用于多输入多输出传输系统的预编码矩阵的构造、选择以及调度的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明的实施例涉及利用多输入多输出（MIM0)进行通信的系统，更具体地涉及 基于双极化信道并且使用双码本的三维（3D)MM0系统中的多用户传输方案。
【背景技术】
[0002] 对数据速率持续增长的需求推动通信技术不断发展。增加的传输带宽是提高数据 速率的一种直接手段，例如在3GPPLTE中利用载波聚合提供达100MHz的通信带宽。然而， 由于时间和频率资源的有限性，提高资源利用效率一直是通信技术中不懈追求的目标。多 用户多输入多输出（MU-MM0)技术能够利用空域开发出新的自由度，并且能够通过在同一 时频资源块上同时服务多个用户有效地提升系统吞吐量。传统MU-MM0的研究领域局限于 两维（2D)水平平面。因而对于每个波束，下倾角是唯一的。三维（3D)MM0的引入将通过 根据目标用户的位置自适应的改变每个波束的下倾角而更充分地利用空间资源。
[0003]MIM0技术的实施将依赖于对于信道状态信息（CSI)的利用，这通常需要接收端估 计信道状态并将其反馈给发送端，用于在发送端计算合适的预编码或者波束成形参数。为 了减少反馈量，已经有一些已知的研究。例如在2010年4月6日提交的题目为"Codebook designandstructureformulti-granularfeedback，'欧洲专利申请EP2556638A1([1]) 中关于高秩（Rank)和低秩的情况提出了一种基于双码本W=W1*W2的预编码方法，其中W1 和W2分别是长期预编码矩阵（即，利用信道状态信息的长期统计计算的预编码矩阵）和 短期预编码矩阵（即，利用信道状态信息的短期统计计算的预编码矩阵）。另外，在2011 年12月27日提交的题目为"一种基于双码本的多用户自适应反馈方法"的中国专利申请 CN201110443683. 4([2])中也提到了基于双码本的预编码方法，并给出了相应的多用户传 输方案。而发表于PersonalIndoorandMobileRadioCommunications(PIMRC)2013IEEE 国际会议上的题目为"ALimitedFeedbackSchemefor3DMultiuserMIM0basedon KroneckerProductCodebook"的论文（[3])研究了 3DMU-MIM0系统，并且提出了根据最 佳伙伴簇（BestCompanyCluster，BCC)原则的有限反馈3D波束成形方法，其中提出了克 罗内克积（KroneckerProduct)码本。然而在这些现有技术中均未提到在双极化天线的情 况下如何进行有效的预编码以支持3D-MIM0,以及如何有效地反馈以提高多用户的配对率， 从而改善频谱利用效率，提高系统的吞吐量。
[0004] 在图1中，示出了在现有技术中采用预编码的系统操作流程的示例。其中步骤101 和102在UE段执行。在步骤101，用户设备（UE)接收下行链路参考信号，基本该下行链路 参考信号估计长期CSI统计，并且利用长期CSI统计计算对于该UE最匹配的和最不匹配的 长期预编码矩阵，例如获得该长期预编码矩阵的索引PMI1，并将该索引反馈给基站（BS)。 在步骤102,UE根据由长期预编码矩阵和当前的短期信道获得复合信道的估计，并基于该 复合信道的估计选择短期预编码矩阵（例如选择合适的索引PMI2)，并且计算信道质量指 示符（CQI)，该CQI和PMI2 -起被反馈给基站。基于UE的反馈，基站执行步骤103-105中 的操作。在步骤103,基站根据长期反馈值PMI1执行用户划簇和配对操作；在步骤104,基 站根据反馈值CQI实施用户调度；在步骤105,基站根据反馈值PMI1和PMI2确定下行传输 中使用的长期和短期预编码矩阵，然后确定整体的MU-MIMO自适应传输方案。
[0005] 尽管在现有技术中提出了基于双码本的预编码方案，然而例如在以上提到的示例 中，空间资源的自由度并没有被充分利用，尤其是在垂直域的空间资源没有被充分利用。因 而在多个用户分布于同一建筑物的不同楼层的情况下，这些方案难以支持多用户传输。
[0006] 因此，存在着利用新的MU-MM0传输方案以解决上述问题，从而更高效地利用空 间资源的需求。
【发明内容】
[0007] 针对现有技术中存在的问题，本发明的实施例提出了一种MIM0预编码方法，以及 对应的具有有限反馈的多用户传输方案。
[0008] 根据本发明的一个方面，提出了一种用于多输入多输出传输系统的预编码矩阵的 构造方法，包括确定多个第一预编码矩阵，以构成第一预编码码本；其中每个所述第一预编 码矩阵与多个基本波束子集的其中一个相关联，所述多个基本波束子集是由基本波束的全 集通过下述方式之一获得：
[0009] _将所述基本波束的全集划分成均匀的互不重叠的子集；
[0010] -将所述基本波束的全集划分成均匀的在水平域部分重叠的子集；
[0011] -将所述基本波束的全集划分成均匀的在垂直域部分重叠的子集；以及
[0012] -将所述基本波束的全集划分成均匀的在垂直域和水平域均部分重叠的子集。
[0013] 根据本发明的一个实施例，该方法中所述基本波束的全集被布置为均匀平面阵列 的形式，其中同一行的波束具有相同的下倾角，并且同一列的波束具有相同的方位角；并且 所述基本波束的全集由均匀平面天线阵列生成。
[0014] 根据本发明的又一实施例，该方法中所述基本波束的全集、所述多个基本波束子 集和所述多个第一预编码矩阵中的至少一项是预先确定的，或者是至少部分地通过接收来 自网络节点的指示而确定的。
[0015] 根据本发明的又一替代实施例，在该方法中所述确定多个第一预编码矩阵包括确 定所述基本波束的全集，其中每个所述基本波束由下倾角和方位角确定；将所述基本波束 的全集划分成多个基本波束子集；以及利用所述多个基本波束子集中的每个构造相关联的 第一预编码矩阵。
[0016] 根据本发明的一个实施例，该方法中通i
〖每个所述第一预编 码矩阵与多个基本波束子集的其中一个相关联，其中Wi(k)表示第k个第一预编码矩阵，xk 表示第k个基本波束子集，并且k为非负整数值。
[0017] 根据本发明的一个实施例，该方法进一步包括确定多个第二预编码矩阵，以用于 构成双码本矩阵。
[0018] 根据本发明的另一个方面，提出了一种用于多输入多输出传输系统的预编码信息 的选择方法，包括根据信道状态信息的长期统计，从基本波束的全集中选择最匹配的基本 波束和最不匹配的基本波束；其中所述基本波束的全集通过下述方式之一被划分成多个基 本波束子集：
[0019]-将所述基本波束的全集划分成均匀的互不重叠的子集；
[0020] -将所述基本波束的全集划分成均匀的在水平域部分重叠的子集；
[0021] -将基本波束的全集划分成均匀的在垂直域部分重叠的子集；以及
[0022] -将基本波束的全集划分成均匀的在垂直域和水平域均部分重叠的子集；
[0023] 以及，从所述多个基本波束子集中选择如下最匹配的基本波束子集和最不匹配的 基本波束子集，所述最匹配的基本波束子集包括选择的所述最匹配的基本波束，并且所述 最不匹配的基本波束子集包括选择的所述最不匹配的基本波束；以及根据选择的所述最匹 配的基本波束子集和/或最不匹配的基本波束子集，从多个第一预编码矩阵中选择相应的 第一预编码矩阵。
[0024] 根据本发明的一个实施例，该方法中所述基本波束的全集被布置为均匀平面阵列 UPA的形式，其中同一行的波束具有相同的下倾角并且同一列的波束具有相同的方位角； 并且所述基本波束的全集由均匀平面天线阵列生成。
[0025] 根据本发明的又一实施例，该方法中所述基本波束的全集、所述多个基本波束子 集和所述多个第一预编码矩阵中的至少一项是预先确定的，或者是至少部分地通过接收来 自网络节点的指示而确定的。
[0026] 根据本发明的一个实施例，该方法中根据选择的所述最匹配的基本波束子集和/ 或最不匹配的基本波束子集，从多个第一预编码矩阵中选择相应的第一预编码矩阵包括： 根据选择的所述最匹配的基本波束子集和/或最不匹配的基本波束子集的索引，得到所述 相应的第一预编码矩阵在所述多个预编码矩阵中的索引。
[0027] 根据本发明的一个实施例，该方法中根据选择的所述最匹配的基本波束子集 和/或最不匹配的基本波束子集，从多个第一预编码矩阵中选择相应的第一预编码矩 阵包括：根据所述最匹配的的基本波束子集和/或最不匹配的的基本波束子集Xk，按照
人多个第一预编码矩阵中选择的相应的第一预编码矩阵A(k)。
[0028] 根据本发明的又一实施例，该方法中根据信道状态信息的长期统计，从基本波束 的全集中选择最匹配的基本波束和最不匹配的基本波束包括：根据所述信道状态信息的长 期统计得到信道相关矩阵的特征向量；至少部分地根据所述特征向量中的主特征向量与所 述基本波束的全集中各个基本波束的距离，选择所述最匹配的基本波束和所述最不匹配的 基本波束；以及，在所划分的所述多个基本波束子集部分重叠的情况下，至少部分地根据所 述特征向量中第二特征向量来选择所述最匹配的基本波束子集和所述最不匹配的基本波 束子集。
[0029] 根据本发明的一些实施例，该方法还包括根据短时的信道状态信息，选择第二预 编码矩阵，用于从给定的基本波束子集中选择波束。
[0030] 在本发明的进一步的实施例中，该方法还包括通过下列操作之一来选择簇索引 CI：
[0031]-将CI选择为等于所选择的所述相应的第一预编码矩阵的索引；或者
[0032]-将所述多个基本波束子集或者与所述多个基本波束子集关联的所述多个第一预 编码矩阵布置成两维均匀平面阵列的形式，其中所述均匀平面阵列的每行涉及的基本波束 具有相同或者相近的下倾角，并且所述均匀平面阵列的每列涉及的基本波束具有相同或者 相近的方位角；
[0033] 将所述均匀平面阵列划分成在水平域均匀并且在垂直域不均匀的多个簇，其中至 少一个簇包括多于一个基本波束子集或者多于一个第一预编码矩阵；以及
[0034] 分别选择第一 CI和第二CI，使得所述第一 CI指示的簇包括所选择的所述最匹配 的基本波束子集或者所述最匹配的基本波束子集所关联的第一预编码矩阵，并且所述第二 CI指示的簇包括所选择的所述最不匹配的基本波束子集或者所述最不匹配的基本波束子 集所关联的第一预编码矩阵。
[0035] 根据本发明的一些实施例，该方法进一步包括至少将所选择的所述预编码矩阵索 引以及所述簇索引反馈给基站。
[0036] 根据本发明的再一个方面，提供了一种用于多输入多输出传输系统的调度方法， 包括至少部分地根据用户反馈的信道质量以及簇索引CI，选择要调度的主用户；以及，确 定与所述主用户同时被调度的配对用户；以及，当确定存在所述配对用户的情况下，至少部 分地根据用户反馈的信道质量、第一预编码矩阵以及CI，在同一时频资源上同时调度所述 主用户和所述配对用户；其中所述第一预编码矩阵选自多个第一预编码矩阵，所述多个第 一预编码矩阵中的每个第一预编码矩阵与一个基本波束子集关联，所述多个基本波束子集 是由基本波束的全集通过下述方式之一获得：
[0037] _将所述基本波束的全集划分成均匀的互不重叠的子集；
[0038] -将所述基本波束的全集划分成均匀的在水平域部分重叠的子集；
[0039] -将基本波束的全集划分成均匀的在垂直域部分重叠的子集；以及
[0040] -将基本波束的全集划分成均匀的在垂直域和水平域均部分重叠的子集。
[0041] 根据本发明的一些实施例，在该方法中通过将其他用户反馈的CI与所述主用户 反馈的CI进行比较来确定所述配对用户，其中所述其他用户和所述主用户反馈的CI是分 别由所述其他用户和所述主用户通过下列操作之一选择的：
[0042] -将CI选择为等于所选择的所述相应的第一预编码矩阵的索引；或者
[0043] -将所述多个基本波束子集或者与所述多个基本波束子集关联的所述多个第一预 编码矩阵布置成两维均匀平面阵列的形式，其中所述均匀平面阵列的每行涉及的基本波束 具有相同或者相近的下倾角，并且所述均匀平面阵列的每列涉及的基本波束具有相同或者 相近的方位角；将所述均匀平面阵列划分成在水平域均匀并且在垂直域不均匀的多个簇， 其中至少一个簇包括多于一个基本波束子集或者多于一个第一预编码矩阵；以及
[0044] 分别选择第一 CI和第二CI，使得所述第一 CI指示的簇包括所选择的所述最匹配 的基本波束子集或者所述最匹配的基本波束子集所关联的第一预编码矩阵，并且所述第二 CI指示的簇包括所选择的所述最不匹配的基本波束子集或者所述最不匹配的基本波束子 集所关联的第一预编码矩阵。
[0045] 根据本发明的又一实施例，在该方法中所述基本波束的全集被布置为均匀平面阵 列的形式，其中同一行的波束具有相同的下倾角并且同一列的波束具有相同的方位角；以 及，所述基本波束的全集由均匀平面天线阵列生成。
[0046] 在本发明的一些实施例中，该方法中的所述基本波束的全集、所述多个基本波束 子集和所述多个第一预编码矩阵中的至少一项是预先确定的，或者是至少部分地通过接收 来自网络节点的指示而确定的。
[0047]根据本发明的一些实施例，该方法中通
f每个所述第一预编 码矩阵与多个基本波束子集的其中一个相关联，其中Wi(k)表示第k个第一预编码矩阵，xk 表示第k个基本波束子集，并且k为非负整数值。
[0048] 根据本发明的又一个方面，提供了一种用于多输入多输出传输系统的预编码矩阵 的构造设备，包括：
[0049]第一预编码矩阵确定装置，用于确定多个第一预编码矩阵，以构成第一预编码码 本；其中每个所述第一预编码矩阵与多个基本波束子集的其中一个相关联，所述多个基本 波束子集是由基本波束的全集通过下述方式之一获得：
[0050] _将所述基本波束的全集划分成均匀的互不重叠的子集；
[0051]-将所述基本波束的全集划分成均匀的在水平域部分重叠的子集；
[0052]-将所述基本波束的全集划分成均匀的在垂直域部分重叠的子集；以及
[0053] _将所述基本波束的全集划分成均匀的