CN102938662A - 用于3d天线配置的码本设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于3D天线配置的码本设计方法，所述方法包括如下步骤：从第一码本中选择表征所述3D天线配置中第一天线阵列的第一码字；从第二码本中选择表征所述3D天线配置中第二天线阵列的第二码字；通过将所述第一码字和所述第二码字相乘，获得用于所述3D天线配置的码本中相应的码字。通过本发明的方案具有设计简单的优点，并且能够使用现有LTE Rel-10码本，具有兼容性好的优点。

Description

用于3D天线配置的码本设计方法

技术领域

本发明涉及无线通信，更具体地，涉及无线通信中用于3D天线配置的码本设计方法。

背景技术

目前的LTE-A标准定义了2D信道建模和2D天线配置，这意味着仅考虑了出发和到达的水平方位角，而没有考虑垂直方向上的角度。

现在3D的天线建模得到越来越多的关注，因为3D天线建模能够在水平方向的增益基础上，进一步引入在垂直方向上的额外增益。在3D信道建模中，需要3D天线的配置提供水平覆盖以及垂直覆盖。3D天线配置的典型应用在于覆盖高楼密集的城市环境。

在频分复用(Frequency Division Duplexing：FDD)系统中，用户设备在预定义的码本中选择表示下行信道状态信息(Channel StateInformation：CSI)的最佳码字，并将该码字相应的与编码矩阵索引(precoding matrix index：PMI)反馈给基站(eNodeB)。现有标准Rel-10已有针对2D天线配置的码本，但是还没有针对3D天线配置的码本设计。

发明内容

本发明的一个目的在于提出一种设计简单的用于3D天线配置的码本设计方法。这将是非常有益的。

根据本发明的一个方面，提出了一种用于3D天线配置的码本设计方法，所述方法包括如下步骤：从第一码本中选择表征所述3D天线配置中第一天线阵列的第一码字；从第二码本中选择表征所述3D天线配置中第二天线阵列的第二码字；通过将所述第一码字和所述第二码字相乘，获得用于所述3D天线配置的码本中相应的码字。

进一步地，所述3D天线配置为矩形天线阵列，所述第一码本是水平码本，所述第二码本是垂直码本；所述第一码字表征所述矩形天线阵列的水平线性天线阵列，所述第二码字表征所述矩形天线阵列的垂直线性天线阵列。

根据本发明的另一方面，提出了一种在采用3D天线配置的通信系统的基站中用于确定码字的方法，所述基站配置有矩形天线阵列，所述方法包括以下步骤：接收来自用户终端的第一码字在第一码本中的第一索引n的信息、第二码字在第二码本中的第二索引m的信息以及关于秩r的信息；确定与所接收到第一索引n、第二索引m以及所述秩r对应的目标码字；

对于秩1≤r≤N_V，所述目标码字可以表示为：

$W_{\mathrm{mN}+n}^{\left(r\right)}=T_{m,n}^r/\left|\right|T_{m,n}^r\left|\right|;$

$T_{m,n}^r(:,k)=\mathrm{col}(U_n^{\left(r\right)}(:,k)\·{\left(V_m^{\left(1\right)}\right)}^T),$ k＝1，2，…，r；

m＝0，1，…，2^M-1；

n＝0，1，…，2^N-1；

对于秩N_V＜r≤N_VN_H，所述目标码字可以表示为：

k₂＝1，2，…，N_V；，

m＝0，1，…，2^M-1；

n＝0，1，…，2^N-1

其中，

和

分别表示索引为m的秩r的所述第一码字和所述第二码字，N_H表示所述水平线性天线阵列的个数，N_V表示所述垂直线性天线阵列的个数，所述水平码本的大小是N比特，所述垂直码本的大小M比特，col(A)表示将矩阵A转化为一个列向量，并且A(：，k)表示矩阵A的第k列，

是N_HN_V×r矩阵，

是N_HN_V×r矩阵。

根据本发明的另一方面，提出了一种在采用3D天线配置的通信系统的用户终端中用于向基站提供码字索引信息的方法，所述基站配置有矩形天线阵列，所述方法包括：根据预定准则向所述基站发送第一码字在第一码本中的第一索引n的信息、第二码字在第二码本中的第二索引m的信息以及关于秩r的信息；其中，所述第一码字表征所述3D天线配置中第一天线阵列，所述第二码字表征所述3D天线配置中第二天线阵列。

本发明的方案具有设计简单的优点，并且能够使用现有LTERel-10码本，具有兼容性好的优点。

附图说明

通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1示出了基站中采用的矩形的天线阵列；

图2示出了依据本发明的一个实施例的用于3D天线配置的码本设计方法的流程图；

图3示出了依据本发明的一个实施例的在采用3D天线配置的通信系统的基站和用户终端中用于确定码字的方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施例进行详细的示例性描述。

矩形天线阵列是典型的3D天线配置，在下面的说明书中将结合矩形天线阵列来解释依据本发明的方法。

对于地理上分布的矩形天线阵列，每行天线阵列具有相似的空间方向，每列天线阵列也同样具有相似的空间方向。这意味着，对于每行/列天线阵列，可以使用相同的码字来量化相应的水平/垂直信道状态信息。水平码本表征行天线阵列，垂直码本表征列天线阵列。水平码本可以是新设计的码本或者是由现有的Rel-10码本的全部或部分码字组成的码本，因为Rel-10码本是针对这样的行/列天线阵列设计的。

如果水平码本和垂直码本均是由现有的Rel-10码本的全部或部分码字组成的码本，可以为不同的天线类型，诸如同极化天线和交叉极化天线，约束使用不同的码本子集。因为对于不同的天线类型，可能只有部分码字是适用的。由于能够采用当前的Rel-10码本，本发明提出的用于3D天线配置的码本设计方法具有兼容性好的优点。

图1示出了基站中采用的矩形的天线阵列。如图所示，图1中的矩形天线阵列包括N_H个水平线性天线阵列，N_V个垂直线性天线阵列，天线的总数是N_H×N_V，在现有LTE-A标准中，N_H＝1，在本发明中，对于3D的天线配置，N_H＞1。例如N_H＝5，N_V＝4。

图2示出了依据本法明的一个实施例的用于3D天线配置的码本设计方法的流程图。下面结合图2，对依据本发明的方法进行详细的实例性说明。

本方法在步骤S110中开始，在步骤S120中，从第一码本中选择表征所述3D天线配置中第一天线阵列的第一码字。在步骤S130中，从第二码本中选择表征所述3D天线配置中第二天线阵列的第二码字。

在本实施例中，3D天线配置采用图1所示的矩形天线阵列。第一码本为水平码本，其表征行天线阵列，第二码本为垂直码本，其表征列天线阵列。由此，在步骤S120中具体地，从水平码本中选择表征该矩形天线阵列的水平线性天线阵列的水平码字，作为第一码字；从垂直码本中表征所述矩形天线阵列的垂直线性天线阵列的垂直码字，作为第二码字。

在步骤S140中，通过将所述第一码字和所述第二码字相乘，获得用于3D天线配置的码本中相应的码字。在步骤S150中结束本方法。

具体地，将所述第一码字和所述第二码字相乘是根据预定规则实现的。下面对预定规则进行详细说明。

用

和

分别表示索引为m的秩r(rank-r)的水平码字和垂直码字。水平码本和垂直码本的大小分别是N比特和M比特，他们的码字往往是酉矩阵，即各列相互正交。

对于秩1，通过水平码字和垂直码字相乘，可以容易地得出用于所有天线的3D码字。

对于较高秩，可以通过水平码字中的某些列和垂直码字相乘来获得3D码字的每一列。因为在水平平面上的角范围远大于在垂直平面中的角范围，所以优选地将主波束方向选定在水平平面内。在秩1≤r≤N_V的情况下，采用秩r的水平码本和秩1的垂直码本来构造3D码字。具体地，采用索引为m的秩1的垂直码字和索引为n的秩r的水平码字，可以通过下式得到索引为(mN+n)的秩r的3D码字：

$W_{\mathrm{mN}+n}^{\left(r\right)}=T_{m,n}^r/\left|\right|T_{m,n}^r\left|\right|;$

$T_{m,n}^r(:,k)=\mathrm{col}(U_n^{\left(r\right)}(:,k)\·{\left(V_m^{\left(1\right)}\right)}^T),$ k＝1，2，…，r；    (1)

m＝0，1，…，2^M-1；

n＝0，1，…，2^N-1；

其中，col(A)表示将矩阵A转化为一个列向量，并且A(：，k)表示矩阵A的第k列。是N_HN_V×r矩阵。

对于秩N_V＜r≤N_VN_H的情况，采用N_V秩水平码本，因为水平天线数是N_V，为了获得另外的(r-N_V)秩，需要用更高秩的垂直码本来构造3D码本。在本实施例中，由于主波束方向选定在水平平面内，选用秩为

的垂直码本。

采用索引为m的秩

的垂直码字和索引为n的秩N_V水平码字，可以通过下式获得索引为(mN+n)的秩r的3D码字：

k₂＝1，2，…，N_V；    (2)

m＝0，1，…，2^M-1；

n＝0，1，…，2^N-1

其中

是N_HN_V×r矩阵。

基于上述说明，不难看出，所得到的3D码字具有酉矩阵属性。

图3示出了依据本发明的一个实施例的在采用3D天线配置的通信系统的基站和用户终端中用于确定码字的方法的流程图。在方法步骤S310中，用户终端根据预定准则向所述基站发送关于第一码字在第一码本中的第一索引n的信息、关于第二码字在第二码本中的第二索引m的信息以及关于秩r的信息；其中，第一码字表征所述3D天线配置中的水平天线阵列，第二码字表征所述3D天线配置中的垂直天线阵列。所述预定准则是最大容量准则或者其他本领域技术人员能够想到的其他准则。在步骤S310中，基站接收用户终端发送的上述信息，并在步骤S320中，根据(1)式和(2)式确定与所接收到第一索引n、第二索引m以及所述秩r对应的目标码字。

本领域技术人员应能理解，上述实施例均是示例性而非限制性的。在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。在权利要求书中，术语“包括”并不排除其他步骤；不定冠词“一个”不排除多个；术语“第一”、“第二”用于标示名称而非用于表示任何特定的顺序。某些技术特征出现在不同的从属权利要求中并不意味着不能将这些技术特征进行组合以取得有益效果。

Claims (9)

1.一种用于3D天线配置的码本设计方法，所述方法包括如下步骤：

从第一码本中选择表征所述3D天线配置中第一天线阵列的第一码字；

从第二码本中选择表征所述3D天线配置中第二天线阵列的第二码字；

通过将所述第一码字和所述第二码字相乘，获得用于所述3D天线配置的码本中相应的码字。

2.根据权利要求1所述的码本设计方法，其特征在于，所述3D天线配置为矩形天线阵列。

3.根据权利要求2所述的码本设计方法，其特征在于，所述第一码本是水平码本，所述第二码本是垂直码本；所述第一码字表征所述矩形天线阵列的水平线性天线阵列，所述第二码字表征所述矩形天线阵列的垂直线性天线阵列。

4.根据权利要求3所述的码本设计方法，其特征在于，将主波束方向选择在水平平面内。

5.根据权利要求3所述的码本设计方法，其特征在于，根据预定规则将所述第一码字和所述第二码字相乘，根据所述预定规则，所述用于3D天线配置的码本中索引为(mN+n)的秩r的码字

表示为：

对于秩1≤r≤N_V，

$W_{\mathrm{mN}+n}^{\left(r\right)}=T_{m,n}^r/\left|\right|T_{m,n}^r\left|\right|;$

$T_{m,n}^r(:,k)=\mathrm{col}(U_n^{\left(r\right)}(:,k)\·{\left(V_m^{\left(1\right)}\right)}^T),$ k＝1，2，…，r；

，

m＝0，1，…，2^M-1；

n＝0，1，…，2^N-1；

对于秩N_V＜r≤N_VN_H，

k₂＝1，2，…，N_V；，

m＝0，1，…，2^M-1；

n＝0，1，…，2^N-1

其中，

和

分别表示索引为m的秩r的所述第一码字和所述第二码字，N_H表示所述水平线性天线阵列的个数，N_V表示所述垂直线性天线阵列的个数，所述水平码本的大小是N比特，所述垂直码本的大小M比特，col(A)表示将矩阵A转化为一个列向量，并且A(：，k)表示矩阵A的第k列，

是N_HN_V×r矩阵，

是N_HN_V×r矩阵。

6.根据权利要求1所述的码本设计方法，其特征在于，所述第一码本和所述第二码本是新设计的码本或者是由现有的Rel-10码本的全部或部分码字组成的码本。

7.一种在采用3D天线配置的通信系统的基站中用于确定码字的方法，所述基站配置有矩形天线阵列，所述方法包括以下步骤：

i.接收来自用户终端的第一码字在第一码本中的第一索引n的信息、第二码字在第二码本中的第二索引m的信息以及关于秩r的信息；

ii.确定与所接收到第一索引n、第二索引m以及所述秩r对应的目标码字；

对于秩1≤r≤N_V，所述目标码字可以表示为：

$W_{\mathrm{mN}+n}^{\left(r\right)}=T_{m,n}^r/\left|\right|T_{m,n}^r\left|\right|;$

$T_{m,n}^r(:,k)=\mathrm{col}(U_n^{\left(r\right)}(:,k)\·{\left(V_m^{\left(1\right)}\right)}^T),$ k＝1，2，…，r；

，

m＝0，1，…，2^M-1；

n＝0，1，…，2^N-1；

对于秩N_V＜r≤N_VN_H，所述目标码字可以表示为：

k₂＝1，2，…，N_V；，

m＝0，1，…，2^M-1；

n＝0，1，…，2^N-1

其中，和

分别表示索引为m的秩r的所述第一码字和所述第二码字，N_H表示所述水平线性天线阵列的个数，N_V表示所述垂直线性天线阵列的个数，所述水平码本的大小是N比特，所述垂直码本的大小M比特，col(A)表示将矩阵A转化为一个列向量，并且A(：，k)表示矩阵A的第k列，

是N_HN_V×r矩阵，

是N_HN_V×r矩阵。

8.一种在采用3D天线配置的通信系统的用户终端中用于辅助基站确定码字的方法，所述基站配置有矩形天线阵列，所述方法包括：

根据预定准则向所述基站发送关于第一码字在第一码本中的第一索引n的信息、关于第二码字在第二码本中的第二索引m的信息以及关于秩r的信息；

其中，所述第一码字表征所述3D天线配置中第一天线阵列，所述第二码字表征所述3D天线配置中第二天线阵列。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述预定准则是最大容量准则。

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