专利名称：信道信息预测系统以及信道信息预测方法
技术领域：
本发明涉及信道信息预测系统以及信道信息预测方法，其中，在多天线传输系统 中使用信道信息以及变换矩阵来计算信道信息的预测值。
背景技术：
近年来，实现了多天线传输系统，其中，发射机和接收机使用多根天线来发射和接 收无线信号，以提高无线频率的使用效率。一般而言，在多天线传输系统中引入多入多出 (MIMO)技术。在此类多天线传输系统中，可以在发射机侧利用时分双工中传播路径的可逆性， 或利用频分双工(FDD)中的反馈信道来估计在ΜΙΜΟ环境中指示接收机侧传输路径特性的 信道信息(以下，根据需要简称为MIMO CSI)。相应地，已知一种利用过去以及当前MIMO CSI来预测将来(即，在发射下一个无线信号时)的MIMO CSI的方法(参考非专利文献1 和非专利文献2)。具体地，提出了一种将MIMO CSI与简单的波束空间变换矩阵相乘的方法。在该方 法中，针对通过将MIMO CSI与波束空间变换矩阵相乘所获得的变换MIMO CSI的每个元素， 执行基于自回归(AR)模型的线性预测(AR-LP)。此外，通过对执行线性预测所获得的变换 MIMO CSI的预测值进行逆变换，可以获得在发射下一个无线信号时的MIMO CSI的预测值。非专利文献 1 :T. Eyceoz，S. Hu 禾口 A. Duel-HalIen/‘Performance Analysis of Long Range Prediction for Fast Fading Channels, "Proc.Of 33rd Annual Conf. On Inform. Sciences and Systems CISS' 99, Vol. II, pp. 656-661, March 1999.非专利文献 2 :Τ· Svantesson，A. L. Swindlehurst，"A Performance Bound for prediction of MIMO Channels，，，IEEE Trans. Signal Process. , vol 54, no. 2, pp. 520-529，February 2006.
发明内容
然而，上述传统ΜΙΜΟ CSI预测方法具有如下问题。具体而言，当使用波束空间矩 阵时，如果特定波束空间包括许多射线(具体而言，在一条传播路径上存在许多反射波以 及散射波)，那么存在未充分提高MIMO CSI的预测性能的问题。此外，当使用具有条件不良的数值的变换矩阵时，在对预测值进行逆变换时，包含 在变换MIMO CSI的预测值之中的噪声将被放大。这引起未充分提高MIMO CSI的预测性能 的另一问题。相应地，本发明是鉴于上述情况做出的，并且本发明的目的在于，提供信道信息预 测系统以及信道信息预测方法所述系统和方法用于多天线传输系统，其中，使用指示发射 机侧和接收机侧间的传输路径特性的变换矩阵和信道信息，来计算将来的信道信息，即将 来的信道信息的预测值；并且所述系统和方法进一步提高了信道信息的预测性能。本发明具有如下特征以解决上述问题。首先，本发明的第一特征可总结为一种信道信息预测系统(信道信息预测系统10)，被配置为通过在多天线传输系统(多天线传输系 统1)中利用信道信息以及变换矩阵，来计算将来信道信息(ΜΙΜΟ CSI预测值)，所述将来信 道信息是将来的信道信息(ΜΙΜΟ CSI)的预测值，在所述多天线传输系统中，无线信号的发 射机侧(发射机100)和接收机侧(接收机200)中的至少任意一个利用由多根天线(发射 天线#1至#Τ，或者接收天线#1至#R)构成的天线阵列，信道信息指示在发射机侧和接收机 侧之间的传输路径特性，所述信道信息预测系统包括变换矩阵计算器(变换矩阵计算器 93)，被配置为通过利用方向估计技术来估计到达方向和离开方向中的至少一个，基于与无 线信号的到达方向和离开方向中的至少一个相关的天线阵列的阵列响应和阵列权重中的 一个，来计算变换矩阵。采用这样的信道信息预测系统，通过利用方向估计技术来估计到达方向和离开方 向中的至少一个，基于与无线信号的到达方向和离开方向中的至少一个相关的天线阵列的 阵列响应或阵列权重，来计算变换矩阵。这将使得通过利用信道信息以及变换矩阵来提高 预测将来信道信息的预测性能成为可能。本发明的第二特征根据本发明的第一特征，并且可总结为在于，所述信道信息预 测系统还包括滤波器系数计算器(预测滤波器系数计算器95)，被配置为利用低射线元素 来计算预测滤波器系数，所述低射线元素是多个天线至天线元素之中、包含在无线信号中 的射线数目小于预定数目的天线至天线元素，所述天线至天线元素是由在变换矩阵计算器 中通过计算变换矩阵变换得到的信道信息来区分的；以及信道信息预测单元(线性预测单 元96)，被配置为通过利用由所述滤波器系数计算器计算得到的第一预测滤波器系数，来执 行第一预测，以预测无线信号的将来发射时刻的信道信息，以及被配置为抑制包含在低射 线元素中的射线的分量，其中，所述滤波器系数计算器通过利用射线的分量已被所述信道 信息预测单元抑制的低射线分量，来计算第二预测滤波器系数，以及所述信道信息预测单 元通过利用所述第二预测滤波器系数，来执行第二预测，以预测无线信号的将来发射时刻 的信道信息。本发明的第三特征根据本发明的第一或第二特征，并且可总结为在于所述变换 矩阵计算器通过利用方向估计技术，来估计到达方向和离开方向中的至少一个，并且基于 所估计的到达方向和离开方向中的至少一个，来计算变换矩阵。本发明的第四特征根据本发明的第三特征，并且可总结为在于在接收机侧使用 天线阵列；根据变换矩阵，控制在接收机侧的天线阵列的接收方向性；以及所述变换矩阵 计算器通过利用变换矩阵，将空值指示给构成无线信号的多条射线中的至少一条的到达方 向，所述空值是接收方向性的下降点。本发明的第五特征根据本发明的第四特征，并且可总结为在于所述信道信息预 测系统还包括变换信道信息获取单元，所述变换信道信息获取单元被配置为获取在空值被 指示给至少一条射线的到达方向的情况下估计的信道信息，作为变换信道信息。本发明的第六特征根据本发明的第三特征，并且可总结为在于在发射机侧使用 天线阵列；根据变换矩阵，控制在发射机侧的天线阵列的发射方向性；以及所述变换矩阵 计算器通过利用变换矩阵，将空值指示给构成无线信号的多条射线中的至少一条的离开方 向，所述空值是发射方向性的下降点。本发明的第七特征根据本发明的第六特征，并且可总结为在于所述信道信息预
5测系统还包括变换矩阵信道信息获取单元，所述变换信道信息获取单元被配置为获取在空 值被指示给至少一条射线的离开方向的情况下估计的信道信息，作为变换信道信息。本发明的第八特征根据本发明的第一特征，并且可总结为在于所述变换矩阵是 条件良好的矩阵。本发明的第九特征根据本发明的第八特征，并且可总结为在于所述变换矩阵是 酉矩阵。本发明的第十特征根据本发明的第一特征，并且可总结为在于所述变换矩阵计 算器，利用方向估计技术，计算接收阵列响应；对所计算的接收阵列响应矩阵执行QR分解； 以及将QR分解得到的正交矩阵用作变换矩阵。本发明的第十一特征根据本发明的第一特征，并且可总结为在于所述方向估计 技术是，通过利用无线信号的到达方向的估计结果，来估计无线信号的离开方向的技术；或 通过利用无线信号的离开方向的估计结果，来估计无线信号的到达方向的技术。本发明的第十二特征可总结为在于一种通过在多天线传输系统中利用信道信息 以及变换矩阵来计算将来信道信息的信道信息预测方法，所述将来信道信息是将来的信道 信息的预测值，在所述多天线传输系统中，无线信号的发射机侧和接收机侧中的至少任意 一个利用由多根天线构成的天线阵列，所述信道信息指示发射机侧和接收机侧之间的传输 路径特性，所述信道信息预测方法包括步骤通过利用方向估计技术来估计到达方向和离 开方向中的至少一个，基于与无线信号的到达方向和离开方向中的至少一个相关的天线阵 列的阵列响应和阵列权重中的一个，来计算变换矩阵。本发明的特征能够提供信道信息预测系统和信道信息预测方法所述系统和方法 用于多天线传输系统中，其中，使用指示发射机侧和接收机侧之间的传输路径特性的变换 矩阵和信道信息，来计算将来信道信息，所述将来信道信息是将来的信道信息的预测值；并 且所述系统和方法能够进一步提高信道信息的预测性能。
图1示出了根据本发明实施例的多天线传输系统的示意配置的总体视图。图2示出了根据本发明实施例的MIMO CSI的估计时刻和发射时刻之间的关系。图3是示出了根据本发明实施例的信道预测单元的配置的功能框图。图4是用于阐释根据本发明实施例的信道预测单元的功能的概念图。图5是示出了根据本发明实施例的多天线传输系统的总体操作的流程图。图6是示出了根据本发明实施例的信道预测单元的操作的流程图。图7是示出了当天线数目是4X4并且预测滤波器的阶数是20时的预测特性的 图。图8是示出了变换MIMO CSI的各分量的RMSE特性的图。图9是示出了当天线数目为2 X 2至5 X 5时的特性的图。图10是示出了当假定天线数目是4X4以及延迟时间是IOms时RMSE特性相对于 滤波器系数阶数的的图。
具体实施例方式接下来，对本发明的实施例进行描述。具体地，给出了有关(1)总体示意配置、(2) 信道模型、(3)波束空间线性预测处理的概述、(4)信道预测单元的配置、(5)波束空间线性 预测处理的细节、(6)多天线传输系统的操作、(7)效果、以及(8)其它实施例的描述。在下面的
中，用相同的或类似的参考数字来表示相同的或类似的部分。 应当注意的是，附图仅仅是示意性示出的，并且尺寸比例等等与实际有所不同。(1)总体示意配置图1示出了根据本实施例的多天线传输系统1的示意配置的总体视图。如图1所 示，多天线传输系统1包括发射机100、接收机200、以及信道信息预测系统10。在图1的示例中，与发射机100以及接收机200相分离地提供信道信息预测系统 10。然而，信道信息预测系统10可以被提供给发射机100和接收机200中的任意一个，或 分布在发射机100和接收机200中。信道信息预测系统10通过使用指示发射机100和接 收机200之间的传输路径特性的变换矩阵和MIMO CSI，来计算将来的MIMO CSI的预测值 (以下，根据需要简称为MIMO CSI预测值)。例如，在无线基站和无线终端的任意一个中提供发射机100，在另一个中提供接收 机200。在本实施例中，假定在无线终端中提供接收机200。在下面的说明中，假定传播路径 4由于接收机200的运动或在发射机100和接收机200之间存在的散射体的运动而变化。在本实施例中，在发射机100和接收机200的每一个中提供多天线。具体地，发射 机100包括发射处理器2以及多个发射天线#1至#T (T > 2)。发射天线#1至#Τ构成天线 阵列。发射处理器2对传输数据进行控制，例如，自适应调制控制、或通过基于要从信道信 息预测系统10获得的MIMO CSI预测值进行预编码来执行发射波束形成。接收机200接收由发射机100通过传播路径4发射的无线信号。接收机200包括 接收处理器6以及多个接收天线#1至#1 (1 彡2)。接收天线#1至#1 构成天线阵列。接收 处理器6对通过接收机#1至#1 接收的无线信号(接收信号)进行解调，并输出接收数据。信道信息预测系统10包括信道估计单元8和信道预测单元9。信道估计单元8基 于接收信号估计当前MIMO CSL· MIMO CSI被表示为由多个天线至天线元素组成的矩阵，其 中，天线至天线元素由发射机100中的一个发射天线与接收机200中的一个接收天线之间 的传输路径特性来区分。信道预测单元9基于由信道估计单元8估计的当前MIMO CSI以及过去MIMO CSI, 通过波束空间线性预测处理，来计算MIMO CSI预测值。换言之，预测发射机100中下一发 射时刻的MIMO CSI。信道预测单元9按照以下方式来得到MIMO CSI的预测值(ΜΙΜΟ CSI预测值)对 通过利用变换矩阵将MIMO CSI进行变换所得到的变换MIMO CSI执行估计，并对变换MIMO CSI的结果预测值进行逆变换。具体地，针对通过将MIMO CSI与变换矩阵相乘所得到的变 换MIMO CSI的每个元素，执行基于自回归(AR)模型的线性预测(AR-LP)。(2)信道模型仍参考图1，对要应用于本发明实施例的信道模型进行说明。在无线通信中，发射机100辐射的电波(无线信号)在通过多条传播路径(多径) 到达接收机200之前，被多个散射体反射。每个反射波称为一条射线，并且多径传播路径权利要求
一种信道信息预测系统，被配置为通过在多天线传输系统中利用信道信息以及变换矩阵，来计算将来信道信息，所述将来信道信息是将来的信道信息的预测值，在所述多天线传输系统中，无线信号的发射机侧和接收机侧中的至少任意一个利用由多根天线构成的天线阵列，所述信道信息指示发射机侧和接收机侧之间的传输路径特性，所述信道信息预测系统包括变换矩阵计算器，被配置为通过利用方向估计技术来估计到达方向和离开方向中的至少一个，基于与无线信号的到达方向和离开方向中的至少一个相关的天线阵列的阵列响应和阵列权重中的一个，来计算变换矩阵。
2.根据权利要求1所述的信道信息预测系统，还包括滤波器系数计算器，被配置为利用低射线元素来计算预测滤波器系数，所述低射线元 素是多个天线至天线元素之中、包含在无线信号中的射线数目小于预定数目的天线至天线 元素，所述天线至天线元素是由在变换矩阵计算器中通过计算变换矩阵变换得到的信道信 息来区分的；以及信道信息预测单元，被配置为通过利用由所述滤波器系数计算器计算得到的第一预测 滤波器系数，来执行第一预测，以预测无线信号的将来发射时刻的信道信息，以及被配置为 抑制包含在低射线元素中的射线的分量，其中，所述滤波器系数计算器通过利用射线的分量已被所述信道信息预测单元抑制的低射 线分量，来计算第二预测滤波器系数，以及所述信道信息预测单元通过利用所述第二预测滤波器系数，来执行第二预测，以预测 无线信号的将来发射时刻的信道信息。
3.根据权利要求1所述的信道信息预测系统，其中，所述变换矩阵计算器通过利用方向估计技术，来估计到达方向和离开方向中的至少一 个，并且基于所估计的到达方向和离开方向中的至少一个，来计算变换矩阵。
4.根据权利要求3所述的信道信息预测系统，其中在接收机侧使用所述天线阵列，根据变换矩阵，控制在接收机侧的天线阵列的接收方向性，以及所述变换矩阵计算器通过利用变换矩阵，将空值指示给构成无线信号的多条射线中的 至少一条的到达方向，所述空值是接收方向性的下降点。
5.根据权利要求4所述的信道信息预测系统，还包括变换信道信息获取单元，被配置 为获取在空值被指示给至少一条射线的到达方向的情况下估计的信道信息，作为变换信道 信息.
6.根据权利要求3所述的信道信息预测系统，其中，在发射机侧使用天线阵列，根据变换矩阵，控制发射机侧的天线阵列的发射方向性，以及所述变换矩阵计算器通过利用变换矩阵，将空值指示给构成无线信号的多条射线中的 至少一条的离开方向，所述空值是发射方向性的下降点。
7.根据权利要求6所述的信道信息预测系统，还包括变换信道信息获取单元，被配置 为获取在空值被指示给至少一条射线的离开方向的情况下估计的信道信息，作为变换信道信息.
8.根据权利要求1所述的信道信息预测系统，其中， 所述变换矩阵是条件良好的矩阵。
9.根据权利要求8所述的信道信息预测系统，其中， 所述变换矩阵是酉矩阵。
10.根据权利要求1所述的信道信息预测系统，其中， 所述变换矩阵计算器利用方向估计技术，计算接收阵列响应矩阵， 对所计算的接收阵列响应矩阵执行QR分解，以及 将由QR分解得到的正交矩阵用作变换矩阵。
11.根据权利要求1所述的信道信息预测系统，其中，所述方向估计技术是通过利用无线信号的到达方向的估计结果，来估计无线信号的 离开方向的技术；或通过利用无线信号的离开方向的估计结果，来估计无线信号的到达方 向的技术。
12.一种通过在多天线传输系统中利用信道信息以及变换矩阵来计算将来信道信息 的信道信息预测方法，所述将来信道信息是将来的信道信息的预测值，在所述多天线传输 系统中，无线信号的发射机侧和接收机侧中的至少任意一个利用由多根天线构成的天线阵 列，所述信道信息指示发射机侧和接收机侧之间的传输路径特性，所述信道信息预测方法 包括步骤通过利用方向估计技术来估计到达方向和离开方向中的至少一个，基于与无线信号的 到达方向和离开方向中的至少一个相关的天线阵列的阵列响应和阵列权重中的一个，来计算变换矩阵。
全文摘要
提供了一种信道信息预测系统(10)，所述信道信息预测系统通过在使用天线阵列的多天线传输系统(1)中利用指示发射机(100)和接收机(200)之间传输路径特性的MIMO CSI以及变换矩阵，来计算MIMO CSI预测值，作为将来的MIMO CSI的预测值，在所述多天线传输系统中，所述天线阵列由发射机100或接收机200中的发射天线(#1至#T)或者接收天线(#1至#R)构成。所述信道信息预测系统(10)通过利用方向估计技术来估计无线信号的到达方向或离开方向，基于与无线信号的到达方向或离开方向相关的天线阵列的阵列响应或阵列权重，来计算变换矩阵。
文档编号H04B7/04GK101960757SQ20098010666
公开日2011年1月26日 申请日期2009年2月26日 优先权日2008年2月28日
发明者冲野健太 申请人:京瓷株式会社