CN107359918A - 一种生成预编码码本的方法和系统 - Google Patents

一种生成预编码码本的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生成预编码码本的方法和系统。其中，一种生成预编码码本的方法包括：获得重构矩阵，其中，重构矩阵中包括的各元素均为非零元素，根据重构矩阵对短期码本矩阵进行重构，获得重构短期码本矩阵，根据长期码本矩阵和重构短期码本矩阵，计算预编码码本。通过各元素均为非零元素的重构矩阵，使得最终计算得到的预编码码本没有损失长期码本矩阵中包括的各波束信息，在传输数据时，在保证系统开销较小的前提下，可增加信道的量化精度，同时码本有较好的扩展性。

Description

一种生成预编码码本的方法和系统
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种生成预编码码本的方法和系统。
背景技术
在通信系统中为追求更高的数据传输速率，通常会在热点场景下配置数量较多的天线。当天线数量增加时，数据的传输速率依赖于发射端对信道的感知程度，发射端对信道信息的获取又依赖于接收端的信道信息反馈，同时越精确的信道信息反馈，会带来越大的反馈开销，因此需要根据反馈信道信息的精确度及其带来的开销，和提高数据传输速率两者间进行折中处理。
在现有的LTE-Advanced(Long Term Evolution-Advanced，长期演进技术升级版)中采用双码本的形式反馈信道信息，UE(User Equipment，用户端)需反馈长期码本和短期码本，其中长期码本反应信道的长期宽带特性，其反馈周期较长，短期码本反应信道的短期窄带特性，其反馈周期较短，基站最终通过长期码本和短期码本来获取UE所反馈的信道信息。以长期码本矩阵包含四个波束的信息，短期码本矩阵作为波束选择及相位旋转矩阵为例，当要传输的数据流层数小于7时，长期码本矩阵中四个波束的信息不能完全被反馈，因此对信道的量化有一定的损失，造成反馈信道信息的精确度不高。
另外还有方案以重构的短期码本矩阵对长期码本矩阵中四个波束的信息进行合并，可以增加码本的量化精度，但这将导致需反馈的比特数较大，并且码本的可扩展性也较差。
发明内容
为解决相关问题，本发明提供一种生成预编码码本的方法和系统，通过本方法生成的预编码码本，在传输数据时，可增加信道的量化精度，同时系统开销较小，码本有较好的扩展性。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供了一种生成预编码码本的方法，包括：
获得重构矩阵，其中，所述重构矩阵中包括的各元素均为非零元素；
根据所述重构矩阵对短期码本矩阵进行重构，获得重构短期码本矩阵；
根据长期码本矩阵和所述重构短期码本矩阵，计算预编码码本。
第二方面，本发明实施例还相应地提供了一种生成预编码码本的系统，包括：
重构矩阵获得模块，用于获得重构矩阵，其中，所述重构矩阵中包括的各元素均为非零元素；
重构短期码本矩阵获得模块，用于根据所述重构矩阵对短期码本矩阵进行重构，获得重构短期码本矩阵；
预编码码本计算模块，用于根据长期码本矩阵和所述重构短期码本矩阵，计算预编码码本。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
在本技术方案中，获得重构矩阵，其中，重构矩阵中包括的各元素均为非零元素，根据重构矩阵对短期码本矩阵进行重构，获得重构短期码本矩阵，根据长期码本矩阵和重构短期码本矩阵，计算预编码码本；通过各元素均为非零元素的重构矩阵，使得最终计算得到的预编码码本没有损失长期码本矩阵中包括的各波束信息；通过本技术方案生成的预编码码本，在传输数据时，在保证系统开销较小的前提下，可增加信道的量化精度，同时码本有较好的扩展性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种生成预编码码本的方法流程示意图；
图2是本发明实施例二提供的一种生成预编码码本的方法流程示意图；
图3是本发明实施例三提供的一种生成预编码码本的系统架构示意图；
图4是本发明实施例四提供的一种生成预编码码本的系统架构示意图。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为说明本发明实施例的技术方案，将现有技术的方案具体说明如下：
长期码本矩阵W1为体现信道的长期特性，W1中包含四个波束的信息，W2为波束选择和相位旋转矩阵，以传输的数据流层数为1时为例，该数据流层数表示空间能同时独立传输的数据流数目，预编码矩阵可以按如下式(1)来计算：
其中，表示传输的数据流层数为1时的预编码矩阵，表示传输的数据流层数为1时的长期码本矩阵，表示传输的数据流层数为1时的短期码本矩阵，bk表示第k个波束的信息，ek表示波束选择矢量，ek的第k个值为1，其他的元素值均为0，即ek属于集合{(1，0，0，0)，(0，1，0，0)，(0，0，1，0)(0，0，0，1)}，表示相位旋转因子，用于进行相位调整，n＝0，1，2，3，k＝0，1，2，3。
从式(1)可以看出，现有的技术方案是选择长期码本矩阵的四个波束中的一个波束和相位旋转因子一起作为反馈信道信息。同理，当传输的数据流层数为2时，也是选择长期码本矩阵的四个波束中的一个波束和相位旋转因子一起作为反馈信道信息；当传输的数据流层数为3或4时，选择长期码本矩阵的四个波束中的两个波束和相位旋转因子一起作为反馈信道信息；当传输的数据流层数为5或6时，选择长期码本矩阵的四个波束中的三个波束和相位旋转因子一起作为反馈信道信息；当传输的数据流层数为7或8时，选择长期码本矩阵的四个波束中的四个波束和相位旋转因子一起作为反馈信道信息。
因此，当传输的数据流层数小于7时，长期码本矩阵中的四个波束信息总是有未选到的波束，因此对信道的量化会有一定的损失。
另有公开技术方案，通过重构短期码本矩阵W2对此增强，W2通过选择Ccoeff＝{1,j,-1,-j}中的元素对长期码本矩阵W1中的四个波束信息进行合并，以增加码本的量化精度。但是其需要反馈的比特数较大(仅W2需要反馈)，同时其码本的可扩展性也较差。
实施例一
请参考图1，其是本发明实施例一提供的一种生成预编码码本的方法流程示意图。本实施例的方法可以由无线侧(如基站或基站控制器)来执行。
该一种生成预编码码本的方法，可以包括如下步骤：
S110：获得重构矩阵，其中，所述重构矩阵中包括的各元素均为非零元素。
示例性的，该重构矩阵用于对短期码本矩阵进行重构，该重构矩阵的特点是，所包含的全部元素均为非零元素，关于如何获取重构矩阵，下述实施例二提供了可选的实施方式，在此不作详述。
S120：根据重构矩阵对短期码本矩阵进行重构，获得重构短期码本矩阵。
示例性的，因为上述重构矩阵的全部元素均为非零元素，则相应的，根据该重构矩阵对短期码本矩阵进行重构获得的重构短期码本矩阵，其包含的全部元素也均为非零元素。该重构短期码本矩阵，包括用于选择波束的波束选择矢量和用于调整相位的相位旋转因子。
S130：根据长期码本矩阵和重构短期码本矩阵，计算预编码码本。
示例性的，由上述S120获得的重构短期码本矩阵，其包含的全部元素均为非零元素，因此通过重构短期码本矩阵对长期码本矩阵中的各波束的信息进行合并权值，计算得到预编码矩阵，并根据该预编码矩阵计算获得的预编码码本，可以体现出长期码本矩阵中的全部波束的信息，可以增加信道的量化精度。其中，长期码本矩阵可以包括四个波束的信息，相应的，上述重构矩阵为4*4的矩阵。
综上，在本实施例的技术方案中，通过各元素均为非零元素的重构矩阵对短期码本矩阵进行重构，获得重构短期码本矩阵，通过长期码本矩阵和该重构短期码本矩阵计算得预编码矩阵，并进一步根据预编码矩阵计算得预编码码本，通过各元素均为非零元素的重构矩阵，使得最终计算出的预编码码本能体现出长期码本矩阵中全部波束的信息；通过本技术方案生成的预编码码本，在传输数据时，可增加信道的量化精度，同时系统开销较小，码本有较好的扩展性。
实施例二
请参考图2，其是本发明实施例二提供的一种生成预编码码本的方法流程示意图。本实施例与实施例一的主要区别在于，进一步提供了获得重构矩阵的可选的实施方式，即：将重构矩阵具体优化为Householder矩阵。
该一种生成预编码码本的方法，可以包括如下步骤：
S210：根据最小弦距离最大化进行计算机搜索，获得Householder矩阵的生成矢量。
示例性的，可以根据最小弦距离最大化的要求通过计算机进行搜索，以求得Householder矩阵CK的生成矢量uk。
S220：根据生成矢量计算Householder矩阵。
示例性的，根据上述求得的生成矢量uk和下述式(2)计算Householder矩阵。
其中，Ck表示Householder矩阵，其包含的元素均为非零元素，I表示单位矩阵，uk表示Ck的生成矢量，表示uk的共轭转置矩阵。
在此需要说明的是，该Householder矩阵也可以是现有协议中定义的Householder矩阵，例如TM4码本中所定义的Householder矩阵。
S230：根据Householder矩阵对短期码本矩阵进行重构，获得重构短期码本矩阵。
示例性的，可以选取上述Householder矩阵Ck的一列或多列，和相位旋转因子对现有的短期码本矩阵进行重构，获得重构短期码本矩阵。
S240：根据长期码本矩阵和重构短期码本矩阵，计算预编码码本。
示例性的，当要传输的数据流层数为1时，现有的长期码本矩阵和上述重构短期码本可以通过下述式(3)计算得预编码矩阵，长期码本矩阵可以包含四个波束的信息，上述数据流层数表示空间能同时独立传输的数据流数目；
其中，表示传输的数据流层数为1时的预编码矩阵，表示传输的数据流层数为1时的长期码本矩阵，表示传输的数据流层数为1时的重构短期码本矩阵，b0、b1、b2和b3分别表示四个波束的信息，ck选自Householder矩阵Ck的第一列，Ck∈Ccoff，Ccoff表示码本集合，其码字个数为Nsize，k＝0，1，……Nsize-1，表示用于调整相位的相位旋转因子，n＝0，1，2，3，Bk表示各波束的合并权值。
当要传输的数据流层数为2时，现有的长期码本矩阵和上述重构短期码本可以通过下述式(4)计算得预编码矩阵；
其中，表示传输的数据流层数为2时的预编码矩阵，表示传输的数据流层数为2时的长期码本矩阵，表示传输的数据流层数为2时的重构短期码本矩阵。
当要传输的数据流层数为3时，需要从长期码本矩阵中构造两组正交波束，在现有协议中，长期码本矩阵的列向量两两正交，并且Householder矩阵Ck有酉矩阵特性，因此可以采用下述式(5)或式(6)计算得预编码矩阵；
其中，表示传输的数据流层数为3时的预编码矩阵，表示传输的数据流层数为3时的长期码本矩阵，表示传输的数据流层数为3时的重构短期码本矩阵，ck1和ck2为取Ck中的两列，ck1和ck2依据最小弦距离最大化进行计算机搜索得到，k1,k2∈{1,2,......,Nbeam}，此处Nbeam等于4，Bk1和Bk2分别表示构造的两组正交波束，长期码本矩阵列向量的正交性保证了Bk1和Bk2的正交性。
当要传输的数据流层数为4时，需要从长期码本矩阵中构造两组正交波束，在现有协议中，长期码本矩阵的列向量两两正交，并且Householder矩阵Ck有酉矩阵特性，因此可以采用下述式(7)计算得预编码矩阵；
其中，表示传输的数据流层数为4时的预编码矩阵，表示传输的数据流层数为4时的长期码本矩阵，表示传输的数据流层数为4时的重构短期码本矩阵。
当要传输的数据流层数为5时，需要从长期码本矩阵中构造三组正交波束，在现有协议中，长期码本矩阵的列向量两两正交，并且Householder矩阵Ck有酉矩阵特性，因此可以采用下述式(8)计算得预编码矩阵；
其中，表示传输的数据流层数为5时的预编码矩阵，表示传输的数据流层数为5时的长期码本矩阵，表示传输的数据流层数为5时的重构短期码本矩阵，ck1、ck2和ck3为取Ck中的三列，ck1、ck2和ck3依据最小弦距离最大化进行计算机搜索得到，k1,k2,k3∈{1,2,......,Nbeam}，此处Nbeam等于4，Bk1、Bk2和Bk3分别表示构造的三组正交波束，长期码本矩阵列向量的正交性保证了Bk1、Bk2和Bk3的正交性。
当要传输的数据流层数为6时，需要从长期码本矩阵中构造三组正交波束，在现有协议中，长期码本矩阵的列向量两两正交，并且Householder矩阵Ck有酉矩阵特性，因此可以采用下述式(9)计算得预编码矩阵；
其中，表示传输的数据流层数为6时的预编码矩阵，表示传输的数据流层数为6时的长期码本矩阵，表示传输的数据流层数为6时的重构短期码本矩阵。
当要传输的数据流层数大于6时，需要从长期码本矩阵中构造四组正交波束，由于长期码本矩阵中本来就包含有四组正交波束，因此不需要另行构造，可采用现有协议的方法。
在计算出预编码矩阵后，进一步根据预编码矩阵计算得预编码码本。
在此需要说明的是，本发明实施例以现有协议中的码本作为分析对象，长期码本矩阵仅含有四个波束，因此需要构造4*4的Householder矩阵Ck，而后续演进的版本中，长期码本矩阵可能包含更多的波束，因此，相应的需要构造更大维度的Householder矩阵，其预编码码本的计算方法与上述方法类似。选择Householder矩阵的原因是Householder矩阵内矢量组成的空间具有良好的弦距离特性，可以用较少的码本数量达到较好的性能，同时具有较小的计算复杂度，具有嵌套特性等优点。
综上，在本实施例的技术方案中，通过各元素均为非零元素的Householder矩阵对短期码本矩阵进行重构，获得重构短期码本矩阵，通过长期码本矩阵和该重构短期码本矩阵计算得预编码矩阵，并进一步根据预编码矩阵计算得预编码码本，通过Householder矩阵，使得最终计算出的预编码码本能体现出长期码本矩阵中全部波束的信息；通过本技术方案生成的预编码码本，在传输数据时，可增加信道的量化精度，同时系统开销较小，码本有较好的扩展性。
以下为本发明实施例的一种生成预编码码本的系统的实施例。本发明实施例的一种生成预编码码本的方法，和一种生成预编码码本的系统属于一个总的发明构思，在一种生成预编码码本的系统实施例中未详尽描述的细节内容，可以参考上述一种生成预编码码本的方法实施例。
实施例三
请参考图3，其是本发明实施例三提供的一种生成预编码码本的系统架构示意图。该一种生成预编码码本的系统300，可以包括如下内容：
重构矩阵获得模块310，用于获得重构矩阵，其中，重构矩阵中包括的各元素均为非零元素。
重构短期码本矩阵获得模块320，用于根据重构矩阵对短期码本矩阵进行重构，获得重构短期码本矩阵。
预编码码本计算模块330，用于根据长期码本矩阵和重构短期码本矩阵，计算预编码码本。
其中，长期码本矩阵包含四个波束的信息。
综上，在本实施例的技术方案中，通过各元素均为非零元素的重构矩阵对短期码本矩阵进行重构，获得重构短期码本矩阵，通过长期码本矩阵和该重构短期码本矩阵计算得预编码矩阵，并进一步根据预编码矩阵计算得预编码码本，通过各元素均为非零元素的重构矩阵，使得最终计算出的预编码码本能体现出长期码本矩阵中全部波束的信息；通过本技术方案生成的预编码码本，在传输数据时，可增加信道的量化精度，同时系统开销较小，码本有较好的扩展性。
实施例四
请参考图4，其是本发明实施例四提供的一种生成预编码码本的系统架构示意图。该一种生成预编码码本的系统400，可以包括如下内容：
重构矩阵获得模块410，用于获得重构矩阵，其中，重构矩阵中包括的各元素均为非零元素；所述重构矩阵具体可以包括：Householder矩阵；
其中，重构矩阵获得模块410，可以包括生成矢量获得单元411和Householder矩阵计算单元；
生成矢量获得单元411，用于根据最小弦距离最大化进行计算机搜索，获得Householder矩阵的生成矢量；
Householder矩阵计算单元412，用于根据所述生成矢量计算Householder矩阵。
重构短期码本矩阵获得模块420，用于根据重构矩阵对短期码本矩阵进行重构，获得重构短期码本矩阵。
预编码码本计算模块430，用于根据长期码本矩阵和重构短期码本矩阵，计算预编码码本。
其中，重构短期码本矩阵获得模块420，还用于根据Householder矩阵对短期码本矩阵进行重构，获得重构短期码本矩阵；
重构短期码本矩阵获得模块420，还用于当要传输的数据流层数为1或2时，根据相位旋转因子和所述Householder矩阵的第一列对短期码本矩阵进行重构，获得重构短期码本矩阵；
当要传输的数据流层数为3或4时，根据相位旋转因子和所述Householder矩阵的任意两列对短期码本矩阵进行重构，获得重构短期码本矩阵；
当要传输的数据流层数为5或6时，根据相位旋转因子和所述Householder矩阵的任意三列对短期码本矩阵进行重构，获得重构短期码本矩阵。
综上，在本实施例的技术方案中，通过各元素均为非零元素的Householder矩阵对短期码本矩阵进行重构，获得重构短期码本矩阵，通过长期码本矩阵和该重构短期码本矩阵计算得预编码矩阵，并进一步根据预编码矩阵计算得预编码码本，通过Householder矩阵，使得最终计算出的预编码码本能体现出长期码本矩阵中全部波束的信息；通过本技术方案生成的预编码码本，在传输数据时，可增加信道的量化精度，同时系统开销较小，码本有较好的扩展性。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种生成预编码码本的方法，其特征在于，包括：
获得重构矩阵，其中，所述重构矩阵中包括的各元素均为非零元素；
根据所述重构矩阵对短期码本矩阵进行重构，获得重构短期码本矩阵；
根据长期码本矩阵和所述重构短期码本矩阵，计算预编码码本。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述重构矩阵包括：
Householder矩阵；
所述获得重构矩阵，包括：
根据最小弦距离最大化进行计算机搜索，获得Householder矩阵的生成矢量；
根据所述生成矢量计算Householder矩阵。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当要传输的数据流层数为1或2时，所述根据所述重构矩阵对短期码本矩阵进行重构，获得重构短期码本矩阵，包括：
根据相位旋转因子和所述Householder矩阵的第一列对短期码本矩阵进行重构，获得重构短期码本矩阵。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当要传输的数据流层数为3或4时，所述根据所述重构矩阵对短期码本矩阵进行重构，获得重构短期码本矩阵，包括：
根据相位旋转因子和所述Householder矩阵的任意两列对短期码本矩阵进行重构，获得重构短期码本矩阵。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当要传输的数据流层数为5或6时，所述根据所述重构矩阵对短期码本矩阵进行重构，获得重构短期码本矩阵，包括：
根据相位旋转因子和所述Householder矩阵的任意三列对短期码本矩阵进行重构，获得重构短期码本矩阵。
6.如权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于，所述长期码本矩阵包含四个波束的信息。
7.一种生成预编码码本的系统，其特征在于，包括：
重构矩阵获得模块，用于获得重构矩阵，其中，所述重构矩阵中包括的各元素均为非零元素；
重构短期码本矩阵获得模块，用于根据所述重构矩阵对短期码本矩阵进行重构，获得重构短期码本矩阵；
预编码码本计算模块，用于根据长期码本矩阵和所述重构短期码本矩阵，计算预编码码本。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述重构矩阵包括：
Householder矩阵；
所述重构矩阵获得模块，包括：
生成矢量获得单元，用于根据最小弦距离最大化进行计算机搜索，获得Householder矩阵的生成矢量；
Householder矩阵计算单元，用于根据所述生成矢量计算Householder矩阵。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述重构短期码本矩阵获得模块，还用于当要传输的数据流层数为1或2时，根据相位旋转因子和所述Householder矩阵的第一列对短期码本矩阵进行重构，获得重构短期码本矩阵；
当要传输的数据流层数为3或4时，根据相位旋转因子和所述Householder矩阵的任意两列对短期码本矩阵进行重构，获得重构短期码本矩阵；
当要传输的数据流层数为5或6时，根据相位旋转因子和所述Householder矩阵的任意三列对短期码本矩阵进行重构，获得重构短期码本矩阵。
10.如权利要求7-9任意一项所述的系统，其特征在于，所述长期码本矩阵包含四个波束的信息。
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