CN103905161A - 一种预编码矩阵的选择方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预编码矩阵的选择方法和装置，用户设备生成并缓存预编码矩阵；在时频域位置上对信道状态指示参考信号（CSI-RS）做信道估计，获得每个CSI-RS的信道估计值；根据每个CSI-RS的信道估计值获得每个预编码矩阵对应的信道容量，并选择信道容量最大的预编码矩阵的索引号反馈给基站；本发明同时还公开了一种预编码矩阵的选择装置，通过本发明的方案，能够在波束成型模式下，在有多发射天线端口时，不受小区专用参考信号（Cell-RS）端口限制的影响，实现预编码矩阵的选择，极大的提高跟踪信道变化的自适应能力，提高系统的容量，并且向前兼容LTE的信道容量选择方法。

Description

一种预编码矩阵的选择方法和装置

技术领域

本发明涉及移动通信的多收多发（MIMO）技术，尤其涉及一种预编码矩阵的选择方法和装置。

背景技术

MIMO技术是3G、4G乃至未来宽带无线通信的关键技术。MIMO技术可分为两大类：开环（open loop）MIMO技术和闭环（closed loop）MIMO技术。在开环MIMO技术中，传输机没有传输信道的信息。而在闭环MIMO技术中，传输机根据传输信道的特性选择合适的传输方式。闭环MIMO技术可以大幅提高系统容量，但是需要得到传输信道的信息。

一种传输机获取传输信道信息的方式是通过反馈，即：接收机测量传输信道的特性并将其反馈给传输机。这种通过反馈的闭环MIMO模式在长期演进（LTE）、全球微波互联接入（WiMAX，Worldwide Interoperability for MicrowaveAccess）等3G、4G宽带无线通信领域得到了广泛应用。在LTE协议中，当UE工作在空间复用的闭环MIMO模式时，用户设备（UE）需要从一组事先规定好的预编码矩阵中选择出一个最优（使系统的吞吐量最大）的预编码矩阵反馈给基站。在目前的已实现的LTE系统中，是利用小区专用参考信号来进行预编码矩阵选择，而在LTE-Advance系统中，引入了专用的信道状态指示参考信号进行预编码矩阵选择。

在目前的LTE系统中，是利用小区专用参考信号（Cell-RS，Cell ReferenceSingle）的信道估计值来计算每个预编码矩阵的信道容量。但在LTE-Advance系统中，为了提高系统的容量，将发射天线数增加到了8个，最大可以支持8层的传输，在波束成型（beamforming）模式下，PDSCH可以在8个天线端口上同时传输，而Cell-RS最多只在4个端口进行传输，因此采用Cell-RS进行信道容量计算并不能得到真实的信道状态信息。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种预编码矩阵的选择方法，能够在波束成型模式下，在有多发射天线端口时，不受Cell-RS端口限制的影响，实现预编码矩阵的选择。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供的一种预编码矩阵的选择方法，该方法包括：

UE生成并缓存预编码矩阵；在时频域位置上对信道状态指示参考信号（CSI-RS）做信道估计，获得每个CSI-RS的信道估计值；根据每个CSI-RS的信道估计值获得每个预编码矩阵对应的信道容量，并选择信道容量最大的预编码矩阵的索引号反馈给基站。

上述方案中，所述在时频域位置上对CSI-RS做信道估计，获得每个CSI-RS的信道估计值，为：对各发射端口进行接收序列的解扰，得到各发射端口的两个正交频分复用（OFDM）符号上的每个CSI-RS解扰结果，之后对两个OFDM符号上的每个CSI-RS解扰结果求平均，得到单个OFDM符号上各CSI-RS的信道估计值。

上述方案中，该方法还包括：将信道容量最大的预编码矩阵对应的码本的索引号作为预编码值反馈给基站。

上述方案中，该方法还包括：在规定的码本子集范围内选择信道容量最大的预编码矩阵对应的码本，将所述码本的索引号作为预编码值反馈给基站。

本发明提供的一种预编码矩阵的选择装置，该装置包括：预编码矩阵模块、信道估计模块、选择模块，其中，

预编码矩阵模块，用于生成并缓存预编码矩阵；

信道估计模块，用于在时频域位置上对CSI-RS做信道估计，获得每个CSI-RS的信道估计值；

选择模块，用于根据每个CSI-RS的信道估计值获得每个预编码矩阵对应的信道容量，并选择信道容量最大的预编码矩阵的索引号反馈给基站。

上述方案中，所述信道估计模块，具体用于对各发射端口进行接收序列的解扰，得到各发射端口的两个OFDM符号上的每个CSI-RS解扰结果，之后对两个OFDM符号上的每个CSI-RS解扰结果求平均，得到单个OFDM符号上各CSI-RS的信道估计值。

上述方案中，所述选择模块，还用于将信道容量最大的预编码矩阵对应的码本的索引号作为预编码值反馈给基站。

上述方案中，所述选择模块，还用于在规定的码本子集范围内选择信道容量最大的预编码矩阵对应的码本，将所述码本的索引号作为预编码值反馈给基站。

本发明提供了一种预编码矩阵的选择方法和装置，UE生成并缓存预编码矩阵；在时频域位置上对CSI-RS做信道估计，获得每个CSI-RS的信道估计值；根据每个CSI-RS的信道估计值获得每个预编码矩阵对应的信道容量，并选择信道容量最大的预编码矩阵的索引号反馈给基站；如此，能够在波束成型模式下，在有多发射天线端口时，不受Cell-RS端口限制的影响，实现预编码矩阵的选择；另外，CSI-RS最大可以支持256个码本的选择，极大的提高了跟踪信道变化的自适应能力，提高系统的容量，并且向前兼容了LTE的信道容量选择方法，可以复用原LTE模块中的信道容量计算模块。

附图说明

图1为本发明提供的预编码矩阵的选择方法流程示意图；

图2为本发明实施例中端口15和端口16的CSI-RS位置示意图；

图3为本发明实施例中端口15和端口16间的收发信道示意图；

图4为本发明提供的预编码矩阵的选择装置的结构示意图。

具体实施方式

在LTE-Advance中，增加了信道状态指示参考信号（CSI-RS，Channle StateInformation Reference Signal），在LTE-Advance协议中规定了8个CSI-RS发送端口，即端口15~端口22，每两个端口使用相同的时域和频域资源（即时域和频域位置都相同），时频域资源相同的两个端口CSI-RS采用码分复用的方式（端口15和端口16相同，端口17和端口18相同，端口19和端口20相同，端口21和端口22相同）传输。本发明利用CSI-RS的特性，通过估计CSI-RS的子载波处的信道估计值来计算信道的容量，从而进行预编码矩阵反馈。

本发明的基本思想是：UE生成并缓存预编码矩阵；在时频域位置上对CSI-RS做信道估计，获得每个CSI-RS的信道估计值；根据每个CSI-RS的信道估计值获得每个预编码矩阵对应的信道容量，并选择信道容量最大的预编码矩阵的索引号反馈给基站。

下面通过附图及具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明实现一种预编码矩阵的选择方法，如图1所示，该方法包括以下几个步骤：

步骤101：UE生成并缓存预编码矩阵；

步骤102：在时频域位置上对CSI-RS做信道估计，获得每个CSI-RS的信道估计值；

具体的，对各发射端口进行接收序列的解扰，得到各发射端口的两个OFDM符号上的每个CSI-RS解扰结果，之后对两个OFDM符号上的每个CSI-RS解扰结果求平均，得到单个OFDM符号上各CSI-RS的信道估计值；这里，所述CSI-RS使用相同的时域和频域资源。

下面以8发2收为例，取端口15和端口16说明CSI-RS的信道估计过程：

图2中的a、b、c、d、e、f表示CSI-RS在不同载波位置处的发送端数据，1”表示OFDM符号位置，取值为0或1，如图2所示，每一列表示一个OFDM符号，1个子帧中在2个OFDM符号上有CSI-RS；

信道模型可以为：Y=H*W*X+N₀=H’*X+N₀，其中，H’=H*W，Y表示接收天线的接收序列，H表示信道估计值，X表示发送端的发送序列，W表示预编码矩阵，N₀表示噪声；

如图3所示，X₀、X₁分别表示端口15和端口16的发送序列，Y₀、Y₁表示两个接收天线的接收序列，H_[rx][tx]表示发送端口tx到接收端口rx的信道估计值，这里，以端口15为发送端口0，端口16为发送端口1，如H₀₀表示发送端口0到接收端口0的信道估计值，H₀₁表示发送端口1到接收端口0的信道估计值。如当发射天线总数N_tx＝8，接收天线总数N_rx=2，层数v=1时，H_[rx][tx]为2x8的矩阵，W为8x1的矩阵，H’为2x1的矩阵，接收信号Y为2x1的矩阵，接收序列Y₀和Y₁为：

Y₀=X₀H₀₀+X₁H₀₁

Y₁=X₀H₁₀+X₁H₁₁

当端口15的发送序列X₀为（a，d），端口16的发送序列X₁为（a，-d）时，对接收序列进行解扰，得到：

端口15：

Y_0a/a=H₀₀+H₀₁

Y_0d/d=H₀₀-H₀₁

端口16：

Y_1a/a=H₁₀+H₁₁

Y_1d/-d=-H₁₀+H₁₁

这里能够看出，接收序列进行解扰后的结果Y_0a/a、Y_0d/d、Y_1a/a、Y_1d/-d并不是要求的CSI-RS的信道估计值H，还要对l”=0和l”=1两个OFDM符号位置的CSI-RS解扰结果求平均，得到单个OFDM符号上CSI-RS的信道估计值。

下面以HH_{[l’’][rx][tx]}表示一个OFDM符号上的CSI-RS解扰结果，其中，l”表示OFDM符号位置，取值为0或1；rx表示接收端口，tx表示发送端口，则：

接收序列Y₀的解扰为：

接收序列Y₀点除端口15在l”=0位置的发送序列，得到HH₀₀₀；

接收序列Y₀点除端口16在l”=＝0位置的发送序列，得到HH₀₀₁；

接收序列Y₀点除端口15在l”=＝1位置的发送序列，得到HH₁₀₀；

接收序列Y₀点除端口16在l”=1位置的发送序列，得到HH₁₀₁；

接收序列Y₁的解扰为：

接收序列Y₁点除端口15在l”=＝0位置的发送序列，得到HH₀₁₀；

接收序列Y₁点除端口16在l”=0位置的发送序列，得到HH₀₁₁；

接收序列Y₁点除端口15在l”=＝1位置的发送序列，得到HH₁₁₀；

接收序列Y₁点除端口16在l”=1位置的发送序列，得到HH₁₁₁；

单个OFDM符号上CSI-RS的信道估计值分别为：

H₀₀=(HH₀₀₀+HH₁₀₀)/2

H₀₁=(HH₀₀₁+HH₁₀₁)/2

H₁₀=(HH₀₁₀+HH₁₁₀)/2

H₁₁=(HH₀₁₁+HH₁₁₁)/2

同理，可以分别求得H₀₂、H₀₃、H₁₂、H₁₃、H₀₄、H₀₅、H₁₄、H₁₅、H₀₆、H₀₇、H₁₆、H₁₇。

步骤103：根据所述每个CSI-RS的信道估计值获得每个预编码矩阵对应的信道容量，选择信道容量最大的预编码矩阵的索引号反馈给基站；

本步骤中，所述信道容量最大的预编码矩阵对应的容量值为：

$C_{\mathrm{opt}}=\arg \underset{w\∈W}{\max }\underset{k\∈K,l\∈L}{\mathrm{\Σ}}\log \left(\right|\det (w^H{H_{k,l}}^H{H}_{k,l}w/N_0+I)\left|\right)$

其中，C_opt为信道容量最大的预编码矩阵对应的容量值，w为属于预编码矩阵集合中的各预编码矩阵，W为预编码矩阵集合，H为CSI-RS的信道估计值，N0为噪声，I为单位阵，k为CSI-RS位置索引，K为所有CSI-RS个数集合，即各预编码矩阵对应的信道容量为所有CSI-RS位置的子载波的容量和；这样，UE将C_opt对应的预编码矩阵的索引号反馈给基站。

进一步的，本步骤还包括：将信道容量最大的预编码矩阵对应的码本的索引号作为预编码值反馈给基站；

进一步的，本步骤还包括：在规定的码本子集范围内选择信道容量最大的预编码矩阵对应的码本，将所述码本的索引号作为预编码值反馈给基站。

基于上述方法，本发明还提供一种预编码矩阵的选择装置，如图4所示，该装置包括：预编码矩阵模块41、信道估计模块42、选择模块43，其中，

预编码矩阵模块41，用于生成并缓存预编码矩阵；

信道估计模块42，用于在时频域位置上对CSI-RS做信道估计，获得每个CSI-RS的信道估计值；

选择模块43，用于根据每个CSI-RS的信道估计值获得每个预编码矩阵对应的信道容量，并选择信道容量最大的预编码矩阵的索引号反馈给基站；

所述信道估计模块42，具体用于对各发射端口进行接收序列的解扰，得到各发射端口的两个OFDM符号上的每个CSI-RS解扰结果，之后对两个OFDM符号上的每个CSI-RS解扰结果求平均，得到单个OFDM符号上各CSI-RS的信道估计值；

所述选择模块43，还用于将信道容量最大的预编码矩阵对应的码本的索引号作为预编码值反馈给基站；

所述选择模块43，还用于在规定的码本子集范围内选择信道容量最大的预编码矩阵对应的码本，将所述码本的索引号作为预编码值反馈给基站。

综上所述，本发明通过对CSI-RS做信道估计来选择最优的预编码矩阵，能够在波束成型模式下，在有多发射天线端口时，不受Cell-RS端口限制的影响，实现预编码矩阵的选择；另外，CSI-RS最大可以支持256个码本的选择，极大的提高了跟踪信道变化的自适应能力，提高系统的容量，并且向前兼容了LTE的信道容量选择方法，可以复用原LTE模块中的信道容量计算模块。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种预编码矩阵的选择方法，其特征在于，该方法包括：

用户设备（UE）生成并缓存预编码矩阵；在时频域位置上对信道状态指示参考信号（CSI-RS）做信道估计，获得每个CSI-RS的信道估计值；根据每个CSI-RS的信道估计值获得每个预编码矩阵对应的信道容量，并选择信道容量最大的预编码矩阵的索引号反馈给基站。

2.根据权利要求1所述的选择方法，其特征在于，所述在时频域位置上对CSI-RS做信道估计，获得每个CSI-RS的信道估计值，为：对各发射端口进行接收序列的解扰，得到各发射端口的两个正交频分复用（OFDM）符号上的每个CSI-RS解扰结果，之后对两个OFDM符号上的每个CSI-RS解扰结果求平均，得到单个OFDM符号上各CSI-RS的信道估计值。

3.根据权利要求2所述的选择方法，其特征在于，该方法还包括：将信道容量最大的预编码矩阵对应的码本的索引号作为预编码值反馈给基站。

4.根据权利要求2所述的选择方法，其特征在于，该方法还包括：在规定的码本子集范围内选择信道容量最大的预编码矩阵对应的码本，将所述码本的索引号作为预编码值反馈给基站。

5.一种预编码矩阵的选择装置，其特征在于，该装置包括：预编码矩阵模块、信道估计模块、选择模块，其中，

预编码矩阵模块，用于生成并缓存预编码矩阵；

信道估计模块，用于在时频域位置上对CSI-RS做信道估计，获得每个CSI-RS的信道估计值；

选择模块，用于根据每个CSI-RS的信道估计值获得每个预编码矩阵对应的信道容量，并选择信道容量最大的预编码矩阵的索引号反馈给基站。

6.根据权利要求5所述的选择装置，其特征在于，所述信道估计模块，具体用于对各发射端口进行接收序列的解扰，得到各发射端口的两个OFDM符号上的每个CSI-RS解扰结果，之后对两个OFDM符号上的每个CSI-RS解扰结果求平均，得到单个OFDM符号上各CSI-RS的信道估计值。

7.根据权利要求5所述的选择装置，其特征在于，所述选择模块，还用于将信道容量最大的预编码矩阵对应的码本的索引号作为预编码值反馈给基站。

8.根据权利要求5所述的选择装置，其特征在于，所述选择模块，还用于在规定的码本子集范围内选择信道容量最大的预编码矩阵对应的码本，将所述码本的索引号作为预编码值反馈给基站。

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