CN103684556A - 一种预编码矩阵的选择和反馈方法、设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对LTE-A系统8天线端口二维码本的预编码矩选择和反馈方法、设备，包括：接收端基于参考信号对下行信道进行估计；从v_m=[1 e^j2πm/32 e^j4πm/32 e^j6πm/32]^T,m=0,...,31中选出与信道主特征向量最匹配的向量，记为v_M；从码本中选出包含v_M的所有预编码矩阵，分别记为；计算K个所选预编码矩阵所对应的接收信干噪比，选出所对应接收信干噪比最大的预编码矩阵息；反馈所选预编码矩阵相对应的码本索引。本发明能够以较低的复杂度实现预编码矩阵选择。

Description

一种预编码矩阵的选择和反馈方法、设备

技术领域

本发明涉及无线通信技术，特别涉及一种预编码矩阵的选择和反馈方法、设备。

背景技术

多输入多输出（MIMO, multiple-input multiple-out）技术在接收端和发送端同时采用多根物理天线（Nt根发送天线，Nr根接收天线），形成N_r×N_t维的空间信道，在富散射信道条件下，最多可形成min{Nt, Nr}层平行子信道，从而实现空间复用，提高系统的吞吐量。若发送端已知空间信道，采用与空间信道相匹配的预编码处理，可以进一步提高系统性能，这种利用已知空间信道信息进行预编码处理发送的方法，称为闭环MIMO传输技术。在实际系统中，空间信道信息由接收端基于参考信号（也称为导频信号）进行信道估计获得，然后由接收端反馈给发送端以实现发送端的闭环预编码处理。为了 降低反馈开销，往往采用基于码本的反馈方式，即，由接收端和发送端预先约定若干预编码矩阵所构成的集合，该预先约定的预编码矩阵集合称为码本，接收端完成信道估计后选出码本中推荐的预编码矩阵，反馈所选预编码矩阵在码本中的索引，即，预编码矩阵索引（PMI， precoding matrix indicator），从而实现对空间信道的反馈。

目前，闭环MIMO技术已经广泛应用于长期演进（LTE, long-term evolution）和LTE-A系统中。在LTE/LTE-A系统中，2天线端口和4天线端口的预编码矩阵包含一个码本索引，为一维码本，分别如表1和表2所示。在接收端，考虑所使用的接收机，计算码本中每个预编码矩阵下相应的接收信干噪比（SINR, signal to interference plus noise ratio），选择接收SINR最大的预编码矩阵，反馈所选预编码矩阵在码本中的索引，即可实现相应的预编码矩阵的选择和反馈。

表1 LTE/LTE-A系统2天线端口码本

表2 LTE/LTE-A系统4天线端口码本

其中，，I为4×4维的单位阵，

表示W_n的第s列。

在LTE-A系统中，用于CSI上报的码本为包含两个码本索引（i1和i2）的二维码本，如表3~10所示。层数为1~4的码本中的预编码矩阵较多，如层数为1和2的码本中分别包含256个预编码矩阵，层数为3的码本中包含64个预编码矩阵，层数为4的码本中包含16个预编码矩阵。

表3 LTE-A系统 层数为1的8天线端口码本

表4 LTE-A系统 层数为2的8天线端口码本

表5  LTE-A系统 层数为3的8天线端口码本

表6 LTE-A系统 层数为4的8天线端口码本

表7 LTE-A系统 层数为5的8天线端口码本

表8 LTE-A系统层数为6的8天线端口码本

表9 LTE-A系统层数为7的8天线端口码本

表10 LTE-A系统层数为8的8天线端口码本

其中，φ_n=e^jπn/2,v_m=[1 e^j2πm/32  e^j4πm/32  e^j6πm/32]^T。

现有预编码矩阵选择方法的问题在于：若采用现有的预编码矩阵选择方法，在接收端，考虑所使用的接收机，计算码本中每个预编码矩阵下相应的SINR，选择接收SINR最大的预编码矩阵，则需要计算码本中所包含预编码矩阵个数次SINR，复杂度较高。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供了一种预编码矩阵的选择方法、设备。

本发明实施例中提供了一种预编码矩阵的选择方法，包括如下步骤：

一种预编码矩阵的选择和反馈方法，其特征在于，包括如下步骤：

接收端基于参考信号对下行信道进行估计，得到下行信道矩阵；

从v_m=[1 e^j2πm/32  e^j4πm/32  e^j6πm/32]^T ,m=0,...,31中选出与信道主特征向量最匹配的向量，记为v_M；

从码本中选出包含v_M的所有预编码矩阵，分别记为

;

计算K个所选预编码矩阵所对应的接收信干噪比，选出所对应接收信干噪比最大的预编码矩阵;

反馈所选预编码矩阵相对应的码本索引。

本发明实施例中提供了一种用户设备，包括：

信道估计模块，用于基于参考信号对下行信道进行估计，得到下行信道矩阵；

向量选择模块，用于从v_m=[1 e^j2πm/32  e^j4πm/32  e^j6πm/32]^T ,m=0,...,31中选出与信道主特征向量最匹配的向量，记为v_M；

预编码矩阵初选模块，用于从码本中选出包含v_M的所有预编码矩阵，分别记为

;

预编码矩阵确定模块，用于计算K个所选预编码矩阵所对应的接收信干噪比，选出所对应接收信干噪比最大的预编码矩阵;

反馈模块，用于反馈所选预编码矩阵相对应的码本索引。

本发明有益效果如下：

所选预编码矩阵集合

中的预编码矩阵个数不超过码本中的预编码矩阵个数，因此按照此方法进行预编码矩阵选择时需要计算接收SINR的次数小于现有方法，因此可以节约预编码选择过程中的计算复杂度。

附图说明

图1为本发明实施例中预编码矩阵选择方法实施流程示意图；

图2为本发明实施例中向量选择方法实施流程示意图；

图3为本发明实施例中用户设备结构示意图；

图4为本发明实施例中向量选择模块示意图。

具体实施方式

在长期演进增强（LTE-A, long-term evolution-advanced）系统中，8天线端口（端口15~22）用于信道状态信息（CSI, channel state information）上报的码本为包含两个码本索引（i1和i2）的二维码本。由于码本较大，即，码本中包含的预编码矩阵较多。若采用现有的预编码矩阵选择方法，在接收端，考虑所使用的接收机，计算码本中每个预编码矩阵下相应的SINR，选择接收SINR最大的预编码矩阵，则需要计算码本中所包含预编码矩阵个数次SINR，复杂度较高。因此，本发明实施例提供的技术方案将针对以上问题来基于LTE-A系统8天线端口二维码本的特征，提供一种具有较低的复杂度预编码矩阵选择和反馈方法。下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。

图1为预编码矩阵的选择和反馈方法实施流程示意图，如图所示，可以包括如下步骤：

反馈所选预编码矩阵相对应的码本索引。

步骤101、接收端基于参考信号对下行信道进行估计，得到下行信道矩阵；

实施中，在LTE-A系统中终端基于信道状态信息参考信号（CSI-RS,channel state information reference signal）端口15~22对下行信道进行估计，得到相应时频位置的N_r×N_t维下行信道矩阵H_f,t，其中f表示频域子载波编号，t表示时域符号编号。

步骤102、从v_m=[1 e^j2πm/32  e^j4πm/32  e^j6πm/32]^T ,m=0,...,31中选出与信道主特征向量最匹配的向量，记为v_M；

实施中，在一定时频域范围内计算下行信道矩阵H_f,t的平均N_t×N_t维相关矩阵R，，其中F、T表示相应的频域和时域，E表示求平均，取R前N_t/2×N_t/2维得到N_t/2×N_t/2维矩阵r，计算r的特征向量v，从v_m=[1e^j2πm/32  e^j4πm/32  e^j6πm/32]^T ,m=0,...,31中选出使得v^Hv_m最大的向量v_M。

步骤103、从码本中选出包含v_M的所有预编码矩阵，分别记为

;

实施中，如在LTE-A系统层数所反馈秩指示（RI, rank indication）的码本中选出所有包含v_M的预编码矩阵，共K个，分别为

。

步骤104、计算K个所选预编码矩阵所对应的接收信干噪比，选出所对应接收信干噪比最大的预编码矩阵;

步骤105、反馈所选预编码矩阵相对应的码本索引，分别为i₁和i₂。

图2为步骤102中向量选择的具体实施流程示意图，如图所示，可以包括如下步骤：

步骤201、在一定的时频范围内计算下行信道矩阵的平均相关矩阵，在实施中，在一定时频域范围内计算下行信道矩阵H_f,t的平均N_t×N_t维相关矩阵R，

，其中F、T表示相应的频域和时域，E表示求平均；

步骤202、取平均相关矩阵的前N_t/2×N_t/2维得到N_t/2×N_t/2维矩阵，在实施中，即，取R的前N_t/2×N_t/2维得到N_t/2×N_t/2维矩阵r；

步骤203、计算得到所述N_t/2×N_t/2维矩阵的主特征向量，在实施中，即，计算r的主特征向量v；

步骤204、从v_m=[1 e^j2πm/32  e^j4πm/32  e^j6πm/32]^T ,m=0,...,31中选出与所述主特征向量相关性最高的向量，记为v_M，在实施中，即，从v_m=[1 e^j2πm/32e^j4πm/32  e^j6πm/32]^T ,m=0,...,31中选出使得v^Hv_m最大的向量v_M。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种用户设备，由于这些设备解决问题的原理与预编码矩阵的选择和反馈方法相似，因此这些设备的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。

图3为用户设备结构示意图，如图所示，用户设备中可以包括：

信道估计模块301，用于基于参考信号对下行信道进行估计，得到下行信道矩阵；

实施中，在LTE-A系统中终端基于信道状态信息参考信号（CSI-RS,channel state information reference signal）端口15~22对下行信道进行估计，得到相应时频位置的N_r×N_t维下行信道矩阵H_f,t，其中f表示频域子载波编号，t表示时域符号编号。

向量选择模块302，用于从v_m=[1 e^j2πm/32  e^j4πm/32  e^j6πm/32]^T ,m=0,...,31中选出与信道主特征向量最匹配的向量，记为v_M；

实施中，在一定时频域范围内计算下行信道矩阵H_f,t的平均N_t×N_t维相关矩阵R， 

，其中F、T表示相应的频域和时域，E表示求平均，取R的前N_t/2×N_t/2维得到N_t/2×N_t/2维矩阵r，计算r的特征向量v，从v_m=[1 e^j2πm/32  e^j4πm/32  e^j6πm/32]^T ,m=0,...,31中选出使得v^Hv_m最大的向量v_M。

预编码矩阵初选模块303，用于从码本中选出包含v_M的所有预编码矩阵，分别记为

;

实施中，如在LTE-A系统层数所反馈秩指示（RI, rank indication）的码本中选出所有包含v_M的预编码矩阵，共K个，分别为

。

预编码矩阵确定模块304，用于计算K个所选预编码矩阵所对应的接收信干噪比，选出所对应接收信干噪比最大的预编码矩阵;

反馈模块305，用于反馈所选预编码矩阵相对应的码本索引。

图4为本发明实施例中模块302中的向量选择模块示意图，如图所示，向量选择模块中可以包括：

平均相关矩阵计算模块401，用于在一定的时频范围内计算下行信道矩阵的平均相关矩阵，在实施中，在一定时频域范围内计算下行信道矩阵H_f,t的平均N_t×N_t维相关矩阵R，

，其中F、T表示相应的频域和时域，E表示求平均；

矩阵处理模块402，用于取平均相关矩阵的前N_t/2×N_t/2维得到N_t/2×N_t/2维矩阵，在实施中，即，取R的前N_t/2×N_t/2维得到N_t/2×N_t/2维矩阵r；

主特征向量计算模块403，用于计算得到所述N_t/2×N_t/2维矩阵的主特征向量，在实施中，即，计算r的主特征向量v；

向量确定模块404，用于从v_m=[1 e^j2πm/32  e^j4πm/32  e^j6πm/32]^T ,m=0,...,31中选出与所述主特征向量相关性最高的向量，记为v_M，在实施中，即，从v_m=[1 e^j2πm/32  e^j4πm/32  e^j6πm/32]^T ,m=0,...,31中选出使得v^Hv_m最大的向量v_M。

可见，本发明实施例所提供的技术方案所选预编码矩阵集合

中的预编码矩阵个数不超过码本中的预编码矩阵个数，因此按照此方法进行预编码矩阵选择时需要计算接收SINR的次数小于现有方法，因此可以节约预编码选择过程中的计算复杂度。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种预编码矩阵的选择和反馈方法，其特征在于，包括如下步骤：

接收端基于参考信号对下行信道进行估计，得到下行信道矩阵；

从v_m=[1 e^j2πm/32 e^j4πm/32 e^j6πm/32]^T,m=0,...,31中选出与信道主特征向量最匹配的向量，记为v_M；

从码本中选出包含v_M的所有预编码矩阵，分别记为

;

计算K个所选预编码矩阵所对应的接收信干噪比，选出所对应接收信干噪比最大的预编码矩阵;

反馈所选预编码矩阵相对应的码本索引。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，从v_m=[1 e^j2πm/32 e^j4πm/32 e^j6πm/32]^T,m=0,...,31中选出与信道主特征向量最匹配的向量的方法为，

在一定的时频范围内计算下行信道矩阵的平均相关矩阵，

取平均相关矩阵的前N_t/2×N_t/2维得到N_t/2×N_t/2维矩阵，

计算得到所述N_t/2×N_t/2维矩阵的主特征向量，

从v_m=[1 e^j2πm/32 e^j4πm/32 e^j6πm/32]^T,m=0,...,31中选出与所述主特征向量相关性最高的向量，记为v_M。

3.一种用户设备，其特征在于，包括：

信道估计模块，用于基于参考信号对下行信道进行估计，得到下行信道矩阵；

向量选择模块，用于从v_m=[1 e^j2πm/32 e^j4πm/32 e^j6πm/32]^T,m=0,...,31中选出与信道主特征向量最匹配的向量，记为v_M；

预编码矩阵初选模块，用于从码本中选出包含v_M的所有预编码矩阵，分别记为

;

预编码矩阵确定模块，用于计算K个所选预编码矩阵所对应的接收信干噪比，选出所对应接收信干噪比最大的预编码矩阵;

反馈模块，用于反馈所选预编码矩阵相对应的码本索引。

4.如权利要求3所述的用户设备，其特征在于，向量选择模块中进一步包括：

平均相关矩阵计算模块，用于在一定的时频范围内计算下行信道矩阵的平均相关矩阵，

矩阵处理模块，用于取平均相关矩阵的前N_t/2×N_t/2维得到N_t/2×N_t/2维矩阵，

主特征向量计算模块，用于计算得到所述N_t/2×N_t/2维矩阵的主特征向量，

向量确定模块，用于从v_m=[1 e^j2πm/32 e^j4πm/32 e^j6πm/32]^T,m=0,...,31中选出与所述主特征向量相关性最高的向量，记为v_M。

Images