[发明专利]MU-MIMO系统中基于波束的预处理

说明书

本公开的实施例提供了一种在多用户多输入多输出(MU‑MIMO)系统中用于在发送设备中基于波束的预处理的装置和方法。所述发送设备还包括收发器单元(TRX)阵列和数字预编码模块。所述装置被配置为根据预编码矩阵将TRX阵列的多个TRX映射到数字预编码模块的多个发送端口，其中发送端口的数量小于多个TRX的数量。通过以下步骤来确定所述预编码矩阵：基于在多个接收设备与发送设备之间的信道信息，确定用于所述多个接收设备的信道协方差矩阵，对所述信道协方差矩阵执行特征分解操作以导出特征向量矩阵，并从所述特征向量矩阵中选择多个特征向量作为所述预编码矩阵的列向量。

技术领域

本公开的非限制性和示例性实施例总体上涉及用于多用户多输入多输出(MU-MIMO)系统的预编码解决方案，并且特别地涉及用于在MU-MIMO系统中基于波束的预处理预编码的装置和方法。

背景技术

大规模MIMO技术已被确定为5G新无线电(NR)系统的关键技术之一。大规模MIMO技术满足5G NR不断增长的性能要求，但是大规模MIMO系统(例如MU-MIMO系统)中部署的大量天线元件(AE)或收发器单元(TRX)不可避免地带来了巨大的基带处理复杂度、硬件实施成本、信道测量和反馈信令开销等。如何有效解决这些问题是成功保证大规模MIMO应用的关键。

混合预编码是用于大规模MIMO系统的低成本高容量解决方案。它可以包括两阶段的预编码，例如图1所示的模拟波束成形130和数字预编码(DP)110。在第一阶段中，可以通过射频(RF)域中的相移网络(PSN)来实现模拟波束成形130。例如，PSN可以包括多个分离器131。通过PSN，可以将多个AE(例如，N个AE)映射到多个收发器单元(TRX)120(例如，S个TRX)，其中，TRX的有限数量远小于AE的数量，即S＜＜N。在第二阶段中，可以在基带域中实现DP 110，以减轻MU干扰，并根据模拟波束成形130加权的有效信道，为MU-MIMO系统实现较大的MU复用增益。由于有效信道只有S个TRX，远小于AE的数量N，因此可以大大降低针对数字预编码的基带处理复杂度。以发送预编码的情况为例，DP 110可以通过数字预编码将多个数据流(例如，M个数据流)映射到TRX阵列中的多个TRX 120中。然后，TRX阵列中的数据流可以由模拟波束成形模块130加权，并分别经由多个功率放大器(PA)140和多个AE发送，如图1所示。

然而，在如图1所示的用于现有的混合预编码方案的实际产品实现中，如图1所示，由于用于大规模MIMO的大量TRX(例如，S＝64)，数字预编码仍然面临基带处理复杂度的挑战。如图2所示，所述挑战可能体现在以下几个方面，例如，gNodeB(gNB)201可以为每个共同调度的用户设备(UE)实施基于特征的波束成形(EBB)操作，以确定用于单用户MIMO(SU-MIMO)或MU-MIMO的发送预编码。EBB计算可以包括奇异值分解(SVD)、特征分解(ED)或迫零(ZF)预编码等。假设针对每个UE的信道信息是在gNB中通过上行链路(UL)探测参考信号(SRS)获取的，则EBB计算可以在宽带(WB)、子带(SB)或物理资源块(PRB)级别上进行。EBB处理复杂度取决于信道矩阵的维数(例如TRX的数量，例如S个TRX)和矩阵计算的频率粒度(例如，每PRB的计算)。即，gNB可以在每个PRB中针对每个UE基于S个TRX(例如，S＝64)来实现EBB计算。另外，如图2所示，UE 202可以基于具有例如S个端口(其对应于S TRX，例如，S＝64)的CSI参考信号(RS)来测量信道状态信息(CSI)。因此，UE可以基于每个PRB中的基带中的S-TRX(例如，S＝64)信道信息来执行EBB计算，以确定信道质量指示(CQI)反馈。

总之，大量的TRX配置显著增加了CSI-RS信令开销和gNB和UE侧的基带处理复杂度。如何解决此问题也成为5G NR中大规模MIMO应用的一个日益关注的问题。

发明内容