ВЫЧИСЛЕНИЕ ВЕСОВ АНТЕНН НА ОСНОВЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ОСЛАБЛЕНИЯ ПОМЕХ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯМИ
CALCULATION OF ANTENNA WEIGHTS BASED ON CAPABILITIES TO WEAKEN NOISE BY USERS

Область техники
Изобретение относится к способам и структурам в системе телекоммуникаций, в частности к способам и структурам дляулучшенной передачи формирования луча в сети радио связи.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В передаче данных формирование луча от блока передачи в блок приема необходимо вычислить лучи для различных планируемых блоков приема таким образом, чтобы прием желаемых сигналов мог быть улучшен наряду с одновременным подавлением сигналов помехи. Когда используют оценку с минимальной среднеквадратической ошибкой как критерию оптимизации, оптимизированные веса антенн могут быть определены из решения Винера-Хопфа, как описано в алгоритме ниже.
A
...A
,
0
K-1
Модель системы для базовой станции 11, как отображено на фиг.1, относится к многоантенной базовой станции, содержащей антенны  которые в данном документе расположены как равномерно расставленная линейная антенная решетка (ULA). Это, тем не менее, должно пониматься как неограничивающий пример, который не исключает другие устройства, например, круговые устройства, когда адаптируют формулы, приведенные ниже.
Сигнал в антенной решетке блока 111 передатчика базовой станции 11 может быть выражен как
0
i
1
N
i
i
i
u
(t)
Таким образом, s(t) обозначает сигнал данных, который необходимо передать интересующему пользователю UE, тогда как u(t) представляет собой вклад векторов сигнала помех от другого оборудования, т.е. UE,...,UE. ν является вектором распространения антенной решетки для желаемого сигнала s(t) и ηвектором распространения антенной решетки для сигнала помех от пользовательского оборудования UE. Распространение антенной решетки может также обозначаться пространственной сигнатурой сигнала, представленного относительными фазами, в который сигнал принимается антеннами блока приема. e является компонентом белого шума, включающего, между прочим, тепловые помехи и вклады помех вне соты.
Для базовой станции, содержащей равномерно расставленную антенную решетку, как описано выше, векторы распространения решетки могут быть выражены как
и
ν
A
....A
T
0
K-1
i
обозначает вектор фазовых соотношений в K антеннах равномерно расставленной антенной решетки с расстоянием d между элементами антенны, упомянутое соотношение относительно опорной антенны с нормализованной сигнатурой 1, во время приема сигнала s(t) с длиной λ волны под углом Θ в антенной плоскости.  описывает соответствующий вектор для сигнала u(t).
w
w
)
w
·х(t)
(t)
d'(t)
(t)=(d'(t)-w
•x(t))
0
1
K-1
H
2
H
Когда определяют вектор =[w,w,....,весов антенн, одним возможным критерием для достижения оптимизации выходящего сигнала формирователя луча является минимизация ошибки εмежду упомянутым выходящим сигналом формирователя луча и желаемым сигналом s(t) (или сигнал , который достаточно близко представляет собой s(t) или, по меньшей мере, коррелирует в определенной степени с характеристиками s(t)). Минимизация εможет аналогично быть выражена с помощью уравнения .
w
=R
r
w
opt
opt
0
-l
Когда определяют  и , решение уравнения выше равно . Каждый из K сложных элементов вектора  описывает амплитуду и фазовые требования для взвешивания соответствующего элемента антенны для создания оптимизированного луча для передачи желаемого сигнала s(t) в пользовательское оборудование UE.
Документ WO 2005/060123 раскрывает оптимизацию для сети MIMO с помощью выбора первого и второго наборов пользователей, второй набор не содержится в первом наборе и адаптацию параметров взаимодействия для передач в упомянутый первый и второй набор согласно упомянутым параметрам. Таким образом, взаимодействие с одним или несколькими пользователями может быть оптимизировано, тогда как сетевые ресурсы могут использоваться эффективным способом также для других пользователей.
Документ US 2002/0094843 раскрывает (секторную) антенну с управляемым положением диаграммы направленности, используя обратную связь от мобильных станций для улучшения эффективности и производительности антенны с управляемым положением диаграммы направленности.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
opt
Для передач формирования луча в многоантенной системе передачи вектор w оптимальных весов антенны для блоков приема, которые необходимо планировать, может быть определен, например, из решения Винера-Хопфа, продемонстрированного выше. Тем не менее, так как подобные решения неявно включают в себя допущение об ограничении, что блоки приемников имеют те же самые возможности в терминах обработки принятых сигналов, наблюдается проблема, что алгоритм оптимизации согласно состоянию данной области техники тем не менее не приводит к оптимизированному взвешиванию лучей антенны в планируемых блоках приемников.
Таким образом, задача настоящего изобретения - достичь обобщенного способа и схемы для предоставления оптимизации весов антенны для передачи формирования луча, который может принять во внимание различные возможности блоков приемников.
Кратко, настоящее изобретение использует способ, осуществляемый в блоке передатчика многоантенной системы для улучшенного вычисления весов антенн для передачи формирования лучей данных из блока передатчика в конечный блок приемника, при этом компоненты сигналов помех для блоков приема, отличные от конечного блока приема, и желаемый сигнал связи в конечном блоке приема взвешиваются с помощью параметров, определенных для приемника, описывающие возможности приемника упомянутых блоков в терминах их возможности для подавления помех и/или улучшения сигналов. Эти параметры затем используются для определения весов антенны для передачи формирования луча.
Настоящее изобретение также относится к способу для планирования пользовательского оборудования с помощью использования упомянутой информации по возможностям обработки сигналов для принятых сигналов каждого блока приема. Планирование для одного или более пользовательского оборудования для передачи данных может быть основано, по меньшей мере, на упомянутой информации по возможностям обработки сигналов их соответствующего блока приема.
Настоящее изобретение подразумевает преимущество, чтобы увеличить знания планировщика для передачи формирования луча о планируемых блоках. При помощи априорной информации возможностей приемника планируемых блоков можно принять лучшие решения о планировании.
Следовательно, преимуществом настоящего изобретения является достижение улучшенного планирования пользовательского оборудования для передачи сформированного луча и, таким образом, улучшенной производительности системы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 иллюстрирует часть многоантенной системы радио связи, в которой настоящее изобретение может использоваться.
Фиг.2 иллюстрирует блок-схему последовательности операций способа для определения весов антенны для передачи формирования луча в многоантенной системе согласно настоящему изобретению.
Фиг.3 иллюстрирует блок-схему последовательности операций способа в базовой станции многоантенной системы, используя настоящее изобретение.
Фиг.4а иллюстрирует лучи передачи, как используется в состоянии данной области техники, тогда как фиг.4b иллюстрирует лучи передачи при применении использования настоящего изобретения.
Фиг.5 иллюстрирует радио базовую станцию, включающую в себя схему согласно настоящему изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Настоящее изобретение относится к проблеме оптимизации в отношении взвешивания различных антенн в многоантенной системе базовых станций. Оптимизация может осуществляться либо с помощью оптимизации одного свойства, например, весов антенны, в момент или с помощью составной оптимизации.
Расположения антенны многоантенной базовой станции 11 описано с помощью равномерно расставленной линейной антенной решетки (ULA). Это, тем не менее, должно пониматься как неограничивающий пример, который не исключает другие варианты расположения, например, круговые схемы.
w
opt
Вектор  оптимизированных весов антенн согласно состоянию данной области техники алгоритма описывает требования по элементам антенны для достижения оптимизированных лучей только для неявного допущения, что каждый из блоков приемника имеет аналогичные возможности в отношении обработки принятых сигналов. Подобные характеристики возможностей включают в себя, например, различные улучшения сигналов или используемые средства для подавления помех. Например, в сценарии, как отображено на фиг.1, является возможным, что базовая станция 11 обслуживает терминалы, включая блоки приемника с широким диапазоном возможностей приема сигнала, простирающихся от, например, терминалов низкого уровня с простыми RAKE-приемниками, в терминалы высокого уровня, возможно, оснащенные 2 RX-антеннами и возможностями подавления помех. Следовательно, из-за отличий в возможностях приемника алгоритм оптимизации, описанный выше, не приведет к оптимизированному лучу антенны.
Следовательно, стало основной идеей настоящего изобретения представить дополнительную информацию относительно возможностей приемника, и таким образом, создать поправленную системную модель для достижения улучшенного вычисления весов антенны во время использования упомянутого алгоритма оптимизации.
Первым аспектом настоящего изобретения является, как извлекать подобную дополнительную информацию из соответствующих системных параметров, и второй аспект, как использовать эту дополнительную информацию.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения дополнительная информация относительно возможностей приемника определяется с помощью процесса оценки. Согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения упомянутые возможности приемника извлекаются из информации, которая уже передана из пользовательского оборудования в базовую станцию. Например, возможно извлекать эту информацию из информации категории UE, как описано в документе 3GPP TS 25.101, "Радио передача и прием пользовательского оборудования (UE)(FDD)", выпущенного проектом партнерства третьего поколения (3GPP). В упомянутом документе таблица 9.1 определяет минимальные требования к эффективности для конкретной принадлежности UE в определенной категории HS-DSCH. Другой возможностью является документ TS 25.433, "Наименьшая верхняя граница UTRAN сигнализации прикладной части интерфейса узла В (NBAP)", также выпущенный проектом партнерства третьего поколения (3GPP).
Для любого из этих вариантов осуществления способ согласно настоящему изобретению затем извлекает дополнительные параметры функционирования для описания поведения возможности приемника формализованным образом:
Первый параметр μ относится к функционированию улучшения сигналов в приемнике, параметр которого предоставляет измерения для возможности приемника извлекать желаемый сигнал s(t), т.е. сигнал, который предназначен для приема этим приемником вне принятого сигнала. В примерном варианте осуществления настоящего изобретения μ может принимать значение μ=1 для идеального приемника, тогда как системы настоящих приемников достигают значения 0<μ<1.
Второй параметр δ относится к возможности приемника подавлять помехи, происходящие из принятых сигналов, отличных от желаемого сигнала, т.е. измерение помех, что приемник не может подавить сигналы. В примерном варианте осуществления настоящего изобретения δ может принимать значение δ=0 для идеального приемника, который может принимать все помехи, тогда как системы реальных приемников достигают значений 0<δ<1.
Воздействие возможности приемника, как выражается параметрами функционирования выше по сигналу в антенной решетке блока передатчика, может, таким образом, выражаться как:
.
Примерный вариант осуществления, который реализован в блоке базовой станции, извлекает оптимизированную форму формирования луча, вычисляя оптимизированный набор весов антенны для передачи данных в планируемый блок приемника. Допускается, что существует множество N из блоков приемников, которые необходимо планировать, при этом блоки приемников представлены индексом n. В целях простоты, но не ограничения, также допускается, что существует коэффициент равного канала и требуемое SINR (соотношения сигнал/помеха и шум) для каналов передачи между блоком передатчика и блоками приемников.
T
2
δ
(n)
(n),
i
i
На первом этапе планировщик извлекает вектор ν(n) распространения решетки и параметрподавления помех для каждого из блоков приемника, которые необходимо планировать. Затем, на следующем этапе для каждого пользователя n вычисляются внутрисотовые помехи  и вклад белого шума (т.е. тепловой шум и помехи вне соты) σ·I. Коэффициент δтаким образом, представляет собой воздействие возможности приемника различных блоков приемника, которую необходимо планировать.
w
x
(t)
opt,m
m
Таким образом, улучшенный вектор  весов антенн может теперь быть вычислен, используя модифицированный сигнал в антенной решетке блока передатчика как
.
Корреляцию между пользовательскими сигналами, также обозначающую коэффициент ортогональности, необходимо оценить. Например, в радио сети на основе WCDMA, эта корреляция является кодом и величиной, зависящей от канала, и коэффициент ортогональности может быть без какой-либо потери обобщения, установлен до 1.
x
(t)
m
Фиг.2 иллюстрирует блок-схему последовательности операций для вычисления весов антенны, которые осуществляются в блоке передатчика многоантенной системы базовых станций. Как выведено выше, настоящее изобретение нацелено на предоставление дополнительной информации относительно возможностей блока приема для определения лучей для передачи данных в упомянутые блоки приема. Эта дополнительная информация включена с помощью взвешивания компонентов сигнала в конечном блоке приема и других блоках приема. Компоненты помех сигнала для блоков приема, отличных от конечного блока приема, взвешиваются 21 с помощью параметра δ подавления помех, определенных для приемника, как задано выше. Желаемый сигнал связи в конечном блоке приема может взвешиваться 22 с помощью параметра μ улучшения сигналов, так же как задано выше. Затем возможно определять 23 поправленный сигнал передачи в антенной решетке блока передатчика из компонентов взвешиваемых сигналов и соответствующий вектор распространения антенны для каждого блока приема. Веса антенны для луча передачи затем извлекаются 24 из матрицы ковариации для сигнала передачи и ковариациями между упомянутым сигналом передачи и, по меньшей мере, достаточной аппроксимацией желаемого сигнала связи.
2
2
1
1
2
Для того чтобы проиллюстрировать преимущества настоящего изобретения, фиг.4а показывает образцы 41а, 42а формирования луча нисходящей линии связи для двух синхронно планируемых блоков приемника в ограниченном помехами сценарии согласно состоянию данной области техники, тогда как фиг.4b показывает упомянутые образцы 41b, 42b формирования луча нисходящей линии связи при использовании настоящего изобретения. Фигуры представляют собой упомянутые образцы в схеме коэффициента G усиления антенны, выраженного в Дб в сравнении с направлением входящего угла Θ, при этом Θ обозначает угол направления для первого блока приемника и, соответственно, Θ, угол направления для второго блока приемника. Планировщик принуждается к балансированию между требованиями максимизированной мощности луча в направлении соответствующих блоков приемника, с одной стороны, и минимизированным влиянием от лучей помех, с другой стороны. На фиг.4а образец 41а луча направляется к первому блоку приемника таким образом, что его вклад 411а в направлении других блоков (в данном документе обозначенного с помощью угла Θнаправления) является скорее минимумом, чем направление максимума луча в направлении Θпредназначенного блока приемника. Соответствующее измерение может быть сделано для образца 42а луча для второго блока приемника. Это следствие факта, что планировщик рассматривает воздействие лучей помех выше, чем возможное усиление, которые могут быть достигнуты благодаря оптимизированному направлению максимума лучей. Тем не менее, это отклонение максимумов лучей приводит к потере усиления фокуса лучей, Δ и Δ, в направлении блока приемника.
1
2
1
2
1
2
1
2
Настоящее изобретение позволяет проводить оптимизацию планирования, как поясняется с помощью фиг.4b. Так как на фиг.4а образцы 41b, 42b лучей представлены в схеме коэффициента G усиления антенны, выраженного в Дб в сравнении с направлением входящего угла Θ, при этом Θ и Θ обозначают углы направлений для первого и, соответственно, второго блока приемника. Настоящее изобретение может, по сравнению с решениями предшествующего уровня техники, использовать больше информации для решений о планировании с помощью внедрения возможностей подавления помех блоков приемника и налагает, следовательно, меньше ограничений в направлении лучей для различных блоков приемника, как очевидно из фиг.4b. На фиг.4b допускается, что блоки приемников, соответствующие двум образцам 41b, 42b лучей, имеют различные возможности приемников, например, обозначенный с помощью других значений для их соответствующих параметров δи δ подавления помех. Допуская, например, что первый блок приемника в направлении Θимеет более высокую возможность подавлять помехи, чем блок приемника в направлении Θ, т.е. δ<δ. Затем настоящее изобретение позволяет направлять максимум 421b луча во второй блок приемника без учета воздействия 422b помех на первый блок приемника. Таким образом, образец 41b луча в первом блоке приемника размещается еще для минимизации воздействия 411b помех на второй блок приемника из-за (известного) худших возможностей подавления помех второго блока приемника. Тем не менее, луч 42b во второй блок приемника может размещаться из условия, чтобы этот блок мог извлекать выгоду из максимальной мощности 421b луча, хотя это направление луча приводит к увеличенным помехам 422b в первом блоке приемника, который, тем не менее, имеет (известные) лучшие возможности подавлять дополнительные помехи.
Обобщенно, основной частью решения согласно настоящему изобретению является предоставление планирования, где лучи в блоках приемника с хорошими возможностями подавления помех направляются так, чтобы минимизировать свое воздействие на другие блоки приемника, наряду с тем, чтобы разрешить, что лучи в блоках приемника с худшими возможностями подавления помех могли направляться, например, для максимизации своих максимумов лучей в направлении блока приемника. Предпочтительно, чтобы минимизация помех осуществлялась, по меньшей мере, в отношении тех блоков приемника, которые имеют худшие возможности подавления. Это достигается с помощью предоставления знания блоку передатчика о возможностях подавления помех различных блоков приемника.
Настоящее изобретение способствует улучшенному функционированию системы в терминах пропускной способности от блока передатчика в блоки приемника. Планировщик может, таким образом, оптимизировать свое использование ресурсов передачи, например, мощность, время, частота и т.д., например, для достижения более высокого коэффициента усиления системы.
Планировщик может извлекать выгоду из параметров функционирования, т.е. корректировка параметров δ и/или μ MMSE-алгоритма, описанного выше. Фиг.3 иллюстрирует соответствующую блок-схему последовательности операций способа для планирования одного или более пользовательского оборудования в базовой станции многоантенной системы. Информация о возможности классов блоков приемника может извлекаться 31 из сигнализируемой информации из блоков приемника или, возможно, оцениваться с помощью самой базовой станции. Из этой информации базовая станция может извлекать 32 параметры корректировки, например, δ и/или μ для использования в улучшенном вычислении весов антенны и, соответственно, хранении этих параметров. Из этой информации, и, возможно, другую релевантную информацию 36 планировщик базовой станции может принять решение 33 о пользователях, которых необходимо планировать в одном или нескольких последующих временных интервалах. На основе этого решения требуемые веса антенны для передачи в планируемые блоки приемника вычисляются 34 с помощью использования улучшенного алгоритма согласно настоящему изобретению и передача 35 в эти блоки приемника инициируется.
1
k
opt,m
w
Фиг.5 иллюстрирует устройство согласно настоящему реализованному изобретению, например, в радио базовой станции 11. Устройство, адаптированное для вычисления весов антенны для передачи формирования луча потоков данных из блока 111 передатчика в соответствующие конечные блоки приемника, содержит средство 51 взвешивания компонентов сигнала помех для блоков 122, 123 приемника, отличных от конечного блока 121 приемника с параметром δ подавления помех, определенных для приемника; средство 52 для взвешивания желаемого сигнала связи в конечном блоке 121 приемника с помощью параметра u улучшения сигнала; средство 53 для определения сигнала x(t) передачи в антенную решетку (A…A) блока 111 передатчика от взвешенных компонентов сигнала и соответствующего вектора распространения антенны для каждого блока 121,122,123 приемника; и средство 54 для извлечения весов  антенны из матрицы ковариации для сигнала передачи и ковариации между упомянутым сигналом передачи и, по меньшей мере, достаточной аппроксимацией желаемого сигнала связи.
0
1
n
0
1
n
0
1
n
Планировщик 112, соединенный с блоком 111 передатчика, содержит средство 55 для определения возможностей обработки сигнала, включая один или более параметров взвешивания для подавления сигнала и/или свойства улучшения сигнала блоков 121, 122, 123 приемника; планировщик 56, адаптированный для планирования одного или более пользовательского оборудования UE, UE или UE для передачи формирования луча потоков данных на основе, по меньшей мере, упомянутой информации возможностей обработки данных своих соответствующих блоков 121, 122, 123 приемника; средство 57 для извлечения весов антенны планируемого пользовательского оборудования UE, UE или UE, вычисляемой согласно способу, описанному выше; и средство 58 для инициирования передачи потоков данных в планируемом пользовательском оборудовании UE, UE или UE.
Варианты осуществления, описанные выше, должны пониматься как иллюстративные примеры. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что различные модификации, комбинации и изменения могут быть выполнены в вариантах осуществления без отступления от области применения настоящего изобретения. В частности, решения по различным частям в различных вариантах осуществления могут быть объединены в другие конфигурации, если технически осуществимо. Область применения настоящего изобретения задается прилагаемой формулой изобретения.