CN102415032B - 码本构建方法和设备以及预编码方法、设备和系统 - Google Patents

码本构建方法和设备以及预编码方法、设备和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种构建码本的方法和设备。所述方法包括：接收关于基站的多个发射天线的分组信息；获取移动终端与所述基站之间信道的信道模型；根据所述分组信息以及所述信道模型，确定与每个天线分组相对应的最优预编码矩阵，以构建用于预编码的码本。本发明还公开了一种用于选择预编码矩阵的方法和设备，以及用于预编码的方法、设备和系统。

Description

码本构建方法和设备以及预编码方法、设备和系统
技术领域
本发明一般涉及预编码技术，特别涉及码本构建以及基于码本的预编码方法、设备和系统。
背景技术
在无线通信系统中，预编码技术的应用越来越广泛。预编码技术是对数据先进行预编码以补偿信道损耗之后再进行发送，以使发送的数据更加适应信道情况，从而提高数据传输质量和/或吞吐量。
目前，预编码技术可以分为两大类：以下行链路为例，一类是移动终端的服务基站通过导频信号等获得下行多输入多输出(MIMO)信道的信道信息，然后由服务基站计算预编码矩阵并对数据进行预编码后发送。另一类是基于码本的预编码方法，移动终端通过基站发送的下行导频、前导序列(preamble)或中置序列(midamble)等获得下行MIMO信道的信道信息，然后从包含多个预编码矩阵的码本中选择最优预编码矩阵的索引编号，并反馈给服务基站，服务基站对数据进行预编码后发送。
在基于码本的预编码方法中，码本的构建问题是非常重要的。目前存在两类码本构建方法：一类是非结构化码本构建，另一类是结构化码本构建。一般而言，结构化码本由于构建复杂度通常低于非结构化码本，并且可扩展性和性能都较好，因此得到了更广泛的应用。在以下的文献中对于结构化码本的构建进行了描述：DFTbasedcodebook(B.M.Hochwald，etal.‘Systematicdesignofunitaryspace-timeconstellations’，IEEETrans.InformationTheory，Vol.46，No.6，2000)、Householderbasedcodebook(IEEEC802.16e-04/527r4，‘ImprovedfeedbackforMIMOprecoding’，Intel，IEEE802.16，Nov12，2004)或者Givenstransformationbasedcodebook(R1-070728，‘ProposedwayforwardoncodebookdesignforE-UTRA’，TIetc.，3GPPTSGRANWG1#48，February2007)。
然而，由于结构化码本的构建的复杂度、可扩展性和性能都依赖于发射天线数目，当发射天线或基站数目越来越多时，结构化码本构建的灵活性变得越来越差。因此需要一种更好的码本构建方法来适应数目不断增加的发射天线或基站，并且利用所述码本对数据进行预编码。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了构建码本的方法和设备以及基于码本进行预编码的方法、设备和系统。
根据本发明的第一方面，提供了一种构建码本的方法，包括步骤：接收关于基站的多个发射天线的分组信息；获取移动终端与所述基站之间信道的信道模型；以及根据所述分组信息以及所述信道模型，确定与每个天线分组相对应的最优预编码矩阵，以构建用于预编码的码本。
根据本发明的第二方面，提供了一种构建码本的设备，包括：接收装置，用于接收关于基站的多个发射天线的分组信息；信道模型获取装置，用于获取移动终端与所述基站之间信道的信道模型；以及预编码矩阵确定装置，用于根据所述分组信息以及所述信道模型，确定与每个天线分组相对应的预编码矩阵，以构建用于预编码的码本。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于选择预编码矩阵的方法，包括步骤：接收关于基站的多个发射天线的分组信息；对来自基站的信道进行估计，以得到信道模型；基于所述分组信息和所述信道模型，从码本中选择与每个天线分组相对应的最优预编码矩阵；以及将最优预编码矩阵的序号发送到所述基站，以便所述基站进行级联预编码。
根据本发明的第四方面，提供了一种用于选择预编码矩阵的设备，包括：接收装置，用于接收关于基站的多个发射天线的分组信息；信道模型获取装置，用于对来自基站的信道进行估计，以获取信道模型；预编码矩阵选择装置，用于基于所述分组信息和所述信道模型，从码本中选择与每个天线分组相对应的最优预编码矩阵；以及发送装置，用于将最优预编码矩阵的序号发送到所述基站，以便所述基站进行级联预编码。
根据本发明的第五方面，提供了一种用于预编码的方法，包括步骤：根据从移动终端接收的多个最优预编码矩阵的序号，构建级联预编码矩阵；利用所述构建的级联预编码矩阵对数据进行预编码；以及将所述预编码后的数据发送给所述移动终端。
根据本发明的第六方面，提供了一种用于预编码的设备，包括：构建装置，用于根据从移动终端接收的多个最优预编码矩阵的序号，构建级联预编码矩阵；预编码装置，用于利用所述构建的级联预编码矩阵对数据进行预编码；以及发送装置，用于将所述预编码后的数据发送给所述移动终端。
根据本发明的第七方面，提供了一种通信系统，包括用于选择预编码矩阵的设备以及用于预编码的设备。
附图说明
通过以下对说明本发明原理的具体实施方式的描述，并结合附图，本发明的其他目的和效果将变得更加清楚和易于理解，其中：
图1是根据本发明的用于构建码本的设备的框图；
图2是根据本发明的用于构建码本的方法的流程图；
图3是根据本发明的用于选择预编码矩阵的设备的框图；
图4是根据本发明的用于选择预编码矩阵的方法的流程图；
图5是根据本发明的用于预编码的设备的框图；
图6是根据本发明的用于预编码的方法的流程图；
图7示出了对于根据本发明的级联预编码与理想预编码以及现有预编码技术的仿真结果的比较；以及
图8示出了对于根据本发明的级联预编码、根据本发明的相位和/或幅度加权后的级联预编码与理想预编码以及现有预编码技术的仿真结果的比较。
在所有的上述附图中，相同的附图标记表示具有相同、相似或相应的特征或功能。
具体实施例
以下结合附图对本发明进行更详细的解释和说明。应当理解的是，本发明的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本发明的保护范围。
在本发明中，码本是预编码矩阵的集合。在码本中，每个预编码矩阵都对应一个序号，根据该序号查找到对应的预编码矩阵。码本可以按照规范标准预先存储在移动终端和基站中，也可以通过信令传输发送到移动终端和基站。
作为示例性的目的，在本发明的具体实施方式中，单基站MIMO中的基站具有4个发射天线，多基站MIMO具有2个基站，每个基站具有2个发送天线，移动终端具有2个接收天线。基站到移动终端的信道模型为H。在多基站MIMO中，对于两个以上基站共同服务于一个移动终端的情况，本技术领域的技术人员可以根据本发明下述实施方式进行简单扩展得到。需要指出的是，本发明的多基站MIMO实施方式中采用的2个基站仅为示例性说明，而不应理解为对本发明的限制。
图1是根据本发明的用于构建码本的设备的框图。在图1中，设备100根据基站的发射天线的分组信息以及信道模型来确定与每个发射天线分组相对应的预编码矩阵，并利用所确定的预编码矩阵来构建码本。具体地，设备100包括：接收装置110、信道模型获取装置120以及预编码矩阵确定装置130。其中，接收装置110用于接收关于基站的多个发射天线的分组信息。信道模型获取装置120用于获取移动终端与所述基站之间信道的信道模型。预编码矩阵确定装置130用于根据所述分组信息以及所述信道模型，确定与每个天线分组相对应的预编码矩阵，以构建用于预编码的码本。
在一个实施例中，预编码矩阵确定装置130还包括：用于将所述分组信息以及所述信道模型应用于预定准则，以确定满足所述预定准则的最优预编码矩阵的装置。
在另一个实施例中，预编码矩阵确定装置130还包括：用于根据所述分组信息以及所述信道模型，计算使得弦距离、投影2范数距离或者Fubini-study距离最小的预编码矩阵的装置；以及用于将使得距离最小的预编码矩阵确定为所述最优预编码矩阵的装置。
图2示出了根据本发明的构建码本的方法的流程图。需要指出的是，图2中所示出的各个步骤可以由图1中所示出的对应装置分别执行。
在步骤201，接收关于基站的多个发射天线的分组信息。
本发明的构建码本的方法既可以应用于单基站MIMO，也可应用于多基站MIMO。在本实施例中，设定是单基站MIMO的情形，并且该基站具有4个发射天线。另外，设定将该基站的4个发射天线分为2组，每组具有2个天线。需要指出的是，在实际应用中，本发明的方法并不局限于仅具有4个天线的单基站，而是可以应用于具有更多发射天线的单基站以及多基站。
在一个实施例中，分组信息包括MIMO系统中的基站数目、各个基站上的发射天线数目、对于基站的天线进行分组得到的分组数目以及每个分组中的天线数目等等。
在本发明中，通过多种方式对于基站的天线进行分组，例如，当系统中只有一个基站且该基站具有4个发射天线时，可以将天线平均分为2组，每组具有两个天线；此时，也可以将天线不平均地分为2组，其中一组包含3个天线，而另一组仅具有1个天线；当系统中具有多个基站，例如2个基站，且每个基站具有2个发射天线时，可以将每个天线上的2个天线各分为一组，得到2个天线分组；此时，也可以从这2个基站上各取1个天线作为一组，得到2个天线分组。
在本发明中，具有对于天线的多种分组方式，只要能够使得每个分组的天线数目较少，都可以使用。因为只有使得每个分组的天线数目比天线总数少，才可能使得对应的预编码矩阵尺寸变小，从而提高预编码的灵活性。
分组信息存储在硬盘或诸如光盘或软盘的可移动的存储器中，或者经由因特网或其他计算机网络进行下载，或者是由执行图2所示方法的设备在执行过程中实时确定的。
在步骤202，获取移动终端与所述基站之间信道的信道模型。
在本发明的实施例中，信道模型预先存储在硬盘或诸如光盘或软盘的可移动的存储器中，或者经由因特网或其他计算机网络进行下载。
在一个实施例中，信道模型使用信道矩阵H来表示。现有技术存在多种估计信道模型的方法，本领域的技术人员根据现有技术可以容易地得到信道矩阵，在此不再赘述。
在步骤203，根据步骤201得到的分组信息以及步骤202得到的信道模型，确定与每个天线分组相对应的最优预编码矩阵，以构建用于预编码的码本。
在一个实施例中，在确定与每个天线分组相对应的最优预编码矩阵的过程中，通过将所述分组信息以及所述信道模型应用于预定准则，确定满足所述预定准则的最优预编码矩阵。
在一个实施例中，确定与每个天线分组相对应的最优预编码矩阵的过程如下所示：根据分组信息以及信道模型，计算使得弦距离、投影2范数距离或者Fubini-study距离得到最小值的预编码矩阵，并将使得距离最小的预编码矩阵确定为所述最优预编码矩阵。
在一个实施例中，预定准则根据接收机架构(最小均方误差MMSE、最大似然ML等)和性能度量(容量、误比特率等)(参见D.J.Love，etal.Limitedfeedbackunitaryprecodingforspatialmultiplexingsystems，IEEETrans.OnInformationTheory，Vol.51，No.8，2005)的不同来进行选择。
在一个实施例中，采用使得欧几里德距离最小化(等效于最小奇异值最大化)作为预定准则。在接收机使用MMSE检测时，首先设定一组与各个天线分组相对应的预编码矩阵(这样的预编码矩阵的数目与天线分组的数目相同)，根据各个预编码矩阵得到级联预编码矩阵，计算信道矩阵与级联预编码矩阵的乘积矩阵，得到乘积矩阵的最小奇异值；然后重新设定与各个天线分组相对应的预编码矩阵，重复前面的过程，对根据多次设定而得到的多个最小奇异值进行比较，确定多个最小奇异值中的最大值，从而得到与最大的最小奇异值相对应的预编码矩阵，将其作为最优预编码矩阵。
表达式表述了以上过程，在该表达式中λmin{·}是计算最小奇异值的操作符，和表示两个预编码矩阵，表示根据和得到的级联预编码矩阵，H是一个表示信道模型的矩阵。
在一个实施例中，根据各个预编码矩阵得到级联预编码矩阵，是通过将各个预编码矩阵直接合并在一起形成一个大的预编码矩阵来实现的。例如，当天线分组为2时，与天线分组相对应的预编码矩阵的数目也为2，例如分别表示为和其中
W ^ 1 = w ^ 1 1 w ^ 1 2 · · · w ^ 1 n , W ^ 2 = w ^ 2 1 w ^ 2 2 · · · w ^ 2 m ,
将和组合在一起可以得到：
W ~ = w ^ 1 1 w ^ 1 2 · · · w ^ 1 n w ^ 2 1 w ^ 2 2 · · · w ^ 2 m .
以上所示的就是根据和而得到的级联预编码矩阵。在一个实施例中，对上述级联预编码矩阵进行加权，以满足归一化要求，例如使用加权系数乘以级联预编码矩阵在另一个实施例中，将多个预编码矩阵分别进行加权，并将加权后的多个预编码矩阵合并为级联预编码矩阵。
根据图2所示的方法，得到包含预编码矩阵的码本，其中每个预编码矩阵对应一个唯一序号。在该码本中，根据该序号便可以查找到对应的预编码矩阵。在一个实施例中，该码本分别存储在通信系统中的基站和移动终端中，从而二者可以同步地选择预编码矩阵。例如，当移动终端向基站发送一个预编码矩阵序号时，基站根据该序号即可查找码本，从而确定移动终端希望基站采用哪个预编码矩阵。
在一个实施例中，将根据图2所示的码本构建方法得到的码本分别存储在移动终端和基站中，从而使得移动终端和基站中具有相同的码本，从而可以同步地选择预编码矩阵。
在本发明中，图1所示的用于执行图2码本构建方法的设备可以是移动终端、基站或者位于通信系统中的其他服务器等。
当该设备是移动终端时，移动终端在构建码本的同时自身存储该码本，并且将构建的码本发送到基站，从而使得移动终端和基站中具有相同的码本。
当该设备是基站时，基站在构建码本的同时自身存储该码本，并且将构建的码本发送移动终端，从而使得移动终端和基站中具有相同的码本。
当该设备是通信系统中的除了移动终端和基站之外的服务器时，该服务器将构建的码本分别发送到移动终端和基站，从而使得移动终端和基站中具有相同的码本。
图3示出了根据本发明的用于选择预编码矩阵的设备300的框图。设备300包括：接收装置310、信道模型获取装置320、预编码矩阵选择装置330和发送装置340。其中，接收装置310用于接收关于基站的多个发射天线的分组信息。信道模型获取装置320用于对来自基站的信道进行估计，以获取信道模型。预编码矩阵选择装置330用于基于所述信道模型，从码本中选择与每个天线分组相对应的最优预编码矩阵。发送装置340用于将最优预编码矩阵的序号发送到所述基站，以便所述基站进行级联预编码。
在一个实施例中，预编码矩阵选择装置330还包括：用于将所述分组信息以及所述信道模型应用于预定准则，以确定满足所述预定准则的预编码矩阵的装置；以及用于从码本中查找与满足所述预定准则的预编码矩阵相匹配的预编码矩阵，作为所述最优预编码矩阵的装置。
在一个实施例中，预编码矩阵选择装置330中的用于将所述分组信息以及所述信道模型应用于预定准则以确定满足所述预定准则的最优预编码矩阵的装置还包括：用于根据所述分组信息以及所述信道模型，计算使得弦距离、投影2范数距离或者Fubini-study距离最小的预编码矩阵装置；以及用于将使得距离最小的预编码矩阵确定为所述最优预编码矩阵的装置。
在一个实施例中，图3所示的根据本发明的用于选择预编码矩阵的设备是移动终端。
图4示出了根据本发明的用于选择预编码矩阵的方法的流程图。需要指出的是，图4中所示出的各个步骤可以由图3中所示出的对应装置分别执行。
在步骤401，接收关于基站的多个发射天线的分组信息。
本发明的构建码本的方法既可以应用于单基站MIMO，也可应用于多基站MIMO。在本实施例中，设定是单基站MIMO的情形，并且该基站具有4个发射天线。另外，设定将该基站的4个发射天线分为2组，每组具有2个天线。需要指出的是，在实际应用中，本发明的方法并不局限于仅具有4个天线的单基站，而是可以应用于具有更多发射天线的单基站以及多基站。
在一个实施例中，分组信息包括MIMO系统中的基站数目、各个基站上的发射天线数目、对于基站的天线进行分组得到的分组数目以及每个分组中的天线数目。
在一个实施例中，通过多种方式对于基站的天线进行分组，例如：当系统中只有一个基站且该基站具有4个发射天线时，可以将天线平均分为2组，每组具有两个天线；此时，也可以将天线不平均地分为2组，其中一组包含3个天线，而另一组仅具有1个天线；当系统中具有多个基站，例如2个基站，且每个基站具有2个发射天线时，可以将每个天线上的2个天线各分为一组，得到2个天线分组；此时，也可以从这2个基站上各取1个天线作为一组，得到2个天线分组。
在本发明中，具有多种对于天线的分组方式，只要能够使得每个分组的天线数目较少，都可以使用。因为只有使得每个分组的天线数目比天线总数少，才可能使得对应的预编码矩阵尺寸变小，从而提高预编码的灵活性。
在本发明中，分组信息存储在硬盘或诸如光盘或软盘的可移动的存储器中，或者经由因特网或其他计算机网络进行下载，或者是由执行图4所示方法的设备在执行过程中实时确定的。
在步骤402，对来自基站的信道进行估计，以得到信道模型。
在一个实施例中，信道模型使用信道矩阵H来表示。现有技术存在多种估计信道模型的方法，本领域的技术人员根据现有技术可以容易地得到信道矩阵，在此不再赘述。
在步骤403，基于步骤401得到的分组信息和步骤402得到的信道模型，从码本中选择与每个天线分组相对应的最优预编码矩阵。
在一个实施例中，将所述分组信息以及所述信道模型应用于预定准则，以确定满足所述预定准则的预编码矩阵。
在一个实施例中，根据所述分组信息以及所述信道模型，计算使得弦距离、投影2范数距离或者Fubini-study距离最小的预编码矩阵，随后将使得距离最小的预编码矩阵确定为满足所述预定准则的预编码矩阵。
在一个实施例中，预定准则根据接收机架构(最小均方误差MMSE、最大似然ML等)和性能度量(容量、误比特率等)的不同来进行选择。
在一个实施例中，设定接收机使用MMSE检测。首先设定一组与各个天线分组相对应的预编码矩阵，根据各个预编码矩阵得到级联预编码矩阵，计算信道矩阵与级联预编码矩阵的乘积矩阵，得到乘积矩阵的最小奇异值；然后重新设定与各个天线分组相对应的预编码矩阵，重复前面的过程，对根据多次设定而得到的多个最小奇异值进行比较，确定多个最小奇异值中的最大值，从而得到与最大的最小奇异值相对应的预编码矩阵，将其作为最优预编码矩阵。
在一个实施例中，根据各个预编码矩阵得到级联预编码矩阵，是通过将各个预编码矩阵直接合并在一起形成一个大的预编码矩阵来实现的。在另一个实施例中，对级联预编码矩阵进行加权，以满足归一化要求。在另一个实施例中，将多个预编码矩阵分别进行加权，并将加权后的多个预编码矩阵合并为级联预编码矩阵。
然后，从码本中查找与满足所述预定准则的预编码矩阵相匹配的预编码矩阵，作为所述最优预编码矩阵。在一个实施例中，通过将满足所述预定准则的预编码矩阵与码本中包含的各个预编码矩阵进行逐一比较，确定差别最小的矩阵，并将其作为与该满足预定准则的预编码矩阵相匹配的预编码矩阵。同时，确定该匹配的预编码矩阵所对应的序号。
在一个实施例中，码本是预先存储在基站和移动终端处的，并且是完全相同的。码本可以是通过图2所示的方法得到的，也可以是用户预先设定的。
在步骤404，将最优预编码矩阵的序号发送到所述基站，以便所述基站进行级联预编码。
图5示出了根据本发明的用于预编码的设备500的框图。设备500包括：构建装置510、预编码装置520和发送装置530。其中，构建装置510用于根据从移动终端接收的多个最优预编码矩阵的序号，构建级联预编码矩阵。预编码装置520用于利用所述构建的级联预编码矩阵对数据进行预编码。发送装置530，用于将所述预编码后的数据发送给所述移动终端。
在一个实施例中，构建装置510还包括：用于从码本中查找分别与所述多个最优预编码矩阵的序号相对应的预编码矩阵的装置；以及用于将所述查找到的多个预编码矩阵合并为所述级联预编码矩阵的装置。
在一个实施例中，所述用于将所述查找到的多个预编码矩阵合并为所述级联预编码矩阵的装置还包括：用于将所述查找到的多个预编码矩阵分别进行加权的装置；以及用于将所述加权后的多个预编码矩阵合并为所述级联预编码矩阵的装置。
在一个实施例中，所述用于将所述查找到的多个预编码矩阵合并为所述级联预编码矩阵的装置还包括：用于对所述级联预编码矩阵进行加权以实现归一化的装置。
在一个实施例中，图5所示的根据本发明的用于预编码的设备是基站。
图6示出了根据本发明实施例的用于预编码的方法的流程图。需要指出的是，图6中所示出的各个步骤可以由图5中所示出的对应装置分别执行。
在步骤601，根据从移动终端接收的多个最优预编码矩阵的序号，构建级联预编码矩阵。
在一个实施例中，从码本中查找分别与所述多个最优预编码矩阵的序号相对应的预编码矩阵。例如，在具有2个天线分组的情况下，从移动终端接收到2个最优预编码矩阵序号。在基站处存储的码本中，根据序号查找到对应的2个预编码矩阵。
然后，将所述查找到的多个预编码矩阵合并为级联预编码矩阵。在一个实施例中，根据各个预编码矩阵得到级联预编码矩阵，是通过将各个预编码矩阵直接合并在一起形成一个大的预编码矩阵来实现的。例如，当天线分组为2时，与天线分组相对应的预编码矩阵的数目也为2，例如分别表示为和其中
W ^ 1 = w ^ 1 1 w ^ 1 2 · · · w ^ 1 n , W ^ 2 = w ^ 2 1 w ^ 2 2 · · · w ^ 2 m ,
将和组合在一起可以得到：
W ~ = w ^ 1 1 w ^ 1 2 · · · w ^ 1 n w ^ 2 1 w ^ 2 2 · · · w ^ 2 m .
以上所示的就是根据和而得到的级联预编码矩阵。
在一个实施例中，将查找到的多个预编码矩阵分别进行加权，并将所述加权后的多个预编码矩阵合并为所述级联预编码矩阵。例如，使用加权系数对上述级联预编码矩阵进行加权，以满足归一化要求，如下示所示：
W ~ = W ^ 1 W ^ 2 · 2 2 .
在另一个实施例中，对所述级联预编码矩阵进行加权以实现归一化。例如，进行相位和/或幅度加权，如下式所示：
其中θ和在移动终端处根据一定的最优准则(例如使得MS接收的SINR最大化)来进行量化。例如，按照均匀量化的方式在θ和的取值范围内取值。通过选取θ和的取值范围内的不同值，对和进行加权，从而更加灵活的确定级联预编码矩阵
在步骤602，利用所述构建的级联预编码矩阵对数据进行预编码。
利用级联预编码矩阵对数据进行预编码与现有技术中的预编码方法是一致的。例如，使用ZF(zero-forcing)准则(参见R1-071510，‘DetailsofZero-forcingMU-MIMOforDLEUTRA’，FreescaleSemiconductorInc.，3GPPTSGRANWG1#48bis，March2007)来进行预编码。本领域的技术人员还可以根据任何其他可用的现有技术来进行预编码，在此不再赘述。
在步骤603，将所述预编码后的数据发送给所述移动终端。
图7示出了对于根据本发明的级联预编码与理想预编码以及现有预编码技术的仿真结果的比较。在图7中，横坐标表示信噪比(SNR)，纵坐标表示容量(Capacity)。容量用于衡量系统的有效性。容量定义为单位带宽传输频道上每秒可传输的比特数，单位是bps/Hz。容量是单位带宽通过的数据量的度量，由此衡量一个信号传输技术对带宽资源的利用率。
在图7所示的仿真中，设定本发明的方法采用的是单基站MIMO系统，该基站具有4个发射天线，移动终端具有2个接收天线，传输2个数据流，利用的是MMSE检测器，信道是空间不相关瑞利平坦衰落。图7比较了以下三种预编码方案：
方案1：在发射机处基于理想信道状态信息(CSI)进行预编码。在这种情况下，发射机将基于传统奇异值分解(SVD)执行最优预编码。
方案2：按照现有技术在于4比特DFT的码本基础上进行预编码。
方案3：根据本发明的级联预编码。
从图7中可见，在相同信噪比(SNR)的前提下，本发明的级联预编码方法(3)相比于现有技术的4比特DFT预编码(2)而言，其容量更接近于理想情况(1)。这主要是由于本发明的级联编码方法比现有技术的4比特DFT预编码具有更好的距离特性。
表1的分析结果对此提供了支持。在表1中，比较了本发明的级联编码方法与现有技术的4比特DFT预编码在速率1和速率2传输的最小弦距离、投影2范数距离和Fubini-Study距离。其中速率1和速率2针对的分别是不同的数据流，速率1表示传输一个数据流，而速率2则表示传输两个数据流。这些距离都是用于评估预编码矩阵的结构是否良好的有效度量。最小距离越大，码本越好。
表1
图8示出了对于根据本发明的级联预编码、根据本发明的相位和/或幅度加权后的级联预编码与理想预编码以及现有预编码技术的仿真结果的比较。在图8中，横坐标表示信噪比，纵坐标表示容量。
从图8可以看出，在相同信噪比(SNR)的前提下，本发明的级联预编码方法(2)以及根据本发明的相位和/或幅度加权后的级联预编码(3)相比于现有技术的4比特DFT预编码(4)而言，其容量更高。就发明的未加权的级联预编码方法(2)以及加权后的级联预编码(3)相比，加权后的级联预编码(3)更接近于理想情况(1)。
本发明提供了一种新的高效码本构建方法，从而通过将码本中的较小的预编码矩阵进行级联而得到一个大的级联预编码矩阵。本发明的方法特别适用于具有大量发射天线的单基站MIMO系统以及多基站MIMO系统。在Chordal距离、投影2范数距离和Fubini-Study距离方面，根据本发明的方法构建的码本具有良好的距离特性，另外，根据本发明的方法并不增加通信系统中的干扰，因为本发明的预编码矩阵的级联并不导致干扰不确定性问题。
本发明适用于多基站MIMO系统，因为码本构建与多基站协作中所涉及的基站尺寸并不相关，因此可以灵活地适应基站协作中的各种变化。另外，本发明还具有模恒定、结构嵌套、后向兼容性、可缩放性高等优点。
需要指出的是，所公开的本发明的方法可以在软件、硬件、或软件和硬件的结合中实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器、个人计算机(PC)或大型机来执行。
提供本发明的说明书的目的是为了说明和描述，而不是用于穷举或将本发明限制为所公开的形式。对本领域的普通技术人员而言，许多修改和变更都是显而易见的。
因此，选择并描述实施方式是为了更好地解释本发明的原理及其实际应用，并使本领域普通技术人员明白，在不脱离本发明实质的前提下，所有修改和变更均落入由权利要求所限定的本发明的保护范围之内。

Claims (21)

1.一种构建码本的方法，包括步骤：
(1)对于基站的天线进行分组，接收关于基站的多个发射天线的分组信息，其中具有对于天线的多种分组方式；
(2)获取移动终端与所述基站之间信道的信道模型；以及
(3)根据所述分组信息以及所述信道模型，确定与每个天线分组相对应的最优预编码矩阵，以构建用于预编码的码本。
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(3)还包括：
将所述分组信息以及所述信道模型应用于预定准则，以确定满足所述预定准则的最优预编码矩阵。
3.根据权利要求2所述的方法，其中确定满足所述预定准则的最优预编码矩阵的步骤还包括：
根据所述分组信息以及所述信道模型，计算使得弦距离、投影2范数距离或者Fubini-study距离最小的预编码矩阵；以及
将使得距离最小的预编码矩阵确定为所述最优预编码矩阵。
4.一种构建码本的设备，包括：
接收装置，用于接收关于基站的多个发射天线的分组信息；其中对于基站的天线进行分组，并且具有对于天线的多种分组方式；
信道模型获取装置，用于获取移动终端与所述基站之间信道的信道模型；以及
预编码矩阵确定装置，用于根据所述分组信息以及所述信道模型，确定与每个天线分组相对应的预编码矩阵，以构建用于预编码的码本。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述预编码矩阵确定装置还包括：
用于将所述分组信息以及所述信道模型应用于预定准则，以确定满足所述预定准则的最优预编码矩阵的装置。
6.根据权利要求5所述的设备，其中所述用于将所述分组信息以及所述信道模型应用于预定准则，以确定满足所述预定准则的最优预编码矩阵的装置还包括：
用于根据所述分组信息以及所述信道模型，计算使得弦距离、投影2范数距离或者Fubini-study距离最小的预编码矩阵的装置；以及
用于将使得距离最小的预编码矩阵确定为所述最优预编码矩阵的装置。
7.一种用于选择预编码矩阵的方法，包括步骤：
(1)对于基站的天线进行分组，接收关于基站的多个发射天线的分组信息，其中具有对于天线的多种分组方式；
(2)对来自基站的信道进行估计，以得到信道模型；
(3)基于所述分组信息和所述信道模型，从码本中选择与每个天线分组相对应的最优预编码矩阵；以及
(4)将这些最优预编码矩阵的序号发送到所述基站，以便所述基站进行级联预编码。
8.根据权利要求7所述的方法，其中步骤(3)还包括：将所述分组信息以及所述信道模型应用于预定准则，以确定满足所述预定准则的预编码矩阵；以及
从码本中查找与满足所述预定准则的预编码矩阵相匹配的预编码矩阵，作为所述最优预编码矩阵。
9.根据权利要求8所述的方法，其中确定满足所述预定准则的预编码矩阵的步骤还包括：
根据所述分组信息以及所述信道模型，计算使得弦距离、投影2范数距离或者Fubini-study距离最小的预编码矩阵；以及将使得距离最小的预编码矩阵确定为满足所述预定准则的预编码矩阵。
10.一种用于选择预编码矩阵的设备，包括：
接收装置，用于接收关于基站的多个发射天线的分组信息；其中对于基站的天线进行分组，并且具有对于天线的多种分组方式；
信道模型获取装置，用于对来自基站的信道进行估计，以获取信道模型；
预编码矩阵选择装置，用于基于所述分组信息和所述信道模型，从码本中选择与每个天线分组相对应的最优预编码矩阵；以及
发送装置，用于将这些最优预编码矩阵的序号发送到所述基站，以便所述基站进行级联预编码。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述预编码矩阵选择装置还包括：
用于将所述分组信息以及所述信道模型应用于预定准则，以确定满足所述预定准则的预编码矩阵的装置；
用于从码本中查找与满足所述预定准则的预编码矩阵相匹配的预编码矩阵，作为所述最优预编码矩阵的装置。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述用于将所述分组信息以及所述信道模型应用于预定准则，以确定满足所述预定准则的最优预编码矩阵的装置还包括：
用于根据所述分组信息以及所述信道模型，计算使得弦距离、投影2范数距离或者Fubini-study距离最小的预编码矩阵装置；以及
用于将使得距离最小的预编码矩阵确定为满足所述预定准则的预编码矩阵的装置。
13.一种用于预编码的方法，包括步骤：
(1)根据从移动终端接收的多个根据权利要求7所述的最优预编码矩阵的序号，构建级联预编码矩阵；
(2)利用所述构建的级联预编码矩阵对数据进行预编码；以及
(3)将所述预编码后的数据发送给所述移动终端。
14.根据权利要求13所述的方法，其中步骤(l)还包括：
从码本中查找分别与所述多个最优预编码矩阵的序号相对应的预编码矩阵；以及
将所述查找到的多个预编码矩阵合并为所述级联预编码矩阵。
15.根据权利要求14所述的方法，其中将所述查找到的多个预编码矩阵合并为所述级联预编码矩阵还包括：
将所述查找到的多个预编码矩阵分别进行加权；以及
将所述加权后的多个预编码矩阵合并为所述级联预编码矩阵。
16.根据权利要求14所述的方法，其中将所述查找到的多个预编码矩阵合并为所述级联预编码矩阵还包括：
对所述级联预编码矩阵进行加权以实现归一化。
17.一种用于预编码的设备，包括：
构建装置，用于根据从移动终端接收的多个根据权利要求10所述的最优预编码矩阵的序号，构建级联预编码矩阵；
预编码装置，用于利用所述构建的级联预编码矩阵对数据进行预编码；以及
发送装置，用于将所述预编码后的数据发送给所述移动终端。
18.根据权利要求17所述的设备，其中所述构建装置还包括：
用于从码本中查找分别与所述多个最优预编码矩阵的序号相对应的预编码矩阵的装置；以及
用于将所述查找到的多个预编码矩阵合并为所述级联预编码矩阵的装置。
19.根据权利要求18所述的设备，其中所述用于将所述查找到的多个预编码矩阵合并为所述级联预编码矩阵的装置还包括：
用于将所述查找到的多个预编码矩阵分别进行加权的装置；以及
用于将所述加权后的多个预编码矩阵合并为所述级联预编码矩阵的装置。
20.根据权利要求18所述的设备，其中所述用于将所述查找到的多个预编码矩阵合并为所述级联预编码矩阵的装置还包括：
用于对所述级联预编码矩阵进行加权以实现归一化的装置。
21.一种通信系统，包括：
根据权利要求10-12所述的设备；以及
根据权利要求17-20所述的设备。
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