用于压缩和/或解压缩信道状态信息的设备和方法技术

本发明专利技术涉及生成压缩信道状态信息，以及从所述压缩信道状态信息中恢复信道状态信息。一种用于压缩信道状态信息(channel state information，CSI)的计算设备，其中，所述CSI表示具有空间维度和频率维度的信道传递函数H(101)，所述计算设备包括变换单元(111)，用于后续以任意顺序对所述信道传递函数H(101)进行空间变换(104、109)和频率到时间变换(106、107)以获得变换后信道传递函数HT(110)，以及压缩单元(112、114)，用于选择所述变换后信道传递函数HT(110)的值并基于选定值生成压缩信道状态信息(CCSI)(115)。

Devices and methods for compressing and / or decompressing channel state information

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于压缩和/或解压缩信道状态信息的设备和方法
本专利技术涉及在通信系统中(例如在无线通信中)生成压缩信道状态信息并从所述压缩信道状态信息中恢复信道状态信息。
技术介绍
图13中示出了这种通信系统的示例。图中示出了移动电信系统的一个部分的示意表示。当前，移动电信正飞速发展，以满足不断增长的数据流量的需求。尤其是MIMO(多输入多输出)和大规模MIMO(相对于MIMO，增加了基站天线的数量)，由于能够同时为多用户提供高数据容量和扩展的小区覆盖，成为当前该方向的热点话题，同时相对于传统系统，需要较低的发射功率。在所描绘的示例中，示出了基站1301，例如长期演进网络(LTE)的演进型基站(eNodeB)，包括N个天线。用户设备(UE)，例如手机1302，与所述基站1301通信。为了定义波束成形传输配置(F个可用子带中的每一个子带中的N个天线中的每个天线的发射功率和相位偏移)最适合用于通信，所述eNodeB1301向所述UE1302发送一系列导频信号1303。所述UE1302从接收到的导频信号1303估计信道状态信息(CSI)。该CSI可以例如表示信道传递函数，该信道传递函数以NxF大小的信道矩阵H的形式给出，每个元素hn,f通过子带f(0≤f≤F–1)中的天线n(0≤n≤N–1)表示信号路径的传递函数的幅度和相位。然后，所述CSI通过信道状态报告(CSI报告)1304传输回所述eNodeB1301。基于所述信道状态报告，所述eNodeB1301选择用于与用户设备进行通信的传输配置。由于信道条件不同，需要周期性地估计CSI并将其作为信道状态报告进行传输。但是，重复地传输信道状态报告会降低信道容量，即，基站和用户设备之间双向通信可用的无线资源、频谱和时隙。传输比特中不用于通信但用于信道状态报告的部分通常称为信道状态报告的开销。因此，为了解决反馈信道容量的限制，需要将CSI压缩后在信道状态报告中发送给基站，从而减少信道状态报告的开销。压缩所述CSI意味着减小所述CSI的数字表示的大小，即，传输CSI所需的比特数。CSI的准确性与开销的减少之间存在着一种权衡关系。为了利用这种技术的功能，CSI的准确性对于MIMO和大规模MIMO系统特别重要。对于频分双工(FDD)，这尤其重要，因为下行信道(DL)(从eNodeB到UE)和上行信道(UL)(从UE到eNodeB)之间缺乏信道互易性。时分双工(TDD)的场景与此相反，可以利用这种互易性。在FDD的当前标准中，CSI使用预编码矩阵指示(PMI)以量化的形式从用户设备(UE)发送给eNodeB，以便从码本中选择预定义的预编码器。如果码本中选项的数量增加以提供更精细的分辨率，则会出现准确预编码器选择和CSI报告开销之间的权衡。在《2013年第19届欧洲无线会议(EW)论文集》中2013年4月第1页至6页，由T.Wild，C.Hoek，G.Herzog，J.Koppenborg著作的《利用稀疏性的多天线OFDM信道反馈压缩》，作者提出了基于无线信道稀疏性的CSI压缩机制。从本质上讲，由于无线信道在时域上的多径特性，当信号到达接收器时，它可能以多个副本到达，每个副本具有与簇方向相关联的一定的特征延迟。这里，压缩原理在于从频域到时域的傅里叶逆变换后从最显著的抽头延迟分量中提取相关信息，从而利用频率相关性，并假设共址天线中的稀疏特性相似。Dennishui和LeonidKrasny提出的美国专利号8213368B2名称为“基于二阶信道统计的信道反馈自适应压缩”在频率到时间傅里叶变换中使用相同的原则。然而，主要的贡献是基于统计的参数选择，即，通过空间变换使用统计分析的延迟抽头量化配置。在《IEEE汽车技术论文集》2014年9月第63卷，第7期，第3263至3275页，Y.P.Zhang、P.Wang、S.Feng、P.Zhang和S.Tong著作的《下行MIMO-OFDM系统高效信道状态信息压缩与反馈研究》，作者介绍了一种适用于时域上慢变化信道的方案，使得在这些场景中联合利用频率和时间相关性成为可能。时域相关性的利用是通过仅对慢变化信道在时域上的差分变化进行压缩实现的，否则只能利用频率相关性。在2014年12月第364至369页的2014IEEE全球通信会议期刊(GCWkshps)，Y.Han、W.Shin和J.Lee著作的《FDD大规模MIMO系统中基于投影的反馈压缩》中，作者基于短时尺度历史信道知识提出一种基于时空相关性的联合压缩方法。具体而言，在本提案中，通过使用卡胡南-洛维变换(KLT)矩阵将信道向量(对应于上述信道矩阵H的行，用于固定频率范围)投影到缩减维度空间来利用空间相关性。该变换的实现是从空间相关矩阵的主导特征方向获得的。基于KLT的这些类方案的潜在缺点可能是，此类方法依赖于长期信道统计数据，这些统计数据需要传输并在发射器和接收器处可用，以便进行适当的计算。在2016年IEEE第17届无线通信信号处理进步国际研讨会期刊(SPAWC)2016年7月第1至6页，由M.Alodeh、S.Chatzinotas和B.Ottersten著作的“相关多用户MISO信道中的CSI联合压缩和反馈”中，通过KLT利用相同压缩原理来降低信道方向信息的维度。本文的主要贡献在于提供了一个自适应量化方案，以实现CSI准确性和开销之间的良好平衡，同时实现低性能损失。在2015年IEEE国际通信大会(ICC)上，《FD-MIMO空间信道反馈的简化》2015年6月第3873至3878页，E.Onggosanusi、Y.Li、M.S.Rahman、Y.H.Nam、J.Zhang、J.Y.Seol和T.Kim通过利用空间相关性来描述信道。所述技术为二维(2D)MIMO天线阵列提供简化的空间信道矩阵，即，排列在行和列中并具有一个或多个极化方向的天线元件的矩形阵列(见图6b)。作者利用了信号可以通过若干离开角聚类到达接收器终端，并伴有相关角度扩展的事实。这些聚类特性使得通过一些简化的子空间来描述信道矩阵成为可能，这些子空间的系数可以被量化并传输回eNodeB以用于预编码器计算。上述压缩提议在当前3GPP标准中均未使用。在FDD中，当eNodeB从其发射器天线向用户设备(UE)发送一组CSI参考信号时，启动CSI闭环反馈过程。从UE中的接收信号计算一组传输参数并在CSI报告中发送。该报告由预编码矩阵指示(PMI)、信道质量指示(CQI)和秩指示(RI)组成。特别地，PMI用于向eNodeB指示与理想信道特征向量最接近的最方便的预编码器权重集合，以便从码本中包含的预编码器矩阵的量化集合中选择。为了提高码本预编码的准确性，需要增加码本中可供选择的预编码器的数量，最终需要更多的比特用于PMI，从而增加报告开销。此外，由于在元素之间具有恒定幅度和相位斜率的固定结构，当前3GPP标准码本提供的选择集也有限。此外，用于CSI端口正交导频分配的资源是有限的，以便优先数据传输的可用无线资源。考虑到上述问题，科研界认为难以寻求用于16Tx、32Tx、64TxFDD系统及其他的替代信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于压缩信道状态信息(CSI)的计算设备(100)，其特征在于，所述CSI表示具有空间维度(n)和频率维度(f)的信道传递函数H(101、201、301、401、501)，所述计算设备包括：/n变换单元(111、200、300)，用于后续以任意顺序对所述信道传递函数H(101、201、301、401、501)进行空间变换(104、109、202、304、402、504)和频率到时间变换(106、107、204、302、404、502)以获得变换后信道传递函数HT(110、205、305、405、505)；/n压缩单元(112、114)，用于选择所述变换后信道传递函数HT(110、205、305、405、505)的值h

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于压缩信道状态信息(CSI)的计算设备(100)，其特征在于，所述CSI表示具有空间维度(n)和频率维度(f)的信道传递函数H(101、201、301、401、501)，所述计算设备包括：
变换单元(111、200、300)，用于后续以任意顺序对所述信道传递函数H(101、201、301、401、501)进行空间变换(104、109、202、304、402、504)和频率到时间变换(106、107、204、302、404、502)以获得变换后信道传递函数HT(110、205、305、405、505)；
压缩单元(112、114)，用于选择所述变换后信道传递函数HT(110、205、305、405、505)的值hτ,k(406-409、506-509)，并根据所述选定值hτ,k生成压缩信道状态信息(CCSI)。


2.根据权利要求1所述的计算设备(100)，其特征在于，所述信道传递函数H(101、201、301)涉及天线的数量N和频率范围的数量F，并且以矩阵形式给出，其中，



其中，如果所述变换单元(111、200)用于在所述频率到时间变换(106、204)之前进行所述空间变换(104、202)，则所述变换单元(111、200)用于对矩阵H(101、201)的每一行进行所述空间变换(104、202)，并对由空间变换(104、202)产生的矩阵(105、203)的每一列进行所述频率到时间变换(106、204)；或
如果所述变换单元(111、300)用于在所述空间变换(109、304)之前进行所述频率到时间变换(107、302)，则所述变换单元(111、300)用于对矩阵H(101、301)的每一列进行所述频率到时间变换(107、302)，并对由所述频率到时间变换(107、302)产生的矩阵(108、303)的每一行进行所述空间变换(109、304)。


3.根据权利要求1或2所述的计算设备(100)，其特征在于，所述压缩单元(112、114)包括：
选择单元(112)，用于从所述变换后信道传递函数HT(110、405、505)中选择具有最大幅度A的预定数量L个值hτ,k或超过预定幅度A的所有值hτ,k；
报告生成单元(114)，用于基于所述变换后信道传递函数HT(110、405、505)的所述选定值(406-409、506-509)生成信道状态报告。


4.根据权利要求3所述的计算设备(100)，其特征在于，
所述报告生成单元(114)还用于以一种方式生成所述信道状态报告，使得对于所述变换后信道传递函数HT(110、405、505)的每个选定值(406-409、506-509)，所述信道状态报告包括所述选定值在所述变换后信道传递函数HT(110、405、505)中的位置(τ，k)；和/或
所述报告生成单元(114)还用于以一种方式生成所述信道状态报告，使得对于所述变换后信道传递函数HT(110、405、505)的每个选定值(406-409、506-509)，所述信道状态报告包括三元组，所述三元组包括所述选定值的幅度和相位，以及指示所述选定值在所述变换后信道传递函数HT(110、405、505)中的位置(τ，k)的索引；和/或
所述报告生成单元(114)还用于针对具有最大幅度(A)的所述选定值，对所述选定值(406-409、506-509)的所述幅度(A)进行归一化；和/或
所述报告生成单元(114)还用于对所述选定值(406-409、506-509)的幅度和/或相位进行量化。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的计算设备(100)，其特征在于，
如果所述信道传递函数H(101)是具有N个天线(610)的一行(601)天线和所述天线的一个极化方向的函数，则所述变换单元(111)用于将所述空间变换(104、109)作为一维空间变换来进行；或
如果所述信道传递函数H(101)是多行天线(602)和/或所述天线的多个极化方向的函数，每一行和/或每一极化方向具有若干天线(620)，则所述变换单元(100)用于针对每一频率范围(f)进行如下步骤：
根据行数和极化方向数量，将包括与所述相应频率范围(f)相关的信道传递函数H(101)的所有元素(hf,n)的线性阵列重整型为多维阵列；
将所述空间变换(104、109)作为多维空间变换来进行；
将所述空间变换(104、109)的结果重新排列为线性阵列。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的计算设备(100)，其特征在于，
-所述空间变换(104、109、202、304、402、504)包括离散傅里叶变换(DFT)、快速傅里叶变换(FFT)或主成分分析(PCA)相关变换；和/或
-所述频率到时间变换(106、107、204、302、404、502)包括离散傅里叶逆变换或快速傅里叶逆变换。


7.一种用于从压缩信道状态信息(CCSI)(801)中恢复信道状态信息(CSI)的恢复设备(800)，其特征在于，所述CSI表示具有空间维度(n)和频率维度(f)的信道传递函数H，所述设备包括：
解压缩单元(802)，用于对所述CCSI(801)进行解压缩，以获得恢复的变换后信道传递函数HTR(...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗拉基米尔·亚历山大罗维奇·莱什赫夫，路易斯·阿尔韦托·苏亚雷斯·里韦拉，尼基塔·安德列维奇·里阿博夫，亚历山大·伊万诺维奇·舍斯托比托夫，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44