WO2015123821A1

WO2015123821A1 - 一种信道状态信息反馈方法、装置、用户设备及基站

Info

Publication number: WO2015123821A1
Application number: PCT/CN2014/072247
Authority: WO
Inventors: 刘坚能; 饶雄斌; 余荣道
Original assignee: 华为技术有限公司
Priority date: 2014-02-19
Filing date: 2014-02-19
Publication date: 2015-08-27
Also published as: US20160365913A1; EP3096483B1; CN105981320A; CN105981320B; EP3096483A4; US10298305B2; EP3096483A1

Abstract

本发明实施例提供一种信道状态信息反馈方法、装置、用户设备及基站，其中方法包括：与BS预先同步包含CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵；接收BS发送的导频信息；根据所述导频信息确定包含CSI的频域及空域信息的CSI信息矩阵；通过所述CSI信息矩阵确定待传输数据；将所述待传输数据反馈至BS，以使BS采用与UE预先同步的包含CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，从所述待传输数据中恢复出对应的CSI信息。本发明实施例提高了CSI反馈效率，降低了从UE端到BS端的反馈开销，进而提高了无线通信中的频谱利用率。

Description

一种信道状态信息反馈方法、装置、用户设备及基站技术领域本发明涉及无线通信技术领域，更具体地说，涉及一种信道状态信息反馈方法、装置、用户设备及基站。

背景技术

无线通信系统中，大规模天线阵列可以带来空域复用增益，从而提高无线系统的通信吞吐量，因此大规模天线被认为是未来无线通信系统一个关键技术点；但是要想获得由多天线所带来的这些空域复用增益，无线系统中的基站

( BS , Base Station ) 需要知道从 BS 端发射天线到用户设备（UE , User Equipment )接收天线的信道状态信息（CSI, Channel State Information )。 CSI 代表的是从 BS到 UE之间的信道衰减信息，是由 UE进行测算后，通过上行反馈链路反馈回 BS的。

随着大规模天线阵列中天线数目的增多，从 UE端到 BS端的 CSI反馈信息量会大幅增长，从而给整个无线通信系统带来了大量的反馈开销；这些大量的反馈开销会抵消由大规模天线阵列所带来的分集增益好处，降低实际有效的频谱利用率。另一方面，实际无线通信系统中往往采用的是有限反馈方法，即给定上行反馈链路的反馈容量，随着需要反馈的 CSI信息量的不断增加，每个 CSI能够分配的比特量逐渐减少，那么从 UE端反馈回 BS端的 CSI的质量会逐渐降低。因此目前急需提高 CSI的反馈效率，从而保证反馈回 BS端的 CSI 的质量、提高无线通信系统的频谱利用效率。

现行无线通信系统的常规 CSI反馈设计方法是: UE利用 BS发送过来的导频 (pilots)测算出对应子载波上的 CSI参数之后，会将整个 CSI参数使用码本进行量化，然后将量化之后的 CSI参数通过从 UE到 BS端的上行链路反馈到 BS端， BS 端再利用相同的码本解出相应的 CSI参数信息。

本发明的发明人在实现本发明的过程中发现：现有 CSI反馈方式 UE是将测算出的整个 CSI参数使用码本进行量化，然后将量化之后的 CSI参数反馈到

BS端，实现 CSI的反馈；这种 CSI反馈方式并没有考虑大规模天线阵列中 CSI 的特性， CSI的反馈效率较低。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种信道状态信息反馈方法、装置、用户设备及基站，以解决现有 CSI反馈方式并没有考虑大规模天线阵列中 CSI的特性，所带来的 CSI的反馈效率较低的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种信道状态信息反馈方法，与 BS预先同步包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，所述方法包括：

接收 BS发送的导频信息；

根据所述导频信息确定包含 CSI的频域及空域信息的 CSI信息矩阵；通过所述 CSI信息矩阵确定待传输数据；

将所述待传输数据反馈至 BS, 以使 BS采用与 UE预先同步的包含 CSI 的频域及空域的稀疏性的基矩阵，从所述待传输数据中恢复出对应的 CSI信息。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述与 BS预先同步包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵的过程包括：

接收 BS发送的一段时间的训练序列；

根据所述训练序列测算对应的 CSI信道矩阵序列，所测算的 CSI信道矩阵序列中的各 CSI信道矩阵为包含 CSI的频域及空域信息的矩阵；

在给定的初始化基矩阵下，计算由各 CSI信道矩阵所对应的列向量所组成的序列所对应的稀疏向量序列；

根据所述稀疏向量序列确定包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，以使基矩阵与所述稀疏向量序列中的任一稀疏向量的乘积，与对应的 CSI信道矩阵的列向量的差模满足预定条件；

将所确定的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵同步至 BS。

第二方面，本发明实施例提供一种信道状态信息反馈装置，所述装置包括：第一同步模块，用于与基站 BS预先同步包含信道状态信息 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵；

导频信息接收模块，用于接收 BS发送的导频信息；

CSI信息矩阵确定模块，用于根据所述导频信息确定包含 CSI的频域及空域信息的 CSI信息矩阵；

待传输数据确定模块，用于通过所述 CSI信息矩阵确定待传输数据；反馈模块，用于将所述待传输数据反馈至 BS, 以使 BS采用与 UE预先同步的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，从所述待传输数据中恢复出对应的 CSI信息。

结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述第一同步模块包括：

训练序列接收单元，用于接收 BS发送的一段时间的训练序列；

测算单元，用于根据所述训练序列测算对应的 CSI信道矩阵序列，所测算的 CSI信道矩阵序列中的各 CSI信道矩阵为包含 CSI的频域及空域信息的矩阵；

稀疏向量序列计算单元，用于在给定的初始化基矩阵下，计算由各 CSI 信道矩阵所对应的列向量所组成的序列所对应的稀疏向量序列；

基矩阵确定单元，用于根据所述稀疏向量序列确定包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，以使基矩阵与所述稀疏向量序列中的任一稀疏向量的乘积，与对应的 CSI信道矩阵的列向量的差模满足预定条件；

基矩阵发送单元，用于将所确定的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵同步至 BS。

第三方面，本发明实施例提供一种用户设备，包括上述所述的信道状态信息反馈装置。

第四方面，本发明实施例提供一种信道状态信息反馈方法，与 UE预先同步包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，所述方法包括：

向 UE发送导频信息；

在 UE根据所述导频信息确定包含 CSI的频域及空域信息的 CSI信息矩阵，通过所述 CSI信息矩阵确定待传输数据之后，接收 UE反馈的所述待传输数据；

采用与 UE预先同步的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，从所述待传输数据中恢复出对应的 CSI信息。

结合第四方面，在第四方面的第一种可能的实现方式中，所述与 UE预先同步包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵的过程包括：

向 UE发送一段时间的训练序列；

在 UE根据所述训练序列测算对应的 CSI信道矩阵序列，所测算的 CSI 信道矩阵序列中的各 CSI信道矩阵为包含 CSI的频域及空域信息的矩阵，且 UE在给定的初始化基矩阵下，计算由各 CSI信道矩阵所对应的列向量所组成的序列所对应的稀疏向量序列，根据所述稀疏向量序列确定包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，以使基矩阵与所述稀疏向量序列中的任一稀疏向量的乘积，与对应的 CSI信道矩阵的列向量的差模满足预定条件之后，接收 UE同步的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵。

第五方面，本发明实施例提供一种信道状态信息反馈装置，包括：第二同步模块，用于与用户设备 UE预先同步包含信道状态信息 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵；

导频信息发送模块，用于向 UE发送导频信息；

待传输数据接收模块，用于在 UE根据所述导频信息确定包含 CSI的频域及空域信息的 CSI信息矩阵，通过所述 CSI信息矩阵确定待传输数据之后，接收 UE反馈的所述待传输数据；

恢复处理模块，用于采用与 UE预先同步的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，从所述待传输数据中恢复出对应的 CSI信息。

结合第五方面，在第五方面的第一种可能的实现方式中，所述第二同步模块包括：

训练序列发送单元，用于向 UE发送一段时间的训练序列；

基矩阵接收单元，用于在 UE根据所述训练序列测算对应的 CSI信道矩阵序列，所测算的 CSI信道矩阵序列中的各 CSI信道矩阵为包含 CSI的频域及空域信息的矩阵，且 UE在给定的初始化基矩阵下，计算由各 CSI信道矩阵所对应的列向量所组成的序列所对应的稀疏向量序列 ,根据所述稀疏向量序列确定包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，以使基矩阵与所述稀疏向量序列中的任一稀疏向量的乘积，与对应的 CSI信道矩阵的列向量的差模满足预定条件之后，接收 UE同步的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵。

第六方面，本发明实施例提供一种基站，包括上述所述的信道状态信息反馈装置

基于上述技术方案，本发明实施例提供的信道状态信息反馈方法利用了大规模天线通信系统中 CSI频域以及空域上的稀疏特性，通过 BS发送的导频信息确定包含 CSI的频域及空域信息的 CSI信息矩阵，再通过所述 CSI信息矩阵确定待传输数据，在待传输数据反馈至 BS后， BS可采用与 UE预先同步的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，从所述待传输数据中恢复出对应的 CSI信息，从而实现 CSI的反馈；相比现有技术，本发明实施例利用了大规模天线通信系统中 CSI频域以及空域上的稀疏特性实现的 CSI的反馈，解决了现有技术没有考虑大规模天线阵列中 CSI的特性，所带来的 CSI的反馈效率较低的问题，提高了 CSI反馈效率，降低了从 UE端到 BS端的反馈开销，进而提高了无线通信中的频谱利用率。

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为本发明实施例提供的一种信道状态信息反馈方法的流程图；性的基矩阵的方法流程图；

图 3为本发明实施例提供的一种信道状态信息反馈方法的另一流程图；图 4为本发明实施例提供的一种信道状态信息反馈方法的再一流程图；图 5为本发明实施例提供的信道状态信息反馈装置的结构框图；图 6为本发明实施例提供的第一同步模块的结构框图；

图 7为本发明实施例提供的待传输数据确定模块的结构框图；图 8为本发明实施例提供的反馈模块的结构框图；

图 9为本发明实施例提供的待传输数据确定模块的另一结构框图；图 10为本发明实施例提供的反馈模块的另一结构框图；

图 11为本发明实施例提供的分块量化单元的结构框图；

图 12为本发明实施例提供的用户设备的硬件结构框图；

图 13为本发明实施例提供的信道状态信息反馈方法的又一流程图；图 14为本发明实施例提供的与 UE预先同步包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵的方法流程图；

图 15为本发明实施例提供的信道状态信息反馈装置的另一结构框图；图 16为本发明实施例提供的第二同步模块的结构框图；

图 17为本发明实施例提供的待传输数据接收模块的结构框图；

图 18为本发明实施例提供的恢复处理模块的结构框图；

图 19为本发明实施例提供的待传输数据接收模块的另一结构框图；图 20为本发明实施例提供的恢复处理模块的另一结构框图；

图 21为本发明实施例提供的基站的硬件结构框图。

具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

本发明的发明人在研究过程中发现：在无线通信系统中，从 BS到 UE之间的信道中的散射物是有限的，那么从 BS端到 UE之间的空域路径是有限的。当天线数目增大到一定程度之后，从 BS端到 UE之间的 CSI就会有稀疏特性。也就是说，一个 M*N的 CSI空域矩阵 ( M代表 UE端的接收机天线数目， N 代表 BS端的发射机天线数目）里面并不是每个元素都是有自由度的，这些元素在某个域里面是相互关联并且是有限的总自由度数，无线空间中从基站到用户端的空间散射物是有限的，随着天线数目增多， CSI在空间域上面会体现一种稀疏性，表现为空间域上的 CSI元素之间是相互关联的。

此外，在无线通信的 MIMO-OFDM (多入多出-正交频分复用 ) 系统中，由于传输环境只有有限多径，从 BS端发射天线到 UE接收天线的信道冲击响应一般表现出一定的稀疏特性，这种稀疏特性反应到 MIMO-OFDM的 CSI上面，即表现为不同子载波上的 CSI是相互关联的，即在频域上 CSI元素之间是相互关联的。

可见，大规模天线的无线通信系统中 CSI的空间域，以及时间域上具有稀疏性。因此在 CSI的反馈过程中对大规模天线网络中 CSI在频域以及空域的稀疏性进行利用，可大幅度的提高 CSI的反馈效率。

基于上述思想，下面对本发明实施例提供的信道状态信息反馈方法、装置、用户设备及基站进行介绍。

下面以 UE 的角度对本发明实施例提供的信道状态信息反馈方法进行描述，图 1为本发明实施例提供的一种信道状态信息反馈方法的流程图，该方法可应用于 UE侧，参照图 1 , 该方法可以包括：

步骤 S100、与 BS预先同步包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵；可设 B为 CSI稀疏性的基矩阵， CSI稀疏性的基矩阵 B反应的是 CSI在频域及空域上的稀疏特性，代表 CSI在这个基矩阵的表达下是稀疏的（只有有限个非零元素）。

步骤 S 110、接收 BS发送的导频信息；

步骤 S 120、根据所述导频信息确定包含 CSI的频域及空域信息的 CSI信息矩阵；

可设 CSI信息矩阵为 /, CSI信息矩阵 /代表的是一个与 CSI对应的包含频域以及空域信息的矩阵。可选的，本发明实施例可采用常用的信道估计方法，根据所述导频信息确定出包含 CSI的频域及空域信息的 CSI信息矩阵；本领域技术人员可以知晓根据所述导频信息确定出包含 CSI的频域及空域信息的 CSI 信息矩阵的多种常用方法，这些常用方法为通信领域的公知技术，在此就不再贅述；但需要说明的是，这些常用的根据所述导频信息确定出包含 CSI的频域及空域信息的 CSI信息矩阵的方法，都应在本发明实施例所要求的根据所述导频信息确定包含 CSI的频域及空域信息的 CSI信息矩阵的保护范围内。步骤 S130、通过所述 CSI信息矩阵确定待传输数据；

在本发明实施例中，可对 CSI信息矩阵 H进行压缩感知处理，得到待传输数据；也可以对 CSI信息矩阵 /进行压缩感知处理后，再对经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵进行分块量化，得到待传输数据。

步骤 S140、将所述待传输数据反馈至 BS , 以使 BS采用与 UE预先同步的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，从所述待传输数据中恢复出对应的 CSI信息。

在待传输数据反馈至 BS后， BS可通过 CSI稀疏性的基矩阵 B从待传输数据中恢复出 CSI信息，从而完成 CSI的反馈。

值得注意的是，步骤 S100为预先执行的步骤，在执行一次步骤 S100后，可执行多次的步骤 S110〜步骤 S140。

本发明实施例提供的信道状态信息反馈方法利用了大规模天线通信系统中 CSI频域以及空域上的稀疏特性，通过 BS发送的导频信息确定包含 CSI的频域及空域信息的 CSI信息矩阵，再通过所述 CSI信息矩阵确定待传输数据，在待传输数据反馈至 BS后， BS可采用与 UE预先同步的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，从所述待传输数据中恢复出对应的 CSI信息，从而实现 CSI的反馈；相比现有技术，本发明实施例利用了大规模天线通信系统中 CSI 频域以及空域上的稀疏特性实现的 CSI的反馈，解决了现有技术没有考虑大规模天线阵列中 CSI的特性，所带来的 CSI的反馈效率较低的问题，提高了 CSI 反馈效率，降低了从 UE端到 BS端的反馈开销，进而提高了无线通信中的频谱利用率。

下面对预先同步包含 CSI 的频域及空域的稀疏性的基矩阵的过程进行介绍； CSI稀疏性的基矩阵 B的预先同步过程可以认为是， UE端对 CSI稀疏性的基矩阵 B的训练过程，对应的，图 2示出了与 BS预先同步包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵的方法流程，参照图 2, 该方法可以包括：

步骤 S200、接收 BS发送的一段时间的训练序列；

BS可向 UE发送一段时间 {t = 1， ... Γ}的训练序列；

步骤 S210、根据所述训练序列测算对应的 CSI信道矩阵序列，所测算的 CSI信道矩阵序列中的各 CSI信道矩阵为包含 CSI的频域及空域信息的矩阵； UE 接收到 {t = l，...r}的训练序列之后，可测算出对应的 CSI 信道矩阵 {Η,,.,.Η,}, 其中每个 CSI矩阵 H_t (/=1〜： Γ)代表的是一个包含频域以及空域信息的大矩阵；

可选的 , H_t可表达为 H_t = [vec (H|^l])...vec

, 其中， N_c是 MIMO-OFDM子载波的总数目 , H|^£]代表第 c个子载波上的 CSI信息（NxM矩阵），。是 N。级的 FFT (fast fourier transform, 快速傅里叶变换）矩阵；其中是一个标准操作符，即将一个矩阵里面的元素按照列的方向排成一个列向量。

步骤 S220、在给定的初始化基矩阵下，计算由各 CSI信道矩阵所对应的列向量所组成的序列所对应的稀疏向量序列；

可选的，可在给定的初始化基矩阵 B 下，利用 CoSaMP 算法求算出 {vec iH_x ,...vec(H_r)} 对应的稀疏向量 {_Sl，...s_r} , 即 s_t = CoSaMP(vec(H _t ), 1, 初始， s。 )， Vt e {l， ... Γ}；其中， I是单位矩阵 , 稀疏向量 (t=l〜T)代表一个只有^)个非零元素的向量（注意代表 CSI的稀疏度，是需要提前给定），其中 vec (H_t)和 s_t的关系是 vec (H_t)近似可以表达为 vec(H_t) * B初始 s_t , 在本发明实施例中， CoSaMP算法会生成一个只有个非零元素的向量^使得 ^尽量靠近 vec (H_t)。

步骤 S230、根据所述稀疏向量序列确定包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，以使基矩阵与所述稀疏向量序列中的任一稀疏向量的乘积，与对应的 CSI信道矩阵的列向量的差模满足预定条件；

可选的，差模满足预定条件可以是差模为最小的；显然，预定条件也可以根据实际应用情况设定。本发明实施例在得到 {_Sl，... }后，可利用凸优化工具，通过解决下面的优化问题： min_diagaj+£)_≤1X _veC

, 计算出对应的 CSI 稀疏性的基矩阵 β; 其中，是两个参量， β代表基矩阵，是对应稀疏向量。这个优化问题的目的是在给定稀疏向量 {_Sl，..._S 的条件下，寻找 CSI稀疏性的基矩阵 β, 使得 vec (H_t)和的差模最小化。

可选的，可在步骤 S220和步骤 S230之间进行交替运算得出最后的在交替运算过程中，步骤 S220输出的 {_Sl，...s 是步骤 S230中优化问题的输入参数，步骤 S230中优化问题输出的 B可以是步骤 S220中问题的输入参数。

步骤 S240、将所确定的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵同步至

BS。

可选的，图 1所示步骤 S130通过所述 CSI信息矩阵确定待传输数据的方式可以是：对所述 CSI信息矩阵进行压缩感知处理，得到待传输数据。对应的，图 3示出了本发明实施例提供的信道状态信息反馈方法的另一流程，参照图 3 , 该方法可以包括：

步骤 S300、与 BS预先同步包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵；步骤 S310、接收 BS发送的导频信息；

步骤 S320、根据所述导频信息确定包含 CSI的频域及空域信息的 CSI信息矩阵；

步骤 S330、对所述 CSI信息矩阵进行压缩感知处理；

可选的，利用一个压缩感知（compressive sensing, CS )矩阵压缩获得的 CSI信息矩阵 H, 得到 y = Φνβα(Η) , 其中 Φ为压缩感知矩阵，；为经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵。

步骤 S340、将经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵反馈至 BS, 以使 BS 采用与 UE预先同步的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，对经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵进行压缩感知恢复处理，得到对应的 CSI信息。

值得注意的是，步骤 S300为预先执行的步骤，在执行一次步骤 S300后，可执行多次的步骤 S310〜步骤 S340。

可选的，图 1所示步骤 S130通过所述 CSI信息矩阵确定待传输数据的方式可以是：对所述 CSI信息矩阵进行压缩感知处理，将经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵进行分块量化，得到待传输数据；对应的，图 4示出了本发明实施例提供的信道状态信息反馈方法的再一流程，参照图 4, 该方法可以包括：步骤 S400、与 BS预先同步包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵；步骤 S410、接收 BS发送的导频信息；

步骤 S420、根据所述导频信息确定包含 CSI的频域及空域信息的 CSI信息矩阵；步骤 S430、对所述 CSI信息矩阵进行压缩感知处理；

可选的，利用一个压缩感知矩阵压缩获得的 CSI 信息矩阵 H, 得到 y = Φνβε(Η)；

步骤 S440、将经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵进行分块量化；可选的，分块量化的过程可以是：以预定的长度将经过压缩感知处理后的

CSI信息矩阵进行分块处理；对于各块经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵，采用预定维度的码本进行量化。

如可将向量 _y 进行分块量化，每块大小为；

,然后对每个 yffl采用一个维度为乙的码本进行量化，假设量化之后的 y为。

步骤 S450、将分块量化后的 CSI信息矩阵反馈至 BS ,以使 BS采用与 UE 预先同步的包含 CSI 的频域及空域的稀疏性的基矩阵，对所述分块量化后的 CSI信息矩阵进行压缩感知恢复处理，得到对应的 CSI信息。

值得注意的是，步骤 S400为预先执行的步骤，在执行一次步骤 S400后，可执行多次的步骤 S410〜步骤 S450。

本发明实施例提供的信道状态信息反馈方法利用了大规模天线通信系统中 CSI频域以及空域上的稀疏特性，提高了 CSI反馈效率，降低了从 UE端到 BS端的反馈开销，进而提高了无线通信中的频谱利用率。下面对本发明实施例提供的信道状态信息反馈装置进行介绍，下文描述的信道状态信息反馈装置与上文描述的信道状态信息反馈方法相对应，两者可相互参照。

图 5为本发明实施例提供的信道状态信息反馈装置的结构框图，该装置可应用于 UE中，参照图 5 , 该装置可以包括：

第一同步模块 100, 用于与 BS预先同步包含信道状态信息 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵；

导频信息接收模块 110, 用于接收 BS发送的导频信息； CSI信息矩阵确定模块 120, 用于根据所述导频信息确定包含 CSI的频域及空域信息的 CSI信息矩阵；

待传输数据确定模块 130, 用于通过所述 CSI信息矩阵确定待传输数据；反馈模块 140, 用于将所述待传输数据反馈至 BS, 以使 BS采用与 UE预先同步的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，从所述待传输数据中恢复出对应的 CSI信息。

图 6示出了第一同步模块 100的一种可选结构，参照图 6, 第一同步模块 100可以包括:

训练序列接收单元 101 , 用于接收 BS发送的一段时间的训练序列；测算单元 102, 用于根据所述训练序列测算对应的 CSI信道矩阵序列，所测算的 CSI信道矩阵序列中的各 CSI信道矩阵为包含 CSI的频域及空域信息的矩阵；

稀疏向量序列计算单元 103 , 用于在给定的初始化基矩阵下，计算由各 CSI信道矩阵所对应的列向量所组成的序列所对应的稀疏向量序列；

基矩阵确定单元 104, 用于根据所述稀疏向量序列确定包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，以使基矩阵与所述稀疏向量序列中的任一稀疏向量的乘积，与对应的 CSI信道矩阵的列向量的差模满足预定条件；

可选的，差模满足预定条件可以是差模为最小的；显然预定条件也可以根据实际应用情况设定。

基矩阵发送单元 105, 用于将所确定的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵同步至 BS。

图 7示出了待传输数据确定模块 130的一种可选结构，参照图 7, 待传输数据确定模块 130可以包括：

第一压缩感知单元 1301 , 用于对所述 CSI信息矩阵进行压缩感知处理，得到待传输数据。

对应的，图 8示出了反馈模块 140的一种可选结构，参照图 8, 反馈模块 140可以包括：

第一反馈单元 1401 , 用于将经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵反馈至 BS,以使 BS采用与 UE预先同步的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，对经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵进行压缩感知恢复处理，得到对应的 CSI信息。

图 9示出了待传输数据确定模块 130的另一种可选结构，参照图 9, 待传输数据确定模块 130可以包括：

第二压缩感知单元 1311 ; 用于对所述 CSI信息矩阵进行压缩感知处理；分块量化单元 1312, 用于将经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵进行分块量化，得到待传输数据。

对应的，图 10示出了反馈模块 140的另一种可选结构，参照图 10, 反馈模块 140可以包括：

第二反馈单元 1411 , 用于将分块量化后的 CSI信息矩阵反馈至 BS, 以使 BS采用与 UE预先同步的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，对所述分块量化后的 CSI信息矩阵进行压缩感知恢复处理，得到对应的 CSI信息。

对应的，图 11示出了分块量化单元 1312的一种可选结构，参照图 11 , 分块量化单元 1312可以包括：

分块子单元 13121 , 用于以预定的长度将经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵进行分块处理；

量化子单元 13122, 用于对于各块经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵，采用预定维度的码本进行量化。

本发明实施例提供的信道状态信息反馈装置利用了大规模天线通信系统中 CSI频域以及空域上的稀疏特性，提高了 CSI反馈效率，降低了从 UE端到 BS端的反馈开销，进而提高了无线通信中的频谱利用率。

本发明实施例还提供一种用户设备 UE, 包括上述所述的信道状态信息反馈装置，信道状态信息反馈装置的描述可参照上文图 5〜图 11部分的描述，此处不再赘述。下面对用户设备的硬件结构进行描述，图 12示出了该用户设备的硬件结构框图，用户设备可以是包含计算能力的手机， PAD 等智能移动终端，本发明具体实施例并不对用户设备的具体实现做限定。参照图 12, 用户设备可以包括：处理器 1 , 通信接口 2, 存储器 3和通信总线 4; 其中处理器 1、通信接口 2、存储器 3通过通信总线 4完成相互间的通信；可选的，通信接口 2可以为通信模块的接口，如 GSM模块的接口；处理器 1 , 用于执行程序；

存储器 3 , 用于存放程序；

程序可以包括程序代码，所述程序代码包括计算机操作指令。

处理器 1 可能是一个中央处理器 CPU , 或者是特定集成电路 ASIC ( Application Specific Integrated Circuit ),或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。

存储器 3 可能包含高速 RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器 ( non-volatile memory ), 例口至少一个磁盘存 4诸器。

其中，程序可具体用于：

与 BS预先同步包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵；

接收 BS发送的导频信息；

可选的，程序可以包括图 5〜图 11所示的功能模块。下面以 BS 的角度对本发明实施例提供的信道状态信息反馈方法进行介绍，下文描述的信道状态信息反馈方法与上文以 UE为角度描述的信道状态信息反馈方法可相互对应参照。

图 13为本发明实施例提供的信道状态信息反馈方法的又一流程图，该方法可应用于 BS, 参照图 13 , 该方法可以包括：

步骤 S500、与 UE预先同步包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵；步骤 S510、向 UE发送导频信息；

步骤 S520、在 UE根据所述导频信息确定包含 CSI的频域及空域信息的 CSI信息矩阵，通过所述 CSI信息矩阵确定待传输数据之后，接收 UE反馈的所述待传输数据；

步骤 S530、采用与 UE预先同步的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，从所述待传输数据中恢复出对应的 CSI信息。

值得注意的是，步骤 S500为预先执行的步骤，在执行一次步骤 S500后，可执行多次的步骤 S510〜步骤 S530。

图 14示出了与 UE预先同步包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵的一种可选实现方法，参照图 14, 该方法可以包括：

步骤 S600、向 UE发送一段时间的训练序列；

步骤 S610、在 UE根据所述训练序列测算对应的 CSI信道矩阵序列，所测算的 CSI信道矩阵序列中的各 CSI信道矩阵为包含 CSI的频域及空域信息的矩阵，且 UE在给定的初始化基矩阵下，计算由各 CSI信道矩阵所对应的列向量所组成的序列所对应的稀疏向量序列，根据所述稀疏向量序列确定包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，以使基矩阵与所述稀疏向量序列中的任一稀疏向量的乘积，与对应的 CSI信道矩阵的列向量的差模满足预定条件之后，接收 UE同步的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵。

步骤 S610中 UE端执行的动作可参照图 2描述，此处不再贅述。

可选的，图 13所示步骤 S520所接收的 UE反馈的待传输数据可以是： UE 对所述 CSI信息矩阵进行压缩感知处理后得到的数据；对应的，图 13所示步骤 S530采用与 UE预先同步的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，从所述待传输数据中恢复出对应的 CSI信息可以是：采用与 UE预先同步的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，对经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵进行压缩感知恢复处理，得到对应的 CSI信息。

可选的，图 13所示步骤 S520所接收的 UE反馈的待传输数据可以是： UE 对所述 CSI信息矩阵进行压缩感知处理，将经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵进行分块量化后得到的数据；对应的，图 13所示步骤 S530采用与 UE预先同步的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，从所述待传输数据中恢复出对应的 CSI信息可以是：采用与用户设备 UE预先同步的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，对所述分块量化后的 CSI信息矩阵进行压缩感知恢复处理，得到对应的 CSI信息。

本发明实施例提供的信道状态信息反馈方法利用了大规模天线通信系统中 CSI频域以及空域上的稀疏特性，提高了 CSI反馈效率，降低了从 UE端到 BS端的反馈开销，进而提高了无线通信中的频谱利用率。下面以 BS 的角度对本发明实施例提供的信道状态信息反馈装置进行介绍，下文描述的信道状态信息反馈装置与上文以 BS的角度描述的信道状态信息反馈方法可以相互对应参照。

图 15为本发明实施例提供的信道状态信息反馈装置的另一结构框图，该装置可以应用于 BS, 参照图 15, 该方法可以包括：

第二同步模块 200, 用于与 UE预先同步包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵；

导频信息发送模块 210, 用于向 UE发送导频信息；

待传输数据接收模块 220, 用于在 UE根据所述导频信息确定包含 CSI的频域及空域信息的 CSI信息矩阵，通过所述 CSI信息矩阵确定待传输数据之后，接收 UE反馈的所述待传输数据；

恢复处理模块 230, 用于采用与 UE预先同步的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，从所述待传输数据中恢复出对应的 CSI信息。

图 16示出了第二同步模块 200的一种可选结构，参照图 16, 第二同步模块 200可以包括：

训练序列发送单元 201 , 用于向 UE发送一段时间的训练序列；

基矩阵接收单元 202, 用于在 UE根据所述训练序列测算对应的 CSI信道矩阵序列，所测算的 CSI信道矩阵序列中的各 CSI信道矩阵为包含 CSI的频域及空域信息的矩阵，且 UE在给定的初始化基矩阵下，计算由各 CSI信道矩阵所对应的列向量所组成的序列所对应的稀疏向量序列 ,根据所述稀疏向量序列确定包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，以使基矩阵与所述稀疏向量序列中的任一稀疏向量的乘积，与对应的 CSI信道矩阵的列向量的差模满足预定条件之后，接收 UE同步的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵。可选的，差模满足预定条件可以是差模为最小的；显然预定条件也可以根据实际应用情况设定。

可选的，所述待传输数据可以为 UE对所述 CSI信息矩阵进行压缩感知处理后得到的；对应的图 17示出了待传输数据接收模块 220的一种可选结构，参照图 17, 待传输数据接收模块 220可以包括：

第一接收单元 221 , 用于在 UE根据所述导频信息确定包含 CSI的频域及空域信息的 CSI信息矩阵，对所述 CSI信息矩阵进行压缩感知处理之后，接收 UE反馈的经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵。

对应的，图 18示出了恢复处理模块 230的一种可选结构，参照图 18, 恢复处理模块 230可以包括：

第一恢复单元 231 , 用于采用与 UE预先同步的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，对经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵进行压缩感知恢复处理，得到对应的 CSI信息。

可选的，所述待传输数据可以为 UE对所述 CSI信息矩阵进行压缩感知处理，将经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵进行分块量化后得到的；对应的，图 19示出了待传输数据接收模块 220的另一种可选结构，参照图 19, 待传输数据接收模块 220可以包括：

第二接收单元 222, 用于在 UE根据所述导频信息确定包含 CSI的频域及空域信息的 CSI信息矩阵，对所述 CSI信息矩阵进行压缩感知处理，将经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵进行分块量化之后，接收 UE反馈的分块量化后的 CSI信息矩阵。

对应的，图 20示出了恢复处理模块 230的另一种可选结构，参照图 20, 恢复处理模块 230可以包括：

第二恢复单元 232, 用于采用与 UE预先同步的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，对所述分块量化后的 CSI信息矩阵进行压缩感知恢复处理，得到对应的 CSI信息。

本发明实施例提供的信道状态信息反馈装置利用了大规模天线通信系统中 CSI频域以及空域上的稀疏特性，提高了 CSI反馈效率，降低了从 UE端到 BS端的反馈开销，进而提高了无线通信中的频谱利用率。本发明实施例还提供一种基站，该基站可以包括上述以 BS角度描述的信道状态信息反馈装置，信道状态信息反馈装置的描述可参照图 15〜图 20部分的描述，此处不再贅述。下面对本发明实施例提供的基站的硬件结构进行描述，图 21示出了该基站的硬件结构框图，参照图 21 , 基站可以包括：处理器 Γ , 通信接口 2，，存储器 3' 和通信总线 4'；

其中处理器 Γ、通信接口 2，、存储器 3，通过通信总线 4，完成相互间的通信；

可选的，通信接口 2，可以为通信模块的接口，如 GSM模块的接口；处理器 Γ，用于执行程序；

存储器 3' , 用于存放程序；

处理器 Γ 可能是一个中央处理器 CPU, 或者是特定集成电路 ASIC ( Application Specific Integrated Circuit ),或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。

存储器 3' 可能包含高速 RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器 ( non-volatile memory ), 例口至少一个磁盘存 4诸器。

其中，程序可具体用于：

与 UE预先同步包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵；

向 UE发送导频信息；

可选的，程序可以包括图 15〜图 20所示功能模块。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器

( RAM )、内存、只读存储器 ( ROM )、电可编程 ROM、电可擦除可编程 ROM, 寄存器、硬盘、可移动磁盘、 CD-ROM, 或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

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。

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Claims

权利要求

1、一种信道状态信息反馈方法，其特征在于，与基站 BS预先同步包含信道状态信息 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，所述方法包括：

接收 BS发送的导频信息；

2、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述与 BS预先同步包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵的过程包括：

接收 BS发送的一段时间的训练序列；

3、根据权利要求 1或 2所述的方法，其特征在于，所述通过所述 CSI信息矩阵确定待传输数据包括：对所述 CSI信息矩阵进行压缩感知处理，得到待传输数据；

所述将所述待传输数据反馈至 BS, 以使 BS采用与 UE预先同步的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，从所述待传输数据中恢复出对应的 CSI 信息包括：将经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵反馈至 BS, 以使 BS采用与 UE预先同步的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，对经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵进行压缩感知恢复处理，得到对应的 CSI信息。

4、根据权利要求 1或 2所述的方法，其特征在于，所述通过所述 CSI信息矩阵确定待传输数据包括：对所述 CSI信息矩阵进行压缩感知处理，将经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵进行分块量化，得到待传输数据；

所述将所述待传输数据反馈至 BS, 以使 BS采用与 UE预先同步的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，从所述待传输数据中恢复出对应的 CSI 信息包括：将分块量化后的 CSI信息矩阵反馈至 BS, 以使 BS采用与 UE预先同步的包含 CSI 的频域及空域的稀疏性的基矩阵，对所述分块量化后的 CSI 信息矩阵进行压缩感知恢复处理，得到对应的 CSI信息。

5、根据权利要求 4所述的方法，其特征在于，所述将经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵进行分块量化包括：

以预定的长度将经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵进行分块处理；对于各块经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵，采用预定维度的码本进行量化。

6、一种信道状态信息反馈装置，其特征在于，所述装置包括：

第一同步模块，用于与基站 BS预先同步包含信道状态信息 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵；

导频信息接收模块，用于接收 BS发送的导频信息；

7、根据权利要求 6所述的装置，其特征在于，所述第一同步模块包括：训练序列接收单元，用于接收 BS发送的一段时间的训练序列；

稀疏向量序列计算单元，用于在给定的初始化基矩阵下，计算由各 CSI 信道矩阵所对应的列向量所组成的序列所对应的稀疏向量序列；基矩阵确定单元，用于根据所述稀疏向量序列确定包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，以使基矩阵与所述稀疏向量序列中的任一稀疏向量的乘积，与对应的 CSI信道矩阵的列向量的差模满足预定条件；

8、根据权利要求 6或 7所述的装置，其特征在于，所述待传输数据确定模块包括：

第一压缩感知单元，用于对所述 CSI信息矩阵进行压缩感知处理，得到待传输数据；

所述反馈模块包括：

第一反馈单元，用于将经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵反馈至 BS, 以使 BS采用与 UE预先同步的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，对经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵进行压缩感知恢复处理，得到对应的 CSI 信息。

9、根据权利要求 6或 7所述的装置，其特征在于，所述待传输数据确定模块包括：

第二压缩感知单元；用于对所述 CSI信息矩阵进行压缩感知处理；分块量化单元，用于将经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵进行分块量化，得到待传输数据；

所述反馈模块包括：

第二反馈单元，用于将分块量化后的 CSI信息矩阵反馈至 BS, 以使 BS 采用与 UE预先同步的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，对所述分块量化后的 CSI信息矩阵进行压缩感知恢复处理，得到对应的 CSI信息。

10、根据权利要求 9所述的装置，其特征在于，所述分块量化单元包括：分块子单元，用于以预定的长度将经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵进行分块处理；

量化子单元，用于对于各块经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵，采用预定维度的码本进行量化。

11、一种用户设备，其特征在于，包括权利要求 6-10任一项所述的信道状态信息反馈装置。

12、一种信道状态信息反馈方法，其特征在于，与用户设备 UE预先同步包含信道状态信息 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，所述方法包括：

向 UE发送导频信息；

13、根据权利要求 12所述的方法，其特征在于，所述与 UE预先同步包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵的过程包括：

向 UE发送一段时间的训练序列；

14、根据权利要求 12或 13所述的方法，其特征在于，所述待传输数据为： UE对所述 CSI信息矩阵进行压缩感知处理后得到的；

所述采用与 UE预先同步的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，从所述待传输数据中恢复出对应的 CSI信息包括：采用与 UE预先同步的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，对经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵进行压缩感知恢复处理，得到对应的 CSI信息。

15、根据权利要求 12或 13所述的方法，其特征在于，所述待传输数据为： UE对所述 CSI信息矩阵进行压缩感知处理，将经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵进行分块量化后得到的；

所述采用与 UE预先同步的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，从所述待传输数据中恢复出对应的 CSI信息包括：采用与 UE预先同步的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，对所述分块量化后的 CSI信息矩阵进行压缩感知恢复处理，得到对应的 CSI信息。

16、一种信道状态信息反馈装置，其特征在于，包括：

第二同步模块，用于与用户设备 UE预先同步包含信道状态信息 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵；

导频信息发送模块，用于向 UE发送导频信息；

17、根据权利要求 16所述的装置，其特征在于，所述第二同步模块包括：训练序列发送单元，用于向 UE发送一段时间的训练序列；

18、根据权利要求 16或 17所述的装置，其特征在于，所述待传输数据为 UE对所述 CSI信息矩阵进行压缩感知处理后得到的；所述待传输数据接收模块包括：

第一接收单元，用于在 UE根据所述导频信息确定包含 CSI的频域及空域信息的 CSI信息矩阵，对所述 CSI信息矩阵进行压缩感知处理之后，接收 UE 反馈的经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵；

所述恢复处理模块包括：

第一恢复单元，用于采用与 UE预先同步的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，对经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵进行压缩感知恢复处理，得到对应的 CSI信息。

19、根据权利要求 16或 17所述的装置，其特征在于，所述待传输数据为 UE对所述 CSI信息矩阵进行压缩感知处理，将经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵进行分块量化后得到的；

所述待传输数据接收模块包括：

第二接收单元，用于在 UE根据所述导频信息确定包含 CSI的频域及空域信息的 CSI信息矩阵，对所述 CSI信息矩阵进行压缩感知处理，将经过压缩感知处理后的 CSI信息矩阵进行分块量化之后，接收 UE反馈的分块量化后的 CSI信息矩阵；

所述恢复处理模块包括：

第二恢复单元，用于采用与 UE预先同步的包含 CSI的频域及空域的稀疏性的基矩阵，对所述分块量化后的 CSI信息矩阵进行压缩感知恢复处理，得到对应的 CSI信息。

20、一种基站，其特征在于，包括权利要求 16-19任一项所述的信道状态信息反馈装置。

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