CN114204972A - 一种秩指示和预编码矩阵索引的计算方法、接收端设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种秩指示和预编码矩阵索引的计算方法、接收端设备，包括：获取用于信道状态信息CSI测量的测量带宽的平均信道相关矩阵；根据所述测量带宽的平均信道相关矩阵，计算所述测量带宽的信道容量；遍历第一空间层数集合内所有可能的空间层数、以及所有可能的预编码矩阵，得到使所述测量带宽的信道容量最大的空间层数和预编码矩阵索引。本发明可以大幅降低预编码矩阵索引和秩指示的计算复杂度。

Description

一种秩指示和预编码矩阵索引的计算方法、接收端设备
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤指一种秩指示和预编码矩阵索引的计算方法、接收端设备。
背景技术
信道状态信息(Channel State Information，CSI)对提升无线通信的传输质量很重要。一般，接收端设备(例如智能手机等用户设备UE)根据发射端设备(例如基站等接入设备)发射的参考信号(Reference Signal，RS)获得信道状态信息，并将获得的CSI反馈给发射端设备。发射端设备基于该CSI对发射信号进行预编码处理并发往接收端设备。通过发射端的预编码处理，不仅可以改善接收端的性能，还可以大幅降低接收端的信号处理难度。
基于上述想法，3GPP定义了一系列预编码矩阵，基站和UE侧均可获得，应用时根据预编码码本索引(PMI，Precoding Matrix Indicator)可以得到一个使信道容量最大的预编码矩阵。
在第五代移动通信(5G)系统中，UE上报信道状态信息CSI给第五代基站gNB，gNB根据上报的内容进行调度的调整以及波束管理相关的工作。
跟调度相关的CSI信息包括信道矩阵的秩指示(RI，Rank Indicator)和PMI，根据RI和PMI可确定使信道容量最大的预编码矩阵。
5G系统采用两级预编码码本结构，即：
Figure 587856DEST_PATH_IMAGE001
Figure 426368DEST_PATH_IMAGE002
代表空间层数(layer)，
Figure 143789DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 460369DEST_PATH_IMAGE004
分别代表层数为
Figure 946845DEST_PATH_IMAGE005
对应的一级码本矩阵和二级码本矩阵，
Figure 221838DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 160975DEST_PATH_IMAGE007
分别代表一级码本矩阵索引（即第一类PMI）和二级码本矩阵索引（即第二类PMI），
Figure 156613DEST_PATH_IMAGE008
描述无线信道的长期宽带特性，
Figure 746863DEST_PATH_IMAGE009
描述无线信道短期子带特性，用于对
Figure 677910DEST_PATH_IMAGE010
中的波束进行列选择和相位调整。
假设5G系统发送CSI-RS（用于CSI测量的参考信号，CSI Reference Signal）的端口数为
Figure 619190DEST_PATH_IMAGE011
，接收天线个数为
Figure 28306DEST_PATH_IMAGE012
，经过FFT变化后，子载波k上的接收信号表示为：
Figure 738642DEST_PATH_IMAGE013
其中，
Figure 106169DEST_PATH_IMAGE014
表示子载波k上信道估计矩阵，维度为
Figure 534745DEST_PATH_IMAGE015
；
Figure 481973DEST_PATH_IMAGE016
表示发送信号向量，维度为
Figure 312394DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure 585244DEST_PATH_IMAGE018
表示空间层数；
Figure 110903DEST_PATH_IMAGE019
表示接收天线的高斯白噪声向量，维度为
Figure 376668DEST_PATH_IMAGE020
。
针对子载波k，假设空间层数为
Figure 812329DEST_PATH_IMAGE021
、预编码矩阵为
Figure 770926DEST_PATH_IMAGE022
的前提下，经过MMSE（最小均方误差估计）滤波后、第
Figure 393669DEST_PATH_IMAGE023
层（
Figure 463125DEST_PATH_IMAGE024
）的等效SINR（信号与干扰加噪声比，Signalto Interference plus Noise Ratio）为：
Figure 487713DEST_PATH_IMAGE025
式中，
Figure 617211DEST_PATH_IMAGE026
表示矩阵的共轭转置，
Figure 992829DEST_PATH_IMAGE027
表示矩阵求逆后的取第
Figure 334818DEST_PATH_IMAGE028
个对角线元素，
Figure 745070DEST_PATH_IMAGE029
表示平均噪声功率。
根据香农公式，在该假设前提下，子载波k的信道容量为：
Figure 655258DEST_PATH_IMAGE030
假设CSI测量带宽内包含
Figure 767439DEST_PATH_IMAGE031
个子带，每个子带包含
Figure 663851DEST_PATH_IMAGE032
个CSI-RS子载波，由于空间层数为
Figure 177878DEST_PATH_IMAGE033
和一级码本索引
Figure 399912DEST_PATH_IMAGE034
描述的是无线信道的长期宽带特性，所以遍历空间层数的集合
Figure 999389DEST_PATH_IMAGE035
内所有层数
Figure 965071DEST_PATH_IMAGE036
以及其对应的一级码本集合
Figure 68025DEST_PATH_IMAGE037
和二级码本集合
Figure 195381DEST_PATH_IMAGE038
，可得到
Figure 282155DEST_PATH_IMAGE039
估计值：
Figure 520369DEST_PATH_IMAGE040
基于得到的
Figure 8988DEST_PATH_IMAGE041
，可得到每个子带j的
Figure 307245DEST_PATH_IMAGE042
的估计值，
Figure 881315DEST_PATH_IMAGE043
：
Figure 923220DEST_PATH_IMAGE044
其中
Figure 767DEST_PATH_IMAGE045
是信道矩阵的秩的估计值，
Figure 735505DEST_PATH_IMAGE046
是第一类PMI的估计值，
Figure 531291DEST_PATH_IMAGE047
是第二类PMI在第j个子带的估计值。
上述传统的RI、PMI搜索算法复杂度特别高，因为5G系统可配置的层数集合为{1，2，3，4，5，6，7，8}，可配置的CSI-RS端口数集合为{2，4，8，12，16，24，32}，所以，需要遍历的预编码码本数量非常多，并且每个子载波的信道容量计算需要做矩阵求逆，因此RI、PMI计算负载非常高。
发明内容
本发明的目的之一是为了克服现有技术中存在的不足，提供了一种秩指示和预编码矩阵索引的计算方法、接收端设备。
本发明提供的技术方案如下：
一种秩指示和预编码矩阵索引的计算方法，包括：获取用于信道状态信息CSI测量的测量带宽的平均信道相关矩阵；根据所述测量带宽的平均信道相关矩阵，计算所述测量带宽的信道容量；遍历第一空间层数集合内所有可能的空间层数、以及所有可能的预编码矩阵，得到使所述测量带宽的信道容量最大的空间层数和预编码矩阵索引，将其作为CSI反馈的秩指示和预编码矩阵索引。
进一步地，所述的获取用于CSI测量的测量带宽的平均信道相关矩阵包括：
根据以下公式计算用于CSI测量的测量带宽内每个子载波的的信道相关矩阵：
Figure 501521DEST_PATH_IMAGE048
其中，
Figure 449886DEST_PATH_IMAGE049
为第K个子载波的信道相关矩阵，Hk为第K个子载波的信道估计矩阵，
Figure 604792DEST_PATH_IMAGE050
代表矩阵的共轭转置；
根据所述测量带宽内所有子载波的信道相关矩阵，得到所述测量带宽的平均信道相关矩阵。
进一步地，根据以下公式计算所述测量带宽的信道容量：
Figure 638607DEST_PATH_IMAGE051
其中，
Figure 537162DEST_PATH_IMAGE052
是在空间层数为
Figure 74454DEST_PATH_IMAGE053
、预编码矩阵为
Figure 400262DEST_PATH_IMAGE054
前提下的测量带宽的信道容量，
Figure 921373DEST_PATH_IMAGE055
是所述测量带宽的平均信道相关矩阵，
Figure 358039DEST_PATH_IMAGE056
是平均噪声功率，
Figure 15417DEST_PATH_IMAGE057
是维度为
Figure 777705DEST_PATH_IMAGE058
的单位矩阵，
Figure 520533DEST_PATH_IMAGE059
表示矩阵的共轭转置，
Figure 760891DEST_PATH_IMAGE060
表示矩阵求逆后取第
Figure 538354DEST_PATH_IMAGE061
个对角线元素。
进一步地，若预编码矩阵索引PMI包括第一类PMI和第二类PMI，则遍历第一空间层数集合内所有可能的空间层数、以及所有可能的一级码本和二级码本，得到使所述测量带宽的信道容量最大的空间层数和第一类PMI，将其作为CSI反馈的秩指示和一级码本矩阵索引；根据所述目标空间层数和所述目标第一类PMI，计算第二类PMI在每个子带的目标值。
进一步地，所述的计算第二类PMI在每个子带的目标值，包括：获取每个子带的平均信道相关矩阵；根据每个子带的平均信道相关矩阵，计算对应子带的信道容量；根据所述目标空间层数构建第二空间层数集合；所述第二空间层数集合为所述第一空间层数集合的子集，且包括所述目标空间层数；遍历第二空间层数的集合内所有可能的空间层数、以及所有可能的一级码本和二级码本，得到使所述子带的信道容量最大的第二类PMI在每个子带的目标值。
进一步地，根据以下公式计算子带的的信道容量：
Figure 205964DEST_PATH_IMAGE062
其中，
Figure 170509DEST_PATH_IMAGE063
是在空间层数为
Figure 214558DEST_PATH_IMAGE064
、预编码矩阵为
Figure 846527DEST_PATH_IMAGE065
前提下的子带j的信道容量，
Figure 294826DEST_PATH_IMAGE066
是所述子带j的平均信道相关矩阵，
Figure 550531DEST_PATH_IMAGE067
是平均噪声功率，
Figure 883423DEST_PATH_IMAGE068
是维度为
Figure 619167DEST_PATH_IMAGE069
的单位矩阵，
Figure 644892DEST_PATH_IMAGE070
表示矩阵的共轭转置，
Figure 833296DEST_PATH_IMAGE071
表示矩阵求逆后取第
Figure 969880DEST_PATH_IMAGE072
个对角线元素。
进一步地，所述的根据所述目标空间层数构建第二空间层数集合包括：
根据所述第一空间层数集合中所述目标空间层数及其附近可能的空间层数构建第二空间层数集合。
本发明还提供一种接收端设备，包括：处理器，用于获取用于信道状态信息CSI测量的测量带宽的平均信道相关矩阵；根据所述测量带宽的平均信道相关矩阵，计算所述测量带宽的信道容量；遍历第一空间层数集合内所有可能的空间层数、以及所有可能的预编码矩阵，得到使所述测量带宽的信道容量最大的空间层数和预编码矩阵索引，将其作为CSI反馈的秩指示和预编码矩阵索引。
进一步地，所述处理器，还用于根据以下公式计算用于CSI测量的测量带宽内每个子载波的的信道相关矩阵：
Figure 560130DEST_PATH_IMAGE073
其中，
Figure 491177DEST_PATH_IMAGE074
为第K个子载波的信道相关矩阵，Hk为第K个子载波的信道估计矩阵，
Figure 432457DEST_PATH_IMAGE075
代表矩阵的共轭转置；
根据所述测量带宽内所有子载波的信道相关矩阵，得到所述测量带宽的平均信道相关矩阵。
进一步地，所述处理器，还用于根据以下公式计算所述测量带宽的信道容量：
Figure 107152DEST_PATH_IMAGE076
其中，
Figure 817488DEST_PATH_IMAGE077
是在空间层数为
Figure 919436DEST_PATH_IMAGE078
、预编码矩阵为
Figure 82433DEST_PATH_IMAGE079
前提下的测量带宽的信道容量，
Figure 560819DEST_PATH_IMAGE080
是所述测量带宽的平均信道相关矩阵，
Figure 1027DEST_PATH_IMAGE081
是平均噪声功率，
Figure 523144DEST_PATH_IMAGE082
是维度为
Figure 189749DEST_PATH_IMAGE083
的单位矩阵，
Figure 455514DEST_PATH_IMAGE084
表示矩阵的共轭转置，
Figure 625596DEST_PATH_IMAGE085
表示矩阵求逆后取第
Figure 318614DEST_PATH_IMAGE086
个对角线元素。
通过本发明提供的一种秩指示和预编码矩阵索引的计算方法、接收端设备，至少能够带来以下有益效果：本发明提出一种兼顾搜索性能和运算复杂度的RI、PMI计算方法，通过用宽带或者子带的平均信道相关矩阵代替每个子载波分别求信道相关矩阵，减少矩阵求逆运算；在每个子带进行RI、PMI搜索时，先限制RI范围再做遍历搜索，减少遍历运算的次数；从而降低RI、PMI的计算复杂度。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种秩指示和预编码矩阵索引的计算方法、接收端设备的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本发明的一种秩指示和预编码矩阵索引的计算方法的一个实施例的流程图；
图2是本发明的一种秩指示和预编码矩阵索引的计算方法的另一个实施例的流程图；
图3是图2中步骤S320的一种处理流程图；
图4是本发明的一种接收端设备的一个实施例的结构示意图。
附图标号说明：
100.处理器，10.接收端设备。
具体实施方式
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，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。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，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘制了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
本发明的一个实施例，如图1所示，一种秩指示和预编码矩阵索引的计算方法，用于单级码本结构的PMI，包括：
步骤S100获取用于信道状态信息CSI测量的测量带宽的平均信道相关矩阵。
具体地，根据以下公式计算用于CSI测量的测量带宽内每个子载波的的信道相关矩阵：
Figure 472515DEST_PATH_IMAGE087
其中，
Figure 541971DEST_PATH_IMAGE088
为第K个子载波的信道相关矩阵，Hk为第K个子载波的信道估计矩阵，
Figure 566559DEST_PATH_IMAGE089
代表矩阵的共轭转置。
根据测量带宽内所有子载波的信道相关矩阵，得到测量带宽的平均信道相关矩阵。具体地，对测量带宽内所有子载波的信道相关矩阵进行相加，再除以CSI测量带宽内的所有子载波数，得到测量带宽的平均信道相关矩阵。
比如，假设CSI测量带宽内包含N个子带，每个子带包含M个CSI-RS子载波，CSI-RS子载波是指发送用于CSI测量的参考信号的子载波，则CSI测量带宽内的所有子载波数为N*M，对N*M个子载波的信道相关矩阵加和，再除以（N*M），得到测量带宽的平均信道相关矩阵。
步骤S200根据该测量带宽的平均信道相关矩阵，计算该测量带宽的信道容量。
具体地，根据以下公式计算该测量带宽的信道容量：
Figure 696057DEST_PATH_IMAGE090
其中，
Figure 71675DEST_PATH_IMAGE091
是在空间层数为
Figure 679243DEST_PATH_IMAGE092
、预编码矩阵为
Figure 823916DEST_PATH_IMAGE093
前提下的测量带宽的信道容量，
Figure 468524DEST_PATH_IMAGE094
是测量带宽的平均信道相关矩阵，
Figure 721651DEST_PATH_IMAGE095
是平均噪声功率，
Figure 742697DEST_PATH_IMAGE096
是维度为
Figure 991144DEST_PATH_IMAGE097
的单位矩阵，
Figure 213178DEST_PATH_IMAGE098
表示矩阵的共轭转置，
Figure 812656DEST_PATH_IMAGE099
表示矩阵求逆后取第
Figure 247179DEST_PATH_IMAGE100
个对角线元素。
Figure 615713DEST_PATH_IMAGE101
为根据空间层数
Figure 8648DEST_PATH_IMAGE102
和预编码矩阵索引i得到的预编码矩阵。
步骤S300遍历第一空间层数集合内所有可能的空间层数、以及所有可能的预编码矩阵，得到使测量带宽的信道容量最大的空间层数和预编码矩阵索引，将其作为CSI反馈的秩指示和预编码矩阵索引。
具体地，根据以下公式计算目标空间层数
Figure 829842DEST_PATH_IMAGE103
和目标预编码矩阵索引
Figure 333636DEST_PATH_IMAGE104
：
Figure 556676DEST_PATH_IMAGE105
其中，
Figure 979567DEST_PATH_IMAGE106
为第一空间层数集合，
Figure 304369DEST_PATH_IMAGE107
为预编码矩阵索引集合。
目标空间层数
Figure 595542DEST_PATH_IMAGE108
即CSI上报的秩指示，目标预编码矩阵索引
Figure 423820DEST_PATH_IMAGE109
即CSI上报的预编码矩阵索引。接收端设备将得到的
Figure 407826DEST_PATH_IMAGE110
和
Figure 954345DEST_PATH_IMAGE109
发送给发射端设备，发射端设备根据
Figure 49209DEST_PATH_IMAGE110
和
Figure 997573DEST_PATH_IMAGE109
得到预编码矩阵，采用预编码矩阵对发射信号进行预编码处理，就可以大大降低信道间的干扰，简化接收端设备的接收处理。
本实施例，通过用宽带的平均信道相关矩阵代替传统算法中每个子载波的信道相关矩阵，大大减少了测量带宽的信道容量计算中的矩阵求逆运算的数量，从而降低了RI和PMI的计算复杂度。
本发明的另一个实施例，如图2、图3所示，一种秩指示和预编码矩阵索引的计算方法，用于两级码本结构的PMI，包括：
步骤S100获取用于信道状态信息CSI测量的测量带宽的平均信道相关矩阵。
步骤S210根据该测量带宽的平均信道相关矩阵，计算该测量带宽的信道容量。
具体地，对于采用两级码本结构的PMI，预编码矩阵索引PMI包括第一类PMI（又称为一级码本矩阵索引）和第二类PMI（又称为二级码本矩阵索引）。比如5G无线通信系统采用两级预编码码本结构，其预编码矩阵需要第一类PMI和第二类PMI共同来确定。
针对采用两类PMI组合的情况，根据以下公式计算CSI测量带宽的信道容量：
Figure 152480DEST_PATH_IMAGE111
其中，
Figure 186295DEST_PATH_IMAGE112
是在空间层数为
Figure 819270DEST_PATH_IMAGE113
、预编码矩阵为
Figure 622141DEST_PATH_IMAGE114
前提下的CSI测量带宽的信道容量，
Figure 947949DEST_PATH_IMAGE115
是测量带宽的平均信道相关矩阵，
Figure 328115DEST_PATH_IMAGE116
是平均噪声功率，
Figure 515514DEST_PATH_IMAGE117
是维度为
Figure 687738DEST_PATH_IMAGE118
的单位矩阵，
Figure 935180DEST_PATH_IMAGE119
表示矩阵的共轭转置，
Figure 927275DEST_PATH_IMAGE120
表示矩阵求逆后取第
Figure 918365DEST_PATH_IMAGE121
个对角线元素。
Figure 945096DEST_PATH_IMAGE122
为根据空间层数
Figure 97860DEST_PATH_IMAGE123
、第一类PMI i1和第二类PMI i2得到的预编码矩阵。
步骤S310遍历第一空间层数集合内所有可能的空间层数、以及所有可能的一级码本和二级码本，得到使测量带宽的信道容量最大的空间层数和第一类PMI，将其作为目标空间层数和目标第一类PMI。
具体地，对于采用两级码本结构的PMI，根据以下公式计算目标空间层数
Figure 577251DEST_PATH_IMAGE124
和目标第一类
Figure 372032DEST_PATH_IMAGE125
：
Figure 253269DEST_PATH_IMAGE126
其中，
Figure 842514DEST_PATH_IMAGE127
为第一空间层数集合，
Figure 74781DEST_PATH_IMAGE128
为一级码本集合，
Figure 407673DEST_PATH_IMAGE129
为二级码本集合。
步骤S320根据目标空间层数和目标第一类PMI，计算第二类PMI在每个子带的目标值。
在5G系统中，第一类PMI反应了无线信道的长期宽带特性，第二类PMI反应了无线信道的短期子带特性，所以需要在每个子带估计第二类PMI。
具体地，步骤S320包括：
步骤S321获取每个子带的平均信道相关矩阵。
具体地，计算用于CSI测量的测量带宽内每个子载波的的信道相关矩阵；根据每个子带内每个子载波的的信道相关矩阵，得到每个子带的平均信道相关矩阵。
步骤S322根据每个子带的平均信道相关矩阵，计算对应子带的信道容量。
根据以下公式计算子带的的信道容量：
Figure 143417DEST_PATH_IMAGE130
其中，
Figure 903562DEST_PATH_IMAGE131
是在空间层数为
Figure 967333DEST_PATH_IMAGE132
、预编码矩阵为
Figure 111042DEST_PATH_IMAGE133
前提下的子带j的信道容量，
Figure 717604DEST_PATH_IMAGE134
是所述子带j的平均信道相关矩阵，
Figure 163498DEST_PATH_IMAGE135
是平均噪声功率，
Figure 589931DEST_PATH_IMAGE136
是维度为
Figure 513894DEST_PATH_IMAGE137
的单位矩阵，
Figure 974962DEST_PATH_IMAGE138
表示矩阵的共轭转置，
Figure 60599DEST_PATH_IMAGE139
表示矩阵求逆后取第
Figure 239907DEST_PATH_IMAGE140
个对角线元素。
步骤S323根据目标空间层数构建第二空间层数集合。
第二空间层数集合为第一空间层数集合的子集，且包括目标空间层数。
一种实施方式，第二空间层数集合仅包含目标空间层数。
另一种实施方式，第二空间层数集合包含目标空间层数及其附近可能的空间层数。所谓附近可能的空间层数是指距离目标空间层数最近的几个可能的空间层数。由于目标空间层数是发生概率较大的空间层数，其附近的空间层数发生概率也较大，通过适当增加第二空间层数集合的元素个数可改进估计的准确度。
比如，假设第一空间层数集合为
Figure 967561DEST_PATH_IMAGE141
，目标空间层数为2，选取距离目标层数2及其附近的空间层数1和3构建第二空间层数集合。
具体地，对第一空间层数集合的元素按照从小到大顺序排列；若第一空间层数集合的元素个数小于2，则第二空间层数集合等于第一空间层数集合。
若第一空间层数集合的元素个数大于2，且目标空间层数为第一空间层数集合中的最小值，则选取目标空间层数及其之后的元素构建第二空间层数集合。
若第一空间层数集合的元素个数大于2，且目标空间层数为第一空间层数集合中的最大值，则选取目标空间层数及其之前的元素构建第二空间层数集合。
否则，选取目标空间层数及其前、后相邻的空间层数构建第二空间层数集合。
步骤S324遍历第二空间层数的集合内所有可能的空间层数、以及所有可能的一级码本和二级码本，得到使子带的信道容量最大的第二类PMI在每个子带的目标值。
根据以下公式计算第二类PMI在子带j的目标值
Figure 17556DEST_PATH_IMAGE142
：
Figure 805253DEST_PATH_IMAGE143
其中，
Figure 206278DEST_PATH_IMAGE144
为第二空间层数集合，
Figure 347409DEST_PATH_IMAGE145
为子带j的一级码本集合，
Figure 32338DEST_PATH_IMAGE146
为子带j的二级码本集合。
目标空间层数
Figure 476088DEST_PATH_IMAGE147
即CSI上报的秩指示，目标第一类PMI
Figure 613678DEST_PATH_IMAGE148
即CSI上报的一级码本矩阵索引，目标值
Figure 433866DEST_PATH_IMAGE149
为CSI上报的子带j的二级码本矩阵索引。接收端设备将秩指示
Figure 973301DEST_PATH_IMAGE150
、一级码本矩阵索引
Figure 322374DEST_PATH_IMAGE151
和每个子带的二级码本矩阵索引发送给发射端设备，发射端设备根据秩指示、第一类PMI和第二类PMI得到每个子带的预编码矩阵，采用预编码矩阵对发射信号进行预编码处理，就可以大大降低信道间的干扰，简化接收端设备的接收处理。
本实施例，针对两级预编码码本结构，通过用宽带、子带的平均信道相关矩阵代替每个子载波分别求信道相关矩阵，减少矩阵求逆运算；对每个子带进行PMI搜索时，通过先限制RI范围再做遍历搜索，减少了遍历运算的搜索次数；从而降低了RI、PMI的运算复杂度。
本发明的一个实施例，如图4所示，一种接收端设备10，包括：
处理器100，用于获取用于信道状态信息CSI测量的测量带宽的平均信道相关矩阵；根据测量带宽的平均信道相关矩阵，计算测量带宽的信道容量；遍历第一空间层数集合内所有可能的空间层数、以及所有可能的预编码矩阵，得到使测量带宽的信道容量最大的空间层数和预编码矩阵索引，将其作为CSI反馈的秩指示和预编码矩阵索引。
具体地，根据以下公式计算用于CSI测量的测量带宽内每个子载波的的信道相关矩阵：
Figure 947259DEST_PATH_IMAGE152
其中，
Figure 571138DEST_PATH_IMAGE153
为第K个子载波的信道相关矩阵，Hk为第K个子载波的信道估计矩阵，
Figure 699500DEST_PATH_IMAGE154
代表矩阵的共轭转置。
根据测量带宽内所有子载波的信道相关矩阵，得到测量带宽的平均信道相关矩阵。可对测量带宽内所有子载波的信道相关矩阵进行相加，再除以CSI测量带宽内的所有子载波数。
对于采用单级码本结构的PMI，根据以下公式计算该测量带宽的信道容量：
Figure 750633DEST_PATH_IMAGE155
其中，
Figure 862814DEST_PATH_IMAGE156
是在空间层数为
Figure 883860DEST_PATH_IMAGE157
、预编码矩阵为
Figure 148619DEST_PATH_IMAGE158
前提下的测量带宽的信道容量，
Figure 619920DEST_PATH_IMAGE159
是所述测量带宽的平均信道相关矩阵，
Figure 704551DEST_PATH_IMAGE160
是平均噪声功率，
Figure 919501DEST_PATH_IMAGE161
是维度为
Figure 773187DEST_PATH_IMAGE162
的单位矩阵，
Figure 415390DEST_PATH_IMAGE163
表示矩阵的共轭转置，
Figure 252896DEST_PATH_IMAGE164
表示矩阵求逆后取第
Figure 5957DEST_PATH_IMAGE165
个对角线元素。
Figure 714150DEST_PATH_IMAGE166
为根据空间层数
Figure 527254DEST_PATH_IMAGE167
和预编码矩阵索引PMI得到的预编码矩阵。
对于采用单级码本结构的PMI，根据以下公式计算目标空间层数
Figure 320898DEST_PATH_IMAGE168
和目标预编码矩阵索引
Figure 877650DEST_PATH_IMAGE169
：
Figure 971508DEST_PATH_IMAGE170
其中，
Figure 565300DEST_PATH_IMAGE171
为第一空间层数集合，
Figure 361087DEST_PATH_IMAGE172
为预编码矩阵索引集合。
目标空间层数
Figure 206683DEST_PATH_IMAGE173
即CSI上报的秩指示，目标预编码矩阵索引
Figure 404315DEST_PATH_IMAGE174
即CSI上报的预编码矩阵索引。接收端设备将得到的
Figure 44375DEST_PATH_IMAGE175
和
Figure 327458DEST_PATH_IMAGE174
发送给发射端设备，发射端设备根据
Figure 976745DEST_PATH_IMAGE175
和
Figure 28883DEST_PATH_IMAGE174
得到预编码矩阵，采用预编码矩阵对发射信号进行预编码处理，就可以大大降低信道间的干扰，简化接收端设备的接收处理。
本实施例，通过用宽带的平均信道相关矩阵代替传统算法中每个子载波的信道相关矩阵，大大减少了测量带宽的信道容量计算中的矩阵求逆运算的数量，从而降低了RI和PMI的计算复杂度。
本发明的另一个实施例，如图4所示，一种接收端设备10，包括：
处理器100，用于获取用于信道状态信息CSI测量的测量带宽的平均信道相关矩阵；根据该测量带宽的平均信道相关矩阵，计算该测量带宽的信道容量。
具体地，对于采用两级码本结构的PMI，预编码矩阵索引PMI包括第一类PMI（又称为一级码本矩阵索引）和第二类PMI（又称为二级码本矩阵索引）。比如5G无线通信系统采用两级预编码码本结构，其预编码矩阵需要第一类PMI和第二类PMI共同来确定。
针对采用两类PMI组合的情况，根据以下公式计算CSI测量带宽的信道容量：
Figure 105424DEST_PATH_IMAGE176
其中，
Figure 344644DEST_PATH_IMAGE177
是在空间层数为
Figure 797622DEST_PATH_IMAGE178
、预编码矩阵为
Figure 969846DEST_PATH_IMAGE179
前提下的CSI测量带宽的信道容量，
Figure 217288DEST_PATH_IMAGE180
是测量带宽的平均信道相关矩阵，
Figure 819171DEST_PATH_IMAGE181
是平均噪声功率，
Figure 59528DEST_PATH_IMAGE182
是维度为
Figure 836991DEST_PATH_IMAGE183
的单位矩阵，
Figure 239023DEST_PATH_IMAGE184
表示矩阵的共轭转置，
Figure 734726DEST_PATH_IMAGE185
表示矩阵求逆后取第
Figure 513195DEST_PATH_IMAGE186
个对角线元素。
Figure 410744DEST_PATH_IMAGE187
为根据空间层数
Figure 249256DEST_PATH_IMAGE188
、第一类PMI i1和第一类PMI i2得到的预编码矩阵。
处理器100，还用于遍历第一空间层数集合内所有可能的空间层数、以及所有可能的一级码本和二级码本，得到使测量带宽的信道容量最大的空间层数和第一类PMI，将其作为CSI反馈的秩指示和一级码本矩阵索引。
具体地，根据以下公式计算目标空间层数和目标预编码矩阵索引：
Figure 701097DEST_PATH_IMAGE189
其中，
Figure 283257DEST_PATH_IMAGE190
为第一空间层数集合，
Figure 35312DEST_PATH_IMAGE191
是为一级码本集合，
Figure 779146DEST_PATH_IMAGE192
为二级码本集合。
目标空间层数
Figure 983862DEST_PATH_IMAGE193
即CSI上报的秩指示，目标第一类PMI
Figure 369713DEST_PATH_IMAGE194
即CSI上报的一级码本矩阵索引。
处理器100，还用于根据目标空间层数和目标第一类PMI，计算第二类PMI在每个子带的目标值。
具体地，处理器100，用于获取每个子带的平均信道相关矩阵；根据每个子带的平均信道相关矩阵，计算对应子带的信道容量。
具体地，计算用于CSI测量的测量带宽内每个子载波的的信道相关矩阵；根据每个子带内每个子载波的的信道相关矩阵，得到每个子带的平均信道相关矩阵。
根据以下公式计算子带的的信道容量：
Figure 835330DEST_PATH_IMAGE195
其中，
Figure 766377DEST_PATH_IMAGE196
是在空间层数为
Figure 707657DEST_PATH_IMAGE197
、预编码矩阵为
Figure 382352DEST_PATH_IMAGE198
前提下的子带j的信道容量，
Figure 116125DEST_PATH_IMAGE199
是所述子带j的平均信道相关矩阵，
Figure 218073DEST_PATH_IMAGE200
是平均噪声功率，
Figure 381070DEST_PATH_IMAGE201
是维度为
Figure 859456DEST_PATH_IMAGE202
的单位矩阵，
Figure 424298DEST_PATH_IMAGE203
表示矩阵的共轭转置，
Figure 697148DEST_PATH_IMAGE204
表示矩阵求逆后取第
Figure 347441DEST_PATH_IMAGE205
个对角线元素。
处理器100，还用于根据目标空间层数构建第二空间层数集合；遍历第二空间层数的集合内所有可能的空间层数、以及所有可能的一级码本和二级码本，得到使子带的信道容量最大的第二类PMI在每个子带的目标值。
根据以下公式计算第二类PMI在子带j的目标值
Figure 629518DEST_PATH_IMAGE206
：
Figure 658654DEST_PATH_IMAGE207
其中，
Figure 617251DEST_PATH_IMAGE208
为第二空间层数集合，
Figure 505573DEST_PATH_IMAGE209
为子带j的一级码本集合，
Figure 309450DEST_PATH_IMAGE210
为子带j的二级码本集合。
目标值
Figure 599617DEST_PATH_IMAGE211
为CSI上报的子带j的二级码本矩阵索引。接收端设备将秩指示
Figure 729116DEST_PATH_IMAGE212
、一级码本矩阵索引
Figure 104733DEST_PATH_IMAGE213
和每个子带的二级码本矩阵索引发送给发射端设备，发射端设备根据秩指示、第一类PMI和第二类PMI得到每个子带的预编码矩阵，采用预编码矩阵对发射信号进行预编码处理，就可以大大降低信道间的干扰，简化接收端设备的接收处理。
本实施例，针对两级预编码码本结构，通过用宽带、子带的平均信道相关矩阵代替每个子载波分别求信道相关矩阵，减少矩阵求逆运算；对每个子带进行PMI搜索时，通过先限制RI范围再做遍历搜索，减少了遍历运算的搜索次数；从而降低了RI、PMI的运算复杂度。
需要说明的是，本发明提供的接收端设备的实施例与前述提供的秩指示和预编码矩阵索引的计算方法的实施例均基于同一发明构思，能够取得相同的技术效果。因而，接收端设备的实施例的其它具体内容可以参照前述秩指示和预编码矩阵索引的计算方法的实施例内容的记载。
本发明还提供了一个具体实施场景示例，将本申请提供的秩指示和预编码矩阵索引的计算方法和装置应用于第五代移动通信(5G)系统的信道状态信息CSI的信道矩阵的秩指示RI和预编码码本索引PMI的计算中。具体如下：
第一步，求CSI测量带宽内所有CSI-RS子载波的平均信道相关矩阵，其中，
Figure 977880DEST_PATH_IMAGE214
表示子载波k上信道估计值，
Figure 856975DEST_PATH_IMAGE215
代表矩阵的共轭转置：
Figure 157375DEST_PATH_IMAGE216
其中，N为CSI测量带宽内的子带个数，M为每个子带内CSI-RS子载波的个数。
第二步，利用
Figure 754709DEST_PATH_IMAGE217
，假设空间层数为
Figure 165968DEST_PATH_IMAGE218
、预编码矩阵为
Figure 430727DEST_PATH_IMAGE219
前提下，可求出CSI测量带宽内平均的信道容量
Figure 636449DEST_PATH_IMAGE220
：
Figure 845714DEST_PATH_IMAGE221
其中，
Figure 811396DEST_PATH_IMAGE222
是平均噪声功率，
Figure 179929DEST_PATH_IMAGE223
是维度为
Figure 572864DEST_PATH_IMAGE224
的单位矩阵，
Figure 394059DEST_PATH_IMAGE225
表示矩阵的共轭转置，
Figure 632273DEST_PATH_IMAGE226
表示矩阵求逆后取第
Figure 120892DEST_PATH_IMAGE227
个对角线元素。
第三步，利用
Figure 684729DEST_PATH_IMAGE228
，遍历空间层数的集合
Figure 993219DEST_PATH_IMAGE229
内所有可能空间层数为
Figure 35125DEST_PATH_IMAGE230
以及其对应的一级码本集合
Figure 378250DEST_PATH_IMAGE231
、二级码本集合
Figure 847409DEST_PATH_IMAGE232
，可得到
Figure 643195DEST_PATH_IMAGE233
估计值：
Figure 488791DEST_PATH_IMAGE234
第四步，针对每一个子带j，
Figure 296210DEST_PATH_IMAGE235
：
4.1计算子带j的平均信道相关矩阵
Figure 451117DEST_PATH_IMAGE236
，下式中，
Figure 484932DEST_PATH_IMAGE237
表示子带j内、子载波k上信道估计值：
Figure 383487DEST_PATH_IMAGE238
4.2设定子带j的空间层集合为
Figure 186358DEST_PATH_IMAGE239
，式中，
Figure 246587DEST_PATH_IMAGE240
、
Figure 767698DEST_PATH_IMAGE241
分别表示空间层数的集合
Figure 204364DEST_PATH_IMAGE242
中的最小值、最大值，并且假设
Figure 861742DEST_PATH_IMAGE242
中元素按照从小到大顺序排列，
Figure 92872DEST_PATH_IMAGE243
、
Figure 101279DEST_PATH_IMAGE244
分别表示在
Figure 341636DEST_PATH_IMAGE242
中排在
Figure 978154DEST_PATH_IMAGE245
之前、之后的元素，
Figure 396497DEST_PATH_IMAGE246
代表集合
Figure 141468DEST_PATH_IMAGE247
中元素的个数：
Figure 670670DEST_PATH_IMAGE248
遍历子带j的空间层集合
Figure 551907DEST_PATH_IMAGE249
以及对应的一级码本集合
Figure 141151DEST_PATH_IMAGE250
和二级码本集合
Figure 107839DEST_PATH_IMAGE251
，可得到子带j的二级码本估计值
Figure 440731DEST_PATH_IMAGE252
，
Figure 176475DEST_PATH_IMAGE253
其中，
Figure 671041DEST_PATH_IMAGE254
；
其中，
Figure 125025DEST_PATH_IMAGE255
是在空间层数为
Figure 261609DEST_PATH_IMAGE256
、预编码矩阵为
Figure 383017DEST_PATH_IMAGE257
前提下的子带j的信道容量，
Figure 314064DEST_PATH_IMAGE258
是子带j的平均信道相关矩阵，
Figure 989765DEST_PATH_IMAGE259
是平均噪声功率，
Figure 664460DEST_PATH_IMAGE260
是维度为
Figure 984583DEST_PATH_IMAGE261
的单位矩阵，
Figure 601378DEST_PATH_IMAGE262
表示矩阵的共轭转置，
Figure 780686DEST_PATH_IMAGE263
表示矩阵求逆后取第
Figure 242761DEST_PATH_IMAGE264
个对角线元素。
本实施例提供的RI、PMI计算方法能够兼顾搜索性能和运算复杂度，通过用宽带或者子带的平均信道相关矩阵代替每个子载波分别求信道相关矩阵，减少了矩阵求逆运算；对每个子带进行RI、PMI搜索时，先限制RI范围再做遍历搜索，减少遍历运算的次数；从而降低了5G系统中RI、PMI的运算复杂度。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种秩指示和预编码矩阵索引的计算方法，其特征在于，包括：
获取用于信道状态信息CSI测量的测量带宽的平均信道相关矩阵；
根据所述测量带宽的平均信道相关矩阵，计算所述测量带宽的信道容量；
遍历第一空间层数集合内所有可能的空间层数、以及所有可能的预编码矩阵，得到使所述测量带宽的信道容量最大的空间层数和预编码矩阵索引，将其作为CSI反馈的秩指示和预编码矩阵索引。
2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述的获取用于CSI测量的测量带宽的平均信道相关矩阵包括：
根据以下公式计算用于CSI测量的测量带宽内每个子载波的的信道相关矩阵：
Figure 503144DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，
Figure 166207DEST_PATH_IMAGE002
为第K个子载波的信道相关矩阵，Hk为第K个子载波的信道估计矩阵，
Figure 957445DEST_PATH_IMAGE003
代表矩阵的共轭转置；
根据所述测量带宽内所有子载波的信道相关矩阵，得到所述测量带宽的平均信道相关矩阵。
3.根据权利要求2所述的计算方法，其特征在于：
根据以下公式计算所述测量带宽的信道容量：
Figure 364156DEST_PATH_IMAGE004
；
其中，
Figure 658871DEST_PATH_IMAGE005
是在空间层数为
Figure 492835DEST_PATH_IMAGE006
、预编码矩阵为
Figure 505790DEST_PATH_IMAGE007
前提下的测量带宽的信道容量，
Figure 450613DEST_PATH_IMAGE008
是所述测量带宽的平均信道相关矩阵，
Figure 865413DEST_PATH_IMAGE009
是平均噪声功率，
Figure 870278DEST_PATH_IMAGE010
是维度为
Figure 370530DEST_PATH_IMAGE011
的单位矩阵，
Figure 853464DEST_PATH_IMAGE003
表示矩阵的共轭转置，
Figure 388350DEST_PATH_IMAGE012
表示矩阵求逆后取第
Figure 564117DEST_PATH_IMAGE013
个对角线元素。
4.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于：
若预编码矩阵索引PMI包括第一类PMI和第二类PMI，则遍历第一空间层数集合内所有可能的空间层数、以及所有可能的一级码本和二级码本，得到使所述测量带宽的信道容量最大的空间层数和第一类PMI，将其作为目标空间层数和目标第一类PMI；
根据所述目标空间层数和所述目标第一类PMI，计算第二类PMI在每个子带的目标值；
将所述目标空间层数、所述目标第一类PMI和第二类PMI在每个子带的目标值分别作为CSI反馈的秩指示、一级码本矩阵索引和每个子带的二级码本矩阵索引。
5.根据权利要求4所述的计算方法，其特征在于，所述的计算第二类PMI在每个子带的目标值，包括：
获取每个子带的平均信道相关矩阵；
根据每个子带的平均信道相关矩阵，计算对应子带的信道容量；
根据所述目标空间层数构建第二空间层数集合；所述第二空间层数集合为所述第一空间层数集合的子集，且包括所述目标空间层数；
遍历第二空间层数的集合内所有可能的空间层数、以及所有可能的一级码本和二级码本，得到使所述子带的信道容量最大的第二类PMI在每个子带的目标值。
6.根据权利要求5所述的计算方法，其特征在于：
根据以下公式计算子带的的信道容量：
Figure 817244DEST_PATH_IMAGE014
；
其中，
Figure 103868DEST_PATH_IMAGE015
是在空间层数为
Figure 227682DEST_PATH_IMAGE016
、预编码矩阵为
Figure 715295DEST_PATH_IMAGE017
前提下的子带j的信道容量，
Figure 190139DEST_PATH_IMAGE018
是所述子带j的平均信道相关矩阵，
Figure 280455DEST_PATH_IMAGE019
是平均噪声功率，
Figure 524354DEST_PATH_IMAGE020
是维度为
Figure 776344DEST_PATH_IMAGE021
的单位矩阵，
Figure 4063DEST_PATH_IMAGE022
表示矩阵的共轭转置，
Figure 632491DEST_PATH_IMAGE023
表示矩阵求逆后取第
Figure 996476DEST_PATH_IMAGE024
个对角线元素。
7.根据权利要求5所述的计算方法，其特征在于，所述的根据所述目标空间层数构建第二空间层数集合包括：
根据所述第一空间层数集合中所述目标空间层数及其附近可能的空间层数构建第二空间层数集合。
8.一种接收端设备，其特征在于，包括：
处理器，用于获取用于信道状态信息CSI测量的测量带宽的平均信道相关矩阵；根据所述测量带宽的平均信道相关矩阵，计算所述测量带宽的信道容量；遍历第一空间层数集合内所有可能的空间层数、以及所有可能的预编码矩阵，得到使所述测量带宽的信道容量最大的空间层数和预编码矩阵索引，将其作为CSI反馈的秩指示和预编码矩阵索引。
9.根据权利要求8所述的接收端设备，其特征在于：
所述处理器，还用于根据以下公式计算用于CSI测量的测量带宽内每个子载波的的信道相关矩阵：
Figure 419367DEST_PATH_IMAGE025
；
其中，
Figure 868803DEST_PATH_IMAGE026
为第K个子载波的信道相关矩阵，Hk为第K个子载波的信道估计矩阵，
Figure 300921DEST_PATH_IMAGE027
代表矩阵的共轭转置；
根据所述测量带宽内所有子载波的信道相关矩阵，得到所述测量带宽的平均信道相关矩阵。
10.根据权利要求8所述的接收端设备，其特征在于：
所述处理器，还用于根据以下公式计算所述测量带宽的信道容量：
Figure 519413DEST_PATH_IMAGE028
；
其中，
Figure 378785DEST_PATH_IMAGE029
是在空间层数为
Figure 49937DEST_PATH_IMAGE030
、预编码矩阵为
Figure 285747DEST_PATH_IMAGE031
前提下的测量带宽的信道容量，
Figure 624324DEST_PATH_IMAGE032
是所述测量带宽的平均信道相关矩阵，
Figure 654597DEST_PATH_IMAGE033
是平均噪声功率，
Figure 813046DEST_PATH_IMAGE034
是维度为
Figure 727912DEST_PATH_IMAGE035
的单位矩阵，
Figure 655417DEST_PATH_IMAGE036
表示矩阵的共轭转置，
Figure 856591DEST_PATH_IMAGE037
表示矩阵求逆后取第
Figure 767915DEST_PATH_IMAGE038
个对角线元素。
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