TW201436591A - 量化通道狀態資訊的方法與裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種量化通道狀態資訊之方法與裝置。本發明之一實施例提供使用兩級碼簿量化通道狀態資訊之方法，該方法包括基地台自兩級碼簿之第一級碼簿中選擇對應每一秩的矩陣，基地台向使用者設備指示所選擇之第一級碼簿中對應每一秩的矩陣，基地台自使用者設備接收秩的值及兩級碼簿之第二級碼簿中對應該秩的矩陣；及基地台依據兩級碼簿之組合規則，基於所選擇之第一級碼簿中對應該秩的矩陣及所接收之第二級碼簿中對應該秩的矩陣而判定量化通道狀態資訊之矩陣。本發明相較於現有技術既提供了量化之準確性亦極大地節省了上行及下行鏈路資源。

Description

量化通道狀態資訊的方法與裝置
本發明係關於無線通信之方法與裝置，尤其係關於量化無線通信系統中通道狀態資訊之方法與裝置。
作為近年來第三代合作夥伴計劃(3GPP，3rd Generation Partnership Project)啟動之最大的新技術研發項目，長期演進/長期演進高級(LTE/LTEA，Long Term Evolution/Long Term Evolution-Advanced)項目以正交分頻多工/分頻多重存取技術(OFDM/FDMA)為核心技術，並將為今後全球最主要的廣域寬頻帶行動通信系統。眾所周知，通道狀態資訊(CSI，Channel State Information)量化為分頻雙工(FDD，Frequency Division Duplex)系統中之一個關鍵問題，然而儘管業內己有多個LTE/LTE-A之標準版本，但均未很好的解決交叉極化天線陣列之通道狀態資訊回饋問題，阻礙了該技術之進一步發展及實施。
本發明之目的之一在於提供一種有效的用於交叉極化天線陣列之通道狀態資訊之量化技術方案，解決LTE/LTE-A發展中之難題。
本發明之一實施例提供一使用兩級碼簿量化通道狀態資訊之方法，該方法包括基地台自兩級碼簿之第一級碼簿中選擇對應每一秩的矩陣，基地台向使用者設備指示所選擇之第一級碼簿中對應每一秩的矩陣，基地台自使用者設備接收秩的值及兩級碼簿之第二級碼簿中對 應該秩的矩陣；及基地台依據兩級碼簿之組合規則，基於所選擇之第一級碼簿中對應該秩的矩陣及所接收之第二級碼簿中對應該秩的矩陣而判定量化通道狀態資訊之矩陣。
在一實施例中，基地台半靜態地指示第一級碼簿中對應每一秩的矩陣。第一級碼簿表示寬頻帶/長期之通道特性，第二級碼簿表示關於子帶/短期之通道特性。在一實施例中，該方法進一步包括基於上行鏈路量測報告及上行鏈路/下行鏈路之協方差矩陣之互易性，基地台估計寬頻帶下行鏈路協方差矩陣。基於所估計之寬頻帶下行鏈路協方差矩陣，基地台自預定義之碼簿中選擇兩級碼簿之第一級碼簿中對應每一秩的矩陣。在另一實施例中，基於所估計之寬頻帶下行鏈路協方差矩陣，基地台選擇對應每一秩r之矩陣W1為：W1=[v1，v2...v r ]，其中vr為所估計之寬頻帶下行鏈路協方差矩陣中對應第r個最大特徵值的第r個主特徵向量。第二級碼簿為一預定義碼簿。
本發明之另一實施例亦提供一使用兩級碼簿量化通道狀態資訊之方法，該方法包括使用者設備自基地台接收其所選擇之該兩級碼簿之第一級碼簿中對應每一秩的矩陣，使用者設備基於所接收之第一級碼簿中對應每一秩的矩陣及下行鏈路通道量測，選擇秩的值及兩級碼簿之第二級碼簿中對應該秩的矩陣；及使用者設備向基地台回饋所選擇之秩的值及兩級碼簿之第二級碼簿中對應該秩的矩陣。
在一實施例中，使用者設備自基地台半靜態地接收該第一級碼簿中對應每一秩的矩陣，動態地向基地台回饋所選擇之秩及兩級碼簿之第二級碼簿中對應該秩的矩陣。
本發明之實施例亦提供一量化通道狀態資訊之基地台，其包括矩陣選擇裝置，自兩級碼簿之第一級碼簿中選擇對應每一秩的矩陣；矩陣指示裝置，向使用者設備指示所選擇之第一級碼簿中對應每一秩的矩陣；秩及對應矩陣接收裝置，自使用者設備接收秩的值及兩級碼 簿之第二級碼簿中對應該秩的矩陣：及組合裝置，依據兩級碼簿之組合規則，基於所選擇之第一級碼簿中對應該秩的矩陣及所接收之第二級碼簿中對應該秩的矩陣而判定量化通道狀態資訊之矩陣。
本發明之實施例同樣提供一量化通道狀態資訊之使用者設備，其包括矩陣接收裝置，自基地台接收其所選擇之兩級碼簿之第一級碼簿中對應每一秩的矩陣；秩及對應矩陣選擇裝置，基於所接收之第一級碼簿中對應每一秩的矩陣及下行鏈路通道量測，選擇秩及兩級碼簿之第二級碼簿中對應該秩的矩陣；及回饋裝置，向基地台回饋所選擇之秩及兩級碼簿之第二級碼簿中對應該秩的矩陣。
相較於現有技術，本發明使用可對寬頻帶/長期及子帶/短期通道狀態資訊分別進行量化之兩級碼簿，而且由基地台半靜態地指示第一級碼簿之矩陣，由使用者設備根據指示選擇秩及第二級碼簿之矩陣並進行動態回饋，既提供了量化之準確性亦極大地節省了上行及下行鏈路資源。
30‧‧‧通信系統
32‧‧‧基地台
34‧‧‧使用者設備
320‧‧‧矩陣選擇裝置
322‧‧‧矩陣指示裝置
324‧‧‧秩及對應矩陣接收裝置
326‧‧‧組合裝置
340‧‧‧矩陣接收裝置
342‧‧‧秩及對應矩陣選擇裝置
344‧‧‧回饋裝置
圖1所示為根據本發明之一實施例的使用兩級碼簿量化通道狀態資訊之方法之流程圖，該方法發生在基地台側；圖2所示為根據本發明之一實施例的使用兩級碼簿量化通道狀態資訊之方法之流程圖，該方法發生在使用者側；及圖3為根據本發明一實施例之使用兩級碼簿量化通道狀態資訊之通信系統的結構示意方塊圖。
為更好地理解本發明之精神，以下結合本發明之部分較佳實施例對其作進一步說明。
在LTE R10系統中，當基地台組態交叉極化天線陣列(CLA，cross polarized antenna array)時，熟習此項技術者發現下行鏈路(down link)多使用者-多輸入多輸出(MU-MIMO，Multiple User-Multiple Input Multiple Output)表現不如預期。究其原因主要在於對該類交叉極化天線之通道狀態資訊之量化回饋不夠準確。
以4天線之交叉極化天線陣列為例，可使用一兩級碼簿(two-stage codebook)對其進行通道狀態資訊量化，該兩級碼簿可表示為：W=W2W1，其中：W1為表示寬頻帶/長期通道特性之第一級碼簿，為4×r，(r=1，2，3，4)矩陣，r代表秩(rank)；W2為表示子帶/短期通道特性之第二級碼簿，為4×4之對角矩陣；W2=diag(1，1，e jθ ，e jθ )，θ為不同極化間的相移，並可進一步 由N2位元均勻量化，亦即,m=1，2，...，N 2 。
分別為第一級碼簿W1及第二級碼簿W2預定義若干碼字(codeword)，第一級碼簿W1之尺寸為N1位元，第二級碼簿之尺寸為N2位元。在量化通道狀態資訊時，使用者設備需要向基地台回饋第一級碼簿與第二級碼簿，因而基於該兩級碼簿之預編碼矩陣指示符(PMI，Precoding Matrix Indicator)回饋總額外負擔高達N1+N2位元。此無疑會佔用大量寶貴的上行鏈路資源。
本發明之實施例可解決上述交叉極化天線陣列之通道狀態資訊量化問題，提高量化準確性並減少上行鏈路額外負擔。
圖1所示為根據本發明之一實施例的使用兩級碼簿量化通道狀態資訊之方法的流程圖，該方法發生在基地台側。圖2所示為根據本發明之一實施例的使用兩級碼簿量化通道狀態資訊之方法的流程圖，該方法發生在使用者側。該兩級碼簿包括按一定規則組合之第一級碼簿與第二級碼簿，其中該第一級碼簿表示寬頻帶/長期之通道特性，第 二級碼簿表示關於子帶/短期之通道特性。組合的規則有多種，例如對於每一秩之兩級碼簿組合，為以該秩之第一碼簿之矩陣乘以第二碼簿之矩陣或第二碼簿之矩陣乘以第一碼簿之矩陣。
如圖1所示，該量化方法包括：
在步驟10中，基地台自兩級碼簿之第一級碼簿中選擇對應每一秩的矩陣，亦即對應每一秩之碼字。基地台在選擇第一級碼簿中選擇對應每一秩的矩陣時可使用多種方法，例如，在LTE/LTE-A系統中，藉由補償演算法寬頻帶下行鏈路協方差矩陣(covariance matrix)可自寬頻帶上行鏈路協方差矩陣中準確的提取，此意謂寬頻帶下行鏈路協方差矩陣可自上行鏈路信號中準確提取。因此，根據本發明之一實施例，基地台可以基於上行鏈路量測報告及上行鏈路/下行鏈路之協方差矩陣的互易性(reoiprocity)估計寬頻帶下行鏈路。基於所估計之寬頻帶下行鏈路協方差矩陣，基地台可自預定義之碼簿中選擇第一級碼簿中對應每一秩的矩陣。如對4天線之交叉極化天線，可使用LTE R8中之4天線碼簿作為第一級碼簿並自其中選擇對應每一秩的矩陣。在另一實施例中，基於所估計之寬頻帶下行鏈路協方差矩陣，基地台亦可自己構建選擇第一碼簿之所需矩陣，例如其選擇對應每一秩r之矩陣W1為：W1=[v1 v2...v r ]，其中vr為所估計之寬頻帶下行鏈路協方差矩陣中對應第r個最大特徵值之第r個主特徵向量。
在步驟12中，基地台向使用者設備指示所選擇之第一級碼簿中對應每一秩的矩陣。在一實施例中，基地台可先對所選擇之矩陣進行量化，例如使用M位元進行；然後藉由信令半靜態地進行指示。熟習此項技術者應當理解M必然小於第一級碼簿W1之尺寸。
使用者設備在收到基地台發送之第一級碼簿中對應每一秩的矩陣後，會進行如圖2所示之一系列處理(容後詳述)，然後回饋其所選擇之秩的值及該兩級碼簿之第二級碼簿中對應該秩的矩陣給基地台。
在步驟14中，基地台自使用者設備接收秩的值及兩級碼簿之第二級碼簿中對應該秩的矩陣。
然後在步驟16中，依據該兩級碼簿之組合規則，基地台基於其之前所選擇之第一級碼簿中對應該秩的矩陣及所接收之第二級碼簿中對應該秩的矩陣而判定量化通道狀態資訊之矩陣，如所選擇之第一碼簿之矩陣乘以第二碼簿之矩陣。
相應在使用者設備側，如圖2所示，在步驟20，使用者設備自基地台接收其所選擇之兩級碼簿之第一級碼簿中對應每一秩的矩陣。在步驟22中，使用者設備基於所接收之第一級碼簿中對應每一秩的矩陣及下行鏈路通道量測，選擇秩的值及兩級碼簿之第二級碼簿中對應該秩的矩陣，第二級碼簿可為一預定義碼簿，如直接採用現有之相應碼簿。然後，在步驟24中，使用者設備動態地向基地台回饋所選擇之秩的值及第二級碼簿中對應該秩的矩陣。
藉由上述實施例之描述可明顯地看到，儘管基地台指示第一級碼簿中之矩陣時需要使用一定的下行鏈路資源，如M位元，但仍小於指示整個第一級碼簿所需之資源。而且基地台為半靜態地而非動態地使用下行鏈路資源，更減少了對下行鏈路資源之佔用。另一方面，本發明在使用者設備側僅動態回饋第二級碼簿中所選定之矩陣及其秩，無需回饋整個兩級碼簿，極大地節省了寶貴的上行鏈路資源。
圖3為根據本發明一實施例之使用兩級碼簿量化通道狀態資訊之通信系統30的結構示意方塊圖，其包括上述基地台32與使用者設備34。
該基地台32包括矩陣選擇裝置320，自兩級碼簿之第一級碼簿中選擇對應每一秩的矩陣；矩陣指示裝置322，向使用者設備34指示所選擇之第一級碼簿中對應每一秩的矩陣；秩及對應矩陣接收裝置324，自使用者設備34接收秩的值及兩級碼簿之第二級碼簿中對應該 秩的矩陣；及組合裝置326，依據兩級碼簿之組合規則，基於所選擇之第一級碼簿中對應該秩的矩陣及所接收之第二級碼簿中對應該秩的矩陣而判定量化通道狀態資訊之矩陣。
該使用者設備34包括矩陣接收裝置340，自基地台32，如矩陣指示裝置322接收其所選擇之第一級碼簿中對應每一秩的矩陣；秩及對應矩陣選擇裝置342，基於所接收之第一級碼簿中對應每一秩的矩陣及下行鏈路通道量測，選擇秩及第二級碼簿中對應該秩的矩陣；及回饋裝置344，向基地台32，如秩及對應矩陣接收裝324回饋所選擇之秩及第二級碼簿中對應該秩的矩陣。
本發明之量化通道狀態資訊之方法與裝置，相較於現有技術可大幅度減少對上行或下行資源之佔用，而且基於基地台與使用者設備之互動而具有更高的量化準確性，有效解決了LTE/LTE-A系統中交叉極化天線之通道狀態資訊量化問題。
需要指出的是，由於技術發展及標準更新，具有相同功能之部件往往具有多個不同稱呼。本發明專利申請書中所使用之技術名詞係為解釋及演示本發明之技術方案，應以其在本技術領域內所共識的功能為準，而不能僅以名稱之異同任意解讀。
本發明之技術內容及技術特點已揭示如上，然而熟習此項技術者仍可能基於本發明之教示及揭示內容而作種種不背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範疇應不限於實施例所揭示之內容，而應包含各種不背離本發明之替換及修飾，並為本專利申請的申請專利範圍所涵蓋。

Claims (23)

  1. 一種方法，使用一兩級碼簿量化一通道狀態資訊；包括：一基地台自該兩級碼簿之一第一級碼簿中選擇對應每一秩的矩陣；該基地台向一使用者設備指示所選擇之該第一級碼簿中對應每一秩的矩陣；該基地台自該使用者設備接收秩的值及該兩級碼簿之一第二級碼簿中對應該秩的矩陣；及該基地台依據該兩級碼簿之組合規則，基於所選擇之該第一級碼簿中對應該秩的矩陣及所接收之該第二級碼簿中對應該秩的矩陣而判定該量化通道狀態資訊之矩陣。
  2. 如請求項1之方法，其中該基地台半靜態地指示該第一級碼簿中對應每一秩的矩陣。
  3. 如請求項1之方法，其中該第一級碼簿表示一寬頻帶/長期之通道特性，該第二級碼簿表示關於一子帶/短期之通道特性。
  4. 如請求項1之方法，其進一步包括基於一上行鏈路量測報告及一上行鏈路/下行鏈路之互易性，該基地台估計一寬頻帶下行鏈路協方差矩陣。
  5. 如請求項4之方法，其進一步包括基於所估計之寬頻帶下行鏈路協方差矩陣，該基地台自預定義之碼簿中選擇該兩級碼簿之第一級碼簿中對應每一秩的矩陣。
  6. 如請求項4之方法，其進一步包括基於所估計之寬頻帶下行鏈路協方差矩陣，該基地台選擇對應每一秩r之矩陣W1為：W1=[v1 v2...v r ]，其中v r 為所估計之寬頻帶下行鏈路協方差矩陣中對應第r個最大特徵值之第r個主特徵向量。
  7. 如請求項1之方法，其中該第二級碼簿為一預定義碼簿。
  8. 一種方法，使用一兩級碼簿量化一通道狀態資訊；包括：一使用者設備自一基地台接收其所選擇之該兩級碼簿之一第一級碼簿中對應每一秩的矩陣；該使用者設備基於所接收之該第一級碼簿中對應每一秩的矩陣及一下行鏈路通道量測，選擇秩的值及該兩級碼簿之一第二級碼簿中對應該秩的矩陣；及該使用者設備向該基地台回饋所選擇之秩的值及該兩級碼簿之第二級碼簿中對應該秩的矩陣。
  9. 如請求項8之方法，其中該使用者設備自該基地台半靜態地接收該第一級碼簿中對應每一秩的矩陣，動態地向該基地台回饋所選擇之秩及該兩級碼簿之第二級碼簿中對應該秩的矩陣。
  10. 如請求項8之方法，其中該第一級碼簿表示一寬頻帶/長期之通道特性，該第二級碼簿表示一子帶/短期之通道特性。
  11. 如請求項8之方法，其中該第二級碼簿為一預定義碼簿。
  12. 一種基地台，包括：一矩陣選擇裝置，自一兩級碼簿之一第一級碼簿中選擇對應每一秩的矩陣；一矩陣指示裝置，向使用者設備指示所選擇之該第一級碼簿中對應每一秩的矩陣；一秩及對應矩陣接收裝置，自該使用者設備接收秩的值及該兩級碼簿之一第二級碼簿中對應該秩的矩陣；及一組合裝置，依據該兩級碼簿之組合規則，基於所選擇之該第一級碼簿中對應該秩的矩陣及所接收之該第二級碼簿中對應該秩的矩陣而判定量化一通道狀態資訊之矩陣。
  13. 如請求項12之基地台，其中該基地台半靜態地指示該第一級碼 簿中對應每一秩的矩陣。
  14. 如請求項12之基地台，其中該第一級碼簿表示一寬頻帶/長期之通道特性，該第二級碼簿表示一子帶/短期之通道特性。
  15. 如請求項12之基地台，其進一步基於一上行鏈路量測報告及上行鏈路/下行鏈路之互易性，估計一寬頻帶下行鏈路協方差矩陣。
  16. 如請求項15之基地台，其進一步基於所估計之寬頻帶下行鏈路協方差矩陣，自預定義之碼簿中選擇該兩級碼簿之第一級碼簿中對應每一秩的矩陣。
  17. 如請求項15之基地台，其進一步基於所估計之寬頻帶下行鏈路協方差矩陣，選擇對應每一秩r之矩陣W1為：W1=[v1 v2...v r ]，其中v r 為所估計之寬頻帶下行鏈路協方差矩陣中對應第r個最大特徵值之第r個主特徵向量。
  18. 如請求項12之基地台，其中該第二級碼簿為一預定義碼簿。
  19. 一種使用者設備，包括：一矩陣接收裝置，自一基地台接收其所選擇之該兩級碼簿之一第一級碼簿中對應每一秩的矩陣；一秩及對應矩陣選擇裝置，基於所接收之該第一級碼簿中對應每一秩的矩陣及一下行鏈路通道量測，選擇秩及該兩級碼簿之一第二級碼簿中對應該秩的矩陣：及一回饋裝置，向該基地台回饋所選擇之秩及該兩級碼簿之第二級碼簿中對應該秩的矩陣。
  20. 如請求項19之使用者設備，其自該基地台半靜態地接收該第一級碼簿中對應每一秩的矩陣，動態地向該基地台回饋所選擇之秩及該兩級碼簿之第二級碼簿中對應該秩的矩陣。
  21. 如請求項19之使用者設備，其中該第一級碼簿表示一寬頻帶/長 期之通道特性，該第二級碼簿表示一子帶/短期之通道特性。
  22. 如請求項19之使用者設備，其中該第二級碼簿為一預定義碼簿。
  23. 一種方法，使用一兩級碼簿量化一通道狀態資訊；其包括：一基地台自該兩級碼簿之一第一級碼簿中選擇對應每一秩的矩陣；該基地台向一使用者設備指示所選擇之該第一級碼簿中對應每一秩的矩陣：該使用者設備自該基地台接收其所選擇之該兩級碼簿之第一級碼簿中對應每一秩的矩陣；該使用者設備基於所接收之該第一級碼簿中對應每一秩的矩陣及一下行鏈路通道量測，選擇秩的值及該兩級碼簿之一第二級碼簿中對應該秩的矩陣；該使用者設備向該基地台回饋所選擇之秩的值及該兩級碼簿之第二級碼簿中對應該秩的矩陣；該基地台自該使用者設備接收秩的值及該兩級碼簿之第二級碼簿中對應該秩的矩陣；及該基地台依據該兩級碼簿之組合規則，基於所選擇之該第一級碼簿中對應該秩的矩陣及所接收之該第二級碼簿中對應該秩的矩陣而判定該量化通道狀態資訊之矩陣。
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