一种mu-mimo网络中轻量级的信道状态信息反馈方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信技术领域，特别是一种MU-Mnro网络中轻量级的信道状态信 息反馈方法。
【背景技术】
[0002] MU-MIMO (Multi-User Multi-Input Multi-Output,多用户多输入多输出）技术作 为当前无线通信系统的关键技术，它能够允许接入节点（Access Point，AP)同时向多个用 户发送数据流，从而使数据传输速率达到千兆每秒。当前，学术界和工业界都针对MU-M頂0 技术进行了大量的研究。同时，当前的诸多无线通信技术标准都把MU-ΜΠω技术作为关键 技术，如 IEEE 802. llac 标准、4G 的 LTE (Long Term Evaluation，长期演进）标准和 WiMax 标准等。
[0003] 为了实现MU-M頂0数据传输，AP节点要求各个用户节点向自己反馈及时的、准确 的CSI (Channel State Information, CSI)信息。首先，这些CSI信息用来度量各个用户之 间信道的正交性，并用于选择正交性最好的用户使吞吐量最大化。其次，AP节点依靠CSI信 息计算被选择用户的对齐矩阵，从而减小用户之间的干扰，这个过程也被称为波束成形。
[0004] 但是各用户向AP反馈CSI信息将会带来巨大的开销，这些开销甚至可能抵消 MU-Mnro传输所带来的增益。产生这样的后果主要有两方面的原因 ，一是因为CSI反馈的数 量与网络的规模成正比，当参与MU-Mnro的节点数目增多时，CSI反馈将带来巨大的开销。 二是因为CSI作为无线网络中的一种控制消息，为了达到可靠传输的目的，控制消息的发 送速率是无线通信系统支持的最低速率，这使得CSI传输的效率极其低下，导致CSI传输占 据大部分的信道传输时间。
[0005] 当前，降低MU-M頂0中CSI反馈开销主要依靠的方法是压缩。IEEE 802. llac标 准建议可以对CSI信息在时间域、频率域和量化域三个域进行压缩（Part ll:Wireless LAN medium access control(MAC)and physical layer (PHY)specifications:Amendment 4:Enhancements for very high throughput for operation in bands below 6 ghz, IEEE standard 802. llac Draft 3. 0,2012)。由于传统的降低CSI反馈的方法主要是利用相干 带宽、相干时间等信息对估计得CSI信息进行压缩，在将压缩后的CSI信息反馈给AP节 点，AP节点再恢复出完整的CSI信息。但是利用压缩降低CSI开销的方法大都实现过程比 车交复杂（X· Xie, X. Zhang, and K. Sundaresan, Adaptive feedback compression for ΜΙΜ0 networks [C], in Proceedings of ACM MobiCom, 2013, pp. 477 - 488·)，并且 CSI 开销降低 的代价是CSI的准确度降低和MU-M頂0传输吞吐量下降。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种MU-M頂0网络中轻量级的信道状态信息反馈方法，有 效降低MU-M頂0网络中CSI信息的反馈开销，提高MU-M頂0网络的传输效率。
[0007] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种MU-M頂0网络中轻量级的信道状态信息 反馈方法，首先客户端在接收到AP发送的训练序列后，估计得到各路子载波上的CSI的幅 度和相位信息，而后客户端利用各子载波上CSI相位信息的线性特征，对各子载波的相位 信息进行线性拟合，得到CSI相位的斜率ai和偏移参数a。，然后客户端将拟合得到的斜率和 偏移参数连同各子载波上的幅度量化后反馈给AP，AP根据相位的斜率ai和偏移参数a。恢 复得到各子载波的相位信息，并结合幅度信息恢复与各客户端之间的CSI。
[0008] 本发明与现有技术相比，其显著优点：（1)利用MU-M頂0网络中各子载波CSI相位 的线性特征，使得客户端在向AP反馈CSI信息时只需要反馈相位部分的斜率和偏移量，而 不需要反馈每个子载波上的实际相位，从而可以大大降低MU-Μηω网络中的CSI反馈开销。 (2)实现复杂度低，易于实现。本发明利用的是CSI相位的线性性质，客户端仅需要采用最 小二乘法就可以实现对相位的线性拟合，从而得到线性相位的斜率和偏移量。（3)降低开销 的效果不受环境的影响。传统的从时间域和频率域对CSI进行压缩的方法需要首先估计相 干带宽或者相干时间，而相干带宽或相干时间受环境的影响较大，从而使得在某些环境下 传统的压缩方法并不能很好的降低CSI的反馈开销。而本发明利用的是CSI相位内在的线 性性质，该性质不受环境的影响。（4)与传统的压缩方法相比，在降低CSI反馈开销方面， 本发明具有更好的效果。传统的压缩方法是以损耗CSI数值的准确性为代价从而达到降低 CSI反馈开销的目的，但是为了保证CSI数值的准确性，采用压缩方法降低的开销有限。而 本发明提出的方法在满足CSI数值准确性的前提下可以将CSI反馈开销降低到耕地的水 平。以基于802. 11a的MU-Mnro网络为例，含有N = 52个子载波，每个子载波的CSI包含 了幅度和相位两个参数，假设幅度和相位都采用相同的bit位数进行量化，通过传统的压 缩方法，可以分别使1、2、4个相邻的子载波共用一个CSI数值。因此与传统压缩方法相比， 本发明能将反馈开销降低42% -48%。
[0009] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
【附图说明】
[0010] 图1是本发明MU-M頂0网络中轻量级的信道状态信息反馈方法的流程图。
[0011] 图2是在一间办公室内随机选取12个位置得到的信道状态信息相位线性特征测 量结果。
【具体实施方式】
[0012] 本发明MU-Mnro网络中轻量级的信道状态信息反馈方法，首先客户端（指用户） 在接收到ΑΡ发送的训练序列后，估计得到各路子载波上的CSI的幅度和相位信息，而后客 户端利用各子载波上CSI相位信息的线性特征，对各子载波的相位信息进行线性拟合，得 到CSI相位的斜率ai和偏移参数a。，然后客户端将拟合得到的斜率和偏移参数连同各子载 波上的幅度量化后反馈给AP，AP根据相位的斜率ai和偏移参数a。恢复得到各子载波的相 位信息，并结合幅度信息恢复与各客户端之间的CSI。本发明的详细实现过程如下：
[0013] 1.客户端估计CSI的幅度和相位信息
[0014] 客户端根据AP发送的训练序列估计对应每个子载波上CSI的幅度与相位，假设信 道上共有N个子载波，客户端估计得到的第k个子载波上的CSI可以表示为=|/A , 其中|Hk|表示第k个子载波上的CSI幅度，趴表示第k个子载波上的CSI相位，e表示自 然对数的底，j表示虚数单位，并且根据欧拉公式有
[0015] 2.客户端根据原始CSI相位序列，判断序列中是否有相位越变，并对越变的相位 进行补偿处理，得到待拟合相位序列。
[0016] 线性拟合之前对相位进行预处理，即客户端根据各子载波上的CSI相位得到原始 相位序列
对该相位序列进行预处理，判断序列中是否有相位越变，并对发生 越变的相位进行补偿处理，从而得到待拟合的相位序列
[0017] 由于相位的取值范围是[0, 2 31 )，各子载波的相位可能产生越变。如图2所示，我 们在办公室内选取的12个点测量得到的一组CSI的原始相位，可以看到部分位置上的CSI 相位发生了越变（如位置P0sl、pos2和pos3等），而部分位置的CSI相位没有发生越变（如 位置p0s9和pos 10等），如果直接对原始相位序列进行线性拟合可能会得到不准确的结果。 判断原始相位序列是否有越变，并对发生越变的相位进行补偿处理，其具体步骤如下：
[0018] 21.由原始相位序列[约，约，…，史Λ,·]，得至I」相位的变化序列
序列中的元素<