CN107733478B - 信道反馈和预编码方法、基站、用户终端和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种信道反馈和预编码方法、基站、用户终端和系统。该方法包括：获取信道统计特性；根据信道统计特性对用户终端进行分组并计算外环预编码；向用户终端发送经过外环预编码赋形的参考信号；根据用户终端反馈的等效信道信息，计算内环预编码。本发明通过外环预编码自适应消除小区间干扰，通过内环预编码完成MU‑MIMO传输，从而有效降低了系统下行导频开销和上行反馈量，解决了FDD大规模天线系统的反馈问题；解决了FDD大规模天线系统小区间干扰问题，并有效利用空间自由度，提升了系统性能。

Description

信道反馈和预编码方法、基站、用户终端和系统

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种信道反馈和预编码方法、基站、用户终端和大规模天线系统。

背景技术

多天线空间资源的多输入多输出(MIMO)技术，由于其在无线通信传输的可靠性和速率提升上的巨大潜力，已经成为了如3GPP LTE-A等主流无线通信标准的核心技术。在不显著增加用户终端和基站设备复杂度的限制下，如何充分利用空间维度的资源，是当前学术界和工业界共同的研究热点。一般来说，为了使得下行发送的数据流匹配到空间信道特性较好的方向，基站(eNB)需要根据下行的信道信息进行预编码。除此之外，下行的信道状态信息还用于用户终端(UE)的调度以及调制编码方式的选择等。

在FDD(Frequency Division Duplexing，频分双工)系统中，通常终端利用eNB发送的下行参考信号对信道状态(CSI)进行估计，再通过上行反馈给eNB。在实际系统中，由于上行带宽的限制和信令传输延时的要求，在CSI反馈时UE需要首先将CSI进行量化，然后将量化后的若干比特通过反馈信道反馈给eNB。如何合理高效的获取下行信道状态信息将直接影响MIMO通信系统的性能。

近年来随着移动互联网产业的飞速发展，数据需求的进一步激增给无线接入网络带来巨大的挑战。为了能够更加高效地利用带宽资源，大幅度提升频谱效率，大规模天线(Massive MIMO)技术成为提升网络频谱效率最具潜力的第五代移动通信(5G)关键技术之一。目前的LTE/LTE-A系统最多支持8天线端口发送，当采用Massive MIMO后系统天线端口数目将更大且多样，比如可以支持16至128、256甚至更多。

一方面，大规模天线技术的应用，将导致下行参考信号占用的资源数目以及上行反馈量随天线端口数目的增加而增加，从而增加了系统的负载，降低系统传输效率。当天线端口数目超过128甚至更高时，负载的增加将会导致大规模天线系统无法工作。

另一方面，当大规模天线技术应用到多小区系统时，由于受到来自邻小区的同频干扰影响，多小区MIMO系统变成了一个干扰受限系统。如何利用多天线的预编码技术消除小区间干扰，提高多小区大规模天线系统性能显得十分必要。

发明内容

鉴于以上技术问题，本发明提供了一种信道反馈和预编码方法、基站、用户终端和大规模天线系统，有效地控制了系统中获取信道信息的系统开销，并降低了小区间干扰。

根据本发明的一个方面，提供一种信道反馈和预编码方法，包括：

获取信道统计特性；

根据信道统计特性对用户终端进行分组并计算外环预编码；

向用户终端发送经过外环预编码赋形的参考信号；

根据用户终端反馈的等效信道信息，计算内环预编码。

在本发明的一个实施例中，所述获取信道统计特性包括：向用户终端发送下行参考信号，以便用户终端根据下行参考信号获得信道统计特性；并接收用户终端反馈的信道统计特性。

在本发明的一个实施例中，所述获取信道统计特性包括：接收用户终端发送的上行参考信号，并根据上行参考信号获得信道统计特性。

在本发明的一个实施例中，所述根据信道统计特性对用户终端进行分组并计算外环预编码包括：

根据信道统计特性对小区内用户终端进行分组，确定用户终端组中心的相关矩阵；

与其它基站交互用户终端组中心的相关矩阵；

根据用户终端组中心的相关矩阵计算外环预编码。

在本发明的一个实施例中，所述根据用户终端组中心的相关矩阵计算外环预编码包括：

获取干扰信道矩阵，其中所述干扰信道矩阵为小区内以及小区间干扰信道矩阵；

获取所述干扰信道矩阵的零空间，将所述干扰信道矩阵的零空间作为外环预编码。

在本发明的一个实施例中，所述干扰信道矩阵包括除目标用户组之外的所有其它用户终端组中心的相关矩阵。

在本发明的一个实施例中，所述干扰信道矩阵包括除目标用户组之外的所有其它用户终端组中心中，干扰强度大于预定值的用户终端组中心的相关矩阵。

在本发明的一个实施例中，所述干扰信道矩阵为自适应配置的干扰信道矩阵。

根据本发明的另一方面，提供一种信道反馈和预编码方法，包括：

接收基站发送的经过外环预编码赋形的参考信号，其中，所述外环预编码是基站根据信道统计特性对用户终端进行分组并计算获得的；

根据经过外环预编码赋形的参考信号测量并反馈等效信道信息，以便基站根据所述等效信道信息计算内环预编码。

在本发明的一个实施例中，在接收基站发送的经过外环预编码赋形的参考信号之前，所述方法还包括：接收基站发送的下行参考信号，根据基站发送的下行参考信号获得信道统计特性；并将所述信道统计特性反馈给基站。

在本发明的一个实施例中，在接收基站发送的经过外环预编码赋形的参考信号之前，所述方法还包括：向基站发送上行参考信号，以便基站根据上行参考信号获得信道统计特性。

根据本发明的另一方面，提供一种基站，包括信道统计特性获取模块、外环预编码模块、预编码参考信号发送模块和内环预编码模块，其中：

信道统计特性获取模块，用于获取信道统计特性；

外环预编码模块，用于根据信道统计特性对用户终端进行分组并计算外环预编码；

预编码参考信号发送模块，用于向用户终端发送经过外环预编码赋形的参考信号；

内环预编码模块，用于根据用户终端反馈的等效信道信息，计算内环预编码。

在本发明的一个实施例中，所述信道统计特性获取模块包括下行参考信号发送单元和信道统计特性接收单元，其中：

下行参考信号发送单元，用于向用户终端发送下行参考信号，以便用户终端根据下行参考信号获得信道统计特性；

信道统计特性接收单元，用于接收用户终端反馈的信道统计特性。

在本发明的一个实施例中，所述信道统计特性获取模块包括上行参考信号接收单元和信道统计特性获取单元，其中：

上行参考信号接收单元，用于接收用户终端发送的上行参考信号；

信道统计特性获取单元，用于根据上行参考信号获得信道统计特性。

在本发明的一个实施例中，所述外环预编码模块包括分组单元、交互单元和外环预编码单元，其中：

分组单元，用于根据信道统计特性对小区内用户终端进行分组，确定用户终端组中心的相关矩阵；

交互单元，用于与其它基站交互用户终端组中心的相关矩阵；

外环预编码单元，用于根据用户终端组中心的相关矩阵计算外环预编码。

在本发明的一个实施例中，所述外环预编码单元包括干扰矩阵获取子模块和外环预编码子模块，其中：

干扰矩阵获取子模块，用于获取干扰信道矩阵，其中所述干扰信道矩阵为小区内以及小区间干扰信道矩阵；

外环预编码子模块，用于获取所述干扰信道矩阵的零空间，将所述干扰信道矩阵的零空间作为外环预编码。

在本发明的一个实施例中，所述干扰信道矩阵包括除目标用户组之外的所有其它用户终端组中心的相关矩阵。

在本发明的一个实施例中，所述干扰信道矩阵包括除目标用户组之外的所有其它用户终端组中心中，干扰强度大于预定值的用户终端组中心的相关矩阵。

在本发明的一个实施例中，所述干扰信道矩阵为自适应配置的干扰信道矩阵。

根据本发明的另一方面，提供一种用户终端，包括预编码参考信号接收模块和等效信道信息反馈模块，其中：

预编码参考信号接收模块，用于接收基站发送的经过外环预编码赋形的参考信号，其中，所述外环预编码是基站根据信道统计特性对用户终端进行分组并计算获得的；

等效信道信息反馈模块，用于根据经过外环预编码赋形的参考信号测量并反馈等效信道信息，以便基站根据所述等效信道信息计算内环预编码。

在本发明的一个实施例中，所述用户终端还包括下行参考信号接收模块和信道统计特性反馈模块，其中：

下行参考信号接收模块，用于接收基站发送的下行参考信号，并根据基站发送的下行参考信号获得信道统计特性；

信道统计特性反馈模块，用于将所述信道统计特性反馈给基站。

在本发明的一个实施例中，所述用户终端还包括上行参考信号发送模块，其中：

上行参考信号发送模块，用于向基站发送上行参考信号，以便基站根据上行参考信号获得信道统计特性。

根据本发明的另一方面，提供一种大规模天线系统，包括如上述任一实施例中所述的基站、以及如上述任一实施例中所述的用户终端。

本发明有效地控制了系统中获取信道信息的系统开销，并降低了小区间干扰，从而有效提升了FDD大规模天线系统的性能。

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为本发明大规模天线系统第一实施例的示意图。

图2为本发明大规模天线系统第二实施例以及本发明信道反馈和预编码方法第一实施例的示意图。

图3为本发明基站一个实施例的示意图。

图4为本发明一个实施例中外环预编码模块的示意图。

图5为本发明一个实施例中外环预编码单元的示意图。

图6为本发明信道反馈和预编码方法第二实施例的示意图。

图7为本发明用户终端一个实施例的示意图。

图8为本发明用户终端第二实施例的示意图。

图9为本发明用户终端第三实施例的示意图。

图10为本发明信道反馈和预编码方法第三实施例的示意图。

图11为本发明大规模天线系统第三实施例的示意图。

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为本发明大规模天线系统第一实施例的示意图。如图1所示，所述大规模天线系统包括基站100和用户终端200，其中：

基站100，用于获取信道统计特性(具体为下行信道统计特性)；根据信道统计特性对用户终端进行分组并计算外环预编码；向用户终端200发送经过外环预编码赋形的参考信号；根据用户终端200反馈的等效信道信息，计算内环预编码。

用户终端200，用于接收基站100发送的经过外环预编码赋形的参考信号；根据经过外环预编码赋形的参考信号测量并反馈等效信道信息，以便基站100根据所述等效信道信息计算内环预编码。

在本发明的一个实施例中，所述大规模天线系统是一种FDD大规模天线系统。

在本发明的一个实施例中，基站100采用如下方式获取信道统计特性：基站100向用户终端200发送下行参考信号，以便用户终端200根据下行参考信号获得信道统计特性；基站100并接收用户终端反馈的信道统计特性。

在本发明的另一实施例中，对于具备上下行信道统计特性互易性的情形，所述信道统计特性还可以根据上下行信道统计特性互易性，通过上行参考信号直接获得。具体而言，基站100还可以用于接收用户终端200发送的上行参考信号，并根据上行参考信号获得信道统计特性。

基于本发明上述实施例提供的大规模天线系统，eNB根据信道信息的统计特性对UE进行分组，并计算外环预编码以自适应的消除小区内以及小区间的用户组之间的干扰；eNB使用外环预编码方案发送参考信号，然后UE反馈预编码后的信道信息，eNB根据UE的反馈计算内环预编码，以消除小区内多用户之间的干扰。

与现有技术针对系统天线端口数目进行码本设计并反馈相比，本发明上述实施例的好处在于：有效降低了系统下行导频开销和上行反馈量，解决了FDD大规模天线系统的反馈问题；解决了FDD大规模天线系统小区间干扰问题，并有效利用空间自由度，提升了系统性能。

图2为本发明大规模天线系统第二实施例的示意图。在本发明的图2所示实施例中，所述大规模天线系统包括两个小区，而每个小区包括多个用户终端200。

图2还给出了本发明信道反馈和预编码方法第一实施例的示意图。优选的，本实施例可由本发明上述实施例的大规模天线系统执行。如图2所示，本发明信道反馈和预编码方法包括以下步骤：

步骤1，基站(eNB)100向用户终端(UE)200发送参考信号。

eNB100根据天线阵列的天线端口数目N，发送N个天线端口的参考信号。

步骤2，UE200向eNB100反馈信道统计特性。

在本发明的一个实施例中，步骤2可以包括：UE根据接收到的参考信号，获得信道统计特性，并反馈给eNB。

这里的信道统计特性指的是信道相关矩阵R，由于信道统计特性随时间变化较慢，eNB发送和UE的反馈周期可以较长。

在本发明的另一实施例中，步骤2可以包括：UE根据接收到的参考信号，获得信道的相关矩阵R，对R进行SVD分解(Singular Value Decomposition，奇异值分解)，将非零矩阵反馈给eNB。

步骤3，eNB100根据信道统计特性为小区内UE进行分组；并根据UE相关矩阵，确定UE组中心相关矩阵U_n,g，其中n表示第n个小区，g表示第n个小区中的第g个用户组。

值得注意的是，用户分组可以通过聚类算法(如K-means方法)实现。

在本发明的另一实施例中，步骤3可以包括：根据UE反馈的相关矩阵，通过K-means方法对UE进行分组，并根据公式1计算出UE组中心相关矩阵U_n,g。

其中，S_n,g表示用户组内的用户数目，R_n,g表示用户信道相关矩阵，其中n表示第n个小区，g表示第n个小区中的第g个用户组。

步骤4，eNB100之间交互UE组中心的统计特性。

在本发明的另一实施例中，步骤4可以包括：eNB之间通过回程线路(Backhaul)链路交互UE组中心的相关矩阵U_n,g。

步骤5，eNB100根据UE组中心的相关矩阵U_n,g计算外环预编码(外环预编码矩阵)。

在本发明的一个实施例中，步骤5可以包括：对于小区n，首先构造小区内以及小区间干扰信道矩阵Π_n,g；获取所述干扰信道矩阵Π_n,g的零空间B_n,g，将所述干扰信道矩阵Π_n,g的零空间B_n,g作为外环预编码矩阵。

在本发明的一个实施例中，所述干扰信道矩阵可以包括除目标用户组之外的所有其它用户终端组中心的相关矩阵U_n,g，如公式2所示。

其中，

为U_n′，g′的共轭转置矩阵。

本发明上述实施例可以完全消除小区间和小区内的用户组之间干扰。

在本发明的另一实施例中，可以在构造干扰信道矩阵Π_n,g时，只选择几个强干扰用户组中心的相关矩阵U_n,g，从而在进行零空间计算时减少计算复杂度，但此时性能会略有下降。

在本发明的又一实施例中，可以自适应地配置干扰矩阵Π_n,g，以达到性能与复杂度的折中。

例如：本发明一个实施例中可以将所述干扰信道矩阵设置为包括除目标用户组之外的所有其它用户终端组中心中，干扰强度大于预定值的用户终端组中心的相关矩阵，其中所述预定值可以自适应地调整。

步骤6，eNB100将经过外环预编码赋形的参考信号发送给UE。

经过外环预编码后，接收到等效信道可以表示为

其中H_n,g为N根天线的信道矩阵，B_n,g为外环预编码矩阵，

为等效信道矩阵。

这里要说明的是，等效天线端口数目为L，并且L远小于原始天线端口数目N，在该发明方法实施时L一般为2、4、8。

步骤7，UE200测量等效信道，并将等效信道信息反馈给eNB。

UE测量并反馈等效信道信息，反馈可以基于现有LTE的编码索引codebook，因此参考信号开销和反馈量满足实际系统需求。

UE反馈等效信道信息的周期较短，可以与现有LTE CSI-RS使用相同的反馈周期。

步骤8，eNB100根据UE200反馈的等效信道信息，计算内环预编码(内环预编码矩阵)。

在本发明的另一实施例中，步骤8可以采用多用户多入多出MU-MIMO预编码方案。

例如：公式3给出了基于ZFBF(Zero-forcing Beamforming，迫零波束成型)的预编码方案。

其中，P_n,g为内环预编码矩阵，

为等效信道矩阵，α为功率修正因子，

为

的共轭转置矩阵。

在本发明的一个实施例中，对于具备上下行信道统计特性互易性的情形，信道统计特性还可以根据上下行信道统计特性互易性，通过上行参考信号直接获得。即，获取信道统计特性的步骤(图2实施例中的步骤1-2)还可以包括：基站接收用户终端发送的上行参考信号，之后基站根据上行参考信号获得信道统计特性。

本发明上述实施例中的信道统计特性可以采用如下两种方式获得：

第一、基站向用户终端发送参考信号，以便用户终端根据下行参考信号获得信道统计特性；并接收用户终端反馈的信道统计特性。

第二、基站基于上下行信道统计特性互易性，接收用户终端发送的上行参考信号，并根据上行参考信号直接获得信道统计特性。

基于本发明上述实施例提供的信道反馈和预编码方法，eNB可以根据信道信息的统计特性对UE进行分组，并计算外环预编码以自适应的消除小区内以及小区间的用户组之间的干扰；eNB使用外环预编码方案发送参考信号，然后UE反馈预编码后的信道信息，eNB根据UE的反馈计算内环预编码，以消除小区内多用户之间的干扰，完成MU-MIMO传输。

本发明上述实施例在外环预编码阶段，不仅消除了小区间干扰，而且还将原系统天线端口数通过预编码降低了维度；从而在内环预编码阶段降低了反馈信息。值得注意的是，外环预编码是根据信道的统计特性产生的，因此其反馈周期较长，因此不会给系统带来过大的系统负载；内环预编码是根据用户瞬时信道反馈产生的，虽然反馈周期较短，但是由于等效天线端口数目很小(一般为2/4/8)，因此相比于传统的LTE系统，反馈负载并没有明显增加。

下面通过具体示例对本发明大规模天线系统中的基站和用户终端的结构和功能进行说明：

图3为本发明基站一个实施例的示意图。如图3所示，图1实施例中的基站100可以包括信道统计特性获取模块110、外环预编码模块120、预编码参考信号发送模块130和内环预编码模块140，其中：

信道统计特性获取模块110，用于获取信道统计特性。

在本发明的一个实施例中，信道统计特性获取模块110可以包括下行参考信号发送单元和信道统计特性接收单元，其中：

下行参考信号发送单元，用于向用户终端发送下行参考信号，以便用户终端根据下行参考信号获得信道统计特性。

信道统计特性接收单元，用于接收用户终端反馈的信道统计特性。

在本发明的另一实施例中，信道统计特性获取模块110可以包括上行参考信号接收单元和信道统计特性获取单元，其中：

上行参考信号接收单元，用于接收用户终端发送的上行参考信号。

信道统计特性获取单元，用于根据上行参考信号获得信道统计特性。

外环预编码模块120，用于根据信道统计特性对用户终端200进行分组并计算外环预编码。

预编码参考信号发送模块130，用于向用户终端200发送经过外环预编码赋形的参考信号。

内环预编码模块140，用于根据用户终端200反馈的等效信道信息，计算内环预编码。

在本发明的一个实施例中，内环预编码模块140具体可以用于根据用户终端200反馈的等效信道信息，采用公式3计算内环预编码矩阵。

图4为本发明一个实施例中外环预编码模块的示意图。如图4所示，图3实施例中的外环预编码模块120可以包括分组单元121、交互单元122和外环预编码单元123，其中：

分组单元121，用于根据信道统计特性对小区内用户终端200进行分组，根据公式1确定用户终端组中心的相关矩阵。

交互单元122，用于与其它基站交互用户终端组中心的相关矩阵。

外环预编码单元123，用于根据用户终端组中心的相关矩阵计算外环预编码。

图5为本发明一个实施例中外环预编码单元的示意图。如图5所示，图4实施例中的外环预编码单元123可以包括干扰矩阵获取子模块1231和外环预编码子模块1232，其中：

干扰矩阵获取子模块1231，用于获取干扰信道矩阵，其中所述干扰信道矩阵为小区内以及小区间干扰信道矩阵。

在本发明的一个实施例中，如公式2所示，所述干扰信道矩阵包括除目标用户组之外的所有其它用户终端组中心的相关矩阵。

在本发明的另一实施例中，所述干扰信道矩阵包括除目标用户组之外的所有其它用户终端组中心中，干扰强度大于预定值的用户终端组中心的相关矩阵。

在本发明的又一实施例中，所述干扰信道矩阵可以为自适应配置的干扰信道矩阵。

外环预编码子模块1232，用于获取所述干扰信道矩阵的零空间，将所述干扰信道矩阵的零空间作为外环预编码。

基于本发明上述实施例提供的基站，根据信道信息的统计特性对UE进行分组，并计算外环预编码以自适应的消除小区内以及小区间的用户组之间的干扰；使用外环预编码方案发送参考信号，以便UE反馈预编码后的信道信息；之后基站根据UE的反馈计算内环预编码，以消除小区内多用户之间的干扰。

本发明上述实施例在外环预编码阶段，不仅消除了小区间干扰，而且还将原系统天线端口数通过预编码降低了维度；从而在内环预编码阶段降低了反馈信息。值得注意的是，外环预编码是根据信道的统计特性产生的，因此其反馈周期较长，因此不会给系统带来过大的系统负载；内环预编码是根据用户瞬时信道反馈产生的，虽然反馈周期较短，但是由于等效天线端口数目很小(一般为2/4/8)，因此相比于传统的LTE系统，反馈负载并没有明显增加。

与现有技术针对系统天线端口数目进行码本设计并反馈相比，本发明上述实施例有效降低了系统下行导频开销和上行反馈量，解决了FDD大规模天线系统的反馈问题；本发明上述实施例还解决了FDD大规模天线系统小区间干扰问题，并有效利用空间自由度，提升了系统性能。

图6为本发明信道反馈和预编码方法第二实施例的示意图。优选的，本实施例可由本发明上述实施例的基站执行。如图6所示，该方法包括以下步骤：

步骤61，基站100获取信道统计特性。

在本发明的一个实施例中，步骤62可以包括：基站100向用户终端发送参考信号，以便用户终端200根据下行参考信号获得信道统计特性；并基站100接收用户终端200反馈的信道统计特性。

在本发明的另一实施例中，步骤62可以包括：基站100基于上下行信道统计特性互易性，接收用户终端200发送的上行参考信号，并根据上行参考信号直接获得信道统计特性。

步骤62，基站100根据信道统计特性对用户终端200进行分组并计算外环预编码。

在本发明的一个实施例中，步骤62可以包括：

步骤621，基站100根据信道统计特性对小区内用户终端200进行分组，根据公式1确定用户终端组中心的相关矩阵。

步骤622，基站100之间通过Backhaul链路交互用户终端组中心的相关矩阵。

步骤623，基站100根据用户终端组中心的相关矩阵计算外环预编码。

在本发明的一个实施例中，步骤623可以包括：

步骤6231，基站100获取干扰信道矩阵，其中所述干扰信道矩阵为小区内以及小区间干扰信道矩阵。

在本发明的一个实施例中，如公式2所示，所述干扰信道矩阵包括除目标用户组之外的所有其它用户终端组中心的相关矩阵。

在本发明的一个实施例中，所述干扰信道矩阵包括除目标用户组之外的所有其它用户终端组中心中，干扰强度大于预定值的用户终端组中心的相关矩阵。

在本发明的一个实施例中，所述干扰信道矩阵为自适应配置的干扰信道矩阵。

步骤6232，基站100获取所述干扰信道矩阵的零空间，将所述干扰信道矩阵的零空间作为外环预编码。

步骤63，基站100向用户终端200发送经过外环预编码赋形的参考信号。

步骤64，基站100根据用户终端200反馈的等效信道信息，根据公式3计算内环预编码矩阵。

基于本发明上述实施例提供的信道反馈和预编码方法，与现有技术针对系统天线端口数目进行码本设计并反馈相比，有效降低了系统下行导频开销和上行反馈量，解决了FDD大规模天线系统的反馈问题；还解决了FDD大规模天线系统小区间干扰问题，并有效利用空间自由度，提升了系统性能。

图7为本发明用户终端第一实施例的示意图。如图7所示，图1实施例中的用户终端200可以包括预编码参考信号接收模块230和等效信道信息反馈模块240，其中：

预编码参考信号接收模块230，用于接收基站100发送的经过外环预编码赋形的参考信号，其中，所述外环预编码是基站根据信道统计特性对用户终端进行分组并计算获得的。

等效信道信息反馈模块240，用于根据经过外环预编码赋形的参考信号测量并反馈等效信道信息，以便基站100根据所述等效信道信息计算内环预编码。

图8为本发明用户终端第二实施例的示意图。与图7实施例相比，在图8实施例中，所述用户终端还可以包括下行参考信号接收模块210和信道统计特性反馈模块220，其中：

下行参考信号接收模块210，用于接收基站100发送的参考信号，并根据基站100发送的参考信号获得信道统计特性。

信道统计特性反馈模块220，用于将所述信道统计特性反馈给基站100，以便基站100根据所述信道统计特性对用户终端200进行分组并计算外环预编码。

本发明上述实施例提供的用户终端，首先反馈信道的信道信息，以便eNB根据UE反馈的信道信息的统计特性对UE进行分组，并计算外环预编码以自适应的消除小区内以及小区间的用户组之间的干扰；接收eNB使用外环预编码方案发送的参考信号，并反馈预编码后的信道信息，以便eNB根据UE的反馈计算内环预编码，以消除小区内多用户之间的干扰。

图9为本发明用户终端第三实施例的示意图。与图7实施例相比，在图9实施例中，所述用户终端还可以包括上行参考信号发送模块250，其中：

上行参考信号发送模块250，用于向基站发送上行参考信号，以便基站100根据上行参考信号获得信道统计特性，并根据所述信道统计特性对用户终端200进行分组并计算外环预编码。

本发明上述实施例提供的用户终端，向基站发送上行参考信号，以便基站根据上下行信道统计特性互易性，通过上行参考信号直接获得信道统计特性，根据信道统计特性对UE进行分组，并计算外环预编码以自适应的消除小区内以及小区间的用户组之间的干扰；接收eNB使用外环预编码方案发送的参考信号，并反馈预编码后的信道信息，以便eNB根据UE的反馈计算内环预编码，以消除小区内多用户之间的干扰。

与现有技术针对系统天线端口数目进行码本设计并反馈相比，本发明上述实施例有效降低了系统下行导频开销和上行反馈量，解决了FDD大规模天线系统的反馈问题；本发明上述实施例还解决了FDD大规模天线系统小区间干扰问题，并有效利用空间自由度，提升了系统性能。

图10为本发明信道反馈和预编码方法第三实施例的示意图。优选的，本实施例可由本发明上述实施例的用户终端执行。如图10所示，该方法包括以下步骤：

步骤101，接收基站100发送的经过外环预编码赋形的参考信号，其中，所述外环预编码是基站100根据信道统计特性对用户终端200进行分组并计算获得的。

在本发明的一个实施例中，在步骤101之前，所述方法还可以包括：接收基站100发送的参考信号，并根据基站100发送的参考信号获得信道统计特性；并将所述信道统计特性反馈给基站100，以便基站100根据所述信道统计特性对用户终端200进行分组并计算外环预编码。

在本发明的一个实施例中，在步骤101之前，所述方法还可以包括：向基站100发送上行参考信号，以便基站100根据上下行信道统计特性互易性，通过上行参考信号直接获得信道统计特性，并根据所述信道统计特性对用户终端200进行分组并计算外环预编码。

步骤102，根据经过外环预编码赋形的参考信号测量并反馈等效信道信息，以便基站100根据所述等效信道信息计算内环预编码。

基于本发明上述实施例提供的信道反馈和预编码方法，与现有技术针对系统天线端口数目进行码本设计并反馈相比，有效降低了系统下行导频开销和上行反馈量，解决了FDD大规模天线系统的反馈问题；还解决了FDD大规模天线系统小区间干扰问题，并有效利用空间自由度，提升了系统性能。

下面通过具体示例对本发明进行说明：

图11为本发明大规模天线系统第三实施例的示意图。如图11所示，假设eNB有N＝128根发送天线，大规模天线系统内有3个小区，每个小区内有多个用户终端200。对于图11实施例的大规模天线系统，本发明信道反馈和预编码方法的具体实施如下：

步骤一：eNB100向UE200发送128天线的参考信号，如发送周期可为10秒。

步骤二：UE200向eNB100反馈信道统计特性，如反馈周期可以为10秒。

步骤三：eNB100根据UE200反馈的相关矩阵，通过K-means方法对UE进行分组，并根据公式1计算出UE组中心相关矩阵U_n,g。

步骤四：eNB100之间通过Backhaul链路交互UE组中心的相关矩阵U_n,g。

步骤五：eNB100根据UE组中心相关矩阵U_n,g计算外环预编码。

具体而言，步骤5可以包括：对于小区n，首先根据公式2构造小区内以及小区间干扰信道矩阵Π_n,g，其中矩阵Π_n,g包含除目标用户组之外的所有其他用户组中心相关矩阵U_n,g；获取所述干扰信道矩阵Π_n,g的零空间B_n,g，将所述干扰信道矩阵Π_n,g的零空间B_n,g作为外环预编码。

步骤六：eNB100将经过外环预编码赋形的参考信号发送给UE，其中经过预编码赋形的参考信号天线端口数目为8。

步骤七：UE200测量等效信道，并按照LTE现有8天线端口codebook进行反馈，反馈周期为10毫秒。

步骤八：eNB100根据UE200反馈的等效信道信息，根据公式3计算内环预编码矩阵。

本发明上述实施例在外环预编码阶段，不仅消除了小区间干扰，而且还将原系统天线端口数通过预编码降低了维度；从而在内环预编码阶段降低了反馈信息。值得注意的是，外环预编码是根据信道的统计特性产生的，因此其反馈周期较长，因此不会给系统带来过大的系统负载；内环预编码是根据用户瞬时信道反馈产生的，虽然反馈周期较短，但是由于等效天线端口数目很小(一般为2/4/8)，因此相比于传统的LTE系统，反馈负载并没有明显增加。

本发明上述实施例提供了一种适用于FDD大规模天线系统的信道反馈和预编码方法，本发明上述实施例的方法有效地控制了系统中获取信道信息的系统开销，并降低了小区间干扰，从而有效提升了FDD大规模天线系统性能

在上面所描述的信道统计特性获取模块110、外环预编码模块120、预编码参考信号发送模块130、内环预编码模块140、下行参考信号接收模块210、信道统计特性反馈模块220、预编码参考信号接收模块230、等效信道信息反馈模块240、上行参考信号发送模块250等功能单元可以实现为用于执行本申请所描述功能的通用处理器、可编程逻辑控制器(PLC)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。

至此，已经详细描述了本发明。为了避免遮蔽本发明的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

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 (15)

1.一种信道反馈和预编码方法，其特征在于，包括：

获取信道统计特性；

根据信道统计特性对用户终端进行分组并计算外环预编码；

向用户终端发送经过外环预编码赋形的参考信号；

根据用户终端反馈的等效信道信息，计算内环预编码；

其中，所述根据信道统计特性对用户终端进行分组并计算外环预编码包括：

根据信道统计特性对小区内用户终端进行分组，确定用户终端组中心的相关矩阵；

与其它基站交互用户终端组中心的相关矩阵；

根据用户终端组中心的相关矩阵计算外环预编码。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取信道统计特性包括：

向用户终端发送下行参考信号，以便用户终端根据下行参考信号获得信道统计特性；并接收用户终端反馈的信道统计特性；

或，

接收用户终端发送的上行参考信号，并根据上行参考信号获得信道统计特性。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据用户终端组中心的相关矩阵计算外环预编码包括：

获取干扰信道矩阵，其中所述干扰信道矩阵为小区内以及小区间干扰信道矩阵；

获取所述干扰信道矩阵的零空间，将所述干扰信道矩阵的零空间作为外环预编码。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述干扰信道矩阵包括除目标用户组之外的所有其它用户终端组中心的相关矩阵；

或，

所述干扰信道矩阵包括除目标用户组之外的所有其它用户终端组中心中，干扰强度大于预定值的用户终端组中心的相关矩阵；

或，

所述干扰信道矩阵为自适应配置的干扰信道矩阵。

5.一种信道反馈和预编码方法，其特征在于，包括：

接收基站发送的经过外环预编码赋形的参考信号，其中，所述外环预编码是基站根据信道统计特性对用户终端进行分组并计算获得的，基站根据信道统计特性对小区内用户终端进行分组，确定用户终端组中心的相关矩阵，与其它基站交互用户终端组中心的相关矩阵，根据用户终端组中心的相关矩阵计算外环预编码；

根据经过外环预编码赋形的参考信号测量并反馈等效信道信息，以便基站根据所述等效信道信息计算内环预编码。

6.根据权利要求5所述的信道反馈和预编码方法，其特征在于，在接收基站发送的经过外环预编码赋形的参考信号之前，还包括：

接收基站发送的下行参考信号，根据基站发送的下行参考信号获得信道统计特性；并将所述信道统计特性反馈给基站；

或，

向基站发送上行参考信号，以便基站根据上行参考信号获得信道统计特性。

7.一种基站，其特征在于，包括信道统计特性获取模块、外环预编码模块、预编码参考信号发送模块和内环预编码模块，其中：

信道统计特性获取模块，用于获取信道统计特性；

外环预编码模块，用于根据信道统计特性对用户终端进行分组并计算外环预编码；

预编码参考信号发送模块，用于向用户终端发送经过外环预编码赋形的参考信号；

内环预编码模块，用于根据用户终端反馈的等效信道信息，计算内环预编码；

其中，所述外环预编码模块包括分组单元、交互单元和外环预编码单元，其中：

分组单元，用于根据信道统计特性对小区内用户终端进行分组，确定用户终端组中心的相关矩阵；

交互单元，用于与其它基站交互用户终端组中心的相关矩阵；

外环预编码单元，用于根据用户终端组中心的相关矩阵计算外环预编码。

8.根据权利要求7所述的基站，其特征在于，所述信道统计特性获取模块包括下行参考信号发送单元和信道统计特性接收单元，其中：

下行参考信号发送单元，用于向用户终端发送下行参考信号，以便用户终端根据下行参考信号获得信道统计特性；

信道统计特性接收单元，用于接收用户终端反馈的信道统计特性。

9.根据权利要求7所述的基站，其特征在于，所述信道统计特性获取模块包括上行参考信号接收单元和信道统计特性获取单元，其中：

上行参考信号接收单元，用于接收用户终端发送的上行参考信号；

信道统计特性获取单元，用于根据上行参考信号获得信道统计特性。

10.根据权利要求7-9中任一项所述的基站，其特征在于，所述外环预编码单元包括干扰矩阵获取子模块和外环预编码子模块，其中：

干扰矩阵获取子模块，用于获取干扰信道矩阵，其中所述干扰信道矩阵为小区内以及小区间干扰信道矩阵；

外环预编码子模块，用于获取所述干扰信道矩阵的零空间，将所述干扰信道矩阵的零空间作为外环预编码。

11.根据权利要求10所述的基站，其特征在于，

所述干扰信道矩阵包括除目标用户组之外的所有其它用户终端组中心的相关矩阵；

或，

所述干扰信道矩阵包括除目标用户组之外的所有其它用户终端组中心中，干扰强度大于预定值的用户终端组中心的相关矩阵；

或，

所述干扰信道矩阵为自适应配置的干扰信道矩阵。

12.一种用户终端，其特征在于，包括预编码参考信号接收模块和等效信道信息反馈模块，其中：

预编码参考信号接收模块，用于接收基站发送的经过外环预编码赋形的参考信号，其中，所述外环预编码是基站根据信道统计特性对用户终端进行分组并计算获得的，基站根据信道统计特性对小区内用户终端进行分组，确定用户终端组中心的相关矩阵，与其它基站交互用户终端组中心的相关矩阵，根据用户终端组中心的相关矩阵计算外环预编码；

等效信道信息反馈模块，用于根据经过外环预编码赋形的参考信号测量并反馈等效信道信息，以便基站根据所述等效信道信息计算内环预编码。

13.根据权利要求12所述的用户终端，其特征在于，还包括下行参考信号接收模块和信道统计特性反馈模块，其中：

下行参考信号接收模块，用于接收基站发送的下行参考信号，并根据基站发送的下行参考信号获得信道统计特性；

信道统计特性反馈模块，用于将所述信道统计特性反馈给基站。

14.根据权利要求12所述的用户终端，其特征在于，还包括上行参考信号发送模块，其中：

上行参考信号发送模块，用于向基站发送上行参考信号，以便基站根据上行参考信号获得信道统计特性。

15.一种大规模天线系统，其特征在于，包括如权利要求7-11中任一项所述的基站、以及如权利要求12-14中任一项所述的用户终端。

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