CN101981827B - 用于发送用于减少反馈开销的信号的方法和用于为此发送反馈信息的方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种用于发送信号以减少反馈开销的方法和一种用于为此发送反馈信息的方法。在通过预编码来发送信号时，在开环传输模式和闭环传输模式中使用不同的码本子集，从而减少反馈开销。在这种情况下，假设根据每种传输模式，对用于各传输模式的码本子集进行最优化。

Description

用于发送用于减少反馈开销的信号的方法和用于为此发送反馈信息的方法

技术领域

本发明涉及多天线无线通信系统，更具体地，涉及用于高效地构造码本子集以减少用于预编码的反馈开销的方法，以及使用该方法来发送和接收信号的方法。 

背景技术

随着信息通信服务的普及、各种多媒体服务的出现、以及高质量服务的提供，对快速无线通信服务的需要已经迅速增加。为了积极地应付此类需要，首先，应增加通信系统的容量。为了增加无线通信环境中的通信容量，可以考虑用于找到新的可用频带的方法和用于提高有限资源的效率的方法。关于后一种方法，多输入多输出(MIMO)技术最近已吸引很多注意并已被积极开发。MIMO技术通过为接收侧和发送侧装配多个天线以另外保证用于利用资源的空间来获得分集增益，并通过并行地通过各天线来发送数据而增加传输容量。 

简而言之，MIMO指的是能够使用多个发送天线和多个接收天线来改善发送/接收数据效率的方法，而不是采用一个发送天线和一个接收天线的传统方法。也就是说，MIMO是在无线通信系统中的发送侧和接收侧利用多个天线来增加容量或改善性能的技术。在下文中，将MIMO称为“多天线”。 

多天线技术是用于收集通过多个天线发送的数据段、而不是依赖于单个天线路径来恢复数据、以便接收一个总消息的技术。该多天线技术实现了特定范围内的数据传输速率的改善或对于特定数据传输速率的系统范围的增加。 

因为下一代移动通信需要比传统移动通信高得多的数据传输速率，可以预知，高效的多天线技术是必不可少的。在这种情形下，MIMO通信技术是可以广泛地应用于移动通信终端和中继器的下一代移动通信技术，并且正在作为一种克服由于数据通信的扩展而越来越受限制的移动通信容量方面的限制的技术而引起注意。 

同时，在目前正在研究的用于改善传输效率的各种技术之中，在发送机和接收机中使用多个天线的MIMO技术作为一种在不增加额外频率分配或功率消耗的情况下显著地改善通信容量和发送/接收性能的方法是最值得注意的。 

图1是图示一般性MIMO通信系统的配置的视图。 

如果发送和接收天线的数目分别同时增加至N_T和N_R，则与仅发送机或仅接收机使用多个天线的情况不同，理论信道传输容量正比于天线的数目而增加。因此，可以增大传输速率且可以显著地改善频谱效率。由于信道传输容量的增加而引起的传输速率可能在理论上增加通过将以下速率增加R_i乘以使用一个天线时的最大传输速率Ro相乘而获得的值。 

[等式1] 

R_i＝min(N_T，N_R) 

例如，使用4个发送天线和4个接收天线的MIMO通信系统理论上可以获得单天线系统的4倍的传输速率。 

由于在20世纪九十年代中期首先证明了多天线系统的理论容量的增加，所以已积极开发了用于基本上改善数据传输速率的各种技术。这些技术中的一些已被应用于多种无线通信标准，诸如第三代移动通 信和下一代无线局域网。 

已在许多方面积极地进行了到目前为止与多天线技术有关的研究，包括对与各种信道环境和多址接入环境中的多天线通信的计算相关的信息理论的研究、对多天线系统的无线信道测量和模型引入的研究、以及对用于改善传输可靠性和传输速率的空时信号处理技术的研究。 

多天线技术包括用于使用穿过各种信道路径的符号来增加传输可靠性的空间分集方案和用于通过使用多个发送天线同时发送多个数据符号来改善传输速率的空间复用方案。最近，已经执行了对将上述方案组合以利用各方案的方法的研究。 

现在将详细地给出上述方案的描述。 

首先，空间分集方案包括空时块编码方法、和使用分集增益和编码增益的格栅编码方法。格栅编码一般在改善误码率和生成代码的自由度方面是优异的，但空时块编码方法在计算方面简单。空间分集增益可以获得至对应于发送天线的数目N_T和接收天线的数目N_R的相乘(N_T×N_R)的程度。 

其次，空间复用方案通过各发送天线来发送不同的数据流。这时，在接收机中，可能在同时从发送机发送的数据之间产生相互干扰。然后，接收机使用适当的信号处理方法来消除该干扰并接收数据。用于消除干扰的接收机包括最大似然接收机、迫零(ZF)接收机、最小均方误差(MMSE)接收机、对角线贝尔实验室分层空时(D-BLAST)接收机、和垂直贝尔实验室分层空时(V-BLAST)接收机。尤其是，如果发送机可以识别信道信息，则可以使用奇异值分解(SVD)方法来消除干扰。 

第三，可以使用空间分集方案和空间复用方案的组合。如果仅获得空间分集增益，则由于分集阶数的增加而引起的性能改善增益逐渐饱和。如果只获得空间复用增益，则降低无线信道的传输可靠性。因此，已进行了对解决这些缺点并同时获得那两种增益的方法的研究。结果，已使用了双空时发送分集(双STTD)和空时比特交织编码调制(STBICM)。 

在上述多天线系统中，发送侧对传输数据进行预编码并随后发送经预编码的数据，并且接收侧使用在发送侧中使用的预编码矩阵(或预编码矢量)来接收数据。 

同时，用于执行预编码的预编码矩阵使用以码本的形式指定的预编码矩阵中的一个，所述码本由发送侧和接收侧两者规定。根据发送侧所使用的预编码矩阵是否需要来自接收侧的反馈信息，可以将发送侧的传输模式分成开环传输模式和闭环传输模式。 

在开环传输模式下，发送侧在不使用来自接收侧的反馈信息的情况下使用预编码矩阵来发送信号。然而，在闭环传输模式下，接收侧通过反馈信道信息等根据接收信号来指示先前指定的码本之中的特定预编码矩阵，并且发送侧使用该反馈信息来发送信号。 

开环传输模式和闭环传输模式可能具有不同的要求。然而，开环传输模式和闭环传输模式不具有根据传输模式的单独代码子集。因此，为了指示在包括码本的整个预编码矩阵之中所使用的预编码矩阵，闭环传输模式下的接收侧的反馈信息将会使用大量的信息，因此可能产生开销。 

发明内容

技术问题 

为了解决问题而设计的本发明的目的在于提供一种用于通过相对 于开环传输模式和闭环传输模式指定单独的码本子集来减少上述反馈开销的方法。 

将会根据传输模式的特性来确定用于各传输模式的码本子集。因此，为了解决问题而设计的本发明的另一目的在于提供一种用于从现有码本规范中高效地选择用于每个传输模式的码本子集的方法。 

技术解决方案 

本发明的目的可以通过提供一种用于发送信号的方法来实现，该方法包括：从在发送侧与接收侧之间确定的码本中，选择规定的预编码矩阵；以及使用所选的预编码矩阵来相对于发送信号执行预编码，其中，取决于发送侧使用开环传输模式还是闭环传输模式，而从码本的不同子集中选择所述预编码矩阵。 

如果发送侧使用两个发送天线来发送信号，则码本可以使用以下表格： 

如果发送侧使用闭环传输模式，则发送侧可以不采用对应于用于码本中的秩数2(在下文中为秩2)的索引0的情况的预编码矩阵。如果发送侧使用开环传输模式，则预编码的执行可以使用固定的一个预编码矩阵，优选地为 

如果发送侧使用两个发送天线来发送信号并使用闭环传输模式，则可以从下表所示的子集中选择用于预编码的预编码矩阵： 

如果发送侧使用闭环传输模式，则用于发送信号的方法还可以包括从接收侧接收用于选择预编码矩阵的反馈信息，其中，反馈信息对于于秩2可以具有两个比特，并且对于秩1可以具有一个比特。 

在本发明的另一方面，所提供的是一种用于发送反馈信息的方法，该方法包括：从在发送侧与接收侧之间预定的码本中，根据接收信号，生成关于将被发送侧使用的规定的预编码矩阵的反馈信息；以及将所生成的关于预编码矩阵的反馈信息发送到发送侧，其中，所述码本被设置为对于使用闭环传输模式时和使用开环传输模式时的情况采用不同的子集，并且其中，关于所述预编码矩阵的所述反馈信息被设置为指示所述码本中的用于闭环传输模式的子集内的特定预编码矩阵。 

如果发送侧使用两个发送天线来发送信号，则码本可以使用以下表格： 

并且，用于闭环传输模式的子集可以排除码本中的对应于用于秩2的索引0的预编码矩阵。关于预编码矩阵的信息对于秩2可以具有两比特长度，并且对于秩1可以具有一比特长度。 

有益效果 

根据本发明的实施例，可以通过取决于发送侧是采用开环传输模式还是闭环传输模式而使用不同的码本子集来减少反馈开销。而且，可以通过对每种传输模式使用最优化码本子集来改善系统性能。 

附图说明

被包括进来以便提供对本发明的进一步理解的附图示出了本发明的实施例，并连同说明书一起用于解释本发明的原理。 

在所述附图中： 

图1是图示一般性MIMO通信系统的配置的视图；并且 

图2是解释依照本发明的示例性实施例的根据传输模式来设置并使用码本子集的方法的构思的视图。 

具体实施方式

现在将对本发明的示例性实施例进行详细的参考，其示例在附图中示出。下面将参照附图给出的详细描述意图解释本发明的示例性实 施例，而不是示出根据本发明可以实现的仅有实施例。 

以下详细描述包括特定细节以便提供本发明的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员来说显而易见的是可以在没有这些特定细节的情况下实施本发明。在某些情况下，已知结构和设备被省略或以方框图形式示出，集中于该结构和设备的重要特征，以免使本发明的构思含糊难懂。在本说明书中将自始至终使用相同的附图标记来指示相同或类似的部分。 

依照本发明的一方面，基于对于开环传输模式和闭环传输模式而言需要不同的要求的认识，提供了一种用于通过根据传输模式指定单独的码本子集来减少反馈开销的方法。为此，将对使用在当前第三代合作伙伴计划长期演进(3GPP LTE)系统中指定的码本的单独子集的方法进行描述。然而，以下描述不仅可以应用于3GPP LTE系统，而且可以应用于其中发送侧使用预编码来发送信号且可选择性地应用开环传输模式或闭环传输环路的任何系统。 

当前3GPP LTE系统如下指定用于两个发送天线(2-Tx)的码本 

表1 

如表1所指示的，2-Tx码本包括用于秩1传输的3个矢量和用于秩2传输的3个矩阵。假设执行半静态秩应用，对于秩1和秩2而言，分别需要3比特的反馈开销和2比特的反馈开销。术语‘预编码矢量指的是‘预编码矩阵’之中的列的数目是1的特定矩阵。在下文中，将预编码矢量称为预编码矩阵，除非此类使用引起混淆。 

然而，表1所指示的码本中的某些特定预编码矩阵在系统操作方面不适用于闭环传输。例如，用于秩1的天线选择矩阵、尤其是诸如表1中的用于秩1的索引0和索引1的矩阵的天线选择矩阵在实现时是不适当的。此外，作为单位矩阵的对应于用于秩2的索引1的矩阵可能是不适当的，因为单位矩阵在闭环系统中不产生任何预编码增益。然而，上述单位矩阵在开环系统中可以提供空间复用增益，因为单位矩阵在相关环境下不形成波束图。 

基于对于每种传输模式而言存在不适当的预编码矩阵的认识，本发明提供了一种用于通过根据传输模式采用单独的码本子集来减少反馈开销的方法。具体地，由于仅在闭环传输模式中需要反馈信息，所 以将主要以闭环传输模式给出描述。 

根据基于前述说明的本发明的一个实施例提出的码本如下。 

表2 

与表1的码本相比，表2的码本不包括对应于表1中的用于秩1的索引0和索引1的天线选择矩阵，其不适合于在开环传输模式和闭环传输模式两者中使用。然而，在本发明的一个实施例中，将表2中的用于秩2的索引0的单位矩阵设置为仅在开环传输模式中使用。即，在开环传输模式中，发送侧可以固定地使用表2中的用于秩2的索引0的矩阵作为预编码矩阵，而不具有来自接收侧的反馈信息。因此，可以如下表示在闭环系统中使用的码本子集。 

表3 

如表3所指示的，在闭环系统中使用的码本子集包括用于秩1的四个预编码矩阵和用于秩2的两个预编码矩阵。因此，接收侧要求用于秩1的两比特的反馈信息和用于秩2的一比特的反馈信息。在开环传输模式下使用矩阵 作为没有预编码索引反馈的固定预编码矩阵。 

可以如下总结本发明的实施例。 

图2是解释依照本发明的示例性实施例的根据传输模式来设置并使用码本子集的方法的构思的视图。 

不适合于在开环传输模式或闭环传输模式中使用的预编码矩阵可以从图2的左侧所示的当前使用的码本中排除。在本发明的一个示例性实施例中，排除了对应于用于秩1的索引0和索引1的天线选择矩阵。在图2的右侧示出了其中排除了不必要的预编码矩阵的码本。 

然而，由于即使在其中排除了不必要预编码矩阵的码本中也存在对于每个传输模式而言不适当的预编码矩阵，所以本发明的示例性实施例提出一种根据传输模式来设置和使用单独码本子集的方法。在图2 中，在开环传输模式中使用对应于用于秩2的索引0的单位矩阵作为固定预编码矩阵，并且在闭环传输模式中排除单位矩阵。闭环传输模式中的接收侧可以通过用于秩1的两比特的反馈信息和用于秩2的一比特的反馈信息来表示预编码矩阵。 

同时，在多天线系统中，层指的是通过多个天线同时发送的不同信息并且秩指的是独立信道的数目。更具体而言，在使用N_T个发送天线和N_R个接收天线通过信道H来发送信号的多天线系统中，满足以下关系： 

(层数)≤Rank(H)≤min(N_T，N_R) 

然而，在表1、表3和图2中假设秩数对应于层数。可以如下将表2和表3中的秩数变为层数。 

表4 

表5 

表4和表5分别对应于表2和表3。 

在上述实施例中，虽然将用于秩2的反馈信息的量被描述为从两比特减少至一比特，但根据系统，期望反馈信息的量对于每个秩而言是相同的。在这种情况下，本发明的另一实施例提出了一种在将用于秩2的反馈信息的比特数保持在两比特的同时使用个案(case)的数目来发送附加信息的方法。所述附加信息可以包括索引0和索引1的列交换版本信息、强流指示符等。 

对于本领域的技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的精神和保护范围的情况下可以对本发明进行各种修改和变更。因此，意图在于本发明涵盖对本发明的修改和变更，只要它们在所附权利要求书及其等价物的范围内即可。 

工业实用性 

根据本发明的示例性实施例的信号发送方法和反馈信息发送方法能够使用用于各传输模式的指定码本子集来减少信息反馈开销并根据传输模式来执行最优化预编码。很明显，上述方法不仅可以应用于3GPPLTE系统，而且可以应用于使用通过相同的原理进行预编码的多天线系统中的可选择性地应用开环传输模式和闭环传输模式的任何多天线通信系统。 

Claims (4)

1.一种用于发送信号的方法，该方法包括：

从在发送侧与接收侧之间预定的码本中，选择规定的预编码矩阵；

使用所选的预编码矩阵来相对于发送信号执行预编码；

使用两个发送天线向所述接收侧发送所述信号，其中，取决于发送侧使用开环传输模式或者是闭环传输模式，而从所述码本的不同子集中选择所述预编码矩阵，其中，所述码本使用下表：

，以及其中，当发送侧使用闭环传输模式时，所述发送侧不采用码本中的对应于用于秩数2的情况的码本索引0的预编码矩阵；以及

当所述发送侧使用闭环传输模式时，接收用于选择预编码矩阵的反馈信息，其中，只要当所述发送侧使用闭环传输模式时，与所述反馈信息相关的开销对于秩数2从两比特的比特长度减小到一比特的比特长度。

2.如权利要求1所述的方法，其中，当发送侧使用开环传输模式时，所述执行预编码使用固定的一个预编码矩阵。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述固定的一个预编码矩阵是 $\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\end{array}\right].$

4.一种用于发送反馈信息的方法，该方法包括：

从在所述发送侧与所述接收侧之间预定的码本中，根据接收信号，生成关于将被发送侧使用的规定的预编码矩阵的反馈信息，其中，所述接收信息是使用两个发送天线从所述发送侧发送的；以及

将所生成的关于所述预编码矩阵的反馈信息发送到所述发送侧，

其中，所述码本被设置为对使用闭环传输模式时和使用开环传输模式时的情况采用不同的子集，以及

其中，关于所述预编码矩阵的所述反馈信息被设置为指示所述码本中的用于闭环传输模式的子集内的特定预编码矩阵，

其中，所述码本使用下表：

，其中，用于所述闭环传输模式的所述子集排除了码本中的对应于用于秩数2的情况的索引0的预编码矩阵，以及

其中，只要当所述发送侧使用所述闭环传输模式时，与所述反馈信息相关的开销对于秩数2从两个比特的比特长度减小为一个比特的比特长度。

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