[发明专利]多天线系统中的有限反馈方法、信道参数生成方法和无线接收装置

说明书

技术领域

本发明涉及多天线码分多址(CDMA)无线通信系统中的有限反馈(limited feedback)技术，具体涉及一种多天线系统中的有限反馈方法、信道参数生成方法和无线接收装置，这些可适用于各种蜂窝方式下的高速无线通信系统和高吞吐量无线局域网系统，特别适合于采用3GPP TXAA模式的各种通信系统。

背景技术

多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output：MIMO)系统在发送端和接收端采用多个天线，可有效地提高传输速率，对抗各种选择性衰落，支持多用户情况下的通信。已有大量的研究成果表明(例如参照非专利文献1)，MIMO系统是3G和4G蜂窝通信系统、固定无线接入系统和无线局域网系统中，实现高速传输的最具潜力的技术。

在闭环MIMO通信系统中，发送端利用信道状态信息(Channel StatusInformation：CSI)调整发送波形，从而减少期望用户接收到来自小区内其他用户的干扰，降低由于码间串扰造成的性能损失。另外，对抗频率选择性衰落，有效地提高系统容量。还有，基站根据已知的信道信息，可实现用户间调度，进行资源的有效分配，使系统具有较高的吞吐率。为此，3GPP(3G Partnership Project)组织制定了MIMO系统下的闭环分集模式(例如，参照非专利文献2)。

如图1的方框图所示，通常，用户的CSI在接收端经过量化后，由有限速率反馈信道从接收端发送至发送端。在图1中，数据比特被输入到发送端的预编码单元10，进行预编码，然后从发送天线11上发送出去。在接收端，接收天线12接收无线信号，在此产生了加性噪声(参照图1的附图标记13)。然后，该信号被输入到空时接收单元14，进行下一步的处理。其中，反馈设计单元15根据从空时接收单元14输出的信号并根据具体的应用而设计反馈参数，然后通过有限速率反馈信道发送给发送端。

在实际系统中，控制信道能够传输一些信道参数。然而，在多天线系统中，信道参数随接收/发送天线的个数之积成倍增长。例如在一个系统具有4个接收天线和4个发送天线时，在平衰落信道中，每一次反馈需要传输16个信道参数。这是SISO系统下的信道参数的16倍，极大地增加了反馈所需的频带资源。为了节约有限的无线频带资源，需要在反馈信道参数前，对闭环MIMO系统的信道参数进行有限反馈处理(例如，参照非专利文献3)。

有限反馈可通过矢量量化的方法来实现，图2是信道量化的示意图。其中，H是一个平衰落环境下的MIMO系统的无线信道矩阵，它的第i行第j列的元素h_ij表示第i个发送天线到第j个接收天线间的信道衰落。在进行矢量量化时，首先将其各列拼成一个长矢量，然后对其进行矢量量化。信道的矢量量化和压缩矢量量化的主要区别在于两者的代价函数不同。通常，矢量量化的准则是要求输入矢量和输出矢量间的均方差(Mean SquareError)最小。而信道量化时，要求充分利用信道的特征，根据MSE准则量化后，信道仍然保留该特征。

信道矢量量化仅从信道的角度出发，实现有限反馈。另外，在实现有限反馈时，还可考虑发送序列的特性。根据发送序列的特性，设计一个预编码矩阵的码集，然后基于无线信道矩阵，选择最优的预编码矩阵，并将其序号反馈回发送端，这种方法被称为量化信号自适应方法。该方法中，定义一个选择函数f，预编码矩阵F＝f(H)，函数f将H映射到预编码矩阵的码集CS中。以下面的式(1)表示CS。

式(1)

CS中包括所有可能的预编码矩阵。上述式(1)中的N可通过B个比特表示，所选择的预编码矩阵通过B个比特反馈回发送端。这种有限反馈技术被应用到波束形成系统(例如参照非专利文献4和5)、空时分组码系统(例如参照非专利文献6)，以及空域多路复用系统(例如参照非专利文献7)。由于预编码矩阵集合(即码集)受到子空间测度、H的分布特性、选择矩阵等各方面因素的影响，其设计较为复杂。