基于KL变换和Lloyd-Max量化的多天线信道压缩反馈方法

技术特征：
1.基于kl变换和lloyd-max量化的多天线信道压缩反馈方法，其特征在于：包括以下步骤：s1：移动终端根据观测窗口内的多天线历史信道信息构建kl变换矩阵ψ及对应逆矩阵φ，并用kl变换矩阵ψ对实时信道信息进行压缩；s2：移动终端对kl逆变换矩阵φ进行均匀量化编码，对压缩后的信道信息进行lm量化编码，并根据反馈协议将编码结果构建成反馈比特流发送给基站端；s3：移动端模拟基站根据构建的反馈比特流对kl变换矩阵和压缩信道信息进行解码和重构；并比对重构信道和实时信道，计算重构性能，根据重构性能判断是否需要更新kl变换矩阵及对应逆矩阵；s4：基站端接收移动终端发送的反馈比特流，根据反馈协议从中解码kl逆变换矩阵及压缩信道信息，重构下行通信信道。2.根据权利要求1所述的基于kl变换和lloyd-max量化的多天线信道压缩反馈方法，其特征在于：基站为多天线基站，信道为从基站到移动终端的下行多输入单输出信道并用空域响应向量h来表征，h为n维复数向量，n为基站天线个数。3.根据权利要求1所述的基于kl变换和lloyd-max量化的多天线信道压缩反馈方法，其特征在于：步骤s1中，构建的kl变换矩阵为其中，s
k
和u
k
为信道协方差矩阵奇异值分解r＝usu
h
前k(0<k<n)个最大奇异值组成的对角矩阵和对应奇异向量组成的奇异值矩阵；相应地，构建的kl逆变换矩阵为φ＝u
k
s
k
；信道协方差矩阵利用计算；-t
来自历史信道信息集合ω＝{h-t
，h-t 1
，
…
，h-1
}，t为观测窗口长度且t≥n。4.根据权利要求1所述的基于kl变换和lloyd-max量化的多天线信道压缩反馈方法，其特征在于：步骤s1中，压缩后的信道为h
p
＝ψh。5.根据权利要求1所述的基于kl变换和lloyd-max量化的多天线信道压缩反馈方法，其特征在于：所述步骤s2中，kl逆变换矩阵φ的均匀量化编码过程为：提取φ的实部和虚部系数组成实向量f，并获取该向量中元素最大绝对值φ
max
，并将φ
max
编码为b
f
位浮点数；将f中的元素在[-φ
max
，φ
max
]范围内均匀离散化并表示成b
p
位无符号整数，量化间隔为6.根据权利要求1所述的基于kl变换和lloyd-max量化的多天线信道压缩反馈方法，其特征在于：步骤s2中，压缩后的信道信息的lm量化编码过程为：提取h
p
的实部和虚部系数组成实向量h
pr
，计算h
pr
中元素的标准差σ，并将σ编码为b
f
位浮点数；按照h
pr
中元素服从一维正态分布的假设，利用lm量化编码器对h
pr
中元素进行量化并表示为b
h
位无符号整数；其中lm量化编码器的2
b-1个判决门限以及2
b
个量化表示值由lloyd-max算法针对标准正态分布预先计算，并乘以σ获得。
7.根据权利要求1所述的基于kl变换和lloyd-max量化的多天线信道压缩反馈方法，其特征在于：步骤s2和s4中，使用的反馈协议为移动终端和基站事先约定好的比特流传输结构，具体使用的上行反馈信道由通信系统物理层协议决定。8.根据权利要求1所述的基于kl变换和lloyd-max量化的多天线信道压缩反馈方法，其特征在于：步骤s3和s4采用一致的解码过程，解码步骤为：根据实现约定好的比特流传输结构，读取φ
max
对应的b
f
比特数据并转换为浮点数然后读取kl逆变换矩阵φ对应的n
×
k
×2×
b
p
位比特数据，利用均匀量化解码器结合重构kl逆变换矩阵得到φ
r
；根据约定好的比特流传输结构，读取σ对应的b
f
比特数据并转换为浮点数然后读取子空间信道表征
p
对应的k
×2×
b位比特数据，利用lm量化解码器重构h
p
得到h
pr
；其中lm量化解码器的2
b-1个判决门限以及2
b
个量化表示值由lloyd-max算法针对标准正态分布预先计算，并乘以获得；计算重构信道h
r
＝φ
r
h
pr
。9.根据权利要求1所述的基于kl变换和lloyd-max量化的多天线信道压缩反馈方法，其特征在于：步骤s3中，使用的重构性能用相关系数来评估，其中h-i
和h
r,-i
表示前第i个估计信道和重构信道，l为评估个数；当ρ差于约定的性能阈值ρ
th
时，根据最近的历史信道信息集合重新计算ψ和φ，并更新φ的量化编码结果。

技术总结
本发明公开了一种基于Karhunen-Loeve(KL)变换和Lloyd-Max(LM)量化的多天线信道压缩与反馈方法，属于无线通信物理层协议设计领域。包括：移动终端根据观测窗口内的多天线历史信道数据构建KL变换矩阵及对应逆矩阵，并用KL变换矩阵压缩实时信道信息；移动终端对KL逆变换矩阵进行均匀量化编码，对压缩后的信道信息进行LM量化编码，并根据反馈协议将编码结果构建成反馈比特流发送给基站端；移动端模拟基站对KL变换矩阵和压缩信道信息进行解码和重构，并比对重构信道和实时信道，计算重构性能，根据重构性能大小判断是否需要更新KL变换矩阵及对应逆矩阵；基站端接收移动终端发送的反馈比特流，根据反馈协议从中解码KL逆变换矩阵及压缩信道信息，重构下行通信信道。重构下行通信信道。重构下行通信信道。


技术研发人员：邓俊荃 张建照 乔晓强
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：2022.10.20
技术公布日：2023/1/31