CN102377526A - Mimo通信系统中用于传输反馈信息的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种在基于MIMO的通信系统的终端中用于提供反馈信息的方法，该方法包括：根据下行信道矩阵模型，确定第一当前次实测的长时协方差矩阵；发送第一当前次实测的长时协方差矩阵所对应的第一当前次的估计的长时协方差矩阵的量化至基站；以及根据下行信道矩阵模型，确定第二当前次实测的长时协方差矩阵；确定第二当前次的估计的长时协方差矩阵相对于前次重置时刻的估计的长时协方差矩阵的变化信息；以及发送变化信息的量化至基站。通过该技术方案，MIMO场景中的长时协方差矩阵的反馈过程中的开销大大减少。

Description

MIMO通信系统中用于传输反馈信息的方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信网络，尤其涉及MIMO通信系统中用于传输反馈信息的方法及装置。 

背景技术

多点协作(Coordinated Multi-Point，CoMP)传输是LTE-A中降低小区间干扰(Inter-cell interference，ICI)、提高数据率、增强小区边缘吞吐量和/或提高系统的吞吐量的一个有效的方式。 

多天线技术，例如单小区多用户MIMO(MU-MIMO)和CoMP传输被引入LTE-A中以满足增强版IMT的需求。而且，单小区MU-MIMO技术因其信令简单、部署容易以及具有较好的系统性能而更具竞争力。显然，信道信息反馈在MU-MIMO的传输方案中是一个重要的因素。如何提高信道反馈精确度以及尽可能地减小反馈开销，在MU-MIMO的方案中并未被很好的解决。 

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明提出了一种MIMO的通信系统中用于传输反馈信息的方法及装置，以提高信道信息反馈的精确度，并减小信道信息反馈的开销。 

在通信系统中存在对子带的预编码涉及两个码本矩阵，其中一个旨在解决宽带和/或长时信道特性相关问题，另一个旨在解决与频率选择和/或短时信道特性相关问题。基于反馈架构，长时宽带协方差矩阵用于帮助信道反馈提高性能。通过长时协方差矩阵的变换作用，自适应性码本可以旋转并对准较好的波束形成的方向，该方向 即对应着长时协方差矩阵的主特征向量。在对相关的信道实测量的量化过程中，自适应性码本将可从指向长时主特征向量的球冠方向进行集中选取，而无需在整个球面的方向上选择，通过这种方式，信道反馈精度，将被大大提高。 

协方差矩阵包括不同等级的特征向量，长时宽带特征向量在时域中波动缓慢，即其中存在一定的时间相关性，该时间相关性或者信道变化信息被用在本发明的技术方案中以帮助信道反馈以及减少长时协方差矩阵的反馈开销。 

基于上述方面，根据本发明的一个实施例，提出了一种在基于MIMO的通信系统的终端中用于向基站提供反馈信息的方法，该方法包括，根据下行信道矩阵模型，确定第一当前次实测的长时协方差矩阵；发送第一当前次实测的长时协方差矩阵所对应的第一当前次的估计的长时协方差矩阵的量化至基站。根据下行信道矩阵模型，确定第二当前次实测的长时协方差矩阵；确定第二当前次的估计的长时协方差矩阵相对于前次重置时刻的估计的长时协方差矩阵的变化信息；其中，根据该变化信息与前次重置时刻的估计的长时协方差矩阵所获得的第二当前次的估计的长时协方差矩阵最接近于第二当前次实测的长时协方差矩阵；发送变化信息的量化至基站。 

根据本发明的另一个实施例，提出了一种基于MIMO的通信系统的基站中用于处理来自终端的反馈信息的方法，该方法包括： 

接收来自终端的反馈信息；以及根据反馈信息，确定当前次的估计的长时协方差矩阵。 

在本发明的另一实施例中，当反馈信息包括变化信息在变化信息码本中所对应的码字的索引信息，上述的确定当前次的估计的长时协方差矩阵的步骤还包括：根据索引信息在变化信息码本中确定对应的码字；以及根据索引信息所对应的码字以及前次重置时刻的估计的长时协方差矩阵确定当前次的估计的长时协方差矩阵。其中，变化信息用于反映当前次的估计的长时协方差矩阵相对于前次重置时刻的估计的长时协方差矩阵的变化。 

在本发明的又一实施例中，当反馈信息包括当前次的估计的长 时协方差矩阵在长时协方差矩阵码本中所对应的码字的索引信息，则上述的确定当前次的估计的长时协方差矩阵的步骤还包括，根据索引信息，从长时协方差矩阵码本中确定当前次的估计的长时协方差矩阵。 

根据本发明的另一实施例，提出了一种在基于MIMO的通信系统的终端中用于向基站提供反馈信息的装置，该装置包括：第一当前次实测的长时协方差矩阵确定模块，用于根据下行信道矩阵模型，确定第一当前次实测的长时协方差矩阵；第一当前次实测的长时协方差矩阵发送模块，用于发送第一当前次实测的长时协方差矩阵所对应的第一当前次的估计的长时协方差矩阵的量化至基站；第二当前次实测的长时协方差矩阵确定模块，用于根据下行信道矩阵模型，确定第二当前次实测的长时协方差矩阵；变化信息确定模块，用于确定第二当前次的估计的长时协方差矩阵相对于前次重置时刻的估计的长时协方差矩阵的变化信息；其中，根据该变化信息与前次重置时刻的估计的长时协方差矩阵所获得的第二当前次的估计的长时协方差矩阵最接近于第二当前次实测的长时协方差矩阵；以及变化信息发送模块，用于发送变化信息的量化至基站。 

在本发明的另一实施例中，变化信息发送模块中的变化信息的量化为变化信息在变化信息码本中所对应的码字的索引信息，以及第一当前次的估计的长时协方差矩阵发送模块中的第一当前次的估计的长时协方差矩阵的量化可以为第一当前次的估计的长时协方差矩阵在长时协方差矩阵码本中所对应的码字的索引；以及变化信息确定模块根据下式确定变化信息 

$W=\arg \max \frac{\left|\mathrm{trace}\left(\stackrel{\‾}{R}(t+\mathrm{nT})\stackrel{\widehat{\‾}}{R}{(t+\mathrm{nT})}^H\right)\right|}{{\left|\right|\stackrel{\‾}{R}(t+\mathrm{nT})\left|\right|}_F{\left|\right|\widehat{\stackrel{\‾}{R}}(t+\mathrm{nT})\left|\right|}_F},$

$\widehat{\stackrel{\‾}{R}}(t+\mathrm{nT})=W\widehat{\stackrel{\‾}{R}}\left(t\right)W^H$

其中，W为变化信息码本中满足上式的码字，W^H代表码字W的共轭转置矩阵，t表示前次重置时刻，T代表一个长时反馈的周期，t+nT表示第二当前次实测的发生时刻，W代表t+nT时刻的估计的长时协方差矩阵 相对于t时刻的估计的长时协方差矩阵 的 变化信息，‖(·)‖_F代表取范数算子。 

根据本发明的另一实施例，提出了一种基于MIMO的通信系统的基站中用于处理来自终端的反馈信息的装置，该装置包括：反馈信息接收装置，用于接收来自终端的反馈信息；当前次的估计的长时协方差矩阵确定模块，用于根据反馈信息，确定当前次的估计的长时协方差矩阵。 

在本发明的另一实施例中，当反馈信息包括变化信息在变化信息码本中所对应的码字的索引信息，当前次的估计的长时协方差矩阵确定模块还用于根据索引信息在变化信息码本中确定对应的码字。根据索引信息所对应的码字以及前次重置时刻的估计的长时协方差矩阵确定当前次的估计的长时协方差矩阵。其中，变化信息用于反映当前次的估计的长时协方差矩阵相对于前次重置时刻的估计的长时协方差矩阵的变化。当反馈信息包括当前次的估计的长时协方差矩阵在长时协方差矩阵码本中所对应的码字的索引信息，则当前次的估计的长时协方差矩阵确定模块还用于根据索引信息，从长时协方差矩阵码本中确定当前次的估计的长时协方差矩阵。 

在本发明的实施例中，对当前次的估计的长时协方差矩阵相对于前次重置时刻的估计的长时协方差矩阵的变化信息进行确定并传输；其中，根据该变化信息与前次重置时刻的估计的长时协方差矩阵所获得的当前次的估计的长时协方差矩阵最接近于当前次实测的长时协方差矩阵。通过上述步骤，信道反馈信息在信道上以上述的变化信息进行传输和处理，相对于直接传输/处理完整的估计的长时协方差矩阵，其传输的开销大大减少。 

在本发明的另一实施例中，反馈的传输过程的时域中每隔多个长时反馈的周期就反馈一次当前次的估计的长时协方差矩阵的量化，即反馈一次完整的当前次的估计的长时协方差矩阵的信息。周期性的执行上述步骤，则可以每隔一定的时间，即多个长时反馈的周期，就对上述变化信息所基于的参考量进行重置，即生成一个新的重置时刻的估计的长时协方差矩阵，保证了反馈信息的精确度。 

附图说明

通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。 

图1为根据本发明的一个实施例的UE与基站之间的拓扑结构图； 

图2为根据本发明的一个实施例的终端中用于向基站提供反馈信息的方法流程图； 

图3为根据本发明的另一个实施例的基站中用于处理来自终端的反馈信息的方法流程图； 

图4为根据本发明的另一个实施例的用于处理来自终端的反馈信息的方法中的步骤S302的子流程图； 

图5为根据本发明的另一个实施例的用于向基站提供反馈信息的装置的结构示意图； 

图6为根据本发明的另一个实施例的用于处理来自终端的反馈信息的装置的结构示意图； 

其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的步骤特征或装置(模块)。 

具体实施方式

不失一般性地，本发明的某些实施例为应用于多用户MIMO场景下的LTE-A或LTE通信网络中，但本领域技术人员应当理解本发明也可应用于其他类型的网络中，例如单用户MIMO场景下的LTE网络中。 

以下结合附图对本发明的非限定性实施例进行详细的描述。 

图1为为根据本发明的一个实施例的UE与基站之间的拓扑结构图。如图所示，该系统包括终端10、基站20，其中，假定基站20配置了4根发送天线，用户终端10配置了2根接收天线。 

图2为根据本发明的一个实施例的终端中用于向基站提供反馈信息的方法流程图。该用于向基站提供反馈信息的方法包括确定及发送第一当前次实测的长时协方差矩阵的步骤S201，以及确定及发 送变化信息的步骤S202。 

在步骤S201的子步骤S2011中，终端10根据下行信道矩阵模型，确定第一当前次实测的长时协方差矩阵。 

接着，在步骤S2012中，终端10发送第一当前次实测的长时协方差矩阵所对应的第一当前次的估计的长时协方差矩阵的量化至基站20。 

在步骤S202的子步骤S2021中，终端10根据下行信道矩阵模型，确定第二当前次实测的长时协方差矩阵。 

接着，在步骤S2022中终端10确定第二当前次的估计的长时协方差矩阵相对于前次重置时刻的估计的长时协方差矩阵的变化信息。其中，根据该变化信息与前次重置时刻的估计的长时协方差矩阵所获得的第二当前次的估计的长时协方差矩阵最接近于第二当前次实测的长时协方差矩阵。 

然后，在步骤S2023中终端10发送变化信息的量化至基站20。 

图3为根据本发明的另一个实施例的基站中用于处理来自终端的反馈信息的方法流程图。该用于处理来自终端的反馈信息的方法包括接收反馈信息的步骤S301以及确定当前次的估计的长时协方差矩阵的步骤S302。 

在步骤S301中，基站20接收来自终端10的反馈信息。 

在步骤S302中，基站20根据反馈信息，确定当前次的估计的长时协方差矩阵。 

下面结合图1、图2、图3对该实施例进行详细的示例性描述。 

在该实施例中，每个UE根据来自其服务小区的DL参考信号检测下行信道，例如，图1中所示出的终端10，基于下行子帧t和子载波f，获得下行信道矩阵H(t，f)，同时，在步骤S2011中，根据下行信道矩阵模型H(t，f)，终端10可过下式(1)确定第一当前次实测的长时协方差矩阵： 

$\stackrel{\‾}{R}\left(t\right)=(1-\mathrm{\α})\stackrel{\‾}{R}(t-1)+\mathrm{\α}\frac{1}{\left|S\right|}\underset{f\∈S}{\mathrm{\Σ}}H{(t,f)}^{H}H(t,f)$ 式(1) 

其中，S表示信道的整个带宽中的子载波集合，|S|表示S的基数， f代表S中的一个子载波，t代表一个子帧在时域上的一个时刻，本实施例中将该时刻t设定作为一个重置时刻，即在该时刻，终端10对第一当前次实测的长时协方差矩阵 

进行确定，并发送该当前次实测的长时协方差矩阵 

的量化 

至终端10，T代表长时协方差矩阵的反馈周期。H(t，f)代表基于t和f的下行信道矩阵模型，H(t，f)^H代表H(t，f)的共轭转置，α代表平均因数。由于本发明的实施例中，以4x2 Tx/Rx的天线部署形式为例进行说明，因此，下行信道矩阵H(t，f)维度为2x4，而实测的长时宽带协方差矩阵 

的维度为4x4。 

接着，在步骤S2012中，终端10发送第一当前次实测的长时协方差矩阵所对应的第一当前次的估计的长时协方差矩阵的量化至基站20。 

接着，在步骤S301中，基站20接收来自终端的反馈信息，该反馈信息主要用于描述信道，包括来自终端10的长时协方差矩阵信息以及短时信道信息，一般地，两者共同描述相关的信道信息。 

并且，本领域技术人员可以理解，此处的长时协方差矩阵，根据应用场景的不同，既可以为长时宽带协方差矩阵，也可以为长时窄带协方差矩阵。 

此处，可以根据矩阵的特征值分解，将长时宽带协方差矩阵以如下式(2)所示的分解形式表达： 

$\stackrel{\‾}{R}\left(t\right)={\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}}}_1\left(t\right){\stackrel{\‾}{V}}_1\left(t\right){\stackrel{\‾}{V}}_1{\left(t\right)}^H+{\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}}}_2\left(t\right){\stackrel{\‾}{V}}_2\left(t\right){\stackrel{\‾}{V}}_2{\left(t\right)}^H$ 式(2) 

其中， 为终端10在时刻t的长时协方差矩阵 

的两个特征值，以及 

为长时协方差矩阵 

的两个特征向量。 

假定T为长时协方差矩阵的反馈周期，由于时间的相关性，不同的长时特征向量的信息可根据2个连续的长时协方差矩阵而被估计。因此，在下一次反馈时刻t+T，以及后续的t+nT的长时协方差矩阵的反馈时刻，并不需要对完整的协方差矩阵信息进行反馈。 

例如，在反馈时刻t+T，对于终端10的两个时域上相邻的长时特征向量的变化信息可以W代表，则估计的长时特征向量可通过下 式(3)计算： 

${\widehat{\stackrel{\‾}{V}}}_1(t+T)=W{\widehat{\stackrel{\‾}{V}}}_1\left(t\right)$

                                        式(3) 

${\widehat{\stackrel{\‾}{V}}}_2(t+T)=W{\widehat{\stackrel{\‾}{V}}}_2\left(t\right)$

根据上式的特征值分解，在反馈时刻t+T的长时协方差矩阵可通过下式(4)估计： 

$\widehat{\stackrel{\‾}{R}}(t+T)={\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}}}_1\left(t\right){\widehat{\stackrel{\‾}{V}}}_1(t+T){\widehat{\stackrel{\‾}{V}}}_1{(t+T)}^H+{\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}}}_2\left(t\right){\widehat{\stackrel{\‾}{V}}}_2(t+T){\widehat{\stackrel{\‾}{V}}}_2{(t+T)}^H$

$={\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}}}_1\left(t\right){W\widehat{\stackrel{\‾}{V}}}_1\left(t\right){\widehat{\stackrel{\‾}{V}}}_1{\left(t\right)}^H{W}^H+{\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}}}_2\left(t\right)W{\widehat{\stackrel{\‾}{V}}}_2\left(t\right){\widehat{\stackrel{\‾}{V}}}_2{\left(t\right)}^H{W}^H$ 式(4) 

$=W\widehat{\stackrel{\‾}{R}}\left(t\right)W^H$

实测的长时协方差矩阵 的维度为4x4，所以，优选地，可从一个预定义的4x4变化信息码本集W^4×4中选择一个最优的码字作为相关的变化信息W。根据共线性原理，波动信息W通过对所估计的协方差矩阵 

以及在反馈时刻t+T的实测的协方差矩阵 进行比较而从上述的变化信息码本中选定。 

其中的变化信息码本中的码字可以为，例如但不限于如下形式： 

$W_1=\mathrm{diag}\{1,e^{j\frac{\mathrm{\π}}{64}},e^{j\frac{2\mathrm{\π}}{64}},e^{j\frac{3\mathrm{\π}}{64}}\},W_2=\mathrm{diag}\{1,e^{-j\frac{\mathrm{\π}}{64}},e^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{64}},e^{-j\frac{3\mathrm{\π}}{64}}\},$

$W_3=\mathrm{diag}\{1,e^{j\frac{3\mathrm{\π}}{64}},e^{j\frac{6\mathrm{\π}}{64}},e^{j\frac{9\mathrm{\π}}{64}}\},W_4=\mathrm{diag}\{1,e^{-j\frac{3\mathrm{\π}}{64}},e^{-j\frac{6\mathrm{\π}}{64}},e^{-j\frac{9\mathrm{\π}}{64}}\},$ 式(5) 

$W_5=\mathrm{diag}\{1,e^{j\frac{5\mathrm{\π}}{64}},e^{j\frac{10\mathrm{\π}}{64}},e^{j\frac{15\mathrm{\π}}{64}}\},W_6=\mathrm{diag}\{1,e^{-j\frac{5\mathrm{\π}}{64}},e^{-j\frac{10\mathrm{\π}}{64}},e^{-j\frac{15\mathrm{\π}}{64}}\},$

$W_7=\mathrm{diag}\{1,e^{j\frac{7\mathrm{\π}}{64}},e^{j\frac{14\mathrm{\π}}{64}},e^{j\frac{21\mathrm{\π}}{64}}\},W_8=\mathrm{diag}\{1,e^{-j\frac{7\mathrm{\π}}{64}},e^{-j\frac{14\mathrm{\π}}{64}},e^{-j\frac{21\mathrm{\π}}{64}}\}.$

当然，应当了解，此处也可以采用现有技术中的一些其他的可以反映不同时刻的估计的长时协方差矩阵之间变化量的码本，所使用码本的具体形式，并不构成对本发明的限制。 

同样地，对于反馈时刻t+nT，也可以如上所示，在以t时刻的估计的长时协方差矩阵 

为参考量，结合一个变化信息W_n进行表示，例如 

此处不再赘述。 

这里，本领域技术人员可以理解，上述变化信息W的获得，不仅可以以重置时刻t的量化的协方差矩阵作为参考，同样，第二当前 次的估计的长时协方差矩阵 

也可以相对于前一次或前几次的反馈时刻，例如t+T……t+(n-1)T，中的任一时刻的估计的协方差矩阵以获得变化信息。 

基于此，在步骤S2021中，根据下行信道矩阵模型，终端10可以通过下式(1’)确定第二当前次实测的长时协方差矩阵； 

$\stackrel{\‾}{R}(t+\mathrm{nT})=(1-\mathrm{\α})\stackrel{\‾}{R}(t+\mathrm{nT}-1)+\mathrm{\α}\frac{1}{\left|S\right|}\underset{f\∈S}{\mathrm{\Σ}}H{(t+\mathrm{nT},f)}^{H}H(t+\mathrm{nT},f)$ 式(1’) 

其中，n为正整数，本实施例中，例如可以为1，则此时，第二当前次实测的长时协方差矩阵代表在重置时刻t之后的第一次反馈时刻的实测的长时协方差矩阵 

即： 

$\stackrel{\‾}{R}(t+T)=(1-\mathrm{\α})\stackrel{\‾}{R}(t+T-1)+\mathrm{\α}\frac{1}{\left|S\right|}\underset{f\∈S}{\mathrm{\Σ}}H{(t+T,f)}^{H}H(t+T,f)$

在步骤S2022中，确定第二当前次的估计的长时协方差矩阵 

相对于前次重置时刻的估计的长时协方差矩阵 

的变化信息W；其中，第二当前次的估计的长时协方差矩阵 

根据该变化信息W与前次重置时刻的估计的长时协方差矩阵 

通过式(4)获得。 

其中，所获得的第二当前次的估计的长时协方差矩阵 最接近于第二当前次实测的长时协方差矩阵 

接着，在步骤S2023中，终端10发送变化信息的量化至基站。 

可选地，在步骤S2022中，可以根据下式确定变化信息 

$W=\arg \max \frac{\left|\mathrm{trace}\left(\stackrel{\‾}{R}(t+\mathrm{nT})\stackrel{\widehat{\‾}}{R}{(t+\mathrm{nT})}^H\right)\right|}{{\left|\right|\stackrel{\‾}{R}(t+\mathrm{nT})\left|\right|}_F{\left|\right|\widehat{\stackrel{\‾}{R}}(t+\mathrm{nT})\left|\right|}_F},$ 式(6) 

$\widehat{\stackrel{\‾}{R}}(t+\mathrm{nT})=W\widehat{\stackrel{\‾}{R}}\left(t\right)W^H$ 式(7) 

其中，W为变化信息码本，例如式(5)中所示的码本，中满足上式(6)、式(7)的码字，W^H代表码字W的共轭转置矩阵，t表示前次重置时刻，T代表一个长时反馈的周期，t+nT表示第二当前次实测的发生时刻，本实施例的步骤S2022中，n可以取值1，当再次经过一个长时反馈的周期T则n为2，以此类推，后续不再赘述。W代表t+nT时刻的估计的长时协方差矩阵 

相对于t时刻的 估计的长时协方差矩阵 

的变化信息，‖(·)‖_F代表取范数算子。 

假定该次反馈所对应的时刻为t+T，即n＝1，此时，所估计的协方差矩阵 

将基本码本(baseline codebook)变换成t+T时刻的适应性码本，该适应性码本指向终端10的主特征向量方向，即， 其中，c_j∈{c₁，…，c_S}^4×1为一个预先确定的4x1码本向量，其大小为S＝2^B，normalize(·)表示归一化的操作， 

描述了终端10的对应的信道信息。 

适应性码本还可以用于提高信道反馈精度以及提高多用户MIMO系统的性能。长时协方差矩阵不需要在所有反馈时刻进行反馈。在一个更长的反馈周期，即本实施例中的重置周期D(D＞＞T)内，完整的协方差矩阵只需在周期D的起始时刻被报告即可，随后在接下来的反馈时刻t+nT，只需对变化信息信道信息W进行反馈以描述信道量化信息。变化信息具有很低的量化位，但仍然具有较好的信道量化精度。在下一个长时反馈周期T中，重复上述反馈流程即可。 

优选地，在步骤S2023中的变化信息的量化W可以为变化信息W在变化信息码本中所对应的码字的索引信息。在本实施例中，例如可以将式5所示的码本中的码字依次代入式(6)，式(7)中，最终选定其中的码字 

满足式(6)所示的条件，则可以确定该码字在该码本中的索引信息为2，考虑到该码本的容量，只用3位变化信息就可以表达该长时协方差矩阵的量化，即以二进制表示为001。 

同样地，步骤S202中的第一当前次的估计的长时协方差矩阵 

的量化也可以为第一当前次的估计的长时协方差矩阵在其对应的长时协方差矩阵码本中所对应的码字的索引，一般地，第一当前次的估计的长时协方差矩阵所对应的码本容量一般较大，所以，一个完整的估计的长时协方差矩阵的量化信息的位数也通常较多，例如，本实施例中的完整的估计的长时协方差矩阵可具有6位的量化信息。 

根据本发明的另一实施例的方法，在步骤S201和S202执行一 次之后，终端10可以以长时反馈周期T为周期，循环地执行步骤S202多次，其中，循环执行的次数可以为一个预定阈值，例如在该实施例中可以为15，即假定重置周期D为300个子帧(subframe)的时长，而长时反馈周期T假定为20个子帧，即重置周期D＝15T。在某一重置时刻t之后的连续的长时反馈时刻t+nT(n＜15)重复进行变化信息的量化的反馈。 

根据本发明的另一实施例的方法，终端10以上述重置周期D为周期，循环地执行在上述实施例中一个重置周期D中所执行的步骤。例如，如图2中所示，终端按照虚线箭头的指向，循环地执行步骤S201→S202→S201→S202……，当然，也可以S201→S202→S202→S202→S201→S202→S202→S202→S201……，对于具体的循环形式，此处不再列举。 

图4为根据本发明的另一个实施例的用于处理来自终端的反馈信息的方法中的步骤S302的子流程图。如图所示，当反馈信息包括变化信息在变化信息码本中所对应的码字的索引信息，则图3中的步骤S302包括两个子步骤S3021和S3022。 

在步骤S3021中，基站20根据索引信息在变化信息码本中确定对应的码字。 

接着，在步骤S3022中，基站20根据索引信息所对应的码字以及前次重置时刻的估计的长时协方差矩阵确定当前次的估计的长时协方差矩阵。其中，变化信息可以用于反映当前次的估计的长时协方差矩阵相对于前次重置时刻的估计的长时协方差矩阵的变化。 

一般地，在基站20中，也存在一个对应于终端10中的如公式(5)所示的变化信息码本，基站20接收到来自终端10的反馈信息后，如果反馈信息包括变化信息在变化信息码本中所对应的码字的索引信息，例如001，则基站20根据反馈信息中的索引信息，可以在变化信息码本中确定对应的码字，例如，本实施例中，在该实施例中，根据反馈信息中的索引信息001，从公式(5)中所示的变化信息码本中确定对应的码字为 

接着，在步骤S3022中，基站20根据码字 

以及前次重置时刻t的估计的长时协方差矩阵确定当前次的估计的长时协方差矩阵。其中，变化信息可用于反映当前次的估计的长时协方差矩阵相对于前次重置时刻的估计的长时协方差矩阵的变化。 

优选地，与终端10侧相对应，基站20也可通过式(7)确定当前次的估计的长时协方差矩阵，在此不再赘述。 

如果反馈信息包括当前次的估计的长时协方差矩阵在长时协方差矩阵码本中所对应的码字的索引信息，则图3中的步骤S302包括，根据索引信息，基站20从长时协方差矩阵码本中确定当前次的估计的长时协方差矩阵。通常，对应于终端10侧，基站20也存有一个长时协方差矩阵码本，基站20可根据接收到的索引信息，从其中确定相应的码字，从而得到当前次的估计的长时协方差矩阵，此处根据索引信息确定当前次的估计的长时协方差矩阵方法，与步骤S3021中从变化信息码本中确定对应的码字的方法类似，不再赘述。 

使用根据本发明的实施例的方法所进行的系统实验如下所示，在该实验中系统性能评估主要考虑FDD系统，下行ZF预编码基于来自终端10的信道方向信息(channel direction information，CDI)的反馈。假定系统具有4x2 Tx/Rx的天线部署，具体的实验参数如表1所示。 

表1  本发明的实施例中的系统实验参数 

链路至系统间映射	RBIR
		控制开销	0.3063(固定)

多用户MIMO为具有经变换的Rel-8码本量化的单数据流传输。3位索引的变化信息码本集包括如公式(5)所示的8个4x4的对角矩阵码字的码本。

对三种多用户MIMO算法进行评估和比较，其结果如表2所示。 

表2  本发明的实施例中的系统实验结果 

其中，表2的第一项名称为“MU-MIMO w/o R”，使用基线Rel-8码本以在没有长时协方差矩阵的辅助的情况下量化信道信息。 

第二项名称为“MU-MIMO w/传统(normal)R”，是在长时协方差矩阵R的辅助下的适应性的码本反馈，其中，长时协方差矩阵所使用的反馈周期T为20个子帧长度以及在每个反馈时刻为6位的矩阵量化。 

第三项名称为“MU-MIMO w/差分(differential)R”，使用变化信息码本以减少长时协方差矩阵R的反馈开销。长时协方差矩阵所使用的更长的重置周期D为300个子帧长度。完整的协方差矩阵信息仅在重置周期D的起始点或重置点进行报告，该完整的协方差矩阵信息具有6位的矩阵量化。在之后的连续的长时反馈时刻(T＝20子帧)，则只有3位变化信息就足够进行当前次的长时协方差矩阵量化。 

从表2中可得，基于变化信息的长时协方差矩阵反馈(第三项)几乎没有造成系统性能相对于传统的长时协方差矩阵反馈(第二项)的损失，相比于基于MU-MIMO(第一项)的传统的Rel-8码本，上述两项中的长时协方差矩阵辅助下的适应性的码本反馈具有18％的小区平均谱功率的增益。同时，相比于普通的协方差矩阵反馈(第二项)，本发明的实施例中所提出的反馈方法(第三项)以约50％的幅度较大程度地减小了长时协方差矩阵的信道反馈的开销。实验结果表明，本发明的技术方案对MIMO系统本来的性能几乎没有降低，但却大大降低了长时协方差矩阵的反馈开销。采用了本发明的实施例的方法/装置的系统实验表明在根据本发明的实施例的方法/装置，提高了信道信息反馈的效率，减少了长时协方差矩阵的反馈开销，且保持单用户/多用户MIMO系统的高性能。 

图5为根据本发明的另一个实施例的用于向基站提供反馈信息的装置的结构示意图。如图所示，反馈信息提供装置200包括第一当前次实测的长时协方差矩阵确定模块201，第一当前次实测的长时协方差矩阵发送模块202，第二当前次实测的长时协方差矩阵确定模块203，变化信息确定模块204，变化信息发送模块205。 

反馈信息提供装置200通常可应用于终端10中，其中，第一当前次实测的长时协方差矩阵确定模块201，用于根据下行信道矩阵模型，确定第一当前次实测的长时协方差矩阵；第一当前次实测的长时协方差矩阵发送模块202，用于发送第一当前次实测的长时协方差矩阵所对应的第一当前次的估计的长时协方差矩阵的量化至基站20；第二当前次实测的长时协方差矩阵确定模块203，用于根据下行信道矩阵模型，确定第二当前次实测的长时协方差矩阵；变化信息确定模块204，用于确定第二当前次的估计的长时协方差矩阵相对于前次重置时刻的估计的长时协方差矩阵的变化信息；其中，根据该变化信息与前次重置时刻的估计的长时协方差矩阵所获得的第二当前次的估计的长时协方差矩阵最接近于第二当前次实测的长时协方差矩阵；以及变化信息发送模块205，用于发送变化信息的量化至基站。 

在本发明的另一实施例中，变化信息发送模块205中所发送的变化信息的量化，具体可以为变化信息在变化信息码本中所对应的码字的索引信息，以及第一当前次的估计的长时协方差矩阵发送模块202中的第一当前次的估计的长时协方差矩阵的量化为第一当前次的估计的长时协方差矩阵在长时协方差矩阵码本中所对应的码字的索引。例如，变化信息的量化W的具体实施形式可以为该变化信息W在如式(5)所示的变化信息码本中所对应的码字的索引信息。在本实施例中，例如可以将式(5)所示的码本中的码字依次代入式(6)，式(7)中，最终选定其中满足公式(6)的码字为W₂，则可以确定该码字在该码本中的索引信息为2，考虑到该码本的容量，只用3位变化信息就可以表达该长时协方差矩阵的量化，即001。 

其中，变化信息确定模块根据下式确定变化信息 

$W=\arg \max \frac{\left|\mathrm{trace}\left(\stackrel{\‾}{R}(t+\mathrm{nT})\stackrel{\widehat{\‾}}{R}{(t+\mathrm{nT})}^H\right)\right|}{{\left|\right|\stackrel{\‾}{R}(t+\mathrm{nT})\left|\right|}_F{\left|\right|\widehat{\stackrel{\‾}{R}}(t+\mathrm{nT})\left|\right|}_F},$

$\widehat{\stackrel{\‾}{R}}(t+\mathrm{nT})=W\widehat{\stackrel{\‾}{R}}\left(t\right)W^H$

其中，W为公式(5)所示的变化信息码本中满足上式的码字，在本实施例中为W₂，W^H代表码字W的共轭转置矩阵，t表示前次重置时刻，T代表一个长时反馈的周期，t+nT表示第二当前次实测的发生时刻，W代表t+nT时刻的第二当前次的估计的长时协方差矩阵 

相对于t时刻的第一当前次的估计的长时协方差矩阵 

的变化信息，‖(·)‖_F代表取范数算子。 

可选地，根据下行信道矩阵模型H(t，f)，第一当前次实测的长时协方差矩阵确定模块201通过公式(1)确定第一当前次实测的长时协方差矩阵。类似地，第二当前次实测的长时协方差矩阵确定模块203也可以通过公式(1’)确定第二当前次实测的长时协方差矩阵，在此不再赘述。 

图6为根据本发明的另一个实施例的用于处理来自终端的反馈信息的装置的结构示意图。如图中所示，该反馈信息处理装置300包括反馈信息接收装置301当前次的估计的长时协方差矩阵确定模块302。 

反馈信息处理装置300通常应用于基站20中，其中，反馈信息接收装置301，用于接收来自终端10的反馈信息，当前次的估计的长时协方差矩阵确定模块302，用于根据反馈信息，确定当前次的估计的长时协方差矩阵。 

在本发明的另一实施例中，当反馈信息包括变化信息在变化信息码本中所对应的码字的索引信息，例如本实施例中该索引信息可以为001，则当前次的估计的长时协方差矩阵确定模块302还可用于根据索引信息001在如公式(5)所示的变化信息码本中确定对应的码字，在本实施例中为W₂。根据索引信息所对应的码字以及前次重置时刻t的估计的长时协方差矩阵 

确定当前次的估计的长时协方差矩阵 

具体地，可以通过公式 确定当前次的估计的长时协方差矩阵 

其中，变化信息用于反映当前次的估计的长时协方差矩阵 

相对于前次重置时刻t的估计的长时协方差矩阵 

的变化。当反馈信息包括当前次的估计的长时协方差矩阵在长时协方差矩阵码本中所对应的码字的索引信息，则当前次的估计的长时协方差矩阵确定模块还可以用于根据索引信息，从估计的长时协方差矩阵码本中确定当前次的估计的长时协方差矩阵。一般地，该估计的长时协方差矩阵码本的容量一般较大，所以，一个完整的估计的长时协方差矩阵的量化信息的位数也通常较多，例如，本实施例中的完整的估计的长时协方差矩阵可具有6位的矩阵量化。 

Claims (15)

1.一种在基于MIMO的通信系统的终端中用于向基站提供反馈信息的方法，该方法包括：

A.根据下行信道矩阵模型，确定第一当前次实测的长时协方差矩阵；

发送所述第一当前次实测的长时协方差矩阵所对应的第一当前次的估计的长时协方差矩阵的量化至所述基站；

B.根据下行信道矩阵模型，确定第二当前次实测的长时协方差矩阵；

确定第二当前次的估计的长时协方差矩阵相对于前次重置时刻的估计的长时协方差矩阵的变化信息；其中，根据该变化信息与所述前次重置时刻的估计的长时协方差矩阵所获得的所述第二当前次的估计的长时协方差矩阵最接近于所述第二当前次实测的长时协方差矩阵；以及

发送所述变化信息的量化至所述基站。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，重复执行所述步骤B多次。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤B重复执行的次数为一个预定阈值。

4.根据权利要求1-3的任一项中所述的方法，其特征在于，所述步骤A中的确定步骤包括：

根据下式确定所述第一当前次实测的长时协方差矩阵

$\stackrel{\‾}{R}\left(t\right)=(1-\mathrm{\α})\stackrel{\‾}{R}(t-1)+\mathrm{\α}\frac{1}{\left|S\right|}\underset{f\∈S}{\mathrm{\Σ}}H{(t,f)}^H(t,f)$

其中，S表示所述信道的整个带宽中的子载波集合，|S|表示S集合的大小，f代表所述S中的一个子载波，t代表一个子帧，H(t，f)代表基于所述t和f的下行信道矩阵，H(t，f)^H代表所述H(t，f)的共轭转置，α代表平均因数。

5.根据权利要求1-3的任一项中所述的方法，其特征在于，所述步骤B中的所述变化信息的量化为所述变化信息在变化信息码本中所对应的码字的索引信息，以及所述步骤A中的所述第一当前次的估计的长时协方差矩阵的量化为所述第一当前次的估计的长时协方差矩阵在长时协方差矩阵码本中所对应的码字的索引。

6.根据权利要求1-3的任一项中所述的方法，其特征在于，所述步骤B中的确定步骤包括：

根据下式确定所述变化信息

$W=\arg \max \frac{\left|\mathrm{trace}\left(\stackrel{\‾}{R}(t+\mathrm{nT})\widehat{\stackrel{\‾}{R}}{(t+\mathrm{nT})}^H\right)\right|}{{\left|\right|\stackrel{\‾}{R}(t+\mathrm{nT})\left|\right|}_F{\left|\right|\widehat{\stackrel{\‾}{R}}(t+\mathrm{nT})\left|\right|}_F},$

$\widehat{\stackrel{\‾}{R}}(t+\mathrm{nT})=W\widehat{\stackrel{\‾}{R}}\left(t\right)W^H$

其中，W为所述变化信息码本中满足上式的码字，W^H代表码字W的共轭转置矩阵，所述t表示所述前次重置时刻，T代表一个长时反馈的周期，所述t+nT表示第二当前次实测的发生时刻，W代表所述t+nT时刻的估计的长时协方差矩阵相对于所述t时刻的估计的长时协方差矩阵

的变化信息，‖(·)‖_F代表取范数算子。

7.一种在基于MIMO的通信系统的终端中用于向基站提供反馈信息的方法，该方法包括：

重复执行权利要求1至6中任意一项所述的方法。

8.一种基于MIMO的通信系统的基站中用于处理来自终端的反馈信息的方法，该方法包括：

i.接收来自所述终端的所述反馈信息；

ii.根据所述反馈信息，确定当前次的估计的长时协方差矩阵。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当所述反馈信息包括变化信息在变化信息码本中所对应的码字的索引信息，所述步骤ii包括：

-根据所述索引信息在所述变化信息码本中确定对应的码字；以及

-根据所述索引信息所对应的码字以及前次重置时刻的估计的长时协方差矩阵确定所述当前次的估计的长时协方差矩阵；

其中，所述变化信息用于反映当前次的估计的长时协方差矩阵相对于前次重置时刻的估计的长时协方差矩阵的变化。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当所述反馈信息包括当前次的估计的长时协方差矩阵在长时协方差矩阵码本中所对应的码字的索引信息，则所述步骤ii包括：

-根据所述索引信息，从所述长时协方差矩阵码本中确定所述当前次的估计的长时协方差矩阵。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤ii中的确定所述当前次的估计的长时协方差矩阵的步骤还包括：

通过下式确定所述当前次的估计的长时协方差矩阵，

$\widehat{\stackrel{\‾}{R}}(t+\mathrm{nT})=W\widehat{\stackrel{\‾}{R}}\left(t\right)W^H$

其中所述t代表所述前次重置时刻，n代表正整数，T代表一个长时反馈的周期，

为所述当前次的估计的长时协方差矩阵，

代表所述前次重置时刻的估计的长时协方差矩阵，所述W代表所述变化信息在变化信息码本中所对应的码字，W^H代表码字W的共轭转置矩阵。

12.一种在基于MIMO的通信系统的终端中用于向基站提供反馈信息的装置，该装置包括：

-第一当前次实测的长时协方差矩阵确定模块，用于根据下行信道矩阵模型，确定第一当前次实测的长时协方差矩阵；

-第一当前次实测的长时协方差矩阵发送模块，用于发送所述第一当前次实测的长时协方差矩阵所对应的第一当前次的估计的长时协方差矩阵的量化至所述基站；

-第二当前次实测的长时协方差矩阵确定模块，用于根据下行信道矩阵模型，确定第二当前次实测的长时协方差矩阵；

-变化信息确定模块，用于确定第二当前次的估计的长时协方差矩阵相对于前次重置时刻的估计的长时协方差矩阵的变化信息；其中，根据该变化信息与所述前次重置时刻的估计的长时协方差矩阵所获得的所述第二当前次的估计的长时协方差矩阵最接近于所述第二当前次实测的长时协方差矩阵；以及

-变化信息发送模块，用于发送所述变化信息的量化至所述基站。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述变化信息发送模块中的所述变化信息的量化为所述变化信息在变化信息码本中所对应的码字的索引信息，以及所述第一当前次的估计的长时协方差矩阵发送模块中的所述第一当前次的估计的长时协方差矩阵的量化为所述第一当前次的估计的长时协方差矩阵在长时协方差矩阵码本中所对应的码字的索引；以及

所述变化信息确定模块根据下式确定所述变化信息

$W=\arg \max \frac{\left|\mathrm{trace}\left(\stackrel{\‾}{R}(t+\mathrm{nT})\widehat{\stackrel{\‾}{R}}{(t+\mathrm{nT})}^H\right)\right|}{{\left|\right|\stackrel{\‾}{R}(t+\mathrm{nT})\left|\right|}_F{\left|\right|\widehat{\stackrel{\‾}{R}}(t+\mathrm{nT})\left|\right|}_F},$

$\widehat{\stackrel{\‾}{R}}(t+\mathrm{nT})=W\widehat{\stackrel{\‾}{R}}\left(t\right)W^H$

其中，W为所述变化信息码本中满足上式的码字，W^H代表码字W的共轭转置矩阵，所述t表示所述前次重置时刻，T代表一个长时反馈的周期，所述t+nT表示第二当前次实测的发生时刻，W代表所述t+nT时刻的估计的长时协方差矩阵

相对于所述t时刻的估计的长时协方差矩阵

的变化信息，‖(·)‖_F代表取范数算子。

14.一种基于MIMO的通信系统的基站中用于处理来自终端的反馈信息的装置，该装置包括：

反馈信息接收装置，用于接收来自所述终端的所述反馈信息；

当前次的估计的长时协方差矩阵确定模块，用于根据所述反馈信息，确定当前次的估计的长时协方差矩阵。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，当所述反馈信息包括变化信息在变化信息码本中所对应的码字的索引信息，所述当前次的估计的长时协方差矩阵确定模块还用于根据所述索引信息在所述变化信息码本中确定对应的码字；以及根据所述索引信息所对应的码字以及前次重置时刻的估计的长时协方差矩阵确定所述当前次的估计的长时协方差矩阵；

其中，所述变化信息用于反映当前次的估计的长时协方差矩阵相对于前次重置时刻的估计的长时协方差矩阵的变化；

当所述反馈信息包括当前次的估计的长时协方差矩阵在长时协方差矩阵码本中所对应的码字的索引信息，则所述当前次的估计的长时协方差矩阵确定模块还用于根据所述索引信息，从所述长时协方差矩阵码本中确定所述当前次的估计的长时协方差矩阵。

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