CN102545988A - 一种波束赋形矩阵的发送、接收方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种波束赋形矩阵的发送、接收方法和装置。本发明提供了一种波束赋形矩阵的发送方法和装置，该方法包括：计算子载波的波束赋形矩阵v(k)中各元素的实部和虚部中的最大值m_v(k)；对m_v(k)进行m比特的量化得到量化幅度m_v(k)；计算m_v(k)的线性部分

利用

对v(k)中各元素的实部、虚部分别进行n_b比特的量化，得到量化后的波束赋形矩阵v^q(k)；n_b为正整数；将所述量化幅度m_v(k)和所述量化后的波束赋形矩阵v^q(k)发送出去。

Description

一种波束赋形矩阵的发送、接收方法和装置

本申请要求申请日为2012年2月6日，申请号为201210025585.3，发明名称为一种波束赋形矩阵的发送、接收方法和装置的在先申请的优先权，该在先申请的全部内容均已在本申请中体现。

技术领域

本发明属于无线通信领域，尤其涉及一种波束赋形矩阵的量化反馈方法和装置。

背景技术

MIMO系统中，接入点和用户站点采取空间复用的方式使用多根天线来获取更高的速率。相对于一般的空间复用方法，一种增强的技术是用户站点反馈信道信息给接入点，接入点根据获得的信道信息使用一些发射预编码技术，从而提高传输性能。

MIMO系统中获取信道信息的方法有多种。IEEE 802.11n提出了一种量化反馈波束赋形矩阵的方案，接入点发起反馈请求，用户站点反馈量化的MIMO信道上的子载波的波束赋形矩阵(也称为v矩阵)，接入点以此计算预编码矩阵Q_k。

为了便于描述V矩阵的量化反馈过程，以下将用户站点称作发送端，将接入点称作接收端，量化反馈的具体实现方法如图1所示：

步骤S101：发送端计算子载波的波束赋形矩阵V(k)中各元素的实部和虚部中的最大值：

$m_v\left(k\right)=\max \left\{\max \right\{\left|\mathrm{Re}\left(v_{(m,l)}\left(k\right)\right){|}_{m=1,l=1}^{m=N_r,l=N_c}\right\},\max \left\{\right|\mathrm{Im}\left(v_{(m,l)}\left(k\right)\right){|}_{m=1,l=1}^{m=N_r,l=N_c}\left\}\right\}---\left(1\right)$

其中，v_(m，l)(k)表示v(k)中的元素，Re(v_(m，l)(k))表示v_(m，l)(k)的实部，Im(v_(m，l)(k))表示v_(m，l)(k)的虚部；m为行位置参量，l为列位置参量，N_r为最大行数，N_c为最大列数，1≤m≤N_r，1≤l≤N_c，N_r≥1，N_c≥1，m、l、N_r和N_c均为正整数；k为子载波的位置参量，具体可为编号形式；

步骤S102：所述发送端对m_v(k)的相对值进行3bits量化，得到量化结果M_v(k)：

其中：

为最大幅度值Alpha，表示不超过x的最大整数；NSR为最高数据子载波的下标。

步骤S103：所述发送端计算M_v(k)的线性部分

$M_v^{\mathrm{lin}}\left(k\right)=\frac{\max \{m_v\left(z\right){\}}_{z=-N_{\mathrm{SR}}}^{z=N_{\mathrm{SR}}}}{{10}^{M_v\left(k\right)/20}}---\left(3\right)$

步骤S104：所述发送端对V(k)矩阵中每个元素的实部、虚部分别进行Nb比特的量化：

$v_{(m,l)}^{q\left(R\right)}=\mathrm{round}\left(\frac{\mathrm{Re}\left(v_{(m,l)}\left(k\right)\right)}{M_v^{\mathrm{lin}}\left(k\right)}(2^{N_b-1}-1)\right)---\left(4\right)$

$v_{(m,l)}^{q\left(I\right)}\left(k\right)=\mathrm{round}\left(\frac{\mathrm{Im}\left(v_{(m,l)}\left(k\right)\right)}{M_v^{\mathrm{lin}}\left(k\right)}(2^{N_b-1}-1)\right)---\left(5\right)$

步骤S105：所述发送端向接收端反馈Alpha、M_v(k)和量化后的波束赋形矩阵V^q(k)；

步骤S106：所述接收端接收Alpha、M_v(k)和V^q(k)；

步骤S107：所述接收端根据M_v(k)计算线性值

$r\left(k\right)={10}^{M_v\left(k\right)/20}---\left(6\right)$

步骤S108：所述接收端根据Alpha、r(k)对V^q(k)中的各个元素

的实部

和虚部

进行缩放，以恢复出波束赋形矩阵：

$\mathrm{Re}\left\{{\tilde{v}}_{(m,l)}\left(k\right)\right\}=\frac{\max \{m_v\left(z\right){\}}_{z=-N_{\mathrm{SR}}}^{z=N_{\mathrm{SR}}}{v}_{(m,l)}^{q\left(R\right)}\left(k\right)}{r\left(k\right)(2^{N_b-1}-1)}$ (7)

$\mathrm{Im}\left\{{\tilde{v}}_{(m,l)}\left(k\right)\right\}=\frac{\max \{m_v\left(z\right){\}}_{z=-N_{\mathrm{SR}}}^{z=N_{\mathrm{SR}}}{v}_{(m,l)}^{q\left(I\right)}\left(k\right)}{r\left(k\right)(2^{N_b-1}-1)}$

接收端通过根据接收端对量化后的v矩阵的解码过程(算式7)，可知，v矩阵量化反馈方式下所需的反馈开销为Alpha、M_v(k)和v^q(k)所需的比特数之和：N_Alpha+3+2×N_b×N_r×N_c。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种波束赋形矩阵的发送、接收方法和装置，意在提供一种新的波束赋形矩阵量化反馈方案，在保证量化反馈性能的基础上，在算法复杂度和反馈开销上都有所降低。

本发明提供了一种波束赋形矩阵的发送方法，包括：

计算子载波的波束赋形矩阵V(k)中各元素的实部和虚部中的最大值m_v(k)；

对m_v(k)进行M比特的量化得到量化幅度M_v(k)，M为正整数；

计算M_v(k)的线性部分

利用

对V(k)中各元素的实部、虚部分别进行N_b比特的量化，得到量化后的波束赋形矩阵V^q(k)；N_b为正整数；

将所述量化幅度M_v(k)和所述量化后的波束赋形矩阵V^q(k)发送出去。

本发明还提供了一种波束赋形矩阵的接收方法，包括：

接收采用上述波束赋形矩阵的发送方法发送来的量化后的子载波的波束赋形矩阵V^q(k)和量化幅度M_v(k)；

根据M_v(k)恢复出幅度值r(k)；

根据r(k)对V^q(k)中各个元素的实部和虚部进行缩放，恢复出子载波的波束赋形矩阵

本发明还提供了一种波束赋形矩阵的发送装置，包括：

第一运算模块，用于计算子载波的波束赋形矩阵V(k)中各元素的实部和虚部中的最大值m_v(k)；

第一量化模块，对m_v(k)进行M比特的量化得到量化幅度M_v(k)，M为正整数；

第二运算模块，用于计算M_v(k)的线性部分

第二量化模块，用于利用

对V(k)中各元素的实部、虚部分别进行N_b比特的量化，得到量化后的波束赋形矩阵V^q(k)；N_b为正整数；

发送模块，用于将所述量化幅度M_v(k)和所述量化后的波束赋形矩阵V^q(k)发送出去。

本发明还提供了一种波束赋形矩阵的接收装置，包括：

接收模块，用于接收采用上述波束赋形矩阵的发送方法发送来的量化后的子载波的波束赋形矩阵V^q(k)和量化幅度M_v(k)；

第一处理模块，用于根据M_v(k)恢复出幅度值r(k)；

第二处理模块，用于根据r(k)对V^q(k)中各个元素的实部和虚部进行缩放，恢复出子载波的波束赋形矩阵

本发明提供的一种波束赋形矩阵的发送、接收方法和装置，提供了一种新的波束赋形矩阵量化反馈方案，在保证量化反馈性能的基础上，在算法复杂度和反馈开销上都有所降低。

说明书附图

图1是802.11定义的一种波束赋形矩阵的量化反馈方法流程图；

图2是本发明第一实施例波束赋形矩阵的发送方法流程图；

图3是本发明第一实施例波束赋形矩阵的接收方法流程图；

图4是采用本发明第一实施例波束赋形矩阵的量化反馈方法与802.11的波束赋形矩阵的量化反馈方法在20MHz的信道D的信噪比的比较结果；

图5是图4基础上调整N_b＝6后两者的信噪比的比较结果；

图6是采用与图5相同的量化参数在信道E上的信噪比的比较结果；

图7是图4基础上调整a＝14.42，b＝2后两者的信噪比的比较结果；

图8是本发明实施例波束赋形矩阵的发送装置；

图9是本发明实施例波束赋形矩阵的接收装置。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

第一实施例

通过深入研究和反复试验后，本发明实施例提供了一种新的波束赋形矩阵量化反馈方法，下面将从发送侧和接收侧分别予以详细说明。

参见图2，该图示出了本发明第一实施例一种波束赋形矩阵的发送方法，包括：

步骤S201：计算子载波的波束赋形矩阵V(k)中各元素的实部和虚部中的最大值m_v(k)；

具体地，可采用下述算式实现：

$m_v\left(k\right)=\max \left\{\max \right\{\left|\mathrm{Re}\left(v_{(m,l)}\left(k\right)\right){|}_{m=1,l=1}^{m=N_r,l=N_c}\right\},\max \left\{\right|\mathrm{Im}\left(v_{(m,l)}\left(k\right)\right){|}_{m=1,l=1}^{m=N_r,l=N_c}\left\}\right\}---\left(8\right)$

其中，v_(m，l)(k)表示V(k)中的元素，Re(v_(m，l)(k))表示v_(m，l)(k)的实部，Im(v_(m，l)(k))表示v_(m，l)(k)的虚部；m为行位置参量，l为列位置参量，N_r为最大行数，N_c为最大列数，1≤m≤N_r，1≤l≤N_c，N_r≥1，N_c≥1，m、l、N_r和N_c均为正整数；k为子载波的位置参量，具体可为编号形式；

V(k)是用户站点根据波束赋形矩阵反馈请求，进行信道估计，并对得到的信道状态信息矩阵(也称作H矩阵)进行SVD分解后得到的，其行数为N_r，列数为N_c。其中，N_r等于接入点(AP)的发射天线数，是用户站点在与接入点进行能力协商的过程中获取到的；N_c等于空间流数，可由STA根据需要设置，一般来说空间流数小于CAP发送天线和STA接收天线的最小值。

步骤S202：对m_v(k)进行Mbits量化得到量化幅度M_v(k)；

具体地，可采用下述算式实现：

M_v(k)＝min{2^M-1，f(g(m_v(k)))}    (9)

其中：

f(g(m_v(k)))是用于将线性的m_v(k)映射到对数表示的区间的函数。

f(g(m_v(k)))表示对g(m_v(k))的计算结果进行取整运算。所述取整运算可以是上取整运算(用

表示)、下取整运算(用

表示)或者四舍五入(round)运算。

M_v(k)用于取(2^M-1)与f(g(m_v(k)))中的最小值，从而对量化结果进行限幅，保证量化精度。

M表示量化比特数，M为正整数。其中，M可选择大于等于2的正整数。综合考虑性能和开销，较佳地，本发明实施例中可选取M＝3。

较佳地，可以采用g(m_v(k))＝max(0，a·log_b(m_v(k)+c))。其中，a、b、c均为正实数；

较佳地，可以选取a＝14.42，b＝2，c＝0.45，从而使得波束赋形矩阵量化反馈性能达到较佳的效果。

较佳地，还可以选取a＝47.9，b＝10，c＝0.45，也可以使得波束赋形矩阵量化反馈性能达到较佳的效果。

步骤S203：计算M_v(k)的线性部分

具体地，可采用下述算式实现：

$M_v^{\mathrm{lin}}\left(k\right)=b^{M_v\left(k\right)/a}---\left(10\right)$

步骤S204：利用

对V(k)中各元素的实部、虚部分别进行N_b比特的量化；

具体地，可采用下述算式实现：

$V_{(m,l)}^{q\left(R\right)}=\mathrm{sign}\left(V_{(m,l)}\left(k\right)\right)*\min (2^{N_b-1}-1,\mathrm{round}\left(\frac{\left|\mathrm{Re}\left(V_{(m,l)}\left(k\right)\right)\right|}{M_v^{\mathrm{lin}}\left(k\right)-c}(2^{N_b-1}-1)\right))$ (11)

$V_{(m,l)}^{q\left(I\right)}=\mathrm{sign}\left(V_{(m,l)}\left(k\right)\right)*\min (2^{N_b-1}-1,\mathrm{round}\left(\frac{|\mathrm{Im}\left(V_{(m,l)}\left(k\right)\right)}{M_v^{\mathrm{lin}}\left(k\right)-c}(2^{N_b-1}-1)\right))$

其中，V_(m，l)(k)表示V(k)中的元素；

表示V_(m，l)(k)量化后的实部；

表示V_(m，l)(k)量化后的虚部；m为行位置参量，l为列位置参量；sign(V_(m，l)(k))表示取V_(m，l)(k)的符号极性； $\min (2^{N_b-1}-1,\mathrm{round}\left(\frac{\left|\mathrm{Re}\left(V_{(m,l)}\left(k\right)\right)\right|}{M_v^{\mathrm{lin}}\left(k\right)-c}(2^{N_b-1}-1)\right))$ 表示取

中的最小值；round表示四舍五入运算；“| |”表示取绝对值运算；N_b为正整数。

通过取

与

中的最小值，从而对量化结果进行限幅，保证量化精度。考虑到在量化时进行了取绝对值运算，还需要还原符号极性(即符号的正负)，即乘以sign(V_(m，l)(k))。

N_b是用户站点通过波束赋形矩阵反馈请求中携带的资源分配信息和反馈MCS等级计算量化开销，进而根据量化开销计算出的。N_b为正整数，这里提供一些可选的取值：4，5，6，8，10，12，具体可根据不同的量化精度要求选取。

步骤S205：发送M_v(k)和量化后的波束赋形矩阵V^q(k)。

较佳地，发送端在反馈波束赋形矩阵时，可以以需要进行量化反馈的子载波集合为单位，将所述集合中的各子载波的量化后的波束赋形矩阵和M_v(k)一起发送出去。所述需要进行量化反馈的子载波集合由接入点发起波束赋形矩阵反馈请求时指示。

相应地，本发明实施例还提供了一种波束赋形矩阵的接收方法，通过对量化后的波束赋形矩阵V^q(k)做逆向的处理，以恢复出波束赋形矩阵，参见图3，包括步骤：

步骤S301：接收量化幅度M_v(k)和量化后的子载波的波束赋形矩阵V^q(k)；

步骤S302：根据M_v(k)恢复出幅度值r(k)：

具体地，根据对M_v(k)量化时方法做逆处理，恢复出r(k)。

例如，当M_v(k)采用M_v(k)＝min{2^M-1，f(g(m_v(k)))}量化时，可采用下述算式计算出r(k)：

$r\left(k\right)=g^{-1}\left(M_v\left(k\right)\right)=b^{M_v\left(k\right)/a}-c---\left(12\right)$

其中，g^-1(M_v(k))为g(m_v(k))的反函数；a、b、c均为正实数；

g(m_v(k))及其反函数g^-1(M_v(k))是发送端和接收端预先协商好，并分别保存在本地的。

步骤S303：根据r(k)对V^q(k)中各个元素的实部

虚部进行缩放，以恢复出所述子载波的波束赋形矩阵

具体地，可采用下述算式实现：

$\mathrm{Re}\left({\tilde{V}}_{(m,l)}\left(k\right)\right)=\frac{r\left(k\right)V_{(m,l)}^{q\left(R\right)}\left(k\right)}{(2^{N_b-1}-1)}$ (13)

$\mathrm{Im}\left({\tilde{V}}_{(m,l)}\left(k\right)\right)=\frac{r\left(k\right)V_{(m,l)}^{q\left(I\right)}\left(k\right)}{(2^{N_b-1}-1)}$

将本发明第一实施例方案与802.11的方案进行比较后发现：

在实现算法的复杂度上：相对于802.11方案中M_v(k)及其线性值的计算都需要对m_v(k)做除法运算，本发明提供的技术方案的算法复杂度较低，运算量较少。

在反馈开销上：根据本发明上述发送端的波束赋形矩阵反馈编码过程(S201～S205)，可知，波束赋形矩阵量化反馈方式下所需的反馈开销为M_v(k)和量化后的波束赋形矩阵V^q(k)所需的比特数之和：M+2×N_b×N_r×N_c，其开销比802.11定义的方案少了N_Alpha。具体可参见表1，从反馈开销上将802.11方案与本发明第一实施例的方案进行比较，由于都是针对实部和虚部的量化，两者采用相同的量化比特数Nb，本发明第一实施例方案不需要反馈Alpha值。因此，采用本发明第一实施例方案的反馈开销略少。

表1反馈开销

其中，B_feedback为反馈开销，N_feedback为反馈子载波集合Ω_feedback内的元素数目，scaleB为M_H(k)的量化比特，N_tx为CAP发送天线数，N_rx为STA接收天线数，realB为实部的量化精度，imagB为虚部的量化精度。

在反馈性能上：本发明第一实施例先选择M_v(k)＝min{2^M-1，round(47.9·lg(m_v(k)+0.45)}，a＝47.9，b＝10，c＝0.45，N_b＝8，M＝3，将采用本发明第一实施例提供的波束赋形矩阵量化算法与IEEE802.11n提供的波束赋形矩阵量化算法的量化信噪比进行比较，两者的量化信噪比同在20MHz的信道D的比较结果如图4所示，从图中可以看出，两者的性能相同或者相近似。

调整本发明第一实施例方案的参数N_b取值，其他参数不变：选择M_v(k)＝min{2^M-1，round(47.9·lg(m_v(k)+0.45)}，a＝47.9，b＝10，c＝0.45，N_b＝6，M＝3，两者同在20MHz的信道B的比较结果参见图5，从图5中可见，两者的性能依然保持相同或者相近似。保持参数不变，即，选择M_v(k)＝min{2^M-1，round(47.9·lg(m_v(k)+0.45)}，a＝47.9，b＝10，c＝0.45，N_b＝6，M＝3，观察两者同在20MHz的信道E的比较结果，如图6所示，可见两者的性能依然保持相同或者相近似。

继续调整本发明第一实施例方案的参数a、b的取值，选择

M_v(k)＝min{2^M-1，round(14.42·log₂(m_v(k)+0.45)}，a＝14.42，b＝2，c＝0.45，N_b＝8，M＝3，两者同在20MHz的信道D的比较结果参见图7。从图7中可见，两者的性能依然保持相同或者相近似。

在恢复出

之后，接收端即可根据

计算子载波的预编码矩阵Q_k。由于采用本发明第一实施例上述方式恢复出的

与IEEE802.11n恢复出的

性能相当，因此，能够得到准确度相当的Q_k。

本发明实施例还提供了一种波束赋形矩阵发送装置，如图8，包括：

第一运算模块801，用于计算子载波的波束赋形矩阵V(k)中各元素的实部和虚部中的最大值m_v(k)；

第一量化模块802，用于对m_v(k)进行M比特的量化得到量化幅度M_v(k)；

第二运算模块803，用于计算M_v(k)的线性部分

第二量化模块804，用于利用

对V(k)中各元素的实部、虚部分别进行N_b比特的量化，得到量化后的波束赋形矩阵V^q(k)；N_b为正整数；

发送模块805，用于将所述量化幅度M_v(k)和所述量化后的波束赋形矩阵V^q(k)发送出去。

较佳地，所述第一量化模块802，用于按照M_v(k)＝min{2^M-1，f(g(m_v(k)))}对m_H(k)进行M比特的量化；

其中，M_v(k)用于取(2^M-1)与f(g(m_v(k)))中的最小值；f(g(m_v(k)))函数表示对g(m_v(k))的计算结果进行取整运算；g(m_v(k))用于将线性的m_v(k)映射为一个自然数到对数表示的区间；M为正整数。

较佳地，g(m_v(k))＝a·log_b(m_v(k)+c)，a、b、c均为正实数。

较佳地，所述第二运算模块803，可以按照算式计算M_v(k)的线性部分

较佳地，所述取整运算可以为上取整运算、下取整运算或者round运算。

较佳地，M大于等于2。

较佳地，可以取M等于3。

较佳地，可以选取a＝14.42，b＝2，c＝0.45。

较佳地，还可以选取a＝47.9，b＝10，c＝0.45。

较佳地，所述第二量化模块804，可以按照

$V_{(m,l)}^{q\left(R\right)}=\mathrm{sign}\left(V_{(m,l)}\left(k\right)\right)*\min (2^{N_b-1}-1,\mathrm{round}\left(\frac{\left|\mathrm{Re}\left(V_{(m,l)}\left(k\right)\right)\right|}{M_v^{\mathrm{lin}}\left(k\right)-c}(2^{N_b-1}-1)\right));$

$V_{(m,l)}^{q\left(I\right)}=\mathrm{sign}\left(V_{(m,l)}\left(k\right)\right)*\min (2^{N_b-1}-1,\mathrm{round}\left(\frac{\left|\mathrm{Im}\left(V_{(m,l)}\left(k\right)\right)\right|}{M_v^{\mathrm{lin}}\left(k\right)-c}(2^{N_b-1}-1)\right));$

对V(k)中各元素的实部、虚部分别进行N_b比特的量化；V_(m，l)(k)表示V(k)中的元素；

表示V_(m，l)(k)量化后的实部；表示V_(m，l)(k)量化后的虚部；m为行位置参量，l为列位置参量；sign(V_(m，l)(k))表示取V_(m，l)(k)的符号极性； $\min (2^{N_b-1}-1,\mathrm{round}\left(\frac{\left|\mathrm{Re}\left(V_{(m,l)}\left(k\right)\right)\right|}{M_v^{\mathrm{lin}}\left(k\right)-c}(2^{N_b-1}-1)\right))$ 表示取

与

中的最小值；round表示四舍五入运算；“| |”表示取绝对值运算；N_b为正整数。

较佳地，N_b的取值可以为4，5，6，8，10，12中的一个。

较佳地，所述发送模块805，用于将需要进行反馈的子载波集合中的各子载波的量化幅度M_v(k)和量化后V矩阵V^q(k)一起发送出去。

本发明实施例还提供了一种波束赋形矩阵接收装置，如图9所示，包括：

接收模块901，用于接收采用上述量化方法发送来量化后的子载波的波束赋形矩阵V^q(k)和量化幅度M_v(k)；

第一处理模块902，用于根据M_v(k)恢复出幅度值r(k)；

第二处理模块903，用于根据r(k)对V^q(k)中各个元素的实部和虚部进行缩放，恢复出子载波的波束赋形矩阵

较佳地，所述第一处理模块902，用于根据M_v(k)量化时的方法做逆处理，恢复出幅度值r(k)。

例如，当M_v(k)采用M_v(k)＝min{2^M-1，f(g(m_v(k)))}量化时，可采用下述算式(12)计算出r(k)。

较佳地，所述第二处理模块903，用于按照

$\mathrm{Re}\left({\tilde{V}}_{(m,l)}\left(k\right)\right)=\frac{r\left(k\right)V_{(m,l)}^{q\left(R\right)}\left(k\right)}{(2^{N_b-1}-1)}$

$\mathrm{Im}\left({\tilde{V}}_{(m,l)}\left(k\right)\right)=\frac{r\left(k\right)V_{(m,l)}^{q\left(I\right)}\left(k\right)}{(2^{N_b-1}-1)}$

对v^q(k)中各个元素的实部和虚部进行缩放；

其中，

表示

中的元素，

表示的实部，

表示

的虚部，

表示V^q(k)中的元素，

表示

的实部；

表示

的虚部；m为行位置参量，l为列位置参量，量化比特N_b为正整数。

较佳地，所述波束赋形矩阵接收装置还可以包括运算模块904，还用于根据

计算子载波的预编码矩阵Q_k。

根据所述公开的实施例，可以使得本领域技术人员能够实现或者使用本发明。对于本领域技术人员来说，这些实施例的各种修改是显而易见的，并且这里定义的总体原理也可以在不脱离本发明的范围和主旨的基础上应用于其他实施例。以上所述的实施例仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (32)

1.一种波束赋形矩阵的发送方法，其特征在于，包括：

计算子载波的波束赋形矩阵V(k)中各元素的实部和虚部中的最大值m_v(k)；

对m_v(k)进行M比特的量化得到量化幅度M_v(k)，M为正整数；

计算M_v(k)的线性部分

利用

对V(k)中各元素的实部、虚部分别进行N_b比特的量化，得到量化后的波束赋形矩阵V^q(k)；N_b为正整数；

将所述量化幅度M_v(k)和所述量化后的波束赋形矩阵V^q(k)发送出去。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对m_v(k)进行M比特的量化

包括：

M_v(k)＝min{2^M-1，f(g(m_v(k)))}.

其中，M_v(k)用于取(2^M-1)与f(g(m_v(k)))中的最小值；f(g(m_v(k)))函数表示对g(m_v(k))的计算结果进行取整运算；g(m_v(k))用于将线性的m_v(k)映射为一个自然数到对数表示的区间；M为正整数。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

g(m_v(k))＝a·log_b(m_v(k)+c)；

其中，a、b、c均为正实数。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：

采用

算式计算M_v(k)的线性部分

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述取整运算为上取整运算、下取整运算或者四舍五入round运算。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

M大于1。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：

M等于3。

8.如权利要求3所述的方法，其特征在于：

a等于14.42，b等于2，c等于0.45。

9.如权利要求3所述的方法，其特征在于：

a等于47.9，b等于10，c等于0.45。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

N_b的取值为4，5，6，8，10，12中的一个。

11.如权利要求1-10中任何一项所述的方法，其特征在于，利用

对V(k)中各元素的实部、虚部分别进行N_b比特的量化包括：

$V_{(m,l)}^{q\left(R\right)}=\mathrm{sign}\left(V_{(m,l)}\left(k\right)\right)*\min (2^{N_b-1}-1,\mathrm{round}\left(\frac{\left|\mathrm{Re}\left(V_{(m,l)}\left(k\right)\right)\right|}{M_v^{\mathrm{lin}}\left(k\right)-c}(2^{N_b-1}-1)\right));$

$V_{(m,l)}^{q\left(I\right)}=\mathrm{sign}\left(V_{(m,l)}\left(k\right)\right)*\min (2^{N_b-1}-1,\mathrm{round}\left(\frac{\left|\mathrm{Im}\left(V_{(m,l)}\left(k\right)\right)\right|}{M_v^{\mathrm{lin}}\left(k\right)-c}(2^{N_b-1}-1)\right));$

其中，V_(m，l)(k)表示V(k)中的元素；

表示V_(m，l)(k)量化后的实部；

表示V_(m，l)(k)量化后的虚部；m为行位置参量，l为列位置参量；sign(V_(m，l)(k))表示取V_(m，l)(k)的符号极性； $\min (2^{N_b-1}-1,\mathrm{round}\left(\frac{\left|\mathrm{Re}\left(V_{(m,l)}\left(k\right)\right)\right|}{M_v^{\mathrm{lin}}\left(k\right)-c}(2^{N_b-1}-1)\right))$ 表示取

中的最小值；round表示四舍五入运算；“| |”表示取绝对值运算；N_b为正整数；c为正实数。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

将需要进行反馈的子载波集合中的各子载波的量化幅度M_v(k)和量化后波束赋形矩阵V^q(k)一起发送出去。

13.一种波束赋形矩阵的接收方法，其特征在于，包括：

接收量化后的子载波的波束赋形矩阵V^q(k)和量化幅度M_v(k)；

根据M_v(k)恢复出幅度值r(k)；

根据r(k)对V^q(k)中各个元素的实部和虚部进行缩放，恢复出子载波的波束赋形矩阵

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于：

根据对M_v(k)量化时的方法做逆处理，恢复出幅度值r(k)。

15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，根据r(k)对V^q(k)中各个元素的实部和虚部进行缩放包括：

$\mathrm{Re}\left({\tilde{V}}_{(m,l)}\left(k\right)\right)=\frac{r\left(k\right)V_{(m,l)}^{q\left(R\right)}\left(k\right)}{(2^{N_b-1}-1)}$

$\mathrm{Im}\left({\tilde{V}}_{(m,l)}\left(k\right)\right)=\frac{r\left(k\right)v_{(m,l)}^{q\left(I\right)}\left(k\right)}{(2^{N_b-1}-1)}$

其中，

表示

中的元素，表示

的实部，

表示

的虚部，表示V^q(k)中的元素，

表示

的实部；表示的虚部；m为行位置参量，l为列位置参量，量化比特N_b为正整数。

16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括：

根据

计算子载波的预编码矩阵Q_k。

17.一种波束赋形矩阵的发送装置，其特征在于，包括：

第一运算模块，用于计算子载波的波束赋形矩阵V(k)中各元素的实部和虚部中的最大值m_v(k)；

第一量化模块，对m_v(k)进行M比特的量化得到量化幅度M_v(k)，M为正整数；

第二运算模块，用于计算M_v(k)的线性部分

第二量化模块，用于利用

对V(k)中各元素的实部、虚部分别进行N_b比特的量化，得到量化后的波束赋形矩阵V^q(k)；N_b为正整数；

发送模块，用于将所述量化幅度M_v(k)和所述量化后的波束赋形矩阵V^q(k)发送出去。

18.如权利要求17所述的发送装置，其特征在于：

所述第一量化模块，用于按照M_v(k)＝min{2^M-1，f(g(m_v(k)))}对M_v(k)进行M比特的量化；

其中，M_v(k)用于取(2^M-1)与f(g(m_v(k)))中的最小值；f(g(m_v(k)))函数表示对g(m_v(k))的计算结果进行取整运算；g(m_v(k))用于将线性的m_v(k)映射为一个自然数到对数表示的区间；M为正整数。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于：

g(m_v(k))＝a·log_b(m_v(k)+c)；

其中，a、b、c均为正实数。

20.如权利要求19所述的发送装置，其特征在于：

所述第二运算模块，用于根据算式

计算M_v(k)的线性部分

21.如权利要求18所述的发送装置，其特征在于：

所述取整运算为上取整运算、下取整运算或者round运算。

22.如权利要求17所述的发送装置，其特征在于：

M大于1。

23.如权利要求22所述的发送装置，其特征在于：

M等于3。

24.如权利要求19所述的发送装置，其特征在于：

a等于14.42，b等于2，c等于0.45。

25.如权利要求19所述的发送装置，其特征在于：

a等于47.9，b等于10，c等于0.45。

26.如权利要求17所述的方法，其特征在于：

N_b的取值为4，5，6，8，10，12中的一个。

27.如权利要求17-26中任何一项所述的发送装置，其特征在于：

所述第二量化模块，用于按照

$V_{(m,l)}^{q\left(R\right)}=\mathrm{sign}\left(V_{(m,l)}\left(k\right)\right)*\min (2^{N_b-1}-1,\mathrm{round}\left(\frac{\left|\mathrm{Re}\left(V_{(m,l)}\left(k\right)\right)\right|}{M_v^{\mathrm{lin}}\left(k\right)-c}(2^{N_b-1}-1)\right));$

$V_{(m,l)}^{q\left(I\right)}=\mathrm{sign}\left(V_{(m,l)}\left(k\right)\right)*\min (2^{N_b-1}-1,\mathrm{round}\left(\frac{\left|\mathrm{Im}\left(V_{(m,l)}\left(k\right)\right)\right|}{M_v^{\mathrm{lin}}\left(k\right)-c}(2^{N_b-1}-1)\right));$

对V(k)中各元素的实部、虚部分别进行N_b比特的量化；V_(m，l)(k)表示V(k)中的元素；

表示V_(m，l)(k)量化后的实部；

表示V_(m，l)(k)量化后的虚部；m为行位置参量，l为列位置参量；sign(V_(m，l)(k))表示取V_(m，l)(k)的符号极性； $\min (2^{N_b-1}-1,\mathrm{round}\left(\frac{\left|\mathrm{Re}\left(V_{(m,l)}\left(k\right)\right)\right|}{M_v^{\mathrm{lin}}\left(k\right)-c}(2^{N_b-1}-1)\right))$ 表示取与

中的最小值；round表示四舍五入运算；“| |”表示取绝对值运算；N_b为正整数。

28.如权利要求17所述的发送装置，其特征在于：

所述发送模块，用于将需要进行反馈的子载波集合中的各子载波的量化幅度M_v(k)和量化后波束赋形矩阵V^q(k)一起发送出去。

29.一种波束赋形矩阵的接收装置，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收量化后的子载波的波束赋形矩阵V^q(k)和量化幅度M_v(k)；

第一处理模块，用于根据M_v(k)恢复出幅度值r(k)；

第二处理模块，用于根据r(k)对V^q(k)中各个元素的实部和虚部进行缩放，恢复出子载波的波束赋形矩阵

30.如权利要求29所述的接收装置，其特征在于：

所述第一处理模块，用于根据对M_v(k)量化时的方法做逆处理，恢复出幅度值r(k)。

31.如权利要求29所述的接收装置，其特征在于：

所述第二处理模块，用于按照

$\mathrm{Re}\left({\tilde{V}}_{(m,l)}\left(k\right)\right)=\frac{r\left(k\right)V_{(m,l)}^{q\left(R\right)}\left(k\right)}{(2^{N_b-1}-1)}$

$\mathrm{Im}\left({\tilde{V}}_{(m,l)}\left(k\right)\right)=\frac{r\left(k\right)V_{(m,l)}^{q\left(I\right)}\left(k\right)}{(2^{N_b-1}-1)}$

对V^q(k)中各个元素的实部和虚部进行缩放；

其中，

表示

中的元素，

表示的实部，

表示

的虚部，

表示V^q(k)中的元素，

表示

的实部；

表示

的虚部；m为行位置参量，l为列位置参量，量化比特N_b为正整数。

32.如权利要求29所述的接收装置，其特征在于，还包括：

运算模块，用于根据

计算子载波的预编码矩阵Q_k。

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