用于確定將被發(fā)射機節(jié)點使用的調制控制信息和參考信號設計的系統(tǒng)和方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于在生成發(fā)射信號以通過無線鏈路的信道從發(fā)射機節(jié)點的發(fā)射機 發(fā)射到接收者節(jié)點時確定將被發(fā)射機節(jié)點使用的調制控制信息和參考信號設計的系統(tǒng)和 方法。
【背景技術】
[0002] 在無線網(wǎng)絡內，通常將存在需要相互通信的多個節(jié)點，并且在各種節(jié)點之間建立 無線通信鏈路以支持此類通信?？紤]無線電信網(wǎng)絡，針對下行鏈路通信路徑，發(fā)射機節(jié)點 (例如基站（BS))可能需要與多個接收者節(jié)點(諸如移動站（MS)/最終用戶設備（UE)的項 目）通信。類似地，針對上行鏈路通信路徑，多個發(fā)射機節(jié)點（例如MS/UE)可能需要與特定 接收者節(jié)點(例如BS)通信。
[0003] 每個發(fā)射機節(jié)點可提供一個或多個發(fā)射機，并且每個發(fā)射機可由一個或多個物理 天線形成。針對每個天線，將電信號轉換成電磁(無線電）波?？蓪⒁粋€或多個物理天線分 組以形成邏輯天線。針對每個邏輯天線，將提供無線通信的信道。
[0004] 穿過此類無線通信信道的無線信號(諸如射頻（RF)信號)經(jīng)受多次反射、衍射和散 射效應。因此，從邏輯天線發(fā)射的原始信號將經(jīng)由多個路徑到達目的地接收天線。在接收 天線處觀察到的信號將是原始發(fā)射信號的衰減、相移和延遲副本的疊加。
[0005] 信道估計是用來表征信道的影響的過程，并且通常接收者節(jié)點將包括用于生成信 道狀態(tài)信息（CSI)的信道估計器級，此類CSI包括諸如每個路徑復衰減系數(shù)和路徑延遲之 類的信道估計。另外，CSI還可包括誤差協(xié)方差矩陣，提供信道估計的估計準確度的度量。
[0006]CSI連同通過信道接收到的無線信號一起隨后被饋送到接收者節(jié)點內的信道均衡 器，其負責使多路徑信道的效果反向，設法恢復接收信號以盡可能緊密地與原始發(fā)射信號 匹配。在均衡期間使用信道相位的過程稱為相干檢測。
[0007] 雖然可以利用信號的二階和在某些情況下的更高階統(tǒng)計而直接地根據(jù)接收信號 來計算CSI，但此類方案的復雜性是非常高的，要求長處理時間以保證以緩慢適應能力的收 斂，使得此方案不適合于快速時變的信道。
[0008] 許多系統(tǒng)(包括現(xiàn)在在服務中的大部分電信系統(tǒng)）并不設法直接地根據(jù)接收信號 來計算CSI，而是替代地使用導頻輔助信道估計（PACE)技術。PACE方案依賴于將信息承載 數(shù)據(jù)與已知參考數(shù)據(jù)復用，參考信號通常由稱為導頻或參考符號的許多符號組成。參考符 號被接收機用來計算那些參考符號的已知位置處的信道估計(通常稱為導頻位置)，并且然 后在數(shù)據(jù)位置處執(zhí)行內插/預測以估計信道。
[0009] 信道估計的準確度取決于導頻密度(導頻比導頻和數(shù)據(jù)符號的總數(shù)的分數(shù))。隨著 導頻密度增加，信道估計的質量也增加。然而，增加導頻密度對數(shù)據(jù)吞吐量具有不利影響。 另外，還可以通過給導頻符號分配更多發(fā)射功率來改善信道估計，但是這是以減小用于數(shù) 據(jù)符號的信噪比為代價的。還眾所周知的是在某些類型的無線電信道中，導頻位置還可影 響信道估計的質量。因此，存在信道估計準確度與帶寬效率之間的權衡。
[0010] 在多種文章中已經(jīng)解決了導頻設計，即相對于數(shù)據(jù)符號，導頻密度、導頻位置和功 率的分配，例如： 1)L.Tong,B.M.SadlerandM.Dong, "Pilot-AssistedWireless Transmission, "SignalProcessingMagazine,IEEE,vol. 21,no. 6,pp. 12-25, 2004. 2) S.Adireddy,L.TongandH.Viswanathan,"Optimalplacementoftraining forfrequency-selectiveblock-fadingchannels,〃InformationTheory,IEEE Transactionson,vol. 48,no. 8,pp. 2338 - 2353 , 2002. 3)X.Ma,L.YangandG.B.Giannakis,''OptimaltrainingforMIM0frequency-selectivefadingchannels,WirelessCommunications,IEEE Transactionson,vol. 4,no. 2,pp. 453 - 466 , 2005. 4) R.NegiandJ.Cioffi,"Pilottoneselectionforchannelestimationin amobileOFDMsystem, 〃ConsumerElectronics,IEEETransactionson,vol. 44,no. 3,pp. 1122 - 1128, 1998. 5) ff.Zhang,X. -G.Xiaandff. -K.Ma,^OnthenumberofpilotsforOFDM systeminmultipathfadingchannels, 〃Acoustics,Speech,andSignalProcessing, 2004.Proceedings.(ICASSP'04).IEEEInternationalConferenceon,vol. 4,pp. iv-381 -iv-384, 2004〇
[0011] 如在上述文章1中所述，用于導頻輔助傳輸方法的最常使用的設計準則是基于 1. 信息理論度量(參見文章2和3)， 2. 信道估計(參見文章4)，或者 3. 源估計(參見文章5)。
[0012] 考慮信息理論度量法，香農容量指定跨所有可能收發(fā)機設計的最大速率，在其上 可以采取（assume)足夠長的代碼長度以任意小的錯誤概率在通信信道上發(fā)射信息。為了使 得此度量更加實用，文章2和3的作者將信道估計器約束為線性最小均方誤差（MMSE)接收 機，并且然后前進至將互信息與信道估計和設計訓練序列鏈接，其分別地使用于SIS0(參見 文章2)和MM0 (參見文章3)信道的平均互信息的下界最大化。對于正交頻分復用（0FDM) 系統(tǒng)中的頻率選擇性塊衰落信道而言，這些文章推斷出最佳解是使用相同發(fā)射功率將導頻 相等地分開放置。盡管有此強大的結果，但這些文章所使用的信息理論架構未能收獲用于 在無線系統(tǒng)中用來與導頻符號相組合地生成在信道上發(fā)射的信息承載信號的實際編碼調 制方案（MCS)的系統(tǒng)性能。
[0013] 上文識別的第二方法、即信道估計法依賴于導出作為導頻的函數(shù)的信道估計，并 且使該估計上的克拉美-羅界（CRB)或MMSE(參見文章4)最小化。并不奇怪，獲得了與先 前的方法相同的結果。最后，在文章5中提出了用于導頻設計的第三且最終方法，其中，發(fā) 現(xiàn)了作為導頻間距的函數(shù)的平均BER(位出錯率)的閉形解。在文章5中導出的BER也用于 0FDM系統(tǒng)，但僅適用于QPSK調制信號。并未考慮較高階調制，并且最重要的是完全忽視了 編碼。
[0014] 用于導頻設計的上述方法因此具有許多限制。特別地，其設法優(yōu)化接收機鏈的一 個特定子塊，即信道估計塊，而不考慮意圖用來通過信道發(fā)射數(shù)據(jù)的調制和編碼方案。然 而，信息承載信號針對信道效應的穩(wěn)健性將根據(jù)被用于數(shù)據(jù)的調制和編碼方案而顯著地改 變。因此，此類已知的導頻設計技術可以提供比考慮到將被用于數(shù)據(jù)的調制和編碼方案實 際上需要的更高的信道估計準確度，并且如前所述，信道估計準確度的增加一般地將對帶 寬效率具有不利影響，并且因此將不利地影響吞吐量。
[0015] 此外，在現(xiàn)實環(huán)境中，在信道內經(jīng)歷的信道效應將隨時間而改變，并且將期望提供 一種可以根據(jù)需要來修改導頻設計以便補償此類時變影響的技術。

【發(fā)明內容】

[0016] 從第一方面看，本發(fā)明提供了一種當生成發(fā)射信號以通過無線鏈路的信道從發(fā)射 機節(jié)點的發(fā)射機發(fā)射到接收者節(jié)點時確定將被發(fā)射機節(jié)點使用的調制控制信息和參考信 號設計的方法，所述調制控制信息被發(fā)射機節(jié)點用來將源數(shù)據(jù)轉換成信息承載信號，并該 信息承載信號被與符合參考信號設計的參考信號組合以便產(chǎn)生所述發(fā)射信號，該方法包 括： (a) 從多個候選參考信號設計中選擇候選參考信號設計； (b) 確定用于所述信道的信道狀態(tài)信息，所述信道狀態(tài)信息包括信道估計，其提供信道 效應將如何隨著發(fā)射信號被通過所述信道發(fā)射而修改發(fā)射信號的指示，并且所述信道狀態(tài) 信息還包括信道估計中的估計誤差和在所述信道內經(jīng)歷的噪聲的估計，至少基于所述所選 候選參考信號設計來確定估計誤差； (c) 根據(jù)信道狀態(tài)信息來確定用于所述信道的信噪比信息； (d) 針對多個候選調制控制信息中的每一個，使用信噪比信息來確定用于所述信道的 質量指示； (e) 針對所述多個中的每個候選參考信號設計重復所述步驟（a)至（d); (f) 從所確定質量指示中選擇獲勝的（winning)質量指示；以及 (g) 向發(fā)射節(jié)點輸出與獲勝的質量指示相關聯(lián)的候選調制控制信息和候選參考信號設 計的組合。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，慮及針對信道指定的特定質量指示，產(chǎn)生參考信號設計和調制控制 信息的組合。質量指示可以采取多種形式，但是在一個實施例中，是源數(shù)據(jù)的凈吞吐量的指 示。因此，在此類實施例中，可以選擇由本發(fā)明的方法產(chǎn)生的參考信號設計和調制控制信息 的組合，從而優(yōu)化凈吞吐量。根據(jù)本發(fā)明的方法，可以針對可能參考信號設計和可能調制控 制信息的每個組合確立質量指示，并且因此不僅考慮使用每個可能參考信號設計可實現(xiàn)的 固有信道估計準確度，而且還考慮到針對每個可能調制控制信息的信道效應的數(shù)據(jù)傳輸效 率和穩(wěn)健性。
[0018] 在一個實施例中，發(fā)射機節(jié)點的發(fā)射機采取邏輯天線的形式，并且由本發(fā)明的方 法輸出的候選參考信號設計和候選調制控制信息的組合被用于通過與邏輯天線相關聯(lián)的 信道來發(fā)射數(shù)據(jù)。在某些實施例中，發(fā)射機節(jié)點可具有多個邏輯天線，每個具有關聯(lián)信道， 并且在此類實施例中，上述方法可以用來單獨地確定將被用于每個信道的調制控制信息和 參考信號設計。通常，每個信道將具有獨有的參考信號設計。
[0019] 此外，在無線網(wǎng)絡內可存在多個發(fā)射節(jié)點，每個具有一個或多個邏輯發(fā)射天線，并 且每個邏輯發(fā)射天線具有關聯(lián)信道。在此類實施例中，可以針對無線網(wǎng)絡內的每個信道重 復上述過程，以便為每個信道分配調制控制信息和參考信號設計。雖然在一個實施例中可 針對每個信道連續(xù)地執(zhí)行上述過程，但其可以替換地針對無線網(wǎng)絡內的每個信道至少部分 地并行地執(zhí)行。
[0020] 可以以多種方式來計算用于信道的信道狀態(tài)信息。在一個實施例中，在多個資源 元素內通過信道來發(fā)射所述發(fā)射信號，并且該方法包括在所述步驟（b)處確定用于每個資 源元素的信道狀態(tài)信息作為用于所述信道的信道狀態(tài)信息。
[0021] 在一個此類實施例中，該方法還包括在所述步驟（c)處計算提供用于每個資源元 素的單獨信噪比信息的矢量。
[0022] 參考信號設計可以采取多種形式。然而，在一個實施例中，參考信號設計是至少識 別在其處導頻將被包括在發(fā)射信號內的位置的導頻信號設計。在一個特定實施例中，在包 括多個資源元素的資源塊內通過信道來發(fā)射所述發(fā)射信號，并且導頻信號設計識別哪些資 源元素將包含導頻。
[0023] 可以以多種方式來構造導頻，但是在一個實施例中，導頻是導頻符號，每個導頻符 號占用一個資源元素。
[0024] 在一個實施例中，除識別在其處導頻將被包括在發(fā)射信號內的位置之外，參考信 號設計還識別將被用于在發(fā)射信號內發(fā)射所述導頻的發(fā)射功率。這提供了參考信號設計方 面的附加靈活性。例如，可以通過增加被用來在發(fā)射信號內發(fā)射導頻的發(fā)射功率來改善信 道估計準確度。
[0025] 調制控制信息可以采取多種形式。在一個實施例中，調制控制信息至少識別將被 用來從源數(shù)據(jù)的已編碼型式生成信息承載信號的星座映射。
[0026] 在一個實施例中，調制控制信息還識別將