[發(fā)明專利]波束質(zhì)量信息反饋方法和系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310718971.5
• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN104734805A
• 公開（公告）日: 2015-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙晶;陳藝戩;魯照華;郁光輝;肖華華;王瑜新
• 申請（專利權(quán)）人: 中興通訊股份有限公司
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H04L1/16
• 代理公司: 北京安信方達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11262
• 代理人: 田紅娟;龍洪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，尤其涉及一種波束質(zhì)量信息反饋方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

無線通信系統(tǒng)中，發(fā)送端和接收端采取空間復(fù)用的方式使用多根天線來獲取更高的速率。相對于一般的空間復(fù)用方法，一種被廣泛應(yīng)用的技術(shù)是接收端反饋信道信息給發(fā)送端，發(fā)送端根據(jù)獲得的信道信息使用一些發(fā)射預(yù)編碼技術(shù)，極大的提高傳輸性能。對于單用戶多輸入多輸出（Multi-input?Multi-output，MIMO）中，直接使用信道特征矢量信息進(jìn)行預(yù)編碼；對于多用戶MIMO中，需要比較準(zhǔn)確的信道信息。

在4G的一些技術(shù)如LTE，802.16m標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，信道信息的反饋主要是利用較簡單的單一碼本的反饋方法，而MIMO的發(fā)射預(yù)編碼技術(shù)的性能更依賴于其中碼本反饋的準(zhǔn)確度。這里將基于碼本的信道信息量化反饋的基本原理簡要闡述如下：

假設(shè)有限反饋信道容量為Bbps/Hz，那么可用的碼字的個數(shù)為N＝2^B個。信道矩陣的特征矢量空間經(jīng)過量化構(gòu)成碼本空間發(fā)射端與接收端共同保存或?qū)崟r產(chǎn)生此碼本（收發(fā)端相同）。根據(jù)接收端獲得的信道矩陣H，接收端根據(jù)一定準(zhǔn)則從中選擇一個與信道最匹配的碼字并將碼字序號i反饋回發(fā)射端。這里，碼字序號稱為PMI（Precoding?Matrix?Indicator，預(yù)編碼矩陣指示符）。發(fā)射端根據(jù)此序號i找到相應(yīng)的預(yù)編碼碼字從而獲得信道信息，表示了信道的特征矢量信息。

隨著無線通信技術(shù)的高速發(fā)展,用戶無線應(yīng)用越來越豐富,帶動了無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)迅速增長,據(jù)預(yù)測,未來10年間,數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以每年1.6-2倍速率增長.這給無線接入網(wǎng)絡(luò)帶來了巨大的挑戰(zhàn).多天線技術(shù)是應(yīng)對無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)爆發(fā)式增長挑戰(zhàn)的關(guān)鍵技術(shù),目前4G中支持的多天線技術(shù)僅僅支持最大8端口的水平維度波束賦形技術(shù),還有較大的潛力進(jìn)一步的大幅提升系統(tǒng)容量.

Massive?MIMO技術(shù)是下一代通信技術(shù)中的一個關(guān)鍵的增強(qiáng)技術(shù)，Massive?MIMO系統(tǒng)主要特征為：基站側(cè)配置有大規(guī)模天線陣列，比如100個天線，甚至更多，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候，利用MU-MIMO技術(shù)，同時同頻復(fù)用多個用戶，一般來說，天線數(shù)目與復(fù)用用戶數(shù)目比例維持在5-10倍左右。可以證明，無論是在視距環(huán)境的強(qiáng)相關(guān)信道，還是富散射下的非相關(guān)信道，任意兩個用戶的信道之間的相關(guān)系數(shù)隨著天線數(shù)目的增加成指數(shù)形式衰減，比如當(dāng)基站側(cè)配置有100根天線時，任意兩個用戶的信道之間相關(guān)系數(shù)趨近于0，也即是說多用戶對應(yīng)信道之間接近正交。另一方面，大陣列可以帶來非常可觀的陣列增益和分集增益。

對于Massive?MIMO來說，由于大量天線的引入，傳統(tǒng)的方法：每根天線發(fā)送信道測量導(dǎo)頻CSI-RS，終端檢測CSI-RS并通過信道估計獲得每個傳輸資源對應(yīng)的信道矩陣，根據(jù)信道矩陣獲得最佳的基帶上每個頻域子帶預(yù)編碼矢量和寬帶的最佳傳輸層數(shù)信息，然后基于前面介紹的碼本反饋技術(shù)進(jìn)行反饋，這種方式在massive?MIMO中應(yīng)用時存在比較大的問題。主要體現(xiàn)在，導(dǎo)頻開銷會隨Nt增多而增加，天線數(shù)多時導(dǎo)頻開銷非常巨大，除此之外，由于反饋時使用的碼本中需要包含非常多的碼字，碼字的選擇十分困難，造成終端大量的復(fù)雜度增加，幾乎無法實(shí)現(xiàn)，或者需要付出巨大的成本代價。碼本反饋的開銷也很大，使得上行鏈路開銷巨大。因此一般來說，對于massive?MIMO，更好的方式是采用波束賦形權(quán)值訓(xùn)練方法，可以有效地減小導(dǎo)頻和反饋開銷并使系統(tǒng)獲得較好的預(yù)編碼性能。

波束訓(xùn)練技術(shù)的基本原理如圖1所示，定義由基站向終端發(fā)送訓(xùn)練導(dǎo)頻，終端將收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后發(fā)送給基站的過程稱為一次迭代過程。經(jīng)過多次迭代后結(jié)束迭代稱為完成一次訓(xùn)練過程。迭代示意圖如圖1所示。

波束訓(xùn)練原理介紹：

步驟1：基站向終端發(fā)送訓(xùn)練導(dǎo)頻；

步驟2：終端接收訓(xùn)練導(dǎo)頻并進(jìn)行接收處理；

步驟3：終端向基站發(fā)送處理后的訓(xùn)練導(dǎo)頻；

步驟4：基站接收終端發(fā)送的訓(xùn)練導(dǎo)頻并進(jìn)行處理；

重復(fù)步驟1-4直到訓(xùn)練完成。

下面的公式表示了這種波束訓(xùn)練可以帶來的有益效果：