CN102237919B - 通道信息反馈的方法、装置、发射端及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了通道信息反馈的方法、装置、发射端及多用户多输入多输出系统。该通道信息反馈方法，用于所述系统的接收端，该方法步骤说明如下：根据对应接收端的通道矩阵获得所述系统的发射端相关的子空间矩阵与强度矩阵；对子空间矩阵进行第一量化，以产生量化子空间矩阵；对辅助信息矩阵进行第二量化，以产生量化辅助信息矩阵，其中辅助信息矩阵相关于强度矩阵及剩余子空间矩阵，剩余子空间矩阵具有子空间矩阵进行第一量化所剩余的子空间信息；将量化子空间矩阵与量化辅助信息矩阵通过上行通道反馈给发射端。本发明使所述系统的发射端能够根据反馈的量化通道状态信息，对欲传送给所有用户的用户数据进行功率配置与波束成形。

Description

通道信息反馈的方法、装置、发射端及其系统

技术领域

本发明是有关于一种多用户多输入多输出(Multiuser Multiple InputMultiple Output，简称为MU MIMO)系统，且特别是有关于一种用于进行MU MIMO系统的波束成形(beamforming)与功率配置(powerallocation)的通道信息反馈方法及其装置。

背景技术

随着无线通讯技术的进步，MIMO系统目前正广泛地被应用，以增加通讯系统的传输容量与传输质量。MIMO系统还可以支持多个用户，而形成MU MIMO系统。然而，为了达到高传输速率与良好的空间分工(spatialmultiplexing)，发射端(例如，基站)必须依据通道状态进行最佳的波束成形与功率配置。因此，接收端(例如，客户端)必须测量通道状态信息(Channel State Information，简称为CSI)，且需要把CSI反馈给发射端。

MIMO系统的CSI可以用一个具有多个复数元素(complex elements)的矩阵来表示(后称为CSI矩阵)。CSI矩阵本身具有大量的信息，且其信息量的大小相关于天线数目(包括发射天线与接收天线)及用户数目。因此，对于有限速率(finite rate)的上行通道(uplink channel)而言，若CSI矩阵的信息量太大，则可能会占据大量的上行通道。

目前有一些无线标准采用基于码簿(codebook-based)的预编码方式，接收端根据测量到的CSI矩阵选定码簿中的一个最适用的预编码矩阵，并将其索引(Index)反馈给发射端，发射端则根据此索引从码簿查表以获得此预编码矩阵，来对所欲传输的数据进行预编码，以藉此传送给接收端。此预编码方法仅使用有限位反馈索引，然而，通常使用预先制订好的码簿无法针对实时通道状况进行最佳的传输，因此系统效率不理想。

一般而言，接收端直接反馈CSI矩阵，发射端再依据CSI矩阵计算最佳的波束成形矩阵藉以传送数据给接收端会有比较好的效率。目前比较常用的波束成形技术是强制归零(Zero-Forcing，简称为ZF)，ZF波束成形技术是让发射端传送给用户的信号不会被传送给其它用户的信号所干扰。此种ZF波束成形技术仅需要CSI矩阵中有关方向性的部分(后称为子空间矩阵)。发射端通过接收子空间矩阵，对所欲传输的数据进行最佳化的波束成形，并藉此将数据传送给接收端。

ZF波束成形技术可以不需要CSI矩阵中有关强度的部分(后称为强度矩阵)，因此接收端仅需要反馈CSI矩阵中的子空间矩阵给发射端。然而，ZF波束成形技术的天线数目有所限制，且在两个用户对应的通道相同时，发射端仅能传送其中一个用户的数据。

除此之外，非强制归零(简称为Non-ZF)的波束成形技术或其它类型的波束成形与功率配置技术也被提出，Non-ZF的效率比ZF波束成形技术好。但是，这些技术都需要完整的CSI矩阵(包括方向性部分与强度部分)，因此在上行通道的速率有限的情况下，接收端一般会使用向量量化(vector quantization)将整个CSI矩阵量化，并反馈量化后的CSI矩阵给发射端。

发明内容

为解决上述缺陷，本发明提供了一种通道信息反馈方法及其装置，以提高系统效率。

本发明一实施例提供一种通道信息(通道状态信息矩阵)反馈方法。此通道信息反馈方法用于多用户多输入多输出系统的接收端，且其步骤说明如下。根据对应接收端的通道矩阵获得多用户多输入多输出系统的发射端相关的子空间矩阵与强度矩阵。对子空间矩阵进行第一量化，以产生量化子空间矩阵。对辅助信息矩阵进行第二量化，以产生量化辅助信息矩阵，其中辅助信息矩阵相关于强度矩阵及剩余子空间矩阵，而剩余子空间矩阵具有子空间矩阵进行第一量化所剩余的子空间信息。将量化子空间矩阵与量化辅助信息矩阵通过上行通道反馈给发射端。

本发明一实施例提供一种通道信息反馈方法。此通道信息反馈方法用于多用户多输入多输出系统的发射端，且其步骤说明如下。依据自多用户多输入多输出系统的多个接收端所接收到的多个量化子空间矩阵与多个量化辅助信息矩阵对发射端所要传送给多用户多输入多输出系统的多个用户的多个用户数据进行功率配置与波束成形，以产生传送信号。发送传送信号给该多个接收端，其中该多个接收端的每一个根据对应接收端的通道矩阵获得发射端相关的子空间矩阵与强度矩阵，并对子空间矩阵与辅助信息矩阵分别进行第一量化与第二量化，以产生量化子空间矩阵与量化辅助信息矩阵，该多个接收端还通过上行通道将该多个量化子空间矩阵与该多个量化辅助信息矩阵反馈给发射端，其中辅助信息矩阵相关于强度矩阵及剩余子空间矩阵，而剩余子空间矩阵具有子空间矩阵进行第一量化所剩余的子空间信息。

本发明一实施例提供一种通道信息反馈装置。此通道信息反馈方法用于多用户多输入多输出系统的接收端，且包括发射端相关部分获取装置、第一量化器、第二量化器与反馈信号发射器。发射端相关部分获取装置用于根据对应接收端的通道矩阵获得多用户多输入多输出系统的发射端相关的子空间矩阵与强度矩阵。第一量化器用于对子空间矩阵进行第一量化，以产生量化子空间矩阵。第二量化器用于对辅助信息矩阵进行第二量化，以产生量化辅助信息矩阵，其中辅助信息矩阵相关于强度矩阵及剩余子空间矩阵，而剩余子空间矩阵具有子空间矩阵进行第一量化所剩余的子空间信息。反馈信号发射器用于将量化子空间矩阵与量化辅助信息矩阵通过上行通道反馈给发射端。

本发明一实施例提供了一种发射端。发射端用于多用户多输入多输出系统，且包括反馈信号接收器、功率配置装置与波束成形装置。反馈信号接收器用于通过上行通道接收多用户多输入多输出的多个用户的多个接收端所反馈的多个量化子空间矩阵与多个量化辅助信息矩阵。功率配置装置用于依据该多个量化子空间矩阵与该多个量化辅助信息矩阵对发射端所要传送给多用户多输入多输出系统的该多个用户的多个用户数据进行功率配置。波束成形装置用于依据该多个量化子空间矩阵与该多个量化辅助信息矩阵对进行功率配置后的该多个用户数据进行波束成形，以产生传送信号给该多个接收端，其中该多个接收端的每一个根据对应接收端的通道矩阵获得发射端相关的子空间矩阵与强度矩阵，并对子空间矩阵与辅助信息矩阵分别进行第一量化与第二量化，以产生量化子空间矩阵与量化辅助信息矩阵，该多个接收端还通过上行通道将该多个量化子空间矩阵与该多个量化辅助信息矩阵反馈给发射端，其中辅助信息矩阵相关于强度矩阵及剩余子空间矩阵，而剩余子空间矩阵具有子空间矩阵进行第一量化所剩余的子空间信息。

本发明一实施例提供了一种多用户多输入多输出系统，此多用户多输入多输出系统包括发射端与多个接收端。该多个接收端对应多用户多输入多输出的多个用户，其中每一个接收端包括通道信息反馈装置，且通道信息反馈装置包括发射端相关部分获取装置、第一量化器、第二量化器与反馈信号发射器。发射端相关部分获取装置用于根据对应接收端的通道矩阵获得多用户多输入多输出系统的发射端相关的子空间矩阵与强度矩阵。第一量化器用于对子空间矩阵进行第一量化，以产生量化子空间矩阵。第二量化器用于对辅助信息矩阵进行第二量化，以产生量化辅助信息矩阵，其中辅助信息矩阵相关于强度矩阵及剩余子空间矩阵，剩余子空间矩阵具有子空间矩阵进行第一量化所剩余的子空间信息。反馈信号发射器用于将量化子空间矩阵与量化辅助信息矩阵通过上行通道反馈给发射端。发射端包括反馈信号接收器、功率配置装置与波束成形装置。反馈信号接收器用于通过上行通道接收该多个量化子空间矩阵与该多个量化辅助信息矩阵。功率配置装置用于依据该多个量化子空间矩阵与该多个量化辅助信息矩阵对发射端所要传送给多用户多输入多输出系统的该多个用户的多个用户数据进行功率配置。波束成形装置用于依据该多个量化子空间矩阵与该多个量化辅助信息矩阵对进行功率配置后的该多个用户数据进行波束成形，以产生传送信号给该多个接收端。

基于上述技术内容，本发明的实施例所提供的通道信息反馈方法及其装置可以用于具有有限速率上行通道的多用户多输入多输出系统，以使得多用户多输入多输出系统的发射端可以根据反馈的量化通道状态信息，对欲传送给所有用户的用户数据进行功率配置与波束成形。

为让本发明的上述特征和优点能清楚易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是本发明的一实施例的MU MIMO系统的方块图。

图2是本发明的一实施例的用于接收端的通道信息反馈方法的流程图。

图3是本发明的一实施例的用于发射端的通道信息反馈方法的流程图。

图4A至图4E是本发明一实施例的获得子空间矩阵T_k与强度矩阵D_k的方法的流程图。

图5A与图5B是本发明一实施例的获得位数B_T与B_G的方法的流程图。

图6是本发明的一实施例的通道信息反馈装置的方块图。

图7是本发明的一实施例的发射端的方块图。

【主要元件符号说明】

1：MU MIMO系统

10：发射端

11～1K：接收端

S20～S26、S30、S31、S411、S412、S421、S422、S431、S432、S441、S451、S452、S511、S512、S521：步骤流程

6：通道信息反馈装置

61：测量装置

62：发射端相关部分获取装置

63：反馈信号发射器

64：第一量化器

65：第二量化器

66、74：位分配器

67：波束成形滤波器

71：反馈信号接收器

72：功率配置装置

73：波束成形装置

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

请参照图1，图1是本发明的一实施例的MU MIMO系统的方块图。MU MIMO系统1包括发射端10与对应于多个用户的接收端11～1K。这个MU MIMO系统1中共有K个用户，接收端11～1K的每一个具有N_r个接收天线，发射端10具有N_t个发射天线(例如N_t＝KN_r)，且从发射端11至接收端11～1K的通道响应可以分别表示为通道矩阵H₁～H_K。对于k属于1至K而言，通道矩阵H_k为N_r×N_t的复数矩阵。通道矩阵H_k的多个元素为相同且独立分布(identically independent distributed，简称为i.i.d.)，且都为变异数为1的复数高斯随机函数。第1至第K个用户的个别目标信号干扰噪声比分别表示为γ₁、γ₂、...、γ_K。

接收端11～1K会通过有限速率上行通道将量化子空间矩阵与量化辅助信息矩阵

传送给发射端10。对于k属于1至K而言，接收端1k会根据通道矩阵H_k中发射端相关的矩阵

获取出来，并且将发射端相关的矩阵

分为强度矩阵D_k与子空间矩阵T_k(或方向性相关矩阵)。接着，接收端1k会根据不同的量化准则(criterion)分别对子空间矩阵T_k与辅助信息矩阵G_k进行量化，以获得量化子空间矩阵与量化辅助信息矩阵

其中辅助信息矩阵G_k与强度矩阵D_k及剩余子空间矩阵的信息相关。之后，接收端1k通过有限速率上行通道将量化子空间矩阵

与量化辅助信息矩阵

反馈给发射端10。在其它的实施例中，也有可能根据相同的量化准则量化强度矩阵D_k与子空间矩阵T_k。

通道矩阵H_k可以经过分解(例如奇异值分解)后，通道矩阵H_k可以由接收端相关的矩阵L_k与发射端相关的矩阵

组成，即

其中接收端相关的矩阵L_k可以满足

同样地，通过对发射端相关的矩阵

进行分解，发射端相关的矩阵

可以由子空间矩阵T_k与强度矩阵D_k所组成，即

其中强度矩阵D_k为N_r×N_r的复数矩阵，且子空间矩阵T_k为N_t×N_r的复数矩阵。量化辅助信息矩阵

是由量化强度矩阵D_k及剩余子空间矩阵的信息而来。因此，也可以将发射端相关的矩阵

视为由子空间矩阵T_k与辅助信息矩阵G_k所组成，其中辅助信息矩阵G_k为N_r×N_r的复数矩阵。剩余子空间矩阵的信息是在子空间矩阵T_k经过量化后，所剩余的方向性矩阵的信息。

发射端10可以依据量化子空间矩阵

与量化辅助信息矩阵

进行功率配置与波束成形，功率配置与波束成形可以是最佳化的功率配置与波束成形。发射端10会对欲传送给第1至第K个用户的用户数据x₁～x_k分别乘上功率的平方根(以下简称功率)

其中用户数据x₁～x_k都为N_r×1的复数矩阵，以完成功率配置。接着，发射端10将乘上功率

的用户数据x₁～x_k分别乘上波束成形矩阵U₁～U_k，以完成波束成形。如此，发射端10所发射的传送信号可以表示如下：

$\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{U}_i\sqrt{P_i}{x}_i\∈C^{N_t\×1},$ $x_i\∈C^{N_r\×1},$ $U_i\∈C^{N_t{\×N}_r}.$

对于第k个用户的接收端1k而言，其获得的接收信号r_k可以表示如下：

$r_k=H_k\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{U}_i\sqrt{P_i}{x}_i+n_i\∈C^{N_r\×1}$

，其中接收信号r_k为N_r×1的复数矩阵，噪声矩阵n_k为N_r×1的复数矩阵。接着，接收端1k会根据通道矩阵H_k对接收信号r_k进行波束成形滤波，波束成形滤波可以是最佳化波束成形滤波。接收端1k会对接收信号r_k乘上一个波束成形滤波矩阵

以获得第k个用户的用户数据y_k，用户数据y_k可以表示如下：

$y_k=V_k^H(H_k\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{U}_i\sqrt{P_i}{x}_i+n_k)$

$=V_k^H{H}_k{U}_k\sqrt{P_k}{x}_k+V_k^H{H}_k\underset{i=1,i\≠k}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{U}_i\sqrt{P_i}{x}_i+V_k^H{H}_k{n}_k{\∈C}^{N_r\×1}$

$,\mathrm{where}{V}_k^H\∈C^{N_r\×N_r}$

，其中用户数据y_k为N_r×1的复数矩阵，波束成形滤波矩阵

为N_r×N_r的复数矩阵。理想上，在噪声与干扰都可以被消除的情况下，用户数据y_k等同于用户数据x_k。

MU MIMO系统1可以是高级版长期演进技术(LTE-A)与全球互通微波存取系统(WiMAX)等需要反馈较大信息量的CSI的MU MIMO系统。接收端11～1K可以是移动台或用户设备等，发射端10可以是基站或中继站等。总而言之，接收端11～1K与发射端10的类别并非用于限定本发明。

接着，请参照图2与图6，图2是本发明的一实施例的用于接收端的通道信息反馈方法的流程图，图6是本发明的一实施例的通道信息反馈装置的方块图。图2的流程S20～S26是执行于图1的MU MIMO系统1的接收端1k。接收端1k的通道信息反馈装置6包括了测量装置61、发射端相关部分获取装置62、反馈信号发射器63、第一量化器64、第二量化器65、位分配器66与波束成形滤波器67。接收端1k的通道信息反馈装置6的各元件可以由硬件电路来实现，或者基于软件程序来实现。

在步骤S20中，测量装置61测量第k个用户的通道矩阵H_k。在步骤S24中，位分配器66获得量化子空间矩阵

的位数BT与量化辅助信息矩阵

的位数BG，其中位数BT加BG等于量化总位数B，其中量化总位数B为有限速率上行通道可允许传输的位数。步骤S24与S20可以同时进行，或者步骤S24可以执行于步骤S22之前。在另一个实施例中，如果MU MIMO系统1已经定义好位数BT与BG，则步骤S24可以省略。在另一个实施例中，通道信息反馈装置6的位分配器66也可以移除，而且位数BT与BG可以由发射端10来决定，且通过可靠的下行通道将位数BT与BG的信息传送给接收端1k。

接着，在步骤S21中，发射端相关部分获取装置62依据通道矩阵H_k获得发射端相关的子空间矩阵T_k与强度矩阵D_k。之后，在步骤S22中，第一量化器64对子空间矩阵T_k的信息进行BT位量化，以产生量化子空间矩阵

在步骤S23中，第二量化器65对强度矩阵D_k与剩余子空间矩阵的信息进行BG位量化(实质上就是对辅助信息矩阵G_k进行量化)，以产生量化辅助信息矩阵

在步骤S25中，反馈信号发射器63将量化子空间矩阵

与量化辅助信息矩阵

反馈至发射端10。在步骤S26中，波束成形滤波器67依据通道矩阵H_k对接收信号r_k进行波束成形滤波，以获得第k个用户的用户数据y_k。步骤S26执行于步骤S20之后。

接着，请参照图3与图7，图3是本发明的一实施例的用于发射端的通道信息反馈方法的流程图，图7是本发明的一实施例的发射端的方块图。发射端10包括反馈信号接收器71、功率配置装置72、波束成形装置73与位分配器74。发射端10的各元件可以由硬件电路来实现，或者基于软件程序来实现。

在步骤S30中，位分配器74获得量化子空间矩阵的位数BT与量化辅助信息矩阵

的位数BG。在另一个实施例中，如果MU MIMO系统1已经定义好位数BT与BG，则步骤S30可以省略。在另一个实施例中，发射端10的位分配器74也可以移除，而且位数BT与BG可以由接收端1k来决定，且通过可靠的上行通道将位数BT与BG的信息传送给发射端10。

接着，在步骤S31中，反馈信号接收器71将接收到的量化子空间矩阵

与量化辅助信息矩阵

送给功率配置装置72与波束成形装置73，功率配置装置72与波束成形装置73对要传输的用户数据x₁～x_k进行功率配置与波束成形。功率配置装置72根据量化子空间矩阵

量化辅助信息矩阵

及其位数BT与BG来获得强度矩阵D_k与辅助信息矩阵G_k的信息，并据此配置功率P₁～P_k给用户数据x₁～x_k。波束成形装置73根据量化子空间矩阵

与量化辅助信息矩阵

及其位数BT与BG来获得强度矩阵D_k与辅助信息矩阵G_k的信息，并据此对进行功率配置后的用户数据

进行波束成形，以产生传送信号。

图2的步骤S21的实施方式有以下数种方法。请参照图4A至图4E，图4A至图4E是本发明一实施例的获得子空间矩阵T_k与强度矩阵D_k的方法的流程图。

请先参照图4A，在这个实施例中。发射端相关部分获取装置62包括矩阵分解单元。在步骤S411中，矩阵分解单元将通道矩阵H_k分解成接收端相关的矩阵L_k与发射端相关的矩阵

即然后，在步骤S412中，矩阵分解单元将发射端相关的矩阵

进行分解成子空间矩阵T_k与强度矩阵D_k，即

请参照图4B，在这个实施例中。发射端相关部分获取装置62包括通道矩阵运算单元、比较运算单元与矩阵分解单元，其中通道矩阵运算单元通过接收端反馈的信息计算出数笔通道矩阵H′_k与其对应的多个发射端相关的矩阵

并将这些通道矩阵H′_k与其对应的多个发射端相关的矩阵

记录在一通道矩阵查阅表中。在步骤S421中，在通道矩阵查阅表寻找是否有等于通道矩阵H_k的通道矩阵H′_k，若有，则直接输出通道矩阵H′_k所对应的发射端相关的矩阵

为发射端相关的矩阵若无，则通过比较运算单元在通道矩阵查阅表中搜寻比较接近通道矩阵H_k的多个通道矩阵H′_k所对应的多个发射端相关的矩阵

并将搜寻结果输出为发射端相关的矩阵

所述的「接近」指的是两者之间的相对失真(distortion)最小。此原则可分别适用于以下步骤S432与步骤S441。

本发明并非限定于上述的实施例，在其它实施例中，可以在通道矩阵查阅表中直接寻找等于通道矩阵H_k的通道矩阵H′_k，或寻找比较接近通道矩阵H_k的通道矩阵H′_k所对应的多个发射端相关的矩阵也就是，在步骤S421中，在通道矩阵查阅表直接寻找等于通道矩阵H_k的通道矩阵H′_k。若有，则直接输出通道矩阵H′_k所对应的发射端相关的矩阵为发射端相关的矩阵若无，则在通道矩阵查阅表中寻找比较接近通道矩阵H_k的多个通道矩阵H′_k所对应的多个发射端相关的矩阵

并将搜寻结果输出为发射端相关的矩阵

步骤S422与步骤S412相同，故不再赘述。

本发明并非限定于上述的实施例，在其它实施例中，不一定要在通道矩阵查阅表寻找等于通道矩阵H_k的通道矩阵H′_k，或寻找比较接近通道矩阵H_k的通道矩阵H′_k所对应的多个发射端相关的矩阵

可经过直接计算以达成量化程序。也就是，在步骤S421中，利用发射端相关部分获取装置62的一外插运算单元直接计算是否有等于通道矩阵H_k的通道矩阵H′_k，若有，则直接输出通道矩阵H′_k所对应的发射端相关的矩阵

为发射端相关的矩阵若无，则外插运算单元计算出比较接近通道矩阵H_k的多个通道矩阵H′_k所对应的多个发射端相关的矩阵

并将搜寻结果输出为发射端相关的矩阵

步骤S422与步骤S412相同，故不再赘述。

请参照图4C，在这个实施例中。发射端相关部分获取装置62包括发射端相关的矩阵运算单元、外插运算单元与矩阵分解单元，其中发射端的矩阵运算单元通过接收端反馈的信息计算出数笔发射端相关的矩阵

其对应的多个子空间矩阵T′_k与其对应的多个与强度矩阵D′_k

并将这些发射端相关的矩阵

其对应的多个子空间矩阵T′_k与其对应的多个与强度矩阵D′_k记录在一矩阵查阅表。步骤S431与步骤S411相同，故不再赘述。在步骤S432中，外插运算单元在发射端相关的矩阵查阅表寻找是否有等于发射端相关的矩阵

的发射端相关的矩阵若有，则直接输出发射端相关的矩阵

所对应的子空间矩阵T′_k与强度矩阵D′_k为子空间矩阵T_k与强度矩阵D_k；若无，则通过外插运算单元在发射端相关的矩阵查阅表中搜寻比较接近发射端相关的矩阵的多个发射端相关的矩阵

所对应的多个子空间矩阵T′_k与强度矩阵D′_k，并将搜寻运算结果输出为子空间矩阵T_k与强度矩阵D_k。

本发明并非限定于上述的实施例，在其它实施例中，不一定要在矩阵查阅表寻找等于发射端相关的矩阵

的发射端相关的矩阵

或寻找比较接近发射端相关的矩阵

的多个发射端相关的矩阵

所对应的多个子空间矩阵T′_k与强度矩阵D′_k，可经过直接计算以达成量化程序。也就是，在步骤S432中，外插运算单元直接计算是否有等于发射端相关的矩阵

的发射端相关的矩阵

若有，则直接输出发射端相关的矩阵

所对应的子空间矩阵T′_k与强度矩阵D′_k为子空间矩阵T_k与强度矩阵D_k；若无，则外插运算单元计算出比较接近发射端相关的矩阵

的多个发射端相关的矩阵

所对应的多个子空间矩阵T′_k与强度矩阵D′_k，并将搜寻结果输出为子空间矩阵T_k与强度矩阵D_k。

本发明并非限定于上述的实施例，在其它实施例中，不一定要利用外插运算单元在矩阵查阅表寻找等于发射端相关的矩阵

的发射端相关的矩阵或寻找比较接近发射端相关的矩阵的多个发射端相关的矩阵

所对应的多个子空间矩阵T′_k与强度矩阵D′_k。也就是，在步骤S432中，在矩阵查阅表中寻找是否有等于发射端相关的矩阵

的发射端相关的矩阵若有，则直接输出发射端相关的矩阵

所对应的子空间矩阵T′_k与强度矩阵D′_k为子空间矩阵T_k与强度矩阵D_k；若无，则在矩阵查阅表中搜寻比较接近发射端相关的矩阵

的多个发射端相关的矩阵所对应的多个子空间矩阵T′_k与强度矩阵D′_k，并将搜寻运算结果输出为子空间矩阵T_k与强度矩阵D_k。

请参照图4D，在这个实施例中，发射端相关部分获取装置62包括通道矩阵运算单元与比较运算单元，其中通道矩阵运算单元通过接收端反馈的信息计算出数笔通道矩阵H′_k、其对应的多个子空间矩阵T′_k与强度矩阵D′_k，并记录这些通道矩阵H′_k、其对应的多个子空间矩阵T′_k与强度矩阵D′_k在一通道矩阵查阅表中。在步骤S441中，在通道矩阵查阅表寻找是否有等于通道矩阵H_k的通道矩阵H′_k，若有，则直接输出通道矩阵H′_k所对应的子空间矩阵T′_k与强度矩阵D′_k为子空间矩阵T_k与强度矩阵D_k；若无，则通过比较运算单元在通道矩阵查阅表中搜寻比较接近通道矩阵H_k的通道矩阵H′_k所对应的多个子空间矩阵T′_k与强度矩阵D′_k，并将搜寻运算结果输出为子空间矩阵T_k与强度矩阵D_k。

本发明并非限定于上述的实施例，在其它实施例中，不一定要在通道矩阵查阅表寻找是否有等于通道矩阵H_k的通道矩阵H′_k，或寻找比较接近通道矩阵H_k的通道矩阵H′_k所对应的多个子空间矩阵T′_k与强度矩阵D′_k，可经过直接计算以达成量化程序。也就是，在步骤S441中，利用一外插运算单元直接计算是否有等于通道矩阵H_k的通道矩阵H′_k，若有，则直接输出通道矩阵H′_k所对应的子空间矩阵T′_k与强度矩阵D′_k为子空间矩阵T_k与强度矩阵D_k；若无，则外插运算单元计算出比较接近通道矩阵H_k的通道矩阵H′_k所对应的多个子空间矩阵T′_k与强度矩阵D′_k，并将搜寻结果输出为子空间矩阵T_k与强度矩阵D_k。

请参照图4E，在这个实施例中，发射端相关部分获取装置62包括通道矩阵运算单元、发射端相关的矩阵运算单元与比较运算单元，其中通道矩阵运算单元通过接收端反馈的信息计算出数笔通道矩阵H′_k与其对应的多个发射端相关的矩阵

并记录这些通道矩阵H′_k与其对应的多个发射端相关的矩阵在通道矩阵查阅表中。矩阵运算单元则计算数笔发射端相关的矩阵

其对应的多个子空间矩阵T′_k与其对应的多个与强度矩阵D′_k，并记录在发射端相关的矩阵查阅表中。步骤S451与步骤S421相同，步骤S452与步骤S432相同，故不再赘述。

图2的步骤S24或图3步骤S30的实施方式有以下数种方法。请参照图5A与图5B，图5A与图5B是本发明一实施例的获得位数B_T与B_G的方法的流程图。

请先参照图5A，在这个实施例中，位分配器66或位分配器74包括离线运算单元、位配置查阅表与外插运算单元。在步骤S511中，离线运算单元依据参考传输功率进行离线传输运算，以据此产生位配置查阅表，位配置查阅表记录多笔参考传输功率与对应的多个位数B′_T与B′_G。在步骤S512中，在位配置查阅表中寻找是否有等于目前传输功率的参考传输功率，若有，则输出此参考传输功率所对应的位数B′_T与B′_G为位数BT与BG；若无，则外插运算单元对接近目前传输功率的多个参考传输功率的对应的多个位数B′_T与B′_G进行外插运算，并输出外插运算结果为位数BT与BG。

本发明并非限定于上述的实施例，在其它实施例中，不一定要在位配置查阅表中寻找是否有等于目前传输功率的参考传输功率，可经过直接计算以达成量化程序。也就是，在步骤S512中，外插运算单元直接计算是否有等于目前传输功率的参考传输功率，若有，则输出此参考传输功率所对应的位数B′_T与B′_G为位数BT与BG；若无，则外插运算单元对接近目前传输功率的多个参考传输功率的对应的多个位数B′_T与B′_G进行外插运算，并输出外插运算结果为位数BT与BG。

本发明并非限定于上述的实施例，在其它实施例中，不一定要利用外插运算单元在位配置查阅表中寻找是否有等于目前传输功率的参考传输功率。也就是，在步骤S512中，直接在位配置查阅表中寻找是否有等于目前传输功率的参考传输功率，若有，则输出此参考传输功率所对应的位数B′_T与B′_G为位数BT与BG；若无，则在位配置查阅表中寻找接近目前传输功率的多个参考传输功率的对应的多个位数B′_T与B′_G，输出位数B′_T与B′_G为位数BT与BG。

请接着参照图5B，在这个实施例中，位分配器66或位分配器74具有运算能力较为强大的运算单元。在步骤S521中，运算单元依据目前传输功率进行实时运算，以获得位数BT与BG，其中用于计算出位数BT与BG的判断式表示如下：

$(B_T,B_G)=\arg \underset{B_T+B_G=B}{\underset{(B_T,B_G):}{\max }}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{SINR},q}(b_T,b_G,P_{\max }^{\mathrm{dB}})$

，其中

表示目前的最大传输功率，也就是目前发射端10所能够使用的最大功率(即目前传输功率)。一般来说，功率P1～PK的总和等于功率

另外，

的定义如下：

${\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{SINR},q}(b_T,b_G,P_{\max }^{\mathrm{dB}})=E\left\{10\log 10(\underset{k}{\min }\mathrm{avg}\left({\mathrm{SINR}}_{q,\mathrm{quan}}^{\mathrm{DL}}\right)/{\mathrm{\γ}}_k)\right\}$

，其中表示在传送第k个用户的用户数据x_k时可以的信号干扰噪声比的平均值。另外，值得一提的是，在信号噪声比很大时，可以选择仅对子空间矩阵T_k进行量化(B_T＝B)，而不对辅助信息矩阵G_k进行量化(B_G＝0)。换言之，在信号噪声比很大时(大于20dB的门限值)，可以不反馈量化辅助信息矩阵

综上所述，本发明的实施例所提供的通道信息反馈方法及其装置可以用于具有有限速率上行通道的MU MIMO系统，原则上，以使得MU MIMO系统的发射端可以根据反馈的量化CSI信息对欲传送给所有用户的用户数据进行功率配置与波束成形。

虽然本发明已通过实施例公开如上，然其并非用于限定本发明，任何本技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作局部的更改与修饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (33)

1.一种通道信息反馈方法，其特征在于，用于一多用户多输入多输出系统的一接收端，包括：

根据对应该接收端的一通道矩阵获得该多用户多输入多输出系统的一发射端相关的一子空间矩阵与一强度矩阵；

对该子空间矩阵进行一第一量化，以产生一量化子空间矩阵；

对一辅助信息矩阵进行一第二量化，以产生一量化辅助信息矩阵，其中该辅助信息矩阵相关于该强度矩阵及一剩余子空间矩阵，该剩余子空间矩阵具有该子空间矩阵进行该第一量化所剩余的子空间信息；以及

将该量化子空间矩阵与该量化辅助信息矩阵通过一上行通道反馈给该发射端。

2.根据权利要求1所述的通道信息反馈方法，其特征在于，还包括：

获得该量化子空间矩阵的一第一位数与该量化辅助信息矩阵的一第二位数，其中该第一位数为该第一量化使用的量化位数，该第二位数为该第二量化使用的量化位数。

3.根据权利要求2所述的通道信息反馈方法，其特征在于，该上行通道为一有限速率上行通道，且该第一位数与该第二位数之和为该有限速率上行通道可允许传输的位数。

4.根据权利要求1所述的通道信息反馈方法，其特征在于，还包括：

测量该通道矩阵；以及

依据该通道矩阵对一接收信号进行波束成形滤波。

5.根据权利要求1所述的通道信息反馈方法，其特征在于，获得该发射端相关的该子空间矩阵与该强度矩阵的步骤包括：

将该通道矩阵分解成该接收端相关的一第一矩阵与该发射端相关的一第二矩阵；以及

将该第二矩阵分解成该子空间矩阵与该强度矩阵。

6.根据权利要求1所述的通道信息反馈方法，其特征在于，获得该发射端相关的该子空间矩阵与该强度矩阵的步骤包括：

使用至少一第一查阅表与一外插运算单元的其中之一，依据该通道矩阵获得该通道矩阵中该发射端相关的一第二矩阵；以及

将该第二矩阵分解成该子空间矩阵与该强度矩阵。

7.根据权利要求1所述的通道信息反馈方法，其特征在于，获得该发射端相关的该子空间矩阵与该强度矩阵的步骤包括：

将该通道矩阵分解成该接收端相关的一第一矩阵与该发射端相关的一第二矩阵；以及

使用至少一第二查阅表与一外插运算单元的其中之一，依据该第二矩阵获得该子空间矩阵与该强度矩阵。

8.根据权利要求1所述的通道信息反馈方法，其特征在于，获得该发射端相关的该子空间矩阵与该强度矩阵的步骤包括：

使用至少一第一查阅表与一外插运算单元的其中之一，依据该通道矩阵获得该通道矩阵中该发射端相关的一第二矩阵；以及

使用至少一第二查阅表与该外插运算单元的其中之一，依据该第二矩阵获得该子空间矩阵与该强度矩阵。

9.根据权利要求1所述的通道信息反馈方法，其特征在于，获得该发射端相关的该子空间矩阵与该强度矩阵的步骤包括：

使用至少一第三查阅表与一外插运算单元的其中之一，依据该通道矩阵获得该子空间矩阵与该强度矩阵。

10.根据权利要求1所述的通道信息反馈方法，其特征在于，获得该发射端相关的该子空间矩阵与该强度矩阵的步骤包括：

使用一通道矩阵运算单元，依据该通道矩阵获得该通道矩阵中该发射端相关的一第二矩阵；以及

将该第二矩阵分解成该子空间矩阵与该强度矩阵。

11.根据权利要求1所述的通道信息反馈方法，其特征在于，获得该发射端相关的该子空间矩阵与该强度矩阵的步骤包括：

将该通道矩阵分解成该接收端相关的一第一矩阵与该发射端相关的一第二矩阵；以及

使用一通道矩阵运算单元与一比较运算单元，依据该第二矩阵获得该子空间矩阵与该强度矩阵。

12.根据权利要求1所述的通道信息反馈方法，其特征在于，获得该发射端相关的该子空间矩阵与该强度矩阵的步骤包括：

使用一第一矩阵运算单元与一比较运算单元，依据该通道矩阵获得该通道矩阵中该发射端相关的一第二矩阵；以及

使用一第二矩阵运算单元与该比较运算单元，依据该第二矩阵获得该子空间矩阵与该强度矩阵。

13.根据权利要求1所述的通道信息反馈方法，其特征在于，获得该发射端相关的该子空间矩阵与该强度矩阵的步骤包括：

使用一第三矩阵运算单元与一比较运算单元，依据该通道矩阵获得该子空间矩阵与该强度矩阵。

14.根据权利要求2所述的通道信息反馈方法，其特征在于，获得该第一位数与该第二位数的步骤包括：

依据多个参考传输功率进行离线运算，以产生一第四查阅表；以及

使用至少该第四查阅表与一外插运算单元的其中之一，依据该发射端的一目前传输功率获得该第一位数与该第二位数。

15.根据权利要求2所述的通道信息反馈方法，其特征在于，获得该第一位数与该第二位数的步骤包括：

使用一计算单元，依据该发射端的一目前传输功率计算出该第一位数与该第二位数。

16.根据权利要求3所述的通道信息反馈方法，其特征在于，在一信号噪声比大于一门限值时，该第二位数为0，且该第一位数为该有限速率上行通道可允许传输的位数。

17.一种通道信息反馈方法，其特征在于，用于一多用户多输入多输出系统的一发射端，包括：

依据自该多用户多输入多输出系统的多个接收端所接收到的多个量化子空间矩阵与多个量化辅助信息矩阵对该发射端所要传送给该多用户多输入多输出系统的多个用户的多个用户数据进行功率配置与波束成形，以产生一传送信号；以及

发送该传送信号给这些接收端；

其中这些接收端的每一个根据对应该接收端的一通道矩阵获得该发射端相关的一子空间矩阵与一强度矩阵，并对该子空间矩阵与一辅助信息矩阵分别进行一第一量化与一第二量化，以产生该量化子空间矩阵与该量化辅助信息矩阵，这些接收端还通过一上行通道将这些量化子空间矩阵与这些量化辅助信息矩阵反馈给该发射端，其中该辅助信息矩阵相关于该强度矩阵及一剩余子空间矩阵，该剩余子空间矩阵具有该子空间矩阵进行该第一量化所剩余的子空间信息。

18.根据权利要求17所述的通道信息反馈方法，其特征在于，还包括：

获得该量化子空间矩阵的一第一位数与该量化辅助信息矩阵的一第二位数，其中该第一位数为该第一量化使用的量化位数，该第二位数为该第二量化使用的量化位数。

19.根据权利要求18所述的通道信息反馈方法，其特征在于，该上行通道为一有限速率上行通道，且该第一位数与该第二位数之和为该有限速率上行通道可允许传输的位数。

20.根据权利要求18所述的通道信息反馈方法，其特征在于，获得该第一位数与该第二位数的步骤包括：

依据多个参考传输功率进行离线运算，以产生一查阅表；以及

使用至少该查阅表与一外插运算单元的其中之一，依据该发射端的一目前传输功率获得该第一位数与该第二位数。

21.根据权利要求18所述的通道信息反馈方法，其特征在于，获得该第一位数与该第二位数的步骤包括：

使用一计算单元，依据该发射端的一目前传输功率计算出该第一位数与该第二位数。

22.根据权利要求19所述的通道信息反馈方法，其特征在于，在一信号噪声比大于一门限值时，该第二位数为0，且该第一位数为该有限速率上行通道可允许传输的位数。

23.一种通道信息反馈装置，其特征在于，用于一多用户多输入多输出系统的一接收端，包括：

一发射端相关部分获取装置，用于根据对应该接收端的一通道矩阵获得该多用户多输入多输出系统的一发射端相关的一子空间矩阵与一强度矩阵；

一第一量化器，用于对该子空间矩阵进行一第一量化，以产生一量化子空间矩阵；

一第二量化器，用于对一辅助信息矩阵进行一第二量化，以产生一量化辅助信息矩阵，其中该辅助信息矩阵相关于该强度矩阵及一剩余子空间矩阵，该剩余子空间矩阵具有该子空间矩阵进行该第一量化所剩余的子空间信息；以及

一反馈信号发射器，用于将该量化子空间矩阵与该量化辅助信息矩阵通过一上行通道反馈给该发射端。

24.根据权利要求23所述的通道信息反馈装置，其特征在于，还包括：

一位分配器，用于获得该量化子空间矩阵的一第一位数与该量化辅助信息矩阵的一第二位数，其中该第一位数为该第一量化使用的量化位数，该第二位数为该第二量化使用的量化位数。

25.根据权利要求24项所述的通道信息反馈装置，其特征在于，该上行通道为一有限速率上行通道，且该第一位数与该第二位数之和为该有限速率上行通道可允许传输的位数。

26.根据权利要求23所述的通道信息反馈装置，其特征在于，还包括：

一测量装置，用于测量该通道矩阵；以及

一波束成形滤波器，用于依据该通道矩阵对一接收信号进行波束成形滤波。

27.一种发射端，其特征在于，用于一多用户多输入多输出系统，包括：

一反馈信号接收器，用于通过一上行通道接收该多用户多输入多输出的多个用户的多个接收端所反馈的多个量化子空间矩阵与多个量化辅助信息矩阵；

一功率配置装置，用于依据这些量化子空间矩阵与这些量化辅助信息矩阵对该发射端所要传送给该多用户多输入多输出系统的这些用户的多个用户数据进行功率配置；以及

一波束成形装置，用于依据这些量化子空间矩阵与这些量化辅助信息矩阵对进行功率配置后的这些用户数据进行波束成形，以产生一传送信号给这些接收端；

其中这些接收端的每一个根据对应该接收端的一通道矩阵获得该发射端相关的一子空间矩阵与一强度矩阵，并对该子空间矩阵与一辅助信息矩阵分别进行一第一量化与一第二量化，以产生该量化子空间矩阵与该量化辅助信息矩阵，这些接收端还通过一上行通道将这些量化子空间矩阵与这些量化辅助信息矩阵反馈给该发射端，其中该辅助信息矩阵相关于该强度矩阵及一剩余子空间矩阵，该剩余子空间矩阵具有该子空间矩阵进行该第一量化所剩余的子空间信息。

28.根据权利要求27所述的发射端，其特征在于，还包括：

一位分配器，用于获得该量化子空间矩阵的一第一位数与该量化辅助信息矩阵的一第二位数，其中该第一位数为该第一量化使用的量化位数，该第二位数为该第二量化使用的量化位数。

29.根据权利要求28所述的发射端，其特征在于，该上行通道为一有限速率上行通道，且该第一位数与该第二位数之和为该有限速率上行通道可允许传输的位数。

30.一种多用户多输入多输出系统，其特征在于，包括：

多个接收端，对应该多用户多输入多输出的多个用户，其中每一个接收端包括一通道信息反馈装置，且该通道信息反馈装置包括：

一发射端相关部分获取装置，用于根据对应该接收端的一通道矩阵获得该多用户多输入多输出系统的一发射端相关的一子空间矩阵与一强度矩阵；

一第一量化器，用于对该子空间矩阵进行一第一量化，以产生一量化子空间矩阵；

一第二量化器，用于对一辅助信息矩阵进行一第二量化，以产生一量化辅助信息矩阵，其中该辅助信息矩阵相关于该强度矩阵及一剩余子空间矩阵，该剩余子空间矩阵具有该子空间矩阵进行该第一量化所剩余的子空间信息；以及

一反馈信号发射器，用于将该量化子空间矩阵与该量化辅助信息矩阵通过一上行通道反馈给该发射端；以及

该发射端，包括：

一反馈信号接收器，用于通过该上行通道接收这些量化子空间矩阵与这些量化辅助信息矩阵；

一功率配置装置，用于依据这些量化子空间矩阵与这些量化辅助信息矩阵对该发射端所要传送给该多用户多输入多输出系统的这些用户的多个用户数据进行功率配置；

一波束成形装置，用于依据这些量化子空间矩阵与这些量化辅助信息矩阵对进行功率配置后的这些用户数据进行波束成形，以产生一传送信号给这些接收端。

31.根据权利要求30所述的多用户多输入多输出系统，其特征在于，该通道信息反馈装置或/与该发射端还包括：

一位分配器，用于获得该量化子空间矩阵的一第一位数与该量化辅助信息矩阵的一第二位数，其中该第一位数为该第一量化使用的量化位数，该第二位数为该第二量化使用的量化位数。

32.根据权利要求31所述的多用户多输入多输出系统，其特征在于，该上行通道为一有限速率上行通道，且该第一位数与该第二位数之和为该有限速率上行通道可允许传输的位数。

33.根据权利要求30所述的多用户多输入多输出系统，其特征在于，该通道信息反馈装置还包括：

一测量装置，用于测量该通道矩阵；以及

一波束成形滤波器，用于依据该通道矩阵对一接收信号进行波束成形滤波。

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