接到存储装置124。此外，基站包括软件126，其在CPU 122上是可执行的以执行基站100的任务，其中包括根据优选实施例的任务以使在LTE无线网络中能够支持SDMA。
图1的移动站110还包括一个或多个CPU 130，其连接到存储装置132。移动站110还包括软件134，其在CPU 130上可执行以执行移动站110的任务。
基站100连接到服务和/或分组数据网络(PDN)网关112，其终止朝增强节点B的用户平面接口并且承担朝外部网络114(其可以是分组数据网络，例如因特网或其他类型的网络)的分组路由和传送的责任。
在图1中描绘的设置提供用于示例的目的。在其他实现中，使用其他的无线网络设置。
图2图示示范性图表，其描绘取决于移动站的速度(图表的纵轴)和长期SINR(图表的横轴)使用的不同的多天线模式。对于不移动或低速移动站(本文通称为“低速移动站”)，使用信道依赖预编码(闭环MIMO)(如由202指示的)。相反，对于高速移动站，与动态秩自适应结合，使用固定(或预定)预编码，其中如果长期SINR是相对低的则使用秩1(图2中的块204)，而如果长期SINR是相对高的则使用秩2(块206)。可以对长期SINR限定阈值：如果长期SINR低于该阈值，那么使用秩1，而如果长期SINR高于该阈值，那么使用秩2。
图3图示根据实施例执行的程序。基站测量(在302)移动站的速度。测量的速度可以是近似速度，并且可以基于例如在上行链路上从移动站发送到基站的随机接入信道(RACH)，或来自移动站的测深(sounding)参考信号，或任何其他的上行链路传输。RACH由移动站发送以建立呼叫或其他通信会话。测深参考信号是由移动站发送的参考信号以使基站能够确定移动站将使用哪个束(路径)用于上行链路数据。GPS或其他位置确定数据也可以用于确定移动站速度。来自移动站的信号由基站监测以近似地确定移动站的速度。
基于测量的速度，基站将移动站分类(在304)为“高速”或“低速”移动站。基站然后向移动站发送(在306)移动站类型(高速或低速)的信号。发送以传送移动站类型的信令可以是高层信令，例如3级(或更高级)信令。使用高层协议(软件)测量移动站速度可以是更有效的，因为测量移动站速度的过程在一些实现中可能花费大约数百毫秒的时间。
根据从基站接受的移动站类型，移动站测量(在308)SINR，其在一些实施例中可以采用信道质量指示符(CQI)的形式报告。CQI信息提供关于由移动站探测的沿特定信道发送的无线信令的质量的信息。对于高速移动站，测量的CQI是对应于发送分集和固定或预定代码字的CQI。固定或预定代码字可以是在代码本中对闭环MIMO模式预先限定的代码字。对于低速移动站，测量的CQI是对应于在代码本中的代码字的CQI。
移动站然后选择(在310)具有最大SINR的MIMO模式。如果选择闭环MIMO，秩和代码本索引(例如，PMI)也被导出并且与闭环MIMO关联。如果选择开环MIMO模式，秩被选择，但代码字被固定(例如，代码本索引被预先限定)。注意在一些实现中开环MIMO模式和闭环MIMO模式之间的选择可以由还测量或接收移动站速度的指示的更高层软件(3级或更高)信号通知。
接着，移动站发送(在312)反馈消息到基站，其包含秩指示符与SINR信息。在312的反馈信息的发送可以定期地(或不定期地)执行。根据第一技术，SINR信息采用由移动站定期地(或不定期地)发送到基站的CQI报告的形式提供。在该第一技术中秩指示符可以在每个CQI报告中发送。备选地，根据第二技术，秩指示符可以每第N个CQI报告发送，其中N＞1(N是可配置值)。秩指示符可以作为附加位添加到CQI报告，或备选地秩指示符可以代替CQI报告的现有位(称为穿刺CQI报告的过程)。
发送秩指示符的频率限定秩自适应间隔。更频繁地发送秩指示符意味秩自适应间隔更短(其意味秩更加频繁地动态变化)。
响应于秩指示符和接收的SINR，基站调度(在314)向移动站的下行链路数据传输。基站基于移动站的速度和秩反馈来确定待使用的多天线模式。注意基站可以推翻由移动站选择的秩(如在从移动站接收的秩指示符中报告的)。由基站选择的模式可以是具有秩自适应的开环MIMO模式或闭环MIMO模式。
基站还基于移动站类别确定分配的信道类型，其中分配的信道类型是分布式的或分集信道分配(对于高速移动站)或局部信道分配(对于低速移动站)。对于下行链路传输的闭环MIMO模式和开环MIMO模式之间的切换可以与信道类型关联。
接着，基站向移动站信号通知(在316)选择的MIMO模式，其中信号通知的MIMO模式可以包括秩信息(对于开环MIMO)或秩和代码本索引信息(对于闭环MIMO)。其他信息也可以在316从基站发送到移动站。
在一些实现中，两个下行链路信令信道可以用于提供MIMO模式。例如，第一信令信道可以指示将使用闭环MIMO还是开环MIMO。如果将使用闭环MIMO，那么使用第二信令信道以指示秩和代码本索引。在一些实施例中，如果将使用开环MIMO，那么使用第二信令信道以指示秩(发送分集或空间复用)。
移动站然后解码(在318)根据移动站类别(高速与低速)从基站发送的下行链路数据和从基站发送的模式指示符，例如秩或秩和代码本索引。
图4是根据不同实施例的过程的消息流程图。在图4中的程序与图3程序不同，它是测量移动站的速度的移动站(而不是基站)。移动站可以通过监测下行链路传输(例如下行链路补充信道、下行链路参考或导频信号或任何其他的下行链路传输)而测量(在402)移动站的速度。移动站然后根据测量的速度将移动站分类(在404)为高速或低速移动站。移动站然后将移动站类别通知(在406)基站，例如通过使用更高层(例如，3级)信令等。
图4的剩余任务与在图3中描绘的任务相同(并且分配相同的标号)。
在移动站，秩1(例如，SFBC)和秩2(例如，SM)之间的秩自适应(在图3或4中的任务310中作为MIMO模式选择的一部分执行)可依赖如下的程序：
·基于下行链路参考信号，移动站接收器估计信道并且对SFBC和SM二者计算有效SINR，分别表示为SINR(SFBC)和SINR(SM)。
·基于SINR(SFBC)和SINR(SM)，移动站使用香农(Shannon)公式计算SFBC和SM二者能力：
C(SFBC)＝log2(1+SINR(SFBC))，
C(SM)＝M(TX)·log2(1+SINR(SM))。
其中M(TX)是发送天线的数量。
·两个计算的能力的比较使移动站能够决定使用SFBC还是SM，这根据下列：
如果
Figure GPA00001084624000101
如果
Figure GPA00001084624000102
上文提供移动站怎样可以比较基于秩1运算和秩2运算的SINR值计算的参数以确定选择秩1还是秩2的示例。
如上文论述的，在图3或4的程序中，作为在314执行的调度下行链路传输的一部分，基站可以如下推翻由移动站做出的秩选择：
·计算在预先限定的观察时间窗上由移动站反馈的SFBC的决定数量(N(SFBC))，
·计算在预先限定的观察时间窗上由移动站反馈的SM的决定数量(N(SM))，
·当N(SFBC)≥N(SM)时基站选择SFBC，否则基站选择SM。
基站对于使用秩1还是使用秩2的选择从而基于在预先限定的观察窗中移动站选择秩1的次数和在预先限定的观察窗中移动站选择秩2的次数的比较，基站将选择在预先限定的观察窗中移动站挑选最多的秩。
在一些实施例中，如果由基站选择的秩大于一，那么基站可以使用大延迟循环延迟分集(CDD)，其是将空间分集转变为频率分集以减少符号间干扰的分集方案。根据实施例大延迟CDD的操作进一步限定如下：
·对于具有两个天线端口的发送器，由W(i)表示的数据资源要素i的预编码器从包括秩1和2的代码字的代码本中选择。这样的代码本的示例在3GPP TS 36.211.版本8.30中描述。数据资源要素是在上文论述的资源块的要素。资源块包括许多资源要素。选择的预编码器应用代码字W(i)。
·对于具有四个天线端口的发送器，移动站可假设基站在物理下行链路共享信道上如下那样循环地分配不同的预编码器给不同的数据资源要素。每v个数据资源要素使用不同的预编码器，其中v表示在空间复用情况下传输层的数量。特别地，由W(i)表示的数据资源要素i的预编码器根据W(i)＝Ck选择，其中k是由
Figure GPA00001084624000111
给出的预编码器索引，其中k＝1、2、...4，并且C1、C2、C3、C4是来自包含四个秩的条目的代码本的代码字。这样的代码本的示例在3GPP TS36.211.版本8.30中描述。
通过使用根据一些实施例的技术，秩自适应能够用于高速移动站，选择开环多天线模式用于其中。系统容量可以增强同时保持无线通信可靠性的期望水平。
这样的软件指令在处理器上执行。处理器包括微处理器、微控制器、处理器模块或子系统(包括一个或多个微处理器或微控制器)，或其他控制或计算装置。“处理器”可以指单个部件或多个部件。
数据和指令(软件的)存储在各自的存储装置中，其实现为一个或多个计算机可读或计算机可用存储介质。存储介质包括不同形式的存储器，其包括半导体存储器装置，例如动态或静态随机存取存储器(DRAM或SRAM)、可擦写和可编程只读存储器(EPROM)、电可擦写和可编程只读存储器(EEPROM)和闪速存储器；磁盘，例如固定盘、软盘和可换盘；其他的磁介质，包括磁带；和光学介质，例如压缩盘(CD)或数字视频盘(DVD)。
在前述说明中，阐述了许多细节以提供本发明的理解。然而，本领域内那些技术人员将认识到本发明可在没有这些细节的情况下实行。尽管本发明已经关于有限数量的实施例公开，本领域内那些技术人员将意识到从其中的许多改动和变化。意图是附上的权利要求涵盖这样的改动和变化为应落入本发明的真实精神和范围内。

Claims (16)

1.一种由基站执行的在无线网络中移动站的秩自适应的方法，包括：
由所述基站从所述移动站接收待使用的秩的指示，其中待使用的秩基于所述移动站的速度；
响应于确定所述移动站的速度高于预先限定的阈值，选择开环多天线模式执行所述移动站和所述基站之间的无线通信；以及
根据所述移动站和所述基站之间的开环多天线模式，基于至少一个标准从无线通信的多个秩之中选择，其中所选择的秩推翻由所述指示指定的待使用的秩。
2.如权利要求1所述的方法，其中确定所述速度由所述移动站和基站中的一个执行。
3.如权利要求1所述的方法，其中接收待使用的秩的指示包括接收与无线信道质量的报告关联的待使用的秩的指示。
4.如权利要求1所述的方法，其中从所述多个秩之中的选择包括从至少使用发送分集的第一秩和使用空间复用的第二秩之中选择。
5.如权利要求1所述的方法，还包括：
根据闭环多天线模式从所述移动站接收代码字的标识符以用于在无线通信中编码数据。
6.如权利要求1所述的方法，还包括：
在所述开环多天线模式中使用预定代码字或代码字序列以编码所述无线通信的数据。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述预定代码字是在用于所述闭环多天线传输模式的代码本中的预先限定的代码字。
8.如权利要求1所述的方法，其中基于所述至少一个标准从所述多个秩之中选择包括：
对所述移动站已经选择各个秩的对应次数进行计数；以及
比较这些次数以从所述多个秩之中选择。
9.如权利要求8所述的方法，其中从所述多个秩之中选择包括选择在预先限定时间窗口中所述移动站挑选最多的秩。
10.如权利要求1所述的方法，其中根据所述开环多天线模式对所述无线通信从所述多个秩之中选择包括选择大于秩1的秩，所述方法还包括：
当选择的秩大于秩1时使用循环延迟分集。
11.如权利要求1所述的方法，还包括在闭环多天线模式和开环多天线模式之间切换。
12.一种基站，包括：
执行与移动站无线通信的接口；以及
处理器，用于：
确定所述移动站是否是高速移动站；
响应于确定所述移动站是高速移动站，选择待发送到所述移动站的下行链路数据的通信的多天线模式，其不涉及来自所述移动站的包括待用于编码下行链路数据的代码字的标识符的反馈；以及
应用秩自适应以根据所述通信的多天线模式从用于下行链路数据的通信的多个秩之中选择，其中所应用的秩自适应推翻由所述移动站选择的秩。
13.如权利要求12所述的基站，其中所选择的多天线模式包括开环多天线模式。
14.如权利要求13所述的基站，其中所述处理器在所述开环多天线模式中对所述下行链路数据应用固定代码字。
15.如权利要求13所述的基站，其中所述处理器响应于确定所述移动站不是高速移动站而选择闭环多天线模式。
16.如权利要求15所述的基站，还包括更高层软件以用于信号通知所述开环多天线模式或闭环多天线模式的选择。
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