CN102273091A - 发射参考信号并确定多天线发射的预编码矩阵的方法 - Google Patents

Abstract

公开了用于确定在具有比可用数量参考信号更多的可用发射天线(150)的基站(12)处的发射器天线权重的技术。示范方法包含发射(530)多个参考信号并接收(540)由移动终端(14)从参考信号中导出的信道反馈数据。参考信号各被指配给两个或更多天线群组中的对应天线群组，其中至少天线群组中的第一天线群组包括两个或更多发射天线(150)，并使用来自对应天线群组的至少一个发射天线(150)发射。该方法还包含确定(550)所述天线群组中第一天线群组的第一射束形成向量，并根据取决于信道反馈数据和第一射束形成向量的最终预编码矩阵将一个或多个数据流映射(570)到发射天线(150)，以获得每一个天线(150)的加权发射信号。

Description

发射参考信号并确定多天线发射的预编码矩阵的方法

技术领域

本发明一般涉及蜂窝电信***中多天线发射技术的使用，并且更具体地说，涉及用于发射参考信号并基于从参考信号中导出的信道反馈数据确定发射器预编码矩阵的技术。

背景技术

多天线技术当前应用于多个无线***以增大***可靠性和/或***吞吐率。本领域的技术人员将认识到，当在无线通信链路的两端都部署多个天线时，获得来自多天线处理的最高性能增益。在最佳情况情形下，即，当在发射天线与接收天线之间信道条件是可分开的并且在通信链路的移动终端端观察到高信噪比时，可以同时以相同频率只在空间维度上分开地发射两个或更多数据流。在不太有利的情形下(诸如在移动终端处的不可分开的空间信道或较低的信噪比等)，多天线技术仍可用于经由所谓的空间分集和射束形成方法增大链路可靠性。一般而言，在两侧具有多个天线的这些***称为多输入多输出(MIMO)***。

第三代合作伙伴项目(3GPP)当前正在开发所谓的演进UMTS地面无线电接入网(E-UTRAN)的规范，作为他们的长期演进(LTE)新方案的一部分，以改进无线电接入技术。通过通常简单地称为LTE或E-UTRA(演进的UMTS地面无线电接入)的这些规范描述的空中接口用于确保基于3GPP的接入技术的竞争力。对于3GPP LTE标准，多天线技术是中心；LTE支持多个不同的多天线技术以便在广泛范围的情形下实现高频谱效率。具体地说，在3GPP版次8规范中规定了若干预编码格式。

预编码是用于将已调制符号映射到多个天线上以便进行空间复用或分集或射束形成目的的发射的技术。预编码在多天线***中用于使发射适合于信道的短期和/或长期性质。(例如见：在http://www.3gpp.org/ftp/specs/html-info/36211.htm可得到的3GPP TS 36.211，“Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)；Physical channelsand modulation，”v8.4.0。)基本思想是调整从多个天线发射的承载信息的信号的相位和/或幅度，使得发射的信号更好地适宜多个发射器天线与多个接收器天线之间的信道条件。经典射束形成是预编码的特殊情况，其中在每个发射天线上调整单个承载信息的信号的相位，使得所有发射的信号都在接收器处相长性地相加。然而，用于MIMO***的预编码更一般地可描述为用预编码器矩阵多路复用向量定值的承载信息的信号。

基于有关信道性质的信息选择预编码器矩阵。又通过观察接收的参考信号并将接收的参考信号与这些参考的已知或期望值相比较来测量这些信道性质。当然，这些测量结果反映对应于通过其发送参考信号的具体MIMO信道的信道性质。由此，将参考信号与多天线层关联在一起是非常重要的。基于这个关联，参考信号用于测量各种信道相关参数；这些参数对于选择最佳预编码矩阵是至关重要的。

在LTE***中，当配置正常循环前缀和两个天线端口时，在每个时隙的第一和第五OFDM符号期间发射小区特定参考信号(也称为公共参考信号)。当使用扩展循环前缀时，在第一和第四OFDM符号期间发射小区特定参考信号。在LTE版次8中，支持最多四个小区特定参考信号。实质上，在一个小区中可以发射一个、两个或四个公共参考信号。终端使用这些参考信号执行对于移动性以及信道估计的测量，使得可以对发射的数据和控制信号进行解调和解码。公共参考信号还由小区中的每个终端用于确定最佳地适宜当前信道条件的可支持下行链路信号或流的数量，并且还可用于确定用于下行链路发射的基站的推荐的预编码权重。终端还测量信道质量指示符并将其反馈到基站；这些信道质量指示符可用于调度和链路自适应。

发明内容

本发明的各种实施例提供了一种在基站(诸如LTE eNodeB)处有效利用比可用数量的参考信号更多的发射天线同时在基站处仍有效地运用瞬时信道信息的方式。本文描述的技术甚至可用在信道互易性不成立时，即，当上行链路信道和下行链路信道相对彼此不相关使得不可能根据上行链路发射来估计下行链路发射的某些参数时。

具体地说，但非限制地，本文公开的发明技术的应用支持LTE中具有多于四个天线的天线配置，其中对应的信道系数的相关性在至少一些天线之间是低的。这可以实现，同时保持与控制信令和小区特定参考信号相关联的开销很低。

一种从多个发射天线向移动终端发射数据的示范方法由此包括：发射多个参考信号并接收由移动终端从参考信号中导出的信道反馈数据。参考信号各被指配给两个或更多天线群组中的对应天线群组，其中至少所述天线群组中的第一天线群组包括两个或更多发射天线，并使用来自对应天线群组的至少一个发射天线发射每一个参考信号。该方法还包含确定天线群组中第一天线群组的第一射束形成向量，并根据取决于信道反馈数据和第一射束形成向量的最终预编码矩阵将一个或多个数据流映射到发射天线，以获得每一个所述发射天线的加权发射信号。

在一些实施例中，发射天线被编组成使得对应于每个发射天线的传播信道系数在天线群组内比在来自不同天线群组的任何两个发射天线之间的相关性更高。在这些和其它实施例中，接收的信道反馈数据包含对应于由移动终端选择的推荐的预编码器矩阵的指示符。在这些实施例中的任何一个中，可通过计算推荐的预编码器矩阵和射束形成向量的克罗内克积来计算最终预编码矩阵。

在一些实施例中，通过估计从移动终端接收的上行链路信号的到达方向来确定所述天线群组中第一天线群组的射束形成向量。在一些实施例中，这可包括通过基于上行链路信道统计(即上行链路信道的第二阶统计)的长期平均值估计主本征向量来确定所述天线群组中第一天线群组的射束形成向量。

在一些实施例中，第一群组之外的天线群组也可包含两个或更多天线。由此，本发明的一些实施例还可包括确定所述天线群组中第二天线群组的第二射束形成向量并基于信道反馈数据以及第一和第二射束形成向量两者计算最终预编码矩阵。在一些实施例中，确定第二射束形成向量可简单地包括将第一射束形成向量再用于所述天线群组中第二天线群组。在其它实施例中，可基于第一和第二射束形成向量的平均值以及信道反馈数据来计算最终预编码矩阵。

本文描述的发明技术的具体应用是包括八个发射天线的基站，其中这些发射天线包括双极化四列阵列，并且其中第一和第二天线群组各包括四个共极化天线单元。

在如下的详细描述中还描述了配置成执行本文公开的发明技术的各种设备。从而，本发明的实施例包含配置成从多个发射天线向移动终端发射数据的基站，其中所述基站包括：发射器，配置成发射多个参考信号；接收器，配置成接收由移动终端从参考信号中导出的信道反馈数据；以及预编码处理器。所述发射器配置成将每一个所述参考信号指配给两个或更多天线群组中的对应天线群组，其中至少所述天线群组中的第一天线群组包括两个或更多发射天线，并使用来自所述对应天线群组的至少一个发射天线发射每一个所述参考信号。所述预编码处理器配置成确定所述天线群组中第一天线群组的第一射束形成向量，并根据取决于所述信道反馈数据和第一射束形成向量的最终预编码矩阵将一个或多个数据流映射到所述发射天线，以获得每一个所述发射天线的加权发射信号。本发明的实施例还包含对应于上面提到的和在下面更详细讨论的各种方法的这个基站的变型。

根据当结合附图和权利要求书考虑时的本发明的以下详细描述，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。

附图说明

图1是无线通信***的框图。

图2是根据本发明一些实施例的示范发射器电路的框图。

图3例证了LTE***的公共参考信号到多个天线的映射。

图4例证了预编码器和公共参考信号到天线群组的映射。

图5是例证根据本发明的一些实施例用于从多个发射天线发射数据的示范方法的过程流程图。

具体实施方式

在某些***设施中，在基站处使用多于四个发射器天线是期望的。例如，如果再用对于时分同步码分多址(TD-SCDMA)开发的天线配置，则八个发射天线可能是可用的。为了支持多于四个发射天线，还已经定义了所谓的UE特定参考信号。(“UE”在3GPP规范和别处用于指“用户设备”。本文所用的术语“移动终端”和“移动台”一般代替使用，并打算可与术语“UE”互换，但是不打算局限于3GPP相关装置。)当然，UE特定参考信号可与少于八个的发射天线一起使用。在任何情况下，相比小区特定参考信号，用与数据发射相同的预编码权重对UE特定参考信号进行预编码并且UE特定参考信号仅由接收伴随的业务数据的移动终端使用。

在当前的LTE规范中，就当使用UE特定参考信号配置***时移动终端测量信道并推荐预编码权重的意义而言，没有反馈报告机制。反而，预计eNodeB处理接收的上行链路信号，并适当处理它们以获得合适的预编码权重(也称为射束形成权重)用于下行链路发射。而且，在UE特定参考信号的情况下，在LTE版次8中仅能发射单个流或信号，并且因此当前没有执行空间复用的可能性。

在LTE***中用于对信号进行预编码的当前规范局限于四天线码本。小区特定(公共)参考信号还设计用于最大四天线的情况。由此，当前的规范关于对于多于四个天线的情况下如何获得并运用瞬时信道信息连同UE特定参考信号是不清楚的。在使用频分双工(FDD)的***中，上行链路信道和下行链路信道通常不相关，并且因此不可能基于从上行链路发射中观察的信道条件来估计用于下行链路发射的预编码权重，除非该布置使得信道相关，在这种情况下，可以估计相关性并将其用于至少缓慢地调整下行链路发射。

另一方面，对于时分双工(TDD)***，存在运用信道互易性并以这种方式获得匹配瞬时信道的预编码权重估计的可能性。然而，在终端不执行来自用于接收的所有天线的发射的情况下这仍然有问题。而且，这个方法未考虑终端所采用的实际接收器策略或在终端处的干扰性质。

最终，上面提到的多个现有标准和***(诸如TD-SCDMA***)使用具有多于四个(例如八个)发射器天线的基站配置。为了提供从这些***到LTE技术的干净的迁移路径，需要完全运用这些可用发射器天线进行射束形成的策略。

总的来说，当前LTE版次8标准未允许对于具有UE特定参考信号的多于四个发射天线使用的瞬时信道知识。

图1是采用用于向移动终端发射一个或多个数据流的多个发射天线的无线通信***的简化图解。在一个示范实施例中，无线通信***10包含基站节点(在LTE说法中是eNode-B)12，该节点包含基站收发器子***100和多个天线150(例如多于四个)。基站收发器100包含射频(RF)发射器电路102、RF接收器电路104和基带信号处理电路106。可使用一个或多个适当编程的微处理器、信号处理器、专门设计的数字和模拟硬件、存储器装置等实现的基带信号处理电路106包含预编码处理单元110和射束形成处理器112。本领域的技术人员将认识到，本文所用的术语“处理单元”和“处理器”一般是指实际上可使用一个或多个微处理器、一个或多个专用集成电路等实现的功能元件。由此，预编码处理单元110和射束形成处理器112可使用一个装置或多个实现，并且可根据需要配置有适当的程序代码以执行本文描述的预编码和射束形成技术。

从基站12发射的信号通过传播信道16传到移动终端14，移动终端14包含移动收发器200和多个接收天线250。移动收发器200包含控制器202和接收器信号处理单元204。像基带信号处理电路106一样，控制器202和接收器信号处理单元204可使用配置有适当的程序代码以执行与基站12的通信并执行本文描述的特定技术的一个或多个适当编程的微处理器、信号处理器、专门设计的数字和模拟硬件、存储器装置等实现。移动终端和基站设备的详细构造和操作取决于设计它们的精确***或标准，并且这通常对于本领域技术人员是公知的。从而，虽然本文公开了充分理解本发明所必需的细节，但是省略了许多其它细节。

一般而言，采用二进制数据流形式的信息信号I(n)被输入到基站12处的收发器子***100。基带信号处理电路106执行误差编码，将输入位映射到复调制符号，并生成用于每个发射天线150的发射信号。这个处理包含预编码和射束形成处理，这将在下面更详细描述。在RF发射电路102进行向上频率转换、滤波和放大之后，收发器100从相应发射天线150通过通信信道16向移动终端14发射发射信号。

移动终端14处的收发器200包括用于控制收发器200的操作的控制器202以及接收(RX)信号处理电路204。RX信号处理电路204对从第一站12发射的信号进行解调并解码。来自接收器200的输出信号包括原始信息信号的估计

在没有误差的情况下，估计将与提供给收发器100进行发射的原始信息信号输入I(n)相同。

图2例证了根据本发明一些实施例的基站基带处理电路106的示范细节。基带处理电路106包括多路分解器206、多个信道编码电路207和预编码处理器110，预编码处理器110向发射器电路102提供多个预编码的发射数据流。多路分解器206将信息位流I(n)分成N个子流{I₁(n)，K I_N(n)}。每个子流I_i(n)(其中i＝1，L N)被输入到对应的信道编码电路207，该电路包含编码器208、调制器210和快速傅里叶逆变换(IFFT)电路212。编码器208包括纠错编码器，诸如Turbo编码器或卷积编码器。调制器210例如可包括QPSK或QAM调制器，或二者都包括。由相应调制器210输出的调制符号流{s₁(n)，K s_N(n)}被输入到IFFT电路212，该电路212包含：串并转换器，用于将来自调制器210的调制符号流s_i(n)分成N_c个子流(其中N_c等于所发射的OFDM信号中的子载波数)；IFFT滤波器，用于应用快速傅里叶逆变换(这是本领域已知的)；以及并串转换器，用于生成OFDM信号d_i(n)。

从信道编码电路207输出的OFDM信号{d_i(n)，K d_N(n)}被输入到预编码处理器110，预编码处理器110将发射信号映射到M个预编码发射信号以便通过TX电路102向上转换和放大并通过天线150发射。如将在下面更详细地描述一样，预编码电路110使用最终预编码矩阵W_P将OFDM信号映射到天线，该最终预编码矩阵W_P具有N xM的大小，并且其基于经由接收器电路104从目标移动终端接收的信道反馈信息来确定。

图3A和3B分别对于两天线配置和四天线配置例证了将小区特定参考信号放在下行链路LTE资源块中。在图3A中，下行链路资源块310A被映射到第一天线，并且包含对应于时隙的第一和第五OFDM符号中每个上的实心时间频率单元(资源单元)的两个小区特定参考信号。(本领域的技术人员将认识到，实际OFDM信号可包含许多资源块，每个资源块中都具有小区特定参考信号。这允许进行频率选择性的信道测量。)映射到第二天线的下行链路资源块310B具有相同数量的小区特定参考信号，但映射到不同资源单元。重要的是，资源块310B中对应于资源块310A中小区特定参考信号的资源单元是未被占用的，并且反之亦然。

图3B例证了小区特定参考信号到下行链路资源块310A、310B、310C和310D的映射，这些资源块分别映射到第一、第二、第三和第四天线。用于第一和第二天线的小区特定参考信号的放置与图3A中画出的一样。第三和第四天线的小区特定参考信号被放在时隙的第一OFDM符号中的其它非交叠资源单元中。在任何给定的资源块中，专用于其它资源块中小区特定参考信号的资源单元是未被占用的。

一般而言，本文公开的技术允许在基站使用比可唯一指配给小区特定参考信号的更多的发射天线，同时仍允许在将发射信号映射到天线时运用瞬时信道信息。具体地说，这些技术可用于支持使用多于四个天线的LTE***中的天线配置。如下面更详细讨论的，甚至当一些天线的信道系数与其它天线的信道系数不相关时也可以这样做。将看到，这些技术相比常规***不要求在控制信令上有很大增加。

本发明的一个实施例可根据如下简要概述。首先，在基站12处的可用发射天线被编组成K个群组，如图4中所示，其中给每一个群组指配对应的小区特定天线端口。由此，M个天线150被编组成群组1到K。如在图4中所看到的，在天线群组1到K与小区特定参考信号CRS₁到CRS_K之间存在一对一映射。更具体地说，有可能存在多于一个的小区特定参考信号指配给某些群组。

基于对应信道系数之间的统计依赖度形成天线群组。强统计依赖性的一种形式是高空间相关性。由此，具有高相关信道系数的两个或更多紧密间隔的天线150可被编组成K个群组中的一个群组，而可能以距前两个的更远距离间隔的其它天线150被指配给一个或多个其它群组。

在特定天线群组内，在该群组中的天线子集上发射小区特定参考信号，由此向移动终端提供关于群组之间相对相位差的信息。虽然小区特定参考信号仅与该群组中的天线单元子集相关联，但是通过运用上面提到的群组中统计依赖性可导出有关同一群组中其它天线单元的信道系数的信息。

移动终端按天线群组使用小区特定参考信号以便测量群组之间的相对相位差并评估下行链路中的信道特性。在一些实施例中，移动终端使用关于发射天线群组之间的相对相位差的这个信息根据一组可用预编码器矩阵确定优选的预编码器矩阵W_U，并通过向基站发送一个或多个预编码器矩阵指示符(PMI)向基站推荐优选的预编码器矩阵。在这些实施例中，还可向基站发送信道质量指示符(CQI)。在其它实施例中，信道系数数据和/或CQI可被发送到基站并由基站用于选择优选的预编码器矩阵W_U。在任一情况下，该信息可共同地视为信道反馈数据。

基站12(例如LTE eNode-B)确定每个天线群组的射束形成向量W_BF，i，并且然后将这些射束形成向量与(例如由移动终端所发信号通知的)推荐的预编码矩阵W_U组合以找到整个多天线发射阵列的最终预编码矩阵W_P。最终预编码矩阵W_P然后由基站12用于将OFDM信号d_i...d_N映射到M个发射天线150。

本发明的各种实施例由此可应用于具有两个或更多个天线群组的天线布置，其中至少一个群组具有两个或更多天线。在具有多于一个天线的群组内，可故意采用使得衰落相关的方式放置天线。例如，特定群组可由具有相同极化、比较紧密地放在一起(例如在发射信号波长的一半内)的天线组成。上行链路测量然后可用于获得发射权重，即射束形成权重，用于每个群组内的下行链路发射。这例如可通过根据信道统计的比较长期的平均值来估计到达方向或主本征向量进行。本领域的技术人员会将这个方法视为基于第二阶统计的本征射束形成。

从天线的每个群组，发射至少一个公共参考信号(例如从群组中天线中的单个天线)，并且移动终端确定优选的预编码权重以及可能确定信道质量估计(CQI)。基站然后可以使用优选的预编码权重使来自不同群组的信号同相。对应的CQI还可用于捕获每个群组内的射束形成增益。最终预编码矩阵的公式化具体地说可使用基于克罗内克的预编码器结构，如在下面示例中更详细描述的。本领域的技术人员将认识到，克罗内克结构可采取例如通过置换所得到的预编码器矩阵的行和列而获得的许多备选和等效形式。本领域的技术人员将认识到，对于每一个不同的天线群组可以使用不同的射束形成向量，这暗示所提到的克罗内克结构的广义版本。

不失一般性，可以用下面示例中讨论的多个天线配置例证上面一般性地描述的技术细节。在第一示例中，考虑各具有两个单元的两个天线群组。从而，M＝4并且K＝2。在这种情况下，基站可配置成发射两个小区特定参考信号，例如一个在(群组1中的)天线1上，并且一个在(群组2中的)天线3上。可安装两个天线群组，它们之间有很大的物理间隔，以确保这两个群组的天线经历不同(比较不相关的)瞬时信道响应。这也可以通过在这两个群组上使用正交极化得到确保，在这种情况下，将不需要很大的物理间隔。

一般而言，移动终端不必知道在eNodeB处的天线总数。因此，对于两个天线的两个群组以上示例，移动终端可只认识到两个天线正在发射小区特定参考信号。基于这些小区特定参考信号，移动终端确定优选的预编码器矩阵W_U。给定当前的3GPP LTE标准，对于秩1发射，W_U将由如下任一个组成：

$W_U\∈\{\left[\begin{array}{c}1\\ 1\end{array}\right],\begin{array}{}\end{array}\left[\begin{array}{c}1\\ -1\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}1\\ j\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}1\\ -j\end{array}\right]\}.$

当然，用于预编码器矩阵的其它“码本”是可能的。虽然为了简化标记本文主要讨论秩1情况，但是本领域的技术人员将认识到，本文公开的发明技术容易扩展到具有比秩1更高秩的操作。

在移动终端(例如使用PMI)向基站发信号通知优选的预编码器矩阵之后，基站可利用W_U找到两个天线群组中每个天线群组的预编码权重向量。这些可分别表示为W₁和W₂。

在第一步骤，基站可确定所关心的天线群组的射束形成权重，例如它可对于天线群组1确定W_BF，1而对于天线群组2确定W_BF，2。如果某种形式的互易性用于射束形成向量确定，例如如果使用基于到达方向(DOA)的射束形成，则可以假设W_BF，1＝W_BF，2＝W_BF。由此要理解，射束形成权重可以根据任何群组测量，或者可以在两个群组上均测量，并然后求平均以增加射束形成可靠性。

在此情况下，最终预编码矩阵可写为：

$W_P=W_U\⊗W_{\mathrm{BF}}=\left[\begin{array}{c}{W}_1\\ W_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{W}_{\mathrm{BF}}\\ {\left[W_U\right]}_2.W_{\mathrm{BF}}\end{array}\right],$

其中是克罗内克积，并且[W_U]₂是W_U的第二个元素。(注意，[W_U]₂在上面给出的示例码本中总是等于1。)

为了更详细例证，如果移动终端建议：

$W_U=\left[\begin{array}{c}1\\ -1\end{array}\right]$

并且基站确定：

$W_{\mathrm{BF}}=\left[\begin{array}{c}a\\ b\end{array}\right],$

则最终预编码矩阵可写为：

$W_P=\left[\begin{array}{c}a\\ b\\ -a\\ -b\end{array}\right].$

对于秩2情况(再次使用3GPP LTE码本，并假设K＝2以及M＝4)，W_U可以是如下任一个：

$W_U\∈\{\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ 1& -1\end{array}\right],\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ j& -j\end{array}\right]\}.$

因此，如果移动终端建议：

$W_U=\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ j& -j\end{array}\right]$

并且基站再次确定：

$W_{\mathrm{BF}}=\left[\begin{array}{c}a\\ b\end{array}\right],$

则最终预编码矩阵可写为：

$W_P=\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ j& -j\end{array}\right]\⊗\left[\begin{array}{c}a\\ b\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}a& a\\ b& b\\ \mathrm{ja}& -\mathrm{ja}\\ \mathrm{jb}& -\mathrm{jb}\end{array}\right].$

每个群组中的天线数不必相等。例如，考虑存在两个天线群组(K＝2)但在第一群组中存在两个统计上依赖的天线并在第二群组中存在三个统计上依赖的天线的情况。在这种情形下，显然W_BF，1≠W_BF，2。然而，本领域的技术人员要注意，移动终端可能完全不知道这种情形不同于之前讨论的四个天线的情形，因为对于每个群组只需要发射单个小区特定参考信号。在这种情况下，如果基站确定射束形成向量：

$W_{\mathrm{BF},1}=\left[\begin{array}{c}a\\ b\end{array}\right]$

并且

$W_{\mathrm{BF},2}=\left[\begin{array}{c}c\\ d\\ e\end{array}\right],$

并且如果移动终端建议：

$W_U=\left[\begin{array}{c}1\\ j\end{array}\right],$

则最终预编码矩阵可写为：

$W_P=\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}a\\ b\\ \mathrm{jc}\\ \mathrm{jd}\\ \mathrm{je}\end{array}\right]\end{array}.$

这种情形中秩2的扩展可采用与上面对于四个天线示例所示出的类似方式进行。因此，如果移动终端确定优选的预编码矩阵是：

$W_U=\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ j& -j\end{array}\right]$

并且基站确定W_BF，1和W_BF，2如上所示，则我们写：

$W_P=\left[\begin{array}{cc}a& a\\ b& b\\ \mathrm{jc}& -\mathrm{jc}\\ \mathrm{jd}& -\mathrm{jd}\\ \mathrm{je}& -\mathrm{je}\end{array}\right]$

基站天线配置的另一种可能性是天线被组织成四个天线群组，每个群组中具有两个天线(即K＝4并且M＝8)。这种情况非常类似于上面对于两个两个天线的群组给出的示例；类似过程可应用于找到最终预编码矩阵W_P。在这种情形下，需要发射四个小区特定参考信号，每个群组一个。

给定八个天线，示范实现可以是四对45度双极化天线，其中天线在一起非常紧密地间隔，例如以发射信号波长的一半。如果天线对彼此非常紧密地间隔，则八个天线可基于它们的天线极化准则被分成两个四个的群组。根据特定实施例，根据这个示范实现，使用双极化四列阵列，这是TD-SCDMA当前所用的。用这种配置，在每个极化内执行射束形成，并且在两个极化之间建立同相来匹配瞬时信道以获益于全阵列增益。在这种情况下，存在K＝2个群组，每个群组含有四个共极化天线单元。

因为双极化对间隔得非常紧密，因此可根据观察来自上行链路测量(包括到达方向作为特殊情况)的平均信道相关，来确定群组之一中天线的各个权重(W₁，W₂，W₃，W₄)。然而，两个群组之间的瞬时相关随着快速衰落的速度而变化，并且可能难以从上行链路测量获得(例如，如果使用FDD，或者如果使用TDD，但是移动终端发射天线的数量低于接收器天线的数量)。由此，可以使用两个小区特定参考信号，并且通过从具有不同极化的天线发射它们，诸如同一列，来自终端的信道反馈数据将告诉如何使从所有两个群组的共极化天线发射的信号同相。

由此，例如，移动终端基于发射的小区特定参考信号从两天线码本中选择W_U，并且在基站中找到用于一个群组的四个天线单元的W_BF。然后，W_P简单地设计为：

由此，对于秩1发射，如果：

$W_U=\left[\begin{array}{c}1\\ -j\end{array}\right]$

并且基站确定：

$W_{\mathrm{BF}}=\left[\begin{array}{c}{W}_1\\ W_2\\ W_3\\ W_4\end{array}\right]$

则我们可以写：

W_P＝[W₁，W₂，W₃，W₄，-jW₁，-jW₂，-jW₃，-jW₄]^T

对于秩2发射，如果移动终端选择推荐的预编码矩阵：

$W_U=\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ 1& -1\end{array}\right]$

并且射束形成向量W_BF与上面相同，则最终预编码矩阵是：

$W_P=\left[\begin{array}{cc}{W}_1& W_1\\ W_2& W_2\\ W_3& W_3\\ W_4& W_4\\ W_1& -W_1\\ W_2& -W_2\\ W_3& -W_3\\ W_4& -W_4\end{array}\right]$

如果所描述的情形中的极化对反而在空间上相隔很大，则我们实质上在***中具有信道响应不相关的八个不同天线。由此，我们不能支持根据在LTE中基于现有小区特定参考信号的预编码技术的发射。然而，要理解，可基于八个发射器天线情况的这种双极化天线体系结构进行其它天线布置。

记住以上示例，本领域的技术人员将认识到，图5例证了根据本发明的一些实施例确定最终预编码矩阵的示范方法。例如可以在基站(例如LTE node-B)(诸如图1中画出的和上面讨论的基站12)处，实现图5中例证的过程。

如在框510所示的，过程“开始”于基于它们的统计交叉依赖性(例如它们的衰落相关)对可用发射器天线进行编组。当然，本领域的技术人员将认识到，这种编组可以是在构建和/或配置基站时执行的一次性步骤。然而，本领域的技术人员将认识到，可以随时间改变确切编组。

给定群组，给每个天线群组指配参考信号(例如LTE小区特定参考信号)，如在框520所示的。经由按群组的至少一个天线发射每个群组的参考信号，如在框530所示的。当然，可在多于一个天线上发射给定群组的参考信号(特别是在适当的射束形成向量已经已知的情况下)，但是按群组在单个天线每个群组上发射参考信号的更通用方法允许***确定最终预编码矩阵，而无需目标移动终端的方向的任何初始知识。

如在框540所示的，移动终端用信道反馈数据(诸如预编码矩阵指示符)进行响应。由此，基站现在能够从预编码器矩阵码本中选择对应于优选矩阵的“初始”预编码矩阵。

如在框550所示的，基站确定包含多于一个天线的每个天线群组的射束形成向量。如上面建议的，这个过程可使用基于到达方向(DOA)的射束形成技术，其中在假设一个主方向的情况下来确定发射向量。可根据下式估计主方向：

$\widehat{\mathrm{\θ}}=\arg \underset{w}{\max }{a}^H\left(\mathrm{\θ}\right)\mathrm{Ra}\left(\mathrm{\θ}\right),$

其中射束形成向量w由给出，并且其中a(θ)是给定方向θ的导引向量。R是协方差矩阵，其可以用信道协方差矩阵的指数平均确定。基于DOA的射束形成的优点是，该技术对移动性比较强健，并且只需估计单个参数。然而，当角度展开增大时存在某性能降级。当然，本领域的技术人员将认识到，可以使用用于确定统计上相关的天线的群组的适当射束形成向量的其它技术。而且，本领域的技术人员将认识到，可对于每个天线群组确定不同的射束形成向量。备选地，特别是如果群组内的相对配置从一个群组到另一个都相同的话，可对于两个或更多群组使用相同的射束形成向量。

再一次参考图5，所例证的过程继续根据初始预编码矩阵和射束形成向量计算最终预编码矩阵，如在框560所示的。如之前所讨论的，这个计算可包括计算推荐的预编码器矩阵和射束形成向量的克罗内克积。在框570，最终预编码矩阵用于将数据流映射到发射天线以便发射到移动终端。

如上面演示的，本发明的实施例包含其中可用发射器天线的数量大于可用小区特定参考信号的情况下用于获得信道统计并有效地将其用于对数据发射进行预编码的方法和设备。由此，本文公开的技术提供了如下方式：在LTE参考信号框架下，使用来自传统***安装的任何数量的可用天线，而无需修改LTE标准。这当对于LTE基站有使用多于四个天线的需要时明显是有利的，因为一般期望再用尽可能多的现有LTE功能性，诸如发射格式、控制信道、CQI反馈、预编码器结构等。

与这一起，不管在基站处存在的天线数量如何，本发明的实施例提供新颖的方式来再用如在LTE标准中所描述的现成的优选多天线方案，同时通过小区特定射束形成网络发射所有参考信号，即，不需要用户特定参考信号。

当然，本领域的技术人员将认识到，虽然来自3GPP LTE规范的术语在本公开中已经用于示范本发明，但是这不应看作将本发明的范围仅限于前面提到的***。其它无线***，包括WCDMA、WiMAX、UMB和GSM，也可获益于运用本文描述的技术。而且，还应该注意，术语(诸如eNodeB和UE)以及基站与移动终端之间的发射的详细讨论应该视为非限制性的，并且具体地说，不暗示执行本文描述的预编码技术的节点与接收节点之间的某种分层关系。由此，例如，本发明的技术可应用于对等发射情形。

从而，本领域的技术人员将认识到，本发明可以与本文具体阐述的那些不同的其它方式执行，并不脱离本发明的实质特性。目前的实施例在所有方面都视为例证性的，而非限制性的，并且本发明仅由所附的权利要求书限制。

Claims (18)

1.一种从多个发射天线(150)向移动终端(14)发射数据的方法，所述方法包括：发射多个参考信号并接收由所述移动终端(14)从所述参考信号中导出的信道反馈数据，其特征在于：所述方法还包括：

将每一个所述参考信号指配(520)给两个或更多天线群组中的对应天线群组，其中至少所述天线群组中的所述第一天线群组包括两个或更多发射天线(150)；

使用来自所述对应天线群组的至少一个发射天线(150)发射(530)每一个所述参考信号；

确定(550)所述天线群组中第一天线群组的第一射束形成向量；以及

根据取决于所述信道反馈数据和所述第一射束形成向量的最终预编码矩阵将所述一个或多个数据流映射(570)到所述发射天线(150)，以获得每一个所述发射天线(150)的加权发射信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征还在于：所述发射天线被编组成使得对应于每个发射天线(150)的传播信道系数在天线群组内比在来自不同天线群组的任何两个发射天线(150)之间的相关性更高。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征还在于：接收的信道反馈数据包含对应于由所述移动终端选择的推荐的预编码器矩阵的指示符，并且在于将所述一个或多个数据流映射(570)到所述发射天线(150)包括通过计算所述推荐的预编码器矩阵和所述射束形成向量的克罗内克积来计算所述最终预编码矩阵。

4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征还在于：确定(550)所述天线群组中所述第一天线群组的射束形成向量包括估计从所述移动终端(14)接收的上行链路信号的到达方向。

5.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征还在于：确定(550)所述天线群组中所述第一天线群组的射束形成向量包括基于上行链路信道统计的平均值估计主本征向量。

6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征还在于：所述方法包括确定所述天线群组中的第二天线群组的第二射束形成向量并基于所述信道反馈数据以及所述第一和第二射束形成向量计算所述最终预编码矩阵。

7.如权利要求6所述的方法，其特征还在于：确定所述第二射束形成向量包括将所述第一射束形成向量再用于所述天线群组中的所述第二天线群组。

8.如权利要求6所述的方法，其特征还在于：基于所述第一射束形成向量和所述第二射束形成向量的平均值以及所述信道反馈数据计算所述最终预编码矩阵。

9.如权利要求1-8中任一项所述的方法，其中所述发射天线(150)包括双极化四列阵列，并且其中第一天线群组和第二天线群组各包括四个共极化天线单元。

10.一种基站(12)，配置成从多个发射天线(150)向移动终端(14)发射数据，所述基站(12)包括：发射器(102)，配置成发射多个参考信号；接收器(104)，配置成接收由所述移动终端(14)从所述参考信号中导出的信道反馈数据；以及预编码处理器(110)，其特征在于：

所述发射器(102)配置成将每一个所述参考信号指配给两个或更多天线群组中的对应天线群组，其中至少所述天线群组中的第一天线群组包括两个或更多发射天线(150)，并使用来自所述对应天线群组的至少一个发射天线(150)发射每一个所述参考信号；以及

所述预编码处理器(110)配置成确定所述天线群组中所述第一天线群组的第一射束形成向量，并根据取决于所述信道反馈数据和所述第一射束形成向量的最终预编码矩阵将所述一个或多个数据流映射到所述发射天线(150)，以获得每一个所述发射天线(150)的加权发射信号。

11.如权利要求10所述的基站(12)，其特征还在于：所述发射天线(150)被编组成使得对应于每个发射天线(150)的传播信道系数在天线群组内比在来自不同天线群组的任何两个发射天线(150)之间的相关性更高。

12.如权利要求10或11所述的基站(12)，其特征还在于：接收的信道反馈数据包含对应于由所述移动终端(14)选择的推荐的预编码器矩阵的指示符，并且在于所述预编码处理器(110)配置成通过计算所述推荐的预编码器矩阵和所述射束形成向量的克罗内克积来计算所述最终预编码矩阵。

13.如权利要求10-12中任一项所述的基站(12)，其特征还在于：所述预编码处理器(110)配置成通过估计来自所述移动终端(14)的上行链路信号的到达方向来确定所述天线群组中所述第一天线群组的射束形成向量。

14.如权利要求10-12中任一项所述的基站(12)，其特征还在于：所述预编码处理器(110)配置成通过基于上行链路信道统计的平均值估计主本征向量来确定所述天线群组中所述第一天线群组的射束形成向量。

15.如权利要求10-14中任一项所述的基站(12)，其特征还在于：所述预编码处理器(110)配置成确定所述天线群组中的第二天线群组的第二射束形成向量并基于所述信道反馈数据以及所述第一和第二射束形成向量计算所述最终预编码矩阵。

16.如权利要求15所述的基站(12)，其特征还在于：所述预编码处理器(110)配置成通过将所述第一射束形成向量再用于所述天线群组中的所述第二天线群组来确定所述第二射束形成向量。

17.如权利要求15所述的基站(12)，其特征还在于：所述预编码处理器(110)配置成基于所述第一射束形成向量和第二射束形成向量的平均值以及所述信道反馈数据来计算所述最终预编码矩阵。

18.如权利要求10-17中任一项所述的基站(12)，其中所述发射天线(150)包括双极化四列阵列，并且其中第一和第二天线群组各包括四个共极化天线单元。

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