用于分布式天线系统的参考信号设计

摘要

在分布式天线系统（DAS）中，在每一个小区中，物理天线的数量通常大于LTE/LTE-A RS模式所支持的天线端口的数量。本发明的系统和方法针对一种RS传输方案，在该RS传输方案中：基于用户密度分布对RRH（或者RRH组）进行动态地调度，并将RRH（或者RRH组）映射到用于RS传输的天线端口，以使得优化DAS中信道状态信息（CSI）估计的准确性。

说明书

技术领域

概括地说，本发明针对于无线通信系统，具体地说，本发明针对于参考信号（RS）传输方案。

背景技术

描述了用于长期演进（LTE）/改进的长期演进（LTE-A）的RS模式和用户设备（UE）信道状态信息（CSI）反馈。

在通信系统中，参考信号（RS）是在发射机处嵌入到数据符号中的预先定义的符号。基于所接收的RS，接收机可以对信道进行估计，并将信道状态信息（CSI）反馈给发射机，使得其可以相应地执行链路调整。具体而言，对于LTE/LTE-A系统，将特定于小区的RS（CRS）嵌入在时间-频率二维栅格中。3GPP TS36.211是实现特定于小区的RS（CRS）的示例系统。

Montojo等人（美国专利公开号No.2010/0075706A1）示出了用于创建天线端口以便与两组或更多组的用户设备（UE）相对应的系统和方法的示例。这样的系统可以组织两组或更多组的UE，并且针对所述两组或更多组的UE中的每一组创建各自的天线端口。

引用列表

Montojo等人，“Reference Signal Design for LTE-A”，美国专利申请No.2010/0075706。

3GPP TS36.211：2011年3月，第三代合作伙伴计划技术规范组无线接入网络演进的通用陆地无线接入（E-UTRA）物理信道和调制（版本10）。

发明内容

技术问题

考虑到前面的背景，由于天线的总数量通常较大，因此为了针对每一个天线的信道进行估计，通常需要较高的RS开销。需要基本避免与用于通信系统的技术相关联的这种问题的新系统和方法。具体而言，需要提供一种在提供良好的信道估计准确性和较低的系统开销之间平衡的RS传输方案。

问题的解决方案

本发明的方面可以包括一种方法，该方法包括：针对远程无线电头（RRH）集合中的多个RRH组中的每一个RRH组确定用户设备（UE）密度，基于UE密度来选择所述RRH组中的一个，以及从所选择的所述RRH组中的一个来发送参考信号（RS）信号。

本发明的另外方面可以包括中央基站（CBS），其中该CBS包括将多个远程无线电头（RRH）设置成多个组的处理器。CBS根据某种处理从所述多个组中选择一个RRH组来发送参考信号（RS）。该处理可以包括：针对每一组远程无线电头（RRH）确定用户设备（UE）密度；以及基于该UE密度来选择所述多个RRH组中的一个。

本发明的另外方面可以包括一种包括中央基站（CBS）和多个远程无线电头（RRH）的系统。这些RRH中的每一个包括多个天线，其中所述多个RRH由CBS设置成多个组。CBS可以选择所述多个RRH组中的一个来发送参考信号（RS），该选择过程根据包括下面操作的处理来进行：针对所述多个RRH组中的每一个RRH组确定用户设备（UE）密度；以及基于该UE密度来选择所述多个RRH组中的一个。

在分布式天线系统（DAS）中，在每一个小区中，物理天线的数量通常大于由LTE/LTE-A RS模式所支持的天线端口的数量。在各个实施例中实现了一种RS传输方案，在该RS传输方案中：基于用户密度分布来对RRH（或者RRH组）进行动态地调度，并将RRH（或者RRH组）映射到用于RS传输的天线端口，以使得优化DAS中信道状态信息（CSI）估计的准确性。

应当理解的是，前面和下面的描述只是示例性和说明性的，其并不旨在以任何方式限制本发明或者其应用。

本发明的有利效果

设计本发明的实施例以提供下面优点中的至少一个：

A)通过使用在LTE/LTE-A蜂窝标准中指定的RS模式，提供较低的系统开销和LTE/LTE-A兼容性。

B)优化DAS的信道估计准确性，特别是针对非均匀用户分布的情况。

C)提供较低的计算复杂度，其在RRH（或者RRH组）的数量方面为线性的。

附图说明

并入本说明书并构成本说明书的一部分的附图，对本发明的实施例进行了举例说明，其与具体实施方式一起用于解释和描绘本发明性技术的原理。具体地：

图1A到图1D描绘了在LTE/LTE-A系统中，示例性的特定于小区的RS模式。

图2描绘了一种示例性轮询调度器。

图3描绘了一种示例性分布式天线系统（DAS）。

图4根据一个示例性实施例描绘了集中式基站（CBS）的示例框图。

图5A、5B根据一个示例性实施例描绘了一种示例性复合信道。

图6描绘了可以在其上实现示例性实施例的非均匀UE分布的示例。

图7A到图7C描绘了根据一个示例性实施例的示例流程图。

图8描绘了可以在其上实现示例性实施例的测量集的示例。

图9描绘了示例性实施例和轮询方案之间的性能比较。

图10描绘了一个示例性实施例的中断概率。

具体实施方式

在下面的示例性实施例的具体描述中，将参照附图进行描述，其中相同的功能元素使用相同的附图标记来标明。前面提及的附图通过示例而不是限制的方式示出与本发明的原理相一致的具体的实施例和实现。足够详细地描述了这些实现，以使本领域普通技术人员能够实现本发明，并且应当理解的是，也可以在不脱离本发明的保护范围和精神的基础上，使用其它实现以及对各个元素进行结构上的改变和/或替代。因此，下面的具体实施方式不应当以限制方式进行解释。另外，可以用在通用计算机上运行的软件的形式来实现，具有专用硬件或者软件和硬件组合的形式，由一个或多个处理器进行执行如所描述的各个实施例。

实施例通过使用在LTE/LTE-A蜂窝标准中指定的RS模式来使用RS传输方案，其中LTE/LTE-A蜂窝标准在信道估计准确性和系统开销之间实现了良好的平衡。

图1A到图1D描绘了使用栅格中的时间110和频率102的示例性的时间-频率二维栅格100、101、102和103，其中Rk表示用于天线端口k的RS，并且由X所标记的资源单元（RE）不用于传输。像这样，用于不同天线端口的RS彼此之间正交（用于不同天线的RS使用不同的时间频率格），并且在LTE/LTE-A系统中仅支持有限数量的天线端口（对于LTE4个，对于LTE-A8个）。应当注意，术语“天线端口”是来自于LTE/LTE-A标准，其可以映射到一个或多个物理发射天线。UE对用于天线端口的信道进行估计，其中该信道可以是用于一个物理天线的信道，也可以是用于映射到该天线端口的多个物理天线的复合信道。

这样的系统还能够组织两组或更多组的UE，并向所述两组或更多组中的每一组以信号形式发送相应的天线端口。此外，为了识别天线端口，这样的系统还能够传送映射信息、参考信号或者与线性组合有关的延迟。基于这种传送的信息，可以对参考信号进行解码以识别每一个天线端口。

轮询调度器

图2描绘了一种示例性轮询调度器。

假定一个具有16个远程无线电头（RRH）和多个UE201的小区，其中这16个RRH在图2中表示为RRH1到RRH16（每一个RRH具有多个发射天线），其中中央基站（CBS）需要知道用于该小区中的每一个RRH-UE对的CSI。考虑到LTE/LTE-A规范中天线端口和UE反馈的限制，每次仅一个RRH可以发送RS。在这里可以使用轮询调度器200，在轮询调度器中这些RRH轮流发送RS。这样的话，UE处针对每一个RRH的CSI可以每N个时隙进行更新，其中N是该小区中的RRH的数量。但是，轮询调度器仅适合于具有均匀UE分布的场景。

另外，考虑分布式天线系统（DAS）中的参考信号（RS）设计问题，其中在该系统中，多个RRH即仿真天线均匀地分布在一个区域中，并由CBS进行控制。为了对每一个天线的信道进行估计，由于天线的总数量通常较大的事实，需要较高的RS开销。

图3根据示例性实施例描绘了一种示例性分布式天线系统（DAS）。

假定DAS300，其中多个RRH301均匀地部署在诸如办公空间之类的地理区域中，其中每一个RRH具有一个或多个仿真天线，其中在小区303的范围内具有一个或多个UE302。RRH301通过光开关304连接到中央基站（CBS）305，并由CBS进行控制以进行信号传输和接收。

图4描绘了CBS的示例性框图。

CBS使用分组模块401、数据模块402、RS模块403、信号处理器404和存储器405。在下文中，描述了数据/RS传输处理以及每一个CBS模块的功能。

CSB分组模块将RRH组合到小区中，以便于实现RS设计和数据传输。与一个小区相关联的UE由该小区中的RRH进行联合服务。小区形成可以在数据传输处理之前预先确定，也可以在数据传输处理期间与调度的UE进行联合配置。

随着时间将数据传输划分成帧。在每一个帧中，CBS基于所估计的CSI的UE的反馈，调度用于在各小区中进行数据传输（该数据传输由数据模块402进行控制）的RRH和UE。考虑到无线信道的时变特性，针对特定RRH（或者RRH组）的CSI估计的准确性取决于UE从该RRH（或者RRH组）接收RS的频繁度。因此，RS设计（该设计由RS模块403进行控制）是发展高效DAS的关键。

RS模块403基于来自数据模块402的测量集的信息来执行RS传输方案。

信号处理器404和存储器405是用于模块402和403的硬件支持，其中模块402和403执行针对数据传输和RS传输的信号处理。

下面聚焦于DAS小区中的RS设计。

假定DAS的小区中的RS设计。使N和Nt分别表示该小区中的RRH的数量和用于每一个RRH的发射天线的数量。为了获得所有RRH的CSI，理想地说，需要将RS模式设计成能够支持NxNt个天线端口（即，每一个端口映射到一个特定的物理天线）。

但是，这种理想的RS设计导致较高的系统开销，特别是当N是较大数时。为了减少RS开销，系统使用LTE/LTE-A标准中指定的RS模式，其中LTE/LTE-A标准只支持多达M个天线端口（对于LTE来说，M=4，对于LTE-A来说，M=8），因此具有较低的系统开销。但是，使用有限数量的天线端口，在天线端口和物理天线之间难以进行一对一映射，如在理想的情况下。处理该问题有两种可能方式，如下面所解释的。

一种方式是将N个RRH分组成M个组，使得每一个RRH组可以映射到一个特定的RS天线端口。该解决方案的问题在于，UE只能够获得和反馈针对每一个RRH组的复合信道的CSI，而不是针对每一个RRH的CSI。由于一个组中的RRH在稍后的数据传输中可能并不联合地服务该UE，因此这种类型的CSI可能并不有用。

图5A描绘了用于一个RRH501和UE505的四个RS端口502的示例。在如图5（a）所示的示例中，CBS能够利用CSI反馈504来获得H503和天线端口的CRS的知识，其中该CSI反馈包括信道质量指示符（CQI）反馈、预编码矩阵索引（PMI）反馈和秩指示符（RI）反馈。

图5B描绘了用于两个RRH501-1、501-2和UE505的四个RS端口502-1、502-2的示例。在如图5（b）所示的示例中，CBS只能获得针对H1和H2的复合信道的CSI。

另一种方式是分配一个RRH来发送RS，同时在每次使用所有天线端口，并随时间对RRH进行切换。CBS可以一个接一个地获得用于每一个RRH的CSI，并最后将用于所有RRH的CSI聚集在一起。该方案的缺陷在于，针对每一个RRH的CSI更新时间间隔随着小区中的RRH的数量进行增加。该系统将优化在UE上的平均CSI更新时间间隔，其在下文进行进一步解释。前面的一节中所提及的轮询调度器可以是候选的，其在不考虑UE分布的情况下，导致N个的平均CSI更新时间间隔。

图6描绘了非均匀UE分布的示例。当UE非均匀在分布在区域600中时，CBS可能想要更频繁地更新具有高UE密度601的RRH的CSI，使得可以减少（在全部数量的UE之上的）平均CSI更新时间间隔。在同一时间，CBS需要维持用于所有RRH的更新时间间隔小于某个阈值，以便保证用于具有较低UE密度602的那些RRH的CSI知识始终有效，即，不过期。在下一节中，描述了一种在上面的两个方面之间具有良好平衡的方案。例如，如下面所解释的，将特定RRH（或者RRH组）的密度确定为与其相关联的UE的数量。该系统可以针对一个小区的RRH使用调度方案来发送RS，以使得在如下的约束之下将UE上的平均CSI更新时间间隔减到最小：用于所有RRH的CSI更新时间间隔以较高的概率小于某个预定的阈值。因此，随着针对该RRH组的UE密度变得更高，更新时间间隔减少。

图7A到图7C描绘了一个示例性实施例的实现的示例性流程图。下面详细地解释每一个步骤。

步骤S701：CBS数据模块402确定测量集S。该测量集是由RRH或者RRH组组成的集合，其中在CBS处需要知道上述RRH或RRH组的针对所有UE的CSI以进行数据传输。该测量集可以是在数据传输处理的开始时预先确定的，或者是在数据传输处理期间，由CBS数据模块以实时方式进行更新的。应当注意，选择测量集以使得该集合中的每一个RRH或者RRH组需要使用所有的RS天线端口进行信道估计。

在步骤S701之后，CBS RS模块403执行下面的步骤。

步骤S702：针对测量集中的所有RRH（或者RRH组），将时间戳初始化为零。

步骤S703：将如式（1）中所示出的系统参数α、β、γ和δ进行初始化，需要适当地选择这些参数以便优化性能。针对测量集S中的RRH（或者RRH组）设置最大可允许的CQI更新时间间隔T_max。此外，针对所有m=1、2、…、M和k=1、2、…、K设置时间戳T_mk=0，其中M和K分别是测量集S的大小和UE的总数量。

步骤S704：针对每一个帧执行循环，直到最后一个帧为止（总共T个帧）。

步骤S705：选择RRH组。可以基于图7C中所示出的处理来选择RRH组。

步骤S705-1：针对测量集中的每一个RRH（或者RRH组），确定UE密度，即，与每一个RRH（或者RRH组）相关联的UE的数量。应当注意，CBS可以如下文所描述的跟踪针对每一个RRH（RRH组）的UE密度：CBS监控每一个UE在每一个RRH（RRH组）处的上行链路接收功率，并且随后通过假定UE关联到具有最高接收功率的RRH（RRH组）来更新关联到每一个RRH（RRH组）的UE的数量。使P_m表示测量集S中针对第m个RRH（或者RRH组）的UE密度。

步骤S705-2：基于UE反馈更新针对测量集中每一个RRH-UE（或者RRH组-UE）的时间戳。如果CBS从第k个UE接收到针对测量集S中的第m个RRH（或者RRH组）的CSI反馈，则设置T_mk=0；否则，设置T_mk=T_mk+1。

步骤S705-3：根据下式，从测量集中挑选测量集S中的第m^*个RRH（或者RRH组），并通过所选择的RRH（或者RRH组）来发送RS。

$>m^{*}=\arg \max (\alpha P_m^{\gamma }+\frac{\beta }{T_{\max }-\underset{k}{\max }{T}_{\mathrm{mk}}+\delta })---\left(1\right)$>

步骤S706：CBS数据模块402将循环计数器加1。

步骤S707：CBS数据模块402结束循环。

图8描绘了测量集的一个示例。

假定示例性的小区具有16个RRH，如图8中所示出的，将这16个RRH标记为RRH1到RRH16。基本测量集是S={RRH₁、RRH₂、…、RRH₁₆}，其中在CBS处需要知道针对所有RRH-UE对的CQI。此外，CBS数据模块还可以设置S={{RRH₁、RRH₂、RRH₅、RRH₆}、{RRH₁₁、RRH₁₂、RRH₁₅、RRH₁₆}、{RRH₃、RRH₄}、{RRH₇、RRH₈}、{RRH₉、RRH₁₃}、{RRH₁₀、RRH₁₄}}，这意味着其只需要针对六个RRH组（在该情况下是G1到G6）的复合信道的CQI。

可以由分组模块401通过任何RRH聚类算法来确定这些组。但是，优选的是使用联合的UE调度和聚类算法以便以最小的实现复杂度来增加UE的可实现的速率。一个示例是根据用户的比例公平调度度量值的减少顺序来调度UE；以及对于根据UE的顺序被进行调度的每一个UE来说，挑选先前还没有挑选的前N个数量的RRH（按照到被进行调度的UE的信号强度的减少顺序）来形成用于被进行调度的UE的大小为N的群。例如，可以按照到每一个UE UE(i)的作为向量S(i，j)的信号强度的减少顺序来对RRH进行排序，其中i等于1到UE的总数量K，其中j等于1到按照信号强度的减少顺序的RRH的总数量。通过挑选每一群的前N个数量的RRH，使得在确保将每一个UE绑定到特定的群的同时允许高效的分组方法。

在平均CSI更新时间间隔和中断概率方面，将示例性实施例的实现的性能与轮询方案进行比较。当针对任何RRH-UE对（或者RRH组-UE对）的更新时间间隔高于给定的阈值T_max时，中断事件发生。较低的中断概率意味着较佳的性能。在仿真中，使用基本测量集，该基本测量集包括小区中的所有RRH。使N和K分别表示小区中的RRH的数量和UE的数量，其中我们设置K=10N。UE以如下的方式均匀地散落在小区中，其中，25%的RRH与密度d₁的UE相关联，75%的RRH与密度d₂的UE相关联，其中d₁=10d₂。将阈值T_max设置为1.2N，其中N是小区大小。其它仿真参数按照如下来设置：α=1，β=0.0013，γ=1.5，以及δ=1e-10。

图9描绘了来自计算机仿真900的实施例的示例性实现和轮询方案的性能比较。在小区大小902的不同值上，将所提出的方案的平均CSI更新时间间隔901与轮询方案的平均CSI更新时间间隔进行比较。与轮询方案相比，该示例实现可以获得低大约20%的平均CSI更新时间间隔（越低越好）。随着平均CSI更新时间间隔变得更低，UE可以更准确地估计CSI，并向CBS反馈。

图10描绘了实施例1000的示例性实现的中断概率。中断概率1001是在小区大小1002的不同值上的图。图10描绘了对于所有的小区大小中断概率小于0.05，并且对于较大的小区大小，中断概率可以忽略。应当注意，对于在该示例性实现中的T_max的配置来说，针对轮询方案的中断概率始终是零。

如果UE均匀地分布，则该示例性实现具有与轮询方案相同的性能，这是由于在该场景中，测量集中所有RRH的UE密度是相同的。

最后，通过计算机中的操作的算法和符号表示呈现了具体实施方式的一些部分。这些算法描述和符号表示是由数据处理领域的普通技术人员使用以向本领域其它普通技术人员最高效地传送他们创新的本质的方式。算法是产生期望的目标状态或结果的一系列的规定的步骤。在本发明中，所执行的步骤需要用于实现有形的结果的有形数量的物理操作。

除非另外明确地说明，否则如从下面讨论中显而易见的，应当理解的是，贯穿本说明书使用诸如“处理”、“计算”、“运算”、“确定”、“显示”等等之类术语的讨论，可以包括计算机系统或其它信息处理设备的动作和处理，其中上述其它信息处理设备将计算机系统的寄存器和存储器中表示成物理（电子）量的数据操作和转换成计算机系统的存储器或寄存器或者其它信息存储介质、传输或显示设备中类似地表示成物理量的其它数据。

本发明还涉及一种用于执行本申请的操作的装置。可以专门针对所需要的目的来构造该装置，或者其可以包括由一个或多个计算机程序来选择性地激活或重新配置的一个或多个通用计算机。这种计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中，例如，但不限于光碟、磁盘、只读存储器、随机存取存储器、固态器件和驱动器或者适合于存储电子信息的任何其它类型的介质。本申请呈现的算法和显示，并不固有地与任何特定计算机或其它装置有关。

各种通用系统可以根据本申请的教导的程序和模块来使用，或者其可以证明构造更专用的装置来执行所期望的方法步骤是便利的。此外，没有参照任何具体的编程语言来描述本发明。应当理解的是，可以使用多种编程语言来实现如本申请所描述的本发明的教导。这些编程语言的指令可以通过一个或多个处理设备（例如，中央处理单元（CPU）、处理器或控制器）来执行。

如本领域所公知的，上面所描述的操作可以由硬件、软件或者软硬件的某种结合来执行。本发明的实施例的各个方面可以使用电路和逻辑设备（硬件）来实现，而其它方面可以使用机器可读介质上存储的指令（软件）来实现，其中当这些指令由处理器执行时，将使得处理器执行方法以实现本发明的实施例。此外，本发明的一些实施例可以单独地用硬件来执行，而其它实施例可以单独地用软件来执行。此外，所描述的各种功能可以在单个单元中执行，或者可以用任意数量的方式，扩展到多个组件中。当由软件执行时，可以基于计算机可读介质上存储的指令，由诸如通用计算机之类的处理器执行这些方法。如果需要，可以以压缩和/或加密方式将指令存储在介质上。

此外，通过思考本申请所公开的本发明的说明和实施，本发明的其它实现对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的。在通信系统中，所描述实施例的各个方面和/或组成部分可以单独地或者以任何组合来使用。意在将说明书和示例只视作为示例性的，本发明的真实保护范围和精神由所附权利要求书来表明。