CN102725967B - 用于信息反馈以及预编码的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于信息反馈以及预编码的方法和装置。在无线通信系统的用户设备处进行通信数据处理的方法可以包括：基于获取的下行信道传输矩阵H推导出基站中发射天线的空间相关矩阵R；根据空间相关矩阵R对预编码码本F进行转换；基于转换后的预编码码本来选择预编码矩阵F_s；以及将空间相关矩阵R的相关信息和选择的预编码矩阵F_s的相关信息反馈给基站。在无线通信系统的基站处进行数据预编码的方法可以包括：从用户设备获取基站发射天线的空间相关矩阵R的相关信息和选择的预编码矩阵F_s的相关信息；基于所获取的信息以及预编码码本来确定期望的预编码矩阵F_R，s；利用期望的预编码矩阵F_R，s对待发送至用户设备的下行数据进行预编码。

Description

用于信息反馈以及预编码的方法和装置

技术领域

本发明一般涉及无线通信系统，更具体地，涉及用于下行信道信息反馈以及预编码的方法和装置。

背景技术

在多输入多输出(MIMO)无线通信系统中，发射机与接收机均使用天线阵列，从而提供丰富的分集和大的通信容量。空间复用是用于MIMO通信系统的常见的空时调制技术，其中通过不同的发射天线传输独立的数据流。然而，空间复用对于信道的不良状况极其敏感。因此，采用预编码技术来改善空间复用的适应性。

预编码的作用是根据信道状况，对待发送数据流进行预处理，将数据流映射到相应的发射天线上。在长期演进(LTE)系统及LTE-Advanced(LTE-A)系统中，在发射端采用基于码本的有限反馈预编码技术。

对于有限反馈预编码技术，至少存在两种反馈机制：显式反馈和隐式反馈。在显式反馈中，接收机向发射机反馈有关信道状况的信息，发射机基于所反馈的信道状况来对待发送的数据流进行预编码。隐式反馈针对不同的假设定义不同的反馈模式，如单用户SU-MIMO还是多用户MU-MIMO，等等。一般而言，在隐式反馈中，接收机基于信道状况从发射机和接收机均已知的有限码本中选择最优预编码器，然后接收机将有关此最优预编器的信息(例如，索引)反馈给发射机。

目前，Intel、华为等公司已经提出了利用现有规范中定义的预编码码本来进行单用户一阶相关自适应的隐式反馈技术方案。“相关自适应”是指利用下行信道空间相关矩阵来修改预定义的预编码码本，“阶”是指发射机中待发送的数据流的数目。但是，所提议的隐式反馈技术方案仅适用于单用户MIMO单个数据流的情形，对于多阶的情形，其系统性能急剧恶化。然而，在现有的隐式反馈系统中，需要为多个用户发送数据流，并且向每个用户发送多个数据流。

在当前的LTE-A标准化进程中，有限反馈预编码技术仍在讨论与研究中。迄今为止，针对多个用户和多个数据流情形，仍是采用固定的预编码码本，而具有空间相关自适应的隐式反馈方案仅适用于单用户单数据流情形。

发明内容

因此，本领域需要一种能适用于多数据流情形的空间相关自适应隐式反馈方案。

根据本发明的一个示例性方面，提供一种在无线通信系统的用户设备处进行通信数据处理的方法，该方法可以包括：推导步骤，基于获取的下行信道传输矩阵H推导出基站中多个发射天线的空间相关矩阵R；转换步骤，根据所述空间相关矩阵R对预编码码本F进行转换；选择步骤，基于转换后的预编码码本来选择预编码矩阵F_s；以及反馈步骤，将所述空间相关矩阵R的相关信息和所述选择的预编码矩阵F_s的相关信息反馈给所述基站。

在一个实施方式中，在时间和/或频率上对所述下行信道传输矩阵H进行平均，以得到所述空间相关矩阵R。

在一个实施方式中，对所述空间相关矩阵R进行量化；利用所述量化后的空间相关矩阵对所述预编码码本进行转换。按照下式对所述预编码码本F中的每个码字F_k进行转换以得到转换后的预编码矩阵F_R，k，其中k＝1，...，K，K为正整数：F_R，k＝RF_k。

在一个实施方式中，对下行信道传输矩阵H进行奇异值分解，得到H＝UΣV^H；取所述奇异值分解得到的右侧酉奇异矩阵V的前m列元素作为理想的预编码矩阵V_m，其中m是发射给所述用户设备的数据流的数目；从所述预编码码本中选择预编码矩阵F_s，使得经空间相关矩阵转换后的预编码矩阵F_R与所述理想的预编码矩阵V_m之间的距离最小。该距离可以是其中，k＝1，...，K，K为正整数，H表示共轭转置，‖·‖_F表示矩阵Frobenius范数，abs()表示矩阵的模，tr()表示矩阵的迹。或者，该距离选自弦距离、投影2范数距离和Fubini-study距离之一。

在一个实施方式中，所述选择的预编码矩阵F_s的相关信息为所述选择的预编码矩阵F_s在所述预编码码本中的索引；所述空间相关矩阵R的相关信息为所述空间相关矩阵R在空间相关矩阵码本中的索引。

根据本发明的另一示例性方面，提供一种在无线通信系统的基站处进行数据预编码的方法，该方法可以包括：获取步骤，从用户设备获取所述基站的多个发射天线的空间相关矩阵R的相关信息和用户设备所选择的预编码矩阵F_s的相关信息；确定步骤，基于所获取的信息以及预编码码本来确定期望的预编码矩阵F_R，s；以及预编码步骤，利用所述期望的预编码矩阵F_R，s对待发送至所述用户设备的下行数据进行预编码。

在一个实施方式中，确定步骤可以包括：检索步骤，基于所述选择的预编码矩阵F_s的相关信息从所述预编码码本中检索所述选择的预编码矩阵F_s，其中所述选择的预编码矩阵的相关信息包括所述选择的预编码矩阵在所述预编码码本中的索引，以及基于所述空间相关矩阵R的相关信息从空间相关矩阵码本中检索所述空间相关矩阵R，其中所述空间相关矩阵R的相关信息包括所述空间相关矩阵R在所述空间相关矩阵码本中的索引；以及转换步骤，利用所述空间相关矩阵R对所述选择的预编码矩阵F_s进行转换，以得到期望的预编码矩阵F_R，s。

在一个实施方式中，预编码步骤可以包括：取所述期望的预编码矩阵F_R，s的共轭转置作为所述用户设备的近似有效信道矩阵；以及基于所述近似有效信道矩阵对待发送至所述用户设备的下行数据进行预编码。

在另一实施方式中，当存在多个用户设备时，预编码步骤包括：对所述多个用户设备中其期望的预编码矩阵F_R，s相互正交的用户设备进行调度。

根据本发明的又一个示例性方面，提供一种在无线通信系统的用户设备处进行通信数据处理的装置，该装置可以包括：推导装置，用于基于获取的下行信道传输矩阵H推导出基站中多个发射天线的空间相关矩阵R；转换装置，根据所述空间相关矩阵R对预编码码本F进行转换；选择装置，基于转换后的预编码码本来选择预编码矩阵F_s；以及反馈装置，将所述空间相关矩阵R的相关信息和所述选择的预编码矩阵F_s的相关信息反馈给所述基站。

根据本发明的再一个示例性方面，提供一种在无线通信系统的基站处进行数据预编码的装置，该装置可以包括：获取装置，从用户设备获取所述基站的多个发射天线的空间相关矩阵R的相关信息和用户设备所选择的预编码矩阵F_s的相关信息；确定装置，基于所获取的信息以及预编码码本来确定期望的预编码矩阵F_R，s；以及预编码装置，利用所述期望的预编码矩阵F_R，s对待发送至所述用户设备的下行数据进行预编码。

本发明实施方式的技术方案既能适用于单用户SU-MIMO，又能适用于多用户MU-MIMO。而且，对于每个用户，可以是单个数据流也可以是多个数据流。相比于现有技术，由于将特定于每个用户设备UE的空间相关信息反馈给基站eNB，因此，使用空间相关自适应码本相比于使用固定码本能够获得显著的性能增益。此外，所提出的本发明的技术方案易于实施。例如，可以使用当前的LTE版本8的4发射天线反馈码本作为要进行相关自适应的基本码本。而唯一增加的信令开销是用于反馈空间相关矩阵。而且，本发明的计算复杂度非常低。

附图说明

当结合附图阅读时，在下文的详细描述中，本发明实施方式的上述以及其他方面将变得更加清楚和易于理解，其中：

图1示出了本发明可以在其中实施的无线通信系统环境的示例；

图2示出了根据本发明一个实施方式的在无线通信系统的用户设备处进行通信数据处理的方法的示意性逻辑流程图；

图3示出了根据本发明一个实施方式的用于在无线通信系统的基站处预编码数据的方法的示意性逻辑流程图；

图4示出了根据本发明的一个实施方式的用于在无线通信系统的用户设备处进行通信数据处理的装置的示例性结构框图；

图5示出了根据本发明一个实施方式的用于在无线通信系统的基站eNB处预编码数据的示例性结构框图；以及

图6-图15示出了按照本发明实施方式的技术方案与现有技术的技术方案的仿真结果对比图。

在所有的上述附图中，相同的标号表示具有相同、相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的示例性描述。

参考图1，其示出了本发明实施方式可以在其中实施的无线通信网络环境100的示例。如图1所示，该无线通信网络环境100可以包括发射机101以及若干接收机102-1、102-2、...102-L，L为大于等于1的整数。发射机101具有M个发射天线，每个接收机具有N个接收天线，其中M和N均大于1。发射机向每个接收机发射m个数据流，其中m≤min(M，N)。在各种实施方式中，发射机101例如可以是基站BS，或者在LTE和LTE-A系统中称为eNB。接收机102例如可以是用户设备UE。在下文的描述中，各种实施方式采用基站eNB与用户设备UE进行示例性描述。

由于用户设备UE与基站eNB之间的上下行信道为非对称信道，因此，基站eNB需要基于用户设备UE反馈的有关下行信道的信息来对将要发送给用户设备UE的数据进行预编码。

现在参考图2，其示出了根据本发明一个实施方式的在无线通信系统的用户设备UE处进行通信数据处理的方法的示意性逻辑流程图。以下结合图1所示的无线通信网络环境100，对图2中的流程进行详细说明。

如图2所示，在步骤S201中，在各个用户设备UE处，基于获取的下行信道传输矩阵H来推导出基站eNB中M个发射天线的空间相关矩阵R，其中H是N×M的二维矩阵，R是的M×M的二维矩阵。

通常，用户设备UE可以根据其从基站eNB接收到的下行信道信号来进行信道估计，从而获得下行信道传输矩阵H。具体地，如何进行信道估计是本领域非常成熟的技术，可参阅John G.Proakis所著的《Digital Communication》，此处不再赘述。

在一个实施方式中，在时间和/或频率上对所获取的下行信道传输矩阵H进行平均，以得到基站中M个发射天线的空间相关矩阵R。例如，R＝E[H^H·H]，其中^H表示共轭转置，也即R是H^H·H在多个时间点和/或多个子载波上的平均值。基站eNB中多个发射天线的空间相关矩阵R是一个随时间缓慢变化的物理量。因此，可以在较长的时间上对下行信道传输矩阵H进行平均，例如20ms以上。

接着，在步骤S202中，根据推导出的空间相关矩阵R对预编码码本F进行转换。

在有限反馈预编码技术中，存在用户设备UE与基站eNB均已知的预编码码本F。该预编码码本由有限个码字组成，例如K个码字，每个码字F_k是M×m的预编码矩阵，其中k＝1，...，K，K为正整数。这种预编码码本例如可以是LTE版本8中定义的预编码矩阵索引(PMI)码本、IEEE802.16m标准中定义的码本，等等。

m是基站eNB准备向某个用户设备UE发射的数据流的数目。待发射的数据流的数目可以是无线通信系统事先配置好的，也有可能是基站根据实时信道条件来动态确定的。

在一个实施方式中，对空间相关矩阵R进行量化，然后利用量化后的空间相关矩阵对预编码码本F进行转换，得到转换后的预编码码本F_R。下标_R表示利用空间相关矩阵进行了转换，也即进行了空间相关自适应。

可以采取多种方式对空间相关矩阵R进行量化。在一个实施方式中，根据空间相关矩阵码本对空间相关矩阵R进行量化。类似于预编码码本，空间相关矩阵码本也是用户设备UE与基站eNB双方均已知或同步的具有有限个矩阵的码本。可以采取多种方式来设计空间相关矩阵码本。本发明的各种实施方式只需利用设计出的空间相关矩阵码本，因此，在此不再详细描述具体设计方式。

在一个实施方式中，按照下式对预编码码本F中的每个码字F_k进行转换以得到相应的转换后的预编码矩阵F_R，k，

F_R，k＝RF_k。

接着，在步骤S203中，基于转换后的预编码码本F_R来选择预编码矩阵F_s。

在每个用户设备i(i＝1，...，L)处，可以基于各种不同的选择标准来从预编码码本中选择期望使用的预编码矩阵。这些选择标准例如可以是最大似然选择标准(ML-SC)、最小奇异值选择标准(MSV-SC)、最小均方差选择标准(MMSE-SC)、容量选择标准(Capacity-SC)，等等。

研究表明，对于单用户预编码，所有这些选择标准基本上是等效的。用户设备UE优选的预编码矩阵是下行信道传输矩阵H的主要奇异模式的共轭转置。例如，可参阅D.J.Love，R.W.Heath，Jr.，“Limited feedback Unitary Precodings for Spatial MultiplexingSystems”，IEEE Transactions on Information Theory，Vol.51，No.8，2005，pp2967-2976。

具体而言，对于用户设备i，对其获取的下行信道传输矩阵H_i进行奇异值分解(SVD)，得到H_i＝U_i∑_iV_i ^H。取奇异值分解后得到的最右侧M×M的二维酉奇异矩阵V_i的前m列元素，构造成M×m的二维矩阵V_m，i。在用户设备i处，优选的预编码矩阵即为：F_opt，i＝V_m，i。

利用上述结果，在本发明的一个实施方式中，从在步骤202中转换后的预编码码本F_R中选择与优选的预编码矩阵最接近的预编码矩阵。由于转换后的预编码码本F_R中的各个预编码矩阵F_R，k可以表示为F_r，k＝RF_k，因此，从另一个角度而言，是从固定的预编码码本F中选择一个预编码矩阵F_s，使得经空间相关矩阵R转换后的预编码矩阵F_R，s与该优选的预编码矩阵之间的距离最小。

具体地，在一个实施方式中，对于各个用户设备UE，对其所获取的下行信道传输矩阵H进行SVD奇异值分解，得到H＝U∑V^H。注意，由于在各个用户设备UE处进行类似的处理，因此下文的描述省略了代表用户设备的下标i。

取经上述奇异值分解得到的右侧酉奇异矩阵V的前m列元素作为优选的预编码矩阵V_m，其中m是发射给所述用户设备的数据流的数目。从转换后的预编码码本F_R中，选择与该优选的预编码矩阵V_m距离最小的预编码矩阵F_R，s，其中下标s表示选择的预编码矩阵。此选择的预编码矩阵F_R，s也就是用户设备UE期望基站eNB使用的预编码矩阵。上述选择过程可以表示为：

$F_{R,s}={\arg \min }_{F_{R,k}\∈F_R}d\left(V_m{F}_{R,k}^H\right),$

其中，是的距离函数。

在一个实施方式中，距离函数可以是：

$d\left(V_m{F}_{R,k}^H\right)=1-\frac{\mathrm{tr}\left(\mathrm{abs}\left(V_m{F}_{R,k}^H\right)\right)}{{\left|\right|V_m\left|\right|}_F{\left|\right|F_{R,k}\left|\right|}_F},$

其中，^H表示共轭转置，‖·‖_F表示矩阵Frobenius范数，abs()表示矩阵的模，tr()表示矩阵的迹。

在另一实施方式中，距离函数可以采取其他形式，例如，弦距离、投影2范数距离、Fubini-study距离等。

由于转换后的预编码码本F_R中的预编码矩阵F_R，k可以表示为F_R，k＝RF_k，因此上述选择过程又可以表示为：

$F_s={\arg \min }_{F_k\∈F}d\left(V_m{\left({\mathrm{RF}}_k\right)}^H\right)={\arg \min }_{F_k\∈F}d\left(V_m{F}_k^{H}R\right),$ 因为R^H＝R。

换言之，从固定的预编码码本F中选择一个预编码矩阵F_s，使得经空间相关矩阵R转换后的预编码矩阵F_R，s与该优选的预编码矩阵V_m之间的距离最小。

最后，在步骤S204中，用户设备可以将空间相关矩阵R的相关信息和所选择的预编码矩阵F_s的相关信息反馈给基站eNB。

在一个实施方式中，空间相关矩阵R的相关信息包括在步骤S202中对空间相关矩阵R进行量化时，其在空间相关矩阵码本中的索引。而选择的预编码矩阵F_s的相关信息包括该选择的预编码矩阵F_s在固定的预编码码本F中的索引。

另外，如前面所提到的，空间相关矩阵R是一个随时间缓慢变化的物理量，因此其反馈信息也可以称为长期宽带预编码矩阵索引PMI。相比较而言，下行信道传输矩阵H是随时间快速变化的物理量，因此其反馈信息也可以称为短期窄带PMI。例如，长期宽带PMI的反馈周期可以是20ms以上，而短期窄带PMI的反馈周期大约为5ms。

由于用户设备UE与基站eNB均已知空间相关矩阵码本和预编码码本，因此，用户设备UE只需向基站eNB反馈相应的索引，基站eNB就可以获取空间相关矩阵R和选择的预编码矩阵F_s。

现在参考图3，其示出了根据本发明一个实施方式的用于在无线通信系统的基站处对数据进行预编码的方法的示意性逻辑流程图。以下结合图1所示的无线通信网络环境100，对图3中的流程进行详细说明。

首先，在步骤S301中，基站eNB从用户设备UE处获取基站的M个发射天线的空间相关矩阵R的相关信息和用户设备UE所选择的预编码矩阵F_s的相关信息。如上文所提到的，例如，这些相关信息例如可以是空间相关矩阵R在空间相关矩阵码本中的索引，选择的预编码矩阵F_s在固定的预编码码本F中的索引。

接着，在步骤S302中，基站eNB基于所获取的信息以及预编码码本F来确定期望的预编码矩阵F_R，s。

具体地，在一个实施方式中，基站eNB基于在步骤S301中获取的预编码矩阵F_s的索引来从预编码码本F中检索出该选择的预编码矩阵F_s，以及基于空间相关矩阵R的索引来从空间相关矩阵码本中检索出空间相关矩阵R。

然后，利用检索出的空间相关矩阵R对选择的预编码矩阵F_s进行转换，从而得到期望的预编码矩阵F_R，s。该期望的预编码矩阵考虑了由用户设备UE所反馈的发射天线之间的空间相关性，因而能够对信道状况进行补偿，改善信道性能。

在一个实施方式中，与用户设备UE在图2的步骤S202中对预编码码本F的转换相对应，基站eNB按照下式对选择的预编码矩阵F_s进行转换以得到期望的预编码矩阵F_R，s：F_R，s＝RF_s。

最后，在步骤S303中，基站eNB利用期望的预编码矩阵F_R，s对待发送至用户设备UE的下行数据进行预编码。

利用期望的预编码矩阵F_R，s，可以采取多种方式来对下行数据进行预编码。

在一个实施方式中，基站eNB将该期望的预编码矩阵F_R，s的共轭转置视为用户设备UE的近似有效信道矩阵 为m×M的二维矩阵，其可以表示为：

$\tilde{H}=F_{R,s}^H={\left({\mathrm{RF}}_s\right)}^H=F_s^H{R}^H=F_s^{H}R$

然后，可以利用得到的用户设备UE的近似有效信道矩阵，对各个用户设备的下行数据进行预编码。例如，可以执行迫零(ZF)预编码。这种预编码方式既适合于单用户SU-MIMO，又适合于多用户MU-MIMO。

在另一实施方式中，当存在多个用户设备UE时，基站eNB获取各个用户设备UE反馈的信息。因而，基站eNB可以得到各个用户设备各自期望的预编码矩阵F_R，s，i，其中下标i表示用户设备。利用用户设备的预编码矩阵F_R，s，i之间可能的正交特性，可以对其期望的预编码矩阵F_R，s，i相互正交的用户设备进行调度。

然而，在这种预编码方式中，每个用户设备UE在图2的步骤S202中，利用其推导出的空间相关矩阵对预编码码本进行了转换。因此，有可能出现这种情况，基站eNB在图3的步骤S302中所得到的各个用户设备的期望的预编码矩阵F_R，s，i之间可能不再存在正交对。这样，就有可能降低多用户之间配对的概率，从而限制了多用户MU-MIMO的性能。

出于以上考虑，在基站eNB处，优选地使用前一种预编码方式对下行数据进行预编码。

每次用户设备UE推导出新的空间相关矩阵时并将其反馈给基站eNB时，用户设备UE和基站eNB都更新其空间相关矩阵以在转换操作中使用。

图4示出了根据本发明的一个实施方式的用于在无线通信系统的用户设备处进行通信数据处理的装置400的示例性结构框图。

如图4所示，装置400可以包括推导装置401、转换装置402、选择装置403以及反馈装置404。

推导装置401可以基于获取的下行信道传输矩阵H来推导出基站eNB中M个发射天线的空间相关矩阵R，其中H是N×M的二维矩阵，R是的M×M的二维矩阵。

通常，用户设备UE可以根据其从基站eNB接收到的下行信道信号来进行信道估计，从而获得下行信道传输矩阵H。

在一个实施方式中，推导装置401配置成在时间和/或频率上对所获取的下行信道传输矩阵H进行平均，从而推导出基站中M个发射天线的空间相关矩阵R。例如，R＝E[H^H·H]，其中^H表示共轭转置，也即R是H^H·H在多个时间点和/或多个子载波上的平均值。

转换装置402可以根据推导装置401推导出的空间相关矩阵R对预编码码本F进行转换。预编码码本是用户设备UE和基站eNB处均已知或同步的具有有限个矩阵的码本。

在一个实施方式中，转换装置402配置成对空间相关矩阵R进行量化，然后利用量化后的空间相关矩阵对预编码码本F进行转换，得到转换后的预编码码本F_R。下标_R表示利用空间相关矩阵进行了转换，也即进行了空间相关自适应。

可以采取多种方式对空间相关矩阵R进行量化。在一个实施方式中，根据空间相关矩阵码本对空间相关矩阵R进行量化。类似于预编码码本，空间相关矩阵码本也是用户设备UE与基站eNB双方均已知或同步的具有有限个矩阵的码本。

在一个实施方式中，转换装置402可以配置成按照下式对预编码码本F中的每个码字F_k进行转换以得到相应的转换后的预编码矩阵F_R，k，

F_R，k＝RF_k。

选择装置403可以基于转换装置402转换后的预编码码本F_R来选择预编码矩阵F_s。

在本发明的一个实施方式中，选择装置403配置用于从转换装置402所转换后的预编码码本F_R中选择与优选的预编码矩阵最接近的预编码矩阵。由于转换后的预编码码本F_R中的各个预编码矩阵F_R，k可以表示为F_R，k＝RF_k，因此，从另一个角度而言，选择装置403配置用于从固定的预编码码本F中选择一个预编码矩阵F_s，使得经空间相关矩阵R转换后的预编码矩阵F_R，s与该优选的预编码矩阵之间的距离最小。

具体地，在一个实施方式中，在各个用户设备UE处，选择装置403配置用于对所获取的下行信道传输矩阵H进行奇异值分解，得到H＝U∑V^H。接着，取经上述奇异值分解得到的右侧酉奇异矩阵V的前m列元素作为优选的预编码矩阵V_m，其中m是发射给所述用户设备的数据流的数目。然后，选择装置403可以从转换后的预编码码本F_R中，选择与该优选的预编码矩阵V_m距离最小的预编码矩阵F_R，s，其中下标s表示选择的预编码矩阵。上述选择过程可以表示为：

$F_{R,s}={\arg \min }_{F_{R,k}\∈F_R}d\left(V_m{F}_{R,k}^H\right),$

其中，是的距离函数。

在一个实施方式中，距离函数可以是：

$d\left(V_m{F}_{R,k}^H\right)=1-\frac{\mathrm{tr}\left(\mathrm{abs}\left(V_m{F}_{R,k}^H\right)\right)}{{\left|\right|V_m\left|\right|}_F{\left|\right|F_{R,k}\left|\right|}_F},$

其中，^H表示共轭转置，‖·‖_F表示矩阵Frobenius范数，abs()表示矩阵的模，tr()表示矩阵的迹。

在另一实施方式中，距离函数可以采取其他形式，例如，弦距离、投影2范数距离、Fubini-study距离等。

由于转换后的预编码码本F_R中的预编码矩阵F_R，k可以表示为F_R，k＝RF_k，因此上述选择过程又可以表示为：

$F_s={\arg \min }_{F_k\∈F}d\left(V_m{\left({\mathrm{RF}}_k\right)}^H\right)={\arg \min }_{F_k\∈F}d\left(V_m{F}_k^{H}R\right),$ 因为R^H＝R。

换言之，选择装置403从固定的预编码码本F中选择一个预编码矩阵F_s，使得经空间相关矩阵R转换后的预编码矩阵F_R，s与该优选的预编码矩阵V_m之间的距离最小。

反馈装置404可以将空间相关矩阵R的相关信息和所选择的预编码矩阵F_s的相关信息反馈给基站eNB。在一个实施方式中，空间相关矩阵R的相关信息例如可以是量化后的空间相关矩阵在空间相关矩阵码本中的索引。而选择的预编码矩阵F_s的相关信息例如可以是该选择的预编码矩阵F_s在固定的预编码码本F中的索引。

图5示出了根据本发明一个实施方式的用于在无线通信系统的基站处对数据进行预编码的装置500的示例性结构框图。

如图5所示，装置500可以包括获取装置501、确定装置502和预编码装置503。其中，确定装置502进一步可以包括检索装置504和转换装置505。

获取装置501配置用于从用户设备UE获取基站的M个发射天线的空间相关矩阵R的相关信息和用户设备UE所选择的预编码矩阵F_s的相关信息。如上文所提到的，例如，这些相关信息例如可以是空间相关矩阵R在空间相关矩阵码本中的索引，选择的预编码矩阵F_s在固定的预编码码本F中的索引。

继而，确定装置502可以基于所获取的相关信息以及预编码码本F来确定期望的预编码矩阵F_R，s。

具体地，确定装置502可以包括检索装置504，其配置用于基于获取装置所获取的预编码矩阵F_s的索引来从预编码码本F中检索出该选择的预编码矩阵F_s，以及基于空间相关矩阵R的索引来从空间相关矩阵码本中检索出空间相关矩阵R。

确定装置502还可以包括转换装置505，其配置用于利用检索装置504检索出的空间相关矩阵R对选择的预编码矩阵F_s进行转换，从而得到期望的预编码矩阵F_R，s。

在一个实施方式中，与图4中的转换装置402对预编码码本F的转换相对应，转换装置505按照下式对选择的预编码矩阵F_s进行转换以得到期望的预编码矩阵F_R，s：F_R，s＝RF_s。

预编码装置503配置用于利用期望的预编码矩阵F_R，s对待发送至用户设备UE的下行数据进行预编码。

预编码装置503可以采取多种方式来对下行数据进行预编码。

在一个实施方式中，预编码装置503将该期望的预编码矩阵F_R，s的共轭转置视为用户设备UE的近似有效信道矩阵 为m×M的二维矩阵，其可以表示为：

$\tilde{H}=F_{R,s}^H={\left({\mathrm{RF}}_s\right)}^H=F_s^H{R}^H=F_s^{H}R$

然后，预编码装置503配置用于利用得到的用户设备UE的近似有效信道矩阵，对各个用户设备的下行数据进行预编码。例如，可以执行迫零(ZF)预编码。

在另一实施方式中，当存在多个用户设备UE时，基站eNB可以获取各个用户设备UE反馈的信息。因而，基站eNB可以得到各个用户设备各自期望的预编码矩阵F_R，s，i，其中下标i表示用户设备。预编码装置503利用用户设备的预编码矩阵F_R，s，i之间可能的正交特性，可以对其期望的预编码矩阵F_R，s，i相互正交的用户设备进行调度。

以下以多用户MU-MIMO无线通信系统为例，针对隐式反馈，给出使用固定预编码码本的技术方案与使用空间相关自适应码本的技术方案的仿真结果。

下面的表格提供了吞吐量仿真结果以与现有技术进行比较，显示了本发明的技术所带来的优势。表1给出了仿真所使用的系统参数及其值。

表1

表2给出了系统级的仿真结果。

表2

从仿真结果可以看出，针对多用户MU-MIMO系统，使用空间相关自适应码本相比于使用固定码本能够获得显著的性能增益。

进一步地，还以单用户SU-MIMO无线通信系统为例，对采用本发明的自适应码书和隐式反馈的技术方案，现有技术的自适应码书和隐式反馈的技术方案、固定码书和显式反馈的技术方案以及固定码书和隐式反馈的技术方案、基于理想信道信息进行SVD分解的技术方案的性能进行比较分析。

不失一般性地，设基站eNB具有四个发送天线，用户终端UE中具有2到4个发送天线，预编码码书采用LTE版本8中定义的反馈码书，即PMI码书，仿真信道采用ITU信道模型，详细的仿真参数如下表3所示。

表3

图6至图15分别示出了在不同参数取值下上述四个技术方案与理想的SVD分解方案的信噪比与误比特率的关系曲线图，其中，横坐标表示信噪比(SNR)，单位为dB，纵坐标表示误块率(BLER)，单位为百分比；图例实线加圆圈表示本发明的自适应码书和隐式反馈的技术方案，图例实线加三角形表示现有技术的自适应码书和隐式反馈的技术方案，图例实线加正方形表示现有技术中的固定码书和显式反馈的技术方案，图例实线加菱形表示现有技术中的固定码书和隐式反馈的技术方案，图例虚线加圆圈表示基于理想信道信息进行SVD分解的技术方案。

图6示出了采取ITU-UMi信道模型，基站发送天线间距为0.5倍波长，移动速度为3Km/h，用户设备具有2个接收天线，码率为1/2，采取QPSK调制，发送数据流为1的各种技术方案的误块率与信噪比的图示。

图7示出了采取ITU-UMi信道模型，基站发送天线间距为4倍波长，移动速度为3Km/h，用户设备具有2个接收天线，码率为1/2，采取QPSK调制，发送数据流为1的各种技术方案的误块率与信噪比的图示。

图8示出了采取ITU-UMi信道模型，基站发送天线间距为0.5倍波长，移动速度为3Km/h，用户设备具有2个接收天线，码率为1/2，采取QPSK调制，发送数据流为2的各种技术方案的误块率与信噪比的图示。

图9示出了采取ITU-UMa信道模型，基站发送天线间距为0.5倍波长，移动速度为3Km/h，用户设备具有2个接收天线，码率为1/2，采取QPSK调制，发送数据流为2的各种技术方案的误块率与信噪比的图示。

图10示出了采取ITU-UMi信道模型，基站发送天线间距为4倍波长，移动速度为3Km/h，用户设备具有2个接收天线，码率为1/2，采取QPSK调制，发送数据流为2的各种技术方案的误块率与信噪比的图示。

图11示出了采取ITU-UMa信道模型，基站发送天线间距为4倍波长，移动速度为3Km/h，用户设备具有2个接收天线，码率为1/2，采取QPSK调制，发送数据流为2的各种技术方案的误块率与信噪比的图示。

图12示出了采取ITU-UMi信道模型，基站发送天线间距为0.5倍波长，移动速度为3Km/h，用户设备具有3个接收天线，码率为1/2，采取QPSK调制，发送数据流为3的各种技术方案的误块率与信噪比的图示。

图13示出了采取ITU-UMa信道模型，基站发送天线间距为0.5倍波长，移动速度为30Km/h，用户设备具有3个接收天线，码率1/2，采取QPSK调制，发送数据流为3的各种技术方案的误块率与信噪比的图示。

图14示出了采取ITU-UMi信道模型，基站发送天线间距为0.5倍波长，移动速度为3Km/h，用户设备具有4个接收天线，码率为1/2，采取QPSK调制，发送数据流为4的各种技术方案的误块率与信噪比的图示。

图15示出了采取ITU-UMa信道模型，基站发送天线间距为4倍波长，移动速度为30Km/h，用户设备具有4个接收天线，码率为1/2，采取QPSK调制，发送数据流为4的各种技术方案的误块率与信噪比的图示。

表4示出了当误块率为0.1时，各个技术方案的信噪比。

表4

由图6至图15可以看出，与现有技术中的方案相比，本发明的自适应码书在隐式反馈系统中的技术方案在同样的信噪比的情形下，误块率最低，或者在同样误块率的情形下，信噪比最低。

有上述仿真可以看出，本发明的技术方案既能适用于单用户SU-MIMO，又能适用于多用户MU-MIMO。而且，对于每个用户，可以是单个数据流也可以是多个数据流。此外，所提出的本发明的技术方案易于实施。例如，可以使用当前的LTE版本8的4发射天线反馈码本作为要进行相关自适应的基本码本。唯一的额外的信令开销是用于反馈空间相关矩阵。而且，从前面的示例性分析中可以看出，本发明计算复杂度非常低。

还需要说明的是，本发明的实施方式可以以软件、固件、硬件或者它们的结合来实现。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，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。

应当注意，为了使本发明更容易理解，上面的描述省略了对于本领域的技术人员来说是公知的、并且对于本发明的实现可能是必需的更具体的一些技术细节。

提供本发明的说明书的目的是为了说明和描述，而不是用来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 (22)

1.一种在无线通信系统的用户设备处进行通信数据处理的方法，所述方法包括：

推导步骤，基于获取的下行信道传输矩阵H推导出基站中多个发射天线的空间相关矩阵R；

转换步骤，根据所述空间相关矩阵R对预编码码本F进行转换，得到转换后的预编码码本；

选择步骤，基于所述转换后的预编码码本来选择预编码矩阵F_s；以及

反馈步骤，将所述空间相关矩阵R的相关信息和所述选择的预编码矩阵F_s的相关信息反馈给所述基站，以供所述基站基于所反馈的相关信息确定用于发送至所述用户设备的下行数据的预编码矩阵F_R,s。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述推导步骤包括：在时间和/或频率上对所述下行信道传输矩阵H进行平均，以得到所述空间相关矩阵R。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述转换步骤包括：

-对所述空间相关矩阵R进行量化；

-利用所述量化后的空间相关矩阵对所述预编码码本进行转换。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，按照下式对所述预编码码本F中的每个码字F_k进行转换以得到转换后的预编码矩阵F_R,k，其中k＝1,…,K，K为正整数：

F_R,k＝RF_k。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其中所述选择步骤包括：

对所述下行信道传输矩阵H进行奇异值分解，得到H＝UΣV^H；

取所述奇异值分解得到的右侧酉奇异矩阵V的前m列元素作为理想的预编码矩阵V_m，其中m是发射给所述用户设备的数据流的数目；

从所述预编码码本中选择预编码矩阵F_s，使得经空间相关矩阵转换后的预编码矩阵F_R与所述理想的预编码矩阵V_m之间的距离最小。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述距离为：

其中，k＝1,…,K，K为正整数，^H表示共轭转置，||·||_F表示矩阵Frobenius范数，abs()表示矩阵的模，tr()表示矩阵的迹；

或者，所述距离选自弦距离、投影2范数距离和Fubini-study距离之一。

7.根据权利要求1所述的方法，在所述反馈步骤中：

所述选择的预编码矩阵F_s的相关信息包括所述选择的预编码矩阵F_s在所述预编码码本中的索引；

所述空间相关矩阵R的相关信息包括所述空间相关矩阵R在空间相关矩阵码本中的索引。

8.一种在无线通信系统的基站处进行数据预编码的方法，所述方法包括：

获取步骤，从用户设备获取所述基站的多个发射天线的空间相关矩阵R的相关信息和用户设备所选择的预编码矩阵F_s的相关信息；

确定步骤，基于所述选择的预编码矩阵F_s的相关信息从预编码码本中检索所述选择的预编码矩阵F_s，基于所述空间相关矩阵R的相关信息从空间相关矩阵码本中检索所述空间相关矩阵R，利用所述空间相关矩阵R对所述选择的预编码矩阵F_s进行转换，以得到期望的预编码矩阵F_R,s；

预编码步骤，利用所述期望的预编码矩阵F_R,s对待发送至所述用户设备的下行数据进行预编码。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述选择的预编码矩阵的相关信息包括所述选择的预编码矩阵在所述预编码码本中的索引，以及其中所述空间相关矩阵R的相关信息包括所述空间相关矩阵R在所述空间相关矩阵码本中的索引。

10.根据权利要求8所述的方法，其中所述预编码步骤包括：

取所述期望的预编码矩阵F_R,s的共轭转置作为所述用户设备的近似有效信道矩阵；以及

基于所述近似有效信道矩阵对待发送至所述用户设备的下行数据进行预编码。

11.根据权利要求8所述的方法，其中当存在多个用户设备时，所述预编码步骤包括：

对所述多个用户设备中其期望的预编码矩阵F_R,s相互正交的用户设备进行调度。

12.一种在无线通信系统的用户设备处进行通信数据处理的装置，所述装置包括：

推导装置，用于基于获取的下行信道传输矩阵H推导出基站中多个发射天线的空间相关矩阵R；

转换装置，根据所述空间相关矩阵R对预编码码本F进行转换，得到转换后的预编码码本；

选择装置，基于所述转换后的预编码码本来选择预编码矩阵F_s；以及

反馈装置，将所述空间相关矩阵R的相关信息和所述选择的预编码矩阵F_s的相关信息反馈给所述基站，以供所述基站基于所反馈的相关信息确定用于发送至所述用户设备的下行数据的预编码矩阵F_R,s。

13.根据权利要求12所述的装置，其中所述推导装置配置用于在时间和/或频率上对所述下行信道传输矩阵H进行平均，以得到所述空间相关矩阵R。

14.根据权利要求12所述的装置，其中所述转换装置进一步配置用于：

-对所述空间相关矩阵R进行量化；

-利用所述量化后的空间相关矩阵对所述预编码码本进行转换。

15.根据权利要求14所述的装置，其中，所示转换装置配置用于按照下式对所述预编码码本F中的每个码字F_k进行转换以得到转换后的预编码矩阵F_R,k，其中k＝1,…,K，K为正整数：

F_R,k＝RF_k。

16.根据权利要求12或15所述的装置，其中所述选择装置配置用于：

对所述下行信道传输矩阵H进行奇异值分解，得到H＝UΣV^H；

取所述奇异值分解得到的右侧酉奇异矩阵V的前m列元素作为理想的预编码矩阵V_m，其中m是发射给所述用户设备的数据流的数目；

从所述预编码码本中选择预编码矩阵F_s，使得经空间相关矩阵转换后的预编码矩阵F_R与所述理想的预编码矩阵V_m之间的距离最小。

17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述距离为：

其中，k＝1,…,K，K为正整数，^H表示共轭转置，||·||_F表示矩阵Frobenius范数，abs()表示矩阵的模，tr()表示矩阵的迹；

或者，所述距离选自弦距离、投影2范数距离和Fubini-study距离之一。

18.根据权利要求12所述的装置，其中所述反馈装置反馈的所述选择的预编码矩阵F_s的相关信息包括所述选择的预编码矩阵F_s在所述预编码码本中的索引；所述空间相关矩阵R的相关信息包括所述空间相关矩阵R在空间相关矩阵码本中的索引。

19.一种在无线通信系统的基站处进行数据预编码的装置，所述装置包括：

获取装置，从用户设备获取所述基站的多个发射天线的空间相关矩阵R的相关信息和用户设备所选择的预编码矩阵F_s的相关信息；

确定装置，基于所述选择的预编码矩阵F_s的相关信息从预编码码本中检索所述选择的预编码矩阵F_s，基于所述空间相关矩阵R的相关信息从空间相关矩阵码本中检索所述空间相关矩阵R，以及利用所述空间相关矩阵R对所述选择的预编码矩阵F_s进行转换，以得到期望的预编码矩阵F_R,s；以及

预编码装置，利用所述期望的预编码矩阵F_R,s对待发送至所述用户设备的下行数据进行预编码。

20.根据权利要求19所述的装置，其中所述选择的预编码矩阵的相关信息包括所述选择的预编码矩阵在所述预编码码本中的索引，以及其中所述空间相关矩阵R的相关信息包括所述空间相关矩阵R在所述空间相关矩阵码本中的索引。

21.根据权利要求19所述的装置，其中所述预编码装置配置用于：

取所述期望的预编码矩阵F_R,s的共轭转置作为所述用户设备的近似有效信道矩阵；以及

基于所述近似有效信道矩阵对待发送至所述用户设备的下行数据进行预编码。

22.根据权利要求19所述的装置，其中当存在多个用户设备时，所述预编码配置用于：

对所述多个用户设备中其期望的预编码矩阵F_R,s相互正交的用户设备进行调度。