CN103532661B

CN103532661B - 用于比特自适应预编码矩阵指示符反馈的方法和装置

Info

Publication number: CN103532661B
Application number: CN201210589771.XA
Authority: CN
Inventors: 许兆元; 陈仁智
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2012-07-02
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2016-12-28
Anticipated expiration: 2032-12-28
Also published as: US9769677B2; US20140003395A1; CN103532661A; EP2683092A1

Abstract

本发明提供一种用于执行预编码矩阵指示符(PMI)反馈的方法和装置。所述装置可包含含有计算机程序的至少一个存储元件、至少一个处理电路以及相关控制/计算元件。所述至少一个处理电路与至少一个存储元件和计算机程序一起配置以反馈选定PMI且接收PMI反馈方法的相关信令。所述信令中的一者包含预编码器候选者集合配置，其用于定义码本中每个预编码器所对应的预编码器的子集以在下一次PMI反馈时序报告PMI。选定PMI由所述装置在通信网络中发射到对应通信元件。

Description

用于比特自适应预编码矩阵指示符反馈的方法和装置

技术领域

本揭露大体上涉及用于执行闭合环路比特自适应预编码矩阵指示符反馈机制的方法。

背景技术

已证实多输入多输出（multiple-Input multiple-output；MIMO）技术为增强单输入单输出（single input single output；SISO）系统的容量的成功做法。对于N_R×N_T MIMO系统来说，系统容量渐近地以斜率线性地增加，所述斜率等于N_R和N_T的最小值，其中N_R为接收天线的数量且N_T为发射天线的数量。除了容量增益之外，MIMO技术也可提供等于N_T×N_R的最大分集增益。此MIMO技术现正进入第4代无线蜂窝式产品和无线LAN产品。

当发射器的对应接收器也知道MIMO无线信道时，可实现这些MIMO增益。如果发射器知道无线MIMO信道，那么可通过使用信号处理技术来进一步改善系统性能。这些技术中的一者为预编码。预编码将在数据通过天线发送之前变换所发射数据。预编码可分类为线性预编码和非线性预编码。非线性预编码技术包含脏纸编码（dirty paper coding；DPC）、汤姆林森-原岛预编码（Tomlinson-Harashima precoding；THP）等。线性预编码通过将数据与预编码矩阵相乘来变换数据以匹配信道本征模式（eigenmode）。线性预编码容易在系统上实施，且使用线性预编码系统性能比使用非线性预编码的系统容易分析。因为这些原因，已在例如3GPP长期演进（long term evolution；LTE）和LTE高级版（LTE-advanced；LTE-A）等通信标准中采用线性预编码。因此预期线性预编码支配电信网络的未来实施。也可应用线性预编码来增强容量，这称作干扰对准（interference alignment）。

存在两种实施线性预编码的设计做法。一种做法为码本式预编码（codebook-based precoding）；另一种做法为非码本式预编码（non-codebook-based precoding）。基本上，非码本式预编码效能比码本式预编码效能好，这是因为非码本式预编码需要瞬时信道状态信息（channel state information；CSI）来设计最好预编码器。对于频分双工（frequency-division duplexing；FDD）系统来说，上行链路（uplink；UL）信号需要额外带宽以将CSI从接收器反馈到发射器，以用于执行下行链路（downlink；DL）预编码，这是因为下行链路和上行链路信道分配于不同频带中。以这种方式，如果需要全信道信息以便将CSI从接收器反馈到发射器，那么CSI的反馈开销（feedback overhead）为高的。

码本式预编码可减少信号反馈开销。在系统性能与信号反馈开销之间存在折衷。理想的码本式做法基本上遵循格拉斯曼包化（Grassmannian packing）的指导原则。码本设计与瞬时无线信道无关。通过将码本中的任何两个码字（预编码器）的最小距离最大化来设计码本。对于快速码本设计来说，可使用DFT(Discrete Fourier Transform)式码本设计原则。归因于这种与CSI无关的设计，可能不需要反馈CSI。由于不管瞬时信道如何而设计码本，因此可离线设计码本且将码本存储于发射器和接收器两者中。以这种方式，接收器只需要反馈码本中的预编码矩阵指示符（precoding matrix indicator；PMI）以指示发射器应使用哪个预编码器。由于码本式预编码的性能受预先设计的码本限制，因此已有一些研究工作专注于自适应码本设计上以便进一步改善系统性能。自适应设计做法可通过要求码本基于信道统计（例如，信道空间相关和信道时间相关）进行自适应改变来改善系统性能。必须将信道统计的额外信息反馈到发射器以更新当前码本。因此，还可需要额外计算能力来执行码本更新。码本可根据天线设置（例如，不相关或分集设置、交叉极化设置和一致线性阵列设置）来改变。这些上述方法不同于标准LTE-A中的做法，标准LTE-A在特定配置下使用固定码本。

协作多点传输（Coordinated Multipoint Transmission；CoMP）为在LTE中提高数据传输速率的新技术。通过协调和组合来自多个基站（例如，LTE中的发射点或eNB）的信号，CoMP可使移动用户能够享受一致性能和质量，而不管移动用户靠近小区(cell)中心还是在小区边界。由于在CoMP情形中eNB的数量较大，所以用于PMI的反馈比特的数量将变大。另外，当每个发射点的反馈时序冲突时，当前规范中所设计的反馈格式可能无法支持同时反馈所有发射点的大数量的比特数量。因此，设计灵活且有效的PMI反馈机制已变成主要问题。

发明内容

因此，本揭露涉及用于执行比特自适应预编码矩阵指示符反馈机制的方法。

本揭露涉及一种供eNodeB（eNB）使用的用于执行比特自适应预编码矩阵指示符（PMI）反馈的方法，且所述方法包含至少以下步骤：接收PMI比特序列；基于比特映射表和参考预编码器将所述PMI比特序列映射到第一预编码器；通过参考所述第一预编码器来确定下一预编码器；以及使用所述下一预编码器来处理下行链路数据。

本揭露涉及一种用于在用户设备（UE）处执行比特自适应预编码矩阵指示符（PMI）反馈的方法，且所述方法包含至少以下步骤：基于信号选择第一预编码器；基于比特映射表和参考PMI将所述第一预编码器映射到第一PMI比特序列；以及发射所述第一PMI比特序列。

为了使本发明的上述特征和优点可理解，下文详细描述附有附图的优选实施例。应理解，以上一般描述和以下详细描述两者是示范性的，且希望提供对如所主张的本发明的进一步解释。

附图说明

包含随附附图以提供对本发明的进一步理解，且随附附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。所述附图说明本发明的实施例，且与描述一起用以解释本发明的原理。

图1A说明根据本揭露的示范性实施例的通信系统的实例。

图1B为根据本揭露的示范性实施例的eNodeB（eNB）的实例。

图1C为根据本揭露的示范性实施例的用户设备（UE）的实例。

图2说明根据LTE-A标准的用于四个天线的码本。

图3说明根据本揭露的示范性实施例中的一实施例的预编码器转变总程序。

图4A说明根据本揭露的示范性实施例中的一实施例的候选者集合表，其列出层数设置为一的LTE-A的码本中的每个预编码器所对应的数量一致预编码器候选者。

图4B说明根据本揭露的示范性实施例中的一实施例的每个预编码器候选者集合的三比特映射表。

图4C说明根据本揭露的示范性实施例中的一实施例的每个预编码器候选者集合的二比特映射表。

图4D说明根据本揭露的示范性实施例中的一实施例的每个预编码器候选者集合的一比特映射表。

图5A说明用于一层配置的原始4比特PMI反馈方法和所提议3比特反馈方法之间的性能比较。

图5B说明用于具有另一参数集的一层配置的原始4比特PMI反馈方法和所提议3比特反馈方法之间的性能比较。

图6说明基于距离测量函数定义给定码本中的每个预编码器的预编码器候选者集合的总程序。

图7A说明根据本揭露的示范性实施例中的一实施例的层数设置为一的LTE-A的码本中的每个预编码器的非一致预编码器候选者。

图7B说明用于一层配置的原始4比特PMI反馈方法和所提议比特自适应反馈方法之间的性能比较。

图8说明周期性全局搜索（periodically globally searching；PGS）最佳预编码器以增强性能的功能。

图9说明用于一层配置的原始4比特PMI反馈方法和所提议PGS反馈方法之间的性能比较。

图10说明用于实验的层数设置为一的LTE-A的码本中的每个预编码器的一致预编码器候选者。

图11从eNB的观点概述用于执行比特自适应PMI反馈的方法。

图12从UE的观点概述用于执行比特自适应PMI反馈的方法。

具体实施方式

在本揭露中，提出在使用固定码本下，能够减少信号反馈开销的PMI反馈机制实施的方法和装置。所述方法和装置可应用于单用户MIMO（single-user MIMO；SU-MIMO）、多用户MIMO（multi-user MIMO；MU-MIMO）、载波聚合（carrier aggregation；CA）和CoMP情形。

图1A说明根据本揭露的示范性实施例的通信系统的实例。通信系统可包含至少（但不限于）多个eNB，其中每个eNB根据通信标准服务多个UE。在本揭露中，3GPP类关键词或惯用语仅用作实例以呈现根据本揭露的发明性概念；然而，本揭露中呈现的相同概念可由所属领域的技术人员应用于任何其它系统，例如IEEE802.11、IEEE802.16、WiMAX等等。根据图1A的本揭露的可能用途中的一者可包含由eNB160、161和162的群组服务的UE150或仅由eNB162服务的UE151。

在本揭露中，术语“eNodeB”（eNB）可为（例如）基站（base station；BS）、节点B、先进基站（advanced base station；ABS）、基站收发系统（base transceiver system；BTS）、接入点、家庭基站、中继站、散射器、转发器、中间节点、中间的基于卫星的通信基站等等。

图1B为根据本揭露的示范性实施例的eNodeB（eNB）功能框图的实例。通信系统的每个eNB101可含有至少（但不限于）收发器电路103、模拟数字（Analog/Digital,A/D）/数字模拟（D/A）转换器104、处理电路106、存储器电路105以及一个或一个以上天线单元102。收发器电路（103）以无线方式发射下行链路信号并接收上行链路信号。收发器电路（103）还可执行例如低噪音放大、阻抗匹配、混频、上变频或下变频、滤波、放大等操作。模数（A/D）/数模（D/A）转换器（104）经配置以在上行链路信号处理期间从模拟信号(analog signal)格式转换为数字信号(digital signal)格式且在下行链路信号处理期间从数字信号格式转换为模拟信号格式。

处理电路106经配置以处理数字信号且根据本揭露的示范性实施例执行用于比特自适应预编码矩阵指示符反馈机制的所提议方法的程序。而且，处理电路106可存取存储器电路105，存储器电路105存储由处理电路106指派的程序码、码本配置、缓冲数据或记录配置。可使用例如微处理器、微控制器、DSP芯片、FPGA等可编程单元实施处理电路106的功能。也可用独立电子元件或IC实施处理电路106的功能。处理电路也包含用于根据本揭露的示范性实施例执行比特自适应预编码矩阵指示符反馈机制的预编码单元108。应注意，可用硬件或软件实施预编码单元108。

在本揭露中，术语“用户设备”（UE）可为（例如）移动站、先进移动站（advancedmobile station；AMS）、服务器、客户端、桌上型计算机、膝上型计算机、网络计算机、工作站、个人数字助理（personal digital assistant；PDA）、平板个人计算机（personalcomputer；PC）、扫描仪、电话元件、寻呼机、相机、电视、手提式视频游戏元件、音乐元件、无线传感器等等。在一些应用中，UE可为在例如公共汽车、火车、飞机、船、小汽车等移动环境中操作的固定计算机元件。

图1C为根据本揭露的示范性实施例的UE111功能框图的实例。通信系统的每个UE111可含有至少（但不限于）收发器电路113、模数（A/D）/数模（D/A）转换器114、处理电路116、存储器电路115以及一个或一个以上天线单元112。存储器电路115可存储程序码、缓冲数据和经配置码本117。处理电路116可更包含预编码单元118。UE111的每个部件的功能类似于eNB101且因此将不重复对每个部件的详细描述。

对于呈LTE变体的通信系统来说，eNB可取决于当前下行链路信道条件而选择下行链路传输配置和相关参数。为了将上行链路和下行链路两者上的数据传输限于仅预编码器矩阵的有限集合，可针对给定数量个天线端口(antenna port)的每个传输秩（transmission rank）定义码本且将码本存储于eNB和UE两者中，使得仅选定矩阵的索引或PMI需要用信号发送。

图2说明根据LTE-A标准的用于四个天线的码本。码本含有编号为0到15的16个PMI，和用于每个层数的预编码器表。对于每个预编码器将其表达为W_n ^{S}=W_n(:,{S})，其中W_n=(I-u_nu_n ^H)/(u_n ^Hu_n)，n为码本索引，S为栏索引，I为单位矩阵（identity matrix），且u_n ^H为u_n的赫米特（Hermitian）矩阵。对于每个上行链路来说，UE可在信道状态信息（CSI）报告中提供PMI和秩指示（rank indication；RI）。RI提供应优选地用于到终端的下行链路传输的层数的建议。PMI指示预编码器矩阵中的哪一个应优选地用于下行链路传输。采取由RI指示的层数来确定所报告预编码器矩阵。对于LTE-A来说，闭合环路码本式预编码可需要小区特定参考信号（cell-specific reference signal；CRS）以用于信道估计，且可存在多达四个天线端口且最多存在四层。在多天线预编码的情况下，层数也可称作传输秩。

可将典型闭合环路预编码矩阵指示符（PMI）反馈机制描述为eNB从码本选择PMI以在到UE的下行链路期间补偿下行链路信道条件。UE接着通过基于那个特定时刻的信道条件来将PMI建议发射回eNB。PMI可接着指向码本中的预编码矩阵，所述预编码矩阵含有用于数据流的每个层的跨越每个天线分布的振幅和相位(phase)调整。然而，应注意，16个PMI的PMI集合由四个比特表示。然而，在一些情况下，可能不需要16个PMI的全集合，这是因为所述集合可进一步减小且由较少比特表示。本揭露以缓慢变化的衰落信道中的信道时间相关的特性为前提。

举例来说，当移动用户待在室内或在户外行走时，由移动用户的UE150、151体验的信道变化可为缓慢的。在协作多点（CoMP）情形下，典型UE150缓慢地移动，且因此信道很可能缓慢地改变且在时间上相关。可基于瞬时信道使用奇异值分解（singular valuedecomposition；SVD）来设计最佳预编码器，且因此信道变化将导致最佳预编码器的改变。如果衰落信道逐渐改变，那么预期对应最佳预编码器也逐渐改变。基于这些假设，提议固定码本中的比特自适应PMI反馈机制。标准LTE-A中的当前PMI反馈机制基于固定码本发射用于PMI的固定数量个比特。然而在低移动性情况下，可以在有限性能损失为代价之下而进一步减少反馈比特的数量。

在本揭露的示范性实施例中的一实施例中，反馈比特的数量可以比当前PMI反馈机制减少，且是固定的比特的数量且可如下实施。首先，预定义每个预编码器的预编码器候选者集合。也就是说，给定码本中的每个预编码器索引将指向自己的预编码器候选者集合，预编码器候选者集合为将用于下一发射的候选预编码器索引的集合。码本和预编码器候选者集合都可离线设计。换句话说，待选择以用于下一发射的预编码器候选者为给定码本中的预编码器索引的子集中的一个预编码器索引。基于预定义预编码器候选者集合，可如下定义预编码器转变协议。基于当前选定的预编码器（例如，参考预编码器）确定用于下一发射的预编码器。换句话说，待选择以用于随后发射的预编码器会参考之前选定的前一预编码器，且前一预编码器可为由UE建议的预编码器或可为由eNB选定的预编码器。对于每个当前选定的预编码器（例如，参考预编码器）来说，可离线预定义用于随后发射的预编码器候选者集合。下一预编码器将改变为基于每个当前预编码器（例如，参考预编码器）预定义的预编码器候选者集合中的预编码器中的一个。接着重复所述过程。因此PMI反馈机制得以建立。以LTE-A为例，图2含有LTE-A中的具有16个预编码器的码本。由于码本中存在16个预编码器，因此对于所有层数来说，反馈比特的数量为4。考虑层数为一的情况。如果PMI反馈比特的数量减少到3个比特，那么每个预编码器的预编码器候选者集合将仅具有8个预编码器。

将使用特定实例阐明比特减少的概念。图3说明根据本揭露的示范性实施例中的一实施例的总预编码器转变程序。图4A说明根据本发明的示范性实施例中的一实施例的候选者集合表，其列出层数设置为一的LTE-A的码本中的每个预编码器的一致预编码器候选者。请一起参看图3和图4A。

在步骤S201中，已加载预定义码本以用于下行链路。预定义码本可为图2的用于LTE-A的标准码本。W_i可定义为这个码本中的第i个预编码器，其中i＝0,1,...,15。第一PMI反馈的时序可由t＝t₁表示，且PMI反馈比特的数量可设置为4。也就是说，预编码器第一次可选自所有16个预编码器。

在步骤S203中，对于由码本的索引或PMI指代的每个预编码器，预定义候选者集合以用于下一发射。应注意，可离线执行所述预定义预编码器候选者集合。举例来说，图4A的栏401在栏401中列出当前预编码器索引（例如，参考预编码器索引），且栏402列出待选择以用于下一发射的候选预编码器索引。如果基于例如最大有效信道功率等选择准则而将W₀403选择为在时间t＝t₁时的最佳预编码器，那么下一PMI报告时间t＝t₁+Δt_PMI时的预编码器候选者将为针对W₀403设计的{0,9,11,4,7,12,13,14}集合404，其中Δt_PMI为PMI报告的周期。这意味用于下一发射的最佳预编码器可基于W₀403而仅选自预编码器候选者集合404以报告PMI。在W₀403的这个候选者集合404之外的预编码器将被禁止。由于每个预编码器候选者集合仅具有8个元素，因此系统将仅反馈3个比特以表示PMI，且因此用于PMI报告的开销可减少。

在步骤S205中，对于随后的发射，将选择来自候选者集合的预编码器中的一个。如果在步骤S205中将W₉405选择为时间t＝t₁+Δt_PMI时的最佳预编码器，那么在步骤S207中，预编码器候选者集合在时间t＝t₁+2·Δt_PMI时基于W₉405的选择而得以更新且变成针对W₉设计的{9,0,2,4,5,12,13,14}集合406。接着可从候选者集合406选择W₂作为在时间t＝t₁+2·Δt_PMI时的最佳预编码器。在步骤S209中，在通信周期期间重复这个过程。因此，下一选定预编码器必须属于当前选定预编码器（例如，参考预编码器）的预编码器候选者集合。

当前选定预编码器（例如，参考预编码器）可为由用户设备（UE）反馈的对应PMI或由eNB使用的PMI。所提议方法可涉及两种情况：（1）在时间t＝t₁+n×Δt_PMI时，反馈PMI属于W_i的预编码器候选者集合，其中i为由UE在时间t=t₁时反馈的PMI，n为整数，且Δt_PMI 为PMI报告周期。（2）在时间t＝t₁+n×Δt_PMI时，反馈PMI属于W_i的预编码器候选者集合，W_i为由eNB在时间t=t₁时使用的预编码器。换句话说，可根据两种可能选择下一预编码器。对于第一种可能来说，基于由UE建议的前一预编码器而选择下一预编码器；且对于第二种可能来说，基于由eNB使用的前一预编码器而选择下一预编码器。由UE建议的前一预编码器和由eNB使用的前一预编码器两者可为参考预编码器。在第一种可能和第二种可能中，由eNB选择的PMI可与由UE建议的PMI相同或不同。此处，n为整数，且Δt_PMI为PMI报告周期。8个元素可由3个比特编码。与反馈比特的原始数量4相比，反馈开销减少率与原始方法相比为1/4（25%）。

图4B说明根据图4A的示范性实施例的每个预编码器候选者集合的三比特映射表。每个预编码器的候选者集合可从稍后将解释的码字之间的距离测量函数导出。比特映射表根据一对一映射的原则将PMI比特序列指派到预编码器候选者集合中的每个预编码器。编号为0到15的预编码器索引的行（411）可表示将在时间t＝t₁时选择的当前预编码器索引（例如，参考预编码器索引）。如果在时间t＝t₁时选择索引编号15（412），那么用于下一发射的候选者集合可仅为集合{15,4,7,0,1,2,3,8}413。栏410表示用于PMI的反馈比特。如果在时间t=t₁+Δt_PMI时选择比特序列011（414），那么这意味选自集合413的索引编号为0（415）。在时间t＝t₁+2·Δt_PMI时，可接着在集合{0,9,11,4,7,12,13,14}中选择索引，且所述过程重复。

应注意，尽管信道状态信息报告中含有的PMI由UE反馈，但所述选择仅为建议，这是因为实际选择由eNB进行。而且应注意，eNB必须知道比特410将基于当前索引（例如，参考索引）而映射到下一索引的方式。这意味UE和eNB两者必须含有可离线设计且存储于UE和eNB的存储器中的比特映射表。

反馈比特的数量也可设置为1个比特或2个比特。图4C说明根据本揭露的示范性实施例中的一实施例的每个预编码器候选者集合的二比特映射表。图4D说明根据本揭露的示范性实施例中的一实施例的每个预编码器候选者集合的一比特映射表。用于一比特和二比特实施例的索引转变协议与用于三比特实施例的索引转变协议相比为类似的且对于所属领域的技术人员为显而易见的，且因此将不重复所述协议。

在图5A中，呈现用于一层配置中的原始4比特PMI反馈方法（最佳）和所提议3比特反馈方法（提议）的模拟结果。如下列出模拟参数。发射天线的数量为4且接收天线的数量为4。模拟移动速度为5千米/小时，载波频率为700兆赫兹，调制采用64-QAM，且PMI报告周期为10毫秒。接收器结构为最大比合（maximum ratio combining；MRC）并且预编码器选择准则如下：

W_{opt} = \arg \max_{P &Element; S_{i}} {{| | HP | |}_{2}},

其中S_i为W_i的预编码器候选者集合。应注意，这个选择准则使有效信道（衰落信道和选定预编码器的组合）的功率最大化。从图5A可见，对于块错误率（block error rate；BLER）=0.01，性能损失限于0.1分贝。以有限性能损失为代价，可获得高达25%的反馈减少率。因此，在性能与反馈开销之间存在折衷。

为了进一步验证所提议方法的性能，执行移动速度=20千米/小时的另一模拟。其它参数与图5A中的参数相同。模拟结果绘示于图5B中。在此图中，对于BLER=0.01，性能损失在0.2分贝内，且性能损失变得稍大于图5A中的性能损失。由于移动速度增大且信道变化变大，因此预定义预编码器候选者集合中的选定预编码器可能不会极好地匹配信道。因此，性能损失变得稍大。尽管损失变大，但仍具有相同的反馈开销减少率（25%）。

在下文中，解释定义给定码本中的每个预编码器的预编码器候选者集合的方式。在本揭露中，使用距离测量函数（或其它距离相关测量函数，如矩阵相关）从给定码本选择预编码器候选者。对于一层配置来说，使用以下公式：

d (W_{1}, W_{2}) = \sqrt{1 - {| W_{1}^{H} W_{2} |}^{2}} .

对于2层以上来说，可使用以下这些选择：

d (W_{1}, W_{2}) = \frac{1}{\sqrt{2}} {| | W_{1} W_{1}^{H} - W_{2} W_{2}^{H} | |}_{F},

或

d (W_{1} {, W}_{2}) = \frac{1}{\sqrt{2}} {| | W_{1} W_{1}^{H} - W_{2} W_{2}^{H} | |}_{2},

或

d (W_{1}, W_{2}) = \cos^{- 1} (| \det (W_{1}^{H} W_{2}) |),

其中(·)^H意指共轭转置，||·||_F表示弗罗宾尼斯（Frobenius）范数，且||·||₂表示矩阵2范数。应注意，预编码矩阵W_i中的每一列的功率将归一化为一。一层配置可用作实例来解释选择每个预编码器的预编码器候选者的方式。至于多层，也可应用相同程序。首先计算所有预编码器与选定预编码器（称作W₀）之间的距离。如下计算所述距离：

d_{0, i} (W_{0}, W_{i}) = \sqrt{1 - {| W_{0}^{H} W_{i} |}^{2}},

对于i＝0,1,...,15

其中d_0，i(W₀,W_i)意指W₀与W_i之间的距离。第二，从小到大对所有距离d_0，i（i＝0,1,...,15）排序(sorting)。最后，取决于移动速度，选择具有最小距离的所要预编码器索引（对于3个比特为8个预编码器）或具有小距离和大距离的预编码器的混合。

应注意，预编码器候选者集合为给定码本中的预编码器的子集。每个预编码器具有其个别候选者集合。码本大小既不缩小也不扩大，而是如平常一样为固定的。给定码本中的所有预编码器可为用于选择不同PMI反馈时序的PMI反馈的候选者。图4A和图4B中列出具有8个最小距离预编码器的选定预编码器候选者集合。因此，图6概述形成预编码器候选者集合的程序，且在所述程序中，可基于距离测量函数或距离相关测量函数选择每个预编码器候选者集合中的预编码器。

在步骤S601中，对于第一预编码器，基于距离测量函数计算第一预编码器与码本中的所有预编码器之间的距离。在步骤S602中，从最小到最大对所计算距离排序。在步骤S603中，根据指派到第一预编码器的比特的数量（对应于N₁个元素），选择具有最小距离或由小距离、中等距离和大距离形成的混合的N₁个预编码器。在步骤S604中，对于码本中的其它预编码器，按照上文提及的用于第一预编码器的程序决定对应预编码器候选者集合。

在另一示范性实施例中，反馈比特的数量可自适应地配置为固定的或变化的。这时放松对每个预编码器候选者集合的大小的约束，这是因为每个预编码器候选者集合可含有不同数量个预编码器。因此，在不同PMI反馈时间时的反馈比特的数量为可变的或自适应的。对于这个实施例来说，所提议PMI反馈机制可在系统性能与反馈开销之间提供较灵活的折衷。

图7A说明根据本揭露的示范性实施例中的一实施例的层数设置为一的LTE-A的码本中的每个预编码器的非一致预编码器候选者的实例。在这个表中，偶数预编码器索引0,2,4，...,14的预编码器候选者集合都设置为3个比特且通过较小距离和较大距离的混合而被选择。至于奇数预编码器索引1,3,5，...,15的预编码器候选者集合，候选者为给定码本中的所有预编码器。因此，如果在时间t＝t₁时PMI反馈的当前选定预编码器索引（例如，参考预编码器索引）为W₀701，那么在时间t＝t₁+Δt_PMI时的下一预编码器候选者为针对W₀701设计的{9,4,7,12,13,15,5,6}702且反馈比特的数量为3。如果在时间t＝t₁时PMI反馈的当前选定预编码器索引（例如，参考预编码器索引）为W₁703，那么在时间t＝t₁+Δt_PMI时的下一预编码器候选者为{0,1,2，...,15}704且反馈比特的数量为4。举例来说，预编码器转变次序可如下：W₀（3个比特）701、W₉（4个比特）705、W₁（4个比特）703、W₂（3个比特）706、W₄（3个比特）707、W₁₁（4个比特）708等。预编码器基于图7A中的已定义候选者集合而改变。因此，取决于当前选定预编码器（例如，参考预编码器），用于下一PMI报告时间的反馈比特的数量为3个比特或4个比特。因此，反馈比特的数量为自适应的或可变的。

对于这个实施例，图7B中也提供模拟结果，且如下列出模拟参数。发射天线的数量为4且接收天线的数量为4。模拟移动速度为30千米/小时，载波频率为2千兆赫兹，调制采用QPSK，且PMI报告周期为10毫秒。图7B说明原始4比特PMI反馈方法和所提议比特自适应反馈方法之间的性能比较。在图7B中，具有3比特PMI反馈的所提议自适应反馈方法比最佳方法（4比特反馈）表现得差0.4分贝。这是因为载波频率已从700兆赫兹增大到高达2千兆赫兹且移动速度已增大到高达30千米/小时。为了补偿这种性能损失，所提议非一致预编码器候选者集合可进一步改善性能。与最佳方法（4比特反馈）相比，性能差距（performance gap）缩小到0.2分贝。假定每个预编码器被选择的概率相同。在这种情况下，由于反馈比特的数量为3或4（概率相同），因此反馈比特的平均数量为3.5比特。因此，减少的反馈开销为约0.5比特且开销减少率为约12.5%。尽管开销减少率从25%减少到12.5%，但性能差距可进一步缩小。可清楚地看到性能与反馈开销之间的折衷。而且，1个比特、2个比特、3个比特和4个比特的任何组合可用于确定预编码器候选者集合，这是因为不同组合将导致系统性能与反馈开销之间的不同折衷。

总之，对于具有比特自适应反馈的实施例来说，预编码器候选者集合定义码本中的每个预编码器的预编码器集合。每个预编码器的预编码器候选者集合为码本中的预编码器的子集，但每个预编码器候选者集合中的预编码器的数量可不同。

在示范性实施例中的另一者中，为了进一步改善系统性能，PMI反馈机制实施为时间上灵活的。更具体来说，在每个预定周期的某一时间点，可复位候选者集合，使得候选者集合可再一次包含码本中的所有预编码器。这意味系统可设置计时器以返回到原始反馈机制，来以所有四个比特执行周期性全局搜索（PGS）以用于PMI反馈。因此，当UE接收指示复位的信号时，反馈PMI将指示码本中的所有预编码器索引中的一个。设计这种功能以避免错过跟踪预编码器变化（或信道变化）。

图8中详细绘示说明最佳预编码器的周期性全局搜索以增强系统性能的程序。在图8中，从0到13的编号（801）指示资源块中的OFDM符号索引的范围，这是因为子帧中的OFDM符号的最大数量为14。最初，PMI指向时间811时的全码本。假定PMI报告周期803为10毫秒，那么时间812和813时的候选者集合将含有码本的子集直到30毫秒标记（804），其中将复位时间814时的PMI候选者集合以包含所有预编码器。这绘示对于每个30毫秒，将调用所述机制以执行周期性全局搜索以便维持系统性能。

对于这个实施例，在图9中绘示了模拟性能。如下列出模拟参数。发射天线的数量为4且接收天线的数量为4。模拟移动速度为30千米/小时，载波频率为2千兆赫兹，调制采用QPSK，且PMI报告周期为10毫秒。PGS的周期设置为20毫秒、30毫秒和40毫秒。图10中列出每个预编码器的一致3比特候选者集合。在图9中，进行所提议方法和最佳方法的BLER性能之间的比较。显然，与没有PGS的所提议3比特反馈方法相比，性能得以进一步改善。PGS技术为进一步改善所有先前实施例中的所提议方法的性能的其中一种方案。因此，可组合任何所述实施例以形成新PMI反馈机制。因此，应注意，上述实施例仅为示范性的，这是因为本揭露不严格地归入三个实施例中的一实施例。

如果性能不令人满意，那么UE可通知服务eNB改变候选者集合表。如下描述可能方法中的一者。UE可对反馈到eNB的NACK的数量计数以确定当前使用的候选者集合表是否必须改变。如果用于某一封包(packet)的NACK的数量大于一阈值N_nack(threshold)，那么UE将发射信号以请求服务eNB改变当前候选者集合表。应注意，N_nack是变量且因此可改变。eNB也可发射信号以通知UE改变当前使用的候选者集合表。决策规则可基于上述做法。也就是说，如果用于某一封包的NACK的数量大于N_nack，那么eNB将发射信号以通知UE改变当前候选者集合表。

可如下实施eNB与UE之间的信令。当eNB决定如本揭露中所提议进入减少比特数量的PMI反馈模式时，eNB将向UE发射信号。在进入减少比特数量的PMI反馈模式之后，eNB将发射信号以向UE通知预编码器候选者集合配置。预编码器候选者集合配置定义码本中的每个预编码器的预编码器候选者集合。每个预编码器的预编码器候选者集合为码本中的预编码器的子集。每个预编码器候选者集合中的预编码器的数量可相同或不同。如果eNB决定执行PGS方法，那么eNB将向UE发射包含PGS周期的信号。当eNB决定返回到原始PMI反馈模式时，eNB将向UE发射后退（fallback）信号。因此，eNB与UE之间的信令将包含有关进入减少比特数量的PMI反馈模式、PGS周期、后退到原始PMI反馈模式和预编码器候选者集合配置的信息。最后，UE可将PMI反馈到eNB。

图11从eNB的观点概述用于执行比特自适应PMI反馈的方法。在步骤S1101中，eNB基于当前使用的码本配置预编码器候选者集合表，其中所述预编码器候选者集合表定义码本的预编码器索引中的每一者的预编码器候选者集合。应注意，码本为具有固定索引的标准码本。在步骤S1102中，eNB从UE接收PMI反馈。在步骤S1103中，eNB从预编码器候选者集合获得如由反馈PMI指示的下一对应预编码器。在步骤S1104中，eNB使用下一预编码器处理下行链路数据（即，执行用于下行链路流的预编码）。

图12从UE的观点概述用于执行比特自适应PMI反馈的方法。在步骤S1201中，UE基于来自eNB的所接收信令配置预编码器候选者集合表，其中所述预编码器候选者集合表定义码本的预编码器索引中的每一者的预编码器候选者集合。应注意，UE中的所有预编码器候选者集合的设置与eNB中的设置相同。应注意，码本为具有固定索引的标准码本。在步骤S1202中，UE从当前预编码器（例如，参考预编码器）的预编码器候选者集合选择反馈到eNB的下一预编码器。在步骤S1203中，UE基于比特映射表对选定预编码器的反馈PMI比特进行编码。在步骤S1204中，UE将选定PMI反馈到eNB。

鉴于上述描述，本揭露能够通过减少PMI反馈比特的数量来减少PMI反馈开销，同时通过使用标准码本的随时间变化子集以实施反馈来维持合理系统性能，且随时间变化子集可使用距离测量函数或其它距离相关测量函数（如矩阵相关）而导出，且反馈比特可从比特映射表导出，这是因为取决于外部情况，反馈比特可变化且为自适应的。PMI反馈机制也可根据不同时间的帧而变化且在每个预定周期之后返回到原始PMI反馈模式。本揭露可应用于包含单用户MIMO、多用户MIMO、CoMP和载波聚合（CA）情形的MIMO系统以减少PMI反馈比特的数量。

所属领域的技术人员将显而易见的是，可对所揭露实施例的结构进行各种修改和变化，而不脱离本揭露的范围或精神。鉴于以上内容，本揭露希望涵盖本揭露的修改和变化，只要所述修改和变化落入随附权利要求书和其等效物的范围内。

Claims

1.一种用于执行用于eNB的比特自适应PMI反馈的方法，所述eNB具有含固定预编码器索引的固定码本，其中每个预编码器索引指向特定预编码器，其特征在于，所述方法包括：

接收PMI比特序列；

基于比特映射表和参考预编码器将所述PMI比特序列映射到第一预编码器；

通过参考所述第一预编码器来确定下一预编码器；以及

使用所述下一预编码器来处理下行链路数据，

其中所述基于所述比特映射表和所述参考预编码器将所述PMI比特序列映射到所述第一预编码器的步骤包括：

参考所述比特映射表，其中所述比特映射表包括预定义所述下一预编码器的候选者集合的候选者集合表，且所述下一预编码器的所述候选者集合的每个预编码器映射到特定比特序列；以及

根据所述比特映射表从所述PMI比特序列转换为所述第一预编码器。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述通过参考所述第一预编码器来确定所述预编码器的步骤包括：

如果所述PMI比特序列不适当，那么选择第二预编码器作为所述下一预编码器；以及

如果所述PMI比特序列适当，那么选择所述第一预编码器作为所述下一预编码器。

3.根据权利要求2所述的方法，其还包括：

接收下一PMI比特序列；

基于所述比特映射表和所述第一预编码器或所述第二预编码器将所述PMI比特序列映射到第三预编码器；以及

通过参考所述第三预编码器来确定所述下一预编码器。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述PMI比特序列选自1比特到4比特。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述PMI比特序列的比特数量可变。

6.根据权利要求1所述的方法，其还包括：

发射将下一预编码器候选者集合重置为所述固定码本的所有预编码器的重置信号。

7.根据权利要求1所述的方法，其还包括：

发射第一信号以进入减少比特数量的PMI反馈模式；以及

在进入所述减少比特数量的PMI反馈模式之后配置所述比特映射表和所述候选者集合表。

8.根据权利要求7所述的方法，其还包括：

确定所接收的NACK信号的数量；

如果NACK信号的所述所接收数量超过阈值，那么发射第二信号以重新配置所述候选者集合表和所述比特映射表。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述候选者集合表是根据基于距离测量函数或距离相关测量函数选择每个预编码器候选者集合的预编码器而导出。

10.一种用于执行用于UE的比特自适应PMI反馈的方法，此反馈方法是与eNB通讯，所述UE具有含固定预编码器索引的固定码本，其中每个预编码器索引指向特定预编码器，其特征在于，所述方法包括：

基于信号选择第一预编码器；

基于比特映射表和参考PMI将所述第一预编码器映射到第一PMI比特序列；以及

发射所述第一PMI比特序列，

其中所述基于所述比特映射表和所述参考PMI将所述第一预编码器映射到所述第一PMI比特序列的步骤包括：

参考所述比特映射表，其中所述比特映射表包括预定义下一预编码器的候选者集合的候选者集合表，且所述下一预编码器的所述候选者集合的每个预编码器映射到特定比特序列；以及

根据所述比特映射表从所述第一预编码器转换为所述PMI比特序列。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述参考PMI为从所述UE发射的前一PMI或为由eNB使用的前一PMI。

12.根据权利要求11所述的方法，其还包括：

基于另一信号选择第二预编码器；

基于比特映射表和另一个参考PMI将所述第二预编码器映射到第二PMI比特序列，其中所述另一个参考PMI为从所述UE发射的所述前一PMI或为由eNB使用的所述前一PMI；以及

发射所述第二PMI比特序列。

13.根据权利要求10所述的方法，其中所述PMI比特序列选自1个比特到4个比特。

14.根据权利要求10所述的方法，其中所述PMI比特序列的比特数量可变。

15.根据权利要求10所述的方法，其还包括：

接收将下一预编码器候选者集合重置为所述固定码本的所有预编码器的重置信号。

16.根据权利要求10所述的方法，其还包括：

接收进入减少比特数量的PMI反馈模式的第一信号；以及

17.根据权利要求16所述的方法，其还包括：

监视所发射的NACK信号的数量；

如果NACK信号的所述所发射数量超过阈值，那么发射第二信号以重新配置所述候选者集合表和所述比特映射表。

18.根据权利要求10所述的方法，其中所述候选者集合表是根据基于距离测量函数或距离相关测量函数选择每个预编码器候选者集合的预编码器而导出。

19.一种eNB，其包括：

收发器，其用于发射和接收无线数据；

存储器电路，其用于存储至少：

具有固定预编码器索引的码本，其中每个预编码器索引指向特定预编码器以及；

比特映射表；

处理电路，其耦合到所述收发器和所述存储器电路且经配置以用于：

接收PMI比特序列；

基于比特映射表和参考预编码器将所述PMI比特序列映像到第一预编码器；

通过参考所述第一预编码器来确定下一预编码器；以及

使用所述下一预编码器来处理下行链路数据，

其中所述处理电路经配置以用于基于所述比特映射表和所述参考预编码器将所述PMI位序列映射到所述第一预编码器包括：

参考所述比特映射表，其中所述比特映射表包括预定义所述下一预编码器的候选者集合的候选者集合表，且所述下一预编码器的所述候选者集合的每个预编码器映像到特定比特序列；以及

根据所述比特映射表从所述PMI位序列转换为所述第一预编码器。

20.根据权利要求19所述的eNB，其中所述处理电路经配置以用于通过参考所述第一预编码器来确定所述预编码器包括：

如果所述PMI位序列适当，那么选择所述第一预编码器作为所述下一预编码器。

21.根据权利要求19所述的eNB，其中所述PMI比特序列选自1个比特到4个比特。

22.根据权利要求19所述的eNB，其中所述PMI位序列的比特数量可变。

23.根据权利要求20所述的eNB，其中所述处理电路经进一步配置以用于：

接收下一PMI比特序列；

基于所述比特映射表和所述第一预编码器或所述第二预编码器将所述PMI比特序列映像到第三预编码器；以及

通过参考所述第三预编码器来确定所述下一预编码器。

24.根据权利要求19所述的eNB，其中所述处理电路经进一步配置以用于：

发射将下一预编码器候选者集合重置为所述码本的所有预编码器的重置信号。

25.根据权利要求19所述的eNB，其中所述处理电路经进一步配置以用于：

发射进入减少比特数量的PMI回馈模式的信号；以及

在进入所述减少比特数量的PMI回馈模式之后配置所述比特映射表和所述候选者集合表。

26.根据权利要求19所述的eNB，其中所述处理电路经进一步配置以用于：

确定所接收的NACK信号的数量；

如果NACK信号的所述所接收数量超过阈值，那么发射重新配置所述候选者集合表和所述比特映射表的信号。

27.根据权利要求19所述的eNB，其中所述候选者集合表是根据基于距离测量函数或距离相关测量函数选择每个预编码器候选者集合的预编码器而导出。

28.一种UE，其特征在于，包括：

存储器电路，其含有至少：具有固定预编码器索引的码本，其中每个预编码器索引指向特定预编码器；以及比特映射表；

收发器，其用于发射和接收无线数据；以及

处理电路，其耦合到所述存储器电路和所述收发器且经配置以用于：

基于信号选择第一预编码器；

基于比特映射表和参考PMI将所述第一预编码器映像到第一PMI位序列；以及

发射所述第一PMI位序列，

其中所述处理电路经配置以用于基于所述比特映射表和所述参考PMI将所述第一预编码器映像到所述第一PMI比特序列包括：

参考所述比特映射表，其中所述比特映射表包括预定义下一预编码器的候选者集合的候选者集合表，且所述下一预编码器的所述候选者集合的每个预编码器映像到特定比特序列；以及

29.根据权利要求28所述的UE，其中所述UE与eNB通信，所述参考PMI为从所述UE发射的前一PMI或由所述eNB使用的前一PMI。

30.根据权利要求28所述的UE，其中所述PMI位序列选自1个比特到4个比特。

31.根据权利要求28所述的UE，其中所述PMI比特序列的比特数量可变。

32.根据权利要求29所述的UE，其中所述处理电路经进一步配置以用于：

基于另一信号选择第二预编码器；

基于比特映射表和所述参考PMI将所述第二预编码器映像到第二PMI比特序列，其中所述参考PMI为从所述UE发射的所述前一PMI或由所述eNB使用的所述前一PMI；以及

发射所述PMI比特序列。

33.根据权利要求28所述的UE，其中所述处理电路经进一步配置以用于：

接收将下一预编码器候选者集合重置为所述码本的所有预编码器的重置信号。

34.根据权利要求28所述的UE，其中所述处理电路经进一步配置以用于：

接收进入减少比特数量的PMI回馈模式的信号；以及

35.根据权利要求34所述的UE，其中所述处理电路经进一步配置以用于：

监视所发射的NACK信号的数量；

如果NACK信号的所述所发射数量超过阈值，那么发射重新配置所述候选者集合表和所述比特映射表的信号。

36.根据权利要求28所述的UE，其中所述候选者集合表是根据基于距离测量函数或距离相关测量函数选择每个预编码器候选者集合的预编码器而导出。