CN102932038A - 无线通信系统中的多用户多输入多输出反馈和发送 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在无线通信系统中用于多用户(MU)多输入多输出(MIMO)的反馈和发送的方法。该方法包括步骤：基于基站的业务负载来选择子集码本或完整码本；将所选择的码本广播给用户设备。在高业务负载中，选择子集码本，以及在低业务负载中，选择完整码本。用户站计算包括在所选择的码本中的空间码字矢量的信道质量指示符。将最大信道质量指示符的信息连同用户设备的预编码器一起发送到基站。基站基于最大信道质量指示符的信息和预编码器来选择用户设备，并且将预编码器信号和数据信号发送到用户设备。

Description

无线通信系统中的多用户多输入多输出反馈和发送

本申请是申请日为2008年05月29日、申请号为200880018336.3、发明名称为“无线通信系统中的多用户多输入多输出反馈和发送”的发明专利申请的分案申请

技术领域

本发明涉及在无线通信系统中用于多用户(MU)多输入多输出(MIMO)的反馈和发送方案的方法。本发明的方法提供用于以多用户MIMO配置操作基站的过程。本发明还提供根据本发明的反馈和发送方案工作的基站。

背景技术

多天线通信系统通常被称为多输入多输出(MIMO)系统，在无线通信系统中广泛地与正交频分复用(OFDM)技术组合使用以提高系统性能。

MIMO系统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。因此，发送器能够在相同的频带中同时发送独立的数据流。MIMO技术通过在由于多天线而产生的空间域中采用附加的自由度来提高无线通信系统的谱效率。MIMO系统保证容量随着K线性增加，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)。在4×4MIMO系统的简化示例中，从四个发送天线单独发送四个不同的数据流。在四个接收天线处接收发送的信号。对接收到的信号执行一些形式的空间信号处理以便恢复四个数据流。空间信号处理的示例是V-BLAST，其使用连续干扰消除原理来恢复发送的数据流。MIMO方案的其它变形包括在发送天线之间执行某种时空编码的方案(例如，D-BLAST)以及诸如空分多址(SDMA)的波束形成方案。

单用户MIMO PARC方案的缺点之一是各个流的每一个都需要多信道质量指示符(CQI)估计。这导致过多的信令开销，从而导致系统效率低下。在多用户MIMO方法的情况下，每个用户可以利用仅仅一个CQI反馈来实现PARC方案。在这种情况下，每个用户报告通过使用例如最小均方差(MMSE)算法确定的最佳CQI以及MIMO流标识。但是，多用户MIMO要求大量用户存在于该系统中，以使得当它体验最佳的信道质量时可以选择每个用户用于发送。但是，当系统中用户的数目较小时，很少会发现用户处于它们的最高信道状态，因而降低了多用户MIMO方案的性能。换句话说，在多用户MIMO方案的固定配置中，多用户MIMO系统的性能将随着用户的减少而降低。因此，必须提供一种与小区中的用户数无关地提高MIMO系统的性能的MIMO方案。

发明内容

在本发明中，提供一种以多用户多输入多输出(MU-MIMO)配置操作基站的方法。

本发明的目的之一是提供一种在MIMO系统中的反馈和发送方法，即使当少量用户存在时也提高MIMO系统的性能。

根据本发明的一方面，提供一种在无线通信系统中用于反馈和发送的方法。该方法包括步骤：在基站处选择子集码本和完整码本中的一个，其中所选的码本具有至少一个代表码字的空间码字矢量；将所选的码本从该基站广播给至少一个用户设备；在该用户设备处计算该空间码字矢量的信道质量指示符；将反馈信号从该用户设备发送到该基站，其中该反馈信号包括该空间码字矢量的信道质量指示符的信息和该用户设备的优选预编码器；在该基站处将第一空间码字矢量分配给该用户设备；以及将用户设备的优选预编码器和数据发送到该用户设备。

该方法还可以包括步骤：在该用户设备处选择计算的信道质量指示符当中的最大信道质量指示符。包括在该反馈信号中的信道质量指示符的信息包括该最大信道质量指示符。该分配的第一空间码字矢量对应于该用户设备的最大信道质量指示符。该方法还可以包括步骤：经由该用户设备向该基站报告优选的空间码字矢量。该优选的空间码字矢量对应于最大信道质量指示符。

所述选择子集码本和完整码本中的一个的步骤可以包括步骤：估计业务负载；如果估计出为高业务负载，则选择子集码本；以及如果估计出为低业务负载，则选择完整码本。

所述选择子集码本和完整码本中的一个的步骤可以被半静态地操作。

如果选择子集码本，则该方法还可以包括步骤：产生多个子集码本；以及经由基站从该多个子集码本中选择一个子集码本。

该基站可以具有至少一个第一天线。所选择的码本的尺寸等于或小于第一天线的数目。

该反馈信号可以包括信道质量指示符间隙(gap)的索引、预编码矢量索引、等级(rank)和层索引、层索引、第一减小层索引、累加的信道质量指示符间隙的索引、第二减小层索引或它们的组合。

根据本发明的另一方面，在无线通信系统中用于反馈和发送的方法包括步骤：在基站处选择子集码本和完整码本中的一个，其中选择的码本具有多个空间码字矢量，每个空间码字矢量代表码字；从该基站向多个用户设备广播选择的码本；在每个用户设备处计算该空间码字矢量的信道质量指示符；从每个用户设备向该基站发送反馈信号，其中每个用户设备的反馈信号包括信道质量指示符的信息和每个用户设备的优选预编码器；在基站处选择多个用户设备当中的第一组用户设备，其中第一组中的每个用户设备被分配有第一空间码字矢量；以及发送第一组中每个用户设备的优选预编码器和第一组中每个用户设备的数据。

根据本发明的另一方面，提供一种无线通信系统的基站。该基站在与多个用户设备的通信期间，执行包括如下步骤的操作：选择子集码本和完整码本中的一个，其中选择的码本具有多个空间码字矢量，每个空间码字矢量代表码字；向多个用户设备广播选择的码本，其中在每个用户设备处计算该空间码字矢量的信道质量指示符；从每个用户设备接收反馈信号，其中每个用户设备的反馈信号包括信道质量指示符的信息和每个用户设备的优选预编码器；选择多个用户设备当中的第一组用户设备，其中第一组中的每个用户设备被分配有第一空间码字矢量；以及发送第一组中每个用户设备的优选预编码器和第一组中每个用户设备的数据。

附图说明

通过结合附图参考以下详细描述，本发明及其许多伴随的优点将变得更易理解，也更明显，其中相似的参考符号指示相同的或相似的元件。

图1示出了使用正交频分复用(OFDM)的用户数据发送/接收的示例的图。

图2示出了在OFDM中用于频率选择性多用户调度和频率分集的副载波分配。

图3示出了在多输入多输出(MIMO)系统中的预编码的示例。

图4示出了在多用户MIMO方法中的频率选择性衰落的示例。

图5示出了多用户MIMO情形的CQI反馈和调度的图。

图6示出了基于UE负载的节点B的模式选择和信令的步骤。

图7和8示出了多用户MIMO情形的CQI反馈和调度的图。

图9示出了4-Tx MIMO的等级和层顺序指示(RLOI)格式。

图10示出了4-Tx MIMO的减小层顺序指示格式。

图11示出了用于等级4发送的完整和ΔCQI的示例。

图12示出了用于不同的等级发送的完整和ΔCQI的示例。

图13示出了用于向四个用户的多用户MIMO发送的4×4HH矩阵的示例。

图14示出了从用于多用户MIMO通信的HH矩阵中进行列选择的UE反馈的步骤。

图15示出了使用HH码本对多用户MIMO通信的节点B调度的步骤。

图16和17示出了高达等级4发送的多用户MIMO的示例。

图18示出了采用本发明的反馈和发送方案的多用户MIMO系统。

具体实施方式

在图1中示出了使用正交频分复用(OFDM)的数据发送/接收的简化示例。数据100被正交幅度调制器101调制，正交幅度调制(QAM)调制后的码元102被串并转换器103串并转换。转换后的数据输入到快速傅里叶逆变换(IFFT)单元104中。在IFFT单元104的输出处，获得N个时域样本。这里，N是指OFDM系统中所用的快速傅里叶逆变换(IFFT)尺寸或快速傅里叶变换(FFT)尺寸。从IFFT单元104输出的信号(N个时域样本)被并串转换器105并串转换，循环前缀(CP)添加单元106将循环前缀(CP)添加到该信号中。样本的结果序列被称为OFDM码元。OFDM码元被传输到接收器。

在接收器处，由循环去除单元107首先除去循环前缀，在信号进入快速傅里叶变换(FFT)单元109之前由串并转换器108对其进行串并转换。FFT单元109的输出信号被并串转换器110并串转换，得到的QAM调制码元111被输入到QAM解调器112中。

OFDM系统中的总带宽被分成称为副载波的窄带频率单元。副载波的数目等于系统中所用的FFT/IFFT尺寸N。一般说来，用于数据的副载波的数目小于N，这是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。一般说来，在保护副载波上不发送信息。

在通信链路中，多路径信道导致频率选择性衰落。此外，在移动无线环境中，信道还导致随时间变化的衰落。因此，在采用基于OFDM的接入的无线移动系统中，除了时域调度之外，可以通过使用频率选择性多用户调度来改善系统总的性能和效率。在随时间变化的频率选择性移动无线信道中，还可以通过扩展和/或编码副载波上的信息来提高信道的可靠性。

在频率选择性多用户调度的情况下，可能经历上衰落(upfade)的连续组的副载波被分配用于发送给用户。总带宽被分成将多个连续副载波分组的子带，如图2所示。在频率选择性多用户调度模式201中，副载波f₁、f₂、f₃和f₄被分组成一个子带。在频率分集传输模式202的情况下，分配的副载波被均匀分布在整个频谱中，如图2所示。频率选择性多用户调度模式一般对低移动性的用户有好处，其中该低移动性的用户的信道质量可以被跟踪。但是，对于高移动性用户来说(特别是在下行链路和上行链路之间的衰落相互独立的频分双工系统中)，由于信道质量反馈延迟，因此一般不能够跟踪信道质量，由此对于高移动性用户来说，更优选频率分集传输模式。

多输入多输出(MIMO)方案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。MIMO系统保证容量随着K线性增加，其中K是发送天线的数量(M)和接收天线的数量(N)中的最小值。MIMO信道估计由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构成。因此，M×NMIMO系统的信道由N×M矩阵构成：

$H=\left[\begin{array}{cccc}{a}_{11}& a_{12}& \·\·\·& a_{1M}\\ a_{21}& a_{22}& \·\·\·& a_{2M}\\ \·& \·& & \·\\ \·& \·& \·\·\·& \·\\ \·& \·& & \·\\ a_{N1}& a_{M2}& \·\·\·& a_{\mathrm{NM}}\end{array}\right]---\left(1\right)$

其中a_ij代表从发送天线j到接收天线i的信道增益。为了使得能够估计MIMO信道矩阵的元素，从每个发送天线发送单独的导频。

可选的预编码在将数据流映射到物理天线之前采用单位(unitary)预编码，如图3所示。这在预编码之前产生一组虚拟天线(VA)301或MIMO层。

在这种情况下，可能地从所有物理发送天线发送每个码字。两个发送天线的情况下的单位预编码矩阵P₁和P₂的两个示例可以是：

$P_1=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ 1& -1\end{array}\right],$ $P_2=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ j& -j\end{array}\right]---\left(2\right)$

假定分别从虚拟天线VA1和虚拟天线VA2在给定时间发送调制码元S₁和S₂，则在利用矩阵P₁和P₂预编码之后的调制码元S₁和S₂可以被写为：

$T_1=P_1\left[\begin{array}{c}{S}_1\\ S_2\end{array}\right]=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ 1& -1\end{array}\right]\×\left[\begin{array}{c}{S}_1\\ S_2\end{array}\right]=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{c}{S}_1+S_2\\ S_1-S_2\end{array}\right]$

(3)

$T_2=P_2\left[\begin{array}{c}{S}_1\\ S_2\end{array}\right]=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ j& -j\end{array}\right]\×\left[\begin{array}{c}{S}_1\\ S_2\end{array}\right]=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{c}{S}_1+S_2\\ {\mathrm{jS}}_1-{\mathrm{jS}}_2\end{array}\right]$

因此，当使用预编码矩阵P₁执行预编码时，从天线ANT1和天线ANT2分别发送码元

和

相似地，当使用预编码矩阵P₂执行预编码时，从天线ANT1和天线ANT2分别发送码元和

如图3所示。应当注意，在由IFFT单元302执行IFFT操作之前，在OFDM副载波级上执行预编码，如图3所示。

基于傅里叶矩阵的预编码为MIMO系统中的预编码提供简单构架。傅里叶矩阵是N×N方阵，其条目由下式给定：

P_mn=e^j2πmn/N  m,n=0,1,…(N-1)    (4)

2×2傅里叶矩阵可以表示为：

$P_2=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ 1& e^{\mathrm{j\π}}\end{array}\right]=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ 1& -1\end{array}\right]---\left(5\right)$

相似地，4×4傅里叶矩阵可以表示为：

$P_4=\frac{1}{\sqrt{4}}\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\\ 1& e^{\mathrm{j\π}/2}& e^{\mathrm{j\π}}& e^{j3\mathrm{\π}/2}\\ 1& e^{\mathrm{j\π}}& e^{j2\mathrm{\π}}& e^{j3\mathrm{\π}}\\ 1& e^{j3\mathrm{\π}/2}& e^{j3\mathrm{\π}}& e^{j9\mathrm{\π}/2}\end{array}\right]=\frac{1}{\sqrt{4}}\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\\ 1& j& -1& -j\\ 1& -1& 1& -1\\ 1& -j& -1& j\end{array}\right]---\left(6\right)$

可以通过在傅里叶矩阵中引入移位参数(g/G)来定义多个预编码器矩阵，如下给出：

$P_{\mathrm{mn}}=e^{j2\mathrm{\πm}(n+\frac{g}{G})},m,n=\mathrm{0,1},\·\·\·(N-1)---\left(7\right)$

四个2×2傅里叶矩阵的集合可以通过令G=4来定义。对于g=0,1,2,3的这四个2×2矩阵被写为：

$P_2^0=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ 1& -1\end{array}\right]$ $P_2^1=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ e^{\mathrm{j\π}/4}& -e^{\mathrm{j\π}/4}\end{array}\right]$

$P_2^2=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ e^{\mathrm{j\π}/2}& e^{j3\mathrm{\π}/4}\end{array}\right]$ $P_2^3=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ e^{j3\mathrm{\π}/4}& -e^{j3\mathrm{\π}/4}\end{array}\right]---\left(8\right)$

公知即使当系统可以支持4×4MIMO时，也并不总是期望等级4(4个MIMO层)的发送。用户设备(UE)体验的MIMO信道一般限制可以用于发送的最大等级。一般说来，对于系统中的弱用户，从吞吐量角度来看，更优选较低等级的发送而不是较高等级的发送。还有可能，系统中的仅仅一小部分UE具有4个接收天线。因此，系统应当支持向系统中的相同用户和不同用户的可变数量的MIMO层发送。MIMO设计中的另一个重要方面是所需的反馈开销的量。在OFDM MIMO系统中，甚至对于单层发送也可能需要多信道质量指示符(CQI)，以采用频率选择性多用户调度增益。然后多个MIMO层的引入预期进一步增加了反馈开销。因此，最小化支持多层发送所需的UE反馈开销非常重要。在单用户多输入和多输出(SU-MIMO)空间多路复用的情况下，从每个发送天线或发送波束向给定用户分配相同的子带。

在多用户MIMO(MU-MIMO)方法的情况下，不同的空间多路复用的用户可以共享相同的子带。图4示出了MU-MIMO的两个发送天线和两个用户的情况下的资源分配的示例。由于多径信道，在用户1和用户2接收器处从两个发送天线的每一个接收到的信号经历频率选择性衰落。在不相关天线的情况下，在给定接收器处的来自于两个发送天线的每一个的信道质量是独立的。此外，由于小区内用户的位置不同，从给定发送器到两个用户的每一个的信道也是独立的。因此，两个用户体验来自于两个发送天线的每一个的独立的衰落，如图4所示。如果在给定天线上在给定子带上一个用户的信道质量比该小区中的所有其它用户的好，则调度该用户用于在该天线上在该子带上发送。当选择用于发送的用户时，也可以考虑其它服务质量(QoS)标准。

图5示出了根据本发明的教导的对于多用户2×2MIMO情形的CQI反馈和调度的示例。基站的发送器501从天线ANT1和ATN2向用户的接收器502发送导频信号511和512。接收器502接收导频信号511和512，并使用线性最小均方差(LMMSE)运算来计算导频信号511和512的CQI(分别为CQI1和CQI2)，以及发送反馈信号513，其包括两个天线(或流)之间的最佳CQI值以及天线(流)标识符。基站然后能够使用对应于报告的CQI的调制和编码(MCS)方案来在选择的天线上调度用于此用户的数据514。相似地，可以选择在另一个天线上报告较好CQI的另一个用户，以在另一个天线(流)上在相同的时间频率资源上发送。

在本发明中，提供一种以多用户多输入多输出(MU-MIMO)配置操作基站(也称为节点B)的方法。本发明中提出的操作的详细描述包括关于UE将使用来计算CQI的码本、基站将使用来发送数据的码本、以及UE和基站之间所需的信令的描述。

在本发明中，提出了MU-MIMO的两个模式。在第一模式(其被称为“子集码本”模式)中，可以最小化控制信令。通常，在UE和基站二者处使用完整码本的子集。对于大的用户负载和具有多个接收天线的许多UE来说，子集码本模式是有效的，因此提供良好的干扰抑制能力。在第二模式(其被称为“完整码本”模式)中，在UE和基站二者中使用完整码本。对于较小的用户负载和具有少数或单个接收天线的许多UE来说，完整码本模式更有效，因此提供非常有限的干扰抑制能力。稍后将描述完整码本和子集码本二者的结构。

此外，在本发明中，基于半静态来半静态地切换子集码本模式和完整码本模式。半静态切换被称为慢慢发生的切换。在实际应用中，半静态切换可以是最频繁时不比每10秒更快地切换的切换。伴随这些变化的控制信号不是正常的物理层控制信令的一部分，有时这被称为高层信令。预期小区中的所有UE都处于一个模式或者另一个模式。基站在公共控制频道上向小区中的所有UE传送此半静态切换。此过程的一个示例如图6所示。在步骤601中，节点B估计业务负载。在步骤602中，节点B确定该业务是否为高负载。如果该小区负载很重，则节点B选择“子集码本”模式(步骤603)。如果小区负载很轻，则节点B选择“完整码本”模式(步骤604)。然后，节点B广播选择的模式(步骤605)。节点B可以担负得起额外的开销以增加吞吐量，如图6所示。当对于每个调度的资源元素(空间-频率-时间间隙)存在足够的报告CQI的用户并且可以用于在该元素上调度时，负载可以被认为是高的。因此，与2Tx天线系统相比，4Tx天线系统的高负载将更高。例如，在2Tx天线系统中，每小区多于8个活动UE可以被认为是高负载，以及每小区小于8个活动UE可以被认为是低负载。

现在描述两个模式的特定的操作，后面是在两个模式中执行的公共操作。操作并且信令示出在图7中。如参考图6所述，在节点B中选择“子集码本”和“完整码本”模式中的一个。发送器701根据选择的码本模式发送信号711。接收器702接收信号711并基于选择的模式计算CQI，以及选择将最大化CQI的预编码器。接收器702发送反馈信号712，反馈信号712包括在接收器702中计算的CQI以及预编码器指示。发送器701基于CQI选择调制和编码(MCS)方案并且从码本在选择的预编码器上调度UE。然后，发送器701向接收器702发送包括选择的预编码器索引和MCS级别的信号713以及数据信号714。

在图8中示出了操作(假定为多个接收器)。如参考图5和7所描述的，发送器801基于选择的码本模式向用户的接收器802发送公共的导频信号811。接收器802接收信号811，以及每个接收器(接收器1、接收器2或接收器k)基于选择的模式计算CQI并且选择将最大化CQI的预编码器。每个接收器发送包括CQI和预编码器指示的反馈信号812。发送器801基于从用户接收到的CQI和优选的预编码器来选择用户。发送器801向用户j的接收器j发送包括预编码器索引j的信号813a以及向用户k的接收器k发送包括预编码器索引k的信号813b。发送器801也向接收器j发送用户j的数据信号814a，以及向接收器k发送用户k的数据信号814b。

当“子集码本”模式开关开启时，UE和节点B执行以下操作。

首先，节点B从子集码本的列表中选择子集码本，其中该子集的大小用Nc表示。子集码本的选择是半静态地广播到小区中的所有UE，或者根据预定模式周期性地变化。子集码本的尺寸等于或小于基站处发送天线的数目，指示节点B处的完整等级(当码本的尺寸等于发送天线的数目时)或非完整等级选择。非完整等级情况是有用的，例如在节点B检测出所有UE位于空间波束的子集内的相关天线情况下。节点B向所有UE广播子集(或循环模式和参数)。节点B可以选择在子集的各种组合间循环，或者它可以选择属于固定的子集。

第二，UE计算在对应于子集码本中的码字的每个空间码字矢量上看见的CQI，假定该子集码本中的其它矢量为干扰。可以基于诸如噪声功率、接收器组合器和UE选择的预编码矢量索引(PVI)之类的参数来计算CQI。UE发送包括至少最大CQI连同最大CQI在该子集码本内的索引的反馈信号。如果节点B需要更多的信息用于更大的调度灵活性，则UE也可以报告额外的CQI，如图11所述。

第三，在给定时间，节点B选择最多N_c个UE，根据子集码本中的码字之一来为每个UE分配空间权重矢量。

第四，节点B可以在下行链路(DL)控制信道中指示由节点B选择用于发送的每个UE的空间权重矢量，节点B向每个UE传送它的代码。(UE隐含地知道干扰的代码)。如果节点B不指示预编码器索引，则UE可以假定调度的预编码器索引与报告的权重相同。

当“完整码本”模式开关开启时，向UE和节点B行为应用以下操作。

UE计算在对应于码本中的所有码字的每个可能的空间码字矢量上看见的CQI，假定没有小区内干扰。UE反馈包括至少最大CQI连同最大CQI在该码本内的索引。

节点B的操作的一个替换是，如果系统中仅仅存在最多2个UE，则节点B可以在DL控制中发送4比特，以指示4Tx系统中干扰的用户选择(在2Tx情况下仅需要3比特)。

节点B的操作的另一个替换是，在ZF/MMSE运算和矢量量化之后，使用4比特(4Tx情况)来指示节点B对于此UE的发送矢量的选择。这意思是其余干扰抑制的任务留给了UE。

在“子集码本”和“完整码本”模式二者中，向UE和节点B行为应用以下操作。

首先，UE从可用的码本报告优选矢量。

第二，UE基于当前模式和信道状态的先验知识来计算并报告至少单个CQI。这意味着在子集码本模式下，在计算CQI时，UE将采用从码本子集中的其它代码的特定干扰，而在完整码本模式下，它可以根据特定的实施方式采用平均干扰或根本不采用干扰。在“完整码本”模式中，UE可以按照如图11所述的格式来报告CQI，以便提供较大的调度灵活性。

下面将描述子集码本模式的反馈报告结构。

在本发明的一个实施例中，每个子带的反馈包括PVI和CQI的信息，其中PVI代表预编码矢量索引，以及PVI尺寸在2Tx情况下是1比特，在4Tx情况下是2比特。CQI的信息包括至少最大CQI，但是可以包括其它CQI。CQI是信道质量指示符，以及CQI尺寸的一个示例是5比特。

在本发明的另一个实施例中，每个子带的反馈包括RLOI、CQI和D-CQI的信息，其中RLOI是对于2Tx情况的表1所示的等级和层索引，以及对于4Tx情况则示出在表2和图9中。此外，RLOI的尺寸在2Tx情况下为2比特，在4Tx情况下为6比特。CQI是假定节点B处的完整等级发送时的信道质量指示符，因而在2Tx情况下存在1个干扰信号，在4Tx情况下存在3个干扰信号。CQI尺寸的一个示例是5比特。D-CQI是图11中定义的CQI的差。D-CQI被称为信道质量指示符(CQI)间隙的索引。D-CQI-k是第一层上的CQI和第k层上的CQI之间的差。

在本发明的另一个实施例中，每个子带的反馈包括LOI、CQI和D-CQI的信息。此外，基于半静态单独报告等级。在每个子带中，LOI是层索引并且通过从RLOI中除去等级信息来获得。此外，LOI的尺寸在2Tx情况下为1比特，在4Tx情况下为5比特。

在本发明的另一个实施例中，每个子带的反馈包括D-LOI、CQI和D-CQI的信息。此外，节点B可以基于半静态单独报告等级。在每个子带中，D-LOI(第一阶减小的层索引)是减小的层索引，并且通过首先从对于4Tx的图10所示的RLOI开始减小组合的数目然后通过从减小的RLOI中除去等级信息来获得。此外，D-LOI的尺寸在2Tx情况下为1比特，在4Tx情况下为4比特。D-CQI是图11中定义的ΔCQI，并且可以具有2或3比特的尺寸。

在本发明的另一个实施例中，每个子带的反馈包括D-LOI、CQI、D-CQI和E-CQI的信息。此外，节点B可以基于半静态单独报告等级。在每个子带中，D-LOI是减小的层索引，并且通过首先从对于4Tx的图10所示的RLOI开始减小组合的数目然后通过从减小的RLOI中除去等级信息来获得。此外，D-LOI的尺寸在2Tx情况下为1比特，在4Tx情况下为4比特。D-CQI是图11中定义的CQI的差，并且可以具有2或3比特的尺寸。E-CQI(累加的信道质量指示符间隙的索引)在图12中定义，并且可以具有2或3比特的尺寸。

在本发明的另一个实施例中，每个子带的反馈包括DD-LOI、CQI、D-CQI和E-CQI的信息。该组减小层顺序还通过除去与一个特定天线有关的组合而进一步被简化。此信息包括在DD-LOI中，其被称为第二阶减小的层索引。此特定天线被称作“消除天线”，并且“消除天线”的指示可以被半静态地传送或者可以在所有子带之间每子帧传送一次。例如，如果天线4被看作不那么理想的，则我们除去这层以及包括天线4的顺序组合(在等级2,3,4中)。结果，剩余组合是(1,2,x,x)、(1,3,x,x)、(2,3,x,x)、(2,1,x,x)、(3,1,x,x)、(3,2,x,x)。因此，DD-LOI在2Tx情况下为1比特，在4Tx情况下为3比特。

支持2x2MIMO空间多路复用的UE可以提供等级、层顺序和CQI反馈，如表1中给出。为等级选择和层顺序指示提供总共2比特反馈。应当注意，对于所有子带，等级选择和层顺序指示信息可以相同。子带被定义为用于CQI反馈目的选择的一组资源块。每子带的等级选择和层顺序指示可以以额外的反馈开销为代价的情况下提供更大的灵活性。在表1和2中，Max-CQI意思是最大CQI，ΔCQI意思是CQI的差(D-CQI)。

表1:2Tx天线MIMO的UE反馈

在本发明的另一个实施例中，等级信息与顺序信息分开，因为等级信息通常随着时间和频率缓慢地变化。假定与等级分开地仅仅指示顺序信息可以是有用的。在这种情况下，我们将需要仅仅1比特来指示完整的顺序信息。

除了提到的子集码本之外，支持4×4MIMO空间多路复用的UE可以提供等级、层顺序和CQI反馈，如表2中给出。为等级选择和层顺序指示提供总共6比特的反馈。应当注意，对于所有子带，等级选择和层顺序指示信息可以相同。每子带的等级选择和层顺序指示可以以额外的反馈开销为代价的情况下提供更大的灵活性。按照频率子带选择CQI反馈以用于CQI反馈目的。

表2:4Tx天线MIMO的UE反馈

假定等级信息通常随时间和频率缓慢地变化，因此与等级分开地仅指示顺序信息可以是有用的。天线顺序指示的反馈开销为5比特，最多24种组合(max(4,12,24,24)=24)。在这种情况下，我们将需要仅仅5比特来指示完整的顺序信息，如图9所示。

图10示出了一可替换实施例，其中，我们仅仅指示简化/部分顺序信息(仅仅最佳和次佳层)，在这种情况下，我们可以将反馈开销减小到4比特。这里，层顺序指示的反馈开销为4比特，最多12种组合(max(4,12,12,12)=12)。

一个反馈参数D-CQI被定义来指示最佳和非最佳的层之间的CQI差，假定节点B总是以子集码本的选择允许的最大等级发送。其余层的CQI用相对于最大CQI的“Δ”差来指示，如图11所示。也可以指示平均ΔCQI(对多个ΔCQI求平均)，这将形成低的CQI反馈开销。在等级2发送的情况下，ΔCQI是相对于最大CQI的单个Δ值。这意味着，如果节点B想要在它的次佳层(而不是它报告的最佳层)上调度UE，则它可以进行此操作并且具有在此第二层上的CQI的合理估计。它也向节点B给出了超过多少等级将影响CQI。

如果节点B不以子集码本的选择允许的最大等级发送的话，则一个反馈参数E-CQI被定义来指示CQI差。在图12的示例中，最大等级为4，因此存在三个ΔCQI项(Δ-CQI-1、Δ-CQI-2、Δ-CQI-3)，指示发送等级减小1、2或3时的CQI增益。此外，E-CQI是这些Δ值的函数，即E-CQI=f(Δ-CQI-1、Δ-CQI-2、Δ-CQI-3)。E-CQI的一个示例是在图12中，令E-CQI=Δ-CQI-3。另一个示例是，当E-CQI为加权平均值以使得E-CQI=w1*Δ-CQI-1+w2*Δ-CQI-2+w3*Δ-CQI-3，其中w=[w1,w2,w3]是权重矢量，w的一个示例是w=1/3*[1,1,1]以及另一个是w=1/3*[1,2,3]。

下文，将具体描述2-Tx多用户(MU)MIMO情况的码本和4Tx多用户MIMO情况的码本的示例。

首先，对于2Tx MU MIMO的码本，2Tx MU MIMO情况下的完整码本CF为具有8个码字的3比特码本，以及每个码字为2×1列矢量。在码本的一个示例中，完整码本为包括四个2×2矩阵的列的3比特码本，这四个2×2矩阵是通过将2×2DFT矩阵与对角线线性相移矩阵左乘来产生的。此示例中的这四个2×2矩阵为：

$\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ 1& -1\end{array}\right],\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ j& -j\end{array}\right],\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ (1+j)/\sqrt{2}& (1-j)/\sqrt{2}\end{array}\right],\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ (-1+j)/\sqrt{2}& (-1-j)/\sqrt{2}\end{array}\right],---\left(10\right)$

以及该3比特完整码本C_F，1由这8个矢量的集合构成：

$C_{F,1}=\{\left[\begin{array}{c}1\\ 1\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}1\\ -1\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}1\\ j\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}1\\ -j\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}1\\ (1+j)/\sqrt{2}\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}1\\ (1-j)/\sqrt{2}\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}1\\ (-1+j)/\sqrt{2}\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}1\\ (-1-j)/\sqrt{2}\end{array}\right]\}---\left(11\right)$

在码本的另一个示例中，通过将镜像映射(household)运算

应用于四个尺寸为2×1的生成矢量，然后从得到的4个矩阵中收集全部8个列矢量来产生完整码本。四个生成矢量的示例是：

$u_1=\left[\begin{array}{c}1\\ 1\end{array}\right];u_2=\left[\begin{array}{c}1\\ j\end{array}\right],\begin{array}{}\end{array}{u}_3=\left[\begin{array}{c}1\\ (1+j)/\sqrt{2}\end{array}\right],u_4=\left[\begin{array}{c}1\\ (1+j)/\sqrt{2}\end{array}\right].---\left(12\right)$

2Tx情况下的子集码本C_S是包括来自于完整码本C_F中的1个码字或2个码字的码本，以及该子集码本中的码字形成完整码本C_F的子集,或

对于以上示例完整码本C_F，1，我们提供子集码本的几个示例。首先，我们示出了包括两个码字的四个子集码本：

$\{\left[\begin{array}{c}1\\ 1\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}1\\ -1\end{array}\right]\},\{\left[\begin{array}{c}1\\ j\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}1\\ -j\end{array}\right]\},\{\left[\begin{array}{c}1\\ (1+j)/\sqrt{2}\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}1\\ (1-j)/\sqrt{2}\end{array}\right]\},\{\left[\begin{array}{c}1\\ (-1+j)/\sqrt{2}\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}1\\ (-1-j)/\sqrt{2}\end{array}\right]\},---\left(13\right)$

然后示出了包括一个码字的2个子集码本：

$\left\{\left[\begin{array}{c}1\\ 1\end{array}\right]\right\},\left\{\left[\begin{array}{c}1\\ -1\end{array}\right]\right\}---\left(14\right)$

对于2Tx码本的以上讨论归纳在表3中。认为此码本提供了尺寸和性能之间合理的折衷，同时阐明了几个重要的情况，包括相关和不相关衰落设置。

表3:2-Tx天线MU-MIMO的码本

注意，为了表示简便，归一化每个码本元素的比例因子已被有意从该表中略去。该比例因子确保总发送功率是恒定的，与应用哪个预编码器元素无关。

接着，4Tx MU-MIMO情况的完整码本C_F是具有16个码字的4比特码本，每个码字为4×1列矢量。在码本的一个示例中，完整码本为包括四个4×4DFT矩阵的列的4比特码本，这四个4×4DFT矩阵是通过将4×4DFT矩阵与对角线线性相移矩阵左乘来产生的。此示例中的这四个DFT矩阵为：

$W_1=1/\sqrt{4}*\mathrm{DFT}=0.5*\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\\ 1& j& -1& -j\\ 1& -1& 1& -1\\ 1& -j& -1& j\end{array}\right]---\left(15\right)$

$W_2=\mathrm{diag}(\mathrm{1,1},1,-1)*W_1=0.5*\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\\ 1& j& -1& -j\\ 1& -1& 1& -1\\ -1& j& 1& j\end{array}\right]---\left(16\right)$

$W_3=\mathrm{diag}(\mathrm{1,1},j,j){*W}_1=0.5*\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\\ 1& j& -1& -j\\ 1& -j& j& -j\\ j& 1& -j& -1\end{array}\right]---\left(17\right)$

$W_4=\mathrm{diag}(\mathrm{1,1},-j,-j)*W_1=0.5*\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\\ 1& j& -1& -j\\ -j& j& -j& j\\ -j& -1& j& 1\end{array}\right]---\left(18\right)$

以及该4比特完整码本C_F,1由这16个矢量的集合构成：

$C_{F,1}=\{\left[\begin{array}{c}1\\ 1\\ 1\\ 1\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}1\\ j\\ -1\\ -j\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}1\\ -1\\ 1\\ -1\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}1\\ -j\\ -j\\ j\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}1\\ 1\\ 1\\ -1\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}1\\ j\\ -1\\ j\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}1\\ -1\\ 1\\ 1\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}1\\ -j\\ -1\\ -j\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}1\\ 1\\ j\\ j\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}1\\ j\\ -j\\ 1\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}1\\ -1\\ j\\ -j\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}1\\ -j\\ -j\\ -1\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}1\\ 1\\ -j\\ -j\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}1\\ j\\ j\\ -1\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}1\\ -1\\ -j\\ j\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}1\\ -j\\ j\\ 1\end{array}\right]\}---\left(19\right)$

在码本的另一个示例中，通过将镜像映射(household)运算

应用于四个尺寸为4×1的生成矢量，然后从得到的4个矩阵中收集全部16个列矢量来产生完整码本。四个生成矢量的示例是：

$u_1=\left[\begin{array}{c}1\\ j\\ -1\\ -j\end{array}\right];u_2=\left[\begin{array}{c}1\\ j\\ -1\\ j\end{array}\right],u_3=\left[\begin{array}{c}1\\ j\\ -j\\ 1\end{array}\right],u_4=\left[\begin{array}{c}1\\ j\\ j\\ -1\end{array}\right].---\left(20\right)$

假定生成矢量为u₁，则HH矩阵的矢量给出如下：

$H\left(u_1\right)=I_4-\frac{2}{{\left|\right|u_1\left|\right|}^2}{u}_1{u_1}^H=\frac{1}{\sqrt{4}}\left[\begin{array}{cccc}1& j& 1& -j\\ -j& 1& j& 1\\ 1& -j& 1& j\\ j& 1& -j& 1\end{array}\right]---\left(21\right)$

由单个或多个HH矩阵构成的码本可以被构造以及用于多用户MIMO通信。UE基于每子带提供CQI和预编码反馈。使用4×4HH矩阵H(u₁)向4个UE的多用户MIMO发送的示例示出在图13中。在该示例中，分别使用子带1中的4×4HH矩阵H(u₁)中的第一、第二、第三和第四列预编码器来调度用户C、用户A、用户D和用户B。在子带2中，分别使用4×4HH矩阵H(u₁)中的第一、第二、第三和第四列预编码器来调度用户D、用户C、用户A和用户B。UE可以提供关于具有相关CQI的4×4HH矩阵H(u₁)中它们的优选列矢量的反馈。UE也可以提供从4×4HH矩阵H(u₁)中列选择的顺序。

用于多用户MIMO通信的从HH矩阵中列选择的UE反馈的示例示出在图14的流程图中。参考图14，通过使用生成矢量来产生HH矩阵(步骤1401)，以及从HH矩阵中选择单个列用于UE(步骤1402)。UE计算对于HH矩阵的选择的列的CQI(步骤1403)，以及UE发送包括关于选择的列和相关CQI的信息的反馈信号(步骤1404)。

使用HH码本为多用户MIMO通信的节点B调度的示例示出在图15的流程图中。参考图15，节点B从UE接收HH预编码器和CQI反馈(步骤1501)，以及确定是否必需正交调度(步骤1502)。这里，正交调度是在正交预编码矢量上调度用户，非正交调度是在非正交预编码矢量上调度用户。在正交调度的情况下，节点B一起调度提供采用相同的HH矩阵的反馈的用户(步骤1511)，以及使用单个HH矩阵来预编码多用户MIMO信号(步骤1512)。在非正交调度的情况下，节点B一起调度提供采用可能不同的HH矩阵的反馈的用户(步骤1521)，以及使用不同的HH矩阵中的列矢量来预编码多用户MIMO信号(步骤1522)。在这些过程之后，节点B选择预编码器信号(步骤1531)，以及向用户发送多用户MIMO信号(步骤1532)。

4Tx情况下的子集码本C_S是包括来自于完整码本C_F中的1个码字和4个码字之间的码本，以及该子集码本中的码字形成完整码本C_F的子集,或

对于上面的示例完整码本C_F,1，可以存在子集码本的几个示例。首先，包括四个码字的四个子集码本可以被表示为：

$\left\{\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\\ 1& j& -1& -j\\ 1& -1& 1& -1\\ 1& -j& -1& j\end{array}\right]\right\},\left\{\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\\ 1& j& -1& -j\\ 1& -1& 1& -1\\ -1& j& 1& -j\end{array}\right]\right\},\left\{\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\\ 1& j& -1& -j\\ j& -j& j& -j\\ j& 1& -j& -1\end{array}\right]\right\},\left\{\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\\ 1& j& -1& -j\\ -j& j& -j& j\\ -j& -1& j& 1\end{array}\right]\right\}---\left(22\right)$

包括两个码字的两个子集码本可以被表示为：

$\left\{\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ 1& j\\ 1& -1\\ 1& -j\end{array}\right]\right\},\left\{\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ -1& -j\\ 1& -1\\ -1& j\end{array}\right]\right\}---\left(23\right)$

4Tx的码本归纳在表4中。认为此码本提供了尺寸和性能之间合理的折衷，同时阐明了几个重要的情况，包括相关和不相关衰落设置。

表4:4-Tx天线MU-MIMO的码本

注意，为了表示简便，归一化每个码本元素的比例因子已被有意从该表中略去。该比例因子确保总发送功率是恒定的，与选择哪个预编码器元素无关。

在多用户MIMO的情况下，根据先前描述的反馈结构，节点B具有来自多个UE的等级、顺序和信道质量信息。例如，当4×4UE报告2的等级以及层顺序信息和CQI(最大CQI+ΔCQI)时，节点B可以在单用户或多用户MIMO模式下调度此UE。在单用户MIMO的情况下，两个最佳报告的层(等级2)用于利用基于最大CQI选择的第一层MCS和基于Max CQI+ΔCQI反馈选择的第二层MCS来发送。在多用户MIMO的情况下，节点B可以在最佳报告的层上调度此UE以及在第二层上调度另一个UE。在多于一个UE报告相同的第一层优选的情况下，节点B可以在次佳层(对于等级4，则甚至在第三和第四层)上调度UE。多用户MIMO操作的可能情况示出在图16中。在这种情况下，分别在等级1、等级2、等级3和等级4下调度单个用户、两个用户、三个用户和四个用户。

本发明的另一个实施例示出在图17中。在这种情况下，节点B在调度、配对和将用户映射到可用的MIMO层方面具有充分的灵活性。例如，在等级3下，可以为第一用户分配两层，为第二用户分配单个层，反之亦然。相似地，在等级4发送下，可以在多个用户之间共享四个MIMO层，同时可能有多个层分配给单个用户。注意，对于要被按照如图17所述的MU-MIMO方式配对的用户来说，它们需要在相应的天线上报告等级。

上述反馈和发送过程由基站操作。采用本发明的过程的多用户MIMO系统示出在图18中。基站1801知道多少活动的UE 1811到1813处于该小区中。因此能够使用广播控制信道将当前码本(子集或完整码本)广播到小区中的所有UE 1811到1813。UE 1811到1813中的每一个计算CQI并将反馈信号发送到基站1801。

尽管已经结合当前被认为是实际的示范性实施例的实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不局限于公开的实施例，而是相反地，意图覆盖在所附权利要求书的精神和范围内包括的各种修改和等效配置。

Claims (20)

1.一种用于在通信系统中发送与信道相关的信息的方法，包括步骤：

在用户设备处获取与完整码本的子集码本相关的信息，其中所述完整码本用于从基站发送与信道相关的信息；

在所述用户设备处根据与所述完整码本的所述子集码本相关的信息来确定与信道相关的信息；并且

在所述用户设备处向所述基站发送与信道相关的信息。

2.如权利要求1所述的方法，其中，与信道相关的信息是信道质量指示符（CQI）、预编码矩阵指示符（PMI）和等级指示（RI）中的一个。

3.如权利要求2所述的方法，其中，从所述子集码本和完整码本之一中的PMI中选择所述PMI。

4.如权利要求2所述的方法，其中，从所述子集码本和完整码本之一中的PMI中选择所述RI。

5.如权利要求2所述的方法，其中，根据从所述子集码本和完整码本之一中的PMI中选择的PMI来计算所述CQI。

6.一种用于在通信系统中获取与信道相关的信息的方法，包括步骤：

在基站处确定与完整码本的子集码本相关的信息，其中所述完整码本用于发送与信道相关的信息；

在所述基站处向用户设备发送与所述完整码本的所述子集码本相关的信息；并且

在所述基站处，从所述用户设备获取根据与所述完整码本的所述子集码本相关的信息确定的与信道相关的信息。

7.如权利要求6所述的方法，其中，与信道相关的信息是信道质量指示符（CQI）、预编码矩阵指示符（PMI）和等级指示（RI）中的一个。

8.如权利要求7所述的方法，其中，从所述子集码本和完整码本之一中的PMI中选择所述PMI。

9.如权利要求7所述的方法，其中，从所述子集码本和完整码本之一中的PMI中选择所述RI。

10.如权利要求7所述的方法，其中，根据从所述子集码本和完整码本之一中的PMI中选择的PMI来计算所述CQI。

11.一种用于在通信系统中发送与信道相关的信息的用户设备，所述用户设备包括：

用于获取与完整码本的子集码本相关的信息的部件，其中所述完整码本用于从基站发送与信道相关的信息；

用于根据与所述完整码本的所述子集码本相关的信息来确定与信道相关的信息的部件；和

用于向所述基站发送与信道相关的信息的部件。

12.如权利要求11所述的用户设备，其中，与信道相关的信息是信道质量指示符（CQI）、预编码矩阵指示符（PMI）和等级指示（RI）中的一个。

13.如权利要求12所述的用户设备，其中，从所述子集码本和完整码本之一中的PMI中选择所述PMI。

14.如权利要求12所述的用户设备，其中，从所述子集码本和完整码本之一中的PMI中选择所述RI。

15.如权利要求12所述的用户设备，其中，根据从所述子集码本和完整码本之一中的PMI中选择的PMI来计算所述CQI。

16.一种用于在通信系统中获取与信道相关的信息的基站，所述基站包括：

用于确定与完整码本的子集码本相关的信息的部件，其中所述完整码本用于发送与信道相关的信息；

用于向用户设备发送与所述完整码本的所述子集码本相关的信息的部件；和

用于从所述用户设备获取根据与所述完整码本的所述子集码本相关的信息确定的与信道相关的信息的部件。

17.如权利要求16所述的基站，其中，与信道相关的信息是信道质量指示符（CQI）、预编码矩阵指示符（PMI）和等级指示（RI）中的一个。

18.如权利要求17所述的基站，其中，从所述子集码本和完整码本之一中的PMI中选择所述PMI。

19.如权利要求17所述的基站，其中，从所述子集码本和完整码本之一中的PMI中选择所述RI。

20.如权利要求17所述的基站，其中，根据从所述子集码本和完整码本之一中的PMI中选择的PMI来计算所述CQI。

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