CN102308492A - 使用用于波束成形的基码本结构的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本文描述了用于无线通信的预编码方案的技术。一种方法和装置可以包括：用于通信系统的第一设备，其使用信道信息、表示复向量的一个或多个比例因子和一个或多个整数来确定针对闭环发射波束成形方案的波束成形结构。波束成形结构可以包含码字、码本和码字索引。本文还可公开其它实施例，并对其主张权利。

Description

使用用于波束成形的基码本结构的方法和装置

背景技术

多输入多输出(MIMO)是一种设计用于改善下一代无线通信的系统性能的有前景的技术。当MIMO系统对使用相同的时间/频率资源的单个用户使用多个调制符号流的空分复用(SDM)时，其被称为单用户MIMO(SU-MIMO)系统。当MIMO系统对使用相同的时间/频率资源的不同用户使用多个调制符号流的SDM时，其被称为多用户MIMO(MU-MIMO)系统。

因为MU-MIMO受益于多用户分集和空间分集两者的能力，所以其特别具有吸引力。但是，为了在移动设备和固定设备的通信之间产生最大的利益，必须确定波束成形技术。就此而言并且出于某些其它考虑，本申请所提出的改进是需要的。

附图说明

图1示出了通信系统的一个实施例。

图2示出了第一MIMO架构的一个实施例。

图3示出了逻辑流程的一个实施例。

图4示出了波束成形反馈的信号模型和操作的一个实施例。

具体实施方式

概括地说，本申请的各个实施例涉及用于诸如移动宽带通信系统之类的无线通信网络的通信技术。一些实施例可能特别涉及用于闭环MU-MIMO方案的非酉(non-unitary)预编码方案(NUP-MU-MIMO)的增强技术。

因特网正朝着移动应用飞跃发展。这种演进需要普遍存在的高数据速率通信。利用正交频分复用(OFDM)和正交频分多址(OFDMA)技术的移动宽带通信系统正逐渐成为满足高数据速率需求的主导技术中的一种。

因为其受益于多用户分集和空间分集两者的能力，实现MU-MIMO的移动宽带通信系统特别具有吸引力。此外，通过在发射机处利用信道状态信息，相对于SU-MIMO而言，MU-MIMO可以提供更大的小区吞吐量。但是，为了实现这些和其它优点，要从第一设备(例如，移动设备)向第二设备(例如，固定设备)发送波束成形反馈。可以确定波束成形矩阵，该波束成形矩阵能够实现在不相关、弱相关和强相关通信信道上的良好吞吐量性能、低复杂度的码字搜索复杂度以及并不显著增加的峰均功率比。为了解决这些以及其它问题，本申请的各个实施例将会涉及确定波束成形矩阵。

举例而言，一个实施例涉及用于通信系统设备，其使用信道信息来确定闭环发射波束成形方案的波束成形结构。在一个实施例中，该波束成形结构可以包含码字、码本和/或码字索引。

一个实施例涉及一种用于利用OFDMA技术的移动宽带通信系统的移动设备(例如，移动用户站)。该移动设备可以包括信道状态信息模块，该信道状态信息模块可操作以使用针对闭环多用户多输入和多输出(MIMO)方案的非酉预编码方案来产生针对固定设备(例如，基站或接入点)的信道状态信息(CSI)。举例而言，CSI可以包含信道质量信息(CQI)和码字索引(CWI)。例如，CWI可以是经量化码本的索引。

在各个实施例中，一个或多个移动设备可以产生针对固定设备(例如，基站(BS)或者接入点(AP))的信道状态信息。信道状态信息是关于H(表示信号信道的数学值)的当前值的信息。其形成无线通信中的信号模型的一部分，下面的等式(1)示出了信号模型的完整表达式：

R＝HX+N                          等式(1)

其中，R是所接收的信号，X是所发射的信号，N是噪声，H是信道。在一个实施例中，值R、X、N、H通常都不是常量。在一个实施例中，系统需要具有关于H的一些信息，以便确定从发射机发送了什么或者如何增强系统性能(例如，增加传输速度)。这些信息可以是H的当前值或者是H的协方差。通常而言，这种类型的信息被称为信道状态信息(CSI)，并且通常对这种类型的信息进行估计。典型地，H的当前值(例如，瞬时信道矩阵信息)被称为短期CSI，而H的更高阶统计量(例如，信道相关矩阵信息)被称为长期CSI。

在一个实施例中，一个或多个移动设备产生短期CSI。例如，移动设备可以利用来自信道矩阵(H)的瞬时信道矩阵信息来确定预编码向量。矩阵包含至少一个向量。这适合于在移动设备的移动性较低的情形中使用，在该情形中，移动设备的速度和/或速率例如近似在0-30千米/小时之间。但是，各个实施例并不受限于这一范围。

在一个实施例中，一个或多个移动设备产生长期CSI。例如，移动设备可以利用来自信道矩阵(H)的二阶统计信息(例如，信道相关矩阵(R)的信息)来确定预编码向量。这适合于在移动设备的移动性较高的情形中使用，在该情形中，移动设备的速度和/或速率例如近似在30千米/小时到120千米/小时之间。但是，各个实施例并不受限于这一范围。

本申请的各个实施例可以针对短期CSI和长期CSI使用全信道状态反馈技术或部分信道状态反馈技术。一些实施例利用部分反馈来减少开销和复杂度。在一个实施例中，部分反馈技术包含：从移动设备向固定设备发送经量化码本的CQI和CWI。另外地或替代地，也可以使用其它反馈技术。例如，还可以使用信道探测来从移动设备提供反馈信息。这些实施例不限于本申请的上下文。

一些实施例涉及固定设备。举例而言，一个实施例涉及一种用于利用OFDMA技术的移动宽带通信系统的固定设备。该固定设备可以具有预编码模块，该预编码模块可操作以使用针对闭环多用户多输入和多输出(MIMO)方案的非酉预编码方案来产生针对多个移动设备的一个或多个预编码向量。预编码模块可以使用从多个移动设备中的每个移动设备接收的包括CQI和CWI的CSI来产生一个或多个预编码向量。此外，该固定设备还可以利用来自各个移动设备的CQI和CWI来执行调度操作、链路自适应操作以及有助于MU-MIMO方案的其它操作。

各个实施例可以包含一个或多个要素。要素可以包含被安排用于执行某些操作的任何结构。出于给定的一组设计参数或性能约束条件的需要，每个要素都可以实现成硬件、软件或者这两者的任意组合。虽然通过示例的方式，在某种拓扑中，使用了有限数量的要素来对实施例进行描述，但出于给定实施方式的需要，在替代的拓扑中，该实施例可以包括更多或者更少的要素。值得注意的是，对“一个实施例”或者“实施例”的任何提及都意味着结合该实施例所描述的特定特征、结构或者特性包含在至少一个实施例中。本说明书中的很多地方出现的短语“在一个实施例中”并不是必须全部指代同一实施例。

图1示出了通信系统100的一个实施例的框图。在各种实施例中，通信系统100可以包括多个节点。通常而言，节点可以包括用于在通信系统100中传输信息的任何物理或逻辑实体，并且出于给定的一组设计参数或性能约束条件的需要，节点可以实施为硬件、软件或者这两者的任意组合。虽然图1以示例的方式示出了有限数量的节点，然而应当理解的是，针对给定的实施方式，可以采用更多或者更少的节点。

在各种实施例中，通信系统100可以包括有线通信系统、无线通信系统或者这二者的结合，或者通信系统100可以形成有线通信系统、无线通信系统或者这二者的结合的一部分。举例而言，通信系统100可以包含被安排用于通过一种或多种类型的有线通信链路来传输信息的一个或多个节点。有线通信链路的示例可以包含(但不限于)：电线、电缆、总线、印刷电路板(PCB)、以太网连接、对等(P2P)连接、底板、交换结构(switchfabric)、半导体材料、双绞线、同轴电缆、光纤连接等。此外，通信系统100还可以包含被安排用于通过一种或多种类型的无线通信链路(例如，无线共享介质140)来传输信息的一个或多个节点。无线通信链路的示例可以包含(但不限于)：无线信道、红外线信道、射频(RF)信道、无线保真(WiFi)信道、RF频谱的一部分和/或一个或多个得到许可的或无许可限制的频带。在后一情况中，无线节点可以包含诸如一个或多个发射机、接收机、发射机/接收机(“收发机”)、无线设备、芯片集、放大器、滤波器、控制逻辑、网络接口卡(NIC)、天线、天线阵列等之类的用于无线通信的一个或多个无线接口和/或组件。天线的示例可以包含(但不限于)：内置天线、全向天线、单极天线、偶极天线、端部馈电天线、圆形极化天线、微带天线、分集式天线、对偶天线、天线阵列等。在一个实施例中，某些设备可以包含多个天线的天线阵列以实现各种自适应天线技术和空间分集技术。

如图1所示出的实施例所示，通信系统100可以包含多个元件(例如，固定设备110和一组移动设备120-1-m)，所有这些元件经由无线共享介质140进行通信。该固定设备可以进一步包含无线收发模块112和预编码模块114。如移动设备120-1所示，移动设备120-1-m可以进一步包含处理器122、存储器单元124、信道状态信息模块130和无线收发模块126。但是，这些实施例并不限于图1中所示出的元件。

在各种实施例中，通信系统100可以包含或者实现成移动宽带通信系统。移动宽带通信系统的示例包含(但不限于)：遵循各种电气和电子工程师协会(IEEE)标准的系统，这些标准例如是针对无线局域网(WLAN)的IEEE 802.11标准及其变型、针对无线城域网(WMAN)的IEEE 802.16标准及其变型和IEEE 802.20或者移动宽带无线接入(MBWA)标准及其变型等。举例而言，在一个实施例中，可以根据微波接入全球互通(WiMAX)或者WiMAX II标准来实现通信系统100。WiMAX是基于IEEE 802.16标准的无线宽带技术，其中，IEEE 802.16-2004和802.16e修正案(802.16e-2005)是物理(PHY)层规范。WiMAX II是基于针对国际移动电信(IMT)先进4G标准系列标准所提出的IEEE 802.16j和IEEE 802.16m标准的先进第四代(4G)系统。虽然一些实施例通过示例而非限制的方式，将通信系统100描述为WiMAX或者WiMAX II系统或者标准，然而应当理解的是，通信系统100可以实现成各种其它类型的移动宽带通信系统和标准，例如，通用移动电信系统(UMTS)系统标准系列及变型、码分多址(CDMA)2000系统标准系列及变型(例如，CDMA 2000 1xRTT、CDMA2000EV-DO、CDMA EV-DV等)、如欧洲电信标准协会(ETSI)宽带无线接入网络(BRAN)所建立的高性能无线城域网(HIPERMAN)系统标准系列及变型、无线宽带(WiBro)系统标准系列及变型、全球移动通信系统(GSM)与通用分组无线服务(GPRS)系统(GSM/GPRS)标准系列及变型、全球演进的增强型数据速率(EDGE)系统标准系列及变型、高速下行链路分组接入(HSDPA)系统标准系列及变型、高速正交频分复用(OFDM)分组接入(HSOPA)系统标准系列及变型、高速上行链路分组接入(HSUPA)系统标准系列及变型等。这些实施例不局限于本申请的上下文。

在各种实施例中，通信系统100可以包含具有无线能力的固定设备110。固定设备可以包含提供另一个无线设备(例如，一个或多个移动设备)的连接性、管理或者控制的通用设备集。固定设备110的示例可以包含无线接入点(AP)、基站或节点B、路由器、交换机、网络集线器、网关等。举例而言，在一个实施例中，固定设备可以包含用于蜂窝无线电话系统或者移动宽带通信系统的基站或节点B。此外，固定设备110还可以提供到网络(没有示出)的接入。举例而言，该网络可以包含：分组网络(例如，因特网、公司或者企业网)、语音网络(例如，公用交换电话网(PSTN))等。虽然通过示例的方式，将固定设备110实施为基站或节点B来对一些实施例进行描述，然而应当理解的是，也可以使用其它无线设备来实现其它实施例。这些实施例不局限于本申请的上下文。

在各种实施例中，通信系统100可以包含具有无线能力的一组移动设备120-1-m。移动设备120-1-m可以包括提供到其它无线设备(例如，其它移动设备或者固定设备(例如，固定设备110))的连接性的通用设备集。移动设备120-1-m的示例可以包含(但不限于)：计算机、服务器、工作站、笔记本计算机、手持型计算机、电话、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、组合蜂窝电话和PDA等。举例而言，在一个实施例中，移动设备120-1-m可以实现为用于WMAN的移动用户站(MSS)。虽然通过示例的方式，将移动设备120-1-m实现为MSS来对一些实施例进行了描述，然而应当理解的是，也可以使用其它无线设备来实现其它实施例。这些实施例不局限于本申请的上下文。

如移动设备120-1所示，移动设备120-1-m可以包含处理器122。处理器122可以实现为诸如复杂指令集计算机(CISC)微处理器、精简指令集计算(RISC)微处理器、超长指令字(VLIW)微处理器、实现指令集的组合的处理器或者其它处理器设备之类的任何处理器。举例而言，在一个实施例中，处理器122可以实现为通用处理器(例如，由加利福尼亚圣克拉拉的

公司制造的处理器)。此外，处理器122还可以实现为诸如控制器、微控制器、嵌入式处理器、数字信号处理器(DSP)、网络处理器、媒体处理器、输入/输出(I/O)处理器等之类的专用处理器。这些实施例不局限于本申请的上下文。

如移动设备120-1进一步所示，移动设备120-1-m可以包括存储器单元124。存储器124可以包括能存储数据的任何机器可读介质或者计算机可读介质，包含易失性存储器和非易失性存储器。举例而言，存储器124可以包含只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、动态RAM(DRAM)、双数据速率DRAM(DDRAM)、同步DRAM(SDRAM)、静态RAM(SRAM)、可编程ROM(PROM)、可擦写可编程ROM(EPROM)、电可擦写可编程ROM(EEPROM)、闪存、诸如铁电聚合物存储器之类的聚合物存储器、双向存储器、相变存储器或铁电存储器、硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)存储器、磁卡或光卡，或者适于存储信息的任何其它类型介质。值得注意的是，存储器124的某部分或者全部可以与处理器122包含在同一个集成电路上，或者存储器124的某部分或全部可以布置在处理器122的集成电路之外的集成电路或者其它介质(例如，硬盘驱动器)上。这些实施例不局限于本申请的上下文。

如移动设备120-1进一步所示，移动设备120-1-m可以包含显示器132。显示器132可以包括用于显示适于移动计算设备的信息的任何适当显示单元。此外，显示器132可以被实施为诸如触摸屏、触摸面板、触摸屏面板等之类的另外的I/O设备。触摸屏是使用诸如压敏(电阻型)技术、电敏(电容型)技术、声敏(表面声波型)技术、光敏(红外型)技术等之类的几种不同技术中的一种来实现的显示叠加。这种叠加的效果是允许将显示器作为输入设备来使用，以移除或增强作为用于与显示器132上所提供的内容进行交互的主要输入设备的键盘和/或鼠标。

举例而言，在一个实施例中，显示器132可以由液晶显示器(LCD)或者其它类型的适当视觉界面来实现。显示器132可以例如包含触敏型彩色(例如，56-比特彩色)显示器屏幕。在各种实现中，显示器132可以包括包含嵌入式晶体管的一个或多个薄膜晶体管(TFT)LCD。在这种实施方式中，针对每个像素，显示器132可以包括一个晶体管，以实现有源矩阵。虽然这些实施例不局限于本申请的上下文，但是，由于有源矩阵显示器需要较低的电流来触发象素照明，并且与无源矩阵相比，有源矩阵更好地对变化进行响应，因此有源矩阵显示器是所期望的。

在各种实施例中，设备110、120可以经由各自的无线收发模块112、126来在无线共享介质140上传输信息。无线共享介质140可以包括一个或多个RF频谱分配。RF频谱分配可以是连续的或者非连续的。在一些实施例中，无线收发模块112、126可以使用各种多载波技术(例如，由WiMAX或者WiMAX II系统所利用的多载波技术)，经由无线共享介质140来传输信息。举例而言，无线收发模块112、126可以使用各种MU-MIMO技术来执行波束成形、空间分集或者频率分集。

在通常操作中，无线收发模块112、126可以使用一个或多个通信信道(例如，通信信道142-1-p)来传输信息。通信信道可以是经定义的一组频率、时隙、码或者上述的组合。举例而言，在一个实施例中，固定设备110的无线收发模块112的发射部分可以使用通信信道142-1(有时称为“下行链路信道”)来向移动设备120-1-m的无线收发模块126的接收部分传输媒体和控制信息。例如，在一个实施例中，移动设备110的无线收发模块126的发射部分可以使用通信信道142-2(有时称为“上行链路信道”)来向固定设备110的无线收发模块112的接收部分传输媒体和控制信息。在一些情况中，取决于给定的实施方式，通信信道142-1、142-2可以使用相同或者不同的发射和/或接收频率集。

由于通信系统100是移动宽带通信系统，因此其被设计成即使当移动设备120-1-m在移动时，也能够维持通信操作。移动设备120-1-m的慢速移动(例如，当操作者正在行走时)造成由于实际移动导致的通信信号质量的下降相对较小，并且容易对通信信号进行校正。但是，移动设备120-1-m的快速移动(例如，当操作者在移动的车辆中时)可能由于频移而造成通信信号质量的大幅下降。这种频移的一个示例可以是由多普勒效应导致的多普勒频移。

对于NUP-MU-MIMO方案来说，移动设备120-1-m中的一个或多个移动设备可以实现信道状态反馈技术，以向固定设备110提供CSI。在图1所示出的实施例中，移动设备120-1包含CSI模块130，CSI模块130可操作以产生针对固定设备110的CSI 150。举例而言，CSI 150可以包括CQI 152和CWI 154。但是，这些实施例不限于CSI 150的这些示例。参照图2来更为详细地描述移动设备120-1-m(一般地描述)和CSI模块130(具体地描述)的操作。

图2示出了MIMO架构200的一个实施例。MIMO架构200可以实施为移动设备120-1-m的一部分。虽然作为MIMO架构200的一部分示出了特定数量的元件，然而应当理解的是，对于给定的实施方式，可以使用MIMO架构200的更多或者更少部件，并且这些实施例不局限于本申请的上下文。

在图2所示出的实施例中，MIMO架构200包括一个或多个编码器206、资源映射器208、MIMO编码器210、预编码器(波束成形器)212(下文称为“预编码器212”)、OFDM符号发生器214、针对发射机的一个或多个逆快速傅里叶变换(IFFT)块216-1-s、一个或多个天线218-1-t。每个编码器206包含针对每层的信道编码器、交织器、速率匹配器和调制器。资源映射器208将调制的符号映射到分配的资源单元(RU)中的相应时间频率资源。MIMO编码器210将L(≥1)个层映射到馈送给预编码器212的N_S(≥1)个流。预编码器212通过利用预编码矩阵220根据所选择的MIMO模式(例如，开环或者闭环)产生特定于天线的数据符号，来将用户数据流202映射到天线218-1-t。OFDM符号发生器214将特定于天线的数据映射到OFDM符号。此外，MIMO架构200进一步可以包括CSI模块130。CSI模块130可以被安排用于产生针对固定设备110的CSI 150。

返回到预编码器212，移动设备可以使用基码本来计算波束成形矩阵。在一个实施例中，可以将基于来自移动设备的波束成形反馈的复数放置到固定设备的每个天线上以造成构造性衰落和/或组合，从而产生从固定设备到移动设备的信号。波束成形反馈可以包含(但不限于)：关于波束成形矩阵或者码字和/或码字的索引的信息。

图3示出了用于确定码字或波束成形矩阵的逻辑流程的一个实施例。在一个实施例中，可以在302处确定码本。码本可以包含多个码字。在一个实施例中，码本用于不相关信道、弱相关信道和/或强相关信道。在一个实施例中，确定在所有这些信道上具有良好吞吐量性能的码本，同时确保码字搜索复杂度保持在最小水平。在一个实施例中，可以确定增强系统性能的码本。增强的系统性能可以包含(但不限于)增加的传输速度。本文未对增强的系统性能的示例进行限定。由于移动设备对于复杂度和功耗是敏感的，因此可以产生低复杂度码字搜索。在一个实施例中，除了使性能最大化并且使复杂度最小化之外，可以确定不显著地增加峰均功率比(PAPR)的码本。在一个实施例中，确定码本可以包含：确定基于每个码字的峰均功率比小于某个阈值。举例而言，从PAPR的角度来说，诸如[1 0 0 0]^T之类的码字是不期望的，这是因为该码字可以将所有的发射功率都放置在第一天线上，而在其它三个天线上没有发射功率。在一个实施例中，由于平均功率可以是与1/N成比例的常量，其中，N是发射天线的数量，因此可以将码字项的最大值被设计成低于某个阈值(例如0.6，但不限于0.6)。

在一个实施例中，移动设备可以从固定设备接收305信道信息。在一个实施例中，信道信息可以包含信道矩阵H。在一个实施例中，预编码器212可以被安排成经由无线收发模块126在无线信道上从固定设备110接收305信道矩阵H。在一个实施例中，可以将波束成形应用于上行链路无线信道、下行链路无线信道和/或对等网络。

在一个实施例中，可以使用码本来确定310码字或波束成形矩阵。在一个实施例中，多用户MIMO方案可以实现资源分配，以向两个或更多个移动设备传输数据。对于MU-MIMO来说，可以支持每个用户一个流的多用户传输。在一个实施例中，MU-MIMO可以包含固定设备上的两个发射(Tx)天线的MIMO配置以支持两个用户。在一个实施例中，固定设备上的四个发射天线或者八个发射天线可以支持多达四个或者八个用户。基于固定设备处的天线的数量，移动设备可以使用码本来确定向固定设备发送什么码字或波束成形矩阵。

可以使用一个或多个比例因子和信道矩阵从码本中的多个码字确定310针对该信道的码字。在一个实施例中，可以使用每个码字中的向量与信道矩阵中的向量之间的内积来从码本中的多个码字中确定码字。每个码字中的向量可以被分解因子为比例因子和整数因子。在一个实施例中，内积可以是两个向量(例如，但不限于，每一个候选码字(即，候选波束成形矩阵)中的向量和信道矩阵中的向量)之间的内积。在一个实施例中，这两个向量都可以是复向量。在一个实施例中，码字的向量可以被分解因子为一个或多个比例因子和一个或多个整数因子。在码字搜索中可以使用信道矩阵和码字矩阵的乘积，并且该乘积可能需要多次内积操作。

码本可以包含多种不同码字(V)。移动设备可以使用信道矩阵来对这些码字(V)进行排序，以确定针对固定设备的最佳码字。可以通过对码字的最大性能的目标与低复杂度搜索的目标进行平衡来确定最佳码字。低复杂度搜索可以确保功率不会显著地增加。增加功率可能增加移动设备的一项或多项成本。举例而言，如果码本中的所有码字具有

的形式，那么对于码字搜索来说，不需要乘法。在一个实施例中，如果这些码字项是不具有公共因子的无理数，那么码字搜索所需要的乘法的数量与码本中的码字的数量成比例。为了在有限的延迟内搜索最佳码字，可以在移动设备处实现这多个乘法。移动设备可能对成本是敏感的，并且具有较低的容量。

在一个实施例中，在码字搜索中，可以将候选波束成形矩阵V与信道矩阵H相乘，以下的等式(2)示出了其完整表达式：

$\tilde{H}\tilde{V}$ 等式(2)

其中，

是信道波束成形矩阵，并且

是候选波束成形矩阵。波浪号(～)表示复数量，而不具有波浪的符号表示实数量。信道矩阵

可以对移动设备和信道响应进行测量。信道是通过其发送信号的介质。基于信道矩阵

预编码器212可以计算有效信道

发射天线通过有效信道

在信道上发送信号。

为了计算有效信道可以计算两个复向量的内积。计算两个复向量的内积可以导致确定码字的效率的增加。由于码字搜索期间重复地发生复向量的内积，因此可以对这些码字项的任何两个实部之间和/或任何两个虚部之间的比值设置约束条件以减小内积的复杂度。在一个实施例中，两个实部之间的比值可以是整数。

在一个实施例中，可以通过使得这些比值是整数来减小码字搜索的复杂度。举例而言，在4×2的波束成形矩阵中，候选波束成形矩阵可以用以下的等式(3)来表示：

$\tilde{V}=\left[{\tilde{v}}_1{\tilde{v}}_2\right]$ 等式(3)

另外，列向量可以写成以下的等式(4)：

${\tilde{V}}_n=\left[\begin{array}{c}{v}_1\left(n\right)\\ v_2\left(n\right)\\ v_3\left(n\right)\\ v_4\left(n\right)\end{array}\right]+i\left[\begin{array}{c}{v}_5\left(n\right)\\ v_6\left(n\right)\\ v_7\left(n\right)\\ v_8\left(n\right)\end{array}\right]\left(n\right)=\mathrm{\α}\left(n\right)\left[\begin{array}{c}{v}_1^z\left(n\right)\\ v_2^z\left(n\right)\\ v_3^z\left(n\right)\\ v_4^z\left(n\right)\end{array}\right]+\mathrm{i\β}\left(n\right)\left[\begin{array}{c}{v}_5^z\left(n\right)\\ v_6^z\left(n\right)\\ v_7^z\left(n\right)\\ v_8^z\left(n\right)\end{array}\right],$ n＝1、2等式(4)

在一个实施例中，比例因子a(n)和β(n)可以随码字V_s变化。为了减小码字搜索的复杂度，

可以是整数。当每个

都是整数时，码字搜索可以是低复杂度码字搜索。在一个实施例中，上标符号Z可以表示整数量。

为了减小码字搜索的复杂度，可以使用诸如a(n)和β(n)之类的受限比例因子和整数来表示复向量。码字可以是候选波束成形向量或矩阵。向量或矩阵可以被分解因子成一个或多个比例因子和一个或多个整数向量。在一个实施例中，可以使用一个或多个比例因子和一个或多个整数来表示复向量。举例而言，可以将等式(4)中的实数组合在一起，以使得这些实数共享相同的比例因子。在一个实施例中，这些实数可以由较小的整数来表示。

在一个实施例中，这些较小的整数可以是0、±1、...、±4。组合并不限于该示例。例如，可以将每个复数项的实部和虚部组合在一起，并且可以为每个复数项分配一个比例因子。例如，可以将第一比例因子放置在码字的实部上，而将第二比例因子放置在码字的虚部上。

在向量码本中，g可以表示信道增益。如下所示，为了符号的简化，可以省略列索引(n)。在一个实施例中，可以如下面的等式(5)中所示出的方式来计算两个复向量和的内积，如下所示：

$\tilde{g}\tilde{v}$

$=\left(\right[g_1{g}_2{g}_3{g}_4]+i[g_5{g}_6{g}_7{g}_8\left]\right)\left(\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}{v}_1\\ v_2\\ v_3\\ v_4\end{array}\right]\end{array}+i\left[\begin{array}{c}{v}_5\\ v_6\\ v_7\\ v_8\end{array}\right]\right)$ 等式(5)

$=\underset{k=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{g}_k{v}_k-\underset{k=4}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}{g}_k{v}_k+i\left(\underset{k=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{g}_k{v}_{4+k}\underset{k=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{4+k}{v}_k\right)$

$=\mathrm{\α}\left(n\right)\underset{k=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{g}_k{v}_k^z-\mathrm{\β}\left(n\right)\underset{k=4}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}{g}_k{v}_k^z+i(\mathrm{\β}\left(n\right)\underset{k=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{g}_k{v}_{4+k}^z+\mathrm{\α}\left(n\right)\underset{k=4}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{4+k}{v}_k^z)$

其中，

是整数，

可以通过加法或比特移位来实现。在等式(5)中，只需要四次实数乘法。因此，可以产生低复杂度的码字搜索。

在一个实施例中，为了进一步减小码字搜索的复杂度，可以将α(n)设置为等于β(n)。如果α(n)＝β(n)，则等式(5)可以简化为如下面的等式(6)所示：

$\tilde{g}\tilde{v}$

$=\mathrm{\α}\left(n\right)\underset{k=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{g}_k{v}_k^z-\underset{k=4}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}{g}_k{v}_k^z+\mathrm{i\α}\left(n\right)(\underset{k=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{g}_k{v}_{4+k}^z+\underset{k=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{4+k}{v}_k^z)$ 等式(6)

使用等式(6)，如果g是实数，并且v是2的幂次方的整数，那么是有效的。进一步对等式(6)进行简化，如果α(n)＝β(n)，那么只需要两次实数乘法。在这样的示例中，

可以由如下的等式(7)来表示：

式(7)

对于4×2波束成形码本而言，很难将所有的限制为±1、±2和±2^M。在一个实施例中，的两个数是可以是诸如以下的等式(8)和(9)中所表示的整数或者甚至实数：

${\tilde{v}}_1=\left[\begin{array}{c}{v}_1\left(1\right)\\ v_2\left(1\right)\\ v_3\left(1\right)\\ v_4\left(1\right)\end{array}\right]+i\left[\begin{array}{c}{v}_5\left(1\right)\\ v_6\left(1\right)\\ v_7\left(1\right)\\ v_8\left(1\right)\end{array}\right]=\mathrm{\α}\left(1\right)\left[\begin{array}{c}{v}_1^z\left(1\right)\\ v_2^z\left(1\right)\\ v_3^z\left(1\right)\\ v_4^z\left(1\right)\end{array}\right]+\mathrm{i\β}\left(1\right)\left[\begin{array}{c}{v}_5^z\left(1\right)\\ v_6^z\left(1\right)\\ v_7^z\left(1\right)\\ v_8^z\left(1\right)\end{array}\right]$ 等式(8)

${\tilde{v}}_2=\left[\begin{array}{c}{v}_1\left(2\right)\\ v_2\left(2\right)\\ v_3\left(2\right)\\ v_4\left(2\right)\end{array}\right]+i\left[\begin{array}{c}{v}_5\left(2\right)\\ v_6\left(2\right)\\ v_7\left(2\right)\\ v_8\left(2\right)\end{array}\right]=\mathrm{\α}\left(2\right)\left[\begin{array}{c}{v}_1^z\left(2\right)\\ v_2^z\left(2\right)\\ v_3^z\left(2\right)\\ v_4^z\left(2\right)\end{array}\right]+\mathrm{i\β}\left(1\right)\left[\begin{array}{c}{v}_5^z\left(2\right)\\ v_6^z\left(2\right)\\ v_7^z\left(2\right)\\ v_8^z\left(2\right)\end{array}\right]$ 等式(9)

在一个实施例中，和

可以是不在{0、±1、±2、…、±2^M}组中的整数(或者实数)。由于

和

是正交的，因此可以通过例如下面等式(10)中所示的其它

来确定v₄(2)和v₈(2)：

$\underset{k=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{v}_k\left(1\right)v_k\left(2\right)-\underset{k=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{v}_{k+4}\left(1\right)v_{k+4}\left(2\right)=0$ 等式(10)

$\underset{k=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{v}_k\left(1\right)v_{k+4}\left(2\right)+\underset{k=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{v}_{k+4}\left(1\right)v_k\left(2\right)=0$

在一个实施例中，存在关于v₄(2)和v₈(2)的两个变量的方程组，例如，如下面的等式(11)中所示出的：

$\mathrm{\α}\left(1\right)v_4^z\left(1\right)v_4\left(2\right)-\mathrm{\β}\left(1\right)v_8^z\left(1\right)v_8\left(2\right)$

$\mathrm{\α}\left(1\right)\mathrm{\α}\left(2\right)\underset{k=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{v}_k\left(1\right)v_k\left(2\right)-\mathrm{\β}\left(1\right)\mathrm{\β}\left(2\right)\underset{k=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{v}_{k+4}\left(1\right)v_{k+4}\left(2\right)$ 等式(11)

$\mathrm{\β}\left(1\right)v_8\left(1\right)v_4\left(2\right)+\mathrm{\α}\left(1\right)v_4^z\left(1\right)v_8\left(2\right)$

$=-\mathrm{\α}\left(1\right)\mathrm{\β}\left(2\right)\underset{k=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{v}_k\left(1\right)v_{k+4}\left(2\right)-\mathrm{\α}\left(2\right)\mathrm{\β}\left(1\right)\underset{k=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{v}_{k+4}\left(1\right)v_k\left(2\right)$

求解等式(11)可以产生v₄(2)和v₈(2)的两个实数。在码本搜索期间，可以在满足正交化要求之后计算α(n)和β(n)。在一个实施例中，可以在等式(9)中将α(n)和β(n)设置为一致，并且对等式(11)中的线性方程进行求解。在获得v₄(2)和v₈(2)之后，可以使用

的单位归一化要求来计算归一化因子α(n)和β(n)。

在一个实施例中，可以将码字限制为不显著地增加峰均功率比(PAPR)。为了减小波束成形的PAPR，可以对于

和

施加另外的约束条件。举例而言，在一个实施例中，该约束条件可以是

其中，C₀和C₁是独立于k的一些约束条件。在一个实施例中，确定码字可以包含：确定放置在固定设备处的每个天线上的复数，以确保基于该码字的PAPR小于某个阈值。例如，针对C₀和C₁，这些阈值可以分别是1和6。在一个实施例中，在码本设计方案中可以考虑PAPR，以确保每个码字项的峰值或幅度低于阈值。

在一个实施例中，可以基于码字来从码本中选择315码字索引。可以向码本中的每个码字分配不同的整数数字，这个整数数字是该码字的索引。在一个实施例中，这些码字索引可以是连续的。在反馈发送方和接收机处，码字的索引是相同的。通过使用相同的索引，在接收到索引之后，索引的接收机可以在相同的码本中查找码字。一旦找到最佳码字，就可以发送其相应的索引。

在一个实施例中，移动设备可以向固定设备发送320码字索引。在一个实施例中，可以在无线信道上从移动设备向固定设备发送码字索引。在一个实施例中，在固定设备处，码字索引可以用来确定用于固定设备上的一个或多个天线的权重(即，复数)。

图4示出了波束成形反馈的信号模型和操作的一个实施例。如下面的等式(12)所示，波束成形器的输出y可以等于信道矩阵H乘以码字

再乘以信号s，然后加上接收机天线处的噪声干扰n。

$y=H\tilde{V}s+n$

图4公开了移动设备向固定设备发送初始反馈

401的移动设备。在一个实施例中，初始反馈401是通过接收信道H并且确定码字

来产生的。可以将波束成形反馈

或者码字发送到固定设备。固定设备可以使用初始反馈401来发送一个或多个符号和/或信号。在一个实施例中，该处理过程可以在复位期间之后继续，并且移动设备可以继续向固定设备发送波束成形反馈404、406、407。固定设备可以继续使用波束成形反馈405来发送一个或多个符号和/或信号。

与针对MU-MIMO的传统技术相比，这些实施例提供了显著的技术优势。举例而言，本申请描述的NUP-MU-MIMO技术胜过针对不相关、半相关和强相关信道的其它码本。对于具有迫零(zero-forcing)波束成形的多用户MIMO和单用户闭合码本MIMO的所有信道来说，上面所描述的码本胜过传统技术。还存在其它技术优势，并且这些实施例不限于这些示例。

为了提供对这些实施例的透彻理解，本文给出了大量的特定细节。但是，本领域技术人员应当理解的是，在没有这些特定细节的情况下也可以实践这些实施例。在其它实例中，为了不对这些实施例造成模糊，而没有公知的操作、组件和电路进行详细地描述。应当理解的是，本申请所公开的特定结构和功能细节只是代表性的，而并不必然地限制这些实施例的范围。

可以使用硬件单元、软件单元或者二者的组合来实现各种实施例。硬件单元的示例可以包含处理器、微处理器、电路、电路元件(例如，晶体管、电阻、电容、电感等)、集成电路、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)、数据信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、逻辑门、寄存器、半导体设备、芯片、微芯片、芯片集等。软件的示例可以包括软件组件、程序、应用软件、计算机程序、应用软件程序、系统程序、机器程序、操作系统软件、中间件、固件、软件模块、例行程序、子例行程序、函数、方法、过程、软件接口、应用程序接口(API)、指令集、计算代码、计算机代码、代码段、计算机代码段、字、值、符号或者其任意组合。可以根据任意数量的因素(例如，期望的计算速率、功率电平、耐热性、处理周期预算、输入数据速率、输出数据速率、存储器资源、数据总线速度和其它设计方案或者性能约束条件)来改变确定是否使用硬件单元和/或软件单元来实现实施例。

一些实施例使用表述“耦合”、“连接”以及它们的派生词一起来进行描述。这些术语并旨在作为彼此的同义词。举例而言，一些实施例使用术语“连接”和/或“耦合”来进行描述，以指示两个或更多个元件是彼此直接物理接触或者电接触。但是，术语“耦合”还可以意味两个或更多个元件不是彼此之间直接接触，但是仍然彼此协作或者交互。

例如，一些实施例可以使用存储指令或者指令集的计算机可读介质或者制品来实现，当所述指令或指令集由计算机执行时，致使计算机执行根据这些实施例的方法和/或操作。例如，这样的计算机可以包含任何适当的处理平台、计算平台、计算设备、处理设备、计算系统、处理系统、计算机、处理器等，并且可以使用硬件和/或软件的任意适当组合来实现。例如，计算机可读介质或制品可以包括任何适当类型的存储器单元、存储器设备、存储器制品、存储器介质、存储设备、存储制品、存储介质和/或存储单元(例如，存储器、可移动或者不可移动介质、可擦写或者不可擦写介质、可写入或者可重写介质、数字或模拟介质、硬盘、软盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、可记录光盘驱动器(CD-R)、可擦写光盘(CD-RW)、光盘、磁介质、磁光介质、可移动存储器卡或者盘、各种类型的数字多功能光盘(DVD)、磁带、盒式磁带等)。这些指令可以包括：使用任何适当的高级、低级、面向对象、可视、编译和/或解释性编程语言来实现的任何适当类型的代码(例如，源代码、编译后代码、解释性代码、可执行代码、静态代码、动态代码、加密代码等)。

除非特别说明，否则应当理解到，诸如“处理”、“计算”、“运算”、“确定”等之类的术语指的是计算机或计算系统或者类似的电计算设备的动作和/或处理，这些动作和/或处理将表示为计算系统的寄存器和/或存储器中的物理量(例如，电子)的数据操作和/或转换成类似地表示为计算系统的存储器、寄存器或其它这种信息存储、传输或显示设备中的物理量的其它数据。这些实施例不限于本申请的上下文。

虽然用特定于结构特征和/或方法动作的语言来描述了本发明的主题，但应当理解的是，所附权利要求书中限定的本发明的主题并不必然地受限于上面所描述的特定特征或动作。而是，上面所描述的特定特征和动作是作为实施权利要求的示例形式来公开的。

Claims (23)

1.一种装置，包括：

用于通信系统的设备，其使用信道信息、表示一个或多个复向量的一个或多个比例因子和一个或多个整数来确定针对闭环发射波束成形方案的波束成形结构，所述波束成形结构包括码字、码本和码字索引。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述码字包括波束成形矩阵。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述码字包括整数向量。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，通过对所述码字的两个实部之间的比值设置约束条件来确定波束成形结构。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述约束条件包括：所述比值是整数。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，将第一比例因子放置在所述码字的实部上，将第二比例因子放置在所述码字的虚部上。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述码本用于单个数据流。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述码本用于多个数据流。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述一个或多个复向量包括与第二向量正交的第一向量，并且所述第一向量包括所述码字的第一列，所述第二向量包括所述码字的第二列。

10.一种方法，包括：

确定具有多个码字的码本；

由第一设备在无线信道上从第二设备接收信道信息，其中，所述信道信息包括信道矩阵；

使用每个码字中的向量和所述信道矩阵中的向量之间的内积来从所述码本中的所述多个码字中确定码字，其中，每个码字中的所述向量被分解因子为比例因子和整数因子；

基于所确定的码字来从所述码本中选择码字索引；以及

在无线信道上从所述第一设备向所述第二设备发送所述码字索引。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，确定码字的步骤包括：将所述信道矩阵与每个码字相乘。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，确定码字的步骤包括：确定一个或多个比特移位。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述码字包括波束成形矩阵。

14.根据权利要求10所述的方法，其中，确定码本的步骤包括：确定基于每个码字的峰均功率比小于阈值。

15.根据权利要求10所述的方法，其中，确定码字的步骤包括：

对于所述多个码字中的每个码字，将第一比例因子放置在码字的实部上，并且将第二比例因子放置在所述码字的虚部上。

16.根据权利要求10所述的方法，其中，确定码本的步骤包括：

确定对于每个码字的两个实部之间的比值的约束条件，其中，所述约束条件包括：所述比值是整数。

17.根据权利要求10所述的方法，其中，所述码本用于单个数据流。

18.根据权利要求10所述的方法，其中，所述码本用于多个数据流。

19.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一设备是移动设备，并且所述第二设备是固定设备。

20.根据权利要求10所述的方法，其中，所述信道信息包括：针对不相关信道、强相关信道和弱相关信道中的一个或多个的信道矩阵。

21.一种包括机器可读存储介质的制品，所述机器可读存储介质包含如果被执行则使系统实现下面操作的指令：

由第一设备在无线信道上从第二设备接收信道矩阵；

使用所述信道矩阵来从码本中的多个波束成形矩阵中确定波束成形矩阵，其中，对于所述码本中的每个波束成形矩阵，将第一比例因子放置在波束成形矩阵的实部上，并且将第二比例因子放置在所述波束成形矩阵的虚部上；

基于所确定的波束成形矩阵来从所述码本中选择码字索引；以及

在无线信道上从所述第一设备向所述第二设备发送所述码字索引。

22.根据权利要求21所述的制品，其中，如果被执行则使系统使用一个或多个比例因子和所述信道信息来从码本中的多个波束成形矩阵中确定波束成形矩阵的所述指令包括如果被执行则使系统实现下面操作的指令：

确定所述信道矩阵中的向量和所述码本中的每个波束成形矩阵中的向量之间的内积。

23.根据权利要求21所述的制品，其中，如果被执行则使系统使用一个或多个比例因子和所述信道信息来从码本中的多个码字中确定码字的所述指令包括如果被执行则使系统实现下面操作的指令：

确定放置在每个天线上的复数，以确保基于所述码字的峰均功率比小于阈值。

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