CN108390704A

CN108390704A - 用于mimo通信的方法和设备

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Publication number: CN108390704A
Application number: CN201710063699.XA
Authority: CN
Inventors: 张晴川; 李楠; 毛小矛
Original assignee: Nokia Shanghai Bell Co Ltd; Nokia Siemens Networks Oy
Current assignee: Nokia Shanghai Bell Co Ltd; Nokia Solutions and Networks Oy
Priority date: 2017-02-03
Filing date: 2017-02-03
Publication date: 2018-08-10
Anticipated expiration: 2037-02-03
Also published as: CN108390704B

Abstract

本公开的实施例提供了用于MIMO通信的方法和设备。在此描述的方法包括向网络设备发送用于MIMO通信的长期预编码信息。长期预编码信息指示第一波束基向量和第二波束基向量。第一波束基向量与第二波束基向量正交并且各自针对第一极化方向和第二极化方向。该方法还包括向网络设备发送用于MIMO通信的短期预编码信息。短期预编码信息指示与第一波束基向量相关联的第一子矩阵以及与第二波束基向量相关联的第二子矩阵。第一子矩阵和第二子矩阵各自包括酉矩阵。该方法还包括长期预编码信息和短期预编码信息被网络设备用来构造用于MIMO通信的预编码矩阵。

Description

用于MIMO通信的方法和设备

技术领域

本公开的实施例总体上涉及通信领域，并且具体地，涉及一种用于在多输入多输出(MIMO)通信中进行信道状态信息(CSI)反馈的方法和设备。

背景技术

MIMO技术能够利用空域在相同时频资源块上同时传输多个数据流，从而有效地提升系统吞吐量。对于采用频分双工(FDD)的 MIMO系统而言，网络设备处的CSI通过终端设备的反馈来获取。在当前的LTE系统中采用基于码本的隐式反馈来获取CSI。LTE版本13(R13)的码本是针对一个多径簇信道模型进行设计和优化的，其仅按照每层选择一个波束。然而，理想信道通常具有多个主传播路径，例如在非视线(NLOS)传播的情况下。具有不同波达方向的多个主传播路径能够被大型天线阵列辨析出来。在这种情况下， LTE R13的码本无法很好地工作，尤其是在天线的数目在LTE的未来版本中进一步增大的情况下。

发明内容

总体上，本公开的实施例提出了一种在多输入多输出(MIMO) 通信中进行CSI反馈的方法和设备。

在第一方面，本公开的实施例提供一种在终端设备处实施的用于MIMO通信的方法。该方法包括向网络设备发送用于MIMO通信的长期预编码信息。长期预编码信息指示第一波束基向量和第二波束基向量。第一波束基向量与第二波束基向量正交并且各自针对第一极化方向和第二极化方向。该方法还包括向网络设备发送用于 MIMO通信的短期预编码信息。短期预编码信息指示与第一波束基向量相关联的第一子矩阵以及与第二波束基向量相关联的第二子矩阵。第一子矩阵和第二子矩阵各自包括酉矩阵。该方法还包括长期预编码信息和短期预编码信息被网络设备用来构造用于MIMO通信的预编码矩阵。

在一些实施例中，在MIMO通信中两个数据流被同时传输；短期预编码信息指示具有以下结构的短期码本W₂中的码字：

其中第一子矩阵为并且第二子矩阵为并且其中c₀表示第一极化方向上对第二波束的相位加权系数，c₁表示第二极化方向上对第一波束的相位加权系数，c₂表示第二极化方向上对第二波束的相位加权系数，φ表示第一波束基向量与第二波束基向量之间的附加的相对相位信息。

在一些实施例中，短期码本W₂基于用于发送短期预编码信息的预定开销以及附加的相对相位信息的量化粒度被确定。

在第二方面，本公开的实施例提供一种在网络设备处实施的用于MIMO通信的方法。该方法包括从终端设备接收用于MIMO通信的长期预编码信息。长期预编码信息指示第一波束基向量和第二波束基向量。第一波束基向量与第二波束基向量正交并且各自针对第一极化方向和第二极化方向。该方法还包括从终端设备接收用于 MIMO通信的短期预编码信息。短期预编码信息指示与第一波束基向量相关联的第一子矩阵以及与第二波束基向量相关联的第二子矩阵。第一子矩阵和第二子矩阵各自包括酉矩阵。该方法还包括基于长期预编码信息和短期预编码信息，构造用于MIMO通信的预编码矩阵。

在第三方面，本公开的实施例提供了一种终端设备。该终端设备包括控制器以及耦合至控制器的存储器。存储器包括指令，指令在由控制器执行时使终端设备执行根据第一方面的方法中的动作。

在第四方面，本公开的实施例提供了一种网络设备。该网络设备包括控制器以及耦合至控制器的存储器。存储器包括指令，指令在由控制器执行时使终端设备执行根据第二方面的方法中的动作。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1示出了本公开的某些实施例可以在其中实施的示例通信网络；

图2示出了根据本公开的某些实施例的用于MIMO通信的方法的流程图；

图3示出了根据本公开的某些实施例的用于MIMO通信的方法的流程图；

图4示出了根据本公开的某些实施例的在终端设备处实施的装置的框图；

图5示出了根据本公开的某些实施例的在网络设备处实施的装置的框图；

图6示出了适合用来实现本公开的某些实施例的通信设备的框图；以及

图7示出了根据本公开的实施例的码本性能的评估结果的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

在此使用的术语“网络设备”是指在基站或者通信网络中具有特定功能的其他实体或节点。“基站”(BS)可以表示节点B (NodeB或者NB)、演进节点B(eNodeB或者eNB)、远程无线电单元(RRU)、射频头(RH)、远程无线电头端(RRH)、中继器、或者诸如微微基站、毫微微基站等的低功率节点等等。在本公开的上下文中，为讨论方便之目的，术语“网络设备”和“基站” 可以互换使用，并且可能主要以eNB作为网络设备的示例。

在此使用的术语“终端设备”或“用户设备”(UE)是指能够与基站之间或者彼此之间进行无线通信的任何终端设备。作为示例，终端设备可以包括移动终端(MT)、订户台(SS)、便携式订户台 (PSS)、移动台(MS)或者接入终端(AT)，以及车载的上述设备。在本公开的上下文中，为讨论方便之目的，术语“终端设备” 和“用户设备”可以互换使用。

在此使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。

图1示出了本公开的实施例可以在其中实施的示例通信网络100。通信网络100包括网络设备110和终端设备120。

应当理解，图1所示的网络设备的数目以及终端设备的数目仅仅是出于说明之目的而无意于限制。通信网络100可以包括任意适当类型和数目的网络设备，各个网络设备可以提供任意适当数目的小区，并且通信网络100还可以包括任意适当数目的终端设备。

网络设备110与终端设备120之间的通信可以根据任何适当的通信协议来实施，包括但不限于，第一代(1G)、第二代(2G)、第三代(3G)、第四代(4G)和第五代(5G)等蜂窝通信协议、诸如电气与电子工程师协会(IEEE)802.11等的无线局域网通信协议、和/或目前已知或者将来开发的任何其他协议。而且，该通信使用任意适当无线通信技术，包括但不限于，码分多址(CDMA)、频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、频分双工(FDD)、时分双工(TDD)、多输入多输出(MIMO)、正交频分多址(OFDM)、和/或目前已知或者将来开发的任何其他技术。应该注意的是，虽然本公开的实施例主要使用了长期演进(LTE)系统作为示例进行描述，但是这仅仅是示例性的，本公开的技术方案完全可以应用于其他合适的已有或未来开发的系统。

在MIMO通信中，终端设备120向网络设备110发送长期预编码信息和短期预编码信息，以便网络设备110基于该信息构造用于对下行数据进行预编码的预编码矩阵。

为了至少部分地解决LTE R13的码本中所存在上述问题，LTE R14设计了一种被称作“高级CSI”的CSI反馈架构。高级CSI反馈的基本思想是，采用降维空间基向量的集合来表征多径信道的信道子空间，并且采用线性组合权重的集合来合并这些基向量以形成反馈码字。LTE R14支持正交的波束基向量的线性组合，并且每个基向量的幅度加权和相位加权都能够被包括在CSI报告内容内。具体地，LTE R14中的两级码本架构可由下式表示：

其中，S表示秩的值，即传输的数据流数目，码本W₁中的码字由长期预编码信息来指示，并且码本W₁包括具有特定功率加权系数的L 个波束基向量，即：

终端设备120将波束基向量的选择和所选择的波束的相关功率信息报告给网络设备110。

短期预编码信息指示码本W₂中的码字。码本W₂包含针对不同波束和/或不同极化方向的相位加权系数，即

c_r,s＝[c_r,s,0 … c_r,s,L-1]^T (3)

其中c_r,s＝[c_r,s,0 … c_r,s,L-1]^T表示在第r个极化方向上针对第s个数据流的相位加权系数，L表示波束基向量的数目，T表示转置，r、 s和L均为非负整数。

不同于LTE R13的码本，R14的高级CSI中的波束基向量是从过采样的2D DFT波束栅格中得出的，其中针对第一维度的索引和针对第二维度的索引满足下式：

其中O₁,O₂,N₁,N₂分别表示针对第一维度和第二维度的过采样因子和天线数目。在给定所选择的最强波束基向量(即第一波束索引)的情况下，两个波束基向量之间的正交性引入了对剩余第二波束基向量选择的限制，因此存在：

其中d₁∈{0,1,…,N₁-1}并且d₂∈{0,1,…,N₂-1}。R14的高级CSI 中的码本设计关注是秩为1的码本和秩为2的码本。秩为1的码本和秩为2码本共享相同的码本W₁。秩为1时的码本W₂为2L×1向量，其每个元素被单独量化(除了c_0,0,0总是被归一化为1)。秩为2时的码本W₂为2L×2矩阵，其每个元素可以被单独编码或联合编码。秩为2时的码本W₂的设计比秩为1时的码本W₂的设计更为复杂。根据 3GPP中的最近讨论，在下文中假定L＝2，即两个波束基向量被选择。

对于秩为2时的码本W₂设计而言，由于用于码本W₂中每一列的任何移相器都不会影响预编码的性能，因此码本W₂的第一行中的元素可以被归一化为1。因此，码本W₂可以表示为：

如果采用单独编码(SE)方案，则采用X-PSK星座对表达式(8) 中的全部六个可变元素进行单独编码。如果采用联合编码(JE)方案，则根据跨越表达式(8)中的全部六个可变元素的预定联合规则，对这些元素进行编码。一种现有的JE方案可由下式表示：

注意表达式(9)中的元素省略了此时多余的指示数据流的下标，因而只有两个下标。对于秩为2时的码本W₂设计而言，主要考虑以下三种因素：反馈开销、终端设备实现的复杂度、以及性能。就反馈开销而言，假定采用四相移相键控(QPSK)量化，那么SE方案将总共需要6×2＝12个比特来进行码本W₂反馈，而表达式(9)中的JE方案仅需要3×2＝6个比特。显然，对于基于PUCCH的周期性CSI反馈以及对于基于PUSCH的非周期性CSI反馈而言，12比特是一种较大的负担。就终端设备实现的复杂度而言，SE方案应当在2¹²＝4096个码字中执行穷搜索，而表达式(9)中的JE方案仅需要在2⁶＝64中执行搜索。因此，与JE方案相比，SE方案具有更高的终端设备复杂度。尽管存在具有低复杂度的PMI选择的SE方案，但是与采用穷搜索的SE方案相比，该方案带来了显著的性能下降。与JE方案相比，执行穷搜索的SE方案在以更大的反馈开销和更高的复杂度为代价的情况下达到了更好的性能。由于表达式(9)中的相位与理想相位之间存在偏差，因此表达式(9)中的JE方案具有显著的性能损失。

概言之，传统的SE方案在反馈开销和终端设备复杂度方面具有明显缺陷。另一方面，由于码本较小导致与真实信道间存在失配，现有的JE方案具有明显的性能损失。

为了至少部分地解决传统方案中的上述以及其他潜在的缺陷和问题，本公开的实施例提出了一种增强的JE方案，其能够在反馈开销和性能之间提供更佳的折衷。本公开的方案能够以更小的码本大小来逼近基于穷搜索的SE方案的性能，因而保持了较低的反馈开销和复杂度。

在详细描述本公开的方案之前，首先考虑属于基于SE方案的现有码本W₂的码字集合的以下两个示例码字：

以上两个示例码字是不合理的秩2码字，其两列之间具有较高的相关性(这将引起非常强的层间干扰)，实际上难以被终端设备处的有效的秩适应操作选择。此外，基于SE方案的现有码本W₂中还存在一些其他类似的示例。这些不合理的码字都是无用的，因而应当从JE码本集合中移除。

事实上，给定信道矩阵H，对码本W₁和W₂的选择应当使得组合的预编码器W₁W₂成为H^HH的特征向量的良好近似。因此，合理的 W₁W₂的一个重要条件在于，W₁W₂的两个列应当如特征向量那样具有良好的正交性。此外，预编码器W₁W₂的两个列之间的良好的正交性可以带来较小的层间干扰。因此，本公开的方案关注在预编码器 W₁W₂的两个列之间具有良好的正交性的码字集合，即满足下式的预编码器W₁W₂：

如果满足以上表达式(10)，那么如前所述，所得到的码字可以构成用于构建接近最优的秩2预编码器的最有可能的候选码字集合。

以下通过图2更加详细地描述本公开的实施例。图2示出了根据本公开的一个方面的某些实施例的通信方法200的流程图。可以理解，方法200可以由诸如图1所示的终端设备120来实施。应当理解的是，方法200还可以包括未示出的附加步骤和/或可以省略所示出的步骤，本公开的范围在此方面不受限制。为了讨论的目的，以下将结合图1对方法200进行说明。

在210，终端设备120向网络设备110发送用于MIMO通信的长期预编码信息。该长期预编码信息指示第一波束基向量和第二波束基向量第一波束基向量与第二波束基向量正交并且各自针对第一极化方向和第二极化方向。

在220，终端设备120向网络设备110发送用于MIMO通信的短期预编码信息。该短期预编码信息指示与第一波束基向量相关联的第一子矩阵以及与第二波束基向量相关联的第二子矩阵。该第一子矩阵和该第二子矩阵各自包括酉矩阵。该长期预编码信息和该短期预编码信息被网络设备110用来构造用于MIMO通信的预编码矩阵W。

在一些实施例中，该长期预编码信息包括第一预编码矩阵索引 (PMI)，其用于指示码本W₁中的码字；该短期预编码信息包括第二PMI，其用于指示码本W₂中的码字。

为了便于理解本公开的实施例的码本W₂，现将以上表达式(1) 改写为：

其中表示N₁N₂×2的酉矩阵。在以上表达式 (11)中，码本W₂包括与具有幅度的第一波束基向量相关联的第一子矩阵，即：

此外，码本W₂还包括与具有幅度的第二波束基向量相关联的第二子矩阵，即：

对于任意的P₀≥P₁，如果两个波束基向量的相位差异 (cophasing)分别满足正交性，即上述第一子矩阵和第二子矩阵均为酉矩阵，那么最终获得的预编码器W＝W₁W₂的正交性能够满足以上表达式(10)。为此，本公开的实施例提出了具有以下结构的码本W₂：

其中码本W₂的第一子矩阵为并且第二子矩阵为在表达式(12)中，简化了元素的下标表示，c₀表示第一极化方向上对第二波束的相位加权系数，c₁表示第二极化方向上对第一波束的相位加权系数，c₂表示第二极化方向上对第二波束的相位加权系数； φ表示第一波束基向量与第二波束基向量之间的附加的相对相位信息。该第一子矩阵和该第二子矩阵均为酉矩阵。

以上表达式(12)给出了根据本公开的实施例的总体码本结构。表达式(12)的合理性可以如下理解：(i)对于可以从两层数据流传输获益的信道而言，用于最强波束的码字部分具有良好的正交性是极有可能的，否则两层传输将引起较强干扰，因而两层传输可能不是较好选择；(ii)可以采用正交方式对用于第二波束的码字部分进行量化，以使得干扰最小化并节省反馈开销。

基于以上表达式(12)，在采用X-PSK量化的情况下，采用不同的量化粒度对表示第一波束基向量与第二波束基向量之间的附加的相对相位信息的参数φ进行量化，可以得到一系列JE码本。同时，采用不同的量化粒度对参数φ进行量化，可以具有反馈开销和性能之间的不同折衷。

具体地，在不对参数φ进行量化(也称作“量化水平0”)的情况下(令φ＝1)：

在采用1比特对参数φ进行量化(也称作“量化水平1”)的情况下(φ∈{1,-1})：

在采用2比特对参数φ进行量化(也称作“量化水平2”)的情况下(φ∈{1,j,-1,-j})：

在采用log₂X比特对参数φ进行量化(也称作“量化水平log₂X”) 的情况下

其中：

其中X＝2ⁿ，n为自然数，表示不小于log₂i的最小整数。

可以看出，表达式(9)所示的传统JE方案是根据本公开的实施例的、在不对参数φ进行量化的情况下的一个特例。采用不同的量化粒度对参数φ进行量化，可以得到具有反馈开销和性能之间的更佳折衷的一系列JE码本。

此外，通过进一步研究根据本公开的实施例的秩2码字之间的相关性，可以得到具有更佳性能的、更为精巧的W₂码本。具体而言，就酉变换而言，在根据本公开的实施例的秩2码字之间存在相似性，即给定两个不同的码本W′₂和W″₂，存在：

W′₂U＝W″₂ (20) 其中U为酉矩阵。

在一些实施例中，上述集合被分成X个子集即：

其中：

由以上表达式(21)至(23)可以得到：

以上表达式(24)表明，子集(i＝1,…,X/2)为子集的列置换版本。因此，出于CSI报告目的，终端设备120仅需报告一个子集(或)中的码字。此外，以上表达式(25)表明，就酉变换而言，子集与之间存在相似性。当具有表达式 (25)所示的关系的两个子集中的码字被用于多用户MIMO操作时，这两个码字将张成相同的信号子空间并且带来相同的多用户干扰。因此，作为预编码器，这两个码字对多用户性能将不产生任何影响，而仅略微影响单用户性能。

与集合类似，集合也可被分成X个子集即：

其中：

对于集合存在如(24)和(25)所示的类似关系。

此外，对于集合存在：

以上表达式(28)表明，对于i≥3，子集是子集的列置换版本。因此处于CSI报告目的，终端设备120仅需报告子集或中的码字。

从以上讨论可以看出，对于本公开的JE方案存在更多选项。例如，基于以上表达式(24)和(25)，具有最小码本大小(仅 3log₂X-2比特)的一个可能的码本为当反馈开销增加一个比特时，可以采用不对φ进行量化的码本或者采用以支持经量化的φ。

以下表1以通式形式给出了根据本公开的码本W₂的列表(假定采用X-PSK量化)，其中在反馈开销和性能之间实现了不同的折衷。在表1中，M表示以上表达式(9)所示的JE码本的大小，其中 M＝3log₂X，X＝2ⁿ，n为自然数。根据本公开的码本W₂的大小在 (M-2)到(M+log₂X-1)比特范围内。

表1

在以上表1中，f、f_i、f_1,i以及f_2,i是预定义的参数，其可以根据表1所定义的集合而取集合中定义的任意值。注意表1中的第四列给出的是φ的量化效果，而非其在码本中的真正取值，φ的真正取值由表1中第二列码本定义中给出。

以上给出了根据本公开的实施例的码本W₂的通用形式。为了便于利用，在以下表2中给出了在采用QPSK情况下的一些典型码本示例，其中码本大小在4到7比特范围内。

表2

此外，在采用8PSK对相位加权系数与附加的相对相位信息φ进行量化的情况下，码本W2具有以下形式(此时码本大小为11比特)：

另外，出于完整性之目的，本公开的实施例还提供了反馈开销为(M+log₂X＝4log₂X)比特的码本，其中考虑了宽松的正交条件：

不同于表达式(10)，表达式(29)仅考虑短期预编码器的正交性。可以看出，根据本公开的方案也满足表达式(29)。因此，本公开的实施例提供了(M+log₂X)比特的码本的子集。

在一些实施例中，满足表达式(29)的码本W₂被确定为以上集合中的至少一个集合以及由以下集合中的任意个码字构成的集合

其中集合共计包含个码字。

在一些实施例中，反馈开销至少为M+2个比特，M＝3log₂X。

在一些实施例中，反馈开销为M+2个比特，码本W₂被确定为第十一集合第十一集合为分别具有以上形式的第四集合第五集合与集合的并集，n≥2。

在一些实施例中，反馈开销为M+3比特，短期码本W2被确定为第十二集合第十二集合为分别具有以上形式的第四集合第五集合第七集合与集合的并集，n≥3。

在一些实施例中，反馈开销为M+4比特，短期码本W₂被确定为第十三集合第十三集合为分别具有以上形式的第四集合第五集合第七集合第九集合与集合的并集，n≥4。

通过表达式(29)引入的额外码字在某些情况下具有较好的性能，例如当p₀≈p₁时。(M+log₂X)比特的码本在本公开的JE方案中具有最佳性能。

以上参考图2描述了在终端设备处执行的用于MIMO通信的方法。以下参考图3描述在网络设备处执行的用于MIMO通信的方法。图3示出了根据本公开的一个方面的某些实施例的通信方法200的流程图。可以理解，方法300可以由诸如图1所示的网络设备110 来实施。应当理解的是，方法300还可以包括未示出的附加步骤和/ 或可以省略所示出的步骤，本公开的范围在此方面不受限制。为了讨论的目的，以下将结合图1对方法300进行说明。

在310，网络设备110从终端设备120接收用于MIMO通信的长期预编码信息。该长期预编码信息指示第一波束基向量和第二波束基向量。第一波束基向量与第二波束基向量正交并且各自针对第一极化方向和第二极化方向。

在320，网络设备110从终端设备120接收用于MIMO通信的短期预编码信息。该短期预编码信息指示与第一波束基向量相关联的第一子矩阵以及与第二波束基向量相关联的第二子矩阵。第一子矩阵和第二子矩阵各自包括酉矩阵。

在330，网络设备110基于长期预编码信息和短期预编码信息，构造用于MIMO通信的预编码矩阵。

应当理解，上文参考图2所描述的各个特征同样适用于方法300，因而将不再赘述。

以上结合图2和图3详细描述了根据本公开的实施例的通信方法。下面将结合图4和图5来描述根据本公开的实施例的装置。

图4示出了根据本公开的某些实施例的装置400的框图。可以理解，装置400可以实施在图1所示的终端设备120侧。如图4所示，装置400(例如终端设备120)包括第一发送单元410和第二发送单元420。

第一发送单元410被配置为向网络设备发送用于MIMO通信的长期预编码信息。长期预编码信息指示第一波束基向量和第二波束基向量，第一波束基向量与第二波束基向量正交并且各自针对第一极化方向和第二极化方向。

第二发送单元420被配置为向网络设备发送用于MIMO通信的短期预编码信息，短期预编码信息指示与第一波束基向量相关联的第一子矩阵以及与第二波束基向量相关联的第二子矩阵，第一子矩阵和第二子矩阵各自包括酉矩阵。长期预编码信息和短期预编码信息被网络设备用来构造用于MIMO通信的预编码矩阵。

图5示出了根据本公开的某些实施例的装置500的框图。可以理解，装置500可以实施在图1所示的网络设备110侧。如图5所示，装置500(例如网络设备110)包括第一接收单元510、第二接收单元520和构造单元530。

第一接收单元510被配置为从终端设备接收用于MIMO通信的长期预编码信息。长期预编码信息指示第一波束基向量和第二波束基向量，第一波束基向量与第二波束基向量正交并且各自针对第一极化方向和第二极化方向。

第二接收单元520被配置为从终端设备接收用于MIMO通信的短期预编码信息。短期预编码信息指示与第一波束基向量相关联的第一子矩阵以及与第二波束基向量相关联的第二子矩阵，第一子矩阵和第二子矩阵各自包括酉矩阵。

构造单元530被配置为基于长期预编码信息和短期预编码信息，构造用于MIMO通信的预编码矩阵。

应当理解，装置400和500中记载的每个单元分别与参考图2 至图3描述的方法200和300中的每个动作相对应。因此，上文结合图1至图3描述的操作和特征同样适用于装置400和500及其中包含的单元，并且具有同样的效果，具体细节不再赘述。

注意，装置400和500中所包括的单元可以利用各种方式来实现，包括软件、硬件、固件或其任意组合。在一个实施例中，一个或多个单元可以使用软件和/或固件来实现，例如存储在存储介质上的机器可执行指令。除了机器可执行指令之外或者作为替代，装置400和500中的部分或者全部单元可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑组件来实现。作为示例而非限制，可以使用的示范类型的硬件逻辑组件包括现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路 (ASIC)、专用标准品(ASSP)、片上系统(SOC)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)，等等。

图4和图5中所示的这些单元可以部分或者全部地实现为硬件模块、软件模块、固件模块或者其任意组合。特别地，在某些实施例中，上文描述的流程、方法或过程可以由网络设备或者终端设备中的硬件来实现。例如，网络设备或者终端设备可以利用其发射器、接收器、收发器和/或处理器或控制器来实现方法200和300。

图6示出了适合实现本公开的实施例的设备600的方框图。设备600可以用来实现网络设备或终端设备。

如图所示，设备600包括控制器610。控制器610控制设备600 的操作和功能。例如，在某些实施例中，控制器610可以借助于与其耦合的存储器620中所存储的指令630来执行各种操作。存储器 620可以是适用于本地技术环境的任何合适的类型，并且可以利用任何合适的数据存储技术来实现，包括但不限于基于半导体的存储器件、磁存储器件和系统、光存储器件和系统。尽管图6中仅仅示出了一个存储器单元，但是在设备600中可以有多个物理不同的存储器单元。

控制器610可以是适用于本地技术环境的任何合适的类型，并且可以包括但不限于通用计算机、专用计算机、微控制器、数字信号控制器(DSP)以及基于控制器的多核控制器架构中的一个或多个多个。设备600也可以包括多个控制器610。控制器610与收发器640耦合，收发器640可以借助于一个或多个天线650和/或其他部件来实现信息的接收和发送。注意，在公开的上下文中，收发器640 可以是能够同时完成发送和接收数据功能的器件；也可以是仅具有发送或者接收数据功能的器件。

当设备600充当网络设备时，控制器610和收发器640可以配合操作，以实现上文参考图2和图3描述的方法200和300。当设备 600充当终端设备时，控制器610和收发器640可以配合操作，以实现上文参考图2和3描述的方法200和300。例如，在一些实施例中，上文描述的所有涉及数据/信息收发的动作可由收发器640来执行，而其他动作可由控制器610来执行。上文参考图1-5所描述的所有特征均适用于设备600，在此不再赘述。

图7示出了根据本公开的实施例的码本性能的评估结果的示意图。在评估中，采用链路级仿真器，得到了针对本公开的实施例的码本的以下性能评估结果。假定进行具有MMSE接收的两层单用户 MIMO传输。在网络设备和终端设备处分别配备了16个发射天线和2个接收天线。通过采用3GPP UMi模型生成了信道。采用QPSK量化作为示例。对根据本公开的实施例的具有表2中的4-7比特大小的码本进行了评估。此外，上述(M+log₂X)码本产生了针对QPSK 量化的8比特设计。为了进行比较，分别对表达式(9)所示的现有的6比特JE方案、传统的具有穷搜索的12比特SE码本以及具有低复杂度的PMI选择的12比特SE码本进行了评估。

根据本公开的实施例的码本可以在性能、反馈开销和终端复杂度方面提供更好的折衷。具体地，仅通过使用根据本公开的实施例的5比特设计B码本就可以达到具有低复杂度的PMI选择的12比特SE码本的性能。根据本公开的实施例的6/7/8比特设计码本的性能较好地逼近具有穷搜索的12比特SE码本的性能。表达式(9)所示的现有的6比特JE方案与根据本公开的实施例的5比特设计A码本具有相同性能。利用更少或相同的开销，根据本公开的实施例的5 比特设计B码本和6比特设计A/B码本均具有比表达式(9)所示的现有的6比特JE方案更佳的性能。

一般而言，本公开的各种示例实施例可以在硬件或专用电路、软件、逻辑，或其任何组合中实施。某些方面可以在硬件中实施，而其他方面可以在可以由控制器、微处理器或其他计算设备执行的固件或软件中实施。当本公开的实施例的各方面被图示或描述为框图、流程图或使用某些其他图形表示时，将理解此处描述的方框、装置、系统、技术或方法可以作为非限制性的示例在硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其他计算设备，或其某些组合中实施。

作为示例，本公开的实施例可以在机器可执行指令的上下文中被描述，机器可执行指令诸如包括在目标的真实或者虚拟处理器上的器件中执行的程序模块中。一般而言，程序模块包括例程、程序、库、对象、类、组件、数据结构等，其执行特定的任务或者实现特定的抽象数据结构。在各实施例中，程序模块的功能可以在所描述的程序模块之间合并或者分割。用于程序模块的机器可执行指令可以在本地或者分布式设备内执行。在分布式设备中，程序模块可以位于本地和远程存储介质二者中。

用于实现本公开的方法的计算机程序代码可以用一种或多种编程语言编写。这些计算机程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程的数据处理装置的处理器，使得程序代码在被计算机或其他可编程的数据处理装置执行的时候，引起在流程图和/或框图中规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在计算机上、部分在计算机上、作为独立的软件包、部分在计算机上且部分在远程计算机上或完全在远程计算机或服务器上执行。

在本公开的上下文中，机器可读介质可以是包含或存储用于或有关于指令执行系统、装置或设备的程序的任何有形介质。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读存储介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁的、光学的、电磁的、红外的或半导体系统、装置或设备，或其任意合适的组合。机器可读存储介质的更详细示例包括带有一根或多根导线的电气连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存储存取器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光存储设备、磁存储设备，或其任意合适的组合。

另外，尽管操作以特定顺序被描绘，但这并不应该理解为要求此类操作以示出的特定顺序或以相继顺序完成，或者执行所有图示的操作以获取期望结果。在某些情况下，多任务或并行处理会是有益的。同样地，尽管上述讨论包含了某些特定的实施细节，但这并不应解释为限制任何发明或权利要求的范围，而应解释为对可以针对特定发明的特定实施例的描述。本说明书中在分开的实施例的上下文中描述的某些特征也可以整合实施在单个实施例中。反之，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以分离地在多个实施例或在任意合适的子组合中实施。

尽管已经以特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，但是应当理解，所附权利要求中限定的主题并不限于上文描述的特定特征或动作。相反，上文描述的特定特征和动作是作为实现权利要求的示例形式而被公开的。

Claims

1.一种用于多输入多输出MIMO通信的方法，包括：

向网络设备发送用于所述MIMO通信的长期预编码信息，所述长期预编码信息指示第一波束基向量和第二波束基向量，所述第一波束基向量与所述第二波束基向量正交并且各自针对第一极化方向和第二极化方向；以及

向所述网络设备发送用于所述MIMO通信的短期预编码信息，所述短期预编码信息指示与所述第一波束基向量相关联的第一子矩阵以及与所述第二波束基向量相关联的第二子矩阵，所述第一子矩阵和所述第二子矩阵各自包括酉矩阵，

所述长期预编码信息和所述短期预编码信息被所述网络设备用来构造用于所述MIMO通信的预编码矩阵。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述MIMO通信中两个数据流被同时传输；

其中所述短期预编码信息指示具有以下结构的短期码本W₂中的码字：

其中所述第一子矩阵为并且所述第二子矩阵为并且

其中c₀表示所述第一极化方向上对第二波束的相位加权系数，c₁表示所述第二极化方向上对第一波束的相位加权系数，c₂表示所述第二极化方向上对所述第二波束的相位加权系数，φ表示所述第一波束基向量与所述第二波束基向量之间的附加的相对相位信息。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述短期码本W₂基于用于发送所述短期预编码信息的预定开销以及所述附加的相对相位信息的量化粒度被确定。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述短期码本W₂被确定为以下集合和中的至少一个集合：

其中X＝2ⁿ，n为自然数，表示不小于log₂i的最小整数，

其中，集合被分成X个子集

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述预定开销至少为M-2比特，M＝3log₂X。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述预定开销为M-2比特，所述短期码本W₂被确定为具有以下形式的第一集合

其中

7.根据权利要求5所述的方法，其中所述预定开销为M-1比特，所述短期码本W₂被确定为具有以下形式的第二集合

其中

8.根据权利要求5所述的方法，其中所述预定开销为M-1比特，所述短期码本W₂被确定为具有以下形式的第三集合

其中

9.根据权利要求5所述的方法，其中所述预定开销为M比特，所述短期码本W₂被确定为具有以下形式的第四集合

其中

10.根据权利要求5所述的方法，其中所述预定开销为M比特，所述短期码本W₂被确定为具有以下形式的第五集合

其中f∈{3,4}，n≥2。

11.根据权利要求5所述的方法，其中所述预定开销为M+1比特，所述短期码本W₂被确定为第六集合所述第六集合为分别具有以下形式的第四集合与第五集合的并集：

12.根据权利要求5所述的方法，其中所述预定开销为M+1比特，所述短期码本W₂被确定为具有以下形式的第七集合

其中f₁∈{5,8},₂∈{6,7}，n≥3。

13.根据权利要求5所述的方法，其中所述预定开销为M+2比特，所述短期码本W₂被确定为具有以下形式的第八集合所述第八集合为分别具有以下形式的第四集合第五集合与第七集合的并集：

其中n≥3。

14.根据权利要求5所述的方法，其中所述预定开销为M+2比特，所述短期码本W₂被确定为具有以下形式的第九集合

其中f₁∈{9,16}，f₂∈{10,15}，₃∈{11,14}，f₄∈{12,13}，n≥4。

15.根据权利要求5所述的方法，其中所述预定开销为M+3比特，所述短期码本W₂被确定为第十集合所述第十集合为分别具有以下形式的第四集合第五集合第七集合与第九集合的并集：

其中n≥4。

16.根据权利要求5所述的方法，其中所述预定开销为7比特，所述相位加权系数与所述附加的相对相位信息基于四相移相键控QPSK被量化，所述短期码本W2被确定为：

17.根据权利要求5所述的方法，其中所述预定开销为11比特，所述相位加权系数与所述附加的相对相位信息基于八相移相键控8PSK被量化，所述短期码本W2被确定为：

18.根据权利要求1所述的方法，其中所述短期预编码信息指示满足下式的短期码本W₂：

其中表示所述短期码本W₂的转置矩阵，I表示单位矩阵。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述短期码本W₂被确定为以下集合中的至少一个集合以及由以下集合中的任意个码字构成的集合

其中X＝2ⁿ，n为自然数，表示不小于log₂i的最小整数，

其中，集合被分成X个子集

并且

其中

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述预定开销至少为M+2个比特，M＝3log₂X。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述预定开销为M+2个比特，所述短期码本W₂被确定为第十一集合所述第十一集合为分别具有以下形式的第四集合第五集合与所述集合的并集：

22.根据权利要求20所述的方法，其中所述预定开销为M+3比特，所述短期码本W2被确定为第十二集合所述第十二集合为分别具有以下形式的第四集合第五集合第七集合与所述集合的并集：

其中n≥3。

23.根据权利要求20所述的方法，其中所述预定开销为M+4比特，所述短期码本W₂被确定为第十三集合所述第十三集合为分别具有以下形式的第四集合第五集合第七集合第九集合与所述集合的并集：

其中n≥4。

24.一种用于多输入多输出MIMO通信的方法，包括：

从终端设备接收用于所述MIMO通信的长期预编码信息，所述长期预编码信息指示第一波束基向量和第二波束基向量，所述第一波束基向量与所述第二波束基向量正交并且各自针对第一极化方向和第二极化方向；以及

从所述终端设备接收用于所述MIMO通信的短期预编码信息，所述短期预编码信息指示与所述第一波束基向量相关联的第一子矩阵以及与所述第二波束基向量相关联的第二子矩阵，所述第一子矩阵和所述第二子矩阵各自包括酉矩阵；以及

基于所述长期预编码信息和所述短期预编码信息，构造用于所述MIMO通信的预编码矩阵。

25.根据权利要求24所述的方法，其中在所述MIMO通信中两个数据流被同时传输；

其中所述第一子矩阵为并且所述第二子矩阵为并且

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述短期码本W₂基于用于接收所述短期预编码信息的预定开销以及所述附加的相对相位信息的量化粒度被确定。

27.根据权利要求26所述的方法，其中所述短期码本W₂被确定为以下集合和中的至少一个集合：

其中X＝2ⁿ，n为自然数，表示不小于log₂i的最小整数，

其中，集合被分成X个子集

28.根据权利要求27所述的方法，其中所述预定开销至少为M-2比特，M＝3log₂X。

29.根据权利要求28所述的方法，其中所述预定开销为M-2比特，所述短期码本W₂被确定为具有以下形式的第一集合

其中

30.根据权利要求28所述的方法，其中所述预定开销为M-1比特，所述短期码本W₂被确定为具有以下形式的第二集合

其中

31.根据权利要求28所述的方法，其中所述预定开销为M-1比特，所述短期码本W₂被确定为具有以下形式的第三集合

其中

32.根据权利要求28所述的方法，其中所述预定开销为M比特，所述短期码本W₂被确定为具有以下形式的第四集合

其中

33.根据权利要求28所述的方法，其中所述预定开销为M比特，所述短期码本W₂被确定为具有以下形式的第五集合

其中f∈{3,4}，n≥2。

34.根据权利要求28所述的方法，其中所述预定开销为M+1比特，所述短期码本W₂被确定为第六集合所述第六集合为分别具有以下形式的第四集合与第五集合的并集：

35.根据权利要求28所述的方法，其中所述预定开销为M+1比特，所述短期码本W2被确定为具有以下形式的第七集合

其中f₁∈{5,8},₂∈{6,7}，n≥3。

36.根据权利要求28所述的方法，其中所述预定开销为M+2比特，所述短期码本W₂被确定为具有以下形式的第八集合所述第八集合为分别具有以下形式的第四集合第五集合与第七集合的并集：

其中n≥3。

37.根据权利要求28所述的方法，其中所述预定开销为M+2比特，所述短期码本W₂被确定为具有以下形式的第九集合

38.根据权利要求28所述的方法，其中所述预定开销为M+3比特，所述短期码本W₂被确定为第十集合所述第十集合为分别具有以下形式的第四集合第五集合第七集合与第九集合的并集：

其中n≥4。

39.根据权利要求28所述的方法，其中所述预定开销为7比特，所述相位加权系数与所述附加的相对相位信息基于四相移相键控QPSK被量化，所述短期码本W2被确定为：

40.根据权利要求28所述的方法，其中所述预定开销为11比特，所述相位加权系数与所述附加的相对相位信息基于八相移相键控8PSK被量化，所述短期码本W2被确定为：

41.根据权利要求28所述的方法，其中所述短期预编码信息指示满足下式的短期码本W₂：

其中表示所述短期码本W₂的转置矩阵，I表示单位矩阵。

42.根据权利要求41所述的方法，其中所述短期码本W₂被确定为以下集合中的至少一个集合以及由以下集合中的任意个码字构成的集合

其中X＝2ⁿ，n为自然数，表示不小于log₂i的最小整数，

其中，集合被分成X个子集

并且

其中

43.根据权利要求42所述的方法，其中所述预定开销至少为M+2个比特，M＝3log₂X。

44.根据权利要求43所述的方法，其中所述预定开销为M+2个比特，所述短期码本W₂被确定为第十一集合所述第十一集合为分别具有以下形式的第四集合第五集合与所述集合的并集：

45.根据权利要求43所述的方法，其中所述预定开销为M+3比特，所述短期码本W2被确定为第十二集合所述第十二集合为分别具有以下形式的第四集合第五集合第七集合与所述集合的并集：

其中n≥3。

46.根据权利要求43所述的方法，其中所述预定开销为M+4比特，所述短期码本W₂被确定为第十三集合所述第十三集合为分别具有以下形式的第四集合第五集合第七集合第九集合与所述集合的并集：

其中n≥4。

47.一种终端设备，包括：

控制器；以及

耦合至所述控制器的存储器，所述存储器包括指令，所述指令在由所述控制器执行时使所述终端设备执行根据权利要求1至23中任一项所述的方法中的动作。

48.一种网络设备，包括：

控制器；以及

耦合至所述控制器的存储器，所述存储器包括指令，所述指令在由所述控制器执行时使所述终端设备执行根据权利要求24至46中任一项所述的方法中的动作。