CN110999107B - 发射机、接收机、无线通信网络及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

一种发射机包括三维天线阵列，该三维天线阵列包括多个天线元件，每个天线元件具有辐射图案，其中辐射图彼此重叠。多个天线元件适用于无线通信系统中的相干无线通信。3D天线阵列包括横跨二维天线平面的第一天线元件、第二天线元件和第三天线元件，并且包括被布置在二维天线平面外部的第四天线元件；或者3D天线阵列包括被配置为将发射信号引导到第一方向的第一天线元件，并且包括被配置为将发射信号引导到第二方向而不引导到第一方向的第二天线元件。该发射机还包括通过3D天线阵列连接的预编码器，以利用3D天线阵列形成一个或多个发射波束和/或接收波束。波束指向感兴趣方向。该预编码器包括基于波束集矩阵和选择矩阵以及包括功率值的功率分配矩阵的预编码器矩阵，其中该功率值指示要分配给3D天线阵列的天线元件的功率。功率分配矩阵适用于选择性地调整各个天线元件的发射功率。

Description

发射机、接收机、无线通信网络及其操作方法
技术领域
本发明涉及发射机设备、接收机、包括所述发射机和所述接收机的无线通信网络及其操作方法。本发明还涉及用于三维天线阵列的码本。
背景技术
在[1]和[2]中描述的全维度多输入多输出(FD-MIMO)中，在发射机处使用基于数字傅里叶变换(DFT)的码本，以使用一维(1D)均匀线性阵列(ULA)或二维(2D)均匀平面阵列(UPA)来进行信号预编码/波束成形。这种阵列的响应类似于DFT矢量。具有全向且相同的天线元件(其由几何结构所规定的那样理想地放置)的UPA或ULA的理想响应在天线元件上具有信号相位的线性变化，这也是在DFT矢量中观察到的特征。在其他阵列几何结构(例如三维(3D)阵列天线)中，可能不会观察到这种线性相位变化。因此，基于DFT的码本主要用于二维阵列几何结构。
在FD-MIMO中讨论的阵列天线(例如，LTE版本13/14，参见[1]或[2])基于2D阵列配置。由于这种阵列的天线元件的方向性视图模式和前后歧义性，这样的阵列不能提供完整的方位角(360°)覆盖。因此，通常会安装多个UPA面板，以将覆盖扩展到360°。在覆盖完整的方位角范围的实际多面板UPA中，波束宽度和增益取决于波束导向方向，其中在天线孔侧方向上获得最大增益。相反，诸如柱形阵列或锥形阵列之类的3D阵列为需要完整的方位角覆盖的场景提供了合适的解决方案，即，可以保持均匀的波束宽度和增益值，同时在整个方位角范围内在期望的波束方向上具有峰值增益。
在FD-MIMO中使用的基于平面的阵列天线(请参阅LTE版本-13/14[1])应用基于DFT矢量的波束成形权重，请参阅[1]，[2]。这种阵列的几何结构导致类似DFT的空间签名，因此DFT矢量通常用作波束成形权重。
对于具有NV个行和NH个列的UPA，针对仰角θ和方位角
Figure GDA0002384440850000021
的窄带阵列响应
Figure GDA0002384440850000022
可以被表示为Kronecker乘积：
Figure GDA0002384440850000023
其中，
Figure GDA0002384440850000024
和
Figure GDA0002384440850000025
分别是在UPA的行和列上的元件的响应。
图1示出了LTE FD-MIMO中的包括NV个行和NH个列的典型的均匀平面阵列。对于具有图1所示配置的UPA，考虑各向同性天线元件，分别通过下式给出行和列上的阵列的窄带响应
Figure GDA0002384440850000026
Figure GDA0002384440850000027
其中，λ是入射辐射的载波波长。
包含FD-MIMO中的候选导向矢量Ω的码本矩阵通常是分别由阵列的行数和列数NV和NH以及特定维度(OV，OH)上的过采样因子参数化的过采样空间DFT矩阵[6]。
Figure GDA0002384440850000028
其中
Figure GDA0002384440850000029
并且
Figure GDA00023844408500000210
Figure GDA00023844408500000211
预编码矩阵
具有如图1所示的配置(其在每个位置具有两个正交的天线极化/取向)的UPA的预编码矩阵具有以下两级结构[1]：
Figure GDA0002384440850000031
其中，矩阵
Figure GDA0002384440850000032
是块对角矩阵，其在每个块中包含用于特定天线取向的阵列导向矢量。F1中的每个阵列导向矢量
Figure GDA0002384440850000033
Figure GDA0002384440850000034
e＝1，2使用第e个极化维度(例如，参见图1)的天线端口来表示沿特定方向的波束。用于阵列导向矢量
Figure GDA0002384440850000035
的候选是码本矩阵
Figure GDA0002384440850000036
的列。
Figure GDA0002384440850000037
中的矢量cd，d＝1，2，…，D′用于执行波束选择或执行波束的线性组合。可以在不同天线极化内以及跨越不同天线极化来执行波束的组合/共相。变量D′表示传输的秩。
LTE FD-MIMO标准化[1]讨论了在发射机处根据“码本”确定预编码矩阵
Figure GDA0002384440850000038
时来自接收机的反馈中涉及的基于信道状态信息参考信号(CSI-RS)(即，预编码的CSI-RS和非预编码的CSI-RS)以及各种索引(即，预编码器矩阵索引(PMI)、秩索引(RI)和/或波束索引(BI))的不同预编码方案。
此外，该报告中还包括组合了各种2D和/或3D几何结构的天线配置，以解决对在第13版本FD-MIMO[1]和LTE的其他版本中使用的2D阵列的某些限制。在图2中描绘了LTE中的例如允许六个基站扇区的典型的多天线多扇区部署。图2在左侧示出了典型的多扇区天线部署，在右侧示出了商用64TRx M-MIMO无线电头。通常使用的天线是扇形交叉极化天线面板。通过特定的天线安装，可以将该部署附连到现有的天线杆上。在右侧描绘的大规模MIMO(M-MIMO)阵列天线示出了首批可商用的集成有在2.6GHz上操作的UPA的64-TRx远程无线电头之一。这种特定的M-MIMO UPA重量约为20-25千克。由于机械天线安装的限制，这种M-MIMO UPA的直接安装(例如，安装到现有的多扇区天线站点)无法缩放。安装在三角形底座的拐角上的UPA可能会引起串扰，从而干扰相邻的UPA。这降低了整体的系统性能。
图3是无线网络100或无线通信系统的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至eNB5，每个基站服务于基站周围的由相应的小区1021至1025示意性地表示的特定区域。提供基站以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。此外，移动通信系统可以由IoT设备1051和/或1052访问，这些IoT设备分别通过无线通信信道1071、1072连接到基站或用户。IoT设备可以包括其中嵌入有电子器件、软件、传感器、致动器等以及网络连接的物理设备、车辆、建筑物和其他项目，网络连接使得这些设备能够在现有网络基础设施上收集和交换数据。图3示出了仅五个小区的示例性视图，然而，无线通信系统可以包括更多这样的小区。图3示出了两个用户UE1和UE2(也称为用户设备(UE))，它们位于小区1022中，并且由基站eNB2提供服务。在小区1024中示出了另一用户UE3，其由基站eNB4提供服务。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发射数据或用于从基站eNB2、eNB4向用户UE1、UE2、UE3发射数据的上行链路/下行链路连接。此外，图3示出了小区1024中的两个IoT设备1061和1062，其可以是固定设备或移动设备。IoT设备1061经由基站eNB4访问无线通信系统以接收和发射数据，如箭头1081示意性所示。IoT设备1062经由用户UE3访问无线通信系统，如箭头1082示意性所示。
无线通信系统可以基于频分复用的任何单频或多载波系统，例如正交频分复用(OFDM)系统、由LTE标准定义的正交频分多址(OFDMA)系统、或者具有或没有CP的任何其他基于IFFT的信号(例如，DFT-s-OFDM)。可以使用诸如用于多路接入的非正交波形的其他波形，例如，滤波器组多载波(FBMC)、广义频分复用(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，物理信道可以包括承载用户特定数据(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)、承载例如主信息块(MIB)和系统信息块(SIB)的物理广播信道(PBCH)、承载例如下行链路控制信息(DCI)的物理下行链路控制信道(PDCCH)等。对于上行链路，物理信道还可以包括物理随机接入信道(PRACH或RACH)，一旦UE同步且获得MIB和SIB，UE就使用该物理随机接入信道来访问网络。物理信号可以包括参考信号(RS)、同步信号等。资源网格可以包括在时域中具有一定持续时间(例如，10毫秒的帧长度)并且在频域中具有给定带宽的帧。帧可以具有一定数量的具有预定长度的子帧，例如，2个长度为1毫秒的子帧。每个子帧可以包括两个具有6个或7个OFDM符号的时隙，这取决于循环前缀(CP)长度。PDCCH可以由每个时隙的预定义数量的OFDM符号来定义。例如，前三个符号的资源元素可以被映射到PDCCH。
在如图3中示意性描绘的无线通信系统中，例如根据LTE可以使用多天线技术，以改善用户数据速率、链路可靠性、小区覆盖和网络容量。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。线性预编码由预编码器矩阵执行，该预编码器矩阵将数据层映射到天线端口。预编码可以被视为对波束成形的通用化，波束成形是一种在空间上将数据传输朝向预期接收机进行引导/聚焦的技术。
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，承载从基站(eNodeB)到移动用户设备(UE)的数据业务的通信链路。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DL传输中，在
Figure GDA0002384440850000051
处，在特定时刻接收的符号可以被写成
y＝HFs+n (R1)
其中，
Figure GDA0002384440850000052
表示信道矩阵，
Figure GDA0002384440850000053
表示eNodeB处的预编码器矩阵，
Figure GDA0002384440850000054
是接收机处的附加噪声，
Figure GDA0002384440850000055
是由eNodeB发射的必须由UE解码的数据矢量，Ns表示所发射的数据流的数量。
通过基于瞬时信道信息
Figure GDA0002384440850000056
求解优化问题来决定必须在eNodeB处使用以将数据
Figure GDA0002384440850000057
映射到NTx个天线端口的预编码器矩阵。在闭环通信模式中，UE估计信道的状态，并经由上行链路(承载从UE到eNodeB的业务的通信链路)中的反馈信道将报告、信道状态信息(CSI)发射给eNodeB，使得eNodeB可以确定预编码矩阵(参见参考文献[8])。还存在在没有来自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”，eNodeB利用信号分集和空间复用来发射信息(参见参考文献[8])。
在下文中，将考虑闭环DL传输模式。以闭环模式发送给eNodeB的CSI反馈可以具有两种不同的类型：隐式和显式。图4示出了根据LTE版本8的使用基于码本的预编码的基于块的MIMO DL传输模型。图4示意性地示出了基站2000、用户设备3000和信道4000，信道400例如是用于基站2000和用户设备300之间的无线数据通信的无线电信道。基站包括具有多个天线或天线元件的天线阵列2020，以及接收数据矢量2060和从码本2080接收预编码器矩阵F的预编码器2040。信道4000可以由信道矩阵4020描述。用户设备3000经由具有多个天线或天线元件的天线或天线阵列3040接收数据矢量3020。此外，示出了用户设备3000和基站2000之间的用于发射反馈信息的反馈信道5000。
在隐式反馈的情况下，由UE 3000在反馈信道5000上发送的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 2000处决定预编码矩阵以及被发射的符号的调制阶数和编码方案(MCS)。PMI和RI用于根据称为“码本”2080的矩阵Ω的预定义集合来确定预编码矩阵。例如，根据LTE，码本2080可以是在表的每个条目中具有矩阵的查找表，并且来自UE的PMI和RI决定从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特定于用于传输的天线端口的数量。例如，当使用两个端口进行传输时，码本条目来自具有恒定模数条目的2x2酉矩阵的列。对于4端口传输，可以将豪斯霍尔德(Householder)矩阵
Figure GDA0002384440850000061
的列用于预编码器
Figure GDA0002384440850000062
(在这种情况下Ns≤4)，其中
Figure GDA0002384440850000063
是具有单位模数条目的矢量，n表示码本索引。
在显式CSI反馈的情况下，不使用码本来确定预编码器。由UE显式地发射预编码器矩阵的系数。备选地，可以发射瞬时信道矩阵的系数，eNodeB根据该瞬时信道矩阵的系数来确定预编码器。
可以针对配备有具有固定向下倾斜的一维均匀线性阵列(ULA)或二维均匀平面阵列(UPA)的eNodeB来执行预编码器2040和码本2080的设计和优化。这些天线阵列2020允许沿水平(方位角)方向控制无线电波，使得在eNodeB 200处仅按方位角进行波束成形是可能的。根据其他示例，码本2080的设计被扩展为支持用于在竖直(仰角)和水平(方位角)两个方向上发射波束成形的UPA，其也被称为全维度(FD)MIMO。
FD-MIMO中的码本2080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(也被称为“阵列响应矢量”)是大小为NTx×1的复值矢量，其针对从某个方向入射的波前包含在天线阵列2020的每个天线端口处引起或获得的幅度增益和(相对)相移。阵列的响应通常表示为到达角或离开角的函数。在诸如FD-MIMO之类的大规模天线阵列的情况下使用的码本2080是波束成形权重集合，其使用阵列的阵列响应矢量来形成空间上分离的电磁发射/接收波束。阵列的波束成形权重是幅度增益和相位调整，其被施加到馈送到天线的信号(或从天线接收的信号)以朝向(或从)特定方向发射(或获得)辐射。预编码器矩阵的分量从阵列的码本获得，并且使用PMI和RI来“读取”码本并获得预编码器。
具有理想天线布置(例如，以由几何结构指示的无限精度放置的天线)和全向辐射图案的相同天线的理想UPA的阵列导向矢量可以由2D离散傅里叶变换(DFT)矩阵的列来描述。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缩放数量的天线端口，例如，每个极化/天线取向多达32个天线端口，或者共极化天线阵列中的64个天线端口。
FD-MIMO中使用的预编码器矩阵可以具有双级结构：F＝F1F2。这里，矩阵F1包含由2D-DFT码本定义的波束成形矢量，即，矩阵F1包含应用于阵列的每个天线端口的波束成形权重，以朝向特定方向引导辐射。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也可以用于执行阵列的不同天线取向/极化组之间的共相位。
在大规模天线阵列中，可以将沿不同方向取向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。每个天线对发射或接收的波前的特定极化敏感。由于天线的取向限定了其所敏感的波前的极化方向，因此术语“天线取向”和“天线极化”可以互换使用。然而，在下文中，在适用的情况下使用“天线取向”而不是“天线极化”，以避免与也将稍后介绍的波极化混淆。考虑到阵列的通用几何结构，对于每个取向具有NTX个天线端口并且天线中有P个不同天线取向的阵列，FD-MIMO型两级预编码器矩阵的分量如以下等式中所示：
Figure GDA0002384440850000081
矩阵
Figure GDA0002384440850000082
具有块对角化结构。F1中的每个矢量
Figure GDA0002384440850000083
Figure GDA0002384440850000084
且p＝1，2，…，P与使用沿第p个方向取向的天线将波束沿着从D个方向中选择的某个第d个方向导向的波束成形矢量相对应。可能的用于
Figure GDA0002384440850000085
的矢量是包含在阵列的所谓“码本”矩阵中的列，该“码本”矩阵包含用于各个辐射角度的导向矢量。
Figure GDA0002384440850000086
中的矢量cd，d＝1，2，…，D′用于执行波束选择或执行波束的线性组合。可以在该矩阵的不同天线极化内以及跨越不同天线极化执行波束的组合/共相位。变量D′表示有效形成的波束的数量。
为了说明组合矩阵F2的使用，提供了在矩阵中使用的矢量的类型以及它们满足的目的。
为了从两个取向/极化中选择出矩阵F1中的D个导向波束方向中的特定波束，可以使用矢量
Figure GDA0002384440850000087
其除了在第d个位置处包含1之外在所有位置都包含0。例如，
Figure GDA0002384440850000091
选择与矩阵F1中(沿对角线的每个块矩阵中的)的第三列矢量相对应的波束导向方向。可以使用多个列来选择多个波束，例如，
Figure GDA0002384440850000092
选择与F1中的第三列和第五列相对应的波束方向。为了在极化之间共相位时执行波束选择，可以使用如下类型的矩阵
Figure GDA0002384440850000093
其中，值δp，p＝1，2，…，P是相位调整。使用具有多于一个非零元素的矢量、同时使用具有变化幅度的复系数意味着在形成波束时组合多个导向矢量。
(2)中的预编码器的结构认为每个块中的列数(即用于每个天线取向的波束成形矢量的数量)对于每个块是相同的。假设这种结构是为了简化标记以及提供F2的示例，并且可以在针对不同的天线取向具有不同数量的波束成形矢量的情况下容易地推广。
(2)中的预编码器结构和各个矩阵F1和F2的结构是对用于任意阵列几何结构的FD-MIMO中的预编码器结构的概括。
发明内容
本发明的目标是提供能够有效地控制其天线阵列的增强的发射机。
该目的通过独立权利要求中限定的主题来实现。
根据实施例，一种发射机包括3D天线阵列，该3D天线阵列包括多个天线元件，每个天线元件具有辐射图案。辐射图案相对于彼此重叠，其中，多个天线元件适用于无线通信系统中的相干无线通信。3D天线阵列包括跨越二维天线平面的第一、第二和第三天线元件，并且包括被布置在二维天线平面外部的第四天线元件。备选地或附加地，3D天线阵列包括被配置为将发射信号引导到第一方向的第一天线元件，并且包括被配置为将发射信号引导到第二方向而不引导到第一方向的第二天线元件。两种配置均允许3D天线阵列实现。发射机还包括连接到3D天线阵列的预编码器，该预编码器被配置为向3D天线阵列应用波束成形权重集合，以利用3D天线阵列形成一个或多个发射波束和/或接收波束，即，优选的发射/接收方向，该波束指向感兴趣方向。该预编码器包括基于波束集矩阵和选择矩阵以及功率分配矩阵的预编码器矩阵，该功率分配矩阵包括指示要分配给3D天线阵列的天线元件的功率的功率值，该功率分配矩阵适用于选择性地调整天线元件的天线增益。
3D天线阵列允许可以沿其形成相应的波束的大量选定方向。包括功率分配矩阵的预编码器矩阵可以允许有效地控制3D天线阵列，当与2D天线阵列相比时，该3D天线阵列面对诸如阴影等的进一步的影响。
根据实施例，波束集矩阵基于与3D天线阵列的不同段相关联的波束集矩阵的组合，每个段包含至少一个天线元件。这可以允许选择性地寻址3D天线阵列的段。
根据实施例，波束集矩阵基于元件选择矩阵的组合，该元件选择矩阵用于选择至少一个天线元件以保持不用于波束成形到与波束集矩阵的所使用的导向矢量相关联的方向中。发射机被配置为从码本矩阵中选择预编码器中的波束集矩阵的列，该码本矩阵包括与多个感兴趣方向相对应的多个阵列导向矢量，3D天线阵列被配置成沿着该感兴趣方向来形成一个或多个发射波束和/或接收波束。这可以允许禁用一个或多个天线元件进行传输，并且因此可以允许对3D天线阵列的精确控制。
根据实施例，功率分配矩阵包括用于确定要馈送给3D天线阵列的每个天线元件的功率的增益值。这可以允许单独地调整功率，并因此精确地控制3D天线阵列的波束成形。
根据实施例，一种包含多个预编码器矩阵的码本在每个传输秩上包括至少一个功率分配矩阵。这可以允许根据传输秩来选择性地调整功率分配矩阵。
根据实施例，每个波束成形权重集合形成用于3D天线阵列的导向矢量。波束集矩阵包括多个导向矢量，其中对于每个导向矢量，相关联的元件选择矩阵被包含在波束集矩阵中。元件选择矩阵包括用于3D天线阵列的每个天线元件的信息，该信息指示天线元件用于还是不用于相关联的导向矢量或多个导向矢量。
根据实施例，3D天线阵列包括天线元件的多个子集，其中，该元件选择矩阵按子集指示是否使用天线元件的特定子集来在特定方向上进行波束成形。这可以允许按子集启用天线元件。
根据实施例，3D天线阵列中的天线元件的多个子集中的第一子集和第二子集是不相交的，或包含共同的天线元件。该标准也可以涉及每个子集，即，每个子集可以相对于彼此不相交。不相交可以理解为没有共同的元件。这可以允许分割3D天线阵列。
根据实施例，天线元件的多个子集中的每个子集被配置为将波束形成到沿着3D天线阵列的仰角方向和/或方位角方向的特定方向中。元件选择矩阵适合于使用与深度特定方向相关联的天线元件的子集而不使用与至少一个其他方向相关联的天线元件的子集来形成波束。这可以允许通过仅使用3D天线阵列的将波束形成到期望的方向中所需的那些子集来避免干扰。
根据实施例，元件选择矩阵的值包括至少三个值之一，所述至少三个值具有最小值、最大值和其间的至少一个值。元件选择矩阵的值包括提供给天线的功率量。这可以允许将元件选择矩阵的功能与功率分配矩阵的功能相组合。
根据实施例，至少第一和第二元件选择矩阵与波束导向矢量相关联，该第一和第二元件选择矩阵包括指示要提供给天线元件的不同功率量的不同值。发射机的码本被配置用于选择第一元件选择矩阵或选择第二元件选择矩阵来与相关联的导向矢量组合。这可以允许使用更适合于相应的波束的元件选择矩阵。
根据实施例，发射机被配置用于基于衰落信道条件对元件选择矩阵进行时变适配。这可以允许适配要选择的元件选择矩阵，包含在其中的值分别基于信道条件的变化。
根据实施例，发射机被配置用于响应于从与发射机相关联的接收机接收到的反馈信号，来对元件选择矩阵进行时变适配，该反馈信号包含与信道状态信息有关的信息，该信道状态信息与发射机和接收机之间的信道相关联。这可以允许使用在接收机处收集的信息来适配元件选择矩阵，并因此适配大量信息。
根据实施例，发射机被配置为通过在3D天线阵列的响应矢量函数的复指数的指数中包含的方位角和仰角的多个值处对该响应矢量函数进行采样来选择针对感兴趣方向的导向矢量，和/或通过在3D天线阵列的响应矢量函数的复指数的指数中包含的方位角和仰角的三角函数的多个值处对该响应矢量函数进行采样来选择针对感兴趣方向的导向矢量。这可以允许基于可再现的和预定的标准来获得转向矢量，并且因此可以允许使用在接收机处可再现的准则在发射机处构造码本，而不发送完整的码本。
根据实施例，感兴趣方向与码本矩阵中的导向矢量相关联，并在2D散点图中形成网格图案，该网格图案具有平行的行和平行的列。
根据实施例，所述3D天线阵列至少包括旋转对称性，其中，波束集矩阵基于分量波束集矩阵的组合，其中，分量波束集矩阵的第一分量与3D天线阵列的第一段相关联，其中分量波束集矩阵的第二分量与3D天线阵列的第二段相关联，并且其中波束集矩阵包括该组合的Kronecker乘积结构。第一分量与由第一段实现的3D天线阵列的第一维度有关，第二分量与由3D天线阵列的第二段实现的第二维度有关。这允许选择性地寻址第一分量和第二分量，并且因此可以允许发射少量数据来指示这种寻址。
根据实施例，波束集矩阵基于分量波束集矩阵的组合，其中3D天线阵列包括平行于第一方向和第二方向布置的多个平面天线配置，多个平面天线配置沿着垂直于第一方向和第二方向的第三方向根据线性天线配置进行堆叠。预编码器矩阵基于波束集矩阵和选择矩阵的组合，该波束集矩阵包括用于3D天线阵列的导向矢量，并且选择矩阵用于从要应用到3D天线阵列的波束集矩阵中选择至少一个导向矢量。Kronecker乘积结构基于与平面天线配置有关的导向矢量的第一分量和与3D天线阵列的线性天线配置有关的第二分量。第一分量和第二分量彼此解耦。这可以允许单独寻址Kronecker乘积结构的分量，并通过使用相互解耦的值，利用少量数据，通过仅指示要改变的分量来改变分量之一。
根据实施例，发射机被配置为通过改变波束集矩阵的所使用的第一分量和第二分量之一而保留另一分量来适配波束成形权重。这可以理解为通过改变波束集矩阵(F1)的所使用的第一分量波束集矩阵(XH)或第二分量波束集矩阵(XV)来适配波束成形权重。
根据实施例，发射机被配置为响应于反馈信号而适配波束成形权重，其中反馈信号包括与波束集矩阵的第一分量和第二分量之一有关的信息，而不包括与另一个分量有关的信息。这可以允许实现包括少量数据的反馈信号。备选地，反馈信号可以包括与两个分量有关的信息。
根据实施例，发射机包括多个码本。每个码本与天线元件的特定子集相关联，每个码本包含用于3D天线阵列的导向矢量的集合。这可以允许实现用于不同子集的码本，并且因此可以允许使用少量数据的比较小的码本。
根据实施例，该预编码器包括以下至少两个元素：a)预编码器包括预编码器矩阵，该预编码器矩阵基于波束集矩阵以及选择矩阵和功率分配矩阵，该功率分配矩阵适用于选择性地调整天线元件的天线增益，b)预编码器包括预编码器矩阵，该预编码器矩阵基于波束集矩阵和选择矩阵，其中，波束集矩阵基于与3D天线阵列的不同段相关联的分量波束集矩阵的组合，并且c)预编码器包括预编码器矩阵，该预编码器矩阵基于波束集矩阵和选择矩阵，其中该波束集矩阵基于元件选择矩阵的组合，该元件选择矩阵用于选择至少一个天线元件以保持不用于波束成形到与波束集矩阵(F1)的所使用的导向矢量相关联的方向中。根据实施例，3D天线阵列包括以下中的至少一项：柱形3D天线阵列、锥形3D天线阵列、平面天线阵列和柱形3D天线阵列的组合、平面天线阵列和锥形3D天线阵列的组合、以及平面天线阵列、柱形3D天线阵列和锥形3D天线阵列的组合。这可以允许实现复杂的3D天线阵列元件结构。
根据实施例，根据至少第一极化和第二极化来布置3D天线阵列的天线元件。波束集矩阵是块对角矩阵，其包括第一块和第二块，第一块是与第一极化相关联的第一子矩阵，第二块是与第二极化相关联的第二子矩阵。这可以允许进一步提高控制3D天线阵列的精度。
根据实施例，3D天线阵列包括平行于第一方向和第二方向布置的多个平面天线配置，所述多个平面天线配置沿着垂直于第一方向和第二方向的第三方向根据线性天线配置进行堆叠。这可以允许根据多个2D天线阵列来构造3D天线阵列。
根据实施例，发射机被配置为向接收机发射信号，该信号指示以下至少一项：指示天线阵列的3D形状的信息；指示天线元件的数量和天线元件间隔的信息；指示天线元件可分割成天线元件的子集的可分割性的信息；指示3D天线阵列相对于参考平面的下倾的信息；以及指示3D天线阵列的取向的信息。这样的信息可以允许在接收机处构造码本表，而无需发射送码本的所有数据。
根据实施例，发射机包括3D天线阵列，该3D天线阵列包括用于与至少一个接收机进行无线通信的多个天线元件以及连接到该天线阵列的预编码器，该预编码器被配置为使用预编码器矩阵向3D天线阵列应用波束成形权重集合，波束成形权重集合选自与3D天线阵列相关联的码本，发射机被配置为使用码本来形成指向感兴趣方向的一个或多个发射/接收波束。码本是包括针对每个方向的候选的表，其中，码本包括基于预编码器的多个分量矩阵的组合的结构，其中，预编码器被配置为选择分量矩阵的单个分量，从而选择波束成形权重。特定分量包括3D天线阵列元件的子集和对天线的功率分配中的至少一个。这些组件由除了现有技术中定义的预编码器矩阵索引(PMI)和秩索引(RI)之外的索引指示。用于标识码本中的这些分量(功率分配和元件选择)的新索引在其满足的目的上可能与PMI类似。预编码器的预编码器矩阵基于波束集矩阵和选择矩阵以及功率分配矩阵，该波束集矩阵包含阵列导向矢量，该功率分配矩阵适用于选择性地调整分配给天线元件的功率；或者所述预编码器矩阵包括基于波束集矩阵和选择矩阵的预编码器矩阵，其中，波束集矩阵基于与天线阵列的不同段相关联的分量波束集矩阵的组合；或预编码器包括基于波束集矩阵和选择矩阵的预编码器矩阵，其中，该波束集矩阵基于元件选择矩阵的组合，该元件选择矩阵用于选择至少一个天线元件以保持不用于波束成形到与波束集矩阵(F1)的所使用的导向矢量相关联的方向中。
根据实施例，一种发射机包括3D天线阵列，该3D天线阵列包括用于与至少一个接收机进行无线通信的多个天线元件。天线元件根据柱形和/或锥形配置来布置。发射机被配置为向接收机发射信号，该信号指示以下中的至少一项：指示天线阵列的3D形状的信息；指示天线元件的数量和天线元件间隔的信息；指示天线元件可分割成天线元件的子集的可分割性的信息；指示天线阵列相对于参考平面的下倾的信息；以及指示3D天线阵列的取向的信息。这允许发射机向接收机提供指示或描述其3D天线阵列的数据。
根据实施例，3D天线阵列包括第一3D天线阵列子集和第二3D天线阵列子集，其中第一3D天线阵列子集包括柱形配置，第二3D天线阵列子集包括锥形配置。备选地，第一和第二3D天线阵列子集包括相同的配置并且在3D天线阵列子集的平面层的直径或平面层内的天线元件的数量方面是不同的。
根据实施例，发射机包括连接到3D天线阵列的预编码器。预编码器被配置为将波束成形权重集合应用于3D天线阵列，以使用阵列的导向矢量通过3D天线阵列形成一个或多个发射和/或接收波束。波束指向选定方向(感兴方向)，从码本中选择波束成形权重集合，以便通过3D天线阵列形成指向感兴趣方向的一个或多个发射/接收波束。该预编码器包括预编码器矩阵，该预编码器矩阵基于波束集矩阵和选择矩阵以及功率分配矩阵，功率分配矩阵适用于选择性地调整天线元件的天线增益。备选地或附加地，预编码器包括基于波束集矩阵和选择矩阵的预编码器矩阵，其中，波束集矩阵基于与3D天线阵列的不同段相关联的分量波束集矩阵的组合。备选地或附加地，预编码器包括基于波束集矩阵和选择矩阵的预编码器矩阵，其中，波束集矩阵基于元件选择矩阵的组合，该元件选择矩阵用于选择至少一个天线元件以保持不用于3D天线阵列的阵列导向矢量的传输，即不用于波束成形到与波束集矩阵的所使用的导向矢量相关联的方向中。备选地或附加地，预编码器中的波束集矩阵连接到包括多个阵列导向矢量的码本矩阵，该码本包括针对多个选定方向的多个波束成形权重集合。发射机被配置为通过在3D天线阵列的响应矢量函数的复指数的指数中所包含的方位角和仰角的多个值处对该响应矢量函数进行采样来选择针对感兴趣方向的导向矢量；和/或被配置为通过在3D天线阵列的响应矢量函数的复指数的指数中所包含的方位角和仰角的三角函数的多个值处对该响应矢量函数进行采样来选择针对感兴趣方向的导向矢量。
根据实施例，用户设备包括用于与发射机进行无线通信的天线和用于接收并处理经由无线电信道在天线处接收到的无线电信号的信号处理器。用户设备被配置为使用与发射机的3D天线阵列的布局有关的信息来构造码本表，该码本表包括针对多个方向的多个波束成形权重集合。这样的信息可以包括以下中的一项或多项：天线元件的柱形或锥形配置中的层的数量，每个层中的天线元件的数量，层之间的距离，天线元件的极化，3D天线阵列的中心频率，关于天线类型的过顶(OTT)信息，3D天线阵列的几何结构，天线元件之间的针对单个中心频率在波长上的距离，模型的序列号，基站在3D天线阵列的给定段中使用的发射功率，选定的天线段的宽边等。这可以允许在接收机或用户设备处构造码本表，并且因此与完整的码本相比，可以要求发射少量数据。
根据实施例，用户设备被配置为从生成的码本矩阵中选择导向矢量，如结合发射机所描述的。这可以允许确定在发射机处使用的导向矢量，使得用户设备可以指示在发射机处使用的导向矢量。
根据实施例，用户设备被配置为向发射机发送请求信号，该请求信号指示请求发射机发射包括与布局有关的信息的信号。因此，用户设备可以请求用于生成码本的信息。
根据实施例，用户设备被配置为使用与3D天线阵列的布局有关的信息来发射指示要在发射机处形成的波束的信号。这可以包括例如指示在已经生成和/或采样了码本矩阵之后要使用的导向矢量。这可以允许发射机与用户设备之间的有效通信。
根据实施例，用户设备被配置为在无线通信网络中操作。用户设备被配置为发送请求信号，该请求信号包括指示请求的信息，所述请求请求向用户设备发射与3D天线阵列的布局有关的信息。
根据实施例，用户设备被配置为确定并向用户设备的服务基站发射以下中的至少一个：要被服务基站用来向用户设备发射信号的天线元件的子集中；以及指示服务基站用来向用户设备发射信号的特定功率分配矩阵的信息。
根据实施例，用户设备被配置为以规则间隔发送所确定的信息。这可以允许在基站处更新通信参数。
根据实施例，用户设备被配置为响应于从服务基站接收到的请求来发射确定的信息。因此，用户设备可以响应于请求而向服务基站提供用于增强通信的参数。
根据实施例，用户设备被配置为与根据本文描述的实施例的发射机进行无线通信。用户设备被配置为构造码本表，该码本表包括针对多个方向的多个波束成形权重集合。码本可以镜像服务基站的能力，使得码本表的构造可以允许用户设备获得与服务基站的能力有关的信息。
根据实施例，无线通信网络包括根据本文描述的实施例的发射机和根据本文描述的实施例的一个或多个用户设备。
根据实施例，发射机是服务于用户设备的基站或者是由基站服务的用户设备。因此，发射机可以由基站和/或用户设备来实现。进一步的实施例涉及用于操作发射机的方法、用于提供包括3D天线阵列的发射机的方法、用于操作用户设备的方法、用于获得码本矩阵的方法、以及计算机程序。
在另外的从属权利要求中定义了本发明的另外的实施例。
附图说明
现在参考附图进一步详细描述本发明的实施例，其中：
图1示出了均匀的平面天线阵列(UPA)；
图2在左侧示出了典型的多扇区天线部署，在右侧示出了商用64TRx M-MIMO无线电头。
图3示出了无线网络的示例的示意图；
图4示出了根据LTE版本8的使用基于码本的预编码的MIMO DL传输的基于块的模型；
图5示出了根据实施例的发射机的示意框图；
图6示出了根据实施例的均匀柱形阵列；
图7a示出了说明根据实施例的从码本采样的矢量的示意图；
图7b示出了说明根据实施例的根据网格状图案从码本采样的矢量的示意图；
图8示出根据实施例的用于
Figure GDA0002384440850000181
阵列的示例码本结构；
图9示出了根据实施例的用于3D天线阵列的示例码本表以及用于通过功率加载执行波束成形的相关联的码本表；
图10示出了根据实施例的用于预编码器的Kronecker乘积模型的示例码本结构的示意图；
图11示出了根据实施例的柱形3D天线阵列的示意图；
图12示出了根据实施例的锥形3D天线阵列的示意图；
图13a示出了根据实施例的3D天线阵列的示意图，该3D天线阵列由第一柱形天线阵列和第二柱形天线阵列的组合形成；
图13b示出了根据实施例的3D天线阵列的示意图，该3D天线阵列包括柱形和锥形3D天线阵列的组合；
图14示出了可以用于描述本文描述的实施例的球坐标系的示意透视图；
图15示出了根据实施例的3D天线阵列的示意图，该3D天线阵列由具有线性配置的数量为M的天线元件示意性地示出；
图16a示出了根据实施例的示例3D天线阵列的示意图，该3D天线阵列包括布置在球形表面上的多个天线元件；
图16b示出了根据实施例的示例3D天线阵列的示意图，其中，天线元件布置在多边形形成的表面上；
图16c示出了根据实施例的示例3D天线阵列的示意图，其中，天线元件被布置在以台阶形式形成的表面上；
图16d示出了根据实施例的示例3D天线阵列的示意图，该3D天线阵列包括天线元件的多个子集；以及
图17示出了根据实施例的用户设备的示意框图。
在以下描述中，由相同或等同的附图标记来表示相同或等同的元件或者具有相同或等同功能的元件，即使这些附图标记出现在不同的附图中。
具体实施方式
在以下描述中，阐述了多个细节以提供对本发明的实施例的更透彻的说明。然而，本领域技术人员将清楚的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明的实施例。在其他实例中，以框图形式而不是详细示出公知的结构和设备，以避免模糊本发明的实施例。此外，除非另有明确说明，否则下文所述的不同实施例的特征可以彼此组合。
图5所示了根据实施例的发射机100的示意框图。发射机100包括计算单元110和3D天线阵列150。3D天线阵列可以被理解为包括根据三维图案布置的多个天线元件1521至1523的一种天线阵列，该三维图案可以表示为使得两个或至少三个天线元件1521、1522和1523跨越二维天线平面，并且第四天线元件1524被布置在二维天线平面的外部。备选地或附加地，第一天线元件可以被配置为向第一方向发射信号，第二天线元件可以被配置为向第二方向而不向第一方向发射信号，即，它发射时排除由第一天线元件覆盖的第一方向。每个天线元件151至153被配置为发射具有辐射图案的信号，即，辐射电磁能。天线元件151至153的辐射图案彼此重叠，即，每个图案与至少一个其他图案重叠。例如，在发射电磁能量的空间中，可以重叠的辐射图案可以是相同的。例如，基于不同的极化等，传播路径、信号被发射到的方向可以不同和/或彼此排斥。
多个天线元件1521至1523适用于无线通信系统中的相干无线通信。可以将“相干”理解为天线元件1521至1523由相同的时钟驱动和/或馈送各个天线元件的时钟之间的相位漂移为零，也就是说，时钟是同步的，以便使它们之间的相位漂移最小。
尽管3D天线阵列150被示为包括四个天线元件1521至1524，但是可以使用不同数量的至少两个天线元件，例如，至少两个、至少三个、但通常超过十个、超过二十个、超过五十个或甚至超过一百个。如稍后将更详细描述的，发射机100可以被配置为通过3D天线阵列150发射信号，该信号包括与3D天线阵列150的布局有关的信息。三维天线配置允许现有的单极天线上的更灵活的天线安装。所描述的3D天线形状中的一些基于堆叠的圆形阵列和/或柱形和锥形阵列，并允许更高的灵活性，因为它们可以作为半柱形阵列或全柱形阵列安装在现有的单极天线上。由于可以更好地优化多个柱形阵列之间的干扰，因此可以获得更高的性能，并且因此可以更好地利用波束成形增益。
发射机100包括预编码器112，该预编码器112连接到3D天线阵列150。预编码器112被配置为向3D天线阵列150应用波束成形权重集合，以便通过3D天线阵列150形成一个或多个波束154。一个或多个波束154指向感兴趣方向，该感兴趣方向可以被称为3D天线阵列150的主瓣延伸的方向。可以基于波束成形权重来选择感兴趣方向156，如稍后将更详细地描述的。
可以使用一个或多个波束154，以便在发射机100发射信号时定义信号传播的优选方向或图案。在不限制的情况下，当接收信号时，波束154可以用于优选方向，即，发射机100也可以适应优选的接收方向。
为了实现一个或多个波束154，预编码器112可以被配置为组合数据矢量和导向矢量122，以便获得可以被馈送给天线阵列150的组合的结果118。导向矢量可以包含要应用到天线阵列150的波束成形权重集合，即，要应用于天线元件1521至1523的权重和/或增益。
多个导向矢量122可以包含在码本矩阵120中。如稍后将更详细描述的，例如，可以通过选择3D天线阵列的响应矢量函数的特定结果来获得导向矢量122，该响应矢量函数链接3D天线元件可以沿其形成波束的方向。这样的特定结果可以通过对响应矢量函数进行采样来获得。计算单元110可以包括或者可以连接到码本表130，该码本表130可以包括选择的导向矢量122s，并且可以将那些选择的导向矢量122s提供给预编码器112。选择的导向矢量122s因此可以是导向矢量122的至少一个子集。码本矩阵可以包含包括Ω的集合，Ω包括可以由预编码器112选择以用于实现针对感兴趣方向156的导向矢量的集合。
码本表130(或仅称为码本)还可以包含预编码器矩阵F的波束集矩阵F1、选择矩阵F2和/或功率选择矩阵FP的可能的分量，即，可以组成预编码器矩阵的候选分量。可以通过从码本矩阵Ω中选择列的各种子集来获得码本表130中的候选波束集矩阵(F1)。通过从码本表130中获取分量来制定预编码器112。由各种索引来指示要用于获得预编码器的分量，这些索引将在后面更详细地描述，并且可能与PMI、RI等有关。索引可以由发射机的接收机例如通过使用反馈信号来馈送，该反馈信号决定哪些最合适的预编码器应当用于其看到/估计的信道。
为了从码本矩阵120中选择导向矢量122，预编码器可以使用预编码器矩阵F。预编码器矩阵F基于波束集合矩阵F1、选择矩阵F2和功率分配矩阵FP。可以将波束集矩阵F1与要形成的每个波束相关联，即关联到每个导向矢量。功率分配矩阵FP包括指示要分配给3D天线阵列150的天线元件1521至1523的功率的功率值。功率分配矩阵FP适于通过分配功率来选择性地调整天线元件1521至1523的天线增益。
为了更详细地描述预编码器结构，首先针对码本和码本矩阵来描述一些细节。仅作为非限制性示例，下面的讨论将集中于用于根据柱形阵列形成的3D天线阵列的码本的设计，即，3D天线阵列是由堆叠的多个均匀平面阵列(UPA)形成的，这些UPA被对齐成均匀的线性阵列(ULA)结构。尽管一些具体细节涉及这种柱形阵列，但是本文包含的公开内容总体上还涉及3D天线阵列配置。因此，所提供的细节涉及以柱形天线阵列为例的通用3D天线阵列配置。
举例来说，堆叠的均匀圆形阵列(SUCA)或柱形阵列包含或至少包括具有相同几何结构的若干个堆叠的均匀圆形阵列。SUCA的响应可以被表示为柱体的一行/一个堆叠中的UCA的响应与柱体的每一列中的ULA的响应的Kronecker乘积。
在此考虑具有NV个UCA堆叠的柱形阵列，其彼此之间通过距离dV隔开，并且每个UCA的半径为ρ，并且具有在圆的圆周上均匀放置的NH个天线元件。针对方位角
Figure GDA0002384440850000221
和仰角θ，考虑各向同性天线元件的阵列的窄带响应
Figure GDA0002384440850000222
是：
Figure GDA0002384440850000223
其中
Figure GDA0002384440850000224
是在柱体的每一列中具有NV个天线元件的ULA的响应，而
Figure GDA0002384440850000225
是一行柱形堆叠中的UCA的响应。(9)中的各向同性窄带阵列响应表示阵列的空间特征，该阵列的元件位于如图6所示的NVNH个位置，而不考虑元件在每个位置处的极化。图6示出了具有由距离dV彼此分开的NV个UCA堆叠的均匀柱形阵列，并且每个堆叠中的UCA具有NH个元件且半径为ρ。
如图6所示的SUCA中的分量UCA[4]和ULA的响应由下式给出：
Figure GDA0002384440850000231
其中
Figure GDA0002384440850000232
阵列的“码本”设计的第一步是定义码本矩阵，码本矩阵包含可以用于形成期望的波束的候选导向矢量的集合。
所示的3D天线阵列150a因此可以包括平行于x方向和y方向布置的多个平面天线配置1621至162Nv。多个平面天线配置1621至162Nv可以沿着垂直于x方向和y方向的z方向根据线性配置来堆叠。每个平面天线配置可以形成天线元件的总数的子集，并形成3D天线阵列150a的示例段。天线阵列的段可以被理解为与3D天线阵列的特定维度有关，例如层、行和/或列。
3D天线阵列可以被配置为在沿着球面的方位角和仰角的每个方向上引导波束。
再次参考图5时，可以通过特定的实现规则或采样规则来选择或选定集合Ω120，该特定的实现规则或采样规则允许从3D天线阵列和/或响应矢量函数的布局中再现集合Ω。码本或码本表130可以基于此来构造，并且因此基于3D天线阵列的布局来构造。可以基于在响应矢量函数的复指数的指数中找到的方位角和仰角的各个值处对3D天线阵列的响应矢量函数进行采样，和/或通过在响应矢量函数的复指数的指数中的方位角和仰角的三角函数的各个值处对3D天线阵列的响应矢量函数进行采样，来执行这种选择。第一选项可以被称为角空间采样。可以在如图7a所示的仰角和方位角的任意但预定的值处执行该角空间采样，但是也可以根据图7b所示的基于网格的角采样来执行该角空间采样。根据图7b的基于网格的角采样可以导致与码本矩阵中的导向矢量相关联的感兴趣方向形成图7b所示的2D散点图中的网格状图案。网格图案可以包括平行的行402和平行的列404，其中行和列可以相对于彼此垂直(但不是必需的)。这可以允许获得码本矩阵120中的网格状图案，并且因此可以允许如下规则图案：可以在该规则图案中或从该规则图案中选择要实现的波束或要实现的多个波束。更具体地，应考虑以下说明：
1)角空间采样：码本矩阵的候选导向矢量可以通过获取特定于角空间中的某些点的响应矢量(表示某一方向的特定方位角和仰角)来获得。考虑到我们在角空间中总共获取了T个点，并且它们可以由仰角/方位角对
Figure GDA0002384440850000241
来表示，柱形阵列的码本矩阵
Figure GDA0002384440850000242
Figure GDA0002384440850000243
被写为
Ω＝[b1 … bt … bT]
(11)
其中
Figure GDA0002384440850000244
其中
Figure GDA0002384440850000245
并且
Figure GDA0002384440850000246
还可以采用一种名为基于网格的角采样的特定类型的角采样来获得码本矩阵：
·根据阵列可以进行波束成形的可能的仰角的范围，获取总共P个点/方向θ1，θ2，…，θP。
·根据方位角的范围，获取/采样总共Q个点/方向
Figure GDA0002384440850000247
·仰角和方位角样本的集合
Figure GDA0002384440850000248
且q＝1，2，...，Q的所有可能的组合的导向矢量是候选导向矢量。
因此，包含候选导向矢量的码本矩阵
Figure GDA0002384440850000251
为
Ω＝[b1，1 b1，2 … bp，q … bP，Q]
(15)
其中
Figure GDA0002384440850000252
其中
Figure GDA0002384440850000253
并且
Figure GDA0002384440850000254
在应用基于网格的采样技术时，应该采取足够的谨慎措施，以确保在仰角方向上获取的每个样本对于每个采样的方位角方向都是可行的波束成形方向。此外，对角空间进行采样仅是示例技术，而不是可以使用的唯一技术。图7a和7b示出了通过通用采样方法和基于网格的方法获得的角样本，以获得包含候选导向矢量的码本矩阵。
公式(9)中的表达式
Figure GDA0002384440850000255
因此表示3D天线阵列的示例响应矢量函数。通过对响应矢量函数或其分量进行采样，可以获得码本矩阵Ω，即，可以通过在方位角和仰角的各个值处对该函数进行采样来获得码本矩阵中的候选波束成形矢量。更具体地，码本矩阵Ω可以包含通过对响应矢量函数(例如，
Figure GDA0002384440850000261
)进行采样而获得的候选导向矢量。预编码器中的波束集矩阵F1是通过从码本矩阵中选择列的子集来形成的。
这可以用公式(9)所示的Kronecker乘积结构来表示，具体取决于阵列的几何结构，其中分量束集矩阵aV和aH可能与3D天线阵列的不同段相关，这些段分别与水平维度、竖直维度相关。如公式(10)所示，aV和aH可以包括矢量形式，其中各个元素是复指数，即响应矢量函数的复元素。那些复指数可以包括基数和指数。
当执行所描述的角空间采样时，可以在指数中的方位角和仰角的多个值处对响应矢量函数进行采样。这可以理解为单角度之间的任意或规则距离。
备选地或附加地，可以执行指数范围采样，在该指数范围采样中，在3D天线阵列的响应矢量函数中的复指数的指数中的方位角和仰角的三角函数的各个值处，对该响应矢量函数进行采样。举例来说，
2)指数范围采样：可以通过对(13)和(14)中的三角指数的值的范围而不是角度进行采样来离散化阵列导向矢量。使用三角函数cθ＝cosθ和
Figure GDA0002384440850000262
来根据等式(13)和(14)参数化SUCA的分量UCA和ULA的导向矢量，我们有
Figure GDA0002384440850000263
以及
Figure GDA0002384440850000264
从可行的指数范围值中获取有序对
Figure GDA0002384440850000271
的总共T个不同值，获得柱形阵列的码本矩阵
Ω＝[b1 … bt … bT]
(21)
其中
Figure GDA0002384440850000272
其中
Figure GDA0002384440850000273
并且
Figure GDA0002384440850000274
类似于基于网格的角采样，也可以执行基于网格的指数范围采样以获得码本矩阵Ω。
·根据与仰角相对应的指数cθ＝cosθ，获取总共P个样本cθ，p，，
Figure GDA0002384440850000275
Figure GDA0002384440850000276
·根据与方位角相对应的指数
Figure GDA0002384440850000277
获得Q个可行样本
Figure GDA0002384440850000278
·针对采样的指数的所有可能的组合，获得导向矢量：
Figure GDA0002384440850000279
Figure GDA00023844408500002710
且q＝1，2，...，Q。
因此，使用单独的仰角和方位角指数范围采样的码本矩阵为
Ω＝[b1，1 b1，2 … bp，q … bP，Q]
(25)
其中
Figure GDA0002384440850000281
其中
Figure GDA0002384440850000282
并且
Figure GDA0002384440850000283
基于网格的指数范围采样应采取与基于网格的角空间采样类似的谨慎措施，以确保被采样的指数范围值转换为波束成形的可行方向。
指数范围采样方法与角空间采样的不同之处在于，它可能导致在波束图案中具有多于一个峰值增益方向的导向矢量。根据部署的频率、覆盖要求和各种其他实际考虑因素，可以利用波束图案的这种特征。
两种采样都可以任意进行，或者根据角空间和指数范围采样两者的连续样本之间的采样间隔的均匀性来进行。可以执行用于获得包含候选导向矢量的码本矩阵的两种采样，即角空间采样和指数范围采样，以便获得基于网格的采样。这适用于所描述的柱形阵列，但也适用于其他3D天线阵列。
发射机100可以被配置为使用与3D天线阵列的布局有关的信息来生成或确定码本。为了获得码本矩阵120，发射机可以被配置为如上所述地对响应矢量函数进行采样。尽管这可能导致计算工作，但它允许避免传输可能包含大量数据的码本矩阵120和/或码本表130。此外，它可以允许将与3D天线阵列150的布局有关的信息发射给诸如用户设备之类的其他节点，以使得它们能够通过使用该信息来确定或生成码本，从而确定码本矩阵120。不同的发射机100可以具有相应的3D天线阵列150的不同的布局，使得用户设备或其他通信节点将必须针对每种可能的配置存储大量的码本或码本矩阵，并且如果通信是由具有未知布局或几何结构的天线阵列的发射机发起的通信，则将无法正确地进行通信。
与3D天线阵列的布局有关的信息可以包括但不限于：天线元件的柱形或锥形配置中的层的数量、每个层中的天线元件的数量，层之间的距离、天线元件的极化、3D天线阵列的中心频率、关于天线类型的过顶(OTT)信息、3D天线阵列的几何结构、针对单个中心频率在波长上天线元件之间的差异或距离、模块的序列号、基站在3D天线阵列的给定段中使用的发射功率、所选天线段的宽边(broad side)等。
因此，当基于3D天线阵列150的相应布局确定码本和/或码本矩阵时，可以获得优点。
在下文中，参考可以在本文描述的实施例中(例如在预编码器112中)使用的预编码器的结构。
与LTE版本13[1]中的FD-MIMO类似，针对每个取向/极化具有M个天线元件并且在每个位置处具有两个正交天线极化的3D阵列，所提出的预编码矩阵
Figure GDA0002384440850000291
具有如下两级结构：
Figure GDA0002384440850000292
此处，矢量
Figure GDA0002384440850000301
e＝1，2是第e个极化维度的SUCA的阵列导向矢量。码本矩阵Ω的列对应于矢量
Figure GDA0002384440850000302
的候选。
一个块中包含一组天线取向/极化的导向矢量的块对角矩阵
Figure GDA0002384440850000303
是波束集矩阵。在F1中，对于每个极化维度存在总共D个波束(导向矢量)。第二个矩阵
Figure GDA0002384440850000304
被用于波束选择/组合以形成期望的波束图案。变量D′在这里表示数据层的数量或传输秩。
特定于图6中的柱形阵列(但在每个位置处具有两个天线极化)的(29)中的预编码矩阵结构由大小为2NVNH×2D的波束集矩阵F1和大小为2D×D′的选择/组合矩阵F2组成。
波束集矩阵的元素X1和X2可以分别涉及3D天线阵列的天线元件的第一和第二极化。波束集矩阵可以形成为块对角矩阵，其中第一块X1可以形成与第一极化相关联的第一子矩阵，并且其中第二块X2是与第二极化相关联的第二子矩阵。极化可以是例如水平的、竖直的或圆形的。
(29)中的两级结构实现针对每个天线极化的导向矢量选择和同相/组合过程的分离，这进而简化了用于预编码器选择的反馈过程。
在下文中，将参考用于基于非预编码CSI-RS的反馈方案的码本设计。FD-MIMO[1]的规范讨论了用于非预编码CSI-RS传输的各种预编码矩阵结构。接收机使用各种索引(例如预编码矩阵索引(PMI)和秩索引(RI))从“码本”中推荐最适合的预编码矩阵F。在本发明报告中，我们提出了用于这种反馈方案的3D阵列码本设计。提出了包含预编码器的可能的分量矩阵的“码本表”结构，以及用于选择它们的索引。码本表中的波束集矩阵和选择/组合矩阵的集合为变化的传输秩、波束导向方向和波束图案提供了选择。
关于预编码器的分量矩阵的选择/选定的细节在3D天线阵列内可以是不同的，因为每个3D天线阵列可以相对于彼此不同并且因此可以在天线阵列中提供不同的3维效果。然而，以下描述的码本表结构可以被认为是通用的，并且可以用于任意的3D天线阵列配置。
针对每个天线取向/极化具有M个天线元件并且在阵列每个位置中具有两个正交天线极化的3D阵列的预编码器矩阵F1和F2，提出了以下码本表结构：
传输的秩是感兴趣的主要参数。秩索引(RI)用于指示传输的秩。对于给定阵列，总共可能具有R个不同的传输秩(D′的R个不同值)。因此，在秩索引(RI)中使用
Figure GDA0002384440850000311
个比特来指示传输的秩。
为每个传输秩定义了一组可行的预编码矩阵F1和F2。两个预编码器矩阵索引(PMI)PMI1和PMI2用于指示波束集矩阵F1和选择/组合矩阵F2。下表示出了预编码矩阵的码本的结构。
因此，发射机可以被配置为通过在3D天线阵列的响应矢量函数的复指数的指数中包含的方位角和仰角的多个值处对该响应矢量函数进行采样来选择感兴趣方向的导向矢量。备选地或附加地，发射机可以被配置为通过在3D天线阵列的响应矢量函数的复指数的指数中包含的方位角和仰角的三角函数的各个值处对该响应矢量函数进行采样来选择感兴趣方向的导向矢量。如稍后将描述的，接收机可以基于表示发射机所使用的码本的发射机天线阵列的布局来形成或构建码本的至少一部分。接收机可以指示发射机要使用的特定预编码矩阵。
图8示出了用于通用3D天线阵列并且可以例如用于柱形阵列的示例码本结构。预编码器矩阵F分别基于波束集矩阵F1(有多个波束集矩阵F1)与对应数量的选择/组合矩阵F2的组合。
在不同的秩索引RI之间和/或在不同的传输秩D’1，...D’R之间，矩阵可能是不同的。
每个候选波束集矩阵
Figure GDA0002384440850000312
的大小为2M×2Dr，k，并且从码本矩阵Ω中选择矩阵中的各个块的列。如所观察到的，导向矩阵中的波束数量在针对给定的传输秩的每个候选矩阵中可能是不同的，以满足各种波束成形需求。
候选选择/组合矩阵
Figure GDA0002384440850000313
的大小为2Dr，k×D′r。这些矩阵的这些条目可以是单位大小的复数，也可以是零，其帮助选择/组合波束集矩阵中的导向矢量。
来自码本(其是如表1所示的表)的特定预编码器矩阵的完整的二进制表示具有以下二进制字：
秩索引D′r由长度为
Figure GDA0002384440850000321
的R个二进制字之一表示。可能值为k＝1，2，…，Kr的PMIl k由长度为
Figure GDA0002384440850000322
的二进制字表示。可能值为l＝1，2，…，Lr的PMI2 l由长度为
Figure GDA0002384440850000323
的二进制字表示。因此，用于表示整个预编码矩阵的总比特数为
Figure GDA0002384440850000324
在预编码过程中使用的天线的数量也可以是阵列中的天线总数M的子集，因此对于用于波束成形的天线的每个具体数量，可以维护单独的码本表，如表1所示的码本表。因此，所维护的码本表的数量将与考虑用于波束成形的阵列子集的数量相同。
表1中的码本结构中的波束集矩阵
Figure GDA0002384440850000325
Figure GDA0002384440850000326
中的导向矢量不必全部来自相同的码本矩阵Ω。不同矩阵的导向矢量可以来自具有变化的候选导向矢量的不同码本矩阵。
根据实施例，可以修改这种结构。在图8中，用于指示分量矩阵的各种索引指向预编码器。为了通过呈现用于码本表的通用框架来构造分量矩阵，可以考虑以下示例，该示例示出了如何构造码本表中的分量矩阵。尽管参考具体示例，但是可以理解，这些教导可以适用于3D天线阵列的其他几何形状。
为了构造码本表中的分量矩阵，对于每个传输秩D′r，r＝1，…，R，可以定义单独的码本矩阵Ω(r)，r＝1，…，R。
根据给定的传输秩D′r的码本矩阵Ω(r)，针对波束集矩阵的块X1形成导向矢量的Kr个子集，每个子集包含Dr，k个列。针对波束集矩阵的块X2形成导向矢量的Kr个子集，每个子集包含Dr，k个列。通过如上所述地针对每个块选择矢量的不同子集，可以区分波束集矩阵中的两个块X1和X2，(或者)列的相同子集可以被用于两个块，以使它们相同。
从角空间/指数范围中的靠近放置的点获得为每个子集选择的导向矢量。选择组合矩阵的典型列
Figure GDA0002384440850000327
具有以下结构：
Figure GDA0002384440850000328
其中矢量
Figure GDA0002384440850000329
(包含单位大小的复数和零)用于在特定天线极化内执行导向矢量选择和组合，并且单位大小的标量w1，
Figure GDA0002384440850000331
被用于执行不同天线极化之间的同相。
根据实施例，预编码器矩阵F可以基于波束集合矩阵F1、选择矩阵F2和功率分配矩阵FP。这可以被称为具有功率加载的码本。
图8所示的码本表可以指代给所有天线元件等同地分配功率的预编码器。根据实施例，预编码器可以被配置为在波束成形的同时逐个元素地执行功率加载/分配。
对于每个天线取向/极化具有M个天线元件的双极化阵列(具有任意3D配置/几何结构)，这样的预编码器具有以下结构：
Figure GDA0002384440850000332
其中
Figure GDA0002384440850000333
是具有对角线结构的功率加载/分配矩阵，其系数决定了馈送给每个元件的功率量。波束集矩阵F1和选择/组合矩阵F2遵循与公式(29)相同的结构，其中F1的维度为2M×2D，并且F2的大小为2D×D′。
在这种情况下，码本表具有修改的结构，其中包括功率加载矩阵。与现有的RI、PMI1和PMI2一起，为功率分配矩阵添加了新的PMI值PMIP。
总共需要
Figure GDA0002384440850000334
个比特来指示码本表中的候选功率分配矩阵
Figure GDA0002384440850000335
之一。因此，给定秩索引r，用于指示图9中的预编码矩阵F的总比特数为
Figure GDA0002384440850000336
Figure GDA0002384440850000337
因此，预编码器矩阵可以基于包括3D天线阵列的导向矢量的波束集合矩阵F1的组合，并且可以基于用于从波束集矩阵中选择要应用于3D天线阵列的至少一个导向矢量的选择矩阵F2。
图9示出了用于3D天线阵列的示例码本表以及用于在具有功率加载的情况下执行波束成形的相关码本表。预编码器矩阵F基于波束集矩阵F1、选择矩阵F2和功率分配矩阵FP的组合。功率分配矩阵FP可以包括功率值，该功率值指示要分配给3D天线阵列的天线元件的功率。功率分配矩阵FP可以适用于选择性地调整天线元件的天线增益。
如前所述，可以针对每个秩索引r＝1，...，R以及与PMI1相关的从1到Ur的k，来设置功率分配矩阵FP。可以基于各种因素来确定功率分配矩阵FP，例如接收机对更高功率分配的请求(这可以例如使用PMIP或功率许可来完成)，由发射机根据CQI反馈和对发射机阵列中的功率不平衡的补偿观察到的劣化的信道条件。因此，矩阵索引反馈(PMIP)可能不是决定功率分配的唯一因素。
根据实施例，可以通过可以馈送给天线元件的多个功率等级来修改或细化功率分配，这进而决定了可能的功率分配矩阵的数量以及用于指示它们的比特的数量。用于指示分配给3D天线阵列的天线元件的功率的示例性比特图案可以基于以下考虑：
功率分配值是从一组离散值中获取的，这些值的范围从0到第m个天线元件的元件的最大功率值Pmax，m，m＝1，…，M。第m个天线元件的功率分配值由NP个比特指示(对所有元件通用)。这暗示着在区间[0，Pmax，m]中总共分配
Figure GDA0002384440850000341
个可能的功率等级——对区间采样的均匀性根据情况决定(基于阵列配置、所需的波束图案等)。额外的比特可以用于分配高于Pmax，m的功率等级，以补偿不同的耦接损耗/功率不平衡。因此，发射机的码本可以包含多个预编码器矩阵，并且针对每个传输秩可以包括至少一个功率分配矩阵。传输秩可以对应于可以生成的多个波束。因此，索引R也可以称为波束索引。针对波束的一个、两个或更多个单独的组或者甚至针对每个波束(即，传输秩)，可以使用功率分配矩阵。
尽管此示例提供了可能的功率分配矩阵的大量集合，并且因此在过程中提供了更大的灵活性，但是表示矩阵的比特数量也很高。因此，必须在功率分配的灵活性和反馈开销之间进行权衡。
当再次参考柱形3D天线阵列的示例时，如(9)所示的柱形阵列的响应具有Kronecker乘积结构。因此，有可能在柱形阵列的预编码器中引入波束形成矢量的基于Kronecker乘积的解耦。在这种情况下，预编码器可以写成
Figure GDA0002384440850000351
其中矩阵XV，1，
Figure GDA0002384440850000352
是对应于ULA的波束集矩阵，而矩阵XH，1，
Figure GDA0002384440850000353
是对应于UCA的波束集矩阵。下标“1”和“2”表示阵列中两个不同的天线取向。波束集矩阵F1的每个块中的所产生的波束导向矢量D的总数为DHDV。天线阵列的每个维度或段都可以通过Kronecker模型内的各个分量来寻址。对于这种预编码器的Kronecker模型，码本表结构如图9所示。
图10示出了根据实施例的用于预编码器的Kronecker乘积模型的示例码本结构的示意图，该预编码器可以像其他预编码器结构一样在发射机中实现。尽管在不同示例中示出，但是不同预编码器结构的增强可以以各种数量(即，至少一个、至少两个、至少三个或更多)彼此组合。例如，可以与根据图9的功率加载矩阵FP一起实现根据图10的Kronecker乘积模型结构。波束集矩阵F1可以基于分量波束集矩阵XH和XV的组合，当彼此组合时，这些分量波束集矩阵可以形成根据公式(31)的结构。每个分量，即矩阵XH和XV，可以与3D天线阵列的特定段相关联，每个段包含至少一个(优选地是至少两个)天线元件。因此，例如，当使用诸如PMI11和PMI12之类的各个索引时，每个分量波束集矩阵都可以被单独地寻址。可以划分3D天线阵列的段，以便允许通过使用标识符PMI11的第一索引(例如水平索引H)来寻址不同的方位角，并允许使用竖直方向或仰角方向的第二标识符(例如PMI12)来修改第二方向，其中根据该第二方向来形成波束。段可以被理解为一组天线元件，因此可以是完整的3D天线阵列的天线元件的子集。当与本文用于描述3D天线阵列内的用于形成特定波束的天线元件的功能组的天线元件的子集(可以包括使用多于一个的段)相比较时，段可以涉及天线阵列的不同维度，例如，将结合图11描述的。
例如，可以在无线网络小区内以几乎相同的高度或海拔高度来布置多个接收机或移动接收机。因此，通常不必修改波束沿仰角的方向。通过根据Kronecker乘积模型分离波束集矩阵，可以仅发射PMI11(分别发射PMI11、PMI12)，而不发送其他标识符，从而节省所发射的数据。这可能是足够的数据量，以指示波束的新方向，因为发射机可能会将未发射的参数保持不变。当3D天线阵列被形成以便包括旋转对称性时，这可能是进一步有利的，例如，当3D天线阵列被形成为柱形天线阵列或多个柱体的组合时，其中该多个柱体的可以投影到相同的平面中的主表面的重心可以相同。因此，使用具有旋转对称性的3D天线阵列的发射机可以使用如下预编码器：该预编码器利用基于分量波束集矩阵XH和/或XV的组合的波束集矩阵F1。波束集矩阵F1的第一分量XH可以与3D天线阵列的第一段相关联和/或多个段可以与多个矩阵XH相关联，并且可以与3D天线阵列被配置为沿其发射波束的第一方向相关。第一方向可以是仰角和方位角之一。波束集矩阵F1的第二分量XV可以与沿着第二方向的第二段或多个第二段相关联，其中3D天线阵列被配置为沿着该第二方向发射波束。波束集矩阵F1可以包括两个分量XH和XV的组合的Kronecker乘积结构。分量XH和XV可以与3D天线阵列的维度相关，例如，柱体的轴向延伸和/或柱体内的旋转角。
当再次参考图6时，分量XH和XV之一可以包括与平面天线配置162相关的码本的导向矢量，其中另一个分量与沿着z方向的线性天线配置相关，因此与3D天线阵列150a中的天线元件并且因此分量XH和XV沿其彼此解耦的方向有关。例如，分量之一可以指示UPA1621至162Nv内的方向，另一个分量可以指示要使用的一个或多个UPA。
因此，发射机可以被配置为通过仅改变第一和第二分量中的一个而不改变另一个分量来适配3D天线阵列的波束成形权重。备选地或附加地，发射机可以被配置为响应于例如可以从接收机接收的指示要使用的导向矢量的反馈信号来适配波束成形权重。反馈信号可以包括针对波束集矩阵的第一分量XH或第二分量XV中的一个的信息，而不包括与另一个分量有关的信息，因为可能不必发射此信息。备选地，反馈信号可以包括与两个分量相关的信息。因此，发射机可以被配置为响应于接收到的反馈信号(例如反馈信号508)来适配波束成形权重，其中反馈信号508可以包括与第一分量波束集矩阵或第二分量波束集矩阵相关的信息；或者反馈信号可以与第一分量波束集矩阵和第二分量波束集矩阵(XV，XH)两者相关。这意味着该信息与分量波束集矩阵(XV)或分量波束集矩阵(XH)或两个分量波束集矩阵相关。
继续参考图10，在本示例中，波束集矩阵
Figure GDA0002384440850000371
的大小均为
Figure GDA0002384440850000372
并且其列取自
Figure GDA0002384440850000373
(其中t＝1，2，…，T)的集合。类似地，导向矩阵
Figure GDA0002384440850000374
的大小为
Figure GDA0002384440850000375
其列取自
Figure GDA0002384440850000376
(其中t＝1，2，…，T)的集合。基于Kronecker乘积的预编码器F的二进制表示形式包含以下分量：秩D′r由秩索引r指示，r由长度为[log2R]的R个二进制字之一表示。UCA的波束集矩阵的PMIl1 kH(其可能的值为kH＝1，2，…，KH，r)由长度为
Figure GDA0002384440850000377
的二进制字来表示。ULA的波束集矩阵的PMI12kV，r(其可能的值为kV＝1，2，…，KV，r)由长度为
Figure GDA0002384440850000378
的二进制字表示。PMI2 l(其可能的值为l＝1，2，…，Lr)由长度为
Figure GDA0002384440850000379
的二进制字表示。
因此，用于表示使用Kronecker乘积模型的预编码矩阵F的比特的总数为
Figure GDA00023844408500003710
对于阵列中的两个不同天线取向，波束集矩阵的指示有时可能是分开的，因此两个PMI11和PMI12值可以用于表示预编码器中的导向矩阵F1。
Kronecker乘积配置的一个优势是针对阵列的两个维度的单独的PMI指示。在许多情况下，阵列的每个维度都与用于波束成形的特定角度维度相关联。例如，沿SUCA列的ULA仅影响仰角波束成形的变化。在许多实际的地面基站部署中，仰角波束成形的变化可以忽略不计，因此不需要像与方位角波束成形相关的PMI那样频繁地进行更新。因此，这种Kronecker模型有助于仅沿着阵列的期望维度进行选择性的PMI指示，从而减少反馈开销。
尽管本文通过根据柱形3D天线阵列的示例描述了码本的Kronecker乘积模型扩展，但是它也适用于任意3D天线阵列配置，这些3D天线阵列配置根据阵列几何结构和可能的角空间采样而可能配置不同。根据另一方面，天线阵列可以由天线元件的两个或更多个子集形成。对于某些波束，仅使用天线元件的一个或多个子集可能就足够了，而不使用其他子集。因此，根据实施例，发射机可以被实现为使得波束成形波的每个子集形成用于3D天线阵列的导向矢量。元件选择矩阵可以与每个导向矢量或多个导向矢量相关联。可以将多个元件选择矩阵关联到多个导向矢量。元件选择矩阵可以包括用于3D天线阵列的每个天线元件的信息，该信息指示天线元件用于还是不用于相关联的导向矢量或多个导向矢量。也就是说，在许多情况下，就此而言，柱形阵列或任何3D阵列可能不会使用整个阵列来在特定方向上进行波束成形。如所指示的，波束集矩阵F1可以包括多个导向矢量，其中，对于每个导向矢量，相关联的元件选择矩阵Td可以包含在波束集矩阵F1中，相应的元件选择矩阵Td可以包含针对3D天线阵列的每个天线元件的信息，该信息指示天线元件用于还是不用于相应的相关联的导向矢量或多个导向矢量。当仅将天线的子集用于柱形阵列中的波束成形时，两种实际情况如下：
仰角范围划分：沿着柱形阵列的列的ULA可以被划分成多个子集，从而将仰角范围划分成多个区域，每个区域由柱形阵列的不同子集进行波束成形。每个波束成形阵列子集可以具有或可以不具有重叠的元件(在对仰角维度进行扇区化时使用所有天线元件是阵列子集的特例)。这样的划分的示例在图5中示出。对于每个子集，而且对于子集的组合，可以实现针对角空间的每个扇区和天线的子集的单独的码本表的维护。在使用元件选择矩阵的先前提议中，仅存在单个码本表，并且角空间的扇区化和阵列子集由选择矩阵的设计决定。在具有多个码本表的提议中，每个表都与阵列中的天线的子集(可能与阵列中的其他子集重叠或不重叠)相关联，并且波束集矩阵F1被设计为在角空间的特定扇区中形成波束。
“盲”天线元件：这是几乎在每个柱形阵列中都观察到的现象——每个天线元件对于从某些方向接收到的辐射可能是“盲”的。例如，阵列中沿着0°的方位角的天线可能无法从以180°的方位角入射的信号接收足够的能量。选择矩阵的设计还应考虑天线元件的这种“盲性”。
“盲天线元件”的现象不仅特定于柱形阵列，而且还可以在其他3D阵列配置(例如锥形、球形等)中观察到。
为了便于使用阵列元件的子集来进行波束成形，考虑了以下提议：
在预编码器中使用元件选择矩阵：在预编码器中引入选择矩阵，以选择用于波束成形过程的期望的天线元件。对于每个天线取向/极化具有M个天线元件并且在阵列的每个位置处具有两个正交的天线极化的3D阵列，根据(29)中的结构修改的预编码器如下所示：
Figure GDA0002384440850000391
其中
Figure GDA0002384440850000392
是针对导向矩阵中的D个波束的元件选择矩阵。选择矩阵仅包含1和0，它们的任务是从导向矢量
Figure GDA0002384440850000393
由选择感兴趣的天线单元的波束成形权重。码本矩阵Ω中的每个候选导向矢量都有其自己的元件选择矩阵，这取决于波束被导向的方向。因此，使用指示符PMI1选择波束集矩阵
Figure GDA0002384440850000394
(此处假定来自图8的码本表场景)自动地决定对应的元件选择矩阵，因此即使在其中包括元件选择矩阵的情况下，也不使用额外的比特来表示波束集矩阵。该提议不会导致码本表结构或要维护的码本表数量发生变化。元件选择矩阵的设计决定了角空间的扇区化和用于每个扇区的天线元件子集。
该提议的扩展将是具有非静态的元件选择矩阵，并且使该矩阵包含除仅0和1以外的值，即，元件选择矩阵与选择天线元件一起执行功率分配，以在某个方向上形成期望的波束图案或获得期望的增益，并且针对每个候选导向矢量可能存在多于一个元件选择矩阵，并且它们可能会在传输期间随时间的推移而变化。在码本表(图8)的层次结构中引入了新的索引，即元件选择矩阵索引(ESMI)，以方便跟踪、报告和指示预编码器中使用的元件选择矩阵的集合。从接收机进行跟踪/报告的时间段可以与遵循长期信道条件的变化的波束集矩阵相同。
现在将公式(32)与公式(29)进行比较，可以看出，波束集矩阵F1包含元件选择矩阵Td，其中d＝1，...，D，其中各个元件选择矩阵可以与波束集矩阵F1的各个导向矢量组合。元件选择矩阵Td可以按子集指示使用还是不使用3D天线阵列的天线元件的特定子集来在特定方向上进行波束成形。例如，第一二进制值(例如0或1)可以指示子集的使用，其中另一二进制值(例如1或0)可以指示对应的子集保持未使用。当已经指示整个子集将保持未使用时，这可以允许减少在将来的步骤中要处理的数据。
通过形成波束集矩阵F1使得其基于用于选择3D天线阵列中的至少一个天线元件以便保持不用于传输的元件选择矩阵与导向矢量的组合，可以通过发射机的配置来进行连接，使得该连接被配置为从码本矩阵中选择波束集矩阵的列，该码本矩阵包括与多个感兴趣方向相对应的多个阵列导向矢量，其中该3D天线阵列被配置为沿着感兴趣方向形成一个或多个发射和/或接收波束。简化地，通过选择波束的方向，可以获得关于哪些天线元件和/或哪些子集可能保持未用于相应的传输的信息，并且可以切断这些相应的元件和/或子集以避免干扰，即，保持不用于波束成形到与波束集矩阵的所使用的导向矢量相关联的方向中。对于将要通过3D天线阵列形成的某些波束，使用所有天线元件可能是优选的，甚至是需要的。因此，可以实现选择3D天线阵列内的所有元件的一个或多个元件选择矩阵。可以将元件选择矩阵与波束集矩阵F1中的每个导向矢量或导向矢量的集合相关联。
元件选择矩阵可以是用户特定的，这可以允许根据长期信道条件随时间的推移来修改它们，例如，这可能是针对非静态的元件选择矩阵的用例，即，发射机可以被配置用于基于衰落信道条件对元件选择矩阵进行时变适配。衰落可以是慢衰落信道条件，例如二阶统计量、发射机与接收机之间的平均反馈或差分反馈。平均反馈可以被理解为，接收机提供瞬时反馈并且发射机执行平均步骤，或者接收机正在反馈已经求取平均的数据。差分反馈可以指的是接收机根据本文描述的实施例仅反馈回元件选择矩阵中的变化的条目的情况。一个或多个元件选择矩阵Td可以与一个波束导向矢量相关联。当至少两个元件选择矩阵与波束导向矢量相关联时，两个元件选择矩阵都可以包括不同的值，这些不同的值指示要提供给天线元件的功率的不同量，即要使用或切断的天线元件的不同集合或子集。接收机可以通过使用可以被称为元件选择矩阵指示符(ESMI)的特定参数来指示这种选择。发射机可以被配置用于基于接收到的信息来选择要与相关联的导向矢量组合的相关联的元件选择矩阵之一。
一个或多个元件选择矩阵可以如前所述地进行适配。如所指示的，可以响应于来自接收机的反馈信号来执行适配。反馈信号可以包含与信道状态信息相关的信息，该信道状态信息与发射机和接收机之间的信道相关联。这可以包括信道质量索引(CQI)、预编码矩阵索引(PMI)、秩指示符(RI)和/或ESMI中的一个或多个。
当再次参考元件选择矩阵的内容时，可以由指示使用或不使用特定天线元件或天线元件的子集的二进制值来形成相同的内容。根据本文所述的实施例，元件选择矩阵可以包括具有最小值和最大值之间的值的元素。当将零视为最小值并且例如将1视为最大值时，则元件选择矩阵的值可以具有最小值、最大值之一或其间的至少一个值之一(例如0.1、0.2、0.5等)。当被编码时，那些值可以是不同的，例如，当由多于一个比特编码时，则该值可以是被相应的比特范围(例如，00；01；10；11)覆盖的值之一。这可以允许组合元件选择矩阵的功能，以便通过功率分配的功能来停用一些天线元件或天线元件的子集。例如，最小值和最大值之间的值可以指示仅最大可用功率的一部分应被应用于相应的天线元件或天线元件的子集。
在下文中，将参考3D天线阵列的示例配置。
图11示出了柱形3D天线阵列150b的示意图，该柱形3D天线阵列150b包括3D天线阵列中的多个子阵列4221至4223，其数量为3。根据其他实施例，3D天线阵列可以包括两个或更多个、四个或更多个、五个或更多个、或10个或更多个段。每个子阵列422都配置为将波束发射到特定区域4241，4242或4243中。尽管被示出为彼此不相交，即，不包括共同的天线元件152，但是诸如子阵列4241、4242或4243的相邻子阵列可以包括共同的天线元件152。基于子集选择矩阵，可以寻址特定的子阵列422，这并不排除其天线元件152也由不同的子阵列422寻址。子阵列422中的每一个被配置为将波束发射到相关联的区域424中。因此，多个子阵列422的天线元件152的每个子阵列422被配置为将波束形成到沿着3D天线阵列150b的方向Θ和/或方位角方向Φ的特定方向中。元件选择矩阵Td可以适于使用与该特定方向/区域相关联的天线元件152的子阵列422来形成波束，而不使用与另一方向相关联的天线元件的至少一个子集。
当与本文描述的段(例如图6中的段162)相比较时，子阵列4221至4223也可以包括天线元件152的子集。与段162相反，子阵列422可以形成天线元件的逻辑子集。可以根据子阵列适合于沿其形成波束的方向或区域424来形成逻辑子集。
感兴趣方向可以与码本矩阵中的导向矢量相关联，并且可以在2D散点图中形成网格图案，该网格图案具有平行的行和平行的列。
尽管发射机100被描述为分别使用一个码本表130、一个码本矩阵120，但是发射机可以包括多个码本和/或码本矩阵。每个码本可以与天线元件的特定子阵列或子集相关联，并且每个码本可以包含用于3D天线阵列的导向矢量的集合。关于本文描述的方面，根据实施例，可以在发射机和/或接收机中实现功率分配矩阵、Kronecker乘积结构和元件选择矩阵，这些方面中的一个、两个或甚至三个方面。
结合以上两个提议，将针对阵列的各个子集(可能有也可能没有重叠的元件)产生多个码本表，并在它们之上使用元件选择矩阵。这提供了多个自由度来配置子阵列和执行角空间的扇区化。
类似于等式(30)中的功率分配矩阵，具有功率加载能力的元件选择矩阵可以基于接收机对更高功率分配的请求或由发射机根据CQI反馈或发射机阵列中的功率不平衡补偿观察到的恶化的信道条件来确定。ESMI可能不是决定功率水平的唯一因素。
元件选择矩阵Td针对每个导向矢量分别执行元件选择/功率加载，而功率分配矩阵FP在元件级而不是导向矢量级执行元件选择/功率加载。当涉及波束图案设计时，用于执行功率分配和元件选择的这两种方法提供了不同的选择，从而具有两种不同的自由度/自由等级。
图12示出了根据本文描述的实施例的可以与预编码器连接的3D天线阵列150c的示意图。3D天线阵列150c可以是所谓的锥形天线阵列，其包括沿着ULA配置堆叠的多个UPA或UCA配置162。锥形配置可以涉及变化的半径r，并且因此涉及例如沿着正z方向增加的变化的直径。天线元件的数量也可能增加。可以组合每个配置162或包括两个或更多个配置162的组，以形成天线元件152的子阵列/子集。
图13a示出了由第一柱形天线阵列150a1和第二柱形天线阵列150a2的组合形成的3D天线阵列150d的示意图，其中每个锥形天线阵列150a1和150a2形成可以分别相对于彼此独立地寻址的子集4221、4222。
图13b示出了包括3D天线阵列150a和3D天线阵列150c的3D天线阵列150e的示意图，每个3D天线阵列150a和150c分别形成子集4221、4222，每个子集被配置为将波束分别引导到相关联的区域4241、4242中。即，每个子阵列422可以与天线阵列的相应的维度和/或与可以将波束引导至的特定区域相关联。
当提到天线阵列时，必须将阵列天线的配置发射给接收机，以便接收机可以构造发射机阵列码本。要发射的参数根据每个3D阵列配置而变化。
在柱形阵列的情况下，需要在接收机处了解以下参数以构造发射机阵列码本：
Figure GDA0002384440850000441
其中NV是柱体中的堆叠的数量，NH是每个环中的元素的数量，
Figure GDA0002384440850000442
是柱体在被发射的波前的波长方面的半径，
Figure GDA0002384440850000443
是柱体中的连续环之间在被发射的波前的波长方面的距离，E是每个位置中的天线取向/极化的数量。type是提及所使用的柱形阵列的类型的字段。根据它们被安装的位置，所使用的柱形阵列的类型可能会不同。壁装式柱形阵列的形状仅为半柱形，而壁的拐角处的柱形阵列可以仅具有柱形形状的四分之一。因此，在接收机上可能需要type字段来获取此知识。
因此，发射机的3D天线阵列可以包括柱形3D天线阵列、锥形3D天线阵列、平面天线阵列和柱形3D天线阵列的组合、平面天线阵列和锥形3D天线阵列的组合、以及平面天线阵列、柱形3D天线阵列和锥形3D天线阵列的组合和/或其任何组合中的至少一个。
天线端口在LTE中是逻辑抽象；经由单个天线端口发射的不同符号经历相同的信道条件。而且，通过测量与天线端口相关联的参考信号，可以对经由特定天线端口发射的符号所经历的信道条件进行估计[5]。实质上，天线端口可以与其自身的特定参考信号相关联，该特定参考信号的测量提供了从天线端口发射的符号经历的信道条件。信道状态信息参考信号(CSI-RS)被下行链路中的FD-MIMO中的天线端口使用，以便用户设备(UE)测量信道质量指标(CQI)并将其反馈给基站。根据基站中的CSI-RS天线端口的数量，所使用的UPA的阵列配置和码本的过采样系数可能会发生变化[1][2]。在3D阵列的情况下，也为这种可能性提供了方法，一个更多的参数(CSI-RS端口的数量)，连同RI和PMI，一起被添加到图8、图9和/或图10中的建议的码本表层次结构。对于要在基站中使用的给定数量的CSI-RS端口，都必须针对给定数量的CSI-RS端口所支持的每个阵列配置维护如图8、图9和/或图10所示的单独的码本表。
锥形阵列可以被可视化为柱形阵列的特殊情况，其中阵列中的每个堆叠都由具有不同半径和元件数量的UCA组成，如图7a和图7b所示。锥形阵列中的第i个堆叠是半径为ρi的圆形阵列，其包含NH，i个元件。因此，阵列中的元件的总数为
Figure GDA0002384440850000451
锥形堆叠中连续的环之间的距离均匀地保持在dV。因此，天线结构由以下变量参数化：阵列中的堆叠数量：NV；每个堆叠中的天线元件的数量NH，i，i＝1，2，…，NV；每个堆叠的归一化半径
Figure GDA0002384440850000452
其中λ表示波长；堆叠中的连续的环之间的归一化距离
Figure GDA0002384440850000453
其中λ表示波长；每个位置中的天线取向的数量E。
对于锥形阵列，也可以遵循与图8中的柱阵列类似的码本结构。但是，由于环的半径的不均匀性，无法将用于码本的Kronecker乘积模型扩展用于锥形阵列。
由于不对称的结构以及锥形阵列的竖直和水平维度上的元件数量的不同，可以将不同天线元件的功率加载作为预编码过程的一部分(如(30)所示)来执行，并且可以被包括在图9中提供的码本中。
由于锥形阵列的非对称性质，在锥形阵列的情况下，功率加载矩阵可能是波束成形时所需的自由度。该阵列还可以由在每个堆叠中具有变化的辐射图案的天线元件组成，以处理不对称的阵列几何结构。还应该注意，先前讨论的元件选择矩阵也可以用于功率分配。针对阵列中的各个子阵列使用多个码本表以及针对锥形阵列使用功率分配元件选择矩阵，将在角空间扇区化、所形成的波束图案和子阵列划分方面提供灵活性和增强的自由度。
在另一个实施例中，天线的形状应被扩展以允许柱形、锥形与M-MIMO UPA和/或标准单极化或双极化天线的组合。示例在下面的图8中示出。这种天线实现允许M-MIMO天线灵活地适配于特定的部署限制，例如现有的单极天线或灯杆，以及利用天线柱体/椎体的3D组件，以增强现有UPA部署中的干扰检测(图8-左侧配置)。最后，像这样的配置允许在相邻扇区中进行干扰检测和用户定位。在计算UPA的波束成形权重时，可以利用该信息。
理想地，用于不同3D几何结构的组合的码本矩阵将是各个码本矩阵的级联。但是，多个3D几何结构的组合导致功率分配设计、子阵列配置和角空间扇区与所组合的3D阵列配置的各个分量中的功率分配设计、子阵列配置和角空间扇区不同，因此导致完全不同的码本集合。所有这些任务都必须根据所涉及的阵列的组合来逐情况地处理。
图14示出了可以用于描述本文所述的实施例的球坐标系的示意透视图。
报告中的所有数学表达式均基于ISO 31-11标准中指定的球坐标系，其中θ∈[0°，180°]是从正z轴测量的倾角，并且
Figure GDA0002384440850000461
是从正x轴测量的方位角。
基矢量、eθ和
Figure GDA0002384440850000462
形成正交的右手坐标系并定义如下：
Figure GDA0002384440850000463
图15示出了3D天线阵列150f的示意图，该3D天线阵列150f由线性配置中的M个天线元件152示意性地示出。每个天线元件152与权重块426连接，该权重块426指示应用于矢量X1，...，Xm，...，XM的可变权重或增益。
使用波束成形权重矢量w∈CM×1和来自M个天线反馈的信号矢量x(t)∈CM×1从M个元件阵列天线中获得波束成形信号p(t)∈C：
Figure GDA0002384440850000464
如所观察到的，术语“波束成形权重”被保留用于产生波束成形信号的权重系数。
图16a示出了示例3D天线阵列150g的示意图，该示例3D天线阵列150g包括以半径r布置在球表面上并且在球表面上以角度φ隔开的多个天线元件152。
图16b示出了示例3D天线阵列的示意图，其中，与3D天线阵列150g相比，天线元件1521和1522被布置在多边形表面上。
图16c示出了示例3D天线阵列150i的示意图，其中天线元件152被布置在以台阶方式形成的表面上。
图16d示出了包括多个子集422的示例3D天线阵列150j的示意图，其中每个子集422包括k个天线元件152。子集422可以相对于彼此偏移角度φ，以允许将波束发射到相应的区域或方向中。
3D天线阵列可以被配置成使得每个天线元件152、每个子集422将其输出引导到与被不同的天线元件或子集覆盖的方向至少部分或甚至完全不相交的方向。
图17示出了根据实施例的用户设备500的示意性框图，该用户设备例如能够作为图3所示的用户设备来进行操作。用户设备500包括无线接口502，例如天线，并且被配置为接收信号506。用户设备包括被配置为接收和处理信号506的信号处理器507。信号506包括与发射机的3D天线阵列的布局有关的信息。信号506可以从相应的发射机或从指示或广播天线阵列的布局的不同节点接收。天线阵列的布局可以包括以下中的一项或多项：天线的柱形或锥形配置(UPA/UCA)中的层的数量，一个或多个层或甚至每一层中的天线元件的数量，层之间的距离、天线元件的极化，3D天线阵列的几何结构，关于天线元件相对于彼此的布置的半径或其他相关信息，因此3D天线阵列的天线的柱形或锥形布置中的空间层的数量，3D天线阵列的中心频率，在3D天线阵列中使用的天线元件之间的例如相对于中心频率和波长或以mm/cm/inch为单位的距离，在3D天线阵列中使用的子阵列或段之间的例如相对于中心频率和波长或以mm/cm/inch为单位的距离，3D天线阵列的几何结构(例如3D网格，其带有天线元件或模型的固定集合中的模型(例如A/B/C)的标记的位置)，从目录或数据库等中选择的模型和/或基站在3D天线阵列的给定子阵列或段中使用的发射功率和/或所选的天线子集的宽边。这可以包括关于发射机的天线类型或2D/3D模型的过顶信息。例如，这可以通过使用URL来发射，该URL链接到可以由用户设备下载的3D天线阵列的规范。备选地或附加地，与布局有关的信息可以涉及天线元件可分割成天线元件的子集的可分割性，即，关于子集的信息，关于指示天线阵列相对于参考平面的下倾的信息，和/或指示3D天线阵列在空间中的取向的信息。
用户设备500被配置为构造码本，即，码本矩阵120和/或码本表130。例如，可以使用与发射机的3D天线阵列的布局有关的信息来构造码本表130和/或码本矩阵120/Ω，使得码本包括针对多个方向的多个波束成形权重集合。简而言之，用户设备可以镜像发射机的码本。
用户设备500可以被配置为例如向根据本实施例的发射机之一发射指示请求发射机发射信号506的请求信号508。因此，向其发射请求信号的发射机可以作为接收机操作，并形成用户设备使用的通信链的另一端。例如，当进入由相应的发射机提供的区域时，用户设备500可以指示需要与发射机的3D天线阵列的布局有关的特定信息，以便通过发射信号508来建立码本。备选地或附加地，信号508可以包含指示将由发射机形成的波束的信息。因此，与3D天线阵列的布局有关的信息被用于所请求的波束，并且这可以通过3D天线阵列的不同配置来完成。
备选地或附加地，信号508可以包括与服务基站要用来向用户设备发射信号的天线元件的子集有关的信息，和/或指示服务基站要用来向用户设备发射信号的特定功率分配矩阵的信息。因此，发射机100可以是服务基站。即使3D天线阵列的布局先前是未知的，这也可以允许在用户设备处再现服务基站的行为，并且指示服务基站如何优选地向用户设备500发送数据。
用户设备可以被配置为以规则间隔来发射信号508，例如以便在随时间的推移而变化的衰落环境中更新其码本。备选地或附加地，用户设备500可以被配置为响应于从服务基站接收到的(例如包含在信号506中的)请求而发射信号508。
因此，本文描述的实施例涉及一种用户设备，该用户设备被配置为根据本文描述的实施例与发射机进行无线通信，并被配置为构造包括针对多个方向的多个波束成形权重子集的码本。
进一步的实施例涉及一种网络，该网络包括至少一个示例发射机和一个或多个示例用户设备。网络的发射机可以是服务于用户设备的基站的至少一部分，或者可以是由基站服务的用户设备的至少一部分。特别是对于能够进行波束成形的用户设备，本文中关于发射机进行的描述也可以指代用户设备。
实施例可以是一种用于操作包括3D天线阵列的发射机的方法。3D天线阵列包括多个天线元件，每个天线元件具有辐射图案，其中辐射图案相对于彼此重叠，其中3D天线阵列包括跨越2维天线平面的第一天线元件、第二天线元件和第三天线元件，并且包括布置在2维天线平面外部的第四天线元件；或者其中3D天线阵列包括被配置为将发射信号引导到第一方向的第一天线元件，并且包括被配置为将发射信号引导到第二方向而不引导到第一方向的第二天线元件。该方法包括以下步骤：相干地控制用于无线通信系统中的无线通信的多个天线元件，以及使用预编码器矩阵，将波束成形权重集合应用于3D天线阵列(150；150a-j)，以利用3D天线阵列形成一个或多个发射波束和/或接收波束，这些波束指向感兴趣方向，该预编码器矩阵基于波束集矩阵和选择矩阵以及功率分配矩阵，该功率分配矩阵包括指示要分配给3D天线阵列的天线元件的功率的功率值，功率分配矩阵适于选择性地调节天线元件的天线增益。
一种用于操作包括3D天线阵列的发射机的方法，该3D天线阵列包括用于与至少一个接收机进行无线通信的多个天线元件，其中，天线元件是根据柱形或锥形配置来布置的，该方法包括：向接收机发射包括与3D天线阵列的布局有关的信息的信号；向接收机发射指示如下信息的信号：柱形或锥形天线阵列中的层的数量，每个层中的天线元件的数量，层之间的距离，天线元件的极化和天线阵列的几何结构。
一种用于操作接收机的方法，包括：以无线方式与发射机进行通信；以及接收并处理通过无线电信道接收到的无线电信号，该信号包括与3D天线阵列的布局(例如，发射机使用的阵列或其一段的布局)有关的信息。该方法还包括使用与3D天线阵列的布局有关的信息来构造用于所述阵列或其一部分的码本，以使得该码本包括针对多个方向的多个波束成形权重集合，即，接收机可以仿真发射机的码本，以避免向接收机发射码本。
一种用于获得码本矩阵的方法，该码本矩阵包括用于连接至3D天线阵列的预编码器的阵列导向矢量，每个导向矢量指示要应用于3D天线阵列以利用3D天线阵列形成一个或多个发射/接收波束的波束成形权重集合，可以调整指向感兴趣方向的波束，使得该方法包括：通过在3D天线阵列的响应矢量函数的复指数的指数中包含的方位角(Φ)和仰角(Θ)的多个值处对该响应矢量函数进行采样，来选择感兴趣方向(相对于发射机)的导向矢量；或者通过在3D天线阵列的响应矢量函数的复指数的指数中包含的方位角(Φ)和仰角(Θ)的三角函数的多个值处对该响应矢量函数进行采样，来选择感兴趣方向的导向矢量。
该方法可以被调整，使得选择感兴趣方向，以使得当在二维图中绘制时，响应矢量函数的复指数的指数中包含的方位角(Φ)和仰角(Θ)的多个值跨越该感兴趣方向；或使得当在二维图中绘制时，响应矢量函数的复指数的指数中包含的方位角(Φ)和仰角(Θ)的三角函数的多个值跨越该感兴趣方向。
本文所描述的方面涉及一种诸如用户设备之类的接收机，其向发射机或基站请求信息，该信息授权重构3D天线阵列的可能未知的配置的码本。发射机可以发射确定规则或与此有关的信息，以使得接收机或用户设备可以构造码本。
天线阵列的维度增加导致基于预定确定规则构造的码本的尺寸增加。因此，本文所述的实施例允许通过授权节点自行构造在发射机处使用的码本并使用它们例如来向发射机发送信号而不必发射这些码本，来防止发射码本所需的大量数据的传输。备选地或附加地，可以发送采样规则，该采样规则允许从完整的码本中选择感兴趣方向并形成码本矩阵中的集合Ω。在操作期间，用户设备可以执行信道估计并决定对于用户设备而言将是优选的或至少足够好的预编码器，即，接收机可以使用其自身的测量(信道估计)来仿真发射机的码本并且可以决定优选的预编码器或导向矢量，即，波束成形权重集合，然后可以向发射机发信号通知该优选的预编码器。这可以与码本中的条目相关联，该条目可以用信号通知。基站(发射机)可以使用用信号通知的该条目。
当比较与功率分配矩阵FP和元件选择矩阵Td有关的方面时，天线元件的选择和功率分配可以由这两个完成方面。从矩阵分量彼此之间的应用的角度来看，这些波可以如下所示：天线元件的选择和功率分配是以两种不同的方式通过FP和Td来完成的。从矩阵分量彼此之间的应用的角度来看，这两种方式可以如下所述：元件选择矩阵针对每个导向矢量分别执行选择/功率加载。矩阵Td被应用于各个波束，而F2的列组合已进行功率加载和元件选择的波束导向矢量。元件选择矩阵的应用只能像等式(32)中完成的那样来表示，并且该过程不能像等式(30)那样被划分为单独的矩阵与功率分配矩阵。
功率分配矩阵FP可以在元件级而不是导向矢量级执行选择/功率加载。在通过F1和F2形成组合波束之后，将它们应用于天线元件。
当提及给出两种不同的自由度和自由等级的波束图案设计时，执行功率分配的两种方法提供了不同的选择。在技术上，通过选择适当的元件选择和其他分量矩阵，可以使用(32)中的结构来获得(30)中的结构必须提供的每个波束图案。
与3D阵列配置相关的提议可以在基站和UE处使用(我们不希望将本发明限制为仅具有基站和移动用户设备的移动通信系统。我们希望使用术语“发射机”和“接收机”，以便使本发明通用，例如可扩展至车辆通信)。
所描述的功率加载码本结构(图9)以及使用元件选择矩阵的子阵列选择描述了本文呈现的本公开的实施例等。
应用于天线阵列的预编码器矩阵可以通过相应地处理馈送给阵列的信号来以数字方式实现，也可以使用移相器和功率放大器以模拟方式来实现。
实施例描述了用于3D阵列配置的码本设计以及针对新的3D天线配置的建议，该新的3D天线配置将UPA与来自柱形和/或锥形阵列天线的天线形状相组合。如FD-MIMO[1]中使用的UPA，UPA可以通过多个“天线环”进行增强，以增强用户定位和/或波束成形的精度，尤其是解决通常在UPA旁瓣上出现的模糊性。一些实施例集中于针对3D阵列的非预编码CSI-RS传输方案(来自LTE的传统CSI-RS)的“码本”的设计，其中详细讨论了柱形阵列或堆叠的均匀圆形阵列的示例。
实施例包括两个部分。部分I：3D阵列天线的码本设计。该报告的这一部分讨论了针对任意3D阵列几何结构/配置的基于非CSI-RS的传输的码本设计，同时详细讨论了柱形阵列。部分II：天线配置/几何结构建议。在该部分中，针对新的3D阵列配置/几何结构提出了一些提议，以解决2D阵列中发现的某些限制。
在下文中，将描述本发明的附加实施例和方面，其可以被单独地使用或与本文描述的任何特征和功能以及细节组合使用。
1、一种发射机，包括：
3D天线阵列(150；150a-j)，包括多个天线元件(152；152N)，每个天线元件(152；152N)具有辐射图案，其中，辐射图案彼此重叠，其中，所述多个天线元件(152；152N)适用于无线通信系统中的相干无线通信；
其中，所述3D天线阵列(150；150a-j)包括横跨二维天线平面(162；162N)的第一天线元件、第二天线元件和第三天线元件(152；152N)，并且包括被布置在所述二维天线平面(162；162N)外部的第四天线元件(152；152N)；或者
其中，所述3D天线阵列(150；150a-j)包括被配置为将发射信号引导到第一方向的第一天线元件(152；152N)，并且包括被配置为将发射信号引导到第二方向而不引导到所述第一方向的第二天线元件(152；152N)；
所述发射机还包括连接到所述3D天线阵列(150；150a-j)的预编码器(112)，所述预编码器(112)被配置为向所述3D天线阵列(150；150a-j)应用波束成形权重集合，以利用所述3D天线阵列(150；150a-j)形成一个或多个发射波束(154)和/或接收波束，所述波束(154)指向感兴趣方向(156)；
其中，所述预编码器(112)包括基于波束集矩阵(F1)和选择矩阵(F2)以及包括功率值的功率分配矩阵(FP)的预编码器矩阵(F)，所述功率值指示要分配给所述3D天线阵列(150；150a-j)的所述天线元件(152；152N)的功率，所述功率分配矩阵(FP)适用于选择性地调整所述天线元件(152；152N)的天线增益。
2、根据方面1所述的发射机，其中，所述波束集矩阵(F1)基于与所述3D天线阵列(150；150a-j)中的天线元件的不同段相关联的分量波束集矩阵(XV，XH)的组合，每个段包含至少一个天线元件(152；152N)。
3、根据方面1或2所述的发射机，其中，所述波束集矩阵(F1)还基于元件选择矩阵(Td)，所述元件选择矩阵用于选择至少一个天线元件(152；152N)，以保持不用于波束成形到与所述波束集矩阵(F1)的使用的导向矢量相关联的方向；
其中，所述发射机被配置为从包括对应于多个感兴趣方向(156)的多个阵列导向矢量的码本矩阵(Ω)中选择所述预编码器(112)中的所述波束集矩阵(F1)的列，所述3D天线阵列(150；150a-j)被配置为沿着所述多个感兴趣方向形成一个或多个发射波束(154)和/或接收波束。
4、根据前述方面之一所述的发射机，其中，所述功率分配矩阵(FP)包括增益值，用于确定要馈送给所述3D天线阵列(150；150a-j)的每个天线元件(152；152N)的功率。
5、根据前述方面之一所述的发射机，其中，包含多个预编码器矩阵的码本针对每个传输秩包括至少一个功率分配矩阵(FP)。
6、根据前述方面之一所述的发射机，其中，每个波束成形权重集合形成所述3D天线阵列(150；150a-j)的导向矢量，其中，所述波束集矩阵(F1)包括多个导向矢量，其中，对于每个导向矢量，相关联的元件选择矩阵(Td)被包含在所述波束集矩阵(F1)中，包括所述3D天线阵列(150；150a-j)的每个天线元件(152；152N)的信息，所述信息指示所述天线元件(152；150N)是用于还是不用于相关联的导向矢量或多个导向矢量。
7、根据方面6所述的发射机，其中，所述3D天线阵列(150；150a-j)包括天线元件(152；152N)的多个子集(422)，其中，所述元件选择矩阵(Td)按子集指示使用还是不使用天线元件(152；152N)的特定子集(422)来进行特定方向上的波束成形。
8、根据方面7所述的发射机，其中，所述3D天线阵列(150；150a-j)中的天线元件(152；152N)的所述多个子集(422)中的第一子集和第二子集(422)不相交或包含共同的天线元件(152；152N)。
9、根据方面7或8所述的发射机，其中，所述多个子集(422)中的天线元件(152；152N)的每个子集(422)被配置为将波束(154)形成到沿着从所述3D天线阵列(150；150a-j)角度来看的仰角(Θ)方向和/或方位角(Φ)方向的特定方向(424)上，其中，所述元件选择矩阵(Td)适用于使用与所述特定方向(4241-3)相关联的天线元件(152；152N)的子集(422)来形成波束(154)，而不使用与至少一个其他方向(4241-3)相关联的天线元件(152；152N)的子集(422)来形成波束(154)。
10、根据方面7至9之一所述的发射机，其中，元件选择矩阵(Td)的值包括至少三个值中的一个值，所述至少三个值包括最小值、最大值和在其间的至少一个值，所述元件选择矩阵的值指示提供给所述天线元件(152)的功率量。
11、根据方面10所述的发射机，其中，至少第一元件选择矩阵(T1)和第二元件选择矩阵(T2)与波束导向矢量相关联，所述第一元件选择矩阵(T1)和第二元件选择矩阵(T2)包括指示要提供给所述天线元件(152；152N)的不同功率量的不同值，其中，所述发射机被配置为选择所述第一元件选择矩阵(T1)或选择所述第二元件选择矩阵(T2)来与所述相关联的导向矢量进行组合。
12、根据方面11所述的发射机，其中，所述发射机被配置为基于衰落信道条件来时变地适配所述元件选择矩阵(Td)。
13、根据方面11或12所述的发射机，其中，所述发射机被配置为响应于从接收机(500)接收到的反馈信号(508)来时变地适配所述元件选择矩阵(Td)，所述反馈信号(508)包含与信道状态信息有关的信息，所述信道状态信息与所述发射机和所述接收机之间的信道相关联。
14、根据前述方面之一所述的发射机，其中，所述发射机被配置为：
通过在所述3D天线阵列(150；150a-j)的响应矢量函数的复指数的指数中包含的多个方位角(Φ)和仰角(Θ)的值处对所述响应矢量函数进行采样，来选择针对感兴趣方向(156)的导向矢量；或者
通过在所述3D天线阵列(150；150a-j)的响应矢量函数的复指数的指数中包含的方位角(Φ)和仰角(Θ)的三角函数的各个值处对所述响应矢量函数进行采样，来选择针对感兴趣方向(156)的导向矢量。
15、根据方面14所述的发射机，其中，所述感兴趣方向(156)与码本矩阵(Ω)中的所述导向矢量相关联，并且在2D散点图中形成网格图案，所述网格图案具有平行的行(402)和平行的列(404)。
16、根据前述方面中任一项所述的发射机，其中，所述3D天线阵列(150；150a-j)至少包括旋转对称性，其中，所述波束集矩阵(F1)基于分量波束集矩阵(XV、XH)的组合，其中第一分量波束集矩阵(XV、XH)与所述3D天线阵列(150；150a-j)的第一段相关联，其中第二分量波束集矩阵(XV、XH)与所述3D天线阵列(150；150a-j)的第二段相关联，其中，所述波束集矩阵(F1)包括所述组合的Kronecker乘积结构，其中，所述第一分量波束集矩阵(XV、XH)与所述3D天线阵列(150；150a-j)的第一维度有关，并且所述第二分量波束集矩阵(XV、XH)与所述3D天线阵列(150；150a-j)的第二维度有关。
17、根据前述方面中任一项所述的发射机，其中，所述波束集矩阵(F1)基于分量波束集矩阵(XV、XH)的组合，其中，所述3D天线阵列(150；150a-j)包括平行于第一方向和第二方向(x，y)布置的多个平面天线配置(162)，所述多个平面天线配置(162)沿着垂直于所述第一方向和所述第二方向(x，y)的第三方向(z)根据线性天线配置进行堆叠；
其中，所述预编码器矩阵(F)基于波束集矩阵(F1)和选择矩阵(F2)的组合，所述波束集矩阵(F1)包括针对所述3D天线阵列(150；150a-j)的导向矢量，所述选择矩阵用于从所述波束集矩阵(F1)中选择要应用于所述3D天线阵列(150；150a-j)的至少一个导向矢量，
其中，所述Kronecker乘积结构基于所述导向矢量中与所述平面天线配置(162)有关的第一分量和与所述3D天线阵列(150；150a-j)的所述线性天线配置有关的第二分量，其中所述第一分量和所述第二分量彼此解耦。
18、根据方面16或17所述的发射机，其中，所述发射机被配置为通过改变定义所述波束集矩阵(F1)的所述第一分量波束集矩阵(XH)或所述第二分量波束集矩阵(XV)来适配所述波束成形权重。
19、根据前述方面中任一项所述的发射机，其中，所述发射机被配置为响应于接收到的反馈信号(508)来适配所述波束成形权重，其中，所述反馈信号(508)包括与任一分量波束集矩阵(XV)或分量波束集矩阵(XH)或两个分量波束集矩阵有关的信息。
20、根据前述方面之一所述的发射机，其中，所述发射机包括多个码本，其中，每个码本与天线元件(152；152N)的特定子集(422)相关联，每个码本包含用于所述3D天线阵列(150；150a-j)的导向矢量的集合。
21、根据前述方面之一所述的发射机，其中，所述预编码器(112)包括以下中的至少两个元素：
所述预编码器(112)包括基于所述波束集矩阵(F1)和所述选择矩阵(F2)以及所述分配矩阵(FP)的所述预编码器矩阵(F)，所述功率分配矩阵适用于选择性地调整所述天线元件(152；152N)的天线增益；以及
所述预编码器(112)包括基于所述波束集矩阵(F1)和所述选择矩阵(F2)的预编码器矩阵(F)，其中，所述波束集矩阵(F1)基于与所述3D天线阵列(150；150a-j)的天线元件的不同段相关联的分量波束集矩阵(XV、XH)的组合；以及
所述预编码器(112)包括基于所述波束集矩阵(F1)和所述选择矩阵(F2)的预编码器矩阵(F)，其中，所述波束集矩阵(F1)基于所述元件选择矩阵(Td)，所述元件选择矩阵用于选择至少一个天线元件(152；152N)，以保持不用于波束成形到与所述波束集矩阵(F1)的使用的导向矢量相关联的方向。
22、根据前述方面之一所述的发射机，其中，所述3D天线阵列(150；150a-j)包括以下至少之一：
■柱形3D天线阵列(150；150a-j)；
■锥形3D天线阵列(150；150a-j)；
■平面天线阵列(UPA/UCA)和柱形3D天线阵列(150；150a-j)的组合；
■平面天线阵列(UPA/UCA)和锥形3D天线阵列(150；150a-i)的组合；以及
■平面天线阵列(UPA/UCA)、柱形3D天线阵列(150；150a-j)和锥形3D天线阵列(150；150a-j)的组合。
23、根据前述方面之一所述的发射机，其中，所述3D天线阵列(150；150a-j)的所述天线元件(152；152N)根据至少第一极化和第二极化布置，其中，所述波束集矩阵(F1)是块对角矩阵，所述块对角矩阵包括作为与所述第一极化相关联的第一子矩阵的第一块(X1)，并且包括作为与所述第二极化相关联的第二子矩阵的第二块(X2)。
24、根据前述方面之一所述的发射机，其中，所述3D天线阵列(150；150a-j)包括平行于第一方向和第二方向(x，y)布置的多个平面天线配置(162)，所述多个平面天线配置(162)沿着垂直于所述第一方向和所述第二方向(x，y)的第三方向(z)根据线性天线配置进行堆叠。
25、根据前述方面之一所述的发射机，其中，所述发射机被配置为向接收机发送指示所述3D天线阵列(150；150a-j)的布局的信号(506)。
26、一种发射机，包括：
3D天线阵列(150；150a-j)，包括用于与至少一个接收机进行无线通信的多个天线元件(152；152N)；以及
连接到所述天线阵列的预编码器(112)，所述预编码器(112)被配置为使用预编码器矩阵(F)来将波束成形权重集合应用于所述3D天线阵列(150；150a-j)，所述波束成形权重选自与所述3D天线阵列(150；150a-j)相关联的码本表(130)，所述发射机被配置为使用所述码本表(130)来形成指向感兴趣方向(156)的一个或多个发射/接收波束(154)；
其中，所述码本表(130)是包括用于所述方向中每个方向的候选的表，其中，所述码本表(130)包括基于所述预编码器(112)的多个分量矩阵的组合的结构，其中，所述预编码器(112)被配置为选择所述分量矩阵中的单个分量以便选择所述波束成形权重，其中，所述特定分量包括所述3D天线阵列(150；150a-j)的天线元件(422)的子集和功率分配中的至少一个，通过使用预编码器矩阵索引(PMIP，PMI1；PMI2，ESMI)和秩索引(RI)中的至少一个向所述天线元件(152；152N)进行所述功率分配，
其中，所述预编码器(112)的所述预编码器矩阵(F)基于包含所述阵列导向矢量的波束集矩阵(F1)和选择矩阵(F2)以及分配矩阵(FP)，所述功率分配矩阵适用于选择性地调整分配给所述天线元件(152；152N)的功率；或者
其中，所述预编码器(112)包括预编码器矩阵(F)，所述预编码器矩阵基于波束集矩阵(F1)和选择矩阵(F2)，其中，所述波束集矩阵(F1)基于与所述3D天线阵列的天线元件的不同段相关联的分量波束集矩阵(XV、XH)的组合；或者
其中，所述预编码器(112)包括预编码器矩阵(F)，所述预编码器矩阵基于波束集矩阵(F1)和选择矩阵(F2)，其中，所述波束集矩阵(F1)基于元件选择矩阵(Td)，所述元件选择矩阵用于选择至少一个天线元件(152；152N)以保持不用于波束成形到与所述波束集矩阵(F1)的使用的导向矢量相关联的方向。
27、一种发射机，包括：
3D天线阵列(150；150a-j)，包括用于与至少一个接收机进行无线通信的多个天线元件(152；152N)，其中，所述天线元件(152；152N)根据柱形或锥形配置来布置；
其中，所述发射机被配置为向接收机发送指示所述3D天线阵列(150；150a-j)的布局的信号。
28、根据方面27所述的发射机，其中，所述3D天线阵列(150；150a-j)包括所述3D天线阵列(150；150a-j)的天线元件的第一子集(4221)和所述3D天线阵列(150；150a-j)的天线元件的第二子集(4222)，其中，所述第一子集(4221)包括柱形配置，所述第二子集(4222)包括锥形配置；或者其中，所述第一子集(4221)和所述第二子集(4222)包括相同的配置，并且在所述子集的UPA层的直径或UPA层中的天线元件(152；152N)的数量上不同。
29、根据方面27或28所述的发射机，其中，所述发射机包括连接到所述3D天线阵列(150；150a-j)的预编码器(112)，所述预编码器(112)被配置为向所述3D天线阵列(150；150a-j)应用波束成形权重集合，以使用所述3D天线阵列的导向矢量通过所述3D天线阵列(150；150a-j)形成一个或多个发射波束(154)和/或接收波束，所述波束(154)指向感兴趣方向(156)，所述波束成形权重集合是从码本表(130)中选择的；
其中，所述预编码器(112)包括基于波束集矩阵(F1)和选择矩阵(F2)以及功率分配矩阵(Fp)的预编码器矩阵(F)，所述功率分配矩阵适用于选择性地调整所述天线元件(152；152N)的天线增益；或者
其中，所述预编码器(112)包括基于波束集矩阵(F1)和选择矩阵(F2)的预编码器矩阵(F)，其中，所述波束集矩阵(F1)基于与所述3D天线阵列(150；150a-j)的天线元件的不同段相关联的分量波束集矩阵(XV，1、XH，1、XV，2、XH，2)的组合，其中，所述不同段与所述3D天线阵列(150；150a-j)的不同维度有关；或者
其中，所述预编码器(112)包括基于波束集矩阵(F1)和选择矩阵(F2)的预编码器矩阵(F)，其中，所述波束集矩阵(F1)基于元件选择矩阵(Td)，所述元件选择矩阵用于选择至少一个天线元件(152；152N)以保持不用于波束成形到与所述波束集矩阵(F1)的使用的导向矢量相关联的方向；或者
其中，所述预编码器(112)中的所述波束集矩阵(F1)连接到包括多个阵列导向矢量的码本矩阵(Ω)，所述码本矩阵(Ω)包括用于多个感兴趣方向(156)的多个波束成形权重集合；并且
其中，所述发射机被配置为通过在所述3D天线阵列(150；150a-j)的响应矢量函数的复指数的指数中包含的方位角(Φ)和仰角(Θ)的多个值处对所述响应矢量函数进行采样，来选择针对所述感兴趣方向(156)的导向矢量；或者其中，所述发射机被配置为通过在所述3D天线阵列(150；150a-j)的响应矢量函数的复指数的指数中包含的方位角(Φ)和仰角(Θ)的三角函数的各个值处对所述响应矢量函数进行采样，来选择针对感兴趣方向(156)的导向矢量。
30、一种用户设备，包括：
天线，用于与发射机进行无线通信；以及
信号处理器，用于接收并处理经由无线电信道在所述天线处接收到的无线电信号(508)，所述无线电信号(508)包括与3D天线阵列(150；150a-j)的布局有关的信息；
其中，所述用户设备被配置为使用与所述3D天线阵列(150；150a-j)的布局有关的信息来构造码本表(130)，所述码本表(130)包括用于多个方向的多个波束成形权重集合。
31、根据方面30所述的用户设备，其中，所述用户设备被配置为向发射机发送请求信号，所述请求信号指示请求所述发射机发送包括与所述3D天线阵列(150；150a-j)的布局有关的信息的无线电信号(508)。
32、根据方面30或31所述的用户设备，其中，所述用户设备被配置为发送指示要使用与所述3D天线阵列(150；150a-j)的布局有关的信息来形成波束的无线电信号(508)。
33、一种被配置为在无线通信网络中进行操作的用户设备，其中，所述用户设备被配置为发送请求信号(508)，所述请求信号包括指示请求向所述用户设备发送无线电信号(506)的信息，所述无线电信号包括与所述发射机的3D天线阵列(150；150a-j)的布局有关的信息。
34、根据方面33所述的用户设备，其中，所述用户设备被配置为确定以下中的至少一项并将其发送给服务基站：
要由所述服务基站用来向所述用户设备发送信号的天线元件(152；152N)的段(422)；以及
指示要由所述服务基站用来向所述用户设备发送信号的特定功率分配矩阵(FP)的信息。
35、根据方面33或34所述的用户设备，其中，所述用户设备被配置为以规则间隔发送所确定的信息。
36、根据方面33至35之一所述的用户设备，其中，所述用户设备被配置为响应于从所述服务基站接收到的请求来发送所确定的信息。
37、根据方面30至36所述的用户设备，其中，所述用户设备被配置用于与方面1至29之一所述的发射机进行无线通信；
其中，所述用户设备被配置为构造包括用于多个方向的多个波束成形权重集合的码本表(130)。
38、一种无线通信网络，包括：
根据方面1至29之一所述的发射机；以及
根据方面30至37之一所述的一个或多个用户设备。
39、根据方面38所述的无线通信网络，其中，
所述发射机是为用户设备提供服务的基站或者是由基站服务的用户设备。
40、一种用于操作包括3D天线阵列(150；150a-j)的发射机的方法，所述3D天线阵列包括多个天线元件(152；152N)，每个天线具有辐射图案，其中，所述辐射图案彼此重叠，其中，所述3D天线阵列(150；150a-j)包括横跨二维天线平面(162；162N)的第一天线元件、第二天线元件和第三天线元件(152；152N)，并且包括被布置在所述二维天线平面(162；162N)外部的第四天线元件(152；152N)；或者其中，所述3D天线阵列(150；150a-j)包括被配置为将发射信号引导到第一方向的第一天线元件(152；152N)，并且包括被配置为将发射信号引导到第二方向而不引导到所述第一方向的第二天线元件(152；152N)，所述方法包括：
在无线通信系统中相干地控制所述多个天线元件(152；152N)以进行相干无线通信；
使用预编码器矩阵(F)，将波束成形权重集合应用于所述3D天线阵列(150；150a-j)以利用所述3D天线阵列(150；150a-j)形成一个或多个发射波束(154)和/或接收波束，所述波束(154)指向感兴趣方向(156)，所述预编码器矩阵(F)基于波束集矩阵(F1)和选择矩阵(F2)以及功率分配矩阵(FP)，所述功率分配矩阵包括功率值，所述功率值指示要分配给所述3D天线阵列(150；150a-j)的所述天线元件(152；152N)的功率，所述功率分配矩阵(FP)适用于选择性地调整所述天线元件(152；152N)的天线增益。
41、一种用于操作包括3D天线阵列(150；150a-j)的发射机的方法，所述3D天线阵列包括用于与至少一个接收机进行无线通信的多个天线元件(152；152N)，其中，所述天线元件(152；152N)根据柱形或锥形配置来布置，所述方法包括：
向接收机发送包括与所述3D天线阵列(150；150a-j)的布局有关的信息的信号；
向接收机发送指示以下信息的信号：柱形或锥形天线阵列中的层的数量、所述层中的每个层中的天线元件(152；152N)的数量、所述层之间的距离、所述天线元件(152；152N)的极化和所述天线阵列的几何结构。
42、一种用于操作接收机的方法，所述方法包括：
与发射机进行无线通信；以及
接收并处理从无线电信道接收到的无线电信号，所述信号包括与3D天线阵列(150；150a-j)的布局有关的信息；
使用与所述3D天线阵列(150；150a-j)的布局有关的信息，构造码本表(130)，使得所述码本表(130)包括用于多个方向的多个波束成形权重集合。
43、一种用于获得码本矩阵(Ω)的方法，所述码本矩阵(Ω)包括用于连接至3D天线阵列(150；150a-j)的预编码器(112)的阵列导向矢量，每个导向矢量指示要应用于3D天线阵列(150；150a-j)以利用所述3D天线阵列(150；150a-j)形成一个或多个发射/接收波束(154)的波束成形权重集合，所述波束(154)指向感兴趣方向(156)，所述方法包括：
通过在所述3D天线阵列(150；150a-j)的响应矢量函数的复指数的指数中包含的方位角(Φ)和仰角(Θ)的多个值处对所述响应矢量函数进行采样，来选择针对感兴趣方向(156)的导向矢量；或者
通过在所述3D天线阵列(150；150a-j)的响应矢量函数的复指数的指数中包含的方位角(Φ)和仰角(Θ)的三角函数的多个值处对所述响应矢量函数进行采样，来选择感兴趣方向(156)的导向矢量。
44、根据方面43所述的方法，其中，选择所述感兴趣方向(156)，使得当在二维图中绘制时，所述响应矢量函数的复指数的指数中包含的多个方位角(Φ)和仰角(Θ)跨越所述感兴趣方向(156)；或者使得当在二维图中绘制时，所述响应矢量函数的复指数的指数中包含的方位角(Φ)和仰角(Θ)的三角函数的多个值跨越所述感兴趣方向(156)。
45、一种非暂时性计算机程序产品，包括存储指令的计算机可读介质，所述指令当在计算机上执行时，执行根据方面40至44所述的方法。
尽管已经在设备的上下文中描述了一些方面，但是很明显，这些方面也代表了对相应方法的描述，其中框或设备对应于方法步骤或方法步骤的特征。类似地，在方法步骤的上下文中描述的方面也表示对相应装置的相应框或项目或特征的描述。
取决于某些实现要求，可以在硬件中或在软件中实现本发明的实施例。实施方式可以使用其上存储有电子可读控制信号的数字存储介质(例如，软盘、DVD、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或FLASH存储器)来执行，电子可读控制信号与可编程计算机系统协作(或能够与之协作)，使得执行相应方法。
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，电子可读控制信号能够与可编程计算机系统协作以便执行本文所述的方法之一。
通常，本发明的实施例可以实现为具有程序代码的计算机程序产品，程序代码可操作以在计算机程序产品在计算机上运行时执行方法之一。程序代码可以例如存储在机器可读载体上。
其他实施例包括存储在机器可读载体上的计算机程序，该计算机程序用于执行本文所述的方法之一。
换言之，本发明的方法的实施例因此是具有程序代码的计算机程序，该程序代码用于在计算机程序在计算机上运行时执行本文所述的方法之之。
因此，本发明方法的另一实施例是包括、其上记录有计算机程序的数据载体(或者数字存储介质或计算机可读介质)，该计算机程序用于执行本文所述的方法之一。
因此，本发明方法的另一实施例是表示计算机程序的数据流或信号序列，所述计算机程序用于执行本文所述的方法之一。数据流或信号序列可以例如被配置为经由数据通信连接(例如，经由互联网)来传送。
另一实施例包括处理装置，例如，计算机或可编程逻辑器件，其中所述处理装置被配置为或适于执行本文所述的方法之一。
另一实施例包括其上安装有计算机程序的计算机，该计算机程序用于执行本文所述的方法之一。
在一些实施例中，可编程逻辑器件(例如，现场可编程门阵列)可以用于执行本文所述的方法的功能中的一些或全部。在一些实施例中，现场可编程门阵列可以与微处理器协作以执行本文所述的方法之一。通常，方法优选地由任意硬件装置来执行。
上述实施例对于本发明的原理仅是说明性的。应当理解的是，本文所述的布置和细节的修改和变型对于本领域其他技术人员将是显而易见的。因此，旨在仅由所附专利权利要求的范围来限制而不是由借助对本文的实施例的描述和解释所给出的具体细节来限制。
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Claims (6)

1.一种用户设备，包括：
天线，用于与发射机进行无线通信；以及
信号处理器，用于接收并处理经由无线电信道在所述天线处接收到的无线电信号(508)，所述无线电信号(508)包括与3D天线阵列(150；150a-j)的布局有关的信息；
其中，所述用户设备被配置为使用与所述3D天线阵列(150；150a-j)的布局有关的信息来构造码本表(130)，所述码本表(130)包括用于多个方向的多个波束成形权重集合。
2.根据权利要求1所述的用户设备，其中所述3D天线阵列的所述布局包括以下中的一项或多项：
·天线的柱形或锥形配置(UPA/UCA)中的层的数量；
·一个或多个层或甚至每一层中的天线元件的数量；
·层之间的距离；
·天线元件的极化；
·所述3D天线阵列的几何结构；
·半径；
·天线元件相对于彼此的布置；
·3D天线阵列的天线的柱形或锥形布置中的空间层的数量；
·所述3D天线阵列的中心频率；
·在所述3D天线阵列中使用的天线元件之间距离；
·在所述3D天线阵列中使用的子阵列或段之间的距离；
·基站在所述3D天线阵列的给定子阵列或段中使用的发射功率；
·所选的天线子集的宽边；
·关于所述发射机的天线类型或2D/3D模型的过顶信息；
·所述天线元件可分割成天线元件的子集的可分割性；
·指示所述天线阵列相对于参考平面的下倾的信息；和/或
·指示所述3D天线阵列在空间中的取向的信息。
3.根据权利要求1所述的用户设备，其中，所述用户设备被配置为向发射机发送请求信号，所述请求信号指示请求所述发射机发送包括与所述3D天线阵列(150；150a-j)的布局有关的信息的无线电信号(508)。
4.根据权利要求1所述的用户设备，其中，所述用户设备被配置为发送指示要使用与所述3D天线阵列(150；150a-j)的布局有关的信息来形成波束的无线电信号(508)。
5.一种用于操作接收机的方法，所述方法包括：
与发射机进行无线通信；以及
接收并处理从无线电信道接收到的无线电信号，所述信号包括与3D天线阵列(150；150a-j)的布局有关的信息；
使用与所述3D天线阵列(150；150a-j)的布局有关的信息，构造码本表(130)，使得所述码本表(130)包括用于多个方向的多个波束成形权重集合。
6.一种存储指令的计算机可读介质，所述指令当在计算机上执行时，执行根据权利要求5所述的方法。
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