CN102026267A - 混合信道状态信息的反馈方法、反馈信息处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种混合信道状态信息的反馈方法、反馈信息处理方法及装置，所述混合信道状态信息的反馈方法包括：对信道状态进行估计，根据信道估计结果生成信道状态信息；根据所述信道状态信息对下行链路性能进行度量，根据所述度量结果生成用于指示是否修改基站设置的控制比特；当所述控制比特指示修改基站设置时，将所述控制比特和所述信道状态信息发送给所述基站；否则，仅将所述控制比特发送给所述基站。本发明实施例的方法根据下行链路性能来选择是否反馈混合状态信息，降低了CSIT反馈的开销，提供了更优的下行传输性能。

Description

混合信道状态信息的反馈方法、反馈信息处理方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种混合信道状态信息的反馈方法、反馈信息处理方法及装置。

背景技术

在无线通信系统中，发送端信道状态信息(Channel State Information at Transmitter，CSIT)是提升下行链路性能的重要参考因素。在“点对点”系统中，具有CSIT的发射机能通过空间复用技术提升下行链路的容量；而在多用户空分多址(Spatial Division Multiple Access，SDMA)系统中，波束成形预编码器的设计也需要CSIT。图1为现有通信系统通过反馈链路获得CSIT的示意图，图1中反馈的CSIT信息主要为码本索引信息。如图1所示：接收机通过信道估计，获得无线信道矩阵hn，然后通过奇异值分解，获得基站与用户间的信道方向信息，然后从自身的码本中查找与该方向信息对应的码本索引(S₃)，将该码本索引反馈给BS(Base Station，基站)；BS通过该码本索引查找自身的码本获得MS(Mobile Station，移动终端)的信道方向信息，然后BS根据该信息进行波束成形预编码设计，从而使MS获得最佳的接收性能。

反馈的CSIT信息为一种系统开销。现有技术的方案是：针对每一个下行分组，MS都将向BS反馈有限比特的CSIT信息，该有限比特表示的是一个量化值，因此必然存在量化误差；并且在有大量发射和接收天线的MIMO(Multiple -Input Multiple-Output，多输入多输出)系统中，反馈比特的量将会极大地增加以保证反馈量化误差不会对系统造成显著影响，而这将造成很大的系统开销。例如，在MIMO SDMA系统中，每用户的反馈将按照(n_T-1)log₂P(n_T为发射天线数，P为发射功率)规律增长。

上述问题在协作MIMO系统中将变得更为严重，因为在协作MIMO系统中，MS需要给多个BS进行反馈，将需要更大的反馈开销。因此，如何在没有系统性能损耗的前提下降低反馈开销成为当前研究非常重要的一个问题。

现有技术的一种解决方案是由网络侧来控制移动通信网络中的CSIT反馈信息大小。BS决定传输模式，也即发送信息流的个数。BS侧部署了的反馈控制机制以控制反馈开销。该控制机制包括：无论信道条件如何，MS都将针对低阶传输模式(单个数据流)进行CSIT反馈；而对于高阶模式(多个数据流)的CSIT反馈将视当前信道条件而定。

具体地，在高阶模式下，由BS为信道质量设置一个门限，当信道质量低于该门限值时，MS不进行CSIT反馈；当信道质量高于该门限值时，MS进行CSIT反馈。该门限值可以通过广播信道发送给MS，MS根据该门限值决定是否针对高阶传输模式进行CSIT反馈。但是对于低阶模式，不管信道质量如何都要进行反馈。

该方案仅由BS侧独立控制，并没有参考下行链路性能的度量结果；该方案由BS指定门限值，但并没有说明该门限值的设定依据；该方案对于低阶传输模式无论信道质量如何都要反馈CSIT信息，在信道质量很差时，有可能带来干扰。

发明内容

本发明实施例提供一种混合信道状态信息的反馈方法、反馈信息处理方法及装置。

本发明实施例一方面提供一种混合信道状态信息的反馈方法，所述方法包括：对信道状态进行估计，根据信道估计结果生成信道状态信息；根据所述信道状态信息对下行链路性能进行度量，根据所述度量结果生成用于指示是否修改基站设置的控制比特；当所述控制比特指示修改基站设置时，将所述控制比特和所述信道状态信息发送给所述基站；否则，仅将所述控制比特发送给所述基站。

本发明实施例一方面还提供一种对反馈的混合信道状态信息进行处理的方法，所述方法包括：接收终端反馈的混合信道状态信息，所述混合信道状态信息中至少包含用于指示是否修改基站设置的控制比特；当所述控制比特指示修改基站设置时，根据所述混合信道状态信息中与所述控制比特对应的信道状态信息修改自身设置；否则，保持原有设置。

本发明实施例一方面还提供一种混合信道状态信息的反馈装置，所述装置包括：信道状态信息生成单元，用于对信道状态进行估计，根据信道估计结果生成信道状态信息；链路性能度量单元，用于对下行链路性能进行度量，生成链路性能度量结果；控制比特生成单元，用于根据下行链路性能度量结果生成用于指示是否修改基站设置的控制比特；混合信道状态信息发送单元，用于当所述控制比特指示修改基站设置时，将所述控制比特和所述信道状态信息发送给所述基站；否则，仅将所述控制比特发送给所述基站。

本发明实施例一方面还提供一种对反馈的混合信道状态信息进行处理的装置，所述装置包括：混合信道状态信息接收单元，用于接收终端反馈的混合信道状态信息，所述混合信道状态信息中至少包含用于指示是否修改基站设置控制比特，当所述控制比特用于指示修改基站设置时，所述混合信道状态信息还包含与所述控制比特对应的信道状态信息；处理单元，用于当所述控制比特指示基站修改设置时，根据所述混合信道状态信息中与所述控制比特对应的信道状态信息修改自身设置；否则，保持原有设置。

本发明的有益效果在于，本发明实施例的方法与装置根据下行链路性能来选择是否反馈混合状态信息，在不影响系统性能的情况下，降低了CSIT反馈的开销。

附图说明

图1为现有通信系统通过反馈链路获得CSIT的示意图；

图2为本发明实施例的CSIT信息的反馈系统架构图；

图3为本发明实施例MS进行混合信道状态信息的反馈方法整体流程图；

图4为本发明实施例慢衰落信道中接收信干噪比SINR在有、无信道反馈时的对比图；

图5为本发明实施例SINR状态转移的马尔科夫模型图；

图6为本发明实施例的BS进行反馈信息处理的流程图；

图7为本发明实施例混合信道状态信息反馈装置的功能框图；

图8为本发明实施例混合信道状态信息处理装置的功能框图；

图9为本发明实施例的方法与现有方法的系统实际吞吐量对比图；

图10为本发明实施例的方法与现有方法反馈开销对比图；

图11为本发明实施例的方法与现有方法中断概率对比图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

实施例1：

本实施例提供一种混合CSIT的反馈方法与系统。图2为本发明实施例的CSIT信息的反馈系统架构图，如图2所示：本实施例的MS可以根据信道估计产生CSIT信息，如，预编码索引信息；MS将产生的CSIT信息输入到反馈控制器(位于MS内部)，反馈控制器根据下行链路性能度量指标计算并产生控制比特，将该控制比特以及与该控制比特对应的CSIT信息组成混合CSIT信息共同反馈给BS；BS侧根据该控制比特判断是否需要修改自身设置，当需要修改自身设置时，根据与该控制比特对应的CSIT信息来修改自身设置。

其中，与该控制比特对应的CSIT信息只有需要基站修改自身设置时才反馈给基站，否则仅反馈控制比特，控制比特的不同取值指示是否需要基站修改自身设置。所述的控制比特至少包括1比特，控制比特的数值与信道状态变化情况相对应。可选地，当反馈的CSIT信息为预编码索引信息时，基站根据接收的预编码索引信息来修改原有的预编码索引，采用新的预编码矩阵进行波束成形预编码。可选地，如果信道质量很差，该控制比特的不同取值还可以指示基站将当前质量差的信道关闭。

图3为本实施例的MS进行混合信道状态信息的反馈方法整体流程图，如图3所示，该反馈方法包括：

步骤S301、对信道状态进行估计，根据信道估计结果生成信道状态信息；

可选地，生成的信道状态信息至少包括预编码索引信息，步骤S301具体包括：根据信道估计结果hn来获得最优的预编码矩阵f*；

步骤S302、根据所述信道状态信息对下行链路性能进行度量，根据所述度量结果生成用于指示是否修改基站设置的控制比特；

步骤S303、根据链路性能度量结果，判断是否需要基站修改设置，如果需要进入步骤S304，否则进入步骤S305；

步骤S304、将所述控制比特和所述信道状态信息发送给所述基站；

步骤S305、仅将所述控制比特发送给所述基站。

可选地，MS计算下行链路度量，如吞吐量、信干噪比等，作为判决标准；MS根据该判决标准判断是否在反馈控制比特的同时反馈与该控制比特对应的信道状态信息。

可选地，本实施例将净吞吐量作为判决标准。首先生成需要反馈所述信道状态信息时的净吞吐量M_fb，以及不需要反馈所述信道状态信息时的净吞吐量M_nfb；可选地本实施例的M_fb和M_nfb可以根据所述信道状态信息以及信干噪比的马尔可夫模型生成。

当M_fb＞M_nfb时，生成用于指示基站修改设置的控制比特；否则，生成用于指示基站保持原有设置的控制比特。如，当信道状态信息包括修改的预编码索引信息；当M_fb＞M_nfb时，生成用于指示基站修改预编码索引的控制比特。

可选地，本实施例还可以为信道质量设置门限值Th，当M_nfb＜Th时，生成用于指示基站关闭当前信道的控制比特。

本发明实施例的方法根据下行链路性能来选择是否反馈混合状态信息，降低了CSIT反馈的开销；并且，还能够使基站关闭信道质量差的链路，降低了由此带给蜂窝系统的干扰；提供了更优的下行传输性能。

实施例2：

本实施例提供一种混合CSIT的反馈方法与系统。本实施例以点对点通信为例，详细阐述了MS利用信道状态信息进行智能反馈以及BS对智能反馈信息进行处理的方法以及实现该方法的相应装置的原理。需要说明的是，本发明实施例所述方案，不局限于该实施例对应的点对点通信系统，而可以扩展到包括协作MIMO系统在内的未来移动通信系统中，且本实施例反馈的信道状态信息除了预编码索引信息外，还可以扩展为包括HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request，混合自动重传请求)信息、BS选择信息等，而反馈控制比特数，也不限于1比特或2比特，而是可以根据所设计的不同反馈状态数来确定。

本实施例反馈控制器的输入为预编码矩阵的索引，而输出的混合信道状态信息包括预编码矩阵索引以及2比特控制比特，或者本实施例的反馈控制其仅输出控制比特，用于控制BS操作。

在反馈控制器中，将采用加权净吞吐量，也就是下行链路吞吐量减去加权反馈开销，作为下行链路性能度量标准。反馈判决每隔一定时间间隔D做出，其中，D为反馈时延。此外，本发明实施例将接收SINR(Signal to interference and Noise Ration，信干噪比)建模为马尔可夫链(Markov Chain)。

图4给出了慢衰落信道中，接收SINR在有、无信道反馈时的对比图。该图指出了本实施例的方法在有反馈瞬间和没有反馈情况下信干噪比随时间变化的波形图。图5为本发明实施例SINR状态转移的马尔科夫模型图。该图对SINR状态转移矩阵进行了描述说明。如图5所示，S_k和S_k+1是指信干噪比的两个不同的状态，转移矩阵P_tr是指从当前状态(S_k)转移到下一状态(S_k+1)的概率。使用该模型，可以对信道下一状态的变化进行预先判断。

利用上述架构、假设及建模方法，MS的处理流程可以描述为如下算法：

(1)MS估计信道状态信息h，并在预编码码本F中搜索最优预编码矩阵，满足：

$f_k^{\left(\mathrm{rx}\right)}=\underset{f\∈F}{\arg \max }{|f\·h^H|}^2$

(2)MS计算度量标准函数，生成控制比特；具体计算方法举例如下：

将加权净吞吐量作为下行链路性能度量标准，因此，当MS反馈B比特混合信道状态信息(总的反馈比特)时，净吞吐量为：

$M_{\mathrm{fb}}=E\left[G\left(S_{k+1}\right|S_k\left(f_k^{\mathrm{rx}}\right))\right]-\mathrm{\αB}$

$=R\&CenterDot;\underset{S_{k+1}=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\{1(R<{\log }_2(1+S_{k+1}))P_{\mathrm{tr}}(S_k\left(f_k^{\mathrm{rx}}\right),S_{k+1})-\mathrm{\&alpha;B}$

M_fb是一个估计值，其中，R为下行链路传输速率，S_k为当前的SINR状态(单位为信干噪比)S_k+1为下一个SINR状态，α为反馈开销的权重因子。S_k是通过修改后的预编码矩阵计算得到，而S_k和S_k+1的关系则由图5所示的状态转移矩阵P_tr描述。

由上述分析可知，当MS不进行反馈时，净吞吐量为：

$M_{\mathrm{nfb}}=E\left[G\left(S_{k+1}\right|S_k\left(f_k^{\mathrm{tx}}\right))\right]$

$=R\&CenterDot;\underset{S_{k+1}=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\{1(R<{\log }_2(1+S_{k+1}))P_{\mathrm{tr}}(S_k\left(f_k^{\mathrm{tx}}\right),S_{k+1})$

M_nfb与M_fb的差别在于，M_nfb没有反馈开销，并且两者的转移矩阵P_tr的大小也不同。MS根据度量标准进行判决，产生反馈比特，具体判决算法如下：

a)如果M_fb-M_nfb＞0，表示进行反馈时的净吞吐量比不进行反馈时的净吞吐量大，则产生控制比特，如10，表示数据发送将采用修改的预编码矩阵；

b)如果M_nfb＞Th，表示进行反馈时的净吞吐量比不进行反馈时的净吞吐量小，则产生控制比特，如01，表示数据发送仍然使用原有的预编码矩阵；其中，Th为预设的门限值；

c)其他情况，则表示信道状态太差，设置控制比特，如00，使BS将关闭发射机，不在此信道上发送数据；

(3)MS向BS反馈控制比特，并在控制比特为10时同时反馈最优预编码矩阵索引。

图6为本实施例的BS进行反馈信息处理的流程图。如图6所示，该方法包括：

步骤S601、接收终端反馈的混合信道状态信息，所述混合信道状态信息中至少包含用于指示是否修改基站设置的控制比特；

步骤S602、解析控制比特的含义，并根据控制比特的含义进入步骤S603-S605；

步骤S603、当所述控制比特指示修改基站设置时，根据所述混合信道状态信息中与所述控制比特对应的信道状态信息修改自身设置；

可选地，当信道状态信息包括预编码索引；步骤S603包括：根据接收的预编码索引来修改自身的预编码索引。

步骤S604、当所述控制比特指示不修改基站设置时，保持原有设置；可选地，还包括：

步骤S605、当所述控制比特指示基站关闭当前信道时，根据所述控制比特的指示关闭当前信道。

对应于本实施例MS的混合信道状态信息的反馈方法，本实施例在MS中还增加了混合信道状态信息的反馈装置。图7为MS中的混合信道状态信息的反馈装置的功能框图。如图7所示，所述装置70包括：信道状态信息生成单元701，用于对信道状态进行估计，根据信道估计结果生成信道状态信息；链路性能度量单元702，用于根据所述信道状态信息对下行链路性能进行度量，生成链路性能度量结果；控制比特生成单元703，用于根据下行链路性能度量结果生成用于指示是否修改基站设置的控制比特；混合信道状态信息发送单元704，用于当所述控制比特指示修改基站设置时，将所述控制比特和所述信道状态信息发送给所述基站；否则，仅将所述控制比特发送给所述基站。结合图2所示，本实施例的装置70的控制比特生成单元702以及混合信道状态信息发送单元704在实际产品中可以为一个反馈控制器。

可选地，所述链路性能度量单元702，用于生成需要反馈所述信道状态信息时的净吞吐量M_fb，以及不需要反馈所述信道状态信息时的净吞吐量M_nfb；所述控制比特生成单元703，用于当M_fb＞M_nfb时，生成用于指示基站修改设置的控制比特；否则，生成用于指示基站保持原有设置的控制比特。

可选地，所述装置70还包括：门限值设置单元705，用于设置信道质量的门限值Th；所述控制比特生成单元703，还用于当M_nfb＜Th时，生成用于指示基站关闭当前信道的控制比特。

可选地，所述链路性能度量单元702，用于根据所述信道状态信息以及信干噪比的马尔可夫模型生成M_fb和M_nfb。具体计算方法参见之前MS工作方法的描述。

对应于本实施例BS侧的混合信道状态信息处理方法，本实施例在BS侧增加了一个混合CSIT信息的处理装置。图8为本实施例一种对反馈的混合信道状态信息进行处理的装置的功能框图。如图8所示，本实施例的装置80包括：混合信道状态信息接收单元801，用于接收终端反馈的混合信道状态信息，所述混合信道状态信息中至少包含用于指示是否修改基站设置控制比特；处理单元802，用于当所述控制比特指示基站修改设置时，根据所述混合信道状态信息中与所述控制比特对应的信道状态信息修改自身设置；否则，保持原有设置。可选地，所述控制比特还用于指示基站关闭当前信道；所述处理单元802，还用于根据所述控制比特的指示关闭当前信道。

本发明将所提出的智能反馈机制与现有的反馈压缩算法进行了仿真对比，并考虑了8*1的带有10比特反馈的MISO(Multiple-Input Single-Output，多输入单输出)系统场景。其中，现有算法采用的是仅在预编码矩阵状态改变时进行反馈的压缩方案。如图9、10、11所示，

图9本实施方法与现有方案的系统实际吞吐量对比图，其中：发射天线为Tx＝8，接收天线Rx＝1，且反馈比特fb＝10；图10为本实施例方法与现有方案反馈开销对比图；图11本实施例方法与现有方案中断概率对比图。由图9-11可以看出，本发明实施例提出的智能反馈方案可以实现更高的系统实际吞吐量，更低的CSIT反馈开销以及更小的中断概率。

本发明实施例提出的智能反馈方案，带来了如下有益效果：本发明实施例的方法根据下行链路性能来选择是否反馈混合状态信息，降低了CSIT反馈的开销；并且，还能够使基站关闭信道质量差的链路，降低了由此带给蜂窝系统的干扰；提供了更优的下行传输性能。

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。

以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (15)

1.一种混合信道状态信息的反馈方法，其特征在于，所述方法包括：

对信道状态进行估计，根据信道估计结果生成信道状态信息；

根据所述信道状态信息对下行链路性能进行度量，根据所述度量结果生成用于指示是否修改基站设置的控制比特；

当所述控制比特指示修改基站设置时，将所述控制比特和所述信道状态信息发送给所述基站；否则，仅将所述控制比特发送给所述基站。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述的控制比特至少包括1比特，控制比特的数值与信道状态变化情况相对应。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述信道状态信息对下行链路性能进行度量，根据所述度量结果生成用于指示是否修改基站设置的控制比特；包括：

生成需要反馈所述信道状态信息时的净吞吐量M_fb，以及不需要反馈所述信道状态信息时的净吞吐量M_nfb；

当M_fb＞M_nfb时，生成用于指示基站修改设置的控制比特；否则，生成用于指示基站保持原有设置的控制比特。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

设置信道质量门限值Th；

当M_nfb＜Th时，生成用于指示基站关闭当前信道的控制比特。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，生成M_fb和M_nfb具体包括：

根据所述信道状态信息以及信干噪比的马尔可夫模型生成M_fb和M_nfb。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述信道状态信息包括修改的预编码索引信息；所述当M_fb＞M_nfb时，生成用于指示基站修改设置的控制比特包括：

当M_fb＞M_nfb时，生成用于指示基站修改预编码索引的控制比特。

7.一种对反馈的混合信道状态信息进行处理的方法，其特征在于，所述方法包括：

接收终端反馈的混合信道状态信息，所述混合信道状态信息中至少包含用于指示是否修改基站设置的控制比特；

当所述控制比特指示修改基站设置时，根据所述混合信道状态信息中与所述控制比特对应的信道状态信息修改自身设置。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述控制比特还用于指示基站关闭当前信道；所述方法还包括：

根据所述控制比特的指示关闭当前信道。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述信道状态信息包括预编码索引；所述根据所述信道状态信息修改自身设置包括：

根据接收的预编码索引来修改自身的预编码索引。

10.一种混合信道状态信息的反馈装置，其特征在于，所述装置包括：

信道状态信息生成单元，用于对信道状态进行估计，根据信道估计结果生成信道状态信息；

链路性能度量单元，用于根据所述信道状态信息对下行链路性能进行度量，生成链路性能度量结果；

控制比特生成单元，用于根据下行链路性能度量结果生成用于指示是否修改基站设置的控制比特；

混合信道状态信息发送单元，用于当所述控制比特指示修改基站设置时，将所述控制比特和所述信道状态信息发送给所述基站；否则，仅将所述控制比特发送给所述基站。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，

所述链路性能度量单元，用于生成需要反馈所述信道状态信息时的净吞吐量M_fb，以及不需要反馈所述信道状态信息时的净吞吐量M_nfb；

所述控制比特生成单元，用于当M_fb＞M_nfb时，生成用于指示基站修改设置的控制比特；否则，生成用于指示基站保持原有设置的控制比特。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

门限值设置单元，用于设置信道质量的门限值Th；

所述控制比特生成单元，还用于当M_nfb＜Th时，生成用于指示基站关闭当前信道的控制比特。

13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，

所述链路性能度量单元，用于根据所述信道状态信息以及信干噪比的马尔可夫模型生成M_fb和M_nfb。

14.一种对反馈的混合信道状态信息进行处理的装置，其特征在于，所述装置包括：

混合信道状态信息接收单元，用于接收终端反馈的混合信道状态信息，所述混合信道状态信息中至少包含用于指示是否修改基站设置控制比特，当所述控制比特用于指示修改基站设置时，所述混合信道状态信息还包含与所述控制比特对应的信道状态信息；

处理单元，用于当所述控制比特指示基站修改设置时，根据所述混合信道状态信息中与所述控制比特对应的信道状态信息修改自身设置。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述控制比特还用于指示基站关闭当前信道；

所述处理单元，还用于根据所述控制比特的指示关闭当前信道。

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