无线网络中的信道状态信息确定的制作方法
本申请要求享有于2016年5月25日提交的、申请号为15/164,373、题为“无线网络中的信道状态信息确定”的美国非临时专利申请的优先权，其全部内容在此通过引用全部并入本文，如同全部复制。
本申请一般涉及无线网络，并且具体涉及确定无线网络中的信道状态信息，例如无线网络中的秩信息。
背景技术：
第三代合作伙伴计划(thirdgenerationpartnershipproject，3gpp)长期演进(longtermevolution，lte)无线电接口支持频分双工(frequencydivisionduplex，fdd)和时分双工(timedivisionduplex，tdd)。多输入多输出(multipleinputmultipleoutput，mimo)技术是用于无线设备的高级天线技术，以提高频谱效率并由此提高3gpplte系统的整体系统容量。mimo可以用于实现分集增益、空间复用增益以及波束成形增益。目前正在研究5g系统的大规模mimo系统(即64个以上的天线)。
理想线性预编码在发射机处使用全信道状态信息(channel-stateinformation，csi)。这可能只适用于基于tdd的系统，但对于基于fdd的系统不可行。基于码本的预编码使接收机基于应当用于传输的码本来明确地识别预编码矩阵/向量。在3gpplte标准中，单独的码本针对发射天线的数量和传输层的数量的各种组合而被定义。后者也被称为秩信息(rankinformation，ri)。
对于报告ri和相关联的预编码矩阵索引(precodingmatrixindex，pmi)，用户设备(userequipment，ue)对所有预编码码本元素使用穷举搜索。在大规模mimo系统中，随着发射天线数量的增加，穷尽搜索难以实现。例如，在具有四个发射天线端口的系统中，用户设备需要搜索所有64个预编码实体以找到秩信息和预编码索引。类似地，对于8个发射天线，用户设备需要搜索3gpp标准中定义的所有122个元素。码本尺寸随着大规模mimo变大。因此，用户设备复杂度随着在enodeb处部署的附加发射天线而增加。另外，频繁csi计算通过增加功耗，消耗更多内存，并在ue处使用附加处理单元来耗尽用户设备电池。
技术实现要素：
一种用于无线网络中的信道状态信息确定的方法包括：基于对多输入多输出用户设备(ue)中存储的多个预编码码本元素集合的搜索来确定无线信道的初始信道状态信息，并基于初始信道状态信息确定后续信道状态信息。
附图说明
图1是根据各种实施例的无线通信系统的示意图。
图2是根据各种实施例的无线通信设备的框图。
图3是根据各种实施例的mimo天线系统的框图。
图4是示出根据各种实施例的示出基站和ue之间的消息序列的流程图。
图5是示出根据各种实施例的示出用于确定无线网络中的信道状态信息的方法的流程图。
图6是根据各种实施例的显示用于确定无线网络中的信道状态信息的另一方法的流程图。
具体实施方式
以下描述和附图充分地说明了具体实施例以使得本领域技术人员能够进行实践。其他实施例可以包含结构、逻辑、电气、过程以及其他变化。一些实施例的部分和特征可以被其他实施例的部分和特征包含或代替。权利要求书中所述的实施例涵盖权利要求的所有可用等效要求。
各种实施例在诸如毫米波的无线系统、电气和电子工程师协会(instituteofelectricalandelectronicsengineers，ieee)802.11基于标准的系统、基于毫米波的未来的第三代合作伙伴计划(3gpp)5g系统以及其他无线系统中操作。为了简单起见，随后的描述指用户设备(ue)处的通信。然而，其他实施例也可以应用于基站处的通信。
图1是根据各种实施例说明无线通信系统的示意图。例如，无线通信系统100可以是一个蜂窝系统，使得无线通信设备101通过使用无线通信技术(例如，毫米波，时分双工(tdd)，频分双工(fdd))在一个或多个无线信道上与一个或多个基站102(例如，演进型节点b(evolvednodeb，enb)、接入点、传输节点、rru、rrh、分布式天线系统(distributedantennasystems，das)中的节点、施主节点控制中继，基站收发器状态(basetransceiverstate，bts)，多标准无线电(multi-standardradio，msr))进行通信。
无线通信设备101可以是非固定设备。例如，无线通信设备101可以包括移动无线电话，平板电脑，笔记本电脑以及可以在无线信道上与基站102通信的其他设备。为了保持一致性和简单性，随后将无线通信设备101称为用户设备(ue)。该用户设备包括耦合到多个天线元件的收发器和控制电路，通过该天线元件可以完成波束成形。
基站102可以包括耦合到收发器以及控制电路的多个天线，该控制电路可以控制基站的操作。为了简单和清晰起见，图1和随后的附图仅示出单个天线。然而，本领域的普通技术人员将认识到，为了完成波束成形，基站102包括多个天线元件。
基站102具有固定位置，并且可以是包括耦合到较大网络的其他基站的固定基站网络的一部分。例如，基站102可以是耦合到因特网的有线网络的一部分。然后，ue101可以在无线通信信道上与基站102进行通信以接入该较大的网络。
基站102大体上在围绕基站天线的区域110上进行通信。该区域110通常被称为小区110并且可以包括一个或多个扇区120、121、122。尽管示出了构成图1的小区110的三个不同扇区120、121、122，其他实施例可以包括不同的扇区数量。
尽管多个ue101可以在由基站102生成的小区110内，但并非所有的ue101都可以与基站102联系。在基站102注册的ue101或尝试在基站102注册的ue101可被定义为“被服务的ue”。其他ue可以在其他相邻基站注册。
图2是根据各种实施例的无线通信设备200的框图。无线通信设备200可以是ue(例如参见图1)、蜂窝基站(例如，enodeb，enb)、接入点(ap)或一些其他无线站点的示例形式。例如，无线通信设备200可以是计算机、个人计算机(personalcomputer，pc)、平板pc、混合平板电脑、个人数字助理(personaldigitalassistant，pda)或被配置为执行指令(顺序或其他)的任何设备的一部分，该指令指定了无线通信设备200要采取的动作。
术语“基于处理器的系统”应被理解为包括一个或多个通信装置的任何集合，该通信装置由处理电路(例如，控制器)控制或操作以单独或共同执行指令以执行任何一个或多个在这里讨论的方法。根据示例实施例，可以执行一组指令或一系列指令以使通信装置执行本文讨论的任何一种方法。
无线通信设备200可以包括至少一个控制器202(例如，中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)、图形处理单元(graphicsprocessingunit，gpu)或两者、处理器核、计算节点等)以及通过链路208(例如总线)相互通信的存储器204。如果无线通信设备200是ue，它可以进一步包括显示设备210(例如，视频、led、lcd)和字母数字输入设备212(例如按键、键盘)。在一个实施例中，显示设备210和输入设备212可以被合并在一个单元中作为触摸屏显示器。
无线通信设备200可以另外包括大容量存储设备216(例如，驱动单元、硬盘驱动器、固态驱动器、光盘驱动器)和网络接口设备220。如图1所示，网络接口设备220可以包括耦合到多个天线元件的一个或者多个无线收发器(例如，发射机和接收机(收发机))，以便在无线网络信道226上进行通信。该一个或多个无线收发器可以被配置为使用一种或多种通信技术进行操作，该通信技术包括本文公开的用于信道状态信息确定的方法。网络接口设备220还可以包括有线网络接口(例如，x2回程链路)。
存储设备216包括计算机可读介质222，在该计算机可读介质222上存储一个或多个数据结构集合和指令224(例如，软件)，其由本文描述的任何一个或多个方法或功能来体现或利用。在通信设备200执行期间，指令224还可以完全或至少部分地驻留在存储器204内和/或控制器202内。在ue的内存中，可以存储包含秩信息和对应的预编码矩阵索引的多个预编码码本元素集合。
尽管在示例实施例中将计算机可读介质222显示为单一介质，术语“计算机可读介质”可以包括存储一个或多个指令224的单一介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库，和/或相关的缓存和服务器)。
ue可以另外包括传感器230，例如加速计、全球定位系统(globalpositioningsystem，gps)接收机、陀螺仪和/或罗盘，以向处理器202提供感观输入。这些传感器230可以用来确定ue的速度(即大小和方向)。
这里描述的ue可以实现mimo天线配置。图3示出了这种配置的一个例子。
图3是根据各种实施例的mimo天线系统的框图。mimo系统是一种先进的天线技术，用于提高频谱效率，从而提高整个系统的容量。所述mimo技术使用常用符号(m×n)按照发射(m)和接收天线(n)的数量来表示mimo配置。用于各种技术的常用mimo配置为(2×1)，(1×2)，(2×2)，(4×2)，(8×2)和(2×4)，(4×4)，(8×4)。
mimo天线系统可以增加无线系统的数据承载能力。mimo还可以用于实现分集增益、空间复用增益以及波束成形增益。为此，mimo是第三代和第四代无线系统的组成部分。
图3示出了将数据调制块301、302的输出映射到不同天线端口320的通用天线映射块300。因此，天线映射块300的输入包括对应于一个或两个传输块的调制符号(例如，qpsk、16qam、64qam、256qam)。更具体地说，除了空间复用之外，每个传输时间间隔(transmissiontimeinterval，tti)有一个传输块，在这种情况下，每个tti可以有两个传输块。天线映射块300的输出是用于每个天线端口320的一组符号。每个天线端口320的符号随后被应用于各自的正交频分复用器(orthogonalfrequencydivisionmultiplexer，ofdm)调制器315-317。换句话说，符号被映射到与该特定天线端口对应的基本ofdm时-频网格。然后，ofdm调制器315-317从它们各自的天线330-332发送符号。
大规模mimo是无线通信中相对较新的研究领域，其中大量天线元件被部署在发射机处。通过正交频分复用将大规模mimo技术与传统的时分和频分复用相结合，可以支持更多的用户终端。为此，3gpp可以将基站处的天线数量增加到16/32/64。
图4是根据各种实施例示出基站401和ue400之间的消息序列的流程图。基站(例如，enb)401最初将小区特定和ue特定参考信号410发送到ue400。参考信号可以包括诸如导频信号之类的信号。
ue400使用那些参考信号来确定由信道状态信息(csi)420指示的信道条件。该csi可以包括例如信道质量指示符(channelqualityindicator，cqi)，预编码矩阵索引(pmi)以及秩信息(ri)等元素。
在例如用于周期性报告的物理上行链路控制信道(physicaluplinkcontrolchannel，pucch)或用于非周期性报告的物理上行链路共享信道(physicaluplinksharedchannel，pusch)的反馈信道上将csi信息发送回enb401。然后，enb401可以确定用于下行链路(downlink，dl)传输(即，从enb到ue)的参数。这些参数可以包括传输功率、调制编码方案(modulationcodingscheme，mcs)和物理资源块(physicalresourceblocks，prb)。
然后，enb401在dl控制信道441(例如，物理下行链路控制信道(physicaldownlinkcontrolchannel，pdcch))上将这些参数发送给ue400。然而，在发送pdcch之前，enb在pcfich上发送控制格式指示符信息，pcfich是向ue提供解码该下行链路控制信道(pdcch)集合所必需的信息的物理信道。之后，enb401可以将数据业务442发送给ue400。
下行链路参考信号是占用下行链路时-频网格内的特定资源元素的预定义信号。lte规范包括以不同方式传输并由接收终端用于不同用途的几种类型的下行链路参考信号。例如，下行链路参考信号可以包括小区特定参考信号(cell-specificreferencesignals，crs)，解调参考信号(demodulation-referencesignals，dm-rs)和信道状态信息参考信号(channel-stateinformation-referencesignals，csi-rs)。
小区特定的参考信号在每个下行链路子帧中和频域中的每个资源块中传送，因此覆盖整个小区带宽。ue可以使用小区特定的参考信号来进行信道估计，以在传输模式7，8或9的情况下，用于除了pmch和pdsch之外的任何下行链路物理信道的相干解调。小区特定的参考信号也可以被终端用来获取信道状态信息。关于小区特定参考信号的终端测量可以用作小区选择和切换决定的基础。
解调参考信号还可以被称为ue特定的参考信号，并且在传输模式7，8，9或10的情况下，解调参考信号由ue具体地用于pdsch的信道估计。标签“ue特定”是指每个解调参考信号用于由单个终端进行信道估计的事实。然后，该特定参考信号仅在分配用于该终端的pdsch传输的资源块内进行传输。
在解调参考信号被用于信道估计的情况下，csi参考信号由ue具体地用于获取csi。csi参考信号具有明显较低的时间/频率密度，因此与小区特定参考信号相比，意味着更少的开销。
在lte系统中，下行链路控制信道(pdcch)携带关于调度许可的信息。通常，这包括多个调度的mimo层、传输块大小、每个码字的调制、与harq相关的参数、子带位置以及对应于每个子带的相应的预编码矩阵索引。
典型地，以下信息通过下行链路控制信息(downlnkcontrolinformation，dci)格式进行发送：集中式/分布式vrb分配标记、资源块分配、调制和编码方案、harq处理编号、新数据指示符、冗余版本、用于pucch的tpc命令、下行链路分配索引，预编码矩阵索引以及层数。请注意，所有的dci格式可能不会使用如上所示的所有信息。通常，pdcch的内容取决于传输模式和dci格式。
同样在lte系统中，上行链路控制信道携带关于与下行链路数据传输相对应的混合自动重传请求-确认(harq-ack)信息的信息以及信道状态信息。csi通常包括ri、cqi以及pmi。pucch或pusch都可以用来传送这些信息。请注意，pucch报告是周期性的，并且pucch的周期性由较高层配置，而pusch报告是非周期性的。另请注意，pucch和pusch有多种模式，一般取决于传输模式，并且该格式通过高层信令进行配置。
理想线性预编码在发射机处使用全csi。这可能仅适用于基于tdd的系统，但对于基于fdd的系统不可行。因此，基于码本的预编码允许接收机基于存储在ue中用于传输的码本来明确地识别预编码矩阵/向量。
在3gpplte标准中，针对发射天线的数量和发射层的数量的各种组合来定义单独的码本。后者也被称为秩信息(ri)。例如，在3gpp版本8中，如表1所示，4个发射天线共定义64个预编码向量和矩阵。对于ri＝1，2，3和4的场景的码本中的每个秩，也定义了每个秩的16个元素。表1仅用于说明，并且不将本实施例限制于其中包含的任何特定信息。3gpp标准没有规定ue用于计算ri和/或最优预编码矩阵/向量的标准。
表1
在常规csi选择中，执行所有预编码码本元素的穷举搜索。例如，ue估计信道、计算预编码码本中每个实体的后处理信号与干扰加噪声比(signal-to-interference-plus-noiseratio，sinr)、以及计算码本中每个实体的链路质量度量(1inkqualitymetric，lqm)(例如，互信息，容量)。然后，选择最大化该lqm的预编码矩阵索引和对应的ri。
例如，使用闭环sm中的互信息，ue需要估计合适的csi(即，cqi/pmi/ri)，以便最大化吞吐量(throughput)并同时保持块差错率(bler)约束，可以通过联合(整数)优化问题对该bler约束进行数学描述：
遗憾的是，这个联合(离散/整数)最优化问题没有任何封闭形式的解决方案。因此，通常会尝试估计合适的pmi/ri(独立于cqi)。此后，针对所选择的pmi和ri相应地估计合适的cqi。例如，考虑具有完美时间和同步的单小区场景，用于每个子载波(后fft)的(闭环)空间复用(sm)的接收系统模型可以表示为：
其中，
假设在接收机处采用线性-mmse检测器，给定pmi的每个第i个空间层的后处理sinr表示为
其中[a]i，i对应于矩阵a的第i个对角元素。
为了估计合适的pmi/ri，计算链路质量度量(lqm)。lqm(例如，平均互信息)可以表示为mmi(每个子带/宽带)并且按照如下被计算：
其中，i(sinri[k])是表2中给出的用于第i个空间层和第k个资源元素的作为后处理sinri[k]的函数的互信息。用于计算上述lqm的资源元素的数量由参数k给出(取决于宽带/子带pmi估计)。
表2
在mmi(每个子带/宽带)的估计之后，可以使用无约束优化联合估计pmi和ri，其可以如下给出：
maxpmi，rimmi(pmi，ri)(5)
在容量(capacity)方法中，使用容量信息而不是lqm来最大化ri，pmi的每个组合的容量，如下所示：
注意，在mimo检测器(mmse，mld等)的输出处接收到的sinr是信道矩阵h、预编码矩阵、噪声功率谱密度以及共信道干扰功率的函数。
本实施例使用用于找到秩信息和相关联的预编码矩阵索引的迭代搜索方法(增量/减量搜索)降低找到csi(例如，秩信息、预编码矩阵索引、信道质量指示符)的复杂性，从而避免使用用于找到这些信息的传统的穷举搜索。本实施例基于在正常蜂窝通信期间ri变化很小的前提。事实上，除非ue以大于相对于enb(例如，高速公路速度)的预定阈值的速度移动，ri将主要在大多数多普勒频率范围内以±1的步长改变。因此，在本实施例中，过去报告的先前的ri用于计算用于将来使用的ri。
图5是根据各种实施例的示出用于确定无线网络中的信道状态信息的方法的流程图。在框501中，基于对存储在多输入多输出ue中的多个预编码码本元素集合的搜索，确定用于无线信道的初始信道状态信息。多个预编码码本元素集合中的每个集合可以包括秩信息和对应的预编码矩阵索引，使得初始信道状态信息的确定包括用于无线信道的秩信息和对应的预编码矩阵索引的确定。
在框503中，后续信道状态信息是基于初始信道状态信息来确定的。该多个预编码码本元素集合可以以预定顺序存储在ue中，并且确定所述后续信道状态信息可以包括选择紧接在包括所述初始信道状态信息的预编码码本元素集合中的秩信息之前的秩信息。在另一个实施例中，确定所述后续信道状态信息可以包括选择紧接在包括所述初始信道状态信息的预编码码本元素集合中的秩信息之后的秩信息。
在又一个实施例中，可以确定ue相对于服务基站的速度(例如，使用gps接收机)，并且，当该速度小于阈值(例如，小于公路速度)时，可以基于对多个预编码码本元素集合或初始信道状态信息的搜索来确定后续信道状态信息。当速度大于阈值时，还可以基于初始信道状态信息来确定后续的信道状态信息(例如，参见图6)。在框505中，后续的信道状态信息可以在无线信道上报告给服务基站。
图6是根据各种实施例示出用于确定无线网络中的信道状态信息的方法的流程图。该方法说明用于确定初始信道状态信息的一种方法。
在框601中，基于在信道上发送的参考信号来估计信道条件。该估计可以基于导频信号和数据信号来完成。在框603中，为多个预编码码本元素集合中的每个预编码码本元素集合确定信号干扰加噪声比(sinr)。在框605中，针对多个预编码码本元素集合的每个预编码码本元素集合确定链路质量度量(lqm)。在框607中，如先前所讨论的那样，确定从多个lqm中提供最大lqm的秩信息和对应的预编码矩阵索引。
用于csi确定的方法可能比用于确定csi的传统的穷举搜索方法更具有优势。例如，关于全搜索的下降百分比为零，而复杂度可以明显降低。与常规穷举搜索方法相比，由于用于计算ri/pmi的功率较小，因此改善了ue侧的电池寿命。ue硬件资源(例如，存储器和处理单元)可以得到部分缓解，使ue与csi估计并行地有效地执行附加过程(例如，rat间测量)。
在一个实施例中，用户设备包括耦合到多个天线元件的无线收发器装置，其中无线收发器装置是多输入多输出(mimo)无线收发器；以及
耦合到无线收发器装置和天线元件的控制装置，该控制装置用于基于对存储在多输入多输出ue中的多个预编码码本元素的搜索来确定用于无线信道的第一秩信息，以及基于第一秩信息确定第二秩信息。在一个实施例中，控制装置还用于在无线信道上向基站报告第一和第二秩信息以及各自对应的预编码矩阵索引。在一个实施例中，控制装置还用于基于对多个预编码码本元素的搜索来向基站报告第二秩信息之后的第三秩信息。控制装置还用于基于在无线信道上接收的参考符号和/或数据来估计无线信道的信道条件，基于该信道条件确定用于对应于第一秩信息的第一预编码矩阵索引的信号与干扰加噪声比(sinr)，基于所述sinr来确定该无线信道的互信息或容量，以及基于所述互信息或容量来选择该第二秩信息和对应的第二预编码矩阵索引。收发器的一个实施例还可以包括报告装置，其用于将第二预编码矩阵索引以及与该第二预编码矩阵索引相关联的第二秩信息和信道质量指示符报告给在无线信道上与ue进行通信的基站。
在一个实施例中，控制装置还可以用于根据参考符号和/或在无线信道上接收的数据来估计无线信道的信道条件，并且基于该信道条件，为对应于多个预编码码本元素中的每个相应预编码码本元素的预编码矩阵索引，确定信号与干扰加噪声比(sinr)。控制装置还可以用于基于sinr来确定无线信道的互信息或容量，以基于改互信息或容量来选择预编码矩阵索引，并将与预编码矩阵索引相关联的秩信息和信道质量指示符报告给在无线信道上与ue进行通信的基站。
实施例可以以硬件、固件以及软件之一或其组合来实现。实施例也可以以存储在计算机可读存储设备上的指令来实现，这种方法可以被至少一个处理器读取和执行，以进行本文描述的操作。计算机可读存储设备可以包括用于以计算机可读形式存储信息的任何非临时性机制。例如，计算机可读存储设备可以包括只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(random-accessmemory，ram)、磁盘存储介质、光存储介质、闪存设备以及其他存储设备和介质。在一些实施例中，系统可以包括一个或多个处理器，并且可以被配置有存储在计算机可读存储设备上的指令。
实施例可以以硬件、固件以及软件之一或其组合来实现。实施例也可以以存储在计算机可读存储设备上的指令来实现，这种方法可以被至少一个处理器读取和执行，以进行本文描述的操作。计算机可读存储设备可以包括用于以计算机可读形式存储信息的任何非临时性机制。例如，计算机可读存储设备可以包括只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、磁盘存储介质、光存储介质、闪存设备以及其他存储设备和介质。在一些实施例中，系统可以包括一个或多个处理器，并且可以被配置有存储在计算机可读存储设备上的指令。该摘要给出一种理解，即它不会被用于限制或解释权利要求的范围或含义。下面的权利要求由此纳入到详细说明中，每个权利要求本身单独作为一个实施例。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！