专利名称：自适应有限反馈方法和用户设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信的多输入多输出(MIMO)技术领域，具体是一种多用户MIMO 正交空分复用(OSDM)系统中的信道状态信息反馈方法和用户设备。
背景技术：
有限反馈是下行多用户MIMO系统中解决用户端反馈信道状态信息的关键技术。 如何有效地减少用户反馈开销，同时保证系统容量是当前空分多址系统中的一个主要研究执占。在传统的下行多用户MIMO系统中，每个用户的反馈比特数是固定的。一般认为提 高反馈比特数能够使反馈的信道状态信息更为精确，从而提高用户速率，但是当系统内某 些用户信道相对较差时，提高反馈比特数对于该用户的速率提升并不明显。因此采用固定 的反馈比特数必然造成系统开销一定程度的浪费。在 Taesang Yoo 的文章“Multi-Antenna Downlink Channels withLimited Feedback and User Selection，，(参见"Selected Areas inCommuni cat ions, IEEE Journal on Volume 25，Issue 7，September2007Page (s) :1478-1491.，，)中，给出了采用正交波束 成形技术时，用户SINR与信道误差二者之间的联系。^t Niha Jindal 白勺 JC M "Antenna Combining for the ΜΙΜΟ DownlinkChannel，，(参 见"Wireless Communications, IEEE Transactions onVolume 7，Issue 10，October 2008 Page (s) :3834-3844. ”)中，研究了当系统码本随机产生时 (RVQ)，反馈比特数与信道方向信息Channel Direction hformation (CDI)量化误差之间 的关系，并提出了一种scaling feedback方案，该方案在基站与用户端天线数相差较大时 会造成较大的反馈开销，而且用户无法根据所处的系统特性自适应调整反馈比特数。
发明内容
本发明基于Taesang Yoo和Niha Jindal的上述两篇文章，提出了一种基于MIMO 系统的用户自适应有限反馈思想，推导出用户自适应有限反馈的最优策略，并提出了一种 更贴近于实际系统的自适应有限反馈方案，其特点在于用户初始接入阶段使用相同的比 特数来反馈，用户接入系统后根据自身的信道增益和系统的平均信道增益，自适应选择比 特数来反馈CDI。根据本发明的第一方案，提出了一种有限反馈方法，包括执行信道估计处理，获 得当前的信道状态信息；根据基站广播的平均信道信息和所获得的当前的信道状态信息， 选择用于反馈CDI的反馈比特数 ；根据预定的码字匹配准则，在码本的前2 个码字中搜 索最匹配的码字；以及将所搜索到的最匹配的码字的码字序号，作为CDI，反馈给基站。优选地，所述有限反馈方法还可以包括在获得当前的信道状态信息之后、选择反 馈比特数之前，以初始设置的用于反馈信道质量信息Channel Quality Information(CQI) 的反馈比特数，向基站反馈当前的CQI，其中基站所广播的平均信道信息是根据系统内所有用户设备所反馈的最新的CQI确定的。或者，基站所广播的平均信道信息可以是基站预先确定的。优选地，所述有限反馈方法还可以包括在选择反馈比特数 之后，以所选择的反 馈比特数Bk，向基站反馈当前的CDI，同时以初始设置的用于反馈CQI的反馈比特数，向基 站反馈CQI。优选地，可以根据当前信道增益与平均信道增益的比值来选择反馈比特数 。更 优选地，当前信道增益与平均信道增益的比值越大，所选择的反馈比特数 也越大。根据本发明的第二方案，提出了一种用户设备，包括接收单元，用于接收基站广 播的平均信道信息；信道估计单元，用于执行信道估计处理，获得当前的信道状态信息；反 馈比特数选择单元，用于根据基站广播的平均信道信息和所获得的当前的信道状态信息， 选择用于反馈CDI的反馈比特数Bk;码字匹配单元，用于根据预定的码字匹配准则，在码本 的前2 个码字中搜索最匹配的码字；以及反馈单元，用于将所搜索到的最匹配的码字的码 字序号，作为CDI，反馈给基站。优选地，所述反馈单元还可以用于在所述信道估计单元获得当前的信道状态信息 之后、所述反馈比特数选择单元选择反馈比特数之前，以初始设置的用于反馈CQI的反馈 比特数，向基站反馈当前的CQI，其中基站所广播的平均信道信息是根据系统内所有用户设 备所反馈的最新的CQI确定的。或者，基站所广播的平均信道信息可以是基站预先确定的。优选地，所述反馈单元还可以用于以所述反馈比特数选择单元所选择的反馈比特 数Bk，向基站反馈当前的CDI，同时以初始设置的用于反馈CQI的反馈比特数，向基站反馈 CQI。优选地，所述反馈比特数选择单元可以根据当前信道增益与平均信道增益的比值 来选择反馈比特数Bk。更优选地，当前信道增益与平均信道增益的比值越大，所述反馈比特 数选择单元所选择的反馈比特数 也越大。本发明的优点在于1、在不增加系统内反馈开销的基础上，通过用户自适应的反馈CDI，最终有效提高 系统的吞吐量；2、用户自适应有限反馈算法复杂度较低，当采用最优自适应策略时，只需在小于M 个用户中进行注水比特选择；3、当采用次最优比特分配时，只需要一次乘积运算。由于自适应反馈策略并不改变原有系统的整体结构，因此本发明能够很好地同现 有的空分多址(SDMA)技术相融合。
通过下面结合
本发明的优选实施例，将使本发明的上述及其它目的、特 征和优点更加清楚，其中图1为根据本发明的用户设备1000的示意方框图。图2为基于MIMO系统的自适应有限反馈方法的流程图。图3为基站4根发射天线，用户接收端1根天线，SNR P为10db，用户码本N = 214，
5平均反馈比特分别为6和8时，系统吞吐量同用户数之间的关系曲线图。图4为基站4根发射天线，用户接收端1根天线，系统内用户数为100，平均反馈比 特分别为6和8时，系统吞吐量同基站发射功率SNR P的关系曲线图。图5为基站4根发射天线，用户接收端2根天线，SNR P为10db，用户码本N = 214， 平均反馈比特分别为6和8时，系统吞吐量同用户数之间的关系曲线图。图6为基站4根发射天线，用户接收端2根天线，系统内用户数为200，平均反馈比 特分别为6和8时，系统吞吐量同基站发射功率SNR P的关系曲线图。
具体实施例方式为了清楚详细的阐述本发明的实现步骤，下面给出了一些本发明的具体实施例， 适用于多天线的移动通信系统，尤其是多用户MIMO正交空分复用(OSDM)移动通信系统。需 要说明的是，本发明不限于这些应用，而是可适用于更多其它相关的通信系统。下面参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明，在描述过程中省略了对于本 发明来说是不必要的细节和功能，以防止对本发明的理解造成混淆。图1示出了根据本发明的用户设备1000的示意方框图。如图1所示，根据本发明的用户设备1000可以包括接收单元1010，用于接收基 站2000广播的平均信道信息Il S Il ；信道估计单元1020，用于执行信道估计处理，获得当前 的信道状态信息Hk ；反馈比特数选择单元1030，用于根据基站广播的平均信道信息Il H Il 和所获得的当前的信道状态信息Hk，选择用于反馈信道方向信息的反馈比特数 ；码字匹 配单元1040，用于根据预定的码字匹配准则，在码本的前2 个码字中搜索最匹配的码字
以及反馈单元1050，用于将所搜索到的最匹配的码字^f的码字序号，作为CDI，反馈给 基站2000。此外，反馈单元1050还用于在信道估计单元1020获得当前的信道状态信息之后、 反馈比特数选择单元1030选择反馈比特数之前，以初始设置的用于反馈CQI的反馈比特 数，向基站2000反馈当前的CQI。或者，反馈单元1050还用于在反馈比特数选择单元1030 所选择的反馈比特数 后，同时向基站2000反馈当前的⑶I和CQI信息(⑶I使用Bk个反 馈比特，CQI使用初始设置的反馈比特)。图2示出了根据本发明的基于MIMO系统的自适应有限反馈方法的流程图。如图2所示，在步骤S200中，执行初始化操作，在MIMO系统中设置初始参数系统 码本C，平均反馈比特数Bav，自适应反馈策略；在步骤S210中，用户设备1000的信道估计单元1020进行信道估计，从而得到信 道状态信息Hk ；在步骤S220中，用户设备1000的反馈比特数选择单元1030根据自身的信道状态 信息Hk和系统的平均信道增益信息IlIl，自适应选择反馈比特数Bk，k表示用户序号；在步骤S230中，用户设备1000的码字匹配单元1040按照预定的码字匹配准则， 在码本C = {C,，c2}的前2 个码字中搜索最匹配的码字^f ；以及在步骤S240中，用户设备1000的反馈单元1050将码字Af的码字序号作为⑶I， 反馈给基站2000。
基站2000接收到码字序号后，在自身码本中搜索出其所对应的矩阵，作为用户的 CDI，根据CQI和CDI进行用户选择和预编码矩阵设计，并发射数据给用户设备1000。假设在步骤S200中，基站2000的发射天线数为M，用户设备1000的接收天线数 为N，基站2000的总发射功率为P。系统内基站2000和用户设备1000具有相同的码本 C 二 {c^Wa j，码本内的码字Ci为IXM矩阵。设定用户设备1000的平均反馈比特数 为Bav，满足Bav ( Bbase, Bbase是用户最大反馈比特数。在步骤S210中，用户设备1000的信道估计单元1020进行信道估计，得到信道状 态信息Hk = [hka,hkj2,…hk,N]，1彡k彡K，其中K是系统内的总用户数，hk,i为IXM矩阵。 这里，假设用户设备1000获得的信道状态信息是完整准确的。如果是初始接入系统阶段，所有用户设备1000的反馈比特数相同，均为Bav。在用户设备1000接入系统后，反馈比特数选择单元1030自适应选择的反馈比特 数为4 = f( Il HkII，Il S ||)，其中IIHlI为系统的平均信道增益，f(x，y)是关于x，y的函 数(步骤S220)。自适应有限反馈要求用户设备1000知道系统的平均信息IISII，IIHlI的获得有 多种方式。在以下的描述中，给出了两种方法，但本发明并不局限于此。(1)统计设定系统平均信道信息在铺设网络时，对小区进行遍历测试，得到统计的平均信道信息Il II。IIHlI作 为一个参数，在用户初始接入阶段由基站广播给用户。当用户更换服务基站时，由新基站重 新广播给用户。(2) CQI和CDI分开反馈用户设备1000获得自身的信道状态信息后，先向基站2000反馈CQI，基站2000 根据所有用户反馈的CQI，计算平均信道信息Il Il，然后广播给用户设备1000。用户设备 1000得到ΙΙ ΙΙ后再根据自适应反馈策略反馈⑶I。在用户设备100向基站2000反馈CQI 时，CQI的反馈比特数由系统初始设定。在用户设备1000初始接入阶段，CDI的反馈比特数 固定，用户设备1000接入系统后，根据基站2000广播的ιι ιι和自身的信道状态信息，选 择⑶I的反馈比特数Bk。方法(1)可行性较高，但获得ιι ιι较为粗糙，无法精确反应信道的瞬时信道质 量；方法0) IlSlI值较为准确，但是需要将CDI和CQI分开反馈，会造成一定的延时，且在 用户通信阶段，要求基站持续广播Il δ Il给用户。此外，上面的方法(2)给出了 CQI的一种反馈时机(反馈比特数选择单元1030选 择反馈比特数Bk之前)(在步骤S210和S220之间)。关于CQI的反馈时机，可以由设计 者自行决定，例如，也可以在反馈比特数选择单元1030选择了反馈比特数 之后(与⑶I 的反馈时机相同或不同)(在步骤S220之后，与步骤S230和S240之间的顺序关系没有限 制)，以初始设定的反馈比特，向基站2000反馈当前的CQI。另外，本发明给出Bk = f ( Il Hk Il，Il H II)的一种次最优自适应有限反馈方案
其中
权利要求
1.一种用户设备，包括接收单元，用于接收基站广播的平均信道信息； 信道估计单元，用于执行信道估计处理，获得当前的信道状态信息； 反馈比特数选择单元，用于根据基站广播的平均信道信息和所获得的当前的信道状态 信息，选择用于反馈信道方向信息的反馈比特数 ；码字匹配单元，用于根据预定的码字匹配准则，在码本的前2 个码字中搜索最匹配的 码字；以及反馈单元，用于将所搜索到的最匹配的码字的码字序号，作为信道方向信息，反馈给基站。
2.根据权利要求1所述的用户设备，其特征在于所述反馈单元还用于在所述信道估计单元获得当前的信道状态信息之后、所述反馈比 特数选择单元选择反馈比特数之前，以初始设置的用于反馈信道质量信息的反馈比特数， 向基站反馈当前的信道质量信息，其中基站所广播的平均信道信息是根据系统内所有用户设备所反馈的最新的信道质 量信息确定的。
3.根据权利要求1所述的用户设备，其特征在于 基站所广播的平均信道信息是基站预先确定的。
4.根据权利要求1或3所述的用户设备，其特征在于所述反馈单元还用于以所述反馈比特数选择单元所选择的反馈比特数他，向基站反馈 当前的信道方向信息，同时以初始设置的用于反馈信道质量信息的反馈比特数，向基站反 馈信道质量信息。
5.根据权利要求1 4之一所述的用户设备，其特征在于所述反馈比特数选择单元根据当前信道增益与平均信道增益的比值来选择反馈比特 数4。
6.根据权利要求5所述的用户设备，其特征在于当前信道增益与平均信道增益的比值越大，所述反馈比特数选择单元所选择的反馈比 特数Bk也越大。
7.一种有限反馈方法，包括执行信道估计处理，获得当前的信道状态信息；根据基站广播的平均信道信息和所获得的当前的信道状态信息，选择用于反馈信道方 向信息的反馈比特数Bk;根据预定的码字匹配准则，在码本的前2 个码字中搜索最匹配的码字；以及 将所搜索到的最匹配的码字的码字序号，作为信道方向信息，反馈给基站。
8.根据权利要求7所述的有限反馈方法，还包括在获得当前的信道状态信息之后、选择反馈比特数之前，以初始设置的用于反馈信道 质量信息的反馈比特数，向基站反馈当前的信道质量信息，其中基站所广播的平均信道信息是根据系统内所有用户设备所反馈的最新的信道质 量信息确定的。
9.根据权利要求7所述的有限反馈方法，其特征在于基站所广播的平均信道信息是基站预先确定的。
10.根据权利要求7或9所述的有限反馈方法，还包括在选择反馈比特数 之后，以所选择的反馈比特数Bk，向基站反馈当前的信道方向信 息，同时以初始设置的用于反馈信道质量信息的反馈比特数，向基站反馈信道质量信息。
11.根据权利要求7 10之一所述的有限反馈方法，其特征在于 根据当前信道增益与平均信道增益的比值来选择反馈比特数 。
12.根据权利要求11所述的有限反馈方法，其特征在于当前信道增益与平均信道增益的比值越大，所选择的反馈比特数他也越大。
全文摘要
本发明公开了一种自适应有限反馈方法和用户设备。根据本发明的用户设备包括接收单元，用于接收基站广播的平均信道信息；信道估计单元，用于执行信道估计处理，获得当前的信道状态信息；反馈比特数选择单元，用于根据基站广播的平均信道信息和所获得的当前的信道状态信息，选择用于反馈信道方向信息的反馈比特数Bk；码字匹配单元，用于根据预定的码字匹配准则，在码本的前个码字中搜索最匹配的码字；以及反馈单元，用于将所搜索到的最匹配的码字的码字序号，作为信道方向信息，反馈给基站。本发明能够在减少系统信道方向信息反馈开销的同时，有效地增加系统吞吐量。此外，本发明能够很好地兼容现有的正交波束成形技术，具有很高的应用价值。
文档编号H04L1/06GK102111245SQ20091026214
公开日2011年6月29日 申请日期2009年12月25日 优先权日2009年12月25日
发明者吴幼龙, 张应余, 林意如, 王超, 罗汉文, 郭佳 申请人:上海交通大学, 夏普株式会社