CN102696258B - 一种用于通信节点和控制器操作的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于对信道状态矢量进行量化的系统和方法。一种用于通信节点操作的方法，包括：测量所述通信节点与控制器之间的通信信道；根据所述测量生成信道状态信息；计算所述信道状态信息的位表示；将所述位表示传输给所述控制器；以及从所述控制器接收传输。所述计算使用咬尾网格解码，且所述传输使用由所述通信节点传输的所述信道状态信息。

Description

一种用于通信节点和控制器操作的方法
本发明要求2009年12月8日递交的发明名称为“用于对信道状态矢量进行量化的系统和方法(System and Method for Quantization ofChannel State Vectors)”的第12/633,376号美国非临时专利申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容以引入的方式并入本文本中。
技术领域
本发明大体涉及无线通信，确切地说，涉及一种用于对信道状态矢量进行量化的系统和方法。
背景技术
一般而言，在多入多出(MIMO)无线通信系统中，对发射器来说，了解其本身与接收器之间的通信信道的信道状态信息是有好处的。如第三代移动通信标准化伙伴项目(3GPP)长期演进(LTE)等技术标准中所实施的那样，信道状态信息的一种形式是预编码矩阵索引(PMI)、信道质量指标(CQI)与秩指示(RI)的组合。
通常情况下，信道状态信息的提供形式可为来自接收器的反馈。但鉴于整体带宽利用率问题，反馈信道通常具有受限的带宽以及较低的可靠传输速率。因此，信道状态信息在反馈之前可能需要进行量化，或者减小大小。位于发射器和接收器处的含有码字的预定义码本是一种用来减少反馈信道开销的常用技术，方法是让接收器向码本中的码字，而非码字本身反馈索引。
在多小区下行链路传输中，多个基站可同时向单个移动台进行传输。在此情况下，发射天线的有效数目很可能超过四，在许多技术标准中，四是码本的设计中通常使用的发射天线数目。此外，对于大量发射天线而言，并没有用来对PMI进行量化的标准化方法。
某些技术标准也允许使用中继节点(RN)。这些技术标准可让RN和基站同时向接收器进行传输。接收器可能需要对联合通信信道(RN与其本身之间的通信信道以及基站与其本身之间的通信信道)进行量化，这可能也会超过四根发射天线。
发明内容
通过一种用于对信道状态矢量进行量化的系统和方法的实施例，大体上解决或避免这些和其他问题，并大体上实现技术优势。
根据一项实施例，本发明提供一种用于通信节点操作的方法。所述方法包括：测量所述通信节点与控制器之间的通信信道；基于所述测量生成信道状态信息；选择咬尾网格的第一初始状态，将所述信道状态信息提供给所述咬尾网格，并将所述咬尾网格的输出记录为所述信道状态信息的第一量化位表示；选择所述咬尾网格的第二初始状态，将所述信道状态信息提供给所述咬尾网格，并将所述咬尾网格的输出记录为所述信道状态信息的第二量化位表示；选择所述第一量化位表示或所述第二量化位表示作为所述信道状态信息的位表示；将所述位表示传输给所述控制器；以及从所述控制器接收传输。所述计算使用咬尾网格解码，且所述传输使用由所述通信节点传输的信道状态信息；所述第一初始状态为所述咬尾网格的第一状态集中的状态，所述第二初始状态为所述咬尾网格的第二状态集中的状态。
根据另一项实施例，本发明提供一种用于通信节点操作的方法。所述通信节点由多个控制器服务。所述方法包括：测量所述通信节点与所述多个控制器中的每个控制器之间的联合通信信道；基于所述测量生成信道状态信息；选择咬尾网格的第一初始状态，将所述信道状态信息提供给所述咬尾网格，并将所述咬尾网格的输出记录为所述信道状态信息的第一量化位表示；选择所述咬尾网格的第二初始状态，将所述信道状态信息提供给所述咬尾网格，并将所述咬尾网格的输出记录为所述信道状态信息的第二量化位表示；选择所述第一量化位表示或所述第二量化位表示作为所述信道状态信息的位表示(bit representation)；将所述位表示传输给所述多个控制器中的每个控制器；以及从所述多个控制器中的每个控制器接收传输。所述计算使用咬尾网格解码，且所述传输使用由所述通信节点传输的信道状态信息；所述第一初始状态为所述咬尾网格的第一状态集中的状态，所述第二初始状态为所述咬尾网格的第二状态集中的状态。
根据另一项实施例，本发明提供一种用于控制器操作的方法。所述方法包括：从通信节点接收反馈信息；选择初始状态，将所述初始状态设置为咬尾网格的开始状态，并将所述反馈信息应用到所述咬尾网格；将所述咬尾网格的输出记录为所述信道状态信息的索引，基于所述索引从码本中检索所述信道状态信息；基于所述信道状态信息调整所述控制器的发射器；以及使用所调整的发射器向所述通信节点传输信息。
实施例的一个优点在于，本发明提供一种针对具有大量发射天线的情况，用于对信道状态矢量进行量化的有效系统和方法。对信道状态矢量进行有效量化可降低对接收器的计算要求，从而可在接收器中使用功效较低、较为便宜且功耗较低的处理器。较为便宜且功耗较低的处理器可降低接收器的成本，同时延长电池寿命。
实施例的另一优点在于，需要较小的码本。较小码本可降低接收器和发射器的存储要求。或者，在使用较大码本的情况下，要求使用较小码本可获得更好(更准确)的量化性能。
上文已相当广泛地概述了本发明的特征和技术优点，从而可有助于更好地理解下文对各实施例的详细描述。下文将描述各项实施例的额外特征和优点，这些内容构成了本发明的权利要求书的主题。所属领域的技术人员应了解，可轻易地基于所揭示的概念和具体实施例，修改或设计用于实现本发明的相同目的的其他结构或过程。所属领域的技术人员还应意识到，此类等效结构并不脱离所附权利要求书中提出的本发明的精神和范围。
附图说明
为了更完整地理解各项实施例及其优点，现结合附图来参考以下描述，其中：
图1为无线通信系统的图解；
图2a为通过多个基站进行协同MIMO操作的无线通信系统的图解；
图2b为通过基站和中继节点进行协同MIMO操作的无线通信系统的图解；
图3为昂格尔博克(Ungerboeck)网格的图解；
图4为多级网格的图解；
图5a为使用逐条目网格编码和解码的信道状态信息反馈系统的图解；
图5b为图5a的系统中所使用的昂格尔博克网格的图解；
图5c为八PSK字母表的图解；
图6a为使用咬尾网格解码和编码的信道状态信息反馈系统的图解；
图6b为咬尾网格级的图解；
图6c为网格解码器的详细图解；
图6d为网格编码器的详细图解；
图7a为向BS提供信道状态信息过程中MS操作的流程图；
图7b为在进行咬尾网格解码以生成信道状态信息矢量的量化位表示的过程中MS操作的流程图；
图8a为向MS传输信息过程中BS操作的流程图；
图8b为在进行咬尾网格编码以重构信道状态信息矢量的估计的过程中BS操作的流程图；以及
图9平方弦距离与发射天线总数的数据图。
具体实施方式
下文将详细讨论对各项实施例的实施和使用。但应了解，本发明提供可在多种具体上下文中实施的许多适用的发明性概念。所论述的具体实施例仅仅说明用以制作和使用本发明的具体方式，而不限制本发明的范围。
本发明将在具体环境，即符合3GPP LTE技术标准的MIMO无线通信系统中进行描述。但本发明也可适用于其他无线通信系统MIMO无线通信系统，例如，符合LTE-Advanced的系统，以及允许与大量发射天线进行MIMO操作和/或与多个基站和/或中继节点进行协同(或联合)MIMO操作的无线通信系统。
图1描绘无线通信系统100。无线通信系统100包括：基站(BS)101；以及多个移动台(MS)，例如MS105和MS106，所述移动台可移动或可固定。BS101与MS105和MS106使用无线通信进行通信。BS101具有多根发射天线115，而MS105和MS106可具有一根或多根接收天线110和111。BS101通过下行链路(DL)信道120向MS105发送控制和数据，而MS105通过上行链路(UL)信道125向BS101发送控制和数据。类似地，BS101通过DL信道121向MS106发送控制和数据，且MS106通过UL信道126向BS101发送控制和数据。
MS105可在UL信道125上发送控制信息，以提高DL信道120上的传输质量。BS101可在DL信道120上发送控制信息，以提高UL信道125的质量。小区130是BS101的覆盖范围的常规术语。众所周知，在无线通信系统100中，可存在对应于多个BS的多个小区。
图2a描绘通过多个基站进行协同MIMO操作的无线通信系统200。无线通信系统200包括多个基站，例如，BS205、BS206和BS207，所述基站在协同MIMO操作中操作，以向MS210进行传输。当多个基站中的每个基站具有两根以上发射天线时，多个基站与MS210之间的联合通信信道容易超过四根发射天线。
图2b描绘通过基站和中继节点进行协同MIMO操作的无线通信系统250。无线通信系统250包括BS255和RN260，这两者在协同MIMO操作中操作，以向MS265进行传输。当BS255和RN260各具有两根以上发射天线时，BS255和RN260与MS265之间的联合通信信道容易超过四根发射天线。
为了维持量化精度，用于对信道状态信息进行量化的码本的大小应根据以下等式增长：
log2N＝B(M–1)，
其中M为发射天线数(维数)，B为每根发射天线的量化位数，且N为码本中的码字数。在典型的无线通信系统中，M较小(通常为二到四)，B较小(通常为一到二)。因此，N也较小，且可进行穷举搜索。在给定量化精度B的情况下，N与M成指数关系。因此，对于大天线系统而言，对N个码字的码本进行穷举搜索可能过于复杂。
通常，对于维数为M、每维有B位且码本大小为N＝2BM的无线通信系统而言，用以对信道状态信息进行量化的穷举搜索可涉及将标准化信道状态信息矢量的弦距离与码本中N个码字中的每个码字进行比较(表示成w＝argmaxf|h*f|，其中w为量化的信道状态信息矢量，h为信道矢量，且f为来自码本的码字)，且可报告最接近所述标准化信道状态信息矢量的码字。因此，穷举搜索的量化复杂性可为O(M2BM)，其中O(.)指示顺序(order)，且与M成指数关系。
对于具有维数M的无线通信系统而言，用以降低量化复杂性的方法，也称为简化穷举搜索，将M维分成大块(chunk)，其中各大块具有维数L(有M/L个大块)。无线通信系统也可具有每维B位以及大小为N＝2BL的码本的参数。M/L个大块中的每者随后可进行穷举搜索，如上文所述，且合并结果。因此，简化穷举搜索可具有O(M2BL)的量化复杂性，且与M成线性关系。
图3描绘昂格尔博克网格300。如图3所示，昂格尔博克网格300具有八个状态(从状态一305编号到状态八306)。状态前所示的编号，例如，状态一305前的“1234”可表示在将输入提供给昂格尔博克网格300后，由昂格尔博克网格300产生的输出。输入与输出之间的关系可取决于昂格尔博克网格300的应用。
通常，昂格尔博克网格的每个状态具有2b个退出分支(exitingbranch)和2b个进入分支(entering branch)。因此，昂格尔博克网格中的每级表示b位。昂格尔博克网格的每级可能有2b+1个状态。如图3所示，昂格尔博克网格300表示b＝两位。
此外，在昂格尔博克网格中，编号为奇数的状态(例如，昂格尔博克网格300中的状态一、三、五和七)只可转换到所有可能状态的前半段(例如，昂格尔博克网格300中的状态一、二、三和四)。类似地，编号为偶数的状态(例如，昂格尔博克网格300中的状态二、四、六和八)只可转换到所有可能状态的后半段(例如，昂格尔博克网格300中的状态五、六、七和八)。
图4描绘多级网格400。多级网格400包括多个级，其中各级，例如级405，复制网格300。如图4所示，多级网格400包括五个级，其中每级为b＝两位昂格尔博克网格，如图3所示。
也如图4所示，其中有穿过多级网格400的两条可能路径，第一路径410(如深色实线所示)以及第二路径415(如深色虚线所示)。第一路径410在状态420处开始且在状态422处结束，而第二路径在状态425处开始且在状态427处结束。
咬尾网格可定义为只允许咬尾路径的网格。咬尾路径可定义为要求具有相同开始状态和结束状态的路径。因此，第一路径410为咬尾网格中的咬尾路径，因为状态420和422相同，而第二路径415为非咬尾路径，因为状态425和427并不相同。如果第二路径415以状态429而非状态427结束，那么第二路径415将为咬尾路径。
图5a描绘使用逐条目网格编码和解码的信道状态信息反馈系统500。系统500包括反馈信息生成器505，其位于接收器(即，反馈信息的发射器)处，用于将信道状态信息(w＝(wM,Λ,w2,w1))转换成待通过反馈信道传输给发射器(即，反馈信息的接收器)的反馈信息。在发射器处，系统500包括反馈信息解码器510，用于将所述反馈信息转换成信道状态信息的标准译本(received version)
反馈信息生成器505包括网格解码器515，其可用来将信道状态信息(w＝(wM,Λ,w2,w1))转换成该信息的量化位表示。逐条目解码每次输入一个条目，例如，w1可为首先输入的条目，随后是条目w2、w3等。网格解码可使用迭代维特比(Viterbi)算法等技术来完成，其中维特比算法执行多次，直到得到解为止，或直到达到维特比算法执行的最大允许次数为止，或直到次优算法恰好执行维特比算法两次，其中第一次执行形成估计，且第二次执行使用所述估计得到解。
随后，反馈编码器520可用来通过任意适当的信道编码技术，包括非编码调制，对信道状态信息的量化位表示进行编码。
反馈信息解码器510包括：反馈解码器525，用以对所接收的反馈信息进行解码，以产生信道状态信息的量化位表示的标准译本；以及网格编码器530，用以将信道状态信息的量化位表示的标准译本转换成信道状态信息的标准译本其中信道状态信息的标准译本与信道状态信息的不同之处可能在于与反馈信道的相互作用。逐条目网格编码每次对单个条目进行编码，例如，可首先编码，随后是条目 等。网格编码可通过执行网格编码算法两次来完成，其中第一次执行使用参考信息得到适当开始状态，且第二次执行使用所述适当开始状态实际上对网格进行编码。
逐条目网格解码和编码的要求可包括每天线有整数位(B)，以及每维的能量分布相等。存在到逐条目网格解码和编码的延伸，其中向网格提供多个条目，而非单个条目。
例如，网格解码器515和网格编码器530可使用每天线有B＝两(2)位的昂格尔博克网格，例如，图3的昂格尔博克网格300，以及八PSK字母表。图5b描绘昂格尔博克网格550，其可由网格解码器515和网格编码器530用来量化信道状态信息，且图5c描绘八PSK字母表560。用来量化信道状态信息的度量可为部分矢量w与部分输出矢量之间的弦距离。网格解码和编码可在昂格尔博克网格550的第一状态(即，状态一)中开始，而对结束状态没有限制，即昂格尔博克网格550不必为咬尾网格。因此，网格量化的计算复杂性可为O(M22B)，其中M为无线通信系统的维数。
图6a描绘使用咬尾网格解码和编码的信道状态信息反馈系统600。咬尾网格解码和编码可强化逐条目网格解码和编码，同时增加对必须使用的咬尾网格的限制。替代于每次对单个条目进行解码/编码，长度为M的信道状态信息矢量w的L维可使用整数位(BL)同时进行解码/编码，其中M可被L整除，且L绝对比M小。因此，咬尾网格具有M/L个网格级。只要BL为整数值，每维可使用任意分数位(B)。此外，不再要求每维具有相等能量。对于每次使用BL位在L个条目上操作的咬尾网格解码和编码而言，可使用每级有2BL+1个状态的咬尾网格。
具有N＝G2BL个矢量(码字)的码本可在发射器和接收器处进行设计且已知。码本中的每个码字具有维数L，且G为参数，用来指示码本的基数FL,|FL|大于2BL的倍数。G的最小值为二，且2BL必须可被G整除。图3针对参数B＝1、L＝2且G＝2描绘咬尾网格的单个网格级。
通常，用于咬尾网格解码和编码的码本F可表示为
所述码本可通过创建具有总条目数的1/G的码本C来生成：
C = { c 1 , . . . , c 2 BL } ,
所述码本C具有2BL个矢量，且所述码本F使用维数为MxM的G-1个单式旋转矩阵(unitary rotation matrix)，P1,P2,...,PG-1，来生成码本的其他条目：F＝{C,P1C,P2C,...,PG-1C}。码本C可通过以下方式生成：使用最大化不同码本矢量之间的最小弦距离的格拉斯曼(Grassmannian)码本，使用结构码本，例如，离散傅里叶变换码本、来自技术标准的码本等。得到单式旋转矩阵P的方式可为：使用多种技术，包括蒙特卡罗模拟，在随机生成的高斯矩阵上执行QR分解(也称为QR因式分解)，然后将Q矩阵用作单式旋转矩阵，以最大化F中的两个不同矢量之间的最小弦距离。
图3所示的咬尾网格具有几个性质：1)每个状态具有对应于两位输入的四个退出分支；2)从奇态的状态转换将以前四个状态中的一个状态终止，类似地，从偶态的状态转换将以后四个状态中的一个状态结束；3)对于给定的输入，源于任意奇态的状态转换在相同状态集处终止，类似地，源于任意偶态的状态转换在相同状态集处终止；以及4)对于给定的输入，源于任意奇态的状态转换的输入符号相同，类似地，源于任意偶态的状态转换也相同。
就B、L和G而言，所述性质为：1)每个状态具有对应于BL位输入的2BL个退出分支；2)从状态{g+nG}，其中g＝1,…,2BL且n＝0,…,G-1，中任意状态的状态转换将以状态{(g-1)2BL+1,...,g2BL}中的一个状态终止；3)对于给定的输入，源于状态{g+nG}，其中g＝1,…,2BL且n＝0,…,G-1，中任意状态的状态转换将在相同状态处终止；以及4)对于给定的输入和给定的g，源于状态{g+nG}，其中n＝0,…,G-1，的状态转换的输出符号相同。
系统600包括反馈信息生成器605，其位于接收器处，用于在多组L个条目中将信道状态信息(w＝(w1,Λ,wL),Λ,(wM-L+1,Λ,wM))转换成待通过反馈信道传输给发射器的反馈信息。在发射器处，系统600包括反馈信息解码器610，用于每次以多组L个条目将所述反馈信息转换成信道状态信息的标准译本信道状态信息的标准译本中的条目顺序可为信道状态信息中的条目的逆序。
反馈信息生成器605包括网格解码器615，其可用来将信道状态信息(w＝(wM,Λ,w2,w1))转换成该信息的量化位表示。咬尾网格解码每次输入L个条目，例如(w1,Λ,wL)可首先输入，随后是第二组L个条目，例如(wL+1,Λ,w2L)等。网格解码器615使用接收器和发射器处已知的咬尾网格。在每个咬尾网格级，信道状态信息的L维(条目)(输入到咬尾网格)可经解码，以输出穿过咬尾网格级的路径的BL位表示。
如果咬尾网格编码/解码每次使用BL位(BL为整数值)在L维上操作，那么具有2BL+1个状态的昂格尔博克网格可用于解码/编码过程。图6b描绘咬尾网格650的一级。咬尾网格650可用于具有参数L＝二(2)且B＝一(1)的通信系统。现在回头参考图6a，随后反馈编码器620可用来通过任意适当的信道编码技术，包括非编码调制，对信道状态信息的量化位表示进行编码。
反馈信息解码器610包括：反馈解码器625，用以对所接收的反馈信息进行解码，以产生信道状态信息的量化位表示的标准译本；以及网格编码器630，用以将信道状态信息的量化位表示的标准译本转换成信道状态信息的标准译本 ( w ^ = ( w ^ M - L + 1 , Λ , w ^ M ) , Λ , ( w ^ 1 , Λ , w ^ L ) ) , 其中信道状态信息的标准译本与信道状态信息的不同之处可能在于与反馈信道的相互作用。咬尾网格解码每次对一组L个条目进行编码，例如可首先编码，随后是第二组L个条目，例如等。
图6c描绘网格解码器660的细节图。网格解码器660可为网格解码器615的实施方案。网格解码器660包括状态选择器662，其可用来为网格解码选择开始状态。例如，状态选择器662可用来为由网格解码器660执行的网格解码的G个级中的每级选择开始状态，其中每个开始状态为单个状态组中的一个或多个状态中的一个状态。网格解码器660还包括耦接到状态选择器662的网格解码单元664。网格解码单元664可实施网格解码算法，例如，维特比解码。
也耦接到状态选择器662的可为存储器666。存储器666可用来存储待转换的信道状态信息，以及将在网格解码中使用的咬尾网格。此外，当将信道状态信息的每组L维提供给咬尾网格时，存储器666可用来存储咬尾网格的输出。度量计算器/比较单元668可用来计算度量，该度量可用以选择信道状态信息的G个量化位表示中的哪个位表示实际上是信道状态信息的最佳表示。
图6d描绘网格编码器680的细节图。网格编码器680可为网格编码器630的实施方案。网格编码器680包括状态选择器682，其可用来为网格编码选择开始状态。状态选择器682选择开始状态的方式可为：选择信道状态信息的量化位表示的后GBL位，并将所选的GBL位应用到网格编码单元684。耦接到状态选择器682的网格编码单元684可实施网格编码算法，例如，维特比编码。网格编码器680还可包括存储器686，所述存储器可用来存储所接收的反馈信息、所解码的反馈信息、所选择的GL位、所重构的信道状态信息等。
图7a描绘向BS提供信道状态信息过程中的MS操作700的流程图。MS操作700可表示MS，例如MS105在向BS，例如BS101提供信道状态信息的过程中进行的操作。MS操作700可在指定的时间按时进行，或者可在发生特定事件时进行，例如，误差率达到指定阈值，数据吞吐率降到指定阈值等。当MS处于正常操作模式时，MS操作700可继续进行。
MS操作700可以MS测量通信信道(块705)开始。所述通信信道可位于MS与服务该MS的BS之间。或者，所述通信信道可为MS与服务该MS的一个或多个BS和/或服务该MS的一个或多个RN之间的联合通信信道。当MS由一个以上BS或RN服务时，该MS可单独测量分开的通信信道，然后将测量结果合并起来。通信信道的测量可通过测量导频序列、参考序列或BS进行的其他传输来进行。可在短时间内进行上述测量或者在长时间内进行均时测量。
测量通信信道之后，MS可根据对通信信道的测量生成信道状态信息矢量(块710)。MS还可使所述信道状态信息矢量标准化。随后MS可使用咬尾网格解码来生成信道状态信息矢量(或标准化信道状态信息矢量)的量化位表示(块715)。如上文所述，咬尾网格解码在每个网格级可处理信道状态信息矢量的多组L个条目，其中每级对应于信道状态信息矢量的每组L个条目的BL位输出。下文将对咬尾网格解码进行详细描述。
表示信道状态信息矢量的量化位表示的多个BL位输出随后可由反馈编码器进行编码(块720)，且传输到BS(块725)。BS可对反馈信息进行解码，以重构所接收的信道状态信息矢量(块710中所产生的信道状态信息矢量的估计)，从而用于向MS传输信息。MS可选择性地接收使用所接收的信道状态信息矢量进行预编码或波束成形的传输(块730)，且MS操作700随后可终止。
图7b描绘在进行咬尾网格解码以生成G＝2的信道状态信息矢量的量化位表示过程中的MS操作750的流程图。MS操作750可表示在MS针对通信信道生成反馈信息以反馈给其控制BS、RN或这两者时，该MS进行的操作。MS操作750可为图7a的块715的实施方案，生成信道状态信息矢量的量化位表示。当MS处于正常操作模式时，MS操作750可按时进行或者在发生特定事件时进行。
MS操作750开始时，MS可将信道状态信息矢量w分成多组L个条目(块755)。根据一项实施例，信道状态信息矢量w的长度为M个条目，且M可被L整除。M/L组L个条目中的每组均可为咬尾网格解码所使用的咬尾网格级的输入。可选择第一初始状态(块757)。如上文所述，一组内的所有状态均相同，因此，任意状态可选作第一初始状态。根据一项实施例，一组的第一状态可选作第一初始状态。例如，在具有两组(偶态和奇态)的咬尾网格中，第一初始状态可为状态一，即，奇态的第一状态。随后可执行咬尾网格解码，其中多组L个条目作为输入(块759)。
选择第一初始状态之后，可将M/L组L个条目作为输入提供给咬尾网格。在将每组L个条目作为输入提供给咬尾网格的情况下，开始状态转换成咬尾网格级的结束状态，且产生可对应于作为输入的那组L个条目的BL位输出。例如，在咬尾网格的级一的状态一处开始的情况下，当第一组L个条目作为输入提供给咬尾网格时，要转换成级一的结束状态(和级二的开始状态)，其中产生对应于该第一组L个条目的第一BL位输出。然后，当第二组L个条目作为输入提供给该咬尾网格时，要转换成级二的结束状态(和级三的开始状态)，其中产生对应于该第二组L个条目的第二BL位输出。可将M/L个BL位输出记录为信道状态信息矢量的第一量化位表示(块761)。块757、759和761合起来可称为咬尾网格解码的第一阶段763。
咬尾网格解码的第一阶段763完成之后，可开始咬尾网格解码的第二阶段765。咬尾网格解码的第二阶段765可以选择第二初始状态(块767)开始。类似于选择第一初始状态，选择第二初始状态可涉及选择单个状态组内的任意状态。例如，在具有两组(偶态和奇态)的咬尾网格中，如果第一初始状态为奇态，那么第二初始状态可为状态二，即，偶态的第一状态。随后可执行咬尾网格解码，其中多组L个条目作为输入(块769)。
选择第二初始状态之后，可将M/L组L个条目作为输入提供给咬尾网格。在将每组L个条目作为输入提供给咬尾网格的情况下，开始状态转换成咬尾网格级的结束状态，且产生可对应于作为输入的那组L个条目的BL位输出。例如，在咬尾网格的级一的状态一处开始的情况下，当第一组L个条目作为输入提供给咬尾网格时，要转换成级一的结束状态(和级二的开始状态)，其中产生对应于该第一组L个条目的第一BL位输出。然后，当第二组L个条目作为输入提供给该咬尾网格时，要转换成级二的结束状态(和级三的开始状态)，其中产生对应于该第二组L个条目的第二BL位输出。可将M/L个BL位输出记录为信道状态信息矢量的第二量化位表示(块771)。
咬尾网格解码的第二阶段765完成之后，两个来自每阶段的M/L个BL位输出(信道状态信息矢量的第一量化位表示和信道状态信息矢量的第二量化位表示)可通过评估度量来进行选择，其中信道状态信息矢量的所选量化位表示为更接近所述信道状态信息矢量的所述信道状态信息矢量的第一或第二量化位表示(块773)。根据一项实施例，用来选择信道状态信息矢量的第一或第二量化位表示的度量可为弦距离度量、欧几里得距离等。例如，如果所述度量为弦距离或欧几里得距离，那么可选择度量较小的量化位表示。然而，如果所述度量可在所述度量较大时使量化位表示的质量更佳，那么可选择度量较大的量化位表示。如果度量相等，那么可随机选择第一或第二量化位表示。咬尾网格解码的计算复杂性可为O(M22BL)。选择信道状态信息矢量的量化位表示之后，MS操作750随后可终止。
尽管对咬尾网格解码的讨论着重从两个不同的开始状态组(即，G＝2)中选择开始位置的两阶段算法，但咬尾网格解码可适用于任意数目的不同组G，例如，二、三、四、五等。在组的数目G不等于二的一般情况下，咬尾网格中的状态可分成G组，且咬尾网格解码可作为G阶段算法进行。G阶段算法的每个阶段可能需要选择单个组内的状态作为初始状态，通过M/L组L个条目在初始状态开始来执行咬尾网格解码算法，然后将M/L个BL位输出保存为信道状态信息矢量的量化位表示。咬尾网格算法随后可比较G个不同的M/L个BL位输出，以选择其中一个作为信道状态信息矢量的位表示。在存在G个不同组的情况下，咬尾网格解码的计算复杂性可为O(GM22BL)。因此，对两阶段、两组(偶和奇)等的讨论不应被解释成限制各项实施例的范围或精神。
图8a描绘在向MS传输信息过程中的BS操作800的流程图。BS操作800可表示BS，例如BS101在向MS，例如MS105传输信息时进行的操作，其中所述BS使用由该MS提供的信道状态信息，以对传输进行预编码。BS操作800可在BS要进行传输时按时进行，或者在发生特定事件时进行，例如，误差率达到指定阈值，数据吞吐率降到指定阈值，等等。当BS处于正常操作模式时，BS操作800可继续进行。
BS操作800可以BS从MS接收反馈信息(块805)开始。根据信道条件，反馈信息可或可不进行编码。如果反馈信息进行编码，则BS可对所述反馈信息进行解码(块810)。
根据反馈信息或所解码的反馈信息，BS可重构MS所传输的信道状态信息矢量的估计(块815)。信道状态信息矢量的估计可为MS所传输的与反馈信道有任意相互作用的信道状态信息矢量。根据一项实施例，BS可使用咬尾网格编码来重构信道状态信息矢量的估计。下文中将更详细地讨论咬尾网格编码。
使用信道状态信息矢量的重构估计，BS可调整其发射器(块820)。调整发射器可涉及根据信道状态信息矢量的重构估计的维数来选择预编码或波束成形矢量或矩阵。随后BS可在有信息要传输给MS时使用所调整的发射器(块825)。根据一项实施例，BS可服务多个MS，且BS可能需要在向各MS进行传输之前，基于与各MS相关联的信道状态信息矢量的重构估计来调整发射器。向MS传输信息之后，BS操作800随后可终止。
图8b描绘在进行咬尾网格编码以重构信道状态信息矢量的估计过程中的BS操作850的流程图。BS操作850可表示BS，例如BS101在该BS重构信道状态信息矢量的估计时进行的操作，其中所述BS对信道状态信息矢量的量化位表示使用咬尾网格解码。BS操作850可为图8a中的块815的实施方案。当BS处于正常操作模式时，BS操作850可按时进行或在发生特定事件时进行。
BS操作850可在BS已从MS接收信道状态信息矢量的量化位表示并对其解码之后开始，且所述操作可为多阶段过程。第一阶段可能需要BS为咬尾网格编码确定开始状态855。为了确定开始状态，BS可对应于后G个网格级选择信道状态信息矢量的量化位表示的后GBL位(块860)。例如，如果G＝二，且只有奇态组和偶态组，那么BS可选择后2BL位。BS随后可选择其咬尾网格的任意开始状态(块865)，并将所选的GBL位用作输入(块870)。在咬尾网格基于所选的GBL位从所选开始状态转换到结束状态时，可忽略所产生的任意输出。咬尾网格的结束状态随后可被选作咬尾网格编码的初始状态(块875)。
第二阶段可能需要BS对信道状态信息矢量的量化位表示进行编码，以重构信道状态信息矢量的估计880。对信道状态信息矢量的量化位表示进行编码开始时，BS可应用信道状态信息矢量的量化位表示的BL位，并针对BL位中的每位从一个级的开始状态转换到该级的结束状态(块885)。由于将BL位中的每位提供为输入，因此每网格级产生L条目输出。所述L条目输出可保存为信道状态信息矢量的重构估计(块890)。可能需要记录所述L条目输出，以适当重构信道状态信息矢量的估计，且BS操作850随后可终止。
图9描绘用于不同网格解码和编码技术的多种码本设计的平方弦距离与发射天线总数的数据图。如图9所示，平方弦距离越低，性能越好。第一轨迹905表示使用八矢量格拉斯曼码本的通信系统的性能，所述码本采用逐条目网格编码和解码，且第二轨迹910表示使用四矢量格拉斯曼码本的通信系统的性能，所述码本使用上述码本生成技术。第三和第四轨迹合起来图示为轨迹915，因为它们大体上相同，所述轨迹表示使用四矢量格拉斯曼码本的通信系统的性能，所述码本使用上述码本生成技术以及具有(第三轨迹)和不具有(第四轨迹)逆序的咬尾网格解码和编码。
尽管详细描述了各项实施例及其优势，但应理解，可在不脱离由所附权利要求书界定的本发明的精神和范围的情况下，对本文做出各种改变、替代和更改。此外，本发明的范围不应限于说明书中描述的过程、机器、制造、物质成分、构件、方法和步骤的特定实施例。所属领域的一般技术人员将从本发明的揭示内容中容易了解到，可根据本发明利用目前存在或以后将开发的、执行与本文所述对应实施例大致相同的功能或实现与本文所述对应实施例大致相同的效果的过程、机器、制造、物质成分、构件、方法或步骤。因此，所附权利要求书应在其范围内包括此类过程、机器、制造、物质成分、构件、方法或步骤。

Claims (18)

1.一种用于通信节点操作的方法，所述方法包括：
测量所述通信节点与控制器之间的通信信道；
基于所述测量生成信道状态信息；
选择咬尾网格的第一初始状态，将所述信道状态信息提供给所述咬尾网格，并将所述咬尾网格的输出记录为所述信道状态信息的第一量化位表示；
选择所述咬尾网格的第二初始状态，将所述信道状态信息提供给所述咬尾网格，并将所述咬尾网格的输出记录为所述信道状态信息的第二量化位表示；
选择所述第一量化位表示或所述第二量化位表示作为所述信道状态信息的位表示；
将所述位表示传输给所述控制器；以及
从所述控制器接收传输，其中所述传输使用由所述通信节点传输的所述信道状态信息；
其中，所述第一初始状态为所述咬尾网格的第一状态集中的状态，所述第二初始状态为所述咬尾网格的第二状态集中的状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述信道状态信息包括具有复元素的M维矢量，且其中计算位表示进一步包括将所述信道状态信息分成M/L组L位，其中M为整数值且为所述信道状态信息的维数，L为整数值，且M可被L整除。
3.根据权利要求2所述的方法，其中提供所述信道状态信息包括每次提供所述信道状态信息的一组L维。
4.根据权利要求3所述的方法，其中提供所述信道状态信息的一组L维形成BL位输出，其中B为整数值，表示可用于量化所述信道状态信息的每维的位数。
5.根据权利要求1所述的方法，其中选择所述第一量化位表示或所述第二量化位表示包括：
基于所述第一量化位表示和所述信道状态信息计算第一度量；
基于所述第二量化位表示和所述信道状态信息计算第二度量；
如果所述第一度量优于所述第二度量，则选择所述第一量化位表示；以及
如果所述第二度量优于所述第一度量，则选择所述第二量化位表示。
6.根据权利要求5所述的方法，其中选择所述第一量化位表示或所述第二量化位表示进一步包括：如果所述第一度量等于所述第二度量，则随机选择所述第一量化位表示或所述第二量化位表示。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一度量和所述第二度量为弦距离度量、欧几里得距离度量或其组合。
8.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在传输所述位表示之前，对所述位表示进行编码。
9.根据权利要求1所述的方法，其中生成信道状态信息包括：基于所述测量从码本中选择码字，其中M为所述信道状态信息的维数，所述码本具有G2BL个码字，每个码字具有维数L，G为大于或等于二的整数值且为所述码本的基数大于2BL的倍数，2BL可被G整除，B为可用于量化所述信道状态信息的每维的位数，且M可被L整除。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述码本的生成方式为：生成具有所述码本中的一半所述码字的前一半码本，其中所述前一半码本中的所述码字最大化不同码字间的最小弦距离，然后将单式选择矩阵应用到所述前一半码本，以产生后一半码本，且随后将所述前一半码本与所述后一半码本合并，以产生所述码本。
11.一种用于通信节点操作的方法，其中所述通信节点由多个控制器服务，所述方法包括：
测量所述通信节点与所述多个控制器中的每个控制器之间的联合通信信道；
基于所述测量生成信道状态信息；
选择咬尾网格的第一初始状态，将所述信道状态信息提供给所述咬尾网格，并将所述咬尾网格的输出记录为所述信道状态信息的第一量化位表示；
选择所述咬尾网格的第二初始状态，将所述信道状态信息提供给所述咬尾网格，并将所述咬尾网格的输出记录为所述信道状态信息的第二量化位表示；
选择所述第一量化位表示或所述第二量化位表示作为所述信道状态信息的位表示；
将所述位表示传输给所述多个控制器中的每个控制器；以及
从所述多个控制器中的每个控制器接收传输，其中所述传输使用由所述通信节点传输的信道状态信息；
其中，所述第一初始状态为所述咬尾网格的第一状态集中的状态，所述第二初始状态为所述咬尾网格的第二状态集中的状态。
12.根据权利要求11所述的方法，其中测量联合通信信道包括：
单独测量所述通信节点与每个控制器之间的通信信道；
将单独测量合并成所述测量。
13.根据权利要求12所述的方法，其中单独测量通信信道包括单独测量由所述通信节点传输的导频序列或参考序列。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述多个控制器中的至少一个控制器为中继节点。
15.一种用于控制器操作的方法，所述方法包括：
从通信节点接收反馈信息；
选择初始状态，将所述初始状态设置为咬尾网格的开始状态，并将所述反馈信息应用到所述咬尾网格；
将所述咬尾网格的输出记录为信道状态信息的索引，基于所述索引从码本中检索所述信道状态信息；
基于所述信道状态信息调整所述控制器的发射器；以及
使用所调整的发射器将信息传输到所述通信节点。
16.根据权利要求15所述的方法，其中选择初始状态包括：
选择所述反馈信息的后GBL位，其中G为整数值且大于或等于二且为所述码本的基数大于2BL的倍数，2BL可被G整除，L为所述码本中的每个码字的维数，以及B为可用于量化所述信道状态信息的每维的位数；
随机选择所述咬尾网格的开始状态；
将所述后GBL位应用到所述咬尾网格；以及
选择所述咬尾网格的结束状态作为所述初始状态。
17.根据权利要求16所述的方法，其中将所述反馈信息以多组BL位提供给所述咬尾网格，其中B为可用于量化所述信道状态信息的每维的位数，以及L为所述码本中的每个码字的所述维数。
18.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括在重构信道状态信息之前对所述反馈信息进行解码。
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