用于多输入多输出（mimo）的空间信道状态信息反馈的方法和系统的制作方法
【专利摘要】一种用于空间信道的空间CSI的反馈的方法和系统，所述空间信道连接用户设备的接收天线和多个发送天线。空间辨别信息被提供作为连接所述用户设备和小区的发送器和接收器处的反馈。用户设备提供每个子信道的发送器和接收器侧的空间辨别信息作为反馈，可以确定在多段发送天线的复合空间CSI。用户设备可具有一个或多个接收天线，且空间辨别信息可以是短期子频带。在某些实施方案中，在接收器侧的空间辨别信息来源于实际的空间信道，同时考虑接收器实现。利用用于MIMO预编码的码本，发送器和接收器处的空间辨别信息可以被提供作为反馈。
【专利说明】用于多输入多输出(ΜΙΜΟ)的空间信道状态信息反馈的方法和系统
【技术领域】
[0001]本发明的领域涉及下行MIMO技术的反馈空间信道状态信息(CSI)。特别是，本发明的领域涉及利用按元素方式量化特征向量的空间CSI反馈。
【背景技术】
[0002]MMO技术能够在链路层、系统层、或链路层和系统层两者显著提高数据吞吐量。空间复用和波束成形已经用于增加光谱效率和数据吞吐量。通过经并行信道复用相同用户的数据流，空间复用直接提升链路层数据吞吐量和峰值速率。当天线间的空间相关性低的时候，对于发送天线和接收天线两者而言，空间复用是最有效的。波束成形或预编码增加信道的信号干扰噪声比(SINR)，从而增加信道速率。预编码涉及应用在多天线上的发送权重，其中权重计算基于CSI或者根据信道互易或者反馈。
[0003]当发送天线的数量大于接收天线数量时，虽然只要信道的秩大于1，空间复用就仍然能够被执行，但是发送器的额外空间维度青睐预编码。在信道互易一般不保留的频分双工(FDD)系统中，需要空间CSI反馈用于预编码。由于开销的关系，CSI反馈不能利用太多的位。一般，随着位数的增加，量化误差减小。
[0004]预编码的MMO能够操作于两种场景:单用户MMO (SU-MIMO)和多用户MMO(MU-MIMO)0在SU-MMO中，空间复用的数据流被发送给一个用户，且预编码主要被用于增加接收器的SINR。在MU-MIMO中，多个用户的数据流分享在相同时间-频率资源中的相同的发送天线组。通过适当的预编码和接收器处理实现数据解耦。然而，在空间CSI反馈中的量化误差完全不同地影响SU-MMO和MU-MMO的性能。对于SU-MM0，当预编码不能很好地匹配MMO信道的空间特征时，码本的有限分辨率导致一定的SINR损失。在或者低或者高的SNR区域，这种SINR损失几乎是均匀遍布不同的信号噪声(SNR)操作区域。换而言之，因为对相同用户的多个数据流的解耦只在接收器进行的，其与在发送器端的预编码没任何关系，所以空间复用中没有损失。然而，对于MU-MM0，量化误差弓I发跨用户干扰，随着SNR增加，其迅速使MMO信道速率达到饱和，如图1中所示和在2009年10月在日本宫崎召开的 3GPPRANl#58bis 中的中兴 3GPPR1093818“Performancesensitivitytofeedback types”中所述。
[0005]当发送器的天线(例如，波束成形天线)相关时，随着MMO信道特征被退化至线性相位旋转，码本设计问题能够被显著减少。然而，如果受限于CSI反馈负担得起的位数，那么非相关信道的码本设计一般是难的。非相关天线的一种典型配置是广泛分布的交叉极化。在散射环境中，两组之间的间距(通常大于4个波长)确保其间的低相关性。正交的极化(+45/-45度)导致每个极化方向上相当独立的衰落。
[0006]信息理论，如IEEE信息论学报2006年11月的第52卷11期第5054页至5060页的 N.Jindal 所著的“MIMObroadcastchannelswithfinite-rate feedback”中所述，展不的是为了获得MU-MMO的全面复用增益，每个用户的CSI量化所需位数应该是成比例于按照dB的操作SNR，如下
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[0007]B = (Μ -1) 1g2 p ? —~ P1( I )
[0008]其中M是发送天线的数量。
[0009]在4G无线系统中，移动终端被假定具有两个接收天线，这意味着对于有效的预编码，M应该等于或大于4。甚至在M=4时，当SNR操作点移动高出IdB时，所需位数需要增加IdB0如果在低SNR (B卩，小于3dB)B=2位，那么对于高SNR (即，大于16dB)，B能够超出15位。这种大码本(215=3278条目)的设计和存储是有挑战性的，且码字搜索将需要大量的基带处理。这种及其他情况展示了问题和障碍，其被下述方法和系统所克服。
【发明内容】
[0010]本发明是针对无线通信的方法和系统，该方法和系统利用按元素方式量化特征向量，提供用于下行MMO技术的空间CSI。
[0011]在该方法中，提供了用于非相关MMO信道的空间CSI作为从用户设备到发送设备的反馈。更特别的是，空间CSI在用户设备上被估计，然后被分解成特征向量。特征向量的元素被量化且用作对发送设备的反馈。量化是在幅度和相位上，且可以事先进行规范化。可选的是，码本可以被用于反馈。特征向量也可以从反馈中重构，且预编码矩阵可以在发送设备上被计算。
[0012]该系统包括用于在用户设备上估计空间CSI的装置、用于将空间CSI分解成特征向量的装置、用于量化特征向量的装置、和用于提供量化的特征向量作为对发送设备的反馈的装置。量化器被配置为在幅度和相位上进行量化。此外，可以包括用于规范化幅度和相位的装置。可选的是，发送设备可以包括用于从量化的元素重构特征向量的装置和用于计算预编码矩阵的装置。
[0013]改进的其他方面和优点将从优选的实施方式的阐述中体现出来。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]通过附图的方式说明本发明的实施方式。
[0015]图1展示的是预编码的MMO对CSI反馈的性能灵敏度。
[0016]图2展示的是特征向量的元素方式量化比起量化协方差矩阵的性能优势。
[0017]图3是下行MMO的空间CSI反馈示例的方框图。
[0018]图4说明的是发送天线分段的示例。
【具体实施方式】
[0019]以下阐述的方法和系统提供有效的方式用于精确地反馈非相关MIMO信道的空间CSI，特别是当每个用户的MIMO秩数等于或大于2时。该方法和系统可用于具有单个或多个接收天线的移动设备。
[0020]在接收器侧用于每一段发送天线的空间辨别信息能够直接来源于空间信道(显式反馈)，例如，通过奇异值分解(SVD)，或者考虑接收器的实现(隐式反馈)。隐式反馈假设特定的接收器处理且通常采用预编码矩阵指示符的形式(PMI)或者加强的版本。显式反馈尝试“客观地”捕捉空间信道特征而不考虑接收器处理。根据信道状态信息的参考信道(CS1-RS)测量空间信道。CS1-RS由更高层配置。
[0021]利用码本，空间CSI能够被用作反馈。码本是有效的矢量量化器。可以重复利用早期LTE版本的码本，例如，Rel-8/9/lO。应用Rel-8/9/lOCQI或增强版本，诸如空间信道的特征值的与SNR有关的信息能够被用作反馈。
[0022]在2009年11月在韩国济州岛的3GPPRAN1#59中摩托罗拉的3GPPRl_094844“Low-overheadfeedbackofspatialcovariancematrix,> 中，空间 CSI 以发送协方差矩阵为特征，且逐个元素进行量化。相反，在此，可以由特征向量表示空间CSI，且在特征向量的每个元素上进行量化。结果，能够应用更少数量的位达到更精确的CSI反馈，如图2中所示。
[0023]图3说明的是反馈设置的例子，其中特征向量被逐个元素地量化。在该设置中有两个主要实体，即，演进基站(eNB)和用户设备(UE)。eNB的发送天线能够驻留在不同的地理位置，且具有不同的极化。
[0024]图4说明的是处于基站的广泛排列的交叉极化的天线(共四个元素)的分集式天线配置。假设移动终端具有两个接收天线，4乘2的MIMO信道H分段为
【权利要求】
1.一种用于非相关MIMO信道的空间CSI反馈方法，所述方法包括: 估计用户设备UE处的空间CSI ； 分解所述空间CSI，产生包含元素的特征向量； 量化所述元素；以及 提供所量化的元素作为反馈。
2.如权利要求1所述的方法，其中，量化所述元素包括在幅度和相位上量化所述元素。
3.如权利要求2所述的方法，还包括规范化所述幅度和所述相位。
4.如权利要求3所述的方法，其中，规范化所述幅度和所述相位包括通过最大的幅度元素规范化所述幅度和通过第一行元素规范化所述相位。
5.如权利要求1所述的方法，其中，分解所述空间CSI包括奇异值分解。
6.如权利要求1所述的方法，其中，量化所述元素包括利用均匀量化器量化所述元素。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述UE处的所述空间CSI包括具有表示发送器侧空间辨别的两个或多于两个的列的矩阵，且所述元素包括第一列和第二列或第一列之一的元素。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述空间CSI考虑到接收器的实现。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述空间CSI是短期子频带。
10.如权利要求1所述的方法，其中，提供所量化的元素作为反馈包括利用ー个或多个码本用于MIMO预编码。
11.如权利要求1所述的方法，还包括: 根据量化的元素重构特征向量；以及 计算预编码矩阵。
12.一种用于非相关MIMO信道的空间CSI反馈系统，所述系统包括: 用于估计用户设备UE处的空间CSI的装置； 用于分解所述空间CS1、产生包含元素的特征向量的装置； 用于量化所述元素的装置；以及 用于提供所量化的元素作为反馈的装置。
13.如权利要求12所述的系统，其中，用于量化所述元素的所述装置被配置为在幅度和相位上进行量化。
14.如权利要求13所述的系统，还包括用于规范化所述幅度和所述相位的装置。
15.如权利要求14所述的系统，其中，用于规范化的所述装置被配置为通过最大的幅度元素量化所述幅度和通过第一行元素量化所述相位。
16.如权利要求12所述的系统，其中，用于分解的所述装置被配置为用于奇异值分解。
17.如权利要求12所述的系统，其中，用于量化的所述装置是均匀量化器。
18.如权利要求12所述的系统，其中，所述UE处的所述空间CSI包括具有表示发送器侧空间辨别的两个或多于两个的列的矩阵，且所述元素包括第一列和第二列或第一列之一的元素。
19.如权利要求12所述的系统，其中，所述空间CSI考虑到接收器实施。
20.如权利要求12所述的系统，其中，所述空间CSI是短期子频带。
21.如权利要求12所述的系统，其中，用于提供所量化的元素作为反馈的所述装置被配置为利用一个或多个码本用于MIMO预编码。
22.如权利要求12所述的系统，还包括: 用于根据量化的元素重构特 征向量的装置；以及用于计算预编码矩阵的装置。
【文档编号】H04B7/04GK103609053SQ201280019744
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2012年4月18日 优先权日:2011年4月26日
【发明者】袁弋非, 霍大卫 申请人:中兴通讯股份有限公司, 中兴通讯(美国)公司