УСТРОЙСТВО, СПОСОБ И КОМПЬЮТЕРНЫЙ ПРОГРАММНЫЙ ПРОДУКТ ДЛЯ ВЫБОРА ГРУППЫ ЛУЧЕЙ И ПОДМНОЖЕСТВА ЛУЧЕЙ В СИСТЕМЕ СВЯЗИ

Связанные заявки

Настоящее изобретение имеет приоритет согласно заявке PCT/CN2010/073411, зарегистрированной в SIPO (Государственное ведомство по интеллектуальной собственности Китайской Народной Республики) 1 июня 2010 и озаглавленной «Устройство и способ выбора групп лучей и подмножества лучей в системе связи», полностью включенной в настоящий документ путем ссылки.

Область техники

Настоящее изобретение относится, в общем, к системам связи, а именно к устройству, способу и системе для выбора группы лучей и подмножества лучей в системе связи.

Предпосылки создания изобретения

Долгосрочной эволюцией (Long term evolution, LTE) Консорциума третьего поколения (Third Generation Partnership project, 3GPP), или 3GPP LTE, называют разработки и исследования, связанные с 8-й и более поздними редакциями стандарта 3GPP LTE, этот термин обычно используют для описания постоянных усилий в настоящей области техники, направленных на поиск технологий и возможностей, позволяющих усовершенствовать такие системы как универсальную систему мобильной связи (universal mobile telecommunication system, UMTS). Обозначение “LTE-A” используют, как правило, для обозначения дальнейших усовершенствований стандартов LTE. Задачи этого широкомасштабного проекта включают повышение эффективности связи, снижение затрат, улучшение качества обслуживания, использование возможностей новых диапазонов и достижение улучшенной интеграции с другими открытыми стандартами.

Развитая наземная сеть радиодоступа (evolved universal terrestrial access network, E-UTRAN) в 3GPP включает базовые станции, обеспечивающие завершение протоколов плоскости пользователя (включая подуровни протокола конвергенции пакетных данных / управления радиолинией / управления доступом к среде передачи / физического уровня (packet data convergence protocol/radio link control/medium access control/physical, PDCP/RLC/MAC/PHY) и плоскости управления (включая подуровень протокола управления радиоресурсами (radio resource control, RR), направленных к устройствам беспроводной связи, например сотовым телефонам. Устройство или терминал беспроводной связи обычно называют абонентским оборудованием (user equipment, UE). Базовая станция представляет собой объект сети связи, который часто называют узлом В (Node В, NB). В частности, в сети E-UTRAN «развитую» базовую станцию называют eNodeB или eNB. За более подробной информацией об общей архитектуре сети E-UTRAN можно обратиться к технической спецификации (Technical Specification, TS) 3GPP 36.300 v8.7.0 (2008-12), которая включена в настоящий документ путем ссылки. За более подробной информацией об администрировании радиоресурсов можно обратиться к техническим спецификациям 3GPP TS 25.331 v.9.1.0 (2009-12) и 3GPP TS 36.331 v.9.1.0 (2009-12), которые включены в настоящий документ путем ссылки.

Поскольку системы беспроводной связи, например системы сотовой, спутниковой и СВЧ-связи, получают все более широкое распространение и продолжают привлекать все большее количество пользователей, существует острая необходимость обеспечения подключения к сети большого количества разнообразных устройств связи, которые передают постоянно растущие объемы данных в фиксированных выделенных частотных диапазонах, обладая при этом ограниченной мощностью передачи. Увеличение объемов данных является следствием того, что устройства беспроводной связи наряду с осуществлением обычной голосовой связи стали передавать видеоинформацию и обеспечивать просмотр информации в сети Интернет. Чтобы удовлетворить эти растущие потребности, в настоящее время 3GPP работает над представляющим общий интерес вопросом эффективного применения сотовой передачи с пространственным мультиплексированием. Эффективное применение передачи с пространственным мультиплексированием позволяет обеспечить более высокую скорость передачи данных на каждый герц полосы пропускания при ограниченном уровне мощности передачи, за счет чего обеспечивается передача большего объема данных устройством беспроводной связи за меньший отрезок времени, или, эквивалентно, допускается практически одновременная работа большего количества устройств беспроводной связи.

Чтобы удовлетворить требования пиковой спектральной эффективности (до 30 бит/с/Гц) в стандарте 3GPP LTE Rel-10 будет стандартизована поддержка до 10 передающих (Tx) антенн в нисходящей линии связи (downlink, DL), что обеспечит возможность ведения передачи в нисходящей линии связи с пространственным мультиплексированием, имеющим до восьми пространственных уровней. В настоящее время достигнуто соглашение о включении восьмиантенной передачи с множественным входом и множественным выходом (muli-input/multi-output, MIMO) в нисходящей линии связи, а также улучшенного режима многопользовательского режима с множественным входом и множественным выходом (multi-user muli-input/multi-output, MU-MIMO) в качестве части элемента Rel-10 работы над усовершенствованием MIMO-передачи в нисходящей линии связи. Эти процедуры позволят обеспечить более высокую скорость передачи данных с ограниченным уровнем мощности передачи на каждый герц полосы пропускания.

Однако процедуры, обеспечивающие устройству беспроводной связи возможность передавать информацию о состоянии канала и другую соответствующую информацию обратно на базовую станцию с целью выполнения эффективной передачи с пространственным мультиплексированием в нисходящей линии связи, ставят определенный набор проблем. Одним из наиболее проблематичных вопросов является обеспечение возможности работать с увеличенной размерностью канала связи и степенями свободы, связанными с формированием лучей антенны нисходящей линии связи (которое также называют предварительным кодированием передачи), без излишней загрузки канала восходящей линии связи устройства беспроводной связи отчетами о состоянии канала. Еще одна проблема - обеспечение повышенной эффективности режима однопользовательской передачи с множественным входом и множественным выходом (single-user muli-input/multi-output, SU-MIMO) с большим азимутальным разбросом в канале беспроводной связи вблизи передающей антенной решетки. Известно, что покрытие для устройств беспроводной связи, расположенных в точке пересечения лучей в пространстве лучей антенны в существующих системах является слабым.

Ввиду все более широкого применения таких систем связи, как сотовые системы, и наличия упомянутых нерешенных проблем, существует необходимость создания улучшенного формата кодовой книги, который позволил бы обеспечить эффективную идентификацию и передачу устройством беспроводной связи информации о состоянии канала и характеристик антенного луча на базовую станцию и в то же время позволил бы устранить недостатки существующих систем связи.

Сущность изобретения

Эти, а также другие проблемы могут быть практически полностью решены или преодолены с получением соответствующих технических результатов при помощи вариантов осуществления настоящего изобретения, которые включают устройство, способ и систему для выбора группы лучей и подмножества лучей в системе связи. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство включает процессор и память, включающую компьютерный программный код. Упомянутые память и программный код сконфигурированы для обеспечения вместе с упомянутым процессором измерения упомянутым устройством информации о состоянии канала нисходящей линии связи от базовой станции и для идентификации выбранной группы лучей из множества групп лучей в соответствии с некоторым широкополосным свойством упомянутой информации о состоянии канала. Характеристика упомянутого множества групп лучей зависит от ранга передачи. Упомянутые память и компьютерный программный продукт сконфигурированы также для обеспечения вместе с упомянутым процессором идентификации упомянутым устройством выбранного подмножества лучей в выбранной группе лучей в соответствии по меньшей мере с одним поддиапазоном. Количество лучей в выбранном подмножестве лучей равно упомянутому рангу передачи.

Выше для обеспечения более глубокого понимания приведенного ниже подробного описания настоящего изобретения были достаточно широко описаны отличительные особенности и технические преимущества настоящего изобретения. Ниже в данном документе будут описаны дополнительные отличительные особенности и преимущества настоящего изобретения, которые составляют предмет формулы изобретения. Специалистам в настоящей области техники следует понимать, что концепция настоящего изобретения и его конкретные варианты осуществления, описанные в данном документе, могут быть непосредственно использованы как основа для модифицирования или проектирования других структур или процессов с целью достижения целей, совпадающих с целями настоящего изобретения. Специалистам в данной области техники следует также понимать, что все подобные эквивалентные структуры, попадающие в рамки настоящего изобретения, изложены в пунктах приложенной формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Для более полного понимания настоящего изобретения и его преимуществ далее приведено подробное описание, которое следует рассматривать вместе с приложенными чертежами, на которых:

Фиг.1 и 2 иллюстрируют блок-схемы системного уровня для вариантов осуществления систем связи, включающих базовую станцию и устройства беспроводной связи, которые обеспечивают окружение для применения концепции настоящего изобретения.

Фиг.3 и 4 иллюстрируют блок-схемы системного уровня для вариантов осуществления систем связи, включающих системы беспроводной связи, которые обеспечивают окружение для применения концепции настоящего изобретения;

Фиг.5 иллюстрирует блок-схему системного уровня для одного из вариантов осуществления элемента системы связи для применения концепции настоящего изобретения;

На фиг.6A, 6B, 7A и 7B показаны графические представления вариантов формирования групп лучей в соответствии с концепцией настоящего изобретения;

На фиг.8 показано графическое представление для одного из вариантов групп лучей в соответствии с концепцией настоящего изобретения; и

Фиг.9 иллюстрирует блок-схему алгоритма для одного из вариантов осуществления способа управления системой связи в соответствии с концепцией настоящего изобретения.

Подробное описание примеров осуществления изобретения

Ниже подробно описано создание вариантов осуществления настоящего изобретения, являющихся на сегодняшний день предпочтительными. Тем не менее нужно понимать, что в настоящем изобретении предложено много концепций, которые пригодны для практического применения и могут быть осуществлены в широком диапазоне конкретных контекстов. Описанные в данном документе конкретные варианты осуществления изобретения являются всего лишь иллюстрацией конкретных способов создания и применения настоящего изобретения и не ограничивают его рамки. В свете вышесказанного, настоящее изобретение будет описано на примере вариантов его осуществления в конкретном контексте устройства, способа и системы для идентификации и передачи информации о состоянии канала и характеристик антенного луча от устройства беспроводной связи, например абонентского оборудования, в базовую станцию в системе связи. Упомянутые устройство, способ и система допускают применение, без ограничений, в любых системах связи, включая существующие и будущие технологии 3GPP (т.е. UMTS, LTE и ее будущие варианты, например системы связи четвертого поколения (4G).

Обратимся к фиг.1, где проиллюстрирована блок-схема системного уровня для одного из вариантов осуществления системы связи, включающей базовую станцию 115 и устройства беспроводной связи (например, абонентское оборудование) 135, 140, 145, которые обеспечивают окружение для применения концепций настоящего изобретения. Базовая станция 115 подключена к телефонной коммутируемой сети общего пользования (не показана). Базовая станция 115 имеет в своей конфигурации множество антенн для передачи и приема сигналов в множестве секторов, включающем первый сектор 120, второй сектор 125 и третий сектор 130, каждый из которых, как правило, охватывает 120 градусов. Несмотря на то что на фиг.1 проиллюстрировано одно устройство беспроводной связи (например, устройство 140 беспроводной связи) в каждом секторе (например, в первом секторе 120), каждый сектор (например, первый сектор 120) может в общем случае содержать множество устройств беспроводной связи. В одном из альтернативных вариантов осуществления настоящего изобретения базовая станция 115 может быть сформирована с использованием только одного сектора (например, первого сектора 120), при этом несколько базовых станций могут быть спроектированы для передачи в соответствии с режимом кооперативного множественного входа и множественного выхода (cooperative multi-input/multi-output, C-MIMO) и т.д.

Упомянутые секторы (например, первый сектор 120) образованы при помощи фокусировки и фазирования излучаемых антеннами базовой станции сигналов, при этом для каждого сектора могут применяться отдельные антенны (например, для первого сектора 120). Наличие множества секторов 120, 125, 130 увеличивает количество абонентских станций (например, устройств 135, 140, 145 беспроводной связи), способных одновременно осуществлять взаимодействие с базовой станцией 115, за счет снижения взаимных помех в результате фокусировки и фазирования антенн базовой станции, без необходимости увеличения используемой полосы пропускания. Несмотря на то что устройства 135, 140, 145 связи являются частью первичной системы связи, эти же устройства 135, 140, 145 связи и другие устройства, например аппаратура, не показанная на чертеже, могут являться частью вторичной системы связи и участвовать, без ограничения перечисленным, в обмене данными типа «устройство-устройство», «машина-машина» или других взаимодействиях.

Обратимся теперь к фиг.2, где проиллюстрирована блок-схема системного уровня для одного из вариантов осуществления системы связи, включающей базовую станцию 120 и устройства беспроводной связи (например, абонентское оборудование) 260, 270, которые обеспечивают окружение для применения концепций настоящего изобретения. Данная система связи включает базовую станцию 20, подключенную при помощи канала или линии 220 связи (например, при помощи волоконно-оптического канала связи) к базовой телекоммуникационной сети, например к телефонной коммутируемой сети 230 общего пользования (public switched telephone network, PSTN). Базовая станция подключена при помощи каналов или линий 240, 250 беспроводной связи к устройствам 260, 270 беспроводной связи, соответственно, попадающим в зону 290 покрытия сотовой сети.

При работе проиллюстрированной на фиг.2 системы связи базовая станция 210 осуществляет связь с каждым из устройств 260, 270 беспроводной связи при помощи управляющих и информационных ресурсов связи, выделяемых базовой станцией 210, через каналы 240, 250 соответственно. Упомянутые управляющие и информационные ресурсы связи могут включать частотные ресурсы связи и ресурсы временных слотов связи в режиме дуплексной связи с частотным разделением (frequency division duplex, FDD) и/или дуплексной связи с временным разделением (time division duplex, TDD). Несмотря на то что устройства 260, 270 связи являются частью первичной системы связи, эти же устройства 260 связи и другие устройства, например аппаратура (не показана), могут являться частью вторичной системы связи и участвовать, без ограничения перечисленным, в обмене данными типа «устройство-устройство», «машина-машина» или других взаимодействиях.

Обратимся теперь к фиг.3, где проиллюстрирована блок-схема системного уровня для одного из вариантов осуществления системы связи, включающего систему беспроводной связи, которая обеспечивает окружение для применения концепций настоящего изобретения. Эта система беспроводной связи может быть сконфигурирована для обеспечения эволюционированной наземной сети доступа к UMTS (E-UTRAN) с целью предоставления услуг универсальной мобильной связи. Объект управления мобильностью/шлюз эволюции системной архитектуры (mobile management entity/system architecture evolution gateway, MME/SAE GW), один из которых обозначен как 310, обеспечивает функциональность управления для узла В сети E-UTRAN (обозначен как eNB, развитой узел В, также называемый «базовой станцией», один из них обозначен как 320) по линии S1 связи (одна из которых обозначена как «линия связи S1»). Базовые станции 320 взаимодействуют по линиям Х2 связи (одна из которых обозначена как («линия связи X2»). Упомянутые различные линии связи представляют собой, как правило, оптоволоконные линии связи, линии СВЧ-связи, проводные высокочастотные каналы связи, например коаксиальные линии связи или их комбинации.

Базовые станции 320 осуществляют связь с устройствами беспроводной связи, например абонентским оборудованием (UE, одно из которых обозначено как 330), которое чаще всего представляет собой мобильный приемопередатчик, носимый пользователем. Соответственно, линии связи (линии связи, обозначенные как “Uu”, одна из которых обозначена как «линия связи Uu), связывающие базовые станции 320 с абонентским оборудованием 330, представляют собой линии радиосвязи, в которых применяется сигнал беспроводной связи, например, сигнал мультиплексирования с ортогональным частотным разделением (orthogonal frequency division multiplex, OFDM). Несмотря на то что абонентское оборудование 330 является частью первичной системы связи, это же абонентское оборудование 330 и другие устройства, например аппаратура (не показаны), могут являться частью вторичной системы связи и участвовать, без ограничения перечисленным, в обмене данными типа «устройство-устройство», «машина-машина» или других взаимодействиях.

Обратимся теперь к фиг.4, где проиллюстрирована блок-схема системного уровня для одного из вариантов осуществления системы связи, включающей систему беспроводной связи, которая обеспечивает окружение для применения концепций настоящего изобретения. Данная система беспроводной связи обеспечивает архитектуру E-UTRAN, включающую базовые станции (одна из которых обозначена как 410), которые обеспечивают завершение протоколов E-UTRAN плоскости пользователя (протокола конвергенции пакетных данных / управления радиолинией / управления доступом к среде передачи / физического уровня) и плоскости управления (управления радиоресурсами), направленных в сторону устройств беспроводной связи, например абонентского оборудования 420, и других устройств, например аппаратуры 425 (например, бытового электронного оборудования, телевизора, измерительного прибора и т.п.) Базовые станции 410 взаимосвязаны при помощи интерфейсов или линий X2 связи (обозначены как «X2»). Базовые станции также соединены при помощи интерфейсов или линий S1 связи (обозначены как «S1») с эволюционированным пакетным ядром (evolved packet core, ЕРС), включающим объект управления мобильностью/шлюз эволюции системной архитектуры (MME/SAE GW, один из которых обозначен как 430). Интерфейс S1 поддерживает многообъектные отношения между объектом 430 управления мобильностью/шлюзом эволюции системной архитектуры и базовыми станциями 410. Для применений с поддержкой хэндовера внутри наземной сети мобильной связи общего пользования, поддержка активного режима мобильности между eNB обеспечивается путем перемещения объекта 430 управления мобильностью/шлюза эволюции системной архитектуры по интерфейсу S1.

Базовые станции 410 могут выполнять такие функции, как управление радиоресурсами. Например, базовые станции 410 могут выполнять такие функции, как сжатие заголовков протокола Интернета (internet protocol, IP) и криптографическую защиту пользовательских потоков данных, шифрование пользовательских потоков данных, управление радиоканалом, управление радиодопуском, управление мобильностью соединений, динамическое выделение ресурсов связи абонентскому оборудованию как в восходящей, так и в нисходящей линии связи, выбор объекта управления мобильностью при подключении абонентского оборудования к сети, маршрутизация данных плоскости пользователя к объекту плоскости пользователя, планирование и передача пейджинговых сообщений (исходящих из объекта управления мобильностью или центра эксплуатации и технического обслуживания, а также измерение и передача отчетов для мобильности и планирования. Объект 430 управления мобильностью / шлюз эволюции системной архитектуры может выполнять такие функции, как распределение пейджинговых сообщений на базовые станции 410, управление безопасностью, завершение пакетов плоскости пользователя для целей пейджинга, коммутацию плоскости пользователя для поддержки мобильности абонентского оборудования, управление мобильностью в состоянии бездействия, а также управление каналами связи эволюции системной архитектуры. Абонентское оборудование 420 и аппаратура 425 принимают назначение группы информационных блоков от базовых станций 410.

Дополнительно, некоторые из базовых станций 410 подключены к домашней базовой станции 440 (устройство), которое подключено к таким устройствам, как абонентское оборудование 450 и/или другой аппаратуре (не показано) для формирования вторичной системы связи. Базовая станция 410 может выделять ресурсы вторичной системы связи непосредственно абонентскому оборудованию 420 и аппаратуре 425 или домашней базовой станции 440 для связи (например, локального взаимодействия) внутри этой вторичной системы связи. Для получения более подробной информации о домашних базовых станциях (обозначенных HeNB), см. техническую спецификацию 3GPP TS 32.871 v.9.1.0 (2010-03), которая включена в настоящий документ путем ссылки. Несмотря на то что абонентское оборудование 420 и аппаратура 425 являются частью первичной системы связи, это же абонентское оборудование 420 и аппаратура 425, а также домашняя базовая станция (осуществляющая связь с другим абонентским оборудованием и аппаратурой (не показана), могут являться частью вторичной системы связи и участвовать, без ограничения перечисленным, в обмене данными типа «устройство-устройство», «машина-машина» или других взаимодействиях.

Обратимся теперь к фиг.5, где проиллюстрирована блок схема системного уровня для одного из вариантов осуществления элемента 510 связи из состава системы связи для применения концепций настоящего изобретения. Упомянутый элемент или устройство 510 связи может представлять собой, без ограничения перечисленным, базовую станцию, устройство беспроводной связи (например, абонентскую стацию, терминал, мобильную станцию, абонентское оборудование, аппаратуру), элемент управления сетью, узел связи и т.п. Элемент 510 связи включает по меньшей мере процессор 520, оперативную или постоянную память 550, в которой хранятся программы и данные, антенну 560 и радиочастотный приемопередатчик 570, связанный с антенной 560 и процессором 520 для двунаправленной беспроводной связи. Элемент 510 связи может обеспечивать услуги связи типа «точка-точка» или «точка-много точек».

Элемент 510 связи, например базовая станция в сотовой сети, может быть соединен с элементом сети связи, например элементом 580 управления сетью коммутируемой телекоммуникационной сети общего пользования (PSTN). Элемент 580 управления сетью, в свою очередь, может быть сформирован с использованием процессора, памяти и других электронных элементов (не показаны). Элемент 580 управления сетью, как правило, предоставляет доступ к телекоммуникационной сети, например PSTN. Доступ может предоставляться с использованием оптоволоконной, коаксиальной линии связи, витой пары, СВЧ-связи или аналогичной линии связи, подключенной к соответствующему оконечному элементу линии связи. Элемент 510 связи, выполненный в форме устройства беспроводной связи, является, как правило, самодостаточным устройством, предназначенным для ношения конечным пользователем.

Процессор 520 в элементе 510 связи, который может быть реализован при помощи одного или множества процессорных устройств, выполняет функции, связанные с его работой, включая, без ограничения перечисленным, предварительное кодирование параметров усиления / фазовых параметров антенны (предварительный кодер 521), кодирование и декодирование (кодер/декодер 523) отдельных битов, составляющих сообщение связи, форматирование информации и общее управление (контроллер 525) элементом связи, включая процедуры, связанные с администрированием ресурсов связи (администратор 528 ресурсов). Примеры функций, связанных с администрированием ресурсов связи, включают, без ограничения перечисленным, установку аппаратного обеспечения, управление трафиком, анализ данных о рабочих характеристиках, отслеживание конечных пользователей и оборудования, управление конфигурацией, администрирование конечных пользователей, администрирование устройств беспроводной связи, управление тарифами, подписками, безопасностью, тарификацией и т.п. Например, в соответствии с памятью 550, администратор 528 ресурсов сконфигурирован для выделения первичных и вторичных ресурсов связи (например, временных и частотных ресурсов связи) для передачи голосовых сообщений и данных в элемент 510 связи и от него, а также для форматирования сообщений, включающих его ресурсы связи, в форматах первичной и вторичной системы связи.

Исполнение всех или части конкретных функций, или процедур, связанных с администрированием ресурсов связи, может выполняться в оборудовании, которое является отдельным и/или связанным с элементом 510 связи, при этом результаты этих функций или процедур передают для исполнения в элемент 510 связи. Процессор 520 элемента 510 связи может быть любого типа, совместимого с локальной средой приложений, и может включать в качестве неограничивающих примеров одно или более из следующего: компьютеры общего назначения, компьютеры специального назначения, микропроцессоры, цифровые сигнальные процессоры (digital signal processors, DSP), электрически программируемые вентильные матрицы (field-programmable gate arrays, FPGA), заказные интегральные схемы (application-specific integrated circuits, ASIC), и процессоры на основе многоядерной процессорной архитектуры.

Приемопередатчик 570 элемента 510 связи модулирует информацию на несущей волне с целью передачи элементом 510 связи посредством антенны (или антенн) 560 в другой элемент связи. Приемопередатчик 570 демодулирует информацию, принимаемую посредством антенны (или антенн) 560, для дальнейшей обработки другими элементами связи. Приемопередатчик 570 способен поддерживать дуплексную работу элемента 510 связи.

Память 550 элемента 510 связи, упомянутая выше, может представлять собой одно или более запоминающих устройств любого типа, совместимого с локальной средой приложений, и может быть реализована с использованием любой подходящей энергозависимой или энергонезависимой технологии хранения данных, например, как полупроводниковое запоминающее устройство, магнитное запоминающее устройство или система, оптическое запоминающее устройство или система, несъемная или съемная память. Программы, хранимые в памяти 550, могут включать программные инструкции или компьютерный программный код, который при исполнении соответствующим процессором обеспечивает выполнение элементом 510 связи задач в соответствии с описанием в настоящем документе. Очевидно, что память 550 может формировать буфер для данных, передаваемых в элемент 510 связи и из него. Примеры осуществления системы, подсистем и модулей в соответствии с настоящим описанием могут быть реализованы, по меньшей мере частично, при помощи компьютерного программного обеспечения, исполняемого процессорами, например процессорами устройства беспроводной связи и базовой станцией, или аппаратным обеспечением, или же их комбинацией. Как будет показано, подсистемы и модули могут быть реализованы в элементе 510 связи в соответствии с иллюстрацией и описанием в настоящем документе.

В последнее время одной из главных тем обсуждений в 3GPP стало проектирование кодовых книг для базовых станций с восемью передающими антеннами и связанного с ними предварительного кодирования передачи, которое отсутствует в новом стандарте LTE Rel-10. На встрече RAN1 №59 было достигнуто соглашение о расширении неявной структуры обратной связи стандарта Rel-8 в стандарте LTE Rel-10. Оно основано на модульном (или гранулярном) проектировании, сочетающем два компонента обратной связи из различных кодовых книг, представляющих различные характеристики информации о состоянии канала. Один из компонентов обратной связи предназначен для передачи широкополосных свойств канала связи (также называемых широкополосными свойствами) и/или долговременных свойств канала связи (также называемых долговременными свойствами), тогда как второй нацелен на частотно-избирательные свойства канала связи (также называемые частотно-избирательными свойствами) и/или кратковременные свойства канала связи (также называемые кратковременными свойствами). Одним из примеров долговременного свойства является структура направленности оптимальных лучей передачи. Например, местоположение абонентского оборудования не может изменяться быстро, и следовательно, его азимутальное направление будет практически стационарным. В соответствии с этим структура направленности передающих лучей может быть представлена с помощью долговременного свойства, которое является широкополосным по природе, особенно при наличии сильной пространственной корреляции вблизи передающей антенной решетки, которая очень вероятно будет наблюдаться при условии близко расположенных антенных элементов (например, разнесенных на расстояние половины длины волны). Примерами кратковременных свойств являются быстрые флуктуации амплитуды и фазы в радиоканале связи. Подобные быстрые флуктуации могут быть представлены с использованием кратковременного свойства, которое, как правило, имеет частотно-избирательную природу (т.е. изменяется от одного поддиапазона частот к другому).

Такая структура обратной связи в канале связи называется в настоящем документе также структурой двойной кодовой книги. Несмотря на то что упомянутые отсутствующие в стандарте LTE Rel-10 спецификации связаны с передачей, имеющей от одного до восьми уровней в базовой станции с восьмиантенной передающей конфигурацией, принципы структуры двойной кодовой книги могут быть обобщены до произвольного количества передающих антенн. Как упоминалось в настоящем документе, новый тип кодовой книги и структура обратной связи для передачи информации о состоянии канала (channel state information, CSI) на основе двойной кодовой книги с целью поддержки работы режимов SU-/MU-MIMO в нисходящей линии связи описаны для применения, без ограничения перечисленным, в стандарте LTE Rel-10 и более поздних стандартах.

Работа в режиме MIMO нисходящей линии связи 3GPP LTE является одной из нескольких рабочих задач, рассматриваемых в стандарте LTE Rel-10. Рассматриваются также новые улучшения для режима MIMO нисходящей линии связи стандартов LTE Rel-8/-9. Одним из улучшений является оптимизация работы режима MU-MIMO, в которую введен пакет проектной документации для нового опорного символа (reference symbol, RS), где применяются предварительно кодируемые зависящие от конкретного абонентского оборудования опорные символы (которые в 3GPP-сообществе называют UE-RS или выделенными опорными символами, DM-RS), и опорные символы периодического информирования о состоянии канала (CSI-RS). Вторым улучшением является расширение работы, связанной с передачей в нисходящей линии связи, до восьмиуровневого режима SU-MIMO нисходящей линии связи.

Эти улучшения служат основой для улучшенного режима обратной связи абонентского оборудования, следующего принципам неявной обратной связи из стандарта LTE Rel-8. Обратная связь с точной информацией о состоянии канала играет важную роль при обеспечении надежной, лишенной (или практически лишенной) помех связи, особенно в режиме MU-MIMO. Кроме того, при рассмотрении расширения до восьмиуровневого передающего режима SU-/MU-MIMO важны аспекты сигнализации и размеры кодовых книг из-за увеличенной размерности канала связи и большего количества степеней свободы в нем.

Структура обратной связи абонентского оборудования в стандарте LTE Rel-10 основана на принципах неявной обратной связи (индикатор качества канала / индикатор матрицы предварительного кодирования / индикатор ранга), аналогичных стандарту LTE Rel-8, но с тем отличием, что вместо формата с одной кодовой книгой используют формат двойной кодовой книги. Однако обратная связь с использованием одной кодовой книги по-прежнему может рассматриваться как специальный случай путем задания записей одной из кодовых книг равными единичной матрице. Решения по разработке стандарта Rel-10 ведут свою историю от рабочей группы 3GPP RAN1 №59, где в виде слайдовой презентации был показан документ 3GPP R10101683, озаглавленный «Путь к концепции обратной связи для стандарта Rel-10» (“Way Forward for Rel-10 Feedback Framework”), который включен в настоящий документе путем ссылки. В нем описано, что предварительный кодер для поддиапазона состоит из двух матриц, принадлежащих различным кодовым книгам. Одна из кодовых книг отражает широкополосные свойства канала связи и/или долговременные свойства, ее матрица обозначена в настоящем документе как W₁. Вторая кодовая книга отражает частотно-избирательные и/или кратковременные свойства, ее матрица в настоящем документе обозначена как W2. Результирующий предварительный кодер для каждого поддиапазона может быть сформирован, например, как произведение двух упомянутых матриц.

В ходе недавней встречи 3GPP RA1 были представлены несколько проектов структуры кодовой книги и способов использования упомянутых долговременных и кратковременных свойств. Среди этих предложений были включены несколько ключевых аспектов проектирования: концепция обратной связи должна работать с кросс-поляризованными (cross-polarized, ХР) и регулярными линейными антенными решетками (uniform linear array, ULA) базовых станций, и следовательно, кодовые книги должны проектироваться и оптимизироваться соответствующим образом. Долговременные и кратковременные свойства могут измеряться с одинаковой или различными временными периодичностями, при этом о них могут соответствующим образом передаваться отчеты (в один и тот же или различные моменты времени). При рассмотрении относительного фиксированного плана на общие расходы на обратную связь (т.е. фиксированного общего количества битов за заданный интервал времени) при назначении битов обратной связи можно попытаться найти баланс между кодовыми книгами, характеризующими упомянутые долговременные и кратковременные свойства. Окончательный предварительный кодер представляет собой результат определенной операции (например, произведение матриц) между упомянутыми долговременным и кратковременным предварительными кодерами.

Порядок матрицы W1 широкополосного/долговременного предварительного кодера и конфигурация матрицы W2 кратковременного предварительного кодера в упомянутом произведении позволяет еще больше дифференцировать концепции. Если долговременные/ широкополосные свойства учитывают после канала связи (т.е. умножение на матрицу H канала осуществляется справа, как H*W₁), это можно рассматривать как поворот лучей основной антенны в сторону сигнального пространства абонентского оборудования, причем дальнейшее уточнение может улучшить либо синфазность (ранг передачи 1), либо ортогональность (ранг передачи > 1) среди лучей/предварительных кодеров на уровне поддиапазона. Это можно рассматривать как операцию произведения матриц W₁*W₂. С другой стороны, можно сформировать большее пространство лучей для матрицы W₁, которое затем уточняется при помощи матрицы W₂, являющейся множителем слева. Окончательная матрица предварительного кодера W будет результатом произведения матриц W₂*W₁. Вполне возможно, что эти два способа формирования произведения двух кодовых книг практически одинаковы. Основное различие заключается в способе определения лучей и уточнений матриц W₁ и W₂. Общим является формирование матрицы W1 при помощи (передискретизированных) векторов или матриц дискретного преобразования Фурье (discrete Fourier transform, DFT).

С точки зрения сложности важен также способ выбора матриц W₁ и W₂ в абонентском оборудовании для канала связи, он может влиять на рабочие характеристики всей схемы. Например, одно из предложений по организации обратной связи может работать лучше при использовании поиска полным перебором по всем возможным комбинациям широкополосных/долговременных и кратковременных предварительных кодеров (матриц W₁ и W₂), однако может оказываться неэффективным при использовании более практичного и менее сложного способа выбора предварительного кодера. Несмотря на то что рассматриваются до восьми пространственных уровней (или потоков), концепция двойной кодовой книги считается выгодной только для низких рангов передачи, а именно рангов 1-2 передачи и, возможно, также рангов 3-4 передачи, тогда как более высокие ранги передачи должны работать, полагаясь только на один компонент обратной связи (например, матрица W2 размера Nt на R, где Nt и R - количество передающих антенн базовой станции и ранг передачи соответственно), тогда как другой компонент в соответствии с этой концепцией установлен равным единичной матрице (например, W₁ = 1, размера Nt на Nt).

Как описано выше, концепция двойной кодовой книги может быть сведена к заданию лучей и векторов выбора/комбинирования лучей или предварительных кодеров, которые являются частью упомянутых двух кодовых книг. Поскольку построение матрицы W₁ может задействовать матрицы/векторы дискретного преобразования Фурье с передискретизацией, такие структуры позволяют эффективно использовать в качестве базы для их построения различные формы известного метода сетки лучей, в котором абонентское оборудование фактически выбирает один луч (столбец матрицы дискретного преобразования Фурье), обеспечивающий наилучшие рабочие характеристики передачи.

Концепция обратной связи в стандарте Rel-10 должна поддерживать режимы SU-MIMO и MU-MIMO, при этом режим SU-MIMO является наиболее подходящим и дает наибольшее улучшение рабочих характеристик для менее коррелированных сценариев с большим азимутальным (угловым) разбросом канала связи, тогда как режим MU-MIMO является наиболее подходящим и дает наибольшее улучшение рабочих характеристик для сильно коррелированных сценариев с малым азимутальным разбросом. В случае большого азимутального разброса и работы в режиме SU-MIMO просто выбора одного луча (или множества лучей в случае, когда ранг передачи > 1) для всего диапазона, как в стандартном методе сетки лучей, как правило, недостаточно для хороших рабочих характеристик связи, поскольку известно, что в такой ситуации лучше всего работает частотно- избирательное предварительное кодирование и выбор лучей на уровне поддиапазона. С другой стороны, для очень малого азимутального разброса и работы в режиме MU-MIMO показано, что метод сетки лучей работает также хорошо, поскольку в таком случае широкополосное и частотно-избирательно предварительное кодирование имеют очень близкие друг к другу рабочие параметры, а широкополосное предварительное кодирование более выгодно из-за значительно более низкого объема служебной информации, необходимой для обратной связи с информацией о состоянии канала. В соответствии с описанием в настоящем документе, традиционная концепция сетки лучей усовершенствована таким образом, что она по-прежнему хорошо поддерживает сценарии с малым азимутальным разбросом, но имеет улучшенные рабочие характеристики в режимах SU-/MU-MIMO в сценариях с большим азимутальным разбросом.

Основные структуры кодовых книг были предложены в течение встречи RAN1 №61 в Монреале, Канада, с 10 по 14 мая 2010 года. Однако некоторые части этой концепции являются более давними. Одна из структур кодовой книги описана в документе R1-102630 3GPP TSG-RAN WG1, озаглавленном «Уточнения по проектированию обратной связи и кодовых книг» (“Refinements of Feedback and Codebook Design”), Монреаль, Канада, 10-14 мая 2010, который включен в настоящий документ путем ссылки.

В первом предложении по поводу структуры кодовой книги матрица W₁ предварительного кодера обрабатывается в основном как широкополосная, при этом она сжимает канал связи в пространственном измерении таким образом, что результирующая эквивалентная матрица H*W₁ канала связи имеет меньшую размерность, чем матрица H физического передающего канала связи (например, размер Nr на Nt, где Nr и Nt - количество передающих и приемных антенн соответственно). Дальнейшее комбинирование (синфазирование) двух оставшихся размерностей (или лучей) (для кросс-поляризованных антенн) или ортогонализация между потоками осуществляется при помощи матрицы W₂, которую применяют частотно-избирательным образом на уровне поддиапазона. Матрица W₁ предварительного кодера является блочно-диагональной, при этом каждый блок включает столбцы матриц дискретного преобразования Фурье с передискретизацией. Тщательное конструирование обеих матриц W₁ и W₂ позволяет поддерживать одновременно и кросс-поляризованную и регулярную линейную антенную конфигурацию с помощью одних и тех же кодовых книг. Это достигается за счет применения четырех битов для матрицы W₁ и двух битов для матрицы W2. Упомянутые четыре бита для матрицы W₁, по сути, означают коэффициент передискретизации, равный четырем, для матриц дискретного преобразования Фурье в случае четырехантенной передачи (например, соответствующий либо четырехантенной конфигурации регулярной линейной передающей антенной решетки, либо каждому блоку из четырех сополяризованных передающих антенных элементов, предполагающих восьмиантенную кросс-поляризованную передающую конфигурацию). Записи в кодовой книге для матрицы W₂ состоят из кодовой книги передающей антенны стандарта Rel-8 2, поскольку в данной концепции также предусмотрена работа с рангом 2 передачи из стандарта Rel-10. Задачей матрицы W₂ предварительного кодера является осуществление кросс-поляризационного комбинирования (синфазирования и ортогонализации) после применения структуры матрицы W₁ к каналу связи, а также обеспечение поддержки работы регулярной линейной решетки, при этом все операции на основе матрицы W₂ выполняют частотно-избирательным образом на уровне поддиапазона.

Дополнительно/альтернативно, некоторые режимы передачи обратной связи абонентским оборудованием (например, по физическому каналу управления восходящей линии связи (physical uplink control channel, PUCCH)) могут проектироваться с очень строгим ограничением объема служебной информации, связанной с передачей обратной связи. В последнем случае имело бы смысл, например, предложить осуществлять выбор матриц W₁ и W₂ широкополосным образом. Основным отличием по сравнению с обычным способом сетки лучей будет то, что обратная связь основана на формате или структуре двойной кодовой книги, при этом такой формат используют для обеспечения работы аналогично методу сетки лучей как для регулярной линейной системы, так и для кросс-поляризованного типа систем для одной и той же обратной связи. Проблема такой схемы совпадает с описанной выше проблемой (т.е. схема не обеспечивает улучшение рабочих характеристик в режиме SU-MIMO при более высоком азимутальном разбросе).

Во втором предложении матрица W₁ предварительного кодера выбирает набор векторов-столбцов из матриц дискретного преобразования Фурье с передискретизацией. Для случая кросс-поляризованных антенн для каждого направления поляризации формируют четыре антенных луча, при этом для регулярной линейной решетки используют восемь лучей. Применяя один бит для сигнализации матрицы W₁, кодовая книга разбивает пространство кодовых слов (лучей) на две неперекрывающиеся части и выбирает одну из них для дальнейшего использования при уточнении или правильной регулировке луча на уровне поддиапазона при помощи матрицы W₂ предварительного кодера. Следует отметить, что в упомянутом выбранном однобитном пространстве лучи заданы заранее для дальнейшей обработки; следовательно, размер матрицы W₁ равен 8×16 в случае восьми передающих антенн, так как имеется восемь лучей, заданных одной матрицей W1. Структура кодовой книги описана в документе R1-102823 3GPP TSG-RAN WG1 №61, озаглавленном «Структура кодовой книги 8 Тх» (“8 Тх Codebook Design”), Монреаль, Канада, 10 мая 2010 года, который включен в настоящий документ путем ссылки.

Следует также отметить, что основное отличие предыдущего предложения заключалось в сжатии канала связи в пространственном измерении при помощи матрицы W₁. Обеспечение большего пространства (т.е. с полной размерностью канала связи) для дальнейшей обработки на уровне поддиапазона с использованием матрицы W₂ можно рассматривать как преимущество одной из концепций, особенно в сценариях с большим азимутальным разбросом и более высоким рангом передачи в режиме SU-MIMO. Матрица W₂ предварительного кодера сигнализируется при помощи четырех битов, при этом соответствующая кодовая книга состоит из сумматоров и селекторов лучей.

Свобода выбора множества лучей для каждого поддиапазона вследствие основного разбиения, осуществляемого матрицей W_1, может рассматриваться как преимущество, особенно в описанном выше случае SU-MIMO. Однако подобная гибкость имеет также свой недостаток, так как матрица W₁ не может эффективно использоваться одна, так как пространство лучей, задаваемое одной матрицей W₁, является очень большим. Кроме того, из-за двух пространств, формируемых при помощи матрицы W₁, покрытие для абонентского оборудования, расположенного вблизи пересечения пространств, является слабым.

В третьем предложении допускаются несколько лучей для каждого поддиапазона посредством матрицы W₁. Вторая матрица W₂ предварительного кодера уточняет матрицу W₁ путем умножения слева (т.е. W₂*W₁), за счет чего осуществляется поворот исходного луча. Первая кодовая книга (т.е. кодовая книга, связанная с матрицей W₁) также включает сумматоры, помимо основных лучей, и имеет больший размер, включая в общем 32 луча, тогда как вторая кодовая книга (т.е. кодовая книга, связанная с матрицей W₂) может иметь только 2-3 бита и состоять из нескольких матриц поворота. Фактически, имеются только два межполюсных сумматора, доступных для работы с кросс-поляризацией, что может рассматриваться как недостаток. Также возможно ограничение подмножеств кодовой книги для матрицы W₁. Такая структура кодовой книги описана в документе R1-103026 3GPP TSG-RAN WG1 №61, озаглавленном «Взгляды на концепцию обратной связи для стандарта Rel.10» (“Views on the Feedback Framework for Rel.10”), Монреаль, Канада, 10-14 мая 2010 года, который включен в настоящий документ путем ссылки.

Сводка основных предложенных концепций проиллюстрирована в приведенной ниже таблице 1:

В приведенной ниже таблице 2 проиллюстрированы скорости обратной связи для основных предложенных концепций, в которой рассмотрены одновременные отчеты для матриц W₁ и W₂ (что влияет на использование разделяемого физического канала восходящей линии связи (physical uplink shared channel, PUSCH) и 50 блоков физических ресурсов (physical resource blocks, PRB) с дискретностью в шесть PRB для матрицы W2 и 10-миллисекундной периодичностью передачи отчетов.

В соответствии с настоящим изобретением описана структура кодовой книги, которая обеспечивает улучшенную поддержку для сценариев с низкой пространственной корреляцией/большим азимутальным разбросом, где для хороших рабочих характеристик необходима частотно-селективная обратная связь. Такой формат или структура кодовой книги обеспечивает также улучшенную поддержку более высоких рангов передачи, особенно в случае регулярных линейных антенных систем.

Упомянутая структура кодовой книги основана на том же группировании лучей, которое используется в описанном выше втором предложении (т.е. первая часть сигнала обратной связи обеспечивает выбор группы лучей, а вторая часть сигнала обратной связи обеспечивает выбор лучей из выбранной группы лучей). Упомянутая первая часть обратной связи применяется к свойствам всего диапазона или широкополосным свойствам, тогда как вторая часть обратной связи зависит от конкретного поддиапазона. В качестве специального случая вторая часть обратной связи может применяться также широкополосным образом. В этом специальном случае нужно понимать, что имеется только один поддиапазон для обратной связи с информацией о состоянии канала, при этом его ширина равна общей ширине полосы системы. Для обеспечения возможности выбора группы лучей и выбора лучей из выбранной группы лучей при помощи структуры или формата двойной кодовой книги имеется матрица W₁ предварительного кодера, которая содержит, например, подматрицы на основе дискретного преобразования Фурье, а также матрицы W₂ предварительного кодера, которые содержат векторы выбора столбца и сдвига фаз, так что фактические лучи из группы лучей определяют умножением матриц следующего вида:

W=W₁*W₂

В соответствии с настоящим изобретением группы лучей могут перекрываться. Перекрывающиеся группы лучей нужны для охвата случаев с более высоким азимутальным разбросом, где улучшенное широкополосное / долговременное направление передачи находится «на краях» или, другими словами, на границе двух групп лучей. Без перекрывающихся групп лучей в подобных случаях часть азимутального разброса была бы не охвачена предварительным кодированием, поскольку она попадала бы в соседнюю группу лучей. Перекрытие, как правило, означает, что общая угловая область (или просто угловая область), охваченная группами лучей, является перекрывающейся. Под угловой областью может пониматься диапазон углов от направления максимального усиления антенной решетки для первого луча до направления максимального усиления антенной решетки для последнего луча в группе лучей или эквивалентно максимально возможный диапазон углов между направлениями максимального усиления антенной решетки между любыми двумя лучами в одной группе лучей. Одним из специальных случаев подобного перекрытия групп лучей является случай, когда группы лучей частично содержат одни и те же лучи. В этом случае различные матрицы W₁ будут частично построены из одинаковых вектор-столбцов.

Во-вторых, количество групп лучей, и/или размер групп лучей (количество лучей в группе), и/или общая угловая область лучей группы (диапазон углов, охватываемый группой лучей) зависит от ранга передачи. Типичные восьмиантенные передающие системы имеют очень близко расположенные антенны. Поскольку более высокие ранги передачи подразумевают достаточно некоррелированные каналы связи, то для обеспечения передачи более высокого ранга азимутальный разброс канала связи должен быть большим. При использовании формата или структуры двойной кодовой книги такой высокий азимутальный разброс может быть охвачен правильным образом, только если размер группы лучей и общая угловая область достаточно велики, чтобы покрыть большой диапазон азимутальных углов. Следовательно, для более высоких рангов передачи размер группы лучей и общая угловая область должны быть увеличены. Соответственно, в настоящем изобретении предложены и скомбинированы оба этих аспекта. Формируются перекрывающиеся группы лучей, при этом размер, количество и угловая область перекрывающихся лучей могут меняться в зависимости от ранга передачи.

В соответствии с одним из примеров осуществления настоящего изобретения приведено описание в терминах группы лучей, выбираемой из множества групп лучей, и выбора подмножества лучей из выбранной группы лучей, а также потенциально перекрывающихся групп лучей. Эквивалентно это может быть представлено терминами матрично-векторного описания или структурой (форматом) кодовой книги. Множество групп лучей, зависящее от определенного ранга передачи, представляется как множество матриц W₁, соответствующих определенному рангу передачи, в кодовой книге, отражающей широкополосные и/или долговременные свойства. Определенное количество групп лучей в множестве групп лучей, зависящем от ранга передачи, означает, что количество матриц W₁ в множестве матриц, связанном с заданным рангом, зависит от этого ранга. Лучи в заданной группе лучей представляются как конкретные вектор-столбцы матриц W₁, связанных с группой лучей, или эквивалентно конкретные столбцы результирующей матрицы W=W₁*W₂. Следовательно, количество лучей в группе лучей представляется как количество столбцов соответствующего предварительного кодера. Перекрытие групп лучей внутри множества групп лучей может быть описано как предварительные кодеры (например, матрицы W₁), связанные с группой лучей, имеющей подмножество вектор-столбцов, находящихся в другом предварительном кодере (или кодерах) (например, другой матрице или матрицах W₁), связанных с другой группой лучей (или группами лучей) внутри множеств групп лучей. Выбор подмножества лучей из выбранной группы лучей представляется, например, как векторы/матрицы выбора столбца (например, матрица W₂), которые выбирают подмножество столбцов из матрицы, связанной с выбранной группой лучей (например, матрица W₁). При этом синфазирование или ортогонализация лучей на уровне поддиапазона может осуществляться при помощи дополнительных компонентов вектора или матрицы предварительного кодера (например, W₂, состоящей из фазовращателей, в дополнение к элементам выбора столбца).

Следовательно, применяют обратную связь от абонентского оборудования, при этом абонентское оборудование сначала измеряет информацию о состоянии канала и затем выбирает группу лучей из множества групп лучей в соответствии с широкополосной, или долговременной, информацией о состоянии канала, причем размер каждой группы лучей (т.е. количество лучей в каждой группе лучей из множества групп лучей), и/или количество групп лучей (т.е. количество групп лучей в множество групп лучей), и/или общая угловая область, охватываемая каждой группой лучей (т.е. общая угловая область, охватываемая от направления максимального усиления антенной решетки для первого луча до направления максимального усиления антенной решетки для последнего луча в каждой группе лучей в множестве групп лучей) зависит от ранга передачи, и/или при этом различные группы лучей перекрываются. Другими словами, характеристика множества групп лучей включает по меньшей мере одно из следующего: количество лучей в каждой группе лучей из множества групп лучей, количество групп лучей в множестве групп лучей, общая угловая область, охватываемая от направления максимального усиления антенной решетки для первого луча до направления максимального усиления антенной решетки для последнего луча в каждой группе лучей в множестве групп лучей. Для каждого поддиапазона абонентское оборудование выбирает подмножество лучей в выбранной группе лучей, при этом размер подмножества равен рангу передачи. Дополнительно, выбранное подмножество лучей может состоять из ортогональных друг другу лучей. Абонентское оборудование с целью передачи в канале связи по восходящей линии связи кодирует информацию обратной связи в формате двойной кодовой книги или формате предварительного кодера, используя матрицы W₁ и W₂, и передает упомянутый формат двойной кодовой книги в базовую станцию.

Базовая станция принимает обратную связь, переданную по каналу связи восходящей линии связи, декодирует информацию обратной связи и преобразует ее в формат или структуру двойной кодовой книги или предварительного кодера (т.е. в матрицы W₁ и W₂). Базовая станция вычисляет финальный предварительный кодер (т.е. весовые коэффициенты антенн) для использования при передаче в абонентское оборудование в каждом частотном поддиапазоне на основе матриц W₁ и W₂, например, при помощи умножения матриц в соответствии с выражением:

W=W₁*W₂

При передаче данных в абонентское оборудование базовая станция осуществляет взвешивание антенн в запланированных поддиапазонах в соответствии с весовыми коэффициентами в матрице W.

Для вычисления данных обратной связи, предназначенных для передачи в базовую станцию, абонентское оборудование сначала измеряет информацию о состоянии канала. В случае системы связи на основе LTE это измерение может осуществляться с использованием опорных сигналов, например, CSI-RS для восьми передающих антенн или CSI-RS для четырех (или меньшего количества) передающих антенн. Затем абонентское оборудование получает информацию о состоянии канала для всей полосы пропускания системы.

После получения абонентским оборудованием информации о состоянии канала может быть вычислена обратная связь (т.е. абонентское оборудование определяет группу лучей, а также выбирает луч для каждого поддиапазона). При использовании формата или структуры двойной кодовой книги абонентское оборудование выбирает для каждого поддиапазона широкополосную/долговременную матрицу W₁ предварительного кодера и матрицу W₂ предварительного кодера в зависимости от выбранной матрицы W₁ предварительного кодера. В одном из аспектов настоящего изобретения группу лучей выбирают при помощи матрицы W₁, тогда как матрицы W₁ и W₂ совместно формируют окончательные лучи (предварительные кодеры) в каждой группе лучей. Затем при помощи умножения матриц строят окончательные предварительные кодеры:

W=W₁*W₂

Обратимся теперь к фиг.6A и 6B, где показаны графические представления для вариантов формирования групп лучей в соответствии с концепциями настоящего изобретения. Следует понимать, что азимутальная характеристика усиления конкретного передающего луча не является плоской и точно ограниченной во всей внутренности угла, как это показано на чертежах. На фиг.6A проиллюстрированы четыре группы лучей для случая рангов 1-2 передачи, при этом каждая группа лучей включает, например, четыре луча. В соответствии с иллюстрацией на фиг.6B для рангов 3-4 передачи имеются две группы лучей, но с большей угловой областью (азимутальным разбросом), при этом каждая группа включает, например, восемь лучей. Размеры групп лучей и/или количество групп лучей и/или общая угловая область, охватываемая группами лучей, зависит от ранга передачи. Примеры записей кодовой книги для матриц W₁, W₂ предварительного кодера, поддерживающих такой формат или структуры, представлены ниже.

Обратимся теперь к фиг.7A и 7B, на которых показаны графические представления для вариантов формирования групп лучей в соответствии с концепциями настоящего изобретения. В проиллюстрированном варианте осуществления настоящего изобретения группы лучей перекрываются. Следует отметить, что количество групп лучей, размер групп лучей и угловая область, охватываемая каждой группой лучей, зависит от ранга передачи. Примеры записей кодовой книги для такого формата или структуры представлены ниже.

Как базовая станция, так и абонентское оборудование осведомлены о кодовой книге, построенной с использованием описанных принципов. Абонентское оборудование может выбирать записи кодовой книги с использованием, например, следующей схемы матричного выбора. Сначала абонентское оборудование вычисляет пространственную ковариационную матрицу R широкополосного канала связи:

R=E{H^H H},

где E - оператор математического ожидания, а оператор H в виде надстрочного индекса представляет собой эрмитов оператор (т.е. сопряжение и транспонирование соответствующей матрицы). Еще один (не являющийся надстрочным индексом) символ H представляет собой матрицу канала связи. Затем абонентское оборудование использует, например, без ограничения перечисленным, один из следующих способов выбора матрицы W₁.

В одном из примеров способа абонентское оборудование формирует все комбинации матриц

W=W₁*W₂

путем перебора (поиска) всех возможных вариантов для матриц W₁ и W₂. Этот поиск может быть выполняться по ширине полосы для матрицы W₂ (то есть по всей полосе пропускания системы) для ограничения сложности вычислений. Затем абонентское оборудование находит матрицу W предварительного кодера, которая уменьшает (например, минимизирует) хордальное расстояние, метрику Фубини-Штуди, или двунормальное расстояние в проекции до V, где матрица S,

R=USV^H

представляет собой сингулярную декомпозицию матрицы R. Матрицы U и V являются обычными унитарными матрицами, связанными с преобразованием матрицы R в диагональную матрицу S. Матрицу W₁ предварительного кодера выбирают как соответствующую улучшенной (например, оптимальной) матрице W.

В другом примере способа абонентское оборудование формирует все комбинации матриц

W=W₁*W₂

путем перебора всех возможных вариантов для матриц W₁ и W₂ (например, в широкополосном смысле). Затем абонентское оборудование находит матрицу W предварительного кодера, которая улучшает (например, максимизирует) емкость (например, максимизирует выражение):

Матрицу W₁ предварительного кодера выбирают как соответствующую улучшенной (например, оптимальной) W.

Для уменьшения сложности описанных выше способов комбинации

W=W₁*W₂

могут дискретизироваться таким образом, чтобы, например, только один луч из каждой группы лучей выбирался как представитель этой группы лучей, и выбор осуществляется на основе этого подмножества матриц W, при этом выбирают матрицу W₁, которая улучшает (например, максимизирует)

Второй вариант - выбирать матрицу W₁, улучшающую (например, максимизирующую)

trace(W₁ ^HRW₁)

После того как матрица W₁ широкополосного/долговременного предварительного кодера выбрана, для каждого частотного поддиапазона выбирают матрицы W₂ предварительного кодера, например, при помощи нахождения матрицы W₂, которая улучшает (например, максимизирует) пропускную способность заданного поддиапазона при условии выбора упомянутой матрицы W₁.

После того как абонентское оборудование определило группу лучей и выполнило выбор луча в этой группе лучей для каждого поддиапазона, оно кодирует упомянутый выбранный набор для передачи по каналу связи в восходящей линии связи. Обе матрицы W₁ и W₂ закодированы как индексы в кодовой книге, известной и базовой станции, и абонентскому оборудованию. Абонентское оборудование передает индекс выбранной матрицы W₁, а также индексы выбранных матриц W₂ в базовую станцию (например, формат двойной кодовой книги). В случае системы связи на основе LTE, каналом связи восходящей линии связи, используемым для передачи обратной связи, может быть физический канал управления восходящей линии связи (PUCCH) или PUSCH. В случае PUCCH предлагаются по меньшей мере два альтернативных решения для сигнализации.

В одном решении сигнализации индекс матрицы W₁ может быть кодирован вместе с указателем ранга передачи в первом отчете PUCCH, а индекс матрицы W₂ может быть кодирован вместе с указателями качества канала (CQI) в другом отчете PUCCH. В другом решении сигнализации указатель ранга передачи передают отдельно в первом отчете PUCCH, а индекс матрицы W₁, также как и индекс матрицы W₂ и CQI, закодированы в другом отчете PUCCH. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения данные для матрицы W₁, как и данные для матрицы W_2, могут передаваться с одинаковой частотой или данные для матрицы W₂ могут передаваться более часто, чем данные для матрицы W₁. В случае PUSCH вся информация, включая указатель ранга передачи, оба индекса кодовой книги (например, формат двойной кодовой книги), а также CQI будет передаваться в одном отчете PUSCH. Передача отчетов обратной связи PUSCH как правило инициируется базовой станцией, в отличие от PUCCH, где она выполняется периодически в соответствии с некоторыми полустатическими конфигурациями.

Базовая станция получает окончательную матрицу предварительного кодера как результат умножения матриц

W=W₁*W₂

Поскольку ни одна из матриц кодовых книг не является самодостаточной, прием обеих матриц в одном отчете может быть предпочтительным. Однако, так как матрица W₁ отражает широкополосные/долговременные свойства канала связи, передача отчета с матрицей W₁ может осуществляться с меньшей периодичностью, тогда как уточняющая матрица W₂ может передаваться с более высокой периодичностью. При условии что матрица остается в значительной степени постоянной во времени и выполняется безошибочная передача, применение такой раздельной сигнализации является допустимым.

Далее описан пример структуры кодовой книги для передачи групп лучей, зависящих от ранга, с рангом 1-4 передачи. В этом примере структуры имеются четыре группы лучей в случае рангов 1 и 2 передачи и две группы лучей, охватывающие большее пространство лучей, в случае рангов 3 и 4 передачи. Четыре группы лучей в случае рангов 1 и 2 передачи описываются с использованием блочно-диагональных матриц на основе дискретного преобразования Фурье следующим образом:

Упомянутые две группы лучей в случае рангов 3-4 передачи могут быть описаны следующим образом:

где

Соответствующие векторы/матрицы W₂ состоят из векторов выбора лучей, умножаемых на комплексное число для сдвига фазы вектора. Они перечислены ниже в таблице 3 только для ранга 1 передачи, однако структуры для рангов 2-4 передачи выводятся аналогично при помощи использования векторов выбора лучей рангов 2-4 с соответствующим сдвигом фаз. В таблице III, приведенной ниже, е_i обозначает вектор размерности 4×1, который выбирает i-тый луч, например

e₂=[0 1 0 0]^T

Таблица III Порядковый номер W2 Применимо для: 0 XP, ULA 1 XP 2 XP 3 XP 4 XP 5 XP 6 XP, ULA 7 XP 8 XP 9 XP, ULA 10 XP 11 XP 12 XP 13 XP 14 XP 15 XP, ULA

Далее описан пример структуры кодовой книги для перекрывающихся групп лучей и работы с рангами 1-2 передачи. В данном примере структуры имеются восемь групп лучей, которые частично перекрываются. Перекрытие можно заметить в матрицах W₁ - некоторые из столбцов такие же, как в двух соседних матрицах.

Соответствующие векторы/матрицы W₂ аналогичны первому примеру структуры кодовой книги (т.е. эти матрицы состоят из векторов-столбцов выбора лучей).

Таким образом, может быть достигнута улучшенная поддержка сценариев с высоким азимутальным разбросом в случае обратной связи по методу сетки лучей. Общее пространство сигналов может быть лучше охвачено частотно-селективным образом при наличии меньшей пространственной корреляции в канале связи (т.е. при более высоком азимутальном разбросе). Преимущества метода сетки лучей для режима MU-MIMO в случаях с сильной корреляцией также сохранены.

Обратимся к фиг.8, где проиллюстрировано графическое представление для одного из вариантов групп лучей для случая рангов 1-2 передачи в соответствии с концепциями настоящего изобретения. Первая группа лучей (обозначенная как группа лучей №1) включает четыре луча, где первый луч 810 имеет максимальное усиление, равное шести децибелам (дБ) в азимутальном направлении ноль градусов, а четвертый луч 820 имеет максимальное усиление в шесть децибел (дБ) в азимутальном направлении минус 22 градуса. Вторая группа лучей (обозначенная как группа лучей №2) включает четыре луча, где первый луч 830 имеет максимальное усиление в шесть децибел в азимутальном направлении 18 градусов, а четвертый луч 840 имеет максимальное усиление в шесть децибел (дБ) в азимутальном направлении минус 4 градуса. Диапазон 850 углов от направления максимального усиления антенной решетки для первого луча 810 до направления максимального усиления антенной решетки для четвертого (последнего) луча 820 в первой группе лучей составляет 22 градуса и перекрывается в угловой области с диапазоном углов 860 от направления максимального усиления антенной решетки для первого луча 830 до направления максимального усиления антенной решетки для четвертого (последнего) луча 840 во второй группе лучей (смежной группе лучей).

Обратимся теперь к фиг.9, где проиллюстрирована блок-схема алгоритма для одного из вариантов осуществления способа работы системы связи в соответствии с концепциями настоящего изобретения. После начального шага, или модуля, 910 элементы системы связи (например, абонентское оборудование и/или базовая станция), измеряет информацию о состоянии канала в нисходящей линии связи от базовой станции на шаге, или в модуле, 920. На шаге, или в модуле, 930 идентифицируют выбранную группу лучей из множества групп лучей в соответствии с одним из широкополосных свойств информации о состоянии канала, при этом характеристика множества групп лучей зависит от ранга передачи. Упомянутой характеристикой множества групп лучей может быть количество лучей в каждой группе лучей из упомянутого множества групп лучей, количество групп лучей в упомянутом множестве групп лучей и/или общая угловая область от направления максимального усиления антенной решетки для первого луча до направления максимального усиления антенной решетки для последнего луча в каждой группе лучей в упомянутом множестве групп лучей. На шаге, или в модуле, 940 идентифицируют выбранное подмножество лучей в выбранной группе лучей в соответствии по меньшей мере с одним поддиапазоном, при этом количество лучей в выбранном подмножестве лучей равно рангу передачи.

На шаге, или в модуле, 950 формируют кодированную информацию обратной связи с целью идентификации выбранной группы лучей и выбранного подмножества лучей для каждого диапазона в формате двойной кодовой книги. Упомянутый формат двойной кодовой книги структурирован в виде первой матрицы, представляющей выбранную группу лучей, и второй матрицы, представляющей выбранное подмножество лучей для каждого поддиапазона. Первая матрица может быть сформирована с применением множества столбцов, взятых из матриц дискретного преобразования Фурье с передискретизацией. При этом диапазон углов от направления максимального усиления антенной решетки для первого луча до направления максимального усиления антенной решетки для последнего луча в упомянутой выбранной группе лучей может перекрываться в угловой области с диапазонов углов от направления максимального усиления антенной решетки для первого луча до направления максимального усиления антенной решетки для последнего луча в соседней группе лучей. Упомянутая выбранная группа лучей может применяться для управления восемью передающими антеннами базовой станции. В соответствии с упомянутой кодированной информацией обратной связи формируют предварительный кодер (например, в базовой станции) для передачи сигнала в системе связи с использованием упомянутого формата двойной кодовой книги на шаге, или в модуле, 960. Способ заканчивается на шаге, или в модуле, 970.

Итак, в настоящем изобретении предложены устройство, способ и система для выбора группы лучей и подмножества лучей в системе связи. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство (например, выполненное в виде абонентского оборудования) включает процессор и память, включающую компьютерный программный код. Упомянутые память и программный код сконфигурированы для обеспечения вместе с упомянутым процессором измерения упомянутым устройством информации о состоянии канала нисходящей линии связи от базовой станции и для идентификации выбранной группы лучей из множества групп лучей в соответствии с широкополосным свойством упомянутой информации о состоянии канала. Упомянутая характеристика множества групп лучей зависит от ранга передачи. Упомянутые память и компьютерный программный продукт сконфигурированы также для обеспечения вместе с упомянутым процессором идентификации выбранного подмножества лучей в выбранной группе лучей в соответствии по меньшей мере с одним поддиапазоном. Количество лучей в выбранном подмножестве лучей равно упомянутому рангу передачи.

Дополнительно, упомянутые память и компьютерный программный код сконфигурированы также для обеспечения вместе с упомянутым процессором формирования упомянутым устройством кодированной информации обратной связи, идентифицирующей выбранную группу лучей и выбранное подмножество лучей для каждого диапазона в формате двойной кодовой книги и для передачи кодированной информации обратной связи в базовую станцию. Упомянутый формат двойной кодовой книги структурирован в виде первой матрицы, представляющей выбранную группу лучей, и второй матрицы, представляющей выбранное подмножество лучей для каждого поддиапазона. Первая матрица может быть сформирована с применением множества столбцов, взятых из матриц дискретного преобразования Фурье с передискретизацией. Также упомянутая характеристика множества групп лучей включает по меньшей мере одно из следующего: количество лучей в каждой группе лучей из упомянутого множества групп лучей, количество групп лучей в упомянутом множестве групп лучей, и/или общую угловую область от направления максимального усиления антенной решетки для первого луча до направления максимального усиления антенной решетки для последнего луча в каждой группе лучей в упомянутом множестве групп лучей. При этом выбранная группа лучей может перекрываться в общей угловой области (или угловой области) с соседней группой лучей. Например, диапазон углов от направления максимального усиления антенной решетки для первого луча до направления максимального усиления антенной решетки для последнего луча в упомянутой выбранной группе лучей может перекрываться в общей угловой области с диапазоном углов от направления максимального усиления антенной решетки для первого луча до направления максимального усиления антенной решетки для последнего луча в соседней группе лучей. При этом упомянутая группа лучей может характеризовать восемь передающих антенн.

В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения устройство (например, выполненное в виде базовой станции) включает процессор и память, включающую компьютерный программный код. Упомянутые память и программный код сконфигурированы для обеспечения вместе с упомянутым процессором приема упомянутым устройством от абонентского оборудования кодированной информации обратной связи, идентифицирующей выбранную группу лучей и выбранное подмножество лучей по меньшей мере для одного поддиапазона в формате двойной кодовой книги. Упомянутая выбранная группа лучей представляет собой одну группу из упомянутого множества групп лучей, соответствующую широкополосному свойству информации о состоянии канала, измеренной упомянутым абонентским оборудованием, при этом характеристика упомянутого множества групп лучей основана на ранге передачи. При этом упомянутое выбранное подмножество лучей в выбранной группе лучей выбирают в соответствии по меньшей мере с одним поддиапазоном, а количество лучей в выбранном подмножестве лучей равно упомянутому рангу передачи. Упомянутые память и компьютерный программный код сконфигурированы также для обеспечения вместе с упомянутым процессором формирования упомянутым устройством предварительного кодера для передачи сигнала в упомянутое абонентское оборудование с использованием упомянутого формата двойной кодовой книги. Несмотря на то что устройство, способ и система описаны в настоящем документе на примере сотовых систем связи, данные устройство и способ равно применимы к другим типам систем связи, например для системы связи WiMax®.

Программы или сегменты кода, представляющие различные варианты осуществления настоящего изобретения, могут храниться на машиночитаемом носителе или передаваться при помощи компьютерного сигнала данных в виде несущей волны или сигнала модулируемой несущей, через среду передачи. Например, различные варианты осуществления настоящего изобретения могут формироваться компьютерным программным продуктом, включающим программный код, хранимый на машиночитаемом носителе. Термин «машиночитаемый носитель» может включать любой носитель, способный хранить или передавать информацию. Примеры машиночитаемых носителей включают электронную схему, полупроводниковое запоминающее устройство, память «только для чтения» (read only memory, ROM), флэш-память, перезаписываемую ROM (erasable ROM, EROM), гибкий диск, ROM-память на компакт дисках (Compact Disk ROM, CD-ROM), оптический диск, жесткий диск, оптоволоконную среду передачи, радиочастотную (radio frequency, RF) линию связи и т.п. омпьютерный сигнал данных может включать любой сигнал, способный распространяться в среде передачи, например каналы связи сети электронной связи, оптоволоконные линии связи, линии радиосвязи, электромагнитные линии связи, радиочастотные линии связи и т.п. помянутые кодовые сегменты могут загружаться через такие компьютерные сети, как Интернет, Интранет и т.п.

В соответствии с предшествующим описанием данный пример осуществления настоящего изобретения включает как способ, так и соответствующее устройство, состоящее из различных модулей, которые обеспечивают функциональность для выполнения шагов упомянутого способа. Упомянутые модули могут быть реализованы в виде аппаратного обеспечения (выполнены в виде одного или более микросхем, включающих такие интегральные схемы,как, например, заказные интегральные схемы), или могут быть выполнены в виде программного или микропрограммного обеспечения, предназначенного для выполнения процессором компьютера. В частности, в случае программного или микропрограммного обеспечения данный пример осуществления настоящего изобретения может быть выполнен в виде компьютерного программного продукта, включающего структуру машиночитаемого носителя для хранения данных, реализующих компьютерный программный код (т.е. программное или микропрограммное обеспечения) для исполнения процессором компьютера.

Несмотря на детальное описание настоящего изобретения и его преимуществ, необходимо понимать, что в нем могут быть выполнены различные изменения, замены и модификации без выхода за его рамки, которые заданы пунктами приложенной формулы изобретения. Например, многие из отличительных особенностей и функций, описанных выше, могут быть реализованы в виде программного, аппаратного или микропрограммного обеспечения или же в виде их комбинации. Также, многие из отличительных особенностей, функций и шагов работы могут быть переупорядочены, пропущены, добавлены и т.п., оставаясь в широких рамках настоящего изобретения.

При этом рамки настоящей заявки не должны быть ограничены конкретными вариантами осуществления процедур, аппаратуры, изделий, материального состава, средств, способов или шагов, представленных в описании. Специалисты в данной области техники должны понять из описания настоящего изобретения, что в соответствии с настоящим изобретением могут использоваться процедуры, аппаратура, изделия, составы материалов, средства, способы или шаги, существующие ныне или разработанные в будущем, которые выполняют практически ту же функцию или дают практически тот же результат, что и соответствующие варианты осуществления настоящего изобретения, описанные в настоящем документе. Соответственно, пункты приложенной формулы изобретения имеют целью включение в свои рамки всех подобных процедур, аппаратуру, изделий, составов материалов, средств, способов или шагов.