无线通信网络中的方法与网络节点的制作方法
【技术领域】
[0001] 本文描述的实现总体设及移动台W及移动台中的方法，尤其描述了用于预测无线 通信网络中无线网络节点的下行链路信道的信道状态信息度量的机制。
【背景技术】
[0002] 移动台，也称用户设备扣巧、无线终端、和/或移动终端，用于在无线通信网络（有 时也指蜂窝无线电系统）中进行无线通信。可W通过无线接入网络（RAN)W及可能一个或 多个核屯、网，在例如用户设备间、用户设备与有线电话间和/或用户设备与服务器间进行 通信。无线通信可W包括各种各样的通信业务，例如语音、消息、数据包、视频、广播等。
[0003] 移动台还可W指具有无线功能的移动电话、蜂窝电话、平板电脑或笔记本电脑等。 本文中的移动台可W是，例如，便携式移动设备、口袋存储式移动设备、手提式移动设备、配 有计算机的移动设备或车载移动设备，它们通过无线接入网络与其他实体，例如其他移动 台、静态实体或服务器，进行语音和/或数据通信。
[0004] 无线通信网络覆盖了一个分成小区区域的地理区域，每个小区区域由无线网络节 点、网络节点或基站服务，基站例如可W是无线基站（RB巧或基站收发信台度TS)。根据所 用技术和/或术语，基站在一些网络中可W指"eNB"、"eNodeB"、"NodeB"或"Bnode"。
[000引有时，"小区"可W用来指无线网络节点本身。然而，小区在一般术语中也可W用来 指由基站站点上的无线网络节点提供了无线覆盖的地理区域。处于基站站点的一个网络节 点可W服务一个或数个小区。无线网络节点可W与任何移动台通过在无线频率运行的空口 在各自的无线网络节点范围内进行通信。
[0006] 在一些无线接入网络中，几个网络节点可W通过，例如固网或者微波，连接到例如 通用移动通信系统扣MT巧的无线网络控制器（RNC)上。RNC，有时也称基站控制器度SC) (例如在GSM中），它可W管理并协调多个连接到其上的无线网络节点的各种活动。GSM是 GlobalSystemforMobileCommunications的缩写（原作：GroupeSpecialMobile)。
[0007] 在第S代合作伙伴项目（3GP巧的长期演进技术化T巧中，无线网络节点（可W指 eNodeB或eNB)可W与网关连接，如无线接入网关，从而与一个或多个核屯、网相连。LTE基 于GSM/邸GE与UMTS/服PA网络技术，通过利用一个不同的无线接口W及改良的核屯、网提高 了网络容量与速度。
[0008] LTE-Advanced,也即LTERelease10W及之后发行的版本，旨在W经济的方式提 供更高的比特率，同时完全满足国际电信联盟（ITU)对国际移动通信（IMT)-Advanced,也 称4G(即第四代）的要求。
[0009] 本文中，下行链路、下游链路、或者前向链路可W用做从无线网络节点到移动台的 传输路径。上行链路、上游链路、或者反向链路可W用做反向传输路径，也即从移动台到无 线网络节点的路径。
[0010] 3G与4G移动系统支持基于信道条件的链路自适应。例如，在LTE中，移动台向无 线网络节点/eNodeB上报信道状态信息（CSI)，运样当无线网络节点/eNodeB通过下行链路 信道向移动台传输数据时，无线网络节点/eNodeB能够选择一个合适的方案。
[0011]LTE标准化文档1定义了 =个质量指标，它们可W作为下行链路的传输质量的基 准，且可由移动台测量并在CSI报告中向无线网络节点上报。运=个质量指标是信道质量 指示（CQI)、预编码矩阵指示（PMI)W及秩指示巧I)。
[0012] CQI是0到15间的指数，指示正在分析的信道的误块率度LER)不会超过10%时 的最大调制编码率。
[001引PMI是指用于闭环空间复用模式的最佳预编码矩阵。
[0014]RI是一个度量，指传输的下行信号的最佳等级。
[0015] 移动台可W测量运=个指标的中任一、部分或所有的指标，向无线网络节点上行 传输此信息，该无线网络节点之后可W相应调整下行链路中的信号传输（虽然运不是强制 的）。移动台的信道质量测量和CQI/PMI/RI估算方法是针对性实施的。因此，制造商/忍 片制造者在算法和实施方式上有一定的自由。
[0016] 在LTE系统中，有一个CQI反馈时延5W，例如可W是8毫秒长。运个时延5W是 移动台报告某一CQI的时刻与无线网络节点根据报告的CQI(可能并不是与所报告的完全 相同）向所述移动台传输数据的时刻之间的时间差。由于存在运个CQI反馈时延，W及因 为移动台与无线网络节点间的信道不断变化，基于时间为t时的信道信息的最优选CQI指 数，在时间为t+5W时将不是最优。参见图1与图2,其中说明了运个问题。
[0017] 图1示出了一般链路自适应过程的例子；图2示出了在移动台速度为lOkm/h时， 多普勒频率~20化对应的信道变化、CQI反馈时延，W及EPA信道。
[001引可W理解的是，在图2中，当多普勒频率很小时，运种不需处理CQI时延的CQI报 告仍然运作良好。没有应用信道预测时，若多普勒频率（单位：Hz)与CQI时延（单位：秒） 的乘积小于0.01，可W很好的进行链路自适应。否则，可能不能很好的进行快速链路自适 应，某一期间内基于平均信噪比（SNR)的自适应可能更好进行且应该得W应用。目P，当LTE 下行链路的CQI时延为例如8毫秒时，若想进行快速链路自适应，多普勒频率应约为1~ 2Hz。运是非常严格的限制，因为行人携带的移动台的多普勒频率约为5~10化。因为边走 边对移动台说话是非常频繁的用户行为，放松限制将非常有价值，运样就可W应用快速链 路自适应，在步行速度对应的多普勒频率范围中可W达到吞吐量增益。
[0019] 例如线性回归，W及更加复杂的=次样条曲线预测法和线性最小均方误差（MMSE) 预测法等不同的方法已用于进行信道度量预测。
[0020] 现有技术采用短期平均值与一阶自适应无限冲击响应（IIR)滤波器进行预测。移 动台速度高时，更适合使用运种滤波器进行预测。在高速移动台场景中，CQI反馈时延比信 道相干时间大很多。然而，短期平均与一阶自适应IIR滤波器不适用于在移动台步行速度 或低于移动台步行速度时的预测，因为对应步行速度或更慢的速度，在低多普勒频率上的 预测效果会变差。
[0021] 同时，关于短期平均、线性预测、S次样条外推法、维纳滤波器预测、W及外推与短 期平均的加权总和法也已有研究。
[0022] 线性回归预测法是使用简单数学表达式的直接预测法。当移动台的多普勒频率很 低时，例如多普勒频率在甜ZW下时，该方法的效果很好。然而，当多普勒频率增大时，该方 法的效果很快变差了。此外，变化趋势在峰值和谷值变化时，该方法存在过冲的问题。
[0023] 用来预测信干噪比（SINR)的=次样条外推法已经研究。=次样条曲线具有良好 的插值效果。然而，其外推效果总体而言不尽如人意。运种情况有多重原因。第一，与边界 条件对插值效果有有限的影响的插值法不同，边界条件设置对外推效果有很大影响，尤其 当预测长度更长时（所述边界条件设置包括如何在端点设置导数）。第二，当数据观测值 中有噪音时，插值法中噪音的影响有限，然而外推法中噪音的影响很大，尤其是在端点的噪 音。因此，此方法不适合用于信道预测。
[0024] 实际上，信道信息在时间上是相关的。因此，若已知相关系数，可W基于最新的信 道信息估算/预测未来的信道信息。运样，MMSE方案是一个可能的方法。所述预测可能基 于信道响应、SINR、资源块信息率（RBIR)，交互信息（MI)，有效指数信干噪比映射巧ESM)等 度量。
[002引匪SE预测法可W直接应用于其他之前提及的类似度量的预测。短期内，例如1秒 内，可W假设子帖的度量值形成了一个稳态过程。然后，运个过程的自相关可W计算，形成 化16-??化er方程系统来预测度量。第一，样本窗口的样本自相关系数t-T。，t的计算方式 如下：
[0026] y(t,T)二E{闲[t日]-Mme細K网[t0 +T] -M脚樹。化t日e[t-To.,t-勺，
[0027] 其中Mm。。。是几秒钟长的抽样区间内的度量M的平均值。
[0028] 阶数为P的维纳滤波器的预测度量值的计算方式为：
[0029] M(t + P)二Sto] W(I)网[t - U + Mmean，
[0030] 其中预测滤波器通过化16-??化er方程计算，即：
[0031] W=Rif,
[0032] 其中预测滤波器系数W为：
[0033] W = [W(0),W(1), . . . ,W(p-1)] T
[0034] 自相关矩阵R为： 'r(f，〇) 池0 …碱#-1)、
[00对巧=池1)池0)...虹2) -I) >'(/，/,-2) ... ?(/，0)y
[0036] r为：
[0037] r= [丫（t,Sw)，丫（t,Scgi+1)，. . .，丫（t,Scgi+p-1) ]T.
[0038]运个基于线性MMSE的M预测法的效果可能取决于许多因素：若历史度量值与所要 预测时间的未来度量值的相关性很强，那么预测效果就好。然而，运与多普勒频率W及5W 值直接相关，较大的多普勒频率或较大的5值会使预测效果较差。样本自相关的准确性 会影响效果。要获得更准确的样本相关性，信道度量必须在足够长一段时间内保持稳态，运 样就有足够的样本来估算收集的自相关系数了。再次，运需要低多普勒频率，W及更多条 件，W满足稳态条件。当多普勒频率很大或5W很大时，相关矢量r会趋近零。此时，预测 度量值会趋近短期平均值。运会产生直观意义，因为从最新度量值中，由于小的关联，没有 得出关于在未来时间的预测的度量值的结论。进一步地，所述效果也取决于滤波器阶数P 的选择。所述滤波器阶数P可W介于5与20之间。当滤波器阶数P小的时候，没有充分的 信息用于预测，而当阶数大时，复杂性会变大，对矩阵的逆运算来说，尤其如此。
[0039] 总而言之，不同的现有技术方案的不利之处、局限及问题在于，对应速度低于 lOkm/h的移动台，低多普勒频率下的短期预测平均的预测效果不好。
[0040] 由于信道衰落，线性回归预测法不适合非静态移动台。此外，线性回归预测法会有 过冲的问题，因为它在衰落峰值的时刻的预测值通常高于峰值，在衰落谷值的时刻的预测 值通常低于谷值。
[0041] =次样条预测法对端点条件非常敏感，因此除了移动台极低速与极低噪音情况 下，该方法不能令人满意。
[0042] 线性匪SE预测法，仍然会有过冲的问题。此外，移动台侧的信道变化导致运些不 同的度量也随时间发生变化，运些不同度量的变化事实上并非真正的线性变化，因此线性 法事实上是不够好的。
[0043] 因此，不存在令人满意的解决方案解决与CQI反馈时延5W相关的问题，W为步 行速度下的移动台启动链路自适应。
【发明内容】
[0044] 本发明旨在消除前述的至少部分不利之处，预测无线通信网络中无线网络节点的 下行链路信道的