CN105391513B - 基于反馈信息形成预编码矩阵的方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于反馈信息形成预编码矩阵的方法、装置和系统。其中基站利用大规模天线形成的M个波束，作为M个预编码矩阵；在M个预编码矩阵中选择N个预编码矩阵；利用选择的N个预编码矩阵对N个导频信号进行预编码；将经预编码处理的导频信号向用户终端进行发送；当接收到用户终端反馈的索引信息时，根据用户终端反馈的索引信息形成预编码矩阵T。通过利用用户终端反馈的信息确定数据信道的预编码，从而能够降低系统复杂度、减小系统开销。

Description

基于反馈信息形成预编码矩阵的方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及一种基于反馈信息形成预编码矩阵的方法、装置和系统。

背景技术

预计到2020年，移动数据流量比2010年增长500-1000倍，5G系统需要相应的提升网络容量以满足数据业务爆发性增长需求。

超高清视频、视频会议、海量数据共享、3D游戏等大带宽的应用对通信速率提出了更高的需求。5G系统需要支持更高的数据速率以支持未来大带宽业务，并为网络中每一个用户提供和保证更高的、更公平的速率体验。

更高效率：未来网络将面临容量需求激增和频谱短缺的矛盾，5G需进一步提升频谱利用效率，包括提升空口频谱效率，改进频率使用方式。

更多连接数：各种新型业务、新型终端和机器类通信业务将极大地增加网络中的连接设备数，并消耗大量的网络资源。5G系统需要能够支持更多的在线用户和海量的设备连接。

大规模天线(Massive MIMO)是满足5G需求最有效的技术之一，国外已经开展了相应的研究，国内IMT-2020(5G)推进组成立了大规模天线专题组进行研究，3GPP也已经启动了对3D-MIMO的研究。大规模天线的优点在于：

1、大规模天线可提高频谱效率，从一定程度上缓解频谱短缺的问题；

2、大规模天线可提升网络容量，满足移动数据业务增长的需求；

3、大规模天线可提高边缘用户速率，提高小区覆盖；

4、大规模天线可提高同时在线用户数。

在FDD系统中，基站通过以下方式获取下行信道信息

1、基站发送下行导频(参考信号)；

2、用户对导频(参考信号)进行测量，选取与信道相匹配的码本并反馈给基站

基于FDD的大规模天线存在以下问题：

1、随着天线数的增加，下行导频(参考信号)的开销成线性增加；

2、随着天线数的增加，用户的反馈开销增加；

3、随着天线数的增加，码本的设计越来越难；

4、随着天线数的增加，用户计算的复杂度增加。

目前，现有技术中存在的技术方案及相应的缺点在于：

1、目前对Massive MIMO的研究大部分集中在TDD系统，利用上下行互易性获取下行信道信息；

2、在FDD系统中，无法利用上下行互易性，且目前对FDD系统中Massive MIMO的研究比较少；

3、将LTE中的方法直接扩展到Massive MIMO中将产生上面涉及的问题。即

□需要大量的下行导频(参考信号)的开销

□用户需要大量的反馈开销增

□复杂且困难的码本的设计

□用户计算的高复杂度

4、以上问题中导频和反馈开销直接影响Massive MIMO带来的性能增益。

发明内容

本发明实施例提供一种基于反馈信息形成预编码矩阵的方法、装置和系统。通过利用用户终端反馈的信息确定数据信道的预编码，从而能够降低系统复杂度、减小系统开销。

根据本发明的一个方面，提供一种基于反馈信息形成预编码矩阵的方法，包括：

利用大规模天线形成的M个波束，作为M个预编码矩阵{W_i}，其中1≤i≤M；

在M个预编码矩阵中选择N个预编码矩阵；

利用选择的N个预编码矩阵对N个导频信号进行预编码；

将经预编码处理的导频信号向用户终端进行发送；

当接收到用户终端反馈的索引信息时，根据用户终端反馈的索引信息形成预编码矩阵T。

在一个实施例中，当接收到用户终端反馈的索引信息时，根据用户终端反馈的索引信息形成预编码矩阵T的步骤包括：

当接收到用户终端反馈的预编码矩阵标识m时，查询与预编码矩阵标识m相关联的预编码矩阵W_m；

根据预编码矩阵W_m形成预编码矩阵T。

在一个实施例中，根据预编码矩阵W_m形成预编码矩阵T的步骤包括：

T＝W_m。

在一个实施例中，当接收到用户终端反馈的索引信息时，根据用户终端反馈的索引信息形成预编码矩阵T的步骤包括：

当接收到用户终端反馈的最优码本标识n时，查询与标识n相关联的码本P_n；

根据预编码矩阵W和码本P_n形成预编码矩阵T，其中W为包括所述N个预编码矩阵的预编码矩阵集合。

在一个实施例中，根据预编码矩阵W和码本P_n形成预编码矩阵T的步骤包括：

T＝WP_n。

在一个实施例中，在不同的时刻，在M个预编码矩阵中选择的N个预编码矩阵不同。

根据本发明的另一方面，提供一种基于反馈信息形成预编码矩阵的基站，包括波束形成单元、矩阵选择单元、导频信号预编码单元、大规模天线和预编码矩阵生成单元，其中：

波束形成单元，用于利用大规模天线形成M个波束，以作为M个预编码矩阵{W_i}，其中1≤i≤M；

矩阵选择单元，用于在M个预编码矩阵中选择N个预编码矩阵；

导频信号预编码单元，用于利用选择的N个预编码矩阵对N个导频信号进行预编码；

大规模天线，用于将经预编码处理的导频信号向用户终端进行发送；

预编码矩阵生成单元，用于当大规模天线接收到用户终端反馈的索引信息时，根据用户终端反馈的索引信息形成预编码矩阵T。

在一个实施例中，预编码矩阵生成单元具体在大规模天线接收到用户终端反馈的预编码矩阵标识m时，查询与预编码矩阵标识m相关联的预编码矩阵W_m；根据预编码矩阵W_m形成预编码矩阵T。

在一个实施例中，预编码矩阵生成单元具体利用公式

T＝W_m

形成预编码矩阵T。

在一个实施例中，预编码矩阵生成单元具体在大规模天线接收到用户终端反馈的最优码本标识n时，查询与标识n相关联的码本P_n；根据预编码矩阵W和码本P_n形成预编码矩阵T，其中W为包括所述N个预编码矩阵的预编码矩阵集合。

在一个实施例中，预编码矩阵生成单元具体利用公式

T＝WP_n

形成预编码矩阵T。

在一个实施例中，矩阵选择单元还用于在不同的时刻，在M个预编码矩阵中选择的N个预编码矩阵不同。

根据本发明的另一方面，提供一种基于反馈信息形成预编码矩阵的系统，包括基站和用户终端，其中：

基站，为上述任一实施例涉及的基站；

用户终端，用于对接收到的导频信号进行测量，以获得信道信息，在信道信号中选择最优信道信号，并将与最优信道信号相关联的预编码矩阵标识m发送给基站；或者根据获得的信道信息选择最优码本，并将最优码本标识n发送给基站。

本发明通过利用大规模天线形成的M个波束，作为M个预编码矩阵，在M个预编码矩阵中选择N个预编码矩阵，利用选择的N个预编码矩阵对N个导频信号进行预编码，将经预编码处理的导频信号向用户终端进行发送，当接收到用户终端反馈的索引信息时，根据用户终端反馈的索引信息形成预编码矩阵T。通过利用用户终端反馈的信息确定数据信道的预编码，从而能够降低系统复杂度、减小系统开销。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于反馈信息形成预编码矩阵的方法一个实施例的示意图。

图2为本发明基于反馈信息形成预编码矩阵的基站一个实施例的示意图。

图3为本发明基于反馈信息形成预编码矩阵的系统一个实施例的示意图。

图4为本发明信息反馈一个实施例的示意图。

图5为本发明信息反馈另一实施例的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1为本发明基于反馈信息形成预编码矩阵的方法一个实施例的示意图。优选的，本实施例的方法步骤可由基站执行。

步骤101，利用大规模天线形成的M个波束，作为M个预编码矩阵{W_i}，其中1≤i≤M。

步骤102，在M个预编码矩阵中选择N个预编码矩阵。

优选的，在不同的时刻，在M个预编码矩阵中选择的N个预编码矩阵不同。

步骤103，利用选择的N个预编码矩阵对N个导频信号进行预编码。

步骤104，将经预编码处理的导频信号向用户终端进行发送。

步骤105，当接收到用户终端反馈的索引信息时，根据用户终端反馈的索引信息形成预编码矩阵T。

基于本发明上述实施例提供的基于反馈信息形成预编码矩阵的方法，通过利用用户终端反馈的信息确定数据信道的预编码，从而能够降低系统复杂度、减小系统开销。

需要说明的是，用户终端在接收到信号后，可在不涉及码本的情况下，反馈有关预编码矩阵的标识；也可反馈最优码本的标识。下面分别对这两种情况进行说明。

在一个实施例值，基站在M个波束中选择N个作为预编码矩阵，并利用选择的N个预编码矩阵对导频信号[S₁、S₂、…、S_N]进行预编码，以得到导频信号[W₁S₁、W₂S₂、…、W_NS_N]，并将该导频信息进行发送。用户k对接收到的信号[H_kW₁S₁、H_kW₂S₂、…、H_kW_NS_N]进行测量，获得H_e＝[H_kW₁、H_kW₂、…、H_kW_N]，根据一定的准则选择最优的信道信号H_kW_m，将相应的索引m发送给基站。其中H_k为用户k的信道矩阵。

基站在接收到用户终端反馈的预编码矩阵标识m时，查询与预编码矩阵标识m相关联的预编码矩阵W_m；并根据预编码矩阵W_m形成预编码矩阵T。

优选的，T＝W_m。当然，T也可以与W_m不同。

在另一实施例中，基站在M个波束中选择N个作为预编码矩阵，并利用选择的N个预编码矩阵对导频信号[S₁、S₂、…、S_N]进行预编码，以得到导频信号[W₁S₁、W₂S₂、…、W_NS_N]，并将该导频信息进行发送。用户k对接收到的信号[H_kW₁S₁、H_kW₂S₂、…、H_kW_NS_N]进行测量，获得H_e＝[H_kW₁、H_kW₂、…、H_kW_N]，用于基于从N个码本中选择一个最优码本P_n，并将该最优码本的标识n发送给基站。

基站在接收到用户终端反馈的最优码本标识n时，查询与标识n相关联的码本P_n；根据预编码矩阵W和码本P_n形成预编码矩阵T，其中W为包括所述N个预编码矩阵的预编码矩阵集合。

优选的，T＝WP_n。当然，P_n也可以与用户反馈的最优码本不同。

图2为本发明基于反馈信息形成预编码矩阵的基站一个实施例的示意图。如图2所示，基站可包括波束形成单元201、矩阵选择单元202、导频信号预编码单元203、大规模天线204和预编码矩阵生成单元205，其中：

波束形成单元201，用于利用大规模天线形成M个波束，以作为M个预编码矩阵{W_i}，其中1≤i≤M。

矩阵选择单元202，用于在M个预编码矩阵中选择N个预编码矩阵。

优选的，矩阵选择单元还用于在不同的时刻，在M个预编码矩阵中选择的N个预编码矩阵不同。

导频信号预编码单元203，用于利用选择的N个预编码矩阵对N个导频信号进行预编码。

大规模天线204，用于将经预编码处理的导频信号向用户终端进行发送；

预编码矩阵生成单元205，用于当大规模天线接收到用户终端反馈的索引信息时，根据用户终端反馈的索引信息形成预编码矩阵T。

基于本发明上述实施例提供的基于反馈信息形成预编码矩阵的基站，通过利用用户终端反馈的信息确定数据信道的预编码，从而能够降低系统复杂度、减小系统开销。

在一个实施例中，预编码矩阵生成单元205具体在大规模天线接收到用户终端反馈的预编码矩阵标识m时，查询与预编码矩阵标识m相关联的预编码矩阵W_m；根据预编码矩阵W_m形成预编码矩阵T。

优选的，预编码矩阵生成单元具体利用公式T＝W_m形成预编码矩阵T。

在另一实施例中，预编码矩阵生成单元205具体在大规模天线接收到用户终端反馈的最优码本标识n时，查询与标识n相关联的码本P_n；根据预编码矩阵W和码本P_n形成预编码矩阵T，其中W为包括所述N个预编码矩阵的预编码矩阵集合。

优选的，预编码矩阵生成单元具体利用公式T＝WP_n形成预编码矩阵T。

图3为本发明基于反馈信息形成预编码矩阵的系统一个实施例的示意图。如图3所示，该系统包括基站301和用户终端302。为了简明起见，在图3中仅示出了一个用户终端，本领域技术人员可以了解的是，系统中可包括多个用户终端与基站交互。

其中，基站301可为图2中任一实施例涉及的基站。

用户终端302，用于对接收到的导频信号进行测量，以获得信道信息，在信道信号中选择最优信道信号，并将与最优信道信号相关联的预编码矩阵标识m发送给基站301；或者根据获得的信道信息选择最优码本，并将最优码本标识n发送给基站301。

下面通过具体实施例对本发明进行说明。

实施例1：

●假设大规模天线的天线端口数为T，如128、256

●定义N个正交的导频(参考信号)，如8、16

□N个导频信号可通过TDM/FDM/CDM方式复用

□导频信号可以是LTE中的DM-RS，或预编码后的CSI-RS

具体步骤如下，相应的系统示意图如图4所示：

步骤1：基站利用大规模天线形成M(M>＝N)个波束，预编码矩阵表示为W₁,W₂,…W_M，矩阵大小为Tx1。

步骤2：从M个预编码矩阵中选取N个，对导频信号进行预编码，并发送导频信号：W₁S₁,W₂S ₂,…W_NS_N。

步骤3：用户k对导频信号H_kW₁s₁,H_kW₂s₂,…H_kW_Ns_N进行测量，获得H_kW₁,H_kW₂,…H_kW_N，根据一定准则将H_kW_n的索引n反馈给基站。其中H_k为用户k的信道矩阵，大小为RxT(R是用户k接收天线数)。

步骤4：基站根据用户反馈的索引对应的H_kW_n推算其信道信息为W_n。

步骤5：基站根据每个用户的信道信息进行调度和形成预编码矩阵T，T可以W_n，也可不同于W_n

和现有技术相比，本实施例的主要优势在于：

①只需要很少的导频开销，如8/16个端口，远远小于128/256个天线端口。

②只需要很少的反馈开销，如3/4比特。

③码本设计不需要标准化，从而可加快大规模天线的标准化进程。

④用户计算复杂度较低。

例如，用户从N个信道信息中选取最好的1个，需要Ceiling{log₂N}比特；用户从N个信道信息中选取最好的2个，需要Ceiling{log₂C_N ²}比特；若用户从N个信道信息中选取最好的n个，需要Ceiling{log₂C_N ⁿ}比特。

实施例2：

●假设大规模天线的天线端口数为T，如128、256

●定义N个正交的导频(参考信号)，如8、16

□N个导频信号可通过TDM/FDM/CDM方式复用

□导频信号可以是LTE中的DM-RS，或预编码后的CSI-RS

□基于N端口设计码本P{P₁,P₂,…P_N}，当N<＝8时，重用LTE的码本

具体步骤如下，相应的系统示意图如图5所示：

步骤1：基站利用大规模天线形成M(M>＝N)个波束，预编码矩阵表示为W₁,W₂,…W_M，矩阵大小为Tx1。

步骤2：从M个预编码矩阵中选取N个，对导频信号进行预编码，并发送导频信号：W₁S₁,W₂S₂,…W_NS_N。

步骤3：用户k对导频信号H_kW₁s₁,H_kW₂s₂,…H_kW_Ns_N进行测量，获的H_e＝[H_kW₁,H_kW₂,…H_kW_N]，用户基于从N个码本中选择一个最优的码本P_n并反馈给基站。其中H_k为用户k的信道矩阵，大小为RxT(R是用户k接收天线数)。P_n大小为Nxr，r为用户的rank值。

步骤4：基站根据用户反馈的索引求得P_n。

步骤5：基站根据每个用户的信道信息进行调度和形成预编码矩阵T，T＝WP_n，其中P_n可以为用户的反馈，也可不同与用户的反馈P_n。

和现有技术相比，本实施例的主要优势在于：

①可保持后向兼容性,将W_n设置为单位阵。

②只需要很少的导频开销，如8/16个端口，远远小于128/256个天线端口。

③只需要很少的反馈开销，如3/4比特。

④当导频端口数<＝8时，码本可重用LTE的码本。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (9)

1.一种基于反馈信息形成预编码矩阵的方法，其特征在于，包括：

利用大规模天线形成的M个波束，作为M个预编码矩阵{W_i}，其中1≤i≤M；

在M个预编码矩阵中选择N个预编码矩阵；

利用选择的N个预编码矩阵对N个导频信号进行预编码；

将经预编码处理的导频信号向用户终端进行发送；

当接收到用户终端反馈的索引信息时，根据用户终端反馈的索引信息形成预编码矩阵T；

其中，当接收到用户终端反馈的索引信息时，根据用户终端反馈的索引信息形成预编码矩阵T的步骤包括：

当接收到用户终端反馈的预编码矩阵标识m时，查询与预编码矩阵标识m相关联的预编码矩阵W_m；

根据预编码矩阵W_m形成预编码矩阵T；

或者，当接收到用户终端反馈的最优码本标识n时，查询与标识n相关联的码本P_n；

根据预编码矩阵W和码本P_n形成预编码矩阵T，其中W为包括所述N个预编码矩阵的预编码矩阵集合。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

根据预编码矩阵W_m形成预编码矩阵T的步骤包括：

T＝W_m。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

根据预编码矩阵W和码本P_n形成预编码矩阵T的步骤包括：

T＝WP_n。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在不同的时刻，在M个预编码矩阵中选择的N个预编码矩阵不同。

5.一种基于反馈信息形成预编码矩阵的基站，其特征在于，包括波束形成单元、矩阵选择单元、导频信号预编码单元、大规模天线和预编码矩阵生成单元，其中：

波束形成单元，用于利用大规模天线形成M个波束，以作为M个预编码矩阵{W_i}，其中1≤i≤M；

矩阵选择单元，用于在M个预编码矩阵中选择N个预编码矩阵；

导频信号预编码单元，用于利用选择的N个预编码矩阵对N个导频信号进行预编码；

大规模天线，用于将经预编码处理的导频信号向用户终端进行发送；

预编码矩阵生成单元，用于当大规模天线接收到用户终端反馈的索引信息时，根据用户终端反馈的索引信息形成预编码矩阵T，其中在大规模天线接收到用户终端反馈的预编码矩阵标识m的情况下，查询与预编码矩阵标识m相关联的预编码矩阵W_m；根据预编码矩阵W_m形成预编码矩阵T；在大规模天线接收到用户终端反馈的最优码本标识n的情况下，查询与标识n相关联的码本P_n；根据预编码矩阵W和码本P_n形成预编码矩阵T，其中W为包括所述N个预编码矩阵的预编码矩阵集合。

6.根据权利要求5所述的基站，其特征在于，

预编码矩阵生成单元用于利用公式

T＝W_m

形成预编码矩阵T。

7.根据权利要求5所述的基站，其特征在于，

预编码矩阵生成单元还用于利用公式

T＝WP_n

形成预编码矩阵T。

8.根据权利要求5所述的基站，其特征在于，

矩阵选择单元还用于在不同的时刻，在M个预编码矩阵中选择的N个预编码矩阵不同。

9.一种基于反馈信息形成预编码矩阵的系统，其特征在于，包括基站和用户终端，其中：

基站，为权利要求5-8中任一项涉及的基站；

用户终端，用于对接收到的导频信号进行测量，以获得信道信息，在信道信号中选择最优信道信号，并将与最优信道信号相关联的预编码矩阵标识m发送给基站；或者根据获得的信道信息选择最优码本，并将最优码本标识n发送给基站。