本發(fā)明一般涉及一種多輸入多輸出(MIMO)無(wú)線通信系統(tǒng)。特別地，本發(fā)明涉及具有大量天線元件(AE)的MIMO無(wú)線通信系統(tǒng)(例如大規(guī)模MIMO系統(tǒng))的閉環(huán)信道估計(jì)、反饋和數(shù)據(jù)傳輸。

背景技術(shù)：

將在即將到來(lái)的移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用大規(guī)模MIMO通信技術(shù)，其在基站(BS)處采用數(shù)十或甚至數(shù)百個(gè)天線元件(AE)以便與用戶設(shè)備(UE)通信。使用大量AE的優(yōu)點(diǎn)是提供大的波束形成增益，高空間分辨率，大的分集增益和大的空間復(fù)用增益。為了優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸以便接近MIMO通信系統(tǒng)的信道容量，BS向UE傳輸信道狀態(tài)信息(CSI-)參考信號(hào)(RS)以用于估計(jì)MIMO信道，并且UE將CSI返回BS以使BS能夠優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸。

在用大量AE實(shí)現(xiàn)BS中，每個(gè)天線元件需要一個(gè)收發(fā)器單元(TXRU)的常規(guī)全數(shù)字波束形成方法不是成本效益高的。所以，TXRU的數(shù)量被認(rèn)為小于實(shí)際的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中的AE的數(shù)量。圖1根據(jù)長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)和高級(jí)LTE(LTE-A)規(guī)范描繪用于在TXRU 124的數(shù)量小于AE 111的數(shù)量的約束下優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸?shù)腂S 110(在LTE和LTE-A規(guī)范中稱為eNodeB)的典型架構(gòu)。首先，確定天線端口(AP)113的數(shù)量。根據(jù)LTE或LTE-A規(guī)范，AP是到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)符號(hào)的邏輯輸入端口，其被限定為使得在其上傳送AP上的符號(hào)的信道可以從在其上傳送相同AP上的另一符號(hào)信道推斷。AP 113的數(shù)量小于或等于TXRU 124的數(shù)量并且因此小于或等于AE 111的數(shù)量。

AP 113到AE 111的映射通過(guò)如下的AP虛擬化過(guò)程120完成。首先，通過(guò)由AP到TXRU虛擬化矩陣V_P建模的AP到TXRU虛擬化操作122來(lái)處理用于輸入到AP 113的數(shù)字調(diào)制符號(hào)向量以產(chǎn)生合成調(diào)制符號(hào)向量。合成調(diào)制符號(hào)向量由TXRU 124轉(zhuǎn)換為多個(gè)模擬TXRU信號(hào)。然后用由TXRU到AE虛擬化矩陣V_T建模的TXRU到AE虛擬化操作125來(lái)處理模擬TXRU信號(hào)以給出將在AE 111上傳輸?shù)哪M信號(hào)。模擬波束形成是TXRU到AE虛擬化操作125的主要目的，使得包括移相器和加法器的模擬網(wǎng)絡(luò)通常用于實(shí)現(xiàn)TXRU到AE虛擬化操作125。模擬信號(hào)在MIMO信道150上傳輸?shù)骄哂卸鄠€(gè)AE 181的UE 180。MIMO信道150具有信道傳遞函數(shù)H。

在數(shù)據(jù)傳輸中，有效載荷數(shù)據(jù)105通過(guò)層映射被映射到一個(gè)或多個(gè)層。層映射之后的有效載荷數(shù)據(jù)105通過(guò)由預(yù)編碼矩陣W建模的預(yù)編碼操作140進(jìn)行預(yù)編碼以便實(shí)現(xiàn)空間復(fù)用或傳輸分集。然后預(yù)編碼的數(shù)據(jù)由AP虛擬化過(guò)程120處理以便在AE 111上傳輸。

BS 110要求UE 180估計(jì)MIMO信道150以優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸。BS 110生成CSI-RS作為用于信道估計(jì)的導(dǎo)頻信號(hào)。根據(jù)LTE或LTE-A規(guī)范，多個(gè)CSI-RS符號(hào)106首先被確定并由AP虛擬化過(guò)程120處理以生成導(dǎo)頻信號(hào)。在接收到導(dǎo)頻信號(hào)時(shí)，UE 180恢復(fù)CSI-RS符號(hào)，并且因此估計(jì)基于估計(jì)的UE 180計(jì)算CSI并通過(guò)上行鏈路信道186向BS 110反饋CSI。CSI包括信道質(zhì)量指示符(CQI)，秩指示(RI)，和預(yù)編碼矩陣指示符(PMI)。關(guān)于錯(cuò)誤性能，可以以不超過(guò)0.1的傳輸塊錯(cuò)誤概率實(shí)現(xiàn)在返回的CQI中指示的調(diào)制方案和傳輸塊大小的組合。對(duì)于空間復(fù)用，RI對(duì)應(yīng)于有用傳輸層的數(shù)量。UE通過(guò)PMI報(bào)告優(yōu)選使用哪個(gè)W。

當(dāng)前CSI采集方案存在一些缺點(diǎn)。第一，AP虛擬化模式被限制到有限數(shù)量的選擇。在LTE和LTE-A規(guī)范中，僅存在兩個(gè)選擇，即對(duì)應(yīng)于所謂的“非預(yù)編碼CSI-RS”的一對(duì)一映射或?qū)?yīng)于所謂的“波束形成CSI-RS”的一對(duì)多(對(duì)于每個(gè)極化)映射。具有有限數(shù)量的選擇對(duì)于完全優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸是不靈活的。第二，需要UE 180確定CQI、RI和PMI。由于對(duì)于大規(guī)模MIMO系統(tǒng)AP 113的數(shù)量大，因此涉及大的計(jì)算復(fù)雜性。第三，在給定的AP到TXRU虛擬化矩陣V_P下確定W對(duì)于一些AP到TXRU虛擬化模式在數(shù)據(jù)傳輸中不提供最佳性能。次優(yōu)性能導(dǎo)致MIMO信道150的低效使用。

在本領(lǐng)域中，已進(jìn)行了旨在解決前述問(wèn)題的一些努力。為了接近最佳性能，US20160072562建議BS基于上行鏈路測(cè)量來(lái)確定基本向量的有限集合，并且將所選擇的基本向量子集發(fā)信號(hào)給UE。然后UE基于信道估計(jì)來(lái)計(jì)算關(guān)于所選擇的基本向量子集的系數(shù)并且通知BS。然而，將所選擇的基本向量子集發(fā)信號(hào)給UE引起額外的信令開(kāi)銷。此外，需要UE基于所選擇的子集來(lái)導(dǎo)出信道系數(shù)，增加了UE的計(jì)算負(fù)擔(dān)。在WO2016052824中，向UE發(fā)送具有虛擬化信息的新的、額外的CSI-RS類型指示符以供UE確定CQI、RI和PMI。盡管可以改善數(shù)據(jù)傳輸性能，但是該方法也遭受額外的信令負(fù)荷和增加的UE計(jì)算負(fù)擔(dān)。

在本領(lǐng)域中仍然需要一種技術(shù)以通過(guò)優(yōu)化MIMO信道的使用來(lái)改善數(shù)據(jù)傳輸性能而不對(duì)信令和UE的計(jì)算要求增加額外負(fù)擔(dān)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種用于將有效載荷數(shù)據(jù)經(jīng)由MIMO信道從具有多個(gè)BS AE的BS傳輸?shù)骄哂卸鄠€(gè)UE AE的UE的方法。BS也具有多個(gè)TXRU，每個(gè)TXRU用于從單獨(dú)的調(diào)制符號(hào)序列生成TXRU信號(hào)。

在該方法中，BS確定AP到TXRU虛擬化操作和TXRU到AE虛擬化操作。AP到TXRU虛擬化操作和TXRU到AE虛擬化操作的串聯(lián)產(chǎn)生AP虛擬化映射。

之后，通過(guò)用AP到TXRU虛擬化操作、由TXRU生成TXUR信號(hào)的操作和TXRU到AE虛擬化操作的第一級(jí)聯(lián)處理預(yù)定的CSI-RS符號(hào)，由BS生成用于信道估計(jì)的多個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)。導(dǎo)頻信號(hào)經(jīng)由BS AE傳輸?shù)経E。

BS然后從UE接收第一信道傳遞函數(shù)。第一信道傳遞函數(shù)表征從預(yù)定的CSI-RS符號(hào)獲得在UE處恢復(fù)的接收的CSI-RS符號(hào)的端到端過(guò)程。

在接收到第一信道傳遞函數(shù)之后，BS通過(guò)從第一信道傳遞函數(shù)去除由AP到TXRU虛擬化操作導(dǎo)致的效應(yīng)估計(jì)第二信道傳遞函數(shù)。

知道第二信道傳遞函數(shù)，BS確定：有效載荷數(shù)據(jù)的調(diào)制方案、碼率和效率；用于層映射有效載荷數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)層的第一數(shù)量；以及用于通過(guò)在層映射之后預(yù)編碼有效載荷數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)空間復(fù)用或傳輸分集的預(yù)編碼操作。特別地，有效載荷數(shù)據(jù)被映射到用于實(shí)現(xiàn)空間復(fù)用的一個(gè)或多個(gè)層，其中空間復(fù)用的程度取決于所確定的第一數(shù)量而不受AP虛擬化映射限制。之后，BS根據(jù)所確定的第一數(shù)量和第二信道傳遞函數(shù)確定預(yù)編碼操作。預(yù)編碼操作用于通過(guò)在層映射之后預(yù)編碼有效載荷數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)空間復(fù)用或傳輸分集。

BS然后通過(guò)在層映射之后用預(yù)編碼操作、由TXRU生成模擬TXUR信號(hào)的操作和TXRU到AE虛擬化操作的第二級(jí)聯(lián)處理有效載荷數(shù)據(jù)，從有效載荷數(shù)據(jù)生成多個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)。數(shù)據(jù)信號(hào)在MIMO信道上傳輸?shù)経E。

該方法在包括多個(gè)BS AE、多個(gè)TXRU、模擬網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)或多個(gè)處理器的BS中可實(shí)現(xiàn)。每個(gè)TXRU用于從單獨(dú)的調(diào)制符號(hào)序列生成TXRU信號(hào)。模擬網(wǎng)絡(luò)用于實(shí)現(xiàn)TXRU到AE虛擬化操作，其處理由TXRU生成的多個(gè)TXRU信號(hào)并且映射到BS AE以便傳輸。一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行計(jì)算和控制功能。控制功能包括控制TXRU，和配置模擬網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)TXRU到AE虛擬化操作。特別地，TXRU、模擬網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)或多個(gè)處理器布置成根據(jù)所公開(kāi)的方法傳輸有效載荷數(shù)據(jù)。

如下面的實(shí)施例所示，公開(kāi)本發(fā)明的其它方面。

附圖說(shuō)明

圖1根據(jù)LTE和LTE-A規(guī)范描繪在存在有限數(shù)量的TXRU的約束下用于信道估計(jì)、反饋和數(shù)據(jù)傳輸?shù)腂S的典型架構(gòu)。

圖2描繪BS的示例性系統(tǒng)架構(gòu)，其中系統(tǒng)架構(gòu)適于支持CSI采集和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)化。

圖3描繪在AP虛擬化過(guò)程中將AE映射到AP的不同示例。

圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的用于使用信道估計(jì)將有效載荷數(shù)據(jù)從BS傳輸?shù)経E的方法的流程圖。

圖5是有用于實(shí)現(xiàn)圖2的BS系統(tǒng)架構(gòu)的BS的示例性硬件結(jié)構(gòu)的示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的一方面提供一種用于經(jīng)由MIMO信道將有效載荷數(shù)據(jù)從BS傳輸?shù)経E的方法。特別地，本文所公開(kāi)的方法旨在優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸性能，同時(shí)通過(guò)消除CQI、RI和PMI的計(jì)算來(lái)減少UE的計(jì)算負(fù)荷。在該方法中，首先通過(guò)在傳輸有效載荷數(shù)據(jù)之前向UE發(fā)送導(dǎo)頻信號(hào)來(lái)執(zhí)行信道估計(jì)。信道估計(jì)結(jié)果是從UE到BS的閉環(huán)反饋，并且由BS使用以優(yōu)化用于傳輸?shù)挠行лd荷數(shù)據(jù)的處理。

該方法借助圖2和3進(jìn)行說(shuō)明。圖2描繪用于支持所公開(kāi)的方法的BS的示例性系統(tǒng)架構(gòu)。BS 210旨在通過(guò)包括作為無(wú)線電信道的MIMO信道250的下行鏈路將有效載荷數(shù)據(jù)205傳輸?shù)経E 280。BS 210具有多個(gè)BS AE 211，并且UE 280具有多個(gè)UE AE 281。此外，BS 210具有多個(gè)TXRU224，每個(gè)TXRU用于從單獨(dú)的調(diào)制符號(hào)序列生成TXRU信號(hào)。示例性地，該方法由圖4中所示的流程圖描繪。

在第一步驟412中，BS確定AP到TXRU虛擬化操作222和TXRU到AE虛擬化操作225。AP到TXRU虛擬化操作222和TXRU到AE虛擬化操作225相應(yīng)地由AP到TXRU虛擬化矩陣V_P(CSI-RS)和TXRU到AE虛擬化矩陣V_T建模。通常，根據(jù)UE特定信道統(tǒng)計(jì)來(lái)確定AP到TXRU虛擬化操作222。對(duì)于TXRU到AE虛擬化操作225，通常根據(jù)特定OFDM符號(hào)/時(shí)隙/子幀的波束形成模式來(lái)確定它。應(yīng)當(dāng)注意，AP到TXRU虛擬化操作222和TXRU到AE虛擬化操作225的串聯(lián)產(chǎn)生AP虛擬化映射220。AP虛擬化映射220主要用于將CSI-RS符號(hào)206變換為導(dǎo)頻信號(hào)以用于信道估計(jì)，因此AP虛擬化映射220針對(duì)信道估計(jì)被優(yōu)化。CSI-RS符號(hào)206是通過(guò)BS210和UE280之間的一些協(xié)議(例如，公布的移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn))由UE280已知的預(yù)定導(dǎo)頻符號(hào)。

為了說(shuō)明，圖3描繪AP虛擬化映射220的不同示例，其中BS AE布置在交叉極化AE對(duì)的矩形陣列中。每對(duì)由BS AE中的兩個(gè)組成。在子圖(a)中，顯示有三個(gè)AP，每個(gè)AP被分配有相同極化的所有BS AE，使得波束形成被用于形成CSI-RS(即，導(dǎo)頻信號(hào))。子圖(b)顯示三個(gè)AP，每個(gè)分配有BS AE中的僅僅一個(gè)AE，由此產(chǎn)生非預(yù)編碼的CSI-RS。如子圖(c)中所示，BS AE被劃分成多個(gè)子陣列，每個(gè)被分配給一個(gè)AP。子圖(d)顯示基于維度的虛擬化方案。AP 0被分配具有一個(gè)極化的AE的水平列表。AP 1被分配有在相同水平列表上的AE，但是所分配的AE具有另一極化。AE的垂直列表被分配給AP 2。

在步驟413中，BS通過(guò)用AP到TXRU虛擬化操作222、由TXRU生成TXUR信號(hào)的操作224和TXRU到AE虛擬化操作225的第一級(jí)聯(lián)處理CSI-RS符號(hào)206，生成用于信道估計(jì)的多個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)。然后導(dǎo)頻信號(hào)經(jīng)由BS 210的BS AE 211傳輸?shù)経E 280。

UE 280接收已傳播通過(guò)MIMO信道250的導(dǎo)頻信號(hào)。可選地，UE 280配備有用于從所選方向接收導(dǎo)頻信號(hào)的波束形成器282(步驟414)以便增加接收的導(dǎo)頻信號(hào)的信號(hào)干擾噪聲比(SINR)。在步驟415中，UE 280從接收到的導(dǎo)頻信號(hào)恢復(fù)CSI-RS符號(hào)(表示為包含信道信息的接收到的CSI-RS符號(hào))。UE 280也通過(guò)將接收到的CSI-RS符號(hào)與原始發(fā)送的CSI-RS符號(hào)206比較來(lái)估計(jì)表示為的第一信道傳遞函數(shù)。第一信道傳遞函數(shù)表征從原始發(fā)送的CSI-RS符號(hào)獲得在UE 280處恢復(fù)的接收到的CSI-RS符號(hào)的端對(duì)端過(guò)程。也就是說(shuō)，或如果使用由傳遞函數(shù)矩陣表征的波束形成器282的話。由UE 280經(jīng)由上行鏈路信道286向BS 210反饋第一信道傳遞函數(shù)。由于UE 280僅向BS 210報(bào)告因此有利地消除UE 280在計(jì)算CQI、RI和PMI上的計(jì)算負(fù)擔(dān)。此外，AP虛擬化映射220對(duì)UE 280是透明的，也有利地減小UE 280處的計(jì)算開(kāi)銷。

在步驟416中接收之后，BS 210通過(guò)在隨后的步驟417中從第一信道傳遞函數(shù)去除由AP到TXRU虛擬化操作222導(dǎo)致的效應(yīng)來(lái)估計(jì)第二信道傳遞函數(shù)也就是說(shuō)，或如果UE 280配備有波束形成器282的話?？梢砸砸韵路绞竭M(jìn)行估計(jì)。作為用于說(shuō)明的示例，考慮圖3中所示的交叉極化AE對(duì)的矩形陣列。子圖(a)反映基于窄波束的虛擬化(原因是很窄的波束可以由大量的AE形成)。AP到TXRU虛擬化矩陣的適宜選擇是V_P(CSI-RS)，使得然后可以通過(guò)計(jì)算從估計(jì)如果陣列被劃分為如子圖(c)和(d)中所示的多個(gè)子陣列，則對(duì)每個(gè)子陣列進(jìn)行估計(jì)，并且對(duì)于單獨(dú)的子陣列的每個(gè)估計(jì)與以上用于基于窄波束的虛擬化的估計(jì)相同。上述方法不利用在UE 280處接收到的導(dǎo)頻信號(hào)的SINR的知識(shí)。如果在步驟416中也由BS 210從UE 280接收到SINR，則最小均方誤差(MMSE)估計(jì)可以用于以更大的精度從估計(jì)

知道BS 210確定有效載荷數(shù)據(jù)205的調(diào)制方案、碼率和效率，以及確定用于根據(jù)第二信道傳遞函數(shù)層映射有效載荷數(shù)據(jù)205的一個(gè)或多個(gè)層的第一數(shù)量(步驟418)。如果不包含V_P(CSI-RS)，則有效載荷數(shù)據(jù)205被映射到用于實(shí)現(xiàn)空間復(fù)用的一個(gè)或多個(gè)層，其中空間復(fù)用的程度取決于所確定的第一數(shù)量而不受AP到TXRU虛擬化操作222或AP虛擬化映射220限制。有效載荷數(shù)據(jù)205的調(diào)制方案、碼率和效率的確定對(duì)應(yīng)于圖1的UE 180處的CQI的確定。用于層映射有效載荷數(shù)據(jù)205的一個(gè)或多個(gè)層的第一數(shù)量的確定對(duì)應(yīng)于圖1的UE 180處的RI的確定。本文所公開(kāi)的方法有利地減輕UE 280計(jì)算CQI和RI的負(fù)擔(dān)。在步驟418中，BS 210還根據(jù)所確定的第一數(shù)量和第二信道傳遞函數(shù)來(lái)確定由預(yù)編碼矩陣W表征的預(yù)編碼操作240。預(yù)編碼操作240用于通過(guò)在層映射之后預(yù)編碼有效載荷數(shù)據(jù)205實(shí)現(xiàn)空間復(fù)用或傳輸分集。通過(guò)從所確定的第一數(shù)量和確定W來(lái)確定預(yù)編碼操作240。在步驟418中，第一數(shù)量和W的確定基于而不是由于不包括V_P(CSI-RS)，因此在某種意義上比更接近H。因此，結(jié)果是確定的第一數(shù)量和W可以更好地利用MIMO信道250的“內(nèi)容”來(lái)優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸性能。

在完成信道估計(jì)之后，BS 210通過(guò)在層映射之后用預(yù)編碼操作240、由TXRU生成模擬TXUR信號(hào)的操作224和TXRU到AE虛擬化操作225的第二級(jí)聯(lián)處理有效載荷數(shù)據(jù)205，從有效載荷數(shù)據(jù)205生成多個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)(步驟419)。數(shù)據(jù)信號(hào)在MIMO信道250上傳輸?shù)経E 280。

圖5示例性地描繪有用于實(shí)現(xiàn)圖2的BS系統(tǒng)架構(gòu)的BS 500的硬件結(jié)構(gòu)的示意圖。BS 500包括連接到模擬網(wǎng)絡(luò)540的多個(gè)BS AE 510。應(yīng)當(dāng)注意，BS AE 510可以用作發(fā)射天線或接收天線，使得模擬網(wǎng)絡(luò)540雙向連接到BS AE 510。模擬網(wǎng)絡(luò)540的一個(gè)用途是實(shí)現(xiàn)TXRU到AE操作225。由于TXRU到AE操作225通常用于模擬波束形成，因此模擬網(wǎng)絡(luò)540優(yōu)選地包括用于實(shí)現(xiàn)波束形成功能的多個(gè)移相器和多個(gè)加法器。另外，模擬網(wǎng)絡(luò)540可重新配置以便實(shí)現(xiàn)TXRU到AE操作225的不同實(shí)例。模擬網(wǎng)絡(luò)540雙向連接到多個(gè)TXRU 530(對(duì)應(yīng)于TXRU 224)。TXRU 530連接到一個(gè)或多個(gè)(計(jì)算)處理器520以便發(fā)送和接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。一個(gè)或多個(gè)處理器520執(zhí)行控制和計(jì)算功能。特別地，一個(gè)或多個(gè)處理器520控制TXRU 530并且配置模擬網(wǎng)絡(luò)540以實(shí)現(xiàn)TXRU到AE操作225。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地對(duì)一個(gè)或多個(gè)處理器520進(jìn)行編程和配置以執(zhí)行以下任務(wù)：在步驟412中確定AP到TXRU虛擬化操作222和TXRU到AE操作225；在步驟413中執(zhí)行AP到TXRU虛擬化操作222；在步驟417中估計(jì)在步驟418中確定有效載荷數(shù)據(jù)205的調(diào)制方案、碼率和效率；在步驟418中確定第一數(shù)量和W；以及在步驟419中對(duì)有效載荷數(shù)據(jù)205執(zhí)行預(yù)編碼操作240。

在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其他具體形式實(shí)施。所以本實(shí)施例在所有方面都被認(rèn)為是示例性的而不是限制性的。本發(fā)明的范圍由附帶的權(quán)利要求而不是由前述的描述指示，并且因此在權(quán)利要求的等同物的含義和范圍內(nèi)的所有變化都旨在被包括在其中。