一種信道狀態(tài)信息自適應(yīng)插值重構(gòu)方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種信道狀態(tài)信息自適應(yīng)插值重構(gòu)方法及裝置，方法：接收機根據(jù)子載波信道狀態(tài)信息之間的相關(guān)性，確定互相關(guān)系數(shù)大于設(shè)定閾值的相鄰子載波數(shù)目N，并計算每次插值的分組數(shù)目Ns，最后分組反饋信道狀態(tài)信息給發(fā)射機；發(fā)射機接收到反饋信息后，首先解析反饋信息，然后利用反饋子載波上的信道狀態(tài)信息插值得到OFDM符號內(nèi)未反饋數(shù)據(jù)子載波上的信道狀態(tài)信息。裝置中：接收機包括信道估計模塊、相干帶寬和相干帶寬內(nèi)子載波數(shù)計算模塊、信道狀態(tài)信息矩陣之間的互相系數(shù)計算模塊、插值分組數(shù)計算模塊、以及信道狀態(tài)信息反饋模塊；發(fā)射機包括信道狀態(tài)信息解析模塊和信道狀態(tài)信息自適應(yīng)插值重構(gòu)模塊。與傳統(tǒng)的成簇法重構(gòu)信道狀態(tài)信息相比，本發(fā)明可以有效降低分組反饋帶來的性能損失。
【專利說明】一種信道狀態(tài)信息自適應(yīng)插值重構(gòu)方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種信道狀態(tài)信息自適應(yīng)插值重構(gòu)方法及裝置，具體是一種分組反饋的波束成形中利用子載波信道狀態(tài)信息之間的相關(guān)性進行信道狀態(tài)信息重構(gòu)的自適應(yīng)插值方法及裝置，屬于無線局域網(wǎng)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]在正交頻分復(fù)用(OrthogonalFrequency Divis1n Multiplexing,OFDM)多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output, MI MO)無線局域網(wǎng)中，為了改善頻率選擇性深衰落對信號的影響，發(fā)射機通常對發(fā)送的數(shù)據(jù)流進行加權(quán)處理，即波束成形，從而改善接收信號質(zhì)量。然而，波束成形算法的設(shè)計與實現(xiàn)通常需要發(fā)射機知道信道狀態(tài)信息(ChannelState Informat1n, CSI)。發(fā)射機獲得的信道狀態(tài)信息是接收機在利用信道估計訓(xùn)練序列估計出信道狀態(tài)信息后，經(jīng)過對估計信道狀態(tài)信息做適當(dāng)處理后反饋給發(fā)射機。發(fā)射機在接收到接收機反饋的信息后，利用反饋信息重構(gòu)信道狀態(tài)信息，進一步對發(fā)送給接收機的數(shù)據(jù)流進行波束成形處理。
[0003]接收機反饋信道狀態(tài)信息的方法可以分為非壓縮反饋或者壓縮反饋。非壓縮反饋是指將接收機估計出的信道狀態(tài)信息直接反饋給發(fā)射機，需要使用相同的量化比特表示每一個CSI值的實部和虛部，致使反饋開銷非常大。壓縮反饋是指通過對估計信道狀態(tài)信息進行適當(dāng)壓縮量化處理后，將處理后的數(shù)據(jù)反饋給發(fā)射機。IEEE 802.11中通常反饋采用基于Givens旋轉(zhuǎn)對估計信道狀態(tài)信息矩陣的奇異值分解(Single Value decomposit1n,SVD)的右奇異矩陣進行旋轉(zhuǎn)變換后的角度量化值，同時進一步采用子載波分組反饋方案，進而顯著降低了反饋開銷。采用分組反饋方案時，發(fā)射機利用反饋數(shù)據(jù)子載波上的信道狀態(tài)信息插值重構(gòu)所有數(shù)據(jù)子載波上的信道狀態(tài)信息。
[0004]常用的信道狀態(tài)信息重構(gòu)方法有:1)成簇法，每個簇內(nèi)所有子載波使用與反饋子載波相同的信道狀態(tài)信息；2)球形插值法，每個分組內(nèi)未反饋子載波上的信道狀態(tài)信息由反饋子載波上的信道狀態(tài)信息通過球形插值得到。對于成簇法，隨著簇內(nèi)子載波數(shù)的增加，簇邊界子載波上的信道狀態(tài)信息與反饋子載波上的信道狀態(tài)信息差異越大，使系統(tǒng)性能惡化。而球形插值法，要將反饋子載波上的右奇異向量的相位旋轉(zhuǎn)參數(shù)與右奇異向量一起反饋，且最優(yōu)的相位參數(shù)要通過搜索得到，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度。這兩種方案都沒有充分利用子載波信道狀態(tài)信息之間的相關(guān)性進行插值重構(gòu)信道狀態(tài)信息。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了減小壓縮反饋方式中子載波分組反饋造成的性能損失，本發(fā)明提供一種信道狀態(tài)信息自適應(yīng)插值重構(gòu)方法及裝置，通過在接收端計算數(shù)據(jù)子載波上信道狀態(tài)信息的相關(guān)性，確定互相關(guān)系數(shù)大于設(shè)定互相關(guān)系數(shù)閾值的相鄰數(shù)據(jù)子載波數(shù)目N和每次插值的子載波分組數(shù)目Ns，發(fā)送端可以利用接收到的反饋信息自適應(yīng)插值重構(gòu)信道狀態(tài)信息。本發(fā)明設(shè)計的自適應(yīng)插值方法可以利用IEEE 802.11現(xiàn)有的媒體訪問控制(MediumAccess ControI,MAC)層MIMO Control字段中的保留字段反饋Ns，充分利用數(shù)據(jù)子載波信道狀態(tài)信息之間的相關(guān)性進行自適應(yīng)插值重構(gòu)信道狀態(tài)信息，可以較大限度地降低分組反饋導(dǎo)致的波束成形的性能損傷。
[0006]技術(shù)方案:一種信道狀態(tài)信息自適應(yīng)插值重構(gòu)方法，包括如下步驟:
[0007]步驟1:接收機利用發(fā)射機發(fā)送的信道狀態(tài)信息估計訓(xùn)練序列進行信道狀態(tài)信息估計，估計出各個數(shù)據(jù)子載波上的信道狀態(tài)信息矩陣Hi, i表示第i個數(shù)據(jù)子載波且i =
I,…，Nsd, Nsd表示每個OFDM符號所包含的數(shù)據(jù)子載波數(shù)。
[0008]步驟2:接收機計算系統(tǒng)的相干帶寬B。，進一步確定相干帶寬內(nèi)包含的子載波數(shù)N。,其計算公式為:

【權(quán)利要求】
1.一種信道狀態(tài)信息自適應(yīng)插值重構(gòu)方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1:接收機利用發(fā)射機發(fā)送的信道狀態(tài)信息估計訓(xùn)練序列進行信道狀態(tài)信息估計，估計出各個數(shù)據(jù)子載波上的信道狀態(tài)信息矩陣Hi, i表示第i個數(shù)據(jù)子載波且i =I,…，Nsd, Nsd表示每個OFDM符號所包含的數(shù)據(jù)子載波數(shù)； 步驟2:接收機計算系統(tǒng)的相干帶寬B。，進一步確定相干帶寬內(nèi)包含的子載波數(shù)N。；步驟3:計算子載波間隔為Ak的信道狀態(tài)信息矩陣互相關(guān)系數(shù)P Λ1?，Ng < Ak < Nc,Ng表示無線局域網(wǎng)標準中規(guī)定的子載波分組反饋方案中一個分組所包含的子載波數(shù)； 步驟4:接收機設(shè)定的互相關(guān)系數(shù)閾值P，P的取值滿足AvcSpSAvg，由步驟3得到P Λ1?P的相鄰子載波數(shù)目# = n\f |PV: -- P}，進而由Ng和N計算每次插值的分組數(shù)目Ns，其中，Ng表示一個分組內(nèi)的子載波數(shù)目； 步驟5:接收機反饋標號為1，的數(shù)據(jù)子載波上的信道狀態(tài)信息； 步驟6:發(fā)射機接收并恢復(fù)得到接收機反饋的信道狀態(tài)信息后，確定反饋信道狀態(tài)信息矩陣的子載波標號和每次插值使用的反饋信道狀態(tài)信息矩陣的子載波標號； 步驟7:利用反饋子載波上的信道狀態(tài)信息矩陣插值得到未反饋子載波上的信道狀態(tài)信息矩陣；從最低標號的數(shù)據(jù)子載波開始，每Ns個分組為一個分段進行插值。
2.如權(quán)利要求1所述的信道狀態(tài)信息自適應(yīng)插值重構(gòu)方法，其特征在于:步驟2中:
其中\(zhòng)表示最大多徑時延擴展，由實際信道情況確定，Af表示子載波的頻率間隔，!_.」表示向下取整。
3.如權(quán)利要求2所述的信道狀態(tài)信息自適應(yīng)插值重構(gòu)方法，其特征在于:載波間隔為Ak的信道狀態(tài)信息矩陣互相關(guān)系數(shù)P Δ1?的計算公式為:
其中，Ng表示無線局域網(wǎng)標準中規(guī)定的子載波分組反饋方案中一個分組所包含的子載波數(shù)，表示第k個子載波上的信道狀態(tài)信息矩陣的第Ri行和第Ti列所對應(yīng)的元素，Nt表示發(fā)送天線數(shù)，Nk表示接收天線數(shù)，(?廣表示取共軛，I.I表示取絕對值。
4.如權(quán)利要求3所述的信道狀態(tài)信息自適應(yīng)插值重構(gòu)方法，其特征在于:
(公式4) 其中，Ng表示一個分組內(nèi)的子載波數(shù)目。
5.如權(quán)利要求4所述的信道狀態(tài)信息自適應(yīng)插值重構(gòu)方法，其特征在于:所述步驟5中，接收機按照無線局域網(wǎng)標準中規(guī)定的反饋方式和反饋格式反饋標號為.1，iVg+l,-,(L7Vj(//iVgJ-l).1Vg+l,7Vj￡/的數(shù)據(jù)子載波上的信道狀態(tài)信息，每次插值的分組數(shù)Ns通過MIMO Control字段中的Reserved子字段進行反饋。
6.如權(quán)利要求5所述的信道狀態(tài)信息自適應(yīng)插值重構(gòu)方法，其特征在于:步驟7中，將數(shù)據(jù)子載波的標號1，…，Nsd映射為0，…，Nsd-1,則插值公式為
其中，Hk表示第k(is *Ng≤k≤(is+Ns) -Ng-1)個數(shù)據(jù)子載波上的信道狀態(tài)信息矩陣，^0</s< [Niil / (Ns-1Vg)J-l )表示第is個插值分段；考慮到Nsd/ (Ns -Ng)不為整數(shù)時，最后一個插值分段的插值公式要做相應(yīng)改變，由于最后一個數(shù)據(jù)子載波上的信道狀態(tài)信息矩陣必須反饋，插值公式為
其中，kQ' s.Ng ^ k ^ Nsd)表不最后一個插值分段內(nèi)的子載波標號，CN/(~<)」]/~]表示最后一分段內(nèi)含有的分組數(shù)，「_1表示In」工取整。
7.一種實現(xiàn)如權(quán)利要求1-6任一項所述的信道狀態(tài)信息自適應(yīng)插值重構(gòu)方法的裝置，包括接收機和發(fā)射機；其特征在于:所述接收機包括信道估計模塊、相干帶寬和相干帶寬內(nèi)子載波數(shù)計算模塊、信道狀態(tài)信息矩陣之間的互相系數(shù)計算模塊、插值分組數(shù)計算模塊、以及信道狀態(tài)信息反饋模塊；所述發(fā)射機包括信道狀態(tài)信息解析模塊和信道狀態(tài)信息自適應(yīng)插值重構(gòu)模塊； 所述信道估計模塊根據(jù)發(fā)射機發(fā)送的信道狀態(tài)信息估計訓(xùn)練序列，估計出各個數(shù)據(jù)子載波上的信道狀態(tài)信息矩陣； 所述相干帶寬和相干帶寬內(nèi)子載波數(shù)計算模塊計算相干帶寬和相干帶寬內(nèi)包含的子載波； 所述信道狀態(tài)信息矩陣之間的互相系數(shù)計算模塊首先按照無線局域網(wǎng)標準可支持的分組大小選定Ng，然后計算間隔為Ak的子載波上信道狀態(tài)信息矩陣之間的互相關(guān)系數(shù)P Ak，Ng ≤ Ak ≤ Nc;所述插值分組數(shù)計算模塊根據(jù)選定的互相關(guān)系數(shù)閾值P得到P Λ1?> P的相鄰子載波數(shù)目?Μ|Ρν、>Ρ.?，并由N和乂計算每次插值的分組數(shù)Ns，P的取值滿足Py <P< P,; 所述信道狀態(tài)信息反饋模塊反饋標號為1，N +1,-4乂/^」-的數(shù)據(jù)子載波上的信道狀態(tài)信息值，并反饋插值分組數(shù)Ns ；所述信道狀態(tài)信息解析模塊發(fā)射機接收并恢復(fù)得到接收機反饋的信道狀態(tài)信息后，確定反饋信道狀態(tài)信息矩陣的子載波標號和每次插值使用的反饋信道狀態(tài)信息矩陣的子載波標號； 所述信道狀態(tài)信息自適應(yīng)插值重構(gòu)模塊計算所有分段內(nèi)未反饋子載波上的信道狀態(tài) 息矩陣。
8.如權(quán)利要求7所述的信道狀態(tài)信息自適應(yīng)插值重構(gòu)裝置，其特征在于:所述相干帶寬和相干帶寬內(nèi)子載波數(shù)計算模塊在信道模型不變的情況下，只在第一次反饋時計算相干帶寬和相干帶寬內(nèi)包含的子載波，以后反饋時可以重復(fù)利用第一次的計算值。
9.如權(quán)利要求7所述的信道狀態(tài)信息自適應(yīng)插值重構(gòu)裝置，其特征在于:所述相干帶寬和相干帶寬內(nèi)子載波數(shù)計算模塊按照(公式I)和(公式2)計算相干帶寬和相干帶寬內(nèi)包含的子載波數(shù)N。； BC=^-(公式 I)
m 、(公式 2) 其中\(zhòng)表示最大多徑時延擴展，由實際信道情況確定，Af表示子載波的頻率間隔，!_.」表示向下取整； 間隔為Ak的子載波上信道狀態(tài)信息矩陣之間的互相關(guān)系數(shù)P Λ1?的計算公式為:
其中，Ng表示無線局域網(wǎng)標準中規(guī)定的子載波分組反饋中子載波分組所包含的子載波數(shù)，H 表示第k個子載波上的信道狀態(tài)信息矩陣的第Ri行和第Ti列所對應(yīng)的元素，Nt表示發(fā)達天線數(shù)，Nk表示接收天線數(shù)，(.廣表示取共軛，I.I表示取絕對值； 每次插值的分組數(shù)Ns的計算公式為: K 義」(公式4) 其中，Ng表示一個分組內(nèi)的子載波數(shù)目。
10.如權(quán)利要求7所述的信道狀態(tài)信息自適應(yīng)插值重構(gòu)裝置，其特征在于:所述信道狀態(tài)信息自適應(yīng)插值重構(gòu)模塊按照(公式5)計算除最后一個分段外的所有分段內(nèi)未反饋子載波上的信道狀態(tài)信息矩陣，按照(公式6)計算最后一個插值分段內(nèi)未反饋子載波上的信道狀態(tài)信息矩陣；
其中，Hk表示第k(is*Ng<k< (is+Ns) -Ng-1)個數(shù)據(jù)子載波上的信道狀態(tài)信息矩陣，K (。^^^^/隊-^^-表不第^個插值分段化/機.?^)不為整數(shù)時,最后一個插值分段的插值公式要做相應(yīng)改變，由于最后一個數(shù)據(jù)子載波上的信道狀態(tài)信息矩陣必須反饋，插值公式為
其中，kQ' s.Ng ^ k ^ Nsd)表不最后一個插值分段內(nèi)的子載波標號，h = 丨(Ns.義)」.Ns，Ns = [Nscl -Ng-Ns-[Arsii /(Ng.1VjJ]/ Ng 表不最后一分段內(nèi)含有的分組數(shù)，表示向上取整。
【文檔編號】H04L1/06GK104184562SQ201410413639
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月20日
【發(fā)明者】黃永明, 李長庚, 李元穩(wěn), 何世文, 王海明, 張軍 申請人:江蘇中興微通信息科技有限公司