CN101478335A - 一种快速实现预编码的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速实现预编码的方法及装置，其中的装置包括预编码模块、预编码码书表存储单元、预编码码书表构建模块、预编码方式设置模块；相应的方法为：A.预编码码书表构建模块构建预编码码书表并存储；B.预编码方式设置模块设定不同的终端速度等级及其对应的预编码方式；C.在终端接入基站时，预编码模块根据该终端所处的终端速度等级确定待用的预编码方式，并根据当前的基站侧天线数和映射层数从预编码码书表中查找预编码码书；D.预编码模块采用待用的预编码方式及所查找到的预编码码书进行预编码处理。采用本发明，可在保证数据处理精度的同时，降低预编码处理的复杂度，减少处理时延，节省系统资源，保证预编码的准确性。

Description

一种快速实现预编码的方法及装置

技术领域

本发明涉及移动通信领域的多天线处理技术，尤其涉及一种快速实现预编码的方法及装置。

背景技术

一般来说预编码分单天线发射、空间复用和发射分集等方式的预编码，系统采用何种运行方式，由基站(eNodeB)高层根据上行控制信道反馈的用户设备(User Equipment，简称为UE)物理层采样分析指标(如秩指示信息(Rank Indication，简称为RI)、预编码矩阵指示信息(Precoding Matrix Indicator，简称为PMI)和信道质量指示信息(ChannelQuality Indication，简称为CQI))来决定，然后通过下行控制信道在两侧的物理层进行配置和实施。

假设预编码输入为：x(i)＝[x⁽⁰⁾(i)...x^(v-1)(i)]^T(i＝0，1，...，M_symb-1)，预编码模块的输出为：y(i)＝[...y^(p)(i)...]^T(i＝0，1，...，M_symb-1)，p表示eNodeB侧天线数，v表示映射层数，M_symb为总的符号数。

那么在3GPP长期演进(Long Term Evolution，简称为LTE)系统中按以下模式进行预编码：

${\left[\begin{array}{c}{y}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ \·\\ \·\\ \·\\ y^{(P-1)}\left(i\right)\end{array}\right]}_{P\×1}={[D{\left(k_i\right)}_{P\×P}\·W{\left(i\right)}_{P\×v}]\·\left[\begin{array}{c}{x}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ \·\\ \·\\ \·\\ x^{(\mathrm{\υ}-1)}\left(i\right)\end{array}\right]}_{v\×1}$

其中v表示层映射中的层数，k_i表示分配承载第i个调制符号的资源元在频域中的索引；W(i)是预编码矩阵，D(k_i)是支持零和小延迟的对角阵，针对各种不同层映射，具体设置参见表1。

表1

上表中，参数δ是通过高层信令由UE和eNodeB进行半静态配置(例如每子帧内保持不变)；η＝{128，256，512，1024，2048}。

预编码码书W(i)因层映射中的层数v、eNodeB侧天线数p不同而不同。目前，通常是在每次进行预编码时实时计算所需的预编码码书，这样显得过于繁琐，且带来一定时延，占用了大量的系统资源。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种快速实现预编码方法及装置，从而降低预编码的复杂度，减少处理时延并节省系统资源。

为解决上述技术问题，本发明公开了一种快速实现预编码的方法，该方法包括以下步骤：

(1)根据不同的基站侧天线数和映射层数计算预编码码书，据此构建预编码码书表并存储；

(2)预先设定不同的终端速度等级以及各终端速度等级对应的预编码方式；

(3)在终端接入基站时，所述基站的预编码模块根据该终端所反馈的运动速度判断该终端所处的终端速度等级，据此确定待用的预编码方式，同时根据当前的基站侧天线数和映射层数从所述预编码码书表中查找对应的预编码码书；

(4)所述预编码模块采用所述待用的预编码方式及所查找到的预编码码书进行预编码处理。

其中，所述步骤(1)中还包括：对所述预编码码书表中的数据进行定点化处理。

其中，所述预编码方式包括零延迟、小延迟和大延迟方式。

其中，所述步骤(4)中，所述预编码模块在采用零延迟方式时，按照以下模式进行预编码：层信号向量乘以预编码码书后直接输出；

在采用小延迟方式时，按照以下模式进行预编码：层信号向量先乘以预编码码书，再乘以延迟系数矩阵后输出；

在采用大延迟方式时，按照以下模式进行预编码：层信号向量先乘以延迟系数矩阵，再乘以预编码码书后输出；

其中，所述层信号向量为进行预编码的输入数据。

上述方法还包括：在所述终端与基站接通过程中，所述终端还周期性地向所述预编码模块返回其新的运动速度，所述预编码模块据此判断该终端所处的新的终端速度等级，并采用新的终端速度等级所对应的预编码方式进行预编码。

本发明还公开了一种快速实现预编码的装置，包括预编码模块，该装置还包括：预编码码书表存储单元、预编码码书表构建模块、预编码方式设置模块；

所述预编码码书表构建模块，用于根据不同的基站侧天线数和映射层数计算预编码码书，据此构建预编码码书表并存储于所述预编码码书表存储单元；

所述预编码方式设置模块，用于预先设定不同的终端速度等级以及各终端速度等级对应的预编码方式；

所述预编码模块，用于接收终端接入基站时反馈的运动速度，根据该运动速度所处的终端速度等级确定待用的预编码方式，并根据基站上层提供的基站侧天线数和映射层数从所述预编码码书表中选取对应的预编码码书，采用所述待用的预编码方式及所查找到的预编码码书对本预编码模块的输入信号进行预编码处理。

其中，所述预编码码书表构建模块还用于对所述预编码码书表中的数据进行定点化处理。

其中，所述预编码模块还用于：在所述终端与基站接通过程中，根据该终端所反馈的新的运动速度确定其新的终端速度等级，并采用所述新的终端速度等级所对应的预编码方式进行预编码。

本发明具有以下有益效果：

本发明中，预先运算在不同的映射层数和eNodeB侧天线数的情况下使用的预编码码书，并存储为预编码码书表，在进行预编码处理时可直接从预编码码书表中获取对应的预编码码书，该实现方法在保证数据处理精度的同时，降低了预编码处理的复杂度，减少了处理时延，节省了系统资源；而且，在终端速度变化时，还可根据当前的速度调整预编码方式，保证了预编码的准确性。

附图说明

图1是本发明的一个实施例中快速实现预编码的装置结构图；

图2是本发明的一个实施例中快速实现预编码的方法流程图；

图3是本发明的一个实施例中天线数为2时的预编码码书表的结构示意图；

图4是本发明的一个实施例中天线数为n时的预编码码书表的结构示意图；

图5是应用图1所示装置的实现子帧发射与接收的系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

图1为本实施例中的快速实现预编码的装置结构图，该装置包括：预编码码书表构建模块、预编码码书表存储单元、预编码方式设置模块；

预编码码书表构建模块，用于根据不同的eNodeB侧天线数和映射层数计算预编码码书，据此构建预编码码书表并存储于预编码码书表存储单元；

预编码方式设置模块，用于预先设定不同的终端速度等级以及各终端速度等级对应的预编码方式；

预编码模块，用于接收终端接入基站时所反馈的运动速度，根据该运动速度所处的终端速度等级确定待用的预编码方式，并根据eNodeB上层提供的eNodeB侧天线数和映射层数从所述预编码码书表中选取对应的预编码码书，采用所述待用的预编码方式及所查找到的预编码码书对本预编码模块的输入信号进行预编码处理。

图2为本实施例中的快速实现预编码的方法流程图，该方法包括以下步骤：

步骤201：预编码码书表构建模块根据不同的基站侧天线数和映射层数计算预编码码书，据此构建预编码码书表并将其存储于预编码码书表存储单元。

构建预编码码书表时，可以根据eNodeB侧天线数构建不同的预编码码书表，且由于预编码码书表是复数表，所以需要对其中的数据进行定点化处理。

对于2天线构建的预编码码书表W2_precode是复数表，实虚部只有0，0.5，0.70711，1四种数值，其中0、0.5、1均只需2bits(均含符号位)，即可无误差表示；对0.70711，精度至少要达到小数点后4位，故定点化位宽需9bits(含1符号位)，分析如下：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{round}(0.70711*2^7)/2^7-0.70711=3.8275e-003\\ \mathrm{round}(0.70711*2^8)/2^8-0.70711=-7.875e-005\end{array}\right.$

这样，所有复元的表示位宽取最大9bits，记作CS9。该表的存储结构如图3所示，其中每一个方框就是一个预编码码书，对应纵坐标是码书索引0，1，2，3，4，5等，对应的横坐标是层数1，2等。

图4是一般情况下的预编码码书表构造，其中CS(a，b)表示定点数，a，b分别是整数位数和小数位数。

步骤202：预编码方式设置模块预先设定不同的终端速度等级以及各等级对应的预编码方式。

根据终端的通信质量要求，可以将终端的速度划分为若干个等级。本实施例中，假定将终端的速度分成三个等级：0～5km/h、5～60km/h、60～350km/h。0～5km/h为步行和静止用户的情况，5～60km/h为低速车载的情况，60～350km/h为高速车载的情况。

根据相干带宽和相干时间，使时频资源块的时间宽度小于相干带宽，频率宽度小于相干带宽，从而使该时频资源块的信道特性基本保持不变。初始设定值的实例如表2所示：

表2

 

终端的运动速度	≤5km/h(步行)	≤60km/h(车载低速)	≤350km/h(车载高速)
				相干时间	15.4ms	0.94ms	0.21ms
相干带宽	2.2MHz	1.153MHz	0.936MHz
				预编码方式	0延迟	小延迟	大延迟

其中相干时间和相干带宽采用如下方法估计：

估计相干时间：根据终端的移动速度分级估计最大多普勒频移，如式(1)所示：

f_m＝vf_c/c     (1)

其中f_m为最大多普勒频移，v为终端的移动速度，f_c为载波频率，c为光速。

按照式(2)计算相干时间，在此定义相干带宽为包络相关系数为0.5，即ρ(0，T_c，0)＝0.5

$T_c=\frac{9}{16{\mathrm{\πf}}_m}---\left(2\right)$

其中T_c为相干时间，f_m为最大多普勒频移。

估计相干带宽：根据终端移动速度等级所对应的典型场景，选取均方时延，按照式(3)计算相干带宽，在此定义相干带宽为包络相关系数为0.5，即ρ(B_c，0，0)＝0.5

$B_c=\frac{1}{2\mathrm{\π}{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\τ}}}---\left(3\right)$

其中B_c为相干带宽，σ_τ为均方时延。

步骤203：在终端接入基站时，终端估计自己的运行速度并将其反馈给预编码模块，预编码模块根据该终端所处的终端速度等级选择待用的(0延迟/小延迟/大延迟)预编码方式。

在终端和基站接通过程中，终端还周期性地向预编码模块返回其新的运动速度，预编码模块据此判断该终端所处的新的终端速度等级，调整当前选用的预编码方式。

步骤204：预编码模块从预编码码书表查找对应的码书。

预编码模块根据基站上层提供的eNodeB侧天线数、映射层数v、码书索引等参数，从预先加载的预编码码书表中查询对应的码书即可。例如eNodeB侧天线数＝2、映射层数＝2、码书索引＝3，则在图3中选择出对应的码书，进而进行相应的预编码。

步骤205：预编码模块按照上述过程中所选择的待用预编码方式和预编码码书进行预编码，并输出结果。

对于零和小延迟方式，按以下模式进行预编码：

${\left[\begin{array}{c}{y}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ \·\\ \·\\ \·\\ y^{(p-1)}\left(i\right)\end{array}\right]}_{p\×1}={[D{\left(k_i\right)}_{p\×p}\·W{\left(i\right)}_{p\×v}]\·\left[\begin{array}{c}{x}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ \·\\ \·\\ \·\\ x^{(\mathrm{\υ}-1)}\left(i\right)\end{array}\right]}_{v\×1}$

其中，p表示eNodeB侧天线数，v表示层映射中的层数，k_i表示分配承载第i个调制符号的资源元在频域中的索引；W(i)是预编码矩阵，D(k_i)是支持零和小延迟方式的对角矩阵，针对各种不同层映射。

对大延迟方式，按以下模式进行预编码：

${\left[\begin{array}{c}{y}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ \·\\ \·\\ \·\\ y^{(p-1)}\left(i\right)\end{array}\right]}_{p\×1}={[W{\left(i\right)}_{p\×v}\·D{\left(i\right)}_{v\×v}\·U_{v\×v}]\·\left[\begin{array}{c}{x}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ \·\\ \·\\ \·\\ x^{(\mathrm{\υ}-1)}\left(i\right)\end{array}\right]}_{v\×1}$

其中，D(i)是支持大延迟方式的对角矩矩阵，U是支持大延迟方式的频率分集矩阵。

图5是应用了本实施例中的快速预编码装置的实现子帧发射与接收的系统结构图，该系统中包括位于eNodeB侧的发射机和位于UE侧的接收机。

在eNodeB侧的发射机的工作原理为：首先在一个子帧(1ms或1TTI)时间内数据流单元(501.1，...，501.M)产生多个并行比特流，M为数据流数；然后分别输入到信道编码单元(502.1，...，502.M)对每个比特流进行信道编码，再将输出的码字流输入调制单元(503.1，...，503.M)进行调制映射，接着将调制后的每个符号流输入层映射单元(504)进行层映射，将层映射单元(504)的输出与本实施例中的快速预编码装置(505)的输入连接，进行预编码处理(包括0延迟、小延迟和大延迟等方式)，其中的预编码处理方式根据UE侧反馈的信道信息及估计得到的UE速度确定。最后对预编码后的每个符号流输入到IFFF单元(506.1，...，506.p)，其中p为eNodeB侧的发射天线数，通过IFFT变换实现对每OFDM符号所有子载波的正交性叠加，并将产生的信号经由天线口发射出去，完成一个子帧的发射处理。

在UE侧的接收机的工作原理为：首先把来自接收天线的数据输入到FFT单元(521.1，...，521.p)，之后数据输入到信道估计单元(500)进行信道估计，然后以此在解预编码单元(522)解预编码，在解层映射单元(523)解层映射，在解调单元(524.1，...，524.M)解调制，在译码单元(525.1，...，525.p)进行信道译码，其中p为UE侧的接收天线数，最终获得比特流，完成一个子帧的接收处理。

综上所述，考虑到预编码码书使用的频繁性和长期性，本发明预先计算预编码码书并按一定方式存储，在实现中只需根据预先设计的方式查表得到相应的预编码码书，从而在降低实时计算的复杂度的同时，提高了预编码的处理速度。目前FPGA开发按5M存储容量设计，对于天线数为4以下的预编码码书表所占的存储空间在十几K左右，大至3‰存储空间的占用，基本可忽略不计，而有了预编码码书表后，预编码的实时运算量大大降低。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1、一种快速实现预编码的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据不同的基站侧天线数和映射层数计算预编码码书，据此构建预编码码书表并存储；

(2)预先设定不同的终端速度等级以及各终端速度等级对应的预编码方式；

(3)在终端接入基站时，所述基站的预编码模块根据该终端所反馈的运动速度判断该终端所处的终端速度等级，据此确定待用的预编码方式，同时根据当前的基站侧天线数和映射层数从所述预编码码书表中查找对应的预编码码书；

(4)所述预编码模块采用所述待用的预编码方式及所查找到的预编码码书进行预编码处理。

2、如权利要求1所述的快速实现预编码的方法，其特征在于，所述步骤(1)中还包括：对所述预编码码书表中的数据进行定点化处理。

3、如权利要求1所述的快速实现预编码的方法，其特征在于，所述预编码方式包括零延迟、小延迟和大延迟方式。

4、如权利要求3所述的快速实现预编码的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述预编码模块在采用零延迟方式时，按照以下模式进行预编码：层信号向量乘以预编码码书后直接输出；

在采用小延迟方式时，按照以下模式进行预编码：层信号向量先乘以预编码码书，再乘以延迟系数矩阵后输出；

在采用大延迟方式时，按照以下模式进行预编码：层信号向量先乘以延迟系数矩阵，再乘以预编码码书后输出；

其中，所述层信号向量为进行预编码的输入数据。

5、如权利要求1至4任一所述的快速实现预编码的方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述终端与基站接通过程中，所述终端还周期性地向所述预编码模块返回其新的运动速度，所述预编码模块据此判断该终端所处的新的终端速度等级，并采用新的终端速度等级所对应的预编码方式进行预编码。

6、一种快速实现预编码的装置，包括预编码模块，其特征在于，该装置还包括：预编码码书表存储单元、预编码码书表构建模块、预编码方式设置模块；

所述预编码码书表构建模块，用于根据不同的基站侧天线数和映射层数计算预编码码书，据此构建预编码码书表并存储于所述预编码码书表存储单元；

所述预编码方式设置模块，用于预先设定不同的终端速度等级以及各终端速度等级对应的预编码方式；

所述预编码模块，用于接收终端接入基站时反馈的运动速度，根据该运动速度所处的终端速度等级确定待用的预编码方式，并根据基站上层提供的基站侧天线数和映射层数从所述预编码码书表中选取对应的预编码码书，采用所述待用的预编码方式及所查找到的预编码码书对本预编码模块的输入信号进行预编码处理。

7、如权利要求6所述的快速实现预编码的装置，其特征在于，所述预编码码书表构建模块还用于对所述预编码码书表中的数据进行定点化处理。

8、如权利要求6所述的快速实现预编码的装置，其特征在于，所述预编码模块还用于：在所述终端与基站接通过程中，根据该终端所反馈的新的运动速度确定其新的终端速度等级，并采用所述新的终端速度等级所对应的预编码方式进行预编码。

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