CN103222296B - 利用部分信道状态信息的多层波束成形 - Google Patents

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Abstract

一种确定用于在发送器与接收器之间波束成形的预编码信息的方法，所述方法包括：基于在所述发送器与所述接收器之间的信道的部分信道状态信息，确定第一信号层的第一预编码向量。所述方法还包括：基于在所述发送器与所述接收器之间的信道的长期特性，确定第一猜测向量。定义所述发送器的天线的分组，并指定针对每个天线组的相移值。所述方法还包括：通过将所述第一猜测向量中的每个元素与针对与所述第一猜测向量中的所述元素相关联的天线组而指定的相移值相乘，在所述发送器中确定第二信号层的第二预编码向量。

Description

利用部分信道状态信息的多层波束成形
技术领域
本发明涉及波束成形，并且特别是涉及利用部分信道状态信息的多层波束成形。
背景技术
通信系统可以被视为实现在两个或更多实体（诸如，固定或移动通信设备、基站、服务器和/或其他通信节点）之间的通信会话的设施。典型地，通信系统和兼容的通信实体根据给定的标准或规范进行操作，该给定的标准或规范阐述了与系统相关联的各种实体被许可做什么以及应当如何实现这一点。例如，这些标准、规范和相关的协议可以定义通信设备如何能接入通信系统以及应当如何在通信设备之间实现通信的各个方面的方式。可以在有线或无线载波上承载通信。在无线通信系统中，至少两个站之间的通信的至少一部分通过无线链路发生。
无线系统的示例包括公共陆地移动网络（PLMN）（诸如蜂窝网络）、基于卫星的通信系统和不同的无线局部网络（例如无线局域网（WLAN））。无线系统可以被划分为小区，并且因此，这些小区通常被称作蜂窝系统。小区由基站提供。小区可以具有不同的形状和大小。小区还可以被划分为扇区。无论为用户提供接入的小区的形状和大小如何，以及无论该接入是经由小区的扇区来提供的还是经由小区来提供的，这种区域都可以被称为无线电服务区域或接入区域。典型地，相邻无线电服务区域重叠，并且因此，在区域中的通信可以监听多于一个基站。
用户可以通过适当的通信设备来接入通信系统。用户的通信设备通常被称作用户设备（UE）或终端。通信设备配备有用于实现与其他方的通信的适当信号接收和发射装置。典型地，通信设备用于实现对通信（诸如话音和数据）的接收和发射。在无线系统中，通信设备提供可与另一通信设备（诸如例如接入网的基站和/或另一用户设备）通信的收发站。通信设备可以接入由站（例如，基站）提供的载波，并在该载波上发射和/或接收通信。
试图满足对容量的增加要求的通信系统的示例是由第3代合作伙伴计划（3GPP）进行标准化的架构。该系统通常被称作通用移动通讯系统（UMTS）无线电接入技术的长期演进（LTE）。LTE旨在实现各种改进，例如，减少的等待时间、更高的用户数据速率、改进的系统容量和覆盖、对运营商来说的减少的成本等等。LTE的进一步开发通常被称作高级LTE。3GPPLTE规范的各个开发阶段被称作版本。
高级LTE版本9的一个方面是，双层波束成形可以配备有在不同极化之间具有低相关性的多个天线。在典型无线电信道状况下，可以存在具有该多个天线的至少两个较强多输入和多输出（MIMO）子信道。这样，可以实现双流传输，并且与单层波束成形传输相比，该双流传输改进了小区吞吐量。3GPP LTE版本9中的双层波束成形可以将用户设备（UE）特定波束成形和空间复用相组合。UE特定波束成形可以对于时分双工（TDD）系统来说是有用的，这是由于该布置可以提供上行链路和下行链路信道互易性，这可以用于获得瞬时的无线电信道状态信息，以便生成接近最优的预编码。
可以通过对可从用户设备发射的信道状态参考信号（诸如，探测参考信号（SRS））的测量来获得无线电信道状态信息。可以进行对信道状态参考信号的测量，使得可以测量在发射天线与接收器天线之间的每个单独的路径。
在LTE中，存在以下协定：将支持从所有发射天线对探测参考信号（SRS）的发射的决定留给用户设备制造商判断。实际上，这意味着具有例如两个天线的用户设备可以利用两个天线进行接收，但是可以仅利用一个天线进行发射。这意味着对于基站来说或许不可能基于来自用户设备的探测参考信号的上行链路信道传输来测量全下行链路信道状态。这意味着可能仅存在部分信道状态信息，并且这可能影响双层波束成形传输的性能。
一个提议是使用利用基于部分信道状态信息的信息的双层波束成形。R1-0935153GPP TSG RAN WG1 #58和R1-092631 3GPP TSG RAN WG1 #57bis建议基于（信道状态信息的）第二大特征值的第二加权向量映射来提供针对第二层的信道状态信息。这可以使用诸如六个物理资源块之类的频率粒度以及发射探测参考信号的单个天线来获得。这仅考虑了第一层波束成形器与第二层波束成形器之间的正交性，并可能导致次优的波束成形器被使用。
在Ozdemir等人的“Opportunistic Beamforming with Partial Channel StateInformation” ICC 2006年6月 pp5313-5318、Ozdemir等人的“OpportunisticBeamforming over Rayleigh Channels with Partial Side Information” IEEE Trans.On Wireless Communication vol. 7 no. 9 pp3416-3427 2008年9月和Toufik等人的“MIMO OFDMA Opportunistic Beam forming with Partial Channel StateInformation” ICC 2006 pp5389-5394中的其他建议提供了用于处理部分信道状态信息的调度或反馈机制的不同布置。
应当注意的是，以上讨论的问题不局限于任何特定通信环境，但可能发生在可以提供数据传输的噪声抑制（muting）的任何适当通信系统中。
发明内容
本发明的实施例旨在解决上述问题中的一个或若干。
根据一个实施例，提供了一种确定用于在发送器与接收器之间波束成形的预编码信息的方法，所述方法包括：基于在所述发送器与所述接收器之间的信道的部分信道状态信息，确定第一信号层的第一预编码向量；基于在所述发送器与所述接收器之间的信道的长期特性，确定第一猜测向量；定义所述发送器的天线的分组；针对每个天线组指定相移值；以及通过将所述第一猜测向量中的每个元素与针对与所述第一猜测向量中的所述元素相关联的天线组而指定的相移值相乘，在所述发送器中确定第二信号层的第二预编码向量。
根据一个更详细的实施例，优选地，确定第一预编码向量包括：确定信道协方差矩阵的第一特征向量；以及在所述发送器中将所述第一特征向量用作所述第一信号层的第一预编码向量。
优选地，所述方法包括通过以下操作之一来确定第一猜测向量：基于来自所述接收器的信号的所确定的到达角，确定导引向量；以及基于在所述发送器与所述接收器之间的信道的长期特性，确定信道协方差矩阵的第二特征向量。
优选地，定义一个或多个天线组。优选地，所述相移值是针对一个或多个天线组指定的。优选地，在所述发送器中确定第二信号层的第二预编码向量是基于所述第一猜测向量中的一个或多个元素以及针对一个或多个天线组指定的相移值。
优选地，天线的分组基于天线之间的相关性，以及其中，将大体上相关的天线分配给相同组。优选地，天线的分组基于以下各项中的至少一个：天线之间的间距；以及天线的极化配置。
优选地，所述方法包括：确定所述天线组的相移值，以将所述第一预编码向量和所述第二预编码向量的内积最小化。优选地，所述相移值是在相移值的预定义集合内选择的。
优选地，所述方法包括：确定所述第二预编码向量的分量，其与所述第一预编码向量正交；以及将所述分量用作所述第二信号层的第二预编码向量。优选地，相同的相移值用于所有天线组。优选地，其中，所述相移值是。
根据又一个实施例，提供了一种用于确定用于在发送器与接收器之间波束成形的预编码信息的控制设备，其包括：处理器，被配置为：基于在所述发送器与所述接收器之间的信道的部分信道状态信息，确定第一信号层的第一预编码向量；基于在所述发送器与所述接收器之间的信道的长期特性，确定第一猜测向量；定义所述发送器的天线的分组；针对每个天线组指定相移值；以及通过将所述第一猜测向量中的每个元素与针对与所述第一猜测向量中的所述元素相关联的天线组而指定的相移值相乘，来确定第二预编码向量。
根据又一个实施例，提供了一种控制设备，其包括用于确定用于在发送器与接收器之间波束成形的预编码信息的装置，所述控制设备包括：用于基于在所述发送器与所述接收器之间的信道的部分信道状态信息来确定第一信号层的第一预编码向量的确定装置；用于基于在所述发送器与所述接收器之间的信道的长期特性来确定第一猜测向量的确定装置；用于定义所述发送器的天线的分组的定义装置；用于针对每个天线组指定相移值的指定装置；以及用于通过将所述第一猜测向量中的每个元素与针对与所述第一猜测向量中的所述元素相关联的天线组而指定的相移值相乘来确定第二预编码向量的确定装置。
根据又一个实施例，提供了在发送器中用于对第一信号层的数据进行预编码的第一预编码向量以及在所述发送器中用于对第二信号层的数据进行预编码的第二预编码向量的使用。
还可以提供一种包括适于执行所述方法的程序代码装置的计算机程序。
在以下详细的描述中以及在所附权利要求书中还描述了各个其他方面和另外的实施例。
附图说明
现在将参考以下示例和附图，仅仅通过示例，更详细地描述本发明，在附图中：
图1示出了根据一些实施例的网络的示意图；
图2示出了根据一些实施例的移动通信设备的示意图；
图3示出了根据一些实施例的控制设备的示意图；
图4示出了根据一些实施例的示意流程图；
图5示出了不同可能相位的说明性示例；
图6示出了根据一些实施例的发送器的示意表示；
图7示出了根据一些实施例的仿真吞吐量的图表；以及
图8示出了根据一些实施例的仿真吞吐量的另一图表。
具体实施方式
在下文中参考服务移动通信设备的无线或移动通信系统来解释特定示范性实施例。在详细地解释示范性实施例之前，参考图1至3来简要解释无线通信系统、其接入系统和移动通信设备的某些一般原理，以帮助理解构成所描述的示例的基础的技术。
典型地，经由接入系统的至少一个基站或类似的无线发射器和/或接收器节点，对移动通信设备或用户设备101、102、103提供无线接入。
然而，应当注意的是，取代一个接入系统，可以在通信系统中提供任何数量的接入系统。接入系统可以由蜂窝系统的小区或者使通信设备能够接入通信系统的另一系统提供。基站站点104可以提供一个或多个小区。基站还可以提供多个扇区，例如三个无线电扇区，每个扇区提供小区或小区的子区域。小区内的所有扇区可以被相同基站所服务。扇区内的无线电链路可以由属于该扇区的单个逻辑标识来标识。因此，基站可以提供一个或多个无线电服务区域。每个移动通信设备101、102、103和基站104可以使一个或多个无线电信道同时开启，并可以向多于一个源发送信号和/或从多于一个源接收信号。
典型地，基站104由至少一个适当的控制器设备105控制，以便实现其操作以及对与基站104进行通信的移动通信设备101、102、103的管理。控制设备105可以与其他控制实体互连。典型地，控制设备105可以配备有存储容量（memory capacity）301和至少一个数据处理器302。控制设备105和功能可以分布在多个控制单元之间。
在图1中，仅为了说明的目的，示意性地示出了小区边界或边缘。应当理解的是，小区或其他无线电服务区域的大小和形状可以与图1的类似大小的全向形状显著不同。
特别地，图1描绘了广域基站106，其可以是增强节点B（eNB）104。eNB 104遍及小区100的整个覆盖发射和接收数据。
移动通信设备101、102、103可以基于各种接入技术（诸如码分多址（CDMA）、CDMA2000或宽带CDMA（WCDMA））来接入通信系统100。其他示例包括时分多址（TDMA）、频分多址（FDMA）及其各种方案，诸如交织频分多址（IFDMA）、单载波频分多址（SC-FDMA）和正交频分多址（OFDMA）、空分多址（SDMA）等等。
通信系统中的近期开发的非限制性示例是由第3代合作伙伴计划（3GPP）进行标准化的通用移动通讯系统（UMTS）的长期演进（LTE）。如以上所解释的，LTE的进一步开发被称作高级LTE。适当的接入节点的非限制性示例是蜂窝系统的基站，例如在3GPP规范的词汇中被称为节点B（NB）的接入节点。LTE采用被称为演进通用陆地无线接入网（E-UTRAN）的移动架构。这种系统的基站被称为演进节点B（eNB），并且可以提供E-UTRAN特征，诸如，面向用户设备的用户面无线链路控制/媒体接入控制/物理层协议（RLC/MAC/PHY）和控制面无线资源控制（RRC）协议终止。无线电接入系统的其他示例包括由基于诸如无线局域网（WLAN）和/或WiMax（全球微波接入互操作性）之类的技术的系统的基站提供的那些系统。
在图1中，接入系统的基站104可以连接至更广阔的通信网络107。可以提供用于协调接入系统的操作的控制器设备105。还可以提供经由网络107连接至另一网络的网关功能106。基站104可以通过用于发送和接收数据的通信链路连接至其他基站（未示出）。该通信链路可以是用于在基站之间发送和接收数据的任何合适手段，并且在一些实施例中，该通信链路是X2链路。
其他网络可以是任何适当的网络。因此，更广阔的通信系统可以由一个或多个互连网络及其元件提供，并且，可以提供用于将各个网络互连的一个或多个网关。
现在将根据图2来更详细地描述移动通信设备。图2示出了用户可以使用用于通信的通信设备101的示意部分剖面图。这种移动通信设备通常被称作用户设备（UE）或终端。适当的移动通信设备可以由能够发送和接收无线电信号的任何设备提供。非限制性示例包括移动台（MS）（诸如，移动电话或者被称为“智能电话”的移动台）、配备有无线接口卡或其他无线接口设施的便携式计算机、配备有无线通信能力的个人数据助理（PDA）、或者这些项的任何组合等等。移动通信设备可以提供例如用于承载通信的数据（诸如，语音、电子邮件（email）、文本消息、多媒体等等）的通信。因此，可以经由用户的通信设备来给用户供给和提供许多服务。这些服务的非限制性示例包括双路或多路呼叫、数据通信或者多媒体服务，或者简单地对数据通信网络系统（诸如，因特网）的接入。还可以给用户提供广播或多播数据。内容的非限制性示例包括下载、电视和无线电节目、视频、广告、各种警报和其他信息。
用户设备101可以通过空中接口207、经由用于接收的适当的设备来接收信号，并且可以经由用于发射无线电信号的适当的设备来发射信号。在图2中，收发器设备由框206示意性地指明。收发器设备206可以例如通过无线电部分和关联的天线布置而被提供。天线布置可以被布置在移动设备内部或外部。
用户设备101可以配备有多输入/多输出（MIMO）天线系统。作为这样的MIMO布置是已知的。MIMO系统在发射器和接收器处使用多个天线，以及高级数字信号处理，以改进链路质量和容量。的确，如图2中所示出的，用户设备可以具有多个天线209、210。基站104也可以包括多个天线（未示出）。此外，基站104和用户设备101可以提供多个天线端口。在存在更多天线元件的情况下，可以接收和/或发送更多的数据。站可以包括多个天线的阵列。参考信令和噪声抑制模式可以与MIMO布置的Tx天线号或端口号相关联。在一些实施例中，用户设备101和基站104可以通过一个或多个信道的多个层进行通信。例如，用户设备101和基站104可以在信道的两个层上建立双层波束成形。
典型地，用户设备101还配备有至少一个数据处理实体201、至少一个存储器202和其他可能部件203，供其被设计来执行的任务的软件和硬件辅助执行之用，这些任务包括对接入系统和其他用户设备的接入以及与接入系统和其他用户设备的通信的控制。可以在适当的电路板上和/或在芯片集中提供数据处理、存储和其他相关控制设备。该特征由附图标记204指示。在本说明书中稍后将描述鉴于将移动通信设备配置用于与发射模式相关联地接收和处理信息以及用于通过根据本发明的特定实施例的数据处理设施对信号进行噪声抑制的可能控制功能。
用户可以通过合适的用户接口（诸如键区205、语音命令、触敏屏幕或板、其组合等等）来控制用户设备的操作。还可以提供显示器208、扬声器和麦克风。此外，用户设备可以包括到其他设备和/或用于将外部附件（例如，免提设备）连接到那的适当的连接器（有线的或无线的）。
图3示出了例如要耦合到接入系统的站和/或用于控制接入系统的站的、通信系统的控制设备105的示例。在一些实施例中，基站104包括分离的控制设备105。在其他实施例中，控制设备105可以是另一网络元件。控制设备105可以被布置为提供对处于系统的服务区域中的由用户设备进行的通信的控制。控制设备105可以被配置为与传输模式和其他相关信息的生成和通信相关联地提供控制功能，并且被配置用于通过根据在下文描述的特定实施例的数据处理设施对信号进行噪声抑制。为了此目的，控制设备105包括至少一个存储器301、至少一个数据处理单元302、303和输入/输出接口304。经由该接口，控制设备可以被耦合到基站104的接收器和发射器。控制设备105可以被配置为执行适当的软件代码以提供控制功能。
可以通过一个或多个数据处理器来提供基站设备、用户设备和任何其他适当的站的所需的数据处理设备和功能。每一端处的所描述的功能可以由分离的处理器或者由集成的处理器来提供。数据处理器可以属于适于本地技术环境的任何类型，并且可以包括通用计算机、专用计算机、微处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、门级电路和基于多核处理器架构的处理器中的一个或多个，作为非限制性示例。数据处理可以跨越若干数据处理模块进行分布。可以通过例如至少一个芯片来提供数据处理器。还可以在相关设备中提供适当的存储容量。一个或多个存储器可以属于适于本地技术环境的任何类型，并且可以使用任何合适的数据存储技术（诸如，基于半导体的存储设备、磁存储设备和系统、光学存储设备和系统、固定存储器和可移除存储器）来实现。
现在将参考图4来描述一些实施例。图4图示了一些实施例的方法的示意流程图。处理器302可以发起对用于在基站104与用户设备101之间双层波束成形的信息进行导出。在一些实施例中，当用户设备开始与基站104的通信时，处理器302发起对用于多层或例如双层波束成形的信息进行导出。在其他实施例中，当用户设备101正在与基站104进行通信时，处理器302发起对用于双层波束成形的信息进行导出。处理器302可以响应于事件（诸如，确定用户设备101的双层波束成形能力），确定发起对用于双层波束成形的信息进行导出。
在处理器302确定发起对用于在用户设备101与基站104之间双层波束成形的信息进行导出之后，处理器302发起确定第一信号层的第一预编码向量，如图4的框402中所示出的那样。在一些实施例中，预编码向量或波束成形器信息是由基站104和/或用户设备101使用以在其间发起和提供波束成形的信息。
在一些实施例中，处理器302接收无线电测量，这些无线电测量允许处理器导出发送器与接收器之间的信道的部分信道状态信息。发送器和接收器分别可以是基站104和用户设备101，或者反之亦然。处理器302可以从该部分信道状态信息导出发送器与接收器之间的信道的信道协方差矩阵。处理器还可以通过在时域和频域中求平均值而从无线电测量中导出表征在发送器与接收器之间的信道的长期特性的第二信道协方差矩阵。为此，处理器可以采用发送器与接收器之间的信道的建模假设。测量可以是预先确定并存储在存储器中的，或者可替换地，测量可以是作为确定预编码信息的一部分而被测量的。
在一些实施例中，处理器302基于在发送器与接收器之间的信道的部分信道状态信息来导出第一信号层的第一预编码向量，如图4的框402中所示出的那样。在一些实施例中，任何合适的装置可以被用于，基于在发送器与接收器之间的信道的部分信道状态信息来确定第一信号层的第一预编码向量。在一些实施例中，处理器使用用于预编码的信道协方差矩阵的主特征向量，来确定第一预编码向量P1。这样，处理器可以生成信道协方差矩阵的特征向量WEBB1，并且可以在发送器中将用于波束成形的WEBB1用作第一信号层的第一预编码向量P1。处理器302还可以获得信道协方差矩阵的另一特征向量WEBB2，并且可以在发送器中将用于波束成形的WEBB2用作第二信号层的第二预编码向量P2。但是，预编码向量WEBB2可能不足以被用于双层波束成形，并且处理器302可以确定用于确定第二信号层的第二预编码向量的估计向量或第一猜测向量P。
在一些实施例中，基于在发送器与接收器之间的信道的长期特性来确定第一猜测向量P，如图4的框404中所示出的那样。在一些实施例中，任何合适的装置可以被用于，基于在发送器与接收器之间的信道的长期特性来确定第一猜测向量。在一些实施例中，可以基于导引向量WDoA来确定第一猜测向量P，该导引向量WDoA由在发送器处从接收器接收到的信号的到达角确定。
在一些实施例中，可以基于根据在发送器与接收器之间的信道的长期特性的第二协方差矩阵的特征向量，来确定第一猜测向量P。信道的长期特性可以包括以下各项中的一个或多个：信道方向、导引向量、信道散射信息、以及信道衰落信息和用于描述信道的长期特性的任何其他合适的信息。
在一些实施例中，处理器302可以定义在发送器处的天线的分组，如图4的框406中所示出的那样。在一些实施例中，任何合适的装置可以被用于定义在发送器处的天线的分组。天线的这种分组可以基于关于天线之间的相关性（即，从各个天线发射的信号的相关性）的信息。特别地，这种分组可以考虑天线之间的间距和/或天线的极化配置。
在一些实施例中，处理器302可以针对每个天线组指定相移值，如图4的框408中所示出的那样。在一些实施例中，任何合适的装置可以被用于针对每个天线组指定相移值。处理器302可以通过将第一猜测向量P中的每个元素与针对与第一猜测向量P中的所述元素相关联的天线组的相移值相乘，来确定第二信号层的第二预编码向量P2，如图4的框410中所示出的那样。在一些实施例中，任何合适的装置可以被用于，通过将第一猜测向量中的每个元素与针对与第一猜测向量中的所述元素相关联的天线组的相移值相乘，来确定第二信号层的第二预编码向量。
在一些实施例中，处理器302可以将天线组的导引向量WDoA(g)用作用于第二信号层的预编码向量的第一猜测向量P，并且可以基于天线的极化配置来定义天线的分组。
其中，u被定义为：
并且其中，i是天线号，j是虚数单位，θ(g)是来自接收器（例如，UE）的信号在组g的天线处的到达方向（DoA）的角度，d是在发送器（例如，基站）中的天线距离，以及λ是针对被评估的子载波或子载波组的波长。每个极化组共享相同的DoA加权向量，并且相同极化组中的每个天线使用基于等式（2）的加权值。但是，这些组可以具有独立的长期特性，这可能导致针对两个天线组的不同角度θ(g)。这样，处理器302根据例如UE 101和基站104的位置来确定针对这两个组的导引向量或DoA加权向量WDoA(g)。
处理器302可以基于天线的WDoA和极化配置来用第一猜测向量P替换预编码向量WEBB2，以用于第二信号层的第二预编码向量。这样，处理器将长期信道统计用作用于生成针对第二信号层的新预编码向量P2的基础。例如，采用IA双极化天线产生长度为2IA的第一猜测向量P，其中，元素1…IA与每个天线i的第一极化方向相关联，并且元素i+IA与天线i的第二极化方向相关联。
处理器302可以根据天线元件的极化方向来定义天线或天线元件的两个组1…IA和IA+1…2IA。
处理器302还可以定义相移值的集合。参考图5，处理器302确定相移值的总样本数量N是4，其对应于第二层的可能相位的总数量。图5图示了包括相移值、、和的相移值的集合。
然后，处理器302在Wphase中搜索针对第二天线组的相移值，使得第一预编码向量和第二预编码向量的内积<P1,P2>被最小化，其中，第二预编码向量P2是通过将与第二天线组相关联的第一猜测向量P中的元素与为第二天线组选择的相移值进行逐元素相乘而根据第一猜测向量P获得的。
对于根据（3）的第一猜测向量P，该逐元素相乘等效于（6）中的矩阵相乘。
在一些其他实施例中，处理器302根据第一猜测向量P来计算针对第二信号层的预编码向量P2，其正交于或大体上正交于第一信号层的预编码向量P1。第一猜测向量P可以基于针对双极化天线的导引向量WDoA(g)，这可以产生（3）中的第一猜测向量P。处理器302可以采用Gram-Schmidt方法以根据第一猜测向量P来计算预编码向量P2：
图6图示了根据一些实施例的发送器中的第二信号层的波束成形器的示意表示。图6图示了针对4个双极化天线且WDoA = WDoA(1) = WDoA(2)执行根据等式（1）至（6）的方法的发送器的示范性的示意表示。处理器302确定包括等式（2）中定义的元素602 u1、u2、u3和u4的导引向量WDoA。处理器（302）通过将WDoA(1)的元素提供给第一组乘法器（604）的输入并将WDoA(2)的元素提供给第二组乘法器（606），来根据等式（3）确定第一猜测向量P。值x1和x2指示（5）中的Wphase的第一信号层和第二信号层的相移值。在第一组乘法器（604）中执行根据等式（6）的与针对第一天线组的x1的逐元素相乘。在第二组乘法器（606）中执行根据等式（6）的与针对第二天线组的x2的逐元素相乘。作为结果的预编码向量P2 = (w1 … w8)T被用于双极化天线（608）中的波束成形。
下面的表1示出了根据一些实施例的用于对针对发送器与接收器之间的数据传输的第一信号层和第二信号层的所确定的预编码向量的使用进行仿真的参数和假设。
图7和图8图示了在方位角扩展分别为8度和15度的情况下针对不同方案的仿真吞吐量性能的图表。图7和图8中的附图标记相同。仿真吞吐量性能是基于表1中概述的参数和假设。
除了理想数据点708以外，对于该仿真来说，不同方法基于单个天线探测。4个物理资源块（PRB）的探测带宽和信道估计误差也已经被用于该仿真。理想数据点708可以是仿真的吞吐量上界。
数据点704表示根据用于使用Gram-Schmidt正交化方法来确定预编码向量P2的实施例的吞吐量性能。数据点702表示使用相位搜索方法用于确定预编码向量P2的一些实施例的吞吐量性能。
数据点706（被标记“随机”）表示用于估计除了扩大预编码粒度之外通过特征值分解直接生成的第二层预编码器的方法。数据点710（被标记“宽带（秩1）”）表示仅支持单层传输并且从长期信道协方差矩阵的特征值分解获得加权向量的方法。宽带（秩1）数据点可以是仿真的吞吐量下界。
图7示出了数据点704比起随机方法来有1.4%的改进，并且数据点702比起随机方法来有9.2%的改进。图8示出了数据点704比起随机方法来有2.9%的改进，并且数据点702比起随机方法来有12.8%的改进。
已经阐述了针对双层波束成形和预编码向量P1和P2的方法和实施例。但是，本领域中的技术人员将意识到的是，根据一些实施例的新预编码向量P2的计算可以被解释为迭代过程的一个步骤。
在步骤0中，当开始迭代过程时，P1(0) = (p1, p2, … pn)可以包括在发送器与接收器之间的信道的协方差矩阵的至少一个特征向量p。
在迭代过程的每个步骤k中，通过设置P1 = P1(k)来计算新预编码向量P2，并且对于迭代过程的下一步骤，通过形成P1(k+1) = (P1(k), P2)来扩展P1(k)。
本领域中的技术人员将进一步意识到的是，在迭代过程的步骤k中，针对双层波束成形将第一预编码向量和第二预编码向量的内积<P1,P2>最小化可以被解释为将P2在由P1(k)的向量所跨越的空间中的投影的长度最小化。在迭代过程的步骤k中，针对双层波束成形根据等式（7）对P2_orth的计算可以被解释为计算P的与由P1(k)的向量所跨越的空间正交的分量。
本领域中的技术人员将进一步意识到的是，优选地，在发送器与接收器之间的信号层的数量由可以被形成的天线组的数量约束。
应当注意的是，尽管已经关于高级LTE描述了实施例，但是类似的原理可以适用于任何其他通信系统。此外，取代由基站提供的载波，包括分量载波的载波可以由通信设备（诸如，移动用户设备）提供。例如，这可以是在没有固定设备被提供而是通过多个用户设备提供通信系统的应用中（例如在adhoc网络中）的情况。因此，尽管以上参考针对无线网络、技术和标准的特定示范性架构并通过示例描述了特定实施例，但是实施例可以适用于除本文中说明和描述的通信系统之外的任何其他合适形式的通信系统。此外，由控制设备的处理器302执行的过程可以由另一合适处理器执行。例如，另一网络元件可以执行这些过程，或者例如用户设备的处理器。
本文中还应当注意的是，尽管以上描述了本发明的示范性实施例，但是在不从本发明的范围脱离的情况下存在可以对所公开的解决方案做出的若干变形和修改。
通常，可以用硬件或专用电路、软件、逻辑或其任何组合来实现各种实施例。可以用硬件实现本发明的一些方面，而可以用可由控制器、微处理器或其他计算设备执行的固件或软件实现其他方面，尽管本发明不限于此。尽管本发明的各个方面可以被说明和描述为框图、流程图或者使用某种其他图解表示来说明和描述，但是应当良好地理解的是，作为非限制性示例，可以用硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其他计算设备、或者其某种组合来实现本文中所描述的这些框、设备、系统、技术或方法。
本发明的实施例可以通过由移动设备的数据处理器（诸如在处理器实体中）可执行的计算机软件、或者通过硬件、或者通过软件和硬件的组合来实现。
此外，在这方面，应当注意的是，如附图中的逻辑流程的任何框可以表示程序步骤、或者互连的逻辑电路、框和功能、或者程序步骤和逻辑电路、框和功能的组合。软件可以存储在物理介质（诸如存储芯片或在处理器内实现的存储块）、磁介质（诸如硬盘或软盘）和光学介质（诸如例如DVD及其数据变形、CD）上。
存储器可以属于适于本地技术环境的任何类型，并且可以使用任何合适的数据存储技术（诸如，基于半导体的存储设备、磁存储设备和系统、光学存储设备和系统、固定存储器和可移除存储器）来实现。
前面的描述已经通过示范性和非限制性示例提供了对本发明的示范性实施例的全面且信息丰富的描述。然而，当结合附图和所附的权利要求书阅读时，鉴于前面的描述，各种修改和改编对有关的领域中的技术人员来说可以变得显而易见。然而，本发明的教导的所有这样的和类似的修改仍将落在如所附的权利要求书中限定的本发明的范围内。的确，存在包括先前讨论的任何其他实施例中的一个或多个的组合的另外的实施例。

Claims (21)

1.一种确定用于在发送器与接收器之间波束成形的预编码信息的方法，所述方法包括：
- 基于在所述发送器与所述接收器之间的信道的部分信道状态信息，确定第一信号层的第一预编码向量；
- 基于在所述发送器与所述接收器之间的信道的长期特性，确定第一猜测向量；
- 定义所述发送器的天线的分组；
- 针对每个天线组指定相移值；以及
- 通过将所述第一猜测向量中的每个元素与针对与所述第一猜测向量中的所述元素相关联的天线组而指定的相移值相乘，在所述发送器中确定第二信号层的第二预编码向量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定第一预编码向量包括：确定信道协方差矩阵的第一特征向量；以及在所述发送器中将所述第一特征向量用作所述第一信号层的第一预编码向量。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法包括通过以下操作之一来确定第一猜测向量：
- 基于来自所述接收器的信号的所确定的到达角，确定导引向量；以及
- 基于在所述发送器与所述接收器之间的信道的长期特性，确定信道协方差矩阵的第二特征向量。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，天线的分组基于天线之间的相关性，以及其中，将相关的天线分配给相同组。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，天线的分组基于以下各项中的至少一个：
- 天线之间的间距；以及
- 天线的极化配置。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法包括：确定所述天线组的相移值，以将所述第一预编码向量和所述第二预编码向量的内积最小化。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述相移值是在相移值的预定义集合内选择的。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法包括：确定所述第二预编码向量的分量，其与所述第一预编码向量正交；以及将所述分量用作所述第二信号层的第二预编码向量。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，相同相移值用于所有天线组。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述相移值是。
11.一种用于确定用于在发送器与接收器之间波束成形的预编码信息的控制设备，所述控制设备包括：
处理器，被配置为：
- 基于针对在所述发送器与所述接收器之间的信道的部分信道状态信息，确定第一信号层的第一预编码向量；
- 基于在所述发送器与所述接收器之间的信道的长期特性，确定第一猜测向量；
- 定义所述发送器的天线的分组；
- 针对每个天线组指定相移值；以及
- 通过将所述第一猜测向量中的每个元素与针对与所述第一猜测向量中的所述元素相关联的天线组而指定的相移值相乘，确定第二信号层的第二预编码向量。
12.根据权利要求11所述的控制设备，其中，所述处理器被配置为通过确定信道协方差矩阵的第一特征向量以及在所述发送器中将所述第一特征向量用作所述第一信号层的第一预编码向量，来确定第一预编码向量。
13.根据权利要求11或12所述的控制设备，其中，所述处理器被配置为通过以下操作之一来确定第一猜测向量：
- 基于来自所述接收器的信号的所确定的到达角，确定导引向量；以及
- 基于在所述发送器与所述接收器之间的信道的长期特性，确定信道协方差矩阵的第二特征向量。
14.根据权利要求11或12所述的控制设备，其中，所述处理器被配置为基于天线之间的相关性来对天线分组，以及其中，将相关的天线分配给相同组。
15.根据权利要求14所述的控制设备，其中，所述处理器被配置为基于以下各项中的至少一个来对天线分组：
- 天线之间的间距；以及
- 天线的极化配置。
16.根据权利要求11或12所述的控制设备，其中，所述处理器被配置为确定所述天线组的相移值，以将所述第一预编码向量和所述第二预编码向量的内积最小化。
17.根据权利要求16所述的控制设备，其中，所述处理器被配置为在相移值的预定义集合内确定相移值。
18.根据权利要求11或12所述的控制设备，其中，所述处理器被配置为：
- 确定所述第二预编码向量的分量，其与所述第一预编码向量正交；以及
- 将所述分量提供给所述发送器，作为所述第二信号层的第二预编码向量。
19.根据权利要求18所述的控制设备，其中，所述处理器被配置为将相同相移值用于所有天线组。
20.根据权利要求19所述的控制设备，其中，所述处理器被配置为使用相移值。
21.通过使用根据权利要求1至10中的任一项所述的方法来确定的在发送器中用于对第一信号层的数据进行预编码的第一预编码向量以及在所述发送器中用于对第二信号层的数据进行预编码的第二预编码向量的使用。
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