專利名稱：Mimo系統(tǒng)的反饋裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線信息傳輸領(lǐng)域的MIMO (多天線)系統(tǒng)，特別涉及一種用于MIMO系 統(tǒng)的反饋裝置與方法。
背景技術(shù)：
隨著通信業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展，要求未來的無線/移動通信網(wǎng)絡(luò)能支持高速率大容量 的數(shù)據(jù)、多媒體等業(yè)務(wù)。新一代蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)3GPP LTE、LTE-Advanced均采用了多天 線(MIMO)技術(shù)提高頻譜效率，單用戶MIMO能提高用戶的峰值速率，多用戶MIMO (MU ΜΙΜΟ) 能提高蜂窩系統(tǒng)的平均容量。單/多用戶MIMO的工作模式可分為開環(huán)和閉環(huán)，其中閉環(huán)MIMO在提高系統(tǒng)吞吐 量方面有明顯優(yōu)勢。閉環(huán)MIMO的實現(xiàn)方式有兩類一是基于碼本選擇的波束成形BF(預(yù)編 碼)，它在有限反饋條件下能獲得較好性能；另一是基于信道狀態(tài)信息(CSI)反饋的波束成 形，如對信道矩陣進行特征值分解(SVD)的BF，它在反饋不受限時能獲得好的性能。但在多 用戶MIMO環(huán)境中，在系統(tǒng)性能相同時，碼本選擇的波束成形要求更多的反饋開銷，故本發(fā) 明以CSI直接反饋的閉環(huán)MIMO為研究目標(biāo)。在TDD方式下，發(fā)送端可利用信道互易性獲得
/當(dāng)首傳
IH
道信息，然后收發(fā)端進行聯(lián)合BF處理。下面先介紹SVD BF的原理c 設(shè)發(fā)送信號s經(jīng)預(yù)編碼器P后的信號為χ = Ps，則接收信號為y = HPs+n,其中H為NXN維信道矩陣，η為方差ο 2的噪聲。對信道矩陣SVD分解
H = UAVt [[!!,^,udAh, V2,…， ;f得到多個并行獨立的子信道，每個子信道
增益等于其特征值Λ = diag{>^·· λκ}。從信息論知最優(yōu)預(yù)編碼為F = νΦ，其中
(ryX^
Φ = (Iiagi(J)1…Φ J，么=
a
1
V ^k J
,(Z)+ = max{0, ζ}，。對接收信號濾波得
y = u>#HFs+Utn=As+5，每個空間子信道信噪比為·廠諮。SVD BF方式中，由于各子信道增益差異較大，為獲得最優(yōu)系統(tǒng)容量，需采用自適應(yīng) 調(diào)制編碼技術(shù)，即對每個子信道數(shù)據(jù)流進行調(diào)制編碼等級(MCQ的選擇。一般自適應(yīng)SVD BF原理如圖1，發(fā)送數(shù)據(jù)經(jīng)預(yù)編碼(發(fā)送BF)后發(fā)送至信道，接收端先計算出每天線數(shù)據(jù)流 的信噪比SNR，根據(jù)SNR選定每流的調(diào)制編碼方式及對應(yīng)的信道質(zhì)量指示信息(CQI)，然后 利用反饋鏈路把CQI反饋到發(fā)送端，發(fā)送端依據(jù)CQI為每流分配編碼調(diào)制方式。從圖中可 以看到，SVD BF的需要的反饋、控制信息與子信道數(shù)據(jù)流數(shù)成正比。當(dāng)空域數(shù)據(jù)流數(shù)和用 戶數(shù)較多時，為每用戶數(shù)據(jù)流實時分配MCS也難以實現(xiàn)。因此，需要設(shè)計新的BF及反饋技 術(shù)以保證MIMO系統(tǒng)性能，同時能克服SVD BF反饋開銷大的缺陷。參考文獻[1] J. K. Zhang, A. Kavcic,and KM Wong,"Equal-diagonal QR decomposition and its application to precoder design for successive-cancellation detection，，，IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 51, no. 1，pp. 154-172, Jan. , 2005
[2]Y. Jiang, J. Li and Hager, W. W, "Joint transceiver design for MIMO communications using geometric meandecomposition,，，IEEE Trans. Signal Processing, vol. 53, no. 10, pp. 3791-3803，Oct. 2005.[3]Adaptive multi-levels dictionaries and singular value decomposition techniques for autonomic problem determination, USPTO 20090222396[4]Novel partial channel precoding and successive interference cancellation for multi-input multi-output orthogonal frequency division modulation(mimo-ofdm) systems, USPTO 20090225889

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有SVD BF反饋開銷多的缺陷，提供一種用于單/多用戶 MIMO系統(tǒng)的信號反饋裝置及方法，以便既保證獲得好的系統(tǒng)性能，又具有實現(xiàn)復(fù)雜度低的 優(yōu)點。根據(jù)本發(fā)明第一方面，提供了了一種用于MIMO系統(tǒng)的反饋方法，它通過對接收的 多天線信道矩陣進行等增益子信道分解，獲得代表MIMO系統(tǒng)中每個子信道增益的子信道 共享增益，由此降低MIMO系統(tǒng)的反饋開銷。根據(jù)本發(fā)明第二方面，提供了用于MIMO系統(tǒng)的一個具體的反饋方法，包括以下步 驟在MIMO接收機與發(fā)射機之間建立反饋鏈路；在所述接收機通過對接收的多天線信道矩陣進行等增益子信道分解，獲得代表 MIMO系統(tǒng)中每個子信道增益的子信道共享增益；利用所述子信道共享增益計算子信道信噪比SNR ；根據(jù)所述子信道信噪比SNR選擇用于所有子信道的相同編碼調(diào)制方式MCS ；選定所述編碼調(diào)制方式MCS所對應(yīng)的信道質(zhì)量指示信息CQI ；通過所述反饋鏈路將所述信道質(zhì)量指示信息CQI反饋給所述發(fā)射機；發(fā)射機根據(jù)所反饋的信道質(zhì)量指示信息CQI，為每個子信道分配與其對應(yīng)的編碼 調(diào)制方式MCS，從而使發(fā)射機的各個子信道采用相同的編碼和調(diào)制方式對發(fā)送比特流進行 編碼和調(diào)制。其中通過查找所述子信道信噪比SNR與所述編碼調(diào)制方式MCS的查找表，選擇用 于所有子信道的相同編碼調(diào)制方式MCS，即調(diào)制方式和編碼速率。其中通過查找所述編碼調(diào)制方式MCS與所述信道質(zhì)量指示信息CQI的查找表，選 定所述編碼調(diào)制方式MCS所對應(yīng)的信道質(zhì)量指示信息CQI。其中信道質(zhì)量指示信息CQI具有分別對應(yīng)不同級別子信道信噪比SNR和不同調(diào)制 方式和編碼速率的標(biāo)識符。其中發(fā)射機各個子信道對發(fā)送比特流進行編碼和調(diào)制后，對各個子信道進行逐級 干擾預(yù)刪除和THP預(yù)編碼處理。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種用于MIMO系統(tǒng)的反饋裝置，包括設(shè)置在MIMO接收機端的等增益子信道分解單元，用于通過對接收的多天線信道矩陣進行等增益子信道分解，獲得代表MIMO系統(tǒng)中每個子信道增益的子信道共享增益；連接所述等增益子信道分解單元的子信道信噪比計算單元，用于利用等增益子信 道分解單元獲得的子信道共享增益計算子信道信噪比SNR ；連接所述子信道信噪比計算單元的編碼調(diào)制方式MCS選擇單元，用于根據(jù)所述子 信道信噪比計算單元計算的子信道信噪比SNR選擇用于所有子信道的相同編碼調(diào)制方式 MCS ；連接所述編碼調(diào)制方式MCS選擇單元的信道質(zhì)量指示信息CQI選定單元，用于選 定所述編碼調(diào)制方式MCS所對應(yīng)的信道質(zhì)量指示信息CQI ；建立在MIMO系統(tǒng)接收機與發(fā)射機之間的反饋鏈路；設(shè)置在MIMO發(fā)射機端的編碼調(diào)制方式MCS分配單元，用于根據(jù)經(jīng)由所述反饋鏈路 反饋的所述信道質(zhì)量指示信息CQI為每個子信道分配與其對應(yīng)的編碼調(diào)制方式MCS，從而 使發(fā)射機的各個子信道采用相同的編碼和調(diào)制方式對發(fā)送比特流進行編碼和調(diào)制。其中所述編碼調(diào)制方式MCS選擇單元具有所述子信道信噪比SNR對應(yīng)于所述編 碼調(diào)制方式MCS的查找表，通過查找所述查找表選擇用于所有子信道的相同編碼調(diào)制方式 MCS,即調(diào)制方式和編碼速率。其中所述信道質(zhì)量指示信息CQI選定單元具有所述編碼調(diào)制方式MCS對應(yīng)于所述 信道質(zhì)量指示信息CQI的查找表，通過查找所述查找表選定所述編碼調(diào)制方式MCS所對應(yīng) 的信道質(zhì)量指示信息CQI。其中可以利用幾何平均分解(GMD)法、統(tǒng)一信道分解(UCD)法或等對角元分解法 執(zhí)行所述等增益子信道分解。由于本發(fā)明的只需計算任一子信道增益值，并輸出一個信噪比值，從而降低了反 饋開銷。此外，該反饋裝置及方法可以適用于單用戶和多用戶MIMO通信系統(tǒng)。并且，上述 反饋裝置及方法也適用于單碼字和多碼字MIMO系統(tǒng)。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。


圖Ia和圖Ib分別顯示了目前建議的反饋裝置及反饋流程的示意圖；圖加和圖2b分別顯示了本發(fā)明的反饋裝置及反饋流程的示意圖；圖3顯示了本發(fā)明的反饋方法應(yīng)用于MIMO BF中的流程圖；圖如和圖4b顯示了應(yīng)用本發(fā)明的一個具體實例；圖5是對圖4所示實例的仿真結(jié)果。
具體實施例方式本發(fā)明的基本思想是對多天線信道矩陣進行分解，使得每天線支路信道增益相 同，即每流信噪比也相同，接收端反饋CQI時僅需反饋單個子信道信息。圖加顯示了實現(xiàn)MIMO系統(tǒng)反饋的裝置，它包括計算信噪比SNR、編碼調(diào)制選擇 MCS、CQI選定以及MCS分配等單元或模塊。在接收端，與一般的反饋裝置不同，提出的裝置 中SNR計算模塊僅需根據(jù)任一子信道的增益計算出SNR值。相應(yīng)地，MCS選擇模塊對所有 子信道選擇一種MCS，故反饋鏈路也只需反饋一個CQI信息。
具體地說，本發(fā)明的用于MIMO系統(tǒng)的反饋裝置包括設(shè)置在MIMO接收機端的等增益子信道分解單元10 (參見圖4a)，用于通過對接收 的多天線信道矩陣進行等增益子信道分解，獲得代表MIMO系統(tǒng)中每個子信道增益的子信 道共享增益；子信道信噪比計算單元11，用于利用等增益子信道分解單元10獲得的子信道共 享增益計算子信道信噪比SNR ；編碼調(diào)制方式MCS選擇單元12，用于根據(jù)子信道信噪比計算單元11計算的子信道 信噪比SNR選擇用于所有子信道的相同編碼調(diào)制方式MCS ；信道質(zhì)量指示信息CQI選定單元13，用于選定由編碼調(diào)制方式MCS選擇單元12所 選擇的編碼調(diào)制方式MCS所對應(yīng)的信道質(zhì)量指示信息CQI ；建立在MIMO系統(tǒng)接收機與發(fā)射機之間的反饋鏈路14 ；設(shè)置在MIMO發(fā)射機端的編碼調(diào)制方式MCS分配單元15，用于根據(jù)經(jīng)由反饋鏈路 14反饋的信道質(zhì)量指示信息CQI為每個子信道分配與其對應(yīng)的編碼調(diào)制方式MCS，從而使 發(fā)射機的各個子信道采用相同的編碼和調(diào)制方式對發(fā)送比特流進行編碼和調(diào)制。圖加所示的編碼調(diào)制方式MCS選擇單元12具有子信道信噪比SNR對應(yīng)于編碼調(diào) 制方式MCS的查找表，通過查找所述查找表選擇用于所有子信道的相同編碼調(diào)制方式MCS， 即調(diào)制方式和編碼速率。圖加所示的信道質(zhì)量指示信息CQI選定單元13具有編碼調(diào)制方式MCS對應(yīng)于信 道質(zhì)量指示信息CQI的查找表，通過查找該查找表可以選定所述編碼調(diào)制方式MCS所對應(yīng) 的信道質(zhì)量指示信息CQI。本發(fā)明的用于MIMO系統(tǒng)的反饋方法是通過圖加所示的反饋裝置實現(xiàn)的，該反饋 方法包括以下步驟在MIMO接收機與發(fā)射機之間建立反饋鏈路；在所述接收機通過對接收的多天線信道矩陣進行等增益子信道分解，獲得代表 MIMO系統(tǒng)中每個子信道增益的子信道共享增益；利用所述子信道共享增益計算子信道信噪比SNR ；根據(jù)所述子信道信噪比SNR選擇用于所有子信道的相同編碼調(diào)制方式MCS ；選定所述編碼調(diào)制方式MCS所對應(yīng)的信道質(zhì)量指示信息CQI ；通過所述反饋鏈路將所述信道質(zhì)量指示信息CQI反饋給所述發(fā)射機；發(fā)射機根據(jù)所反饋的信道質(zhì)量指示信息CQI，為每個子信道分配與其對應(yīng)的編碼 調(diào)制方式MCS，從而使發(fā)射機的各個子信道采用相同的編碼和調(diào)制方式對發(fā)送比特流進行 編碼和調(diào)制。其中，通過查找子信道信噪比SNR對應(yīng)于編碼調(diào)制方式MCS的查找表，可以選擇用 于所有子信道的相同編碼調(diào)制方式MCS，即調(diào)制方式和編碼速率。其中，通過查找編碼調(diào)制方式MCS對應(yīng)于信道質(zhì)量指示信息CQI的查找表，可以選 定所述編碼調(diào)制方式MCS所對應(yīng)的信道質(zhì)量指示信息CQI。圖2b顯示了實現(xiàn)本發(fā)明的MIMO系統(tǒng)反饋方法的流程圖，該流程開始于步驟20，然 后在步驟21計算用于每個子信道的單個數(shù)據(jù)流的信噪比SNR ；在步驟22中，根據(jù)所計算的 SNR為每個子信道或數(shù)據(jù)流選擇相同的編碼調(diào)制方式(MCQ ；在步驟23中，選定與MCS對應(yīng)的一個CQI ；在步驟M中，通過反饋鏈路將CQI反饋到發(fā)射機端；發(fā)射機在步驟25中根據(jù) CQI為每個數(shù)據(jù)流分配相同的MCS。流程最后結(jié)束于步驟沈。 圖3顯示了本發(fā)明的反饋方法應(yīng)用于MIMO BF的流程。流程開始于步驟30 ；在步驟 31中，利用信道分解方法把信道分解為增益相等的子信道，即等增益子信道分解，可以利用 已有的幾何平均分解(GMD)法、統(tǒng)一信道分解(UCD)法或等對角元分解法執(zhí)行所述等增益 子信道分解；若利用幾何平均分解(GMD)方法，則把信道分解為HH = QRP，其中P，Q為正交
陣，Rtij]為等對角元的下三角陣，其對角元4= = Υ{λΗη ,rank(H) = K。在步驟32
中，接收機先計算出用于各數(shù)據(jù)流的共享信噪比SNR，并根據(jù)此SNR信息反饋一個CQI信息，
然后發(fā)送端依據(jù)CQI為每個數(shù)據(jù)流選擇相同的編碼調(diào)制方式；在步驟33中，發(fā)射機對發(fā)送
比特流編碼、調(diào)制后進行逐級干擾預(yù)刪除處理例如設(shè)第1…N幅天線端依次發(fā)送的數(shù)據(jù)流
分別為Sl，s2,…，sN，第1幅天線數(shù)據(jù)流S1先發(fā)送。第2幅天線端發(fā)送數(shù)據(jù)流、時，先消 除S1對其的干擾，即
權(quán)利要求
1.一種用于MIMO系統(tǒng)的反饋方法，通過對接收的多天線信道矩陣進行等增益子信道 分解獲得代表MIMO系統(tǒng)中每個子信道增益的子信道共享增益，由此降低MIMO系統(tǒng)的反饋 開銷。
2.一種用于MIMO系統(tǒng)的反饋方法，包括以下步驟 在MIMO接收機與發(fā)射機之間建立反饋鏈路；在所述接收機通過對接收的多天線信道矩陣進行等增益子信道分解，獲得代表MIMO 系統(tǒng)中每個子信道增益的子信道共享增益；利用所述子信道共享增益計算子信道信噪比SNR ；根據(jù)所述子信道信噪比SNR選擇用于所有子信道的相同編碼調(diào)制方式MCS ； 選定所述編碼調(diào)制方式MCS所對應(yīng)的信道質(zhì)量指示信息CQI ； 通過所述反饋鏈路將所述信道質(zhì)量指示信息CQI反饋給所述發(fā)射機； 發(fā)射機根據(jù)所反饋的信道質(zhì)量指示信息CQI，為每個子信道分配與其對應(yīng)的編碼調(diào)制 方式MCS，從而使發(fā)射機的各個子信道采用相同的編碼和調(diào)制方式對發(fā)送比特流進行編碼 和調(diào)制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中通過查找所述子信道信噪比SNR與所述編碼調(diào) 制方式MCS的查找表，選擇用于所有子信道的相同編碼調(diào)制方式MCS，即調(diào)制方式和編碼速率。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其中通過查找所述編碼調(diào)制方式MCS與所述信道 質(zhì)量指示信息CQI的查找表，選定所述編碼調(diào)制方式MCS所對應(yīng)的信道質(zhì)量指示信息CQI。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其中信道質(zhì)量指示信息CQI具有分別對應(yīng)不同級 別子信道信噪比SNR和不同調(diào)制方式和編碼速率的標(biāo)識符。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中發(fā)射機各個子信道對發(fā)送比特流進行編碼和調(diào)制 后，對各個子信道進行逐級干擾預(yù)刪除和THP預(yù)編碼處理。
7.一種用于MIMO系統(tǒng)的反饋裝置，包括設(shè)置在MIMO接收機端的等增益子信道分解單元(10)，用于通過對接收的多天線信道 矩陣進行等增益子信道分解，獲得代表MIMO系統(tǒng)中每個子信道增益的子信道共享增益；連接所述等增益子信道分解單元(10)的子信道信噪比計算單元(11)，用于利用等增 益子信道分解單元(10)獲得的子信道共享增益計算子信道信噪比SNR;連接所述子信道信噪比計算單元(11)的編碼調(diào)制方式MCS選擇單元(12)，用于根據(jù)所 述子信道信噪比計算單元(11)計算的子信道信噪比SNR選擇用于所有子信道的相同編碼 調(diào)制方式MCS ；連接所述編碼調(diào)制方式MCS選擇單元(12)的信道質(zhì)量指示信息CQI選定單元(13)，用 于選定所述編碼調(diào)制方式MCS所對應(yīng)的信道質(zhì)量指示信息CQI ； 建立在MIMO系統(tǒng)接收機與發(fā)射機之間的反饋鏈路(14)；設(shè)置在MIMO發(fā)射機端的編碼調(diào)制方式MCS分配單元(15)，用于根據(jù)經(jīng)由所述反饋鏈路 反饋的所述信道質(zhì)量指示信息CQI為每個子信道分配與其對應(yīng)的編碼調(diào)制方式MCS，從而 使發(fā)射機的各個子信道采用相同的編碼和調(diào)制方式對發(fā)送比特流進行編碼和調(diào)制。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述編碼調(diào)制方式MCS選擇單元(12)具有所述子 信道信噪比SNR對應(yīng)于所述編碼調(diào)制方式MCS的查找表，通過查找所述查找表選擇用于所有子信道的相同編碼調(diào)制方式MCS，即調(diào)制方式和編碼速率。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的裝置，其中所述信道質(zhì)量指示信息CQI選定單元具有所 述編碼調(diào)制方式MCS對應(yīng)于所述信道質(zhì)量指示信息CQI的查找表，通過查找所述查找表選 定所述編碼調(diào)制方式MCS所對應(yīng)的信道質(zhì)量指示信息CQI。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2或7所述的方法或裝置，其中利用幾何平均分解(GMD)法、統(tǒng) 一信道分解(U⑶)法或等對角元分解法執(zhí)行所述等增益子信道分解。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于MIMO系統(tǒng)的反饋裝置與方法，屬于無線信息傳輸領(lǐng)域。本發(fā)明提出的反饋方法中，先計算任一數(shù)據(jù)流的信噪比，并根據(jù)該信噪比為各個數(shù)據(jù)流選擇相同的編碼調(diào)制方式，然后選定其對應(yīng)的信道質(zhì)量指示信息，最后利用反饋鏈路把該指示信息反饋到發(fā)送端，發(fā)送端依據(jù)此信息為每個數(shù)據(jù)流分配相同的編碼調(diào)制方式。本發(fā)明提出的反饋方法只需向發(fā)送端反饋單個數(shù)據(jù)流的控制信息，從而降低了反饋開銷和實現(xiàn)復(fù)雜度。
文檔編號H04L1/00GK102088342SQ20091024990
公開日2011年6月8日 申請日期2009年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者焦現(xiàn)軍, 肖業(yè)平, 黎海濤, 黎超 申請人:重慶無線綠洲通信技術(shù)有限公司