一種大規(guī)模天線系統(tǒng)的有限反饋方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)涉及無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種大規(guī)模天線系統(tǒng)的有限反饋方法及 裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] MIMO(Multi-input Multi-output，多輸入多輸出）技術(shù)是近年來(lái)無(wú)線通信領(lǐng)域 的研宄熱點(diǎn)之一，其可以利用發(fā)射端的多個(gè)天線各自獨(dú)立發(fā)送信號(hào)，同時(shí)在接收端利用多 個(gè)天線接收并恢復(fù)原信息。大規(guī)模天線（Massive MIM0)在接收端采用大規(guī)模天線陣列的 MM0技術(shù)，可以充分利用空間自由度提高空分復(fù)用增益。
[0003] 空分復(fù)用增益的實(shí)現(xiàn)有賴于接收端熟知下行信道狀態(tài)信息（ChannelState Information，CSI)。在時(shí)分復(fù)用（TimeDivisionDuplexing，TDD)系統(tǒng)中，信號(hào)的發(fā)射和 接收在相同頻率信道上進(jìn)行，接收端可以利用信道互易性通過對(duì)上行信道狀態(tài)信息進(jìn)行估 計(jì)，近似得到下行信道狀態(tài)信息。而在應(yīng)用范圍更廣的頻分雙工（FrequencyDivision Duplexing，F(xiàn)DD)系統(tǒng)中，信道互易性不再成立，接收端需要通過上行信道反饋信道狀態(tài)信 息，即有限反饋機(jī)制。
[0004] 傳統(tǒng)的MM0有限反饋機(jī)制中，接收端首先利用碼本對(duì)信道狀態(tài)信息進(jìn)行量化，此 碼本為收、發(fā)雙方所共有，然后反饋?zhàn)钇ヅ湫诺罓顟B(tài)信息的碼字在碼本中的序號(hào)。為實(shí)現(xiàn) 完全的MM0系統(tǒng)空分復(fù)用增益，信道量化碼本的大小隨發(fā)射天線數(shù)呈指數(shù)增長(zhǎng)。這既增 加了接收端量化信道時(shí)的碼本搜索復(fù)雜度，又加重了上行鏈路的反饋負(fù)擔(dān)。在大規(guī)模天線 (Massive MIM0)系統(tǒng)中，天線數(shù)量巨大，傳統(tǒng)的MIM0有限反饋機(jī)制必然會(huì)增加碼本搜索復(fù) 雜度和反饋負(fù)擔(dān)。
[0005] 目前，利用壓縮感知（CompressiveSensing，CS)技術(shù)可以對(duì)MassiveMIM0信道 狀態(tài)信息進(jìn)行壓縮。在大規(guī)模天線陣列中，各天線陣元排列緊密，間距一般為半波長(zhǎng)，具有 空間相關(guān)性，壓縮感知正是利用了這種空間相關(guān)性。壓縮感知技術(shù)指出：對(duì)于具有空間相關(guān) 性的信道矩陣，可以尋找一組正交基V，使得信道矩陣在W上是稀疏的。這是壓縮感知得 以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。然后接收端用一個(gè)與W不相關(guān)的觀測(cè)矩陣〇對(duì)信道矩陣進(jìn)行測(cè)量，將高 維度的信道狀態(tài)信息投影到低維空間中，發(fā)射端通過求解一個(gè)優(yōu)化問題，可以從這些少量 的投影中高概率地還原出高維度信道狀態(tài)信息。
[0006] 但是，利用壓縮感知對(duì)高維信道信息進(jìn)行壓縮后，是通過模擬反饋的方式，即在上 行信道上直接向接收端發(fā)送壓縮后的信道狀態(tài)信息。不同于基于量化碼本的有限反饋方 式，模擬反饋要求接收端首先發(fā)送上行探測(cè)參考信號(hào)（Sounding Reference Signal，SRS)， 接收端也要利用SRS對(duì)上行信道狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)，這給接收端和接收端帶來(lái)額外負(fù)擔(dān)。其次， 接收端在接收到反饋回來(lái)的低維信道狀態(tài)信息后，還需要通過求解一個(gè)優(yōu)化問題才能還原 出高維信道信息，增加了處理復(fù)雜度。此外，現(xiàn)有壓縮感知技術(shù)中，雖然可以一定程度上降 低上行鏈路反饋負(fù)擔(dān)，但壓縮比不可能太低。為保證均方誤差在系統(tǒng)可接受的范圍內(nèi)，壓縮 感知的壓縮比一般應(yīng)在10%--30 %范圍內(nèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本申請(qǐng)的目的在于，提供一種大規(guī)模天線系統(tǒng)的有限反饋方法及裝置，以解決上 述技術(shù)的問題，具體方案包括：
[0008] 一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了大規(guī)模天線系統(tǒng)的有限反饋方法，包括：
[0009] 所述接收端在每個(gè)短周期中向所述發(fā)射端反饋利用主成份分析法得到的低維信 道狀態(tài)信息；
[0010] 所述接收端在每個(gè)長(zhǎng)周期中，持續(xù)進(jìn)行信道估計(jì)，并利用主成份分析法獲得降維 矩陣，并向所述發(fā)射端反饋降維矩陣；
[0011] 所述發(fā)射端在每個(gè)長(zhǎng)周期的開始接收到接收端反饋的降維矩陣，將降維矩陣的轉(zhuǎn) 置和低維信道信息相乘，還原出高維狀態(tài)信息；
[0012] 所述發(fā)射端每個(gè)短周期都接收所述接收端反饋的低維信道狀態(tài)信息。
[0013] 優(yōu)選地，所述接收端在每個(gè)短周期中向所述發(fā)射端反饋利用主成份分析法得到的 低維信道狀態(tài)信息包括：
[0014] 短周期操作在每個(gè)長(zhǎng)周期內(nèi)重復(fù)進(jìn)行L次，具體步驟如下：
[0015] 對(duì)下行信道進(jìn)行信道估計(jì)，得到高維信道狀態(tài)信息MOeC1# i = 1，2... L ;
[0016] 利用接收端前一個(gè)長(zhǎng)周期得到的降維矩陣對(duì)高維信道狀態(tài)信息h(i)作降維處 理，得到低維信道狀態(tài)信息e . ，
[0017] 反饋相應(yīng)的碼字序號(hào)給發(fā)送端。
[0018] 優(yōu)選地，所述接收端在每個(gè)長(zhǎng)周期中，持續(xù)進(jìn)行信道估計(jì)，并利用主成份分析法獲 得降維矩陣，并向所述發(fā)射端反饋所述降維矩陣具體包括：
[0019] 在長(zhǎng)周期內(nèi)持續(xù)進(jìn)行信道估計(jì)，得到大量高維信道狀態(tài)信息樣本；
[0020] 對(duì)得到的大量高維信道狀態(tài)信息樣本使用主成份分析法，求出降維矩陣 ，供接收端在下一個(gè)長(zhǎng)周期作降維處理使用，以及發(fā)送端在下一個(gè)長(zhǎng)周期還原高 維信道狀態(tài)信息使用；
[0021] 基于碼本量化降維矩陣；
[0022] 將量化信息反饋給發(fā)送端。
[0023] 優(yōu)選地，所述發(fā)射端在每個(gè)長(zhǎng)周期的開始接收到接收端反饋的降維矩陣，具體包 括：
[0024] 在每個(gè)長(zhǎng)周期的開始接收到來(lái)自接收端（接收端）反饋的降維矩陣& ;
[0025] 對(duì)U '求偽逆，得到用于還原高維信道狀態(tài)信息的恢復(fù)矩陣： G = p冊(cè)xt："；)-訊，在當(dāng)前長(zhǎng)周期使用。
[0026] 優(yōu)選地，所述發(fā)射端在每個(gè)長(zhǎng)周期的開始接收到接收端反饋的降維矩陣，將降維 矩陣的轉(zhuǎn)置和低維信道信息相乘，還原出高維狀態(tài)信息，具體包括：
[0027] 在每個(gè)短周期都接收來(lái)自接收端反饋的低維信道狀態(tài)信息印/ .
[0028] 利用矩陣乘法操作將/+_)'還原成高維信道狀態(tài)信息：
[0029] =xG。
[0030] 優(yōu)選地，主成份分析法主要包括：
[0031] 持續(xù)觀測(cè)L個(gè)短周期（每個(gè)短周期s個(gè)TTI)，得到L*s個(gè)信道向量樣本hn-h ls， h21...h2s...hL1...h Ls;
[0032] 令# = …為嚴(yán)…毛/嚴(yán)…廣e 并求其協(xié)方差矩陣： L J9 C = (H -
[0033] 對(duì)協(xié)方差矩陣C進(jìn)行特征分解：C = UDUh;
[0034] 其中D是將特征值從大到小排列構(gòu)成的對(duì)角陣，U是相應(yīng)的特征向量構(gòu)成的酉矩 陣；
[0035] 選取U中前M列構(gòu)成降維矩陣t/'eev#，U'中的列向量為主特征向量；
[0036] 利用降維矩陣對(duì)高維信道狀態(tài)信息進(jìn)行降維處理：h' =hU'，將h在主特征向量 上進(jìn)行投影，得到//eCw/。
[0037] 另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種大規(guī)模天線系統(tǒng)的有限反饋裝置，基于接收 端和發(fā)射端，所述裝置包括：
[0038] 低維信道狀態(tài)信息獲得模塊，設(shè)置于所述接收端中，用于在每個(gè)短周期中向所述 發(fā)射端反饋利用主成份分析法得到的低維信道狀態(tài)信息；
[0039] 反饋降維矩陣模塊，設(shè)置于所述接收端中，用于在每個(gè)長(zhǎng)周期中，持續(xù)進(jìn)行信道估 計(jì)，并利用主成份分析法獲得降維矩陣，并向所述發(fā)射端反饋降維矩陣；
[0040] 降維矩陣接收模塊，設(shè)置于所述發(fā)射端中，用于在每個(gè)長(zhǎng)周期的開始接收到接收 端反饋的降維矩陣；
[0041] 高維狀態(tài)信息還原模塊，用于將降維矩陣的轉(zhuǎn)置和低維信道信息相乘，還原出高 維狀態(tài)信息；低維信道狀態(tài)信息接收模塊，設(shè)置于所述發(fā)射端中，用于每個(gè)短周期都接收所 述接收端反饋的低維信道狀態(tài)信息。
[0042] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)包括以下優(yōu)點(diǎn)：利用主成份分析法