CN103209012B - 用于辅助多维天线阵列的信道测量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在无线通信系统的用户设备中用于辅助多维天线阵列的信道测量的方法，包括如下步骤：确定完整信道的信道状态信息；根据所述信道状态信息确定第一预编码矩阵指示；根据所述信道状态信息以及所确定的第一预编码矩阵指示确定第二预编码矩阵指示；将所确定的第一及第二预编码矩阵指示发送给基站，以反馈信道状态信息的测量结果；其中，所述第二预编码矩阵指示所指向的码字与所述第一预编码矩阵指示所指向的码字叉乘的结果对应于完整信道的主方向信息。采用本发明的方法，使得基站能够恢复出较为准确的信道质量相关信息。

Description

用于辅助多维天线阵列的信道测量的方法

技术领域

本发明涉及无线通信，更具体地，涉及用于多维天线阵列的信道测量的方法。

背景技术

目前，第三代伙伴合作计划(3GPP)的长期演进(LTE)/高级长期演进(LTE-A)的标准和系统(例如，LTE-A R10系统)通常针对一维天线阵列(如均匀线性阵列)而定义和设计。在此类标准和系统中，通常只考虑天线信号在水平面上的出射和到达的方位角。换言之，在现有方案中，系统信道测量及反馈的设计仅仅基于单维天线阵列假设，只有水平的信号传播指向性被纳入考虑。

然而，在实际应用环境中，天线信号是按照三维方式在空间中传播的。在高层建筑的密度越来越大的市区等地区，这一特点表现得尤为明显。为了使通信系统的信道和天线设计更好地适应天线信号的空间传播模式，多维空间信道模型和天线阵列正在受到越来越多的关注。在已有一维天线阵列所提供的水平覆盖的基础上，多维天线阵列还可将其他方向或维度的信号覆盖情况纳入考虑。作为示例，在二维或三维天线阵列中，不仅可以考虑天线阵列发送或接收信号的水平特性，还可以考虑例如收发信号的垂直特性。

存在用于多维信道和天线阵列设计的若干现有技术。所有这些技术都需要在基站(在3GPP中也称为eNodeB)处获得关于完整信道的主方向的信息。这种主方向的信息通常是根据上行链路参考信号或者业务信号估计的，并且可以被用于下行链路。但是，在例如频分复用(FDD)系统的现代通信系统中，上行链路和下行链路由于频率偏移等原因而通常不是对称的。因此，仰角估计的误差可能会影响系统的性能。

另一类可行的解决方案是由用户设备针对天线阵列进行多维信道测量，并且利用上行链路直接向基站反馈这种多维信道测量的结果。然而，目前已知的标准均是针对一维天线阵列的测量反馈而设计和开发的，无法有效地用于多维天线阵列的信道测量和反馈。例如，已知的是，用户设备可以根据接收到的信道状态信息参考信号(Channel State Information Reference Signal，CSI-RS)传输子帧进行信道估计以及从码本中选择码字，然后通过向基站传输预编码矩阵指示(Precoding matrix indicator：PMI)来反馈信道的信道状态信息(CSI)的测量结果。然而，目前的3GPP LTE/LTE-A标准只支持单维天线阵列的信道状态信息反馈策略，即，在每个信道反馈子帧中返回针对单维天线阵列信道状态信息的预编码矩阵指示码字。目前系统的信道测量和反馈的标准无法将应用多维天线阵列的多维的信道状态信息反馈给基站设备。

此外，在多维天线配置中，在发送天线的数目超出现有LTE标准的限制时，现有LTE标准中的预编码矩阵指示和信道质量指示(Channel Quality Indicator：CQI)的定义支持性可能不好。同时，在多维天线配置中，天线阵列是非线性的，而LTE R10标准中现有码本是为线性阵列设计的。同样可能引起基站侧恢复出的信道状态信息等偏离实际值。

因此，需要一种技术方案，用于在尽可能降低对已有方案/系统的影响的情况下，有效和准确地支持针对多维天线阵列的信道测量和反馈。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种能够较为准确地使得基站侧获得关于基站至用户设备的信道质量相关信息。这将是非常有益的。

根据本发明的一个方面，提出了一种在无线通信系统的用户设备中用于辅助多维天线阵列的信道测量的方法，包括如下步骤：确定完整信道的信道状态信息；根据所述完整信道的信道状态信息或部分信道的信道状态信息确定第一预编码矩阵指示；根据所述完整信道的信道状态信息以及所确定的第一预编码矩阵指示确定第二预编码矩阵指示；将所确定的第一及第二预编码矩阵指示发送给基站，以反馈信道状态信息的测量结果；其中，所述第二预编码矩阵指示所指向的码字与所述第一预编码矩阵指示所指向的码字叉乘的结果对应于完整信道的主方向信息。

根据本发明的方案，使得在基站侧能够恢复出较为准确的信道质量相关信息。以此方式，可以提高多维天线阵列的信道测量精度，并且降低测量反馈开销，从而进一步提高系统性能。即便在多维天线阵列中全部天线的数量超过有效的信道状态信息参考信号端口数的情况下，也能够在基站侧恢复出较为准确的信道质量相关信息，比如主方向信息，信道质量指示等。

在依据本发明的一个实施例中，第一预编码矩阵指示是以下各类型中的任意一类：针对所述多维天线阵列的单一水平平面内所有发送天线的预编码矩阵指示；针对所述多维天线阵列的单一垂直平面内所有发送天线的预编码矩阵指示；针对所述多维天线阵列的对角线上的所有发送天线的预编码矩阵指示。

在依据本发明的一个实施例中，上述方法还包括如下步骤：根据所述第一和第二预编码矩阵指示确定完整信道的主方向信息；根据完整信道的所述信道状态信息以及所述主方向信息确定完整信道的信道质量指示；将所确定的完整信道的信道质量指示发送至所述基站。

在依据本发明的一个实施例中，上述方法还包括如下步骤：根据第一信道的信道状态信息以及所述第一预编码矩阵指示确定所述第一信道的信道质量指示；将所确定的关于所述第一信道的信道质量指示发送至所述基站；其中，所述第一信道是当所述基站仅采用所述第一预编码矩阵指示所针对的天线作为发送天线时，所述基站与所述用户设备之间的信道。

根据本发明的另一个方面，提出了一种在无线通信系统的采用多维天线阵列配置的基站中用于辅助多维天线阵列的信道测量的方法，包括如下步骤：接收来自用户设备的第一预编码矩阵指示；接收来自所述用户设备的第二预编码矩阵指示；根据所述第一和第二预编码矩阵指示重构完整信道的主方向信息；其中，所述第二预编码矩阵指示所指向的码字与所述第一预编码矩阵指示所指向的码字叉乘的结果对应于完整信道的主方向信息。

在依据本发明的一个实施例中，上述方法还包括如下步骤：接收来自所述用户设备的完整信道的信道质量指示；接收来自所述用户设备的关于第一信道的信道质量指示；根据所述完整信道的信道质量指示和所述第一信道的信道质量指示选择用于向所述用户设备发送信息的天线；其中，所述第一信道是当所述基站仅采用所述第一预编码矩阵指示所针对的天线作为发送天线时，所述基站与所述用户设备之间的信道。

如此能够在基站侧提供对发送天线进行选择的可能性，即在多维天线阵列中全部发送天线构成的信道相对于第一信道并没有带来明显增益，或者第一信道已经能够提供满足要求的业务质量时，基站侧可以选择通过第一预编码矩阵指示所针对的天线来发送信息，从而节省发射功率。

附图说明

在下文中将参照以下附图仅通过例子更具体地描述本发明的优选实施例：

图1示出了基站中采用的多维天线阵列的一个示例；

图2示出了依据本发明的一个实施例的用于辅助多维天线阵列的信道测量的方法流程图。

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。

本发明的一个实施例涉及一种在无线通信系统的用户设备中用于辅助多维天线阵列的信道测量的方法，包括如下步骤：确定完整信道的信道状态信息；根据所述信道状态信息确定第一预编码矩阵指示；根据所述信道状态信息以及所确定的第一预编码矩阵指示确定第二预编码矩阵指示；将所确定的第一及第二预编码矩阵指示发送给基站，以反馈信道状态信息的测量结果；其中，所述第二预编码矩阵指示所指向的码字与所述第一预编码矩阵指示所指向的码字叉乘的结果对应于完整信道的主方向信息。

矩形天线阵列是典型的多维天线阵列配置，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。

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，对于多维天线阵列配置，N_H＞1。例如N_H＝5，N_V＝4。

为了简洁起见，在下文中仅描述无线通信系统中基站和用户设备之间与本发明相关的信息交互。本领域技术人员能够理解的是，无线通信系统中还包括除了基站和用户设备之外的其他实体。并且，基站与用户设备之间的信息交互并不局限于在下面的实施例中具体描述的内容。

图2示出了依据本法明的一个实施例的用于辅助多维天线阵列的信道测量的方法流程图。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。

在方法步骤S 101中，基站在无线资源控制(radio resourcecontrol：RRC)信令中向用户设备发送第一信令信息，以指示第一预编码矩阵指示的类型和/或是否需要用户设备向基站发送关于第一信道的信道质量指示。能够理解的是，基站也可以在其他现有的或者在将来开发出的适当的信令消息中发送第一信令消息。

其中，第一预编码矩阵指示可以针对多维天线阵列的单一水平平面内所有发送天线，例如图1中H：1的一行水平天线阵列；也可以针对多维天线阵列的单一垂直平面内所有发送天线，例如图1中V：1的一列垂直天线阵列；或者还可以针对多维天线阵列的对角线上的所有发送天线。

其中，第一信道是当基站仅采用第一预编码矩阵指示所针对的天线作为发送天线时，基站与所述用户设备之间的信道。例如，对于第一预编码矩阵指示针对图1中H：1的水平天线阵列的情况，在基站仅采用图1中H：1的水平天线阵列作为发射天线时，基站和用户设备之间的信道是第一信道。类似地，对于第一预编码矩阵指示针对图1中V：1的垂直天线阵列的情况，在基站仅采用图1中V：1的垂直天线阵列作为发射天线时，基站和用户设备之间的信道是第一信道。对于第一预编码矩阵指示针对图1中多维天线阵列对角线上的天线的情况，在基站仅采用图1中多维天线阵列对角线上的天线作为发射天线时，基站和用户设备之间的信道是第一信道。

在方法步骤S102中，基站向用户设备发送用于信道测量的信道状态信息参考信号。在这里，仅举出两种场景的示例。

场景1：

基站在相同的子帧中向用户设备发送关于多维天线阵列的所有发射天线的信道状态信息参考信号。

场景2：

基站在相同的子帧中或在不同的子帧中向用户设备发送关于多维天线阵列的单一水平平面内所有发射天线的信道状态信息参考信号和关于所述多维天线阵列的单一垂直平面内所有发射天线的信道状态信息参考信号。

应注意的是，在本申请的上下文中，信道状态信息参考信号可以是LTE-A R10中定义的用于信道状态信息估计的小区专用导频，也可以是任何现在已知或将来开发的适当下行链路参考信号。本发明的范围在此方面不受限制。

无论是场景1还是场景2，用户设备均能够在接收到来自基站的信道状态信息参考信号之后，在方法步骤S103中确定完整信道的信道状态信息。在尚未公开的、申请号为201110233547.2的专利申请中，记载了在场景2的情况下，在用户设备侧如何确定完整信道的信道状态信息的方法，在此不再赘述。此外还可以采用除场景1和场景2之外的方法，以使用户设备能够确定完整信道的信道状态信息。

在方法步骤S104中，用户设备根据完整信道的信道状态信息以及第一预编码矩阵指示的类型确定第一预编码矩阵指示，或者用户设备根据部分信道的信道状态信息以及第一预编码矩阵指示的类型确定第一预编码矩阵指示。其中，第一预编码矩阵指示的类型可以是在步骤S101中接收到的第一信令消息中所指示的，也可以是在用户设备中预先确定的，在依据本发明的其他实施例中，第一预编码矩阵指示的类型可以是由用户设备确定并告知基站的。因此本领域技术人员能够理解的是，步骤S101对于本发明的实施并不是必要的。

在方法步骤S105中，用户设备根据完整信道的信道状态信息以及所确定的第一预编码矩阵指示确定第二预编码矩阵指示。其中第二预编码矩阵指示所指向的码字与所述第一预编码矩阵指示所指向的码字叉乘的结果对应于完整信道的主方向信息。

具体地，在依据本发明的一个实施例中，第一预编码矩阵指示针对图1中H：1的水平天线阵列。根据完整信道的信道状态信息或部分信道的信道状态信息，确定针对图1中H：1的水平天线阵列的第一预编码矩阵指示。并基于第一预编码矩阵指示与第二预编码矩阵指示之间的关系，根据完整信道的信道状态信息以及所确定的第一预编码矩阵倒推得出第二预编码矩阵指示。

在尚未公开的、申请号为201110233547.2的专利申请中，提出了一种用于多维天线阵列的信道测量和反馈的方法。在该专利申请中，提出了对于多维天线配置的预编码矩阵指示反馈策略是为水平天线和垂直天线分别反馈两个预编码矩阵指示。然而，通常，完整信道的预编码矩阵不能很好地通过独立的水平预编码矩阵指示和垂直预编码矩阵指示表示。因此，依据本发明的方法能够在基站侧得到更准确的关于下行信道的信息。

随后在方法步骤S106和方法步骤S107中用户设备将所确定的第一预编码矩阵指示和第二预编码矩阵指示发送给基站。

本领域技术人员能够理解的是，所描述的方法步骤并不必然按照所描述的顺序执行。例如，用户设备可以在步骤S104后执行步骤S106，随后再执行步骤S105和S107；或者用户设备可以先执行步骤S107后执行S106。

在步骤S108中，用户设备根据所述第一和第二预编码矩阵指示确定完整信道的主方向信息。在方法步骤S109中，用户设备根据完整信道的所述信道状态信息以及所确定的主方向信息确定完整信道的信道质量指示。

具体地，根据本发明的一个实施例，用户设备根据下面给出的公式计算完整信道的信道质量指示：

$\stackrel{\‾}{\mathrm{CQI}}=f^{-1}\left({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{\mathrm{RI}}f\left({\mathrm{SINR}}_i\right)\right)$

其中：f(x)＝log₂(1+x)，并且：

[SINR₁，...，SINR_RI]＝diag(DD^H)./diag(FF^H+UN_sU^H)，

D＝diag(diag(pUHW))，

F＝pUHW-D.

其中，RI是用户设备的秩指示，p是基站的总发射功率，U是用户设备预计的接收波束成形，H是从基站至用户设备的信道矩阵，N_s是噪声叠加干扰的方差矩阵，W是预编码矩阵指示反馈。具体地，W可以是第二预编码矩阵指示与第一预编码矩阵指示叉乘的结果。或者是以其他方式获得的完整信道的预编码矩阵信息。

在方法步骤S110中，用户设备将所确定的关于完整信道的信道质量指示发送给基站。

可选地，如果在方法步骤S101中，用户设备接收到的RRC信令指示用户设备需要向基站发送关于第一信道的信道质量指示，则用户设备继续执行如下方法步骤：

在方法步骤S111中，用户设备根据第一信道的信道状态信息以及所述第一预编码矩阵指示确定所述第一信道的信道质量指示。

具体地，以第一信道是在基站仅采用图1中H：1的一行水平天线阵列作为发射天线时，基站和用户设备之间的信道为例进行说明。第一信道的信道质量指示可以根据上文中计算完整信道的信道质量指示类似的方法计算。区别仅在于，其中H是第一信道的信道矩阵，U是与前述H相应的接收波束成形，W是第一预编码矩阵反馈，即针对H：1的水平天线阵列的预编码矩阵指示，p是基站的总发射功率除以水平天线阵列的个数N_H。

在方法步骤S112中，用户设备将所确定的关于第一信道的信道质量指示发送至基站。随后基站根据所接收到的完整信道的信道质量指示和第一信道的信道质量指示选择用于向所述用户设备发送信息的天线。

具体地，在多维天线阵列中全部发送天线构成的信道相对于第一信道能够带来明显增益，或者第一信道不能提供满足要求的业务质量时，基站通过多维天线阵列中的全部发送天线向用户设备发送信息数据。然而，如果多维天线阵列中全部发送天线构成的信道相对于第一信道并没有带来明显增益，或者第一信道已经能够提供满足要求的业务质量，则基站侧可以选择通过第一信道发送信息，从而节省发射功率。由此为基站侧提供了对发送天线进行选择的可能性。

本领域技术人员能够理解的是，依据本发明的方法并不必然按照所描述的顺序执行。例如，在方法步骤S109后，用户设备可以先执行方法步骤S111随后再执行步骤S110和步骤S112。在这种情况下，步骤S110和步骤S112的顺序可以互换，而不会影响本发明的实施。再例如，用户设备可以先执行方法步骤S111后执行方法步骤S109。

相比于此，对于仅反馈一个关于完整信道的信道质量指示的实施例，能够实现较小的反馈开销，从而能够提高网络效率。

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”并不排除其他装置或步骤；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。权利要求中的任何附图标记均不应被理解为对保护范围的限制。权利要求中出现的多个部分的功能可以由一个单独的硬件或软件模块来实现。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 (14)

1.一种在无线通信系统的用户设备中用于辅助多维天线阵列的信道测量的方法，包括如下步骤：

a.确定完整信道的信道状态信息；

b.根据所述完整信道的信道状态信息或部分信道的信道状态信息确定第一预编码矩阵指示；

c.根据所述完整信道的信道状态信息以及所确定的第一预编码矩阵指示确定第二预编码矩阵指示；

d.将所确定的第一及第二预编码矩阵指示发送给基站，以反馈信道状态信息的测量结果；

其中，所述第二预编码矩阵指示所指向的码字与所述第一预编码矩阵指示所指向的码字叉乘的结果对应于完整信道的主方向信息，其中所述完整信道的主方向信息被用于下行链路。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一预编码矩阵指示是以下各类型中的任意一类：

-针对所述多维天线阵列的单一水平平面内所有发送天线的预编码矩阵指示；

-针对所述多维天线阵列的单一垂直平面内所有发送天线的预编码矩阵指示；

-针对所述多维天线阵列的对角线上的所有发送天线的预编码矩阵指示。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤a之前还包括：

-在相同的子帧中接收来自所述基站的关于所述多维天线阵列的所有发射天线的信道状态信息参考信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤a之前还包括：

-在相同的子帧中接收或在不同的子帧中以交替的方式接收来自所述基站的、关于所述多维天线阵列的单一水平平面内所有发射天线的信道状态信息参考信号和关于所述多维天线阵列的单一垂直平面内所有发射天线的信道状态信息参考信号。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：

-根据所述第一和第二预编码矩阵指示确定完整信道的主方向信息；

-根据完整信道的所述信道状态信息以及所述主方向信息确定完整信道的信道质量指示；

-将所确定的完整信道的信道质量指示发送至所述基站。

6.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：

-根据第一信道的信道状态信息以及所述第一预编码矩阵指示确定所述第一信道的信道质量指示；

-将所确定的关于所述第一信道的信道质量指示发送至所述基站；

其中，所述第一信道是当所述基站仅采用所述第一预编码矩阵指示所针对的天线作为发送天线时，所述基站与所述用户设备之间的信道。

7.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤a之前还包括：

-接收来自所述基站的第一信令信息，所述第一信令信息用于指示所述第一预编码矩阵指示的类型和/或所述用户设备是否发送关于第一信道的信道质量指示；

其中，所述第一信道是当所述基站仅采用所述第一预编码矩阵指示所针对的天线作为发送天线时，所述基站与所述用户设备之间的信道。

8.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其特征在于，所述第一预编码矩阵指示的类型以及所述用户设备是否发送关于第一信道的信道质量指示是预先设定的。

9.一种在无线通信系统的采用多维天线阵列配置的基站中用于辅助多维天线阵列的信道测量的方法，包括如下步骤：

i.接收来自用户设备的第一预编码矩阵指示；

ii.接收来自所述用户设备的第二预编码矩阵指示；

iii.根据所述第一和第二预编码矩阵指示重构完整信道的主方向信息；

其中，所述第二预编码矩阵指示所指向的码字与所述第一预编码矩阵指示所指向的码字叉乘的结果对应于完整信道的主方向信息，其中所述完整信道的主方向信息被用于下行链路。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一预编码矩阵指示是以下各类型中的任意一类：

-针对多维天线阵列的单一水平平面内所有发送天线的预编码矩阵指示；

-针对多维天线阵列的单一垂直平面内所有发送天线的预编码矩阵指示；

-针对多维天线阵列的对角线上的所有发送天线的预编码矩阵指示。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在步骤i之前还包括：

-在相同的子帧中向用户设备发送关于所述多维天线阵列的所有发射天线的信道状态信息参考信号。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在步骤i之前还包括：

-在相同的子帧中或在不同的子帧中向用户设备发送关于所述多维天线阵列的单一水平平面内所有发射天线的信道状态信息参考信号和关于所述多维天线阵列的单一垂直平面内所有发射天线的信道状态信息参考信号。

13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：

-向所述用户设备发送第一信令信息，所述第一信令信息用于指示所述第一预编码矩阵指示的类型和/或所述用户设备是否发送第一信道的信道质量指示，所述第一信道是当所述基站仅采用所述第一预编码矩阵指示所针对的天线作为发送天线时，所述基站与所述用户设备之间的信道。

14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：

-接收来自所述用户设备的完整信道的信道质量指示；

-接收来自所述用户设备的关于第一信道的信道质量指示；

-根据所述完整信道的信道质量指示和所述第一信道的信道质量指示选择用于向所述用户设备发送信息的天线；

其中，所述第一信道是当所述基站仅采用所述第一预编码矩阵指示所针对的天线作为发送天线时，所述基站与所述用户设备之间的信道。