CN102725990A - 执行空间信息辅助的分级反馈的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种在移动通信系统中执行空间信息辅助的分级反馈的方法，在用户终端处，所述方法包括：测量基站的多个发射天线的空间相关矩阵；利用所述空间相关矩阵来对分级反馈模式下的分级码簿进行变换；从变换后的分级码簿选择码字；以及利用分级反馈模式从用户终端向基站反馈与所选的码字的索引相对应的预编码矩阵索引、以及所述空间相关矩阵。

Description

执行空间信息辅助的分级反馈的方法和设备 技术领域

本发明涉及移动通信领域， 更具体地， 涉及一种在移动通信系统 中执行空间信息辅助的分级反馈的方法和设备， 能够考虑到用户终端

( UE ) 的信道的空间特性来执行分级反馈， 从而提高反馈的精度。 背景技术

在长期演进版本 8 ( LTE Rel-8 )规范中， 对 SU- MIM0 (单用户 多输入多输出）专门对反馈策略和码簿进行了优化。 然而， 已知的是， MU-MIM0与 SU- MIM0相比对反馈精度较为敏感。 低反馈精度将导致较 差的 MU- MIM0性能， 因而阻碍了对 MU- MIM0的理论潜能的开发。 为了 解决这一问题， 最近的 LTE- A的讨论将注意力放在提高 MU- MIMO的性 能的先进反馈机制上。 分级反馈是具有较强前景的候选方案。

需要提供一种有效方法来提高 MU- MIM0的反馈精度。 尽管传统的 分级反馈利用了 UE信道在时域或频域上的相关性，但是其并未考虑到 信道的空间特性。 发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷， 提出了本发明。 因此， 本发明的 目的是提出一种在移动通信系统中执行空间信息辅助的分级反馈的方 法和设备， 能够考虑到用户终端 （UE ) 的信道的空间特性来执行分级 反馈， 从而提高反馈的精度。

为了实现上述目的， 根据本发明， 提出了一种在移动通信系统中 执行空间信息辅助的分级反馈的方法，在用户终端处，所述方法包括： 测量基站的多个发射天线的空间相关矩阵； 利用所述空间相关矩阵来 对分级反馈模式下的分级码簿进行变换； 从变换后的分级码簿选择码 字； 以及利用分级反馈模式从用户终端向基站反馈与所选的码字的索 引相对应的预编码矩阵索引、 以及所述空间相关矩阵。

优选地， 在基站处， 所述方法包括： 根据从用户终端所反馈的预 编码矩阵索引和所述空间相关矩阵来重构所选的码字， 以执行预编码 和调度。

优选地， 所述分级反馈模式下的分级码簿是根据用户终端的信道 的时间或频率信息所训练和构造的码簿。

优选地， 从变换后的分级码簿选择码字包括： 从变换后的分级码 簿的最深等级处选择码字。

优选地， 利用所述空间相关矩阵来对分级反馈模式下的分级码簿 进行变换包括： 将所述空间相关矩阵预乘以分级反馈模式下的分级码 簿中各个等级中的码字。

优选地， 所述空间相关矩阵是在与反馈预编码矩阵索引的周期相 比长得多的周期上在基站和用户终端之间同步的长期信息。

优选地， 所述移动通信系统是多用户多输入多输出通信系统。 为了实现上述目的， 根据本发明， 还提出了一种在移动通信系统 中执行空间信息辅助的分级反馈的设备包括： 测量装置， 测量基站的 多个发射天线的空间相关矩阵; 变换装置， 利用所述空间相关矩阵来 对分级反馈模式下的分级码簿进行变换； 选择装置， 从变换后的分级 码簿选择码字； 以及反馈装置， 利用分级反馈模式从用户终端向基站 反馈与所选的码字的索引相对应的预编码矩阵索引、 以及所述空间相 关矩阵。

如上所述， 根据本发明， 提出了一种对分级反馈和 UE 空间信息 这两者的优势进行组合的反馈框架结构， 能够比传统分级反馈提供增 强的反馈精度。 附图说明

根据以下结合附图对本发明非限制实施例的详细描述， 本发明的 以上和其他目的、 特征和优点将变得更加清楚， 其中：

图 1示出了分级反馈中的二进制树结构码簿的示例；

图 2是示出了根据本发明的在移动通信系统中执行空间信息辅助 的分级反馈的方法的流程图； 以及

图 3是示出了根据本发明的在移动通信系统中执行空间信息辅助 的分级反馈的设备的流程图。 具体实施方式

下面， 将根据附图描述本发明。 在以下描述中， 一些具体的实施 例只用于描述的目的， 不应该将其理解为对于本发明的任何限制， 而 只是示例。 当可能导致使本发明的理解发生模糊时， 将省略传统结构 或构造。 分级反馈的思想源于提高反馈精度、 以及提高具有有限反馈的无 线通信系统的总体性能。 分级反馈机制利用了物理信道在时域或频域 上的相关性。 在分级反馈中的码簿以二进制树结构来组织， 并且在第 j级的给定子树中的码字的耦合的索引具有相同的（ j-1 )个有效比特， 如图 1所示。

当信道慢变化时， 与传统反馈相比， 分级反馈会引起对 UE信道 的更为精确的描述。 换句话说， 对于固定反馈开销， 分级反馈在大得 多的码簿中对码字进行索引。 假设 Bmax 表示分级码簿中的树的总等 级， 而 B_feedback是用来指示上行反馈信令中的 PMI (预编码矩阵索 引）的比特数量。 对于当前 LTE规范， B_feedback = 4， 并且这里作为 示例， 采用 Btnax= 12。 可以采用以下的情况作为示例来对分级反馈进 行解释：

在上行反馈开始处， 即， 时刻 t-0处， UE从分级码簿的最深等级 中选择码字， 并且索引是 Idx—0 = [1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0]。 然 后， UE反馈 Idx— 0的前面 B— feedback个比特， 并且在 t-0处的反馈 PMI为： PMI_0= [1 0 0 1]。

在接下来的反馈时刻处， 即， 时刻 t— 1处， UE仍然从分级码簿的 最深等级中选择码字， 并且码字的索引为 Idx— 1 = [1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0]。根据分级反馈的算法， UE反馈 Idx-1的中间 ( B_feedback-1 ) 个比特， 而在 PMI反馈中使用第一个比特指示 "向下" 的情况（即， 在分级树中向下搜索）。 因此， 在 t— 1处的反馈 PMI为： PMI_1 = [10 00]， 其中， 第一比特 "Γ， 对应于在 UE和 eNB (基站）处协商的 "向 下"， 并且最后三个比特对应于 Idx— 1的第五、 第六和第七比特。 按照这种方式， 在接收到 PMI_1 = [1 0 0 0]时， eNB 可以基于 PMI— 1、 PMI - 0来重构 Idx- 0的一部分。 重构的码字的索引 PMI丄 re = [1 0 0 1 0 0 0] » 从该示例可以清楚地看到， 当信道慢变化时， 分级 反馈和其相应的码簿结构能够实现对信道信息的更为精确的反馈， 并 且连续码字的前几个比特驻留在相同的子树上。

还可以注意到， 该分级反馈仅利用了 UE信道在时域或频域上的 相关性。该码字选择唯一地基于 UE的信道的时间或频率信息。对码簿 自身进行训练和构造， 而没有考虑到信道的空间特性。 然而， 在真实 的传播环境中， 信道是相关的， 并且如果码字搜索和更新并未考虑到 信道的空间特性， 则可能会导致次优码字。 本发明的方案的基本思想：

步骤 1 :在每一个上行反馈帧中， UE测量并计算其空间相关矩阵； 步骤 2:该 UE利用同步的空间相关矩阵来变换基本的分级码簿（如 图 1所示）， 并形成新的分级码簿；

步骤 3: UE根据预定标准（例如最小化空间距离， 最大化系统容 量等）从新生成的码簿的最深等级中选择码字；

步骤 4: UE根据分级反馈的算法， 基于步骤 3中所生成的码字索 引来推导四比特反馈 PMI。 然后， 该 UE将 PMI反馈给 eNB。 如果该帧 是空间信息更新帧， 则该 UE需要反馈空间相关矩阵。 应该注意到， 空 间相关信息可以看作在与 PMI反馈周期相比长得多的周期上在 eNB和 UE之间同步的长期信息。

步骤 5: eNB根据步骤 3中的反馈 PMI、其在前一反馈时刻从相同 UE知道的反馈 PMI、 以及预定的分级反馈算法来重构 UE的 PMI ;

步骤 6: eNB基于其在步骤 5 中所获得的信息来执行调度和预编 码。 应该注意到， eNB可以解译所报告的 PMI和相应的码字。 可以使用以下示例来描述本发明。

假定 MU-MIM0系统具有 K个用户， BS配备了 M个发射天线， 并且 每一个 UE具有 N个接收天线。还可以假定 Bmax = 12和 B—feedback = 4。 也就是， 在分级码簿树中存在 12个等级， 而每一个反馈 PMI可以 由四个比特来表示。 因此， 在码簿树中存在总共 2¹³ -2 = 8190 个码 字， 并且这些码字如图 1所示来组织。 在下行链路中仅允许单个流传 输， 并且所有码字具有 Μχ 1的维度。 从 BS到第 k用户的信道由 N χ Μ 矩阵 ^Η*来表示。

步骤 1: 空间相关矩阵的计算

在第一 UE反馈帧 t-0处， UE k测量基站的 M个发射天线的 ΜχΜ 空间相关矩阵 ^ ¹ ^，其中 s是在其上对空间相关矩阵进行平均 的子载波。 其可以是一个子载波、 几十个子载波， 或者甚至取决于针 对该空间相关矩阵所允许的传播场景和反馈预算的整个带宽。

步骤 2: 产生包括空间相关信息的新码字

^R。被预先乘以分级码簿的第一等级的码字的耦合， 即， 图 1 中 索引分别为 [0]和 [1]的码字， 即 cd-0 and cd_l₀ 所得到的码字是 cd-new-0和 cd_new— 1。将选择与本征信道 。具有更小余弦距离的一个 码字作为在下一步骤中的树搜索的根。

cd 10 ne_W=1½^ cd 10 _new= W«

― 一 cd_10| ， - - .cd— 10|， 以及 h_{M =}U(:，l)'H_M，其中 U(:，l)是

^H*。左奇异矩阵的第一列。 步骤 3 : 从分级树的最深等级选择码字

如果在步骤 2处选择 cd— new— 0, 则对如图 1所示源于码字 "0" 的码字的耦合执行步骤 1中的相同过程。也就是， 由空间相关矩阵^。 对索引为 [00]和 [01]的码字进行变换。 将对该码字的耦合执行所述的 选择过程， 以确定下一级树搜索的根。

将执行码字选择-〉在分级树中的等级向下-〉新码字生成的过程， 直到选择了叶节点为止。 例如， 假定选择了码字 [0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 ] ₀

步骤 4: 确定和反馈 PMI 由于假定这是第一上行反馈帧， eNB并不预先知道 UE k的 PMI的 空间相关信息。 因此，将空间相关矩阵^。或者以矢量形式或者以标度 形式反馈到 eNB。 除了空间相关矩阵之后， 还将所选码字的索引的前 面 4个比特， 即 PMI— 0 = [0 1 0 1]反馈到 eNB。

步骤 5 : 在 eNB处的码字的重构

在接收到 ^。和 PMI— 0 = [0 1 0 1]时， 且在确认这是来自 UE k 的第一上行反馈之后， 该 eNB按照以下方式来重构所期望的码字。 首 先， 从分级码簿中检索索引为 [0 1 0 1]的码字， 即 cd_ 0101， 并且将 重构的码字表达为：

_J „ R,„cd 0101

cd 0101 new =

- - |R,cd_010l| 。 步骤 6 : 预编码和调度

在从小区中的所有 UE中获得原始码字之后， eNB采用不同的方法 来使用这些原始码字。这里，假定所报告的 PMI是 UE的有效信道的量 化， 则执行基于总容量的贪婪搜索和迫零预编码。 eNB 选择具有最大 加权和的容量的 UE的子集。 将 UE的信道表示为¹^) : ¹^'…，¹^ ， 其 中按照与步骤 5所描述的相同的方式来获得 ^ ( ^代表重构的第 i个 UE 的码字的转置）。 针对所选用户的子集的最终预编码器是 其中 _p是功率分配矢量。 步骤 4. 1： 针对随后帧的 PMI确定和反馈

在步骤 4描述了针对第一上行反馈帧的 PMI确定和反馈的过程， 而这在随后帧中略微不同。 在分级反馈框架结构中， 对于不同的第一 帧的帧， 分配 PMI的 （B—feedback_l )个比特， 以指示所选码字的 12 个比特索引中的某一部分， 并且使用 1个比特来指示先前帧的 PMI和 当前帧的 12 个比特索引之间的关系。 例如， 在第一上行反馈中， 将 PMI _0 = [0 1 0 1]反馈到 eNB。

情况 1 : 在第二上行反馈帧中， 所选码字的索引是 Idx- 1= [0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0]。 该 UE 将这种情况判断为 "向下" 情况， 由于 Idx_ l的前面 4个比特与 PMI— 0相同。 特使用 PMI - 1的第一比特来表 示向下 " 1" (在 eNB和 UE处均已知）， 并且 Idx— 1的第五、 第六和第 七比特填充 PMI— 1的剩余比特。 因此， PMI— 1 = [1 1 0 1]。 情况 2 : 在第二上行反馈帧中， 所选码字的索引是 Idx_l= [0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0]。 该 UE 将这种情况判断为 "向上" 情况， 由于 Idx— 1的前面 4个比特与 PMI _0不同。 将使用 PMI - 1的第一比特来表 示向上 "0" (在 eNB和 UE处均已知）， 并且， PMI-1的剩余比特利用 i dx— 1 的三个比特来填充。 并且考虑到信道的特性来较好地设置在所 选的在 PMI -1中表示的三个比特。 这里， 可以简单地假定， 在这种情 况下， 将使用 idx— 1 的前面（B_feedback - 1)个比特， 并且所得到的 PMI— 1 = [0 0 1 1]。

在接收到新的反馈 PMI时， eNB可以根据其所知道的 PMI— 1和在 eNB和 UE之间针对 "向下，， 和 "向上" 情况下的额外比特确定的协商 算法来重构 idx_ l的一部分和全部。 之后， 可以执行预编码和调度。 图 2是示出了根据本发明的在移动通信系统中执行空间信息辅助 的分级反馈的方法的流程图。

如图 2所示， 在步骤 201 , 用户终端测量基站的多个发射天线的 空间相关矩阵。 在步骤 203， 用户终端利用所述空间相关矩阵来对分 级反馈模式下的分级码簿进行变换。 在步骤 205 , 用户终端从变换后 的分级码簿选择码字。 在步骤 207处， 利用分级反馈模式从用户终端 向基站反馈与所选的码字的索引相对应的预编码矩阵,索引、 以及所述 空间相关矩阵。 在步骤 209处， 基站根据从用户终端所反馈的预编码 矩阵索引和所述空间相关矩阵来重构所选的码字， 以执行预编码和调 度。

图 3是示出了根据本发明的在移动通信系统中执行空间信息辅助 的分级反馈的设备的流程图。

如图 3所示， 所述设备包括： 测量装置 301、 变换装置 303、 选 择装置 305以及反馈装置 307。 测量装置 301测量基站的多个发射天 线的空间相关矩阵。 变换装置 303利用所述空间相关矩阵来对分级反 馈模式下的分级码簿进行变换。 选择装置 305从变换后的分级码簿选 择码字。 反馈装置 307利用分级反馈模式从用户终端向基站反馈与所 选的码字的索引相对应的预编码矩阵索引、 以及所述空间相关矩阵。 已经进行了系统仿真。 仿真假设和结果总结如下

Tx天线间距 =4 波长

仿真结果显示： 当天线之间的空间相关较强时， 即， Tx天线间距 = 0. 5 波长时， 相对于单独的分级反馈， 空间相关加上分级反馈可以 带来 28 %的小区平均频谱效率 （SE )和 13 %的小区边缘 SE。 当天线 间距变大时， 即 Tx天线间距 = 4波长时， 空间相关增益降低到 10 %的 小区平均 SE和 8 %的小区边缘 SE。 因此， 空间相关反馈能够显著地提 高薦- MIM0的整体性能。

以上实施例只是用于示例目的， 并不倾向于限制本发明。 本领域 普通技术人员应该理解的是，在不脱离本发明的范围和精神的情况下， 可以存在对该实施例的各种修改和代替， 并且这些修改和代替落在所 附权利要求所限定的范围中。

Claims (13)

1. 权 利 要 求 书

   1、 一种在移动通信系统中执行空间信息辅助的分级反馈的方法， 在用户终端处， 所述方法包括：

   测量基站的多个发射天线的空间相关矩阵；

   利用所述空间相关矩阵来对分级反馈模式下的分级码簿进行变 换 ·'

   从变换后的分级码簿选择码字； 以及

   利用分级反馈模式从用户终端向基站反馈与所选的码字的索引 相对应的预编码矩阵索引、 以及所述空间相关矩阵。
2. 2、 根据权利要求 1所述的方法， 在基站处， 所述方法包括： 根据从用户终端所反馈的预编码矩阵索引和所述空间相关矩阵 来重构所选的码字， 以执行预编码和调度。
3. 3、 根据权利要求 1 所述的方法， 其中所述分级反馈模式下的分 级码簿是根据用户终端的信道的时间或频率信息所训练和构造的码 簿。
4. 4、 根据权利要求 1 所述的方法， 其中从变换后的分级码簿选择 码字包括： 从变换后的分级码簿的最深等级处选择码字。
5. 5、 根据权利要求 1 所述的方法， 其中利用所述空间相关矩阵来 对分级反馈模式下的分级码簿进行变换包括： 将所述空间相关矩阵预 乘以分级反馈模式下的分级码簿中各个等级中的码字。
6. 6、 根据权利要求 1 所述的方法， 其中所述空间相关矩阵是在与 间同步的长期信息。
7. 7、 根据权利要求 1 所述的方法， 其中所述移动通信系统是多用 户多输入多输出通信系统。
8. 8、 一种在移动通信系统中执行空间信息辅助的分级反馈的设备 包括：

   测量装置， 测量基站的多个发射天线的空间相关矩阵；

   变换装置， 利用所述空间相关矩阵来对分级反馈模式下的分级码 簿进行变换；

   选择装置， 从变换后的分级码簿选择码字； 以及

   反馈装置， 利用分级反馈模式从用户终端向基站反馈与所选的码 字的索引相对应的预编码矩阵索引、 以及所述空间相关矩阵。
9. 9、 根据权利要求 8 所述的设备， 其中所述分级反馈模式下的分 级码簿是根据用户终端的信道的时间或频率信息所训练和构造的码 簿。
10. 1 0、 根据权利要求 8所述的设备， 其中所述选择装置从变换后的 分级码簿的最深等級处选择码字。
11. 1 1、 根据权利要求 8所述的设备， 其中所述变换装置将所述空间 相关矩阵预乘以分級反馈模式下的分级码簿中各个等级中的码字。
12. 12、 根据权利要求 8所述的设备， 其中所述空间相关矩阵是在与 反馈预编码矩阵索引的周期相比长得多的周期上在基站和用户终端之 间同步的长期信息。
13. 1 3、 根据权利要求 8所述的设备， 其中所述移动通信系统是多用 户多输入多输出通信系统。