基于小区专用参考信号的预编码方法及装置与流程

本公开的实施例总体上涉及无线通信领域，具体地，涉及基于小区专用参考信号的预编码方法及装置。

背景技术：

下一代移动蜂窝通信系统(即5G通信系统)的物理层需要在数据速率和延迟方面提供良好性能，同时降低成本和功耗。为了达到下一代移动蜂窝通信标准的千兆比特数据速率，一种选择是利用在毫米波频段可用的较大带宽。在毫米波频段工作时，无线信道具有一些不利的传播特性，包括较强的路径损耗、大气和雨水吸收、较低的障碍物周围的衍射以及穿透物体的能力等。为了克服这些不利传播特性，大规模天线阵列和窄波束被认为是数据传输的关键技术。

在4G LTE/LTE-A中，信道测量和下行控制信道的解调是基于非预编码的小区专用参考信号(CRS：Cell-Specific Reference Signal)，然而，由于上述毫米波信道的特性，继续使用这样的传输机制可能无法满足毫米波系统中对用户接收信干噪比(SINR)及小区边缘用户容量的需求。

技术实现要素：

本公开的实施例提出一种基于小区专用参考信号的预编码解决方案，以支持前向兼容LTE/LTE-A的毫米波系统的下行传输。

根据本公开的第一个方面，提供了一种基于小区专用参考信号的预编码方法，包括：对小区专用参考信号进行预编码；根据预定的准则，发送所述预编码的小区专用参考信号；以及基于针对所述预编码的小区专用参考信号而反馈的等价信道状态信息，对下行数据进行预 编码。

根据本公开的实施例，对小区专用参考信号进行预编码包括：针对不同的逻辑天线端口，对所述小区专用参考信号应用相应的波束赋形矢量。

根据本公开的实施例，根据预定的准则，发送所述预编码的小区专用参考信号包括：在一个波束扫描周期的不同时刻，逐个逻辑天线端口发送所述预编码的小区专用参考信号。

根据本公开的实施例，根据预定的准则，发送所述预编码的小区专用参考信号包括：在不同逻辑天线端口上同时发送所述预编码的小区专用参考信号。

根据本公开的实施例，根据预定的准则，发送所述预编码的小区专用参考信号包括：在一个波束扫描周期的不同时刻，分别在每组逻辑天线端口上发送所述预编码的小区专用参考信号。

根据本公开的实施例，该方法还包括：通过系统广播信令向用户设备发送与所述预定的准则相关的信息。

根据本公开的实施例，与所述预定的准则相关的信息至少包括：与所述小区专用参考信号传输相关的波束扫描周期、逻辑天线端口以及资源粒子映射相关信息。

根据本公开的实施例，基于针对所述预编码的小区专用参考信号而反馈的等价信道状态信息，对下行数据进行预编码包括：根据用户设备反馈的等价信道状态信息，选择信号最强的等价信道所对应的波束赋形矢量，并将其用于对下行数据进行预编码。

根据本公开的实施例，下行数据包括物理下行控制信道数据和/或物理下行共享信道数据。

根据本公开的第二个方面，提供了一种基于小区专用参考信号的预编码方法，包括：根据预定的准则，接收经过预编码的小区专用参考信号；估计与所述预编码的小区专用参考信号对应的等价信道；以及反馈所述等价信道的信道状态信息至基站，以使所述基站基于所述信道状态信息对下行数据进行预编码。

根据本公开的实施例，该方法还包括：通过系统广播信令接收与所述预定的准则相关的信息。

根据本公开的实施例，预定的准则相关的信息至少包括：与所述小区专用参考信号传输相关的波束扫描周期、逻辑天线端口以及资源粒子映射相关信息。

根据本公开的第三个方面，提供了一种基于小区专用参考信号的预编码装置，包括：第一预编码单元，被配置为对小区专用参考信号进行预编码；发送单元，被配置为根据预定的准则，发送所述预编码的小区专用参考信号；以及第二预编码单元，被配置为基于针对所述预编码的小区专用参考信号而反馈的等价信道状态信息，对下行数据进行预编码。

根据本公开的第四个方面，提供了基于小区专用参考信号的预编码装置，包括：接收单元，被配置为根据预定的准则，接收经过预编码的小区专用参考信号；信道估计单元，被配置为估计与所述预编码的小区专用参考信号对应的等价信道；以及反馈单元，被配置为反馈所述等价信道的信道状态信息至基站，以使所述基站基于所述信道状态信息对下行数据进行预编码。

本公开的实施例提出的基于小区专用参考信号的通信方案，能够支持前向兼容LTE/LTE-A的毫米波系统的下行传输，并大幅提高用户接收信号的质量以及系统容量。

附图说明

通过参考下列附图所给出的对非限制性实施例的详细描述，将更好地理解本公开的实施例，并且本公开的实施例的其他目的、细节、特点和优点将变得更明显。在附图中：

图1是示出根据本公开的一个实施例的系统中基于小区专用参考信号的预编码方法通信传输的流程示意图；

图2是示出根据本公开的一个实施例的基于小区专用参考信号的预编码方法流程图；

图3是示出根据本公开的另一个实施例的基于小区专用参考信号的预编码方法流程图；

图4是示出根据本公开的一个实施例的发送小区专用参考信号的示意图；

图5是示出根据本公开的另一个实施例的发送小区专用参考信号的示意图；

图6是示出根据本公开的又一个实施例的发送小区专用参考信号的示意图；

图7是示出根据本公开的一个实施例的基于小区专用参考信号的预编码装置图；以及

图8是示出根据本公开的另一个实施例的基于小区专用参考信号的预编码装置图。

具体实施方式

现将结合附图对本公开的实施例进行具体的描述。所附附图仅仅通过示例的方式示出了能够实现本公开的特定的实施例，示例的实施例并不旨在穷尽根据本公开的所有实施例。本领域的技术人员可以在不偏离本公开的实施例精神和保护范围的基础上从下述描述得到替代的实施方式，进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本公开的实施例的范围由所附的权利要求所限定。需要说明的是，尽管附图中以特定顺序描述了本公开的实施例中有关方法的步骤，但是这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果，相反，本文中所描述的步骤可以改变执行顺序。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。

在4G LTE/LTE-A中，对信号进行预编码操作通常是针对窄带数据传输，下行控制信道的解调是基于非预编码的小区专用参考信号，然而在毫米波系统中，由于如前所述的无线信道传播特性，过大的路 径损耗严重影响信号的可靠传输，控制信道的解调同样会受到极大影响。本公开的实施例提出多种基于经过预编码的参考信号的通信机制，该参考信号为小区专用参考信号，在系统整个带宽上被发送，以支持前向兼容LTE/LTE-A的毫米波系统的下行传输。本文中将该参考信号定义为通用小区专用参考信号(GCRS：General Cell-Specific Reference Signal)。

在本公开的实施例中，信道测量和物理下行控制信道(PDCCH：Physical Downlink Control Channel)或甚至数据部分的解调是基于GCRS，并且用于PDCCH信道估计和解调的新设计的GCRS是被一系列波束赋形矢量预编码的，在不同GCRS端口的波束赋形矢量不同。

另外，如上提及的，提出的GCRS传输机制并不限于用于下行控制信道传输，也支持基于宽带波束赋形的数据传输如物理下行共享信道(PDSCH：Physical Downlink Shared Channel)数据的传输。为了简化讨论，本公开主要集中讨论下行控制信道的传输，同时忽略详细的在资源块上的GCRS映射，主要讨论控制信道上GCRS的复用形式。

图1示出了根据本公开的一个实施例的系统中基于小区专用参考信号的预编码方法通信传输的流程示意图。系统中包括基站和多个用户设备，这里的基站和用户设备应当被理解为泛指无线通信系统中的用户侧移动终端设备和网络侧基站(或无线接入节点)设备。下面对图1示出本公开的一个实施例进行说明。

在步骤S101，基站对小区专用参考信号GCRS进行预编码。与LTE或LTE-A系统中在天线端口上直接发送参考信号不同，在该步骤中，基站预先确定能够覆盖整个小区的波束赋形矢量，并将其应用于GCRS，在不同逻辑天线端口的波束赋形矢量不同。

在步骤S102，根据预定的准则，基站发送预编码的小区专用参考信号GCRS。在根据本公开的实施例的GCRS传输中，每个逻辑天线端口的GCRS被波束赋形矢量波束成形，本公开的实施例提出了多种波束发送方式，在不同逻辑天线端口的对应的资源上发送经过预编码的GCRS。具体参见下文描述。

在步骤S103，用户设备估计等价信道。在一个实施例中，基站向用户设备发送经过预编码的GCRS，即采用了上述的波束赋形矢量的GCRS，等价信道即是预编码后的信道。

基于接收到的预编码的小区专用参考信号GCRS，用户设备可以采用传统方法进行等价信道估计，例如传统的最小均方误差(MMSE)信道估计器、最小二乘法信道估计器(LS)等，在此不再赘述。本领域技术人员应该理解的是估计等价信道也可以用其它任何合适的信道估计器来实现。

在步骤S104，用户设备向基站反馈等价信道状态信息(CSI：Channel State Information)。在一个实施例中，信道状态信息的反馈可以采用传统方式，例如反馈信道质量指示(CQI)等。

在步骤S105，基站对下行数据进行预编码。在一个实施例中，基于来自用户设备的等价信道状态信息，基站将知道哪个波束信号对该用户设备是最强的，并进一步使用相应的波束赋形矢量对下行数据进行预编码。

在步骤S106，基站发送预编码的下行数据。在一个实施例中，基站发送经过预编码的下行数据，由于该预编码信息是基于用户设备的反馈，因而用户设备能够更准确的接收和解调下行数据。

图2示出了根据本公开的一个实施例的基于小区专用参考信号的预编码方法流程图。

在步骤S201，对小区专用参考信号进行预编码。根据本公开的一个实施例，在该步骤中，预先确定能够覆盖整个小区的波束赋形矢量，针对不同的逻辑天线端口，对所述小区专用参考信号应用相应的波束赋形矢量。

在步骤S202，根据预定的准则，发送预编码的小区专用参考信号。在该步骤中，根据预定的准则，可以采用多种方式发送预编码的小区专用参考信号，根据本公开的一个实施例，在一个波束扫描周期的不同时刻，逐个逻辑天线端口发送预编码的小区专用参考信号。根据本公开的另一个实施例，在不同逻辑天线端口上同时发送预编码的小区 专用参考信号。根据本公开的又一个实施例，在一个波束扫描周期的不同时刻，分别在每组逻辑天线端口上发送预编码的小区专用参考信号。

另外，通过系统广播信令向用户设备发送与预定的准则相关的信息，在本公开的一个实施例中，这些信息包括与小区专用参考信号传输相关的波束扫描周期、逻辑天线端口、资源粒子映射等相关信息。

在步骤S203中，基于针对所述预编码的小区专用参考信号而反馈的等价信道状态信息，对下行数据进行预编码。在该步骤中，根据用户设备反馈的等价信道状态信息，选择信号最强的等价信道所对应的波束赋形矢量，并将其用于对下行数据如控制信道信息等进行预编码。

图3示出了根据本公开的另一个实施例的基于小区专用参考信号的预编码方法流程图。

在步骤S301中，根据预定的准则，接收经过预编码的小区专用参考信号。接收的经过预编码的小区专用参考信号将用于进行信道估计。根据本公开的一个实施例，还通过系统广播信令接收与所述预定的准则相关的信息，这些信息包括与小区专用参考信号传输相关的波束扫描周期、逻辑天线端口、资源粒子映射等相关信息。

在步骤S302中，估计与所述预编码的小区专用参考信号对应的等价信道。如前所述，本公开的实施例中，进行信道估计可以采用传统方法。

在步骤S303中，反馈所述等价信道的信道状态信息至基站，以使所述基站基于所述信道状态信息对下行数据进行预编码。在用户侧，用户设备接收预编码的小区专用参考信号，估计等价信道并反馈信道状态信息到基站。波束赋形矢量对用户设备来说是透明的，其估计预编码的信道为等价信道，并用于进一步的下行数据解调。

为了更清楚地描述本公开的实施例的技术方案，下面结合多个不同具体实施例对上述的系统中基于小区专用参考信号的预编码方法通信传输的流程进行说明，描述所需要的操作步骤。为了简单起见， 以下讨论中，主要以单个用户为例，本领域技术人员应该理解的是系统中的Q个用户都采用类似操作，并且本公开的实施例的技术方案并不局限于特定的用户数量或特定的OFDM符号个数。

以下具体实施例中以LTE/LTE-A通信系统为示例，包括基站eNB和Q个用户设备UE q(1≤q≤Q)。假定基站具有N_Tx根发射天线，并为GCRS传输配置N个逻辑天线端口p；系统子载波数目为其中为下行链路资源块(RB：Resource Block)数目，为每个RB中的子载波数目，在一个下行时隙T_slot中，包含个OFDM符号；(k,l)表示频域序号k和时域序号l的资源粒子(RE：Resource Element)，其中

本公开的实施例忽略资源块大小的具体设计，例如在一个实施例中假设资源块由个OFDM符号和个子载波组成。另外，假设在系统PDCCH信道中，多个UE的PDCCH没有在无线资源上空间复用，也即，在一个PDCCH时频块上，只有一个UE的控制信令被发送。

图4示出了根据本公开的一个实施例的发送小区专用参考信号的示意图。下面将结合上面所描述的基于小区专用参考信号的预编码方法，对该实施例进行详细说明。

在该实施例中，在一个波束扫描周期内，在不同的信道检测时间点例如时隙，相应的GCRS由不同波束矢量加权，eNB在每个时间点在某一个端口上发送经过预编码的GCRS。该实施例中波束扫描周期t_N与用于GCRS波束的端口数目N相对应，即N个发送波束时刻(如下行时隙)为一个波束扫描周期。

eNB对第i逻辑天线端口p_i的GCRS信号S_i采用波束赋形矢量w_i，其中因此，在天线j上端口p_i的相应资源上发送的预编码GCRS信号为

并且，eNB在一个波束扫描周期的相应第i时刻t_i发送

为了确定波束赋形矢量，根据本公开的一个实施例，例如可以采 用在LTE/LTE-A码本设计中使用的码本，如考虑基于DFT的码本其中N_Tx是发射天线数目，N是波束/端口数目。当然，也可以设计其他码本。

在接收端，例如对于UE q，在第i逻辑天线端口p_i上接收到的信号为

那么，UE q在逻辑天线端口p_i上测量的等价信道为

其中

UE q测量N个等价信道，并将不同逻辑天线端口的等价信道的CSI反馈给eNB。根据UE q的反馈，eNB将知道哪个波束信号最强，也即是对它的传输最好的，并进一步使用对应的波束赋形矢量对下行数据预编码，例如应用该矢量到PDCCH数据上，并发射经过预编码的PDCCH。

在本公开的实施例中，根据UE的反馈，eNB发射相应的PDCCH，从而UE能够更准确的接收和解码控制信息。同时，在与UE相应的预编码被更新之前，eNB对PDCCH的传输使用先前确定的预编码。

值得注意的是，为了UE能够进行信道检测和信号解调，在系统配置中应该对GCRS的传输相关参数提前配置，并信令发送给UE。可以采用的方式例如与LTE/LTE-A的CSI-RS配置类似，系统配置波束的逻辑GCRS端口数目和相应的资源映射。考虑到GCRS被用于PDCCH传输，这种配置应该通过广播系统信令被信令传输，如LTE/LTE-A系统中的主信息块(MIB：Master Information Block)。另外，其他参数如波束扫描的时间间隔也可以根据UE移动条件和在资源块上的RS的开销需求被灵活配置。详细的配置可在广播系统信息中与端口配置相结合。

根据本公开的实施例，eNB的预编码操作对UE是透明的。对UE的改变仅是在信道探测和PDCCH解码之前检测GCRS的配置。如上所描述，UE可以通过检测小区ID，在物理广播信道(PBCH)、物 理下行共享信道(PDSCH)接收系统配置的GCRS传输相关配置，如与波束扫描周期、逻辑天线端口、资源粒子映射等相关信息，以便正确接收经过预编码的GCRS。

在如图4所示的实施例中，一个波束扫描周期t_N内，用于不同端口的资源粒子的资源分配可以是相同的。eNB在每个时间点逐个端口发送GCRS波束，参考信号占用较少的资源粒子，在资源块上参考信号的开销相对较小，然而对于多天线系统，不利之处在于扫描时间较长。

图5示出了根据本公开的另一个实施例的发送小区专用参考信号的示意图。在该实施例中，小区假设是被扇区化的波束覆盖，每个波束映射到不同逻辑天线端口。在传输时间间隔中的所有波束被几乎一起发射，占用不同的资源粒子。

用于GCRS波束扫描的数目应小于或等于毫米波规范支持的最大逻辑天线端口数，在该实施例中假设用于GCRS波束的端口数目N＝16。如图5所示，在每个波束发送时刻如每个下行时隙，所有16个波束被同时发射。

在该实施例中，基于预编码的GCRS的通信传输方法与上面所讨论的类似，eNB对第i逻辑天线端口p_i的GCRS信号S_i采用波束赋形矢量w_i，UE q在第i逻辑天线端口p_i上检测的等价信道仍然是其中UE q测量N个等价信道，并将不同逻辑天线端口的等价信道的CSI反馈给eNB。根据UE q的反馈，eNB进一步选择波束赋形矢量对下行数据预编码。

不同之处在于，UE能够在每个时隙测量所有逻辑天线端口的信道，而不是如图4所示实施例中的在N个时隙测量且一个时隙测量一个端口。然而，该实施例的成本是相比于图4所示实施例在资源块上占用的资源粒子提高了N倍。另外，在OFDM符号中用于GCRS传输的功耗应该得到考虑，尤其是当用于GCRS信令传输的功率提升，这将会导致在UE侧接收的SINR降低。因此，需要考虑在OFDM符号上发射的GCRS的数目。

图6示出了根据本公开的另一个实施例的发送小区专用参考信号的示意图。在该实施例中，将小区分为多个扇区片，波束扫描进一步用于每个扇区片内。如图6所示，假设用于GCRS波束的端口数目N＝16，首先固定4个扇区片，在4个下行时隙期间，4个波束在每个扇区片内被逐个扫描。在一个时隙里从小区的角度看，在不同扇区片上的4个GCRS波束被同时发送。

类似于该实施例的方案是一种平衡的机制，相比于图4所示的方案能够提高时间效率，相比于图5所示的方案能减轻资源占用和功耗。同时，为了缩短搜索时间，波束扫描模式可由搜索序列优化例如二进制搜索。

在该实施例的方案中，假设波束扫描划分N_sector个扇区片，每个扇区片内扫描波束为N_beam，也即用于GCRS波束的端口数目N＝N_sector×N_beam。波束赋形码本由两部分构成，一部分是扇区片码本，另一部分是波束扫描码本。扇区片码本表示为波束扫描码本表示为根据本公开的一个实施例，扇区片码本和波束扫描码本例如可以采用在LTE/LTE-A码本设计中使用的码本，如考虑基于DFT的码本。

该实施例中波束扫描周期与划分的波束扫描扇区片N_sector相对应，即N_sector个发送波束时刻(如下行时隙)为一个波束扫描周期。在波束扫描的下行时隙期间，第m个扇区片内第n波束的波束赋形矢量为

其中

eNB对第i逻辑天线端口p_i的GCRS信号S_i采用波束赋形矢量w_m，n，并将其通过N_Tx根天线发射，其中i＝m×n-1。

UE q在第i逻辑天线端口p_i上检测的等价信道为

其中

UE q测量N个等价信道，并将不同逻辑天线端口的等价信道的CSI反馈给eNB。根据UE q的反馈，eNB进一步选择波束赋形矢量 对下行数据预编码。

在该实施例中，扇区片和波束扫描序列可以分开和灵活组合，以便加快UE信道测量。如果支持多组合，如前所述，相应的配置可以在PDCCH解码之前以广播系统信息被信令传输。

图7示出了根据本公开的一个实施例的基于小区专用参考信号的预编码装置，该装置包括：第一预编码单元701，被配置为对小区专用参考信号进行预编码；发送单元702，被配置为根据预定的准则，发送预编码的小区专用参考信号；以及第二预编码单元703，被配置为基于针对预编码的小区专用参考信号而反馈的等价信道状态信息，对下行数据进行预编码。

根据本公开的一个实施例，第一预编码单元进一步被配置为：针对不同的逻辑天线端口，对小区专用参考信号应用相应的波束赋形矢量。

在一个实施例中，发送单元进一步被配置为：在一个波束扫描周期的不同时刻，逐个逻辑天线端口发送预编码的小区专用参考信号。在另一个实施例中，发送单元进一步被配置为：在不同逻辑天线端口上同时发送预编码的小区专用参考信号。在又一个实施例中，发送单元进一步被配置为：在一个波束扫描周期的不同时刻，分别在每组逻辑天线端口上发送预编码的小区专用参考信号。

根据本公开的一个实施例，发送单元进一步被配置为：通过系统广播信令向用户设备发送与预定的准则相关的信息，其中与预定的准则相关的信息包括与所述小区专用参考信号传输相关的波束扫描周期、逻辑天线端口以及资源粒子映射等相关信息。

根据本公开的一个实施例，第二预编码单元进一步被配置为：根据用户设备反馈的等价信道状态信息，选择信号最强的等价信道所对应的波束赋形矢量，并将其用于对下行数据进行预编码，该下行数据包括物理下行控制信道数据和/或物理下行共享信道数据。

图8示出了根据本公开的另一个实施例的基于小区专用参考信号的预编码装置，该装置包括：接收单元801，被配置为根据预定的准 则，接收经过预编码的小区专用参考信号；信道估计单元802，被配置为估计与预编码的小区专用参考信号对应的等价信道；以及反馈单元803，被配置为反馈等价信道的信道状态信息至基站，以使基站基于信道状态信息对下行数据进行预编码。

根据本公开的一个实施例，接收单元进一步被配置为通过系统广播信令接收与预定的准则相关的信息，这些信息包括与所述小区专用参考信号传输相关的波束扫描周期、逻辑天线端口以及资源粒子映射等相关信息。

本公开的实施例提出的基于小区专用参考信号的通信方案，通过对小区专用参考信号进行预编码，并根据信道反馈进而对下行数据进行预编码，能够支持前向兼容LTE/LTE-A的毫米波系统的下行传输，并能大幅提高用户接收信号的质量以及系统容量。

通过以上描述和相关附图中所给出的教导，这里所给出的本公开的许多修改形式和其它实施方式将被本公开相关领域的技术人员所意识到。因此，所要理解的是，本公开的实施方式并不局限于所公开的具体实施方式，并且修改形式和其它实施方式意在包括在本公开的范围之内。此外，虽然以上描述和相关附图在部件和/或功能的某些示例组合形式的背景下对示例实施方式进行了描述，但是应当意识到的是，可以由备选实施方式提供部件和/或功能的不同组合形式而并不背离本公开的范围。就这点而言，例如，与以上明确描述的有所不同的部件和/或功能的其它组合形式也被预期处于本公开的范围之内。虽然这里采用了具体术语，但是它们仅以一般且描述性的含义所使用而并非意在进行限制。