CN101510820B - 一种预编码矩阵的选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预编码矩阵选择方法，根据码本矩阵的特征，将原有的码本进行分组，分组准则是每组内的矩阵均是由其中一个第一码本矩阵进行行变换得到的，这种行变换包括不同行之间进行的模值不变的交换。在码本矩阵分组的基础上，利用每组的第一码本矩阵进行最优秩的选取，从1个层的选择开始，逐步增加满足信噪比要求的层，最终获得达到该组内最优性能的层数；然后，再利用每组的第一码本矩阵根据不同的性能评价标准进行最优预编码矩阵和MCS的选取。通过上述方式进行的预编码矩阵选择，由于不需要遍历所有码本矩阵而大大降低了计算复杂度，同时经过验证该方式能够接近穷举法的性能。

Description

一种预编码矩阵的选择方法

技术领域

本发明涉及通信系统中的预编码技术，特别涉及一种预编码矩阵的选择方法。

背景技术

在移动通信中采用“中心基站-分散终端”的模式，在这种模式下移动终端很难进行协作发送和接收，因此实际中可行且有效的方式是通过基站来对收、发数据进行集中处理。于是，在上行的点对多点系统中一般采用多用户检测技术，在下行系统的点对多点系统中，一般采用MIMO(Multiple InputMultiple Output)预编码技术。MIMO预编码技术，就是在已知信道状态信息CSI(Channel States Information)的情况下，通过在发送端对发送的信号做一个预先的处理，以方便接收机进行信号检测以及提高信道容量的目的。发送端获得信道信息主要通过以下两种方法：在FDD系统中，发送端可以通过接收端反馈而获得信道状态信息；在TDD系统中，发送端通过下行信道与上行信道所具有的互易性而获得信道状态信息。

在LTE系统中，采用基于码本反馈的预编码技术，发射端和接收端具有相同的码本，接收端根据信道信息从码本中选取最优的预编码矩阵，并且将预编码矩阵索引(PMI，Precoding Metrix Index)反馈到发射端，发射端根据接收端的PMI从码本中选取相应的预编码矩阵，对发射信号进行预编码处理。

接下来以4发射天线为例，说明现有的接收端进行预编码矩阵的选择方法。

在协议中，对应4发射天线的情况，给出了16个码本矩阵和相应的索引值，该16个码本矩阵是由16个码本向量进行householder变换所得到的。对于任一码本矩阵，对应有4种层数选择，从而可以在该任一码本矩阵中选择其中的一列、两列、三列或四列构成待选预编码矩阵，如表1所示。这样，每个码本矩阵对应4个待选预编码矩阵，16个码本矩阵共对应64个待选预编码矩阵。由表1可见，每种层数都对应有16个矩阵，其中，W_i ^{j}表示码本矩阵W_i的第i列。

表1

现有的最优预编码矩阵选择方案是：根据信道矩阵H，对64个待选预编码矩阵进行遍历，计算相应的吞吐量或SINR等性能参数，选择性能最优的待选预编码矩阵作为最终的预编码矩阵，其对应的层数即为选择的层。可见，在该预编码矩阵选择方式中，需要进行64个预编码矩阵的性能计算，才能选定层及预编码矩阵。由于该方式采用了遍历操作，计算复杂度高，计算量大，尤其在码本向量和码本矩阵较多、发射天线数目较大的情况下，计算复杂度迅速增加，因此，该遍历方式实现的预编码矩阵选择不适于码本数目多的情况。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种预编码矩阵选择方法，能够降低预编码矩阵选取的计算复杂度，并能够接近穷举法的性能。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种预编码矩阵的选择方法，包括：

a、将所有码本矩阵进行分组，每组中的其他码本矩阵由该组中的第一码本矩阵进行模不变的行变换组成；对于每个组，确定层数为n时该组中各个码本矩阵对应的预编码矩阵所包括的列，以及确定的所述预编码矩阵包括的列在该组的第一码本矩阵中的列编号，将确定的列编号作为层数为n时该组的待选列编号，其中，n＝1，2，...，N，N为发射天线总数；

b、为每个组设置当前列集合，并初始化为空；对于任一组，在该组的第一码本矩阵中选择与层数为1时该组的待选列编号相等编号的列，将选择的列分别左乘信道矩阵H，在得到的结果矩阵中，将与层数为1时该组的待选列编号相等编号的各个行依次作为信号，分别计算所述各个行对应的信号与干扰加噪声比(SINR)值，从计算得到的所有SINR值中选择最大值，并将所述任一组的第一码本矩阵中与所述最大值对应的行编号相等编号的列加入该组的当前列集合；将所述最大值对应的调制编码方式作为该组的当前调制编码方式(MCS)，根据当前列集合中所包括的列和当前MCS确定该组的当前性能参数值；并令每组的当前层数n′＝1执行步骤c；

c、为每个组的当前列集合选择所包括的该组第一码本矩阵中的列，包括：

c1、在层数为n′+1时所述任一组的待选列编号中选择待选列编号，选择的待选列编号包括所述任一组的当前列集合中的所有列；根据选择的任一待选列编号从所述任一组的第一码本矩阵中选择与所述任一待选列编号相等编号的各个列构成矩阵，并左乘信道矩阵H，在得到的结果矩阵中将与所述任一待选列编号中当前列集合中未包括列的列编号相等编号的行作为信号，计算与所述未包括列的列编号相等编号的行对应的SINR值；在根据所有选择的待选列编号而确定的SINR值中选择最大的SINR值，并判断所述最大的SINR值是否存在对应的MCS，若存在，则将与所述最大的SINR值对应的行编号相等的列加入所述任一组的当前列集合，并确定当前列集合包括的所有列在所述最大的SINR值对应的MCS下的性能参数值，当该性能参数值劣于所述任一组的当前性能参数值时，从当前列集合中将与所述最大的SINR值对应的行编号相等的列删除，并结束所述任一组的当前列集合选择，当该性能参数值不劣于所述任一组的当前性能参数值时，将该性能参数值作为所述任一组的当前性能参数值，将所述任一组的当前层数n′加1，并将所述最大的SINR值对应的MCS作为所述任一组的当前MCS，重复执行步骤c1；若不存在对应的MCS，结束所述任一组的当前列集合选择；

c2、当每个组的当前列集合选择均结束时，执行步骤d；

d、在各个组的当前性能参数中选择最大值，确定该最大值对应的组，将确定的组的当前列集合中的所有列顺次排列构成的矩阵作为预编码矩阵，将确定的组的当前层数n′作为选择的层数。

较佳地，当发射天线总数为4时，所述将所有码本矩阵进行分组为：将由16个码本矩阵W₀～W₁₅分为五组，其中，W₀、W₂、W₈、W₁₀为一组，W₁、W₃、W₉、W₁₁为一组，W₄、W₆为一组，W₅、W₇为一组，W₁₂、W₁₃、W₁₄、W₁₅为一组。

较佳地，W₀、W₁、W₄、W₅、W₁₂分别为各个组的第一码本矩阵。

较佳地，层数为1时，

W₀所在组的待选列编号为1、3、2、4；

W₁所在组的待选列编号为1、3、2、4；

W₄所在组的待选列编号为1、3；

W₅所在组的待选列编号为1、3；

W₁₂所在组的待选列编号为1、2、3、4。

较佳地，层数为2时，

W₀所在组的待选列编号为14、34、21、42；

W₁所在组的待选列编号为12、34、32、24；

W₄所在组的待选列编号为14、31；

W₅所在组的待选列编号为14、31；

W₁₂所在组的待选列编号为12、24、31、43。

较佳地，层数为3时，

W₀所在组的待选列编号为124、341、213、432；

W₁所在组的待选列编号为123、341、243、421；

W₄所在组的待选列编号为124、312；

W₅所在组的待选列编号为124、312；

W₁₂所在组的待选列编号为123、214、341、432。

较佳地，层数为4时，

W₀所在组的待选列编号为1234、1432、2143、4231；

W₁所在组的待选列编号为1234、1432、2143、4231；

W₄所在组的待选列编号为1234、3142；

W₅所在组的待选列编号为1234、3142；

W₁₂所在组的待选列编号为1234、2413、1432、4231。

较佳地，所述性能参数值为吞吐量或误码率。

由上述技术方案可见，本发明中，根据码本矩阵的特征，将原有的码本进行分组，分组准则是每组内的矩阵均是由其中一个第一码本矩阵进行行变换得到的，这种行变换包括不同行之间进行的模值不变的交换。在码本矩阵分组的基础上，利用每组的第一码本矩阵进行最优秩的选取，从1个层的选择开始，逐步增加满足信噪比要求的层，最终获得达到该组内最优性能的层数；然后，再利用每组的第一码本矩阵根据不同的性能评价标准(如容量最大化、BER最小化等)进行最优预编码矩阵和MCS的选取。通过上述方式进行的预编码矩阵选择，由于不需要遍历所有码本矩阵而大大降低了计算复杂度，同时经过验证，该方式能够接近穷举法的性能。

附图说明

图1为本发明中预编码矩阵选择方法的总体流程图。

图2为本发明的方案与背景技术中方案的性能比较示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术手段和优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明做进一步详细描述。

本发明的基本思想是：对所有码本矩阵按照特性进行分组，然后在每组内根据其中一个矩阵进行最优秩的选择，再在组间选择性能最优的预编码矩阵。

图1为本发明中预编码矩阵选择方法的总体流程图。如图1所示，该方法包括：

步骤101，将所有码本矩阵进行分组，每组中的其他码本矩阵由该组中的第一码本矩阵进行模不变的行变换组成；对于每个组，确定层数为n时该组中各个码本矩阵对应的预编码矩阵所包括的列，以及确定的所述预编码矩阵包括的列在该组的第一码本矩阵中的列编号，将确定的列编号作为层数为n时该组的待选列编号。

其中，n＝1，2，...，N，N为发射天线总数。每个组中可以指定任意一个矩阵为该组的第一码本矩阵。本步骤中，根据现有协议中层数与各个已知码本矩阵中列的对应关系，将不同层数时，各个码本矩阵中对应选择的列均转换为在第一码本矩阵中的列编号，并记录这些编号。从而可以在后续处理中，仅根据第一码本矩阵来进行每个组中最优秩的选择。

步骤102，为每个组设置当前列集合，并初始化为空；对于任一组，在该组的第一码本矩阵中选择与层数为1时该组的待选列编号相等编号的列，将选择的列分别左乘信道矩阵H，在得到的结果矩阵中，将与层数为1时该组的待选列编号相等编号的各个行依次作为信号，分别计算各个行对应的SINR值，从计算得到的所有SINR值中选择最大值，并将所述任一组的第一码本矩阵中与所述最大值对应的待选列编号相等编号的列加入该组的当前列集合；将所述最大值对应的调制编码方式作为层数为1时该组的当前调制编码方式(MCS)，根据当前列集合中所包括的列和当前MCS确定该组的当前性能参数值；并令每组的当前层数n′＝1执行步骤103。

本发明中，为每个组设置当前列集合，用于保存该组内被选中的列在第一码本矩阵中的列编号，最终将由该当前列集合中的所有列顺序排列形成一个矩阵，再在每个组所形成的矩阵中选择一个性能最优的作为预编码矩阵。

本发明在初始设置当前列集合时，将其置空，然后通过后续操作逐个向该当前列集合中加入合适的列。本步骤中，对每个组，进行该组内层数为1时的最优列选择，该最优列对应的SINR值最大，也就相当于在层数为1时，该组内的各个码本矩阵中选择最优的一个。

具体地，在步骤101中，已经将每个组中各个码本矩阵在层数为1时被选择的列转换为在第一码本矩阵中对应的列编号，因此，本步骤对于任一组而言，只需要在第一码本矩阵中被转换成的列编号所指向的列中进行选择，也就相当于在该组中所有码本矩阵中进行选择。

另外，根据SINR值确定对应的调制编码方式可以按照现有方式实现，这里就不再赘述。

本步骤中需要根据当前列集合计算一个性能参数值。该性能参数值可以是用于表示系统性能的任意参数，例如容量值或误码率等。具体计算性能参数值的方式可以采用现有的方式，这里就不再赘述。

步骤103，为每个组的当前列集合选择所包括的该组第一码本矩阵中的列。

本步骤中，对于每个组的操作均是相同的，这里以其中一个组A为例说明具体的列选择方式。

步骤103a，在层数为n′+1时组A的待选列编号中选择待选列编号，该选择的待选列编号包括组A的当前列集合中的所有列；根据选择的任一待选列编号从所述任一组的第一码本矩阵中选择与所述任一待选列编号相等编号的各个列构成矩阵，并左乘信道矩阵H，在得到的结果矩阵中将与所述任一待选列编号中当前列集合中未包括列的列编号相等编号的行作为信号，计算所述未包括列的列编号相等编号的行对应的SINR值；在根据所有选择的待选列编号而确定的SINR值中选择最大的SINR值。

本步骤中，在层数n′+1下继续进行列选择。首先选择层数n′+1时，组A中包括当前列集合中所有列的待选列编号。在选择出待选列编号后，对于每个待选列编号，如前所述，选择对应的列与信道矩阵相乘，并计算相应行的SINR值，最后再在根据所有选择出的待选列编号所确定的SINR值中选择最大值。

具体地，对于每个选择出的待选列编号，选择相应的列继而计算SINR值的过程均相同，以待选列编号m为例，该过程包括：在组A中的第一码本矩阵中选择与待选列编号m相等的各个列构成矩阵，并左乘信道矩阵H，在得到的结果矩阵中将与待选列编号m中当前列集合中未包括列的列编号相等编号的行作为信号，计算与所述未包括列的列编号相等编号的行对应的SINR值，即为由待选列编号m所确定的SINR值。

步骤103b，判断步骤103a中计算得到的最大的SINR值是否存在对应的调制编码方式，若是，则执行步骤103c，否则，结束组A的当前列集合选择。

本步骤中，若计算得到的最大SINR值不存在对应的调制编码方式，则表明该组A中所选择的预编码矩阵的层数应为当前层数n′，该组中不能再增加层。否则，则表明该组A中有可能仍然可以再增加层，具体是否可以，通过步骤103c来进一步确定。

步骤103c，将第一码本矩阵中与步骤103a中选择出的最大SINR值对应的行相等编号的列加入组A的当前列集合，并确定当前列集合包括的所有列在步骤103a中选择的最大SINR值对应的MCS下的性能参数值。

如前所述，可以采用现有的方式计算性能参数值。

步骤103d，判断步骤103c计算得到的性能参数值是否劣于组A的当前性能参数值，若是，则从当前列集合中将与所述最大的SINR值对应的行编号相等的列删除，并结束所述任一组的当前列集合选择；否则，执行步骤103e。

对于不同的性能参数，其对应的数值大小与表征的系统优劣关系可能不同。对于容量值而言，容量值越大表明系统性能越优，容量值越小表明系统性能越劣；而对于误码率而言，误码率越大表明系统性能越劣，容量值越小表明系统性能越优。本步骤中，通过性能参数值的比较，确定加入新的列后，是否会造成系统性能更差。如果会，则不会加入该新的列，即将刚刚加入的列从当前列集合中删除；如果不会，则表明组A可以进一步增加层数，则通过步骤103e更新组A的各项参数值。

步骤103e，将步骤103c计算得到的性能参数值作为组A的当前性能参数值，将组A的当前层数n′加1，且将步骤103a选择的最大SINR值对应的MCS作为组A的当前MCS，并返回步骤103a。

步骤104，在各个组的当前性能参数中选择最大值，确定该最大值对应组，将确定的组的当前列集合中的所有列顺次排列构成的矩阵作为预编码矩阵，将确定的组的当前层数n′作为选择的层数。

至此，本发明中的预编码矩阵选择方法结束，可以根据预编码矩阵确定相应的码本矩阵，并将该码本矩阵编号和相应的层数反馈给发送端。

以下以4根发射天线为例，对上述预编码矩阵选择方法进行详细描述。

将表1中的16个码本矩阵进行总结分类，共组成5组，每组中其他几个矩阵是由第一码本矩阵进行模不变的行变换所组成的。5个第一码本矩阵分别为W₀，W₁，W₄，W₅，W₁₂，矩阵之间的关系如表2所示。

W<sub>0</sub>	W<sub>2</sub>	W<sub>8</sub>	W<sub>10</sub>
				W<sub>1</sub>	W<sub>3</sub>	W<sub>9</sub>	W<sub>11</sub>
W<sub>4</sub>	W<sub>6</sub>
				W<sub>5</sub>	W<sub>7</sub>
W<sub>12</sub>	W<sub>13</sub>	W<sub>14</sub>	W<sub>15</sub>

表2

在进行矩阵的选取的时候，可以仅采用W₀，W₁，W₄，W₅，W₁₂进行SINR值的比较计算，选定确定矩阵及确定的层后，再根据每组矩阵间的层的对应关系选定最终的预编码矩阵。

首先确定各个层数下该组的待选列编号。例如，以W₀所在的组为例，由表1可见，当层数为1时，该组中的4个矩阵被选择的列编号分别为W₀的第1列、W₂的第1列、W₈的第1列和W₁₀的第1列，由于矩阵W₂、W₈和W₁₀都可以由W₀经过模不变的行变换得到，且所有码本矩阵都满足 $W_i\·W_i^H=I,$ 因此，矩阵W₂、W₈和W₁₀中的任意列都可以在矩阵W₀中找到相同的列，从而可以将层数为1时矩阵W₂、W₈和W₁₀对应的列转换为在矩阵W₀中的列编号。具体地，矩阵W₂的第1列与矩阵W₀的第3列相等，矩阵W₈的第1列与矩阵W₀的第2列相等，矩阵W₁₀的第1列与矩阵W₀的第4列相等。因此，将层数为1时矩阵W₂、W₈和W₁₀对应的列转换为在矩阵W₀中的列编号3、2和4，再加上层数为1时矩阵W₀本身对应的列编号1，可以得到该组的待选列编号为1、3、2、4。与上述方式类似，可以得到层数为1时五个组的待选列编号如表3所示，层数为2时五个组的待选列编号如表4所示，层数为3时五个组的待选列编号如表5所示，层数为4时五个组的待选列编号如表6所示。

W<sub>0</sub>	1	3	2	4
					W<sub>1</sub>	1	3	2	4
W<sub>4</sub>	1	3
					W<sub>5</sub>	1	3
W<sub>12</sub>	1	2	3	4

表3

W<sub>0</sub>	14	34	21	42
					W<sub>1</sub>	12	34	32	24
W<sub>4</sub>	14	31
					W<sub>5</sub>	14	31
W<sub>12</sub>	12	24	31	43

表4

W<sub>0</sub>	124	341	213	432
					W<sub>1</sub>	123	341	243	421
W<sub>4</sub>	124	312
					W<sub>5</sub>	124	312
W<sub>12</sub>	123	214	341	432

表5

W<sub>0</sub>	1234	1432	2143	4231
					W<sub>1</sub>	1234	1432	2143	4231
W<sub>4</sub>	1234	3142
					W<sub>5</sub>	1234	3142
W<sub>12</sub>	1234	2413	1432	4231

表6

在表3～表6中，每行代表一组的待选列编号，且以该组的第一码本矩阵进行表示。

接下来，按照表中的待选列编号进行每个组的最优秩选择。

利用5个第一码本矩阵W₀，W₁，W₄，W₅，W₁₂中的某些列左乘信道矩阵H，然后对应每个结果矩阵按照某种检测准则(MMSE：Minimum Mean Square Error或ZF：Zero Forcing)计算每层的SINR值。以第一码本矩阵W₀为例，具体计算SINR值的方式为，将在矩阵W₀中选择与表3中W₀所在组的待选列编号相等编号的各个列，分别左乘信道矩阵H，在得到的结果矩阵中，将与层数为1时该组的待选列编号相等编号的各个行依次作为信号行，计算SINR值；即，首先计算H*W₀ ^{1}中的第一行作为信号行、其他行作为噪声行，计算第一行对应的SINR值；然后，将H*W₀ ^{3}中的第三行作为信号行、其他作为噪声行，计算第三行对应的SINR值；将H*W₀ ^{2}中的第二行作为信号行、其他作为噪声行，计算第二行对应的SINR值；将H*W₀ ^{4}中的第四行作为信号行、其他作为噪声行，计算第四行对应的SINR值。这样，就得到四个SINR值，从中选择最大的SINR值以及它对应的调制编码方式，并将最大SINR值对应的待选列编号所代表的列加入当前列集合中，并计算各个最大SINR值及其相应MCS下的系统性能值。

对于W₄和W₅做为第一码本矩阵的组里面，当层数为1时，待选列编号中不包括2和4，所以仅需要计算H*W₄ ^{1}和H*W₅ ^{1}中的第1行作为信号行的SINR值以及H*W₄ ^{3}和H*W₅ ^{3}中的第3行作为信号行的SINR值，选出最大的即可。第2行和第4行在之后的层数扩展中只要SINR足够大，则仍然可以选中，对结果不产生影响。

对各个组均选择出一个列加入到各个组的当前列集合后，需要继续判断能否增加层数，按照表4中所给定的组合，若在层数为1时选定了某一列，这时需要比较包含该列的待选列编号组合中的另一列对应的SINR值，并选择其中的最大SINR值，并判断该最大SINR值是否存在对应的调制方式，若存在，则根据某种准则判断相应的待选列编号对应的系统性能是否劣于层数为1时的系统性能，若是，则仅选择1层，而不需要对层数进行扩展；否则将该最大SINR值对应的列加入当前列集合中。若不存在对应的调制方式，则仅选择1层，而不需要对层数进行扩展。对每一组都选出对应的列，并记录其性能值。

将层数扩展到2后，从表5中继续对应查找能否增加层。在之前选定的列的基础上，在表5中对照查找包含当前列集合中所有列的3层的情况，对每种选择计算新的SINR值，使新的SINR值所选择的调制方式能够使性能最优，若加入新的层之后所得的SINR值均不能达到调制的门限值要求，则最终选定该组的层数为2，并得到其性能值。对每一组都选出对应的层，并记录性能值。

继续按照表6增加层，对于层数为3的组判定是否能选择4层，即加入剩余的未选择的列后，通过计算所得的SINR能否满足调制方式的选择门限，若可以则根据选定的调制方式计算该组的性能值。此时，分别以W₀，W₁，W₄，W₅，W₁₂为基础矩阵的5个组所对应的层数和性能值都已经确定，然后对5个值进行比较，选择W₀，W₁，W₄，W₅，W₁₂中对应的性能最优的，并在表3～表6中对应找到其层数的表，并找到层的选择组合所在的位置，并根据该组合的位置与表2的对应关系得到选定的码本矩阵编号。

至此，本发明的预编码矩阵选择方法流程结束。

按照上述方式进行4根发射天线下的预编码矩阵选择时，其复杂度较背景技术中描述的预编码矩阵选择方法低很多，背景技术中描述的预编码矩阵选择方法要遍历64个码字，而上述方式只需比较计算约31个码字的吞吐量即可选出较优结果。

下面通过一个具体的例子对上述的各个处理步骤进行示例性说明。其中，以容量最优作为性能评价标准进行预编码矩阵的选择，即性能参数值为容量值，5个第一码本矩阵分别为W₀，W₁，W₄，W₅，W₁₂，具体选择步骤如下：

步骤一：已知信道矩阵H，计算H*W₀，H*W₁，H*W₄，H*W₅和H*W₁₂，得到五个矩阵。

步骤二：判定每个组的第一个选定的层分别是哪一层，及其对应的编码方式和容量值。

若H*W₀ ^{1}、H*W₀ ^{3}、H*W₀ ^{2}、H*W₀ ^{4}对应的4个SINR值的最大值为第三行，则第3列为必选列；此时将最大的SINR值与调制方式的门限值进行对比，得到第3列的调制方式，并可以得到第3层的容量值。

若H*W₁ ^{1}、H*W₁ ^{3}、H*W₁ ^{2}、H*W₁ ^{4}对应的4个SINR值的最大值为第二行，则第2列为必选列；此时将最大的SINR值与调制方式的门限值进行对比，得到第2列的调制方式，并可以得到第2层的容量值。

对于W₄，仅比较第1层和第3层的SINR值的大小，选择最大的层，例如第3层最大，将第3层的SINR值与调制方式的门限值进行对比，得到第3层的调制方式，并可以得到容量值。

对于W₅，与W₄相同，仅比较第1层和第3层的SINR值的大小，选择最大的层，例如第1层最大，将第1层的SINR值与调制方式的门限值进行对比，得到第1层的调制方式，并可以得到容量值。

若H*W₁₂ ^{1}、H*W₁₂ ^{2}、H*W₁₂ ^{3}、H*W₁₂ ^{4}对应的4个SINR值的最大值为第四行，则第4列为必选层；此时将最大的SINR值与调制方式的门限值进行对比，得到第4列的调制方式，并可以得到第4层的容量值。

步骤三：对每个组选择了一个列，继续进行判断，是否可以增加层数为2。

对于W₀，对应表4中的组合，包含第3列的仅有{3，4}组合，则判断第4列的SINR值能否满足调制的门限要求，以及采用何种调制方式。若第4列满足调制要求，则选择合适的调制方式，并计算3，4列的容量总和，若该容量总和小于步骤二得到的第3列的容量，则仅选择第3列，即对应矩阵W₀的组仅有第3列可选，对应容量值即为第3列的容量值；若该容量总和不小于步骤二得到的第3列的容量，则将第4列加入本组；若第4层不能满足调制要求，那就仅选择第3层，即对应矩阵W₀的组仅有第3列可选，对应容量值即为第3列的容量值。本例确定W₀仅选择第3列。

对于W₁，对应表4中的组合，包含第2列的待选列编号有{1，2}、{2，3}和{2，4}，所以要对比H*W₁ ^{12}中第1行、H*W₁ ^{23}中第3行和H*W₁ ^{24}中第4行的SINR值，选择比较大的行，并判断是否能满足调制的门限要求，以及采用何种调制方式。若H*W₁ ^{24}中第4行SINR值较大并满足调制要求，则选择合适的调制方式，并计算2，4列的容量总和，若该容量总和小于步骤二得到的第2列的容量，则仅选择第2列，即对应矩阵W₁的组仅有第2列可选，对应容量值即为第2列的容量值；若该容量总和不小于步骤二得到的第2列的容量，则将第4列加入本组；若第4列SINR值较大但不能满足调制要求，则仅选择第2列，即对应矩阵W₁的组仅有第2列可选，对应容量值即为第2列的容量值。本例确定W₁选择1，2两列。

对于W₄，对应表4中的组合，包含第3列的仅有{1，3}，则判断H*W₄ ^{13}中第1行的SINR值能否满足调制的门限要求，以及采用何种调制方式。若第1行满足调制要求，则选择合适的调制方式，并计算1，3列的容量总和，若该容量总和小于步骤二得到的第3列的容量，则仅选择第3列，即对应矩阵W₄的组仅有第3列可选，对应容量值即为第3列的容量值；若该容量总和不小于步骤二得到的第3列的容量，则将第1列加入本组；若第1列不能满足调制要求，那就仅选择第3列，即对应矩阵W₄的组仅有第3列可选，对应容量值即为第3列的容量值。本例确定W₄选择第3列。

对于W₅，与W₄相同，对应表4中的组合，包含第3列的仅有{1，3}，则判断H*W₅ ^{13}中第1行的SINR值能否满足调制的门限要求，以及采用何种调制方式。若第1行满足调制要求，则选择合适的调制方式，并计算1，3列的容量总和，若该容量总和小于步骤二得到的第3列的容量，则仅选择第3列，即对应矩阵W₄的组仅有第3列可选，对应容量值即为第3列的容量值；若该容量总和不小于步骤二得到的第3列的容量，则将第1列加入本组；若第1列不能满足调制要求，那就仅选择第3列，即对应矩阵W₄的组仅有第3列可选，对应容量值即为第3列的容量值。本例确定W₅选择1，3两列。

对于W₁₂，对应表4中的组合，包含第4列的组合有{2，4}和{3，4}，所以要对比H*W₁₂ ^{24}中第2行和H*W₁₂ ^{34}中第3行的SINR值，选择比较大的列，并判断是否能满足调制的门限要求，以及采用何种调制方式。若第2行SINR值较大并满足调制要求，则选择合适的调制方式，并计算2，4层的容量总和，若该容量总和小于步骤二得到的第4列的容量，则仅选择第4列，即对应矩阵W₁₂的组仅有第4列可选，对应容量值即为第4列的容量值；若该容量总和不小于步骤二得到的第4列的容量，则将第2列加入本组；若第2列SINR值较大但不能满足调制要求，则仅选择第4列，即对应矩阵W₁₂的组仅有第4列可选，对应的容量值仅为第4列的容量值。本例确定W₁₂选择2，4两列。

步骤四：对每个组继续进行判断，是否可以增加层数为3。

对于W₀，因为仅有一层满足调制要求，所以不需要继续判断。

对于W₁，对应表5中的组合，包含1，2列的组合有{1，2，3}和{1，2，4}，则仍需要按照前述方法进行判定是否可以加入新的列。例如加入第3列后所得的SINR值大于加入第4列后的值，并且加入第3列后的SINR值满足调制要求，并优于1、2列对应的容量，则继续进行系统容量的判断，若系统容量不会更劣，则确定W₁选择1，2，3三列，并记录总容量。

对于W₄，仅有第3列满足调制要求，所以不需要继续判断。

对于W₅，对应表5中的组合，包含1，3列的组合仅有{1，2，3}，需要判断加入第2列后所得的信道SINR值是否符合要求，若符合，则继续进行系统容量的判断，若系统容量不会更劣，则W₅选择1，2，3三层，并记录总容量。

对于W₁₂，对应表5中的组合，包含2，4两列的组合仅有{1，2，4}和{2，3，4}，则分别比较加入第1列和第3列后的SINR值的大小，选定比较大的SINR值，并判断是否满足调制要求。若加入第1列后的SINR值较大，但无法满足调制的SINR门限，则W₅仅选择2，4两列，并记录总容量。

步骤五：对当前层数为三层的组判断是否可以继续增加层。

对于W₁，计算加入第4列后的新的SINR值，并判断是否满足调制门限值，本例中不满足，则确定W₁选择1，2，3三列，并记录总容量。

对于W₅，同样计算加入第4列后的SINR值，是否满足调制门限值，本例中可以满足调制门限，则继续进行系统容量的判断，本例中系统容量不会更劣，因此确定W₁选择1，2，3，4四层，并记录总容量。

此时，五个组所对应的层的选择和容量值都已经完成，层的选择如下所示：

W₀{3}

W₁{1，2，3}

W₄{3}

W₅{1，2，3，4}

W₁₂{2，4}

对应每种层的选择，都有一个总容量值，选定以上组合中容量最大的矩阵，本例中判定W₁的容量最大，则层的选择是{1，2，3}，对应表2和表5，W₁组中选择W₁的{1，2，3}三列的是W₁，则最终选择的预编码矩阵对应的码本矩阵为W₁，层数为3，分别是{1，2，3}。

对本发明的方案和背景技术描述方案的性能进行了对比，仿真结果见图2。在仿真中，我们以一个子帧(1ms)，14个OFDM符号为单位，用户使用3个RB。系统采用Turbo码，编码调制方式，见表7。

表7

在图2中，曲线201为背景技术中描述的预编码矩阵选择方式下系统信噪比(SNR)与吞吐量的关系曲线，曲线202为本发明的预编码矩阵选择方式下系统信噪比(SNR)与吞吐量的关系曲线。由曲线201和202可见，在4天线条件下：当信噪比较高时，都能达到选择16QAM，3/4码率的方式，其吞吐量约为2624*2(天线)＝5.248Mbps。对于4天线，因为每一根天线所能传送的数据符号为3(RB)*12(子载波)*12(数据OFDM符号)＝432，则对应一个数据流的符号为432*2＝864，采用16QAM，3/4码率，对应信源长度为3*864＝2592，查Turbo码的表格得到信源长度应为2624。

在两种选择码本方式在除16dB～32dB区间外的性能无太大差异，而在该区间内次优算法性能较理想算法有一定差距。具体原因是该SNR段，会存在几层吞吐量相当的，而在选择过程中有可能选偏离了。如在某次选择中132是最佳的，但我们在选择过程中某个基本码本中层为1是最大的，接下来比较14层和13层，但两个SINR值相同，而随机选择了14，然后接下来就偏离了最佳的层132，故性能有所下降。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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 (8)

1.一种预编码矩阵的选择方法，其特征在于，该方法包括：

a、将所有码本矩阵进行分组，每组中的其他码本矩阵由该组中的第一码本矩阵进行模不变的行变换组成；对于每个组，确定层数为n时该组中各个码本矩阵对应的预编码矩阵所包括的列，以及确定的所述预编码矩阵包括的列在该组的第一码本矩阵中的列编号，将确定的列编号作为层数为n时该组的待选列编号，其中，n＝1，2，...，N，N为发射天线总数；

b、为每个组设置当前列集合，并初始化为空；对于任一组，在该组的第一码本矩阵中选择与层数为1时该组的待选列编号相等编号的列，将选择的列分别左乘信道矩阵H，在得到的结果矩阵中，将与层数为1时该组的待选列编号相等编号的各个行依次作为信号，分别计算所述各个行对应的信号与干扰加噪声比(SINR)值，从计算得到的所有SINR值中选择最大值，并将所述任一组的第一码本矩阵中与所述最大值对应的行编号相等编号的列加入该组的当前列集合；将所述最大值对应的调制编码方式作为该组的当前调制编码方式(MCS)，根据当前列集合中所包括的列和当前MCS确定该组的当前性能参数值；并令每组的当前层数n′＝1执行步骤c；

c、为每个组的当前列集合选择所包括的该组第一码本矩阵中的列，包括：

c1、在层数为n′+1时所述任一组的待选列编号中选择待选列编号，选择的待选列编号包括所述任一组的当前列集合中的所有列；根据选择的任一待选列编号从所述任一组的第一码本矩阵中选择与所述任一待选列编号相等编号的各个列构成矩阵，并左乘信道矩阵H，在得到的结果矩阵中将与所述任一待选列编号中当前列集合中未包括列的列编号相等编号的行作为信号，计算与所述未包括列的列编号相等编号的行对应的SINR值；在根据所有选择的待选列编号而确定的SINR值中选择最大的SINR值，并判断所述最大的SINR值是否存在对应的MCS，若存在，则将与所述最大的SINR值对应的行编号相等的列加入所述任一组的当前列集合，并确定当前列集合包括的所有列在所述最大的SINR值对应的MCS下的性能参数值，当该性能参数值劣于所述任一组的当前性能参数值时，从当前列集合中将与所述最大的SINR值对应的行编号相等的列删除，并结束所述任一组的当前列集合选择，当该性能参数值不劣于所述任一组的当前性能参数值时，将该性能参数值作为所述任一组的当前性能参数值，将所述任一组的当前层数n′加1，并将所述最大的SINR值对应的MCS作为所述任一组的当前MCS，重复执行步骤c1；若不存在对应的MCS，结束所述任一组的当前列集合选择；

c2、当每个组的当前列集合选择均结束时，执行步骤d；

d、在各个组的当前性能参数中选择最大值，确定该最大值对应的组，将确定的组的当前列集合中的所有列顺次排列构成的矩阵作为预编码矩阵，将确定的组的当前层数n作为选择的层数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当发射天线总数为4时，所述将所有码本矩阵进行分组为：将由16个码本矩阵W₀～W₁₅分为五组，其中，W₀、W₂、W₈、W₁₀为一组，W₁、W₃、W₉、W₁₁为一组，W₄、W₆为一组，W₅、W₇为一组，W₁₂、W₁₃、W₁₄、W₁₅为一组。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，W₀、W₁、W₄、W₅、W₁₂分别为各个组的第一码本矩阵。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，层数为1时，

W₀所在组的待选列编号为1、3、2、4；

W₁所在组的待选列编号为1、3、2、4；

W₄所在组的待选列编号为1、3；

W₅所在组的待选列编号为1、3；

W₁₂所在组的待选列编号为1、2、3、4。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，层数为2时，

W₀所在组的待选列编号为14、34、21、42；

W₁所在组的待选列编号为12、34、32、24；

W₄所在组的待选列编号为14、31；

W₅所在组的待选列编号为14、31；

W₁₂所在组的待选列编号为12、24、31、43。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，层数为3时，

W₀所在组的待选列编号为124、341、213、432；

W₁所在组的待选列编号为123、341、243、421；

W₄所在组的待选列编号为124、312；

W₅所在组的待选列编号为124、312；

W₁₂所在组的待选列编号为123、214、341、432。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，层数为4时，

W₀所在组的待选列编号为1234、1432、2143、4231；

W₁所在组的待选列编号为1234、1432、2143、4231；

W₄所在组的待选列编号为1234、3142；

W₅所在组的待选列编号为1234、3142；

W₁₂所在组的待选列编号为1234、2413、1432、4231。

8.根据权利要求1到7中任一所述的方法，其特征在于，所述性能参数值为吞吐量或误码率。

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