用于天线阵列信道反馈的方法和设备的制造方法_2

文档序号:9510378阅读:来源:国知局
。因此,利用图3中的天线阵列300中的Ν列,可以配置LN个信道 状态信息参考信号(CSI-RS)天线端口;每个CSI-RS天线端口被分配给每一列的每个垂直 波束或虚拟天线。换句话说,每个CSI-RS端口可以对应于单个虚拟天线,该单个虚拟天线 从一列内的Μ个元素的垂直子集阵列或垂直子阵列形成。假设在方位角内每个天线元件具 有统一的响应,该LN个波束可以在方位角内统一地传播,但是具有不同的仰角。对于dH = 4 λ的间隔,来自对应于不同列的垂直波束或虚拟天线的信道可以独立地衰落,使得多路径 衰落可能导致对应于Ν列中第一列的一个或多个虚拟天线经历衰落,而对应于第二列的虚 拟天线经历峰值。
[0029] 另一种用于在eNB 120形成垂直和/或水平波束的方法可以基于动态波束成形。 在该方法中,启用下行链路(DL)上的多用户多输入多输出(MU-MBTO)传输,其中垂直虚拟 化不是固定的,而是基于基站小区中的诸如UE 110的多个活动终端、基于UE的位置、基于 流量条件、以及基于其他相关考量而改变。通常来讲,如果每个发射(Τχ)天线元件具有功 率放大器(PA),MLN = 64个端口可以线性变换或等效地预编码,从而形成ΝΒ(〈 = 64)个波 束。eNB 120可以使用UE位置信息,DL CQI (信道质量指示符)反馈,基于上行链路(UL) 探测或上行链路信道响应互易性确定的DL CSI,诸如利用时分双工(TDD)或FDD中的多路 径到达方向互易性和/或来自UE 110的预编码矩阵指示符(PMI)反馈,来形成波束。
[0030] 用于形成波束的上述方法可以超过8个波束,其可能超出可用的CSI-RS端口的数 目,诸如如果L = 2且N = 8。所述这些波束可以被设计为覆盖基站eNB 120的一个扇区内 二维平面上相等的面积。
[0031] 这些方法可以设想为用于垂直分区。Μ个垂直天线元件内的波束成形可以被表示 为垂直波束成形、仰角波束成形、或级-1波束成形,且跨NL个波束或虚拟天线的波束成形 可以被表示为水平波束成形、方位角波束成形、或级-2波束成形。这种划分可以应用到UE 110用于ΡΜΙ反馈。然而,这可能不是eNB120在发射器处实际上如何形成波束的。例如,第 一种情况下(情况1)级-1波束成形可以是UE透明的,或者第二种情况下(情况2)可以 是基于UE反馈的。级-1波束成形和级-2波束成形可以构建跨越大量天线元件的、垂直/ 水平波束成形的逻辑划分,且相关联的CSI反馈可以用于协助为来自eNB的传输进行预编 码。eNB 120可以以UE透明的方式实现一般的预编码算法,以利用64元件天线阵列基于解 调参考信号(DMRS)(即,专用的导频或者UE的参考)来调度用户。
[0032] 第一种情况下,(情况1),级-2波束成形可以基于eNB配置的天线端口。这可以 基于在eNB 120处的确定。一个使用情况可以是当跨天线阵列的N个列具有完全一致的 垂直分区时。eNB 120可以在跨列的每个垂直子集阵列的Μ个天线元件,诸如在有源天线 系统(AAS)中,使用固定或相同权重。每个波束或NL个虚拟天线中的虚拟天线可以映射 到CSI-RS天线端口。UE 110可以确定队(=1或更多)个最强的波束且可以发送报告到 eNB 120,该报告可以包括一个或多个波束索引/CSI-RS端口索引以及相关联的CSI-RS参 考信号接收功率(RSRP)。在另一个替代实施例中,假设天线元件在方位角内具有一致的响 应,UE 110可以跨对应于N个虚拟天线的N个CSI-RS端口平均功率分布以用于CSI-RS确 定或垂直扇区RSRP确定(该报告中的波束索引在这种情况下可能为指示L个垂直的不同 垂直扇区或不同仰角中的最强垂直扇区的垂直扇区索引),所述N个虚拟天线具有相同的 垂直分区(或跨N列的垂直子集阵列的相同权重,或者换句话说相同仰角方向)。基于UE 110属于的垂直扇区,eNB 120可以在一个或多个CSI-RS资源中配置NL= 16个端口(例 如,N个天线端口)的子集,用于秩指示符/预编码矩阵指示符(RI/PMI)和信道质量指示 符(CQI)的反馈,以使得能够跨虚拟天线的级-2波束成形,诸如对于UE属于的垂直扇区, 获取后级-1波束成形的等效的天线端口。用于RI/PMI报告以协助级2波束成形的波束或 CSI-RS天线端口的数目可以由eNB配置。
[0033] 对第二种情况(情况2),级-2波束成形可以基于UE所选的天线端口。这种使用 情况可以发生在当存在跨多列的不一致的垂直分区时。CSI-RS RSRP的UE报告可能不足以 配置适当的虚拟化。因此,该UE 110可以在形式上为波束成形的PMI反馈提供协助。
[0034] 对第三种情况(情况3),可以使用垂直-水平Kronecker积波束成形。对应的码 本可以包括(秩1)垂直预编码矢量和水平预编码矩阵之间Kronecker积的所有概率或其 概率的子集。对应于码本条目的预编码矩阵的秩可以对应于可以由UE 110和eNB 120之 间的信道所支持的流的数目。如果水平的码本包括秩1的预编码矢量,该预编码矢量具有 单位幅度以及线性发展相位,那么该技术就可以被图像化为对应于发射流的一对发射角的 每个码本条目,该一对发射角一个在方位角内,通过水平预编码器确定,一个在仰角内,通 过垂直预编码器确定。
[0035] 情况2的一种解决方案可以扩展RI/PMI反馈方法。一个码本,CH,可以为等效的水 平阵列量化信道矩阵的短期变化,该等效的水平阵列通过每列内Μ个元素的特定虚拟化形 成。另一个码本,Cv,可以用于等效垂直阵列的空间量化,从而帮助eNB对每列内Μ个元素进 行虚拟化。CH可以是版本10的码本,具有等效水平阵列中4个发射天线(Τχ)的可能的增 强,诸如使用加权结构(对应于码本条目的预编码器为两个矩阵W JP W 2的矩阵乘法) 的码本,其中预编码矢量或矩阵将权重应用到从天线阵列中每个天线发射出的信号。根据 另一个实施方式,CH可以是增强的版本10码本,其可以允许4个Τχ的双码本结构,以及4 个Τχ和8个Τχ情况下更精细的量化。因为基于CH和C ¥的ΡΜΙ报告可以服务于不同目的, 当考虑到不同的天线几何图形、间隔和其他因素的时候,(^可以被设计为与CH相独立。对Μ 个天线元件的UE协助的虚拟化,Cv可以为具有秩1预编码矢量的秩1码本的子集,取决于 Μ的值,该秩1码本来自于版本10的2个Tx、4个Τχ和8个Τχ码本中的一个。可替代地, 可以使用具有更精细量化的其他码本,诸如基于Lloyd方法的矢量量化(VQ)、Grasmannian 码本或其他码本。对Μ个垂直天线元件中第η个垂直子集阵列中的每一个,可以通过最大 化一些度量来选择来自(^的矢量久,该度量包括遍历,或等价地长期的时间平均。例如,度 量可以诸如基于
,其中
为与Μ个垂直发射天线元件的第 η个垂直子集阵列相关联的信道矩阵,其中η = 1,. . .,NL。符号
F表示Frobenius 范数,Frobenius范数为矩阵元素的幅值平方之和。遍历平均可以在诸如200-400ms的 较长持续时间内完成,比向CH报告RI/PMI (或在双码本W凡加权结构情况下PMI的码本 指标)的持续时间要长,该CH量化适用于等价水平阵列的信道矩阵的衰落。为了帮助UE 110估算eNB 120可以从不同CSI-RS天线端口上第η个垂直子集阵列的Μ个垂直天 线元件发射CSI-RS。利用上文的Frobenius范数准则,UE 110可以选择预编码矢量使得
?运算符(·Γ表示矢量或矩阵的共辄转置。该论证的不 受约束的最大值可以是与发射协方差矩阵
的最大特征值相关联的特征向 量。如果波束成形在每个Μ个元素集或垂直子集阵列集合上是相同的,诸如在所有列中相 同的波束成形,可以大致独立于n,即波束索引。因此,如果期望信道的垂 直发射协方差矩阵或垂直相关属性保持大致独立于n,eNB 120请求UE 110在所有η上只 报告一个最大值I是足够的。在这种情况下,eNB 120可以利用Μ个CSI-RS天线端口配置 第一 CSI-RS资源并在天线端口发射CSI-RS,该天线端口对应于使得反馈能够协助级-1波 束成形的唯一一个Μ个天线元件集合。可选地,eNB可以从多于一个(或者全部)NL个垂 直子集阵列中的每一个的天线元件(该Μ个天线元件之中的)发射相同的CSI-RS信号,从 而对应于从来自不同垂直子集阵列的NL个天线元件形成的逻辑CSI-RS天线端口。这可以 帮助eNB 120具有更高的PA利用或更充分利用所有PA。eNB 120可以配置第二CSI-RS资 源,其可以包括对于对应于第二CSI-RS资源的CSI-RS天线端口上的CSI-RS传输的级-1 波束成形或预编码。该第二CSI-RS资源可以用于确定RI/PMI和/或相关联的CQI从而在 级-2波束成形中协助eNB 120。下面将提供关于情况2的更多细节。
[0036] 如果五% 不独立于η(波束索引),诸如天线列中不一致的垂直分区, eNB 120可以在诸如NL个CSI-RS资源的集合的多个CSI-RS资源内配置NML个CSI-RS天 线端口,其中每个CSI-RS资源可以包括Μ个CSI-RS天线端口。这可以通过更大的DL开销 来完成。对这种方法而言,预编码器从码本CH中的选择涉及以下步骤:第一步,以所选择的 波束成形器氣为基础,η = 1,. . .,NL,NL个波束对应于NL个垂直子集阵列,适用于级-2波 束成形,UE 110可以形成有效信道矩阵
且可以找到预编码矩阵。 例如,UE可以找到预编码矩阵为
其中期望为所关注的子帧/子带 的平均。这可以与
相同。第二步,在为级-2波束成形选择 RI/PMI之前,UE 110可以在确定合适的预编码矩阵之前向下选择至
个最 强波束,并形成有效的信道矩阵为.
,其中
.可以为对应 于Ns个最强波束的索引。第三步,UE 110可以用阈值准则来选择Ns,诸如接收功率在最强 波束的X = 3dB之内的波束。这可以保证RI/PMI计算包括所有具有可比较的接收信号强 度的波束,从而协助级-2波束成形。第四步,分等级的PMI选择可以被看作对下面的双重 最大化的次优的解决方案:
[0038] 其中这两个最大化可以在不同时间尺度上执行。
[0039] 结果,我们可以使得队取其最大值,Ns= NL。此外,我们可以用变量N代替NL。
[0040] 通过改变符号,上述最大值可以被写作:
[0042] 其中?¥是一个丽XN矩阵,由矩阵P jlj P N-个堆叠在另一个顶部上组成,其中P 1 在最上面。的矩阵。
[0043] 由于UE的移动性,通常,对向eNB阵列的垂直角度比水平角度变化慢得多。因此, 在每列中Μ个垂直元件内应用的虚拟化可以不需要与列间预编码或对应于水平波束成形 的预编码相同的频率改变。例如,UE 110可以发送用于Cj^PMI,而不需要信道质量指示符 (CQI)和秩指示符,频率远远低于用于CH的PMI,诸如从Cv的用于PMI为160ms或320ms, 与之相对照从CH的用于PMI为5、10、20ms。可以使用新的多路复用方案用于定期报告的缓 慢和快速率报告。
[0044] 例如,对于联合选择的预编码矩阵(情况2)以及对于块-Kronecker结构(情况 3),UE 110可以接收CSI-RS集合。UE 110可以基于接收到的CSI-RS集合确定预编码矩 阵,该预编码矩阵是第一预编码矩阵Pv和第二预编码矩阵P H的乘积。P v可以至少具有依据 N个矩阵的表示,PVik[l < k < N]。每个矩阵PVik可以基于选自第一码本的至少一个列矢量 (Pk)。同样的,PH可以基于第二码本。例如,可以基于上述等式2,其中
[0046] UE 110可以接着发射第一预编码矩阵和第二预编码矩阵中的至少一个的表示。
[0047] 5和Ρ η的乘积可以是矩阵乘积P VPH,且
[0049] ΡνΛ可以是只有在Ρ 的第k列等于p k时可以为非零值的一个矩阵。例如,可以 基于上述等式1,其中
[0051] PjP P H的乘积也可为用符号*表示的块-Kronecker乘积
3)
[0055] 其中PH(:,p)是取自第二码本的水平预编码矩阵中第P列,且#代表Kronecker 矩阵乘积。使用这种结构,对于给定的层P,在天线的所有列上使用相同的垂直预编码器 Pv (:,P)。然而,该垂直预编码器对不同层而言可以是不同的。
[0056] 如前文所提到的,用于情况2的解决方案可以在不同的Μ个元素集合上执行一致 的级-1波束成形。对这个情况而言,可以假设
大致独立于η,即波束索引。 因此,具有对应于一个Μ个元素集合的Μ个CSI-RS天线端口的唯--个CSI-RS资源可以 被配置为协助级-1波束成形。eNB 120可以配置包括NL个天线端口的第二CSI-RS资源, 其中可以获取来自每个天线端口的CSI-RS,或者可以通过级-1波束成形或Μ个天线元件内 的预编码对该CSI-RS进行预编码。这第二CSI-RS资源可以用于确定RI/PMI和/或相关 联的CQI以在级-2波束成形过程中协助eNB 120。
[0057] UE可以配置有多个CSI过程从而支持来自多个传输点(TP)协调式多点(CoMP)调 度和传输。基于相关联的一个或多个CSI-RS资源(对其而言UE采取用于CSI-RS的非零 传输功率)以及一个或多个干扰测量资源,CSI过程与一个CSI集合的产生相关联,该CSI 集合可以由垂直或级-1波束成形的PMI、水平或级-2波束成形的PMI、RI和/或CQI组 成。为使得RI/PMI反馈能够协助级-1和级-2波束成形,与CSI过程相关联的第一 CSI-RS 资源可以被配置为以PMI反馈为目标从而协助级-1波束成形。与CSI过程相关联的第二
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