TWI489805B

TWI489805B - 用於位元自適應預編碼矩陣指示符回饋的方法和裝置

Info

Publication number: TWI489805B
Application number: TW101150649A
Authority: TW
Inventors: Chao Yuan Hsu; Ren Chen Jr
Original assignee: Ind Tech Res Inst
Priority date: 2012-07-02
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2015-06-21
Also published as: TW201404063A

Description

用於位元自適應預編碼矩陣指示符回饋的方法和裝置

本揭露是有關於一種方法和裝置，且特別是有關於一種用於執行閉合迴路位元自適應預編碼矩陣指示符回饋機制的方法及使用所述方法的裝置。

已證實多輸入多輸出(multiple-Input multiple-output；MIMO)技術為增強單輸入單輸出(single input single output；SISO)系統容量的成功做法。對於N _R ×N _T MIMO系統來說，系統容量漸近地以線性斜率方式增加，所述斜率等於N _R 和N _T 的最小值，其中N _R 為接收天線的數量且N _T 為傳送天線的數量。除了容量增益之外，MIMO技術也可提供等於N _T ×N _R 的最大分集增益。此MIMO技術現正進入第4代無線蜂巢式產品和無線LAN產品。

當發射器的對應接收器也知道MIMO無線通道時，可實現這些MIMO增益。如果發射器知道無線MIMO通道，那麼可透過使用信號處理技術來進一步改善系統性能。這些技術中的其中一種為預編碼。預編碼將在資料透過天線發送之前變換所傳送資料。預編碼可分類為線性預編碼和非線性預編碼。非線性預編碼技術包含髒紙編碼(dirty paper coding；DPC)、湯林森-何洛緒瑪預編碼(Tomlinson-Harashima precoding；THP)等。線性預編碼透過將資料與預編碼矩陣相乘來變換資料以匹配通道特徵模式(eigenmode)。線性預編碼容易在系統上實施，且使用線性預編碼系統性能比使用非線性預編碼的系統容易分析。因為這些原因，已在例如3GPP長期演進(long term evolution；LTE)和進階LTE(LTE-advanced；LTE-A)等通信標準中採用線性預編碼。因此預期線性預編碼會支配電信網路未來實施預編碼的方法。也可應用線性預編碼來增強容量，這稱作干擾對齊(interference alignment)。

存在兩種實施線性預編碼的設計做法。一種做法為編碼簿式預編碼(codebook-based precoding)；另一種做法為非編碼簿式預編碼(non-codebook-based precoding)。基本上，非編碼簿式預編碼效能比編碼簿式預編碼效能好，這是因為非編碼簿式預編碼需要瞬時的通道狀態資訊(channel state information；CSI)來設計最好預編碼器。對於分頻雙工(frequency-division duplexing；FDD)系統來說，上行鏈路(uplink；UL)信號需要額外頻寬以將CSI從接收器回饋到發射器，以用於執行下行鏈路(downlink；DL) 預編碼，這是因為下行鏈路和上行鏈路通道分配於不同頻帶中。以這種方式，如果需要全部通道資訊以便將CSI從接收器回饋到發射器，那麼CSI的回饋冗餘(feedback overhead)為高的。

編碼簿式預編碼可減少信號回饋冗餘。在系統性能與信號回饋冗餘之間存在折衷。理想的編碼簿式做法基本上遵循格拉斯曼放置(Grassmannian packing)的指導原則。編碼簿設計與瞬時的無線通道無關。透過將編碼簿中的任何兩個碼字(預編碼器)的最小距離最大化來設計編碼簿。對於快速編碼簿設計來說，可使用DFT(Discrete Fourier Transform)式編碼簿設計原則。歸因於這種與CSI無關的設計，可能不需要回饋CSI。由於不管瞬時的通道訊息來設計編碼簿，因此可離線設計編碼簿且將編碼簿儲存於發射器和接收器兩者中。以這種方式，接收器只需要回饋編碼簿中的預編碼矩陣指示符(precoding matrix indicator；PMI)以指示發射器應使用哪個預編碼器。由於編碼簿式預編碼的性能受預先設計的編碼簿限制，因此已有一些研究工作專注於自適應編碼簿設計上以便進一步改善系統性能。自適應設計做法可根據通道統計特性(例如，通道空間相關和通道時間相關)進行編碼簿自適應改變來改善系統性能。必須將通道統計的額外資訊回饋到發射器以更新當前編碼簿。因此，還需要額外計算能力來執行編碼簿更新。編碼簿可根據天線設置(例如，不相關或多樣性設置、交叉極化設置和一致線性陣列設置)來改變。這些上述方法不同於標準 LTE-A中的做法，標準LTE-A在特定配置下使用固定編碼簿。

協調多點(Coordinated Multipoint；CoMP)為在LTE中提高資料傳輸速率的新技術。透過協調和組合來自多個基地台(例如，LTE中的傳送點或eNB)的信號，CoMP可使移動用戶能夠享受一致性能和品質，而不管移動用戶靠近蜂巢細胞(cell)中心還是在蜂巢細胞邊界。由於在CoMP情形中eNB的數量較大，所以用於PMI的回饋位元的數量將變大。另外，當每個傳送點的回饋時序衝突時，當前規範中所設計的回饋格式可能無法支持同時回饋所有傳送點的如此大的位元數量。因此，設計靈活且有效的PMI回饋機制已變成主要問題。

因此，本揭露涉及用於執行位元自適應預編碼矩陣指示符回饋機制的方法和使用所述方法的裝置。

本揭露涉及一種供eNodeB(eNB)用於執行位元自適應預編碼矩陣指示符(PMI)回饋的方法，且所述方法包含至少以下步驟：接收PMI位元序列；基於位元映射表和參考預編碼器將所述PMI位元序列映射到第一預編碼器；透過參考所述第一預編碼器來確定下一預編碼器；以及使用所述下一預編碼器來處理下行鏈路數據。

本揭露涉及一種用於在用戶設備(UE)處執行位元自適應預編碼矩陣指示符(PMI)回饋的方法，且所述方法包含至少以下步驟：基於信號選擇第一預編碼器；基於位元映射表和參考PMI將所述第一預編碼器映射到第一PMI位元序列；以及傳送所述第一PMI位元序列。

本揭露涉及一種eNodeB(eNB)，其含有至少：收發器；處理電路，其耦合到所述收發器；以及非暫時記憶元件，其耦合到所述處理電路。所述收發器傳送和接收無線信號。所述記憶元件儲存固定編碼簿。所述處理電路經配置以用於執行以下功能：接收PMI位元序列；基於位元映射表和參考預編碼器將所述PMI位元序列映射到第一預編碼器；透過參考所述第一預編碼器來確定下一預編碼器；以及使用所述下一預編碼器來處理下行鏈路數據。

本揭露涉及一種用戶設備(UE)，其至少含有：收發器；處理電路，其耦合到所述收發器；以及非暫時記憶元件，其耦合到所述處理電路。所述收發器傳送和接收無線信號。所述記憶元件儲存固定編碼簿。所述處理電路經配置以用於執行以下功能：基於信號選擇第一預編碼器；基於位元映射表和參考PMI將所述第一預編碼器映射到第一PMI位元序列；以及傳送所述第一PMI位元序列。

為了讓本揭露的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

101、160、161、162‧‧‧eNB

102‧‧‧天線單元

103‧‧‧收發器電路

104‧‧‧類比數位/數位類比轉換器

105‧‧‧記憶體電路

106‧‧‧處理電路

107‧‧‧編碼簿

108‧‧‧預編碼單元

111‧‧‧用戶設備

112‧‧‧天線單元

113‧‧‧收發器電路

114‧‧‧類比數位/數位類比轉換器

115‧‧‧記憶體電路

116‧‧‧處理電路

117‧‧‧編碼簿

118‧‧‧預編碼單元

150、151‧‧‧用戶設備

401、402‧‧‧欄

404‧‧‧預編碼器候選者集合

406‧‧‧預編碼器候選者集合

410‧‧‧位元

413‧‧‧預編碼器候選者集合

414‧‧‧預編碼器位元序列

415‧‧‧預編碼器索引編號

411‧‧‧預編碼器索引的行

412‧‧‧預編碼器索引編號

403、405、701、703、705、706、707、708‧‧‧當前選定預編碼器索引

404、406、702、704‧‧‧下一傳送時序預編碼器候選者

801‧‧‧編號

803‧‧‧回報週期

804‧‧‧標記

811、812、813、814、815‧‧‧時間

圖1A說明根據本揭露的示範性實施例的通信系統的實例。

圖1B為根據本揭露的示範性實施例的eNodeB(eNB)的實例。

圖1C為根據本揭露的示範性實施例的用戶設備(UE)的實例。

圖2說明根據LTE-A標準的用於四根天線的編碼簿。

圖3說明根據本揭露的其中一個示範性實施例的預編碼器轉變總程序。

圖4A說明根據本揭露的其中一個示範性實施例的候選者集合表，其列出層數設置為一的LTE-A的編碼簿中的每個預編碼器所對應的數量一致預編碼器候選者。

圖4B說明根據本揭露的其中一個示範性實施例的每個預編碼器候選者集合的三位元映射表。

圖4C說明根據本揭露的其中一個示範性實施例的每個預編碼器候選者集合的二位元映射表。

圖4D說明根據本揭露的其中一個示範性實施例的每個預編碼器候選者集合的一位元映射表。

圖5A說明用於層數配置為一的原始4位元PMI回饋方法和所提議3位元回饋方法之間的性能比較。

圖5B說明用於具有另一參數集的層數配置為一的原始4位元PMI回饋方法和所提議3位元回饋方法之間的性能比較。

圖6說明基於距離測量函數定義固定編碼簿中的每個預編碼器的預編碼器候選者集合的總程序。

圖7A說明根據本揭露的其中一個示範性實施例的層數設置為一的LTE-A的編碼簿中的每個預編碼器的非一致預編碼器候選者。

圖7B說明用於層數配置為一的原始4位元PMI回饋方法和所提議位元自適應回饋方法之間的性能比較。

圖8說明週期性全局搜尋(periodically globally searching；PGS)最佳預編碼器以增強性能的技術。

圖9說明用於層數配置為一的原始4位元PMI回饋方法和所提議PGS回饋方法之間的性能比較。

圖10說明用於實驗的層數設置為一的LTE-A的編碼簿中的每個預編碼器的一致預編碼器候選者。

圖11從eNB的觀點概述用於執行位元自適應PMI回饋的方法。

圖12從UE的觀點概述用於執行位元自適應PMI回饋的方法。

在本揭露中，提出在使用固定編碼簿下，能夠減少信號回饋冗餘的PMI回饋機制實施的方法和裝置。所述方法和裝置可應用於單用戶MIMO(single-user MIMO；SU-MIMO)、多用戶MIMO(multi-user MIMO；MU-MIMO)、載波聚合(carrier aggregation；CA)和CoMP情形。

圖1A說明根據本揭露的示範性實施例的通信系統的實例。通信系統可至少包含(但不限於)多個eNB，其中每個eNB根據通信標準服務多個UE。在本揭露中，3GPP類關鍵字或慣用語僅用作實例以呈現根據本揭露的發明性概念；然而，本揭露中呈現的相同概念可由所屬領域的技術人員應用於任何其他系統，例如IEEE 802.11、IEEE 802.16及WiMAX等等。根據本揭露的圖1A，其中一種可能用途可包含由eNB 160、161和162的群組來服務UE 150或僅由eNB 162來服務UE 151。

在本揭露中，用語“eNodeB”(eNB)可為(例如)基地台(base station；BS)、節點B(Node B)、先進基地台(advanced base station；ABS)、基地台收發系統(base transceiver system；BTS)、接入點、家庭基地台、中繼站、散射器、轉發器、中間節點、中間的衛星式通信基地台等等。

圖1B為根據本揭露的示範性實施例的eNodeB(eNB)功能框圖的實例。通信系統的每個eNB 101可至少含有(但不限於)收發器電路103、類比數位(A/D)/數位類比(D/A)轉換器104、處理電路106、記憶體電路105以及一個或一個以上天線單元102。收發器電路103以無線方式傳送下行鏈路信號並接收上行鏈路信號。收發器電路103還可執行例如低雜訊放大、阻抗匹配、混頻、上變頻或下變頻、濾波、放大等操作。類比數位(A/D)/數位類比(D/A)轉換器104經配置以在上行鏈路信號處理期間從類比信號(analog signal)格式轉換為數位信號(digital signal)格式且在下行鏈路信號處理期間從數位信號格式轉換為類比信號格式。

處理電路106經配置以處理數位信號且根據本揭露的示範性實施例執行用於位元自適應預編碼矩陣指示符回饋機制的所提議方法的程序。而且，處理電路106可存取記憶體電路105，記憶體電路105儲存由處理電路106指派的程式碼、編碼簿配置、緩衝資料或記錄的配置。可使用例如微處理器、微控制器、DSP晶片、FPGA等可編輯程式單元來實施處理電路106的功能。也可用獨立電子元件或IC實施處理電路106的功能。處理電路也包含用於根據本揭露的示範性實施例執行位元自適應預編碼矩陣指示符回饋機制的預編碼單元108。應注意，可用硬體或軟體實施預編碼單元108。

在本揭露中，用語“用戶設備”(UE)可為(例如)行動電台、先進行動電台(advanced mobile station；AMS)、伺服器、用戶端、桌上型電腦、膝上型電腦、網路電腦、工作站、個人數位助理(personal digital assistant；PDA)、平板個人電腦(tablet personal computer；tablet PC)、掃描器、電話元件、傳呼機、相機、電視、手持型視訊遊戲裝置、音樂元件、無線感測器等等。在一些應用中，UE可為在例如公共汽車、火車、飛機、船、小汽車等移動環境中操作的固定電腦元件。

圖1C為根據本揭露的示範性實施例的UE 111功能框圖的實例。通信系統的每個UE 111可含有至少(但不限於)收發器電路113、類比數位(A/D)/數位類比(D/A)轉換器114、處理電路116、記憶體電路115以及一個或一個以上天線單元112。記憶體電路115可儲存程式碼、緩衝資料和經配置編碼簿117。處理電路116可更包含預編碼單元118。UE 111的每個元件的功能類似於eNB 101且因此將不重複對每個元件的詳細描述。

對於類LTE變體的通信系統來說，eNB可取決於當前下行鏈路通道條件而選擇下行鏈路傳輸配置和相關參數。為了將上行鏈路和下行鏈路兩者上的資料傳輸限於預編碼器矩陣的有限集合上，可針對不同固定天線埠數目下的不同傳輸秩(transmission rank)來定義編碼簿且將編碼簿儲存於eNB和UE兩者中，使得只需傳送選定預編碼矩陣的索引或PMI。

圖2說明根據LTE-A標準的用於四根天線的編碼簿。編碼簿含有編號為0到15的16個PMI，和針對每個層數的預編碼器表。對於每個預編碼器，將其表達為W _n ^{S
} =W _n (：,{S })，其中W _n =(I -u _n u _n ^H )/(u _n ^H u _n )，n為編碼簿索引，S為欄索引，I為單位矩陣(identity matrix)，且u _n ^H 為u _n 的赫米特(Hermitian)矩陣。對於每個上行鏈路來說，UE可在通道狀態資訊(CSI)報告中提供PMI和秩指示符(rank indicator；RI)。RI提供一個用於給終端的下行鏈路傳輸的層數建議。PMI指示編碼簿中哪一個預編碼矩陣應優選地用於下行鏈路傳輸。所回饋的PMI乃是根據所回饋的RI來決定的。對於LTE-A來說，閉合迴路編碼簿式預編碼可能需要蜂巢細胞特定參考信號(cell-specific reference signal；CRS)以用於通道估計，且可存在多達四個天線埠且最多存在四個層數。在多天線預編碼的情況下，層數也可稱作傳輸秩。

可將典型閉合迴路預編碼矩陣指示符(PMI)回饋機制描述為eNB從編碼簿選擇PMI以補償在到UE的下行鏈路期間的下行鏈路通道條件。UE接著基於當下時刻的通道條件來回報PMI建議值給eNB。PMI乃是對應於編碼簿中的預編碼矩陣，所述預編碼矩陣含有對於每一層的資料流在每根天線分佈上的振幅和相位調整係數。然而，應注意，此集合的16個PMI由四個位元表示。然而，在一些情況下，可能不需要16個PMI的全集合，這是因為所述集合可進一步減小且由較少位元表示。本揭露以緩慢變化的衰落通道中的通道時間相關的特性為前提。

舉例來說，當移動用戶待在室內或在戶外行走時，移動用戶的UE 150、151所經歷的通道變化可能是緩慢的。在協調多點(CoMP)情形下，典型UE 150是緩慢地移動，且因此通道很可能緩慢地改變且在時間上相關。可基於瞬時的通道使用奇異值分解(singular value decomposition；SVD)來設計最佳預編碼器，且因此通道變化將導致最佳預編碼器的改變。如果衰落通道逐漸改變，那麼預期對應最佳預編碼器也逐漸改變。基於這些假設，提議在固定編碼簿中，使用所述位元自適應PMI回饋機制。標準LTE-A中的當前PMI回饋機制乃是基於固定編碼簿下，回饋固定數量位元的PMI。然而在低移動速度情況下，可以在有限性能損失為代價之下而進一步減少回饋位元的數量。

在本揭露的示範性實施例中的一者中，回饋位元的數量可以比當前PMI回饋機制減少，且是固定的位元的數量且可如下實施。首先，預定義每個預編碼器的預編碼器候選者集合。也就是說，固定編碼簿中的每個預編碼器索引將指向自己的預編碼器候選者集合，此預編碼器候選者集合為將用於下一傳送時間的候選預編碼器索引的集合。編碼簿和預編碼器候選者集合都可離線設計。換句話說，將於下一傳送時間被選取的欲編碼器候選者乃是固定編碼簿中的預編碼器索引的子集中的一個預編碼器索引。基於預定義預編碼器候選者集合，可如下定義一個預編碼器轉換協定。下一傳送時間所需的預編碼器乃是基於當前選定的預編碼器(例如，參考預編碼器)來決定的。換句話說，下一傳送時間被選擇的預編碼器乃是參考之前選定的一預編碼器，且此前一預編碼器可為由UE建議的預編碼器或可為由eNB選定的預編碼器。對於每個當前選定的預編碼器(例如，參考預編碼器)來說，可離線預定義用於隨後傳送的預編碼器候選者集合。下一預編碼器將改變為基於每個當前預編碼器(例如，參考預編碼器)所預定義的預編碼器候選者集合中所有預編碼器中的一者。接下來的傳送時間，重複所述程序。因此PMI回饋機制得以建立。以LTE-A為例，圖2含有LTE-A中的具有16個預編碼器的編碼簿。由於編碼簿中存在16個預編碼器，因此對於每一個層數來說，回饋位元的數量為4。考慮層數為一的情況。如果PMI回饋位元的數量減少到3個位元，那麼編碼簿中每個預編碼器的預編碼器候選者集合將僅具有8個預編碼器。

將使用特定實例闡明位元減少的概念。圖3說明根據本揭露的示範性實施例中的一者的總預編碼器轉換程序。圖4A說明根據本揭露的示範性實施例中的一者的候選者集合表，其列出層數設置為一的LTE-A的編碼簿中的每個預編碼器的一致預編碼器候選者。請一起參看圖3和圖4A。

在步驟S201中，載入預定義的編碼簿以用於下行鏈路的預編碼。預定義的編碼簿可為圖2中LTE-A標準的編碼簿。W _i 可定義為這個編碼簿中的第i個預編碼器，其中i =0,1,...,15。第一PMI回饋的時序可由t =t ₁ 表示，且PMI回饋位元的數量可設置為4。也就是說，預編碼器第一次可選自編碼簿中所有16個預編碼器。

在步驟S203中，對於編碼簿中每一個預編碼器都有其對應的索引或PMI，且每一個預編碼器的下一傳送時序的候選者集合乃是預定義的。應注意，可離線執行所述預定義預編碼器候選者集合。舉例來說，圖4A的欄401列出當前預編碼器索引(例如，參考預編碼器索引)，且欄402列出待選擇以用於下一傳送時序的候選預編碼器索引。如果基於最大等效通道功率等選擇準則而將W ₀ 403選擇為在時間t =t ₁ 時的最佳預編碼器，那麼下一PMI回饋時間t =t ₁ +△t _PMI 時的預編碼器候選者將為針對W ₀ 403所設計的集合404{0,9,11,4,7,12,13,14}，其中△t _PMI 為PMI的回報週期。這意味著對於下一傳送時序的最佳預編碼器需基於W ₀ 403所對應的預編碼器候選者集合404來回報PMI。在W ₀ 403所對應的這個候選者集合404之外的預編碼器將被禁止使用。由於每個預編碼器候選者集合僅具有8個元素，因此系統將僅回饋3個位元以表示PMI，且因此用於PMI回饋的冗餘可減少。

在步驟S205中，對於隨後的傳送，將選擇來自候選者集合內的預編碼器中的一者。如果在步驟S205中將W ₉ 405選擇為時間t =t ₁ +△t _PMI 時的最佳預編碼器，那麼在步驟S207中，預編碼器候選者集合在時間t =t ₁ +2．△t _PMI 時就會依據W ₉ 405的選擇而更新且變成針對W ₉ 所設計的集合406{9,0,2,4,5,12,13,14}。接著可能從候選者集合406選擇W ₂ 作為在時間t =t ₁ +2．△t _PMI 時的最佳預編碼器。在步驟S209中，在通信期間重複這個過程。因此，下一選定預編碼器必須屬於當前選定預編碼器(例如，參考預編碼器)的預編碼器候選者集合。

當前選定預編碼器(例如，參考預編碼器)可為由用戶設備(UE)回饋的對應PMI或由eNB使用的PMI。所提議方法可涉及兩種情況：(1)在時間t =t ₁ +n ×△t _PMI 時，回饋PMI屬於W _i 所對應的預編碼器候選者集合，其中i為由UE在時間t =t ₁ 時回饋的PMI，n為整數，且△t _PMI 為PMI回報週期。(2)在時間t =t ₁ +n ×△t _PMI 時，回饋PMI屬於W _i 所對應的預編碼器候選者集合，W _i 為由eNB在時間t =t ₁ 時使用的預編碼器。此處，n為整數，且△t _PMI 為PMI回報週期。換句話說，可根據兩種可能來選擇下一傳送時序的預編碼器。對於第一種可能來說，基於由UE建議的前一預編碼器而選擇下一預編碼器；且對於第二種可能來說，基於由eNB使用的前一預編碼器而選擇下一預編碼器。由UE建議的前一預編碼器和由eNB使用的前一預編碼器兩者可為參考預編碼器。在第一種可能和第二種可能中，由eNB選擇的PMI可與由UE建議的PMI可為相同或不同。8個元素可由3個位元編碼。與回饋位元的原始數量4相比，回饋冗餘減少率與原始方法相比為1/4(25%)。

圖4B說明根據圖4A的示範性實施例的每個預編碼器所對應的候選者集合內的預編碼器的三位元映射表。每個預編碼器所對應的候選者集合可從稍後將解釋的碼字之間的距離測量函數導出。位元映射表根據一對一映射的原則將PMI位元序列指派到預編碼器候選者集合中的每個預編碼器。編號為0到15的預編碼器索引的行(411)可表示將在時間t =t ₁ 時選擇的當前預編碼器索引(例如，參考預編碼器索引)。如果在時間t =t ₁ 時選擇索引編號15(412)，那麼用於下一傳送時序的候選者集合可僅為集合{15,4,7,0,1,2,3,8}413。欄410表示用於PMI的回饋位元。如果在時間t =t ₁ +△t _PMI 時選擇位元序列011(414)，那麼這意味選自集合413的索引編號為0(415)。在時間t =t ₁ +2．△t _PMI 時，可接著在集合{0,9,11,4,7,12,13,14}中選擇索引，且所述過程重複。

應注意，儘管通道狀態資訊回報中含有的PMI是由UE所回饋的，但所述回饋PMI僅為建議，這是因為實際選擇由eNB進行。而且應注意，eNB必須知道位元序列欄410將基於當前索引(例如，參考索引)而映射到下一索引的方式。這意味UE和eNB兩者必須含有可離線設計且儲存於UE和eNB的記憶體中的相同位元映射表。

回饋位元的數量也可設置為1個位元或2個位元。圖4C說明根據本揭露的示範性實施例中的一者的每個預編碼器候選者集合的二位元映射表。圖4D說明根據本揭露的示範性實施例中的一者的每個預編碼器候選者集合的一位元映射表。用於一位元和二位元實施例的索引轉換協定與用於三位元實施例的索引轉換協定相比為類似的且對於所屬領域的技術人員為顯而易見的，且因此將不重複所述索引轉換協定。

在圖5A中，呈現用於一層配置中的原始4位元PMI回饋方法(最佳)和所提議3位元回饋方法(提議)的模擬結果。如下列出模擬參數。傳送天線的數量為4且接收天線的數量為4。所模擬的移動速度為5公里/小時，載波頻率為700MHz，調變方法採用64-QAM，且PMI回報週期為10毫秒。接收器架構為最大比例結合(maximum ratio combining；MRC)方法並且預編碼器選擇準則如下：其中S_i 為W _i 的預編碼器候選者集合。應注意，這個選擇準則使有效通道(衰落通道和選定預編碼器的組合)的功率最大化。從圖5A可見，對於區塊錯誤率(block error rate；BLER)=0.01，性能損失限於0.1分貝。以有限性能損失為代價，可獲得高達25%的回饋冗餘減少率。因此，在性能與回饋冗餘之間存在折衷的方法。

為了進一步驗證所提議方法的性能，執行移動速度=20公里/小時的另一模擬。其他參數與圖5A中的參數相同。模擬結果繪示於圖5B中。在此圖中，對於BLER=0.01，性能損失在0.2分貝內，且性能損失變得稍大於圖5A中的性能損失。由於移動速度增大且通道變化變大，因此預定義預編碼器候選者集合中的選定預編碼器可能無法極好地匹配無線通道。因此，性能損失變得稍大。儘管損失變大，但仍具有相同的回饋冗餘減少率(25%)。

在下文中，解釋固定編碼簿中的每個預編碼器的預編碼器候選者集合的定義方式。在本揭露中，使用距離測量函數(或其他距離相關測量函數，如矩陣相關)從一固定編碼簿中選擇預編碼器候選者。對於一層配置來說，使用以下公式：

對於2層以上來說，可使用以下這些選擇：其中(．)^H 意指共軛轉置，∥．∥_F 表示弗羅賓尼斯(Frobenius)模數，且∥．∥₂ 表示矩陣2模數。應注意，預編碼矩陣W _i 中的每一列的功率將歸一化為一。可用一層配置來作實例解釋每個預編碼器的預編碼器候選者的選擇方式。對於多層情形，也可應用相同選擇方法的程序。首先計算所有預編碼器與選定預編碼器(稱作W ₀ )之間的距離。如下計算所述距離：，對於i =0,1,...,15，其中d _0,i (W ₀ ,W _i )意指W ₀ 與W _i 之間的距離。第二，從小到大對所有距離d _0,i (i =0,1,...,15)排序。最後，取決於移動速度，選擇具有最小距離所對應的預編碼器索引(對於3個位元為8個預編碼器)或具有小距離和大距離所對應的預編碼器的組合。

應注意，預編碼器候選者集合為一個給定編碼簿中的預編碼器的子集。每個預編碼器具有其個別候選者集合。編碼簿大小既不縮小也不擴大，而是如平常一樣為固定的大小。給定編碼簿中的所有預編碼器可為用於選擇不同PMI回饋時序時的PMI回饋的候選者。圖4A和圖4B中列出利用最小距離方法選出的8個預編碼器的候選者集合。因此，圖6總結得到預編碼器候選者集合的程序，且在所述程序中，可基於距離測量函數或距離相關測量函數選擇每個預編碼器候選者集合中的預編碼器成員。

在步驟S601中，對於第一預編碼器，基於距離測量函數計算第一預編碼器與編碼簿中的所有預編碼器之間的距離。在步驟S602中，將所計算出來的距離依照距離最小到最大來排序。在步驟S603中，根據指派給第一預編碼器的位元的數量(對應於N1個元素)，選擇具有最小距離或由小距離、中等距離和大距離形成的組合的N1個預編碼器。在步驟S604中，對於編碼簿中的其他預編碼器，按照上文提及用於第一預編碼器的程序來決定其他預編碼器所對應預編碼器候選者集合。

在另一示範性實施例中，回饋位元的數量可自適應地配置為固定的或可變的。這時放鬆對每個預編碼器候選者集合的大小的約束，使的每個預編碼器候選者集合可含有不同數量的預編碼器。因此，在不同PMI回饋時序的回饋位元的數量為可變的或自適應的。對於這個實施例來說，所提議PMI回饋機制可在系統性能與回饋冗餘之間提供較靈活的折衷。

圖7A說明根據本揭露的示範性實施例中的一者的層數設置為一的LTE-A的編碼簿中的每個預編碼器的非一致預編碼器候選者的實例。在這個表中，偶數預編碼器索引0,2,4,…,14的預編碼器候選者集合都設置為3個位元且根據較小距離和較大距離選擇的組合。至於奇數預編碼器索引1,3,5,…,15的預編碼器候選者集合，候選者為一個給定編碼簿中的所有預編碼器。因此，如果在時間t =t ₁ 時PMI回饋所選定的當前預編碼器索引(例如，參考預編碼器索引)為W 0 701，那麼在時間t =t ₁ +△t _PMI 時的下一預編碼器候選者為針對W ₀ 701設計的集合702{9,4,7,12,13,15,5,6}且回饋位元的數量為3。如果在時間t =t ₁ 時PMI回饋所選定的當前預編碼器索引(例如，參考預編碼器索引)為W ₁ 703，那麼在時間t =t ₁ +△t _PMI 時的下一預編碼器候選者為集合704{0,1,2,…,15}且回饋位元的數量為4。舉例來說，預編碼器轉換次序可如下：W ₀ (3個位元)701、W ₉ (4個位元)705、W ₁ (4個位元)703、W ₂ (3個位元)706、W ₄ (3個位元)707、W ₁₁ (4個位元)708等。預編碼器基於圖7A中的已定義候選者集合而改變。因此，取決於當前選定預編碼器(例如，參考預編碼器)，用於下一PMI回報時序的回饋位元的數量為3個位元或4個位元。因此，回饋位元的數量為自適應的或可變的。

對於這個實施例，圖7B中也提供模擬結果，且如下列出模擬參數。傳送天線的數量為4且接收天線的數量為4。所模擬的移動速度為30公里/小時，載波頻率為2千兆赫茲，調變方法採用 QPSK，且PMI回報週期為10毫秒。圖7B說明原始4位元PMI回饋方法和所提議位元自適應回饋方法之間的性能比較。在圖7B中，所提議自適應的3位元PMI回饋方法比最佳方法(4位元回饋)表現得差0.4分貝。這是因為載波頻率已從700兆赫茲增大到高達2千兆赫茲且移動速度已增大到高達30公里/小時。為了補償這種性能損失，所提議非一致預編碼器候選者集合可進一步改善性能。與最佳方法(4位元回饋)相比，性能差距(performance gap)縮小到0.2分貝。假定每個預編碼器被選擇的機率相同。在這種情況下，由於回饋位元的數量為3或4(機率相同)，因此回饋位元的平均位元數量為3.5位元。因此，減少的回饋冗餘為約0.5位元且冗餘減少率為約12.5%。儘管冗餘減少率從25%減少到12.5%，但性能差距可進一步縮小。可清楚地看到性能與回饋冗餘之間的折衷。而且，因為不同位元組合將導致系統性能與回饋冗餘之間的不同折衷，所以1個位元、2個位元、3個位元和4個位元的任何組合可用於預編碼器候選者集合。

總之，對於具有位元自適應回饋的實施例來說，預編碼器候選者集合定義編碼簿中的每個預編碼器所對應的預編碼器集合。每個預編碼器的預編碼器候選者集合為編碼簿中的全部預編碼器的子集，但每個預編碼器候選者集合中的預編碼器的數量可不同。

在示範性實施例中的另一者中，為了進一步改善系統性能，將使PMI回饋機制在時間上更靈活。更具體來說，在每個預定週期的某一時間點，可重置候選者集合，使得候選者集合可再一次包含編碼簿中的所有預編碼器。這意味系統可設置計時器以返回到原始回饋機制，執行週期性全局搜尋(PGS)以四個位元來回饋PMI。因此，當UE接收指示重置的信號時，回饋PMI將指示編碼簿中的所有預編碼器索引中的其中一者。設計這種功能以避免追蹤不上預編碼器變化(或通道變化)。

圖8中詳細繪示說明最佳預編碼器的週期性全局搜尋以增強系統性能的程序。在圖8中，從0到13的編號(801)指示資源區塊中的OFDM符元索引的範圍，這是因為子訊框(subframe)中的OFDM符元的最大數量為14。最初，PMI指向時間811時的全編碼簿。假定PMI回報週期803為10毫秒，那麼時間812和813時的候選者集合將含有編碼簿的子集直到30毫秒標記(804)，其中將重置時間814時的PMI候選者集合以包含所有預編碼器。這繪示對於每個30毫秒，將啟動所述機制以執行週期性全局搜尋以便維持系統性能。

對於這個實施例，在圖9中繪示了模擬性能。如下列出模擬參數。傳送天線的數量為4且接收天線的數量為4。所模擬的移動速度為30公里/小時，載波頻率為2千兆赫茲，調變採用QPSK，且PMI回報週期為10毫秒。PGS的週期設置為20毫秒、30毫秒和40毫秒。圖10中列出每個預編碼器的一致3位元候選者集合。在圖9中，進行所提議方法和最佳方法的BLER性能之間的比較。顯然，與沒有PGS功能的所提議3位元回饋方法相比，PGS使得性能得以進一步改善。PGS技術為進一步改善所有先前實施例中的所提議方法的性能的其中一種方案。因此，可組合任何所述實施例以形成新PMI回饋機制。因此，應注意，本揭露並不受限地歸入三個實施例的其中一種，上述實施例僅為示範性的。

如果性能不令人滿意，那麼UE可通知服務eNB改變候選者集合表的設定。如下描述可能方法中的一者。對於某一封包(packet)，UE可計數回饋給eNB的NACK數量以判斷當前使用的候選者集合表是否必須改變。如果針對某一封包的NACK數量大於臨界值(threshold)N _nack ，那麼UE將傳送信號以請求服務eNB改變當前候選者集合表設定。應注意，N _nack 是變數且因此是可改變的。eNB也可傳送信號以通知UE改變當前使用的候選者集合表。決策規則可基於上述做法。也就是說，如果針對某一封包的NACK數量大於臨界值N _nack ，那麼eNB將傳送信號以通知UE改變當前候選者集合表。

可如下實施eNB與UE之間的訊息。當eNB決定如本揭露中所提議進入減少位元數量的PMI回饋模式時，eNB將向UE傳送信號。在進入減少位元數量的PMI回饋模式之後，eNB將傳送信號以向UE通知預編碼器候選者集合配置。預編碼器候選者集合配置定義了編碼簿中的每個預編碼器的預編碼器候選者集合。每個預編碼器的預編碼器候選者集合為編碼簿中所有預編碼器的子集。每個預編碼器候選者集合中的預編碼器的數量可相同或不同。如果eNB決定執行PGS方法，那麼eNB將向UE傳送包含PGS週期的相關信號。當eNB決定返回到原始PMI回饋模式時，eNB將向UE傳送後退(fallback)信號。因此，eNB與UE之間的訊息將包含有關進入減少位元數量的PMI回饋模式、PGS週期、後退到原始PMI回饋模式和預編碼器候選者集合配置的資訊。最後，UE可將PMI回饋到eNB。

圖11從eNB的觀點概述用於執行位元自適應PMI回饋的方法。在步驟S1101中，eNB基於當前使用的編碼簿配置預編碼器候選者集合表，其中所述預編碼器候選者集合表定義了編碼簿的預編碼器索引中的每一者的預編碼器候選者集合。應注意，編碼簿為具有固定索引的標準編碼簿。在步驟S1102中，eNB從UE接收PMI回饋。在步驟S1103中，eNB由回饋的PMI並且根據預編碼器候選者集合而得到下一傳送時間所對應的預編碼器。在步驟S1104中，eNB使用下一預編碼器處理下行鏈路數據(即是用於執行下行鏈路資料流的預編碼)。

圖12從UE的觀點總結用於執行位元自適應PMI回饋的方法。在步驟S1201中，UE基於來自eNB的所接收訊息配置預編碼器候選者集合表，其中所述預編碼器候選者集合表定義了編碼簿的預編碼器索引中的每一者的預編碼器候選者集合。應注意， UE中的所有預編碼器候選者集合的設置與eNB中的設置相同。應注意，編碼簿為具有固定索引的標準編碼簿。在步驟S1202中，UE從當前預編碼器(例如，參考預編碼器)的預編碼器候選者集合選擇回饋給eNB的下一傳送時序的預編碼器。在步驟S1203中，UE根據位元映射表來對於選定要回饋的PMI進行編碼。在步驟S1204中，UE將選定PMI回饋到eNB。

綜上所述，本揭露能透過減少PMI回饋位元的數量來減少PMI回饋冗餘並維持合理系統性能，乃是透過根據一固定編碼簿所設計的隨時間變化預編碼器候選者子集以實施PMI回饋，且隨時間變化預編碼器候選者子集可使用距離測量函數或其他距離相關測量函數(如矩陣相關)而導出，且回饋位元可從位元映射表導出，且根據外部環境變化，回饋位元數量是可變的且為自適應的。PMI回饋機制也可根據不同訊框時間而變化且在每個預定週期之後返回到原始PMI回饋模式。本揭露可應用於包含單用戶MIMO、多用戶MIMO、COMP和載波聚合(CA)情形的MIMO系統以減少PMI回饋位元的數量。

雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本揭露的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

S201~S209‧‧‧步驟

Claims

一種用於eNodeB(eNB)來執行位元自適應預編碼矩陣指示符(PMI)回饋的方法，所述eNB具有含固定預編碼器索引的固定編碼簿，其中每個預編碼器索引指向特定預編碼器，且所述方法包括：傳送第一信號以進入減少位元數量的PMI回饋模式；在進入所述減少位元數量的PMI回饋模式之後配置位元映射表和候選者集合表；接收PMI位元序列；基於所述位元映射表和參考預編碼器將所述PMI位元序列映射到第一預編碼器；透過參考所述第一預編碼器來確定下一預編碼器；以及使用所述下一預編碼器來處理下行鏈路數據。
如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述透過參考所述第一預編碼器來確定所述預編碼器的步驟包括：如果所述PMI位元序列不適當，那麼選擇第二預編碼器作為所述下一預編碼器；以及如果所述PMI位元序列適當，那麼選擇所述第一預編碼器作為所述下一預編碼器。
如申請專利範圍第2項所述的方法，其中更包括：接收下一PMI位元序列；基於所述位元映射表和所述第一預編碼器或所述第二預編碼器將所述下一PMI位元序列映射到第三預編碼器；以及透過參考所述第三預編碼器來確定所述下一預編碼器。
如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述PMI位元序列選自1位元到4位元。
如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述PMI位元序列的位元數量可變。
如申請專利範圍第1項所述的方法，更包括：傳送將下一預編碼器候選者集合重置為所述固定編碼簿的所有預編碼器的重置信號。
如申請專利範圍第1項所述的方法，其中更包括：確定所接收的NACK信號的數量；如果所述所接收NACK信號的數量超過臨界值，那麼傳送第二信號以重新配置所述候選者集合表和所述位元映射表。
如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述基於所述位元映射表和所述參考預編碼器將所述PMI位元序列映射到所述第一預編碼器的步驟包括：參考所述位元映射表，其中所述位元映射表包括預定義所述下一預編碼器的候選者集合的候選者集合表，且所述下一預編碼器的所述候選者集合的每個預編碼器映射到特定位元序列；以及根據所述位元映射表從所述PMI位元序列轉換為所述第一預編碼器。
如申請專利範圍第8項所述的方法，其中所述候選者集合表是根據基於距離測量函數或距離相關測量函數來選擇每個預編碼器候選者集合的預編碼器而導出。
一種用於用戶設備(UE)來執行位元自適應預編碼矩陣指示符(PMI)回饋的方法，此回饋方法是與eNodeB(eNB)通訊，所述UE具有含固定預編碼器索引的固定編碼簿，其中每個預編碼器索引指向特定預編碼器，且所述方法包括：接收進入減少位元數量的PMI回饋模式的第一信號；在進入所述減少位元數量的PMI回饋模式之後配置位元映射表和候選者集合表；基於所述第一信號選擇第一預編碼器；基於所述位元映射表和參考PMI將所述第一預編碼器映射到第一PMI位元序列；以及傳送所述第一PMI位元序列。
如申請專利範圍第10項所述的方法，其中所述參考PMI為從所述UE傳送的前一PMI或為由eNB使用的前一PMI。
如申請專利範圍第11項所述的方法，更包括：基於另一信號選擇第二預編碼器；基於位元映射表和另一個參考PMI將所述第二預編碼器映射到第二PMI位元序列，其中所述另一個參考PMI為從所述UE傳送的所述前一PMI或為由eNB使用的所述前一PMI；以及傳送所述第二PMI位元序列。
如申請專利範圍第10項所述的方法，其中所述PMI位元序列選自1個位元到4個位元。
如申請專利範圍第10項所述的方法，其中所述PMI位元序列的位元數量可變。
如申請專利範圍第10項所述的方法，更包括：接收將下一預編碼器候選者集合重置為所述固定編碼簿的所有預編碼器的重置信號。
如申請專利範圍第10項所述的方法，更包括：監視所傳送的NACK信號的數量；如果NACK信號的所述所傳送數量超過臨界值，那麼傳送第二信號以重新配置所述候選者集合表和所述位元映射表。
如申請專利範圍第10項所述的方法，其中所述基於所述位元映射表和所述參考PMI將所述第一預編碼器映射到所述第一PMI位元序列的步驟包括：參考所述位元映射表，其中所述位元映射表包括預定義下一預編碼器的候選者集合的候選者集合表，且所述下一預編碼器的所述候選者集合的每個預編碼器映射到特定位元序列；以及根據所述位元映射表將所述第一預編碼器轉換為所述PMI位元序列。
如申請專利範圍第17項所述的方法，其中所述候選者集合表是根據基於距離測量函數或距離相關測量函數選擇每個預編碼器候選者集合的預編碼器而導出。
一種eNB，其包括：收發器，其用於傳送和接收無線資料；儲存元件，其用於儲存至少：具有固定預編碼器索引的編碼簿，其中每個預編碼器索引指向特定預編碼器以及；位元映射表；處理電路，其耦合到所述收發器和所述儲存元件且經配置以用於：傳送進入減少位元數量的PMI回饋模式的信號；在進入所述減少位元數量的PMI回饋模式之後配置位元映射表和候選者集合表；接收PMI位元序列；基於所述位元映射表和參考預編碼器將所述PMI位元序列映射到第一預編碼器；透過參考所述第一預編碼器來確定下一預編碼器；以及使用所述下一預編碼器來處理下行鏈路數據。
如申請專利範圍第19項所述的eNB，其中所述處理電路經配置以用於透過參考所述第一預編碼器來確定所述下一預編碼器包括：如果所述PMI位元序列不適當，那麼選擇第二預編碼器作為所述下一預編碼器；以及如果所述PMI位元序列適當，那麼選擇所述第一預編碼器作為所述下一預編碼器。
如申請專利範圍20項所述的eNB，其中所述處理電路經進一步配置以用於：接收下一PMI位元序列；基於所述位元映射表和所述第一預編碼器或所述第二預編碼器將所述下一PMI位元序列映射到第三預編碼器；以及透過參考所述第三預編碼器來確定所述下一預編碼器。
如申請專利範圍19項所述的eNB，其中所述PMI位元序列選自1個位元到4個位元。
如申請專利範圍19項所述的eNB，其中所述PMI位元序列的位元數量可變。
如申請專利範圍19項所述的eNB，其中所述處理電路經進一步配置以用於：傳送將下一預編碼器候選者集合重置為所述編碼簿的所有預編碼器的重置信號。
如申請專利範圍19項所述的eNB，其中所述處理電路經進一步配置以用於：計算所接收的NACK信號的數量；如果所述NACK信號的接收數量超過第一臨界值，那麼傳送重新配置所述候選者集合表和所述位元映射表的信號。
如申請專利範圍19項所述的eNB，其中所述處理電路經配置以用於基於所述位元映射表和所述參考預編碼器將所述PMI位元序列映射到所述第一預編碼器包括：參考所述位元映射表，其中所述位元映射表包括預定義所述下一預編碼器的候選者集合的候選者集合表，且所述下一預編碼器的所述候選者集合的每個預編碼器映射到特定位元序列；以及根據所述位元映射表將所述PMI位元序列轉換為所述第一預編碼器。
如申請專利範圍26項所述的eNB，其中所述候選者集合表是根據基於距離測量函數或距離相關測量函數選擇每個預編碼器候選者集合的預編碼器而導出。
一種UE，其包括：儲存元件，其含有至少：具有固定預編碼器索引的編碼簿，其中每個預編碼器索引指向特定預編碼器；以及位元映射表；收發器，其用於傳送和接收無線資料；以及處理電路，其耦合到所述儲存元件和所述收發器且經配置以用於：接收進入減少位元數量的PMI回饋模式的信號；在進入所述減少位元數量的PMI回饋模式之後配置位元映射表和候選者集合表；基於所述信號選擇第一預編碼器；基於所述位元映射表和參考PMI將所述第一預編碼器映射到第一PMI位元序列；以及傳送所述第一PMI位元序列。
如申請專利範圍28項所述的UE，其中所述參考PMI為所述UE傳送的前一PMI或由所述eNB使用的前一PMI。
如申請專利範圍29項所述的UE，其中所述處理電路經進一步配置以用於：基於另一信號選擇第二預編碼器；基於位元映射表和所述參考PMI將所述第二預編碼器映射到第二PMI位元序列，其中所述參考PMI為所述UE傳送的所述前一PMI或由所述eNB使用的所述前一PMI；以及傳送所述PMI位元序列。
如申請專利範圍28項所述的UE，其中所述PMI位元序列選自1個位元到4個位元。
如申請專利範圍28項所述的UE，其中所述PMI位元序列的位元數量可變。
如申請專利範圍28項所述的UE，其中所述處理電路經進一步配置以用於：接收將下一預編碼器候選者集合重置為所述編碼簿的所有預編碼器的重置信號。
如申請專利範圍28項所述的UE，其中所述處理電路經進一步配置以用於：監視所傳送的NACK信號的數量；如果所述NACK信號的傳送數量超過第一臨界值，那麼傳送重新配置所述候選者集合表和所述位元映射表的信號。
如申請專利範圍28項所述的UE，其中所述處理電路經配置以用於基於所述位元映射表和所述參考PMI將所述第一預編碼器映射到所述第一PMI位元序列包括：參考所述位元映射表，其中所述位元映射表包括預定義下一預編碼器的候選者集合的候選者集合表，且所述下一預編碼器的所述候選者集合的每個預編碼器映射到特定位元序列；以及根據所述位元映射表將所述第一預編碼器轉換為所述PMI位元序列。
如申請專利範圍35項所述的UE，其中所述候選者集合表是根據基於距離測量函數或距離相關測量函數選擇每個預編碼器候選者集合的預編碼器而導出。