减小信道估计开销的方法、设备和机器可读介质与流程

本申请要求2013年12月26日提交的美国申请序列号14/141,206，和2013年6月28日提交的美国临时专利申请序列号61/841,230的优先权，上述申请均通过引用整体包含于此。

版权声明

本专利文献的一部分公开内容包含受版权保护的素材。版权所有人不反对任何人复制再现专利文献或专利公开，因为专利文献或专利公开出现在美国专利商标局文件或档案中，不过在别的方面保留所有版权。以下声明适用于在下面及在构成本专利文献的一部分的附图中说明的软件和数据：版权Intel,Inc.，保留所有权利。

技术领域

实施例涉及无线通信系统。一些实施例涉及用于多输入多输出(MIMO)无线通信系统的系统、方法、设备和机器可读介质。

背景技术：

现代蜂窝通信系统利用与诸如蜂窝电话机的移动设备进行通信的基站。在一些示例中，基站和移动设备之间的空中接口可利用编码数据的方法。示例性方法包括正交频分复用(OFDM)方法和宽带码分多址(W-CDMA)等。

先进的无线系统可利用多输入多输出(MIMO)技术，其中多个发射天线和多个接收天线被用于产生利用多径环境的分离的空间流。

附图说明

在不一定按比例绘制的附图中，相同的数字描述不同视图中的相似组件。具有不同字母后缀的相同数字可表示相似组件的不同示例。附图以示例性的方式而非限制性的方式一般地示出在本专利文献中讨论的各种实施例。

图1示出在UE处理波束成形信道状态信息的方法的流程图。

图2是根据本公开的一些示例的在变换之前的码字的示图。

图3是根据本公开的一些示例的在变换之后的码字的示图。

图4表示根据本公开的一些示例的在UE和eNodeB之间传输的信号的流程图。

图5表示根据本公开的一些示例的将到UE的参考信号波束成形的方法的流程图。

图6表示根据本公开的一些示例的eNodeB和UE的示意框图。

图7是示出可在其上实现一个或多个实施例的机器的示例性方框图。

具体实施方式

一种示例性OFDM MIMO无线网络是长期演进(LTE)无线网络。LTE的规范由第三代合作伙伴计划(3GPP)维护。在LTE中，基站被称为增强节点B(eNodeB)，移动设备被称为用户设备(UE)。LTE版本12中的研究项目之一是全维度MIMO(FD-MIMO)的利用。在FD-MIMO系统中，eNodeB具有许多天线(例如，大于或等于8)，其用于波束成形到UE的分离的空间流。在用频率分隔eNodeB和UE之间的空中接口的上行链路信道和下行链路信道的频分双工(FDD)模式下，在eNodeB处需要下行链路信道信息，以便能够波束成形到UE的下行链路数据。通过从eNodeB向UE发送参考信号，可在eNodeB处获得该信道信息。UE随后利用参考信号来测量下行链路信道。根据这些测量结果，UE可量化信道方向和振幅，并把这些测量结果回送给eNodeB。

在目前的LTE系统中，用于这些参考信号的开销随着天线的数目而线性增大。对于具有大量天线的系统，例如FD-MIMO，该开销变得高得惊人。

在一些示例中公开的是减小与这些参考信号相关的开销的数量的方法、系统、设备和机器可读介质。在一些示例中，通过找出包含小区中的所有活动UE的最佳子空间，并将参考信号仅发送给该子空间来达到上述效果。在一些示例中，UE可利用二阶统计量来计算到最佳子空间的投影信道。UE随后可将其反馈给eNodeB。到最佳子空间的投影信道可在UE和eNodeB处被使用以变换码本，并且利用接收到的投影信道的信道方向排列码字。其减少了信道方向量化方面的量化误差，从而改善系统性能。

全空间的维度可高达在eNodeB处的天线的数目，该数目可以非常大。事实上，在该全空间中，由eNodeB发送的信号经少量的波束成形方向只能够到达少量的活动UE，而其它波束成形方向是无用的并且引起干扰。在有用的波束成形方向被限制的条件下，信道训练资源，例如，信道状态信息-参考信号(CSI-RS)只可在这些方向周围进行部署，以便开销更低和效率更高。这可通过波束成形到被所有活动UE或一部分的活动UE跨越的信号子空间的信道训练信号来实现。由于信号子空间的维度主要由活动UE的数目确定，因此所需的训练资源，例如天线端口的数目较小。

为了波束成形到UE的信道训练信号(例如，CSI-RS)，需要知道波束成形方向。根据在先的UE信道状态反馈，可估计这些方向。例如，根据由反馈的波束成形向量形成的矩阵的奇异值分解，可以计算信号子空间。注意由于移动信道随时间变化，因此UE可能脱离初始的波束成形方向。为了解决该问题，在一些示例中，eNodeB可定期跟踪信道变化。

在初始训练阶段期间，在各个UE处，估计在一个小区中的UE的下行链路(DL)信道。估计的活动UE的DL信道随后被反馈给eNodeB，在eNodeB处收集反馈的DL信道。之后，计算包含这些信道的几乎所有能量的最佳子空间。随后通过不断地扫描该最佳子空间的一部分，并偶尔扫描该子空间的剩余部分(以捕捉UE的DL信道中的突然变化)，利用该信息优化将来的DL训练和减小信号开销。

系统模型

用OFDM符号t和子载波n表示的从eNodeB到UE^k的信道可被表述成：

其中em＝(0,0,...,0,1,0,0,...,0)^T，第m个位置为1，其它位置为0，wm向量是单位规范向量，并且是正交的。为了压缩信道，将维度从M降到D(D<M)，必须找出最佳的基底w1，...，wM，使得当m>D时，gk，m[n]≈0。然后，当d＝l,2,...,D时，系数gk,m[n,t]由给出。

在eNODEB处波束成形参考信号

根据上面所述可显然看出，代替利用M个参考信号来估计初始的M维空间中的信道并反馈该信息，eNodeB可以只采用D个参考信号。通过利用w1，...，wD来波束形成这些参考信号，每个UE能够直接估计系数gk,d[n]，并将该信息发送给eNodeB。通过利用这种方法，开销量被减小到原来的D/M。此外，UE不必知道波束成形向量，对UE来说，该处理完全透明。为了获得每个小区的最佳子空间，在第q个训练阶段结束时，估计信道协方差矩阵：

其中在术语OFDM符号中，T是在eNodeB处用于采样协方差矩阵计算的训练周期的长度，Uq是M×M酉矩阵，以及Λq是本征值uq，1，...，λq，D的对角矩阵。假定λq，1≥…≥λq，D≥λD+1≈…≈λM≈0。然后，最佳的D维子空间的基底将是{uq，1，...，uq，D}，其中uq,d是Uq的第d列，即，与第d个最强本征值对应的本征向量。

如前所述，向量{uq，1，...，uq，D}可用于波束成形参考信号。但是，如前所述，为了跟踪信道中的突然变化以及信道可能在该子空间之外的情况，eNodeB可偶尔扫描与该D维最佳子空间正交的其它方向，即，uq，D+1，...，uq，M。因此，在参考信号传输期间，eNodeB可总是利用uq，1，...，uq，D-r波束形成D-r个参考信号，利用从uq，D-r+1，...，uq，M中选择的r个向量来波束形成剩余的r个参考信号，以便覆盖M维空间的剩余部分。

在UE处的信道状态信息

现在参见图1，根据一些示例示出在UE处理波束成形信道状态信息的方法1000的流程图。在操作1010，UE接收波束成形的参考信号。

在接收波束成形的参考信号之后，在操作1020，每个UE估计新空间中的投影信道系数：

随后，获得投影信道方向：

在操作1030，为了量化该方向，每个UE利用由下式给出的“投影”信道的协方差矩阵来变换其码本(3GPP LTE码本或任何其它码本)：

从而，如下给出新的码字：

其中cis和ci's分别是变换前和变换后的码字。图2示出在变换之前的码字，以及图3示出在变换之后的码字。箭头2010和3010表示投影信道的方向，而箭头2020和3020表示量化的投影信道方向。每个UE在操作1030，计算其变换码本，并在操作1040，利用其变换码本量化投影信道方向。例如，这可通过使内积达到最大来实现：

在其它示例中，这可基于最大化容量等来实现。在操作1050，最佳码字的索引连同信道质量指示(CQI-代表SINR)被发送给eNodeB(预编码矩阵指示(PMI))，以使eNB能够重构信道。

注意，由于协方差矩阵Rk'取决于UE并且在eNodeB是未知的，因此每个UE必须量化该矩阵。这可以以不同的方式进行，例如利用矩阵元素的标量量化来实现。在量化之后，在操作1060，每个UE把它自己的协方差矩阵反馈给eNodeB。这向系统引入一些额外的开销。但是，通过采用协方差矩阵的结构，例如通过仅仅量化和反馈矩阵的上三角元素或下三角元素，可以减小该开销。此外，与瞬时信道本身相比，信道的二阶统计量以慢得多的速率变化。因此，与PMI和CQI相比，能够以极度低的频率发送该额外的反馈。

图4示出根据本公开的一些示例的在UE和eNodeB之间传输信号4000的流程图。在操作4010，eNodeB发送波束成形的参考信号。移动设备计算PMI和CQI。在操作4020，UE将PMI和CQI发送给eNodeB。在操作4030，UE将量化的协方差矩阵发送给eNodeB以重构信道。在一些示例中，操作4030可在各个时间发生(例如，不一定在计算和发送PMI和CQI之后立即发生)。

在eNODEB处的信道重构

eNodeB重构在初始的M维空间中的信道：

现在参见图5，根据本公开的一些示例示出波束成形到UE的参考信号的方法5000的流程图。在操作5010，计算最佳信号子空间。这可以基于由UE发送的在先参考信号。在操作5020，参考信号被波束成形到最佳信号子空间。在操作5030，从UE反馈到最佳子空间的投影信道。在操作5040，该反馈信息被eNodeB使用以变换码本，并且利用接收到的投影信道的信道方向排列码字。在操作5050，码本和码字被使用以发送给UE。

现在参见图6，示出根据本公开的一些示例的eNodeB 6010和UE 6060的示意框图。eNodeB 6010包括信号子空间计算模块6020，其确定包含小区中的活动UE的最佳信号子空间。eNodeB 6010包括参考信号输出模块6030，其配置成将波束成形的参考信号发送到最佳信号子空间。eNodeB 6010包括上行链路接收模块6040，其配置成从小区中的一个或多个活动UE接收到最佳信号子空间的投影信道。eNodeB还包括变换模块6050，其配置成变换码本，并且利用接收到的投影信道的信道方向排列码字。

UE 6060可包括参考信号接收模块6070，其配置成接收从eNodeB发送的波束成形的参考信号。UE 6060可包括估计模块6080，其配置成估计投影信道系数和方向。UE 6060还可包括变换模块6090，其配置成利用投影信道系数和方向的协方差矩阵来变换码本。UE 6060还可包括量化模块6100，其配置成量化投影信道方向。UE 6060还可包括反馈模块6110，其配置成基于协方差矩阵来计算预编码矩阵指示和信道质量指示，以及将预编码矩阵指示和从协方差矩阵计算出的量化协方差矩阵发送给eNodeB。

UE 6060和eNodeB 6010可包括未示出的其它模块以提供另外的功能。此外，图6中所示的模块是示例的，可提供另外的功能。另外，受益于申请人的公开内容的本领域普通技术人员将会理解可不同于关于图6所示和描述地组织各个模块的功能。

尽管本文利用LTE系统的实践以示例方式示出了实施例，但是，受益于申请人的公开内容的本领域普通技术人员会注意到该技术对于在MIMO情况下利用信道状态反馈的其它先进无线系统的适用性。其它示例系统可包括电气和电子工程师(IEEE)802.11标准(例如802.11n-2009或802.1lac)，IEEE 802.16(Wi-Max)，蓝牙等。

机器示例

图7示出可在其上进行本文论述的任意一种或多种技术(例如，方法)的示例性机器7000的方框图。例如，机器可配置成实现图6的模块或者图1和5中所示的方法。在可选择的实施例中，机器7000可作为单机工作，或者可连接(例如，连网)到其它机器。在连网部署中，机器7000可作为服务器-客户端网络环境中的服务器机器和/或客户端机器。在示例中，机器7000可充当点对点(P2P)(或其它分布式)网络环境中的对等机器。机器7000可以是个人计算机(PC)、平板PC、机顶盒(STB)、个人数字助手(PDA)、移动电话机(例如，UE)、web设备、网络路由器、交换机或桥接器、eNodeB或者能够执行由所述机器采取的指定动作的指令(顺序的或者别的方式)的任何机器。此外，尽管只示出了一个机器，但是术语“机器”还应被理解成包括机器的任意集合，其中该机器单独或者联合地执行一组(或多组)指令，以执行本文讨论的任意一种或多种方法，例如云计算、软件即服务(SaaS)、其它计算机集群结构。

如本文所述，示例可包括逻辑或多个组件、模块或机构，或者在该逻辑或多个组件、模块或机构上操作。模块是能够进行指定操作的有形实体(例如，硬件)，并且可按某种方式配置或布置。在示例中，电路可按指定方式布置(例如，在内部，或者相对于诸如其它电路的外部实体)成模块。在示例中，一个或多个计算机系统(例如，单机、客户端或服务器计算机系统)或者一个或多个硬件处理器的整体或部分可由固件或软件(例如，指令，应用程序部分或者应用程序)配置成执行指定操作的模块。在示例中，软件可驻留在机器可读介质上。在示例中，当软件由模块的底层硬件执行时，该软件使硬件执行指定的操作。

因而，术语“模块”被理解成包含有形实体，其是物理构成的、特别配置的(例如，硬连线)或者临时(例如瞬间)配置的(例如，编程)以按指定方式操作或者执行本文描述的部分或所有任意操作的实体。考虑模块被临时配置的示例，各个模块不必在任何一个时刻都被示出。例如，在模块包含利用软件配置的通用硬件处理器的情况下，通用硬件处理器可在不同时间，被配置成相应的不同模块。因而，软件可相应地配置硬件处理器，以在一个示例性时刻构成特定模块，并且在不同的示例性时刻构成不同的模块。

机器(例如，计算机系统)7000可包括硬件处理器7002(例如，中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)、硬件处理器核芯或者它们的任意组合)、主存储器7004和静态存储器7006，它们中的一些或全部可通过互连链路(例如，总线)7008相互通信。机器7000还可包括显示单元7010、字母数字输入设备7012(例如，键盘)和用户界面(UI)导航设备7014(例如，鼠标)。在示例中，显示单元7010、输入设备7012和UI导航设备7014可以是触摸屏显示器。机器7000另外可包括存储设备(例如，驱动单元)7016、信号发生设备7018(例如，扬声器)、网络接口设备7020、和一个或多个传感器7021，例如全球定位系统(GPS)传感器、指南针、加速计或者其它传感器。机器7000可包括输出控制器7028，例如串行(例如，通用串行总线(USB)、并行或其它有线或无线(例如红外(IR)，近场通信(NFC)等)连接，以与一个或多个外围设备(例如，打印机、读卡器等)通信，或者控制该一个或多个外围设备。

存储设备7016可包括机器可读介质7022，其上存储有一组或多组数据结构或指令7024(例如，软件)，该数据结构或指令7024实施本文描述的任意一种或多种技术或功能或由该技术或功能利用。在由机器7000执行指令7024期间，该指令7024也可完全或至少部分驻留在主存储器7004内，驻留在静态存储器7006内，或者驻留在硬件处理器7002内。在示例中，硬件处理器7002、主存储器7004、静态存储器7006或存储设备7016之一或任意组合可构成机器可读介质。

尽管机器可读介质7022被例示成单一介质，不过，术语“机器可读介质”可包括配置成保存一个或多个指令7024的单一介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库，和/或相关的高速缓存和服务器)。

术语“机器可读介质”可包括能够保存、编码或承载由机器7000执行的指令，并且使机器7000实现本公开的任意一种或多种技术，或者能够保存、编码或承载由所述指令使用或者与所述指令相关的数据结构的任意介质。非限制性机器可读介质示例可包括固态存储器以及光和磁介质。机器可读介质的具体示例包括：非易失性存储器，例如半导体存储器件(例如，电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM))和闪存设备；磁盘，例如内部硬盘和可拆卸磁盘；磁光盘；随机存取存储器(RAM)；及CD-ROM和DVD-ROM光盘。在一些示例中，机器可读介质可包括非临时性机器可读介质。在一些示例中，机器可读介质可包括不是短暂传播信号的机器可读介质。

指令7024还可利用许多传输协议(例如，帧中继、网际协议(IP)、传输控制协议(TCP)、用户数据报协议(UDP)、超文本传输协议(HTTP)等)中任意之一，经网络接口设备7020通过使用传输介质的通信网络7026进行发送和接收。示例性通信网络可包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)、分组数据网络(例如，因特网)、移动电话网络(例如，蜂窝网络)，普通老式电话(POTS)网络和无线数据网络(例如，称为的电气和电子工程师协会(IEEE)802.11族标准，称为的IEEE802.16族标准)，IEEE 802.15.4族标准，点对点(P2P)网络等。在示例中，网络接口设备7020可包括：一个或多个物理插口(例如，以太网、同轴或电话插口)，或者一个或多个天线以连接到通信网络7026。在示例中，网络接口设备7020可包括多个天线，以利用单输入多输出(SIMO)、多输入多输出(MIMO)或多输入单输出(MISO)技术中的至少一种进行无线通信。术语“传输介质”应被理解成包括能够保存、编码或承载由机器7000执行的指令的任何无形介质，并且包括数字或模拟通信信号，或者便利这种软件的通信的其它无形介质。

示例

下面是附加的示例。

例1包括减小信道估计开销的主题(例如，执行操作的方法、装置和包括指令的机器可读介质)，包括：在形成小区的eNodeB：确定包含小区中的活动UE的最佳信号子空间；将波束成形的参考信号发送给最佳信号子空间；从小区中的活动UE中的至少一个活动UE接收到最佳信号子空间的投影信道；以及变换码本，并且利用接收到的投影信道的信道方向排列码字。

在例2中，如例1的主题可选地包括：其中发送参考信号包括发送信道状态信息参考信号。

在例3中，如例1-2中的任意一个或多个的主题可选地包括：其中发送参考信号和接收投影信道是利用正交频分复用协议完成的。

在例4中，如例1-3中的任意一个或多个的主题可选地包括：其中最佳信号子空间具有小于全信号子空间的维度。

在例5中，如例1-4中的任意一个或多个的主题可选地包括：其中发送参考信号包括将参考信号发送给小区中的活动UE。

在例6中，如例1-5中的任意一个或多个的主题可选地包括：通过扫描与最佳信号子空间正交的方向来确定最佳信号子空间中的变化。

在例7中，如例1-6中的任意一个或多个的主题可选地包括：其中确定最佳信号子空间包括在训练阶段结束时估计信道协方差矩阵。

例8包括或可选地与例1-7任意之一的主题结合，以包括主题(例如装置、设备或机器，例如eNodeB)，其中该主题包括：信号子空间计算模块，其配置成：确定包含小区中的活动UE的最佳信号子空间；参考信号输出模块，其配置成：将波束成形的参考信号发送给最佳信号子空间；上行链路接收模块，其配置成：从小区中的活动UE中的至少一个活动UE接收到最佳信号子空间的投影信道；以及变换模块，其配置成：变换码本，并且利用接收到的投影信道的信道方向排列码字。

在例9中，如例1-8中的任意一个或多个的主题可选地包括：其中参考信号输出模块配置成通过至少被配置成发送信道状态信息参考信号来发送参考信号。

在例10中，如例1-9中的任意一个或多个的主题可选地包括：其中参考信号输出模块配置成至少利用正交频分复用协议来发送参考信号。

在例11中，如例1-10中的任意一个或多个的主题可选地包括：其中最佳信号子空间具有小于全信号子空间的维度。

在例12中，如例1-11中的任意一个或多个的主题可选地包括：其中参考信号输出模块配置成通过至少被配置成将参考信号发送给小区中的活动UE来发送参考信号。

在例13中，如例1-12中的任意一个或多个的主题可选地包括：其中最佳子空间计算模块配置成通过扫描与最佳信号子空间正交的方向来确定最佳信号子空间中的变化。

在例14中，如例1-13中的任意一个或多个的主题可选地包括：其中最佳子空间计算模块配置成通过至少被配置成在训练阶段结束时估计信道协方差矩阵来确定最佳信号子空间。

例15包括或可选地与例1-14任意之一的主题结合，以包括主题(例如装置、设备或机器，例如UE)，该主题包括：参考信号接收模块，其配置成接收从eNodeB发送的波束成形的参考信号；估计模块，其配置成估计投影信道系数和方向；变换模块，其配置成利用投影信道系数和方向的协方差矩阵来变换码本；量化模块，其配置成量化投影信道方向；反馈模块，其配置成：基于协方差矩阵来计算预编码矩阵指示和信道质量指示；以及将预编码矩阵指示和从协方差矩阵计算的量化协方差矩阵发送给eNodeB。

在例16中，如例1-15中的任意一个或多个的主题可选地包括：其中反馈模块配置成通过至少被配置成以下的方案来计算量化的协方差矩阵：通过协方差矩阵的元素的标量量化，基于协方差矩阵来计算量化的协方差矩阵。

在例17中，如例1-16中的任意一个或多个的主题可选地包括：其中反馈模块配置成通过至少被配置成只量化矩阵的上三角元素和下三角元素中的一个元素，基于协方差矩阵来计算量化的协方差矩阵。

例18包括或可选地与例1-17任意之一的主题结合，以包括主题(例如执行操作的方法、装置、包括指令的机器可读介质)，该主题包括：接收从eNodeB发送的波束成形的参考信号；估计投影信道系数和方向；利用投影信道系数和方向的协方差矩阵来变换码本；量化投影信道方向；基于协方差矩阵来计算预编码矩阵指示和信道质量指示；以及将预编码矩阵指示和从协方差矩阵计算出的量化的协方差矩阵发送给eNodeB。

在例19中，如例1-18中的任意一个或多个的主题可选地包括：接收从eNodeB发送的波束成形的参考信号；估计投影信道系数和方向；利用投影信道系数和方向的协方差矩阵来变换码本；量化投影信道方向；根据协方差矩阵来计算预编码矩阵指示和信道质量指示；以及将预编码矩阵指示和从协方差矩阵计算的量化的协方差矩阵发送给eNodeB。