CN102696206A - 在无线通信系统中的闭环传输反馈 - Google Patents

Abstract

在此处提供了用于提供信道反馈的方法和装置。在操作期间，在时间t处的协方差矩阵由移动站根据接收到的下行链路信号来计算。为了降低开销，由移动站使用多个码本项加用于量化的至少一个恒量来归一化和量化R。然后该移动站将已归一化和量化的协方差矩阵发射回基站，作为指示来自码本加与至少一个恒量相对应的比特值的选择项的比特值。该基站单元然后使用协方差矩阵估计来确定适宜的信道波束形成权重，并且指令发射波束形成电路来使用适宜的权重。

Description

在无线通信系统中的闭环传输反馈

技术领域

本公开通常涉及无线通信，并且更特别地涉及在无线通信系统和方法中的闭环传输反馈。

背景技术

在无线通信系统中，涉及多个天线的传输技术通常取决于由传输算法使用的信道响应信息的等级或者程度而被分类为开环或者闭环。开环技术不依赖于发射设备和接收设备之间的空间信道响应的信息。它们典型地涉及无反馈或者反馈长期统计信息，基站单元可以使用长期统计信息来在不同的开环技术之间选择。开环技术包括发射分集、延迟分集、和空时代码化技术，诸如Alamouti空时块码。

闭环传输技术利用信道响应的知识来对从多个天线发射的信息进行加权。为了使得闭环发射阵列能够自适应地操作，该阵列必须应用从信道响应导出的发射权重、其统计数值或者特性、或者其组合。存在用于使得能够进行闭环传输的若干方法。这些在蜂窝通信系统的下行链路的背景下进行论述，在下行链路中具有多个天线的基站(BS)(有时称为基站单元或者接入点或者节点B或者eNode-B)发射给具有一个或多个接收天线和一个或多个发射天线的移动站(MS)(有时称为移动装置或者远程单元或者用户设备或者UE)。MS可能不一定具有与接收天线相同数目的发射天线。示例性闭环方法包括自适应发射波束形成、闭环单用户MIMO、闭环多用户MIMO、和协同的多点传输(或者CoMP)。在这些例子中，该发射机应用根据优化算法推导出的加权系数来控制所发射的信号能量的特性。

用于使得能够进行闭环传输的一个方法是码本索引反馈，其中取决于形成同时发射波束的数目，BS和MS两者维持一个或多个可能的发射权重向量或者矩阵的有限码本。MS测量下行链路多个天线信道响应，并且计算最适合向本身发射信息的发射权重向量或者矩阵。具体地，当相同的发射权重向量或者矩阵由BS使用以将数据发射给MS的时候，MS选择最好的发射权重向量或者矩阵以优化数据接收性能。MS还可以从一个或多个码本中选择多个元素(向量或者矩阵)，并且将它们组合以构造单个发射权重向量或者矩阵。当选择多个元素时，目的是当如从组合构造的发射权重向量或者矩阵由BS使用以将数据发射给MS的时候，优化数据接收性能。MS然后将该索引发射到返回给BS的码本中，这里到该码本中的索引通常称作预编码矩阵索引(PMI)。BS使用与由MS反馈的索引相对应的发射权重向量或者矩阵。MS和BS使用的特定码本可以不时地改变。BS具有改变由MS推荐的用于传输的发射权重向量或者矩阵的灵活性。码本索引反馈可以应用于频分双工(FDD)和时分双工(TDD)系统两者。

用于使得能够进行闭环传输的另一个方法是直接信道反馈(DCFB)，其中MS测量下行链路信道响应，并且将信道响应编码为要在上行链路上传送的模拟信号。该下行链路信道响应估计连同已知导频信号一起编码，已知导频信号使得BS能够估计下行链路信道估计的模拟值。DCFB可以应用于FDD和TDD系统两者。

用于使得能够进行闭环传输的另一个方法是模拟协方差矩阵或者模拟本征向量反馈。在协方差反馈中，MS测量下行链路信道响应，计算用于感兴趣的频带的协方差矩阵，并且然后将协方差矩阵的值以模拟方式反馈给BS。对于本征向量反馈，MS获得与协方差反馈的协方差矩阵类似的协方差矩阵，但是然后计算该协方差矩阵的主导本征向量，并且将本征向量以模拟方式反馈给BS。

用于使得能够进行闭环传输的另一个方法是量化的本征向量反馈。在这个方法中，该信道协方差矩阵的本征向量(使用向量量化)被量化成一个或多个向量或者矩阵，并且发送回到BS。该量化方法的目的是精确地表示该协方差矩阵的主导本征向量。

用于使得能够进行闭环传输的又一个方法是通过具有固定和预定义的幅度和相位范围的固定数目的比特来量化协方差矩阵的元素。具体地，将非量化的值或者值的集合映射为量化值或者值的集合的量化函数对于给定大小的协方差矩阵是预定义和固定的。此外，该协方差矩阵的一个元素或者该协方差矩阵的元素的集合的量化不取决于在该组外面的元素的量化。然后，MS反馈固定数目的比特，并且BS能够得到该协方差矩阵的一次估计，其趋向于具有相当高的量化误差。

虽然以上的技术提供用于信道反馈的方法，但是基于码本的技术不提供由协方差反馈提供的丰富的信道信息，并且该协方差反馈不使用基于码本的方法的简单和简要确切的反馈。因此，需要一种方法来获得基于具有基于码本的方法的简单和简要确切的反馈的基于协方差反馈的信道质量。

附图说明

图1是无线通信系统。

图2是闭环发射天线阵列将单个数据流传送到接收设备的框图。

图3是闭环发射天线阵列将多个数据流传送到接收设备的框图。

图4是采用闭环发射天线阵列的面向频域的宽带传输系统的框图。

图5是使用该方法的远程单元的框图。

图6是用于从远程单元请求CBCM反馈子信道和接收CBCM反馈的基站单元的框图。

图7是示出在远程单元处CBCM反馈过程的操作的流程图。

图8是示出在基站单元处请求和接收CBCM反馈的操作的流程图。

本领域技术人员将理解，附图中的元件为简单和清楚而图示，并且不一定按比例绘制。例如，在附图中一些单元的尺寸和/或相对位置可以相对于其他的单元被放大，以帮助提高对本发明的不同的实施例的理解。而且，那些在商业上可行的实施例中有用的或者必需的常见但更好地理解的元素通常不描述，以便易于不妨碍观察本发明的这些不同的实施例。将进一步理解，某些动作和/或步骤可以以特定的发生顺序描述或者描绘，同时本领域技术人员将明白，这样的相对于序列的特殊性实际上是不需要的。本领域技术人员将进一步认识到，诸如“电路”的对于特定的实现实施例的引用可以同样地经由以软件指令执行替换，或者在通用计算装置(例如，CPU)或者专用的处理装置(例如，DSP)上实现。还将明白，除了已经在此处阐述的不同的特定的含义之外，在此处使用的术语和表达具有正如由本领域技术人员在上面阐述给予这样的术语和表达的普通的技术含义。

具体实施方式

为了解决以上提及的问题，在此处提供用于提供信道反馈的方法和装置。在操作期间，在时间t(R)处的协方差矩阵通过移动装置被计算为所接收到的下行链路信号的函数。为了降低开销，R由移动装置使用多个码本项加用于量化的至少一个恒量来归一化和量化。移动装置然后将归一化和量化的协方差矩阵发射回基站，作为指示来自码本加与至少一个恒量相对应的比特值的选择项的比特值。该基站单元然后使用归一化和量化的协方差矩阵估计来确定适宜的信道波束形成权重，并且指令发射波束形成电路以使用适宜的权重。

在图1中，无线通信系统100包括形成在地理区域上分布的网络的一个或多个固定的基础结构单元。该基站单元也可以称为接入点、接入终端、BS、节点B、eNode-B、或者本领域中使用的其他的术语。在图1中，一个或多个基站单元101和102服务于例如小区的服务区内、或者小区扇区内的许多的远程单元103和110。在一些系统中，一个或多个基站单元可通信地耦合到形成接入网络的控制器，接入网络可通信地耦合到一个或多个核心网络。然而，本公开不意欲局限于任何特定的无线通信系统。

通常，服务基站单元101和102在时域和/或频域中将下行链路通信信号104和105发射给远程单元。远程单元103和110经由上行链路通信信号106和113与一个或多个基站单元101和102通信。一个或多个基站单元可以包括服务于远程单元的一个或多个发射机和一个或多个接收机。远程单元可以是固定或者移动的用户终端。远程单元也可以称为订户单元、移动站(MS)、用户、终端、订户站、用户设备(UE)、用户终端、或者本领域中使用的其他的术语。远程单元也可以包括一个或多个发射机和一个或多个接收机。远程单元可以具有半双工(HD)或者全双工(FD)收发信机。半双工收发信机不同时发射和接收，而全双工终端同时发射和接收。

在优选实施例中，该通信系统在用于传输的下行链路和上行链路上利用正交频分多址(OFDMA)或者基于多载波的架构。示例性的基于OFDMA的协议包括3GPP UMTS标准和IEEE 802.16标准的长期演进(LTE)。虽然优选实施例利用OFDMA，但是也可以采用其他的调制方法，诸如交织的频分多址(IFDMA)、DFT扩展OFDM、多载波码分多址(MC-CDMA)、多载波直接序列CDMA(MC-DS-CDMA)、正交频分复用和码分复用(OFCDM)或者循环前缀单载波。

图2是作为基站单元一部分的闭环发射天线阵列将单个数据流传送到作为具有一个或多个接收天线的远程单元的一部分的接收设备的框图。在馈送给多个发射天线201之前，使用乘法器203将输入流204乘以发射权重205。将输入流204乘以发射权重205(这里该发射权重基于至少一部分信道响应)是定制该传输空间特性的例子。可以使用本领域已知的方法根据诸如协方差矩阵或者本征向量的反馈信息来计算发射权重。从多个发射天线201发射的信号通过矩阵信道208传播，并且由多个接收天线202接收。使用乘法器203将在多个接收天线202上接收到的信号乘以接收权重206，并且通过求和设备209求和以产生输出码元流207。在发射机仅仅具有单个天线的实施例中，不能定制该发射信号的空间特性。然而，可以基于至少一部分信道响应来定制该发射信号的其他特性，诸如每个子载波的复杂的增益(例如，在预均衡应用中)，或者在发射信号的子载波上使用的调制和编码。

图3是作为基站单元一部分的闭环发射天线阵列将多个数据流传送到例如MIMO系统的具有一个或多个接收天线的远程单元的框图。在馈送给多个发射天线301之前，使用乘法器303将多个输入流304乘以发射权重305。从多个发射天线301发射的信号通过矩阵信道308传播，并且由多个接收天线302接收。使用乘法器303将在多个接收天线302上接收到的信号乘以接收权重306，并且通过求和设备309求和以产生多个输出码元流307。将输入流304乘以发射权重305(这里该发射权重基于至少一部分信道响应)是定制该传输的空间特性的另一个例子。用于产生输出码元流307的其他的方案是可能的，诸如可以使用或者不使用接收权重306和乘法器303的最大似然检测或者连续对消。

图4是面向频域的传输系统，诸如OFDM或者循环前缀单载波(CP-单载波)的框图，其中在传输之前在频域中执行图2和图3的传输技术。在CP单载波系统中，一个或多个数据流401首先用一个或多个快速傅里叶变换(FFT)402被引进频域，并且频域数据流用频域加权装置403被加权。在OFDM中，一个或多个数据流401在没有使用FFT 402的情况下被直接发送给频域加权装置403。频域加权装置403对于在频域中的每个子载波或者频率门(bin)实现在图2和图3的发射部分中示出的加权函数。因此，可以用这种类型的系统空间地或者在频率中，或者两者地定制该发射信号。然后用IFFT 404将频域加权装置403的输出恢复到时域中。循环前缀如在本领域已知的那样被添加405。然后，在将所发射的信号发送给发射天线407之前，执行发射滤波406。

现在提供基于码本的协方差矩阵(CBCM)反馈方法的更加详细的解释。空间协方差矩阵或者更一般地“空间发射协方差矩阵”捕捉在如在某个传播环境下经历的各种发射天线之间的相关性。其也在与每个发射天线相对应的终端处捕捉所接收到的功率。可以基于在时间点可用的下行链路信道估计(因此，还可以称为短期协方差矩阵)来定义用于每个数据子载波i的瞬时协方差矩阵，

$R_i=H_i^H{H}_i$

这里H_i是由终端在下行链路上估计的+N_R×N_T信道矩阵，这里N_R是在远程单元处接收天线的数目，并且N_T是在BS处发射天线的数目。远程单元可以经多个子载波累积或者平均每个子载波瞬时或者短期协方差矩阵。窄带协方差矩阵在子载波上被积累，子载波拥有操作带宽的一小部分(有时称为“子频带”)。宽带或者宽频带协方差矩阵在整个频带或者频带的一大部分上累积。远程单元还可以随着时间的过去而累积瞬时协方差矩阵以获得长期统计空间协方差矩阵。在另一个形式中，远程单元可以通过在与接收天线(测量在其上是可用的)子集相对应的信道矩阵中仅仅包括行来计算以上的估计。还注意到，无需明确地估计信道，例如，通过将从每个发射天线发送的接收到的导频相关，远程单元可以获得协方差矩阵。在替代实施例中，该空间协方差矩阵可以通过(任何)埃尔米特矩阵替换。该埃尔米特矩阵的系数可以是模拟(意味着未用数字调制技术量化和编码或者调制，例如，QPSK、QAM)，并且可以是或者可以不是空间协方差矩阵的直接函数。这样的矩阵的例子包括σ²I，R+σ²I，这里I是N_T×N_T单位矩阵，σ²是实际的标量，并且R是N_T×N_T空间协方差矩阵。

如以上建议的，基站单元使用一个或多个反馈空间协方差矩阵来计算发射权重，并且对于其他的目的，从在此处论述中将变得更加完全地显而易见。在一个实施例中，远程单元基于测量的下行链路矩阵信道响应来计算空间协方差矩阵。空间协方差矩阵的计算通常是本领域普通技术人员已知的。本公开不意欲局限于计算空间协方差矩阵的任何特定的方法或者技术。在一些实现中，基站单元指示一个或多个空间协方差矩阵用于其的操作带宽的哪个部分应当由远程单元计算。这个指示可以是明确的或者隐含的。

在一个实现中，远程单元计算一个或多个空间协方差矩阵，并且使用多个时间间隔将其表示发射给基站单元。在一个实施例中，该基站单元使用从远程单元接收到的空间协方差矩阵来计算波束形成权重(即，用于每个发射天线的复数值的加权因子)。在一个实施例中，基站单元可以使用在整个频带(或者从在整个频带上累积的协方差矩阵计算的主导本征向量)上累积的协方差矩阵，用于计算波束形成权重，其然后在所有子载波上将是相同的。在另一个实施例中，基站单元可以使用特定于频带的一部分(或者，从特定于该频带一部分的协方差矩阵计算的主导本征向量)的协方差矩阵，用于仅仅在该频带的对应部分中波束形成。在一个实施例中，基站单元可以请求定期反馈与该频带的一部分或者其整体或者两者相对应的协方差矩阵。在另一个实施例中，基站单元命令远程单元根据需要或者在定期基础上计算和反馈协方差矩阵。与反馈的协方差矩阵相对应的频带的身份可以由eNodeB指示，由MS确定或者由高层信令配置。

在另一个实施例中，基站单元使用从远程单元反馈的协方差矩阵来计算多个发射权重向量，供多个流波束形成或者闭环MIMO应用使用，这里多个空间信道被同时地形成(一个由每个发射权量向量形成)，以便实现有关时间-频率资源的空间复用增益以用于传输给移动单元。接收传输的远程单元可以或者可以不由基站单元服务。用于特定的远程单元的服务基站单元被定义为将主要控制信息发射给远程单元的基站单元。当远程单元没有由基站单元服务的时候，该传输可以称为协同多点(CoMP)传输。

在另一个实施例中，为了实现同时地在相同的时间-频率资源上多用户MIMO传输(也称作发射空分多址(SDMA))到多个远程单元的目的，基站单元使用从多个远程单元反馈的协方差矩阵来计算多个发射权重向量。接收传输的一个或多个远程单元可以不由基站单元服务。当远程单元没有由基站单元服务的时候，该传输可以称为协同多点(CoMP)传输。

在另一个实现中，远程单元计算用于多重协方差矩阵集合的多个空间协方差矩阵，其对应于操作频带的不同部分，并且每次通过基站单元分配将该矩阵发射给基站单元。在一个实施例中，基站单元使用从远程单元接收到的空间协方差矩阵来计算用于频率选择性调度(FSS)应用的发射权重。用于推导出空间协方差矩阵的子载波组(频率带)可以由远程单元或者由基站单元选择。从这个信息的一个反馈到下一个反馈的时间间隙可以由远程单元或者由基站单元基于诸如远程单元移动速度、SNR等等因子来决定。

在另一个实现中，BS可以通过带内的或者带外的回程链路从另一个BS发送或者接收协方差矩阵(由MS反馈)。BS可以使用以这种方式从其他BS接收到的多个协方差矩阵来确定用于一个或多个被服务的MS的发射权重。

协方差矩阵反馈是通过求和以上在整个频带的所有子载波上定义为Ri的每个子载波协方差矩阵，或者与子频带(或者分配)相关联的子载波的子集获得的，其索引可以在以下的数学表达式中表示为j。空间协方差矩阵对于整个或者子频带的这样的关联可以由基站单元明确地或者隐含地用信号通知。

在属于第j个子频带的子载波上累积的空间协方差矩阵可以写为：

$R=\underset{i\∈B_j}{\mathrm{\Σ}}{H}_i^H{H}_i$

这里B_j是与频带或者分配索引相关联的子载波的集合。该矩阵R是N_T×N_T矩阵，其可以表示如下：

具有N_T ²项，这里N_T表示发射天线的数目。

该协方差矩阵可以在反馈之前被归一化和量化为：

R_q＝Q(R/trace(R))

这里trace(A)指的是矩阵A的对角元素的求和，并且Q()是量化函数，以及一些示例量化方法描述如下。该归一化不需要用正在反馈的相同的协方差矩阵来完成。例如，在CoMP操作中，其可优选地在两个或更多个不同的协方差矩阵之间具有相对功率加权以帮助设计发射权重。对于这种情形，归一化可以经由以下完成：

R_q＝Q(R/trace(R_d))

这里R_d是用于归一化所有协方差矩阵(即，R_d是期望或者服务小区/BS的协方差矩阵)的协方差矩阵。

在优选实施例中，基于码本向量的该协方差矩阵的秩2近似被用于量化协方差矩阵R。在这种方法中，矩阵R通过以下来近似：

$R_q=e_1{v}_1{v}_1^H+e_2{v}_2{v}_2^H$

这里e₁和e₂是恒量，假设e₁>e₂，e₁和e₂或者e₂/e₁的比将被量化为b个比特，并且v₁和v₂是从大小M_T×B的向量V的码本中选择出来的向量。恒量e1和e2也可以称为标量、CBCM恒量、CBCM标量、加权值或者CBCM加权值。用于这个方法的步骤是：

1.在BS处根据从所有发射天线发送的下行链路导频数据来计算协方差矩阵R。

2.通过R的跟踪来归一化R，即，设置R=R/trace(R)。

3.找到R的主导本征向量(u₁)，及其本征值q₁。

4.将e₁确定为q₁到b个比特的量化(用于量化e₁的一个选项是将其量化为在0.5和1.0之间的2^b个值)。

5.从最靠近u₁的V中将v₁选择为向量。

6.计算 $\tilde{R}=R-e_1{v}_1{v}_1^H.$

7.找到

的主导本征向量(u₂)，及其本征值q₂。

8.将e₂确定为q₂到b个比特的量化(用于量化e₂的一个选项是将其量化为在0和0.5之间的2^b个值)。

9.从最靠近u₂的V中将v₂选择为向量。

10.随同e₁和e₂一起反馈该v₁和v₂的码本索引。

在用于确定从V到u最靠近的向量v的步骤3和7中，可以使用以下的度量：

v＝arg max(|v^Hu|)。

注意到，在以上的方法中，恒量e₁和e₂都被反馈。在替代实施例中，仅仅两个恒量的比被反馈以降低反馈开销，并且假设e₁+e₂=1。在另一个实施例中，量化被如下完成：

$R_q=e_1{v}_1{v}_1^H+(1-e_1)v_2{v}_2^H$

1.在BS处根据从所有发射天线发送的下行链路导频数据来计算协方差矩阵R。

2.通过R的跟踪来归一化R，即，设置R=R/trace(R)。(替代地，R可以通过两个主导本征值来归一化，q₁+q₂)。

3.找到R的主导本征向量(u₁)，及其本征值q₁。

4.将e₁确定为q₁到b个比特的量化(用于量化e₁的一个选项是将其量化为在0.5和1.0之间的2^b个值)。

5.从最靠近u₁的V中将v₁选择为向量。

6.计算 $\tilde{R}=R-e_1{v}_1{v}_1^H.$

7.找到

的主导本征向量(u₂)。

8.从最靠近u₂的V中将v₂选择为向量。

9.随同e₁一起反馈v₁和v₂的码本索引。

注意到，以上所述的算法仅仅反馈e₁，替代形式是使用以下的量化仅仅反馈e₂：

$R_q=(1-e_2)v_1{v}_1^H+e_2{v}_2{v}_2^H$

本发明的另一个实施例是以下：

量化具有基于码本的PMI的R的算法被描述如下。该成本函数由以下给出：

$e_1^{*},e_2^{*},v_1^{*},v_2^{*}=\underset{e_1,e_1,v_1,v_2}{\arg \min }{\left|\right|R-(e_1{v}_1{v}_1^H+e_2{v}_2{v}_2^H)\left|\right|}_F^2--\left(1\right)$

该算法被迭代和如下给出：

用以下初始化该算法：

步骤0：R(^k)=R

(对于第k迭代)：

步骤1：v₁ ^(k)＝arg max v₁ ^HR^(k)v₁，e₁ ^(k)＝Q(v₁ ^(k)HR^(k)v₁ ^(k))，这里在这种情况下，Q(x)指的是量化x为b个比特。

步骤2：R^(k)＝R-e₁ ^(k)v₁ ^(k)v₁ ^(k)H

步骤3：v₂ ^(k)＝arg max v₂ ^HR^(k)v₂，e₂ ^(k)＝Q(v₂ ^(k)HR^(k)v₂ ^(k))，这里在这种情况下，Q(x)指的是量化x为b个比特。

步骤4：R^(k+1)＝R-α₂ ^(k)v₂ ^(k)v₂ ^(k)H

在初始化步骤之后，步骤1-4被重复，直到满足性能测量为止(基于公式(1))。矩阵R可以被归一化跟踪为在[0,1]之间的e₁*、e₂*的有限的值。该算法自然地扩展为高秩近似。

类似于以上算法，这个迭代方法可以扩展为以下的近似：

$R_q=e_1{v}_1{v}_1^H+(1-e_1)v_2{v}_2^H$

以上算法给出反馈协方差矩阵的简要确切的手段。对于CoMP操作，可能能期望的是提供在所期望的BS的协方差矩阵和其他小区/BS的协方差矩阵之间的相对功率。一个选项是对于所有BS/小区的协方差矩阵来如上量化(用相同的归一化)，并且然后额外的反馈值(其是在所期望的BS的协方差矩阵和其他BS/小区的协方差矩阵之间的量化的功率比)将由远程单元反馈。如上所述，另一个选项是通过跟踪所期望的BS/小区的协方差矩阵来归一化所有协方差矩阵。在这个选项中，除所期望的那个外，e₁和e₂的量化范围可能需要改变以用于其他BS/小区。

图5是使用上行链路反馈信道的远程单元的框图。收发信机电路503随同下行链路导频码元一起从在天线或者天线阵列501上的基站单元接收CBCM反馈请求信号。该下行链路导频码元可以或者可以不从服务基站发射。响应于CBCM反馈请求，该移动单元在CBCM计算电路505中将在时间t处的协方差矩阵(R)计算为所接收到的下行链路导频码元的函数。这个协方差矩阵可以与从存储单元509获得的先前的估计一起被平均。CBCM计算电路505然后经由如上所述的任何技术来归一化和量化R。优选地，这是通过从R确定v₁、v₂、e₁和e₂，并且使用反馈电路507以随同表示e₁和e₂的比特值一起通过使用收发信机503反馈v₁和v₂的码本索引以无线地发射R_q来实现的。

如图5所示，CBCM反馈电路507被提供以根据由CBCM反馈计算电路505生成的CBCM反馈来创建特定的CBCM反馈波形。一旦CBCM反馈波形由CBCM反馈电路507创建，则CBCM反馈波形经由收发信机电路503被发送给基站单元。发送CBCM反馈的操作可以重复两次或更多次以提供额外的CBCM反馈。

图6是采用CBCM反馈的基站单元的框图。基站单元首先确定移动单元应当随同反馈应当用于其的什么频率一起发送CBCM反馈。这个信息在由CBCM反馈请求电路605生成的CBCM反馈请求信号中被发送。CBCM反馈请求信号被提供给收发信机电路603，该收发信机电路603经天线或者天线阵列601来将信号发送给远程单元。

除了CBCM反馈请求信号之外，导频码元也可以由收发信机电路603从每个发射天线当中发出。响应于发送给远程单元的CBCM反馈请求，收发信机电路603将从移动单元接收CBCM反馈信号(由量化的协方差矩阵R_q组成，其优选地通过v₁和v₂的码本索引，和表示e₁和e₂的比特值来量化，虽然可以以上述的任何技术量化)。收发信机电路603将所接收到的CBCM反馈信号发送给CBCM反馈检测电路609，并且如果在反馈信道上使用相干检测，则可以可选地将所接收到的CBCM反馈信号发送给信道估计电路607。信道估计电路607将使用可选地包含在CBCM反馈信号中的导频码元来获得信道估计。如果使用相干解调，则这些信道估计被提供给CBCM反馈检测电路609以均衡CBCM反馈信号的数据部分，CBCM反馈信号包含v₁和v₂的码本索引和表示e₁和e₂的比特值，并且最终根据这些检测到的索引和比特值来计算协方差矩阵估计。

如果使用非相干解调，则CBCM反馈检测电路609直接根据CBCM反馈信号来估计v₁和v₂的码本索引和表示e₁和e₂的比特值。然后直接根据这些检测到的索引和比特值来推导出协方差矩阵。

图7是示出创建CBCM反馈波形(信号或者消息)的移动单元的操作的流程图。该逻辑流程在步骤701开始，这里收发信机电路503接收对于提供信道信息的反馈的请求。如以上讨论的，从基站接收该请求，并且该请求也可以包含报告反馈的频率带。在步骤703，CBCM反馈计算电路505将在时间t(R)处的协方差矩阵计算为所接收到的下行链路信号的函数；并且然后，在步骤705中，如上所述，计算v₁和v₂的码本索引和表示e₁和e₂的比特值。(注意到，如上所述的任何技术可用于计算对于R归一化和量化的值)。CBCM值(码本索引和比特值)然后用于由CBCM反馈电路507创建CBCM反馈消息(信号或者波形)，并且可以在恰当的反馈信道上与导频一起发射给基站单元(步骤709)。

图8是示出当基站单元确定需要关于在基站单元和移动站之间存在的信道的信道信息的时候，在基站单元处请求和接收CBCM反馈的操作的流程图。该逻辑流程在步骤801开始，这里收发信机603将CBCM反馈请求发射给远程单元，其中CBCM反馈请求包括报告的频率带。在步骤803，并且响应于该请求，收发信机603在恰当的反馈信道上接收作为CBCM波形的反馈(与R的归一化和量化值有关的码本索引，优选地，与v₁和v₂有关的索引，和表示e₁和e₂的比特值)。可选地，(如果使用CBCM波形的相干检测)，信道估计电路607根据可选地包含在该反馈信道中的导频来确定信道估计(步骤805)。另外，CBCM反馈检测电路609使用非相干或者相干检测来检测由远程单元发送的CBCM值，并且使用CBCM值来计算协方差矩阵估计以供波束形成使用(步骤807)。最后，在步骤809，CBCM反馈检测电路609使用协方差矩阵估计来确定适宜的信道波束形成权重，并且指令发射波束形成电路611来使用适宜的权重。

在本发明的优选实施例中，基站单元和远程单元利用如由IEEE802.16m或者3gpp长期演进(LTE)标准规范描述的网络协议。下文提供对IEEE 802.16m或者3gpp长期演进(LTE)标准(其便于以上描述的消息)的改变。

我们也观察到，在反馈协方差矩阵信息给eNodeB方面存在某些益处。具体地，

●协方差矩阵估计将多秩预编码器信息提供给eNodeB。这对eNodeB提供灵活性以决定秩、用于UE的MCS和MU/SU传输。这也最大化了UE特定的RS的权益，这里eNodeB具有选择发射权重的自由。与此相反，类似PMI策略的Rel-8将决定秩、MCS的职责指派给UE，其是对于优化用于SU-MIMO传输的基于CRS的良好策略。在模拟中，我们观察到，在SU系统模拟中指派秩2传输的UE的很大的部分在SU+MU系统模拟中被指派秩1(MU)传输。因此，从UE的视角，最佳秩可以是秩2，但是从eNodeB/系统的视角，其可能非常好得是秩1。

●基于协方差的反馈策略可以仅仅与来自UE的TxD CQI反馈(类似于在Rel-9中的协定)一起工作。因此，CSI-RS需要被设计成实现精确的协方差矩阵估计(并且不是每个子载波信道估计)。这将潜在地需要CSI–RS较小的密度，特别地在CoMP的情况下，其中来自多个小区和多个天线的CSI-RS的开销可以是压倒性的。

●设计用于PMI反馈的码本被优化用于由若干信道模型支持的信道状态，并且尤其是，当发射阵列被DOD校准的时候，用于均匀线性天线阵列(ULA)性能。实际上，当其没有校准(遇见错误！未找到引用源。详情)的时候，随机相位分量在eNodeB处存在于每个RF链中，并且可以显著地降低基于PMI的MU-MIMO方案的性能。

用于反馈的协方差矩阵是在下行链路上由UE通过在eNodeB上将从每个接收天线估计的信道的贡献添加到每个发射天线来计算的。

$M_T\×M_{T}R=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}H{\left(k\right)}^{H}H\left(k\right),---\left(1\right)$

这里M_T是发射天线的数目，K是矩阵在其上求平均值(其不一定连续)的子载波的数目，H(k)是在下行链路广播导频上找到的子载波k上的M_T×M_R信道估计，并且M_R是接收天线的数目。

用码本反馈和秩2更新来量化

在这个方法中，该协方差矩阵根据以下被量化：

这里v₁和v₂是从码本(例如，R8码本)中选择，并且e1和e2是标量，其中e1>e2。所有值可以从以下的等式中选择：

UE将反馈量化为b个比特(这里b是TBD)的e₁和e₂，并且从用于四个发射天线的R8码本中以及从用于八个发射天线的TBD码本中选择向量v₁和v₂。

虽然已经以建立拥有和使得本领域普通技术人员能够制造和使用本公开的方式描述了本公开及其最好的模式，但是将明白和理解，存在在此处公开的示例性实施例的等同物，并且在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以对其进行修改和变化，本发明的范围和精神将不受该示例性的实施例的限制，而是由所附的权利要求书来限制。

Claims (16)

1.一种用于无线通信系统中闭环传输反馈的方法，所述方法包括下述步骤：

由无线节点接收对于基于码本的协方差矩阵(CBCM)反馈的请求；

由所述无线节点将协方差矩阵(R)计算为所接收下行链路信号的函数；

由所述无线节点使用所述协方差矩阵的至少秩2近似来将所述协方差矩阵(R)量化为索引；以及

发射用于所量化的协方差矩阵的所述索引。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述使用所述协方差矩阵的至少秩2近似来将所述协方差矩阵量化为索引的步骤包括以下步骤：将所述协方差矩阵量化为从向量码本中选择的至少两个向量的函数，并且其中所述索引是码本索引。

3.根据权利要求2所述的方法，其中量化所述协方差矩阵的步骤包括以下步骤：至少一个b比特标量量化。

4.根据权利要求1所述的方法，其中量化所述协方差矩阵的步骤包括以下步骤：归一化所述协方差矩阵(R)。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述归一化R的步骤通过设置R=R/trace(R)来实现。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所接收下行链路信号包括导频码元。

7.根据权利要求1所述的方法，其中量化R的步骤包括以下的步骤：

找到R的主导本征向量(u₁)及其本征值q₁；

将e₁确定为q₁到b个比特的量化；

从最靠近u₁的V中将v₁选择为向量；

计算 $\tilde{R}=R-e_1{v}_1{v}_1^H;$

找到

的主导本征向量(u₂)及其本征值q₂；

将e₂确定为q₂到b个比特的量化；

从最靠近u₂的V中将v₂选择为向量；以及

随同e₁和e₂一起发射v₁和v₂的码本索引。

8.根据权利要求1所述的方法，其中发射索引的步骤致使基站使用适宜的信道波束形成权重。

9.一种装置，包括：

接收机，所述接收机接收对于基于码本的协方差矩阵(CBCM)反馈的请求；

电路，所述电路将协方差矩阵(R)计算为所接收下行链路信号的函数，并且使用所述协方差矩阵的至少秩2近似来将所述协方差矩阵(R)量化为索引；以及

发射机，所述发射机发射用于所量化协方差矩阵的所述索引。

10.根据权利要求9所述的装置，其中量化所述协方差矩阵包括以下步骤：归一化所述协方差矩阵(R)。

11.根据权利要求9所述的装置，其中使用所述协方差矩阵的至少秩2近似来将所述协方差矩阵量化为索引包括以下步骤：将所述协方差矩阵量化为从向量码本中选择的至少两个向量的函数，并且其中所述索引是码本索引。

12.根据权利要求9所述的装置，其中量化所述协方差矩阵包括以下步骤：至少一个b比特标量量化。

13.根据权利要求9所述的装置，其中所接收下行链路信号包括导频码元。

14.根据权利要求10所述的装置，其中归一化R是通过设置R=R/trace(R)来实现。

15.根据权利要求9所述的装置，其中量化R包括：

找到R的主导本征向量(u₁)及其本征值q₁；

将e₁确定为q₁到b个比特的量化；

从最靠近u₁的V中将v₁选择为向量；

计算 $\tilde{R}=R-e_1{v}_1{v}_1^H;$

找到

的主导本征向量(u₂)及其本征值q₂；

将e₂确定为q₂到b个比特的量化；

从最靠近u₂的V中将v₂选择为向量；以及

随同e₁和e₂一起发射v₁和v₂的码本索引。

16.根据权利要求9所述的装置，其中发射用于所量化协方差矩阵的所述索引致使基站使用适宜的信道波束形成权重。

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