CN103201961A - 用于确定用于对要发送给多个无线装置的码元进行预编码的预编码矩阵的方法和设备 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于确定用于对要由无线通信系统的节点发送给多个无线装置的码元(s)进行预编码的预编码矩阵(P_CM)的方法。预编码矩阵(P_CM,P)包括用于多个无线装置中的每个无线装置的预编码向量(p_k)，并且每个预编码向量(p_k)包括用于所述节点的多个发射天线中的每个发射天线的预编码元素另外，每个预编码元素代表一个移相器，该移相器能够把要通过对应的发射天线被发送给对应的无线装置的码元的相位移动一相位角。该方法包括：计算针对不同相位角(θ)的多个干扰强度指示项。不同的相位角被相继应用于预编码向量(p_k)的预编码元素以计算干扰强度指示项。基于包括考虑了各个不同相位角(θ)的预编码元素的预编码矩阵(P)，计算干扰强度指示项。另外，该方法包括：为预编码向量(p_k)的预编码元素选择与满足预定义的干扰强度准则的计算的干扰强度指示项对应的相位角(θ)。

Description

用于确定用于对要发送给多个无线装置的码元进行预编码的预编码矩阵的方法和设备

技术领域

根据本发明的实施例涉及无线通信系统，尤其是无线多用户多输入多输出(MIMO)通信，具体地讲，涉及一种用于确定用于对要由无线通信系统的节点发送给多个无线装置的码元进行预编码的预编码矩阵的方法和设备。

背景技术

在多用户MIMO通信系统的下行链路中，预编码设计和用户的调度是实现高容量和低用户间干扰的关键。利用零强制(ZF)的预编码方法主要用于这个目的，并且如果在收发器获得完美的信道状态信息，则它能够完全抵偿用户间干扰。

作为用于实现恒定模量性质的另一预编码方法，可得到在R_el.8中定义的多用户MIMO的预编码方法。虽然该预编码器具有恒定模量性质，但它不能充分地减轻低用户间干扰。这主要是因为，这种方法基于单用户MIMO技术，并且预编码矩阵的数量受到码本的数量的限制。

常规方法的例子是基于信道向量量化(CVQ)的ZF预编码。在eNB(演进节点B)，预编码的信号

在M个天线上被发送并且在终端被N个天线接收。利用第k用户的信道矩阵

和复数高斯白噪声项(每个条目具有方差1)，接收的信号能够被写为

y_k=H_kx+n_k       (1)

在eNB处的基于非码本的预编码的情况下，每个终端(无线装置)经反馈信道提供信道方向指示项(CDI)以及信道质量指示项(CQI)。这里，CDI是经合成信道向量

(即，用户k的信道H_k和接收滤波器w_k的组合)的信道向量量化(CVQ)获得的码本中的条目(通常由码本索引代表)

$C=\{u_1,u_2,...,u_{2^B}\}---\left(2\right)$

由于用户k的最终使用的最小均方误差(MMSE)接收滤波器依赖于因为由于下行链路信道的非合作性质而导致不知道其他用户的信道从而在CVQ时未知的最终选择的预编码器，所以需要如“3GPP,R1-070346,Philips,“Comparison of MU-MIMO feedback schemes withmultiple UE receive antennas””中所述地估计接收器。换句话说，量化器Q_C不仅计算量化的合成信道向量还计算接收器估计值

它们都依赖于CVQ的类型：

$\mathrm{CDI}:({\hat{h}}_{\mathrm{eff},k},{\hat{w}}_k)=Q_C\left(H_k\right)---\left(3\right)$

由于当在终端计算反馈信息时不知道其他用户的信道和最终选择的预编码器的事实，必须通过考虑由于量化而在eNB处由不完美的信道状态信息引起的多用户干扰的粗略估计来对作为CQI的SINR进行近似(细节参见“3GPP,R1-070346,Philips,“Comparison of MU-MIMOfeedback schemes with multiple UE receive antennas””):

$\mathrm{CQI}:{\mathrm{\γ}}_k({\hat{h}}_{\mathrm{eff},k},{\hat{w}}_k,H_k)=\frac{\frac{P_{\mathrm{Tx}}}{M}{\left|\right|H_k^T\widehat{w_k}\left|\right|}_2^2{\cos }^2{\mathrm{\θ}}_k}{1+\frac{P_{\mathrm{Tx}}}{M}{\left|\right|H_k^T\widehat{w_k}\left|\right|}_2^2{\sin }^2{\mathrm{\θ}}_k},\cos {\mathrm{\θ}}_k=\frac{\left|{\hat{h}}_{\mathrm{eff},k}{H}_k^T\widehat{w_k}\right|}{{\left|\right|H_k^T\widehat{w_k}\left|\right|}_2}---\left(4\right)$

而CQI值在eNB用来如23GPP,R1-070346,Philips,“Comparison ofMU-MIMO feedback schemes with multiple UE receive antennas””和“3GPP,R1-062483,Philips,“Comparison between MU-MIMOcodebook-based channel reporting techniques for LTE downlink””中所述以贪婪的方式对用户进行调度，以及选择正确的MCS(调制和编码方案)，CDI用于产生具有根据D个调度的用户(无线装置)的量化的合成信道向量的行的合成信道矩阵

需要注意的是，假设每个用户最多一个数据流(码元)，因此，D也是同时传输的数据流的数量。在s是调度的码元的D维向量并且采用零强制(ZF)传输方案的情况下，ZF预编码器被计算为

$P_{\mathrm{ZF}}={\hat{H}}_{\mathrm{eff}}{\left({\hat{H}}_{\mathrm{eff}}{{\hat{H}}_{\mathrm{eff}}}^H\right)}^{-1}---\left(5\right)$

预编码的信号被计算为

x=P_ZFDs        (6)

其中D是具有针对等功率加载（equal power loading）而选择的元素的对角矩阵。

接下来，描述量化器Q_C的实现方式(基于欧几里得距离的CVQ)。也可应用量化器的其它实现方式，比如基于SINR的CVQ。

需要记住的是，CVQ的一个问题是如下的事实：由于最后选择的MMSE接收滤波器(最小均方误差接收滤波器)对最后选择的预编码器的依赖性，当终端计算反馈信息时不知道最后选择的MMSE接收滤波器，并且在所述终端处因为缺少关于其它终端的信道状态信息的知识(下行链路信道的非合作性质)而不能计算这个预编码器。为了克服这个障碍，首先假定任意接收滤波器。由于得到的合成信道向量因此是H_k的行的任意线性组合，所以它位于H_k的行空间中。在选择码本条目以使与H_k的行空间的距离最小化的意义上，能够针对CVQ利用这个事实。然而，为了计算CQI，不仅需要量化的合成信道向量，还需要接收滤波器的估计值。在基于欧几里得距离的CVQ的情况下，还选择接收滤波器以使得到的H_k的行空间中的合成信道向量具有与量化的信道向量最小的欧几里得距离。需要注意的是，得到的接收滤波器的优化准则不再是像最后应用的MMSE接收器中那样的均方误差，而是欧几里得距离。这导致真实SINR和作为CQI反馈的并用于调度的SINR之间的失配。最后，基于欧几里得距离的CVQ方法的过程能够总结为如下：

在下面，使用附图解释零强制(ZF)波束成形方法的细节。图8a显示具有基站和两个无线装置(用户设备UE)的多用户MIMO(MU-MIMO)系统的示意图。它示出在多用户MIMO系统中用于下行链路传输的目标配置。为此，希望实现预编码设计及其用于节能的优化方法。在这个例子中，基站包括四个天线，并且每个无线装置包括两个天线。另外，图8b显示数据的预编码的示意图。预编码矩阵用于对基站的每个天线的数据进行预编码，并且每个天线的功率放大器(PA)放大对应的数据信号以用于发射。

为此，首先，基站从无线装置收集信道状态信息

至

如图9中所示，其中L是无线装置的数量。为了利用零强制(ZF)波束成形方法进行预编码，在节点处从无线装置接收信道状态信息

基于来自无线装置(UE)的反馈，可计算合成信道(合成信道矩阵)

合成信道可指示在用户k的测量的信道H_k和在用户k的接收滤波器w_k的组合。然后，可计算零强制ZF预编码器P_ZF。

$P_{\mathrm{ZF}}=\frac{{{\hat{H}}_{\mathrm{eff}}}^H{\left({\hat{H}}_{\mathrm{eff}}{{\hat{H}}_{\mathrm{eff}}}^H\right)}^{-1}}{\mathrm{ZF}}$

根据零强制概念对数据进行预编码的数学背景被表示在图10中。它显示了两个发射天线(TX)和两个无线装置(UE，用户设备)的例子。能够看出，天线之间的发射功率P_a1、P_a2不相等。预编码的数据然后被发送给无线装置。在无线装置，由接收滤波器W对接收信号进行滤波以获得发送的数据。

然而，由通过式(5)获得的ZF预编码器(具有预编码功能的装置被称为预编码器)不具有恒定模量性质。这里，恒定模量性质是指纯相位校正–也就是说，没有幅度变化。因此，ZF预编码器针对每个天线不等地加载了发射功率。与满足该性质的预编码器的发射功率相比，每个PA(功率放大器)需要输出更高的发射功率。结果，每个PA的功耗将变得更高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于确定用于对要由无线通信系统的节点发送给多个无线装置的码元进行预编码的预编码矩阵的改进概念，所述改进概念允许降低用于向所述多个无线装置发送码元的功耗。

通过根据权利要求1的方法或根据权利要求14的设备实现这个目的。

本发明的实施例提供一种用于确定用于对要由无线通信系统的节点发送给多个无线装置的码元进行预编码的预编码矩阵的方法。该预编码矩阵包括用于所述多个无线装置中的每个无线装置的预编码向量，并且每个预编码向量包括用于节点的多个发射天线中的每个发射天线的预编码元素。每个预编码元素代表一个移相器，该移相器能够把要通过对应的发射天线被发送给对应的无线装置的码元的相位移动一相位角。该方法包括：计算针对不同相位角的多个干扰强度指示项。不同的相位角被相继应用于预编码向量的预编码元素以用于计算干扰强度指示项。基于包括考虑各个不同相位角的预编码元素的预编码矩阵，计算干扰强度指示项。另外，该方法包括：针对预编码向量的预编码元素，选择与满足预定义的干扰强度准则的计算的干扰强度指示项对应的相位角。

根据本发明的实施例基于这样的中心思想：通过作为移相器的预编码元素实现包括恒定模量性质的预编码矩阵，同时通过考虑通过同时向无线装置发送数据引起的无线装置之间的干扰强度来确定移相器的相位角。以这种方式，由节点向所述多个无线装置发送数据的功耗能够显著降低，这是因为节点的发射器的不同天线的不同功率放大器包括相等的发射功率和功耗，同时由于低干扰强度而导致和速率高。

在根据本发明的一些实施例中，预编码矩阵的所有预编码元素代表移相器，该移相器能够移动要发送的码元的相位而不改变码元的幅度。因此，通过节点的所述多个发射天线中的每个发射天线发送数据的功耗可以是相等的。

根据本发明的一些实施例包括：利用针对预编码向量的预编码元素使用选择的相位角的预编码矩阵，对要发送给所述多个无线装置的码元进行预编码。预编码的码元能够随后通过所述多个发射天线被发送。

附图说明

随后将参照附图详细描述根据本发明的实施例，在附图中：

图1是用于确定用于对要发送给多个无线装置的码元进行预编码的预编码矩阵的方法的流程图；

图2是向无线装置发送数据的示意图；

图3是用于确定用于对要发送给多个无线装置的码元进行预编码的预编码矩阵的方法的流程图；

图4a、4b示出提出的方法与已知的零强制方法的示意性比较；

图5a、5b是比较提出的方法和已知的零强制方法的数学背景的示意图；

图6是指示提出的方法和已知的基于信道向量量化的零强制多用户多输入多输出方法的性能比较的图；

图7是用于确定用于对要发送给多个无线装置的码元进行预编码的预编码矩阵的设备的方框图；

图8a是多用户多输入多输出系统的示意图；

图8b是数据的预编码的示意图；

图9是信道状态信息的接收的示意图；

图10是已知的零强制方法的数学背景的图示。

在下面，相同的标号部分地用于具有相同或相似的功能性质的物体和功能单元，并且其关于一个附图的描述也将适用于其它附图以便减少实施例的描述中的冗余。

图1显示根据本发明的实施例的用于确定用于对要由无线通信系统的节点发送给多个无线装置的码元s进行预编码的预编码矩阵P_CM(优化的预编码矩阵)的方法100的流程图。预编码矩阵P_CM、P包括用于所述多个无线装置中的每个无线装置的预编码向量p_k，并且每个预编码向量p_k包括用于节点的所述多个发射天线中的每个发射天线的预编码元素

另外，每个预编码元素

代表一个移相器，该移相器能够把要通过对应的发射天线被发送给对应的无线装置的码元s的相位移动一相位角。方法100包括：计算110针对不同相位角θ的多个干扰强度指示项。不同的相位角被相继应用于预编码向量p_k的预编码元素

以用于计算干扰强度指示项。基于包括考虑了各个不同相位角θ的预编码元素

的预编码矩阵P计算干扰强度指示项。另外，方法100包括：针对预编码向量p_k的预编码元素

选择120与满足预定义的干扰强度准则的计算的干扰强度指示项对应的相位角θ，以获得用于对要发送给多个无线装置的码元s进行预编码的预编码矩阵P_CM(优化的预编码矩阵)。

干扰强度指示项代表在不同相位角θ之一被应用于预编码元素

的情况下通过由节点同时向多个无线装置发送数据引起的无线装置之间的干扰强度。

干扰强度指示项可按照许多不同的方式定义。干扰强度指示项的实际定义可能影响最大可实现的数据速率和所需的计算工作量。例如，无线装置之间的干扰的物理背景的更准确表示可导致更高的计算工作量，反之亦然。

所述预定义的干扰强度准则也可按照不同的方式定义。例如，所述预定义的干扰强度准则能够是选择与指示最低干扰强度之一(例如，五个最低的干扰强度之一)的计算的干扰强度指示项对应的相位角。优选地，选择与所述多个计算的干扰强度指示项中指示最低干扰强度的计算的干扰强度指示项对应的相位角。替代地，可选择与指示低于干扰阈值的干扰强度的干扰强度指示项对应的相位角。通过干扰阈值的设置，可调整预编码矩阵的计算的运行时间和/或可实现的最大传输速率。换句话说，可针对所述多个计算的干扰强度指示项中指示最低干扰强度的计算的干扰强度指示项来满足预定义的干扰强度准则，或者可针对指示例如低于干扰阈值的干扰强度的计算的干扰强度指示项来满足预定义的干扰强度准则。

无线通信系统的节点可以是例如基站或中继节点。另外，无线装置可以是例如需要无线数据传输的移动电话或膝上型计算机。

可选地，方法100还可包括：利用把选择的相位角θ应用于预编码向量p_k的预编码元素

的预编码矩阵P_CM，对要发送给所述多个无线装置的码元s进行预编码。另外，预编码的码元可被发送给所述多个无线装置。

在本发明的一些实施例中，预编码矩阵P_CM的所有预编码元素代表移相器，该移相器能够移动要发送的码元s的相位而不改变码元s的(包含码元s的信号的)幅度。换句话说，仅码元的相位可被改变以产生通过节点的不同天线进行发送的信号，而幅度对于所有天线可以是相同的。替代地，码元的幅度可改变，但所述多个发射天线中的每个发射天线的放大因子是相等的。以这种方式，节点的所述多个发射天线中的每个发射天线的发射功率是相等的(例如，具有发射天线的发射功率的+/-1%、+/-5%、+/-10%的容差)，从而与已知的概念相比，节点的总体功耗能够降低。

如果所有预编码元素代表移相器，则可针对每个预编码元素

计算干扰强度指示项，并且对于每个预编码元素

可选择一个相位角。换句话说，可针对应用于预编码矩阵P_CM的每个预编码向量p_k的每个预编码元素

的不同相位角θ，计算干扰强度指示项。另外，可针对每个预编码向量p_k的每个预编码元素

选择与所有计算的干扰强度指示项中指示最低干扰强度的计算的干扰强度指示项对应的相位角θ。

可通过把不同相位角集合应用于不同的预编码元素

反复地计算这些干扰强度指示项。这可以通过多次循环来实现，每次循环改变特定预编码元素

的相位角。

可在0和2π之间任意地选择不同的相位角。例如，可随机地在0和2π之间选择相位角以应用于预编码元素

或者可从预定义的相位角集合Θ中选择相位角。该预定义的相位角集合Θ可包括从0到2π的相位角θ的等距离分布(或另一确定性分布)或随机分布。换句话说，应用于预编码元素

的不同的相位角θ可由包括从0到2π的相位角θ的等距离分布的预定义的相位角集合Θ包含。

如前所述，干扰强度指示项能够按照各种不同的方式定义。例如，可基于信道矩阵

和预编码矩阵P的乘法，计算干扰强度指示项。信道矩阵

可基于从所述多个无线装置接收的信道状态信息。信道矩阵可刻画节点和所述多个无线装置之间的信道的特征。

在更详细的例子中，可基于干扰抑制矩阵与信道矩阵

和预编码矩阵P的相乘结果之差来计算干扰强度指示项。在这个例子中，干扰抑制矩阵可以是单位矩阵I、加权(缩放)的单位矩阵aI(例如，针对加权单位矩阵aI的不同加权值a计算干扰强度指示项)，或者干扰抑制矩阵可以是对角矩阵(例如，可针对对角矩阵D的对角元素d的不同集合计算干扰强度指示项)。

对于无线装置的调度，提出的方法可与零强制方法组合以降低计算复杂性。

在下面，更详细地描述本发明的一些实施例。结合上述基本概念，描述的特征可以一起使用，或者可彼此独立地使用。以下的一些解释涉及具有为两个无线天线服务的两个发射天线的节点，然而，提出的概念的适用性不限于这种系统，并且还能够应用于节点的任意数量的发射天线和任意数量的无线装置。

如上所述，常规方法通过ZF方法获得预编码矩阵。然而，这种预编码器未必满足恒定模量性质，恒定模量性质是指纯相位校正–也就是说，例如，没有幅度变化。因此，ZF预编码器针对每个天线不等地加载了发射功率。这在连接到天线的PA(功率放大器)处引起一些问题。与满足该性质的预编码器的发射功率相比，每个PA需要输出更高的发射功率。结果，每个PA的功耗将会变得更高。提出的方法解决了以上讨论的问题，并旨在确保通过实现恒定模量性质而相等地加载连接到每个天线的PA。为此，可定义具有恒定模量性质的预编码器。然后，解释用于使用户间干扰(IUI)最小化的预编码器的优化方法，提供基于恒定模量的预编码器。

该预编码器可被如下定义：

P=[p₁,p₂,...,p_D](8)

其中

$p_k={[e^{{\mathrm{j\θ}}_{1,k}},e^{{\mathrm{j\θ}}_{2,k}},...,e^{j{\mathrm{\θ}}_{M,k}}]}^T,k\∈\{1,...D\}---\left(9\right)$

如果假设每个用户一个数据流，则每个列向量对应于选择的用户(无线装置)的预编码器。由于向量(预编码向量)的每个元素(预编码元素)是一个移相器，所以提出的预编码器具有恒定模量性质。也就是说，预编码器仅校正相位，而没有幅度变化。接下来，描述优化函数以及算法的例子，并且显示如何选择最好的一组θ_i,k,i∈{1,...,M},k∈{1,...D}以使IUI(用户间干扰)最小化。换句话说，提出的预编码矩阵可仅包括相位校正。以这种方式，可以总是满足恒定模量性质。

$P=[p_1,p_2]=\left[\begin{array}{cc}{e}^{{\mathrm{j\θ}}_{\mathrm{1,1}}}& e^{{\mathrm{j\θ}}_{\mathrm{1,2}}}\\ e^{{\mathrm{j\θ}}_{\mathrm{2,1}}}& e^{{\mathrm{j\θ}}_{\mathrm{2,2}}}\end{array}\right]$

$\left|e^{{\mathrm{j\θ}}_{i,k}}\right|=1$

在下面，解释用于选择最佳的一组θ_i,k的例子。如果满足下式，则能够抑制IUI：

${\hat{H}}_{\mathrm{eff}}P=I---\left(10\right)$

其中I是D×D单位矩阵(D是无线装置的数量)。换句话说，如果能够实现这一点，则每个UE的预编码向量将会变为与其它UE的信道正交并抑制IUI。由于恒定模量性质，无法满足上式(10)。因此，至少，随着调整P的元素，

需要接近于单位矩阵。获得的矩阵将不会完全抑制IUI，因为它不满足式(10)。然而，请注意，使用有效的信道矩阵估计

来计算预编码器。与真实信道相比，矩阵

包括量化误差。因此，即使实现式(10)，也会留下一些量的IUI。另一方面，还通过

获得ZF预编码器，并且同样会留下一些IUI。因此，由提出的方法引起的劣化应被忽略。

为了使接近于单位矩阵，目标式子能够被描述如下：

在式(11)中，I能够由缩放的单位矩阵或对角矩阵替换。我们能够如下描述这些公式：

在这种联系中，P_CM是待确定的预编码矩阵，

是基于从所述多个无线装置接收的信道状态信息的信道矩阵，P是针对预编码元素考虑了不同相位角中的特定相位角的预编码矩阵，I是单位矩阵，Π是考虑不同相位角的一组预编码矩阵，a是加权因子，D是具有元素d₁-d_D的对角矩阵，

是预编码元素，θ_i,k是相位角，a_CM是与指示最低干扰强度的干扰强度指示项对应的加权因子，D_CM是与指示最低干扰强度的干扰强度指示项对应的对角矩阵，并且

是干扰强度指示项。

然而，标量变量a或D中的对角值必须分别在式(12)或(13)中被优化。如果需要比式(11)更高的性能，则可以使用这些式子。接下来，解释仅用于式(11)的算法的例子，但类似的技术将被用于另外两个式子。为了简单，解释D=2并且M=2的情况。预编码器能够被写为

$P_{\mathrm{CM}}=[p_1,p_2]=\left[\begin{array}{cc}{e}^{{\mathrm{j\θ}}_{\mathrm{1,1}}}& e^{{\mathrm{j\θ}}_{\mathrm{1,2}}}\\ e^{{\mathrm{j\θ}}_{\mathrm{2,1}}}& e^{{\mathrm{j\θ}}_{\mathrm{2,2}}}\end{array}\right]---\left(14\right)$

首先，定义有限数量的集合

该算法基于这样的思想：求使计算所有可能的组合的

(干扰强度指示项)最小化的最佳相位元组θ_opt∈[0,2π[⁴(相位角)，如以下的算法1中所示。最后，能够从θ_opt获得P_CM。

算法1：

Temp Value被初始化(相对较高的值)

图3是根据本发明的实施例的用于确定用于对要发送给多个无线装置的码元进行预编码的预编码矩阵的方法的流程图。它示出具有两个发射天线的节点和两个无线装置的例子，以上也由算法1描述了该例子。首先，通过初始值(temp_old)设置初始干扰强度指示项。该初始值可被选择为相对较高，这是指比估计的最高干扰强度指示项或估计的平均干扰强度指示项高的值。然后，针对不同的相位角θ_1,1、θ_1,2、θ_2,1和θ_2,2(0、2π和2π/N，其中N是分辨率)，计算干扰强度指示项temp(或tempvalue)。另外，如果新的干扰强度指示项temp小于旧的干扰强度指示项temp_old，则利用当前应用的一组相位角更新最佳相位角集合θ_opt，并且旧的干扰强度指示项temp_old被设置为等于新的干扰强度指示项temp。在针对不同预编码元素针对不同相位角的所有排列计算了干扰强度指示项之后，获得与最低的计算的干扰强度指示项对应的预编码向量的集合θ_opt：θ_1,1、θ_1,2、θ_2,1和θ_2,2。这组相位角能够被用于把要被应用于对要发送给所述多个无线装置的码元进行预编码的预编码矩阵。

接下来，解释用于提出的方法的调度方法的例子。常规方法能够被用于调度器。作为一般的调度方法，首先，调度器利用反馈信息，并根据例如比例公平(PF)调度，预先选择具有最好的速率或具有最好的度量的用户。之后，考虑IUI，找出这些预先选择的用户中对于多用户MIMO的最佳组合。为了获得IUI的量，例如，通过把以上穷举算法用于所选择的用户来计算预编码器，然后，计算IUI。然而，这个过程将增加计算复杂性，因为对于所有组合执行穷举搜索。为了降低计算复杂性，把ZF方法和提出的方法进行组合能够很有用。通过常规ZF方法来选择用于多用户MIMO的用户的最佳组合。之后，通过提出的方法来计算所选择的用户的预编码器矩阵。换句话说，提出的方法可仅在最后阶段被使用一次。如果使用该技术，则能有效地重用常规方法，并且还能够降低计算复杂性。

在下面，提供利用提出的方法的性能水平仿真结果。用于仿真的参数被显示在表1中。图6显示常规的基于CVQ的ZF方法和提出的方法之间的性能差异。提出的方法的性能接近于基于CVQ的ZF方法。提出的方法不能实现式(10)，因此，不能被完全去除一些量的IUI。另一方面，ZF预编码能够实现然而，与真实信道相比，有效的信道矩阵估计包括量化误差。因此，同样由于该误差，将会留下一些量的IUI。因此，提出的方法和常规ZF之间的差异变小。

表1：仿真参数

TX天线的数量	4
		RX天线的数量	1
用户的数量	20
		反馈比特的数量	4比特
信道校正	不相关

换句话说，图6显示与提出的方法相比较的基于信道向量量化的零强制多用户多输入多输出系统(基于CVQ的ZF MU-MIMO)的性能水平仿真。性能与零强制多用户多输入多输出系统相当，同时通过高达四的因子能够获得总功耗的节省。在这个例子中，仿真了具有四个发射天线TX的节点和分别具有一个接收天线RX的20个无线装置(用户)。另外，4比特的反馈和32的分辨率N与不相关信道一起使用。

该图指示了单位为dB的信噪比SNB相对于单位为bps/Hz的速率。

本发明的一些实施例涉及基于恒定模量性质的零强制，比如多用户MIMO(多输入多输出)预编码。提出了旨在降低功率放大器(PA)的功耗的用于无线蜂窝网络的新的MU-MIMO预编码方法。本发明允许预编码器具有恒定模量性质，同时例如试图尽可能多地减小多用户干扰。该性质实现纯相位校正而没有幅度变化。由于缺少这种性质，常规方法(诸如，零强制(ZF)方法)不确保连接到每个天线的PA被均等地加载。因此，与满足该性质的预编码器的发射功率相比，每个PA需要输出更高的发射功率。结果，每个PA的功耗将会变得更高。

本发明解决以上讨论的问题，并旨在确保例如通过实现恒定模量性质而均等地加载连接到每个天线的PA。

本发明使连接到每个天线的PA能够在多用户MIMO通信上被均等地加载，这允许连接到每个天线的全部PA工作于高功效区域。因此，它能够降低eNB的功耗，并最终降低OPEX(运行费用)。因此，它有助于为未来的商业系统提供绿色技术。事实表明，与常规的基于CVQ的ZF MU-MIMO技术相比，提出的方法在性能方面提供类似的性能。

图2示出指示要发送的数据和用户间干扰SINR的从节点210(例如，基站)至无线装置220传输的例子，P_S指示信号功率，P_N指示噪声功率，并且P_I指示用户间功率。对于低用户间干扰，零强制波束成形主要被已知概念使用。提出的概念可实现低用户间干扰和高功效。

图4a和4b显示零强制方法和代表提出的概念的恒定模量性质方法的比较。零强制预编码在每个功率放大器处不均等地加载发射功率P，从而功率范围为从0到2P_max，其中P_max指示恒定模量性质方法的最大发射功率，恒定模量性质方法包括从0到P_max的功率范围。这表明：零强制ZF方法可能需要两倍那么多的输出功率。换句话说，(与提出的概念相比)，(ZF方法的)功耗可能在每个功率放大器处为两倍。

图5a、5b比较提出的预编码器的优化方法(图5b提出的方法)与零强制方法(图5a中的ZF)。在零强制方法的情况下，预编码矩阵P_ZF和信道矩阵

的乘积总是单位矩阵I。作为比较，例如，提出的方法试图优化预编码矩阵P_CM和信道矩阵

的乘积以使之变得尽可能接近于单位矩阵。例如，干扰强度指示项可由

${\hat{H}}_{\mathrm{eff}}P-I=\left[\begin{array}{cc}{\hat{h}}_{\mathrm{1,1}}& {\hat{h}}_{\mathrm{1,2}}\\ {\hat{h}}_{\mathrm{2,1}}& {\hat{h}}_{\mathrm{2,2}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{e}^{j{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{1,1}}}& e^{j{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{1,2}}}\\ e^{j{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{2,1}}}& e^{j{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{2,2}}}\end{array}\right]-\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\end{array}\right]$

$=\left[\begin{array}{cc}{\hat{h}}_{\mathrm{1,1}}{e}^{{\mathrm{j\θ}}_{\mathrm{1,1}}}+{\hat{h}}_{\mathrm{1,2}}{e}^{{\mathrm{j\θ}}_{\mathrm{2,1}}}-1& {\hat{h}}_{\mathrm{1,1}}{e}^{{\mathrm{j\θ}}_{\mathrm{2,1}}}+{\hat{h}}_{\mathrm{1,2}}{e}^{{\mathrm{j\θ}}_{\mathrm{2,2}}}\\ {\hat{h}}_{\mathrm{2,1}}{e}^{{\mathrm{j\θ}}_{\mathrm{1,1}}}+{\hat{h}}_{\mathrm{2,2}}{e}^{{\mathrm{j\θ}}_{\mathrm{2,1}}}& {\hat{h}}_{\mathrm{2,1}}{e}^{{\mathrm{j\θ}}_{\mathrm{1,2}}}+{\hat{h}}_{\mathrm{2,2}}{e}^{{\mathrm{j\θ}}_{\mathrm{2,2}}}-1\end{array}\right]$

或

${\left|\right|{\hat{H}}_{\mathrm{eff}}P-I\left|\right|}_F^2={|{\hat{h}}_{\mathrm{1,1}}{e}^{{\mathrm{j\θ}}_{\mathrm{1,1}}}+{\hat{h}}_{\mathrm{1,2}}{e}^{{\mathrm{j\θ}}_{\mathrm{2,1}}}-1|}^2+{|{\hat{h}}_{\mathrm{1,1}}{e}^{{\mathrm{j\θ}}_{\mathrm{2,1}}}+{\hat{h}}_{\mathrm{1,2}}{e}^{{\mathrm{j\θ}}_{\mathrm{2,2}}}|}^2$

$+{|{\hat{h}}_{\mathrm{2,1}}{e}^{{\mathrm{j\θ}}_{\mathrm{1,1}}}+{\hat{h}}_{\mathrm{2,2}}{e}^{{\mathrm{j\θ}}_{\mathrm{2,1}}}|}^2+{|{\hat{h}}_{\mathrm{2,1}}{e}^{{\mathrm{j\θ}}_{\mathrm{1,2}}}+{\hat{h}}_{\mathrm{2,2}}{e}^{{\mathrm{j\θ}}_{\mathrm{2,2}}}-1|}^2$

定义。

这示出了具有两个发射天线的节点和两个无线装置的例子。在这个例子中，干扰强度指示项是代表不同的预编码元素

的相位角的θ_1,1、θ_1,2、θ_2,1和θ_2,2的函数。

然后，通过选择相位角θ_i,k可获得预编码矩阵P_CM：

利用提出的概念，eNB(演进节点B)的功耗和OPEX(运行费用)能够降低。另外，提出的方法可有助于为未来的商业系统提供绿色技术，并且能够获得收入。

图7显示根据本发明的实施例的用于确定用于对要由无线通信系统的节点发送给多个无线装置的码元s进行预编码的预编码矩阵P_CM的设备800的方框图。预编码矩阵P_CM包括用于所述多个无线装置中的每个无线装置的预编码向量p_k，并且每个预编码向量p_k包括用于节点的多个发射天线中的每个发射天线的预编码元素

每个预编码元素

代表一个移相器，该移相器能够把要通过对应的发射天线被发送给对应的无线装置的码元s的相位移动一相位角θ。设备800包括：处理器810，构造为计算针对不同相位角θ的多个干扰强度指示项。不同的相位角被相继应用于预编码向量p_k的预编码元素基于包括考虑了各个不同相位角θ的预编码元素

的预编码矩阵P，计算干扰强度指示项。另外，处理器810为预编码向量p_k的预编码元素

选择与满足预定义的干扰强度准则的计算的干扰强度指示项对应的相位角θ。

设备800或设备800的处理器810可包括实现上述概念的一个或多个方面的一个或多个另外的特征或单元。

例如，设备800还可包括：预编码器，用于对要发送给无线装置的码元进行预编码。另外，设备800可包括：发射器，用于把预编码的码元发送给无线装置。

设备800的处理器810、预编码器、发射器和/或其它操作单元可以是独立的硬件单元或计算机的一部分、微控制器或数字信号处理器以及用于在计算机、微控制器或数字信号处理器上运行的计算机程序或软件产品。

本发明的一些实施例涉及一种无线通信系统的基站，该基站包括根据上述概念的用于确定用于对要发送给多个无线装置的码元进行预编码的预编码矩阵的设备。

本发明的一些实施例涉及一种用于利用预编码矩阵对输入码元进行预编码的方法，该方法包括在多用户MIMO系统中调整所述输入码元的相位。该方法包括下述步骤：在所述预编码矩阵上设置初始相位，并且使用所述预编码矩阵和与(包含)选择的UE(无线装置、用户设备)的反馈(或从反馈获得的参数)一致的信道矩阵，计算评估函数(干扰强度指示项)的值。另外，该方法包括：比较该值和参考值，调整所述预编码矩阵的相位以使所述值变得小于参考值，并且利用得到的预编码矩阵对输入码元进行预编码。

在一些例子中，所述评估函数比较所述信道矩阵和预编码矩阵的乘积与参考矩阵(干扰抑制矩阵)。所述参考矩阵可以是正定对角矩阵、缩放(加权)或未缩放的单位矩阵。

在一些实施例中，对于每一轮的重复，所述参考值被改变为评估函数的最小值。所述参考值可以是预定值。

根据一方面，从预定义的有限数量的相位集合选择所述相位。

在一些例子中，选择所述UE(无线装置)以使和速率最大化。

虽然已在设备的上下文中描述了所描述的概念的一些方面，但清楚的是，这些方面也代表对应的方法的描述，其中块或装置对应于方法步骤或方法步骤的特征。类似地，在方法步骤的上下文中描述的各方面也代表对应的设备的对应的块或项目或特征的描述。

根据特定实现要求，本发明的实施例能够实现在硬件中或实现在软件中。能够使用在其上存储有电子可读的控制信号的数字存储介质(例如，软盘、DVD、蓝光、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或FLASH存储器)执行该实现，所述控制信号与可编程计算机系统协作(或者能够与可编程计算机系统协作)，从而执行相应方法。因此，数字存储介质可以是计算机可读的。

根据本发明的一些实施例包括一种具有电子可读的控制信号的数据载体，所述控制信号能够与可编程计算机系统协作，从而执行这里描述的方法之一。

通常，本发明的实施例能够被实现为一种具有程序代码的计算机程序产品，该程序代码用于当计算机程序产品在计算机上运行时执行方法之一。该程序代码可例如被存储在机器可读载体上。

其它实施例包括存储在机器可读载体上的用于执行这里描述的方法之一的计算机程序。

换句话说，本发明的方法的实施例因此是一种具有程序代码的计算机程序，当计算机程序在计算机上运行时，所述程序代码用于执行这里描述的方法之一。

本发明的方法的另一实施例因此是一种数据载体(或数字存储介质或计算机可读介质)，所述数据载体(或数字存储介质或计算机可读介质)包括记录在它上面的用于执行这里描述的方法之一的计算机程序。

本发明的方法的另一实施例因此是一种代表用于执行这里描述的方法之一的计算机程序的数据流或信号序列。所述数据流或信号序列可例如被构造为经由数据通信连接(例如，经由互联网)被传送。

另一实施例包括一种构造为或适于执行这里描述的方法之一的处理装置，例如计算机或可编程逻辑器件。

另一实施例包括一种在其上安装有用于执行这里描述的方法之一的计算机程序的计算机。

在一些实施例中，可编程逻辑器件(例如，现场可编程门阵列)可用于执行这里描述的方法的一些或全部的功能。在一些实施例中，现场可编程门阵列可与微处理器协作以执行这里描述的方法之一。通常，这些方法优选地由任何硬件设备执行。

上述实施例仅用于例示本发明的原理。应该理解，这里描述的安排和细节的修改和变化对于本领域其他技术人员而言将会是清楚的。因此，本发明旨在仅由专利权利要求的范围来限制，而不由借助这里的实施例的描述和解释提供的具体细节来限制。

Claims (15)

1.一种用于确定用于对要由无线通信系统的节点发送给多个无线装置的码元(s)进行预编码的预编码矩阵(P_CM)的方法(100)，其中预编码矩阵(P_CM,P)包括用于所述多个无线装置中的每个无线装置的预编码向量(p_k)，其中每个预编码向量(p_k)包括用于所述节点的多个发射天线中的每个发射天线的预编码元素

其中每个预编码元素

代表一个移相器，该移相器能够把要通过对应的发射天线被发送给对应的无线装置的码元(s)的相位移动一相位角，该方法包括：

计算(110)针对不同相位角(θ)的多个干扰强度指示项，其中不同的相位角被相继应用于预编码向量(p_k)的预编码元素以计算干扰强度指示项，其中基于包括考虑了各个不同相位角(θ)的预编码元素

的预编码矩阵(P)，计算干扰强度指示项；以及

为预编码向量(p_k)的预编码元素

选择(120)与满足预定义的干扰强度准则的计算的干扰强度指示项对应的相位角(θ)。

2.如权利要求1所述的方法，其中针对所述多个计算的干扰强度指示项中指示最低干扰强度的计算的干扰强度指示项来满足所述预定义的干扰强度准则，或者针对指示低于干扰阈值的干扰强度的计算的干扰强度指示项来满足所述预定义的干扰强度准则。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中干扰强度指示项代表在不同相位角(θ)之一被应用于预编码元素

的情况下通过由节点同时向多个无线装置发送数据引起的无线装置之间的干扰强度。

4.如权利要求1至3所述的方法，其中所述预编码矩阵(P_CM)的所有预编码元素

代表移相器，所述移相器能够移动要发送的码元(s)的相位而不改变该码元(s)的幅度。

5.如权利要求1至4之一所述的方法，其中针对应用于预编码矩阵(P_CM)的每个预编码向量(p_k)的每个预编码元素

的不同的相位角(θ)，计算干扰强度指示项，其中针对每个预编码向量(p_k)的每个预编码元素

选择与所有计算的干扰强度指示项中指示最低干扰强度的计算的干扰强度指示项对应的相位角(θ)。

6.如权利要求1至5之一所述的方法，其中应用于预编码元素

的不同的相位角(θ)被包括从0到2π的相位角(θ)的等距离分布的预定义的相位角集合(Θ)所包含。

7.如权利要求1至6之一所述的方法，其中基于信道矩阵(

)和预编码矩阵(P_CM)的乘法计算干扰强度指示项，其中信道矩阵(

基于从所述多个无线装置接收的信道状态信息。

8.如权利要求7所述的方法，其中基于干扰抑制矩阵(I,aI,D)与信道矩阵

和预编码矩阵(P_CM)的相乘结果之间的差来计算干扰强度指示项。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述干扰抑制矩阵是单位矩阵(I)。

10.如权利要求8所述的方法，其中所述干扰抑制矩阵是加权单位矩阵(aI)，其中针对加权单位矩阵(aI)的不同加权值(a)计算干扰强度指示项。

11.如权利要求8所述的方法，其中所述干扰抑制矩阵是对角矩阵，其中针对对角矩阵(D)的对角元素(d)的不同集合来计算干扰强度指示项。

12.如权利要求1至11之一所述的方法，其中基于

或

来确定预编码矩阵(P_CM)，

其中P_CM是待确定的预编码矩阵，

是基于从所述多个无线装置接收的信道状态信息的信道矩阵，P是针对预编码元素考虑了不同相位角中的特定相位角的预编码矩阵，I是单位矩阵，Π是考虑了不同相位角的一组预编码矩阵，a是加权因子，D是具有元素d₁-d_D的对角矩阵，

是预编码元素，θ_i,k是相位角，a_CM是与指示最低干扰强度的干扰强度指示项对应的加权因子，D_CM是与指示最低干扰强度的干扰强度指示项对应的对角矩阵，并且

是干扰强度指示项。

13.如权利要求1至12之一所述的方法，还包括：利用把选择的相位角(θ)应用于预编码向量(p_k)的预编码元素

的预编码矩阵(P_CM)，对要发送给所述多个无线装置的码元(s)进行预编码。

14.一种用于确定用于对要由无线通信系统的节点发送给多个无线装置的码元(s)进行预编码的预编码矩阵(P_CM)的设备(800)，其中预编码矩阵(P_CM)包括用于所述多个无线装置中的每个无线装置的预编码向量(p_k)，其中每个预编码向量(p_k)包括用于所述节点的多个发射天线中的每个发射天线的预编码元素

其中每个预编码元素

代表一个移相器，该移相器能够把要通过对应的发射天线被发送给对应的无线装置的码元(s)的相位移动一相位角(θ)，该设备包括：

处理器(810)，构造为计算针对不同相位角(θ)的多个干扰强度指示项，其中不同的相位角被相继应用于预编码向量(p_k)的预编码元素

其中基于包括考虑了各个不同相位角(θ)的预编码元素

的预编码矩阵(P_CM)来计算干扰强度指示项，

其中处理器(810)被构造成为预编码向量(p_k)的预编码元素

选择与满足预定义的干扰强度准则的计算的干扰强度指示项对应的相位角(θ)。

15.一种具有用于执行如权利要求1至13之一所述的方法的程序代码的计算机程序，其中所述计算机程序在计算机或微控制器上运行。

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