CN1909437B - 用于蜂窝通信的自适应反馈方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于蜂窝通信系统的自适应反馈方法，所述蜂窝通信系统具有用于将信道信息反馈到接入点的多个终端，所述系统根据系统和业务参数来选择及时模式和轮询模式之一作为在接入点和所述终端之间的反馈模式，针对所选择的反馈模式来设置所述接入点和所述终端，并且以所选择的反馈模式来将信道信息从所述终端反馈回所述接入点。自适应反馈方法对所述系统和业务环境自适应地改变所述反馈机制，这使得有可能增加系统通过量以及减少MAC开销而与MS的数目的变化无关。

Description

用于蜂窝通信的自适应反馈方法

技术领域

本发明涉及蜂窝通信，并且尤其涉及一种能够有效地从用于蜂窝通信的移动站(MS)收集信道信息的反馈系统和方法。

背景技术

蜂窝无线通信网络支持在基站和多个用户终端之间的数据传输。在这样的支持高速数据传输的系统中，从基站到移动站的链路需要高容量。提高通过量的一种机制是部分地基于用户终端的信道状态信息来调度到它们的传输。这个被称为多用户分集的方法在用户终端的信道条件良好时向它们发送数据。不幸地是，从多个用户终端获取反馈总是从由用户终端到基站的上行链路占据系统资源。因而，实际上难于执行对许多用户终端的信道状态信息的获取。

已提出随机波束方法(opportunistic beamforming method)作为这样的多用户分集方法，所述方法是基于信道状态信息而利用蜂窝系统中的调度来实现的。所述随机波束方法假定正确地从每一用户终端接收信道信息。多用户分集的性能增益随活动用户的数量增加而增大。然而，在所述随机波束方法中，需要反馈回基站的信道信息的数量也随着用户数量而增加。

已提出基于阈值的反馈机制来采用多用户分集。但是，在基于阈值的反馈机制中，反馈量仍然与用户的总数成比例地增加。

针对上行链路的多个接入信道提出的随机分离算法(opportunisticsplitting algorithm)在算法方面是有吸引力的，但是，它不能解决多用户反馈的系统级的设计问题，并且它不能直接应用于下行链路的多用户调度。另外，它可能受限于在实际系统中的算法采用。

发明内容

为了解决上述问题而做出本发明，并且本发明的一个目的是提供一种能够通过自适应于系统环境而改变反馈机制来增加网络可扩缩性的反馈系统及方法。

本发明的另一目的是提供一种自适应反馈系统及方法，所述系统和方法能够通过有效地收集信道信息来提高业务调度的可靠性。

本发明的再一目的是提供一种自适应反馈系统及方法，所述系统和方法能够利用基于信道信息的有效收集的可靠业务调度来提高系统性能。

为了获得上述目的，在本发明的一个方面，提供一种用于蜂窝通信系统的自适应反馈方法，所述蜂窝通信系统具有将信道信息反馈回接入点的多个终端，根据系统参数来选择至少两个反馈模式中的一个，优化与所选择反馈模式相关联的控制参数，以及在所选择反馈模式中，通过使用所优化的控制参数而将信道信息从所述终端反馈回所述接入点。

在本发明的另一个方面，提供一种用于蜂窝通信系统的自适应反馈方法，所述蜂窝通信系统具有将信道信息反馈回接入点的多个终端，所述方法根据系统参数来选择及时模式和轮询模式中的一个作为在所述接入点和终端之间的反馈模式，针对所选择反馈模式来设置所述接入点和所述终端，以及在所选择反馈模式中，将信道信息从所述终端反馈回所述接入点。

在本发明的另一方面，提供一种蜂窝通信系统，所述蜂窝通信系统包括以根据模式选择参数来选择至少两个反馈模式中的一个的接入点；以及多个移动站，每一移动站用于根据所选择的反馈模式来反馈信道信息。优选地，所述接入点包括：调度器，用于根据与业务相关联的业务信息和信道信息来调度到所述移动站的业务以及确定业务速率(service rate)；以及中央反馈控制器，用于产生用于控制所选择反馈模式的反馈控制信号。所述中央反馈控制器包括：模式选择器，用于比较所述模式选择参数和阈值并且根据比较结果来选择所述反馈模式；以及优化器，用于动态地优化与由所述模式选择器选择的反馈模式相关联的控制参数。优选地，每一移动终端包括：接收处理器，用于产生信道信息；以及本地反馈控制器，用于根据从所述接入点接收的反馈控制信号来调整反馈设置以及利用所述反馈设置来反馈所述信道信息。所述本地反馈控制器包括：本地模式选择器，用于根据来自所述接入点的所述反馈控制信号来选择反馈模式；以及参数选择器，用于选择要用于所选择反馈模式的参数和利用关于所述反馈设置的、所选择参数来反馈所述信道信息。

附图说明

从下列结合附图所进行的详细描述中，本发明的上述和其他目的、方面和优点将会被更加清楚地理解，其中：

图1是图解根据本发明的多用户的多输入多输出(MIMO)蜂窝通信系统的示意性方框图；

图2图解了用于非交互系统(non-reciprocal system)的上行链路和下行链路帧；

图3是详细地图解图1的BS的方框图；

图4是详细地图解图1的MS的方框图；

图5是图解根据本发明的一个优选实施例的自适应反馈方法的流程图；

图6是图解从BS角度看的、图5的及时模式的过程的流程图；

图7是图解从每一MS角度看的、图5的及时模式的过程的流程图；

图8是图解用于本发明的自适应反馈方法的专用信道模式的帧结构的方框图；

图9是图解用于本发明的自适应反馈方法的及时模式的帧结构的方框图；

图10是图解用于本发明的自适应反馈方法的、利用载波检测的随机补偿模式的帧结构的方框图；

图11是图解用于本发明的自适应反馈方法的、轮询模式的帧结构的方框图；以及

图12是图解用于本发明的自适应反馈方法的、协调模式的帧结构的方框图。

具体实施方式

下文中将参照附图来说明根据本发明的自适应反馈方法和系统。

本发明引入位于基站(BS)的中央反馈控制器和位于移动站(MS)的本地反馈控制器。反馈控制器一起工作以限制每一用户(MS)所需的反馈数据量。存在协调MS如何向BS发送反馈信息的多种方式。在本发明中，根据反馈信息以及关于当前信道状态的信息来选择几种反馈模式之一。另外，为了从MS向BS发送反馈，采用利用随机访问控制信道的新颖的随机访问方法。

图1是图解根据本发明的多用户的多输入多输出(MIMO)蜂窝通信系统的示意性方框图。

在图1中，对于不同移动站(MS)110、120、130和140的、外部到达的业务由BS 100处理，并且然后在每一调度帧中以某一传输速率而经由下行链路传输来提供。

BS 100调度业务并在每一调度帧中使用调度规则而根据反馈和业务信息来确定业务速率。BS需要作为诸如调度策略和顺序之类的调度判决的输入的、MS 110、120、130和140的信道状态信息。

为了反馈信道状态信息，在每一调度帧的开始处向MS 110、120、130和140分配反馈信道。在诸如频分双工(FDD)蜂窝系统之类的、利用非交互信道信息的系统中一般需要经常反馈这种信息。反馈信道是用于携载在MS110、120、130和140以及BS 100之间的反馈信息的逻辑控制信道。通常，反馈信道具有由在下行链路帧21和上行链路帧23中的小时隙220组成的持续时间，如图2所示。在反馈的小时隙220之前在下行链路中广播反馈控制消息210。反馈信道的其它实现可以包括例如专用频带、在码分多址(CDMA)系统中的编码信道、以及在正交频分复用(OFDM)系统中的音频(frequencytone)。

图3是详细地图解图1的BS的方框图。在图3中，对于不同MS 110、120、130和140的外部到达的业务数据积累在基站(BS)100的队列10-1、10-2、...、和10-n中。BS 100包括：调度器103，用于在每一调度帧中使用调度规则而根据反馈和业务信息来确定业务速率和调度业务；以及中央反馈控制器105，用于产生反馈控制消息，以用于控制系统的反馈操作。

调度器103需要作为用于调度判决的输入数据的MS 110、120、130和140的信道状态信息。利用队列状态信息和通过反馈信道反馈回来的移动用户的信道信息来做出诸如调度策略和顺序之类的调度判决。

中央反馈控制器105确定要使用的反馈模式以及在每一反馈模式之下控制反馈操作。中央反馈控制器105与调度器103进行交互以做出对于反馈信道的控制判决。到中央反馈控制器105的输入数据包括系统信息、业务信息以及对调度法则的了解。系统信息描述系统的操作状态，并且包括有效的MS的数量、传输信噪比、以及对于可能的MS的信道状态变化(例如，分布信息)等的先验知识。业务信息描述变化的用户的队列动态。

中央反馈控制器105包括：模式选择器107，用于选择反馈模式：以及优化器109，用于动态优化用于所选反馈模式的反馈参数。中央反馈控制器105根据业务和系统信息对反馈模式和反馈参数做出判决。一旦选择了反馈模式，则BS 100向所有的MS 110、120、130和140广播该反馈模式。根据业务和系统信息来动态地调整反馈参数，它们被打包到反馈控制消息中并且被广播到MS。所述反馈模式信息和反馈参数可以被打包到同一反馈控制消息中。

模式选择器107参照业务信息和系统信息来确定反馈模式。到中央反馈控制器105的所有输入数据可以被反馈到模式选择器107以做出判决。折衷是基于系统信息和业务信息的。系统信息和业务信息被用于确定折衷参数，其被用于选择反馈模式。

模式选择的优选机制是使用反馈模式的查找表。为了选择反馈模式，最好提供查找表，所述查找表将考虑系统参数、业务参数和折衷参数而获得的模式选择参数的值映射到相应的反馈模式。通过检查从到查找表的输入参数(诸如有效的MS的数量和反馈小时隙的数量)获得的模式选择参数，可以定位查找表中的、指定反馈模式的相应条目。在基于离线仿真或分析的系统展开之前需要设计查找表。也可以从仿真或分析得到这些关系。而且，可以利用原始参数来选择反馈模式。

一旦模式选择器107选择了反馈模式，则优化器109在某一性能标准之下优化与所选反馈模式相关联的控制参数。

图4是详细地图解图1的MS的方框图。在图4中，每一MS包括：接收处理器150；以及本地反馈控制器170，用于根据由BS 100广播的反馈控制消息来调整反馈设置。在接收处理器150，利用信道估计算法来产生原始反馈信息(信道状态)。

本地反馈控制器170包括本地模式选择器173和参数选择器175。本地模式选择器173根据来自BS 100的反馈控制消息(或反馈模式信息)来选择反馈模式，而参数选择器175根据反馈控制消息(或反馈参数)来选择要用于所选反馈模式的参数。利用所选模式和参数而将反馈信息打包到反馈数据分组中，并且然后根据反馈设置将其送回BS 100。打包操作一般包括对信道状态信息的量化、添加分组头标、以及执行纠错编码。

反馈模式被定义为分配和使用反馈信道的机制。具体地，它描述了如何向不同MS分配反馈资源，并因而暗示MS将如何利用所分配的资源来依次反馈信息。本质上，反馈模式是反馈信道的不同实现。更重要的是，每一模式定义了对于每一MS接入反馈信道的机制。在本发明中，可以利用几种反馈模式。在每一反馈模式下，通过预先定义的控制参数来参数化关于利用反馈信道的变化。这些控制参数可以被调整以改善在不同系统状态下的反馈信道利用。

下文中将描述上述结构化的自适应反馈系统的操作。在根据本发明的自适应反馈方法中，例证性地采用及时模式和轮询模式，以用于反馈信道信息。基于有效的MS的数量N和小时隙的数量K来选择两种模式之一。

当有效的MS的数量较小，即N＜αK时，根据系统通过量度量，轮询模式比及时模式更可取。与轮询模式相比，基于竞争特性的及时模式带来性能损失。然而，当有效的MS的数量较大，即N≥αK时，在平均系统通过量方面，及时模式提供比轮询模式更多的性能优点。这归因于在随机反馈模式中的根据有效的MS的数量的信道功率阈值和随机接入概率的自适应调整。这里，α是折中参数。本质上，折中参数确定作为MS数量和小时隙数量的函数的切换点。可以通过仿真、分析或特殊的单凭经验的方法来确定折中参数。在这个实施例中，通过仿真处理来得到这个参数。例如，如果通过量是期望的性能度量，则对于每一反馈模式，作为有效的MS的数量的函数计算整个系统通过量。仿真曲线的交点将确定反馈模式切换点。在另一实施例中，通过系统实现来得到α。系统从一个反馈模式开始，并且周期地切换到其他反馈模式。监视整个通过量，并且计算α的优化值。例如，对于其中所有用户都经历了瑞利衰减的情形，α的优选值是2.2。

一旦选择及时模式作为反馈机制，则需要优化与及时模式相关联的参数以最大化系统通过量。

在及时模式中，信道功率阈值η和随机反馈概率p是相应的优化参数。在所有有效的MS上的平均总和速率(mean sum rate)可被用作优化标准。可以将优化问题描述成在这些参数范围的限制之下最大化通过η和p所参数化的长期平均总和速率。优化器109使用迭代优化算法来解决优化问题。这些参数的离线或在线计算都是优选的。离线计算需要信道统计的先验信息，并且目标是最大化预期的系统通过量。然而，在线计算是根据基于周期的系统通过量测量的参数η和p的闭环更新来实现的。

通过旨在最大化长期平均通过量的优化处理来进行离线实现。在本发明的自适应反馈方法中的平均系统通过量的公式化需要信道变化的统计、调度规则以及有效的MS的数量。可以应用诸如受限的基于梯度的搜索之类的迭代算法来得到良好的参数选择。

在这个实施例中，N表示有效的MS的数量，而K表示小时隙的数量。假定对于所有的MS的信道处理都是固定的。为了简化表示，从用于分析的所有参数中去掉时间下标。其信道功率在阈值η之上的MS的数量由T来表示。第j个MS的信道功率由x_j＝|h_j|²表示。假定所有的MS信道都是独立和相同地分布，因而，下标j可以被去掉，并且所有用户的信道功率分布可以被表示成f_x(x)。

将α(η)＝P{x≥η}定义为信道功率在一个MS的阈值之上的概率， $\mathrm{\α}\left(\mathrm{\η}\right)={\∫}_{\mathrm{\η}}^{\∞}{f}_x\left(x\right)\mathrm{dx}.$

二进制随机变量S_j被用于表示在BS 100选择第j个MS的事件。当S_j取1时，选择第j个用户。可以如下列方程1得到T、S_j和x_j的联合概率密度函数：

$p_d=\{x_j=x,S_j=1,T=m\}=f_{\mathrm{xi}}\left(x\right)\left(\begin{array}{c}N-1\\ m-1\end{array}\right)\mathrm{\α}{\left(\mathrm{\η}\right)}^{m-1}[1-\mathrm{\α}\left(\mathrm{\η}\right){]}^{N-m}\{\frac{1}{m}(1-[1-m{(1-p)}^{m-1}{p]}^K)+$

$\frac{1}{N}[1-m{(1-p)}^{m-1}p{]}^K\}I\{m>0,x>\mathrm{\η}\}+f_{x_j}\left(x\right)\left(\begin{array}{c}N-1\\ m\end{array}\right)\mathrm{\α}{\left(\mathrm{\η}\right)}^m{[1-\mathrm{\α}\left(\mathrm{\η}\right)]}^{N-m}{[1-m{(1-p)}^{m-1}p]}^K$

$\×\frac{1}{N}I\{0\≤m\≤N-1,x\≤\mathrm{\η}\}$

方程1

其中I{·}表示指示符函数。在和中的第一项表示第j个MS的信道功率在阈值η之上的概率密度，并且在由于成功反馈或是由于在所有信道功率在阈值之上的用户没有反馈时的随机选择而选择它。

第二项表达了第j个MS的信道功率低于阈值η的概率密度，并且由于在BS上的随机选择而选择它。所有的MS的平均总和速率可以写成方程2。

$C(p,\mathrm{\η})=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{(x_j,S_j,T)}\left[{\log }_2(1+{\mathrm{\ρx}}_j)I\right\{S_j=1\left\}\right]$ ...方程2

对于最大化总和速率来说，参数p和η的优化很重要。利用预先选择的K和给定的有效的MS的数目，优化问题可以如下公式化：

max_p，ηC(p，η)

s.t.0≤p≤1，η≥0。

优化可能不是凸(convex)的。在这个实施例中，在假设的信道功率分布之下，采用简单限制的梯度搜索法以得到本地最大化器。

在及时模式下，BS上的调度器控制对MS的公平调度。为了进一步提高性能，可以将公平限制应用于原来的优化问题。优化的目的是找到反馈阈值和反馈概率的合适选择以获得最佳的整体系统通过量以及符合公平要求。

对该方案的另一有用的增强是使用具有不同信道功率阈值和反馈概率的多个调度等级，并且执行对这些参数的优化以便在对每一等级的MS的强加的公平约束之下最大化整个系统通过量。

假设所有MS的信道遵循零平均值(zero mean)和方差为1(unit variance)的i.i.d瑞利衰减。信道功率x遵循指数分布，而x的概率密度函数可以被写成f_x(x)＝e^-x。因而，信道功率大于阈值η的概率是α(η)＝e^-ηx。

因而，平均总和速率可以被简化成方程3。

$C(p,\mathrm{\η})=N\underset{m=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{\mathrm{\η}}^{\∞}{\log }_2(1+\mathrm{\ρx})e^{-x}\mathrm{dx}\·\left(\begin{array}{c}N-1\\ m-1\end{array}\right)\mathrm{\α}{\left(\mathrm{\η}\right)}^{m-1}{[1-\mathrm{\α}\left(\mathrm{\η}\right)]}^{N-m}\{\frac{1}{m}+(\frac{1}{N}-\frac{1}{m}){[1-m{(1-p)}^{m-1}p]}^K\}$

$+\underset{m=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_0^{\mathrm{\η}}{\log }_2(1+\mathrm{\ρx})e^{-x}\mathrm{dx}\·\left(\begin{array}{c}N-1\\ m\end{array}\right)\mathrm{\α}{\left(\mathrm{\η}\right)}^m{[1-\mathrm{\α}\left(\mathrm{\η}\right)]}^{N-m}{[1-m{(1-p)}^{m-1}p]}^K$

方程3

可以通过迭代限制的梯度搜索来得到参数的优化解。

对于在线实现，BS监视在时间窗中的平均系统通过量。BS周期地调整参数η和p，并且收集在每一参数更新之后的平均通过量，由C(p，μ)表示。参数更新的优选算法是有限微分随机逼近(FDSA)算法。对于在第k次更新时的参数对(p_k，η_k)，要求测量接近这个参数对的扰动，并且数值估计在时间窗之内的平均通过量的梯度。参数更新遵循FDSA算法中的递归过程。图5是图解根据本发明的自适应反馈方法的流程图。在图5中，在步骤S510，BS根据系统信息和业务信息分析MS的数目‘N’和小时隙的数目‘K’并且然后在步骤S520由N和K计算模式选择参数‘Q’。一旦确定了模式选择参数Q，在步骤S530，BS确定Q是否大于或等于‘0’。如果Q大于或等于0，则在步骤S540，BS选择及时模式，向MS广播表示利用η和p的及时模式的模式选择消息，并且然后进入及时模式。否则，在步骤S550，BS选择轮询模式，向MS广播指示轮询模式的模式选择消息，并且然后进入轮询模式。模式选择消息包括反馈模式指示符，并且可以包含所选择的反馈模式所需的参数。

图6是图解在BS上的、图5的及时模式的过程的流程图。

如图6所示，一旦BS进入及时模式，则在步骤S541，BS根据从MS接收的业务信息或信道信息来计算所有的MS的平均总和速率并且然后在步骤S542确定信道功率阈值η和随机反馈功率p以最大化平均总和速率。顺序地，在步骤S543，BS向MS广播包括η和p的反馈请求消息，并且在步骤S544，响应于反馈请求消息而在时间窗中从多个MS接收反馈信息。在步骤S545，BS根据来自MS的反馈信息对MS的数目进行计数，使用要用于反馈的当前N和K来计算模式选择参数Q，并且确定当前Q是否大于或等于第一模式选择参数阈值Q_{threshold_1}。如果Q大于或等于Q_{threshold_1}，则在步骤S546，BS确定Q是否大于或等于第二模式选择参数阈值Q_{threshold_2}。否则，算法进入步骤S544。如果Q大于或等于Q_{threshold_2}，则BS终止用于重新选择反馈模式的及时模式。否则，算法返回步骤S541。

图7是图解在每一MS的、图5的及时模式的过程的流程图。

参照图7，一旦MS在步骤S561从BS接收到模式选择消息，则在步骤S562，MS从模式选择消息提取诸如反馈模式指示符、η、以及p之类的参数。然后，在步骤S563，MS根据反馈模式指示符将其自己针对及时模式而进行设置，并且在步骤S564配置用于及时模式的参数。在完成参数配置之后，在步骤S565，MS检查其信道增益，并且比较其信道增益和信道功率阈值η，以及确定所述信道增益是否大于η。如果信道增益大于η，则在步骤S566，MS利用随机反馈概率p来反馈信道信息。否则，算法返回步骤S561。可以在诸如反馈请求消息之类的其它消息中接收参数η和p，而不是模式选择消息。

尽管在根据本发明的上述实施例的自适应反馈方法已采用了两种反馈机制(即，及时模式和轮询模式)，但是利用的反馈机制的数目和类型不受限制。

图8是图解用于本发明的自适应反馈方法的专用信道模式的帧结构的方框图。

当MS的数目小于反馈小时隙的数目时，可以使用专用信道模式。每一MS与携载信道信息的固定小时隙相关联。参照图1和图5，小时隙50-1、50-2、50-n-1、和50-n分别与MS 110、120、130、...、140相关联。

图9是图解用于本发明的自适应反馈方法的及时模式的帧结构的方框图。

在及时模式中，MS以分时隙的ALOHA方式在反馈小时隙中反馈它们的信道信息，以便所述多个MS在每一小时隙60-1、60-2、...、60-k-1和60-k中彼此竞争。

如果多个MS在同一小时隙中反馈，则发生冲突，其导致反馈尝试的失败。当在小时隙中，仅仅一个MS反馈其信道信息，反馈分组将被成功地传递到BS。这个模式可应用于其中在系统中存在许多有效的MS的情形(有效的MS的数目“N”比小时隙的数目“K”大得多)。反馈控制参数是信道功率阈值η和随机反馈概率p。

在及时模式中，首先，BS根据系统和业务信息初始化参数η和p。从预定义的查找表中取参数的初始化值。利用在线实现，可以根据上述平均通过量的时间序列的演化来跟踪这些参数。在反馈小时隙之前，在广播消息周期中向所有MS广播这些参数。

一旦接收到这些参数，每一MS利用所接收到的控制消息来更新其本地反馈控制器的设置并且收集由接收处理器所测量的信道状态信息(CSI)。CSI包括信道功率。MS比较信道功率和信道功率阈值η。如果信道功率大于信道功率阈值η，则MS(本地反馈控制器)确定是否利用概率p来向BS反馈信息。否则，BS不反馈信息。如果确定反馈信道信息，则本地反馈控制器将信道状态信息打包成反馈分组并且然后将所述分组反馈回BS。分组过程涉及对信道状态的量化和对保护该消息的低速率纠错编码。

如果不存在冲突，则BS在每一小时隙中收集反馈分组。如果在争用的小时隙之后在BS上存在来自不同MS的多个反馈分组，则BS任意挑选一个MS。在贯穿所有小时隙发生冲突的情形中，BS随机选择MS并且请求该MS在反馈争用的小时隙之后反馈信道状态信息以便调度传输。从反馈分组中提取信道状态信息，并且将其反馈给调度器。该调度器根据信道和业务信息来进行调度判决。

图10是图解用于本发明的自适应反馈方法的、利用载波检测的随机补偿(backoff)模式的帧结构的方框图。

在随机补偿反馈模式中，所有的MS被假定为能够检测到来自任何其他MS的传输。随机补偿反馈模式适用于其中MS与BS以及彼此之间接近地定位的皮蜂窝情形。每一MS在试图接入反馈信道之前随机补偿多个小时隙。当MS补偿时，它还执行载波检测。如果MS检测到介质是空闲的，即没有其他的MS正在使用反馈信息，则发出反馈分组。否则，它继续载波检测直到介质空闲为止。由于分组的传输延迟，仍然可能发生冲突。为了降低冲突的概率，当MS检测到媒体空闲时，它利用概率p来试图接入介质。

通过信道功率来确定补偿小时隙的数目。离线确定在补偿小时隙和信道功率之间的关系，并且它被存储在补偿查找表(BLT)中。信道功率越大，补偿持续时间将越短。在BS上的中央反馈控制器计算在信道功率和补偿小时隙的数目之间的关系。然后，在反馈控制消息中，该关系被广播到MS。每一MS利用所接收到的反馈控制消息来更新其本地反馈控制器。

图11是图解用于本发明的自适应反馈方法的、轮询模式的帧结构的方框图。

在轮询模式中，BS根据业务和系统信息来确定将反馈它们的信道状态的一组MS。BS向所有MS广播轮询组消息(polling set message)81。一旦接收到轮询组消息81，MS根据在轮询组消息81中指定的顺序，在小时隙82-1、82-1、...、82-n中逐一地反馈它们的信道状态信息。

图12是图解用于本发明的自适应反馈方法的、协调模式的帧结构的方框图。

在协调模式中，每一小时隙被分解成上行链路竞争小时隙91-1和91-2以及下行链路应答小时隙93-1和93-2。所有的MS随机尝试以分时隙的ALOHA方式在每一上行链路竞争小时隙中反馈。下行链路向所有MS发回应答消息以指示在应答小时隙93-1和93-2中的冲突状态。指定信道功率范围的间隔被用于触发该反馈。在中央反馈控制器上根据冲突状态来动态地调整间隔的位置和范围。在应答消息中，这样的信息也被广播到所有的MS。如果MS得知其信道功率在所述间隔之内，则它向BS反馈该信道状态(station)信息。否则，它不执行反馈。通过监视冲突状态，BS可以动态地调整该间隔直到在该间隔中仅仅存在一个MS的信道功率为止，或者由于用完小时隙而宣告失败。如果没有找到MS，则BS随机询问MS以请求其在协调的反馈小时隙之后的反馈。

虽然已结合当前被认为是最实际的和优选的实施例来描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施例，而是相反，意欲覆盖在所附权利要求的精神和范围中所包含的各种修改和等效结构。

如上所述，由于本发明的自适应反馈方法自适应于系统环境而改变反馈机制，所以可以增加系统通过量以及减少MAC开销而与MS的数目的变化无关。

而且，本发明的自适应反馈方法选择适合于业务和系统环境的反馈模式以便有效地收集信道信息，这使得调度可靠性得到提高。

Claims (15)

1.一种用于蜂窝通信系统的自适应反馈方法，所述蜂窝通信系统具有将信道信息反馈回基站的多个移动站，所述方法包括：

根据系统参数和业务参数来选择及时模式和轮询模式中的一个作为在所述基站和所述移动站之间的反馈模式；

针对所选择反馈模式而设置所述基站和所述移动站；以及

在所选择反馈模式中，将信道信息从所述移动站反馈回所述基站，

其中，选择反馈模式的步骤包括：

收集系统参数和业务参数；

根据所述系统和业务参数计算模式选择参数；

比较所述模式选择参数和预定阈值；以及

如果所述模式选择参数大于或等于所述阈值，则选择及时模式；而

如果所述模式选择参数小于所述阈值，则选择轮询模式，

其中，所述业务参数包括移动站的数目‘N’，而所述系统参数包括携载信道信息的小时隙的数目‘K’。

2.如权利要求1所述的方法，其中，由Q＝N-αK获得模式选择参数，其中α是用于确定在反馈模式之间的切换点的折中参数。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述阈值是‘0’。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述设置所述基站和移动站的步骤包括：

优化与所选择的反馈模式相关联的控制参数。

5.如权利要求4所述的方法，其中，所述控制参数包括信道功率阈值η和随机反馈概率p。

6.如权利要求5所述的方法，其中，优化及时模式的控制参数的步骤包括：

计算所有移动站的平均总和速率；以及

确定信道功率阈值η和随机反馈概率p以最大化所述平均总和速率，

其中，根据下列公式计算所述平均总和速率：

$C(p,\mathrm{\η})=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{({\mathrm{\χ}}_j,S_j,T)}\left[{\log }_2(1+{\mathrm{\ρ\χ}}_j)I\right\{S_j=1\left\}\right]$

其中，χ_j是第j移动站的信道功率，由χ_j＝|h_j|²表示，S_j是在所述基站选择第j移动站的事件，T是其信道功率在信道功率阈值η之上的移动站的数目，ρ是平均信噪比(SNR)，而I{·}是指示符函数。

7.如权利要求6所述的方法，其中，根据下列公式确定信道功率阈值η和反馈概率p：

max_p，ηC(p，η)

s.t.0≤p≤1，η≥0。

8.如权利要求5所述的方法，其中，反馈信道信息的步骤包括：

在每一移动站确定所述移动站的信道增益是否大于所述信道功率阈值η；以及

当所述移动站的信道增益大于所述信道功率阈值η时，利用所述随机反馈概率p来反馈信道信息。

9.一种蜂窝通信系统的基站，所述蜂窝通信系统包括多个基站，所述基站包括：

调度器，用于根据关于业务的业务信息和信道信息来调度所述移动站的业务以及确定业务速率；

中央反馈控制器，用于产生控制所选择反馈模式的反馈控制信号，

其中，所述中央反馈控制器包括：

模式选择器，根据所述系统和业务参数计算模式选择参数，比较所述模式选择参数和预定阈值，当所述模式选择参数大于或等于所述阈值时选择及时模式，而当所述模式选择参数小于所述阈值时选择轮询模式；以及

优化器，用于优化由所述模式选择器选择的反馈模式和所述控制参数，

其中，所述业务参数包括移动站的数目‘N’，而所述系统参数包括携载信道信息的小时隙的数目‘K’。

10.如权利要求9所述的基站，其中，根据Q＝N-αK计算模式选择参数，其中Q是所述选择参数，N是移动站的数目，K是小时隙的数目，而α是用于确定模式切换点的折中参数。

11.如权利要求10所述的基站，其中，所述控制参数包括信道功率阈值η和随机反馈概率p。

12.如权利要求11所述的基站，其中，所述优化器优化所选的反馈模式，以便最大化系统通过量。

13.如权利要求12所述的基站，其中，所述系统通过量是所述移动站的平均总和速率，

其中，根据下列公式计算所述平均总和速率：

$C(p,\mathrm{\η})=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{({\mathrm{\χ}}_j,S_j,T)}\left[{\log }_2(1+{\mathrm{\ρ\χ}}_j)I\right\{S_j=1\left\}\right]$

其中，χ_j是第j移动站的信道功率，由χ_j＝|h_j|²表示，S_j是在所述基站选择所述第j移动站的事件，T是其信道功率在信道功率阈值η之上的移动站的数目，ρ是平均信噪比(SNR)，而I{·}是指示符函数。

14.如权利要求13所述的基站，其中，所述优化器选择用于最大化所述平均总和速率的信道功率阈值和随机反馈概率作为优化的控制参数。

15.如权利要求13所述的基站，其中，根据下列公式确定所述信道功率阈值η和反馈概率p：

max_p，ηC(p，η)

s.t.0≤p≤1，η≥0。

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