WO2011054143A1 - 处理下行通信的方法和装置以及相应的辅助方法和装置 - Google Patents

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WO2011054143A1
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mobile terminal
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correlation matrix
precoding vector
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吕荻
杨红卫
陈晋辉
宋扬
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上海贝尔股份有限公司
阿尔卡特朗讯
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Definitions

  • the present invention relates to downlink communications in wireless communication networks, and more particularly to feedback channel status and subsequent processing therein. Background technique
  • multi-user MIMO proposes two types of feedback information: explicit feedback ( explicit feedback ) and implicit Implicit feedback, where explicit feedback is the feedback of direct channel states, such as unquantized or quantized channel matrix ⁇ , channel eigenvectors, etc., while implicit feedback is handled with the transceiver
  • explicit feedback is the feedback of direct channel states, such as unquantized or quantized channel matrix ⁇ , channel eigenvectors, etc.
  • implicit feedback is handled with the transceiver
  • the associated indirect channel state is provided to the base station by a pre-coding matrix index or the like, which is referred to as implicit feedback because of the design and search mode of the codebook.
  • multi-user MIMO transmission is considered a key technology for improving system average capacity and cell boundary user experience.
  • LTE Release-8 a codebook-based implicit feedback method is used, that is, multi-user MIMO inherits a codebook and feedback mechanism designed for single-user multiple input multiple output (hereinafter referred to as single-user MIMO), that is, Each mobile terminal feeds back its own single-user precoding matrix index (PMI) and channel quality indicator (CQI), even though the mobile terminal will eventually be scheduled in a multi-user transmission.
  • PMI precoding matrix index
  • CQI channel quality indicator
  • the inventors of the present invention have inventively realized that the channels actually observed by users of multi-user MIMO tend to change in both the time domain and the frequency domain, whereas in the prior art, a PMI in a fixed codebook cannot be embodied. With this change, multi-user MIMO using fixed codebook feedback is difficult to adapt to channels with different spatial correlation characteristics, which severely limits the performance of multi-user MIMO.
  • the inventors of the present invention have also realized that in an actual transmission environment, most of the channels are more or less spatially correlated and are primarily determined by the environment and antenna configuration. Different mobile terminals generally observe different spatial correlations, which are unique to mobile terminals. In view of this, it is proposed in the present invention to apply spatial correlation to improve existing codebook and feedback mechanisms.
  • a method for assisting a base station to process downlink communication in a mobile terminal includes the following steps: estimating a downlink channel between the base station and the mobile terminal; Determining, by the downlink channel, a spatial correlation matrix between the base station and the mobile terminal; determining, according to the spatial correlation matrix, at least one precoding vector from a plurality of pre-stored precoding vectors; Notifying the base station of the determined at least one precoding vector and the spatial correlation matrix.
  • represents the average number of subcarriers when determining the spatial correlation matrix, and represents the channel matrix between the mobile terminal and the base station on the /subcarrier in the jth frame, «for the time domain
  • the mobile terminal generates a plurality of new precoding vectors according to the spatial correlation matrix and the plurality of pre-stored precoding vectors; and, according to a predetermined rule, by the plurality of At least one new precoding vector is selected from the new codeword to determine at least one pre-stored precoding vector for generating the at least one new precoding vector.
  • the mobile terminal generates a new precoding vector according to the following formula:
  • C denotes one of the plurality of pre-stored precoding vectors
  • C' denotes a new precoding vector determined according to C.
  • a method for processing downlink communication in a base station for assistance with a mobile terminal comprising the steps of: obtaining precoding vectors and spatial correlations respectively determined by a plurality of mobile terminals respectively a matrix; determining a channel state between the base station and the plurality of mobile terminals based on the precoding vector and the spatial correlation matrix respectively determined by the plurality of mobile terminals; and determining the base station and the plurality of The channel state between the mobile terminals handles downlink communication between the base station and the plurality of mobile terminals.
  • the base station determines the channel state between the mobile terminal and the plurality of mobile terminals according to the following formula:
  • '' indicates a channel state determined by a first one of the plurality of mobile terminals, R ; a spatial correlation matrix determined for the first mobile terminal, indicating that the first mobile terminal determines Precoding vector.
  • a first apparatus for assisting a base station to process downlink communication in a mobile terminal including: a first unit, configured to be used between the base station and the mobile terminal And determining, by the second unit, a spatial correlation matrix between the base station and the mobile terminal according to a result of estimating the downlink channel; and a third unit, configured to perform, based on the spatial correlation a second matrix, configured to notify the base station of the determined at least one precoding vector and the spatial correlation matrix.
  • the mobile terminal when the mobile terminal is the first mobile terminal, it is in the _ / space in the frame
  • the third unit includes: a first component, configured to generate, according to the spatial correlation matrix and the plurality of pre-stored precoding vectors, a plurality of new precoding vectors; and a second component, configured to be configured according to a predetermined rule Selecting at least one new precoding vector from the plurality of new codewords and determining at least one pre-stored precoding vector for generating the at least one new precoding vector.
  • a second apparatus for processing downlink communication with a assistance of a mobile terminal in a base station including: a fifth unit, configured to obtain a preset determined by a plurality of mobile terminals respectively a coding unit and a spatial correlation matrix; a sixth unit, configured to determine a channel state between the base station and the multiple mobile terminals based on a precoding vector and a spatial correlation matrix respectively determined by the multiple mobile terminals; And a seventh unit, configured to process downlink communication between the base station and the multiple mobile terminals according to the determined channel state between the base station and the multiple mobile intermediate terminals.
  • the sixth unit determines a channel state between the base station and the plurality of mobile terminals according to the following formula:
  • '' indicates a letter determined by the first of the plurality of mobile terminals a channel state, a spatial correlation matrix determined for the first mobile terminal, representing a precoding vector determined by the Lth mobile terminal.
  • a mobile terminal comprising the aforementioned first device.
  • a base station which includes the aforementioned second device.
  • the method, the device, the mobile terminal and the base station provided by the embodiments of the present invention can achieve the following effects:
  • the base station can perform effective multi-user precoding to suppress multi-user interference according to more accurate channel information fed back by all mobile terminals.
  • Figure 1 shows a typical application scenario of the present invention
  • FIG. 2 shows a flow chart of a system method for feeding back and processing channel conditions in a wireless communication network in accordance with an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a block diagram of a first apparatus for assisting a base station in processing downlink communications in a mobile terminal in accordance with an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 shows a block diagram of a second device for processing downstream communications in a base station in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 there is shown a typical application scenario of the present invention.
  • the mobile terminal 21-23 estimates the downlink channel according to the common pilot signal sent by the base station 1, and feeds back the channel state to the base station 1, that is, describes the "see" to the base station 1.
  • the base station 1 determines, for each mobile terminal, which downlink communication mode to use according to the channel state fed back by each mobile terminal.
  • a single-user MIMO method is used to communicate with one mobile terminal, two other mobile terminals are put together and communicated by multi-user MIMO, and the like, wherein multi-user MIMO may also include interference cancellation techniques, etc., Discuss it in detail.
  • a typical technique for the mobile terminal to report the channel state to the base station is to use a codebook.
  • the codebook is a set of a finite number of typical points on the plane, where each point is a codeword in the codebook.
  • the actual channel state is represented by approximating with these typical points.
  • 4 bits are used to represent 16 code words to reduce signaling overhead, and any actual channel is compared with the 16 code words to select a nearest code word. Simulations have shown that multi-user MIMO is more sensitive to errors between the selected codeword and the actual channel than single-user MIMO, which is manifested by greater performance loss and more severe interference.
  • the above error is often referred to as a feedback error.
  • the codebook is fixed, that is, it contains a plurality of fixed codewords, the codewords are always different from the actual channel conditions of the mobile terminal, and the variability of the channel in the time domain and the frequency domain is ignored.
  • the feedback mechanism that relies solely on pre-stored fixed codebooks is relatively rigid and robust enough.
  • FIG. 2 there is shown a flow chart of a system method for feeding back and processing channel conditions in a wireless communication network in accordance with an embodiment of the present invention.
  • base station 1 and mobile terminal 21 are 23 is a description of a specific embodiment of the present invention, and those skilled in the art understand that although only the mobile terminal 21 is shown for simplicity in FIG. 2, the mobile terminals 22, 23 perform the same operations as the mobile terminal 21.
  • Those skilled in the art can implement step S21 using any existing channel estimation method.
  • step S22 the mobile terminal 21 determines a channel correlation matrix between 1 and 1 according to the result of the channel estimation, which may be specifically represented by:
  • the footer ⁇ indicates the mobile terminal
  • 7 ⁇ indicates the frame, and thus indicates the channel covariance matrix of the i-th mobile terminal in the j-th frame, that is, a spatial correlation matrix
  • R '"-" Represents the spatial covariance matrix of the mobile terminal in the j-1th frame.
  • M represents the average number of subcarriers when determining the spatial correlation matrix
  • H represents the channel matrix between the mobile terminal and the base station 1 in the jth frame and on the /subcarrier, "is the average factor in the time domain and 0 ⁇ " ⁇ 1. If the channel matrix exhibits strong frequency selectivity, the wideband averaging may reduce the frequency selective scheduling gain and degrade performance. In addition, narrowband feedback is at the expense of increased feedback overhead.
  • the time-varying and signaling overhead of the channel are taken into account, so that the mobile terminal performs the above feedback to the base station 1 in each frame.
  • the timing of feedback may be different from the prior art or future developments in the field, and the present invention is not limited thereto.
  • the base station and each mobile terminal pre-store the same codebook.
  • the codebook is improved and used, specifically:
  • step S23 the mobile terminal 21 determines a plurality of new precoding vectors according to the following formula according to the pre-stored codebook:
  • c represents one of a plurality of precoding vectors pre-stored in the codebook, representing a new precoding vector determined according to c.
  • the mobile terminal 21 further selects at least one new precoding vector conforming to a predetermined rule from among 16 new precoding vectors.
  • the maximum capacity criterion the maximum mean square error criterion, etc.
  • the new precoding vectors are applied one by one, and the mobile terminal 21 roughly estimates. Which precoding vector is used by the base station 1 can achieve the maximum capacity or the mean square error.
  • the present invention does not limit the number of new precoding vectors determined.
  • this new precoding is determined.
  • Vector When the performance provided by multiple new precoding vectors is equivalent, one or all of them can be determined and proceed to the next step.
  • the mobile terminal 21 After determining at least one new precoding vector, the mobile terminal 21 looks at which at least one pre-stored precoding vector for generating the at least one new precoding vector according to equation (2), thereby ending step S23.
  • step S24 the mobile terminal 21 notifies the base station 1 of the previously determined spatial correlation matrix and precoding vector.
  • the information is sent after appropriate quantification. The following is an introduction to the quantification process:
  • each precoding vector has an identity that is agreed between the base station 1 and each mobile terminal, that is, a PMI.
  • the mobile terminal 21 can follow the manner in the prior art.
  • the PMI is sent to the base station 1 to identify which pre-stored precoding vector is selected.
  • the present invention considers how to minimize the number of bits required. For example, different error protections are assigned to the transmit PMI and the feedback R l7 to optimize the balance between signaling overhead and system performance. In the simulation, the parameters of R are directly fed back. To maintain the signaling overhead at a lower level, in the scenario of 4 antennas, 28 bits are used to feed back the determined R iy . Each diagonal element is assigned 2 bits and is Each off-diagonal element is assigned 4 bits.
  • the invention does not limit the feedback mode for 11 ⁇ 2.
  • Other ways to quantify include, in order to use as few bits as possible, consider! 1 ⁇ 2 features and application environment.
  • 11 ⁇ 2 can be normalized by the largest element on the diagonal, 3 ⁇ 4/ consists of three types of independent random variables, namely diagonal elements, non-diagonal elements
  • the correlation coefficient magnitude and phase of the correlation coefficient can be expressed as:
  • random variables of the same class are independently and identically distributed. Therefore, considering the distribution in the relevant environment, one of the three types of random variables can be coded separately, and the three codebooks are independent of each other.
  • the number of bits occupied by the quantized spatial correlation matrix is the sum of the quantized bits of each random variable.
  • the quantized control eigenvector of R iy can be used to construct spatial correlation information to save the overhead of feedback signaling.
  • the base station 1 After receiving the feedback from the mobile terminal 21-23, in step S11, the base station 1 determines the channel between the base station 1 and the mobile terminal 21-23 based on the precoding vector and the spatial correlation matrix respectively determined by the mobile terminal 21-23. status.
  • the base station 1 determines the channel state between it and each mobile terminal based on the following formula:
  • '' denotes the channel state determined by the first mobile terminal in the mobile terminal 21-23
  • the spatial correlation matrix determined for the first mobile terminal ⁇ denotes the precoding vector determined by the first mobile terminal .
  • the base station 1 will process its downlink communication with the mobile terminals 21-23 based on the determined channel state between it and the mobile terminal 21-23.
  • the mobile terminals 21 and 22 are put together for multi-user MIMO communication, single-user MIMO communication with the mobile terminal 23, and the like.
  • FIG. 3 shows a first device block diagram for assisting a base station in processing downlink communications in a mobile terminal in accordance with an embodiment of the present invention, wherein the first device 21 1 typically It is located in the mobile terminal 21-23 shown in FIG. 1 and specifically includes:
  • the first unit 21 1 1 is configured to estimate a downlink channel between the base station 1 and the mobile terminal, corresponding to the foregoing step S21;
  • the second unit 21 12 is configured to determine a spatial correlation matrix between the base station 1 and the mobile terminal according to the result of estimating the downlink channel, corresponding to the foregoing step S22;
  • the third unit 21 13 is configured to determine, according to the spatial correlation matrix, at least one precoding vector from the pre-stored plurality of precoding vectors, corresponding to the foregoing step S23; the fourth unit 21 14 is configured to The base station notifies the determined at least one precoding vector and the spatial correlation matrix, corresponding to the aforementioned step S24.
  • the third unit 2113 includes the following elements to specifically implement its functions: a first element 21131, configured to generate the plurality of new precoding vectors by using the spatial correlation matrix and the plurality of pre-stored pre-coded vectors;
  • a second component 21132 configured to select at least one new precoding vector from the plurality of new codewords according to a predetermined rule, and determine at least one pre-stored pre-preparation for generating the at least one new precoding vector Coding vector.
  • the first component 21131 generates a plurality of new precoding vectors:
  • c represents a precoding vector of the plurality of pre-stored precoding vectors
  • c represents a new precoding vector determined by c.
  • FIG. 4 shows a block diagram of a second apparatus for processing downlink communications in a base station, typically shown in the base station 1 of FIG. 1, in accordance with an embodiment of the present invention, comprising:
  • the fifth unit 111 is configured to obtain a precoding vector and a spatial correlation matrix respectively determined by the mobile terminal 21-23, corresponding to the foregoing step S24;
  • the sixth unit 112 is configured to determine a channel state between the base station 1 and the mobile terminals based on the precoding vector and the spatial correlation matrix respectively determined by the mobile terminals 21-23, corresponding to the foregoing step S11;
  • the seventh unit 113 is configured to process downlink communication between the base station 1 and the mobile terminal 21-23 according to the determined channel state between the base station 1 and the mobile terminal 21-23, corresponding to the foregoing step S12.
  • the sixth unit 112 determines the channel state between the base station 1 and the mobile terminal 21-23 according to the following formula:
  • '' denotes the channel state determined by the first mobile terminal in the mobile terminal 21-23, R, is the spatial correlation matrix determined by the second mobile terminal, indicating the determined by the Lth mobile terminal Precoding Vectors
  • the spatial correlation matrix of the feedback brings 20% performance gain in the Umi channel model and 11% performance gain in the UMa channel model.
  • the reporting period of the spatial correlation matrix is 5 milliseconds, 20 sec, and 100 milliseconds
  • the spectral efficiency of the cell is basically unchanged.

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Description

处理下行通信的方法和装置
以及相应的辅助方法和装置 技术领域
本发明涉及无线通信网络中的下行通信， 尤其涉及其中反馈信 道状态及后续的处理。 背景技术
在 LTE后续演进（ LTE-Advanced , 下称 LTE- A ) 中， 关于下行 多用户多入多出 （下称多用户 MIMO )的讨论提出了两类反馈信息： 显式反馈 ( explicit feedback ) 和隐式反馈 ( implicit feedback ) , 其 中， 显式反馈也就是反馈直接的信道状态， 例如未经量化的或量化 后的信道矩阵 Η、 信道的特征向量等， 而隐式反馈是将与收发信机 处理相关的间接的信道状态通过信道预编码矩阵索引 （ Pre-coding Matrix Index ) 等提供给基站， 后者被称为隐式反馈的一个原因是因 为与码本的设计和搜索方式有关。
在 LTE和 LTE-A中，多用户 MIMO传输都被视为用于提高系统 平均容量和小区边界用户体验的关键技术。 在 LTE Release-8中， 使 用基于码本的隐式反馈方式， 也就是说， 多用户 MIMO沿用为单用 户多入多出 （下称单用户 MIMO )设计的码本和反馈机制， 也即， 每个移动终端都反馈自己的单用户预编码矩阵索引 （PMI )和信道质 量指示（CQI ) ， 即使这个移动终端最终会在一个多用户传输中被调 度。
上述的简单沿用单用户 MIMO所使用的码本和反馈机制的方案 不利于优化多用户 MIMO, 因而成为了制约多用户 MIMO提供其多 种技术优势的瓶颈， 例如， 由于多用户 MIMO 对于信道反馈误差 ( feedback error )较单用户 MIMO更为敏感， 反馈误差会严重降低 多用户 MIMO的性能。
因此， 需要对现有的码本和反馈机制进行改进， 来优化 LTE-A 中的多用户 MIMO技术。 发明内容
本发明的发明人有创见性地意识到， 多用户 MIMO的用户实际 观测到的信道往往在时域和频域变化都在变化， 而现有方案中采用 固定码本中的一个 PMI是无法体现这种变化的， 于是采用固定码本 反馈的多用户 MIMO难以适应具有不同空间相关特性的信道， 使多 用户 MIMO的性能受到严重限制。
本发明的发明人还意识到， 在实际传输环境中， 大多数信道或 多或少地在空间上相关， 并主要决定于环境和天线配置。 不同的移 动终端一般会观测到不同的空间相关性， 而这种相关性特性是移动 终端特有的。 鉴于此， 在本发明中提出将空间相关性加以应用来改 进现有的码本和反馈机制。
根据本发明的一个具体实施例， 提供了一种在移动终端中用于 辅助基站处理下行通信的方法， 包括以下步骤： 对所述基站与所述 移动终端之间的下行信道进行估计； 根据对所述下行信道进行估计 的结果， 确定所述基站与所述移动终端之间的空间相关性矩阵； 基 于所述空间相关性矩阵， 由预存的多个预编码向量中确定至少一个 预编码向量； 向所述基站通知所确定的所述至少一个预编码向量以 及所述空间相关性矩阵。
进一步地， 当所述移动终端为第 个移动终端时， 它在第 J'帧中 的空间相关
Figure imgf000004_0001
其中， |S|表示确定空间相关性矩阵时的平均子载波数， 表示在 第 j帧中在第 /个子载波上，所述移动终端与所述基站之间的信道矩阵， «为时域上的平均因子且 0 < α≤1。
进一步地，该移动终端才艮据所述空间相关性矩阵和多个预存的预编 码向量， 生成多个新的预编码向量； 并且， 根据预定规则， 由所述多个 新的码字中选择至少一个新的预编码向量，进而确定用于生成所述至少 一个新的预编码向量的至少一个预存的预编码向量。
进一步地， 移动终端才艮据下式来生成新的预编码向量：
C ， - ~~—— 其中， C表示所述多个预存的预编码向量中的一个预编码向量， C'表 示才艮据 C所确定的一个新的预编码向量。
根据本发明的另一具体实施例，提供了一种在基站中用于在移动终 端的辅助下处理下行通信的方法， 包括以下步骤： 获得多个移动终端分 别确定的预编码向量以及空间相关性矩阵；基于所述多个移动终端分别 确定的预编码向量以及空间相关性矩阵，确定所述基站与所述多个移动 终端之间的信道状态；根据所确定的所述基站与所述多个移动中端之间 的信道状态， 处理所述基站与所述多个移动终端之间的下行通信。
进一步地， 基站根据下式来确定其与多个移动中端之间的信道状 态 ··
Figure imgf000005_0001
其中， "'表示为所述多个移动终端中的第 个移动终端所确定的信 道状态， R;为所述第 个移动终端所确定的空间相关性矩阵， 表示所 述第 个移动终端所确定的预编码向量。
根据本发明的又一具体实施例， 提供了一种在移动终端中用于 辅助基站处理下行通信的第一装置， 包括： 第一单元， 用于对所述 基站与所述移动终端之间的下行信道进行估计； 第二单元， 用于根 据对所述下行信道进行估计的结果， 确定所述基站与所述移动终端 之间的空间相关性矩阵； 第三单元， 用于基于所述空间相关性矩阵， 由预存的多个预编码向量中确定至少一个预编码向量； 第四单元， 用于向所述基站通知所确定的所述至少一个预编码向量以及所述空 间相关性矩阵。
进一步地， 其中， 当所述移动终端为第 个移动终端时， 它在第 _ /帧中的空间
Figure imgf000006_0001
其中， |s|表示确定空间相关性矩阵时的平均子载波数， 表示在 第 J '帧中在第 /个子载波上，所述移动终端与所述基站之间的信道矩阵， «为时域上的平均因子且 0 < ≤1。
进一步地， 第三单元包括： 第一元件， 用于根据所述空间相关性矩 阵和多个预存的预编码向量， 生成多个新的预编码向量； 第二元件， 用 于根据预定规则， 由所述多个新的码字中选择至少一个新的预编码向 量，并确定用于生成所述至少一个新的预编码向量的至少一个预存的预 编码向量。
进一步地， 第一元件根据下式来生成多个新的预编码向量： c = ~~― 其中， C表示所述多个预存的预编码向量中的一个预编码向量， C'表 示才艮据 c所确定的一个新的预编码向量。
根据本发明的又一具体实施例，提供了一种在基站中用于在移动终 端的辅助下处理下行通信的第二装置， 包括： 第五单元， 用于获得多个 移动终端分别确定的预编码向量以及空间相关性矩阵； 第六单元， 用于 基于所述多个移动终端分别确定的预编码向量以及空间相关性矩阵，确 定所述基站与所述多个移动终端之间的信道状态； 第七单元， 用于根据 所确定的所述基站与所述多个移动中端之间的信道状态，处理所述基站 与所述多个移动终端之间的下行通信。
进一步地，第六单元根据下式确定所述基站与所述多个移动终端之 间的信道状态：
Figure imgf000006_0002
其中， "'表示为所述多个移动终端中的第 个移动终端所确定的信 道状态， 为所述第 个移动终端所确定的空间相关性矩阵， 表示所 述第 L个移动终端所确定的预编码向量。
根据本发明的一个具体实施例， 提供了一种移动终端， 其中， 包括 前述的第一装置。
根据本发明的一个具体实施例， 提供了一种基站， 其中， 包括前述 的笫二装置。
采用本发明的各实施例所提供的方法、 装置、 移动终端以及基站， 能够实现以下效果：
1. 改善了系统的性能， 提高了多用户 MIMO系统的平均吞吐量和 边界用户吞吐量。 由于在所述移动终端新生成的多个预编码变量包含了 该终端特有的空间特性，最终确定的预编码向量可以较预存的预编码向 量更好地刻划所述终端的信道特性。因此，信道反馈误差可以相应减小。 另外，所述基站可以根据所有移动终端反馈的更加精确的信道信息进行 有效的多用户预编码来抑制多用户干扰。
2. 与原有的码本和反馈机制相比，具有更广的适用范围。现有 LTE 系统釆用固定码本， 固定码本并不能适用于多用用户的不同信道特性。 该发明将移动终端的空间相关性与固定码本结合， 提高了反馈精确度。 附图说明
通过以下结合附图对本发明至少一个非限定性实施例所作的描 述， 本发明的其它特点、 优势将会显得更为清楚和明显。 其中：
图 1示出了本发明的一个典型的应用场景；
图 2 示出了根据本发明的一个具体实施例在无线通信网络中反 馈和处理信道状态的系统方法流程图；
图 3 示出了根据本发明的一个具体实施例在移动终端中用于辅 助基站处理下行通信的第一装置框图；
图 4 示出了根据本发明的一个具体实施例在基站中用于处理下 行通信的第二装置框图。
在附图中， 相同或相似的附图标记表示相同或相似的技术特征。 具体实施方式
以下参照附图对本发明的至少一个非限定性实施例进行介绍。 首先参看图 1， 其中示出了本发明的一个典型的应用场景， 为简明起 见，仅示出了一个基站 1和三个移动终端 21-23。为应用多用户 MIMO 技术，移动终端 21-23根据基站 1发来的公共导频信号来对下行信道 进行估计， 并向基站 1反馈信道状态， 也就是向基站 1描述它所 "看 到" 的下行信道， 基站 1 依据各个移动终端反馈来的信道状态， 为 各个移动终端确定采用何种下行通信的方式。 例如， 使用单用户 MIMO 方式与一个移动终端通信， 将其它两个移动终端放在一起并 采用多用户 MIMO方式通信， 等等， 其中， 多用户 MIMO可能还包 括干扰消除等技术， 本文中不再详加讨论。
其中， 一种典型的用于移动终端向基站报告信道状态的技术是 使用码本 （codebook ) 。 其中， 如果将各种可能的信道状态看作是 一个平面， 那么码本就是这个平面上有限个典型的点的集合， 其中 的每一个点正是码本中的一个码字 （codeword ) 。 通过用这些典型 的点去逼近， 来表示实际的信道状态。 实际应用中， 采用 4 比特来 表示 16个码字， 以降低信令开销， 任何一个实际信道都与这 16个 码字进行比较， 来选择一个最接近的码字。 通过仿真已经证明， 与 单用户 MIMO相比， 多用户 MIMO对所选择的码字与实际信道之间 的误差更为敏感， 体现为性能损失更大， 干扰更为严重。 上述误差 常被称为反馈误差 （ feedback error ) 。
由于上述的码本是固定的， 也即其中包含多个固定的码字， 这 些码字与移动终端的实际信道状况总是存在差异的， 而忽视信道在 时域和频域的变化性， 就使得单纯依赖预存的固定码本的反馈机制 比较僵硬， 鲁棒性也不够好。
基于对上述问题的认识， 本申请中提出一种由空间相关性 ( spatial covariance ) 辅助的反馈机制。 仅为更形象地描述这一方案 的目的， 可以理解为系统中针对每一个移动终端， 生成了一个新的 对应于该移动终端的新的码本， 这个新的码本中包含了对应与该移 动终端的空间相关性信息。 因此， 与固定码本相比， 可以提高信道 反馈的精确性。 从这个新的码本中按照最大化信道容量、 最小化均 方误差、 最大化信噪比（参考文献 D丄 Love, et al. "Limited feedback unitary precoding for spatial multiplexing systems" , IEEE Trans. On Information Theory, Vol. 51 , No. 8， 2005 )等不同的选择准则选出一个 PMI, 并将 PMI和空间相关性矩阵一并反馈给基站。 基站将原先预 存的码本和反馈上来的空间相关性矩阵同信道相关联地保存， 以用 于后续的操作。
参看图 2，其中示出了根据本发明的一个具体实施例在无线通信 网络中反馈和处理信道状态的系统方法流程图， 以下参照图 2 并结 合图 1以其中的基站 1与移动终端 21 -23为例对本发明的具体实施例 进行介绍， 本领域技术人员理解， 虽然图 2 中为简明起见仅表示出 了移动终端 21， 但是移动终端 22、 23也执行与移动终端 21相同的 操作。
该方法始于步驟 S21 , 其中， 移动终端 21基于基站 1发送的公 共导频信号来对下行信道进行信道估计， 不失一般性地， 得到信道 矩阵 其中 表示第 帧， / = 1...|5"| , ^表示此后确定空间相关 性矩阵时的平均子载波数， 它的取值可以是 1 , 也可以是一至多个资源 块符号中的子载波数， 甚至是整个频带中的子载波总数， 或者是一个 OFDM符号中的子载波数。本领域技术人员可以利用任何现有的信道估 计方式来实现步骤 S21。
接着， 进入步骤 S22 , 其中， 移动终端 21根据信道估计的结果， 来确定与 1之间的信道相关性矩阵， 具体可以由下式表示：
Figure imgf000009_0001
其中， 脚标 ζ·指示移动终端， 7·指示帧， 于是 表示第 i个移动 终端在第 j帧中的信道协方差矩阵，也即一种空间相关性矩阵， R'"-" 表示第 ζ·个移动终端在第 j-1 帧中的空间协方差矩阵。 通过移动 终端 21 的接收机估计信道矩阵 H， 并通过递归因子对第 1帧的空 间协方差矩阵 R'"- 0以及第 j 帧的空间协方差矩阵均值加权得到， 其 中， 此空间协方差矩阵均值是在 I S I个样本空间上的均值。
M表示确定空间相关性矩阵时的平均子载波数， H 表示在第 j 帧中和第 /个子载波上， 移动终端与基站 1之间的信道矩阵， "为时 域上的平均因子且 0 < "≤ 1。 如果信道矩阵表现出较强的频率选择 性， 则宽带平均可能会降低频率选择性调度增益， 并使得性能降低， 另外， 窄带反馈则以增加反馈开销为代价。 式 （ 1 ) 中， 当《=1时， R为一个短期值（ short term value ) , 当 0 < α < 1时， R的短期值在一 个更长的时间内积累， 空间相关 < I "生矩阵的长期平均趋于它的统计平 均值。 当移动终端低速或中速移动时， 在时域取 R的平均值能够提 高反馈的精确度。
根据本发明的一个具体实施例， 兼顾信道的时变性和信令开销， 令移动终端每帧中向基站 1 进行一次上述的反馈。 当然， 依照现有 技术或今后本领域的发展， 反馈的时机选择可以与此不同， 本发明 不在此予以限制。
在基于码本的方案中， 基站与各个移动终端都预存了一个相同 的码本， 在本发明中， 这个码本被改进后沿用， 具体地：
在步骤 S23中， 移动终端 21根据预存的码本， 根据下式来确定 多个新的预编码向量：
Figure imgf000010_0001
其中， c表示码本中预存的多个预编码向量中的一个， 表示根据 c所确定的一个新的预编码向量。
于是， 若码本中原有 16个预编码向量， 则可以相应地确定 16个新 的预编码向量。 由于不同移动终端得到的 不同， 因此得到的包含这 16 个新预编码向量的新码本就与此移动终端之间存在^ I紧密的关联或 称对应关系。 还是在步驟 S23中，移动终端 21进一步地从 16个新的预编码向量 中选择符合预定规则的至少一个新的预编码向量。具体的选择方式有很 多， 且完全可以借鉴现有技术中的已有方式， 例如容量最大准则、 最大 均方误差准则等， 通过一个一个地套用这些新的预编码向量， 移动终端 21大致地估计出基站 1使用哪个预编码向量，能够实现容量最大或均方 误差最大。 本领域技术人员理解， 本发明不限制所确定的新的预编码向 量的个数，优选地，当一个新的预编码向量所提供的表现远高于其它时， 就确定这一个新的预编码向量； 当多个新的预编码向量所提供的表现相 当时， 可以确定其中一个或者全部并进入后续步骤。
在确定了至少一个新的预编码向量之后， 移动终端 21看用于根据 式 （2 )生成这至少一个新的预编码向量的至少一个预存的预编码向量 是哪些， 从而结束步骤 S23。
而后， 在步骤 S24中， 移动终端 21将此前所确定的空间相关性矩 阵和预编码向量通知给基站 1。 根据本发明的一个具体实施例， 这些信 息经过适当量化后发出， 以下是对量化过程的介绍：
在现有技术的码本中，每个预编码向量都拥有一个基站 1与各个移 动终端约定好的标识， 即 PMI, 本发明的具体实施例中， 移动终端 21 可以沿用现有技术中的方式， 将 PMI发送给基站 1， 从而标识出自己选 择了哪个（哪些）预存的预编码向量。
由于传输 所用的比特是在 LTE Rel-8基础上的额外信令开销，有 利地， 本发明考虑如何最小化所需的比特数。 例如， 为发送 PMI和反 馈 Rl7分配不同的误差保护，从而优化信令开销与系统性能之间的平衡。 在仿真中， 直接反馈 R的参数。 为将信令开销维持在一个较低的水平， 在 4根天线的场景中， 使用 28比特用于反馈所确定的 Riy.为每个对角 元素（ diagonal element )分配 2个比特 ,并为每个非对角元素（ off-diagonal element )分配 4个比特。
本发明并不限制对于 1½的反馈方式。 其它的量化方式包括， 为了 使用尽可能少的比特， 考虑！ ½的特性和应用环境。 1½可以被对角上的 最大元素归一化， ¾/由三类独立随机变量构成， 即对角元素、 非对角元 素的相关系数幅值 和相关系数相位 。其中， 一个非对角元素可以表 示为下式：
Figure imgf000012_0001
其中， 视同一类的随机变量是独立同分布的。 因此， 考虑在相关环 境中的分布， 可以为这三类随机变量分别一个码本， 且三个码本相互独 立。量化后的空间相关性矩阵所占用的比特数为每个随机变量的量化后 比特数之和。
作为另一种可选方式， Riy的量化后的控制特征向量 （dominant eigenvector )可以用于构成空间相关性信息以节约反馈信令的开销。
在接收到移动终端 21-23的反馈之后， 在步骤 S11中， 基站 1基于 移动终端 21-23分别确定的预编码向量以及空间相关性矩阵， 确定基站 1与移动终端 21-23之间的信道状态。
具体地，基站 1基于下式来确定它与各个移动终端之间的信道状态：
其中， "'表示为移动终端 21-23中的第 个移动终端所确定的信道 状态， 为所述第 个移动终端所确定的空间相关性矩阵， ^表示第 个移动终端所确定的预编码向量。
而后，基站 1将根据所确定的它与移动终端 21-23之间的信道状态， 处理其与移动终端 21-23之间的下行通信。 例如， 将移动终端 21与 22 放在一起进行多用户 MIMO 通信， 与移动终端 23 之间进行单用户 MIMO通信等。这些后续操作可以参照现有技术中基于改进前的码本所 进行的调度、 控制操作， 不再赘述。
以下参照装置框图来对本发明提供的装置作以介绍，鉴于这些装置 中的单元、 元件与上述的步骤特征之间有着对应关系， 因此对装置的描 述将从筒。
图 3 示出了根据本发明的一个具体实施例在移动终端中用于辅 助基站处理下行通信的第一装置框图， 其中， 第一装置 21 1 典型地 位于图 1所示的移动终端 21-23中， 并具体包括：
第一单元 21 1 1 , 用于对基站 1与该移动终端之间的下行信道进 行估计， 对应于前述的步骤 S21 ;
第二单元 21 12， 用于根据对所述下行信道进行估计的结果， 确 定基站 1 与该移动终端之间的空间相关性矩阵， 对应于前述的步骤 S22;
第三单元 21 13 , 用于基于所述空间相关性矩阵， 由预存的多个 预编码向量中确定至少一个预编码向量， 对应于前述的步骤 S23; 第四单元 21 14, 用于向所述基站通知所确定的所述至少一个预 编码向量以及所述空间相关性矩阵， 对应于前述的步骤 S24。
进一步地， 第三单元 2113包括以下元件以具体实现其功能： 第一元件 21131 , 用于 居所述空间相关性矩阵和多个预存的预编 码向量， 生成多个新的预编码向量；
第二元件 21132， 用于根据预定规则， 由所述多个新的码字中选择 至少一个新的预编码向量，并确定用于生成所述至少一个新的预编码向 量的至少一个预存的预编码向量。
其中， 第一元件 21131 居 生成多个新的预编码向量：
Figure imgf000013_0001
其中， c表示所述多个预存的预编码向量中的一个预编码向量， c表 示 居 c所确定的一个新的预编码向量。
图 4 示出了根据本发明的一个具体实施例在基站中用于处理下 行通信的第二装置框图， 所示第二装置 1 1典型地位于图 1所示的基 站 1 中， 包括：
第五单元 111， 用于获得移动终端 21-23分别确定的预编码向量以 及空间相关性矩阵， 对应于前述的步骤 S24;
第六单元 112, 用于基于移动终端 21-23分别确定的预编码向量以 及空间相关性矩阵， 确定基站 1与这些移动终端之间的信道状态， 对应 于前述的步骤 S11 ; 第七单元 113 , 用于根据所确定的基站 1与移动终端 21-23之间的 信道状态， 处理基站 1与移动终端 21-23之间的下行通信， 对应于前述 的步骤 S12。
其中， 第六单元 112根据下式确定基站 1与移动终端 21-23之间的 信道状态：
Figure imgf000014_0001
其中， "'表示为移动终端 21-23中的第 个移动终端所确定的信道 状态， R,为这第 ζ·个移动终端所确定的空间相关性矩阵， 表示第 L个 移动终端所确定的预编码向量。 为了更好地说明本发明的技术优势，再来看以下的仿真结果。其中 , 仿真是在 19个基站 /57个五边形的蜂窝环境中进行的，具体参数和假设
Figure imgf000014_0002
码本 LTE Rel -8 中用于 4发射天线的 4比特码本
Figure imgf000015_0001
通过仿真可以看出，反馈的空间相关性矩阵在 Umi信道模型中带来 了 20%的性能增益， 在 UMa信道模型中则带来了 11%的性能增益。 同 时当空间相关性矩阵的报告周期分别为 5毫秒， 20亳秒， 以及 100毫秒 的时候， 小区频谱效率基本不变。 这表明， 实际系统中可以采用较长的 空间相关性矩阵报告周期以降低系统的反馈开销。 举例说明， 在改方针 中每 100毫秒采用 28比特来反馈相关性矩阵相当于在每个 CQI/PMI反 馈周期增加了 28/(100/5)=1.4 比特的额外开销。
对于本领域技术人员而言， 显然本发明不限于上述示范性实施 例的细节， 而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下， 能够 以其他的具体形式实现本发明。 因此， 无论从哪一点来看， 均应将 实施例看作是示范性的， 而且是非限制性的， 本发明的范围由所附 权利要求而不是上述说明限定， 因此旨在将落在权利要求的等同要 件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。 不应将权利要求中 的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。 此外， 显然 "包括" 一词不排除其他单元或步骤， 单数不排除复数。 系统权利要求中陈 述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来 实现。 第一， 第二等词语用来表示名称， 而并不表示任何特定的顺 序。

Claims

权 利 要 求 书
1. 一种在移动终端中用于辅助基站处理下行通信的方法， 包括 以下步骤：
a. 对所述基站与所述移动终端之间的下行信道进行估计； b .根据对所述下行信道进行估计的结果， 确定所述基站与所述 移动终端之间的空间相关' 1·生矩阵；
c 基于所述空间相关性矩阵， 由预存的多个预编码向量中确定 至少一个预编码向量；
d . 向所述基站通知所确定的所述至少一个预编码向量以及所述 空间相关性矩阵。
2. 根据权利要求 1 所述的方法， 其中， 当所述移动终端为第 i 个移动终端 它在第 J'帧中的空间相关性矩阵由下式表示：
Figure imgf000017_0001
其中， |s|表示确定空间相关性矩阵时的平均子载波数， 1^·表示在 第 _ /帧中在第 /个子载波上，所述移动终端与所述基站之间的信道矩阵， a为时域上的平均因子且 0 < ≤ 1。
3.根据权利要求 1或 2所述的方法， 其中， 所述步骤 c包括： cl . 根据所述空间相关性矩阵和多个预存的预编码向量， 生成多个 新的预编码向量；
c2. 居预定规则， 由所述多个新的码字中选择至少一个新的预编 码向量；
c3. 确定用于生成所述至少一个新的预编码向量的至少一个预存的 预编码向量。
4. 根据权利要求 3所述的方法， 其中， 所述步骤 cl由下式表示：
.
c = ~— 其中， c表示所述多个预存的预编码向量中的一个预编码向量， c表 示才 居 c所确定的一个新的预编码向量。
5. 一种在基站中用于在移动终端的辅助下处理下行通信的方法，包 括以下步骤：
A. 获得多个移动终端分别确定的预编码向量以及空间相关性矩 阵；
B. 基于所述多个移动终端分别确定的预编码向量以及空间相关性 矩阵， 确定所述基站与所述多个移动终端之间的信道状态；
C. 根据所确定的所述基站与所述多个移动中端之间的信道状态， 处理所述基站与所述多个移动终端之间的下行通信。
6.根据权利要求 5所述的方法， 其中， 所述步骤 B由下式表示：
其中， "'表示为所述多个移动终端中的第 ζ·个移动终端所确定的信 道状态， R,为所述第 /个移动终端所确定的空间相关性矩阵， cp表示所 述第 个移动终端所确定的预编码向量。
7. 一种在移动终端中用于辅助基站处理下行通信的第一装置， 包括：
第一单元， 用于对所述基站与所述移动终端之间的下行信道进 行估计；
第二单元， 用于根据对所述下行信道进行估计的结果， 确定所 述基站与所述移动终端之间的空间相关性矩阵；
第三单元， 用于基于所述空间相关性矩阵， 由预存的多个预编 码向量中确定至少一个预编码向量；
第四单元， 用于向所述基站通知所确定的所述至少一个预编码 向量以及所述空间相关性矩阵。
8. 根据权利要求 7所述的第一装置， 其中， 当所述移动终端为 第 个移动终端时， 它在第 '帧中的空间相关性矩阵由下式表示：
Figure imgf000019_0001
其中， |S|表示确定空间相关性矩阵时的平均子载波数， Η/·表示在 第 ·帧中在第 /个子载波上，所述移动终端与所述基站之间的信道矩阵, α为时域上的平均因子且 0 < α≤1。
9.根据权利要求 7或 8所述的第一装置，其中，所述第三单元包括: 第一元件， 用于根据所述空间相关性矩阵和多个预存的预编码向 量， 生成多个新的预编码向量；
第二元件， 用于才艮据预定规则， 由所述多个新的码字中选择至少一 个新的预编码向量，并确定用于生成所述至少一个新的预编码向量的至 少一个预存的预编码向量。
10. 根据权利要求 9所述的第一装置， 其中， 所述第一元件根据下 式来生成多个新的预编码向量：
Figure imgf000019_0002
其中， c表示所述多个预存的预编码向量中的一个预编码向量， c表 示才艮据 c所确定的一个新的预编码向量。
11. 一种在基站中用于在移动终端的辅助下处理下行通信的第二装 置， 包括：
第五单元，用于获得多个移动终端分别确定的预编码向量以及空间 相关性矩阵；
第六单元，用于基于所述多个移动终端分别确定的预编码向量以及 空间相关性矩阵， 确定所述基站与所述多个移动终端之间的信道状态； 第七单元，用于才 Μ居所确定的所述基站与所述多个移动中端之间的 信道状态， 处理所述基站与所述多个移动终端之间的下行通信。
12. 根据权利要求 11所述的第二装置，其中，所述第六单元根据下 式确定所述基站与所述多个移动终端之间的信道状态：
Figure imgf000020_0001
其中， "'表示为所述多个移动终端中的第 ϊ·个移动终端所确定的信 道状态， 为所述第 个移动终端所确定的空间相关性矩阵， Cp表示所 述第 个移动终端所确定的预编码向量。
13. 一种移动终端， 其中， 包括根据权利要求 7-10中任一项所述的 第一装置。
14. 一种基站，其中， 包括根据权利要求 11或 12所述的第二装置。
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