当前位置: 首页 > 专利查询>梁平专利>正文

混合波束成形多天线无线系统技术方案

技术编号:17545123 阅读:44 留言:0更新日期:2018-03-25 02:17
本发明专利技术提出用于MU‑MIMO无线通信系统的方法,MU‑MIMO无线通信系统包括:BS,其具有放置为线性阵列或平面阵列的多个天线;多个UE,用于在BS处进行两级信号处理,以减少系统实现复杂度(即RF预编码/组合和基带预编码/检测);BS获得每个UE的信道矩阵的二阶统计信息,以通过比BS处的收发天线的导频远更少的数量的导频计算RF预编码矩阵,其中,可以通过上行链路基准信号或下行链路基准信号加上上行链路反馈获得信道矩阵的二阶统计信息。

Hybrid beamforming multi antenna wireless system

The invention provides a method for MU MIMO wireless communication system, including the MU MIMO wireless communication system: BS, which is placed into a plurality of antenna array linear or planar array; a plurality of UE, for two levels of signal processing in BS, in order to reduce the system complexity (i.e. RF pre encoding / combination and baseband pre encoding / detection); two order statistics of BS channel matrix of each UE, calculate RF precoding matrix, through the ratio of pilot number of transmit and receive antennas at the BS pilot far less which can obtain two order statistics of the channel matrix through the uplink or downlink reference signal the reference signal with the uplink feedback.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】混合波束成形多天线无线系统本申请要求2015年4月15日提交的美国临时专利申请No.62/148,089的权益。
本专利的领域是多天线无线通信系统。本专利技术总体上涉及多入多出(MIMO)无线通信网络或系统,更具体地说,用于基于部分地测量的信道状态信息(CSI)计算模拟波束成形矩阵和基带预编码/检测矩阵的新颖方法以及用于实现该方法的装置和系统。
技术介绍
在[1]中首先介绍了大规模多入多出(MIMO)或大型MIMO系统,其中,每个基站(BS)装配有几十至几百个天线,以在相同时间-频率资源中通过多用户MIMO(MU-MIMO)同时服务于几十个用户。因此,它们可以实现比线性波束成形方法(例如迫零(ZF),其可以实现非常接近信道容量的性能)的传统MU-MIMO系统显著更高的空间复用增益,并且已经引起来自学术界和工业界的极大兴趣([1]-[3])。此外,大规模MIMO视为用于第5代(5G)无线通信系统的最有前途的技术之一,并且已经包括于最新第3代伙伴项目(3GPP)长期演进(LTE)标准发行版13中([4]),其中,其称为全维(FD)MIMO。无论优点如何,对于将大规模MIMO应用于实际系统,仍存在非常艰难的挑战。为了利用大型天线阵列的增益,采用下行链路作为示例,所有天线的信号首先在基带处受处理(例如,信道估计、预编码等),然后在通过数模(D/A)转换器、混频器和功率放大器(即射频(RF)链)之后上转换到载波频率。RF链的输出然后与天线元件耦合。因此,其在下行链路中对于每预编码单元的ZF预编码引入巨大的基带计算复杂度(例如O(NtK2)),其中,Nt和K分别是BS处的天线的数量和每MU-MIMO群组的用户的数量。此外,每个天线元件需要专用RF链,当Nt非常大时实质上增加实现成本,并且需要混合信号分量的高功耗,这样对于数字基带预编码可能导致不切实际的高复杂度。另一方面,通过当前电路技术,成本有效可变移相器已经是可用的,这样使得可能应用仅高维相位RF或模拟处理([5]、[6])。归因于这些原因,混合波束成形(HB)([7]、[8])得以提出并且被认为是用于解决实际系统中的该问题的有前途的解决方案(例如最新LTE发行版13([4])),其中,全局波束成形分别分解为基带数字预编码/检测和RF模拟预编码/组合,从而基带处的信号维度(即RF链的数量)得以减少到比物理天线的数量远更小的数量。模拟预编码/组合又称为天线虚拟化([4])。图1中示出具有HB的BS发射机的架构。具体地说,第一级数字基带预编码2首先处理K×1个基带发送数据矢量s1,即,xBB=WBBs,其中,WBB是NRF×K数字基带预编码矩阵,其中,NRF是RF链的数量,xBB是NRF×1基带预编码发送码元矢量3,,其中,是xBB中的第i元素。然后,在xBB传递通过这NRF个RF链4之后,应用第二级RF模拟预编码5,即,xRF=WRFxBB,其中,WRF是Nt×NRFRF模拟预编码矩阵6,其中,θji,i=1,…,NRF,j=1,…,Nt是通常实际上由包括相移器7和求和器8的相移网络实现的WRF中的第{j,i}元素,xRF是Nt×1发送RF码元矢量9,其中,是xRF中的第j元素。最后,Nt个天线10发送xRF。相似地,图2中示出具有HB的BS接收机的架构。具体地说,设Nt个天线接收到的并且在带通滤波器(BPF)和低噪声放大器(LNA)11之后的Nt×1RF码元矢量是yRF,其中,是yRF中的第j元素。首先,通过第一级RF模拟组合13处理yRF,即,yBB=WRF,TyRF,其中,WRF是图1中的Nt×NRFRF模拟组合矩阵,并且yBB是NRF个RF链接收到的NRF×1基带码元矢量,其中,是yBB中的第i元素。然后,应用数字基带检测15,即,其中,GBB是K×NRF数字基带检测矩阵,并且是K×1基带检测码元矢量。除了传统微波商用通信系统之外,HB也已经被认为是用于具有大型天线阵列的毫米波(mm-Wave)通信系统的最有前途的波束成形方法([7]、[8])。关于下行链路传输,在[9]-[11]中提出现有的三种HB方法。在[9]中,首先基于完整CSI计算每个用户的信道矢量的波束空间或掩蔽(即离散傅立叶变换(DFT)矩阵中的若干矢量)。MU-MIMO群组的模拟预编码矩阵包括所有K个用户的波束空间。在[10]中,推导具有部分CSI的用于单用户MIMO(SU-MIMO)的迭代HB方法。在[11]中,MU-MIMO信道矩阵的相位分量用作模拟预编码矩阵。然而,所有这些方法面临两个以下问题中的至少一个:1)完整CSI(即每个天线的信道系数)假设为在基带处可用于计算模拟预编码矩阵,这对于具有有限数量的RF链的实际系统是不实际的。然而,如果发送上行链路侦听基准信号(SRS)的用户测量CSI,则归因于HB系统中的有限数量的RF链,完整CSI是不可用的。如果下行链路CSI-RS测量CSI,则因为大量天线,所以导频开销实质上是巨大的。此外,所测量的CSI必须在反馈到BS之前被量化。因此,完整CSI不可用于实际系统。2)基于单个MU-MIMO群组中的用户的CSI推导模拟预编码矩阵。然而,对于实际的基于OFDM的系统(例如LTE/LTE-A),由于在一个OFDM码元中调度多个MU-MIMO群组,因此这些算法遭受大的性能损失,因为它们仅适合于单个MU-MIMO群组。出于这些原因,该专利提供设计为克服现有技术的这些短处的HB方法和装置。所提出的方法首先基于部分CSI中所包含的主角度信息构造用于每个用户的子空间。然后,通过系统中的所有用户的子空间推导统一模拟波束成形矩阵。最后,采用基带波束成形。附图说明作为当结合附图时本专利技术的各个方面的以下详细描述的结果,将更清楚地理解本专利技术的前述实现方式以及附加实现方式。贯穿附图的若干视图,相同标号指代对应部分。图1示出具有全局模拟预编码的BS的发射机架构。图2示出具有全局模拟组合的BS的接收机架构。图3示出具有部分模拟预编码的示例的BS的发射机架构。图4示出具有部分模拟组合的示例的BS的接收机架构。图5示出具有单极化天线的平面天线阵列。图6示出具有交叉极化天线的平面天线阵列。图7示出通过本专利中的方法I获得下行链路中的模拟预编码矩阵和上行链路中的模拟组合矩阵的处理。图8示出通过本专利中的方法II获得下行链路中的模拟预编码矩阵和上行链路中的模拟组合矩阵的处理。图9示出将应用于估计用于第kUE的下行链路基带有效信道的处理。图10示出将应用于估计用于第kUE的上行链路基带有效信道的处理。具体实施方式现将参照附图,其中,相同标号通篇指代相同部分。现在可以描述本专利技术示例性实施例。示例性实施例得以提供以示出本专利技术的各方面,并且不应理解为限制本专利技术的范围。当参照框图或流程图描述示例性实施例时,每个块可以表示方法步骤或用于执行方法步骤的装置元件。取决于实现方式,可以在硬件、软件、固件或其组合中配置对应装置元件。下文中,导频信号可以表示一个天线为了估计发送天线与一个或多个接收天线之间的信道所发送的信号。其可以又称为基准信号、信道估计信号或测试信号。考虑MU-MIMO无线通信系统,其中,BS具有用于发送并且接收的Nt个天线。假设需要在下一时间段中受服务的所有用户装备(本文档来自技高网...
混合波束成形多天线无线系统

【技术保护点】
一种MU‑MIMO TDD无线通信系统,其包括具有多个天线的BS,其中,RF链的数量小于天线的数量;BS通过每个UE发送上行链路导频获取CSI;BS计算第一级统一模拟波束成形矩阵,以用于RF处理;以及BS计算第二级矩阵,以用于基带处理。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.15 US 62/148,0891.一种MU-MIMOTDD无线通信系统,其包括具有多个天线的BS,其中,RF链的数量小于天线的数量;BS通过每个UE发送上行链路导频获取CSI;BS计算第一级统一模拟波束成形矩阵,以用于RF处理;以及BS计算第二级矩阵,以用于基带处理。2.如权利要求1所述的系统,还包括:使用第一级矩阵,以耦合BS的RF链和物理天线。3.如权利要求1所述的系统,还包括:使用第二级矩阵,以耦合调制模块的输出和BS的RF链。4.如权利要求1所述的系统,还包括:BS所服务的UE在上行链路信道中发送导频信号或基准信号信息,以用于BSCSI获取,以计算第一级矩阵,并且BS沿着天线维度对接收到的信号进行采样,从而传递到RF链的信号的数量不大于RF链的数量NRF。5.如权利要求4所述的系统,还包括:当BS处的天线放置为线性阵列时,通过从接收天线的部分选择信号实现采样。6.如权利要求4所述的系统,还包括:当BS处的天线放置为平面阵列时,分别通过从水平维度中的接收天线的一个行和垂直维度中的接收天线的一个列选择信号实现采样。7.如权利要求4所述的系统,还包括:当BS处的天线放置为平面阵列时,分别通过从水平维度中的接收天线的一个行的部分和垂直维度中的接收天线的一个列的部分选择信号实现采样。8.如权利要求4所述的系统,还包括:当BS处的天线放置为平面阵列时,通过分别从水平维度中的接收天线的一个行的和垂直维度中的接收天线的一个列的部分选择信号或分别从水平维度中的接收天线的一个行的部分和垂直维度中的接收天线的一个列选择信号实现采样。9.如权利要求1所述的系统,还包括:通过耦合矩阵表示所选择的接收天线与RF链之间的耦合,耦合矩阵的元素是二进制,其中,一个值表示RF链和天线的特定配对是连接的,而另一值表示断连。10.如权利要求4所述的系统,还包括:所选择的导频信号传递到基带,以在BS处估计每个UE与所选择的接收天线之间的信道系数。11.如权利要求9所述的系统,还包括:当BS处的天线放置为线性阵列时,BS通过用于每个UE的所估计的信道系数构造用于表示沿着水平维度的信道信息的nh个相互正交矢量。12.如权利要求9所述的系统,还包括:当BS处的天线放置为平面阵列时,通过用于每个UE的所估计的信道系数,BS分别构造用于表示沿着水平维度的信道信息的用于第kUE的nh个相互正交矢量和关联增益以及用于表示沿着垂直维度的信道信息的nv个相互正交矢量和关联增益13.如权利要求12所述的系统,还包括:用于第kUE的沿着水平和垂直维度的矢量由表示,其中,Nh是水平维度中的天线的数量,并且其中,Nv是垂直维度中的天线的数量。14.如权利要求13所述的系统,还包括:取决于天线阵列的索引化,UE的信道由和表示为或其中,矩阵和是以及其中,diag(a)生成对角矩阵,a是其对角元素。15.如权利要求1所述的系统,还包括:BS通过Rk,k∈Φ计算用于随后时隙的第一级矩阵,其中,Φ是包含随后时隙中所调度的UE的集合。16.如权利要求15所述的系统,还包括:BS计算定义为R=∑k∈ΦβkRk的矩阵R的本征矢量,其中,βk是取决于对第kUE所分配的时间-频率资源的比例的加权因子,并且通过对应于前NRF个最大本征值的前NRF个本征矢量构造Nt×NRF矩阵VRF。17.如权利要求1所述的系统,还包括:BS计算第一级矩阵作为WRF=exp[jarg(VRF)]。18.如权利要求1所述的系统,还包括:在不同频率资源中所调度并且复用的两个或更多个MU-MIMO群组在RF处理中使用相同第一级统一模拟波束成形矩阵。19.如权利要求1所述的系统,还包括:第一级统一模拟波束成形矩阵应用于视线(LoS)和非视线(NLoS)信道条件二者。20.如权利要求1所述的系统,还包括:BS通过使得UE在上行链路中发送导频信号或基准信号估计从基带看见的每个UE的信道系数,并且BS将第一级矩阵WRF应用于耦合物理接收天线和RF链。21.如权利要求1所述的系统,还包括:BS在每个时间-频率资源单元上通过从用于每个MU-MIMO群组的基带看见的所估计的信道系数计算第二级矩阵。22.如权利要求1所述的系统,还包括:BS将第一级矩阵和第二级矩阵同时应用于在下行链路中发送信号或在上行链路中接收信号。23.如权利要求1所述的系统,还包括:周期性地或当BS请求时发送用于计算第一级矩阵的导频信号,其由BS确定并且通过下行链路控制消息通知给UE。24.一种用于MU-MIMOTDD无线通信的系统,其包括具有多个天线的BS,其中,RF链的数量小于天线的数量,BS通过BS发送下行链路测量导频或基准信号并且UE反馈量化后的所测量的CSI获取CSI,BS通过量化后的所测量的CSI计算用于RF处理的第一级矩阵,并且BS计算用于基带处理的第二级矩阵。25.如权利要求24所述的系统,还包...

【专利技术属性】
技术研发人员:梁平朱登魁李博宇
申请(专利权)人:梁平
类型:发明
国别省市:美国,US

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1