CN104604153A

CN104604153A - Mimo发射信号加权方法、设备及系统

Info

Publication number: CN104604153A
Application number: CN201380001022.3A
Authority: CN
Inventors: 阙程晟; 王智鹰; 徐波; 蒋培刚
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2013-06-25
Filing date: 2013-06-25
Publication date: 2015-05-06
Anticipated expiration: 2033-06-25
Also published as: CN104604153B; WO2014205637A1

Abstract

本发明公开了多输入多输出MIMO发射信号加权方法、设备以及系统。其中，所述方法包括：接收接收机所反馈的码本索引，以得到码本矩阵，以及，根据上下行信道互易特性得到信道矩阵，并计算出信道矩阵的特征向量，以得到特征向量矩阵；根据公式进行计算，并计算出R的特征向量，以得到加权矩阵，其中，X_i为码本矩阵，X_i ^H为码本矩阵的共轭转置矩阵，0≤i≤M-1，M为码本矩阵的数量，M≥0，Y_j为特征向量矩阵，Y_j ^H为特征向量矩阵的共轭转置矩阵，0≤j≤N-1，N为特征向量矩阵的数量，N≥1，a_i以及b_j为权重系数，可根据实际需要对a_i以及b_j进行设置，X_iX_i ^H的空间维度与Y_jY_j ^H的空间维度大小相等；用加权矩阵对发射信号进行加权，并发送发射信号。

Description

MIMO发射信号加权方法、设备及系统

【技术领域】本发明涉及通信领域，特别是涉及 MIMO ( Multiple-Input Multiple-Output, 多输入多输出 )发射信号加权方法、设备及系统。

【背景技术】多输入多输出（MIMO, Multiple-Input Multiple- Output ) 系统允许多个天线同时发送和接收多个空间流，并能够区分发往或来自不同空间方位的信号。在发送机或接收机使用 MIMO系统能够使得多个并行数据流可以同时传送，提高信道容量（空间复用增益），同时，在发送端或接收端使用 MIMO 系统可以显著克服信道的衰落，降低误码率（分集增益）。

传统开环 MIMO方法中，移动终端和基站之间不会进行往复通信，不能将重要的信道信息反馈给基站，使得开环 MIMO系统无法完全利用信道的分集或容量。

于是，现有技术提出了一种闭环 MIMO方法，基站向移动终端发送探测参考信号，移动终端在接收到探测参考信号后，对信道进行预估，并选择出一个最接近信道真实状况的码本，并把该码本所对应的码本索引返回给基站，基站在接收到码本索引后，在本地搜索到该码本所对应的码本，并利用码本对发射信号进行加权。由于基站内部存储有多个码本，而且，每个码本对应一个远比码本小的码本索引，移动终端也存储有相同的码本，而且每个码本也对应一个相同的码本索引，所以，移动终端反馈码本时，可以无需将码本本身反馈给基站，而是将较小的码本索引反馈给基站，基站根据码本索引在本地查找到相应的码本，从而减少对无线传输资源的占用。移动终端或基站中的每个码本表示信道的一种情况，所以将码本反馈给基站即实现将重要的信道信息反馈给基站，使得基站可以根据信道的情况进行调整，从而提高空间复用增益和分集增益。但是，移动终端或基站中的码本的数量是有限的，而信道可能出现的状况是无穷无尽的，所以，将无穷无尽的信道状况用有限的码本来表现，无可避免地引入了码本量化误差。

【发明内容】本发明主要解决的技术问题是提供 MIMO发射信号加权方法、设备及系统，能够降低码本量化误差所造成的影响。

为解决上述技术问题，本发明第一方面提出了一种多输入多输出 MIMO发射信号加权方法，包括如下步骤：接收接收机所反馈的码本索引，以得到码本矩阵，以及，根据上下行信道互易特性得到信道矩阵，并计算出所述信道矩阵的特征向量，以得到特征向量矩阵；根据公式 W = " 进行计算，并计算出 R的特征向量，以得到加权矩阵，其中， ^为所述码本矩阵，为所述码本矩阵的共轭转置矩阵，

0 < j≤M - l , M为所述码本矩阵的数量， M≥0 , 为所述特征向量矩阵， Yj^H 为所述特征向量矩阵的共轭转置矩阵， 0≤j≤N _ l , N为所述特征向量矩阵的数量， Ν≥ , _Ω,以及 b_;为权重系数， X,J 的空间维度与 y,J 的空间维度大小相等；用所述加权矩阵对发射信号进行加权，并发送发射信号。

结合第一方面，本发明第一方面的第一种可能的实施方式中，所述信道矩阵的数量为多个，且不同的信道矩阵对应不同的时隙、不同的频带或者不同的时隙以及频带。

结合第一方面或第一方面的第一种可能的实施方式，本发明第一方面的第二种可能的实施方式中，所述码本矩阵的数量为多个，且不同的码本矩阵对应不同子带。

为解决上述技术问题，本发明第二方面提出了一种发射机，包括：接收模块、计算模块以及加权模块，所述接收模块用于接收接收机所反馈的码本索引，以得到码本矩阵，以及，根据上下行信道互易特性得到信道矩阵，并计算出所述信道矩阵的特征向量，以得到特征向量矩阵，所述接收模块将所述码本矩阵以及所述特征向量矩阵向所述计算模块发送；所述计算模块用于接收所述码本矩阵以及所述特征向量矩阵，根据公式

W 进行计算，并计算出 R的特征向量，以得到加权矩阵，其中，为所述码本矩阵，为所述码本矩阵的共轭转置矩阵， 0<j≤M-l, M为所述码本矩阵的数量， M≥0 , 为所述特征向量矩阵，为所述特征向量矩阵的共轭转置矩阵， Q≤j≤N - 1, N为所述特征向量矩阵的数量， Ν≥ , 以及 b_;为权重系数，的空间维度与 y,i 的空间维度大小相等，所述计算模块将所述加权矩阵向所述加权模块发送；所述加权模块用于接收所述加权矩阵，用所述加权矩阵对发射信号进行加权，并发送发射信号。

结合第二方面，本发明第二方面的第一种可能的实施方式中，所述信道矩阵的数量为多个，且不同的信道矩阵对应不同的时隙、不同的频带或者不同的时隙以及频带。

结合第二方面或第二方面的第一种可能的实施方式，本发明第二方面的第二种可能的实施方式中，所述码本矩阵的数量为多个，且不同的码本矩阵对应不同子带。

为解决上述技术问题，本发明第三方面提出了一种发射机，包括：接收器、处理器以及发送器，所述接收器用于接收接收机所反馈的码本索引，以得到码本矩阵，所述接收器将所述码本矩阵向所述处理器发送；所述处理器用于根据上下行信道互易特性得到信道矩阵，并计算出所述信道矩阵的特征向量，以得到特征向量矩阵，根据公式 R _yy

J J J 进行计算，并计算出 w的特征向量，以得到加权矩阵，其中，为所述码本矩阵，为所述码本矩阵的共轭转置矩阵， Q≤ ≤M-1, M为所述码本矩阵的数量， M≥0 , ； ^为所述特征向量矩阵， 7 为所述特征向量矩阵的共轭转置矩阵， 0<j<N_l, N为所述特征向量矩阵的数量， Ν≥1, 以及为权重系数， X,X 的空间维度与！^^的空间维度大小相等，以及用所述加权矩阵对发射信号进行加权，所述处理器将所述发射信号向所述发送器发送；所述发送器用于发送发射信号。

结合第三方面，本发明第三方面的第一种可能的实施方式中，所述信道矩阵的数量为多个，且不同的信道矩阵对应不同的时隙、不同的频带或者不同的时隙以及频带。

结合第三方面或第三方面的第一种可能的实施方式，本发明第三方面的第二种可能的实施方式中，所述码本矩阵的数量为多个，且不同的码本矩阵对应不同子带。

为解决上述技术问题，本发明第四方面提出了一种 MIMO发射信号加权系统，包括发射机和接收机，所述发射机和所述接收机之间能够进行通信，其中，所述发射机为如上述任一项所述的发射机。

上述方案通过上下行信道互易特性得到信道矩阵，根据信道矩阵计算得到特征向量矩阵，并根据特征向量矩阵以及码本矩阵进行合并，从而利用信道矩阵中的先验信息对码本矩阵的量化误差进行修正，降低码本量化误差所造成的影响。

【附图说明】图 1是本发明一种 MIMO发射信号加权系统一实施方式的结构示意图；图 2是本发明 MIMO发射信号加权方法一实施方式的流程图；

图 3是本发明发射机一实施方式的结构示意图；

图 4是本发明发射机另一实施方式的结构示意图。

【具体实施方式】以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、接口、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明。然而，本领域的技术在其它情况中，省略对众所周知的装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

参阅图 1 , 图 1是一种 MIMO发射信号加权系统一实施方式的结构示意图。本实施方式包括：发射机 110以及接收机 120。发射机 110与接收机 120之间通过无线的方式进行数据传输。其中，发射机 110设置有多根天线，接收机 120也设置有多根天线。定义发射机 110向接收机 120发送数据为下行方向，而接收机 120向发射机 110发送数据为上行方向。

参阅图 2, 图 2是本发明 MIMO发射信号加权方法一实施方式的流程图。本实施方式的 MIMO发射信号加权方法包括如下步骤：

S201: 发射机接收接收机所反馈的码本索引，以得到码本矩阵，以及，根据上下行信道互易特性得到信道矩阵，并计算出所述信道矩阵的特征向量，以得到特征向量矩阵。

接收机根据发射机所发送的探测参考信号对信道进行预估，并选择出一个最接近信道真实状况的码本，并将该码本的码本索引向发射机发送。发射机接收接收机所反馈的码本索引，并在本地进行搜索，并查找到与该码本索引所对应的码本（即码本矩阵）。其中，可根据系统的需要设置码本的数量，例如，可以设置每个子带对应一个码本，也可以设置隔一个子带对应一个码本，甚至所有子带对应一个码本等等。接收机向发射机发射探测参考信号，发射机根据探测参考信号获得上行信道的信道矩阵。然后，发射机根据上下行信道互易特性得到下行信道的信道矩阵。其中，可根据系统的需要设置信道矩阵的数量，例如，在不同的时隙采集得到多个不同的信道矩阵，或只采集得到一个信道矩阵等等。而且，根据系统的不同，可以设置为在不同的时隙采集得到不同的信道矩阵，在不同的频带采集得到不同的信道矩阵，或者在不同的时隙以及频带采集得到不同的信道矩阵。例如，在时分双工（TDD ) 系统中采用在不同的时隙采集得到不同的信道矩阵。在得到信道矩阵后，根据信道矩阵进行计算，得到前 r个特征向量，并将前 r个特征向量组成特征向量矩阵。

S202: 发射机根据公式^ ^Χ, + ^,}^进行计算，并计算出

R的特征向量，以得到加权矩阵。

发射机根据公式 R = ^M— ^j^ ^j^ 进行计算。其中，为所述码本矩阵，为所述码本矩阵的共轭转置矩阵， Q≤ ≤M - 1 , M为所述码本矩阵的数量， M≥0 , ； ^为所述特征向量矩阵， F 为所述特征向量矩阵的共轭转置矩阵， Q≤j≤N _ l , N为所述特征向量矩阵的数量， Ν≥\ , 以及为权重系数，可根据实际需要对 α,以及进行设置， X 的空间维度与 y 的空间维度大小相等。在计算出矩阵 R后，再计算出矩阵 R的前 r个特征向量，并将前 r个特征向量组成加权矩阵。

S203: 发射机用加权矩阵对发射信号进行加权，并发送发射信号。参阅图 3 , 图 3是本发明发射机一实施方式的结构示意图。本实施方式的发射机包括：接收模块 310、计算模块 320以及加权模块 330。接收模块 310用于接收接收机所反馈的码本索引，以得到码本矩阵，以及，根据上下行信道互易特性得到信道矩阵，并计算出信道矩阵的特征向量，以得到特征向量矩阵。比如：接收机根据发射机所发送的探测参考信号对信道进行预估，并选择出一个最接近信道真实状况的码本，并将该码本的码本索引向发射机发送。接收模块 310接收接收机所反馈的码本索引，并在本地进行搜索，并查找到与该码本索引所对应的码本（即码本矩阵）。其中，可根据系统的需要设置码本的数量，例如，可以设置每个子带对应一个码本，也可以设置隔一个子带对应一个码本，甚至所有子带对应一个码本等等。接收机向发射机发射探测参考信号，接收模块 310根据探测参考信号获得上行信道的信道矩阵。然后，接收模块 310根据上下行信道互易特性得到下行信道的信道矩阵。其中，可根据系统的需要设置信道矩阵的数量，例如，在不同的时隙采集得到多个不同的信道矩阵，或只采集得到一个信道矩阵等等。而且，根据系统的不同，可以设置为在不同的时隙采集得到不同的信道矩阵，在不同的频带采集得到不同的信道矩阵，或者在不同的时隙以及频带采集得到不同的信道矩阵。例如，在时分双工 ( TDD ) 系统中采用在不同的时隙采集得到不同的信道矩阵。在得到信道矩阵后，根据信道矩阵进行计算，得到前 r个特征向量，并将前 r个特征向量组成特征向量矩阵。接收模块 310将码本矩阵以及特征向量矩阵向计算模块 320发送。

计算模块 320 用于接收码本矩阵以及特征向量矩阵，根据公式 W 进行计算，并计算出 R的特征向量，以得到加权矩阵。比如：计算模块320根据公式^ =∑；；。 ^,^// +∑^ ^//进行计算。其中， X,为码本矩阵，为码本矩阵的共轭转置矩阵， 0≤ ≤M - 1 , M为码本矩阵的数量， M≥O , ； ^为特征向量矩阵， y 为特征向量矩阵的共轭转置矩阵， 0≤ ≤N -l , N为特征向量矩阵的数量， Ν≥\ , 以及为权重系数，可根据实际需要对 a,以及进行设置， X,X 的空间维度与 J 的空间维度大小相等。在计算模块 320计算出矩阵 R后，再计算出矩阵 R的前 r个特征向量，并将前 r个特征向量组成加权矩阵。计算模块 320将加权矩阵向加权模块 330发送。加权模块 330用于接收加权矩阵，用加权矩阵对发射信号进行加权，并发送发射信号。

参阅图 4, 图 4是本发明发射机另一实施方式的结构示意图。本实施方式的发射机包括：接收器 410、处理器 420、发送器 430、随机存取存储器 440、只读存储器 450以及总线 460。其中，处理器 420通过总线 460分别耦接接收器 410、发送器 430、随机存取存储器 440以及只读存储器 450。其中，当需要运行发射机时，通过固化在只读存储器 450 中的基本输入输出系统或者嵌入式系统中的 bootloader引导系统进行启动，引导发射机进入正常运行状态。在发射机进入正常运行状态后，在随机存取存储器 440 中运行应用程序和操作系统，使得：

接收器 410用于接收接收机所反馈的码本索引，以得到码本矩阵。比如：接收机根据发射机所发送的探测参考信号对信道进行预估，并选择出一个最接近信道真实状况的码本，并将该码本的码本索引向发射机发送。接收器 410接收接收机所反馈的码本索引，并在本地进行搜索，并查找到该码本索引所对应的码本（即码本矩阵）。其中，可 ^据系统的需要设置码本的数量，例如，可以设置每个子带对应一个码本，也可以设置隔一个子带对应一个码本，甚至所有子带对应一个码本等等。接收器 410将码本矩阵向处理器 420发送。

处理器 420用于根据上下行信道互易特性得到信道矩阵，并计算出所述信道矩阵的特征向量，以得到特征向量矩阵，根据公式

W 进行计算，并计算出 R的特征向量，以得到加权矩阵，以及用所述加权矩阵对发射信号进行加权。比如：接收机向发射机发射探测参考信号，处理器 420根据探测参考信号获得上行信道的信道矩阵。然后，处理器 420根据上下行信道互易特性得到下行信道的信道矩阵。其中，可根据系统的需要设置信道矩阵的数量，例如，在不同的时隙采集得到多个不同的信道矩阵，或只采集得到一个信道矩阵等等。而且，根据系统的不同，可以设置为在不同的时隙采集得到不同的信道矩阵，在不同的频带采集得到不同的信道矩阵，或者在不同的时隙以及频带采集得到不同的信道矩阵。例如，在时分双工（TDD ) 系统中采用在不同的时隙采集得到不同的信道矩阵。在得到信道矩阵后，根据信道矩阵进行计算，得到前 r个特征向量，并将前 r个特征向量组成特征向量矩阵。然后，处理器 420 根据公式 W 为

码本矩阵的共轭转置矩阵， 0≤ ≤M - 1 , M为码本矩阵的数量， M≥0 , 特征向量矩阵， F 为特征向量矩阵的共轭转置矩阵， 0≤ ≤ N-l , N为特征向量矩阵的数量， Ν≥1 , 以及为权重系数，可根据实际需要对以及进行设置，的空间维度与！^^的空间维度大小相等。在处理器 420计算出矩阵 R后，再计算出矩阵 R的前 r个特征向量，并将前 r个特征向量组成加权矩阵。处理器 420将发射信号向发送器 430发送。

发送器 430用于发送发射信号。

基于上述的发射机，本发明还提出了一种 MIMO发射信号加权系统，包括：包括发射机和接收机，所述发射机和所述接收机之间能够进行通信，具体请参阅图 1及相关描述，此处不重复赘述。

在本发明所提供的几个实施方式中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施方式方案的目的。

另外，在本发明各个实施方式中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）或处理器（processor )执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括： U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM, Read-Only Memory )、随机存取存储器（RAM, Random Access Memory ), 磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims

权利要求

1.一种多输入多输出 MIM0发射信号加权方法，其特征在于，包括如下步骤：

接收接收机所反馈的码本索引，以得到码本矩阵，以及，根据上下行信道互易特性得到信道矩阵，并计算出所述信道矩阵的特征向量，以得到特征向量矩阵；

根据公式^ ^,^ 进行计算，并计算出 R的特征向量，以得到加权矩阵，其中， X,为所述码本矩阵，为所述码本矩阵的共轭转置矩阵， 0≤ ≤M-1 , Μ为所述码本矩阵的数量， Μ≥0 , ； ^为所述特征向量矩阵， i 为所述特征向量矩阵的共轭转置矩阵， 0≤j≤N_l , N为所述特征向量矩阵的数量， Ν≥1, 以及为权重系数，的空间维度与 y 的空间维度大小相等；

用所述加权矩阵对发射信号进行加权，并发送发射信号。

2.根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述信道矩阵的数量为多个，且不同的信道矩阵对应不同的时隙、不同的频带或者不同的时隙以及频带。

3.根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述码本矩阵的数量为多个，且不同的码本矩阵对应不同子带。

4.一种发射机，其特征在于，包括：接收模块、计算模块以及加权模块，所述接收模块用于接收接收机所反馈的码本索引，以得到码本矩阵，以及，根据上下行信道互易特性得到信道矩阵，并计算出所述信道矩阵的特征向量，以得到特征向量矩阵，所述接收模块将所述码本矩阵以及所述特征向量矩阵向所述计算模块发送；

所述计算模块用于接收所述码本矩阵以及所述特征向量矩阵，根据公式^ =∑ ^^^/+∑^¾ "进行计算，并计算出 W的特征向量，以得到加权矩阵，其中， X,为所述码本矩阵，为所述码本矩阵的共轭转置矩阵， 0<j≤M-l, M为所述码本矩阵的数量， M≥0 , ； ^为所述特征向量矩阵， Yj^H 为所述特征向量矩阵的共轭转置矩阵， 0≤j≤N_l , N为所述特征向量矩阵的数量， N≥l , 以及 b,.为权重系数， x,x 的空间维度与 y,j 的空间维度大小相等，所述计算模块将所述加权矩阵向所述加权模块发送；

所述加权模块用于接收所述加权矩阵，用所述加权矩阵对发射信号进行加权，并发送发射信号。

5.根据权利要求 4所述的发射机，其特征在于，所述信道矩阵的数量为多个，且不同的信道矩阵对应不同的时隙、不同的频带或者不同的时隙以及频带。

6.根据权利要求 4所述的发射机，其特征在于，所述码本矩阵的数量为多个，且不同的码本矩阵对应不同子带。

7.—种发射机，其特征在于，包括：接收器、处理器以及发送器，所述接收器用于接收接收机所反馈的码本索引，以得到码本矩阵，所述接收器将所述码本矩阵向所述处理器发送；

所述处理器用于根据上下行信道互易特性得到信道矩阵，并计算出所述信道矩阵的特征向量，以得到特征向量矩阵，根据公式 R = Τ^Μ-¹ α_{ι Χι}Χ^ +∑^Ν'^ ΥΥ" 并计算出 R的特征向量，以得到加权矩阵，其中， X,为所述码本矩阵，为所述码本矩阵的共轭转置矩阵，

0≤ ≤Μ - 1 , M为所述码本矩阵的数量， M≥0 , ； ^为所述特征向量矩阵， Yj^H 为所述特征向量矩阵的共轭转置矩阵， Q≤j≤N - 1 , N为所述特征向量矩阵的数量， Ν≥\ , 以及 b,.为权重系数， X,X 的空间维度与 y,J 的空间维度大小相等，以及用所述加权矩阵对发射信号进行加权，所述处理器将所述发射信号向所述发送器发送；

所述发送器用于发送发射信号。

8.根据权利要求 7所述的发射机，其特征在于，所述信道矩阵的数量为多个，且不同的信道矩阵对应不同的时隙、不同的频带或者不同的时隙以及频带。

9.根据权利要求 7所述的发射机，其特征在于，所述码本矩阵的数量为多个，且不同的码本矩阵对应不同子带。

10.—种 MIMO发射信号加权系统，其特征在于，包括发射机和接收机，所述发射机和所述接收机之间能够进行通信，其中，所述发射机为如权利要求 4-9任一权利要求所述的发射机 _ε