本公開的實施例總體上涉及無線通信領域，具體地，涉及基于混合波束賦形的信道反饋方法及裝置。

背景技術：

大規(guī)模輸入輸出(MIMO：Multiple Input Multiple Output)或大規(guī)模天線系統(tǒng)已經(jīng)被公認為是5G通信系統(tǒng)的關鍵適用性技術，其在能量效率、頻譜效率、魯棒性和可靠性等方面具有極大優(yōu)勢。對采用波束賦形(BF：beamforming)的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)，理論上，應用傳統(tǒng)純數(shù)字波束賦形技術能獲得最理想的性能，然而，傳統(tǒng)純數(shù)字波束賦形要求射頻(RF：Radio Frequency)通道的數(shù)目與天線數(shù)目相同，這導致當天線數(shù)目增加時，硬件復雜度和RF通道數(shù)目造成的成本增加，同時信號處理的復雜性及能量消耗急劇增大。在實際系統(tǒng)中,成本和功耗的增加成為實施大規(guī)模MIMO的障礙。

為了解決這一問題，混合模擬/數(shù)字波束賦形被認為是大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中極具吸引力的技術。混合模擬/數(shù)字波束賦形結構使得RF通道數(shù)量比純數(shù)字波束賦形方案少得多，因而大規(guī)模MIMO技術更實際可用且部署性價比更高。現(xiàn)有技術中對混合波束賦形方式的研究，尤其是混合波束賦形在頻分雙工(FDD：Frequency Division Duplexing)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中的應用是研究熱點，但直至現(xiàn)在研究成果還非常少。

技術實現(xiàn)要素：

本公開的實施例提供一種基于混合波束賦形的信道反饋解決方案，分為兩部分：第一部分是估計長時寬帶的物理信道相關性矩陣， 并反饋該物理信道相關性矩陣，用于進行模擬波束賦形；第二部分是估計短時窄帶等價信道，該等價信道是經(jīng)過模擬波束賦形后的信道，并反饋該等價信道，用于進行數(shù)字波束賦形。該技術方案使得導頻開銷最小化,在相同的每個天線平均導頻開銷的情況下可獲得比基于純數(shù)字波束賦形方案更好的性能。

根據(jù)本公開的實施例的第一個方面，提供了一種基于混合波束賦形的信道反饋方法，包括：估計長時寬帶的物理信道相關性矩陣；將所述長時寬帶的物理信道相關性矩陣反饋至基站；估計模擬波束賦形后的短時窄帶等價信道；以及基于自適應碼本，將所述短時窄帶等價信道反饋至所述基站。

根據(jù)本公開的實施例的一個實施例，估計長時寬帶的物理信道相關性矩陣包括：根據(jù)接收的第一導頻信號，在長時間尺度中估計物理信道的寬帶相關矩陣。

根據(jù)本公開的實施例的一個實施例，將所述長時寬帶物理信道的相關性矩陣反饋至基站包括：在所述基站采用線性陣列或均勻平面陣列天線時，將水平物理信道相關性矩陣和垂直物理信道相關性矩陣反饋至所述基站。

根據(jù)本公開的實施例的一個實施例，估計模擬波束賦形后的短時窄帶等價信道包括：根據(jù)接收的經(jīng)過模擬波束賦形后的第二導頻信號，在短時間尺度中估計所述短時窄帶等價信道。

根據(jù)本公開的實施例的一個實施例，基于自適應碼本，將所述短時窄帶等價信道反饋至所述基站包括：基于量化的物理信道相關性矩陣和來自所述基站的量化的模擬波束賦形矩陣，計算等價信道相關性矩陣；以及根據(jù)所述等價信道相關性矩陣和一個固定碼本，計算自適應碼本，并基于所述自適應碼本，將所述短時窄帶等價信道反饋至所述基站。

根據(jù)本公開的實施例的一個實施例，將所述短時窄帶等價信道反饋至所述基站包括：將根據(jù)所述短時窄帶等價信道而選擇的最佳碼字反饋至所述基站。

根據(jù)本公開的實施例的第二個方面，提供了一種基于混合波束賦形的信道反饋方法，包括：根據(jù)來自用戶設備的長時寬帶的物理信道相關性矩陣，獲得模擬波束賦形矩陣；基于預定碼本，廣播所述模擬波束賦形矩陣；基于自適應碼本和來自用戶設備的模擬波束賦形后的短時窄帶等價信道，獲得對應的短時窄帶等價信道；以及根據(jù)來自多個用戶設備的短時窄帶等價信道，獲得數(shù)字波束賦形矩陣。

根據(jù)本公開的實施例的一個實施例，該方法進一步包括：向所述用戶設備發(fā)送第一導頻信號，以使所述用戶設備估計所述長時寬帶的物理信道相關性矩陣；以及向所述用戶設備發(fā)送經(jīng)過模擬波束賦形后的第二導頻信號，以使所述用戶設備估計所述短時窄帶等價信道。

根據(jù)本公開的實施例的一個實施例，根據(jù)來自用戶設備的長時寬帶的物理信道相關性矩陣，獲得模擬波束賦形矩陣包括：在采用線性陣列或均勻平面陣列天線時，根據(jù)來自用戶設備的水平物理信道相關性矩陣和垂直物理信道相關性矩陣，獲得模擬波束賦形矩陣。

根據(jù)本公開的實施例的一個實施例，根據(jù)來自用戶設備的水平物理信道相關性矩陣和垂直物理信道相關性矩陣，獲得模擬波束賦形矩陣包括：通過所述水平物理信道相關性矩陣和所述垂直物理信道相關性矩陣的克羅內(nèi)克積計算，得到所述長時寬帶物理信道相關性矩陣。

根據(jù)本公開的實施例的一個實施例，廣播所述模擬波束賦形矩陣包括：以半靜態(tài)方式向所有服務用戶設備廣播量化后的所述模擬波束賦形矩陣。

根據(jù)本公開的實施例的一個實施例，基于自適應碼本和來自用戶設備的模擬波束賦形后的短時窄帶等價信道反饋，獲得對應的短時窄帶等價信道包括：基于自適應碼本和來自用戶設備的根據(jù)所述短時窄帶等價信道而選擇的最佳碼字，獲得對應的短時窄帶等價信道。

根據(jù)本公開的實施例的一個實施例，基于自適應碼本和來自用戶設備的模擬波束賦形后的短時窄帶等價信道反饋，獲得對應的短時窄帶等價信道包括：基于量化的物理信道相關性矩陣和量化的模擬波束賦形矩陣，獲得等價信道相關性矩陣；以及根據(jù)所述等價信道相關性 矩陣和一個固定碼本，計算自適應碼本，并基于所述自適應碼本和所述最佳碼字，得到所述短時窄帶等價信道。

根據(jù)本公開的實施例的第三方面，提供了一種基于混合波束賦形的信道反饋裝置，包括：第一估計單元，被配置為估計長時寬帶的物理信道相關性矩陣；第一反饋單元，被配置為將所述長時寬帶物理信道的相關性矩陣反饋至基站；第二估計單元，被配置為估計模擬波束賦形后的短時窄帶等價信道；以及第二反饋單元，被配置為基于自適應碼本，將所述短時窄帶等價信道反饋至所述基站。

根據(jù)本公開的實施例的第四方面，提供了一種基于混合波束賦形的信道反饋裝置，包括：第一計算單元，被配置為根據(jù)來自用戶設備的長時寬帶的物理信道相關性矩陣，獲得模擬波束賦形矩陣；廣播單元，被配置為基于預定碼本，廣播所述模擬波束賦形矩陣；第二計算單元，被配置為基于自適應碼本和來自用戶設備的模擬波束賦形后的短時窄帶等價信道反饋，獲得對應的短時窄帶等價信道；以及第三計算單元，被配置為根據(jù)來自多個用戶設備的短時窄帶等價信道，獲得數(shù)字波束賦形矩陣。

本公開的實施例提出的用于大規(guī)模多輸入多輸出系統(tǒng)的信道估計和反饋解決方案,顯著降低了反饋開銷，減少了系統(tǒng)射頻通道數(shù)，并能在相同反饋開銷情況下獲得比傳統(tǒng)純數(shù)字波束賦形方案更好的系統(tǒng)性能。系統(tǒng)仿真驗證了相同反饋開銷的情況下，基于混合波束賦形的信道估計和反饋方案可獲得比基于純數(shù)字波束賦形方案更好的性能且RF通道數(shù)減至其1/4。

附圖說明

通過參考下列附圖所給出的對非限制性實施例的詳細描述，將更好地理解本公開的實施例，并且本公開的實施例的其他目的、細節(jié)、特點和優(yōu)點將變得更明顯。在附圖中：

圖1是示出一種基于混合波束賦形的系統(tǒng)結構Ⅰ示意圖；

圖2是示出一種基于混合波束賦形的系統(tǒng)結構Ⅱ示意圖；

圖3是示出根據(jù)本公開的一個實施例的基于混合波束賦形的信道反饋流程圖；

圖4是示出根據(jù)本公開的另一個實施例的基于混合波束賦形的信道反饋流程圖；

圖5示出根據(jù)本公開的一個實施例的詳細基于混合波束賦形的信道反饋流程圖；

圖6示出UPA天線陣列的示意圖；

圖7是示出根據(jù)本公開的一個實施例的基于混合波束賦形的信道反饋裝置圖；

圖8是示出根據(jù)本公開的另一個實施例的基于混合波束賦形的信道反饋裝置圖。

具體實施方式

現(xiàn)將結合附圖對本公開的實施例進行具體的描述。所附附圖僅僅通過示例的方式示出了能夠?qū)崿F(xiàn)本公開的特定的實施例，示例的實施例并不旨在窮盡根據(jù)本公開的所有實施例。本領域的技術人員可以在不偏離本公開的實施例精神和保護范圍的基礎上從下述描述得到替代的實施方式，進行結構性或者邏輯性的修改。因此，以下的具體描述并非限制性的，且本公開的實施例的范圍由所附的權利要求所限定。需要說明的是，盡管附圖中以特定順序描述了本公開的實施例中有關方法的步驟，但是這并非要求或者暗示必須按照該特定順序來執(zhí)行這些操作，或是必須執(zhí)行全部所示的操作才能實現(xiàn)期望的結果，相反，本文中所描述的步驟可以改變執(zhí)行順序。附加地或備選地，可以省略某些步驟，將多個步驟合并為一個步驟執(zhí)行，和/或?qū)⒁粋€步驟分解為多個步驟執(zhí)行。

在本公開的實施例中，以頻分雙工(FDD)系統(tǒng)為例來說明本公開的實施例的技術方案，本領域技術人員應該理解的是本公開的實施例的技術方案也可適用于其它采用頻分雙工技術的通信系統(tǒng)。

在沒有精確校準天線的時分雙工(TDD：Time Division Duplexing) 或FDD系統(tǒng)中，由于上行鏈路(UL)和下行鏈路(DL)的信道互易性較差，混合波束賦形技術需要信道狀態(tài)信息(CSI：Channel State Information)反饋。本公開的實施例提出的基于混合波束賦形的信道反饋分兩部分：

1)估計長時寬帶的物理信道相關性矩陣，并反饋該物理信道相關性矩陣，用于進行模擬波束賦形；以及

2)估計短時窄帶等價信道，該等價信道是經(jīng)過模擬波束賦形后的信道，并反饋該等價信道，用于進行數(shù)字波束賦形。

由于等價信道具有相對物理信道小得多的維度，相比于純數(shù)字波束賦形，信道估計所需導頻開銷要低得多。另一方面,物理信道相關性矩陣的變化比衰減系數(shù)的變化慢得多,所以第一部分可以在一個比第二部分更長的時間尺度中重復。

圖1示出了一種基于混合模擬數(shù)字波束賦形的系統(tǒng)結構Ⅰ示意圖。圖1中示意系統(tǒng)包括基站和K個用戶終端(UE：User Equipment)，其中，基站包括數(shù)字波束賦形模塊(DBF)和模擬波束賦形模塊(ABF)，并具有K個數(shù)據(jù)流，即S_O(t)，…，S_K-1(t)，N_T個天線和K≤N≤N_T個RF通道。以基站發(fā)射信號為例，對K個數(shù)字數(shù)據(jù)流進行數(shù)字波束賦形,產(chǎn)生N個數(shù)字波束賦形流。然后這N個數(shù)字數(shù)據(jù)流通過離散傅里葉逆變換(IDFT：Inverse Digital Fourier Transform)從頻域轉(zhuǎn)換到時域并且輸入到N個RF通道以從數(shù)字域轉(zhuǎn)換到模擬域,生成N個模擬數(shù)據(jù)流。然后對N個模擬數(shù)據(jù)流進行模擬波束賦形并生成N_T個流,每個流映射到基站的一個傳輸天線?；窘邮招盘栠^程是類似的但是逆轉(zhuǎn)的。

圖2示出了一種基于混合模擬數(shù)字波束賦形的系統(tǒng)結構Ⅱ示意圖。與圖1中所示的系統(tǒng)結構差別在于，在圖1中每個RF通道與所有N_T個天線連接，而圖2結構中，每個RF通道僅與N_T個天線中的部分天線連接，即每個RF通道與N_T/N個天線連接。根據(jù)應用場景的不同，可以配置不同的系統(tǒng)結構。

由此可見,采用混合模擬數(shù)字波束賦形的系統(tǒng),RF通道數(shù)目N可 以在K和N_T之間靈活選擇，在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中,很有可能射頻通道數(shù)量遠小于天線數(shù)量，也即N<<N_T。

在本公開的實施例中，用戶設備和基站應當被理解為泛指無線通信系統(tǒng)中的用戶側移動終端設備和網(wǎng)絡側基站(或無線接入節(jié)點)設備。

以下討論中，假設在一個具有N_FFT個子載波的下行OFDM大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中，基站通過多用戶波束賦形同時支持K個用戶，并且基站配置了N_T個天線和K≤N≤N_T個RF通道。每個用戶配置了單天線。

圖3示出了根據(jù)本公開的一個實施例的基于混合波束賦形的信道反饋流程圖。根據(jù)本公開的一個實施例，基于混合波束賦形的信道反饋方法包括以下步驟：

S301：估計長時寬帶的物理信道相關性矩陣。在該步驟中，根據(jù)接收的第一導頻信號，在長時間尺度中估計物理信道的寬帶相關矩陣。

S302：將所述長時寬帶的物理信道相關性矩陣反饋至基站。在該步驟中，如果基站采用采用線性陣列或均勻平面陣列天線，用戶設備可以將水平物理信道相關性矩陣和垂直物理信道相關性矩陣反饋至基站，由基站計算得到物理信道相關性矩陣，具體過程將在下文中詳細描述，由此可進一步降低上行反饋開銷。

由于寬帶物理信道相關性矩陣的變化相對而言是緩慢的,所以寬帶物理信道相關性矩陣的反饋可以在一個相對更長的時間尺度中重復。這也意味著物理信道相關性矩陣的反饋可以半靜態(tài)地進行，上行開銷仍然非常有限。

S303：估計模擬波束賦形后的短時窄帶等價信道。在該步驟中，根據(jù)接收的經(jīng)過模擬波束賦形后的第二導頻信號，在短時間尺度中估計等價信道。

S304：基于自適應碼本，將等價信道反饋至基站。在該步驟中，首先，基于量化的物理信道相關性矩陣和來自基站的量化的模擬波束賦形矩陣，計算等價信道相關性矩陣；接著，根據(jù)等價信道相關性矩 陣和一個固定碼本，計算自適應碼本，并基于自適應碼本，將等價信道反饋至基站。

本公開的實施例提出的基于自適應碼本反饋等價信道的方案，由于用戶設備和基站都可以計算得到等價信道相關性矩陣，因而不同于傳統(tǒng)的自適應碼本反饋方式，用戶設備只需要反饋最佳碼字，而不用反饋等價信道相關性矩陣。具體過程將在下文中詳細描述。

圖4示出了根據(jù)本公開的另一個實施例的基于混合波束賦形的信道反饋流程圖。根據(jù)本公開的另一個實施例，基于混合波束賦形的信道反饋方法包括以下步驟：

S401：根據(jù)來自用戶設備的長時寬帶的物理信道相關性矩陣，獲得模擬波束賦形矩陣。在該步驟中，將用戶設備反饋的物理信道相關性矩陣進行奇異值分解，計算得到模擬波束賦形矩陣。

S402：基于預定碼本，廣播所述模擬波束賦形矩陣。在該步驟中，定義碼本，量化模擬波束賦形矩陣，并向所有服務用戶廣播量化后的模擬波束賦形矩陣。

S403：基于自適應碼本和來自用戶設備的模擬波束賦形后的短時窄帶等價信道反饋，獲得對應的短時窄帶等價信道。在該步驟中，首先，基于量化的物理信道相關性矩陣和量化的模擬波束賦形矩陣，計算等價信道相關性矩陣；接著，根據(jù)所述等價信道相關性矩陣和一個固定碼本，計算自適應碼本，并基于自適應碼本和用戶設備反饋的等價信道信息，得到對應的短時窄帶等價信道。

S404：根據(jù)來自多個用戶設備的短時窄帶等價信道，獲得數(shù)字波束賦形矩陣。在該步驟中，根據(jù)多個用戶設備反饋的等價信道，可以采用現(xiàn)有數(shù)字波束賦形算法得到數(shù)字波束賦形矩陣。之后，基站可以進行多用戶調(diào)度以及進行混合波束賦形發(fā)送下行數(shù)據(jù)。

為了更清楚地描述本公開的實施例的技術方案，下面以一個具體例子來描述所需要的操作步驟。為了簡單起見，以下討論中，結合在以上描述已定義的變量和步驟，主要以單個用戶為例，本領域技術人員應該理解的是系統(tǒng)中的K個用戶都采用類似操作，并且本公開的實 施例的技術方案并不局限于特定的用戶數(shù)量或特定的OFDM符號個數(shù)。

圖5中示出了根據(jù)本公開的一個實施例的詳細基于混合波束賦形的信道反饋流程圖。該流程主要包括物理信道相關性矩陣的估計和反饋及等價信道的估計和反饋兩個部分，其中，物理信道相關性矩陣的估計和反饋在長時間尺度進行，等價信道估計和反饋在短時間尺度進行。信道估計是基于導頻的方式，本領域技術人員應該理解，也可以采用其他方式進行信道估計。

S501.基站(BS)向用戶設備(UE)發(fā)送第一導頻信號，該第一導頻信號用于估計長時寬帶的物理信道相關性矩陣。

S502.基于來自BS的第一導頻信號，UE在長時間尺度中估計物理信道的寬帶相關矩陣。

UE在長時間尺度中估計物理信道的寬帶相關矩陣。這里的物理信道相關性矩陣的估計，可以通過先估計所有子帶上的物理信道，然后再計算出物理信道的相關性矩陣。這里物理信道的估計可以采用傳統(tǒng)方法，例如傳統(tǒng)的最小均方誤差(MMSE:Minimum Mean Square Error)信道估計器、最小二乘法信道估計器(LS:Least Square)等，在此不再贅述。本領域技術人員應該理解的是物理信道相關性矩陣的估計也可以用其它任何合適的方法來實現(xiàn)。

S503.UE量化并反饋長時寬帶的物理信道相關性矩陣至BS。

每個UE對估計出的長時寬帶的物理信道相關性矩陣R_k(其中k為用戶標號，表示第k個用戶)進行量化，然后將量化后的結果反饋至BS。

由于幾何尺寸的實際限制，均勻平面陣列(UPA)天線被廣泛用于大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中。在本公開的一個實施例中，假設基站采用如圖6所示的UPA天線陣列，其由M_c行×M_r列天線構成，即N_t＝M_rM_c?？傻弥琔PA的N_t×N_t物理信道相關性矩陣R_UPA可近似等于分別對應于水平和垂直線性陣列的兩個子信道相關性矩陣的克羅內(nèi)克積，即

其中，R_r和R_c分別表示M_r×M_r水平子信道相關性矩陣和M_c×M_c垂直子信道相關性矩陣。

因此，UPA的物理信道相關性矩陣的反饋可由分別對應于水平和垂直線性陣列的兩個更低維度的子信道相關性矩陣反饋代替。這樣，物理信道相關性矩陣的反饋開銷能顯著降低。水平和垂直子信道相關性矩陣R_r和R_c的量化和反饋可利用現(xiàn)有的針對線性陣列的方法。以單極化線性陣列為例，相關性矩陣近似為

其中，和分別為水平和垂直陣列的發(fā)射相關系數(shù)。由此，R_r和R_c的反饋簡化為反饋ρ_r和ρ_c。

在本公開的一個實施例中，例如，將水平和垂直陣列發(fā)射系數(shù)分別以6比特量化，那么共12比特用于物理信道相關性矩陣反饋。顯然地，對采用線性陣列天線的系統(tǒng)，同樣可采用上述類似方法反饋。

由于是在長時寬帶層級估計物理信道相關性矩陣，因此，物理信道相關性矩陣可被半靜態(tài)地信號反饋，上行開銷仍然非常有限。

S504.基于UE反饋的長時寬帶物理信道相關性矩陣，BS計算寬帶模擬波束賦形矩陣。

在本公開的一個實施例中，基于UE反饋的水平和垂直子信道相關性矩陣R_r和R_c，BS可根據(jù)式(1)計算得到其長時寬帶物理信道相關性矩陣。

BS根據(jù)K個用戶反饋的物理信道相關性矩陣，得到所有子載波上的長時寬帶物理信道相關性矩陣R。寬帶模擬波束賦形矩陣T是在所有子載波上的寬帶矩陣，由長時寬帶物理信道相關性矩陣R計算得到。根據(jù)本公開的一個實施例，由R的對應N個最大的特征值的特 征向量組成，即

T＝U(：，1∶N) (4)其中

R＝UΛU^H (5)U代表酉矩陣，Λ代表對角矩陣，Λ由R的特征向量在對角線以遞減的次序組成。在式(4)中，U(：，1∶N)指示U的前N列。

S505.基于定義的碼本，BS量化模擬波束賦形矩陣。

為了量化模擬波束賦形矩陣T，定義碼本U，該碼本同時被放置在UE和BS中。一般地，可根據(jù)某些規(guī)則例如基于系統(tǒng)最大容量化來為每個RF通道選擇U中的最佳碼字。

在本公開的一個實施例中，對于碼本設計，假設每個RF通道接連到由m_c行×m_r列天線構成的子UPA，碼本U則為分別對應于m_r-Tx水平和m_c-Tx垂直線性陣列的水平碼本U_r和垂直碼本U_c的克羅內(nèi)克積，即

例如,對單極化UPA，U_r和U_c可以分別設計為m_r-Tx和m_c-Tx的DFT碼本。

下面參考圖1和圖2做進一步說明。在圖1示出的混合波束賦形結構Ⅰ中，每個RF通道連接到所有的N_t發(fā)射天線，因此，m_r＝M_r，m_c＝M_c。在圖2示出的混合波束賦形結構Ⅱ中，如果每個RF通道僅連接列發(fā)射天線，即m_r＝1，m_c≤M_c，則碼本U＝Uc。更進一步地，在某些情況下當用戶具有相似垂直離開角AoD(例如，在建筑物的同一層)時，對所有RF通道采用相同波束也是可行的，這樣可以降低模擬波束賦形矩陣指示的開銷到1/N并等于碼本U的比特數(shù)。

S506.BS向其所服務的所有UE廣播量化的模擬波束賦形矩陣。

模擬波束賦形矩陣是基于長時寬帶物理信道相關性矩陣而得到的，它同樣可以被半靜態(tài)的廣播。廣播模擬波束賦形矩陣量化的總開銷為碼本比特數(shù)和RF通道數(shù)目的乘積。

S507.BS向UE發(fā)送第二導頻信號，用于估計短時窄帶等價信道。

為了UE估計模擬波束賦形后的等價信道，BS向UE發(fā)送第二導頻信號，第二導頻信號是經(jīng)過模擬波束賦形的，即采用了上述的模擬波束賦形矩陣T，等價信道即是模擬波束賦形后的信道。由于等價信道具有相對物理信道小得多的維度，與純數(shù)字波束賦形相比，信道估計所需導頻開銷要低得多。

S508.UE估計模擬波束賦形后的短時窄帶等價信道。

等價信道的估計可以采用傳統(tǒng)方法，例如傳統(tǒng)的最小均方誤差(MMSE)信道估計器，在此不再贅述?？蛇x的，也可以用最小二乘法信道估計器(LS)。本領域技術人員應該理解的是估計等價信道也可以用其它任何合適的信道估計器來實現(xiàn)。

S509.基于自適應碼本，UE量化并反饋等價信道。

在傳統(tǒng)CSI反饋方法中，由于自適應碼本與信道的主導本征空間相匹配，自適應碼本已被證實非常有效且適于多種天線配置。

在本公開的一個實施例中，基于自適應碼本，UE反饋等價信道。在自適應碼本中，最終的碼本是等價信道相關性矩陣R_eff和預定碼本W(wǎng)的乘積，即

預定碼本W(wǎng)同時被放置在UE和BS中，其可以是常用碼本如DFT碼本。

設為頻域物理信道矩陣，為頻域等價信道矩陣，則等價信道相關性矩陣R_eff可根據(jù)下式計算得到：

從式(8)中可以看出，等價信道相關性矩陣可直接由模擬波束賦形矩陣和物理信道相關性矩陣計算得到。

基于步驟S6中來自BS廣播的量化的模擬波束賦形矩陣，UE根據(jù)式(8)計算得到等價信道相關性矩陣，并根據(jù)式(7)計算得到自 適應碼本本公開的一個實施例中，UE根據(jù)估計的等價信道，只需要選擇和反饋式(7)中計算出的中最好的碼字。

本公開的實施例中，UE和BS均能夠根據(jù)式(8)自身直接計算得到等價信道相關性矩陣，因而與傳統(tǒng)自適應碼本反饋不同，并不需要反饋R_eff。另外，值得注意的是，如果UE基于測量的等價信道得到等價信道相關性矩陣，那么在BS計算的和用戶側測量的等價信道的相關性矩陣之間將會存在不匹配，這會導致顯著的系統(tǒng)性能下降。因此，本公開的實施例中UE和BS根據(jù)式(8)直接計算得到等價信道相關性矩陣。

根據(jù)本公開的實施例，盡管下行鏈路中，BS需要廣播量化的模擬波束賦形矩陣，但下行資源相對而言不如上行資源那么稀缺，這種方法比傳統(tǒng)自適應碼本減少了上行開銷；同時，如前所述，模擬波束賦形矩陣是基于長時寬帶物理信道相關性矩陣而得到的，因此它可以被半靜態(tài)地廣播，下行開銷仍然非常有限。

S510.基于自適應碼本，BS計算得到短時窄帶等價信道。

基于量化的模擬波束賦形矩陣和物理信道相關性矩陣，BS根據(jù)式(8)計算得到等價信道相關性矩陣，并根據(jù)式(7)計算得到自適應碼本然后利用從UE的反饋中得到近似的等價信道即

S511.基于來自所有所服務的UE的等價信道，BS進行數(shù)字波束賦形和多用戶調(diào)度。

數(shù)字波束賦形可以用任何現(xiàn)有的算法來實現(xiàn)，例如用信道求逆算法，在第w子載波上的數(shù)字預編碼矩陣可由公式(9)計算

其中

式(9)中P為對角矩陣，其對角元素代表K個UE的傳輸功率，式(10)中表示第k個用戶在第w子載波上的等價信道估值。

BS可以采用現(xiàn)有的用戶調(diào)度算法例如基于貪婪搜索的比例公平調(diào)度算法等進行用戶調(diào)度。

S512.BS進行下行數(shù)據(jù)傳輸。

BS采用模擬波束賦形矩陣T和數(shù)字波束賦形矩陣B_w進行下行數(shù)據(jù)傳輸。

其中，代表在第w子載波上的接收信號，代表在第w子載波上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號以及代表加性高斯白噪聲。

圖7示出了根據(jù)本公開的一個實施例的基于混合波束賦形的信道反饋裝置，該裝置包括：第一估計單元701，被配置為估計長時寬帶的物理信道相關性矩陣；第一反饋單元702，被配置為將所述長時寬帶物理信道的相關性矩陣反饋至基站；第二估計單元703，被配置為估計模擬波束賦形后的短時窄帶等價信道；以及第二反饋單元704，被配置為基于自適應碼本，將所述短時窄帶等價信道反饋至所述基站。

圖8示出了根據(jù)本公開的另一個實施例的基于混合波束賦形的信道反饋裝置，該裝置包括：第一計算單元801，被配置為根據(jù)來自用戶設備的長時寬帶的物理信道相關性矩陣，獲得模擬波束賦形矩陣；廣播單元802，被配置為基于預定碼本，廣播所述模擬波束賦形矩陣；第二計算單元803，被配置為基于自適應碼本和來自用戶設備的模擬波束賦形后的短時窄帶等價信道反饋，獲得對應的短時窄帶等價信道；以及第三計算單元804，被配置為根據(jù)來自多個用戶設備的短時窄帶等價信道，獲得數(shù)字波束賦形矩陣。

在19個站點、每站點3個小區(qū)的同構網(wǎng)絡系統(tǒng)中，系統(tǒng)仿真結果驗證了本公開的實施例的優(yōu)點。仿真參數(shù)和條件如表1，仿真結果如表2。

表1仿真參數(shù)和條件

每個BS配置8行×8列的單極化平面陣列天線，服務10個單天線用戶。如圖1和圖2所示的結構Ⅰ和Ⅱ中都采用16個RF通道，并應用子帶調(diào)度的多用戶MIMO。在仿真中，純數(shù)字波束賦形和混合波束賦形方法均采用自適應碼本。α_r＝α_c＝0.9,θ_r和θ_c分別以6比特量化，共12比特用于物理信道相關性矩陣反饋。自適應碼本中的碼本W(wǎng)是4比特DFT碼本。關于模擬波束賦形量化，混合波束賦形結構Ⅰ中，基于兩個4比特DFT碼本的克羅內(nèi)克積得到的8比特碼本用于獨立量化每個RF波束；混合波束賦形結構Ⅱ中，假設所有RF通道都采用同樣的波束并由4比特DFT碼本量化RF波束。

表2不同方案的性能比較

從表2可知，混合波束賦形結構Ⅰ實現(xiàn)了最佳性能，在64Tx FDD系統(tǒng)中，相同信道反饋開銷的情況下，相對于傳統(tǒng)純數(shù)字波束賦形方法，甚至有10％的小區(qū)平均容量增益和21％的小區(qū)邊緣用戶容量增益，而RF通道數(shù)目可被顯著減少為1/4。混合波束賦形結構Ⅱ相對于純數(shù)字波束賦形方法也限制了性能降低，有大約9％小區(qū)平均容量損失和1％小區(qū)邊緣用戶容量損失。另外，相比于現(xiàn)有的LTE R10 8Tx MU-MIMO系統(tǒng)，提出的混合波束賦形方法，通過增加天線數(shù)目至64并僅用雙倍的RF通道，在結構Ⅰ中有78％的小區(qū)平均容量增益和105％的小區(qū)邊緣用戶容量增益，結構Ⅱ中有46％的小區(qū)平均容量增益和67％的小區(qū)邊緣用戶容量增益。

通過以上描述和相關附圖中所給出的教導，這里所給出的本公開的實施例的許多修改形式和其它實施方式將被本公開的實施例相關領域的技術人員所意識到。因此，所要理解的是，本公開的實施方式并不局限于所公開的具體實施方式，并且修改形式和其它實施方式意在包括在本公開的實施例的范圍之內(nèi)。此外，雖然以上描述和相關附圖在部件和/或功能的某些示例組合形式的背景下對示例實施方式進行了描述，但是應當意識到的是，可以由備選實施方式提供部件和/或功能的不同組合形式而并不背離本公開的實施例的范圍。就這點而言，例如，與以上明確描述的有所不同的部件和/或功能的其它組合形式也被預期處于本公開的實施例的范圍之內(nèi)。雖然這里采用了具體術語，但是它們僅以一般且描述性的含義所使用而并非意在進行限制。

對于本領域技術人員而言，顯然本公開的實施例不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本公開的實施例的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本公開的實施例。因此，無論如何來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，明顯的，“包括”一詞不排除其他元素和步驟，并且措辭“一個”不排除復數(shù)。裝置權利要求中陳述的多個元件也可以由一個元件來實現(xiàn)。第一，第二等詞語用來表示名稱，而并不表示任何特定的順序。