CN105122869B - 在无线通信系统中针对部分波束成形报告信道状态信息的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于在无线通信系统中由用户设备UE针对利用基站BS的大规模天线阵列的部分波束成形报告信道状态信息CSI的方法和设备。所述方法包括以下步骤：从所述BS接收关于多个参考信号RS资源的信息；生成CSI，该CSI包括用于所述多个RS资源中的至少一个的子预编码器以及用于所有所述多个RS资源的信道质量指示符CQI和秩指示符RI；以及将所述CSI报告给所述BS。所述大规模天线阵列按照行或列被分成分区，并且所述多个RS资源与所述分区对应。

Description

在无线通信系统中针对部分波束成形报告信道状态信息的方 法和设备
技术领域
本发明涉及无线通信系统，更具体地讲，涉及一种在无线通信系统中针对部分波束成形报告信道状态信息(CSI)的方法和设备。
背景技术
将给出第三代合作伙伴计划长期演进(3GPP LTE)系统的简单描述，作为可以应用本发明的无线通信系统的示例。
图1示出了演进通用移动电信系统(E-UMTS)网络的配置作为示例性的无线通信系统。E-UMTS系统是传统UMTS系统的演进，3GPP在E-UMTS标准化的基础上工作。E-UMTS也被称为LTE系统。对于UMTS和E-UMTS的技术规范的细节，分别参照“3rd GenerationPartnership Project；Technical Specification Group Radio Access Network”的版本7和版本8。
参照图1，E-UMTS系统包括用户设备(UE)、演进节点B(eNode B或eNB)以及接入网关(AG)(其位于演进UMTS陆地无线电接入网络(E-UTRAN)的一端并且连接到外部网络)。eNB可以同时发送多个数据流，以用于广播服务、多播服务和/或单播服务。
单个eNB管理一个或更多个小区。小区被设定为在1.25Mhz、2.5Mhz、5Mhz、10Mhz、15Mhz和20Mhz的带宽之一中操作，并且向带宽中的多个UE提供下行链路(DL)或上行链路(UL)传输服务。可配置不同的小区以提供不同的带宽。eNB控制到多个UE的数据发送以及从多个UE的数据接收。关于DL数据，eNB通过向UE发送DL调度信息来向特定UE通知应该要发送DL数据的时间-频率区域、编码方案、数据大小、混合自动重传请求(HARQ)信息等。关于UL数据，eNB通过向UE发送UL调度信息来向特定UE通知UE可以发送数据的时间-频率区域、编码方案、数据大小、HARQ信息等。在eNB之间可以定义用于发送用户业务或控制业务的接口。核心网络(CN)可以包括AG和用于UE的用户注册的网络节点。AG在跟踪区域(TA)的基础上管理UE的移动性。TA包括多个小区。
虽然基于宽带码分多址(WCDMA)无线通信技术的发展阶段已经达到LTE，用户和服务提供商的需求和期望正在增加。考虑到正在开发其它无线电接入技术，需要新的技术演进来实现未来的竞争力。具体地，需要每比特成本降低、增加的服务可用性、频带的灵活使用、简化的结构、开放的接口、UE的适当功耗等。
发明内容
技术问题
为解决所述问题而设计的本发明的目的在于一种在无线通信系统中针对部分波束成形报告信道状态信息(CSI)的方法和设备。
技术方案
本发明的目的可以通过提供一种在无线通信系统中由用户设备(UE)针对利用基站(BS)的大规模天线阵列的部分波束成形报告信道状态信息(CSI)的方法来实现，该方法包括以下步骤：从所述BS接收关于多个参考信号(RS)资源的信息；生成CSI，该CSI包括用于所述多个RS资源中的至少一个的子预编码器以及用于所有所述多个RS资源的信道质量指示符(CQI)和秩指示符(RI)；以及将所述CSI报告给所述BS。所述大规模天线阵列按照行或列被分成分区，并且所述多个RS资源与所述分区对应。
生成所述CSI的步骤可包括以下步骤：在假设用于链接所述多个RS资源的一个链接预编码器为预定值或随机值的情况下生成所述CSI。或者，所述方法还可包括以下步骤：从所述BS接收关于用于链接所述多个RS资源的一个链接预编码器的信息。
如果所述链接预编码器被假设为随机值，则生成所述CSI的步骤可包括以下步骤：在假设多个链接预编码器候选被分别应用的情况下生成CQI；以及计算所述CQI的平均值或最小值作为用于所有所述多个RS资源的CQI。
在本发明的另一方面中，本文提供了一种无线通信系统中的接收设备，该接收设备包括：无线通信模块，其被配置为从利用大规模天线阵列执行部分波束成形的发送设备接收关于多个RS资源的信息，并且将利用所述多个RS资源生成的CSI发送给所述发送设备；以及处理器，其被配置为生成所述CSI，所述CSI包括用于所述多个RS资源中的至少一个的子预编码器以及用于所有所述多个RS资源的CQI和RI。所述发送设备的所述大规模天线阵列按照行或列被分成分区，并且所述多个RS资源与所述分区对应。
所述处理器可在假设用于链接所述多个RS资源的一个链接预编码器为预定值或随机值的情况下生成所述CSI。或者，所述无线通信模块可从所述发送设备接收关于用于链接所述多个RS资源的一个链接预编码器的信息。
如果所述链接预编码器被假设为随机值，则所述处理器可在假设多个链接预编码器候选被分别应用的情况下生成CQI，并且可以计算所述CQI的平均值或最小值作为用于所有所述多个RS资源的CQI。
如果所述2D天线阵列按照列被分成所述分区，则所述子预编码器可用于垂直波束成形，链接预编码器可用于水平波束成形。或者如果所述2D天线阵列按照行被分成所述分区，则所述子预编码器可用于水平波束成形，链接预编码器可用于垂直波束成形。
此外，各个分区可以包括相同数量的天线端口，并且天线端口之间的间隙可以等于或小于预定值。
有益效果
根据本发明的实施方式，在无线通信系统中可以有效地报告部分波束成形的CSI。
本领域的技术人员将会理解的是，通过本发明可以实现的效果并不限于在上文特别描述的那些，从下面的详细描述将更清楚地理解本发明的其它优点。
附图说明
附图被包括以提供对本发明的进一步理解，附图示出本发明的实施方式并与说明书一起用来说明本发明的原理。
在附图中：
图1示出了演进通用移动电信系统(E-UMTS)网络的配置作为无线通信系统的示例；
图2示出了符合用户设备(UE)和演进UMTS陆地无线电接入网络(E-UTRAN)之间的第三代合作伙伴计划(3GPP)无线电接入网络标准的无线电接口协议架构中的控制平面协议栈和用户平面协议栈；
图3示出了3GPP系统中的物理信道和使用所述物理信道的一般信号传输方法；
图4示出了长期演进(LTE)系统中的无线电帧的结构；
图5示出了LTE系统中的下行链路无线电帧的结构；
图6示出了LTE系统中的上行链路子帧的结构；
图7示出了一般的多输入多输出(MIMO)通信系统的配置；
图8和图9示出了通过四个天线支持下行链路传输(4-Tx下行链路传输)的LTE系统中的下行链路参考信号(RS)配置；
图10示出了在当前3GPP标准规范中定义的示例性下行链路解调制参考信号(DMRS)分配；
图11示出了在当前3GPP标准规范中定义的下行链路CSI-RS配置的信道状态信息-参考信号(CSI-RS)配置#0；
图12示出了天线倾斜方案；
图13是将现有技术的天线系统与有源天线系统(AAS)进行比较的示图；
图14示出了示例性的基于AAS的用户设备(UE)特定波束成形；
图15示出了基于AAS的二维波束传输场景；
图16示出了根据本发明的另一个实施方式的将对齐的部分预编码应用于均匀线性阵列的示例；
图17示出了根据本发明的另一个实施方式的将按列对齐的部分预编码应用于方阵列的示例；
图18示出了根据本发明的另一个实施方式的将按行对齐的部分预编码应用于方阵列的示例；
图19示出了根据本发明的另一个实施方式的将按行组对齐的部分预编码应用于方阵列的示例；
图20、图21和图22示出了根据本发明的第三实施方式的用于分配导频模式的方法；以及
图23是根据本发明的实施方式的通信设备的框图。
具体实施方式
利用参照附图描述的本发明的实施方式将很容易地理解本发明的配置、操作以及其它特征。在此阐述的本发明的实施方式是本发明的技术特征被应用于第三代合作伙伴计划(3GPP)系统的示例。
尽管在长期演进(LTE)系统和LTE-Advanced(LTE-A)系统的背景下描述了本发明的实施方式，它们纯粹是示例性的。因此，本发明的实施方式适用于任何其它的通信系统，只要上述定义对于该通信系统有效即可。另外，尽管在频分双工(FDD)的背景下描述了本发明的实施方式，伴随一些修改，它们也很容易适用于半FDD(H-FDD)或时分双工(TDD)。
术语“基站(BS)”可用于涵盖包括远程无线电头端(RRH)、演进节点B(eNB或eNodeB)、接收点(RP)、中继器等的术语的含义。
图2示出了符合用户设备(UE)和演进UMTS陆地无线电接入网络(E-UTRAN)之间的3GPP无线接入网络标准的无线电接口协议架构中的控制平面协议栈和用户平面协议栈。控制平面是UE和E-UTRAN发送控制消息以管理呼叫的路径，并且用户平面是发送从应用层产生的数据(例如，语音数据或互联网分组数据)的路径。
层1(L1)处的物理(PHY)层向其高层(介质访问控制(MAC)层)提供信息传送服务。PHY层经由传输信道连接到MAC层。传输信道在MAC层和PHY层之间传递数据。在发送机和接收机的PHY层之间的物理信道上发送数据。物理信道使用时间和频率作为无线电资源。具体地讲，针对下行链路(DL)按照正交频分多址(OFDMA)调制物理信道，针对上行链路(UL)按照单载波频分多址(SC-FDMA)调制物理信道。
层2(L2)处的MAC层经由逻辑信道向其高层(无线电链路控制(RLC)层)提供服务。L2处的RLC层支持可靠数据传输。可在MAC层的功能块中实现RLC功能。L2处的分组数据汇聚协议(PDCP)层执行报头压缩，以减少不必要的控制信息的量，并且因此经由具有窄带宽的空中接口有效地发送互联网协议(IP)分组(诸如IP版本4(IPv4)或IP版本6(IPv6)分组)。
层3(或L3)的最低部分处的无线电资源控制(RRC)层仅被限定在控制平面上。RRC层控制与无线电承载的配置、再配置和释放有关的逻辑信道、传输信道和物理信道。无线电承载指的是在L2处提供的用于UE和E-UTRAN之间的数据传输的服务。为了这个目的，UE和E-UTRAN的RRC层彼此交换RRC消息。如果在UE和E-UTRAN之间建立RRC连接，则UE处于RRC连接模式，否则，UE处于RRC空闲模式。RRC层上面的非接入层面(NAS)层执行包括会话管理和移动性管理的功能。
用于将数据从E-UTRAN传送至UE的DL传输信道包括承载系统信息的广播信道(BCH)、承载寻呼消息的寻呼信道(PCH)以及承载用户业务或控制消息的共享信道(SCH)。可以在DL SCH或单独定义的DL多播信道(MCH)上发送DL多播业务或控制消息或者DL广播业务或控制消息。用于将数据从UE传送至E-UTRAN的UL传输信道包括承载初始控制消息的随机接入信道(RACH)以及承载用户业务或控制消息的UL SCH。在传输信道上面定义并且被映射到传输信道的逻辑信道包括广播控制信道(BCCH)、寻呼控制信道(PCCH)、公共控制信道(CCCH)、多播控制信道(MCCH)、多播业务信道(MTCH)等。
图3示出了3GPP系统中的物理信道以及在所述物理信道上发送信号的一般方法。
参照图3，当UE被通电或进入新的小区时，UE执行初始小区搜索(S301)。初始小区搜索涉及获取与eNB的同步。具体地讲，通过从eNB接收主同步信道(P-SCH)和辅同步信道(S-SCH)，UE将其定时同步到eNB并且获取小区标识符(ID)和其它信息。然后，UE可以通过从eNB接收物理广播信道(PBCH)来获取小区中广播的信息。在初始小区搜索期间，UE可以通过接收下行链路参考信号(DLRS)来监测DL信道状态。
在初始小区搜索之后，UE可以通过接收物理下行链路控制信道(PDCCH)并且基于包括在PDCCH中的信息接收物理下行链路共享信道(PDSCH)来获取详细的系统信息(S302)。
如果UE初始访问eNB或没有用于信号传输到eNB的无线电资源，则UE可以与eNB执行随机接入过程(S303至S306)。在随机接入过程中，UE可以在物理随机接入信道(PRACH)上发送预定序列作为前导码(S303和S305)，并且可以在PDCCH以及与PDCCH关联的PDSCH上接收对于该前导码的响应消息(S304和S306)。在基于竞争的RACH的情况下，UE可以另外执行竞争解决过程。
在上述过程之后，UE可以从eNB接收PDCCH和/或PDSCH(S307)，并且向eNB发送物理上行链路共享信道(PUSCH)和/或物理上行链路控制信道(PUCCH)(S308)，这是一般的DL和UL信号传输过程。具体地讲，UE在PDCCH上接收下行链路控制信息(DCI)。这里，DCI包括控制信息(例如，针对UE的资源分配信息)。根据DCI的不同用途定义不同的DCI格式。
UE在UL上发送给eNB或者在DL上从eNB接收的控制信息包括DL/UL确认/否定确认(ACK/NACK)信号、信道质量指示符(CQI)、预编码矩阵索引(PMI)、秩指示符(RI)等。在3GPPLTE系统中，UE可以在PUSCH和/或PUCCH上发送控制信息(例如，CQI、PMI、RI等)。
图4示出了用于LTE系统中的无线电帧的结构。
参照图4，无线电帧为10ms(327200xTs)长，并且被分成10个相等大小的子帧。各个子帧为1ms长并且被进一步分成两个时隙。各个时隙为0.5ms(15360xTs)长。这里，Ts表示采样时间，并且Ts＝l/(15kHzx2048)＝3.2552x10-8(约33ns)。时隙包括时域中的多个正交频分复用(OFDM)符号或SC-FDMA符号乘以频域中的多个资源块(RB)。在LTE系统中，一个RB包括12个子载波乘以7(或6)个OFDM符号。发送数据的单位时间被定义为传输时间间隔(TTI)。可以按照一个或更多个子帧为单位定义TTI。上述无线电帧结构纯粹是示例性的，因此无线电帧中的子帧的数量、子帧中的时隙的数量或者时隙中的OFDM符号的数量可以变化。
图5示出了包括在DL无线电帧中的子帧的控制区域中的示例性控制信道。
参照图5，子帧包括14个OFDM符号。根据子帧配置，子帧的前一至三个OFDM符号被用于控制区域，其它13至11个OFDM符号被用于数据区域。在图5中，标号R1至R4表示RS或者用于天线0至天线3的导频信号。在子帧中按照预定图案分配RS，而不考虑控制区域和数据区域。控制信道被分配给控制区域中的非RS资源，业务信道也被分配给数据区域中的非RS资源。分配给控制区域的控制信道包括物理控制格式指示符信道(PCFICH)、物理混合ARQ指示符信道(PHICH)、物理下行链路控制信道(PDCCH)等。
PCFICH是承载关于各个子帧中用于PDCCH的OFDM符号的数量的信息的物理控制格式指示信道。PCFICH位于子帧的第一个OFDM符号中，并且被配置有高于PHICH和PDCCH的优先级。PCFICH包括4个资源元素组(REG)，基于小区标识(ID)将各个REG分配给控制区域。一个REG包括4个资源元素(RE)。RE是由一个子载波乘以一个OFDM符号定义的最小物理资源。根据带宽，PCFICH被设定为1至3或2至4。按照正交相移键控(QPSK)调制PCFICH。
PHICH是承载对UL传输的混合自动重传请求(HARQ)ACK/NACK的物理HARQ指示符信道。也就是说，PHICH是传送对UL HARQ的DL ACK/NACK信息的信道。PHICH包括一个REG，并且以小区特定的方式加扰。ACK/NACK被指示在一个比特中并且按照二进制相移键控(BPSK)进行调制。用2或4的扩频因子(SF)对调制的ACK/NACK进行扩频。映射到相同资源的多个PHICH形成PHICH组。根据扩频码的数量来确定复用到PHICH组的PHICH的数量。PHICH(组)被重复三次，以在频域和/或时域中获得分集增益。
PDCCH是分配给子帧的前n个OFDM符号的物理DL控制信道。这里，n是由PCFICH指示的1或更大的整数。PDCCH占据一个或更多个CCE。PDCCH向各个UE或UE组承载关于传输信道的资源分配信息、PCH和DL-SCH、UL调度许可以及HARQ信息。在PDSCH上发送PCH和DL-SCH。因此，除了特定控制信息或特定服务数据以外，eNB和UE通常在PDSCH上发送和接收数据。
在PDCCH上传送指示一个或更多个UE接收PDSCH数据的信息以及指示UE应该怎样接收和解码PDSCH数据的信息。例如，假设特定PDCCH的循环冗余校验(CRC)通过无线电网络临时标识(RNTI)“A”来掩码，并且在特定子帧中发送关于基于传输格式信息(例如，传输块大小、调制方案、编码信息等)“C”在无线电资源(例如，在频率位置)“B”中发送的数据的信息，小区内的UE在搜索空间中使用其RNTI信息来监测(即，盲解码)PDCCH。如果一个或更多个UE具有RNTI“A”，则这些UE接收PDCCH并且基于所接收到的PDCCH的信息接收由“B”和“C”指示的PDSCH。
图6示出了LTE系统中的UL子帧的结构。
参照图6，UL子帧可以被分成控制区域和数据区域。包括上行链路控制信息(UCI)的物理上行链路控制信道(PUCCH)被分配给控制区域，包括用户数据的物理上行链路共享信道(PUSCH)被分配给数据区域。子帧的中间被分配给PUSCH，而在频域中数据区域的两侧被分配给PUCCH。在PUCCH上发送的控制信息可以包括HARQ ACK/NACK、表示下行链路信道状态的CQI、用于多输入多输出(MIMO)的RI、请求UL资源分配的调度请求(SR)。用于一个UE的PUCCH占据子帧的各个时隙中的一个RB。也就是说，分配给PUCCH的两个RB在子帧的时隙边界上跳频。具体地讲，m＝0、m＝1和m＝2的PUCCH被分配给图6中的子帧。
现在将给出MIMO系统的描述。MIMO可通过使用多个发送(Tx)天线和多个接收(Rx)天线来提高数据的发送和接收效率。也就是说，通过在发送机或接收机处使用多个天线，MIMO可增加无线通信系统中的容量并提高性能。术语“MIMO”与“多天线”是可互换的。
MIMO技术不依赖单个天线路径来接收整个消息。相反，它通过将通过多个天线接收的数据片段组合来完成消息。MIMO可以增加预定大小的小区区域内的数据速率或者以给定的数据速率扩展系统覆盖。另外，MIMO可以在包括移动终端、中继器等的宽范围内找到其用途。MIMO可以克服移动通信中的传统单天线技术遭遇的有限的传输容量。
图7示出了典型的MIMO通信系统的配置。参照图7，发送机具有NT个Tx天线，并且接收机具有NR个Rx天线。相比于仅在发送机和接收机中的一个处使用多个天线，在发送机和接收机二者处使用多个天线增加了理论信道传输容量。信道传输容量与天线的数量成比例地增加。因此，增加了传输速率和频率效率。在多个天线的情况下，给定可以利用单个天线实现的最大传输速率R0，可以将传输速率理论上增加到R0与传输速率增长率Ri的乘积。Ri是NT和NR之间的较小值。
[式1]
Ri＝min(NT,NR)
例如，相对于单天线系统，具有四个Tx天线和4个Rx天线的MIMO通信系统理论上可以实现传输速率的四倍增加。由于在20世纪90年代证实了MIMO系统的理论容量增加，已经积极地提出了许多技术以增加实际实现中的数据速率。一些技术已经被反映在各种无线通信标准(例如，用于3G移动通信、下一代无线局域网(WLAN)等的标准)中。
关于到目前为止MIMO的研究趋势，在MIMO的许多方面正在进行积极的研究，涵盖了与不同信道环境和多种接入环境下的多天线通信容量的计算相关的信息理论的研究、测量MIMO无线电信道和MIMO建模的研究、增加传输可靠性和传输速率的时间-空间信号处理技术的研究等。
将通过数学建模详细描述如图7中所示的具有NT个Tx天线和NR个Rx天线的MIMO系统中的通信。关于传输信号，可以通过NT个TX天线发送最多NT条信息，如下面的向量所表示的：
[式2]
不同的传输功率可以被应用于各条传输信息传输信息的传输功率水平分别由表示。然后，传输功率控制的传输信息向量被给出为
[式3]
传输功率控制的传输信息向量可以使用传输功率的对角矩阵P表示如下：
[式4]
可以通过用传输功率控制的信息向量乘以权重矩阵W来生成NT个传输信号权重矩阵W用于根据传输信道状态等适当地将传输信息分配给Tx个天线。这NT个传输信号被表示为向量X，其可以通过[式5]来确定。这里，wij表示第j条信息和第i个Tx天线之间的权重，W被称为权重矩阵或预编码矩阵。
[式5]
通常，就其物理含义而言，信道矩阵的秩是给定信道上可发送的不同信息的最大数量。因此，信道矩阵的秩被定义为信道矩阵中的独立行数和独立列数之间较小的一个。信道矩阵的秩不大于信道矩阵的行数或列数。信道矩阵H的秩rank(H)满足以下约束。
[式6]
rank(H)≤min(NT，NR）
以MIMO发送的不同信息被称为“传输流”或简称为“流”。该“流”也可以被称为“层”。因此得出结论，传输流的数量不大于信道的秩(即，可发送的不同信息的最大数量)。因此，信道矩阵H由下式确定：
[式7]
＃of streams≤rank(H)≤min(NT，NR)
“#of streams”表示流的数量。这里需要注意的一件事是，可以通过一个或更多个天线发送一个流。
可按照多种方式将一个或更多个流映射到多个天线。流到天线的映射可以根据MIMO方案被描述如下。如果通过多个天线发送一个流，则这可被视为空间分集。当通过多个天线发送多个流时，这可以是空间复用。不用说，可以设想空间分集和空间复用结合的混合方案。
预计下一代移动通信标准LTE-A将支持协同多点(CoMP)传输，以便相比于传统LTE标准增加数据速率。CoMP指的是通过两个或更多个eNB或小区的协作向UE传输数据，以便增加位于阴影区域中的UE和eNB(小区或扇区)之间的通信性能。
CoMP传输方案可以被分类为：称为协作MIMO的CoMP联合处理(CoMP-JP)，其特征在于数据共享；以及CoMP-协同调度/波束成形(CoMP-CS/CB)。
在DL CoMP-JP中，UE可以瞬时地接收从执行CoMP传输的eNB同时发送的数据，并且可以将所接收到的信号组合，从而提高接收性能(联合发送(JT))。另外，参与CoMP传输的eNB之一可以在特定时间点将数据发送给UE(动态点选择(DPS))。
相比之下，在下行链路CoMP-CS/CB中，UE可以通过波束成形瞬时地从一个eNB(即，服务eNB)接收数据。
在UL CoMP-JP中，eNB可以同时接收来自UE的PUSCH信号(联合接收(JR))。相比之下，在UL CoMP-CS/CB中，仅一个eNB接收到来自UE的PUSCH。这里，协作小区(或eNB)可以决定是否使用CoMP-CS/CB。
现在将详细描述RS。
通常，发送机将发送机和接收机都已知的RS随数据一起发送给接收机，使得接收机可在RS中执行信道测量。RS指示用于解调制的调制方案，并且RS被用于信道测量。RS被分类为用于特定UE的专用RS(DRS)(即，UE特定RS)以及用于小区内所有UE的公用RS(CRS)(即，小区特定RS)。小区特定RS包括UE测量要报告给eNB的CQI/PMI/RI的RS。该RS被称为信道状态信息RS(CSI-RS)。
图8和图9示出了通过四个天线支持DL传输(4-Tx DL传输)的LTE系统中的RS配置。具体地，图8示出了在正常CP的情况下的RS配置，图9示出了在扩展CP的情况下的RS配置。
参照图8和图9，栅格中的标号0至3表示用于信道测量和数据调制的通过天线端口0至天线端口3发送的小区特定RS(CRS)。可以在整个控制信息区域以及数据信息区域上将CRS发送给UE。
栅格中的标号D表示UE特定RS(解调制RS(DMRS))。DMRS在支持单天线端口传输的数据区域中(即，在PDSCH上)发送。是否存在UE特定RS(DMRS)通过高层信令来指示给UE。在图8和图9中，通过天线端口5发送DMRS。3GPP TS36.211定义了用于总共八个天线端口(天线端口7至天线端口14)的DMRS。
图10示出了在当前的3GPP标准规范中定义的示例性DL DMRS分配。
参照图10，使用第一DMRS组(DMRS组1)中的各个天线端口的序列映射天线端口7、8、11和13的DMRS，而使用第二DMRS组(DMRS组2)中的各个天线端口的序列映射天线端口9、10、12和14的DMRS。
与CRS相比，针对PDSCH的信道测量提出了CSI-RS，并且最多达32个不同的资源配置可用于CSI-RS以降低多小区环境中的小区间干扰(ICI)。
如果可能，根据天线端口的数量使用不同的CSI-RS(资源)配置，并且相邻小区根据不同的(资源)配置发送CSI-RS。与CRS不同，CSI-RS支持最多达8个天线端口，并且在3GPP标准中从天线端口15到天线端口22的总共8个天线端口被分配给CSI-RS。[表1]和[表2]列出了在3GPP标准中定义的CSI-RS配置。具体地讲，[表1]列出了在正常CP情况下的CSI-RS配置，[表2]列出了在扩展CP的情况下的CSI-RS配置。
[表1]
[表2]
在[表1]和[表2]中，(k',l')表示RE索引，其中k'是子载波索引，l'是OFDM符号索引。图11示出了当前的3GPP标准中定义的DL CSI-RS配置的CSI-RS配置#0。
此外，CSI-RS子帧配置可各自由子帧中的周期性TCSI-RS以及子帧偏移ΔCSI-RS定义。[表3]列出了3GPP标准中定义的CSI-RS子帧配置。
[表3]
通过RRC层信令在如[表4]所示配置的CSI-RS_Config-r10消息中发送关于零功率(ZP)CSI-RS的信息。具体地讲，ZP CSI-RS资源配置包括zeroTxPowerSubframeConfig-r10和16位位图zeroTxPowerResourceConfigList-r10。zeroTxPowerSubframeConfig-r10通过[表3]中所示的ICSI-RS指示ZP CSI-RS的CS-RS传输周期性和子帧偏移。zeroTxPowerResourceConfigList-r10指示ZP CSI-RS配置。该位图的元素指示[表1]或[表2]中的四个CSI-RS天线端口的列中所写的各个配置。即，当前的3GPP标准仅针对四个CSI-RS天线端口定义了ZP CSI-RS。
[表4]
当前的3GPP标准针对如[表5]所示的各个CQI索引定义了调制阶数和编码速率。
[表5]
基于如下的干扰测量计算了CQI。
为了CQI计算，UE需要测量信号与干扰和噪声比(SINR)。在这种情况下，UE可以测量诸如非零功率(NZP)CSI-RS的RS中的期望信号的接收功率(S测量)。对于干扰功率测量(I测量或干扰测量(IM))，UE测量通过从所接收到的信号消除期望信号而得到的干扰信号的功率。
可以通过高层信令配置CSI测量子帧集CCSI,0和CCSI,1，并且各个子帧集的子帧不同于其它子帧集的子帧。在这种情况下，UE可以在诸如CSI-RS的RS中执行S测量，而没有任何特定子帧约束。然而，UE应该通过CSI测量子帧集CCSI,0和CCSI,1中的单独的I测量针对CSI测量子帧集CCSI,0和CCSI,1分别计算CQI。
在下文中，将描述DL数据信道的传输模式。
当前的3GPP LTE标准规范3GPP TS 36.213定义了如[表6]和[表7]所示的DL数据信道传输模式。由高层信令(即，RRC信令)将DL数据信道传输模式指示给UE。[表6]
[表7]
参照[表6]和[表7]，3GPP LTE标准规范根据对PDCCH进行掩码的RNTI的类型来定义DCI格式。特别是对于C-RNTI和SPS C-RNTI，3GPP LTE标准规范定义了传输模式以及与所述传输模式对应的DCI格式(即，如[表6]和[表7]中所示的基于传输模式的DCI格式)。针对与传输模式无关的应用(即，针对回退模式)另外定义了DCI格式1A。[表6]示出了通过C-RNTI对PDCCH进行掩码的情况下的传输模式，[表7]示出了通过SPS C-RNTI对PDCCH进行掩码的情况下的传输模式。
参照[表6]，如果UE通过对由C-RNTI进行掩码的PDCCH进行盲解码而检测到DCI格式1B，则UE在假设PDSCH在单层中通过闭环空间复用发送的情况下对PDSCH进行解码。
在[表6]和[表7]中，模式10是针对CoMP的DL数据信道传输模式。例如，在[表6]中，如果UE通过对由C-RNTI进行掩码的PDCCH进行盲解码而检测到DCI格式2D，则UE在假设PDSCH通过天线端口7至天线端口14(即，基于DM-RS通过多层传输方案)发送或者假设PDSCH通过单天线端口(DM-RS天线端口7或8)发送的情况下对PDSCH进行解码。
现在将给出准协同定位(QCL)的描述。
如果一个天线端口与另一个天线端口准协同定位，这意味着UE可以假设从天线端口(或对应于天线端口的无线电信道)中的一个接收的信号的大规模性能完全地或部分地与从其它天线端口(或对应于天线端口的无线电信道)接收的信号的那些性能相同。大规模性能可以包括多普勒扩展、多普勒偏移、定时偏移相关的平均延迟、延迟扩展、平均增益等。
根据QCL的定义，UE不会将彼此不准协同定位的天线端口假设为具有相同的大规模性能。因此，为了天线端口的频率偏移和定时偏移，UE应当针对各个天线端口独立地执行跟踪过程。
另一方面，UE可以执行有关准协同定位的天线端口的以下操作。
1)UE可以将与特定天线端口对应的无线电信道在功率-延迟分布、延迟扩展、多普勒频谱和多普勒扩展方面的估计应用于与所述特定天线端口准协同定位的另一个天线端口所对应的无线电信道的信道估计中所使用的维纳滤波器参数。
2)UE可以获取特定天线端口与准协同定位的天线端口的时间同步和频率同步。
3)最后，UE可以计算准协同定位的天线端口的参考信号接收功率(RSRP)测量的平均值作为平均增益。
例如，假设在PDCCH(或增强PDCCH(E-PDCCH))上接收到基于DM-RS的DL数据信道调度信息(例如，DCI格式2C)时，UE使用由该调度信息指示的DM-RS序列对PDSCH执行信道估计，然后对数据进行解调制。
在这种情况下，如果为DL数据信道估计中所使用的DM-RS配置的天线端口与为服务小区的CRS配置的天线端口的天线端口准协同定位，则UE可在与DM-RS天线端口对应的无线电信道的信道估计中使用与CRS天线端口对应的无线电信道的估计的大规模性能，从而提高了基于DM-RS的DL数据信道的接收性能。
同样，如果用于DL数据信道估计的DM-RS天线端口与服务小区的CSI-RS天线端口准协同定位，则UE可在与DM-RS天线端口对应的无线电信道的信道估计中使用与CSI-RS天线端口对应的无线电信道的估计的大规模性能，从而提高了基于DM-RS的DL数据信道的接收性能。
在LTE中规定了当以模式10(CoMP传输模式)发送DL信号时，eNB为UE配置QCL类型A和QCL类型B中的一个。
QCL类型A基于以下前提：CRS天线端口、DM-RS天线端口和CSI-RS天线端口关于除了平均增益以外的大规模性能是准协同定位的。这意味着相同的节点发送物理信道和信号。另一方面，QCL类型B被定义为使得通过高层消息为各个UE配置最多达四个QCL模式，以使得能够进行CoMP传输(例如，DPS或JT)，并且要用于DL信号传输的QCL模式通过DCI被动态地指示给UE。
将更详细地描述在QCL类型B的情况下的DPS传输。
如果具有N1个天线端口的节点#1发送CSI-RS资源#1，并且具有N2个天线端口的节点#2发送CSI-RS资源#2，则CSI-RS资源#1被包括在QCL模式参数集#1中，并且CSI-RS资源#2被包括在QCL模式参数集#2中。此外，eNB通过高层信号为位于节点#1和节点#2的公共覆盖范围内的UE配置QCL模式参数集#1和CSI-RS资源#2。
然后，eNB可以通过当通过节点#1将数据(即，PDSCH)发送给UE时为UE配置QCL模式参数集#1，当由DCI通过节点#2将数据发送给UE时为UE配置QCL模式参数集#2来执行DPS。如果为UE配置了QCL模式参数集#1，则UE可以假设CSI-RS资源#1是与DM-RS准协同定位的，并且如果为UE配置了QCL模式参数集#2，则UE可以假设CSI-RS资源#2是与DM-RS准协同定位的。
将在下面描述有源天线系统(AAS)和三维(3D)波束成形。
在传统的蜂窝系统中，eNB通过机械倾斜或电倾斜(将在下面更详细地描述)来减小ICI并且增加小区内的UE的吞吐量(例如，UE处的SINR)。
图12示出了天线倾斜方案。具体地讲，图12(a)示出了未应用天线倾斜的天线配置，图12(b)示出了应用机械倾斜的天线配置，图12(c)示出了应用机械倾斜和电倾斜两者的天线配置。
图12(a)和图12(b)之间的比较揭示了机械倾斜因如图12(b)所示的初始天线安装处的固定波束方向而变差。另一方面，由于小区固定的倾斜，电倾斜仅允许限制性很强的垂直波束成形，尽管有如图12(c)所示的倾斜角度可通过内部移相器改变的优点。
图13是将现有技术的天线系统与AAS进行比较的示图。具体地讲，图13(a)示出了现有技术的天线系统，并且图13(b)示出了AAS。
参照图13，与现有技术的天线系统相比，多个天线模块中的每一个包括射频(RF)模块(例如，功率放大器(PA))，即，AAS中的有源装置。因此，AAS可以在天线模块的基础上控制功率和相位。
通常，诸如ULA的线性阵列天线(即，一维阵列天线)被认为是MIMO天线结构。可以通过一维阵列天线形成的波束存在于二维(2D)平面上。同样的情况适用于基于无源天线系统(PAS)的MIMO结构。虽然基于PAS的eNB具有垂直天线和水平天线，但是垂直天线在垂直方向上可以不形成波束，并且可以仅允许上述机械倾斜，因为垂直天线在一个RF模块中。
然而，随着eNB的天线结构演进到AAS，即使对于垂直天线，也独立地配置RF模块。因此，垂直波束成形以及水平波束成形是可能的。这被称为仰角波束成形。
仰角波束成形也可以被称为3D波束成形，因为可在3D空间中沿着垂直方向和水平方向形成可用波束。也就是说，一维阵列天线结构到2D阵列天线结构的演进实现了3D波束成形。仅当天线阵列是平面时，3D波束成形才是不可能的。相反，即使在环形3D阵列结构中，3D波束成形也是可能的。鉴于现有一维天线结构以外的各种天线布局，3D波束成形的特征在于，MIMO处理发生在3D空间中。
图14示出了AAS中的示例性UE特定波束成形。参照图14，即使UE相对于eNB向前或向后移动以及向eNB的左和右移动，可通过3D波束成形朝着UE形成波束。因此，给予UE特定波束成形较高的自由度。
此外，作为使用基于AAS的2D阵列天线结构的传输环境，可考虑室外eNB将信号发送到室外UE的室外到室外环境、室外eNB将信号发送到室内UE的室外到室内(O2I)环境以及室内eNB将信号发送到室内UE的室内到室内环境(室内热点)。
图15示出了基于AAS的2D波束传输场景。
参照图15，在小区中存在多个建筑物的真实小区环境中，eNB需要考虑基于相对于建筑物高度的各种UE高度的垂直波束定向以及UE特定水平波束定向。考虑该小区环境，需要反映与现有的那些无线信道环境非常不同的信道特性(例如，阴影/路径损耗根据不同的高度而变化、变化的衰落特性等)。
换言之，3D波束成形是基于现有线性一维阵列天线结构的仅水平波束成形的演进。3D波束成形指的是通过利用多维阵列天线结构(例如，平面阵列)延伸到仰角波束成形或垂直波束成形或者与仰角波束成形或垂直波束成形组合来执行的MIMO处理方案。
现在将使用线性预编码给出MIMO系统的描述。在假设在窄带系统或宽带系统中的频域中经历平坦衰落的频率单元(例如，子载波)中，可如[式11]对DL MIMO系统进行建模。
[式11]
y＝Hx+z
如果UE处的Rx天线端口的数量是Nr，并且eNB处的Tx天线端口的数量是Nt，则在[式11]中，y是在UE的Nr个Rx天线处接收的Nr×1信号向量，H是大小为Nr×Nt的MIMO信道矩阵，X是Nt×1传输信号，z是Nr×1接收噪声和干扰向量。
上述系统模型适用于多用户MIMO场景以及单用户MIMO场景。尽管在单用户MIMO场景中Nr是单个UE处的Rx天线的数量，在多用户MIMO场景中Nr可被解释为多个UE处的Rx天线的总数。
上述系统模型适用于UL传输场景以及DL传输场景。然后，Nt可以表示UE处的Tx天线的数量，并且Nr可以表示eNB处的Rx天线的数量。
在线性MIMO预编码器的情况下，MIMO预编码器通常可被表示为大小为Nt×Ns的矩阵U，其中Ns为传输秩或传输层的数量。因此，传输信号向量X可如[式12]建模。
[式12]
其中，Pt是传输信号能量，并且s是表示在Ns个传输层中发送的信号的Ns×1传输信号向量。即，E{sHUHUs}＝N。对应于Ns个传输层的Nt×1预编码向量由u1,…,uNS表示。然后，U＝[u1,…,uNS]。在这种情况下，[式12]可被表示为[式13]。
[式13]
其中，si是向量s的第i个元素。通常，可假设在不同层中发送的信号是不相关的并且各个信号的平均大小是相同的。如果假设各个信号的平均能量是则为了便于描述，层预编码向量的能量的总和是如[式14]所给出的Ns。
[式14]
如果要在各个层中以相同的功率发送信号，则从[式14]注意到
随着未来多天线系统(例如，大规模MIMO或大规模MIMO)的演进，天线的数量将逐渐地增加。事实上，考虑3D MIMO环境，在LTE标准中针对eNB考虑使用最多达64个Tx天线。大规模阵列天线可以具有以下特征中的一个或更多个。1)在2维平面上或3维空间上分配天线的阵列。2)逻辑或物理天线的数量大于8。(天线端口可指的是逻辑天线)。3)不止一个天线包括有源组件，即，有源天线。但是，大规模天线阵列的定义并不局限上述1)～3)。
然而，随着天线数量的增加，导频开销和反馈开销也增加。结果，解码复杂度可增加。由于MIMO信道矩阵H的大小随着eNB处的天线的数量而增加，所以eNB应该向UE发送更多的测量导频，使得UE可以估计MIMO信道。如果UE将关于所测量的MIMO信道的显式或隐式信息反馈给eNB，则反馈信息的量将随着信道矩阵变得更大而增加。具体地讲，当如LTE系统中一样发送基于码本的PMI反馈时，天线数量的增加导致PMI码本的大小成指数增加。因此，增加了eNB和UE的计算复杂度。
在该环境中，可通过对总的Tx天线进行分区并且因此基于子阵列发送导频信号或反馈来降低系统复杂度和开销。特别是从LTE标准的角度来看，可通过重用大部分传统的导频信号、MIMO预编码方案和/或支持最多达8个Tx天线的反馈方案来支持大规模MIMO系统。
由此看来，如果上面MIMO系统模型的各个层预编码向量被分成M个子预编码向量，并且由ui,1,…,ui,M表示第i层的预编码向量的子预编码向量，则第i层的预编码向量可被表示为
各个子预编码向量作为有效信道经历了包括与子预编码向量对应的分区中的Tx天线的通过按行划分Nr×NtMIMO信道矩阵H而获得的子信道矩阵。MIMO信道矩阵H使用子信道矩阵表示如下。
[式15]
H＝[H1…HM]
如果UE基于PMI码本确定各个优选的子预编码向量，则需要用于将各个子预编码向量归一化的操作。归一化指的是处理预编码向量的值、大小和/或相位或者预编码向量的特定元素，以使得可以针对相同数量的Tx天线从PMI码本选择相同大小的子预编码向量的总体操作。
例如，如果PMI码本的第一元素是0或1，则各个子预编码向量的相位和大小可针对0或1来归一化。在下文中，假设第m分区的子预编码向量ui,m针对αi,m的值来归一化，并且归一化的子预编码向量或归一化分区预编码器(NPP)为vi,m＝ui,m/αi,m。因此，考虑到基于码本的预编码，分区预编码如[式16]建模。
[式16]
从[式16]注意到，αi,m的值可以被解释为从整个预编码器的角度将NPP彼此链接的值。在下文中，这些值将被称为链接系数。因此，可以通过定义天线端口的分区的NPP以及将NPP彼此链接的链接系数来定义用于总的Tx天线(天线端口)的预编码方法。
第i层的M个链接系数可以被定义为向量ai＝[αi,1αi,2…αi,m]T。这里，ai将被称为“链接向量”。
虽然可以说链接向量由M个值组成，针对链接向量的第一个元素归一化的其它(M-1)个值bi可被视为链接向量。即，其它(M-1)个NPP与第一NPP的相对差可以被定义为如[式17]中所表达的链接向量。这是因为在许多情况下假设已经从整个预编码向量ui的角度将第一个元素归一化。
[式17]
如果各个传输层被分为相同数量的分区，则也可以定义如[式18]表示的链接矩阵。矩阵形式的各个分区的NPP可以如[式19]定义。
[式18]
[式19]
通过将M×1链接向量的各个元素重复如各个分区的大小那么多次而获得的向量被表示为扩展链接向量例如，如果对于第i层，M＝2并且第一分区和第二分区的大小分别是3和4，则可以通过堆叠扩展链接向量来定义扩展链接矩阵
在这种情况下，在[式20]中，整个预编码矩阵可以被表示为扩展链接矩阵与NPP矩阵Vt之间的哈达玛(Hadamard)积(或按元素乘积)。
[式20]
其中，并且矩阵运算符°表示哈达玛积。
(扩展)链接向量和(扩展)链接矩阵被统称为链接预编码器。本文使用术语预编码器是因为(扩展)链接向量和(扩展)链接矩阵是确定Tx天线预编码器的元素。从[式20]注意到，可配置一个链接预编码器，其不应被解释为限制本发明。例如，可以通过链接向量ai的额外分区来配置多个子链接向量，并且可以相应地定义子链接预编码器。虽然在单个链接预编码器的背景下给出下面的描述，但不排除链接预编码器分区情况。
虽然链接系数被表示为使得在相同的分区中不同的链接系数适用于不同的传输层，但是如果以相同的方式对各个层进行分区，则可以独立于传输层来配置链接系数。即，可以针对各个层配置相同的链接系数。在这种情况下，在链接向量之间建立了关系a□a1＝…＝aN。然后，仅用M个或(M-1)个链接系数来表示链接预编码器。
MIMO预编码方案可以大体被分成闭环预编码和开环预编码。当配置MIMO预编码器时，在闭环预编码方案中考虑发送器和接收器之间的信道。因此，需要额外开销(例如，来自UE的反馈信号的传输或者导频信号的传输)，使得发送机可以估计MIMO信道。如果信道被精确地估计，则闭环预编码方案优于开环预编码方案。因此，闭环预编码方案主要用在发送机和接收机之间经历很少信道变化的静态环境(例如，具有低多普勒扩展和低延迟扩展的环境)中，因为闭环预编码方案需要信道估计精度。另一方面，在发送机和接收机之间经历大的信道变化的环境下，开环预编码方案优于闭环预编码方案，因为发送机和接收机之间的信道变化与MIMO预编码方案之间没有相关性。
为了将闭环预编码应用于具有大量天线的大规模MIMO环境，需要关于各个子预编码器的信息以及关于链接预编码器的信息。在没有基于码本的反馈的情况下，可能不需要链接预编码器信息。根据分区方法，各个子预编码器所经历的有效信道可以具有不同于链接预编码器所经历的有效信道的特性。
例如，一个子预编码器可以经历具有相对低的多普勒扩展的MIMO信道，而另一个子预编码器可以经历具有相对高的多普勒扩展的MIMO信道。在另一个示例中，虽然所有的子预编码器可以经历具有类似的多普勒特性的有效信道，但是链接预编码器可以经历具有不同的多普勒特性的有效信道。因此，本发明提供在分区预编码环境下根据各个分区信道和链接信道的特性适应性地优化MIMO传输的部分波束成形方案。
实施方式1：部分波束成形
eNB可以仅将闭环预编码应用于天线端口的分区的预编码器的一部分以及将天线端口分区彼此链接的链接预编码器，并且可以将下列预编码方案中的一个应用于预编码器的其余部分和链接预编码器。
1.系统集预编码(在下文中，称为默认预编码)；
2.由eNB或网络预设的预编码(在下文中，称为参考预编码)；以及
3.由eNB随机选择的预编码(在下文中，称为随机预编码)。
应用闭环预编码的分区和/或链接系数的集合被称为受控空间，并且没有应用闭环预编码的分区和/或链接系数的集合被称为不受控空间。
在默认预编码中，系统定义了用于不受控空间的传输的波束。可以规定默认预编码跟随在开环预编码之后。根据系统带宽、eNB处的Tx天线的数量、传输层的数量(或传输秩)、eNB的Tx天线配置(Nt_v,Nt_h)或者指向不受控方向的Tx天线的数量，可以设定不同的默认预编码方案。或者，可在默认预编码方案中设定特定波束，而不考虑系统参数。另外，默认预编码方案可在整个频带以及整个时间区域上为固定的，或者可基于预定的时间资源单元和/或预定的频率资源单元而改变。
在参考预编码中，eNB或网络为UE配置将要应用于不受控空间的预编码方案。因此，通过物理层消息或高层消息将不受控空间的参考预编码信息发送给UE。参考预编码信息是隐含地或明确地指示将要应用于不受控空间的MIMO预编码器的任何信息。例如，参考预编码信息可以包括与不受控空间Tx天线的数量对应的PMI码本的特定索引(PMI)、用于不受控空间的MIMO预编码矩阵的各个元素的量化值以及用于在传输中使用的索引(从多个MIMO预编码方案的索引当中选择)。
参考预编码也可基于预定时间资源单元和/或预定频率资源单元而改变。在这种情况下，定义了在时间/频率资源中变化的多个参考预编码模式，然后可以用信号通知由eNB或网络使用的参考预编码模式的索引，作为参考预编码信息。或者，可以包括时间/频率资源变化的参考预编码模式的随机变量发生器的种子值可以被用作参考预编码信息。或者，参考预编码信息可以被配置成指示从各种预编码方案(例如，空时块编码(STBC)、延迟分集等)当中选择的所使用的预编码方案。
在随机预编码中，eNB随机地选择用于不受控空间的预编码方案。因此，相比于默认预编码或参考预编码，UE不知道将要应用于不受控空间的预编码器。例如，基于预定的时间资源(例如，基于OFDM符号)和/或基于预定的频率资源单元(例如，基于子载波)，eNB可以发送在不受控空间中随机地变化的波束。
根据本发明的实施方式中的部分波束成形方法，独立的分区和部分波束成形可以应用于各个传输层。或者，相同的分区和波束成形方案可以应用于所有传输层。
当关于Tx天线的一部分的反馈信息的可靠性或者关于链接系数的反馈信息的可靠性较低时，或者在不需要这种反馈的信道环境中，本发明的部分波束成形方法是非常有用的。特别是当关于Tx天线的一部分的反馈信息的可靠性或者关于链接系数的反馈信息的可靠性较低时，该部分波束成形方法的优点在于可以防止由反馈信息错误导致的分组接收错误和不必要的分组重传。另外，当反馈是不必要的时，该部分波束成形方法可以使反馈开销最小化。
实施方式2：对齐部分预编码
如果天线端口分区的一部分或全部具有相同的尺寸，并且对应分区天线阵列具有类似的有效信道特性，则相同的预编码方案(即，对齐部分预编码)可以应用于对应的NPP。
图16示出了根据本发明的另一个实施方式的将对齐部分预编码应用于均匀线性阵列(ULA)的示例。
参照图16，在具有8个天线的ULA中，第一分区(分区1)包括第1、第3、第5和第7天线，并且第二分区(分区2)包括第2、第4、第6和第8天线。如果天线之间的间隙是狭窄的并且在ULA周围没有许多散射体，则与链接预编码器组件对应，除了两个分区之间的相位差以外，分区1和分区2很可能经历类似的MIMO信道。在这种情况下，为两个分区配置相同的预编码方案。
图17示出了根据本发明的另一个实施方式的将按列对齐的部分预编码应用于方阵列的示例。
参照图17，在Nt(＝Nt_v×Nt_h)个天线按照Nt_v行和Nt_h列排列的方阵列中每一列被设定为一个分区。如果列之间的间隙是窄的并且Nt_v不大，则可为所有分区配置相同的预编码方案。然而，链接向量独立于子预编码器来设定。
图18示出了根据本发明的另一个实施方式的将按行对齐的部分预编码应用于方阵列的示例。
参照图18，在Nt(＝Nt_v×Nt_h)个天线按照Nt_v行和Nt_h列排列的方阵列中每一行被设定为一个分区。如果行之间的间隙是窄的并且Nt_v不大，则为所有分区配置相同的预编码方案。然而，链接向量独立于子预编码器来设定。
图19示出了根据本发明的另一个实施方式的将按行组对齐的部分预编码应用于方阵列的示例。
参照图19，在Nt(＝Nt_v×Nt_h)个天线按照Nt_v行和Nt_h列排列的方阵列中，包括N行的每一行组被设定为一个分区。如果行组之间的间隙是窄的并且Nt_v不大，则可为所有分区配置相同的预编码方案。然而，链接向量独立于子预编码器来设定。
如图16至图19所示，如果所有分区具有相同的尺寸，并且相同的预编码器被应用于分区(即，vi□vi,1＝…＝vi,m)，则第i层的预编码器可以被表示为链接预编码器和子预编码器之间的克罗内克积(Kronecker product)，如[式21]给出的。
[式21
如果以相同的方式对所有传输层进行分区，则全部层的MIMO预编码器可以被表示为M×Ns链接矩阵A与子预编码矩阵之间的Khatri-Rao积(按列的克罗内克积)，如[式22]给出的。
[式22]
如果如图17所示在二维(2D)天线端口阵列环境中每一列被设定为一个分区，则使用子预编码器vi或V执行垂直波束成形(或仰角波束成形)，并且使用链接预编码器ai或A执行水平波束成形(或方位波束成形)。如果如图18所示在2D天线端口阵列环境中每一行被设定为一个分区，则使用子预编码器vi或V执行水平波束成形(或方位波束成形)，并且使用链接预编码器ai或A执行垂直波束成形(或仰角波束成形)。
在如图17或图18所示的2D天线(端口)阵列环境中在行或列方向上完全对齐的部分预编码的情况下，执行3D波束成形的预编码器可以被表示为一个子预编码器和一个链接预编码器。使用子预编码器和链接预编码器中的一个执行垂直波束成形，并且使用另一个预编码器执行水平波束成形。
在相同的预编码被用于所有分区的环境中，如果使用了针对完全对齐的部分预编码的环境提出的部分波束成形，则eNB将闭环预编码应用于子预编码器和链接预编码器中的一个，并且将默认预编码、参考预编码和随机预编码中的一个应用于另一预编码器。
本发明的第二实施方式对于如图17和图18所示的2D天线阵列环境中的3D波束成形是有用的。根据UE的水平位置和垂直位置以及3D空间的散射环境，3D波束成形，特别是UE特定3D波束成形有利地优化了传输性能。然而，UE特定3D波束成形是闭环预编码方案，因此需要eNB和UE之间的精确CSI。
因此，随着eNB天线的数量和波束成形的维度增加，最小性能值和最大性能值之间的差异根据MIMO传输方案而变宽。因此，性能变得对eNB的CSI估计误差因素(例如，信道估计误差、反馈误差以及信道老化)更敏感。如果eNB的CSI估计误差不显著，则由于信道编码等，可以执行正常传输。另一方面，在eNB中的严重CSI估计误差的情况下，分组接收误差出现并且需要分组重发，从而使性能显著变差。
例如，针对在水平方向上相对于eNB快速移动的UE的3D波束成形增加了分组重传概率。尽管开环预编码通常被用于UE，垂直波束成形对于UE是有利的，因为UE在垂直方向上经历了静态信道。另一方面，水平波束成形对于在垂直方向上快速移动的UE或者在垂直方向上散射严重的环境是有利的。对于位于窄、高建筑物中的UE，eNB可在水平波束成形被固定到特定方向的情况下执行3D波束成形。也就是说，UE被指示配置仅用于垂直波束成形的反馈信息，从而降低了反馈开销。
因此，如果根据本发明的第二实施方式的部分波束成形被应用于3D波束成形环境，则根据用户环境可以执行2D波束成形(垂直波束成形或水平波束成形)。在该方面，部分波束成形方案可被称为部分维度波束成形。例如，具有2D Tx天线端口的eNB可以将闭环预编码应用于垂直预编码器和水平预编码器中的一个，并且将默认预编码、参考预编码和随机预编码应用于另一预编码器。
实施方式3
在根据本发明的上述实施方式的部分预编码方案中，已经从来自eNB的数据传输的角度定义了各个子预编码器和链接预编码器。关于应用了闭环预编码的子预编码器和链接预编码器，UE可以向eNB发送优选预编码索引(PPI)。在对矩阵预编码器进行索引之后，优选矩阵预编码器索引可以作为PMI反馈方案中的PPI被反馈。
如果在包括分区和/或链接分区的值的单元的基础上分离一些反馈信息，则从eNB发送到UE的导频信号可以与一组特定天线端口关联。一组这样的导频信号被称为导频模式。主导频模式涉及作为LTE系统中所使用的测量导频的非零功率(NZP)CSI-RS资源(或处理)。例如，可以在分区、CSI-RS以及PMI反馈之间建立下面的映射关系。
A.分区的对齐单元和导频模式和PMI反馈
1.(分区)：在具有16个天线端口的系统中，eNB将16个天线端口分成两个分区，各个分区具有8个天线端口，并且在这两个分区上执行部分预编码。
2.(导频模式)：eNB为UE将8个Tx NZP CSI-RS资源分配给各个分区，即，为UE配置两个协同定位的NZP CSI-RS资源，以便支持部分预编码。
3.(PMI反馈)：UE反馈用于两个天线端口分区的PMI1和PMI2以及将PMI1链接到PMI2的链接系数(例如，用于链接预编码器的PMI3)。
即，如果NZP CSI-RS资源被分别地分配给各个天线端口分区，则针对属于eNB(或传输点)的多个协同定位(或同步)的天线端口分区，eNB可以给UE配置多个NZP CSI-RS资源。为了将用于CoMP传输的非协同定位的天线端口模式与协同定位的天线端口模式相区分，eNB可以另外指示NZP CSI-RS资源之间的协同定位或非共同定位。例如，多个NZP CSI-RS资源之间的准协同定位(QCL)状态可以被指示给UE。
导频传输单位和天线端口分区单位并不总是如上述示例中那样一致。例如，当配置一个8Tx CSI-RS资源时，UE可以为两个4Tx分区配置反馈信息。另外，天线端口分区单位和反馈单位并不总是一致。特别是在对齐分区预编码的情况下，可以针对应用了相同预编码的分区发送公共PPI反馈信息。因此，可以为多个分区配置一个反馈单元。
B.分区的非对齐单元和导频模式和PMI反馈
1.(分区)：假设如图18所示对天线端口进行分区。
2.(PMI反馈)：考虑到完全对齐的部分预编码，反馈信息包括通常被应用于所有分区的PPI(被称为公共PPI)以及链接系数。另外，分区单位和反馈单位可不同。
3.(导频模式)：可按照各种方式分配导频模式。图20、图21和图22示出了根据本发明的第三实施方式的示例性导频模式分配方法。具体地讲，如图20所示，可以为各个分区分别地配置导频资源。如图21所示，可在第一分区中发送一个导频模式以使得UE可以计算公共PPI，并且可以通过应用了链接预编码器的天线端口发送一个导频模式以使得UE可以计算链接系数。或者，可仅配置一个导频模式，使得UE可以同时计算公共PPI和链接系数，如图22所示。
实施方式4：用于部分波束成形的CSI计算
本发明的第四实施方式针对部分波束成形提供了用于计算CSI的方法以及用于在UE处配置CSI反馈信息的方法。作为部分波束成形系统中的UE的CSI计算方法，假设当UE测量或计算部分CSI时，与不受控空间对应，UE将默认预编码、参考预编码和随机预编码中的一个应用于天线端口分区和链接系数的一部分。
部分CSI包括CQI和RI以及PMI。在随机预编码的情况下，UE不知道eNB应用于不受控空间的预编码方案，因此UE在假设eNB针对不受控空间应用任意预编码方案的情况下计算CSI。
在UE针对不受控空间假设任意预编码方案之后，UE可按照下面的方式计算CSI。
(1)UE为不受控空间设定N个预编码器候选(N是有限数)，并且计算可利用各个候选CQI1、...、CQIN实现的CQI。然后，UE向eNB报告针对不受控空间的所有预编码器候选计算的CQI的平均值(即，CQI＝(CQI1+...+CQIN)/N)。
(2)UE为不受控空间设定N个预编码器候选(N是有限数)，并且计算可利用各个候选CQI1、...、CQIN实现的CQI。然后，UE向eNB报告不受控空间的所有预编码器候选当中的最差情况的CQI(即，CQI＝{CQI1+...+CQIN}中的最小的)。
(3)UE可为不受控空间生成并且设定随机预编码器，并且可以计算可利用该预编码器实现的CQI。然后，UE可以将该CQI反馈到eNB。
如果上述CQI计算方法被扩展/应用于针对3D波束成形环境的部分维度波束成形技术，则UE在测量或计算部分CSI时可以将默认预编码、参考预编码和随机预编码中的一个应用到垂直预编码器和水平预编码器中的一个。
虽然在上述描述中分区视点和CSI反馈视点关联，但是导频CSI反馈关系可以不同于分区CSI反馈关系。因此，在测量或计算部分CSI时，与不受控空间对应，UE可以将默认预编码、参考预编码和随机预编码中的一个应用到多个(协同定位的)天线端口模式和将(协同定位的)天线端口模式链接的值的一部分。天线端口模式覆盖NZP CSI-RS资源和CSI-RS模式。这将被指定如下。
(A)如果链接预编码器(或垂直预编码器)属于图20的示例中的不受控空间，则eNB设定多个(协同定位的)导频模式，并且UE在将要应用于与各个导频模式对应的MIMO信道的链接PMI的值是系统设定值、由eNB设定的值或随机值的假设下计算CSI。
(B)如果子预编码器(或水平预编码器)属于图20的示例中的不受控空间，则eNB设定多个(协同定位的)导频模式，并且UE在将要应用于导频模式的一部分或全部的预编码器是系统设定值、由eNB设定的值或随机值的假设下计算CSI。
(C)如果链接预编码器(或垂直预编码器)属于图21的示例中的不受控空间，则eNB为UE配置两个协同定位的导频模式，并且UE在将要应用于与导频模式中的一个对应的MIMO信道的预编码器是系统设定值、由eNB设定的值或随机值的假设下计算CSI。
(D)在图22的示例中，eNB为UE配置一个导频模式，并且UE在将要应用于与属于该导频模式的天线端口的一部分对应的MIMO信道的预编码器是系统设定值、由eNB设定的值或随机值的假设下计算CSI。
实施方式5：用于部分波束成形的CSI内容
用于部分波束成形的隐式反馈信息可以包括UE优选的PMI或者用于分区的一部分和/或链接预编码器的系数。当配置PPI反馈信息时，考虑导频(模式)和PMI反馈之间的关系，与不受控空间对应，UE可以仅包括用于多个(协同定位的)天线端口模式的一部分的PPI以及将(协同定位的)天线端口模式彼此链接的值，作为CSI内容。
由于(协同定位的)天线端口模式属于相同的传输点，所以向eNB反馈公共CQI和公共RI是有效的。因此，当配置反馈信息时，与不受控空间对应，作为CSI内容，UE可以包括用于多个(协同定位的)天线端口模式的一部分的的PPI以及将(协同定位的)天线端口模式彼此链接的值，以及用于全部(协同定位的)天线端口模式的CQI和RI。具体地，可按照下面的方式(a)、(b)和(c)配置CSI内容。
(a)eNB为UE配置N个(协同定位的)导频模式CSI-RS#0、...、N-1，并且UE发送针对N个导频模式当中的M(M<N)个导频模式的PMI以及针对全部天线的CQI和RI。UE可以另外反馈针对链接预编码器的PMI。在这种情况下，通过根据本发明的第四实施方式的CSI计算方法，UE可以针对未向eNB报告PMI的CSI-RS模式计算PMI、CQI和RI。
(b)在图21所示的用于3D波束成形环境的CSI-RS传输方法中，eNB可以配置两个(协同定位的)CSI-RS模式，并且UE可以向eNB发送用于两个CSI-RS模式中的一个的PMI以及用于两个CSI-RS模式的聚合CSI-RS资源的CQI和RI。在这种情况下，由于两个CSI-RS模式的第一天线端口对应于相同的物理天线，所以UE不发送用于链接预编码器的PPI。
(c)在图22所示的单导频模式配置方法中，eNB可以为UE配置一个CSI-RS模式，并且UE可以向eNB发送用于CSI-RS模式的天线端口的一部分的PMI以及用于全部天线端口的CQI和RI。
尽管在(a)、(b)和(c)中假设为全部传输层反馈一个CQI，但是本发明不限于该特定假设。例如，如果如LTE系统中一样为多个层设定相同的调制和编码方案(MCS)，则可以基于码字反馈CQI。在这种情况下，可以发送每码字一个CQI。
对于部分波束成形，需要关于UE的信道移动的信息作为CSI或附加反馈。具体地讲，该信息可以包括关于信道的统计信息(例如，视线(LOS)参数、路径损耗、相关性等)以及移动性信息(移动方向、速度、加速度、多普勒扩展等)。
具体地讲，移动方向可以是绝对方向(例如，相对于预定的参考位置的相对位置的变化)或相对方向(例如，相对于参考eNB的位置的UE的位置的变化)。参考eNB位置可以指的是服务eNB的位置(传输点)、预定eNB的位置(传输点)或者由eNB用信号通知的特定坐标。此外，可以基于从eNB接收的特定信号(例如，定位参考信号(PRS))或者包括相对距离信息或响应延迟信息的特定消息来测量相对方向。
在本发明的上述实施方式中，一个PMI并不总是表示为单个索引。例如，LTE系统规定UE针对eNB的8个Tx天线端口反馈两个PMI。因此，如果一个导频模式包括8个或更多个Tx天线端口，则可以使用两个或更多个PMI来为各个导频模式指示优选索引。
如果根据本发明配置的反馈信息被应用于宽带系统，则可以定义特定频率区域(例如，子带、子载波、资源块等)，并且可以针对各个频率区域发送一组反馈信息。或者，可以仅针对由UE选择的特定频率区域或者由eNB指示的特定频率区域发送反馈信息。频率区域可以包括一个或更多个邻接的或非邻接的频率区域。
图23是根据本发明的实施方式的通信设备的框图。
参照图23，通信设备2300包括处理器2310、存储器2320、RF模块2330、显示模块2340以及用户接口(UI)模块2350。
为方便描述，通信设备2300被示出为具有图23所示的配置。可以向通信设备2300中添加一些模块或者从通信设备2300省略一些模块。此外，通信设备2300的模块可被分成更多模块。处理器2310被配置成执行之前参照附图描述的根据本发明的实施方式的操作。具体地讲，对于处理器2310的详细操作，可以参照图1至图22的描述。
存储器2320连接到处理器2310，并且存储操作系统(OS)、应用、程序代码、数据等。连接到处理器2310的RF模块2330将基带信号上变频为RF信号或者将RF信号下变频为基带信号。为此，RF模块2330执行数模转换、放大、滤波以及上变频，或者反向地执行这些处理。显示模块2340连接到处理器2310，并且显示各种类型的信息。显示模块2340可以被配置为(但不限于)诸如液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器和有机发光二极管(OLED)显示器的已知组件。UI模块2350连接到处理器2310，并且可利用已知的用户接口(例如，键区、触摸屏等)的组合来配置。
上述的本发明的实施方式是本发明的元件和特征的组合。除非另外说明，这些元件或特征可被认为是选择性的。各个元件或特征可以被实现而不需要与其它元件或特征组合。此外，可以通过将部分元件和/或特征组合来构造本发明的实施方式。可以重新布置本发明的实施方式中描述的操作顺序。任一个实施方式的一些构造可被包括在另一实施方式中，并且可以用另一实施方式的对应构造来代替。对于本领域技术人员来说显而易见的是，在所附权利要求书中彼此未明确引用的权利要求可以作为本发明的实施方式组合地呈现或者通过在提交申请之后的后续修改作为新的权利要求而被包括。
被描述为由BS执行的特定操作可以由BS的上级节点执行。即，显而易见的是，在由包括BS的多个网络节点组成的网络中，可以由BS或者BS以外的网络节点执行为了与UE通信而执行的各种操作。术语“BS”可以替换为术语“固定站”、“节点B”、“演进节点B(eNode B或eNB)”、“接入点(AP)”等。
可以通过各种方式(例如，硬件、固件、软件或它们的组合)实现本发明的实施方式。在硬件配置中，根据本发明的示例性实施方式的方法可以通过一个或更多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器等来实现。
在固件或软件配置中，可按照模块、过程、函数等的形式实现本发明的实施方式。软件代码可以存储在存储器单元中，并且由处理器执行。存储器单元位于处理器的内部或外部，并且可以经由各种已知的手段向处理器发送数据以及从处理器接收数据。
本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的精神和基本特性的情况下，本发明可按照这里阐述的特定方式以外的其它特定方式来执行。上述实施方式因此在所有方面都应理解为说明性的而不是限制性的。应该通过所附权利要求和它们的法定等同物而不是通过上述描述来确定本发明的范围，并且在所附权利要求的含义和等同范围内的所有变化旨在被包括于其中。
工业实用性
虽然在3GPP LTE系统的背景下描述了在无线通信系统中通过大规模MIMO来执行部分波束成形的方法，本发明还适用于许多其它无线通信系统。另外，本发明涉及大规模天线阵列，但是适用于任何天线阵列结构。

Claims (12)

1.一种用于在无线通信系统中由用户设备UE针对利用基站BS的大规模天线阵列的部分波束成形报告信道状态信息CSI的方法，该方法包括以下步骤：
从所述BS接收关于多个参考信号RS资源的信息；
生成CSI，该CSI包括用于所述多个RS资源中的至少一个的子预编码器以及用于所有所述多个RS资源的信道质量指示符CQI和秩指示符RI；以及
将所述CSI报告给所述BS，
其中，所述大规模天线阵列按照行或列被分成分区，并且所述多个RS资源与所述分区对应，并且
其中，当各个所述分区包括相同数量的天线端口并且所述天线端口之间的间隙小于预定值时，基于对齐部分预编码方案来确定用于各个所述分区的所有预编码器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，生成所述CSI的步骤包括以下步骤：通过假设用于链接所述多个RS资源的链接预编码器是预定值或随机值来生成所述CSI。
3.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：从所述BS接收关于用于链接所述多个RS资源的链接预编码器的信息。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述大规模天线阵列按照列被分成所述分区时，所述子预编码器被用于垂直波束成形并且链接预编码器被用于水平波束成形。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述大规模天线阵列按照行被分成所述分区时，所述子预编码器被用于水平波束成形并且链接预编码器被用于垂直波束成形。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，当所述链接预编码器被假设为随机值时，生成所述CSI的步骤包括以下步骤：
在假设多个链接预编码器候选被分别应用的情况下，生成CQI；以及
计算所述CQI的平均值或最小值作为用于所有所述多个RS资源的CQI。
7.一种无线通信系统中的接收设备，该接收设备包括：
无线通信模块，该无线通信模块被配置为：
从利用大规模天线阵列执行部分波束成形的发送设备接收关于多个参考信号RS资源的信息；以及
将基于所述多个RS资源生成的信道状态信息CSI发送给所述发送设备；以及处理器，该处理器被配置为生成所述CSI，所述CSI包括用于所述多个RS资源中的至少一个的子预编码器以及用于所有所述多个RS资源的信道质量指示符CQI和秩指示符RI，
其中，所述发送设备的所述大规模天线阵列按照行或列被分成分区，并且所述多个RS资源与所述分区对应，并且
其中，当各个所述分区包括相同数量的天线端口并且所述天线端口之间的间隙小于预定值时，基于对齐部分预编码方案来确定用于各个所述分区的所有预编码器。
8.根据权利要求7所述的接收设备，其中，所述处理器还被配置为通过假设用于链接所述多个RS资源的链接预编码器是预定值或随机值来生成所述CSI。
9.根据权利要求7所述的接收设备，其中，所述无线通信模块还被配置为从所述发送设备接收关于用于链接所述多个RS资源的链接预编码器的信息。
10.根据权利要求7所述的接收设备，其中，当所述大规模天线阵列按照列被分成所述分区时，所述子预编码器被用于垂直波束成形并且链接预编码器被用于水平波束成形。
11.根据权利要求7所述的接收设备，其中，当所述大规模天线阵列按照行被分成所述分区时，所述子预编码器被用于水平波束成形并且链接预编码器被用于垂直波束成形。
12.根据权利要求8所述的接收设备，其中，当所述链接预编码器被假设为随机值时，所述处理器还被配置为：
在假设多个链接预编码器候选被分别应用的情况下生成CQI；以及
计算所述CQI的平均值或最小值作为用于所有所述多个RS资源的CQI。
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