CN106027181B - 一种基于认知无线电技术的信道测量和反馈方法 - Google Patents

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Abstract

现有的毫米波多入多出MIMO系统中，为了能够执行较为准确的波束赋形或空间复用，通常需要在系统工作频段上发送参考信号，经过估计后计算信道随时间变化的频域、空间维度及强度状态信息，即Channel State Information,CSI，并进行反馈。但该方案的问题在于，对于信道互易性不能满足的系统容易产生较大误差，并带来一定的系统开销，影响了系统容量和资源分配的灵活性。对此，本发明提出了一种基于认知无线电技术的信道测量和反馈方法，在系统工作频段邻近检测空闲频段，并根据信道相关性、空闲频段可用资源情况灵活选择在空闲频段或工作频段执行信道测量或反馈信道状态信息，从而减小系统工作频段上的开销，提高频谱效率、可靠性和覆盖。

Description

一种基于认知无线电技术的信道测量和反馈方法
一、技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及无线通信系统中的一种基于认知无线电技术的信道测量和反馈方法。
二、技术背景
现有的多天线系统中，为了能够执行较为准确的波束赋形，通常需要可靠的信道测量和反馈方法。以蜂窝移动通信中的基站和移动台之间通信为例，下行的波束赋形或者需要移动台测量基站参考信号后反馈，或者利用信道互易性由基站测量移动台的发射后估计出下行信道。而上行的波束赋形也有类似的方法。无论哪种方式，都需要在业务传输的频段上发送参考信号，经过估计后计算信道随时间变化的频域、空间维度及强度等状态信息(Channel State Information,CSI)并进行反馈。
然而，这种方法的问题在于，对于信道互易性不能满足的系统，例如频分双工系统，或出现信道互易性失配的时分双工TDD系统，容易产生较大的误差。同时，在通信频段上检测和反馈信道信息，需要占用该频段的资源，从而带来一定的系统开销，增加了频率资源使用的压力。尤其是在毫米波多入多出MIMO系统中，随着波长变短、天线数量增加，为完成精准的波束赋形，信道测量和反馈的开销会很大，影响了系统容量和资源分配的灵活性。
三、发明内容
针对上述问题，本发明提供一种基于认知无线电的自适应信道测量和反馈方法，从而减小系统工作频段上的系统开销，提高系统的频谱效率、可靠性和覆盖。
本发明所涉及的认知无线电技术，主要用于检测系统工作频段或工作频段的邻近是否存在空闲频段，这里的空闲频段包括可用的非授权频段，系统可以根据频谱的空闲情况及负载情况，在空闲频段上发射参考信号并反馈信道信息；亦可仍在工作频段上发射参考信号，在空闲频段上反馈信道信息；或是在空闲频段上发射参考信号，在工作频段上反馈信道信息。无论采取何种方式，均可降低当前频段上信道测量和估计的开销，提高系统性能和频率利用率。而在实现成本上，现有的通信设备往往都是多模多频的，并且支持非授权频段上的通信，这也为本发明的应用打下了基础。
本发明的具体内容如下：
(1)利用认知无线电技术，由通信的一方或双方配合实时检测出在工作频段的附近是否存在可用的频带，检测时，优先检测与当前工作频段间隔最近的频带，测量并获得该可用频段的信道信息，或利用已有的信道信息计算空闲频段与系统工作频段之间的信道相关性；根据信道相关性，结合根据频谱空闲情况，判断所采取的信道测量和反馈方法。
(2)根据(1)的计算结果，可以做出如下选择。
1)如果能够检测到工作频段附近的空闲频段，并且通过计算得知该频段与工作频段的信道相关性高，且频带可用资源充足，则可利用该空闲频段测量并反馈信道矩阵、码本索引PMI、秩信息RI或信道质量指示CQI。
2)如果能够检测到工作频段附近的空闲频段，并且通过计算得知该频段与工作频段的信道相关性高，但频带可用资源低，则仅在空闲频段上测量并反馈CQI。
3)如果能够检测到工作频段附近的空闲频段，并且通过计算得知该频段与工作频段的信道相关性低，且频带可用资源充足，则在原工作频段上测量信道矩阵及PMI、RI、CQI，并在空闲频段上反馈信道矩阵及PMI、RI、CQI。
4)如果能够检测到工作频段附近的空闲频段，并且通过计算得知该频段与工作频段的信道相关性低，且频段可用资源低，则在原工作频段上测量CQI，并在空闲频段上尽力而为的反馈CQI。
(3)在(1)中所述的信道相关性高，其判断标准为，在该频段进行信道测量和反馈可以降低工作频段开销，提高系统容量、可靠性或覆盖性能。
(3)在(1)中涉及到的已有信道信息，可以是在本次测量之前获得的反馈结果，或根据之前反馈的结果进行推算，例如，通过机器学习方法。
(4)本方法的启动可以但不局限于在工作频段系统负载较重的情况下，根据负载门限启动；在工作频段系统负载较轻的情况下，也可以启动本方法对工作频段和潜在空闲频段的信道信息及相关性进行定期或不定期的校准。
(5)本方法的信道反馈信息可根据信道相关性的计算结果给予一定修正，修正可以但不局限于体现工作频段与空闲频段之间干扰水平的差异。
(6)信道相关性越高时，本方法在空闲频段所获得的信道信息可部分或完全替代在工作频段上获得的信道信息，而信道相关性降低时，本方法在空闲频段所获得的信道信息可作为在工作频段上获得的信道信息的一种辅助或补充。
(7)本方法在空闲频段上发送或反馈的还可以是功率控制信息、应答信息ACK和非应答信息NACK等。
四、具体实施方式
以频分双工FDD系统、空闲频段与工作频段的相关性较高、且空闲频段的资源充足为例，此时由于无法利用信道互易性，因而信道测量与反馈的开销一般为最大的情况。
本方法的工作方式如下：
(1)在中心为fw的工作频段附近由近及远检测空闲频谱，并获得空闲频谱的中心频率fc，及可用带宽B。
(2)在收发信机之间测量工作频段和可用空闲频段各自的信道条件，进而计算可用频段与工作频段的信道相关性，可以但不限于用如下计算公式：
其中，Δf＝|fc-fw|,|h(τ)|2为信道的功率延迟分布。
(3)判断RH(Δf)是否大于预设的相关性门限Rth，以及空闲频段的可用带宽B是否大于宽带上报模式所需的带宽B1。
如果RH(Δf)＞Rth且B>B1,则在空闲频段发送导频，接收端在空闲频段测量导频并生成信道状态信息CSI，包括多天线的信道系数矩阵、码本索引PMI、秩信息指示RI、信道质量指示CQI或它们的不同组合，并反馈给发射端。
具体信道测量和实施方式可以是但不限于以下步骤和方式：
1)以LTE系统为例，发射机通过无线资源控制RRC信令告知接收机发射端的配置信息，主要包括空闲频段的中心频率、参考信号端口数目信息，CSI-RS的发送周期以及其在子帧上的偏移信息，CSI的反馈周期以及其在子帧上的偏移信息。
2)接收机完成RRC连接后，根据发射机的配置信息指示在空闲频段的特定时频资源上进行接收，相应的，发射机在空闲频段所配置的不同子帧上周期性地向接收机发送信道信息参考信号CSI-RS。
3)接收机接收参考信号，并依据参考信号计算信道状态信息CSI。在接收机计算出CSI之后，根据发射机的控制信令，周期性或非周期性的在空闲频段不同的子帧上向发射机反馈CSI。

Claims (4)

1.一种基于认知无线电技术的信道测量和反馈方法，其特征在于，利用认知无线电技术在系统工作频率的邻近搜索空闲频段，并在空闲频段上发射参考信号和反馈空闲信道状态信息，系统可以根据工作频段与空闲频段的信道相关性、空闲频段的资源可用情况选择两种模式的一种；步骤包括：
如果能够检测到工作频段附近的空闲频段，并且通过计算得知该频段与工作频段的信道相关性高，且频带可用资源充足，则选择模式一：在空闲频段上发射参考信号并反馈空闲信道矩阵、码本索引PMI、秩信息RI或空闲信道质量指示CQI；
如果能够检测到工作频段附近的空闲频段，并且通过计算得知该频段与工作频段的信道相关性高，但频带可用资源低，则选择模式二：仅在空闲频段上发射参考信号并反馈空闲信道质量指示CQI；
所反馈的信道状态信息可以是本次信道测量的结果，也可以是在本次测量之前获得的反馈结果，或根据之前反馈的结果进行推算的结果。
2.如权利要求1所述的一种基于认知无线电技术的信道测量和反馈方法，其特征在于，如果能够检测到工作频段附近的空闲频段，并且通过计算得知该频段与工作频段的信道相关性高，且频带可用资源充足，则选择模式一：在空闲频段上用尽可能多的可用天线发射可用于测量空闲信道矩阵、码本索引PMI、秩信息RI及信道质量指示的参考信号，并在空闲频段上反馈空闲信道矩阵、码本索引PMI、秩信息RI或空闲信道质量指示CQI。
3.如权利要求1所述的一种基于认知无线电技术的信道测量和反馈方法，其特征在于，如果能够检测到工作频段附近的空闲频段，并且通过计算得知该频段与工作频段的信道相关性高，但频带可用资源低，则选择模式二：仅在空闲频段上用单天线发射可用于测量空闲信道质量指示的参考信号，并在空闲频段上反馈空闲信道质量指示CQI。
4.如权利要求1所述的一种基于认知无线电技术的信道测量和反馈方法，其特征在于，信道相关性越高时，在空闲频段通过测量和反馈所获得的空闲信道状态信息可以按越大的比例替代工作频段上的信道状态信息。
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