CN102075304B - 发射端信道空间相关性消除方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发射端信道空间相关性消除方法，包括如下步骤：接收端根据信道状况信息，从接收端码本库中选择信干燥比指标最大的GLP码本，作为分层结构码本；接收端将分层结构码本在接收端码本库中的序号反馈给发射端；发射端根据该码本序号从发射端码本库中选出GLP码本；对发射端预备发射的信号，发射端计算该发射信号的协方差矩阵，将发射信号的协方差矩阵的共轭转置的开方和GLP码本的乘积进行标准化，构造新的码本。本方法构造的码本能消除发射端信道空间相关性，使得发射端进行预编码无需受到发射端信道是否具有空间相关性的限制。另外，本方法接收端再将码本序号反馈给发射端的过程中，引入了增量反馈机制，减小了反馈开销。

Description

发射端信道空间相关性消除方法

技术领域

本发明涉及无线通信系统下行MIMO(多输入多输出)传输中发射端信道空间相关性消除方法。

背景技术

在基于MIMO-OFDM的无线通信系统中，按照预编码矩阵获得的位置，线性预编码操作可划分为非码本的预编码操作和基于码本的预编码操作，本发明主要涉及基于码本的预编码操作。

接收端从码本中选出预编码矩阵后，将该预编码矩阵在码本中的序号反馈给发射端，发射端接收码本序号(即预编码矩阵指示(PMI))获得预编码矩阵，从而进行基于码本的预编码操作。

已有的研究表明，对于瑞利信道，接收端采用基于GLP(格拉斯曼空间分割线)的码本(后文称GLP码本)时，能从中选出性能好的预编码矩阵，发射端根据该预编码矩阵进行预编码操作可靠性好。然而这种方式只能适用于发射端信道无空间相关性的情况，当发射端信道有空间相关性时，发射端在接收端采用GLP码本的情况实现预编码可靠性差。

因此，有必要提供一种发射端信道空间相关性消除方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种发射端信道空间相关性消除方法，能消除发射端信道空间相关性，以提高发射端在发射端信道空间具有相关性且接收端采用GLP码本情况下提高预编码的可靠性。

为了实现上述目的，本发明提供一种发射端信道空间相关性消除方法，包括如下步骤：

(1)接收端根据信道状况信息，从接收端码本库中选择信干燥比指标最大的GLP码本，作为分层结构码本；

(2)接收端将分层结构码本在接收端码本库中的序号反馈给发射端；

(3)发射端根据该码本序号从发射端码本库中选出GLP码本；

(4)对发射端预备发射的信号，发射端计算该发射信号的协方差矩阵，将计算出的发射信号的协方差矩阵的共轭转置的开方和选出的GLP码本的乘积进行标准化，构造新的码本。

经过验证，本发明消除发射端信道空间相关性的码本构造方法构造的码本能消除发射端信道空间相关性(详细过程见具体实施方式)，此时发射端可以采用构造的码本对发射的信号进行预编码，而无需受到发射端信道是否具有空间相关性的限制。

在本发明的一个实施例中，所述步骤(2)具体为：

(21)接收端从分层结构码本的首层中选择信干燥比指标最大的码本序号，并把该序号反馈给发射端；

(33)当前层的信道基本没有变化时，接收端从与选择的码本序号对应的上一层中选择信干燥比指标最大的码本序号，并将该码本序号反馈给发射端，直至到达末层；

(23)末层的信道慢变化时，接收端水平移动末层的码本序列。

由上可知，本方法接收端反馈码本序号给发射端时，针对分层结构码本反馈开销太大的问题，引入了增量反馈机制，减小了反馈开销。

在本发明的又一实施例中，所述步骤(23)具体为：

当末层的信道向正方向慢变化时，接收端将末层的码本右移一个序列；

当末层的信道向负方向慢变化时，接收端将末层的码本左移一个序列。

在本发明的又一实施例中，所述步骤(23)还包括：末层的信道基本没有变化时，接收端不移动末层的码本序列。

在本发明的再一实施例中，所述步骤(23)还包括：末层的信道快变化时，接收端进行首层码本的选择。

在本发明的又一实施例中，所述步骤(33)还包括：当前层的信道慢变化时，接收端水平移动当前层的码本序列；当前层的信道快变化时，接收端进行首层码本的选择。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施。

附图说明

图1为本发明发射端信道空间相关性消除方法的流程图。

图2为图1所示发射端信道空间相关性消除方法中接收端反馈码本序号给发射端的反馈方法流程图。

图3为图2所示反馈方法的示意图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。

参考图1，本发明发射端信道空间相关性消除方法，包括如下步骤：

步骤S1，接收端根据信道状况信息，从接收端码本库中选择信干燥比指标最大的GLP码本，作为分层结构码本；

步骤S2，接收端将选出的分层结构码本在接收端码本库中的的序号反馈给发射端；

步骤S3，发射端接收反馈的码本序号后，将根据该码本序号从发射端码本库中选出GLP码本w_baseline；

步骤S4，对发射端预备发射的信号，发射端计算发射信号的协方差矩阵R_t，将发射信号的协方差矩阵R_t的共轭转置的开方和GLP码本w_baseline的乘积进行标准化，得到新的码本w，即

其中Normalize为矩阵标准化函数。

下面验证上述发射端信道空间相关性消除方法能消除发射端信道空间相关性。

当发送端根据新码本w对发送信号s进行预编码后，将预编码后的信号发送至接收端，接收端接收的信号可以表示为：

$y=F(\mathrm{Hws}+n)=F(R_r^{1/2}{H}_w{R}_t^{1/2}\mathrm{ws}+n)=F(R_r^{1/2}{H}_w{R}_t^{1/2}\mathrm{Normalize}(R_t^{H/2}\×w_{\mathrm{baseline}})s+n)$

$=F(R_r^{1/2}{H}_w{R}_t^{1/2}{R}_t^{H/2}{w}_{\mathrm{baseline}}s+n)$

$=F(R_r^{1/2}{H}_w{w}_{\mathrm{baseline}}s+n)$

上式中，y为接收端接收的信号，F可以看成是一个接收端的波束成型向量，是一个矩阵(如果接收端为单天线，则F＝1)，s表示信号，n表示噪声。H为信道矩阵，

R_r为接收端(UE)的接收信号向量组成的协方差矩阵，R_t为发送端(基站)的发送信号向量组成的协方差矩阵(协方差矩阵R_r、R_r反映信道之间的相关性)，

为发送的协方差矩阵R_t的共轭转置，信道矩阵H、瑞利信道矩阵H_w、接收的协方差矩阵R_r、发送的协方差矩阵R_t都是Hermitian矩阵，是标准化矩阵，所以矩阵标准化函数Normalize可以约去。Hermitage矩阵R_t与其共轭转置矩阵

乘积为1，即

上式表明：发射端发出的信号s经过新码本w和信道矩阵H相乘后，加上噪声n，然后进行波束成型(即乘以F)，发送到接收端。可以看出，接收端接收到的信号y只与接收的协方差矩阵R_r有关，表明新码本w消除了发射端空间相关性(步骤S4新码本w的构造过程实际上是发射端空间相关性消除的过程)。因此，在发射端信道有空间相关性时，本方法能消除发射端信道的空间相关性，这样，在接收端采用GLP码本时，发射端根据新码本w对发送信号进行预编码的可靠性高。

需要说明的是，发送端根据接收端反馈的码本序号选择码本(步骤S3)并构造码本(步骤S4)，进行预编码，可以最大限度利用信道传输信息。

需要注意的是，步骤S4中码本必须构造均匀，以满足慢变信道的要求，实现增量反馈。基于GLP的码本满足码本均匀的要求.

其中，所述步骤S2是针对发射端空间相关信道的码本反馈过程。下面具体说明该反馈过程。如图3，假设分层结构码本包括3层，分别为第一层L1、第二层L2、第三层L3，每层包含的码本具有对应的序列号，参考图3并结合图2，所述方法包括如下步骤：

步骤S31，接收端从分层结构码本的第一层L1中选择信干燥比指标最大的码本序号1，并把该序号1反馈给发射端；

步骤S32，在下一时隙，当第一层L1的信道基本没有变化(反馈比特信息为00)时，接收端从第一层L1中选择的码本序号1对应的第二层L2中选择与信干燥比指标最大的码本序号11(增加码本精度，即增加层数，向下移动)，并将该码本序号11反馈给发射端；

步骤S33，在下一时隙，当第二层L2的信道基本没有变化(反馈比特信息为00)时，接收端从第二层L2中选择的码本序号11对应的第三层L3中选择与信干燥比指标最大的码本序号111，并将该码本序号反馈给发射端；

步骤S34，在下一时隙，当第三层L3的信道基本没有变化(反馈比特信息为00)时，第三层中的码本111不移动；当第三层L3的信道向正方向慢变化(反馈比特信息为01)，第三层中的码本111右移一个序列，到达码本112；当第三层L3的信道向负方向慢变化(反馈比特信息为11)时，第三层中的码本111左移一个序列；当第三层L 3的信道快变化(反馈比特信息为10)时，转步骤S31(接收端进行初始化，进行层1码本的选择)。

由上可知，在下一时隙，如果末层的信道基本没有变化，码本不移动；如果信道变化缓慢，接收端进行增量反馈(即水平移动)；如果信道快速变化，接收端进行初始化。末层码本在信道基本没有变化时不移动主要是考虑其码本精度已经足够高，如果再增加码本精度，会带来更大的反馈开销。但是，在下一时隙，如果其他层(如首层、中间层)信道基本没有变化，接收端增加码本精度(增加层数，向下移动)，当其它层的信道慢变化或快变化，对应进行增量反馈或者初始化。

本方法根据接收端信道变换缓慢的特性，在分层结构码本的基础进行增量反馈，即码本左移或右移一个序列，相比于背景技术中采用分层结构码本，反馈的开销大大减少。

本专利考虑到反馈开销，在第三层中，当信道变化比较缓慢时，码本不移动以减少反馈开销，当不考虑反馈开销时，在第三层信道基本没有变化即反馈信息比特为00的情况下，可以增加码本的量化精度，进行4层5层以及更高层的增量反馈。

需要注意的是，步骤S31、S32、S33中，发射端接收到码本序号后，从发射端码本库中选择码本并构造码本。

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (2)

1.一种发射端信道空间相关性消除方法，包括如下步骤：

（1）接收端根据信道状况信息，从接收端码本库中选择信干燥比指标最大的格拉斯曼空间分割线GLP码本，作为分层结构码本；

（2）接收端将分层结构码本在接收端码本库中的序号反馈给发射端；具体步骤为：（21）接收端从分层结构码本的首层中选择信干燥比指标最大的码本序号，并把该序号反馈给发射端；（33）当前层的信道基本没有变化时，接收端从与选择的码本序号对应的上一层中选择信干燥比指标最大的码本序号，并将该码本序号反馈给发射端，直至到达末层；（23）末层的信道慢变化时，接收端水平移动末层的码本序列；

（3）发射端根据该码本序号从发射端码本库中选出GLP码本；

（4）对发射端预备发射的信号，发射端计算该发射信号的协方差矩阵，将计算出的发射信号的协方差矩阵的共轭转置的开方和选出的GLP码本的乘积进行标准化，构造新的码本。

2.如权利要求1所述的发射端信道空间相关性消除方法，其特征在于，所述步骤（23）具体为：

当末层的信道向正方向慢变化时，接收端将末层的码本右移一个序列；

当末层的信道向负方向慢变化时，接收端将末层的码本左移一个序列。

3. 如权利要求1所述的发射端信道空间相关性消除方法，其特征在于，所述步骤（23）还包括：

末层的信道基本没有变化时，接收端不移动末层的码本序列。

4. 如权利要求1所述的发射端信道空间相关性消除方法，其特征在于，所述步骤（23）还包括：

末层的信道快变化时，接收端进行首层码本的选择。

5. 如权利要求1所述的发射端信道空间相关性消除方法，其特征在于，所述步骤（33）还包括：

当前层的信道慢变化时，接收端水平移动当前层的码本序列；

当前层的信道快变化时，接收端进行首层码本的选择。

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