CN111247748B - 采用空间延迟预编码的接收器、发送器、系统及方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种接收器，其接收和处理经由频率选择性无线电信道从采用多个发送天线的发送器接收的无线电信号。所述接收器基于所接收的信号，确定用于发送器处的每一层和发送天线的相应的空间延迟预编码器的复预编码器系数和延迟，以实现用于所述无线电信道上的通信的预定义属性，每个空间延迟预编码器为相关联的发送天线建模或定义多个循环滤波器，所述多个循环滤波器分别利用对应的预编码器延迟和复预编码器系数，对待发送的信号进行延迟和加权，以及将所确定的延迟显式地或隐式地反馈到所述发送器，以及将所确定的复预编码器系数显式地或隐式地反馈到所述发送器，所述发送器使用所反馈的延迟和复预编码器系数对待发送到所述接收器的信号进行预编码。

Description

采用空间延迟预编码的接收器、发送器、系统及方法
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减少的反馈的预编码，例如，用于毫米波系统的空间延迟宽带MIMO(多输入多输出)预编码的无线通信系统。
背景技术
图1是包括核心网102和无线电接入网络104的无线网络100的示例的示意性表示。无线电接入网络104可包括多个基站eNB1至eNB5，每个基站服务于由相应小区1061至1065示意性地表示的基站周围的特定区域。基站被提供用于服务小区内的用户。用户可以是固定设备或移动设备。另外，可以通过连接到基站或用户的移动或固定IoT设备访问无线通信系统。移动设备或IoT设备可包括物理设备、地面车辆(诸如机器人或汽车)、飞行器(诸如有人或无人驾驶飞行器(UAV)，后者又称为无人机)、建筑物以及其它嵌入了电子器件、软件、传感器、致动器等的物品，以及使这些设备能够跨现有网络基础设施收集和交换数据的网络连接。图1示出仅五个小区的示例性视图，但是无线通信系统可包括更多这样的小区。图1示出两个用户UE1和UE2，也称为用户设备(UE)，它们位于小区1062中并由基站eNB2服务。在小区1064中示出另一个用户UE3，其由基站eNB4服务。箭头1081、1082和1083示意性地表示用于从用户UE1、UE2和UE3向基站eNB2、eNB4传输数据或用于从基站eNB2、eNB4向用户UE1、UE2、UE3传输数据的上行链路/下行链路连接。另外，图1示出小区1064中的两个IoT设备1101和1102，它们可以是固定设备或移动设备。IoT设备1101经由基站eNB4访问无线通信系统以接收和发送数据，如箭头1121示意性地表示的。IoT设备1102经由用户UE3访问无线通信系统，如箭头1122示意性地表示的。各基站eNB1至eNB5经由相应的回程链路1141至1145连接到核心网102和/或彼此连接，这在图1中提供指向“核心”的箭头示意性地表示。核心网102可以连接到一个或多个外部网络。
对于数据传输，可以使用物理资源网格。物理资源网格可包括资源元素的集合，各种物理信道和物理信号被映射到这些资源元素。例如，物理信道可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)的物理下行链路和上行链路控制信道(PDCCH，PUCCH)，等等。对于上行链路，物理信道还可包括物理随机接入信道(PRACH或RACH)，一旦UE与MIB和SIB同步以及获得MIB和SIB，该信道被UE用于接入网络。物理信号可包括参考信号(RS)、同步信号等。资源网格可包括在时域中具有一定的持续时间以及在频域中具有给定带宽的帧。帧可以具有一定数量的预定义长度的子帧，并且每个子帧可包括符号，如OFDM符号。
无线通信系统可以例如根据LTE-Advanced pro标准或5G或NR(新无线电)标准进行操作。
无线通信系统可以是使用频分复用的任何单音或多载波系统，如正交频分复用(OFDM)系统、正交频分多址(OFDMA)系统、或具有或不具有CP的任何其它基于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)、广义频分复用(GFDM)或通用滤波多载波(UFMC))。
在类似于图1中示意性描绘的无线通信系统中，可以例如根据LTE或NR使用多天线技术以改进用户数据速率、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。线性预编码通过将数据层映射到天线端口的预编码器矩阵执行。预编码可以看作是波束形成的概括，这是一种用于将数据传输在空间上引导/聚焦到预定接收器的技术。
在下文中，考虑移动多输入多输出通信系统中的下行链路(DL)传输，即，将数据业务从基站(eNodeB)承载到移动用户设备(UE)的通信链路。考虑到具有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传输中的特定时刻接收的符号可以写为，
y＝HFs+n
其中表示信道矩阵，/>表示eNodeB处的预编码器矩阵，/> 是接收器处的额外噪声，/>是由eNodeB发送的必须由UE解码的数据向量，以及Ns表示所发送的数据流的数量。要在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对基于瞬时信道信息/>的优化问题求解来决定的。在闭环通信模式中，UE估计信道的状态，并且经由上行链路(承载从UE到eNodeB的业务量的通信链路)中的反馈信道向eNodeB发送报告，如信道状态信息(CSI)，使得eNodeB可以确定预编码矩阵(参见参考文献[1])。还存在在没有来自UE的反馈的情形下执行多层传输以确定预编码矩阵的情形。这种通信的模式被称为“开环”，并且eNodeB利用信号分集和空间复用来传输信息(参见参考文献[1])。
图2示出根据LTE版本8的使用基于码本预编码的MIMO DL传输的基于块的模型。图2示意性地示出基站200、用户设备300和信道400，如用于基站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，以及接收数据向量206和来自码本208的预编码器矩阵F的预编码器204。信道400可以通过信道矩阵402描述。用户设备300经由天线或具有多个天线或天线元件的天线阵列304来接收数据向量302。在用户设备300和基站200之间设置反馈信道500，用于发送反馈信息。
在隐式反馈的情形下，UE 300通过反馈信道500发送的CSI包括秩索引(RI)、预编码矩阵索引(PMI)和信道质量指标(CQI)，从而允许在eNodeB 200处决定预编码矩阵以及要发送的符号的调制阶数与编码策略(MCS)。PMI和RI被用于从称为“码本”208的预定义的矩阵集合Ω中确定预编码矩阵。例如，根据LTE，码本208可以是在表的每个条目中具有矩阵的查找表，以及来自UE的PMI和RI决定从表的哪一行和哪一列获得要使用的预编码器矩阵。
利用显式CSI反馈，不使用任何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。可替换地，可以发送瞬时信道矩阵的系数，eNodeB根据该系数确定预编码器。
可以针对配备有具有固定下倾角(down-tilt)的1维均匀线性阵列(ULA)或2维均匀平面阵列(UPA)的eNodeB，执行预编码器204和码本208的设计和优化。这些天线阵列202允许控制水平(方位角)方向上的无线电波，使得eNodeB 200处的仅方位角波束形成成为可能。根据其它示例，码本208的设计被扩展以支持用于在垂直(仰角)和水平(方位角)方向上发送波束形成的UPA，这也被称为全维(FD)MIMO(参见参考文献[2])。例如，在诸如FD-MIMO等大规模天线阵列的情形下，码本208可以是使用阵列的阵列响应向量形成空间分离的电磁发送/接收波束的波束形成权重的集合。阵列的波束形成权重(或“阵列导向向量(arraysteering vector))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，以向特定方向(或从特定方向)发送(或获得)辐射。预编码器矩阵的分量是从阵列的码本中获得，以及PMI和RI是用于“读取”码本并获得预编码器。阵列导向向量可以通过二维离散傅里叶变换(DFT)矩阵的列来描述(参见参考文献[3])。
在3GPP新无线电版本15中的类型I和类型II CSI报告方案中使用的频域预编码器矩阵具有双级结构：F(s)＝F1F2(s),s＝0…,S-1(参见参考文献[7])，其中S表示子带/子载波或物理资源块(PRB)的数量。矩阵F1是宽带矩阵，与索引s无关，并且包含从DFT码本矩阵中选择的PU波束形成向量
其中A表示每极化的发送天线的数量，以及P表示天线极化的数量，以及U是每极化波束形成向量的数量。对于共极化天线阵列，P＝1,而对于双极化天线阵列，P＝2。另外，对于双极化天线阵列，第u个波束向量对于两个极化都是相同的。矩阵F2(s)是选择/组合/同相矩阵，它针对每个子带/子载波或物理资源块(PRB)s对F1中定义的波束进行选择/组合/同相。应注意的是，可以在阵列天线中的每个位置处放置被定向在不同方向上的多个天线元件，以在发送/接收信号时利用极化分集。在许多情形下，天线元件的定向与天线所响应的极化角相同，因此，术语“天线极化”和“天线定向”在文献中可互换地使用。在本说明书中，当提及天线时，使用术语“定向”，以避免与发送的或接收的波前的极化相混淆。
对于秩1传输和类型I报告，由[7]为双极化天线阵列(P＝2)给出F2(s)
其中在除了第u个位置之外的所有位置处包含零。eu的这种定义是为每个极化选择第u个向量，并且跨不同的极化将它们组合。另外，δ1是用于第二极化的量化相位调整。
对于秩1传输和类型II报告，由[7]为双极化天线阵列(P＝2)给出F2(s)
其中量化值pu和δu,u＝1,2,…,2U分别是幅值和相位组合系数。
对于秩R传输，F2(s)包括R个向量，其中每个向量的项被选择以对每个极化内的单个或多个波束进行组合和/或跨不同极化来组合它们。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于在使用预编码的无线通信系统中减少反馈开销的改进的方法。
这一目的是通过如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示出无线通信系统的示例的示意性表示；
图2示出使用隐式CSI反馈的MIMO通信系统的基于块的模型；
图3示出根据本发明方法的实施例的MIMO系统的框图；
图4示出根据本发明方法的另外的实施例的MIMO系统的框图；
图5示出对于第u个波束以平均延迟索引bu,1为中心的个延迟索引；
图6示出用于图5的平均延迟位于采样网格的开始和/或结束处的的可能位置(见图6(a)和图6(b))；
图7示出对于第u个波束以两个平均延迟索引bu,1 and bu,2为中心的C个延迟索引；
图8示出对于平均延迟计算相对于参考波束的(2U-1)个波束的复系数；以及
图9示出可以在其上执行根据本发明方法描述的单元或模块以及方法的步骤的计算机系统的示例。
具体实施方式
下面参照附图更详细地描述本发明的优选实施例，在附图中具有相同或相似功能的元件由相同的附图标记表示。
本发明的实施例提供了一种接收器，其接收并处理经由频率选择性无线电信道从采用多个发送天线的发送器接收的无线电信号。所述接收器基于所接收的信号，确定用于发送器处的每一层和发送天线的相应的空间延迟预编码器的复预编码器系数和延迟，以实现用于所述无线电信道上的通信的预定义属性，每个空间延迟预编码器为相关联的发送天线建模或定义多个循环滤波器，所述多个循环滤波器分别利用对应的预编码器延迟和复预编码器系数，对待发送的信号进行延迟和加权，以及将所确定的延迟显式地或隐式地反馈到所述发送器，以及将所确定的复预编码器系数显式地或隐式地反馈到所述发送器，所述发送器使用所反馈的延迟和复预编码器系数对待发送到所述接收器的信号进行预编码。
本发明的另外的实施例提供了一种发送器，发送器具有：天线阵列，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，所述预编码器连接到所述天线阵列，所述预编码器用于将一组波束形成权重应用于所述天线阵列的一个或多个天线，以通过所述天线阵列形成一个或多个发送波束。所述发送器响应于从接收器接收的反馈确定所述波束形成权重，所述反馈显式地或隐式地指示延迟以及显式地或隐式地指示复预编码器系数，所指示的延迟和复预编码器系数是基于用于所述发送器处的每一层和发送天线的相应的空间延迟预编码器获得的，以实现用于通过无线电信道到所述接收器的通信的预定义属性，每个空间延迟预编码器为相关联的发送天线建模或定义多个循环滤波器，所述多个循环滤波器分别利用对应的预编码器延迟和复预编码器系数，对待发送的信号进行延迟和加权。
如上所述，传统上，在基于OFDM的系统中，为每一子载波或每一子带(包括多个相邻子载波的子带)执行预编码。由于子载波/子带的数量很大，为每一子载波/子带向gNB发送单个PMI/RI导致过大的反馈开销。在常规OFDM系统中解决了这种大反馈开销的问题，常规OFDM系统在频域中为每一子载波或每一子带执行预编码，如下所述。由于衰落增益是跨多个相邻子载波高度相关的，因此可以为多个子载波(即，每子带)计算单个预编码矩阵，这与为每一子载波计算单个预编码矩阵的情形相比，可以实现减少的反馈开销。
然而，在子载波/子带的数量远远大于非零信道脉冲响应系数的数量的情形下，时域中的预编码在计算复杂性和反馈开销方面都可能是有益的。
因此，根据本发明的方法并不是为每一子载波/子带执行预编码，而是执行每延迟预编码。根据实施例，本发明的方法采用新颖的空间延迟预编码器，该新的空间延迟预编码器与子载波/子带预编码相比具有减少的反馈，并且具有更高的互信息或速率等。根据本发明的实施例，提供了一种用于单载波和/或多载波MIMO通信系统的预编码和反馈方案，除了在3GPP版本10中描述的如PMI、RI和CQI等反馈参数(参见参考文献[4])之外，还提供用于发送器处的信号预编码器的诸如抽头延迟的额外反馈参数。与直到3GPP LTE版本14为止讨论的现有技术波束形成/预编码方案(参见参考文献[5])相比，本发明的反馈方案允许在互信息或速率等方面具有增强的性能的基于方向和延迟的波束形成/预编码。
根据本发明的实施例，MIMO通信系统可以在毫米波频率下操作。在毫米波频率下，通信信道是稀疏的，多径分量的能量集中在少数信道集群或信道径(channel tap)中，并且射线(ray)的数量与每个集群相关联。每个信道集群或信道径可以对应于不同的延迟和空间方向。因此，主信道集群(dominant channel cluster)或信道径的数量通常远小于子载波的数量。因此，在毫米波(mmWave)频率下操作的系统中，空间延迟预编码与常规的基于子载波或基于子带的频域预编码相比，在复杂性和反馈开销方面是有益的。根据本发明的方法，可利用对应于主信道集群方向的额外的抽头延迟信息，并将其反馈到gNB。由于所考虑的额外的自由度，在设计预编码器时利用群集方向的额外的延迟信息可以导致在互信息或速率等方面的增强的系统性能。
本发明还可应用于在次6GHz(sub-6GHz)的频率下操作的MIMO通信系统。
根据实施例，接收器被配置为使用延迟标识符隐式地反馈空间延迟预编码器的延迟，所述延迟标识符包括与在发送器处使用的频域码本矩阵的相应的列向量相关联的索引。
根据实施例，空间延迟预编码器是在频域中表示的，以及其中接收器被配置为显式地或隐式地反馈所述空间延迟预编码器的延迟。
根据实施例，隐式延迟反馈包括一个或多个延迟标识符DI，每个延迟标识符包括与频域码本矩阵D的列向量相关联的L个索引的集合，L＝延迟的总数量。
根据实施例，基于延迟的所需分辨率灵活地设计码本矩阵D的尺寸。
根据实施例
所述延迟被离散化，并且通过集合/>的元素给出，以及/>中的每个值与所述频域码本矩阵D的列向量相关联，其中l＝0,1,…,L，S＝子载波、或子带、或物理资源块的总数量，
其中所述频域码本矩阵D是过采样的码本DFT矩阵其中其中Of是所述频域码本DFT矩阵的过采样因子。
根据实施例，接收器被配置为从发送器接收过采样因子Of。
根据实施例，DI与空间波束相关联，以及反馈包括用于PU个空间波束的PU个DI，U＝波束的总数量，P＝极化的数量，其中对于发送器处的共极化天线阵列，P＝1，以及对于发送器处的双极化天线阵列，P＝2。
根据实施例
预编码器包括双级预编码结构，所述双级预编码结构包括波束形成矩阵，所述波束形成矩阵包含PU个空间波束，U＝波束的总数量，P＝极化的数量，其中对于发送器处的共极化天线阵列，P＝1，以及对于发送器处的双极化天线阵列，P＝2，
(i)在对于所有PU个波束的相同延迟的情形下，反馈包括用于所述PU个波束的一个延迟标识符，1个DI，或者
(ii)在极化相关和波束相关的延迟的情形下，反馈包括用于所述PU个波束的PU个延迟标识符，PU个DI，每个DI包含用于与单个空间波束相关联的延迟的索引，或者
(iii)在极化无关和波束相关的延迟的情形下，反馈包括用于所述PU个波束的U
个延迟标识符，U个DI，或者
(iv)在极化相关和波束无关的延迟的情形下，反馈包括用于所述PU个波束的两个延迟标识符，P个DI，或者
根据实施例，DI中的索引的数量对于空间波束是相同的或不同的。
根据实施例，与第u个空间波束相关联的延迟标识符DI中的个延迟索引中的d个延迟索引和与一个或多个其它空间波束相关联的DI的延迟索引相同，则所述第u个空间波束的DI包含/>个索引而不是/>个索引。
根据实施例，除了包含用于特定空间波束的索引的特定于波束的DI之外，反馈还包括对于X(X＝1…PU)个空间波束共同的共同DI，所述共同DI表示对于X个空间波束共同的索引。
根据实施例，可以将DI配置从发送器发信号通知给接收器，其中所述DI配置可以包含关于以下的信息：
-每一特定于波束的DI的索引的总数量，或者
-共同DI的数量，每一共同DI的索引的数量。
根据实施例，在与空间波束相关联的延迟在单个平均延迟周围的预定义窗口内的情形下，用于所述空间波束的延迟标识符仅包括与平均延迟相关联的单个索引。
根据实施例，接收器被配置为从发送器接收规定预定义窗口尺寸的窗口参数。
根据实施例，在PU个波束的情形下，反馈包括用于所述PU个波束的PU个DI，其中每个DI仅包含单个索引。
根据实施例，反馈包括用于空间波束的单个或多个DI，其中每个DI包括单个或多个索引，以及每个索引与波束的特定平均延迟相关联。
根据实施例，PU个空间波束具有相同的或不同的平均延迟。
根据实施例，与特定平均延迟索引相关联的第u个空间波束的个复延迟域组合系数被用于计算用于所述特定平均延迟索引的剩余或其他PU-1个波束的复组合系数。
根据实施例，与所述第u个波束的平均延迟索引对应的所述剩余2U-1个波束的复系数由下式给出
其中eg,u是与第g个波束相关联的标量复系数，g≠u，以及包含与第u个波束和平均延迟索引/>相关联的/>个延迟组合系数。
根据实施例，反馈包括类似预编码矩阵标识符PMI的索引的集合，所述索引的集合包括指示无线电信号的相应的空间波束的第一数量的索引、指示相应的复延迟域组合系数的第二数量的索引、以及与延迟标识符中包含的延迟相关联的第三数量的索引。
根据实施例
接收器被配置为：
(i)通过设置对于所有天线或波束的参考延迟显示地反馈所述空间延迟预编码器的所述延迟，相对于所述参考延迟的L-1个延迟差被反馈到所述发送器，或者
(ii)通过设置对于所有天线或波束的参考延迟隐式地反馈所述空间延迟预编码器的所述延迟，与相对于所述参考延迟的L-1个延迟差相关联的L-1个索引被反馈，或者
接收器被配置为：
(i)通过设置每天线或波束的参考延迟显示地反馈所述空间延迟预编码器的所述延迟，相对于所述每天线或波束的参考延迟的每天线或波束的L-1个延迟差被反馈到所述发送器；或者
(ii)通过设置每天线或波束的参考延迟隐式地反馈所述空间延迟预编码器的所述延迟，与相对于所述每天线或波束的参考延迟的每天线或波束的L-1个延迟差相关联的每天线或波束的L-1个索引被反馈到所述发送器。
根据实施例，延迟τn,r(l)是特定于天线和特定于层的，或者是非特定于天线和非特定于层的。在特定于天线和特定于层的延迟τn,r(l)的情形下，第n个发送天线第r层的第l个延迟τn,r(l)不同于第k个发送天线第p层的第l个延迟τk,p(l)，即， 和/>在非特定于天线和非特定于层的延迟τn,r(l)的情形下，第n个发送天线第r层的第l个延迟τn,r(l)与第k个发送天线第p层的第l个延迟τk,p(l)相同，即，/>
根据实施例，在特定于天线和特定于层的延迟以及复预编码器系数的显式反馈的情形下，
在延迟的显式反馈的情形下，反馈包括N·L·R个复预编码器系数和N·L·R个延迟，以及
在延迟的隐式反馈的情形下，反馈包括N·L·R个复预编码器系数和L·R个延迟标识符，
其中N表示发送天线的数量，L表示每层和每天线的延迟的数量，以及R表示层的数量。
根据实施例，在非特定于天线和非特定于层的延迟以及复预编码器系数的显式反馈的情形下，
在延迟的显式反馈的情形下，反馈包括N·L·R个复预编码器系数和L个延迟，所述L个延迟对于所有N个发送天线和R个层是相同的，
在延迟的隐式反馈的情形下，反馈包括N·L·R个复预编码器系数和规定L个延迟的1个延迟标识符，其中所述延迟标识符中规定的延迟是对于所有N个发送天线和R个层相同的预编码器抽头的延迟。
根据实施例，在特定于天线和特定于层的延迟以及复预编码器系数的隐式反馈的情形下，每延迟和每层的复预编码器系数是基于一个或多个码本，以及反馈规定与所述N个发送天线、L个延迟和R个层相关联的复预编码器系数的矩阵(PMI)，
在延迟的显式反馈的情形下，反馈包括L·R个预编码矩阵标识符(PMI)和N·L·R个延迟，以及
在延迟的隐式反馈的情形下，反馈包括L·R个预编码矩阵标识符(PMI)和L·R个延迟标识符。
根据实施例，在非特定于天线和非特定于层的延迟以及复预编码器系数的隐式反馈的情形下，每延迟和每层的复预编码器系数是基于一个或多个码本，以及反馈规定与所述N个发送天线、L个延迟和R个层相关联的复预编码器系数的矩阵(PMI)，
在延迟的显式反馈的情形下，反馈包括L·R个预编码矩阵标识符(PMI)和L个延迟，以及
在延迟的隐式反馈的情形下，反馈包括L·R个预编码矩阵标识符(PMI)和1个延迟标识符。
根据实施例，基于码本的方案采用对于所有延迟相同的每层的预编码器矩阵。
根据实施例，预编码器包括多级结构，所述多级结构包括波束集合矩阵和至少一个组合向量或组合矩阵、以及延迟的向量，所述组合向量或组合矩阵包括用于N个发送天线的每延迟和每层的复组合系数，其中反馈还针对每一延迟显式地或使用向量指示符隐式地标识所述复组合系数，使得当显式地发信号通知所述复组合系数时，反馈还包括所述复组合系数，或者当隐式地发信号通知所述复组合系数时，反馈还包括L·R个向量指示符。
根据实施例，每延迟和每层的复预编码器系数基于一个或多个非极化码本或极化码本。在极化码本的情形下，每延迟和每层的复预编码器系数包括：
·用于第一定向的所有天线的与发送的/入射的波前的第一极化相关联的每延迟和层的第一复预编码器系数，所述第一极化例如是水平极化，以及
·用于第一定向的所有天线的与发送的/入射的波前的第二极化相关联的每延迟和层的第二复预编码器系数，所述第二极化例如是垂直极化，以及
·用于第二定向的所有天线的与发送的/入射的波前的第一极化相关联的每延迟和层的第三复预编码器系数，所述第一极化例如是水平极化，以及
·用于所述第二定向的所有天线的与发送的/入射的波前的第二极化相关联的第四复预编码器系数每延迟和层，所述第二极化例如是垂直极化。
反馈包括分别用于与所述第一极化和所述第一天线定向、以及所述第二极化和所述第一天线定向、以及所述第二极化和所述第一天线定向、以及所述第二极化和所述第二天线定向相关联的每延迟和每层的复预编码器系数的矩阵的相应的矩阵标识符。
本发明可以应用于基于频分复用的单载波或多载波无线通信系统，诸如OFDM、离散傅立叶变换扩展OFDM(DFT-s-OFDM)等。以下对实施例的描述基于用于具有N个发送天线和M个接收天线的多载波MIMO系统的OFDM系统模型。第n个Tx天线和第m个Rx天线之间的频率选择性信道hm,n包括Q个路径分量，
所发送的数据是按传输块来组织的，其中使用预编码矩阵对长度为SR的每个块/>进行线性预编码，其中S是子载波的数量。结果，每块传输R个数据层，得到秩-R传输。
假设循环前缀(CP)传输，CP至少是长度(Q-1)，则在UE处的接收的信号向量(在去除CP之后)可以被写为
其中H表示块循环MIMO信道矩阵
以及
Hm,n是链路(m,n)的S×S尺寸的循环矩阵，在该矩阵的第一列上具有以及n是噪声。
用于秩1传输的预编码器矩阵由下式给出
以及
用于秩R传输的预编码器矩阵由下式给出
其中Kn,r是尺寸为S×S的循环预编码器矩阵。
块循环MIMO信道矩阵和预编码器矩阵的频域表示分别由和/> 给出，其中/>D是尺寸为S的DFT矩阵。
频域中的MIMO信道矩阵由下式给出
其中是对角矩阵，其中所有子载波的/>在主对角线上
用于第r层的频域中的预编码器矩阵由下式给出
其中是由主对角线上所有子载波的预编码器系数构成的对角矩阵。
通过重新排列，与子载波s相关联的MIMO信道矩阵是
用于与子载波s相关联的秩1传输的预编码器矩阵是
以及
用于与子载波s相关联的秩R传输的预编码器矩阵是
图3示出根据本发明方法的实施例的MIMO系统的框图。MIMO系统中与以上参考图2描述的单元对应的那些单元被分配了相同的参考标记。用户设备300在天线或天线阵列304处接收来自信道400的无线电信号。在如在306处所示去除循环前缀之后，用户设备300处理接收的信号以获得数据向量302。根据本发明的实施例，对接收的信号进行处理，以便如在308处所示，确定用于基站200处的每一层和发送天线的相应的空间延迟预编码器的复预编码器系数(complex precoder coefficients)和延迟，并且如在310处所示，提供所述复预编码器系数和延迟，以实现用于所述无线电信道上的通信的预定义属性。例如，在308处，可以在UE 300处，例如通过基于长期和短期信道状态信息使得诸如互信息(mutualinformation)或速率等的成本函数最大化，来优化空间延迟预编码器的复系数和延迟(参见下面的等式(1))，以实现用于所述无线电信道上的通信的预定义属性，如下面将更详细描述的。经优化的预编码器抽头和延迟经由隐式或显式反馈方案或两者的组合，通过反馈信道500反馈到gNB 200。下面更详细地描述用于极化和非极化情形的反馈方案的实施例。根据实施例，反馈可包括其他参数，例如，也在传统方法中使用的CQI和RI。
图4示出根据本发明方法的其他实施例的MIMO系统的框图。MIMO系统中与以上参考图2或图3描述的单元对应的那些单元被分配了相同的参考标记。在基站200处，在添加循环前缀210的前方还示出了波形调制器212。用户设备300在天线或天线阵列304处接收来自信道400的无线电信号。在如在306处所示去除循环前缀、以及如在312处所示进行波形解调之后，用户设备300处理接收的信号以获得数据向量302。根据本发明的实施例，对接收的信号进行处理，以便如在308处所示，确定空间波束以及用于基站200处的每一层和发送天线的延迟域组合系数和延迟(显式反馈)或者单个或多个延迟标识符(隐式反馈)，并且如在310’处所示，提供所述空间波束以及所述延迟域组合系数和延迟(显式反馈)或者单个或多个延迟标识符(隐式反馈)，以实现用于所述无线电信道上的通信的预定义属性。例如，在308处，可以在UE 300处，例如通过基于长期和短期信道状态信息使得诸如互信息(mutualinformation)或速率等的成本函数最大化，来优化空间延迟预编码器的复系数和延迟，以实现用于所述无线电信道上的通信的预定义属性，如下面将更详细描述的。经优化的预编码器系数和延迟经由隐式或显式反馈方案或两者的组合，通过反馈信道500反馈到gNB200。例如，所述反馈可以使用表示CQI、RI、PMI或基于波束的反馈的CSI，具有延迟的显式反馈或使用延迟标识符(DI)的延迟的隐式反馈的延迟域复组合系数。
第1实施例：空间延迟预编码器的时域表示
根据实施例，在308处，空间延迟预编码器为相关联的发送天线建模或定义多个循环滤波器，所述多个循环滤波器分别利用对应的预编码器延迟和复预编码器系数，对待发送的信号进行延迟和加权。因此，提供了一种参数空间延迟预编码器方案，其中用于发送天线n和秩r的预编码器系数通过下式定义
kn,r＝kn,r(1)·δ(t-τn,r(1))+…+kn,r(l)·δ(t-τn,r(l))+…+kn,r(L)·δ(t-τn,r(L)) (1)
其中kn,r(l)表示在延迟τn,r(l)下的复系数。
延迟τn,r(l),可以是特定于天线或不特定于天线的。另外，可以针对特定的采样网格，将所述延迟定义为使得/>其中/>表示正整数，或者可以脱离采样网格，将所述延迟定义为使得/>其中/>表示正实数。采样网格是信道系数可用的延迟的整数值的集合。对于脱离采样网格定义的延迟，所述信道系数通过内插获得。延迟τn,r(l)可以是特定于特定于天线的和特定于层，使得第n个发送天线第r层的第l个延迟τn,r(l)不同于第k个发送天线第p层的第l个延迟τk,p(l)，
或者
延迟τn,r(l)可以是非特定于天线的和非特定于层的，使得第n个发送天线第r层的第l个延迟τn,r(l)与第k个发送天线第p层的第l个延迟τk,p(l)相同，
对于基于网格(on-grid)延迟，DFT可用于计算空间延迟预编码器的频率响应。脱离网格(off-grid)延迟表示延迟域中的空间延迟预编码器的非均匀采样(参见等式(1))，并且DFT不能被用于计算空间延迟预编码器的频率响应。对于延迟中的非均匀采样，使用由下式给出的非均匀离散傅立叶变换(NUDFT)计算每子载波s的离散频率响应
其中是NUDFT向量，以及/>和/>是与子载波s以及发送天线n和层r相关联的预编码器系数。空间延迟预编码器(参见等式(1)的复系数/>和延迟/>可以在UE处计算，并且利用非常少的反馈发送到gNB。
在图3或图4的实施例中，基站200可以实施常规预编码器，如以上参考图2描述的预编码器，并且可以向待施加到天线202的信号添加循环前缀210。在预编码器处使用常规预编码器的情形下，响应于来自UE 200的反馈，基站200可以如上所述计算空间延迟预编码器的频率响应，并且针对每一子载波，响应于所获得的频率响应在频域中执行预编码。根据实施例，基站200可以实施如上所述的空间延迟预编码器。根据实施例，基站200可以基于过采样的DFT码本进行操作；基于适应于天线阵列缺陷(antenna array imperfections)的码本进行操作，如由Sutharshun Varatharaajan、Marcus Groβmann、Markus Landmann于2017年2月2日提交的欧洲专利申请专利17154486.9“Beamforming codebook adaption toantenna array imperfections(对于天线阵列缺陷的波束形成码本适应)”所述，其通过引用并入本文；或者，基于适应于天线阵列的预定义天线响应的码本进行操作，如由Venkatesh Ramireddy、Marcus Groβmann、Markus Landmann于2017年2月2日提交的欧洲专利申请17154487.7“Antenna array codebook with beamforming coefficients adaptedto a predefined antenna response of the antenna array(具有适应于天线阵的预定义天线响应的波束形成系数的天线阵列码本)”所述，其通过引用并入本文。
如上所述，在用户设备300处，可以例如通过基于长期和短期信道状态信息使得诸如互信息(mutual information)或接收信号噪声比(SNR)等的成本函数最大化，来优化空间延迟预编码器的复系数和延迟(参见等式(1)，以实现用于无线电信道上的通信的预定义属性。在反馈延迟是基于网格的情形下，系统模型通过DFT矩阵计算频率响应。在延迟不是基于网格的情形下，可以使用NUDFT计算每一子载波的频率响应。
在下文中，考虑秩1传输，并且针对该秩1传输提出优化问题和反馈方案。为了简单起见，当提及秩1传输时，省略下标r。然而，应注意的是，本发明不限于这样的实施例，并且还可以在采用更高秩或层通信的通信系统中实现，并且可简单直接地扩展到秩R传输。
对于秩1传输，在UE处使得平均互信息最大化的优化问题可以用公式表示为
/>
其中kn是包含与L个延迟相关联的预编码器复系数的长度L的向量。
对等式(2)中的优化问题求解，得到在UE处使得SNR最大化的预编码器系数和延迟，使得除了复系数反馈之外，N·L个延迟也被反馈到gNB。
对于秩1传输，对于非特定于天线的情形，其中延迟在所有天线上都是相同的，在UE处使得平均互信息最大化的优化问题是
其中和kn是包含与L个延迟相关联的预编码器复系数的长度L的向量。
对方程(3)中的优化问题求解，得到预编码器系数和延迟。从求解等式(3)获得的空间延迟预编码器产生对于gNB的仅L个延迟反馈，而不是从等式(2)得出的N·L个延迟。
现在针对使用秩1或层1通信的系统，描述用于极化的和非极化情形的反馈方案的实施例。在特定于天线的延迟的情形下，即，第l个延迟在各发送天线上是不同的。在非特定于天线的延迟的情形下，/>即，第l个延迟在所有发送天线上都是相同的。
非极化情形
使用基于码本或非码本的方案来反馈空间延迟预编码器的复系数，并且显式地或隐式地反馈延迟。隐式延迟反馈是借助于延迟标识符(DI)实现的。每个DI指示特定延迟集合，其中每个集合由在采样网格中定义或未定义的延迟的组合构成。每个DI可以指示与来自码本的向量相关联的特定延迟集合，其中每个集合由在采样网格中定义或未定义的延迟的组合构成。
在向量中如下收集与所有天线的第l个延迟位置对应的复系数
反馈方案1：预编码器系数和延迟的显式反馈
通过使用显式反馈，对于每一延迟，将分别与N个发送天线相关联的N个复系数和N个延迟反馈到gNB 200。因此，总反馈总计为N·L个复系数和N·L个延迟。
在非特定于天线的情形下，反馈总计为N·L个复系数和L个延迟。
基于码本的空间延迟预编码
考虑到如上所述的双级预编码结构F＝F1F2，第l个延迟的对应的延迟域预编码器k(l)可以写为
k(l)＝K1(l)K2(l)，
其中，特定于延迟的矩阵K1(L)是包含2u个向量的尺寸为N×2U的块对角矩阵，以及K2(l)是组合2u个向量的尺寸为2u×1的组合/选择/共相向量。
矩阵K1中的波束形成向量可以类似于F1，从过采样的DFT码本矩阵中选择；或者可以从为任意天线阵列构造设计的阵列响应匹配的码本中选择，如在以上提到的欧洲专利申请17154486.9或17154487.7中描述的，其通过引用结合于此。
反馈方案2：用于K1和K2的隐式反馈
从UE 300到gNB 200的对应于矩阵K1(l)和向量K2(l)的反馈分别借助于PMI1和PMI2来隐式地指示。通过PMI1和PMI2以及与N个发送天线相关联的N个延迟来规定与第l个延迟位置相关联的预编码器。因此，对于L个延迟，对于特定于天线的情形来讲，总反馈总计L个PMI1+L个PMI2+N·L个延迟，而对于非特定于天线的情形来讲，总反馈总计L个PMI1+L个PMI2+L个延迟。
根据实施例，与第l个延迟对应的空间延迟预编码器可以被分解为
k(l)＝K1K2(l)
其中K1(l)是在所有延迟上相同的宽带预编码器矩阵以及K2(l)是特定于延迟的选择/组合/同相向量。在特定于天线的情形下，反馈总计1个PMI1+L个PMI2+N·L个延迟，而在非特定于天线的情形下，反馈总计1个PMI1+L个PMI2+L个延迟。
反馈方案3：用于K1的隐式反馈和用于K2的显式反馈
与矩阵K1(l)相关联的反馈与反馈方案2中描述的类似。可以使用2U个复数项将对于尺寸为2U×1的向量K2(l)的反馈显式地指示给gNB 200。
通过PMI1和2U个复数值以及与N个发送天线相关联的N个延迟来规定与第l个延迟位置相关联的预编码器。
对于L个延迟，在特定于天线的情形下，总反馈总计L个PMI1+2·L·U个复系数+N·L个延迟，而在非特定于天线的情形下，反馈等于L个PMI1+2·L·U个复系数+L个延迟。
在使用上述宽带预编码器矩阵的实施例中，对于特定于天线的情形，反馈总计1个PMI1+2·L·U个复系数+N·L个延迟，而对于非特定于天线的情形，反馈总计1个PMI1+2·L·U个复系数+L个延迟。
对于反馈方案1、2和3，延迟也可以借助于延迟标识符(DI)被隐式地反馈到gNB。对于特定于天线的情形，需要L个DI来指示延迟，其中每个DI是针对各天线上的延迟定义的。在非特定于天线的情形下，单个DI足以向gNB指示延迟，并且由于各天线上的延迟是相同的，所以在这种情形下，该DI该定义了各预编码器抽头上的延迟。
下面的表1总结了上文针对非极化情形论述的反馈方案的反馈。
极化的情形
反馈方案1：预编码器系数和延迟的显式反馈
通过使用显式反馈，针对每一延迟，分别与N个发送天线相关联的N个复系数和N个延迟被反馈到gNB 200。因此，总反馈总计N·L个复系数和N·L个延迟。
在非特定于天线的情形下，反馈总计N·L个复系数和L个延迟。
基于码本的空间延迟预编码
通过考虑如上所述的双级预编码结构F＝F1F2，第l个延迟预编码器k(l)可以写为
k(l)＝K1(l)K2(l)，
其中特定于延迟的矩阵K1(l)是包含2U个向量的尺寸为N×2U的块对角矩阵，以及K2(l)是组合2U个向量的尺寸为2U×1的组合/选择/共相向量。
矩阵K1中的波束形成向量可以从过采样的DFT码本矩阵中、或者从为任意天线阵列配置设计的阵列响应匹配码本中选择，如在以上提到的欧洲专利申请17154486.9或17154487.7中描述的，其通过引用并入本文。
反馈方案2：用于K1和K2的隐式反馈
用于水平极化和垂直极化的预编码器矩阵索引分别由用于预编码器矩阵K1(l)的PMI1h和PMI1v指示。对应于向量K2(L)的反馈经由PMI2指示给gNB。对于第l个延迟，分别与K1(l)相关联的PMI1h和PMI1v以及与K2(l)相关联的PMI2连同N延迟一起，被从UE 300反馈到gNB 200。
对于特定于天线的情形，反馈总计L个PMI1h+L个PMI1v+L个PMI2+N·L个延迟，以及对于非特定于天线的情形，反馈总计L个PMI1h+L个PMI1v+L个PMI2+L个延迟。
如果如上所述选择K1(l)作为宽带预编码器矩阵，则对于特定于天线的情形，总反馈是1个PMI1h+1个PMI1v+L个PMI2+N·L个延迟，而对于非特定于天线的情形，反馈是1个PMI1h+1个PMI1v+L个PMI2+L个延迟。
反馈方案3：用于K1的隐式反馈和用于K2的显式反馈
与矩阵K1(l)相关联的反馈与极化情形的反馈方案2中所描述的类似。对于第l个延迟位置，用于预编码器矩阵K1(l)的用于水平极化的预编码器矩阵索引(PMI1h)和用于垂直极化的预编码器矩阵索引(PMI1v)、以及用于矩阵K2(l)的2U个复系数、连同N个延迟一起，被从UE 300反馈到gNB 200。
对于L个延迟，对于特定于天线的情形，反馈总计L个PMI1h+L个PMI1v+2·L·U个复系数+N·L个延迟，对于非特定于天线的情形，反馈总计L个PMI1h+L个PMI1v+2·L·U个复系数+L个延迟。
如果如上所述K1(l)被选择为宽带预编码器矩阵，则对于特定于天线的情形，反馈是1个PMI1h+1个PMI1v+2·L·U个复系数+N·L个延迟，而对于非特定于天线的情形，总反馈是1个PMI1h+1个PMI1v+2·L·U个复系数+L个延迟。
对于反馈方案1、2和3，延迟也可以借助于延迟标识符(DI)隐式地反馈到gNB。对于特定于天线的情形，需要L个DI来指示延迟，其中每个DI是针对跨天线的延迟定义的。在非特定于天线的情形下，单个DI足以向gNB指示延迟，并且由于跨天线的延迟是相同的，所以在这种情形下DI定义跨预编码器抽头的延迟。
下面的表2概括了用于上文针对极化情形讨论的反馈方案的反馈。
根据实施例，本发明的方法也可以用于MISO系统。基于信道估计，可以选择或挑选与时域信道中的L个主峰对应的延迟作为预编码器的L个延迟，以及基于在时域中计算的MRT(最大比率发射)预编码器，可以选择或挑选L个主峰作为预编码器的L个延迟。
在还估计信道的延迟的情形下，可以选择或挑选与信道的第一L个主峰对应的延迟作为预编码器的L个延迟，以及可以选择或挑选与MRT预编码器的第一L个主峰对应的延迟作为预编码器的L个延迟。
在信道延迟脱离网格的情形下，可以使用高分辨率参数估计方法来估计延迟，例如空间交替广义期望最大化(SAGE)算法(参见参考文献[6])。
上面已经参考使用双级/双结构码本的二维(2D)均匀平面阵列(UPA)描述了本发明的一些实施例。然而，本发明不限于这些实施例，也可以使用根据5G或NR(新无线电)标准的三重结构码本实现。另外，本发明不限于2D阵列。本发明的方法同样适用于任何任意天线阵列配置，如一维(1D)均匀线性阵列(ULA)或三维(3D)阵列天线，如圆柱阵列或圆锥阵列。三维(3D)阵列天线例如在2017年6月16日提交的PCT专利申请PCT/EP2017/064828“Transmitter,Receiver,Wireless Communication Network and Methods forOperating the Same(发送器、接收器、无线通信网络及其操作方法)”中描述，该申请通过引用结合于此。
当考虑具有每行PR个面板且每列PC个面板的多面板阵列时，面板的总数由下式给出
P＝PRPC。
每面板的天线数量保持与上文针对双级结构讨论的相同。对于这种多面板天线结构，预编码器由三元/三级结构给出
F＝F3F1F2
其中F3是尺寸为P×N的宽带相位补偿矩阵，其用于补偿多个面板之间的相位偏移，由下式给出
其中是每面板的相位补偿因子。这里N表示每面板的包括所有极化/方向的天线总数。矩阵F1和F2用于在面板内预编码，并且具有与双级结构中描述的相同功能。
对于本发明，延迟l和面板p的预编码器系数可以写为
k(l,p)＝K3(p)K1(L,p)K2(P)。
矩阵K3(p)是通过相位补偿因子限定的宽带矩阵，所述相位补偿因子由下式给出
以及矩阵K1和向量K2可以是跨面板相同的或不同的，即它们可以是特定于面板的或非特定于面板的。
在特定于面板的情形下，每面板的用于矩阵K1和向量K2的反馈连同相位补偿因子一起分别被反馈到gNB。
在非特定于面板的情形下，用于单个面板的用于矩阵K1和向量K2的反馈连同每面板的相位补偿因子被反馈到gNB。
对于特定于面板和非特定于面板的情形，应用用于极化和非极化情形的反馈方案1、反馈方案2和反馈方案3中描述的用于矩阵K1和向量K2的反馈。
跨面板用于相位补偿因子的反馈可以是借助于从调制方案星座或从DFT码本中选择或挑选的索引(PMI3)实现的隐式，或者可以是显式。对于显式情形，反馈P个相位补偿因子，而在隐式情形下，PMI3用于反馈。
下面的表3概括了在特定于面板的和非特定于面板的情形下用于矩阵K3的反馈。
第2实施例：空间延迟预编码器的频域表示
在迄今为止描述的实施例中，空间延迟预编码器k(l)是在时域中表示的。然而，本发明的方法不限于这样的实施例，并且根据本发明方法的另外的实施例，空间延迟预编码器k(l)是在频域中表示的。
现在针对在采用秩1或层1通信的系统中的非极化情形，描述基于空间延迟预编码器的频域表示的反馈方案。在特定于天线的延迟的情形下，即第l个延迟是跨发送天线不同的。在非特定于天线的延迟的情形下，即第l个延迟是跨所有发送天线相同的。如上所述，本发明不限于秩1实施例，并且还可以在采用更高秩或层通信的通信系统中实现，并且可简单直接地扩展到秩R传输。另外，可简单直接地扩展到极化的情形(参见上文)。
描述空间延迟预编码器的复系数可以使用基于码本和非码本的方案，例如以如上参考第一实施例所述的方式来反馈，以及延迟可以显式地或隐式地反馈。隐式延迟反馈可使用延迟标识符DI。每个DI可包括与在发送器处使用的码本矩阵的相应的列向量相关联的索引。
使用与所有天线的第l个延迟位置对应的复系数，如下描述空间延迟预编码器k(l)
可以通过应用NU-DFT矩阵，将空间延迟预编码器k(l)变换到频域。为此，在矩阵中堆叠用于L个延迟的向量k(l)，
在下文中，特定于天线的和非特定于天线的情形被分开处理。另外，在下文中，采用在3GPP中使用的双级预编码器结构(参见参考文献[7])，并且考虑秩1传输。另外，在下文中，我们考虑双极化天线阵列的情形，使得P＝2。则用于子载波s的预编码器由下式给出
其中
以及
表示与波束u和子载波s相关联的复系数。
通过在矩阵F中收集用于所有子载波的预编码器，获得
F＝F1[F2(0)F2(2)…F2(S-1)]＝F1F2
(a)特定于天线的情形：
对于特定于天线的情形，用于的对应的频域预编码器由下式给出
其中的项被布置在块对角矩阵/>中，
其中是用于L个延迟和第n个发送天线的用于空间延迟预编码器的延迟域预编码器系数，以及0L是尺寸为L的全零元素的列向量。尺寸为LN×S的NU-DFT矩阵/>由下式给出
其中NU-DFT子矩阵包含L个向量
向量wn,l取决于延迟τn(l)和天线索引n。
每天线定义的延迟的数量可以是不同的。
(b)非特定于天线的情形：
对于非特定于天线的情形，用于的对应的频域预编码器由下式给出
其中是针对L个延迟定义的NU-DFT矩阵，其中wl是与延迟τ(l)相关联的NU-DFT向量，/>
隐式延迟(DI)反馈：
根据实施例，可以例如使用与在接收器处使用的频域码本矩阵的相应的列向量相关联的一个或多个索引，隐式地反馈在频域中表示的空间延迟预编码器k(l)的延迟。例如，可以使用预编码矩阵标识符(PMI)，并且PMI可以对应于索引的集合，其中每个索引指示DFT码本中的特定列。根据实施例，PMI中的第一数量的索引指示相应的波束，PMI中的第二数量的索引指示相应的延迟域预编码器系数，以及第三数量的索引是延迟标识符DI的索引。
(a)基于码本的DI反馈
在隐式DI反馈的情形下，根据实施例，DI包含与频域码本矩阵D的列向量相关联的L个索引的集合。延迟被离散化，并且由集合/>的元素给出。另外，/>中的每个值与频域码本矩阵D的列向量相关联，因此，NU-DFT向/>可如下由DFT向量表示：
其中Of是码本DFT矩阵的过采样因子，以及/>
通过子载波的数量和过采样因子Of，来参数化码本矩阵D。
当Of＝1，码本矩阵D由S×S的DFT矩阵给出。
当Of>1，码本矩阵D由尺寸为S×(OfS-1)的过采样的DFT矩阵给出。
将过采样因子Of从发送器发信号通知给接收器，使得接收器可构造码本矩阵。
基于频域码本矩阵D的上述定义，用于的对应的频域预编码器通过下式定义
其中/>
(b)两级预编码结构F＝F1F2–对于所有2U个波束的相同延迟
根据实施例，类似于频域双级预编码器结构F＝F1F2，用于第l个延迟的空间延迟预编码器可以表示为
k(l)＝K1(l)K2(l)
其中K1是尺寸为N×2U的矩阵，其中包含2U个空间波束，以及K2(l)是尺寸为2U×1的向量，
其中K2,u(l)是与第u个波束和第l个延迟相关联的标量复延迟域组合系数。当K1(l)是宽带矩阵时，空间延迟预编码器矩阵可以表示为
其中K1与矩阵F1相同，以及因此，双级预编码结构F＝F1F2可以写为
/>
矩阵中使用的DI中的延迟/>对于矩阵K1中的所有2U个波束是相同的。
(c)扩展到特定于波束的延迟-极化和波束相关延迟
根据实施例，当K1(l)是非宽带矩阵时，用于第l个延迟的波束的组合可以不同于其他延迟，并且与2U个波束相关联的延迟可以不同。因此，2U个波束可以与2U个DI相关联。然后，将第u个DI与波束索引u以及个延迟相关联，/>其中所述/>个延迟可以是对于不同的波束相同的或不同的。而且，每个波束可以具有不同数量的延迟/>随后，频域预编码器可以由下式表示
其中矩阵是空间延迟域组合系数矩阵，定义为
其中是与波束u相关联的延迟域组合系数，此外，W由下式给出
其中是与波束u相关联的DFT矩阵，其/>个列是从码本D中选择的。
包含频域组合系数f2,u的矩阵F2，可以表示为
F2＝[f2,1 f2,2 … f2,2U]T
其中
具有wu,l∈D。
因此，然后，预编码器F可以被写为
(c.1)特定于波束的延迟-极化无关的和波束相关的延迟的特殊情形
根据实施例，延迟τu(l)是极化无关的和波束相关的，并且下式适用：
然后，对于频域向量wu,l，以下关系成立：
因此，代替2U DI反馈，仅需要将U个DI反馈到发送器。
(c.2)特定于波束的延迟-极化相关的和波束无关的延迟的特殊情形
根据实施例，延迟是极化相关的和波束无关的，并且下式适用：
其中τ(1)(l)≠τ(2)(l)。
然后，对于频域向量wu,l，以下关系成立
其中
因此，代替2U DI反馈，仅需要将两个DI(2个DI)反馈到发送器，其中第一DI指示天线阵列的第一极化的延迟，第二DI指示天线阵列的第二极化的延迟。
下表总结了用于矩阵K2的反馈的总量和用于各种反馈实施例的DI的数量。
(c.3)特定于波束的延迟-L个延迟中的d个相同延迟的特殊情形
根据实施例，与第u个波束相关联的DI中的个索引中的d个索引可以和与其它波束相关联的DI的延迟索引相同。在这种情形下，第u个波束的DI可以仅具有/>个索引而不是/>个索引。
除了包含用于特定的空间波束的索引的特定于波束的DI之外，还可以使用对于X(X＝1…PU)个空间波束共同的DI来表示对于X个空间波束共同的索引。当在不同空间波束的DI之间存在相同延迟的多个集合时，这种多个共同DI可以变得相关。
DI配置可以从发送器发信号通知给接收器。例如，DI配置可以包含关于以下的信息：
-每一特定于波束的DI的索引总数量，或者
-共同DI的数量，每一共同DI的索引的数量。
(c.4)特定于波束的延迟-延迟的限制
根据另外的实施例，对于每个波束，可以将个延迟可以中心化或限制为位于单个平均延迟周围。然后，用于第u个波束的频域码本矩阵/>由下式给出
其中C是窗口参数，以及bu,1是与平均延迟相关联的索引，参见图5，图5示出对于第u个波束以平均延迟索引bu,1为中心的/>个延迟索引。窗口尺寸参数C可以是对于空间波束相同的或不同的，并且经由控制信道或经由更高层信令从发送器发信号通知到接收器。
对于每个波束，个延迟域复组合系数被反馈到发送器。然而，代替每波束/>个延迟的反馈，相关联的平均延迟的单个索引bu,1被反馈到发送器便足够了。
例如，当窗口尺寸参数C对于所有波束都相同时，总反馈对于2U个波束总计个复延迟域组合系数和2U个DI，其中每个DI仅包含单个索引。
经优化的平均延迟可以位于如图6所示的限定采样网格的开始或结束处。图6(a)和图6(b)示出用于图5的平均延迟位于采样网格的开始和/或结束处的可能位置。在这种情形下，可以使用模运算计算平均延迟周围的延迟的正确位置(索引)。需要模运算的索引在框b1、b2中被突出显示。
扩展到每波束多个平均延迟：
代替具有单个平均延迟，根据实施例，上述情形可以扩展到多个平均延迟。类似于单个平均延迟的情形，如图7所示，在每个平均延迟周围优化C个延迟，图7示出对于第u个波束，C个延迟索引以两个平均延迟索引bu,1和bu,2为中心的。
例如，当窗口尺寸参数C对于所有波束和所有平均延迟都相同时，对于每波束个平均延迟，总反馈对于2U个波束总计/>个复延迟域组合系数和2U个DI，其中每个DI包含个索引。
(c.5)特定于波束的延迟-用于受限制延迟的情形下的用于延迟域组合系数的克 罗内克积结构
根据其他实施例，与平均延迟索引相关联的第u个波束的/>个复延迟域系数被用于计算所有其他2U-1个波束的组合系数。在下文中，我们考虑单个平均延迟和单个空间波束。通过在行向量/>中收集与第u个波束相关联的/>个延迟组合系数和平均延迟索引/>(/>的范围从1到2U)，与平均延迟索引/>相关联的剩余的2U-1个波束(g≠u)的复延迟域组合系数可以通过下式计算
其中eg,u是与第g个波束相关联的标量复系数。图8示出对于平均延迟计算相对于参考波束(框R)的(2U-1)个波束的复系数。
注意，对于上述克罗内克积结构，除了2U个延迟域组合系数向量K2,u的反馈之外，还需要将复组合系数eg,u反馈到发送器。
延迟的归一化
根据其它实施例，可以相对于单个参考延迟对延迟进行归一化。可以设置参考延迟，并且从单个参考延迟中减去与所有波束或所有天线对应的L个延迟。可以选择由L个延迟构成的集合中的任意第l个延迟作为参考延迟。在延迟的显式反馈的情形下，代替延迟，将L-1个延迟差反馈到发送器。在延迟的隐式反馈的情形下，通过集合的元素给出L-1个延迟差，并且DI包含与延迟差相关联的索引。
每波束/天线归一化的具体情形：
还可以按每一波束或每一天线来设置参考延迟，并且从特定于波束或特定于天线的参考延迟中减去与每一波束或每一天线对应的L个延迟。在延迟的隐式反馈的情形下，通过集合的元素给出L-1个延迟差，并且DI包含与延迟差相关联的索引。
在本文描述的实施例中，可以如图2、图3或图4中所示，使用用户设备和基站之间的反馈信道用信号通知反馈。反馈还可以经由控制信道(如PUCCH)用信号通知或发送，或者其可以经由更高层信令，如RRC信令发信号通知。
以上已经参考采用秩1或层1通信的通信系统描述了本发明的实施例。然而，本发明不限于这样的实施例，并且还可以在采用更高级或层通信的通信系统中实现。在这样的实施例中，反馈包括每层的延迟和每层的复预编码器系数。
以上已经参考通信系统描述了本发明的实施例，在通信系统中，发送器是服务用户设备的基站，以及接收器是由基站服务的用户设备。然而，本发明不限于这样的实施例，并且还可以在其中发送器是由基站服务的用户设备并且接收器是服务于用户设备的基站的通信系统中实现。
虽然已经在装置的上下文中描述了所述概念的一些方面，但是显然，这些方面也表示对应方法的描述，其中方框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也表示对对应装置的对应方框或项目或特征的描述。
可以使用模拟和/或数字电路而在硬件中、通过由一个或多个通用或专用处理器执行指令而在软件中或者作为硬件和软件的组合来实现本发明的各个元件和特征。例如，可以在计算机系统或另一个处理系统的环境中实现本发明的实施例。图9图示了计算机系统700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700上执行。计算机系统700包括一个或多个处理器702，例如专用或通用数字信号处理器。处理器702连接到通信基础设施704，如总线或网络。计算机系统700包括主存储器70(例如随机存取存储器(RAM))，以及辅助存储器708(例如硬盘驱动器和/或可移动存储驱动器)。辅助存储器708可以允许计算机程序或其它指令被加载到计算机系统700中。计算机系统700还可包括通信接口710，以允许软件和数据在计算机系统700和外部设备之间传输。通信可以采用能够由通信接口处置的电子、电磁、光或其它信号的形式。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712。
术语“计算机程序介质”和“计算机可读介质”一般被用于指有形的存储介质，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700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706和/或辅助存储器708中。也可以经由通信接口710接收计算机程序。计算机程序在被执行时使计算机系统700能够实现本发明。特别地，计算机程序在被执行时使处理器702能够实现本发明的处理，诸如本文所述的任何方法。因而，这种计算机程序可以表示计算机系统700的控制器。在使用软件来实现本公开的情形下，可以将软件存储在计算机程序产品中，并使用可移动存储驱动器、接口(诸如通信接口710)将其加载到计算机系统700中。
可以使用数字存储介质(例如云存储、软盘、DVD、蓝光、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或闪存)执行硬件或软件中的实施方式，在该数字存储介质上存储有电子可读控制信号，该电子可读控制信号与可编程计算机系统协作(或能够协作)，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，该电子可读控制信号能够与可编程计算机系统协作，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，当计算机程序产品在计算机上运行时，该程序代码可操作以用于执行方法之一。程序代码可以例如被存储在机器可读载体上。
其它实施例包括存储在机器可读载体上的用于执行本文描述的方法之一的计算机程序。换句话说，因此，本发明性方法的实施例是一种计算机程序，该计算机程序具有当计算机程序在计算机上运行时用于执行本文描述的方法之一的程序代码。
因此，本发明性方法的另一个实施例是一种数据载体(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所述方法之一的计算机程序。因此，本发明性方法的另一个实施例是表示用于执行本文所述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(例如经由互联网)来发送。另一个实施例包括一种处理手段，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。另一个实施例包括一种计算机，该计算机上安装有用于执行本文描述的方法之一的计算机程序。
在一些实施例中，可编程逻辑设备(例如现场可编程门阵列)可以被用于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协作以便执行本文描述的方法之一。一般而言，方法优选地由任何硬件装置执行。
上面描述的实施例仅仅用于说明本发明的原理。应该理解的是，本文描述的布置和细节的修改和变化对于本领域的其他技术人员将是显而易见的。因此，本发明的意图仅由即将给出的专利权利要求的范围限制，而不由通过本文的实施例的描述和解释而给出的具体细节的限制。
参考文献
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[7]3GPP TS 38.214 V13.0.0,“3rd Generation Partnership Project；Technical Specification Group Radio Access Network；NR；Physical layerprocedures for data(Release 15),”January 2018.

Claims (27)

1.一种接收器，被配置为
接收和处理经由频率选择性无线电信道从采用多个发送天线的发送器接收的无线电信号，
基于所接收的信号，确定用于所述发送器处的每一层和发送波束的相应的空间延迟预编码器的复预编码器系数和延迟，以实现用于所述无线电信道上的通信的预定义属性，
每个空间延迟预编码器包括双级预编码结构，所述双级预编码结构包括波束形成矩阵，所述波束形成矩阵包含PU个空间波束，U＝波束的总数量，P＝极化的数量，其中对于所述发送器处的共极化天线阵列，P＝1，以及对于所述发送器处的双极化天线阵列，P＝2，其中所述双级预编码结构还包括空间延迟域组合系数向量或矩阵，所述空间延迟域组合系数向量或矩阵包括与所述波束和所述延迟相关联的复延迟域组合系数，
将所确定的延迟和所确定的复预编码器系数反馈到所述发送器，所述复预编码器系数包括所述复延迟域组合系数，
其中所述反馈包括预编码矩阵标识符PMI，所述PMI指示所述无线电信号的相应的空间波束的多个索引、相应的复延迟域组合系数、以及与码本矩阵的相应的列向量相关联的延迟的多个索引。
2.如权利要求1所述的接收器，其中所述相应的列向量是非均匀离散傅里叶变换NU-DFT向量。
3.如权利要求1所述的接收器，其中所述码本矩阵包括DFT矩阵。
4.如权利要求1所述的接收器，其中
所述延迟被离散化，并且通过集合/>的元素给出，以及/>中的每个值与频域码本矩阵D的列向量相关联，其中l＝0,1,…,L，S＝子带的总数量。
5.如权利要求4所述的接收器，其中所述频域码本矩阵D是过采样的码本DFT矩阵其中/> 其中Of是所述过采样的码本DFT矩阵的过采样因子。
6.如权利要求5所述的接收器，其中所述接收器被配置为从所述发送器接收所述过采样因子Of。
7.如权利要求1所述的接收器，其中延迟标识符DI与空间波束相关联，以及所述反馈包括用于PU个空间波束的PU个DI，U＝波束的总数量，P＝极化的数量，其中对于所述发送器处的共极化天线阵列，P＝1，以及对于所述发送器处的双极化天线阵列，P＝2。
8.如权利要求1所述的接收器，其中
(i)在对于所有PU个波束的相同延迟的情形下，所述反馈包括用于所述PU个波束的一个延迟标识符，1个DI，或者
(ii)在极化相关和波束相关的延迟的情形下，所述反馈包括用于所述PU个波束的PU个延迟标识符，PU个DI，每个DI指示与单个空间波束相关联的延迟的索引，或者
(iii)在极化无关和波束相关的延迟的情形下，所述反馈包括用于所述PU个波束的U个延迟标识符，U个DI，或者
(iv)在极化相关和波束无关的延迟的情形下，所述反馈包括用于所述PU个波束的两个延迟标识符，P个DI。
9.如权利要求7所述的接收器，其中所述DI中的所指示的索引的数量对于所述空间波束是相同的或不同的。
10.如权利要求1所述的接收器，其中与第u个空间波束相关联的延迟标识符DI中的个延迟索引中的d个延迟索引和与一个或多个其它空间波束相关联的DI的延迟索引相同，则所述第u个空间波束的所述DI包含/>个索引而不是/>个索引。
11.如权利要求1所述的接收器，其中除了特定于波束的DI之外，所述反馈还包括共同DI，所述共同DI指示对于一个或多个空间波束共同的索引。
12.如权利要求1所述的接收器，其中将DI配置从所述发送器发信号通知给所述接收器，其中所述DI配置包含关于以下的信息：
-用于特定于波束的DI的索引的总数量，
-共同DI的数量，和/或
-每一共同DI的索引的数量。
13.如权利要求1所述的接收器，其中，在与空间波束相关联的延迟在单个平均延迟周围的预定义窗口内的情形下，用于所述空间波束的所述延迟标识符仅包括与所述平均延迟相关联的单个索引。
14.如权利要求13所述的接收器，其中所述接收器被配置为从所述发送器接收规定预定义窗口尺寸的窗口参数。
15.如权利要求13所述的接收器，其中在PU个波束的情形下，所述反馈包括用于所述PU个波束的PU个DI，其中每个DI仅包含单个索引。
16.如权利要求13所述的接收器，其中所述反馈包括用于所述空间波束的单个或多个DI，其中每个DI包括单个或多个索引，以及每个索引与所述波束的特定平均延迟相关联。
17.如权利要求13所述的接收器，其中所述PU个空间波束具有相同的或不同的平均延迟。
18.如权利要求13所述的接收器，其中与特定平均延迟索引相关联的第u个空间波束的个复延迟域组合系数被用于计算用于所述特定平均延迟索引的剩余或其他PU-1个波束的复组合系数。
19.如权利要求18所述的接收器，其中与所述第u个空间波束的平均延迟索引对应的所述剩余PU-1个波束的复系数由下式给出
其中eg，u是与第g个波束相关联的标量复系数，g≠u，以及包含与第u个空间波束和平均延迟索引/>相关联的/>个延迟组合系数。
20.如权利要求1所述的接收器，其中所述接收器被配置为：
通过设置对于所有波束的参考延迟，隐式地反馈所述空间延迟预编码器的所述延迟，与相对于所述参考延迟的L-1个延迟差相关联的L-1个索引被反馈。
21.如权利要求1所述的接收器，其中所述接收器被配置为：
通过设置每波束的参考延迟，隐式地反馈所述空间延迟预编码器的所述延迟，与相对于每天线或波束的参考延迟的每天线或波束的L-1个延迟差相关联的每天线或波束的L-1个索引被反馈到所述发送器。
22.一种发送器，包括：
天线阵列，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，所述预编码器连接到所述天线阵列，所述预编码器用于将一组波束形成权重应用于所述天线阵列的一个或多个天线，以通过所述天线阵列形成一个或多个发送波束，
其中所述发送器被配置为响应于从接收器接收的反馈确定所述波束形成权重，所述反馈指示延迟以及复预编码器系数，所指示的延迟和复预编码器系数是基于用于所述发送器处的每一层和发送波束的相应的空间延迟预编码器获得的，以实现用于通过无线电信道到所述接收器的通信的预定义属性，所述复预编码器系数包括复延迟域组合系数，以及每个空间延迟预编码器包括双级预编码结构，所述双级预编码结构包括波束形成矩阵，所述波束形成矩阵包含PU个空间波束，U＝波束的总数量，P＝极化的数量，其中对于所述发送器处的共极化天线阵列，P＝1，以及对于所述发送器处的双极化天线阵列，P＝2，其中所述双级预编码结构还包括空间延迟域组合系数向量或矩阵，所述空间延迟域组合系数向量或矩阵包括与所述波束和所述延迟相关联的复延迟域组合系数，以及
其中，所述反馈包括预编码矩阵标识符PMI，所述PMI指示无线电信号的相应的空间波束的多个索引、相应的复延迟域组合系数、以及与码本矩阵的相应的列向量相关联的延迟的多个索引。
23.一种无线通信网络，包括：
至少一个如权利要求1所述的接收器，以及
至少一个如权利要求22所述的发送器。
24.如权利要求23所述的无线通信网络，其中所述发送器包括服务于用户设备的基站或由基站服务的用户设备，或者所述接收器包括服务于用户设备的基站或由基站服务的用户设备。
25.一种方法，包括：
接收和处理经由频率选择性无线电信道从采用多个发送天线的发送器接收的无线电信号，
基于所接收的信号，确定用于所述发送器处的每一层和发送波束的相应的空间延迟预编码器的复预编码器系数和延迟，以实现用于所述无线电信道上的通信的预定义属性，每个空间延迟预编码器包括双级预编码结构，所述双级预编码结构包括波束形成矩阵，所述波束形成矩阵包含PU个空间波束，U＝波束的总数量，P＝极化的数量，其中对于所述发送器处的共极化天线阵列，P＝1，以及对于所述发送器处的双极化天线阵列，P＝2，其中所述双级预编码结构还包括空间延迟域组合系数向量或矩阵，所述空间延迟域组合系数向量或矩阵包括与所述波束和所述延迟相关联的复延迟域组合系数，以及
将所确定的延迟和所确定的复预编码器系数反馈到所述发送器，所述复预编码器系数包括所述复延迟域组合系数，
其中，所述反馈包括预编码矩阵标识符PMI，所述PMI指示所述无线电信号的相应的空间波束的多个索引、相应的复延迟域组合系数、以及与码本矩阵的相应的列向量相关联的延迟的多个索引。
26.一种用于形成用于发送器与一个或多个接收器之间的无线通信的一个或多个波束的方法，所述方法包括：
将一组波束形成权重应用于天线阵列的一个或多个天线以形成波束，所述波束包括发送波束，
其中响应于从接收器接收的反馈确定所述波束形成权重，所述反馈指示延迟以及指示复预编码器系数，所指示的延迟和复预编码器系数是基于用于所述发送器处的每一层和发送波束的相应的空间延迟预编码器获得的，以实现用于通过无线电信道到所述接收器的通信的预定义属性，所述复预编码器系数包括复延迟域组合系数，以及每个空间延迟预编码器包括双级预编码结构，所述双级预编码结构包括波束形成矩阵，所述波束形成矩阵包含PU个空间波束，U＝波束的总数量，P＝极化的数量，其中对于所述发送器处的共极化天线阵列，P＝1，以及对于所述发送器处的双极化天线阵列，P＝2，其中所述双级预编码结构还包括空间延迟域组合系数向量或矩阵，所述空间延迟域组合系数向量或矩阵包括与所述波束和所述延迟相关联的复延迟域组合系数，以及
其中，所述反馈包括预编码矩阵标识符PMI，所述PMI指示无线电信号的相应的空间波束的多个索引、相应的复延迟域组合系数、以及与码本矩阵的相应的列向量相关联的延迟的多个索引。
27.一种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，所述指令执行如权利要求25或26所述的方法。
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