專利名稱：用于為四個發射天線部署六位1級和2級碼本的系統和方法
技術領域：
本發明通常與無線通信相關，更特別地，與為四個發射天線部署六位1級和2級碼本相關。
背景技術：
當發射器具有全部或部分信道狀態信息(Channel State Information, CSI)時， 通常通信系統的功能會顯著提高。CSI可以由發射器通過發射器與接收器之間的反向反饋信道來獲取。為了容納有限的反饋信道帶寬，CSI通常在接收器處被量子化為數字格式，然后再反饋回發射器。基于碼本的算法通常為量子化信道的最有效的方式之一。一個一般的碼本可能包含多個碼字。通常，將基于某些選擇條件來選擇碼字，并且相應的碼字索引將由接收器反饋回發送器。碼字選擇的原則可能會由于預編碼技術的不同而有差別。碼本包含預編碼矢量(矩陣)的集合。至少其中一個矢量(矩陣)，也稱為碼字， 將被移動臺(接收器)選擇，并且，一條相關的反饋消息(可能為碼字本身或其索引)將發送至基站(發射器)。基站可以使用矢量(矩陣)來幫助提高至移動臺的發射的性能。但是，現有碼本遇到了重大的挑戰，包括在反饋開銷和量子化量子化精確性之間取得平衡的挑戰。通常，碼本具有的碼字越多，便具有更佳的量子化量子化精確性。但是， 大量的碼字也意味著大量的反饋開銷。碼本設計中遇到的另一個挑戰是需要涵蓋多種信道特征。例如，相關信道和不相關信道可能具有不同的信道特征，因而需要不同的碼本設計條件。
發明內容
通過為四個發射天線部署六位1級和2級碼本，本發明實施例中的系統和方法通常會解決或避免上述問題和其他問題，并通常會實現技術上的優勢。根據一個實施例，提供了一個用于通信設備操作的方法。該方法包括評估通信設備和服務于該通信設備的控制器之間的通信信道，從而生成信道評估；使用碼本量子化量子化信道評估，從而生成選定的碼字；以及將與選定的碼字對應的索引從碼本發送至控制器。碼本包括多個第一級碼字，每個第一級碼字具有多個輔助碼字，并且碼本將基于通信設備和控制器之間的通信等級。根據另一個實施例，提供了一個用于通信設備操作的方法。該方法包括評估通信設備和服務于該通信設備的控制器之間的通信信道，從而生成信道評估；使用碼本執行信道評估的第一階段量子化，從而生成選定的第一級碼字；以及使用碼本執行信道評估的第二階段量子化，從而生成選定的輔助碼字。該方法還包括選擇選定的第一級碼字或選定的輔助碼字作為選定的碼字，并將與選定碼字對應的索引發送至控制器。碼本包括多個第一級碼字，每個第一級碼字具有多個輔助碼字。第一階段量子化只使用多個第一級碼字，碼本將基于通信設備和控制器之間的通信等級。第二階段的量子化將使用與所選第一級碼字關聯的多個輔助碼字，并且基于哪個碼字可以為碼字選擇機制提供更佳解決方案進行選擇。根據另一個實施例，提供了一個控制器操作的方法。該方法包括接收來自通信設備的信道狀態信息(CSI)，使用碼本和索引重建信道評估，使用已重建的第一個信道評估調整控制器中的傳輸電路，以及使用調整后的發送電路將發送內容發送至通信設備。CSI包括至碼本中碼字的索引，碼本包含多個第一級碼字。第一級碼字具有多個輔助碼字，碼本將在基于通信設備和控制器之間的通信等級。實施例的一個優勢為，2級碼本具有嵌套的屬性，允許對使用1級碼本進行的計算進行再利用，從而減少使用2級代碼本時所需的計算。實施例的另一個優勢為，支持碼本的分層搜索，以減少碼字搜索開銷。實施例的另一個優勢為，碼本具有分層特性，可以允許不同的反饋，從而可以減少反饋開銷。實施例還有一個優勢為，可以同時為相關和不相關的通信信道提供良好的性能。本文接下來概述了本發明的功能和技術優勢，以便于更好地理解后續的實施例的詳細說明。在下文中，將描述本發明的更多功能和優勢，它們形成了本發明的權利要求的主題。本領域技術人員應該理解，可以在此處揭示的概念和特定實施例的基礎上修改和設計其他結構或流程，以便實現與本發明相同的目的。本領域技術人員還應理解，這樣的等價結構不應該背離本發明內附的權利要求中所述的本發明的實質和范圍。附圖簡述為了更完整地了解本發明的實施例及其優勢，可以參考以下附圖和說明，其中
圖1為無線通信系統的圖表；圖加為基站的圖表；圖2b為移動臺的圖表；圖3a為在將CSI提供給BS時的MS操作的流程圖；圖北為使用碼本量子化信道評估時的MS操作的流程圖；圖3c為在使用碼本進行包含兩個階段的信道評估的量子化過程中，第一階段的 MS操作的流程圖；圖3d為在使用碼本進行包含兩個階段的信號評估的量子化過程中，第二階段的 MS操作的流程圖；圖如為在將信息發送給MS時的BS操作的流程圖；圖4b為將信息發送至MS的BS操作的流程圖，其中，BS從MS接收CSI分為兩個階段。
具體實施例方式下面詳細討論了實施例的制作和使用過程。應該理解，本發明提供了許多可應用的發明概念，可以在大量特定環境中實施。所討論的這些特定實施例僅說明了制作和使用本發明的特定方式，并沒有限制本發明的全部范圍。
這些實施例將在特定環境下描述，S卩，利用信道狀態信息改進全局系統效率的 MIMO無線通信系統。MIMO無線通信可以是單用戶(SU-MIMO)也可以是多用戶(MU-MIMO) 的，可以符合多個技術標準(例如Long Term Evolution(LTE)、LTE_Advanced、WiMAX、IEEE 802. 16等等)中的任何標準。圖1描述了無線通信系統100。無線通信系統100包括基站(BS) 101和多個移動臺(例如MS 105和MS 106)，可以是移動的或固定的。BS 101和MS 105使用無線通信進行通信。BS還可以稱為機站收發信臺、節點Bs、增強的節點Bs等等，而移動臺還可以稱為用戶單元、終端、移動設備、用戶設備等等。BS 101具有多個發射天線115，MS具有一個或多個接收天線(例如MS 105可能具有天線110，MS 106可能具有天線111)。BS 101將控制信息和數據通過下行鏈路(DL) 信道120發送至MS 105, MS 105則將控制信息和數據通過上行鏈路(UL)信道125發送至 BS 101。同樣，BS 101將控制信息和數據通過DL信道121發送至MS 106，MS106則將控制信息和數據通過UL信道1 發送至BS 101。MS可在UL信道125和126上發送控制信息(包括信道狀態信息(CSI))以提高 DL信道120和121的傳輸質量。BS 101將在DL信道120和121上發送控制信息以便提高 UL信道125和126的質量。小區130是一個用于表示BS 101覆蓋區的傳統術語。通常的理解是，在一個無線通信系統100中可能具有與多個基站對應的多個小區。為了減少控制信息開銷，MS會將CSI量子化。例如，在不發送CSI作為模擬值的情況下，MS可以將模擬值量子化為特定數量(例如二、三、四、五等等)的位，并將經過量子化的CSI發送至BS 101。為了進一步減少控制信息開銷，MS可以使用碼本，并將碼本中碼字的索引取代已量子化的CSI發送至BS 101。至BS 101的索引反饋表示碼本中最接近于已量子化的CSI 的碼字。由于只向BS 101返回索引反饋，所以碼本對于BS 101和MS必須都是已知的。碼本可以預先指定并存儲在BS 101和MS中以備后用。或者，碼本可以在MS連接至BS 101 時提供給MS。另一種可能是，碼本可以定期提供給MS。還有一種可能是，碼本可以同時提供給BS 101和MS (由中央控制器在初始階段提供或定期提供)。圖加描述了 BS 201。以位、符號或包的形式指定給多個正在服務的MS的數據200 被發送給調度程序204，調度程序204會決定將在給定的時間/頻率機會中發送哪些MS。來自MS的選擇用于發送的數據由調制和編碼塊210進行處理，以便轉換成已發送的符號并添加冗余以用于協助進行錯誤糾正和錯誤檢測。調制與編碼方案是部分基于有關信道質量信息反饋215的信息進行選擇的。調制和編碼塊210的輸出將被傳遞到發送波束賦形塊220，該塊會將各MS的經過調制和編碼的波束映射至波束賦形矢量。經過波束賦形的輸出將通過RF電路耦合至天線 115。.發送分集波束賦形矢量將從單用戶(MQ塊225或多用戶(MQ塊230輸入。無論單用戶(MS)還是多用戶(MS)的波束賦形都可以基于來自調度程序204和信道質量信息反饋 215的信息，來進行部署(如交換機235所確定)。各MS的信道質量信息反饋中的一部分將包括新的反饋消息，可以提供與已量子化的信道信息對應的索引(如實施例中所述)。重建塊202使用信道質量信息反饋215中的索引(與碼本205結合)來重建已量子化的信道狀態信息(CSI)的高分辨率的評估。重建塊202的輸出將被傳遞到交換機235， 交換機235會將信息轉發至單用戶(MS)塊225或多用戶(MS)塊230。其他信息也可以傳遞到這些塊(例如，SINR評估可以被傳遞到多用戶(MS)塊230以提高其性能)。單用戶 (MS)塊225使用重建塊202的輸出來作為選定用戶(MQ的波束賦形矢量。多用戶(MS)塊230將碼字和來自多用戶(MS)的其他信息結合以導出為各MS部署的發送波束賦形矢量。它將使用任意數量的文獻中已知的算法，例如迫零 (zeroforcing)、協作波束賦形(coordinated beamforming)、最小均方誤差波束賦形或者格約簡輔助矢量預編(lattice reduction aided precoding)等方法。調度程序204可以使用任意已知的文獻中的調度原則，包括輪叫調度、最大速率、 比例公平、最小剩余處理時間或者最大加權速率；通常情況下調度決策將基于從多個MS接收的信道質量信息反饋215。調度程序204還會決定將信息通過發送波束賦形發送至單個 MS,或者可以決定通過多用戶MIMO通信同時服務于多個MS。調制和編碼塊210可以執行任意數量的編碼和調制技術，包括正交振幅調制(quadrature amplitude modulation)、相移鍵控(phase shift keying)、頻移鍵控 (frequency shiftkeying)、不同才目i周(differential phase modulation)、卷禾只編石馬、 turbo編碼、比特交織卷積編碼(bit interleaved convolutional coding)、低密度奇偶校驗碼(low density parity check coding)、噴泉編碼(fountain coding)或者塊編碼。在優選實施例中，調制和編碼速率的選擇是基于優選實施例中的信道質量信息反饋215進行的，可以在調度程序204中聯合確定。盡管沒有明確說明，本領域技術人員應該理解，可以使用OFDM調制。此外，還可以使用任意數量的多址技術，包括正交頻分多址；碼分多址；頻分多址；或者時分多址。多址技術可以與調制和編碼塊210或者發送波束賦形塊220等等結合使用。為了更明確地說明，信道質量信息反饋215可以采用量子化的信道測量、調制、編碼格式和/或空間格式化決定、已接收的信號強度和信號與干擾加噪聲比測量方法。圖2b說明了 MS 203。MS 203可以具有一個或多個接收天線110，通過RF電路連接至接收器信號處理快250。由接收器信號處理塊250執行的一些關鍵功能包括信道評估塊255、評估SINR ±夬260和移動評估塊265。信道狀態信息將如實施例中所示使用量子化塊270進行量子化。量子化塊270會將接收到的信號量子化至碼本275中。碼本275中的索引將從量子化塊270中輸出。由移動評估塊265生成的信道差異量的估計，可用于提高量子化算法的性能，方法是，通過啟動前一個量子化級別的算法或者調整已本地化的數量。反饋塊280將通過結合來自量子化塊270的碼本索引輸出，來生成新的反饋消息。 生成信道質量信息塊285將生成特定的反饋控制消息，用于部署反饋塊觀0的輸出以生成信道質量信息反饋215。信道估計塊255可以部署業內已知的任意數量的算法，包括最小平方、最大似然法(maximum likelihood)、最大后驗概率估計(maximum a postiori)、Bayes 估算、適應性估算(adaptive estimator)或盲估計(blind estimator)。一些算法將會以培訓信號、培訓試點(Pilot)形式探究處理插入到發送信號中的已知信息，而其他算法將使用已發送信號中的結構(例如循環平穩(cyclostationarity))來評估BS和MS之間的系數。
評估SINR塊260將會輸出與所需信號對應的性能測量值。在一個實施例中，測量值由接收到的至干擾的信號功率連同噪聲評估組成。在另一個實施例中，它提供了接收到的信噪比。在另一個實施例中，它提供了接收到的信號功率的平均值的估計(是通過OFDM 系統中的子載波求平均值的)。圖3a描述了在將CSI提供給BS時的MS操作300的流程圖；MS操作300可以表示當MS將CSI提供給BS (例如BS 201)時，在MS (例如MS 203)中發生的操作。在MS已經附加至BS之后，當MS處于正常操作模式時，MS操作203會定期發生。只要MS仍然附加至BS，MS操作300便會繼續發生。在備選實施例中，MS操作300可能會在MS收到來自BS 的表示MS應該提供CSI給BS的消息后發生。MS操作300在開始時，MS會首先評估其自身與其所服務的BS之間的通信，以生成信道評估(塊30幻。在評估信道之后，MS會使用碼本(塊310)量子化信道評估結果。碼本對于MS和BS都是已知的。信道評估在進行量子化之前將進行歸一化。然后，MS會將與已量子化的信道評估(例如碼字)對應的索引發送至BS(塊315)。然后，MS會接收來自 BS的發送，其中，該發送會利用由MS (塊320)提供的信道評估。然后，MS操作300會結束。圖北描述了使用碼本量子化信道估算時的MS操作325的流程圖；當MS將CSI提供給BS (例如BS 201)時，MS操作325可以表示在MS (例如MS 203)中發生的操作。MS 操作325會在每次MS將CSI提供給BS (會定期發生或按照來自BS的命令發生)時發生。 MS操作325可能為圖3a的塊310的實施，使用碼本量子化信道評估。MS操作325會在MS已經評估了其自身與為其服務的BS之間的通信信道之后發生。MS可以通過測量由BS發送的pilot序列或參考序列來評估通信信道。或者，MS可以測量BS在一段延長時間內進行的發送。使用信道評估，MS可以在碼本的第一級碼字中搜索能夠為碼字選擇機制(Fes(W))提供最佳解決方案的碼字(塊330)。碼字選擇機制的最佳解決方案可以基于碼字選擇機制自身。例如，用于第一個碼字選擇機制的最佳解決方案可能為，使第一個碼字選擇機制最小化的解決方案；而用于第二個碼字選擇機制的最佳解決方案可能為，使第二個碼字選擇機制最大化的解決方案。根據實施例，碼字選擇機制可以是最大化IHWiId e [1，...，#codewords]，其中，H為信道矩陣，而Wi為碼本W的碼字。根據另一個實施例，碼字選擇機制可以為基于單數矢量量子化(SVD)。使用SVD， 信道矩陣H可以表示為H = UDVh,其中，
廠 yι…，ν，_，其中，ητ為發射天線的數量。使用SVD，可能的碼字選擇機制可以表示為Fcs = max | V1W |，其中，w為碼字。根據另一個實施例，如果干擾是已知的，則可以使用基于最小均方誤差(MMSE)的碼字選擇機制。可能的碼字選擇機制可以表示為Fcs = arg mm(w'HhHw + w'HfH1 w + SNR * /)—1 Hh ,
其中，H1為干擾信道。根據另一個實施例，如果干擾是已知的，則可以使用基于迫零(zero forcing)的碼字選擇機制。可能的碼字選擇機制可以表示為Fcs = axgmd^\H(Hf H :yl Hf w\.例如，使W作為包含64個碼字的6位碼本，則每個碼字索引由10 (64) = 6位組成。選定的碼字(表示為1)的表達式為Ws = Fcs (W) ·6位碼字W可以表示為W = DX [W1 ； — ；W64],其中，Wi, i e [1，—,64]為第i個碼字，D為相位旋轉對角矩陣(phase rotation diagonal matrix)，由以下公式給出
權利要求
1.一種用于通信設備操作的方法，其包含評估通信設備與服務于該通信設備的控制器之間的通信信道，從而生成信道評估；使用碼本量子化該信道評估，其中，該碼本包含多個第一級碼字，各第一級碼字具有多個輔助碼字，并且，該碼本基于該通信設備與該控制器之間的通信的等級，從而生成選定的碼字；并且將與選定碼字對應的索引從碼本發送至該控制器。
2.如權利要求1所述的方法，其中，使用碼本量子化信道評估包括從多個第一級碼字中，選擇能夠向碼字選擇機制提供最佳解決方案的第一級碼字；從為碼字選擇機制提供最佳解決方案的第一級碼字的多個輔助碼字中，選擇為碼字選擇機制提供最佳解決方案的輔助碼字；并且基于能夠向碼字選擇機制提供最佳解決方案的碼字，選擇第一級碼字或選擇輔助碼字作為選定碼字。
3.如權利要求2所述的方法，其中，選擇第一級碼字或輔助碼字包含選擇第一級碼字，以響應確定第一級碼字和輔助碼字大體上都能夠向碼字選擇機理提供最佳解決方案。
4.如權利要求2所述的方法，其中，選擇第一級碼字或輔助碼字包含隨機選擇第一級碼字或輔助碼字以響應確定第一級碼字和輔助碼字大體上都能夠向碼字選擇機制提供最佳解決方案。
5.如權利要求2所述的方法，其中，碼字選擇機制為|冊」，丨e[1，...，# codewords], 其中，最佳解決方案可以使碼字選擇機制最大化。
6.如權利要求2所述的方法，其中，選擇第一級碼字包含選擇M個第一級碼字，其中， M為大于或等于2的非零整數值，并且其中，M個選定的第一級碼字向碼字選擇機制提供M 個最佳解決方案。
7.如權利要求6所述的方法，其中，選擇輔助碼字包含從M個第一級碼字的多個輔助碼字中選擇能夠為碼字選擇機制提供最佳解決方案的輔助碼字。
8.如權利要求1所述的方法，其中，控制器包含四個發射天線，并且其中，碼本表示為W = DX [W1 ；…；W64],其中，D為相位旋轉對角矩陣，由以下公式給出~ejA 0 ··· 00eje>2 ·· : D= · ·,1··· ··· 00 ··· 0 eje"4其中，θ j e
。
9.如權利要求8所述的方法，其中，通信設備可以在1級模式下操作，并且其中，碼本表示為
10.如權利要求8所述的方法，其中，通信設備可以在2級模式下操作，并且其中，碼本表示為
11.如權利要求1所述的方法，其中，每組多個輔助碼字中的輔助碼字的數量是相等的。
12.用于通信設備操作的方法，該方法包含估計通信設備與服務于該通信設備的控制器之間的通信信道，從而生成信道評估； 使用碼本執行信道評估的第一階段的量子化，其中，碼本包含多個第一級碼字，其中各第一級碼字具有多個輔助碼字，其中，第一階段量子化僅使用多個第一級碼字，并且其中， 碼字基于通信設備與控制器之間的通信等級，從而生成選定的第一級碼字；使用碼本執行信道評估的第二階段的量子化，其中，第二階段量子化使用與選定的第一級碼字關聯的多個輔助碼字，從而生成選定的輔助碼字；選擇選定的第一級碼字或選定的輔助碼字作為選定的碼字，其中，選擇是基于哪個碼字能夠為碼字選擇機制提供更好的解決方案來進行的；并且將與選定的碼字對應的索引發送至控制器。
13.如權利要求12所述的方法，其中，執行信道評估的第一階段的量子化包含從多個第一級碼字中選擇能夠為碼字選擇機制提供最佳解決方案的第一級碼字作為選定的第一級碼字。
14.如權利要求12所述的方法，其中，執行信道評估的第二階段的量子化包含從選定的第一級碼字的多個輔助碼字中，選擇能夠為碼字選擇機制提供最佳解決方案的輔助碼字作為選定的輔助碼字。
15.如權利要求12所述的方法，還包含在執行信道評估的第一階段量子化之前，先對信道評估進行歸一化。
16.如權利要求12所述的方法，其中，所選的第一級碼字包含M個選定的第一級碼字， 其中，M為大于等于2的非零整數值，并且其中，執行信道評估的第二階段的量子化包括從 M個選定的第一級碼字的多個輔助碼字中，選擇能夠為碼字選擇機制提供最佳解決方案的輔助碼字作為選定的輔助碼字。
17.用于控制器操作的方法，該方法包含從通信設備接收信道狀態信息(CSI)，其中，CSI包含至碼本中碼字的索引，其中，碼本包含多個第一級碼字，其中，每個第一級碼字具有多個輔助碼字，并且其中，碼本將基于通信設備與控制器之間的通信等級；使用碼本和索引重建信道評估；使用已重建的第一個信道評估調整控制器中的發送電路；并且使用已經過調整的電路將發送內容傳輸至通信設備。
18.如權利要求17所述的方法，其中，傳輸發送內容包含使用重建的信道評估對發送內容進行預先編碼，從而生成預先編碼的發送內容，并且傳輸預先編碼的發送內容至通信設備。
19.如權利要求17所述的方法，還包含確定控制器與通信節點之間的通信等級。
20.如權利要求19所述的方法，還包含將等級的指示發送至通信節點。
21.如權利要求19所述的方法，其中，等級為1級或2級，并且其中，碼本為1級碼本和基于等級的2級碼本。
全文摘要
本文提供了為四個發射天線部署六位1級和2級碼本的系統和方法。用于通信設備操作的方法包括評估通信設備與服務于該通信設備的控制器之間的通信信道，從而生成信道評估；使用碼本量子化信道評估，從而生成選定的碼字；以及將與選定碼字對應的索引從碼本發送至控制器。碼本包括多個第一級碼字，每個第一級碼字具有多個輔助碼字。量子化操作為，先搜索第一級碼字，然后搜索多個輔助碼字的子集，并且碼本將基于通信設備和控制器之間的通信等級。
文檔編號H04B7/06GK102246428SQ200980149211
公開日2011年11月16日 申請日期2009年12月15日 優先權日2008年12月15日
發明者唐揚, 容志剛, 楊宏·孔, 郭亞軍 申請人:華為技術有限公司