CN103944667A - 量化信道状态信息的方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于量化信道状态信息的方法与装置。本发明的一实施例提供一使用两级码本量化信道状态信息的方法，该方法包含基站自两级码本的第一级码本中选择对应每一秩的矩阵，基站向用户设备指示所选择的第一级码本中对应每一秩的矩阵，基站自用户设备接收秩的值及两级码本的第二级码本中对应该秩的矩阵；及基站依据两级码本的组合规则，基于所选择的第一级码本中对应该秩的矩阵及所接收的第二级码本中对应该秩的矩阵确定量化信道状态信息的矩阵。本发明相较于现有技术既提供了量化的准确性又极大节约了上行和下行链路资源。

Description

量化信道状态信息的方法与装置
技术领域
本发明是关于无线通信的方法与装置，尤其是关于量化无线通信系统中信道状态信息的方法与装置。
背景技术
作为近年来第三代合作伙伴计划(3GPP，3rd Generation Partnership Project)启动的最大的新技术研发项目，长期演进/长期演进高级(LTE/LTEA，Long TermEvolution/Long Term Evolution-Advanced)项目以正交频分复用/频分多址技术(OFDM/FDMA)为核心技术，并将是今后全球最主要的广域宽带移动通信系统。众所周知，信道状态信息(CSI，Channel State Information)量化是频分复用(FDD，FrequencyDivision Duplex)系统中的一个关键问题，然而尽管业内已有多个LTE/LTE-A的标准版本，但都没有很好的解决交叉极化天线阵列的信道状态信息反馈问题，阻碍了该技术的进一步发展和实施。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种有效的用于交叉极化天线阵列的信道状态信息的量化技术方案，解决LTE/LTE-A发展中的难题。
本发明的一实施例提供一使用两级码本量化信道状态信息的方法，该方法包含基站自两级码本的第一级码本中选择对应每一秩的矩阵，基站向用户设备指示所选择的第一级码本中对应每一秩的矩阵，基站自用户设备接收秩的值及两级码本的第二级码本中对应该秩的矩阵；及基站依据两级码本的组合规则，基于所选择的第一级码本中对应该秩的矩阵及所接收的第二级码本中对应该秩的矩阵确定量化信道状态信息的矩阵。
在一实施例中，基站半静态地指示第一级码本中对应每一秩的矩阵。第一级码本表示宽带/长期的信道特性，第二级码本表示关于子带/短期的信道特性。在一实施例中，该方法进一步包含基于上行链路测量报告和上行链路/下行链路的协方差矩阵的互易性，基站估计宽带下行链路协方差矩阵。基于所估计的宽带下行链路协方差矩阵，基站自预定义的码本中选择两级码本的第一级码本中对应每一秩的矩阵。在另一实施例中，基于所估计的宽带下行链路协方差矩阵，基站选择对应每一秩r的矩阵W1为：W1=[v1 v2...vr]，其中vr是所估计的宽带下行链路协方差矩阵中对应第r个最大特征值的第r个主特征向量。第二级码本是一预定义码本。
本发明的另一实施例亦提供一使用两级码本量化信道状态信息的方法，该方法包含用户设备自基站接收其所选择的所述两级码本的第一级码本中对应每一秩的矩阵，用户设备基于所接收的第一级码本中对应每一秩的矩阵及下行链路信道测量，选择秩的值及两级码本的第二级码本中对应该秩的矩阵；及用户设备向基站反馈所选择的秩的值及两级码本的第二级码本中对应该秩的矩阵。
在一实施例中，用户设备自基站半静态地接收所述第一级码本中对应每一秩的矩阵，动态地向基站反馈所选择的秩及两级码本的第二级码本中对应该秩的矩阵。12、
本发明的实施例还提供了一量化信道状态信息的基站，其包含矩阵选择装置，自两级码本的第一级码本中选择对应每一秩的矩阵；矩阵指示装置，向用户设备指示所选择的第一级码本中对应每一秩的矩阵；秩及对应矩阵接收装置，自用户设备接收秩的值及两级码本的第二级码本中对应该秩的矩阵；及组合装置，依据两级码本的组合规则，基于所选择的第一级码本中对应该秩的矩阵及所接收的第二级码本中对应该秩的矩阵确定量化信道状态信息的矩阵。
本发明的实施例同样提供了一量化信道状态信息的用户设备，其包含矩阵接收装置，自基站接收其所选择的两级码本的第一级码本中对应每一秩的矩阵；秩及对应矩阵选择装置，基于所接收的第一级码本中对应每一秩的矩阵及下行链路信道测量，选择秩及两级码本的第二级码本中对应该秩的矩阵；及反馈装置，向基站反馈所选择的秩及两级码本的第二级码本中对应该秩的矩阵。
相较于现有技术，本发明使用可对宽带/长期和子带/短期信道状态信息分别进行量化的两级码本，而且由基站半静态地指示第一级码本的矩阵，由用户设备根据指示选择秩及第二级码本的矩阵并进行动态反馈，既提供了量化的准确性又极大节约了上行和下行链路资源。
附图说明
图1所示是根据本发明的一实施例的使用两级码本量化信道状态信息的方法的流程图，该方法发生在基站侧；
图2所示是根据本发明的一实施例的使用两级码本量化信道状态信息的方法的流程图，该方法发生在用户侧；及
图3是根据本发明一实施例的使用两级码本量化信道状态信息的通信系统的结构示意框图。
具体实施方式
为更好的理解本发明的精神，以下结合本发明的部分优选实施例对其作进一步说明。
在LTER10系统中，当基站配置交叉极化天线阵列(CLA，cross polarized antennaarray)时，技术人员发现下行链路(down link)多用户-多进多出(MU-MIMO，MultipleUser-Multiple Input Multiple Output)表现不如预期。究其原因主要在于对该类交叉极化天线的信道状态信息的量化反馈不够准确。
以4天线的交叉极化天线阵列为例，可使用一两级码本(two-stage coodebook)对其进行信道状态信息量化，该两级码本可表示为：W=W2W1,
其中：
W1是表示宽带/长期信道特性的第一级码本，为4×r(r=1,2,3,4)矩阵，r代表秩(rank)；
W2是表示子带/短期信道特性的第二级码本，为4×4的对角矩阵；W2=diag(1,1,ejθ,ejθ)，θ是不同极化间的相移，并可进一步由N2比特均匀量化，即m=1,2,...,N2。
分别为第一级码本W1及第二级码本W2预定义若干码字(codeword)，第一级码本W1的尺寸为N1比特，第二级码本的尺寸为N2比特。在量化信道状态信息时，用户设备需要向基站反馈第一级码本与第二级码本，因而基于该两级码本的预编码矩阵索引(PMI,Precoding Matrix Indicator)反馈总开销高达N1+N2比特。这无疑会占用大量宝贵的上行链路资源。
本发明的实施例可解决上述交叉极化天线阵列的信道状态信息量化问题，提高量化准确性并减少上行链路开销。
图1所示是根据本发明的一实施例的使用两级码本量化信道状态信息的方法的流程图，该方法发生在基站侧。图2所示是根据本发明的一实施例的使用两级码本量化信道状态信息的方法的流程图，该方法发生在用户侧。该两级码本包含按一定规则组合的第一级码本与第二级码本，其中该第一级码本表示宽带/长期的信道特性，第二级码本表示关于子带/短期的信道特性。组合的规则有多种，例如对于每一秩的两级码本组合，是以该秩的第一码本的矩阵乘以第二码本的矩阵或第二码本的矩阵乘以第一码本的矩阵。
如图1所示，该量化方法包含：
在步骤10中，基站自两级码本的第一级码本中选择对应每一秩的矩阵，即对应每一秩的码字。基站在选择第一级码本中选择对应每一秩的矩阵时可使用多种方法，例如，在LTE/LTE-A系统中，通过补偿算法宽带下行链路协方差(covariancematrix)矩阵可自宽带上行链路协方差矩阵中准确的提取，这意味着宽带下行链路协方差矩阵可自上行链路信号中准确提取。因此，根据本发明的一实施例，基站可以基于上行链路测量报告和上行链路/下行链路的协方差矩阵的互易性(reciprocity)估计宽带下行链路。基于所估计的宽带下行链路协方差矩阵，基站可自预定义的码本中选择第一级码本中对应每一秩的矩阵。如对4天线的交叉极化天线，可使用LTE R8中的4天线码本作为第一级码本并自其中选择对应每一秩的矩阵。在另一实施例中，基于所估计的宽带下行链路协方差矩阵，基站也可自己构建选择第一码本的所需矩阵，例如其选择对应每一秩r的矩阵W1为：W1=[v1 v2...vr]，其中vr是所估计的宽带下行链路协方差矩阵中对应第r个最大特征值的第r个主特征向量。
在步骤12中，基站向用户设备指示所选择的第一级码本中对应每一秩的矩阵。在一实施例中，基站可先对所选择的矩阵进行量化，例如使用M比特进行；然后通过信令半静态地进行指示。本领域技术人员应当理解M必然小于第一级码本W1的尺寸。
用户设备在收到基站发送的第一级码本中对应每一秩的矩阵后，会进行如图2所示的一系列处理(容后详述)，然后反馈其所选择的秩的值及该两级码本的第二级码本中对应该秩的矩阵给基站。
在步骤14中，基站自用户设备接收秩的值及两级码本的第二级码本中对应该秩的矩阵。
然后在步骤16中，依据该两级码本的组合规则，基站基于其之前所选择的第一级码本中对应该秩的矩阵及所接收的第二级码本中对应该秩的矩阵确定量化信道状态信息的矩阵，如所选择的第一码本的矩阵乘以第二码本的矩阵。
相应在用户设备侧，如图2所示，在步骤20，用户设备自基站接收其所选择的两级码本的第一级码本中对应每一秩的矩阵。在步骤22中，用户设备基于所接收的第一级码本中对应每一秩的矩阵及下行链路信道测量，选择秩的值及两级码本的第二级码本中对应该秩的矩阵，第二级码本可以是一预定义码本，如直接采用现有的相应码本。然后，在步骤24中，用户设备动态地向基站反馈所选择的秩的值及第二级码本中对应该秩的矩阵。
通过上述实施例的描述可以很明显的看到，尽管基站指示第一级码本中的矩阵时需要使用一定的下行链路资源，如M比特，但仍小于指示整个第一级码本所需的资源。而且基站是半静态的而非动态的使用下行链路资源，更减少了对下行链路资源的占用。另一方面，本发明在用户设备侧仅动态反馈第二级码本中所选定的矩阵及其秩，无需反馈整个两级码本，极大的节省了宝贵的上行链路资源。
图3是根据本发明一实施例的使用两级码本量化信道状态信息的通信系统30的结构示意框图，其包含上述的基站32与用户设备34。
该基站32包含矩阵选择装置320，自两级码本的第一级码本中选择对应每一秩的矩阵；矩阵指示装置322，向用户设备34指示所选择的第一级码本中对应每一秩的矩阵；秩及对应矩阵接收装置324，自用户设备34接收秩的值及两级码本的第二级码本中对应该秩的矩阵；及组合装置326，依据两级码本的组合规则，基于所选择的第一级码本中对应该秩的矩阵及所接收的第二级码本中对应该秩的矩阵确定量化信道状态信息的矩阵。
该用户设备34包含矩阵接收装置340，自基站32，如矩阵指示装置322接收其所选择的第一级码本中对应每一秩的矩阵；秩及对应矩阵选择装置342，基于所接收的第一级码本中对应每一秩的矩阵及下行链路信道测量，选择秩及第二级码本中对应该秩的矩阵；及反馈装置344，向基站32，如秩及对应矩阵接收装置324反馈所选择的秩及第二级码本中对应该秩的矩阵。
本发明的量化信道状态信息的方法与装置，相较于现有技术可大幅度减少对上行或下行资源的占用，而且基于基站与用户设备的互动而具有更高的量化准确性，有效解决了LTE/LTE-A系统中交叉极化天线的信道状态信息量化问题。
需要指出的是，由于技术的发展和标准的更新，具有相同功能的部件往往具有多个不同的称呼。本发明专利申请书中所使用的技术名词是为解释和演示本发明的技术方案，应以其在本技术领域内所共识的功能为准，而不能仅以名称的异同任意解读。
本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求书所涵盖。

Claims (23)

1.一种方法，使用两级码本量化信道状态信息；包含：
基站自所述两级码本的第一级码本中选择对应每一秩的矩阵；
所述基站向用户设备指示所选择的所述第一级码本中对应每一秩的矩阵；
所述基站自所述用户设备接收秩的值及所述两级码本的第二级码本中对应该秩的矩阵；及
所述基站依据所述两级码本的组合规则，基于所选择的所述第一级码本中对应该秩的矩阵及所接收的所述第二级码本中对应该秩的矩阵确定所述量化信道状态信息的矩阵。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述基站半静态地指示所述第一级码本中对应每一秩的矩阵。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一级码本表示宽带/长期的信道特性，所述第二级码本表示关于子带/短期的信道特性。
4.如权利要求1所述的方法，其进一步包含基于上行链路测量报告和上行链路/下行链路的互易性，所述基站估计宽带下行链路协方差矩阵。
5.如权利要求4所述的方法，其进一步包含基于所估计的宽带下行链路协方差矩阵，所述基站自预定义的码本中选择所述两级码本的第一级码本中对应每一秩的矩阵。
6.如权利要求4所述的方法，其进一步包含基于所估计的宽带下行链路协方差矩阵，所述基站选择对应每一秩r的矩阵W1为：W1=[v1 v2...vr]，其中vr是所估计的宽带下行链路协方差矩阵中对应第r个最大特征值的第r个主特征向量。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述第二级码本是一预定义码本。
8.一种方法，使用两级码本量化信道状态信息；包含：
用户设备自基站接收其所选择的所述两级码本的第一级码本中对应每一秩的矩阵；
所述用户设备基于所接收的所述第一级码本中对应每一秩的矩阵及下行链路信道测量，选择秩的值及所述两级码本的第二级码本中对应该秩的矩阵；及
所述用户设备向所述基站反馈所选择的秩的值及所述两级码本的第二级码本中对应该秩的矩阵。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述用户设备自所述基站半静态地接收所述第一级码本中对应每一秩的矩阵，动态地向所述基站反馈所选择的秩及所述两级码本的第二级码本中对应该秩的矩阵。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述第一级码本表示宽带/长期的信道特性，所述第二级码本表示子带/短期的信道特性。
11.如权利要求8所述的方法，其中所述第二级码本是一预定义码本。
12.一种基站，包含：
矩阵选择装置，自两级码本的第一级码本中选择对应每一秩的矩阵；
矩阵指示装置，向用户设备指示所选择的所述第一级码本中对应每一秩的矩阵；
秩及对应矩阵接收装置，自所述用户设备接收秩的值及所述两级码本的第二级码本中对应该秩的矩阵；及
组合装置，依据所述两级码本的组合规则，基于所选择的所述第一级码本中对应该秩的矩阵及所接收的所述第二级码本中对应该秩的矩阵确定量化信道状态信息的矩阵。
13.如权利要求12所述的基站，其中所述基站半静态地指示所述第一级码本中对应每一秩的矩阵。
14.如权利要求12所述的基站，其中所述第一级码本表示宽带/长期的信道特性，所述第二级码本表示子带/短期的信道特性。
15.如权利要求12所述的基站，其进一步基于上行链路测量报告和上行链路/下行链路的互易性，估计宽带下行链路协方差矩阵。
16.如权利要求15所述的基站，其进一步基于所估计的宽带下行链路协方差矩阵，自预定义的码本中选择所述两级码本的第一级码本中对应每一秩的矩阵。
17.如权利要求15所述的基站，其进一步基于所估计的宽带下行链路协方差矩阵，选择对应每一秩r的矩阵W1为：W1=[v1 v2...vr]，其中vr是所估计的宽带下行链路协方差矩阵中对应第r个最大特征值的第r个主特征向量。
18.如权利要求12所述的基站，其中所述第二级码本是一预定义码本。
19.一种用户设备，包含：
矩阵接收装置，自基站接收其所选择的所述两级码本的第一级码本中对应每一秩的矩阵；
秩及对应矩阵选择装置，基于所接收的所述第一级码本中对应每一秩的矩阵及下行链路信道测量，选择秩及所述两级码本的第二级码本中对应该秩的矩阵；及
反馈装置，向所述基站反馈所选择的秩及所述两级码本的第二级码本中对应该秩的矩阵。
20.如权利要求19所述的用户设备，其自所述基站半静态地接收所述第一级码本中对应每一秩的矩阵，动态地向所述基站反馈所选择的秩及所述两级码本的第二级码本中对应该秩的矩阵。
21.如权利要求19所述的方法，其中所述第一级码本表示宽带/长期的信道特性，所述第二级码本表示子带/短期的信道特性。
22.如权利要求19所述的方法，其中所述第二级码本是一预定义码本。
23.一种方法，使用两级码本量化信道状态信息；其包含：
基站自所述两级码本的第一级码本中选择对应每一秩的矩阵；
所述基站向用户设备指示所选择的所述第一级码本中对应每一秩的矩阵；
所述用户设备自所述基站接收其所选择的所述两级码本的第一级码本中对应每一秩的矩阵；
所述用户设备基于所接收的所述第一级码本中对应每一秩的矩阵及下行链路信道测量，选择秩的值及所述两级码本的第二级码本中对应该秩的矩阵；
所述用户设备向所述基站反馈所选择的秩的值及所述两级码本的第二级码本中对应该秩的矩阵；
所述基站自所述用户设备接收秩的值及所述两级码本的第二级码本中对应该秩的矩阵；及
所述基站依据所述两级码本的组合规则，基于所选择的所述第一级码本中对应该秩的矩阵及所接收的所述第二级码本中对应该秩的矩阵确定所述量化信道状态信息的矩阵。
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