CN104737464B - 在多天线无线通信系统中利用减少的码本找到信道状态信息 - Google Patents

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Abstract

在发射器(110)和接收器(120)处采用的多个天线可以大幅增加MIMO系统(100)的容量，尤其是在信道知识在发射器(110)处可用时。信道状态信息可以在基于码本的预编码反馈中由接收器(120)向发射器(110)提供。提出了一种方法，其中接收器(120)进行码本的预编码器元素的搜索，以提供发射器(110)增强容量的秩信息和预编码器控制索引。不像常规穷举式搜索，所提出的方法通过减少所考虑的预编码器元素的搜索空间来降低复杂度。通过减少较高秩预编码器元素的搜索空间并且保持较低秩预编码器元素的搜索空间来最小化性能损失。

Description

在多天线无线通信系统中利用减少的码本找到信道状态信息
相关申请
本申请要求于2012年9月11日提交的、题为“FINDING CHANNEL STATEINFORMATION WITH REDUCED CODEBOOK IN A MULTI-ANTENNA WIRELESS COMMUNICATIONSYSTEM”的美国申请13/610,319的优先权和权益，并且还要求于2013年1月23日提交的、题为“FINDING CHANNEL STATE INFORMATION WITH REDUCED CODEBOOK IN A MULTI-ANTENNAWIRELESS COMMUNICATION SYSTEM”的美国申请13/748,212的优先权和权益，二者都通过引用的方式将其整体并入于此。
技术领域
本公开的非限制性示例实施例一般涉及无线通信的技术领域，并且具体地涉及用于确定无线通信系统中的信道状态信息的方法和设备。
背景技术
在发射器和接收器处采用的多个天线可以大幅增加系统容量。通过以相同的频率带宽传输独立的符号流，通常称为空间复用(SM)，利用增加数目的天线实现了数据速率的线性增加。另一方面，通过在发射器处使用空时码，所检测的符号的可靠性可以通过利用传输分集来改善。两种方案都假设在发射器处没有信道知识。
然而，在诸如3GPP(第三代合作伙伴计划)LTE(长期演进)、HSDPA(高速下行链路分组接入)和WiMAX(微波存取全球互通)系统之类的实际的无线系统中，信道知识可以经由从接收器到发射器的反馈而变得在发射器处可用。MIMO(多输入多输出)发射器可以利用这种信道信息，以借助于预编码来改善系统性能。除了波束形成增益，预编码的使用避免了病态信道矩阵的问题。
在实践中，完整的CSI(信道状态信息)可以通过利用信道互易性而针对使用TDD(时分双工)方案的通信系统可用。然而，针对FDD(频分双工)系统，更加难以获得完整的CSI。在FDD系统中，一些种类的CSI知识可以经由来自接收器的反馈而在发射器处可用。这些系统被称为有限反馈系统。存在许多有限反馈系统的实施方式，诸如基于码本的反馈和量化的信道反馈。3GPP LTE、HSDPA和WiMAX推荐基于码本的反馈CSI以用于预编码。
在基于码本的预编码中，预定义的码本在发射器和接收器二者处被定义。码本的条目可以使用诸如格拉斯曼(Grassmannian)、Lyod算法、DFT矩阵等之类的不同方法来构造。预编码器矩阵被经常选择为匹配NRxNT MIMO信道矩阵H的特性(NR是接收天线的数目并且NT是传输天线的数目)，从而得到所谓的依赖于信道的预编码。这还通常称为闭环预编码，并且本质上力求将传输能量集中到信号子空间中，该信号子空间在输送较多传输能量至UE(用户设备)的意义上能力突出。在该上下文中，该信号子空间是在包括空间、时间、频率、码等的任何数目的维度中定义的信号空间的子空间。
此外，预编码器矩阵还可以被选择为力求使信道正交化，意味着在UE处适当的线性均衡之后，降低了层间干扰。在接收器处，通常利用不同码本条目找到SINR(信号与干扰加噪声比)并且选择给出最高频谱效率(还称为信道容量)的秩/预编码索引。在这种上下文中，秩指示可以从发射器向接收器同时传输的数据流的数目。
闭环MIMO系统的性能一般随着码本集的基数(大小)而改善。在接收器处，RI(秩信息)和PCI(预编码控制索引)每TTI(传输时间间隔)或TTI的倍数(例如LTE中的5、HSDPA中的1/3)被发送回到发射器。通常，找到秩信息和预编码控制索引是繁琐的，并且涉及许多计算。在码本是较大时，在闭环MIMO的情况下，复杂度是巨大的。例如，HSDPA/LTE用64码字定义了用于4-Tx天线系统的码本(每个秩16码字)。随着天线数目的增加，复杂度会以指数形式增加。这使得难以实现提供反馈以改善性能的常规方法。
发明内容
所公开的主题的一个非限制性方面针对在多天线无线通信系统中由接收器执行以向发射器提供信道状态信息以作为反馈的方法。该方法可以包括估计在发射器和接收器之间的信道以及确定预编码器子集。预编码器子集可以包括一个或多个预编码器元素，每个预编码器元素可以是针对多个秩定义的码本的预编码器元素。针对每个秩，码本可以包括与该秩对应的多个预编码器元素。预编码器子集可以包括少于码本的所有预编码器元素的预编码器元素。该方法还可以包括确定与预编码器子集中的每个预编码器元素对应的容量。该方法可以进一步包括确定与如下预编码器元素关联的信道状态信息：该预编码器元素的对应容量在与该预编码器子集的预编码器元素对应的容量之中是最大的。该方法可以又进一步包括向发射器提供信道状态信息以作为反馈。信道状态信息可以包括秩信息和预编码控制索引。
所公开的主题的另一非限制性方面针对在其中包括程序指令的计算机可读介质。在计算机执行程序指令时，计算机执行如上面描述的、在多天线无线通信系统中在接收器中执行以向发射器提供信道状态信息以作为反馈的方法。
所公开的主题的另一非限制性方面针对多天线无线通信系统的接收器，其中该接收器可以被构造为向发射器提供信道状态信息以作为反馈。接收器可以包括信道估计器、预编码器子集确定器、容量确定器、信道状态确定器和反馈提供器。信道估计器可以被构造为估计在发射器和接收器之间的信道。预编码器子集确定器可以被构造为确定预编码器子集，该预编码器子集可以包括一个或多个预编码器元素，每个预编码器元素可以是针对多个秩定义的码本的预编码器元素。针对每个秩，码本可以包括与该秩对应的多个预编码器元素。预编码器子集可以包括少于码本的所有预编码器元素的预编码器元素。容量确定器可以被构造为针对预编码器子集中的每个预编码器元素，基于信道估计确定与该预编码器元素对应的容量。信道状态确定器可以被构造为确定与如下预编码器元素关联的信道状态信息：该预编码器元素的对应容量在与预编码器子集的预编码器元素对应的容量之中是最大的。反馈提供器可以被构造为向发射器提供信道状态信息以作为反馈。信道状态信息可以包括秩信息和预编码控制索引。
所公开的主题的另一非限制性方面针对在多天线无线通信系统中由发射器执行以向接收器提供预编码器子集的方法。该方法可以包括确定预编码器子集，该预编码器子集可以包括一个或多个预编码器元素，每个预编码器元素可以是针对多个秩定义的码本的预编码器元素。针对每个秩，码本可以包括与该秩对应的多个预编码器元素。预编码器子集可以包括少于码本的所有预编码器元素的确定预编码器子集，该预编码器子集可以包括一个或多个预编码器元素。方法还可以包括向接收器提供预编码器子集。
所公开的主题的另一非限制性方面针对在其中包括程序指令的计算机可读介质。在计算机执行程序指令时，计算机执行如上面描述的、在多天线无线通信系统中在发射器中执行以向接收器提供预编码器子集的方法。
所公开的主题的另一非限制性方面针对多天线无线通信系统的发射器，其中该发射器可以被构造为向接收器提供预编码器子集。发射器可以包括预编码器子集提供器，预编码器子集提供器被构造为确定预编码器子集，该预编码器子集可以包括一个或多个预编码器元素，每个预编码器元素可以是针对多个秩定义的码本的预编码器元素。针对每个秩，码本可以包括与该秩对应的多个预编码器元素。预编码器子集可以包括少于码本的所有预编码器元素的预编码器元素。容量确定器可以被构造为针对预编码器子集中的每个预编码器元素，基于信道估计确定与该预编码器元素对应的容量。预编码器子集提供器还可以被构造为向接收器提供预编码器子集。
附图说明
根据如附图所示优选实施例的以下更具体的描述，所公开的主题的上述和其它的目的、特征和优点将是显而易见的，在附图中附图标记贯穿各种视图指的是相同部分。附图不必要按比例。
图1图示在典型的呼叫建立期间在发射器和接收器之间交换的消息的示例；
图2形象地图示用于找到四分支MIMO系统的秩信息和预编码控制索引的常规算法；
图3以图形方式图示在仅秩3传输中针对各种数目的预编码器元素的平均用户吞吐量对平均小区吞吐量的示例；
图4以图形方式图示在仅秩4传输中针对各种数目的预编码器元素的平均用户吞吐量对平均小区吞吐量的示例；
图5形象地图示用于找到示例MIMO系统的秩信息和预编码控制索引的所提出的算法的示例；
图6图示无线网络的被构造为向发射器提供信道状态信息的接收器的实施例；
图7图示无线网络的被构造为向发射器提供信道状态信息的接收器的另一实施例；
图8图示由接收器执行以向发射器提供信道状态信息的示例方法的流程图；
图9图示由接收器执行以确定预编码器子集的示例过程的流程图；
图10图示由接收器执行以确定预编码器元素的容量的示例过程的流程图；
图11图示由接收器执行以确定信道状态并且向发射器提供反馈的示例过程；
图12图示无线网络的被构造为向接收器提供预编码器子集的发射器的实施例；
图13图示无线网络的被构造为向接收器提供预编码器子集的发射器的另一实施例；
图14图示由发射器执行以向接收器提供预编码器子集的示例方法的流程图；以及
图15图示由发射器执行以确定预编码器子集的示例过程的流程图。
具体实施方式
为了说明而非限制的目的，阐述诸如特定架构、接口、技术等之类的具体细节。然而，对于本领域技术人员来说将显而易见的是，本文中所描述的技术可以在脱离这些具体细节的其它实施例中实践。也就是说，本领域技术人员将能够设计出其体现所描述技术的原理的各种布置，尽管未明确描述或示出于此。
在一些实例中，省略了熟知设备、电路和方法的详细描述，以免用不必要的细节使描述模糊不清。本文中记载原理、方面、实施例和示例的所有叙述旨在于包含结构和功能等同物二者。另外，旨在的是，这些等同物包括当前已知的等同物以及将来开发的等同物二者，即所开发的执行相同功能的任何元件，而不管结构。
因此，例如，将理解的是，本文中的框图可以表示体现技术原理的说明性电路系统的概念视图。类似地，将理解的是，任何流程图、状态转换图、伪代码等表示其可以基本上表示在计算机可读介质中并且由计算机或处理器执行的各种过程，而不论这样的计算机或处理器是否明确示出。
包括标记为或描述为“处理器”或“控制器”的功能块的各种元件的功能可以通过专用硬件以及能够执行关联软件的硬件来提供。在由处理器提供时，功能可以由单个专用处理器、由单个共享处理器、或者由其中一些可以是共享的或分布式的多个单独处理器来提供。而且，明确使用术语“处理器”或“控制器”不应被解释为排他地指代能够执行软件的硬件，并且可以包括而不限于数字信号处理器(缩写为“DSP”)硬件、用于存储软件的只读存储器(缩写为“ROM”)、随机存取存储器(缩写为RAM)和非易失性存储装置。
在本文档中，为了说明的目的，3GPP术语，例如HSDPA、WCDMA、LTE、LTE-A，被用作示例。注意，本文中所描述的技术可以应用于非3GPP标准，例如WiMAX、UMB、GSM、cdma2000、1xEVDO、无线LAN、WiFi等。因此，本公开的范围并不限于3GPP无线网络系统的集合，并且可以包含无线通信系统的许多领域。同样地，无线终端(例如UE、膝上型电脑、PDA、智能电话、移动终端等)将被用作其中可以执行所描述方法的接收器的示例。也就是说，描述一般将集中于下行链路传输。然而，所公开的主题同样适用于上行链路传输。也就是说，所公开的主题适用于包括接收无线信号的基站(例如RBS、NodeB(节点B)、演进NodeB(eNodeB)、eNB等)和中继站在内的任何网络节点。
如上面指出的，找到秩信息和预编码索引是繁琐的，并且涉及许多计算。对于闭环MIMO系统，在码本较大时，复杂度会令人生畏。例如，HSDPA/LTE用64码字定义了用于4天线系统的码本(每个秩16码字)。在这一描述中，码本的大小将由码本中的码字的数目来指代。因此，用于四分支MIMO系统的HSDPA/LTE码本的大小是64。
在所公开的主题的一个方面中，提出了用于降低接收器处的计算复杂度的方法。在这个方面中，所提出的方法避免全空间搜索，并且使用码本的子集以用于找到诸如秩信息、预编码控制索引、信道质量指示符等之类的信道状态信息。仿真结果表明，相对于通过全空间搜索实现的性能劣化，利用所提供的方法的性能劣化是非常小的。同样地，可以大大降低复杂度。
理想的线性预编码要求在发射器处的完整CSI。这对于基于TDD的系统可以是可能的，但是对于基于FDD的系统是不切实际的。基于码本的预编码允许接收器基于应该用于传输的码本显式地标识预编码矩阵/矢量。
在3GPP的HSDPA/LTE标准中，单独的码本被定义用于传输天线数目和传输层数目的各种组合。后者还被称为秩信息(RI)。例如如上面所指出的，对于四分支MIMO系统，定义了总共64个预编码矢量和矩阵。同样针对RI＝1、2、3、4场景的码本中的每个秩，定义了每秩十六(16)个预编码器元素。3GPP标准未指定UE应该使用什么准则来计算RI和/或最优的预编码矩阵/矢量。
图1图示在多天线无线通信系统100的两个节点——发射器110和接收器120——之间交换的消息的示例。在下行链路中，发射器110可以是基站(例如Node B)，并且接收器120可以是无线终端(例如UE)。在这个示例中，图示了在典型的呼叫建立期间在Node B和UE之间交换的消息。根据Node B在公共导频信道(CPICH)上传输的信号，UE估计信道，并计算信道质量信息和预编码信道指示符。UE在反馈信道(例如HS-DPCCH)上向Node B报告这一信息连同混合ARQ ACK/NAK作为反馈。HS-DPCCH的周期通常是一个子帧(2毫秒)。例如，一旦UE决定了RI和对应PCI，信息就经由反馈信道被发送到Node B。
在接收到反馈信息后，Node B决定用于数据业务的秩、调制、传送块大小和PCI。这一信息通过下行链路控制信道(例如HS-SCCH)来传送。在向UE传输控制信息之后，Node B然后在数据业务信道(例如HS-PDSCH)上向UE传输下行链路数据。
如上面所指出的，在下行链路中，Node B是数据发射器并且UE是数据接收器。注意，在上行链路中，角色颠倒。也就是说，Node B是接收器并且UE是发射器。应当注意的是，所描述主题的一些或所有方面在上行链路中同样适用。
图2形象地图示用于找到四分支MIMO系统的RI和PCI的常规算法。在常规方法中，预编码码本(或简称码本)包含总共64个预编码器元素(每个秩16个元素)。在MIMO检测器(MMSE、MLD等)的输出处的接收SNR是信道矩阵H、预编码矩阵、噪声功率谱密度和共信道干扰功率的函数。用于找到RI和PCI的常规算法由接收器(例如由UE)在下行链路中执行的以下步骤组成：
·通过基于公共导频信道上的信号估计信道来计算信道系数；
·针对码本中的所有元素计算每个码本元素的容量；
·找到与使容量最大化的码本元素对应的PCI和RI。
具体参照图2，接收器基于信道估计来计算64个容量(C1至C64)，容量对应于码本中的每个码本元素。换言之，执行穷举式搜索。如果接收器确定C48是最高的，则接收器将向发射器提供RI 3和PCI 48作为反馈。
可以看出，常规算法的穷举式搜索涉及许多计算。随着天线数目的增加，码本元素的数目会以指数形式增加。因此，随着MIMO系统变得更加复杂，实现由常规算法所要求的穷举式搜索可能变得不可能或者至少不切实际。
但是在一个方面中，提出了一种方法，与常规穷举式方法相比，该方法采用较少数目的计算来确定CSI(例如RI、PCI、CQI、SINR等)，其中很少甚至无性能牺牲。一般地，所提出的方法通过计算仅码本元素的子集的容量来实现计算减少，即考虑少于所有码本元素的码本元素。但是减少搜索空间意味着将不考虑一些预编码器元素。因此，可能最佳的预编码器元素将不被包括在预编码器子集中，意味着相对于常规穷举式搜索，性能会随着减少的搜索空间而劣化。然而，通过智能地选择将被包括在搜索空间中的码本元素，可以将性能牺牲保持为最小，而同时降低复杂度。
在MIMO系统中，系统的码本可以针对多个秩来定义，并且针对每个秩，码本可以包括多个预编码器元素。在这样的系统中，可以通过减少一个或多个秩的搜索空间来减少搜索空间。在秩内，总共有N个预编码器元素，并且可以考虑秩内的预编码器元素中的n个预编码器元素，即出自该秩的N个预编码器元素的该n个预编码器元素被选择或以其他方式被选定，并且计算它们的对应容量。当针对一个秩存在n＝N时，这等同于针对该秩执行秩穷举式搜索。然后常规穷举式搜索可以与针对码本中的所有秩执行秩穷举式搜索等同。
但是在所提出的方法中，针对至少一个秩减少搜索空间，即n<N，意味着考虑少于该秩的所有预编码器元素的预编码器元素。通过针对一个或多个秩减少所考虑的预编码器元素的搜索空间，相对于常规穷举式搜索，搜索空间作为整体可以被减少。为了便于表达，所提出的方法的搜索空间反映在预编码器子集中。预编码器子集可以包括一个或多个预编码器元素，每个预编码器元素是码本的预编码器元素。在针对至少一个秩存在n<N时，则预编码器子集包括少于码本的所有元素的元素。在所提出的方法中，可以确定预编码器子集，可以确定与预编码器子集中的预编码器元素对应的容量，以及在预编码器子集的预编码器元素之中具有最佳容量的预编码器元素的信道状态信息可以用于决定在发射器处用于数据业务的传输参数。在减少搜索空间时，由于需要较少的计算，复杂度也按期望而得以降低。
关于性能劣化的可能性，所公开主题的发明人观察到，随着秩的增加，性能损失不会变得明显，直到元素数目更大程度地减少。图3图示针对四分支MIMO系统的仅秩3(RI＝3)传输的各种数目的预编码器元素的平均用户吞吐量对平均小区吞吐量的比较的曲线图。考虑并且用曲线图表示的预编码器元素的数目n是n＝1,2,4,8,16。在该图中，在n<N＝16时，随机选择n个预编码器元素。如所看到的，在搜索空间减半到n＝8时，性能损失为相对于秩穷举式搜索n＝N＝16的大约2％。这表明，对于秩3通信，搜索空间可以减少到二分之一，而无显著性能损失。
图4类似于图3，除了用曲线图表示针对仅秩4(RI＝4)传输的比较。如所看到的，表示n＝8和n＝4(再次随机选择预编码器元素)的性能线几乎与表示秩穷举式搜索n＝N＝16的性能线一致。还如所看到的，即使在n＝2时，即在仅考虑两个随机选择的元素时，性能损失仍然小于2％。这表明，对于秩4通信，搜索空间可以减少到四分之一，而基本上无性能损失，并且如果可以容忍2％的性能损失，则可以减少到八分之一。
人们将预期在任何特定秩内，在执行秩穷举式搜索时，即在n＝N时，实现最佳性能。但是在仅考虑预编码器元素的子集时，即在n<N时，存在如下可能：在该秩内具有实际最佳容量的预编码器元素可能未被选择。因此，平均来说，人们还将预期在n<N时的吞吐量性能将低于穷举式搜索的吞吐量性能，以及吞吐量损失将随着n的减小而增大。图3和图4二者都证实了这些预期。
图3和图4还证实了所公开主题的发明人已进行的观察——对于更高的秩，性能损失不会变得明显，直到元素数目更大程度地减少。例如，如果可以容忍2％的性能劣化，则针对秩4传输的搜索空间可以减少到八分之一(n＝2)，但是针对秩3不应该减少到超过二分之一(n＝8)。这表明，搜索空间的大小可以与秩反比对应。
注意，搜索空间的减少以及因此带来的复杂度的降低，可以取决于对性能损失的容忍度。例如，如果可以容忍大于2％的性能损失，则搜索空间或许可以针对秩4通信减少到十六分之一(n＝1)，并且针对秩3减少到四分之一(n＝4)。
针对例如秩2(或甚至针对秩1)的更低秩传输，可以减少搜索空间，即考虑少于所有的码本元素n<N。然而，通过减少搜索空间而降低计算复杂度以可能的性能损失为代价的折衷可能是不值得的。所以针对更低的秩，例如针对处于或低于秩阈值的秩，可以期望搜索空间包括所有预编码器元素，例如在预编码器子集中包括更低秩的所有预编码器元素。但是再次，这不是严格限制。
图5形象地图示用于找到四分支MIMO系统的秩信息和预编码控制索引的所提出的算法的示例。在该图中，假定平均2％吞吐量损失是可接受的。回想常规穷举式搜索的总搜索空间是大小64(针对秩1、2、3和4中的每个秩，n＝16)。见图2。但是在其中应用所提出的方法的这一示例中，搜索空间减少到大小42(针对秩1，n＝16；针对秩2，n＝16；针对秩3，n＝8；针对秩4，n＝2)。见图5。然后与42个计算容量之中的最佳容量对应的RI、PCI、CQI等被提供作为反馈信息。
在这一特定示例中，整体减少倍数是64:42，即复杂度降低到大概2:3。然而，随着天线数目的增加(例如，增加到8、16或更多)，搜索空间的减少可以变得越来越显著。
图5示出针对秩3计算容量C33至C40，并且针对秩4计算容量C49和C50。然而，这仅仅是一种可能性。针对秩3可以计算容量C33至C48之中的任何八个，并且针对秩4可以计算容量C49至C64之中的任何两个。对应预编码器元素可以在接收器120处随机选择、可以内部定义于接收器120内、和/或发射器110可以指定预编码器元素以供接收器120考虑。
图6图示依照所提出的方法的示例的多天线无线网络100的接收器120的实施例，该接收器120被构造为向发射器110提供信道状态信息作为反馈。如所看到的，接收器120可以包括信道估计器610、预编码器子集确定器620、容量确定器630、信道状态确定器640和反馈提供器650。
图6提供接收器120以及包括在其中的设备的逻辑视图。不是严格必要的是，每个设备与其它设备物理上分离。一些或所有设备可以组合在一个物理模块中。相反，至少一个设备可以被分成物理上分离的模块。
同样地，接收器120的设备不需要严格以硬件来实现。设想设备可以通过硬件和软件的任何组合来实现。例如，如图7所示，接收器120可以包括一个或多个处理器710、一个或多个存储装置720、以及无线接口730和网络接口740之一或二者。处理器710可以被构造为执行程序指令，以执行一个或多个接收器设备的操作。指令可以存储在非瞬态存储介质或固件(例如ROM、RAM、闪存)中。注意，程序指令还可以通过有线和/或无线瞬态介质经由无线和网络接口730、740之一或二者来接收。无线接口730(例如收发器)可以被构造为经由一个或多个天线735从其它无线电网络节点接收信号并且向其它无线电网络节点发送信号，一个或多个天线735可以是内部或外部的。网络接口740可以被包括并且被构造为与其它无线电和/或核心网络节点进行通信。
图8图示依照所提出的方法的由接收器120执行以向发射器110提供信道状态信息作为反馈的示例方法800的流程图。在步骤810中，信道估计器610可以估计发射器110和接收器120之间的信道。例如，发射器110可以在诸如CPICH之类的导频信道上传输导频符号，该导频符号在接收器120处经由无线接口730接收。根据这些符号，信道估计器610可以估计信道，并且还可以计算信道系数。
在步骤820中，预编码器子集确定器620可以确定预编码器子集。在这一步骤中，预编码器子集确定器620可以选择或以其它方式选定码本的哪些预编码器元素被包括在预编码器子集中。注意，不是码本的所有预编码器元素都被包括在子集中，即搜索空间应该相对于常规穷举式搜索的搜索空间而减小。因此，预编码器子集包括码本的一个或多个预编码器元素、但是少于码本的所有预编码器元素。
预编码器子集确定器620可以用各种方式来确定预编码器子集。图9图示用于实现步骤820的示例过程的流程图。在这一示例过程中，相似的过程可以贯穿多个秩中的每个秩而迭代。过程可以开始于步骤910，其中预编码器子集确定器620将秩初始化为开始秩。例如，在四分支MIMO系统中，预编码器子集确定器620可以开始于秩1(RI＝1)。
针对每个秩，在步骤920中，预编码器子集确定器620可以确定该秩是否处于或高于秩阈值。在一个方面中，秩阈值可以在接收器120内进行内部定义。可选地，在步骤905中，预编码器子集确定器620可以从发射器110接收秩阈值。该秩阈值在被接收到时，被接收的秩阈值可以覆写任何内部定义的秩阈值和/或任何先前被接收的秩阈值。
如果确定秩处于或低于秩阈值，则在步骤930中，预编码器子集确定器620可以在预编码器子集中包括码本的该秩的所有预编码器元素。例如，假定针对四分支MIMO系统，(内部定义的或从外部接收的)秩阈值被设置为2。那么在步骤930中，预编码器子集确定器620可以在预编码器子集中包括与秩1关联的全部16个预编码器元素。类似地，可以包括与秩2关联的全部16个预编码器元素。
然而，如果确定秩高于秩阈值，则在步骤940中，预编码器子集确定器620可以在预编码器子集中包括码本的该秩的一些预编码器元素。然而，不是该秩的所有预编码器元素都将被包括。例如，再次假定针对四分支MIMO系统，秩阈值被设置为2。那么在步骤940中，预编码器子集确定器620可以在预编码器子集中包括与秩3关联的16个预编码器元素中的任何8个预编码器元素，并且可以包括与秩4关联的16个预编码器元素中的任何2个预编码器元素。虽然未严格要求，但是针对高于秩阈值的每个秩，优选的是，该秩的至少一个预编码器元素被包括在预编码器子集中。
注意，针对高于秩阈值的给定秩，该秩的将被包括在预编码器子集中的预编码器元素可以是固定的，即预先确定的。例如，用来指定该秩的将被包括的预编码器元素的列表可以在接收器120内进行内部定义。备选地，可以从发射器110接收该列表。在该列表被接收时，所接收的列表可以覆写任何内部定义的列表和/或任何先前接收的列表。
在指定固定的列表时，在步骤940中，预编码器子集确定器620可以依照固定的列表来选择所列出的该秩的将被包括在预编码器子集中的预编码器元素。例如，针对四分支MIMO系统，(内部定义的和/或从发射器110接收的)列表可以指示，针对秩3、与PCI33至PCI40关联的预编码器元素以及针对秩4、与PCI49和PCI50关联的预编码器元素要被包括在预编码器子集中。优选地，秩的被包括在预编码器子集中的预编码器元素的数目小于该秩的预编码器元素的总数。
但是在另一方面中，不需要预先确定给定秩的预编码器元素。在这种实例中，在步骤940中，预编码器子集确定器620可以随机选择该秩的若干预编码器元素，以包括在预编码器子集中。
当然，组合是可能的。也就是说，给定秩的一些预编码器元素可以是固定的，并且一些可以是随机选择的。例如，针对秩4，与PCI49关联的预编码器元素可以是固定的，并且第二预编码器元素可以是随机选择的。
尽管一些或所有预编码器元素自身可以是随机选择的，但是给定秩的被包括在预编码器子集中的预编码器元素的数目可以是固定的。也就是说，针对高于阈值的每个秩，将被包括的预编码器元素的数目可以内部定义和/或从发射器110接收。如果该数目是从发射器110接收的，则所接收的数目可以覆写内部定义的数目和/或任何先前接收的数目。该数目应该小于码本中的预编码器元素的总数，即针对高于秩阈值的每个秩，n<N。在一些实例中，该数目甚至可以是零。
注意，通常不需要处理高于秩阈值的所有秩。也就是说，针对一个秩，可以有固定的列表。但是针对另一个秩，预编码器元素可以是随机选择的。针对再一个秩，一些预编码器元素可以是固定的，而其余的可以是随机选择的。
在一方面中，预编码器子集可以包括至少两个秩——第一秩和第二秩——的预编码器元素，第一秩和第二秩二者都高于秩阈值，并且其中第一秩低于第二秩。在这种情况发生时，预编码器子集中的第一秩预编码器元素的数目可以大于第二秩预编码器元素的数目。这反映了如下观察的应用：随着秩的增大，类似的性能损失未变得明显，直到元素的数目更大程度地减少。因此，针对较高的秩可以考虑较少数目的预编码器元素。例如，回想针对示例四分支MIMO系统中的秩3传输，在元素的数目减半为n＝8时，注意到大约2％的性能损失(见图3)。但是针对秩4传输，在注意到类似的2％性能损失之前，元素的数目减少到n＝2(见图4)。
第一秩和第二秩不需要总是连续的。同样地，注意，第一秩预编码器元素的数目不需要总是大于第二秩预编码器元素的数目，即它们可以是相等的。然后更一般地，可以说，第一秩预编码器元素的数目可以等于或大于第二秩预编码器元素的数目。
图9图示其中接收器120执行大量收集工作(legwork)以确定预编码器子集的场景。虽然未图示，但是发射器110本身可以指定每个秩的将被包括在预编码器子集中的预编码器元素，而不管秩是否高于、处于或低于秩阈值。例如，发射器110可以不具有用某个RI/PCI组合进行传输的能力。在这种情况下，接收器120甚至不需要考虑关联的预编码器元素。因此，在另一方面中，在步骤940中，预编码器子集确定器620可以简单地从发射器110接收预编码器子集。备选地，预编码器子集确定器620可以接收用于包括(例如，发射器110可以指定应考虑与16QAM调制关联的预编码器元素)、排除(例如，发射器110可以指定它不能处理PCI和RI的某些组合)、或二者的一个或多个准则。
当然，变化和组合被预期在本公开的范围内。例如，预编码器子集确定器620可以接收将从预编码器子集中被排除的预编码器元素的列表(或者用于排除的准则)。然后，可以针对码本的其余预编码器元素执行图9所示的方法900。
回到参照图8，在已经确定预编码器子集之后，针对预编码器子集中的所有预编码器元素可以在步骤830中确定对应于每个预编码器元素的容量。图10图示可以被执行以实现步骤830的示例过程的流程图。在步骤1010中，容量确定器630可以确定与预编码器子集中的每个预编码器元素关联的SNR。与每个预编码器元素关联的SNR可以基于由信道估计器610进行的信道估计来确定。注意，SNR应当在一般意义上被视为包括使诸如SIR和SINR之类的期望和非期望信号的存在概念化的其它表达。
在步骤1020中，容量确定器630可以基于关联的SNR确定与每个预编码器元素对应的容量。例如，针对每个预编码器元素可以使用公式C＝Blog2(1+SNR)来计算容量C。
再次回到参照图8，在确定了子集中的对应预编码器元素的容量之后，然后在步骤840中，信道状态确定器640可以确定与如下预编码器元素关联的信道状态信息：该预编码器元素的对应容量在所确定的预编码器子集的容量之中是最大的。在步骤850中反馈提供器650可以向发射器110提供信道状态信息。
在图11中图示用于实现步骤840和850的示例过程的流程图。在步骤1110中，信道状态确定器640可以确定具有最大容量的预编码器元素的CSI。CSI可以包括秩信息(RI)和预编码器控制索引(PCI)。CSI还可以包括信道质量信息(CQI)。在步骤1120中，除其它信息之外，反馈提供器650可以向发射器110提供RI和PCI。
注意，取容量最大值不是唯一的选择准则。代替或除了容量，吞吐量、频谱效率、预编码器元素的总和容量可以在步骤830、840和850中被确定、取最大值、以及作为反馈被报告。
从上文回想，发射器110可以向接收器120提供预编码器子集。图12图示多天线无线网络100的被构造为提供预编码器子集的发射器110的实施例。如所看到的，发射器110可以包括预编码器子集提供器1220。可选地，发射器110还可以包括秩阈值提供器1210和预编码器准则提供器之一或二者。图12提供发射器110以及包括在其中的设备的逻辑视图。非严格必要的是，每个设备与其它设备物理上分离。一些或所有设备可以组合在一个物理模块中。相反，至少一个设备可以被分成物理上分离的模块。
同样地，发射器110的设备不需要严格以硬件来实现。设想设备可以通过硬件和软件的任何组合来实现。例如，如图13所示，发射器110可以包括一个或多个处理器1310、一个或多个存储装置1320、以及无线接口1330和网络接口1340之一或二者。处理器1310可以被构造为执行程序指令，以执行一个或多个接收器设备的操作。指令可以存储在非瞬态存储介质或固件(例如ROM、RAM、闪存)中。注意，程序指令还可以通过有线和/或无线瞬态介质经由无线和网络接口1330、1340之一或二者来接收。无线接口1330可以被构造为经由一个或多个天线1335从其它无线电网络节点接收信号并且向其它无线电网络节点发送信号，一个或多个天线1335可以是内部或外部的。网络接口1340可以被包括并且被构造为与其它无线电和/或核心网络节点进行通信。
图14图示由发射器110执行以向接收器120提供预编码器子集的示例方法1400的流程图。在步骤1410中，预编码器子集提供器1220可以确定预编码器子集。在这一步骤中，预编码器子集提供器1220可以选择或以其它方式选定码本的哪些预编码器元素被包括在预编码器子集中。因此，预编码器子集包括码本的一个或多个预编码器元素、但少于码本的所有预编码器元素。图15中图示用于实现步骤1410的示例过程的流程图。如所看到的，针对多个秩中的每个秩，预编码器子集提供器1220可以贯穿步骤1510至1560进行迭代以确定预编码器子集。这些步骤类似于图9所示的步骤910至960。因此，为简单起见将省略对步骤1510至1560的详细描述。
尽管未严格要求，但是针对高于秩阈值的每个秩，优选的是，该秩的至少一个预编码器元素被包括在预编码器子集中。该秩的将被包括在预编码器子集中的预编码器元素可以是固定的、可以是随机选择的、或者可以是基于诸如系统负载、接收器位置、统计(例如，指示某些预编码器元素提供更好的性能的先前经验)等之类的一些准则选择的。当然，这些的任何组合是可能的(一些固定、其它随机选择和/或基于准则)。
回到参照图14，方法1400还包括步骤1420，其中预编码器子集提供器1220向接收器120无线提供预编码器子集。在这个步骤中，短语“提供”旨在被广义地解释为提供足以允许接收器120确定预编码器子集的组成的任何信息。例如，在一个实施例中，该信息可以包括被包括在预编码器子集中的预编码器元素的索引。在另一实施例中，该信息可以包括被排除在考虑之外的那些预编码器元素的索引，在被排除的元素的数目较小并且被包括的元素的数目较大时，这是有利的。在又一实施例中，信息的形式可以是位掩码，其中掩码的每个位的位置对应于码本的特定预编码器元素，并且位的值指示对应的预编码器元素是否被包括在预编码器子集中。这些仅仅是其中可以传达预编码器子集的方式的一些示例，并且不意指穷举式的。
虽然未图示，但是在由接收器120确定预编码器子集(例如，通过执行图9的步骤)时，秩阈值提供器1210可以向接收器120提供秩阈值。备选地或另外，预编码器准则提供器1230可以向接收器120提供用于包括和/或用于排除的一个或多个准则。
存在许多与所公开的主题的一个或多个方面关联的优点。优点的非穷举式列表包括：
·实现简单；
·容易扩展至具有大码本大小(优点变得更大)的更大数目的天线(例如八个)；
·不要求任何标准改变。
尽管以上描述包含许多具体说明，但是这些不应被解释为限制所公开的主题的范围，而只是提供对一些当前优选实施例的说明。因此，将理解的是，所公开的主题的范围完全包含其它实施例，并且据此范围不被限制。本领域普通技术人员已知的上述优选实施例的元件的所有结构和功能等同物通过引用方式明确并入于此，并且旨在于包含在此。而且，设备或方法不必要因为它将被包含在此而处理本文中描述的或者本技术力求解决的每一个问题。

Claims (26)

1.一种在多天线无线通信系统(100)中由接收器(120)执行以向发射器(110)提供信道状态信息CSI以作为反馈的方法(800)，所述方法(800)包括：
估计(810)在所述发射器(110)和所述接收器(120)之间的信道；
确定(820)包括一个或多个预编码器元素的预编码器子集，每个预编码器元素是码本的预编码器元素，并且所述预编码器子集包括少于所述码本的所有预编码器元素的预编码器元素；
针对所述预编码器子集中的每个预编码器元素，基于信道估计确定(830)与该预编码器元素对应的容量；
确定(840)与如下预编码器元素关联的CSI：所述预编码器元素的对应容量在与所述预编码器子集的所述预编码器元素对应的所述容量之中是最大的；以及
向所述发射器(110)提供(850)所述CSI以作为所述反馈，所述CSI包括秩信息RI和预编码控制索引PCI，
其中所述码本针对多个秩被定义，并且
其中针对每个秩，所述码本包括与该秩对应的多个预编码器元素。
2.根据权利要求1所述的方法(800)，其中确定(820)所述预编码器子集的步骤包括：
针对每个秩，确定(920)该秩是否处于秩阈值或低于秩阈值；
针对处于所述秩阈值或低于所述秩阈值的每个秩，将所述码本的该秩的所有预编码器元素包括(930)在所述预编码器子集中；以及
针对高于所述秩阈值的每个秩，将少于所述码本的该秩的所有预编码器元素的预编码器元素包括(940)在所述预编码器子集中。
3.根据权利要求2所述的方法(800)，其中针对高于所述秩阈值的至少一个秩，包括(940)少于该秩的所有预编码器元素的预编码器元素的步骤包括选择该秩的将被包括在所述预编码器子集中的固定的预编码器元素。
4.根据权利要求2所述的方法(800)，其中针对高于所述秩阈值的至少一个秩，包括(940)少于该秩的所有预编码器元素的预编码器元素的步骤包括随机地选择该秩的将被包括在所述预编码器子集中的预编码器元素。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的方法(800)，
其中所述预编码器子集包括至少第一秩和第二秩的预编码器元素，所述第一秩和所述第二秩两者均大于所述秩阈值，并且所述第一秩低于所述第二秩，并且
其中在所述预编码器子集中，所述第一秩的预编码器元素的数目等于或大于所述第二秩的预编码器元素的数目。
6.根据权利要求2所述的方法(800)，进一步包括从所述发射器(110)接收(905)所述秩阈值。
7.根据权利要求1所述的方法(800)，其中确定(820)所述预编码器子集的步骤包括从所述发射器(110)接收所述预编码器子集。
8.一种多天线无线通信系统(100)的接收器(120)，所述接收器(120)被构造为向发射器(110)提供信道状态信息CSI以作为反馈，所述接收器(120)包括：
信道估计器(610)，被构造为估计在所述发射器(110)和所述接收器(120)之间的信道；
预编码器子集确定器(620)，被构造为确定包括一个或多个预编码器元素的预编码器子集，每个预编码器元素是码本的预编码器元素，并且所述预编码器子集包括少于所述码本的所有预编码器元素的预编码器元素；
容量确定器(630)，被构造为针对所述预编码器子集中的每个预编码器元素，基于信道估计来确定与该预编码器元素对应的容量；
信道状态确定器(640)，被构造为确定与如下预编码器元素关联的CSI：所述预编码器元素的对应容量在与所述预编码器子集的所述预编码器元素对应的所述容量之中是最大的；以及
反馈提供器(650)，被构造为向所述发射器(110)提供所述CSI以作为所述反馈，所述CSI包括秩信息RI和预编码控制索引PCI，
其中所述码本针对多个秩被定义，并且
其中针对每个秩，所述码本包括与该秩对应的多个预编码器元素。
9.根据权利要求8所述的接收器(120)，其中所述预编码器子集确定器(620)被构造为：
针对每个秩，确定该秩是否处于秩阈值或低于秩阈值，
针对处于所述秩阈值或低于所述秩阈值的每个秩，将所述码本的该秩的所有预编码器元素包括在所述预编码器子集中，以及
针对高于所述秩阈值的每个秩，将少于所述码本的该秩的所有预编码器元素的预编码器元素包括在所述预编码器子集中。
10.根据权利要求9所述的接收器(120)，其中针对高于所述秩阈值的至少一个秩，所述预编码器子集确定器(620)被构造为选择该秩的将被包括在所述预编码器子集中的固定的预编码器元素。
11.根据权利要求9所述的接收器(120)，其中针对高于所述秩阈值的至少一个秩，所述预编码器子集确定器(620)被构造为随机地选择该秩的将被包括在所述预编码器子集中的预编码器元素。
12.根据权利要求9至11中的任一项所述的接收器(120)，
其中所述预编码器子集包括至少第一秩和第二秩的预编码器元素，所述第一秩和所述第二秩均大于所述秩阈值，并且所述第一秩低于所述第二秩，并且
其中所述预编码器子集确定器(620)被构造为将所述第一秩的如下数目的预编码器元素包括在所述预编码器子集中：所述数目等于或大于所述第二秩的预编码器元素的数目。
13.根据权利要求9所述的接收器(120)，其中所述预编码器子集确定器(620)被构造为从所述发射器(110)接收所述秩阈值。
14.根据权利要求8所述的接收器(120)，其中所述预编码器子集确定器(620)被构造为从所述发射器(110)接收所述预编码器子集。
15.一种在多天线无线通信系统(100)中由发射器(110)执行以向接收器(120)提供预编码器子集的方法(1400)，所述方法(1400)包括：
确定(1410)包括一个或多个预编码器元素的所述预编码器子集，每个预编码器元素是码本的预编码器元素，并且所述预编码器子集包括少于所述码本的所有预编码器元素的预编码器元素；以及
向所述接收器(120)提供(1420)所述预编码器子集，
其中所述码本针对多个秩被定义，并且
其中针对每个秩，所述码本包括与该秩对应的多个预编码器元素。
16.根据权利要求15所述的方法(1400)，其中确定(1410)所述预编码器子集的步骤包括：
针对每个秩，确定(1520)该秩是否处于秩阈值或低于秩阈值；
针对处于所述秩阈值或低于所述秩阈值的每个秩，将所述码本的该秩的所有预编码器元素包括(1530)在所述预编码器子集中；以及
针对高于所述秩阈值的每个秩，将少于所述码本的该秩的所有预编码器元素的预编码器元素包括(1540)在所述预编码器子集中。
17.根据权利要求16所述的方法(1400)，其中针对高于所述秩阈值的至少一个秩，包括(1540)少于该秩的所有预编码器元素的预编码器元素的步骤包括选择该秩的将被包括在所述预编码器子集中的固定的预编码器元素。
18.根据权利要求16所述的方法(1400)，其中针对高于所述秩阈值的至少一个秩，包括(1540)少于该秩的所有预编码器元素的预编码器元素的步骤包括随机地选择该秩的将被包括在所述预编码器子集中的预编码器元素。
19.根据权利要求16至18中的任一项所述的方法(1400)，
其中所述预编码器子集包括至少第一秩和第二秩的预编码器元素，所述第一秩和所述第二秩均大于所述秩阈值，并且所述第一秩低于所述第二秩，并且
其中在所述预编码器子集中，所述第一秩的预编码器元素的数目等于或大于所述第二秩的预编码器元素的数目。
20.一种多天线无线通信系统(100)的发射器(110)，所述发射器(110)被构造为向接收器(120)提供预编码器子集，所述发射器(110)包括：
预编码器子集提供器(1220)，被构造为确定包括一个或多个预编码器元素的所述预编码器子集，每个预编码器元素是码本的预编码器元素，并且所述预编码器子集包括少于所述码本的所有预编码器元素的预编码器元素，并且
所述预编码器子集提供器(1220)还被构造为向所述接收器(120)提供所述预编码器子集，
其中所述码本针对多个秩被定义，并且
其中针对每个秩，所述码本包括与该秩对应的多个预编码器元素。
21.根据权利要求20所述的发射器(110)，其中所述预编码器子集提供器(1220)被构造为：
针对每个秩，确定该秩是否处于秩阈值或低于秩阈值，
针对处于所述秩阈值或低于所述秩阈值的每个秩，将所述码本的该秩的所有预编码器元素包括在所述预编码器子集中，以及
针对高于所述秩阈值的每个秩，将少于所述码本的该秩的所有预编码器元素的预编码器元素包括在所述预编码器子集中。
22.根据权利要求21所述的发射器(110)，其中针对高于所述秩阈值的至少一个秩，所述预编码器子集提供器(1220)被构造为选择该秩的将被包括在所述预编码器子集中的固定的预编码器元素。
23.根据权利要求21所述的发射器(110)，其中针对高于所述秩阈值的至少一个秩，所述预编码器子集提供器(1220)被构造为随机地选择该秩的将被包括在所述预编码器子集中的预编码器元素。
24.根据权利要求21至23中的任一项所述的发射器(110)，
其中所述预编码器子集包括至少第一秩和第二秩的预编码器元素，所述第一秩和所述第二秩均大于所述秩阈值，并且所述第一秩低于所述第二秩，以及
其中所述预编码器子集提供器(1220)被构造为将所述第一秩的如下数目的预编码器元素包括在所述预编码器子集中：所述数目等于或大于所述第二秩的预编码器元素的数目。
25.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质将程序指令包括在其中，使得当计算机在接收器(120)中执行所述程序指令时，所述计算机执行根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，以在多天线无线通信系统(100)中向发射器(110)提供信道状态信息CSI以作为反馈。
26.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质将程序指令包括在其中，使得当计算机在发射器(110)中执行所述程序指令时，所述计算机执行根据权利要求15至19中的任一项所述的方法，以在多天线无线通信系统(100)中向接收器(120)提供预编码器子集。
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