b)所示的初始天線安 裝處的固定波束方向而變差。另一方面，由于小區(qū)固定的傾斜，電傾斜僅允許限制性很強的 垂直波束成形，盡管有如圖12(c)所示的傾斜角度可通過內(nèi)部移相器改變的優(yōu)點。
[0150] 圖13是將現(xiàn)有技術(shù)的天線系統(tǒng)與AAS進行比較的示圖。具體地講，圖13(a)示出 了現(xiàn)有技術(shù)的天線系統(tǒng)，并且圖13(b)示出了 AAS。
[0151] 參照圖13,與現(xiàn)有技術(shù)的天線系統(tǒng)相比，多個天線模塊中的每一個包括射頻（RF) 模塊（例如，功率放大器（PA))，即，AAS中的有源裝置。因此，AAS可以在天線模塊的基礎(chǔ) 上控制功率和相位。
[0152] 通常，諸如ULA的線性陣列天線（即，一維陣列天線）被認為是MMO天線結(jié)構(gòu)?？?以通過一維陣列天線形成的波束存在于二維（2D)平面上。同樣的情況適用于基于無源天 線系統(tǒng)（PAS)的MMO結(jié)構(gòu)。雖然基于PAS的eNB具有垂直天線和水平天線，但是垂直天線 在垂直方向上可以不形成波束，并且可以僅允許上述機械傾斜，因為垂直天線在一個RF模 塊中。
[0153] 然而，隨著eNB的天線結(jié)構(gòu)演進到AAS，即使對于垂直天線，也獨立地配置RF模塊。 因此，垂直波束成形以及水平波束成形是可能的。這被稱為仰角波束成形。
[0154] 仰角波束成形也可以被稱為3D波束成形，因為可在3D空間中沿著垂直方向和水 平方向形成可用波束。也就是說，一維陣列天線結(jié)構(gòu)到2D陣列天線結(jié)構(gòu)的演進實現(xiàn)了 3D 波束成形。僅當天線陣列是平面時，3D波束成形才是不可能的。相反，即使在環(huán)形3D陣列 結(jié)構(gòu)中，3D波束成形也是可能的。鑒于現(xiàn)有一維天線結(jié)構(gòu)以外的各種天線布局，3D波束成 形的特征在于，MHTO處理發(fā)生在3D空間中。
[0155] 圖14示出了 AAS中的示例性UE特定波束成形。參照圖14,即使UE相對于eNB向 前或向后移動以及向eNB的左和右移動，可通過3D波束成形朝著UE形成波束。因此，給予 UE特定波束成形較高的自由度。
[0156] 此外，作為使用基于AAS的2D陣列天線結(jié)構(gòu)的傳輸環(huán)境，可考慮室外eNB將信號 發(fā)送到室外UE的室外到室外環(huán)境、室外eNB將信號發(fā)送到室內(nèi)UE的室外到室內(nèi)（021)環(huán) 境以及室內(nèi)eNB將信號發(fā)送到室內(nèi)UE的室內(nèi)到室內(nèi)環(huán)境（室內(nèi)熱點）。
[0157] 圖15示出了基于AAS的2D波束傳輸場景。
[0158] 參照圖15,在小區(qū)中存在多個建筑物的真實小區(qū)環(huán)境中，eNB需要考慮基于相對 于建筑物高度的各種UE高度的垂直波束定向以及UE特定水平波束定向?？紤]該小區(qū)環(huán)境， 需要反映與現(xiàn)有的那些無線信道環(huán)境非常不同的信道特性（例如，陰影/路徑損耗根據(jù)不 同的高度而變化、變化的衰落特性等）。
[0159] 換言之，3D波束成形是基于現(xiàn)有線性一維陣列天線結(jié)構(gòu)的僅水平波束成形的演 進。3D波束成形指的是通過利用多維陣列天線結(jié)構(gòu)（例如，平面陣列）延伸到仰角波束成 形或垂直波束成形或者與仰角波束成形或垂直波束成形組合來執(zhí)行的M頂0處理方案。
[0160] 現(xiàn)在將使用線性預(yù)編碼給出MIMO系統(tǒng)的描述。在假設(shè)在窄帶系統(tǒng)或?qū)拵到y(tǒng)中 的頻域中經(jīng)歷平坦衰落的頻率單元（例如，子載波）中，可如[式11]對DL Mnro系統(tǒng)進行 建模。
[0161] [式 11]
[0162] y = Hx+z
[0163] 如果UE處的Rx天線端口的數(shù)量是隊，并且eNB處的Tx天線端口的數(shù)量是Nt，則在 [式11]中，y是在UE的N r個Rx天線處接收的NrXl信號向量，H是大小為NrXNj^ MMO 信道矩陣，X是NtX 1傳輸信號，z是隊X 1接收噪聲和干擾向量。
[0164] 上述系統(tǒng)模型適用于多用戶MMO場景以及單用戶MMO場景。盡管在單用戶MMO 場景中隊是單個UE處的Rx天線的數(shù)量，在多用戶MIMO場景中N 被解釋為多個UE處的 Rx天線的總數(shù)。
[0165] 上述系統(tǒng)模型適用于UL傳輸場景以及DL傳輸場景。然后，隊可以表示UE處的Tx 天線的數(shù)量，并且隊可以表示eNB處的Rx天線的數(shù)量。
[0166] 在線性MMO預(yù)編碼器的情況下，MHTO預(yù)編碼器通?？杀槐硎緸榇笮镹t X隊的 矩陣U，其中Ns為傳輸秩或傳輸層的數(shù)量。因此，傳輸信號向量X可如[式12]建模。
[0167] [式 12]
[0169] 其中，傳輸信號能量，并且S是表示在\個傳輸層中發(fā)送的信號的NsXl傳輸 信號向量。即，E{s HUHUs} =N。對應(yīng)于Ns個傳輸層的NtXl預(yù)編碼向量由U1,…，uNS表示。 然后，U = [U1，…，uNS]。在這種情況下，[式12]可被表示為[式13]。
[0170] [式 13]
[0172] 其中，si是向量s的第i個元素。通常，可假設(shè)在不同層中發(fā)送的信號是不相關(guān) 的（
并且各個信號的平均大小是相同的。如果假設(shè)各個信號的平均能量
Ns〇[0173] [式 14] 則為了便于描述，層預(yù)編碼向量的能量的總和是如[式14]所給出的
[0175] 如果要在各個層中以相同的功率發(fā)送信號，則從[式14]注意到：
[0176] 隨著未來多天線系統(tǒng)（例如，大規(guī)模MIMO或大規(guī)模ΜΙΜΟ)的演進，天線的數(shù)量將 逐漸地增加。事實上，考慮3D MHTO環(huán)境，在LTE標準中針對eNB考慮使用最多達64~80 個Tx天線并且設(shè)計3D信道模型。大規(guī)模陣列天線可以具有以下特征中的一個或更多個。 1)在2維平面上或3維空間上分配天線的陣列。2)邏輯或物理天線的數(shù)量大于8。（天線 端口可指的是邏輯天線）。3)不止一個天線包括有源組件，即，有源天線。但是，大規(guī)模天 線陣列的定義并不局限上述1)~3)。
[0177] 然而，隨著天線數(shù)量的增加，導(dǎo)頻開銷和反饋開銷也增加。結(jié)果，解碼復(fù)雜度可增 加。由于MMO信道矩陣H的大小隨著eNB處的天線的數(shù)量而增加，所以eNB應(yīng)該向UE發(fā) 送更多的測量導(dǎo)頻，使得UE可以估計MMO信道。如果UE將關(guān)于所測量的MMO信道的顯 式或隱式信息反饋給eNB，則反饋信息的量將隨著信道矩陣變得更大而增加。具體地講，當 如LTE系統(tǒng)中一樣發(fā)送基于碼本的PMI反饋時，天線數(shù)量的增加導(dǎo)致PMI碼本的大小成指 數(shù)增加。因此，增加了 eNB和UE的計算復(fù)雜度。
[0178] 在該環(huán)境中，可通過對總的Tx天線進行分區(qū)并且因此基于子陣列發(fā)送導(dǎo)頻信號 或反饋來降低系統(tǒng)復(fù)雜度和開銷。特別是從LTE標準的角度來看，可通過重用大部分傳統(tǒng) 的導(dǎo)頻信號、M頂0預(yù)編碼方案和/或支持最多達8個Tx天線的反饋方案來支持大規(guī)模MMO 系統(tǒng)。
[0179] 由此看來，如果上面MMO系統(tǒng)模型的各個層預(yù)編碼向量被分成M個子預(yù)編碼向 量，并且由U 1+…，UliM表示第i層的預(yù)編碼向量的子預(yù)編碼向量，則第i層的預(yù)編碼向量 可被表示為
[0180] 各個子預(yù)編碼向量作為有效信道經(jīng)歷了包括與子預(yù)編碼向量對應(yīng)的分區(qū)中的Tx 天線的通過按行劃分隊XNtM頂0信道矩陣H而獲得的子信道矩陣。M頂0信道矩陣H使用 子信道矩陣表示如下。
[0181] [式 15]
[0182] H= [H1 …Hm]
[0183] 如果UE基于PMI碼本確定各個優(yōu)選的子預(yù)編碼向量，則需要用于將各個子預(yù)編碼 向量歸一化的操作。歸一化指的是處理預(yù)編碼向量的值、大小和/或相位或者預(yù)編碼向量 的特定元素，以使得可以針對相同數(shù)量的Tx天線從PMI碼本選擇相同大小的子預(yù)編碼向量 的總體操作。
[0184] 例如，如果PMI碼本的第一元素是0或1，則各個子預(yù)編碼向量的相位和大小可針 對0或1來歸一化。在下文中，假設(shè)第m分區(qū)的子預(yù)編碼向量U lini針對a ^的值來歸一化， 并且歸一化的子預(yù)編碼向量或歸一化分區(qū)預(yù)編碼器（NPP)為Vlilll= UlinZa1^因此，考慮 到基于碼本的預(yù)編碼，分區(qū)預(yù)編碼如[式16]建模。
[0185] [式 16]
[0187] 從[式16]注意到，a ^的值可以被解釋為從整個預(yù)編碼器的角度將NPP彼此鏈 接的值。在下文中，這些值將被稱為鏈接系數(shù)。因此，可以通過定義天線端口的分區(qū)的NPP 以及將NPP彼此鏈接的鏈接系數(shù)來定義用于總的Tx天線（天線端口）的預(yù)編碼方法。
[0188] 第i層的M個鏈接系數(shù)可以被定義為向量a 1= [a ucx 12…α ιη]τ。這里，&1將 被稱為"鏈接向量"。
[0189] 雖然可以說鏈接向量由M個值組成，針對鏈接向量的第一個元素歸一化的其它 (M-I)個值Id 1可被視為鏈接向量。即，其它（M-I)個NPP與第一 NPP的相對差可以被定義 為如[式17]中所表達的鏈接向量。這是因為在許多情況下假設(shè)已經(jīng)從整個預(yù)編碼向量U1 的角度將第一個元素歸一化。
[0190] [式 17]
[0192] 如果各個傳輸層被分為相同數(shù)量的分區(qū)，則也可以定義如[式18]表示的鏈接矩 陣。矩陣形式的各個分區(qū)的NPP可以如[式19]定義。
[0193] [式 18]
[0194] A = [a^..aN，]
[0195] [式 19]
[0196] Vn= [Vhn…vN， n]，m = 1，..·，Μ
[0197] 通過將MX 1鏈接向量的各個元素重復(fù)如各個分區(qū)的大小那么多次而獲得的向量 被表示為擴展鏈接向量4。例如，如果對于第i層，M = 2并且第一分區(qū)和第二分區(qū)的大小
分別是3和4,則 可以通過堆疊擴展鏈接向量來定義擴展 b 鏈接矩陣-
[0198] 在這種情況下，在[式20]中，整個預(yù)編碼矩陣可以被表示為擴展鏈接矩陣與NPP 矩陣Vt之間的哈達瑪（Hadamard)積（或按元素乘積）。
[0199] [式 20]
[0200]
[0201]
并且矩陣運算符°表示哈達瑪積。
[0202] (擴展）鏈接向量和（擴展）鏈接矩陣被統(tǒng)稱為鏈接預(yù)編碼器。本文使用術(shù)語預(yù) 編碼器是因為（擴展）鏈接向量和（擴展）鏈接矩陣是確定Tx天線預(yù)編碼器的元素。從 [式20]注意到，可配置一個鏈接預(yù)編碼器，其不應(yīng)被解釋為限制本發(fā)明。例如，可以通過鏈 接向量的額外分區(qū)來配置多個子鏈接向量，并且可以相應(yīng)地定義子鏈接預(yù)編碼器。雖然 在單個鏈接預(yù)編碼器的背景下給出下面的描述，但不排除鏈接預(yù)編碼器分區(qū)情況。
[0203] 雖然鏈接系數(shù)被表示為使得在相同的分區(qū)中不同的鏈接系數(shù)適用于不同的傳輸 層，但是如果以相同的方式對各個層進行分區(qū)，則可以獨立于傳輸層來配置鏈接系數(shù)。即， 可以針對各個層配置相同的鏈接系數(shù)。在這種情況下，在鏈接向量之間建立了關(guān)系a □ ai =…=aN。然后，僅用M個或（M-I)個鏈接系數(shù)來表示鏈接預(yù)編碼器。
[0204] MIMO預(yù)編碼方案可以大體被分成閉環(huán)預(yù)編碼和開環(huán)預(yù)編碼。當配置MIMO預(yù)編碼 器時，在閉環(huán)預(yù)編碼方案中考慮發(fā)送器和接收器之間的信道。因此，需要額外開銷（例如， 來自UE的反饋信號的傳輸或者導(dǎo)頻信號的傳輸），使得發(fā)送機可以估計MMO信道。如果信 道被精確地估計，則閉環(huán)預(yù)編碼方案優(yōu)于開環(huán)預(yù)編碼方案。因此，閉環(huán)預(yù)編碼方案主要用在 發(fā)送機和接收機之間經(jīng)歷很少信道變化的靜態(tài)環(huán)境（例如，具有低多普勒擴展和低延遲擴 展的環(huán)境）中，因為閉環(huán)預(yù)編碼方案需要信道估計精度。另一方面，在發(fā)送機和接收機之間 經(jīng)歷大的信道變化的環(huán)境下，開環(huán)預(yù)編碼方案優(yōu)于閉環(huán)預(yù)編碼方案，因為發(fā)送機和接收機 之間的信道變化與MIMO預(yù)編碼方案之間沒有相關(guān)性。
[0205] 如果天線端口分區(qū)的一部分或全部具有相同的尺寸，并且對應(yīng)分區(qū)天線陣列具有 類似的有效信道特性，則相同的預(yù)編碼方案（即，對齊部分預(yù)編碼）可以應(yīng)用于對應(yīng)的NPP。
[0206] 圖16示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式的將對齊部分預(yù)編碼應(yīng)用于均勻線性 陣列（ULA)的示例。
[0207] 參照圖16,在具有8個天線的ULA中，第一分區(qū)（分區(qū)1)包括第1、第3、第5和 第7天線，并且第二分區(qū)（分區(qū)2)包括第2、第4、第6和第8天線。