CN101932000A - 一种信道信息反馈的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种信道信息反馈的方法和装置，该方法包括：接收方根据测量结果，计算得到测量集合中各站点的信道信息，将所述信道信息在指定的子帧和/或时隙上直接映射到为所述信道信息反馈所分配的资源单元并发送到发送方。该装置包括信道信息计算模块，信道信息处理模块和发送模块。本发明只需要较少的开销，可使发送方可以获得精确的信道反馈信息。

Description

一种信道信息反馈的方法和装置

技术领域

该发明涉及了高级长期演进(LTE-A)系统，尤其涉及该系统中的信道信息反馈的方法和装置。

背景技术

在LTE系统中，目前信道信息的反馈都是通过隐式的方式反馈信道信息的，即通过反馈信道的信道质量指示信息，信道的秩信息以及预编码矩阵索引信息(PMI)指示信息来反映信道状态。发送方根据反馈的信道质量信息自适应选择最为合适的调制编码方式，并根据秩信息确定下行传输可以复用的层数目(复用的层数目反映了在同一RE上，可以传输的调制符号数目)，同时根据PMI信息，在收发双方都已知的码本矩阵集合中，选择合适的预编码矢量矩阵进行预编码处理。

当天线数目增加时，需要的码本数量将呈指数增加。为了能够使预编码矢量能够较好地匹配信道的特性，将需要设计大量的码本矩阵，这无疑大大增加了终端进行码本匹配过程的复杂度。爱立信的仿真结果表明，采用LTE当前的码本设计，是无法达到ITU对LTE-A的系统容量需求的。在当前的讨论中，会议通过了在多点协作传输(CoMP：coordinate multi-point transmission and reception)中，同时支持显示和隐身方法反馈信道状态信息的方案。

在显示的信道信息反馈中，反馈中包括对信道信息的反馈和噪声干扰信息的反馈。在信道信息反馈时，UE测量CoMP测量集合中每个站点的信道信息，并在给定的子帧中反馈给主服务站点。其中反馈信道信息的方式主要包括：对信道信息的反馈；对信道协方差矩阵信息的反馈。

在一些文献中，分别考虑了对信道信息和信道协方差信息量化反馈的方式，但对信道信息直接量化反馈的开销很大。过大的反馈开销是上行链路所无法容忍的。假设天线配置为M×N(即NodeB侧M根发射天线和N根接收天线)则信道矩阵Hi的元素个数为M*N，同时假设各种不同的反馈方式的反馈子带划分方式相同。

在量化反馈模式下，假设实数和虚数部分的量化bit个数为m。则直接反馈Hi的情况下，每个子带的反馈开销为2*m*M*N(bit)。在LTE系统中，子带对应于UE反馈的一个颗粒度，子带包括一个或多个资源块(RB)，在反馈时，会假设每个子带的信息具有相关性(相似性)。

而反馈信道的协方差矩阵时，Ri为M×M的共轭对称矩阵，因此反馈的数据个数为M个实数+M*(M-1)/2个虚数。因此反馈Ri时，每个子带的反馈开销公式为：m*M+2*m*M*(M-1)＝(2*m-1)*M*M(bit)。在上述的计算中，还没有考虑信道编码因素造成的影响。当考虑进行信道编码时，反馈开销还将成倍增加。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种信道信息反馈的方法和装置，只需要较少的开销，使发送方可以获得精确的信道反馈信息。

为了解决上述问题，本发明提供了一种信道信息反馈的方法，包括：

接收方根据测量结果，计算得到测量集合中各站点的信道信息，将得到的至少部分信道信息在指定的子帧和/或时隙上直接映射到为所述信道信息反馈所分配的资源单元并发送到发送方。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：

所述接收方将反馈的所述信道信息映射到所述资源单元之前，先对所述信道信息执行以下一种或多种处理：幅值压缩处理，归一化处理和扩频处理。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：

所述反馈的信道信息为信道信息矩阵中的元素，所述信道信息矩阵为信道系数的协方差矩阵，或者为子带内直接提取到的信道系数矩阵。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：

所述信道信息为根据下行导频估计得到的时域信道系数，所述接收方对所述时域信道系数中大于设定门限的时域信道系数，或者幅值最大的m个径的时域信道系数进行反馈。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：

所述接收方还将反馈的各个时域信道系数对应的多径时延信息反馈给发送方；或者，所述接收方仅将反馈的时域信道系数中时延最大的径对应的时延信息反馈给发送方。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：

所述发送方为一个或多个基站，接收方为一用户设备，所述信道信息为下行信道信息，发送方包括多个基站时，所述用户设备将所述信道信息发送到主服务基站，或者

所述发送方为某个用户设备，所述接收方为一基站，所述信道信息为上行信道信息。

进一步地，上述方法还可具有以下特点，该方法应用于高级长期演进(LTE-A)系统。

本发明提供的实现信道信息反馈的装置包括信道信息计算模块，信道信息处理模块和发送模块，其中：

所述信道信息计算模块用于根据测量结果，计算得到测量集合中各站点的信道信息；

所述信道信息处理模块用于将计算得到的至少部分信道信息在指定的子帧和/或时隙上直接映射到为所述信道信息反馈所分配的资源单元；

所述发送模块用于将完成映射的信道信息发送到发送方。

进一步地，上述装置还可具有以下特点：

所述信道信息处理模块将反馈的所述信道信息映射到所述资源单元之前，先对所述信道信息执行以下一种或多种处理：幅值压缩处理，归一化处理和扩频处理。

进一步地，上述装置还可具有以下特点：

所述信道信息计算模块计算得到的所述信道信息包括信道信息矩阵中的元素，所述信道信息矩阵为信道系数的协方差矩阵，或者为子带内直接提取到的信道系数矩阵；

所述信道信息处理模块反馈的信道信息为所述信道信息矩阵中的元素。

进一步地，上述装置还可具有以下特点：

所述信道信息计算模块计算得到的信道信息包括根据下行导频估计得到的时域信道系数；

所述信道信息处理模块反馈的信道信息为所述时域信道系数中大于设定门限的时域信道系数，或者幅值最大的m个径的时域信道系数。

进一步地，上述装置还可具有以下特点：

所述信道信息计算模块计算得到的信道信息还包括所述时域信道系数对应的多径时延信息；

所述信道信息处理模块反馈的信道信息还包括反馈的各个时域信道系数对应的多径时延信息，或者还包括反馈的时域信道系数中时延最大的径对应的时延信息。

本发明方法和装置直接将信道信息映射到资源单元，信道矩阵中的每个系数仅仅需要一个资源单元，因此可以大大降低直接反馈的开销，同时可以维持数据的原始特性，使发送方可以获得更为准确的预编码向量系数，特别适用于在高信噪比的情况下。

附图说明

图1是本发明实施例处理架构的示意图；

图2是本发明实施例方法的处理流程图，其中虚框表示可选步骤；

图3是本发明实施例用户设备相关的功能模块图；

图4是信道响应在时域的分布特性的示意图；

图5是本发明实施例通过量化的方式反馈与直接反馈方式下，预编码中层间干扰的压缩情况对比的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细说明。

表1对比了直接反馈和量化反馈在相同开销情况下的量化精度，直接反馈时不进行扩频。

表1

表2对比了直接反馈和量化反馈在相同开销情况下的量化精度，直接反馈时2倍扩频。

表2

表3对比了直接反馈和量化反馈在相同开销情况下的量化精度，直接反馈时4倍扩频。

表3

从上述3个表可以看出，通过量化的方式进行显示反馈，即便是在量化非常粗糙的情况下进行调制后传输，反馈一个信道系数需要的RE数将远远大于1。而直接对信道信息映射到资源单元，则信道矩阵中的每个系数仅仅需要一个资源单元，因此可以大大降低直接反馈的开销，同时可以维持数据的原始特性，使发送方可以获得更为准确的预编码向量系数。因此，本实施例提出了对信道信息直接进行载波映射的传输方法，牺牲部分的可靠性来降低反馈开销。尤其是在高信噪比，上行信道估计准确性较高的情况下，可以达到很好的效果。

图1是LTE系统中信道信息反馈的处理架构的示意图，实施例也采用这种处理架构。

接收方对信道信息的反馈处理的具体实施过程如图2所示，本实施例接收方为UE，该反馈处理的流程包括：

步骤110，获得测量集合的站点信息，利用测量集合中各个站点的导频分别进行信道估计；

其中测量集合的个数大于等于1，在CoMP模式下，测量集合为CoMP测量集合。

步骤120，提取下行信道信息；

实施例提取的信道信息是信道信息矩阵中的元素，信道信息矩阵可以是信道系数的协方差矩阵，也可以是在子带内直接提取到的信道系数矩阵。

在接收方进行信道估计时，会首先估计得到每个导频位置处的信道信息，并进一步插值或滤波的方式获得每个子载波上的信道系数信息，假设发射天线为M，接收天线数目为N，则信道矩阵的表达式可以表示为：

$H=\left[\begin{array}{cccc}{H}_{\mathrm{1,1}},& H_{\mathrm{1,2}},& ...,& H_{1,M}\\ H_{\mathrm{2,1}},& H_{\mathrm{2,2}},& ...,& H_{2,M}\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .,& .,& .,& .,\\ H_{N,1},& H_{N,2},& H_{N,3},& H_{N,4}\end{array}\right]$

其中H_i，j表示从第j根发射天线至第i根接收天线之间的信道系数，为带符号的复数。

直接反馈的方式是通过将信道系数(H中的各个系数)直接映射到上行信道的子载波上发送，例如对各个子载波上的信道系数进行平均；或者进行抽样；或者将信道系数的时域响应中，冲击最大的时刻上的几个信道系数提取出来反馈。

信道协方差矩阵是对一个子带内的信道系数求解协方差：

$R=\frac{1}{S}\underset{i=1}{\overset{S}{\mathrm{\Σ}}}{H}_i^{/}{H}_i$

其中H_i为子带内每个子载波上的信息矩阵。

步骤130，对信道信息矩阵中的下行信道信息进行幅值压缩处理；

例如：对信道信息矩阵中的每个元素的实部虚部求1/n次幂。通过求1/n次幂，可以压缩信道信息矩阵中元素的幅值分布范围。假设矩阵中各个元素的实部，虚部的分布范围为0.1～10，则通过对数据求1/n次幂，例如n＝4，则分布范围压缩为0.5623～1.7783，从而避免幅度过小的数据出现相位翻转。主服务站点只需要对数据接收数据的幅度求n次幂，即可恢复出原来的数据。

步骤140，UE对信道信息矩阵中的下行信道信息进行归一化处理；

数据的发射功率是根据控制信令配置的，通过对信道信息的归一化处理，可以缩小信道信息的分布范围，同时使其与数据信息的功率匹配。当执行归一化处理时，优选的，UE侧同时将归一化系数同时反馈至主服务小区。

步骤150，对要发送的下行信道信息的数据执行扩频处理；

执行扩频处理的目的，是提高数据传输的可靠性。通过扩频处理，可以压缩在上行反馈中叠加在下行信道信息中的噪声分量。

步骤160，将获得的下行信道信息在指定的子帧和/或时隙上直接映射到高层信令为下行信道信息反馈所分配的资源单元上，发送到主服务站点。

对于下行信道信息的反馈，可以在上行控制信道或上行业务信道中分配用于下行信道信息反馈的资源单元，优选的是在上行业务信道中分配一定的资源单元进行反馈。

上述流程中的步骤13-150是在执行信道信息映射前，可选的执行步骤。

相应地，本实施例可实现信道信息反馈的用户设备(在另一实施例也可以是基站)包括信道信息计算模块1，信道信息处理模块2和发送模块3，如图3所示，其中：

信道信息计算模块用于根据测量结果，计算得到测量集合中各站点的信道信息，所述信道信息可以为信道信息矩阵中的元素，所述信道信息矩阵为信道系数的协方差矩阵，或者为子带内直接提取到的信道系数矩阵。

信道信息处理模块用于将计算得到的所述信道信息在指定的子帧和/或时隙上直接映射到为所述信道信息反馈所分配的资源单元；将所述信道信息映射到所述资源单元之前，可以先对所述信道信息执行以下一种或多种处理：幅值压缩处理，归一化处理和扩频处理。

发送模块用于将完成映射的信道信息发送到发送方。

本实施例中，该装置为高级长期演进(LTE-A)系统中的UE，但也可以是该系统中的基站。

相应地，发送方接收反馈的信道信息的处理过程基本为上述过程的逆过程，本实施例中的发送方为所述UE的主服务站点，这里指基站，包括：

步骤210，首先根据上行传输的导频数据(测量导频或解调导频)进行信道估计，获得上行的信道信息；

步骤220，根据承载上述反馈的下行信道信息的资源单元的位置，进行解资源单元映射，获得叠加了上行信道特性、噪声和干扰的下行信道信息；

步骤230，利用信道估计得到的上行信道信息，对所述资源单元进行信道均衡检测，恢复反馈的下行信道信息；

信道均衡检测采用的接收检测算法可以采用现有的检测算法如ZF，LMMSE，MMSE-SIC等，但不局限于此。

步骤240，对恢复出的下行信道信息的数据做解扩频处理；

步骤250，对解扩频后的下行信道信息进行归一化恢复处理；

步骤260，对归一化恢复处理后的下行信道信息进行幅值解压缩处理；

步骤270，根据解压缩后得到的下行信道信息获得预编码向量矩阵、信道的秩信息以及下行的信道质量信息。

根据UE是否采用了数据压缩处理、归一化处理以及扩频处理。在步骤240～260有选择的执行解扩频、归一化恢复和幅值解压缩处理。

需要说明的是，本发明同样也可用于上行信道信息的反馈，此时发送方改为UE，接收方为主服务基站。此时，主服务基站对上行信道信息的反馈处理和上述流程中UE对下行信道信息的反馈处理是一致的，UE对反馈的上行信道信息的恢复处理则与上述流程中主服务站点对反馈的下行信道信息的恢复处理是一致的。

按上述流程进行直接反馈，即对获得的信道矩阵的系数直接映射到上行分配的资源单元上，或者进行归一化、幅度压缩和扩频中的一种或多种处理后映射到上行分配的资源单元上，因为不经过量化处理而直接映射到分配的资源单元上，可以保留数据的原始特征。如信道矩阵为：

$H=\left[\begin{array}{c}1+2j,0.2+4j\\ 5+0.5j,3+2j\end{array}\right]$

将H中的4个系数[1+2j，0.2+4j，5+0.5j，3+2j]进行直接映射到资源单元上，也可以首先进行归一化、幅度压缩、扩频等一种或多种处理中后映射到资源单元上，其最大的特征是模拟信号的映射。这种方式下，如果不考虑扩频的因素，则所占用的资源单元数量就是M*N；直接反馈避免了量化带来的量化误差影响，在信道条件好的情况下，信道传输的误差很小，此时量化误差占主导因素，应用本发明可以提高信道系数反馈的准确性。

直接反馈时，下行信道信息的反馈开销由收发天线的数目确定，反馈所占用的资源单元的数目为收发天线数目乘积的m倍，m为正实数。m的取值取决于扩频倍数，以及是否对数据进行了数据压缩处理(例如对于M*N的矩阵H，天线间存在一定的相关特性，同时时间上/频率上也存在一定的相关性)。扩频倍数和压缩程度可以由高层配置，物理层通过高层指示的扩频倍数和压缩比例计算最终需要的资源单元个数m＝M*N*扩频倍数*压缩比率，压缩比率为小于等于1的正实数，扩频倍数为大于等于1的正整数。

实施例二

本实施例反馈的信道信息是时域信道系数，除反馈的信道信息及相关处理不同外，其他处理可参照实施例一。

由于信道的多径元素是以簇的方式非均匀的分布在时延域上，具有稀疏分布的特征，且功率的分配与多径时延特性有关。因此也可以通过反馈时域信道相应的有限个抽头系数来减少反馈开销。如图4所示，时域中主要的信道系数主要分布在最大多径时延范围内。

接收方首先根据下行导频估计时域的信道响应，并设置一个门限σ，比较估计得到的时域信道系数中大于门限σ的时域信道系数，并将该部分信道系数通过直接反馈的方式反馈到发送方。同时将反馈的各个时域信道系数对应的多径时延信息反馈给发送方。

接收方按照前面描述的信道均衡检测方式获得反馈的信道系数及各径的多径时延位置排列信道系数，并对没有反馈的位置插零。之后变换到频域即可获得整个系统带宽的频域信道系数。

为了降低反馈开销，也可以不用反馈每个反馈系数对应的多径时延信息，而仅仅反馈反馈的时域信道系数中时延最大的径对应的时延信息。

当考虑系统设计在不同环境下的统一性时(如果按照门限，可能会出现不同环境下，需要反馈的径数目不同)，可以选择固定数目径数对应的系数信息。例如，限制有限个(m个)时域的信道系数，并选择时域信道系数幅值最大的m个径的时域信道系数进行反馈。

本实施例的实现信道信息反馈的装置与实施例一一样，也包括信道信息计算模块、信道信息处理模块和发送模块。其中，信道信息计算模块计算得到的信道信息包括根据下行导频估计得到的时域信道系数，还可以包括所述时域信道系数对应的多径时延信息；而信道信息处理模块反馈的信道信息为时域信道系数中大于设定门限的时域信道系数，或者幅值最大的m个径的时域信道系数，还可以包括反馈的各个时域信道系数对应的多径时延信息，或者反馈的时域信道系数中时延最大的径对应的时延信息。

图5是通过量化方式反馈与直接反馈下，预编码中层间干扰的情况对比的示意图。上面的曲线表示是采用量化方式反馈时的预编码层间干扰，下面的曲线表示采用直接反馈方式时的预编码层间干扰。图中，Fs factor指扩频倍数，仿真的信道环境为EPA信道，接收方速度为60km/h。可以看出，当信道信息反馈的存在误差时，用量化方式反馈的信道信息获得的预编码权值进行预编码，层之间存在干扰。用直接反馈的精确的信道信息获得的预编码权值进行预编码，层间的干扰分量会被压缩，或者说层间干扰会很小。

仿真结果表明，在相同反馈开销，且反馈开销在适当范围的情况下，直接反馈的性能远远大于通过量化反馈的性能。而通过对信道信息矩阵中每个信道系数按照收发双方透明的压缩处理和归一化处理，可以进一步提高数据传输的可靠性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种信道信息反馈的方法，包括：

接收方根据测量结果，计算得到测量集合中各站点的信道信息，将得到的至少部分信道信息在指定的子帧和/或时隙上直接映射到为所述信道信息反馈所分配的资源单元并发送到发送方。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述接收方将反馈的所述信道信息映射到所述资源单元之前，先对所述信道信息执行以下一种或多种处理：幅值压缩处理，归一化处理和扩频处理。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：

所述反馈的信道信息为信道信息矩阵中的元素，所述信道信息矩阵为信道系数的协方差矩阵，或者为子带内直接提取到的信道系数矩阵。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：

所述信道信息为根据下行导频估计得到的时域信道系数，所述接收方对所述时域信道系数中大于设定门限的时域信道系数，或者幅值最大的m个径的时域信道系数进行反馈。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：

所述接收方还将反馈的各个时域信道系数对应的多径时延信息反馈给发送方；或者，所述接收方仅将反馈的时域信道系数中时延最大的径对应的时延信息反馈给发送方。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述发送方为一个或多个基站，接收方为一用户设备，所述信道信息为下行信道信息，发送方包括多个基站时，所述用户设备将所述信道信息发送到主服务基站，或者

所述发送方为某个用户设备，所述接收方为一基站，所述信道信息为上行信道信息。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法应用于高级长期演进(LTE-A)系统。

8.一种实现信道信息反馈的装置，其特征在于，包括信道信息计算模块，信道信息处理模块和发送模块，其中：

所述信道信息计算模块用于根据测量结果，计算得到测量集合中各站点的信道信息；

所述信道信息处理模块用于将计算得到的至少部分信道信息在指定的子帧和/或时隙上直接映射到为所述信道信息反馈所分配的资源单元；

所述发送模块用于将完成映射的信道信息发送到发送方。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于：

所述信道信息处理模块将反馈的所述信道信息映射到所述资源单元之前，先对所述信道信息执行以下一种或多种处理：幅值压缩处理，归一化处理和扩频处理。

10.如权利要求8或9所述的装置，其特征在于：

所述信道信息计算模块计算得到的所述信道信息包括信道信息矩阵中的元素，所述信道信息矩阵为信道系数的协方差矩阵，或者为子带内直接提取到的信道系数矩阵；

所述信道信息处理模块反馈的信道信息为所述信道信息矩阵中的元素。

11.如权利要求8或9所述的装置，其特征在于：

所述信道信息计算模块计算得到的信道信息包括根据下行导频估计得到的时域信道系数；

所述信道信息处理模块反馈的信道信息为所述时域信道系数中大于设定门限的时域信道系数，或者幅值最大的m个径的时域信道系数。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于：

所述信道信息计算模块计算得到的信道信息还包括所述时域信道系数对应的多径时延信息；

所述信道信息处理模块反馈的信道信息还包括反馈的各个时域信道系数对应的多径时延信息，或者还包括反馈的时域信道系数中时延最大的径对应的时延信息。

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