CN101400074A - 减少预编码矩阵索引号反馈量的方法、用户设备及系统 - Google Patents

Abstract

一种减少预编码矩阵索引号反馈量的方法、用户设备以及通信系统，用于无线传输技术领域。本发明中用户设备根据信道的不同的频率选择特性，采用相应的预编码矩阵索引号的反馈方式，反馈整个带宽的预编码矩阵索引号和被选择的子带的预编码矩阵索引号；用户设备将需要反馈的子带序号、信道质量指示信息和预编码矩阵索引号通过上行链路反馈给基站；基站根据用户设备反馈来的信息进行发射机优化，从而达到在兼顾无线小区的服务质量的前提下提高系统性能的目的。本发明提出了一种上行链路中减少预编码矩阵索引号反馈量的信息反馈方法，通过独特的方法对下行链路的信息进行高效且简单的反馈，减小上行链路的空中开销，从而节省了频谱资源且提高系统性能。

Description

减少预编码矩阵索引号反馈量的方法、用户设备及系统

技术领域

本发明涉及一种无线通信的信息反馈方法，可在上行链路中减少预编码矩阵索引号反馈量，用于无线传输技术领域。

背景技术

随着无线业务的迅猛发展，用户设备的数目也成指数形增加，但无线业务所面临的主要挑战仍旧是无线业务能否为众多的用户设备提供高速率和高性能的服务，人们期望通过正交频分复用(OFDM)技术和多输入多输出天线(MIMO)技术来提高无线小区的容量。因此，提高无线小区的数据吞吐量成为衡量无线小区服务质量的重要指标。第三代伙伴计划项目(3GPP)中IMT2000标准化已经考虑采用MIMO技术，因为MIMO能取得高的数据吞吐量。在第三代移动通信技术中，基站(BS)已经利用用户设备(UE)反馈的信道状态信息(CSI)，通过自适应编码调制技术来改变基站发射机的发送数据速率。目前，在LTE(长期演进)定义的超三代(S3G)蜂窝移动通信系统、IEEE802.16系统及WiMAX无线局域网系统中基站使用用户设备的反馈信息来对发射机进行优化设计以提高频谱利用率的思想和方法十分流行，因此许多公司提出的基于预编码的MIMO传输方法，即闭环方法，它允许采用信道反馈信息来提高系统的性能。但是，如果每个用户设备反馈的链路信息太多的话，包括MIMO的秩(Rank)、预编码矩阵索引号(PMI)、信道质量指示(CQI)，全部的反馈信息将是十分庞大的数据，无疑会大大加重上行反馈链路的空中开销，导致上行链路的频谱利用率的降低，从而严重到影响无线小区的服务质量(QoS)，因此，如何在不损伤或极小地损伤闭环MIMO系统性能的基础上减少反馈信息的信息量将是研究闭环预编码MIMO系统中的一个重要命题。基于码本的信息反馈方法正是在空中反馈开销和闭环MIMO性能之间建立了一种折衷和平衡。通过设计和使用灵活的信息反馈方法正是上述建立折衷和平衡的一种尝试和努力。优越的信息反馈方法能减少反馈信息的空中开销且不损伤或极小地损伤闭环MIMO系统性能，因此，可以利用信道在空域上的特性并采取一些高效或自适应的反馈方法而取得在反馈信息和系统性能上的增益。

美国摩托罗拉公司于2007年6月25-29日在美国的奥兰多召开的3GPP TSG RAN1的第49bis次会议上发表了提案R1-072701，名为“E-UTRA中用于下行预编码和信道质量指示的联合反馈方案(Jointfeedback for E-UTRA downlink precoding and CQI)”，该提案提出了一种CQI和PMI联合的反馈方案，从而用减少CQI反馈量相同的方法来减少PMI的反馈量。此外，一组资源块(RBG)的索引号可以同时用来指示CQI和PMI的报告。该提案主要提出了PMI与CQI联合之后，采用CQI反馈中原有的位图反馈方案、最佳CQI数反馈方案和混合反馈方案报告CQI和PMI信息，并未考虑相邻信道的相关性和码域上的压缩性和信道在空间上的相干性，因此减少PMI反馈量以提高上行链路的频谱利用率的效果有所不足。

另外，美国InterDigital公司于2007年6月25-29日在美国的奥兰多召开的3GPP TSG RAN1的第49bis次会议上发表了提案R1-072782，名为“E-UTRA中用于下行MIMO常模预编码的二进制差分反馈方案(Binary Differential Feedback for Downlink MIMOConstant Modulus Pre-coding for E-UTRA)”。此提案提出了一种在时间域上，在反馈初始化或者重新设定的常模Householder(CM-HH)预编码矩阵或者DFT预编码矩阵的索引号之间，通过定时反馈一个二进制差分信息来跟踪和更新预编码矩阵。但该提案并未考虑信道在空域、频域特性，即未充分利用信道在空域和频域上的相关性，因此减少PMI反馈量以进一步提高上行链路的频谱利用率的效果有所不足。因此，有必要寻找一种上行链路中减少预编码矩阵索引号反馈量的信息反馈方法，充分利用信道在空域和频域上体现出来的规律来设计高效且简单的信息反馈方法，以减少反馈链路的预编码的码本索引号(PMI)的空中开销，从而达到提高上行链路的频谱利用率、节省用户设备的功率以及提高无线小区性能的目的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种上行链路中减少预编码矩阵索引号反馈量的信息反馈方法，在反馈整个带宽的预编码矩阵索引号的同时，反馈在CQI反馈方式选取中被选择的子带的预编码矩阵索引号，与该子带的序号，该子带的信道质量指示信息一起反馈到基站，从而通过有选择性的反馈子带的预编码矩阵索引号，以及节省子带索引号的重复反馈的方法，大大减少了预编码矩阵索引号的反馈量。

在本发明的一个方面，提出了一种减少预编码矩阵索引号反馈量的方法，包括步骤：用户设备将整个带宽划分成子带；用户设备计算出各个子带的信道质量指示信息；用户设备根据各个子带的信道质量指示信息选择需要反馈链路信息的子带，所述链路信息包括子带的序号、信道质量指示信息和预编码矩阵索引号信息；在信道是频率选择性信道的情况下，从用户设备向基站反馈整个带宽的预编码矩阵索引号以及被选择反馈信息的子带的预编码矩阵索引号；以及在信道为非频率选择性信道的情况下，用户设备对整个带宽的预编码矩阵索引号，以及被选择反馈信息的子带的预编码矩阵索引号进行压缩，并且将压缩后的信息反馈到基站。

根据本发明的实施例，所述用户设备根据各个子带的信道质量指示信息选择需要反馈链路信息的子带的步骤包括：根据信道质量指示信息的反馈方式，选择信道质量指示信息的值较大的子带作为需要反馈链路信息的子带。

根据本发明的实施例，所述信道质量指示信息的反馈方式是由基站决定并发送给用户设备的。

根据本发明的实施例，该方法还包括步骤：基站根据所述反馈的信息进行资源调度和发射机优化。

根据本发明的实施例，所述压缩是基于差分的压缩，而所述压缩后的信息包括：整个带宽的预编码矩阵索引号，以及被选择反馈信息的子带的预编码矩阵索引号与整个带宽的预编码矩阵索引号的差值。

根据本发明的实施例，所述压缩是基于哈尔小波变换的压缩，所述压缩后的信息包括：整个带宽的预编码矩阵索引号，以及被选择反馈信息的子带的预编码矩阵索引号进行基于哈尔小波变换的压缩结果。

根据本发明的实施例，基站对于没有反馈所述链路信息的子带，将整个带宽的信道质量指示信息和预编码矩阵索引号作为所述子带的信道质量指示信息和预编码矩阵索引号进行资源调度和发射机优化。

根据本发明的实施例，信道的频率选择性的判断是在基站或者用户设备执行的。

根据本发明的实施例，通过信道状态信息来判断信道是否是频率选择性的。

根据本发明的另一方面，提出了一种用户设备，包括：带宽划分装置，用于将整个带宽划分成子带；信道质量指示信息计算装置，用于计算出各个子带的信道质量指示信息，并且根据各个子带的信道质量指示信息选择需要反馈链路信息的子带，所述链路信息包括子带的序号、信道质量指示信息和预编码矩阵索引号信息；以及信息反馈装置，在信道是频率选择性信道的情况下，向基站反馈整个带宽的预编码矩阵索引号以及被选择反馈信息的子带的预编码矩阵索引号，在信道为非频率选择性信道的情况下，对整个带宽的预编码矩阵索引号，以及被选择反馈信息的子带的预编码矩阵索引号进行压缩，并且将压缩后的信息反馈到基站。

根据本发明的实施例，信道质量指示信息计算装置根据信道质量指示信息的反馈方式，选择信道质量指示信息的值较大的子带作为需要反馈链路信息的子带。

根据本发明的实施例，所述信道质量指示信息的反馈方式是由基站决定并发送给用户设备的。

根据本发明的实施例，所述信息反馈装置执行的压缩是基于差分的压缩，而所述压缩后的信息包括：整个带宽的预编码矩阵索引号，以及被选择反馈信息的子带的预编码矩阵索引号与整个带宽的预编码矩阵索引号的差值。

根据本发明的实施例，所述信息反馈装置执行的压缩是基于哈尔小波变换的压缩，所述压缩后的信息包括：整个带宽的预编码矩阵索引号，以及被选择反馈信息的子带的预编码矩阵索引号进行基于哈尔小波变换的压缩结果。

根据本发明的实施例，所述用户设备还包括：信道频率选择性判断装置，用于根据信道状态信息判断信道是否是频率选择性的。

根据本发明的实施例，所述信道的频率选择性是由基站判断并发送给用户设备的。

本发明还提供了一种通信系统，包括如上所述的用户设备。

利用本发明的上述方法和结构，由于考虑信道在空域、频域特性，充分利用信道在空域和频域上的相关性，减少了PMI反馈量以进一步提高上行链路的频谱利用率的效果。另外，对于频率非选择性信道，通过差分或者哈尔(Haar)小波变换等方法，对反馈的子带的预编码矩阵的索引号进行进一步压缩，在保证无线小区服务质量的基础上减少预编码矩阵索引号反馈信息的信息量。

附图说明

图1是无线小区的最佳预编码矩阵索引号反馈方式判决的原理图；

图2A是信息反馈方式的原理图；

图2B是如图1所示的MIMO接收机的功能框图；

图3是结构化码本中索引号与空间位置的映射示意图；

图4是根据本发明实施例的上行链路中减少预编码矩阵索引号反馈量的信息反馈方法的流程图；

图5是频率选择性信道下各个子带的PMI变化的示意图；

图6是频率非选择性信道下各个子带的PMI变化的示意图；

图7是基于Best-M算法反馈CQI的示意图；

图8是Best-M算法下频率非选择性信道的PMI的差分反馈示意图；

图9是基于分层算法反馈CQI的示意图；

图10是分层算法下频率非选择性信道的PMI的差分反馈示意图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的具体实施方式进行详细的说明。在下面的说明中，忽略了一些对本发明的方法和系统不相关的细节，以防止对本发明的理解造成混淆。

图1是无线小区的最佳预编码矩阵索引号反馈方式判决的原理图。根据本发明的实施例，本发明采用一个无线小区内一个基站(BS)和多个用户设备(UE)的方式，不同的UE采用不同的MIMO方式，可以是单用户MIMO(SU-MIMO)方式，也可以是多用户MIMO(MU-MIMO)方式，MIMO方式的信息反馈原理图如图2所示。

如图1所示，基站或者UE判断当前的信道是否是频率选择性的，如果是频率选择性的，则UE通过上行链路，以Best-M的方式或者分层的方式将整个带宽的PMI以及被选择反馈信息的子带的PMI直接反馈给基站。如果当前的信道不是频率选择性的，则用户设备UE将整个带宽的PMI以及被选择反馈信息的子带的PMI进行压缩，将压缩后的PMI信息反馈给基站。

图2A是信息反馈方式的原理图。如图2所示，根据本发明实施方式的基站包括信道编码单元11A-11D、调制单元12A—12D、码字映射单元13、预编码单元14、OFDM映射单元15A-15D以及OFDM信号发生器16A-16D等。根据本发明实施方式的用户设备UE包括FFT单元28A—28D、MIMO接收机20、解调单元26A-26D和信道译码单元27A-27D等。从图2中可以看出，从MIMO接收机所反馈的信息包括CQI、秩以及预编码矩阵索引号，而本发明的主要目的就在于减少预编码矩阵索引号的反馈量。

另外，图2中的信道编码单元、调制单元、码字映射单元和预编码单元一起构成了基站的频率分配和资源调度单元10。

图2B示出了如图2A所示的MIMO接收机的结构框图。如图2B所示，MIMO接收机20包括信道频率选择性判断单元21，它根据外部输入得到导频信息来判断当前的信道是频率选择性的还是非频率选择性的；带宽划分单元22，它利用外部输入的带宽信息将整个带宽划分成子带，例如划分成用于Best-M反馈方式的子带，或者将整个带宽在不同层次上进行子带的划分，以用于分层反馈方式；CQI计算单元23，它例如根据子带的SNR来计算该子带的CQI；PMI计算单元24，它用于计算整个带宽中每个子带的PMI，或者每个层上各个子带的PMI；信息反馈单元25，它在信道是频率选择性的情况下，将被选择子带的最佳预编码矩阵索引号连同整个带宽的最佳预编码矩阵索引号，在反馈子带序号和CQI等信息的同时，一起反馈到基站，另一方面，它在信道不是频率选择信道的情况下，对被选择子带的最佳预编码矩阵索引号进行压缩，然后在反馈整个带宽的最佳预编码矩阵索引号的同时，将各个被选择的子带的最佳预编码矩阵索引号与整个带宽的最佳预编码矩阵索引号的差值反馈给基站。另外，信息反馈单元25还可以将被选择的子带的最佳预编码矩阵索引号和整个带宽的最佳预编码矩阵索引号一起进行Harr变换后，反馈到基站。

图3是结构化码本中索引号与空间位置的映射示意图。如图3所示，对于一个结构化的码本，其每一个索引号所对应的预编码矩阵在映射到空间上时，也是随着索引号的顺序呈现均匀有序排列。如图3所示，相邻的两个索引号在空间上的位置也是相邻的。

图4是根据本发明实施例的上行链路中减少预编码矩阵索引号反馈量的信息反馈方法的流程图。

如图4所示，在步骤S110，UE向基站上报各自的运动速度，基站根据UE的运动速度决定其的开环和闭环方式，运动速度高的UE采用开环MIMO方式，运动速度低的UE采用闭环MIMO方式。

在步骤S111，如上所述，UE的带宽划分单元22将整个带宽划分成若干个子带，每个子带包含若干个资源块。UE的CQI计算单元23计算出自己各个子带的CQI，选择CQI性能好，即CQI值大的子带作为需要反馈信息的子带，例如选择CQI值最大的前M个子带，或者选择CQI值大于预先设定的阈值的子带，具体选择方式由基站决定后告知UE。

在步骤S112，UE的PMI计算单元24计算出自己各个子带的最佳预编码矩阵索引号，以及整个带宽的最佳预编码矩阵索引号。

在步骤S113，信道频率选择性计算单元25根据信道状态信息判断信道是否是频率选择性的。

在步骤S114，如果信道是频率选择性信道，各个子带的最佳预编码矩阵索引号变化明显，则被选择的子带的最佳预编码矩阵索引号也会各不相同，UE的信息反馈单元25将被选择的子带的最佳预编码矩阵索引号连同整个带宽的最佳预编码矩阵索引号，在反馈子带序号、CQI等其他相关信息的同时，一起反馈到基站，从而避免了子带序号的重复反馈，同时有选择性的反馈子带的PMI也可以大大节省反馈的信息量。

在步骤S115，如果信道是频率非选择性信道，各个子带的最佳预编码矩阵索引号变化不明显，则被选择的子带的最佳预编码矩阵索引号也会相同或相似，从而可以利用这种特性，在向基站反馈子带信息之前，信息反馈单元25对被选择的子带的最佳预编码矩阵索引号进行进一步的压缩，从而在牺牲较小的反馈精度的前提下，进一步减少反馈的信息量。

在频率非选择性信道的情况下，UE的信息反馈单元25在反馈整个带宽的最佳预编码矩阵索引号的同时，反馈各个被选择的子带的最佳预编码矩阵索引号与整个带宽的最佳预编码矩阵索引号的差值，从而减少索引号反馈的信息量。

在频率非选择性信道的情况下，UE的信息反馈单元25也可以将被选择的子带的最佳预编码矩阵索引号和整个带宽的最佳预编码矩阵索引号一起进行Haar变换。

在步骤S116，信息反馈单元25将压缩后的PMI信息反馈到基站，从而减少索引号反馈的信息量。

在步骤S117，在基站方面，根据用户设备反馈上来的被选择的子带的CQI和PMI信息，以及整个带宽的信息进行资源调度和发射机优化。对于没有被反馈信息的子带，将整个带宽的CQI和PMI作为该子带的CQI和PMI进行资源调度和发射机优化。

接下来，在步骤S118判断当前的小区是否仍在工作，如果判断的结果是肯定的，则流程转到步骤S111，继续上述的操作，如果判断的结果是否定的，则结束。这样，通过循环执行步骤(1)到(6)，保障无线小区的基站和所有用户设备正常运行。

【应用实例一】

(1)无线小区的构造

如图1所示，本应用实例采用一个无线小区内一个基站(BS)和多个用户设备(UE)的方式，不同的UE采用不同的MIMO方式，可以是SU-MIMO方式，也可以是MU-MIMO方式，MIMO方式的信息反馈原理图如图2所示。

(2)闭环MIMO系统中预编码器码本的构造

对于一个结构化的码本，其每一个索引号所对应的预编码矩阵在映射到空间上时，也是随着索引号的顺序呈现均匀有序排列，如图3所示，相邻的两个索引号在空间上的位置也是相邻的。

(3)UE的带宽划分单元22将整个带宽划分成若干个子带，每个子带包含若干个资源块。UE计算出自己各个子带的CQI，选择CQI性能最好，即CQI值最大的M个子带作为需要反馈信息的子带。

(4)UE的CQI计算单元计算出自己各个子带的最佳预编码矩阵索引号，以及整个带宽的最佳预编码矩阵索引号。并根据信道的频率选择特性采取不同的PMI的反馈方式，具体如图4所示。预编码矩阵索引号的大小由发射机的预编码器的码本(Codebook)大小来决定：3比特表示的码本，则PMI取值Q的最大值为2³；4比特表示的码本，则PMI取值的最大值为2⁴；如果是5比特表示的码本，则PMI取值的最大值为2⁵。

如果信道是频率选择性信道，由于各个子带之间在频域上是非相干的，在空域上也会存在一定的非相干性，即相邻子带之间经历的空间选择性衰落互不相同，各个子带的最佳预编码矩阵索引号变化会比较明显，则被选择的M个子带的最佳预编码矩阵索引号也会各不相同，如图5所示。

如果信道是频率非选择性信道，由于各个子带之间在频域上是相干的，在空域上在一定程度上也是相干的，即相邻子带之间经历的空间选择性衰落相同或相似，各个子带的最佳预编码矩阵索引号的变化不明显，则被选择的M个子带的最佳预编码矩阵索引号也会相同或相似。如图6所示。

(5)对于频率选择性信道，由于被选择的M个子带的PMI各不相同，UE的信息反馈单元25在向基站反馈M个CQI最好的子带的CQI和子带索引号信息的同时，将这M个子带的PMI一起反馈到基站，同时UE还向基站反馈整个带宽的平均CQI，和整个带宽的PMI，如图7所示。

(6)对于频率非选择性信道，由于被选择的M个子带的PMI相同或相似，从而可以利用这种相同或相似，以牺牲较少的精度为代价，信息反馈单元25将需要反馈的M个子带的PMI进行进一步压缩后再向基站反馈，从而进一步减少反馈的信息量。

在频率非选择性信道的情况下，UE的信息反馈单元25可以在反馈整个带宽的PMI的同时，反馈被选择的M个CQI最好的子带的PMI与整个带宽的PMI的差值。如果3比特表示的码本，则PMI取值的最大值为2³。由于在频率非选择性信道的情况下，各个子带的PMI相同或相似，则被选择的M个子带的PMI与整个带宽的PMI的差值可以用1bit来表示。反馈0表示该子带的PMI相对于整个带宽的PMI的增量为-1，反馈1表示该子带的PMI相对于整个带宽的PMI的增量为+1，不反馈则表示该子带的PMI与整个带宽的PMI相同。

以M＝4为例，

如果采用差分的方式，如图8，通过牺牲反馈精度的方式来减小反馈量，首先反馈整个带宽的PMI，再反馈被选择的CQI最好的M个子带的PMI与整个带宽PMI之间的差值。

在频率非选择性信道的情况下，信息反馈单元25也可以采用基于Haar压缩的方式，将整个带宽的PMI以及需要被反馈的M个CQI最好的子带的PMI一起进行进一步压缩后反馈到基站，从而达到进一步减少反馈信息量的目的。

以M＝4为例，

y＝[PMI₁ PMI₂ PMI₃ 0 PMI₄ 0 PMI_wb 0]

PMI₁，PMI₂，PMI₃，PMI₄，分别是被选择的M个CQI最好的子带的PMI。PMI_wb是整个带宽的PMI。

y₃＝yW₈

$W_8=\left[\begin{array}{cccccccc}1/8& 1/8& 1/4& 0& 1/2& 0& 0& 0\\ 1/8& 1/8& 1/4& 0& -1/2& 0& 0& 0\\ 1/8& 1/8& -1/4& 0& 0& 1/2& 0& 0\\ 1/8& 1/8& -1/4& 0& 0& -1/2& 0& 0\\ 1/8& -1/8& 0& 1/4& 0& 0& 1/2& 0\\ 1/8& -1/8& 0& 1/4& 0& 0& -1/2& 0\\ 1/8& -1/8& 0& -1/4& 0& 0& 0& 1/2\\ 1/8& -1/8& 0& -1/4& 0& 0& 0& -1/2\end{array}\right]$

对于变换后的y₃，元素y₃[0]因为包含的信息量最大，需要用3比特来表示，元素y₃[5]，y₃[6]，y₃[7]的信息对于变换是不相关的，可以直接忽略，元素y₃[4]包含的信息量相对较小，可以用1比特来表示，元素y₃[1]，y₃[2]和y₃[3]则用2比特来表示。

基站收到反馈信息后，通过y＝y₃F恢复出反馈的PMI信息。

$F=W_8^{-1}=\left[\begin{array}{cccccccc}1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& 1& 1& -1& -1& -1& -1\\ 1& 1& -1& -1& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 1& 1& -1& -1\\ 1& -1& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 1& -1& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 1& -1& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1& -1\end{array}\right]$

假设系统带宽是10MHz，一共50个RB。如果每个子带由5个RB构成，采用Best-M的反馈方式，M值取为4，每个PMI值用3bits表示，整个带宽的平均PMI反馈量用3bits表示，从表1中可以发现，在频率非选择性信道环境下，采用基于反馈整个带宽的PMI和被选择的子带的PMI的反馈方法，通过进一步的差分或者Haar压缩的索引号反馈方法，可以大大减小反馈量，提高反馈效率，从而节省上行链路的宝贵的频谱资源，节省UE的电池功率。

(7)基站根据反馈信息进行资源调度和发射机优化

基站根据UE反馈上来的CQI最佳的M个子带的CQI和PMI信息，以及整个带宽的CQI和PMI信息，进行资源调度和发射机优化。对于没有信息反馈的子带，基站将整个带宽的CQI和PMI信息作为该子带的CQI和PMI信息进行资源调度和发射机优化。

表1给出了应用本实例的PMI反馈方法与未应用本实例的方法所反馈的PMI总比特数的比较。从表1中可以看出，利用本实例的方法，可以大大减少要反馈的PMI比特数目。

表1

【应用实例二】

(1)无线小区的构造

如图1所示，本应用实例采用一个无线小区内一个基站(BS)和多个用户设备(UE)的方式，不同的UE采用不同的MIMO方式，可以是SU-MIMO方式，也可以是MU-MIMO方式，MIMO方式的信息反馈原理图如图2所示。

(2)闭环MIMO系统中预编码器码本的构造

对于一个结构化的码本，其每一个索引号所对应的预编码矩阵在映射到空间上时，也是随着索引号的顺序呈现均匀有序排列，如图3所示，相邻的两个索引号在空间上的位置也是相邻的。

(3)UE的带宽划分单元22将整个带宽展开成若干个层，根据整个带宽上子带带宽的大小设定为不同级别的层，子带带宽越大，即每个层所包含的子带数目越少，所对应的层越低。最底层只有一个子带，即为整个带宽。高一层的带宽上的子带是将低一层的每个子带进一步划分为2至3个小子带所构成的，依此类推，直到该层的每个子带即为反馈CQI所基于的最小单位为止。UE的CQI计算单元23计算出每个层上各子带的CQI，将每层CQI性能最好的子带作为需要反馈信息的子带，如图9所示。

(4)UE的PMI计算单元24计算出各层上每个子带的PMI，包括整个带宽的PMI。并根据信道的频率选择特性采取不同的PMI的反馈方式，具体如图4所示。预编码矩阵索引号的大小由发射机的预编码器的码本(Codebook)大小来决定：3比特表示的码本，则PMI取值Q的最大值为2³；4比特表示的码本，则PMI取值的最大值为2⁴；如果是5比特表示的码本，则PMI取值的最大值为2⁵。

如果信道是频率选择性信道，由于各个子带之间在频域上是非相干的，在空域上也会存在一定的非相干性，即相邻子带之间经历的空间选择性衰落互不相同，各个子带的PMI变化会比较明显，则在各个层上被选择的子带的PMI也会各不相同，如图5所示。

如果信道是频率非选择性信道，由于各个子带之间在频域上是相干的，在空域上在一定程度上也是相干的，即相邻子带之间经历的空间选择性衰落相同或相似，各个子带的PMI的变化不明显，则在各个层上被选择的子带的PMI也会相同或相似。如图6所示。

(5)对于频率选择性信道，由于各层被选择的子带的PMI各不相同，UE的信息反馈单元25在向基站反馈各层CQI最好的子带的CQI和子带索引号信息的同时，将这些子带的PMI一起反馈到基站，同时UE还向基站反馈整个带宽的平均CQI，和整个带宽的PMI。

(6)对于频率非选择性信道，由于每层被选择的子带的PMI相同或相似，从而可以利用这种相同或相似，以牺牲较少的精度为代价，信息反馈单元25将各层需要反馈子带的PMI进行进一步压缩后再向基站反馈，从而进一步减少反馈的信息量。

在频率非选择性信道的情况下，UE可以在反馈整个带宽的PMI，即最底层的PMI的同时，反馈其他各层被选择的CQI最好的子带的PMI与整个带宽PMI的差值，即与最底层的PMI的差值。如果3比特表示的码本，则PMI取值的最大值为2³。由于在频率非选择性信道的情况下，各个子带的PMI相同或相似，则被选择的子带的PMI与整个带宽的PMI的差值可以用1bit来表示。反馈0表示该子带的PMI相对于整个带宽的PMI的增量为-1，反馈1表示该子带的PMI相对于整个带宽的PMI的增量为+1，不反馈则表示该子带的PMI与整个带宽的PMI相同。

以层次数等于4为例，

如果采用差分的方式，如图10，通过牺牲反馈精度的方式来减小反馈量，首先反馈最底层的子带，即整个带宽的PMI。然后在反馈第二层被选择的CQI最好的子带的PMI的时候，仅反馈该子带的PMI与底层整个带宽的PMI之间的差值。依此类推，直到在反馈第四层被选择的CQI最好的子带的PMI的时候，仅反馈该子带的PMI与底层整个带宽的PMI之间的差值。

在频率非选择性信道的情况下，UE也可以采用基于Haar压缩的方式，将各层CQI最好的子带的PMI，包括了整个带宽的PMI，进行进一步压缩后反馈到基站，从而达到进一步减少反馈信息量的目的。

以层次数等于4为例，

y＝[PMI₁ 0 PMI₂ 0 PMI₃ 0 PMI₄ 0]

PMI₁、PMI₂、PMI₃和PMI₄，分别是四层被选择的最好的子带的PMI。

y₃＝yW₈

$W_8=\left[\begin{array}{cccccccc}1/8& 1/8& 1/4& 0& 1/2& 0& 0& 0\\ 1/8& 1/8& 1/4& 0& -1/2& 0& 0& 0\\ 1/8& 1/8& -1/4& 0& 0& 1/2& 0& 0\\ 1/8& 1/8& -1/4& 0& 0& -1/2& 0& 0\\ 1/8& -1/8& 0& 1/4& 0& 0& 1/2& 0\\ 1/8& -1/8& 0& 1/4& 0& 0& -1/2& 0\\ 1/8& -1/8& 0& -1/4& 0& 0& 0& 1/2\\ 1/8& -1/8& 0& -1/4& 0& 0& 0& -1/2\end{array}\right]$

对于变换后的y₃，元素y₃[0]因为包含的信息量最大，需要用3比特来表示，元素y₃[4]，y₃[5]，y₃[6]，y₃[7]的信息对于变换是不相关的，可以直接忽略，元素y₃[2]，y₃[3]包含的信息量相对很小，可以用1比特来表示，元素y₃[1]则用2比特来表示。

基站收到反馈信息后，通过y＝y₃F恢复出反馈的PMI信息。

$F=W_8^{-1}=\left[\begin{array}{cccccccc}1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& 1& 1& -1& -1& -1& -1\\ 1& 1& -1& -1& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 1& 1& -1& -1\\ 1& -1& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 1& -1& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 1& -1& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1& -1\end{array}\right]$

假设系统带宽是10MHz，一共50个RB。则第二层整个带宽划分为3个子带，每个子带包含的RB数目为17，16和17。第二层的每个子带进一步一分为二，构成第三层，其中第二层的第一个子带在第三层分为一个包含9个RB的子带，和一个包含8个RB的子带，第二层的第二个子带在第三层分为两个包含8个RB的子带，第二层的第三个子带在第三层分为一个包含8个RB的子带和一个包含9个RB的子带。最后在第四层，将第三层的各个子带继续一分为二，共划分成12子带。第一个和第十二个子带包含5个RB，其余十个子带包含4个RB。每个PMI值用3bits表示，整个带宽的平均PMI反馈量用3bits表示，从表2中可以发现，在频率非选择性信道环境下，采用基于反馈整个带宽的PMI和被选择的子带的PMI的反馈方法，通过进一步差分或者Haar压缩的索引号反馈方法，可以大大减小反馈量，提高反馈效率，从而节省上行链路的宝贵的频谱资源，节省UE的电池功率。

(7)基站根据反馈信息进行资源调度和发射机优化

基站根据UE反馈上来的CQI最佳的M个子带的CQI和PMI信息，以及整个带宽的CQI和PMI信息，进行资源调度和发射机优化。对于没有信息反馈的子带，基站将该子带在低层所在的子带被反馈的的CQI和PMI信息作为该子带的CQI和PMI信息，如果该子带在低层所在的子带也没有信息反馈，则寻找该子带在更低一层所属的子带，直到寻找到最底层，将整个带宽的CQI和PMI信息作为该子带的CQI和PMI信息，进行资源调度和发射机优化。

表2给出了应用本实例的PMI反馈方法与未应用本实例的方法所反馈的PMI总比特数的比较。从表1中可以看出，利用本实例的方法，可以大大减少要反馈的PMI比特数目。

表2

【变型】

以上描述的是由基站来根据用户设备的速度和路径损耗来判断MIMO方式，但是该功能也可以由用户设备来实现，并通过上行链路向基站通知判断结果。

另外，在上面的实施例中，在MIMO接收机20中实现了信道频率性判断单元21。但是信道频率性判断单元21的功能可以在基站侧实现，然后通过下行链路将判断结果通知给用户设备。

如上所述，根据本发明的方案，首先UE计算出自己各个子带的CQI，选择CQI性能好的子带作为需要反馈信息的子带。其次UE计算出自己各个子带的最佳预编码矩阵索引号，以及整个带宽的最佳预编码矩阵索引号。如果信道是频率选择性信道，各个子带的最佳预编码矩阵索引号变化明显，UE将被选择的子带的最佳预编码矩阵索引号连同整个带宽的最佳预编码矩阵索引号反馈到基站。如果信道是频率非选择性信道，各个子带的最佳预编码矩阵变化不明显，UE将被选择的子带的最佳预编码矩阵索引号进行差分或者小波变换压缩后，连同整个带宽的最佳预编码矩阵索引号反馈到基站。最后，基站根据反馈信息进行资源调度和发射机优化。

可见，本发明通过基于CQI的反馈方式来反馈被选择的子带的PMI，并对通过差分或者Haar压缩反馈等方式进一步减少预编码矩阵索引号反馈量。因此，本发明可以根据实际情况分别加以应用，可以为第三代(3G)、超三代(S3G)、第四代(4G)蜂窝移动通信和数字电视、无线局域网(WLAN)、自组织网络(Mesh，Ad Hoc，Censor Network)、数字家庭网络(e-Home)、无线广域网(WWAN)等系统的闭环反馈方案提供重要的理论依据和具体的实现方法。

Claims (17)

1、一种减少预编码矩阵索引号反馈量的方法，包括步骤：

用户设备将整个带宽划分成子带；

用户设备计算出各个子带的信道质量指示信息；

用户设备根据各个子带的信道质量指示信息选择需要反馈链路信息的子带，所述链路信息包括子带的序号、信道质量指示信息和预编码矩阵索引号信息；

在信道是频率选择性信道的情况下，从用户设备向基站反馈整个带宽的预编码矩阵索引号以及被选择反馈信息的子带的预编码矩阵索引号；以及

在信道为非频率选择性信道的情况下，用户设备对整个带宽的预编码矩阵索引号，以及被选择反馈信息的子带的预编码矩阵索引号进行压缩，并且将压缩后的信息反馈到基站。

2、如权利要求1所述的方法，其中，所述用户设备根据各个子带的信道质量指示信息选择需要反馈链路信息的子带的步骤包括：

根据信道质量指示信息的反馈方式，选择信道质量指示信息的值较大的子带作为需要反馈链路信息的子带。

3、如权利要求2所述的方法，其中，所述信道质量指示信息的反馈方式是由基站决定并发送给用户设备的。

4、如权利要求1所述的方法，还包括步骤：

基站根据所述反馈的信息进行资源调度和发射机优化。

5、如权利要求1所述的方法，其中，所述压缩是基于差分的压缩，而所述压缩后的信息包括：整个带宽的预编码矩阵索引号，以及被选择反馈信息的子带的预编码矩阵索引号与整个带宽的预编码矩阵索引号的差值。

6、根据权利要求1所述的方法，其中，所述压缩是基于哈尔小波变换的压缩，所述压缩后的信息包括：整个带宽的预编码矩阵索引号，以及被选择反馈信息的子带的预编码矩阵索引号进行基于哈尔小波变换的压缩结果。

7、根据权利要求1所述的方法，其中，基站对于没有反馈所述链路信息的子带，将整个带宽的信道质量指示信息和预编码矩阵索引号作为所述子带的信道质量指示信息和预编码矩阵索引号进行资源调度和发射机优化。

8、如权利要求1所述的方法，其中，通过信道状态信息来判断信道是否是频率选择性的。

9、如权利要求8所述的方法，其中信道的频率选择性的判断是在基站或者用户设备执行的。

10、一种用户设备，包括：

带宽划分装置，用于将整个带宽划分成子带；

信道质量指示信息计算装置，用于计算出各个子带的信道质量指示信息，并且根据各个子带的信道质量指示信息选择需要反馈链路信息的子带，所述链路信息包括子带的序号、信道质量指示信息和预编码矩阵索引号信息；以及

信息反馈装置，在信道是频率选择性信道的情况下，向基站反馈整个带宽的预编码矩阵索引号以及被选择反馈信息的子带的预编码矩阵索引号，在信道为非频率选择性信道的情况下，对整个带宽的预编码矩阵索引号，以及被选择反馈信息的子带的预编码矩阵索引号进行压缩，并且将压缩后的信息反馈到基站。

11、如权利要求10所述的用户设备，其中，信道质量指示信息计算装置根据信道质量指示信息的反馈方式，选择信道质量指示信息的值较大的子带作为需要反馈链路信息的子带。

12、如权利要求11所述的用户设备，其中，所述信道质量指示信息的反馈方式是由基站决定并发送给用户设备的。

13、如权利要求10所述的用户设备，其中，所述信息反馈装置执行的压缩是基于差分的压缩，而所述压缩后的信息包括：整个带宽的预编码矩阵索引号，以及被选择反馈信息的子带的预编码矩阵索引号与整个带宽的预编码矩阵索引号的差值。

14、根据权利要求10所述的用户设备，其中，所述信息反馈装置执行的压缩是基于哈尔小波变换的压缩，所述压缩后的信息包括：整个带宽的预编码矩阵索引号，以及被选择反馈信息的子带的预编码矩阵索引号进行基于哈尔小波变换的压缩结果。

15、如权利要求10所述的用户设备，还包括：

信道频率选择性判断装置，用于根据信道状态信息判断信道是否是频率选择性的。

16、如权利要求10所述的用户设备，其中，所述信道的频率选择性是由基站进行判断并发送给用户设备的。

17、一种通信系统，包括如权利要求10所述的用户设备。

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