在无线通信系统中报告信道状态信息的方法和装置的制造方法

在无线通信系统中报告信道状态信息的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种无线通信系统，并且更加特别地，设及一种用于报告信道状态信 息（CSI)的方法和装置。
【背景技术】
[0002] 多输入多输出（MIMO)技术是能够使用多发送天线和多接收天线替代使用单发送 天线和单接收天线改进数据发送/接收效率。使用单天线的接收器通过单天线路径接收数 据，但是使用多天线的接收器通过多路径接收数据。因此，能够改进数据传输率和数据吞吐 量，并且可W扩大覆盖。
[0003] 为了增加MIMO操作的增益，MIMO发射器可W接收和使用从MIMO接收器反馈的信 道状态信息（CSI)。接收器可W通过使用从发射器接收到的预先确定的参考信号巧巧执行 信道测量确定CSI。

【发明内容】

[0004] 技术问题
[0005] 被设计W解决问题的本发明的目的在于一种用于产生和报告信道状态信息（CSI) W正确地和有效地支持2D天线结构的方法。
[0006] 要理解的是，本发明的前述的总体描述和下面的详细描述是示例性的和说明性的 并且旨在提供如要求的本发明的进一步解释。
[0007] 技术方案
[0008] 为了实现运些目的和其它的优点并且根据本发明的用途，如在此具体化和广泛地 描述的，一种用于在无线通信系统中通过用户设备扣巧报告信道状态信息（CSI)的方法， 该方法包括：从基站度巧接收参考信号；和向BS报告使用参考信号产生的CSI，其中当用 于通过第一域和第二域定义的2D天线结构的CSI不包括用于2D天线结构的预编码矩阵指 示符（PMI)但是包括用于2D天线结构的信道质量指示符（CQI)时基于第二域中的倾斜计 算CSI。
[0009] 在本发明的另一方面中，一种用于在无线通信系统中通过基站度巧接收信道状 态信息（CSI)的方法，该方法包括：向用户设备扣巧发送参考信号；和从肥接收通过肥使 用参考信号产生的CSI，其中当用于通过第一域和第二域定义的2D天线结构的CSI不包括 用于2D天线结构的预编码矩阵指示符（PMI)但是包括用于2D天线结构的信道质量指示符 (CQI)时基于第二域中的倾斜计算CSI。
[0010] 在本发明的另一方面中，一种用于在无线通信系统中报告信道状态信息（CSI)的 用户设备扣巧，该肥包括：发射器；接收器；W及处理器，其中处理器被配置成控制接收器 W从基站度巧接收参考信号，并且控制发射器W向BS报告使用参考信号产生的CSI，并且 其中当用于通过第一域和第二域定义的2D天线结构的CSI不包括用于2D天线结构的预编 码矩阵指示符（PMI)但是包括用于2D天线结构的信道质量指示符（CQI)时基于第二域中 的倾斜计算CSI。
[0011] 在本发明的另一方面中，一种用于在无线通信系统中接收信道状态信息（CSI)的 基站度巧，该BS包括：发射器；接收器；W及处理器，其中处理器被配置成控制发射器W向 用户设备扣巧发送参考信号，并且控制接收器W从肥接收通过肥使用参考信号产生的 CSI，并且其中当用于通过第一域和第二域定义的2D天线结构的CSI不包括用于2D天线结 构的预编码矩阵指示符（PMI)但是包括用于2D天线结构的信道质量指示符（CQI)时基于 第二域中的倾斜计算CSI。
[0012] 下面的描述可W被共同地应用于本发明的实施例。
[0013] 通过较高层信令将关于第二域中的倾斜的信息提供给肥。
[0014] 通过肥向BS报告被用于计算CQI的关于第二域中的倾斜的信息。
[0015] 提供关于在第二域中的多个不同倾斜方向的信息。
[0016] 用于应用第二域中的倾斜的参考信号被发送给肥。
[0017] 用于应用第二域中的倾斜的参考信号是信道状态信息-参考信号（CSI-R巧。
[0018] 用于应用第二域中的倾斜的参考信号是小区特定的参考信号（CRS)，并且其中每 个CRS被不同地应用第二域中的倾斜。
[0019] 第二域中的倾斜被表示为权重向量。
[0020] 每个时间单位被不同地应用第二域中的倾斜。
[0021] 在第二域中的不同倾斜方向被应用于各个子帖或者每个连续的子帖。
[0022] 使用位图指示第二域中的第一倾斜方向被应用到的子帖和第二域中的第二倾斜 方向被应用到的子帖。
[0023] 第二域中的不同倾斜方向被应用于不同的子帖类型。
[0024] 当肥执行回退操作时，通过假定对其应用通过预先确定的第二域PMI指示的第二 域预编码矩阵的单个天线传输，确定第二域中的倾斜。
[00巧]预先确定的第二域PMI是具有最低索引的第二域PMI。
[0026] 第一域是水平域，并且其中第二域是垂直域。
[0027] 要理解的是，本发明的前述的总体描述和下面的详细描述是示例性的和说明性的 并且旨在提供如要求的本发明的进一步解释。
[002引有益效果
[0029] 根据本发明，可W提供一种用于产生和报告信道状态信息（CSI)W正确地和有效 地支持2D天线结构的新方法。
[0030] 本领域的技术人员将会理解，能够利用本发明实现的效果不限于已在上文特别描 述的效果，并且从结合附图的下面的具体描述将更清楚地理解本发明的其它优点。
【附图说明】
[0031] 附图被包括W提供对本发明的进一步理解，附图示出了本发明的实施例，并且与 说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：
[0032] 图1是图示无线电帖的结构的图；
[0033] 图2是图示在下行链路时隙处的资源网格的图；
[0034] 图3是图示下行链路子帖的结构的图；
[0035] 图4是图示上行链路子帖的结构的图；
[0036] 图5是图示具有多天线的无线通信系统的示意图；
[0037] 图6是图示在一个资源块对上的CRS和DRS的示例性图案的图；
[0038] 图7是图示在LTE-A系统中定义的DMRS图案的示例的图；
[0039] 图8是图示在LTE-A系统中定义的CSI-RS图案的示例的图；
[0040] 图9是图示用于定期地发送CSI-RS的方法的示例的图；
[0041] 图10是图示基于码本的预编码的基本概念的图；
[0042] 图11是图示用于配置8个发送天线的示例的图；
[0043] 图12是用于描述一般有源天线阵列系统（AA巧的结构的图；
[0044] 图13是用于描述2D天线阵列的结构的图；
[0045] 图14是用于在几何上描述AAS的图；
[0046] 图15是用于描述角度方向的定义的图；
[0047] 图16是图示平面天线阵列配置的图；
[0048] 图17是用于描述角度方向的另一定义的图；
[0049] 图18是图示基于2D天线配置的波束成形的示例的图；
[0050] 图19是用于描述垂直波束成形的示例的图；
[0051] 图20是用于描述根据本发明的用于发送/接收信道状态信息（CSI)的方法的图； W及
[005引图21是根据本发明的实施例的基站度巧和用户设备扣巧的框图。
【具体实施方式】
[0053] 通过W预定类型组合本发明的结构元件和特征来实现下面的实施例。除非另外指 定，每个结构元件或特征应当选择性地考虑。每个结构元件或特征可W在不结合其他结构 元件或特征的情况下实现。另外，一些结构元件和/或特征可W彼此组合W构成本发明的 实施例。在本发明的实施例中描述的操作顺序可W改变。一个实施例的一些结构元件或特 征可W包括在另一实施例中，或者可W被替换为另一实施例的相应结构元件或特征。
[0054] 在本说明书中，将会基于基站和用户设备之间的数据发送和接收描述本发明的实 施例。在此情况下，基站是指网络的终端节点，执行与用户设备的直接通信。根据情况，可 W由基站的上层节点来执行已被描述为由基站执行的特定操作。
[0055] 换句话说，明显的是，与包括多个网络节点W及基站的网络中与用户设备通信执 行的各种操作可W由基站或除了基站之外的网络节点执行。此时，"基站"度巧可W被替换 成诸如固定站、节点B、e节点B(eNB)和接入点（AP)的术语。而且，中继可W被替换成诸如 中继节点（RN)和中继站巧巧的属于。另外，"终端"可W被替换成诸如用户设备扣巧、移 动站（M巧、移动订户站（MS巧和订户站（S巧的术语。
[0056] 在下面的描述中使用的特定技术术语来帮助理解本发明，并且在不脱离本发明的 技术精神的范围内，可W对各种特定技术术语进行修改。
[0057] 在一些情况下，为了防止本发明的概念模糊，现有技术的结构和装置将被省略，或 者基于每个结构和装置的主要功能W框图形式示出。此外，只要可能，在整个附图和说明书 中，使用相同的标号指代相同或相似部分。
[0058] 可W通过下述无线接入系统中的至少一个中公开的标准文档支持本发明的实施 例，即、IE邸 802 系统、3GPP系统、3GPPLTE系统、3GPPLTE、3GPPLTE-A^TE-)系统和 3GPP2系统。目P，在本发明的实施例之中，可W通过上述文档支持为了本发明的技术精神清 楚而没有描述的明显步骤或部分。另外，可W通过上述标准文档描述本文公开的所有技术。
[0059]W下技术可W用于各种无线接入术语，诸如CDMA(码分多址）、抑MA(频分多 址）、TDMA(时分多址）、OFDMA(正交频分多址）和SC-FDMA(单载波频分多址）。CDMA可 W通过无线技术来实现，诸如通用地面无线接入扣TRA)或CDMA2000。TDMA可W通过无 线技术来实现，诸如全球移动通信系统（GSM)/通用分组无线业务（GPRS)/增强型数据速 率GSM演进巧DGE)。（FDMA可W通过无线技术来实现，诸如IE邸802. 11 (Wi-Fi)、IE邸 802.Ie(WiMAX)、I邸E802. 20和演进的UTRA巧-UTRA)。UTRA是通用移动电信系统（UMT巧的 一部分。第S代合作伙伴项目长期演进（3GPPLT巧是使用E-UTRA的演进的UMTS(E-I)MT巧 的一部分，并且在下行链路采用OFDMA并且在上行链路上采用SC-FDMA。高级LTE(LTE-A) 是3GPPLTE的演进版本。WiMAX可W通过IE邸802. 16e标准（无线MAN-OFDMA参考系统） 和先进IE邸802. 16m标准（无线MAN-O抑MA先进系统）进行描述。为了清楚的清楚起见， 虽然将会基于3GPPLTE/LTE-A描述本发明，但是应该理解，本发明的技术精神不限于3GPP LTE/LTE-A。
[0060] 图1是图示无线电帖的结构的图。
[0061] 在蜂窝(FDM通信系统中，W子帖为单位执行上行链路/下行链路数据分组传输， 其中通过包括多个OFDM符号的给定的时间间隔定义一个子帖。3GPPLTE标准支持可应用 于频分双工（FDD)的类型1无线电帖结构和可应用于时分双工（TDD)的类型2无线电帖结 构。
[0062] 图1(a)是图示类型1无线电帖的结构的图。下行链路无线电帖包括10个子帖，每 一个子帖在时域中包括两个时隙。对于发送一个子帖所要求的时间将会被称为传输时间间 隔們1)。例如，一个子帖可W具有Ims的长度，并且一个时隙可W具有0.5ms的长度。一 个时隙在时域中包括多个OFDM符号，并且在频域中包括多个资源块（RB)。因为3GPPLTE 系统在下行链路中使用0FDM，所WOFDM符号表示一个符号间隔。OFDM符号可W被称为一 个SC-抑MA符号或符号间隔。资源块（RB)作为资源分配单元，在一个时隙中可W包括多个 连续子载波。
[0063] 被包括在一个时隙中的OFDM符号的数目可W取决于循环前缀（CP)的配置而改 变。CP的示例包括扩展CP和正常CP。例如，如果通过正常的CP来配置(FDM符号，则被包 括在一个时隙中的OFDM符号的数目可W是7。如果通过扩展的CP配置OFDM符号，则因为 一个(FDM符号的长度被增加，所W被包括在一个时隙中的(FDM符号的数目小于在正常的 CP的情况下的OFDM符号的数目。例如，在扩展的CP的情况下，被包括在一个时隙中的OFDM 符号的数目可W是6。如果信道状态不稳定，如用户设备W高速移动的情况，则扩展的CP可 W被用于减少符号间干扰。
[0064] 如果正常的CP被使用，则因为一个时隙包括屯个(FDM符号，所W-个子帖包括14 个(FDM符号。运时，每个子帖的最多前两个或者=个(FDM符号可W被分配给物理下行链 路控制信道（PDCCH)，并且其他(FDM符号可W被分配给物理下行链路共享信道（PDSCH)。
[0065] 图1(b)是图示类型2无线电帖的结构的示意图。类型2无线电帖包括2个半帖， 其中的每一个包括五个子帖，下行链路导频时隙（DwPTS)、保护时间（GP)、W及上行链路导 频时隙OJpPT巧的特定子帖。一个子帖包括两个时隙。DwPTS被用于在用户设备处的初始 小区捜索、同步或者信道估计。化PTS被用于在基站处的信道估计和用户设备的上行链路 传输同步。而且，保护时段是要去除由于在上行链路和下行链路之间的下行链路信号的多 路径延迟在上行链路中产生的干扰。同时，一个子帖包括两个时隙，不论无线电帖的类型如 何。
[0066] 无线电帖的结构仅是示例性的，并且在被包括在无线电帖的子帖的数目、被包括 在子帖中的时隙的数目、或者被包括在时隙中的符号的数目可W进行各种修改。
[0067] 图2是图示在下行链路时隙处的资源网格的示意图。
[0068] 一个下行链路时隙包括，但不限于，时域中的7个(FDM符号，并且一个资源块（RB) 包括，但不限于，频域中的十二个子载波。例如，尽管一个时隙在正常的CP情况下包括屯个 (FDM符号，但是一个时隙可W在扩展的CP的情况下包括六个(FDM符号。资源网格上的每 个元素将会被称为资源元素（RE)。一个资源块（RB)包括12X7(6)个资源元素。被包括在 下行链路时隙中的资源块（RB)的数目NDL取决于下行链路传输带宽。上行链路时隙的结 构可W与下行链路时隙的结构相同。
[0069] 图3是图示下行链路子帖的结构的示意图。
[0070] 位于子帖内的第一时隙前部的最多=个OFDM符号对应于控制信道被分配到的控 制区域。其他CFDM符号对应于物理下行链路共享信道（PDSCH)被分配到的数据区域。
[0071] 在3GPPLTE系统中使用的下行链路控制信道的示例包括PCFICH(物理控制格 式指示符信道）、PDCCH(物理下行链路控制信道）、W及PHICH(物理混合ARQ指示符信 道）。PCFICH从子帖的第一 (FDM符号被发送，并且包括关于在子帖内被用于控制信道的传 输的0抑M符号的数目的信息。PHICH是对上行链路传输的响应信道，并且包括HARQACK/ NACK(肯定应答/否定应答）信号。通过PDCCH发送的控制信息将会被称为下行链路控制 信息值Cl)。DCI包括用于任意用户设备组的上行链路或者下行链路调度信息或者上行链 路传输（Tx)功率控制命令。PDCCH包括下行链路共享信道值kSCH)的传送格式和资源分 配信息、上行链路共享信道WkSCH)的资源分配信息、寻呼信道（PCH)的寻呼信息、关于 化-SCH的系统信息、诸如在PDSCH上发送的随机接入响应的上层控制消息的资源分配信 息、在任意用户设备组内的单独的用户设备的发送功率控制命令的集合、发送功率控制信 息、W及互联网语音协议（VoI巧的激活。可W在控制区域内发送多个PDCCH并且用户设备 可W监测多个PDCCH。
[0072] 通过一个或者多个连续的控制信道元素（CCE)的聚合发送PDCCH。CCE是被用于 基于无线电信道的状态W预定的编码速率提供PDCCH的逻辑分配单元。CCE对应于多个资 源元素组（REG)。取决于通过CCE提供的编码速率和CCE的数目之间的相关性来确定PDCCH 的格式和PDCCH的可用比特的数目。
[0073] 基站取决于被发送到用户设备的DCI来确定PDCCH格式，并且将循环冗余检验 (CRC)附接到控制信息。取决于PDCCH的拥有者或者用途，CRC被掩蔽有无线电网络临时 标识符（RNTI)。例如，如果PDCCH是用于特定的用户设备，则CRC被掩蔽有相应的用户设 备的小区RNTI(C-RNTI)。如果PDCCH是用于寻呼消息，则CRC可W被掩蔽有寻呼指示符 标识符（P-RNH)。如果PDCCH是用于系统信息（更加详细地，系统信息块（SIB))，则CRC 可W被掩蔽有系统信息标识符和系统信息RNTI(SI-RNTI)。CRC可W被掩蔽有随机接入RNTI(RA-RNTI)W指示作为对用户设备的随机接入前导的传输的响应的随机接入响应。
[0074] 图4是图示上行链路子帖的结构的示意图。
[0075] 在频域上，上行链路子帖可W被划分为控制区域和数据区域。包括上行链路控制 信息的物理上行链路控制信道（PUCCH)被分配给控制区域。包括用户数据的物理上行链 路共享信道（PUSCH)被分配给数据区域。为了保持单载波特征，一个用户设备不同时发送 PUCCH和PUSCH。用于一个用户设备的PUCCH被分配给用于子帖的资源块（RB)对。属于RB 对的资源块（RB)为两个时隙保留不同的子载波。被分配给PUCCH的RB对在时隙边界处经 受跳频。
[0076] MIMO系统的律横
[0077] 图5是图示具有多天线的无线通信系统的示意图。
[0078] 如在图5(a)中所示，如果发送天线的数目被增加到NT并且接收天线的数目被增 加到NR，则不同于仅在发射器或者接收器中使用多个天线，在理论上与天线的数目成比例 地增加信道传输容量。因此，能够改进传输速率并且显著地改进频率效率。当信道传输容 量被增加时，理论上传输速率可W被增加与在通过将对应于使用单天线的情况的最大传输 速率RO乘W增加速率化获得的值那么多。
[0079] [等式 1]
[0080] Ri=min(NT，Nr)
[0081] 例如，在使用四个发送天线和四个接收天线的MIMO通信系统中，可W获得在理论 上大于单天线系统的传输速率的四倍的传输速率。在90年代中期已经证实MIMO系统的理 论上的容量增加之后，已经积极地研究各种技术W在实质上提供数据传输速率。而且，在诸 如第=代移动通信和下一代无线LAN的各种无线通信的标准中已经反映了一些技术。
[0082] 在回顾与MIMO系统有关的研究的最近趋势之后，在诸如与在各种信道环境和多 址环境中MIMO通信容量计算有关的信息理论方面的研究、MIMO系统的无线电信道测量和 建模的研究、W及用于传输可靠性和传输速率的时空信号处理技术的研究的各个方面进行 积极的研究。
[0083] 将会参考数学建模更加详细地描述在在MIMO系统中的通信方法。在MIMO系统中， 假定存在NT个发送天线和NR个接收天线。
[0084] 首先，将会描述发送信号。如果存在NT个发送天线，则最大传输信息的数目是NT。 可W如下地表示传输信息。
[00财[等式引 [0086]
[0087] 不同种类的发送功率可W被应用于每个传输信息S!，％'。运时，假定各个 发送功率是S'，巧，…，可W如下地表示其发送功率被控制的传输信息。
[008引[等式引
[0089]
[0090] 而且，可W使用对角矩阵P如下地表示i。
[00川[等式"
[0092]
[0093] 考虑到权重矩阵W被应用于控制其发送功率的信息向量§，使得获得NT个发送信 号
在运样的情况下，权重矩阵W用于将传输信息适当地分布到各个天线。 使用向量X可W如下地表示运样的发送信号，a'2，< > '，Xav。
[0094] [等式引
[0095]
[0096] 在运样的情况下，Wi,意指在第i个发送天线和第j个信息之间的权重值。W可W 被称为预编码矩阵。
[0097] 如果存在NR个接收天线，则可W通过向量如下地表示各自的天线的接收信号
[009引[等式6]
[0099]
[0100] 在MIMO通信系统中的信道建模的情况下，取决于发送和接收天线索引的索引可 W分类信道。在运样的情况下，经过从第j个发送天线到第i个接收天线的信道将会被表 示为hii。注意的是，在hii的索引中，接收天线的索引在发送天线的索引的前面。
[0101] 同时，图5(b)图示从接收天线i开始的NT个发送天线的信道。数个信道可W被 分组成一个并且然后可W通过向量类型或者矩阵类型被表示。如在图5(b)中所示，从NT 个发送天线到第i个接收天线的信道可W被如下地表示。
[0102] [等式 7]
[0103]
[0104] 因此，从NT个发送天线到NR个接收天线的所有信道可W被如下地表示。
[0105] [等式引
[0106]
[0107] 因为加性高斯白噪声（AWGN)被实际添加到上述信道矩阵H之后的信道。被添加 到NR个接收天线的每一个的AWGN ，'"，可W被如下地表示。
[010引[等式9]
[0109]
[0110] 使用上述等式建模获得的接收信号可W被如下地表示。
[0111] [等式 10]
[0112]
[0113] 同时，通过发送天线的数目和接收天线的数目确定指示信道状态的信道矩阵H的 行和列的数目。信道矩阵H中的行数与接收天线的数目相同，并且列数可W与发送天线的 数目NT相同。换言之，通过NRXNT矩阵可W表示信道矩阵H。
[0114] 通过相互独立的行数和列数的最小数目定义矩阵的秩。因此，矩阵的秩不能够具 有大于行数或者列数的值。信道矩阵H的秩（秩（H))可W被如下地限制。
[011引[等式11]
[0116]rank(H)《min(Nt，Nr)
[0117] 当对矩阵执行特征值分解时，通过不是0的特征值的数目也可W定义秩。类似地， 当对矩阵执行奇异值分解（SVD)时，通过不是0的奇异值的数目可W定义秩。因此，在信道 矩阵中，秩可W物理地意指可W发送来自于给定信道的不同种类的信息的列或者行的最大 数目。
[011引在本说明书中，用于MIMO传输的"秩"表示在特定的时间和特定的频率资源处独 立地发送信号的路径的数目，并且"层数"表示通过各个路径发送的信号流的数目。通常， 因为发射器发送与用于信号传输的秩的数目相对应的层，所W秩与层的数目相同，除非另 有明文规定。 。。引 参考信号化S)
[0120] 当在无线通信系统中发送分组时，因为通过无线电信道发送分组，在分组的传输 期间可能发生信号