CN104836647B - 信道状态信息测量方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开的一种信道状态信息测量方法，用于大规模多输入多输出系统使用，包括以下步骤：以每一子空间占一个时频资源格的方式，发送第一参考信号到用户端；获取用户端对第一参考信号反馈的第一响应信息；根据第一响应信息确定用户端所在子空间；以子空间内每一波束占用一个时频资源格的方式，发送第二参考信号到用户端；获取用户端对第二参考信号反馈的第二响应信息；根据第二响应信息确定向用户端的数据传输方式；其中，一个子空间容纳若干波束。每一子空间占一个时频资源格的方式，发送第一参考信号到用户端，时频资源占用少，同时，以子空间内每一波束占用一个时频资源格的方式，发送第二参考信号到用户端，信道状态信息测量准确。

Description

信道状态信息测量方法和装置
技术领域
本申请涉及通信领域，尤其涉及一种大规模多输入多输出系统中信道状态信息的测量方法和装置。
背景技术
多输入多输出(Multi-input Multi-output，MIMO)是一种用来描述多天线无线通信系统的抽象数学模型，能利用发射端的多个天线各自独立发送信号，同时在接收端用多个天线接收并恢复原信息。MIMO可以在不需要增加带宽或总发送功率耗损(TransmitPower Expenditure)的情况下大幅地增加系统的数据吞吐量(Throughput)及发送距离。MIMO的核心概念为利用多根发射天线与多根接收天线所提供之空间自由度来有效提升无线通信系统之频谱效率，以提升传输速率并改善通信质量。
MIMO通信技术包括以下领域：
空分复用(Spatial Multiplexing)：在发射端，高速率的数据流被分区为多个较低速率的子数据流，不同的子数据流在不同的发射天线上在相同频段上发射出去。如果发射端与接收端的天线阵列之间构成的空域子信道足够不同，即能够在时域和频域之外额外提供空域的维度，使得在不同发射天线上传送的信号之间能够相互区别，因此接收机能够区分出这些并行的子数据流，而不需付出额外的频率或者时间资源。在MIMO天线配置下，能够在不增加带宽的条件下，相比单输入单输出系统成倍地提升信息传输速率，从而极大地提高了频谱利用率。空分复用技术在高信噪比条件下能够极大提高信道容量，并且能够在“开环”，即发射端无法获得信道信息的条件下使用。
空间分集(Spatial Diversity)：利用发射或接收端的多根天线所提供的多重传输途径发送相同的数据，以增强数据的传输质量。
波束赋形(Beamforming)：借由多根天线产生一个具有指向性的波束，将能量集中在欲传输的方向，增加信号质量，并减少与其他用户间的干扰。
MIMO信道容量受限于发送端天线数目和接收端天线数目的最小值。在实际的蜂窝网络中，由于终端的体积和成本等方面的限制，使得用户终端往往不能配置很多的天线，这使得MIMO信道的空间自由度并不能完全得到有效的利用。
对于上行MIMO信道，通过多个终端虚拟成多天线，可以实现上行的多用户MIMO通信，充分利用基站侧天线的数目优势。而对于下行MIMO信道，由于接收端的多个终端之间无法信息共享，使得终端之间无法协同。为了实现多用户在同一时频资源块上进行通信，必须在基站发送端通过预编码进行信号的预处理，抑制空间上的多用户干扰，使得每个用户可以区分自己的信号，实现多用户通信。
为了对信号进行预处理，必须获取到下行的信道状态信息(Channel StateInformation，CSI)。信道状态信息(CSI)主要包括3部分内容：信道质量指示(ChannelsQuality Indication，CQI)、预编码矩阵指示(Pre-coding Matrix Indicator，PMI)和秩指示(Rank Indicator，RI)。
信道状态信息通过在信道中发送和接收信道状态信息参考信号(Channel StateInformation Reference Signal，CSI-RS)来进行测量。传统MIMO的信道状态信息的测量中，每根发射天线分别对应一个CSI-RS的发送端或接收端。通过CSI-RS的发送和接收，估计每一对收发天线之间的信道参数，从而获得完整的信道矩阵。再根据信道矩阵计算CQI、PMI、RI。一个CSI-RS发送端或接收端的端口在正交频分复用技术(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，OFDM)的一个时频资源块(Resource Block，RB)中平均只占用一个资源粒子(Resource Element,RE)，不同CSI-RS端口上的参考信号通过码分复用(CodeDivision Multiplexing,CDM)方式和频分复用(Frequency Division Multiplexing,FDM)方式相互正交发送。
随着MIMO技术的发展，通过增加基站侧天线数目来提高系统频谱利用率的大规模MIMO(即Massive MIMO或Large-Scale MIMO)开始出现。假设，在交叉极化均匀平面天线阵列中，水平维度的天线数为NTH，垂直维度的天线数为NTV，总的天线数为NTH*NTV，那么此时总共需要配置NTH*NTV个CSI-RS端口，占用的时频资源为NTH*NTV个RE。采用这种设计方式，随着基站侧天线数量的大幅提高，基站侧参考信号的资源开销将进一步增加。例如，当天线数增加到128时，需要128个RE，此时，已没有多少可用时频资源用于传输数据，最终导致下行吞吐量降低。
为了减少大规模MIMO系统中参考信号的时频资源开销过大的技术问题，有人提供了独立的水平和垂直维度使用CSI-RS的方案。水平维度的天线数为NTH，垂直维度的天线数为NTV，总的天线数为NTH*NTV。该方案使用水平维度一行天线、垂直纬度一列天线来测量信道状态信息。由于每一行与每一列是交叉共用的，因此，总共需要NTH+NTV-1个CSI-RS端口，占用的时频资源开销为NTH+NTV个RE。容易想到的是，对于天线数目众多的基站，首行天线与末行天线的距离较远，而用某一行天线的信道状态信息来估计首行或末行天线的信道状态信息往往精确度较小。同样，使用某一列天线的信道状态信息来估计首列或末列天线的信道状态信息，也同样存在精确度较小的问题。
基于现有技术中存在的问题，有必要设计一种参考信号时频资源占用少、信道状态信息测量准确的信道状态信息测量方法。
因此，发明人在对现有的信道状态信息测量方法进行研究的基础上，提供一种大规模多输入多输出系统中参考信号时频资源占用少、信道状态信息测量准确的信道状态信息测量方法和装置。
发明内容
本申请实施例提供一种参考信号时频资源占用少、信道状态信息测量准确的信道状态信息测量方法，具体的，一种信道状态信息测量方法，用于大规模多输入多输出系统使用，包括以下步骤：
以每一子空间占一个时频资源格的方式，发送第一参考信号到用户端；
获取用户端对第一参考信号反馈的第一响应信息；
根据第一响应信息确定用户端所在子空间；
以子空间内每一波束占用一个时频资源格的方式，发送第二参考信号到用户端；
获取用户端对第二参考信号反馈的第二响应信息；
根据第二响应信息确定用户端的信道状态信息；
其中，一个子空间容纳若干波束。
本申请实施例还提供一种信道状态信息测量装置，包括：
发射模块，用于：
以每一子空间占一个时频资源格的方式，发送第一参考信号到用户端；
以子空间内每一波束占用一个时频资源格的方式，发送第二参考信号到用户端；
接收模块，用于：
获取用户端对第一参考信号反馈的第一响应信息；
获取用户端对第二参考信号反馈的第二响应信息；
运算模块，用于：
根据第一响应信息确定用户端所在子空间；
根据第二响应信息确定向用户端的数据传输方式；
其中，一个子空间容纳若干波束。
本申请实施例提供的数据传输的方法和装置，至少具有如下有益效果：
每一子空间共用一个时频资源格的方式，发送第一参考信号到用户端，时频资源占用少，同时，以子空间内每一波束占用一个时频资源格的方式，发送第二参考信号到用户端，信道状态信息测量准确。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请实施例提供的信道状态信息测量方法的流程图。
图2为本申请实施例提供的发送第一参考信号到用户端的流程图。
图3为本申请实施例提供的根据第一响应信息确定用户端所在子空间的流程图。
图4为本申请实施例提供的发送第二参考信号到用户端的流程图。
图5为本申请实施例提供的根据第二响应信息确定向用户端的数据传输方式的流程图。
图6为本申请实施例提供的信道状态信息测量装置的结构示意图。
具体实施方式
为了解决现有的信道状态信息测量方法中所需的参考信号时频资源占用量大、信道状态信息不准确的技术问题，本申请实施例提供的信道状态信息测量方法和装置，其中，每一子空间共用一个时频资源格的方式，发送第一参考信号到用户端，时频资源占用少，同时，以子空间内每一波束占用一个时频资源格的方式，发送第二信道状态信息参考信号到用户端，信道状态信息测量准确。
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图1为本申请实施例提供的信道状态信息测量方法的流程图，具体包括以下步骤：
S100：以每一子空间占一个时频资源格的方式，发送第一参考信号到用户端。
将基站覆盖的小区空间均匀地划分为若干面积相等的子空间。其中，一个子空间内容纳若干波束。并且，当用户端在基站覆盖的小区空间内的水平投影面上均匀分布时，每一子空间覆盖相同数量的用户端。假设，波束的总数量为N1，将该N1个波束分入Nb个子空间。例如，第i个子空间，Si。每一子空间占一个时频资源格的方式，发送第一参考信号到用户端，粗略估计用户相对于基站的方位信息，时频资源占用少。
S200：获取用户端对第一参考信号反馈的第一响应信息。
用户端K接收到的信号为Yk,i＝Hk*Si+n，其中，Yk,i表示接收到子空间Si的信号，Hk表示信号从基站发送到用户端K所经历的信道衰落信息，n表示噪声信息。每一用户端将接收到的信号以第一响应信息向基站反馈。基站收到该第一响应信息。
S300：根据第一响应信息确定用户端所在子空间。
第一响应信息中包含子空间信息，从而可以确定用户端所在的子空间。如何根据第一响应信息确定用户端所在子空间，后续会详加描述，此处不再赘述。
S400：以子空间内每一波束占用一个时频资源格的方式，发送第二参考信号到用户端。
子空间Si包括若干波束。假设，波束Rm表示第M个波束。以子空间内每一波束占用一个时频资源格的方式，发送第二参考信号到用户端。
S500：获取用户端对第二参考信号反馈的第二响应信息。
用户端K接收到的信号为Yk,m＝Hk*Rm+n，其中，Yk,m表示接收到波束Rm的信号，Hk表示信号从基站发送到用户端K所经历的信道衰落信息，n表示噪声信息。每一用户端将接收到的信号以第二响应信息向基站反馈。基站收到该第二响应信息。
S600：根据第二响应信息确定向用户端的数据传输方式。
第二响应信息中包含波束信息，从而可以确定用户端对应的波束。如何根据第二响应信息确定用户端对应的波束，及确定向用户端的数据传输方式，后续会详加描述，此处不再赘述。
本申请实施例提供的信道状态信息测量方法，每一子空间共用一个时频资源格，发送第一参考信号到用户端，时频资源占用少，同时，以子空间内每一波束占用一个时频资源格，发送第二参考信号到用户端，信道状态信息测量准确。
请参照图2，进一步的，以每一子空间占一个时频资源格的方式，发送第一参考信号到用户端，具体包括：
S101：确定第一参考信号传送的符号集。
S102：生成对符号集进行预编码处理对应的码字。
S103：根据分组规则确定每一子空间对应的所有码字。
S104：以一个子空间内的所有码字及其符号共同占用一个时频资源格的方式，发送第一参考信号到用户端。
进一步的，根据分组规则确定每一子空间对应的所有码字，具体包括：
通过预编码群指示建立码字与子空间之间的关联；
根据分组规则将属于同一子空间的码字归入一组。
在进行信道状态信息测量时，产生N1个基站和用户端均已知的符号构成的符号集，通过判断加载该符号的信号的损益来进行信道状态信息的测量。
产生对符号集进行预编码处理对应的码字，码字为预编码向量，用于将基站中若干天线发送的空间波束指向特定的到达方向，可以用于表征该波束覆盖下的用户相对于基站的方位信息。例如，预编码向量[r1,a，r2,a，r…,a，rth,a]，可以将NTx根天线发送的空间波束指向某位置点A的到达方向，。MIMO信道空间可以被波束量化为若干个方位信息，例如N1个波束可以将信道空间量化为N1个方位信息。用Cm表示对应第M个信道方位信息的预编码向量，[r1,m，r2,m，r…,m，rth,m]。这里的预编码处理就是根据预编码规则将预编码向量Cm与对应的符号集中的符号配对。预编码向量Cm就是一个码字。将该N1个波束分入Nb个子空间就是根据分组规则，对这N1个预编码向量进行分组，从而将空间分为Nb个子空间。在本申请实施例中，通过预编码群指示建立码字与子空间之间的关联，根据分组规则将属于同一子空间的码字归入一组。
以一个子空间内的所有码字及其符号共同占用一个时频资源格的方式，发送第一参考信号到用户端，是指将一个子空间内的所有码字及码字对应的符号叠加运算，一次性的在基站天线上发送出去，因此，Nb个子空间占用Nb个时频资源。
请参照图3，进一步的，根据第一响应信息确定用户端所在子空间，具体包括：
S301：计算每一子空间对用户端接收到的符号的增益值；
S302：查找到对用户端接收到的符号具有最大增益值的子空间；
S303：确定对用户端接收到的符号具有最大增益值的子空间为用户端所在子空间。
本领域技术人员知道，当用户端所处的位置与波束的指向一致时，用户端接收到的符号具有最大的增益值，而当用户端处于波束的一定覆盖范围内时，具有一定的增益值，超出波束覆盖的一定范围时，则仅存在可忽略的微弱增益。因此，通过查找对用户端接收到的符号具有最大增益值的子空间，可以确定用户端所在的子空间。每一个码字Cm对应一个符号Pm，则波束Rm可表示为Cm*Pm。子空间是波束的集合，在子空间Si可表示为∑Rm，其中Rm是子空间内的任一波束。根据公式Yk,i＝Hk*Si+n＝Hk*∑Rm+n＝Hk*∑Cm*Pm+n，从而可以计算得出对符号集Pm具有最大增益值的子空间，即查找到Hk*∑Cm最大的子空间。
请参照图4，进一步的，以子空间内每一波束占用一个时频资源格的方式，发送第二参考信号到用户端，具体包括：
S401：确定子空间内以第二参考信号传送的符号集；
S402：生成对符号集进行预编码处理对应的码字；
S403：以一个码字及其符号占用一个时频资源格的方式，将子空间内对应的所有码字及其符号以第二参考信号发送到用户端；
其中，子空间内每一波束具有一个唯一的码字。
进一步的，子空间内每一波束具有一个唯一的码字，具体包括：
通过预编码矩阵索引建立码字与波束之间的关联。
与上面的情形类似，这里首先确定符号集，然后将子空间内的码字与符号集配对。在本申请实施例中,通过预编码矩阵索引建立码字与波束之间的关联。接着以一个码字及其符号占用一个时频资源格的方式，将子空间内对应的所有码字及其符号以第二参考信号发送到用户端。例如，将码字Cm及其对应符号Pm发送到用户端。
请参照图5，进一步的，根据第二响应信息确定向用户端的数据传输方式，具体包括：
S601：计算子空间内每一波束对用户端接收到的符号的增益值；
S602：查找到对用户端接收到的符号具有最大增益值的波束；
S603：根据波束对应的码字确定向用户端的数据传输方式。
根据公式Yk,m＝Hk*Rm+n＝Hk*Cm*Pm+n，从而可以计算得出对符号集Pm具有最大增益值的波束，即查找到Hk*Cm最大的波束。从而，可以根据波束对应的码字确定向用户端的数据传输方式。
进一步的，第一参考信号的发送周期大于第二信道状态信息参考信号的发送周期。
在本申请实施例中，第一参考信号与第二信道状态信息参考信号的差异之处在于其发送周期的不同。本发明设计的第一类参考信号可以方便发送端识别空间上相隔一定距离的用户，这些用户彼此之间的信道信息相关性很小，因而彼此产生的干扰也小，基站可以采用空分多址的方式同时服务这些用户，因此本设计方案还有利于基站端进行多用户配对和调度。
以上是本申请实施例提供的信道状态信息测量方法，基于同样的思路，请参照图4，本申请还提供一种信道状态信息测量装置1，包括：
发射模块10，用于：
以每一子空间占一个时频资源格的方式，发送第一参考信号到用户端；
以子空间内每一波束占用一个时频资源格的方式，发送第二参考信号到用户端；
接收模块20，用于：
获取用户端对第一参考信号反馈的第一响应信息；
获取用户端对第二参考信号反馈的第二响应信息；
运算模块30，用于：
根据第一响应信息确定用户端所在子空间；
根据第二响应信息确定向用户端数据传输的方式；
其中，一个子空间容纳若干波束。
进一步的，发射模块10，用于：
确定第一参考信号传送的符号集；
生成对符号集进行预编码处理对应的码字；
根据分组规则确定每一子空间对应的所有码字；
以一个子空间内的所有码字及其符号共同占用一个时频资源格的方式，发送第一参考信号到用户端；
其中码字为预编码矩阵向量，用于将基站中若干天线发送的空间波束指向特定的到达方向，可以用于表征该波束覆盖下的用户相对于基站的方位信息。
进一步的，发射模块10，用于：
根据分组规则确定每一子空间对应的所有码字，具体用于：
通过预编码群指示建立码字与子空间之间的关联；
根据分组规则将属于同一子空间的码字归入一组。
进一步的，发射模块10，用于：
以子空间内每一波束占用一个时频资源格的方式，发送第二参考信号到用户端，具体包括：
确定子空间内以第二参考信号传送的符号集；
对符号集进行预编码处理生成对应符号的码字；
以一个码字及其符号占用一个时频资源格的方式，将子空间内对应的所有码字及其符号以第二参考信号发送到用户端；
其中，子空间内每一波束具有一个唯一的码字。
进一步的，子空间内每一波束具有一个唯一的码字，具体包括：
通过预编码矩阵索引建立码字与波束之间的关联。
进一步的，运算模块30，用于根据第一响应信息确定用户端所在子空间，具体用于：
计算每一子空间对用户端接收到的符号的增益值；
查找到对用户端接收到的符号具有最大增益值的子空间；
确定对用户端接收到的符号具有最大增益值的子空间为用户端所在子空间。
进一步的，运算模块30，用于根据第二响应信息确定向用户端的数据传输方式，具体用于：
计算子空间内每一波束对用户端接收到的符号的增益值；
查找到对用户端接收到的符号具有最大增益值的波束；
根据波束对应的码字确定用户端的数据传输方式。
进一步的，所述第一参考信号的发送周期大于第二参考信号的发送周期。
在本申请实施例中，每一子空间共用一个时频资源格的方式，发送第一参考信号到用户端，时频资源占用少，同时，以子空间内每一波束占用一个时频资源格的方式，发送第二参考信号到用户端，信道状态信息测量准确。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种信道状态信息测量方法，用于大规模多输入多输出系统使用，其特征在于，包括以下步骤：
以每一子空间占一个时频资源格的方式，发送第一参考信号到用户端；
获取用户端对第一参考信号反馈的第一响应信息；
根据第一响应信息确定用户端所在子空间；
以子空间内每一波束占用一个时频资源格的方式，发送第二参考信号到用户端；
获取用户端对第二参考信号反馈的第二响应信息；
根据第二响应信息确定向用户端数据传输的方式；
其中，一个子空间容纳若干波束，所述子空间是通过将基站覆盖的小区空间均匀划分获得的。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，以每一子空间占一个时频资源格的方式，发送第一参考信号到用户端，具体包括：
确定第一参考信号传送的符号集；
生成对符号集进行预编码处理对应的码字；
根据分组规则确定每一子空间内对应的所有码字；
以一个子空间内的所有码字及其符号共同占用一个时频资源格的方式，发送第一参考信号到用户端；
其中，码字为预编码向量，用于将基站中若干天线发送的空间波束指向特定的到达方向，可以用于表征该波束覆盖下的用户相对于基站的方位信息。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据分组规则确定每一子空间对应的所有码字，具体包括：
通过预编码群指示建立码字与子空间之间的关联；
根据分组规则将属于同一子空间的码字归入一组。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，根据第一响应信息确定用户端所在子空间，具体包括：
计算每一子空间对用户端接收到的符号的增益值；
查找到对用户端接收到的符号具有最大增益值的子空间；
确定对用户端接收到的符号具有最大增益值的子空间为用户端所在子空间。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，以子空间内每一波束占用一个时频资源格的方式，发送第二参考信号到用户端，具体包括：
确定子空间内以第二参考信号传送的符号集；
生成对符号集进行预编码处理对应的码字；
以一个码字及其符号占用一个时频资源格的方式，将子空间内对应的所有码字及其符号以第二参考信号发送到用户端；
其中，子空间内每一波束具有一个唯一的码字。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，子空间内每一波束具有一个唯一的码字，具体包括：
通过预编码矩阵索引建立码字与波束之间的关联。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，根据第二响应信息确定向用户端的数据传输方式，具体包括：
计算子空间内每一波束对用户端接收到的符号的增益值；
查找到对用户端接收到的符号具有最大增益值的波束；
根据波束对应的码字确定向用户端的数据传输方式。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一参考信号的发送周期大于第二参考信号的发送周期。
9.一种信道状态信息测量装置，其特征在于，包括：
发射模块，用于：
以每一子空间占一个时频资源格的方式，发送第一参考信号到用户端；
以子空间内每一波束占用一个时频资源格的方式，发送第二参考信号到用户端；
接收模块，用于：
获取用户端对第一参考信号反馈的第一响应信息；
获取用户端对第二参考信号反馈的第二响应信息；
运算模块，用于：
根据第一响应信息确定用户端所在子空间；
根据第二响应信息确定向用户端的数据传输方式；
其中，一个子空间容纳若干波束，所述子空间是通过将基站覆盖的小区空间均匀划分获得的。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述发射模块，用于：
确定第一参考信号传送的符号集；
生成对符号集进行预编码处理对应的码字；
根据分组规则确定每一子空间对应的所有码字；
以一个子空间内的所有码字及其符号共同占用一个时频资源格的方式，发送第一参考信号到用户端；
其中码字为预编码向量，用于将基站中若干天线发送的空间波束指向特定的到达方向，可以用于表征该波束覆盖下的用户相对于基站的方位信息。
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