CN101931498B - 一种传输信道状态信息的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种传输信道状态信息的方法及装置，包括对信道状态信息CSI进行量化，得到前一时刻CSI的量化结果和当前时刻CSI的量化结果；在编码码本中寻找对应的码字，并将找到的码字作为所述编码结果；并发送所述编码结果；接收编码结果，并利用所述编码结果、以及前一时刻CSI的量化结果在编码码本中寻找对应的码字，并将所述码字的末状态作为当前时刻CSI的量化结果。本发明通将CSI进行量化，并将量化的当前时刻CSI与量化的前一时刻CSI进行联合编码，能够有效的去除CSI在时间域上的相关信息，同时也能去除掉反馈信息在相邻时间间隔的信道上的相关信息，并且够准确实时地反馈CSI，对CSI具有较高的压缩率。

Description

一种传输信道状态信息的方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种传输信道状态信息的方法及装置。

背景技术

现有通信系统的发射端根据CSI(Channel State Information，信道状态信息)采用自适应发射技术，能够有效地提高系统容量。但是在FDD(FrequencyDivision Duplex，频分双工)系统中，由于上下行采用不同的频率，因此需要由UE(User Equipment，用户设备)将参考信号估计得到的下行信道的CSI通过上行信道反馈给基站。由于上行信道的容量是有限的，基站难以获得准确的CSI，因此需要在无线通信系统中，尤其是FDD系统中利用有限的比特来将UE获得的CSI尽量无失真的反馈给基站。

在现有技术中普遍采用将CSI进行压缩的方法发送，其主要过程是，利用一组矢量量化码本，对需要反馈的信道参数分级矢量量化。其中第一级量化的对象为需要反馈的信道参数，后面每一级量化的对象变为前一级量化所引起的误差值。压缩结果由基本量化结果和实际量化结果两部分组成。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

现有的CSI压缩方法由于没有充分考虑反馈信息在相邻时间间隔的信道上的相关性，压缩对象只是某个特定时刻、特定子载波上的反馈信息，因此压缩过程是孤立的，相互之间没有联系，压缩过程并没有去除掉反馈信息在相邻时间间隔的信道上的相关信息，压缩率较低。

发明内容

本发明的实施例提供了一种传输信道状态信息的方法及装置，能够提高CSI压缩率。

一种发送信道状态信息的方法，包括：

对CSI进行量化，得到前一时刻CSI的量化结果和当前时刻CSI的量化结果；

根据所述当前时刻CSI的量化结果和前一个时刻CSI的量化结果，在编码码本中寻找对应的码字，并将找到的码字作为所述编码结果；

并发送所述编码结果。

一种发送信道状态信息的装置，包括：

量化单元，用于对CSI进行量化，得到前一时刻CSI的量化结果和当前时刻CSI的量化结果；

编码单元，用于根据所述当前时刻CSI的量化结果和前一个时刻CSI的量化结果，在编码码本中寻找对应的码字，并将找到的码字作为所述编码结果；

发送单元，用于发送所述编码结果。

一种接收信道状态信息的方法，包括：

接收编码结果，所述编码结果由当前时刻CSI的量化结果与前一时刻CSI的量化结果联合编码生成；

利用所述编码结果、以及前一时刻CSI的量化结果在编码码本中寻找对应的码字，并将所述码字的末状态作为当前时刻CSI的量化结果。

一种接收信道状态信息的装置，包括：

编码接收单元，用于接收编码结果，所述编码结果由当前时刻CSI的量化结果与前一时刻CSI的量化结果联合编码生成；

解码单元，用于利用所述编码结果、以及前一时刻CSI的量化结果在编码码本中寻找对应的码字，并将所述码字的末状态作为当前时刻CSI的量化结果。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，通将CSI进行量化，并将量化的当前时刻CSI与量化的前一时刻CSI进行联合编码，能够有效的去除CSI在时间域上的相关信息，同时也能去除掉反馈信息在相邻时间间隔的信道上的相关信息，并且够准确实时地反馈CSI，对CSI具有较高的压缩率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施例提供的发送信道状态信息的方法的流程示意图；

图2为本发明的实施例提供的接收信道状态信息的方法的流程示意图；

图3为本发明的实施例提供的传输信道状态信息的方法的流程示意图；

图4为本发明的实施例提供的一阶马尔可夫状态转移模型；

图5为本发明的实施例提供的发送信道状态信息的装置的结构示意图；

图6为本发明的实施例提供的接收信道状态信息的装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的实施例提供了一种发送信道状态信息的方法，如图1所示，该方法具体可以包括：

步骤11，获得预定时刻的信道中的CSI。

具体地，可以通过信道估计的方法获取CSI，其主要原理是基站发射基站和终端共同知道的参考信号，终端接收到所述参考信号，并通过已有的方法获得相应的CSI。其中预定时刻可以是一段连续的时间。

步骤12，对信道状态信息CSI进行量化，得到前一时刻CSI的量化结果和当前时刻CSI的量化结果。

具体地，在量化的过程中，若步骤11估计得到的CSI是N_r×N_t的矩阵，则可以通过预设的规则将CSI变为一个N_r×N_t维的列向量，再分别计算该列向量与码本中各个码字之间的欧式距离，将欧氏距离最小的那个码字作为量化结果。对CSI具体的量化过程在现有技术中已有介绍，本实施例不做赘述。

步骤13，根据所述当前时刻CSI的量化结果和前一个时刻CSI的量化结果，在编码码本中寻找对应的码字，并将找到的码字作为所述编码结果。

具体地，将获得的当前时刻的CSI的量化结果，同时结合前一时刻的CSI的量化结果，在编码码本中找到对应的码字，将相应的码字作为最后编码的结果输出。

所述的编码码本是根据状态之间的转移概率不同，采用不同长度的二进制序列作为码字，例如码本中第1行第2列上的码字表示：当前CSI量化结果，即当前状态为2，前一个时刻CSI量化结果，即前一个时刻状态为1。若状态1转移到状态2的概率较高，采用较短的二进制序列作为编码码本中，状态1转移到状态2的码字；若状态1转移到状态2的概率较低，则采用较长的二进制序列作为编码码本中，状态1转移到状态2的码字。

步骤14，发送所述编码结果。

具体地，可以将UE作为CSI的发送端，基站作为CSI的接收端，在获得编码结果后，由UE直接将编码结果发送给基站。

本发明的实施例还提供了一种接收信道状态信息的方法，如图2所示，具体可以包括：

步骤21，接收编码结果，所述编码结果由当前时刻CSI的量化结果与前一时刻CSI的量化结果联合编码生成。

具体地，可以将基站作为CSI的接收端，UE作为CSI的发送端，直接由基站接收UE发送的编码结果，所述的编码结果由当前时刻CSI的量化结果与前一时刻CSI的量化结果联合编码生成。

步骤22，利用所述编码结果、以及前一时刻CSI的量化结果在编码码本中寻找对应的码字，并将所述码字的末状态作为当前时刻CSI的量化结果。

具体地，由于编码码本是发送方与接收方共通预知的，因此，在接收到码字后，根据已接收到的前一个时刻CSI的量化结果，在码本中找出对应的码字，例如，前一个时刻CSI的量化结果为1，则在码本第1行中寻找与接收到的码字相同的码字，若与码本中第1行第2列的码字相同，则当前CSI的量化结果为2，对应的量化码本中索引为2的码字即为解码结果。

具体地，解码后，根据预设的与编码时相同的规则将码字恢复成相应的矩阵，接收放会根据恢复的矩阵进行相应的调度。

为便于对本发明有进一步理解，本实施例提供了UE与基站之间在MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多入多出)信道中传送CSI的方法作为较佳的实施例，下面结合图3对本实施例的应用过程进行说明。

如图3所示，在UE与基站之间的CSI传输方法具体可以包括：

步骤31，UE估计并获得预定时刻的MIMO信道中的CSI。

在UE上，可以采用参考信号与CSI相关的方法估计并获得CSI。首先通过以下公式获得R_rs：

R_rs＝HS_rs+Noise

其中，H表示CSI，S_rs表示参考信号并且对UE和基站都是已知的，Noise表示噪声，则信道估计结果可以采用以下的公式表示：

$\hat{H}=R_{\mathrm{rs}}\×{\left(S_{\mathrm{rs}}\right)}^{-1}$

其中表示对MOMI信道的估计结果。预定时刻可以为一段连续的时间。

步骤32，UE对获得的CSI进行量化，得到前一时刻CSI的量化结果和当前时刻CSI的量化结果。

对当前时刻的CSI的量化可以采用Lloyd的方法选择得到最优的码本，下面以一个2×2的码本为例，在如表1所示的码本中每一列表示一个2×2的码字：

表1

$H_c=\left[\begin{array}{cccc}-0.09-0.29i& -0.11-0.08i& -0.07-0.18i& -0.21-0.40i\\ -0.37-0.04i& -0.01-0.06i& 0.27-0.23i& -0.12-0.23i\\ -0.42-0.50i& 0.90-0.06i& 0.25-0.08i& -0.24-0.70i\\ 0.07-0.45i& -0.24-0.13i& -0.14-0.79i& 0.25-0.13i\end{array}\right]$

通过估计步骤31中得到的矩阵，并根据预设的规则将表1变为一个如下的列向量：

[H_1，1  H_1，2  H_2，1  H_2，2]^T

然后再计算该列向量与H_c中四个码字的欧式距离，将欧氏距离最小的码字作为量化结果。

进一步地，在考虑时变信道块衰落模型的情况下，信道状态在一个时刻的时间段里保持不变，但从一个时刻到另一个时刻则根据时间相关性而产生变化。根据AR(Auto-regressive，一阶自回归)平衰落信道原理，可以用马尔可夫随机过程反映CSI的变化，其中在获得第n-1个时刻的CSI后，第n个时刻的CSI对应的矩阵可以表示为：

$H_n={\mathrm{\αH}}_{n-1}+\sqrt{1-{\mathrm{\α}}^2}{W}_n$

其中n表示时刻的序号，H_n是用矩阵表示的第n个时刻上MIMO信道的CSI，该矩阵是一个N_r×N_t的矩阵，N_r表示接收天线数，N_t表示发射天线数；α表示两个相邻时刻上的信道参数的时间相关系数，该系数满足0＜α＜1；W_n表示第n个时刻与H_n-1独立的N_r×N_t的矩阵，该矩阵的元素相互独立且都服从高斯分布。

步骤33，UE根据所述当前时刻CSI的量化结果和前一个时刻CSI的量化结果，在编码码本中寻找对应的码字，并将找到的码字作为所述编码结果。

在获得当前时刻CSI的量化结果后，与前一时刻CSI的量化结果相结合，在编码码本中寻找对应的码字，并将这个码字作为最后的编码结果输出。

对与上述的编码码本，其构造方法可以为：将CSI划分为若干个区间，每个区间对应于CSI的一种量化结果，根据时变信道块衰落模型，将CSI的任意两个状态之间的转移概率建立如下的状态矩阵P：

其中，p_i，j(i＝1，2，...，2^R；j＝1，2，...，2^R)表示状态i到状态j的转移概率，即已知初始状态i，下一个状态转化为j的可能性，通过表1可知，当前状态转移到距离越远的状态，所使用的编码比特数越多，这是由于转移到距离较远的状态的可能性比较小，而转移到距离较近的状态，甚至不发生转移的可能性较大，这时采用较少的比特数来表示，能够压缩编码输出的比特数。以4个码本且初始序号是1为例，可构造如图4所示的一阶马尔可夫状态转移模型，在该模型中，转移概率分布是和信道相关系数密切关联的，当相关系数接近于1时，下一时间块信道量化码本与上一时间块的码本相同的可能性最大，亦即转移概率分布体现为p_ii＞p_ij(i≠j)；R表示预定的反馈比特数，则表示的量化码本数为2^R个，信道转移概率则表示为2^R×2^R的矩阵P；根据所述状态矩阵P，按照p_i，j越大，编码码字C_i，j越短；以及p_i，j越小，编码码字C_i，j越长的原则，生成编码矩阵：

由于编码码本是UE和基站双方预知的，因此可以以表2所示的编码码本为例进行说明：

表2

$C=\left[\begin{array}{cccc}0& 11& 101& 100\\ 11& 0& 101& 100\\ 11& 101& 0& 100\\ 100& 101& 11& 0\end{array}\right]$

当UE获得当前时刻的信道参数量化的码字索引为1，而前一时刻的信道参数量化的码字索引为0时，则通过表2可知从状态0转移到状态1时，编码输出为11，则可以将11作为编码通过上行信道发送。

步骤34，将所述编码结果通过上行信道反馈给基站。

UE作为CSI的发送端，基站作为CSI的接收端，在获得编码结果后，由UE直接将编码结果发送给基站。

步骤35，基站接收编码结果，所述编码结果由当前时刻CSI的量化结果与前一时刻CSI的量化结果联合编码生成。

基站作为CSI的接收端，UE作为CSI的发送端，直接由基站接收UE发送的编码结果，所述的编码结果由当前时刻CSI的量化结果与前一时刻CSI的量化结果联合编码生成。

步骤36，利用所述编码结果、以及前一时刻CSI的量化结果在编码码本中寻找对应的码字，并将所述码字的末状态作为当前时刻CSI的量化结果。

具体地，基站接收到UE反馈的编码后，根据基站和UE双方预知的编码码本对接收到的编码进行解码。如表2所示的编码码本，上一个时刻的解码的码字索引为0，而接收到的比特是11，通过查询表2可知，11对应索引状态由0转移到1，则当前接收到的CSI就是码字索引为1的码字，对应表1中的第2列，将这一列作为解码后的CSI，根据预设的规则，将该码字恢复成2×2的CSI矩阵，基站根据这个2×2的CSI矩阵进行相应的调度。

本实施例通过对CSI进行量化，并将量化的当前时刻CSI与量化的前一时刻CSI进行联合编码，能够有效的去除CSI在时间域上的相关信息，同时也能去除掉反馈信息在相邻时间间隔的信道上的相关信息，并且够准确实时地反馈CSI；由于本实施例采用的编码方法是基于Huffman编码的思想，由于在无损数据压缩中，Huffman编码以其平均码长短、容易实现等特点，具有压缩率高的优势，例如对一个码本数为4、初始码本序号为1、概率分布为[p_1，1，p_1，2，p_1，3，p_1，4]＝[0.7，0.15，0.1，0.05]的数据进行编码，若采用等长编码方式，则需要反馈2bits的数据，而采用Huffman编码对数据进行压缩，则只需要3×(0.05+1)+2×0.15+1×0.7＝1.45bits的数据，压缩率为27.5％，因此可以认为采用Huffman编码不但对反馈的数据进行了有效的压缩，还可以作为降低反向链路频谱资源消耗的措施。

本发明的实施例还提供了一种发送信道状态信息的装置，如图5所示，具体可以包括量化单元51、编码单元52和发送单元53。量化单元51用于对CSI进行量化，得到前一时刻CSI的量化结果和当前时刻CSI的量化结果；编码单元52用于根据所述当前时刻CSI的量化结果和前一个时刻CSI的量化结果，在编码码本中寻找对应的码字，并将找到的码字作为所述编码结果；发送单元53用于发送所述编码结果。

进一步地，在编码单元中存有所述编码码本，所述编码码本为：

该编码码本基于状态矩阵P生成，其中，

p_i，j(i＝1，2，...，2^R；j＝1，2，...，2^R)表示状态i到状态j的转移概率；R表示预定的所述编码结果的反馈比特数。

本发明的实施例还提供了一种接收信道状态信息的装置，如图6所示，该装置具体可以包括编码接收单元61和解码单元62，编码接收单元61用于接收编码结果，所述编码结果由当前时刻CSI的量化结果与前一时刻CSI的量化结果联合编码生成；解码单元62用于利用所述编码结果、以及前一时刻CSI的量化结果在编码码本中寻找对应的码字，并将所述码字的末状态作为当前时刻CSI的量化结果。

进一步地，在编码接收单元61中，所述前一时刻CSI的量化结果通过前一次解码得到。以及，在解码单元62中存有所述编码码本，所述编码码本为：

该编码码本基于状态矩阵P生成，其中，

p_i，j(i＝1，2，...，2^R；j＝1，2，...，2^R)表示状态i到状态j的转移概率；R表示预定的所述编码结果的反馈比特数。

上述装置中包含的各单元的处理功能的具体实施方式在之前的方法实施方式中已经描述，在此不再重复描述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种发送信道状态信息的方法，其特征在于，包括：

对信道状态信息CSI进行量化，得到前一时刻CSI的量化结果和当前时刻CSI的量化结果；

根据所述当前时刻CSI的量化结果和前一个时刻CSI的量化结果，在编码码本中寻找对应的码字，并将找到的码字作为编码结果；

并发送所述编码结果；

所述编码码本为：

该编码码本基于状态矩阵P生成，其中，

p_i，j（i＝1，2，....，2^R；j＝1，2，....，2^R）表示状态i到状态j的转移概率；R表示预定的所述编码结果的反馈比特数。

2.一种发送信道状态信息的装置，其特征在于，包括：

量化单元，用于对信道状态信息CSI进行量化，得到前一时刻CSI的量化结果和当前时刻CSI的量化结果；

编码单元，用于根据所述当前时刻CSI的量化结果和前一个时刻CSI的量化结果，在编码码本中寻找对应的码字，并将找到的码字作为编码结果；

发送单元，用于发送所述编码结果；

在编码单元中存有所述编码码本，所述编码码本为：

该编码码本基于状态矩阵P生成，其中，

p_i，j（i＝1，2，…，2^R；j＝1，2，…，2^R）表示状态i到状态j的转移概率；R表示预定的所述编码结果的反馈比特数。

3.一种接收信道状态信息的方法，其特征在于，包括：

接收编码结果，所述编码结果由当前时刻CSI的量化结果与前一时刻CSI的量化结果联合编码生成；

利用所述编码结果、以及前一时刻CSI的量化结果在编码码本中寻找对应的码字，并将所述码字的末状态作为当前时刻CSI的量化结果；

所述编码码本为：

该编码码本基于状态矩阵P生成，其中，

p_i，j（i=1，2，…，2^R；j＝1，2，…，2^R）表示状态i到状态j的转移概率；R表示预定的所述编码结果的反馈比特数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述前一时刻CSI的量化结果通过前一次解码得到。

5.一种接收信道状态信息的装置，其特征在于，包括：

编码接收单元，用于接收编码结果，所述编码结果由当前时刻CSI的量化结果与前一时刻CSI的量化结果联合编码生成；

解码单元，用于利用所述编码结果、以及前一时刻CSI的量化结果在编码码本中寻找对应的码字，并将所述码字的末状态作为当前时刻CSI的量化结果；

在解码单元中存有所述编码码本，所述编码码本为：

该编码码本基于状态矩阵P生成，其中，

p_i，j（i=1，2，…，2^R；j＝1，2，…，2^R）表示状态i到状态j的转移概率；R表示预定的所述编码结果的反馈比特数。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述编码接收单元从所述解码单元接收所述前一时刻CSI的量化结果。

Images