CN101330479A - 一种预编码多输入多输出传输及码本编码的方法 - Google Patents

一种预编码多输入多输出传输及码本编码的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种预编码多输入多输出传输的方法，包括：选择基本矩阵，从所述基本矩阵中根据每种秩下的预编码矩阵的维数选择列向量构成对应秩下的预编码矩阵，将所述预编码矩阵组合成码本，将所述码本分别存储于多输入多输出系统的发射端和接收端；接收端从码本中选择预编码矩阵，并将其索引反馈回发射端；发射端在下一次传输时使用索引对应的预编码矩阵，将待发射的信号进行空间域上的线性变换，再发射出去。本发明还公开了一种预编码多输入多输出码本编码的方法。本发明能够使系统满足反馈开销，并获得良好的性能增益。

Description

一种预编码多输入多输出传输及码本编码的方法
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种预编码MIMO(多输入多输出)传输及码本编码的方法。
背景技术
在MIMO系统中，使用线性预编码技术能充分利用多天线的阵列优势，从而克服频率选择性衰落，提高整个系统的性能。当发射端掌握信道状况时，预编码技术可以根据需要等效的改变信道转移矩阵。
在频分双工(FDD)方式下，接收端将当前信道状态信息或其函数反馈(一般是部分的)回发射端，发射端在下一次传输时使用相应的预编码矩阵(矢量)在信号发射之前对其进行空间域上的线性变换，达到等效的改变信道的作用。也就是用一个预编码矩阵乘以由发射子流构成的发射矢量，从而把Ms个发射子流符号映射到Mt根发射天线上(通常Ms＜Mt)，其中的预编码矩阵是由信道矩阵决定的。这种采用预编码技术的MIMO系统能显著地提高系统的性能，但同时也需要接收端能及时向发射端反馈预编码矩阵。但是在实际系统中，因为反馈整个的预编码矩阵开销过大，所以较难实现。
发明内容
本发明要解决的技术问题就是提供一种预编码MIMO传输及码本编码的方法，使系统满足反馈开销，并获得良好的性能增益。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种预编码多输入多输出传输的方法，包括如下步骤：
(1)选择基本矩阵，从所述基本矩阵中根据每种秩下的预编码矩阵的维数选择列向量构成对应秩下的预编码矩阵，将所述预编码矩阵组合成码本，将所述码本分别存储于多输入多输出系统的发射端和接收端；
(2)接收端从码本中选择预编码矩阵，并将其索引反馈回发射端；
(3)发射端在下一次传输时使用索引对应的预编码矩阵，将待发射的信号进行空间域上的线性变换，再发射出去。
进一步地，所述基本矩阵由一个离散傅里叶变换矩阵、一个旋转离散傅里叶变换矩阵以及三个Householder矩阵构成。
进一步地，
所述基本矩阵的维数为4x4；
所述离散傅里叶变换矩阵中的元素(m，n)为： P ( m , n ) = 1 2 × exp ( j 2 π N mn )
(m＝0，1，2，3；n＝0，1，2，3)；
所述的基本矩阵中的旋转离散傅里叶变换矩阵由矩阵 e j 0 e j π 4 e j π 2 e j 3 π 4 和所述的基本矩阵中的离散傅里叶变换矩阵相乘获得；
所述的基本矩阵中的三个Householder矩阵H(n)(n＝1，2，3)是由基于三个基矢量v(n)(n＝1，2，3)通过Householder变换H(n)＝I-2v(n)vH(n)得到的，三个基矢量如下表所列：
  第一个元素   第二个元素   第三个元素   第四个元素
  v(1)   1   1   1   1
  v(2)   1   1   -j   j
v(3) 1 -j -j -1
进一步地，
所述离散傅里叶变换矩阵表示为Matrix1；所述旋转离散傅里叶变换矩阵表示为Marix2；三个Householder矩阵H(1)，H(2)和H(3)分别表示为Matrix3，Matrix4和Matrix5；
所述步骤(1)包括如下步骤：
(1.1)分别选择基本矩阵Matrix1、Matrix2、Matrix4和Matrix5中的每一个列向量，构成16个4x1维的矩阵，作为码本中秩为1时的预编码矩阵；
(1.2)分别选择基本矩阵Matrix1和Matrix2中的列向量(1，2)、(1，3)、(1，4)、(2，3)、(2，4)、(3，4)，选择Matrix4的列向量(1，2)、(1，4)、(3，4)，选择Matrix5的列向量(1，3)构成16个4x2维的矩阵，作为码本中秩为2时的预编码矩阵；
(1.3)分别选择基本矩阵Matrix1、Matrix2和Matrix4中的列向量(1，2，3)、(1，2，4)、(1，3，4)、(2，3，4)，选择Matrix3中的列向量(2，3，4)，选择Matrix5中的列向量(1，2，3)、(1，2，4)、(2，3，4)构成16个4x3维的矩阵，作为码本中秩为3时的预编码矩阵；
(1.4)分别选择5个基本矩阵中的列向量(1，2，3，4)、(1，3，2，4)、(1，4，2，3)，构成15个4x4维的矩阵，作为码本中秩为4时的预编码矩阵；
(1.5)将以上通过列向量选择构成的所有秩下预编码矩阵组合成码本，将所述码本分别存储于多输入多输出系统的发射端和接收端。
进一步地，
所述离散傅里叶变换矩阵表示为Matrix1；所述旋转离散傅里叶变换矩阵表示为Matrix2；三个Householder矩阵H(1)，H(2)和H(3)分别表示为Matrix3，Matrix4和Matrix5；
所述码本的构成如下表：
  码本序号   秩1   秩2   秩3   秩4
  1   Matrix1，column 1   Matrix1，column{1，2}   Matrix1，column{1，2，3}   Matrix1，column{1，2，3，4}
  2   Matrix1，column 2   Matrix1，column{1，3}   Matrix1，column{1，2，4}   Matrix1，column{1，3，2，4}
  3   Matrix1，column 3   Matrix1，column{1，4}   Matrix1，column{1，3，4}   Matrix1，column{1，4，2，3}
  4   Matrix1，column 4   Matrix1，column{2，3}   Matrix1，column{2，3，4}   Matrix2，column{1，2，3，4}
  5   Matrix2，column 1   Matrix1，column{2，4}   Matrix2，column{1，2，3}   Matrix2，column{1，3，2，4}
  6   Matrix2，column 2   Matrix1，column{3，4}   Matrix2，column{1，2，4}   Matrix2，column{1，4，2，3}
  7   Matrix2，column 3   Matrix2，column{1，2}   Matrix2，column{1，3，4}   Matrix3，column{1，2，3，4}
  8   Matrix2，column 4   Matrix2，column{1，3}   Matrix2，column{2，3，4}   Matrix3，column{1，3，2，4}
  9   Matrix4，column 1   Matrix2，column{1，4}   Matrix3，column{2，3，4}   Matrix3，column{1，4，2，3}
  10   Matrix4，column 2   Matrix2，column{2，3}   Matrix4，column{1，2，3}   Matrix4，column{1，2，3，4}
  11   Matrix4，column 3   Matrix2，column{2，4}   Matrix4，column{1，2，4}   Matrix4，column{1，3，2，4}
  12   Matrix4，column 4   Matrix2，column{3，4}   Matrix4，column{1，3，4}   Matrix4，column{1，4，2，3}
  13   Matrix5，column 1   Matrix4，column{1，2}   Matrix4，column{2，3，4}   Matrix5，column{1，2，3，4}
  14   Matrix5，column 2   Matrix4，column{1，4}   Matrix5，column{1，2，3}   Matrix5，column{1，3，2，4}
  15   Matrix5，column 3   Matrix4，column{3，4}   Matrix5，column{1，2，4}   Matrix5，column{1，4，2，3}
  16   Matrix5，column 4   Matrix5，column{1，3}   Matrix5，column{2，3，4}   n/a
进一步地，所述步骤(2)包括如下步骤：
(2.1)穷举确定秩下的所有编码矩阵，计算出每个预编码矩阵对应的所有子载波的输出信号干扰噪声比；
(2.2)各子载波输出信号干扰噪声比使用指数有效信号干扰噪声比映射方式合并；
(2.3)根据编码调制方式和信号干扰噪声比映射规则计算出可以获得的吞吐量；
(2.4)选择对应最大吞吐量的预编码矩阵作为最佳预编码矩阵；
(2.5)最佳预编码矩阵对应的码本索引反馈回发射端。
为了解决上述技术问题，本发明还提供一种预编码多输入多输出码本编码的方法，包括：
选择基本矩阵，从所述基本矩阵中根据每种秩下的预编码矩阵的维数选择列向量构成对应秩下的预编码矩阵，将所述预编码矩阵组合成码本。
进一步地，所述基本矩阵由一个离散傅里叶变换矩阵、一个旋转离散傅里叶变换矩阵以及三个Householder矩阵构成。
进一步地，
所述基本矩阵的维数为4x4；
所述离散傅里叶变换矩阵中的元素(m，n)为： P ( m , n ) = 1 2 × exp ( j 2 π N mn )
(m＝0，1，2，3；n＝0，1，2，3)；
所述的基本矩阵中的旋转离散傅里叶变换矩阵由矩阵 e j 0 e j π 4 e j π 2 e j 3 π 4 和所述的基本矩阵中的离散傅里叶变换矩阵相乘获得；
所述的基本矩阵中的三个Householder矩阵H(n)(n＝1，2，3)是由基于三个基矢量v(n)(n＝1，2，3)通过Householder变换H(n)＝I-2v(n)vH(n)得到的，三个基矢量如下表所列：
  第一个元素   第二个元素   第三个元素   第四个元素
  v(1)   1   1   1   1
v(2) 1 1 -j j
v(3) 1 -j -j -1
。
进一步地，
所述离散傅里叶变换矩阵表示为Matrix1；所述旋转离散傅里叶变换矩阵表示为Matrix2；三个Householder矩阵H(1)，H(2)和H(3)分别表示为Matrix3，Matrix4和Matrix5；
所述方法包括如下步骤：
(1)分别选择基本矩阵Matrix1、Matrix2、Matrix4和Matrix5中的每一个列向量，构成16个4x1维的矩阵，作为码本中秩为1时的预编码矩阵；
(2)分别选择基本矩阵Matrix1和Matrix2中的列向量(1，2)、(1，3)、(1，4)、(2，3)、(2，4)、(3，4)，选择Matrix4的列向量(1，2)、(1，4)、(3，4)，选择Matrix5的列向量(1，3)构成16个4x2维的矩阵，作为码本中秩为2时的预编码矩阵；
(3)分别选择基本矩阵Matrix1、Matrix2和Matrix4中的列向量(1，2，3)、(1，2，4)、(1，3，4)、(2，3，4)，选择Matrix3中的列向量(2，3，4)，选择Matrix5中的列向量(1，2，3)、(1，2，4)、(2，3，4)构成16个4x3维的矩阵，作为码本中秩为3时的预编码矩阵；
(4)分别选择5个基本矩阵中的列向量(1，2，3，4)、(1，3，2，4)、(1，4，2，3)，构成15个4x4维的矩阵，作为码本中秩为4时的预编码矩阵；
(5)将以上通过列向量选择构成的所有秩下预编码矩阵组合成码本。
进一步地，
所述离散傅里叶变换矩阵表示为Matrix1；所述旋转离散傅里叶变换矩阵表示为Matrix2；三个Householder矩阵H(1)，H(2)和H(3)分别表示为Matrix3，Matrix4和Matrix5；
所述码本的构成如下表：
  码本序号   秩1   秩2   秩3   秩4
  1   Matrix1，column 1   Matrix1，column{1，2}   Matrix1，column{1，2，3}   Matrix1，column{1，2，3，4}
  2   Matrix1，column 2   Matrix1，column{1，3}   Matrix1，column{1，2，4}   Matrix1，column{1，3，2，4}
  3   Matrix1，column 3   Matrix1，column{1，4}   Matrix1，column{1，3，4}   Matrix1，column{1，4，2，3}
  4   Matrix1，column 4   Matrix1，column{2，3}   Matrix1，column{2，3，4}   Matrix2，column{1，2，3，4}
  5   Matrix2，column 1   Matrix1，column{2，4}   Matrix2，column{1，2，3}   Matrix2，column{1，3，2，4}
  6   Matrix2，column 2   Matrix1，column{3，4}   Matrix2，column{1，2，4}   Matrix2，column{1，4，2，3}
  7   Matrix2，column 3   Matrix2，column{1，2}   Matrix2，column{1，3，4}   Matrix3，column{1，2，3，4}
  8   Matrix2，column 4   Matrix2，column{1，3}   Matrix2，column{2，3，4}   Matrix3，column{1，3，2，4}
  9   Matrix4，column 1   Matrix2，column{1，4}   Matrix3，column{2，3，4}   Matrix2，column{1，4，2，3}
  10   Matrix4，column 2   Matrix2，column{2，3}   Matrix4，column{1，2，3}   Matrix4，column{1，2，3，4}
  11   Matrix4，column 3   Matrix2，column{2，4}   Matrix4，column{1，2，4}   Matrix4，column{1，3，2，4}
  12   Matrix4，column 4   Matrix2，column{3，4}   Matrix4，column{1，3，4}   Matrix4，column{1，4，2，3}
  13   Matrix5，column 1   Matrix4，column{1，2}   Matrix4，column{2，3，4}   Matrix5，column{1，2，3，4}
  14   Matrix5，column 2   Matrix4，column{1，4}   Matrix5，column{1，2，3}   Matrix5，column{1，3，2，4}
  15   Matrix5，column 3   Matrix4，column{3，4}   Matrix5，column{1，2，4}   Matrix5，column{1，4，2，3}
  16   Matrix5，column 4   Matrix5，column{1，3}   Matrix5，column{2，3，4}   n/a
本发明有如下有益效果：
1、接收端将从码本的索引反馈回发射端，可以大大减少反馈开销；
2、构成码本的预编码矩阵中的元素都是从有限的符号集(4相相移键控QPSK或8相相移键控8PSK)中选取的，在计算矩阵或矢量相乘时可以避免乘法运算，能够降低系统的复杂度；
3、对于每种秩，码本中的预编码矩阵(矢量)个数不超过16个，各种秩下总的预编码矩阵(矢量)不超过64个，可以保证系统反馈开销的要求；
4.码本中部分矩阵具有Householder(豪斯霍尔德)结构，有助于进一步降低接收端操作的复杂度；
5、码本的组成满足嵌套(nested)特性，即高秩码本中的矩阵(矢量)包含低秩码本中的矩阵(矢量)，可以保证存储和计算的简单性；
6.码本中的矩阵具有恒模(constant modulus)特性，使每根天线的发射功率相等，以保证功放平衡；
7、采用本发明，在相关信道下系统可以保证很好的鲁棒性。
具体实施方式
在实际系统中，反馈整个的预编码矩阵是很难实现的，因此为了减小反馈开销，采用基于码本的预编码方式。首先编码制作一个预编码矩阵集合(即码本)，分别存储在发射端和接收端，接收端根据某种选择准则(如最大吞吐量和准则或者最接近信道转移矩阵的右奇异矩阵准则)从码本中选择最佳的预编码矩阵(矢量)，并将其索引反馈回发射端，这样可以大大减少反馈开销。
MIMO传输中，当发射端有N根发射天线时，系统传输时的秩(rank)可以根据实际的信道条件在1到N的范围内变化。当秩为R时，相应的码本应该由NxR维的若干个矩阵构成。
在3GPP长期演进(LTE)研究的单用户MIMO(SU-MIMO)传输中，码本中的矩阵构成是要求满足部分酉矩阵(semi-unitary)的特性的，比如说矩阵中的列向量彼此间是正交的。此外，在实际应用中，编码制作码本时还应考虑一些因素：在保证系统性能的前提下，码本应尽可能的小，也就是说码本中的矩阵个数应尽可能少，以减少反馈时的开销；同时，接收端在选择最佳预编码矩阵时需要计算SINR(信号干扰噪声比)，在解调数据时需要计算预编码矩阵和测量到的信道矩阵的乘积，因此在选择码本中的元素时，应尽可能的选择能够降低接收端计算复杂度的元素来构成码本；此外，为了保证功放平衡，使每根天线的发射功率相等，码本中的矩阵应该具有恒模特性。因此，考虑到以上所列的几种因素，使系统既能够获得良好的性能增益，避免较大的反馈开销，又能满足系统设备特性并降低系统的复杂度是十分必要的。
本发明可用于发射端有4根发射天线的单用户MIMO系统，可以使系统在满足反馈开销的要求下获得良好的性能增益，同时系统的操作复杂度也比较低。
本发明实施例包括如下步骤：
(1)选择基本矩阵，从这些基本矩阵中根据每种秩下的预编码矩阵的维数选择列向量构成对应秩下的预编码矩阵，将这些预编码矩阵组合成码本，将所述码本分别存储于多输入多输出系统的发射端和接收端；
(2)接收端从码本中选择预编码矩阵，并将其索引反馈回发射端；
(3)发射端在下一次传输时使用索引对应的预编码矩阵，将待发射的信号进行空间域上的线性变换，再发射出去。
其中：
基本矩阵是由一个DFT(离散傅里叶变换)矩阵、一个旋转DFT矩阵以及三个Householder矩阵构成，每个基本矩阵的维数为4x4；
码本中的预编码矩阵是通过选择这些基本矩阵中的列向量构成的，每种秩下选择的预编码列向量为R个，对应的预编码矩阵为4xR维。
其中，DFT矩阵中的元素(m，n)是由 P ( m , n ) 1 2 × exp ( j 2 π N mn ) (m＝0，1，…，3；n＝0，1，…，3)定义的，此矩阵中的元素都是从一个QPSK符号集{-1，+1，-j，+j}中选取的，在计算矩阵或矢量相乘时，可以避免乘法运算，只需要通过共轭和加减操作来完成，有助于降低系统的复杂度；
其中，所述的基本矩阵中的旋转DFT矩阵是由矩阵 e j 0 e j π 4 e j π 2 e j 3 π 4 和所述的基本矩阵中的DFT矩阵相乘获得的，即： e j 0 e j π 4 e j π 2 e j 3 π 4 × DFT , 此矩阵中的元素引入了8PSK符号集{±1，±j，(±1±j)/√2}中的元素，在计算矩阵或矢量相乘时，可以避免乘法运算，降低系统复杂度。同时引入8PSK元素后有助于增强系统在相关信道下的鲁棒性，也就是说在相关信道下对于不同的出发角(AOD)天线阵的增益都表现得比较均一；
其中，所述的基本矩阵中的三个Householder矩阵H(n)(n＝1，2，3)是由基于三个基矢量(base vector)v(n)(n＝1，2，3)通过Householder变换H(n)＝I-2v(n)vH(n)得到的，三个基矢量如下表所列：
  第一个元素   第二个元素   第三个元素   第四个元素
  v(1)   1   1   1   1
  v(2)   1   1   -j   j
v(3) 1 -j -j -1
生成的三个Householder矩阵的三个基矢量都是从QPSK{-1，+1，-j，+j}中选取的，生成的Householder矩阵中的元素仍然会保持QPSK元素，计算矩阵或矢量相乘时，可以避免乘法运算。此外，Householder结构能有效地降低接收端计算SINR时的复杂度，从而进一步降低系统操作的复杂度。
根据以上几个基本矩阵，码本构成的方法包括以下几个步骤(所述DFT矩阵表示为Matrix1；所述旋转DFT矩阵表示为Matrix2；三个Householder矩阵H(1)，H(2)和H(3)分别表示为Matrix3，Matrix4和Matrix5)：
步骤1：分别选择基本矩阵Matrix1、Matrix2、Matrix4和Matrix5中的每一个列向量，构成16个4x1维的矩阵，作为码本中秩为1时的预编码矩阵；
步骤2：分别选择基本矩阵Matrix1和Matrix2中的列向量(1，2)、(1，3)、(1，4)、(2，3)、(2，4)、(3，4)，选择Matrix4的列向量(1，2)、(1，4)、(3，4)，选择Matrix5的列向量(1，3)构成16个4x2维的矩阵，作为码本中秩为2时的预编码矩阵；
步骤3：分别选择基本矩阵Matrix1、Matrix2和Matrix4中的列向量(1，2，3)、(1，2，4)、(1，3，4)、(2，3，4)，选择Matrix3中的列向量(2，3，4)，选择Matrix5中的列向量(1，2，3)、(1，2，4)、(2，3，4)构成16个4x3维的矩阵，作为码本中秩为3时的预编码矩阵；
步骤4：分别选择5个基本矩阵中的列向量(1，2，3，4)、(1，3，2，4)、(1，4，2，3)，构成15个4x4维的矩阵，作为码本中秩为4时的预编码矩阵；
步骤5：将以上通过列向量选择构成的所有秩下预编码矩阵组合成最终的预编码矩阵的码本。
码本编码制作好后分别存储于系统的发射端和接收端。
接收端根据选择最佳预编码矩阵。选择的方法通常是穷举确定秩下的所有编码矩阵，计算出每个预编码矩阵对应的所有子载波的输出SINR，各子载波SINR使用EESM(指数有效信号干扰噪声比映射)方式合并，再根据编码调制方式和SINR映射规则计算出可以获得的吞吐量，最后选择对应最大吞吐量的预编码矩阵作为最佳预编码矩阵，并将其索引反馈回发射端。
发射端在下一次传输时使用索引对应的预编码矩阵，将待发射的信号进行空间域上的线性变换，再发射出去。
下面以一个具体的应用实例进行更详细描述：
一个窄带MIMO系统的信道可以描述为一个Mr×Mt的信道矩阵H，其中Mt表示发射天线数，Mr表示接收天线数。采用线性预编码MIMO系统的输入输出关系如下：
Y＝HFS+V
其中F是Mt×M的预编码矩阵，S是M×T的空时编码码字，V是Mr×T的噪声矩阵，M可以称为层(layer)，一般有M≤Mt，T表示空时编码的时间维数(以符号为单位)。这里的预编码矩阵F就是从码本中选取的，所述码本是预先制作好并分别存储在发射端和接收端。
具体码本按照以下方法编码制作：
首先确定组合成码本元素的5个4x4的基本矩阵。
其中DFT矩阵为： 1 2 1 1 1 1 1 j - 1 - j 1 - 1 1 - 1 1 - j - 1 j , 表示为Matrix1；
旋转DFT矩阵为：
1 2 e j 0 e j π 4 e j π 2 e j 3 π 4 1 1 1 1 1 j - 1 - j 1 - 1 1 - 1 1 - j - 1 j = 1 2 1 1 1 1 1 + j 2 - 1 + j 2 - 1 - j 2 1 - j 2 j - j j - j - 1 + j 2 1 + j 2 1 - j 2 - 1 - j 2 , 表示为Matrix2；
其余的三个Householder矩阵H(1)，H(2)和H(3)分别表示为Matrix3，Matrix4和Matrix5，是由三个基矢量(base vector)v(n)(n＝1，2，3)通过Householder变换H(n)＝I-2v(n)vH(n)得到的，三个基矢量如下表所列：
  第一个元素   第二个元素   第三个元素   第四个元素
  v(1)   1   1   1   1
v(2) 1 1 -j j
v(3) 1 -j -j -1
生成的三个Householder矩阵分别为：
H ( 1 ) = 1 2 1 - 1 - 1 - 1 - 1 1 - 1 - 1 - 1 - 1 1 - 1 - 1 - 1 - 1 1 ; H ( 2 ) = 1 2 1 - 1 - j j - 1 1 - j j j j 1 1 - j - j 1 1 ; H ( 3 ) = 1 2 1 - j - j 1 j 1 - 1 - j j - 1 1 - j 1 j j 1 .
分别选择Matrix1、Matrix2、Matrix4和Matrix5中的每一个列向量，构成16个4x1维的矩阵，作为码本中秩为1时的预编码矩阵；
分别选择Matrix1和Matrix2中的列向量(1，2)、(1，3)、(1，4)、(2，3)、(2，4)、(3，4)，Matrix4的列向量(1，2)、(1，4)、(3，4)，Matrix5的列向量(1，3)构成16个4x2维的矩阵，作为码本中秩为2时的预编码矩阵；
分别选择Matrix1、Matrix2和Matrix4中的列向量(1，2，3)、(1，2，4)、(1，3，4)、(2，3，4)，Matrix3中的列向量(2，3，4)，Matrix5中的列向量(1，2，3)、(1，2，4)、(2，3，4)构成16个4x3维的矩阵，作为码本中秩为3时的预编码矩阵；根据步骤4，分别选择5个基本矩阵中的列向量(1，2，3，4)、(1，3，2，4)、(1，4，2，3)，构成15个4x4维的矩阵，作为码本中秩为4时的预编码矩阵；
将以上通过列向量选择构成的所有秩下预编码矩阵组合成码本。
码本的具体构成如下表：
码本序号   秩1   秩2   秩3   秩4
1   Matrix1，column 1   Matrix1，column{1，2}   Matrix1，column{1，2，3}   Matrix1，column{1，2，3，4}
2   Matrix1，column 2   Matrix1，column{1，3}   Matrix1，column{1，2，4}   Matrix1，column{1，3，2，4}
3   Matrix1，column 3   Matrix1，column{1，4}   Matrix1，column{1，3，4}   Matrix1，column{1，4，2，3}
4   Matrix1，column 4   Matrix1，column{2，3}   Matrix1，column{2，3，4}   Matrix2，column{1，2，3，4}
5   Matrix2，column 1   Matrix1，column{2，4}   Matrix2，column{1，2，3}   Matrix2，column{1，3，2，4}
6   Matrix2，column 2   Matrix1，column{3，4}   Matrix2，column{1，2，4}   Matrix2，column{1，4，2，3}
7   Matrix2，column 3   Matrix2，column{1，2}   Matrix2，column{1，3，4}   Matrix3，column{1，2，3，4}
8   Matrix2，column 4   Matrix2，column{1，3}   Matrix2，column{2，3，4}   Matrix3，column{1，3，2，4}
9   Matrix4，column 1   Matrix2，column{1，4}   Matrix3，column{2，3，4}   Matrix3，column{1，4，2，3}
10   Matrix4，column 2   Matrix2，column{2，3}   Matrix4，column{1，2，3}   Matrix4，column{1，2，3，4}
11   Matrix4，column 3   Matrix2，column{2，4}   Matrix4，column{1，2，4}   Matrix4，column{1，3，2，4}
12   Matrix4，column 4   Matrix2，column{3，4}   Matrix4，column{1，3，4}   Matrix4，column{1，4，2，3}
13   Matrix5，column 1   Matrix4，column{1，2}   Matrix4，column{2，3，4}   Matrix5，column{1，2，3，4}
14   Matrix5，column 2   Matrix4，column{1，4}   Matrix5，column{1，2，3}   Matrix5，column{1，3，2，4}
15   Matrix5，column 3   Matrix4，column{3，4}   Matrix5，column{1，2，4}   Matrix5，column{1，4，2，3}
16   Matrix5，column 4   Matrix5，column{1，3}   Matrix5，column{2，3，4}   n/a
码本中每种秩下的预编码矩阵个数都不超过16，每个矩阵都可以用一个码本序号表示。
具体地，例如：当秩为1时，码本中对应秩1的序号为1的矩阵是由Matrix1中的第一列向量组成的矩阵 1 2 1 1 1 1 ;
当秩为2时，码本中对应秩2的序号为10的矩阵是由Matrix2中的第二和第三列向量组成的矩阵 1 2 1 1 1 + j 2 - 1 + j 2 j - j - 1 + j 2 1 + j 2 ;
秩为3时，码本中对应秩3的序号为16的矩阵是由Matrix5中的第二、三、四列向量组成的矩阵 1 2 - j - j 1 1 - 1 - j - 1 1 - j j j 1 ;
秩为4时，码本中对应秩4的序号为9的矩阵是由Matrix2中的第一、四、二、三列向量组成的矩阵 1 2 1 - 1 - 1 - 1 - 1 - 1 1 - 1 - 1 - 1 - 1 1 - 1 1 - 1 - 1 , 等等。
码本编码制作好后分别存储于系统的发射端和接收端。
接收端根据信道情况选择秩的大小或者根据发射端通知秩的大小，在对应的秩下选择最佳预编码矩阵。选择的方法是穷举确定秩下的所有编码矩阵，计算出每个预编码矩阵对应的所有子载波的输出SINR，各子载波SINR使用EESM方式合并，再根据编码调制方式和SINR映射规则计算出可以获得的吞吐量，最后选择对应最大吞吐量的预编码矩阵作为最佳预编码矩阵，并将其索引反馈回发射端。
发射端在下一次传输时使用相应的预编码矩阵在信号发射之前对其进行空间域上的线性变换，达到等效的改变信道进而提高系统性能的作用。

Claims (11)

1.一种预编码多输入多输出传输的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)选择基本矩阵，从所述基本矩阵中根据每种秩下的预编码矩阵的维数选择列向量构成对应秩下的预编码矩阵，将所述预编码矩阵组合成码本，将所述码本分别存储于多输入多输出系统的发射端和接收端；
(2)接收端从码本中选择预编码矩阵，并将其索引反馈回发射端；
(3)发射端在下一次传输时使用索引对应的预编码矩阵，将待发射的信号进行空间域上的线性变换，再发射出去。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基本矩阵由一个离散傅里叶变换矩阵、一个旋转离散傅里叶变换矩阵以及三个Householder矩阵构成。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述基本矩阵的维数为4x4；
所述离散傅里叶变换矩阵中的元素(m，n)为： P ( m , n ) = 1 2 × exp ( j 2 π N mn )
(m＝0，1，2，3；n＝0，1，2，3)；
所述的基本矩阵中的旋转离散傅里叶变换矩阵由矩阵 e j 0 e j π 4 e j π 2 e j 3 π 4 和所述的基本矩阵中的离散傅里叶变换矩阵相乘获得；
所述的基本矩阵中的三个Householder矩阵H(n)(n＝1，2，3)是由基于三个基矢量v(n)(n＝1，2，3)通过Householder变换H(n)＝I-2v(n)vH(n)得到的，三个基矢量如下表所列：
  第一个元素   第二个元素   第三个元素   第四个元素   v(1)   1   1   1   1 v(2) 1 1 -j j v(3) 1 -j -j -1
。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述离散傅里叶变换矩阵表示为Matrix1；所述旋转离散傅里叶变换矩阵表示为Matrix2；三个Householder矩阵H(1)，H(2)和H(3)分别表示为Matrix3，Matrix4和Matrix5；
所述步骤(1)包括如下步骤：
(1.1)分别选择基本矩阵Matrix1、Matrix2、Matrix4和Matrix5中的每一个列向量，构成16个4x1维的矩阵，作为码本中秩为1时的预编码矩阵；
(1.2)分别选择基本矩阵Matrix1和Matrix2中的列向量(1，2)、(1，3)、(1，4)、(2，3)、(2，4)、(3，4)，选择Matrix4的列向量(1，2)、(1，4)、(3，4)，选择Matrix5的列向量(1，3)构成16个4x2维的矩阵，作为码本中秩为2时的预编码矩阵；
(1.3)分别选择基本矩阵Matrix1、Matrix2和Matrix4中的列向量(1，2，3)、(1，2，4)、(1，3，4)、(2，3，4)，选择Matrix3中的列向量(2，3，4)，选择Matrix5中的列向量(1，2，3)、(1，2，4)、(2，3，4)构成16个4x3维的矩阵，作为码本中秩为3时的预编码矩阵；
(1.4)分别选择5个基本矩阵中的列向量(1，2，3，4)、(1，3，2，4)、(1，4，2，3)，构成15个4x4维的矩阵，作为码本中秩为4时的预编码矩阵；
(1.5)将以上通过列向量选择构成的所有秩下预编码矩阵组合成码本，将所述码本分别存储于多输入多输出系统的发射端和接收端。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述离散傅里叶变换矩阵表示为Matrix1；所述旋转离散傅里叶变换矩阵表示为Matrix2；三个Householder矩阵H(1)，H(2)和H(3)分别表示为Matrix3，Matrix4和Matrix5；
所述码本的构成如下表：
  码本序号   秩1   秩2   秩3   秩4   1   Matrix1，column1   Matrix1，column{1，2}   Matrix1，column{1，2，3}   Matrix1，column{1，2，3，4}   2   Matrix1，column2   Matrix1，column{1，3}   Matrix1，column{1，2，4}   Matrix1，column{1，3，2，4}   3   Matrix1，column3   Matrix1，column{1，4}   Matrix1，column{1，3，4}   Matrix1，column{1，4，2，3}   4   Matrix1，column4   Matrix1，column{2，3}   Matrix1，column{2，3，4}   Matrix2，column{1，2，3，4}   5   Matrix2，column1   Matrix1，column{2，4}   Matrix2，column{1，2，3}   Matrix2，column{1，3，2，4}   6   Matrix2，column2   Matrix1，column{3，4}   Matrix2，column{1，2，4}   Matrix2，column{1，4，2，3}   7   Matrix2，column3   Matrix2，column{1，2}   Matrix2，column{1，3，4}   Matrix3，column{1，2，3，4}   8   Matrix2，column4   Matrix2，column{1，3}   Matrix2，column{2，3，4}   Matrix3，column{1，3，2，4}   9   Matrix4，column1   Matrix2，column{1，4}   Matrix3，column{2，3，4}   Matrix3，column{1，4，2，3}   10   Matrix4，column2   Matrix2，column{2，3}   Matrix4，column{1，2，3}   Matrix4，column{1，2，3，4}   11   Matrix4，column3   Matrix2，column{2，4}   Matrix4，column{1，2，4}   Matrix4，column{1，3，2，4}   12   Matrix4，column4   Matrix2，column{3，4}   Matrix4，column{1，3，4}   Matrix4，column{1，4，2，3}   13   Matrix5，column1   Matrix4，column{1，2}   Matrix4，column{2，3，4}   Matrix5，column{1，2，3，4}   14   Matrix5，column2   Matrix4，column{1，4}   Matrix5，column{1，2，3}   Matrix5，column{1，3，2，4}   15   Matrix5，column3   Matrix4，column{3，4}   Matirx5，column{1，2，4}   Matrix5，column{1，4，2，3}   16   Matrix5，column4   Matrix5，column{1，3}   Matrix5，column{2，3，4}   n/a
6.根据权利要求1～4中任意一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)包括如下步骤：
(2.1)穷举确定秩下的所有编码矩阵，计算出每个预编码矩阵对应的所有子载波的输出信号干扰噪声比；
(2.2)各子载波输出信号干扰噪声比使用指数有效信号干扰噪声比映射方式合并；
(2.3)根据编码调制方式和信号干扰噪声比映射规则计算出可以获得的吞吐量；
(2.4)选择对应最大吞吐量的预编码矩阵作为最佳预编码矩阵；
(2.5)最佳预编码矩阵对应的码本索引反馈回发射端。
7.一种预编码多输入多输出码本编码的方法，其特征在于，包括：
选择基本矩阵，从所述基本矩阵中根据每种秩下的预编码矩阵的维数选择列向量构成对应秩下的预编码矩阵，将所述预编码矩阵组合成码本。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基本矩阵由一个离散傅里叶变换矩阵、一个旋转离散傅里叶变换矩阵以及三个Householder矩阵构成。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，
所述基本矩阵的维数为4x4；
所述离散傅里叶变换矩阵中的元素(m，n)为： P ( m , n ) = 1 2 × exp ( j 2 π N mn )
(m＝0，1，2，3；n＝0，1，2，3)；
所述的基本矩阵中的旋转离散傅里叶变换矩阵由矩阵 e j 0 e j π 4 e j π 2 e j 3 π 4 和所述的基本矩阵中的离散傅里叶变换矩阵相乘获得；
所述的基本矩阵中的三个Householder矩阵H(n)(n＝1，2，3)是由基于三个基矢量v(n)(n＝1，2，3)通过Householder变换H(n)＝I-2v(n)vH(n)得到的，三个基矢量如下表所列：
  第一个元素   第二个元素   第三个元素   第四个元素   v(1)   1   1   1   1   v(2)   1   1   -j   j v(3) 1 -j -j   -1
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
所述离散傅里叶变换矩阵表示为Matrix1；所述旋转离散傅里叶变换矩阵表示为Matrix2；三个Householder矩阵H(1)，H(2)和H(3)分别表示为Matrix3，Matrix4和Matrix5；
所述方法包括如下步骤：
(1)分别选择基本矩阵Matrix1、Matrix2、Matrix4和Matrix5中的每一个列向量，构成16个4x1维的矩阵，作为码本中秩为1时的预编码矩阵；
(2)分别选择基本矩阵Matrix1和Matrix2中的列向量(1，2)、(1，3)、(1，4)、(2，3)、(2，4)、(3，4)，选择Matrix4的列向量(1，2)、(1，4)、(3，4)，选择Matrix5的列向量(1，3)构成16个4x2维的矩阵，作为码本中秩为2时的预编码矩阵；
(3)分别选择基本矩阵Matrix1、Matrix2和Matrix4中的列向量(1，2，3)、(1，2，4)、(1，3，4)、(2，3，4)，选择Matrix3中的列向量(2，3，4)，选择Matrix5中的列向量(1，2，3)、(1，2，4)、(2，3，4)构成16个4x3维的矩阵，作为码本中秩为3时的预编码矩阵；
(4)分别选择5个基本矩阵中的列向量(1，2，3，4)、(1，3，2，4)、(1，4，2，3)，构成15个4x4维的矩阵，作为码本中秩为4时的预编码矩阵；
(5)将以上通过列向量选择构成的所有秩下预编码矩阵组合成码本。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
所述离散傅里叶变换矩阵表示为Matrix1；所述旋转离散傅里叶变换矩阵表示为Matrix2；三个Householder矩阵H(1)，H(2)和H(3)分别表示为Matrix3，Matrix4和Matrix5；
所述码本的构成如下表：
  码本序号   秩1   秩2   秩3   秩4   1   Matrix1，column1   Matrix1，column{1，2}   Matrix1，column{1，2，3}   Matrix1，column{1，2，3，4}   2   Matrix1，column2   Matrix1，column{1，3}   Matrix1，column{1，2，4}   Matrix1，column{1，3，2，4}   3   Matrix1，column3   Matrix1，column{1，4}   Matrix1，column{1，3，4}   Matrix1，column{1，4，2，3}   4   Matrix1，column4   Matrix1，column{2，3}   Matrix1，column{2，3，4}   Matrix2，column{1，2，3，4}   5   Matrix2，column1   Matrix1，column{2，4}   Matrix2，column{1，2，3}   Matrix2，column{1，3，2，4}   6   Matrix2，column2   Matrix1，column{3，4}   Matrix2，column{1，2，4}   Matrix2，column{1，4，2，3}   7   Matrix2，column3   Matrix2，column{1，2}   Matrix2，column{1，3，4}   Matrix3，column{1，2，3，4}   8   Matrix2，column4   Matrix2，column{1，3}   Matrix2，column{2，3，4}   Matrix3，column{1，3，2，4}   9   Matrix4，column1   Matrix2，column{1，4}   Matrix3，column{2，3，4}   Matrix3，column{1，4，2，3}   10   Matrix4，column2   Matrix2，column{2，3}   Matrix4，column{1，2，3}   Matrix4，column{1，2，3，4}   11   Matrix4，column3   Matrix2，column{2，4}   Matrix4，column{1，2，4}   Matrix4，column{1，3，2，4}   12   Matrix4，column4   Matrix2，column{3，4}   Matrix4，column{1，3，4}   Matrix4，column{1，4，2，3}   13   Matrix5，column1   Matrix4，column{1，2}   Matrix4，column{2，3，4}   Matrix5，column{1，2，3，4}   14   Matrix5，column2   Matrix4，column{1，4}   Matrix5，column{1，2，3}   Matrix5，column{1，3，2，4}   15   Matrix5，column3   Matrix4，column{3，4}   Matrix5，column{1，2，4}   Matrix5，column{1，4，2，3}   16   Matrix5，column4   Matrix5，column{1，3}   Matrix5，column{2，3，4}   n/a
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