CN104780023A - 一种基于时间戳选择的csi有限反馈方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于时间戳选择的CSI有限反馈方法，具体包括以下步骤：用户端将时间戳添加到CSI数据包的包头并同时反馈给基站端，基站端的数据处理模块根据判断SNR的值确定是否将CSI发送给波束赋形处理模块，波束赋形处理模块根据接收到的CSI数据包的时间戳和SNR，选择表征最新时刻和质量最优的CSI进行波束赋形，提升系统的性能。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，涉及一种基于时间戳选择的CSI有限反馈方法。
背景技术
在MIMO系统中，对待发送的数据做发送波束赋形，可以获得分集增益和阵列增益。然而波束赋形需要发送端有准确的信道状态信息CSI。在FDD系统中，上下行链路通常使用不同频段的物理信道，并且频段之间没有相关性，因此发送端的CSI只能通过反馈来获得。在TDD系统中，上下行链路时分复用同一频段的物理信道，具有相关性，但是，由于接收端和发射端两端射频链路的频率搬移特性较大，要通过校准等复杂的技术才可以使得信道的互易性有效。因此在实际系统中，通过信道互易性获得CSI在很多情况下难以应用。
在实际系统中，我们一般采用反馈使发射端获得信道状态信息。在3D MIMO试验验证系统中，我们通过利用接收端反馈的方式使发射端获得信道状态信息。发射端给用户发送CSI导频信号，接收端通过信道估计得出下行信道状态，然后经过反馈信道将CSI反馈给发射端。接收端根据当前时刻接收的导频信号估计出CSI，然后将其反馈给发射端，但是对导频信号的估计，以及反馈处理使CSI的获取和使用存在一定的时延，均可能使CSI不准确，造成经过波束赋形后接收端接收到的信号功率降低，进而MIMO系统的SNR性能。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于时间戳选择的CSI有限反馈方法，该方法通过实时准确的获取最优的CIS实现CSI有限反馈。
为达到上述目的，本发明所述的基于时间戳选择的CSI有限反馈方法包括以下步骤：
1)基站端在待发送的子帧中插入CSI参考信号，然后通过天线发送插入有CSI参考信号的子帧；
2)用户端接收基站端发送的信号，并根据接收到的信号进行信道估计，得到信道状态信息CSI，然后将信道状态信息CSI进行组包，得CSI数据包；
3)用户端统计时间戳，并将当前的时间戳添加到CSI数据包的包头中，然后将CSI数据包反馈给基站端；
4)基站端内的各数据处理模块接收用户端反馈的CSI数据包，并对CSI数据包进行物理层逆处理，再判断所述CSI数据包对应的SNR值，当所述CSI数据包对应的SNR值大于等于阀值L，则将所述CSI数据包发送给波束赋形处理模块，并通过波束赋形处理模块对基站端发出的数据流进行波束赋形处理；当所述CSI数据包对应的SNR值小于阀值L，删除所述CSI数据包；
5)基站端内的波束赋形处理模块从各数据处理模块发送过来的CSI数据包提取时间戳及SNR值，查找最大的时间戳，得最大时间戳对应的若干SNR值，然后从最大时间戳对应的若干SNR值中查找最大的SNR值，最后将所述最大的SNR值对应CSI数据包中的CSI作为波束赋形处理模块需要的CSI，完成MIMO系统中CSI的有限反馈。
所述步骤3)中用户端统计时间戳的计时范围为0-999，用户端每反馈一次CSI数据包，时间戳加1，然后将时间戳添加到对应的CSI数据包的包头中。
基站端内设有一个波束赋形处理模块及16个数据处理模块，其中，每个数据处理模块对应4个天线。
步骤4)中随机选取若干SNR值，然后将选取的所有SNR值的平均值作为阀值L。
所述阀值L为20.2dB。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的基于时间戳选择的CSI有限反馈方法在进行CSI有限反馈的过程中，用户端统计时间戳，再将当前的时间戳添加到CSI数据包的包头中，然后将CSI数据包反馈给基站端，基站端内的波束赋形处理模块通过选取接收到CIS数据包对应的最大时间戳，然后从最大时间戳对应的若干SRN值中选取最大的SNR值，最后将所述最大的SNR值对应CSI数据包中的CSI作为波束赋形处理模块需要的CSI，实现CSI的有限反馈。同时在CSI的过程中，通过将当前的时间戳添加到CSI数据包的包头中，通过时间戳来对CSI数据包进行标记，解决由于CSI数据包的丢失或延迟接收出现的额问题，使信道与实际信道更为接近，提高经波束赋形后接收端接收到的信息号功率，有效解决了不确定的CSI影响传输信能的问题，提高选取的CSI的质量，进而提升MIMO系统的SNR性能。
附图说明
图1为图1为MIMO通信系统的系统模型；
图2为MIMO有限反馈系统的系统模型；
图3为MIMO固定反馈方案的系统模型；
图4为MIMO选择反馈方案的系统模型；
图5为波束赋形处理模块接收到的一组时间戳；
图6为波束赋形处理模块接收的一组SNR值；
图7为两种反馈方案的SNR性能比较图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明所述的基于时间戳选择的CSI有限反馈方法包括以下步骤：
1)基站端在待发送的子帧中插入CSI参考信号，然后通过天线发送插入有CSI参考信号的子帧；
2)用户端接收基站端发送的信号，并根据接收到的信号进行信道估计，得到信道状态信息CSI，然后将信道状态信息CSI进行组包，得CSI数据包；
3)用户端统计时间戳，并将当前的时间戳添加到CSI数据包的包头中，然后将CSI数据包反馈给基站端；
4)基站端内的各数据处理模块接收用户端反馈的CSI数据包，并对CSI数据包进行物理层逆处理，再判断所述CSI数据包对应的SNR值，当所述CSI数据包对应的SNR值大于等于阀值L，则将所述CSI数据包发送给波束赋形处理模块，并通过波束赋形处理模块对基站端发出的数据流进行波束赋形处理；当所述CSI数据包对应的SNR值小于阀值L，删除所述CSI数据包；
5)基站端内的波束赋形处理模块从各数据处理模块发送过来的CSI数据包提取时间戳及SNR值，查找最大的时间戳，得最大时间戳对应的若干SNR值，然后从最大时间戳对应的若干SNR值中查找最大的SNR值，最后将所述最大的SNR值对应CSI数据包中的CSI作为波束赋形处理模块需要的CSI，完成MIMO系统中CSI的有限反馈。
所述步骤3)中用户端统计时间戳的计时范围为0-999，用户端每反馈一次CSI数据包，时间戳加1，然后将时间戳添加到对应的CSI数据包的包头中。
基站端内设有一个波束赋形处理模块及16个数据处理模块，其中，每个数据处理模块对应4个天线。
步骤4)中随机选取若干SNR值，然后将选取的所有SNR值的平均值作为阀值L。
所述阀值L为20.2dB。
图1为MIMO通信系统的系统模型，MIMO通信系统模拟单小区内一个基站和两个用户的通信情况，基站共配置64根有源天线，每个用户各配置单根有源天线。
图2为MIMO有限反馈系统的系统模型，基站端发送CSI参考信号给每个用户，每个用户在收到参考信号时进行信道估计，并将估计的信道状态信息CSI反馈给基站端，基站端根据收到的CSI对待发送的数据进行预处理，完成波束赋形处理后将数据发送出去。
图3为MIMO固定反馈方案的系统模型。用户端进行信道估计后，将估计的信道状态信息CSI反馈给基站端，第一个数据处理模块将接收到的信道状态信息进行物理层逆处理，并将其发送给波束赋形处理模块，波束赋形处理模块接收到CSI后根据波束赋形算法计算波束赋形矢量，并对待发送的数据进行波束赋形处理。然而，由于反馈的延迟和丢包现象以及上行信道的质量问题，我们不能确保第一个数据处理模块接收到的反馈信息就是最新时刻反馈的，也不能确保其处理后的CSI就是信道质量最好的，因此波束赋形处理模块接收到的CSI可能不是最准确的。而不准确的CSI将影响波束赋形算法的性能，进而影响整个系统的性能。因此，有必要在基站端对接收到的所有CSI进行处理并选择，以便使进行波束赋形计算的CSI时表征最新信道和最接近真实信道的CSI。
图4为MIMO选择反馈方案的系统模型。用户端进行信道估计后，将估计的信道状态信息CSI以及对应的时间戳同时反馈给基站端。时间戳为反馈的次数，计时范围为0到999。用户端反馈CSI数据包后，所有的数据处理模块对接收到的CSI数据包进行物理层逆处理。在每个数据处理模块中，提取SNR值，如果SNR值大于阀值L，则将其对应的CSI数据包发送给波束赋形处理模块，否则，丢弃相应的CSI数据包。阀值L是通过对SNR的统计得到的，这里我们取SNR的统计平均值。随着信道环境的变化，SNR统计平均值随之改变，阀值L也随之改变。
下面以图5和图6为例，详细说明基于时间戳选择的有限反馈方法。用户端进行信道估计后，将估计的信道状态信息CSI以及对应的时间戳同时反馈给基站端。图5所示为波束赋形处理模块接收到的一组时间戳，其中，第7个数据处理模块接收到的CSI数据包出现了延迟现象，说明第7个数据处理模块接收到的反馈CSI数据包不是表征最新时刻的信道。图6所示为波束赋形处理模块接收到的一组SNR值，因为第7个数据处理模块接收的CSI不是最新时刻的CSI，所以忽略第7个数据处理模块的SNR。在其他的数据处理模块中，第13个数据处理模块的SNR最大，即第13个数据处理模块接收的CSI的信道质量最好，因此在波束赋形处理模块中，选择第13个数据处理模块发送的CSI进行波束赋形。
图7为两种反馈方案的SNR性能比较图，由图7中统计的SNR值可知，相比于固定反馈方案，我们提出的选择反馈方案的性能更好，系统的SNR明显提高，其中，平均SNR从27.9dB提升至28.5dB，提高了0.6个dB。这是由于基站端选择的CSI更加准确，根据CSI计算的波束赋形矩阵可以使信号更加集中的指向目标用户，进而提高了目标用户的接收信号功率，提升了系统的SNR性能。
Claims (4)
1.一种基于时间戳选择的CSI有限反馈方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)基站端在待发送的子帧中插入CSI参考信号，然后通过天线发送插入有CSI参考信号的子帧；
2)用户端接收基站端发送的信号，并根据接收到的信号进行信道估计，得到信道状态信息CSI，然后将信道状态信息CSI进行组包，得CSI数据包；
3)用户端统计时间戳，并将当前的时间戳添加到CSI数据包的包头中，然后将CSI数据包反馈给基站端；
4)基站端内的各数据处理模块接收用户端反馈的CSI数据包，并对CSI数据包进行物理层逆处理，再判断所述CSI数据包对应的SNR值，当所述CSI数据包对应的SNR值大于等于阀值L，则将所述CSI数据包发送给波束赋形处理模块，并通过波束赋形处理模块对基站端发出的数据流进行波束赋形处理；当所述CSI数据包对应的SNR值小于阀值L，删除所述CSI数据包；
5)基站端内的波束赋形处理模块从各数据处理模块发送过来的CSI数据包提取时间戳及SNR值，查找最大的时间戳，得最大时间戳对应的若干SNR值，然后从最大时间戳对应的若干SNR值中查找最大的SNR值，最后将所述最大的SNR值对应CSI数据包中的CSI作为波束赋形处理模块需要的CSI，完成MIMO系统中CSI的有限反馈。
2.根据权利要求1所述的基于时间戳选择的CSI有限反馈方法，其特征在于：所述步骤3)中用户端统计时间戳的计时范围为0-999，用户端每反馈一次CSI数据包，时间戳加1，然后将时间戳添加到对应的CSI数据包的包头中。
3.根据权利要求1所述的基于时间戳选择的CSI有限反馈方法，其特征在于：基站端内设有一个波束赋形处理模块及16个数据处理模块，其中，每个数据处理模块对应4个天线；
步骤4)中随机选取若干SNR值，然后将选取的所有SNR值的平均值作为阀值L。
4.根据权利要求1所述的基于时间戳选择的CSI有限反馈方法，其特征在于：所述阀值L为20.2dB。
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