CN102474312A

CN102474312A - 多小区mimo信道信息反馈设备和方法

Info

Publication number: CN102474312A
Application number: CN2010800347661A
Authority: CN
Inventors: 李栋; 刘皓; 杨红卫; 宋扬
Original assignee: Alcatel Lucent Shanghai Bell Co Ltd
Current assignee: Nokia Shanghai Bell Co Ltd
Priority date: 2010-01-13
Filing date: 2010-01-13
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2030-01-13
Also published as: US9083411B2; US20120289275A1; JP5497918B2; CN102474312B; KR101411342B1; BR112012017302A2; JP2013517648A; KR20120113778A; WO2011085516A1; EP2525504A4; EP2525504A1

Abstract

本发明提供了一种移动终端，包括：信道状态信息反馈计算单元，用于计算所述移动终端与其服务小区及所有协同小区之间的信道状态信息反馈；信道质量信息反馈计算单元，用于计算对应于所述移动终端的服务小区的信道质量信息反馈；以及传输单元，用于将所述信道状态信息反馈和所述信道质量信息反馈传输至所述服务小区。本发明极大地提高了LTE-A系统的性能，极大地降低了反馈开销。本发明是一种可升级的反馈方案，能够灵活地应用于多种多点协同传输的场景。

Description

多小区 MIMO信道信息反馈设备和方法技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体涉及一种多小区 MIM0信道信息反馈设备和方法。背景技术

目前，在 3GPP LTE-A 系统中，用于支持下行链路多点协同（DL CoMP) 的信道反馈机制仍在讨论和制定中。现有的用于进行信道反馈以使得下行多点协同传输为可能的解决方案包括：（1 ) 预编码矩阵索引 (PMI )反馈； (2)上行链路 (UL)测深 ( sounding)反馈；以及 ( 3) 物理信道矩阵反馈。然而，上述反馈方法具有下面的缺点：

( 1 ) PMI反馈在单基站（BS)传输模式中效率较高，然而在多小区传输中， PMI 反馈可能会极大地限制所涉及的多个小区的预编码自由度。

(2) UL测深反馈在时分复用（TDD)模式中效率较高，但难以应用于频分复用（FDD) 模式。此外，下行链路（DL) 和上行链路（UL) 之间不对称的干扰分布将对信道信息估计的准确度造成损害。

( 3)物理信道矩阵反馈会导致过大的反馈开销。例如， NTT DoCoMo 在 3GPP RAN WG1 #58bis会议的提案 R1- 094244中描述的反馈方案，无论是基于信道矢量量化的方法（示例 1 ) 还是基于信道元素量化的方法（示例 2 ) 都会导致过大的反馈开销（例如在示例 1中高达 26. 6 比特 /子带 /小区，而在示例 2中高达 53. 3比特 /子带 /小区），这在实际系统中是难以接受的。发明内容

因此，为了解决上述问题，本发明提出了一种用于支持下行链路多点协同（DL CoMP) 的信道状态信息（CSI ) /信道质量信息（CQI ) 反馈方案。具体地，本发明提供了一种用于支持 DL CoMP的 CSI反馈方案以及一种相关的 CQI 反馈方案，两者共同形成了用于支持 CoMP 的完整的信道信息反馈方案。

本发明的主要思想如下：

( 1 ) CSI反馈包括基于信道矢量量化（CVQ) 的每小区信道方向信息（CDI ) 反馈和基于标量量化的小区间相对相位和 /或幅度反馈。可以通过信道协方差矩阵对用于执行 CVQ的码本（codebook)进行变换来提高 CDI反馈的精度。

( 2) CQI反馈仅对应于服务小区，并表示来自服务小区的接收信号功率与来自协同小区集之外的小区的噪声加干扰功率之比。这里，

CQI反馈表示具体的功率比数值，基站可以根据所应用的传输模式由 CQI反馈和小区间相对幅度反馈来导出最终期望的检测后 (post-detection) 信号与干扰加噪声比 (SINR) 的数值。

本发明的一个方面提供了一种移动终端，包括：信道状态信息反馈计算单元，用于计算所述移动终端与其服务小区及所有协同小区之间的信道状态信息反馈；信道质量信息反馈计算单元，用于计算对应于所述移动终端的服务小区的信道质量信息反馈；以及传输单元，用于将所述信道状态信息反馈和所述信道质量信息反馈传输至所述服务小区。

优选地，所述信道状态信息反馈包括基于信道矢量量化的每小区信道方向信息反馈和基于标量量化的小区间相对相位和 /或幅度反馈，并且所述信道状态信息反馈计算单元包括：信道方向信息反馈计算单元，用于计算基于信道矢量量化的每小区信道方向信息反馈；以及相对幅度 /相位反馈计算单元，用于计算基于标量量化的小区间相对相位和 /或幅度反馈。

优选地，所述相对幅度 /相位反馈计算单元包括以下至少一个：相对幅度反馈计算子单元，用于计算基于标量量化的小区间相对幅度反馈；以及相对相位反馈计算子单元，用于计算基于标量量化的小区间相对相位反馈。

优选地，所述信道方向信息反馈计算单元通过信道协方差矩阵对用于执行信道矢量量化的码本进行变换。

本发明的另一方面提供了一种基站，包括：传输单元，用于从移动终端接收移动终端与其服务小区及所有协同小区之间的信道状态信息反馈和对应于所述移动终端的服务小区的信道质量信息反馈；信号与干扰加噪声比计算单元，基于所述传输单元接收到的信道状态信息反馈和信道质量信息反馈，根据所应用的传输模式来计算期望的检测后信号与干扰加噪声比；用户调度和传输格式确定单元，基于检测后信号与干扰加噪声比来执行用户调度和传输格式的确定；多点协同预编码器计算单元，根据所调度的移动终端与服务小区及所有协同小区之间的信道状态信息反馈，计算多点协同预编码矩阵；以及多点协同预编码及发送单元，根据所述多点协同预编码器计算单元计算的多点协同预编码矩阵，对用户数据进行相应的预编码处理并发送。 . 优选地，所述传输格式的确定包括调制和编码方案的确定。

优选地，根据迫零算法或块对角化算法来实现所述多点协同预编码器计算单元执行的计算。

本发明的又一方面提供了一种信道信息反馈方法，包括：计算移动终端与其服务小区及所有协同小区之间的信道状态信息反馈；计算对应于所述移动终端的服务小区的信道质量信息反馈；以及将所述信道状态信息反馈和所述信道质量信息反馈传输至所述服务小区。

优选地，所述信道状态信息反馈包括基于信道矢量量化的每小区信道方向信息反馈和基于标量量化的小区间相对相位和 /或幅度反馈。

优选地，在计算信道方向信息反馈时，通过信道协方差矩阵对用于执行信道矢量量化的码本进行变换，以提高基于码本的矢量量化的精度。

本发明的再一方面提供了一种通信系统，包括上文所述的移动终端和基站。

本发明极大地提高了 LTE-A系统的性能，具有如下优点：

1 )基于矢量量化的每小区 CDI反馈和基于标量量化的小区间相对相位及幅度反馈极大地降低了反馈开销。

2)用户仅需要反馈与服务小区有关的 CQI , 基站能够根据小区间 CSI反馈来导出其他协同小区的 CQI，从而进一步降低了反馈开销。 3 )本发明是一种可升级的反馈方案，能够灵活地应用于多种多点协同传输的场景。附图说明

通过下文结合附图的详细描述，本发明的上述和其他特征将会变得更加明显，其中：

图 1是示出了根据本发明一个实施例的移动终端的框图；图 2是示出了根据本发明一个实施例的基站的框图；

图 3是示出了根据本发明一个实施例的、由移动终端执行的信道信息反馈方法的流程图；以及 .

图 4是示出了包括根据本发明的移动终端和基站的示例通信系统。

具体实施方式

下面，通过结合附图对本发明的具体实施例的描述，本发明的原理和实现将会变得明显。应当注意的是，本发明不应局限于下文所述的具体实施例。另外需要说明，为了简便起见，附图中没有示出与本发明直接相关的公知组件。

图 1是示出了根据本发明一个实施例的移动终端的框图。在图 1 中，移动终端 1包括 CSI反馈计算单元 10、 CQI反馈计算单元 11和传输单元 12。其中， CSI反馈计算单元 10包括 CDI反馈计算单元 110和相对幅度 /相位反馈计算单元 120，而相对幅度 /相位反馈计算单元 120进一步包括相对幅度反馈计算子单元 120- 1和相对相位反馈计算子单元 120-2。在操作中， CSI反馈计算单元 10和 CQI反馈计算单元 11分别计算 CSI反馈和 CQI反馈，并将计算出的 CSI反馈和 CQI反馈传递给传输单元 12，从而通过传输单元 12最终将其传输至服务小区。下面，对移动终端 1中的各个组件进行详细描述。

CSI反馈计算单元 10 包括 CDI反馈计算单元 110和相对幅度 /相位反馈计算单元 120，分别用于计算基于矢量量化的每小区 CDI反馈和基于标量量化的小区间相对相位和 /或幅度反馈。下文中，将小区 i e S和用户之间的信道表示为 H,. _e C ，其中 S表示协同小区索引集，其大小为 |S| (即协同小区集中的小区个数）， C^NxM表示 NxM的复信号空间，而 M 和 N分别表示基站的天线个数和用户天线个数。不失一般性，假定用户的服务小区的索引号是 k，而且所有的协同小区具有相同的传输天线数目。

接下来描述 CDI反馈计算单元 110计算从所有协同小区至用户的所有信道的每小区 CDI反馈的具体操作。在本示例中，每小区 CDI反馈基于根据码本的矢量量化。码本被表示为 ^ = {^,^,...,)^}，其中 /_e C^Mxl表示具有单位模值（unit norm) 的码字，可以将对码本内的码字编制索引所需的比特数表示为 l₀g ，其中 L是码本内码字的个数。

C^Mxl表示 Mxl的复信号空间。

首先， CDI反馈计算单元 110计算接收矢量 W，该接收矢量的一个例子是与服务小区信道相关联的左主奇异向量（left dominant singular vector) : 其中 ^ = 1,...^且、^ = 1,...,7\ 分别表示左奇异矢量和右奇异矢量。矩阵∑是具有降序的奇异值的对角矩阵。一般地，假定每用户的数据流个数为一。在这种情况下，接收组合矢量是

W = u_x

然后， CDI反馈计算单元 110计算等效信道 /^ _e s。考虑到矢量 W 的接收合并操作，协同小区和用户之间的等效信道可表示为 = W^HH, e C^lxM。

之后， CDI反馈计算单元 110根据码本对所有等效信道进行矢量量化。具体说来， CDI反馈计算单元 110在该码本内查找与要量化的归一化等效信道最接近的码字：其中 = / 且表示归一化等效信道（将要量化的）与码字之间的失真度量。例如，最常见的失真度量是欧几里得距离度量表示为：在欧几里得距离测量下，可以推导出等式（ 1 ) 等同于 h_f = argmax{| V_u h₍ ( 2 ) 最后， CDI反馈计算单元 110将计算得到的 GDI反馈提供给传输单元 12，以通过传输单元 12将等效信道量化的索引反馈至其服务小区（即假定的小区 k)。

备选地，可以通过使用小区特定的协方差矩阵对码本进行变换，从而的精度，该协方差矩阵表示如下：

在上述例子中，可以将等式（ 2 ) 替换为：

A,. = argmax{| V" h |} 然而，每小区 CDI反馈仅包括等效小区的纯粹的方向信息，缺少幅度和 /或相位信息。对于多小区协同预编码操作来说，幅度和 /或相位信息是不可缺少的。因此，接下来描述相对幅度 /相位反馈计算单元 120 计算反馈幅度和 /或相位信息的具体操作。在本发明中，为了节省反馈开销，仅计算非服务协同小区等效信道的相位和幅度相对于服务小区等效信道的相位和幅度的相对值。

相对幅度反馈计算子单元 120-1计算等效信道 ^相对于服务小区

I B道的相对相位信息。具体地：

首先，计算等效信道量化中丢失的相位，即其中函数 angle ()返回输入的复数值的相位，范围是 [- r, r)。

其次，计算所有非服务小区相对于服务小区的相位，即 θ_ί = θ_ί - θ_Ιζ mod 2π, i S \ k，其中集合 S\k表示除了服务小区索引 k以外的协同小区索引集合。注意，执行 mod 2 π运算的目的是确保角度落入，的范围内。

再次，对获得的相对相位执行标量量化，从而获得要反馈的索引

9, = argmin{ - θ \}, i e S \ k 其中 Θ = [ θ₂ … 表示用于相对相位的标: 量化的码本。假定相对相位均匀分布在范围 [ r, r)内，则可以把标量：化码本设计为

Θ = [— ;r, - π + Α, __Δ]，其中 _{Δ =}

_ - Ρ

ρ个元素

相对相位反馈计算子单元 120- 2计算等效信道 Α相对于服务小区 ί言道 A的相对幅度信息。具体地：

首先，计算等效信道在投影到其矢量量化版本后的幅度值其次，计算所有非服务小区相对于服务小区的相对幅度

注意，这里取决于 Ai和 A_k之间的关系，将相对幅度限制为（0， 1] ，

其中 Λ = [4 ... ]表示用于相对幅度的标量量化的码本。注意，应当将表示八和^之间的关系（例如 0表示 Ai<A_k， 1表示其他情况）的一个比特连同^的索引一同反馈，从而基站能够清楚地重构不同的等效信道幅度之间的关系。假定相对幅度均匀分布在范围（0， 1]内，可以把标量量化码本设计为

A = [V Q 2/ Q - 1] 最后，相对幅度 /相位反馈计算单元 120将计算得到的相对幅度反馈和相对相位反馈提供给传输单元 12，以通过传输单元 12反馈至服务小区（即假定的小区 k)。

在实际系统中，需要 CQI反馈以实现信道相关用户调度和传输格式确定（例如调制和编码方案）。因此，有效的 CQI反馈方案对于系统操作来说非常重要。在传统系统中， CQI反馈仅仅是推荐的调制和编码方案的直接指示。在本申请文件中，这种 CQI反馈被称为隐式 CQI反馈。隐式 CQI反馈在单小区操作中，特别是在单用户 MIMO (SU-MIMO)中是一种有效的方案。然而，在多小区传输中，隐式 CQI反馈很难或几乎不可能反馈推荐的调制和编码方案自身。相反，在这种情况下，更方便的做法是反馈一个特定值，基站根据该特定值能够计算每一个涉及的用户的最终信道质量。在本申请文件中，这种方法被称为显式 CQI反馈。

CQI反馈计算单元 11是用于多小区 MIM0传输的显式 CQI反馈计算单元。 CQI反馈计算单元 11与上文所述的 CSI反馈计算单元 10相结合，使得小区间相对幅度反馈在 CSI反馈和 CQI反馈之间共享。因此，移动终端仅需要反馈与服务小区有关的 CQI，如下所示注意， CQI反馈可以基于标量量化，如下

其中 r = [y, γ₂ ... ；^]表示 CQI标量量化的码本，表示失真度量。最后， CQI反馈计算单元 11将计算得到的 CQI反馈提供给传输单元 12，从而通过传输单元 12反馈至服务小区（即假定的小区 k)。

图 2示出了根据本发明一个实施例的基站的框图。在图 2中，基站 2 包括传输单元 22、 SINR计算单元 20、用户调度和传输格式确定单元 21，多点协同预编码器计算单元 23以及多点协同预编码及发送单元 24。在没有反馈非服务小区的 CQI的情况下，基站中的 SINR计算单元 20首先根据服务小区的 CQI反馈以及小区间相对幅度反馈而导出与非服务协同 57 小区相对应的 CQI值：

^ = |^ · ^' 对于 4 <4，

[ ΐΛ , 对于 4≥4

之后，基于所获得的与所有协同小区相关联的用户的 CQI值， SINR 计算单元 20能够根据所应用的传输模式来计算期望的检测后信干燥比 (SINR) ₀ 基于计算得到的后检测 SINR，用户调度和传输格式确定单元 21执行用户调度和传输格式的确定（例如调制和编码方案的确定）。

多点协同预编码器计算单元 23根据所调度用户与服务小区及所有协同小区之间的信道状态信息反馈计算多点协同预编码矩阵。在多点协同预编码器计算中，不同的下行多点协同传输方式需要不同的信道状态信息反馈，具体来说，多点协同的调度 /波束赋型传输方式只需要基于码本的每小区的信道方向反馈；多点协同的基于每小区本地预编码的联合传输方式，除了需要基于码本的每小区的信道方向反馈信息外，也需要小区间相对相位信息来增强传输性能；对于多点协同的基于多小区全局预编码的联合传输方式，基于码本的每小区的信道方向反馈信息以及小区间相对相位和幅度信息都是需要的。多点协同预编码器的计算可以根据迫零算法（Zero- Forcing ) 或块对角化算法 (Block-Diagonization) 来实现。

之后，多点协同预编码及发送单元 24根据多点协同预编码器计算单元 23计算的多点协同预编码矩阵对用户数据进行相应的预编码处理，然后进行发送。

图 3示出了根据本发明一个实施例的、由移动终端执行的信道信息反馈方法的流程图。该方法在步骤 S30开始。在步骤 S32，计算基于信道矢量量化（CVQ)的每小区信道方向信息（CDI )反馈。在步骤 S34，计算基于标量量化的小区间相对幅度和 /或相位反馈。在步骤 S36，计算对应于服务小区的 CQI反馈。在步骤 S38，将计算的信道信息反馈至服务小区。然后，该方法在步骤 S40结束。

图 4示出了包括根据本发明的移动终端和基站的示例通信系统。该通信系统包括移动终端 MS1和 MS2以及基站 1和基站 2。例如，移动终端 MS1和 MS2可以是根据图 1中所示的本发明的移动终端，而基站 1和基站 2可以是根据图 2中所示的本发明的基站。在图 4中，移动终端 MS1和 MS2分别将其下行链路多点协同 CSI和 CQI反馈传输至服务小区，并且基站 1和基站 2基于该反馈信息计算得到检测后 SINR, 并基于该 SINR来执行用户调度和传输格式确定。

尽管以上已经结合本发明的优选实施例示出了本发明，但是本领域的技术人员将会理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改、替换和改变。因此，本发明不应由上述实施例来限定，而应由所附权利要求及其等价物来限定。

Claims

1. 一种移动终端，包括：

信道状态信息反馈计算单元，用于计算所述移动终端与其服务小区及所有协同小区之间的信道状态信息反馈；

信道质量信息反馈计算单元，用于计算对应于所述移动终端的服务小区的信道质量信息反权馈；以及

传输单元，用于将所述信道状态信息反馈和所述信道质量信息反馈传输至所述服务小区。

2. 如权利要求 1所述的移动终端，其中，所述信道状态信息反馈包括基于信道矢量量化的每小区信道方向信息反馈和基于标量量化的小区间相对相位和 /或幅度反馈，并且所述信求道状态信息反馈计算单元包括：

信道方向信息反馈计算单元，用于计算基于信道矢量量化的每小区信道方向信息反馈；以及

相对幅度 /相位反馈计算单元，用于计算基于标量量化的小区间相对相位和 /或幅度反馈。

3. 如权利要求 2所述的移动终端，其中，所述相对幅度 /相位反馈计算单元包括以下至少一个- 相对幅度反馈计算子单元，用于计算基于标量量化的小区间相对幅度反馈；以及

相对相位反馈计算子单元，用于计算基于标量量化的小区间相对相位反馈。

4. 如权利要求 2或 3所述的移动终端，其中，所述信道方向信息反馈计算单元通过信道协方差矩阵对用于执行信道矢量量化的码本进行变换。

5. 一种基站，包括：

传输单元，用于从移动终端接收移动终端与其服务小区及所有协同小区之间的信道状态信息反馈和对应于所述移动终端的服务小区的信道质量信息反馈；信号与干扰加噪声比计算单元，基于所述传输单元接收到的信道状态信息反馈和信道质量信息反馈，根据所应用的传输模式来计算期望的检测后信号与干扰加噪声比；

用户调度和传输格式确定单元，基于检测后信号与干扰加噪声比来执行用户调度和传输格式的确定；以及

多点协同预编码器计算单元，根据所调度的移动终端与服务小区及所有协同小区之间的信道状态信息反馈，计算多点协同预编码矩阵；以及

多点协同预编码及发送单元，根据所述多点协同预编码器计算单元计算的多点协同预编码矩阵，对用户数据进行相应的预编码处理并发送。

6. 如权利要求 5所述的基站，其中，所述传输格式的确定包括调制和编码方案的确定。

7. 如权利要求 5所述的基站，其中，根据迫零算法或块对角化算法来实现所述多点协同预编码器计算单元执行的计算。

8. 一种信道信息反馈方法，包括：

计算移动终端与其服务小区及所有协同小区之间的信道状态信息反馈；

计算对应于所述移动终端的服务小区的信道质量信息反馈；以及将所述信道状态信息反馈和所述信道质量信息反馈传输至所述服务小区。

9. 如权利要求 8所述的信道信息反馈方法，其中，

所述信道状态信息反馈包括基于信道矢量量化的每小区信道方向信息反馈和基于标量量化的小区间相对相位和 /或幅度反馈。

10. 如权利要求 9所述的信道信息反馈方法，其中，在计算信道方向信息反馈时，通过信道协方差矩阵对用于执行信道矢量量化的码本进行变换。

11. 一种通信系统，包括根据权利要求 1至 4中任意一项所述的移动终端和根据权利要求 5至 7中任意一项所述的基站。