專利名稱：確定要在mimo系統(tǒng)中使用的數據流數量的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于確定要在MMO劍寸機處j吏用的傳輸模式的方法。
新的無線無線電系統(tǒng)將M:使用具有MMO傳輸的空間維度顯著地增強頻
譜效率。MMO意歸在發(fā)射和接收側的多傾線。
在Tx禾口/或Rx側都有多于l^線盼瞎況下，與單輸入單輸出(SISO)系 統(tǒng)相比這種新的自由度可以主要以3種不同的方式來采用。
最簡單的方式是使用額外的天線或者AE作為另夕卜的^lg。，對于展現 出小尺度衰落的快速變化的無線電信道來說特別有用，因為對于具有鄰近目 器盼決速移動的UE來說情況可能如此。最，率組合(MRC)產生最高性能 并且可以通過X)^f周知的Alamouti方案或者一般J&lil空間時間編碼在Tx側 被實施。因為不需要CSI，這種實施相當簡單。
接著，由于改善的鏈路預算、也就是改善的信號干擾和噪聲比(SINR)，波 束成形(或作為特殊瞎況特征波束成形)提高頻譜效率。當功率被集中到無線 電鏈路的另一個站的方向時信號功率被增加，而干擾可以M:在天線方向圖中 體適當的零陷(null)來減小。波束成形需要至少長期的CSI，并艦于在具 有無線電信道的中等的或小的時變的廣域系統(tǒng)的小區(qū)邊界處的UE來說特別有 用。
至少，空間復用在高SNIR的情況下提供最高性能增益，因為除了時間和頻 率以外，它將空間開放作為用于Mffl數據的新維度。在這種情況下，對所謂的"信
道狀劍言息，csr的充分了解是需要的。高性能增益特別是對于室內傳輸和短
距離室外豐富艦環(huán)境(主要發(fā)現于"屋檐下"情形中)來說是有可能的。
CSI可能在Tx側、在Rx側或者在Tx和Rx側可用，最后一種瞎況導lfcS
高的性能但是也導驢高的復雜度。
進一步的區(qū)別錢性對非統(tǒng)性(NL)處理、例如"簡單"矩陣操作對分層方
法或例如"在臟紙上寫字怖解決方法。
"非線性，NL"處理可能導致以增加的處理復雜度為代價的顯著性能增益。
對CSI估計體的敏感性可能在Rx側的NL處理的情況下降低或在Tx側進行
NL預處理的情況下增加。
甚至在充分的CSI 了解盼瞎況下，空間復用也將僅在約為lldB的高SNR 值的情況下才勝過波束成形。
通常，空間復用對于短距離或室內傳輸來說更現實，而波束成形和分集將 ^il^f用于廣域和高移動性。
當前，"UTRAMIMO擴展25.876，版本1.80"被規(guī)定用于具有HSDPA的應 用。存在幾種隨后詳細說明的"Tx模式建議"。
所謂的"每天線速率控制，PARC"是學術文獻中最著名的。它育灘l鵬用于 樹可傳輸方案，并且因llW于從WCDMA向OFDM遷移來說是簡單的，其中 它被稱為"信道自適應多天線比特裝載"。當很少的信道信息在基站BS處可用 時，PARC歸穩(wěn)定且可變的解決方案。
所謂的"RC MPD"基于"Alamouti"方案。兩^^使用相同的調制和編碼方 案，并且因此需要M^的反饋信息。
所謂的'DSTTD-SGRC"也從文獻中已知，然而思想是i柳天線對的子群。 在每一對上發(fā)射1個流。優(yōu)勢在于肖,在基站BS處比在用戶終端處使用更多的 殊因此利用鄉(xiāng)膽。
戶刑胃的"單個流閉環(huán)MMO"。例如將使用4個Tx天線和L個Rx天線。這
基于下行鄉(xiāng)各波束成形且艦單個流。
所謂的"每用戶單一速率控制，PU2RC'1頓固定的預編碼碼本，并且M 了解信道和來自碼本的矩陣來估計旨可能的預編碼矩陣的SINR。存在5駛陣 的索引的重新傳送。
所謂盼'CD-SICMMO的TPRC"j頓兩種技術的組合~~第一種技術為所 謂盼'碼域遊賣干擾消除，CD-SIC"和第二種技術為所謂的"Tx功率速率控制， CD國TPRC"。
戶刑胃盼'S-PARC"意圖在低SNR區(qū)域中改善PARC。因此它自適應i鵬擇發(fā) 射天線的數量、即模式，以及為所選擇的模式選擇最佳的天線子集。
戶刑胃的"M^天線陣列，D-TxAA"M兩個使用特征波束成形的天線發(fā)射 旨流。權重向量是信道協(xié)方差矩陣中的最強的特征值。
所謂盼'空間時間Turbo信道編碼，STTCC1頓多個Tx織并構成鄉(xiāng)空 間復用的數據的子群?；旧?，turbo信道編碼被引入。
所謂的"具有子群速率控制的雙自適應空間時間發(fā)射分集，
D-ASTTD-SGRC"在天線處組合STTD和周期相移以仿真接收機處盼決M落。 意圖改善接收機處的時間，。
所謂盼'具有虛擬纖鵬的單個和多個碼字MMO， SCW/MCW-VA"意圖 將先M出的MIMO技術合并至IJ像"CR-BLAST"和/或'S-PARC"的單個建議中。
目前僅PARC與FDD良好地匹配，但對于TDD來說并不是最佳的。存在 基于SVD-MMO、單和多用戶 頁編碼等的更好方案的重大潛力。
對于Mdambel定義有兩種建議。第一種建議定義每個小區(qū)多個訓練序列 (midamble)基本碼。多個碼增加信道估計的復雜度。
本發(fā)明的目的是提供一種用于支持下fi^l路方向上的MMO、特別是用于 所謂盼'UTRAFDD LTE"空中接口的通用框架。
此目的通過權利要求1的特征來解決。本發(fā)明的有利細節(jié)M:隨后的權利
要求的特征來描述。
本發(fā)明基于簡化的，-接收鏈。接收機迭代地確定實際上最優(yōu)的MMO算 法并基于查找表。隨后將對ltbit行描述。
該算法在第一次迭代中以最大數量的流開始Q_start=min(HN)。旨流的有 效SINR被計算。
隨著期望BER目標的比特加載，合適的調制字母表(alphabet)將M齡 流的預定義的查找表被發(fā)現，并且所有流的 總速率被計算和存儲。
在第二次迭代中，具有最小有效SINR的流被切斷一也就是說，該流的作用 不再被考慮。
具有下一更小碼率的"線性分散碼,LDC"被選擇，例如(N-l) /M，并且 N-l ^^流的子集的SINR的相應值被計算。
在新的比特加載之后，新的總速率被獲取。如果在N-l個流的情況下的新 的總速率小于在N個流的情況下的總速率，那么該算法被終止。
否貝U—在第三次迭代中一在剩余的N-1個流內具有最小有效SINR的一個流 被切斷。具有下一更小碼率(N-2) /M的LDClfe^擇，并且這些步驟相應地被 重復。
該算法固有地確定用于復用的流的最佳數量，且進程在Q_start迭^ift大值 之后被終止。
盡管無線信道中有衰落，但誤比特率針對所有流被保持在某一閾值以下。
為了向發(fā)射機反饋，齡流的最好的LDC碼率和量化的有效S體W告 給基站或Mt機，在該基站或M1"機處做出關于傳輸模式的最終決定。
預定義的查找表為每個算法提供可實現的容量，該容量在高數據率傳輸的 情況下否則將需要皿典型HW能力的復^i十算。
因此，；it代地以SMUX開始，具有最高性能的傳輸方案被發(fā)現并將在純分 集傳輸中在惡劣的情形下結束。
在反饋信道發(fā)生故障的情況下，MMO算法降至最穩(wěn)健的模式，即完全分 集，因此與可用的反微信道狀劍言息的適配也被提供。
這個概念允許如同非線性預編碼那樣的甚至更有挑戰(zhàn)性的算法的結合，從 而需要信道狀^息的甚至更高的準確性但導 高容量。
整# 實現功率和調制方案與每個子載^/信息塊以及瞎形的空間維度、 即信道矩陣的秩和實際SNIR的適配。
由于所建議的整# ，允許MMO算法與變化的無線電環(huán)境的無縫適配， 總是提供最高性能(當數學問題不是凸的，通過該算法確實已經發(fā)現全局最大 值的分析證據是不可能的，但至少本地最大值被發(fā)現，并且預期性能接近全局 最佳)。
信號處理復雜度僅僅大約是沒有適配的MMO處理的復雜度的兩倍，因此 其能容易地被集成到現有硬件中。
本方法相當直接且結合如同每天線速率控制那樣的其它建議。另外，本方 法可擴展為會,超嚇準化的特殊MMO鵬算法，因此本方法在標準化過程
中應該有好的機會。
在LTE下行鏈路中，傳輸將基于OFDM。利用OFDM，為窄帶傳輸開發(fā)的 相同的基本MMO算法也育,被用于寬帶傳輸的每個OFDM子載波。至少在 頻域內在資源之間沒有串擾，并且這顯著P爭低終端處的計算復雜度。
為了在基站處比在終端處支持更多發(fā)射天線，在發(fā)射機處需要某種"齒輪 箱'，使空間復用的流的數量與基站處的發(fā)射天線的數量相適配。
存在如何4頓"線性分散碼"來實現該功能的通用框架。隨后， 一種結構引用 自Hassibi禾卩Hochwald的"High畫Rate Codes That Are Linear in Space and Time", Hassibi和HochwaldJEEETTlANSACTIONS ON INFORMATION THEORY,第48
巻,第7期,2002年7月(稱為[l]):"假設存在M個鄉(xiāng)天線、N個接收纖和可 用的T個碼元的間隔...在該間隔期間傳播信道是不變的并M"于接收機來說是 已知的。所，的信號于是能被寫為管理在間隔T期間在M^線上的發(fā)射的 MxT矩陣S。...假設 序列已經被分解為Q ^T流并且這些流被映射為從任 意(比方說PSK或QAM)信號群中選擇的復雜碼元。所鄉(xiāng)的信號于是在空 時域中被定義為
s = l>3WW (1)
其中實標量( ,A〉由^-A+y'A (2)決定。
矩陣^和A規(guī)定在空時域中符號的映射。許多MMO傳輸方案(諸如
Alamouti碼，V-BLAST中的空間復用，天線選擇等)可以fflii相應的矩陣^和
不同MMO方案t間的切換可以通，擇適當的LDC和相應的矩陣^和 &來實現。因此可以快速地交換有效數據流的數量以及使LDC碼率Q/M適配 于時變信道狀況。
迭代流控制是適舒LDC的j頓的每纖速率控制(PARC)的擴展。PARC 與V-BLAST 1^測器的組合、Mtiyi到開環(huán)MMO容量。
這在"APPROACHING THE MMO CAPACITY WITH A LOW-RATE FEEDBACK CHANNEL IN V國BLAST"， CHUNG ， LOZANO， HUANG ， SUTIVONG， CIOFFI， EURASIPJASP2004:5 (2004) 762-771 (稱為〖2])中被 示出，基于Shannon的間隙概念'Proc. of the I.R.E" (Shannon, 1949年1月， 第10-21頁)(稱為[3])。
但是該推i^只在具有正交信道的系統(tǒng)中成功，目前對于MIMO檢測器來說 不可靠。實際上，[2]中的原始算法不必保證預定義的誤比特率。
在實時MMO試驗臺上的相應改進的迭代PARC算法方面的經驗表明, 的PARC算法通常使MMO傳輸更加穩(wěn)健，并且它也使傳輸鏈非常好ite配于 秩不足的(rank-deficient)信道，在該信道中，具有次優(yōu)檢觀啲非自適應方案可 肯g經歷運行中斷(outage) —參考[4〗"Over國the畫air demonstration of spatial multiplexing at high data rates using real-time base-band processing", Jungnickel， Haustein， Forck， Krueger， Pohl， vonHelmolt， Advanced in Radio Science (2004)
2: 135-140。
PARC可以與LDC如下結合。在[l]中調制電平和功率的信道知道的適配可 以被解釋為在不同調制字母表之間的切換，通過該調制字母表將流單獨地映射 為實標量{%，^}。
實際控制變量是在檢測器之后的每個數據流的有效信號干擾噪聲比 (S腿)。它可以基于己知信道和檢測器結構在接收機處被預測。利用針流的 有效SINR，可以做出對于給定流(其也稱為比特負載)來說調制得到支持的決 定。
但是到目前為止，用于LDC的流的最佳數量是未知的。根據本發(fā)明，這個 數量利用在接收機^^亍的i^代方法或算法來找到。
在第一個選擇中，調度實際上在終端處被執(zhí)行，而在第二個選擇中，在基 站處做出關于傳輸模式的最終決定。
在

圖1和圖2中示出了相應的，-接收鏈，其中圖1示出MMO-LTE下行 鏈路的基站，機，而圖2示出MIMO-LTE下^^路的移動終端接收機。
皿機允許*流的不同LDC之間的選擇以及自適應調制。這由,適配 單元基于反饋信息和用戶或網絡需求，制。
接收機以用于每個流的LDC解碼器和自適應解調單元為特征?；谒烙?的信道系數和干擾電平，迭代流控帝鵬定隨后通過反饋鏈路被報告給基站的每 個流的最佳LDC碼率和調制字母表或檢測后SINR?；咎幍逆溌愤m配單自 此以及來自上層的用戶和網絡需求進行考慮，并且最終它定義所使用的傳輸方 案。該信息再次被編碼并且在娜塊之前附艮頭中被傳輸(前饋鏈路)。實際上， 解碼后的前饋信息控制接收機處的齡自適應檢測單元。
圖3示出傳輸幀的結構。前同步碼A和B被用于AGC的同步和調整，而 前同步碼C被用于MMO信道估計。
在空間MIMO濾波器的計算之后，前同步碼D中的信號可以像數據一樣被 檢測，但是利用序列相關電路來檢測。
也存在用于用信號通知不同的調制電平的正交序列的例子。給出一半長度 的第二集合，該集合可以被用于將碼元的數量減少1/2，或用于當在原始長度上 求平均值時達到另夕卜的相關增益。
另外，要〗頓的功率分配可以艦利用(+/-1)信號的不同幅度而不是單一
信號來檢測。
這導致幾個優(yōu)勢
-尤其對于所有要使用的更高調制方案(例如16-QAM)來說非常穩(wěn)健的信令。
-可以利用相關電路通過簡單地加或減所檢測到的信號來立即檢測用信號通 知的信息。FEC的標準檢測、例如Viteiby檢測或Turbo檢測通常產生明顯的延 遲并且可能變得非常復雜。
-由于調制檢測器(例如QAM檢測器)對調制電平的立即檢測，即使是反 饋鏈路，也使解調器總是與數據匹配，其中用信號通知該反饋M，調制具有 幾領的未知延遲。
-利用用于某些用途的OEDM和子載波的集束，可以同時并行地也為不同用戶 進行信令。
權利要求
1.一種用于確定要在MIMO發(fā)射機處使用的傳輸模式的方法，-其中在MIMO接收機側進行最佳傳輸模式的確定，-其中針對給定的第一線性分散碼LDC，接收機為最大數量的接收流中的每個流計算有效SINR值， -其中根據期望的BER目標，每個流的SINR值被用于為每個流選擇合適的調制字母表， -其中對所有流計算總速率， -其中具有最小有效SINR值的第一流被分離并且不進一步被考慮， -其中選擇具有比第一線性分散碼LDC更小的碼率的線性分散碼LDC， -其中計算剩余N-1個流的SINR值，并且相應地得到新的總速率， -其中在剩余N-1個流的新的總速率小于N個流的總速率的情況下，終止總速率計算， -其中，在所有其它情況下，分離具有最小有效SINR的流的步驟、選擇具有比先前的線性分散碼LDC更小的碼率的線性離散碼LDC的步驟和計算剩余流的SINR值的步驟相應地被重復，以及-其中在終止之后選擇線性分散碼LDC的最合適的碼率，并且將該碼率與每個流的所分配的量化的有效SINR值一起報告給發(fā)射機，以允許在發(fā)射機處關于傳輸模式的最終決定。
2. 根據權利要求1的方法，其中禾U用預定義的查找表來根據期望的BER目 標選擇合適的調制字母表。
3、根據權利要求1的方法，其中將總比特速率用作總速率。
4. 根據;R利要求1的方法，其中將必須被用于傳輸的流的數量用作傳輸模式。
5. 根據^l利要求1的方法，其中將預定義的閾值用作誤比特率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定要在MIMO發(fā)射機處使用的傳輸模式的方法。最佳傳輸模式的確定在MIMO接收機側進行。針對給定的第一線性分散碼LDC，接收機為最大數量的接收流中的每個流計算有效的SINR值。根據期望的BER目標，每個流的SIN值被用于為每個流選擇合適的調制字母表。對所有流計算總速率，并且具有最小有效SINR值的第一流被分離并且不進一步被考慮。選擇具有比第一線性分散碼LDC更小的碼率的線性分散碼LDC，并且計算剩余N-1個流的SINR值。相應地得到新的總速率。在剩余N-1個流的新的總速率小于N個流的總速率的情況下，終止總速率計算。在所有其它情況下，分離具有最小有效SINR的流的步驟、選擇具有比先前的線性分散碼LDC更小的碼率的線性分散碼LDC的步驟和計算剩余流的SINR值的步驟相應地被重復。在終止之后選擇線性分散碼LDC的最合適的碼率，并且將該碼率與每個流的所分配的量化的有效SINR值一起報告給發(fā)射機，以允許在發(fā)射機處關于最佳傳輸模式的最終決定。
文檔編號H04L1/06GK101366221SQ200680040718
公開日2009年2月11日 申請日期2006年10月24日 優(yōu)先權日2005年10月31日
發(fā)明者E·舒爾茨, T·豪斯泰因, V·瓊尼克爾, W·齊爾瓦斯 申請人:諾基亞西門子通信有限責任兩合公司;弗勞恩霍弗實用研究促進協(xié)會