CN103178939B - 基于有限反馈技术降低反馈量提高系统吞吐率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于有限反馈技术降低反馈量提高系统吞吐率的方法，该方法包括以下步骤：基于弦距离最大化准则划分信道空间，生成码本集合并存储于接收端及发送端；接收端根据量化准则，将信道状态信息量化为码本集合中的一个具体码字，并将该具体码字的索引反馈回发送端；发送端接收所述索引后，根据该索引在所述码本集合中获得一个对应码字；发送端将该码字作为信道方向，用来重建信道。通过反馈码字序号，本发明降低了反馈开销，并降低了量化过程中搜索码字的复杂度，从而降低处理时延，更好地适应了信道的时变性。

Description

基于有限反馈技术降低反馈量提高系统吞吐率的方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体地说，是LTE-A中一种基于有限反馈技术降低反馈量、提高系统吞吐率的方法。

背景技术

LTE-Advanced是3GPP为了满足IMT-Advanced的需求，在LTE基础上进行的技术演进。而CoMP(协作多点传输)技术，作为LTE-Advanced的重要组成部分，是对小区间干扰进行抑制或消除，以提高小区边缘吞吐量。CoMP传输方案主要可以分为以下两类：联合处理技术；协作调度/波束赋形技术。这两类技术的实施，都需要发送端已知CSI(信道状态信息)。

接收端可以通过信道估计技术，获知信道状态信息。接收端可以通过反馈技术将CSI反馈到发送端，但是由于上行链路资源宝贵，直接反馈CSI会给上行信道造成极大的系统开销的负担。现实可行的方法是采取有限反馈技术，通过少量的几个比特，让发送端获得CSI，从而使得发送端可以根据CSI进行发送策略的调整，增大系统吞吐率性能。

有限反馈技术首先需要进行码本设计，使得码本能够更好地划分信道空间；基于具体的量化准则，将信道方向信息（CDI）量化为码本集合中的某一个具体码字，并将其索引反馈到发送端，让发送端根据此反馈信息进行重建信道。

目前的无线通信中，一方面，常见的有限反馈码本集合包含的码字数目较大，量化时搜索复杂度很大，增加了系统延时，不能很好地适应信道的时变性；另一方面，常见的码本设计方法对多个基站的信道统一对待，这样没有充分利用多小区的特性，导致不能更好地提高码本性能。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于有限反馈技术降低反馈量提高系统吞吐率的方法，可以降低信息的反馈量，提高系统吞吐率。

本发明所述的基于有限反馈技术降低反馈量提高系统吞吐率的方法包括以下步骤：

(1)基于弦距离最大化准则划分信道空间，生成码本集合并存储在接收端及发送端；

(2)接收端根据量化准则，将信道状态信息量化为码本集合中的一个具体码字，并将该具体码字的索引反馈到发送端；

(3)发送端接收所述索引，并根据该索引在所述码本集合中获得一个对应的码字。

可选的，所述码本集合为其中B表示反馈比特数，且有

$d_c(c_i,c_j)=\frac{1}{\sqrt{2}}{\left|\right|c_i{c}_i^H-c_j{c}_j^H\left|\right|}_F$

其中，d_c表示码字之间的最小弦距离，c_i、c_j表示码本集合中的第i和第j个码字，H表示共轭转置，F表示矩阵的F范数。

可选的，在步骤(2)中，接收端根据信道状态信息的方向信息，将信道量化为码本集合中的码字c_i，其中，

$\stackrel{\&OverBar;}{H}=H/\mathrm{norm}\left(H\right);\stackrel{\&OverBar;}{H}=\left\{c_i\right|d_c(\stackrel{\&OverBar;}{H},c_i)<d_c(\stackrel{\&OverBar;}{H},c_j),\&ForAll;1\&le;j\&le;2^B,i\&NotEqual;j\}$

其中，norm表示取模，H表示信道状态信息，表示信道方向信息。

可选的，该发送端根据获得的码字进行用户调度及预编码。

可选的，码本用来量化信道的瑞利衰落部分，发送端根据获得的码字进行用户调度及预编码。

可选的，采用独立反馈降低了反馈处理时延，接收端对于每个基站的信道信息独立量化。

可选的，所述独立量化是基于贪婪算法实现的。

可选的，接收端根据信道强度以及信道之间的相位，将反馈比特在基站间进行不均等分配，结合注水算法，动态地量化比特在不同基站信道间的分配。

由上可知，本发明提出的基于有限反馈技术降低反馈量提高系统吞吐率的方法，降低了系统的反馈开销，并且降低了量化过程中搜索码字的复杂度，从而降低处理时延，更好地适应信道的时变性。

附图说明

图1为CoMP系统模型；

图2为基于有限反馈技术降低反馈量以提高系统吞吐率性能方法的流程图；

图3为采用贪婪算法量化信道与采用独立反馈量化信道的容量对比；

图4为采用注水算法进行比特分配的系统和容量。

具体实施方式：

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下：

如图1所示，3个六边形表示3个CoMP协作小区，小区相邻区域内的点表示分布在小区边缘的用户，每个小区的基站位于六边形小区的中心。横纵坐标的单位都是米，表示的是小区的范围以及用户和基站的位置。

图2所示的是本实施例基于CoMP系统通过有限反馈技术降低反馈量并根据反馈内容调整发送端策略的方法。首先进行码本设计，然后接收端根据得到的信道状态，根据一定的量化准则，将其量化为码本中的一个码字，再将码字索引反馈到发送端。发送端根据反馈内容进而调整发送策略，提高系统吞吐率性能。

如图2所示，实施例中的信道状态反馈方法的具体步骤如下：

第一步，根据矢量量化技术，在量化之前就独立设计好码本集合，B表示反馈比特数。使得码字之间的最小弦距离d_c最大化，即

$d_c(c_i,c_j)=\frac{1}{\sqrt{2}}{\left|\right|c_i{c}_i^H-c_j{c}_j^H\left|\right|}_F$

其中c_i、c_j表示码本集合中的第i和第j个码字，H表示共轭转置，F表示矩阵的F范数。

第二步，接收端得到信道状态信息H之后，根据H的方向再基于弦距离最小准则，将信道量化为第一步设计的码本中的某一个码字c_i，即

$\stackrel{\&OverBar;}{H}=H/\mathrm{norm}\left(H\right);\stackrel{\&OverBar;}{H}=\left\{c_i\right|d_c(\stackrel{\&OverBar;}{H},c_i)<d_c(\stackrel{\&OverBar;}{H},c_j),\&ForAll;1\&le;j\&le;2^B,i\&NotEqual;j\};$

其中，norm表示取适量的模。

第三步，根据第二步，可以得到码字c_i在码本中的序号i，并将其反馈回发送端。

第四步，根据第三步，发送端依据得到的码字索引i，在码本集合中找到对应的码字，作为信道的量化值即：

$\hat{H}=c_i$

第五步，根据第四步求出用户的量化信道，然后进行发送策略的调整，进行用户调度以及预编码，提高系统吞吐率性能。

图3是量化信道时采用贪婪算法与独立反馈时系统的容量情况。仿真时针对3个小区，每小区1个基站，一个用户；基站2天线，用户单天线。每个用户对3个基站的信道信息进行反馈，总的反馈比特数目为12。在进行独立反馈时，将此12比特在3个基站间进行平分，每基站4比特。图中带圆圈的实线表示贪婪算法，虚线表示独立反馈。由图中可以看出，在相同信噪比下，贪婪算法的容量比独立反馈高0.5bps左右。

图4是采用注水算法进行比特分配以及平均比特分配时，进行独立反馈，系统的容量情况。总的反馈比特数目为9，平均分配时，每个小区分配3比特。采用注水算法时，根据信道条件，在总反馈比特数不变的前提下，动态为每个小区分配比特。由图中可以看出，使用注水法进行比特分配能够取得更好的容量性能。

综上所述，本发明的有益效果主要体现两个方面在：

第一，接收端对信道进行量化而搜索码字时，对于每个基站的信道信息独立量化，基于贪婪算法，在量化性能损失不大的前提下，能够显著降低搜索复杂度，降低系统延时，以更好地匹配信道的时变性；

第二，接收端在量化信道时，根据信道强度，结合注水算法，动态进行量化比特在不同基站信道间的分配，在不增加反馈量的前提下，进一步提高量化精度，提高系统性能。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (5)

1.一种基于有限反馈技术降低反馈量提高系统吞吐率的方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)基于弦距离最大化准则划分信道空间，生成码本集合并存储在接收端及发送端；

(2)接收端根据量化准则，将信道状态信息量化为码本集合中的一个具体码字，并将该具体码字的索引反馈到发送端；此外，接收端根据信道强度以及信道之间的相位，将反馈比特在基站间进行不均等分配，结合注水算法，动态地量化比特在不同基站信道间的分配；

(3)发送端接收所述索引，并根据该索引在所述码本集合中获得一个对应的码字；码本用来量化信道的瑞利衰落部分，发送端根据获得的码字进行用户调度及预编码。

2.根据权利要求1所述的基于有限反馈技术降低反馈量提高系统吞吐率的方法，其特征是，所述码本集合为其中B表示反馈比特数，且有

$d_c(c_i,c_j)=\frac{1}{\sqrt{2}}\left|\right|c_i{c}_i^H-c_j{c}_j^H|{|}_F$

其中，d_c表示码字之间的最小弦距离，c_i、c_j表示码本集合中的第i和第j个码字，H表示共轭转置，F表示矩阵的F范数。

3.根据权利要求1所述的基于有限反馈技术降低反馈量提高系统吞吐率的方法，其特征是，在步骤(2)中，接收端根据信道状态信息的方向信息，将信道量化为码本集合中的码字c_i，其中，

$\stackrel{\&OverBar;}{H}=H/norm\left(H\right);\stackrel{\&OverBar;}{H}=\left\{c_i\right|d_c(\stackrel{\&OverBar;}{H},c_i)<d_c(\stackrel{\&OverBar;}{H},c_j),\&ForAll;1\&le;j\&le;2^B,i\&NotEqual;j\}$

其中，norm表示取模，H表示信道状态信息，表示信道方向信息。

4.根据权利要求1-3任一项所述的基于有限反馈技术降低反馈量提高系统吞吐率的方法，其特征是，采用独立反馈降低处理时延，接收端对于每个基站的信道信息独立量化。

5.根据权利要求4所述的基于有限反馈技术降低反馈量提高系统吞吐率的方法，其特征是，所述独立量化是基于贪婪算法实现的。