CN102725992B - 转换装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种转换装置，用于对反馈的长时宽带信道特征进行转换。该转换装置包括：第一转换单元，用于将从接收机反馈的长时宽带波束成形矩阵u1构建为长时宽带发送空间相关矩阵R的估计R_估计，其中，其中H表示矩阵的共轭转置；和/或第二转换单元，利用从接收机反馈的长时宽带发送空间相关矩阵直接获得长时宽带波束成形矩阵或预编码矩阵。根据本发明的技术方案，还提供相应的转换方法和设备。

Description

转换装置和方法

技术领域

本发明总体上涉及多入多出／多入单出无线通信***，更具体地涉及在多入多出／多入单出无线通信***中对长时(long-term)宽带信道特性反馈的转换方法和装置。

背景技术

在3GPPRAN#60会议中达成一致的下一步有关反馈的决定确定了对于一个子带的预编码器是由两个矩阵构成的，其中之一是针对宽带和／或长时信道特性的矩阵，另一个是针对频率选择性和／或短时信道特性的矩阵。码本可以随着时间和／或不同的子带变化，也可以不发生变化。

通常，在***中，将长时宽带波束成形矩阵或者长时宽带发送空间相关矩阵之一作为长时宽带信道特性反馈，由移动台根据下行链路状态向基站进行反馈。

作为发射机可以利用的长时宽带信息的两种不同形式，长时宽带波束成形矩阵和长时宽带发送空间相关矩阵已经在LTE-Advanced的标准化进程中进行了广泛的讨论。其中长时宽带波束成形矩阵在单用户多入多出／多入单出无线通信***或多用户多入多出／多入单出无线通信***中用于针对接收机来形成波束形状(beampattern)，一种预编码矩阵。长时宽带发送空间相关矩阵能够被直接用来生成预编码矩阵，例如，在多用户多入多出无线通信***中使用的信号泄漏比算法(SLNR)，或者用于生成能够降低量化误差的变换的码本，等等。

实际上，由于提高信道状态信息(CSI)的准确度不仅使得单用户多入多出／多入单出无线***获益，而且使得多用户多入多出／多入单出无线通信***获益更为明显，因此通常认为应该尽量降低量化误差。当前的研究表明，发送空间相关性能够帮助形成一种从基础码本中导出的变换的码本，以更好地适应用户信道的特性，并且进一步提高特别是针对多用户多入多出／多入单出***的***性能。因此，对于下行链路而言，需要诸如eNodeB的基站方能够知晓针对各个用户设备(UE)的发送空间相关信息。发送空间相关信息例如是如上所述的长时宽带发送空间相关矩阵，可以由UE测量并反馈到eNodeB。但是，并不是所有***都向eNodeB反馈长时宽带发送空间相关矩阵，正如上文中已经指出的，有些***中的UE可能仅向eNodeB反馈长时宽带波束成形矩阵，作为长时宽带信息。因此，在这种情况下，eNodeB无法通过反馈从UE获得长时宽带发送空间相关矩阵。通常，UE反馈的是从码本中选择的长时宽带波束成形矩阵或者长时宽带发送空间相关矩阵所对应的索引。

此外，本领域技术人员可以理解，在有关标准中(例如，LTE-Advanced中)只能规定一种形式的长时信息，或者在某一特定应用场合下可能仅允许使用一种形式的长时和／或宽带信息，即长时宽带波束成形矩阵或者长时宽带空间相关矩阵。

需要一种方法能够根据需要将一种形式的长时和／或宽带信息转换为另一种形式的长时和／或宽带信息。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供的实施方式在多入多出／多出单出无线通信***中对两种形式的长时和／或宽带信道特性的反馈进行转换，从一种形式导出另一种形式，也即将反馈的长时宽带波束成形矩阵变换为长时宽带发送空间相关矩阵或者将反馈的长时宽带发送空间相关矩阵变换为长时宽带波束成形矩阵，由此适应特定多入多出／多出单出无线通信***的要求。

根据本发明的一个方面，提供一种转换装置，用于对反馈的长时宽带信道特征进行转换。该转换装置包括：第一转换单元，用于将从接收机反馈的长时宽带波束成形矩阵u₁构建为长时宽带发送空间相关矩阵R的估计R_估计，其中其中H表示矩阵的共轭转置；和／或第二转换单元，利用从接收机反馈的长时宽带发送空间相关矩阵R获得长时宽带波束成形矩阵或预编码矩阵。

根据本发明的第二方面，提供一种转换方法，用于对反馈的长时宽带信道特征进行转换。该转换方法包括：第一转换步骤，将从接收机反馈的长时宽带波束成形矩阵u₁构建为长时宽带发送空间相关矩阵R的估计R_估计，其中其中H表示矩阵的共轭转置；和／或第二转换步骤，利用从接收机反馈的长时宽带发送空间相关矩阵直接获得长时宽带波束成形矩阵或预编码矩阵。

根据本发明的其它方面，还提供包括根据本发明的转换装置的基站设备、用户设备和中继设备。

根据本发明的又一方面，还提供一种相应的计算机程序产品。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其它特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1示出根据本发明的实施方式能够实施于其中的多入多出／多出单出无线通信***；

图2示出根据本发明一个实施方式的转换装置的示意性框图；

图3示出根据本发明一个实施方式的转换方法的示意性流程图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的实施方式能够实施于其中的多入多出／多出单出无线通信***。

在图1中，以多入多出无线通信***中基站到用户设备的下行链路作为示例描述了根据本发明的实施方式的应用场景。

如图1所示，基站101具有多个发射天线，用于在下行链路方向向特定用户设备102以空间分集方式发送信号。

用户设备102具有单个或者多个接收天线。用户设备102对下行链路信号进行测量，以向基站101反馈针对频率选择性和／或短时信道特性，以及针对宽带和／或长时信道特性的信息。在本发明涉及对反馈的宽带和／或长时信道特性的信息的变换。

根据本发明的实施方式，在多入多出／多出单出无线通信***中对两种形式的长时和／或宽带信道特性的反馈，可以从一种形式导出另一种形式，也即将反馈的长时宽带波束成形矩阵变换为长时宽带发送空间相关矩阵或者将反馈的长时宽带发送空间相关矩阵变换为长时宽带波束成形矩阵，由此适应特定多入多出／多出单出无线通信***的要求。

当由反馈的长时宽带波束成形矩阵表征长时和／或宽带信道特性时，利用根据本发明的一个实施方式的转换装置，基站或者用户设备能够利用长时宽带波束成形矩阵构建归一化的长时宽带发送空间相关矩阵的估计。这是因为在相关矩阵中主特征向量携带了该相关矩阵的绝大部分信息，而特定UE反馈的长时宽带波束成形矩阵能够反映表明针对该特定UE的基站天线的相关性的发送空间相关矩阵的主特征向量。根据本发明进一步的实施方式的还可以通过利用反馈的附加信息进一步提高该构建的长时宽带发送空间相关矩阵的准确性。

当由反馈的长时宽带发送空间相关矩阵表征长时和／或宽带信道特征时，利用根据本发明的一个实施方式的转换装置，基站或者用户设备能够利用长时宽带发送空间相关矩阵获得长时宽带波束成形矩阵。

以下参照图2和图3具体对根据本发明的实施方式的转换装置的工作过程和原理以及根据本发明的实施方式的转换方法的流程进行说明。

图2示出根据本发明一个实施方式的转换装置的示意性框图。

如图2所示，转换装置200包括第一转换单元201，用于将反馈的长时宽带波束成形矩阵构建长时宽带发送空间相关矩阵的估计。第一转换单元201响应于接收到表征长时和／或宽带信道特征的反馈的长时宽带波束成形矩阵u₁，对长时宽带发送空间相关矩阵进行估计。在空间相关信道中，对于长时宽带波束成形矩阵来说，常用的码本是基于DFT的码本。通常，长时宽带波束成形矩阵u₁能够反映UE测得的长时宽带发送空间矩阵的主特征向量的信息。特别地，长时宽带波束成形矩阵u₁可以是基于UE测得的长时宽带发送空间相关矩阵的主特征向量确定的。

使得d₁，...，d_N表示针对一个特定UE的按照降序排列的长时宽带发送空间相关矩阵的特征值，其中N是发送空间相关矩阵的秩，在满秩的情况下，N就是基站的发射天线个数；u₁，...，u_N是与d₁，...，d_N对应的特征向量，则归一化的长时宽带发送空间相关矩阵R可以以下式表示：

$R=\mathrm{normalize}\left(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{d}_i{u}_i{u}_i^H\right)=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{d}_i{u}_i{u}_i^H}{\left|\right|\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{d}_i{u}_i{u}_i^H\left|\right|}---1)$

由于主特征向量u₁携带了该相关矩阵R的绝大部分信息，因此在第一转换单元201中将长时宽带发送空间相关矩阵R估计为：

进一步地，第一转换单元201可以利用反馈的附加信息进一步提高该构建的长时宽带空间相关矩阵的准确性。

作为一个示例，基站对于特定用户设备的空间相关矩阵的非对角线比例因子a₁，...，a_N-1可以作为附加信息，从例如移动台的用户设备反馈给基站，以便由第一转换单元201校正所估计的长时宽带发送空间相关矩阵R_估计。若则经过校正的长时宽带发送空间相关矩阵的估计可以表述为：

其中，符号*表示某一复数的共轭。

本领域技术人员可以理解，这种校正能够有效地修正估计的R中各元素的模值，使之更加逼近真实的长时宽带发送空间相关矩阵。特别是在高空间相关性的信道中非对角线比例因子能够呈现这样的特性。因此，在高空间相关性的信道中该对该附加信息的反馈并未显著增加***的反馈负担。

作为又一示例，特征值d_i与d₁的比值(其中i>2)以及d_i对应的特征向量u_i可以作为附加信息，从例如移动台的用户设备反馈给基站，以便由第一转换单元201校正所估计的长时宽带发送空间相关矩阵R_估计。例如，可以从移动台向基站反馈d₂／d₁，…，d_2+j／d₁以及对应的特征向量u₂，…，u_2+j(其中0≤j≤N-2)作为附加信息，对R_估计进行校正。这是因为根据式1)，归一化的长时宽带发送空间相关矩阵R可以展开为：

$R=\mathrm{normalize}(u_1{u}_1^H+\frac{d_2}{d_1}{u}_2{u}_2^H+...+\frac{d_j}{d_1}{u}_{2+j}{u}_{2+j}^H+...)$

因此，

由于特征值越大，其对应的特征向量携带相关矩阵R的信息量越高。因此，考虑到***反馈效率和校正R_估计的折中，在一种优选方案中，第一转换单元201仅需要d₂／d₁和u₂对R_估计进行校正，也即上述式4)中j=0的情况：

需要说明的是，如果优选长时宽带波束成型矩阵u₁是通过诸如获取***最大容量等的其它准则从码本中选择的，则第一转换单元201也可以利用上述式2)计算R_估计，也即：

利用估计的长时宽带发送空间相关矩阵R_估计，特别地优选为经过校正的R_校正能够帮助形成从基础码本中导出的变换的码本，以更好地适应用户信道的特性，并且进一步提高特别是针对多用户多入多出／多出单出***的***性能。因此，由第一转换装置201输出的估计的长时宽带发送空间相关矩阵(或者优选地校正的长时宽带发送空间相关矩阵)和基本码本可以形成变换的码本，利用该变换的码本能够量化预编码矩阵和有效信道矩阵，获得更优的量化误差。

优选地，如图2所示，转换装置200还包括第二转换单元202，用于利用反馈的长时宽带发送空间相关矩阵直接获得长时宽带波束成形矩阵或预编码矩阵。

对于多用户多入多出／多出单出无线通信***，第二转换单元202通过使用一些算法可以利用长时宽带发送空间相关矩阵直接生成预编码矩阵，也即长时宽带波束成形矩阵，以便用于多用户多入多出／多出单出无线通信***的预编码过程。这样的算法例如可以是信号泄漏比算法(SLNR)等。

对于单用户多入多出／多出单出无线通信***，第二转换单元202按照如下方式确定长时宽带波束成形矩阵：长时宽带波束成形矩阵由空间相关矩阵的多个特征向量构成，该多个特征向量是按照特征向量的特征值从大到小降序选择的，所选特征向量的个数取决于向同一个用户发送的流的个数。

需要说明的是，虽然在参照图2所示的实施方式中，利用基站到用户设备的下行链路场景作为示例进行了说明。但是应该理解的是，转换装置200也可以服务于从用户设备到基站的上行链路场景。也就是说，转换装置200可以服务于和／或集成于多入多出／多出单出无线通信***中任何需要利用从接收机侧反馈的长时宽带信道信息的发射机方，包括基站、用户设备和中继设备。

此外，虽然参照图2所示的实施方式包括第一转换单元201和第二转换单元202，但是本领域技术人员可以理解，在特定的应用场景中，转换装置200也可以仅具有第一转换单元201或第二转换单元202之一。

图3示出根据本发明一个实施方式的转换方法的示意性流程图。

如图3所示，在步骤S300中，该处理流程开始。

在步骤S301中，接收到长时和／或宽带信道特性的反馈。

在步骤S302中，判断是否需要对该反馈的长时和／或宽带信道特性进行转换。发射机可以利用的长时宽带信息的两种不同形式，长时宽带波束成形矩阵和长时宽带发送空间相关矩阵。如果反馈的长时宽带信道特性并非发射机所期望利用的长时宽带信息，则需要对接收的反馈进行转换。如果判断结果为“是”，则继续执行步骤S303或者S305；如果判断结果为“否”，则该处理流程在步骤S306结束。

在步骤S303-S304中，对接收到的反馈的长时宽带波束成形矩阵u₁进行转换，以生成所需的长时宽带发送空间相关矩阵R。

在步骤S303中，按照上文所述的式2)估计长时宽带发送空间相关矩阵，也即，其中H表示矩阵的共轭转置。

优选地，在步骤S304中，利用反馈的附加信息进一步对R_估计进行校正(为了简洁起见，图3中未示出接收反馈的附加信息的步骤)。附加信息例如是发射机方对于特定接收机的空间相关矩阵的非对角线比例因子a₁，...，a_N-1，则校正的后的长时宽带发送空间相关矩阵如前所述的式3)。在又一示例中，接收机方向发射机方反馈长时宽带发送空间相关矩阵的按降序排列的特征值d₁，...，d_N中d₂／d₁，…，d_2+j／d₁以及对应的特征向量u₂，…，u_2+j(其中0≤j≤N-2)，则校正的后的长时宽带发送空间相关矩阵如前所述的式4)。优选地，令j=0，则校正的后的长时宽带发送空间相关矩阵如前所述的式5)。

在步骤S305中，对接收到的反馈的长时宽带发送空间相关矩阵R进行转换，以直接生成所需的长时宽带波束成形矩阵或预编码矩阵。

对于多用户多入多出／多出单出无线通信***，例如，一些算法可以利用长时宽带发送空间相关矩阵直接生成预编码矩阵，也即长时宽带波束成形矩阵，以便用于多用户多入多出／多出单出无线通信***的预编码过程。这样的算法例如可以是信号泄漏比算法(SLNR)等。

对于单用户多入多出／多出单出无线通信***，例如可以按照如下方式确定长时宽带波束成形矩阵：长时宽带波束成形矩阵由空间相关矩阵的多个特征向量构成，该多个特征向量是按照特征向量的特征值从大到小降序选择的，所选特征向量的个数取决于向同一个用户发送的流的个数。

在步骤S306中，该方法流程结束。

以上根据本发明的实施例，对转换装置和转换方法做出了描述。在根据本发明的转换装置以及转换装置所执行的处理功能步骤可以实现为单独的功能模块，也可合并为一个或少数几个功能模块。其中，功能模块能够采用完全硬件化的实现形式、完全软件化的实现形式或者同时包含硬件和软件单元的实现形式。根据一种实现方式，详细描述中所述的处理过程可以存储于计算设备的可读存储介质中，可以是能够存储代码和／或数据以由计算机***能够使用的任何设备或介质。这包括，但不限于，专用集成电路(ASIC)现场可编程门阵列(FPGA)、半导体存储器等。根据一种实现方式，上述各处理装置可以利用驱动通用计算机的装置实现，也可以使用诸如微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)专用集成电路(ASIC)或其组合之类的其它处理器设备实现。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。

Claims (17)

1.一种转换装置，用于对反馈的长时宽带信道特征进行转换，包括：

第一转换单元，用于将从接收机反馈的长时宽带波束成形矩阵u₁构建为长时宽带发送空间相关矩阵R的估计R_估计，其中

其中H表示矩阵的共轭转置；

和

第二转换单元，利用从接收机反馈的长时宽带发送空间相关矩阵直接获得长时宽带波束成形矩阵或预编码矩阵。

2.根据权利要求1所述的转换装置，其中所述第一转换单元利用从接收机反馈的附加信息校正长时宽带空间相关矩阵的估计，从而提高转换的准确性。

3.根据权利要求2所述的转换装置，其中反馈的附加信息包括发射机对于特定接收机的空间相关矩阵的非对角线比例因子a₁,…,a_N-1，其中则经过校正的长时宽带发送空间相关矩阵的估计为：

其中符号*表示表示复数的共轭，N为发送空间相关矩阵的秩。

4.根据权利要求2所述的转换装置，其中反馈的附加信息包括从接收机反馈的长时宽带发送空间相关矩阵的特征值d₁,…,d_N之比d₂/d₁,…,d_2+j/d₁以及对应的特征向量u₂,…,u_2+j，其中特征值d₁,…,d_N按照降序排列并且0≤j≤N-2，N为发送空间相关矩阵的秩，则经过校正的长时宽带发送空间相关矩阵的估计为：

5.根据权利要求4所述的转换装置，其中j＝0,经过校正的长时宽带发送空间相关矩阵的估计为:

6.根据权利要求1所述的转换装置，其中所述第二转换装置对于多用户多入多出/多入单出无线通信***通过使用从以下组中选择的算法利用长时宽带发送空间相关矩阵直接生成预编码矩阵，其中该组包括信号泄漏比算法SLNR。

7.根据权利要求1所述的转换装置，其中所述第二转换装置对于单用户多入多出/多入单出无线通信***按照如下方式确定长时宽带波束成形矩阵：长时宽带波束成形矩阵由长时宽带空间相关矩阵的多个特征向量构成，该多个特征向量是按照特征向量的特征值从大到小降序选择的，所选特征向量的个数取决于向同一个用户发送的流的个数。

8.一种转换方法，用于对反馈的长时宽带信道特征进行转换，包括：

第一转换步骤，将从接收机反馈的长时宽带波束成形矩阵u₁构建为长时宽带发送空间相关矩阵R的估计R_估计，其中

其中H表示矩阵的共轭转置；

和

第二转换步骤，利用从接收机反馈的长时宽带发送空间相关矩阵直接获得长时宽带波束成形矩阵或预编码矩阵。

9.根据权利要求8所述的转换方法，其中在所述第一转换步骤中，利用从接收机反馈的附加信息校正长时宽带空间相关矩阵的估计，从而提高转换的准确性。

10.根据权利要求9所述的转换方法，其中反馈的附加信息包括发射机对于特定接收机的空间相关矩阵的非对角线比例因子a₁,…,a_N-1，其中则经过校正的长时宽带发送空间相关矩阵的估计为：

其中符号*表示表示复数的共轭，N为发送空间相关矩阵的秩。

11.根据权利要求9所述的转换方法，其中反馈的附加信息包括从接收机反馈的长时宽带发送空间相关矩阵的特征值d₁,…,d_N之比d₂/d₁,…,d_2+j/d₁以及对应的特征向量u₂,…,u_2+j，其中特征值d₁,…,d_N按照降序排列并且0≤j≤N-2，N为发送空间相关矩阵的秩，则经过校正的长时宽带发送空间相关矩阵的估计为：

12.根据权利要求11所述的转换方法，其中j＝0,经过校正的长时宽带发送空间相关矩阵的估计为:

13.根据权利要求8所述的转换方法，其中在所述第二转换步骤中，对于多用户多入多出/多入单出无线通信***通过使用从以下组中选择的算法利用长时宽带发送空间相关矩阵直接生成预编码矩阵，其中该组包括信号泄漏比算法SLNR。

14.根据权利要求8所述的转换方法，其中在所述第二转换步骤中，对于单用户多入多出/多入单出无线通信***按照如下方式确定长时宽带波束成形矩阵：长时宽带波束成形矩阵由长时宽带空间相关矩阵的多个特征向量构成，该多个特征向量是按照特征向量的特征值从大到小降序选择的，所选特征向量的个数取决于向同一个用户发送的流的个数。

15.一种基站设备，包括根据权利要求1-7之任一所述的转换装置。

16.一种用户设备，包括根据权利要求1-7之任一所述的转换装置。

17.一种中继设备，包括根据权利要求1-7之任一所述的转换装置。