用于在MIMO系统中进行调制编码方案自适应的方法和装置

摘要

一种用于将MIMO系统中的接收器传输的信号解码为用于估计第一信号的第一估计分量、指示待传输的信号集之间的相关关系引起的干扰以及第一噪声分量的方法和装置。基站通过编码过程从所述信号集中生成所述传输信号，所述编码过程定义了所述信号集之间的相关关系。所述相关关系的所述相关信息直接传输到所述接收器或通过专用参考符号进行传输。通过根据所述相关信息确定所述第一信号的线性接收器滤波器以及对所述第一信号和干扰进行去相关来进行所述解码。

说明书

本发明要求2011年12月2日递交的发明名称为“用于在MIMO系统中 进行调制编码方案自适应的方法和装置”的第13/310627号美国非临时专利申 请案的在先申请优先权，该在先申请的内容以引入的方式并入本文本中。

技术领域

本发明的实施例大体涉及调制编码方案自适应以及对具有相关信号和干 扰的通信系统进行解码。

背景技术

多入多出(MIMO)系统指的是在增强型节点B(eNB)(或基站(BS)、 节点B(NB)、通信控制器等)和用户设备(UE)(或移动台(MS)、终 端、用户、中继器、订户、订户设备等)处都具有多传输和多接收天线的通 信系统。这类MIMO系统可以实现更好的信道利用率以及整体性能。第三代 合作伙伴计划(3GPP)E-UTRA标准规定了E-UTRA UE和eNB使用的MIMO 方案。单小区增强型多用户MIMO(MU-MIMO)已经被认定为高级LTE (LTE-A)中的重要技术以提高系统性能。在LTE Rel-8中，单用户MIMO (SU-MIMO)和MU-MIMO由不同的传输模式支持，而不同的传输模式由高 层半静态地配置在LTE Rel-9和LTE Rel-10中，可以支持透明MU-MIMO。 在传统的多用户多入多出(MU-MIMO)系统中，发射器传输MU-MIMO信 号，其包括发给多个接收器的多个信号。每个信号使用各个预编码方案进行 预编码，并且对信号进行空间复用及在相同时频时隙中传输信号，因此一个 发送接收器的信号可以为另一信号带来更多干扰。

发明内容

通过用于进行调制编码方案自适应以及对具有相关信号和干扰的通信系 统进行解码的系统和方法的实施例，大致上解决或规避了上述及其他问题， 并大体上实现技术优势。

根据示例实施例，提供了一种用于在通信系统中进行信号处理的方法。 基站eNB通过编码过程从信号集中生成传输信号，所述信号集x＝[x₁>2 …>K]^T包括第一信号x_j和多个其他信号。所述编码过程定义了所述集中的所述第一 信号和所述多个其他信号之间的相关关系。在从所述信号集中生成所述传输 信号的过程中使用的所述编码过程可包括由所述发射器或所述eNB内的预编 码器进行的线性或非线性预编码，例如脏纸非线性预编码、线性迫零预编码 或线性正则化迫零预编码。

根据示例实施例，所述传输信号可发往MIMO系统中的多个用户或接收 器。接收器通过信道接收所述eNB或所述发射器发送的所述传输信号。所述 接收器将所述传输信号解码为用于估计所述第一信号的第一估计分量、所述 信号集之间的所述相关关系引起的第一干扰分量以及第一噪声分量，其中根 据所述信号集之间的所述相关关系的相关信息进行所述解码。除了解码所述 第一信号，所述接收器可通过类似地将所述接收信号解码为用于估计所述信 号集的第二信号的第二估计分量、所述信号集之间的所述相关关系引起的第 二干扰分量以及第二噪声分量来解码第二信号。

根据示例实施例，所述接收器在解码中使用的所述信号集之间的所述相 关关系的所述相关信息可由所述发射器使用导频信号或控制信号直接发送。 或者，所述相关信息可由所述发射器使用专用参考符号(DRS)来发送。所 述相关信息可以是相关矩阵R_x＝E[xx^H]或D＝diag(R_x)^-1，其中x＝[x₁>2 …>K]^T是 所述信号集。

根据示例实施例，所述接收器内的所述解码器可通过根据所述接收的相 关信息确定所述第一信号的线性接收器滤波器来进行解码，以及将所述第一 信号和干扰进行去相关来生成所述第一信号的所述第一估计分量、所述第一 干扰分量以及所述第一噪声分量。可通过使用Cholesky因式分解过程来得到 所述第一信号和所述干扰的去相关。

根据示例实施例，所述第一信号x_j的所述线性接收器滤波器可以是r_1×N(r_1×N＝[R_x]_第j行H^H(HR_xH^H+R_n)^-1)，其中x＝[x₁>2 …>K]^T是所述信号集， R_x＝E[xx^H]是x＝[x₁>2 …>K]^T的相关矩阵，H表示所述信道和所述编码过程的共 同影响，以及所述信道H具有噪声向量n和相关矩阵R_n＝E[nn^H]。所述第一信 号x_j的所述线性接收器滤波器可具有其他形式，例如

s*r_1×N＝s*[R_x]_第j行H^H(HR_xH^H+R_n)-¹，其中所述标量值表示为s。

根据示例实施例，所述接收器将所述第一信号x_j的所述第一估计分量解 码为所述第一干扰分量解码为以及 所述第一信号的信号干扰噪声比解码为

根据示例实施例，提供了一种用于在通信系统中进行信号处理的装置。 所述装置包括接收器，用于通过信道接收发射器发送的传输信号，其中所述 传输信号通过编码过程从信号集中生成，以及所述信号集包括所述编码过程 后具有相关关系的第一信号和多个其他信号。所述装置进一步包括处理器， 用于根据所述信号集之间的所述相关关系的相关信息，将所述接收的信号解 码为用于估计所述第一信号的第一估计分量、所述信号集之间的所述相关关 系引起的第一干扰分量以及第一噪声分量。所述接收器用于从所述发射器接 收所述信号集之间的所述相关关系的所述相关信息；以及所述处理器用于生 成所述第一信号的线性接收器滤波器，以及将所述第一信号和干扰进行去相 关以生成所述第一信号的所述第一估计分量、所述第一干扰分量以及所述第 一噪声分量。

根据示例实施例，提供了一种用于在通信系统中进行信号处理的装置。 所述装置包括处理器，用于通过编码过程从信号集中生成传输信号，其中所 述信号集包括所述编码过程后具有相关关系的第一信号和多个其他信号。所 述装置进一步包括发射器，用于通过信道发送所述传输信号，以及通过所述 信道发送所述信号集之间的所述相关关系的相关信息，其中所述相关信息与 所述信号集之间的所述相关关系引起的所述传输信号的第一干扰分量有关。 所述装置可使用导频信号、控制信号或专用参考符号(DRS)发送所述相关 信息。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考以下结合附图进行的描述， 其中：

图1示出了具有eNB和多个接收器的MIMO系统的示例；

图2(a)至4示出了接收器进行的操作的示例；以及

图5示出了实施eNB和接收器进行的操作的控制器的示例。

具体实施方式

下文将详细论述当前优选实施例的制作和使用。然而，应了解，本发明 提供可在各种具体上下文中体现的许多适用的发明性概念。所论述的具体实 施例仅仅说明用以实施和使用本发明的具体方式，而不限制本发明的范围。

在多用户多入多出(MU-MIMO)系统中，基站(eNB)通过向一个或多 个用户设备(UE)传输通信信号来同时服务一个或多个UE。图1示出了示例 MU-MIMO系统100。MU-MIMO系统100可以是下行MU-MIMO系统，但 不局限于这种系统。MU-MIMO系统100包括eNB102，其具有一个或多个用 于传输信号向量x＝[x₁>2 …>K]^T的发射天线104-1、104-2、……、104-K。信号 向量x＝[x₁>2 …>K]^T、多个信号x＝[x₁>2 …>K]^T、信号集或信号x＝[x₁>2 …>K]^T可 用于表示相同的x＝[x₁>2 …>K]^T，其包括多个信号x_j。eNB102可通过发射天 线104-1至104-K将信号向量传输到一个或多个接收器UE1、UE2、……、 UE>

基站eNB102可以是连接到网络(未示出)的无线发射器(例如蜂窝站 点、卫星等)eNB102可包括用于对通过发射天线104-1至104-K传输的信号 进行预编码的预编码器112、用于调度一个或多个传输的调度器114以及用于 传输信号相关信息的相关发射器116。预编码器112、调度器114以及发射器 116的功能可由图5所示的示例控制器500实施。用户组UE1至UE M由调 度器114选择用于传输。连接到eNB102的UE数目可能不同，但是一些UE 不会被选择用于传输。在一些实施例中，eNB102可包括多个发射器，每个发 射器具有多个预编码器112和发射天线。进一步地，eNB102可包括一个或多 个用于接收输入数据和反馈信号等的接收天线和输入设备(未示出)，以及 一个或多个控制器和/或合适的控制电路、符号发生器、复用器等。

预编码器112能够在信号x＝[x₁>2 …>K]^T中的每个信号x_j上进行预编码功 能。也就是说，预编码器112可设计、确定以及实施在eNB102进行信号传 输中使用的预编码器或码本。预编码器112可按顺序或并行对每个信号进行 预编码。MU-MIMO中使用的预编码算法可分为非线性和线性预编码类型。 非线性预编码技术可以是所谓的脏纸编码(DPC)，其在没有任何功率损失 的情况下对发射器传输的信号的干扰进行预抵消。线性预编码包括迫零(ZF) 和正则化迫零(R-ZF)预编码。迫零(ZF)技术要求发射器知道下行信道状 态信息。相应地，在信道状态信息有限或不准确的情况下，正则化迫零(R-ZF) 预编码可用来补偿不利信道条件。

信号x＝[x₁>2 …>K]^T中的每个信号x_j包括一系列经调制的符号，其携带发 到各个UE的数据。可以使用任何合适的调制方案，例如正交相移键控(QPSK) 或正交调幅(QAM)。每个信号传送的数据通常使用纠错码(ECC)进行编 码。选择给定信号中使用的调制和ECC称为调制编码方案(MCS)。信号集 x＝[x₁>2 …>K]^T中的每个信号可能要使用ECC方案进行预编码、编码，调制以 及最后一起复用形成传输信号，其将由eNB102传输到UE。对于第一信号x_j， 传输信号包括x_j的第一估计分量以及第一干扰分量，用于指示编码过程后信 号x＝[x₁>2 …>K]^T之间的相关关系引起的干扰量。当UE通过信道接收传输信号 时，接收的传输信号具有第三分量，其为用于指示信号噪声影响的噪声分量。

eNB102可进一步包括相关发射器116。由预编码器112预编码的信号向 量x＝[x₁>2 …>K]^T可具有相关关系。这种相关关系可由相关矩阵R_x＝E[xx^H]表 示，该相关矩阵可由导频或控制信号通过多个发射天线中的一个或多个天线 传输到UE。也可以表示为其他形式的相关信息。例如，矩阵可定义为 D＝diag(R_x)^-1，即相关信息，无论其为相关矩阵 R_x＝E[xx^H]或D＝diag(R_x)^-1，即提供了关于传输信号的 第一干扰分量的信息，指示编码过程后信号x＝[x₁>2 …>K]^T之间的相关关系引 起的干扰量。传输信号的第一干扰分量可通过对接收的信号进行解码在接收 器处被识别。在发射器处，专用参考符号(DRS)可由R_xD进行预编码并传输 到UE。调度器114、预编码器112以及相关发射器116等单元的详细功能可 由图5所示的控制器500实施，其中处理器502可用于执行这些功能中的每 个功能。处理器502可以是ASIC、通用处理器、数字信号处理器、处理器的 组合、具有专用电路的处理器、用作处理器的专用电路以及上述项的组合。

eNB102在传输数据信号之前通常通过多个发射天线中的一个或多个天 线向UE传输导频或控制信号。至少部分基于从eNB102接收的信号(例如导 频信号)，每个UE估计eNB102和UE之间的无线信道的条件。例如，UE1 估计信道矩阵H₁，其表示eNB102和UE1之间的无线通信信道的质量。类 似地，UE2、……、UE>2、……、H_M，这些矩阵表示 各个无线通信信道的质量。

eNB102通过天线104-1、104-2、……和104-k传输从预编码(可包括调 制和ECC)的信号向量x＝[x₁>2 …>K]^T中生成的传输信号。传输信号由M个接 收器中的N个接收天线106-1、……、106-N接收并将被解码。

接收器UE1至UE M可为无线接收设备(例如移动电话、地面站等)， 其为已知并能够接收和解码(例如解复用)接收天线106-1至106-N处接收的 信号y＝[y₁>2 …>N]^T以及将反馈(例如量化反馈)传输到eNB102。应了解该 反馈传输可为反馈链路上的有线和无线传输并可使用接收天线106-1至106-N 的组合来进行传输。

为组合了所有用户UE1至UE M的接收天线，MIMO系统100可由下式 描述：

y_N×1＝H_N×Kx_K×1+n_N×1(1)

其中x＝[x₁>2 …>K]^T是信号集，对信号集进行预编码及处理以生成传输信 号，第一信号可以是任意信号x_j，y＝[y₁>2 …>N]^T是UE解码后的接收信号，H 表示组合信道和编码器，以及n＝[n₁>2 …>N]^T是信道H的噪声。信号集x具有相 关矩阵R_x＝E[xx^H]。噪声向量n具有相关矩阵R_n＝E[nn^H]。

接收器可能仅对解码x的元素子集感兴趣。为了展示的简洁性，假设接 收器仅对x_j进行解码。随后，x的所有其他元素将视为接收器的干扰。如果接 收器对多于一个元素进行解码，可重复使用以下展示的相同方法来解码其他 所需元素。

上述系统模型覆盖了下行MU-MIMO场景，其中传输信号包含所有接收 器的信号，而且每个接收器仅对自己的信号进行解码。在许多MU-MIMO系 统中，由于预编码或其他原因，对从信号集x中生成的传输信号进行相关。假 设相关矩阵R_x或一些其他形式的相关信息在接收器处已知。以下将描述将相 关信息从发射器传送到接收器的方法。

图2(a)-2(b)示出了接收器UE1的示例结构。也可以是UE1之外 的其他接收器。接收器UE1包括天线106-1。接收器UE1可包括其他数目的 天线。图2(a)所示的接收器UE1示出了在接收器内执行的步骤。第一步骤 是在步骤201中单元116接收eNB生成的信号相关信息。第二步骤是在步骤 203中确定待估计的第一信号的线性接收器滤波器。第三步骤是在步骤205中 对第一信号和干扰进行去相关。另一方面，接收器UE1可包括用于接收发射 器发送的传输信号的接收器2011、用于接收相关信息的接收器201、线性接 收器滤波器203以及用于对第一信号和干扰进行去相关的去相关器205，如图 2(b)所示，其中接收器201、线性接收器滤波器203以及去相关器205组成 解码器207。单元2011、201、203以及205的详细功能可由图5所示的控制 器500实施，其中处理器502可用于执行图2(b)所示的每个功能。处理器 502可以是ASIC、通用处理器、数字信号处理器、处理器的组合、具有专用 电路的处理器、用作处理器的专用电路以及上述项的组合。

根据图2(a)和2(b)所示的实施例，在去相关后，将UE1接收的信 号分解为三部分，x₁(目标或有用信号)的第一估计分量或UE1的第一信号、 用于指示编码过程后信号x＝[x₁>2 …>K]^T之间的相关关系引起的干扰量的第二 干扰分量以及第三分量，其为用于指示噪声影响的噪声分量。用于指示信号 x＝[x₁>2 …>K]^T之间的相关关系引起的干扰量的第二干扰分量与传输信号的第 一干扰分量有关。

在一项实施例中，在步骤201中，接收器201可接收相关矩阵R_x＝E[xx^H]。 之后，在步骤203中可确定线性接收器滤波器203。线性接收器滤波器的示例 为迫零(ZF)和最小均方误差(MMSE)接收器滤波器。可能存在其他在接 收器处使用的接收器滤波器。第一信号的MMSE接收器滤波器，其考虑了传 输信号的相关性，由下式给出：

r_1×N＝[R_x]_第j行H^H(HR_xH^H+R_n)^-1>

随后，在步骤205中，去相关器205对第一信号和干扰进行去相关。以 下示出了对第一信号和干扰进行去相关的示例。

假设接收器已经使用接收器滤波器r_1×N来解码x_j。为了增强接收器处的信 号功率，可以使用数据向量x的相关性。假设R_x分解为

R_x＝G_jG_j^H.>

当j＝1，G_j是简单的下三角矩阵，其中对角线上的实元素从R_x的 Cholesky分解中获取。当j＞1，G_j的形式如下：从下三角矩阵形式开始，将 第j行变为第一行，随后将第j栏变为第一列。例如，当K＝3，G_j将具有以 下形式：

$G_1=\left(\begin{array}{ccc}{j}_1& 0& 0\\ j_2& j_3& 0\\ j_4& j_5& j_6\end{array}\right),G_2=\left(\begin{array}{ccc}{h}_1& h_2& 0\\ 0& h_3& 0\\ h_4& h_5& h_6\end{array}\right),G_3=\left(\begin{array}{ccc}{i}_1& i_2& i_3\\ i_4& i_5& 0\\ 0& 0& i_6\end{array}\right).$

在任意上述形式中，对角元素具有实值。

根据(4)并考虑到G_j的形式，可以容易地证明

进行下述白化变换

v＝G_j^-1x(6)

其对v进行白化：

R_vv＝E[vv^H]＝I_K.>j的形式，其具有

$x_j=\sqrt{{\left[R_x\right]}_{\mathrm{jj}}}{v}_j.---\left(8\right)$

通过变换(6)，处理后的接收信号可以写为

根据(9)，可见信号和干扰已变为不相干并且可以正确地完成SINR自 适应和解码。在下文中，从R_x角度重写等式(9)。通过等式(5)，等式(9) 中的第一信号估计项可以写为

第一干扰分量简单地由下式给出：

对于MCS自适应，我们需要计算信号干扰噪声比(SINR)。有用信号 功率由下式给出：

干扰功率由下式给出：

最后，第一信号的SINR由下式给出：

从等式(10)-(14)中可见，有用信号、干扰和SINR均从R_x角度来表 示。

应注意等式(4)中引入的Cholesky因式分解仅仅是一种显示如何对第 一信号和干扰进行去相关的工具，Cholesky因式分解无需作为接收器或基站 处的信号处理的一部分用于解码或MCS自适应。

图3示出了当相关信息以不同方式，例如以矩阵D＝diag(R_x)^-1发送时接收 器的功能。假设D＝diag(R_x)^-1，即在发射器处，专用 参考符号(DRS)由R_xD预编码。

在图3的步骤201中，接收器从接收的DRS中接收并估计HR_xD。随后 接收器前进到步骤203来确定线性接收器滤波器，这将分两步完成。

在步骤2031中，接收器计算从数据信道接收的信号的长期方差矩阵：

E[yy^H]＝

＝E[(Hx+n)(x^HH^H+n^H)]>

＝HR_xH^H+R_n

随后，在步骤2033中，接收器处的第一信号的最优MMSE滤波器计算 为：

等式(16)与等式(2)相同，标度因子除外，这无关紧要。

随后在图4所示的步骤205中，为了计算有用第一信号，接收器将等式 (16)中的接收器滤波器乘以接收DRS的信道估计的第j栏，即HR_xD以获取 如下第一信号估计：

等式(17)与等式(10)一致。

上述各种过程可共同在图4中示出，图4展示了如图2所示的UE1的操 作。在图2的步骤201中，从eNB102发送到UE的信号的相关信息可存在不 同形式。在步骤203中，如图4所示可决定线性接收器滤波器。图4中步骤 203所示的两个滤波器的差别在于标度因子。可能存在从不同方法得到的其他 标度因子，其并不改变图2所示过程的实质。此外，图4中的步骤205示出 了有用信号、干扰和SINR的结果，它们对于不同形式的相关信息来说是相同 的。

图5示出了根据本发明的实施例的示例控制器500。控制器500可与eNB 102、预编码器112、调度器114以及发射器116结合使用并可执行它们的功 能。在相同或替代实施例中，控制器500可驻留在UE1至UE M中的一个或 多个UE处，为UE1至UE M中的一个或多个UE的部件或可由UE1至UE M 中的一个或多个UE使用来执行如图2(a)所示的步骤201、203和205中的 操作。

控制器500可包含处理器502，其通过执行控制器500的总体操作的计 算机程序指令来控制此类操作。计算机程序指令可以存储在存储设备504(例 如，磁盘、数据库等)中，并且在需要执行计算机程序指令时载入到存储器 506中。因此，用于执行本文中所述的预编码、调度、发射和接收数据等的方 法步骤的应用可以由存储在存储器506或存储设备504中的计算机程序指令 定义，并且由执行这些计算机程序指令的处理器502控制。控制器500还可 以包括用于经由网络(例如对等网络等)与其他设备通信的一个或多个网络 接口508。控制器500还可包括能够实现用户与控制器500交互的输入/输出 设备510(例如，显示器、键盘、鼠标、扬声器、按钮等)。控制器500和处 理器502可包括一个或多个中央处理器、只读存储器(ROM)设备和/或随机 存取存储器(RAM)设备。处理器502可为ASIC、通用处理器、数字信号处 理器、处理器组合、具有专用电路的处理器、作为处理器的专用电路及其组 合。实际控制器的实施方式也可以含有其他部件，并且出于说明性目的，图5 的控制器为此类控制器的一些部件的高层次表示。

在替代实施例中，硬连线电路或集成电路可以用来代替用于实施本发明 的过程的软件指令，或与所述软件指令结合使用。因此，本发明的实施例并 不限制于硬件、固件或软件的任何特定组合。存储器506可以存储用于控制 器500的软件，该软件可以适于执行软件程序，且由此根据本发明，且尤其 根据上文详细描述的方法进行操作。然而，如本文中所描述的本发明可以使 用各种编程技术以及通用硬件子系统或专用控制器而按照很多不同方式来实 施。

尽管详细描述了各项实施例及其优势，但应理解，可以在不脱离由所附 权利要求书界定的所述实施例的精神和范围的前提下，在本文中做出各种改 变、替代和更改。例如，上文所论述的许多特征和功能可以由软件、硬件、 固件或其组合来实施。

此外，本发明的范围不应限于说明书中描述的过程、机器、制造工艺、 物质成分、构件、方法和步骤的特定实施例。所属领域的一般技术人员将从 本发明的披露内容中容易了解到，可根据本发明利用执行与本文本所述对应 实施例大致相同的功能或实现与本文本所述对应实施例大致相同的效果的过 程、机器、制造工艺、物质成分、构件、方法或步骤，包括目前存在的或以 后将开发的。因此，所附权利要求书既定在其范围内包括此类过程、机器、 制造工艺、物质成分、构件、方法或步骤。