CN101222259B - 用于4发射天线mimo系统的码本方式预编码方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于4发射天线MIMO系统的码本方式预编码方法，包括以下步骤：步骤a，接收端根据信道估计矩阵H进行SVD分解，得到发射端的预编码矩阵V和接收端的预编码矩阵U；步骤b，根据所需要发送的数据流的数目i，取出V矩阵的前i列作为需要量化反馈的V矩阵；以及步骤c，对需要量化反馈的V矩阵进行量化，并反馈给发射端，其中，将最大模值所在位置的元素的模值固定为A_max，列向量中其余n-1个元素的模值都固定为

其中n为列向量的维数，仅仅对模值最大的元素进行π/4的量化，其余元素以π/2进行量化。

Description

用于4发射天线MIMO系统的码本方式预编码方法

技术领域

本发明涉及通信领域，更具体而言，涉及用于4发射天线MIMO系统的码本方式预编码方法。 

背景技术

多输入多输出(MIMO：Multiple Input and Multiple Output)系统由于其有效提高信道容量而成为LTE(Long Term Evolution，长期演进)的研究中一项倍受人们关注的技术。使用预编码技术进行多数据流与天线之间的复用，这能够更加有效地利用现有信道资源，通过对数据流的功率分配能够提高系统容量，并能够减小数据流之间的干扰，提高系统的整体性能。因此预编码技术也成为新的研究热点。 

预编码的基本理论方法是接收端通过信道估计得到信道矩阵，对信道矩阵进行奇异值分解得到发送端和接收端所使用的预编码矩阵V和U。当发射天线使用V的第i个列向量作为其权值，接收天线使用U的第i个列向量作为其权值时(i＝1，2，...s)，数据流就在且仅在第i个空间子信道中传输。发送端能够得到V矩阵的具体元素值的情况，称其为理想预编码方法，即基于非码本方式的预编码方法。 

基于码本的方式的提出，是由于V阵的元素需要反馈给发射端，但反馈所需要的空间不足以传输V矩阵信息，所以需要通过构建码本简化反馈信息，反馈与V阵近似的码本进行预编码。 

对于基于码本预编码方案的系统实现方式，接收端通过SVD(请提供中英文全名，中文名：矩阵奇异值分解，英文名：Singular value decomposition)分解计算，在预编码码本中寻找到最接近的一个码本，将此码本的序号反馈给发射端，在发射端进行码本的重建，进行发射端预编码。 

发明内容

本发明旨在提供较为简单的用于4发射天线MIMO系统的码本方式预编码方法。 

本发明提供了一种用于4发射天线MIMO系统的码本方式预编码方法，包括以下步骤：步骤a，接收端根据信道估计矩阵H进行SVD分解，得到发射端的预编码矩阵V和接收端的预编码矩阵U；步骤b，根据所需要发送的数据流的数目i，取出V矩阵的前i列作为需要量化反馈的V矩阵；以及步骤c，对需要量化反馈的V矩阵进行量化，并反馈给发射端，其中，将最大模值所在位置的元素的模值固定为A_max，列向量中其余n-1个元素的模值都固定为 

其中n为列向量的维数，仅仅对模值最大的元素进行π/4的量化，其余元素以π/2进行量化。 

在上述的码本方式预编码方法中，步骤c包括以下步骤：对需要量化反馈的V矩阵中的每个列向量分别找出其最大模值，并将其所在位置的序号反馈给发射端；发射端收到反馈信息后对每个列向量的幅度分别进行重构，其中，将最大模值所在位置的元素的模值固定为A_max，列向量中其余三个元素的模值都固定为 

每 个列向量中的第一个元素的相位仅选择0或π；以及对每个列向量中模值最大的元素的相位以π/4进行量化；对于其余元素的相位以π/2进行量化。 

在上述的码本方式预编码方法中，步骤c包括以下步骤：在得到需要量化反馈的V矩阵后，使用householder矩阵变换方法对该V矩阵进行处理，得到需要量化的φ₁ φ₂ φ₃ φ₄4个相位值和v₁₁，v₂₁，v₃₁，v₄₁，v2₁₁，v2₂₁，v2₃₁，v3₁₁，v3₂₁的部分元素；φ₁ φ₂ φ₃ φ₄4个相位值每个分别以π/4进行量化；找到该V矩阵中的第一个列向量的4个元素v₁₁，v₂₁，v₃₁，v₄₁的最大模值，并反馈最大模值所在的位置的序号；将最大模值所在位置的元素的模值固定为A_max，列向量中其余3个元素的模值都固定为 

对这4个元素中模值最大的元素的相位以π/4进行量化，对其余元素的相位以π/2进行量化；对使用householder矩阵变换方法得到的V₂矩阵中的第一个列向量的3个元素v2₁₁，v2₂₁，v2₃₁进行量化，进行量化时将最大模值所在位置的元素的模值固定为A_max，其余2个元素的模值都固定为 

以及对使用householder矩阵变换方法得到的V₃矩阵中的第一个列向量的2个元素v3₁₁，v3₂₁进行量化，进行幅度量化时将最大模值所在位置的元素的模值固定为A_max，列向量中其余1个元素的模值都固定为 

其中，V₃矩阵是将变换后的V₂矩阵中还需要量化的元素取出而形成的矩阵。 

在上述的码本方式预编码方法中，使用2bit量化最大模值所在位置的序号。 

在上述的码本方式预编码方法中，当只选择0或π进行量化时，使用1bit量化该相位值。 

在上述的码本方式预编码方法中，当以π/2进行量化时，使用2bit量化该相位值。 

在上述的码本方式预编码方法中，当以π/4进行量化时，使用3bit量化该相位值。 

在上述的码本方式预编码方法中，对于V矩阵，A_max的取值为0.7～0.8。 

在上述的码本方式预编码方法中，对于V₂矩阵，A_max的取值为0.75～0.85。 

在上述的码本方式预编码方法中，对于V₃矩阵，A_max的取值为0.8～0.9。 

本发明实现了较为简单的用于4发射天线MIMO系统的码本方式预编码方法，并分别给出了基于直接量化的码本设计方法和基于在householder矩阵变换基础上进行直接量化的码本设计方法，成本较低，易于实现。 

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。 

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中： 

图1示出了根据本发明实施例的码本方式预编码方法的流程图； 

图2示出了4X4 MIMO发送2数据流情况的预编码的具体复用方法的示意图； 

图3示出了householder矩阵变换过程及开销示意图步骤1； 

图4示出了householder矩阵变换过程及开销示意图步骤2；以及 

图5示出了householder矩阵变换过程及开销示意图步骤3。 

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。 

我们关注E-UTRA 4X4(或4X2)MIMO方案，使用预编码时每一个数据流的性能都不同，这是由于把空间子信道按照由好至差的性能依次分配给数据流导致的，第一个数据流的性能最优，第二个数据流的性能仅次于第一个数据流，第四个数据流的性能最差，对于E-UTRA 4X4(或4X2)MIMO系统来讲，选择发送2个或3个数据流的情况的系统性能是比较好的。在这种情况下对于4X4的V矩阵仅量化反馈其前两个列向量即可。 

图1示出了根据本发明实施例的码本方式预编码方法的流程图，包括以下步骤： 

步骤S10，接收端根据信道估计矩阵H进行SVD分解，得到发射端的预编码矩阵V和接收端的预编码矩阵U； 

步骤S20，根据所需要发送的数据流的数目i，取出V矩阵的前i列作为需要量化反馈的V矩阵；以及 

步骤S30，对需要量化反馈的V矩阵进行量化，并反馈给发射端，其中，将最大模值所在位置的元素的模值固定为A_max，列向量中其余三个元素的模值都固定为 

其相位以π/4进行量化。 

对于发送2个流的4X4 MIMO的预编码权值的具体使用方法如图2所示。 

本发明提供了两种适用于MIMO 4发射天线的预编码码本方法。第一种是基于直接量化的码本设计方法；第二种是基于直接量化的码本设计方法。 

对于第一种基于直接量化的码本设计方法，步骤S30可包括以下步骤： 

对需要量化反馈的V矩阵中的每个列向量分别找出其最大模值，并将其所在位置的序号反馈给发射端； 

发送端收到反馈信息后对每个列向量的幅度分别进行重构，其中，将最大模值所在位置的元素的模值固定为A_max，列向量中其余三个元素的模值都固定为 

每个列向量中的第一个元素的相位仅选择0或π；以及 

对每个向量中模值最大的元素的相位以π/4进行量化；对于其余元素的相位以π/2进行量化。 

对于第二种基于householder阵的码本设计方法，步骤S30可包括以下步骤： 

在得到需要量化反馈的V矩阵后，使用householder矩阵变换方法对该V矩阵进行处理，得到需要量化的φ₁ φ₂ φ₃ φ₄4个相位值和v₁₁，v₂₁，v₃₁，v₄₁，v2₁₁，v2₂₁，v2₃₁，v3₁₁，v3₂₁的部分元素； 

φ₁ φ₂ φ₃ φ₄4个相位值每个分别以π/4进行量化； 

找到该V矩阵中的第一个列向量的4个元素v₁₁，v₂₁，v₃₁，v₄₁的最大模值，并反馈最大模值所在的位置； 

将最大模值所在位置的元素的模值固定为A_max，列向量中其余3个元素的模值都固定为 

对这4个元素中模值最大的元素的相位以π/4进行量化，对其余元素的相位以π/2进行量化； 

对使用householder矩阵变换方法得到的V₂矩阵中的第一个列向量的3个元素v2₁₁，v2₂₁，v2₃₁进行量化，进行量化时将最大模值所在位置的元素的模值固定为A_max，其余2个元素的模值都固定为 以及 

对使用householder矩阵变换方法得到的V₃矩阵中的第一个列向量的2个元素v3₁₁，v3₂₁进行量化，进行幅度量化时将最大模值所在位置的元素的模值固定为A_max，列向量中其余1个元素的模值都固定为 

在上述的码本方式预编码方法中，可使用2bit量化最大模值所在位置的序号；当只选择0或π进行量化时，可使用1bit量化该相位值；当以π/2进行量化时，可使用2bit量化该相位值；当以π/4进行量化时，可使用3bit量化该相位值。 

在上述的码本方式预编码方法中，优选地，对于V矩阵，A_max的取值为0.7～0.8；对于V2矩阵，A_max的取值为0.75～0.85；对于V3矩阵，A_max的取值为0.8～0.9。 

下面结合附图3、4、5来详细说明根据本发明的这两种码本设计方法。 

基于直接量化的码本设计方法： 

在发送2 streams的4X4或者4X2天线模式中，发射端预编码只使用V矩阵的第一个和第二个列向量。因此只需要反馈V阵的前两列向量，下面举例说明2 streams时V阵量化对应方法，对于一个随机的4X4的V矩阵 

$V=\left[\begin{array}{cccc}{v}_{11}& v_{12}& v_{13}& v_{14}\\ v_{21}& v_{22}& v_{23}& v_{24}\\ v_{31}& v_{32}& v_{33}& v_{34}\\ v_{41}& v_{42}& v_{43}& v_{44}\end{array}\right]$

当发送i(i＝1，2，3，4)个数据流时，则需要反馈V矩阵的前i个列向量。 

例如：发送2 streams时所使用的V矩阵的前两个列向量，用V_2streams表示，则 

$V_{2\mathrm{streams}}=\left[\begin{array}{cc}{v}_{11}& v_{12}\\ v_{21}& v_{22}\\ v_{31}& v_{32}\\ v_{41}& v_{42}\end{array}\right]$

V矩阵进行量化反馈时，每一个列向量相互独立，所以仅说明一个列向量的量化后的反馈开销即可，对于对于发送i(i＝1，2，3，4)个数据流的情况，总反馈开销为一个列向量的反馈开销的i倍。 

V矩阵的量化分为幅度量化和相位量化两部分。这种方法的核心在于对于最大模值进行特殊处理，最大模值的幅值使用较大的值，相位进行较细致的量化。 

对于幅度的量化方法如下： 

对于一个列向量找出其最大模值，并将其所在位置的序号反馈给发射端，对上述一个列向量来说，幅度反馈的开销为2bits，第一个列向量元素的模值的最大模值在第一个位置，那么反馈00，第二个列向量的元素的模值的最大模值在第4个位置，那么反馈11。 

发送端收到反馈信息后对每个列向量的幅度分别进行重构，将最大模值所在位置的元素的模值固定为A_max，列向量中其余三个元素的模值都固定为 A_max值的大小应该通过对于所使用的信道进行仿真测试来确定，根据随机矩阵的测试结果来看，A_max的最优取值为0.7～0.8。 

对于相位的量化方法如下： 

对每个向量中模值最大的元素的相位以π/4对该元素进行量化，一个元素以π/4进行的相位量化需要3bit的空间。对于每个向量中除过模值最大的元素之外的其余元素的相位以π/2进行量化，每个元素以π/2进行量化时需要2bit的量化空间。 

量化时可以以任何相位值(如0π/8或π/4等)作为起始点，不影响量化效果。 

注意：对于很多SVD算法来讲，每个列向量中的第一个元素的相位只有两种选择：0或π，这样第一个元素的相位量化开销为1bit.用0表示0相位，1表示π相位。对于符合这种条件的情况可以节约1bit的反馈开销，matlab中的SVD算法符合这个条件。 

上述量化方法，每个数据流的反馈开销为10bits或11bits(取决于是否符合上面的条件)，那么 

●当发送4个数据流时，量化反馈4x4 V矩阵的总开销为40或44bit 

●当发送3个数据流时，量化反馈4x4 V矩阵的总开销为30或33bit 

●当发送2个数据流时，量化反馈4x4 V矩阵的总开销为20或22bit 

●当发送1个数据流时，量化反馈4x4 V矩阵的总开销为10或11bit 

具体操作方法如下： 

第一步：接收端根据信道估计得到的信道矩阵H，进行SVD分解，得到发射端的预编码矩阵V和接收端的预编码矩阵U。 

第二步：根据所需要发送的数据流的数目i，取出V矩阵的前i列作为需要量化反馈的V矩阵，下面对每一个列向量分别进行操作。 

第三步：对于一个列向量找出其最大模值，并将其所在位置的序号反馈给发射端，对上述一个列向量来说，幅度反馈的开销为2 bits，第一个列向量元素的模值的最大值在第一个位置，那么反馈00，第二个列向量的元素的模值的最大值在第4个位置，那么反馈11。 

第四步：发送端收到反馈信息后对每个列向量的幅度分别进行重构，将最大模值所在位置的元素的模值固定为A_max，列向量中其余三个元素的模值都固定为 

(A_max值的大小应该通过对于所使用的信道进行仿真测试来确定，根据随机矩阵的测试结果来看，A_max的最优取值为0.7～0.8。 

第五步：每个列向量中的第一个元素的相位只有两种选择：0或π，如0表示0相位，1表示π相位。所以第一个元素的相位量化只需要1bit。(注：对于很多SVD算法来讲，每个列向量中的第一个元素的相位只有两种选择：0或π，这样第一个元素的相位量化开销为1bit.用0表示0相位，1表示π相位。对于符合这种条件的情况可以节约1bit的反馈开销，matlab中的SVD算法符合这个条件。对于符合此条件的情况进行第四步，否则跳过而直接进行第五步)。 

第六步：对每个向量中模值最大的元素的相位以π/4对该元素进行量化，一个元素以π/4进行的相位量化需要3bit的空间。对于每个向量中除过模值最大的元素之外的其余元素的相位以π/2进行量化，每个元素以π/2进行量化时需要2bit的量化空间。 

基于householder阵的码本量化方法： 

本部分主要说明利用householder阵的方法对原始V矩阵进行处理后是否能够减少反馈开销。对于4个发射天线的情况，当发送i(i＝1，2，3，4)个数据流时，需要将V矩阵的前i列反馈回发射端。 

对于一个4X4的V矩阵，当发送4个数据流时，反馈  $V=\left[\begin{array}{cccc}{v}_{11}& v_{12}& v_{13}& v_{14}\\ v_{21}& v_{22}& v_{23}& v_{24}\\ v_{31}& v_{32}& v_{33}& v_{34}\\ v_{41}& v_{42}& v_{43}& v_{44}\end{array}\right]$

V矩阵元素需要反馈给发射端进行发射端预编码，V矩阵第i(i＝1，2，3，4)个列向量就是第i个数据流在发射端的预编码权值，也就是说对于发送n(n＜＝4)个数据流的情况，有4n个元素需要量化反馈；对于发送全部4个数据流的情况，有16个元素进行反馈。 

使用householder阵方法主要的目的是简少需要反馈的元素，减小反馈开销，下面以发送4流即反馈4X4的V矩阵为例进行分析，在发射端进行码本重构时所需要量化反馈的元素用蓝色标出。 

Householder反射矩阵构造为： 

$F_1=I-\frac{2}{{\left|\right|w_1\left|\right|}^2}{w}_1{w}_1^H$

其中w₁＝v₁e^-jφ1-e₁，φ₁＝arg(v₁(1，1))，e₁＝[1，0，…，0]^T

注意：这种方法中，如果v(1，1)元素为复数，在生成w₁时就需要使用φ₁； 

经过变换后 

如图3所示，蓝色部分标示的元素为需要向发射端反馈的元素，即需要量化的元素 

将变换后的V矩阵中还需要量化的3x3的元素取出，作为新矩阵V₂， $V_2=\left[\begin{array}{ccc}{v2}_{11}& {v2}_{12}& {v2}_{13}\\ {v2}_{21}& {v2}_{22}& {v2}_{23}\\ {v2}_{31}& {v2}_{32}& {v2}_{33}\end{array}\right],$ 继续使用相同的方法对V₂进行变换，变换后 $V_2=\left[\begin{array}{cc}{e}^{\mathrm{j\φ}2}& \begin{array}{cc}0& 0\end{array}\\ \begin{array}{c}0\\ 0\end{array}& \left[\begin{array}{cc}{v3}_{11}& {v3}_{12}\\ {v3}_{21}& {v3}_{22}\end{array}\right]\end{array}\right]$

如图4所示，蓝色部分标示的元素为需要向发射端反馈的元素，即需要量化的元素 

将变换后的V矩阵中还需要量化的2x2的元素取出，作为新矩阵V₃， $V3=\left[\begin{array}{cc}{v3}_{11}& {v3}_{12}\\ {v3}_{21}& {v3}_{22}\end{array}\right],$ 继续使用相同的方法对V₃进行变换，变换后  $V3=\left[\begin{array}{cc}{e}^{\mathrm{j\φ}3}& 0\\ 0& v4\end{array}\right],$ 由于v4为模值为1的元素，所以仅需要反馈其相位值φ₄即可。 

如图5所示，蓝色部分标示的元素为需要向发射端反馈的元素，即需要量化的元素。 

从上面分析过程可以看出，总共需要向发射端反馈9个元素(蓝色方框所表示的9个元素)，以及φ₁ φ₂ φ₃ φ₄4个相位值。由于φ₁ φ₂ φ₃ φ₄4个相位值在分解和重构过程中的作用是对矩阵进行旋转，其精度对整理量化误差的影响比较大，所以在反馈开销允许的情况下需要尽量细致的量化。 

我们的量化方法如下： 

从上面论述可以看出，蓝色标识的元素均为需要量化并且反馈至发送端的元素，需要反馈的元素有： 

●φ₁ φ₂ φ₃ φ₄4个相位值 

●V矩阵的第一个列向量的4个元素v₁₁，v₂₁，v₃₁，v₄₁

●V2矩阵中的第一个列向量的3个元素v2₁₁，v2₂₁，v2₃₁

●V3矩阵中的第一个列向量的2个元素v3₁₁，v3₂₁

量化所需要的开销如下： 

1.对于φ₁ φ₂ φ₃ φ₄4个相位值，这4个相位的量化需要进行较细的划分，每个分别以π/4进行量化，每个相位需要3bit，反馈这4个元素的值共需要12bit。 

注意：对于φ₁ φ₂ φ₃这三个相位信息就是v₁₁ v2₁₁ v3₁₁这三个元素的相位，在反馈v₁₁ v2₁₁ v3₁₁时仅反馈幅度信息即可，不需要重复反馈。 

2.对于V矩阵的第一个列向量的4个元素v₁₁，v₂₁，v₃₁，v₄₁的量化，找到这四个元素中的最大模值，并反馈最大模值所在的位置，反馈最大模值所在的位置需要开销为2bit。 

幅度量化：将最大模值所在位置的元素的模值固定为A_max，列向量中其余3个元素的模值都固定为 

A_max值的大小应该通过对于所使用的信道进行仿真测试来确定，根据随机矩阵的测试结果来看，对于4维元素时的情况A_max的最优取值为0.7～0.8。 

相位量化：对这4个元素中模值最大的元素的相位以π/4对该元素进行量化，以π/4进行的相位量化需要3bit的反馈开销，对于 每个向量中除过模值最大的元素之外的其余元素的相位以π/2进行量化，每个元素以π/2进行量化时需要2bit的量化空间。 

量化时可以以任何相位值(如0π/8或π/4等)作为起始点，不影响量化效果。 

对这四个元素的量化共需要11bit的反馈开销。 

3.对于V2矩阵中的第一个列向量的3个元素v2₁₁，v2₂₁，v2₃₁的量化，其方法与上面四个元素的方法基本相同。不同之处在于：进行幅度量化时将最大模值所在位置的元素的模值固定为A_max，列向量中其余2个元素的模值都固定为 

对于3维元素的情况A_max的最优取值为0.75～0.85。这三个元素所需要的反馈开销为9bit。 

4.对于V₃矩阵中的第一个列向量的2个元素v3₁₁，v3₂₁的量化，其量化方法也与上面基本相同。不同之处在于：进行幅度量化时将最大模值所在位置的元素的模值固定为A_max，列向量中其余1个元素的模值都固定为 

对于2维元素的情况A_max的最优取值为0.8～0.9。这三个元素所需要的反馈开销为6bit。 

从上面分析看出： 

●当发送4个数据流时，量化反馈4x4 V矩阵的总开销为32bit 

●当发送3个数据流时，量化反馈4x4 V矩阵的总开销为28bit 

●当发送2个数据流时，量化反馈4x4 V矩阵的总开销为21bit 

●当发送1个数据流时，量化反馈4x4 V矩阵的总开销为11bit 

具体操作方法如下： 

第一步：接收端根据信道估计得到的信道矩阵H，进行SVD分解，得到发射端的预编码矩阵V和接收端的预编码矩阵U。 

第二步：根据所需要发送的数据流的数目i，取出V矩阵的前i列作为需要量化反馈的V矩阵。 

第三步：根据上述的householder矩阵变换方法对V矩阵进行处理，得到需要量化的φ₁ φ₂ φ₃ φ₄4个相位值和v₁₁，v₂₁，v₃₁，v₄₁，v2₁₁，v2₂₁，v2₃₁，v3₁₁，v3₂₁的部分元素(由于发送数据流数目可能小于4，所以只需反馈上述元素中的部分元素)。 

第四步：对于φ₁ φ₂ φ₃ φ₄4个相位值，这4个相位的量化需要进行较细的划分，每个分别以π/4进行量化，每个相位需要3bit。 

第五步：对于V矩阵的第一个列向量的4个元素v₁₁，v₂₁，v₃₁，v₄₁的量化，找到这四个元素中的最大模值，并反馈最大模值所在的位置，反馈最大模值所在的位置需要开销为2bit。 

幅度量化：将最大模值所在位置的元素的模值固定为A_max，列向量中其余3个元素的模值都固定为 

A_max值的大小应该通过对于所使用的信道进行仿真测试来确定，根据随机矩阵的测试结果来看，对于4维元素时的情况A_max的最优取值为0.7～0.8。 

相位量化：对这4个元素中模值最大的元素的相位以π/4对该元素进行量化，以π/4进行的相位量化需要3bit的反馈开销，对于每个向量中除过模值最大的元素之外的其余元素的相位以π/2进行量化，每个元素以π/2进行量化时需要2bit的量化空间。 

第六步：对于V₂矩阵中的第一个列向量的3个元素v2₁₁，v2₂₁，v2₃₁的量化，其方法与第五步中的方法基本相同。不同之处在于：进行幅度量化时将最大模值所在位置的元素的模值固定为A_max，列向量中其余2个元素的模值都固定为 

对于3维元素的情况A_max的最优取值为0.75～0.85。 

第七步：对于V3矩阵中的第一个列向量的2个元素v3₁₁，v3₂₁的量化，其量化方法也与上面基本相同。不同之处在于：进行幅度量化时将最大模值所在位置的元素的模值固定为A_max，列向量中其余1个元素的模值都固定为 

对于2维元素的情况A_max的最优取值为0.8～0.9。 

从以上的描述中，可以看出，本发明实现了较为简单的用于4发射天线MIMO系统的码本方式预编码方法，并分别给出了基于直接量化的码本设计方法和基于直接量化的码本设计方法，成本较低，易于实现。 

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种用于4发射天线MIMO系统的码本方式预编码方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤a，接收端根据信道估计矩阵H进行SVD分解，得到发射端的预编码矩阵V和接收端的预编码矩阵U；

步骤b，根据所需要发送的数据流的数目i，取出V矩阵的前i列作为需要量化反馈的V矩阵；以及

步骤c，对所述需要量化反馈的V矩阵进行量化，并反馈给发射端，其中，将最大模值所在位置的元素的模值固定为A_max，列向量中其余n-1个元素的模值都固定为

其中n为列向量的维数，仅仅对模值最大的元素进行π/4的量化，其余元素以π/2进行量化。

2.根据权利要求1所述的码本方式预编码方法，其特征在于，所述步骤c包括以下步骤：

对需要量化反馈的V矩阵中的每个列向量分别找出其最大模值，并将其所在位置的序号反馈给发射端；

所述发射端收到反馈信息后对所述每个列向量的幅度分别进行重构，其中，将最大模值所在位置的元素的模值固定为A_max，列向量中其余三个元素的模值都固定为

所述每个列向量中的第一个元素的相位仅选择0或π；以及

对所述每个列向量中模值最大的元素的相位以π/4进行量化；对于其余元素的相位以π/2进行量化。

3.根据权利要求1所述的码本方式预编码方法，其特征在于，步骤c包括以下步骤：

在得到需要量化反馈的V矩阵后，使用householder矩阵变换方法对该V矩阵进行处理，得到需要量化的φ₁ φ₂ φ₃φ₄4个相位值和v₁₁，v₂₁，v₃₁，v₄₁，v2₁₁，v2₂₁，v2₃₁，v3₁₁，v3₂₁的部分元素；

φ₁ φ₂ φ₃ φ₄4个相位值每个分别以π/4进行量化；

找到该V矩阵中的第一个列向量的4个元素v₁₁，v₂₁，v₃₁，v₄₁的最大模值，并反馈最大模值所在的位置的序号；

将最大模值所在位置的元素的模值固定为A_max，列向量中其余3个元素的模值都固定为

对这4个元素中模值最大的元素的相位以π/4进行量化，对其余元素的相位以π/2进行量化；

对使用householder矩阵变换方法得到的V₂矩阵中的第一个列向量的3个元素v2₁₁，v2₂₁，v2₃₁进行量化，进行量化时将最大模值所在位置的元素的模值固定为A_max，其余2个元素的模值都固定为以及

对使用householder矩阵变换方法得到的V₃矩阵中的第一个列向量的2个元素v3₁₁，v3₂₁进行量化，进行幅度量化时将最大模值所在位置的元素的模值固定为A_max，列向量中其余1个元素的模值都固定为

其中，V₃矩阵是将变换后的V₂矩阵中还需要量化的元素取出而形成的矩阵。

4.根据权利要求2或3所述的码本方式预编码方法，其特征在于，使用2bit量化所述最大模值所在位置的序号。

5.根据权利要求2或3所述的码本方式预编码方法，其特征在于，当只选择0或π进行量化时，使用1bit量化该相位值。

6.根据权利要求2或3所述的码本方式预编码方法，其特征在于，当以π/2进行量化时，使用2bit量化该相位值。

7.根据权利要求2或3所述的码本方式预编码方法，其特征在于，当以π/4进行量化时，使用3bit量化该相位值。

8.根据权利要求2或3所述的码本方式预编码方法，其特征在于，对于V矩阵，A_max的取值为0.7～0.8。

9.根据权利要求3所述的码本方式预编码方法，其特征在于，对于V₂矩阵，A_max的取值为0.75～0.85。

10.根据权利要求3所述的码本方式预编码方法，其特征在于，对于V₃矩阵，A_max的取值为0.8～0.9。

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