CN110326227B - 对于天线阵列缺陷的波束形成码本适应 - Google Patents
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Abstract
一种发送器包括具有用于与一个或多个接收器进行无线通信的多个天线的天线阵列和连接到天线阵列的预编码器。预编码器将波束形成权重集合应用于天线阵列。波束形成权重集合从码本中选择，以通过天线阵列形成指向所选择方向的一个或多个发送/接收波束或空值。码本包括用于多个方向的多个波束形成权重集合。码本中的波束形成权重基于通过第二天线阵列响应矩阵和描述天线阵列的一个或多个特性的一个或多个变换矩阵定义的第一天线阵列响应矩阵。对于多个方向，第一天线阵列响应矩阵包含天线阵列的第一阵列响应向量，而对于多个方向中的一个或多个方向，第二天线阵列响应矩阵包含天线阵列的使用天线阵列的模型确定的第二阵列响应向量。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信系统领域，诸如移动通信网络。本发明的实施例涉及使用具有适应于天线阵列的实际缺陷的波束形成系数的预编码器和码本的多天线技术。进一步的实施例涉及可从基站下载的用于仰角和方位角波束形成的码本。
背景技术
图1是图1的无线通信系统的无线网络100或无线网络基础设施的示例的示意图。无线网络100可以包括多个基站eNB1到eNB5，每个基站为基站周围的特定区域提供服务，所述特定区域分别由小区1021至1025示意性地表示。基站被设置用于为小区内的用户提供服务。用户可以是固定设备或移动设备。另外，无线通信系统可以由连接到基站或用户的IoT设备接入。IoT设备可以包括物理设备、车辆、建筑物和其中嵌入有电子器件、软件、传感器、致动器等的其它物品以及使这些设备能够经由现有网络基础设施收集和交换数据的网络连接。图1示出了仅五个小区的示例性视图，但是，无线通信系统可以包括更多这样的小区。图1示出了在小区1022中并且由基站eNB2服务的两个用户UE1和UE2，也称为用户设备(UE)。在小区1024中示出了另一个用户UE3，其由基站eNB4服务。箭头1041、1042和1043示意性地表示用于从用户UE1、UE2和UE3向基站eNB2、eNB4发送数据或用于从基站eNB2、eNB4向用户UE1、UE2、UE3发送数据的上行链路/下行链路连接。另外，图1示出了小区1024中的两个IoT设备1061和1062，其可以是固定或移动设备。IoT设备1061经由基站eNB4接入无线通信系统以接收和发送数据，如箭头1081示意性表示的。IoT设备1062经由用户UE3接入无线通信系统，如箭头1082示意性表示的。
无线通信系统可以是基于频分复用的任何单音调或多载波系统，如正交频分复用(OFDM)系统、由LTE标准定义的正交频分多址(OFDMA)系统，或者任何其它有或没有CP的基于IFFT的信号(例如DFT-s-OFDM)。可以使用其它波形(如用于多址接入的非正交波形，例如滤波器组多载波(FBMC)、通用频分复用(GFDM)或通用滤波多载波(UFMC))。
对于数据传输，可以使用物理资源网格。物理资源网格可以包括资源元素的集合，各种物理信道和物理信号被映射到该资源元素的集合。例如，物理信道可以包括携带用户特定数据(也称为下行链路和上行链路有效载荷数据)的物理下行链路和上行链路共享信道(PDSCH，PUSCH)，携带例如主信息块(MIB)和系统信息块(SIB)的物理广播信道(PBCH)，携带例如下行链路控制信息(DCI)的物理下行链路控制信道(PDCCH)，等等。对于上行链路，物理信道还可以包括一旦UE同步并获得MIB和SIB就由UE使用以接入网络的物理随机接入信道(PRACH或RACH)。物理信号可以包括参考信号(RS)、同步信号等。资源网格可以包括具有一定持续时间的帧，例如，在时域中帧长度为10毫秒，并且在频域中具有给定带宽。帧可以具有一定数量的具有预定义长度的子帧，例如，2个具有1毫秒长度的子帧。取决于循环前缀(CP)长度，每个子帧可以包括两个由6个或7个OFDM码元构成的时隙。PDCCH可以由每个时隙的预定义数量的OFDM码元来定义。例如，前三个码元的资源元素可以被映射到PDCCH。
在类似于图1中示意性描绘的无线通信系统中，可以使用多天线技术，例如，根据LTE，以改善用户数据速率、链路可靠性、小区覆盖范围和网络容量。为了支持多流或多层传输，在通信系统的物理层中使用线性预编码。线性预编码是通过预编码器矩阵执行的，该矩阵将数据层映射到天线端口。预编码可以被视为波束形成的概括，波束形成是一种将数据传输空间地引导/聚焦至目的接收器的技术。
在下文中，将考虑移动多输入多输出通信系统中的下行链路(DL)传输，即，将数据流量从基站(eNodeB)运载到移动用户设备(UE)的通信链路。考虑具有NTx个天线的基站(eNodeB)和具有NRx个天线的移动用户设备(UE)，在UE处在DL传输中在特定时刻接收到的码元
可以被写为
y＝HFs+n (1)
其中
表示信道矩阵，
表示eNodeB处的预编码器矩阵，
是接收器处的加性噪声，
是由eNodeB发送的必须由UE解码的数据向量，并且Ns表示发送的数据流的数量。
必须在eNodeB处使用以将数据
映射到NTx个天线端口的预编码器矩阵是通过求解基于瞬时信道信息
的优化问题来确定的。在通信的闭环模式中，UE估计信道的状态，并经由上行链路(将流量从UE运载到eNodeB的通信链路)中的反馈信道将所述报告，亦即信道状态信息(CSI)，发送到eNodeB，以使得eNodeB可以确定预编码矩阵(参见参考文献[8])。还存在当在没有来自UE的反馈的情况下执行多层传输以确定预编码矩阵的情况。这种通信模式称为“开环”，并且eNodeB利用信号分集和空间复用来发送信息(参见参考文献[8])。
在下文中，将考虑闭环DL传输模式。在闭环模式中发送到eNodeB的CSI反馈可以是两种不同类型：隐式和显式。图2示出了根据LTE版本8使用基于码本的预编码的MIMO DL传输的基于分块的模型。图2示意性地示出了基站200、用户设备300和信道400，信道400类似于用于基站200和用户设备300之间的无线数据通信的无线电信道。基站200包括具有多个天线或天线元件的天线阵列202，以及从码本208接收数据向量206和预编码器矩阵F的预编码器204。信道400可以由信道矩阵402描述。用户设备300经由具有多个天线或天线元件的天线或天线阵列304接收数据向量302。此外，示出了用户设备300和基站200之间的用于传输反馈信息的反馈信道500。
在隐式反馈的情况下，由UE 300经由反馈信道500发送的CSI包括秩索引(RI)、预编码矩阵索引(PMI)和信道质量索引(CQI)，其允许在eNodeB 200处确定预编码矩阵，以及所发送的码元的调制阶数和编码方案(MCS)。PMI和RI用于从称为“码本”208的预定义矩阵集合Ω中确定预编码矩阵。例如，根据LTE，码本208可以是查找表，在该查找表的每个条目中具有矩阵，并且来自UE的PMI和RI确定从该查找表的哪个行和列获得最佳预编码器矩阵。
DL传输中的码本设计可以专用于为该传输使用的天线端口的数量。例如，当为该传输使用了两个端口时，码本条目来自于具有恒定模数项的2x2单元矩阵的列(参见参考文献[1])。对于4端口传输，Householder矩阵
的列可以用于预编码器
(在这种情况下Ns≤4)，其中
是具有单位模数项的向量，n表示码本索引(参见参考文献[1])。
利用显式CSI反馈，不使用码本来确定预编码器。预编码器矩阵的系数由UE显式地发送。可替代地，可以发送瞬时信道矩阵的系数，由eNodeB根据该系数来确定预编码器。
可以为配备有具有固定下倾角(down-tilt)的一维均匀线性阵列(ULA)或二维均匀平面阵列(UPA)的eNodeB，执行预编码器204和码本28的设计和优化。这些天线阵列202允许在水平(方位角(azimuth))方向上控制无线电波，使得可实现在eNodeB 200处的仅方位角的波束形成。根据其它示例，码本208的设计被扩展为支持用于在垂直(仰角)和水平(方位角)两方向上发送波束形成(beamforming)的UPA，其也被称为全维(FD)MIMO(参见参考文献[2])。
FD-MIMO中的码本208是基于理想UPA的阵列响应而设计的。具有NTx个天线端口的天线阵列的响应，也称为“阵列响应向量”，是尺寸为NTx×1的复值向量，其包含在用于从某个方向入射的波前的天线阵列202的每个天线端口处诱发或获得的幅值增益和(相对)相移。阵列的响应通常被表示为到达角度或离开角度或偏离的函数。在诸如FD-MIMO之类的大规模天线阵列的情况下使用的码本208是波束形成权重的集合，该集合使用阵列的阵列响应向量形成空间上分离的电磁发送/接收波束。阵列的波束形成权重是被应用于馈送到天线的信号(或从天线接收的信号)的幅值增益和相位调整，以朝着(或从)特定方向发送(或获得)辐射。预编码器矩阵的分量从阵列的码本获得，并且PMI和RI用于“读取”码本和获得预编码器。
具有理想天线布置的完全相同天线(例如，由几何形状规定的以无限精度放置的天线)的理想UPA的阵列导向向量，以及全向辐射图案，可以通过2-D离散傅立叶变换(DFT)矩阵的列来描述(参见参考文献[4])。因此，对于2D UPA的码本，可以使用基于2D-DFT的矩阵。基于2D-DFT的矩阵被定义用于可伸缩(scalable)数量的天线端口，例如，每个极化/天线方向多达32个天线端口，或者共极化天线阵列中的64个天线端口(参见参考文献[2])。
FD-MIMO中使用的预编码器矩阵可以具有双级结构：F＝F1F2。在这里，矩阵F1包含由2D-DFT码本定义的波束形成向量，即，矩阵F1包含应用于阵列的每个天线端口的波束形成权重，以将辐射引向特定方向。矩阵F2包含在矩阵F1中选择和/或线性组合2D-DFT波束以获得期望的整体波束图案的系数。矩阵F2还可以用于执行阵列的不同天线定向/极化组之间的共相位(参见参考文献[2])。
在大规模天线阵列中，可以将定向在不同方向上的多个天线放置在阵列中的特定位置，即，在每个位置处存在P个天线端口。每个天线对所发送或接收的波前的特定极化敏感。由于天线的定向限定了该天线所敏感的波前的极化方向，因此术语“天线定向”和“天线极化”可以互换使用。但是，在下文中，在适用的地方都使用“天线定向”，而不使用“天线极化”，以避免与后面也将描述介绍的波形极化混淆。考虑到阵列的一般几何形状，对于在每一定向具有NTx个天线端口的阵列，以及所述天线之间的P个不同天线定向，FD-MIMO型两级预编码器矩阵的分量如在下式中所示：
矩阵
具有分块对角结构。F1中的每个向量
且p＝1,2,…,P与波束形成向量对应，该波束形成向量使用定向在第p个方向上的天线，沿着从D个方向中选择的某个第d个方向来导向该波束。用于
的可能的向量是包含在阵列的所谓“码本”矩阵中的列，所述码本矩阵包含用于各个辐射角度的导向向量。
为了说明组合矩阵F2的使用，提供矩阵中使用的向量类型以及它们满足的目的。
为了从定位/极化两个方面选择矩阵F1中的D个导向波束方向之中的特定波束，可以使用向量
所述向量在除第d个位置之外的所有位置处包含零，而所述第d个位置为1。例如，
选择与矩阵F1中的(沿着对角线的每个方块矩阵中的)第三列向量对应的波束导向方向。可以使用多个列选择多个波束，例如，
选择与F1中的第三列和第五列对应的波束方向。为了在极化之间共相位的同时执行波束选择，可以使用以下类型的矩阵
其中值δp,p＝1,2,…,P是相位调整。在使用具有变化幅值的复数系数的同时使用具有多于一个非零元素的向量意味着，在形成波束时组合多个导向向量。
(2)中的预编码器的结构考虑到：每个分块中的列数，即用于每个天线定向的波束形成向量的数量，对于每个分块是相同的。采用这种结构是为了标注简便以及提供F2的示例，并且可以容易地类推到用于不同天线定向的不同数量的波束形成向量。
(2)中的预编码器结构和各个矩阵F1和F2的结构是用于任意阵列几何形状的FD-MIMO中的预编码器结构的概括。例如，已针对均匀平面阵列对版本13FD-MIMO进行了标准化，如图3所示。UPA的构造可以表示为
其中
表示每个天线定向的UPA的一行(在水平方向上，因此上标'H')上的天线端口的数量，
表示每个天线定向的一列上的天线端口的数量，并且P表示阵列中的天线定向的数量。因此，阵列中存在总共
个天线端口。P＝1和P＝2的值分别用于共极化和双极化阵列。图3示出了在P＝2的FD-MIMO中使用的典型UPA以及预编码器结构。
矩阵
具有分块对角结构，以分离用于两个极化组的波束。而且，克罗内克积模型被应用于F1中的导向或波束形成向量，以将它们解耦成UPA的分离的水平和垂直导向向量。用于每个方向的导向向量是从用于各个方向的码本中取出的。由ΩH表示的用于水平方向(在UPA(行)中)的码本是通过尺寸为
的DFT矩阵给出的，其中M是沿着水平方向的角度域中的样本的数量。类似地，ΩV是用于垂直方向(UPA的列)的码本，并且是通过尺寸为
的DFT矩阵给出的，其中N是垂直方向上的角度域中的样本的数量。通过从DFT矩阵ΩH或ΩV中选择列的集合，来形成图3中所示的矩阵
和
每个矩阵具有以下结构：
矩阵的上标依据矩阵中的列数和从DFT矩阵中选择的列的集合而不同；l＝l′和k＝k′意味着F1中的对于两个极化的块是完全相同的(参见参考文献[2])。
第二矩阵F2包含选择和/或线性组合F1中的阵列导向向量以获得所需波束图案的系数。各种功能的选择如等式(3)至(5)所示，所述功能比如是单/多波束选择和所选择波束之间的共相。
在FD-MIMO中使用的基于2D-DFT的码本设计是有利的，因为整个码本可以被划分为水平和垂直码本，从而允许分离的方位角和仰角预编码，并且因为分离的反馈信息被递送到eNodeB用于方位角和仰角域。另外，用于FD-MIMO的基于2D-DFT的码本允许通过2D-DFT矩阵的列来描述理想UPA的阵列导向向量(参见参考文献[4])。但是在实践中，由于天线阵列中的天线的不完全相同和方向性的行为，并且由于天线之间的电磁耦合，实际观察到的阵列响应通常不同于针对FD-MIMO中的码本设计考虑的基于DFT的流形(manifold)。因此，为非理想阵列使用基于2D-DFT的码本不会产生所需/预期的方向性的波束图案。
BIALKOWSKI M E ET AL：“Effect of Mutual Coupling on the InterferenceRejection Capabilities of Linear and Circular Arrays in CDMA Systems”，IEEETRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION,IEEE SERVICE CENTER,PISCATAWAY,NJ,US，vol.52，no.4,2004年4月1日(2004-04-01)，第1130-1134页，描述了评估码分多址蜂窝通信系统的基站的线性和圆形的偶极子(dipole)阵列的抗干扰能力。考虑了偶极子的互耦合效应。
US 2013/077705A1描述了一种改进用于非线性阵列的码本性能的方法。该方法包括为以给定阵列类型布置的多个发送天线确定单元矩阵，该单元矩阵是基于码本确定的，其中该给定阵列类型被构造为在仰角和方位角的至少之一上进行波束导向。该方法还包括将确定的单元矩阵应用于要在多个发送天线上发送的信号。
WO 2016/054809 A1描述了一种预编码信息获取设备，包括确定模块，用于根据导向向量以及天线模式的离开角度范围确定转换量；发送模块，用于向终端发送由确定模块确定的转换量的信息，该转换量的信息被终端使用以便根据该转换量的信息确定PMI；码本，用于获取信道信息和导频测量结果；接收模块，用于接收由终端报告的PMI。网络节点向终端发送包含天线信息的转换量，并且终端根据该转换量反馈PMI，使得网络节点可以完全地并且灵活地获取信道信息，以适应于不同天线模式和不同离开角度的应用场景。
BAXTER J R ET AL：“不同的离开角度”，IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS ANDPROPAGATION，IEEE SERVICE CENTER，PISCATAWAY，NJ，US，vol.51，no.3，2003年3月3日(2003-03-01)，第664-667页，描述了用于预测天线阵列的元件的辐射图案的耦合矩阵概念。
EP 3 046 271A1描述了一种用于操作基站的方法。该方法包括从用户设备接收上行链路信号，其中上行链路信号包括与由第一和第二预编码器索引确定的码本的第一预编码器索引相关联的预编码矩阵指示符，以及信道质量指示符。该方法包括通过对包括正交振幅调制码元的至少一个数据流应用开环分集操作来生成第一信号流，并且通过将预编码矩阵应用于第一信号流来生成要经由多个天线发送的更大数量的发送数据流。
Taylan Aksoy：“MUTUAL COUPLING CALIBRATION OF ANTENNA ARRAYS FORDIRECTION-OF-ARRIVAL ESTIMATION”，2012年2月(2012-02-01)，描述了一种用于天线阵列的互耦合特性表征的理论方法。在这种方法中，该构思是通过在测得的阵列数据与理想的阵列数据之间的简单线性变换，对互耦合效应建模。
US 2016/173180 A1描述了一种用于仰角波束形成的基于二维离散傅立叶变换的码本。该码本支持单流码字和多流码字。通过堆栈两个离散傅立叶变换码本矩阵的矩阵乘积的列，来生成基于二维离散傅立叶变换的码本。可以基于方位角和仰角中所需的波束分辨率灵活地设计码本大小。
WO 2011/093805 A1描述了一种系统，该系统包括激光范围和位置寻找器、具有介电反射和非反射涂层的天线、用于信号收集和基带转换的多信道接收器、校准单元和校准处理。该方法用于同时地校准天线位置、增益/相位和互耦合。
FERREOL ET AL：“On the introduction of an 14-16extended couplingmatrix for a 2D bearing estimation with an experimental RF system”，SIGNALPROCESSING，ELSEVIER SCIENCEPUBLISHERS B.V.AMSTERDAM，NL，vol.87，no.9，2007年5月9日(2007-05-09)，第2005-2016页，涉及窄带DOA(到达方向)估计方法，并通过推导真实响应的更准确的分析表达式来提供互耦合模型的替代方案。
发明内容
本发明的目的是在码本中提供波束形成系数或权重，以便即使形成波束图案的天线阵列存在任何实际缺陷，也可获得预期的方向性的波束图案。
这个目的是通过独立权利要求中限定的主题实现的。
各实施例在从属权利要求中限定。
附图说明
现在参考附图更详细地描述本发明的实施例，其中：
图1示出了用于使用网络切片的概念实现不同服务的系统的示意图；
图2示出了使用隐式CSI反馈的MIMO通信系统的基于分块的模型；
图3示出了FD-MIMO中的
均匀平面阵列和对应的预编码矩阵结构的示例；
图4示出了根据本发明实施例的用于天线响应变换的天线的角度空间的不同分区；
图5示出了根据本发明实施例的MIMO系统的基于分块的结构，该MIMO系统利用适用于测得的eNodeB阵列响应的码本和CSI对隐式CSI反馈进行操作；
图6示出了根据本发明实施例的方法的流程图，该方法用于使通信系统(如图5中的通信系统)适应于eNodeB阵列的“非理想”响应；
图7示出了指示所要实现的波束功能和所使用的对应的选择/组合/共相位矩阵的表；以及
图8图示了计算机系统的示例，在该计算机系统上可以执行根据本发明方案描述的单元或模块以及方法步骤。
具体实施方式
在下文中，参考附图更详细地描述了本发明的优选实施例，其中具有相同或相似功能的元件由相同的标号表示。
根据本发明的实施例，在无线通信系统中，修改包括波束形成权重的码本，以便考虑在发送器处的天线阵列的实际或真实实现，例如，用于DL通信的基站。例如，当基于天线阵列的模型设计码本时，该模型假设具有理想天线布置的完全相同的全向天线，天线之间没有电磁耦合或者阵列电路系统或天线中没有任何其它实际缺陷。但是，实际上天线阵列并不完美，例如，天线具有定向和完全不同的性质，并且天线之间存在电磁耦合。为了考虑真实天线阵列特性来设计码本，针对多个特定的辐射入射角测量天线阵列的响应，例如在消声室内或在部署现场。基于这个测量，确定并调整从天线阵列模型获得的波束形成权重与天线阵列的实际实现的偏差，以便允许由天线阵列生成实际期望的或预期的定向波束图案。
根据实施例，提供了发送器(例如，为提供服务一个或多个UE的基站或者与基站通信的UE)，其包括具有用于与一个或多个接收器进行无线通信的多个天线的天线阵列以及连接到天线阵列的预编码器，该预编码器用于将波束形成权重集合应用于天线阵列，波束形成权重集合从码本中选择，以便由天线阵列形成一个或多个发送/接收波束或指向所选方向的零点。码本包括用于多个方向的多个波束形成权重集合。码本中的波束形成权重基于第一天线阵列响应矩阵，第一天线阵列响应矩阵由第二天线阵列响应矩阵和一个或多个变换矩阵定义。对于多个方向，第一天线阵列响应矩阵包含天线阵列的第一阵列响应向量，对于多个方向中的一个或多个方向，第二天线阵列响应矩阵包含天线阵列的第二阵列响应向量，第二阵列响应向量使用天线阵列的模型以及描述天线阵列的一个或多个特点的一个或多个变换矩阵来确定。
换句话说，根据本发明，发送器天线阵列的阵列响应矩阵(其基于可由发送器天线阵列的模型描述的理想天线阵列)适于发送器的天线阵列的现实世界实现。这产生了非理想的阵列响应矩阵，其反映发送器天线阵列的实际或真实实现，这将构成发送器使用的预编码器的基础。为了适应发送器天线阵列的模型，使用一个或多个变换矩阵，其描述发送器的真实天线阵列的一个或多个特点。
因此，变换矩阵表示基于模型的第二天线阵列响应矩阵与天线阵列的实际结构的偏差，通过测量天线阵列已经获得了相应的矩阵，使得新的码本可以基于第一码本获得，根据示例，第一码本可以是使用变换矩阵修改后的基于2D-DFT的码本。因此，根据本发明方法的实施例，当与常规方法相比时，向发送器提供修改后的码本，使得当处理用于传输的信号时，预编码器已经基于被修改的码本操作以便考虑天线阵列的实际配置及其行为，使得通过简单地使用修改后的码本，预编码器对要发送的信号进行操作，而无需任何进一步的中间计算或修改，例如，从如在迄今为止引用的现有技术中所描述的那样，将码本应用于要发送的输入信号。
在本发明中，当提到多个方向中的一个或多个时，这意味着多个方向中的一个、多个方向中的两个或更多个方向，或者多个方向中的所有方向。
一个或多个变换矩阵可以基于第二天线阵列响应矩阵和测得的天线阵列响应矩阵，该矩阵对于多个方向中的一些或全部方向包含从天线阵列的测量确定的测得的阵列响应向量。
天线阵列的模型可以基于完全相同的全向天线，其具有理想的天线布置，天线之间没有电磁耦合或者阵列电路系统或天线中的其它实际缺陷，并且一个或多个变换矩阵可以考虑天线阵列中天线的定向和完全相同性质、天线之间的电磁耦合以及天线阵列中的其它实际缺陷。
根据另外的实施例，设计码本可以包括基于天线阵列模型获得的初始或第一码本的修改，例如，由第二天线阵列响应矩阵定义。通过使用第二天线阵列响应矩阵和一个或多个变换矩阵对第一天线阵列响应矩阵进行线性建模/变换来修改初始码本。修改后的码本被称为响应自适应码本。使用变换矩阵来设计修改后的码本的优点是可以将关于真实天线阵列的信息提供给接收器，例如，由基站服务的UE，容易且不需要向UE发送大量信息。根据实施例，关于发送器(如基站)处的天线阵列的实际实现的信息被发送到接收器(如UE)，或者可以由接收器下载。所发送或下载的信息包括变换矩阵。UE处的实际发送器天线阵列响应或所使用的响应自适应码本的可用性帮助UE进行波束精炼/信道估计和CSI反馈计算。CSI反馈的准确度和数量以及信道估计处理的准确性在很大程度上取决于在发送UE时使用的实际码本(或阵列响应)的可用性。将测得的阵列响应作为整体发送到UE将导致发送大量控制信息。根据本发明的实施例，使用上面提到的基于变换矩阵的测量响应的建模，其具有要求仅发送变换矩阵的假定的阵列的理想响应，从而减少控制信息开销。
因此，实施例提供接收器，例如，与基站通信的UE或为提供服务一个或多个UE的基站，包括用于与发送器进行无线通信的天线，以及用于接收和处理在天线处经由无线电信道接收的无线电信号的信号处理器。接收器被配置为存储和/或计算包括多个方向(例如方位角、仰角、极化)的多个波束形成权重集合的码本。码本中的波束形成权重基于发送器的天线阵列的第一天线阵列响应矩阵，并且发送器从码本中选择波束形成权重的集合，以由天线阵列形成指向所选择的方向的发送/接收波束。接收器被配置为使用从发送器接收的一个或多个变换矩阵来修改码本，这一个或多个变换矩阵对发送器的天线阵列的第二天线阵列响应矩阵建模。第一天线阵列响应矩阵包含针对多个方向的第一阵列响应向量，第一阵列响应向量使用天线阵列的模型确定，第二天线阵列响应矩阵包含针对多个方向的第二阵列响应向量，第二阵列响应向量从天线阵列的测量确定。
在下文中，将基于DL通信的实施例来描述本发明的方法，其中发送器是基站或eNodeB，并且接收器是由eNodeB服务的UE。更具体而言，将详细描述根据本发明的实施例的使eNodeB和UE适应测量的复值eNodeB阵列响应。在以下实施例的描述中，没有关于阵列几何形状或阵列中涉及的极化数量的假设。除非明确指出。
用于码本下载的阵列响应变换
可以针对消声室内或部署现场中的辐射的特定入射角，测量天线阵列的响应。由于天线阵列中的各个天线的方向性和非完全相同性质，天线之间的电磁耦合以及天线阵列中的其它实际缺陷，天线阵列的测得响应与天线阵列的假定响应不同，它们在没有任何实际缺陷的情况下被认为是完全相同的全向天线。因此，天线阵列的复值的测得响应在下文中也称为“非理想”的阵列响应。对于离散的方位角与仰角对的集合
和n＝1,2,…N，考虑具有NTx个天线端口的eNodeB处的“非理想”的复值的天线阵列响应，
在不失一般性的情况下，可以假设在天线的聚焦范围内取得各角度的离散样本。通过按列布置所有阵列响应向量，得到阵列响应矩阵为
类似于“非理想”的阵列响应，“理想”的阵列响应被定义为针对给定几何形状的假定阵列响应，所述几何形状考虑了具有理想天线布置的完全相同的全向天线，例如，所述天线被放置在由具有无限精度的几何形状规定的某一点处，并且天线之间没有电磁耦合，或者阵列电路或天线中没有其它实际缺陷。“理想”的阵列响应矩阵类似如下，
其中(9)中的方位角和仰角
与(8)中的方位角和仰角完全相同。
对于某个角度的阵列的“理想”响应可以从阵列的几何形状推导出来。例如，如图3所示的理想UPA的天线阵列响应(仅考虑天线的两个定向之一，并且假设波前具有与对其作出响应的天线定向相同的极化)由下式给出：
其中
λ是所述波前的波长。
假设(测得的)天线阵列被校准，即，天线阵列的响应已知是方位角和仰角的函数，矩阵
是已知量。如上面所提到的，使用阵列的“理想”响应对“非理想”的阵列响应进行线性建模，所述阵列的“理想”响应可以从其几何形状/构造推导出来。发送器的天线阵列的线性建模的目的是为了具有“非理想”响应的紧凑表示，以便UE可以下载该紧凑表示而不是下载响应的原始系数，所述响应的原始系数的下载可能导致送往UE的控制信息的过载。
可存在使用假定的“理想”响应对基站的“非理想”的阵列响应矩阵进行线性建模的不同方式。
模式和耦合的分开建模：
在表示为
的这种线性变换中，使用两个矩阵来执行从阵列的“理想”响应到“非理想”响应的线性变换，如下所示(参见参考文献[9])：
矩阵
对阵列中天线之间的电磁耦合建模，并且
将“理想”天线的全向响应变换为“非理想”天线的方向性响应。
模式和耦合的组合建模：
这种线性变换
涉及单个矩阵
该矩阵对“非理想”阵列中的相对于“理想”阵列的模式改变和观察到的耦合效应两者建模：
在等式(12)和(13)两者中，矩阵
都表示模型中的不匹配，并且矩阵
被称为“变换矩阵”，其用于构建响应自适应发送器阵列码本。可以使用任一线性模型来构建可以发送到UE的变换矩阵，以获得“非理想”响应自适应码本。可以用于确定变换矩阵
的一些技术示例是：
(i)最小二乘法，使用模式和耦合的组合模型
(ii)参考文献[9]中描述的校准矩阵方法，其中变换矩阵是根据其逆矩阵，即校准矩阵
来评估的，使用“非理想”响应的第一线性模型(模式和耦合的分开建模)。
根据具有最小失配的“非理想”阵列响应的给定线性模型，即残余矩阵
的任意低Frobenius范数，确定变换矩阵的技术的准确性，取决于所变换的向量的数量。例如，在使用等式(13)中的线性模型的最小二乘法的情况下，遇到两种残差矩阵范数：
·
“非理想”阵列响应
的任何行可以表示为
的行的线性组合。在这种情况下，没有残差，并且残余/失配矩阵N的Frobenius范数为零。
·
在这种情况下，行数少于列，因此行空间不会跨越(span)整个
因此，并非“非理想”阵列响应
的每一行都能够表示为“理想”阵列响应
的行的线性组合。在这种情况下，残余/失配矩阵是非零的。
可以在可用于使用等式(12)和(13)中的线性模型计算变换矩阵
的各种技术中找到变换准确性(即，残余的范数)对于所变换的向量的数量的类似依赖性。因此，改变该变换中涉及的向量的数量可支持对该变换的准确性的控制。对于其中样本的数量远大于天线的数量的精炼采样后的角度空间，即，要变换的阵列响应向量的数量比天线端口的数量多得多，为了提高变换的准确性，整个角度空间
可以被划分为Q个更小(重叠或非重叠)的子集
其中对于每个子集，可以定义线性变换
通过考虑Q个不同的变换，我们计算Q个变换矩阵Kq,q＝1,2,…,Q，每个变换矩阵用于角度空间的每一分区。变换矩阵Kq,q＝1,2,…,Q取决于所变换的角度的子集。取决于所要求的精度，可以改变角度空间分区的尺寸。图4中显示了非重叠和重叠角度空间分区的两个示例。
根据进一步的实施例，可以为天线阵列的整个频率空间/域提供变换矩阵。但是，阵列响应可以作为波前的频率的函数来改变，因此对于不同频带，可以提供不同的测得“非理想”响应矩阵。类似于角度空间，频率空间也可以被划分。用于变换的频率空间分区的粒度可以通过天线和阵列电路的频域特性、以及通过曾用来执行天线测量/校准的频域采样来确定。因此，根据进一步的实施例，频率空间可以被划分为多个较小的重叠或非重叠的分区，并且对于频率空间的每个分区，可以以如上所述的方式获得变换矩阵。
变换矩阵可以由eNodeB离线确定，例如，可以在不与UE进行通信的同时执行计算，然后UE可以下载所述变换矩阵以构建适应于“非理想”阵列响应的eNodeB的码本。发送到UE的变换矩阵是图5中所示的“控制信息”的一部分。
图5示出了根据本发明实施例的MIMO系统的基于分块的结构，所述MIMO系统利用适应于测得的eNodeB阵列响应的码本和CSI对隐反馈进行操作。MIMO系统的与上面参考图2描述的那些元件对应的元件被分配了相同的参考标记。根据本发明的实施例，基站200包括变换矩阵K。变换矩阵可以如上文所述的那样确定，并且可以存储在基站200处，例如，存储在存储设备210中。基于变换矩阵K和码本208，该码本208可以是以上述方式获得的DFT码本，即使形成波束图案的天线阵列存在任何实际缺陷，预编码器仍可获得并使用阵列响应自适应码本212，以获得预期的方向性波束图案。根据实施例，变换矩阵K可以被发送到UE300，例如，作为无线通信系统的PDCCH 502中的控制信息。UE 300构建eNodeB或基站200的码本，该码本适应于“非理想”阵列响应，以便可以在考虑到真实天线阵列的情况下实现改进的波束精炼、信道估计和CSI反馈，从而改善信道估计处理的准确性，以及CSI反馈500的准确性和数量。另外，根据实施例，阵列几何形状和构造，如与给定阵列几何形状有关的各种维度的天线的数量，以及关于阵列中的天线定向的细节，可以与控制信息中的变换矩阵一起发送到UE，以确定UE处的基站天线阵列的“理想”响应，从而可以获得“非理想”响应自适应码本。
现在描述用于获得适应于在基站200或UE 300处的“非理想”阵列响应的码本212的实施例。使eNodeB码本208适应于“非理想”阵列响应对于在天线阵列202中执行波束形成任务而言是重要的。使用基于“理想”阵列响应的码本208可能导致非预期的和非必要的波束图案。假设了用于非理想阵列的码本设计问题、以及FD-MIMO中的模型，所述非理想阵列的响应已知与到达或离开方向有关，并且根据所述FD-MIMO中的模型而在eNodeB中维护基于DFT的导向向量的矩阵。所述导向向量的矩阵除了适应于测得的阵列响应之外，在eNodeB处受到维护。如上所述，矩阵
和
是eNodeB阵列的测得的“非理想”响应和“理想”响应矩阵，并且它们都是eNodeB处的已知量。
类FD-MIMO阵列(FD-MIMO-like array)中的码本208包括波束形成权重，该波束形成权重用于为通过天线阵列进行的数据传输形成空间分离的电磁波束。对“非理想的”eNodeB响应进行近似的变换矩阵被用于构建码本212，该码本212适用于“非理想”响应并满足基站天线阵列的功率约束。根据实施例，可以考虑以下用于构建满足阵列的功率约束的“非理想”响应自适应码本的命题：
·命题1：仅在移相器存在的情况下的码本设计
用于仅移相器阵列电路的“非理想”响应自适应“码本”矩阵
可以如下根据变换矩阵获得：
其中矩阵乘积
表示近似的“非理想”阵列响应，并且∠[.]表示该自变量的角度。波束形成权重与天线响应的相位的对准使得能够沿着该特定方向相干地组合信号。
·命题2：在存在移相器和放大器的情况下的码本设计
在用于波束形成的阵列电路中存在相移器和放大器的情况下，可以通过使用以下码本矩阵
来使权重适应于阵列响应。
考虑到近似的“非理想”阵列响应矩阵
可以具有以下结构
矩阵D被引入以对码本中的条目进行归一化，使得
中的系数的最大幅值为一，
通过使用上述码本条目的归一化，可确保由于信号预编码引起的每个天线端口的幅值增益不大于一。
根据实施例，码本通常可以包含形成波束的特定方向，因此可能没有必要考虑具有其空间中的原始角分辨率的阵列响应。为该阵列考虑的固定波束方向以及波束精炼分辨率集，确定需要被变换的阵列响应向量的数量。根据进一步的实施例，对于变换和码本，可以不考虑其中阵列具有“空值”(阵列不具有任何响应，即，零幅值增益)的方向。
现在描述根据本发明实施例的使用“非理想”响应自适应码本的预编码中的修改。来自码本
的适用于“非理想”响应的列向量是被选择用于等式(2)中的预编码器矩阵F1中的波束导向向量
和p＝1,2,…,P的那些向量，而不是来自使用“理想”响应的码本208的向量(例如，在UPA的情况下的2D-DFT向量)。通过现有技术水平的两级预编码器F＝F1F2来维护该选择、组合和共相位操作。
在采用图5中呈现的码本自适应的MIMO通信系统的下行链路的框图中，通过应用变换矩阵K，与“理想”响应对应的原始码本208被修改以适应“非理想”响应。例如，对于UPA，通过用基于2D-DFT的码本矩阵代替
使用等式(15)或(16)中的表达式来获得“非理想”响应自适应码本
图6是根据本发明实施例的方法的流程图，用于使通信系统(如图5中的通信系统)适应于eNodeB阵列的“非理想”响应。在S100处对测得的eNodeB响应进行近似，该步骤可以离线执行，并且可以使用根据本文描述的实施例的变换矩阵(用于变化的准确性目标的分区角度空间和设计)之后，在S102处，eNodeB(发送器)，例如上面参考图5描述的基站，使用“非理想”响应自适应码本212来执行发送波束形成/预编码204。在S104处，例如，根据控制信道502的接受的控制信息过载/链路速率，将(一个或多个)变换矩阵和基站天线阵列202的构造发送到UE 300(接收器)。在S106处，使用变换矩阵和“理想”码本在UE 300处构建“非理想”响应自适应的eNodeB码本。在S108处，从UE 300发送CSI(CQI，PMI，RI)和基于波束的反馈500，UE 300也可以被称为适应于“非理想”响应的UE。
由于变换矩阵的数量可以由于多个角度空间分区而增加，因此UE要下载的控制信息数据的量也可以增加。因此，根据实施例，在变换的准确性与所发送的控制信息的量之间进行权衡。现在描述用于变换矩阵设计和用于角度/频率空间分区的进一步的实施例。
变换的准确性(命题1)
(1)根据实施例，可以在量化之后将变换矩阵发送到UE。在这种情况下，即使所变换的响应向量的数量小于或等于eNodeB天线阵列中的天线的数量，在变换“理想”响应之后的零残余也是不可能的。因此，在为了实现一定的准确性目标(残余范数目标)而执行角度空间分区的同时，还可以考虑变换矩阵的量化效果。
(2)根据实施例，可以通过检查测得的响应向量之间的相关性来执行角度分区。通过在相同变换内组合高度相似的响应向量，即使所变换的向量的数量更多，也可实现更好的变换准确性。执行“非理想”响应向量的离线分析，以识别和分离高度相关的向量，并且将公共变换矩阵应用于它们。在这种情况下，即使当NTx远小于所变换的向量的数量时，也可以获得准确性。
多个转换矩阵集合(命题2)
根据实施例，eNodeB可以维护与要实现的多个准确性目标对应的多个变换矩阵集合。可以为所建立的通信链路的各种速率和各种可能的控制信息开销值，提供多个变换矩阵。
变换矩阵的压缩(命题3)
根据实施例，可以将变换矩阵Kq投影到标准正交基B上，
Kq＝BXq,q＝1,..,Q, (19)
其中系数矩阵Xq＝1,..,Q包含大量的零或接近零的元素。因此，每个矩阵Kq可以由基B以及足够数量的非零系数Xq紧凑地表示。矩阵Xq的“最大”系数可以被量化并发送到UE。基于接收到的矩阵Xq和已知的基B，UE可以恢复变换矩阵Kq。利用这种用于矩阵Kq的压缩的结构，可允许减少发送到UE的控制信息数据的量。
通过利用其结构来压缩变换矩阵是有利的，因为可以减少控制信息开销。
变换矩阵的克罗内克分解(命题4)
根据实施例，对于其中天线的行和列被设计为使得非理想的变换可以被解耦成分开的分量的UPA，可以利用克罗内克模型来对变换矩阵建模。这允许减少需要发送到UE的控制信息的量。使用克罗内克模型对变换矩阵
进行分解(对于图3中给出的UPA，仅考虑天线定向之一)可写为
其中
和
是变换矩阵，用于分别相对于阵列的水平和垂直天线端口(行和列)来变换阵列响应。因此，在eNodeB被配备为仅发送变换矩阵的原始系数的情况下，基于阵列几何形状利用变换矩阵的克罗内克模型，可允许(对于图3中的UPA)将所发送的系数数量从
减少到
对极化码本的扩展
在到目前为止所描述的实施例中，没有相对于阵列几何形状或阵列中涉及的极化数量作出假设，并且到目前为止所描述的码本和天线响应考虑是非极化的，即，对阵列响应或码本的讨论并不是在天线阵列对于所发送或接收的波前的极化状态的敏感性的上下文中进行讨论的。但是，本发明不限于这些实施例。
虽然一些码本设计可以是非极化的，并且因此倾向于忽略设计中的阵列的实际方面，但是根据进一步实施例的创造性方法考虑了天线的基于极化的响应，因为不这样做的话，波束形成的效果可能被证明是完全没用的(参见参考文献[6]和[7])。因此，根据实施例，考虑了天线阵列的天线端口对于所发送/接收的波前的水平和垂直极化的响应。对于具有NTx个(该计数总计包括阵列中存在的天线的所有P个不同的定向)天线的校准阵列，获得
和
即，所发送/接收的波的水平和垂直极化的“非理想”阵列响应矩阵。
阵列中的天线可以被定向在不同的方向上，以对具有变化的极化的波前敏感。理想地，沿着特定方向定向的天线应响应于仅沿着某一方向极化的波前，并拒绝在任何其它方向上极化的所有分量。在文献中，天线的定向的方向与天线作出响应的极化角相同，因此，使用术语“天线的极化”代替“天线的定向”，但是，当涉及天线时，本文使用术语“定向”以避免与波极化混淆。但是，在实践中，由于天线的非理想性，天线倾向于发送/接收多个极化的波前的分量。因此，根据实施例，对于极化码本设计，考虑阵列中的天线对于波前的两个正交极化(水平和垂直)的响应。本文提到的“水平和垂直”是波前的极化，而不是天线的水平和垂直定向/极化(或者例如在FD-MIMO中的均匀平面阵列中的天线的水平和垂直布置)。还有一个用于表示天线对于特定波极化的响应的特定标注：矩阵或向量中的下标/上标'(h)'表示与波前的水平极化相关，并且下标/上标'(v)'表示与波前的垂直极化相关。(这与用于UPA的分别与UPA的行和列相关的下标/上标'H'和'V'不同)。
使用两个不同的变换矩阵，对对于波前的水平和垂直极化的天线阵列响应进行近似：
假设阵列
的“理想”响应在两个波极化中是相同的。使用等式(12)和(13)中的任一个线性模型，单独确定与两个波极化对应的变换矩阵。与波前的两个极化对应的两个变换矩阵
和
可以都被发送到UE以使码本适应，从而改善UE的波束精炼和信道估计处理。
在考虑了发送器阵列的极化响应的同时，还可以维护极化的码本。类似于非极化情况，考虑了对于所接收/发送的波的两个极化的两个命题。
·命题1：仅在移相器存在的情况下的极化码本
用于水平和垂直极化的“码本”矩阵分别是
·命题2：在存在移相器和放大器的情况下的极化码本
在具有移相器和放大器的阵列电路中，与水平和垂直波极化对应的码本矩阵分别如下设计：
其中
和
是用于水平和垂直波极化的阵列响应近似，其中
矩阵
和
包含用于对码本向量的系数进行归一化的系数：
根据实施例，用于极化码本的预编码器设计可以如下修改。考虑到使用极化码本，采用了将阵列响应的极化性质结合到码本中的预编码器设计。为具有P个不同天线定向且每个天线定向具有NTx个天线端口的天线阵列作出的极化预编码器设计，类似于等式(2)中的设计，但除了矩阵F1中可以包括用于所考虑的两个波极化(水平和垂直)的阵列导向向量之外。
矩阵
且p＝1,2,…,P具有结构
其中每列分别与用于水平和垂直极化波的阵列导向向量对应。索引D是指沿着所选择的D个方向中的某个第i个方向对波束进行导向。另一个索引和上标p表示引导波束的天线的定向的索引。
的可能候选是与水平波极化
对应的码本矩阵的列，并且用于垂直波极化
的码本的列是向量
的可能候选。
矩阵
具有类似于非极化预编码器结构的结构，并且用于天线定向与波极化之间的选择/组合/共相位。在极化情况下，F2的构建块是选择向量
该向量类似于上述非极化情况中的向量
包含向量的第d个位置的一和其它位置的零。从矩阵F1的结构可以看出，与水平极化对应的导向向量占据奇数列位置，而与垂直极化对应的导向向量占据偶数列位置。因此，为了从F1中选择特定的第d个方向的水平极化，可以使用选择向量
此外，当组合用于水平和垂直波极化两者中的特定的第d个方向的导向向量时，相邻位置的选择向量
和
可以一起使用。因此，可以使用多于一列来选择被引导朝向特定方向和波极化的波束。因此，在这种情况下，变量D′不等于所形成的有效波束的数量，而是等于为每个波极化形成的有效波束的数量。图7中的表包括用于各种波束形成功能的矩阵F2的示例。
矩阵F2的结构(即，F2的构建块)可以是来自上面讨论的非极化预编码器的相同选择向量。但是，存在又一个波束选择/组合/共相位的层次结构，具有对于在预编码器中涉及的不同波极化的天线敏感性。因此，在导向向量的组合中可作出更多选择。这提高了波束形成的灵活性，并且还提供了遵守天线所涉及的物理学的实际预编码模型。
根据实施例，在向接收器(如UE)发送与发送器(如基站)处的天线阵列的水平和垂直极化对应的变换矩阵时，也可以一起发送发送器天线阵列几何形状、阵列构造和天线定向信息，以确定接收器处的“理想”发送器阵列响应，从而可以获得码本。
虽然已经针对其中基站作为发送器操作并且UE作为接收器操作的下行链路数据传输描述了上述实施例，但是本创造性方法不限于这些实施例。根据其它实施例，本创造性方法同样适用于移动多输入多输出通信系统的上行链路(UL)传输，例如，将数据流量从移动用户设备(UE)运载到基站(eNodeB)的通信链路。在这样的实施例中，UE作为发送器操作，并且基站作为接收器操作。
虽然已经参考1维天线阵列(如均匀线性阵列)或2维天线阵列(如均匀平面阵列)描述了上述实施例，但是本创造性方法不限于这些实施例。根据其它实施例，本创造性方法同样适用于具有任何阵列构造的任何天线阵列，如1维天线阵列、2维天线阵列或3维天线阵列。
现在描述本发明的其它实施例。
第一实施例提供了一种发送器，包括具有用于与一个或多个接收器进行无线通信的多个天线的天线阵列；以及预编码器，连接到所述天线阵列，所述预编码器将波束形成权重集合应用于所述天线阵列，所述波束形成权重集合是从码本中选择的，以便通过所述天线阵列形成指向所选择的方向的一个或多个发送/接收波束或空值；其中所述码本包括用于多个方向的多个波束形成权重集合，其中所述码本中的所述波束形成权重是基于第一天线阵列响应矩阵，所述第一天线阵列响应矩阵是通过第二天线阵列响应矩阵和一个或多个变换矩阵定义的，并且其中对于多个方向，所述第一天线阵列响应矩阵包含所述天线阵列的第一阵列响应向量，而对于所述多个方向中的一个或多个方，所述第二天线阵列响应矩阵向包含所述天线阵列的第二阵列响应向量，所述第二阵列响应向量是使用天线阵列的模型确定的，并且所述一个或多个变换矩阵描述所述天线阵列的一个或多个特性。
第二实施例提供了第一实施例的发送器，其中所述一个或多个变换矩阵基于所述第二天线阵列响应矩阵和测得的天线阵列响应矩阵，对于所述多个方向中的一些或全部方向，所述测得的天线阵列响应矩阵包含根据所述天线阵列的测量而确定的测得的阵列响应向量。
第三实施例提供了第一或第二实施例的发送器，其中所述天线阵列的模型是基于具有理想的天线布置的完全相同的全向天线，没有所述天线之间电磁耦合、或者阵列电路系统或天线中的其它实际缺陷，并且所述一个或多个变换矩阵考虑了所述天线阵列中的所述天线的方向性和非完全相同性质、所述天线之间的电磁耦合以及所述天线阵列中的其它实际缺陷。
第四实施例提供了第一至第三实施例之一的发送器，其中天线阵列包括1维天线阵列、或者2维天线阵列或3维天线阵列。
第五实施例提供了第四实施例的发送器，其中所述2维天线阵列或3维天线阵列控制用于在垂直(仰角)方向和水平(方位角)方向两者上进行波束形成的无线电波，并且所述预编码器具有双级结构，第一级包含基于要应用于所述天线阵列的每个天线的所述码本的波束形成权重集合，第二级包含对由所述第一级定义的波束进行选择和/或线性组合以获得期望的波束图案的系数。
第六实施例提供了第一至第五实施例之一的发送器，其中使用第二天线阵列响应矩阵和所述一个或多个变换矩阵，对所述第一天线阵列响应矩阵进行线性建模/变换。
第七实施例提供了第六实施例的发送器，其中对所述第一天线阵列响应矩阵进行线性建模包括使用另一个矩阵，所述另一个矩阵将所述天线阵列的全向天线对于特定方向的响应变换为所述天线阵列的所测量天线的方向性响应。
第八实施例提供了第六或第七实施例的发送器，其中所述第二天线阵列响应矩阵是由基于2D-DFT的矩阵定义的。
第九实施例提供了第一至第八实施例之一的发送器，其中所述一个或多个变换矩阵的尺寸小于所述第一天线阵列响应矩阵的尺寸。
第十实施例提供了第一至第九实施例之一的发送器，其中所述码本是从使用所述一个或多个变换矩阵修改后的第一码本获得的，所述第一码本是使用所述第二天线阵列响应矩阵来定义的。
第十一实施例提供了第一至第十实施例之一的发送器，其中单个变换矩阵被应用于所述天线阵列的整个角度空间和/或整个频率空间，所述角度空间由方位角和仰角限定。
第十二实施例提供了第一至第十实施例之一的发送器，其中所述角度空间和/或频率空间被划分为多个较小的重叠或不重叠的分区，所述角度空间由方位角和仰角限定，并且对于所述角度空间和/或所述频率空间的每个分区，使用用于所述分区的所述第二天线阵列响应矩阵和用于所述分区的变换矩阵，对用于所述分区的第一天线阵列响应矩阵进行线性建模。
第十三实施例提供了第十二实施例的发送器，其中所述角度空间被分区为多个较小的重叠或不重叠的分区，以实现用于所述第一天线阵列响应矩阵的建模/变换的准确性的预定义目标。
第十四实施例提供了第十二或第十三实施例的发送器，其中响应于第一阵列响应向量之间的相关性来对所述角度空间进行划分，其中所述第一阵列响应向量定义了用于多个分区的第一天线阵列响应矩阵以识别和分离高度相关的第一天线阵列响应矩阵，并为相关的第一天线阵列响应矩阵应用一个或多个公共变换矩阵。
第十五实施例提供了第十二至第十四实施例之一的发送器，其中取决于所述一个或多个变换矩阵的项的量化效果来划分所述角度空间。
第十六实施例提供了第十二至第十五实施例之一的发送器，其中所述发送器被构造为维护用于所述天线阵列的所述角度空间和/或所述频率空间的多个分区集合的多个变换矩阵，以支持所述发送器与一个或多个接收器之间的无线通信的变化的数据速率和/或变化的控制信息开销值。
第十七实施例提供了第十二至第十六实施例之一的发送器，其中所述天线阵列包括2维天线阵列或3维天线阵列，用于所述角度空间和/或频率空间的特定分区的变换矩阵被表达为第一矩阵和第二矩阵的克罗内克积，并且所述第一矩阵是考虑于沿着所述天线阵列的第一维度的天线端口的所述天线阵列的变换矩阵，并且所述第二矩阵是与沿着垂直于所述第一维度的第二维度的所述天线阵列中的所述天线端口对应的变换矩阵。
第十八实施例提供了第一至第十七实施例之一的发送器，其中所述发送器被构造为通过在已知所述一个或多个变换矩阵是可压缩的基础上投影所述一个或多个变换矩阵来压缩所述一个或多个变换矩阵，以获得具有第一量值的第一系数集合、以及具有第二量值的第二系数集合，所述第一量值高于所述第二量值，并且所述第一系数集合构成所述一个或多个变换矩阵的压缩形式。
第十九实施例提供了第一至第十九实施例之一的发送器，其中所述第一天线阵列响应矩阵包括第一天线阵列响应子矩阵和第二天线阵列响应子矩阵，对于多个方向，所述第一子矩阵包含所述天线阵列中的所有天线端口相对于波前的水平极化的阵列响应向量，并且对于与所述第一子矩阵中相同的方向，所述第二子矩阵包含所述天线阵列中的所有天线端口相对于所述波前的垂直极化的响应向量阵列。
第二十实施例提供了第十九实施例的发送器，包括与所述水平极化对应的第一变换矩阵，所述第一子矩阵是通过使用所述第一变换矩阵对所述第二天线阵列响应矩阵进行线性建模而获得的，以及与所述垂直极化对应的第二变换矩阵，所述第二子矩阵是通过使用所述第二变换矩阵对所述第二天线阵列响应矩阵进行线性建模而获得的。
第二十一实施例提供第十九或第二十实施例的发送器，包括极化码本，所述极化码本包含第一子码本和第二子码本，其中所述第一子码本包含所有天线端口相对于所述水平极化的波束形成权重，所述波束形成权重是从使用所述第一变换矩阵修改后的第一码本获得的，并且所述第二子码本包含所有天线端口相对于所述垂直极化的波束形成权重，所述波束形成权重矩阵是从使用所述第二变换矩阵修改后的第一码本获得的。
第二十二实施例提供了第一至第二十一实施例之一的发送器，其中所述发送器被构造为将所述一个或多个变换矩阵发送到一个或多个接收器。
第二十三实施例提供了第二十二施例的发送器，其中发送器被构造为将一个或多个变换矩阵作为控制信息的一部分发送到所述接收器。
第二十四实施例提供了一种接收器，包括用于与发送器进行无线通信的天线；以及信号处理器，用于接收和处理经由无线电信道在天线处接收的无线电信号；其中所述接收器被构造为存储和/或计算包括用于多个方向的多个波束形成权重集合的码本，其中所述码本中的波束形成权重是基于所述发送器的天线阵列的第一天线阵列响应矩阵，所述第一天线阵列响应矩阵包含用于多个方向的第一阵列响应向量，所述第一阵列响应向量是使用所述发送器的所述天线阵列的模型确定的，并且所述发送器从所述码本中选择波束形成权重集合，以便通过所述天线阵列形成指向所选择的方向的发送/接收波束，其中所述接收器被构造为使用从所述发送器接收的一个或多个变换矩阵来修改所述码本，并且其中所述一个或多个变换矩阵描述所述发送器的所述天线阵列的一个或多个特性。
第二十五实施例提供了第二十四实施例的接收器，其中所述接收器被构造用于与第一至第二十三实施例之一的发送器进行无线通信。
第二十六实施例提供了第二十四或第二十五实施例的接收器，包括用于估计无线电信道状态的信道估计器，其中所述接收器被构造为基于所述无线电信道估计和所述修改后的码本确定对所述发送器的反馈，所述发送器基于所述反馈从所述码本中选择波束形成权重集合以形成发送/接收波束，并且其中所述反馈包括控制信号，所述发送器基于所述控制信号选择波束形成权重的集合，或者所述反馈将波束形成权重集合从所述接收器发送到所述发送器。
第二十七实施例提供了一种无线通信网络，包括第一至第二十三实施例之一的发送器；以及第二十四至第二十六实施例之一的一个或多个接收器。
第二十八实施例提供了第二十七实施例的无线通信网络，包括蜂窝网络、无线局域网或无线传感器系统。
第二十九实施例提供了第二十七或第二十八实施例的无线通信网络，其中所述发送器包括为用户设备提供服务的基站，或者由基站服务的用户设备，并且接收器包括为用户设备提供服务的基站，或者由基站服务的用户设备。
第三十实施例提供了第二十九实施例的无线通信网络，其中所述用户设备包括移动终端，或IoT设备，或在移动车辆内实现的设备，如例如汽车或机器人的移动车辆，或者在例如无人驾驶飞行器或飞机的飞行设备内实现的设备。
第三十一实施例使用基于IFFT(快速傅立叶逆变换)的信号提供了第二十七至第三十实施例之一的无线通信网络，其中基于IFFT的信号包括具有CP的OFDM、具有CP的DFT-s-OFDM、没有CP的基于IFFT的波形、f-OFDM、FBMC、GFDM或UFMC。
第三十二实施例提供了一种方法，包括修改由发送器的预编码器使用的码本，所述发送器包括具有用于与一个或多个接收器进行无线通信的多个天线的天线阵列，以及连接到所述天线阵列的预编码器，其中所述码本包括用于多个方向的多个波束形成权重集合，所述码本中的波束形成权重是基于第一天线阵列响应矩阵，对于多个方向，所述第一天线阵列响应矩阵包含使用天线阵列的模型确定的第一阵列响应向量，并且其中所述码本是使用一个或多个变换矩阵修改的，所述一个或多个变换矩阵描述所述天线阵列的一个或多个特性。
第三十三实施例提供了第三十二实施例的方法，包括将所述一个或多个变换矩阵发送到所述一个或多个接收器，以允许所述接收器在接收器处构建码本。
第三十四实施例提供了一种方法，包括在具有用于与发送器进行无线通信的天线的接收器处接收和处理经由无线电信道在天线处接收的无线电信号，所述无线电信号包括一个或多个变换矩阵；以及使用一个或多个变换矩阵，修改在接收器处存储或计算、并且包括用于多个方向的多个波束形成权重集合的码本，所述码本中的所述波束形成权重是基于所述发送器的天线阵列的第一天线阵列响应矩阵，所述第一天线阵列响应矩阵包含用于多个方向的第一阵列响应向量，所述第一阵列响应向量是使用所述发送器的所述天线阵列的模型确定的，并且所述发送器从所述码本中选择波束形成权重的集合以便通过天线阵列形成指向所选择的方向的发送/接收波束，其中所述一个或多个变换矩阵描述所述天线阵列的一个或多个特性。
第三十五实施例提供了一种非瞬态计算机程序产品，包括存储指令的计算机可读介质，当在计算机上执行所述指令时，所述指令执行第三十二至第三十四实施例之一的方法。
虽然已经在装置的上下文中描述了所描述的概念的一些方面，但是显然这些方面也表示对应方法的描述，其中块或设备与方法步骤或方法步骤的特征对应。类似地，在方法步骤的上下文中描述的方面还表示对应装置的对应块或项目或特征的描述。
本发明的各种元件和特征可以使用模拟和/或数字电路以硬件实现，或者通过一个或多个通用或专用处理器执行指令以软件实现，或者作为硬件和软件的组合来实现。例如，本发明的实施例可以在计算机系统或另一个处理系统的环境中实现。图8图示了计算机系统600的示例。单元或模块以及由这些单元执行的方法的步骤可以在一个或多个计算机系统600上执行。计算机系统600包括一个或多个处理器602，如专用或通用数字信号处理器。处理器602连接到通信基础设施604，如总线或网络。计算机系统600包括主存储器606，例如随机存取存储器(RAM)，以及辅助存储器608，例如硬盘驱动器和/或可移动存储驱动器。辅助存储器608可以允许将计算机程序或其它指令加载到计算机系统600中。计算机系统600还可以包括通信接口610，以允许软件和数据在计算机系统600和外部设备之间传送。通信可以是电子、电磁、光学或能够由通信接口处理的其它信号的形式。通信可以使用电线或电缆、光纤、电话线、蜂窝电话链路、RF链路和其它通信信道612。
术语“计算机程序介质”和“计算机可读介质”通常用于指有形存储介质，诸如可移动存储单元或安装在硬盘驱动器中的硬盘。这些计算机程序产品是用于向计算机系统600提供软件的手段。计算机程序(也称为计算机控制逻辑)存储在主存储器606和/或辅助存储器608中。还可以经由通信接口610接收计算机程序。计算机程序在被执行时使计算机系统600能够实现本发明。特别地，计算机程序在被执行时使处理器602能够实现本发明的处理，诸如本文所述的任何方法。因而，这样的计算机程序可以表示计算机系统600的控制器。在使用软件实现本公开的情况下，软件可以存储在计算机程序产品中并使用可移动存储驱动器、接口(如通信接口610)加载到计算机系统600中。
硬件或软件中的实现可以使用存储有电子可读控制信号的数字存储介质(例如云存储、软盘、DVD、蓝光、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或闪存)来执行该实现，其中数字存储介质与可编程计算机系统合作(或能够合作)，使得执行相应的方法。因此，数字存储介质可以是计算机可读的。
根据本发明的一些实施例包括具有电子可读控制信号的数据载体，其中数据载体能够与可编程计算机系统合作，使得执行本文描述的方法之一。
一般而言，本发明的实施例可以被实现为具有程序代码的计算机程序产品，程序代码可操作以用于当计算机程序产品在计算机上运行时执行其中一种方法。程序代码可以例如存储在机器可读载体上。
其它实施例包括用于执行存储在机器可读载体上的本文描述的方法之一的计算机程序。换句话说，本发明性方法的实施例因此是当计算机程序在计算机上运行时具有用于执行本文描述的方法之一的程序代码的计算机程序。
因此，本发明性方法的另外的实施例是数据载体(或数字存储介质或计算机可读介质)，其包括记录在其上的用于执行本文描述的方法之一的计算机程序。因此，本发明性方法的另外的实施例是表示用于执行本文描述的方法之一的计算机程序的数据流或信号序列。数据流或信号序列可以例如被配置为经由数据通信连接传送，例如经由互联网。另外的实施例包括处理手段，例如计算机或可编程逻辑设备，其被配置为或适于执行本文描述的方法之一。另外的实施例包括其上安装有用于执行本文描述的方法之一的计算机程序的计算机。
在一些实施例中，可以使用可编程逻辑设备(例如现场可编程门阵列)来执行本文描述的方法的一些或全部功能。在一些实施例中，现场可编程门阵列可以与微处理器合作，以执行本文描述的方法之一。一般而言，这些方法优选地由任何硬件装置执行。
现在描述另外的实施例。
第一实施例提供一种发送器，包括：
天线阵列(202，304)，具有用于与一个或多个接收器进行无线通信的多个天线；以及
预编码器(204)，连接到所述天线阵列(202，304)，所述预编码器(204)将波束形成权重集合应用于所述天线阵列(202，304)，所述波束形成权重集合是从码本(212)中选择的，以便通过所述天线阵列(202，304)形成指向所选择的方向的一个或多个发送/接收波束或空值；
其中所述码本(212)包括用于多个方向的多个波束形成权重集合，
其中所述码本(212)中的所述波束形成权重是基于第一天线阵列响应矩阵
所述第一天线阵列响应矩阵
是通过第二天线阵列响应矩阵
和一个或多个变换矩阵(K,Kq)定义的，以及
其中对于多个方向，所述第一天线阵列响应矩阵
包含所述天线阵列(202，304)的第一阵列响应向量
而对于所述多个方向中的一个或多个方向，所述第二天线阵列响应矩阵
包含所述天线阵列(202，304)的第二阵列响应向量，所述第二阵列响应向量是使用所述天线阵列(202，304)的模型确定的，并且所述一个或多个变换矩阵(K,Kq)描述所述天线阵列(202，304)的一个或多个特性。
第二实施例提供了第一实施例的发送器，其中
所述一个或多个变换矩阵(K,Kq)是基于所述第二天线阵列响应矩阵
和测得的天线阵列响应矩阵，对于多个方向中的一些或全部方向，所述测得的天线阵列响应矩阵包含根据所述天线阵列(202，304)的测量而确定的测得的阵列响应向量。
第三实施例提供了第一实施例或第二实施例的发送器，其中
所述天线阵列(202，304)的模型是基于具有理想的天线布置的完全相同的全向天线，没有所述天线之间电磁耦合、或者阵列电路系统或天线中的其它实际缺陷，以及
所述一个或多个变换矩阵(K,Kq)考虑了所述天线阵列(202，304)中的所述天线的方向性和非完全相同性质、所述天线之间的电磁耦合以及所述天线阵列(202，304)中的其它实际缺陷。
第四实施例提供了第一至第三实施例中任一个的发送器，其中
所述天线阵列(202，304)包括1维天线阵列、或者2维天线阵列或3维天线阵列，
所述2维天线阵列或3维天线阵列控制用于在垂直(仰角)方向和水平(方位角)方向两者上进行波束形成的无线电波，以及
预编码器(204)具有双级结构，第一级包含基于要应用于所述天线阵列(202，304)的每个天线的所述码本(212)的波束形成权重集合，第二级包含对由第一级定义的波束进行选择和/或线性组合以获得期望的波束图案的系数。
第五实施例提供了第一至第四实施例中任一个的发送器，其中
使用第二天线阵列响应矩阵
和一个或多个变换矩阵(K,Kq)对第一天线阵列响应矩阵
进行线性建模/变换。
第六实施例提供了第五实施例的发送器，其中
对第一天线阵列响应矩阵
进行线性建模包括使用另一个矩阵(Γ)，所述另一个矩阵(Γ)将天线阵列(202，304)的全向天线对于特定方向的响应变换为天线阵列(202，304)的所测量天线的定向响应。
第七实施例提供了第五实施例或第六实施例的发送器，其中
第二天线阵列响应矩阵
由基于2D-DFT的矩阵定义。
第八实施例提供了第一至第七实施例中任一个的发送器，其中
一个或多个变换矩阵(K,Kq)的尺寸小于第一天线阵列响应矩阵
的尺寸。
第九实施例提供了第一至第八实施例中任一个的发送器，其中
码本(212)是从使用一个或多个变换矩阵(K,Kq)修改后的第一码本(208)获得的，所述第一码本(208)是使用第二天线阵列响应矩阵
来定义的。
第十实施例提供了第一至第九实施例中任一个的发送器，其中
单个变换矩阵(K)被应用于天线阵列(202，304)的整个角度空间和/或整个频率空间，所述角度空间由方位角和仰角
限定，或者
角度空间和/或频率空间被划分为多个较小的重叠或不重叠的分区，角度空间由方位角和仰角
限定，并且对于角度空间和/或频率空间的每个分区，使用用于所述分区的第二天线阵列响应矩阵
和用于所述分区的变换矩阵(Kq)，对用于所述分区的第一天线阵列响应矩阵
进行线性建模。
第十一实施例提供了第十实施例的发送器，其中
角度空间被划分为多个较小的重叠或不重叠的分区，以实现用于所述第一天线阵列响应矩阵
的建模/变换的准确性的预定义目标。
第十二实施例提供了第十实施例或第十一实施例的发送器，其中
所述天线阵列(202，304)包括2维天线阵列或3维天线阵列，
用于角度空间和/或频率空间的特定分区的变换矩阵(Kq)被表达为第一矩阵(K(H))和第二矩阵(K(V))的克罗内克积，以及
第一矩阵(K(H))是考虑于沿着天线阵列(202，304)的第一维度的天线端口的天线阵列(202，304)的变换矩阵，并且第二矩阵(K(V))是与沿着垂直于第一维度的第二维度的天线阵列(202，304)中的天线端口对应的变换矩阵。
第十三实施例提供了第一至第十二实施例中任一个的发送器，其中
发送器被构造为通过在已知一个或多个变换矩阵(K,Kq)是可压缩的基础上投影一个或多个变换矩阵(K,Kq)来压缩一个或多个变换矩阵(K,Kq)，以便获得具有第一量值的第一系数集合，以及具有第二量值的第二系数集合，第一量值高于第二量值，以及
第一系数集合构成一个或多个变换矩阵(K,Kq)的压缩形式。
第十四实施例提供了第一至第十三实施例中任一个的发送器，其中
第一天线阵列响应矩阵
包括第一天线阵列响应子矩阵
和第二天线阵列响应子矩阵
对于多个方向，第一子矩阵
包含天线阵列(202，304)中的所有天线端口相对于波前的水平极化的阵列响应向量，以及
对于与第一子矩阵
中相同的方向，第二子矩阵
包含天线阵列(202，304)中所有天线端口相对于所述波前的垂直极化的响应向量阵列。
第十五实施例提供了第十四实施例的发送器，包括：
与水平极化对应的第一变换矩阵(K(h))，第一子矩阵
是通过使用第一变换矩阵(K(h))对第二天线阵列响应矩阵
进行线性建模而获得的，以及
与垂直极化对应的第二变换矩阵(K(v))，第二子矩阵
是通过使用第二变换矩阵(K(v))对第二天线阵列响应矩阵
进行线性建模而获得的。
第十六实施例提供了第十四实施例或第十五实施例的发送器，其中
码本(212)包括极化码本，所述极化码本包含第一子码本和第二子码本，其中
第一子码本包含所有天线端口相对于水平极化的波束形成权重，波束形成权重是从使用第一变换矩阵(K(h))修改后的第一码本获得的，以及
第二子码本包含所有天线端口相对于垂直极化的波束形成权重，波束形成权重矩阵是从使用第二变换矩阵(K(v))修改后的第一码本获得的。
第十七实施例提供了第一至第十六实施例中的任一个的发送器，其中发送器被构造为将一个或多个变换矩阵(K,Kq)作为接收器的控制信息的一部分而发送到一个或多个接收器。
第十八实施例提供了一种接收器，包括：
天线(202，304)，用于与发送器进行无线通信；以及
信号处理器(302)，用于接收和处理经由无线电信道在天线(202，304)处接收的无线电信号；
其中接收器被配置为存储和/或计算包括用于多个方向的多个波束形成权重集合的码本(208)，
其中码本(208)中的波束形成权重是基于发送器的天线阵列(202，304)的第一天线阵列响应矩阵
第一天线阵列响应矩阵
包含用于多个方向的第一阵列响应向量
第一阵列响应向量
是使用发送器的天线阵列(202，304)的模型确定，并且发送器从码本(208)中选择波束形成权重的集合，以便通过天线阵列(202，304)形成指向所选择的方向的发送/接收波束，
其中接收器被构造为使用从发送器接收的一个或多个变换矩阵(K,Kq)来修改码本(208)，
其中一个或多个变换矩阵(K,Kq)描述发送器的天线阵列(202，304)的一个或多个特性。
第十九实施例提供了第十八实施例的接收器，其中接收器被构造于与第一至第十七实施例中的任一个的发送器进行无线通信。
第二十实施例提供了第十八实施例或第十九实施例的接收器，包括：
信道估计器，用于估计无线电信道的状态，
其中接收器被配置为基于无线电信道估计和修改后的码本(212)确定对发送器的反馈(500)，发送器基于反馈(500)从码本中选择波束形成权重的集合以形成发送/接收波束，以及
其中所述反馈(500)包括控制信号，发送器基于所述控制信号选择波束形成权重的集合，或者所述反馈将波束形成权重集合从所述接收器发送到所述发送器。
第二十一实施例提供了一种无线通信网络，包括：
第一至第十七实施例中任一个的发送器；以及
第十八至第二十实施例中任一个的一个或多个接收器。
第二十二实施例提供了第二十一实施例的无线通信网络，其中
发送器包括为提供服务用户设备(300)的基站(200)，或由基站(200)服务的用户设备(300)，或者
接收器包括为提供服务用户设备(300)的基站(200)，或由基站(200)服务的用户设备(300)。
第二十三实施例提供了一种方法，包括：
修改由发送器的预编码器(204)使用的码本(208)，所述发送器包括具有用于与一个或多个接收器进行无线通信的多个天线的天线阵列(202，304)，以及连接到天线阵列(202，304)的预编码器(204)，
其中码本(208)包括用于多个方向的多个波束形成权重集合，所述码本(208)中的波束形成权重是基于第一天线阵列响应矩阵
对于多个方向，所述第一天线阵列响应矩阵
包含使用天线阵列(202，304)的模型确定的第一阵列响应向量
以及
其中所述码本(208)是使用一个或多个变换矩阵(K,Kq)来改的，所述一个或多个变换矩阵(K,Kq)描述天线阵列(202，304)的一个或多个特性。
第二十四实施例提供了一种方法，包括：
在具有用于与发送器进行无线通信的天线的接收器处，接收和处理经由无线电信道在天线处接收的无线电信号，该无线电信号包括一个或多个变换矩阵(K,Kq)；以及
使用一个或多个变换矩阵(K,Kq)，修改在接收器处存储或计算、并且包括用于多个方向的多个波束形成权重集合的码本(208)，所述码本(208)中的波束形成权重是基于发送器的天线阵列(202，304)的第一天线阵列响应矩阵
第一天线阵列响应矩阵
包含用于多个方向的第一阵列响应向量
第一阵列响应向量
是使用发送器的天线阵列(202，304)的模型确定的，并且发送器从码本(208)中选择波束形成权重的集合，以便通过天线阵列(202，304)形成指向所选择的方向的发送/接收波束，其中所述一个或多个变换矩阵(K,Kq)描述所述发送器的所述天线阵列(202，304)的一个或多个特性。
第二十五实施例提供了一种非瞬态计算机程序产品，包括存储指令的计算机可读介质，当在计算机上执行所述指令时，所述指令执行第二十三实施例或第二十四实施例的方法。
上述实施例仅用于说明本发明的原理。应理解的是，本文所述的布置和细节的修改和变化对于本领域技术人员而言将是显而易见的。因此，意图仅受到即将给出的专利权利要求的范围的限制，而不受通过本文实施例的描述和解释所呈现的具体细节的限制。
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Claims (21)
1.一种发送器，包括：
天线阵列(202，304)，具有用于与一个或多个接收器进行无线通信的多个天线；以及
预编码器(204)，连接到所述天线阵列(202，304)，所述预编码器(204)将波束形成权重集合应用于所述天线阵列(202，304)，所述波束形成权重集合是从码本(212)中选择的，以便通过所述天线阵列(202，304)形成指向所选择的方向的一个或多个发送/接收波束或空值；
其中所述码本(212)包括用于多个方向的多个波束形成权重集合，
其中所述码本(212)中的所述波束形成权重是基于第一天线阵列响应矩阵的，所述第一天线阵列响应矩阵是通过第二天线阵列响应矩阵和一个或多个变换矩阵定义的，以及
其中，对于多个方向，所述第一天线阵列响应矩阵包含所述天线阵列(202，304)的第一阵列响应向量，而对于所述多个方向中的一个或多个方向，所述第二天线阵列响应矩阵包含所述天线阵列(202，304)的第二阵列响应向量，所述第二阵列响应向量是使用所述天线阵列(202，304)的模型确定的，并且所述一个或多个变换矩阵描述所述天线阵列(202，304)的一个或多个特性，
其中所述一个或多个变换矩阵是基于所述第二天线阵列响应矩阵和测得的天线阵列响应矩阵的，对于所述多个方向中的一些或全部方向，所述测得的天线阵列响应矩阵包含根据所述天线阵列(202，304)的测量而确定的测得的阵列响应向量，以及
其中所述码本(212)是从使用所述一个或多个变换矩阵修改后的第一码本(208)中获得的，所述第一码本(208)是使用所述第二天线阵列响应矩阵定义的。
2.如权利要求1所述的发送器，其中
所述天线阵列(202，304)的模型是基于具有理想天线布置的完全相同的全向天线，没有所述天线之间的电磁耦合、或者阵列电路或天线中的其它实际缺陷，以及
所述一个或多个变换矩阵考虑了所述天线阵列(202，304)中的所述天线的方向性和非完全相同性质、所述天线之间的电磁耦合以及所述天线阵列(202，304)中的其它实际缺陷。
3.如权利要求1所述的发送器，其中
所述天线阵列(202，304)包括1维天线阵列、或者2维天线阵列或3维天线阵列，
所述2维天线阵列或3维天线阵列控制用于在垂直或仰角方向和水平或方位角方向两者上进行波束形成的无线电波，以及
所述预编码器(204)具有双级结构，第一级包含基于要应用于所述天线阵列(202，304)的每个天线的所述码本(212)的波束形成权重集合，第二级包含对由所述第一级定义的波束进行选择和/或线性组合以获得期望的波束图案的系数。
4.如权利要求1所述的发送器，其中
使用所述第二天线阵列响应矩阵和所述一个或多个变换矩阵，对所述第一天线阵列响应矩阵进行线性建模/变换。
5.如权利要求4所述的发送器，其中
对所述第一天线阵列响应矩阵进行线性建模包括使用另一个矩阵，所述另一个矩阵将所述天线阵列(202，304)的全向天线对于特定方向的响应变换为所述天线阵列(202，304)的所测量天线的方向性响应。
6.如权利要求4所述的发送器，其中
所述第二天线阵列响应矩阵是由基于2D-DFT的矩阵定义的。
7.如权利要求1所述的发送器，其中
所述一个或多个变换矩阵的尺寸小于所述第一天线阵列响应矩阵的尺寸。
8.如权利要求1所述的发送器，其中
单个变换矩阵被应用于所述天线阵列(202，304)的整个角度空间和/或整个频率空间，所述角度空间由方位角和仰角
限定，或者
所述角度空间和/或频率空间被划分为多个较小的重叠或不重叠的分区，所述角度空间由方位角和仰角
限定，其中对于所述角度空间和/或所述频率空间的每个分区，使用用于所述分区的所述第二天线阵列响应矩阵和用于所述分区的变换矩阵，对用于所述分区的第一天线阵列响应矩阵进行线性建模。
9.如权利要求8所述的发送器，其中
所述角度空间被划分为多个较小的重叠或不重叠的分区，以实现用于所述第一天线阵列响应矩阵的建模/变换的准确性的预定义目标。
10.如权利要求8所述的发送器，其中
所述天线阵列(202，304)包括2维天线阵列或3维天线阵列，
用于所述角度空间和/或所述频率空间的特定分区的变换矩阵被表达为第一矩阵和第二矩阵的克罗内克积，以及
所述第一矩阵是考虑于沿着所述天线阵列(202，304)的第一维度的天线端口的所述天线阵列(202，304)的变换矩阵，并且所述第二矩阵是与沿着垂直于所述第一维度的第二维度的所述天线阵列(202，304)中的所述天线端口对应的变换矩阵。
11.如权利要求1所述的发送器，其中
所述发送器被构造为通过在已知所述一个或多个变换矩阵是可压缩的基础上投影所述一个或多个变换矩阵，来压缩所述一个或多个变换矩阵，以获得具有第一量值的第一系数集合、以及具有第二量值的第二系数集合，所述第一量值高于所述第二量值，以及
所述第一系数集合构成所述一个或多个变换矩阵的压缩形式。
12.如权利要求1所述的发送器，其中
所述第一天线阵列响应矩阵包括第一天线阵列响应子矩阵和第二天线阵列响应子矩阵，
对于多个方向，所述第一天线阵列响应子矩阵包含所述天线阵列(202，304)中的所有天线端口相对于波前的水平极化的阵列响应向量，以及
对于与所述第一天线阵列响应子矩阵中相同的方向，所述第二天线阵列响应子矩阵包含所述天线阵列(202，304)中的所有天线端口相对于所述波前的垂直极化的阵列响应向量。
13.如权利要求12所述的发送器，包括：
与所述水平极化对应的第一变换矩阵，所述第一天线阵列响应子矩阵是通过使用所述第一变换矩阵对所述第二天线阵列响应矩阵进行线性建模而获得的，以及
与所述垂直极化对应的第二变换矩阵，所述第二天线阵列响应子矩阵是通过使用所述第二变换矩阵对所述第二天线阵列响应矩阵进行线性建模而获得的。
14.如权利要求13所述的发送器，其中
所述码本(212)包括极化码本，所述极化码本包含第一子码本和第二子码本，其中
所述第一子码本包含所有天线端口相对于所述水平极化的波束形成权重，所述波束形成权重是从使用所述第一变换矩阵修改后的第一码本中获得的，以及
所述第二子码本包含所有天线端口相对于所述垂直极化的波束形成权重，所述波束形成权重矩阵是从使用所述第二变换矩阵修改后的第一码本中获得的。
15.如权利要求1所述的发送器，其中所述发送器被构造为将所述一个或多个变换矩阵作为用于接收器的控制信息的一部分而发送到所述一个或多个接收器。
16.一种无线通信网络，包括：
一个或多个接收器；以及
根据权利要求1至15中的一项所述的发送器，其中所述发送器被配置为将所述一个或多个变换矩阵发送到所述一个或多个接收器；
其中，所述接收器包括：
天线(202，304)，用于与所述发送器进行无线通信；以及
信号处理器(302)，用于接收和处理经由无线电信道在所述天线(202，304)处接收的无线电信号；
其中所述接收器被构造为存储和/或计算包括用于多个方向的多个波束形成权重集合的码本(208)，
其中所述码本(208)中的所述波束形成权重是基于所述发送器的天线阵列(202，304)的第二天线阵列响应矩阵，
其中所述接收器被构造为使用从所述发送器接收的一个或多个变换矩阵来修改所述码本(208)。
17.如权利要求16所述的无线通信网络，其中，所述接收器包括信道估计器，用于估计所述无线电信道的状态，
其中，所述接收器被构造为基于所述无线电信道估计和所述修改后的码本(212)，确定对所述发送器的反馈(500)，所述发送器基于所述反馈(500)从所述码本中选择波束形成权重集合以形成所述发送/接收波束，以及
其中所述反馈(500)包括控制信号，所述发送器基于所述控制信号选择波束形成权重集合，或者所述反馈将波束形成权重集合从所述接收器发送到所述发送器。
18.如权利要求16所述的无线通信网络，其中
所述发送器包括为用户设备(300)提供服务的基站(200)，或由基站(200)服务的用户设备(300)，或者
所述接收器包括为用户设备(300)提供服务的基站(200)，或由基站(200)服务的用户设备(300)。
19.一种用于操作无线通信网络的发送器的方法，所述方法包括：
修改由所述发送器的预编码器(204)使用的码本(208)，所述发送器包括具有用于与一个或多个接收器进行无线通信的多个天线的天线阵列(202，304)，以及连接到所述天线阵列(202，304)的所述预编码器(204)，
其中所述码本(208)包括用于多个方向的多个波束形成权重集合，所述码本(208)中的所述波束形成权重是基于第一天线阵列响应矩阵的，对于多个方向，所述第一天线阵列响应矩阵包含使用所述天线阵列(202，304)的模型确定的第一阵列响应向量，以及
其中所述码本(208)是使用一个或多个变换矩阵修改的，所述一个或多个变换矩阵描述所述天线阵列(202，304)的一个或多个特性，以及
其中所述一个或多个变换矩阵是基于第二天线阵列响应矩阵和测得的天线阵列响应矩阵的，对于所述多个方向中的一些或全部方向，所述测得的天线阵列响应矩阵包含根据所述发送器的所述天线阵列(202，304)的测量而确定的测得的阵列响应向量。
20.如权利要求19所述的方法，进一步包括：
将所述一个或多个变换矩阵发送到接收器；
在具有用于与所述发送器进行无线通信的天线的接收器处，接收和处理经由无线电信道在所述天线处接收的无线电信号，所述无线电信号包括一个或多个变换矩阵；以及
使用所述一个或多个变换矩阵，修改在所述接收器处存储或计算的、并且包括用于多个方向的多个波束形成权重集合的码本(208)，所述码本(208)中的所述波束形成权重是基于所述发送器的天线阵列(202，304)的第二天线阵列响应矩阵。
21.一种计算机可读存储介质，其上存储有指令，当在计算机上执行所述指令时，所述指令执行如权利要求19或20所述的方法。
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