CN1980116A - 用于发送信道质量信息的方法、相应的用户终端和基站 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在多载波无线通信系统的基站获取信道质量信息的方法，其中该多载波无线通信系统具有多个正交频率子载波。根据本发明，该方法包括步骤：在所述多载波无线通信信道的用户终端测量信道频率响应；以预定过采样因子提取在频域中表示的所信道频率响应的采样；在信令信道上将所述采样从所述用户终端发送至所述基站；在时域中对接收到的采样执行窗口处理操作；在窗口处理操作之后，通过所述接收到的采样的频域表示来确定每个所述子载波的信道质量信息。

Description

用于发送信道质量信息的方法、相应的用户终端和基站
相关申请的交叉引用
本发明基于优先权申请EP05300922.1，在此通过参考引入。
技术领域
本发明涉及一种对多载波系统中反馈信道的使用进行优化的方法。
背景技术
上述的多载波系统通常将正交频分复用(OFDM)实现为多载波传输技术。例如，OFDM用在HIPERLAN/2标准以及5GHz区域的IEEE802.11a标准的扩展中。OFDM还可以为高速移动应用提供一种合理的选择，并从而代表下一代移动无线系统或第四代空中接口的一个重要步骤。在该扩展方面，针对高速宽带无线移动通信系统标准化的第三代伙伴计划(3GPP)，当前正在考虑应用用于无线接入网络(RAN)和用户终端(UE)之间的高速数据分组接入(HSDPA)空中接口通信的OFDM技术。
在像OFDM传输系统的多载波系统中，传输的数据被分为若干并行数据流，每个数据流用于对分离的子载波进行调制。换言之，宽带无线信道被细分为多个窄带子信道或子载波，这些窄带子信道或子载波被诸如QPSK、16QAM、64QAM或允许较高的每个子载波数据速率的较高调制阶数进行独立调制。
在这些OFDM系统中，可以在短期的基础上(例如全部2ms)将子载波频率分配给用户信道，而且应该在同一短期的基础上更新限定每个用户传输信道的每个子载波的调制阶数。
这种多载波系统一个很重要的任务是提供对不同用户的有效的子载波/调制分配。这对于优化和扩展多载波系统的性能是必需的。
另一方面，为每个用户选择最适当的子载波应当考虑到在具有多路径无线信道的移动环境中，某些子载波在被给定用户看到时可能遭受了极强的信道衰减。由于衰落，分配给该用户的这些子载波将无用。相反，具有优良质量的该子载波可能被其他用户接收到。
另一方面，当为用户识别了最适当的子载波时，应当对将用在这些子载波上的最优调制进行适当选择。只有在接收机处的信噪比(SNR)足够高以允许解调时才能使用较高调制阶数。
所有的这种最优化需要在反馈信道中交换信令/测量信息，从而负责分别对调制选择(例如基站或节点B(Node B))进行资源分配的网络实体处理在不同用户设备(UE)执行的质量测量。
在HSDPA(高速下行链路分组接入)系统中，仅一个信道质量测量从用户终端传输至基站。在3GPP标准、3GPP 25.214和3GPP 25.211中定义了该信道质量信息CQI。然而，对于多信道系统来说，该信道质量信息不够准确。
在理想情况下，每个用户终端应当针对每个子载波进行信道质量测量，并在反馈信道上将其报告给Node B。其缺点在于，这将表现出大量的信令信息(若干兆比特)，特别是在具有上千个子载波的多载波系统中。
本发明的特定目的是提供一种以更有效的方式发送关于信道质量的反馈信息的方法，使得降低反馈信息量，但又足以用于在多载波系统中执行有效的资源分配。
本发明的另一目的是提供一种相应的用户终端和基站。
发明内容
这些及其他目的可以通过根据本发明的用于在多载波无线通信系统中获取信道质量信息的方法、根据本发明的用户终端以及根据本发明的基站获得。
根据本发明，在基站收集关于无线信道的信道频率响应的详细且可靠的信道质量信息。由用户终端将该信道质量信息进行压缩，并通过反馈信道将其随冗余发送至基站。基站对该信息进行解码，利用所述冗余将重构误差最小化，并重构如用户终端所测的可靠的信道频率响应。然后，将该信道频率响应的表示在频域中进行转换以导出针对组成多载波系统的不同子信道的信道质量指示符。
根据本发明的方法提供了这样的优势，即降低了反馈信令信道上的信令负载，同时具有很好的频率分辨率。这产生了有效的资源分配，该有效的资源分配带来了网络的吞吐量提升。
本发明进一步的有益特征在从属权利要求中进行限定。
附图说明
通过阅读下面以非限制性示例方式给出的优选实施方式的描述以及附图，可以了解到本发明的其它特征和优势，其中：
图1示出了在下行链路中使用多载波传输的网络的示意图；
图2示出了根据本发明的代表用户终端和基站间通信的例子；
图3详细示出了根据本发明的方法在用户终端11和基站12之间执行的方法的不同步骤；
图4示出了使用了过采样和窗口处理操作的误差范围。
具体实施方式
图1示出了在下行链路中使用多载波传输并且在上行链路中使用反馈信令信道的网络的示意图。用户终端11在下行链路中正通过多个子载波13从基站12接收多载波频率信号。在上行链路上，用户终端11在反馈信令信道14上向基站12发送信令信息。
多载波网络可以包括256个、512个或达几千个分配给用户终端11的子载波。优选地，为每个用户终端11分配若干个子载波13，以匹配在下行链路中从基站12接收到的高吞吐量。选择子载波之间的频率分隔，使得这些子载波相互正交(即在一个子载波上传输的数据不会对其他子载波上发送的数据产生干扰)。
有利地，可以根据HSDPA(高速下行链路分组接入)规范来实现反馈信道14，其中，通过具有约1500比特/秒容量的HS-DPCCH(高速专用物理控制信道)，将根据本发明的信道质量信息从用户终端11发送回该基站12。
图2示出了流程图，表示用户终端11和基站12之间的通信，以及根据本发明所执行的步骤。
在步骤21，基站12告知用户终端11关于将用于执行根据本发明的方法的参数。这些参数将在下面进行说明。
在步骤22，用户终端11执行步骤31至33，以产生要在反馈信令信道上发送至基站12的信道频率响应信息，其中步骤31至33将结合图3进行详细描述。
在步骤23，用户终端在反馈信道上发送该信道频率响应信息。
在步骤24，基站12执行步骤34中的步骤341至343和步骤35，以获得针对多载波系统中的全部子载波的可靠的信道质量信息，其中步骤314至343将结合图3进行详细描述。
步骤22至24以在规则时间间隔重复，以跟踪信道质量的改变。
然后，当基站12检测到新参数将更好地适用于新的信道条件时，该方法从起点重新开始。
图3详细描述了在用户终端11和基站12执行的方法的不同步骤。
根据本发明，用户终端11在系统的整个频带上测量信道频率响应(CFR)。这些测量利用本领域技术人员公知的现有技术进行。优选地，这些测量以规则时间间隔进行。该信道频率响应在频域中测量。可选择地，可以在时域中测量信道冲激响应并利用快速傅里叶变换转换到频域，以获得信道频率响应。
然后，优选地，利用次数为L的实数三角多项式来近似该信道频率响应(步骤31)，其中L是在近似之后提供可靠精度的预定常量。诸如小波之类的其它近似函数也是可行的。例如，利用基于最小平方的近似(选择1)或基于线性编程的算法(选择2)来找出实数三角多项式的2L+1个系数。
选择1：基于最小平方的算法将每个子载波对应频率位置的二次误差之和最小化。通过矩阵相乘：X*＝Q·b来获得搜索的系数，其中Q是定义为Q＝(AT·A)-1A的常量矩阵，其中A是三角项的矩阵
Figure A20061014650500081
b包括在子载波位置的信道频率响应的SIR测量。
选择2：基于线性编程的算法将每个子载波对应的频率位置的最大误差最小化。该最小化问题可陈述为一般的线性编程问题，因此可以利用很多公知的算法来解决。
在步骤32，从实数三角多项式中提取出预定的N，其中N必须大于或等于采样次数。该数N是预定的过采样数，其必须等于或大于实数三角多项式的系数的总数2L+1。该过采样引入了冗余，该冗余可用在接收机(即基站12)处，例如用于在该接收机(基站12)处最小化重构的信道频率响应的误差概率。优选地，在基站12确定数字N并将其传递至用户终端11。
优选地，在与信道频率响应频带相对应的频域中等间隔地选择N个采样。然而，基站12可以关注n个采样的另外的重新分配。在此情况下，基站12告知用户终端11在频域中采样所应当处于的位置。
然后，对N个采样进行量化(步骤33)并通过反馈信令信道14将其传输至基站12。优选地，也在基站12处确定量化粒度并将其传递至用户终端11。出于压缩的原因，该量化的粒度可以与若干预定方式数相对应。
在基站12执行随后的步骤，以恢复信道频率响应并为系统的不同子载波确定信道质量指示：
步骤34包括子步骤341-343。
步骤341包括执行快速傅里叶逆变换以获得时域中的反馈信息。这使其能够获得原始的信道冲激响应和由于过采样所致的余项。由于在发射机执行量化，因此信道冲激响应不是无误差的。
步骤342包括对所获得的信道频率响应执行窗口处理操作。设计该窗口处理操作以将时域中的最大误差(或另一误差测量)最小化，并且该窗口处理操作优选地包括与第一时域中的常量值和第二时域中的线性斜率相对应的函数。图4示出了与过采样次数N相对应的误差性能。如果信道是无误差的，则第一时域优选地等于传输数据的持续时间。
步骤343包括再次执行快速傅里叶变换以得出每个子载波的信道质量指示符。每个子载波的信道质量指示符在如下曲线上读出：该曲线表示与多载波传输系统的每个子载波相对应的频率处的快速傅里叶变换。
根据本发明的方法在具有大量子载波的系统中特别有利。原始的信道频率响应信息在近似之后以最小化的误差为代价被大大压缩。对于该反馈来说，仅2L+1个采样而不是K个采样是必须的，其中K是原始的子载波采样数量，L是实数三角多项式的次数。
而且，由于过采样引入的冗余和窗口处理函数的形状，量化所致的误差被证明可限制为最大误差范围。不同的窗口处理操作使得其他误差测量优于最大误差。
根据本发明的方法可用于不同目的。首先，该方法有助于以提高下行链路容量的方式来优化针对不同用户终端的子载波分配。只有为移动台带来良好信道质量的子载波才被分配给该用户终端。
第二，该方法提供一种信道质量的精确描述，其允许基站12以最佳方式分配传输功率(例如公知的注水算法(waterfillingalgorithm))，以降低总传输功率并进一步降低小区间干扰。
第三，该方法可与其他发明结合使用以描述信道质量，以此作为手段以与得到紧密控制的最大误差的重构方法结合来降低信道系数的有效数量。
总而言之，根据本发明的方法能够通过诸如自适应调制、子载波分配或功率控制之类的频率选择性资源分配算法来提升OFDM下行链路系统的性能。根据从用户终端向基站报告的信道条件，该资源可以进行最优地分布，从而实现最大吞吐量。

Claims (9)

1.一种在多载波无线通信系统的基站获取信道质量信息的方法，其中所述多载波无线通信系统具有多个正交频率子载波，所述方法包括步骤：
在所述多载波无线通信信道的用户终端处测量信道频率响应；
以预定过采样因子提取所述信道频率响应的采样；
在信令信道上将所述采样从所述用户终端发送至所述基站；
在时域中对接收到的采样执行窗口处理操作；
在窗口处理操作之后，确定所述接收到的采样的每个所述子载波的信道质量信息。
2.根据权利要求1的方法，其中通过预定次数的实数三角多项式来对所述信道频率响应进行近似。
3.根据权利要求1的方法，其中通过小波来对所述信道频率响应进行近似。
4.根据权利要求2的方法，其中利用基于最小平方的近似来计算所述实数三角多项式的系数。
5.根据权利要求1的方法，进一步包括步骤：在所述信令信道上发送所述采样之前对它们进行量化。
6.根据权利要求1的方法，其中所述基站确定所述过采样因子并将该因子传递至所述用户终端。
7.根据权利要求1的方法，其中所述窗口处理操作包括：如果所述采样位于第一域中，则将所述采样与常量相乘；并且如果所述采样位于所述域之外，则将所述采样与线性函数相乘。
8.一种适于在多载波无线通信系统中使用的用户终端，其中所述多载波无线通信系统具有多个正交频率子载波，所述用户终端包括：
用于在所述多载波无线通信信道的用户终端处测量信道频率响应的装置；
用于以预定过采样因子在频域中提取所述信道频率响应的采样的装置；
用于在信令信道上将所述采样发送至基站的装置。
9.一种适于在多载波无线通信系统中使用的基站，其中所述多载波无线通信系统具有多个正交频率子载波，所述基站包括：
用于在信令信道上从用户终端接收采样的装置；
用于在时域中对所述接收到的采样执行窗口处理操作的装置；
用于将所述接收到的采样变换回频域的装置；
用于确定每个所述子载波的信道质量信息的装置。
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