CN101816132B - 无线通信系统中的校准和波束成形 - Google Patents

Abstract

本发明描述了用于在无线通信系统中执行校准和波束成形的技术。在一个方案中，节点B可以在每个校准时间间隔中与一组UE周期性地执行校准，以获得该节点B的校准向量。节点B可以应用该校准向量来解决节点B处的发射和接收链的响应中的不匹配。在另一个方案中，节点B可以通过考虑UE处的多个天线的增益不均衡来对UE执行波束成形。节点B可以通过考虑由于以下因素所导致的增益不均衡来确定用于波束成形的预编码矩阵：(i)UE处的接收链的不同的自动增益控制(AGC)增益，(ii)UE处的发射链的不同的功率放大器(PA)增益和/或(iii)UE处的多个天线的不同的天线增益。

Description

无线通信系统中的校准和波束成形

本申请要求2007年10月3日提交的、题目为“METHOD ANDAPPARATUS FOR CALIBRATION AND BEAMFORMING”的美国临时申请No.60/977,359的优先权，该申请被转让给本发明的受让人并且以引用方式整体并入本文。

技术领域

本公开整体涉及通信，并且更具体而言涉及无线通信系统中的传输技术。

背景技术

如今已广泛地布置了无线通信系统以提供各种通信内容，如语音、视频、分组数据、消息、广播等等。这些无线系统可以是能够通过共享可用的系统资源来支持多个用户的多址系统。这种多址系统的例子包括：码分多址(CDMA)系统、时分多址(TDMA)系统、频分多址(FDMA)系统、正交FDMA(OFDMA)系统和单载波FDMA(SC-FDMA)系统。

无线通信系统可以包括多个节点B，其可以支持多个用户设备(UE)的通信。节点B可以经由下行链路和上行链路与UE进行通信。下行链路(或前向链路)是指从节点B到UE的通信链路，上行链路(或反向链路)是指从UE到节点B的通信链路。节点B可以利用多个天线来向UE处的一个或多个天线发送数据。希望发送数据的方式能够实现良好的性能。

发明内容

本文描述了用于在无线通信系统中执行校准和波束成形的技术。在一个方案中，节点B可以在每个校准时间间隔中与一组UE周期性地执行校准，以获得该节点B的校准向量。该节点B可以应用该校准向量来解决节点B处的发射和接收链的响应的不匹配。

在一种设计中，在每个校准时间间隔中，节点B可以选择一组UE来执行校准，例如，选择具有良好的信道质量的UE。节点B可以向所选UE发送消息以进入校准模式。节点B可以从每个所选UE接收下行链路信道估计，并且还可以从UE处的至少一个天线接收至少一个探测参考信号。节点B可以基于从每个所选UE接收到的探测参考信号，得出针对该UE的上行链路信道估计。节点B可以基于针对每个所选UE的下行链路和上行链路信道估计得出该UE的至少一个初始校准向量。节点B然后可以基于所选的所有UE的初始校准向量得出其自身的校准向量。节点B可以应用该校准向量，直到其在下一个校准时间间隔被更新为止。

在另一个方案中，节点B可以通过考虑UE处的多个天线的增益不均衡来为UE执行波束成形。增益不均衡可能是由于UE处的接收和/或发射链的可变增益。在一种情况中，节点B可以通过考虑由于UE处的多个天线的接收链的不同的自动增益控制(AGC)增益而导致的增益不均衡来确定预编码矩阵。在另一种情况中，节点B可以通过考虑由于以下原因所导致的增益不均衡来确定预编码矩阵：(i)UE处的多个天线的发射链的不同的功率放大器(PA)增益和/或(ii)多个天线的不同的天线增益。

在一个设计中，节点B可以从UE接收至少一个增益比，每个增益比是由UE处的相关天线的增益和参考天线的增益来确定的。每个增益可以包括AGC增益、PA增益、天线增益等。节点B可以基于UE的信道矩阵和利用所述至少一个增益比所形成的增益矩阵来确定复合信道矩阵。在另一个设计中，节点B可以从UE处的多个天线接收探测参考信号。每个探测参考信号可以由UE从一个天线以基于该天线的增益比所确定的功率电平来发射。节点B可以基于该探测参考信号获得复合信道矩阵。对于两个设计，节点B可以基于该复合信道矩阵确定预编码矩阵，该复合信道矩阵可能已经包含有UE处的增益不均衡。节点B然后可以利用该预编码矩阵为该UE执行波束成形。

在下文中更详细地描述了本公开的各种方案和特征。

附图说明

图1示出了无线通信系统。

图2示出了节点B和UE处的发射和接收链。

图3示出了用于校准的节点B和多个UE。

图4示出了具有和不具有校准的数据接收。

图5示出了多个天线具有增益不均衡的UE。

图6示出了用于由节点B执行校准的过程。

图7示出了用于在校准时间间隔中执行校准的过程。

图8示出了用于执行校准的装置。

图9示出了用于由节点B执行波束成形的过程。

图10示出了用于执行波束成形的装置。

图11示出了用于由UE接收波束成形数据的过程。

图12示出了用于接收波束成形数据的装置。

图13示出了节点B和UE的方框图。

具体实施方式

本文所述的技术可用于各种无线通信系统，如CDMA、TDMA、FDMA、OFDMA、SC-FDMA和其它系统。术语“系统”和“网络”一般可以互换使用。CDMA系统可以实现诸如通用地面无线电接入(UTRA)、cdma2000等的无线技术。UTRA包括宽带CDMA(WCDMA)和CDMA的其它变形。cdma2000涵盖IS-2000、IS-95和IS-856标准。TDMA系统可以实现诸如全球移动通信系统(GSM)的无线技术。OFDMA系统可以实现诸如演进的UTRA(E-UTRA)、超移动宽带(UMB)、IEEE 802.11(WiFi)、IEEE 802.16(WiMAX)、IEEE 802.20、Flash- 等的无线技术。UTRA和E-UTRA是通用移动通信系统(UMTS)的一部分。3GPP长期演进(LTE)是UMTS的即将发布的使用E-UTRA的版本，其在下行链路上采用OFDMA而在上行链路上采用SC-FDMA。在名为“第三代合作伙伴计划”(3GPP)的组织的文献中描述了UTRA、E-UTRA、UMTS、LTE和GSM。在名为“第三代合作伙伴计划2”(3GPP2)的组织的文献中描述了cdma2000和UWB。为了清楚起见，以下针对LTE来描述该技术的特定方案，并且在以下大部分描述中使用LTE技术。

图1示出了无线通信系统100，其可以是LTE系统。系统100可以包 括多个节点B 110和其它网络实体。节点B可以是与UE进行通信的固定站，还可以被称为演进的节点B(eNB)、基站、接入点等。每个节点B 110为特定地理区域提供通信覆盖。为了提高系统容量，可以将节点B的总覆盖区域分割成多个(例如，3个)更小的区域。每个更小的区域可以由各自的节点B子系统进行服务。在3GPP中，术语“小区”可以是指节点B的最小覆盖区域和/或对该覆盖区域进行服务的节点B子系统。

UE 120可以散布在该系统中，并且每个UE可以是固定的或移动的。UE还可以被称为移动站、终端、接入终端、用户单元、站等等。UE可以是蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、无线调制解调器、无线通信设备、手持设备、膝上电脑、无绳电话等。

该系统可以支持用于下行链路和/或上行链路上的数据传输的波束成形。为了清楚起见，以下大部分描述针对下行链路上的波束成形。波束成形可用于从节点B处的多个发射天线到UE处的单个接收天线进行的多输入单输出(MISO)传输。可以将针对MISO传输的波束成形表示为：

x＝vs    方程(1)

其中，s是数据符号的向量，

v是用于波束成形的预编码向量，并且

x是输出符号向量。

预编码向量v还可以称为波束成形向量、方向向量(steering vector)等。可以基于从节点B处的多个发射天线到UE处的单个接收天线的MISO信道的信道响应向量h，得出预编码向量v。在一个设计中，可以使用信道响应矩阵的一个列的信道响应向量h基于伪本征波束成形，得出预编码向量v。波束成形可以提供更高的信号噪声干扰比(SINR)，这可以支持更高的数据速率。

波束成形还可用于从节点B处的多个发射天线到UE处的多个接收天线的多输入多输出(MIMO)传输。波束成形可以在由节点B处的多个发射天线和UE处的多个接收天线所形成的MIMO信道的多个本征模上发送数据。可以用奇异值分解将MIMO信道矩阵H对角化，如下：

H＝UDV    方程(2)

其中，U是H的左本征向量的酉矩阵，

V是H的右本征向量的酉矩阵，并且

D是H的奇异值的对角矩阵。

MIMO传输的波束成形又称为本征波束成形，可以表示为：

x＝Vs    方程(3)

如方程(3)中所示，右本征矩阵V可以用作波束成形的预编码矩阵。预编码矩阵还可以称为波束成形矩阵、方向矩阵等。经过波束成形的传输与未经过波束成形的传输相比能够提供更显著的增益，尤其是当传输的层(或级)的数量小于节点B处发射天线的数量时。在节点B处的发射天线的数量大于UE处的接收天线的数量的不对称天线情形中通常出现这种情况。

系统可以支持各种下行链路和上行链路的参考信号，以助于波束成形和其它功能。参考信号是基于已知的数据生成的信号，还可以称为导频、前导码、训练参考信号、探测参考信号等。接收机可以将参考信号用于各种目的，如信道估计、相干解调、信道质量测量、信号强度测量等。表1列出了可以在下行链路和上行链路上传输的一些参考信号，并且提供了每个参考信号的简短描述。小区专用的参考信号还可以被称为公共导频、宽带导频等。UE专用的参考信号还可以被称为专用参考信号。

表1

链路	参考信号	描述
			下行链路	小区专用的   参考信号	由节点B发送并且由UE使用来进行信道估  计和信道质量测量的参考信号。
下行链路	UE专用的   参考信号	由节点B向特定UE发送并且用于对来自节  点B的下行链路传输进行解调的参考信号。
			上行链路	探测   参考信号	由UE发送并且由节点B使用来进行信道估  计和信道质量测量的参考信号。
上行链路	解调   参考信号	由UE发送并且由节点B使用来对来自UE  的上行链路传输进行解调的参考信号。

[0043] 系统可以利用时分双工(TDD)。对于TDD，下行链路和上行链路共享同一频谱或信道，并且下行链路和上行链路传输在同一频谱上发送。下行链路信道响应因此可以与上行链路信道响应相关联。互易原则可以允许基于经由上行链路的传输来估计下行链路信道。这些上行链路传输可以是参考信号或者上行链路控制信道(其可以在解调之后用作参考符号)。上行链路传输可以允许对经由多个天线的空间选择性信道进行估计。 

在TDD系统中，信道互易性可能仅对无线信道有效，无线信道还可以被称为物理传播信道。在节点B处的发射和接收链的响应或传递特性与UE处的发射和接收链的响应之间可能存在显著的差异。实际的/等效的信道可能包括发射和接收链这两者以及无线信道。由于节点B和UE处的发射和接收链的响应的差异，实际的信道可能不是互易性的。

图2示出了节点B 110和UE 120处的发射和接收链的方框图，节点B110和UE 120可以是图1中的节点B中的一个和UE中的一个。对于下行链路，在节点B处，输出符号(表示为x_D)可以由发射链210进行处理并且经由天线212在响应为h的无线信道上发射。在UE处，下行链路信号可以由天线252进行接收并且由接收链260进行处理以获得接收符号(表示为y_D)。发射链210所进行的处理可以包括数模转换、放大、滤波、上变频等。接收链260所进行的处理可以包括下变频、放大、滤波和模数转换等。

对于上行链路，在UE处，输出符号(表示为x_U)可以由发射链270进行处理并且经由天线252在无线信道上发送。在节点B处，上行链路信号可以由天线212进行接收并且由接收链220进行处理以获得接收符号(表示为y_U)。

对于下行链路，可以将UE处的接收符号表示为：

y_D＝σ·h·τ·x_D＝h_D·x_D    方程(4)

其中，τ是节点B处的发射链210的复数增益，

σ是UE处的接收链260的复数增益，并且

h_D＝σ·h·τ是从节点B到UE的实际下行链路信道。

对于上行链路，可以将节点B处的接收符号表示为：

y_U＝ρ·h·π·x_U            方程(5)

其中，π是UE处的发射链270的复数增益，

ρ是节点B处的接收链220的复数增益，并且

h_U＝ρ·h·π是从UE到节点B的实际上行链路信道。

如方程(4)和(5)中所示，可以假设无线信道h对于下行链路和上行链路是互易的。但是，实际的上行链路信道与实际的下行链路信道可能不是互易的。因此希望知道发射和接收链的响应以及它们对实际的下行链路和上行链路信道的互易性假设的准确性的影响。此外，节点B和/或UE可以装配有天线阵列，并且每个天线可以具有其自身的发射/接收链。不同天线的发射/接收链可能具有不同的响应，并且可以执行天线阵列校准来解决不同的响应。

通常，可以执行校准来解决与天线阵列相关联的两种类型的不匹配：

■由于物理天线系统/结构造成的不匹配——这些不匹配包括：互耦的影响、塔效应、不完全了解天线位置、由于天线绕线的幅度和相位的不匹配等，以及

■由于每个天线的发射/接收链中的硬件元件造成的不匹配——这些不匹配包括：模拟滤波器、I和Q不平衡、接收链中的低噪声放大器(LNA)和/或发射链中的功率放大器(PA)的相位和增益不匹配、不同的非线性效应等。

可以执行校准，从而通过测量在其它链路上发送的参考信号来估计针对一个链路的信道。还可以执行校准来解决上行链路天线切换，其中当UE配备有两个天线、两个接收链但是仅有一个发射链时，可以应用上行链路天线切换来得到上行链路发射分集。上行链路天线切换可以用于时间切换发射分集(TSTD)或者选择发射分集(STD)。上行链路信号可以(i)经由具有TSTD的两个天线交替地，或者(ii)经由具有STD的更好的天线来发送。对于STD，UE可以经由两个天线交替地发送探测参考信号(SRS)，以使得节点B能够选择更好的天线。射频(RF)切换可以通过在任意给定时刻将PA输出连接到两个天线中的任意一个来支持TSTD或STD。

可以如下支持TDD系统中的波束成形。以波束成形模式操作的UE可以被配置为在上行链路上发送探测参考信号。在具有互易的下行链路和上行链路的对称情形中，节点B可以基于从每个UE接收到的探测参考信号， 得出用于该UE的波束成形的预编码矩阵。因此，UE不需要向节点B发送预编码信息，这可以避免反馈误差。节点B可以在下行链路上向每个UE发送UE专用的参考信号。节点B可以用与用于数据的预编码矩阵相同的预编码矩阵来对UE专用的参考信号进行预编码，并且可以在用于传输的每个资源块中发送预编码参考信号。UE可以使用该预编码参考信号来进行解调并且可以不必知道节点B所使用的预编码矩阵。这可以使得不需要在下行链路上向UE发送预编码矩阵指示符(PMI)。

对于具有互易的下行链路和上行链路的对称和不对称情形，可以对波束成形进行简化。可以执行校准来确定校准向量，该校准向量可以解决发射和接收链的响应中的差异，从而使得下行链路信道与上行链路信道互易。

校准过程可以由节点B发起并且由一组UE辅助。以下描述假设节点B和UE处的发射和接收链在每个发射天线的多个连续子载波上具有平坦的响应，其中相干带宽等于分配给每个发射天线用于探测的子载波的数量。因此可以基于参考信号获得信道响应。

图3示出了用于校准的节点B和N个UE 1到N的方框图。节点B具有分别用于M个天线312a到312m的M个发射/接收链310a到310m。通常，每个UE可以具有一个或多个天线。为了校准的目的，给定UE的每个天线可以被视为是独立的UE。在图3中，每个UE具有用于一个天线352的发射/接收链360。

对于节点B处的每个天线i，实际的不匹配β_i可以如下定义为：

${\mathrm{\β}}_i=\frac{{\mathrm{\τ}}_i}{{\mathrm{\ρ}}_i},$ 其中i＝1，...，M    方程(6)

其中，τ_i是节点B的天线i的发射链的复数增益，并且

ρ_i是节点B的天线i的接收链的复数增益。

对于UEj，实际的不匹配α_j可以如下定义为：

${\mathrm{\α}}_j=\frac{{\mathrm{\π}}_j}{{\mathrm{\σ}}_j},$ 其中j＝1，...，N    方程(7)

其中，π_i是UEj的发射链的复数增益，并且

σ_i是UEj的接收链的复数增益。

从节点B天线i到UEj的下行链路信道可以表示为h_ij ^D。从UEj到节点 B天线i的上行链路信道可以表示为h_ji ^U。由于TDD信道的互易性，对于所有的i和j的值， 

可以估计M个节点B天线的实际的不匹配β₁到β_M，以校准节点B。可以无需校准UE。但是UE应该适当地发送用于校准和波束成形的探测参考信号，如下所述。

可以将从节点B天线i到UEj的实际的下行链路信道h_ij ^D，eff表示为：

$h_{\mathrm{ij}}^{D,\mathrm{eff}}={\mathrm{\τ}}_i\·h_{\mathrm{ij}}^D\·{\mathrm{\σ}}_j$ 方程(8)

UEj可以基于每个节点B天线在下行链路上发送的小区专用的参考信号来估计实际的下行链路信道。

可以将从UEj到节点B天线i的实际的上行链路信道h_ji ^U，eff表示为：

$h_{\mathrm{ji}}^{U,\mathrm{eff}}={\mathrm{\π}}_j\·h_{\mathrm{ji}}^U\·{\mathrm{\ρ}}_i$ 方程(9)

节点B可以基于UEj在上行链路上发送的探测参考信号来估计实际的上行链路信道。

可以将针对节点B天线i和UEj的校准因子c_ij表示为：

$c_{\mathrm{ij}}=\frac{h_{\mathrm{ij}}^{D,\mathrm{eff}}}{h_{\mathrm{ji}}^{U,\mathrm{eff}}}=\frac{{\mathrm{\τ}}_i\·h_{\mathrm{ij}}^D\·{\mathrm{\σ}}_j}{{\mathrm{\π}}_j\·h_{\mathrm{ji}}^U\·{\mathrm{\ρ}}_i}=\frac{{\mathrm{\β}}_i}{{\mathrm{\α}}_j}$ 方程(10)

方程(10)假设无线信道具有互易性，从而 $h_{\mathrm{ji}}^U=h_{\mathrm{ij}}^D.$

可以如下获得针对UEj的校准向量C_j：

C_j＝[c_1j c_2j…c_Mj]＝[β₁/α_j β₂/α_j…β_M/α_j]    方程(11)

可以将节点B校准到一个度量常数(scaling constant)。然后可以如下定义校准向量 

${\tilde{C}}_j=C_j\·\frac{{\mathrm{\α}}_j}{{\mathrm{\β}}_1}=\left[\begin{array}{cc}1& {\mathrm{\β}}_2/{\mathrm{\β}}_1...{\mathrm{\β}}_M/{\mathrm{\β}}_1\end{array}\right]$ 方程(12)

如方程(12)中所示，校准向量 的元素独立于索引j，即使它们是基于针对UEj的测量值得到的。这意味着应用在节点B上的校准向量不需要解决UE处的不匹配。节点B可以获得针对N个UE的N个校准向量 到 节点B可以如下得出最终的校准向量C：

$C=f({\tilde{C}}_1,{\tilde{C}}_2,...,{\tilde{C}}_N)$ 方程(13)

其中，f()是N个校准向量的简单求平均函数或者使用最小均方差(MMSE)或一些其它技术来将N个校准向量进行组合的函数。如果信道增益h_ij ^D或h_ji ^U太小，那么校准可能由于噪声增强而不够准确。MMSE估计器可以用来更好地将N个校准向量与不同的噪声特性进行组合。

在一个设计中，可以如下执行校准：

1、节点B决定执行校准并且选择具有强信道质量指示符(CQI)和相对低的多普勒的N个UE来进行校准。

2、节点B向N个UE发送消息以进入校准模式。

3、每个UE测量来自每个节点B天线的小区专用的参考信号，以获得针对该天线的实际的下行链路信道估计。UE可以选择最接近UE的探测参考信号的下一个传输的小区专用的参考信号，占用UE处的处理时间。

4、每个UE使用足够数量的比特(例如，6比特实数/虚数量化)发送回针对每个节点B天线的实际的下行链路信道估计，并且还同时发送探测参考信号。

5、节点B测量来自每个UE天线的探测参考信号以获得针对该UE天线的实际的上行链路信道估计，并且计算每个节点B天线的校准因子c_ij，如方程(10)中所示。节点B还可以用MMSE估计来获得c_ij。

6、节点B确定每个UE的校准向量 如方程(12)中所示。

7、节点B基于所有UE的校准向量 计算其自身的校准向量C，如方程(13)中所示。

8、节点B在满足校准之后退出校准模式。

UE也可以执行校准来获得其自身的校准向量。UE可以在不同时间与一个节点B执行校准和/或与不同的节点B执行校准，以改进校准向量的质量。

站(例如，节点B或UE)可以通过执行校准来获得校准向量，并且可以将校准向量的合适的版本应用到发射端或接收端。通过应用校准向量，可以基于经由另一链路所接收到的参考信号来估计一个链路的信道响应。例如，节点B可以基于在上行链路上从UE接收到的探测参考信号来估计下行链路信道响应。节点B然后可以基于根据所估计的下行链路信道响应所 得出的预编码矩阵，来执行波束成形。校准向量应该简化信道估计并且不应该不利地影响数据传输性能。

图4示出了具有波束成形的数据发送和具有和不具有校准的数据接收。为了简化起见，图4假设发射机(例如，节点B或UE)不存在传输/接收不匹配并且应用相同的校准/无校准。

图4的上半部示出了不具有校准的接收机(例如，UE或节点B)。来自发射机的数据符号通过波束成形矩阵V进行预编码并且经由信道矩阵为H的MIMO信道进行传输。可以将接收机处的接收符号表示为：

y＝HVs+n    方程(14)

其中，s是发射机所发送的数据符号的向量，

y是接收机处的接收符号的向量，并且

n是噪声向量。

接收机可以如下利用空间滤波矩阵W来执行MIMO检测：

$\hat{s}=\mathrm{Wy}=\mathrm{WHVs}+\mathrm{Wn}$ 方程(15)

其中， 是检测符号的向量并且是s的估计。

可以如下基于MMSE得出空间滤波矩阵W：

W＝V^H H^H[HH^H+Ψ]^-1    方程(16)

其中，Ψ＝E[nn^H]是接收机处的噪声协方差矩阵， 

E[]表示期望运算，并且

“^H”表示共轭转置。

图4的下半部示出了具有校准的接收机。接收机处的接收符号可以如方程(14)中所示。接收机可以如下利用空间滤波矩阵W_c来执行MIMO检测：

${\hat{s}}_c=W_c\mathrm{Cy}=W_c\mathrm{CHVs}+W_c\mathrm{Cn}$ 方程(17)

其中，C是接收机处的校准矩阵， 是s的估计。校准矩阵C是对角矩阵，并且C的对角元素可以等于接收机的校准向量的元素。

可以如下基于MMSE来得出空间滤波矩阵W_c：

W_c＝V^HH^H[HH^H+Ψ]^-1C^-1    方程(18)

如方程(17)和(18)中所示，MMSE空间滤波矩阵W_c尝试将具有有色噪 声协方差矩阵∑＝CΨC^H的复合信道H_c＝CH解开。当在接收机处使用MMSE检测器时，来自具有校准的接收机的检测符号等于来自没有校准的接收机的检测符号。

接收天线处的相位不影响波束成形传输的性能。但是，波束成形应该考虑UE处的不同天线的相对发射功率以及UE处的接收链的增益不均衡。

图5示出了具有K个天线552a到552k的UE 110的方框图，其中K可以是任意大于1的值。K个接收链560a到560k分别耦合到K个天线552a到552k。K个发射链570a到570k也分别耦合到K个天线552a到552k。

UE可以对每个接收链560执行AGC，并且可以调整每个接收链的增益，使得所有K个接收链的噪声方差近似相等。UE可以获得分别K个接收链560a到560k的AGC增益g₁到g_K。AGC增益对于不同的天线可以不同并且可以周期性地改变。UE能够基于每个天线的接收信号强度测量值，正确地测量该天线的AGC增益。

在一个设计中，UE可以如下确定每个天线k的接收增益比：

$r_k=\frac{g_k}{g_1},$ 其中k＝1，...，K    方程(19)

其中，r_k是UE处的天线k的接收增益比。

在一个设计中，UE可以向节点B发送该接收增益比，节点B可以在执行波束成形时考虑该接收增益比。例如，节点B可以如下确定复合下行链路MIMO信道矩阵H_D：

H_D＝RH        方程(20)

其中，R是沿着对角线包括K个接收增益比r₁到r_K的对角矩阵。节点B可以执行复合下行链路MIMO信道矩阵H_D(而不是下行链路MIMO信道矩阵H)的奇异值分解以获得预编码矩阵V。

在另一个设计中，当发送探测参考信号时UE可以在发射链中应用合适的增益，使得节点B可以获得复合下行链路MIMO信道矩阵H_D而不是下行链路MIMO信道矩阵H的估计。UE可以利用每个天线k的接收增益比r_k来缩放该天线的发射链的增益。例如，如果给定天线的接收增益比是1.5，那么UE可以将该天线的发射链的增益缩放一个因子1.5。

如图5中所示，UE可以具有分别针对K个发射链570a到570k的PA 增益p₁到p_K。UE在发射链和/或天线中可能具有已知的增益不均衡。例如，一个发射链可以具有比另一个发射链更小的PA。作为另一个实例，两个天线的增益可能会例如由于是不同类型的天线而不同。UE可以如下确定每个天线k的发射增益比：

$t_k=\frac{a_k\·p_k}{a_1\·p_1},$ 其中k＝1，...，K    方程(21)

其中，a_k是UE处的天线k的天线增益，

p_k是UE处的天线k的发射链的PA增益，并且

t_k是UE处的天线k的发射增益比。

发射增益比t_k典型地等于1，但是当在UE处的发射链和/或天线中存在增益不均衡时也可能不等于1。

在一个设计中，UE可以例如在能力发现阶段，向节点B报告已知的增益不均衡。然后当执行校准和波束成形时，节点B可以考虑UE处的已知的增益不均衡。例如，节点B可以根据从UE接收的探测参考信号获得复合上行链路MIMO信道矩阵H_U。可以将该矩阵H_U表示为：

H_U＝H^HT    方程(22)

其中，T是沿对角线包括K个发射增益比t₁到t_K的对角矩阵。节点B然后可以去除矩阵T以获得MIMO信道矩阵H。

在另一个设计中，UE可以在发送探测参考信号时在发射链中应用合适的增益，使得节点B可以获得上行链路MIMO信道矩阵H而不是复合上行链路MIMO信道矩阵H_U的估计。UE可以利用每个天线k的发射增益比t_k的倒数来缩放该天线的发射链的增益。例如，如果给定天线的发射增益比是2.0，那么UE可以将该天线的发射链的增益缩放一个因子0.5。

通常，节点B和/或UE可以解决UE处的不同的接收链之间的AGC增益差异、不同的发射链之间的PA增益差异和/或不同的天线之间的天线增益差异。以较低功率发射探测参考信号可能会降低信道估计的性能。对于小的PA，由于退避要求而不能以更高的功率发射。在这些情况下，UE可以将接收和/或发射增益比发送给节点B，而不是在UE处解决它们。

在一个设计中，可以如下执行波束成形。

1、节点B使用上述校准过程尽可能频繁地对其自身进行校准(例如，以一小时或更长的每个校准时间间隔)，以获取节点B的校准向量。

2、对于给定UE，节点B利用每个UE天线的发射增益比t_k(如果有的话)来对该天线的增益进行加权，以解决该UE处的已知的增益不均衡。

3、UE在经由其天线发送探测参考信号以用于波束成形反馈时，施加该接收增益比r_k。或者，UE可以将该接收增益比报告给节点B，节点B可以解决这些接收增益比。

4、节点B使用校准向量以及可能的接收和/或发射增益比来执行对UE的波束成形。

用于波束成形的预编码向量可以一直有效直到UE处的下一次AGC增益改变为止。当增益不均衡改变时，UE可以发送指示UE处的接收链、发射链和/或天线中的增益不均衡的信息，可能与CQI一起。

图6示出了由节点B执行校准的过程600的设计。节点B可以在每个校准时间间隔中周期性地执行校准以获得其自身的校准向量(方框612)。校准时间间隔可以是任意合适的时间段，例如一个小时或更多。节点B可以在每个校准时间间隔中为至少一个UE执行波束成形，并且可以应用为该校准时间间隔所获得的校准向量(方框614)。

图7示出了由节点B在每个校准时间间隔中执行校准的过程700的设计。过程700可用于图6中的方框612。节点B例如可以基于从UE接收到的CQI，选择一组UE来执行校准(方框712)。节点B可以向所选的该组UE中的UE发送消息，以进入校准模式(方框714)。节点B可以从每个UE接收下行链路信道估计(方框716)，并且还可以从该UE处的至少一个天线接收至少一个探测参考信号(方框718)。节点B可以基于从每个UE接收到的至少一个探测参考信号，得出该UE的上行链路信道估计(方框720)。节点B可以基于每个UE的下行链路和上行链路信道估计，得出该UE的至少一个初始校准向量(方框722)。节点B然后可以基于所选的该组UE中的所有UE的初始校准向量，得出其自身的校准向量(方框724)。

对于每个UE，下行链路信道估计可以包括针对该UE处的至少一个天线的至少一个下行链路信道向量。上行链路信道估计可以包括针对该UE处的至少一个天线的至少一个上行链路信道向量。每个下行链路信道向量可以包括节点B处的多个天线的多个第一增益(例如，)。每个上行链路 信道向量可以包括节点B处的多个天线的多个第二增益(例如，h_ij ^U，eff)。

可以如下基于针对每个UE天线的下行链路和上行链路信道向量，得出该UE天线的初始校准向量 可以基于针对UE天线j的下行链路信道向量中的多个第一增益与上行链路信道向量中的多个第二增益之比，确定UE天线j的非归一化的校准向量C_j的多个元素(例如，c_ij)，例如，如方程(10)中所示。可以利用第一元素来缩放非归一化的校准向量的多个元素，以获得UE天线j的初始校准向量 例如，如方程(12)中所示。可以基于所选的该组UE中的所有UE的初始校准向量的函数来得出节点B的校准向量。该函数可以是求平均函数、MMSE函数等。

图8示出了用于执行校准的装置800的设计。装置800包括：模块812，用于在每个校准时间间隔中周期性地执行校准，以获得节点B的校准向量；以及模块814，用于在每个校准时间间隔中为至少一个UE执行波束成形并且应用为该校准时间间隔所获得的校准向量。

图9示出了由节点B执行波束成形的过程900的设计。节点B可以通过考虑UE处的多个天线的增益不均衡来确定预编码矩阵(方框912)。节点B可以利用该预编码矩阵为该UE执行波束成形(方框914)。

在一种情形中，节点B可以通过考虑由于UE处的多个天线的多个接收链的不同的AGC增益所导致的增益不均衡来确定预编码矩阵。通常，AGC增益可以包括接收链中的任意可变增益。在一个设计中，节点B可以从UE接收至少一个增益比r_k，每个增益比由UE处的相关天线的AGC增益g_k和参考天线的AGC增益g₁来确定。节点B可以基于该UE的信道矩阵H和利用所述至少一个增益比所形成的增益矩阵R来确定复合信道矩阵H_D。节点B然后可以基于该复合信道矩阵来确定预编码矩阵。在另一个设计中，节点B可以从UE处的多个天线接收探测参考信号。UE可以以基于一个天线的增益比r_k所确定的功率电平来从该天线发射每个探测参考信号。

在另一种情形中，节点B可以通过考虑由于以下原因所导致的增益不均衡来确定预编码矩阵：(i)UE处的多个天线的多个发射链的不同的PA增益和/或(ii)所述多个天线的不同的天线增益。通常，PA增益可以包括发射链中的任意可变增益。在一个设计中，节点B可以从UE接收至少一个增益比t_k，每个增益比由UE处的相关天线的PA增益p_k和参考天线的PA增 益p₁来确定。节点B然后可以基于所述至少一个增益比来确定预编码矩阵。在另一个设计中，节点B可以从UE处的多个天线接收探测参考信号。UE可以以基于一个天线的增益比t_k所确定的功率电平来从该天线发射每个探测参考信号。

图10示出了用于执行波束成形的装置1000的设计。装置1000包括：模块1012，用于通过考虑UE处的多个天线的增益不均衡来确定节点B处的预编码矩阵；以及模块1014，用于利用该预编码矩阵来为该UE执行波束成形。

图11示出了由UE接收波束成形数据的过程1100的设计。UE可以确定UE处的多个天线的增益不均衡(方框1112)。UE可以将用于指示所述多个天线的增益不均衡的信号或信息发送给节点B(方框1114)。之后UE可以从节点B接收波束成形信号，该波束成形信号是基于预编码矩阵所生成的，该预编码矩阵是通过考虑UE处的多个天线的增益不均衡所得出的(方框1116)。

在一种情形中，UE可以确定UE处的多个天线的至少一个增益比r_k，每个增益比由UE处的相关天线的AGC增益和参考天线的AGC增益来确定。在另一种情形中，UE可以确定UE处的多个天线的至少一个增益比t_k，每个增益比由UE处的相关天线的PA增益和参考天线的PA增益来确定。对于这两种情形，在一个设计中，UE可以向节点B发送至少一个增益比。在另一个设计中，UE可以从UE处的多个天线发送探测参考信号，每个探测参考信号以基于一个天线的增益比所确定的功率电平来从该天线发送。

图12示出了用于接收波束成形数据的装置1200的设计。装置1200包括：模块1212，用于确定UE处的多个天线的增益不均衡；模块1214，用于向节点B发送用于指示多个天线的增益不均衡的信号或信息；以及模块1216，用于从节点B接收波束成形信号，该波束成形信号是基于预编码矩阵所生成的，该预编码矩阵是通过考虑UE处的多个天线的增益不均衡所得出的。

图8、10和12中的模块可以包括处理器、电子设备、硬件设备、电子组件、逻辑电路、存储器等或者其组合。

图13示出了节点B 110和UE 120的设计的方框图，节点B 110和UE 120可以是图1中的节点B中的一个和UE中的一个。节点B 110装配有多(T)个天线1334a到1334t。UE 120装配有一个或多(R)个天线1352a到1352r。

在节点B 110，发射处理器1320可以从数据源1312接收用于一个或多个UE的数据，基于用于每个UE的一个或多个调制和编码方案对该UE的数据进行处理(例如，编码和调制)，并且提供所有UE的数据符号。发射处理器1320还可以生成针对控制信息/信令的控制符号。发射处理器1320还可以生成针对一个或多个参考信号(例如小区专用的参考信号)的参考符号。MIMO处理器1330可以对所述数据符号、控制符号和/或参考符号执行预编码，并且可以向T个调制器(MOD)1332a到1332t提供T个输出符号流。每个调制器1332可以对其输出符号流进行处理(例如，用于OFDM)以获得输出采样流。每个调制器1332还可以对其输出采样流进行调节(例如，转换成模拟、滤波、放大和上变频)并且生成下行链路信号。来自调制器1332a到1332t的T个下行链路信号可以分别经由天线1334a到1334t发射。

在UE 120，R个天线1352a到1352r可以接收来自节点B 110的T个下行链路信号，每个天线1352将接收信号提供给所关联的解调器(DEMOD)1354。每个解调器1354可以对其接收信号进行调节(例如，滤波、放大、下变频和数字化)以获得采样，并且还可以处理该采样(例如，用于OFDM)以获得接收符号。每个解调器1354可以将接收的数据符号和接收的控制符号提供给MIMO检测器1360，并且可以将接收的参考符号提供给信道处理器1394。信道处理器1394可以基于接收的参考符号估计从节点B 110到UE120的下行链路信道，并且可以向MIMO检测器1360提供下行链路信道估计。MIMO检测器1360可以基于下行链路信道估计对接收的数据符号和接收的控制符号执行MIMO检测并且提供检测到的符号。接收处理器1370可以对检测到的符号进行处理(例如，解调和解码)，向数据宿1372提供解码后的数据，并且向控制器/处理器1390提供解码后的控制信息。

UE 120可以估计下行链路信道质量并且生成CQI和/或其它反馈信息。该反馈信息、来自数据源1378的数据，以及一个或多个参考信号(例如，探测参考信号)可以由发射处理器1380进行处理(例如，编码和调制)、由MIMO处理器1382进行预编码并且由调制器1354a到1354r进行进一步处理以生成R个上行链路信号，所述上行链路信号可以经由天线1352a到1352r发 射。在节点B 110，来自UE 120的R个上行链路信号可以由天线1334a到1334t进行接收并且由解调器1332a到1332t进行解调。信道处理器1344可以估计从UE 120到节点B 110的上行链路信道，并且可以向MIMO检测器1336提供上行链路信道估计。MIMO检测器1336可以基于该上行链路信道估计执行MIMO检测，并且提供检测到的符号。接收处理器1338可以处理该检测到的符号，向数据宿1339提供解码后的数据，并且向控制器/处理器1340提供解码后的反馈信息。控制器/处理器1340可以基于反馈信息来控制到UE 120的数据传输。

控制器/处理器1340和1390可以分别指导节点B 110和UE 120处的操作。节点B 110处的控制器/处理器1340可以执行或者指导图6中的过程600、图7中的过程700、图9中的过程900和/或针对本文所述的技术的其它过程。UE 120处的控制器/处理器1390可以执行或者指导图11中的过程1100和/或针对本文所述的技术的其它过程。存储器1342和1392可以分别存储用于节点B 110和UE 120的数据和程序代码。调度器1346可以基于从UE接收到的反馈信息，选择UE 120和/或其它UE来在下行链路和/或上行链路上进行数据传输。调度器1346还可以向所调度的UE分配资源。

本领域技术人员将理解，可以使用多种不同技术和技艺中的任意一种来表示信息和信号。例如，在上述整个说明书中提及的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和码片可以用电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子，或者其任意组合来表示。

本领域技术人员还应当明白，结合本申请描述的各种示例性的逻辑方框、模块、电路和算法步骤可以实现成电子硬件、计算机软件或二者的组合。为了清楚地表示硬件和软件之间的这种可交换性，上文对各种示例性的部件、方框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般性描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定应用和对整个系统所施加的设计约束条件。本领域技术人员可以针对每种特定应用，以各种方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本发明的保护范围。

可以用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑设备、分立门或者晶体管逻辑器 件、分立硬件组件或用于执行本文所述的功能的任意组合来实现或执行结合本申请所描述的各种示例性的逻辑方框、模块和电路。通用处理器可以是微处理器，或者，通用处理器也可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或者状态机。处理器也可以实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器与DSP内核的结合，或者任何其它此种结构。

结合本申请所描述的方法或者算法的步骤可直接体现为硬件、由处理器执行的软件模块或者这两者的组合。软件模块可以存在于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM或者本领域已知的任何其它形式的存储介质中。示例性的存储介质耦合到处理器，使得处理器能够从该存储介质读取信息，并且能够向该存储介质写入信息。或者，存储介质可以与处理器相集成。处理器和存储介质可以位于ASIC中。该ASIC可以位于用户终端中。或者，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于用户终端中。

在一个或多个示例性设计中，可以用硬件、软件、固件或它们的任意组合来实现本申请所述的功能。如果用软件来实现，则可以将功能存储在计算机可读介质上，或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码来传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，通信介质包括用于利于计算机程序从一个地方传递到另一个地方的任意介质。存储介质可以是通用或专用计算机可访问的任意可用介质。这种计算机可读介质可以包括，例如但不限于：RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储设备、磁盘存储设备或其它磁存储器件，或者可用于以指令或数据结构的形式来携带或存储希望的程序代码模块并可被通用或专用计算机或者通用或专用处理器进行访问的任意其它介质。并且，任意连接也可以被称为是计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤光缆、双绞线对、DSL或诸如红外线、无线电和微波之类的无线技术来从网站、服务器或其它远程源传输的，那么同轴电缆、光纤光缆、双绞线对、DSL或诸如红外线、无线电和微波之类的无线技术也包括在介质的定义中。本申请所使用的磁盘或光盘包括压缩盘(CD)、激光盘、光盘、数字多用途盘(DVD)、软盘和蓝光盘，其中磁盘通常磁性地再现数据，而光盘则用激光光学地再 现数据。以上的组合也应该包括在计算机可读介质的范围中。

提供了本公开的以上描述以使得本领域技术人员能够实施或使用本公开。本领域技术人员可以容易地想到所述公开的各种修改，并且本文所定义的一般性原理可以适用于不脱离本发明的精神或范围的其它变形。因此，本公开并不局限于本文所描述的实例和设计，而是要符合与此处公开的原理和新颖性特征相一致的最宽范围。

Claims (10)

1.一种用于无线通信的方法，包括：

在每个校准时间间隔中周期性地执行校准以获得节点B的校准向量，其中，周期性地执行校准包括选择一组用户设备UE来执行校准，其中基于从该组UE接收到的信道质量指示符CQI来选择该组UE；并且

在每个校准时间间隔中为至少一个UE执行波束成形并且应用为所述校准时间间隔所获得的所述校准向量，

其中，用预编码矩阵来执行所述波束成形，所述预编码矩阵是在所述节点B处通过考虑至少一个UE处的多个天线的增益不均衡而确定的。

2.如权利要求1所述的方法，其中，周期性地执行校准包括：对于每个校准时间间隔，

为所选的该组UE中的每个UE得出至少一个初始校准向量，并且

基于所选的该组UE中的所有UE的初始校准向量，得出所述节点B的所述校准向量。

3.如权利要求2所述的方法，其中，为每个UE得出至少一个初始校准向量包括：

从所述UE接收下行链路信道估计，

从所述UE处的至少一个天线接收至少一个探测参考信号，

基于从所述UE接收到的所述至少一个探测参考信号得出所述UE的上行链路信道估计，并且

基于所述下行链路信道估计和所述上行链路信道估计得出该UE的所述至少一个初始校准向量。

4.如权利要求3所述的方法，

其中，所述下行链路信道估计包括针对所述UE处的所述至少一个天线的至少一个下行链路信道向量，

其中，所述上行链路信道估计包括针对所述UE处的所述至少一个天线的至少一个上行链路信道向量，并且

其中，得出所述UE的所述至少一个初始校准向量包括基于针对所述UE处的每个天线的下行链路信道向量和上行链路信道向量得出该天线的初始校准向量。

5.如权利要求4所述的方法，

其中，每个下行链路信道向量包括所述节点B处的多个天线的多个第一增益，

其中，每个上行链路信道向量包括所述节点B处的所述多个天线的多个第二增益，并且

其中，得出所述UE处的每个天线的初始校准向量包括：

基于所述多个第一增益与所述多个第二增益之比，确定非归一化的校准向量的多个元素，并且

利用第一元素来缩放所述非归一化的校准向量的所述多个元素，以获得所述UE处的所述天线的初始校准向量。

6.如权利要求2所述的方法，其中，得出所述节点B的所述校准向量包括：基于所选的该组UE中的所有UE的初始校准向量的函数来得出所述节点B的所述校准向量，所述函数是求平均函数或者最小均方差MMSE函数。

7.如权利要求2所述的方法，其中，周期性地执行校准还包括：对于每个校准时间间隔，向所选的该组UE中的UE发送消息以进入校准模式。

8.一种用于无线通信的装置，包括：

用于在每个校准时间间隔中周期性地执行校准以获得节点B的校准向量的模块，其中，所述用于周期性地执行校准的模块包括用于选择一组用户设备UE来执行校准的模块，其中基于从该组UE接收到的信道质量指示符CQI来选择该组UE；以及

用于在每个校准时间间隔中为至少一个UE执行波束成形并且应用为所述校准时间间隔所获得的所述校准向量的模块，

其中，用预编码矩阵来执行所述波束成形，所述预编码矩阵是在所述节点B处通过考虑至少一个UE处的多个天线的增益不均衡而确定的。

9.如权利要求8所述的装置，其中，所述用于周期性地执行校准的模块包括：对于每个校准时间间隔，

用于为所选的该组UE中的每个UE得出至少一个初始校准向量的模块，以及

用于基于所选的该组UE中的所有UE的初始校准向量，得出所述节点B的所述校准向量的模块。

10.如权利要求9所述的装置，其中，所述用于为每个UE得出至少一个初始校准向量的模块包括：

用于从所述UE接收下行链路信道估计的模块，

用于从所述UE处的至少一个天线接收至少一个探测参考信号的模块，

用于基于从所述UE接收到的所述至少一个探测参考信号得出所述UE的上行链路信道估计的模块，以及

用于基于所述下行链路信道估计和所述上行链路信道估计得出该UE的所述至少一个初始校准向量的模块。