CN101282564A - 一种时分双工系统中估计信道质量指示的方法及终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种时分双工(TDD)系统中估计信道质量指示(CQI)的方法，该方法为：终端根据基站发送的公共参考信号，进行信道估计，获得下行各个子载波上的信道估计矩阵；利用子频带中子载波的信道估计矩阵，得到该子频带对应的信道估计矩阵；利用所述子频带对应的信道估计矩阵，获得该子频带在下一次下行传输时所使用的预编码矩阵；利用所述子频带中子载波的信道估计矩阵和该子频带的预编码矩阵，计算该子频带对应的CQI。本发明还公开了一种用户终端。采用本发明，在TDD系统使用非码本预编码处理方式时，终端进行下行信道的CQI估计时，在CQI中体现了预编码的增益，可以得到更准确的下行信道质量信息。

Description

一种时分双工系统中估计信道质量指示的方法及终端

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种时分双工(TDD)系统中估计信道质量指示(CQI)的方法及终端。

背景技术

在宽带正交频分复用(OFDMA)系统中，使用频域调度技术可以为用户终端选择适合的子频带，从而有效地利用频域资源。

OFDMA系统中每个用户终端只占用一定的频谱资源，最少可能只占用一个资源块(RB)，这使得我们可以利用信道的频率选择性，进行频域调度，即为每个用户终端分配位置最佳的频谱资源，从而获取频域调度增益。在进行频域调度时，只考虑传输信道的影响，忽略业务等其他因素。频域调度增益主要考虑最佳频域位置选择所带来的频域增益。

如附图1所示，图中给出了5WHz带宽内(共25RB)，使用TU信道进行数据传输时，不同UE占用不同子频带时所估计的CQI值。其中，UE1用实线表示，UE2用虚线表示。可以看出，UE1与UE2在占用不同子频带时的CQI值是不同的。如果每个用户终端要占用2个RB，由于CQI越高，信噪比(SNR)就越高，所以对于UE1来说，占用RB为9和17的子频带是最佳选择，对于UE2来说，占用RB为23和25的子频带是最佳选择，那么在进行频域调度时，就可以把最优的子频带分配给这两个用户终端。可以让每一个用户终端总是能够选择其最适合的子频带进行数据的传输，从而获得频域调度增益，当用户终端足够多时，每一个子频带总是能够找到一个用户终端，并且将该子频带分配给该用户终端，使得该子频带的效率达到最大，从而最大限度的开发无线信道的通信能力。

基站在发送下行数据前，通常需要利用信道信息对发送的下行数据进行预编码(precoding)处理，进行预编码处理可以提高系统性能并降低UE复杂度。预编码处理时需要采用预编码矩阵，根据是否采用有限个预编码矩阵，预编码处理可以分为码本(codebook)方式和非码本(non-codebook)方式。采用codebook方式主要好处在于可以降低UE的反馈信息量，但是non-codebook方式量化误差更小，可以带来更好的性能。对于TDD系统来说，具有无需反馈就可以获得信道信息的特点，因此，non-codebook是更适合的预编码处理方式。

基站在进行频域调度时，通常是根据用户终端反馈给基站的各个子频带的信道质量指示(CQI)来为用户终端分配子频带的。对于采用codebook预编码方式的FDD系统，用户终端估计CQI的具体方法为：

步骤1：UE根据接收到的基站发来的下行公共参考符号估计信道H1；

步骤2：UE根据H1在备选的码本中为每一个子频带选择预编码矩阵；

步骤3：UE根据选择出的各个子频带的预编码矩阵，为每一个子频带计算其预编码后的等效信道H2；

步骤4：UE根据计算出的各个子频带的等效信道H2，计算每一个子频带的CQI；

步骤5：UE将计算出的每一个子频带的CQI及对应的码本索引反馈给基站。

TDD系统在采用non-codebook预编码处理方式时，下行数据和用户终端专用的参考符号同时进行预编码操作，这样UE可以直接利用其专用参考符号进行信道估计，获得预编码后的等效信道，从而简化了接收机端的操作。

但是，TDD系统采用non-codebook的预编码处理方式时，用户终端不知道基站所采用的预编码矩阵，所以也就无法利用预编码矩阵获得体现预编码影响的较为准确的CQI，进而基站就无法获得准确的信道质量信息，导致频域调度的增益下降。

发明内容

本发明提供一种时分双工TDD系统中估计信道质量指示CQI的方法及终端，用以解决现有技术中TDD系统使用非码本预编码处理方式时，用户终端无法准确进行CQI估计的问题。

本发提供的一种时分双工TDD系统中估计信道质量指示CQI的方法包括以下步骤：

A.终端根据基站发送的公共参考信号，进行信道估计，获得下行各个子载波上的信道估计矩阵；

B.利用子频带中子载波的信道估计矩阵，得到该子频带对应的信道估计矩阵；

C.利用子频带对应的信道估计矩阵，预测该子频带在下一次下行传输时所使用的预编码矩阵；

D.利用子频带中子载波的信道估计矩阵和该子频带的预编码矩阵，计算该子频带对应的CQI。

步骤B包括：

将子频带中子载波的信道估计矩阵进行平均，得到该子频带对应的信道估计矩阵。

步骤B包括：

选取子频带中一个子载波的信道估计矩阵，作为该子频带对应的信道估计矩阵。

步骤C包括：

将子频带对应的信道估计矩阵进行奇异值分解，将分解结果中的右正交矩阵作为该子频带在下一次下行传输时所使用的预编码矩阵。

步骤D包括：

利用子载波的信道估计矩阵和该子载波所属子频带的预编码矩阵，计算该子载波预编码后的信道估计矩阵；

利用子频带中子载波预编码后的信道估计矩阵计算该子频带中各个子载波的输出信噪比；

利用子频带中各个子载波的输出信噪比，计算该子频带对应的CQI。

本发明还提供一种用户终端，该终端用于：

根据基站发送的公共参考信号，进行信道估计，获得下行各个子载波上的信道估计矩阵；

利用子频带中子载波的信道估计矩阵，得到该子频带对应的信道估计矩阵；

利用子频带对应的信道估计矩阵，预测该子频带在下一次下行传输时所使用的预编码矩阵；

利用子频带中子载波的信道估计矩阵和该子频带的预编码矩阵，计算该子频带对应的CQI。

该终端包括：

第一信道估计单元，用于根据基站发来的公共参考信号，进行信道估计，获得下行各个子载波上的信道估计矩阵；

第二信道估计单元，用于利用子频带中子载波的信道估计矩阵，得到该子频带对应的信道估计矩阵；

预编码估计单元，用于利用子频带对应的信道估计矩阵，预测该子频带在下一次下行传输时所使用的预编码矩阵；

CQI估计单元，用于利用子频带中子载波的信道估计矩阵和该子频带的预编码矩阵，计算该子频带对应的CQI。

所述第二信道估计单元用于：

将子频带中子载波的信道估计矩阵进行平均，得到该子频带对应的信道估计矩阵。

所述第二信道估计单元用于：

选取子频带中一个子载波的信道估计矩阵，作为该子频带对应的信道估计矩阵。

所述预编码估计单元用于：

将子频带对应的信道估计矩阵进行奇异值分解，将分解结果中的右矩阵作为该子频带在下一次下行传输时所使用的预编码矩阵。

所述CQI估计单元包括：

第一计算单元，用于利用子载波的信道估计矩阵和该子载波所属子频带的预编码矩阵，计算该子载波预编码后的信道估计矩阵；

第二计算单元，用于利用子频带中子载波预编码后的信道估计矩阵计算该子频带中各个子载波的输出信噪比；

第三计算单元，用于利用子频带中各个子载波的输出信噪比，计算该子频带对应的CQI。

本发明中，终端不知道基站所采用的预编码矩阵时，首先根据基站发来的公共参考信号，进行信道估计，获得下行各个子载波上的信道估计矩阵，然后利用子频带中子载波的信道估计矩阵，得到该子频带对应的信道估计矩阵，再利用子频带对应的信道估计矩阵，预测该子频带在下一次下行传输时所使用的预编码矩阵，最后利用子频带中子载波的信道估计矩阵和该子频带的预编码矩阵，计算该子频带对应的CQI。本发明利用了TDD系统上下行信道的对称性，终端通过对下行公共参考符号经历的空间信道进行预编码矩阵的计算，从而获得基站所确定的预编码矩阵，并使用其进行CQI的计算，此时计算出的CQI是考虑了预编码影响的，基站根据该CQI信息可以获得准确的信道质量信息，从而在频域调度时可以获得较高的增益。

附图说明

图1为现有技术中基站侧根据终端反馈的CQI进行频域调度的实例示意图；

图2为本发明提供的方法的流程示意图；

图3为本发明提供的终端的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种时分双工TDD系统中估计信道质量指示CQI的方法，本方法中，TDD系统使用non-codebook预编码时，接收机端不知道发射机所确定的预编码矩阵，利用TDD系统上下行信道的对称性，通过对下行公共参考符号经历的空间信道进行预编码矩阵的计算，从而获得发射机端所确定的预编码矩阵，并使用其进行CQI的计算。

TDD系统中，基站将用户终端专用的参考符号和下行数据进行non-codebook预编码处理后发送，同时发送覆盖整个带宽的未进行预编码的公共参考符号，用于用户终端进行CQI估计，参见图2，用户终端进行CQI估计的具体方法如下：

步骤201：根据基站发送的公共参考信号，进行信道估计，获得下行各个子载波上的信道估计矩阵H1；

步骤202：针对各个子频带，根据子频带中的子载波对应的信道估计矩阵H1，得到该子频带的对应的信道估计矩阵H2；

这里，利用信道估计矩阵H1得到信道估计矩阵H2可以有多种方法，例如：可以将子频带中的子载波对应的信道估计矩阵H1进行平均，得到该子频带的对应的信道估计矩阵H2；或者，也可以选取子频带中的某个子载波对应的信道估计矩阵H1作为该子频带的对应的信道估计矩阵H2。

步骤203：针对各个子频带，利用子频带对应的信道估计矩阵H2预测该子频带在下一次下行传输时所使用的预编码矩阵V；

这里，计算预编码矩阵的方法可以为奇异值分解，但不局限于该种方法，也可以为统一信道分解(uniform channel decomposition，UCD)、注水(water-filling)等方法。但要保证所采用的计算预编码矩阵的方法与下一次下行传输时基站侧所采用的计算预编码矩阵的方法相同。

步骤204：针对各个子载波，利用子载波对应的信道估计矩阵H1和该子载波所属子频带的预编码矩阵V，计算预编码后的信道估计矩阵H3；

步骤205：针对各个子频带，利用子频带中的子载波对应的信道估计矩阵H3，进行质量映射，获得该子频带对应的CQI。

这里，可以采用扩展的有效信噪比映射(Exponential Effective SIR Mapping，EESM)方法，根据信道估计矩阵H3进行质量映射，获得子频带对应的CQI，具体实现方式如下：

首先，利用子频带中的子载波对应的信道估计矩阵H3，计算该子频带中各个子载波的输出信噪比；

然后，利用子频带中各个子载波的输出信噪比，获得该子频带对应的CQI。

当然，这里的质量映射方法，并不局限于EESM方法，也可以是任何其他可行的方式。

终端将计算出的每一个子频带的CQI反馈给基站，基站就可以根据终端反馈的CQI对该UE进行频域调度。

下面以具体实施例对本发明进行说明：

本实施例中，假设基站天线数目为M，终端天线数目为N。下行OFDMA系统可用的子载波数目为K个，子频带的个数P，每一个子频带包括的子载波个数为Q，并且K＝P*Q。终端进行CQI估计的具体步骤为：

首先，终端根据基站发来的公共参考信号，进行信道估计，获得下行各个子载波上的信道估计矩阵为H₁(j)，其中，j＝1...K，并且，对于任何一个H₁(j)，其维数为N×M；

然后，针对各个子频带，将子频带中的子载波对应的信道估计矩阵H₁(j)进行平均，得到该子频带的对应的信道估计矩阵： $H_2\left(i\right)=\frac{1}{Q}\underset{j=(i-1)*Q+1}{\overset{i*Q}{\mathrm{\Σ}}}{H}_1\left(j\right),$ 其中，i＝1...P；

接下来，针对各个子频带，利用子频带对应的信道估计矩阵H₂(i)，预测预编码矩阵，假设计算预编码矩阵的方法为奇异值分解，即H₂(i)＝U(i)·Λ(i)·V^H(i)，其中V(i)即为所预测的预编码矩阵，i＝1...P；

然后，利用子频带对应的预编码矩阵V(i)，以及该子频带中所有子载波的信道估计矩阵H₁(j)，计算预编码之后的信道估计矩阵为：H₃(j)＝H₁(j)·V(i)，其中，j＝(i-1)*Q+1...i*Q；

接下来，利用子频带中的子载波对应的信道估计矩阵H₃(j)计算发送天线发送的数据流对应的各个子载波的输出信噪比；

假设下行预编码的空间复用检测算法采用ZF检测算法，则接收到的信号向量可以表示为r(j)＝x(j)+(H₃ ^H(j)H₃(j)^-1·H₃ ^H(j)n(j)，其中，j＝(i-1)*Q+1...i*Q，r(j)为接收信号向量，维数为N×1，x(j)为发送符号向量，维数为M×1，n(j)为噪声向量，维数为N×1。

每一根发送天线发送的数据流对应的每一个子载波的输出信噪比为： $\mathrm{\γ}(j,m)=\frac{1}{\mathrm{\Π}\left(j\right){|}_m},$ 其中∏(j)|_m表示矩阵∏(j)的第m个对角线元素，m＝1...M。并且 $\mathrm{\Π}\left(j\right)={(H_3^H\left(j\right)\·R^{-1}\left(j\right)\·H_3\left(j\right))}^{-1},$ 其中R(j)为估计出来的噪声空间相关矩阵：R(j)＝E(n(j)·n^H(j))；

当无法获得估计的噪声空间相关矩阵时，也可以假设各个接收天线之间的噪声是不相关的，那么：

其中σ_n ²，n＝1...N为各个接收天线估计出来的噪声功率。

最后，利用发送天线发送的数据流对应的各个子载波的输出信噪比，计算每一个编码流对应的CQI。

当每根发送天线上发送的数据流为独立编码时，那么每一个编码的数据流对应的等效信噪比为(假设采用EESM映射方法)：

${\mathrm{SIR}}_{\mathrm{eff}}(i,m)=-\mathrm{\β}\·\ln \left[\frac{1}{Q}\underset{j=(i-1)*Q+1}{\overset{i*Q}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{-\frac{\mathrm{\γ}(j,m)}{\mathrm{\β}}}\right]$

其中β是一个EESM映射方法中使用的与调制和编码有关的参数，该参数可以通过仿真事先确定。

当每根发送天线上发送的数据流为联合编码时，那么该编码的数据流对应的等效信噪比为(假设采用EESM映射方法)：

${\mathrm{SIR}}_{\mathrm{eff}}\left(i\right)=-\mathrm{\β}\·\ln \left[\frac{1}{Q\·M}\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{j=(i-1)*Q+1}{\overset{i*Q}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{-\frac{\mathrm{\γ}(j,m)}{\mathrm{\β}}}\right)\right]$

在计算完毕每一个编码数据流对应的等效信噪比之后，即可以通过查阅等效信噪比与CQI的映射表格确定CQI的大小。

参见图3，本发明还提供一种时分双工TDD系统中估计信道质量指示CQI的终端，该终端用于：根据基站发送的公共参考信号，进行信道估计，获得下行各个子载波上的信道估计矩阵；利用子频带中子载波的信道估计矩阵，得到该子频带对应的信道估计矩阵；利用所述子频带对应的信道估计矩阵，得到该子频带在下一次下行传输时所使用的预编码矩阵；利用所述子频带中子载波的信道估计矩阵和该子频带的预编码矩阵，计算该子频带对应的CQI。

该终端包括第一信道估计单元301、第二信道估计单元302、预编码估计单元303和CQI估计单元304，其中，第一信道估计单元301，用于根据基站发来的公共参考信号，进行信道估计，获得下行各个子载波上的信道估计矩阵；第二信道估计单元302，用于利用子频带中子载波的信道估计矩阵，得到该子频带对应的信道估计矩阵；预编码估计单元303，用于利用所述子频带对应的信道估计矩阵，获得该子频带在下一次下行传输时所使用的预编码矩阵；CQI估计单元304，用于利用所述子频带中子载波的信道估计矩阵和该子频带的预编码矩阵，获得该子频带对应的CQI。

第二信道估计单元302用于：将子频带中子载波的信道估计矩阵进行平均，得到该子频带对应的信道估计矩阵。

第二信道估计单元302用于：选取子频带中一个子载波的信道估计矩阵，作为该子频带对应的信道估计矩阵。

预编码估计单元303用于：将所述子频带对应的信道估计矩阵进行奇异值分解，将分解结果中的右矩阵作为该子频带在下一次下行传输时所使用的预编码矩阵。

所述CQI估计单元304包括第一计算单元3041、第二计算单元3042和第三计算单元3043，其中，第一计算单元3041，用于利用子载波的信道估计矩阵和该子载波所属子频带的预编码矩阵，获得该子载波预编码后的信道估计矩阵；第二计算单元3042，用于利用所述子频带中子载波预编码后的信道估计矩阵获得该子频带中各个子载波的输出信噪比；第三计算单元3043，用于利用所述子频带中各个子载波的输出信噪比，获得该子频带对应的CQI。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1. 一种时分双工TDD系统中估计信道质量指示CQI的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A.终端根据基站发送的公共参考信号，进行信道估计，获得下行各个子载波上的信道估计矩阵；

B.利用子频带中子载波的信道估计矩阵，得到该子频带对应的信道估计矩阵；

C.利用所述子频带对应的信道估计矩阵，得到该子频带在下一次下行传输时所使用的预编码矩阵；

D.利用所述子频带中子载波的信道估计矩阵和该子频带的预编码矩阵，获得该子频带对应的CQI。

2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B包括：

将子频带中子载波的信道估计矩阵进行平均，得到该子频带对应的信道估计矩阵。

3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B包括：

选取子频带中一个子载波的信道估计矩阵，作为该子频带对应的信道估计矩阵。

4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C包括：

将所述子频带对应的信道估计矩阵进行奇异值分解，将分解结果中的右正交矩阵作为该子频带在下一次下行传输时所使用的预编码矩阵。

5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤D包括：

利用子载波的信道估计矩阵和该子载波所属子频带的预编码矩阵，获得该子载波预编码后的信道估计矩阵；

利用所述子频带中子载波预编码后的信道估计矩阵获得该子频带中各个子载波的输出信噪比；

利用所述子频带中各个子载波的输出信噪比，获得该子频带对应的CQI。

6. 一种用户终端，其特征在于，该终端用于：

根据基站发送的公共参考信号，进行信道估计，获得下行各个子载波上的信道估计矩阵；

利用子频带中子载波的信道估计矩阵，得到该子频带对应的信道估计矩阵；

利用所述子频带对应的信道估计矩阵，得到该子频带在下一次下行传输时所使用的预编码矩阵；

利用所述子频带中子载波的信道估计矩阵和该子频带的预编码矩阵，计算该子频带对应的CQI。

7. 如权利要求6所述的终端，其特征在于，该终端包括：

第一信道估计单元，用于根据基站发来的公共参考信号，进行信道估计，获得下行各个子载波上的信道估计矩阵；

第二信道估计单元，用于利用子频带中子载波的信道估计矩阵，得到该子频带对应的信道估计矩阵；

预编码估计单元，用于利用所述子频带对应的信道估计矩阵，获得该子频带在下一次下行传输时所使用的预编码矩阵；

CQI估计单元，用于利用所述子频带中子载波的信道估计矩阵和该子频带的预编码矩阵，获得该子频带对应的CQI。

8. 如权利要求7所述的终端，其特征在于，所述第二信道估计单元用于：

将子频带中子载波的信道估计矩阵进行平均，得到该子频带对应的信道估计矩阵。

9. 如权利要求7所述的终端，其特征在于，所述第二信道估计单元用于：

选取子频带中一个子载波的信道估计矩阵，作为该子频带对应的信道估计矩阵。

10. 如权利要求7所述的终端，其特征在于，所述预编码估计单元用于：

将所述子频带对应的信道估计矩阵进行奇异值分解，将分解结果中的右矩阵作为该子频带在下一次下行传输时所使用的预编码矩阵。

11. 如权利要求7所述的终端，其特征在于，所述CQI估计单元包括：

第一计算单元，用于利用子载波的信道估计矩阵和该子载波所属子频带的预编码矩阵，获得该子载波预编码后的信道估计矩阵；

第二计算单元，用于利用所述子频带中子载波预编码后的信道估计矩阵获得该子频带中各个子载波的输出信噪比；

第三计算单元，用于利用所述子频带中各个子载波的输出信噪比，获得该子频带对应的CQI。

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