CN115189732B - 预编码矩阵的估计方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种预编码矩阵的估计方法及装置，其中，估计方法包括：获取接收信号；根据DMRS信号向量估计对应的信道向量；将所述信道向量和相对应的信号向量从整体接收信号中减去后再执行信道向量估计过程，多次估计最终确定信道矩阵；根据所述信道矩阵确定预编码矩阵向量；将所述预编码矩阵向量和对应的信号向量从整体中减去后再执行预编码矩阵向量估计过程，多次估计最终确定预编码矩阵；该预编码矩阵的估计方法利用DMRS经过信道后的接收信号来盲估计，通过接收信号来确定信道矩阵，再利用信道矩阵确定预编码矩阵向量，最终确定预编码矩阵，如此能够节省仪器仪表的使用。

Description

预编码矩阵的估计方法及装置
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种预编码矩阵的估计方法及装置。
背景技术
预编码矩阵是多天线系统中的一种适应技术，即是根据信道状态信息(ChannelState Information,CSI),在发送端施加预编码矩阵，起到改变信号经历信道的作用。对于物理下行共享信道(Physical Downlink Shared Channel，PDSCH)，终端通过CSI参考信号(CSI Reference Signal,CSI-RS)测量下行CSI，得出适用于信道的PMI，并将此PMI信息全部或者部分上传给基站；对于物理上行共享信道(Physical Uplink Shared Channel，PUSCH)，基站通过终端发送的探测参考信号(Sounding Reference Signal,SRS)测量上行CSI，从可能的预编码矩阵集合中选择，并通知给用户。在实际的开发测试环节，用信道模拟器对接收到的预编码后的数据进行分析，提取出所用PMI，看是否属于用户或基站上传的信息。
现有的预编码矩阵的估计方法需要通过仪器仪表的检测，对硬件资源要求较高，操作繁琐。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种不依赖仪表，方便快捷的预编码矩阵的估计方案。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种预编码矩阵的估计方法，包括：
获取接收信号；所述接收信号为DMRS经过信道后得到；
根据DMRS信号向量确定对应的信道向量；所述DMRS信号向量由所述DMRS确定；
将所述信道向量和相对应的信号向量从整体接收信号中减去后再执行预编码矩阵向量估计过程，多次估计最终确定信道矩阵；
根据所述信道矩阵确定预编码矩阵向量；
将所述预编码矩阵向量和对应的信号向量从整体中减去后再执行预编码矩阵向量估计过程，多次估计最终确定预编码矩阵。
作为优选的一种技术方案，根据DMRS信号向量确定对应的信道向量，进一步包括：根据公式(1)的第一优化函数对接收信号中的DMRS信号向量进行优化
其中，d为D1中的DMRS行向量，/>D1为参考DMRS，L{·}为计算凸点周长的函数，，TR为接收端天线个数，TS为发送端天线个数，L为层映射的个数，N为层映射后的信号数据长度，h为对应到单路DMRS信号向量的信道向量；
对所述第一优化函数进行目标元素的非线性约束最小化优化，从而确定信号向量对应的信道向量。
作为优选的一种技术方案，根据DMRS信号向量确定对应的信道向量，进一步包括：
根据公式(2)的第二优化函数对接收信号中的DMRS信号向量进行优化
其中，R1为接收信号，d为D1中的DMRS行向量，/>D1为参考DMRS，L{·}为计算凸点周长的函数，[·]t表示输入向量或矩阵的第t行，TR为接收端天线个数，TS为发送端天线个数，L为层映射的个数，N为层映射后的信号数据长度，h为对应到单路DMRS信号向量的信道向量；
对接收信号中行向量遍历，每次仅进行1个目标元素的非线性约束最小化优化，将估计出的信道向量元素按照列向量形式放置，从而确定信号向量对应的信道向量。
作为优选的一种技术方案，所述参考DMRS中任意元素均从QPSK符号集中选择。
作为优选的一种技术方案，所述参考DMRS中的符号个数为有限个。
作为优选的一种技术方案，根据所述信道矩阵确定预编码矩阵向量，进一步包括：
根据公式(3)的第三优化函数对整个预编码矩阵向量进行优化从而确定预编码矩阵向量
式中，表示所估计信道矩阵的逆矩阵，/>w表示预编码向量，d表示DMRS信号向量。
在上述技术方案的基础上，优选的，根据公式(4)对所述第三优化函数进行单个元素优化，
其中，[·]t表示输入向量或矩阵的第t行；
通过对接中行向量遍历，每次仅进行1个目标元素的非线性约束最小化优化，将估计出的预编码向量元素按照列向量形式放置，得到估计的预编码矩阵向量。
作为优选的一种技术方案，所述接收信号为发送DMRS和参考DMRS分别经过码本矩阵和单位矩阵编码后映射到不同时频资源块后经同一信道传输后所得到。
另一方面，本发明还提供一种预编码矩阵的估计装置，包括：
获取单元，用于获取接收信号；所述接收信号为DMRS经过信道后得到；
信道向量确定单元，用于根据DMRS信号向量确定对应的信道向量；所述DMRS信号向量由所配置的协议参数确定；；
信道矩阵确定单元，用于将所述信道向量和相对应的信号向量从整体接收信号中减去后再执行信道向量估计过程，经多次估计从而确定信道矩阵；；
预编码矩阵向量确定单元，用于根据所述信道矩阵确定预编码矩阵向量；
预编码矩阵确定单元，用于将所述预编码矩阵向量和对应的信号向量从整体中减去后再执行预编码矩阵向量估计过程，经多次估计从而确定预编码矩阵。
本发明相对于现有技术的有益效果是：该预编码矩阵的估计方法利用发送DMRS经过信道后的接收信号来盲估计，通过接收信号来确定信道矩阵，再利用信道矩阵确定预编码矩阵向量，最后利用预编码矩阵向量来确定预编码矩阵，如此能够节省仪器仪表的使用，方便快捷的对所用码本进行验证，提高开发测试流程，降低对仪器仪表的依赖，且无额外先验信息要求，同时适用于非码本下的估计。
附图说明
图1是本发明提供的一种预编码矩阵的估计方法的流程图；
图2是不同SNR下估计出的PMI和实际所采用真实PMI归一化平均绝对误差的示意图；
图3是估计正确率随SNR变化的示意图；
图4是本发明提供的一种预编码矩阵的估计装置的结构图。
具体实施方式
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，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
参照图1，本实施例提供一种预编码矩阵的估计方法，包括以下步骤：
S10：获取接收信号；本实施例中记载的接收信号是指发送DMRS和参考DMRS分别经过码本矩阵和单位矩阵编码之后，再映射到不同时频资源块后再经过同一信道传输到接收端。
在此应当说明的是，DMRS通过3GPP相关协议已知，在本实施例中，DMRS是根据3GPP38.211协议生成，为了方便后续的阐述，在本实施例中，记信号传输所用信道矩阵记所用PMI为/>记所用DMRS为/>记所用参考PMI为/>W1为单位矩阵，记所用参考DMRS为/>D和D1分别经过码本矩阵W和W1编码后映射到不同时频资源块后经同一信道传输的信号(即接收信号)为：
R1＝HW1D1，
R＝HWD，
其中,TR为接收端天线个数，TS为发送端天线个数，L为层映射的个数，N为层映射后的信号数据长度。
S20：根据DMRS信号向量确定对应的信道向量；所述DMRS信号向量由所配置的协议参数确定；
应当理解的是，根据协议参数配置，DMRS信号已知，故DMRS信号向量也是已知的。下面不对S20做具体介绍。
由于步骤S10中的W1为单位矩阵，那么步骤S10中的R1重新表示为：
R1＝HD1；
在本实施例中，D1中任意元素均从QPSK符号集中选择，D1中符号个数有限，而H是有限元素的信道矩阵，所以R1中符号为D1中符号和H中符号的克罗内克积，因此R1中符号点个数有限，如果能从混合信号中剥离出DMRS信号向量，那么接收信号中无已分离信号的符号点，此时剩余的符号点个数最少，相应的凸点周长最短，因此，在本实施例中，通过以下优化函数来估计信道向量：
其中，为D1中的DMRS行向量，L{·}为计算凸点周长的函数；
接着对对步骤上述优化函数进行目标元素的非线性约束最小化优化，从而估计出此路信号向量d对应的信道向量
在另外一实施例中，为了提高优化精度，对上述实施例记载的优化函数进行改进如下：
其中，[·]t表示输入向量或矩阵的第t行，通过对接收信号R1中行向量遍历，每次仅进行1个目标元素的非线性约束最小化优化，最后将估计出的信道向量元素按照列向量形式放置，得到估计的信道向量
S30：将所述信道向量和相对应的信号向量从整体接收信号中减去后再执行信道向量估计过程，多次估计最终确定信道矩阵；
具体的，将步骤S20中估计出的信道向量和相对应的信号向量从整体接收信号中减去：
R1＝R1-hd；
接着重复对上述步骤，直到估计出所有的信道向量，最终得到估计的信道矩阵
S40：根据所述信道矩阵确定预编码矩阵向量；
具体的，通过步骤S30估计出信道矩阵做所用码本W的估计；
对于R有：
其中，表示所估计信道矩阵的逆矩阵。
由于为单位阵，所以该公式转化为：
接着建立与步骤S20中相似的的优化公式，有：
应当说明的是，此步骤中的优化函数进行整个预编码矩阵向量的优化，优化元素较多；所以在本实施例中，为了提高上述优化函数的优化精度，对该优化函数进行单个元素优化，有：
其中，[·]t表示输入向量或矩阵的第t行，通过对接收信号中行向量遍历，每次仅进行1个目标元素的非线性约束最小化优化，将估计出的信道向量元素按照列向量形式放置，得到估计的预编码矩阵向量/>
S50：将所述预编码矩阵向量和对应的信号向量从整体中减去后再执行预编码矩阵向量估计过程，多次估计最终确定预编码矩阵。
具体的将步骤S40中估计的预编码矩阵向量和对应的信号向量从整体中减去，则：
接着重复步骤S40和步骤S50，直到估计出所有的预编码矩阵向量，得到估计的预编码矩阵
该预编码矩阵的估计方法通过对预编码矩阵向量的估计建模为优化函数，而不是从可选码本集合中选择，所以本发明方法适用于码本和非码本下的预编码矩阵估计，而且能够节省仪器仪表的使用，方便快捷的对所用码本进行验证，提高开发测试流程，降低对仪器仪表的依赖，且无额外先验信息要求。
参照图2，图2为不同SNR下估计出的PMI和实际所采用真实PMI归一化平均绝对误差，从图中看出，随着SNR的提高，归一化平均绝对误差减少，在信噪比为16dB时，达到-12dB以下，为了保证实验严谨性，采用多次蒙特卡洛实验，最终求得实验结果的平均值。
参照图3，图3为判断估计出PMI从备选库中正确选择的比例，实验过程中人为设置PMI备选集合，在完成PMI的估计后，从中选择最合适的PMI，如果选择和实际采用一致，记为1，否则记为0。实验完成后，将识别正确的比例在图二纵坐标表示。从图2可以看到，在信噪比较低时，PMI鉴别正确率为97％，随着信噪比的提高，在本实验有限的蒙特卡洛次数下，正确率达到100％，为了保证实验严谨性，采用多次蒙特卡洛实验，最终求得实验结果的平均值。
由以上实验结果可以看出，本发明提供的预编码矩阵的估计方法效果突出，而且无其他额外限制，因为将预编码矩阵建模为目标函数的优化，而不是从可选码本集合中选择，所以适用于码本和非码本情况下的预编码矩阵估计。
参照图4，图4是本实施例提供的一种预编码矩阵的估计装置的结构图，从图中可以看出，该估计装置包括：
获取单元100，用于获取接收信号；所述接收信号为DMRS经过信道后得到；在此需要说的是，由于具体的获取方式以及过程在上述实施例中所记载的预编码矩阵的估计方法的步骤S10中已经详细阐述，故在此不再赘述。
信道向量确定单元200，用于根据DMRS信号向量确定对应的信道向量；所述DMRS信号向量由所述DMRS确定；在此需要说的是，由于具体的信道向量确定方式以及过程在上述实施例中所记载的预编码矩阵的估计方法的步骤S20中已经详细阐述，故在此不再赘述。
信道矩阵确定单元300，用于将所述信道向量和相对应的信号向量从整体接收信号中减去从而确定信道矩阵；在此需要说的是，由于具体的信道矩阵确定方式以及过程在上述实施例中所记载的预编码矩阵的估计方法的步骤S30中已经详细阐述，故在此不再赘述。
预编码矩阵向量确定单元400，用于根据所述信道矩阵确定预编码矩阵向量；在此需要说的是，由于具体的预编码矩阵向量确定方式以及过程在上述实施例中所记载的预编码矩阵的估计方法的步骤S40中已经详细阐述，故在此不再赘述。
预编码矩阵确定单元500，用于将所述预编码矩阵向量和对应的信号向量从整体中减去从而确定预编码矩阵；在此需要说的是，由于具体的预编码矩阵确定方式以及过程在上述实施例中所记载的预编码矩阵的估计方法的步骤S50中已经详细阐述，故在此不再赘述。
另外，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其中，该计算机可读存储介质可存储有程序，该程序执行时包括上述方法实施例中记载的任何一种预编码矩阵的估计方法的部分或全部步骤。
另外，在本发明各个实施例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器中。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器中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储器中，存储器可以包括：闪存盘、只读存储器(英文：Read-Only Memory，简称：ROM)、随机存取器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)、磁盘或光盘等。
以上参照附图描述了根据本发明实施例用于估计预编码矩阵的示例性流程图。应指出的是，以上描述中包括的大量细节仅是对本发明的示例性说明，而不是对本发明的限制。在本发明的其他实施例中，该方法可具有更多、更少或不同的步骤，且各步骤之间的顺序、包含、功能等关系可以与所描述和图示的不同。

Claims (10)

1.一种预编码矩阵的估计方法，其特征在于，包括：
获取接收信号；所述接收信号为DMRS经过信道后得到；
根据DMRS信号向量确定对应的信道向量；所述DMRS信号向量由所配置的协议参数确定；
将所述信道向量和相对应的信号向量从整体接收信号中减去后再执行信道向量估计过程，经多次估计从而确定信道矩阵；
根据所述信道矩阵确定预编码矩阵向量；
将所述预编码矩阵向量和对应的信号向量从整体中减去后再执行预编码矩阵向量估计过程，经多次估计从而确定预编码矩阵。
2.根据权利要求1所述的估计方法，其特征在于，根据DMRS信号向量确定对应的信道向量，进一步包括：
根据公式(1)的第一优化函数对接收信号中对应到单路DMRS信号向量的信道向量进行优化
其中，为D1中的DMRS行向量，L{·}为计算凸点周长的函数，D1为参考DMRS，TR为接收端天线个数，TS为发送端天线个数，l为层映射的个数，N为层映射后的信号数据长度，h为对应到单路DMRS信号向量的信道向量；
对所述第一优化函数进行目标元素的非线性约束最小化优化，从而确定信号向量对应的信道向量。
3.根据权利要求1所述的估计方法，其特征在于，根据DMRS信号向量确定对应的信道向量，进一步包括：
根据公式(2)的第二优化函数对接收信号中的DMRS信号向量进行优化
其中，R1为接收信号，d为D1中的DMRS行向量，/>D1-为参考DMRS，L{·}为计算凸点周长的函数，[·]t表示输入向量或矩阵的第t行，TR为接收端天线个数，TS为发送端天线个数，L为层映射的个数，N为层映射后的信号数据长度，h为对应到单路DMRS信号向量的信道向量；
对接收信号中行向量遍历，每次仅进行1个目标元素的非线性约束最小化优化，将估计出的信道向量元素按照列向量形式放置，从而确定信号向量对应的信道向量。
4.根据权利要求2或3所述的估计方法，其特征在于，所述参考DMRS中任意元素均从QPSK符号集中选择。
5.根据权利要求4所述的估计方法，其特征在于：所述参考DMRS中的符号个数为有限个。
6.根据权利要求2或3所述的估计方法，其特征在于，根据所述信道矩阵确定预编码矩阵向量，进一步包括：
根据公式(3)的第三优化函数对整个预编码矩阵向量进行优化从而确定预编码矩阵向量
式中，表示所估计信道矩阵的逆矩阵，/>w表示预编码向量，d表示DMRS信号向量。
7.根据权利要求6所述的估计方法，其特征在于：
根据公式(4)对所述第三优化函数进行单个元素优化，
其中，[·]t表示输入向量或矩阵的第t行；
通过对中行向量遍历，每次仅进行1个目标元素的非线性约束最小化优化，将估计出的预编码矩阵向量元素按照列向量形式放置，得到估计的预编码矩阵向量。
8.根据权利要求1所述的估计方法，其特征在于：所述接收信号为发送DMRS和参考DMRS分别经过码本矩阵和单位矩阵编码后映射到不同时频资源块后经同一信道传输后所得到。
9.一种预编码矩阵的估计装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取接收信号；所述接收信号为DMRS经过信道后得到；
信道向量确定单元，用于根据DMRS信号向量确定对应的信道向量；所述DMRS信号向量由所配置的协议参数确定；
信道矩阵确定单元，用于将所述信道向量和相对应的信号向量从整体接收信号中减去后再执行信道向量估计过程，经多次估计从而确定信道矩阵；
预编码矩阵向量确定单元，用于根据所述信道矩阵确定预编码矩阵向量；
预编码矩阵确定单元，用于将所述预编码矩阵向量和对应的信号向量从整体中减去后再执行预编码矩阵向量估计过程，经多次估计从而确定预编码矩阵。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述的一种预编码矩阵的估计方法的步骤。
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