专利名称：预编码反馈方法及系统、用户设备和基站的制作方法
技术领域：
本发明涉及移动通信技术，特别涉及一种预编码反馈方法及系统、用户设备和基站。
背景技术：
多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)技术可以在不增加带 宽的基础上极大地提高无线通信系统的传输速率，满足了高速率数据传输业务的要求。在 MIMO系统中，利用预编码技术同时对多个数据流进行传输，可以提高传输链路的可靠性和 传输速率。而预编码技术是基于发射端知道全部或部分信道状态信息这样的假设而执行 的，因此，在很多情况下接收端需要将信道状态信息反馈到发射端。在多用户环境中，为了 减小反馈量，随机波束成形是一种可能的解决方案。在多用户环境下，随机调度能充分利 用多用户分集而提高系统吞吐量，通常是用户数目越多吞吐量越大，在用户数目趋于无穷 大时，系统吞吐量和用户数目之间的函数关系为最优和容量扩展律，最优和容量扩展律为 Nt loglogK，其中Nt为基站侧的发射天线的数目，K为用户的数目。随机波束成形方案中 的迫零波束成形技术(Zero Forcing, ZF)和机会正交随机波束成形技术(O卯ortunistic Orthogonal RandomBeamforming， ORB)都可以达到最优和容量扩展律。
发明人发现现有技术至少存在如下问题现有技术中若需要达到最优和容量扩展 律，用户向基站的反馈开销较大。
发明内容
本发明提供一种预编码反馈方法及系统、用户设备和基站，解决反馈开销较大的 问题。 本发明实施例提供了一种预编码反馈方法，包括 接收随机波束信息流，根据所述随机波束信息流的信干噪比确定最优波束集；
获取反馈门限值； 反馈最优波束集中至少一个信干噪比高于所述反馈门限值的波束的信息。
本发明实施例提供了一种用户设备，包括 接收模块，用于接收随机波束信息流，根据所述随机波束信息流的信干噪比确定 最优波束集； 获取模块，用于获取反馈门限值； 反馈模块，与所述接收模块和获取模块连接，用于反馈最优波束集中至少一个信 干噪比高于所述反馈门限值的波束的信息。
本发明实施例提供了一种基站，包括
计算模块，用于计算反馈门限值； 发送模块，与所述计算模块连接，用于将该反馈门限值发送给用户设备，所述用户 设备将至少一个信干噪比高于所述反馈门限值的波束的信息反馈给基站。
本发明实施例提供了一种预编码反馈系统，包括
基站，用于发送随机波束信息流及门限信息给用户设备； 用户设备，与所述基站连接，用于根据所述随机波束信息获取最优波束集，根据所 述门限信息获取反馈门限值，反馈最优波束集中至少一个信干噪比高于反馈门限值的波束 的信息。 由上述技术方案可知，本发明实施例通过设定门限值，在最优波束的信干噪比超 过门限值时反馈相应的信息，可以减小随机波束成形方案中的反馈开销。
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1为本发明第-2为本发明第-3为本发明第-4为本发明第-5为本发明第-6为本发明第-7为本发明第-8为本发明第-9为本发明第二 10为本发明第 ll为本发明第
-实施例的方法流程示意图； -实施例对应的结构示意-实施例中获取反馈门限值的方法实施例一的流程示意图 -实施例中获取反馈门限值的方法实施例二的流程示意图 -实施例中获取反馈门限值的方法实施例三的流程示意图 -实施例中用户总数与和容量的仿真关系曲线图； -实施例中信噪比与和容量的仿真关系曲线图； -实施例中用户总数与反馈量的仿真关系曲线图； 二实施例的用户设备的结构示意图； 三实施例的基站的结构示意图； 四实施例的预编码反馈系统的结构示意图。
具体实施例方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。 图1为本发明第一实施例的方法流程示意图，图2为本发明第一实施例对应的结
构示意图。参见图l，本发明实施例包括 步骤11 :用户设备接收随机波束信息流，根据该随机波束信息流的信干噪比确定 最优波束集。
步骤12 :用户设备获取反馈门限值。
步骤11、 12无时序限制关系。 步骤13 :用户设备向基站反馈最优波束集中至少一个信干噪比高于该反馈门限 值的波束的信息。 本实施例通过获取反馈门限值，在用户设备的最优波束的信干噪比高于反馈门限
值时再反馈，可以降低反馈开销。 下面分别对各步骤进行较为详细地说明 关于步骤ll: 以下行多用户MIM0系统为例，基站有Nt根发射天线，系统中共有K个用户设备， 每个用户设备装有K根接收天线。 如图2所示，若采用随机正交波束成形方案，则基站根据各向同性分布产生Nt个 归一化的正交向量KW;L,在时刻t，第m个信息流Xma)乘以(K(t)，并且Nt个累加得到发射信号40 = |>JO<t(0 ，假设发射机满足平均功率约束P， E[xHx]《P。假设信息流 是统计独立，且假设每天线的平均发射功率相等厨|&(0|2] = f ，令P = f为每流的发射
SNR。 每个用户设备的高斯白噪声用々e C一表示A ~ CiV(0,/义)，则每个用户设备的 接收信号向量为yk表示如下yt(0 = V^H^(0 + zA(0，k = 1，…，K 对于不同的用户设备经历不同的路损和阴影衰落的情况用Y k表示，信道块Hk是 独立的，且Hk G CN(O，l)。 第k个用户设备接收的第m个信息流的信干噪比SINRk,m表示如下 h￡[|//^mxm|2] |/^附卩
画b =
1 'k = 1，…，K，m = 1， ...，Nt 其中，接收天线的数目为1个时，最优波束集由信干噪比最大的波束组成；当用户 设备的接收天线的数目大于1个时，按照信干噪比从大到小将信干噪比较大的N个波束组 成最优波束集，其中，N《Nr， Nr为每个用户设备的接收天线的数目。下述以选取一个最优
波束为例，即第k个用户设备的最优波束;^'的计算公式为"=arg^^, S/A^b 。
关于步骤12 : 反馈门限值是根据信干噪比分布函数、用户设备总数、各用户设备对应的环境因 素中的一个或多个确定，或者进一步再根据预定策略确定。具体获取门限值的方法可参见 图3-5所示的实施例。 图3为本发明第一实施例中获取反馈门限值的方法实施例一的流程示意图，本实 施例是基站针对各用户设备产生对应各用户设备的门限值。参见图3，本实施例包括
步骤301 :基站根据用户设备总数K和各用户设备不同的环境因素Yk(例如，路损 和阴影)的估计及信干噪比分布函数，得到针对每个用户设备的反馈门限值P (Yk，K)。
基站根据用户设备总数K和Y k确定门限|3 ( Y k， K)的原则如下
忍(Ah，《))"-^，其中，Fk(e (Yk， K))是s/A^^的累积分布函数，在前述假设条件 下，WA^^的累积分布函数为、,、—，e: 根据反馈门限值的计算公式可知，对
于不同的路损和阴影的用户设备，设计不同的反馈门限值可以提高公平性，如阴影和路损
更严重的用户设备，反馈门限值P (Yk，K)应该分配更低，这样能够提高系统的公平性。上
述计算反馈门限值的公式是根据用户设备总数、环境因素和信干噪比分布函数共同确定 的，在实际应用时，计算公式可以不同，例如，只与上述参数中的一个或多个有关。 步骤302 :基站将该反馈门限值发送给对应的用户设备，各用户设备获取该针对 自身的反馈门限值。 本实施例由基站计算得到针对各用户设备的反馈门限值，可以根据各用户设备不同的情况确定合适的门限值。 图4为本发明第一实施例中获取反馈门限值的方法实施例二的流程示意图，本实 施例是基站针对各用户设备产生共同的门限值。参见图4，本实施例包括
步骤401 :同实施例三的步骤301，不再赘述。 步骤402 :基站根据预设的策略将针对各用户设备的反馈门限值进行处理得到一 个公共的反馈门限值，例如将各反馈门限值平均后得到一个平均值。 步骤403 :基站将公共的反馈门限值发送给各用户设备，各用户设备获取该公共 的反馈门限值。 本实施例由基站计算得到针对各用户设备的相同的反馈门限值，可以使各用户设 备获取合适的共性门限值。 图5为本发明第一实施例中获取反馈门限值的方法实施例三的流程示意图，本实
施例是各用户设备针产生对应自身的反馈门限值。参见图5，本实施例包括 步骤501 :基站将用户设备总数K和各用户设备不同的环境因素Yk发送给各对应
的用户设备。 步骤502 :各用户设备根据基站发送的上述信息及信干噪比分布函数得到自身的 反馈门限值。即各用户设备根据用户设备总数K和Yk确定门限13 (Yk， K)的原则如下
&(风^，《))=1 —^，其中，Fk(e (Yk， K))是OTW"的累积分布函数，在前述假设条件
下，^^A,m:的累积分布函数为 W = l1 本实施例由用户设备计算自身的反馈门限值，可以减轻基站的负担。
关于步骤13 : 例如，接收天线的数目为l个时，当最优波束的信噪比高于反馈门限值时，反馈该 最优波束的信息(例如波束序号)；当用户设备的接收天线的数目大于1个时，比较由N个 波束组成的最优波束集中的波束的信干噪比与反馈门限值，反馈N个波束中信干噪比高于 反馈门限值的波束的信息，其中，N《Nr， &为每个用户的接收天线的数目。 具体地，每个用户设备k比较57M^ .和此门限，如果^A^": ^风^，《)'用户设
备k反馈其最合适的波束m;;(这要求iogNt个比特)，否则用户设备k不反馈任何信息。 之后，对应于每个波束m，基站接收到的所有反馈了波束序号m的用户集Bm为
^=伙
w = arg 57iW w am/S/iW^ 2 / (;^,尺),A = 1， .. ， X} 基站获得这些用户集合后，可以进一步地从每个用户集Bm中随机的选择一个用户
设备，并且调度这个用户设备接收此波束对应的信息流Xm。由于Bm是互不相交的，这保证 了 一个用户设备不被分配多于一个波束。 采用上述基于门限的反馈方法后，在获取最优的和容量扩展律基础上可以减小反
馈量。下面以仿真图说明该效果。 图6为本发明第一实施例中用户总数与和容量的仿真关系曲线图，本实施例的仿
8真基础是发射天线数Nt为4，每个用户设备的接收天线数Nr为l，信噪比P为10dB。其中 脏纸预编码(Dirty-Paper Coding,DPC)方法是最优的预编码方法，其余的几种预编码方法 分别是现有的最优的迫零预编码方法(Optimal ZF)、机会正交预编码方法(O卯ortunistic 0RB)、1比特反馈预编码方法(1-Bit Feedback)，及基于本发明实施例的l_Bit ORB方法。 从图6可以看出在用户设备总数趋于无穷大时，各曲线的走向的趋于一致的，即基于本实
施例的预编码方法可以达到最优的和容量扩展律。从图6中还可以看出当用户设备总数较 少时，基于本发明实施例的预编码方法与最优预编码的曲线也较为相似，即在用户设备总
数较少时，基于本发明实施例的预编码方法也可以具有一定的较好性能。 图7为本发明第一实施例中信噪比与和容量的仿真关系曲线图，本实施例的仿真
基础是发射天线数Nt为4，每个用户设备的接收天线数Nr为l，用户设备总数K为100。从
图7中可以看出各曲线的走向趋势是也可以看出当信噪比变化时，本实施例也可以达到最
优的和容量律。 图8为本发明第一实施例中用户总数与反馈量的仿真关系曲线图。其中从上至下 的曲线表示的是发射天线数目分别为6、5、4、3时，用户设备总数与反馈量的关系图，从图 8中可以看出，各曲线在用户设备总数趋于无穷大时的极限值分别为61og6、51og5、41og4、 31og3，即本实施例的平均反馈率将是NtlogNt。而现有技术中的不采用基于门限的反馈 机制，对于每个用户最多有min(Nt， Nr)l0gNt比特的反馈，整个系统的反馈比特可能达到 Kmin(Nt，N》l0gNt比特，这样其反馈开销太大。采用本方案后，其平均总反馈开销是NtlogNt 比特。相比于现有Kmin(Nt，N》logNt的反馈量，可以大大减小反馈量。 图9为本发明第二实施例的用户设备的结构示意图，包括接收模块91、获取模块 92和反馈模块93。接收模块91用于接收随机波束信息流，根据各随机波束信息流的信干 噪比确定最优波束集；获取模块92用于获取反馈门限值；反馈模块93用于反馈接收模块 91得到的最优波束集中至少一个信干噪比高于获取模块92得到的反馈门限值的波束的信息。 获取模块92具体用于接收基站发送的与该用户设备对应的反馈门限值，与该用
户设备对应的反馈门限值由基站根据信干噪比分布函数、用户设备总数和与该用户设备对
应的环境因素中的至少一个参数确定；或者，获取模块92具体用于接收基站发送的对各个
用户设备均相同的反馈门限值，该对各个用户设备均相同的反馈门限值由基站根据信干噪
比分布函数、用户设备总数、各用户设备对应的环境因素中的至少一个参数及预定策略确
定；或者，获取模块92具体用于接收基站发送的用户设备总数和环境因素，用户设备根据
信干噪比分布函数和所述用户设备总数及环境因素中的一个参数确定反馈门限值。 本实施例通过获取门限值，在最优波束的信干噪比高于门限值时反馈最优波束的
信息，可以降低反馈量。 图10为本发明第三实施例的基站的结构示意图，包括计算模块101和发送模块 102。计算模块101用于计算反馈门限值；发送模块102用于将计算模块101得到的该反馈 门限值发送给用户设备，所述用户设备将至少一个信干噪比高于所述反馈门限值的波束的 信息反馈给所述基站。 其中，计算模块101具体用于根据信干噪比分布函数、用户设备总数和各用户设 备对应的环境因素中的至少一个参数确定针对各用户设备的反馈门限值；或者，计算模块101具体用于根据信干噪比分布函数、用户设备总数、各用户设备对应的环境因素中的至少 一个参数得到针对各用户设备的反馈门限值；并根据预定策略及针对各用户设备的反馈门 限值得到公共的门限值。 进一步地，本实施例还可以包括选择模块，用于接收各用户设备发送的波束信息， 形成针对各波束的用户集；并在同一个波束信息对应的用户集中随机选择一个用户设备， 将该波束的数据发送给随机选择的用户设备。 本实施例通过计算得到门限值，将该门限值发送给用户设备，使用户设备在最优 波束的信干噪比高于门限值时反馈，可以降低反馈量。 图ll为本发明第四实施例的预编码反馈系统的结构示意图，包括基站lll和用户
设备112。基站111用于发送随机波束信息流及门限信息；用户设备112用于根据基站111
发送的所述随机波束信息获取最优波束集，根据基站111发送的所述门限信息获取反馈门
限值，反馈最优波束集中至少一个信干噪比高于反馈门限值的波束的信息。 其中，门限信息可以具体为各用户设备对应的反馈门限值，基站111具体用于根
据信干噪比分布函数、用户设备总数和各用户设备对应的环境因素中的至少一个参数确定
针对各用户的反馈门限值；用户设备112具体用于接收所述基站111得到的与自身对应的
反馈门限值。 或者，门限信息可以具体为各用户设备公共的反馈门限值，基站111具体用于根 据信干噪比分布函数、用户设备总数和各用户设备对应的环境因素中的至少一个参数确定 针对各用户设备的反馈门限值，并根据预定策略及针对各用户设备的反馈门限值得到公共 的门限值；用户设备112具体用于接收所述基站111得到的各用户设备均相同的反馈门限值。 或者，基站111具体用于将用户设备总数和与各用户设备对应的环境因素发给对 应的用户设备；用户设备112根据所述基站111发送的信干噪比分布函数、用户设备总数及 环境因素中的至少一个确定各自的反馈门限值。 进一步地，基站111还可以用于接收各用户设备发送的波束信息，形成针对各波 束的用户集；并在同一个波束信息对应的用户集中随机选择一个用户设备，将该波束的数 据发送给随机选择的用户设备。 本实施例通过不同的方式得到反馈门限值，在最优波束的信干噪比高于反馈门限 值时反馈最优波束的信息，可以降低反馈量。 本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过 程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序 在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括ROM、 RAM、磁碟或者 光盘等各种可以存储程序代码的介质。 最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制， 尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依 然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修 改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
权利要求
一种预编码反馈方法，其特征在于，包括接收随机波束信息流，根据所述随机波束信息流的信干噪比确定最优波束集；获取反馈门限值；反馈最优波束集中至少一个信干噪比高于所述反馈门限值的波束的信息。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取反馈门限值包括 接收基站发送的与每个用户设备对应的反馈门限值，所述与每个用户设备对应的反馈门限值由基站根据信干噪比分布函数、用户设备总数和各用户设备对应的环境因素中的至 少一个参数确定；或者，接收基站发送的对各个用户设备均相同的反馈门限值，所述对各个用户设备均相同的 反馈门限值由基站根据信干噪比分布函数、用户设备总数、各用户设备对应的环境因素中 的至少一个参数及预定策略确定；或者，接收基站发送的用户设备总数和环境因素，用户设备根据信干噪比分布函数和所述用 户设备总数和环境因素中的至少一个参数确定反馈门限值。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据信干噪比分布函数、用户设备总数和 环境因素中的至少一个参数确定反馈门限值的计算公式为其中，13 (Yk， K)为第k个用户设备的反馈门限值，K为用户设备总数，Nr为用户设备 的接收天线的数目；函数Fk的表达式为jpt(x) = le m ，其中，Nt为基站的发射天线的数目，P为每(JC + 1)乂-'个发射天线的信噪比，Yk为第k个用户设备对应的环境因素。
4. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据信干噪比分布函数、用户设备总数、各用户设备对应的环境因素中的至少一个参数及预定策略确定反馈门限值包括根据信干噪比分布函数、用户设备总数、各用户设备对应的环境因素中的至少一个参数得到针对各用户设备的反馈门限值；根据预定策略及针对各用户设备的反馈门限值得到公共的门限值。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述随机波束信息流的信干噪 比确定最优波束集包括当用户设备的接收天线的数目为l个时，将信干噪比最大的波束 组成最优波束集；当用户设备的接收天线的数目大于1个时，将信干噪比较大的N个波束组 成最优波束集，其中，N《Nr， &为每个用户的接收天线的数目。
6. —种用户设备，其特征在于，包括接收模块，用于接收随机波束信息流，根据所述随机波束信息流的信干噪比确定最优 波束集；获取模块，用于获取反馈门限值；反馈模块，与所述接收模块和获取模块连接，用于反馈最优波束集中至少一个信干噪比高于所述反馈门限值的波束的信息。
7. 根据权利要求6所述的用户设备，其特征在于所述获取模块具体用于接收基站发送的与所述用户设备对应的反馈门限值，该与所述 用户设备对应的反馈门限值由基站根据信干噪比分布函数、用户设备总数和与所述用户设 备对应的环境因素中的至少一个参数确定；或者，所述获取模块具体用于接收基站发送的对各个用户设备均相同的反馈门限值，该对各 个用户设备均相同的反馈门限值由基站根据信干噪比分布函数、用户设备总数、各用户设 备对应的环境因素中的至少一个参数及预定策略确定；或者，所述获取模块具体用于接收基站发送的用户设备总数和环境因素，所述用户设备根据 信干噪比分布函数和所述用户设备总数及环境因素中的至少一个参数确定反馈门限值。
8. —种基站，其特征在于，包括 计算模块，用于计算反馈门限值；发送模块，与所述计算模块连接，用于将该反馈门限值发送给用户设备，所述用户设备 将至少一个信干噪比高于所述反馈门限值的波束的信息反馈给基站。
9. 根据权利要求8所述的基站，其特征在于所述计算模块具体用于根据信干噪比分布函数、用户设备总数和各用户设备对应的环 境因素中的至少一个参数确定针对各用户设备的反馈门限值；或者，所述计算模块具体用于根据信干噪比分布函数、用户设备总数、各用户设备对应的环 境因素中的至少一个参数得到针对各用户设备的反馈门限值；并根据预定策略及针对各用 户设备的反馈门限值得到公共的门限值。
10. 根据权利要求8所述的基站，其特征在于，还包括选择模块，用于接收各用户设备发送的波束信息，形成针对各波束的用户集；并在同一 个波束信息对应的用户集中随机选择一个用户设备，将该波束的数据发送给随机选择的用 户设备。
11. 一种预编码反馈系统，其特征在于，包括 基站，用于发送随机波束信息流及门限信息给用户设备；用户设备，与所述基站连接，用于根据所述随机波束信息获取最优波束集，根据所述门 限信息获取反馈门限值，反馈最优波束集中至少一个信干噪比高于反馈门限值的波束的信 息。
12. 根据权利要求ll所述的系统，其特征在于所述基站发送的门限信息具体为针对各用户的反馈门限值，所述基站具体用于根据信 干噪比分布函数、用户设备总数和各用户设备对应的环境因素中的至少一个参数确定针对 各用户设备的反馈门限值；所述用户设备具体用于接收所述基站得到的与自身对应的反馈门限值。
13. 根据权利要求11所述的系统，其特征在于所述基站发送的门限信息具体为公共的反馈门限值，所述基站具体用于根据信干噪比 分布函数、用户设备总数和各用户设备对应的环境因素中的至少一个参数确定针对各用户 设备的反馈门限值，并根据预定策略及针对各用户设备的反馈门限值得到公共的门限值；所述用户设备具体用于接收所述基站得到的各用户设备均相同的反馈门限值。
14. 根据权利要求11所述的系统，其特征在于所述基站发送的门限信息具体为用户设备总数和与各用户设备对应的环境因素，所述基站具体用于将用户设备总数和与各用户设备对应的环境因素发给对应的用户设备；所述用户设备根据所述基站发送的信干噪比分布函数、用户设备总数及环境因素中的至少一个参数确定各自的反馈门限值。
15.根据权利要求11所述的系统，其特征在于所述基站还用于接收各用户设备发送的波束信息，形成针对各波束的用户集；并在同 一个波束信息对应的用户集中随机选择一个用户设备，将该波束的数据发送给随机选择的 用户设备。
全文摘要
本发明公开了一种预编码反馈方法及系统、用户设备和基站。该方法包括接收随机波束信息流，根据所述随机波束信息流的信干噪比确定最优波束集；获取反馈门限值；反馈最优波束集中至少一个信干噪比高于所述反馈门限值的波束的信息。通过本发明实施例可以降低预编码时的反馈量。
文档编号H04B7/08GK101783776SQ20091007668
公开日2010年7月21日 申请日期2009年1月15日 优先权日2009年1月15日
发明者刘锋, 李斌, 沈晖, 王晓东, 罗毅 申请人:华为技术有限公司