用于多输入多输出通信的长期反馈的方法和装置技术领域
本公开的实施例涉及无线通信，并且更具体地多输入多输出
(MIMO)通信。
背景技术
由于时间和频率资源的有限性，提高资源利用效率一直是通信
技术中不懈追求的目标。MIMO技术能够利用空域在同一时频资源
块上同时传输多个数据流，从而有效地提升系统吞吐量。
两维(2D)MIMO传输已经被研究并被一些无线通信系统，例
如第三代合作伙伴项目(3GPP)的长期演进(LTE)所采纳。对于
2D-MIMO，传统的天线阵列被水平地布置以形成在水平平面上的波
束。为了利用来自三维(3D)无线信道的潜在增益，在无线通信领
域，例如在3GPP会议上，已经对3D MIMO进行讨论，例如讨论了
3D MIMO信道的建模。
为获得3D的MIMO信道，将使用平面(2D)天线阵列，以获
得垂直空间的增益。随着天线阵列的维度和信道维度的增加，关于
信道状态信息(CSI)的反馈量也将增加。然而，用于测量信道的资
源和用于反馈CSI的反馈信道容量是有限的，这意味着需要提出新
的反馈结构，并且需要设计针对3D MIMO的新的码本，以促进有效
的反馈。
在最近的3GPP技术报告中，已经确定了3D MIMO预编码器结
构。该3D MIMO预编码器被分成长期反馈和短期反馈。长期反馈提
供一组波束，而短期反馈从长期反馈的波束组中选择波束或者列，
并且执行不同天线极化间的相位调整。
在本公开的实施例中，提供了与长期反馈相关的解决方案。
发明内容
下面给出了对各实施例的简要概述，以提供对各种实施例的一
些方面的基本理解。该概述不旨在标识关键元素的要点或描述各种
实施例的范围。其唯一目的在于以简化形式呈现一些概念，作为对
后述更具体描述的前序。
本公开的第一方面提供一种无线通信网络中用于多输入多输出
MIMO通信的方法，包括：从设备接收用于所述MIMO通信的长期
预编码信息，所述长期预编码信息指示三维3D波束的集合，其中所
述3D波束的集合中的元素是通过将表示垂直波束组的第一矩阵的
一列与表示水平波束组的第二矩阵的同一列组合而获得的；从所述
设备接收用于所述MIMO通信的短期预编码信息，所述短期预编码
信息指示从所述3D波束的集合中选择的波束；根据所述长期预编码
信息和所述短期预编码信息，构造用于所述MIMO通信的预编码矩
阵；以及向所述设备发送根据所述预编码矩阵编码的数据。
在一个实施中，将表示垂直波束组的第一矩阵的一列与表示水
平波束组的第二矩阵的同一列组合可以包括：将所述第一矩阵的所
述一列与所述第二矩阵的所述同一列通过按元素进行克罗内克乘法
而组合。
在另一个实施例中，长期预编码信息可以指示具有如下结构的
长期码本W1：
其中，和分别为所述第一矩阵和所述第二矩阵，其中i和j分
别表示所述垂直波束组和所述水平波束组的索引；*表示按列进行克
罗内克乘法操作；和分别表示和的第k列；表示按元
素进行克罗内克乘法运算。
在一个实施例中，垂直波束组选自垂直波束集合BV；并且当垂
直天线端口数为2、4或者8时，所述BV可以是长期演进LTE版本
10或者版本12中所定义的用于相应天线数的码本的子集。
在另一实施例中，垂直波束组选自垂直波束集合BV；所述方法
可以进一步包括：在所述设备或者基站处，获得所述无线通信网络
中需要进行MIMO通信的设备的分布和用于所述MIMO通信的天线
配置中的至少一项；以及根据所述分布和所述天线配置中的所述至
少一项确定所述垂直波束集合BV。在一个实施例中，根据所述分布
和所述天线配置中的所述至少一项确定所述垂直波束集合BV可以包
括：确定所述分布中设备的最大下倾角和最小下倾角；以及根据所
述最大下倾角和最小下倾角来确定所述垂直波束集合BV的波束范
围。在另一个实施例中，根据所述分布和所述天线配置中的所述至
少一项确定所述垂直波束集合BV可以包括：确定所述分布中设备的
发射顶角的范围；以及根据所述分布对发射顶角的范围内的发射顶
角进行非线性量化，得到多个分段，使得每个分段内的设备数目的
差别最小；确定每个分段的代表下倾角；以及利用每个分段的代表
下倾角，构造所述垂直波束集合BV。
在又一实施例中，获得所述无线通信网络中需要进行MIMO通
信的设备的分布和用于所述MIMO通信的天线配置中的至少一项可
以包括：从预定的设备分布集合和天线配置集合中选择多种分布和
多种天线配置；并且其中根据所述分布和所述天线配置中的所述至
少一项确定所述垂直波束集合BV可以包括：针对所述多种分布和/
或多种天线配置分别产生波束集合，并且通过组合分别产生的多个
波束集合得到所述垂直波束集合BV。
在一个实施例中，垂直波束组选自垂直波束集合BV；并且对于
具有不同天线端口数的垂直天线配置，垂直波束集合可以不同；并
且具有较少天线端口数M’的垂直天线配置的垂直波束集合BV,M'可
以是具有较多天线端口数M的垂直天线配置的垂直波束集合BV,M的
子集；并且，BV,M'中的波束向量可以是BV,M中的波束向量的
一部分。
在另一实施例中，水平波束组选自水平波束集合BH；并且当水
平天线端口数为2、4或者8时，所述BH可以是长期演进LTE版本
10或者版本12中所定义的用于相应天线数的码本的子集。在另一实
施例中，水平波束组选自水平波束集合BH；并且当水平天线端口数
为6时，BH可以表示为：其中的索引为l的元素为
并且其中L表示水平域波束集
合中波束的总数目，T表示针对水平域的DFT矩阵的过采样因子，Tr
表示矩阵的转置。
在一些实施例中，垂直波束组选自垂直波束集合BV；所述垂直
波束集合BV可以是预定义的或者是通过高层信令由/向所述设备通
知的，或者是由所述设备在使用之前下载的；并且/或者，水平波束
组选自水平波束集合BH；所述水平波束集合BH可以是预定义的或
者是通过高层信令由/向所述设备通知的，或者是可在使用之前下载
的。
本公开的第二方面提供一种无线通信网络中用于MIMO通信的
方法，包括：向设备发送用于所述MIMO通信的长期预编码信息，
所述长期预编码信息指示三维3D波束的集合，其中所述3D波束的
集合中的元素是通过将表示垂直波束组的第一矩阵的一列与表示水
平波束组的第二矩阵的同一列组合而获得的；向所述设备发送用于
所述MIMO通信的短期预编码信息，所述短期预编码信息指示从所
述3D波束的集合中选择的波束；其中所述长期预编码信息和所述短
期预编码信息用于由所述设备用于构造用于所述MIMO通信的预编
码矩阵；以及从所述设备接收根据所述预编码矩阵编码的数据。
在一个实施例中，将表示垂直波束组的第一矩阵的一列与表示
水平波束组的第二矩阵的同一列组合可以包括：将所述第一矩阵的
所述一列与所述第二矩阵的所述同一列通过按元素进行克罗内克乘
法而组合。
在另一实施例中长期预编码信息可以指示具有如下结构的长期
码本W1：
其中，和分别为所述第一矩阵和所述第二矩阵，其中i和j分
别表示所述垂直波束组和所述水平波束组的索引；*表示按列进行克
罗内克乘法操作；和分别表示和的第k列；表示按元
素进行克罗内克乘法运算。
在一个实施例中，所述垂直波束组可以选自垂直波束集合BV；
该BV可以与本公开的第一方面中描述的相同。
在一个实施例中，水平波束组可以选自水平波束集合BH；并且
该BH可以与本公开的第一方面中描述的相同。
本公开的第三方面提供一种无线通信网络中用于多MIMO通信
的装置，包括第一接收单元，被配置为从设备接收用于所述MIMO
通信的长期预编码信息，所述长期预编码信息指示三维3D波束的集
合，其中所述3D波束的集合中的元素是通过将表示垂直波束组的第
一矩阵的一列与表示水平波束组的第二矩阵的同一列组合而获得
的；第二接收单元，被配置为从所述设备接收用于所述MIMO通信
的短期预编码信息，所述短期预编码信息指示从所述3D波束的集合
中选择的波束；预编码矩阵构造单元，被配置为根据所述长期预编
码信息和所述短期预编码信息，构造用于所述MIMO通信的预编码
矩阵；以及发射单元，被配置为向所述设备发送根据所述预编码矩
阵编码的数据。
在一个实施例中，所述垂直波束组可以选自垂直波束集合BV；
该BV可以与本公开的第一方面中描述的相同。
在一个实施例中，水平波束组可以选自水平波束集合BH；并且
该BH可以与本公开的第一方面中描述的相同。
在一个实施例中，垂直波束组选自垂直波束集合Bv，并且装置
可以进一步包括：信息获取单元，被配置为获得所述无线通信网络
中需要进行MIMO通信的设备的分布和用于所述MIMO通信的天线
配置中的至少一项；以及垂直波束集合确定单元，被配置为根据所
述分布和所述天线配置中的所述至少一项确定所述垂直波束集合
BV。
本公开的第四方面提供一种无线通信网络中用于MIMO通信的
装置，包括：第一发送单元，被配置为向设备发送用于所述MIMO
通信的长期预编码信息，所述长期预编码信息指示三维3D波束的集
合，其中所述3D波束的集合中的元素是通过将表示垂直波束组的第
一矩阵的一列与表示水平波束组的第二矩阵的同一列组合而获得
的；第二发送单元，被配置为向所述设备发送用于所述MIMO通信
的短期预编码信息，所述短期预编码信息指示从所述3D波束的集合
中选择的波束；其中所述长期预编码信息和所述短期预编码信息被
所述设备用于构造用于所述MIMO通信的预编码矩阵；以及接收单
元，被配置为从所述设备接收根据所述预编码矩阵编码的数据。在
一个实施例中，所述垂直波束组可以选自垂直波束集合BV；该BV
可以与本公开的第一方面中描述的相同。在一个实施例中，水平波
束组可以选自水平波束集合BH；并且该BH可以与本公开的第一方
面中描述的相同。
在一个实施例中，垂直波束组选自垂直波束集合Bv，并且该装
置可以进一步包括：信息获取单元，被配置为获得所述无线通信网
络中需要进行MIMO通信的设备的分布和用于所述MIMO通信的天
线配置中的至少一项；以及垂直波束集合确定单元，被配置为根据
所述分布和所述天线配置中的所述至少一项确定所述垂直波束集合
BV。
根据本公开的实施例的方法或装置，能够提高长期预编码信息
反馈的有效性，改善3D MIMO的性能。
尽管在附图中通过示例的方式示出了特定的实施例，然而，应
当理解，本文的具体实施例的描述不意在将实施例限制为所公开的
具体形式。
附图说明
从下文的公开内容和权利要求中，本公开的目的、优点和其他
特征将变得更加明显。这里仅出于示例的目的，参考附图来给出优
选实施例的非限制性描述，在附图中：
图1示出了示例性的、能够在其中实施本公开的实施例的方法
的无线通信系统的示意图；
图2a-2c示出根据本公开的实施例的、在MIMO的发送方实施
的方法的流程图；
图3a-3b示出了根据本公开的实施例的、在MIMO的接收方实
施的方法的流程图；
图4示出了根据本公开的实施例的、在MIMO的发送方实施的
装置的结构图；以及
图5示出了根据本公开的实施例的、在MIMO的接收方实施的
装置的结构图。
具体实施方式
在以下描述中，出于说明的目的而阐述许多细节。然而，本领
域普通技术人员将认识到可以在不使用这些具体细节的情况下实现
本公开的实施例。因此，本公开不旨在于受限于所示实施例、而是
将被赋予与本文描述的原理和特征一致的最宽的范围。
应当理解，术语“第一”、“第二”等仅被用来将一个元素与另
一个元素区分开来。而实际上第一元素也能够被称为第二元素，反
之亦然。另外还应当理解“包括”，“包含”仅被用来说明所陈述的
特征、元素、功能或者部件的存在，然而并不排除存在一个或者多
个其他的特征、元素、功能或者部件。
为了便于解释，本文中将以3GPP LTE/LTE-高级(LTE-A)为背
景介绍本公开的实施例，并且采用LTE/LTE-A中特定的术语，然而，
如本领域技术人员可以理解的，本公开的实施例绝不限于3GPP
LTE/LTE-A的应用环境，相反，而是可以被应用于任何存在类似问
题的无线通信系统中，例如WLAN，或者未来研制的其他通信系统
等。同样，本公开的实施例中的设备可以是用户设备(UE)，也可以
是具有无线通信功能任何终端，包括但不限于，手机、计算机、个
人数字助理、游戏机、可穿戴设备、以及传感器等。该术语UE能够
和移动站、订户站、移动终端、用户终端或无线设备互换使用。另
外，设备也可以是网络节点，例如节点B(Node B，或者NB)、基
本收发器站(BTS)、基站(BS)、或者基站子系统(BSS)、中继、
远程无线电头端(RRF)等。
在图1中给出了示例性的、能够在其中实施本公开的实施例的
方法的无线通信系统100的示意图。无线通信系统100可以包括一
个或者多个网络节点101，例如，在该示例中，网络节点101可以体
现为基站，例如演进的节点B(eNodeB，或eNB)。应当理解的是，
该网络节点101也可以体现为其它形式，例如节点B(Node B，或
者NB)、基本收发器站(BTS)、基站(BS)、或者基站子系统(BSS)，
中继器等。网络节点101可以为处于其覆盖范围之内的多个无线设
备(例如，UE 102-104)提供无线电连接。
网络节点101可以配备有2D天线阵列(例如，M行N列并具
有交叉极化的天线阵列)，以提供与UE的3D MIMO通信。在3GPP
RAN1会议上，已经确定了以下五种天线配置具有较高的优先级：布
置为两行两列双极化(表示为V2H2P2)的8发射无线电单元
(TXRU)，布置为两行三列双极化或者三行两列双极化(分别表示
为V2H3P2，V3H2P2)的12TXRU，以及布置为两行四列双极化或
者四行两列双极化(分别表示为V2H4P2，V4H2P2)的16TXRU。
该MIMO通信可以应用于从基站到UE的下行链路方向，也可
以应用于从UE到基站的上行链路方向。对于下行链路MIMO，UE
可以基于例如下行导频信号估计信道状态信息(CSI)并反馈给基站，
用于在基站侧获得用于下行MIMO通信的适当的传输参数。
预编码矩阵索引(PMI)是MIMO通信系统中的一种重要的信
道状态反馈信息，其指定用于MIMO的预编码矩阵的索引。在3GPP
会议上，已经同意3D MIMO的码本W3D采用如下的基本结构：
W3D＝W1W2 (1)
其中W1是长期和宽带的预编码矩阵(或者称为码本)反馈，其根据
长期CSI指示一组波束，而W2是短期和子带的预编码矩阵反馈，其
从W1定义的一组波束中进一步选取特定波束，即，从长期码本的波
束组中选取特定的列，并调整不同天线极化之间的相位。W1码本和
W2码本分别从相应的码本集合中选取并反馈给MIMO的发送端。
目前，在3GPP标准化过程中，对于MIMO码本的设计制定了
一些特殊要求，这些要求包括，例如，幅度恒定特性，嵌套特性；
其中幅度恒定特性要求码本的幅度恒定，即预编码不增加发射功率；
而嵌套特定要求针对低阶秩设计的码本是针对高阶秩设计的码本的
子集。而目前公开的关于3D MIMO码本的设计方案大多并不符合
3GPP制定的上述要求，并且需要较大的实现复杂度以及/或者较多的
标准化方面的工作投入。另外，3GPP标准中现存的码本是基于波束
网格(GoB)准则的，并且这些码本的设计中仅考虑了水平维度，
而未考虑垂直维度，因此对于3D MIMO信道并不适合。
为了利用3D MIMO信道中垂直域的潜在增益，长期码本的设计
应当将垂直域信道特性纳入考虑。另外，对于新引入的天线端口数
以及新的天线配置，也应当设计针对水平和垂直域的新的长期码本
和波束集合，以利用3D MIMO信道的潜在性能增益。
在本公开中，提出了生成以及反馈针对3D MIMO信道的长期码
本和波束集合的方法和装置。
作为示例，发送方(例如eNB)的2D天线阵列可以具有M行
和N列天线端口，在接收方(例如UE)，接收信号可以被表示为：
Y＝H3DW3Ds+n (2)
其中Y表示接收到的合并之前的信号，s表示发送信号，n表示噪声
和干扰，H3D表示3D信道，并且W3D表示3D预编码器，其可以由上
述公式(1)表示。如上所述，(1)式中W1是长期和宽带码本反馈，
其根据长期CSI指示一组波束，而W2是短期和子带的码本反馈，其
根据短期CSI从W1定义的一组波束中进一步选取特定波束，并调整
不同天线极化之间的相位。W1的结构可以表示如下：
其中表示克罗内克(Kronecker)乘法运算，其中，和可以
是分别从垂直波束集合BV和水平波束集合BH中选择的波束。
在(3)式中使用的传统的克罗内克乘法的概念是逐元素的相乘。
也就是说，一个2x2的矩阵与另一个2x2的矩阵的克罗内克乘积将
是一个4x4的矩阵，因为第一个矩阵的4个元素将与第二个矩阵的4
个元素分别相乘。换句话说，如果在中有x个波束，在中y个波
束，则通过原始的克罗内克乘法组合之后将得到x·y个3D波束。所
得到的3D波束的数目将直接影响短期码本的大小，因为短期码本将
从3D波束集合中进行波束选择。为了对长期码本中组合的3D波束
数目进行更精确的控制，本公开中提出新的长期预编码信息的表示
以及长期码本构建方法。
现在参考图2a，其示出根据本公开的实施例在无线通信网络(例
如网络100)中的用于MIMO通信的方法200的流程图。该方法200
可以由MIMO的发送方来执行，例如在下行MIMO的情况下由图1
中的eNB 101执行，或者在上行MIMO的情况下由图1中的UE
102-104中的任何一个执行。仅作为示例，在下文的描述中，该方法
由eNB执行。
如图2a所示，该方法200包括：在块S201处，eNB从设备(例
如UE 102)接收用于MIMO通信的长期预编码信息，该长期预编码
信息指示三维3D波束的集合，其中所述3D波束的集合中的元素是
通过将表示垂直波束组的第一矩阵的一列与表示水平波束组的第二
矩阵的同一列组合而获得的；在块S202，该eNB从设备接收用于该
MIMO通信的短期预编码信息，该短期预编码信息指示从所述3D波
束的集合中选择的波束；在块S203，eNB根据接收到的长期预编码
信息和短期预编码信息，构造用于该MIMO通信的预编码矩阵；以
及在块S204，eNB向设备发送根据所述预编码矩阵编码的数据。
在块S201处接收的长期预编码信息指示的3D波束的集合，其
元素是通过将表示垂直波束组的第一矩阵的一列与表示水平波束组
的第二矩阵的同一列组合而获得的，这种波束的组合方式中引入了
限制，即，仅使得第一矩阵的一列(例如第i列)与第二矩阵的同一
列(即同样为第i列)能够被组合，从而能够缩减最后获得的波束数，
使得短期反馈能够使用更小的码本从中选择波束。
在一个实施例中，通过将第一矩阵的一列与第二矩阵的同一列
通过按元素进行克罗内克乘法操作的方式进行组合。但是本公开的
实施例不限于此，而是可以采用任何适当的方式进行列组合，例如，
以各元素加权相乘方式的组合。
在本公开的一个实施例中，在块S201处接收的长期预编码信息
指示具有如下结构的长期码本W1：
其中，和分别为表示垂直波束组的第一矩阵和表示水平波束组
的第二矩阵，其中i和j分别表示所述垂直波束组和所述水平波束组
的索引；*表示按列进行克罗内克乘法操作；和分别表示和
的第k列；表示按元素进行克罗内克乘法运算。在该实施例中，
相比于(3)式所示的现有码本设计，使用逐列的克罗内克乘法(用
*表示)代替了逐元素的传统克罗内克乘法，从而对垂直域波束组和
水平域波束组的组合进行限制，有助于缩减获得的3D波束的数目以
及短期反馈的开销。同时，利用本公开的该实施例的方法，在获得
的3D波束数目一定的情况下，相比于传统方法，其能够允许水平波
数组和垂直波数组中有更多的波束，即，允许第一矩阵和第二矩阵
中有更多的列，这意味着水平波束和垂直波束能够被更精细地控制
以获得组合的3D波束。例如，假定和分别为2x4的矩阵，则
根据本公开的实施例的方法，可以获得4个3D波束；而根据传统方
法，要获得4个3D波束，和只能是2x2的矩阵。
在一个实施例中，垂直波束组选自垂直波束集合BV。例如，(3)
或者(4)中的可以选自垂直波束集合BV。因此，垂直波束集合BV
的设计直接影响长期码本W1的大小和效率。对于天线端口数为2、
4、8的天线配置，在3GPP标准版本10和12中已经定义了相应的
码本，具体定义可以参见TS 36.211第6.3.4节。然而3GPP中现有
的传统码本是针对若干天线配置优化的，例如近距离放置的单极化
(天线间距为波长/2)，近距离放置的交叉极化，远距离放置的交叉
极化(天线间距为4倍波长)。而在3D MIMO中，天线配置可以被
设为近距离放置的交叉极化。因此，针对若干天线配置优化的传统
码本对于3D MIMO特定的天线配置并不是最优的。因此，本公开提
出从传统码本中选取适用于特定垂直天线配置的一个子集用于3D
MIMO的垂直波束集合。因此，在一个实施例中，当垂直天线端口
数为2、4或者8时，BV可以是LTE版本10或者版本12中所定义
的用于相应天线数的码本的子集。这一方面能够提高码本的效率，
更一方面能够重用现有的设计。
在一个实施例中，垂直波束组选自垂直波束集合BV；并且
其中索引为k的波束表示为
并且的第m个元素表示为：
其中M表示垂直天线端口的数目，T表示过采样因子，例如，对于
8垂直天线端口和4倍过采样，TxM＝32。Tr表示矩阵的转置。在该
实施例中，垂直波束集合是离散傅里叶变换(DFT)矩阵的过采样。
DFT矩阵对于具有大角度扩展的场景，例如水平域，是一种好
的近似，然而，对于具有小角度扩展的垂直域，可能并不是优化的。
因此，在本公开的另一实施例中，可以采用新的码本设计以改进性
能，例如进一步降低反馈开销以及利用有限的码本大小来增加码本
分辨度。
在图2b中给出方法200的另一示例流程图。如图2b所示，该
方法200可以进一步包括利用以下方式构建垂直波束集合BV：在块
S205，获得所述无线通信网络中需要进行MIMO通信的设备的分布
和用于所述MIMO通信的天线配置中的至少一项；以及在块S206，
根据所述分布和所述天线配置中的所述至少一项确定所述垂直波束
集合BV。该构建(即块S205和S206)可以在执行该方法200的设
备处执行，例如对于下行MIMO的情况该设备为eNB；该构建也可
以由发送长期码本的设备执行，例如，对于上行MIMO该设备为
eNB。
在另一实施例中，可以在块S205假定特定的分布模型或者天线
配置模型，并在块S206根据该假定构建BV。
在又一实施例中，在块S205处，从预定的设备分布集合和天线
配置集合中选择多种分布和多种天线配置；并且在块S206处，针对
所述多种分布和/或多种天线配置分别产生波束集合，并且通过组合
分别产生的多个波束集合得到所述垂直波束集合BV。这可以避免针
对不同的用户分布模型和不同的天线配置定义多个码本。
另外，在(5)式中，k表示垂直波束集合中波束的索引，m表
示2D天线阵列(2D AAA)的垂直域的行索引。本公开的发明人注
意到，由于垂直域的角度扩展小，并不会选择所有波束来构成垂直
波束集合。另外，波束间隔与垂直天线端口数(2D AAA的行数)相
关。因此，可以进一步控制波束间隔以及波束范围，来长期缩小码
本，提高码本效率，缩减反馈开销。
从波束下倾角θ角度，垂直波束权重项可以被表示为：
对照(5)式，可以得到：
以及
其中θmax和θmin表示最大和最小下倾角，dV表示垂直天线端口间的天
线间隔，并且λ表示载波频率的波长，kmax表示在波束集合BV中具有
最大下倾角θmax的波束的索引，而kmin表示在波束集合BV中具有最小
下倾角θmin的波束的索引。
在本公开的一个实施例中，根据设备分布和天线配置中的至少
一项来确定垂直波束集合BV包括：例如在块S206，确定所述分布中
设备的最大下倾角θmax和最小下倾角θmin；以及根据该最大下倾角和
最小下倾角来确定所述垂直波束集合BV的波束范围。
在一个实施例中，可以根据利用固定的/预定的用户分布模型来
找到θmax和θmin；在另一实施例中，也可以在基站处基于UE的实际
分布来获得θmax和θmin。
在一个实施例中，可以将θmax和θmin之间的波束范围均匀划分成
各个波束，以得到垂直波束集合BV。在另一个实施例中，也可以使
用不均匀的波束的分布，这取决于用户的分布情况。
假定朝向UE的波束具有发射顶角(ZOD)θi(0≤θi≤π)，则对应
波束的预编码向量可以表示如下：
也就是说，码本的设计等价于设计一组下倾角Θ＝{θi|1≤i≤K}，这需
要对UE的ZOD进行量化，并使量化失真最小化。对于均匀分布的
UE，适合于使用线性量化找到最佳下倾角Θ，并根据前述过程计算
垂直码本。然而，UE在垂直域通常并非均匀分布的，因此，对该区
域进行等量量化并非最优的。在本公开中，提供了在设计下倾角时
使用非线性量化的实施例。
下面给出构建具有不均匀的波束分布的垂直波束集合BV的一个
示例。在该示例中，根据设备分布和天线配置中的至少一项确定所
述垂直波束集合BV，例如通过块S206实施。如图2c所示，该块S206
可以进一步包括：
在块S2061处，确定所述分布中设备的发射顶角的范围；例如
假定ZOD范围是[xup,xdown]，该范围的起始点和截止点分别为x0＝xup
和xK＝xdown。其中x0＝xup表示朝向UE的最高的波束，而xK＝xdown表示
朝向UE的最低的波束；
在块S2062处，根据所述分布对发射顶角的范围内的发射顶角
进行非线性量化，得到多个分段，使得每个分段内的设备数目的差
别最小；假定该范围被分成K＝2B个分段，X＝[x0,x1,…,xK]，作为示
例，分段点可以被计算如下，以使得处于各个分段内的UE尽可能相
等，但是本公开的实施例并不限于这种计算方式：
其中fX(x)表示具有下倾角x的UE的数目。
在块S2063处，确定每个分段的代表下倾角；各分段中的代表
下倾角Θ例如可以利用如下等式来获得，以使得该代表性的下倾角与
该分段内各UE的下倾角的差之和最小：
其中，表示在分段[xi,xi+1)内的第c个UE的ZOD。应该注意的是，
本公开的实施例不限于以任何特定的计算方式/公式来获得每个分段
的代表下倾角，而是可以采取任何适当的近似方式来确定用于波束
集合的一组代表下倾角；
进一步，在块S2064处，利用每个分段的代表下倾角，构造所
述垂直波束集合BV。由此构造出的垂直码本，是针对UE分布优化
的。
如上所述，利用基于波束空间的方法，秩为1的垂直码本可以
被描述为：其中第k个码本可以被表示为：
其中在一个实施例
中，对于具有不同天线端口数的垂直天线配置，垂直波束集合BV可
以不同，并且，针对M垂直天线端口数的垂直波束集合可以表示为
BV,M，而针对M’垂直天线端口数的垂直波束集合可以表示为BV,M'。
在一个实施例中，具有较少天线端口数M’的垂直天线配置的垂
直波束集合BV,M'是具有较多天线端口数M的垂直天线配置的垂直波
束集合BV,M的子集；例如，而
同时，BV,M'中的波束向量是BV,M中的波束向量的一部分，
例如
在另一实施例中，水平波束组选自水平波束集合BH。在3GPP
中已经存在针对2、4、8天线端口情况下的码本定义，然而3GPP
中现有的传统码本是针对若干天线配置优化的，例如近距离放置的
单极化(天线间距为波长/2)，近距离放置的交叉极化，远距离放置
的交叉极化(天线间距为4倍波长)；而在3D MIMO中，天线配置
可以被设为特定的配置，例如近距离放置的交叉极化。因此，重用
传统码本对于3D MIMO特定的天线配置并不是最优的，如果将其直
接重用作水平波束集合将导致冗余，并使得整体的长期码本效率低。
因此，在本公开的一个实施例中，为了降低由于引入垂直域波束组
而增加的整体的长期码本大小，将传统的水平码本中的若干条目应
移除，以获得水平波束集合BH。也就是说，在一个实施例中，当水
平天线端口数为2、4或者8时，BH可以是长期演进LTE版本10或
者版本12中所定义的用于相应天线数的码本的子集。
在现有的3GPP标准中，并不支持6天线端口的天线配置。而在
3D MIMO中，由可能存在水平天线端口数为6的2D天线阵列，因
此，在本公开中，还提供了针对水平天线端口数为6的设计方案。
在一个实施例中，水平波束组选自水平波束集合BH；并且当水平天
线端口数为6时，BH可以表示为其中的索引为l
的元素为并且其中L表示水平
域波束集合中波束的总数目，T表示针对水平域的DFT矩阵的过采
样因子。
应该注意的是，尽管在一些实施例中提供了构建垂直波束集合
BV的方法步骤，但是，在另外一些实施例中，垂直波束集合BV也可
以是预定义的。在一个实施例中，垂直波束集合BV可以由基站通过
高层信令向UE通知。在另一实施例中，BV也可以由设备(例如eNB，
UE)在使用之前下载。
类似的，水平波束集合BH也可以是预定义的或者是通过高层信
令由/向所述设备通知的，或者是可在使用之前下载的。
如本领域技术人员能够理解的，方法200还可以包括图2a-2c中
未示出的其他操作，例如根据垂直波束集合BV构造长期码本的操作。
该构造可以例如按照常规方法进行，因此，在本公开中不做详细描
述。
根据本公开的实施例，能够有效地提供长期预编码信息的指示。
在一些实施例中，能够基于设备的分布设计波束集合，使整体的长
期码本更有效，同时降低反馈开销，改进3D MIMO的性能。
现在参考图3a，其示出根据本公开的实施例在无线通信网络(例
如网络100)中用于MIMO通信的方法300的流程图。该方法300
与方法200对应，并且可以由MIMO的接收方来执行。例如，在下
行MIMO的情况下可以由图1中的UE 102来执行，或者在上行
MIMO的情况下由图1中的eNB 101来执行。仅作为示例，在下文
的描述中，该方法由UE执行。
如图3a所示，该方法300包括：在块S301处，向设备(例如
eNB)发送用于MIMO通信的长期预编码信息，该长期预编码信息
指示3D波束的集合，其中该3D波束的集合中的元素是通过将表示
垂直波束组的第一矩阵的一列与表示水平波束组的第二矩阵的同一
列组合而获得的；在块S302处，向该设备发送用于该MIMO通信的
短期预编码信息，该短期预编码信息指示从3D波束的集合中选择的
波束；其中长期预编码信息和短期预编码信息可以被该设备(例如
由eNB，在方法200的块S203处)用于构造用于该MIMO通信的
预编码矩阵；以及在块S303，从该设备接收根据所述预编码矩阵编
码的数据。该数据例如可以是由eNB在方法200的块S204处发送的。
执行该示例方法300的UE可以与执行示例方法200的eNB通
信，包括执行数据的发送和接收，以及与MIMO有关的反馈信息的
发送和接收。因此，在块S301中发送的长期预编码信息可以是参考
图2描述的方法200中在块S201处接收的长期预编码信息，因此，
关于图2和方法200进行的关于长期预编码信息、长期码本W1、垂
直波束集合BV、水平波束集合BH的描述在此同样适用，因此不再一
一重复。例如，在一个实施例中长期预编码信息可以指示具有(4)
式所示结构的长期码本W1。
在另一个实施例中，由第一矩阵表示的垂直波束组可以选自垂
直波束集合BV。在一个示例中，BV可以是长期演进LTE版本10或
者版本12中所定义的用于相应天线数的码本的子集。在另一示例中，
BV可以是根据UE的分布而构建的。例如，可以是根据如前结合图
2b所述的块S205、S206构建的，并且块S206可以包括参考图2c
所述的S2061-S2064中的操作。在上行MIMO的情况下，实施该方
法300的设备可以是eNB，因此，在一个实施例中，方法300中也
可以包括图2b中块S205-S206；并且在另一实施例中，块S206可以
进一步包括图2c中的S2061-S2064中的操作，如图3b所示。
图4示出根据本公开的实施例的在无线通信网络中用于多输入
多输出MIMO通信的装置400的示例性结构图。在一个实施例中，
装置400可以被实施为MIMO通信中的发送方(例如，eNB 101或
者UE 102)或其的一部分。装置400可操作用于执行参照图2a-2c
所描述的方法200，以及任何其他的处理和方法。应当理解，方法
200不局限于由装置400来执行，方法200的至少一些块也可以由其
他的装置或者实体来执行。
如图4所示，装置400包括第一接收单元401，被配置为从设备
接收用于MIMO通信的长期预编码信息，所述长期预编码信息指示
3D波束的集合，其中3D波束的集合中的元素是通过将表示垂直波
束组的第一矩阵的一列与表示水平波束组的第二矩阵的同一列组合
而获得的；第二接收单元402，被配置为从所述设备接收用于所述
MIMO通信的短期预编码信息，所述短期预编码信息指示从所述3D
波束的集合中选择的波束；预编码矩阵构造单元403，被配置为根据
所述长期预编码信息和所述短期预编码信息，构造用于所述MIMO
通信的预编码矩阵；以及发射单元404，被配置为向所述设备发送根
据所述预编码矩阵编码的数据。
由于装置400可操作用于执行参照图2a-2c所描述的方法200，
因此，关于图2a-2c和方法200所进行的关于长期预编码信息、短期
预编码信息、以及长期码本W1、垂直波束集合BV、水平波束集合
BH的描述在此同样适用，并不再重复。例如，在装置400中可以进
一步包括用于信息获取单元405，被配置为获得所述无线通信网络中
需要进行MIMO通信的设备的分布和用于所述MIMO通信的天线配
置中的至少一项；以及垂直波束集合确定单元406，被配置为根据所
述分布和所述天线配置中的所述至少一项确定所述垂直波束集合
BV。
如本领域技术人员能够理解的，装置400还可以包括其他图4
中未示出的单元，例如根据垂直波束集合BV构造长期码本的单元。
图5示出根据本公开的实施例的在无线通信网络中用于多输入
多输出MIMO通信的装置500的示例性结构图。在一个实施例中，
装置500可以被实施为MIMO通信中的接收方(例如，eNB 101或
者UE 102)或其的一部分，并且可以与装置400进行MIMO通信。
装置500可操作用于执行参照图3所描述的方法300，以及任何其他
的处理和方法。应当理解，方法300不局限于由装置500来执行，
方法300的至少一些块也可以由其他的装置或者实体来执行。
如图5所示，装置500包括第一发送单元501，被配置为向设备
(例如eNB)发送用于所述MIMO通信的长期预编码信息，所述长
期预编码信息指示3D波束的集合，其中3D波束的集合中的元素是
通过将表示垂直波束组的第一矩阵的一列与表示水平波束组的第二
矩阵的同一列组合而获得的；第二发送单元502，被配置为向所述设
备发送用于所述MIMO通信的短期预编码信息，所述短期预编码信
息指示从所述3D波束的集合中选择的波束；其中所述长期预编码信
息和所述短期预编码信息可以被该设备(例如eNB)用于构造用于
所述MIMO通信的预编码矩阵；以及接收单元503，被配置为从所
述设备接收根据所述预编码矩阵编码的数据。
由于装置500可操作用于执行参照图3所描述的方法300，并与
装置400通信，因此，关于方法200、300所进行的关于长期预编码
信息、短期预编码信息、以及长期码本、垂直波束集合BV、水平波
束集合BH的描述在此同样适用，并不再重复。例如，在一个实施例
中，该装置实施为基站的一部分(例如对于UL MIMO)，并且该装
置可以进一步包括信息获取单元504，被配置为获得所述无线通信网
络中需要进行MIMO通信的设备的分布和用于所述MIMO通信的天
线配置中的至少一项；以及垂直波束集合确定单元505，被配置为根
据所述分布和所述天线配置中的所述至少一项确定所述垂直波束集
合BV。在一个实施例中，该垂直波束集合确定单元505可以被配置
为执行块206、2061-2064中的至少部分功能。
本公开的实施例所提出的方法和装置的优点包括以下的至少一
项：
-能够有效地设计用于3D MIMO的长期码本；
-使得长期码本适用于特定的UE分布；
-来减小长期码本的大小和反馈开销；以及
-实现3D-MIMO系统性能的改善。
本领域技术人员将容易地认识到，各种上述各种方法中的块或
者步骤可以通过编程的计算机来执行。在本公开中，一些实施例还
意在涵盖程序存储设备，例如，数字数据存储介质，这是机器或计
算机可读的并且编码机器可执行或计算机可执行的指令程序，其中，
所述指令执行上述方法的一些或所有步骤。程序存储设备可以是，
例如，数字存储器、诸如磁盘和磁带的磁存储介质、硬盘驱动器或
光学可读数字数据存储介质。该实施例还意在涵盖编程为执行所述
上述方法的步骤的计算机。
在附图中示出的装置的各种元件的功能，可以通过使用软件、
专用硬件以及与适当软件相关联的能够执行软件的硬件、或者固件、
或者其结合来提供。当由处理器提供时，该功能可以由单个专用处
理器、由单个共享处理器或由多个单独的处理器来提供。此外，术
语“处理器”可以包括但不限于，数字信号处理器(DSP)硬件、网
络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)，用
于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和非
易失性存储装置。还可以包括其他常规和/或定制的硬件。
本领域技术人员应当理解，说明书和附图仅仅说明本公开的原
理。因此，应当理解，本领域的技术人员将能够设计出各种布置，
虽然这里没有明确地描述或示出，但是该布置体现本公开的原理并
且被包括在本公开的精神和范围内。此外，这里阐述的所有示例主
要旨在明确仅用于教学目的，以帮助读者理解本公开的原理和发明
人贡献的用于促进本领域的概念，并且应被解释为不限于这些具体
阐释的示例和条件。而且，这里阐述本公开的原理、方面和实施例
的所有阐述及其具体示例也意在包含其等同物。