CN111555784B

CN111555784B - 一种预编码方法、装置及电子设备

Info

Publication number: CN111555784B
Application number: CN202010424359.7A
Authority: CN
Inventors: 李立华; 张平; 樊家澍
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2020-05-19
Filing date: 2020-05-19
Publication date: 2021-10-22
Anticipated expiration: 2040-05-19
Also published as: CN111555784A

Abstract

本发明实施例提供了一种预编码方法、装置及电子设备，包括：按照TypeI型码本方案选择出当前信道的最优码字，并且计算最优码字与当前信道的弦距离，作为目标弦距离，其中，目标弦距离表示最优码字与当前信道在矢量上的相似度，以及若目标弦距离不大于预设弦距离，则按照Type II型码本方案更新最优码字，以及向基站端发送携带更新后的最优码字的索引的预编码信息，以使基站端按照更新后的最优码字的索引进行预编码，由于按照Type I型码本方案确定出最优码字后，可以在最优码字与当前信道在矢量上的相似度和预设弦距离不大于预设弦距离的情况下，按照Type II型码本方案更新最优码字，实现了动态调整码本方案。

Description

一种预编码方法、装置及电子设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种预编码方法、装置及电子设备。

背景技术

近两年，工业界和学术界对于5G技术的研究已经进入了如火如荼的阶段，其中Massive MIMO(Massive Multiple-In Multiple-Out，大规模多输入多输出技术)依然是物理层关键技术之一，对提升系统容量和频谱效率起到了重要作用。

Massive MIMO系统使用阵列天线进行数据传输，在不增加信号带宽与功率的前提下，可以提升系统容量、提高频谱效率、增强稳定性。但由于基站端庞大的发射天线数量和用户设备有限的处理能力，预编码技术成为该系统中主要的干扰抑制技术。

3GPP(3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划)于Release15(发布15)发布了基于5G(5th-Generation，第五代移动通讯技术)新空口的大规模MIMO技术的第一个标准化版本的码本设计。Release 15基于5G新空口的码本方案分为两种：Type I(类型I)型码本和Type II(类型II)型码本。

其中，Type I型码本是5G新空口Release15提出的两种新型码本之一的常规精度码本，主要应用于对精度要求不高的场景上，因其码本分辨率较低，主要应用用户抑制层间干扰，多用于单用户MIMO场景。而Type II型码本是5G新空口Release15提出的两种新型码本之一的高精度码本，主要应用于对精度要求较高的场景上，因其码本分辨率高，能有效抑制多用户间干扰，适用于多用户MIMO场景。

发明人在实现本发明的过程中发现，现有技术至少存在如下问题：

3GPP发布的基于码本的预编码方案虽然规范了两种应用于不同场景的码本类型，但是在不断变化的信道条件下，无法动态调节所选方案类别。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种预编码方法，以实现动态调节预编码方案。具体技术方案如下：

本发明实施例提供一种预编码方法，包括：

按照Type I型码本方案选择出当前信道的最优码字；

计算所述最优码字与所述当前信道的弦距离，作为目标弦距离，其中，所述目标弦距离表示所述最优码字与所述当前信道在矢量上的相似度；

若所述目标弦距离不大于预设弦距离，则按照Type II型码本方案更新所述最优码字；

向基站端发送携带更新后的最优码字的索引的预编码信息，以使所述基站端按照更新后的最优码字的索引进行预编码。

进一步的，所述方法还包括：

若所述目标弦距离大于所述预设弦距离，则向基站端发送携带所选择的最优码字的索引的预编码信息，以使所述基站端按照所选择的最优码字的索引进行预编码。

进一步的，所述按照Type I型码本方案选择出当前信道的最优码字，包括：

获取当期信道的信道状态信息；

基于所获取的信道状态信息，从预设的码本集中选择出最优码字。

进一步的，所述基于所获取的信道状态信息，从预设的码本集中选择出最优码字，包括：

基于所获取的信道状态信息的水平维信道矩阵，从预设的码本集的水平维矩阵中选择出第一最优码字；

基于所获取的信道状态信息的垂直维信道矩阵，从预设的码本集的垂直维矩阵中选择出第二最优码字；

根据所选择的第一最优码字和第二最优码字，确定出最优码字。

进一步的，所述按照Type II型码本方案更新所述最优码字，包括：

按照最大化信道增益准则，从所选择的最优码字所在的码本集中选择预设数量个信道增益大于所述最优码字的码字；

按照所选择的码字对所述最优码字进行更新。

进一步的，所述按照最大化信道增益准则，从所选择的最优码字所在的码本集中选择预设数量个信道增益大于所述最优码字的码字，包括：

按照最大化信道增益准则，遍历所选择的最优码字所在的码本集中其他的码字，得到信道增益大于所述最优码字的码字；

记录所得到的码字，并更新所述最优码字；

重复执行所述按照最大化信道增益准则，遍历所选择的最优码字所在的码本集中其他的码字，得到信道增益大于所述最优码字的码字的步骤，直至所记录的码字的数量达到预设数量。

本发明实施例还提供一种预编码装置，所述装置包括：

最优码字选择模块，用于按照Type I型码本方案选择出当前信道的最优码字；

弦距离计算模块，用于计算所述最优码字与所述当前信道的弦距离，作为目标弦距离，其中，所述目标弦距离表示所述最优码字与所述当前信道在矢量上的相似度；

最优码字更新模块，用于若所述目标弦距离不大于预设弦距离，则按照Type II型码本方案更新所述最优码字；

预编码信息发送模块，用于向基站端发送携带更新后的最优码字的索引的预编码信息，以使所述基站端按照更新后的最优码字的索引进行预编码。

进一步的，所述预编码信息发送模块，还用于若所述目标弦距离大于所述预设弦距离，则向基站端发送携带所选择的最优码字的索引的预编码信息，以使所述基站端按照所选择的最优码字的索引进行预编码。

进一步的，所述最优码字选择模块，包括：

信道状态信息获取子模块，用于获取当期信道的信道状态信息

第一码字选择子模块，用于基于所获取的信道状态信息，从预设的码本集中选择出最优码字。

进一步的，所述第一码字选择子模块，具体用于基于所获取的信道状态信息的水平维信道矩阵，从预设的码本集的水平维矩阵中选择出第一最优码字，并且基于所获取的信道状态信息的垂直维信道矩阵，从预设的码本集的垂直维矩阵中选择出第二最优码字，以及根据所选择的第一最优码字和第二最优码字，确定出最优码字。

进一步的，所述最优码字更新模块，包括：

第二码字选择子模块，用于按照最大化信道增益准则，从所选择的最优码字所在的码本集中选择预设数量个信道增益大于所述最优码字的码字；

码字更新子模块，用于按照所选择的码字对所述最优码字进行更新。

进一步的，所述第二码字选择子模块，具体用于按照最大化信道增益准则，遍历所选择的最优码字所在的码本集中其他的码字，得到信道增益大于所述最优码字的码字，并且记录所得到的码字，并更新所述最优码字，以及重复执行所述按照最大化信道增益准则，遍历所选择的最优码字所在的码本集中其他的码字，得到信道增益大于所述最优码字的码字的步骤，直至所记录的码字的数量达到预设数量。

本发明实施例还提供一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；

存储器，用于存放计算机程序；

处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述任一预编码方法的步骤。

本发明实施还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一预编码方法的步骤。

本发明实施例还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述任一预编码方法。

本发明实施例提供的一种预编码方法、装置及电子设备，方案中，按照Type I型码本方案选择出当前信道的最优码字，并且计算最优码字与当前信道的弦距离，作为目标弦距离，其中，目标弦距离表示最优码字与当前信道在矢量上的相似度，以及若目标弦距离不大于预设弦距离，则按照Type II型码本方案更新最优码字，以及向基站端发送携带更新后的最优码字的索引的预编码信息，以使基站端按照更新后的最优码字的索引进行预编码，由于按照Type I型码本方案确定出最优码字后，可以在最优码字与当前信道在矢量上的相似度和预设弦距离不大于预设弦距离的情况下，按照Type II型码本方案更新最优码字，实现了动态调整码本方案。

当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明一个实施例提供的预编码方法的流程图；

图2为本发明一个实施例提供的最优码字确定方法的流程图；

图3为本发明另一个实施例提供的最优码字确定方法的流程图；

图4为本发明一个实施例提供的预编码装置的结构示意图；

图5为本发明一个实施例提供的最优码字选择装置的结构示意图；

图6为本发明一个实施例提供的码字更新装置的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为了给出动态调整码本方案的实现方案，本发明实施例提供了一种预编码方法、装置及电子设备，以下结合说明书附图对本发明的实施例进行说明。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本发明的一个实施例中，提供一种预编码方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：

S101：按照Type I型码本方案选择出当前信道的最优码字。

S102：计算最优码字与当前信道的弦距离，作为目标弦距离，其中，目标弦距离表示最优码字与当前信道在矢量上的相似度。

S103：若目标弦距离不大于预设弦距离，则按照Type II型码本方案更新最优码字。

S104：向基站端发送携带更新后的最优码字的索引的预编码信息，以使基站端按照更新后的最优码字的索引进行预编码。

本发明实施例提供的上述预编码方法中，由于可以按照Type I型码本方案确定出最优码字后，可以在最优码字与当前信道在矢量上的相似度和预设弦距离不大于预设弦距离的情况下，按照Type II型码本方案更新最优码字，实现了动态调整码本方案。

为了更清楚的阐述本发明实施例，首先对Type I型码本方案和Type II型码本方案进行简单介绍：

Type I型码本方案：

Type I型码本是5G新空口Release15提出的两种新型码本之一的常规精度码本，主要应用于对精度要求不高的场景上，因其码本分辨率较低，主要应用用户抑制层间干扰，多用于单用户MIMO场景。Type I型码本延续了LTE(Long Term Evolution，长期演进)的双级码本方案，即预编码矩阵分解为两个矩阵的乘积：Y＝Y₁*Y₂。

其中，Y₁为宽带信息，具体为由DFT(Discrete Fourier Transform，离散傅里叶变换)向量组成的波束集合，Y₂是子带信息。

Type I型码本是基于DFT波束构建的码本集，首先构建空域波束集合，再根据信道信息选出L个波束(L为1-4)，当L为4时，则需对该子带信息再次进行选择。Type I型码本支持最大8层、32端口的传输，将天线划分成N₁O₁N₂O₂个波束，并由上报的PMI(Point ofMaximum Intensity，最大强度点)来指示唯一的预编码矩阵，其中，PMI由i₁、i₂组成，i₁包含i_1，1、i_1，2、i_1，3，分别表示水平维度的宽带信息指示、垂直维度的宽带信息指示和高层特殊性指示；i₂用来表示子带信息指示。

(1)空域波束集合的构建

空域波束集合是由两维DFT波束进行克罗内克积相乘后得到的波束集合。第一维正交基由N₁个1×N₁的DFT波束向量构成，再乘上旋转因子R(q₁)进行O₁倍过采样来细化波束粒度，其中N₁为水平维度上的天线端口数，O₁为过采样率。

第二维正交基由N₂个1×N₂的DFT波束向量构成，再乘上旋转因子R(q₂)进行O₂倍过采样来细化波束粒度，其中N₂为水平维度上的天线端口数，O₂为过采样率。若N₂＝1，那么空域波束集合则为一维DFT波束集合。

(2)波束选择

用户设备通过探测信道状态信息从空域波束集合中选出L个波束组，生成码本W₁。

其中，波束选择的方法在协议中只使用了遍历搜索，如下式所示：

其中，B为相同极化方向的波束组，不同极化方向使用的波束组相同。当L＝1时，块矩阵B为向量b₀，W₂只用于对另一个极化方向的相位调整，即：

其中，φ表示两个极化方向之间的相位差，根据天线端口数和参数设置决定。b₀选自先前构造的码本集W，可表示为：

其中，u_q1,n1表示第一维正交基，v_q2,n2表示第二维正交基，Q₁表示第一正交基在水平维度上的过采样率，N₁表示第一正交基在水平维度上的天线端口数，Q₂表示第二正交基在水平维度上的过采样率，N₂表示第二正交基在水平维度上的天线端口数。

当L＝4时，块矩阵B可表示为B＝b₀b₁b₂b₃，根据天线阵列的类型有其不同的选择方法。用户根据当前信道状态信息，生成W₂，如公式所示：

其中，P表示b₀b₁b₂b₃向量的极化方向，φP表示在极化方向上的相位差

进一步的，b₀b₁b₂b₃取自先前构造的码本集：

Type II型码本方案：

应用于对精度要求较高的场景上，因其码本分辨率高，能有效抑制多用户间干扰，适用于多用户MIMO场景。Type II型码本因其高精度在特定场景上有很高的应用率，但因其反馈开销高、搜索复杂度高，因此如何降低搜索复杂度、降低反馈开销成为Type II码本的进一步方案设计目的。Type II型码本基于波束组合原理进行方案设计，5G NR在LTE的基础上，扩展了用于正交合并的波束个数L，对于不同极化方向进行了不同的波束合并，使码本精度大大提高。在Release16中，Type II型码本只支持并行数据流数量为1或者2的传输情况。

Type II型码本与Type I型码本一样都是由基于DFT波束构建的码本集，区别在于Type II型码本是利用波束组合的原理进行方案设计，即从空域波束集合中挑选出相应的波束正交基作为宽带波束组，再通过幅度系数加权和线性合并获得最终的码字，这样弥补了Type I型码本数量不多造成的匹配精度低的问题，多应用于多用户MIMO场景下的高精度场景。但同时Type II型码本因为码本数量的大大增加导致搜索最优码本的复杂度也大大增加，提高了对终端的设计要求，限制了基于码本的预编码技术的应用与发展。因此，设计基于Type II型码本低复杂度的搜索方法具有重要的研究意义。

与Type I型码本相同，Type II型码本首先构建空域波束集合，再根据信道信息选出L个波束正交基(L为1-4)组成宽带波束组，就是从O₁O₂个波束正交基中选择出L个正交向量作为波束组合，不同层与不同极化方向使用同一组正交基。再根据PMI索引的系数进行相位系数调整和线性合并。Type II型码本因其反馈量大，目前协议支持最大2层、32端口的传输。

本领域技术人员可以看出，上述5G NR中的基于码本的预编码方案虽然规范了两种应用于不同场景的码本类型，但是在不断变化的信道条件下，无法动态调节所选方案类别。

因此，本发明实施例提供了一种预编码方法，用于动态调节所选方案类别。

在一个实施例中，本发明实施例可以应用于规模MIMO多用户下行信道预编码系统，基站端配置为均匀矩形天线阵列，有N_t＝N_th×N_tv根发射天线，其中水平维度有N_th根发射天线，垂直维度有N_tv根发射天线；用户端配置为单天线接收装置，共有K个用户，其接收信号y∈C^K×1可表示为：

y＝HWx+n

其中，x∈C^K×1为发送信号，n∈C^K×1是满足均值为0，方差为1的高斯白噪声，C表示复数域，C^K×1表示K×1的复数域。

为预编码矩阵，

表示N_t×K的复数域，

为信道矩阵，

表示K×N_t的复数域，其表达式如下：

其中，h₁-h_K分别表示用户1-用户K的信道系数，h_1,1,1、

和

分别表示用户1在水平维度为1，垂直维度为1的天线、水平维度为N_th，垂直维度为1的天线、水平维度为1，垂直维度为N_tv的天线、水平维度为N_th，垂直维度为N_tv的天线上的信道系数。h_2,1,1、

分别表示用户2在水平维度为1，垂直维度为1的天线、水平维度为N_th，垂直维度为1的天线、水平维度为1，垂直维度为N_tv的天线、水平维度为N_th，垂直维度为N_tv的天线上的信道系数。h_K,1,1、

分别表示用户K在水平维度为1，垂直维度为1的天线、水平维度为N_th，垂直维度为1的天线、水平维度为1，垂直维度为N_tv的天线、水平维度为N_th，垂直维度为N_tv的天线上的信道系数。

根据协议3GPP TR 38.901，面向5G的毫米波信道模型采用分簇模型，每个散射体聚集成M个散射簇，每个散射簇对应一个径，每个径中又包含有K个子径，含有不同的发射角、到达角和相位，信道系数函数如公式所示：

其中，

表示第n条主径上第m个子径的功率，u表示接收端天线根数，s表示发射端天线根数，t表示时间间隙，F_tx,s,θ表示基站天线垂直方向增益，

表示基站天线水平方向增益，F_rx,u,θ表示接收端天线垂直方向增益，

表示接收端天线水平方向增益，θ_n,m,ZOA表示第n条主径上第m个子径的离开角，

表示第n条主径上第m个子径的到达角，θ_n,m,ZOD表示第n条主径上第m个子径的离开天顶角，

表示第n条主径上第m个子径的到达天顶角，

和

分别表示第n条主径上第m个子径的在θ_θ、

和

四个不同极化方向上的相位，λ₀表示载波频率的波长，

表示以第一个天线为参考标准时，接收端天线阵列之间的天线参考距离，

表示以第一个天线为参考标准时，发送端天线阵列之间的天线参考距离，

表示多普勒频移因子，

表示在球坐标系下由每个子径确定的单位矢量，κ_n,m表示交叉极化功率比的线性值，λ表示载波频率的波长，

表示相对距离，T表示信号周期。

在包含N条主径M条子径的信道中，发射天线s到接收天线u的信道时域表达式可表达为：

其中，N表示信道中主径的数量，u表示接收端天线根数，s表示发射端天线根数，t表示时间间隙，H_u,s,n(t)表示第n条主径的信道中，发射天线到接收天线的信道时域。

在一个实施例中，为了实现动态的动态调节所选方案类别，下面简单介绍下本发明实施例所使用的码本的构造：

空域波束集合是由两个一维DFT波束进行克罗内克相乘后得到的波束集合。第一维正交基由N₁个1×N₁的DFT波束向量构成，再乘上旋转因子R(q₁)进行O₁倍过采样来细化波束粒度，其中N₁为水平维度上的天线端口数，O₁为过采样率。第二维正交基如上所示，由N₂个1×N₂的DFT波束向量构成，再乘上旋转因子R(q₂)进行O₂倍过采样来细化波束粒度，其中N₂为垂直维度上的天线端口数，O₂为过采样率。若N₂＝1，那么空域波束集合则为一维DFT波束集合。其中，水平维波束结合构造公式可表示为：

其中，u_q1,n1＝R(q1)*u_n1，可表示为：

垂直维波束结合构造公式可表示为：

其中，v_q2,n2＝R(q2)*v_n2，可表示为：

两维波束集合再进行克罗内克相乘，如以下公式所示：

在本发明实施例提供的如图1所示的预编码方案中的基础上，在步骤S103之后，还可以包括：

若目标弦距离大于预设弦距离，则向基站端发送携带所选择的最优码字的索引的预编码信息，以使基站端按照所选择的最优码字的索引进行预编码。

在一个实施例中，基站端和用户端均采取同一个码本集，构造过程如上文所示。在进行动态选择之前，首先要把码本集W分为O₁O₂组，每组中有N₁N₂个码字，组内每个码字两两之间相互正交，证明过程如下：

在任意一组内(假设q1＝1，q2＝1)，其构造如下：

m₁＝O₁n₁+1，n₁＝1,…,N₁

m₂＝O₂n₂+1，n₂＝1,…,N₂

其中，U_1,1表示第一正交基在水平维度上的过采样率为1、且第二正交基在水平维度上的过采样率也为1的O₁O₂组。

表示在U_1,1中用于指示在第一正交基在水平维度上的采样天线端口数为m₁，且第二正交基在水平维度上的采样天线端口数为m₂的码字。

首先，任取两个码字

和

计算两个向量的内积为0，则表示每个码字两两之间相互正交。

其次，用户端根据当前的信道状态信息在码本集中进行搜索，从而选出最优的码字，这与3GPP协议中规定的Type I型码本的码本搜索方法近似，但是原搜索方法为遍历搜索，当天线端口多时，搜索复杂度较大。因此，本发明基于Type I型码本，提出一种低复杂度的码本搜索算法。

通过该算法得到最优码字并记录下所在的组别索引：

其中，H_k表示信道状态信息，

表示指示第一正交基和第二正交基在水平维度上的采样率之积为m，且第一正交基和第二正交基在水平维度上的天线端口数之积为n的码字。

然后计算最优码字与当前信道之间的弦距离，弦距离可以衡量两个矢量之间的相似度，计算公式如下：

其中X和Y表示维度相同的矢量，||||_F表示计算F的标识范数。当M＝1时，上式可以看作一个格拉斯曼装箱问题，此时求解F范数的问题可以变成对绝对值的求解，因此上式可以化简为：

在本问题中，最优码字与当前信道之间的弦距离计算公式可表达为：

其中，

表示当前信道矩阵H中的信道状态信息。

根据系统对当前的传输质量进行要求，从而设置判断阈值d₀，若当前最优码字与信道之间的弦距离d_k≥d₀，则将w_opt设为最优码字进行反馈；若当前最优码字与信道之间的弦距离d_k<d₀，则认为当前最优码字无法满足系统要求，需要基于线性组合原理，从码本集中挑选出相应的L个波束正交基作为宽带波束组，再通过幅度系数加权和线性合并获得最终的码字。这与3GPP协议中规定的Type II型码本的码本搜索方法近似，但原搜索算法随着天线端口的增多，计算复杂度成倍增加，因此，本发明基于Type II类型码本，提出一种低复杂度的码本搜索算法，通过该算法选出一组线性组合，再通过PMI进行反馈。

最后，用户端根据上述策略将相关信息索引组合成PMI反馈给基站端，基站端根据PMI中的信息进行码字选择或者线性组合，接着进行预编码，进行后续的数据传输。

在本发明的一个实施例中，提供一种最优码字选择方法，如图2所示，该方法包括以下步骤：

S201：获取当期信道的信道状态信息。

S202：基于所获取的信道状态信息，从预设的码本集中选择出最优码字。

本步骤中，可以基于所获取的信道状态信息的水平维信道矩阵，从预设的码本集的水平维矩阵中选择出第一最优码字，并且基于所获取的信道状态信息的垂直维信道矩阵，从预设的码本集的垂直维矩阵中选择出第二最优码字，以及根据所选择的第一最优码字和第二最优码字，确定出最优码字。

本发明实施例提供的上述最优码字选择方法中，由于可以利用信道的特性将信道进行分解，从而用较少的复杂度进行最优码字的选取。

在本发明实施例提供的如图2所示的最优码字选择方法中，模型的信道参数来自于3GPP项目组中对实际信道的测量，在实际的仿真建模中，将上式代入到本发明所以系统模型中，经过化简可得：

其中，

表示用户k在路径n上的相位，N表示路径数，a(u_k,n)和b(v_k,n)分别表示路径n在垂直和水平方向的响应，具体公式如下：

其中u_k,n和v_k,n分别表示用户k的第n条路径在天线阵列垂直维度和水平维度阵元上的相位差，具体公式如下：

其中，d_v表示在天线阵列垂直维度的弦距离，d_h表示在天线阵列水平维度的弦距离。

表示用户k的第n条路径与天线阵列的夹角。

此时得到的第k个用户的信道矩阵为

其中，

表示N_thc×N_tv的复数域，随后进行维度变化，使之成为

其中，

表示1×N_t的复数域，因此变化后的信道矩阵可表示为：

其中，

表示用户K在垂直维度的信道矩阵，

表示用户K在水平维度的信道矩阵。

最终的信道矩阵公式如下：

可以看出，通过转换后的信道矩阵与面向5G NR预编码码本都可以化解为水平维和垂直维进行克罗内克积相乘的形式。当面对精度要求不高的应用场景时，用户端往往基于线性选择对所构造的码本集进行穷举搜索，选出最优的码字，通过PMI进行反馈，基站端根据返回的码本索引进行码本选择。这样的搜索方式随着码本集中码字数量的增多，劣势也慢慢显现，为了减少遍历造成的复杂度，本发明考虑码本集的结构，提出一种基于Type I类型码本的低复杂度预编码搜索算法。

对于上文中所构造的码本集，可以看成水平维空域波束集合垂直维空域波束集的克罗内克积相乘。而对于每一个用户来说，都是独立在码本集中选择最合适的码字，假设用户端已知当前信道状态信息，基于水平维信道矩阵，从码本集的水平维矩阵中选择最优码字，依据准则如下：

q1＝0,1,...,O₁-1

n1＝0,1,...,N₁-1

其中，

表示在水平维码本矩阵中索引为q1和n1的码字。根据获得的

确定出水平维码本矩阵中相应的索引q1和n1，紧接着固定水平维码本矩阵

用户端基于垂直维信道矩阵，从码本集的垂直维矩阵中选择最优码字，依据准则如下：

q2＝0,1,...,O₂-1

n2＝0,1,...,N₂-1

其中，

表示在垂直维码本矩阵中索引为q2和n2的码字。根据获得的

确定出水平维码本矩阵中相应的索引q2和n2，最终选择的码字为

用户端将q1、n1、q2、n2打包成PMI反馈给基站端，基站端通过索引选择出码字，最终获得相应的预编码向量。

可以看到，通过以上方法，基站端便能得到所需的预编码码本索引，同时搜索复杂度大大减小。

示例性的，在一个实施例中，基站天线数为8，采取均匀阵列天线，水平维天线数N₁＝4，垂直维天线数N₂＝2，水平维过采样波束数O₁＝4，垂直维过采样波束数O₂＝4，下行信道矩阵

用户数K＝4.

输出：

预编码矩阵

及PMI信息(包含q1、n1、q2、n2)

步骤1：选择用户k(k＝1,…,K)

步骤2：在水平维码本集中选择出最优码字及所对应的索引

步骤3：在垂直维码本集中选择出最优码字及所对应的索引

步骤4：计算用户k的最优预编码码字

步骤5：记录用户k最优预编码码字的相应索引

C_k＝{q1_k,q2_k,n1_k,n2_k}

其中，q1_k、n1_k表示用户k在水平维码本矩阵中相应的索引，q2_k、n2表示用户k在垂直维码本矩阵中相应的索引。

步骤6：重复步骤2-5，直至所有用户均完成选择

步骤7：计算PMI，从用户端反馈给基站端

PMI＝{C₁,…,C_K}

其中，C₁至C_K表示用户1至用户K最优预编码码字的相应索引。

步骤8：基站端进行码字选择

W＝[W₁ W₂…W_k]^T

其中，W₁至W_K表示基站端选择的对应用户1至用户k所在用户端的最优码字。

在本发明的另一个实施例中，还提供一种最优码字选择方法，如图3所示，该方法包括以下步骤：

S301：按照最大化信道增益准则，从所选择的最优码字所在的码本集中选择预设数量个信道增益大于最优码字的码字。

本步骤中，可以按照最大化信道增益准则，遍历所选择的最优码字所在的码本集中其他的码字，得到信道增益大于最优码字的码字，并且记录所得到的码字，并更新最优码字，以及重复执行按照最大化信道增益准则，遍历所选择的最优码字所在的码本集中其他的码字，得到信道增益大于最优码字的码字的步骤，直至所记录的码字的数量达到预设数量。

S302：按照所选择的码字对最优码字进行更新。

本发明实施例提供的上述如图3所示的最优码字选择方法中，由于用户端无需穷举搜索所有可能的线性组合，大大减少搜索时间。用较少的复杂度进行线性组合的选取。

在本发明实施例提供的如图3所示的最优码字选择方法中，若最优码字仍无法满足当前的系统要求，需要基于该码字进行线性组合，使加权后得到的新码字可以满足系统要求。因此，假定所进行线性组合的4个码字均来自同一组，这样可以有效抑制多用户间的干扰，便可将码本搜索进行分解。将最优码字设为w₁，所在组别为U_opt，对该组别剩下的码字进行搜索，并按照协议乘上相应的量化系数，每个用户独立进行宽带系数幅度量化并且按照最强波束系数做幅度归一量化，这样做可以更加精准和动态的对进行反馈和预编码，量化系数如下：

对于码本搜索，按照最大化信道增益准则：

w_n＝arg max{||H_k(w₁+p_mw_n)||²}

并记录所选码字的列数n与量化系数p_m。

接着对进行线性组合后的码字与之前的码字进行对比，若获得更大的信道增益则继续搜索，直到得到一个由U_opt中4个码字所进行加权组合后的新码字w_opt，否则结束码本搜索。

最后由用户端独立的反馈PMI到基站端，基站端根据所获得的PMI进行码字选取，然后进行线性组合，叠加出相应的码字用于预编码。

示例性的，在一个实施例中，基站天线数为8，采取均匀阵列天线，水平维天线数N₁＝4，垂直维天线数N₂＝2，水平维过采样波束数O₁＝4，垂直维过采样波束数O₂＝4，下行信道矩阵H_k，用户数K＝4。

输出：预编码矩阵

及PMI信息(包含集合C＝{p_i},i＝1,…,m和集合P＝{w_i},i＝1,…,m)。

步骤1：选择用户k(k＝1,…,K)。

步骤2：选取当前信道状态下最优的一个码字w₁，并记录所在组别U_opt

V＝{U₁,…,U₁₆}

步骤3：将w₁及其量化系数1分别添加到集合P和集合C：

P＝{w₁}，C＝{1}

步骤4：从码本集U_opt中剔除码字w₁，更新码本集：

U_res＝U_opt-w₁

U_opt＝U_res

步骤5：从更新后的码本集中选择出最优码字及其量化系数

v＝arg max{||H_k(w₁+p_lv)||²}

v∈U_opt，

步骤6：判断新的线性组合是否取得更大的信道增益，如果是则继续，如果否则结束循环。将所记录的码字集P和量化系数C作为PMI反馈给基站端；

步骤7：记录新的码字w₂及其量化系数p₂；

步骤8：更新码字集；

步骤9：重复步骤5-8，直到新的码字由4个码本集中的码字线性组合；

步骤10：用户端将PMI信息(包含集合C＝{p_i},i＝1,…,m和集合P＝{w_i},i＝1,…,m)反馈给基站端。

步骤11：基站端进行码字选择和线性组合

W＝[W₁ W₂…W_k]^T

基于同一发明构思，根据本发明实施例提供的预编码方法，本发明实施例还提供了一种预编码装置，如图4所示，该装置包括：

最优码字选择模块401，用于按照Type I型码本方案选择出当前信道的最优码字；

弦距离计算模块402，用于计算最优码字与当前信道的弦距离，作为目标弦距离，其中，目标弦距离表示最优码字与当前信道在矢量上的相似度；

最优码字更新模块403，用于若目标弦距离不大于预设弦距离，则按照Type II型码本方案更新最优码字；

预编码信息发送模块404，用于向基站端发送携带更新后的最优码字的索引的预编码信息，以使基站端按照更新后的最优码字的索引进行预编码。

进一步的，预编码信息发送模块404，还用于若目标弦距离大于预设弦距离，则向基站端发送携带所选择的最优码字的索引的预编码信息，以使基站端按照所选择的最优码字的索引进行预编码。

本发明实施例提供的如图4所示的预编码装置，按照Type I型码本方案确定出最优码字后，可以在最优码字与当前信道在矢量上的相似度和预设弦距离不大于预设弦距离的情况下，按照Type II型码本方案更新最优码字，实现了动态调整码本方案。

本发明实施例还提供了一种最优码字选择装置，如图5所示，实现上述最优码字选择模块401，该装置包括：

信道状态信息获取子模块501，用于获取当期信道的信道状态信息

第一码字选择子模块502，用于基于所获取的信道状态信息，从预设的码本集中选择出最优码字。

进一步的，所述第一码字选择子模块502，具体用于基于所获取的信道状态信息的水平维信道矩阵，从预设的码本集的水平维矩阵中选择出第一最优码字，并且基于所获取的信道状态信息的垂直维信道矩阵，从预设的码本集的垂直维矩阵中选择出第二最优码字，以及根据所选择的第一最优码字和第二最优码字，确定出最优码字。

本发明实施例提供的如图5所示的最优码字选择装置，可以利用信道的特性将信道进行分解，从而用较少的复杂度进行最优码字的选取。

本发明实施例还提供了一种码字更新装置，如图6所示，实现上述最优码字更新模块403，该装置包括：

第二码字选择子模块601，用于按照最大化信道增益准则，从所选择的最优码字所在的码本集中选择预设数量个信道增益大于所述最优码字的码字；

码字更新子模块602，用于按照所选择的码字对所述最优码字进行更新。

进一步的，所述第二码字选择子模块601，具体用于按照最大化信道增益准则，遍历所选择的最优码字所在的码本集中其他的码字，得到信道增益大于所述最优码字的码字，并且记录所得到的码字，并更新所述最优码字，以及重复执行所述按照最大化信道增益准则，遍历所选择的最优码字所在的码本集中其他的码字，得到信道增益大于所述最优码字的码字的步骤，直至所记录的码字的数量达到预设数量。

本发明实施例提供的上述如图6所示的码字更新装置，由于用户端无需穷举搜索所有可能的线性组合，大大减少搜索时间。用较少的复杂度进行线性组合的选取。

本发明实施例还提供了一种电子设备，如图7所示，包括处理器701、通信接口702、存储器703和通信总线704，其中，处理器701，通信接口702，存储器703通过通信总线704完成相互间的通信，

存储器703，用于存放计算机程序；

处理器701，用于执行存储器703上所存放的程序时，实现如下步骤：

按照Type I型码本方案选择出当前信道的最优码字；

本发明实施例提供的如图5所示的电子设备，可以按照Type I型码本方案确定出最优码字后，可以在最优码字与当前信道在矢量上的相似度和预设弦距离不大于预设弦距离的情况下，按照Type II型码本方案更新最优码字，实现了动态调整码本方案。

需要说明的是，上述电子设备实现滤波方法的其他实施例，与前述方法实施例部分提及的预编码方法相同，在此不再赘述。

上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。

存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。

上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一预编码方法的步骤。

在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一预编码方法。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、电子设备、计算机可读存储介质、计算机程序产品而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

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。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种预编码方法，其特征在于，包括：

按照Type I型码本方案选择出当前信道的最优码字；

向基站端发送携带更新后的最优码字索引的预编码信息，以使所述基站端按照更新后的最优码字的索引进行预编码，所述携带更新后的最优码字索引的预编码信息为：码字集P和量化系数集合C；

所述方法还包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照Type I型码本方案选择出当前信道的最优码字，包括：

获取当期信道的信道状态信息；

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所获取的信道状态信息，从预设的码本集中选择出最优码字，包括：

4.根据权利要求1或3任一项所述的方法，其特征在于，所述按照Type II型码本方案更新所述最优码字，包括：

按照所选择的码字对所述最优码字进行更新。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述按照最大化信道增益准则，从所选择的最优码字所在的码本集中选择预设数量个信道增益大于所述最优码字的码字，包括：

记录所得到的码字，并更新所述最优码字；

6.一种预编码装置，其特征在于，包括：

预编码信息发送模块，用于向基站端发送携带更新后的最优码字的索引的预编码信息，以使所述基站端按照更新后的最优码字的索引进行预编码，所述携带更新后的最优码字索引的预编码信息为：码字集P和量化系数集合C；

所述预编码信息发送模块，还用于若所述目标弦距离大于所述预设弦距离，则向基站端发送携带所选择的最优码字的索引的预编码信息，以使所述基站端按照所选择的最优码字的索引进行预编码。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述最优码字选择模块，包括：

信道状态信息获取子模块，用于获取当期信道的信道状态信息；

8.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；

存储器，用于存放计算机程序；

处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现权利要求1-5任一所述的方法步骤。