MIMO配置方法和设备技术

移动传送器、例如蜂窝电话通信系统的用户设备中具有多个功率放大器(404，406)和天线(408，410)的多输入多输出(MIMO)对传送器的电池寿命、形状因数和复杂度具有如此大的影响，以致它不应当被使用，除非其有益效果明显超过其成本。本发明专利技术的方法和设备实现得到通过波束形成和天线切换的MIMO的有益效果，而无需导致因多个功率放大器引起的增加电流消耗的缺点。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】MIMO配置方法和设备
本申请涉及无线通信系统，具体来说涉及这类系统中的传送器，以及甚至更具体来说涉及具有多输入多输出配置的传送器。
技术介绍
在许多无线通信系统中，多输入多输出(MIMO)通信是一种高级天线技术，其用来改进谱效率并且增加系统容量。符合第三代合作伙伴项目(3GPP)的规范的诸如演进通用陆地接入(E-UTRA)或长期演进(LTE)系统之类的蜂窝无线电电话系统以及诸如宽带码分多址(WCDMA)和高速分组接入(HSPA)系统之类的UTRA系统以及符合IEEE802.11和802.16的诸如Wi-Fi系统和其他系统之类的无线局域网(WLAN)是在变化程度上使用MIMO通信的通信系统的示例。一般而言，MIMO通信需要在通信的传送器侧和接收器侧的多个天线。MIMO通信系统中的天线配置通常采用标记法(M×N)来表示，其中M是传送天线的数量，以及N是接收天线的数量。MIMO天线配置当今通常被认为包括(2×1)、(1×2)、(2×2)、(4×2)、(8×2)和(8×4)。(2×1)和(1×2)配置是特殊情况，其有时分别称作传送分集和接收器分集，并且对蜂窝无线电电话系统等等而言是特别受关注的。MIMO通信实现对所传送信号和所接收信号进行空间处理，这一般改进谱效率、扩大小区覆盖、增强用户数据速率、减轻多用户干扰等。不同MIMO配置具有不同有益效果。例如，接收器分集(1×2)配置能够改进小区覆盖。对于另一个示例，(2×2)配置能够增加峰值用户比特率，甚至使比特率翻倍。这种改进的数据速率取决于传送器与接收器之间的两个通信信道是否充分不相关以使得2×2MIMO信道矩阵的秩为2。矩阵的秩是矩阵的独立行或独立列的数量。一般来说，平均二链路数据速率因链路之间的相关性而将小于对单个链路所实现的数据速率的两倍。在蜂窝无线电电话中，例如，MIMO技术经过了广泛研究并且应用于下行链路通信、即从基站或等效网络节点到用户设备(UE)的通信。例如，(2×2)配置将用于WCDMA发行版7中，并且E-UTRA系统将支持下行链路中的若干MIMO配置，其包括单用户MIMO(SU-MIMO)和多用户MIMO(MU-MIMO)。MIMO技术通常仅已用于下行链路传输，这是因为与单输入单输出(SISO)通信相比，它们增加传送器和接收器的复杂度。例如，在射频(RF)侧，传送器能够根据MIMO配置需要若干RF功率放大器(PA)和若干传送天线，以及接收器能够根据MIMO配置需要若干接收天线和若干RF信号处理组件链。此外，每个MIMO配置增加传送器和接收器的基带信号处理的复杂度。然而，具有多个PA和天线的下行链路MIMO在基站中被认为是可行的，这是因为基站对形状因数和电池寿命具有更少限制。MIMO配置中的多个传送天线能够按照若干不同方式、例如天线切换和波束形成来使用。一般来说，与波束形成相比，天线切换引起通信性能的较小改进，但是天线切换配置能够更易于实现。如果传送器、例如UE具有与其上行链路通信信道有关的某种信息，则传送器能够使用那个信息以通过采用其多个天线的波束形成朝接收器的方向导引其传送信号。该信道信息会由接收器反馈给传送器，并且因此这种操作是闭环多天线技术。开环多天线技术基于如下假设：传送器、例如UE没有与上行链路信道有关的信息，并且因此传送器不能将这种信息用于波束形成。图1是配置用于通过天线切换的MIMO的传送器100的框图。如图1所示，传送器100包括适当调制器102，其将输入信号上变频或者以其他方式施加到适合于通信系统的载波信号上。将调制器102所生成的调制载波信号提供给PA104，其增加调制载波信号的功率。由PA104所生成的放大信号通过适当开关110(其通过由天线选择器112所生成的信号来控制)的操作来定向到两个天线106、108其中之一。由于许多通信装置中的(一个或多个)天线不仅用于传送而且用于接收，所以图1示出双工器114、116，其将由天线106、108所接收的信号与将要传送的信号分离，并且将那些所接收信号定向到通信装置的接收器部分(未示出)。通过图1所示的天线切换架构，蜂窝电话系统中的传送器、例如UE仅具有单个PA，但是能够通过在多个天线106、108之间切换PA104的输出来实现传送分集。能够表明，由相应天线所看到的衰落上行链路通信信道是不同的，这就是说，这些天线部分地不相关，并且因此通过切换天线，传送器能够利用信道的分集。图2是配置用于使用两个天线的天线波束形成的传送器的一部分200的框图。只是为了清楚起见而从图2中省略了调制器，并且因此图2示出提供给波束形成处理器202的两个调制信号1、2，波束形成处理器202按照适当波束形成算法来组合调制信号1、2。将由处理器202所生成的波束形成信号提供给PA204、206和相应天线208、210。波束形成处理器202在待传送的调制信号1、2被提供给PA204、206(其例如能够配置为两个全功率PA或者配置为一个全功率PA和一个半功率PA或者配置为两个半功率PA)之前将波束形成向量或矩阵W应用于那些信号。全功率PA使传送器能够达到标称最大传送功率、例如23dBm。如图2所示，波束形成处理器202将波束形成向量或矩阵实现为乘法和加法网络，其中将乘性权重w1、w2、…、w4应用于调制信号，以及使加权调制信号相加，以产生提供给PA的波束形成信号。波束形成矩阵的权重w1、w2、…、w4(也就是说向量W的元素值)例如能够预先定义并且由接收器在闭环传送分集(CLTD)中经过适当信令来提供给传送器，或者由传送器在开环传送分集(OLTD)中通过利用UE中已经可用的信息来优化。由于矩阵W，由天线所传送的信号功率能够导引到所选方向上，以便使正确接收的概率为最大。近来，3GPP已开始了关于需要发行版-11UTRA系统的上行链路传送分集(2×1)MIMO以及关于发行版-11E-UTRA系统的上行链路MIMO的规范的工作。例如在UTRA通信系统中，UE能够采用天线切换和波束形成两者来实现上行链路传送分集(ULTD)。这类系统中的CLTD是“网络控制的”，这就是说，网络通过所传送预编码指示符(TPI)(其通过下行链路分数信道(F-TPICH)从基站发送给UE)来命令UE使用特定MIMO配置。CLTD在理论上提供吞吐量方面的有益效果，而OLTD的有益效果更多取决于信道条件以及传送器所使用的天线选择算法。使事情进一步复杂化，OLTD的有益效果一般可小于波束形成的有益效果，但是在某些条件下，使用天线切换能够更为有益。3GPP近来已决定：在CLTD下，基站或NodeB决定如何配置UE，并且因此基站向UE指示UE应当使用若干预定波束形成向量W的哪一个，以便优化其通信性能。预定向量只是相位的向量，并且因此没有利用向量元素幅度中的可能自由度。对于基于网络的控制，另一个可能问题在于，基站能够判定从UE的观点来看并非最佳的UE传送器配置。图3示出具有如同图2一样的波束形成架构的传送器从传送器的电流消耗的观点来看能够变得低效。图3示出典型PA的效率与输出功率曲线的示例，其示出通常用于最小功率电平与最大功率电平之间的操作的中心线性区域。将会注意，该关系是非线性的，以及在低功率电平，PA不太有效。因此，由PA所消耗的电流不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制通信系统的传送器中多输入多输出(MIMO)配置的方法，所述传送器具有：至少两个天线；至少两个放大器；交换网络，其配置用于将所述至少两个放大器连接到所述至少两个天线；以及配置处理器，其配置用于在待传送的调制信号被提供给所述至少两个放大器之前将至少两个配置矩阵中的所选配置矩阵应用于所述调制信号，所述至少两个配置矩阵中的每个配置矩阵对应于相应MIMO配置，所述方法包括：(a) 监测与所述传送器的电流消耗对应的参数；(b) 确定所述参数的预定条件是否已经发生；以及(c) 如果确定所述预定条件已经发生，则基于所述参数来自主选择MIMO配置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.05 US 13/4407711.一种控制通信系统的传送器中多输入多输出MIMO配置的方法，所述传送器具有：至少两个天线；至少两个放大器；交换网络，其配置用于将所述至少两个放大器连接到所述至少两个天线；以及配置处理器，其配置用于在待传送的调制信号被提供给所述至少两个放大器之前将至少两个配置矩阵中的所选配置矩阵应用于所述调制信号，所述至少两个配置矩阵中的每个配置矩阵对应于相应MIMO配置，所述方法包括：(a)监测与所述传送器的电流消耗对应的参数；(b)确定所述参数的预定条件是否已经发生；以及(c)如果确定所述预定条件已经发生，则基于所述参数来自主选择MIMO配置，其中，基于所述参数来选择MIMO配置包括：确定降低所述电流消耗；将天线切换矩阵应用到待传送的信号；以及将所述交换网络配置成使得待传送的矩阵处理信号定向到所述至少两个放大器其中之一和所述至少两个天线其中之一。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述交换网络配置成使得所述至少两个放大器之一连接到所述至少两个天线中的所选天线，以及使所述至少两个放大器中的其他放大器断电。3.如权利要求1所述的方法，其中，所述自主选择MIMO配置包括选择配置矩阵，其中所述配置矩阵包括天线切换向量或矩阵或者波束形成向量或矩阵。4.如权利要求3所述的方法，其中，基于所述参数来选择MIMO配置包括：确定使用具有增加电流消耗的MIMO配置；将所述波束形成矩阵应用到待传送的信号；以及将所述交换网络配置成使得待传送的矩阵处理信号定向到所有所述至少两个放大器和所有所述至少两个天线。5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述MIMO配置基于由所述传送器所接收的、与来自所述传送器的通信信道有关的信息来选择。6.如权利要求3所述的方法，其中，确定所述参数的预定条件是否已经发生包括：比较所接收的用于传送功率电平的命令或者实际传送功率电平与第一阈值，以及当所述所接收的用于传送功率电平的命令或者实际传送功率电平小于所述第一阈值时，将所述天线切换矩阵应用到待传送的信号。7.如权利要求6所述的方法，其中，确定所述参数的预定条件是否已经发生还包括：如果所接收的用于传送功率电平的命令或者实际传送功率电平不小于所述第一阈值，则将所接收的用于传送功率电平的命令或者实际传送功率电平与第二阈值进行比较，并且当所接收的用于传送功率电平的命令或者实际传送功率电平超过所述第二阈值时，将所述波束形成矩阵应用到待传送的信号，并且将所述交换网络配置成使得待传送的矩阵处理信号定向到所有所述至少两个放大器和所有所述至少两个天线。8.如权利要求6或7所述的方法，其中，确定所述参数的预定条件是否已经发生是由于信道传输格式变化和传送器状态变化中的任一个引起的。9.一种用于控制通信系统的传送器中多输入多输出MIMO配置的...

【专利技术属性】
技术研发人员：S塞斯亚，F托马蒂斯，
申请(专利权)人：爱立信调制解调器有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH