本申请是申请日为2013年2月25日、申请号为201380019355.9、发明名称为“大规模天线系统中的多输入和多输出通信方法”的发明专利申请的分案申请。
本发明涉及大规模天线系统中的多输入多输出(mimo)通信方法，并更具体地，涉及这样的mimo通信方法，其使得相关大规模mimo信道环境中的上下行链路频率效率最大化，同时需要少量信道状态信息(csi)的反馈。
背景技术：
由于数据业务量的剧烈增加，超四代(b4g)移动通信系统与诸如第三代伙伴项目(3gpp)长期演进(lte)的4g系统相比需要将频率效率增加10倍或更多。作为如上所述将频率效率增加10倍或更多所必需的物理层技术，当前正提及网络mimo、干扰对齐、中继网络、异构网络、大规模mimo技术等。
本发明涉及作为改进频率效率的技术的能够获得非常强的效果的大mimo(或大规模天线)系统。现有大规模天线系统已被限于时分双工(tdd)方案。这是因为频分双工(fdd)方案具有的问题在于，大规模天线发射机需要基本不可能那么多的用于csi反馈的参考信号(rs)和无线电资源，以获得csi。
另外，由于大规模传送天线能同时容纳的用户的数目显著增加，因此存在的实际问题在于，调度和预编码计算的复杂性变得比现有系统高很多。
技术实现要素：
【技术问题】
本发明针对提供多输入多输出(mimo)传送方法，其能够降低调度和预编码计算的复杂性，甚至不增加参考信号(rs)和信道状态信息(csi)的反馈所必需的、并且适用于大规模天线系统的无线电资源的数量，。
本发明还针对提供mimo接收方法，其能够降低调度和预编码计算的复杂性，甚至不增加rs和csi的反馈所必需的、并且适用于大规模天线系统的无线电资源的数量。
【技术方案】
本发明的一个方面提供了一种无线通信系统中的用户设备ue的操作方法，该操作方法可包括：从基站接收关于要使用的天线的数量和波束的信息；基于所述信息生成码本；从所述基站接收参考信号rs；通过使用所述码本、基于所述rs计算信道状态信息csi；以及向所述基站报告该csi。
本发明的另一方面提供了一种无线通信系统中的用户设备ue的操作方法，该操作方法可包括：从基站接收多个波束形成的信道状态信息-参考信号csi-rs；选择与所述多个波束形成的csi-rs中的一个或多个波束形成的csi-rs相对应的一个或多个波束索引；以及将选择的波束索引发送到所述基站。
本发明的一个方面提供了一种无线通信系统中的基站的多输入多输出(mimo)传送方法，该方法包括：获得关于一台或多台用户设备(ue)的统计信道信息；基于该统计信道信息将所述一台或多台ue分类为一个或多个类别以及从属于所述类别的一个或多个组；确定用于各个划分的组的组波束形成矩阵；根据这些组执行向属于这些组的多台ue的基于所述组波束形成矩阵的组波束形成传送，并获得瞬时信道信息；和基于该瞬时信道信息调度所述多台ue，并基于该调度向所述多台ue传送数据。
这里，所述获得统计信道信息的步骤可包括：向所述一台或多台ue传送信道状态信息(csi)-参考信号(rs)；和从所述一台或多台ue接收基于该csi-rs测量的统计信道信息的反馈。
这里，所述获得统计信道信息的步骤可包括基于从所述一台或多台ue接收的探测参考信号(srs)来测量该统计信道信息。
这里，该统计信道特性可包括传送相关矩阵、传送相关矩阵的特征值、传送相关矩阵的特征向量、扩展角(as)、离开角(aod)、以及意味着统计信道信息并从固定码本中选择的一个或多个长期预编码矩阵指示符(pmi)中的至少一个。
这里，所述分类一台或多台ue的步骤可包括将具有彼此类似的传送相关矩阵的ue分类为一组。这里，所述分类一台或多台ue的步骤包括将具有彼此类似的传送相关矩阵的有效特征向量的ue分类为一组，并将具有传送相关矩阵的有效特征向量之间的高正交性的组分类为一个类别。
这里，所述确定组波束形成矩阵的步骤可包括基于统计信道信息和单环信道模型而确定所述组特定组波束形成矩阵彼此准正交。这时，可通过块对角化(bd)确定所述组波束形成矩阵彼此准正交。
这里，所述获得瞬时信道信息的步骤可包括：向所述多台ue传送已向其施加组特定波束形成矩阵的信道状态信息(csi)-参考信号(rs)或还没有向其施加组特定波束形成矩阵的csi-rs；和从所述多台ue接收基于已向其施加组特定波束形成矩阵的csi-rs或还没有向其施加组特定波束形成矩阵的csi-rs而测量的瞬时信道信息的反馈。
这里，所述获得瞬时信道信息的步骤可包括基于从所述多台ue接收的srs来测量该瞬时信道信息。
这里，该瞬时信道信息可包括关于传送相关矩阵的占优特征向量矩阵的信息、自适应码本索引、固定码本索引、单用户信道质量指示符(su-cqi)、和多用户cqi(mu-cqi)中的至少一个、以及组干扰测量信息和秩信息(ri)中的至少一个。这里，该mimo传送方法可进一步包括在基站处向所述多台ue通知按照su-mimo模式还是按照mu-mimo模式操作，其中，当基站和多台ue按照su-mimo模式操作时，该信道信息包括su-cqi，并且当基站和多台ue按照mu-mimo模式操作时，该信道信息包括根据多台ue的mu-cqi中的至少一个。
这里，所述基于瞬时信道信息调度多台ue的步骤可包括在基站处根据组和类别来独立调度属于相应组和相应类别的ue。
本发明的另一方面提供了一种无线通信系统中的用户设备(ue)的多输入多输出(mimo)接收方法，该方法包括：接收已向其施加用于包括该ue的组的组波束形成矩阵的信号；使用已向其施加组波束形成矩阵的参考信号(rs)或还没有向其施加组波束形成矩阵的rs，来生成瞬时信道信息；和向基站反馈该瞬时信道信息。
这里，该mimo接收方法可进一步包括在ue处向基站反馈基于从基站接收的csi-rs而测量的统计信道信息，其中可通过使用该统计信道信息来确定该组波束形成矩阵。
这里，可基于该ue传送的srs来确定该组波束形成矩阵。
这里，该瞬时信道特性可包括关于传送相关矩阵的占优特征向量矩阵的信息、自适应码本索引、固定码本索引、su-cqi和mu-cqi中的至少一个、以及组干扰测量信息和ri中的至少一个。
这里，该mimo接收方法可进一步包括在基站处向所述多台ue通知按照su-mimo模式还是按照mu-mimo模式操作，其中，当基站和多台ue按照su-mimo模式操作时，该瞬时信道信息包括su-cqi，并且当基站和多台ue按照mu-mimo模式操作时，该瞬时信道信息包括根据ue的至少一个mu-cqi。
这里，可以将具有彼此类似的基于统计信道信息的传送相关矩阵的ue分类到一组。这里，可以将具有彼此类似的传送相关矩阵的有效特征向量的ue分类到一组，并且可以将具有传送相关矩阵的有效特征向量之间的高正交性的组分类为一个类别。
【有利效果】
在根据本发明的多输入多输出(mimo)传送和接收方法中，使用多台用户设备(ue)的传送相关矩阵(或信道协方差矩阵)之间的相似度，而将多台ue分类为它们自己之间具有准正交性的组，并且促使这些组操作为虚拟扇区，使得能根据这些组独立执行调度。
在本发明中，由于能根据虚拟扇区的前述概念来独立调度并非所有ue而是一些ue(即，组特定独立调度)，所以可能显著降低用于执行多用户(mu)-mimo的系统复杂性。
而且，在本发明中，引入组特定参考信号(grs)，并且实际上，可能通过grs引入mu-信道质量指示符(cqi)，使得能有效执行mu-mimo。
另外，当使用本发明的mimo传送和接收方法时，可使用特定自适应码本而不是固定码本用于ue(或ue组)，并由此可能确保比固定码本更好的性能，诸如长期演进(lte)。
此外，在本发明中，由于grs和自适应码本，所以可能将基于频分双工(fdd)的大规模天线系统的rs和ue反馈资源的负荷降低到行得通的水平。
附图说明
图1是根据本发明的多输入多输出(mimo)传送和接收方法中的用户组之间的空间划分的概念图。
图2是示出了3扇区基站的一个扇区中的多台用户设备(ue)的地点的分布和散射体的半径的分布的示例的概念图。
图3是图示了根据本发明的基于频分双工(fdd)的下行链路mimo传送和接收方法的流程图。
图4是示出了根据本发明的mimo传送和接收方法中的ue分组的示例的概念图。
图5是根据本发明的mimo传送和接收方法中的块对角化(bd)的概念图。
图6是根据本发明的信道状态信息(csi)测量资源或调度资源候选的分配的示例的概念图。
图7是三维(3d)波束形成技术的概念图。
*上图中主要附图标记的描述
10：大规模天线阵列
10－1到10－m：天线元件
20－1到20－k：多台ue
30－1到30－g：组
具体实施方式
尽管本发明能按照各种方式修改并呈现各种替换形式，但是其特定实施例在图中示出并在下面作为示例详细描述。
然而，不存在将本发明限于公开的特定形式的意图。相反，本发明要覆盖落入所附权利要求的精神和范围内的所有修改、等效和替换。
这里用来描述本发明实施例的术语不意欲限制本发明的范围。单数形式包括复数形式，除非上下文按照别的方式进行了清楚指示。将进一步理解的是，术语“包括”、“包括”、“包含”或“包含”当在这里使用时，指定所阐明的特征、整数、步骤、操作、元件、组件、或其组的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件、或其组的存在或添加。
除非按照别的方式定义，否则这里使用的包括技术和科学术语的所有术语应被解释为本发明所属领域中的惯用含义。将进一步理解的是，一般使用的字典中定义的术语应被解释为具有根据相关领域的上下文中的含义的含义，并不被按照理想化或过分正式的意义来解释，除非这里进行了清楚定义。
这里使用的术语“用户设备(ue)”可被称为移动站(ms)、用户终端(ut)、无线终端、接入终端(at)、终端、订户单元、订户站(ss)、无线装置、无线通信装置、无线传送/接收单元(wtru)、移动节点、移动台、或其他术语。ue的各个实施例可包括蜂窝电话、具有无线通信功能的智能电话、具有无线通信功能的个人数字助理(pda)、无线调制解调器、具有无线通信功能的便携式计算机、诸如具有无线通信功能的数字相机的拍摄设备、具有无线通信功能的游戏设备、具有无线通信功能的音乐存储和播放器具、能够进行无线因特网接入和浏览的因特网家用器具、以及具有这样的功能的组合的便携式单元或ue，但是不限于这些。
这里使用的术语“基站”一般表示与ue通信的固定或移动点，并可以是用于节点b、演进节点b(e节点b)、基本收发信机系统(bts)、接入点、中继站、毫微微小区等的普通名称。
其后，将参考附图来详细描述本发明的示范实施例。为了帮助理解本发明，相同的附图标记在图的描述中始终表示相同元件，并且将不重复相同元件的描述。
根据本发明的mimo传送和接收方法的概述
根据本发明的多输入多输出(mimo)传送和接收方法被应用到蜂窝通信的上行链路和下行链路。
在以下描述中，假设一个小区包括具有m个天线的基站和其每一个具有n个天线的k个用户(多台ue)，并且每一台ue的传送天线相关性高(即，扩展角(as)小)。例如，在其中下行链路城市宏小区和视线(los)分量强的信道环境中，传送天线相关性高。
为了方便，假设可根据传送天线相关性的相似度，来将k个用户分类为能在空间上分离的g个组，并且每一组包括k’个用户。为了方便，假设所有组包括相同数目用户。
本发明中考虑的信道模型是下面等式1。
【等式1】
这里，hw是独立和相同分布(i.i.d.)的信道矩阵，rt是传送相关矩阵，而rr是接收相关矩阵。为了方便，在多用户(mu)-mimo中假设所谓单环信道模型，并且假设rr＝i，即，不存在接收相关性。
本发明中提出的传送信号模型是下面等式2。
【等式2】
x＝bpd
这里，b是基于信道的统计特性的波束形成矩阵，p是基于信道信息
本发明中提出的接收信号模型是下面等式3。
【等式3】
y＝hbpd+z
这里，z表示噪声信号，而hb能由下面的等式4表示。
【等式4】
这里，hg是组g的总体信道矩阵，而bg∈cm×b是组g的波束形成矩阵。在以上等式4中，约等于符号对应于其中满足以下等式5的条件的情况。
[等式5]
hmbn＝0,m≠n
然后，p＝diag(p1,…,pg)。
本发明中提出的mimo传送和接收方法的核心是设置bg以满足该条件，并同时调度具有这样的波束形成矩阵的用户。
图1是根据本发明的mimo传送和接收方法中的用户组之间的空间划分的概念图。
参考图1，基站具有大规模天线阵列10，包括m个天线元件10-1、10-2、……、和10-m。存在k台激活ue20-1、20-2、……、和20-k，并且k台激活ue被分类为g个组。例如，第一组30-1包括第一台ue20-1和第二台ue20-2，并且第二组30-2包括第三台ue20-3。第g组30-g包括第(k-1)台ue20-(k-1)和第k台ue20-k。
这里，包括第一台ue20-1和第二台ue20-2的第一组30-1的信道矩阵对应于h1。
接下来，将对于能通过使用本发明中提出的mimo传送和接收方法而获得的瞬时信道矩阵的维度降低进行描述。首先，假设如同以下等式6那样对k个用户编索引以呈现组索引。gk表示第g组中的第k台ue。
[等式6]
gk＝(g-1)×k′+k,g＝1,…,g,k＝1,…,k′
其间，当接收相关性高时，使用接收机的接收波束形成或组合矩阵是有效的。然后，可能知道如同以下等式7呈现的那样，降低用户根据本发明的传送和接收方法而向基站反馈的瞬时信道矩阵的维度。
[等式7]
这里，cgk∈cc×n是用户gk的接收组合矩阵，并且n≥c,m≥b。特别是，由于期望在大规模天线系统中将频繁出现n>>c,m>>b的情况，所以可能显著降低用户应向基站反馈的瞬时信道矩阵
接下来，为了方便假设第g组的用户具有相同传送相关矩阵，将描述bg根据统计信息和给予基站的天线排列而具有的各种形式。
a.基站知道关于每一组的传送相关矩阵信息的情况
第g组的传送相关矩阵的特征向量能从用户反馈或者使用上行链路导频信号来估计。传送相关矩阵是统计信息，并由此基站可按照足够的时间间隔来接收对应信息的反馈。在该情况下，可能按照以下各种形式获得bg。
bg可以是包括和第g组的传送相关矩阵的有意义的秩(meaningfulrank)的数目一样多的特征向量的矩阵。
当按照足够间隔将l个子阵列排列为大规模天线阵列时，第g组的传送相关矩阵成为块对角矩阵。在该情况下，每一用户应反馈的信道信息成为在对角线上安排的块矩阵的特征向量，并由此能显著降低反馈的负荷。分布天线系统能被理解为对应于划分为l个子阵列的大规模天线阵列的特定情况。
当第g组的传送相关矩阵的实际秩(即，排除太小特征向量的秩)大时，为了使得多组的传送相关矩阵彼此正交，能通过降低组的数目来确保hgbg矩阵的充足维度，并然后能通过块对角化(bd)来去除组间干扰。作为选择，可能通过设计每一组的bg以具有小于第g组的传送相关矩阵的有意义的秩的b，来控制组间干扰。
b.基站不知道关于每一组的传送相关矩阵信息的情况
可能具有以下形式的bg。
能使用预定的固定波束形成来作出虚拟扇区，以在空间上分离用户组。这里，固定波束形成的示例可以是基于单位波束形成的第三代伙伴项目(3gpp)长期演进(lte)rel.10码本，用户能向基站反馈单一波束索引和接收的波束之中的强信号的多个波束索引，并且基站应能够使用对应信息适当执行调度，使得存在用户组之间的很少干扰。
用户可向基站反馈从传送相关矩阵提取的传送扩展角(as)和离开角(aod)。
本发明中提出的调度的核心是使得hb尽可能接近块对角矩阵。由此，调度一般包括两个步骤。
在第一步骤中，使用所有用户的传送相关矩阵的诸如特征向量或波束索引的信息来作出组，使得hb成为块对角矩阵。为此原因，相应组独立执行组内调度，而不引起彼此显著干扰。这时，基站可不得不用信号向用户传送相应组或相应用户的波束形成矩阵。
在第二步骤中，使用组中的用户所反馈的瞬时信道矩阵
由于前述两阶段调度，所以能显著降低系统的调度和预编码计算的复杂性。
下行链路导频可具有两个形式。
第一形式是沿着扇区的所有方向传送的一般形式的导频。例如，第一形式可符合和3gpplte具有相同结构的导频信号。
第二形式是与波束形成矩阵相乘的导频信号。在固定波束形成的情况下，第二形式是用户传送波束索引所必需的导频形式。
大规模mimo上行链路具有的问题在于，接收信道矩阵的维度大，并且接收算法的计算复杂性成指数增加。本发明示出了，能通过向接收方法应用上述下行链路mu传送方法的原理，来获得用于解决该问题的上行链路mu-mimo接收方法。换言之，由于基站通过上行链路导频而知道所有信道信息，所以当通过适当调度执行接收波束形成以去除组间干扰时，可能大大降低每一组的接收向量的维度，并将接收算法的计算复杂性降低到行得通的水平。
根据本发明的基于fdd的下行链路mimo传送和接收方法
图2是示出了3扇区基站的一个扇区中的多台ue的地点的分布和散射器的半径的分布的示例的概念图。下面将参考图2来并行描述本发明。
a)整个过程
图3是图示了根据本发明的基于fdd的下行链路mimo传送和接收方法的流程图。
参考图3，根据本发明的基于fdd的下行链路mimo传送和接收方法是无线通信系统中的基站的mimo传送方法，并可包括：获得关于一台或多台ue的统计信道信息的步骤(s310)；基于统计信道信息将一台或多台ue分类为一个或多个类别以及从属于这些类别的一组或多组的步骤(s320)；确定各个划分的组的组波束形成矩阵的步骤(s330)；根据这些组向属于这些组的多台ue执行基于组波束形成矩阵的组波束形成传送、并获得瞬时信道信息的步骤(s340)；和基于瞬时信道信息调度多台ue并基于调度向多台ue传送数据的步骤(s350)。
下面将简要描述各个步骤，并且稍后将在部分b)到f)中描述构成每一步骤的操作和元件。而且，稍后将描述基于固定码本的过程和自适应码本过程。
在步骤s310中，基站能从一台或多台ue接收统计信道信息的反馈，或通过上行链路探测参考信号(srs)来测量统计信道信息。统计信道信息能包括传送相关矩阵、传送相关矩阵的特征值、传送相关矩阵的特征向量、as、aod、和意味着统计信道信息并从固定码本选择的一个或多个长期预编码矩阵指示符(pmi)中的至少一个。
当基站设置信道状态信息(csi)-参考信号(rs)并向多台ue传送、并接收通过接收的csi-rs所测量的结果的反馈时，能获得统计信道信息，或者能由基站通过ue传送的上行链路srs来测量统计信道信息。稍后将描述统计信道信息中包括的各条信息。
在步骤s320，基站能基于统计信道信息将一台或多台ue分类为一个或多个类别以及从属于这些类别的一组或多组。根据从基于固定码本的过程以及基于自适应码本的过程选择的过程，能不同地配置步骤s320。例如，根据基于固定码本的过程，多台ue反馈从固定码本选择的长期pmi作为统计信道信息，这意味着多台ue指定多台ue自己在第一实例中将属于的类别和组。这时，基站可忽略多台ue所选择的类别和组，选择第二实例中的最佳类别和组，并向多台ue通知所选择的最佳类别和组。稍后将描述基于固定码本的详细过程。而且，稍后将在部分b)中描述统计信道信息和组/类别分类。
在步骤s330，确定用于各个划分的组的组波束形成矩阵。
这时，在基于固定码本的过程中，从先前生成的组波束形成矩阵之中选择组波束形成矩阵。另一方面，在基于自适应码本的过程中，基于接收的统计信道信息来生成组波束形成矩阵。稍后将在部分c)中描述组波束形成矩阵的生成。
在步骤s340，基站根据这些组向属于这些组的多台ue执行基于组波束形成矩阵的组波束形成传送。基站能接收从已向其施加组波束形成的csi-rs信号或还没有向其施加组波束形成的csi-rs信号测量的瞬时信道信息的反馈，或者能通过从多台ue接收的srs来测量瞬时信道信息。稍后将在部分d)中描述本发明的rs。
这里，能使用隐式反馈方案或显式反馈方案来向基站反馈瞬时信道信息。
该瞬时信道信息可包括关于传送相关矩阵的占优特征向量的信息、自适应码本索引、固定码本索引、su-信道质量指示符(su-cqi)、和mu-cqi中的至少一个、以及组干扰测量信息和秩信息(ri)中的至少一个。
稍后将利用基于固定码本的过程和基于自适应码本的过程，来描述瞬时信道信息的详细反馈方法。
最后，在步骤s350，基站通过从多台ue反馈的瞬时信道信息和调度算法、根据相应组来选择多台ue服务，并传送控制信号和数据。
这时，基站能向具有该数据的多台ue传送向其施加组特定波束形成矩阵的解调组特定rs(dm-grs)，并且多台ue能使用dm-grs来解调该数据。
在根据本发明的基于fdd的下行链路mimo传送和接收方法中，下面将更详细地描述基站的基于固定码本的mimo传送方法和基站的基于自适应码本的mimo传送方法。尽管从基站的观点出发描述了mimo传送方法，但是也能通过推断来描述与该mimo传送方法对应的ue的mimo接收方法。
首先，将描述基于固定码本的过程。
根据本发明的基于fdd的下行链路mimo传送方法的基于固定码本的操作的示例能包括传送csi-rs的步骤(1-1)、从ue接收指示通过csi-rs确定的并且一台或多台ue中的每一台所属于的类别和组的信息的步骤(1-2)、向多台ue通知基于该信息确定的多台ue的类别和组的步骤(1-3)、基于确定的类别和组来生成或选择组特定波束形成矩阵的步骤(1-4)、向各个组传送所述组特定波束形成矩阵所施加到的csi-rs的步骤(1-5)、从多台ue接收基于所述组特定波束形成矩阵所施加到的csi-rs而测量的信道信息的步骤(1-6)、和基于信道信息调度多台ue并基于调度向多台ue传送数据的步骤(1-7)。下面将在假设来自ue的信道信息反馈是隐式信道反馈的情况下进行描述。
下面将更详细地描述各个步骤。
在步骤1-1，基站设置一般csi-rs并将其传送到多台ue。这里，一般csi-rs可表示还没有向其施加稍后要描述的组特定波束形成矩阵的csi-rs。
在步骤1-2，多台ue基于基站传送的csi-rs来选择最佳类别和组，并向基站反馈指示所选择的类别和组的信息。指示类别和组的信息可被配置为指示一个或多个类别和组。在步骤s310，多台ue可使用基站传送的csi-rs来选择使得
其间，为了ue传送指示类别和组的信息作为长期pmi，基站能向ue提供关于使用的固定码本的信息。例如，当根据基站的天线的数目和图案以及基站的类型(城/乡和宏/微)来使用各个固定码本时，基站能向ue提供关于使用的固定码本的信息。这样的关于固定码本的信息可例如使用物理广播信道(pbch)而传递到ue。
在步骤1-3，基站基于从多台ue反馈的信息根据类别和组来分类多台ue。在该处理中，能通过基站的类别和组重排，将与步骤1-2中多台ue所报告的类别和组不同的类别和组分配给多台ue。由此，当多台ue已在步骤1-2反馈指示几个类别和组的信息时、或者当通过基站的类别重排改变多台ue所属的类别和组时，基站通过控制信号向对应多台ue通知确定的多台ue的类别和组。
在步骤1-4，基站基于确定的类别和组来生成或选择组特定波束形成矩阵。这时，基站可生成用于相应分类的组的最佳波束形成矩阵，或者可根据这些组从先前生成的波束形成矩阵之中选择最佳波束形成矩阵。在步骤1-5，基站向各个组传送组特定波束形成矩阵所施加到的csi-rs。
在步骤1-6，多台ue使用基站传送的并且组特定波束形成矩阵所施加到的csi-rs来测量信道信息，并且向基站报告该信道信息。这里，该信道信息可包括su-cqi和mu-cqi中的至少一个、短期pmis、和秩指示符(ri)。
计算mu-cqi作为自身信号对干扰加噪声比(sinr)。这里，相同组中的干扰和来自其他组的干扰被全部计算并反映在干扰信号中。基本上，在假设使用所有组的所有波束的情况下，多台ue计算干扰。这是可能的，因为多台ue知道所有组的它们的信道和波束
最后，在步骤1-7，基站基于信道信息发现最佳ue组合，调度多台ue，并基于调度向多台ue传送数据。
当基站基于ue的mu-cqi执行最佳调度时，选择的多台ue具有很少组间干扰。由此，从不同组选择的多台ue能通过彼此准正交的并使用相同的资源的dm-grs来解调它们的数据。可使用准正交序列来附加降低不同组之间的干扰，并且可使用正交序列来去除相同组中的不同用户之间的干扰。
其间，用于生成包括步骤1-2中提及的长期pmi和步骤1-6中提及的短期pmi的固定码本的设计标准如下。首先，将在共极化天线的假设下进行描述。
固定码本包括t个类别和属于每一类别的g个组。各个类别可具有不同数目的组。使用单环信道模型来作出形成构成一个类别的组的特征向量空间的矩阵
-各组的特征向量空间应尽可能正交。这是意欲减低组间干扰。
-各组的aod应尽可能相等安排。这是意欲使得ue的特征向量空间和ue所属的组的特征向量空间之间的不一致最小化。
将bd方案应用到使用前述方法获得的类别特定
上面已在共极化天线的假设下描述了码本。另一方面，在交叉极化天线的情况下，两个极化天线阵列被独立处理为具有每一个极性m/2个波束向量，并且可能按照与上述相同的方式来配置长期pmi和短期pmi。而且，与lte方案中类似，能比较共相参数，以引入两个极化天线的波束之间的构造组合。然而，在该情况下，ue应精确估计组中其他用户的至少干扰以计算mu-cqi。为此，ue根据组中其他用户的共相参数的情况的数目来计算多个mu-cqi，并将共相参数反馈到相应用户，使得基站调度组中的用户。这时，ue能通过传送第一mu-cqi和仅相对于第一mu-cqi的其他mu-cqi的偏移，来降低反馈比特的数目。
已基于现有csi-rs描述了以上过程。其间，现有csi-rs能由长期csi-rs和短期csi-grs替换。这里，csi-grs是使用
接下来，将描述基于自适应码本的过程。
根据本发明的基于fdd的下行链路mimo传送方法的基于自适应码本的操作的示例能包括：获得关于一台或多台ue的统计信道信息的步骤(2-1)；基于统计信道信息将一台或多台ue分类为类别和组、并生成组特定波束形成矩阵的步骤(2-2)；向各个组传送所述组特定波束形成矩阵所应用到的csi-rs的步骤(2-3)；从多台ue接收基于所述组特定波束形成矩阵所应用到的csi-rs而测量的信道信息的步骤(2-4)；和基于信道信息调度多台ue、并基于调度向多台ue传送数据的步骤(2-5)。
下面将更详细地描述各个步骤。
在步骤2-1，基站获得关于一台或多台ue的统计信道信息。这时，基站能使用多台ue所传送的srs来测量统计信道信息，或向多台ue传送长期csi-rs并接收多台ue所测量的统计信道信息的反馈。统计信道信息的示例可以是多台ue的特征向量矩阵。作为选择，统计信道信息的另一示例可以是多台ue的as和aod。
在步骤2-2，基站使用步骤2-1中获得的统计信道信息根据类别和组来分类多台ue，并能生成用于各个组的最佳波束形成矩阵
在步骤2-3，基站设置使用在步骤2-2生成的波束形成矩阵所波束形成的csi-grs，并广播csi-grs。这里，csi-grs是使用
在步骤2-4，多台ue使用基站传送的并且组特定波束形成矩阵所施加到的csi-rs来测量信道信息，并且向基站报告该信道信息。这里，信道信息可包括su-cqi和mu-cqi中的至少一个、短期pmi、和ri。
这里，确定信道信息中的mu-cqi的方法和用信号传送信道信息的方法和上述固定码本的情况下的方法相同，并且将省略其详细描述。
最后，在步骤2-5，基站基于信道信息发现最佳ue组合，调度多台ue，并基于调度向多台ue传送数据。
当基站基于ue的mu-cqi执行最佳调度时，选择的多台ue具有很少组间干扰。由此，从不同组选择的多台ue能通过彼此准正交的并使用相同的资源的dm-grs来解调它们的数据。可使用准正交序列来附加降低不同组之间的干扰，并且可使用正交序列来去除相同组中的不同用户之间的干扰。
为了降低资源消耗，前述csi-grs和dm-grs不使用单独资源，而是可被组合为一个grs并使用。换言之，dm-grs可充当csi-grs。在该情况下，当命令ue按照su-mimo模式操作时，可能通过grs解调其物理下行链路共享信道(pdsch)。为了解决该问题，基站使用其中按照例如5ms的间隔传送用于csi的grs的子帧中的单独资源，基于su-cqi来传送准正交dm-rs，使得ue解调pdsch。
b)ue分组
1)统计信道信息
该段描述作为根据本发明的上述mimo传送和接收方法的核心步骤的根据统计信道信息的ue分组。首先，基站通过csi-rs接收统计信道信息的反馈，或者通过上行链路srs来获得统计信道信息。统计信道信息可具有以下形式。
-传送相关矩阵或信道协方差矩阵
-传送相关矩阵的有效特征值和特征向量
-as和aod
-表示关于ue的统计信道信息的长期pmi
作为ue信道的统计特性的传送相关矩阵是随着ue的移动非常慢地改变的统计值。这是因为仅当ue移动时，散射器环境才改变。而且，mu-mimo一般仅由低速ue使用。传送相关矩阵估计方案的最简单形式是其中假设单环信道模型的
2)ue分组过程
ue分组的概述如下。基站将具有类似有效特征向量(与有效特征值对应的特征向量)的多台uegk分类为一组，由此创建多个组。而且，在它们的特征向量之间具有高正交性的组构成一个类别。
尽管按照该方式分类的类别使用不同时间/频率资源，但是一个类别中的组被分配相同时间/频率资源。类别的数目被称为t。
发现在它们的特征向量之间具有高正交性的组的方法能按照几种方式来实现。具有高正交性的组的特征向量矩阵ug应满足下面等式8中示出的与另一组的特征向量矩阵ug'之间的关系。
[等式8]
在该段中，提出简单ug计算方法。首先，考虑到多台ue的特征向量或as和aod的分布，基站估计类别的数目、以及各个类别的组和参考角的数目。可能计算与参考角正交的g-1个波束向量的aod(即，全部g个正交波束向量)，根据单环信道模型的公式来计算组传送相关矩阵，并通过奇异值分解(svd)来生成对应组特征向量矩阵ug。
基站通过给定类别特定组特征向量矩阵和各台ue的特征向量矩阵ui的内积，来测量它们之间的相似度，确定最相似类别的组，并将多台ue分类为对应组。ue相关矩阵的特征向量和组相关矩阵的特征向量之间的相似度可如下面等式9那样定义。
[等式9]
这里，
这里，通过调整类别的初始数目、和其相似度值不满足参考值α0的类别的组的初始数目和参考角，来重排组分类，使得相似度值满足参考值。这样的组分类改变非常慢，并由此将限制该改变引起的计算复杂性的增加。
图4是示出了根据本发明的mimo传送和接收方法中的ue分组的示例的概念图。
图4示出了在以上图2中示出的ue和散射器的分布的示例中多台ue如何能根据本发明分组。
参考图4，虚线绘制的圆圈表示被分类为第1类的多台ue的地点以及散射器的圆圈，而实线绘制的圆圈表示第2类的多台ue。第1类包括四组，而第2类包括三组。虚直线和实直线表示用于生成各个组的正交波束所使用的参考角。
由此，可能看到执行的ue分组的结果，使得存在属于每一类的多台ue的圆圈，圆圈的中心位于对应虚直线或实直线的周围。而且，也可能看到用对角线填充的两个圆圈构成第1类中的一组。
当多台ue的总数不足时，每一类的ue的数目减少，并且每一组的ue的数目与该减少成比例减少。这导致根据本发明的mimo传送和接收方法的频率效率的恶化，但是经再三考虑，小区中ue的小数目暗指小系统负荷，这意味着甚至具有低频率效率的服务也没有问题。
另外，由于诸如本发明的大规模天线mimo技术意欲使用相同资源同时向许多用户提供服务，并通过促使系统在峰值时间承受过载来改进体验质量(qoe)，所以可假设ue的数目大约是使用相同资源同时服务的层的数目s的十倍。此外，在多天线ue的情况下，各天线可被看作单独用户并调度，并由此关于s的假设是现实的。
上面已在假设其中向ue传送的传送信号的射线和as扩展一样多的情况下描述了ue分组。其间，当诸如摩天大楼的散射器在基站周围时，或者如果是微小区基站，则可利用两个或更多aod和as来传送传送信号的射线。在该情况下，对应ue属于两个或更多组，被分类为多组并管理，并执行各组必需的ue反馈。
另外，上面描述的ue分组是在基站知道关于所有多台ue的统计信道信息的假设下。然而，当不满足该假设时，基站需要来自多台ue的统计信道信息的反馈用于ue分组。例如，在其中基站传送长期csi-rs并且多台ue基于固定码本反馈统计信道信息或者估计并反馈as和aod的方法中，基站获得关于多台ue的统计信道信息。基站参考ue反馈执行上述ue分组。
这时，通过基站的确定，ue可以不被分类为与ue自己反馈的aod对应的组，而是可被分类为系统上更准确的另一类别和组。由此，在该情况下，基站应向ue通知ue所属的类别和组。
c)组波束形成矩阵
1)组波束形成矩阵的生成
根据通过上述ue分组选择的组特征向量矩阵ug的全集或子集，来生成对应组的波束形成矩阵。换言之，当使得组波束形成矩阵的秩(或列尺寸)与组特征向量矩阵的r*相同时，组波束形成矩阵如下面等式10那样。
[等式10]
bg＝ug
这样的组波束形成矩阵通过组分类变得彼此准正交，并满足等式8。最终，组波束形成矩阵满足等式8，并使得本发明能执行大规模mu-mimo，同时使得rs和ue反馈资源的负荷最小化。
在正确执行上述ue分组并且组特征向量ug彼此准正交的假设下，前述基本组波束形成矩阵bg的生成满足等式8。然而，当基站中激活ue的数目小并且不可能使得类别的数目t大时，仅ue分组可能不总是生成彼此准正交的组。在该情况下，基站能通过bd方案强制使得不正交的组正交，这将稍后描述。
2)块对角化
图5是根据本发明的mimo传送和接收方法中的bd的概念图。
参考图5，将在概念上描述用于特定组g的bd。
在总共m维度的向量空间中，除了第g组之外的g-1个组的特征向量形成r*(g-1)维度的子空间(图中的椭圆510)，这成为对第g组施加的其他组的干扰。然后，作出与该子空间正交的空空间(线501)，并且将由r*维度的自身信号的特征向量形成的子空间(线503)投射到空空间。可能知道，投射的自身信号子空间(线502)与干扰子空间正交。
在下一步骤中，计算投射的自身信号子空间中的特征向量。该特征向量形成该特征向量所投射到的自身子空间中的最佳波束形成矩阵(对应于引起轻微失真的特征波束形成，并由此能被称为在基于隐式信道反馈的mu-mimo波束形成方案中接近最佳)，同时维持与其他组的特征向量的正交性。
使能上述bd的唯一条件是大致
在本发明的该说明书中，主要处置隐式ue反馈。由此，当系统中的激活ue的数目k足够大时，s′＝b′，并且pg如同以下等式11那样。
[等式11]
其间，其中由于激活ue的小数目或调度器的确定导致的s′<b′的情况如下。假设与第g组对应的所有激活用户的集合是kg＝{1,2,…,k′}，并且最大b’个可使用归一化波束形成(gbf)向量的索引集合是{1,2,…,b′}。基站调度器将kg中实际调度的s’个用户映射到子集sg∈{1,2,…,b′}。由此，在该情况下，如下表示pg。
[等式12]
这里，en是其第n元素单独为1并且其其他元素为0的b’维列向量，而sg(i)表示子集sg的第i元素。
结果，当不使用bd时，根据本发明的波束形成对应于等式10的特征波束形成，并且等式2如同下面等式13那样表示。
[等式13]
这里，dg是调度器选择的用户集合sg的数据码元向量，而pg如同等式11或等式12那样表示。
上面已在mu-mimo的假设下描述了pg。在su-mimo的情况下，pg可以是诸如lte的双码本的共相因子，并且也是更详细的预编码矩阵。
d)参考信号(rs)
1)csi-rs
本发明中的csi-rs存在用于统计信道信息的反馈，并且用于瞬时信道信息的反馈的rs是下面要描述的grs。由此，当基站能通过上行链路srs获得足够统计信道信息时，csi-rs在本发明中不是必需的。
如果难以仅使用srs估计统计信道信息，则当传送天线的最大数目m被看作64并且将来将没有lte的小区特定rs(crs)传送时，用于crs传送的资源将能够用于csi-rs传送。
这样的csi-rs供ue估计和反馈统计信道信息而不是瞬时信道信息，并且可被传送比现有csi-rs长很多的时段。
2)组特定rs(grs)
本发明中提出的grs是对于各组指定的rs，并且是与波束形成矩阵相乘的rs，如同先进lte的现有dm-rs(或lte的ue特定rs)。这里，各个组波束形成向量bg,i(bg＝[bg,1,bg,2,…,bg,b′]的第i列向量)相乘以生成b'个grs。不用说，在s′<b′的情况下，仅s’个grs可从b'个grs中选择并生成以降低rs开销。另外，通过上述ue分组和组波束形成矩阵生成处理的属于一个类别的组的grs彼此轻微干扰，并由此通过附加应用诸如dm-rs的伪随机序列，能使用相同资源而不彼此干扰。
grs如下执行lte的csi-rs和dm-rs功能两者。
(1)csi-rs功能
grs执行的csi-rs功能意欲使得多台ue能反馈瞬时信道信息。在本发明中，ue能通过grs来估计
(2)dm-rs功能
grs执行的dm-rs功能是向ue隐式传递基站所选择的波束形成(或预编码)向量，并成为用于dm的rs。grs能被看作特定rs，这将稍后描述。换言之，组波束形成矩阵bg提供对于组中的多台ue优化的波束形成向量，并由此基站没有理由选择除了bg之外的波束形成向量。由此，ue认为已通过ue自己反馈的pmi波束形成了传送信号是可以的，并且不需要附加传送dm-rs以知道基站所选择的波束形成向量。另外，即使当还没有根据ue反馈的秩执行调度时，对应pmi也不改变，并且ue能通过简单检测测试来知道它的秩和pmi，而无需基站的帮助。
例如，当ue使用秩2反馈两个cqi和pmi时，为了知道基站实际使用多少秩和哪个pmi用于传送，ue对于三种情况中的每一种执行检测(其中秩是秩2并由此使用pmi1和pmi2两者的情况、其中秩是秩1并使用pmi1的情况、以及其中秩是秩1并使用pmi2的情况)，并然后能通过计算后sinr来知道正确秩和pmi。
显然grs可以是用于一致解调的rs。属于一个类别的所有组能重新使用相同grs资源，并且这时，根据相应组使用准正交序列。而且，使用不同正交序列来标识组中同时调度的多台ue。例如，当在每一组中调度四台ue时，具有序列长度4的正交序列是必需的。
grs资源地点能使用现有dm-rs的资源地点。而且，与现有技术中不同，由于组之间的资源重新使用，所以grs的资源并被必须和调度的ue的数目一样多，但是grs的资源需要和通过将同时调度的ue的数目除以组的数目获得的数目一样多。例如，当16台ue被分类为四组并同时调度时，除了16个grs资源之外的四个grs资源是必需的(在每一台ue分配一层的情况下)。
其中对于csi-rs功能使用grs的情况具有较高周期性的优点。尽管现有csi-rs具有5ms的最小传送周期，但是grs的(固定的而不是最小的)周期可以是5ms或更小。这是因为在对应类别的资源所分配到的每一子帧中传送grs，如同dm-rs一样。另外，尽管仅当向ue分配对应资源时存在dm-rs，但是即使当向相同组中的另一台ue分配对应资源时，grs也存在。由此，存在的另一优点在于，即使当不向ue分配对应资源时，也能使用dm-rs来更精确地执行信道估计。
其间，可能根据先进lte的csi-rs和dm-rs的类型来单独准备如同csi-grs和dm-grs的grs。在该情况下，存在的问题在于附加需要rs开销。而且，当单独准备dm-grs时，基站能使用除了从ue反馈的gbf之外的预编码矩阵来传送dm-grs，但是得到的益处被确定为非常有限。
e)ue反馈
在该说明书中，将主要描述隐式ue反馈，并且将在此简单描述显式ue反馈。
1)特征向量矩阵
如上所述，当难以仅使用上行链路srs来估计传送相关矩阵时，ue应通过csi-rs来估计传送相关矩阵。由此，ue通过csi-rs估计传送相关矩阵，并按照以下两种方法来反馈关于传送相关矩阵的占优特征向量矩阵
-通过向量量化来显式反馈特征向量矩阵
-从特征向量矩阵
2)自适应码本
作为用于本发明的隐式ue反馈的码本，能使用自适应码本而不是固定码本。换言之，由于对于组(等效于多台ue)规定构成码本的波束形成向量，所以波束形成向量根据各个组和类别而不同，并且能根据时间(ue的移动和激活/停止)而非常慢地改变。
本发明的自适应码本能如同以下等式14那样表示。
[等式14]
c＝{c(1),c(2),…c(t)}
这里，与类别t对应的码本子集c(t)如下。
[等式15]
每一类别码本c(t)的
接下来，将根据对于交叉极化天线合适的rel.10双码本来提出自适应码本，并且将计算pmi反馈资源的需要数量。当ue的秩为1时(或者当基站仅向每一台ue分配一层时)，类别t和组g的自适应码本如下。
[等式16]
这里，α是共相因子，并意欲用于共极化天线信号的一致组合。由此，在b′＝4的情况下，四比特的pmi反馈资源是必需的。即使当秩为2或更高时，也可能设计具有非常有限组合的自适应码本(诸如lte双码本)，以维持需要的四比特的pmi资源数量。在该情况下，当然存在系统容量和反馈负荷之间的折衷。应不仅通过逻辑基础而且通过更现实的性能分析(诸如系统级别仿真(sls))来设计秩2或更高的码本，并由此在本概念设计中将省略。
除非绝对必须，否则当在该说明书中描述等式时，将为了简明在所有等式中省略表示类别的上标t。
3)固定码本
作为另一形式的本发明的码本，能如同lte那样设计固定码本。根据上述自适应码本，假设基站知道所有ue的传送相关矩阵，基站执行ue分组，设计对于小区中当前的多台ue优化的码本，并使用grs传送码本，并且多台ue测量码本并反馈对于它们自己最好的波束形成向量。当基站仅使用srs估计多台ue的传送相关矩阵时，多台ue甚至不需要知道它们的传送相关矩阵。
另一方面，根据固定码本，在不假设基站知道所有ue的传送相关矩阵的情况下，设计预定有限码本，并且ue通过相当长周期的csi-rs来首先估计其传送相关矩阵，并基于码本选择对于ue自己最好的波束形成向量，并反馈该波束形成向量。该码本具有的特性在于，其被设计为满足ue和特定组之间的相似度以及组之间的正交性。
例如，当ue的as被分类为包括5度、10度、20度、和多于20度的四级时，能在每一as处具有120度范围(即，准正交)的一个扇区中形成的组的数目可以是4、3、2或1。换言之，假设as是5度，则在一个扇区中生成与四组对应的四个波束形成矩阵。能在例如单环信道模型的假设下设计形成这样的波束形成矩阵的集合(即，码本)的方法。
接下来，将描述码本设计。为了设计好码本，应清楚定义度量。例如，在该说明书中，如同以下等式17那样定义正交性的度量。
[等式17]
这里，
[等式18]
用于计算最佳θ(t)的度量是使得类别t的所有组之间的正交性之和最小化。
将根据前述度量作为示例来描述在as为10度的情况下的θ(t)设计方法。在该情况下，为了确定三组aod，确定成为参考的0度附近的参考角或锚角θref。在该情况下，通过将一个扇区的120度除以组的数目g，参考角的范围成为40度(120/3)，并且参考角具有-20度到20度的值。当使用θ(t)的对称特性仅计算参考角为0度到20度的一种情况的aod时，也容易计算另一方的aod。当将从0度到20度的范围除以16时，获得16个参考角θref。当选择16个参考角之一时，能如同以下等式19给定另外两个aod。
[等式19]
θ1＝θref-40°+δ1,θ2＝θref+40°+δ2
这里，δ1,δ2中的每一个能具有从-5度到5度的范围以及1度的粒度。由此，在计算aod集合θ(t)时，情况的数目是至多大约1,936(＝16*11*11)或更少。按照相同方式考虑另一方的aod，可能计算总共32个固定aod参考角和与这32个固定aod参考角的每一个对应的其他两个aodθ1,θ2。
使用根据给定as、传送天线的数目、天线之间的距离、和等式计算的aodθ(t)，能通过单环信道模型来计算每一组的特征向量矩阵ug。一般来说，按照该方式计算的ug不是精确地彼此正交。由于根据本发明的实现的核心是组之间的正交性，所以必须通过bd改进组之间的正交性。由此，通过预先计算的矩阵ug的bd，来计算波束形成矩阵bg。
其间，上述固定码本所引起的长期pmi反馈被分类为以下两种类型。首先，当将ue的as划分为四个as范围时，需要两比特。当每一as是10度时，波束形成矩阵bg的情况的数目需要七比特，用于包括32个参考角θref的as和指示三个组之间的归属组的2比特信息。由于as和bg是非常缓慢变化的统计特性，所以它们的反馈具有非常长的周期，或者仅当它们中存在变化时才反馈它们。
4)mu-cqi
与上述长期ue反馈不同，该信道信息反馈是瞬时反馈。lte的cqi反馈是基于su-mimo的su-cqi。换言之，不具有关于同一资源上调度的另一台ue所引起的干扰的信息的cqi被反馈。另一方面，公知的是，其中考虑另一台ue所引起的干扰的mu-cqi在mu-mimo中是必需的，并且mu-cqi的益处可以非常大。为此原因，在现有lte中，通过例如计算用于实现的预测的mu-cqi来大致估计mu-cqi，但是估计的mu-cqi可与精确mu-cqi显著不同。
本发明的grs结构促进ue的mu-cqi反馈。如上所述，uegk能通过grs估计作为ue所属的组和信道的波束形成向量的内积的
[等式20]
这里，σ2表示背景噪声和其他小区的干扰。基站能促使仅测量比特定参考值更高的mu-cqi的ue执行反馈。以上等式在共极化的秩1的假设下，并且在交叉极化和秩2或更高的情况下，应计算其中考虑诸如最小均方误差(mmse)检测或turbo接收的接收算法的后sinr。
由于基站将同时传送所有b′个波束形成向量的高概率，所以mu-cqi是有效的。这促使bg,m是对于属于一组的多台ue规定的波束形成向量，并且存在比固定波束方法具有更小数目的b′个候选波束(当如同lterel.10中那样m＝8时，w1包括四个波束，这在交叉极化天线的情况下基本是八个波束，并且当m增加到32时，w1包括32个波束)。另一方面，由于本发明具有维持组之间的准正交性的特性，所以当m＝32时，一般b′＝4。其间，当属于特定组的多台ue的数目小时，基站能在b′个波束形成向量之中选择小于b′(s′<b′)的s′个波束形成向量，并同时传送b′个波束形成向量、或将波束形成向量限制为
-基站应向ue通知使用哪些s′个波束(从b′个波束中选择的s′个波束能随着时间变化)、或者使用哪个组合。
-如在ue反馈方法之中的自适应码本方法中提及的，码本有限，如同lte那样，使得仅使用固定特定组合。
用于反馈mu-cqi所需的比特的数目可以与现有ltesu-cqi的值相同。
其间，ue要反馈的pmi对应于使得以上等式20最大化的索引m。
5)组干扰测量
以上等式20的mu-cqi计算在其他组的干扰非常小的假设下。其间，当存在组的波束形成向量bg(即，ug)和uegk的特征向量ugk之间的显著不一致时，对应ue可遭遇来自其他组的非常大的干扰。为了解决这样的潜在问题，可能使用以下事实，当特定波束成为强干扰信号时，能估计对应
当ue在上述mu-cqi计算中测量并考虑其他组的干扰时，用以下等式21替代等式20。
[等式21]
这里，在
6)ri
如上所述，本发明在其中存在大量传送天线和激活ue的场景中使用对于mu-mimo优化的自适应波束，并由此基站将调度所有mimo资源用于mu-mimo的概率变得非常高。在这样的mu-mimo中，基站一般将ue的秩限制为1或2以增加系统容量。另一方面，当存在少量ue时，基站可促使ue使用su-cqi执行反馈以增加系统容量。
当基站设置的秩为2时，ue反馈与两个码字对应的csi，并由此基站能看到属于每一组的多台ue的反馈，并确定是否使用实际秩1或2执行向调度的ue的传送。
7)显式ue反馈
显式ue反馈是反馈关于信道矩阵的直接信息代替pmi的方法。每一台ue量化其修改的信道向量
基站使用ue的显式信道反馈、和通过测量其他小区的干扰获得的cqi信息，根据算法(例如，迫零(zf)波束形成)来计算预编码矩阵pg，并使用预编码矩阵pg来执行mu-mimo。在该情况下，与隐式ue反馈方法的差别在于除了充当csi-rs的grs之外，dm-rs是附加必需的。
f)下行链路控制信号
除了先进lte的现有下行链路控制信号之外，下面描述的新控制信号是必需的。该控制信号关于csi测量资源(即，调度资源候选)。
大规模传送天线系统同时容纳比现有系统多很多的激活ue。lte系统具有基本模式，其中促使ue测量和报告整个频带上的csi。然而，当激活ue的数目变得非常大时，系统可难以采取这样的csi反馈开销。为了解决该问题，本发明能应用根据类别来分配csi测量资源的方法。
在先进lte下行链路mimo传送方法中，基站使用无线电资源控制(rrc)消息来发送ue的csi测量资源，并且该信息在ue处于激活状态时不改变。另一方面，在本发明中，根据类别来分类(预先调度)多台ue，并且ue的对应类别能根据ue的移动或类别之间的负荷平衡来改变。
另外，由于基站根据类别来分配不同资源，所以当在ue处于激活状态的同时改变ue的类别时，能改变csi测量和调度资源。与先进lte中不同，csi测量资源能在激活状态中改变，并由此根据本发明的csi测量资源控制信号符合媒体访问控制(mac)消息而不是rrc消息的特性。
图6是根据本发明的csi测量资源或调度资源候选的分配的示例的概念图。
图6是其中类别数目为四的情况。这示出了其中根据类别来分配单独资源的情况的示例。例如，用左下到右上对角线填充的资源601可被分配到类别1，而用左上到右下对角线填充的资源603可被分配到类别3。类别的数目和分配的资源尺寸可根据ue的分布按照半静态方式(大约几分钟到几十分钟)变化。
根据本发明，可按照以下两种方法来用信号传送csi测量资源控制信号。
1)使用类别id(rnti)的情况
基站通过mac消息向各台ue传递所有类别特定csi测量资源或调度资源图/模式，并向各台ue通知它们的类别无线电网络临时标识符(rnti)。当ue的类别随着ue的移动等改变时，基站仅使用mac消息用信号传送改变的类别rnti，并且ue能知道对应类别的资源。而且，使用该类别rnti，可能执行根据类别和组的多播。
2)不使用类别id(rnti)的情况
基站使用mac消息向多台ue通知与各台ue对应的类别的csi测量资源，并向ue通知随着ue的移动等改变的类别的csi测量资源。
在以上情况1)中，ue需要组id(rnti)以知道其grs序列。基站作出包括小区id和组id的grs序列确定公式，并由此能促使ue知道仅使用小区id和组id的grs序列。由于对于各个类别使用不同资源，所以不必根据类别id来划分grs序列。而且，在本发明中，使用凭借其对于ue规定grs的自适应码本，并由此pmi按照一对一方式映射到grs序列。如上面关于grs描述的，在本发明中ue能隐式知道其波束形成矩阵。由此，grs序列不需要通过物理下行链路控制信道(pdcch)动态分配，与现有dm-rs序列不同。
其间，在本发明中，基站可以不必如同pmi那样通过pdcch向ue显式通知ri。基站参考ue反馈的ri，来确定要向ue实际传送的层的数目，并传送这些层。ue通过用于pmi的诸如简单检测测试的处理来计算后sinr，并由此能知道基站实际传送的层的数目。
g)调度
在本发明中，能基于组分类将组看作虚拟扇区。换言之，基站可根据各个类别和组来单独执行调度。如上面关于mu-cqi描述的，基站从属于特定组的所有激活ue接收mu-cqi的反馈。基站执行的调度是发现使得效用功能最大化的多台ue的组合，在该效用功能中，将mu-cqi乘以表示各台ue的公平的权重。例如，即使当一些ue反馈相同波束形成向量(pmi)或多个波束形成向量时，也根据各台ue来将权重相乘(当特定ue具有大数量累积的接收数据时，为了公平目的，对应权重一般与该大数量成比例减小)，并且可发现使得效用功能最大化的多台ue的组合。
h)3d波束形成
迄今，在该说明书中，已考虑了其中沿着水平轴排列大规模传送天线的波束形成。除此之外，也可以考虑其中天线排列沿着垂直轴延伸的大规模传送天线系统，并且使用水平轴和垂直轴两者的波束形成技术被称为三维(3d)波束形成。
图7是3d波束形成技术的概念图，其中位于城市摩天大楼中的宏基站执行使用水平轴和垂直轴空间两者的波束形成。
该部分介绍3d波束形成技术，通过该技术，其中考虑前述水平轴波束形成的本发明的mimo传送的概念也延伸到垂直轴。
首先，将简要描述用于3d波束形成的csi-rs结构和pmi反馈方案。
在长期csi-rs结构的情况下，即使当基站具有沿着水平轴和垂直轴的每一个的多个阵列时，也可存在沿着水平轴和垂直轴的每一个的一个特征向量矩阵(其是ue的统计信道特性)，因为所述阵列是二维(2d)天线阵列。由此，长期csi-rs不需要在每一2d天线元件中，并且使用一行作为水平轴和一列作为垂直轴来传送长期csi-rs是可以的。
在短期csi-rs结构的情况下，ue的特征向量矩阵具有上述结构，但是短期衰落信道可具有沿着水平轴和垂直轴的每一个的多个不同阵列。由此，需要对于每一2d天线元件来传送短期csi-rs。
在长期pmi反馈的情况下，根据长期csi-rs，长期pmi包括一个长期pmi(水平轴类别和组id)作为水平轴和一个长期pmi(垂直轴类别和组id)作为垂直轴。
在短期pmi反馈的情况下，由于短期pmi可根据所有2d天线元件变化，所以沿着水平轴反馈多个短期pmi，并沿着垂直轴反馈多个短期pmi。
1)信道模型
2d天线阵列的列(水平轴)尺寸是m，行(垂直轴)尺寸是n，并且该图示出了用于一个类别的3d波束形成的示例。在该说明书中，为了方便仅考虑一个类别，并且假设激活ue可沿着垂直轴被划分为l个垂直组，并沿着水平轴被划分为g个水平组。垂直轴和水平轴的传送相关矩阵分别是rv,l和rh,g。如下通过特征分解来表示这些垂直和水平传送相关矩阵。
[等式22]
在该情况下，当将克罗内克(更精确地，单环)信道模型扩展为3d信道模型时，3d相关矩阵rl,g如下被表示为克罗内克积。
[等式23]
使用该3d传送相关矩阵，属于垂直/水平组g和l的ue的信道向量如下面等式24表示的那样。
[等式24]
2)波束形成矩阵
3d传送向量如下面等式25表示的那样。
[等式25]
这里，bh、bv、ph和pv分别是m×bh,n×bv,bh×sh,bv×sv维矩阵，而d是shsv维数据码元。如以上信道模型等式24和25中所示，水平轴的波束形成/预编码能独立于垂直轴的波束形成/预编码来执行。
[等式26]
使用以上等式26的关系，垂直/水平组l和g的接收向量如下面等式27表示的那样。
[等式27]
这里，bh＝diag(bh,1,…,bh,g)和bv＝diag(bv,1,…,bv,l)。和2d信道中一样，当由于ue分组使得不同垂直/水平组l和g之间的干扰变得可忽略时，满足以下等式，并且以上等式中的约等于符号有效。
[等式28]
根据以上等式，最佳3d波束形成矩阵如下，如同根据本发明的2d波束形成矩阵。
[等式29]
bh,g＝uh,gbv,l＝uv,l
3)码本
3d波束形成的组对应于通过对(水平轴)组进行子划分用于2d波束形成而获得的垂直/水平轴组，并且类别t的码本能被如下表示为包括垂直轴。
[等式30]
如等式25中所示，3d波束形成矩阵被如下表示。
[等式31]
这里，bh,g,bv,l由等式29给定。由此，在向交叉极化天线的秩1传送的情况下，等式30中的
[等式32]
例如，当b′h＝bh/g＝4,b′v＝bv/l＝2时，使用五比特来表示pmi。如2d波束形成中描述的，在秩2或更高的情况下，应确定所有可能组合之中选择的有限组合。
最后，ue分组、grs、ue反馈等被自然延伸到和2d波束形成相同的概念，并将不在该说明书中规定。
根据本发明的基于fdd的上行链路mimo传送和接收方法
将描述上述基于fdd的下行链路mimo传送的概念向上行链路mu-mimo传送的扩展。
a)上行链路mimo接收信号
下面假设所有ue具有n个天线，并且为了方便每一天线传送ns个数据流。在该情况下，在上行链路mu-mimo中，基站的接收信号如下。
[等式33]
这里，pi是n×ns维预编码矩阵，而ui是第i台ue的ns维数据码元向量。在该上行链路系统中，s表示基站调度的ue的数目。
b)上行链路mimo的特性
上述基于fdd的下行链路大规模天线mu-mimo系统具有rs和csi反馈的问题，并且本发明主要意欲解决该问题。其间，与下行链路大规模天线mu-mimo系统不同，上行链路大规模天线mu-mimo系统具有以下问题。
1)系统计算的复杂性
如上所述，大规模天线系统能解决在峰值时间由大量用户堵塞的系统上的过载的问题。这意味着其中和小区中的现有系统和用户群体相比、用户的数据传送和接收活动非常活跃的情况。为此原因，上行链路大规模天线mu-mimo系统的主要问题是计算复杂性。
在上行链路mu-mimo中，基站能通过ue的srs获得比下行链路mu-mimo好很多的估计的csi值，并且接收方能通过估计的csi值来执行mu-mimo。
[等式34]
当在现有上行链路mu-mimo中确保两台或多台ue的瞬时信道之间的正交性时(即，当满足以上等式34时)，通过mu-mimo来调度ue。
在该情况下，为了计算所有激活ue的瞬时信道之间的正交性，基站应计算m维向量的内积
由此，根据本发明的基于fdd的上行链路mimo传送和接收技术意欲执行上行链路mu-mimo，同时将系统的计算复杂性维持在行得通的水平。
2)上行链路/下行链路信道相关矩阵的正交性的保持
在将根据本发明的下行链路mimo传送和接收方法的概念扩展到上行链路mu-mimo传送和接收方法时，分类为下行链路中一组的多台ue也被分类为上行链路中的一组以执行mu-mimo将是非常有用的，反之亦然。这是因为可能将用于ue分组的基站的计算复杂性降低到一半。结果，下行链路中传送相关矩阵之间的正交性能被保持作为上行链路中接收相关矩阵之间的正交性，这可通过包括“3gppran1contribution,r1-092024,ericsson,2009”等的参考文献进行描述。
c)预编码矩阵
大规模传送天线mimo系统表示基站的天线可比现有系统的天线大很多。由此，下行链路mu-mimo传送方法需要先前章节中描述的各种改变。另一方面，上行链路预编码矩阵的行维度受到ue的天线的数目n的限制，并且n根据ue的物理尺寸的限制而一般限于二到四。而且，由于在上行链路mu-mimo中、基站通过自主计算确定预编码矩阵并将预编码矩阵用信号传送到ue，所以上行链路mu-mimo与现有lte系统中的上行链路mu-mimo方法相同，并且可使用相同的预编码矩阵。
上行链路mimo传送和接收方法通过如同下行链路组分类的上行链路组分类、或者先前段落的组间正交性保持，促使基站具有下面所示的组的接收信号向量vg。
[等式35]
这里，s’表示组g中多台ue之中的调度的ue的数目，并且
其间，基站的上行链路调度器计算以上等式20的sinr以选择预编码矩阵。
根据本发明的基于tdd的mimo传送和接收方法
a)tdd下行链路mimo传送和接收方法
时分双工(tdd)系统的基本mimo操作过程如下。
(1)基站使用上行链路srs获得下行链路信道矩阵信息。
(2)ue通过crs或csi-rs来计算和报告cqi。
(3)基站确定预编码矩阵，传送dm-rs，并用信号传送调度信息。
基于tdd的下行链路mimo传送和接收技术与基于fdd的下行链路mimo传送和接收技术基本相同，除了基站是否能使用上行链路/下行链路信道可逆性获得信道信息之外。
在该说明书中，将基于ltetdd方案来仅描述与基于fdd的下行链路mimo传送和接收方法不同的基于tdd的下行链路mimo传送和接收方法的一部分。
1)dm-rs
根据本发明的基于fdd的下行链路mimo传送和接收方法是基于隐式信道信息反馈的mu-mimo方法，并且根据基于fdd的下行链路mimo传送和接收方法的码本基于grs。
另一方面，由于基站能在tdd中知道相对精确的信道矩阵，所以码本不是必需的，并且基站确定波束形成矩阵bg和预编码矩阵pg。由此，现有dm-rs是必需的，与fdd方案中不同。与lte的dm-rs的主要差别在于，在本发明中，g个组通过ue分组和波束形成共享dm-rs资源，以维持现实的dm-rs开销。
2)cqi反馈
在tdd方案中，cqi用于测量其他小区的干扰和背景噪声，并促使ue向基站报告干扰和背景噪声。由此，cqi与上述fdd方案中用于基于码本确定实际调制和编码方案(mcs)的cqi具有不同特性。
3)预编码矩阵
在基于tdd的下行链路mimo传送和接收方法中，基站使用信道矩阵的传送相关矩阵来执行ue分组，以根据组生成波束形成矩阵bg，并根据每一组的多台ue生成修改的信道向量
例如，可使用zf波束形成，并且对于多台多天线ue，能使用bd或块三角形化(bt)算法。
b)tdd上行链路mimo传送和接收方法
在基于tdd的上行链路mimo传送和接收方法和基于fdd的上行链路mimo传送和接收方法之间不存在差别。由此，参考上面描述的基于fdd的上行链路mimo传送和接收方法将是可以的。
尽管已参考本发明的特定示范实施例示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将理解的是，可在这里进行形式和细节的各种改变，而不脱离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。