Способ и система возвращения информации о состоянии канала

Способ и система возвращения информации о состоянии канала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к системе с многими входами-выходами (MIMO) в области систем связи и, в частности, к способу и системе возвращения информации о состоянии канала (CSI), когда матрица канала имеет низкий ранг.

Уровень техники

В беспроводной связи, если, как передающая сторона, так и принимающая сторона используют множество антенн, большая скорость передачи может быть получена посредством пространственного мультиплексирования. Относительно общего способа пространственного мультиплексирования, улучшенная технология заключается в том, что принимающая сторона возвращает информацию о состоянии канала передающей стороне, и передающая сторона использует некоторые технологии передачи предварительно кодированной информации согласно полученной информации о состоянии канала, тем самым сильно увеличивая эффективность передачи. В способе простого использования производят предварительное кодирование, непосредственно используя характеристические векторные данные канала, которые обычно используются в однопользовательской MIMO. Существуют некоторые другие способы, которые более предпочтительны, но более сложные и используются в основном в многопользовательских MIMO.

Принцип слоя определен на передающей стороне, причем каждый слой может передавать различные символы данных в одном и том же частотном и временном ресурсе, и число слоев равно Рангу матрицы канала. Если полная информация о состоянии канала может быть известной точно на передающей стороне, линейное или нелинейное предварительное кодирование может быть выполнено на данных слоя, использующего полученную CSI, так что отношение сигнал-шум данных, полученных пользователем при достижении принимающей стороны, является максимальным, а межслойная интерференция и межпользовательская интерференция являются минимальными.

Если информация о состоянии канала может быть получена безошибочно, может быть достигнуто оптимальное предварительное кодирование. Однако информация о состоянии канала (CSI) главным образом может быть только получена точно и безошибочно на принимающей стороне, и главным образом CSI может быть только получена передающей стороной через принимающую сторону, которая возвращает CSI на передающую сторону. Важный проблемный вопрос заключается в том, как эффективно квантифицировать информацию CSI. В современных широко распространенных стандартах, объем обратной связи, предоставленный системой для CSI, относительно ограничен, и поскольку величина обратной связи по всей возвращаемой информации о состоянии канала является очень большой, все основные способы использования обратной связи основаны на режимах квантования шифровальной книги.

Основной принцип обратной связи квантования информации о состоянии канала, основанный на шифровальной книге, заключается в том, что если предположить, что ограниченная пропускная способность канала обратной связи составляет В бит/с/Гц, то число доступных кодовых слов составляет N = 2В. Характеристическое векторное пространство матрицы канала, после того как подверглось квантованию, составляет пространство шифровальной книги ℜ = {F₁, F₂···F_N}. Передающая сторона и принимающая сторона совместно хранят или генерируют в реальном времени пространство шифровальной книги (одинаковое на передающей и принимающей стороне). Каждый раз при реализации Н канала, принимающая сторона выбирает из ℜ, согласно определенному правилу, кодовое слово F^C, больше всего соответствующее каналу, и подает порядковый номер i кодового слова обратно на передающую сторону. Передающая сторона обнаруживает предварительно кодированное кодовое слово F^C согласно порядковому номеру и получает информацию о состоянии канала, которая главным образом является характеристической векторной информацией канала.

Как правило, ℜ может быть далее поделен на шифровальные книги, соответствующие множеству Рангов, причем каждый Ранг соответствует множеству кодовых слов для квантификации предварительно кодированной матрицы, составленной из характеристических векторов матрицы канала согласно Рангу. Так как число Рангов канала и число ненулевых характеристических векторов одно и то же, обычно присутствует N столбцов кодовых слов, когда число Рангов равно N. Таким образом, шифровальная книга ℜ может быть поделена на множество шифровальных подкниг согласно Рангу, как показано в Таблице 1.

В случае, когда CSI может быть получена полностью и точно, выполнение предварительного кодирования согласно CSI является наилучшим, и из-за ограничения потерь обратной связи, обратная связь квантования информации состояния канала на основании шифровальной книги обычно адоптируется.

Таблица 1
ℜ
Номера слоев υ (Ранг)
1	2	······	N
ℜ1	ℜ2	······	ℜN
Набор векторов кодовых слов столбца 1	Набор матриц кодовых слов столбца 2		Набор матриц кодовых слов столбца N

При этом, когда Ранг>1, все кодовые слова, которые должны быть сохранены, находятся в форме матрицы, например шифровальная книга в протоколе долговременного развития (LTE) строго принимает этот способ квантования обратной связи, основанный на шифровальной книге, как показано в Таблице 2. В дальнейшем вектор может быть рассмотрен как матрица с одним из измерений, равным 1, в целях согласованности.

Шифровальная книга 4Тх нисходящей линии связи LTE представлена в Таблице 2, и значение предварительно кодированной шифровальной книги в LTE фактически такое же, как и у шифровальной книги кантования информации о состоянии канала.

Таблица 2
Индекс шифровальной книги	un	Общее число слоев υ
			2	3	4
0	u0=[1 -1 -1 -1]T		W0 {14}	W0 {124}	W0 {1234}
1	u1=[1 -j 1 j]T		W1 {12}	W1 {123}	W1 {1234}
2	u2=[1 1 -1 1]T		W3 {12}	W2 {123}	W2 {3214}
3	u3=[1 j 1 -j]T		W3 {12}	W3 {123}	W3 {3214}
4	u 4 = [ 1     ( − 1 − j ) / 2     − j     ( 1 − j ) / 2 ] T		W4 {14}	W4 {124}	W{1234}
5	u 5 = [ 1     ( 1 − j ) / 2      j      ( − 1 − j ) / 2 ] T		W5 {14}	W5 {124}	W5 {1234}
6	u 6 = [ 1     ( 1 + j ) / 2     − j      ( − 1 + j ) / 2 ] T		W6 {13}	W6 {134}	W6 {1324}
7	u 7 = [ 1     ( − 1 + j ) / 2     − j     ( 1 + j ) / 2 ] T		W7 {13}	W7 {134}	W7 {1324}

8	u8=[1 -1 1 1]T		W8 {12}	W8 {124}	W8 {1234}
9	u9=[1 -j -1 -j]T		W9 {14}	W9 {134}	W9 {1234}
10	u10=[1 1 1 -1]T		W10 {13}	W10 {123}	W10 {1324}
11	u11=[1 j -1 j]T		W11 {13}	W11 {134}	W11 {1324}
12	u12=[1 -1 -1 1]T		W12 {12}	W12 {123}	W12 {1234}
13	u13=[1 -1 1 -1]T		W13 {13}	W13 {123}	W13 {1324}
14	u14=[1 1 -1 -1]T		W14 {13}	W14 {123}	W14 {3214}
15	u15=[1 1 1 1]T		W15 {12}	W15 {123}	W15 {1234}

Где , I является единичной матрицей, W_k ^(j) представляет j-й столбец векторов матрицы представляет матрицу, составленную из j₁-го, J₂-го, …, j_n столбцов матрицы W_k.

С развитием технологий связи стандарт продвинутого долговременного развития (LTE-Advance) имеет более высокие требования эффективности использования спектра, так что число антенн также увеличивается до 8. Для этого требуется спроектировать шифровальную книгу 8Тх для исполнения обратной связи квантования информации о состоянии сигнала. Основная форма применения 8 антенн - это антенны с двойной поляризацией, так что необходимо проектирование шифровальной книги для каналов с двойной поляризацией, и обратная связь квантования информации о состоянии канала выполняется с использованием этой шифровальной книги.

Когда CSI может быть получен полностью и точно, эффективность предварительного кодирования является наилучшей. Из-за ограничения потерь обратной связи (пропускная способность канала используется для обратной связи) может использоваться только обратная связь CSI на основании шифровальной книги и предварительное кодирование символов передаваемых данных. В практической системе MIMO проектирование шифровальной книги очень важно, и одной из важных целей проектирования шифровальной книги является обеспечение минимальной ошибки квантования, и шифровальная книга легко реализуема, потери приемлемы и величина памяти мала.

Кроме того, с учетом некоторых специфичных случаев применения, проектирование шифровальной книги должно также иметь следующие характеристики.

1. Постоянная характеристика модели: считается, что во время проектирования шифровальной книги вектор-строка каждого предварительно кодированного кодового слова в шифровальной книге имеет постоянную характеристику модели, так что мощность, распределенная на каждую антенну после предварительного кодирования, является равной, таким образом избегают увеличения коэффициента отношения пиковой мощности к средней мощности (PAPR), и усиление мощности между различными усилителями (РА) мощности является сбалансированным. Поэтому основным требованием к постоянной характеристике модели является то, что каждая строка предварительно кодированной матрицы имеет такое же значение модели, и когда Ранг=1, постоянная характеристика модели требует того, что значения моделей различных элементов являются равными.

2. Ортогональная характеристика: после применения разложения по сингулярным числам матрицы (SVD) к матрице канала, каждый полученный правильный характеристический вектор должен быть ортогональным. Шифровальная книга проектирована таким образом, чтобы совпадать с правильным направлением характеристического вектора матрицы канала, так что спроектированное кодовое слово также должно соответствовать этой характеристике. В предварительно кодированном кодовом слове, где Ранг>1, каждый столбец векторов должен быть ортогональным. Ортогональная характеристика является важным принципом, и не имеет значения, как спроектирована шифровальная книга, характеристика должна подходить для обеспечения точности квантования шифровальной книги.

3. Характеристика 8PSK: принимая во внимание сложность достижения обработки предварительного кодирования на передающей и принимающей сторонах, существует необходимость определить, что значение каждого элемента должно быть выбрано из точек, соответствующих восьмеричной фазовой модуляции (PSK), которая называется характеристикой 8PSK. Шифровальная книга определена, чтобы содержать характеристику 8PSK, то есть перед применением процесса нормализации к шифровальной книге, значение каждого элемента должно быть выбрано из набора символов

8PSK.

Шифровальная книга LTE 4Тх может лучше соответствовать этим правилам.

Существующая шифровальная книга, используемая для обратной связи квантования информации о состоянии канала, главным образом рассматривает канал, применяемый униполярной антенной передающей стороны, при этом каналы отличаются в значимости в этой конфигурации антенн, и используются кодовые слова, подходящие для высокорелевантного канала, и характеристики независимого канала.

Одним из направлений данного проектирования шифровальной книги является то, что полностью независимый иррелевантный канал рассматривается для некоторых кодовых слов, то есть каждый элемент в канале (канал между каждой парой передающих и принимающих антенн представлен как элемент канала в матрице канала) является независимо иррелевантным (независимый с идентичным распределением), в случае чего метод для проектирования кодового слова иррелевантного канала в шифровальной книге, где Ранг является υ, представляет следующее:

нахождение множества матриц υ столбцов (вырождение в вектор при υ=1), так что эти множественные матрицы (то есть подпространства) равномерно распределены в общем пространстве, где основным средством является использование способа грассманового линейного сжатия или сжатия подпространства для нахождения множественных матриц кодовых слов, равномерно распределенных в общем пространстве.

Другим направлением является рассмотрение окружения антенной решетки с одинарной поляризацией с меньшей площадью антенны. Каналы являются высокорелевантными, и в этот момент каналы не являются независимо иррелевантными, характеристический вектор представляет фиксированную модель, например, когда присутствует 8 антенн, характеристический вектор сильнорелевантного канала антенны с одинарной поляризацией составляет [1 e^jθ e^j2θ e^j3θ···e^j7θ], где θ показывает различные значения фазы. Такая модель имеет такую же модель с вектор-столбцом матрицы дискретного преобразования Фурье (DFT), поэтому столбцы матрицы DFT выбраны как кодовые слова релевантного канала.

Существующее устройство обратной связи и представление проектирования шифровальной книги применены к различным широко распространенным стандартам, например 3GPP и LTE принимают такое устройство и способ.

Однако существующее проектирование шифровальной книги для обратной связи квантификации информации о состоянии канала главным образом имеет отношение к релевантным и иррелевантным статусам канала антенны с одинарной поляризацией. Когда имеется 8 антенн, антенны с двойной поляризацией имеют более широкие перспективы применения в практическом применении, обусловленные пространством антенны, особенно когда число антенн больше или равно 4, так что антенны с двойной поляризацией постепенно стали основным применением. Тем не менее, некоторые характеристики, представленные антеннами с двойной поляризацией, обычно являются очень сложными, например релевантный канал с двойной поляризацией только представляет высокую значимость в том же направлении поляризации, но не имеет высокой значимости между поляризованными направлениями, хотя иррелевантный канал с двойной поляризацией показывает независимый характер в том же направлении поляризации, но взаимоотношение, показанное между поляризованными направлениями, не является независимыми. Поэтому в известном уровне техники способ проектирования шифровальной книги релевантных каналов и иррелевантных каналов в случае антенны с одинарной поляризацией не может четко соответствовать характеристикам канала в канале антенн с двойной поляризацией, и его выполнение в канале с двойной поляризацией является очень плохим.

В настоящее время все существующие технологии проектирования шифровальной книги рассматривают антенны с одинарной поляризацией, и отсутствует хороший способ возвращения информации о состоянии канала каналов с двойной поляризацией.

Краткое изложение изобретения

Настоящее изобретение обеспечивает способ и систему возвращения информации о состоянии канала для решения проблемы, заключающейся в том, что отсутствует способ возвращения информации о состоянии каналов с двойной поляризацией.

Для того чтобы решить вышеописанную техническую проблему, настоящее изобретение обеспечивает способ возвращения информации о состоянии канала, предусматривающий следующие стадии:

конфигурирование такого же пространства шифровальной книги на стороне передачи данных и стороне приема данных;

выбор стороной приема данных из пространства шифровальной книги кодового слова, соответствующего каналу, и передача порядкового номера, соответствующего кодовому слову, стороне передачи данных; и

извлечение стороной передачи данных, согласно порядковому номеру, соответствующего кодового слова из локально сконфигурированного пространства шифровальной книги для того, чтобы получить информацию о состоянии канала.

Стадия конфигурирования одинакового пространства шифровальной книги на стороне передачи данных и на стороне приема данных предусматривает:

выбор κ матриц M₁…M_κ и κ матриц V₁…V_κ, где размерность М₁…M_κ составляех 4×I, размерность V₁…V_κ составляет 4×J, I+J=r, r - Ранг канала, I и J ненулевые целые числа, I=J, когда r - четное число и I=J+1 или I=J-1, когда r - нечетное число;

составление кодового слова в пространстве шифровальной книги с использованием модели

[ M 1 O 4 × I     O 4 × J V 1 ] , [ M K O 4 × I     O 4 × J V K ] ⋯ [ M K O 4 × I     O 4 × J V K ] или [ M 1 M 1     V 1 − V 1 ] , [ M 2 M 2     V 2 − V 2 ] … [ M κ M κ     V κ − V κ ] .

О обозначает нулевую матрицу.

Матрицы M₁…M_κ и матрицы V₁…V_κ являются ортогональными матрицами.

Матрицы М₁…M_κ и матрицы V₁…V_κ соответствуют характеристике 8PSK, то есть все элементы в представленных выше матрицах являются элементами в наборе символов 8PSK;

любой столбец в любой матрице в матрицах М₁…M_κ извлекают из того же кодового слова или других кодовых слов в предварительно кодированной шифровальной книге LTE Ранга 4;

любой столбец в любой матрице в матрицах V₁…V_κ извлекают из того же кодового слова или других кодовых слов в предварительно кодированной шифровальной книге LTE Ранга 4.

Так как предварительно кодированная шифровальная книга LTE Ранга 4 имеет 4 строки, М₁…M_κ и V₁…V_κ все являются матрицами из четырех строк.

M_n имеет взаимоотношение вложения с V_n, то есть часть столбцов в M_n составляет V_n или часть столбцов в V_n составляет M_n, где M_n - любая матрица среди матриц М₁…M_κ, и V_n - любая матрица среди матриц V₁…V_κ.

M_n вкладывают в кодовое слово в предварительно кодированной шифровальной книге LTE Ранга 4, и V_n вкладывают в другое такое же или отличное кодовое слово в предварительно кодированной шифровальной книге LTE

Ранга 4, где M_n - любая матрица среди матриц М₁…M_κ и V_n - любая матрица среди матриц V₁…V_κ.

Стадия составления кодового слова в пространстве шифровальной книги предусматривает:

выполнение одного или более преобразований среди перестановки столбцов, перестановки строк и умножения на постоянный коэффициент на моделях

[ M 1 O 4 × I     O 4 × J V 1 ] , [ M 2 O 4 × I     O 4 × J V 2 ] ⋯ ⋯ [ M K O 4 × I     O 4 × J V K ]

или

[ M 1 M 1     V 1 − V 1 ] , [ M 2 M 2     V 2 − V 2 ] … … [ M κ M κ     V κ − V κ ]

для того, чтобы получить преобразованные модели из моделей

[ M 1 O 4 × I     O 4 × J V 1 ] , [ M 2 O 4 × I     O 4 × J V 2 ] ⋯ ⋯ [ M K O 4 × I     O 4 × J V K ]

или

[ M 1 M 1     V 1 − V 1 ] , [ M 2 M 2     V 2 − V 2 ] … … [ M κ M κ     V κ − V κ ] ,

и составление кодового слова с использованием преобразованных моделей

[ M 1 O 4 × I     O 4 × J V 1 ] , [ M 2 O 4 × I     O 4 × J V 2 ] ⋯ ⋯ [ M K O 4 × I     O 4 × J V K ]

или

[ M 1 M 1     V 1 − V 1 ] , [ M 2 M 2     V 2 − V 2 ] … … [ M κ M κ     V κ − V κ ] .

Когда Ранг канала равен 1, стадия конфигурирования одинакового пространства шифровальной книги на стороне передачи данных и на стороне приема данных предусматривает:

выбор κ М-мерных векторов w₁…w_κ, где κ - число части или всех кодовых слов, которые должны быть генерированы в шифровальной книге, и М - половина числа передающих антенн; и

составление кодового слова в пространстве шифровальной книги с использованием модели и/или , где n=1, 2, …, κ.

М-мерные векторы представляют собой любые векторы, извлеченные из предварительно кодированной шифровальной книги LTE Ранга 4.

М-мерные векторы w₁…w_κ представляют собой любые векторы, извлеченные из предварительно кодированной шифровальной книги LTE Ранга 1.

Чтобы решить вышеуказанную техническую проблему, настоящее изобретение далее обеспечивает систему возвращения информации о состоянии канала, содержащую сторону передачи данных и сторону приема данных;

сторона передачи данных сконфигурирована, чтобы конфигурировать такое же пространство шифровальной книги, как и на стороне приема данных, получать порядковый номер кодового слова, переданного стороной приема данных, и извлекать согласно порядковому номеру соответствующее кодовое слово из локально конфигурированного пространства шифровальной книги, чтобы получить информацию о состоянии канала;

сторона приема сконфигурирована так, чтобы конфигурировать такое же пространство шифровальной книги, как и на стороне передачи данных, выбирать из пространства шифровальной книги кодовое слово, соответствующее каналу, и передавать порядковый номер, соответствующий кодовому слову, на сторону передачи данных.

Сторона передачи данных сконфигурирована так, чтобы конфигурировать такое же пространство шифровальной книги, как и на стороне приема данных, следующим образом:

выбор κ матриц M₁…M_κ и κ матриц V₁…V_κ, где размерность M₁…M_κ составляет 4×I, размерность V₁…V_κ составляет 4×J, I+J=r, r - Ранг канала, I=J, когда r - четное число, и I=J+1 или I=J-1, когда r - нечетное число, и составление кодового слова в пространстве шифровальной книги с использованием моделей

, [ M 2 O 4 × I     O 4 × J V 2 ] ⋯ ⋯ [ M K O 4 × I     O 4 × J V K ]

или

, [ M 2 M 2     V 2 − V 2 ] … … [ M κ M κ     V κ − V κ ] ;

или когда Ранг канала равен 1, выбор κ М-мерных векторов w₁…w_κ, где κ - число части или всех кодовых слов, которые должны быть генерированы в шифровальной книге, и М является половиной числа передающих антенн, и составление кодового слова в пространстве шифровальной книги с использованием модели и/или , где n=1, 2, …, κ.

Сторона приема данных сконфигурирована так, чтобы конфигурировать такое же пространство шифровальной книги, как и на стороне передачи данных следующим образом:

выбор κ матриц М₁…М_κ и κ матриц V₁…V_κ, где размерность М₁…М_κ составляет 4×I, размерность V₁…V_κ составляет 4×J, I+J=r, r - Ранг канала, I=J, когда r - четное число, и I=J+1 или I=J-1, когда r - нечетное число, и составление кодового слова в пространстве шифровальной книги с использованием моделей

, [ M 2 O 4 × I     O 4 × J V 2 ] ⋯ ⋯ [ M K O 4 × I     O 4 × J V K ]

или

, [ M 2 M 2     V 2 − V 2 ] … … [ M κ M κ     V κ − V κ ] ;

или когда Ранг канала равен 1, выбор κ М-мерных векторов w₁…w_κ, где κ число части или всех кодовых слов, которые должны быть генерированы в шифровальной книге, и М является половиной числа передающих антенн, и составление кодового слова в пространстве шифровальной книги с использованием модели и/или , где n=1, 2, …, κ.

В способе и системе возвращения информации о состоянии канала, предусмотренных данным изобретением, одинаковое пространство шифровальной книги конфигурируется на стороне передачи данных и на стороне приема данных, сторона приема данных выбирает из пространства шифровальной книги кодовое слово, соответствующее каналу, и передает порядковый номер, соответствующий кодовому слову, на сторону передачи данных, и сторона передачи данных извлекает, согласно порядковому номеру, соответствующее кодовое слово из локально конфигурированного пространства шифровальной книги для того, чтобы получить информацию канала, и во время конфигурирования пространства шифровальной книги выбираются κ матриц M₁…M_κ и κ матриц V₁…V_κ, где размерность M₁…M_κ составляет 4×I, размерность V₁…V_κ, составляет 4×J, I+J=r, r - Ранг канала, I и J - ненулевые целые числа, I=J, когда r - четное число при этом I=J+1 или I=J-1, когда r - нечетное число, и кодовое слово в пространстве шифровальной книги составлено с использованием моделей

, [ M 2 O 4 × I