用于3d mimo无线系统中反馈的方法和装置制造方法
【专利摘要】系统和方法提供了多输入多输出(MIMO)系统中的信道状态信息反馈。一种方法对预编码矩阵指示符(PMI)进行量化并且将其从用户设备(UE)反馈回演进型节点B(eNodeB)。所述方法还可以使用码本，用于对优选的水平方向的向量量化以及标量量化器，用于对从eNodeB到选择的UE的优选的垂直方向进行量化。
【专利说明】用于3D ΜΙΜΟ无线系统中反馈的方法和装置
[0001] 相关申请
[0002] 本申请要求于2012年7月27日提交的美国临时申请NO. 61/676,775的美国专利 法第199条规定的优先权，其全部内容由此通过引用并入到本文中。
【技术领域】
[0003] 本公开涉及无线通信网络。具体而言，本公开涉及用于在多输入多输出系统中提 供信道状态信息反馈的系统和方法。
【背景技术】
[0004] 在无线通信系统中，多输入多输出（MMO)技术用于提升传输容量和质量。MMO 技术可以在各种应用中找到应用，所述各种应用包括例如3G和4G系统，例如，第三代合 作伙伴计划（3GPP)长期演进（LTE)网络和/或LTE演进网络、电气和电子工程师协会 (IEEE) 802. 16标准（例如，802. 16p)(本领域俗称为WiMAX (全球微波互联接入））以及IEEE 802. 11标准（本领域俗称为WiFi)。在LTE系统中的3GPP无线接入网络（RANs)中，传输 站可以是演进型通用陆地无线接入网（E-UTRAN)节点B(通常称为演进型节点B、增强型节 点B或eNodeB)和E-UTRAN中的无线网络控制器（RNC)的组合，所述传输站与无线移动装 置（称为用户设备（UE))进行通信。
[0005] 为了实现具有高传输率的更好的空间复用，发射器（例如，在诸如eNodeB之类的 接入点或基站中）根据信道状态来执行波束赋形以及功率分配。接收器（例如，在用户的移 动电话或其它UE处）测量信道状态信息（CSI)并且向发射器提供反馈。MMO系统的CSI 可以由具有多个复杂元素的矩阵来表示。基于天线和用户的数量，CSI矩阵可以非常大。为 了减少上行链路信道的开销，一些无线系统使用基于码本的预编码方法，其中，UE根据测量 的CSI矩阵从码本中选择预编码矩阵，并且将与所选择的预编码矩阵相对应的索引反馈回 eNodeB。eNodeB然后根据索引通过查找码本来获取预编码矩阵，并且使用所述预编码矩阵 (例如，在单用户MMO中）或者基于从多个UE中接收的预编译矩阵（例如，在多用户MMO 中）新计算的预编码矩阵来获取要传输的预编码数据。
【专利附图】
【附图说明】
[0006] 图1是将水平波束赋形应用于以固定垂直角度发射波束的移动通信系统的框图；
[0007] 图2是根据特定实施例的应用三维波束赋形的移动通信系统的框图；
[0008] 图3示意性地示出了根据一个实施例的二维天线阵列；
[0009] 图4是在图3中示出的二维天线阵列的框图，所述框图示出了根据一个实施例的 相应的相位移动；
[0010] 图5示意性地示出了根据一个实施例的利用图3示出的二维天线阵列来在三个维 度中控制波束；
[0011] 图6是根据一个实施例的具有三维波束赋形的无线MMO系统的简化框图；
[0012] 图7是根据一个实施例的用于在具有三维波束赋形的MMO网络中进行信道信息 反馈的方法的流程图；
[0013] 图8是根据一个实施例的用于在具有二维天线阵列的发射站内进行三维波束赋 形的方法的流程图；
[0014] 图9示出了可以与本文公开的特定实施例一起使用的示例用户设备。
【具体实施方式】
[0015] 与本公开的实施例相一致的系统和方法的【具体实施方式】提供如下。尽管描述了 几个实施例，但应当理解的是，本公开并不限于任何一个实施例，而相反包含了大量替换方 案、变型和等效物。另外，尽管在下面的描述中阐述了大量的具体细节，以便提供对本公开 的实施例的全面理解，但是可以在不具有这些细节中的一些或全部的情况下来实施一些实 施例。此外，出于清楚的目的，没有详细描述相关领域内某些公知的技术资料，以便避免不 必要地使本公开难以理解。
[0016] 如上所述，在MMO系统中的诸如eNodeB之类的基站可以根据信道状态通过执行 波束赋形和功率分配来实现具有高传输率的更好的空间复用。尽管一维（ID)天线阵列可 以用于水平波束控制，但使用ID天线阵列的许多系统以固定的垂直角度来发射射频（RF) 波束。例如，图1是移动通信系统100的框图，所述移动通信系统100将水平波束赋形应用 于以固定的垂直角度从eNodeB 112发射RF波束110，这在整个小区114内通用并且是非用 户专用的。如图1所示，当从eNodeB 112到所述UE 116的实际垂直角度与由eNodeB 112 使用的RF波束110的垂直倾斜角度不同时，这引起了目标UE 116处接收的信号功率的降 低。此外，使用ID天线阵列（未示出），eNodeB 112可能无法使小区内和小区间的干扰最 小化。因此，向系统内其它UE 118、UE 120、UE 122的信号泄露可能相对较大。
[0017] 通过使用三维（3D)波束赋形（其中，二维（2D)天线阵列在水平方向和垂直方向 二者上均控制一个或多个发射RF波束），系统的吞吐量可以增加并且性能得到改进。因此， 3D波束赋形向系统提供了用户专用的垂直倾斜，用于增大所接收的信号功率并且减少对其 它用户的干扰。
[0018] 例如，图2是根据特定实施例的应用3D波束赋形的移动通信系统200的框图。在 图2中，在小区214内的eNodeB 212控制第一 RF波束210朝向第一 UE 216,并且第二RF 波束213朝向第二UE 218。技术人员将根据本公开意识到eNodeB 212可以被配置成一次 发射单个RF波束，或者一次发射两个以上RF波束210、213。例如，eNodeB 212可以被配置 成同时向小区214中的多个UE 216、UE 218、UE 220、UE 222中的每一个发射RF波束。图 2示出了取决于UE 216和UE 218相对于eNodeB 212的位置而使用不同的垂直倾斜的示 例。
[0019] 然而，具有3D波束赋形的通信系统中的一个挑战是大量的CSI数据需要从UE 216、UE 218反馈回eNodeB 212。这是由于具有相对较大数量的天线的2D天线阵列（未示 出）的使用，这需要在eNodeB 212处能够在水平和垂直方向二者上进行波束赋形。在特定 实施例中，例如，eNodeB 212针对天线阵列中的每一根天线发射导频信号或参考信号。预 先得知参考信号的特性和参数的UE 216、UE 218,使用参考信号来估计来自eNodeB 212的 相应的信道。因此，与仅使用ID天线阵列的传统系统相比，增加天线的数量增加了 CSI数 据和反馈开销的数量。本申请的发明人已经意识到在这样的系统内需要新的码本用于向量 量化。
[0020] 因此，本文公开了用于对预编码矩阵指示符（PMI)进行量化并且将其从UE反馈到 eNodeB的方法。在特定实施例中，所述方法利用LTE码本用于最优水平方向的向量量化以 及标量量化器来用于对朝向选定UE的最优垂直方向进行量化。
[0021] 图3示意性地示出了根据一个实施例的相对于X轴、y轴和z轴进行布置的2D天 线阵列300。出于举例说明的目的，以相对于Z轴的垂直角度Θ示出了与RF波束方向相对 应的向量306。在x-y平面内示出了向量306的投影308,以示出向量306相对于X轴指向 水平角度供。
[0022] 2D天线阵列300包括Nh个水平的和Nv个垂直的天线元件310,所述天线元件相应 地在水平方向（例如，X方向）以距离d H隔开并且在垂直方向（例如，z方向）以距离dv隔 开。在这个示例中，NH = 5个天线元件310,并且Nv = 5个天线元件310。然而，技术人员 将意识到，任何数量的天线元件可以在两个方向中的任何方向中使用以形成2D阵列，并且 Nh和Nv未必需要相等。在特定实施例中，一行中的天线元件310可以既共极化又交叉极化。
[0023] 在这些假设下，由2D天线阵列300发射的全部RF波束可以通过向垂直天线ην = 1，2，...，Nv引入相应的相位移，来有选择地指向垂直角度Qtl(在图5中示出）。例如，图4 是图3中示出的2D天线阵列300的框图，所述框图示出了根据一个实施例的应用于天线元 件310 (Ant)的相应的相位移410。
[0024] 在第一列中，应用于到每一行的天线元件310的RF信号输入的相位项为：
【权利要求】
1. 一种用于在多输入多输出（MMO)网络中进行通信的用户设备（UE)，所述UE包括： 信道估计器，用于基于从演进型节点B (eNodeB)接收的下行链路参考信号来估计信道 信息； 向量量化器，用于使用码本来对所述信道信息的第一部分进行量化； 标量量化器，用于基于由所述eNodeB发射的射频（RF)波束的垂直角度来对所述信道 信息的第二部分进行量化。
2. 如权利要求1所述的UE，进一步包括： 预编码矩阵指示符（PMI)模块，用于基于所估计的信道信息来计算PMI向量，所述PMI 向量包括用于在所述eNodeB处在水平方向上控制所述RF波束的线性发射天线加权系数， 并且其中，基于在所述eNodeB处将所述RF波束控制为所述垂直角度，所述PMI向量的系数 中的一个或多个乘以垂直相位移参数。
3. 如权利要求2所述的UE，其中，所述PMI向量是基于三维（3D) RF波束控制的反馈码 本的。
4. 如权利要求2所述的UE，其中，所述信道估计器被配置为基于所接收的参考信号来 估计信道矩阵，并且其中，所述PMI模块被配置为通过在所估计的信道矩阵上执行奇异值 分解（SVD)并且找到数量为r的主特征向量来计算所述PMI向量，其中，所述数量r是传输 秩。
5. 如权利要求2所述的UE，其中，所述PMI模块被配置为估计所述系数和所述垂直相 位移参数的最优集合。
6. 如权利要求5所述的UE，其中，所述PMI模块被配置为执行最小二乘计算，以获取估 计。
7. 如权利要求2所述的UE，其中，所述垂直相位移参数为如下形式：
其中，λ是所述下行链路参考信号的波长，<是在所述eNodeB处的二维（2D)天线阵 列中的天线之间的垂直距离，并且Qtl是所述垂直角度。
8. 如权利要求7所述的UE，其中，所述标量量化器被配置为使用所述UE和所述eNodeB 二者都已知的标量量化器来量化项： dv cos Θ 〇
9. 如权利要求2所述的UE，其中，由所述向量量化器使用的所述码本包括第三代合作 伙伴计划（3GPP)长期演进（LTE)或LTE增强（LTE-A)网络的N h发射天线码本，其中，Nh是 在所述eNodeB处水平地布置在二维（2D)天线阵列中的天线的数量。
10. 如权利要求1所述的UE，其中，所述UE被配置为连接到无线局域网（WLAN)、无线个 域网（WPAN)、以及无线广域网（WffAN)中的至少一个，并且所述UE包括天线、触敏显示屏、扬 声器、麦克风、图形处理器、应用处理器、内置存储器、非易失性存储器端口或者其组合。
11. 一种用于在具有三维波束控制的多输入多输出（MMO)网络中进行信道信息反馈 的方法，所述方法包括： 从演进型节点B (eNodeB)接收信道信息； 计算第一码本索引，以用于所述信道信息的水平波束控制部分； 计算第二码本索引，以用于所述信道信息的垂直波束控制部分；以及 作为反馈，将所述第一码本索引和所述第二码本索引提供给所述eNodeB。
12. 如权利要求11所述的方法，其中，计算所述第一码本索引包括向量量化。
13. 如权利要求11所述的方法，其中，所述向量量化使用第三代合作伙伴计划（3GPP) 长期演进（LTE)或LTE增强（LTE-A)网络的N h发射天线码本，其中，Nh是使用LTE码本在 所述eNodeB处水平地布置在二维（2D)天线阵列中的天线数量。
14. 如权利要求11所述的方法，其中，计算所述第二码本索引包括对与垂直控制角度 相关联的参数的标量量化。
15. 如权利要求14所述的方法，其中，与所述垂直控制角度相关联的参数为如下形式：
其中，λ是下行链路参考信号的波长，<是在所述eNodeB处的二维（2D)天线阵列中 的天线之间的垂直距离，并且Qtl是所述垂直控制角度。
16. 如权利要求15所述的方法，其中，所述标量对项 dv cos Θ 〇 进行量化。
17. -种演进型节点B (eNodeB)，包括： 二维（2D)天线阵列，用于朝向第一用户设备（UE)的射频（RF)波束的三维（3D)控制； 标量反量化器，用于对从所述第一 UE接收的第一反馈指示符进行反量化，以确定垂直 相位移参数，从而将其应用于所述2D天线阵列中的天线的相应的行，用于在垂直方向上控 制所述RF波束。
18. 如权利要求17所述的eNodeB,进一步包括： 向量反量化器，用于对从所述第一 UE接收的第二反馈指示符进行反量化，以确定线性 发射天线加权系数，从而将其应用于所述2D天线阵列中的天线的相应的列，用于在水平方 向上控制所述RF波束。
19. 如权利要求18所述的eNodeB，其中，所述向量反量化器使用所述eNodeB和所述第 一 UE均已知的码本，来对所述系数进行反量化。
20. 如权利要求18所述的eNodeB,进一步包括： 预编码矩阵指示符（PMI)重构器，用于计算包括所述系数的PMI向量，所述系数与所述 垂直相位移参数相乘。
21. 如权利要求20所述的eNodeB，进一步包括： 预编码器，用于在单用户多输入多输出（ΜΙΜΟ)模式中，使用所计算的PMI向量来对下 行链路数据进行预编码；以及 发射器，用于将所预编码的下行链路数据传输至所述第一 UE。
22. 如权利要求20所述的eNodeB，进一步包括： 预编码器，在多用户多输入多输出（ΜΙΜΟ)模式中，用于： 分别将所计算的PMI向量同与一个或多个第二UE相对应的一个或多个重构的PMI向 量进行结合； 基于波束赋形方案使用所述结合来计算预编码矩阵，以减少所述第一 UE和所述一个 或多个第二UE之间的干扰；并且 使用所计算的预编码矩阵来对下行链路数据进行预编码；以及 发射器，用于将所预编码的下行链路数据传输至所述第一 UE。
【文档编号】H04B7/26GK104396170SQ201380032477
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2013年6月24日 优先权日:2012年7月27日
【发明者】H·希拉尼-梅尔, A·达维多夫, 符仲凯 申请人:英特尔公司