CN103297180A

CN103297180A - 信息反馈装置以及信息反馈方法

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Publication number: CN103297180A
Application number: CN2012100539200A
Authority: CN
Inventors: 王轶; 周华; 姜宇; 吴炳洋
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Internet Technology Co ltd
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2032-03-02
Also published as: CN103297180B

Abstract

本发明实施例提供一种信息反馈装置以及信息反馈方法，所述信息反馈装置采用具有可变换的第一层向量组和多级别的第二层向量组的两级码本；所述信息反馈装置包括：第一选择器，根据预设的第一信干噪比门限值从所述第一层向量组中选择最接近信道方向信息的第一向量；第二选择器，从所述第一向量对应的第二层向量组中，依扰动级别从低到高的次序选择最接近信道方向信息的第二向量；第一计算器，基于所述第二向量计算信干噪比；信息反馈器，反馈所述信干噪比以及对应预编码矩阵索引。通过本发明实施例，能够简化搜索过程，实现参数自适应，在用户数较多或较少时均能以较少的反馈达到理想的性能。

Description

信息反馈装置以及信息反馈方法

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及一种自适应的基于两级码本的信息反馈装置以及信息反馈方法。

背景技术

在基于有限反馈的多用户MIMO通信***中，迫零波束成型(ZFBF)和每用户酉速率控制(PU²RC)是两种可实际应用的预编码方案。ZFBF通过计算被调度用户的信道矩阵的伪逆来设计预编码矩阵，能够完全消除用户间的干扰。而PU²RC预编码***的码本为多组固定的正交向量组，用户通过搜索码本中所有正交向量并计算每个向量对应的信干噪比(SINR，Signal to Interference plus Noise Ratio)，选择一个使SINR最大的向量，并反馈这个向量的码本序号和相应的SINR。发送端对每一个组正交向量选择一组最优的用户并计算和容量，最后选择和容量最大的那一组用户来进行调度和预编码。对于ZFBF***，码本主要有随机矢量码本(RVQ)和格拉斯曼码本(Grassmannian)等，而对于PU²RC***，码本为多组标准正交向量的集合。

但是，发明人发现现有技术的缺陷在于：ZFBF对信道状态信息比较敏感，发送端需要获得比较理想的信道状态信息才能达到比较好的性能，因此，ZFBF***需要较大的反馈比特数，反馈比特数越大，***性能越好。

而PU²RC预编码方案的预编码码本限制在一组固定的酉矩阵，在***SNR较低和用户数目较少的情况下，PU²RC方案很难找到信道方向相互正交的用户集合，***性能较差；并且，增加反馈比特数也不能提高***性能，反馈比特数的增加同时还扩大了码本的搜索范围，增加了实现复杂度。

在【参考文献5】中作者提出了一种混合编码方案，将PU²RC和ZFBF结合起来，部分解决了PU²RC和ZFBF中的一些问题，但是PU²RC中的用户难以配对的缺陷仍然存在，并且当正交向量组较多时，搜索的复杂度较高。以上这些固定的方式不能适应用户和信道的变化。

下面列出了对于理解本发明和常规技术有益的文献，通过引用将它们并入本文中，如同在本文中完全阐明了一样。

【参考文献1】D.J.Love，R.W.Heath，and T.Strohmer，“GrassmannianBeamforming for Multiple-Input Multiple-Output Wireless Systems，”IEEE Trans.Inform.Theory，vol.49，no.10，pp.2735-2747，2003.

【参考文献2】Q.H.Spencer，A.L Swindlehurst，and M.Haardt，“Zero-ForcingMethods for Downlink Spatial Multiplexing in Multi-User MIMO Channels，”IEEE Trans.Sig.Proc.，vol.52，Feb.2004.

【参考文献3】T.Yoo，N.Jindal，and A.GoldSmith，“Multi-antenna downlinkchannels with limited feedback and user selection，”IEEE Trans On Commun，vol.25，no.7，pp.1478-1482，2007.

【参考文献4】K.Huang，J.G.Andrews，and R.W.Heath，Jr，“Performance ofOrthogonal Beamforming for SDMA with Limited Feedback，”IEEE Trans.Veh.Tech.，vol.58，no.1，pp.152-164，Jan.2009.

【参考文献5】K.Ko and J.Lee，“Hybrid Codebook Design for Multiuser MISOSystems with Limited Feedback，”WCNC 2010Proceedings.

【参考文献6】S.Jung，K.Ko and J.Lee，“Performance of hybrid codebooktechniques for MISO downlink channels with limited feedback，”IEEE Info.TheoryProceeding 2010.

发明内容

本发明实施例提供一种信息反馈装置以及信息反馈方法，目的在于：能够简化搜索过程，并且在用户数较多的或较少时均能以较少的反馈达到理想的性能。

根据本发明的一个方面，提供一种信息反馈装置，应用于用户设备侧，所述信息反馈装置采用具有第一层向量组和第二层向量组的两级码本；所述信息反馈装置包括：

第一选择器，根据预设的第一信干噪比门限值从所述第一层向量组向量组中选择最接近信道方向信息的第一向量；

第二选择器，从所述第一向量对应的第二层向量组中，依扰动级别从低到高的次序选择最接近信道方向信息的第二向量；

第一计算器，基于所述第二向量计算信干噪比；

信息反馈器，反馈所述信干噪比以及对应的预编码矩阵索引，所述预编码矩阵索引包括第一向量的索引和第二向量的索引；

其中，所述第一层向量组的向量之间保持正交，所述第二层向量组的向量跟据和所述第一层向量组的向量之间的距离或角度关系而生成，所述第二层向量组的向量在向量空间上非均匀量化。

根据本发明的另一个方面，提供一种信息反馈装置，应用于基站侧，所述信息反馈装置采用具有第一层向量组和第二层向量组的两级码本；所述信息反馈装置包括：

信息接收器，接收用户设备发送的信干噪比以及对应的预编码矩阵索引，所述预编码矩阵索引包括所述第一层向量组中的第一向量的索引和所述第二层向量组中的第二向量的索引；

信号传输器，基于所述预编码矩阵索引确定预编码矩阵，并根据所述预编码矩阵进行信号传输；

其中，所述第一层向量组的向量之间保持正交，所述第二层向量组的向量跟据和所述第一层向量组的向量之间的距离或角度关系而生成，且所述第二层向量组的向量在向量空间上非均匀量化。

根据本发明的另一个方面，提供一种信息反馈方法，应用于用户设备侧，所述信息反馈方法采用具有第一层向量组和第二层向量组的两级码本；所述信息反馈方法包括：

根据预设的第一信干噪比门限值从所述第一层向量组向量组中选择最接近信道方向信息的第一向量；

从所述第一向量对应的第二层向量组中，依扰动级别从低到高的次序选择最接近信道方向信息的第二向量；

基于所述第二向量计算信干噪比；并反馈所述信干噪比以及对应的预编码矩阵索引，所述预编码矩阵索引包括第一向量的索引和第二向量的索引；

根据本发明的另一个方面，提供一种信息反馈方法，应用于基站侧，所述信息反馈方法采用具有第一层向量组和第二层向量组的两级码本；所述信息反馈方法包括：

接收用户设备发送的信干噪比以及对应的预编码矩阵索引，所述预编码矩阵索引包括所述第一层向量组中的第一向量的索引和所述第二层向量组中的第二向量的索引；

基于所述预编码矩阵索引确定预编码矩阵，并根据所述预编码矩阵进行信号传输；

本发明的有益效果在于：通过码本变换和多级的码本扰动，能够简化搜索过程，并且在用户数较多或较少时均能以较少的反馈达到理想的性能。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

图1是有限反馈多用户MIMO***的示意图；

图2是本发明实施例1中用户设备侧的信息反馈装置的构成示意图；

图3是本发明实施例中两级码本的构成示意图；

图4是本发明实施例的两级码本在向量空间的原理示意图；

图5是本发明实施例1中第一选择器的构成示意图；

图6是本发明实施例1中基站侧的信息反馈装置的构成示意图；

图7是本发明实施例2中用户设备侧的信息反馈装置的构成示意图；

图8是本发明实施例2中基站侧的信息反馈装置的构成示意图；

图9是本发明实施例2中每用户设备平均反馈速率随用户数变化的一示意图；

图10是本发明实施例2中***的和容量随用户数变化的一示意图；

图11是本发明实施例2中每用户设备平均反馈速率随用户数变化的另一示意图；

图12是本发明实施例2中***的和容量随用户数变化的另一示意图；

图13是本发明实施例2中每用户设备平均反馈速率随信干噪比变化的一示意图；

图14是本发明实施例2中***的和容量随信干噪比变化的一示意图；

图15是本发明实施例2中每用户设备平均反馈速率随信干噪比变化的另一示意图；

图16是本发明实施例2中***的和容量随信干噪比变化的另一示意图；

图17是本发明实施例3中用户设备侧的信息反馈方法的流程图；

图18是本发明实施例3中选择第一向量的流程图；

图19是本发明实施例3中用户设备侧的信息反馈方法的又一流程图；

图20是本发明实施例3中基站侧的信息反馈方法的流程图；

图21是本发明实施例4中用户设备侧的信息反馈方法的流程图；

图22是本发明实施例4中基站侧的信息反馈方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的各种实施方式进行说明。这些实施方式只是示例性的，不是对本发明的限制。为了使本领域的技术人员能够容易地理解本发明的原理和实施方式，本发明的实施方式以有限反馈多用户MIMO***为例进行说明。

关于有限反馈MIMO***的ZFBF传输方法的参考文献【2】和参考文献【3】，以及关于混合ZFBF的参考文献【6】可以作为后续实施例的背景知识。

图1是有限反馈多用户MIMO***的示意图。如图1所示，基站配有M根发射天线，K个用户，每个用户有一根接收天线，且K≥M。假设信道为平坦瑞利衰落信道，则第k个用户的接收信号为：

y_k＝H_kx+n_k for k＝1，…，K (1)

其中H_k∈C^1×M表示基站到达第k个用户的信道，n_k表示第k个用户的加性高斯白噪声，n_k～CN(0，1)，x_k∈C^M×1为基站发送的信号，E{||x||²}＝P为总的发射功率。为了简化分析，假设各用户平均信噪比相同，各个用户间信道相互独立。假设在每个时隙中，每个用户接收端能够获得准确的CSIR并对其进行量化，将量化结果通过有限个反馈比特发回基站，基站根据此信息决定传输的用户集合和每个用户的预编码矩阵。在等功率分配的条件下，有

y_{k} = H_{k} \underset{k}{Σ} w_{k} s_{k} + n_{k}

(2)

= \sqrt{P_{k}} H_{k} w_{k} s_{k} + H_{k} \underset{j &NotEqual; k}{Σ} \sqrt{P_{j}} w_{j} s_{j} + n_{k}, k &Element; (1, \cdot \cdot \cdot, K)

其中s_k为发送给第k个用户的数据，w_k为第k个用户的预编码矩阵。

在有限反馈多用户MIMO***中，ZFBF过程包括：

(A)信道方向信息(CDI，Channel Direction Information)量化反馈与信道质量指示(CQI，Channel Quality Indicator)反馈

(B)用户选择发送端配有M根发射天线，可同时支持M个用户的数据传输，***需要在所有K个用户中选择M个用户进行预编码。基于和速率最大准则的穷举搜索能够找到最优的用户组合，但是随着***天线数和用户数的增加，算法的复杂度较高，为了降低用户选择的复杂度，可以采用参考文献【3】中的半正交性用户选择算法(SUS，Semi-orthogonal User Selection)。依据SUS方法选择出的用户级具有较高的信道质量信息又能保持用户间信道方向的半正交性。

(C)ZFBF预编码矩阵计算

(D)利用预编码矩阵发送多用户信号。

混合ZFBF方案，通过对码本的扰动，减少信道方向的量化误差，从而提高ZFBF传输的性能。但是这种方案在用户较少时，和PU2RC方案具有相同的缺陷，即很难找到匹配的用户。如果单纯增加码本的数量，则使搜索的复杂度增加。

本发明实施例提供一种基于两级码本的ZFBF方案，该方案可以简化码本搜索过程，实现参数自适应，在用户数较多或较少时均能以较少的反馈达到理想的性能。

实施例1

本发明实施例提供一种信息反馈装置，应用于用户设备侧，该信息反馈装置采用具有第一层向量组和第二层向量组的两级码本；其中，第一层向量组的向量之间保持正交，第二层向量组的向量依据和第一层向量组的向量的距离或角度关系设计，第二层向量组的向量包含对第一层向量组的向量的多级扰动，第二层向量组的向量在向量空间上非均匀量化。

图2是本发明实施例用户设备侧的信息反馈装置的构成示意图。如图2所示，该信息反馈装置包括：第一选择器201、第二选择器202、第一计算器203和信息反馈器204。

其中，第一选择器201根据预设的第一信干噪比门限值从第一层向量组向量组中选择最接近信道方向信息的第一向量；第二选择器202从该第一向量对应的第二层向量组中，依扰动级别从低到高的次序选择最接近信道方向信息的第二向量；第一计算器203基于该第二向量计算信干噪比；信息反馈器204反馈该信干噪比以及对应的预编码矩阵索引，该预编码矩阵索引包括第一向量的索引和第二向量的索引。

在具体实施时，第一层向量组可以包括多个标准正交向量组，第二层向量组采用随机矢量对第一层向量组中的每个标准正交向量在一定范围内进行扰动。可以采用酉矩阵和随机矢量码本相结合的方法来设计预编码码本。

首先第一级码本(第一层向量组)可以采用一个M×M维酉矩阵，可以是一个随机产生酉矩阵，也可以通过Lloyd算法根据信道统计特性搜索出的酉矩阵。

第二级码本(第二层向量组)的设计可以采用随机矢量量化的方法，所述第二层向量组中的向量(可简称为第一层向量)T_m，i，l与所述第一层向量组中的向量(可简称为第二层向量)V_m可以满足如下关系：

\sqrt{1 - | V_{m}^{H} T_{m, i, l} |} \leq ϵ_{i} - - - (3)

其中，m表示第一层向量的序号，1≤m≤M，M为第一层向量的个数，M和发送天线数相等；i表示扰动的等级，1≤i≤I；l是每一等级扰动里对应1个第一层向量的第二层向量的序号，1≤l≤L；ε_i是第i级扰动的门限，0＜ε₁＜…＜ε_I＜1。

在本实施例中，扰动门限ε是量化精度和覆盖范围的折中。如果ε设置较大，这样最终的码本就接近于均匀分布，实际上退化为随机矢量码本，这样在用户数较多时，就不能体现第二级码本设计的优越性。图3给出了两级码本的简单示意图，图4是对一级码本向量进行二级扰动的示意图。

值得注意的是，以上仅对两级码本进行了示意性说明。本发明的两级码本在向量空间上非均匀量化并不仅限于上述具体的实施方式。非均匀量化的依据是二级向量和一级向量之间的距离关系，单位向量之间的距离一般有弦距离、投影距离、角度(投影距离的反正弦函数)等表示形式。

因此，本领域的普通技术人员可以根据上述的思路对表达式(3)进行适当的变型或者变换，可根据具体情况确定具体的实施方式。而只要两级码本中，第二层向量是对第一层向量的非均匀多级扰动，均应该在本发明的范围之内。

在本实施例中，第一选择器201可以基于以下原则选择第一向量：

m^{*} = \arg \max_{1 < m < M} | h_{k}^{H} v_{m} | - - - (4)

其中，v_m为第一级码本的酉矩阵中的预编码向量，

表示信道CDI；用户可以选择预编码向量中与信道CDI距离最近的一个向量，并且获得该向量对应的序号m^*。

进一步地，第一选择器201可以根据预设的信干噪比门限值进行选择，选择信干噪比大于门限值的第一向量，由此可以具有更好的性能。

图5是本发明实施例中第一选择器的构成示意图。如图5所示，该第一选择器具体可以包括：第三选择器501、第二计算器502、第一判断器503和第一变换器504。

其中，第三选择器501从第一层向量组中选择最接近信道方向信息的第一向量；第二计算器502根据第三选择器501选择的第一向量计算信干噪比；第一判断器503判断第二计算器502计算出的信干噪比是否小于第一信干噪比门限值；第一变换器504在第一判断器503的判断结果为小于第一信干噪比门限值时，对第一层向量组进行正交变换；并且，第三选择器501还用于从正交变换后的第一层向量组中选择最接近信道方向信息的第一向量。

在具体实施时，可以在根据所选向量计算出的信干噪比小于给定的第一信干噪比门限值时，对第一层向量组进行正交变换，再进行向量选择和信干噪比计算，如此进行直到所选向量的信干噪比大于第一信干噪比门限值；如果在最大变换次数后，信干噪比仍然达不到第一信干噪比门限值，则用户设备不再进行以后的步骤。

进一步地，该信息反馈装置还可以包括：第二变换器(图中未示出)。该第二变换器依据基站和用户设备之间预先约定的规则，对第一层向量组和第二层向量组进行变换。

由此，可以将第一层向量组和第二层向量组的整体，依据基站和用户设备约定的规则进行变换。可以对向量组进行整体变换，例如矩阵变换。由此可以产生新的两级码本来适应信道的变化，进一步提高***性能。

其中，整体变换可以是第一层向量组的向量和第二层向量组的向量采用相同的规则变换，比如用同一个矩阵乘以所有的向量。但不限于此，可以根据实际情况确定具体的实施方式。

第二选择器202根据已经选定的第一级码本的预编码向量，可以在该预编码向量的基础上根据以下原则选择第二级码本的预编码向量：

l^{*} = \arg \max_{1 < l < L} | h_{k}^{H} T_{m, i, l} | - - - (5)

由此，可以得到第二级码本的预编码向量，并且获得该向量对应的序号l^*。进一步地，可以依扰动级别从低到高的次序选择最接近信道方向信息的第二向量，例如通过前面所述的ε_i；由此可以实现多级码本扰动。

在具体实施时，可以根据如下公式计算第一信干噪比。其中，第k个用户的SINR₁可由下式计算：

{SINR}_{k, 1} = \frac{\frac{p}{M} | | h_{k}^{H} v_{m^{*}} | |}{1 + \frac{p}{M} (1 - | | h_{k}^{H} v_{m^{*}} | |)} - - - (6)

根据参考文献【6】，可按如下公式计算第二信干噪比。其中，第k个用户的SINR₂可由下式计算：

{SINR}_{k, 2} = \frac{\frac{p}{M} {| | h_{k} | |}^{2} {\cos θ}_{k}^{2} (1 - \frac{M - 1}{M} ϵ_{i}^{2})}{1 + \frac{p}{M} {| | h_{k} | |}^{2} {\sin θ}_{k}^{2}} - - - (7)

其中：

{\cos θ}_{k} = | h_{k}^{H} T_{m^{*}, i, l^{*}} |

如果第一信干噪比未达到第一信干噪比门限值，则对向量组进行变换，再进行向量选择和信干噪比计算，直到选中第一向量；然后，对应该第一向量进行第二向量选择，如果第二信干噪比未达到第二信干噪比门限值，则可以增大扰动级别，再进行向量选择和信干噪比计算。

信息反馈器204可以将获得的预编码矩阵索引和信干噪比发送给基站。该预编码矩阵索引包括第一向量的索引和第二向量的索引。预编码矩阵索引还可以包括变换次数、扰动级别i^*。

由此，在具体实施时，可以将变换次数、一级向量序号m^*、扰动级别i^*、二级向量序号l^*和相应的SINR_k,2反馈给基站。每个用户设备可以各自反馈预编码矩阵索引和相应的信干噪比。

在本实施例中，和PU²RC的码本搜索过程也不一样：PU²RC需要搜索多组码本的每一个向量以确定最佳的码本，而本发明是先搜索第一级码本，在得到最佳码本之后，再搜索对应该第一级码本的第二级码本，搜索的工作量大大降低。

本发明实施例还提供一种信息反馈装置，应用于基站侧，该信息反馈装置采用具有第一层向量组和第二层向量组的两级码本；其中，所述第一层向量组的向量之间保持正交，第二层向量依据和第一层向量的距离或角度关系设计包含对第一层向量的多级扰动，第二层向量组的向量在向量空间上非均匀量化。与用户设备侧相同的内容，此处不再赘述。

图6是本发明实施例基站侧的信息反馈装置的构成示意图。如图6所示，该信息反馈装置包括：信息接收器601和信号传输器602。

其中，信息接收器601接收用户设备发送的信干噪比以及对应的预编码矩阵索引；信号传输器602基于该预编码矩阵索引确定预编码矩阵，并根据确定的预编码矩阵进行信号传输。

其中，预编码矩阵索引包括第一向量的索引和第二向量的索引；此外，预编码矩阵索引还可以包括变换次数、扰动级别等信息。但不限于此，可根据实际情况确定具体的信息。

在本实施例中，用户设备可以为多个；该信息反馈装置还可以包括：设备选择器(图中未示出)。该设备选择器可以根据信干噪比选择一个或多个用户设备；并且，信号传输器602还可以用于对选择的一个或多个用户设备进行信号传输。

具体地，基站侧可以根据用户设备的反馈信息，在所有向量组变换次数和一级向量序号相同的用户设备中选择一个SINR最大的用户设备。根据SINR或容量最大化准则组成MU-MIMO用户对(同PU2RC方法中的用户调度)。基站端可以选择第一级码本相互正交的用户设备，根据他们的第二级码本采用ZFBF方法计算预编码矩阵。

值得注意的是，以上公式仅是对本发明进行了示意性的说明，但不限于此。本领域的技术人员可以对公式进行适当地变换，可根据实际情况确定具体的实施方式。

由上述实施例可知，通过码本变换和多级的码本扰动，能够简化搜索过程，并且在用户数较多或较少时均能以较少的反馈达到理想的性能。

实施例2

本发明实施例在实施例1的基础上，基于两级码本的ZFBF方案进行自适应调度，可以进一步减少***的反馈比特数，提升***性能。

本发明实施例提供一种信息反馈装置，应用于用户设备侧，该信息反馈装置采用具有第一层向量组和第二层向量组的两级码本；其中，第一层向量组的向量之间保持正交，第二层向量组的向量依据和第一层向量组的向量的距离或角度关系设计，且第二层向量组的向量在向量空间上非均匀量化。对于每个用户设备，该两级码本可以为多个。

图7是本发明实施例用户设备侧的信息反馈装置的构成示意图。如图7所示，该信息反馈装置包括：第一选择器701、第二选择器702、第一计算器703和信息反馈器704。如实施例1所述，此处不再赘述。

如图7所示，该信息反馈装置还可以包括：第二判断器705和码本选择器706；其中，第二判断器705判断该第一计算器703计算出的信干噪比是否大于预设的第二信干噪比门限值；码本选择器706在第二判断器705判断出信干噪比不大于该第二信干噪比门限值时，选择另一个两级码本以重新计算信干噪比；并且，信息反馈器704还用于在信干噪比大于所述该第二信干噪比门限值时，反馈该信干噪比以及对应的预编码矩阵索引。

进一步地，如图7所示，该信息反馈装置还可以包括：指示接收器707；指示接收器707接收基站发送的重新反馈的指示；并且，码本选择器706还用于根据指示接收器707接收到的指示，选择另一个两级码本以重新计算信干噪比。

本发明实施例还提供一种信息反馈装置，应用于基站侧，该信息反馈装置采用具有第一层向量组和第二层向量组的两级码本；其中，第一层向量组的向量之间保持正交，第二层向量组的向量跟据和第一层向量组的向量之间的距离或角度关系而生成，且第二层向量组的向量在向量空间上非均匀量化。用户设备为多个，每一用户设备采用多个两级码本。

图8是本发明实施例基站侧的信息反馈装置的构成示意图。如图8所示，该信息反馈装置包括：信息接收器801和信号传输器802。如实施例1所述，此处不再赘述。

如图8所示，该信息反馈装置还可以包括第三判断器803和指示发送器804；其中，第三判断器803判断是否有预定数量的用户设备采用相同的两级码本计算并发送了信干噪比以及对应的预编码矩阵索引；指示发送器804用于在第三判断器803的判断结果为否时，发送重新反馈的指示，指示用户设备选择另一个两级码本重新计算信干噪比；并且，信号传输器802还用于在第三判断器803的判断结果为是时，采用该相同的两级码本对该预定数量的用户设备进行信号传输。

以下以基于酉矩阵和随机矢量码本相结合的ZFBF方案为例，对该自适应调度方案进行详细说明。其中，两级码本中的第一级码本结构采用多组正交向量，第二级码本例如采用公式(3)来设计，对每一组的每一个正交向量在一定范围内进行扰动。该方案能够根据用户信道信息自适应改变初始酉矩阵的特征方向，使其与用户的信道方向尽量一致，选择到的用户在保持一定的正交性的同时在第二级码本中选择出更准确的量化信道信息进行波束成型。

具体地，用户设备端基于初始的两级码本，先在第一级码本的M个标准正交向量中搜索最佳的向量，然后在该正交向量的扰动范围内，即第二级码本的向量中选择最佳的波束成型矢量，并可以按照公式(7)计算SINR。若用户设备选择的最佳预编码向量对应的SINR大于***设定的SINR门限值，则该用户设备将此最佳的预编码向量的码字序号和相应的SINR反馈给基站；若选择的最佳预编码向量的SINR小于***的SINR门限值，则选择另一个两级码本，在该码本中依照上述规则进行搜索，选择具有最大SINR的量化CDI码字序号。可以直到穷尽所有的两级码本，如果此时最大的SINR仍小于门限，则该用户设备可以不反馈任何信息。

而基站端可以根据反馈信息来决定采用哪一个码本来进行预编码。如果在反馈的信息中，对于初始码本能够完成资源的分配，即在所有反馈了信息的用户设备中能够找到M个符合条件的近似正交的用户设备，则采用初始码本对选择的用户设备进行ZF预编码计算。如果不能完成资源分配，则可以将另一个两级码本作为当前预编码码本；可以发送重新反馈的指示，指示用户设备选择另一个两级码本。

用户设备接收到该重新反馈的指示后，可以基于该另一个两级码本按照上述步骤进行搜索并计算SINR，若选择的最佳预编码向量的SINR小于***的SINR门限值，则在下一组矢量中依照上述规则进行搜索，选择具有最大SINR的量化CDI码字序号，如果此时最大的SINR仍小于门限，则该用户设备可以不反馈任何信息。

而基站端可以按照上述步骤进行资源分配和调整预编码矩阵并通知用户设备。直到找到M个符合条件的近似正交的用户设备。

另外，如果经过一定次数的反复，直到变换到最后的两级码本后，仍不能将M个向量完全分配出去，基站端还可以将前面分配过程中分配最多码本时的分配结果作为最佳结果，把相应的两级码本作为当前码本，将其中部分向量分配给对应的用户设备。

以下对基于两级码本的自适应预编码方案进行仿真分析，仿真基于以下假设：基站端配有4根发射天线，每用户配有一根接收天线，采用QPSK调制。自适应方案中的一级码本采用DFT码本。作为性能比较的PU²RC预编码方案的码本也采用DFT码本。

图9、10针对***设定不同SINR门限时在P＝5dB时对基于两级码本的自适应反馈方案(AHBF)进行了仿真，同时与PU²RC和实施例2中的基于两级码本的ZFBF(HBF)进行了比较。

可以看出，在***设定不同的SINR门限时，当用户数达到一定的数目，平均反馈比特数都有不同幅度的降低。由图9可以看出，当SINR门限值较高时，用户数较少时性能很差，这是因为如果用户数较少，SINR门限设置的过大，找到符合要求的用户集合的概率很低，基站不能完成资源分配。所以在这种情况下***应该设置合适的SINR门限值才能提升***性能。

图11、图12针对***设定不同SINR门限时在P＝25dB时对基于两级码本的自适应反馈方案进行了仿真。可以看出，在大发射功率的情况下，***用户数达到一定值时，***每用户的平均反馈速率在***设置不同SINR门限时都有不同幅度的下降。由图12可以看出，不同的SINR门限下，自适应方案较PU²RC方案和两级码本ZFBF方案在和容量性能上均有所提升，不同于小发射功率的情况，发射功率较大时，用户端SINR符合要求的用户增多，即使在用户数较少的情况下也可能找到符合要求的用户集合进行资源调度。

图13、图14、图15和图16分别针对***中用户数较少和用户数较多的情况对***性能随SNR的变化进行了仿真。

由图13和图14可以看出，提高SINR门限值可以进一步降低每用户平均反馈比特数。在不同的SINR门限下，反馈比特数均随着SNR增加而增加，因为SNR较低时，符合***设定的SINR门限值的用户较少，随着SNR增加，***找到符合要求的用户集合的概率增加。

由图15和图16可以看出，SNR比达到一定值，自适应反馈方案在不同的SINR门限下均表现出较好的性能，并且***的和容量也随着SINR的增加而增加。但是在SNR较低时，如果设置较大的SINR门限，***很难找到符合SINR要求的用户集合来完成资源分配，导致***性能下降。所以在SNR较低时，要设置合适的SINR门限值才能得到性能上的提升。

实施例3

本发明实施例一种信息反馈方法，应用于用户设备侧，与实施例1相同的内容，此处不再赘述。该信息反馈方法采用具有第一层向量组和第二层向量组的两级码本，其中，第一层向量组的向量之间保持正交，第二层向量组的向量依据和第一层向量组的向量的距离或角度关系设计，第二层向量组的向量包含对第一层向量组的向量的多级扰动，第二层向量组的向量在向量空间上非均匀量化。

图17是本发明实施例用户设备侧的信息反馈方法的流程图。如图17所示，该信息反馈方法包括：

步骤1701，用户设备根据预设的第一信干噪比门限值从第一层向量组向量组中选择最接近信道方向信息的第一向量；

步骤1702，用户设备从第一向量对应的第二层向量组中，依扰动级别从低到高的次序选择最接近信道方向信息的第二向量；

步骤1703，用户设备基于该第二向量计算信干噪比；并反馈该信干噪比以及对应的预编码矩阵索引，该预编码矩阵索引包括第一向量的索引和第二向量的索引。

在具体实施时，步骤1701还可以计算信干噪比来选择第一向量。图18是本发明实施例的选择第一向量的流程图，如图18所示，该选择步骤可以包括：

步骤1801，从第一层向量组中选择最接近信道方向信息的第一向量；

步骤1802，根据选择的第一向量计算信干噪比；

步骤1803，判断计算出的信干噪比是否小于第一信干噪比门限值；若小于第一信干噪比门限值，则执行步骤1804，否则执行步骤1805；

步骤1804，，对第一层向量组进行正交变换；并且在正交变换后再次执行步骤1801，从正交变换后的第一层向量组中选择最接近信道方向信息的第一向量；

步骤1805，确定该第一向量。

上述步骤801至步骤804可以多次进行，直到所选向量的信干噪比大于第一信干噪比门限值；如果在最大变换次数后，信干噪比仍然达不到第一信干噪比门限值，则用户设备不再进行以后的步骤。

图19是本发明实施例用户设备侧的信息反馈方法的又一流程图。如图19所示，该信息反馈方法包括：

步骤1901，用户设备从两级码本的第一层向量组中选择最接近信道方向信息的第一向量；

步骤1902，用户设备依据所选择的第一层向量计算信干噪比；如果结果大于第一信干噪比门限值，则进入步骤1905，否则进入步骤1903；

步骤1903，判断向量变换次数是否达到最大限定次数；如果已达到最大值，则进入步骤1910结束，否则进入步骤1904；

步骤1904，对向量组整体依据基站和用户设备约定的规则进行变换，然后返回步骤1901；

其中，整体变换可以是第一层向量组的向量和第二层向量组的向量采用相同的规则进行变换，比如用同一个矩阵乘以所有的向量。但不限于此，可以根据实际情况确定具体的实施方式。

步骤1905，用户设备从该第一向量对应的第二层向量组中，选择最接近信道方向信息的第二向量；

步骤1906，用户设备基于该第二向量计算信干噪比；如果结果大于第二信干噪比门限值，则进入步骤1909，否则进入步骤1907；

步骤1907，判断是否达到最大扰动级别；如果已达到扰动级别的最大值，则进入步骤1910结束，否则进入步骤1908；

步骤1908，增加扰动级别，然后返回步骤1905；

步骤1909，反馈该信干噪比以及对应的预编码矩阵索引。

在本实施例中，第一层向量组可以包括多个标准正交向量，第二层向量组采用随机矢量对第一层向量组中的每个标准正交向量在一定范围内进行扰动。

本发明实施例还提供一种信息反馈方法，应用于基站侧。该信息反馈方法采用具有第一层向量组和第二层向量组的两级码本；其中，第一层向量组的向量之间保持正交，第二层向量组的向量跟据和第一层向量组的向量之间的距离或角度关系而生成，且第二层向量组的向量在向量空间上非均匀量化。

图20是本发明实施例基站侧的信息反馈方法的流程图。如图20所示，该信息反馈方法包括：

步骤2001，基站接收用户设备发送的信干噪比以及对应的预编码矩阵索引，该预编码矩阵索引包括第一层向量组中的第一向量的索引和第二层向量组中的第二向量的索引；

步骤2002，基站基于该预编码矩阵索引确定预编码矩阵，并根据该预编码矩阵进行信号传输；

在本实施例中，用户设备可以为多个；该信息反馈方法还可以包括：根据信干噪比选择一个或多个用户设备；并且，对该选择的一个或多个用户设备进行信号传输。

由上述实施例可知，通过在向量空间上非均匀量化的两级码本，能够简化搜索过程，并且在用户数较多的情况下能够用较少的反馈比特数达到较好的性能。

实施例4

本发明实施例一种信息反馈方法，应用于用户设备侧，与实施例2相同的内容，此处不再赘述。该信息反馈方法采用具有第一层向量组和第二层向量组的两级码本；其中，第一层向量组的向量之间保持正交，第二层向量组的向量跟据和第一层向量组的向量之间的距离或角度关系而生成，且第二层向量组的向量在向量空间上非均匀量化。每一用户设备对应的两级码本为多个。

图21是本发明实施例用户设备侧的信息反馈方法的流程图。如图21所示，该信息反馈方法包括：

步骤2101，用户设备根据预设的第一信干噪比门限值从第一层向量组向量组中选择最接近信道方向信息的第一向量；

步骤2102，用户设备从第一向量对应的第二层向量组中，依扰动级别从低到高的次序选择最接近信道方向信息的第二向量；

步骤2103，用户设备基于该第二向量计算信干噪比；

步骤2104，判断信干噪比是否大于预设的第二信干噪比门限值；在信干噪比不大于该第二信干噪比门限值时，执行步骤2106；在信干噪比大于该第二信干噪比门限值时，执行步骤2105；

步骤2105，用户设备反馈信干噪比以及对应的预编码矩阵索引，该预编码矩阵索引包括第一向量的索引和第二向量的索引；

步骤2106，用户设备选择另一个两级码本，执行步骤2101以重新计算信干噪比。

进一步地，在基于所述第二向量计算信干噪比之后，所述信息反馈方法还可以包括：

步骤2107，用户设备接收基站发送的重新反馈的指示；

并且，在接收到的该重新反馈的指示之后，还可以执行步骤2106选择另一个两级码本来重新计算信干噪比。

本发明实施例一种信息反馈方法，应用于基站侧。该信息反馈方法采用具有第一层向量组和第二层向量组的两级码本；其中，第一层向量组的向量之间保持正交，第二层向量组的向量跟据和第一层向量组的向量之间的距离或角度关系而生成，且第二层向量组的向量在向量空间上非均匀量化。用户设备为多个，每一用户设备采用多个两级码本。

图22是本发明实施例基站侧的信息反馈方法的流程图。如图22所示，该信息反馈方法包括：

步骤2201，基站接收用户设备发送的信干噪比以及对应的预编码矩阵索引，该预编码矩阵索引包括第一向量的索引和第二向量的索引；

步骤2202，基站判断是否有预定数量的用户设备采用相同的两级码本计算并发送了信干噪比以及对应的预编码矩阵索引；若判断结果为是，则执行步骤2203；若判断结果为否，则执行步骤2204；

步骤2203，基站采用该相同的两级码本对该预定数量的用户设备进行信号传输；

对于每个用户设备，基站可以基于该用户设备的预编码矩阵索引确定预编码矩阵，并根据该预编码矩阵进行信号传输。

步骤2204，基站发送重新反馈的指示，指示用户设备选择另一个两级码本重新计算信干噪比。

由上述实施例可知，通过在向量空间上非均匀量化的两级码本，能够简化搜索过程，并且在用户数较多的情况下能够用较少的反馈比特数达到较好的性能。并且，自适应预编码方案能够在***用户数较多时使每用户设备的平均反馈比特数大幅度下降，通过设置合理的***参数，能够获得较好的和速率性能。

本发明以上的装置和方法可以由硬件实现，也可以由硬件结合软件实现。本发明涉及这样的计算机可读程序，当该程序被逻辑部件所执行时，能够使该逻辑部件实现上文所述的装置或构成部件，或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。本发明还涉及用于存储以上程序的存储介质，如硬盘、磁盘、光盘、DVD、flash存储器等。

以上结合具体的实施方式对本发明进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本发明保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本发明的精神和原理对本发明做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本发明的范围内。

关于包括以上实施例的实施方式，还公开下述的附记：

(附记1)一种信息反馈装置，应用于用户设备侧，所述信息反馈装置采用具有可变换的第一层向量组和多级别的第二层向量组的两级码本；所述信息反馈装置包括：

第一选择器，根据预设的第一信干噪比门限值，从所述第一层向量组中选择最接近信道方向信息的第一向量；

第一计算器，基于所述第二向量计算信干噪比；

信息反馈器，反馈所述的信干噪比以及对应的预编码矩阵索引，该预编码矩阵索引包括第一向量的索引和第二向量的索引；

(附记2)根据附记1所述的信息反馈装置，其中，所述第一层向量组包括多个标准正交向量，所述第二层向量组的向量是采用随机矢量对所述第一层向量组中的每个标准正交向量进行扰动后的向量。

(附记3)根据附记2所述的信息反馈装置，其中，所述第二层向量组中的向量T_m，i，l与所述第一层向量组中的向量V_m满足如下关系：

\sqrt{1 - | V_{m}^{H} T_{m, i, l} |} \leq ϵ_{i}

其中，m表示第一层向量组中向量的序号，1≤m≤M，M为所述第一层向量组中向量的个数，M和发送天线的数量相等；i表示所述扰动级别，1≤i≤I，I为所述扰动级别的最大值；l是每一扰动级别里对应所述第一层向量组中一个向量的所述第二层向量组中向量的序号，1≤l≤L，L是对应所述第一层向量组中一个向量的所述第二层向量组中向量的个数；ε_i是第i级扰动级别的门限值，0＜ε₁＜…＜ε_I＜1。

(附记4)根据附记1所述的信息反馈装置，其中，所述第一选择器具体包括：

第三选择器，从所述第一层向量组中选择最接近信道方向信息的第一向量；

第二计算器，根据所述第三选择器选择的所述第一向量计算信干噪比；

第一判断器，判断所述第二计算器计算出的信干噪比是否小于所述第一信干噪比门限值；

第一变换器，在所述第一判断器的判断结果为小于所述第一信干噪比门限值时，对所述第一层向量组进行正交变换；

并且，所述第三选择器还用于从正交变换后的第一层向量组中选择最接近信道方向信息的第一向量。

(附记5)根据附记1所述的信息反馈装置，其中，所述信息反馈装置还包括：

第二变换器，依据基站和用户设备之间预先约定的规则，对所述第一层向量组和所述第二层向量组进行变换。

(附记6)根据附记1至3任一项所述的信息反馈装置，其中，所述两级码本为多个，所述信息反馈装置还包括：

第二判断器，判断所述第一计算器计算出的信干噪比是否大于预设的第二信干噪比门限值；

码本选择器，在所述第二判断器判断出所述信干噪比不大于所述第二信干噪比门限值时，选择另一个两级码本以重新计算信干噪比；

并且，所述信息反馈器还用于在所述第二判断器判断出所述信干噪比大于所述第二信干噪比门限值时，反馈所述信干噪比以及对应的预编码矩阵索引。

(附记7)根据附记6所述的信息反馈装置，其中，所述信息反馈装置还包括：

指示接收器，接收基站发送的重新反馈的指示；

并且，所述码本选择器还用于根据所述指示接收器接收到的指示，选择另一个两级码本重新计算信干噪比。

(附记8)一种信息反馈装置，应用于基站侧，所述信息反馈装置采用具有第一层向量组和第二层向量组的两级码本；所述信息反馈装置包括：

信息接收器，接收用户设备发送的信干噪比，以及对应的预编码矩阵索引，该预编码矩阵索引包括所述第一层向量组中的第一向量的索引和所述第二层向量组中的第二向量的索引；

(附记9)根据附记8所述的信息反馈装置，其中，所述第一层向量组包括多个标准正交向量，所述第二层向量组的向量是采用随机矢量对所述第一层向量组中的每个标准正交向量进行扰动后的向量。

(附记10)根据附记9所述的信息反馈装置，其中，所述第二层向量组中的向量T_m，i，l与所述第一层向量组中的向量V_m满足如下关系：

\sqrt{1 - | V_{m}^{H} T_{m, i, l} |} \leq ϵ_{i}

其中，m表示第一层向量组中向量的序号，1≤m≤M，M为所述第一层向量组中向量的个数，M和发送天线的数量相等；i表示所述扰动级别，1≤i≤I，I为所述扰动级别的最大值；l是每一扰动级别里对应所述第一层向量组中向量的所述第二层向量组中向量的序号，1≤l≤L，L是所述第二层向量组中向量的个数；ε_i是第i级扰动级别的门限值，0＜ε₁＜…＜ε_I＜1。

(附记11)根据附记8至10任一项所述的信息反馈装置，其中，所述用户设备为多个；所述信息反馈装置还包括：

设备选择器，根据所述信干噪比选择一个或多个用户设备；

并且，所述信号传输器还用于对所述一个或多个用户设备进行信号传输。

(附记12)根据附记8至10任一项所述的信息反馈装置，其中，所述用户设备为多个，每一用户设备采用多个两级码本；所述信息反馈装置还包括：

第三判断器，判断是否有预定数量的用户设备采用相同的两级码本计算并发送了信干噪比以及对应的预编码矩阵索引；

指示发送器，用于在所述第三判断器的判断结果为否时，发送重新反馈的指示，指示用户设备选择另一个两级码本重新计算信干噪比；

并且，所述信号传输器还用于在所述第三判断器的判断结果为是时，采用所述相同的两级码本对所述预定数量的用户设备进行信号传输。

(附记13)一种信息反馈方法，应用于用户设备侧，所述信息反馈方法采用具有第一层向量组和第二层向量组的两级码本；所述信息反馈方法包括：

根据预设的第一信干噪比门限值，从所述第一层向量组中选择最接近信道方向信息的第一向量；

基于所述第二向量计算信干噪比；并反馈所述的信干噪比以及对应的预编码矩阵索引，该预编码矩阵索引包括第一向量的索引和第二向量的索引；

(附记14)根据附记13所述的信息反馈方法，其中，根据预设的第一信干噪比门限值从所述第一层向量组中选择最接近信道方向信息的第一向量，具体包括：

从所述第一层向量组中选择最接近信道方向信息的第一向量；

根据所述第三选择器选择的所述第一向量计算信干噪比；

判断所述第二计算器计算出的信干噪比是否小于所述第一信干噪比门限值；

在所述第一判断器的判断结果为小于所述第一信干噪比门限值时，对所述第一层向量组进行正交变换。

(附记15)根据附记13所述的信息反馈方法，其中，所述信息反馈方法还包括：

依据基站和用户设备之间预先约定的规则，对所述第一层向量组和所述第二层向量组进行变换。

(附记16)根据附记13所述的信息反馈方法，其中，所述两级码本为多个，基于所述第二向量计算信干噪比之后，所述信息反馈方法还包括：

判断计算出的信干噪比是否大于预设的第二信干噪比门限值；

在判断出所述信干噪比不大于所述第二信干噪比门限值时，选择另一个两级码本以重新计算信干噪比；并且，在判断出所述信干噪比大于所述第二信干噪比门限值时，反馈所述信干噪比以及对应的预编码矩阵索引。

(附记17)根据附记16所述的信息反馈方法，其中，所述信息反馈方法还包括：

接收基站发送的重新反馈的指示；

并且，根据所述指示接收器接收到的指示，选择另一个两级码本重新计算信干噪比。

(附记18)一种信息反馈方法，应用于基站侧，所述信息反馈方法采用具有第一层向量组和第二层向量组的两级码本；所述信息反馈方法包括：

接收用户设备发送的信干噪比，以及对应的预编码矩阵索引，该预编码矩阵索引包括所述第一层向量组中的第一向量的索引和所述第二层向量组中的第二向量的索引；

(附记19)根据附记18所述的信息反馈方法，其中，所述用户设备为多个；所述信息反馈方法还包括：

根据所述信干噪比选择一个或多个用户设备；

并且，对所述一个或多个用户设备进行信号传输。

(附记20)根据附记18所述的信息反馈方法，其中，所述用户设备为多个，每一用户设备采用多个两级码本；所述信息反馈方法还包括：

判断是否有预定数量的用户设备采用相同的两级码本计算并发送了信干噪比以及对应的预编码矩阵索引；

在判断结果为否时，发送重新反馈的指示，指示用户设备选择另一个两级码本重新计算信干噪比；并且，在判断结果为是时，采用所述相同的两级码本对所述预定数量的用户设备进行信号传输。

Claims

1.一种信息反馈装置，应用于用户设备侧，所述信息反馈装置采用具有第一层向量组和第二层向量组的两级码本；所述信息反馈装置包括：

第一选择器，根据预设的第一信干噪比门限值从所述第一层向量组中选择最接近信道方向信息的第一向量；

第一计算器，基于所述第二向量计算信干噪比；

信息反馈器，反馈所述第一计算器计算出的信干噪比以及对应的预编码矩阵索引，其中所述预编码矩阵索引包括所述第一向量的索引和所述第二向量的索引；

2.根据权利要求1所述的信息反馈装置，其中，所述第一层向量组包括多个标准正交向量，所述第二层向量组的向量是采用随机矢量对所述第一层向量组中的每个标准正交向量进行扰动后获得的向量。

3.根据权利要求2所述的信息反馈装置，其中，所述第二层向量组中的向量T_m，i，l与所述第一层向量组中的向量V_m满足如下关系：

\sqrt{1 - | V_{m}^{H} T_{m, i, l} |} \leq ϵ_{i}

其中，m表示所述第一层向量组中向量的序号，1≤m≤M，M为所述第一层向量组中向量的个数，M和发送天线的数量相等；i表示所述扰动级别，1≤i≤I，I为所述扰动级别的最大值；l是每一扰动级别里对应所述第一层向量组中一个向量的所述第二层向量组中向量的序号，1≤l≤L，L是对应所述第一层向量组中一个向量的所述第二层向量组中向量的个数；ε_i是第i级扰动级别的门限值，0＜ε₁＜…＜ε_I＜1。

4.根据权利要求1所述的信息反馈装置，其中，所述第一选择器具体包括：

第一变换器，在所述第一判断器的判断结果为小于时，对所述第一层向量组进行正交变换；

5.根据权利要求1至3任一项所述的信息反馈装置，其中，所述两级码本为多个，所述信息反馈装置还包括：

6.根据权利要求5所述的信息反馈装置，其中，所述信息反馈装置还包括：

指示接收器，接收基站发送的重新反馈的指示；

并且，所述码本选择器还用于根据所述指示接收器接收到的指示，选择另一个两级码本以重新计算信干噪比。

7.一种信息反馈装置，应用于基站侧，所述信息反馈装置采用具有第一层向量组和第二层向量组的两级码本；所述信息反馈装置包括：

8.根据权利要求7所述的信息反馈装置，其中，所述用户设备为多个，每一用户设备采用多个两级码本；所述信息反馈装置还包括：

9.一种信息反馈方法，应用于用户设备侧，所述信息反馈方法采用具有第一层向量组和第二层向量组的两级码本；所述信息反馈方法包括：

根据预设的第一信干噪比门限值从所述第一层向量组中选择最接近信道方向信息的第一向量；

基于所述第二向量计算信干噪比；并反馈所述信干噪比以及对应的预编码矩阵索引，所述预编码矩阵索引包括所述第一向量的索引和所述第二向量的索引；

10.一种信息反馈方法，应用于基站侧，所述信息反馈方法采用具有第一层向量组和第二层向量组的两级码本；所述信息反馈方法包括：