专利名称：获得信道信息的方法、装置及波束成形优化方法、装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域，更具体的说，涉及一种获得信道信息的方法及装置，以及，多基站协作波束成形优化方法及装置。
背景技术：
蜂窝系统中，每个小区相对于相邻小区来说是一个干扰源，整个网络是干扰受限系统，特别是用户终端之间不允许相互协作，同时受到体积及功率效率的影响，不允许在用户终端采用复杂的干扰处理技术。因此，多基站协作处理技术作为一种消除/协调小区间干扰、提升数据速率及增强覆盖的有效方法近年来得到了广泛关注。多基站协作方式按照是否共享用户数据，可分为联合发送或单独发送的多基站协 作；按照是否有中央处理单元可分为集中式或分布式的多基站协作。集中式多基站协作方式中，通常基站簇内需要同时共享信道信息及数据信息。现有技术中有一种采用Wyner模型的联合迫零波束成形及用户调度的集中式多基站协作波束成形方法，集中式多基站协作技术中要求设置中央处理单元，且每个基站需要通过回程链路把信道信息、数据信息传递给中央处理单元。在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题集中式多基站协作方式应用在波形成束技术中，需要设置中央处理单元，且基站需要通过回程链路向中央处理单元传递信息，因此给有限容量的反馈/回程链路带来了沉重的业务信息负载。
发明内容
本发明的实施例提供了一种获得信道信息的方法、装置及波束成形优化方法、装置，能够降低现有集中式多基站协作波束成形技术中给反馈/回程链路带来的开销。本发明实施例提出的技术方案具体包括本发明提供了一种获得信道信息的方法，包括基站接收来自用户的反馈信息；所述反馈信息中包括信道范数及信道相位信息，所述信道相位信息为预定信道相位码本的首选相位码字的索引号；所述基站根据所述反馈信息及信道系数的空间相关矩阵，确定信道矢量函数。本发明提供了一种获得信道信息的装置，包括信息采集模块，用于基站接收来自用户的反馈信息；所述反馈信息中包括信道范数及信道相位信息，所述信道相位信息为预定信道相位码本的首选相位码字的索引号；信息确定模块，用于所述基站根据所述信息采集模块接收到的反馈信息及信道系数的空间相关矩阵，确定信道矢量函数。本发明提供了一种多基站协作波束成形优化的方法，包括服务基站接收来自用户的反馈信息；所述信息中包括信道范数及信道相位信息，所述信道相位信息为预定信道相位码本的首选相位码字的索引号；
所述服务基站将所述反馈信息和所述服务基站对应的信道系数的空间相关矩阵，与协作基站簇中的其它各服务基站接收的反馈信息和对应的信道系数的空间相关矩阵进行传递；所述服务基站根据所述信息及信道系数的空间相关矩阵，确定信道矢量函数；所述服务基站根据所述信道矢量函数进行波束成形优化。本发明提供了一种多基站协作波束成形优化的装置，包括信息接收模块，用于服务基站接收来自用户的反馈信息；所述信息中包括信道范数及信道相位信息，所述信道相位信息为预定信道相位码本的首选相位码字的索引号；
信息传递模块，用于所述服务基站将所述信息接收模块接收到的所述反馈信息和所述服务基站对应的信道系数的空间相关矩阵，与协作基站簇中的其它各服务基站接收的反馈信息和对应的信道系数的空间相关矩阵进行传递；信息确定模块，用于所述服务基站根据所述信息及信道系数的空间相关矩阵，确定信道矢量函数；优化处理模块，用于所述服务基站根据所述信息确定模块确定的信道矢量函数进行波束成形优化。由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，基站通过接收来自用户的反馈的信道范数及信道相位信息，所述信道相位信息为预定信道相位码本的首选相位码本索引号；能够根据所述信息及信道系数的空间相关矩阵确定信道矢量函数，以便基于所述信道矢量函数进行波束成形优化，相比现有的集中式多基站协同波束成形方案，本发明能够降低现有集中式多基站协作波束成形技术中给反馈/回程链路带来的开销，提高系统性能。
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为本发明实施例一种获得信道信息的方法流程图；图2为本发明实施例一种获得信道信息的装置结构示意图；图3为本发明实施例一种多基站协作波束成形优化方法流程图；图4为本发明实施例一种多基站协作波束成形优化装置结构示意图。
具体实施例方式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，所描述的实施例仅仅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作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。本发明实施例提出一种获得信道信息的方法以及多基站协作波束成形优化方法，基站通过接收用户反馈的信道信息以及预定信道相位码本中首选码字的索引号，能够利用信道系数的相关统计信息来确定信道矢量函数。并且，将该方法应用在对基站协作波束成形优化方案中，能在反馈/回程开销和系统性能之间取得更合理的折衷，提高系统的性能。如图I所示，本发明实施例提出了一种获得信道信息的方法，技术方案包括步骤101 :基站接收来自用户的反馈信息；所述反馈信息中包括信道范数及信道相位信息，所述信道相位信息为预定信道相位码本的首选相位码字的索引号；步骤102 :所述基站根据所述信息及信道系数的空间相关矩阵，确定信道矢量函数。针对上述技术方案进一步的说，在步骤101之前所述方法还包括预定信道相位码本的生成过程，其中，本发明实施例中根据信道系数空间相关矩阵相对于瞬时信道状态信息来说变化缓慢，且基站较容易获得该相关矩阵的特点，采用Lloyd算法构建了一种由酉矩阵形式组成的预定信道相位码本。
所述酉矩阵形式组成的信道相位码本的生成过程包括随机生成初始信道相位码本，A…，O ；随机生成一组信道系数及信道系数的空间相关矩阵训练样本，{h }^ ,{R C，其中Nts表示样本；将信道相位码本进行迭代更新。进一步的说，将信道相位码本进行迭代更新，包括采用定义的码本性能失真测度准则对所述信道相位码本进行迭代更新，所述准则为d] = Eh jarg min Ihhw - UrTDTwUf}其中，E { }取期望运算，I I I IF表示信道范数，h表示信道系数，上标符号H表示共轭转置，Ur表示相关矩阵为R的特征向量，￡>为特征值矩阵。具体的说，迭代更新方法具体包括
Xmjn士幺 J>2(h ，R ，T,)
^TS =1 hne^( 1 )其中，;^={h||h—T/K|h —T/|> = l，.",iV，A^} d(hn, Rn, Ti)表示为d(h ,R ,T;)= h hfF . ^ 2 )对于方程(I)关键之处在于寻找新的码本Ti, i = 1，…，N，具体可以通过如下优
化问题求解
lf+1) ^argmin ^ J2(h ,R ,T)
TeW(AZ)
^argmin ^ {h hfUnTDnTffUf}, i =
TeU(M) h,,e^( 3 )对于上述优化问题(3)的一个准最优解可以表示为Tf+1) =[<，…，tL,…，C]，其中
权利要求
1.一种获得信道信息的方法，其特征在于，包括
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，在所述基站接收来自用户的反馈信息之前，还包括采用Lloyd算法构建由酉矩阵组成的所述预定信道相位码本，包括； 随机生成初始信道相位码本
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将信道相位码本进行迭代更新，包括 采用定义的码本性能失真测度准则对所述信道相位码本进行迭代更新，所述准则为
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基站根据所述反馈信息及信道系数的空间相关矩阵，确定信道矢量函数，包括 对信道矢量函数Q = h hH进行特征值分解Q =UDUh,并分别估计信道相位矩阵U和 特征值矩阵D，即通过公式
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括确定所述特征值矩阵，包括 将所述信道系数的空间相关矩阵R进行特征值分解得到R = Uf ； 其中，Ur表示R的特征向量，Dr表示以R的特征值UnJ依降序排列后的向量为对角元素的对角矩阵，利用所述信道范数P，特征值矩阵￡>计算为
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括确定所述信道相位矩阵，包括 所述基站接收用户反馈的所述首选相位码字的索引号；所述首选相位码字f满足下式的关系T = ar^min|hh^-UrTDTwUf||f其中，| . | | 表示乃咖_信道范数； TeJr 9 所述基站根据所述首选相位码字f，依据所述信道相位矩阵的公式，来确定所述信道相位矩阵亡。
7.一种获得信道信息的装置，其特征在于，包括 信息采集模块，用于基站接收来自用户的反馈信息；所述反馈信息中包括信道范数及信道相位信息，所述信道相位信息为预定信道相位码本的首选相位码字的索引号； 信息确定模块，用于所述基站根据所述信息采集模块接收到的反馈信息及信道系数的空间相关矩阵，确定信道矢量函数。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括码本构建模块，用于采用Lloyd算法构建由酉矩阵组成的所述预定信道相位码本，包括； 随机生成初始信道相位码本，A =[I；°,T2°，…，O;随机生成一组信道系数及信道系数的空间相关矩阵训练样本， [!! ；￡ ,{R C，其中Nts表不样本； 将信道相位码本进行迭代更新。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述码本构建模块还用于对所述信道相位码本进行迭代更新，包括采用定义的码本性能失真测度准则对所述信道相位码本进行迭代更新，所述准则为 Jc2 =EhIargminIhh^ -UrTDT^Ufp 其中，E{>}取期望运算，I I I |F表示信道范数，h表示信道系数，上标符号H表示共轭转置，Ur表示信道系数的空间相关矩阵为R的特征向量，￡>为特征值矩阵。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述信息确定模块具体用于对信道矢量函数Q = h hH进行特征值分解Q =UDUh,并分别估计信道相位矩阵U和特征值矩阵D，即通过公式6获得所述信道矢量函数 /W=I 其中，h表示信道系数，上标符号H表示共轭转置；￡i=[Ui,-,Um；|表示信道相位矩阵u的估计值，6 = <^^(4，…，4)表示特征值矩阵D的估计值。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述信息确定模块具体包括特征值矩阵确定单元，用于将所述信道系数的空间相关矩阵R进行特征值分解得到R = UrDrUf .，其中，Ur表示R的特征向量，Dr表示以R的特征值UnJ依降序排列后的向量为对角元素的对角矩阵，利用所述信道范数P，特征值矩阵6计算为6= E{ufhh'|||h|| = "} 其中，E{ }取期望运算，6的所有非对角元素为零且对角元素的值通过下式计算
12.—种多基站协作波束成形优化的方法，其特征在于，包括 服务基站接收来自用户的反馈信息；所述信息中包括信道范数及信道相位信息，所述信道相位信息为预定信道相位码本的首选相位码字的索引号； 所述服务基站将所述反馈信息和所述服务基站对应的信道系数的空间相关矩阵，与协作基站簇中的其它各服务基站接收的反馈信息和对应的信道系数的空间相关矩阵进行传递; 所述服务基站根据所述信息及信道系数的空间相关矩阵，确定信道矢量函数； 所述服务基站根据所述信道矢量函数进行波束成形优化。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述服务基站接收来自用户的反馈信息之前，所述方法还包括采用Lloyd算法构建由酉矩阵组成的所述预定信道相位码本，包括 随机生成初始信道相位码本，A =ItHci，…,O; 随机生成一组信道系数及信道系数的空间相关矩阵训练样本，{h ；C，其中&表不样本； 将信道相位码本进行迭代更新； 所述迭代更新过程包括 采用定义的码本性能失真测度准则对所述信道相位码本进行迭代更新，所述准则为
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述服务基站根据所述信息及信道系数的空间相关矩阵，确定信道矢量函数，包括 对信道矢量函数Q =h hH进行特征值分解Q =UDUh,并分别估计其特征矢量(或信道相位矩阵)u和特征值矩阵d，即通过公式6=获得所述信道矢量函数
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法还包括确定所述特征值矩阵，包括 将所述信道系数的空间相关矩阵R进行特征值分解得到R =； 其中，Ur表示R的特征向量，Dr表示以R的特征值依降序排列后的向量为对角元素的对角矩阵，利用信道范数P，特征值矩阵6计算为D = E(UfhhwUrIIIhI = Z7) 其中，E{ }取期望运算，6的所有非对角元素为零且对角元素的值通过下式计算 P2P2 P2 72pp2e▽ e -e h d -~r-r ---7--+ > -7-r-7-r- ,Vm f(p) 2 TT fi_A_) f Ifi _Al _V 八m J V 八rn J V J _P1w、_ ^ Ipe 其中，概率密度函数f(p)为np)=U ^ f a) AdLk X~J- \ 八k J O
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法还包括确定所述信道相位矩阵，包括 所述服务基站接收用户反馈的所述首选相位码字的索引号；所述首选相位码字f满足下式的关系T = argmin||hhw-UrTDTwUfIf其中，丨丨 丨|f表示信道范数； TeJr， 所述服务基站根据所述首选相位码字f,依据所述信道相位矩阵O = Uj的公式，来确定所述信道相位矩阵U。
17.根据权利要求12至16中任一所述的方法，其特征在于，所述服务基站根据所述信道矢量函数进行波束成形优化，包括 根据所述信道矢量函数进行基于SLNR准则的波束成形优化，或者，根据所述信道矢量函数进行基于扩展迫零准则的波束成形优化。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，根据所述信道矢量函数进行基于SLNR准则的波束成形优化，包括 以基站簇的和速率最大化作为衡量多基站协作波束成形和功率分配算法性能准则的目标函数，即
19.根据权利要求12至16中任一所述的方法，其特征在于，所述方法适用于采用所述信道矢量函数进行多基站协作的波束成形优化的应用场景。
20.一种多基站协作波束成形优化的装置，其特征在于，包括 信息接收模块，用于服务基站接收来自用户的反馈信息；所述信息中包括信道范数及信道相位信息，所述信道相位信息为预定信道相位码本的首选相位码字的索引号； 信息传递模块，用于所述服务基站将所述信息接收模块接收到的所述反馈信息和所述服务基站对应的信道系数的空间相关矩阵，与协作基站簇中的其它各服务基站接收的反馈信息和对应的信道系数的空间相关矩阵进行传递； 信息确定模块，用于所述服务基站根据所述信息及信道系数的空间相关矩阵，确定信道矢量函数； 优化处理模块，用于所述服务基站根据所述信息确定模块确定的信道矢量函数进行波束成形优化。
21.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述装置还包括 码本构建模块，用于采用Lloyd算法构建由酉矩阵组成的所述预定信道相位码本，包括 随机生成初始信道相位码本= |l；°, T2°，…，1 ; 随机生成一组信道系数及信道系数的空间相关矩阵训练样本，IhjJ= , {R C；，其中Nts表不样本； 将信道相位码本进行迭代更新； 所述迭代更新过程包括 采用定义的码本性能失真测度准则对所述信道相位码本进行迭代更新，所述准则为 d2c = Eh jarg min |hh^ — UrTDT^UfJ 其中，E{ }取期望运算，I I I |F表示信道范数，h表示信道系数，上标符号H表示共轭转置，Ur表示相关矩阵为R的特征向量，￡>为特征值矩阵。
22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，所述信息确定模块具体用于 对信道矢量函数Q =h hH进行特征值分解Q =UDUh,并分别估计其特征矢量(或信道AM相位矩阵)
23.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，所述信息确定模块具体包括 特征值矩阵确定单元，用于将所述信道系数的空间相关矩阵R进行特征值分解得到R = UrDrUf . 其中，I表示R的特征向量，比表示以R的特征值依降序排列后的向量为对角元素的对角矩阵，利用所述信道范数p，特征值矩阵6计算为
24.根据权利要求20至23中任一所述的装置，其特征在于，所述优化处理模块具体用于 根据所述信道矢量函数进行基于SLNR准则的波束成形优化，或者，根据所述信道矢量函数进行基于扩展迫零准则的波束成形优化。
25.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，所述优化处理模块具体包括 第一优化单元，用于根据所述信道矢量函数进行基于SLNR准则的波束成形优化，包括 以基站簇的和速率最大化作为衡量多基站协作波束成形和功率分配算法性能准则的目标函数，即
全文摘要
本发明公开了一种获得信道信息的方法、装置及波束成形优化方法、装置，包括基站接收来自用户的反馈信息；所述信息中包括信道范数及信道相位信息，所述信道相位信息为预定信道相位码本的首选相位码字的索引号；所述基站根据所述反馈信息及信道系数的空间相关矩阵，确定信道矢量函数；基站通过所述信道矢量函数实现波束成形优化。通过采用本发明提出的技术方案，能够降低现有集中式多基站协作波束成形技术中给反馈/回程链路带来的开销，并获得协作增益。
文档编号H04W24/02GK102740325SQ20111008604
公开日2012年10月17日 申请日期2011年4月2日 优先权日2011年4月2日
发明者何世文, 杜颖钢, 杨绿溪, 黄永明 申请人:东南大学, 华为技术有限公司