CN102201886A - 闭环多输入多输出系统中预编码矩阵的选取方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种闭环多输入多输出系统中预编码矩阵的选取方法，方法包含以下步骤：遍历所有预编码矩阵，分别计算其对应的载波干扰噪声比CINR的值；根据所述其对应的载波干扰噪声比CINR的值，得到调制编码方式值MCS，计算其对应的频谱效率，选择频谱效率最大的预编码矩阵。将本发明应用于闭环多输入多输出系统中，可提高信道质量，提高闭环复用系统的吞吐量，提高增益。

Description

闭环多输入多输出系统中预编码矩阵的选取方法和系统
技术领域
本发明涉及通讯领域，特别涉及一种闭环多输入多输出系统中预编码矩阵的选取方法和系统。
背景技术
多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)是实现无线数据系统所需高速数据速率的重要技术之一。数据流可通过MIMO方式进行传输，从而增加系统的吞吐量。目前，大多数3G和4G无线标准如全球微波接入互通技术(World interoperability for Microwave Access，WiMAX)、时分同步码分多址接入(Time Division-Synchronous CodeDivision Multiple Access，TD-SCDMA)和长期演进技术(Long TermEvolution，LTE)等都采用了MIMO方式。
MIMO系统的发射方案主要分为开环MIMO系统和闭环MIMO系统两种类型。闭环MIMO系统在接收端将信道信息反馈给发射端，然后对传输数据进行预编码、波束成形等操作。而开环MIMO系统的接收端和发射端不会进行往复通信，无法充分利用信道信息。在信道变化较慢的场合，需要闭环预编码MIMO系统利用反馈的信道信息来提升系统性能。由于反馈链路占用系统开销，在实际系统中，一般采用部分反馈技术，在手机和基站之间分配一个有限的反馈信道，反馈信道的重要信息，实现复用技术。为了减小反向链路信令开销，降低预编码系统的反馈信息量，LTE系统采用基于码本的预编码技术提升系统的频谱效率。对于LTE闭环MIMO系统，协议给出了预编码矩阵和相应的索引值，接收端根据一定准则选取最优的预编码矩阵，并将预编码矩阵索引值(Precoding Matrix Indicator，PMI)反馈到发射端，发射端根据PMI获取预编码矩阵，再对发射信号进行预编码处理。
现有闭环MIMO系统中的PMI估计准则有均方误差矩阵的迹最小准则、信道容量最大的准则、最优误比特率(Bit Error Rate，BER)选取准则等等。
均方误差矩阵的迹最小准则在满秩情况下闭环相对于开环增益不大；信道容量最大准则实际上达不到计算出的理论信道容量，误帧率(FrameError Rate，FER)性能没有增益；而最优误比特率选取准则与吞吐量最大准则等效，其不足之处在于其计算公式是在大量假设前提下得到的。可见，现有的预编码矩阵的选取方法存在不足。
发明内容
本发明提供了一种闭环多输入多输出系统中预编码矩阵的选取方法，可选出合适的预编码矩阵。
本发明采用了如下技术方案：
一方面，本发明公开了一种闭环多输入多输出系统中预编码矩阵的选取方法，所述方法包含以下步骤：
A、遍历所有预编码矩阵，分别计算其对应的载波干扰噪声比CINR的值；
B、根据所述其对应的载波干扰噪声比CINR的值，得到调制编码方式值MCS，计算其对应的频谱效率，选择频谱效率最大的预编码矩阵。
上述闭环多输入多输出系统中预编码矩阵的选取方法中，所述步骤B具体为：
B1、根据CINR-MCSinit映射关系表，将载波干扰噪声比CINR的值映射为调制编码方式初始值MCSinit，并进行筛选；
B2、计算筛选出来的调制编码方式初始值MCSinit的修正值ΔMCS；
B3、用修正值ΔMCS对调制编码方式初始值MCSinit进行修正，得到调制编码方式值MCS；
B4、计算调制编码方式值MCS的频谱效率，选择频谱效率最大的预编码矩阵。
上述闭环多输入多输出系统中预编码矩阵的选取方法中，所述步骤B4之后还包括：上报所述频谱效率最大的预编码矩阵对应的信道质量指示CQI和预编码矩阵索引PMI。
上述闭环多输入多输出系统中预编码矩阵的选取方法中，所述步骤B1中，筛选调制编码方式初始值MCSinit按如下方式进行：
如果映射后的调制编码方式初始值MCSinit相同，则任取其中一个；
如果映射后的调制编码方式初始值MCSinit不同，则按如下方式进行筛选：
单数据流情况下取对应的CINR值高的调制编码方式初始值MCSinit；
双数据流情况下取对应的CINR值之和高的调制编码方式初始值MCSinit，如果对应的CINR值之和相等，则取对应的CINR值差异小的调制编码方式初始值MCSinit。
上述闭环多输入多输出系统中预编码矩阵的选取方法中，所述步骤B2中，获取修正值ΔMCS按如下方式进行：
B21、确定ΔMCS的初始值、ΔMCS最大值、ΔMCS最小值、BLER上限值和BLER下限值，；
B22、如果BLER连续N次低于下限值，则ΔMCS加1，但ΔMCS不超过最大值；如果BLER连续N次高于上限值，则ΔMCS减1，但ΔMCS不小于ΔMCS最小值；其他情况ΔMCS保持不变。
上述闭环多输入多输出系统中预编码矩阵的选取方法中，所述步骤B3中，计算修正后的调制编码方式值MCS按如下方式进行：将ΔMCS与调制编码方式初始值MCSinit相加。
另一方面，本发明还公开了一种闭环多输入多输出系统中预编码矩阵的选取系统，包括CINR计算模块和MCS计算模块，所述CINR计算模块用于遍历所有预编码矩阵，分别计算其对应的载波干扰噪声比CINR的值；所述MCS计算模块用于根据所述其对应的载波干扰噪声比CINR的值，得到调制编码方式值MCS，计算其对应的频谱效率，选择频谱效率最大的预编码矩阵。
本发明公开的闭环多输入多输出系统中预编码矩阵的选取系统中，所述MCS计算模块包括映射筛选子模块、ΔMCS计算子模块、修正子模块和选取子模块，所述映射筛选子模块用于根据CINR-MCSinit映射关系表，将载波干扰噪声比CINR的值映射为调制编码方式初始值MCSinit，并进行筛选；所述ΔMCS计算子模块用于计算筛选出来的调制编码方式初始值MCSinit的修正值ΔMCS；所述修正子模块用于用修正值ΔMCS对调制编码方式初始值MCSinit进行修正，得到调制编码方式值MCS；所述选取子模块用于计算调制编码方式值MCS对应的频谱效率，选择频谱效率最大的预编码矩阵。
本发明公开的闭环多输入多输出系统中预编码矩阵的选取系统中，还包括上报子模块，用于上报频谱效率最大的预编码矩阵对应的信道质量指示CQI和预编码矩阵索引PMI。
本发明公开的闭环多输入多输出系统中预编码矩阵的选取系统中，所述筛选子模块还用于若映射后的调制编码方式初始值MCSinit相同，则任取其中一个；
所述筛选子模块还用于若映射后的调制编码方式初始值MCSinit不同，则单数据流情况下取对应的CINR值高的调制编码方式初始值MCSinit，双数据流情况下取对应的CINR值之和高的调制编码方式初始值MCSinit，如果对应的CINR值之和相等，则取对应的CINR值差异小的调制编码方式初始值MCSinit。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明通过计算预编码矩阵的载波干扰噪声比CINR的值，得到调制编码方式值MCS，计算对应的频谱效率，从而选出合适的预编码矩阵，将该预编码矩阵用于闭环多输入多输出系统中后，可提高信道质量，在信道变化较慢情况下提高闭环复用系统的吞吐量，提高增益，同时本发明的方法避免计算了在大量假设前提下得到的BER公式，降低了运算的复杂度。
附图说明
图1示例性地描述了本发明选取预编码矩阵的流程图；
图2示例性地描述了本发明的系统图。
具体实施方式
下面对照附图并结合具体实施方式对本发明进行进一步详细说明。
本发明公开了一种闭环多输入多输出系统中预编码矩阵的选取方法，包含以下步骤：
A、遍历所有预编码矩阵，分别计算其对应的载波干扰噪声比CINR的值；
B、根据所述其对应的载波干扰噪声比CINR的值，得到调制编码方式值MCS，计算其对应的频谱效率，选择频谱效率最大的预编码矩阵。
实施例一：
如图1所示，本发明一个实施例的两收两发的闭环多输入多输出系统，码流个数为2，预编码矩阵的选取方法包含以下步骤：
步骤101，遍历所有预编码矩阵，分别计算其对应的CINR的值。
计算CINR按如下公式进行：
CINR i = | ( GHW ) ii | 2 Σ j ≠ i | ( GHW ) ij | 2 + σ 2 Σ | ( G ) ij | 2
其中，对于最小均方误差接收机MMSE，G＝(WHHHHW+Rn)-1WHHH；
H表示信道矩阵，通过信道估计获取；
W为预编码矩阵，从长期演进技术LTE协议中的码本得到，即
Figure GSA00000044832300052
Figure GSA00000044832300053
和
Figure GSA00000044832300054
σ2为噪声方差可以获取的常数值；
Rn为由噪声方差构成的对角矩阵。
由PMI1计算分别得到的码流1和码流2的CINR值为CINR11、CINR12；由PMI2计算分别得到码流1和码流2的CINR值为CINR21、CINR22。
步骤102，根据CINR-MCSinit映射关系表，将载波干扰噪声比CINR的值映射为调制编码方式初始值MCSinit。
CINR-MCSinit映射关系表如表1所示：
表1
  MCSinit(i)   CINR
  0   CINR＜CINR_MCS0
  1   CINR_MCSO＝＜CINR＜CINR_MCS1
  2   CINR_MCS1＝＜CINR＜CINR_MCS2
  3   CINR_MCS2＝＜CINR＜CINR_MCS3
  4   CINR_MCS3＝＜CINR＜CINR_MCS4
  5   CINR_MCS4＝＜CINR＜CINR_MCS5
  6   CINR_MCS5＝＜CINR＜CINR_MCS6
  7   CINR_MCS6＝＜CINR＜CINR_MCS7
  8   CINR_MCS7＝＜CINR＜CINR_MCS8
  9   CINR_MCS8＝＜CINR＜CINR_MCS9
  10   CINR_MCS9＝＜CINR＜CINR_MCS10
  11   CINR_MCS10＝＜CINR＜CINR_MCS11
  12   CINR_MCS11＝＜CINR＜CINR_MCS12
  13   CINR_MCS12＝＜CINR＜CINR_MCS13
  14   CINR_MCS13＝＜CINR＜CINR_MCS14
  15   CINR_MCS14＝＜CINR＜CINR_MCS15
  16   CINR_MCS15＝＜CINR＜CINR_MCS16
  17   CINR_MCS16＝＜CINR＜CINR_MCS17
  18   CINR_MCS17＝＜CINR＜CINR_MCS18
  19   CINR_MCS18＝＜CINR＜CINR_MCS19
  20   CINR_MCS19＝＜CINR＜CINR_MCS20
  21   CINR_MCS20＝＜CINR＜CINR_MCS21
  22   CINR_MCS21＝＜CINR＜CINR_MCS22
  23   CINR_MCS22＝＜CINR＜CINR_MCS23
  24   CINR_MCS23＝＜CINR＜CINR_MCS24
  25   CINR_MCS24＝＜CINR＜CINR_MCS25
  26   CINR_MCS25＝＜CINR＜CINR_MCS26
  27   CINR_MCS26＝＜CINR＜CINR_MCS27
  28   CINR_MCS27＝＜CINR
(i＝0，1，...，27)是仿真得到的加性高斯白噪声(Additive WhiteGaussian Noise，AWGN)信道28个MCS下的BLER曲线上，BLER为10％的CINR值。
查表1，得到PMI1对应的码流1和码流2的调制编码方式初始值MCSinit为{MCSinit11、MCSinit12}。
查表1，得到PMI2对应的码流1和码流2的调制编码方式初始值MCSinit为{MCSinit21、MCSinit22}。
步骤103，筛选MCSinit。
筛选时按如下方式进行：
如果映射后的MCSinit相同，则任取其中一个；
如果映射后的MCSinit不同，则按如下方式进行筛选：
单数据流情况下取对应的CINR值高的MCSinit；
双数据流情况下取对应的CINR值之和高的MCSinit，如果对应的CINR值之和相等，则取对应的CINR值差异小的MCSinit。
本实施例中，有两组值MCSinit，分别为{MCSinit11、MCSinit12}{MCSinit21、MCSinit22}，如果这两组数据相同，则任取一组；若两组数据不同，则比较它们对应的CINR值之和，即比较CINR11+CINR12和CINR21+CINR22后，取较大的一组；若CINR11+CINR12等于CINR21+CINR22，则取差值较小的一组。
本实施例中，为便于说明，假定筛选出来的为{MCSinit11、MCSinit12}。
步骤104，确定ΔMCS的初始值、ΔMCS最大值、ΔMCS最小值、BLER上限值和BLER下限值。
ΔMCS的初始值为0。
ΔMCS最大值、ΔMCS最小值、BLER上限值和BLER下限值根据经验设定。
步骤105，如果BLER连续N次低于下限值，则ΔMCS加1，但ΔMCS不超过最大值；如果BLER连续N次高于上限值，则ΔMCS减1，但ΔMCS不小于ΔMCS最小值；其他情况ΔMCS保持不变。
上述次数N次可根据经验值确定。
步骤106，将ΔMCS与MCSinit相加，得到修正后的MCS。
步骤107，计算MCS对应的频谱效率，选择频谱效率最大的预编码矩阵。
频谱效率是每个子载波上传输的有效比特数。
步骤108，上报选择的预编码矩阵对应的信道质量指示CQI和预编码矩阵索引PMI。
CQI值和MCS值之间存在一种映射关系，帧配置不同，其映射值不同。
同一种调制方式下，MCS越大，频谱效率越大，CQI越大，信道的质量越好，系统的吞吐量也越大，增益也越大。
实施例二：
如图2所示，本发明闭环多输入多输出系统中预编码矩阵的选取系统的一个实施例中，包括CINR计算模块和MCS计算模块，所述CINR计算模块用于遍历所有预编码矩阵，分别计算其对应的载波干扰噪声比CINR的值；所述MCS计算模块用于根据所述其对应的载波干扰噪声比CINR的值，得到调制编码方式值MCS，计算其对应的频谱效率，选择频谱效率最大的预编码矩阵。
本发明闭环多输入多输出系统中预编码矩阵的选取系统的一个实施例中，所述MCS计算模块包括映射筛选子模块、ΔMCS计算子模块、修正子模块和选取子模块，所述映射筛选子模块用于根据CINR-MCSinit映射关系表，将载波干扰噪声比CINR的值映射为调制编码方式初始值MCSinit，并进行筛选；所述ΔMCS计算子模块用于计算筛选出来的调制编码方式初始值MCSinit的修正值ΔMCS；所述修正子模块用于用修正值ΔMCS对调制编码方式初始值MCSinit进行修正，得到调制编码方式值MCS；所述选取子模块用于计算调制编码方式值MCS对应的频谱效率，选择频谱效率最大的预编码矩阵。
本发明闭环多输入多输出系统中预编码矩阵的选取系统的一个实施例中，还包括上报子模块，用于上报频谱效率最大的预编码矩阵对应的信道质量指示CQI和预编码矩阵索引PMI。
本发明闭环多输入多输出系统中预编码矩阵的选取系统的一个实施例中，所述筛选子模块还用于若映射后的调制编码方式初始值MCSinit相同，则任取其中一个；
所述筛选子模块还用于若映射后的调制编码方式初始值MCSinit不同，则单数据流情况下取对应的CINR值高的调制编码方式初始值MCSinit，双数据流情况下取对应的CINR值之和高的调制编码方式初始值MCSinit，如果对应的CINR值之和相等，则取对应的CINR值差异小的调制编码方式初始值MCSinit。
本发明通过计算预编码矩阵的载波干扰噪声比CINR的值，得到调制编码方式值MCS，计算对应的频谱效率，从而选出合适的预编码矩阵，将该预编码矩阵用于闭环多输入多输出系统中后，可提高信道质量，提高慢变信道下闭环复用系统的吞吐量，提高增益，同时本发明的方法避免计算了在大量假设前提下得到的BER公式，降低了运算的复杂度。本发明在得到预编码矩阵的同时，得到了CQI，节约了系统的资源。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，但这只是为便于理解而举的实例，不应认为本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以做出各种可能的等同改变或替换，这些改变或替换都应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种闭环多输入多输出系统中预编码矩阵的选取方法，其特征在于，包含以下步骤：
A、遍历所有预编码矩阵，分别计算其对应的载波干扰噪声比CINR的值；
B、根据所述其对应的载波干扰噪声比CINR的值，得到调制编码方式值MCS，计算其对应的频谱效率，选择频谱效率最大的预编码矩阵。
2.如权利要求1所述的闭环多输入多输出系统中预编码矩阵的选取方法，其特征在于，所述步骤B具体为：
B1、根据CINR-MCSinit映射关系表，将载波干扰噪声比CINR的值映射为调制编码方式初始值MCSinit，并进行筛选；
B2、计算筛选出来的调制编码方式初始值MCSinit的修正值ΔMCS；
B3、用修正值ΔMCS对调制编码方式初始值MCSinit进行修正，得到调制编码方式值MCS；
B4、计算调制编码方式值MCS的频谱效率，选择频谱效率最大的预编码矩阵。
3.如权利要求2所述的闭环多输入多输出系统中预编码矩阵的选取方法，其特征在于，所述步骤B4之后还包括：上报所述频谱效率最大的预编码矩阵对应的信道质量指示CQI和预编码矩阵索引PMI。
4.如权利要求3所述的闭环多输入多输出系统中预编码矩阵的选取方法，其特征在于，所述步骤B1中，筛选调制编码方式初始值MCSinit按如下方式进行：
如果映射后的调制编码方式初始值MCSinit相同，则任取其中一个；
如果映射后的调制编码方式初始值MCSinit不同，则按如下方式进行筛选：
单数据流情况下取对应的CINR值高的调制编码方式初始值MCSinit；
双数据流情况下取对应的CINR值之和高的调制编码方式初始值MCSinit，如果对应的CINR值之和相等，则取对应的CINR值差异小的调制编码方式初始值MCSinit。
5.如权利要求4所述的闭环多输入多输出系统中预编码矩阵的选取方法，其特征在于，所述步骤B2中，获取修正值ΔMCS按如下方式进行：
B21、确定ΔMCS的初始值、ΔMCS最大值、ΔMCS最小值、BLER上限值和BLER下限值，；
B22、如果BLER连续N次低于下限值，则ΔMCS加1，但ΔMCS不超过最大值；如果BLER连续N次高于上限值，则ΔMCS减1，但ΔMCS不小于ΔMCS最小值；其他情况ΔMCS保持不变。
6.如权利要求5所述的闭环多输入多输出系统中预编码矩阵的选取方法，其特征在于，所述步骤B3中，计算修正后的调制编码方式值MCS按如下方式进行：将ΔMCS与调制编码方式初始值MCSinit相加。
7.一种闭环多输入多输出系统中预编码矩阵的选取系统，其特征在于，包括CINR计算模块和MCS计算模块，所述CINR计算模块用于遍历所有预编码矩阵，分别计算其对应的载波干扰噪声比CINR的值；所述MCS计算模块用于根据所述其对应的载波干扰噪声比CINR的值，得到调制编码方式值MCS，计算其对应的频谱效率，选择频谱效率最大的预编码矩阵。
8.如权利要求7所述的闭环多输入多输出系统中预编码矩阵的选取系统，其特征在于，所述MCS计算模块包括映射筛选子模块、ΔMCS计算子模块、修正子模块和选取子模块，所述映射筛选子模块用于根据CINR-MCSinit映射关系表，将载波干扰噪声比CINR的值映射为调制编码方式初始值MCSinit，并进行筛选；所述ΔMCS计算子模块用于计算筛选出来的调制编码方式初始值MCSinit的修正值ΔMCS；所述修正子模块用于用修正值ΔMCS对调制编码方式初始值MCSinit进行修正，得到调制编码方式值MCS；所述选取子模块用于计算调制编码方式值MCS对应的频谱效率，选择频谱效率最大的预编码矩阵。
9.如权利要求8所述的闭环多输入多输出系统中预编码矩阵的选取系统，其特征在于，还包括上报子模块，用于上报频谱效率最大的预编码矩阵对应的信道质量指示CQI和预编码矩阵索引PMI。
10.如权利要求9所述的闭环多输入多输出系统中预编码矩阵的选取系统，其特征在于，所述筛选子模块还用于若映射后的调制编码方式初始值MCSinit相同，则任取其中一个；
所述筛选子模块还用于若映射后的调制编码方式初始值MCSinit不同，则单数据流情况下取对应的CINR值高的调制编码方式初始值MCSinit，双数据流情况下取对应的CINR值之和高的调制编码方式初始值MCSinit，如果对应的CINR值之和相等，则取对应的CINR值差异小的调制编码方式初始值MCSinit。
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