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CN102356567A - 根据性能参数控制转发器的mimo收发器 - Google Patents

根据性能参数控制转发器的mimo收发器 Download PDF

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CN102356567A
CN102356567A CN2009801583090A CN200980158309A CN102356567A CN 102356567 A CN102356567 A CN 102356567A CN 2009801583090 A CN2009801583090 A CN 2009801583090A CN 200980158309 A CN200980158309 A CN 200980158309A CN 102356567 A CN102356567 A CN 102356567A
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CN
China
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transceiver
repeater
cell
control
transponders
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Pending
Application number
CN2009801583090A
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English (en)
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M·科尔德利
P·珀森
P·弗伦格
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Original Assignee
Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
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Abstract

本发明公开了供蜂窝通信系统(200、300)中使用的收发器(210、215；305、310、320、330)，设置成借助于用于多输入多输出-MIMO—的技术与该系统中的至少一个其他收发器通信。该收发器还设置成控制转发器(206、207、208、209；340)的功能，该转发器设置成转发该收发器和上述至少一个其他收发器之间的通信，作为该收发器和上述至少一个其他收发器之间的通信的测量性能参数的结果来实施上述控制。在一个实施例中，该收发器设置成控制的该转发器(206、207、208、209；340)中的功能包括该转发器的启用和停用。

Description

根据性能参数控制转发器的MIMO收发器
技术领域
本发明针对供蜂窝通信系统中使用的MIMO收发器。本发明还公开了用于蜂窝通信系统的转发器。
背景技术
在现代蜂窝通信系统中，经常为了增强系统的性能而使用所谓的MIMO技术—多输入多输出。
已知如果无线介质支持所谓的“丰富”通信信道，即发射方和接收方之间有大量的多径传播的通信信道，则MIMO系统工作性能优于非MIMO系统。
高程度的多径传播通常导致所谓的“高秩”MIMO信道，其能够用于通过多个同时发生的数据流的发射来使得数据速率增加或用于通过在MIMO信道上使用分集技术来增加差错保护。
但是，如果存在低程度的多径传播，则MIMO信道可能是“秩亏”，并因此不能够支持期望种类的MIMO技术。在纯视距-LOS-情况下尤其如此，其中，不存在多径传播，或者反射路径相比直接路径太弱，使得MIMO信道变成事实上秩亏。
除了要求高秩信道以外，为了提供好的性能，MIMO技术通常还要求高信噪比-SNR。
但是，与高秩信道联系在一起的丰富多径环境，通常还由于多次反射等而导致强烈的信号衰减，并因此导致过低的SNR。
发明内容
如已从上文显露的，需要一种解决方案，借助于该解决方案，蜂窝通信系统中的MIMO信道能够被给予增加的秩或增加的多径传播，同时还优选地增加用于MIMO的信道的SNR。
这种解决方案由本发明提出，因为它公开了供蜂窝通信系统中使用的收发器，该收发器设置成借助于用于多输入多输出-MIMO-的技术来与该系统中的至少一个其他收发器通信。
本发明的收发器还设置成控制转发器的功能，该转发器设置成转发该收发器和上述至少一个其他收发器之间的通信，作为该收发器和上述至少一个其他收发器之间的通信的测量性能参数的结果来实施该收发器对该转发器的控制。
因此，本发明的收发器能够借助于控制转发器的功能来影响到上述至少一个其他收发器的通信信道。在一个实施例中，收发器设置成控制的转发器中的功能包括转发器的启用和停用，即收发器能够开启/关闭转发器，因此增加或减少MIMO信道的秩，因为转发器的状态(开/关)会影响多径传播。
在一个实施例中，收发器设置成控制的转发器中的功能包括转发信号的振幅和/或相位，使得信道取得多个同等强的所谓的“奇异值”，这是有益的，特别是在高SNR值的情况下。
在一个实施例中，测量性能参数由收发器本身测量，而在另一个实施例中，测量性能参数由上述至少一个其他收发器测量并向收发器报告以用于行动。
在一个实施例中，本发明的收发器是用于系统中的小区的控制节点，例如，LTE eNodeB。在一个实施例中，本发明的收发器是用户终端。
本发明还公开了供蜂窝通信系统中使用的转发器，该转发器设置成转发系统中的第一和第二收发器之间的通信。本发明的转发器设置成使其功能从外部源远程控制，例如上述收发器之一，该转发器设置成转发上述收发器之间的通信。
本发明还公开了有如上所述的收发器的蜂窝通信系统。
这些和其他实施例会在下文中更详细地描述。
附图说明
在下面会参考附图更详细地描述本发明，其中：
图1示出能够在其中应用本发明的现有技术系统的例子，以及
图2示出应用了本发明的一个实施例的图1的系统，
图3示出本发明的另外的实施例。
具体实施方式
下面，会详细描述本发明。会使用可能特定于所谓的LTE系统—长期演进—的术语，但是应该理解的是，这只是为了促进读者对本发明的理解，并且不应该用于限制为本发明追求的或给予本发明的保护范围，因为本发明能够在大量不同种类的蜂窝通信系统中使用，例如，CDMA 2000和TD SCDMA。本发明还能够在非蜂窝无线通信系统中应用，例如，WLAN系统。
图1示出传统蜂窝通信系统100中的小区105。在小区105中，存在控制节点—所谓的无线电基站，其在LTE系统中被称为eNodeB。小区105还设置成容纳多个用户，例如示出为UE(用户设备)115的用户。eNodeB 110路由往来于UE 115的通信。
在例如图1中示出的系统100的系统中，所谓的MIMO技术—多输入多输出—能够用于增强UE 115和eNodeB 110之间的通信。但是，如图1中所示，在UE和eNodeB之间“只”存在视距-LOS-传播，其对MIMO技术是不利的，因为MIMO依赖所谓的“丰富”信道，即其中存在多径传播的信道，使得在eNodeB和UE之间存在至少两条备选的传播路径。(应该注意的是，这两条备选的传播路径不需要包括视距路径。)
因为MIMO技术为系统100提供多个优点，例如，更高程度的数据吞吐量，所以本发明旨在提供丰富信道，即使是在丰富信道没有自然存在的情况下，例如在如图1中示出的小区105中。在图2中示意地示出这是如何由本发明实现的，其示出系统200中的小区205，基本上类似于图1中的现有技术系统100的小区105。
但是，如图2中所示，这两个系统100和200之间的差别是系统200中的至少一个小区205配备了至少一个转发器；在图2中示出多个转发器“Rp”206、207、208、209。转发器的基本功能是转发eNodeB210和UE 215之间的通信，并且，如借助于箭头所示，小区205中转发器的存在增加了eNodeB 210和UE 215之间的信道的秩，因为转发器会为eNodeB和UE之间的多径传播创造条件，使得获得“丰富”信道。
但是，取决于多个因素，例如小区205的地形、eNodeB和UE中的天线辐射图和天线极化，转发器206-209中的一个或更多可能对NodeB和UE之间的通信信道的秩没有重大贡献。在这种情况下，根据本发明，所讨论的转发器能够被关闭，然后如果情况改变的话能够被再次开启。
为此，即转发器的开启或关闭，本发明的eNodeB设置成作为eNodeB和至少一个UE之间的通信的测量性能参数的结果来控制转发器的功能。
来自控制收发器—在这一情况下也就是eNodeB-的控制信号能够在系统中的专用于此的信道上发送或它控制信号能够在系统中的其他信道上发送，例如其他控制信道。
会在稍后更详细地描述测量性能参数，但是首先会列举转发器中的设置成由eNodeB控制的功能。如前面提到的，转发器中的设置成“被远程控制”的功能的一个例子是转发器的基本功能，使得转发器的转发eNodeB和UE之间的通信的能力被启用或停用。这能够，例如，包括开启和关闭转发器中的一个或更多放大器或整个转发器的通/断电。因此，应该注意的是，在本发明的转发器连接到(或包括)电源这一意义上来说，它是有源转发器。
转发器中的另一个适合设置成“远程控制”的功能是转发信号的振幅和/或相位。换句话说，如果转发器接收例如来自eNodeB的信号，然后向UE转发该信号，则转发器会首先放大该信号并在向UE转播它之前给予它期望的相位。因此，转发器会具有用于向接收方转发信号的天线。该天线能够具有多个辐射元件，所以该天线能够是有一个辐射元件的“传统”天线，或它能够是有多个辐射元件的所谓的阵列天线。对于转发信号的相位控制能够在任一种类天线—即阵列天线或有一个辐射元件的天线—中应用。在阵列天线的情况下，振幅和相位控制能够用于转发信号的所谓的“波束成形”。
影响转发信号的增益和相位的目的能够是保证接收方—在该情况下是UE-接收多个同等强的信号，即每个MIMO“子信道”上的一个信号，使得获得同等强的所谓“奇异值”，因为众所周知这在高SNR情况下优化信道容量。能够借助于转发器中的一个或更多可控的放大器和延迟线来影响转发信号的增益和相位。
现在转向性能参数的问题，为了控制本发明的转发器的功能而测量和使用性能参数，应该首先提到的是，对本发明的转发器的控制可能来自eNodeB或来自UE；换句话说，本发明公开了设置成控制转发器的功能的eNodeB和UE。为使用更一般的术语，本发明公开了设置成控制转发器的收发器(eNodeB或UE)。为此，会认识到的是，多个备选是可能的：
1)“控制收发器”测量性能参数，然后实施对转发器的控制。
2)性能参数由与控制收发器通信的收发器测量，然后向控制收发器报告以用于对转发器的控制。
3)测量性能参数被转发到在小区205之外的节点，例如用来控制eNodeB 210的控制节点。控制节点作出有关对小区205中的一个转发器或多个转发器的控制的决定，然后向执行决定的控制收发器转发决定。
但是，作为例子，为了说明本发明，会使用以下情况：eNodeB控制转发器以及性能特性由UE测量并向eNodeB转发以用于行动。
由UE测量然后向eNodeB转发的性能特性的例子包括MIMO信道的秩和/或MIMO信道—即MIMO通信中的每个所谓的“子信道”一的所谓的CQI，信道质量指示。如果例如CQI是足够的或者在某一门限之上，则eNodeB能够停用至少一个转发器，以查看对测量的一个参数或多个参数会有什么作用。当然，相反地，如果对于一个或更多子信道报告的秩和/或CQI是不足的，则已停用的转发器能够被启用。因此，测量性能参数包括一个或更多MIMO信道的秩和/或MIMO信道的CQI。
启用和停用系统中的一个或更多转发器的问题还能够被视为选择系统中将被启用的转发器的子集。下面，会给出当选择转发器的这种子集时能够用于本发明的原则的一些例子。
取决于例如与eNodeB和UE有关的转发器位置、天线辐射方向图和极化，不是所有的转发器都可能对某一性能参数有重大贡献，因此不是所有的转发器都需要被启用。
性能参数的一个例子是前面讨论过的信道秩Q，其由UE或eNodeB中的发射机或接收机天线的最小数目在上面限制。因此，启用比满足由发射机或接收机天线的数目所给出的最大秩标准所需的转发器更多的转发器没有意义。
另一个例子是，因为沿eNodeB和UE之间的LOS路径设置的转发器只会放大秩亏LOS信道，所以它不会对秩有贡献。除此之外，特定的转发器可能离eNodeB和/或UE太远，从而巨大的路径损耗可能因此使得转发器难以或不必要使用。
除此之外，从系统性能的观点来看，如果一个或更多转发器对其他用户—例如在邻接的或邻近的小区中的用户—造成足够严重的干扰的话，则它们可能难以使用。
当谈及选择转发器的子集时，若干标准能够被使用，例如：
1)得到期望的—例如最大的—信道秩
2)优化奇异值的函数：
a.对于某一信道秩，选择(启用)转发器中给出最大和最小奇异值之间的最小比率—即信道条件数—的子集。
b.对于某一信道秩Q，选择(启用)转发器中致使最小奇异值λg的最大值—即“最强弱信道”—的子集。
3)选择转发器中满足某一容量或吞吐量要求或最大化它的子集。
4)基于哪些转发器具有最大的复合信道路径增益来选择转发器的子集。该标准会主要用来增加SNR。
能够借助于在所有可能的转发器组合上搜索来找到转发器的最优子集。当从N个可用的转发器中选出K个转发器时，可能的组合的数目由以下公式给出：
N K = N ! K ! ( N - K ) ! - - - ( 1 )
作为例子，当谈及从7个转发器中选出3个时，上述公式(1)产生35个可能的选择。取决于系统功能性(转发器的可控性、信道知识的可用性等)，能够在eNodeB中或在用于eNodeB的控制节点中或在UE中执行决定多少个以及哪些转发器应该为了优化特定的标准而被启用的过程。
图3示出实施例，其中本发明用于略微不同于在图2中的系统200中的目的；在图2的系统200中，本发明用于为了使eNodeB 210经由MIMO技术—所谓的单用户MIMO-“SU-MIMO”，向同一个UE发射多个数据流。作为这个的备选，本发明还能够用于所谓的多用户MIMO-“MU-MIMO”，其中，eNodeB发射多个数据流，每个数据流是为多个用户之一准备的。
在MU-MIMO中，同样的资源块(使用LTE术语作为例子)被调度以向多于一个的用户发射数据，给每个用户的数据作为单独的数据流来发射。为了保证每个数据流只到达预定的UE，每个数据流在被发射前或当它被发射时在eNodeB中被给予不同的所谓的预编码或波束成形。通过保证发射的数据流是空间分离的可有助于此，使得在不同数据流之间获得足够程度的正交性。像这样的预编码和波束成形对于本领域的技术人员是众所周知的，因此将不在这里解释。
如图3中的例子中所示，eNodeB 305配备了多个天线，在该情况下是三个天线，这自然只是例子。使用三个天线，RBS 305能够发射最多三个数据流，每个数据流从这三个天线中的每一个发射。用更一般的术语来表达，为了使得MIMO发射是成功的，N个天线应该用于发射最多N个数据流。
在图3中示出的例子中，这三个数据流中的每一个为三个UE之一准备，所以三个数据流S1、S2、S3被发射，分别为UE1、UE2、UE3准备。
在图3中示出的例子中，RBS 305到每个UE都具有视距。借助于本发明的转发器340，数据流S1、S2、S3之间的正交性能够被足够地增加，以便能够在RBS 305和UE之间获得充分的MU-MIMO性能。自然地，取决于系统的需求，多于一个的转发器也能够在该实施例中使用；一个转发器340的使用只是例子，意在促进读者对本发明的该方面的理解。
根据本发明，转发器340是可从RBS 305来控制的，所以RBS 305根据由例如UE测量并被报告回RBS的标准来启用和停用转发器340。被测量然后由RBS使用以控制转发器340的启用/停用的参数的例子是涉及整个信道的、随时间和频率而变化的参数：这里的短语“整个信道”指的是每个发射天线和每个接收天线之间的信道。然后，整个信道能够被视为矩阵—发射天线*接收天线，其然后能够被比作线性系统中的脉冲应答。使用该知识，RBS能够确定它能够向哪些用户发射，并如何向它们发射。如果预定的接收机相对于彼此不是足够正交，RBS能够例如为了影响信道通过启用不同的转发器来测试。
应该注意的是，在图3中示出的例子中，图2中示出的例子也是如此，对转发器340的控制能够由RBS以及由UE实施，虽然只有由RBS控制的情况在上面的图3的描述中已被明确地提到。
自然地，由图3中示出的例子中的RBS或UE实行的对转发器的控制还能够包括转发器的相位和/或增益以及转发器的启用/停用。
本发明不限于上述的和在附图中示出的实施例的例子，而可以在附加的权利要求书的范围内自由地变化。还应该指出的是，本发明的转发器还能够被视为系统中的中继站，因为转发器能够被视为一类中继站。

Claims (29)

1.一种供蜂窝通信系统(200)中使用的收发器(210、215；305、310、320、330)，所述收发器(210、215；305、310、320、330)设置成借助于用于多输入多输出-MIMO-的技术与所述系统中的至少一个其他收发器通信，所述收发器(210、215；305、310、320、330)的特征在于：
它还设置成控制转发器(206、207、208；340)的功能，所述转发器(206、207、208；340)设置成转发所述收发器和所述至少一个其他收发器之间的通信，作为所述收发器和所述至少一个其他收发器之间的通信的测量性能参数的结果来实施所述控制。
2.如权利要求1所述的收发器(210、215；305、310、320、330)，其中，所述收发器设置成控制的所述转发器(206、207、208；340)中的所述功能包括所述转发器的启用和停用。
3.如权利要求1或2所述的收发器(210、215；305、310、320、330)，其中，所述收发器设置成控制的所述转发器(206、207、208；340)中的所述功能包括所述转发信号的振幅和/或相位。
4.如权利要求1-3中任何一个所述的收发器(210、215；305、310、320、330)，其中，所述测量性能参数由所述收发器本身测量。
5.如权利要求1-3中任何一个所述的收发器(210、215；305、310、320、330)，其中，所述测量性能参数由所述至少一个其他收发器测量并向所述收发器报告。
6.如权利要求1-5中任何一个所述的收发器(210、215；305、310、320、330)，其中，所述测量性能参数包括一个或更多MIMO信道的秩和/或一个或更多MIMO信道的CQI。
7.如权利要求1-6中任何一个所述的收发器(210；305)，是用于所述系统中的小区的控制节点。
8.如权利要求7所述的收发器(210；305)，是LTE eNodeB。
9.如权利要求1-6中任何一个所述的收发器(215；310、320、330)，是用于所述系统的用户终端。
10.一种供蜂窝通信系统(200)中使用的转发器(206、207、208；340)，所述转发器(206、207、208；340)设置成转发所述系统(200)中的第一(210)和第二(215)收发器之间的通信，所述转发器(206、207、208；340)的特征在于：
它设置成使得其功能从外部源远程控制。
11.如权利要求10所述的转发器(206、207、208；340)，其中，所述外部源包括所述收发器(210、215)中的至少一个。
12.如权利要求10或11所述的转发器(206、207、208；340)，其中，设置成被远程控制的所述功能包括所述转发器的启用和停用。
13.如权利要求10-12中任何一个所述的转发器(206、207、208；340)，其中，设置成被远程控制的所述功能包括所述转发信号的振幅和/或相位。
14.如权利要求10-13中任何一个所述的转发器(206、208、207；340)，其中，所述外部源是用于所述系统中的小区(205)的控制节点(210)。
15.如权利要求14所述的转发器(206、207、208；340)，其中，所述外部源(210)是LTE eNodeB。
16.如权利要求10-13中任何一个所述的转发器(206、208；340)，其中，所述外部源是所述系统(205)中的用户终端(215)。
17.一种至少包括有第一收发器(210、215；305、310、320、330)的第一小区(205)的蜂窝通信系统(200)，所述第一收发器(210、215；305、310、320、330)设置成借助于用于多输入多输出-MIMO-的技术与所述小区中的其他收发器(215、210；305、310、320、330)通信，所述系统(200)的特征在于：
所述第一收发器(210、215；305、310、320、330)设置成控制转发器(206、207、208；340)的功能，所述转发器(206、207、208；340)设置成转发所述第一收发器和所述小区中的所述其他收发器中的至少一个之间的通信。
18.如权利要求17所述的系统(200)，其中，所述第一收发器(210、215；305、310、320、330)设置成控制的所述转发器(206、207、208；340)中的所述功能包括所述转发器(206、207、208；340)的启用和停用。
19.如权利要求17或18所述的系统(200)，其中，所述第一收发器(210、215；305、310、320、330)设置成控制的所述转发器(206、207、208；340)中的所述功能包括所述转发信号的振幅和/或相位。
20.如权利要求17-19中任何一个所述的系统(200)，其中，所述测量性能参数由所述第一收发器(210、215；305、310、320、330)本身测量。
21.如权利要求17-20中任何一个所述的系统(200)，其中，所述测量性能参数由所述至少一个其他收发器测量并向所述第一收发器报告。
22.如权利要求17-20中任何一个所述的系统(200)，其中，所述测量性能参数包括一个或更多MIMO信道的秩和/或所述MIMO信道的CQI。
23.如权利要求17-22中任何一个所述的系统(200)，其中，所述第一收发器是用于所述系统(200)中的小区(205)的控制节点(210；305)。
24.如权利要求17-23中任何一个所述的系统，是LTE系统—长期演进，其中，所述第一收发器是LTE eNodeB(210；305)。
25.如权利要求17-23中任何一个所述的系统，是LTE系统—长期演进，并且所述第一收发器是LTE用户终端。
26.如权利要求17-25中任何一个所述的系统(200)，其中，所述第一收发器设置成启用所述多个转发器(206、207、208、209)的第一子集，并停用所述多个转发器(206、207、208、209)的第二子集，所述启用和停用是基于预先确定的标准。
27.如权利要求17-26中任何一个所述的系统(200)，其中，所述预先确定的标准包括所述第一收发器(210；305)和所述第一小区(205)中的至少一个用户(215；310、320、330)之间的信道的秩和/或CQI。
28.如权利要求26或27所述的系统(200)，其中，所述预先确定的标准包括由第二转发器造成的、对所述第一收发器(210；305)和至少一个其他收发器(215；310、320、330)之间的通信的干扰。
29.如权利要求26-28中任何一个所述的系统(200)，其中，所述第一收发器设置成基于以下标准中的一个或更多来启用和/或停用转发器(206、207、208、209；340)的所述第一和/或第二子集：
对于关于所述第一小区(205)中的一个或更多用户的某一信道秩Q，只启用致使最大和最小奇异值之间的最小比率—即信道条件数—的子集，
对于关于所述第一小区(205)中的一个或更多用户(215)的某一信道秩Q，只启用致使所述最小奇异值λQ的最大值—即最强弱信道—的子集，
只启用满足对于容量或吞吐量的某一需求的或最大化所述需求的子集，
只启用包括具有超过某一门限的复合信道路径增益的转发器的子集。
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