專利名稱：上行多輸入多輸出(mimo)和協(xié)作式mimo傳輸?shù)闹谱鞣椒?br> 技術領域：
本發(fā)明一般地涉及IEEE802.16無線城域網(wǎng)(WMAN)和這樣的網(wǎng)絡的無線站(例 如用戶站(SS)、移動站(MS)或中繼站(RS))。更具體地說，本發(fā)明涉及用于各具有多 于兩個的傳輸天線的無線站的上行多輸入多輸出(MIMO)傳輸或協(xié)作式MIMO傳輸。
背景技術：
MIMO和協(xié)作式MIMO技術通過應用空間域自由度和信號處理技術而提高了 無線通信系統(tǒng)(例如蜂窩網(wǎng)絡或IEEE802.16網(wǎng)絡)中的系統(tǒng)性能。MIMO和協(xié)作式 MIMO 技術例如記載在以下論文中“From theory to practice an overview of MIMO space-time codedwireless systems”， D.Gesbert, M.Shaft, and D.S.Shiu， IEEE J.Select. AreasCommun., vol.21, no.3，pp.281-302, April 2003。特定的無線網(wǎng)絡標準(例如IEEE802.16-20041和IEEE802.16e2)1用于局域網(wǎng)和城域網(wǎng)的IEEE標準，第16部分Air Interference forFixed Broadband Wireless Access Systems. (2004 年 10 月)。2用于局域網(wǎng)和城域網(wǎng)的IEEE標準，第16部分Air Interface for Fixedand Mobile Broadband Wireless Access Systems Amendment 2 Physical and Medium Access Control Layers for Combined Fixed andMobile Operation in Licensed Bands and Corrigendum 1. (2006 年2采用了 MIMO和協(xié)作式MIMO技術來提高系統(tǒng)性能。其它新興的無線網(wǎng)絡標準(例 如IEEE802.16j3和IEEE802.16m4)也在考慮將MIMO和協(xié)作式MIMO技術包括在內(nèi)，以 提高系統(tǒng)性能(例如高數(shù)據(jù)率或低BER(比特錯誤率))。MIMO技術被分為很多種類，包括1)空間復用；2)空間-時間-頻率編碼 (STFC) ； 3)預編碼；和4)其它(例如天線選擇和天線分組)。在MIMO傳輸方案中， 定義了 MIMO編碼矩陣，該MIMO編碼矩陣指定信號以不同的時刻和頻率資源由不同的 天線傳輸。協(xié)作式MIMO技術是MIMO技術的變形。在協(xié)作式MIMO技術中，多個無 線站作為常規(guī)的MIMO發(fā)射器的不同天線，以形成向BS同時傳輸數(shù)據(jù)的天線陣列。協(xié) 作式MIMO技術提供更高的上行頻譜效率。MIMO技術的有效性與傳輸天線的個數(shù)有關。例如，在給定標準下的STFC中， 針對傳輸天線的不同個數(shù)定義MIMO編碼矩陣，從而在該標準下，僅有兩個傳輸天線的 無線站不能使用針對具有3個或4個天線的無線站定義的STFC矩陣。在不同的標準下， 允許的天線個數(shù)是不同的。例如，在IEEE802.16-2004和IEEE802.16e標準下，所支持的無線站的傳輸天線個數(shù)是一個或兩個。圖1示出IEEE802.16-2004標準或IEEE802.16e 網(wǎng)絡標準下的示例性上行傳輸。
_月)。3P802.16j PAR, P802.16j-用于局域網(wǎng)和城域網(wǎng)的IEEE標準的修改-第16部 分Air Interface for Fixed and Mobile Broadband WirelessAccess Systems-Multihop Relay Specification.(2006 年 3 月，例如見 http://standards.ieee.org/board/nes/projects/802_16j. pdf)。4P802.16mP802.16-用于局域網(wǎng)和城域網(wǎng)的IEEE標準-第16部分AirInterface for Fixed Broadband Wireless AccessSystems-Amendment IEEE Standard for Local and metropolitanarea networks-Part 16 Air Interface for Fixed and Mobile BroadbandWireless Access Systems-Advanced Air Interface (例 如 見 http://standards.ieee.org/board/nes/ proiects/802-16m.pdf) (2006 年 12 月)。在IEEE802.16-2004和IEEE802.16e標準下，上行傳輸使用下述步驟進行(a)無線站(WS)針對可以用于其傳輸?shù)纳闲蠱IMO/協(xié)作式MIMO性能與基站 (BS)進行協(xié)商；(b)當WS有要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)時，WS向BS發(fā)出上行傳輸?shù)恼埱螅?C)BS根據(jù)BS對其信道的測量、無線站的帶寬要求和其它參數(shù)，確定要由WS 使用的上行MIMO/協(xié)作式MIMO方式(例如流個數(shù)、STFC矩陣、天線分組方法和預編 碼矩陣)；(d)通過“信息元素”(Information Element，IE), BS向WS通知被分配給上行
傳輸?shù)馁Y源和要由WS使用的、用于上行傳輸?shù)腗IMO/協(xié)作式MIMO方式；(e)WS按照預定義的數(shù)據(jù)映射規(guī)則和IE中指示的導頻圖案，向已分配資源映射 數(shù)據(jù)符號和導頻符號，并且使用已分配資源執(zhí)行MIMO/協(xié)作式MIMO傳輸；(f)BS執(zhí)行信道估計和信號檢測，以檢測所接收的數(shù)據(jù)。一般而言，針對上行MIMO/協(xié)作式MIMO的協(xié)商可以在WS進入網(wǎng)絡時進行。 MIMO/協(xié)作式MIMO性能是指所支持的STFC矩陣、天線選擇能力、天線分組能力、預 編碼能力、垂直編碼能力或水平編碼能力等性能。在IEEE802.16-2004和IEEE802.16e 標準下，WS和BS使用用戶站基本性能請求(“SBC-REQ”)和用戶站基本性能響應 (“SBC-RSP”)消息，來協(xié)商上行MIMO/協(xié)作式MIMO性能。圖 2 示出 IEEE802.16-2004 和 IEEE802.16e 標準下的 SBC-REQ 和 SBC-RSP 消 息的常規(guī)的類型長度值(TLV)字段。圖2示出所支持的上行MIMO/協(xié)作式MIMO性能 是1)使用兩個天線的空間時間發(fā)送分集(STTD) ； 2)具有使用兩個天線的垂直編碼的 空間復用(SM)；和3)單一天線協(xié)作式SM。因此，IEEE802.16-2004和IEEE802.16e標 準下的SBC-REQ和SBC-RSP消息不支持具有多于兩個天線的WS。用于通知資源分配和上行MIMO/協(xié)作式MIMO方式的、在IEEE802.16-2004和 IEEE802.16e標準下在BS與WS之間使用的IE的例子包括MIMO上行基本IE( "MIM0_ UL_Basic_IE，，)和 ΜΙΜΟ 上行增強 IE ( ‘‘MIMO_UL_Enhanced_IE，，)。由于 MIMO_ UL_Enhanced_IE包含比MIMO_UL_Basic_IE更多的功能，因此以下的詳細說明使用MIMO_UL_Enhanced_IE 來說明本發(fā)明。圖 3 示出 MIMO_UL_Enhanced_IE 的格式。如 圖3所示，MatrixJndicat0r(MI)字段指定要用于上行傳輸?shù)腗IMO方式。對于具有雙天 線的WS來說，MI字段指定STTD矩陣。對于具有單天線的WS來說，忽略MI字段。 Pilot Pattern Indicator(PI)字段指定要由WS在上行傳輸中使用的導頻圖案。從而，從圖 3可知，MIMO_UL_Enhanced_IE僅支持用于具有兩個以下天線的WS的MIMO/協(xié)作式 MIMO方式。應當針對支持具有多于兩個天線的WS的資源分配和MIMO/協(xié)作式MIMO 方式開發(fā)新的方法。在以上討論的步驟(e)中，WS使用在IE中指定的MIMO編碼矩陣來執(zhí)行MIMO 編碼，并且利用適當?shù)膶ьl圖案向已分配資源映射編碼數(shù)據(jù)符號。上行基本資源單位被 稱為“數(shù)據(jù)塊(tile)”，圖4中示出它的一個例子。如圖4所示，一個數(shù)據(jù)塊包括12個子 載波，其中4個對導頻符號進行編碼(即，其它8個子載波用于對數(shù)據(jù)符號進行編碼)。 該數(shù)據(jù)塊在時域中位于3個OFDMA符號之上，在頻域中位于4個子載波之上。對于上 行傳輸，WS將編碼數(shù)據(jù)符號映射到數(shù)據(jù)塊。圖5和圖6分別示出在IEEE802.16-2004標 準和IEEE802.16e標準下用于兩天線STTD的數(shù)據(jù)映射規(guī)則。如圖5和6所示，頻率軸 具有比時間軸高的優(yōu)先級(即，編碼數(shù)據(jù)符號首先映射到數(shù)據(jù)塊內(nèi)的子載波，然后映射 到數(shù)據(jù)塊內(nèi)的不同OFDM符號)。在IEEE802.16-2004標準和IEEE802.16e標準中由WS使用的導頻圖案根據(jù)以下
來確定(I)對于具有一個天線的WS，采用圖5的導頻圖案A或?qū)ьl圖案B; BS確定要 由WS使用的導頻圖案；(II)對于具有兩個天線的WS，(i)天線1使用導頻圖案A，天線2使用導頻圖案 B(導頻圖案A和B如圖5所示)；或(ii)天線1使用導頻圖案C，天線2使用導頻圖案 D(導頻圖案C和D如圖6所示)；BS確定要由WS使用的導頻圖案。因此，IEEE802.16-2004和IEEE802.16e標準下的數(shù)據(jù)映射規(guī)則和導頻映射規(guī)則 支持用于一個或兩個天線的MIMO/協(xié)作式MIMO方式的數(shù)據(jù)和導頻映射規(guī)則。沒有提 供支持具有多于兩個天線的WS的數(shù)據(jù)映射和導頻映射規(guī)則。在上述步驟(f)中，BS按照上行MIMO/協(xié)作式MIMO方式執(zhí)行信道估計和適 當?shù)男盘枡z測，以檢測已分配資源中的WS的信號。從上述對IEEE802.16-2004和IEEE802.16e標準下的上行MIMO/協(xié)作式MIMO 傳輸過程的詳細說明可知，IEEE802.16-2004和IEEE802.16e標準不能支持用于具有多于 兩個天線的WS的上行MIMO/協(xié)作式MIMO傳輸。但是，隨著MIMO技術的快速發(fā)展， 具有3個或4個天線的WS變得普及。例如，IEEE802.16j網(wǎng)絡中的中繼站(RS)通常具有3 個或 4 個天線(例如見 IEEE802.16j-06/015，"Harmonized Contribution on 802.16j (Mobile Multihop Relay) Usage Models” )。在 IEEE802.16m 標準下，移動站(MS)也可能具有 3 個或4個天線。這樣，一方面，當前的IEEE802.16-2004和IEEE802.16e標準不能支持具 有3個或4個天線的WS，并且，沒有已知用于具有3個或4個天線的WS的上行MIMO/ 協(xié)作式MIMO傳輸?shù)膶崿F(xiàn)方案。另一方面，例如IEEE802.16j和IEEE802.16m標準需要 這樣的實現(xiàn)方案。從而，需要以下方法來實現(xiàn)用于具有3個或4個天線的無線站的上行MIMO/協(xié)作式MIMO傳輸(a)用于具有3個或4個天線的WS與BS協(xié)商MIMO/協(xié)作式MIMO性能的方 法；(b)用于具有3個或4個天線的WS的上行傳輸?shù)木唧wMIMO/協(xié)作式MIMO方 式；(c)用于向WS通知要使用的上行MIMO/協(xié)作式MIMO方式和已分配資源的方 法；和(d)要由具有不同傳輸天線的WS使用的導頻圖案、以及在MIMO編碼后向數(shù)據(jù) 塊映射數(shù)據(jù)符號的數(shù)據(jù)映射規(guī)則。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，提供一種用于基站和無線站之間的MIMO上行通 信的方法。該方法包括(a)在基站與無線站之間，使用消息交換協(xié)議協(xié)商上行MIMO/ 協(xié)作式MIMO性能，其中，所交換的消息包括用于指定上行MIMO/協(xié)作式MIMO性能 的字段；(b)基站從無線站接收數(shù)據(jù)傳輸請求；(C)基站向無線站發(fā)送用于上行傳輸?shù)囊?分配資源和上行MIMO/協(xié)作式MIMO方式；(d)無線站利用適當?shù)膶ьl圖案將數(shù)據(jù)符號 映射到已分配資源；以及(e)基站從信道檢測數(shù)據(jù)符號。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，性能包括空間復用、時間-空間-頻率編碼、預編 碼、發(fā)射天線選擇和發(fā)射天線分組、垂直編碼和水平編碼。另外，上行預編碼向量和矩 陣可以針對具有兩個以上天線的無線站提供。根據(jù)一個實施方式，上行MIMO/協(xié)作式MIMO方式包括STFC矩陣、SM矩陣
和預編碼向量或矩陣。已分配資源和上行MIMO/協(xié)作式MIMO方式可以在被修改以支 持具有多于兩個天線的無線站的、IEEE無線網(wǎng)絡標準下的MIMO_UL_Enhanced_IE中的 保留位中指定?？商娲兀逊峙滟Y源和上行MIMO/協(xié)作式MIMO方式可以在支持具 有多于兩個天線的無線站的新的信息元素中指定。在一個實施方式中，上行MIMO/協(xié)作式MIMO方式可以包括預編碼、天線分組 和天線選擇矩陣。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，多于一個的MIMO編碼矩陣可以將數(shù)據(jù)符號映射 到數(shù)據(jù)塊。在一種實現(xiàn)方案中，數(shù)據(jù)塊中的符號的子載波被分割成兩個不重疊的組，并 且MIMO編碼矩陣各與兩個不重疊組中的不同的一個相關聯(lián)。考慮到以下的詳細說明和附圖，可以更好地理解本發(fā)明。


圖1示出IEEE802.16-2004標準或IEEE802.16e網(wǎng)絡標準下的示例性上行傳輸。圖2示出IEEE802.16e標準下的SBC-REQ和SBC-RSP消息的類型長度值(TLV)字段。圖 3 示出 MIMO_UL_Enhanced_IE 的格式。圖4示出上行基本資源單位“數(shù)據(jù)塊”的一個例子。圖5示出IEEE802.16-2004標準下的用于兩天線STTD的數(shù)據(jù)映射規(guī)則。
圖6示出IEEE802.16e標準下的用于兩天線STTD的數(shù)據(jù)映射規(guī)則。圖7示出本發(fā)明的一個實施方式的、存在具有3個或4個天線的無線站(例如中 繼站)的IEEE802.16j網(wǎng)絡中的示例性上行傳輸。圖8示出本發(fā)明的一個實施方式的、支持具有1-4個天線的無線站的 IEEE802.16m網(wǎng)絡(或其它無線網(wǎng)絡)中的示例性上行傳輸。圖9示出本發(fā)明的一個實施方式的、上行MIMO/協(xié)作式MIMO傳輸?shù)倪^程。圖10示出本發(fā)明的一個實施方式的、針對SBC-REQ和SBC-RSP消息定義的 TLV字段，該TLV字段為具有3個或4個天線的WS指定MIMO/協(xié)作式MIMO性能。圖11示出本發(fā)明的一個實施方式的、經(jīng)修改的MIMO_UL_Enhanced_IE的一個
實現(xiàn)方案。圖12示出用于具有3個天線的WS的示例性MIMO編碼矩陣映射表。圖13示出用于具有4個天線的WS的示例性MIMO編碼矩陣映射表。圖14示出本發(fā)明的一個實施方式的一個示例性MIMO上行IE。圖15示出通過合并用于4天線WS的天線選擇的MIMO編碼矩陣和3天線WS 的空間復用的MIMO編碼矩陣而實現(xiàn)的開銷(overhead)降低。圖16概括了圖14的MIMO_UL_Extended_IE中的所支持的上行MIMO/協(xié)作式 MIMO方式。圖17示出可以由IEEE802.16j網(wǎng)絡中的MIMO_UL_Extended_IE支持的協(xié)作式 MIMO傳輸?shù)睦?。圖18示出本發(fā)明的一個實施方式的協(xié)作式MIMO傳輸?shù)睦印D19示出本發(fā)明的一個實施方式的、管理兩個MIMO編碼矩陣的一個示例性數(shù) 據(jù)映射規(guī)則。
具體實施例方式本發(fā)明提供在無線網(wǎng)絡中對具有多于兩個天線的WS的支持。圖7示出本發(fā)明 的一個實施方式的、存在具有3個或4個天線的WS (例如中繼站)的IEEE802.16j網(wǎng)絡中 的示例性上行傳輸。同樣，圖8示出本發(fā)明的一個實施方式的、支持具有1-4個天線的 無線站的IEEE802.16m網(wǎng)絡(或其它無線網(wǎng)絡)中的示例性上行傳輸。為了支持具有多 于兩個天線的WS的上行MIMO/協(xié)作式MIMO傳輸，本發(fā)明提供新的功能，例如(a)用于具有3個或4個天線的無線站與BS協(xié)商其MIMO/協(xié)作式MIMO性能 的方法；(b)用于具有3個或4個天線的無線站的上行傳輸?shù)木唧wMIMO/協(xié)作式MIMO 方式；(c)用于向WS通知要使用的MIMO/協(xié)作式MIMO方式和已分配資源的方法； 禾口(d)要由具有不同傳輸天線的WS使用的導頻圖案；和(e)在MIMO編碼后向數(shù)據(jù)塊映射 數(shù)據(jù)符號的數(shù)據(jù)映射規(guī)則。圖9示出本發(fā)明的一個實施方式的、上行MIMO/協(xié)作式MIMO傳輸?shù)倪^程。 如圖9所示，在步驟901中，具有3個或4個天線的WS使用與針對IEEE802.16-2004和IEEE802.16e標準所定義的SBC-REQ和SBC-RSP消息類似、但包括圖10所示的TLV字 段的SBC-REQ和SBC-RSP消息，與BS協(xié)商上行MIMO/協(xié)作式MIMO性能。圖10
示出針對為具有3個或4個天線的WS指定上行MIMO/協(xié)作式MIMO性能的SBC-REQ 和SBC-RSP消息定義的TLV字段。如圖10所示，TLV字段指定包括(a)用于垂直編 碼和水平編碼的STFC矩陣；(b)天線選擇；(c)天線分組；(d)預編碼；和(e)MIMO/ 協(xié)作式ΜΙΜΟ性能在內(nèi)的ΜΙΜΟ/協(xié)作式ΜΙΜΟ性能。在本實施方式中，被設定的位 (即，比特值“1” )表示支持相應的性能，而被復位的位(即，比特值“O” )表示不支 持相應的性能。在圖10中，位#11由WS設定，以向BS通知該WS能夠支持上行基于 碼本的預編碼。 現(xiàn)有技術沒有用于針對具有3個或4個天線的WS定義的上行MIMO/協(xié)作式 MIMO傳輸?shù)腗IMO矩陣。因此，可以開發(fā)新的MIMO編碼矩陣。可替代地，可以使 用針對IEEE802.16e標準下的下行傳輸定義的MIMO編碼矩陣。在本發(fā)明的一個實施方式 中，使用針對IEEE802.16e標準下的下行傳輸定義的MIMO編碼矩陣。例如，對于SM， 用于具有3個或4個天線的WS的MIMO編碼矩陣為
權利要求
1.一種用于具有多于兩個天線的無線站的MIMO上行通信的方法，包括以下步驟 在無線站與基站之間，使用消息交換協(xié)議與基站協(xié)商上行MIMO/協(xié)作式MIMO性能，其中，所交換的消息包括用于指定上行MIMO/協(xié)作式MIMO性能的字段； 向基站發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸請求；從基站接收用于上行傳輸?shù)囊逊峙滟Y源和上行MIMO/協(xié)作式MIMO方式；以及 利用適當?shù)膶ьl圖案將數(shù)據(jù)符號映射到已分配資源。
2.一種用于基站和無線站之間的MIMO上行通信的方法，包括以下步驟使用消息交換協(xié)議與無線站協(xié)商上行MIMO/協(xié)作式MIMO性能，其中，所交換的消 息包括用于指定上行MIMO/協(xié)作式MIMO性能的字段； 從無線站接收數(shù)據(jù)傳輸請求；向無線站發(fā)送用于上行傳輸?shù)囊逊峙滟Y源和上行MIMO/協(xié)作式MIMO方式；以及 從信道檢測利用適當?shù)膶ьl圖案映射到已分配資源的數(shù)據(jù)符號。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于基站和具有多于兩個天線的無線站之間的MIMO上行通信的方法。該方法包括(a)在基站與無線站之間，使用消息交換協(xié)議協(xié)商上行MIMO/協(xié)作式MIMO性能，其中，所交換的消息包括用于指定上行MIMO/協(xié)作式MIMO性能的字段；(b)基站從無線站接收數(shù)據(jù)傳輸請求；(c)基站向無線站發(fā)送用于上行傳輸?shù)囊逊峙滟Y源和上行MIMO/協(xié)作式MIMO方式；(d)無線站利用適當?shù)膶ьl圖案將數(shù)據(jù)符號映射到已分配資源；以及(e)基站從信道檢測數(shù)據(jù)符號。
文檔編號H04W28/18GK102017446SQ200880006396
公開日2011年4月13日 申請日期2008年4月3日 優(yōu)先權日2007年4月4日
發(fā)明者I·古文科, M·R·鄭, 加山英俊, 李安新, 李祥明 申請人:株式會社Ntt都科摩