CN103166739B - 信道质量指示反馈方法和用户设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种信道质量指示反馈方法，包括：基于从基站接收的导频信息，计算用户设备侧的信噪比SNR和信干噪比SINR；利用第一数目的比特对SNR进行第一量化；利用第二数目的比特对SINR与SNR之比进行第二量化；基于第一量化的结果和第二量化的结果获得第一信道质量指示；以及向基站反馈所述第一信道质量指示。该方法还包括：利用第三数目的比特对SNR进行第三量化；利用第四数目的比特对SNR与SINR之差进行第四量化；基于第三量化的结果和第四量化的结果获得第二信道质量指示；以及向基站反馈所述第一信道质量指示和所述第二信道质量指示中量化误差较小的一个。

Description

信道质量指示反馈方法和用户设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种多用户多输入多输出系统中，用户设备将信道质量指示反馈给基站的技术。

背景技术

多用户多输入多输出(MU-MIMO：MultipleUsersMultipleInputMultipleOutput)技术是对传统多输入多输出(MIMO：MultipleInputMultipleOutput)技术的改进，它通过利用基站和用户端的多天线结构，实现分集和空分复用，并支持多用户传输，从而增加系统吞吐量的一种技术。其改进体现在，MU-MIMO技术能够支持同一时刻内多个用户数据的传输。为此，采用MU-MIMO技术的基站必须支持多用户模式和单用户模式，并根据用户侧的反馈量执行多用户模式与单用户模式之间的转换。信道质量指示(CQI：ChannelQualityIndicator)是一种重要的反馈量，它的作用是指示基站采用何种调制和码率组合。单用户模式下的信道质量指示是用户侧信噪比(SNR：SignaltoNoiseRatio)，而多用户模式下的信道质量指示是用户侧信干噪比(SINR：SignaltoInterferenceandNoiseRatio)。在MU-MIMO系统中，用户要同时反馈多用户模式和单用户模式的信道质量指示。因此，系统信道质量指示反馈开销增长了一倍。

现在已经提出了一些方案，致力于降低系统反馈开销。例如，X.Xiong在《InternationalConferenceonCyber-EnabledDistributedComputingandKnowledgeDiscovery》(国际网络分布式计算和探索会议，2010年第327至第330页)上发表的“AnEfficientCQIFeedbackReductionSchemeforMulti-UserOFDMAnetworkwithAMCMode”，其中提出了给所有用户端设定一个固定的阈值。只有当用户信道质量指示高于阈值的时候，才能反馈信道质量指示；否则，用户将不反馈信道质量指示。其不足之处在于，阈值的存在使得大部分用户失去了反馈信道质量指示的机会。如果所有用户的信道质量指示均低于阈值，系统将不能进行用户调度和传输。而在系统能够进行用户调度的时候，由于只有小部分用户进行了反馈，系统的调度不是最优的，甚至会造成很大的性能损失。

另外，在W.Lee等在《IEEE68thVehicularTechnologyConference(fall)》(美国电气与电子工程师协会车载技术会议(秋季)，2008年第1页至第5页)上发表的“CQIFeedbackReductionbasedonSpatialCorrelationinOFDMASystem”中，提出了根据用户端位置将用户进行分组以使得空间相关性较强的用户分为一组。由于空间相关性较强的用户被同时调度的概率降低，因此选取每组用户中信道质量指示最大的作为该组代表，进行反馈，而其它用户不反馈。这一方法也能有效地降低系统信道质量指示的开销。其不足之处在于，每个反馈用户的开销仍然没有降低；需要基站对用户反馈进行指示，大大增加了反馈延时，系统性能受到很大影响；采用部分用户的反馈，用户调度和配对算法适用性低。

因此，需要一种方法，能够在降低系统反馈开销的同时，保持系统性能基本不变。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种在MU-MIMO系统中使用的新颖的信道质量指示反馈方法。

根据本发明的第一方案，提出了一种信道质量指示反馈方法，包括：基于从基站接收的导频信息，计算用户设备侧的信噪比SNR和信干噪比SINR；利用第一数目的比特对SNR进行第一量化；利用第二数目的比特对SINR与SNR之比进行第二量化；基于第一量化的结果和第二量化的结果获得第一信道质量指示；以及向基站反馈所述第一信道质量指示。

优选地，该方法还包括：利用第三数目的比特对SNR进行第三量化；利用第四数目的比特对SNR与SINR之差进行第四量化；基于第三量化的结果和第四量化的结果获得第二信道质量指示；以及向基站反馈所述第一信道质量指示和所述第二信道质量指示中量化误差较小的一个。

优选地，该方法还包括：分别计算第二量化和第四量化的量化误差；将第二量化的量化误差与第四量化的量化误差进行比较；如果第二量化的量化误差大于第四量化的量化误差，则向基站反馈所述第二信道质量指示；以及如果第二量化的量化误差小于第四量化的量化误差，则向基站反馈所述第一信道质量指示。

优选地，该方法还包括：分别计算第一量化、第二量化、第三量化和第四量化的量化误差；将第一量化的量化误差和第二量化的量化误差之和与第三量化的量化误差和第四量化的量化误差之和进行比较；如果第一量化的量化误差和第二量化的量化误差之和大于第三量化的量化误差和第四量化的量化误差之和，则向基站反馈所述第二信道质量指示；以及如果第一量化的量化误差和第二量化的量化误差之和小于第三量化的量化误差和第四量化的量化误差之和，则向基站反馈所述第一信道质量指示。

优选地，所述第一数目和第二数目之和等于第三数目和第四数目之和。

根据本发明的第二方案，提出了一种用户没备，包括：计算单元，配置为基于从基站接收的导频信息计算用户设备侧的信噪比SNR和信干噪比SINR；第一量化单元，配置为利用第一数目的比特对SNR进行第一量化；第二量化单元，配置为利用第二数目的比特对SINR与SNR之比进行第二量化；第一信道质量指示获得单元，配置为基于第一量化的结果和第二量化的结果获得第一信道质量指示；以及信道质量指示反馈单元，配置为向基站反馈所述第一信道质量指示。

优选地，该用户设备还包括：第三量化单元，配置为利用第三数目的比特对SNR进行第三量化；第四量化单元，配置为利用第四数目的比特对SNR与SINR之差进行第四量化；第二信道质量指示获得单元，配置为基于第三量化的结果和第四量化的结果获得第二信道质量指示，其中所述信道质量指示反馈单元配置为向基站反馈所述第一信道质量指示和所述第二信道质量指示中量化误差较小的一个。

优选地，该用户设备还包括：第一量化误差计算单元，配置为分别计算第二量化和第四量化的量化误差；第一比较单元，配置为将第二量化的量化误差与第四量化的量化误差进行比较，其中，如果第二量化的量化误差大于第四量化的量化误差，则所述信道质量指示反馈单元向基站反馈所述第二信道质量指示，以及其中，如果第二量化的量化误差小于第四量化的量化误差，则所述信道质量指示反馈单元向基站反馈所述第一信道质量指示。

优选地，该用户设备还包括：第二量化误差计算单元，配置为分别计算第一量化、第二量化、第三量化和第四量化的量化误差；第二比较单元，配置为将第一量化的量化误差和第二量化的量化误差之和与第三量化的量化误差和第四量化的量化误差之和进行比较，其中，如果第一量化的量化误差和第二量化的量化误差之和大于第三量化的量化误差和第四量化的量化误差之和，则所述信道质量指示反馈单元向基站反馈所述第二信道质量指示，以及其中，如果第一量化的量化误差和第二量化的量化误差之和小于第三量化的量化误差和第四量化的量化误差之和，则所述信道质量指示反馈单元向基站反馈所述第一信道质量指示。

优选地，所述第一数目和第二数目之和等于第三数目和第四数目之和。

本发明利用了信道SNR和SINR间的关系，在保持系统性能的同时降低了信道质量指示的反馈开销，进而实现了MU-MIMO系统中用户端信道质量指示反馈值的计算和处理，具有支持多用户传输、系统反馈差错性能好、以及信道质量指示反馈开销低的特点。

附图说明

通过下面结合附图说明本发明的优选实施例，将使本发明的上述及其它目的、特征和优点更加清楚，其中：

图1为本发明可以应用于其中的MU-MIMO无线通信系统的示意图；

图2为根据本发明第一实施例的信道质量指示反馈方法200的流程图；

图3为根据本发明第二实施例的信道质量指示反馈方法300的流程图；

图4为能够实现本发明的信道质量指示反馈方法200的用户设备UE400的示意方框图；

图5为能够实现本发明的信道质量指示反馈方法300的用户设备UE500的示意方框图；

图6为8比特传统量化反馈、8比特差分量化反馈、8比特比例量化反馈和8比特自适应量化反馈信干噪比差错性能的对比示意图；

图7为8比特传统量化反馈、7比特差分量化反馈、7比特比例量化反馈和7比特自适应量化反馈信干噪比差错性能的对比示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明，在描述过程中省略了对于本发明来说是不必要的细节和功能，以防止对本发明的理解造成混淆。

为了清楚详细地阐述本发明的实现步骤，下面给出一些本发明的具体实施例，适用于长期演进(LTE)系统及进阶长期演进(LTE-Advanced)系统。需要说明的是，本发明不限于实施例中所描述的应用，而是可适用于其他使用MU-MIMO的无线通信系统。

图1示出了一个本发明可以应用于其中的MU-MIMO无线通信系统的示意图。该通信系统包括用户设备100-1...100-K(统称为用户设备100)和基站200，其中基站200具有多个天线。如图1所示，由于MU-MIMO的特点，基站200与用户设备100之间的信道为多用户干扰信道。用户设备100需要向基站200同时反馈多用户模式和单用户模式的信道质量指示，图1中分别由虚线和点划线表示单用户反馈信息和多用户反馈信息。

作为非限制示例，图1中MU-MIMO无线通信系统可以采用下列信道模型：

-平坦衰落、准静态的瑞利信道；

-信道矩阵的元素为独立同分布的零均值、单位方差的复高斯随机变量；

-噪声为均值为零、协方差矩阵为单位阵的加性高斯白噪声；

-各个用户经历的信道相互独立；

-信道量化码本采用长期演进系统第八版本(Release8)中的4比特16码字码本；以及

-总量化比特数为B^total，用于量化单用户信道质量指示的比特数为B^SU，用于量化多用户信道质量指示的比特数为B^MU，且B^total＝B^SU+B^MU。

需要说明的是，本发明不限于上述信道模型，而是可适用于任何其他适当的信道模型。

结合图1，在图2中描述了根据本发明第一实施例的信道质量指示反馈方法200的流程图。

如图2所示，在步骤S210，用户设备100基于从基站200接收的导频信息，计算用户设备侧的SNR和SINR。

作为非限制示例，用户设备100在接收到导频信息后，可以对信道进行信道估计，以得到SNR和SINR。

作为非限制示例，信道估计可以包括以下步骤：

1)对导频信息采用最小二乘法(LS：LeastSquare)，求出信道矩阵的估计值；

2)在频域采用线性最小均方误差(LMMSE：LinearMinimumMeanSquareError)算法，对信道矩阵进行内插得到数据信息处的频域信道估计值；

3)在时域采用线性最小均方误差算法，对信道矩阵进行内插得到数据信息处的时域信道估计值；

4)从时域和频域的信道估计值中，提取出信道矩阵；

5)根据所得信道和长期演进系统第八版本的码本，计算信道的SNR和SINR。

在步骤S220，用户设备100利用第一数目的比特(可以表示为B^SU)对SNR进行第一量化。在步骤S230，用户设备100利用第二数目的比特(可以表示为B^MU)对SINR与SNR之比进行第二量化。

这种量化方法可以称为比例量化方法，相应地利用这种比例量化方法进行反馈的方案可以称为比例量化反馈。

具体地，用户设备100利用这种方法对SNR和SINR进行量化，以分别得到单用户模式下的信道质量指示ρ_RATIO和多用户模式下的信道质量指示η_RATIO。其中，假设总比特数为B_total，用比特来量化SNR，并用比特来量化SINR与SNR之比SNR的量化范围表示为[SNR_min，SNR_max]，的量化范围表示为[RATIO_min，R4TIO_max]。

针对SNR和SINR量化的比例量化方法可以包括以下步骤：

-用比特对SNR进行量化，得到单用户模式下的信道质量指示ρ_RATIO。SNR的量化可以表示为：

${\mathrm{\ρ}}_{RATIO}=Q_1\left(SNR,B_{rate}^{SNR}\right),$

其中，Q₁(a，b)是将a映射到{1，2，…，b}上的线性或非线性量化函数，且关于a是非减的。

-用比特对比例进行量化，得到多用户模式下的信道质量指示η_RATIO。的量化可以表示为：

${\mathrm{\η}}_{RATIO}=Q_2(\frac{SINR}{SNR},B_{rate}^{RATIO}),$

其中，Q₂(c，d)是将c映射到{1，2，…，d}上的线性或非线性量化函数，且关于c是非减的。

然后，在步骤S240，用户设备100基于步骤S220中的第一量化的结果(在本实施例中表示为和步骤S230中的第二量化的结果(在本实施例中表示为获得第一信道质量指示。需要说明的是，这里的第一信道质量指示指代利用比例量化方法获得的单用户信道质量指示和多用户信道质量指示的统称。在本实施例中，第一信道质量指示是 ${\mathrm{\ρ}}_{RATIO}=Q_1\left(SNR,B_{rate}^{SNR}\right)$ 和 ${\mathrm{\η}}_{RATIO}=Q_2\left(\frac{SINR}{SNR},B_{rate}^{RATIO}\right).$

最后，在步骤S250，用户设备100向基站200反馈在步骤240中获得的第一信道质量指示。在本实施例中，用户设备100向基站200反馈 ${\mathrm{\ρ}}_{RATIO}=Q_1\left(SNR,B_{rate}^{SNR}\right)$ 和 ${\mathrm{\η}}_{RATIO}=Q_2(\frac{SINR}{SNR},B_{rate}^{RATIO}).$

图3为根据本发明第二实施例的信道质量指示反馈方法300的流程图。

如图3所示，在步骤S310，用户设备100基于从基站200接收的导频信息，计算用户设备侧的SNR和SINR。在步骤S320，用户设备100利用第一数目的比特对SNR进行第一量化。在步骤S330，用户设备100利用第二数目的比特对SINR与SNR之比进行第二量化。在步骤S340，用户设备100基于步骤S320中的第一量化的结果和步骤330中的第二量化的结果获得第一信道质量指示。需要说明的是，步骤S310-S340基本对应于上述参照图2所描述的步骤S210-S240，因而这里不对这些步骤进行进一步的描述。

在步骤S350，用户设备100利用第三数目的比特(可以表示为B^SU)对SNR进行第三量化。在步骤S360，用户设备100利用第四数目的比特(可以表示为B^MU)对SNR与SINR之差进行第四量化。

这种量化方法可以称为差分量化方法。尽管这里的差分量化方法是作为自适应的量化方法之一，然而本领域技术人员应理解，可以直接利用这种差分量化方法进行反馈，这样的反馈方案可以称为差分量化反馈。

具体地，用户设备100利用这种方法对SNR和SINR进行量化，分别得到单用户模式下的信道质量指示ρ_SUB和多用户模式下的信道质量指示η_SUB。其中，假设总比特数为B_total，用个比特量化SNR，并用个比特量化SNR和SINR之差(SNR-SINR)。SNR的量化范围为[SNR_min，SNR_max]，(SNR-SINR)的量化范围为[SUB_min，SUB_max]。

针对SNR和SINR的差分量化方法可以包括以下步骤：

-用比特对SNR进行量化，得到单用户模式下的信道质量指示ρ_SUB。SNR的量化可以表示为：

${\mathrm{\ρ}}_{SUB}=Q_3(SNR,B_{diff}^{SNR}),$

其中，Q₃(e，f)是将e映射到{1，2，…，f}上的线性或非线性量化函数，且关于e是非减的。

-用比特对差(SNR-SINR)进行量化，得到多用户模式下的信道质量指示η_SUB。(SNR-SINR)的量化可以表示为：

${\mathrm{\η}}_{SUB}=Q_4(SNR-SINR,B_{diff}^{SUB}),$

其中，Q₄(g，h)是将g映射到{1，2，…，h}上的线性或非线性量化函数，且关于g是非减的。

然后，在步骤370，用户设备100基于步骤S350中的第三量化的结果(在本实施例中表示为和步骤S360中的第四量化的结果(在本实施例中表示为获得第二信道质量指示。需要说明的是，这里的第二信道质量指示指代利用差分量化方法获得的单用户信道质量指示和多用户信道质量指示的统称。在本实施例中，第二信道质量指示是 ${\mathrm{\ρ}}_{SUB}=Q_3(SNR,B_{diff}^{SNR})$ 和 ${\mathrm{\η}}_{SUB}=Q_4(SNR-SINR,B_{diff}^{SUB}).$

最后，在步骤S380，用户设备100向基站200反馈第一信道质量指示和第二信道质量指示中量化误差较小的一个。

实际上，图3所示的信道质量指示反馈方法300是一种在差分量化反馈和比例量化反馈之间进行自适应切换的信道质量指示反馈方法，因而可以称为自适应量化反馈方法。

作为非限制示例，用户设备100可以通过分别计算第一量化-第四量化的量化误差来确定第一信道质量指示和第二信道质量指示中哪一个的量化误差较小。

具体地，分别通过下式计算采用比例量化方法的SNR和SINR的量化误差δ_RATIO和Δ_RATIO，即，第一量化和第二量化的量化误差。

SNR的量化误差δ_RATIO可以表示为：

${\mathrm{\δ}}_{RATIO}=|SNR-Q_1^V({\mathrm{\ρ}}_{RATIO},B_{rate}^{SNR})|,$

其中， $Q_1^V(A,b)=\arg \underset{a}{min}\{Q_1(a,b)=A\}.$

SINR与SNR之比的量化误差Δ_RATIO可以表示为：

${\mathrm{\Δ}}_{RATIO}=|SINR-\[Q_1^V({\mathrm{\ρ}}_{RATIO},B_{rate}^{SNR})\×Q_2^V({\mathrm{\η}}_{RATIO},B_{rate}^{RATIO})\]|,$

其中， $Q_2^V(C,d)=\arg \underset{c}{min}\{Q_2(c,d)=C\}.$

同样，通过下式计算采用差分量化的SNR和SINR的量化误差δ_SUB和Δ_SUB，即，第三量化和第四量化的量化误差。

SNR的量化误差δ_SUB可以表示为：

${\mathrm{\δ}}_{SUB}=|SNR-Q_1^V({\mathrm{\ρ}}_{SUB},B_{diff}^{SNR})|,$

其中， $Q_3^V(E,f)=\arg \underset{e}{min}\{Q_1(e,f)=E\}.$

SNR与SINR之差的量化误差Δ_SUB可以表示为：

${\mathrm{\Δ}}_{SUB}=|SINR-\[Q_3^V({\mathrm{\ρ}}_{SUB},B_{diff}^{SNR})-Q_4^V({\mathrm{\η}}_{SUB},B_{diff}^{SUB})\]|,$

其中， $Q_4^V(G,h)=\arg \underset{g}{min}\{Q_4(g,h)=G\}.$

然后，用户设备100可以对上述所计算的量化误差进行比较，以在比例量化和差分量化中选择较优的量化方法，并反馈该量化方法所对应的信道质量指示。

作为非限制示例，可以用β作为量化方法指示来标识当前所用的量化方法，并通过1个比特来向基站200反馈β。当然，本发明不局限于此，而是可以利用任意其他适当的方法来向基站200指示所选用的量化方法。

作为非限制示例，可以通过下列比较来确定较优的量化方法：

-若δ_SUB＝δ_RATIO，且Δ_SUB≤Δ_RATIO，则选择差分量化；

-若δ_SUB＝δ_RATIO，且Δ_SUB＞Δ_RATIO，则选择比例量化；

-若δ_SUB＝δ_RATIO，且δ_SUB≤δ_RATIO，则选择差分量化；

-若δ_SUB＝δ_RATIO，且δ_SUB＞δ_RATIO，则选择比例量化；

-若δ_SUB≠δ_RATIO，Δ_SUB≠Δ_RATIO，且δ_SUB+Δ_SUB≤δ_RATIO+Δ_RATIO，则选择差分量化；

-若δ_SUB≠δ_RATIO，Δ_SUB≠Δ_RATIO，且δ_SUB+Δ_SUB＞δ_RATIO+Δ_RATIO，则选择比例量化。

作为非限制示例，可以通过下列操作来反馈量化方法指示β：

-若选择差分量化，则反馈β＝0；以及

-若选择比例量化，则反馈β＝1。

需要说明的是，本发明不局限于此，而是可以利用任意其他适当的方法来反馈量化方法指示β。

基站200可以根据接收到的信道质量指示和量化方法指示，重建出信噪比SNR_RECONS和信干噪比SINR_RECONS。

可以利用下列等式重建信噪比SNR_RECONS：

${\mathrm{SNR}}_{RECONS}=Q_i^V(\mathrm{\ρ},B^{SU}),$

其中，B^SU表示用户设备100侧用于量化SNR的比特数，ρ为反馈的单用户模式的信道质量指示值。如果量化方法指示β＝0，则 如果量化方法指示β＝1，则 且ρ＝ρ_RATIO。

作为非限制示例，可以通过下列操作来重建信干噪比SINR_RECCON：

-如果量化方法指示β＝0，则：

${\mathrm{SINR}}_{RECONS}=Q_1^V({\mathrm{\ρ}}_{SUB},B_{diff}^{SNR})-Q_2^V({\mathrm{\η}}_{SUB},B_{diff}^{SUB});$ 以及

-如果量化方法指示β＝1，则：

${\mathrm{SINR}}_{RECONS}=Q_3^V({\mathrm{\ρ}}_{RATIO},B_{rate}^{SNR})\×Q_4^V({\mathrm{\η}}_{RATIO},B_{rate}^{RATIO}).$

作为非限制示例，步骤S220和步骤S320中的SNR量化可以采用均匀线性量化，步骤S350中的SNR量化也可以采用均匀线性量化。

下面将参照图3，描述采用均匀线性量化方法对SNR进行量化的实施例。

一方面，用户设备100采用比例量化的方法对SNR和SINR进行量化，分别得到单用户模式下的信道质量指示ρ_RATIO和多用户模式下的信道质量指示η_RATIO，并计算量化所产生的误差。其中，假设总比特数为B_total，用比特量化SNR的dB值SNR^dB，并用比特量化SINR和SNR线性值之比SNR^dB的量化范围为[SNR_min，SNR_max]，其中SNR_min＝-5dB且SNR_max＝20dB。的量化范围为[RATIO_min，RATIO_max]，其中RATIO_min＝0且RATIO_max＝1。

针对SNR和SINR的比例量化方法可以包括以下步骤：

-用比特对SNR的dB值SNR^dB进行均匀线性量化，得到单用户模式下的信道质量指示ρ_RATIO。

SNR的dB值的均匀线性量化可以表示为：

${\mathrm{\&rho;}}_{RATIO}=\left\{\begin{array}{cc}{B}_{ratio}^{SU},& {\mathrm{SNR}}^{dB}\&GreaterEqual;{\mathrm{SNR}}_{\max }\\ B_3,& \frac{\left({\mathrm{SNR}}_{\max }-{\mathrm{SNR}}_{\min }\right)}{2^{B_{ratio}^{SU}}}\&CenterDot;B_3\&le;{\mathrm{SNR}}^{dB}<\frac{\left({\mathrm{SNR}}_{\max }-{\mathrm{SNR}}_{\min }\right)}{2^{B_{ratio}^{SU}}}\&CenterDot;\left(B_3+1\right)\\ 0,& {\mathrm{SNR}}^{dB}\&le;{\mathrm{SNR}}_{\min }\end{array}\right.,$

其中， $1<B_3<B_{ratio}^{SU}.$

-用比特对SINR和SNR线性值之比进行均匀线性量化，得到多用户模式下的信道质量指示η_RATIO。

SINR和SNR线性值之比的均匀线性量化可以表示为：

${\mathrm{\&eta;}}_{RATIO}=\left\{\begin{array}{cc}{B}_{ratio}^{MU},& \frac{{\mathrm{SINR}}^{linear}}{{\mathrm{SNR}}^{linear}}\&GreaterEqual;{\mathrm{RATIO}}_{max}\\ B_4,& \frac{\left({\mathrm{RATIO}}_{\max }-{\mathrm{RATIO}}_{\min }\right)}{2^{B_{ratio}^{MU}}}\&CenterDot;B_4\&le;\frac{{\mathrm{SINR}}^{linear}}{{\mathrm{SNR}}^{linear}}<\frac{\left({\mathrm{RATIO}}_{\max }-{\mathrm{RATIO}}_{\min }\right)}{2^{B_{ratio}^{MU}}}\&CenterDot;(B_4+1)\\ 0,& \frac{{\mathrm{SINR}}^{linear}}{{\mathrm{SNR}}^{linear}}\&le;{\mathrm{RATIO}}_{\min }\end{array}\right.$

其中， $1<B_4<B_{ratio}^{MU}.$

然后，分别计算SNR和SINR的量化误差δ_RATIO和Δ_RATIO。

SNR的量化误差δ_RATIO可以表示为：

${\mathrm{\&delta;}}_{RATIO}=|{\mathrm{SNR}}^{dB}-\&lsqb;\frac{({\mathrm{SNR}}_{max}-{\mathrm{SNR}}_{min})}{2^{B_{ratio}^{SU}}}\&CenterDot;{\mathrm{\&rho;}}_{RATIO}+{\mathrm{SNR}}_{min}\&rsqb;|,$

SINR与SNR之比的量化误差Δ_RATIO可以表示为：

${\mathrm{\&Delta;}}_{RATIO}=|{\mathrm{SINR}}^{dB}-10{\log }_{10}\&lsqb;\frac{{10}^{\frac{\mathrm{\&zeta;}}{10}}}{2^{B_{ratio}^{MU}}}\&CenterDot;({\mathrm{RATIO}}_{\min }+{\mathrm{\&eta;}}_{RATIO})\&rsqb;|,$

其中， $\mathrm{\&zeta;}=\frac{({\mathrm{SNR}}_{max}-{\mathrm{SNR}}_{\min })}{2^{B_{ratio}^{SU}}}\&CenterDot;{\mathrm{\&rho;}}_{RATIO}+{\mathrm{SNR}}_{min}.$

另一方面，用户设备100采用差分量化的方法对SNR和SINR进行量化，分别得到单用户模式下的信道质量指示ρ_SUB和多用户模式下的信道质量指示η_SUB，并计算量化所产生的误差。其中，假设总比特数为B_total，用比特量化SNR的dB值SNRdB，并用比特量化SNR和SINR之差(SNR-SINR)的dB值(SNR^dB-SINR^dB)。SNR^dB的量化范围为[SNR_min，SNR_max]，其中SNR_min＝-5dB且SNR_max＝20dB。(SNR^dB-SINR^dB)的量化范围为[SUB_min，SUB_max]，其中SUB_min＝-5dB且SUB_max＝SNR^dB。

针对SNR和SINR量化的差分量化方法可以包括以下步骤：

-用比特对SNR的dB值SNR^dB进行均匀线性量化，得到单用户模式下的信道质量指示ρ_SUB。

SNR的dB值的均匀线性量化可以表示为：

${\mathrm{\&rho;}}_{SUB}=\left\{\begin{array}{cc}{B}_{diff}^{SU},& {\mathrm{SNR}}^{dB}\&GreaterEqual;{\mathrm{SNR}}_{\max }\\ B_1,& \frac{\left({\mathrm{SNR}}_{\max }-{\mathrm{SNR}}_{\min }\right)}{2^{B_{diff}^{SU}}}\&CenterDot;B_1\&le;{\mathrm{SNR}}^{dB}<\frac{\left({\mathrm{SNR}}_{\max }-{\mathrm{SNR}}_{\min }\right)}{2^{B_{diff}^{SU}}}\&CenterDot;\left(B_1+1\right)\\ 0,& {\mathrm{SNR}}^{dB}\&le;{\mathrm{SNR}}_{\min }\end{array}\right.,$

其中， $1<B_1<B_{diff}^{SU}.$

-用比特对差(SNR-SINR)的dB值(SNR^dB-SINR^dB)进行均匀线性量化，得到多用户模式下的信道质量指示η_SUB。

(SNR-SINR)的dB值的均匀线性量化可以表示为：

${\mathrm{\&eta;}}_{SUB}=\left\{\begin{array}{cc}{B}_{diff}^{SU},& \left({\mathrm{SNR}}^{dB}-{\mathrm{SINR}}^{dB}\right)\&GreaterEqual;{\mathrm{SNR}}_{\max }\\ B_2,& \frac{\left({\mathrm{SNR}}_{\max }-{\mathrm{SNR}}_{\min }\right)}{2^{B_{diff}^{SU}}}\&CenterDot;B_2\&le;\left({\mathrm{SNR}}^{dB}-{\mathrm{SINR}}^{dB}\right)<\frac{\left({\mathrm{SNR}}_{\max }-{\mathrm{SNR}}_{\min }\right)}{2^{B_{diff}^{SU}}}\&CenterDot;\left(B_2+1\right)\\ 0,& \left({\mathrm{SNR}}^{dB}-{\mathrm{SINR}}^{dB}\right)\&le;{\mathrm{SNR}}_{\min }\end{array}\right.$

其中， $0<B_2<B_{diff}^{MU}.$

然后，分别计算SNR和SINR的量化误差δ_SUB和Δ_SUB。

SNR量化误差δ_SUB可以表示为：

${\mathrm{\&delta;}}_{SUB}=|{\mathrm{SNR}}^{dB}-\&lsqb;\frac{({\mathrm{SNR}}_{max}-{\mathrm{SNR}}_{min})}{2^{B_{diff}^{SU}}}\&CenterDot;{\mathrm{\&rho;}}_{SUB}+{\mathrm{SNR}}_{min}\&rsqb;|,$

SNR与SINR之差的量化误差Δ_SUB可以表示为：

${\mathrm{\&Delta;}}_{SUB}=|{\mathrm{SINR}}^{dB}-(\frac{({\mathrm{SNR}}_{max}-{\mathrm{SNR}}_{min})}{2^{B_{diff}^{MU}}}\&CenterDot;{\mathrm{\&rho;}}_{SUB}+{\mathrm{SNR}}_{min}-\frac{({\mathrm{SUB}}_{max}-{\mathrm{SUB}}_{min})}{2^{B_{diff}^{MU}}}\&CenterDot;{\mathrm{\&eta;}}_{SUB}-{\mathrm{SUB}}_{min})|.$

接下来，用户设备100可以对上述所计算的量化误差进行比较，以在差分量化和比例量化中选择较优的量化方法，并反馈该方法对应的信道质量指示。

作为非限制示例，可以用β作为量化方法指示来标识当前所用的量化方法，并通过1个比特来向基站200反馈β。当然，本发明不局限于此，而是可以利用任意其他适当的方法来向基站200指示所选用的量化方法。

由于上述比例量化和差分量化方法均对SNR进行均匀线性量化，作为非限制示例，较优量化方法的选择可以简化为：

-如果Δ_SUB≤Δ_RATIO，则选择差分量化；以及

-如果Δ_SUB＞Δ_RATIO，则选择比例量化。

作为非限制示例，可以通过下列操作来反馈量化方法指示β：

-如果选择差分量化，则反馈β＝0；以及

-如果选择比例量化，则反馈β＝1。

需要说明的是，本发明不局限于此，而是可以利用任意其他适当的方法来反馈量化方法指示β。

基站200根据接收到的信道质量指示ρ、η以及量化方法指示β，重建出信噪比SNR_RECONS和信干噪比SINR_RECONS。

可以利用下列等式重建信噪比SNR_RECONS：

${\mathrm{SNR}}_{RECONS}=\frac{({\mathrm{SNR}}_{max}-{\mathrm{SNR}}_{min})}{2^{B^{SU}}}\&CenterDot;\mathrm{\&rho;}+{\mathrm{SNR}}_{min},$

其中，B^SU表示用户设备100侧用于量化SNR的比特数，ρ为反馈的单用户模式的信道质量指示值。如果β＝0，则有且ρ＝ρ_SUB；以及如果β＝1，则有且ρ＝ρ_RATIO。

作为非限制示例，可以通过下列操作来重建信干噪比SINR_RECONS：

-如果量化方法指示β＝0，则：

${\mathrm{SINR}}_{RECONS}={\mathrm{SNR}}_{RECONS}-\&lsqb;\frac{({\mathrm{SUB}}_{max}-{\mathrm{SUB}}_{min})}{2^{B_{diff}^{SU}}}\&CenterDot;{\mathrm{\&eta;}}_{SUB}+{\mathrm{SUB}}_{min}\&rsqb;;$ 以及

-如果量化方法指示β＝1，则：

${\mathrm{SINR}}_{RECONS}=10{\log }_{10}\&lsqb;\frac{{10}^{\frac{{\mathrm{SNR}}_{RECONS}}{10}}}{2^{B_{ratio}^{MU}}}\&CenterDot;({\mathrm{RATIO}}_{min}+{\mathrm{\&eta;}}_{RATIO})\&rsqb;.$

图4为能够实现本发明上述的信道质量指示反馈方法200的用户设备UE400的示意方框图。

如图4所示，UE400包括：计算单元410，配置为基于从基站接收的导频信息计算用户设备侧的SNR和SINR；第一量化单元420，配置为利用第一数目的比特对SNR进行第一量化；第二量化单元430，配置为利用第二数目的比特对SINR与SNR之比进行第二量化；第一信道质量指示获得单元440，配置为基于第一量化的结果和第二量化的结果获得第一信道质量指示；以及信道质量指示反馈单元450，配置为向基站反馈所述第一信道质量指示。

如上所述，UE400是利用比例量化方法来对SNR和SINR进行量化，进而向基站反馈比例量化的结果。

图5为能够实现本发明上述的信道质量指示反馈方法300的用户设备UE500的示意方框图。

如图5所示，UE500包括计算单元510、第一量化单元520、第二量化单元530、第一信道质量指示获得单元540、第三量化单元550、第四量化单元560、第二信道质量指示获得单元570、以及信道质量指示反馈单元。其中，计算单元510、第一量化单元520、第二量化单元530和第一信道质量指示获得单元540也是涉及如上所述的比例量化方法，其功能与图4中的计算单元410、第一量化单元420、第二量化单元430以及第一信道质量指示获得单元440相同，因而不对其进行进一步的描述。

第三量化单元550配置为利用第三数目的比特对SNR进行第三量化，第四量化单元560配置为利用第四数目的比特对SNR与SINR之差进行第四量化，第二信道质量指示获得单元570配置为基于第三量化的结果和第四量化的结果获得第二信道质量指示，以及信道质量指示反馈单元580配置为向基站反馈所述第一信道质量指示和所述第二信道质量指示中量化误差较小的一个。实际上，信道质量指示反馈单元580的操作也可以由信道质量指示反馈单元450来执行，同样信道质量指示反馈单元580也可以执行信道质量指示反馈单元450的操作。

备选地，UE500还可以包括第一量化误差计算单元(图中未示出)，配置为分别计算第二量化和第四量化的量化误差；以及第一比较单元(图中未示出)，配置为将第二量化的量化误差与第四量化的量化误差进行比较。如果第二量化的量化误差大于第四量化的量化误差，则所述信道质量指示反馈单元580向基站反馈所述第二信道质量指示；以及如果第二量化的量化误差小于第四量化的量化误差，则所述信道质量指示反馈单元580向基站反馈所述第一信道质量指示。

备选地，UE500还可以包括第二量化误差计算单元(图中未示出)，配置为分别计算第一量化、第二量化、第三量化和第四量化的量化误差；以及第二比较单元(图中未示出)，配置为将第一量化的量化误差和第二量化的量化误差之和与第三量化的量化误差和第四量化的量化误差之和进行比较。如果第一量化的量化误差和第二量化的量化误差之和大于第三量化的量化误差和第四量化的量化误差之和，则所述信道质量指示反馈单元580向基站反馈所述第二信道质量指示；以及如果第一量化的量化误差和第二量化的量化误差之和小于第三量化的量化误差和第四量化的量化误差之和，则所述信道质量指示反馈单元580向基站反馈所述第一信道质量指示。

备选地，述第一数目和第二数目之和等于第三数目和第四数目之和，即均等于总量化比特数B^total。

假设在MU-MIMO系统中，分别采用8比特传统量化反馈、8比特差分量化反馈、8比特比例量化反馈、8比特自适应量化反馈、7比特差分量化反馈、7比特比例量化反馈和7比特自适应量化反馈。其中，8比特传统量化反馈采用4比特量化信噪比，4比特量化信干噪比，即B^total＝8、B^SU＝4且B^MU＝4；8比特差分量化反馈中B^total＝8、B^SU＝6且B^MU＝2，记为差分反馈1；8比特比例量化反馈中B^total＝8、B^SU＝4且B^MU＝4，记为比例反馈1；8比特自适应量化反馈在上述两种8比特反馈方式中切换，记为自适应反馈1。7比特差分量化反馈中B^total＝7、B^SU＝5且B^MU＝2，记为差分反馈2；7比特比例量化反馈中B^total＝7、B^SU＝4且B^MU＝3，记为比例反馈2；7比特自适应量化反馈在上述两种7比特反馈方式中切换，记为自适应反馈2。

通过仿真可以得到如表1所示的信噪比差错性能比较。由表1可知，总比特数为8时，差分反馈1的信噪比平均差错比传统反馈小，比例反馈1的信噪比平均差错与传统反馈相同。自适应反馈1通过在它们之间自适应切换，可以达到比传统反馈更小的信噪比平均差错。在总比特数降低至7时，自适应反馈2仍然能获得比8比特传统反馈更优的性能。由此可见，本实施例所提出的自适应反馈方法在降低反馈开销的同时，获得了更优的反馈精度。

表1不同反馈方法的信噪比平均差错对比

假设在MU-MIMO系统中，分别采用8比特传统反馈、8比特差分反馈1、8比特比例反馈1和8比特自适应反馈1，由此得到图6。图6为8比特传统量化反馈、8比特差分量化反馈、8比特比例量化反馈和8比特自适应量化反馈信干噪比差错性能的对比示意图。如图6所示，在信噪比为-5～4dB时，比例反馈1的信干噪比差错概率比传统反馈和差分反馈1更优；在信噪比为4～20dB时，差分反馈1的信干噪比的差错概率比传统反馈和比例反馈1更优；而由两种自适应切换得到的自适应反馈1的信干噪比的差错概率，在所有信噪比范围内，均为最优的。结合表1可知，在反馈比特总数相同情况下，自适应量化反馈方案在信噪比差错性能以及信干噪比差错性能两方面，均大大优于传统量化反馈方案。

另外，假设在MU-MIMO系统中，分别采用8比特传统反馈、7比特差分反馈2、7比特比例反馈2和7比特自适应反馈2，由此得到图7。图7为8比特传统量化反馈、7比特差分量化反馈、7比特比例量化反馈和7比特自适应量化反馈信干噪比差错性能的对比示意图。如图7所示，在信噪比为-5～2dB时，比例反馈2的信干噪比差错概率比传统反馈和差分反馈2更优；在信噪比为2～20dB时，差分反馈2的信干噪比的差错概率比传统反馈和比例反馈2更优；而由两种自适应切换得到的自适应反馈2的信干噪比的差错概率，在所有信噪比范围内，均为最优的。由此可见，虽然总反馈比特数的减少导致了差错率的提高，但是自适应反馈2的性能仍是最优的。结合表1可知，在自适应反馈的总反馈比特数低于传统量化反馈的情况下，自适应反馈方案在信噪比差错性能以及信干噪比差错性能两方面，仍然优于传统量化反馈方案。

因此，本实施例方法具有反馈开销更小，信噪比差错性能更好，信噪干比差错性能更优，信道质量指示更准确的特点，可以适用于各种移动和无线通信系统，特别是采用MU-MIMO技术和有限反馈技术的无线通信系统。

在以上的描述中，列举了多个实例，虽然发明人尽可能地标示出彼此关联的实例，但这并不意味着这些实例必然按照所描述的方式存在对应关系。只要所选择的实例所给定的条件间不存在矛盾，可以选择并不对应的实例来构成相应的技术方案，这样的技术方案也应视为被包含在本发明的范围内。

至此已经结合优选实施例对本发明进行了描述。应该理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种其它的改变、替换和添加。因此，本发明的范围不局限于上述特定实施例，而应由所附权利要求所限定。

Claims (10)

1.一种信道质量指示反馈方法，包括：

基于从基站接收的导频信息，计算用户设备侧的信噪比SNR和信干噪比SINR；

利用第一数目的比特对SNR进行第一量化；

利用第二数目的比特对SINR与SNR之比进行第二量化；

基于第一量化的结果和第二量化的结果获得第一信道质量指示；以及

向基站反馈所述第一信道质量指示。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

利用第三数目的比特对SNR进行第三量化；

利用第四数目的比特对SNR与SINR之差进行第四量化；

基于第三量化的结果和第四量化的结果获得第二信道质量指示；以及

向基站反馈所述第一信道质量指示和所述第二信道质量指示中量化误差较小的一个。

3.根据权利要求2所述的方法，还包括：

分别计算第二量化和第四量化的量化误差；

将第二量化的量化误差与第四量化的量化误差进行比较；

如果第二量化的量化误差大于第四量化的量化误差，则向基站反馈所述第二信道质量指示；以及

如果第二量化的量化误差小于第四量化的量化误差，则向基站反馈所述第一信道质量指示。

4.根据权利要求2所述的方法，还包括：

分别计算第一量化、第二量化、第三量化和第四量化的量化误差；

将第一量化的量化误差和第二量化的量化误差之和与第三量化的量化误差和第四量化的量化误差之和进行比较；

如果第一量化的量化误差和第二量化的量化误差之和大于第三量化的量化误差和第四量化的量化误差之和，则向基站反馈所述第二信道质量指示；以及

如果第一量化的量化误差和第二量化的量化误差之和小于第三量化的量化误差和第四量化的量化误差之和，则向基站反馈所述第一信道质量指示。

5.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一数目和第二数目之和等于第三数目和第四数目之和。

6.一种用户设备，包括：

计算单元，配置为基于从基站接收的导频信息计算用户设备侧的信噪比SNR和信干噪比SINR；

第一量化单元，配置为利用第一数目的比特对SNR进行第一量化；

第二量化单元，配置为利用第二数目的比特对SINR与SNR之比进行第二量化；

第一信道质量指示获得单元，配置为基于第一量化的结果和第二量化的结果获得第一信道质量指示；以及

信道质量指示反馈单元，配置为向基站反馈所述第一信道质量指示。

7.根据权利要求6所述的用户设备，还包括：

第三量化单元，配置为利用第三数目的比特对SNR进行第三量化；

第四量化单元，配置为利用第四数目的比特对SNR与SINR之差进行第四量化；

第二信道质量指示获得单元，配置为基于第三量化的结果和第四量化的结果获得第二信道质量指示，

其中所述信道质量指示反馈单元配置为向基站反馈所述第一信道质量指示和所述第二信道质量指示中量化误差较小的一个。

8.根据权利要求7所述的用户设备，还包括：

第一量化误差计算单元，配置为分别计算第二量化和第四量化的量化误差；

第一比较单元，配置为将第二量化的量化误差与第四量化的量化误差进行比较，

其中，如果第二量化的量化误差大于第四量化的量化误差，则所述信道质量指示反馈单元向基站反馈所述第二信道质量指示，以及

其中，如果第二量化的量化误差小于第四量化的量化误差，则所述信道质量指示反馈单元向基站反馈所述第一信道质量指示。

9.根据权利要求7所述的用户设备，还包括：

第二量化误差计算单元，配置为分别计算第一量化、第二量化、第三量化和第四量化的量化误差；

第二比较单元，配置为将第一量化的量化误差和第二量化的量化误差之和与第三量化的量化误差和第四量化的量化误差之和进行比较，

其中，如果第一量化的量化误差和第二量化的量化误差之和大于第三量化的量化误差和第四量化的量化误差之和，则所述信道质量指示反馈单元向基站反馈所述第二信道质量指示，以及

其中，如果第一量化的量化误差和第二量化的量化误差之和小于第三量化的量化误差和第四量化的量化误差之和，则所述信道质量指示反馈单元向基站反馈所述第一信道质量指示。

10.根据权利要求7所述的用户设备，其中所述第一数目和第二数目之和等于第三数目和第四数目之和。