技术领域

本发明涉及通信技术领域， 尤其涉及一种用于在大规模 MIMO 系统中获取下行数据的技术。 背景技术

在传统多输入多输出 （MIMO, Multiple Input Multiple Output ) 系统中， 为估计下行链路信道， 通常在包括多个连续子载波的每一子 带 （如包括 60个连续子载波） 上进行下行链路（DL, downlink )预 编码， 并在每一子带上插入 DL参考信号以方便估计 DL等效信道。 子带的大小必须小于信道的相关带宽， 因此子带中的信道可被粗略地 视为是平坦的， 子带中的所有子载波可使用相同的预编码矩阵 （可从 该子带的平均信道状态信息（ CSI, Channel State Information )计算得 到） ， 然后， 使用相同的预编码矩阵对参考信号进行预编码 ， 将预编 码后的参考信号插入到每一子带。 在用户侧， 每一用户使用 DL参考 信号估计每一子带上的等效信道。

逐子带预编码的缺点是因每一子载波上预编码 矩阵和真实信道 之间的不匹配导致的额外的多用户干扰， 其优点是允许插入参考信号 以辅助 DL等效信道估计。 然而， 随着天线数量的增长， 逐子带预编 码的优点缩水且其缺点扩展； 因此， 在大规模 MIMO 系统中， 较小 的预编码颗粒度在频域是首选的， 但因参考信号的开销随预编码颗粒 度的降低而增加， 这就对 DL信道估计造成困难。 发明内容

本发明的目的是提供一种用于在大规模 MIMO系统中获取下行数 据的方法与设备。

根据本发明的一个方面， 提供了一种在基站端用于在大规模 MIMO系统中获取下行数据的方法， 其中， 该方法包括： - 向对应用户设备发送指示下行链路信道估计信 息的下行链路 控制信令， 其中， 所述下行链路控制信令包括对应的等效信道均 值信 息；

其中， 该方法还包括：

a 对在传输子带的每一子载波上待发送的信号进 行迫零预编码； b将经迫零预编码后的所述信号发送至所述用� �设备。

根据本发明的另一方面， 还提供了一种在用户设备端辅助用于在 大规模 MIMO系统中获取下行数据的方法， 其中， 该方法包括：

- 接收对应基站发送的指示下行链路信道估计信 息的下行链路 控制信令， 其中， 所述下行链路控制信令包括对应的等效信道均 值信 自、.

其中， 该方法还包括：

A接收所述基站发送的在传输子带的每一子载� �上对待发送的 信号进行迫零预编码后的信号；

B 根据所述等效信道均值信息， 对所述信号进行解调处理， 以获 得对应的下行数据。

根据本发明的一方面， 还提供了一种用于在大规模 MIMO 系统 中获取下行数据的基站， 其中， 该基站包括：

第一发送装置， 用于向对应用户设备发送指示下行链路信道估 计 信息的下行链路控制信令， 其中， 所述下行链路控制信令包括对应的 等效信道均值信息；

其中， 该基站还包括：

预编码装置， 用于对在传输子带的每一子载波上待发送的信 号进 行迫零预编码；

第二发送装置， 用于将经迫零预编码后的所述信号发送至所述 用 户设备。

根据本发明的另一方面，还提供了一种辅助用 于在大规模 MIMO 系统中获取下行数据的用户设备， 其中， 该用户设备包括：

第一接收装置， 用于接收对应基站发送的指示下行链路信道估 计 信息的下行链路控制信令， 其中， 所述下行链路控制信令包括对应的 等效信道均值信息；

其中， 该用户设备还包括：

第二接收装置， 用于接收所述基站发送的在传输子带的每一子 载 波上对待发送的信号进行迫零预编码后的信号 ；

解调装置， 用于根据所述等效信道均值信息， 对所述信号进行解 调处理， 以获得对应的下行数据。

根据本发明的再一方面， 还提供了一种用于在大规模 MIMO 系 统中获取下行数据的系统， 其中， 该系统包括如前述根据本发明一个 方面的一种用于在大规模 MIMO 系统中获取下行数据的基站， 以及 根据本发明另一方面的一种辅助用于在大规模 MIMO 系统中获取下 行数据的用户设备。

与现有技术相比， 本发明基站端通过在每一子载波上对信号进行 迫零预编码， 并向对应的用户设备发送指示下行链路信道估 计信息的 DL控制信令， 使得用户设备可基于 DL控制信令中的等效信道均值 信息进行解调， 从而实现了在大规模 MIMO 系统中， 降低预编码颗 粒度的同时， 也降低了信令开销， 并实现了 DL信道估计， 且相对于 现有技术 （基于参考信号的 DL信道估计） 系统性能也大大提升， 同 时， 用户设备无需依赖 DL参考信号来进行 DL等效信道估计， 且本 发明易于实现。 附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施 例所作的详细描述， 本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：

图 1 示出才艮据本发明一个方面的一种用于在大规 模 MIMO 系统 中获取下行数据的基站和用户设备的设备示意 图；

图 2示出用户设备数量 K固定而基站的天线数量 变化时， 本 发明与现有技术（使用逐子带多用户预编码） 的用户设备所接收的信 号的平均信噪比之间的比值曲线示意图； 图 3示出基站的天线数量 W _r 固定而用户设备数量 变化时， 本 发明与现有技术（使用逐子带多用户预编码） 的用户设备所接收的信 号的平均信噪比之间的比值曲线示意图；

图 4示出在不同天线数量和用户设备数量下， 本发明和现有技术 (使用逐子带多用户预编码） 的 DL传输性能的比较示意图；

图 5示出另一实施例的在不同天线数量和用户设� �数量下， 本发 明和现有技术（使用逐子带多用户预编码） 的 DL传输性能的比较示 意图；

图 6示出根据本发明另一个方面的基站和用户设� �配合实现用于 在大规模 MIMO系统中获取下行数据的方法流程图。

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似 的部件。 具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

图 1 示出才艮据本发明一个方面的一种用于在大规 模 MIMO 系统 中获取下行数据的基站 1和用户设备 2, 在此， 大规模 MIMO系统包 括但不限于如正交频分复用 （OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing ) 大规模 MIMO 系统、 单载波频分多址 （ SC-FDMA, Single-carrier Frequency-Division Multiple Access )大规模 MIMO系统、 滤波器组多载波 (FBMC, Filter Bank MultiCarrier) 大规模 MIMO系统 等， 在该等系统中， 每一基站配置多个天线， 且同时支持多个用户设 备。优选地，该等系统中的每一基站如基站 1同时支持多个用户设备， 且支持的用户设备的数量远小于该基站如基站 1配置的天线的数量。

其中， 基站 1包括第一发送装置 11、 预编码装置 12和第二发送 装置 13 , 用户设备 2包括第一接收装置 21、 第二接收装置 22和解调 装置 23。 具体地， 基站 1的第一发送装置 11向对应用户设备 2发送 指示下行链路信道估计信息的下行链路控制信 令， 其中， 所述下行链 路控制信令包括对应的等效信道均值信息； 相应地， 用户设备 2的第 一接收装置 21接收对应基站 1发送的指示下行链路信道估计信息的 下行链路控制信令， 其中， 所述下行链路控制信令包括对应的等效信 道均值信息； 基站 1 的预编码装置 12对在传输子带的每一子载波上 待发送的信号进行迫零预编码； 第二发送装置 13将经迫零预编码后 的所述信号发送至所述用户设备 2; 相应地， 用户设备 2的第二接收 装置 22接收所述基站 1发送的在传输子带的每一子载波上对待发送 的信号进行迫零预编码后的信号； 解调装置 23根据所述等效信道均 值信息， 对所述信号进行解调处理， 以获得对应的下行数据。

在此， 基站 1是指移动通信系统中， 连接固定部分与无线部分， 并通过空中的无线传输与移动台相连的设备， 其包括但不限于如 Note B基站、 eNB基站等。 在此， 用户设备 2是指在移动通信设备中， 终 止来自或送至网络的无线传输， 并将终端设备的能力适配到无线传输 的部分， 即用户接入移动网络的设备。 其包括但不限于任何一种可与 用户通过键盘、 触摸板、 或声控设备进行人机交互并能通过移动网络 与基站进行信号的相互传送和接收来达到移动 通信信号的传送的电 子产品， 例如平板电脑、 智能手机、 PDA、 车载电脑等。 在此， 所述 移动网络包括但不限于 GSM、 3G、 LTE、 Wi-Fi, WiMax、 WCDMA、 CDMA2000, TD-SCDMA、 HSPA、 LTD等。 本领域技术人员应能理 解上述用户设备、 移动网络和基站仅为举例， 其他现有的或今后可能 出现的用户设备或移动网络或基站如可适用于 本发明， 也应包含在本 发明保护范围以内， 并在此以引用方式包含于此。

具体地， 基站 1 的第一发送装置 11通过无线信道， 如以周期性 的发送方式、 广播方式等， 向对应用户设备 2发送指示下行链路信道 估计信息的下行链路控制信令， 其中， 所述下行链路控制信令包括对 应的等效信道均值信息。 在此， 所述等效信道均值信息对应于基站 1 发送给用户设备 2的下行链路信道估计信息， 等效信道均值信息可表 示为： {(l + a _k , = l〜 K} , 公式 (1)表示：

；¾为基站 1对第 个用户设备的平均发送功率。在上述公式（1)� ��， k 为基站 1所支持的 个用户设备中第 个用户设备的发送端信道状态 信息 （CSIT)误差的方差， &为第 个用户设备的路径损耗。

以下以举例方式说明为什么可用 1〜 T}表示所述等 效信道均值信息：

例如，在具有 A r个子载波的 DLOFDM 大规模 MIMO系统中， 假设是时分双工 （TDD, Time Division Duplexing ) 的， 因此， 基于 信道的互易性， 该系统中的基站可从上行链路探测参考信号获 得信道 状态信息 （CSI, Channel State Information), 假设该系统中的一个基 站被配置 个天线， 并通过多用户预编码同时支持 个用户设备， 且每一用户设备有一根天线。

对于基站 1, 以 标记 个用户设备和 个天线之间在第 w个 子载波上的 维的信道矩阵， 假设 &为第 A个用户设备的路径损 耗， 则：

E(H _W H^) = N _T G (2) 其中， G = ^¾^([ _gl …&… _gj )， 即 G是以&为第 个对角元素的对 角矩阵。 利用 TDD中 UL/DL信道的互易性， 基站 1可获得 的估 计， 记为^？。 发送端信道状态信息误差被表示为：

AH _W =H _w -¾ ^e) (3) 信道状态信息误差可能来自上行信道估计误差 和信道的时变。 ΔΗ^ 立于 ， 且具有：

E(AH _W AH^ ) = N _T AG (4) 其中， , 是对角矩阵， 标记为 的第 个对角 元素是第 A个用户设备的 CSIT误差的方差。 根据公式 (3)和公式 (4), 可得到：

E(HS ^{e) H} ) = E((H _W -AH _W )(H _W -AH _W ) ^H ) = N _T (G + AG) (5) 基站 1使用迫零计算得到每一子载波的预编码矩阵� �：

w _w = H^ ^H {H^H^ ^H y ^l P ¹¹² , w = 1 ~N _FFT ( 6 )

P是对角矩阵， 具有第 A个对角元素； ¾, P的选择使得 EdH ² )^, 其中， 该期望在所有 w上平均得到。 在给定用户设备数量 K下， p _k 的值随 线性增加， 其期望可被计算为

(7) 在用户设备侧， 在第 W个子载波上接收到的信号为

y _w = ^H w ^W w ^x w + ⁿ w = ( ^Η ^ ^{< +AH} wWw ^x w + ⁿ w (8) 基于公式 (3)和 (4), 则可得到：

E(AH _W H^ ^} ) = E(AH _W (H _W -AH _W ) ^H ) = -N _T AG (9) 因此， AH _W 可被建模为：

AH _W =AH^+B _W ( 10) 其中， 为常数矩阵， ^^为独立于 r)的随机矩阵。 基于公式（10), 可得到：

E(AH _w H(f' ) = E((AH^ +B _W )H^ ) = N _T A(G + AG) (11) 以及 Έ(ΑΗ _ν ΑΗ ) = E((AHi ^e) +B _W )(AH^ +B _W ) ^H )=N _T AA ^H (G + AG) + Έ(Β _ν Β ) (12) 将公式（11)和（12)与公式 (9)和 (4)进行比较， 可得到：

A = diag([a^■■■a _k ---a _K ]) (13) 其中， 由以上公式 (1)所示， 且 。将公式（10)带入公 式 (8), 可得到：

y _w =(I + A)P ^V2 x _w +B _w W _w x _w +n _w (14) 考虑特定用户设备 所接收的信号可表示为： 其中 _k 为高斯白噪声。 则对于用户设备 , 等效信道是：

h _k ^(eff) =(l + a _k )^ + B _w (k,:)W _w (:,k) (16) 等效信道的均值是 {(1 + ^)^^ = 1〜^：}。 对于逐子载波预编码， 很难 像传统 MIMO 系统一样插入参考信号， 因此， 用户设备无法获得等 效信道的精确估计， 相反， 基站 1可向对应的用户设备发送指示下行 链路信道估计信息的下行链路控制信令， 其中， 所述下行链路控制信 令包括对应的等效信道均值信息 {(1 + ^ k = l〜K)。 在只有等效信 道的均值信息的情况下， 用户设备 将上述公式 (15)中右侧的第二项 视为干扰， 尽管其包含所期望的信号 x _wA 。 本发明的逐子载波预编码避免了现有技术中逐 子带预编码带来 的额外多用户干扰。 相比于现有的采用 DL参考信号进行 DL信道估 计的技术， 本发明不需要 DL参考信号， 而只需要通过控制信令发送 等效信道的均值。 由于等效信道的均值只与用户设备 A有关， 其在整 个带宽上是不变的， 其所需的信令开销较低。

相应地， 用户设备 2的第一接收装置 21通过无线信道， 接收对 应基站 1发送的指示下行链路信道估计信息的下行链� �控制信令， 其 中， 所述下行链路控制信令包括对应的等效信道均 值信息。

基站 1 的预编码装置 12对在传输子带的每一子载波上待发送的 信号进行迫零预编码。 具体地， 预编码装置 12可首先运用迫零准则， 基于传输子带的每一子载波对应的信道状态信 息， 确定所述每一子载 波所对应的预编码矩阵； 然后， 根据所述预编码矩阵， 对在所述每一 子载波上待发送的信号进行迫零预编码。

例如，对于具有 A r个子载波的 DL OFDM 大规模 MIMO系统， 该系统中的一个基站被配置 个天线， 并同时支持 个用户设备， 且每一用户设备有一根天线， 则对于该系统中的基站 1的预编码装置 12,其可利用上述公式 (6)得到每个子载波所对应的预编码矩阵；然后 ， 预编码装置 12利用上述得到的预编码矩阵， 对在对应子载波上待发 送的信号进行迫零预编码。每个子载波上的预 编码矩阵都是根据该子 载波上的 CSIT计算得到的， 因此不同子载波上的预编码矩阵是不同 的。

第二发送装置 13通过无线信道， 将经迫零预编码后的所述信号 发送至所述用户设备 2。

相应地， 用户设备 2的第二接收装置 22通过无线信道， 在传输 子带的每一子载波上接收所述基站 1发送的迫零预编码后的信号。

解调装置 23根据所述等效信道均值信息， 对所述信号进行解调 处理， 以获得对应的下行数据。 例如， 假设用户设备 2为基站 1所支 持的 个用户设备中的第 A个用户设备， 其第一接收装置 21接收到 基站 1发送的指示下行链路信道估计信息的下行链� �控制信令，其中， 所述下行链路控制信令包括对应的等效信道均 值信息为如

{(i+ ) ,A = i〜 } , 则解调装置 ²³ 可视该等效信道均值信息 {(1 + ¾ ) ft , A = 1〜 为等效信道状态信息， 并利用该等效信道均值信 息对其第二接收装置 22接收到的所述信号进行解调处理， 以获得对 应的下行数据， 即对在每一子载波上接收到的信号分别进行解 调， 获 得每一子载波发送的下行数据， 换言之， 每个子载波的解调结果是该 子载波上发送的信号的估值。

在此， 本领域技术人员应当理解， 在具体实施例中， 基站 1的第 一发送装置 11和第二发送装置 13可并行地执行， 也可串行地执行； 用户设备 2的第一接收装置 21和第二接收装置 22可并行地执行， 也 可串行地执行。

基站 1和用户设备 2的各个装置之间是持续不断工作的。具体地� � 基站 1的第一发送装置 11向对应用户设备 2持续发送指示下行链路 信道估计信息的下行链路控制信令， 其中， 所述下行链路控制信令包 括对应的等效信道均值信息； 相应地， 用户设备 2的第一接收装置 21 持续接收对应基站 1发送的指示下行链路信道估计信息的下行链� �控 制信令，其中，所述下行链路控制信令包括对 应的等效信道均值信息； 基站 1 的预编码装置 12持续对在传输子带的每一子载波上待发送的 信号进行迫零预编码； 第二发送装置 13将经迫零预编码后的所述信 号发送至所述用户设备 2; 相应地， 用户设备 2 的第二接收装置 22 持续接收所述基站发送的在传输子带的每一子 载波上对待发送的信 号进行迫零预编码后的信号； 解调装置 23持续根据所述等效信道均 值信息， 对所述信号进行解调处理， 以获得对应的下行数据。 在此， 本领域技术人员应能理解 "持续"是指基站 1和用户设备 2的各装置 之间分别不断地进行下行链路控制信令的发送 与接收、对待发送的信 号进行迫零预编码、 经迫零预编码后的信号的发送与接收， 以及对信 号的解调， 直至基站 1在较长时间内停止下行链路控制信令的发送� �

优选地， 基站 1 还包括确定装置 （未示出）。 具体地， 确定装置 基于所述用户设备的相关信息， 确定所述等效信道均值信息； 其中， 所述相关信息包括：

- 所述用户设备的速率；

- 所述用户设备发送的上行链路探测参考信号的 信噪比；

- 所述用户设备的长时信道衰落。

例如， 假设用户设备 2为基站 1所支持的 个用户设备中的第 k 个用户设备， 则确定装置可预先得到用户设备 2发送的不同上行链路 探测参考信号的信噪比和用户设备 2的 CSIT误差的方差之间的对应 关系； 然后根据实际测得的上行链路探测参考信号的 信噪比， 通过类 似查表的方式得到用户设备 2的当前 CSIT误差的方差， 即得到 _k ； 接着， 根据上述公式 (1 )计算得到用户设备 2的等效信道均值信息。

再如， 假设用户设备 2为基站 1所支持的 个用户设备中的第 k 个用户设备， 则确定装置可首先基于用户设备 2的速率， 根据经验值 估算由用户设备 2的信道时变带来的信道估计误差方差； 然后， 再根 据用户设备 2发送的上行链路探测参考信号的信噪比估算� �到由上行 信道估计误差带来的信道估计误差方差， 把两者加起来， 即得到用户 设备 2的当前 CSIT误差的方差， 即得到 ^； 接着，根据上述公式（1 ) 计算得到用户设备 2的等效信道均值信息。

本领域技术人员应能理解上述基于所述用户设 备的相关信息确 定所述等效信道均值信息的方式仅为举例， 其他现有的或今后可能出 现的基于所述用户设备的相关信息确定所述等 效信道均值信息的方 式如可适用于本发明， 也应包含在本发明保护范围以内， 并在此以引 用方式包含于此。

下面说明本发明相对于现有技术中基于 DL参考信号的逐子带预 编码方案的性能优势：

1 ) 下面首先对基于有 DL 参考信号的逐子带预编码的大规模 MIMO系统进行分析：

假设在传统 OFDM-MIMO系统中， A r个子载波被分为 ^个子 带， 每一子带包含 ^个连续子载波， 则在每一子带上执行的 DL多 用户预编码表示如下： W _b b = \〜L _SB (17) 其中， P为对角矩阵， ； ¾为第 个对角元素。 {^ = ι~ 被选择使得

E|^| ² = i (18)

(19)

公式（18)中的期望在所有 b上平均得到。 对于固定用户设备数量 K, ;¾的数值随基站天线的数量线性增加。 利用 wishart 矩阵的性质， p _k 的期望可被估计为：

E( _Pk ) = E(H _b { :)Ήξ (k,：))^-^- (20) 在用户设备侧， 在第 6个子带的第 个子载波上所接收到的信号为： yb,i = ^(Β-1)Ν ₃ Β+ί^ ^χ (Β-1)Ν ₃ Β+ί ⁺ "(b-WsB+i

= {H _b + AH^ _b _ _l - _)NsB+i )W _b X^^fj^ _+i +«(6-i)Ar _SB+ i 21 )

= P ¹ X、b-V)N _SB +i + ^(b- )N _SB +i ^x (b-l)N _SB +i ⁺ⁿ (b-\)N _SB +i

其中， = ^H (b-i)N _SB +, - ^H b = + H[ _ _l)NsB+l ~H _b (22) 为 CSIT误差，其包括由 UL信道估计误差和信道时变引起的误差（在 公式 (22)中由 表示）， 以及由使用在公式（19)中所示的每一子带 平均 CSIT 而不是每一子载波 CSIT 引起的误差 （在公式 (22)中由

H (β)

-l

其中， ,:)和^ 4(:Λ)分别表示矩阵 的第 亍和第 列， x _A 和 分别 为矩阵 X和《的第 A个元素。公式 (23)中的第二项为由 CSIT误差 {A _W } 引起的多用户干扰。 当 N _SB >\, {Δ^}不仅包括 也包括导致额外 的多用户干扰的由逐子带预编码引起的误差。

2) 本发明相对于现有技术的性能优势分析：

假设《(¾- _Wl )表示第 _Wl 个子载波和第 W ₂ 个子载波之间的归一化 信道频率相关性， 则有 ^Ι^^ΕΟ^/^ Ϊ- ¹ (24) 假设 {A/ _W ,V _W }具有相同的归一化频率相关性， 则：

以及 公式 (24)至 (26)中的期望是在 {H _w , vw}和 {AH _W , vw}的多个实现上平均得 到的。 为简便起见， 定义

(27) 其中， 可由 、 Hw或 代替。 合并公式 (24)至 (27)、（19)和 (22), 可计算得到：

·∑' (31) 以及 {f-j) (32) 则根据公式 (31)和 (32), (28)至 (30)可被简化为：

Ε(Η _ί Η ) = ηβ (33) E(H _¾ H ) = σ _α ² _νε (0 + AG) (34) 和 Έ _ι = N _T G + G + M^-2r G (35) 根据公式 (33)和 (34), 可得到 ^、 -―零 _ι _ ξ、-_ _(ri _ j _G _ (36) 因此， 可将 建模为

AH^ =QH, +/),, (37) 其中， 为常数矩阵， 为独立于^)具有零均值的随机矩阵。 根 据公式 (37), 贝' J有 E(« ) = E((C _; +D _bi )H^) = ^ _ve C _i (G + AG) (38) 以及 (G + AG) + E(D _bi ) (39) 将公式 (38)和 (39)与公式 (36)和 (35)进行比较， 则可得到：

其中， (41)

^ave(gk ^+(T e,k)

以及 Ε(2¾2¾ _{) = σ} ^υ (42) 其中， = g _k 1 c _hk \ ² )(g _k +σ ,)/Ν _τ I -2r^g _k I N _T (43) 将公式 (37)代入公式 (23),在第 6个子带的第 个子载波上所接收到的 信号可被写为：

yb ,k ⁺ ( ^C i,k^b (^'：) ⁺ ^b Λ '-) Wb ^X (b +i ⁺ⁿ (b-l + i,k

厂 (44)

I ) 现有技术中用户设备所接收到的信号的平均信 噪比： 在该情形下， N l且在每一子带上插入参考信号以方便用户设� � 估计各自的等效信道， 则第 个用户设备所接收到的信号的平均信噪 比可被计算如下：

(。) E(|l + c _k 1 ² )aj _e (g _k + _k )(N _T -K)/K + E(a _D ² _J ) / K

E(a _D ² _J )(K-l)/K + a ²

其中， 公式 (45)中的等式 (a)由公式 (20)和 (34)获得， 公式 (45)中的等式

(^中的期望在 ,· = 上平均得到。

II ) 本发明中用户设备所接收到的信号的平均信噪 比：

在该情形下， =1, 因此 ^ri=NT , ^e=NT , ，且 σ^· = _¾ ,, 其中 在公式（1)中定义。每一用户设备 又知晓其自身的等效信道的 均值， 即 (46) 因此， 公式（44)中的第二项应被视为干扰， 尽管其包含所期望的 信号。由 算如下：

( 47 )

其中， 等式 ω由运用公式 (7)获得。

III ) 本发明和现有技术的比较:

(SC)

为便于比较， 定义 =¾r (48) η

若；7>1, 说明本发明优于现有技术， 否则， 相反。

以下说明； 7、 Ν _τ 和 之间的关系：

图 2示出 固定而 不同时 ?7的曲线， 图 3示出 固定而 不 同时; 7的曲线，在图 2与图 3中，公式 (24)中的频率相关性函数 由 使用 SCM (空间信道模型， Spatial Channel Model )信道模型且用户 设备的速率为 3km/h来模拟得到。 对于所有用户设备， 路径损耗被设 置为 1 , 且对任何 , CSIT误差的方差设置为 = 0. ⁸ , 噪声方差设为 1 , 对于逐子带预编码， 带宽被分为多个子带， 每一子带包含 Λ¾ = 60 个连续子载波。

从图 2可以看出， 用户设备 数量固定时， 在天线数量较少时， 逐子带预编码性能较好， 而随着天线数量的增加， 逐子载波预编码的 性能提升， 最终超过逐子带预编码。 从该图中， 还可看出， 当 K=l 时， 具有 DL训练信号的逐子带预编码总是优于没有 DL训练信号的 逐子载波预编码， 因该情形中没有多用户干扰。 然而， 当 L增加时， 这两者之间的差距缩小， 这意味着由不精确的等效信道估计引起的自 干扰的不利影响随着天线数量的增加而减小。

从图 3 可以看出， 天线数量 固定时， 在用户设备数量较少时 逐子带预编码性能较好， 而随着用户设备数量的增加， 逐子载波预编 码的性能提升， 且最终超过逐子带预编码。 这是因为随着用户设备数 量的增加， 关于多用户干扰的逐子带预编码的不利影响变 得越来越严 重。 若用户设备的数量持续增加接近天线数量， 逐子带预编码再次变 得表现较好， 因此， 优选地， 本发明中基站同时支持的用户设备的数 量远小于其配置的天线的数量。

除以上理论分析之外， 以下采用模拟方法来证明本发明的优势。 考虑 MIMO OFDM系统的 DL传输，该系统具有 N _FFT =\ Q2A个子载波 且基站的天线数量为 Ν _τ 。 每一基站基于迫零算法使用 DL 多用户 MIMO同时支持 个用户设备。 路径损耗设为 1 , 且对于所有用户设 备， 基站侧的 CSIT误差的方差设置为 = ο. ⁸ 。

对于逐子带多用户预编码， 假设带宽被分为多个子带， 每一子带 包含 Λ¾ = 60个连续子载波。 运用每一子带的平均 CSIT来计算该子 带的预编码矩阵。 在用户设备侧， 假设在每一子带中， 运用 DL参考 信号， 理想的等效信道估计可被实现。

对于逐子载波多用户预编码， 分别为每一子载波计算预编码矩 阵。基站向每一用户设备发送指示在公式 (1 )中定义的等效信道均值信 息的信令。

图 4和图 5均示出在不同天线数量和用户设备数量下，� �发明和 现有技术的 DL传输性能比较示意图。

在图 4中，设置 = 2且 = 4,对于所有用户设备，均采用 QPSK 调制且速率为 1/3的 Turbo码。 在图 5中， 设置 W _r = 64且 = 8, 对 于所有用户设备， 均采用 16QAM调制且速率为 1/3的 Turbo码。

从图 4中可以看到， 对于天线数量较少的图 4, 具有 DL训练信 号的逐子带预编码的性能优于没有 DL训练信号的逐子载波预编码。

然而， 当天线数量增加至如图 5所示时， 没有 DL训练信号的逐 子载波预编码的性能大大超过具有 DL训练信号的逐子带预编码， 如 图 5可以看出， 本发明提供可大于 5dB的性能增益。

图 6 示出根据本发明另一个方面的基站和用户设备 配合实现用 于在大规模 MIMO系统中获取下行数据的方法流程图。

在此，大规模 MIMO系统包括但不限于如正交频分复用（OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing ) 大规模 MIMO系统、 单 载波频分多址 ( SC-FDMA, Single-carrier Frequency-Division Multiple Access ) 大规模 MIMO 系统、 滤波器组多载波 (FBMC , Filter Bank MultiCarrier) 大规模 MIMO系统等，在该等系统中，每一基站配置多 个天线， 且同时支持多个用户设备。 优选地， 基站 1同时支持多个用 户设备， 且支持的用户设备的数量远小于基站 1配置的天线的数量。

其中， 该方法包括步骤 Sl、 步骤 S2、 步骤 S3和步骤 S4。 具体 地， 在步骤 S1 中， 基站 1向对应用户设备 2发送指示下行链路信道 估计信息的下行链路控制信令， 其中， 所述下行链路控制信令包括对 应的等效信道均值信息； 相应地， 用户设备 2接收对应基站 1发送的 指示下行链路信道估计信息的下行链路控制信 令， 其中， 所述下行链 路控制信令包括对应的等效信道均值信息； 在步骤 S2中， 基站 1对 在传输子带的每一子载波上待发送的信号进行 迫零预编码； 在步骤 S3中， 基站 1将经迫零预编码后的所述信号发送至所述用� �设备 2; 相应地， 用户设备 2接收所述基站 1发送的在传输子带的每一子载波 上对待发送的信号进行迫零预编码后的信号； 在步骤 S4 中， 用户设 备 2根据所述等效信道均值信息， 对所述信号进行解调处理， 以获得 对应的下行数据。

在此， 基站 1是指移动通信系统中， 连接固定部分与无线部分， 并通过空中的无线传输与移动台相连的设备， 其包括但不限于如 Note B基站、 eNB基站等。 在此， 用户设备 2是指在移动通信设备中， 终 止来自或送至网络的无线传输， 并将终端设备的能力适配到无线传输 的部分， 即用户接入移动网络的设备。 其包括但不限于任何一种可与 用户通过键盘、 触摸板、 或声控设备进行人机交互并能通过移动网络 与基站进行信号的相互传送和接收来达到移动 通信信号的传送的电 子产品， 例如平板电脑、 智能手机、 PDA、 车载电脑等。 在此， 所述 移动网络包括但不限于 GSM、 3G、 LTE、 Wi-Fi, WiMax、 WCDMA、 CDMA2000, TD-SCDMA、 HSPA、 LTD等。 本领域技术人员应能理 解上述用户设备、 移动网络和基站仅为举例， 其他现有的或今后可能 出现的用户设备或移动网络或基站如可适用于 本发明， 也应包含在本 发明保护范围以内， 并在此以引用方式包含于此。

具体地， 在步骤 S1 中， 基站 1通过无线信道， 如以周期性的发 送方式、 广播方式等， 向对应用户设备 2发送指示下行链路信道估计 信息的下行链路控制信令， 其中， 所述下行链路控制信令包括对应的 等效信道均值信息。 在此， 所述等效信道均值信息对应于基站 1发送 给用户设备 2的下行链路信道估计信息，等效信道均值信� �可表示为： {{l + a _k )^ _k ~, k = 1〜 }， 其中 式 (49)表示：

；¾为基站 1对第 个用户设备的平均发送功率。在上述公式 (49)中， _k 为基站 1所支持的 个用户设备中第 个用户设备的发送端信道状态 信息 （CSIT )误差的方差， &为第 个用户设备的路径损耗。

以下以举例方式说明为什么可用 w+ a _k ^,k : 1〜 T}表示所述等 效信道均值信息： 例如，在具有 A r个子载波的 DLOFDM 大规模 ΜΙΜΟ系统中， 假设是时分双工 （TDD, Time Division Duplexing ) 的， 因此， 基于 信道的互易性， 该系统中的基站可从上行链路探测参考信号获 得信道 状态信息 （CSI, Channel State Information), 假设该系统中的一个基 站被配置 个天线， 并通过多用户预编码同时支持 个用户设备， 且每一用户设备有一根天线。

对于基站 1, 以 标记 个用户设备和 个天线之间在第 w个 子载波上的 维的信道矩阵， 假设 &为第 A个用户设备的路径损 耗， 则：

E(H _W H^) = N _T G (50) 其中， G = ^¾^([ _gl …&… _gj )， 即 G是以&为第 个对角元素的对 角矩阵。 利用 TDD中 UL/DL信道的互易性， 基站 1可获得 的估 计， 记为^？。 发送端信道状态信息误差被表示为：

A _W = _W - (51) 信道状态信息误差可能来自上行信道估计误差 和信道的时变。 ΔΗ^ 立于 ， 且具有：

E(AH _W AH^ ) = N _T AG (52) 其中， , 是对角矩阵， 标记为 的第 个对角 元素是第 A个用户设备的 CSIT误差的方差。根据公式 (51)和公式 (52), 可得到：

E(HS ^{e) H} ) = E((H _W -AH _W )(H _W -AH _W ) ^H ) = N _T (G + AG) (53) 基站 1使用迫零计算得到每一子载波的预编码矩阵� �：

w _w = H( ) ^H (H ⁽ >H ⁽ > ^H y ^l P ¹ ' ² , w = 1 ~N _FFT ( 54 )

P是对角矩阵， 具有第 A个对角元素； ¾, P的选择使得 EdH ² )^ , 其中， 该期望在所有 w上平均得到。 在给定用户设备数量 K下， p _k 的值随 线性增加， 其期望可被计算为：

在用户设备侧， 在第 W个子载波上接收到的信号为：

y _w =H _w W _w x _w +n _w =(H _w ^e) +AH _w )W _w x _w +n _w (56) 基于公式 (51)和 (52), 则可得到：

E(AH _W H^ ^)H ) = E(AH _W (H _w -AH _W ) ^H ) = -N _T AG (57) 因此， AH _W 可被建模为：

AH _W =AH ⁽ '> ₊ B _W (58) 其中， A 为常数矩阵， ^^为独立于 f)的随机矩阵。 基于公式 (58), 可得到：

E(AH _W H^ ^H ) = E((AH^ + B _W )H^ ^H ) = N _T A(G + AG) ( 59 ) 以及 Έ(ΑΗ _ν ΑΗ ) = E((AHi ^e) + B _w )(ΑΗ^ +B _W ) ^H )=N _T AA ^H (G + AG) + Έ(Β _ν Β ) (60) 将公式 (59)和 (60)与公式 (57)和 (52)进行比较， 可得到：

其中， 由以上公式 (49)所示， 且 。将公式 (58)带入公 式 (56), 可得到：

y _w =(I + A)P ^V2 x _w +B _w W _w x _w +n _w (62) 考虑特定用户设备 所接收的信号可表示为： 其中， " _w ， _k 为高斯白噪声。 则对于用户设备 , 等效信道是：

h _k ^(eff) =(l + a _k )^ + B _w (k,:)W _w (:,k) (64) 等效信道的均值是 {(1 + ^)^, = 1〜^：}。 对于逐子载波预编码， 很难 像传统 MIMO 系统一样插入参考信号， 因此， 用户设备无法获得等 效信道的精确估计， 相反， 基站 1可向对应的用户设备发送指示下行 链路信道估计信息的下行链路控制信令， 其中， 所述下行链路控制信 令包括对应的等效信道均值信息 {(1 + ^ k = l〜K)。 在只有等效信 道的均值信息的情况下， 用户设备 将上述公式 (63)中右侧的第二项 视为干扰， 尽管其包含所期望的信号 x _w

本发明的逐子载波预编码避免了现有技术中逐 子带预编码带来 的额外多用户干扰。 相比于现有的采用 DL参考信号进行 DL信道估 计的技术， 本发明不需要 DL参考信号， 而只需要通过控制信令发送 等效信道的均值。 由于等效信道的均值只与用户设备 A有关， 其在整 个带宽上是不变的， 其所需的信令开销较低。

相应地， 用户设备 2通过无线信道， 接收对应基站 1发送的指示 下行链路信道估计信息的下行链路控制信令， 其中， 所述下行链路控 制信令包括对应的等效信道均值信息。

在步骤 S2中， 基站 1对在传输子带的每一子载波上待发送的信 号进行迫零预编码。 具体地， 在步骤 S2中， 基站 1可首先运用迫零 准则， 基于传输子带的每一子载波对应的信道状态信 息， 确定所述每 一子载波所对应的预编码矩阵； 然后， 根据所述预编码矩阵， 对在所 述每一子载波上待发送的信号进行迫零预编码 。

例如，对于具有 A r个子载波的 DL OFDM 大规模 MIMO系统， 该系统中的一个基站被配置 个天线， 并同时支持 个用户设备， 且每一用户设备有一根天线， 则对于该系统中的基站 1 , 其在步骤 S2 中可利用上述公式 (54)得到每个子载波所对应的预编码矩阵； 然后， 在步骤 S2中， 基站 1利用上述得到的预编码矩阵， 对在对应子载波 上待发送的信号进行迫零预编码。每个子载波 上的预编码矩阵都是根 据该子载波上的 CSIT计算得到的， 因此不同子载波上的预编码矩阵 是不同的。

在步骤 S3中， 基站 1通过无线信道， 将经迫零预编码后的所述 信号发送至所述用户设备 2。

相应地， 用户设备 2通过无线信道， 接收所述基站 1发送的在传 输子带的每一子载波上对待发送的信号进行迫 零预编码后的信号。

在步骤 S4中， 用户设备 2根据所述等效信道均值信息， 对所述 信号进行解调处理， 以获得对应的下行数据。 例如， 假设用户设备 2 为基站 1所支持的 个用户设备中的第 A个用户设备， 其在步骤 S3 中接收到基站 1发送的指示下行链路信道估计信息的下行链� �控制信 令， 其中， 所述下行链路控制信令包括对应的等效信道均 值信息为如 {(l + ) ^^ ^{= 1} 〜 } , 则在步骤 S4中， 用户设备 2可视该等效信道均 值信息 {(1 + ^ ) ft , k = l〜： 为等效信道状态信息， 并利用该等效信道 均值信息对其在步骤 S3 中接收到的所述信号进行解调处理， 以获得 对应的下行数据， 即对在每一子载波上接收到的信号分别进行解 调， 获得每一子载波发送的下行数据， 换言之， 每个子载波的解调结果是 该子载波上发送的信号的估值。

在此， 本领域技术人员应当理解， 在具体实施例中， 步骤 S1 和 步骤 S3可并行地执行， 也可串行地执行。

基站 1和用户设备 2的各个步骤之间是持续不断工作的。具体地� � 在步骤 S1 中， 基站 1向对应用户设备 2持续发送指示下行链路信道 估计信息的下行链路控制信令， 其中， 所述下行链路控制信令包括对 应的等效信道均值信息； 相应地， 用户设备 2持续接收对应基站 1发 送的指示下行链路信道估计信息的下行链路控 制信令， 其中， 所述下 行链路控制信令包括对应的等效信道均值信息 ； 在步骤 S2 中， 基站 1持续对在传输子带的每一子载波上待发送的� �号进行迫零预编码； 在步骤 S3中， 基站 1将经迫零预编码后的所述信号发送至所述用� � 设备 2; 相应地， 用户设备 2持续接收所述基站发送的在传输子带的 每一子载波上对待发送的信号进行迫零预编码 后的信号； 在步骤 S4 中， 用户设备 2持续根据所述等效信道均值信息， 对所述信号进行解 调处理，以获得对应的下行数据。在此，本领 域技术人员应能理解 "持 续"是指基站 1和用户设备 2的各步骤之间分别不断地进行下行链路 控制信令的发送与接收、 对待发送的信号进行迫零预编码、 经迫零预 编码后的信号的发送与接收， 以及对信号的解调， 直至基站 1在较长 时间内停止下行链路控制信令的发送。

优选地， 该方法还包括步骤 S5 (未示出）。 具体地， 在步骤 S5 中， 基站 1基于所述用户设备的相关信息， 确定所述等效信道均值信 息； 其中， 所述相关信息包括：

- 所述用户设备的速率；

- 所述用户设备发送的上行链路探测参考信号的 信噪比；

- 所述用户设备的长时信道衰落。

例如， 假设用户设备 2为基站 1所支持的 个用户设备中的第 k 个用户设备， 则在步骤 S5中， 基站 1可预先得到用户设备 2发送的 不同上行链路探测参考信号的信噪比和用户设 备 2的 CSIT误差的方 差之间的对应关系； 然后根据实际测得的上行链路探测参考信号的 信 噪比，通过类似查表的方式得到用户设备 2的当前 CSIT误差的方差， 即得到 ^；接着，根据上述公式 (49)计算得到用户设备 2的等效信道 均值信息。

再如， 假设用户设备 2为基站 1所支持的 个用户设备中的第 k 个用户设备， 则在步骤 S5中， 基站 1可首先基于用户设备 2的速率， 根据经验值估算由用户设备 2的信道时变带来的信道估计误差方差； 然后， 再根据用户设备 2发送的上行链路探测参考信号的信噪比估算 得到由上行信道估计误差带来的信道估计误差 方差， 把两者加起来， 即得到用户设备 2的当前 CSIT误差的方差， 即得到 接着， 根据 上述公式 (49)计算得到用户设备 2的等效信道均值信息。

本领域技术人员应能理解上述基于所述用户设 备的相关信息确 定所述等效信道均值信息的方式仅为举例， 其他现有的或今后可能出 现的基于所述用户设备的相关信息确定所述等 效信道均值信息的方 式如可适用于本发明， 也应包含在本发明保护范围以内， 并在此以引 用方式包含于此。 施， 例如， 可采用专用集成电路（ASIC )、 通用目的计算机或任何其他 类似硬件设备来实现。 在一个实施例中， 本发明的软件程序可以通过处 理器执行以实现上文所述步骤或功能。 同样地， 本发明的软件程序 （包 括相关的数据结构）可以被存储到计算机可读 记录介质中， 例如， RAM 存储器， 磁或光驱动器或软磁盘及类似设备。 另外， 本发明的一些步骤 或功能可采用硬件来实现， 例如， 作为与处理器配合从而执行各个步骤 或功能的电路。

另外， 本发明的一部分可被应用为计算机程序产品， 例如计算 机程序指令， 当其被计算机执行时， 通过该计算机的操作， 可以调 用或提供根据本发明的方法和 /或技术方案。 而调用本发明的方法的 程序指令， 可能被存储在固定的或可移动的记录介质中， 和 /或通过 广播或其他信号承载媒体中的数据流而被传输 ， 和 /或被存储在根据 所述程序指令运行的计算机设备的工作存储器 中。 在此， 根据本发 明的一个实施例包括一个装置， 该装置包括用于存储计算机程序指 令的存储器和用于执行程序指令的处理器， 其中， 当该计算机程序 指令被该处理器执行时， 触发该装置运行基于前述根据本发明的多 个实施例的方法和 /或技术方案。

对于本领域技术人员而言， 显然本发明不限于上述示范性实施例 的细节， 而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况 下， 能够以其 他的具体形式实现本发明。 因此， 无论从哪一点来看， 均应将实施例 看作是示范性的， 而且是非限制性的， 本发明的范围由所附权利要求 而不是上述说明限定， 因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和 范围内的所有变化涵括在本发明内。 不应将权利要求中的任何附图标 记视为限制所涉及的权利要求。 此外， 显然"包括"一词不排除其他单 元或步骤， 单数不排除复数。 装置权利要求中陈述的多个单元或装置 也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来 实现。 第一， 第二等词 语用来表示名称， 而并不表示任何特定的顺序。