基于信道质量的自适应波束加权信息分组反馈方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种基于信道质量的自适应波束加权信息分组反馈方法及装置，具体 是一种利用子载波的信道质量信息，设计针对不同子载波分组采用不同波束加权信息量反 馈的自适应反馈方法及装置，属于无线局域网技术领域。
【背景技术】
[0002]在正交频分复用（Orthogonal Rrequen巧Division Multiplexing,(FDM)多输入 多输出（Multiple Input Multiple 0u1:put，MIMO)无线局域网中，为了改善频率选择性深 衰落对信号的影响，发射机通常对发送的数据流进行加权处理，即波束成形，从而改善接收 信号质量。然而，波束成形算法的设计与实现通常需要发射机知道信道状态信息（化annel State In化rmation，CSI)，该需要通过接收机进行反馈。具体的实现过程为；发送端发送信 道估计训练序列，接收端利用信道估计训练序列估计出信道状态信息，经过对估计出的信 道状态信息做适当处理后反馈给发送端，发送端接收到反馈的信息后，利用反馈信息重构 信道状态信息，进一步对发送数据流进行波束成形处理。反馈是实现传输波束成形的基础。
[0003] 信道状态信息反馈的方法可W分为隐式反馈和显式反馈，隐式反馈是基于 H.A.Lorentz在1896年提出的电磁对等关系理论，需要进行校准；显式反馈不需要校准，在 802.lln中指定了 3种显式反馈的格式；CSI，非压缩波束成形权重值W及压缩波束成形权 重值。CSI反馈是指由接收端反馈CSI信息，发送端来计算波束成形矩阵；非压缩反馈是指 将接收端估计出的信道状态信息直接反馈给发送端，需要使用相同的量化比特表示每一个 CSI值的实部和虚部，致使反馈开销非常大；压缩反馈是指通过对信道状态信息进行适当 压缩量化处理后，将处理后的数据反馈给发送端。I邸E802.lln中通常采用Givens旋转对 估计信道状态信息矩阵的奇异值分解（SingleValuedecomposition,SVD)的右奇异矩阵 进行旋转变换并进行角度量化，之后再进行反馈，同时进一步采用子载波分组反馈方案，进 而显著降低了反馈开销。采用分组反馈方案时，发送端利用反馈数据子载波上的信道状态 信息重构所有数据子载波上的信道状态信息。
[0004] 显式反馈时，用于反馈的信道状态信息数量会随着系统维数的增加而增长，该样 系统开销也随之增长，系统效率降低，802. lln提供的量化与子载波分组技术有效减少了系 统开销，降低了反馈量。但是传统的信道状态信息分组反馈方案为等量反馈，即每个分组反 馈的信息为等量信息，而实际面临的问题是，在类似于IE邸802. llaj(45GHz)的频率选择 性衰落信道上，不同子信道的的衰落情况不一样，造成在接收端的实际输出信噪比也会不 一样，最终影响不同子载波上的信息恢复。
【发明内容】
[0005] 发明目的；为了减小压缩反馈方式中传统子载波分组等量反馈造成的性能损失， 本发明提供一种基于信道质量的自适应波束加权信息分组反馈方法及装置，通过在接收端 利用子载波的信道质量信息，设计针对不同子载波分组采用不同信息量反馈的自适应反馈 方案，发送端可w利用接收到的反馈信息重构波束加权矩阵信息。本发明设计的自适应波 束加权信息分组反馈方案可W减少深衰落子载波的波束成形矩阵重构误差，从而在有效减 少反馈量的同时提升系统误包率性能。
[0006] 技术方案；一种基于信道质量的自适应波束加权信息分组反馈方法，包括如下步 骤：
[0007] 步骤1 ;接收机利用发射机发送的信道状态信息估计训练序列进行信道状态信息 估计，估计出各个数据子载波上的信道状态信息矩阵Hk、平均发送信噪比P和平均接收信 噪比而及，k表示数据子载波索引且k= 1，…，N,d，N,d表示每个(FDM符号所包含的数据子 载波数；
[000引步骤2 ;接收机计算采用传输波束成形后每个子载波每个空间流的接收机等效输 出信噪比心％,、、，iss表示空间流索引且i1，..，N 表示空间流数目；
[0009] 首先对信道状态信息矩阵进行SVD分解，计算公式为：
[0010] Hk=UkSJk* (公式 1)
[001U公式1中Hk表示第k个数据子载波上的信道状态信息矩阵，Uk和Vk是酉矩阵，其 中Vk为波束成形加权矩阵，V是Vk的复共辆转置矩阵，Sk是由奇异值组成的对角矩阵；
[0012] 接收机等效输出信噪比心％.,'u的计算公式为；
[001引
【主权项】
1. 一种基于信道质量的自适应波束加权信息分组反馈方法，其特征在于，包括如下步 骤： 步骤1 :接收机利用发射机发送的信道状态信息估计训练序列进行信道状态信息估 计，估计出各个数据子载波上的信道状态信息矩阵Hk、平均发送信噪比p和平均接收信噪 比k表示数据子载波索引且k= l，一，Nsd，Nsd表示每个OFDM符号所包含的数据子载 波数； 步骤2 :接收机计算采用传输波束成形后每个子载波每个空间流的接收机等效输出信 噪比》iss表示空间流索引且iss= 1，.."^^表示空间流数目； 步骤3 :接收机按照每个分组的大小Ng，并通过步骤2中获得的计算每个分组 的平均信噪比SNRn，η表示分组编号； 步骤4 :接收机利用步骤1得到的平均接收信噪比_和步骤3得到的每个分组的平 均信噪比SNI^$照分组判定准则对分组进行判定； 步骤5 :接收机按照质量类别反馈分组大小乂和每一个分组的信道相关信息，包括波 束成形加权矩阵信息、平均接收信噪比和每个分组的平均信噪比，其中高质量分组反馈1 个子载波对应的波束成形加权矩阵信息，低质量分组反馈Q个子载波对应的波束成形加权 矩阵信息，2 < Q < Ng，各波束成形加权矩阵信息信息量相同；反馈信息按照协议规定进行 量化，量化后的比特信息包含在Compressed Beamforming Report字段，分组信息Ng包含 在 MMO control 字段； 步骤6:发射机接收并恢复所有反馈信息，包括分组大小Ng、平均接收信噪比、每个分组 的平均信噪比和波束成形加权矩阵信息，并依据分组判定准则确定每个波束成形加权矩阵 信息所属于的分组； 步骤7 :发射机利用步骤6得到的分组信息和每个分组的波束成形加权矩阵信息，重构 所有子载波波束成形矩阵。
2. 如权利要求1所述的一种基于信道质量的自适应波束加权信息分组反馈方法，其特 征在于，步骤2中：计算采用传输波束成形后每个子载波每个空间流的接收机等效输出信 噪比?; 首先对信道状态信息矩阵进行SVD分解，计算公式为： Hk=UkSJk* (公式 1) 公式1中Hk表示第k个数据子载波上的信道状态信息矩阵，U k和V k是酉矩阵，其中V k 为波束成形加权矩阵，AC是V k的复共轭转置矩阵，S k是由奇异值组成的对角矩阵； 接收机等效输出信噪比5的计算公式为：
公式2中P表示平均发送信噪比，Ntx表示发送天线的数目，iss=l，...，Nss，N s^* 空间流数目，表示矩阵Sk对角线上的第i ss个元素。
3. 如权利要求1所述的一种基于信道质量的自适应波束加权信息分组反馈方法，其特 征在于：所述步骤3中，接收机根据步骤2中获得的计算每个分组的平均信噪比，计 算公式为：
公式3中，SNRn为分组η的平均信噪比，SMqs为每个子载波每个空间流的接收机等 效输出信噪比，乂为分组的大小，N ss表示空间流数目。
4. 如权利要求1所述的一种基于信道质量的自适应波束加权信息分组反馈方法，其特 征在于：所述步骤4中，接收机利用步骤1得到的平均接收信噪比^和步骤3得到的每 个分组平均信噪比SNR n来判定分组类型；将子载波定义为两类，一类为高质量分组，另一类 为低质量分组，判定准则为：
公式4中51^表示分组η的分组质量状态，其中O表示高质量分组，1表示低质量分组。
5. 如权利要求1所述的一种基于信道质量的自适应波束加权信息分组反馈方法，其特 征在于：所述步骤5中，高质量分组的反馈量降为未分组的1/N g，而低质量分组的反馈量最 多降为未分组的2/Ng。
6. -种基于信道质量的自适应波束加权信息分组反馈装置，包括接收机和发射机；其 特征在于：所述接收机包括信道估计模块、空间流等效输出信噪比计算模块、分组平均信噪 比计算模块、分组类型判定模块、分组信道相关信息量化及反馈模块；所述发射机包括信道 状态信息解析模块和分组信道状态信息重构模块； 所述信道估计模块是接收机根据发射机发送的信道状态信息估计训练序列，估计出各 个数据子载波上的信道状态信息矩阵Hk、平均发送信噪比P，平均接收信噪比^ : 所述空间流等效输出信噪比计算模块是接收机计算采用传输波束成形后每个子载波 每个空间流的接收机等效输出信噪比; 所述分组平均信噪比计算模块是接收机根据计算得到的每个空间流的接收机等效输 出信噪比计算每个分组的平均信噪比SNRn; 所述分组类型判定模块是接收机根据得到的平均接收信噪比及分组平均信噪比按照 分组判定准则对分组进行判定； 所述分组信道相关信息量化及反馈模块是接收机按照质量类别反馈分组大小\和 每一个分组的信道相关信息，包括波束成形加权矩阵信息、平均接收信噪比和每个分组 的平均信噪比，其中高质量分组反馈1个子载波对应的波束成形加权矩阵信息，低质量 分组反馈Q个子载波对应的波束成形加权矩阵信息，2 < Q < Ng，各波束成形加权矩阵信 息信息量相同；反馈信息按照协议规定进行量化，量化后的比特信息包含在Compressed Beamforming Report字段，分组信息Ng包含在ΜΙΜΟ control字段； 所述信道状态信息解析模块是发射机接收并恢复所有反馈信息，包括分组大小Ng、平 均接收信噪比、每个分组的平均信噪比和波束成形加权矩阵信息，并依据分组判定准则确 定每个波束成形加权矩阵信息所属于的分组； 所述分组信道状态信息重构模块是发射机利用分组信息和每个分组的波束成形加权 矩阵信息重构所有子载波波束成形矩阵。
【专利摘要】本发明提供了一种基于信道质量的自适应波束加权信息分组反馈方法及装置，改进了传统分组反馈由于信道衰落情况不同导致子载波在接收端的实际输出信噪比不同，从而影响不同子载波上信息恢复的缺点。与传统的分组反馈方案相比，本发明利用子载波的信道质量信息，设计了针对不同子载波分组采用不同信息量反馈的自适应反馈方案，其实质是通过优先减少深衰落子载波的波束成形信息重构误差，以减少深衰落点在接收端出现恢复错误的概率，在有效减少反馈量的同时提升了系统的误包率性能。仿真结果表明，本发明提出的基于信道质量的自适应波束加权信息分组反馈方法及装置，优于传统的分组反馈方法及装置。
【IPC分类】H04L5-00, H04B7-08, H04B7-06
【公开号】CN104767557
【申请号】CN201510155445
【发明人】杨绿溪, 李长庚, 廖树日, 吕川, 陆莹, 张静
【申请人】东南大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月2日