CN106253958A - 一种基于多天线非正交多接入系统的信道信息反馈方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多天线非正交多接入系统的信道信息反馈方法。基站根据信道长期统计信息，将移动终端分成若干个簇，每个簇包含为数不多个移动终端，以方便移动终端进行低复杂度的串行干扰抵消。根据分簇情况和信道大尺度衰落信息，基站确定每个移动终端的量化码书的长度，从而可以最小化平均簇间干扰。根据码书的长度，为每条下行信道构建最佳的量化码书，并同时存储在移动终端和基站处。移动终端基于估计获得的信道状态信息，选择一个最佳的量化码字，并将其反馈给基站。基站从相同的量化码书中提取出量化信息，获得下行信道的状态信息。本发明为多天线非正交多接入系统提供了一种简单且有效的信道信息反馈方法。

Description

一种基于多天线非正交多接入系统的信道信息反馈方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种基于多天线非正交多接入系统的信道信息反馈方法。

背景技术

非正交多接入(NOMA)技术和多天线技术是第五代移动通信系统(5G)的两项关键技术。因此，将非正交多接入技术和多天线技术结合起来，可以有效的提高系统的性能。一方面，多天线技术可以为非正交多接入技术消除用户间干扰。另一方面，非正交多接入可以使得多天线系统的每一个空间波束支持多个移动终端，从而获得更高的频谱效率。

为了充分挖掘多天线非正交多接入系统的潜力，基站必须获得部分的信道状态信息。然而，在下行链路中，由于基站处于下行信道的发射端，很难直接获得信道状态信息。特别是在常用的频分复用系统中，上下行信道处于不同的频段，必须由移动终端将下行信道状态信息通过反馈链路传递给基站。然而，由于反馈链路容量的有限性，需要将信道信息经码书量化后反馈给基站。因此，量化码书的长度直接决定了所反馈的信道信息的精度，也决定了系统的性能。在多天线非正交多接入系统中，为了在功率域上区分移动终端，共享同一个波束的移动终端需要有较大的信道增益差异。也就是说，各个移动终端的接入距离有很大的差别。因此，基站的发射信号对各个终端的干扰也各不相同。在反馈带宽有限的情况下，如果对各个下行信道平均分配资源，将导致较低的资源利用效率，最终影响多天线非正交多接入系统的性能。另外，为了降低串行干扰抵消的复杂度，多天线非正交多接入系统常常将移动终端进行分簇，因此移动终端同时受到簇间和簇内的干扰。移动终端受到的干扰大小与系统的分簇情况有着紧密的联系，所以有必要结合多天线非正交多接入系统的分簇情况对反馈资源进行分配，进而设计有效的量化码书。

发明内容

本发明的目的是为了解决之前方案中反馈资源利用率低和码书设计独立于多天线非正交多接入系统的结构等问题，提出了一种基于多天线非正交多接入系统的信道信息反馈方法。

本发明所采用的具体技术方案如下:

基于多天线非正交多接入系统的信道信息反馈方法，包括如下步骤：

1)基站基于信道长期统计信息，获得所有下行信道的大尺度衰落信息α_i，i＝1,…,U，其中U为移动终端的数量；

2)根据下行信道的大尺度衰落信息，基站将移动终端分为N个簇，每个簇包含K个移动终端，其中第n个簇中的第k个移动终端所在的下行信道的大尺度衰落信息用α_n,k表示；

3)根据分簇情况和大尺度衰落信息α_n,k，n∈[1,N]，k∈[1,K]，基站确定每个移动终端的量化码书的长度；

4)给定量化码书长度，为每个移动终端设计最佳的量化码书，并同时存储在基站和移动终端处；

5)基于所设计的量化码书，移动终端将下行信道状态信息量化后通过反馈链路传递给基站；

6)基站从相同的量化码书中恢复出所有下行信道的状态信息。

步骤2)中移动终端分簇方法为：将所有移动终端按照信道大尺度衰落从大到小排列，然后每N个相邻的移动终端分为一组，一共包括K个组；将所有K组的第一个移动终端组成一个簇，所有排在第二位的组成另一个簇，依次类推，所有排在第N位的组成一个簇；由此，所有终端被分为N个簇，每个簇包含K个终端；K优选设为2。

步骤3)中量化码书长度确定方法为：第n个簇中的第k个移动终端的量化码书的长度为其中B_n,k为第n个簇中第k个移动终端的反馈比特数，且B_n,k是不大于的最大正整数，B_tot是反馈信道的容量，P_v是基站为第v个簇分配的发射功率，α_i,t为第i个簇中的第t个移动终端所在的下行信道的大尺度衰落信息；

步骤4)中量化码书设计方法为：

a)根据下行信道概率分布随机产生一系列样本，在其中随机选择个样本作为初始的量化码字；

b)把所有样本分成组，当样本与某一量化码字的相关性最大时，把它归入相应的分组；

c)在每一分组中，按照最小化平均失真准则，选择一个码字来量化这一分组，得到个新的量化码字；

d)重复步骤b)和步骤c)，直到这个量化码字不再发生变化为止，这时所得到个码字即为所要的最佳量化码字，该个量化码字组成相应的量化码书

e)重复上述步骤，为所有移动终端设计给定长度的量化码书。

步骤5)中信道信息量化反馈方法为：

a)第n个簇中的第k个移动终端通过信道估计获得下行信道状态信息；

b)第n个簇中的第k个移动终端从量化码书中选出一个码字，其与下行信道的乘积的绝对值最大；

c)第n个簇中的第k个移动终端将所选出的量化码字的序号用B_n,k个比特表征后，通过反馈链路传递给基站。

步骤6)中信道信息恢复方法为：基站根据反馈信息表征的码字序号，从相同的码书中找出最佳的量化码字，将其作为下行信道状态信息。

本发明具有的有益效果是：本发明提出的信道信息反馈方法，可以根据信道衰落情况和移动终端的分簇情况，动态调整各条下行信道的量化码书的长度。这种信道信息反馈方法具有实现复杂度低，反馈资源利用率和系统性能较高的优点。

附图说明

图1是基于多天线非正交多接入系统的信道信息反馈方法流程图；

图2是在不同信道信息反馈方法的平均传输速率性能比较；

图3是非正交多接入和正交多接入的平均传输速率性能比较；

具体实施方式

基于多天线非正交多接入系统的信道信息反馈方法的框图如图1所示，基站根据获得的下行信道大尺度衰落信息，将移动终端分成多个簇，每个簇包含为数不多个终端，以减少串行干扰抵消的复杂度。根据分簇情况和大尺度衰落信息，基站为每条下行链路确定量化码书的长度。然后基于给定的码书长度，设计最佳的量化码书，并利用这些量化码书对下行信道进行量化。移动终端将量化后的信息反馈给基站，基站基于相同的量化码书，恢复出量化后的信息。

基于多天线非正交多接入系统的信道信息反馈方法，具体包括如下步骤：

1)基站基于信道长期统计信息，获得所有下行信道的大尺度衰落信息α_i，i＝1,…,U，其中U为移动终端的数量；

2)根据下行信道的大尺度衰落信息，基站将移动终端分为N个簇，每个簇包含K个移动终端，其中第n个簇中的第k个移动终端所在的下行信道的大尺度衰落信息用α_n,k表示；

3)根据分簇情况和大尺度衰落信息α_n,k，n∈[1,N]，k∈[1,K]，基站确定每个移动终端的量化码书的长度；

4)给定量化码书长度，为每个移动终端设计最佳的量化码书，并同时存储在基站和移动终端处；

5)基于所设计的量化码书，移动终端将下行信道状态信息量化后通过反馈链路传递给基站；

6)基站从相同的量化码书中恢复出所有下行信道的状态信息。

上述方法中，部分步骤中具体方法如下：

步骤2)中移动终端分簇方法为：将所有移动终端按照信道大尺度衰落从大到小排列，然后每N个相邻的移动终端分为一组，一共包括K个组；将所有K组的第一个移动终端组成一个簇，所有排在第二位的组成另一个簇，依次类推，所有排在第N位的组成一个簇；由此，所有终端被分为N个簇，每个簇包含K个终端；K优选设为2。

步骤3)中量化码书长度确定方法为：第n个簇中的第k个移动终端的量化码书的长度为其中B_n,k为第n个簇中第k个移动终端的反馈比特数，且B_n,k是不大于的最大正整数，B_tot是反馈信道的容量，P_v是基站为第v个簇分配的发射功率，α_i,t为第i个簇中的第t个移动终端所在的下行信道的大尺度衰落信息；

步骤4)中量化码书设计方法为：

a)根据下行信道概率分布随机产生一系列样本，在其中随机选择个样本作为初始的量化码字；

b)把所有样本分成组，当样本与某一量化码字的相关性最大时，把它归入相应的分组；

c)在每一分组中，按照最小化平均失真准则，选择一个码字来量化这一分组，得到个新的量化码字；

d)重复步骤b)和步骤c)，直到这个量化码字不再发生变化为止，这时所得到个码字即为所要的最佳量化码字，该个量化码字组成相应的量化码书

e)重复上述步骤，为所有移动终端设计给定长度的量化码书。

步骤5)中信道信息量化反馈方法为：

a)第n个簇中的第k个移动终端通过信道估计获得下行信道状态信息；

b)第n个簇中的第k个移动终端从量化码书中选出一个码字，其与下行信道的乘积的绝对值最大；

c)第n个簇中的第k个移动终端将所选出的量化码字的序号用B_n,k个比特表征后，通过反馈链路传递给基站。

步骤6)中信道信息恢复方法为：基站根据反馈信息表征的码字序号，从相同的码书中找出最佳的量化码字，将其作为下行信道状态信息。

通过计算机仿真表明，如图2所示，本发明提出的基于多天线非正交多接入系统的信道信息反馈方法，可以根据移动终端分簇情况和下行信道衰落情况动态分配反馈资源，从而在相同反馈量时获得较高的系统性能。另外，图3表明本发明提出的非正交多接入策略比传统的正交多接入策略具有明显的性能优势。尤其是随着信道状态信息精度的增加，所取得的性能增益将急剧增加。因此，本发明提出的信道信息反馈方法可以有效提高多天线非正交多接入系统的性能，为第五代移动通信系统提供高效的多接入方法。

Claims (6)

1.一种基于多天线非正交多接入系统的信道信息反馈方法，其特征在于包括如下步骤：

1)基站基于信道长期统计信息，获得所有下行信道的大尺度衰落信息α_i，i＝1,…,U，其中U为移动终端的数量；

2)根据下行信道的大尺度衰落信息，基站将移动终端分为N个簇，每个簇包含K个移动终端，其中第n个簇中的第k个移动终端所在的下行信道的大尺度衰落信息用α_n,k表示；

3)根据分簇情况和大尺度衰落信息α_n,k，n∈[1,N]，k∈[1,K]，基站确定每个移动终端的量化码书的长度；

4)给定量化码书长度，为每个移动终端设计最佳的量化码书，并同时存储在基站和移动终端处；

5)基于所设计的量化码书，移动终端将下行信道状态信息量化后通过反馈链路传递给基站；

6)基站从相同的量化码书中恢复出所有下行信道的状态信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于多天线非正交多接入系统的信道信息反馈方法，其特征是步骤2)中移动终端分簇方法为：将所有移动终端按照信道大尺度衰落从大到小排列，然后每N个相邻的移动终端分为一组，一共包括K个组；将所有K组的第一个移动终端组成一个簇，所有排在第二位的组成另一个簇，依次类推，所有排在第N位的组成一个簇；由此，所有终端被分为N个簇，每个簇包含K个终端；K优选设为2。

3.根据权利要求1所述的一种基于多天线非正交多接入系统的信道信息反馈方法，其特征是步骤3)中量化码书长度确定方法为：第n个簇中的第k个移动终端的量化码书的长度为其中B_n,k为第n个簇中第k个移动终端的反馈比特数，且

B_n,k是不大于的最大正整数，B_tot是反馈信道的容量，P_v是基站为第v个簇分配的发射功率，α_i,t为第i个簇中的第t个移动终端所在的下行信道的大尺度衰落信息。

4.根据权利要求1所述的一种基于多天线非正交多接入系统的信道信息反馈方法，其特征是步骤4)中量化码书设计方法为：

a)根据下行信道概率分布随机产生一系列样本，在其中随机选择个样本作为初始的量化码字；

b)把所有样本分成组，当样本与某一量化码字的相关性最大时，把它归入相应的分组；

c)在每一分组中，按照最小化平均失真准则，选择一个码字来量化这一分组，得到个新的量化码字；

d)重复步骤b)和步骤c)，直到这个量化码字不再发生变化为止，这时所得到个码字即为所要的最佳量化码字，该个量化码字组成相应的量化码书C_n,k；

e)重复上述步骤，为所有移动终端设计给定长度的量化码书。

5.根据权利要求1所述的一种基于多天线非正交多接入系统的信道信息反馈方法，其特征是步骤5)中信道信息量化反馈方法为：

a)第n个簇中的第k个移动终端通过信道估计获得下行信道状态信息；

b)第n个簇中的第k个移动终端从量化码书C_n,k中选出一个码字，其与下行信道的乘积的绝对值最大；

c)第n个簇中的第k个移动终端将所选出的量化码字的序号用B_n,k个比特表征后，通过反馈链路传递给基站。

6.根据权利要求1所述的一种基于多天线非正交多接入系统的信道信息反馈方法，其特征是步骤6)中信道信息恢复方法为：基站根据反馈信息表征的码字序号，从相同的码书中找出最佳的量化码字，将其作为下行信道状态信息。