CN102857285A

CN102857285A - 信道信息反馈方法及装置

Info

Publication number: CN102857285A
Application number: CN2011101824359A
Authority: CN
Inventors: 朱登魁; 鲁照华
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2031-06-30
Also published as: WO2013000260A1; US20140219375A1; CN102857285B

Abstract

本发明公开了一种信道状态信息反馈方法及装置，该方法包括：使用平面天线阵列每一行的天线的数目生成第一码本；使用平面天线阵列的列的数目生成第二码本；使用第一码本和第二码本反馈信道状态信息。通过本发明，提高了系统鲁棒性。

Description

信道信息反馈方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种信道信息反馈方法及装置。

背景技术

随着无线通信技术的发展，阵列天线在其中的应用愈来愈广泛，其中在系统设备(基站，集中控制处理单元或者中继等)侧配置线性阵列天线(图1和图2)，从而利用波束赋型技术来达到增加小区的覆盖面积和提高频谱效率方面已经具有相当的应用，这种技术主要利用了终端与系统设备之间具有方向性较强的电磁波传播，在发送端进行预处理，形成指向终端方向的波束，达到信号的相干叠加，从而增加接收功率。但是这种传统的波束赋型技术主要考虑了在水平方向上的波束赋型技术，即主要利用水平方位角度来区分用户和形成波束，而没有垂直方向上的波束方向，这就导致了在相邻小区的边缘且分别属于两个小区的用户之间具有较强的干扰，尤其是当这些用户的波束具有相同的方位角度时。为了更加灵活的避免具有相同水平方位角度的用户之间的干扰，则垂直方位角度被利用起来完成这一功能，从而使得用户的波束方向具有水平角度和垂直角度两个参数，从而提高了干扰避免的灵活性。

使用这种利用水平方位角度和垂直方位角度波束赋型技术又称为3维波束赋型，一般来说，利用此种技术需要天线不能在排列成线性阵列，而是需要在两个垂直方向上排列，形成平面阵列，如图3所示。

但是对于上述的平面天线阵列，相关技术中并没有提出码本量化的方案，因此无法通过有效的量化信道系数来传输信道状态信息，从而导致系统鲁棒性比较低的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种信道状态信息反馈方法及装置，以至少解决上述问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种信道信息反馈方法，包括：使用平面天线阵列每一行的天线的数目生成第一码本；使用平面天线阵列的列的数目生成第二码本；使用第一码本和第二码本反馈信道状态信息。

优选地，使用平面天线阵列每一行的天线的数目生成第一码本包括：构造K₁个N_x×r的复数矩阵，其中，K₁为量化信道的矩阵个数，取值为自然数，N_x为平面天线阵列每一行的天线的数目，1≤r≤N_x，复数矩阵的每一列之间相互正交。

优选地，使用平面天线阵列的列的数目生成第二码本包括：构造K₂个N_y×1的单位列向量，其中，N_y为列的数目。

优选地，构造K₂个N_y×1的单位列向量包括：通过以下公式之一构造列向量C2：

C_{2} = \frac{1}{\sqrt{Σ_{i = 1}^{N_{y}}} {| c_{i} |}^{2}} {[\begin{matrix} c_{1} & c_{2} & . . . & c_{N_{y}} \end{matrix}]}^{T},

其中，

表示向量角度，c₁ c₂…

均为复数。

优选地，使用第一码本和第二码本反馈信道状态信息包括：将所述第一码本和第二码本进行克罗内克乘积或者将所述第二码本和所述第一码本进行克罗内克乘积，得到第三码本；将信道状态信息量化后对应于第三码本的索引进行反馈；或

将信道状态信息量化后对应于第一码本的第一索引和量化后对应于第二码本的第二索引分别进行反馈。

根据本发明的另一方面，提供了一种信道状态信息反馈装置，包括：第一生成模块，用于使用平面天线阵列每一行的天线的数目生成第一码本；第二生成模块，用于使用平面天线阵列的列的数目生成第二码本；第一反馈模块，用于使用第一码本和第二码本反馈信道状态信息。

优选地，第一生成模块包括：第一构造模块，用于构造K₁个N_x×r的复数矩阵，其中，K₁为量化信道的矩阵个数，取值为自然数，N_x为平面天线阵列每一行的天线的数目，1≤r≤N_x，复数矩阵的每一列之间相互正交。

优选地，第二生成模块包括：第二构造模块，用于构造K₂个N_y×1的单位列向量，其中，N_y为列的数目。

优选地，第二构造模块，用于通过以下公式之一构造列向量C2：

C_{2} = \frac{1}{\sqrt{Σ_{i = 1}^{N_{y}}} {| c_{i} |}^{2}} {[\begin{matrix} c_{1} & c_{2} & . . . & c_{N_{y}} \end{matrix}]}^{T},

其中，

表示向量角度，c₁ c₂…

均为复数。

优选地，第一反馈模块包括：处理模块，用于将所述第一码本和第二码本进行克罗内克乘积或者第二码本和第一码本进行克罗内克乘积，得到第三码本；第二反馈模块，用于将信道状态信息量化后对应于第三码本的索引进行反馈；或

第三反馈模块，用于将信道状态信息量化后对应于第一码本的第一索引和量化后对应于第二码本的第二索引分别进行反馈。

通过本发明，采用分别使用平面天线阵列的列数和每一行的天线的数目分别生成码本，并进行信道状态信息的反馈，实现了有效的量化信道系数，克服了相关技术中使用平面天线阵列无法进行信道状态信息反馈的问题，达到了提高系统的鲁棒性的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据相关技术的天线放置方式示意图一；

图2是根据相关技术的天线放置方式示意图二；

图3是根据相关技术的天线放置方式示意图三；

图4是根据本发明实施例的信道状态信息反馈方法的流程图；

图5是根据本发明实施例的信道状态信息反馈装置的结构框图；

图6是根据本发明实施例的信道状态信息反馈装置的优选的结构框图；以及

图7是根据本发明实施例的天线方式示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本实施例提供了一种信道状态信息反馈方法，图4是根据本发明实施例的信道状态信息反馈方法的流程图，包括如下的步骤：

步骤S402：使用平面天线阵列每一行的天线的数目生成第一码本；

步骤S404：使用平面天线阵列的列的数目生成第二码本；

步骤S406：使用第一码本和第二码本反馈信道状态信息。

通过上述步骤，通过分别使用平面天线阵列的列数和每一行的天线的数目分别生成码本，并进行信道状态信息的反馈，实现了有效的量化信道系数，克服了相关技术中使用平面天线阵列无法进行信道状态信息反馈的问题，达到了提高系统的鲁棒性的效果。

在一个优选实施方式中，使用平面天线阵列每一行的天线的数目生成第一码本包括：构造K₁个N_x×r的复数矩阵，其中，K₁为量化信道的矩阵个数，取值为自然数，N_x为平面天线阵列每一行的天线的数目，1≤r≤N_x，复数矩阵的每一列之间相互正交。

在另一个优选实施方式中，使用平面天线阵列的列的数目生成第二码本包括：构造K₂个N_y×1的单位列向量，其中，N_y为列的数目。比较优的，构造K₂个N_y×1的单位列向量包括：通过以下公式之一构造列向量C2：

C_{2} = \frac{1}{\sqrt{Σ_{i = 1}^{N_{y}}} {| c_{i} |}^{2}} {[\begin{matrix} c_{1} & c_{2} & . . . & c_{N_{y}} \end{matrix}]}^{T},

其中，

表示向量角度(例如：列向量代表的波入射角度)，c₁ c₂…

均为复数。

使用第一码本和第二码本反馈信道状态信息可以有多种实施方式，比较优的，可以使用如下两种实施方式：

方式一：将第一码本和第一第二码本进行克罗内克乘积或者将第二码本和第一码本进行克罗内克乘积，得到第三码本；将信道状态信息量化后对应于第三码本的索引进行反馈。

方式二：将信道状态信息量化后对应于第一码本的第一索引和量化后对应于第二码本的第二索引分别进行反馈。

需要说明的是，方式一只需要反馈一个码本的索引，流程上比较简单，方式二，反馈两个码本的索引，在实施时，可以默认第一码本，只反馈第二码本，也可以第一次反馈第一码本，第二次反馈第二码本，该实现方式比较灵活且降低了反馈的开销。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

在另外一个实施例中，还提供了一种信道状态信息反馈软件，该软件用于执行上述实施例及优选实施例中描述的技术方案。

在另外一个实施例中，还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有上述数据传输软件，该存储介质包括但不限于：光盘、软盘、硬盘、可擦写存储器等。

本发明实施例还提供了一种信道状态信息反馈装置，该信道状态信息反馈可以用于实现上述信道状态信息反馈方法及优选实施方式，已经进行过说明的，不再赘述，下面对该信道状态信息反馈装置中涉及到的模块进行说明。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的系统和方法较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图5是根据本发明实施例的信道状态信息反馈装置的结构框图，如图5所示，该装置包括：第一生成模块52、第二生成模块54、第一反馈模块56，下面对上述结构进行说明。

第一生成模块52，用于使用平面天线阵列每一行的天线的数目生成第一码本；

第二生成模块54，用于使用平面天线阵列的列的数目生成第二码本；

第一反馈模块56，连接至第一生成模块52和第二生成模块54，用于使用第一生成模块52生成的第一码本和第二生成模块54生成的第二码本反馈信道状态信息。

图6是根据本发明实施例的信道状态信息反馈装置的优选的结构框图，如图6所示，第一生成模块52包括：第一构造模块522；第二生成模块54包括：第二构造模块542，第一反馈模块56包括：处理模块562、第二反馈模块564、第三反馈模块566，下面对上述结构进行描述。

第一构造模块522，用于构造K₁个N_x×r的复数矩阵，其中，K₁为量化信道的矩阵个数，取值为自然数，N_x为平面天线阵列每一行的天线的数目，1≤r≤N_x，复数矩阵的每一列之间相互正交。

第二生成模块54包括：第二构造模块542，用于构造K₂个N_y×1的单位列向量，其中，N_y为平面天线阵列的列的数目。

在一个优选实施方式中，第二构造模块，用于通过以下公式之一构造列向量C2：

C_{2} = \frac{1}{\sqrt{Σ_{i = 1}^{N_{y}}} {| c_{i} |}^{2}} {[\begin{matrix} c_{1} & c_{2} & . . . & c_{N_{y}} \end{matrix}]}^{T},

其中，表示向量角度，c₁ c₂…

均为复数。

第一反馈模块56包括：处理模块562，用于将第一码本和第一第二码本进行克罗内克乘积或者将所述第二码本和所述第一码本进行克罗内克乘积，得到第三码本；第二反馈模块564，连接至处理模块562，用于将信道状态信息量化后对应于处理模块562得到的第三码本的索引进行反馈；或

第三反馈模块566，用于将信道状态信息量化后对应于第一码本的第一索引和量化后对应于第二码本的第二索引分别进行反馈。

下面将结合优选实施例进行说明，以下优选实施例结合了上述实施例及优选实施方式。

优选实施例一

本实施例提供了一种码本构造方法和反馈方法，从而提高配置有平面天线阵列的通信系统的容量和效率。在本实施例中，设定系统设备具有N_t个发射天线，且可以分解为N_t＝N_x×N_y，其中N_x和N_y均为自然数，终端具有N_r个接收天线。

本实施例中采用两种方案构造码本：

方案一：

本方案中包括的步骤如下：

步骤S702：在通信系统的终端和系统设备中预先定义一套码本或者码字的集合，其中该码本由第一码本C₁和第二码本C₂构成。

具体的，第一码本C₁包含K₁个N_x×r(1≤r≤N_x)的复数矩阵，且矩阵的每一列之间相互正交；

其中C₂包含K₂个N_y×1的单位列向量，优选的，列向量C₂可以表示成为当然，C₂也可以是其他任意的复数向量：

C_{2} = \frac{1}{\sqrt{Σ_{i = 1}^{N_{y}}} {| c_{i} |}^{2}} {[\begin{matrix} c_{1} & c_{2} & . . . & c_{N_{y}} \end{matrix}]}^{T} .

码本C的每个码字具有如下的形式：

或者

i＝0，…，K₁K₂-1，其中

表示克罗内克乘积，其中

表示将C₁中的每个元素与C₂相乘，最后形成一个N_xN_y×r的矩阵。

步骤S704：终端在获得信道系数H之后，将H量化为码本C中索引为k的码字C_k，并利用反馈信道将索引k反馈给系统设备。

方案二：

本方案中包括的步骤如下：

步骤S802：在通信系统的终端和系统设备中预先定义两个码本或者码字的集合：码本C₁和码本C₂。

其中，码本C₁包含K₁个N_x×r(1≤r≤N_x)的复数矩阵，且矩阵的每一列之间相互正交

C₂包含K₂个N_y×1的单位列向量，优选的，列向量C₂可以表示成为

当然，C₂也可以是其他任意的复数向量：例如：

C_{2} = \frac{1}{\sqrt{Σ_{i = 1}^{N_{y}}} {| c_{i} |}^{2}} {[\begin{matrix} c_{1} & c_{2} & . . . & c_{N_{y}} \end{matrix}]}^{T} .

步骤S804：终端在测量信道获得信道矩阵H之后，利用H在码本集合C₁中选择索引为k₁的码字作为第一参数；利用H在码本集合C₂中选择索引为k₂的作为第二参数；

步骤S806：终端将索引k₁反馈给系统设备；终端将索引k₂反馈给系统设备；

优选地，系统设备可以给第一参数和第二参数配置反馈周期T₁和T₂，或者系统设备通过发送控制消息通知终端反馈第一参数或者第二参数。

优选地，系统设备利用最新的第一参数和第二参数，分别在码本集合C₁和C₂中找到对应的码字

和

然后重构用户的信道系数为或者

优选实施例二

在本实施例中，设系统设备基站侧配置有12根天线，分成两组(如图7所示)，每组6根天线，所以有N_x＝6，N_y＝2，以r＝2的情况来说明码本的构造。

首先构造出包含有个6×2的码字(矩阵)集合C₁，其中每个矩阵

k＝0，…K₁-1都满足两列之间相互正交的性质。然后构造出包含有

个码字(列向量)的集合C₂，其中，每个列向量l＝0，…K₂-1可以表示成为：

l＝0，，…K₂-1

则最终的码字集合C构造为：

其中C_i表示集合C中第i个码字。

表示取小于等于输入参数的最大整数，

表示i除以K₁的余数，

表示克罗内克积，比如，

则

就可以写成：

优选实施例三

首先构造出包含有

个6×2的码字(矩阵)集合C₁，其中每个矩阵k＝0，…K₁-1都满足两列之间相互正交的性质。

然后构造出包含有

个码字(列向量)的集合C₂，其中，每个列向量l＝0，…K₂-1可以表示成为

l＝0，，…K₂-1

则最终的码字集合C构造为

其中C_i表示集合C中第i个码字。表示取小于等于输入参数的最大整数，

表示i除以K₁的余数，

表示克罗内克积，比如，则

就可以写成：

优选实施例四

在本实施例中，设系统设备基站侧配置有12根天线，分成两组(如图7所示)，每组6根天线，所以有N_x＝4，N_y＝3。以r＝2的情况来说明码本的构造，当然r也可以为任意其他小于等于N_x的自然数。

首先构造出包含有

个4×2的码字(矩阵)集合C₁，其中每个矩阵

个码字(列向量)的集合C₂，其中，每个列向量

l＝0，…K₂-1可以表示成为：

则最终的码字集合C构造为：

其中C_i表示集合C中第i个码字。

表示取小于等于输入参数的最大整数，

表示i除以K₁的余数，

表示克罗内克积，例如：

则

就可以写成：

优选实施例五

在本实施例中，设系统设备基站侧配置有12根天线，分成两组(如图7所示)，每组6根天线，所以有N_x＝4，N_y＝3，以r＝2的情况来说明码本的构造，当然r也可以为任意其他小于等于N_x的自然数。

首先构造出包含有

个4×2的码字(矩阵)集合C₁，其中每个矩阵k＝0，…K₁-1都满足两列之间相互正交的性质。然后构造出包含有

个码字(列向量)的集合C₂，其中，每个列向量

l＝0，…K₂-1可以表示成为：

C_{2}^{l} = \sqrt{\frac{1}{Σ_{i = 1}^{3} {| d_{i} |}^{2}}} [\begin{matrix} d_{1} \\ d_{2} \\ d_{3} \end{matrix}],

l＝0，，…K₂-1

则最终的码字集合C构造为：

表示i除以K₁的余数，

表示克罗内克积，比如，

C_{1}^{k} = [\begin{matrix} c_{11} & c_{12} \\ . & . \\ . & . \\ . & . \\ c_{41} & c_{42} \end{matrix}], C_{2}^{l} = \sqrt{\frac{1}{Σ_{i = 1}^{3} {| d_{i} |}^{2}}} [\begin{matrix} d_{1} \\ d_{2} \\ d_{3} \end{matrix}],

则

C_{2}^{l} &CircleTimes; C_{1}^{k}

就可以写成：

C_{i} = C_{2}^{l} &CircleTimes; C_{1}^{k} = \frac{1}{\sqrt{Σ_{i = 1}^{3} {| d_{i} |}^{2}}} [\begin{matrix} d_{2} c_{11} & d_{2} c_{12} \\ . & . \\ . & . \\ . & . \\ d_{2} c_{41} & c_{2} c_{42} \\ d_{2} c_{11} & d_{2} c_{12} \\ . & . \\ . & . \\ . & . \\ d_{2} c_{41} & d_{2} c_{41} \\ d_{3} c_{11} & d_{3} c_{12} \\ . & . \\ . & . \\ . & . \\ d_{3} c_{41} & d_{3} c_{42} \end{matrix}] .

优选实施例六

在本实施例中，设系统设备基站侧配置有8根天线，分成两组(如图7所示)，每组4根天线，所以有N_x＝4，N_y＝2，以r＝2的情况来说明终端的信道系数量化过程和系统设备在接收到终端的反馈之后的重构信道系数过程。当然r也可以为任意其他小于等于N_x的自然数。本优选实施例包括如下步骤：

步骤S902：系统设备和终端都保存有相同的两个码本集合C₁和C₂，其中C₁包含

个4×2的码字(矩阵)，其中每个矩阵

k＝0，…K₁-1都满足两列之间相互正交的性质，C₂包含

码字(列向量)，其中，每个列向量

l＝0，…K₂-1可以表示成为：

步骤S904：终端首先将自己与系统设备之间的信道系数矩阵H量化为码本C₁中索引为k₁的码字矩阵，其中H可以表示为：

H = [\begin{matrix} h_{11} & h_{12} & h_{13} & h_{14} & h_{15} & h_{16} & h_{17} & h_{18} \\ h_{21} & h_{22} & h_{23} & h_{24} & h_{25} & h_{26} & h_{27} & h_{28} \end{matrix}] = [\begin{matrix} H_{1} & H_{2} \end{matrix}],

其量化方法可以是常用的最大范数

C_{1}^{k_{1}} = \arg \max_{C_{1}^{k} &Element; C_{1}} ({| | H_{1} C_{1}^{k} | |}_{F}^{2} + {| | H_{2} C_{1}^{k} | |}_{F}^{2}) .

步骤S906：终端可以将信道系数矩阵H量化为码本C₂中索引为k₂的码字矩阵，其量化方法也可以是常用的最大范数

C_{2}^{k_{2}} = \arg \max_{C_{2}^{k} &Element; C_{2}} ({| | H^{'} C_{1}^{k} | |}_{F}^{2}),

其中

H^{'} = {[\begin{matrix} h_{11} & h_{13} & h_{15} & h_{17} & h_{21} & h_{23} & h_{25} & h_{27} \\ h_{12} & h_{14} & h_{16} & h_{18} & h_{22} & h_{24} & h_{26} & h_{28} \end{matrix}]}^{T},

其中索引k₁和k₂的反馈由系统设备通过发送控制消息通知终端，比如，系统设备通过控制消息通知终端以周期分别为T₁和T₂反馈k₁和k₂，所以可以配置为T₁远远小于T₂。

步骤S908：在发送端，系统设备利用其最新获取的反馈信息k₁和k₂，得到其对应的码字矩阵

和向量

然后根据天线的编号顺序计算终端的信道系数为

或者

C = C_{2}^{k_{2}} &CircleTimes; C_{1}^{k_{1}} .

通过上述实施例，提供了一种信道状态信息反馈方法及装置，通过分别使用平面天线阵列的列数和每一行的天线的数目分别生成码本，并进行信道状态信息的反馈，可以有效的量化信道系数，以及减小反馈的开销，既提高了系统的鲁棒性，又能节约反馈带宽资源。需要说明的是，这些技术效果并不是上述所有的实施方式所具有的，有些技术效果是某些优选实施方式才能取得的。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。