TWI470951B - 在無線通信系統中之校準及波束成形 - Google Patents

Description

在無線通信系統中之校準及波束成形

本揭示案大體上係關於通信，且更特定言之係關於無線通信系統中的傳輸技術。

本申請案主張2007年10月3日申請之名為"METHOD AND APPARATUS FOR CALIBRATION AND BEAMFORMING"的美國臨時申請案第60/977,359號之優先權，該案已讓與給本受讓人，且在此以引用之方式併入本文中。

無線通信系統經廣泛布署以提供諸如語音、視訊、封包資料、訊息傳輸、廣播等之各種通信內容。此等無線系統可為能夠藉由共用可用系統資源而支援多個使用者的多向存取系統。此等多向存取系統之實例包括分碼多向存取(CDMA)系統、分時多向存取(TDMA)系統、分頻多向存取(FDMA)系統、正交FDMA(OFDMA)系統及單載波FDMA(SC-FDMA)系統。

無線通信系統可包括若干節點B，該若干節點B可支援若干使用者設備(UE)的通信。節點B可經由下行鏈路及上行鏈路與UE通信。下行鏈路(或前向鏈路)指代自節點B至UE之通信鏈路，且上行鏈路(或反向鏈路)指代自UE至節點B的通信鏈路。節點B可利用多個天線來向UE處之一或多個天線傳輸資料。需要以達成良好效能之方式傳輸資料。

本文中描述用於執行無線通信系統中之校準及波束成形的技術。在一態樣中，節點B可在每一校準時間間隔中與一組UE週期性執行校準以獲得用於節點B的校準向量。節點B可應用該校準向量以解決節點B處之傳輸鏈及接收鏈之回應中的失配。

在一設計中，在每一校準時間間隔中，節點B可選擇一組UE以執行校準，例如，具有良好頻道品質的UE。節點B可向所選擇之UE發送訊息以進入校準模式。節點B可接收來自每一所選擇之UE的下行鏈路頻道估計，且亦可接收來自UE處之至少一天線的至少一探測(sounding)參考信號。節點B可基於自UE接收到之探測參考信號而導出每一所選擇之UE的上行鏈路頻道估計。節點B可基於UE之下行鏈路頻道估計及上行鏈路頻道估計而導出用於每一所選擇之UE的至少一初始校準向量。節點B接著可基於用於所有所選擇之UE的初始校準向量而導出用於其自身的校準向量。節點B可應用該校準向量，直至校準向量在下一校準時間間隔中被更新為止。

在另一態樣中，節點B可藉由考慮UE處之多個天線的增益不平衡而執行至UE的波束成形。增益不平衡可係歸因於UE處之接收鏈及/或傳輸鏈中的可變增益。在一情境中，節點B可藉由考慮歸因於UE處之多個天線之接收鏈的不同自動增益控制(AGC)增益之增益不平衡而判定預編碼矩陣。在另一情境中，節點B可藉由考慮歸因於以下兩者之增益不平衡而判定預編碼矩陣：(i)UE處之多個天線之傳輸鏈的不同功率放大器(PA)增益，及/或(ii)多個天線的不同天線增益。

在一設計中，節點B可接收來自UE之至少一增益比，其中每一增益比係藉由相關聯天線之增益及UE處之參考天線的增益來判定。每一增益可包含一AGC增益、一PA增益、一天線增益等。節點B可基於UE之頻道矩陣及藉由至少一增益比形成之增益矩陣來判定複合頻道矩陣。在另一設計中，節點B可接收來自UE處之多個天線的探測參考信號。可由UE以基於一天線之增益比而判定之功率位準自彼天線傳輸每一探測參考信號。節點B可基於探測參考信號而獲得複合頻道矩陣。對於兩個設計而言，節點B可基於複合頻道矩陣判定預編碼矩陣，該複合頻道矩陣可能已擷取UE處的增益不平衡。節點B可接著藉由預編碼矩陣執行用於UE的波束成形。

以下更詳細地描述本揭示案之各種態樣及特徵。

本文中所描述之技術可用於各種無線通信系統，諸如，CDMA、TDMA、FDMA、OFDMA、SC-FDMA及其他系統。通常互換地使用術語"系統"與"網路"。CDMA系統可實施諸如通用陸地無線電存取(UTRA)、cdma2000等之無線電技術。UTRA包括寬頻CDMA(W-CDMA)及CDMA的其他變型。cdma2000涵蓋IS-2000、IS-95及IS-856標準。TDMA系統可實施諸如全球行動通信系統(GSM)之無線電技術。OFDMA系統可實施諸如演進型UTRA(E-UTRA)、超行動寬頻(UMB)、IEEE 802.11(Wi-Fi)、IEEE 802.16(WiMAX)、IEEE 802.20、Flash-OFDM等的無線電技術。UTRA及E-UTRA為通用行動電信系統(UMTS)的部分。3GPP長期演進(LTE)為使用E-UTRA之UMTS之即將來臨的版本，其在下行鏈路上使用OFDMA且在上行鏈路上使用SC-FDMA。UTRA、E-UTRA、UMTS、LTE及GSM描述於來自名為"第三代合作夥伴計劃"(3GPP)之組織的文獻中。cdma2000及UMB描述於來自名為"第三代合作夥伴計劃2"(3GPP2)之組織的文獻中。為了清楚起見，以下針對LTE描述該等技術之某些態樣，且LTE術語用於以下描述之大部分中。

圖1展示可為LTE系統之無線通信系統100。系統100可包括若干節點B 110及其他網路實體。節點B可為與UE通信之固定台，且亦可稱為演進型節點B(eNB)、基地台、存取點等。每一節點B 110提供特定地理區域的通信覆蓋。為了改良系統容量，可將節點B之整個覆蓋區域分割成多個(例如，三個)較小區域。每一較小區域可由各別節點B子系統來伺服。在3GPP中，術語"小區"可指代節點B之最小覆蓋區域及/或伺服此覆蓋區域之節點B子系統。

UE 120可分散在整個系統中，且每一UE可為固定的或行動的。UE亦可稱為行動台、終端機、存取終端機、用戶單元、台等。UE可為蜂巢式電話、個人數位助理(PDA)、無線數據機、無線通信器件、掌上型器件、膝上型電腦、無線電話等。

系統可支援用於下行鏈路及/或上行鏈路上之資料傳輸的波束成形。為了清楚起見，以下描述之大部分係針對下行鏈路上之波束成形。波束成形可用於自節點B處之多個傳輸天線至UE處之單個接收天線的多入單出(MISO)傳輸。用於MISO傳輸之波束成形可表達如下：

x =vs ，　等式(1)

其中s 為資料符號之向量，

v 為用於波束成形之預編碼向量，及

x 為輸出符號的向量。

預編碼向量v 亦可稱為波束成形向量、導引向量等。可基於自節點B處之多個傳輸天線至UE處之單個接收天線的MISO頻道之頻道回應向量h 而導出預編碼向量v 。在一設計中，可使用頻道回應向量h 為頻道回應矩陣之一行基於偽本徵-波束成形導出預編碼向量v 。波束成形可提供較高之信號雜訊干擾比(SINR)，其可支援較高資料速率。

波束成形亦可用於自節點B處之多個傳輸天線至UE處之多個接收天線的多入多出(MIMO)傳輸。波束成形可在藉由節點B處之多個傳輸天線及UE處之多個接收天線形成的MIMO頻道之多個本徵模式(eigenmode)上發送資料。MIMO頻道矩陣H 可由奇異值分解而對角線化如下：

H=UDV ，　等式(2)

其中U 為H 之左本徵向量的麼正矩陣，

V 為H 之右本徵向量的麼正矩陣，及

D 為H 之奇異值的對角線矩陣。

亦可稱為本徵波束成形之用於MIMO傳輸的波束成形可表達如下：

x =Vs 。　等式(3)

如等式(3)中所示，右本徵向量矩陣V 可用作波束成形之預編碼矩陣。預編碼矩陣亦可稱為波束成形矩陣、導引矩陣等。經波束成形之傳輸可提供優於未經波束成形之傳輸的顯著增益，特別是當所傳輸之層(或秩)的數目小於節點B處之傳輸天線的數目時。此通常可能為非對稱天線情境下的狀況，其中節點B處之傳輸天線之數目大於UE處之接收天線的數目。

系統可支援針對下行鏈路及上行鏈路之各種參考信號以有助於波束成形及其他功能。參考信號為基於已知資料產生之信號，且亦可稱為導頻、序文、訓練、探測等。參考信號可由接收器用於各種用途，諸如，頻道估計、相干解調變、頻道品質量測、信號強度量測等。表1列出可在下行鏈路及上行鏈路傳輸之一些參考信號，且提供每一參考信號的簡短描述。特定小區參考信號亦可稱為共同導頻、寬頻導頻等。特定UE參考信號亦可稱為專用參考信號。

系統可利用分時雙工(TDD)。對於TDD而言，下行鏈路及上行鏈路共用同一頻譜或頻道，且在同一頻譜上發送下行鏈路及上行鏈路傳輸。下行鏈路頻道回應因此可與上行鏈路頻道回應相關。互反原理可能允許基於經由上行鏈路發送之傳輸來估計下行鏈路頻道。此等上行鏈路傳輸可為參考信號或上行鏈路控制頻道(其亦可用作解調變之後的參考符號)。上行鏈路傳輸可允許經由多個天線估計空間選擇性頻道。

在TDD系統中，頻道互反性可僅對於無線頻道為有效的，其亦可稱為實體傳播頻道。在節點B處之傳輸鏈及接收鏈的回應或傳送特性與UE處之傳輸鏈及接收鏈的回應之間可存在顯著差異。有效/等效頻道可由傳輸鏈及接收鏈以及無線頻道構成。有效頻道歸因於節點B及UE處之傳輸鏈及接收鏈之回應的差異而可能並非為互反的。

圖2展示節點B 110及UE 120處之傳輸鏈及接收鏈的方塊圖，該節點B 110及UE 120可為圖1中之節點B中之一者及UE中的一者。對於下行鏈路而言，在節點B處，輸出符號(指示為x _D )可藉由傳輸鏈210處理，並經由天線212且經由具有回應h 之無線頻道來傳輸。在UE處，下行鏈路信號可藉由天線252接收並藉由接收鏈260來處理以獲得接收到的符號(指示為y _D )。藉由傳輸鏈210進行之處理可包括數位類比轉換、放大、濾波、增頻轉換等。藉由接收鏈260進行之處理可包括降頻轉換、放大、濾波、類比數位轉換等。

對於上行鏈路而言，在UE處，輸出符號(指示為x _U )可藉由傳輸鏈270處理，且經由天線252且經由無線頻道來傳輸。在節點B處，上行鏈路信號可藉由天線212接收，並藉由接收鏈220處理以獲得接收到之符號(指示為y _U )。

對於下行鏈路而言，在UE處接收到之符號可表達如下：

y _D =σ‧h ‧τ‧x _D =h _D ‧x _D ，　等式(4)

其中τ為節點B處傳輸鏈210的複增益，

σ為UE處之接收鏈260的複增益，及

h _D =σ‧h ‧τ為自節點B至UE的有效下行鏈路頻道。

對於上行鏈路而言，在節點B處接收到之符號可表達如下：

y _U =ρ‧h ‧π‧x _U ,　等式(5)

其中π為UE處之傳輸鏈270的複增益，

ρ為節點B處之接收鏈220的複增益，及

h _U =ρ‧h ‧π為自UE至節點B的有效上行鏈路頻道。

如等式(4)及(5)中所示，無線頻道h 可經假設以針對下行鏈路及上行鏈路為互反的。然而，有效上行鏈路頻道與有效下行鏈路頻道可能並非為互反的。需要知曉傳輸鏈及接收鏈之回應及其對針對有效下行鏈路頻道及上行鏈路頻道之互反性假設之精度的影響。此外，節點B及/或UE可裝備有天線陣列，且每一天線可具有其自身的傳輸/接收鏈。不同天線之傳輸/接收鏈可具有不同回應，且可執行天線陣列校準以解決不同回應。

一般而言，可執行校準以解決與天線陣列相關聯的兩種失配：

‧歸因於實體天線系統/結構之失配-此等失配包括互耦效應、塔效應(tower effect)、天線位置之不完全認識、歸因於天線纜線布置的振幅及相位失配等，及

‧歸因於每一天線之傳輸/接收鏈中之硬體元件的失配-此等失配包括接收鏈中之低雜訊放大器(LNA)及/或傳輸鏈中之功率放大器(PA)的類比濾波、I及Q不平衡、相位及增益失配，不同非線性效應等。

可執行校準，使得可藉由量測在其他鏈路上發送之參考信號而估計一鏈路的頻道。校準亦可經執行以解決上行鏈路天線切換，當UE裝備有兩個天線、兩個接收鏈但僅一傳輸鏈時，上行鏈路天線切換可經使用以獲得上行鏈路傳輸分集。上行鏈路天線切換可用於時間切換傳輸分集(TSTD)或選擇傳輸分集(STD)。可(i)在TSTD情況下交替地經由兩個天線或(ii)在STD情況下經由較好天線發送上行鏈路信號。對於STD而言，UE可交替地經由兩個天線來發送探測參考信號(SRS)，以允許節點B選擇較好天線。射頻(RF)開關可藉由在任何給定時刻將PA輸出連接至兩個天線中之任一者而支援TSTD或STD。

可如下支援TDD系統中之波束成形。以經波束成形之模式操作的UE可經組態以在上行鏈路上發送探測參考信號。在具有互反之下行鏈路及上行鏈路之對稱情境下，節點B可基於自UE接收到的探測參考信號而導出用於每一UE之波束成形的預編碼矩陣。因此，UE並不需要向節點B發送預編碼資訊，其可避免反饋錯誤。節點B可在下行鏈路上向每一UE發送特定UE參考信號。節點B可藉由用於資料之同一預編碼矩陣來預編碼特定UE參考信號，且可在用於傳輸之每一資源區塊中發送經預編碼的參考信號。UE可將經預編碼之參考信號用於解調變，且可能不需要知曉由節點B使用的預編碼矩陣。此可避免在下行鏈路上向UE發送預編碼矩陣識別符(PMI)的需要。

可對於具有互反之下行鏈路及上行鏈路的對稱及非對稱情境簡化波束成形。可執行校準以判定可解決傳輸鏈及接收鏈之回應的差異之校準向量，使得下行鏈路頻道為上行鏈路頻道的互反物。

校準程序可藉由節點B起始，並藉由一組UE來輔助。以下描述假設節點B及UE處之傳輸鏈及接收鏈在每傳輸天線之若干連續子載波上具有平坦回應，其中相干頻寬等於指派至每一傳輸天線以用於探測的子載波之數目。可因此基於參考信號而獲得頻道回應。

圖3展示用於校準之節點B及N個UE 1至N的方塊圖。節點B具有分別針對M個天線312a至312m之M個傳輸/接收鏈310a至310m。一般而言，每一UE可具有一或多個天線。為了校準目的，給定UE之每一天線可被當作獨立UE。在圖3中，每一UE具有針對一天線352的傳輸/接收鏈360。

可針對節點B處之每一天線i 界定有效失配β _i 如下：

β _i =，　其中i =1,...,M，　等式(6)

其中τ _i 為節點B處之天線i 之傳輸鏈的複增益，及

ρ _i 為節點B處之天線i 之接收鏈的複增益。

可針對UEj 界定有效失配αj 如下：

α _j =，　其中j =1,...,N，　等式(7)

其中π _i 為UEj 之傳輸鏈的複增益，及

σ _i 為UEj 之接收鏈的複增益。

自節點B之天線i 至UEj 之下行鏈路頻道可指示為。自UEj 至節點B之天線i 之上行鏈路頻道可指示為。藉由TDD頻道之互反性，對於i 及j 之所有值而言，。

M個節點B天線的有效失配β₁ 至β_M 可經估計以校準節點B。可能無必要校準UE。然而，如下所述，UE應正常傳輸用於校準及波束成形的探測參考信號。

自節點B之天線i 至UEj 之有效下行鏈路頻道可表達如下：

=τ _i ‧‧σ _j 。　等式(8)

UEj 可基於在下行鏈路上自每一節點B之天線發送的特定小區參考信號而估計有效下行鏈路頻道。

自UEj 至節點B之天線i 之有效上行鏈路頻道可表達如下：

=π _j ‧‧ρ _i 。　等式(9)

節點B可基於在上行鏈路上藉由UEj 發送之探測參考信號而估計有效上行鏈路頻道。

節點B之天線i 及UEj 之校準因數c _ij 可表達如下：

等式(10)假設無線頻道之互反性，使得

可獲得用於UEj 之校準向量C _j 如下：

C _j =[c _{1 j} c _{2 j} ...c _{M j} ]=[β₁ /α _j β₂ /α _j ... β_M /α _j ]。　等式(11)

節點B可經校準直至一縮放常數。可接著界定校準向量如下：

=C _j ‧=[1 β₂ /β₁ ... β_M /β₁ ]。　等式(12)

如等式(12)中所示，校準向量之要素獨立於指數j ，即使其係基於UEj 之量測而導出。此意謂，應用至節點B處之校準向量並不需要解決UE處的失配。節點B可獲得用於N個UE之N個校準向量至。節點B可導出最終校準向量C 如下：

C =f (,...,)，　等式(13)

其中f ()可為N個校準向量之簡單平均函數，或使用最小均方誤差(MMSE)或一些其他技術來組合N個校準向量的函數。若頻道增益或為過小的，則校準可能因雜訊增強而為不精確的。MMSE估計器可用以較好地組合具有不同雜訊特性的N個校準向量。

在一設計中，可執行校準如下：

1.節點B決定執行校準，並選擇具有強之頻道品質指示符(CQI)及相對較低的都卜勒(Doppler)之N個UE用於校準。

2.節點B向N個UE發送訊息以進入校準模式。

3.每一UE量測來自每一節點B天線之特定小區參考信號以獲得彼天線的有效下行鏈路頻道估計。UE可選定最接近由UE進行之探測參考信號的下一傳輸之特定小區參考信號，從而解決UE處的處理時間。

4.每一UE使用足夠數目之位元(例如，6位元實/虛量化)發送回每一節點B天線的有效下行鏈路頻道估計，且亦同時發送探測參考信號。

5.節點B量測來自每一UE天線的探測參考信號以獲得UE天線的有效上行鏈路頻道估計，且如等式(10)中所示計算每一節點B天線的校準因數c _ij 。節點B亦可使用MMSE估計來獲得c _ij 。

6.如等式(12)中所示，節點B判定用於每一UE之校準向量。

7.如等式(13)中所示，節點B基於用於所有UE之校準向量計算用於其自身的校準向量C 。

8.當藉由校準得以滿足時，節點B退出校準模式。

UE亦可執行校準以獲得用於自身的校準向量。UE可在不同時間與一節點B執行校準及/或與不同節點B執行校準以改良校準向量的品質。

台(例如，節點B或UE)可藉由執行校準而獲得校準向量，且可在傳輸側或接收側上應用合適型式的校準向量。藉由所應用之校準向量，可基於經由其他鏈路接收到之參考信號而估計一鏈路的頻道回應。舉例而言，節點B可基於在上行鏈路自UE接收到之探測參考信號而估計下行鏈路頻道回應。節點B可接著基於自所估計之下行鏈路頻道回應導出之預編碼向量而執行波束成形。校準向量應簡化頻道估計，且不應不利地影響資料傳輸效能。

圖4展示使用波束成形之資料傳輸，及使用校準與不使用校準的資料接收。為了簡單起見，圖4假設，傳輸器(例如，節點B或UE)不具有傳輸/接收失配，且應用識別碼/無校準。

圖4之上半部分展示無校準的接收器(例如，UE或節點B)。來自傳輸器之資料符號係藉由波束成形矩陣V 來預編碼，且經由具有頻道矩陣H 之MIMO頻道來傳輸。接收器處之接收到之符號可表達如下：

y =HVs +n ，　等式(14)

其中s 為藉由傳輸器發送之資料符號的向量，

y 為接收器處之接收到之符號的向量，及

n 為雜訊向量。

接收器可執行使用空間濾波器矩陣W 之MIMO偵測，如下：

=Wy =WHVs +Wn ，　等式(15)

其中為偵測到之符號的向量，且為s 之估計。

可基於MMSE導出空間濾波器矩陣W 如下：

W =V ^H H ^H [HH ^H +Ψ]^-1 ，　等式(16)

其中Ψ=E [nn ^H ]為接收器處之雜訊協方差矩陣，

E []表示期望運算，及

" ^H "表示共軛轉置。

圖4之下半部分展示具有校準的接收器。接收器處之接收到的符號可如同展示於等式(14)中一般。接收器可執行使用空間濾波器矩陣W _c 之MIMO偵測，如下：

=W _c Cy =W _c CHVs +W _c Cn ，　等式(17)

其中C 為接收器處之校準矩陣，且為s 之估計。校準矩陣C 為對角線矩陣，且C 之對角線要素可等於用於接收器之校準向量的要素。

可基於MMSE導出空間濾波器矩陣W _c 如下：

W _c =V ^H H ^H [HH ^H +Ψ]^-1 C ^-1 。　等式(18)

如等式(17)及(18)中所示，MMSE空間濾波器矩陣W _c 試圖撤銷具有有色雜訊協方差矩陣Σ=C ΨC ^H 的複合頻道H _c =CH 。當在接收器處使用MMSE偵測器時，來自使用校準之接收器的偵測到之符號等於來自未使用校準之接收器的偵測到之符號。

接收天線處之相位並不影響經波束成形之傳輸的效能。然而，波束成形應考慮UE處之不同天線的相對傳輸功率以及UE處之接收鏈中的增益不平衡。

圖5展示具有K個天線552a至552k之UE 110的方塊圖，其中K可為大於一之任何值。K個接收鏈560a至560k分別耦接至K個天線552a至552k。K個傳輸鏈570a至570k亦分別耦接至K個天線552a至552k。

UE可執行每一接收鏈560之AGC，且可調整每一接收鏈之增益，使得所有K個接收鏈之雜訊方差為大約相等的。UE可分別獲得K個接收鏈560a至560k之AGC增益g ₁ 至g _K 。AGC增益針對不同天線可為不同的，且可週期性改變。UE可能能夠基於每一天線之接收到的信號強度量測而精確地量測彼天線的AGC增益。

在一設計中，UE可判定每一天線k 的接收增益比如下：

r _k =，　其中k =1,...,K，　等式(19)

其中r _k 為UE處之天線k 的接收增益比。

在一設計中，UE可向節點B發送接收增益比，節點B可在執行波束成形時考慮接收增益比。舉例而言，節點B可判定複合下行鏈路MIMO頻道矩陣H _D 如下：

H _D =RH ，　等式(20)

其中R為沿對角線含有K個接收增益比r ₁ 至r _K 的對角線矩陣。節點B可執行複合下行鏈路MIMO頻道矩陣H _D (而非下行鏈路MIMO頻道矩陣H )之奇異值分解以獲得預編碼矩陣V 。

在另一設計中，UE在傳輸探測參考信號時可在傳輸鏈中應用適當增益，使得節點B可獲得複合下行鏈路MIMO頻道矩陣H _D 而非下行鏈路MIMO頻道矩陣H 的估計。UE可將每一天線k 之傳輸鏈的增益縮放彼天線之接收增益比r _k 。舉例而言，若給定天線之接收增益比為1.5，則UE可將彼天線之傳輸鏈的增益縮放因數1.5。

如圖5中所示，UE可具有分別針對K個傳輸鏈570a至570k的PA增益p ₁ 至p _K 。UE可具有傳輸鏈及/或天線中之已知增益不平衡。舉例而言，一傳輸鏈可具有小於另一傳輸鏈之PA。作為另一實例，兩個天線之增益可(例如)歸因於不同天線類型而為不同的。UE可判定每一天線k 的傳輸增益比如下：

t _k =，　其中k =1,...,K，　等式(21)

其中a _k 為UE處之天線k 的天線增益，

p _k 為UE處之天線k 之傳輸鏈的PA增益，及

t _k 為UE處之天線k 的傳輸增益比。

傳輸增益比t _k 通常等於1，但亦可不同於1(當存在UE處之傳輸鏈及/或天線中的增益不平衡時)。

在一設計中，UE可(例如)在能力發現階段期間向節點B報告已知增益不平衡。節點B在執行校準及波束成形時可接著考慮UE處之已知增益不平衡。舉例而言，節點B可自自UE接收到之探測參考信號獲得複合上行鏈路MIMO頻道矩陣H _U 。此矩陣H _U 可被表達如下：

H _U =H ^H T ，　等式(22)

其中T 為沿對角線含有K個傳輸增益比 t ₁ 至t _K 的對角線矩陣。節點B可接著移除矩陣T 以獲得MIMO頻道矩陣H 。

在另一設計中，UE在傳輸探測參考信號時可在傳輸鏈中應用適當增益，使得節點B可獲得上行鏈路MIMO頻道矩陣H 而非複合上行鏈路MIMO頻道矩陣H _U 的估計。UE可將每一天線k 之傳輸鏈的增益縮放彼天線之傳輸增益比t _k 的倒數 。舉例而言，若給定天線之傳輸增益比為2.0，則UE可將彼天線之傳輸鏈的增益縮放因數0.5。

一般而言，節點B及/或UE可解決不同接收鏈之間的AGC增益差異、不同傳輸鏈之間的PA增益差異，及/或UE處之不同天線之間的天線增益差異。以較低功率傳輸探測參考信號可能使頻道估計效能降級。對於小之PA，歸因於退讓要求而可能並不可能以較高功率進行傳輸。在此等狀況下，UE可向節點B發送接收增益比及/或傳輸增益比，而非在UE處解決其。

在一設計中，波束成形可如下執行。

1.節點B使用上述校準程序以必要頻度(例如，在一小時或一小時以上的每一校準時間間隔中)校準自身以獲得用於節點B的校準向量。

2.對於給定UE而言，節點B藉由每一UE天線(若可用)之傳輸增益比t _k 來加權彼UE天線的增益以解決UE處的已知增益不平衡。

3.UE在經由其天線發送用於波束成形反饋之探測參考信號時應用接收增益比r _k 。或者，UE可向節點B報告接收增益比，節點B可解決此等比。

4.節點B使用校準向量且可能使用接收增益比及/或傳輸增益比來執行至UE的波束成形。

波束成形之預編碼向量可為有效的，直至UE處之下一AGC增益改變為止。在增益不平衡改變時，UE可發送指示接收鏈、傳輸鏈及/或UE處之天線中的增益不平衡(可能連同CQI)之資訊。

圖6展示用於藉由節點B執行校準之過程600的設計。節點B可在每一校準時間間隔中週期性執行校準以獲得用於自身的校準向量(區塊612)。校準時間間隔可為任何合適持續時間，例如，一小時或一小時以上。節點B可在每一校準時間間隔中執行用於至少一UE的波束成形，且可應用針對彼校準時間間隔所獲得之校準向量(區塊614)。

圖7展示用於藉由節點B在每一校準時間間隔中執行校準之過程700的設計。過程700可用於圖6中之區塊612。節點B可(例如)基於自UE接收到之CQI選擇一組UE來執行校準(區塊712)。節點B可向所選擇組中之UE發送訊息以進入校準模式(區塊714)。節點B可接收來自每一UE之下行鏈路頻道估計(區塊716)，且亦可接收來自UE處之至少一天線的至少一探測參考信號(區塊718)。節點B可基於自每一UE接收到之至少一探測參考信號而導出彼UE的上行鏈路頻道估計(區塊720)。節點B可基於每一UE之下行鏈路頻道估計及上行鏈路頻道估計而導出用於彼UE的至少一初始校準向量(區塊722)。節點B接著可基於用於所選擇組中之所有UE的初始校準向量而導出用於自身的校準向量(區塊724)。

對於每一UE而言，下行鏈路頻道估計可包含用於UE處之至少一天線的至少一下行鏈路頻道向量。上行鏈路頻道估計可包含用於UE處之至少一天線的至少一上行鏈路頻道向量。每一下行鏈路頻道向量可包含用於節點B處之多個天線的多個第一增益(例如，)。每一上行鏈路頻道向量可包含用於節點B處之多個天線的多個第二增益(例如，)。

可基於每一UE天線之下行鏈路頻道向量及上行鏈路頻道向量如下導出用於彼UE天線的初始校準向量。(例如)如等式(10)中所示，UE天線j 之未正規化校準向量C _j 之多個要素(例如，c _ij )可基於UE天線j 之下行鏈路頻道向量中之多個第一增益與上行鏈路頻道向量中的多個第二增益之比來判定。(例如)如等式(12)中所示，未經正規化之校準向量之多個要素可藉由第一要素來縮放以獲得用於UE天線j 的初始校準向量。可基於用於所選擇組中之所有UE之初始校準向量的函數而導出用於節點B之校準向量。函數可為平均函數、MMSE函數等。

圖8展示用於執行校準之裝置800的設計。裝置800包括一在每一校準時間間隔中週期性執行校準以獲得用於節點B之校準向量的模組812，及一在每一校準時間間隔中執行用於至少一UE之波束成形並應用針對校準時間間隔所獲得之校準向量的模組814。

圖9展示用於藉由節點B執行波束成形之過程900的設計。節點B可藉由考慮UE處之多個天線的增益不平衡而判定預編碼矩陣(區塊912)。節點B可藉由預編碼矩陣執行用於UE的波束成形(區塊914)。

在一情境中，節點B可藉由考慮歸因於UE處之多個天線之多個接收鏈的不同AGC增益之增益不平衡而判定預編碼矩陣。一般而言，AGC增益可包括接收鏈中之任何可變增益。在一設計中，節點B可接收來自UE之至少一增益比r _k ，其中每一增益比係藉由UE處之相關聯天線之AGC增益g _k 及參考天線的AGC增益g ₁ 來判定。節點B可基於UE之頻道矩陣H 及由至少一增益比形成之增益矩陣R 來判定複合頻道矩陣H _D 。節點B可接著基於複合頻道矩陣來判定預編碼矩陣。在另一設計中，節點B可接收來自UE處之多個天線的探測參考信號。可由UE以基於一天線之增益比r _k 判定之功率位準自彼天線傳輸每一探測參考信號。

在另一情境中，節點B可藉由考慮歸因於以下兩者之增益不平衡而判定預編碼矩陣：(i)UE處之多個天線之多個傳輸鏈的不同PA增益，及/或(ii)多個天線的不同天線增益。一般而言，PA增益可包括傳輸鏈中之任何可變增益。在一設計中，節點B可接收來自UE之至少一增益比t _k ，其中每一增益比係藉由UE處之相關聯天線之PA增益p _k 及參考天線的PA增益p ₁ 來判定。節點B可接著基於至少一增益比來判定預編碼矩陣。在另一設計中，節點B可接收來自UE處之多個天線的探測參考信號。可由UE以基於一天線之增益比t _k 判定之功率位準自彼天線傳輸每一探測參考信號。

圖10展示用於執行波束成形之裝置1000的設計。裝置1000包括一藉由考慮UE處之多個天線之增益不平衡而判定節點B處的預編碼矩陣之模組1012，及一藉由預編碼矩陣執行用於UE之波束成形的模組1014。

圖11展示用於藉由UE接收經波束成形之資料之過程1100的設計。UE可判定UE處之多個天線的增益不平衡(區塊1112)。UE可向節點B發送指示多個天線之增益不平衡的信號或資訊(區塊1114)。UE其後可接收來自節點B之經波束成形的信號(區塊1116)，其中波束成形之信號係基於藉由考慮UE處之多個天線之增益不平衡導出的預編碼矩陣而產生。

在一情境中，UE可判定UE處之多個天線之至少一增益比r _k ，其中每一增益比係藉由UE處之相關聯天線的AGC增益及參考天線的AGC增益來判定。在另一情境中，UE可判定UE處之多個天線之至少一增益比t _k ，其中每一增益比係藉由UE處之相關聯天線的PA增益及參考天線的PA增益來判定。對於兩個情境而言，在一設計中，UE可向節點B發送至少一增益比。在另一設計中，UE可發送來自UE處之多個天線的探測參考信號，其中以基於一天線之增益比判定之功率位準來自彼天線發送每一探測參考信號。

圖12展示用於接收經波束成形資料之裝置1200的設計。裝置1200包括一判定UE處之多個天線之增益不平衡的模組1212、一向節點B發送指示多個天線之增益不平衡的信號或資訊之模組1214，及一接收來自節點B之經波束成形信號的模組1216，其中經波束成形之信號係基於藉由考慮UE處之多個天線之增益不平衡而導出的預編碼矩陣來產生。

圖8、圖10及圖12中之模組可包含處理器、電子器件、硬體器件、電子組件、邏輯電路、記憶體等，或其任何組合。

圖13展示節點B 110及UE 120之設計的方塊圖，其可為圖1中之節點B中之一者及UE中的一者。節點B 110裝備有多個(T個)天線1334a至1334t。UE 120裝備有一或多個(R個)天線1352a至1352r。

在節點B 110處，傳輸處理器1320可接收來自資料源1312的用於一或多個UE之資料，基於用於每一UE之一或多個調變及編碼方案而處理(例如，編碼及調變)彼UE的資料，且提供用於所有UE的資料符號。傳輸處理器1320亦可產生用於控制資訊/發信號的控制符號。傳輸處理器1320可進一步產生用於一或多個參考信號(例如，特定小區參考信號)的參考符號。MIMO處理器1330可執行資料符號、控制符號及/或參考符號之預編碼，且可向T個調變器(MOD)1332a至1332t提供T個輸出符號流。每一調變器1332可處理其輸出符號流(例如，用於OFDM)以獲得輸出樣本流。每一調變器1332可進一步調節(例如，轉換至類比、濾波、放大及增頻轉換)其輸出樣本流，且產生下行鏈路信號。來自調變器1332a至1332t之T個下行鏈路信號可分別經由天線1334a至1334t來傳輸。

在UE 120處，R個天線1352a至1352r可接收來自節點B 110之T個下行鏈路信號，且每一天線1352可將接收到之信號提供至相關聯解調變器(DEMOD)1354。每一解調變器1354可調節(例如，濾波、放大、降頻轉換及數位化)其接收到的信號以獲得樣本，且可進一步處理樣本(例如，用於OFDM)以獲得接收到的符號。每一解調變器1354可向MIMO偵測器1360提供接收到之資料符號及接收到的控制符號，且可向頻道處理器1394提供接收到之參考符號。頻道處理器1394可基於接收到之參考符號估計自節點B 110至UE 120的下行鏈路頻道，且可向MIMO偵測器1360提供下行鏈路頻道估計。MIMO偵測器1360可基於下行鏈路頻道估計對接收到之資料符號及接收到之控制符號執行MIMO偵測，且提供偵測到的符號。接收處理器1370可處理(例如，解調變及解碼)偵測到之符號，將經解碼之資料提供至資料儲集器1372，且向控制器/處理器1390提供經解碼的控制資訊。

UE 120可估計下行鏈路頻道品質，並產生CQI及/或其他反饋資訊。反饋資訊、來自資料源1378之資料及一或多個參考信號(例如，探測參考信號)可藉由傳輸處理器1380來處理(例如，編碼及調變)，藉由MIMO處理器1382預編碼，且藉由調變器1354a至1354r來進一步處理以產生R個上行鏈路信號，該R個上行鏈路信號可經由天線1352a至1352r來傳輸。在節點B 110處，來自UE 120之R個上行鏈路信號可藉由天線1334a至1334t來接收，且藉由解調變器1332a至1332t來處理。頻道處理器1344可估計自UE 120至節點B 110之上行鏈路頻道，且可向MIMO偵測器1336提供上行鏈路頻道估計。MIMO偵測器1336可基於上行鏈路頻道估計執行MIMO偵測，且提供偵測到的符號。接收處理器1338可處理偵測到之符號，將經解碼之資料提供至資料儲集器1339，且向控制器/處理器1340提供經解碼之反饋資訊。控制器/處理器1340可基於反饋資訊控制至UE 120的資料傳輸。

控制器/處理器1340及1390可分別指導節點B 110及UE 120處的操作。節點B 110處之控制器/處理器1340可執行或指導圖6中之過程600、圖7中之過程700、圖9中之過程900及/或本文中描述之技術的其他過程。UE 120處之控制器/處理器1390可執行或指導圖11中之過程1100及/或本文中描述之技術的其他過程。記憶體1342及1392可分別儲存節點B 110及UE 120之資料及程式碼。排程器1346可基於自UE接收到之反饋資訊而選擇UE 120及/或其他UE以用於下行鏈路及/或上行鏈路上的資料傳輸。排程器1346亦可向經排程之UE配置資源。

熟習此項技術者將理解，可使用各種不同技藝及技術中之任一者來表示資訊及信號。舉例而言，貫穿以上描述可能提及之資料、指令、命令、資訊、信號、位元、符號及碼片可藉由電壓、電流、電磁波、磁場或磁粒子、光場或光粒子或其任何組合來表示。

熟習此項技術者將進一步瞭解，可將結合本文中之揭示內容所描述之各種說明性邏輯區塊、模組、電路及演算法步驟實施為電子硬體、電腦軟體，或兩者之組合。為了清楚地說明硬體與軟體之此互換性，以上已大致在功能性方面描述了各種說明性組件、區塊、模組、電路及步驟。此功能性實施為硬體還是軟體視特定應用及施加於整個系統上之設計約束而定。熟練技工針對每一特定應用可以變化之方式實施所描述之功能性，但此實施決策不應被理解為會引起偏離本揭示案的範疇。

結合本文中之揭示內容所描述之各種說明性邏輯區塊、模組及電路可由以下各物來實施或執行：通用處理器、數位信號處理器(DSP)、特殊應用積體電路(ASIC)、場可程式化閘陣列(FPGA)或其他可程式化邏輯器件、離散閘或電晶體邏輯、離散硬體組件或其經設計以執行本文中所述之功能的任何組合。通用處理器可為微處理器，但在替代實例中，處理器可為任何習知處理器、控制器、微控制器或狀態機。處理器亦可實施為計算器件之組合，例如，DSP與微處理器之組合、複數個微處理器、與DSP核心結合之一或多個微處理器或任何其他此組態。

結合本文中之揭示內容描述之方法或演算法之步驟可直接體現於硬體中、藉由處理器執行之軟體模組中或兩者的組合中。軟體模組可駐存於RAM記憶體、快閃記憶體、ROM記憶體、EPROM記憶體、EEPROM記憶體、暫存器、硬碟、抽取式碟片、CD-ROM或此項技術中已知的任何其他形式之儲存媒體中。例示性儲存媒體耦接至處理器，使得處理器可自儲存媒體讀取資訊且寫入資訊至儲存媒體。在替代實例中，儲存媒體可為整合至處理器。處理器及儲存媒體可駐留於ASIC中。ASIC可駐留於使用者終端機中。在替代實例中，處理器及儲存媒體可作為離散組件駐留於使用者終端機中。

在一或多個例示性設計中，所描述之功能可在硬體、軟體、韌體或其任何組合中實施。若在軟體中實施，則功能可作為一或多個指令或程式碼儲存於電腦可讀媒體上或在電腦可讀媒體上傳輸。電腦可讀媒體包括電腦儲存媒體及通信媒體(包括有助於將電腦程式自一地方傳送至另一地方的任何媒體)兩者。儲存媒體可為可由通用電腦或專用電腦存取的任何可用媒體。以實例說明之且並非限制，此電腦可讀媒體可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光碟儲存器、磁碟儲存器或其他磁性儲存器件，或可用以載運或儲存為指令或資料結構之形式的所要程式碼構件且可由通用電腦或專用電腦或通用處理器或專用處理器存取的任何其他媒體。又，可適當地將任何連接稱為電腦可讀媒體。舉例而言，若使用同軸電纜、光纜、雙絞線、數位用戶線(DSL)或諸如紅外線、無線電及微波之無線技術而自網站、伺服器或其他遠端源傳輸軟體，則同軸電纜、光纜、雙絞線、DSL或諸如紅外線、無線電及微波之無線技術包括於媒體之定義中。如本文中所使用之磁碟及光碟包括緊密光碟(CD)、雷射光碟、光學光碟、數位化多功能光碟(DVD)、軟磁碟及藍光光碟，其中磁碟通常磁性地再現資料，而光碟使用雷射光學地再現資料。上文之組合亦應包括於電腦可讀媒體之範疇內。

提供本揭示案之先前描述以使任何熟習此項技術者能夠製造或使用本揭示案。本揭示案之各種修改對於熟習此項技術者而言顯而易見，且本文中所界定之一般原理可在未偏離本揭示案之精神或範疇情況下應用於其他變型。因此，本揭示案並非意欲限於本文所描述之實例及設計，而應符合與本文所揭示之原理及新奇特徵一致的最廣泛範疇。

100．．．無線通信系統

110．．．節點B

120．．．使用者設備(UE)

210．．．傳輸鏈

212．．．天線

220．．．接收鏈

252．．．天線

260．．．接收鏈

270．．．傳輸鏈

310a310m．．．傳輸/接收鏈

312a~312m．．．天線

352．．．天線

360．．．傳輸/接收鏈

552a~552k．．．天線

560．．．接收鏈

560a~560k．．．接收鏈

570a~560k．．．傳輸鏈

600．．．藉由節點B執行校準之過程

700．．．藉由節點B在每一校準時間間隔中執行校準之過程

800．．．裝置

812．．．在每一校準時間間隔中週期性執行校準以獲得節點B之校準向量的模組

814．．．在每一校準時間間隔中執行用於至少一UE之波束成形並應用針對校準時間間隔所獲得之校準向量的模組

900．．．藉由節點B執行波束成形之過程

1000．．．裝置

1012．．．藉由考慮UE處之多個天線之增益不平衡而判定節點B處的預編碼矩陣之模組

1014．．．藉由預編碼矩陣執行用於UE之波束成形的模組

1100．．．藉由UE接收經波束成形之資料之過程

1200．．．裝置

1212．．．判定UE處之多個天線之增益不平衡的模組

1214．．．向節點B發送指示多個天線之增益不平衡的信號或資訊之模組

1216．．．接收來自節點B之經波束成形信號的模組，經波束成形之信號基於藉由考慮UE處之多個天線之增益不平衡而導出的預編碼矩陣來產生

1312．．．資料源

1320．．．傳輸處理器

1330．．．MIMO處理器

1332．．．調變器

1332a~1332t．．．調變器(MOD)/解調變器

1334a~1334t．．．天線

1336．．．MIMO偵測器

1338．．．接收處理器

1339．．．資料儲集器

1340．．．控制器/處理器

1342．．．記憶體

1344．．．頻道處理器

1346．．．排程器

1352．．．天線

1352a~1352r．．．天線

1354．．．解調變器

1354a~1354r．．．調變器

1360．．．MIMO偵測器

1370．．．接收處理器

1372．．．資料儲集器

1378．．．資料源

1380．．．傳輸處理器

1382．．．MIMO處理器

1390．．．控制器/處理器

1392．．．記憶體

1394．．．頻道處理器

圖1展示無線通信系統。

圖2展示節點B及UE處之傳輸鏈及接收鏈。

圖3展示用於校準之一節點B及多個UE。

圖4展示無校準及有校準的資料接收。

圖5展示具有多個天線之增益不平衡的UE。

圖6展示用於藉由節點B執行校準的過程。

圖7展示用於在校準時間間隔中執行校準的過程。

圖8展示用於執行校準之裝置。

圖9展示用於藉由節點B執行波束成形的過程。

圖10展示用於執行波束成形之裝置。

圖11展示用於藉由UE接收經波束成形之資料的過程。

圖12展示用於接收經波束成形之資料的裝置。

圖13展示節點B及UE之方塊圖。

310a~310m．．．傳輸/接收鏈

312a~312m．．．天線

352．．．天線

360．．．傳輸/接收鏈

Claims (20)

1. 一種用於無線通信之方法，其包含：藉由考慮一使用者設備(UE)處之多個天線的增益不平衡而判定一節點B處之一預編碼矩陣；及藉由該預編碼矩陣針對該UE執行波束成形。
2. 如請求項1之方法，其中該判定該預編碼矩陣包含藉由考慮歸因於該UE處之該多個天線之多個接收鏈的不同自動增益控制(AGC)增益之增益不平衡而判定該預編碼矩陣。
3. 如請求項2之方法，其進一步包含：接收來自該UE之至少一增益比，每一增益比由該UE處之一相關聯天線之一AGC增益及一參考天線的一AGC增益來判定，且其中該判定該預編碼矩陣包含基於該至少一增益比判定該預編碼矩陣。
4. 如請求項3之方法，其進一步包含：基於該UE之一頻道矩陣及藉由該至少一增益比形成之一增益矩陣而判定一複合頻道矩陣，且其中該判定該預編碼矩陣包含基於該複合頻道矩陣判定該預編碼矩陣。
5. 如請求項2之方法，其進一步包含：接收來自該UE處之該多個天線的探測參考信號，每一探測參考信號由該UE以基於一天線之一增益比判定之一功率位準自該天線來傳輸，該增益比藉由該UE處之該天線的一AGC增益及一參考天線之一AGC增益來判定。
6. 如請求項1之方法，其中該判定該預編碼矩陣包含藉由考慮歸因於該UE處之該多個天線之多個傳輸鏈的不同功率放大器(PA)增益或歸因於該多個天線之不同天線增益的增益不平衡而判定該預編碼矩陣。
7. 如請求項6之方法，其進一步包含：接收來自該UE之至少一增益比，每一增益比由該UE處之一相關聯天線之一PA增益及一參考天線的一PA增益來判定，且其中該判定該預編碼矩陣包含基於該至少一增益比判定該預編碼矩陣。
8. 如請求項6之方法，其進一步包含：接收來自該UE處之該多個天線的探測參考信號，每一探測參考信號由該UE以基於一天線之一增益比判定之一功率位準自該天線來傳輸，該增益比藉由該UE處之該天線的一PA增益及一參考天線之一PA增益來判定。
9. 一種用於無線通信之裝置，其包含：至少一處理器，其經組態以藉由考慮一使用者設備(UE)處之多個天線之增益不平衡而判定一節點B處的一預編碼矩陣，且藉由該預編碼矩陣針對該UE執行波束成形。
10. 如請求項9之裝置，其中該至少一處理器經組態以接收來自該UE之至少一增益比，每一增益比由該UE處之一相關聯天線的一增益及一參考天線之一增益來判定，每一增益為該UE處之一天線的一接收鏈之一自動增益控制(AGC)增益或一傳輸鏈之一功率放大器(PA)增益；且基於該至少一增益比判定該預編碼矩陣。
11. 如請求項9之裝置，其中該至少一處理器經組態以接收來自該UE處之該多個天線的探測參考信號，每一探測參考信號由該UE以基於一天線之一增益比而判定的一功率位準自該天線來傳輸，該增益比由該UE處之該天線之一增益及一參考天線的一增益來判定，每一增益為該UE處之一天線之一接收鏈的一自動增益控制(AGC)增益或一傳輸鏈的一功率放大器(PA)增益。
12. 一種用於無線通信之方法，其包含：判定一使用者設備(UE)處之多個天線的增益不平衡；向一節點B發送指示該多個天線之該增益不平衡的信號或資訊；及接收來自該節點B之經波束成形的信號，該等經波束成形之信號係基於藉由考慮該UE處之該多個天線之該增益不平衡導出的一預編碼矩陣而產生。
13. 如請求項12之方法，其中該判定該UE處之該多個天線的該增益不平衡包含判定該UE處之該多個天線的至少一增益比，每一增益比由該UE處之一相關聯天線之一自動增益控制(AGC)增益及一參考天線的一AGC增益來判定。
14. 如請求項12之方法，其中該判定該UE處之該多個天線的該增益不平衡包含判定該UE處之該多個天線的至少一增益比，每一增益比由該UE處之一相關聯天線之一功率放大器(PA)增益及一參考天線的一PA增益來判定。
15. 如請求項12之方法，其中該發送指示該多個天線之該增益不平衡的信號或資訊包含向該節點B發送指示該多個天線之該增益不平衡的至少一增益比。
16. 如請求項12之方法，其中該發送指示該多個天線之該增益不平衡的信號或資訊包含發送來自該UE處之該多個天線的探測參考信號，每一探測參考信號係以一基於一天線之一增益比判定的功率位準自該天線來發送。
17. 一種用於無線通信之裝置，其包含：至少一處理器，其經組態以判定一使用者設備(UE)處之多個天線之增益不平衡，向一節點B發送指示該多個天線之該增益不平衡的信號或資訊，及接收來自該節點B之經波束成形之信號，該等經波束成形之信號係基於藉由考慮該UE處之該多個天線之該增益不平衡導出的一預編碼矩陣而產生。
18. 如請求項17之裝置，其中該至少一處理器經組態以判定該UE處之該多個天線之至少一增益比，且基於該UE處之一相關聯天線的一增益及一參考天線之一增益來判定每一增益比，每一增益為該UE處之一天線的一接收鏈之一自動增益控制(AGC)增益或一傳輸鏈之一功率放大器(PA)增益。
19. 如請求項17之裝置，其中該至少一處理器經組態以向該節點B發送指示該多個天線之該增益不平衡的至少一增益比。
20. 如請求項17之裝置，其中該至少一處理器經組態以發送來自該UE處之該多個天線的探測參考信號，且以基於一天線之一增益比判定之一功率位準自該天線發送每一探測參考信號。