TW201328230A - 通道信息反饋方法及其無線通訊裝置 - Google Patents

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Abstract

一種用於多天線系統的通道信息反饋方法及其無線通訊裝置。基於壓縮感測技術，所述通道信息反饋方法可減少MIMO的無線通道信息的反饋信號量。在回傳通道信息前，接收端裝置估算通道並將隨機矩陣與經過向量化的通道的代表方式相乘來產生已壓縮反饋內容。在發送端裝置接收到已壓縮反饋內容後，經由壓縮感測技術的信號還原演算法還原通道信息。在其他實施例中，所提供的通道信息反饋方法還可依照當前通道品質適當調整壓縮反饋內容的壓縮比率。另外，對於變化較少的MIMO通道，還提供另一種可切換固定稀疏基底與信號相依稀疏基底的通道信息反饋方法。

Description

通道信息反饋方法及其無線通訊裝置
本揭露是有關於用於多天線系統的一種通道信息反饋方法及其無線通訊裝置。
近年許多研究發現將較大數量的天線陣列配置在無線通訊系統的發送端裝置可在低傳輸功率下得到巨大的陣列增益及高數據速率。這種通訊方法被稱為大量多輸入多輸出(Massive-MIMO)技術，由於其具有高功率消率，對於未來的無線通訊系統來說是一種具有前景的通訊技術。然而，Massive-MIMO的主要優點在於發送端裝置可以取得通道狀態信息(channel state information，CSI)。因此許多MIMO的技術，包括波束形成(beamforming)、通道反轉(channel inversion)、調適性的功率/位元之分配以及干擾調正(interference alignment)，皆須具備擁有空間通道信息的發送端裝置才可達成。於是，大多數在此領域的最近研究都是偏向分時雙工(time-division duplex，TDD)方法，因其可經由發送端裝置與接收端裝置之間的通道互惠(channel reciprocity)而得到通道信息。另外，頻分多工(frequency-division duplex,FDD)系統仍需要額外的反饋機制，此種FDD系統需要可觀的反饋信號量(feedback overhead)，由於Massive-MIMO需要為數不少的天線，因此利用反饋機制來實現Massive-MIMO會是個艱鉅的挑戰。為了實現Massive-MIMO在FDD模式下的運作，需要設計更有效率在Massive-MIMO中運作的通道信息反饋機制。
大多數現有技術的MIMO通訊標準，例如進階型長程演進通訊系統(簡稱為LTE-A)以及全球互通微波存取系統(簡稱WiMAX)，利用基於碼簿的預編碼方式以減輕反饋負擔。需要預先設置包括多個元素的碼簿且儲存此碼簿在發送端裝置以及接收端裝置上。每個碼簿的索引映射到經過數位化(quantized)後的MIMO空間通道信息。因此，只要傳送能提供最適當代表當前通道架構(current channel structure)的碼簿元素(codebook entry)的索引(index)，即可大幅減少反饋信息量。
基於碼簿的量化逼近方法可能在有二個天線到八個天線的中等型態(moderate)的MIMO系統會有良好的操作效果。對於具有數量龐大的天線的Massive-MIMO系統，需要將碼簿的大小(size)大幅度擴充到可涵蓋所有可能的空間通道架構。如此會相當程度地提高碼簿的設計難度。另外，碼簿大小的擴充還會造成巨大的反饋信號量。另一方面，基於碼簿的逼近法會產生不可避免的量化誤差，這對於目標以準確的波束形成達成節約傳輸功率，並以Massive-MIMO為技術基礎的環保無線技術來說，較無法接受這樣的誤差。
本揭露提出一種通道信息反饋方法。根據本揭露的一示範實施例，此通道信息反饋方法可適用於多天線系統，且包括以下步驟。在一無線通訊裝置根據從一發送端裝置接收的多個信號估算一多輸入多輸出(MIMO)通道的多個參數，且得到已估算多輸入多輸出通道的代表方式。該無線通訊裝置經由一預設的隨機矩陣，利用壓縮感測技術取得該已估算多輸入多輸出通道的代表方式的隨機測量，從而得到多個壓縮感測測量。另外，該無線通訊裝置將該些壓縮感測測量反饋至該發送端裝置。
本揭露提出一種無線通訊裝置。根據本揭露的一示範實施例，此無線通訊裝置包括一收發器模組、一通道估算器以及一基頻處理器。收發器模組用來從一發送端裝置接收多個信號，並反饋信息至該發送端裝置。通道估算器連接於收發器模組，用來根據從發送端裝置接收的該些信號估算多輸入多輸出通道參數，以及得到一已估算多輸入多輸出通道的代表方式。基頻處理器連接於收發器模組以及通道估算器，用來經由一隨機矩陣利用壓縮感測技術得到該已估算多輸入多輸出通道的代表方式的隨機測量，從而得到一壓縮感測測量，並且經由該收發器模組將該壓縮感測測量反饋至該發送端裝置。
本揭露又提出一種通道信息反饋方法。根據本揭露一的示範實施例，此通道信息反饋方法可適用於多天線系統，且包括以下步驟。一無線通訊裝置經由一多輸入多輸出通道將多個信號發送至一接收端裝置。該無線通訊裝置從該接收端裝置接收該多輸入多輸出通道的一壓縮感測量測參數。該無線通訊裝置經由利用一N×N稀疏基底與一預設的M×N隨機矩陣，利用壓縮感測技術還原多輸入多輸出通道參數，其中M<N，N=Nr×Nt，而Nt是該無線通訊裝置的發射天線的數量，Nr是該無線通訊裝置的接收天線的數量。另外，根據該已還原多輸入多輸出通道，利用多個傳送參數在下一區間內發送多個信號到該接收端裝置。
本揭露又提出一種無線通訊裝置。根據本揭露的一示範實施例，此無線通訊裝置包括一收發器模組、一通道估算器以及一通信協定模組。收發器模組用來經由一多輸入多輸出通道矩陣發送多個信號至一接收端裝置，且從該接收端裝置接收信號。通信協定模組連接於收發器模組，用來從接收端裝置接收該多輸入多輸出通道的一壓縮感測量測參數，經由利用該N×N稀疏基底與一預設的M×N隨機矩陣，利用壓縮感測技術還原該多輸入多輸出通道的多個參數，以及根據該已還原多輸入多輸出通道，將多個傳送參數應用於下一區間的數據傳輸，其中M<N，N=Nr×Nt，而Nt是該無線通訊裝置的發送天線的數量，Nr是該無線通訊裝置的接收天線的數量。
為讓本揭露之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
本揭露的部份實施例將會配合附圖來詳細描述，而這些實施例只是本揭露的一部份，並未揭示所有本揭露的可實施方式。而以下描述的實施例的可實施方式可用不同形式來呈現，其可實施方式並不限制於以下的描述。更確切的說，提供這些實施例是來代表本揭露的可實施方式。以下的描述所引用的元件符號，當不同附圖出現相同的元件符號將視為相同或相似的元件。
在本揭露中的無線通訊裝置可代表用戶設備(user equipment，UE)、行動台(mobile station)、先進行動台(advanced mobile station)、無線終端通訊裝置(wireless terminal communication device)、機器對機器通信(M2M)裝置以及機器型態通信(MTC)裝置等等。無線通訊裝置可以為例如數位電視、數位機頂盒、桌上型電腦、筆記型電腦、平板電腦、小型筆記型電腦、手機、智慧型手機、水表、瓦斯表、電表、緊急警報器、感測裝置以及攝影機等等。相類似地，無線通訊裝置可代表基地台(base station，BS)、先進基地台(advanced base station，ABS)、基地台(node B)以及進階型基地台(enhanced node B，eNB)等等。
本揭露提供一種用於多天線系統的通道信息反饋方法，以及應用此通道信息反饋方法的無線通訊裝置與基地台。
本揭露提供的通道信息方法並非使用預先設置的碼簿，而是利用壓縮感測技術來壓縮通道信息在反饋程序中的額外負荷量(overhead)。在本揭露的部份實施例中，事先假設在密集設置的多個天線元件之間具有強烈的空間相關性，因此可預期在某些轉換處理中，通道信息會表現出稀疏性(此即，在信號向量中只有少數個的非零元素)。
圖1繪示大量多輸入多輸出(Massive-MIMO)通訊系統的一般通道信息反饋情況。請參照圖1，此Massive-MIMO通訊系統10包括一發送端裝置11以及一接收端裝置12。發送端裝置11與及接收端裝置12皆為無線通訊裝置。例如，發送端裝置11可為基地台，而接收端裝置12可為行動台。然而本揭露並不限定於此。
請參照圖1，發送端裝置11可經由一MIMO通道13發送多個無線信號至接收端裝置12。可利用一通道相關矩陣或一MIMO空間矩陣(在圖1中表示為 H )來代表MIMO通道13的通道特徵值。接收端裝置12包括至少一通道估算器121以及一基頻處理器122。通道估算器121經由從發送端裝置11接收的多個引導信號(pilot signals)或是多個參考信號(reference signals)估算出通道相關矩陣 H ，其中通道相關矩陣 H 即代表IMO通道13的通道特徵值。然後，經由反饋連結(feedback link)14提供通道相關矩陣 H 至發送端裝置11，並且可提供通道相關矩陣 H 至基頻處理器122用來處理從發送端裝置11接收的無線信號。所述反饋連接14可為MIMO通道13中的其中一個反向連結，或是不同於MIMO通道13的無線通訊通道。
適用於Massive-MIMO通訊系統的有效率反饋通道信息的機制應該可明顯地壓縮通道信息，而不會犧牲數據傳輸的速度。要注意的是，在本揭露中術語「通道信息」指的是MIMO空間矩陣(以可利用圖1中的 H 來代表)或是任何可從通道相關矩陣 H 提取的空間特徵。例如，可藉由進行通道相關矩陣 H 的奇異值分解(singular value decomposition，SVD)計算用於特性波束形成(beamformer)的波束形成方(eigen-beamforming)，如以下等式(1)所示：
H =UΣV H ...(1)
在等式(1)中的U與V為單位矩陣(unitary matrix)，Σ為對角矩陣(diagonal matrix)。Σ的非零元素代表通道相關矩陣 H 中的奇異值(singular values)。在秩-1(rank-1)(此即，單一資料串流)的波束形成中，發送端裝置所須得到的信息為矩陣V的第一列向量(the first column後續利用V 1來代表)。因此，在此特殊情況下(指的是波束形成的情形)，「通道信息」指的是V 1而不是整個矩陣 H 。不過，本揭露所提供的通道信息反饋方法皆可應用於MIMO通道矩陣H以及波束形成向量V 1。
如同上述，本揭露所提供的通道信息反饋方法可作為應用於不同型態的MIMO通道信息的反饋機制，例如MIMO通道矩陣H或是波束形成向量V 1。除非特別說明，以下中關於本揭露的實施例中的MIMO通道信息將會著重在MIMO通道矩陣 H 。所有MIMO通道矩陣 H 的元素皆為複數(complex numbers)。在通道信息反饋方法中，所有步驟將分為MIMO通道矩陣 H 的實部以及虛部分開進行。
圖2A為依據本揭露一示範實施例所繪示的一種無線通訊裝置的功能方塊圖。請參照圖2A，無線通訊裝置20可為在發送端的無線通訊裝置(此即，一發送端裝置)，且可包括至少一收發器模組21以及一通信協定模組22。收發器模組21用於發送多個信號至另一個無線通訊裝置，並從另一個無線通訊裝置接收多個信號。通信協定模組22連接於收發器模組21，可包括至少一處理器，用於根據從其他無線通訊裝置接收的信號還原MIMO通道矩陣 H 。另外，無線通訊裝置20還可包括其他未繪示的組成元件，例如：處理器模組、記憶體模組以及天線模組以處理從其他無線通訊裝置接收的多個信號。
圖2B為依據本揭露另一示範實施例所繪示的一種無線通訊裝置的功能方塊圖。請參照圖2B，無線通訊裝置25可為在接收端的無線通訊裝置(此即，一接收端裝置)，且可包括至少一收發器模組26、一通道估算器27以及一基頻處理器28。收發器模組26用於從在發送端的另一個無線通訊裝置(例如，無線通訊裝置20)接收多個信號，並發送多個信號至此另一無線通訊裝置。通道估算器27連接於收發器模組26以及基頻處理器28，用於根據從發送端裝置接收的多個引導信號或多個參考信號來估算MIMO通道矩陣 H 。另外，通道估算器27提供已估算的MIMO通道矩陣 H 至基頻處理器28。
基頻處理器28連接於通道估計器27及收發器模組26，用來減少MIMO通道矩陣 H 的維度，或是向量化MIMO通道矩陣 H 為一向量 h 。另外，基頻處理器28還可經由將一個隨機矩陣(random matrix)與向量 h 相乘以減少向量 h 的維度，然後將此向量 h 反饋至在發射端的另一無線通訊裝置。此外，無線通訊裝置25還可包括其他未繪示的組成元件，例如：處理器模組、記憶體模組以及天線模組以處理從一個或多個無線通訊裝置接收的多個信號。
[第一實施例]
第一實施例提供一種基於壓縮感測技術的MIMO通道信息反饋方法。圖3A為依據第一示範實施例所繪示用於多天線系統的一種通道信息反饋方法的流程圖。圖3A繪示用於多天線系統的通道信息反饋方法提供一種通用化(generalized)的基於壓縮感測技術且用於多天線系統的通道信息反饋方法。
請參照圖2A、圖2B與圖3A，應用於多天線系統的通用化的通道信息反饋方法起始於步驟31，在步驟31中接收端裝置(無線通訊裝置25)根據從發送端裝置(無線通訊裝置20)接收的多個信號估算出(無線通訊裝置25使通道估算器27進行估算)一個MIMO通道的多個參數，並得到一個已估算MIMO通道的代表方式(an estimated MIMO channel representation)。在此須注意的是，在實際應用中，此已估算MIMO通道的代表方式包括一個實部的代表方式(real part representation)與一個虛部的代表方式(imaginary part representation)。接收端裝置(無線通訊裝置25)可在步驟32到步驟33中分開處理實部的代表方式與虛部的代表方式，而發送端裝置(無線通訊裝置20)亦可分開處理從接收端裝置反饋的實部的代表方式與虛部的代表方式，最後將實部的代表方式與虛部的代表方式合併以形成已還原的MIMO通道的多個參數(recovered parameters of the MIMO channel)。亦即，接收端裝置得到已估算MIMO通道的實部的壓縮感測測量(compressive sensing measurements)與已估算MIMO通道的虛部的壓縮感測測量。
在步驟32中，接收端裝置利用壓縮感測(compressive sensing，CS)技術，經由一個隨機矩陣得到已估算MIMO通道的代表方式的隨機測量，從而獲得壓縮感測測量，然後反饋此壓縮感測測量至發送端裝置。如前所述，接收端裝置利用壓縮感測技術，經由利用隨機矩陣來得到實部的代表方式與虛部的代表方式的隨機測量，且進一步得到實部壓縮感測測量以及虛部壓縮感測測量，其中此處的壓縮感測測量包括了實部壓縮感測測量以及虛部壓縮感測測量。此外，從接收端裝置反饋至發送端裝置的壓縮感測測量同時包括實部壓縮感測測量以及虛部壓縮感測測量。
在步驟33中，發送端裝置(無線通訊裝置20)利用壓縮感測技術，經由利用稀疏基底以及隨機矩陣(與接收端裝置使用的隨機矩陣相同)來還原MIMO通道的參數。在實際的應用中，發送端裝置以N×N稀疏基底以及預設的M×N隨機矩陣對實部的代表方式與虛部的代表方式分開進行壓縮感測，以分別還原MIMO通道的實部參數與虛部參數，然後將MIMO通道的實部參數與虛部參數合併為一個已還原的MIMO通道(或已還原的MIMO通道的多個參數)。
在步驟34中，發送端裝置將已還原的MIMO通道的多個參數應用在下一區間(next session)的傳輸(transmission)中。在本揭露中，可連續地執行用於多天線系統的通道信息反饋方法的步驟31到步驟34。在本揭露中，以下所述的概念適用於本揭露的其餘示範實施例亦即圖3B、圖6A、圖6C、圖6D、圖6E、圖8以及圖9所繪示的不同實施例中：接收端裝置分開處理MIMO通道的代表方式的實部與MIMO通道的代表方式的虛部，然後接收端裝置將MIMO通道的代表方式的實部與虛部反饋至發送端裝置，發送端裝置再根據MIMO通道的代表方式的實部與虛部，分別還原MIMO通道的實部參數與虛部參數，最後將MIMO通道的實部參數與虛部參數合併作為已還原的MIMO通道的多個參數。
圖3B為依據第一示範實施例所繪示用於多天線系統的另一種通道信息反饋方法的流程圖。事實上，圖3B繪示用於多天線系統的通道信息反饋方法更詳細說明在圖3A中繪示用於多天線系統的通道信息反饋方法的技術內容。
請參照圖3B，步驟35到步驟37分別提供圖3A中的步驟31到步驟33所揭露的術的詳細說明。從步驟35開始進行用於多天線系統的通道信息反饋方法，在步驟35中，接收端裝置(例如，無線通訊裝置25)估算出MIMO通道作為MIMO通道矩陣H，然後將此MIMO通道矩陣H向量化為一向量 h 。更清楚說明，只要接收端裝置(無線通訊裝置25)估算出MIMO空間通道矩陣 H ，基頻處理器28會以下列的等式(2)將MIMO空間通道矩陣 H 向量化為一向量 h ，此等式(2)如下所示。
h=vec(H)...(2)
須注意的是在等式(2)中，當發送端裝置有N t個天線時以及當接收端裝置有N r個天線時，MIMO空間通道矩陣 H 是一個N r×N t的通道矩陣。因此，經由N來代表N r與N t的相乘結果即N=N r×N t，而向量 h 會是一個Nx1向量。還有，如果有不是MIMO空間通道矩陣 H 的矩陣V的任何一個列向量反饋至發送端裝置，這代表先前已有向量形式的信號存在時，可以跳過步驟35。
在步驟36中，在傳送反饋信息之前，經由以M×N隨機矩陣(為預先設置，且此M×N隨機矩陣為發送端裝置與接收端裝置皆已知)與向量 h 相乘，據此將向量 h 的維度從N減少(壓縮)至M(M<<N)，以下列等式(3)來表示上述行為且以Φ代表此M×N隨機矩陣。
y=Φh...(3)
在等式(3)中，此處的向量y是一個M×1向量。步驟36本身會透過隨機投射(random projections)來產生向量 h 的壓縮感測測量M。然後，接收端裝置(無線通訊裝置25)在專用的反饋連接14上將向量y反饋至發送端裝置(無線通訊裝置20)。換句話說，在步驟36中，基頻處理器28藉由以N×M隨機矩陣Φ與向量 h 相乘，將向量 h 的維度從N減少(壓縮)至M而得到向量y，然後將向量y反饋至發送端裝置(無線通訊裝置20)。
在步驟37中，只要發送端裝置(無線通訊裝置20)取得向量y，即可以利用一個最佳化程序(在通信協定模組22中執行)還原的到一個稀疏向量S，而此最佳化程序可以下列等式(4)及等式(5)來表示：
且
ΘS '=y...(5)
在等式(4)或等式(5)中，此處Θ=ΦΨ，而矩陣Ψ代表一個N×N稀疏基底(或N×N稀疏矩陣)。典型的N×N稀疏基底Ψ可以包括例如：離散傅立葉轉換(Discrete Fourier Transform，DFT)矩陣、離散餘弦轉換(Discrete Cosine Transform，DCT)以及子波矩陣(Wavelet matrix)等與信號無關(signal-independent)的基底。然而，本揭露並不限定於此，N×N稀疏基底Ψ亦可為例如卡洛轉換(Kahrunen-Loeve Transform，KLT)矩陣的信號相依(signal-dependent)基底。一般來說，Ψ可指出信號(S)的在於不同領域中的稀疏代表方式，而信號(S)可以下列等式(6)來表示：
S=Ψ h ...(6)
一般來說，有多種演算法可以解出未確定的代數問題的演算法，所述演算法例如為線性規劃、基本追蹤(basic pursuit，BP)以及正交匹配追蹤(orthogonal matching pursuit，OMP)等，都可用來解出S的最佳化程序。換句話說，在步驟37中，發送端裝置(無線通訊裝置20)本身具備通信協定模組(或基頻處理器)以使用壓縮感測技術，並經由使用向量y、N×N稀疏基底Ψ以及隨機矩陣Φ以估算出信號S。
在步驟38中，只要可以估算得到信號S，發送端裝置即可藉由反轉換(inverse transform)還原向量 h ，而此反轉換等式如下列等式(7)所示：
h =ΨH S,...(7)
然後，經由將通道向量 h 轉換為N r×N t矩陣以實現步驟35中的反運算，此N r×N t矩陣是由發送端裝置還原而成的MIMO通道矩陣 H 。換句話說，發送端裝置(無線通訊裝置20)本身具備通信協定模組以從N×N稀疏基底Ψ與信號S還原向量 h ，並將向量 h 轉換為一N r×N t矩陣，此N r×N t矩陣為已還原的MIMO通道矩陣 H 。此外，圖3B中的用於多天線系統的通道信息反饋方法亦可執行在圖3B中省略的步驟34。
圖4為依據本揭露一示範實施例所繪示用於多天線系統的信息一種反饋通道信息反饋方法的模擬結果。在模擬中，MIMO通道矩陣 H 的實部與虛部是分開計算的，且所述模擬使用的N t為32，N r為32，並以二維DCT或是KLT矩陣當作N×N稀疏基底Ψ。圖4的縱軸是將接收端裝置解碼後的信號與從發送端裝置接收的實際信號比較後的平均標準化均方差(mean squared error，MSE)，圖4的橫軸是壓縮比率(compression ratio)，可定義為下列等式(8)：
ξ=M/N...(8)
因此，在等式(8)中，ξ直接相關於M的數值或是相關於向量y的大小(size)。
在圖4中的模擬可顯示本揭露所提供的通道信息反饋方法的性能，以二維DCT當作N×N稀疏基底時，當壓縮比率增加時，平均標準化MSE會逐漸減少。而以KLT矩陣當作N×N稀疏基底時，不論壓縮比率如何變化，平均標準化MSE永遠為零，故從圖4的模擬結果可推論在所提出的通道信息反饋方法中，使用KLT矩陣當作N×N稀疏基底會有最佳的表現。
[第二實施例]
第二實施例提供一種調適性MIMO通道信息反饋方法。根據第一實施例中所描述的通道信息壓縮技術，再提供一種可調整壓縮比率的反饋協定。雖然將向量y的大小增加(M的數值增加)可使得發送端裝置(無線通訊裝置20)能以更高的準確率還原MIMO通道矩陣 H ，但是如此會明顯增加反饋的負擔。因此，在第二實施例中提供的方法設計成可根據接收端裝置(無線通訊裝置25)偵測到的瞬時通道增益(instantaneous channel gain)(此即，MIMO通道的增益)，對M的數值進行調整。此外，在處理已估算MIMO通道的代表方式的實部使用的M數值與處理虛部使用的M數值相同。這些處理的原則會應用在圖5以及圖6A-6E所繪示的實施例中。
在第二實施例的一實施例中，可使用在接收端裝置上的循環冗餘檢查(cyclic redundancy check，CRC)的結果來決定瞬時通道增益，而在第二實施例的另一實施例中，可使用瞬時朝向通道強度以決定瞬時通道增益。然後，接收端裝置根據錯誤率(例如CRC的失敗率)或是瞬時前向通道強度(instantaneous forward channel strength)來決定M的數值。
當接收端裝置偵測到傳送錯誤(例如，CRC失敗)時，向量y的大小會增加後再經由反饋連結發送出去。在此須注意的是，不同的M的數值對應到不同大小的隨機矩陣Φ，且發送端裝置必須可以根據從反饋連結得到的向量y的大小決定(或是由接收端裝置通知)可以使用哪一個隨機矩陣在通道還原的演算法中。
只要在前一區間中偵測出錯誤，此調適性反饋協定就可使發送端裝置更加準確地還原通道，因此可應用於更加準確的波束形成的設置。圖5繪示用於多天線通訊系統的一種通道信息反饋情況。請參照圖5，在區間D中，接收端裝置12在步驟51中首先反饋通道信息至發送端裝置11，然後發送端裝置11在步驟52中根據已還原的MIMO通道矩陣(或是已還原的MIMO通道信息)發送多個信號。在下一區間(此即，區間D+1)之前，接收端裝置12在步驟53中先決定出瞬時通道增益(MIMO通道的增益)，再根據瞬時通道增益決定M的數值(或是壓縮比率)。接收端裝置12可調整區間D+1之中的M的數值(或是壓縮比率)。當修改過區間D+1之中的M的數值(或是壓縮比率)後，接收端裝置12可通知發送端裝置11，利用例如經過反饋連結14的方式發送明顯指出M的數值的索引至發送端裝置。
在區間D+1中，重複相同的模式，接收端裝置12在步驟54中反饋通道信息至發送端裝置11，然後發送端裝置11在步驟55中根據已還原的MIMO通道矩陣(或是已還原的MIMO通道信息)發送信號。當在區間D+1中M的數值被更改時，發送端裝置11可根據從接收端裝置12接收的索引決定出修改過的M的數值(或是修改過的壓縮比率)，根據所接收的索引決定對應於M的數值(或是壓縮比率)的一新稀疏基底Ψ，然後在步驟55中使用此新稀疏基底Ψ來還原MIMO通道矩陣。
圖6A為依據第二示範實施例所繪示的一種調適性MIMO通道信息反饋方法的流程圖。圖6A繪示的調適性MIMO通道信息反饋方法更詳細說明圖3B中的步驟36的可實施技術內容。請參照圖2B及圖6A，在步驟61中，無線通訊裝置25(接收端裝置12之一實施範例)使用本身具備的通道估算器27來估算瞬時通道增益，然後得到瞬時通道增益，再根據所得到的瞬時通道增益適當地調整壓縮比率(或M的數值)。在步驟62中，無線通訊裝置25使用基頻處理器28來得到對應壓縮比率(或M的數值)的向量y。在步驟63中，無線通訊裝置25反饋向量y至發送端裝置11。當M的數值在區間D+1中被修改時，發送端裝置11會使用本身具備的通信協定模組(或基頻處理器)根據所接收到的索引決定對應M的數值(或壓縮比率)的新稀疏基底Ψ，然後在接收到向量y後使用新稀疏基底Ψ來還原MIMO通道矩陣。
圖6B為依據一示範實施例所繪示的瞬時通道增益的多準位門限值。由無線通訊裝置25偵測的瞬時通道增益會隨時間改變，所以在不同的偵測時間會有不同的通道增益值。無線通訊裝置25的基頻處理器28可將估算的瞬時通道增益與圖6B所繪示的多準位門限值進行比較。
在此須說明的是，圖6B所繪示的實施例只是一個範例，並非用來限定本揭露的可實施方式。舉例說明，在本實施例中，當無線通訊裝置25判斷估算得到的瞬時通道增益是在門限值G N與門限值G N-1之間，然後基頻處理器28可決定出瞬時通道增益為G N-1。而且，基頻處理器可使用以下表I(表I可以預先設置於一個記憶單元，而此記憶單元耦接於在無線通訊裝置25中的基頻處理器28)決定出對應的壓縮比率是10%。而M的數值可直接從壓縮比率轉變而來。此調適性MIMO通道信息反饋方法根據前述的程序重複步驟61至63以估算每一區間的瞬時通道增益，然後根據每一區間的瞬時通道增益來決定壓縮比率。
圖6C為依據第二示範實施例所繪示的一種調適性MIMO通道信息反饋方法的流程圖。圖6C所繪示的調適性通道信息反饋方法是利用雙準位門限值以決定出瞬時通道增益，而不是利用多準位門限值。然而，根據估算得到的瞬時通道增益調整壓縮比率的概念大致上相類似於圖6A所描述的方法。
請參照圖2B及圖6C，步驟611至步驟614提供步驟61以及步驟62的詳細技術內容。在步驟611中，無線通訊裝置25(對應於接收端裝置12)使用本身具備的通道估算器27來估算瞬時通道增益，並得到瞬時通道增益，再使用基頻處理器28將瞬時通道增益與預設的門限值作比較。當瞬時通道增益大於或等於預設的門限值，在步驟611之後執行步驟613；當瞬時通道增益小於預設的門限值，在步驟611之後執行步驟614。
在步驟613中，基頻處理器28使用一初始的壓縮比率值，經由隨機映射產生向量y。根據壓縮比率值，再經由隨機映射產生向量y的方法可參照前述關於步驟36以及等式(3)的技術內容。
在步驟614中，基頻處理器28先增加壓縮比率值再經由隨機映射產生向量y。在執行完步驟613以及步驟614之後，再執行步驟S63，而步驟63的詳細技術內容可參照前述關於圖6A的描述。
圖6D為依據第二實施例所繪示的一種調適性MIMO通道信息反饋方法的流程圖。圖6D所描述的調適性通道信息反饋方法是利用雙準位門限值以決定出瞬時通道增益，而不是利用多準位門限值。然而，根據估算得到的瞬時通道增益來調整壓縮比率的概念還是類似於圖6A所描述的方法。
請參照圖2B及圖6D，在步驟612中，無線通訊裝置25(對應於接收端裝置12)使用本身具備的基頻處理器28來偵測錯誤。當偵測到錯誤時，在步驟612之後執行步驟613；當未偵測到任何錯誤時，在步驟612之後執行步驟614。
在步驟613中，基頻處理器28使用初始壓縮比率值透過隨機映射產生向量y。在步驟614中，基頻處理器28先增加壓縮比率值再經由隨機映射產生向量y。在執行完步驟613以及步驟614之後，再執行步驟63，而步驟63的詳細技術內容可參照關於圖6A的描述。
圖6E為依據第二實施例所繪示的一種調適性MIMO通道信息反饋方法的流程圖。與圖6D繪示的調適性通道信息反饋方法相比較，圖6E的調適性通道信息反饋方法更通用化。請參照圖6E，步驟615以及步驟616提供步驟61所揭露的詳細技術內容。在步驟615中，無線通訊裝置25(對應於接收端裝置12)使用本身具備的基頻處理器28來偵測錯誤率，在此可根據從發送端裝置接收的信號、從發送端裝置接收的訊框的CRC、錯誤率封包或是符碼錯誤率計算出錯誤率。或者，可根據均方根錯誤計算出錯誤率。在步驟616中，無線通訊裝置25利用本身具備的基頻處理器28將錯誤率與預先設置的多準位門限值作比較，再根據此決定出壓縮比率。本實施例中，錯誤率的多準位門限值與圖6B繪示的多準位門限值相似(差別只在將圖6B的縱軸為瞬時增益換為錯誤率)，且此預設的多準位門限值分別對應的壓縮比率值與表I類似。在執行完步驟615以及步驟616之後，再執行步驟62以及步驟63，而步驟62以及步驟63的詳細技術內容可參照關於圖6B的描述。
在另一實施例中，調適性MIMO通道信息反饋方法可包括：無線通訊裝置25利用本身具備的基頻處理器28來計算第三向量偏離第一向量的均方差，然後基頻處理器28判斷此均方差是否大於一預設門限值；當此均方差大於或等於預設門限值時，無線通訊裝置25反饋第一向量，而當此均方差小於預設門限值時，無線通訊裝置25只反饋稀疏向量中的非零元素到發送端裝置。
圖7為依據第二示範實施例所繪示具有調適性壓縮比率的通道信息反饋方法的模擬結果示意圖。圖7繪示的模擬結果顯示出調適性壓縮比率(在20%與40%之間變化)與具有固定壓縮比率的通道信息反饋方法的壓縮比率(預先設置為20%)。圖7的橫軸為信號雜訊比(SNR)，以分貝(dB)為單元，而圖7的縱軸則是符碼錯誤率(SER)。圖7顯示出具有調適性壓縮比率的通道信息反饋方法與具有固定的壓縮比率的通道信息反饋方法相比較時，具有較佳的性能。
[第三實施例]
第三實施例提供一種基於切換稀疏矩陣的通道信息反饋方法。如第一種通道信息反饋方法所述，發送端裝置用來還原通道的稀疏基底Ψ可為與信號無關的基底(例如DFT或DCT)，亦可為與信號相依的基底(此即，KTL)。選擇何種稀疏基底Ψ會影響到可以精確地還原通道信息的最佳化演算法所需的量測數值(M的數值或是向量y的大小)。更清楚說明，當利用KTL基底於通道信息反饋方法時，M的數值會減少至相當小的數值例如為2或4，如此可帶來非常有效率的通道信息反饋效能。如同前述，在處理已估算MIMO通道的代表方式的實部的代表方式所利用的M數值須與處理其虛部的代表方式所使用的M數值相同。這種處理的原則亦可應用在接續描述的其他實施例。
當發送端裝置11可得到KTL基底的可靠信息時，接收端裝置12可只對通道信息進行KLT處理，以得到一個僅具有一個非零元素的最稀疏向量(發送端裝置11與接收端裝置12可從KLT最佳化演算法的性質推算出此非零元素的位置)，然後經由反饋連結發送非零元素的數值及索引(位置)至發送端裝置12，可在發送端裝置11上經由反向KLT程序來還原通道信息。然而，若是以KLT基底當作已還原信號的相關矩陣的特徵向量則會產生前後矛盾情況。
對於變化緩慢的通道而言，可以合理地假設通道相關矩陣(或MIMO通道)不會隨時間產生劇烈變化。因此，第三實施例提供一種反饋協定(feedback protocol)適用於此特殊情形。在第三實施例中的基於切換稀疏矩陣的通道信息反饋方法基本上包括步驟S1及步驟S2。
在步驟S1中，在第一區間中接收端裝置12可反饋足夠的測量(當M的數值夠大時)。然後根據這些測量使發送端裝置11有很大的機率可精確地還原通道 H 。步驟S1本質上與第一實施例相同，除了接收端裝置12與發送端裝置11都會執行還原的演算法，且都能從已還原的MIMO通道矩陣 H 去計算出KLT基底(以 Q est的代表方式)，此處的KLT基底Q是矩陣的特徵向量，並可以用下列等式(9)表示。
W = h H h ...(9)
換句話說，在等式(9)中矩陣 W 是向量 h 的赫密特向量(Hermitian vetor)與向量 h 相乘而得到的向量。發送端裝置11根據已還原的MIMO通道信息，在第二區間中發送數據。
在步驟S2中，根據在第二區間所接收的資料，接收端裝置12經由類似CRC的機制來檢查是否有發送錯誤。當接收端裝置偵測到錯誤後，所提出的通道信息反饋方法會重新執行步驟S1。否則，接收端裝置12會經由檢查先前計算出的經估算KLT基底 Q es是否可用來精確還原最新的通道信息(例如，接收端裝置12檢查均方差(MSE)是否小於預設臨界準位T)，以模擬發送端裝置11的還原程序。
接收端裝置可對最新的MIMO通道信息執行KTL以得到信號S，再經由前面的信號區間(例如第一區間)中所計算出的 Q est對信號S進行反轉換。然後接收端裝置12可藉由比較反轉換信號與實際的通道信息以檢查MSE。當接收端裝置12辨識出MSE小於預設門限值，接收端裝置即可進一步確定發送端裝置11在上個反饋區間所計算出的已估算KLT基底 Q est還未過時(此即KLT基底 Q est仍然正確)，所以接收端裝置可只反饋信號S的非零元素。
另外，接收端裝置12可藉由極少的測量(很小的部份，或是向量y的最前面m個元素)執行最佳化演算法(例如OMP)，然後接收端裝置12可檢查MSE。當接收端裝置12辨識出MSE小於預設的定門限值，接收端裝置可進一步確定發送端裝置11在前一個反饋區間所計算出的已估算KLT基底 Q est是否還未過時(仍然正確)。因此接收端裝置12可經由反饋連結只發送最前面m個測量至發送端裝置11，發送端裝置11再利用先前得到的已估算KLT基底 Q est與隨機矩陣的最前面m行的向量，以執行通道還原程序。
當接收端裝置12判斷MSE大於預設的門限值，接收端裝置需要反饋足夠的測量使得發送端裝置11可經由固定的傅立葉基底(例如，DFT或是DCT)來還原MIMO通道信息，且接收端裝置12與發送端裝置11皆會根據新的MIMO通道矩陣 H 來更新已估算KLT基底 Q est。
圖8為依據第三實施例所繪示基於切換稀疏基底的一種通道信息反饋方法的流程圖。圖8所提供的通道信息反饋方法是基於圖3A與圖3B中的主要程序。請參照圖8，所述通道信息反饋方法分成一部份由發送端裝置11執行的程序與部份由接收端裝置12所執行的程序。在步驟81中，接收端裝置12(無線通訊裝置25)利用本身具備的通道估算器27來估算MIMO通道後得到MIMO通道矩陣 H ，再利用本身具備的基頻處理器28計算出KLT基底 Q ，基頻處理器28會將KLT基底 Q 當作MIMO通道矩陣 H (或通道相關矩陣)的多個特徵向量來進行運算。在步驟81中，基頻處理器28還可對向量 h (將MIMO通道矩陣 H 向量化而得)進行隨機映射以得到向量y，再將向量y反饋至發送端裝置11(或無線通訊裝置20)。另外，在此所述的KLT基底Q亦可為等式(9)中所示的矩陣W的多個特徵向量。
在步驟82中，無線通訊裝置20從本身的收發器模組21接收向量y，再利用本身具備的通信協定模組22藉由固定的基底(例如，DFT或DCT)來還原MIMO通道信息(以MIMO通道矩陣H表示)，再根據MIMO通道矩陣H來計算KLT基底 Q est。
在步驟83中，無線通訊裝置25利用本身具備的基頻處理器28從向量y模擬通道還原程序，然後根據向量y計算出KLT基底 Q est的估測版本。在步驟83中，基頻處理器28所執行的模擬通道還原程序可參照在步驟82中的程序，此即：經由固定基底(例如DFT或DCT)來還原MIMO通道信息(以MIMO通道矩陣 H 來表示)，再根據已還原的MIMO通道矩陣 H 來計算KLT基底 Q est。
在此值得注意的是，可在步驟81之後執行步驟83，或是在傳送向量y至發送端裝置11之前執行步驟83。
在步驟84中，通信協定模組22在下一個區間中經由收發器模組21發送使用已還原MIMO通道矩陣 H 的通道參數的多個信號。
在步驟85中，無線通訊裝置25利用本身具備的基頻處理器28，偵測從無線通訊裝置20接收的多個信號中的錯誤。當基頻處理器28在從無線通訊裝置20接收的多個信號中偵測到錯誤時，返回執行步驟81；否則，在步驟85之後執行步驟86。
在步驟86中，無線通訊裝置25利用本身具備的基頻處理器28來估算MIMO通道矩陣 H ，對向量 h (將MIMO通道矩陣 H 進行向量化而得到向量 h )進行KLT轉換以得到稀疏向量S’，再利用已估算KLT基底 Q est(在步驟83中計算得到的)對稀疏向量S’執行反向KLT轉換而得到向量。
在步驟87中，無線通訊裝置25利用基頻處理器28計算向量與向量 h (在步驟81得到的)之間的量化錯誤。例如，向量偏離向量 h 的均方差(MSE)。另外，基頻處理器28將向量偏離向量h的MSE與預設門限值作比較。當MSE小於預設門限值時，在步驟87之後執行步驟88；當MSE大於或等於預設門限值時，執行步驟81。
在步驟88中，基頻處理器28只反饋稀疏向量S’的非零元素至發送端裝置11。由於稀疏向量S’是從KLT轉換而得到的，因此只有一個非零元素在稀疏向量S’中，而發送端裝置11以及接收端裝置12都預先知道此非零元素的位置。
在步驟89中，無線通訊裝置20只接收到從接收端裝置12反饋的稀疏向量S’中的非零元素，無線通訊裝置25利用通信協定模組22來重建稀疏向量S’，然後根據KLT基底 Q est以及等式(10)所的代表方式的稀疏向量S’來還原MIMO通道信息(以向量 h 來表示)，且在下一個區間經由收發器模組21發送使用已還原的MIMO通道矩陣 H 的通道參數的多個信號。然後在步驟89之後執行步驟85。
h = Q est×S’...(10)
圖9為依據第三示範實施例所繪示基於切換稀疏基底的一種通道信息反饋方法的流程圖。圖9所提供的通道信息反饋方法是基於圖3A與圖3B中的主要程序。請參照圖9，所述通道信息反饋方法可分成一部份由發送端裝置11執行的程序與其餘部份由接收端裝置12所執行的程序。同樣地，圖9中的步驟81至步驟85與圖8中的步驟81至步驟85相同，故不在此贅述其技術細節。
請參照圖9，在步驟96中，無線通訊裝置25使用基頻處理器28估算出MIMO通道矩陣 H ，對向量 h (將MIMO通道矩陣 H 向量化而得到向量 h )進行隨機映射以得到向量y，經由向量y的一小部份以及已估算KLT基底 Q est(在步驟83中計算得到的，並在步驟96中作為稀疏基底)且利用基於壓縮感測技術的通道回復程序，以得到如等式(7)所代表的向量。
在步驟87中，無線通訊裝置25利用基頻處理器28來計算向量與向量 h (在步驟S81得到)之間的量化錯誤，例如，向量偏離向量 h 的均方差(MSE)。另外，基頻處理器28將向量偏離向量 h 的MSE與預設門限值作比較。當MSE小於預設門限值時，在步驟87之後執行步驟88；當MSE大於或等於預設門限值時，在步驟87之後執行步驟81。
在步驟98中，基頻處理器28只反饋向量y的一小部份向量y ’ 至發送端裝置11。
在步驟99中，無線通訊裝置20接收從接收端裝置12反饋的向量y ’ ，無線通訊裝置20利用通信協定模組22並利用已估算KLT基底 Q est(在先前的步驟82中計算得到的)執行基於壓縮感測技術的通道還原程序，而計算得到MIMO通道矩陣 H ，且在下一區間中經由收發器模組21發送利用已還原的MIMO通道矩陣 H 的通道參數的多個信號。在執行完步驟99之後執行步驟85。
圖10繪示基於切換稀疏基底的通道信息反饋方法在符碼錯誤率(SER)方面的模擬結果示意圖。請參照圖10，橫軸為SNR，以分貝(dB)為單元，而縱軸則是SER，且此模擬所使用的N t為32，N r 為32，都普勒頻率為5 Hz，所以MIMO通道的變化非常緩慢。在圖10顯示的模擬包括基於切換稀疏基底的通道信息反饋方法的模擬以及具有固定通道信息反饋方法的模擬。在此處所述的固定反饋指的是永遠反饋完整的向量y(根據固定的稀疏基底計算得到的)，而不會切換稀疏基底。圖10顯示出基於切換稀疏基底的通道信息反饋方法與具有固定通道信息反饋方法在SER方面的表現相當相似。
圖11繪示基於切換稀疏基底的通道信息反饋方法在重置率(reset ratio)方面的模擬結果示意圖。重置率指的是當接收端裝置根據已還原的MIMO通道矩陣 H 並利用已估算KLT基底 Q est偵測到信號中的錯誤時，或是判斷MSE(根據已估算KLT基底 Q est而還原的MIMO通道信息與實際的MIMO通道信息之間的MSE)大於預設的門限值時，通道信息反饋方法須返回執行圖8及圖9中的步驟81。圖11顯示出基於切換稀疏基底的通道信息反饋方法在SER方面的性能，基於切換稀疏基底的通道信息反饋方法的SER是相當低的，且其在SNR增加時會降至接近20%，相較於具有固定反饋的通道信息反饋方法在這方面的表現是較佳的。這是因為具有固定反饋的通道信息反饋方法永遠會反饋完整的向量y，因此不管SNR的數值多少，原則上其重置率皆為100%。
基於上述，根據本揭露的實施例可提供用於多天線系統的通道信息反饋方法及其無線通訊裝置。在一實施例中，在回傳通道信息之前，接收端裝置估算通道，且以隨機矩陣將此通道向量化得到壓縮的反饋內容。在發送端裝置接收到壓縮的反饋內容後，可經藉由壓縮感測技術的還原演算法來還原通道信息。在其他實施例中，本揭露所提供的通道信息反饋方法還可依照當前通道品質，適當地調整壓縮反饋內容的壓縮比率，以達到更佳的性能。另外，對於變化較少的MIMO通道，本揭露亦提供另一種通道信息反饋方法，可切換固定稀疏基底與信號相依稀疏基底，如此原則上可使通道信息反饋更有效率。
雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用來限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。用來
10．．．無線通訊裝置
11．．．發送端裝置
12．．．接收端裝置
121．．．通道估算器
122．．．基頻處理器
13．．．MIMO通道
14．．．反饋連結
20．．．無線通訊裝置
21．．．收發器模組
22．．．通信協定模組
25．．．無線通訊裝置
26．．．收發器模組
27．．．通信協定模組
28．．．基頻處理器
31~34、35~38、51~55、61~63、611~63、612~63、615~63、81~89、81~99．．．步驟
圖1繪示大量多輸入多輸出通訊系統的一般通道信息反饋情況。
圖2A為依據本揭露一示範實施例所繪示一種無線通訊裝置的功能方塊圖。
圖2B為依據本揭露另一示範實施例所繪示的一種無線通訊裝置的功能方塊圖。
圖3A為依據第一示範實施例所繪示用於多天線系統的一種通道信息反饋方法的流程圖。
圖3B為依據第一示範實施例所繪示用於多天線系統的另一種通道信息反饋方法的流程圖。
圖4為依據本揭露一示範實施例所繪示用於多天線系統的信息一種反饋通道信息反饋方法的模擬結果。
圖5繪示用於多天線通訊系統的一種通道信息反饋情況。
圖6A為依據第二示範實施例所繪示的一種調適性MIMO通道信息反饋方法的流程圖。
圖6B為依據一示範實施例所繪示的瞬時通道增益的多準位門限值。
圖6C為依據第二示範實施例所繪示的一種調適性MIMO通道資訊信息回授通道信息反饋方法的流程圖。
圖6D為依據第二實施例所繪示的一種調適性MIMO通道信息反饋方法的流程圖。
圖6E為依據第二實施例所繪示的一種調適性MIMO通道信息反饋方法的流程圖。
圖7為依據第二示範實施例所繪示的具有調適性壓縮比率的通道信息反饋方法的模擬結果示意圖。
圖8為依據第三實施例所繪示基於切換稀疏基底的一種通道信息反饋方法的流程圖。
圖9為依據第三示範實施例所繪示的基於切換稀疏基底的一種通道信息反饋方法的流程圖。
圖10繪示基於切換稀疏基底的通道信息反饋方法在符碼錯誤率(SER)方面的模擬結果示意圖。
圖11繪示基於切換稀疏基底的通道信息反饋方法在重置率(reset ratio)方面的模擬結果示意圖。
31~34．．．步驟

Claims (33)

  1. 一種通道信息反饋方法，適用於多天線系統，包括：一無線通訊裝置根據從一發送端裝置接收的多個信號估算一多輸入多輸出(MIMO)通道的多個參數，且得到已估算多輸入多輸出通道的代表方式；該無線通訊裝置經由一預設的隨機矩陣，利用壓縮感測技術取得該已估算多輸入多輸出通道的代表方式的隨機測量，藉以得到多個壓縮感測測量；以及該無線通訊裝置將該些壓縮感測測量反饋至該發送端裝置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之通道信息反饋方法，其中該已估算多輸入多輸出通道的代表方式包括一實部的代表方式及一虛部的代表方式，且得到該些壓縮感測測量的步驟包括：該無線通訊裝置經由該預設的隨機矩陣，利用該壓縮感測技術分別取得該實部的代表方式以及該虛部的代表方式的多個隨機測量；以及得到該已估算多輸入多輸出通道的代表方式的實部的多個壓縮感測測量，並且得到該已估算多輸入多輸出通道的代表方式的虛部的多個壓縮感測測量。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之通道信息反饋方法，其中估算該多輸入多輸出通道的該些參數的步驟包括：該無線通訊裝置估算該多輸入多輸出通道的該些參數作為一多輸入多輸出通道矩陣，再將該多輸入多輸出通道矩陣向量化成為一第一向量作為該已估算多輸入多輸出通道的代表方式。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之通道信息反饋方法，其中該無線通訊裝置經由該預設的隨機矩陣，利用壓縮感測技術取得該已估算多輸入多輸出通道的代表方式的隨機測量的步驟包括：該無線通訊裝置將該第一向量與一預設的M×N隨機矩陣相乘，以將該第一向量的維度從N減至M而得到一第二向量，其中N＞M。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之通道信息反饋方法，其中將該些壓縮感測測量反饋至該發送端裝置的步驟包括：該無線通訊裝置將該第二向量傳送至該發送端裝置。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之通道信息反饋方法，其中在得到該第二向量的步驟之前，該通道信息反饋方法更包括：該無線通訊裝置估算一瞬時通道增益並得到該瞬時通道增益；該無線通訊裝置根據該瞬時通道增益適當地調整對應M數值的一壓縮比率；以及該無線通訊裝置得到該壓縮比率的該第二向量。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之通道信息反饋方法，更包括：該無線通訊裝置傳送可指出該已調整的壓縮比率的一索引至該發送端裝置。
  8. 如申請專利範圍第4項所述之通道信息反饋方法，其中在得到該第二向量的步驟之前，該通道信息反饋方法更包括：該無線通訊裝置判斷是否偵測到任何錯誤；以及該無線通訊裝置根據偵測錯誤的判斷結果決定出對應M數值的一壓縮比率。
  9. 如申請專利範圍第4項所述之通道信息反饋方法，其中在得到該第二向量的步驟之前，該通道信息反饋方法更包括：該無線通訊裝置根據從該發送端裝置接收的多個信號，決定出一錯誤率；該無線通訊裝置將該錯誤率與一預設多準位門限值作比較；以及該無線通訊裝置根據該錯誤率與該預設多準位門限值之間的比較結果，決定對應M的數值的一壓縮比率。
  10. 如申請專利範圍第3項所述之通道信息反饋方法，更包括：計算該第一向量的一卡洛轉換基底(Kahrunen-Loeve Transform，KLT)式；以及該無線通訊裝置模擬一通道還原程序以得到該第一向量的一估測版本，以及計算該第一向量的該估測版本的卡洛轉換基底。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之通道信息反饋方法，更包括：該無線通訊裝置偵測從該發送端裝置接收的多個信號中是否有錯誤；以及當偵測到從該發送端裝置接收的該些信號中的錯誤，該無線通訊裝置估算一新的多輸入多輸出通道矩陣，再將該新的多輸入多輸出通道矩陣向量化為該第一向量，計算該第一向量的一卡洛轉換基底，模擬該通道復原程序以得到該第一向量的一估測版本，以及計算該第一向量的該估測版本的一卡洛轉換基底；以及當未偵測從該發送端裝置接收的多個信號中的錯誤時，該無線通訊裝置估算一新的多輸入多輸出通道矩陣，再將該新的多輸入多輸出通道矩陣向量化為該第一向量，對該第一向量進行一卡洛轉換以得到一稀疏向量，然後以前一區間中估測得到的另一卡洛轉換基底對該稀疏向量進行該卡洛反轉換以得到一第三向量。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之通道信息反饋方法，更包括：該無線通訊裝置計算出該第三向量偏離該第一向量的均方差；該無線通訊裝置判斷該均方差是否小於一預設門限值；當該誤差方均根大於或等於該預設門限值，該無線通訊裝置反饋該第一向量；以及當該誤差方均根小於該預設門限值，該無線通訊裝置只將該稀疏向量的非零元素反饋至該發送端裝置。
  13. 一種無線通訊裝置，包括：一收發器模組，用來從一發送端裝置接收多個信號，並反饋信息至該發送端裝置；一通道估算器，連接於該收發器模組，根據從該發送端裝置接收的該些信號估算出多輸入多輸出通道參數，以及得到一已估算多輸入多輸出通道的代表方式；以及一基頻處理器，連接於該收發器模組與該通道估測器，用來經由一隨機矩陣利用壓縮感測技術得到該已估算多輸入多輸出通道的代表方式的隨機測量，從而得到一壓縮感測測量，並且經由該收發器模組將該壓縮感測測量反饋至該發送端裝置。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之無線通訊裝置，其中該已估算多輸入多輸出通道的代表方式包括一實部的代表方式及一虛部的代表方式，並且該基頻處理器更用來經由一預設的隨機矩陣利用壓縮感測技術以分別得到該實部的代表方式及該虛部的代表方式的隨機測量，然後分別得到該已估算多輸入多輸出通道的代表方式的實部的壓縮感測測量以及該已估算多輸入多輸出通道的代表方式的虛部的壓縮感測測量。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之無線通訊裝置，其中：該通道估測器更用來估算該多輸入多輸出通道參數作為一多輸入多輸出通道矩陣，且該通道估測器將該多輸入多輸出通道矩陣向量化為一第一向量作為該已估算多輸入多輸出通道的代表方式；該基頻處理器更用來經由將一M×N隨機矩陣與該第一向量相乘以將該第一向量的維度從N減少到M，從而得到一第二向量，其中N>M；以及該基頻處理器更用來將該第二向量反饋至該發送端裝置。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之無線通訊裝置，其中：在得到該第二向量之前，該通道估測器更用來估算出一瞬時通道增益，並且該基頻處理器根據該瞬時通道增益適當地調整對應M數值的一壓縮比率，並且在已調整的該壓縮比率之下得到該第二向量。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之無線通訊裝置，其中：在得到該第二向量之前，該基頻處理器判斷是否有偵測任何錯誤，並且根據偵測錯誤的判斷結果決定一壓縮比率。
  18. 如申請專利範圍第15項所述之無線通訊裝置，其中：在得到該第二向量之前，該基頻處理器根據從發送端裝置接收的該些信號決定一錯誤率，將該錯誤率與一預設多準位門限值比較，以及根據該錯誤率與該預設多準位門限值的比較結果決定一壓縮比率。
  19. 如申請專利範圍第15項所述之無線通訊裝置，其中：該基頻處理器進一步計算該第一向量的卡洛轉換基底，並藉由將一M×N隨機矩陣與該第一向量相乘以將該第一向量的維度從N減少到M，從而得到該第二向量，且模擬基於壓縮感測技術的一通道還原程序從該第二向量得到該第一向量的估測版本，以及計算該第一向量的估測版本的卡洛轉換基底。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之無線通訊裝置，其中：該基頻處理器進一步偵測從該發送端裝置接收的該些信號中是否有錯誤；當偵測到從發送端裝置接收的該些信號中的錯誤時，該通道估算器估算一新的多輸入多輸出通道矩陣，該基頻處理器再將該新的多輸入多輸出通道矩陣向量化為該第一向量，該基頻處理器計算出該第一向量的卡洛轉換基底，經由將該M×N隨機矩陣與該第一向量相乘以將該第一向量的維度從N減少到M從而得到該第二向量，模擬基於壓縮感測技術的該通道還原程序以從該第二向量得到該第一向量的估測版本，計算該第一向量的估測版本的卡洛轉換基底，以及經由該收發器模組將該第二向量反饋至該發送端裝置；以及當未偵測到從發送端裝置接收的該些信號中的錯誤時，該通道估算器估算出該新的多輸入多輸出通道矩陣，該基頻處理器再將該新的多輸入多輸出通道矩陣向量化為該第一向量，對該第一向量進行卡洛轉換以得到一稀疏向量，並且利用在前一區間估算得到的一卡洛轉換基底對該稀疏向量進行卡洛反轉換以得到一第三向量。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之無線通訊裝置，其中：該基頻處理器進一步計算出該第三向量偏離該第一向量的均方差，並判斷該均方差是否大於一預設門限值；當該均方差大於或等於該預設門限值，該基頻處理器經由將該M×N隨機矩陣與該第一向量相乘以將該第一向量的維度從N減少到M，從而得到該第二向量，並經由該收發器模組將該第二向量反饋至該發送端裝置；以及當該均方差小於該預設門限值，該基頻處理器只將該稀疏向量的非零元素經由該收發器模組反饋至該發送端裝置。
  22. 一種通道反饋方法，適用於一多天線系統，包括：一無線通訊裝置經由一多輸入多輸出通道將多個信號發送至一接收端裝置；該無線通訊裝置從該接收端裝置接收該多輸入多輸出通道的一壓縮感測量測參數；該無線通訊裝置經由利用一N×N稀疏基底與一預設的M×N隨機矩陣，利用壓縮感測技術還原多輸入多輸出通道參數，其中M<N，N=Nr×Nt，而Nt是該無線通訊裝置的發射天線的數量，Nr是該無線通訊裝置的接收天線的數量；以及根據該已還原的該多輸入多輸出通道，利用多個傳送參數在下一區間內發送多個信號到該接收端裝置。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之通道反饋方法，其中該多輸入多輸出通道的該壓縮感測量測參數包括一實部的代表方式與一虛部的代表方式，並且經由該N×N稀疏基底與該預設的M×N隨機矩陣還原該多輸入多輸出通道參數的步驟包括：將該壓縮感測技術分別應用於該實部的代表方式以及該虛部的代表方式，且經由該N×N稀疏基底與該預設的M×N隨機矩陣分別還原該多輸入多輸出通道的多個實部參數多個虛部參數；以及將該多輸入多輸出通道的該些實部參數與該些虛部參數合併為該已還原多輸入多輸出通道。
  24. 如申請專利範圍第22項所述之通道反饋方法，其中經由利用該N×N稀疏基底以及該預設的M×N隨機矩陣，利用該壓縮感測技術來還原該多輸入多輸出通道參數的步驟包括：該無線通訊裝置經由利用從該接收端裝置接收的一第一向量、該N×N稀疏基底以及該預設的M×N隨機矩陣以利用該壓縮感測技術估算出一信號；以及該無線通訊裝置還原該N×N稀疏基底中的一第二向量以及該信號，以及將該第二向量轉換為一已估算多輸入多輸出通道矩陣，其中該已估算多輸入多輸出通道矩陣的所有元素為該多輸入多輸出通道參數。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之通道反饋方法，更包括：該無線通訊裝置從該接收端裝置接收用於指出相關於該第一向量的一壓縮比率的一索引，該壓縮比率直接對應於M的數值；以及該無線通訊裝置根據該壓縮比率決定出該預設的M×N隨機矩陣的維度。
  26. 如申請專利範圍第24項所述之通道反饋方法，更包括：該無線通訊裝置計算該已還原的第二向量的一已估算卡洛轉換基底；以及當只從該接收端裝置接收到一稀疏向量的非零元素時，該無線通訊裝置利用該稀疏向量的該些非零元素重建該稀疏向量，將該稀疏向量與該已估算卡洛轉換基底相乘以還原該多輸入多輸出通道矩陣，然後根據該已還原的多輸入多輸出通道矩陣設置下一區間的多個傳送參數。
  27. 如申請專利範圍第24項所述之通道反饋方法，更包括：計算該已估算多輸入多輸出通道矩陣的多個特徵向量作為卡洛轉換基底；以及當從該接收端裝置接收該第一向量的一小部份時，該無線通訊裝置利用該壓縮感測技術，經由該第一向量的該一小部份以及先前計算的卡洛轉換基底，還原該多輸入多輸出通道矩陣，並且根據該已還原的多輸入多輸出通道矩陣設置下一區間的多個傳送參數。
  28. 一種無線通訊裝置，包括：一收發器模組，用來經由一多輸入多輸出通道矩陣發送多個信號至一接收端裝置，且從該接收端裝置接收信號；以及一通信協定模組，連接於該收發器模組，用來從接收端裝置接收該多輸入多輸出通道的一壓縮感測量測參數，經由利用該N×N稀疏基底與一預設的M×N隨機矩陣，利用壓縮感測技術還原該多輸入多輸出通道的多個參數，以及根據該已還原多輸入多輸出通道，將多個傳送參數應用於下一區間，其中M<N，N=Nr×Nt，而Nt是該無線通訊裝置的發送天線的數量，Nr是該無線通訊裝置的接收天線的數量。
  29. 如申請專利範圍第28項所述之無線通訊裝置，其中該多輸入多輸出通道的該壓縮感測量測參數包括一實部的代表方式與一虛部的代表方式，而該通信協定模組更用來將該壓縮感測技術分別應用於該實部的代表方式與該虛部的代表方式，並經由該N×N稀疏基底以及該預設的M×N隨機矩陣分別還原該多輸入多輸出通道的一實部參數與一虛部參數，且將該多輸入多輸出通道的該實部參數與該虛部參數合併作為該已還原的多輸入多輸出通道。
  30. 如申請專利範圍第29項所述之無線通訊裝置，其中：該通信協定模組用來經由利用從該接收端裝置接收的該第一向量、該N×N稀疏基底與該預設的M×N隨機矩陣，利用該壓縮感測技術估算出一信號；以及該通信協定模組進一步還原該N×N稀疏基底中的一第二向量與該信號，並將該第二向量轉換為一已估算多輸入多輸出通道矩陣，其中該已估算多輸入多輸出通道矩陣的所有元素為該多輸入多輸出通道的多個參數。
  31. 如申請專利範圍第30項所述之無線通訊裝置，其中：該通信協定模組用來經由該收發器模組從該接收端裝置接收一索引，其中該索引指出相關於該第一向量的一壓縮比率，且該壓縮比率直接對應於M的數值；以及該通信協定模組進一步根據該壓縮比率決定該預設的M×N隨機矩陣。
  32. 如申請專利範圍第31項所述之無線通訊裝置，其中：該通信協定模組用來計算出該已還原的第二向量的一已估算卡洛轉換基底；以及當只從該接收端裝置接收到一稀疏向量的非零元素時，該通信協定模組根據該稀疏向量的該些非零元素重建該稀疏向量，將該稀疏向量與該已估算卡洛轉換基底相乘以還原該多輸入多輸出通道矩陣，然後根據該已還原的多輸入多輸出通道矩陣設置下一區間的多個傳送參數。
  33. 如申請專利範圍第31項所述之無線通訊裝置，其中：該通信協定模組用來計算該已估算MIMO通道矩陣的多個特徵向量作為卡洛轉換基底；以及當從該接收端裝置接收到該第一向量的一小部份時，該通信協定模組利用該壓縮感測技術經，經由該第一向量的該小部份與先前計算的該卡洛轉換基底，還原一多輸入多輸出通道矩陣，然後根據該已還原多輸入多輸出通道矩陣設置該下一區間的多個傳送參數。
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