CN105308879B - 用于在无线通信系统中执行基于部分天线阵列的波束形成的方法及其装置 - Google Patents

用于在无线通信系统中执行基于部分天线阵列的波束形成的方法及其装置 Download PDF

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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使用基于大规模天线阵列的波束形成从基站接收信号的方法。该方法包括以下步骤：在大规模天线阵列中包括的多个天线端口当中构造优选的天线端口集；通过接收与所述优选的天线端口集对应的基准信号来测量信道状态信息，并且将所述信道状态信息报告给所述基站；以及基于所述信道状态信息使用所述优选的天线端口集来从所述基站接收波束形成的信号。

Description

用于在无线通信系统中执行基于部分天线阵列的波束形成的 方法及其装置
技术领域
本发明涉及无线通信系统，并且更具体地，涉及一种用于在无线通信系统中执行基于部分天线阵列的波束形成的方法及其装置。
背景技术
简要地描述作为本发明可适用于的移动通信系统的示例的第三代合作伙伴计划长期演进(在下文中，被称为LTE)通信系统。
图1是示意性地例示了作为示例性无线电通信系统的E-UMTS的网络结构的图。演进型通用移动电信系统(E-UMTS)是传统的通用移动电信系统(UMTS)的高级版本，并且当前正在3GPP中进行其基本标准化。E-UMTS可以被通常称为LTE系统。对于UMTS和E-UMTS的技术规范的细节，能够参照“3rd Generation Partnership Project；TechnicalSpecification Group Radio Access Network”的版本7和版本8。
参照图1，E-UMTS包括用户设备(UE)、演进型节点B(eNode B或eNB)、以及位于演进型UMTS陆地无线电接入网络(E-UTRAN)的一端处并且连接到外部网络的接入网关(AG)。eNB可以同时发送多个数据流，以便于广播服务、多播服务和/或单播服务。
每个eNB存在一个或更多个小区。小区被构造为使用1.25MHz、2.5MHz、5MHz、10MHz、15MHz和20MHz的带宽中的一个来向多个UE提供下行链路或上行链路传输服务。不同的小区可以被构造为提供不同的带宽。eNB控制到多个UE的数据发送以及来自多个UE的数据接收。关于下行链路(DL)数据，eNB通过向UE发送DL调度信息来发送DL调度信息，以向对应的UE通知要发送数据的时域/频域、编码、数据大小以及混合自动重传请求(HARQ)相关信息。另外，关于上行链路(UL)数据，eNB向对应的UE发送UL调度信息，以向该UE通知可用的时域/频域、编码、数据大小以及与HARQ相关信息。可以使用用于在eNB之间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等。AG在跟踪区域(TA)基础上管理UE的移动性，每个TA包括多个小区。
尽管无线电通信技术已经发展到基于宽带码分多址(WCDMA)的LTE，然而用户和提供方的需求和期望持续增加。另外，因为其它无线电接入技术持续发展，所以需要新的技术进步确保将来的竞争力。例如，需要减少每比特成本、提高服务可用性、灵活使用频带、简化结构、开放接口、适当消耗UE的功率。
发明内容
技术问题
被设计来解决所述问题的本发明的目的在于提供一种用于在无线通信系统中执行基于部分天线阵列的波束形成的方法及其装置。
技术解决方案
根据本发明的实施方式的一种用于在无线通信系统中由用户设备使用基于大规模(massive)天线阵列的波束形成来从基站接收信号的方法包括以下步骤：在所述大规模天线阵列中包括的多个天线端口当中构造优选的天线端口集；通过接收与所述优选的天线端口集对应的基准信号来测量信道状态信息，并且将所述信道状态信息报告给所述基站；以及基于所述信道状态信息使用所述优选的天线端口集来从所述基站接收波束形成的信号。
根据本发明的另一实施方式的一种用于在无线通信系统中由基站使用基于大规模天线阵列的波束形成来向用户设备发送信号的方法包括以下步骤：在所述大规模天线阵列中包括的多个天线端口当中为所述用户设备构造优选的天线端口集；向所述用户设备发送与所述优选的天线端口集对应的基准信号；从所述用户设备接收基于所述基准信号测量的信道状态信息；以及基于所述信道状态信息使用所述优选的天线端口集来向所述用户设备发送波束形成的信号。
上述方法还可以包括以下步骤：由所述基站从所述用户设备接收与所述优选的天线端口集有关的、包括与所述优选的天线端口集中包括的天线端口的数目和天线端口的索引有关的信息的信息，或者由所述基站向所述用户设备发送与所述优选的天线端口集有关的所述信息。
可以基于下面的项中的至少一个来确定所述天线端口数目和所述天线端口索引：所述用户设备的移动性、所述用户设备与所述基站之间的信道的多普勒特性、所述用户设备与所述基站之间的信道矩阵的特性参数、以及所述信道的信噪比。
所述基准信号可以是用户设备特定基准信号。
有益效果
根据本发明的实施方式，UE能够使用部分天线阵列来高效地执行波束形成。
本领域技术人员将要领会的是，能够通过本发明实现的效果不限于已经在上文具体地描述的效果，并且将从以下详细描述更清楚地理解本发明的其它优点。
附图说明
图1是示意性地例示了作为示例性无线电通信系统的E-UMTS的网络结构的图。
图2是例示了基于3GPP无线电接入网络规范的UE与E-UTRAN之间的无线电接口协议的控制平面和用户平面的结构的图。
图3是例示了在3GPP系统中使用的物理信道和使用这些物理信道的一般信号发送方法的图。
图4是例示了在LTE系统中使用的无线电帧的结构的图。
图5是例示了在LTE系统中使用的DL无线电帧的结构的图。
图6是例示了LTE系统中的UL子帧的结构的图。
图7是例示了一般MIMO通信系统的构造的图。
图8和图9是例示了通过四个天线支持DL发送的LTE系统中的DL RS构造的图。
图10例示了在当前3GPP标准规范中限定的示例性DL DM-RS分配。
图11例示了在当前3GPP标准中限定的DL CSI-RS构造的CSI-RS构造#0。
图12是例示了天线倾斜方案的图。
图13是将常规天线系统与有源天线系统(AAS)进行比较的图。
图14例示了基于AAS的示例性UE特定波束形成。
图15例示了基于AAS的3D波束发送场景。
图16例示了所有天线端口当中的有效天线端口集的示例性选择。
图17例示了所有天线端口当中的有效天线端口集的另一示例性选择。
图18例示了MIMO系统的一般预编码结构。
图19例示了根据本发明的预编码结构。
图20例示了根据本发明的支持基于子阵列的多用户波束形成的通信系统。
图21是根据本发明的实施方式的通信装置的框图。
具体实施方式
在下文中，将从本发明的实施方式容易地理解本发明的结构、操作和其它特征，在附图中例示了本发明的实施方式的示例。将在下文描述的实施方式是本发明的技术特征被应用于3GPP系统的示例。
尽管将基于LTE系统和高级LTE(LTE-A)系统描述本发明的实施方式，但是LTE系统和LTE-A系统纯粹是示例性的，并且本发明的实施方式能够被应用于与前述限定对应的任何通信系统。另外，尽管将基于频分双工(FDD)描述本发明的实施方式，然而FDD模式纯粹是示例性的，并且本发明的实施方式能够容易地被应用于具有一些修改的半FDD(H-FDD)或时分双工(TDD)。
在本公开中，可以将基站(eNB)用作包括远程无线电头端(RRH)、eNB、发送点(TP)、接收点(RP)、中继装置(relay)等的广泛含义。
图2是例示了基于3GPP无线电接入网络规范的UE与E-UTRAN之间的无线电接口协议的控制平面和用户平面的结构的图。控制平面是指用于发送由UE和网络用来管理呼叫的控制消息的路径。用户平面是指发送在应用层中生成的数据(例如，语音数据或互联网分组数据)的路径。
第一层的物理层使用物理信道来向上层提供信息传送服务。物理层经由发送信道连接到上层的媒体访问控制(MAC)层。经由发送信道在MAC层与物理层之间发送数据。还经由物理信道在发送器的物理层与接收器的物理层之间发送数据。物理信道将时间和频率用作无线电资源。具体地，在DL中使用正交频分多址(OFDMA)方案来对物理信道进行调制，而在UL中使用单载波频分多址(SC-FDMA)方案来对物理信道进行调制。
第二层的MAC层经由逻辑信道向上层的无线电链路控制(RLC)层提供服务。第二层的RLC层支持可靠的数据传输。可以由MAC层内的功能块来实现RLC层的功能。第二层的分组数据会聚协议(PDCP)层执行报头压缩功能以减少不必要的控制信息，以便在具有相对窄的带宽的无线电接口中高效地发送网际协议(IP)分组(诸如IPv4分组或IPv6分组)。
仅在控制平面中限定位于第三层的最底部处的无线电资源控制(RRC)层。RRC层与无线电承载的构造、重构和释放有关地控制逻辑信道、发送信道和物理信道。无线电承载是指由第二层提供用于在UE与网络之间发送数据的服务。为此，UE的RRC层和网络的RRC层交换RRC消息。如果已经在无线电网络的RRC层与UE的RRC层之间建立了RRC连接，则UE处于RRC连接模式。否则，UE处于RRC空闲模式。位于RRC层的上层处的非接入层(NAS)层执行诸如会话管理和移动性管理这样的功能。
用于从网络到UE的数据发送的DL发送信道包括用于发送系统信息的广播信道(BCH)、用于发送寻呼消息的寻呼信道(PCH)、以及用于发送用户业务或控制消息的DL共享信道(SCH)。DL多播或广播服务的业务或控制消息可以通过DL SCH来发送，或者可以通过附加的DL多播信道(MCH)来发送。此外，用于从UE到网络的数据发送的UL发送信道包括用于发送初始控制消息的随机接入信道(RACH)以及用于发送用户业务或控制消息的UL SCH。位于发送信道的上层处并且被映射到发送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)以及多播业务信道(MTCH)。
图3是例示了在3GPP系统中使用的物理信道和使用这些物理信道的一般信号发送方法的图。
当电源被接通或者UE进入新的小区时，UE执行诸如获取与eNB的同步这样的初始小区搜索过程(S301)。为此，UE可以通过从eNB接收主同步信道(P-SCH)和辅同步信道(S-SCH)来调整与eNB的同步，并且获取诸如小区身份(ID)这样的信息。此后，UE可以通过从eNB接收物理广播信道来获取小区内的广播信息。在初始小区搜索过程中，UE可以通过接收下行链路基准信号(DL RS)来监测DL信道状态。
当完成初始小区搜索过程时，UE可以通过接收物理下行链路控制信道(PDCCH)并且基于在PDCCH上承载的信息接收物理下行链路共享信道(PDSCH)来获取更详细的系统信息(S302)。
此外，如果UE最初接入eNB或者如果不存在用于到eNB的信号发送的无线电资源，则UE可以执行与eNB的随机接入过程(S303至S306)。为此，UE可以通过物理随机接入信道(PRACH)来发送特定序列作为前导码(S303和S305)，并且通过PDCCH和与该PDCCH关联的PDSCH来接收对该前导码的响应消息(S304和S306)。在基于竞争的随机接入过程的情况下，UE可以附加地执行竞争解决过程。
在执行上述过程之后，如一般UL/DL信号发送过程那样，UE可以接收PDCCH/PDSCH(S307)，并且发送物理上行链路共享信道(PUSCH)/物理上行链路控制信道(PUCCH)(S308)。具体地，UE通过PDCCH来接收下行链路控制信息(DCI)。DCI包括诸如针对UE的资源分配信息这样的控制信息，并且根据其使用目的而具有不同的格式。
此外，UE在UL上向eNB发送或者在DL上从eNB接收的控制信息包括DL/UL确认/否认确认(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3GPP LTE系统中，UE可以通过PUSCH和/或PUCCH来发送诸如CQI/PMI/RI这样的控制信息。
图4是例示了在LTE系统中使用的无线电帧的结构的图。
参照图4，无线电帧具有10ms(327200×Ts)的长度，并且包括10个大小相等的子帧。这些子帧中的每一个具有1ms的长度，并且包括两个时隙。每个时隙具有0.5ms(15360Ts)的长度。在这种情况下，Ts表示由Ts＝1/(15kHz×2048)＝3.2552×10-8(约33ns)表示的采样时间。每个时隙在时域中包括多个OFDM符号，并且在频域中包括多个资源块(RB)。在LTE系统中，一个RB包括12个子载波×7(或6)个OFDM符号。可以以一个或更多个子帧为单位来确定作为用于数据发送的单位时间的发送时间间隔(TTI)。无线电帧的上述结构纯粹是示例性的，并且可以对无线电帧中包括的子帧的数目、子帧中包括的时隙的数目或者时隙中包括的OFDM符号的数目做出各种修改。
图5是例示了在DL无线电帧中的一个子帧的控制区域中包含的控制信道的图。
参照图5，一个子帧包括14个OFDM符号。根据子帧构造，14个OFDM符号中的第一个OFDM符号至第三个OFDM符号可以被用作控制区域，并且剩余的11至13个OFDM符号可以被用作数据区域。在图5中，R1至R4分别表示针对天线0至天线3的基准信号(RS)或导频信号。不管控制区域和数据区域如何，RS在子帧内都被固定为预定模式。将控制信道分配给控制区域中的未被用于RS的资源。将业务信道分配给数据区域中的未被用于RS的资源。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。
物理控制格式指示符信道(PCFICH)向UE通知每个子帧中的被用于PDCCH的OFDM符号的数目。PCFICH位于第一OFDM符号中，并且被构造有高于PHICH和PDCCH的优先级。PCFICH由4个资源元素组(REG)组成，并且这些REG中的每一个基于小区ID被分布在控制区域上。一个REG包括4个资源元素(RE)。RE指示被限定为一个子载波×一个OFDM符号的最小物理资源。PCFICH值根据带宽来指示1至3的值或者2至4的值，并且使用正交相移键控(QPSK)来进行调制。
物理混合ARQ指示符信道(PHICH)被用来承载针对UL发送的HARQ ACK/NACK信号。也就是说，PHICH指示用来发送针对UL HARQ的DL ACK/NACK信息的信道。PHICH包括一个REG，并且被小区特定地加扰。ACK/NACK信号由1比特指示，并且使用二进制相移键控(BPSK)来进行调制。利用2或4的扩展因子(SF)来对经调制的ACK/NACK信号进行扩展。被映射到同一资源的多个PHICH构成PHICH组。根据扩展码的数目来确定被复用到PHICH组的PHICH的数目。PHICH(组)被重复三次，以在频域和/或时域中获得分集增益。
PDCCH被分配给子帧的前n个OFDM符号。在这种情况下，n是等于或大于1的整数，并且由PCFICH指示。PDCCH包括一个或更多个控制信道元素(CCE)。PDCCH向每个UE或UE组通知与发送信道(即，寻呼信道(PCH)和下行链路共享信道(DL-SCH))的资源分配关联的信息、UL调度授权、HARQ信息等。通过PDSCH来发送PCH和DL-SCH。因此，eNB和UE通过PDSCH来发送和接收除特定控制信息或服务数据以外的数据。
在PDCCH上发送指示PDSCH数据将被发送到哪个UE或哪些UE的信息以及指示UE应该如何接收PDSCH数据并对所述PDSCH数据进行解码的信息。例如，假定通过无线电网络临时身份(RNTI)‘A’来对特定PDCCH的循环冗余校验(CRC)进行掩码处理，并且在特定子帧中发送与使用无线电资源‘B’(例如，频率位置)并且使用DCI格式‘C’发送的数据有关的信息(即，发送格式信息(例如，传输块大小、调制方案、编码信息等)，位于小区中的UE在搜索空间中使用其RNTI信息来监测PDCCH(即，对PDCCH进行盲解码)。如果存在具有RNTI‘A’的一个或更多个UE，则UE接收PDCCH，并且基于所接收的PDCCH的信息来接收由‘B’和‘C’指示的PDSCH。
图6是例示了LTE系统中的UL子帧的结构的图。
参照图6，上行链路子帧被划分成分配有PUCCH以发送控制信息的区域和分配有PUSCH以发送用户数据的区域。PUSCH被分配到子帧的中间，而PUCCH被分配到频域中的数据区域的两端。在PUCCH上发送的控制信息包括ACK/NACK、表示下行链路信道状态的信道质量指示符(CQI)、用于多输入多输出(MIMO)的RI、指示对于分配UL资源的请求的调度请求(SR)等。UE的PUCCH在子帧的每个时隙中使用占据不同的频率的一个RB。也就是说，分配给PUCCH的两个RB在时隙边界上跳频。具体地，在图6中，针对m＝0、m＝1、m＝2和m＝3的PUCCH被分配给子帧。
在下文中，将描述MIMO系统。MIMO是指使用多个发送天线和多个接收天线来提高数据发送/接收效率的方法。即，在无线通信系统的发送器或接收器处使用多个天线，使得能够增加容量并且能够提高性能。在本公开中，MIMO还可以被称为多天线。
MIMO技术不依赖于单天线路径，以便接收整个消息。替代地，MIMO技术通过将经由多个天线接收的数据片段进行组合来完成数据。使用MIMO技术能够增加特定大小的小区区域内的数据发送速率或者以特定数据发送速率对系统覆盖范围进行扩展。能够在移动通信终端和中继节点中广泛地使用MIMO技术。MIMO技术能够克服移动通信中的常规单天线技术中遇到的有限传输容量。
图7例示了典型的MIMO通信系统的构造。发送器具有NT个发送(Tx)天线，并且接收器具有NR个接收(Rx)天线。与仅在发送器和接收器中的一个处使用多个天线相比，在发送器和接收器两者处使用多个天线增加了理论的信道发送容量。信道发送容量与天线的数目成比例地增加。因此，增加了发送速率和频率效率。给定可以利用单天线来实现的最大发送速率Ro，则在多个天线的情况下可以使发送速率在理论上增加为Ro和发送速率增加率Ri的乘积，如由式1指示的。Ri是NT和NR中的较小者。
[式1]
Ri＝min(NT,NR)
例如，具有四个Tx天线和四个Rx天线的MIMO通信系统可以在理论上实现单天线系统的发送速率的四倍的发送速率。自从20世纪90年代中期证实了MIMO无线通信系统的理论容量增加以来，已经积极地开发了许多技术，以在实际实现中增加数据发送速率。这些技术中的一些已经在包括用于第三代(3G)移动通信、下一代无线局域网等的标准在内的各种无线通信标准中得到体现。
目前为止与MIMO技术有关的积极研究已集中于许多不同的方面，包括对在各种信道环境中和在多址环境中的与MIMO通信容量计算有关的信息理论的研究、对MIMO系统的无线信道测量和模型推导的研究、以及对用于提高传输可靠性和传输速率的空时信号处理技术的研究。
将通过数学建模来详细地描述MIMO系统中的通信。假定如图7中所例示，存在NT个Tx天线和NR个Rx天线。关于发送信号，如以下向量所表示的，能够通过NT个Tx天线来发送最多NT条信息。
[式2]
各发送信息条可以具有不同的发送功率。如果各个发送功率分别由表示，则发送功率受控的发送信息可以被给出为
[式3]
可以在下面使用发送功率的对角矩阵P来表达发送功率受控的发送信息向量
[式4]
此外，可以通过将发送功率受控的信息向量乘以权重矩阵W来构造实际上要发送的NT个发送信号权重矩阵W用来根据发送信道状态等将发送信息适当地分发给各个天线。发送信号被表示为可以由式5确定的向量X。这里，wij表示第i个Tx天线和第j条信息的权重，并且W被称为权重矩阵或预编码矩阵。
[式5]
通常，信道矩阵的秩的物理意义是能够在给定信道上发送的不同条信息的最大数目。因此，信道矩阵的秩被限定为信道矩阵中的独立行的数目和独立列的数目中的较小者。因此，信道矩阵的秩不大于信道矩阵的行或列的数目。信道矩阵H的秩(rank(H))被限制如下。
[式6]
rank(H)≤min(NT，NR)
在MIMO中发送的不同条信息被限定为发送流或流。流还可以被称作层。因此推断发送流的数目不大于信道的秩，即，可发送的不同条信息的最大数目。因此，信道矩阵H由下面的式7来确定：
[式7]
#of streams≤rank(H)≤min(NT，NR)
“#of streams”表示流的数目。应该注意的是，可以通过一个或更多个天线来发送一个流。
一个或更多个流可以按照许多方式被映射到多个天线。该方法可以根据MIMO技术被描述如下。如果通过多个天线来发送一个流，则这可以被称作空间分集。当通过多个天线来发送多个流时，则这可以被称作空间复用。可以设想空间分集和空间复用的混合方案。
与传统LTE标准相比，预期下一代移动通信标准LTE-A将支持协作多点(CoMP)发送，以便增加数据发送速率。CoMP是指通过两个或更多个eNB或小区之间的协作来向UE发送数据，以便增加位于阴影区域中的UE与eNB(小区或扇区)之间的通信性能。
可以将CoMP发送方案分类成被称作以数据共享为特点的协作MIMO的CoMP联合处理(CoMP-JP)和CoMP协调调度/波束形成(CoMP-CS/CB)。
在DL CoMP-JP中，UE可以同时从执行CoMP发送的eNB瞬间地接收数据，并且可以将所接收的信号进行组合，从而增加接收性能(联合发送(JT))。另外，参与CoMP发送的eNB中的一个可以在特定时间点(动态点选择(DPS))向UE发送数据。
相比之下，在下行链路CoMP-CS/CB中，UE可以通过波束形成从一个eNB即服务eNB瞬间地接收数据。
在UL CoMP-JP中，eNB可以同时从UE接收PUSCH信号(联合接收(JR))。相比之下，在UL CoMP-CS/CB中，仅一个eNB从UE接收PUSCH。这里，协作小区(或eNBs)可以做出关于是否使用CoMP-CS/CB的决定。
在下文中，将给出信道状态信息(CSI)报告的描述。在当前LTE标准中，MIMO发送方案被分类成在没有CSI的情况下操作的开环MIMO和基于CSI操作的闭环MIMO。特别地，根据闭环MIMO系统，eNB和UE中的每一个可以能够基于CSI执行波束形成，以便获得MIMO天线的复用增益。为了从UE获取CSI，eNB通过PUCCH或PUSCH向UE发送RS，并且命令UE反馈基于所述RS测量的CSI。
CSI被划分成三种类型的信息：RI、PMI和CQI。首先，RI是与如以上所描述的信道秩有关的信息，并且指示能够经由同一时频资源接收的流的数目。因为RI由信道的长期衰落来确定，所以可以通常以比PMI或CQI的周期长的周期反馈RI。
其次，PMI是反映信道的空间特性的值，并且指示由UE基于信号与干扰加噪声比(SINR)的度量而优选的eNB的预编码矩阵索引。最后，CQI是指示信道的强度的信息，并且指示在eNB使用PMI时可获得的接收SINR。
诸如LTE-A系统这样的高级系统通过多用户MIMO(MU-MIMO)来考虑附加的多用户分集。由于在MU-MIMO的天线域中复用的UE之间的干扰，CSI的准确性可能显著地影响对其它复用的UE以及报告该CSI的UE的干扰。因此，应该在MU-MIMO中报告比在单用户MIMO(SU-MIMO)中更准确的CSI。
在该上下文中，LTE-A标准已经确定将最终PMI单独地设计为长期和/或宽带PMI(W1)以及短期和/或子带PMI(W2)。
例如，如式8所表示的信道的长期协方差矩阵可以被用于利用W1和W2来构造一个最终PMI的分层码本变换。
[式8]
W＝norm(W1 W2)
在式8中，W2是短期PMI，其是反映短期信道信息的码本的码字，W是最终码本的码字，并且norm(A)是通过使矩阵A的每一列归一化为1而获得的矩阵。
按照惯例，码字W1和码字W2如式9被给出。
[式9]
其中Xi是Nt/2乘M矩阵。
(如果秩＝r)，其中1≤k，l，m≤M并且k、l、m是整数。
在式9中，设计码字以便反映建立的信道之间的相关特性，如果交叉极化天线被密集地布置，例如，则相邻的天线之间的距离等于或小于信号波长的一半。可以将交叉极化天线划分成水平天线组和垂直天线组，并且这两个天线组被协同定位，每个天线组具有均匀线性阵列(ULA)天线的特性。
因此，每个组中的天线之间的相关具有相同的线性相位递增特性，并且天线组之间的相关的特点是相位旋转。因为码本是信道的量化值，所以有必要设计反映信道特性的码本。为了方便描述，可以如式10那样给出按照以上方式设计的秩-1码字。
[式10]
在式10中，码字被表达为NT×1向量，其中NT是Tx天线的数目，并且码字包括上向量Xi(k)和下向量αjXi(k)，分别表示水平天线组和垂直天线组的相关特性。Xi(k)被表达为具有线性相位递增特性的向量，反映每个天线组中的天线之间的相关特性。例如，离散傅里叶变换(DFT)矩阵可以被用于Xi(k)。
诸如LTE-A系统这样的高级系统通过使用MU-MIMO来考虑附加多用户分集的实现。由于在MU-MIMO的天线域中复用的UE之间存在干扰信道，因此CSI的准确性可能显著地影响对其它复用的UE以及报告该CSI的UE的干扰。因此，应该在MU-MIMO中报告比在SU-MIMO中更准确的CSI。
在CoMP JT中，因为多个eNB通过协作来向特定UE发送同一数据，所以eNB可以被理论上认为形成具有在地理上分布的天线的MIMO系统。也就是说，即使当在JT中实现MU-MIMO时，也需要高度准确的CSI来如在单小区MU-MIMO操作中一样避免CoMP调度的UE之间的干扰。相同情况适用于CoMP CB。也就是说，为了避免由相邻小区导致的对服务小区的干扰，需要准确的CSI。一般而言，UE需要报告附加的CSI反馈，以便增加CSI反馈的准确性。CSI反馈在PUCCH或PUSCH上被发送到eNB。
在下文中，将描述针对DL数据信道的发送模式。如表1中所例示，当前的3GPP LTE标准规范3GPP TS 36.213限定了DL数据信道发送模式。DL数据信道发送模式通过更高层信令(即RRC信令)被指示给UE。
[表1]
参照表1，当前的3GPP LTE标准规范限定了发送模式以及与所述发送模式对应的DCI格式。针对不管发送模式的应用(即，针对回退模式)附加地限定了DCI格式1A。作为关于发送模式的操作的示例，如果在表1中作为对PDCCH进行盲解码的结果检测到DCI格式1B，则在使用单层通过闭环复用来发送PDSCH的假定下对PDSCH进行解码。
表1中，发送模式10表示上述CoMP发送方案的DL数据信道发送模式。例如，如果作为UE对PDCCH进行盲解码的结果检测到DCI格式2D，则在已经通过多天线发送方案经由天线端口7至天线端口14发送了PDSCH的假定下(即，基于解调RS(DM-RS))对PDSCH进行解码。另选地，UE假定已经通过基于DM-RS天线端口7或DM-RS天线端口8的单天线发送方案发送了PDSCH对PDSCH进行解码。
另一方面，如果作为对PDCCH进行盲解码的结果检测到DCI格式1A，则发送模式根据关联的子帧是否是MBSFN子帧而不同。例如，如果关联的子帧是非MBSFN子帧，则UE假定已经通过基于天线端口0的CRS的单天线发送方案或者通过基于CRS的发送分集方案发送了PDSCH对PDSCH进行解码。如果关联的子帧是MBSFN子帧，则UE假定已经通过基于天线端口7的DM-RS的单天线发送方案发送了PDSCH对PDSCH进行解码。
现在将给出RS的详细描述。
一般而言，发送器将为该发送器和接收器二者所知的RS与数据一起发送给接收器，使得接收器可以在该RS中执行信道测量。RS用来通过指示调制方案以及信道测量来执行解调。RS被分类成针对特定UE的专用RS(DRS)和针对小区内的所有UE的公共RS(或小区特定RS(CRS))。CRS包括由UE用来测量要向eNB报告的CQI/PMI/RI的RS。该RS被称为信道状态信息-RS(CSI-RS)。
图8和图9例示了通过四个天线支持DL发送的LTE系统中的RS构造。具体地，图8例示了在正常CP的情况下的RS构造，并且图9例示了在扩展CP的情况下的RS构造。
参照图8和图9，网格中指示的参照数字0至参照数字3表示通过天线端口0至天线端口3发送以用于信道测量和数据调制的小区特定RS(CRS)。可以跨越控制信息区域以及数据信息区域将CRS发送到UE。
网格中指示的参照字符D表示UE特定RS，即DM-RS。在数据区域中(即，在PDSCH上)发送M-RS，以支持单天线端口发送。UE特定RS(DM-RS)的存在/不存在通过更高层信令被指示给UE。在图8和图9中，通过天线端口5发送DM-RS。3GPP TS 36.211为总共八个天线端口(天线端口7至天线端口14)限定了DM-RS。
图10例示了在当前3GPP标准规范中限定的示例性DL DM-RS分配。
参照图10，使用针对DM-RS组1中的相应天线端口的序列来映射针对天线端口7、天线端口8、天线端口11和天线端口13的DM-RS，而使用针对DM-RS组2中的相应天线端口的序列来映射针对天线端口9、天线端口10、天线端口12和天线端口14的DM-RS。
与CRS相比，提出了CSI-RS以用于PDSCH的信道测量，并且最多32个不同的资源构造可用于CSI-RS以减小多小区环境中的小区间干扰(ICI)。
如有可能，根据天线端口的数目来使用不同的CSI-RS(资源)构造，并且相邻的小区根据不同的(资源)构造来发送CSI-RS。与CRS不同，在3GPP标准中CSI-RS支持最多八个天线端口，并且从天线端口15至天线端口22的总共八个天线端口被分配给CSI-RS。表2和表3列举了3GPP标准中限定的CSI-RS构造。具体地，表2列举了在正常CP的情况下的CSI-RS构造，并且表3列举了在扩展CP的情况下的CSI-RS构造。
[表2]
[表3]
在表2和表3中，(k’,l’)表示RE索引，其中k’是子载波索引，并且l’是OFDM符号索引。图11例示了在当前3GPP标准中限定的DL CSI-RS构造中的CSI-RS构造#0。
另外，可以由子帧周期TCSI-RS和子帧偏移ΔCSI-RS来限定CSI-RS子帧构造。表4列举了3GPP标准中限定的CSI-RS子帧构造。
[表4]
此外，通过RRC层信号来构造关于零功率(ZP)CSI-RS的信息。具体地，ZP CSI-RS资源构造包括16比特位图的zeroTxPowerSubframeConfig和zeroTxPowerResourceConfigList。zeroTxPowerSubframeConfig通过表4中例示的ICSI-RS来指示ZP CSI-RS的CSI-RS发送周期和子帧偏移。zeroTxPowerResourceConfigList指示ZPCSI-RS构造。该位图的元素指示表2或表3中的针对四个CSI-RS天线端口的列中包括的相应构造。除ZP CSI-RS以外的正常CSI-RS被称为非零功率(NZP)CSI-RS。
当应用上述CoMP方案时，可以通过RRC层信号将多个CSI-RS构造用信号通知给UE。如表5中列举地限定CSI-RS构造。参照表5，应当领会的是，在每个CSI-RS构造中包括与能够假定准协同定位(QCL)的CRS有关的信息。
[表5]
CSI-RS-ConfigNZP信息元素
现在将给出天线端口之间的QCL的描述。
如果一个天线端口与另一天线端口准协同定位，则这意味着UE可以假定从一个天线端口(或与该天线端口对应的无线电信道)接收的信号的大规模特性与从另一天线端口(或与该天线端口对应的无线电信道)接收的信号的大规模特性完全地或部分地相同。大规模特性可以包括与频率偏移关联的多普勒扩展和多普勒频移、与定时偏移关联的平均延迟和延迟扩展、以及平均增益。
根据QCL的限定，UE不能假定彼此未被准协同定位的天线端口具有相同的大规模特性。因此，UE应该独立地执行跟踪过程，以便获得每个天线端口的频率偏移和定时偏移。
此外，UE可以执行关于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的功率延迟分布、延迟扩展、多普勒频谱和多普勒扩展的估计结果同样地应用到在对应的另一天线端口的无线电信道的信道估计中使用的维纳滤波器参数。
2)UE可以获取特定天线端口的时间同步和频率同步，并且对另一天线端口应用相同的同步。
3)最后，UE可以计算准协同定位的天线端口的基准信号接收功率(RSRP)测量结果的平均值作为平均增益。
例如，假定了当通过PDCCH(或增强型PDCCH(E-PDCCH))接收到基于DM-RS的DL数据信道的调度信息(例如，DCI格式2C)时，UE使用由该调度信息指示的DM-RS序列来对PDSCH执行信道估计，然后对数据进行解调。
在这种情况下，如果用于DL数据信道解调的DM-RS天线端口与服务小区的CRS天线端口准协同定位，则UE可以对通过DM-RS天线端口的信道估计应用已从其CRS天线端口估计的无线电信道的大规模特性，从而提高基于DM-RS的DL数据信道的接收性能。
类似地，如果用于DL数据信道解调的DM-RS天线端口与服务小区的CRS-RS天线端口准协同定位，则UE可以对通过DM-RS天线端口的信道估计应用已从该服务小区的CRS-RS天线端口估计的无线电信道的大规模特性，从而提高基于DM-RS的DL数据信道的接收性能。
此外，LTE中，规定了当在作为CoMP发送模式的模式10下发送DL信号时，eNB为UE构造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天线端口与除平均增益之外的大规模特性准协同定位。这意味着在同一点发送物理信道和信号。另一方面，QCL类型B被限定为使得通过更高层消息为每个UE构造最多四种QCL模式，以使得能够实现诸如DPS或JT这样的CoMP发送，并且哪一种QCL模式被用来接收DL信号是通过DCI动态地构造的。
现在将更详细地描述在QCL类型B的情况下的DPS发送。
假定了具有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。在这种情况下，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通过更高层信号来为位于节点#1和节点#2的公共覆盖范围内的UE构造QCL模式参数集#1和CSI-RS资源#2。
然后，eNB可以通过以下方式来执行DPS：使用DCI，在通过节点#1到UE的数据(即PDSCH)发送期间为UE构造QCL模式参数集#1，并且在通过节点#2到UE的数据发送期间为UE构造QCL模式参数集#2。如果通过DCI为UE构造了QCL模式参数集#1，则UE可以假定CSI-RS资源#1与DM-RS准协同定位，而如果为UE构造了QCL模式参数集#2，则UE可以假定CSI-RS资源#2与DM-RS准协同定位。
下面将描述有源天线系统(AAS)和三维波束形成。
在传统蜂窝系统中，eNB通过将在下面更详细地描述的机械倾斜或电倾斜来减小ICI并且增加小区内的UE的吞吐量(例如，SINR)。
图12是例示了天线倾斜方案的图。具体地，图12(a)例示了未应用天线倾斜的天线结构，图12(b)例示了应用了机械倾斜的天线结构，并且图12(c)例示了应用了机械倾斜和电倾斜二者的天线结构。
与图12(a)相比，图12(b)的机械倾斜使得波束方向被固定在初始天线安装处。不管通过内部相移模块来改变倾斜角度的优点如何，图12(c)的电倾斜都使得由于小区固定的倾斜而能够实现仅非常限制的垂直波束形成。
图13是将常规天线系统与AAS进行比较的图。具体地，图13(a)例示了现有技术的天线系统，并且图13(b)例示了AAS。
参照图13，与常规天线系统相比，AAS包括多个天线模块，所述多个天线模块中的每一个包括诸如功率放大器(PA)(即，有源器件)这样的射频(RF)模块，使得AAS能够控制每个天线模块的功率和相位。
通常，诸如ULA这样的线性阵列天线(即，一维阵列天线)已被认为是MIMO天线结构。在一维阵列结构中，可以通过波束形成而形成的波束存在于二维(2D)平面上。相同情况适用于传统eNB的基于无源天线系统(PAS)的MIMO结构。尽管基于PAS的eNB具有垂直天线和水平天线，然而垂直天线不能在垂直方向上形成波束，而仅可以允许前述机械倾斜，因为所述垂直天线在一个RF模块中。
然而，当eNB的天线结构已演进成AAS时，即使在垂直天线中也能独立地构造RF模块。因此，垂直波束形成以及水平波束形成是可能的。这被称作垂直波束形成或仰角波束形成。
垂直波束形成还可以被称为三维(3D)波束形成，因为可以在3D空间中在垂直方向和水平方向上形成能够根据垂直波束形成生成的波束。也就是说，一维阵列天线结构到2D阵列天线结构的演进使得能够实现3D波束形成。当天线阵列是平面的时，不一定形成3D波束形成。相反，可以甚至在环形3D阵列结构中形成3D波束形成。3D波束形成的特征在于考虑到除现有一维天线结构以外的各种天线布局，在3D空间中实现MIMO处理。
图14例示了基于AAS的示例性UE特定波束形成。参照图14，即使UE从eNB向前或向后以及向eNB的左边和右边移动，也可以通过3D波束形成朝向UE形成波束。因此，为UE特定波束形成赋予更高的自由度。
此外，作为使用基于AAS的2D阵列天线结构的发送环境，不仅可以考虑室外eNB向室外UE发送信号的室外到室外环境，而且可以考虑室外eNB向室内UE发送信号的室外到室内(O2I)环境以及室内eNB向室内UE发送信号的室内热点。
图15例示了基于AAS的3D波束发送场景。
参照图15，eNB需要在多个建筑物存在于小区中的真实小区环境中考虑与建筑物高度有关的基于各种UE高度的垂直波束操纵以及UE特定水平波束操纵。考虑到这种小区环境，需要反映与现有无线信道环境的信道特性显著不同的信道特性，例如，根据不同的高度的遮蔽/路径损耗改变、衰落特性变化等。
换句话说，3D波束形成是基于现有线性一维天线阵列结构的波束形成仅在水平方向上的演进。3D波束形成是指基于诸如平面阵列这样的多维阵列天线结构或者基于大规模天线阵列通过将水平波束形成扩展到仰角波束形成或垂直波束形成或者将水平波束形成与仰角波束形成或垂直波束形成进行组合而执行的MIMO处理方案。
大规模天线阵列可以具有以下特性中的至少一个。即，i)大规模天线阵列位于2D平面或3D空间上，ii)大规模天线阵列包括8个或更多个逻辑天线或物理天线(可以将逻辑天线表达为天线端口)，并且iii)可以通过AAS来构造大规模天线阵列的每个天线。然而，大规模天线阵列的限定不限于此。
<第一实施方式>
在常规MIMO系统中，已经执行针对eNB的整个天线阵列的PMI反馈，以用于闭环MIMO发送。这可以被理解为UE反馈以PMI码本的形式表达的、在能够由eNB的所有天线产生的多个波束方向当中的由此最优选的波束方向。
下面列举的表6示出了通过形式为4行×4列的16个天线发送的波束与通过形式为8行×8列的64个天线发送的波束之间的比较。参照表6，随着eNB的天线的数目增加，由eNB生成的波束的宽度减小，并且波束的形状变得尖锐，由此导致波束增益的增加。在闭环MIMO发送期间，随着波束变得更尖锐，不管信道的轻微改变如何，由UE测量的定时处的PMI和由eNB实际上发送的定时处的PMI都不一致。结果，性能显著地恶化。换句话说，对于反馈的性能灵敏度可能大大地增加。
[表6]
因此，本发明提出了一种eNB在包括多个Tx天线的系统中根据针对UE的信道情形自适应地控制波束形状(例如，波束宽度、波束增益、波束方向等)的方法、以及一种用于支持该方法的UE的反馈方法。
首先，当eNB向UE发送信号时，提出了eNB自适应地选择适合于针对UE的信道情形的有效Tx天线端口集。
有效Tx天线端口集是eNB的所有Tx天线端口集的用于执行到UE的数据发送的子集，并且可以根据针对UE的信道情形被限制于用于数据发送的所有天线的一部分。
图16例示了所有天线端口当中的有效天线端口集的示例性选择。
参照图16，在8Tx ULA的情况下，因为波束相对尖锐，所以能够在UE移动一点点、周围环境是静态的并且保证视线(LoS)的环境中获得相当大的增益。然而，如果UE移动很多或者在UE的附近存在产生信道的动态改变的许多因素，则由分组错误导致的重新发送概率相对于显著的反馈开销而增加，并且即使未发生重新发送，波束形成增益也可能在非LoS(NLoS)环境中大大地减小。
按照惯例，在这样的环境中已经对UE应用了开环MIMO技术。然而，因为开环MIMO技术不能获得波束增益，所以随着天线的数目增加，性能恶化相对于闭环MIMO而增加。因此，如图16中例示，当预料到eNB不能在UE的信道环境中获得给定水平的波束形成增益时，本发明提出了一种用于发送即使波束增益减小也通过对波束宽度进行扩展而形成的波束的方法。也就是说，在图16中例示了减小有效的天线端口的数目和有效的天线阵列的尺寸以便对波束宽度进行扩展的示例。
有效的天线端口(即，有效的天线阵列)不总是被构造为如图16中一样相邻。
图17例示了所有天线端口当中的有效天线端口集的另一示例性选择。如图17中例示，如果假定了UE由于NLoS环境而能够执行秩2或以上的空间复用，并且由于UE与NB相邻而能够同时执行高SINR，则考虑到相对于反馈开销的性能，能够在不大大地减小全部有效阵列的尺寸的同时减小有效天线的数目。
作为相似的实施方式，当两个相邻的天线被联合地映射到一个逻辑天线时，能够在类似地保持全部有效天线阵列的尺寸的同时将有效天线的数目(或逻辑天线的数目)减小至所有天线的数目的一半。
当本发明被应用于2D天线阵列时，尽管可以同时确定所有天线的有效天线端口集，然而可以针对垂直区域和水平区域中的每一个来控制有效天线的数目和/或有效天线阵列的尺寸。换句话说，可以单独地确定垂直区域的有效天线端口集和水平区域的有效天线端口集。这里，本发明的有效Tx天线端口集应用到的物理信号/信道的范围可以在LTE系统中被限制为诸如DM-RS(UE特定RS)和PDSCH这样的UE特定信号/信道。
根据本发明，在形成UE特定波束时，能够通过向预料具有严重信道错误的UE或需要数据重新发送(回退模式)的UE发送其尖锐度减小的波束来降低分组错误概率，并且针对信道错误被预料是严重的环境中的UE以及具有低SINR的UE，能够减小反馈开销或者能够增加反馈准确性。
此外，根据本发明，可以将UE的信道情形划分成三种或更多种类别，以确定发送模式。例如，可以在下面使用有效天线端口集(即，部分天线阵列)来限定发送模式。
-类别1(低移动性、LoS和静态环境)→利用所有天线的专用波束形成
-类别2(中移动性、弱LoS和非静态环境)→利用天线的子集的专用波束形成
-类别3(高移动性、NLoS和动态环境)→开环波束形成
此外，在使用部分天线阵列的波束形成期间，可以由下面的项中的至少一个来确定有效Tx天线端口集：eNB和UE的信道特性(例如，UE的移动性(速度、旋转、加速等)、信道的多普勒级别(多普勒扩展、最大多普勒值等)、UE周围的散射环境(散射体的数目和分布、散射体的移动性等)、信道矩阵的特性参数(秩、本征值、条件数等)、LoS/NLoS因子(LoS增益与NLoS增益比、NLoS集群的数目等)以及SINR。以上信息中的一些可以根据UE在eNB覆盖范围中的位置从无线电环境数据库中获得，或者可以由eNB使用UL信号来直接测量。另选地，UE可以提供以上信息中的一些。
另选地，在使用部分天线阵列的波束形成期间，UE可以向eNB提供下面的项中的至少一个：UE的移动性(速度、旋转、加速等)、信道的多普勒级别(多普勒扩展、最大多普勒值等)、UE周围的散射环境(散射体的数目和分布、散射体的移动性等)、信道矩阵的特性参数(秩、本征值、条件数等)、LoS/NLoS因子(LoS增益与NLoS增益比、NLoS集群的数目等)以及SINR。为此，UE可以使用诸如位置传感器、加速传感器等这样的各种传感器来构造反馈信息。
现在，将给出基于UE的反馈信息使用部分天线阵列的波束形成方法的描述。
首先，UE可以向eNB反馈优选的有效Tx天线端口集。为此，UE判断eNB的所有Tx天线端口当中的哪些Tx天线端口将被选择为有效天线端口集，并且反馈与所选择的有效天线端口集有关的信息。类似地，UE使用UE移动性、多普勒级别、UE周围的散射环境、LoS/NLoS、SINR等当中的可用信息来选择最佳的有效天线集。
由UE反馈的信息可以被不同地构造如下。
a)可以通过下面的项中的至少一个来构造关于有效Tx天线端口集的信息：天线端口索引的集合(或天线端口集的索引)、导频模式索引、以及天线端口的数目。
例如，如果通过天线端口的数目和天线端口集的索引来构造关于有效Tx天线端口集的信息，并且如果eNB包括总共8个Tx天线，则UE从2个Tx天线、4个Tx天线和8个Tx天线当中选择优选数目的天线，从下面所示的表7中选择与天线数目对应的索引，并且与天线数目一起反馈所选择的与所述天线数目对应的索引。
[表7]
索引 2tx 4tx
0 端口{0,1} 端口{0,1,2,3}
1 端口{0,7} 端口{0,2,4,6}
<第二实施方式>
图18例示了MIMO系统的一般预编码结构。
M个空间数据流(或层)通过MIMO预编码器被映射到Nt个Tx天线端口或Nt个逻辑Tx天线，其中M表示传输秩。显然，可以不按照一对一对应方式将逻辑天线映射到实际的物理天线。例如，如果能够在eNB中安装大规模天线阵列，则可以将多个物理天线映射到一个逻辑天线。通常，在通信规范标准中未限定这样的逻辑天线至物理天线映射关系。在接收器处，按照类似的方式来构造逻辑Rx天线至物理Rx天线映射关系，并且将经过天线的流发送到MIMO接收器。在宽带系统中，可以在MIMO预编码器/接收器之前或者在MIMO预编码器/接收器之后添加诸如子载波映射器/解映射器这样的频率调制相关块或模块。
可以根据是否应用了MIMO预编码将LTE中支持的导频信号广泛地分类成预编码的导频信号和非预编码的导频信号。非预编码的导频信号被主要用于信道估计，并且包括关于DL的CRS和CSI-RS以及关于UL的SRS。预编码的导频信号在经过MIMO预编码器之后进行发送，并且被主要用于接收器的发送流解调。预编码的导频信号包括关于DL的UE特定RS和E-PDCCH DM-RS、以及关于UL的DM-RS。
每个导频信号可以根据其类型使用不同的逻辑天线至物理天线映射器。作为示例，针对CSI-RS，支持最多8(＝Nt)个Tx天线，而针对作为与CSR-RS相同的DL导频信号的CRS，仅支持最多4(＝Nt)个Tx天线。
当使用了预编码的导频信号时，接收器可以通过测量在Nr个Rx逻辑天线处从M个层接收的信号来估计Nr×M MIMO信道矩阵。另一方面，当使用了非预编码的导频信号时，接收器可以通过测量在Nr个Rx逻辑天线处从Nt个Tx逻辑天线接收的信号来估计Nr×NtMIMO。如果在宽带系统中通过部分频率资源来发送导频信号，则可以估计用于关联的频率资源区域的Nr×M或Nr×Nt MIMO信道矩阵。
将与由接收器从用于信道估计的导频信号测量的Nr×Nt信道矩阵有关的信息反馈给发送器，因此帮助确定在发送器发送数据时使用的MIMO预编码器。例如，这种反馈信息包括指示与层的优选数目(M)有关的信息的RI、指示与优选的Nt×M MIMO预编码器有关的信息的PMI、以及指示Nr×Nt信道的统计特性信息的协方差矩阵。
考虑到接收器例示了图18中的结构。在发送器方面，可以考虑到多用户MIMO发送将发送器扩展至通过相应的MIMO预编码器向多个接收器发送流的结构。
此外，如果Tx天线的数目如在由上述大规模MIMO表示的下一代天线系统中一样增加，并因此，如果Tx逻辑天线的数目Nt比常规系统中的Tx逻辑天线的数目大得多，则接收器应该估计的信道的数目相应地增加，并且信道估计变得复杂。当Rx天线的数目Nr增加时，这种复杂性可能更严重地增加。因为Tx逻辑天线的数目Nt和用于信道估计的导频信号的数目彼此成比例，所以导频开销需要增加以便保持相同级别的信道估计性能。此外，根据Tx逻辑天线的数目的增加，反馈开销按几何级数增加和/或反馈准确性降低。因此，随着Tx逻辑天线的数目增加，出现诸如导频开销增加、反馈开销增加、反馈准确性降低、信道估计复杂性/错误增加等这样的问题。
为了解决根据Tx逻辑天线的数目的增加而增加的导频/反馈开销和复杂性的问题，本发明提出了用于将M个层映射至Nt’个第二逻辑天线的第一MIMO预编码器的构造以及用于将Nt’个第二逻辑天线映射到Nt(其中Nt’<Nt)个第一逻辑天线的第二MIMO预编码器的构造。第二逻辑天线的构造是根据发送器与接收器之间的信道特性自适应地确定的。
第二MIMO预编码器用来限定第一逻辑天线与在数目上等于或小于第一逻辑天线的第二逻辑天线之间的关系。作为第二MIMO预编码器的实施方式，当Nt’＝2并且Nt＝4时，可以将Nt×Nt’矩阵用作第二MIMO预编码器。
[式11]
(天线选择类型)，
(部分天线组合类型)，
在以上实施方式中，ρ1和ρ2是功率缩放因子，并且其值可以根据是否减小/增加/保持由第二MIMO预编码器导致的功率来确定。
如上所述，逻辑天线的数目在发送器方面确定用于信道测量的导频信号的数目，并且在接收器方面确定用于CSI反馈构造的有效MIMO信道的尺寸。在现有系统中，逻辑天线被简化以用于非预编码的导频信号发送以及基于所述非预编码的导频信号发送的CSI反馈。也就是说，已经满足以下关系：逻辑天线的数目＝发送器的发送导频信号的数目＝在接收器的CSI反馈构造期间参照的有效MIMO信道中的Tx天线的数目。
本提议限定了新的逻辑天线(即，第二逻辑天线)。通过减小在CSI反馈构造期间参照的有效MIMO信道的维度，所提出的逻辑天线可以被用来在发送器方面减小发送导频开销，并且可以被用来在接收器方面减小反馈开销或者提高反馈准确性。在这种情况下，第二逻辑天线的数目可以根据是否引入了第二非预编码的导频信号不等于发送器的发送导频信号的数目，并且可以根据是否引入了基于减小的信道的维度的CSI反馈不等于在接收器的CSI反馈构造期间参照的有效MIMO信道中的Tx天线的数目。也就是说，所提出的逻辑天线可能仅对发送器的发送导频和接收器的反馈信道构造中的一个有影响。
本发明是有利的原因在于能够根据发送器、接收器或网络的状态来自适应地改变逻辑天线的数目。通常，不管接收器如何，都确定第一非预编码的导频。当考虑DL时，由对应发送器(即，eNB)的覆盖范围内的所有接收器(即，UE)接收第一非预编码的导频。例如，在LTE系统中，与第一非预编码的导频对应的CRS或CSI-RS通常由对应eNB的覆盖范围中的UE接收，并且被用于小区选择和切换以及CSI反馈。因为UL上的第一非预编码的导频的构造也是根据发送器(UE)的特性确定的，所以难以根据接收器自适应地改变第一逻辑Tx天线的数目。
然而，根据本发明，能够通过根据接收器或接收器的状态自适应地应用第二MIMO预编码器来改变第二逻辑Tx天线的构造。第二逻辑Tx天线影响接收器的反馈构造或者发送器的导频构造，因此减小反馈开销并且/或者提高准确性或者减小导频开销。
首先，为了减小反馈开销和/或提高准确性，提出了接收器基于根据第二逻辑天线构造的Nr×Nt’有效MIMO信道来构造CSI反馈信息。
CSI反馈信息不仅可以包括诸如PMI和RI这样的隐式信息，而且包括诸如信道系数和协方差矩阵这样的显式信息。具体地，在提出的结构中，将关于Nt’×M MIMO预编码器的信息而不是关于常规结构的Nt×M MIMO预编码器的信息作为隐式信息进行反馈，而将关于Nr×Nt’信道而不是常规结构的Nr×Nt信道的信息作为显式信息进行反馈。
因此，根据本发明，基于比发送器的Tx逻辑天线的总数目少的逻辑天线来构造反馈信息。第二MIMO预编码器确定如何形成较少的逻辑天线以及如何形成所述逻辑天线。尽管发送器可以自主地确定第二MIMO预编码器的构造，然而接收器可以提供用于使发送器确定第二MIMO预编码器的信息。因此，提出了以下的1)和2)。
1)接收器可以通过接收第一非预编码的导频信号来向发送器反馈对于确定第二MIMO预编码器所需的信息。反馈信息可以包括以下的a)至d)中的至少一个：
a)第二逻辑Tx天线的优选的数目(Nt’)
b)优选的第二MIMO预编码器的构造信息
c)基于第一逻辑Tx天线的CSI反馈信息
d)信道特性信息(多普勒特性、接收器移动速度等)
在a)至d)的以上信息中，如果应用了c)基于第一逻辑Tx天线的CSI反馈信息，则能够考虑到基于第二逻辑Tx天线的CSI反馈的量来使反馈的总量最佳化。例如，在现有系统中，如果每5毫秒执行100比特大小的基于第一逻辑天线的反馈，则执行每毫秒20比特的反馈。另一方面，根据本发明，能够通过执行每20毫秒20比特大小的基于第一逻辑天线的CSI反馈并且附加地执行每5毫秒50比特大小的基于第二逻辑天线的CSI反馈来减小反馈开销。也就是说，执行每毫秒11比特的反馈。能够甚至针对a)、b)和d)以及针对c)按照类似的方式来减少反馈。
为了使接收器测量并报告基于第二逻辑天线的信道，可以广泛地考虑两种方法。第一种方法在于向接收器直接指示关于第二MIMO预编码器的信息。作为指示信息的示例，可以考虑构造第二MIMO预编码器的一些候选并且按照候选索引的形式向接收器通知候选的方案。在接收到关于第二MIMO预编码器的信息之后，接收器可以通过测量基于第一逻辑天线而生成的第一非预编码的导频信号来基于第二逻辑天线测量Nr×Nt’有效MIMO信道。例如，在发送了总共100个第一逻辑天线(端口#0～#99)的系统中，如果向接收器通知了将使用用于仅选择天线端口#10～#19的天线选择类型的第二MIMO预编码器，则接收器可以通过接收与10个第二逻辑天线(与天线端口#10至天线端口#19对应)的集合对应的有效MIMO信道来构造CSI反馈信息。
尽管能够将以上方案应用于减小反馈开销和/或提高接收器的准确性，然而未减小导频开销。因此，可以考虑发送器发送每个第二逻辑天线可区分的新的导频信号(即，第二非预编码的导频信号)的第二种方法。在这种情况下，接收器可以通过接收第二非预编码的导频信号来基于第二逻辑天线直接测量Nr×Nt’有效MIMO信道。具体地，不论反馈开销减小和/或准确性提高如何，这种方法都能够被用来减小导频开销。
2)发送器可以发送每个第二逻辑天线可区分的导频信号(即，第二非预编码的导频信号)。
如图19中例示，第二非预编码的导频是在经过第二MIMO预编码器但不经过第一MIMO预编码器之后获得的信号。当将第二非预编码的导频信号与第一非预编码的导频信号一起发送时，可以将第一非预编码的导频信号用于切换、诸如小区选择/重新选择这样的L2测量、或者第二MIMO预编码器的确定。在这种情况下，可以将第二非预编码的导频信号用于诸如PMI、RI、协方差矩阵和信道系数这样的CSI测量/反馈。可以根据用途来发送不同类型的第一非预编码的导频信号。例如，可以将LTE版本12新载波类型(NCT)中讨论的CRS或简化的CRS用于L2测量，并且可以将CSI-RS用于第二MIMO预编码器的确定。
当引入了第二非预编码的导频时，能够减小导频开销。例如，在用于每5毫秒发送总共100个非预编码的导频信号(例如，CSI-RS)的系统中，导频开销可以对应于每毫秒20个导频资源。在这个系统中，假定第一预编码的导频信号的发送周期增加至20毫秒，则每5毫秒发送所提出的第二导频信号，并且通过第二MIMO预编码器将第二逻辑天线的数目减小至20，总体导频开销是每毫秒9个导频资源，其被减小了以上示例的导频开销的两倍或更多倍。
另外，因为第二预编码导频信号是根据发送器与接收器之间的信道环境来确定的，所以能够通过接收器的信道情形来使诸如第二预编码的导频信号的发送周期或者第二预编码的导频信号的频率发送密度这样的导频开销最佳化。
如果第二MIMO预编码器使用本发明中提出的结构根据UE的移动性或多普勒特性来自适应地构造Tx天线的数目，则UE能够根据相应的天线数目来执行反馈。例如，在如图16中例示的第一逻辑天线的数目为8的环境中，第二MIMO预编码器可以在UE具有低移动性特性时自适应地构造8个第二逻辑天线，在UE具有中移动性特性时自适应地构造4个第二逻辑天线，而在UE具有高移动性时自适应地构造一个第二逻辑天线。
当在3D波束形成环境中应用这种自适应的部分阵列波束形成时，可以相对于在天线阵列的垂直方向和水平方向上发送的导频信号独立地控制维度。另外，还可以相对于要由接收器在天线阵列的垂直方向和水平方向上反馈的信息独立地控制维度。
此外，在大规模天线阵列系统中存在eNB的天线的数目比UE的天线的数目多得多的高概率。应用所提出的结构，容易地支持基于子阵列的多用户波束形成。
图20例示了根据本发明的支持基于子阵列的多用户波束形成的通信系统。
参照图20，当eNB包括100个天线并且在eNB的覆盖范围内存在五个UE时，eNB可以使用将100个天线除以5得到的20个天线来支持这五个UE。尽管每个UE可以在由一个天线支持两个或更多个UE的情况下支持20或更多个天线，也就是说，多个UE被按照UE至天线映射关系被映射到一个天线，然而为了方便描述将其排除在外。
然后，每个UE基于20个第二逻辑天线来构造反馈，因此减小反馈开销和/或提高准确性。尽管因为第二非预编码的导频信号的开销是每UE 20个导频资源而在eNB方面使用了总共100个导频资源，然而eNB可以根据每个UE的情形独立地控制第二非预编码的导频信号的发送周期或频率密度。因此，相对于常规系统，能够显著地改进实际的导频开销减小和/或准确性。
图21是根据本发明的实施方式的通信设备的框图。
参照图21，通信装置2100包括处理器2110、存储器2120、射频(RF)模块2130、显示模块2140和用户接口(UI)模块2150。
通信装置2100是为了方便描述而例示的，并且可以省略一些模块。通信装置2100还可以包括必需的模块。还可以将通信装置2100的一些模块划分成子模块。处理器2100被构造为执行根据本发明的参照附图示例性地描述的实施方式的操作。具体地，对于处理器2100的操作的详细描述，可以参考对参照图1至图20所描述的描述。
存储器2120连接到处理器2110，并且存储操作系统、应用、程序代码、数据等。RF模块2130连接到处理器2110，并且执行将基带信号转换成无线电信号或者将无线电信号转换成基带信号的功能。为此，RF模块2130执行模拟转换、放大、滤波和频率上转换，或者执行其逆过程。显示模块2140连接到处理器2110，并且显示各种类型的信息。显示模块2140可以包括但不限于诸如液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)或有机发光二极管(OLED)这样的公知元件。UI模块2150连接到处理器2110，并且可以包括诸如键盘和触摸屏这样的公知UI的组合。
上述实施方式是本发明的元件和特征按照预定方式的组合。除非另外提到，否则这些元件或特征中的每一个可以被认为是选择性的。每个元件或特征可以在不与其它元件或特征结合的情况下来实践。另外，本发明的实施方式可以通过组合元件和/或特征的一部分来构建。本发明的实施方式中描述的操作顺序可以重新排列。任何一个实施方式的一些构造可以包括在另一实施方式中，并且可以用另一实施方式的相应构造替换。在所附的权利要求中，当然可以将没有明确地彼此从属的权利要求进行组合以提供实施方式，或者能够在提交了本申请之后通过修改来添加新的权利要求。
在本文档中，被描述为由eNB执行的特定操作可以由eNB的上层节点执行。即，显而易见的是，在由包括eNB的多个网络节点组成的网络中，用于与UE进行通信而执行的各种操作可以由eNB或者由除eNB以外的网络节点来执行。术语eNB可以用术语固定站、节点B、eNode B(eNB)、接入点等替换。
能够通过各种手段(例如，硬件、固件、软件或其组合)来实现根据本发明的实施方式。在硬件构造的情况下，本发明的实施方式可以由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。
在固件构造或软件构造的情况下，根据本发明的实施方式的方法可以通过执行以上描述的功能或操作的模块、过程或函数来实现。例如，软件代码可以被存储在存储器单元中，然后由处理器执行。存储器单元可以位于处理器内部或外部，以通过各种公知手段向处理器发送数据和从处理器接收数据。
用于本发明的模式
已经在用于执行本发明的最佳模式下描述了各种实施方式。
工业实用性
虽然已经在3GPP LTE系统的背景下描述了用于在无线通信系统中执行基于部分天线阵列的波束形成的方法和装置，然而本发明还可适用于除3GPP LTE之外的许多其它无线通信系统。另外，所述方法和装置可以应用于除大规模天线结构以外的天线结构。
可以在不脱离本发明的精神和必要特性的情况下按照除本文中所阐述的方式外的特定方式来执行本发明。上述实施方式因此将在所有方面被解释为例示性的而不是限制性的。本发明的范围应该由所附的权利要求及其合法的等同物来确定，并且落入所附的权利要求的含义和等效范围内的所有改变旨在被包含在本文中。

Claims (8)

1.一种用于在无线通信系统中由用户设备基于大规模天线阵列的波束形成来从基站接收信号的方法，该方法包括以下步骤：
在所述大规模天线阵列中包括的多个天线端口当中构造优选的天线端口集；
通过接收针对所述优选的天线端口集的基准信号来测量信道状态信息；
将所述信道状态信息报告给所述基站；以及
经由所述优选的天线端口集来从所述基站接收基于所述信道状态信息的波束形成的信号，
其中，当所述用户设备能够执行秩n的空间复用时，被分组到组的两个连续的天线被映射到在所述优选的天线端口集中包括的一个天线端口，并且在所述优选的天线端口集中包括的第一天线端口和最后天线端口是相同的而不论所述n的值如何，其中，所述n大于或等于2，并且
其中，基于下面的项中的至少一个来构造所述优选的天线端口集：所述用户设备的移动性、所述用户设备与所述基站之间的信道的多普勒特性、所述用户设备与所述基站之间的信道矩阵的特性参数、以及所述信道的信噪比。
2.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：
向所述基站发送与所述优选的天线端口集有关的、包括与所述优选的天线端口集中包括的天线端口的数目和天线端口的索引有关的信息的信息。
3.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：
从所述基站接收与所述优选的天线端口集有关的、包括与所述优选的天线端口集中包括的天线端口的数目和天线端口的索引有关的信息的信息。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基准信号是用户设备特定基准信号。
5.一种用于在无线通信系统中由基站基于大规模天线阵列的波束形成来向用户设备发送信号的方法，该方法包括以下步骤：
在所述大规模天线阵列中包括的多个天线端口当中为所述用户设备构造优选的天线端口集；
向所述用户设备发送针对所述优选的天线端口集的基准信号；
从所述用户设备接收基于所述基准信号测量的信道状态信息；以及
经由所述优选的天线端口集来向所述用户设备发送基于所述信道状态信息的波束形成的信号，
其中，当所述用户设备能够执行秩n的空间复用时，被分组到组的两个连续的天线被映射到在所述优选的天线端口集中包括的一个天线端口，并且在所述优选的天线端口集中包括的第一天线端口和最后天线端口是相同的而不论所述n的值如何，其中，所述n大于或等于2，并且
其中，基于下面的项中的至少一个来构造所述优选的天线端口集：所述用户设备的移动性、所述用户设备与所述基站之间的信道的多普勒特性、所述用户设备与所述基站之间的信道矩阵的特性参数、以及所述信道的信噪比。
6.根据权利要求5所述的方法，该方法还包括以下步骤：
从所述用户设备接收与所述优选的天线端口集有关的、包括与所述优选的天线端口集中包括的天线端口的数目和天线端口的索引有关的信息的信息。
7.根据权利要求5所述的方法，该方法还包括以下步骤：
向所述用户设备发送与所述优选的天线端口集有关的、包括与所述优选的天线端口集中包括的天线端口的数目和天线端口的索引有关的信息的信息。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述基准信号是用户设备特定基准信号。
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