專利名稱：使用基礎碼本和差分碼本的波束成形的制作方法
技術領域：
概括地說，本公開內(nèi)容的實施例涉及無線通信系統(tǒng)，具體地說，涉及用于使用基礎碼本和差分碼本進行波束成形的方法和裝置。
背景技術：
閉環(huán)多輸入和/或多輸出(MIMO)系統(tǒng)中的移動站通常在反饋路徑上向基站發(fā)送信道狀態(tài)信息。信道狀態(tài)信息被用于在基站處利用波束成形來補償當前信道狀況。在傳統(tǒng)系統(tǒng)中的某些系統(tǒng)中，移動站向基站發(fā)送信道協(xié)方差矩陣，基站根據(jù)此信道協(xié)方差矩陣確定被用于在基站處利用波束成形的波束成形矩陣。在某些其它傳統(tǒng)系統(tǒng)中，基于信道狀況在移動站處生成波束成形矩陣。隨后，所生成的波束成形矩陣作為反饋被提供給基站。然而，從移動站向基站發(fā)送信道協(xié)方差矩陣和/或波束成形矩陣可能消耗相對較高的、在另外的情況下可能對于數(shù)據(jù)業(yè)務可用的帶寬。


將通過在附圖中示出的示例性實施例而非限制的方式來描述本發(fā)明的實施例，在附圖中，類似的附圖標記表示相似的元件，并且其中圖1示意性地示出了 MIMO系統(tǒng)；圖2示出了用于確定和量化波束成形矩陣的示例性方法；圖3示出了用于基于從移動站接收的反饋來估計波束成形矩陣的示例性方法；并且圖4示出了全部根據(jù)本公開內(nèi)容的各個實施例的能夠?qū)崿F(xiàn)通信設備的示例性系統(tǒng)。
具體實施例方式本發(fā)明的說明性實施例包括但不限于用于使用基礎碼本和差分碼本生成和/或估計波束成形矩陣的方法和裝置。將使用由本領域技術人員向本領域其它技術人員傳達他們的工作的實質(zhì)內(nèi)容所常用的術語來描述說明性實施例的各個方面。然而，對于本領域技術人員將顯而易見的是， 僅利用所描述的方面中的某些方面即可實施替代實施例。為了解釋的目的，列出了特定數(shù)字、材料和配置以提供對說明性實施例的透徹理解。然而，對于本領域技術人員將顯而易見的是，在沒有這些特定細節(jié)的情況下也可實施替代實施例。在其它情況下，省略或簡化了公知的特征以不致使說明性實施例變得模糊。進一步地，各種操作又將以最有助于理解說明性實施例的方式被描述為多個分離的操作，然而，描述的次序不應被解釋為暗示這些操作一定基于次序。具體來說，不需要以呈現(xiàn)的次序來執(zhí)行這些操作。短語“在某些實施例中”被重復使用。該短語通常并不指代相同的實施例；然而它可能會指代相同的實施例。除非上下文另有指示，否則術語“包括”、“具有”和“包含”是同義詞。短語“A和/或B”表示(A)、⑶或(A和B)。與短語“A和/或B”類似，短語“A/B” 表示(A)、(B)或(A和B)。短語“A、B和C中的至少一個”表示(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A 和C)、(B和C)或(A、B和C)。短語“ (A) B”表示(B)或(A和B)，即A是可選的。盡管本文中示出并描述了特定實施例，但是本領域普通技術人員將認識到，在不脫離本發(fā)明的實施例的范圍的前提下，各種各樣的替代的和/或等價的實現(xiàn)方式可替代所示和描述的特定實施例。該應用方式旨在覆蓋本文中所論述的實施例的各種調(diào)適或變型。 因此，本發(fā)明的實施例顯然意味著僅受到其權利要求及其等同物的限制。為了本公開內(nèi)容的目的，除非另有提及，否則，可能具有復數(shù)項的mXn矩陣A的共軛轉(zhuǎn)置為由A*表示的nXm矩陣，并且該矩陣通過下列操作來得到獲得矩陣A的轉(zhuǎn)置，然后得到通過獲得矩陣A的轉(zhuǎn)置而形成的矩陣的各項的復共軛。為了本公開內(nèi)容的目的，除非另有提及，否則，酉矩陣是滿足條件(B) B = B (B*) = In的nXn復矩陣B，其中In是η維單位矩陣，并且B*是B的共軛轉(zhuǎn)置。因此，當且僅當B具有逆矩陣時，矩陣B是酉矩陣，其中B 的逆矩陣等于B的共軛轉(zhuǎn)置。為了本公開內(nèi)容的目的，除非另有提及，否則，如果兩個向量彼此垂直(例如，兩個向量形成直角，兩個向量的點積為0)，則這兩個向量是正交的。為了本公開內(nèi)容的目的，除非另有提及，否則，hermitian矩陣C是可能具有復數(shù)項的方矩陣，其中每個復數(shù)項等于其自身的共軛轉(zhuǎn)置(例如，對于所有的索引i和j，矩陣C的第i行第j列中的元素等于矩陣C的第j行第i列中的元素的復共軛)。因此，如果矩陣C是hermitian 矩陣，則C* = C。為了本公開內(nèi)容的目的，除非另有提及，否則，對于mXn矩陣M,矩陣M的奇異值分解是指形式M = EAF*的因子分解，其中E是mXm酉矩陣，Λ是其對角上具有非負實數(shù)的mXn對角矩陣，并且F*表示矩陣F的共軛轉(zhuǎn)置，其中矩陣F是nXn酉矩陣。本公開內(nèi)容的實施例可用在使用如多載波傳輸方案中使用的正交頻分多址 (OFDMA)通信的無線接入網(wǎng)中，其中多載波傳輸方案在例如2009年5月13日批準的電氣電子工程師協(xié)會(IEEE)802. 16-2009及隨之的任何修改、更新和/或修訂(例如，當前正在預起草階段的802. 16m)、第三代合作伙伴計劃(3GPP)長期演進(LTE)計劃、超移動寬帶 (UMB)計劃(又稱為“3GPP2”)等中給出。在其它實施例中，通信可與另外/替代的通信標準和/或規(guī)范相兼容。圖1示意性地示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的各個實施例的通信系統(tǒng)100。在各個實施例中，通信系統(tǒng)100包括在無線信道130上與移動站140通信的基站104。在各個實施例中，基站104和/或移動站140可以是MIMO設備。在各個實施例中，通信系統(tǒng)100可以是使用波束成形來提高由基站104發(fā)送到移動站140的信號的信噪比(SNR)的閉環(huán)系統(tǒng)。在各個實施例中，基站104可以向移動站140發(fā)送一個或多個數(shù)據(jù)流。例如，圖1 示出了正在由基站104發(fā)送到移動站140的數(shù)據(jù)流Sl，但是在各個其它實施例中，也可以提供任何其它適當數(shù)量的數(shù)據(jù)流。在傳輸之前，如以下論述的，可以由基站104的一個或多個組件對數(shù)據(jù)流Sl進行適當加權。在各個實施例中，基站104可以包括用于以波束成形矩陣對數(shù)據(jù)信號(例如，數(shù)據(jù)流Sl的數(shù)據(jù)信號)進行加權的波束成形器模塊112。在本文中，使用術語波束成形來描述在傳輸之前對數(shù)據(jù)流中的頻域信號應用波束成形系數(shù)或權重。在各個實施例中，可以根據(jù)波束成形矩陣來確定波束成形系數(shù)或權重。
基站104可以包括用于發(fā)送加權數(shù)據(jù)流的多個發(fā)射天線108a、108b、108c和108d。 在圖1中，示出了四個發(fā)射天線，但是在各個其它實施例中，基站104中可以包括任何其它適當數(shù)量的發(fā)射天線?；?04還可以包括一個或多個接收天線(例如，接收天線110)，接收天線除了其它信息之外，還可以從移動站140接收關于信道狀況的反饋。在各個實施例中，基站104還可以包括波束成形矩陣估計模塊116，波束成形矩陣估計模塊116可以被配置為至少部分地基于從移動站140接收的反饋來估計波束成形矩陣。波束成形矩陣的階數(shù)(例如，行和/或列的數(shù)量)可以基于由基站104發(fā)送的數(shù)據(jù)流的數(shù)量和包括在基站104中的發(fā)射天線的數(shù)量。在各個實施例中，波束成形矩陣可以是NtXNs階的，其中Nt和Ns分別是基站104的發(fā)射天線的數(shù)量和數(shù)據(jù)流的數(shù)量。例如，在圖1中，Nt為4 (因為具有四個發(fā)射天線108a、108b、108c和108d)，并且Ns為1 (因為具有一個數(shù)據(jù)流Si)，因此波束成形矩陣B是4X 1向量。在各個實施例中，由基站104發(fā)送的信號可以由以下等式來表示χ = B. S，等式(1)其中，S表示基站104的Ns個數(shù)據(jù)流(例如，圖1的數(shù)據(jù)流Si)，B為由波束成形矩陣估計模塊116確定的NtXNs波束成形矩陣，并且χ是與由四個發(fā)射天線108a、108b、108c 和108d發(fā)送的加權數(shù)據(jù)信號相對應的NtX 1向量。在各個實施例中，基站104至少可以包括與正在由基站104發(fā)送的數(shù)據(jù)流的數(shù)量同樣多的發(fā)射天線，但是本公開內(nèi)容的范圍在這點上不限于此。在這些實施例中，Nt至少與
Ns 一樣高。再次參照圖1，在各個實施例中，移動站140可以包括被配置為接收由基站104通過信道130發(fā)送的信號的一個或多個接收天線，例如接收天線14 和144b。在圖1中，示出了兩個接收天線，但是在各個其它實施例中，可以使用任何其它適當數(shù)量的接收天線。在各個實施例中，移動站140至少可以包括與正在由基站104發(fā)送的數(shù)據(jù)流的數(shù)量同樣多的接收天線，但是本公開內(nèi)容的范圍在這點上不限于此。在各個實施例中，移動站140還可以包括用于至少部分地基于從發(fā)射天線 108a,.. .，108d中的一個或多個發(fā)射天線接收的信號來估計信道130的信道狀況的信道估計模塊148。例如，信道估計模塊148可以確定描述信道130的當前狀態(tài)的信道矩陣H。在各個實施例中，信道矩陣H可以指示發(fā)射天線108a，...，108d中的各個發(fā)射天線與接收天線14 和144b中的各個接收天線之間的子信道的狀況。在各個實施例中，信道矩陣H可以是凡XNt階的，其中凡可以是移動站140中的接收天線的數(shù)量。圖1示出了基站104的四個發(fā)射天線108a, ... , 108d( BP, Nt = 4)和移動站140的兩個接收天線14 和144b (即， Nr = 2),并且相應地，信道矩陣H可以是用于MIMO系統(tǒng)100的2X4矩陣。信道估計模塊148還可以根據(jù)信道矩陣H來構(gòu)造信道協(xié)方差矩陣R。例如，信道協(xié)方差矩陣R可以等于R = E[(H*)H]，等式 O)其中H*是信道矩陣H的共軛轉(zhuǎn)置，并且E[]是期望值運算。在各個實施例中，信道矩陣H可以表示信道130的瞬時狀況，而信道協(xié)方差矩陣R可以表示信道130的相對長期統(tǒng)計。因此，與信道協(xié)方差矩陣R相比，信道矩陣H可以隨時間和頻率更快地改變。在各個實施例中，信道協(xié)方差矩陣R可以是NtXNt階Hermitian矩陣，其中對于MIMO系統(tǒng)100， Nt (例如，基站104的發(fā)射天線的數(shù)量)為4。在各個實施例中，移動站140還可以包括矩陣分解模塊152，矩陣分解模塊152被配置為使用例如奇異值分解來分解信道協(xié)方差矩陣R。矩陣的奇異值分解是指將矩陣因式分解成三個不同的矩陣。例如，信道協(xié)方差矩陣R的奇異值分解可以具有以下形式R = UAV*, 等式(3)其中，U是Nt階方形酉矩陣，A是其對角線上具有非負實數(shù)的NtXNt對角矩陣，并且壙是Nt階方形酉矩陣ν的共軛轉(zhuǎn)置。在各個實施例中，矩陣ν的列可以是矩陣OOR的特征向量，并且矩陣λ中的對角值可以是R的奇異值。在各個實施例中，矩陣V可以包括波束成形矩陣，并且矩陣V的表示波束成形矩陣的部分可以由Vb表示。例如，如先前所論述的，對于基站104(例如，如圖1所示)的單個數(shù)據(jù)流(例如，NS = 1)和四個發(fā)射天線(例如，Nt = 4)，波束成形矩陣是4X1向量。在這種情況下，矩陣V是4X4方矩陣，并且V的第一列(例如，矩陣OOR的主特征向量)可以形成波束成形矩陣Vb。也就是說，在這種情況下，波束成形矩陣Vb可以由矩陣V的第一列構(gòu)成。在另一個示例中(圖1中未示出)，對于基站104的兩個數(shù)據(jù)流(例如，NS = 2)和四個發(fā)射天線(例如，Nt = 4)，矩陣V是4X4方矩陣，并且波束成形矩陣Vb是4X2矩陣。 在這種情況下，V的前兩列(例如，矩陣OOR的兩個特征向量)可以形成波束成形矩陣Vb。在各個實施例中，移動站140還可以包括量化模塊156。一旦根據(jù)矩陣V生成了波束成形矩陣Vb，則量化模塊156可以使用基礎碼本Cb來量化波束成形矩陣Vb。在這些實施例中，基礎碼本Cb可以用于得到流形表面(surface of a manifold)，以對波束成形矩陣進行有效編碼或量化。基礎碼本Cb可以包括多個候選矩陣，各自具有與波束成形矩陣Vb類似的維度?？梢詮幕A碼本Cb中選擇多個候選矩陣中與波束成形矩陣Vb最佳地匹配的候選矩陣，并且可以由移動站140將與所選擇的候選矩陣相對應的碼字反饋給基站104。這里， 所選擇的候選矩陣可以表示波束成形矩陣Vb(例如，所選擇的候選矩陣可以是波束成形矩陣\的量化版本)，并且所選擇的候選矩陣在本文中可以稱為量化波束成形矩陣。例如，再次參照圖1，量化模塊156可以按照下列方式來量化波束成形矩陣Vb V = argmax VbX 等式
Vi eCbF,其中f是量化波束成形矩陣，Cb是基礎碼本，Vi表示基礎碼本Cb中的候選矩陣，< 是波束成形矩陣Vb的復共軛，并且I I ι |F是Frobenius范數(shù)運算。盡管等式4中使用了 Frobenius范數(shù)，但是在各個其它實施例中，還可以使用任何其它適當?shù)木仃嚪稊?shù)或向量范數(shù)(例如，譜范數(shù)、歐幾里得范數(shù)等)。等式4從包括在基礎碼本Cb中的多個候選矩陣中選擇最佳地表示波束成形矩陣Vb的量化波束成形矩陣F。在各個實施例中，盡管量化波束成形矩陣f表示波束成形矩陣Vb，但是當量化波束成形矩陣斤是從基礎碼本Cb中選擇的時候，可能存在量化誤差(例如，量化波束成形矩陣F 與波束成形矩陣Vb之間的差)。量化誤差可能是基于若干因素，其包括但不限于包括在基礎碼本Cb中的候選矩陣的數(shù)量，以及波束成形矩陣Vb與從基礎碼本Cb選擇的候選矩陣(例如，量化波束成形矩陣相匹配的接近程度。在各個實施例中，為了降低該量化誤差，移動站140可以確定表示波束成形矩陣Vb 與量化波束成形矩陣P之間的差的差矩陣。例如，差矩陣D可以形成為使得D = [V 盧]等式(5)其中爐盧]*是NtXNt矩陣爐盧]的共軛轉(zhuǎn)置。另外，浐ι可以是包括與量化波束成形矩陣P的列正交的列的矩陣，并且矩陣P1的階數(shù)可以是NtX (Nt-Ns)。例如，對于Ns = 1且Nt = 4，浐是4X1向量，并且戶可以是被選擇為使得盧的列中的每一列與向量戶正交的 4X3矩陣。在另一個示例中，對于Ns = 2且Nt = 4，盧是4X2矩陣，并且fi可以是被選擇為使得盧1的列中的每一列與向量P的列中的每一列正交的4X2矩陣。在各個實施例中，F(xiàn)1 可以被選擇為使得瀘P]是酉矩陣。在各個實施例中，差矩陣D和/或矩陣fi可以通過例如對量化波束成形矩陣斤的householder反射運算來計算得到。差矩陣D可以表示波束成形矩陣Vb與矩陣f之間的差。在各個實施例中，可以使用差分碼本Cd來量化差矩陣D。差分碼本Cd可以包括多個候選矩陣，各自具有與差矩陣D類似的維度。例如，再次參照圖1，量化模塊156可以按照如下方式來量化差矩陣D D = arg max||zTA ||f ,等式(6)
Di b Cd其中，量化差矩陣D是差矩陣D的量化，Cd是差分碼本，Di表示差分碼本Cd中的候選矩陣，并且I I I ^是你計一！^心范數(shù)運算。盡管Frobenius范數(shù)用在等式6中，但是在各個其它實施例中，也可以使用任何其它適當?shù)木仃嚪稊?shù)或向量范數(shù)。等式6從差分碼本Cd 中選擇最佳地表示差矩陣D的候選矩陣D。在各個實施例中，移動站140可以通過發(fā)射天線160的方式向基站104發(fā)送第一碼字和第二碼字。在各個實施例中，第一碼字(例如，來自基礎碼本Cb)可以與量化波束成形矩陣廣相關聯(lián)，并且第二碼字(例如，來自差分碼本Cd)可以與量化差矩陣D相關聯(lián)。移動站140可以向基站104發(fā)送第一碼字和第二碼字(例如，而不發(fā)送實際的矩陣斤和力)，以使得基站104能夠根據(jù)所發(fā)送的第一碼字和第二碼字來估計波束成形矩陣\。例如，如果量化波束成形矩陣斤是基礎碼本Cb中的多個候選矩陣中的第η矩陣，并且如果量化差矩陣D是差分碼本Cd中的多個候選矩陣中的第m矩陣，則數(shù)字η和m可以分別是第一碼字和第二碼字。在各個其它實施例中，與量化波束成形矩陣^和/或量化差矩陣 D相關聯(lián)的碼字也可以以任何其它適當?shù)姆绞叫纬伞Ｔ诟鱾€實施例中，一旦基站104從移動站140接收到第一碼字和第二碼字，基站 104可以根據(jù)所接收的第一碼字和第二碼字，使用所保存的基礎碼本Cb和差分碼本Cd的副本來分別確定矩陣0和々。在各個其它實施例中，基站104還可以根據(jù)所接收的碼字，以任何其它適當?shù)姆绞酱_定矩陣0和F。一旦基站104確定了矩陣力和斤，則基站104中的波束成形矩陣估計模塊116可以估計原始的波束成形矩陣Vb。例如，波束成形矩陣估計模塊116可以根據(jù)所確定的矩陣斤來生成矩陣。隨后，波束成形矩陣估計模塊116可以按照如下方式確定所估計的波束成形矩陣之Vb =[V 戶]力.等式(7)因此，所估計的波束成形矩陣^可以是原始的波束成形矩陣Vb的估計。在各個實施例中，基站104(例如，波束成形器模塊11 可以利用所估計的波束成形矩陣^來對數(shù)據(jù)流進行加權(例如，如關于等式1所論述的)，并且基站104的發(fā)射天線108a，108d可以發(fā)送加權數(shù)據(jù)流。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的各個實施例的用于確定和量化波束成形矩陣的示例性方法200。方法200的一個或多個操作可以通過移動站140的一個或多個模塊來進行。參照圖1和2，在各個實施例中，方法200包括在204( “確定信道協(xié)方差矩陣R”)，例如通過移動站140的信道估計模塊148基于從基站104接收的信號來確定信道協(xié)方差矩陣R。在各個實施例中，如關于等式2所論述的，信道協(xié)方差矩陣R可以根據(jù)信道矩陣H來形成。如先前所論述的，信道矩陣H可以表示基站104的一個或多個發(fā)射天線108a，108d與移動站140的一個或多個接收天線144a、144b之間的子信道的狀況。方法200可以進一步包括在208( “分解信道協(xié)方差矩陣”)，如先前關于等式3 所論述的，例如由移動站140的矩陣分解模塊152使用奇異值分解將信道協(xié)方差矩陣R分解成左矩陣U、對角矩陣Λ、以及右矩陣V的復共軛。方法200可以進一步包括在212( “確定波束成形矩陣Vb”)，例如由移動站140 的矩陣分解模塊152確定波束成形矩陣\，使得波束成形矩陣Vb包括右矩陣V的一列或多列。在各個實施例中，波束成形矩陣Vb可以包括右矩陣V的前Ns數(shù)量的列。方法200可以進一步包括在216(“選擇量化波束成形矩陣”)，例如由移動站140 的量化模塊156從包括在基礎碼本Cb中的第一多個候選矩陣中選擇量化波束成形矩陣F， 其中量化波束成形矩陣P可以表示波束成形矩陣Vb。如關于等式4所論述的，量化波束成形矩陣可以被選擇為使得在基礎碼本Cb中的第一多個候選矩陣中，量化波束成形矩陣f使波束成形矩陣的復共軛與量化波束成形矩陣斤的乘積的Frobenius范數(shù)最大化。方法200可以進一步包括在220( “確定差矩陣”)，如關于等式5所論述的，例如由移動站140的量化模塊156來確定表示波束成形矩陣Vb與量化波束成形矩陣f之間的差的差矩陣D。例如，為了確定差矩陣D，可以至少部分地基于量化波束成形矩陣來形成矩陣 V1 (例如，使用量化波束成形矩陣P的householder反射)，使得矩陣中的一列或多列的每一列與量化波束成形矩陣f的一列或多列的每一列正交。隨后，可以形成矩陣爐戶]，該矩陣可以是量化波束成形矩陣斤與矩陣P1的組合。在各個實施例中，可以形成矩陣P1，使得矩陣爐I^]是具有與波束成形矩陣Vb的行的數(shù)量相等的階數(shù)的酉矩陣。如關于等式5所論述的，可以確定差矩陣D，使得差矩陣D是矩陣爐I^]的復共軛與波束成形矩陣Vb的乘積。方法200可以進一步包括在“選擇量化波束成形矩陣”)，例如由移動站140 的量化模塊156從包括在差分碼本Cd中的第二多個候選矩陣中選擇量化差矩陣D，其中量化差矩陣D可以表示差矩陣D。如關于等式6所論述的，量化差矩陣D可以被選擇為使得 在差碼本Cd中的所有第二多個候選矩陣中，量化差矩陣0使差矩陣的復共軛與量化差矩陣D的乘積的Frobenius范數(shù)最大化。方法200可以進一步包括在228( “發(fā)送第一碼字和第二碼字”)，如先前所論述的，例如由移動站140的發(fā)射天線160向基站104發(fā)送分別與量化波束成形矩陣和量化差矩陣相關聯(lián)的第一碼字和第二碼字。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的各個實施例的用于由基站104基于從移動站140接收的反饋來估計波束成形矩陣的示例性方法300。方法300的一個或多個操作可以由基站104 的一個或多個模塊來進行。參照圖1和圖3，在各個實施例中，方法300包括在304( “接收第一碼字和第二碼字”)，例如由接收天線110從移動站140(例如，從發(fā)射天線160)接收分別與量化波束成形矩陣和量化差矩陣0相關聯(lián)的第一碼字和第二碼字。方法300可以進一步包括在308( “確定量化波束成形矩陣和量化差矩陣”)，例如由波束成形矩陣估計模塊116至少部分地基于所接收的第一碼字和第二碼字來分別確定量化波束成形矩陣和量化差矩陣D。方法300可以進一步包括在312( “估計波束成形矩陣”)，如關于等式7所論述的，例如由波束成形矩陣估計模塊116根據(jù)所確定的量化波束成形矩陣f和量化差矩陣D 來估計波束成形矩陣(例如，所估計的波束成形矩陣& )。方法300可以進一步包括在316( “對一個或多個數(shù)據(jù)流進行加權”)，例如由波束成形器模塊112使用所估計的波束成形矩陣^來對一個或多個數(shù)據(jù)流(例如，數(shù)據(jù)流Si) 進行加權。方法300可以進一步包括在320( “發(fā)送加權數(shù)據(jù)流”)，例如由基站104的一個或多個發(fā)射天線(例如，發(fā)射天線108a，. . .，108d)向移動站140發(fā)送加權數(shù)據(jù)流。使用兩個碼本Cb和Cd來量化波束成形矩陣相對于使用單個碼本來量化波束成形矩陣而言具有若干優(yōu)勢。例如，將波束成形矩陣量化成量化波束成形矩陣^和量化差矩陣D 可以減少量化誤差。相應地，在基站104處形成的波束成形矩陣的估計可以更準確。在到目前為止論述的各個實施例中，使用基礎碼本和差分碼本來量化波束成形矩陣。然而，在各個實施例中，也可以使用多于一個差分碼本。例如，一旦生成了差矩陣D和量化差矩陣D，可以生成第二差矩陣(例如，使用至少部分地類似于等式5的等式)，第二差矩陣可以表示差矩陣D與量化差矩陣 之間的差。然后，可以使用第二差分碼本來量化第二差矩陣，以生成第二量化差矩陣。除了發(fā)送與量化波束成形矩陣和量化差矩陣相對應的碼字之外，移動站140可以向基站104發(fā)送與第二量化差矩陣相對應的碼字。基站104可以使用與量化波束成形矩陣、量化差矩陣和第二量化差矩陣相對應的碼字來估計波束成形矩陣穴。在到目前為止論述的實施例中，由移動站140向基站104發(fā)送量化形式的波束成形矩陣(其包括量化波束成形矩陣P和量化差矩陣D )。在各個實施例中，移動站140還可以向基站104發(fā)送量化形式的信道協(xié)方差矩陣R(例如，作為發(fā)送量化形式的波束成形矩陣的替代或補充)，以使得基站104能夠重新構(gòu)造或估計信道協(xié)方差矩陣，并且隨后通過分解所估計的信道協(xié)方差矩陣來確定波束成形矩陣。例如，移動站140可以使用基礎碼本(使用至少部分類似于等式4的方法)來量化信道協(xié)方差矩陣R(例如，根據(jù)等式2獲得的)，以獲得量化的信道協(xié)方差矩陣。然后，移動站140可以計算相應的差矩陣(使用至少部分地類似于等式5的方法)，其中所述相應的差矩陣表示信道協(xié)方差矩陣與量化信道協(xié)方差矩陣之間的差。移動站140可以使用差分碼本來量化所述相應的差矩陣(使用至少部分地類似于等式6的方法)，以獲得相應的量化差矩陣。移動站140可以向基站104發(fā)送與所生成的量化矩陣相對應的碼字，基站104可以根據(jù)所述碼字來估計信道協(xié)方差矩陣。然后，基站104可以通過分解所估計的信道協(xié)方差矩陣(例如，使用奇異值分解)來估計波束成形矩陣。本文中所描述的通信設備可以在按照期望使用任何適當硬件和/或軟件來配置的系統(tǒng)中實現(xiàn)。圖4示出了對于一個實施例的示例性系統(tǒng)400，所述系統(tǒng)400包括一個或多個處理器404、耦合到處理器404中的至少一個處理器的系統(tǒng)控制邏輯408、耦合到系統(tǒng)控制邏輯408的系統(tǒng)存儲器412、耦合到系統(tǒng)控制邏輯408的非易失性存儲器(NVM)/儲存器 416、以及耦合到系統(tǒng)控制邏輯408的一個或多個通信接口 420。對于一個實施例，系統(tǒng)控制邏輯408可以包括任何適當?shù)慕涌诳刂破?，以便為處理?04中的至少一個處理器和/或與系統(tǒng)控制邏輯408通信的任何適當設備或組件提供任何適當?shù)慕涌凇τ谝粋€實施例，系統(tǒng)控制邏輯408可以包括為系統(tǒng)存儲器412提供接口的一個或多個存儲控制器。系統(tǒng)存儲器412可以用于載入和存儲例如用于系統(tǒng)400的數(shù)據(jù)和/或指令。對于一個實施例，系統(tǒng)存儲器412可以包括任何適當?shù)囊资源鎯ζ?，例如適當?shù)膭討B(tài)隨即存取存儲器(DRAM)。對于一個實施例，系統(tǒng)控制邏輯408可以包括為NVM/儲存器416和通信接口 420 提供接口的一個或多個輸入/輸出(I/O)控制器。NVM/儲存器416可以用于例如存儲數(shù)據(jù)和/或指令。NVM/儲存器416可以包括例如任何適當?shù)姆且资源鎯ζ?例如，閃存)和/或可以包括例如任何適當?shù)姆且资詢Υ嬖O備(例如，一個或多個硬盤驅(qū)動器(HDD)、一個或多個壓縮光盤(CD)驅(qū)動器、和/或一個或多個數(shù)字通用光盤(DVD)驅(qū)動器)。NVM/儲存器416可以包括系統(tǒng)400在其上安裝的設備的存儲資源部分，或者NVM/ 儲存器416可以由設備訪問，但是不一定是設備的一部分。例如，NVM/儲存器416可以經(jīng)由通信接口 420通過網(wǎng)絡被訪問。具體來說，系統(tǒng)存儲器412和NVM/儲存器416可以分別包括波束成形矩陣邏輯 424的臨時和永久副本。在各個實施例中，系統(tǒng)400可以是移動站140的一部分，并且如本文中所描述的，波束成形矩陣邏輯似4可以包括當由處理器404中的至少一個處理器執(zhí)行時使系統(tǒng)400生成波束成形矩陣并且/或者量化波束成形矩陣(例如，使用基礎碼本和差分碼本)的指令。在各個其它實施例中，系統(tǒng)400可以是基站104的一部分，并且如本文中所描述的，波束成形矩陣邏輯似4可以包括當由處理器404中的至少一個處理器執(zhí)行時使系統(tǒng)400根據(jù)所接收的基礎碼本和差分碼本的碼字(例如，與波束成形矩陣相對應的碼字) 來估計波束成形矩陣的指令。在某些實施例中，另外(或替代)地，波束成形矩陣邏輯4M可以位于系統(tǒng)控制邏輯408中。通信接口 420可以為系統(tǒng)400提供接口以通過一個或多個網(wǎng)絡和/或利用任何其它適當?shù)脑O備進行通信。通信接口 420可以包括任何適當?shù)挠布?或固件。對于一個實施例，通信接口 420可以包括例如網(wǎng)絡適配器、無線網(wǎng)絡適配器、電話調(diào)制解調(diào)器、和/或無線調(diào)制解調(diào)器。對于無線通信，對于一個實施例，通信接口 420可以使用一個或多個天線。對于一個實施例，處理器404中的至少一個處理器可以與用于系統(tǒng)控制邏輯408 的一個或多個控制器的邏輯封裝在一起。對于一個實施例，處理器404中的至少一個處理器可以與用于系統(tǒng)控制邏輯408的一個或多個控制器的邏輯封裝在一起，以形成系統(tǒng)級封裝(SiP)。對于一個實施例，處理器404中的至少一個處理器可以與用于系統(tǒng)控制邏輯408 的一個或多個控制器的邏輯集成在相同的裸片(die)上。對于一個實施例，處理器404中的至少一個處理器可以與用于系統(tǒng)控制邏輯408的一個或多個控制器的邏輯集成在相同的裸片上，以形成片上系統(tǒng)(SoC)。在各個實施例中，系統(tǒng)400可以具有更多的或更少的組件和/或不同的架構(gòu)。盡管本文中已描述了某些示例性方法、裝置和制品，但是本公開內(nèi)容的覆蓋范圍不限于此。相反，本公開內(nèi)容覆蓋根據(jù)字面或按照等同物的原則落入所附權利要求的范圍之內(nèi)的所有方法、裝置和制品。例如，盡管上面公開了除了其它組件之外還包括軟件、在硬件上執(zhí)行的軟件或固件的示例性系統(tǒng)，但是應當注意，這種系統(tǒng)僅僅是說明性的，不應為解釋為限制。具體來說，應設想到所公開的硬件、軟件和/或固件組件中的任何或所有組件可以排他地用硬件、排他地用軟件、排他地用固件或者用硬件、軟件和/或固件的某種組合來實現(xiàn)。
權利要求
1.一種方法，包括由移動站基于從基站接收的信號來確定信道協(xié)方差矩陣； 由所述移動站至少部分地基于所確定的信道協(xié)方差矩陣來確定波束成形矩陣； 由所述移動站從包括在第一碼本中的第一多個候選矩陣中選擇第一矩陣，其中，所述第一矩陣表示所述波束成形矩陣；由所述移動站確定表示所述波束成形矩陣與所述第一矩陣之間的差的差矩陣； 由所述移動站從包括在第二碼本中的第二多個候選矩陣中選擇第二矩陣，其中，所述第二矩陣表示所述差矩陣；以及由所述移動站向所述基站發(fā)送分別與所述第一矩陣和所述第二矩陣相關聯(lián)的第一碼字和第二碼字。
2.如權利要求1所述的方法，其中，確定所述差矩陣進一步包括至少部分地基于所述第一矩陣來確定第三矩陣，使得所述第三矩陣的一列或多列中的每一列與所述第一矩陣的一列或多列中的每一列正交。
3.如權利要求2所述的方法，其中，確定所述差矩陣進一步包括形成作為所述第一矩陣和所述第三矩陣的組合的第四矩陣，其中，所述第四矩陣是具有與所述波束成形矩陣的行的數(shù)量相等的階數(shù)的酉矩陣；以及確定所述差矩陣，以使得所述差矩陣是下列各項的乘積 所述第四矩陣的復共軛，以及所述波束成形矩陣。
4.如權利要求2所述的方法，其中，確定所述第三矩陣進一步包括 使用所述第一矩陣上的householder反射來確定所述第三矩陣。
5.如權利要求1所述的方法，其中，選擇所述第一矩陣進一步包括選擇所述第一矩陣，以使得在所有的所述第一多個候選矩陣中，所述第一矩陣使下列各項的乘積的Frobenius范數(shù)最大化 所述波束成形矩陣的復共軛；以及所述第一矩陣。
6.如權利要求1所述的方法，其中，選擇所述第二矩陣進一步包括選擇所述第二矩陣，以使得在所有的所述第二多個候選矩陣中，所述第二矩陣使下列各項的乘積的Frobenius范數(shù)最大化 所述差矩陣的復共軛；以及所述第二矩陣。
7.如權利要求1所述的方法，其中，確定所述波束成形矩陣進一步包括使用奇異值分解將所述信道協(xié)方差矩陣分解成左矩陣、對角矩陣、以及右矩陣的復共軛；以及確定所述波束成形矩陣，以使得所述波束成形矩陣包括所述右矩陣的一列或多列。
8.如權利要求7所述的方法，其中，所述移動站從所述基站接收與N個數(shù)據(jù)流相關聯(lián)的數(shù)據(jù)信號，其中N是一或更大的整數(shù)值，并且其中，確定所述波束成形矩陣進一步包括確定所述波束成形矩陣，以使得所述波束成形矩陣包括所述右矩陣的N列。
9.如權利要求1所述的方法，其中，確定所述信道協(xié)方差矩陣進一步包括確定表示所述基站的一個或多個發(fā)射天線與所述移動站的一個或多個接收天線之間的子信道的狀況的信道矩陣；以及根據(jù)所述信道矩陣來確定所述信道協(xié)方差矩陣。
10.一種裝置，包括矩陣分解模塊，其被配置為確定波束成形矩陣；量化模塊，其被配置為至少部分地基于所述波束成形矩陣，使用基礎碼本來確定量化波束成形矩陣并且使用差分碼本來確定量化差矩陣；以及發(fā)送模塊，其被配置為向另一裝置發(fā)送分別與所述量化波束成形矩陣和所述量化差矩陣相關聯(lián)的第一碼字和第二碼字。
11.如權利要求10所述的裝置，其中，所述量化模塊進一步被配置為從包括在所述基礎碼本中的第一多個候選矩陣中選擇所述量化波束成形矩陣，以使得所述量化波束成形矩陣表示所述波束成形矩陣；確定表示所述波束成形矩陣與所述量化波束成形矩陣之間的差的差矩陣；以及從包括在所述差分碼本中的第二多個候選矩陣中選擇所述量化差矩陣，以使得所述量化差矩陣表示所述差矩陣。
12.如權利要求11所述的裝置，其中，所述量化模塊進一步被配置為確定第一矩陣，以使得所述第一矩陣的一列或多列中的每一列與所述量化波束成形矩陣的一列或多列中的每一列正交；形成作為所述量化波束成形矩陣和所述第一矩陣的組合的第二矩陣；以及確定所述差矩陣，以使得所述差矩陣是下列各項的乘積 所述第二矩陣的復共軛，以及所述波束成形矩陣。
13.如權利要求12所述的裝置，其中，所述量化模塊進一步被配置為使用所述量化波束成形矩陣上的householder反射來確定所述第一矩陣。
14.如權利要求10所述的裝置，其中，所述量化模塊進一步被配置為選擇所述量化波束成形矩陣，以使得在所有的所述第一多個候選矩陣中，所述量化波束成形矩陣使下列各項的乘積的矩陣范數(shù)最大化 所述波束成形矩陣的復共軛，以及所述量化波束成形矩陣。
15.如權利要求10所述的裝置，其中，所述量化模塊進一步被配置為選擇所述量化差矩陣，以使得在所有的所述第二多個候選矩陣中，所述量化差矩陣使下列各項的乘積的矩陣范數(shù)最大化 所述差矩陣的復共軛，以及所述量化差矩陣。
16.如權利要求10所述的裝置，進一步包括信道估計模塊，其被配置為 確定信道協(xié)方差矩陣；使用奇異值分解將所述信道協(xié)方差矩陣分解成左矩陣、對角矩陣、以及右矩陣的復共軛；以及確定所述波束成形矩陣，以使得所述波束成形矩陣包括所述右矩陣的N列，其中N是一或更大的整數(shù)值，其中，所述裝置從所述另一裝置接收與N個數(shù)據(jù)流相關聯(lián)的數(shù)據(jù)信號。
17.一種基站，包括接收模塊，其被配置為從移動站接收分別與量化波束成形矩陣和量化差矩陣相關聯(lián)的第一碼字和第二碼字；以及波束成形矩陣估計模塊，其被配置為至少部分地基于所接收的第一碼字和第二碼字來分別確定所述量化波束成形矩陣和所述量化差矩陣；以及根據(jù)所確定的量化波束成形矩陣和所述量化差矩陣來估計波束成形矩陣。
18.如權利要求17所述的基站，其中，所述波束成形矩陣估計模塊被配置為確定第一矩陣，以使得所述第一矩陣的一列或多列中的每一列與所述量化波束成形矩陣的一列或多列正交；形成作為所述量化波束成形矩陣和所述第一矩陣的組合的第二矩陣；以及估計所述波束成形矩陣，使得所估計的波束成形矩陣是所述第二矩陣的復共軛與所述量化差矩陣的乘積。
19.如權利要求17所述的基站，其中，所述波束成形矩陣估計模塊進一步被配置為使用所述量化波束成形矩陣上的householder反射來確定所述第一矩陣。
20.如權利要求17所述的基站，進一步包括波束成形器模塊，其被配置為使用所估計的波束成形矩陣對一個或多個數(shù)據(jù)流進行加權；以及一個或多個發(fā)射天線，其被配置為發(fā)送經(jīng)過加權的數(shù)據(jù)流。
全文摘要
本申請公開了用于確定和/或量化波束成形矩陣的方法和裝置的實施例。在某些實施例中，確定和/或量化波束成形矩陣可以包括使用基礎碼本和差分碼本。本申請還公開了另外的變型和實施例。
文檔編號H04B7/04GK102474320SQ201080034784
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月2日 優(yōu)先權日2009年7月6日
發(fā)明者A·達維多夫, H·牛, Q·李, X·E·林, Y·朱 申請人:英特爾公司