CN105723627A - 用于多分辨率预编码矩阵指示符反馈的方法和设备 - Google Patents

用于多分辨率预编码矩阵指示符反馈的方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于多分辨率PMI反馈的方法和设备。在一个实施方式中,用户设备基于信号信道矩阵和干扰协方差矩阵找到秩1或秩2预编码矩阵指示符、定义误差向量、获得投影矩阵的标准正交基、从码本找到具有最小欧几里得距离的(M-1)维向量(例如过采样的离散傅里叶变换)并且关于其在该码本中找到的该向量向基站发送反馈表示。

Description

用于多分辨率预编码矩阵指示符反馈的方法和设备
技术领域
本公开总体上涉及无线网络通信,并且更具体地,涉及无线网络中的信道质量反馈方案。
背景技术
在最近的第三代合作伙伴计划(“3GPP”)长期演进(“LTE”)标准制定讨论的处理期间,成员们已提出了若干建议,以提高多用户多输入多输出(“MU-MIMO”)调度效率。这些建议可以如下分类。
选择1:演进的节点B(“eNB”)配置具有合适的秩限制的多个信道状态信息(“CSI”))处理。
选择1-1:eNB配置两个CSI处理。第一处理具有限制用户设备(“UE”)以反馈最佳秩1预编码矩阵指示符(“PMI”)和信道质量指示符(“CQI”)的码本子集限制。第二CSI处理具有限制UE以反馈最佳秩2PMI和CQI的码本子集限制。
选择1-2:eNB将第一CSI处理目标针对单用户MU-MIMO(无码本子集限制)。eNB将第二CSI处理目标针对MU-MIMO(秩1码本子集限制)。
选择2:UE选择与共同调度用户相对应的最佳期望PMI和最佳伴随PMI。
选择2-1:UE共同选择期望PMI和共同调度的用户PMI,使得期望信号与干扰加噪声比(“SINR”)或总和速率最大化。此选择具有高实现复杂度。
选择2-2:UE采用在其中其选择最佳期望PMI并且然后选择导致最小共同调度用户干扰的伴随PMI的次优方法。此选择具有较低的实现复杂度。
选择3:UE确定与K>1(例如K=5)个伴随PMI相对应的多用户信道质量指示符(“MU-CQI”)。UE必须评估与多个伴随PMI假设中的每个伴随PMI假设相对应的MU-CQI。UE从以信号通知或指定的码本子集抽取伴随PMI假设,使得子集的元素具有(准)正交于期望预编码器的列空间的列空间。
附图说明
虽然所附权利要求以特殊性阐述了本技术的特征,但这些技术连同其目的和优点从结合附图做出的以下详细描述可以最佳地理解,在附图中:
图1是其中可以实践本公开的方法的代表性通信系统的概况;
图2是代表性网络实体或UE的一般化示意图;以及
图3、图4和图5是示出根据本公开的实施例执行的过程的流程图。
具体实施方式
转到附图,其中相同的附图标记指代相同的元件,本公开的技术被图示为在合适的环境中实现。下面的描述是基于权利要求的实施例并且不应被视为在本文未明确描述的替选实施例方面限制权利要求。
如果3GPP采用增加CSI反馈所需的比特数的用于增强MU-MIMO调度效率的方法,那么就应该努力尽可能最佳地利用这些额外的比特。本公开阐述了以有效方式使用另外的反馈比特的用于增强PMI和MU-CQI反馈的设备和方法。
在一个实施例中,UE相对于所选择的单用户多输入多输出(“SU-MIMO”)PMI计算误差向量沿最佳方向的投影并且将关于此投影的信息发送到eNB。
在另一个实施例中,UE将与针对关于的一个或多个假设的投影有关的信息发送回eNB。UE可以将与针对关于的不同假设的投影有关的信息显式反馈到eNB。
参照图1,代表性无线通信网络100被配置为使用一个或多个无线电接入技术,其示例包括演进通用陆地无线电接入(“E-UTRA”)、电气和电子工程师协会(“IEEE”)802.11和IEEE802.16。网络100包括第一小区101k、第二小区101j、和第三小区101c。第一小区101k由第一网络实体(“NE”)NEk管理,第二小区101j由NEj管理,并且第三小区101c由NEc管理。小区101k、101j、和101c的可能的实施方式包括宏小区、毫微微小区、微微小区以及无线接入点。
在图1中还示出UE1、UE2、和UE3。UE中的每个UE在活动模式下或在空闲模式下经由网络实体中的一个或多个网络实体与网络100进行通信。UE的可能的实施方式包括移动电话、平板计算机、膝上型计算机、以及机器对机器设备。
网络实体与UE之间的通信通常发生在该UE位于该网络实体的小区内时。例如,NEk、NEj、和NEc中的每一个可以向UE1发射信号并且从UE1接收信号。NEj将通常与UE2和UE3进行通信。
术语“小区”指的是由网络实体覆盖的地理区域或网络实体本身。在其中使用该术语的上下文指示其意义。例如,当UE被说成是向小区发射时,是指该UE向控制该小区的网络实体发射。当UE被说成是在小区中时,术语“小区”指的是地理区域。在地理意义上,扇区是一种小区。
“虚拟小区”是作为多个网络实体合作的结果而创建的小区。UE通常察觉不到虚拟小区和非虚拟小区之间的区别。
如本文所使用的术语“网络实体”指的是操作为网络的基础设施的一部分的硬件和软件。示例包括E-UTRA基站、eNB、传输点、远程射频头、归属eNB、中继节点、IEEE802.11接入点、以及IEEE802.16基站。
网络实体可以由多个网络实体制成。例如,两个基站可以彼此相结合来操作以操作为单个网络实体。
网络实体可以是另一个网络实体的子部分。例如,基站(一种类型的网络实体)可以控制多个小区,其中的每个小区由基站的某些资源控制。每资源(例如每个天线阵列连同控制它的设备)集合可以是单独的网络实体。
在本公开的一些实施例中,单个网络实体控制图1的小区中的两个或更多个小区。在一些实施例中,例如当使用载波聚合或协调多点通信时,多个网络实体彼此协调。
图1的小区、网络实体、和UE仅仅是代表性的并且旨在方便描述。实际上,网络100可能具有许多小区和网络实体并且与许多UE通信。例如,如果网络100是LTE网络,则其包括控制许多宏小区的许多eNB。许多用户在这些宏小区内和之间移动,并且用户的移动设备频繁连接到宏小区中的一个或多个宏小区。
仍参照图1,网络100还包括回程网络107。回程网络107包括在网络100的各个部分周围以及在小区之间承载信号的有线和无线基础设施元件。基础设施元件的示例包括光纤线路和无线微波链路。网络100还包括核心网108,该网络使用包括计费系统、归属位置寄存器、和因特网网关的各种资源来控制网络100的操作。在LTE实施方式中,核心网108的资源与网络实体通过E-UTRA网络进行通信。核心网资源也与其他网络通信。
图2图示出了根据本公开的实施例的网络实体或UE(来自图1)的配置。网络实体或UE(“设备200”)包括用户接口208、控制器210、存储器220(其可被实现为易失性存储器或非易失性存储器)、一个或多个收发器240、输入/输出(“I/O”)接口250、网接口260、以及一个或多个天线221。这些元件中的每个元件经由一个或多个数据通路270可通信地彼此链接。
数据通路270的可能的实施方式包括电线、微芯片上的导电通路、和无线连接。控制器210的可能的实施方式包括微处理器和计算机。网接口260的可能的实施方式包括调制解调器、网络接口卡、和无线局域网芯片组。
在设备200的操作期间,每个收发器240从控制器210接收数据并且经由连接到它的天线221发射表示数据的射频(“RF”)信号。类似地,每个收发器240经由天线221接收RF信号、将信号转换成适当格式化的数据、并且将数据提供到控制器210。
控制器210从存储器220检索指令和数据,并且使用这些指令和数据向收发器240提供传出数据或从收发器240接收传入数据。控制器210还经由I/O接口250从外部设备接收数据并且向外部设备发送数据。
如果设备200是网络实体,则网接口260耦合到回程接口。在这样的情况下,控制器210经由网接口260将数据发送到网络100(图1)的其他网络实体。
根据本公开的实施例,天线221属于在地理上并置或接近的物理天线元件的集合223。天线元件中的每个天线元件具有一个或多个发射器和一个或多个接收器。在一个实施例中,设备200支持MIMO通信。
在第11版(“Rel-11”)中,eNB基于SU-MIMO反馈执行MU-MIMO调度。该UE选取与最佳秩(在适用于CSI处理的所配置的码本子集限制下)相对应的宽带PMI+CQI并且将其报告给eNB。在第12版(“Rel-12”)中,在引入物理上行链路共享信道(“PUSCH”)3-2模式的情况下,UE使用第8版(“Rel-8”)/第10版(“Rel-10”)码本或第12版码本将宽带PMI和子带PMI两者发送回eNB。另外,UE报告相关联的CQI。对于NR=2个接收天线,如果不存在码本子集限制,则由UE选择的PMI与秩1或秩2相对应。如果这样的反馈是通过无线电接入网络工作组1采用的,则PUSCH3-2反馈模式可以由MU-CQI来增强(例如上面的选择2或选择3)。
假设eNB采用NT=4个天线并且执行MU-MIMO调度。MU-MIMO调度器可以选取多达四个用户来在一个物理资源块(“PRB”)组上共同调度,使得调度器将多用户总和速率最大化。在许多实施方式中,调度器是混合SU/MU-MIMO调度器,其仅在共同调度UE实现相对于SU-MIMO更好的总和速率的情况下才这样做。
在本公开中,我们考虑其中在一个PRB组上共同调度至多两个UE的情况。由于SU-MIMOPMI反馈并不完美的事实,两个共同调度的UE通常是上限,并且eNB可能需要依靠具有两个接收天线的UE接收器处的空间多用户干扰抑制。这是因为完美迫零(“ZF”)或块对角化不能利用量化的PMI反馈来实现。
此外,我们假设eNB针对每个共同调度的UE仅调度一个层。此假设是基于LTERel-11系统的实际限制的。因此,如果UE根据秩2报告PMI/CQI,则eNB执行秩覆盖(即,以比UE所报告的更低的秩发送信号)并且尝试在一个方向且以与SU-MIMOPMI/CQI反馈相关的速率发信号。
假设eNB正在尝试配对用户k和用户l使得1≤k,l≤K,其中K是小区中的UE的数目。基于SU-MIMOPMI/CQI反馈,假设vk和vm是用于两个用户的最优秩1信令方向(可能利用秩覆盖)。也假设用于两个用户的后接收滤波的有效信道可以写为:
H e f f = g k H H k g l H H l ,
其中是基于最大比合并(“MRC”)、ZF、或最小均方误差(“MMSE”)准则在UE处确定的接收滤波器,并且Hk和Hl是NR×NT信道矩阵。
eNB尝试基于MIMO反馈获得有效信道的估计,为:
其中|dk|2和|di|2各自是从SU-MIMOCQI报告推导出的用户信噪比(“SNR”)。
eNB基于所估计的有效信道应用ZF预编码器W,使得tr(WWH)≤1以便减少如从每个UE的接收器所见到的多址干扰(“MAI”)。该ZF预编码器可以表示为:
W=C(CHC)-1
如果PMI反馈是完美的,则其产生完美对角化或零MAI。然而,PMI反馈被量化(根据PUSCH3-2模式通常量化为四个比特/宽带和附加的四个比特/子带),因此产生导致非零MAI的不完美的ZF。
一些简化后,ZF预编码矩阵可以写为:
W = 1 2 ( 1 - | α | 2 ) v k - α * v l v l - αv k ,
其中 α = v k H v l .
根据eNB在所选择的最佳方向发信号的假设,UE反馈SU-MIMOCQI。然而,ZF导致用于每个用户的信令沿着与所选择的最佳方向相关但不相同的方向。因此,eNB在针对每个共同调度的用户分配速率时必须考虑到由于所迫使的ZF导致的SNR恶化。根据完美PMI和UE采用ZF接收器的假设,对于两个用户,后接收处理SINR分别由给出。
然而,根据量化的PMI反馈,eNB可以仍然尝试根据不同接收器假设(MRC、ZF、MMSE等)估计后接收处理SINR并且基于它来分配速率。假设ZF预编码器是基于量化的PMI设计的:
W = 1 2 ( 1 - | α | 2 ) v ‾ k α ‾ * v ‾ l - v ‾ l α ‾ v ‾ k ,
其中分别表示针对两个用户的量化的PMI,并且其中 α ‾ = v ‾ k H v ‾ l .
假设使用奇异值分解,我们可以将两个用户的信道矩阵分别写为其中:
Uk、Ul是具有标准正交列的NT×NR矩阵,
Vk、Vl是具有标准正交列的NR×NR矩阵,以及
Σk、Σl是NR×NR对角矩阵。
根据完美PMI/CQI反馈并且利用MRC/ZF/MMSE解调,可以示出用户k所选择的PMI与针对秩1反馈的最强奇异向量Vk和针对秩2反馈的两个最强奇异向量相对应。因此,假设NR=2的两个最强奇异向量可以作为所报告的PMI的函数分别写为其中:
与量化的PMI相对应并且
ek,1和ek,2与残余误差向量相对应。
在用户k处接收的信号因此可以写为:
其中并且 s k s l 是与对于两个用户所意味的多级正交幅度调制(“M-QAM”)调制符号相对应的信号向量。
我们可以将Qk进一步简化为:
采用MMSE接收器的用户k的后接收处理SNR可以由eNB估计为:
γ k ( M M S E ) = 1 [ | d k | 2 Q k H Σ k 2 Q k + I N R ] ( 1 , 1 ) - 1 - 1 ,
其显然是a、b、c、和d的函数。
需要注意的是总发射功率被归一化为一个单位即,并且所报告的CQI与等于|dk|2的SNR相对应。因此,噪声方差设置为|dk|-2。由于eNB不具有关于协方差矩阵结构的详细信息,因此其空间地假设白干扰协方差并且将干扰协方差设置为以用于估计针对速率分配的UE后处理SINR的目的。可以根据UE处的MRC或ZF处理推导出类似的表达。
由于eNB不知道计算a至d参数所需的所有项,可以基于SU-MIMO反馈和码本距离性质来限定它们。另外,用户可以向eNB提供可以帮助计算这些参数的信息。例如,a至d参数可以写为:
b = 1 2 ( 1 - | α ‾ | 2 ) ( e k , 1 H v ‾ i , 1 - α ‾ e k , 1 H v ‾ k , 1 )
v = 1 2 ( 1 - | α ‾ | 2 ) e k , 1 H v ‾ k , 1 α ‾ * v ‾ k , 2 H v ‾ l , 1 - α ‾ * e k , 2 H v ‾ l , 1
d = 1 2 ( 1 - | α ‾ | 2 ) ( v ‾ k , 2 H v ‾ l , 1 + e k , 2 H v ‾ l , 1 - α ‾ e k , 2 H v ‾ k , 1 ) .
以矩阵形式,此相关性可以表达为:
其中A和B是两个合适的系数矩阵。
为了根据本公开的实施例增强UE反馈,可以考虑两种方法:多分辨率期望PMI和多分辨率伴随PMI。
在多分辨率期望PMI中,UE相对于所选择的SU-MIMOPMI计算误差向量沿最佳方向的投影并且将关于此投影的信息发送到eNB。
在多分辨率伴随PMI中,UE将与针对关于的一个或多个假设的投影有关的信息发送回eNB。在一个实施方式中,UE将与针对关于的不同假设的投影有关的显式信息发送回eNB。另一个实施方式通过限制UE报告秩2PMI避免了这样的显式反馈。利用此限制,UE必须向eNB报告(即,正交于的第二量化方向),使得eNB可以计算针对关于的不同假设的。另一方面,如果UE仅报告第一量化方向(即,秩1PMI),则UE将需要报告针对关于的不同假设的
前一小节的投影操作可以如下分解为范数和方向反馈。
对于多分辨率期望PMI,UE可以将处理分解成以下步骤:
步骤1.计算最佳期望方向
步骤2.计算残余向量,其中vk,l是基于所估计的信道矩阵的。
步骤3.计算与残余的平方范数相对应的残余信道质量指示符(“R-CQI”)。对于由UE向eNB报告R-CQI,可以由UE从表中选择R-CQI的量化值。在一个实施例中,该表可以包括dB标度的平方范数值集合,即如{0,-1,-2,...,-8,负无穷}dB,其中表中的每个值可以表示为3比特字段,并且其中负无穷是用于低于-8dB的平方范数的编码。
步骤4.通过最大化计算残余的最佳方向,其中CB(1)是秩1码本。替选地,CB(1)可以是秩1码本的子集,使得码字(准)正交于所选择的。UE可以通过参考预先确定的查找表获得这些码字。替选地,eNB可以在数据会话的开始通过无线电资源控制(“RRC”)信令向UE发送查找表,并且UE可以针对CB(1)利用此查找表。UE反馈残余方向预编码矩阵指示符(“R-PMI”)。在一个实施例中,UE可以选择R-PMI来表示满足的方向向量。
步骤5:针对残余向量重复步骤2到4,其中vk,2是基于所估计的信道矩阵的。计算与残余的平方范数相对应的R-CQI。通过最大化计算残余的最佳方向,其中和以前一样CB(1)是秩1码本的子集。在一个实施例中,UE可以将残余方向向量选择为
对于多分辨率伴随PMI,UE可以执行以下附加处理。
步骤6.计算“新”误差向量,其中并且norm(x):=x/||x||2。计算针对关于的M(>=1)个不同假设的投影其中可以从具有(准)正交于的条目的秩1码本选择
步骤7.计算角度并且将角度的量化版本发送到eNB。
如果UE只反馈多分辨率期望PMI并且不反馈伴随PMI信息,则可以使用某些范围或条件期望来导出a、b、c、d参数。
这些解决方案(多分辨率期望PMI或多分辨率伴随PMI)可以被应用到一个CSI处理或多个CSI处理。此外,它们可以与秩1或秩2码本子集限制一起使用。假设eNB已配置两个CSI处理。第一CSI处理不具有码本子集限制,并且UE报告的反馈可以用于SU-MIMO调度。第二CSI处理具有秩1码本子集限制,并且另外,eNB以信号通知字段以指示UE必须报告秩1PMI加上主要信令方向的误差向量范数和方向(解决方案1)。替选地,eNB以信号通知字段以指示UE必须报告秩1PMI、主要信令方向的误差向量范数和方向、关于共同调度的用户主要方向的至少M(>=1)个不同假设上的误差向量的投影的范数和角度。这些信令可以是CSI处理配置信令的一部分或嵌入专用配置信令(例如RRC)之内。
根据本公开的实施例,eNB可以基于多分辨率PMI实现改善的ZF。要做到这一点,eNB首先将对有效信道的估计改善为:
H ^ e f f = d k 0 0 d l v ‾ k H + e ‾ k H v ‾ l H + e ‾ l H .
改善后的ZF预编码器就变成了
W ^ = 1 2 ( 1 - | α ~ | 2 ) v ~ k α ~ * v ~ l - v ~ l α ~ v ~ k ,
其中 是用户k的量化R-CQI,是用户k的量化R-PMI,并且norm(x):=x/||x||2 的情况类似并且其中
eNB然后可以基于改进的ZF预编码器并使用多分辨率期望PMI或多分辨率伴随PMI来计算a、b、c、d参数。因此,可以使ZF预编码和速率分配两者更准确。
多分辨率期望PMI、多分辨率伴随PMI、和基于多分辨率PMI的改进的ZF的好处包括:(1)由于更准确的方向反馈,更好的用户正交(如从UE接收器所观察到),(2)更好的UE配对决定,(3)更好的SU/MU动态切换,以及(4)对后接收SINR的更好的eNB估计(其改善由调度器的速率分配)。
多分辨率期望PMI对于改善的ZF预编码器结构是足够的。然而,多分辨率伴随PMI可以另外帮助改善速率分配。
为了提供根据一个实施例的误差向量编码,UE:
(1)基于信号信道矩阵和干扰协方差矩阵找到秩1或秩2PMI。假设p是期望的量化方向(基于码本)并且v是经去量化的方向。对于秩1,p是期望的PMI。对于秩2,p与和较大CQI相关联的方向(归一化的单位向量)相对应;
(2)将误差向量定义为e=v-p;
(3)获得投影矩阵Z=I-ppH的标准正交基LZ
(4)从码本C(例如过采样的离散傅里叶变换(“DFT”)码本)找到具有最小欧几里得距离的(M-1)维向量使得并且
(5)发送表示的B比特反馈。
目前,用于改善MU-MIMO调度效率的方法不考虑通常被最小均方误差干扰抑制组合(“MMSE-IRC”)接收器所利用的干扰空间选择性。本公开呈现了一种方法来解决这一问题。
在一种方法中,eNB在单个信道状态信息参考信号(“CSI-RS”)处理内配置UE以提供任一SU-MIMOCSI(PMI、CQI、或秩指示(“RI”))的反馈。替选地,UE发送信道发射协方差矩阵的主导特征向量的量化版本,其中将来自秩1和秩2码本的向量的组合集合用于反馈。
在另一种方法中,UE选择最佳秩2(或秩4)预编码器矩阵。然后,其选择该预编码器矩阵内的最佳列—对秩1传输相关的列。然后,UE将矩阵和列反馈到eNB(针对eNB标识它们)。
假设eNB向用户k发射单个流。在用户k处的所接收的信号向量可以写为:yk=Hkpkskzk,其中pk是用于调制M-QAM符号Sk的预编码向量以及Zk是干扰和噪声处理。
对于解调参考信号(“DM-RS”)传输,MMSE-IRC滤波器可以写为:
换句话说,MMSE-IRC接收器可以被视为三个步骤的组成:
(1)对所接收的信号向量的空间白化操作
(2)空间匹配滤波器以及
(3)归一化,即,乘以标量
如果eNB利用预编码矩阵Pk采用秩1、秩2等传输,则MMSE接收器的均方误差矩阵可以写为:
对于秩v传输,使在MMSE-IRC接收器下的共同信息最大化等同于使乘积MSEk,(1,1)...MSEk,(v,v)最小化,其中v是传输秩。如果对Pk的选择不受约束,则将乘积度量最小化所必要的条件是选择Pk,使得Pk=Ukk,其中Uk是包括矩阵的L个主导特征向量的矩阵并且Σk是具有非负条目的对角矩阵。
另一种现有的多用户信道状态信息(“MU-CSI”)方法提出选择秩1向量pk使得其中对所关心子带(以及一个或多个子帧)执行期望的度量最大化。如果pk不受约束,则如果pk被选择成是的主特征向量,则trace度量最大化。这并不一定与到配备有MMSE-IRC接收器的用户k的秩1传输的最优信令方向相对应。更适当的准则将是选择使最大化的pk
如果干扰包括秩1信号(来自主导共信道干扰者)加噪声,则干扰协方差矩阵可以写为。从矩阵求逆引理:
R z k - 1 = σ 1 - 2 ( I - h k ( I ) h k ( I ) * / ( σ 1 2 + | | h k ( I ) | | 2 ) ) ,
其中因此,当残余噪声功率趋于零时,空间白化操作简单地将所接收的信号投影到正交于干扰向量的空间。
在用于针对2小区系统中的MxMMIMO链路的迭代下行链路干扰对齐(“DIA”)的另一种现有方法中,由小区α中的用户k接收的信号向量可以写为:
其中UE位于网络中使得它可以听到两个基站α(服务基站)和β(相邻基站)。两个基站分别使用固定预编码器P(共用于两个基站)和小区特定预编码器的级联Vα:=[vα1,...,vαS]和vβ:=[vβ1,...,vβS]来在它们自己的小区中共同调度S<M个用户。
一般地,针对下行链路干扰对齐采取的步骤如下:
1.用户k的UE接收器应用将所接收的信号投射到共信道干扰子空间(干扰子空间是通过相邻信道估计并且通过对相邻小区预编码器协方差矩阵的知识来估计的)的零空间中的线性ZF。替选地,可以使用MMSE空间滤波器。如果使用ZF,则用户k应用变换其中被选择为在GαkP的左侧零空间中。
2.UE接收器将有效信道反馈到服务基站。
3.基站α通过设置来执行ZF波束成形,其中:
H e f f , α H = u α 1 H H α 1 P . . . u α S H H α S P .
已经观察到,这种方法仅在主导小区干扰(从小区β产生)比残余共信道干扰强得多时提供增益。当残余共信道干扰相对于相邻小区干扰具有相当的功率时,ZF方法导致损失,因为它不提供波束成形增益。因此,在上述过程的MMSE版本中,UE和基站分别迭代反馈和预编码操作。
下行链路干扰对齐背后的原理是将所有的共信道干扰(来自一个或多个小区)限制到(M-S)维子空间从而允许每个小区针对S维子空间中的S个用户执行ZF预编码的想法。此外,使用ZF或MMSE接收滤波器,每一个UE将共信道+多用户(“MU”)干扰限制到(M-1)维子空间。上面的步骤2可以通过使用码本(如Rel-84Tx码本或Rel-108Tx码本)利用有限比特的UE反馈来实现。
将接收滤波器设置为发射协方差矩阵的主导特征向量(与匹配滤波器相同)导致相对于ZF干扰对齐的大量损失。因此,在多小区系统中,选择接收滤波器是次优的。因此,反馈方向即PMI反馈仅基于信号空间。
LTERel-11MMSE-IRC接收器和将执行前面的步骤1至3的接收器之间的一个区别在于Rel-11要求命令使用盲干扰协方差估计器(例如基于首先基于DM-RS资源元素计算残余信号并且然后计算所关心子带中的样本协方差矩阵),而在步骤1至3的接收器中,通过估计干扰信道矩阵并且然后对相邻小区预编码矩阵的统计性质进行一些假设来以参数方式估计干扰协方差。
其他PMI选择准则可以被适配为针对Rel-11或DIA考虑MMSE-IRC接收器。一些示例是:
最大最小准则:对于这种方法,选择准则可以被修改为 P k = arg max P ∈ C B λ min ( R z k - 1 / 2 H k P ) .
弦距离:对于这种方法,选择准则 P k = arg min P ∈ C B 1 2 | | H k H H k - PP H | | 可以被替换为 P k = arg min P ∈ C B 1 2 | | H k H R z k - 1 H k - PP H | | 2 .
富比尼距离:对于这种方法,选择准则可以被替换为其中是包括的特征向量的矩阵。
可以预见考虑到干扰协方差结构的两种码字搜索方法。在一种方法中,将来自秩1-2或秩1-4预编码器的列汇集在一起作为秩1向量,并且从该汇集的秩1码本选择相对于的主特征向量具有最小欧几里得距离(或等同地,最大内积)的向量用于反馈。如果使用秩1-2码本,则在Rel-84Tx码本的情况下可能存在32个秩1向量。如果使用秩4码本,则在使用Rel-84Tx码本的情况下可能存在64个秩1向量。这种方法相对于比方说只是使用仅具有16个向量的秩1码本产生更好的空间分辨率。这种方法可以容易地被适配为找到相对于的主导特征向量具有最小欧几里得距离的预编码向量。换句话说,网络或UE可以实现以下步骤:
1.eNBRRC在CSI处理内配置UE以使用秩2/3/4码本列作为其搜索空间来反馈SU-MIMOPMI/CQI/RI或秩1PMI。
2.对于后一种方法,UE可以例如反馈与使最大化的向量或最接近于的主特征向量的向量(归一化为单位向量)相对应的索引(秩索引和码本索引)。
用于连续编码主要方向向量和残余误差向量的第二个方法如上所述。该第二个方法可以用于以多分辨率编码方式来编码的主特征向量。根据第二个方法,UE可以实现以下步骤:
1.UE首先从秩1码本找到使最大化的向量或最接近于的主特征向量vk的向量。
2.UE找到残余向量并且使用范数和方向量化对其进行编码。方向量化可以使用来自秩1码本的(准)正交于所选择的的向量。
针对误差向量使用现有Rel-8/10/12码本的一个问题是这些码本针对SU-MIMO主要方向反馈优化而不是针对误差向量反馈优化。一旦主要方向向量被选择,则误差向量驻留在正交于主要方向向量的子空间中。
考虑属于作为(M-1)维复值向量空间的的两个单位向量u1和u2。两个向量之间的角度通过来定义并且弦距离被定义为假设我们通过具有标准正交行并且N<M的Mx(M-N)矩阵P来变换单位向量,使得u′1=Pu1并且u′2=pu2。经变换向量之间的内积与原始向量之间的内积相同,因为因此,弦距离在将向量映射到更高维空间中的半酉变换下不改变。
一旦选择Mx1主向量方向p,正交于主方向的空间由投影矩阵Z=I-ppH给出。假设误差向量e=v-p在正交于p的子空间中具有各向同性分布,利用具有最大成对弦距离的元素的B比特码本似乎是最优的。虽然设计用于使SU-MIMO链路吞吐量最大化的码本(Rel-84Tx、Rel-108Tx、Rel-124Tx)不具有这种方向性质,但可以以在(M-1)维空间中具有成对最大弦距离的意义上为最优的码本开始并且基于Z使用保距变换来获得M维空间中的具有相同距离谱的码本。
根据实施例,本公开将投影矩阵Z的降秩矩阵平方根分解定义为其中LZ是具有标准正交列的Mx(M-1)非奇异(即秩[M-1])矩阵。
假设是(M-1)维空间中具有最大成对弦距离的B比特码本。在M维空间中形成新的码本保持最优距离性质并且同时在正交于p的空间中产生码本。因此,一旦UE选择主导信号方向向量(秩1向量或秩2预编码器的与两个CQI中的较大CQI相对应的列),其在正交于主导信号方向的空间中生成互补码本。互补码本是基于在较低维空间中具有最优距离性质的码本的。UE使用经变换的码本用于误差向量反馈。
目前的一些方案使用格拉斯曼流形中的最优线集和傅里叶框架理论来在数值上获得在弦距离意义上为最优的码本结构。在这些建议中,DFT基集合用于选择码字。Rel-108Tx和Rel-124Tx的LTE在双码本结构的上下文中描述了这些目前的方案(使用过采样的DFT)。
本公开示出了(M-1)维空间中的两个示例码本结构。
根据一个实施例,UE采取以下方法来在(M-1)维空间中构造具有良好距离性质的码字。假设B比特可用于反馈,则可以形成如下形式的过采样的DFT矩阵:
[W](m,n)=ej2π(m-1)(n-1)/Q
其中Q=K2B且K是正整数(DFT过采样因子)。可以选择(M-1)行{r1...,rM-1}和2B以形成具有2B个条目的(M-1)维码本C。该行和列集合可以被选择为使最小成对弦距离最大化以形成码本C。
例如,对于LTE4Tx情况(M=4),可以在复值3维空间中获得线集并且使用前面所述的投影方法来获得用于误差向量编码的最优码字。
通过数值搜索,我们基于DFT基矩阵(K=1或无过采样)找到最优(M-1)=3维码本用于3比特、4比特、和5比特反馈。从DFT矩阵选择的行和码本中的任何两个码字之间的最小距离示于表1。
比特数(B) 最小距离 选择的行
3 0.817 [2 3 5]
4 0.459 [2 6 11]
5 0.341 [1 2 7]
表1.针对不同的反馈比特数的最小距离
由于误差向量不具有任何优选的方向性,因此另一种选择将是在即3维复值向量空间中使用最优线集。一旦通过数值搜索确定针对(M-1)=3维的这种集(packing)并且针对B=2比特和B=3比特呈现。2比特的情况和3比特的情况的码字分别是下面所示的4列和8列的矩阵A2和A3。对于2比特的情况,线集是最优的,因为最小距离等于理论最小距离:
A 2 = 1 / 3 j / 3 - 1 / 3 - j / 3 1 / 3 - 1 / 3 1 / 3 - 1 / 3 1 / 3 - j / 3 - 1 / 3 j / 3
A 3 = 1 / 2 1 / 2 0 e j 2 &pi; / 3 / 2 e j 2 &pi; / 3 / 2 e j 4 &pi; / 3 / 2 e j 4 &pi; / 3 / 2 0 1 / 2 0 1 / 2 e j 4 &pi; / 3 / 2 0 0 e j 2 &pi; / 3 / 2 e j 4 &pi; / 3 / 2 0 1 / 2 1 / 2 0 e j 4 &pi; j 3 / 2 e j 2 &pi; / 3 / 2 0 &gamma; 2 &pi; / 3 / 2
码本的酉变换导致了具有相同的距离谱的的另一个码本。对于M和B的其他值,可以使用类似的数值搜索来确定好的线集。
为了根据一个实施例提供反馈,UE执行以下步骤:
1.基于信号信道矩阵和干扰协方差矩阵找到秩1或秩2PMI。假设p是期望的量化方向(基于码本)并且v是经去量化的方向:对于秩1,p是期望的PMI,并且对于秩2,p对应于与较大CQI相对应的方向(归一化的单位向量)。
2.将误差向量定义为e=v-p。
3.获取投影矩阵Z=I-ppH的标准正交基LZ。从码本C(例如过采样的DFT码本)找到具有最小欧几里得距离的(M-1)维向量使得发送表示的B比特反馈。
转到图3,为了根据一个实施例提供反馈,UE执行以下步骤。在步骤302处,UE从传输点接收导频信号。在步骤304处,UE基于该导频传输确定第一信道方向向量。在步骤306处,UE从第一码本选择第一预编码向量。在步骤308处,UE基于第一信道方向向量和第一预编码向量确定归一化的误差向量的表示。在步骤310处,UE至少部分地基于第一信道方向向量并且至少部分地基于归一化的误差向量表示向服务小区发送报告。
转到图4,在另一个实施例中,UE执行以下步骤以便提供反馈。在步骤402处,UE从传输点接收导频信号。在步骤404处,UE从该导频信号估计第一信道方向向量。在步骤406处,UE从第一码本获得第一预编码向量。在步骤408处,UE基于第一预编码向量确定第一派生方向向量。在步骤410处,UE基于第一信道方向向量和第一派生方向向量之间的差确定第一残余向量。在步骤412处,UE确定第一残余向量和来自第二码本的第二预编码向量之间的第一投影。在步骤414处,UE至少部分地基于第一投影向服务小区发送报告。
转到图5,为了根据一个实施例提供反馈,UE进行以下步骤:在步骤502处,UE从传输点接收导频信号。在步骤504处,UE基于该导频传输估计信道矩阵。在步骤506处,UE基于该导频信号估计干扰和噪声协方差矩阵。在步骤508处,UE从第一码本确定满足准则集合的第一向量。在步骤510处,UE至少部分地基于该第一向量向服务小区发送报告。
根据实施例,第一方向向量可以至少部分地由第一索引(i1)表示,而误差向量或归一化的误差向量可以至少部分地由第二索引(i2)表示。误差范数(或更准确地,残余误差范数)可以至少部分地由第一CQI表示。误差范数也可以至少部分地由信道质量偏移指示符表示,该指示符本身由第三索引q1表示。第一索引(i1)、第二索引(i2)和第三索引(q1)形成精化的信道方向向量的完整表示。
在一个实施例中,第二索引(i2)和第三索引(q1)联合编码成新的第二索引(i2’)。在本实施例中,第一索引指向第一码本的元素,而第二索引指向第二码本的元素。
在一个实施例中,根据传输在整个带宽上发生的假设确定第一索引和第二索引两者。
在替选实施例中,假设传输在整个带宽上发生来确定第一索引,而假设传输在子带(子带是整个传输带宽的一部分)上发生来确定第二索引。
在一个实施例中,UE被配置有用于生成CSI反馈的CSI处理。该CSI处理与CSI的一个集合的生成相关联,其可以包括PMI、RI、或CQI。CSI处理与一个或多个CSI-RS资源(针对这些资源,UE假设CSI-RS的非零传输功率)和一个或多个干扰测量资源相关联。
在实施例中,PMI与第一索引(i1)或第二索引(i2)相对应。每个CSI-RS资源与一个或多个CSI-RS天线端口相关联。每个CSI-RS天线端口与天线阵列中的一个或多个天线元件相关联。
在一个实施例中,UE基于在CSI-RS天线端口上接收的CSI-RS确定RI、CQI、第一索引(i1)、第二索引(i2)和第三索引(q1),这些端口同与CSI处理相关联的CSI-RS资源相关联。PMI的条件是最近的RI。因此,第一索引(i1)、第二索引(i2)和第三索引(q1)的条件是最近的RI。CQI的条件是最近的PMI。
在实施例中,UE被配置有周期性CSI报告。在一个示例中,UE被配置有两个报告实例—第一报告实例和第二报告实例,每个报告实例具有用于在CSI(由CQI/PMI/RI组成)集合上报告的其自己的周期性—第一周期性和第二周期性。在一个实施方式中,第一报告实例在第一上行链路子帧中,并且第二报告实例可以在第二上行链路子帧中。第一上行链路子帧和第二上行链路子帧可以在不同时间发生。第一周期性和第二周期性可以不同。
在一个示例中,UE被配置用于宽带CQI或宽带PMI周期性报告。在一种操作模式中,UE在具有第一周期性的第一报告实例上发射第一CSI报告,该报告包括RI和第一PMI,第一PMI是第一索引(i1)的表示。RI和第一PMI可以分开编码(例如映射到消息中的不同比特集合)或者联合编码。在一些情况下,第一索引(i1)被子采样(即,只可从某些指定值或可能值的子集选择)以配合在第一CSI报告的可用比特数之内。UE在具有第二周期性的第二报告实例上发射包括宽带CQI和第二PMI的第二CSI报告,第二PMI是第二索引(i2)的表示。宽带CQI和第二PMI可以分开或联合编码。
在替选实施方式中,UE在具有第二周期性的第二报告实例上发射包括宽带CQI和第二PMI的第二CSI的报告,第二PMI是第二索引(i2)的表示。宽带CQI和第二PMI可以分开或联合编码。在一些情况下,第一码本索引(i1)或第二码本索引(i2)被子采样(即,只可从某些指定值或可能值的子集选择)以在第二CSI报告的可用比特数范围内。
在另一种操作模式中,UE在具有第一周期性的第一报告实例上发射包括RI的第一CSI报告。UE在具有第二周期性的第二报告实例上发射包括宽带CQI和PMI的第二CSI报告,PMI是第一索引(i1)、第二索引(i2)、和第三索引(q1)的表示。宽带CQI和PMI可以分开或联合编码。在一些情况下,第一索引(i1)、第二索引(i2)、和第三索引(q1)被子采样(即,只可从某些指定值或可能值的子集选择)以在第二CSI报告的可用比特数范围内。
在一个实施例中,eNB向UE以信号通知来自模式集合(包括上述模式中的一个或多个)的操作模式。不同的模式可以利用所描述的不同的反馈速率并且折衷码本索引的二次采样影响并且提供使用于CSI反馈的上行链路开销最小化的机制。
在另一个示例中,UE被配置用于子带CQI/PMI周期性报告。在一种操作模式中,UE确定预编码器类型指示符(“PTI”)并且在具有第一周期性的第一报告实例上发射包括RI和PTI的第一CSI报告。RI和PTI可以分开或联合编码。UE在具有第二周期性的第二报告实例上使用PTI来指示CSI报告的内容,直到下一个RI+PTI报告。如果最近的所发射的PTI被设置为“0”(第一状态),则UE在第二报告实例的子集上发射第二CSI报告并且以第三周期性(例如,第三周期性=k*第二周期性,k是整数)这样做。如果最近的所发射的PTI被设置为‘0’,则第二CSI报告包括第一PMI,第一PMI是第一索引(i1)的表示。在具有第二周期性的第二报告实例上的每两个连续的第一PMI报告/第二PMI报告之间,假设宽带信道带宽上的传输,UE发射包括宽带CQI和第二PMI的第三CSI报告,第二PMI是第二索引(i2)的表示。在由于UE被配置有多个载波(载波聚合)或多个服务小区所导致的CSI报告碰撞的情况下,UE利用仅包括第一索引(i1)的表示的CSI报告来发射仅一个服务小区的CSI报告,该报告比被丢弃的包括至少CQI的其他CSI报告具有更高的优先级。
如果最近的所发射的PTI被设置为‘1’(第二状态),则UE在具有第四周期性(例如第四周期性=m*第二周期性,m为整数)的第二报告实例的子集上发射第二CSI报告,第二CSI报告包括宽带CQI和第三PMI,假设宽带信道带宽上的传输,第三PMI是第二索引(i2)的表示。第四周期性可以与第三周期性不同。在具有第二周期性的第二报告实例上的每两个连续的宽带CQI报告/宽带第二PMI报告之间,假设子带信道带宽上的传输,UE发射包括子带CQI和第四PMI的第四CSI报告,第四PMI是第二索引(i2)的表示。因此,通过使用PTI,在其中第一索引(i1)未改变的情景中,可以实现第二索引(i2)的子带反馈和相关联的CQI,这可以改善UE吞吐量性能。
在替选示例中,如果最近的所发射的PTI被设置为‘0’(第一状态),则UE110在具有第三周期性(例如第三周期性=k*第二周期性,k是整数)的第二报告实例的子集上发射第二CSI报告。第二CSI报告包括第一PMI,第一PMI是第一索引(i1)的表示。在具有第二周期性的第二报告实例上的每两个连续的第一PMI报告和第二PMI报告之间,假设宽带信道带宽上的传输,UE发射包括宽带CQI和第二PMI的第三CSI报告,第二PMI是第二索引(i2)的表示。在最近的所发射的PTI被设置为‘1’”(第二状态)的情况下,UE行为与在上面的操作的先前模式中描述的相同。在由于UE被配置有多个载波(载波聚合)或多个服务小区所导致的CSI报告碰撞的情况下,UE利用包括第一索引(i1)的表示的CSI报告来发射仅一个服务小区的CSI报告,该报告比被丢弃的包括至少CQI的其他CSI报告具有更高的优先级。
虽然频繁在LTE蜂窝系统的上下文中描述各种实施例,但应当理解,本公开的范围不限于LTE并且可以在其他类型的无线网络(IEEE802.11、802.16等)中实现。
鉴于本讨论的原理可以应用的许多可能的实施例,应当认识到,本文相对于附图描述的实施例仅意在作为说明性的并且不应被视为限制权利要求的范围。因此,如本文描述的技术构想可能落入所附权利要求及其等同物的范围之内的所有这样的实施例。

Claims (25)

1.一种方法,包括:
从传输点接收导频信号;
基于所述导频信号,确定大小为Mx1的第一信道方向向量v;
从第一码本选择第一预编码向量p,其中p为v的表示;
基于v和p确定归一化误差向量的表示其中:
是来自第二码本C的(M-1)x1向量,并且
L是具有正交于p的(M-1)列的矩阵;以及
至少部分地基于p并且至少部分地基于向服务小区发送报告。
2.根据权利要求1所述的方法:
其中,C包括码字集合;
其中,所述码字集合不等于元素集合
其中,αj是从一些正整数B的集合抽取的实数或复值数;以及
其中,ej是选择向量,其中第j个元素等于1并且ej的元素的其余部分中的每个元素等于0。
3.根据权利要求1所述的方法,其中,
4.根据权利要求1所述的方法,其中,L是投影矩阵I-ppH的标准正交基矩阵。
5.根据权利要求1所述的方法:
其中,C是基于中的线集;以及
其中,M是v的维度。
6.根据权利要求1所述的方法,其中,C是基于离散傅里叶变换基矩阵。
7.根据权利要求1所述的方法,进一步包括:
基于p确定第一派生方向向量
基于确定第一残余向量
确定之间的第一投影以及
至少部分地基于向所述服务小区发送报告。
8.根据权利要求1所述的方法,其中,所述报告是信道状态信息报告。
9.根据权利要求8所述的方法,其中,所述信道状态信息报告包括针对一个或多个空间层的秩指示或适用于p的信道质量指示。
10.根据权利要求1所述的方法,其中,向服务小区发送报告包括:
在第一上行链路子帧中发送包括p的表示的第一信道状态信息报告;以及
在第二上行链路子帧中发送包括的表示的第二信道状态信息报告。
11.根据权利要求10所述的方法,其中,所述第一上行链路子帧在与所述第二上行链路子帧不同的时间发生。
12.根据权利要求10所述的方法,其中,周期性地发射所述第一信道状态信息报告和所述第二信道状态信息报告。
13.根据权利要求12所述的方法,其中,以不同的周期性发射所述第一信道状态信息和所述第二信道状态信息报告。
14.根据权利要求10所述的方法,其中,所述上行链路子帧是物理上行链路共享信道和物理上行链路控制信道中的一个。
15.根据权利要求1所述的方法,其中,所述导频信号是信道状态信息参考信号。
16.根据权利要求15所述的方法,进一步包括:接收配置信号,所述配置信号指示下述中的一个或多个:天线端口的数目、周期性、和适用于所述信道状态信息参考信号的子帧偏移。
17.根据权利要求1所述的方法,其中,所述导频信号是小区特定参考信号。
18.一种方法,包括:
从传输点接收导频信号;
根据所述导频信号估计第一信道方向向量vk,1
从第一码本获得第一预编码向量
基于vk,1确定第一派生方向向量
基于确定第一残余向量
确定和来自第二码本的第二预编码向量之间的第一投影以及
至少部分地基于向服务小区发送报告。
19.根据权利要求18所述的方法,其中,所述第一码本与所述第二码本相同。
20.根据权利要求18所述的方法:
其中, v &OverBar; &OverBar; k , 1 : = n o r m ( v &OverBar; k , 1 + r &OverBar; k , 1 f &OverBar; k , 1 ) ;
其中,norm(x):=x/||x||2
其中,是差向量的范数;以及
其中,是单位向量。
21.根据权利要求18所述的方法,其中,向所述服务小区发送所述报告包括:基于确定第一角度。
22.根据权利要求21所述的方法,进一步包括:
根据所述导频信号估计第二信道方向向量vk,2
从所述第一码本获得第二预编码向量
基于确定第二派生方向向量
基于确定第二残余向量
确定和来自第二码本的第二预编码向量之间的第二投影以及
至少部分地基于向服务小区发送报告。
23.一种方法,包括:
从传输点接收导频;
根据所述导频估计信道矩阵Hk
基于导频信号,估计干扰和噪声协方差矩阵
根据第一码本确定满足下述准则中的至少一个准则的第一向量p:
使最大化;以及
使欧几里得距离||v-p||2最小化,其中v是的主特征向量;以及
至少部分地基于p向服务小区发送报告。
24.根据权利要求23所述的方法,进一步包括:在所述导频信噪比低于第一阈值的情况下,根据所述第一码本确定所述第一向量p。
25.一种UE,包括:
处理器;
多个收发器;以及
天线阵列,所述天线阵列包括多个天线,其中,每个天线连接到所述多个收发器中的至少一个收发器;
其中,所述UE经由所述天线阵列从传输点接收射频导频信号;
其中,所述多个收发器中的一个或多个收发器将所述导频信号转换成数字信号并且将所述数字信号提供到所述处理器;以及
其中,所述处理器执行包括下述的步骤:
基于所述导频信号,确定大小为Mx1的第一信道方向向量v;
从第一码本选择第一预编码向量p,其中p为v的表示;
基于v和p确定归一化误差向量的表示其中:
是来自第二码本C的(M-1)x1向量,以及
L是具有正交于p的(M-1)列的矩阵;以及
至少部分地基于p并且至少部分地基于经由所述多个收发器中的至少一个收发器并且经由所述天线阵列向服务小区发送报告。
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