CN103138813B - 在多天线系统的发射机中接收反馈信息的方法以及接收机 - Google Patents

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Abstract

一种用于在使用支持多用户的闭环方案的多天线系统中发送/接收反馈信息的方法以及支持该方法的反馈系统。基于影响反馈信息结构的通信环境预先限定多个反馈协议方案。在通过通信环境确定的反馈协议方案下发送反馈信息。反馈信息构造有通信环境所需的信息。

Description

在多天线系统的发射机中接收反馈信息的方法以及接收机
本申请是申请日为2007年3月16日，申请号为200780007791.9，发明名称为“在支持多用户的多天线系统中发送接收反馈信息的方法和支持该方法的反馈系统”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明总体上涉及一种使用闭环方案的多天线系统，更具体地讲，涉及一种在支持多用户的多天线系统中发送接收反馈信息的方法和支持该方法的反馈系统。
背景技术
在无线信道环境中，与有线信道环境相反，可靠性可能由于多径干扰、遮蔽、传播衰减、时变噪声、干扰等而较低。存在这种问题，即，在移动通信环境中数据传输率由于低的可靠性而无法增加。
为了克服这种问题，已经提出了多输入多输出(MIMO)系统。MIMO系统是多天线系统的典型示例。
多天线系统支持单用户模式和多用户模式。在单用户模式下，数据通过多个发射天线被发送到同一用户。在多用户模式下，数据通过多个发射天线被发送到多个用户。
多天线系统被分为资源分配取决于反馈信息的闭环方案和与反馈信息无关的开环方案。为了在使用闭环方案的多天线系统中发送反馈信息，提出全反馈方案和单反馈方案。
当使用预编码时，全反馈方案是这样一种方案，其中，每个用户反馈关于映射到码本内的所有列向量的所有传输率的信息。全反馈方案在资源分配方面具有优良性能，但是其缺点在于存在大量反馈信息。当将被产生的反馈信息增加时，不仅系统复杂性会增加，而且发送反馈信息所需的资源量会增加。
当使用预编码时，单反馈方案是这样一种方案，其中，每个用户仅反馈具有最高传输率的列向量的索引信息。单反馈方案可减少反馈信息的量。然而，在单反馈方案中难于期待最优资源分配。
在如上所述的使用闭环方案的多天线系统中，重要问题在于提供一种基于最少反馈信息有效地分配资源的方案。具体地讲，迫切需要提供一种在多天线系统中考虑操作模式、反馈方案等的同时发送最优反馈信息的方案。
发明内容
本发明的一方面在至少解决上述问题和/或缺点，并至少提供以下优点。因此，本发明的一方面在于提供一种当在使用闭环方案的多天线系统中发送映射到操作模式的反馈信息时接收反馈信息的方法，以及一种支持所述方法的反馈系统。
本发明的另一方面在于提供一种当在使用闭环方案的多天线系统中发送映射到反馈方案的反馈信息时接收反馈信息的方法，以及一种支持所述方法的反馈系统。
本发明的另一方面在于提供一种在考虑操作模式、反馈方案等的同时基于反馈信息产生传输参数并且在使用闭环方案的多天线系统中基于传输参数发送数据的方法，以及一种支持所述方法的反馈系统。
根据本发明示例性实施例的一方面，提供了一种在使用支持多用户的闭环方案的多天线系统的接收机中发送反馈信息的方法，所述方法包括：基于通信环境从多个反馈协议方案中选择一个反馈协议方案；产生映射到选择的反馈协议的反馈信息；和将使用选择的反馈协议方案产生的反馈信息提供给发射机。
根据本发明示例性实施例的另一方面，提供了一种在使用支持多用户的闭环方案的多天线系统的发射机中接收反馈信息的方法，所述方法包括：基于通信环境从多个反馈协议方案中选择一个反馈协议方案；和使用选择的反馈协议从接收机接收反馈信息。
根据本发明示例性实施例的另一方面，提供了一种用于使用支持多用户的闭环方案的多天线系统的反馈系统，所述反馈系统包括：接收机，基于通信环境从多个反馈协议方案中选择一个反馈协议方案，产生映射到选择的反馈协议的反馈信息，并将使用选择的反馈协议方案产生的反馈信息发送到发射机；和发射机，使用从接收机接收的反馈信息基于通信环境来选择反馈协议方案，并分配映射到选择的反馈协议方案的传输参数。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的以上和其他特点和优点将会变得清楚，其中：
图1是示出根据本发明示例性实施例的使用支持多用户的闭环方案的多天线系统的框图；
图2是示出根据本发明示例性实施例的发射机的结构的框图；
图3是示出根据本发明示例性实施例的第一至第三反馈方案的处理流程图；
图4是示出根据本发明示例性实施例的第四反馈方案的处理流程图；
图5是示出根据本发明示例性实施例的第五反馈方案的处理流程图；
图6是示出根据本发明示例性实施例的第六反馈方案的处理流程图；
图7是示出根据本发明示例性实施例的第七反馈方案的处理流程图；和
图8是示出根据本发明示例性实施例的第八反馈方案的处理流程图。
具体实施方式
以下将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。在描述中限定的内容(例如，详细的结构和部件)被提供以帮助全面地理解本发明的示例性实施例。因此，本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以对这里描述的实施例进行各种变动和修改。另外，为了清楚简明，已知功能和构造的描述被省略。
将描述根据本发明的示例性实施例在使用闭环方案的多天线系统中通过各种反馈方案产生反馈信息的方案。此外，将描述根据本发明的示例性实施例的基于逐个方案接收的反馈信息产生传输参数的方案。
首先，如下定义本发明的示例性实施例中使用的参数：
Mt：发射天线的数量；
L：一个代码集中的码本的数量；
N：一个码本中预编码矩阵的数量；
M：给定的预编码矩阵中预编码向量的数量；
Q：用于信道质量信息(CQI)的比特数。
在下文中，将参照以上定义的参数和附图来描述本发明的示例性实施例。
图1是示出根据本发明示例性实施例的使用支持多用户的闭环方案的多天线系统的框图。
具体地讲，图1示出构造有一个发射机110和多个接收机120-1至120-N的多天线系统的示例。可以假设发射机110是节点B，多个接收机120-1至120-N是用户设备(UE)。以下将描述基于一个接收机120-1的操作。当然，操作可同样地应用于其他接收机。
参照图1，接收机120-1的信道估计器122-1使用通过至少一个接收天线接收的信号来对信道进行估计。当对信道进行估计时，信道估计器122-1从估计的信道获得CQI。获得的CQI被映射到每个预编码矩阵的列向量的数据流。CQI可以由CQI值来表示。也就是说，信道估计器122-1通过信道估计基于预编码矩阵或预编码向量来测量CQI值。
接收机120-1的反馈信息产生器124-1在至少一个反馈协议方案下基于测量的CQI值产生反馈信息。产生的反馈信息可构造有目标反馈协议方案下的最优信息。以下将详细描述在反馈信息产生器124-1中考虑的反馈协议方案。为了产生反馈信息，在多天线系统的发射机和接收机之间预定义码本。
如本发明的示例性实施例所提出的那样，所有接收机120-1至120-N产生反馈信息，并将产生的反馈信息发送到发射机110。
发射机110的反馈信息处理器114从所有接收机120-1至120-N接收反馈信息。反馈信息处理器114使用接收的反馈信息选择至少一个用户(或接收机)和至少一个用于预编码的酉矩阵。根据来自每个接收机的反馈信息选择用于预编码的酉矩阵。
反馈信息处理器114向信号发射机112提供关于至少一个选择的接收机和至少一个选择的酉矩阵的信息。信号发射机112在基于至少一个选择的酉矩阵对将被发送的数据流进行预编码之后，通过多个发射天线将所述数据流发送到至少一个选择的接收机。
图2是示出根据本发明示例性实施例的发射机的结构的框图。
参照图2，反馈信息控制器210从多个接收机接收反馈信息，并使用接收的反馈信息控制用于发送数据流的全部操作。可使用反馈信息控制器210和预编码器分配器240来构造图1的反馈信息处理器114。
在反馈信息控制器210的控制下，选择器220选择单用户多输入多输出(SU-MIMO)模式下空分复用(SDM)的单个用户，并选择多用户MIMO(MU-MIMO)模式下空分多址(SDMA)的至少两个用户。也就是说，选择器220选择是将流发送到单个接收机还是将流发送到多个接收机。
在反馈信息控制器210的控制下，选择器220分配将被发送的数据流和发送数据流的子信道。此外，选择器220确定用于数据传输的调制和编码方案(MCS)水平、预编码器和秩。选择器220把将被发送的数据流输出到选择的接收机，并将关于预编码器和秩的信息提供给预编码器分配器240。预编码器分配器240产生对将被发送的数据流进行预编码所需的控制信息，并将控制信息输出到预编码器250。
MCS单元230以最优编码率对数据流进行编码，并且以最优调制方案对编码的数据(比特)流进行调制。为此，反馈信息控制器210控制MCS单元230。以逐个数据流为基础使用多个MCS来构造MCS单元230。
预编码器250使用用于预编码的预定义的码本。为了设计将被预编码器250使用的码本，已经提出了多种方案。通常，提供快速傅立叶变换(FFT)预编码器、Givens预编码器和Grassmannian预编码器。因为码本设计方案是已知的，所以省略其描述。
预编码器250使用设计的码本对从MCS单元230输出的数据流进行预编码。通过从预编码器分配器240提供的控制信息来选择基于码本的预编码矩阵。快速傅立叶逆变换(工FFT)和循环前缀(CP)单元260和270根据IFFT处理对通过预编码输出的调制的符号流进行变换，并将CP插入到变换的流中。所述流通过至少一个发射天线被发送。
图3是示出根据本发明示例性实施例的第一至第三反馈方案的处理流程图。
在第一反馈方案下，接收机将预编码矩阵提供给发射机。提供给发射机的预编码矩阵包括所有基于构造每个预编码矩阵的波束形成向量的测量的CQI值。在这种情况下，反馈信息的大小由(Q×M×N)限定。所有预编码矩阵的CQI值被反馈。因此，第一反馈方案在所有可能的方案中具有最高的开销。
在第二反馈方案下，接收机选择构造码本的预编码矩阵之一，并将基于选择的预编码矩阵的CQI值提供为反馈信息。在这种情况下，反馈信息的大小由限定，其中，指示大于或等于n的最小的整数。反馈信息包括由限定的预编码矩阵索引和由QM限定的基于选择的预编码矩阵的CQI值。因此，第二反馈方案具有小于第一反馈方案的开销。
在第三反馈方案下，接收机将从给定码本选择的预编码矩阵的单个波束形成向量和基于波束形成向量的CQI值提供为反馈信息。在这种情况下，反馈信息的大小由限定。反馈信息包括由限定的预编码矩阵索引、由限定的选择的预编码矩阵的预编码向量索引、以及由Q限定的基于选择的预编码向量的CQI值。第三反馈方案具有小于第二反馈方案的开销。
如图3所示，接收机通过信道估计测量信道响应(步骤310)。接收机基于给定的码本选择预编码矩阵和/或波束形成向量(步骤312)。
接收机基于在步骤312中选择的预编码矩阵和/或波束形成向量计算CQI值(步骤314)。接收机产生包括计算的CQI值和选择的预编码矩阵和/或选择的波束形成向量的索引的反馈信息。产生的反馈信息被发送到发射机。
当接收到反馈信息时，发射机使用接收的反馈信息来分配传输参数(步骤316)。传输参数包括与用户、流、子信道、预编码器、秩和MCS相关的参数。
图4是示出根据本发明示例性实施例的第四反馈方案的处理流程图。
在第四反馈方案下，接收机基于用户的数量在支持多个用户的MU-MIMO模式和支持单个用户的SU_MIMO模式之间选择至少一个操作模式。基于临时存储的设置在小区中的激活用户来选择操作模式。选择的操作模式可以由L2信令指示。接收机在操作模式间产生不同的反馈信息。
当操作模式被设置为SU_MIMO模式时，反馈信息的大小由限定。反馈信息包括由限定的预编码矩阵索引、由限定的秩选择值、由限定的选择的预编码矩阵的预编码向量索引、以及由QM限定的基于选择的预编码向量的CQI值。是组合函数如上所述，基于波束形成向量来选择秩。CQI值的数量取决于秩。
此外，当操作模式被设置为MU-MIMO模式时，可应用上述第一至第三方案。假设应用第二反馈方案，则反馈信息的大小由限定。反馈信息包括由限定的预编码矩阵索引和由QM限定的基于选择的预编码矩阵的CQI值。
如图4所示，接收机确定将被支持的操作模式是SU-MIMO模式还是MU-MIMO模式(步骤410)。操作模式可以通过L2信令被识别。
如果支持SU-MIMO模式，则接收机产生反馈信息(步骤412)。产生的反馈信息构造有预编码矩阵索引、波束形成向量索引、秩选择值和CQI值。否则，如果支持MU-MIMO模式，则接收机基于预编码矩阵索引和CQI值产生反馈信息(步骤414)。接收机将在步骤412或414产生的反馈信息发送到发射机。
发射机使用从接收机接收的反馈信息来分配传输参数(步骤416)。传输参数包括至少一个与用户、流、子信道、预编码器、秩和MCS相关的参数。
图5是示出根据本发明示例性实施例的第五反馈方案的处理流程图。
第五反馈方案仅用于SU-MIMO模式。接收机选择慢反馈信令和快反馈信令中的一个。接收机使用慢反馈信令中的秩选择索引和码本索引来产生反馈信息，并仅使用快反馈信令中的预编码矩阵来产生反馈信息。
在慢反馈信令下，产生的反馈信息具有的大小。反馈信息包括由限定的秩选择索引和由限定的码本索引。
在快反馈信令下，产生的反馈信息具有的大小。反馈信息包括由限定的预编码矩阵索引和由QML(即，(Q×1)到(Q×M))限定的基于选择的预编码矩阵的CQI值。
如图5所示，接收机基于反馈信息速率选择慢反馈和快反馈中的一个。如果选择了慢反馈模式，则接收机产生具有秩选择索引和码本索引的反馈信息，并将产生的反馈信息发送到发射机(步骤510)。否则，如果选择了快反馈模式，则接收机产生具有预编码矩阵索引和CQI值的反馈信息。产生的反馈信息被发送到发射机(步骤512)。
当接收到在步骤510或512中产生的反馈信息时，发射机使用接收的反馈信息来分配传输参数(步骤514)。分配的传输参数包括至少一个与用户、流、子信道、预编码器、秩和MCS相关的参数。
图6是示出根据本发明示例性实施例的第六反馈方案的处理流程图。
当动态选择SU-MIMO模式和MU-MIMO模式时可应用第六反馈方案。接收机使用用于SU-MIMO模式的最佳波束形成向量来产生反馈信息，并使用用于MU-MIMO模式的秩和波束形成向量来产生反馈信息。
产生的反馈信息的大小由到限定。反馈信息包括由限定的预编码矩阵索引、由限定的选择的预编码矩阵的预编码向量索引、由Q限定的基于选择的预编码向量的CQI值、由限定的秩选择索引、以及由QM(即，(Q×1)到(Q×M))限定的基于选择的秩的CQI值。
参照图6，接收机通过信道估计测量信道响应(步骤610)。通过使用测量的信道响应，接收机基于SDMA方案(用于选择MU_MIMO模式下的至少两个用户)中的预编码矩阵、波束形成向量和CQI产生反馈信息，并基于SDM方案(用于选择MU_MIMO模式下的单个用户)中的秩和CQI产生反馈信息(步骤612)。接收机将产生的反馈信息发送到发射机。
当接收到在步骤612中产生的反馈信息时，发射机使用接收的反馈信息来分配传输参数(步骤614)。分配的传输参数包括至少一个与用户、流、子信道、预编码器、秩和MCS相关的参数。
图7是示出根据本发明示例性实施例的第七反馈方案的处理流程图。
第七反馈方案由反馈信息的周期确定。也就是说，接收机支持长期反馈和短期反馈的两种控制信令方案。
在长期反馈中，接收机选择性地支持SU-MIMO模式和MU-MIMO模式。可基于预定的用户设置选择SU-MIMO模式或MU-MIMO模式。此外，以等于模式切换周期的周期来选择码本选择和秩大小。
在短期反馈中，接收机在SU-MIMO模式下使用分配的CQI值和基于秩的预编码向量来产生反馈信息，并且在MU-MIMO模式下使用预编码矩阵和CQI值来产生反馈信息。
如果执行长期反馈，则反馈信息的大小由限定。反馈信息包括用于SU/MU-MIMO模式选择的1比特标识符、由限定的秩选择值、以及由限定的码本选择值。
当接收机在短期反馈中支持SU-MIMO模式时，反馈信息的大小由限定。反馈信息包括由限定的预编码矩阵索引、由限定的选择的预编码矩阵的至少一个预编码向量索引、以及由QML限定的基于选择的预编码向量的CQI值。
另一方面，当接收机在短期反馈中支持MU-MIMO模式时，反馈信息的大小由限定。也就是说，反馈信息包括由限定的预编码矩阵索引和由QML限定的基于选择的预编码矩阵的CQI值。
如图7所示，接收机确定反馈信息周期(步骤710)。当判定长期发送反馈信息时，接收机产生映射到长期的反馈信息(步骤712)。此时，产生的反馈信息包括操作模式选择比特、秩选择值和码本选择值。
然而，当在步骤710中判定短期发送反馈信息时，接收机确定将被支持的操作模式是SU-MIMO模式还是MU-MIMO模式(步骤714)。操作模式可以由L2信令来指示。
当在步骤714判定支持SU-MIMO模式时，接收机产生反馈信息(步骤716)。此时，产生的反馈信息构造有预编码矩阵索引、波束形成向量索引和CQI值。接收机将反馈信息发送到发射机。当判定支持MU-MIMO模式时，接收机产生具有预编码矩阵索引和CQI值的反馈信息。然后，接收机将产生的反馈信息发送到发射机(步骤718)。
当接收到在步骤712、716或718中产生的反馈信息时，发射机使用接收的反馈信息来分配传输参数(步骤720)。传输参数包括至少一个与用户、流、子信道、预编码器、秩和MCS相关的参数。
图8是示出根据本发明示例性实施例的第八反馈方案的处理流程图。
第八反馈方案限定考虑接收机的复杂度的反馈协议。该反馈协议分为两种模式。所述两种模式是串行干扰消除(SIC)模式和非SIC模式。
当反馈协议为SIC模式时，接收机产生包括预编码矩阵索引、预编码向量索引和CQI值的反馈信息。当反馈协议为非SIC模式时，接收机通过将秩选择索引添加到在SIC模式下产生的反馈信息来产生反馈信息。
当接收机支持SIC模式时，反馈信息的大小由限定。反馈信息包括由限定的预编码矩阵索引、由限定的选择的预编码矩阵的预编码向量索引、由Q限定的基于选择的预编码向量的CQI值、以及由QML限定的基于选择的秩的CQI值。
当接收机支持非SIC模式时，反馈信息的大小由限定。反馈信息包括由限定的预编码矩阵索引、由限定的选择的预编码矩阵的预编码向量索引、由Q限定的基于选择的预编码向量的CQI值、由限定的秩选择索引(从流1到流M)、以及由QML限定的基于选择的秩的CQI值。
如图8所示，接收机确定是在SIC模式还是在非SIC模式下执行反馈(步骤810)。当确定在SIC模式下执行反馈时，接收机产生包括预编码矩阵索引、波束形成向量索引、用于SDMA的CQI值和用于SDM的CQI值的反馈信息(步骤812)。接收机将产生的反馈信息发送到发射机。
当确定在非SIC模式下执行反馈时，接收机产生包括编码矩阵索引、用于SDMA的CQI值、秩选择索引和和用于SDM的CQI值的反馈信息(步骤814)。产生的反馈信息被发送到发射机。
当接收到在步骤812或814产生的反馈信息时，发射机使用接收的反馈信息来分配传输参数(步骤816)。传输参数包括至少一个与用户、流、子信道、预编码器、秩和MCS相关的参数。
如上所述，本发明可提供一种用于在在多天线系统中考虑操作模式、反馈方案等时产生最优反馈信息的唯一的反馈协议。此外，本发明可在多天线系统中基于最少反馈信息有效地分配资源，从而改善系统性能。
虽然已经参照本发明的特定示例性实施例显示和描述了本发明。但是本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。

Claims (14)

1.一种在使用支持多用户的闭环方案的多天线系统的发射机中接收反馈信息的方法，所述方法包括：
使用从接收机接收的反馈信息基于通信环境来选择反馈协议方案；
分配映射到选择的反馈协议方案的传输参数，
其中，反馈协议方案根据用户数量分为多用户模式和单用户模式，根据反馈信息速率分为慢反馈模式和快反馈模式，根据反馈信息的周期分为长期反馈模式和短期反馈模式，
其中，当反馈协议方案是多用户模式时，产生的反馈信息的大小由预编码矩阵的索引和基于预编码矩阵的信道质量信息值来限定，当反馈协议方案是单用户模式时，产生的反馈信息的大小由预编码矩阵的索引、秩选择值、预编码矩阵的预编码向量的索引、以及基于预编码向量的信道质量信息值来限定。
2.如权利要求1所述的方法，其中，传输参数包括至少一个与用户、流、子信道、秩和调制编码方案相关的参数。
3.如权利要求1所述的方法，其中，基于通过接收机的通信环境确定的至少一个反馈协议方案来分配传输参数。
4.如权利要求1所述的方法，其中，通过反馈信息量、接收机数量和发送反馈信息的周期中的至少一个来确定反馈协议方案。
5.如权利要求1所述的方法，其中，接收的反馈信息包括：当不考虑反馈协议方案时基于用于预编码的每个码本内的所有波束形成向量的信道质量信息。
6.如权利要求1所述的方法，其中，当不考虑反馈协议方案时，在从用于预编码的码本中选择以最高和数据率实现的一个预编码矩阵后，从与预编码矩阵相关的信息和基于预编码矩阵的波束形成向量的信道质量信息产生接收的反馈信息。
7.如权利要求1所述的方法，其中，在从预编码矩阵选择一个波束形成向量后，从基于所述一个波束形成向量的信道质量信息产生接收的反馈信息。
8.一种用于使用支持多用户的闭环方案的多天线系统的接收机，所述接收机包括：
信道估计器，从接收的信号估计信道，并从估计的信道获取信道质量信息；和
反馈信息产生器，使用获取的信道质量信息和多个反馈协议方案之一来产生反馈信息，
其中，反馈协议方案根据用户数量分为多用户模式和单用户模式，根据反馈信息速率分为慢反馈模式和快反馈模式，根据反馈信息的周期分为长期反馈模式和短期反馈模式，
其中，当反馈协议方案是多用户模式时，产生的反馈信息的大小由预编码矩阵的索引和基于预编码矩阵的信道质量信息值来限定，当反馈协议方案是单用户模式时，产生的反馈信息的大小由预编码矩阵的索引、秩选择值、预编码矩阵的预编码向量的索引、以及基于预编码向量的信道质量信息值来限定。
9.如权利要求8所述的接收机，其中，传输参数包括至少一个与用户、流、子信道、秩和调制编码方案相关的参数。
10.如权利要求8所述的接收机，其中，基于通过接收机的通信环境确定的至少一个反馈协议方案来分配传输参数。
11.如权利要求8所述的接收机，其中，通过反馈信息量、接收机数量和发送反馈信息的周期中的至少一个来确定反馈协议方案。
12.如权利要求8所述的接收机，其中，接收的反馈信息包括：当不考虑反馈协议方案时基于用于预编码的每个码本内的所有波束形成向量的信道质量信息。
13.如权利要求8所述的接收机，其中，当不考虑反馈协议方案时，在从用于预编码的码本中选择以最高和数据率实现的一个预编码矩阵后，从与预编码矩阵相关的信息和基于预编码矩阵的波束形成向量的信道质量信息产生接收的反馈信息。
14.如权利要求8所述的接收机，其中，在从预编码矩阵选择一个波束形成向量后，从基于所述一个波束形成向量的信道质量信息产生接收的反馈信息。
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