CN101272170B - 一种处理通信信号的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种处理通信信号的方法和系统。为CQI和发射预编码自适应地分配反馈资源的方法和系统的一些特征包括为一个或多个CQI报告单元分配带宽和反馈区间，以及为一个或多个PMI报告单元分配带宽和反馈区间。可至少基于与分配给一个或多个CQI报告单元的带宽和反馈区间及分配给一个或多个PMI报告单元的带宽和反馈区间有关的信道状态信息来生成一条或多条反馈消息。CQI报告单元和/或PMI报告单元的带宽和反馈区间可动态地和/或自适应地调整。可基于信道状态信息或反馈率(feedback rate)的函数来分配带宽和/或反馈区间。

Description

一种处理通信信号的方法

技术领域

本发明涉及通信系统中的信号处理，更具体地说，涉及为CQI和发射预编码自适应地分配反馈资源的方法和系统。 

背景技术

移动通信改变了人们的通信方式，移动电话已从一种奢侈品转变为日常生活的基本组成部分。今天，移动电话的使用取决于社会环境，而不再是位置或技术。语音连接已经能够满足通信的基本需要，移动语音连接正日渐渗透到日常生活的更多方面，移动通信革命的下一步是移动互联网。移动互联网注定成为每日信息的常见来源，对这些数据的移动访问将变得容易、多样。 

第三代(3G)蜂窝网络特别设计用于满足移动互联网的上述未来要求。随着这些服务变得更加普及，同今天相比，一些因素例如网络容量的性价比优化和服务质量(QoS)对于蜂窝运营商将变得更为重要。这些因素可通过细致的网络规划和操作、传输方法的改进和接收器技术的改进来实现。在这点上，运营商需要使用一些技术来增加下行吞吐量，以及提供更好的QoS性能和速度，以便与有线电缆调制解调器和/或DSL服务提供商对抗。 

为满足这些需求，同时在发射器和接收器中使用多根天线，以便在无线衰减环境中提供更为显著的性能提升的通信系统如今受到更多关注。这些多天线配置也称为智能天线技术，可用于降低多路径的负面影响和信号接收过程中的信号干扰。可以预见，无论是在部署的基站架构中，还是在蜂窝系统的移动用户单元中，智能天线技术都将得到更多的应用，以满足上述系统中的容量增长需求。这些需求中的一部分是在从当前基于语音的服务向可提供语音、视频和数据通信的下一代无线多媒体服务的演进过程中产生的。 

使用多根发射和/或接收天线的目的在于引入分集增益，并增加自由度 (degree of freedom)，以抑制信号接收过程中产生的干扰。分集增益通过增加接收信噪比和稳定传输链路来改进系统性能。另一方面，更高的自由度可允许进行更多同步传输，这是通过提供更高的抗干扰性和/或允许进行更大程度的频率再用以达到更高的容量来实现的。例如，在使用多天线接收器的通信系统中，一组M根接收天线可用来消除(M-1)个干扰源(interferer)的影响。因此，可使用N根发射天线来在同一带宽(bandwidth)内同步发送N个信号，发送的信号随后通过设置在接收器中的一组N根天线分解为N个独立的信号。使用多根发射和接收天线的系统可称为多入多出(MIMO)系统。多天线系统尤其是MIMO系统中一个吸引人的地方在于通过使用这些传输配置所能给系统容量带来的显著提升。对于固定的总发射能力和带宽，MIMO配置所能提供的容量可随信噪比(SNR)的增加来进行扩展。例如，在衰减环境中的多径信道中，SNR每增加3dB，MIMO配置可使系统容量增加近M比特/周期。 

无线通信中多天线系统的广泛部署会受到成本增加的限制，这些增加的成本来自于尺寸、复杂度以及功耗的增加。这样一来，多天线系统上的一些任务将集中在支持单用户点到点链路的系统上，而其他的任务会集中在多用户方案中。加载多根天线的通信系统会在很大程度上提升系统性能。为了通过使用MIMO技术来获得更显著的性能提升，最好能通过信道向发射器提供信息。这种信道数据称为信道状态信息(CSI)。在许多无线系统中，上行和下行链路都工作在频分复用(FDD)模式下，即上行链路和下行链路使用不同的频率。在这种情况下，上行链路的信道度量值可能无法应用于下行链路，反之亦然。在这种情况下，信道只能通过信号接收器来进行测量，而信道状态信息将反馈回发射器。 

正如下文以及附图将要描述的一样，通过将传统和现有系统与本发明进行比较，上述系统的限制和缺陷对于本领域的技术人员将变得更为明显。 

发明内容

本发明提供了一种为CQI和发射预编码自适应地分配反馈资源的方法和系统，在附图中进行了详细的描述，在权利要求中进行了完整的定义。 

根据本发明的一个方面，提供一种处理通信信号的方法，包括： 

为一个或多个CQI报告单元(CQI reporting units)分配(assigning)带宽和反馈区间(feedback period)，为一个或多个PMI报告单元(PMI reportingunits)分配带宽和反馈区间； 

至少基于与分配给一个或多个CQI报告单元的带宽和反馈区间及分配给一个或多个PMI报告单元的带宽和反馈区间有关的信道状态信息来生成一条或多条反馈消息。 

优选的，本方法还包括动态地调整所述CQI报告单元和/或PMI报告单元的所述带宽和所述反馈区间。 

优选的，本方法还包括自适应地调整所述CQI报告单元和/或PMI报告单元的所述带宽和所述反馈区间。 

优选的，本方法还包括基于信道状态信息分配所述带宽和/或所述反馈区间。 

优选的，本方法还包括依据反馈率的函数来分配所述带宽和/或所述反馈区间。 

优选的，所述相关的信道状态信息包括信道测量值，其与所述分配的(assigned)带宽和所述分配的反馈区间有关。 

优选的，本方法还包括通过对所述信道测量值求平均值来处理所述信道状态信息。 

优选的，本方法还包括通过所述信道测量值的任意函数(arbitraryfunction)来处理所述信道状态信息。 

优选的，所述一个或多个CQI报告单元的所述一条或多条反馈消息包括调制和编码级。 

优选的，所述一个或多个CQI报告单元的所述一条或多条反馈消息包括信干噪比(SINR)。 

优选的，所述一个或多个PMI报告单元的所述一条或多条反馈消息包括码簿(codebook)中的一个或多个索引。 

优选的，所述一个或多个PMI报告单元的所述一条或多条反馈消息包括 一个或多个矩阵。 

根据本发明的一个方面，提供一种处理通信信号的系统，包括： 

一个或多个电路，用于： 

为一个或多个CQI报告单元分配带宽和反馈区间，为一个或多个PMI报告单元分配带宽和反馈区间； 

至少基于与分配给一个或多个CQI报告单元的带宽和反馈区间及分配给一个或多个PMI报告单元的带宽和反馈区间有关的信道状态信息来生成一条或多条反馈消息。 

优选的，所述一个或多个电路动态地调整所述CQI报告单元和/或PMI报告单元的所述带宽和所述反馈区间。 

优选的，所述一个或多个电路自适应地调整所述CQI报告单元和/或PMI报告单元的所述带宽和所述反馈区间。 

优选的，所述一个或多个电路基于信道状态信息分配所述带宽和/或所述反馈区间。 

优选的，所述一个或多个电路依据反馈率的函数来分配所述带宽和/或所述反馈区间。 

优选的，所述相关的信道状态信息包括信道测量值，其与所述分配的带宽和所述分配的反馈区间有关。 

优选的，所述一个或多个电路通过对所述信道测量值求平均值来处理所述信道状态信息。 

优选的，所述一个或多个电路通过所述信道测量值的任意函数(arbitraryfunction)来处理所述信道状态信息。 

优选的，所述一个或多个CQI报告单元的所述一条或多条反馈消息包括调制和编码级。 

优选的，所述一个或多个CQI报告单元的所述一条或多条反馈消息包括信干噪比(SINR)。 

优选的，所述一个或多个PMI报告单元的所述一条或多条反馈消息包括码簿中的一个或多个索引。 

优选的，所述一个或多个PMI报告单元的所述一条或多条反馈消息包括一个或多个矩阵。 

通过下文的附图和具体实施方式的描述，本发明的优点、特征和创新之处将得到更为清晰的理解。 

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中： 

图1A是依据本发明一实施例的基站与移动计算终端之间的示范性蜂窝多径通信的示意图； 

图1B是依据本发明一实施例的示范性MIMO通信系统的示意图； 

图2是依据本发明一实施例的示范性MIMO收发链模型的示意图； 

图3是依据本发明一实施例的具备有限比率信道状态信息反馈的示范性MIMO的示意图； 

图4是依据本发明一实施例的时频无线信道的时间—频率图； 

图5是依据本发明一实施例的对CQI和PMI报告单元进行示范性调整的流程图。 

具体实施方式

本发明的特定实施例涉及为CQI(Channel Quality Indicator，信道质量指示)和发射预编码自适应地分配反馈资源的方法和系统。为CQI和发射预编码自适应地分配反馈资源的方法和系统的一些特征包括为一个或多个CQI报告单元(CQI reporting units)分配带宽和反馈区间，以及为一个或多个PMI报告单元(PMI reporting units)分配带宽和反馈区间。至少基于与分配给一个或多个CQI报告单元的带宽和反馈区间及分配给一个或多个PMI报告单元的带宽和反馈区间有关的信道状态信息来生成一条或多条反馈消息。 

CQI报告单元和/或PMI(Pre-Coding Matrix index，预编码矩阵索引)报告单元的带宽和反馈区间可进行动态和/或自适应地调整。可基于信道状态信息或反馈率(feedback rate)的函数来分配带宽和/或反馈区间。相关的信道 状态信息可包括信道测量值，该值与所分配的带宽和所分配的反馈区间有关。可通过对信道测量值求平均值或采用信道测量值的任意函数来处理信道状态信息。对应一个或多个CQI报告单元的一条或多条反馈消息可包括调制和编码级或信干噪比(signal-noise-and-interference ratio)。对应一个或多个PMI报告单元的一条或多条反馈消息可包括码簿(codebook)中的一个或多个索引(index)，或一个或多个矩阵。 

图1A是依据本发明一实施例的基站与移动计算终端之间示范性蜂窝多径通信的示意图。如图1A所示，其中展示了房屋120、移动终端122、工厂124、基站126、汽车128和通信路径130、132和134。 

基站126和移动终端122可包括适当的逻辑、电路和/或代码，可用于生成和处理MIMO通信信号。 

基站126和移动终端122之间的无线通信通过无线信道来展开。该无线信道可包括多条通信路径，例如通信路径130、132和134。该无线信道可随着移动终端122和/或汽车128的移动来动态地变化。在一些情况下，移动终端122可位于基站126的视线(LOS)内。在另外一些情况下，移动终端122和基站126之间可能不存在直接的视线，这时，无线信号需通过通信双方之间的反射通信路径(如图中的示范性通信路径130、132和134)来传递。无线信号可被人造结构(例如房屋120、工厂124或汽车128)进行反射，也可由天然的障碍物(例如山)反射。这种系统可称为非视线(NLOS)通信系统。 

通信系统可同时包含LOS和NLOS信号分量。如果存在LOS信号分量，则其可能比NLOS信号分量强许多。在一些通信系统中，NLOS信号分量会造成干扰，降低接收器的性能。这种现象称为多径干扰。例如，通信路径130、132和134会以不同的延迟到达移动终端122。通信路径130、132和134还会受到不同程度的削弱。例如，在下行方向，移动终端122处收到的信号是受到不同程度削弱的通信路径130、132和134(这些路径彼此并不同步且动态地发生变化)之和。这种信道可称为衰减多径信道。衰减多径信道会引入干扰，但其也会向无线信道中引入分集和自由度。在基站和/或移动终端中设置有多根天线的通信系统例如MIMO系统特别适合开发(exploit)无线信道的特征， 并从衰落多径信道中提取大量性能增益，从而获得显著的性能提升(同在基站126和移动终端122处设置单天线的通信系统特别是NLOS通信系统相比)。 

图1B是依据本发明一实施例的示范性MIMO通信系统的示意图。如图1B所示，其中展示了MIMO发射器102和MIMO接收器104，以及天线106、108、110、112、114和116。此外还展示了包括通信路径h₁₁、h₁₂、h₂₂、h₂₁、h_2NTX、h_1NTX、h_NRX1、h_NRX2，h_NMNTX的无线信道，其中h_mn代表从发射器天线n到接收器天线m的信道系数。共存在N_TX根发射器天线和N_RX根接收器天线。图中还展示了发射符号x₁，x₂和x_NTX，和接收符号y₁，y₂和y_NRX。 

MIMO发射器102可包括适当的逻辑、电路和/代码，用于生成将由发射天线(如图1B中的天线106、108和110)来发射的发射符号x_i，i∈{1，2，…N_TX}。MIMO接收器104可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于处理接收天线(如图1B中的天线112、114和116)收到的接收符号y_i，i∈{1，2，…N_RX}。MIMO系统中发射信号和接收信号之间的输入—输出关系可表示为： 

                          y＝H_x+n 

其中y＝[y₁，y₂，…y_NRX]^T为包含N_RX个元素的列向量，.^T代表转置向量，H＝[h_ij]：i∈{1，2，…N_RX}；j∈{1，2，…N_TX}为维数为N_RX×N_TX的信道矩阵，x＝[x₁，x₂，…x_NTX]^T 为包含N_TX个元素的列向量，n为包含N_RX个元素的噪音样本的列向量。信道矩阵H可使用奇异值分解(SVD)写成例如H＝U∑V^H，其中.^H表示赫米特(Hermitian)转置，U为N_RX×N_TX酉矩阵(unitary matrix)，∑为N_TX×N_TX 对角矩阵，V为N_TX×N_TX酉矩阵。除了SVD，还可使用其他矩阵分解，来将矩阵H对角化，或对其进行转换。如果MIMO接收器104中使用的接收器算法为例如排序连续干扰抵消(OSIC)，则还可使用其他的矩阵分解，来将矩阵H转换为下/上三角矩阵。其中的一种这样的分解可包括几何均值分解(GMD)，其中H＝QRP^H，R为上三角矩阵，其对角元素为H的奇异值的几何均值，Q和P为酉矩阵。 

图2是依据本发明一实施例的示范性MIMO收发链模型的示意图。如图2所示，其中展示了MIMO系统200，其包括MIMO发射器202、MIMO基带等效信道203、MIMO接收器204和加法器208。MIMO发射器202可包括发 射器(TX)基带处理模块210和发射预编码模块214。MIMO基带等效信道203可包括无线信道206、TX射频(RF)处理模块212和接收器(RX)RF处理模块218。MIMO接收器204可包括预编码解码模块216和RX基带处理模块220。图中还展示了符号向量s、预编码向量x、噪音向量n、接收向量y和信道解码向量y’。 

MIMO发射器202可包括基带处理模块210，其可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于生成MIMO基带发射信号。MIMO基带发射信号将传送至发射预编码模块214。基带信号可进行适当的编码，以便通过发射预编码模块214中的无线信道206进行传送，发射预编码模块214可包括适当的逻辑、电路和/或代码，以使其能够实现上述功能。TX RF处理模块212可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于将发来的信号调制为射频(RF)以便通过无线信道206来传输。RX RF处理模块218可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于执行射频前端功能，以接收无线信道206中传送的信号。RX RF处理模块218可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于将其输入信号解调为基带信号。加法器208可表示MIMO接收器204处的接收信号上有噪音添加。MIMO接收器204可包括预编码解码模块216，其可对接收信号进行线性解码，并将其发往RX基带处理模块220。RX基带处理模块220可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于对基带信号进行进一步的信号处理。 

MIMO发射器202可包括基带处理模块210，该模块可进一步包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于生成MIMO基带发射信号。MIMO基带发射信号将发往发射预编码模块214，即符号向量s。符号向量s是一个N_TX×1维向量。 

发射预编码模块214可用于对符号向量s进行线性转换，生成x＝Ws，其中W的维度(dimension)为N_TX×(s的长度)，x＝[x₁，x₂，…x_NTX]^T。预编码向量x的每一个元素可通过N_TX个可用天线中的不同天线来发送。 

发射的预编码向量x将穿过MIMO基带等效信道203。从这N_RX根接收器天线中，接收的信号y为经MIMO基带等效信道203(表示为矩阵H)转换的信号x，再加上由噪音向量n确定的噪音分量。如加法器208所示，接收向量y可表示为y＝Hx+n＝HWs+n。接收向量y将发往预编码解码模块216， 在此将在接收向量y施加线性解码操作B，以获得解码向量y’＝B^Hy＝B^HHWs+B^Hn，其中B为一个一定维度的复矩阵(complex matrix)。解码向量y’将发往RX基带处理模块220，在此将对预编码解码模块216输出的信号进行进一步的信号处理。 

如果应用到发射预编码向量x上的MIMO基带等效信道203的转换函数(transfer function)H在MIMO发射器202和MIMO接收器204处均是已知的，则可对信道进行对角化，例如设置W＝V，B＝U，其中H＝U∑V^H为奇异值分解。在上述情况下，信道解码向量y’可由下列关系给出： 

         y’＝U^HU∑V^HVs+U^Hn＝∑s+U^Hn 

由于∑可能是对角矩阵，因此y’中的符号向量s中的元素之间可能不存在干扰，从而使得无线通信系统看起来像是一个包含多达N_TX个并行单天线无线通信系统的系统，对于s中的每个元素，最大可达信道矩阵H的秩，其小于或等于N_TX。将矩阵W应用到向量s上的操作可称为预编码。使得无线系统因使用多天线而看起来像是并行非干扰数据流系统的操作会用到术语空间数据流，这是因为每个数据流源自不同的发射天线。如上文所述，可通过分解或拆解得到的空间数据流的数量1≤N_S＝r≤min{N_TX，N_RX}受信道矩阵H的秩r的限制。源自发射天线的每个空间流将分开进行调制和编码。 

图3是依据本发明一实施例的具备有限比率信道状态信息反馈的示范性MIMO的示意图。如图3所示，其中展示了MIMO系统300，其包括MIMO发射器302的一部分、MIMO接收器304的一部分、无线信道306、加法器308和反馈信道320。所述MIMO发射器302的一部分可包括发射预编码模块314。所述MIMO接收器304的一部分可包括预编码解码模块316、信道估计模块322、信道量化模块310、信道分解模块312和码簿(codebook)处理模块318。图中还展示了符号向量s、预编码向量x、噪音向量n、接收向量y和解码向量y’。 

发射预编码模块314、无线信道306、加法器308和预编码解码模块316与图2中的发射预编码模块214、MIMO基带等效信道203、加法器208和预编码解码模块216基本相同。信道估计模块322可包括适当的逻辑、电路和/ 或代码，以估计无线信道206的转换函数。信道估计值将发往信道分解模块312，该模块包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于对信道进行分解。在这点上，分解的信道将发往信道量化模块310。信道量化模块310可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于将信道部分地量化到码簿上。码簿处理模块318可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于生成码簿。反馈信道320代表将信道状态信息从上述MIMO接收器304的一部分传送至上述MIMO发射器302的一部分的信道。 

在许多无线系统中，信道状态信息，也就是信道转换矩阵H在发射器和接收器中是不可用的。然而，为了使用图2中描述的预编码系统，需要让至少一部分信道信息在发射器中可用。在图2中展示的本发明的示范性实施例中，MIMO发射器302可要求将酉矩阵V在MIMO发射器202的发射预编码模块214中进行预编码。 

在频分复用(FDD)系统中，从基站到移动终端(即下行通信)的用于通信的频带可能不同于相反方向(即上行通信)的频带。由于频带上的差异，上行链路中的信道测量值通常无法应用于下行链路，反之亦然。在这种情况下，测量值只在接收器中生成，信道状态信息(CSI)将通过反馈发往发射器。出于这一原因，CSI将通过反馈信道320从上述MIMO接收器304的一部分反馈回上述MIMO发射器302的一部分中的发射预编码模块314。发射预编码模块314、无线信道306和加法器308与图2中的对应模块214、203和208基本相同。 

在上述MIMO接收器304的一部分中，收到的信号y可用于在信道估计模块322中估计信道转换函数H×H^。该估计值可进一步分解为例如对角形式或三角形式，如图2所述，这取决于特定的接收器实现方式。例如，信道分解模块312可执行SVD： $H=U\widehat{\mathrm{\Σ}}{V}^H.$ 在使用多根天线的情况下，矩阵U、∑和V的维度(dimension)将快速增长。在这种情况下，需要将矩阵V量化为维度为NTX×NTX的矩阵Vq，其中Vq可从预定义的酉矩阵的有限集合C＝{Vi}中选择。酉矩阵集合C可称为码簿。通过在码簿中查找矩阵Vq，从某种意义上来说，也就是最接近矩阵V的矩阵，将足以从信道量化模块310将索引q通 过反馈信道320发送到发射预编码模块314，如果上述MIMO发射器302的一部分也知道码簿C的话。码簿C的变化速度远慢于信道转换函数H，这使得完全可以通过反馈信道320从码簿处理模块318对发射预编码模块314中的码簿C进行定期的更新。可将码簿C选择为静态的或者自适应的。此外，也可自适应地或者非自适应地从一组码簿(其中包括自适应和/或静态设计的码簿)中选择码簿C。在这种情况下，上述MIMO接收器304的一部分可在任一时刻将正在使用的码簿通知上述一部分MIMO发射器302。因此，信道H可在信道估计模块322中进行估计，并在信道分解模块312中进行分解。 

在信道量化模块310中，矩阵例如矩阵 可量化为矩阵V_q，索引q将通过反馈信道320反馈回上述MIMO发射器302的一部分。码簿C的选择还可与时间的变化无关。此外，也可自适应地或非自适应地从一组码簿(如上文所述，其中包括自适应和/或静态设计的码簿)中选择码簿C。来自码簿处理模块318的码簿C将通过反馈信道320发送到上述MIMO发射器302的一部分，其发送频率低于索引q。当码簿C的势(cardinality)|C|小于或等于2^M时，M比特足以反馈索引q。 

发射预编码模块314可执行例如线性转换x＝V_qs。接收器中的预编码解码模块316可实现线性转换 $y^{\′}={\hat{U}}^{H}y.$ 在一些情况下，信道矩阵H的秩r可能小于发射天线的数量，即r≤N_TX。在这些情况下，需要将少量空间流映射到向量x，如图2所述。例如，可选择向量s，使得x＝Ws，其中W的维度为N_TX×(s的长度)，而s的长度为空间流的数量，其通常小于秩r。矩阵W可从例如V_q中选择所需列构建。在本发明的另一实施例中，如上文所述，向量x可从x＝V_qs中生成，而长度为N_TX的向量s中的一些适当选择的元素可设为0，从而使向量s中的非零元素数量小于秩r。在这些情况下，s中设为0的元素可对应未使用的空间流。所反馈的索引q和相关的信息可称为预编码矩阵索引(PMI，Pre-Coding Matrix Index)信息。 

在一些情况下，存在这样一种可能，即不同的空间流可能经历明显不同的信道状况。例如，一个空间流的衰减系数可能明显不同于另一空间流的衰减系数。例如，不同空间流的信噪比(SNR)或其他性能度量值可能存在不同。因 此，需要对每条空间流的调制和/或编码单独进行适应性调整(adapt)。为每wh空间流调整调制格式和编码率(例如通过调整发射符号)可通过从MIMO接收器304通过反馈信道320向MIMO发射器反馈信道状态信息和/或基于信道的信息来实现。用于为发射数据确定适当的调制和编码协议的反馈信息可称为信道质量指示(CQI，Channel Quality Indicator)信息。在本发明的多个实施例中，CQI信息可以是信干噪比(SINR)，其可映射到适当的调制和编码配置。在本发明的另一实施例中，MIMO接收器304可基于例如估计的信道质量直接反馈所需的调制和编码配置。 

可从调制编码集合(MCS，modulation coding set)中为每个空间流选择调制和编码方式，该集合中包括可能由上述MIMO发射器302的一部分使用的调制星座和编码率的组合。例如，调制方式可从例如但不限于QPSK、16QAM或64QAM中选择，其中QPSK代表正交相移键控，K-QAM代表使用K个星座点的正交幅度调制。编码率可从例如1/3、1/5或3/4中进行选择，其中任何小于1的有理数是可行的。调制编码集合可包括由调制类型和编码率组成的元素。调制编码集合的一个示范性元素可以是“QPSK 1/3”，其代表调制类型为QPSK，编码率为1/3。一个MCS可包括N个元素。在这种情况下，MCS可称为N级MCS。为了在上述MIMO接收器304的一部分中从N级MCS中选择一个元素，并将指示MCS中适当元素的索引从上述MIMO接收器304的一部分通过反馈信道320反馈回上述MIMO发射器302的一部分，每个空间流需要使用B≥log₂(N)个反馈比特。 

为了降低反馈所需的比特数，可使用微分方案(differential scheme)。在这些情况下，如上文所述，需要为空间流1传送B≥log₂(N)个比特，例如传送MCS中元素的索引。参数s_k代表空间流k的MCS反馈值。对于空间流2到Ns，索引偏移量s_k将从上述MIMO接收器304的一部分反馈回上述MIMO发射器302的一部分。这一偏移量的取值可以是例如s_k∈{0，±1，±2，±3}：k＝2，…，N_S。在这种情况下，对于空间流2到N_s，B_d＝3比特的反馈信息将足以反馈偏移量s_k：k≠1。对于空间流k，其在MSC中的索引随后便可通过空间流1的反馈值和偏移量s_k来获得。索引q(k)代表用户k在MCS中所需元素的索引。因此， 通过上述步骤，上述MIMO发射器302的一部分可根据下列关系来确定索引q(k)： 

q(j)＝s_j：需要B≥log₂(N)个反馈比特 

q(k)＝q(j)+s_k： $\∀k\≠j,$ s_k需要B_d个反馈比特    (1)其中在上述公式中可选择j＝1。索引j可对应任意空间流，即j∈{1，2，…，N_S}。为公开充分和便于理解，在下文中假设j＝1。当B_d＜B时，从上述MIMO接收器304的一部分反馈回上述MIMO发射器302的一部分的比特数可得到降低。在一些实施例中，由于反馈比特数量得以降低，由q(k)：k≠j求得的索引q(k)的范围可限制在MCS的一个子集内，因为MCS中求得的元素及其索引q(k)取决于值s_j＝s₁。 

依然假设空间流j＝1，反馈比特的数量可通过使用微分方案得到进一步的降低。这种方案可在信道状况的变化非常慢，从而足以基于添加到上一索引值的偏移量来微分追踪新索引。在这种方案中，对于用户k，其在时刻n的索引可通过下列关系定义： 

q₀(j)＝s_j：需要B≥log₂(N)个反馈比特 

q_n(j)＝q_n-1(j)+s_j：需要B_d个反馈比特           (2) 

q_n(k)＝q_n(j)+s_k： $\∀k\≠j,$ 需要B_d个反馈比特在这一方案中，空间流j＝1的初始索引可使用B个比特来反馈，通过其可求出MCS中的任意元素。对于随后的索引，由于信道变化足够慢，所以前一索引q_n-1(j)可用于确定新索引q_n(j)。还可偶尔重新初始化q_n(j)。 

需要为MCS选择一个合适的级数。原则上说，N级MCS的元素数或级数N可以选择任意正整数。然而，N级MCS元素的索引需要从上述MIMO接收器304的一部分反馈回上述MIMO发射器302的一部分，最好将N设定为2的次幂。此外，级数最好既不要很多又不要很少。若级数很少，则MCS可能相对粗糙，这可能导致选择的级别不足以用于给定的信道状况。另一方面，级数很多的MCS可在信道状况和MCS中的所选级别之间进行非常高效的匹配。系统需要花费相对很长的时间来完成这一操作，也就是说瞬变阶段 (transient phase)，也称为处理时间，将会很长。此外，当级数很多时，上述过程引入的空间流2到N_S所应用的微分协议(differential protocol)将会导致很小的动态范围，这也是不希望看到的。 

图4是依据本发明一实施例的时频无线信道的时间—频率图。如图4所示，其中展示了时间—频率图400，包括细节放大图402。频率轴可分为几个子段(sub-division)。子带的带宽为f_SB。子带可包括一个或多个资源块，其带宽为f_RB。资源块的带宽包括一个或多个载波间隔，其带宽为f_d。在正交频分复用(OFDM)系统中，载波间隔可由音调(tone)的带宽给出，和/或由音调之间的间隔给出。CQI报告单元的带宽可为带宽f_CQI。PMI报告单元的带宽可为带宽f_PMI。 

时间轴也可像频率轴一样细分。图中展示了t_CQI、t_PMI和t_s子段。t_CQI和t_PMI 分别为CQI和PMI反馈消息的报告间隔。t_s子段可为更为基本的时间单元，例如信道采样时间。如图4所示，其中还展示了CQI时间—频率报告单元，由斜线标记，还展示了PMI报告单元，由交叉线标记。 

在对图2中无线信道的描述中，MIMO系统的无线信道可由信道矩阵H来描述。然而，矩阵H代表的是发射和接收天线之间信道的标量形式，这可从描述矩阵H的信道模型中看出来：H＝[h_ij]：i∈{1，2，…N_RX}，j∈{1，2，…N_TX}。通常，无线信道为时间和频率的函数，其只有在时间—频率平面的一个很小区域内才近似为一个常数。这个区域由信道状况决定，例如，信道相干带宽和信道相干时间。这些变量取决于多种环境因素，例如，由移动造成的多普勒频移。因此，信道矩阵同时是时间和频率的函数，并可更为精确的表达为H(f，t)＝[h_ij(f，t)]：i∈{1，2，…N_RX}，j∈{1，2，…N_TX}。为便于符号描述，时间和频率之间的关联并未展示。如图4所示，在一些情况下，如细节放大图402所示，可为大小为t_s×f_d的时间—频率分片矩阵来测量H。 

在OFDM系统中，这种信道矩阵H可对应单个OFDM子载波的信道估计值，也称为长度为ts的采样间隔内的音调。由于可为无线时间—频率信道的每个大小为t_s×f_d的单元计算信道测量值H，将会产生大量的信道数据。然而，由于通过反馈信道320从MIMO接收器304到MIMO发射器302的反馈容量 是有限的，有必要降低信道反馈消息的精确度(resolution)，并报告信道测量值，该测量值为一定数量的信道测量值的函数。类似的，为降低反馈消息送回MIMO发射器302的频率，反馈消息可例如每几个采样时间t_s传送一次。可通过例如在时间—频率平面的报告区间内对测量的信道矩阵H在时间和频率上求平均值来降低精确度，如图4中的CQI报告单元和/或PMI报告单元所示。 

在图4所示的本发明的示范性实施例中，CQI报告块的带宽为f_CQI，其可包括例如多个资源块，每个资源块的带宽为f_RB。如细节放大图402所示，资源块可包括例如8个载波间隔块，每个间隔块的带宽为f_d。在时间方向上，CQI报告单元可包括时间间隔t_CQI，其包括3个采样区间t_s。因此，如图4所示，可用带宽可分成5个子带，并且在每个区间t_CQI为每个子带生成CQI反馈消息。CQI报告单元可包括反馈值，其为信道测量值的函数，这些信道测量值是为CQI报告单元内的时间频率分片生成的。例如，可计算CQI报告单元的时间频率分片上的平均SINR，以此来确定需要反馈的合适的平均编码和调制级。因此，为降低反馈要求，对于每个PMI/CQI报告单元，可将多个信道测量值H装入一个反馈消息。在一些情况下，需要多个反馈消息。例如，CQI反馈消息可包括为一个CQI报告单元确定的一个的SINR值。 

类似的，还可为PMI反馈消息确定合适的反馈方式。例如，可从PMI报告单元的时间频率分片内的测量矩阵H中计算平均矩阵H’。在本发明的另一实施例中，可在时间方向上进行平均，反馈位于时间—频率分片中间的测量矩阵H。 

依据本发明的一个实施例，CQI报告单元和PMI报告单元可以是任意大小的。此外，CQI/PMI报告单元的维度可动态地进行调整，例如可按照可用反馈容量和/或信道状况的函数来进行调整。类似的，时间和/或频率上子段的大小可以任意的选择。例如，在本发明的一个实施例中，资源块可包括12个OFDM音调。CQI/PMI消息的生成并非仅限于求平均的方式，其还可以是信道状况和/或信道测量值的任意函数。 

在本发明的另一实施例中，PMI和/或CQI报告单元在时间和/或频率上的 大小是可变的。换句话说，CQI/PMI报告单元可以是不同的尺寸，这取决于绝对的频率，反馈频率取决于该频率。例如整个信道可以是5MHz宽。依据本发明的一个实施例，第一CQI/PMI可覆盖0-1MHz的带宽，并每x秒反馈一次消息。第二CQI/PMI可覆盖1-4.5MHz的带宽，并每3x秒反馈一次消息。第三CQI/PMI可覆盖4.5-5MHz的带宽，并每x/2秒反馈一次消息。在一些情况下，相邻的PMI/CQI报告单元还可在时间和/或频率上发生重叠。 

图5是依据本发明一实施例的对CQI和PMI报告单元进行示范性调整的流程图。如在图4中描述的一样，CQI/PMI报告单元可在时间域和频率域进行调整，以代表无线信道可变大小的时间—频率分片。此外，根据本发明的多个实施例，CQI/PMI报告单元的用于处理信道测量值以生成CQI/PMI反馈消息的功能也可进行调整。 

例如，如图5所示，在本发明的一个实施例中，CQI/PMI报告单元可基于信道状况动态地进行调整。在开始步骤502之后，在步骤504，获取信道测量值，作为估计所需参数的基础。可通过从MIMO发射器302向MIMO接收器304发送训练信号来获取信道测量值。训练信号可用于在例如MIMO接收器304处对MIMO信道320进行估计。例如，训练信号具有良好的自相关特性，可通常在一个或多个维度的不同发射天线之间进行正交选择，例如，在时域、频域或码域。在一些情况下，可使用半盲或盲信道估计值，由此不需要使用任何显式的训练信号，而可挖掘某些信号特征来实现信道估计，例如有限字符(finite-alphabet)、恒模(constant modulus)和/或发送信号的周期平稳(cyclo-stationarity)。 

在步骤506，对信道测量值进行处理，估计一个或多个参数，用于调整CQI/PMI报告单元。这些参数可以是信道特征。例如，在使用宏单元时，相关的参数可包括信道的k因子、延迟频移(delay spread)、多普勒频移(Dopplerspread)和/或角度频移(angular spread)。k因子能够显示信道功率的扩展，可用作视线多径分量的强度指示符。较高的k因子显示明显的LOS分量。k因子通常随基站(在UMTS中也称为节点B)和移动终端(在UMTS中也称为用户设备UE)之间的隔离距离呈指数形式下降。延迟频移是与MIMO接收器 304处接收的多径分量的分布有关的参数，并随移动终端与基站之间隔离距离的增加而增加。此外，延迟频移还与地形有关，较陡的地形通常会导致较高的延迟频移。相干带宽可从延迟频移中生成，并指示无线信道在频率域的变化有多大。因此，延迟频移和相干带宽参数有助于确定报告单元的带宽。 

多普勒频移是另一个需要的参数。多普勒频移随范围的变化不大，但取决于例如移动终端移动的速度。多普勒频移与相干时间有关，因此是一个在确定反馈频率时非常有用的参数，以适应信道的时间变化性。另一个有用的参数是角度频移，其可指示有可能收到明显的信号分量的方向范围。该信息对于波束成型和预编码矩阵目的非常有用，可帮助开发天线分集。 

在步骤506，基于一些参数包括例如上述列出的参数，CQI/PMI报告单元既可在时间也可在频率上进行调整。在步骤510，调整循环重新初始化和/或结束。在一些情况下，CQI和PMI反馈资源可独立分配。在本发明的另一实施例中，考虑到约束，CQI和PMI反馈资源可一同分配。例如，在一些情况下可使用最大数量的比特来进行反馈，这时需要确定如何在PMI和CQI反馈中分配可用资源。 

依据本发明的一个实施例，为CQI和发射预编码自适应地分配反馈资源的方法和系统包括如图4所示的为一个或多个CQI报告单元分配带宽和反馈区间，以及为一个或多个PMI报告单元分配带宽和反馈区间。如图4所示，可至少基于与分配给一个或多个CQI报告单元的带宽和反馈区间及分配给一个或多个PMI报告单元的带宽和反馈区间有关的信道状态信息来生成一条或多条反馈消息。 

如图4和图5所述，分配给CQI报告单元和/或PMI报告单元的带宽和反馈区间可动态和/或自适应地进行调整。如图5所述，例如，可基于信道状态信息，或作为反馈率的一个函数，来分配带宽和/或反馈区间。相关的信道状态信息可包括信道测量值，例如信道矩阵H，其与分配的带宽和反馈区间有关。可通过对信道测量值(例如图4所述的矩阵H或OFDM音调的SINR)求平均值来处理信道状态信息，或者通过信道测量值的任意函数来处理信道状态信息。一个或多个CQI报告单元的一个或多个反馈消息可包括调制和编码级或 信干噪比。一个或多个PMI报告单元的一条或多条反馈消息可包括码簿中的一个或多个索引或一个或多个矩阵。 

本发明的另一实施例提供了一种机器可读存储器，其上存储有计算机程序，包含可由机器执行的至少一个代码段，用于控制机器执行上述步骤，以实现为CQI和发射预编码自适应地分配反馈资源的方法和系统。 

本发明可以通过硬件、软件，或者软、硬件结合来实现。本发明可以在至少一个计算机系统中以集中方式实现，或者由分布在几个互连的计算机系统中的不同部分以分散方式实现。任何可以实现所述方法的计算机系统或其它设备都是可适用的。常用软硬件的结合可以是安装有计算机程序的通用计算机系统，通过安装和执行所述程序控制计算机系统，使其按所述方法运行。在计算机系统中，利用处理器和存储单元来实现所述方法。 

本发明还可以通过计算机程序产品进行实施，所述程序包含能够实现本发明方法的全部特征，当其安装到计算机系统中时，通过运行，可以实现本发明的方法。本申请文件中的计算机程序所指的是：可以采用任何程序语言、代码或符号编写的一组指令的任何表达式，该指令组使系统具有信息处理能力，以直接实现特定功能，或在进行下述一个或两个步骤之后，a)转换成其它语言、编码或符号；b)以不同的格式再现，实现特定功能。 

本发明是通过几个具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或具体情况，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。 

Claims (3)

1.一种处理通信信号的方法，其特征在于，包括：

基于信道状态信息为一个或多个信道质量指示报告单元分配带宽和反馈区间，基于信道状态信息为一个或多个预编码矩阵索引报告单元分配带宽和反馈区间；

至少基于与分配给一个或多个信道质量指示报告单元的带宽和反馈区间和分配给一个或多个预编码矩阵索引报告单元的带宽和反馈区间有关的信道状态信息来生成一条或多条反馈消息，所述有关的信道状态信息包括信道测量值，其与所述分配的带宽和所述分配的反馈区间有关；其中，

时频无线信道在频率轴上分为多个子带，所述子带包括一个或多个资源块；在时间轴上分为一个或多个时间间隔；

所述信道质量指示报告单元和所述预编码矩阵索引报告单元分别包括多个资源块，以及分别包括报告间隔；

在每个所述信道质量指示报告单元的报告间隔生成信道质量指示反馈信息，所述信道质量指示反馈信息为信道测量值的函数，所述信道测量值是为所述信道质量指示报告单元内的时间频率分片生成的；

在每个所述预编码矩阵索引报告单元的报告间隔生成预编码矩阵索引反馈信息，所述预编码矩阵索引反馈信息为信道测量值的函数，所述信道测量值是为所述预编码矩阵索引报告单元内的时间频率分片生成的。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，本方法还包括在时间和/或频率上动态地调整所述信道质量指示报告单元和/或预编码矩阵索引报告单元的所述带宽和所述反馈区间。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，本方法还包括在时间和/或频率上自适应地调整所述信道质量指示报告单元和/或预编码矩阵索引报告单元的所述带宽和所述反馈区间。

Images