CN105075142B - Mimo系统中的多天线信道码本反馈方法及装置 - Google Patents

Mimo系统中的多天线信道码本反馈方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及MIMO系统中的多天线信道码本反馈方法及装置。在一个实施例中，提供了一种用于多输入多输出系统的多天线信道反馈的方法，包括：检测下行多天线信道；根据所述下行多天线信道的检测结果确定秩，基于预定准则从对应于所述秩的预定码本中选择一个码字；以及反馈所选择码字的索引和所述秩；其中，所述预定码本中的任一码字为表示长时宽带信道信息的第一矩阵和表示短时窄带信道信息的第二矩阵的乘积。本发明中的技术方案对于MIMO多天线信道反馈具有多个更为精细的波束选择以及多个快速傅里叶形式的向量，支持包括紧密排列的交叉极化线性阵列、稀疏排列的交叉极化线性阵列和均匀线性阵列在内的各种天线配置。

Description

MIMO系统中的多天线信道码本反馈方法及装置
技术领域
本发明大体上涉及移动通信技术，更具体地，涉及多用户多输入多输出(MultipleUser Multiple Input Multiple Output，MU MIMO)传输技术。
背景技术
在长期演进项目(Long Term Evolution，LTE)第10版公布(Release 10，R10)的系统中，当基站亦即进化节点B(evolved Node B，eNB)采用4天线交叉极化天线阵列设置时，由于Release 10的码本(codebook)对于这样的天线设置来说不够精确，下行多用户多输入多输出的效果不如预期的好。
发明内容
本发明的一个主要目的在于提供新的用于MU-MIMO系统的码本反馈的技术方案并能够克服现有技术中的上述缺陷。
在一个实施例中，提供了一种用于多输入多输出系统的多天线信道反馈的方法，包括：检测下行多天线信道；根据所述下行多天线信道的检测结果确定秩(rank)，基于预定准则从对应于所述秩的预定码本中选择一个码字(codeword)；以及反馈所选择码字的索引和所述秩；其中，所述预定码本中的任一码字为表示长时宽带信道信息的第一矩阵和表示短时窄带信道信息的第二矩阵的乘积，所述第一矩阵是行列数等于发射天线数量的对角矩阵，所述第二矩阵的行数等于发射天线数量、列数等于所述秩；其中，所述第一矩阵的样本集合包括第一集合和第二集合，所述第一集合中的任一样本包括两个相同的离散傅里叶变换形式的半长对角矩阵，所述第二集合中的任一样本为离散傅里叶变换形式的全长对角矩阵；其中，所述第二矩阵的每一列包括对应于第一极化方向的第一半长向量和对应于第二极化方向的第二半长向量，所述第一半长向量表示相对于第一矩阵的波束偏移，所述第二半长向量表示相对于第一矩阵的波束偏移、第二极化方向相对于第一极化方向的极化间波束偏移以及相位偏移。
在另一个实施例中，提供了一种用于多输入多输出系统的用户设备中的装置，包括：检测模块，配置为检测下行多天线信道；确定模块，配置为根据所述下行多天线信道的检测结果确定秩，并基于预定准则从对应于所述秩的预定码本中选择一个码字；以及反馈模块，配置为反馈所选择码字的索引和所述秩；其中，所述预定码本中的任一码字为表示长时宽带信道信息的第一矩阵和表示短时窄带信道信息的第二矩阵的乘积，所述第一矩阵是行列数等于发射天线数量的对角矩阵，所述第二矩阵的行数等于发射天线数量、列数等于所述秩；其中，所述第一矩阵的样本集合包括第一集合和第二集合，所述第一集合中的任一样本包括两个相同的离散傅里叶变换形式的半长对角矩阵，所述第二集合中的任一样本为离散傅里叶变换形式的全长对角矩阵；其中，所述第二矩阵的每一列包括对应于第一极化方向的第一半长向量和对应于第二极化方向的第二半长向量，所述第一半长向量表示相对于第一矩阵的波束偏移，所述第二半长向量表示相对于第一矩阵的波束偏移、第二极化方向相对于第一极化方向的极化间波束偏移以及相位偏移。
在一个实施例中，第一矩阵的第一集合或第二集合为空集。
在一个实施例中，所述下行多天线采用交叉极化线性阵列。
在一个实施例中，所述下行多天线采用均匀线性阵列。
在一个实施例中，当所述秩为2时，所述第二矩阵的第二列还以差分波束偏移因子和差分相移因子而区分于第一列。
在又一个实施例中，提供了一种用于多输入多输出系统的用户设备，其包括前述的装置。
以上概述了本发明的技术特征和优点以使得本发明以下的详细说明更易于理解。本发明的其他特征和优点将在下文中描述，其形成了本发明的权利要求的主题。本领域技术人员应能理解，所揭示的概念和实施例可以容易地被用作修改或设计其他的用于实现与本发明相同的目的的结构或流程的基础。本领域技术人员还应理解，这样的等同构造并未背离所附权利要求书的精神和范围。
附图说明
结合附图，以下关于本发明的优选实施例的详细说明将更易于理解。本发明以举例的方式予以说明，并非受限于附图，附图中类似的附图标记指示相似的元件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的应用场景；
图2示出了根据本发明的一个实施例的适于MIMO系统的PMI反馈方法的流程图；
图3示出了根据本发明的一个实施例的适于MIMO系统用户设备的装置的结构示意图。
具体实施方式
附图的详细说明意在作为本发明的当前优选实施例的说明，而非意在代表本发明能够得以实现的仅有形式。应理解的是，相同或等同的功能可以由意在包含于本发明的精神和范围之内的不同实施例完成。
本领域技术人员应能理解，此处描述的手段和功能可以使用结合程控微处理器和通用计算机的软件功能来实现，和/或使用特定应用集成电路(ASIC)来实现。还应理解的是，尽管本发明主要以方法和装置的形式进行说明，本发明也可以具体化为计算机程序产品以及包含计算机处理器和联接到处理器的存储器的系统，其中存储器用可以完成此处揭示的功能的一个或多个程序来编码。
图1示出了根据本发明的一个实施例的应用场景示意图。本发明的技术方案适于多输入多输出系统。如图所示，该场景中包括基站设备1和用户设备2。本发明的技术方案适于，例如但不限于，基站设备1和用户设备2之间的预编码矩阵索引(Precoding MatrixIndex，PMI)反馈。本领域技术人员应能理解，本文中所称的基站或基站设备例如但不限于LTE系统或者LTE-A系统中的节点B(Node B)或者进化节点B(evolved Node B，eNB)，本发明的技术方案也不限于适用LTE系统或者LTE-A系统。
图2示出了根据本发明的一个实施例的适于MIMO系统的PMI反馈方法的流程图。如图所示，该方法20包括由用户设备2所执行的步骤22、24和26。在步骤22中，用户设备2检测下行多天线信道。例如但不限于，用户设备2所检测的下行多天线信道的多天线均为基站设备1的发射天线。下行天线阵列的天线数量通常为4以上的偶数，例如但不限于4、6、8等。在步骤24中，用户设备2根据所述下行多天线信道的检测结果确定秩，基于预定准则从对应于所述秩的预定码本中选择一个码字。在步骤26中，用户设备2反馈所选择码字的索引和所述秩。
其中，所述预定码本中的任一码字W的构成可以用下式表示
W＝W1*W2 (1)。
其中，第一矩阵W1是一个对角矩阵，表示长时宽带信道信息，行列数等于发射天线数量；第二矩阵W2表示短时窄带信道信息，其行数等于发射天线数量、列数等于所述秩。
第一矩阵W1的样本集合包括第一集合和第二集合，所述第一集合中的任一样本包括两个相同的离散傅里叶变换形式的半长对角矩阵，所述第二集合中的任一样本为离散傅里叶变换形式的全长对角矩阵。
在一个实施例中，第一矩阵的样本集合中的任一样本可以用公式表示如下
其中，n∈{0，…，N-1}，N表示样本的数量，NT表示发射天线的数量。该实施例中的第一矩阵均属于第一集合，相应的第二集合为空集。
在另一个实施例中，第一矩阵的样本集合中的任一样本可以用公式表示如下
其中，n∈{0，…，N-1}，N表示样本的数量，NT表示发射天线的数量。该实施例中的第一矩阵均属于第二集合，相应的第一集合为空集。
在又一个实施例中，第一集合和第二集合均非空集。第一集合中的任一样本可以用公式表示为
第二集合中的任一样本可以用公式表示为
其中，n1∈S1，n2∈S2，S1∪S2＝{0，…，N-1}，S1∪S2＝φ。例如但不限于，n1为0至N-1中的奇数，n2为0至N-1中的偶数。
码本的码字数量通常为2的整数次幂。N例如但不限于为8、16等。N为8时，可采用3比特索引反馈第一矩阵W1；N为16时，可采用4比特索引反馈第一矩阵W1。
第二矩阵W2的每一列包括对应于第一极化方向的第一半长向量和对应于第二极化方向的第二半长向量，所述第一半长向量表示相对于第一矩阵的波束偏移，所述第二半长向量表示相对于第一矩阵的波束偏移、第二极化方向相对于第一极化方向的极化间波束偏移以及相位偏移。
在一个实施例中，用户设备2所确定的秩为1，第二矩阵可以用公式表示如下
如公式(6)所示，第二矩阵W2包括两个半长向量，分别对应于发射天线的一个极化方向。其中，上标T表示矩阵转置，表示相对于W1长时反馈在一个极化方向上的更为精细的波束偏移因子，ejβ表示两个极化方向之间的极化间波束偏移因子，ejα表示第二个极化方向相对于第一个极化方向的相移(相位偏移)因子。
在另一个实施例中，用户设备2确定的秩为2，第二矩阵W2的第二列还以差分波束偏移因子和差分相移因子而区分于第一列。第二矩阵可以用公式表示如下
如公式(7)所示，第二矩阵W2包括两列，分别对应于两个秩(或两个数据流)，第一列的构成与公式(6)相同。表示两个秩(或两个数据流)之间的差分波束偏移因子，ejΔα表示两个秩(或两个数据流)之间的差分相移因子。
对于紧密排列的交叉极化线性天线阵列(例如天线间距约为载波半波长)，β、Δα可以设为固定值，例如β＝0、Δα＝π。而为了同时支持紧密排列的交叉极化线性天线阵列和稀疏排列的交叉极化线性天线阵列(例如天线间距约为4倍载波波长)，β、Δα可以分别设为多个值。
本领域技术人员应能理解，下行传输可以由一个基站执行，也可以由多个基站合作执行，则用户设备2检测的下行多天线信道的多个发射天线可以是配置于同一个基站，也可以是分布于多个基站。
在一个(第一)实施例中，下行发射天线数量为4，第一矩阵W1的样本数为16，采用4比特索引反馈。其中第一集合表示为
第二集合表示为
对于秩为1或2，采用相同的第一矩阵W1。第二矩阵W2采用如公式(6)或(7)所表示的形式，其波束偏移因子极化偏移因子ejβ、相移因子ejα分别采用1比特、1比特、2比特的自由度，其中，β∈{0，π}，α∈{0，π/2，π，3π/2}，Δα＝π。第二矩阵W2采用4比特索引反馈。
当秩为1时，第二矩阵W2表示为
当秩为2时，第二矩阵W2表示为
该实施例中的预定码本具有两个更为精细的波束选择，有16个离散傅里叶形式的向量，整个码本支持包括紧密排列的交叉极化线性阵列、稀疏排列的交叉极化线性阵列和均匀线性阵列在内的各种天线配置。
在另一个(第二)实施例中，下行发射天线数量为4。第一矩阵W1的样本数为8，采用3比特索引反馈，并采用如公式(2)所示的形式表示为
对于秩为1或2，采用相同的第一矩阵W1。第二矩阵W2采用如公式(6)或(7)所表示的形式，其波束偏移因子极化偏移因子ejβ、相移因子ejα分别采用2比特、1比特、1比特的自由度，其中，β∈{0，π}，α∈{0，π}，Δα＝π。第二矩阵W2采用4比特索引反馈。该实施例中的预定码本具有四个更为精细的波束选择，有四个离散傅里叶形式的向量，整个码本支持包括紧密排列的交叉极化线性阵列、稀疏排列的交叉极化线性阵列和均匀线性阵列在内的各种天线配置。
在另一个(第三)实施例中，下行发射天线数量为4。第一矩阵W1的样本数为16，采用4比特索引反馈，并采用如公式(2)所示的形式。对于秩为1或2，采用相同的第一矩阵W1。第二矩阵W2采用如公式(6)或(7)所表示的形式，其波束偏移因子极化偏移因子ejβ、相移因子ejα、差分波束偏移因子分别各采用1比特的自由度，其中，β∈{0，π}，α∈{0，π/2}，Δα＝π。第二矩阵W2采用4比特索引反馈。
在另一个(第四)实施例中，下行发射天线数量为4。第一矩阵W1的样本数为8，采用3比特索引反馈，并采用如公式(2)所示的形式。对于秩为1或2，采用相同的第一矩阵W1。第二矩阵W2采用如公式(6)或(7)所表示的形式，其波束偏移因子极化偏移因子ejβ、相移因子ejα分别采用1比特、1比特、2比特的自由度，其中，β∈{0，π}，α∈{0，π/2，π，3π/2}，Δα＝π。第二矩阵W2采用4比特索引反馈。
在另一个(第五)实施例中，下行发射天线数量为4。第一矩阵W1的样本数为16，采用4比特索引反馈，并采用如公式(2)所示的形式。对于秩为1或2，采用相同的第一矩阵W1。第二矩阵W2采用如公式(6)或(7)所表示的形式，其波束偏移因子相移因子ejα分别各采用2比特的自由度，其中，β＝0，α∈{0，π/2，π，3π/2}，Δα＝π。第二矩阵W2采用4比特索引反馈。
在另一个(第六)实施例中，下行发射天线数量为4。第一矩阵W1的样本数为16，采用4比特索引反馈，并采用如公式(2)所示的形式。对于秩为1或2，采用相同的第一矩阵W1。第二矩阵W2采用如公式(6)或(7)所表示的形式，其波束偏移因子相移因子ejα分别采用1比特、3比特的自由度，其中，β＝0，α∈{0，π/4，π/2，3π/4，π，5π/4，6π/4，7π/4}，Δα＝π。第二矩阵W2采用4比特索引反馈。
在另一个(第六)实施例中，下行发射天线数量为4。第一矩阵W1的样本数为16，采用4比特索引反馈，并采用如公式(2)所示的形式。对于秩为1或2，采用相同的第一矩阵W1。第二矩阵W2采用如公式(6)或(7)所表示的形式，其波束偏移因子相移因子ejα分别采用1比特、3比特的自由度，其中，β＝0，α∈{0，π/4，π/2，3π/4，π，5π/4，6π/4，7π/4}，Δα＝π。第二矩阵W2采用4比特索引反馈。
在其他一些实施例中，对于秩为1或2，采用不同的第一矩阵W1。例如但不限于，对于秩为1，第一矩阵W1采用如公式(2)所示的形式；对于秩为2，第一矩阵W1采用如公式(4)和(5)所示的形式。
上述实施例中给出的取值或取值范围均是示例性而非限制性的，任何其他合适的取值或取值范围均是可取的。上述各实施例中的预定码本大多具有多个更为精细的波束选择以及多个离散傅里叶形式的向量，整个码本支持包括紧密排列的交叉极化线性阵列、稀疏排列的交叉极化线性阵列和均匀线性阵列在内的各种天线配置。
图3示出了根据本发明的一个实施例的适于MIMO系统用户设备的装置30的结构示意图。装置30典型地设置于用户设备2中，如图所示，装置30包括检测模块31、确定模块33和反馈模块35。检测模块31配置为检测下行多天线信道，对应于执行前述方法20中的步骤22。确定模块33配置为根据所述下行多天线信道的检测结果确定秩，并基于预定准则从对应于所述秩的预定码本中选择一个码字，对应于执行前述方法20中的步骤24。反馈模块35配置为反馈所选择码字的索引和所述秩，对应于执行前述方法20中的步骤26。其中，所述预定码本可以采用前述任一方法实施例中所描述的形式。
本领域技术人员应能理解，上述任一模块的功能可以分由多个实体模块或功能模块来执行，上述多个模块的功能也可以集成于一个实体模块或者功能模块来执行。
尽管已经阐明和描述了本发明的不同实施例，本发明并不限于这些实施例。权利要求中出现的“第一”、“第二”等序数词仅仅起到区别的作用，而并不意味着相应部件之间存在任何特定的顺序或连接关系。仅在某些权利要求或实施例中出现的技术特征也并不意味着不能与其他权利要求或实施例中的其他特征相结合以实现有益的新的技术方案。在不背离如权利要求书所描述的本发明的精神和范围的情况下，许多修改、改变、变形、替代以及等同对于本领域技术人员而言是明显的。

Claims (11)

1.一种用于多输入多输出系统的多天线信道反馈的方法，包括：
检测下行多天线信道；
根据所述下行多天线信道的检测结果确定秩，基于预定准则从对应于所述秩的预定码本中选择一个码字；以及
反馈所选择码字的索引和所述秩；
其中，所述预定码本中的任一码字为表示长时宽带信道信息的第一矩阵和表示短时窄带信道信息的第二矩阵的乘积，所述第一矩阵是行列数等于发射天线数量的对角矩阵，所述第二矩阵的行数等于发射天线数量、列数等于所述秩；
其中，所述第一矩阵的样本集合包括第一集合和第二集合，所述第一集合中的任一样本包括两个相同的离散傅里叶变换形式的半长对角矩阵，所述第二集合中的任一样本为离散傅里叶变换形式的全长对角矩阵；
其中，所述第二矩阵的每一列包括对应于第一极化方向的第一半长向量和对应于第二极化方向的第二半长向量，所述第一半长向量表示相对于第一矩阵的波束偏移，所述第二半长向量表示相对于第一矩阵波束偏移、第二极化方向相对于第一极化方向的极化间波束偏移以及相位偏移。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一集合或第二集合为空集。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述下行多天线采用交叉极化线性阵列。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述下行多天线采用均匀线性阵列。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述秩为2时，所述第二矩阵的第二列还以差分波束偏移因子和差分相移因子而区分于第一列。
6.一种用于多输入多输出系统的用户设备中的装置，包括：
检测模块，配置为检测下行多天线信道；
确定模块，配置为根据所述下行多天线信道的检测结果确定秩，并基于预定准则从对应于所述秩的预定码本中选择一个码字；以及
反馈模块，配置为反馈所选择码字的索引和所述秩；
其中，所述预定码本中的任一码字为表示长时宽带信道信息的第一矩阵和表示短时窄带信道信息的第二矩阵的乘积，所述第一矩阵是行列数等于发射天线数量的对角矩阵，所述第二矩阵的行数等于发射天线数量、列数等于所述秩；
其中，所述第一矩阵的样本集合包括第一集合和第二集合，所述第一集合中的任一样本包括两个相同的离散傅里叶变换形式的半长对角矩阵，所述第二集合中的任一样本为离散傅里叶变换形式的全长对角矩阵；
其中，所述第二矩阵的每一列包括对应于第一极化方向的第一半长向量和对应于第二极化方向的第二半长向量，所述第一半长向量表示相对于第一矩阵的波束偏移，所述第二半长向量表示相对于第一矩阵的波束偏移、第二极化方向相对于第一极化方向的极化间波束偏移以及相位偏移。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一集合或第二集合为空集。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述下行多天线采用交叉极化线性阵列。
9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述下行多天线采用均匀线性阵列。
10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，当所述秩为2时，所述第二矩阵的第二列还以差分波束偏移因子和差分相移因子而区分于第一列。
11.一种用于多输入多输出系统的用户设备，其包括权利要求6-10中任一项所述的装置。
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