專利名稱：高速鐵路環(huán)境下預(yù)編碼信道狀態(tài)信息反饋方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種高速鐵路環(huán)境下預(yù)編碼信道狀態(tài)信息反饋方法。
背景技術(shù)：
多輸入多輸出技術(shù)(MIMO, Multiple Input Multiple Output),通過在通信系統(tǒng) 引入多根接收與發(fā)送天線，在收發(fā)兩端建立了多條并行傳輸信道，利用這些信道并行的傳輸數(shù)據(jù)，有效的提升了系統(tǒng)的容量和頻譜利用率，是新一代無線通信系統(tǒng)中具有突破性的技術(shù)。MMO預(yù)編碼技術(shù)作為多輸入多輸出技術(shù)的一個研究方向，其主要技術(shù)特點為發(fā)端通過已知的MIMO信道狀態(tài)信息(CSI, Channel State Information),對發(fā)送前的信號矩陣預(yù)先進行處理，然后再發(fā)送出去，能夠在發(fā)送端提前消除MMO信道的鄰道干擾，提升系統(tǒng)性能，同時還能夠完全避免接收端檢測帶來的誤碼傳播，降低差錯概率。MMO預(yù)編碼技術(shù)的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于發(fā)端如何獲得MMO信道狀態(tài)信息。傳統(tǒng)的方法主要有在頻分復用(FDD)系統(tǒng)中，發(fā)送端通過接收端反饋獲得CSI ;在時分復用(TDD)系統(tǒng)中，發(fā)送端能夠利用上行與下行信道的互易性，不需要接收端反饋就能夠獲得CSI。然而在高速鐵路環(huán)境下，由于列車高速移動，高速鐵路基站與列車間信道快速變化。傳統(tǒng)的CSI獲取方案都需要收端或者發(fā)端實時進行信道估計，然后再進行預(yù)編碼，此時信道狀態(tài)已經(jīng)發(fā)生了變化，預(yù)編碼的性能受到了很大的影響。專利201110087301. 9提出了“一種用于高速鐵路環(huán)境下MIMO系統(tǒng)中的自適應(yīng)預(yù)編碼方法”，該方法通過GPS所獲得的列車與基站的位置信息來取代CSI計算預(yù)編碼矩陣，并且采用雙交叉極性天線和波束賦形來解除MMO信道間的相關(guān)性，獲得性能上的提升。該方案繞過CSI進行預(yù)編碼，實際的預(yù)編碼效果并不理想。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種高速鐵路環(huán)境下預(yù)編碼信道狀態(tài)信息反饋方法，使通信發(fā)端能夠在信道快速變化的情況下快速得到當前信道狀態(tài)信息，通過MMO預(yù)編碼提升系統(tǒng)系能。本發(fā)明的主要想法是高鐵沿線的各個基站間通過設(shè)備和規(guī)定協(xié)議進行指令交互和數(shù)據(jù)通信。由于高鐵列車的控制高度自動化，只要不發(fā)生意外情況，列車經(jīng)過沿線同一地點的車速基本保持不變。因此在不同時刻經(jīng)過同一地點的列車其信道變化基本上不受車速的影響，而只會受到天氣等變化緩慢的因素影響。因此收端在估計出CSI后可以先在基站將該信息緩存下來，并且將該CSI信息由當前基站發(fā)送給沿線上一個基站，這樣列車或者基站就能在列車進入某一個基站的通信范圍內(nèi)之前就已經(jīng)掌握了該基站范圍沿線的CSI值。
本發(fā)明采用下述技術(shù)解決方案在高速鐵路通信系統(tǒng)當中相鄰基站間通過設(shè)備和規(guī)定協(xié)議進行指令交互和數(shù)據(jù)通信，高鐵列車在行駛時經(jīng)過沿線同一地點的行駛速度在嚴格控制下通常保持不變，高鐵列車通過GPS定位或輪軌定位技術(shù)獲取當前的位置信息，基站獲取高鐵列車當前的位置信
肩、O一種高速鐵路環(huán)境下預(yù)編碼信道狀態(tài)信息反饋方法，其特點在于，該方法包括如下兩種情況當高速鐵路通信系統(tǒng)處于下行通信時，該方法的具體步驟如下(I)當高鐵列車行駛在第k個基站BSk的覆蓋范圍內(nèi)，通過高鐵的定位技術(shù)，高鐵列車和基站BSk分別獲取當前列車的位置信息d(i，k)后，基站BSk向高鐵列車發(fā)送第i幀數(shù)據(jù)； (2)基站BSk首先查詢本地是否已經(jīng)收到來自基站BSk+1的下行查找表LUT_down(k, j)當沒有收到該下行查找表時，則基站BSk初始化下行預(yù)編碼矩陣Fik(O) = Imxm，其中ImXm為單位矩陣，當收到該下行查找表時，則基站BSk通過所述的位置信息d(i，k)在該下行查找表LUT_down(k j)中進行檢索，得到當前基站信道狀態(tài)信息I(k，i，j)，其中j表示當前下行預(yù)編碼矩陣的更新次數(shù)，通過當前基站信道狀態(tài)信息I (k，i，j)，利用預(yù)編碼算法得到下行預(yù)編碼矩陣Fik (j)；(3)基站BSk對需發(fā)送的符號進行數(shù)字調(diào)制后的信號經(jīng)預(yù)編碼處理后發(fā)送給高鐵列車，發(fā)送信號表示為Xik = Fik(J)Sik, i e [l,nk] (I)其中Xik為基站BSk第i幀數(shù)據(jù)預(yù)編碼后的多天線發(fā)送信號，Sik為基站BSk第i幀數(shù)據(jù)的多路數(shù)據(jù)流，nk為列車在基站BSk范圍內(nèi)接收的最大幀數(shù)，F(xiàn)ik (j)為步驟(2)得到的下行預(yù)編碼矩陣；(4)基站BSk在步驟(3)的發(fā)送信號內(nèi)插入導頻封裝成幀發(fā)送給高鐵列車，高鐵列車接收到信號后進行信道估計，根據(jù)該信道估計的結(jié)果與相應(yīng)的預(yù)編碼算法得出基站信道狀態(tài)信息I (k，i，j+1)；(5)當高鐵列車將經(jīng)過基站BSk時，高鐵列車通過I (k，i，j+1)與d(i，k) 一一對應(yīng)制成下行查找表LUT_down(k，j+1)，并在高鐵列車檢測到進入下一基站BSk+1的范圍后，高鐵列車將該下行查找表發(fā)送給基站BSk+1，基站BSk+1將該下行查找表存儲在本地；(6)當高鐵列車離開基站BSk+1覆蓋范圍或者在下一趟高鐵列車進入基站BSk覆蓋范圍前，基站BSk+1會將下行查找表LUT_down (k，j+1)發(fā)送給基站BSk，基站BSk則將原來的下行查找表LUT_down(k, j)更新為新的下行查找表LUT_down(k, j+1),令j = j+1,回到步驟⑴；當高速鐵路通信系統(tǒng)處于上行通信時，該方法具體步驟如下(11)當高鐵列車行駛在第k個基站BSk的覆蓋范圍，通過高鐵的定位技術(shù)高鐵列車和基站BSk分別獲取當前列車的位置信息d(i，k)后，高鐵列車向發(fā)送第i幀數(shù)據(jù)；(21)高鐵列車首先查詢本地是否已經(jīng)收到來自基站BSlri的上行查找表LUT_up (k, j)當沒有收到該下行查找表時，則高鐵列車初始化上行預(yù)編碼矩陣Fik' (O)=Imxm，其中Imxm為單位矩陣，當收到該上行查找表時，則高鐵列車通過該上行查找表LUT_up(k j)和位置信息d(i，k)得到當前列車信道狀態(tài)信息Γ (k，i，j)其中j表示當前預(yù)編碼矩陣的更新次數(shù)，通過當前列車信道狀態(tài)信息Γ (k，i，j)，利用預(yù)編碼算法得到上行預(yù)編碼矩陣Fik' (j)；(31)高鐵列車對需發(fā)送的符號進行數(shù)字調(diào)制后的信號經(jīng)預(yù)編碼處理后發(fā)送
給基站BSk,發(fā)送信號表不為V ik = Fik' (j)Sik，i e [l，nk]⑵其中V ik為高鐵列車第i幀數(shù)據(jù)預(yù)編碼后的多天線發(fā)送信號，Sik為高鐵列車第i幀數(shù)據(jù)的多路數(shù)據(jù)流，nk為列車在基站BSk范圍內(nèi)發(fā)送的最大幀數(shù)，F(xiàn)ik' (j)為步驟(21)得到的上行預(yù)編碼矩陣；(41)高鐵列車在步驟(31)的發(fā)送信號內(nèi)插入導頻封裝成幀發(fā)送給基站BSk，基站BSk接收到信號后進行信道估計，根據(jù)該信道估計結(jié)果與步驟(21)選用相同的預(yù)編碼算法得出列車信道狀態(tài)信息Γ (k, i, j+1)；(51)基站BSk通過Γ (k，i，j+1)與d(i，k)——對應(yīng)制成上行查找表LUT_up (k，j+1)，并將該上行查找表存儲在本地；(61)當高鐵列車離開基站BSk覆蓋范圍或者在下一趟列車進入基站BSk覆蓋范圍前，基站BSk會將上行查找表LUT_up (k，j+1)發(fā)送給基站BSk_1;基站BSlri會在高鐵列車進入其范圍時將該上行查找表LUT_up (k，j+1)發(fā)送給高鐵列車，更新原來的上行查找表LUT_up (k, j),令 j = j+1,回到步驟(11)。所述的基站信道狀態(tài)信息I(k, i, j+1)和列車信道狀態(tài)信息Γ (k, i, j+1)分別是MIMO信道幅度與相位的信息，或是有限反饋CSI，僅包含預(yù)編碼碼本索引信息。與傳統(tǒng)的信道狀態(tài)信息獲取方法相比，本發(fā)明能夠挖掘出高速鐵路環(huán)境下獨特的信道特點，即不同高鐵列車在經(jīng)過同一地點時信道狀態(tài)變化緩慢這一優(yōu)勢，采用將信道信息緩存后給下一趟列車用的方式，能夠有效的解決預(yù)編碼信道狀態(tài)信息反饋的速度與反饋的信息量有限的問題；采用本發(fā)明的方法能夠在預(yù)編碼的發(fā)端獲得收端完全的信道狀態(tài)信息，使得預(yù)編碼的效果能夠得到一定的提升。


圖I本發(fā)明高速鐵路通信系統(tǒng)的原理圖。圖2本發(fā)明高速鐵路環(huán)境下預(yù)編碼信道狀態(tài)信息反饋方法下行通信的流程圖。圖3本發(fā)明高速鐵路環(huán)境下預(yù)編碼信道狀態(tài)信息反饋方法上行通信的流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的描述。本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。在高速鐵路通信系統(tǒng)當中，相鄰基站間能夠通過設(shè)備和規(guī)定協(xié)議進行指令交互和數(shù)據(jù)通信。高鐵列車在行駛時經(jīng)過沿線同一地點的行駛速度在嚴格控制下通常保持不變。高鐵列車能夠通過GPS定位、輪軌定位等技術(shù)獲取當前的位置信息，同時基站也能夠準確掌握列車當前的位置信息。本實施例高鐵列車與基站均有兩根天線，形成2X2的MMO通in，米用的預(yù)編碼算法為有限反饋預(yù)編碼，使用的預(yù)編碼碼本為householder碼本，碼本索引與預(yù)編碼矩陣的對應(yīng)關(guān)系為碼本索引為O時，預(yù)編碼矩陣
權(quán)利要求
1.ー種高速鐵路環(huán)境下預(yù)編碼信道狀態(tài)信息反饋萬法，其特征在干，該方法包括如下兩種情況 當高速鉄路通信系統(tǒng)處于下行通信吋，該方法的具體步驟如下 (1)當高鐵列車行駛在第k個基站BSk的覆蓋范圍內(nèi)，通過高鐵的定位技術(shù)，高鐵列車和基站BSk分別獲取當前列車的位置信息d(i，k)后，基站BSk向高鐵列車發(fā)送第i幀數(shù)據(jù)； (2)基站BSk首先查詢本地是否已經(jīng)收到來自基站BSk+1的下行查找表LUT_down(k，j) 當沒有收到該下行查找表吋，則基站BSk初始化下行預(yù)編碼矩陣Fik(O) = Imxm，其中Imxm為單位矩陣， 當收到該下行查找表吋，則基站BSk通過所述的位置信息d (i，k)在該下行查找表LUT_down(k, j)中進行檢索，得到當前基站信道狀態(tài)信息I (k，i，j)，其中j表示當前下行預(yù)編碼矩陣的更新次數(shù)，通過當前基站信道狀態(tài)信息I (k，i，j)，根據(jù)所選用預(yù)編碼算法得到下行預(yù)編碼矩陣Fik (j)； (3)基站BSk對需發(fā)送的符號進行數(shù)字調(diào)制后的信號經(jīng)預(yù)編碼處理后發(fā)送給高鐵列車，發(fā)送信號表示為Xik = Fik (j) Sik, i G [1，nk](I) 其中Xik為基站BSk第i幀數(shù)據(jù)預(yù)編碼后的多天線發(fā)送信號，Sik為基站BSk第i幀數(shù)據(jù)的多路數(shù)據(jù)流，nk為列車在基站BSk范圍內(nèi)接收的最大幀數(shù)，F(xiàn)ik (j)為步驟(2)得到的下行預(yù)編碼矩陣； (4)基站BSk在步驟(3)的發(fā)送信號內(nèi)插入導頻封裝成幀發(fā)送給高鐵列車，高鐵列車接收到信號后進行信道估計，根據(jù)該信道估計的結(jié)果與步驟(2)所選用的預(yù)編碼算法得出基站信道狀態(tài)信息I (k, i, j+1)； (5)當高鐵列車將經(jīng)過基站BSk時，高鐵列車通過I(k，i，j+1)與d(i，k) 一一對應(yīng)制成下行查找表LUT_down(k，j+1)，并在高鐵列車檢測到進入下一基站BSk+1的范圍后，高鐵列車將該下行查找表發(fā)送給基站BSk+1，基站BSk+1將該下行查找表存儲在本地； (6)當高鐵列車離開基站BSk+1覆蓋范圍或者在下一趟高鐵列車進入基站BSk覆蓋范圍前，基站BSk+1會將下行查找表LUT_down (k，j+1)發(fā)送給基站BSk，基站BSk則將原來的下行查找表LUT_down(k, j)更新為新的下行查找表LUT_down(k, j+1),令j = j+1,回到步驟(I); 當高速鉄路通信系統(tǒng)處于上行通信吋，該方法具體步驟如下 (11)當高鐵列車行駛在第k個基站BSk的覆蓋范圍，通過高鐵的定位技術(shù)高鐵列車和基站BSk分別獲取當前列車的位置信息d(i，k)后，高鐵列車向基站BSk發(fā)送第i幀數(shù)據(jù)； (21)高鐵列車首先查詢本地是否已經(jīng)收到來自基站BSlri的上行查找表LUT_up(k，j) 當沒有收到該上行查找表吋，則高鐵列車初始化上行預(yù)編碼矩陣Fik' (0) =Imxm，其中ImXm為單位矩陣， 當收到該上行查找表吋，則高鐵列車通過該上行查找表LUT_up (k，j)和位置信息d(i，k)得到當前列車信道狀態(tài)信息I' (k，i，j)，其中j表示當前預(yù)編碼矩陣的更新次數(shù)，通過當前列車信道狀態(tài)信息I' (k，i，j)，根據(jù)所選用的預(yù)編碼算法得到上行預(yù)編碼矩陣V 0)； (31)高鐵列車對需發(fā)送的符號進行數(shù)字調(diào)制后的信號經(jīng)預(yù)編碼處理后發(fā)送給基站BSk,發(fā)送信號表不為I' ik = V (Sik, i G [LnJ (2) 其中V ik為高鐵列車第i幀數(shù)據(jù)預(yù)編碼后的多天線發(fā)送信號，Sik為高鐵列車第i幀數(shù)據(jù)的多路數(shù)據(jù)流，nk為列車在基站BSk范圍內(nèi)發(fā)送的最大幀數(shù)，F(xiàn)ik' i(j)為步驟(21)得到的上行預(yù)編碼矩陣； (41)高鐵列車在步驟(31)的發(fā)送信號內(nèi)插入導頻封裝成幀發(fā)送給基站BSk，基站BSk接收到信號后進行信道估計，根據(jù)該信道估計結(jié)果與步驟(21)所選用的預(yù)編碼算法得出列車信道狀態(tài)信息r (k, i, j+1)； (51)基站BSk通過I' (k，i，j+1)與d(i，k) 一一對應(yīng)制成上行查找表LUT_up(k，j+1)，并將該上行查找表存儲在本地； (61)當高鐵列車離開基站BSk覆蓋范圍或者在下ー趟列車進入基站BSk覆蓋范圍前，基站BSk會將上行查找表LUT_up (k，j+1)發(fā)送給基站BSlri，基站BSlri會在高鐵列車進入其范圍時將該上行查找表LUT_up (k，j+1)發(fā)送給高鐵列車，更新原來的上行查找表LUT_up (k，」)，令」=j+1，回到步驟(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高速鐵路環(huán)境下預(yù)編碼信道狀態(tài)信息反饋方法，其特征在于，所述的基站信道狀態(tài)信息I (k，i，j+1)和列車信道狀態(tài)信息I, (k,i, j+1)分別是MMO信道幅度與相位的信息，或是有限反饋CSI，僅包含預(yù)編碼碼本索引信息。
全文摘要
一種高速鐵路環(huán)境下預(yù)編碼信道狀態(tài)信息反饋方法，包括兩種情況當高速鐵路通信系統(tǒng)處于下行通信時，高鐵列車行駛在第k個基站BSk的覆蓋范圍內(nèi)，獲取當前列車的位置信息；基站查詢下行查找表；基站對高鐵列車發(fā)送信號；更新下行下行查找表；當高速鐵路通信系統(tǒng)處于上行通信時，高鐵列車行駛在第k個基站BSk的覆蓋范圍內(nèi)，獲取當前列車的位置信息；高鐵列車查詢上行查找表；高鐵列車對基站發(fā)送信號；更新下行下行查找表。本發(fā)明能夠挖掘出高速鐵路環(huán)境下獨特的信道特點，即解決預(yù)編碼信道狀態(tài)信息反饋的速度與反饋的信息量有限的問題，使預(yù)編碼的效果提升。
文檔編號H04L1/00GK102664713SQ20121010526
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月11日
發(fā)明者劉勃, 歸琳, 熊箭, 邱晨, 郭菲菲 申請人:上海交通大學