WO2012083683A1

WO2012083683A1 - 一种应用于下行链路的mimo无线通信系统的反馈方法

Info

Publication number: WO2012083683A1
Application number: PCT/CN2011/077265
Authority: WO
Inventors: 王东明; 高西奇; 尤肖虎
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2011-07-18
Publication date: 2012-06-28
Anticipated expiration: 2013-06-20
Also published as: CN102025463B; CN102025463A

Description

一种应用于下行链路的 MIMO无线通信系统的反馈方法技术领域

本发明涉及无线通信系统中的多用户通信技术，尤其涉及一种应用于下行链路的 MIMO无线通信系统的反馈方法。

背景技术

无线 MIMO (Multiple-Input Multiple Output, 多输入多输出）通信系统，可以大大提高系统的频谱利用率。在下行链路 MIMO传输中，当基站已知多个用户的信道状态信息时，通过预编码，在发送端消除多个用户的干扰，可以进行 MU-MIMO (Multi-User MIMO, 多用户 MIMO) 的空分传输，即基站与多个用户在相同的时间和频率资源上发送信号。但是，由于基站需要已知多个用户的下行信道状态信息，这使得用户的反馈量非常大。因此，在实际系统中，通常采用隐式反馈，即根据用户的下行信道状态信息，考虑基站所能采用的若干波束方向，计算出基站应该采用的波束方向（从预编码码书的角度讲，就是从预先设计的预编码码本中选择一个最好的码字），用户将该波束方向的序号（或预编码码字）反馈给基站。在基站侧，为了进行多用户的空分，首先需要进行多用户配对，即确定哪些用户可以在相同的时频资源上进行空分。但是，由于基站仅知道某个用户所处的波束方向，但是不知道如果有其他用户与之空分时，其他用户对它的干扰情况。这样，如果配对不好，反而会增加用户之间的干扰，从而降低系统的容量。因此，在基站侧进行多用户的分组、配对，并且设计有效用户的反馈是非常必要的。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种应用于下行链路的 MIMO无线通信系统的反馈方法，在降低用户的反馈量的同时便于基站根据各个用户的方向进行多用户 MIMO的配对。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种应用于下行链路的 MIMO无线通信系统的反馈方法，所述反馈方法，基于隐式反馈，对基站发送的波束方向的分组给出了分组原则，同时根据该分组原则对用户端的工作步骤和基站端的工作步骤做了相关规定。

基站发送的波束方向的分组原则如下：（1 )各个分组内的波束方向相互正交； (2) 各个分组之间没有交集；（3) 波束方向的分组为静态不可变的，且用户端和基站端悉知该分组原则和分组结果。

用户端工作步骤如下： (al )用户根据下行链路的信道状态信息计算出针对该用户基站下行发送应采用的波束方向，并根据分组原则确定该波束方向所在的分组；

(a2)基于步骤（al )确定的波束方向和分组，用户端根据下行链路的信道状态信息，计算基站在该分组内的其他波束方向上发送其他用户的信号时对该用户的干扰的大小，并根据预先设定的阈值，判断其他波束方向对应的其他用户能否与该用户进行空分；

(a3)该用户将其使用的波束方向反馈给基站，同时将步骤（a2) 中的判断结果作为附加信息反馈给基站。

基站端工作步骤如下：

(bl ) 基站根据用户的反馈获知该用户下行使用的波束方向；

(b2)基站根据步骤（M )所述的用户反馈的附加信息获知能够与该用户进行空分的用户所处于的波束方向；

(b3)基站根据步骤（bl )和步骤（b2)获知的信息，以及其他用户反馈的信息，确定使用的波束方向在相同分组的用户进行多用户的配对。

在步骤（a2) 中，对其他波束方向对应的其他用户能否与该用户进行空分，采用二进制方式标识能否与该用户进行空分的其他用户对应的波束方向；比如将能够与该用户进行空分的用户对应的波束方向采用 " 1 "标识，将不能够与该用户进行空分的用户对应的波束方向采用 "0"标识。

有益效果：本发明提供的一种应用于下行链路的 MIMO无线通信系统的反馈方法，对于 MU-MIMO仅需要增加少量的反馈开销，即可完成 MU-MIMO的配对，且反馈的比特量少，能够可以降低配对用户之间的干扰，能够提供整体系统的频率利用率；可以应用于蜂窝移动通信系统的下行 MU-MIMO传输。

附图说明

图 1为本发明的工作流程图。

具体实施方式

下面结合图 1对本发明作更进一步的说明。

如图 1所示为一种应用于下行链路的 MIMO无线通信系统的反馈方法的流程图，其包括三个部分。

图 1的中间部分为基站发送的波束方向的分组原则：各个分组内的波束方向相互正交；各个分组之间没有交集；波束方向的分组为静态不可变的，且用户端和基站端悉知该分组原则和分组结果。图 1左边的用户端和图 1右边的基站端的工作步骤都基于该分组原则。

用户端工作步骤如下： (al)用户根据下行链路的信道状态信息计算出针对该用户基站下行发送应采用的波束方向，并根据分组原则确定该波束方向所在的分组；

(a2)基于步骤（al)确定的波束方向和分组，用户端根据下行链路的信道状态信息，计算基站在该分组内的其他波束方向上发送其他用户的信号时对该用户的干扰的大小，并根据预先设定的阈值，判断其他波束方向对应的其他用户能否与该用户进行空分；采用二进制方式标识判断结果，其中，能够与该用户进行空分的用户对应的波束方向采用 "1"标识，不能够与该用户进行空分的用户对应的波束方向采用 "0"标识。

(a3)该用户将其使用的波束方向反馈给基站，同时将步骤（a2) 中的判断结果即采用二进制方式标识的波束方向的结果，作为附加信息反馈给基站。

基站端工作步骤如下：

(bl ) 基站根据用户的反馈获知该用户下行使用的波束方向；

(b2)基站根据步骤（M)所述的用户反馈的附加信息获知能够与该用户进行空分的用户所处于的波束方向；

(b3)基站根据步骤（bl)和步骤（b2)获知的信息，以及其他用户反馈的信息，确定使用的波束方向在相同分组的用户进行多用户的配对。

下面以 3GPP ( Third Generation Project Partner ) LTE ( Long Term Evolution) 中 8根发送天线的码书为例，对本发明方法进行详细说明。不失一般性，以下的描述中用户 1为当前用户。

首先考虑 8根发送天线，用户 1发送的数据流的个数为 1，即秩（rank) 为 1的情形。根据文献 [3GPP Rl-105011, Way Forward on 8Tx Codebook for Rel.10 DLMIMO]记载，在 LTE的 8天线的码本中，用户反馈的码字包括两个部分 ^和 w₂, 基站用它们的乘积作为实际发送的预编码矩阵。它们的取值如下：

B=[K … , [ — « = 0,1,2,3, " = 0,1 ··, 31

X ^ I · ^ ~ 0, 1, * * * , 1 J i L _{0 x} —

Codebook 1 : C, ={ , W,^m , ,···, }

可以看出，基站采用 32个波束方向 „,_η = 0,1,···,31)，我们将 32个波束方向分成 8个组，每个组内的波束互相正交，其中第 /组可以表示为：

其中/ = 0,1,2,...,7，且基站和每个用户对这个分组的方法都是已知的。

在 LTE中，当用户根据下行参考信号估计出下行信道状态信息，根据信道状态信息计算出码字和^₂。假设用户得到的 ^和^₂分别为：

^= =「^Χ(5)

χ'Μ^ b₁₂ b₁₃ 用户将 W BW₂反馈给基站（可以采用 W BW₂的码字的索引号），基站得到^ 和^₂后即可获知：

即：用户 1 使用的波束方向为。根据分组原则，用户 1 处于

G₄ =[b₄ b₁₂ b₂₀ ]组。为了支持 MU-MIMO, 用户 1除了反馈 W BW₂，还需要增加 3个比特的信息，用来指示该组中哪些波束可以给其它用户使用（即可以与用户 1空分构成 MU-MIMO)。例如，用户 1根据下行信道信息计算其它波束上如果有用户使用时的干扰强度。如果某个波束方向被占用时干扰较强，那么用户 1需要建议基站不能有其它用户在该波束方向上与用户 1空分（可以用 0指示）。相反，如果某个波束方向被占用时干扰较弱，那么用户 1建议基站可以有其它用户在该波束方向上与用户 1空分（可以用 1指示）。在上述例子中，如果用户 1 反馈的 3个比特为 010，则基站知道，和 ₈方向上不能有其它用户与用户 1 空分，而。可以有其他用户与用户 1 空分。这样，基站根据各个用户的反馈来进行配对构成 MU-MIMO。

考虑 8根发送天线，用户 1的发送的数据流的个数为 2，即秩（rank) 为 2 的情形。在 8天线的码本中， ^的取值与秩为 1时相同，仍采用 32个波束方向， _Ί的取值如下公式:

X γ₂― 1 ' γ₂ -

-γ₂_ -JY₂_

(Yi ₂ { )'( ' )'( ' ) ) 由于波束方向仍为 32个，分组方法与秩为 1时相同。

在 LTE中，当用户根据下行参考信号估计出下行信道状态信息，根据信道状态信息计算出码字 W BW₂。假设用户 1得到的 ^和^分别为： w, = w

用户将 W BW₂反馈给基站（可以采用 W BW₂的码字的索引号）。基站得到^ 和^₇后即可获知：

艮卩：用户 1使用的波束方向为 fc_u。分组原则，用户 1处于 G₃ =[ b_n b₁₉ b₂₁] 组。与上面秩为 1的例子相同，为了支持 MU-MIMO, 用户 1除了反馈 W BW₂，还需要增加 3个比特的信息，用来指示该组中哪些波束可以给其它用户使用（即可以与用户 1空分构成 MU-MIMO)。在该例中，如果用户 1反馈的 3个比特为 1

10，则基站知道， ₇方向上不能有其它用户与用户 1空分，而和可以有其他用户与用户 1 空分。这样，基站根据各个用户的反馈来进行配对构成 MU-MIMO。

考虑 8根发送天线，用户 1 的发送的数据流的个数为 3，即秩（rank) 为 3 的情形。在 8天线的码本中，秩为 3时， ^的取值为：

B = ■■■ I B] :0,1,2,3, « = 0,1, ·'·15

X^(k、 ^{= 0}'¹,2,3

_ ~X^(k) 0

0 x^(k)

Codebook 1 : C_x ={ W;° W;^r> ,Ψ^',Ψ, W₂的取值如下公式:

e₅J'^e5ML^e2 」'^e6ML ^e ₇J'^e7ML J' J'

)

可以看出，基站采用 16个波束方向 „,_η = 0,1,···,15)，将 16个波束方向分成 4个组，每个组内的波束互相正交，其中第 /组可以表示为：

其中/ = 0,1,2,3，且基站和每个用户对这个分组的方法都是已知的。

当用户根据下行参考信号估计出下行信道状态信息，根据信道状态信息计算出码字 ^和^₂。假设用户 1得到的 ^和^₂分别为：

用户将 W BW₂反馈给基站（可以采用 W BW₂的码字的索引号）。基站得到^ 和^₂后即可获知：

—X(²) 0 ― 1 1

W 、 b₉

_ 0 χ ² _ _V b₉ -b₉ 艮卩：用户 1 使用的波束方向为 ¾和。根据分组原则，用户 1 处于 b₅ b₉ 组。为了支持 MU-MIMO, 用户 1除了反馈 ^和^₂，还需要增加 1个比特的信息（对于秩为 3，我们限定只能有其他秩为 3或 4的用户可以进行配对），用来指示该组中哪些波束可以给其它用户使用（即可以与用户 1空分构成 MU-MIMO)。在该例中，如果用户 1反馈的 1个比特为 1，则基站知道，

^和^可以有其他用户与用户 1空分。这样，基站根据各个用户的反馈来进行配对构成 MU-MIMO。考虑 8根发送天线，用户 1的发送的数据流的个数为 4，即秩（rank) 为 4 的情形。在 8天线的码本中，秩为 4时， ^的取值与前面秩为 3相同，基站仍采用 16个波束方向，因此分组方法与秩为 3相同。 W₇的取值如下公式：

¾]

当用户根据下行参考信号估计出下行信道状态信息，根据信道状态信息计算出码字 W B W₂。假设用户 1得到的 ^和^分别为：

用户将 W B W₂反馈给基站（可以采用 W B W₂的码字的索引号）。基站得到^ 和^₂后即可获知：

~x ² 0 ― 1 1 b₁₅ b₁₅

_ 0 x ⁽²⁾ _ b₁₅ - —b_l5 艮卩：用户 1 使用的波束方向为 fc_u和。根据分组原则，用户 1 处于 G₃ = [b₃ b_n b 组。为了支持 MU-MIMO, 用户 1除了反馈 W B W₂，还需要增加 1个比特的信息（对于秩为 4，我们限定只能有其他秩为 3或 4的用户可以进行配对），用来指示该组中哪些波束可以给其它用户使用（即可以与用户 1空分构成 MU-MIMO)。在该例中，如果用户 1反馈的 1个比特为 1，则基站知道， ¾和可以有其他用户与用户 1空分。这样，基站根据各个用户的反馈来进行配对构成 MU-MIMO。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

权利要求书

1、一种应用于下行链路的 MIMO无线通信系统的反馈方法，其特征在于：所述反馈方法中，先对基站发送的波束方向进行分组，使得各个分组内部的波束方向相互正交，且各个分组之间没有交集，再将分组信息发送给用户端和基站端，其巾：

用户端工作步骤如下：

(al )用户根据下行链路的信道状态信息计算出针对该用户基站下行发送应采用的波束方向，并确定该波束方向所在的分组；

(a3)该用户将其使用的波束方向反馈给基站，同时将步骤（a2) 中的判断结果作为附加信息反馈给基站；

基站端工作步骤如下：

(bl ) 基站根据用户的反馈获知该用户下行使用的波束方向；

2、根据权利要求 1所述的应用于下行链路的 MIMO无线通信系统的反馈方法，其特征在于：所述步骤（a2) 中，对其他波束方向对应的其他用户能否与该用户进行空分，采用二进制方式标识能否与该用户进行空分的其他用户对应的波束方向。