CN102474311B - 用于基于闭环变换的码本的天线波束形成的方法和装置 - Google Patents

Abstract

提供一种包括多个基站的无线通信网络。每个基站与多个用户站无线地通信。多个基站的至少一个包括接收器，被配置为从用户站接收预编码向量索引(PVI)。多个基站的该至少一个还包括控制器，被配置为使用预编码向量索引更新发送协方差矩阵，并且使用更新的发送协方差矩阵变换码本。多个基站的该至少一个进一步包括发送器，被配置为使用变换的码本执行到用户站的发送波束形成。

Description

用于基于闭环变换的码本的天线波束形成的方法和装置

技术领域

本发明一般涉及无线通信系统，而且更具体地，涉及无线通信系统中的波束形成。

背景技术

无线系统中的发送波束形成可以以闭环或开环方式执行。开环系统最适合用于时分双工(TDD)系统。开环系统不需要信道信息反馈。结果，需要较少的开销。然而，开环系统的缺点在于，系统需要不断进行相位校准以便补偿多个发送天线之间的发送和接收射频(RF)链之间的相位差。开环系统的另一个缺点在于，系统需要诸如上行链路导频的恒定的上行链路相位基准。该需求可能导致过多的反馈开销。相位校准的过程通常代价高并且对无线信道环境敏感。

另一方面，闭环系统不需要相位校准过程。然而，闭环系统需要对发送器的信道反馈，这导致额外的开销。此外，闭环系统还对由反馈延迟或快速信道变化引起的反馈信道错误敏感。典型地，频分双工(FDD)系统采用闭环发送波束形成方案。然而，闭环方案也可以应用于TDD系统。

发明内容

提供一种包括多个基站的无线通信网络。基站的每一个与多个用户站无线地通信。多个基站的至少一个包括接收器，被配置为从用户站接收预编码向量索引(PVI)。多个基站的至少一个还包括控制器，被配置为使用预编码向量索引更新发送协方差矩阵，并且使用更新的发送协方差矩阵变换码本。多个基站的至少一个进一步包括发送器，被配置为使用变换的码本执行到用户站的发送波束形成。

提供一种基站。该基站包括接收器，被配置为从用户站接收预编码向量索引(PVI)。该基站还包括控制器，被配置为使用预编码向量索引更新发送协方差矩阵，并且使用更新的发送协方差矩阵变换码本。该基站进一步包括发送器，被配置为使用变换的码本执行到用户站的发送波束形成。

提供一种操作基站的方法。该方法包括：从用户站接收预编码向量索引(PVI)，使用预编码向量索引更新发送协方差矩阵，使用更新的发送协方差矩阵变换码本，以及使用变换的码本执行到用户站的发送波束形成。

提供一种用户站。该用户站包括接收器，被配置为从基站接收导频或信道声探信号。该用户站还包括控制器，被配置为至少部分基于接收的导频或信道声探信号来确定预编码向量索引(PVI)。该用户站进一步包括发送器，被配置为向基站发送预编码向量索引。

在进行以下的对本发明的详细描述之前，阐述本专利文件通篇使用的某些词和短语的定义将是有益的：术语“包含”和“包括”及其衍生词意味着无限制地包括；术语“或”是包含的，意味着和/或；短语“与...关联”和“与其关联”及其衍生词可以意味着包括、包括在...内、与...互连、包含、包含在...内、连接到...或与...连接、耦接到...或与...耦接、能够与...通信、与...协作、交织、并置、接近于、绑定到或与...绑定、具有、具有...的性质等；而术语“控制器”意味着控制至少一个操作的任何设备、系统或其部件，这样的设备可以被实现为硬件、固件或软件、或硬件、固件或软件中的至少两个的一些组合。应当注意，与任何特定的控制器关联的功能可以是集中式的或分布式的，不管本地还是远程。本专利文件通篇提供某些词和短语的定义，本领域技术人员将理解，即使不是大部分情况，在许多情况下，这样的定义适用于这样定义的词和短语的先前以及将来的运用。

附图说明

为了更完全地理解本公开及其优点，现在结合附图参考以下描述，其中类似的引用数字表示类似的部分：

图1示出根据本公开的原理的在上行链路中发送消息的示范性无线网络；

图2更详细地示出根据本公开的一个实施例的示范性基站；

图3更详细地示出根据本公开的一个实施例的示范性无线用户站；

图4示出根据本公开的实施例的与多个移动站通信的基站的图；

图5示出根据本公开的实施例的4×4MIMO系统；

图6示出根据本公开的实施例的空分多址(SDMA)方案；

图7示出根据本公开的实施例的用于量化反馈给基站的信息的量化表；

图8示出根据本公开的实施例的基于跟踪的基于闭环变换的码本的发送波束形成(CL-TCTB)的方法；

图9示出根据本公开的实施例的提高基于跟踪的基于闭环变换的码本的发送波束形成(CL-TCTB)的收敛速度的方法；

图10示出根据本公开的实施例的在移动站处基于跟踪的基于闭环变换的码本的发送波束形成(CL-TCTB)的方法；

图11示出根据本公开的实施例的在基站处基于跟踪的基于闭环变换的码本的发送波束形成(CL-TCTB)的方法；

图12示出根据本公开的另一个实施例的在移动站处基于跟踪的基于闭环变换的码本的发送波束形成(CL-TCTB)的方法；

图13示出根据本公开的另一个实施例的在移动站处基于跟踪的基于闭环变换的码本的发送波束形成(CL-TCTB)的方法；

图14示出根据本公开的另一个实施例的在基站处基于跟踪的基于闭环变换的码本的发送波束形成(CL-TCTB)的方法；

图15示出根据本公开的另一个实施例的在移动站处的提高基于跟踪的基于闭环变换的码本的发送波束形成(CL-TCTB)的收敛速度的方法；

图16示出根据本公开的另一个实施例的在基站处的提高基于跟踪的基于闭环变换的码本的发送波束形成(CL-TCTB)的收敛速度的方法；

图17示出根据本公开的实施例的由基站用于向移动站通知各种值的表；以及

图18示出根据本公开的实施例的二进制伪随机序列产生器。

具体实施方式

下面讨论的图1到18以及本专利文件中用于描述本公开的原理的各种实施例仅仅作为例示，而不应当以任何方式解读为限制本公开的范围。本领域技术人员将理解，本公开的原理可以在任何适当配置的通信系统中实现。

图1示出根据本公开的原理的发送消息的示范性无线网络100。在所示的实施例中，无线网络100包括基站(BS)101、基站(BS)102、基站(BS)103、和其他类似的基站(未示出)。

基站101与互联网130或类似的基于IP的网络(未示出)通信。

基站102向基站102的覆盖区域120内的第一多个用户站提供到互联网130的无线宽带接入。第一多个用户站包括可以位于小企业(SB)中的用户站111、可以位于企业(E)中的用户站112、可以位于WiFi热点(HS)中的用户站113、可以位于第一住宅(R)中的用户站114、可以是移动设备(M)的用户站115、以及可以是移动设备(M)的用户站116，诸如蜂窝电话机、无线膝上计算机、无线PDA等。

基站103向基站103的覆盖区域125内的第二多个用户站提供到互联网130的无线宽带接入。第二多个用户站包括用户站115和用户站116。在示范性实施例中，基站101-103可以使用OFDM或OFDMA技术彼此以及与用户站111-116通信。

虽然图1仅仅描述六个用户站，但不难理解，无线网络100可以向附加的用户站提供无线宽带接入。注意到，用户站115和用户站116位于覆盖区域120和覆盖区域125二者的边缘上。用户站115和用户站116各自与基站102和基站103二者通信，并且可以被称为工作在切换模式下，如本领域技术人员所公知的。

用户站111-116可以经由互联网130访问语音、数据、视频、视频会议、和/或其他宽带业务。在示范性实施例中，用户站111-116中的一个或多个可以与WiFi WLAN的接入点(AP)关联。用户站116可以是大量移动设备中的任何一个，包括有无线能力的膝上计算机、个人数据助理、笔记本计算机、手持设备、或其他有无线能力的设备。用户站114和115可以是例如有无线能力的个人计算机(PC)、膝上计算机、网关、或其他设备。

图2更详细地示出根据本公开的一个实施例的示范性基站。图2所示的基站(BS)102的实施例仅仅用于例示。可以使用BS 102的其他实施例而不脱离本公开的范围。

BS 102包括基站控制器(BSC)210和基本收发器子系统(BTS)220。基站控制器是管理用于无线通信网络内的指定蜂窝的包括基本收发器子系统的无线通信资源的设备。基本收发器子系统包括位于每个蜂窝站点中的RF收发器、天线、和其他电气设备。该设备可以包括空调单元、加热单元、电源、电话线接口、RF发送器和RF接收器。为了简洁和清楚地说明本公开的操作，基本收发器子系统和与每个基本收发器子系统关联的基站控制器分别由BS 101、BS 102和BS 103共同表示。

BSC 210管理包括BTS 220的蜂窝站点中的资源。BTS 220包括BTS控制器225、信道控制器235、收发器接口(IF)245、RF收发器单元250、和天线阵列255。信道控制器235包括多个信道元件，包括示范性信道元件240。BTS 220还包括切换控制器260和存储器270。包括在BTS 220内的切换控制器260和存储器270的实施例仅仅用于例示。切换控制器260和存储器270可以位于BS 102的其他部分中而不脱离本公开的范围。

BTS控制器225包括能够执行与BSC 210通信并且控制BTS 220的总体操作的操作程序的处理电路和存储器。在正常情况下，BTS控制器225指导信道控制器235的操作，信道控制器235包含包括信道元件240的多个信道元件，其在前向信道和反向信道中执行双向通信。前向信道是指从基站向移动站发送信号的信道(也称为下行链路通信)。反向信道是指从移动站向基站发送信号的信道(也称为上行链路通信)。本公开的实施例中，信道元件根据OFDMA协议与蜂窝120中的移动站通信。收发器IF 245在信道控制器240于RF收发器单元250之间传送双向信道信号。RF收发器单元250作为单个设备的实施例仅仅用于例示。RF收发器单元250可以包括分开的发送器和接收器设备而不脱离本公开的范围。

天线阵列255将从RF收发器单元250接收的前向信道信号发送到BS102的覆盖区域中的移动站。天线阵列255还将从BS 102的覆盖区域中的移动站接收的反向信道信号发送到收发器250。本公开的一些实施例中，天线阵列255是多扇区天线，诸如三扇区天线，其中每个天线扇区负责在覆盖区域的120°弧形中发送和接收。另外，RF收发器250可以包含天线选择单元，用于在发送和接收操作期间从天线阵列255中的不同的天线当中进行选择。

根据本公开的一些实施例，BTS控制器225被配置为将码本271存储在存储器270中。码本271由BS 102用于执行与移动站的波束形成。存储器270可以是任何计算机可读介质。例如，存储器270可以是任何电子、磁、电磁、光学、光电、机电、和/或其他物理设备，其可以包含、存储、通信、传播、或发送用于由微处理器或其他与计算机有关的系统或方法使用的计算机程序、软件、固件、或数据。存储器270的一部分包括随机存取存储器(RAM)，而存储器270的另一部分包括担当只读存储器(ROM)的闪速存储器。

BSC 210被配置为保持与BS 101、BS 102和BS 103的通信。BS 102经由无线连接与BS 101和BS 103通信。一些实施例中，所述无线连接是有线连接。

图3更详细地示出根据本公开的一个实施例的示范性无线用户站。图3所示的无线用户站(SS)116的实施例仅仅用于例示。可以使用无线SS 116的其他实施例而不脱离本公开的范围。

无线SS 116包括天线305、射频(RF)收发器310、发送(TX)处理电路315、麦克风320、和接收(RX)处理电路325。SS 116还包括扬声器330、主处理器340、输入/输出(I/O)接口(IF)345、键区350、显示器355、和存储器360。存储器360进一步包括基本操作系统(OS)程序361和由SS 116用于执行与基站的波束形成的码本362。

射频(RF)收发器310从天线305接收由无线网络100的基站发送的呼入RF信号。射频(RF)收发器310将呼入RF信号下变频以产生中频(IF)或基带信号。IF或基带信号被发送到接收器(RX)处理电路325，其通过对基带或IF信号滤波、解码、和/或数字化来产生已处理的基带信号。接收器(RX)处理电路325将已处理的基带信号发送到扬声器330(即，语音数据)或发送到主处理器340用于进一步的处理(例如，网络浏览)。

发送器(TX)处理电路315从麦克风320接收模拟或数字语音数据或者从主处理器340接收其他呼出基带数据(例如，网络数据、电子邮件、交互视频游戏数据)。发送器(TX)处理电路315将呼出基带数据编码、复用、和/或数字化以产生已处理的基带或IF信号。射频(RF)收发器310从发送器(TX)处理电路315接收呼出已处理的基带或IF信号。射频(RF)收发器310将基带或IF信号上变频为经由天线305发送的射频(RF)信号。

本公开的一些实施例中，主处理器340是微处理器或微控制器。存储器360耦接到主处理器340。根据本公开的一些实施例，存储器360的一部分包括随机存取存储器(RAM)，而存储器360的另一部分包括担当只读存储器(ROM)的闪速存储器。

主处理器340执行存储在存储器360中的基本操作系统(OS)程序361以便控制无线SS 116的总体操作。在一个这样的操作中，主处理器340根据公知原理控制通过射频(RF)收发器310、接收器(RX)处理电路325、和发送器(TX)处理电路315接收前向信道信号和发送反向信道信号。

主处理器340能够执行驻留在存储器360中的其他进程和程序。主处理器340可以根据执行进程的需要将数据移入或移出存储器360。主处理器340还耦接到I/O接口345。I/O接口345向SS 116提供连接到诸如膝上计算机和手持计算机的其他设备的能力。I/O接口345是这些附件与主控制器340之间的通信路径。

主处理器340还耦接到键区350和显示单元355。SS 116的操作员使用键区350将数据输入到SS 116。显示器355可以是能够呈现来自网站的文本和/或至少有限的图形的液晶显示器(LCD)。替换实施例可以使用其他类型的显示器。

基于码本设计的闭环发送波束形成方案的描述可以例如在D.Love，J.Heath，and T.Strohmer，“Grassmannian beamforming for multiple-inputmultiple-output wireless systems”，IEEE Trans.on Information Theory，Oct.2003以及V.Raghavan，A.M.Sayeed，and N.Boston，“Near-optimal codebookconstructions for limited feedback beamforming in correlated MIMO channelswith few antennas”，IEEE 2006International Symposium on Information Theory中找到。这里通过引用将两篇文献合并到本公开中，如同在这里完整阐述。

基于闭环码本的发送波束形成可以用于这样的情形，其中基站在相同时间并且以特定频率向单个用户、或同时向多个用户形成发送天线射束。这样的系统的描述可以例如在Quentin H.Spencer，Christian B.Peel，A.LeeSwindlehurst，Martin Harrdt，“An Introduction to the Multi-User MIMODownlink”，IEEE Communication Magazine，Oct，2004中找到，通过引用将其合并到本公开中，如同在这里完整阐述。

码本是移动站已知的预定天线波束的集合。基于码本的预编码MIMO可以在下行链路闭环MIMO中提供显著的谱效率增益。在IEEE 802.16e和3GPP LTE标准中，支持基于4TX有限反馈的闭环MIMO配置。在IEEE802.16m和3GPP LTE高级标准中，为了提供峰值谱效率，提出8TX天线配置作为主要的预编码闭环MIMO下行链路系统。这样的系统的描述可以例如在3GPP TS36.211“Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)：Physical Channel and Modulation”中找到，通过引用将其合并到本公开中，如同在这里完整阐述。

为了在不使用信道声探信号或普通导频信号(或中间码(midamble))用于数据解调目的的情况下消除对相位校准过程的需要，使用基于闭环变换的码本的发送波束形成。这样的系统的描述可以例如在IEEEC802.16m-08/1345r2，“Transformation method for codebook based precoding”，Nov.2008中找到，通过引用将其合并到本公开中，如同在这里完整阐述。变换的码本方法使用信道相关性信息来提高标准码本的性能，特别是在高度相关的信道中，并且消除多个发送天线之间的相位校准的需要。典型地，信道相关性信息基于二阶统计，因而变换非常慢，其与诸如遮蔽和路径损耗的长期信道效应类似。结果，使用相关性信息的反馈开销和计算复杂度非常小。

图4示出根据本公开的实施例的与多个移动站402、404、406、和408通信的基站420的图400。

如图4所示，基站420通过使用多个天线波束同时与多个移动站通信，每个天线波束以相同的时间和相同的频率向它的预期移动站形成。基站420以及移动站402、404、406、和408采用多个天线来发送和接收无线电波信号。无线电波信号可以是正交频分复用(OFDM)信号。

本实施例中，基站420通过多个发送器执行向每个移动站的同时的波束形成。例如，基站420通过波束形成的信号410向移动站402发送数据，通过波束形成的信号412向移动站404发送数据，通过波束形成的信号414向移动站406发送数据，并且通过波束形成的信号416向移动站408发送数据。本公开的一些实施例中，基站420能够向移动站402、404、406、和408同时波束形成。一些实施例中，每个波束形成的信号在相同的时间和相同的频率向它的预期移动站形成。为清楚起见，从基站到移动站的通信也可以被称为下行链路通信，而从移动站到基站的通信可以被称为上行链路通信。

基站420以及移动站402、404、406、和408采用多个天线来发送和接收无线信号。不难理解，无线信号可以是无线电波信号，并且无线信号可以使用本领域技术人员已知的任何发送方案，包括正交频分复用(OFDM)发送方案。

移动站402、404、406、和408可以是能够接收无线信号的任何设备。移动站402、404、406、和408的示例包括但不限于能够接收波束形成的传输的个人数据助理(PDA)、膝上计算机、移动电话机、手持设备、或任何其他设备。

OFDM传输方案用于在频域中复用数据。在频率副载波上承载调制码元。正交调幅(QAM)调制的码元被串并转换并且输入到逆快速傅里叶变换(IFFT)。在IFFT的输出处，获得N个时域样本。这里，N是指OFDM系统使用的IFFT/快速傅里叶变换(FFT)尺寸。在IFFT之后的信号被并串转换并且将循环前缀(CP)添加到信号序列。将CP添加到每个OFDM码元以避免或减轻由于多径衰落产生的影响。样本的结果序列被称为具有CP的OFDM码元。在接收器端，假定实现完美的时间和频率同步，接收器首先去除CP，并且信号在馈入FFT之前被串并转换。FFT的输出被并串转换，并且结果的QAM调制码元被输入到QAM解调器。

OFDM系统中的总带宽被划分为称为副载波的窄带频率单元。副载波的数目等于系统中使用的FFT/IFFT尺寸N。一般，用于数据的副载波的数目小于N，因为在频谱的边缘处的一些副载波被预留作为保护副载波。一般，不在保护副载波上发送信息。

因为每个OFDM码元在时域中具有有限的持续时间，所以副载波在频域中彼此重叠。然而，假定发送器和接收器具有完美的频率同步，则在采样频率处保持正交性。在由不完美的频率同步或高移动性引起频率偏移的情况下，采样频率处的副载波的正交性被破坏，导致载波间干扰(ICI)。

在基站和单个移动站二者处使用多个发送天线和多个接收天线以提高无线通信信道的容量和可靠性被称为单用户多输入多输出(SU-MIMO)系统。MIMO系统保证容量相对于K的直线增加，其中K是发送天线的数量(M)和接收天线的数量(N)的最小值，即，K＝min(M，N)。MIMO系统可以利用空间复用、发送/接收波束形成、或发送/接收分集的方案来实现。

图5示出根据本公开的实施例的4×4MIMO系统500。

本示例中，使用四个发送天线504单独地发送四个不同的数据流502。在四个接收天线506处接收发送的信号并且解释为接收的信号508。对接收的信号508执行一些形式的空间信号处理510以便恢复四个数据流512。

空间信号处理的示例是垂直-贝尔实验室分层空间-时间(V-BLAST)，其使用相继干扰消除原理来复原发送的数据流。MIMO方案的其他变体包括在发送天线之间执行某种空间-时间编码的方案(例如，对角贝尔实验室分层空间-时间(D-BLAST))。此外，可以利用发送/接收分集方案和发送/接收波束形成方案来实现MIMO以提高无线通信系统中的链路可靠性或系统容量。

MIMO信道估计包括估计从每个发送天线到每个接收天线的链路的信道增益和相位信息。因此，M×N MIMO系统的信道响应“H”包括M×N矩阵，如下面公式1所示：

$H=\left[\begin{array}{cccc}{a}_{11}& a_{12}& \·\·\·& a_{1M}\\ a_{21}& a_{22}& \·\·\·& a_{2M}\\ \·& \·& & \·\\ \·& \·& \·\·\·& \·\\ \·& \·& & \·\\ a_{N1}& a_{N2}& \·\·\·& a_{\mathrm{NM}}\end{array}\right].$ [公式1]

公式1中，MIMO信道响应由H表示，并且a_NM表示从发送天线N到接收天线M的信道增益。为了使得能够估计MIMO信道矩阵的元素，可以从每个发送天线发送单独的导频。

作为SU-MIMO的扩展，多用户MIMO(MU-MIMO)是这样的通信情形，其中具有多个发送天线的基站可以通过使用诸如空分多址(SDMA)的多用户波束形成方案来同时与多个移动站通信以提高无线通信信道的容量和可靠性。

图6示出根据本公开的实施例的SDMA方案。

如图6所示，基站420具有8个发送天线，而移动站402、404、406、和408各自具有两个天线。该示例中，基站420具有八个发送天线。每个发送天线发送波束形成的信号410、602、604、412、414、606、416、和608中的一个。该示例中，移动站402接收波束形成的传输410和602，移动站404接收波束形成的传输604和412，移动站406接收波束形成的传输606和414，而移动站408接收波束形成的传输608和416。

由于基站420具有八个发送天线波束(每个天线传送数据流中的一个流)，因此可以在基站420处形成波束形成的数据的八个流。该示例中，每个移动站可以潜在地接收最多2个数据流(波束)。如果移动站402、404、406、和408的每一个限于仅接收单个数据流(波束)，而不是同时接收多个流，则这将是多用户波束形成(即，MU-BF)。

闭环固定码本发送波束形成已经在诸如WIMAX或3GPP LTE的许多无线系统中采用。这样的系统的描述可以例如在3GPP TS36.211“EvolvedUniversal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)：Physical Channel andModulation”and IEEE 802.16e“Part 16：Air Interface for Fixed and MobileBroadband Wireless Access Systems”中找到。这里通过引用将两篇文献合并到本公开中，如同在这里完整阐述。在闭环码本波束形成系统中，发送器向接收器发送导频信号或信道声探信号，并且接收器测量信道信息并且计算码本内与观察的信道最佳匹配的最佳码字。然后将最佳码字信息反馈给发送器。然后发送器使用最佳码字信息用于发送天线波束形成。

固定码本的不利方面是双重的。首先，信道量化误差被码本尺寸限制。即，码本尺寸越小，量化误差越大。例如，如果码本被设计用于不相关的天线无线信道，则由于有限的码本尺寸，这样的码本对于相关的天线无线信道不会是最佳的。其次，在其中信道声探信号或普通导频信号(或中间码)仅用于信道质量估计或最佳码字估计、同时专用导频信号单独用于数据解调目的的情形下，基于闭环固定码本的发送波束形成没有发送天线之间的相位校准将不会正确地工作。

为了提高具有有限的反馈的闭环固定码本发送波束形成方案的性能以及消除相位校准的需要，可以使用基于变换的码本的发送波束形成方案。这样的系统的描述可以例如在G.J.Foschini and M.J.Gans，“On limits of wirelesscommunications in a fading environment when using multiple antennas”，Wireless Personal Communication，vol.6.，pp311-335，Mar 1998以及L.Liu andH.Jafarkhani，“Novel transmit beamforming schemes for time-selective fadingmultiantenna systems”IEEE Trans.on Signal Processing，Dec.2006中找到。这里通过引用将两篇文献合并到本公开中，如同在这里完整阐述。

变换的码本方法使用长期信道相关性矩阵信息来提高标准码本的性能，特别是在高度相关的信道中，并且消除多个发送天线之间的相位校准的需要。典型地，信道相关矩阵信息基于第二阶统计，因而其变化非常慢，其与诸如遮蔽和路径损耗的长期信道效应类似。因而，相关性信息的反馈开销和计算复杂度非常小。

虽然按照接收器处的单个接收天线和发送器处的多个发送天线描述了本公开的一些实施例，但是本领域普通技术人员将认识到，本公开的实施例也可以应用于接收器处的多个接收天线。在蜂窝无线系统的背景中，接收器可以是移动站或手持设备，而发送器是如图1所示的基站。移动站处的接收信号模型可以表示为如下面的公式2所示：

y＝Hws+n，             [公式2]

其中y是接收的向量，并且H是尺寸1乘M的信道矩阵。M是基站处的发送天线的数目。n是具有方差N₀的复加性高斯噪声，s是调制信号，并且W是尺寸M乘1的发送波束形成向量。发送信道协方差矩阵R简单地定义为如下面公式3所示：

R＝E{HH^H}，            [公式3]

其中(*)H是厄密共轭操作。在基于OFDM的无线系统的背景下，发送信道协方差矩阵可以进一步被定义为如下面公式4所示：

$R_{\mathrm{ij}}=H_{\mathrm{ij}}{H}_{\mathrm{ij}}^H,$ [公式4]

其中H_ij是第i OFDM码元和第j副载波处的信道向量。长期平均发送信道协方差矩阵可以表示为如下面公式5所示：

$\hat{R}=\underset{i=1}{\overset{N_S}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{N_F}{\mathrm{\Σ}}}{H}_{\mathrm{ij}}{H}_{\mathrm{ij}}^H,$ [公式5]

其中N_S和N_F分别是在平均时段上使用的OFDM码元的数目和副载波的数目。长期平均发送信道协方差矩阵典型地通过最小化信道协方差矩阵的动态范围来归一化，其表示为<R>。即，

$<R>=\hat{R}/\mathrm{norm}\left(\hat{R}\right).$

此外，归一化的<R>是M×M矩阵，并且可以进一步表示为如下面公式6所示：

$<R>=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&lambda;}}_k{u}_k{u}_k^H,$ [公氏6]

其中K是本征模式(或本征值)的数目，并且λ_k是第k本征值并且为递减次序，即，λ₁是最大的本征值。u₁是最大的本征向量，并且u_k是第k本征向量。

为了确保基于变换的码本的发送波束形成正确地工作，通过使用来自发送器的普通导频信号或信道声探信号在接收器处估计或计算公式5或公式6的长期平均<R>。在接收器处估计的<R>的信息被反馈给发送器。然后发送器使用<R>的信息来变换固定码本或基本码本，其对发送器和接收器二者是已知的。假定基本码本或固定码本是P，并且码本尺寸是D。P＝[p₁p₂....p_D]是具有M×D的尺寸的矩阵。p_j是基本码本内的第j个预编码向量。变换的码本W是M×D矩阵并且可以表示为如下面公式7所示：

W＝<R>P。      [公式7]

应当注意，<R>是在上一节中描述的长期平均且归一化的信道矩阵。变换的码本W可以在发送器和接收器二者处计算。它由发送器用于发送波束形成目的。公式2中使用的发送天线权重w从W结合最佳天线波束信息d_max导出。最佳天线波束信息在接收器处计算和估计并且也被反馈给发送器。最佳天线波束信息d_max可以导出为如下面公式8所示：

$d_{\max }=\underset{d\&le;D}{\arg \max }{w}_d^{H}H.$ [公式8]

本公开的一个实施例中，量化的<R>的反馈开销与报告的信道等级信息成比例。例如，如果移动站报告等级1传输，则仅仅λ₁和u₁的信息需要被报告回基站。该情况下，移动站需要量化λ₁和u₁并且将λ₁和u₁报告回基站。类似地，如果移动站报告等级K传输，则仅仅λ₁...λ_K和u₁....u_K的量化的信息需要被报告回基站。

在本发明的另一个实施例中，量化的<R>的反馈开销被进一步降低。具体地，对于等级1传输仅仅量化的信息u₁被报告回基站。由于u₁是尺寸为1×M的复向量，因此u₁的量化的元素的总数为2M，其包括每个元素的实部和虚部。如果对于每个元素的每个实部或虚部，量化的位的数目是B，则u₁的量化的位的总数是2×M×B，其也是需要报告给基站的反馈开销。

本公开的另一个实施例中，如果u₁的第一元素被归一化并且用作其余元素的参考，即，如果u₁被表达为如下面公式9所示，则通过仅报告u₁的非第一元素来进一步降低反馈开销：

u₁＝[u₁₁u₁₂....u_1M]^T，[公式9]

其中(*)^T是转置操作。u₁的第一元素为u₁₁。该实施例中，量化的位的总数从2×M×B降低到2×(M-1)×B。量化的<R>可以被显示为如下面公式10：

$<R>={\mathrm{\&lambda;}}_1{u}_1{u}_1^H.$ [公式10]

图7示出根据本公开的实施例的用于量化反馈给基站的信息的量化表700。

如图7所示，量化表700用于量化u₁。特定实施例中，3位的量化表(B＝3)，即<b2b1b0>，诸如表700，被用于量化u₁中的元素的实部和虚部，其中b2是最高有效位，而b0是最低有效位。

本公开的另一个实施例中，量化表700用于量化u₁...u_K。特定实施例中，3位的量化表(B＝3)，诸如表700，被用于量化u₁...u_K中的元素的实部和虚部。

本公开的一个实施例中，可以通过跟踪<R>进一步降低反馈开销。本公开的另一个实施例中，<R>的跟踪和估计在基站和移动站二者处同时发生，而不是移动站向基站报告u₁或u₁...u_K的量化版本。

特定实施例中，基站和移动站二者处的<R>的同时跟踪和估计利用最佳的报告的天线波束索引或报告的预编码向量索引(PVI)的信息，其是从移动站导出。

本公开的另一个实施例中，使用随机向量来增强基站和移动站二者处的<R>的跟踪和估计。该实施例中，随机向量是基站和移动站二者已知的。随机向量的产生基于在移动站和基站二者处使用的相同的随机种子。<R>的跟踪和估计被表示为其由基站和移动站同时跟踪。

特定实施例中，基站处的可以被跟踪为遗忘因子、随机因子、和从移动站报告的PVI索引的函数，如下面公式11所示：

$<<\hat{R}>>=f(\mathrm{\&alpha;},\mathrm{\&beta;},d_{\max },p_{d_{\max }},v_{\mathrm{random}}),$ [公式11]

其中α是遗忘因子，其被设计为跟踪信道的移动性，并且β是随机因子，其被设计为避免对于的估计的偏差效应。是从基站报告的最佳PVI。v_random是随机向量，其以同步方式在基站和移动站二者处同时产生。本公开的另一个特定实施例中，可以在基站和移动站二者处被具体地跟踪工作和计算，如下面公式12所示：

$<<\hat{R}>>\left[T\right]=\mathrm{\&alpha;}<<\hat{R}>>[T-1]+(1-\mathrm{\&alpha;})p_{d_{\max }}\left[T\right]{p_d^H}_{\max }\left[T\right]+$ ${\mathrm{\&beta;v}}_{\mathrm{random}}\left[T\right]v_{\mathrm{random}}^H\left[T\right],T=\mathrm{1,2,3}...,$ [公式12]

其中T＝1，2，3...是更新的跟踪定时索引。

本公开的另一个实施例中，在应用基本码本P以便产生公式7中的变换码本W之前归一化公式12中的归一化的被表示为《R》[T]，其中 $<<\hat{R}>>\left[T\right]=<<\hat{R}>>\left[T\right]/\mathrm{norm}(<<\hat{R}>>[T\left]\right).$

本公开的另一个实施例中，公式11或公式12中的和v_random的更新时段(周期)可以相同或不同。

图8示出根据本公开的实施例的基于跟踪的基于闭环变换的码本的发送波束形成(CL-TCTB)的方法800。

如图8所示，基站或移动站将《R》初始化为单位矩阵(块801)并且将定时索引T设置为零(块803)。如果定时索引T等于零(块805)，则基站或移动站产生变换的码本，其中W[T＝0]＝《R》[T＝0]P(块807)。如果定时索引T不等于零(块805)，则基站或移动站使用公式11或12计算更新的《R》[T]，T＝1，2，...(块809)，并且产生更新的变换的码本，其中W[T]＝《R》[T]P，T＝1，2，...(块811)。基站或移动站然后从W[T]结合最佳天线波束信息d_max导出发送天线权重W(块813)。

图9示出根据本公开的实施例的提高基于跟踪的基于闭环变换的码本的发送波束形成(CL-TCTB)的收敛速度的方法900。

该实施例中，改进《R》的初始化过程以提高基于跟踪的CL-TCTB的收敛速度。改进的《R》的初始化基于u₁或u₁…u_K的量化版本。如图9所示，基站或移动站使用u₁或u₁…u_K基于公式6或10初始化《R》[T＝0](块901)，并且将定时索引T设置为零(块903)。如果定时索引T等于零(块905)，则基站或移动站产生变换的码本，其中W[T＝0]＝《R》[T＝0]P(块907)。如果定时索引T不等于零(块905)，则基站或移动站使用公式11或12计算更新的《R》[T]，T＝1，2，...(块909)，并且产生更新的变换的码本，其中W[T]＝《R》[T]P，T＝1，2，...(块911)。基站或移动站然后从W[T]结合最佳天线波束信息d_max导出发送天线权重W(块913)。

在一个实施例中，基于跟踪的CL-TCTB在基站和移动站二者处使用最佳的报告的天线波束索引或报告的PVI(其在移动站处导出)来同时跟踪和估计《R》。除了向基站报告最佳PVI索引之外，本公开的另一个实施例中，移动站报告将要在基站和移动站二者处使用的随机向量索引以增强《R》的跟踪和估计。

图10示出估计本公开的实施例的在移动站处的基于跟踪的基于闭环变换的码本的发送波束形成(CL-TCTB)的方法1000。

如图10所示，移动站将《R》初始化为单位矩阵(块1001)，并且将定时索引T设置为零(块1003)。如果定时索引T等于零(块1005)，则移动站产生变换的码本，其中W[T＝0]＝《R》[T＝0]P(块1007)。如果定时索引T不等于零(块1005)，则移动站使用公式11或12计算更新的《R》[T]，T＝1，2，...(块1009)，并且产生更新的变换的码本，其中W[T]＝《R》[T]P，T＝1，2，...(块1011)。移动站然后基于公式8和变换码本W[T]计算最佳PVI(块1013)。移动站将最佳PVI反馈给基站(块1015)。移动站还将随机向量索引反馈给基站(块1017)。

图11示出根据本公开的实施例的在基站处的基于跟踪的基于闭环变换的码本的发送波束形成(CL-TCTB)的方法1100。

如图11所示，基站将《R》初始化为单位矩阵(块1101)，并且将定时索引T设置为零(块1103)。如果定时索引T等于零(块1105)，则基站产生更新的变换的码本，其中W[T＝0]＝《R》[T＝0]P(块1107)。如果定时索引T不等于零(块1105)，则基站基于从移动站接收到的最佳PVI使用公式11或12来计算更新的《R》[T]，T＝1，2，...(块1109)，并且产生变换的码本，其中W[T]＝《R》[T]P，T＝1，2，...(块1111)。

本公开的另一个实施例中，改进《R》的初始化过程以提高在移动站处基于跟踪的CL-TCTB的收敛速度。改进的《R》的初始化基于u₁或u₁...u_K的量化版本。

图12示出根据本公开的另一个实施例的在移动站处的基于跟踪的基于闭环变换的码本的发送波束形成(CL-TCTB)的方法1200。

如图12所示，移动站使用u₁或u₁...u_K基于公式6或10初始化《R》[T＝0](块1201)，并且将定时索引T设置为零(块1203)。如果定时索引T等于零(块1205)，则移动站产生变换的码本，其中W[T＝0]＝《R》[T＝0]P(块1207)。如果定时索引T不等于零(块1205)，则移动站使用公式11或12计算更新的《R》[T]，T＝1，2，...(块1209)，并且产生更新的变换的码本，其中W[T]＝《R》[T]P，T＝1，2，...(块1211)。移动站然后基于公式8和变换码本W[T]计算最佳PVI(块1213)。移动站将最佳PVI反馈给基站(块1215)。移动站还将随机向量索引反馈给基站(块1217)。

本公开的另一个实施例中，通知公式11和公式12中的α(遗忘因子)和β(随机因子)的参数值以便增强跟踪性能。例如，倘若移动站在高移动性的信道条件下，基站可以通知移动站使用α的较小的值。本公开的另一个实施例中，分开通知和v_random的更新的时段(周期)。即，和v_random的更新的时段(周期)可以相同或可以不同。

本公开的另一个实施例中，《R》的估计由基站个移动站同时跟踪为遗忘因子、随机因子、信道质量指示(CQI)或SINR(信号对干扰加噪声比)和来自于移动站的最佳天线波束信息d_max的函数，其基于使用公式8的变换码本W，如下面公式13所示：

$<<\hat{R}>>=f(\mathrm{\&alpha;},\mathrm{\&beta;},d_{\max },w_j,\mathrm{\&gamma;},v_{\mathrm{random}}),$ [公式13]

其中α是遗忘因子，其被设计为跟踪移动信道的移动性，并且β是随机因子，其被设计为避免的偏差估计。γ是与SINR或CQI值有关的参数，w_j是基站处的最佳发送天线权重，其也是从移动站基于变换的码本W报告的最佳预编码向量。v_random是复随机向量，其以同步方式在基站和移动站二者处同时产生。v_random被设计为避免的偏差估计。

本公开的另一个实施例中，应用于基本码本以形成变换码本的在时间索引T处的在基站和移动站二者处被具体地和同时地跟踪和计算，如下面公式14所示：

$<<\hat{R}>>\left[T\right]=\mathrm{\&alpha;}<<\hat{R}>>[T-1]+(1-\mathrm{\&alpha;})w_j\left[T\right]w_j^H\left[T\right]\mathrm{\&gamma;}$ $+{\mathrm{\&beta;v}}_{\mathrm{random}}\left[T\right]v_{\mathrm{random}}^H\left[T\right],$ [公式14]

其中T＝1，2，3...是更新的跟踪定时索引。在γ＝1的特殊情况下，公式14中的应用于基本码本以形成变换码本的可以被简化为如下面公式15所示：

$<<\hat{R}>>\left[T\right]=\mathrm{\&alpha;}<<\hat{R}>>[T-1]+(1-\mathrm{\&alpha;})w_j\left[T\right]w_j^H\left[T\right]$ $+{\mathrm{\&beta;v}}_{\mathrm{random}}\left[T\right]v_{\mathrm{random}}^H\left[T\right].$ [公式15]

本公开的另一个实施例中，应用于基本码本以形成变换码本的在时间索引T处的在基站和移动站二者处被具体地和同时地跟踪和计算，如下面公式16所示：

$<<\hat{R}>>\left[T\right]=(1-\mathrm{\&alpha;})<<\hat{R}>>[T-1]+{\mathrm{\&alpha;w}}_j\left[T\right]w_j^H\left[T\right]\mathrm{\&gamma;}$ $+{\mathrm{\&beta;v}}_{\mathrm{random}}\left[T\right]v_{\mathrm{random}}^H\left[T\right].$ [公式16]

在γ＝1的特殊情况下，公式16中的应用于基本码本以形成变换码本的可以被简化为如下面公式17所示：

$<<\hat{R}>>\left[T\right]=(1-\mathrm{\&alpha;})<<\hat{R}>>[T-1]+{\mathrm{\&alpha;w}}_j\left[T\right]w_j^H\left[T\right]$ $+{\mathrm{\&beta;v}}_{\mathrm{random}}\left[T\right]v_{\mathrm{random}}^H\left[T\right].$ [公式17]

本公开的另一个实施例中，在应用基本码本P以产生公式7的变换码本W之前首先归一化公式14、15、16、和17中的

本公开的另一个实施例中，应用于基本码本以形成变换码本的《R》的估计由基站和移动站同时跟踪为遗忘因子、随机因子、和来自于移动站的最佳天线波束信息d_max的函数，其基于使用下面公式18的固定或基本码本P：

$<<\hat{R}>>=f(\mathrm{\&alpha;},\mathrm{\&beta;},d_{\max },p_i,\mathrm{\&gamma;},v_{\mathrm{random}}),$ [公式18]

其中最佳天线波束信息d_max可以由下面公式19获得：

$d_{\max }=\underset{k\&le;D}{\arg \max }{p}_k^{H}H,$ [公式19]

其中p_i是在基站处的最佳发送天线权重，其也是基于固定或基本码本P的从移动站报告的最佳预编码向量。

基于公式17，本公开的另一个实施例中，应用于基本码本以形成变换码本的在时间索引T处的在基站和移动站二者处被具体地和同时地跟踪和计算，如下面公式20所示：

$<<\hat{R}>>\left[T\right]=\mathrm{\&alpha;}<<\hat{R}>>[T-1]+(1-\mathrm{\&alpha;})p_i\left[T\right]p_i^H\left[T\right]\mathrm{\&gamma;}$ $+{\mathrm{\&beta;v}}_{\mathrm{random}}\left[T\right]v_{\mathrm{random}}^H\left[T\right].$ [公式20]

在γ＝1的特殊情况下，公式20中的应用于基本码本以形成变换码本的可以被简化为如下面公式21所示：

$<<\hat{R}>>\left[T\right]=\mathrm{\&alpha;}<<\hat{R}>>[T-1]+(1-\mathrm{\&alpha;})p_i\left[T\right]p_i^H\left[T\right]$ $+{\mathrm{\&beta;v}}_{\mathrm{random}}\left[T\right]v_{\mathrm{random}}^H\left[T\right].$ [公式21]

本公开的另一个实施例中，应用于基本码本以形成变换码本的在时间索引T处的在基站和移动站二者处被具体地和同时地跟踪和计算，如下面公式22所示：

$<<\hat{R}>>\left[T\right]=(1-\mathrm{\&alpha;})<<\hat{R}>>[T-1]+{\mathrm{\&alpha;p}}_i\left[T\right]p_i^H\left[T\right]\mathrm{\&gamma;}$ $+{\mathrm{\&beta;v}}_{\mathrm{random}}\left[T\right]v_{\mathrm{random}}^H\left[T\right].$ [公式22]

在γ＝1的特殊情况下，公式22中的应用于基本码本以形成变换码本的可以被简化为如下面公式23所示：

$<<\hat{R}>>\left[T\right]=(1-\mathrm{\&alpha;})<<\hat{R}>>[T-1]+{\mathrm{\&alpha;p}}_i\left[T\right]p_i^H\left[T\right]$ $+{\mathrm{\&beta;v}}_{\mathrm{random}}\left[T\right]v_{\mathrm{random}}^H\left[T\right].$ [公式23]

本公开的另一个实施例中，在应用基本码本P以产生公式7的变换码本W之前首先归一化公式20、21、22、和23中的

本公开的另一个实施例中，公式14、15、16、17、20、21、22、和/或23中的p_i、w_j和v_random的更新的时段(周期)可以相同或不同。

图13示出根据本公开的另一个实施例的在移动站处的基于跟踪的基于闭环变换的码本的发送波束形成(CL-TCTB)的方法1300。

该实施例涉及利用公式14、15、16、17、18、20、21、22、和/或23中的的基于跟踪的方法的CL-TCTB系统，其在基站和移动站二者中被同时跟踪。

如图13所示，移动站将《R》初始化为单位矩阵(块1301)，并且将定时索引T设置为零(块1303)。如果定时索引T等于零(块1305)，则移动站产生变换的码本，其中W[T＝0]＝《R》[T＝0]P(块1307)。如果定时索引T不等于零(块1305)，则移动站使用公式14到22计算更新的《R》[T]，T＝1，2，...(块1309)，并且产生更新的变换的码本，其中W[T]＝《R》[T]P，T＝1，2，...(块1311)。移动站还产生随机向量v_random(块1313)。移动站然后基于公式8和变换码本W[T]或公式18和基本码本P计算最佳PVI(块1315)。移动站还将最佳PVIj或i反馈给基站(块1317)。

图14示出根据本公开的另一个实施例的在基站处的基于跟踪的基于闭环变换的码本的发送波束形成(CL-TCTB)的方法1400。

如图14所示，基站将《R》初始化为单位矩阵(块1401)，然后将定时索引T设置为零(块1403)。如果定时索引T等于零(块1405)，则基站产生变换的码本，其中W[T＝0]＝《R》[T＝0]P(块1407)。如果定时索引T不等于零(块1405)，则基站使用公式14到22计算更新的《R》[T]，T＝1，2，...(块1409)，并且产生更新的变换的码本，其中W[T]＝《R》[T]P，T＝1，2，...(块1411)。基站还产生随机向量v_random(块1413)。基站然后基于公式8和变换码本W[T]或公式18和基本码本P计算最佳PVI(块1415)。

图15示出根据本公开的另一个实施例的提高在移动站处的基于跟踪的基于闭环变换的码本的发送波束形成(CL-TCTB)的收敛速度的方法1500。

本公开的另一个实施例中，改进公式14、15、16、17、18、20、21、22、和23中的《R》[T]的初始化过程以提高基站和移动站处的基于跟踪的CL-TCTB的收敛速度。改进的《R》[T]的初始化基于u₁或u₁...u_K的量化版本。

如图15所示，移动站基于公式6使用u₁或u₁...u_K初始化《R》[T＝0](块1501)，并且将定时索引T设置为零(块1503)。如果定时索引T等于零(块1505)，则移动站产生变换的码本，其中W[T＝0]＝《R》[T＝0]P(块1507)。如果定时索引T不等于零(块1505)，则移动站使用公式14到22计算更新的《R》[T]，T＝1，2，...(块1509)，并且产生更新的变换的码本，其中W[T]＝《R》[T]P，T＝1，2，...(块1511)。移动站还产生随机向量v_random(块1513)。移动站然后基于公式8和变换码本W[T]或公式18和基本码本P计算最佳PVI(块1515)。移动站还将最佳PVI j或i反馈给基站(块1517)。

图16示出根据本公开的另一个实施例的提高在基站处的基于跟踪的基于闭环变换的码本的发送波束形成(CL-TCTB)的收敛速度的方法1600。

如图16所示，基站使用从移动站接收到的u₁或u₁...u_K基于公式6初始化《R》[T＝0](块1601)，并且将定时索引T设置为零(块1603)。如果定时索引T等于零(块1605)，则基站产生变换的码本，其中W[T＝0]＝《R》[T＝0]P(块1607)。如果定时索引T不等于零(块1605)，则基站使用公式14到22计算更新的《R》[T]，T＝1，2，...(块1609)，并且产生更新的变换的码本，其中W[T]＝《R》[T]P，T＝1，2，...(块1611)。基站还产生随机向量v_random(块1613)。基站然后基于公式8和变换码本W[T]或公式18和基本码本P计算最佳PVI(块1615)。

为了标注简化的目的，在下面的部分中，将公式14、15、16、17、18、20、21、22、和/或23中的w_j和v_random分别替换为和u_random。即，w_j等于并且v_random等于u_random。另外，公式7中的变换码本W用代替。即，W等于其中并且是的第j个列向量。

本公开的另一个实施例中，在基站和移动站二者中同时使用来估计在时间索引T处的《R》[T](其用于导出变换码本)的跟踪公式如下面公式24所示：

$<<R>>\left[T\right]=\mathrm{\&alpha;}<<R>>[T-1]+(1-\mathrm{\&alpha;}){\tilde{v}}_j\left[T\right]{\tilde{v}}_j^H\left[T\right]\mathrm{\&gamma;}$ $+{\mathrm{\&beta;u}}_{\mathrm{random}}\left[T\right]u_{\mathrm{random}}^H\left[T\right],$ [公式24]

其中T＝1，2，3...是更新的跟踪定时索引。α是遗忘因子，其被设计为跟踪移动信道的移动性，β是随机因子，并且γ是与SINR或CQI值有关的参数。是在时间索引T处在基站处的最佳发送天线权重，其也是基于变换的码本的、从移动站报告的最佳预编码向量。在下面的部分中描述α和β的产生和信令，并且u_random[T]＝v_random[T]是在时间索引T处在诸如公式24的跟踪公式中使用的复随机向量，其在下面的部分中产生和描述。

在γ＝1的特殊情况下，公式24中的应用于基本码本以形成变换码本的《R》[T]可以被简化为如下面公式25所示：

$<<R>>\left[T\right]=\mathrm{\&alpha;}<<R>>[T-1]+(1-\mathrm{\&alpha;}){\tilde{v}}_j\left[T\right]{\tilde{v}}_j^H\left[T\right]$ $+{\mathrm{\&beta;u}}_{\mathrm{random}}\left[T\right]u_{\mathrm{random}}^H\left[T\right].$ [公式25]

本公开的另一个实施例中，在基站和移动站二者中同时使用来估计时间索引T时的《R》[T](其用于导出变换码本)的跟踪公式如下面公式26所示：

$<<R>>\left[T\right]=(1-\mathrm{\&alpha;})<<R>>[T-1]+\mathrm{\&alpha;}{\tilde{v}}_j\left[T\right]{\tilde{v}}_j^H\left[T\right]\mathrm{\&gamma;}$ $+{\mathrm{\&beta;u}}_{\mathrm{random}}\left[T\right]u_{\mathrm{random}}^H\left[T\right].$ [公式26]

在γ＝1的特殊情况下，公式26中的应用于基本码本以形成变换码本的《R》[T]可以被简化为如下面公式27所示：

$<<R>>\left[T\right]=(1-\mathrm{\&alpha;})<<R>>[T-1]+\mathrm{\&alpha;}{\tilde{v}}_j\left[T\right]{\tilde{v}}_j^H\left[T\right]$ $+{\mathrm{\&beta;u}}_{\mathrm{random}}\left[T\right]u_{\mathrm{random}}^H\left[T\right].$ [公式27]

如前一部分所述，α是遗忘因子，其被设计为跟踪移动信道的移动性，β是随机因子，其被设计为避免《R》的偏差估计。γ是与SINR或CQI值有关的参数。

本公开的另一个实施例中，公式14、15、16、17、18、20、21、22、23、24、25、26、和/或27中的α、β和γ的更新的时段(周期)可以相同或不同。注意到，α、β和γ典型地为实数。

本公开的另一个实施例中，基站向移动站通知公式14、15、16、17、18、20、21、22、23、24、25、26、和/或27中的α(遗忘因子)和β(随机因子)的参数值。特定实施例中，α(遗忘因子)和β(随机因子)的范围在0与1之间。

图17示出根据本公开的实施例由基站用于向移动站通知各种值的表。

本公开的另一个实施例中，基站向移动站通知α(遗忘因子)和β(随机因子)的参数值以便增强跟踪性能。例如，当移动站在高移动性信道条件下时，基站通知移动站使用α的较小的值。特定实施例中，3位的信令方法使得基站能够在无线下行链路通信中向移动站指示或通知α和β二者的值。作为示例，本公开的一个实施例中，基站使用3位的表1701，即<b2b1b0>，来通知遗忘因子α的值。本公开的另一个实施例中，基站使用3位的表1703，即<b2b1b0>，来通知随机因子β的值。本公开的另一个实施例中，基站使用2位的表1705，即<b1b0>，来通知随机因子γ的值。

α、β和γ的配置可以从基站通知给移动站。由于算法的配置不需要太经常变化，因此开销可以相当小。

该部分描述在公式14、15、16、17、18、20、21、22、23、24、25、26、和/或27中使用的p_i[T]、w_j[T]、u_random[T]和/或v_random[T]的控制信令方法。为了标注简化的目的，该部分中讨论的p_i、w_j、v_random、和/或u_random的控制信令方法典型地在时间索引T处被参考。例如，w_j被称为w_j[T]，被称为u_random被称为u_random[T]，等等。

本公开的另一个实施例中，如图15所示，移动站向基站报告优选的发送天线权重向量p_i的索引i和/或优选的发送天线权重向量w_j的索引j。最佳的报告的索引i和j在移动站处分别基于公式18和公式8导出。报告索引i和j所需的位数是B，其中D＝2B，并且D是基本和/或固定码本P或变换和/或自适应码本W的列向量的总数。例如，如果D＝16(列向量)用于基本码本或变换码本，则需要B＝4(位)。

本公开的另一个实施例中，从码本中选择用于更新公式14、15、16、17、18、20、21、22、和/或23中的发送协方差矩阵估计《R》[T]的向量(w_j和/或v_random)。该码本可以被指定并且存储在基站和移动站的存储器中，以使得不需要实时产生这些向量。本公开的另一个实施例中，例如，移动站向基站报告优选的发送天线权重向量w_j的索引j，其中w_j是自适应码本、变换码本、和/或固定码本(即，W)的第j个列向量。应当注意，v_random是在时间索引T处的复随机向量，并且可以从随机向量的固定码本中选择，其中随机向量的码本是基站和移动站二者已知的。

本公开的另一个实施例中，从码本中选择用于更新公式24、25、26、和/或27中的发送协方差矩阵估计《R》[T]的向量(和/或u_random)。该码本可以被指定并且存储在基站和移动站的存储器中，以使得不需要实时产生这些向量。本公开的另一个实施例中，例如，移动站向基站报告优选的发送天线权重向量的索引j，其中是自适应码本、变换码本、和/或固定码本(即，)的第j个列向量。应当注意，u_random是在时间索引T处的复随机向量，并且可以从随机向量的固定码本中选择，其中随机向量的码本是基站和移动站二者已知的。

本公开的另一个实施例中，从码本中选择用于更新公式14、15、16、17、18、20、21、22、和/或23中的发送协方差矩阵估计《R》[T]的向量(p_i和/或v_random)。该码本可以被指定并且存储在基站和移动站的存储器中，以使得不需要实时产生这些向量。本公开的另一个实施例中，例如，移动站向基站报告优选的发送天线权重向量p_i的索引i，其中p_i是基本码本和/或固定码本(即，P)的第i个向量。应当注意，v_random是在时间索引T处的复随机向量，并且可以从随机向量的固定码本中选择，其中随机向量的码本是基站和移动站二者已知的。

注意到，对于闭环MIMO操作无论如何都需要这些报告。在这个意义上，不用任何额外开销就实现了闭环变换码本跟踪。

本公开的另一个实施例中，为了提高收敛速度，可以额外报告向量或矩阵的优选的索引。向量可以从向量的码本中选择。该码本的向量可以被随机产生。例如，在至少一个反馈报告中，移动站(MS)可以产生具有多个随机向量/矩阵的码本，并且通知基站(BS)MS更优选码本中的哪一个或哪些向量/矩阵。BS也将以同步方式产生相同的码本。BS然后可以使用反馈信息来挑选出MS优选的优选向量/矩阵以更新发送协方差矩阵的估计。例如，在反馈时段T中，MS和BS二者都产生两个随机向量。MS反馈实现R的快速收敛的、作为v_random[T]的优选的随机向量的索引。MS和BS二者可以更新发送协方差矩阵估计《R》[T]，其应用于基本码本以形成变换码本，如下面公式28所示(其与公式17相同)：

$<<R>>\left[T\right]=(1-\mathrm{\&alpha;})<<R>>[T-1]+{\mathrm{\&alpha;w}}_j\left[T\right]w_j^H\left[T\right]$ $+{\mathrm{\&beta;v}}_{\mathrm{random}}\left[T\right]v_{\mathrm{random}}^H\left[T\right].$ [公式28]

本公开的另一个实施例中，从码本中选择用于更新发送协方差矩阵估计《R》[T]的随机向量(v_random[T])。该码本可以被指定并且存储在基站和移动站的存储器中，以使得不需要实时产生这些随机向量。在时间时段T，MS和BS二者都根据下面公式29选择相同的向量，用v_perturb[T]表示，以更新发送协方差矩阵估计《R》[T]，其应用于基本码本以形成变换码本：

$<<\hat{R}>>\left[T\right]=(1-\mathrm{\&alpha;})<<\hat{R}>>[T-1]+{\mathrm{\&alpha;w}}_j\left[T\right]w_j^H\left[T\right]$ $+{\mathrm{\&beta;v}}_{\mathrm{perturb}}\left[T\right]v_{\mathrm{perturb}}^H\left[T\right].$ [公式29]

替换地，在时间时段T，MS和BS二者都根据下面公式30选择相同的向量，用v_perturb[T]表示，以更新发送协方差矩阵估计《R》[T]，其应用于基本码本以形成变换码本：

$<<\hat{R}>>\left[T\right]=\mathrm{\&alpha;}<<\hat{R}>>[T-1]+(1-\mathrm{\&alpha;})w_j\left[T\right]w_j^H\left[T\right]$ $+{\mathrm{\&beta;v}}_{\mathrm{perturb}}\left[T\right]v_{\mathrm{perturb}}^H\left[T\right].$ [公式30]

为了低开销的实施方式，BS和MS可以使用相同的算法来从相同的码本中选择向量的索引。本领域普通技术人员将认识到，存在许多方式来实现此目的。例如，索引可以被推导为帧编号、BS标识、MS标识、和伪随机数产生器的函数。替换地，为了提高收敛的速度，MS可以向BS报告实现发送协方差矩阵估计的快速收敛的选择的向量的索引。注意到，v_perturb[T]是复随机向量。

当然，本领域普通技术人员将认识到，码本可以随时间或对于不同的基站或移动站而变化。

尽管参考公式28、29和/或30作为示例描述了本公开的实施例，然而本领域普通技术人员将认识到，这些实施例可以应用于更新发送协方差矩阵估计的其他方法。

本公开的另一个实施例中，公式14、15、16、17、18、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、和/或30中的p_i[T]、w_j[T]、u_random[T]、v_perturb[T]、和v_random[T]的更新的时段(周期)可以相同或不同。

该部分描述在跟踪公式14、15、16、17、18、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、和/或30中使用的复随机向量(v_random[T]和u_random[T])的产生过程。为了标注简化的目的，该部分中讨论的v_random和/或u_random通常在时间索引T处被参考。即，v_random[T]被称为v_random，并且u_random[T]被称为u_random。

本公开的另一个实施例中，为了提高《R》的收敛速度，可以额外报告v_random或u_random的复随机向量。该向量可以从随机向量的码本中选择。随机向量的码本可以是固定的并且为基站和移动站二者已知。特定实施例中，移动站向基站报告码本内的随机向量的最佳的选择的索引以优化收敛速度。

本公开的另一个实施例中v_random或u_random是复随机向量，其以同步方式在基站和移动站二者处同时产生。注意到，v_random或u_random被设计为避免《R》的偏差估计。例如，v_random或u_random基于由线性反馈移位寄存器(LFSR)产生的二进制伪随机序列(BPRS)而产生。

本公开的另一个实施例中，v_random或u_random利用多项式产生器基于例如由线性反馈移位寄存器(LFSR)产生的二进制伪随机序列(BPRS)产生，如下面公式31所示：

g(x)＝g₀x^L+g₁x^L-1+…+g_L-1x+g_L，[公式31]

其中L是LFSR的长度。这样的多项式产生器的一个示例是g(x)＝x16+x15+x2+1。特定实施例中，BPRS产生器由可以基于移动站ID或STID导出的种子b15b14b13b12b11...b2b1b0初始化。

图18示出根据本公开的实施例的二进制伪随机序列产生器。

特定实施例中，二进制伪随机序列产生器1800在每个反馈时段中由种子b15b14b13b12b11...b2b1b0初始化。种子的12个最低有效位(LSB)是MS的STID。种子的4个最高有效位(MSB)是如图18所示的反馈时段索引T的4个LSB。

特定实施例中，随机向量v_random或u_random在反馈时段T的开始处产生，此时BS和MS二者利用相同的种子b15b14b13b12b11...b2b1b0初始化LFSR。种子的12个MSB是MS的STID。种子的4个LSB是反馈时段索引T的4个LSB。

随机向量v_random或u_random的每个条目被量化为M＝8位，并且在随机向量v_random或u_random中存在N＝8个条目。BS和MS二者为LFSR计时M×N＝8×8＝64次，其中LFSR的第一批8个二进制输出形成向量的第一条目，LFSR的第二批8个二进制输出形成向量的第二条目，等等。产生的向量由v_{random， unnormalized}或u_{random，unnormalized}表示。为了形成随机向量中的条目，开头4位形成条目的实部，最后4位形成条目的虚部。实部或虚部的标志(signage)由4位的每组的第一个位指示。

如果||v_{random，unnormalized}||2＝0或||u_{random，unnormalized}||2＝0，则随机向量v_random或u_random的每个条目被再一次量化为M＝8位。否则，通过将产生的随机向量除以它的范数(norm)来归一化随机向量，如下：

v_random＝v_{random，unnormalized}/||v_{random，unnormalized}||或

u_random＝u_{random，unnormalized}/||u_{random，unnormalized}||

由于BS和MS二者都遵循相同的程序，因此不需要通知随机向量v_random或u_random。

本领域普通技术人员将认识到，本公开的实施例可以用于同步在BS和MS处多个随机向量的产生。该实施例还可以通过不同的M和N的配置而容易地扩展到其他精度和其他数目的天线。本领域普通技术人员还将认识到，不难扩展该实施例以同步在BS和MS处一个或多个随机矩阵的产生。

还注意到，为了跟踪的每个步骤中的一致的性能，将随机向量归一化以使得每个适配步骤的尺寸是相同的。然而，归一化典型地需要除法运算，其由于它的复杂度而常常不是优选的。一种替换方式是省略归一化步骤。例如，实现随机向量的同步产生的一个实施例包括BS和MS二者在相同的时间(例如，每个超帧(例如，20ms)的开始或每个多超帧时段(时段的长度可以是可配置的)的开始)利用相同的种子初始化LFSR。种子可以从帧编号、基站ID、移动站ID、或一些其他信息导出。

假定随机向量v_random或u_random的每个条目被量化为M位，而且在随机向量v_random或u_random中存在N个条目。BS和MS二者为LFSR计时M×N次，其中LFSR的第一批M个二进制输出形成向量的第一条目，LFSR的第二批M个二进制输出形成向量的第二条目，等等。产生的向量由v_{random，unnormalized}或u_{random，unnormalized}表示。为了形成随机向量中的条目，采取二进制输出的8位(M＝8)。假定条目是复数，则开头4位形成条目的实部，最后4位形成条目的虚部。实部或虚部的标志由4位的每组的第一个位指示。

如果已经达到所需的产生的随机向量的数目，则该操作停止。否则，BS和MS二者再一次为LFSR计时M×N次，其中LFSR的第一批M个二进制输出形成向量的第一条目，LFSR的第二批M个二进制输出形成向量的第二条目，等等。

虽然已经参考示范性实施例描述了本公开，然而本领域技术人员预想各种变更和修改。本公开意图涵盖落入所附权利要求书的范围的这样的变更和修改。

Claims (7)

1.一种包括多个基站的无线通信网络，所述多个基站中的每一个能够与多个用户站无线通信，所述多个基站中的至少一个包括：

接收器，被配置为从用户站接收预编码向量索引PVI；

控制器，被配置为：

使用预编码向量索引更新发送协方差矩阵，以及

使用更新的发送协方差矩阵变换码本；以及

发送器，被配置为使用变换的码本执行到用户站的发送波束形成，

其中使用以下公式更新发送协方差矩阵：

$<<\hat{R}>>\left[T\right]=\mathrm{\&alpha;}<<\hat{R}>>[T-1]+(1-\mathrm{\&alpha;})p_{d_{\max }}\left[T\right]p_{d_{\max }}^H\left[T\right]+$ ${\mathrm{\&beta;v}}_{\mathrm{random}}\left[T\right]v_{\mathrm{random}}^H\left[T\right],$ T＝1,2,3...是更新的跟踪定时索引，

其中是更新的发送协方差矩阵，

其中α是被设计为跟踪信道的移动性的遗忘因子，β是被设计为避免对更新的发送协方差矩阵的估计的偏差效应的随机因子，d_max是最佳天线波束信息，是从用户站接收的PVI，并且v_random是以同步方式在基站和用户站二者处同时产生的随机向量，其中(*)^H是厄密共轭操作。

2.根据权利要求1所述的网络，其中发送协方差矩阵是长期平均、归一化的发送协方差矩阵。

3.根据权利要求1所述的网络，其中在基站和用户站二者处使用相同的随机种子产生v_random。

4.根据权利要求1所述的网络，其中的更新时段或周期与v_random的更新时段或周期相同或不同。

5.根据权利要求1所述的网络，其中控制器进一步被配置为在使用发送协方差矩阵变换码本之前将发送协方差矩阵归一化。

6.一种基站，包括：

接收器，被配置为从用户站接收预编码向量索引PVI；

控制器，被配置为：

使用预编码向量索引更新发送协方差矩阵，以及

使用更新的发送协方差矩阵变换码本；以及

发送器，被配置为使用变换的码本执行到用户站的发送波束形成，

其中控制器使用以下公式更新发送协方差矩阵：

$<<\hat{R}>>\left[T\right]=\mathrm{\&alpha;}<<\hat{R}>>[T-1]+(1-\mathrm{\&alpha;})p_{d_{\max }}\left[T\right]p_{d_{\max }}^H\left[T\right]+$ ${\mathrm{\&beta;v}}_{\mathrm{random}}\left[T\right]v_{\mathrm{random}}^H\left[T\right],$ T＝1,2,3...是更新的跟踪定时索引，

其中是更新的发送协方差矩阵，

其中α是被设计为跟踪信道的移动性的遗忘因子，β是被设计为避免对更新的发送协方差矩阵的估计的偏差效应的随机因子，d_max是最佳天线波束信息，是从用户站接收的PVI，并且v_random是以同步方式在基站和用户站二者处同时产生的随机向量，其中(*)^H是厄密共轭操作。

7.一种操作基站的方法，该方法包括：

从用户站接收预编码向量索引PVI；

使用预编码向量索引更新发送协方差矩阵；

使用更新的发送协方差矩阵变换码本；以及

使用变换的码本执行到用户站的发送波束形成，

其中使用以下公式更新发送协方差矩阵：

$<<\hat{R}>>\left[T\right]=\mathrm{\&alpha;}<<\hat{R}>>[T-1]+(1-\mathrm{\&alpha;})p_{d_{\max }}\left[T\right]p_{d_{\max }}^H\left[T\right]+$ ${\mathrm{\&beta;v}}_{\mathrm{random}}\left[T\right]v_{\mathrm{random}}^H\left[T\right],$ T＝1,2,3...是更新的跟踪定时索引，

其中是更新的发送协方差矩阵，

其中α是被设计为跟踪信道的移动性的遗忘因子，β是被设计为避免对更新的发送协方差矩阵的估计的偏差效应的随机因子，d_max是最佳天线波束信息，是从用户站接收的PVI，并且v_random是以同步方式在基站和用户站二者处同时产生的随机向量，其中(*)^H是厄密共轭操作。