本申请要求2015年4月15日提交的美国临时专利申请no.62/148,089的权益。
本专利的领域是多天线无线通信系统。
本发明总体上涉及多入多出(mimo)无线通信网络或系统，更具体地说，用于基于部分地测量的信道状态信息(csi)计算模拟波束成形矩阵和基带预编码/检测矩阵的新颖方法以及用于实现该方法的装置和系统。
背景技术：
在[1]中首先介绍了大规模多入多出(mimo)或大型mimo系统，其中，每个基站(bs)装配有几十至几百个天线，以在相同时间-频率资源中通过多用户mimo(mu-mimo)同时服务于几十个用户。因此，它们可以实现比线性波束成形方法(例如迫零(zf)，其可以实现非常接近信道容量的性能)的传统mu-mimo系统显著更高的空间复用增益，并且已经引起来自学术界和工业界的极大兴趣([1]-[3])。此外，大规模mimo视为用于第5代(5g)无线通信系统的最有前途的技术之一，并且已经包括于最新第3代伙伴项目(3gpp)长期演进(lte)标准发行版13中([4])，其中，其称为全维(fd)mimo。
无论优点如何，对于将大规模mimo应用于实际系统，仍存在非常艰难的挑战。为了利用大型天线阵列的增益，采用下行链路作为示例，所有天线的信号首先在基带处受处理(例如，信道估计、预编码等)，然后在通过数模(d/a)转换器、混频器和功率放大器(即射频(rf)链)之后上转换到载波频率。rf链的输出然后与天线元件耦合。因此，其在下行链路中对于每预编码单元的zf预编码引入巨大的基带计算复杂度(例如o(ntk2))，其中，nt和k分别是bs处的天线的数量和每mu-mimo群组的用户的数量。此外，每个天线元件需要专用rf链，当nt非常大时实质上增加实现成本，并且需要混合信号分量的高功耗，这样对于数字基带预编码可能导致不切实际的高复杂度。另一方面，通过当前电路技术，成本有效可变移相器已经是可用的，这样使得可能应用仅高维相位rf或模拟处理([5]、[6])。归因于这些原因，混合波束成形(hb)([7]、[8])得以提出并且被认为是用于解决实际系统中的该问题的有前途的解决方案(例如最新lte发行版13([4]))，其中，全局波束成形分别分解为基带数字预编码/检测和rf模拟预编码/组合，从而基带处的信号维度(即rf链的数量)得以减少到比物理天线的数量远更小的数量。模拟预编码/组合又称为天线虚拟化([4])。图1中示出具有hb的bs发射机的架构。具体地说，第一级数字基带预编码2首先处理k×1个基带发送数据矢量s1，即，xbb＝wbbs，其中，wbb是nrf×k数字基带预编码矩阵，其中，nrf是rf链的数量，xbb是nrf×1基带预编码发送码元矢量3,，其中，是xbb中的第i元素。然后，在xbb传递通过这nrf个rf链4之后，应用第二级rf模拟预编码5，即，xrf＝wrfxbb，其中，wrf是nt×nrfrf模拟预编码矩阵6，其中，θji,i＝1,…,nrf,j＝1,…,nt是通常实际上由包括相移器7和求和器8的相移网络实现的wrf中的第{j，i}元素，xrf是nt×1发送rf码元矢量9，其中，是xrf中的第j元素。最后，nt个天线10发送xrf。相似地，图2中示出具有hb的bs接收机的架构。具体地说，设nt个天线接收到的并且在带通滤波器(bpf)和低噪声放大器(lna)11之后的nt×1rf码元矢量是yrf，其中，是yrf中的第j元素。首先，通过第一级rf模拟组合13处理yrf，即，ybb＝wrf,tyrf，其中，wrf是图1中的nt×nrfrf模拟组合矩阵，并且ybb是nrf个rf链接收到的nrf×1基带码元矢量，其中，是ybb中的第i元素。然后，应用数字基带检测15，即，其中，gbb是k×nrf数字基带检测矩阵，并且是k×1基带检测码元矢量。除了传统微波商用通信系统之外，hb也已经被认为是用于具有大型天线阵列的毫米波(mm-wave)通信系统的最有前途的波束成形方法([7]、[8])。
关于下行链路传输，在[9]-[11]中提出现有的三种hb方法。在[9]中，首先基于完整csi计算每个用户的信道矢量的波束空间或掩蔽(即离散傅立叶变换(dft)矩阵中的若干矢量)。mu-mimo群组的模拟预编码矩阵包括所有k个用户的波束空间。在[10]中，推导具有部分csi的用于单用户mimo(su-mimo)的迭代hb方法。在[11]中，mu-mimo信道矩阵的相位分量用作模拟预编码矩阵。然而，所有这些方法面临两个以下问题中的至少一个：
1)完整csi(即每个天线的信道系数)假设为在基带处可用于计算模拟预编码矩阵，这对于具有有限数量的rf链的实际系统是不实际的。然而，如果发送上行链路侦听基准信号(srs)的用户测量csi，则归因于hb系统中的有限数量的rf链，完整csi是不可用的。如果下行链路csi-rs测量csi，则因为大量天线，所以导频开销实质上是巨大的。此外，所测量的csi必须在反馈到bs之前被量化。因此，完整csi不可用于实际系统。
2)基于单个mu-mimo群组中的用户的csi推导模拟预编码矩阵。然而，对于实际的基于ofdm的系统(例如lte/lte-a)，由于在一个ofdm码元中调度多个mu-mimo群组，因此这些算法遭受大的性能损失，因为它们仅适合于单个mu-mimo群组。
出于这些原因，该专利提供设计为克服现有技术的这些短处的hb方法和装置。所提出的方法首先基于部分csi中所包含的主角度信息构造用于每个用户的子空间。然后，通过系统中的所有用户的子空间推导统一模拟波束成形矩阵。最后，采用基带波束成形。
附图说明
作为当结合附图时本发明的各个方面的以下详细描述的结果，将更清楚地理解本发明的前述实现方式以及附加实现方式。贯穿附图的若干视图，相同标号指代对应部分。
图1示出具有全局模拟预编码的bs的发射机架构。
图2示出具有全局模拟组合的bs的接收机架构。
图3示出具有部分模拟预编码的示例的bs的发射机架构。
图4示出具有部分模拟组合的示例的bs的接收机架构。
图5示出具有单极化天线的平面天线阵列。
图6示出具有交叉极化天线的平面天线阵列。
图7示出通过本专利中的方法i获得下行链路中的模拟预编码矩阵和上行链路中的模拟组合矩阵的处理。
图8示出通过本专利中的方法ii获得下行链路中的模拟预编码矩阵和上行链路中的模拟组合矩阵的处理。
图9示出将应用于估计用于第kue的下行链路基带有效信道的处理。
图10示出将应用于估计用于第kue的上行链路基带有效信道的处理。
具体实施方式
现将参照附图，其中，相同标号通篇指代相同部分。现在可以描述本发明示例性实施例。示例性实施例得以提供以示出本发明的各方面，并且不应理解为限制本发明的范围。当参照框图或流程图描述示例性实施例时，每个块可以表示方法步骤或用于执行方法步骤的装置元件。取决于实现方式，可以在硬件、软件、固件或其组合中配置对应装置元件。下文中，导频信号可以表示一个天线为了估计发送天线与一个或多个接收天线之间的信道所发送的信号。其可以又称为基准信号、信道估计信号或测试信号。
考虑mu-mimo无线通信系统，其中，bs具有用于发送并且接收的nt个天线。假设需要在下一时间段中受服务的所有用户装备(ue)包括集合φ，其中，φ的基数是nue＝|φ|。对于基于正交频分复用(ofdm)的系统，通过mu-mimo技术在相同时间-频率资源上复用k个单天线ue，其中，时间-频率资源组织为时域中的多个连续ofdm码元乘以频域中的多个子载波(例如lte/lte-a系统中的一个至若干资源块(rb))。虽然该专利中的描述关注于单天线ue情况，但它们可以直接通用于多天线ue情况。设nrf表示bs处的rf链的数量，考虑资源元素(re)(即频域中的单个子载波处的时域中的ofdm码元)，关于下行链路传输，mu-mimo预编码可以写为：
其中，w是具有维度nt×k的有效全局预编码矩阵，是具有维度nt×nrf的rf处的模拟预编码矩阵，wbb是具有维度nrf×k的基带预编码矩阵，xrf是具有维度nt×1的物理天线端口处所发送的信号矢量，s是具有维度k×1(即，一个用于每个ue)的基带处的所发送的信号矢量，xbb是具有维度nrf×1的从基带发送到rf的信号矢量。
相似地，在解调之前的上行链路信号检测可以公式化为：
其中，g是具有维度k×nt的有效全局检测矩阵，是具有维度nrf×nt的rf处的模拟组合矩阵，gbb是具有维度k×nrf的基带检测矩阵，yrf是具有维度nt×1的物理天线端口处的接收到的信号矢量，ybb是具有维度nrf×1的从rf传递到bs的基带的信号矢量，是具有维度k×1(即，一个用于每个ue)的k个ue的所检测的信号矢量。
注意，在(1.1)和(1.2)中，在基带处在频域中应用矩阵wbb和gbb，这说明，它们对于每个子载波可以是不同的，而在rf处在时域中应用或这说明，其在整个频带中保持恒定。因此，需要或关于频域中的不同子载波变化的模拟预编码/组合方法不是可实现的。
对于下行链路传输，当bs完成调度和ue分组时，其需要基于从基带看见的每个re上的mu-mimo群组的信道矩阵计算用于每个re的基带预编码矩阵，即，其定义为：
其中，hdl是下行链路中从bs的所有物理天线到mu-mimo群组中的k个ue的mu-mimo信道矩阵。注意，为了简明并且清楚，忽略re索引，因为其不影响该专利的应用。因此，bs需要首先计算用于待在下一时间段中受服务的ue的唯一模拟预编码矩阵然后基于受测量。
对于上行链路传输，当bs完成调度和ue分组时，其需要计算用于这些ue的模拟组合矩阵从而用于信号检测的在基带处看见的信道矩阵是：
其中，hul是上行链路中从bs的所有物理天线到mu-mimo群组中的k个ue的mu-mimo信道矩阵。注意，为了简明并且清楚，忽略re索引，因为其不影响该专利的应用。因此，bs需要首先计算用于待在下一时间段中受服务的ue的唯一模拟预编码矩阵然后基于受测量。
对于图1中的模拟预编码网络和图2所示的模拟组合网络，或的每个元素可以选取为任何恒定幅度复数，这称为全局模拟波束成形(gab)，即，在上行链路中，每个rf链的信号是来自所有天线的信号的加权之和，而下行链路中，每个天线处所发送的信号是来自所有rf链的信号的加权之和。
如果除了或的元素的部分对于模拟预编码网络或模拟组合网络是非零恒定幅度复数，其余元素全为零，则这称为部分模拟波束成形(pab)，即，在上行链路中，每个rf链的信号是来自天线的部分的信号的加权之和，而在下行链路中，每个天线处所发送的信号是来自天线的部分的信号的加权之和。具体地说，在图3和图4中，提出特定pab示例，其中，每个rf链连接到nrfa个不同天线端口，从而nt＝nrfanrf。
对于bs侧处的天线阵列，在图5中示出一个实施例，其中，nt个单极化天线17放置为具有水平维度中针对波长具有空间dh的每行nh个天线以及垂直维度中针对波长具有空间dv的每列nv个天线的平面阵列。首先沿着水平维度然后沿着垂直维度对天线进行索引。在图6中示出另一实施例，其中，nt个天线是交叉极化天线18，而非图5中所采用的单极化天线。
为了计算用于所服务的nue个ue的或bs需要构造用于bs天线阵列与每个ue之间的信道矢量的子空间。两种方法可以用于实现该处理。
方法i：第一方法适合于频分双工(fdd)系统和时分双工(tdd)系统二者，其中，每个ue首先在特定上行链路信道(例如lte/lte-a中的侦听基准信号(srs)信道)中发送导频或基准信号(rs)。然后，bs使用模拟组合矩阵以组合所有天线的接收到的信号，并且将所组合的信号传递到基带，以基于rs估计所估计的部分信道矢量中所包含的主空间角度和对应增益。通过这些角度信息和对应增益，bs将用于每个ue的子空间构造为vk。最后，通过vk,k＝1,…,nue构造和
以下提供在方法i的情况下关于gab的该专利的实施例。采用图5作为示例。在bs侧，在通过用于rs的模拟组合矩阵组合之后，接收到的信号传递到基带。设rrf(t)和rbb(t)表示在时间时刻t在物理天线处的接收到的导频信号以及在组合并且传递到基带之后的信号，则它们的关系写为：
的不同结构表示rf处的不同天线虚拟化方法或模拟组合网络。对于gab，预留来自任何行或多行的叠加的天线的接收到的信号，以用于水平维度。相似方法应用于天线阵列的列，以用于垂直维度。通过假设nh+nv≤nrf，的选取的两个典型实施例是：
以及
其中，ek,k＝1,…,nv表示具有除了第k行的第一元素上的一个1之外全0的nv×nh矩阵，ak,k＝1,…,nv表示具有除了第k行上的全1之外的全0的nv×nh矩阵，并且0是具有全0的(nrf-nv-nh)×nh矩阵。注意，如果不能满足条件nh+nv≤nrf，则天线处的信号可以进一步分别在水平和垂直维度中受下采样，即，来自天线的行和列的部分的信号传递到基带。通过rbb(t)，在一系列基带处理(即a/d、循环前缀(cp)移除、快速傅立叶变换(fft)等)之后，信号用于通过例如[12]中的方法估计所采样的天线上的信道。设nh×1矢量和nv×1矢量分别表示水平和垂直维度中的导频子载波上的第k用户的所估计的信道矢量的两个集合，其中，nrs是用于导频信号的子载波的数量。于是，用于表示水平维度中的第k用户的信道的第一主导向矢量估计为：
其中，
以及
相似地，用于表示垂直维度中的第k用户的信道的第一主导向矢量估计为：
其中，
以及
接下来，nh×nh酉矩阵通过构造为：
其用于在水平方向上搜索信道矢量的其它方向。相似地，通过与水平维度相同的方法通过构造nv×nv酉矩阵作为设并且dhor是包括的对角元素的矢量，其中，dhor的每个元素对应于中的不同列矢量，于是通过dhor中的dhor个最大值构造dhor×1矢量接下来，通过对应于中的值的中的矢量构造矩阵显然，在水平方向上包括具有信道矢量的dhor个最大能量的正交方向。水平维度中的第k用户的最终所估计的子空间可以构造为：
其中，diag(d)表示具有来自d的对角元素的对角矩阵，并且的维度是nh×dhor。垂直维度中的第k用户的子空间可以相似地构造为具有nv×dver的维度的最后，第k用户的信道矢量的子空间构造为：
注意，如果图5中的天线索引化顺序改变为首先垂直维度然后水平维度，则(1.16)改变为
以下提供在方法i的情况下关于pab的该专利的实施例。仍采用图5中的天线阵列作为示例，每列的每个nrfa个相继天线的信号加权组合并且传递到rf链(即沿着垂直维度的天线虚拟化)，这说明，nrfnrfa＝nt并且是整数。对于接收到的基准信号，选取的一个实施例，从而来自第一行的每个天线的信号传递到基带。此外，来自第一列中的每个nrfa个相继天线之一的信号传递到基带。如果所连接的天线的总数量的数量小于nrf，则天线的选取也可以是任何其它行和列或多行和多列。注意，第一列中的所选择的个天线的空间可以是非均匀的，并且它们相对于第一天线的间隔针对波长是因此，来自个天线的信号传递到基带，其中，前nh个信号用于估计水平维度上的信道，而来自第一列的个信号用于估计垂直维度上的信道。当这些信号传递到基带时，在一系列基带处理(即a/d、cp移除、fft等)之后，信号用于通过例如[12]中的方法估计所选择的天线上的信道。设nh×1矢量和矢量分别表示水平和垂直维度中的导频子载波上的第k用户的所估计的信道矢量的两个集合，其中，nrs是用于导频信号的子载波的数量。于是，用于表示水平维度中的第k用户的信道的第一主导向矢量通过(1.8)-(1.10)估计为相似地，用于表示垂直维度中的第k用户的信道的第一主导向矢量通过(1.11)和(1.12)估计为其中，(1.11)中的导向矢量替换为：
接下来，如(1.14)中通过构造nh×nh酉矩阵并且如(1.15)中构造水平维度中的子空间最后，第k用户的信道矢量的子空间构造为：
其中，注意，如果图5中的天线索引化顺序改变为首先垂直维度然后水平维度，则(1.18)改变为
以下提供在方法i的情况下关于pab的该专利的实施例。仍采用图5中的天线阵列作为示例，每列的每个nrfa个天线(即天线群组)的信号加权组合并且连接到rf链。此外，在两个相邻天线群组中包含多于一个的天线(即，相邻两个群组部分地重叠)，这说明，连接到天线的一个列的rf链的数量满足对于接收到的基准信号，选取的一个实施例，从而来自第一行的每个天线的信号传递到基带。此外，来自第一列中的个天线群组中的个不同天线的信号传递到基带。如果连接到rf链的天线的总数量的数量小于nrf，则天线的选取也可以是任何其它行和列或多行和多列。注意，第一列中的所选择的个天线的空间可以是非均匀的，并且它们相对于第一天线的间隔针对波长是因此，来自个天线的信号传递到基带，其中，前nh个信号用于估计水平维度上的信道，而来自第一列的个信号用于估计垂直维度上的信道。当这些信号传递到基带时，在一系列基带处理(即a/d、cp移除、fft等)之后，信号用于通过例如[12]中的方法估计所选择的天线上的信道。设nh×1矢量和矢量分别表示水平和垂直维度中的导频子载波上的第k用户的所估计的信道矢量的两个集合，其中，nrs是用于导频信号的子载波的数量。于是，用于表示水平维度中的第k用户的信道的第一主导向矢量通过(1.8)-(1.10)估计为相似地，用于表示垂直维度中的第k用户的信道的第一主导向矢量通过(1.11)和(1.12)估计为其中，(1.11)中的导向矢量替换为：
接下来，如(1.14)中通过构造nh×nh酉矩阵并且如(1.15)中构造水平维度中的子空间最后，第k用户的信道矢量的子空间构造为：
其中，注意，如果图5中的天线索引化顺序改变为首先垂直维度然后水平维度，则(1.18)改变为
以下提供在方法i的情况下关于pab的该专利的另一实施例。对于该类型的模拟波束成形，每行的每个nrfa个相继天线的信号加权组合并且传递到rf链(即沿着水平维度的天线虚拟化)，这说明，nrfnrfa＝nt并且是整数。对于接收到的基准信号，选取的一个实施例，从而来自第一列的每个天线的信号传递到基带。此外，来自第一行中的每个nrfa个相继天线的信号传递到基带。如果所连接的天线的总数量的数量小于nrf，则天线的选取也可以是任何其它行和列或多行和多列。注意，所选择的个天线的空间可以是非均匀的，并且所选择的个天线相对于第一天线的间隔针对波长是因此，来自个天线的信号传递到基带，其中，来自第一列中的nv个天线的前nv个信号用于估计垂直维度上的信道，而来自第一列中的个天线的个信号用于估计水平维度上的信道。当这些信号传递到基带时，在一系列基带处理(即a/d、cp移除、fft等)之后，信号用于通过例如[12]中的方法估计所采样的天线上的信道。设矢量和nv×1矢量分别表示水平和垂直维度中的导频子载波上的第k用户的所估计的信道矢量的两个集合，其中，nrs是用于导频信号的子载波的数量。于是，用于表示水平维度中的第k用户的信道的第一主导向矢量通过(1.8)和(1.9)估计为其中，(1.8)中的导向矢量替换为：
相似地，用于表示垂直维度中的第k用户的信道的第一主导向矢量通过(1.11)-(1.13)估计为接下来，如(1.14)中通过构造nv×nv酉矩阵并且如(1.15)中构造垂直维度中的子空间最后，第k用户的信道矢量的子空间构造为：
其中，注意，如果图5中的天线索引化顺序改变为首先垂直维度然后水平维度，则(1.22)改变为
以下提供在方法i的情况下关于pab的该专利的另一实施例。对于该类型的模拟波束成形，每行的每个nrfa,h个相继天线和每列的每个nrfa,v个相继天线的信号加权组合并且传递到rf链(即2维(2d)天线虚拟化)，这说明，nrfnrfa,hnrfa,v＝nt，以及是两个整数。对于接收到的基准信号，选取的一个实施例，从而来自第一行中的每个nrfa,h个相继天线之一的信号传递到基带。此外，来自第一行中的每个nrfa,v个相继天线的信号传递到基带。如果所连接的天线的总数量的数量小于nrf，则天线的选取也可以是任何其它行和列或多行和多列。所选择的个天线的空间可以是非均匀的，并且所选择的个天线相对于第一天线的间隔针对波长是所选择的个天线的空间可以是非均匀的，并且所选择的个天线相对于第一天线的间隔针对波长是因此，来自个天线的信号传递到基带，其中，来自第一列中的个天线的前个信号用于估计垂直维度上的信道，而来自第一列中的个天线的个信号用于估计水平维度上的信道。当这些信号传递到基带时，在一系列基带处理(即a/d、cp移除、fft等)之后，信号用于通过例如[12]中的方法估计所采样的天线上的信道。设矢量和矢量分别表示水平和垂直维度中的导频子载波上的第k用户的所估计的信道矢量的两个集合，其中，nrs是用于导频信号的子载波的数量。于是，用于表示水平维度中的第k用户的信道的第一主导向矢量通过(1.8)和(1.9)估计为其中，(1.8)中的导向矢量替换为：
相似地，用于表示垂直维度中的第k用户的信道的第一主导向矢量通过(1.11)和(1.12)估计为其中，(1.11)中的导向矢量替换为：
接下来，矩阵通过构造为：
其用于在水平方向上搜索信道矢量的其它方向。设并且dhor是包括的对角元素的矢量，其中，dhor的每个元素对应于中的不同列矢量，于是通过dhor中的dhor个最大值构造dhor×1矢量接下来，通过对应于中的值的中的矢量构造矩阵显然，在水平方向上包括具有信道矢量的dhor个最大能量的正交方向。水平维度中的第k用户的最终所估计的子空间可以构造为垂直维度中的子空间相似地构造为最后，第k用户的信道矢量的子空间构造为：
注意，如果图5中的天线索引化顺序改变为首先垂直维度然后水平维度，则(1.22)改变为
方法ii：该第二方法适合于fdd系统和tdd系统二者。bs首先在下行链路中发送csi导频或rs(例如lte/lte-a中的csi-rs)，其中，模拟预编码矩阵用于rs。然后，通过接收到的导频信号，每个ue分别估计水平和垂直维度中的信道矢量的角度及其对应增益。此后，ue通过特定上行链路信道(例如lte/lte-a中的物理上行链路控制信道(pucch))将角度和增益信息反馈到bs。最后，bs通过角度和增益信息构造用于每个ue的子空间。
在该部分中提供在方法ii的情况下关于gab的该专利的实施例。在bs侧处，仅天线的部分(例如第一行和第一列的天线)需要发送csi-rs。天线的选取也可以是任何其它行和列或多行和多列。可以通过选择wbb＝[ik0]t实现该情况，其中，0是(nrf-k)×k零矩阵，并且
其中，ek,k＝2,…,nv表示具有除了第k行的第一元素上的一个1之外的全0的nv×nh矩阵。在nh+nv-1个不同re中发送用于nh+nv-1个天线的导频，例如，对于第l(l＝1,…,nh+nv-1)天线，nt个天线处所发送的导频信号可以公式化为其中，是除了第l元素之外的全0矢量。对于第kue，设nh×1矢量和nv×1矢量分别表示水平和垂直维度中的导频子载波上的第k用户的所估计的信道矢量的两个集合，其中，nrs是用于导频信号的子载波的数量。于是，用于表示水平维度中的第k用户的信道的第一主导向矢量通过(1.8)-(1.10)中的相同方法估计为相似地，用于表示垂直维度中的第k用户的信道的第一主导向矢量通过(1.11)-(1.13)中的相同方法估计为接下来，如在(1.14)中通过构造nh×nh酉矩阵其用于在水平方向上搜索信道矢量的其它方向。相似地，通过与水平维度相同的方法通过构造nv×nvs酉矩阵作为设并且dhor是包括的对角元素的矢量，其中，dhor的每个元素对应于中的不同列导向矢量，于是通过dhor中的dhor个最大值和的列矢量中所包含的对应角度构造两个dhor×1矢量和与水平情况相似地构造两个dver×1矢量和然后，和θver的元素受量化并且由ue通过特定上行链路信道反馈到bs。通过bs通过中的dhor个导向矢量和dhor个角度构造酉矩阵。然后，水平维度中的子空间构造为：
其中，diag(d)表示具有来自d的对角元素的对角矩阵，并且的维度是nh×dhor。垂直维度中的第k用户的子空间可以相似地构造为具有nh×dver的维度的最后，第k用户的信道矢量的子空间构造为：
注意，如果图5中的天线索引化顺序改变为首先垂直维度然后水平维度，则(1.29)改变为
以下提供在方法ii的情况下关于pab的该专利的实施例。对于该类型的模拟波束成形，每行的每个nrfa个相继天线的信号是来自单个rf链的信号的不同相移版本(即沿着水平维度的天线虚拟化)，这说明，nrfnrfa＝nt并且是整数。对于发送下行链路csi-rs，选取的一个实施例，从而仅天线阵列的第一行中的每个nrfa个相继天线之一连接到rf链。此外，天线阵列的第一列的每个天线连接到rf链。如果所连接的天线的总数量的数量小于nrf，则天线的选取也可以是任何其它行和列或多行和多列。注意，所选择的个天线的空间可以是非均匀的，并且所选择的天线相对于第一天线的间隔针对波长是因此，仅所选择的个天线需要发送csi-rs，其中，第一列中的前nv个天线的导频信号用于估计垂直维度上的信道，而来自第一行的天线的个信号的导频信号用于估计水平维度上的信道。对于第kue，设矢量和nv×1矢量i＝1,…,nrs分别表示水平和垂直维度中的导频子载波上的第k用户的所估计的信道矢量的两个集合，其中，nrs是用于导频信号的子载波的数量。于是，用于表示水平维度中的第k用户的信道的第一主导向矢量通过(1.8)和(1.9)中的相同方法估计为其中，相似地，用于表示垂直维度中的第k用户的信道的第一主导向矢量通过(1.11)-(1.13)中的相同方法估计为接下来，如在(1.14)中通过构造nv×nv酉矩阵其用于在水平方向上搜索信道矢量的其它方向。设并且dver是包括的对角元素的矢量，其中，dver的每个元素对应于中的不同列导向矢量，于是通过dver中的dver个最大值和的列矢量中的对应角度构造两个dver×1矢量和然后，以及和的元素受量化并且由ue通过特定上行链路信道反馈到bs。通过bs通过中的dver个导向矢量和dver个角度构造酉矩阵。然后，垂直维度中的子空间构造为：
其中，diag(d)表示具有来自d的对角元素的对角矩阵，并且的维度是nv×dver。水平子空间构造为：
最后，第k用户的信道矢量的子空间构造为：
注意，如果图5中的天线索引化顺序改变为首先垂直维度然后水平维度，则(1.32)改变为
以下提供在方法ii的情况下关于pab的该专利的另一实施例。对于该类型的模拟波束成形，每列的每个nrfa个相继天线的信号是来自单个rf链的信号的不同相移版本(即沿着垂直维度的天线虚拟化)，这说明，nrfnrfa＝nt并且是整数。对于发送下行链路csi-rs，选取用于csi-rs的模拟预编码矩阵的一个实施例，从而仅天线阵列的第一列中的每个nrfa个相继天线之一连接到rf链。此外，天线阵列的第一行的每个天线连接到rf链。如果所连接的天线的总数量的数量小于nrf，则天线的选取也可以是任何其它行和列或多行和多列。注意，所选择的个天线的空间可以是非均匀的，并且所选择的天线相对于第一天线的间隔针对波长是因此，仅所选择的个天线需要发送csi-rs，其中，第一行中的nh个天线的导频信号用于估计水平维度上的信道，而第一列的个天线的导频信号用于估计垂直维度上的信道。对于第kue，设nh×1矢量和矢量分别表示水平和垂直维度中的导频子载波上的第k用户的所估计的信道矢量的两个集合，其中，nrs是用于导频信号的子载波的数量。于是，用于表示水平维度中的第k用户的信道的第一主导向矢量通过(1.8)-(1.10)中的相同方法估计为相似地，用于表示垂直维度中的第k用户的信道的第一主导向矢量通过(1.11)和(1.12)中的相同方法估计为其中，接下来，如在(1.14)中通过构造nh×nh酉矩阵其用于在水平方向上搜索信道矢量的其它方向。设并且dhor是包括的对角元素的矢量，其中，dhor的每个元素对应于中的不同列导向矢量，于是通过dhor中的dhor个最大值和的列矢量中所包含的对应角度构造两个dhor×1矢量和然后，以及和的元素受量化并且由ue通过特定上行链路信道反馈到bs。bs基于中的dhor个角度通过dhor个导向矢量构造酉矩阵。然后，水平维度中的子空间构造为：
其中，diag(d)表示具有来自d的对角元素的对角矩阵，并且的维度是nh×dhor。垂直子空间构造为：
最后，第k用户的信道矢量的子空间构造为：
注意，如果图5中的天线索引化顺序改变为首先垂直维度然后水平维度，则(1.35)改变为
以下提供在方法ii的情况下关于pab的该专利的另一实施例。对于该类型的模拟波束成形，每列的每个nrfa,v个相继天线和每行的每个nrfa,h个天线的信号是来自单个rf链的信号的不同相移版本(即2d天线虚拟化)，这说明，并且和是两个整数。对于发送下行链路csi-rs，选取用于csi-rs的模拟预编码矩阵的一个实施例，从而仅天线阵列的第一行中的每个nrfa,h个相继天线之一连接到rf链。此外，天线阵列的第一列的每个nrfa,v个相继天线之一连接到rf链。如果所连接的天线的总数量的数量小于nrf，则天线的选取也可以是任何其它行和列或多行和多列。所选择的个天线的空间可以是非均匀的，并且所选择的天线相对于第一天线的间隔针对波长是所选择的个天线的空间可以是非均匀的，并且所选择的天线相对于第一天线的间隔针对波长是因此，仅所选择的个天线需要发送csi-rs，其中，第一行中的个天线的导频信号用于估计水平维度上的信道，而第一列的个天线的导频信号用于估计垂直维度上的信道。对于第kue，设矢量和矢量分别表示水平和垂直维度中的导频子载波上的第k用户的所估计的信道矢量的两个集合，其中，nrs是用于导频信号的子载波的数量。于是，用于表示水平维度中的第k用户的信道的第一主导向矢量通过(1.8)和(1.9)估计为其中，(1.8)中的导向矢量替换为：
相似地，用于表示垂直维度中的第k用户的信道的第一主导向矢量通过(1.11)和(1.12)估计为其中，(1.11)中的导向矢量替换为：
接下来，矩阵通过构造为：
其用于在水平方向上搜索信道矢量的其它方向。设并且dhor是包括的对角元素的矢量，其中，dhor的每个元素对应于中的不同列导向矢量，于是通过对应于dhor中的dhor个最大值的的列矢量中所包含的dhor个角度构造矢量接下来，与构造的处理相似地构造矢量然后，和中的元素受量化并且由ue通过特定上行链路信道反馈到bs。bs基于中的dhor个角度通过dhor个导向矢量构造矩阵并且基于中的dver个角度通过dver个导向矢量构造矩阵最后，第k用户的信道矢量的子空间构造为：
注意，如果图5中的天线索引化顺序改变为首先垂直维度然后水平维度，则(1.35)改变为
对于待在下一时间段(例如lte/lte-a系统中的一个至若干ofdm码元或一个至多个子帧)中调度的nue个ue，bs计算唯一模拟预编码/组合矩阵。首先，bs将用于nue个ue的协方差矩阵计算为其中，γ是比例因子，例如，γ＝1/nue。然后，其通过对应于nrf个最大本征值的r的前nrf个本征矢量构造nt×nrf矩阵q。当发送新的导频或rs时可以相应地更新矩阵r，以估计子空间vk。
分别在图7和图8中示出用于估计用于ue的子空间的方法i和方法ii的处理。图7概述通过本专利中的方法i获得下行链路中的模拟预编码矩阵和上行链路中的模拟组合矩阵的处理。具体地说，在处理开始(19)之后，每个ue在特定ofdm码元中将rs(例如srs)发送到bs(20)。然后，bs通过接收rs信号(21)。接下来，bs通过接收到的rs信号构造用于每个ue的子空间vk(22)。最后，通过vk构造模拟波束成形矩阵和模拟组合矩阵然后处理结束(24)。图8概述通过本专利中的方法ii获得下行链路中的模拟预编码矩阵和上行链路中的模拟组合矩阵的处理。具体地说，在处理开始(25)之后，bs通过特定模拟波束成形矩阵发送下行链路csi-rs(26)。然后，每个ue估计信道矢量的角度和对应增益(27)。在量化之后，每个ue将角度和/或增益反馈到bs(28)。接下来，bs通过接收到的rs信号构造用于每个ue的子空间vk(29)。最后，通过vk构造模拟波束成形矩阵和模拟组合矩阵然后处理结束(31)。
对于gab，关于[0030]和[0036]中的实施例的下行链路中的模拟预编码矩阵是其中，arg(q)表示q的每个元素的相位，exp[·]表示输入矩阵的每个元素的指数函数。上行链路中的模拟组合矩阵的一个实施例是
对于pab，关于[0033]和[0037]中的实施例的下行链路中的模拟预编码矩阵(其中，每行的nrfa个相继天线连接到单个rf链，即，是整数)是其中，p定义为其中，1是具有全1的nrfa×1矢量，并且ο表示两个矩阵的hadamard乘积。上行链路中的模拟组合矩阵的一个实施例是
对于pab，关于[0031]和[0038]中的实施例的下行链路中的模拟预编码矩阵(其中，每列的nrfa个相继天线连接到单个rf链，即，是整数)是其中，p定义为其中，t是定义为的nhnrfa×nh矩阵。上行链路中的模拟组合矩阵的一个实施例是
对于pab，关于[0034]和[0039]中的实施例的下行链路中的模拟预编码矩阵(其中，每列的nrfa,v个相继天线连接到单个rf链，即，是整数，并且每行的nrfa,h个相继天线连接到单个rf链，即，是整数)是其中，p是指示矩阵。在矩阵p中，除了对应于连接到第nrf链的天线的元素是1之外，第n列(n＝1,…,nrf)的所有元素是0。上行链路中的模拟组合矩阵的一个实施例是
对于如图6中的交叉极化天线阵列，[0029]至[0045]中所描述的方法可以应用于具有单个阵列的子阵列，以获得模拟预编码矩阵作为于是取决于天线阵列的索引化方法，最终模拟预编码矩阵是或其中，vcp＝[1ejα]是取决于极化角度的交叉极化矢量，例如，关于±π/4交叉极化，vcp＝[1-1]。上行链路中的模拟组合矩阵的一个实施例是
在确定之后，对于fdd或tdd系统，一个实施例是：bs通过模拟预编码矩阵发送csi-rs。第kue将从基带看见的×nrf信道矢量估计为然后，在量化之后，反馈到bs作为对于特定mu-mimo群组，该特定群组中的ue的索引是i1,…,ik，于是有效基带信道矩阵是通过线性预编码方法(例如zf)，基带处的预编码矩阵是
图9概述将应用于估计用于第kue的下行链路基带有效信道的处理。具体地说，在处理开始(32)之后，bs在rf处使用所估计的发送下行链路csi-rs(33)。然后，第kue估计基带信道接下来，每个ue将量化后的反馈到bs(35)。最后，通过bs完成ue调度和基带预编码矩阵计算，以用于下行链路传输(36)，然后处理结束(37)。
在确定之后，对于tdd系统，一个实施例是：每个ue在特定上行链路信道(例如srs信道)上将rs发送到bs。bs通过模拟组合矩阵接收rs。因此，第kue的nrf×1信道矢量在基带处估计为归因于信道矢量的互易性质，下行链路中的信道矢量估计为对于下行链路中的特定mu-mimo群组，所分组的ue的索引是i1,…,ik，于是有效基带信道矩阵是通过线性预编码方法(例如zf)，基带处的预编码矩阵是图10概述将应用于估计用于第kue的上行链路基带有效信道的处理。具体地说，在处理开始(38)之后，第kue将rs发送到bs(39)。然后，bs通过模拟组合矩阵接收rs(40)。接下来，bs估计用于第kue的基带信道最后，通过bs完成ue调度和基带预编码/检测矩阵计算，以用于下行链路/上行链路传输(42)，然后处理结束(43)。
在确定之后，对于fdd或tdd系统，一个实施例是：每个ue在特定上行链路信道(例如srs信道)上将rs发送到bs。bs通过模拟组合矩阵接收rs。因此，第kue的nrf×1信道矢量在基带处估计为对于上行链路中的特定mu-mimo群组，所分组的ue的索引是i1,…,ik，于是有效基带信道矩阵是通过线性检测方法(例如zf)，基带处的检测矩阵是
在确定之后，对于fdd或tdd系统上行链路数据传输，一个实施例是：导频插入在时间-频率资源的数据传输区域中。bs通过模拟组合矩阵接收信号。通过基带处的接收到的导频信号，因此，第kue的nrf×1信道矢量在基带处估计为对于上行链路中的特定mu-mimo群组，所分组的ue的索引是i1,…,ik，于是有效基带信道矩阵是通过线性检测方法(例如zf)，基带处的检测矩阵是
虽然本发明优选实施例的前面描述已经示出、描述或说明本发明的基本新颖特征或原理，但应理解，在不脱离本发明的精神的情况下，本领域技术人员可以进行所示的方法、要素或装置的细节的形式及其使用方面的各种省略、替换和改变。因此，本发明的范围不应限于前面描述。此外，本发明的原理可以应用于广泛范围的方法、系统和装置，以实现在此所描述的优点并且实现其它优点或同样满足其它目的。