CN117394888A - 预编码矩阵选择方法及装置、计算机可读存储介质 - Google Patents

预编码矩阵选择方法及装置、计算机可读存储介质 Download PDF

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CN117394888A CN202311616633.0A CN202311616633A CN117394888A CN 117394888 A CN117394888 A CN 117394888A CN 202311616633 A CN202311616633 A CN 202311616633A CN 117394888 A CN117394888 A CN 117394888A
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Abstract

本申请提供了一种预编码矩阵选择方法及装置、计算机可读存储介质，该通信方法包括获取宽带信道相关矩阵以及码本参数信息，码本参数信息包括天线阵列配置；根据宽带信道相关矩阵和天线阵列配置，分别计算多个维度对应的空间相关矩阵；根据码本参数信息以及多个维度对应的空间相关矩阵计算多个维度上的最优码本索引；根据同一极化方向上的水平维度和垂直维度上的最优码本索引确定同一极化方向上的多个第一二维候选波束，并至少基于第一二维候选波束以及交叉极化维度上的最优码本索引计算最优预编码矩阵。本申请能够以较低的计算复杂度实现对预编码矩阵的选择，从而实现波束选择。

Description

预编码矩阵选择方法及装置、计算机可读存储介质
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种预编码矩阵选择方法及装置、计算机可读存储介质。
背景技术
大规模多输入多输出(Massive Multiple-Input Multiple-Output,MassiveMIMO)是第五代移动通信技术(5th generation mobile networks or 5th generationwireless systems,5G)关键技术之一，在大规模MIMO系统中，通过部署大规模天线阵列，可显著提升系统的频谱和能量效率，在不增加系统带宽的情况下，提升信道容量。随着天线规模的增大，天线配置也更加灵活，获取准确的信道状态信息(Channel State Information,CSI)对于充分发挥大规模MIMO系统性能至关重要。
为了满足不同场景需求，新无线(New Radio，NR)MIMO系统定义了两种码本类型，一类是常规精度的类型1(Type I)码本，用于链路的保持及SU MIMO传输，另一类是高精度的类型2(Type II)码本，用于提升MU MIMO的性能，其中，Type I码本分为单天线阵面码本和多天线阵面码本。NR的码本设计采用两级码本结构W＝W1W2，W1描述信道的长期宽带特性，W2描述信道的短期子带特性，矩阵W1基于块对角线结构，每个对角块表示一个极化方向的波束组，W2用于对W1中的波束进行选择和相位调整。可以认为W1描述的是宽带波束方向，W1计算的准确性直接影响整个通信系统性能。
但是，随着天线端口的增加和天线阵列配置的灵活性，第三代合作伙伴计划(3rdGeneration Partnership Project,3GPP)针对不同的场景，设计了多套复杂码本，码本中的每个预编码矩阵指示(Precoding Matrix Indicator,PMI)由一个或多个码本索引共同决定，导致W1的计算复杂度非常高。
发明内容
本申请能够以较低的计算复杂度实现对预编码矩阵的选择，从而实现波束选择。
为了达到上述目的，本申请提供了以下技术方案：
第一方面，提供了一种预编码矩阵选择方法，预编码矩阵选择方法包括：获取宽带信道相关矩阵以及码本参数信息，所述码本参数信息包括天线阵列配置；根据所述宽带信道相关矩阵和天线阵列配置，分别计算多个维度对应的空间相关矩阵，所述多个维度包括同一极化方向上的水平维度，同一极化方向上的垂直维度以及交叉极化维度；根据所述码本参数信息以及所述多个维度对应的空间相关矩阵计算所述多个维度上的最优码本索引，所述最优码本索引指示波束集合中信道容量最大的波束对应的索引；根据所述同一极化方向上的水平维度和垂直维度上的最优码本索引确定同一极化方向上的多个第一二维候选波束，并至少基于所述第一二维候选波束以及交叉极化维度上的最优码本索引计算最优预编码矩阵。
可选的，所述根据所述多个维度上的最优码本索引确定同一极化方向上的多个第一二维候选波束包括：以所述同一极化方向上的水平维度和垂直维度上的最优码本索引指示的初始二维波束为中心，在所述初始二维波束周围确定所述多个第一二维候选波束。
可选的，所述至少基于所述第一二维候选波束以及交叉极化维度上的最优码本索引计算预编码矩阵包括：层数为1时，基于所述多个第一二维候选波束以及预配置映射关系确定第一级候选预编码矩阵；根据所述第一级候选预编码矩阵以及交叉极化维度上的最优码本索引计算候选预编码矩阵，所述最优预编码矩阵选自所述候选预编码矩阵。
可选的，所述至少基于所述第一二维候选波束以及交叉极化维度上的最优码本索引计算预编码矩阵包括：层数大于1时，基于所述多个第一二维候选波束以及预配置映射关系确定第一级候选预编码矩阵；根据所述宽带信道相关矩阵和所述第一级候选预编码矩阵计算等效信道矩阵的互信息；选取互信息最大的多个等效信道矩阵对应的第二二维候选波束；根据所述第二二维候选波束以及预配置映射关系确定优选第一级候选预编码矩阵；根据所述优选第一级候选预编码矩阵以及交叉极化维度上的最优码本索引计算候选预编码矩阵，所述最优预编码矩阵选自所述候选预编码矩阵。
可选的，所述根据所述宽带信道相关矩阵和所述第一级候选预编码矩阵计算等效信道矩阵的互信息包括：在第一系数为0时，根据所述宽带信道相关矩阵以及所述第一级候选预编码矩阵计算所述等效信道矩阵的互信息，所述等效信道矩阵的互信息的数量为第一数量，所述第一系数用于确定第2个层、第3个层或第4个层对应的波束索引；所述选取互信息最大的多个等效信道矩阵对应的第二二维候选波束包括：选取第二数量个互信息最大的多个等效信道矩阵对应的第二二维候选波束，所述第二数量小于所述第一数量。
可选的，所述根据所述第二二维候选波束以及预配置映射关系确定优选第一级候选预编码矩阵包括：在所述第一系数大于0时，根据所述第二二维候选波束以及预配置映射关系确定优选第一级候选预编码矩阵。
可选的，预编码矩阵选择方法还包括：根据所述候选预编码矩阵计算对应等效信道矩阵互信息；选取等效信道矩阵互信息最大的候选预编码矩阵为所述最优预编码矩阵。
第二方面，本申请还公开一种预编码矩阵选择装置，预编码矩阵选择装置包括：获取模块，用于获取宽带信道相关矩阵以及码本参数信息，所述码本参数信息包括天线阵列配置；空间相关矩阵计算模块，用于根据所述宽带信道相关矩阵和天线阵列配置，分别计算多个维度对应的空间相关矩阵，所述多个维度包括同一极化方向上的水平维度，同一极化方向上的垂直维度以及交叉极化维度；最优码本索引确定模块，用于根据所述码本参数信息以及所述多个维度对应的空间相关矩阵计算所述多个维度上的最优码本索引，所述最优码本索引指示波束集合中信道容量最大的波束对应的索引；预编码矩阵计算模块，用于根据所述同一极化方向上的水平维度和垂直维度上的最优码本索引确定同一极化方向上的多个第一二维候选波束，并至少基于所述第一二维候选波束以及交叉极化维度上的最优码本索引计算最优预编码矩阵。
第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行以执行第一方面提供的方法。
第四方面，提供了一种预编码矩阵选择装置，包括存储器和处理器，存储器上存储有可在处理器上运行的计算机程序，处理器运行计算机程序以执行第一方面提供的任意一种方法。
第五方面，提供了一种计算机程序产品，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行以执行第一方面提供的一种方法。
第六方面，本申请实施例还提供一种芯片(或者说数据传输装置)，该芯片上存储有计算机程序，在计算机程序被芯片执行时，实现上述方法的步骤。
第七方面，本申请实施例还提供一种系统芯片，应用于终端中，所述芯片系统包括至少一个处理器和接口电路，所述接口电路和所述至少一个处理器通过线路互联，所述至少一个处理器用于执行指令，以执行第一方面提供的任意一种方法。
与现有技术相比，本申请技术方案具有以下有益效果：
本申请技术方案中，获取宽带信道相关矩阵以及码本参数信息，码本参数信息包括天线阵列配置；根据宽带信道相关矩阵和天线阵列配置，分别计算多个维度对应的空间相关矩阵；根据码本参数信息以及多个维度对应的空间相关矩阵计算多个维度上的最优码本索引；根据同一极化方向上的水平维度和垂直维度上的最优码本索引确定同一极化方向上的多个第一二维候选波束，并至少基于第一二维候选波束以及交叉极化维度上的最优码本索引计算最优预编码矩阵。本申请技术方案通过充分利用不同维度空间相关信息，通过多个维度遍历码本找到最优预编码矩阵，能够将对空域波束集合中所有过采样波束的搜索降为对第一二维候选波束的搜索，大大减小了波束搜索范围。此外，根据交叉极化维度上的最优码本索引还可以进一步降低第一二维侯选波束对应的预编码矩阵搜索范围，显著地减小计算量，从而实现以较低的计算复杂度实现对预编码矩阵的选择，从而实现波束选择。
进一步地，本申请技术方案根据宽带信道相关矩阵和第一级候选预编码矩阵计算等效信道矩阵的互信息；选取互信息最大的多个等效信道矩阵对应的第二二维候选波束；根据第二二维候选波束以及预配置映射关系确定优选第一级候选预编码矩阵；根据优选第一级候选预编码矩阵以及交叉极化维度上的最优码本索引计算候选预编码矩阵，最优预编码矩阵选自候选预编码矩阵。本申请技术方案通过更新第一二维候选波束得到第二二维候选波束，进一步缩小了预编码矩阵的搜索范围，从而降低选择预编码矩阵的整体计算复杂度。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种预编码矩阵选择方法的流程图；
图2是本申请实施例提供的一种候选波束的示意图；
图3是本申请实施例提供的一种预编码矩阵选择方法的具体流程图；
图4是本申请实施例提供的另一种预编码矩阵选择方法的具体流程图
图5是本申请实施例提供的一种仿真曲线的示意图；
图6是本申请实施例提供的另一种仿真曲线的示意图；
图7是本申请实施例提供的一种预编码矩阵选择装置的结构示意图；
图8是本申请实施例提供的一种预编码矩阵选择装置的硬件结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例适用的通信系统包括但不限于长期演进(Long Term Evolution，LTE)系统、第五代(5th-generation，5G)系统、新无线(New Radio,NR)系统，以及未来演进系统或者多种通信融合系统。其中，5G系统可以为非独立组网(Non-StandAlone，NSA)的5G系统或独立组网(StandAlone，SA)的5G系统。本申请技术方案也适用于不同的网络架构，包括但不限于中继网络架构、双连接架构、车辆到任何物体的通信(Vehicle-to-Everything)架构等架构。
本申请实施例中的网络设备也可以称为接入网设备，例如，可以为基站(BaseStation，BS)(也可称为基站设备)，网络设备是一种部署在无线接入网(Radio AccessNetwork，RAN)用以提供无线通信功能的装置。例如在第二代(2nd-Generation，2G)网络中提供基站功能的设备包括基地无线收发站(Base Transceiver Station,BTS)，第三代(3rd-Generation，3G)网络中提供基站功能的设备包括节点B(NodeB)，在第四代(4th-Generation，4G)网络中提供基站功能的设备包括演进的节点B(evolved NodeB，eNB)，在无线局域网络(Wireless Local Area Networks，WLAN)中，提供基站功能的设备为接入点(Access Point，AP)，NR中的提供基站功能的设备下一代基站节点(next generation NodeBase station，gNB),以及继续演进的节点B(ng-eNB),其中gNB和终端设备之间采用NR技术进行通信，ng-eNB和终端设备之间采用演进的通用地面无线电接入(Evolved UniversalTerrestrial Radio Access,E-UTRA)技术进行通信，gNB和ng-eNB均可连接到5G核心网。本申请实施例中的网络设备还包含在未来新的通信系统中提供基站功能的设备等。
本申请实施例中的终端设备(terminal equipment)可以指各种形式的接入终端、用户单元、用户站、移动站、移动台(Mobile Station，MS)、远方站、远程终端、移动设备、用户终端、无线通信设备、用户代理或用户装置。终端设备还可以是蜂窝电话、无绳电话、会话启动协议(Session Initiation Protocol，SIP)电话、无线本地环路(Wireless LocalLoop，WLL)站、个人数字处理(Personal Digital Assistant，PDA)、具有无线通信功能的手持设备、计算设备或连接到无线调制解调器的其它处理设备、车载设备、可穿戴设备，未来5G网络中的终端设备或者未来演进的公用陆地移动通信网络(Public Land MobileNetwork，PLMN)中的终端设备等，本申请实施例对此并不限定。终端设备也可以称为用户设备(User Equipment，UE)、终端等。
应理解，多输入输出(Multiple-Input Multiple-Output，简称为“MIMO”)技术是指在发送端设备和接收端设备分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发送端设备与接收端设备的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。它能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍地提高系统信道容量。
具体地，MIMO可以分为单用户多输入多输出(Single-User MIMO，SU-MIMO)和多用户多输入多输出(Multi-User MIMO,MU-MIMO)。大规模MIMO基于多用户波束成形的原理，在发送端设备布置几百根天线，对几十个目标接收机调制各自的波束，通过空间信号隔离，在同一频率资源上同时传输几十条信号。因此，大规模MIMO技术能够充分利用大规模天线配置带来的空间自由度，提升频谱效率。
如背景技术中所述，随着天线端口的增加和天线阵列配置的灵活性，第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Project,3GPP)针对不同的场景，设计了多套复杂码本，码本中的每个预编码矩阵指示(Precoding Matrix Indicator,PMI)由一个或多个码本索引共同决定，导致W1的计算复杂度非常高。
具体地，现有技术中终端设备在计算预编码矩阵时，没有充分利用不同维度空间相关信息，码本搜索范围非常大，同时，计算复杂度也非常高。
而本申请技术方案通过充分利用不同维度空间相关信息，通过多个维度遍历码本找到最优预编码矩阵，能够将对空域波束集合中所有过采样波束的搜索降为对第一二维候选波束的搜索，大大减小了波束搜索范围。此外，根据交叉极化维度上的最优码本索引还可以进一步降低第一二维侯选波束对应的预编码矩阵搜索范围，显著地减小计算量，从而实现以较低的计算复杂度实现对预编码矩阵的选择，从而实现波束选择。
本申请实施例中相关参数的定义如下：
PCSI-RS，表示网络设备发送的信道状态信息参考信号(Channel StateInformationReference Signal，CSI RS)天线端口数；
N1，表示同一个极化方向上水平方向的天线端口数；其中，天线端口数表示天线端口的个数/数量/数目；
N2，表示同一个极化方向上垂直方向的天线端口数；
O1，表示水平方向的过采样率，也表示同一个极化方向上水平方向的过采样波束数；其中，过采样波束数，表示过采样波束的个数/数量/数目；
O2，表示垂直方向的过采样率，也表示同一个极化方向上垂直方向的过采样波束数；
Q，表示终端设备的接收天线数；
R，表示终端设备的秩(rank)值，即秩指示(rank indication，RI)值；
H，表示终端设备的信道冲激响应，维度为Q×PCSI-RS，即行数为Q，列数为PCSI-RS；
v，表示层数，层数对应RI值，即R＝v；
表示同一物理位置两个极化方向之间的相关性；
l，表示水平方向上波束的索引(index)；
m，表示垂直方向上波束的索引；
um，表示同一个极化方向上垂直方向上的波束向量；
wl，表示同一个极化方向上水平方向上的波束向量；
Vl,m表示同一个极化方向天线之间的相关性，也表示同一个极化方向上的波束向量；
Rwb表示宽带信道相关矩阵；
Req表示等效信道矩阵；
N1N2表示N1和N2的乘积，N1O1表示N1和O1的乘积，N2O2表示N2和O2的乘积。
在本申请实施例中，CSI-RS天线端口数为2N1N2，系数2代表有两个极化方向。
示例性地，CSI-RS天线端口数与(N1,N2)和(O1,O2)的配置如表1。
表1
对于给定的CSI-RS天线端口配置(N1,N2)以及过采样率(O1,O2)，形成维度为(N1O1)×(N2O2)的离散傅里叶变换波束网格。其中，波束网格中的每个过采样波束对应一个码本。其中，N1O1表示N1乘以O1，N2O2表示N2乘以O2。
空域波束集合中，空域第一维正交基由N1个长度为N1的DFT波束构成，乘以相应的旋转因子进行O1倍过采样细化波束粒度。同样，第二维正交基由N2个长度为N2的DFT波束构成，乘以相应的旋转因子进行O2倍过采样细化波束粒度。因此，空域波束集合包括N1O1N2O2个过采样波束。
现有技术中，终端设备可以通过测量信道信息以从空域波束集合中选择至少一组波束(即波束组)以生成第一级预编码矩阵W1。即从N1O1N2O2个过采样波束中选择L个过采样波束，L可配置为1或4。若L＝4，则选择相邻波束。因此，第一级预编码矩阵W1可以定义一组波束(即波束组)，并指定一个特定的极化方向(或波束方向)。也就是说，第一级预编码矩阵W1可以表示波束方向，即使第一级预编码矩阵W1定义了一组波束，本质上这些相邻的波束也指向相同的方向。
终端设备可以生成第二级预编码矩阵W2。其中第二级预编码矩阵，W2可以用于对第一级预编码矩阵W1所定义的波束进行列选择和相位调整。
对于2个天线端口{3000，3001}和配置了高层参数(如codebookType)设置为typeI-SinglePanel”的终端设备，类型I单面板码本如表2所示。其中，终端设备可以通过码本索引(codebook index)，例如0,1,2,3，来指示类型I单面板码本中的预编码矩阵。
若CSI-RS天线端口数PCSI-RS≥4，且则预编码矩阵对应3个码本索引指示，即i11、i12和i2。其中，i11、i12用于确定层对应的波束索引，i2用于确定相位。
若PCSI-RS≥4，且v∈{2,3,4}，则预编码矩阵对应4个码本索引指示，即i1,1、i1,2、i1,3和i2。其中，i1,1、i1,2用于确定第1个层对应的波束索引，i1,3用于确定第2个层、第3个层或第4个层对应的波束索引，i2用于确定相位。其中，码本索引指示i1表示第一级预编码矩阵所包括的参数，码本索引指示i1如公式(1)所示：
以Rank2为例，预编码矩阵形式如表2和表3所示：
表2
表3
其中，i1,3与k1和k2的映射关系可以参照现有协议中的表格Table5.2.2.2.1-3。
Rank＝2时，i13到k1,k2的映射表4所示：
表4
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施例做详细的说明。
参见图1，本申请提供的方法具体包括以下步骤：
步骤101：获取宽带信道相关矩阵以及码本参数信息；
步骤102：根据宽带信道相关矩阵和天线阵列配置，分别计算多个维度对应的空间相关矩阵，多个维度包括同一极化方向上的水平维度，同一极化方向上的垂直维度以及交叉极化维度；
步骤103：根据码本参数信息以及多个维度对应的空间相关矩阵计算多个维度上的最优码本索引，最优码本索引指示波束集合中信道容量最大的波束对应的索引；
步骤104：根据同一极化方向上的水平维度和垂直维度上的最优码本索引确定同一极化方向上的多个第一二维候选波束，并至少基于第一二维候选波束以及交叉极化维度上的最优码本索引计算最优预编码矩阵。
需要指出的是，本实施例中各个步骤的序号并不代表对各个步骤的执行顺序的限定。
可以理解的是，在具体实施中，所述预编码矩阵选择方法可以采用软件程序的方式实现，该软件程序运行于芯片或芯片模组内部集成的处理器中。该方法也可以采用软件结合硬件的方式实现，本申请不作限制。
在步骤101的具体实施中，宽带包含多了物理资源块(physical resource block，PRB)，每个PRB具有对应的频域信道响应(也可以称为信道冲激响应)H通过对参考信号进行信道估计得到，对频域信道响应相应H做相关获得其对应的信道相关矩阵，宽带信道相关矩阵Rwb是宽带内所有PRB各自对应的信道相关矩阵累和后的平均值。
具体地，子载波或PRB的信道冲激响应H，是在该子载波或PRB上通过信道估计(测量等)得到的。
本申请实施例的宽带信道相关矩阵Rwb可以按照如下公式(2)计算：
其中，宽带信道相关矩阵Rwb的维度为(2N1N2)×(2N1N2)；N为宽带内样点值的总个数；Hk为样点值k对应的信道冲激响应，维度为Q×PCSI-RS；(Hk)H为Hk的共轭转置矩阵。其中，样点值可以理解为子载波或PRB。
此外，网络设备可以为终端设备配置码本参数信息，并发送给终端设备。码本参数信息可以指示码本相关的信息。
在一个具体实施例中，码本参数信息可以包括以下一项或多项：码本模式、天线阵列配置(也即不同维度对应的天线端口数)、过采样率和码本搜索范围。例如，同一极化方向上的水平维度的天线端口数为N1，过采样率为O1，同一极化方向上的垂直维度的天线端口数为N2，过采样率为O2，交叉极化维度的数量为2。
在步骤102的具体实施中，多个维度包括同一极化方向上的水平维度，同一极化方向上的垂直维度以及交叉极化维度。天线阵列配置包括在多个维度上所配置的天线端口数。具体地，不同维度配置的天线端口数与天线阵列维度相对应。
分别记三个维度对应的空间相关矩阵分别为Rh，Rv，Rp。空间相关矩阵的具体计算公式如公式(3)、(4)和(5)所示：
Rp＝∑i＝0:N1N2-1Rwb(i,N1N2+i) (5)
其中，i＝0,…,N1-1,j＝0,…,N1-1。
在步骤103的具体实施中，基于码本参数信息以及空间相关矩阵Rh，Rv，Rp分别计算同一极化方向上的水平维度的最优码本索引同一极化方向上的垂直维度的最优码本索引/>以及交叉极化维度上的最优码本索引/>
具体计算公式如公式(6)、(7)和(8)所示：
其中，wl表示同一极化方向上的水平维度的波束向量，um表示同一极化方向上的垂直维度的波束向量，表示交叉极化维度的空间相关性。Λ1表示同一极化方向水平维度对应的波束集合，Λ2表示同一极化方向垂直维度对应的波束集合，Λ3表示交叉极化维度对应的波束集合，f()表示求括号内矩阵的迹。例如f()可以是求能量、信噪比或容量的函数。
波束向量wl、um的计算公式如公式(9)和(10)所示：
其中，l表示同一极化方向上的水平维度的码本索引，m表示同一极化方向上的垂直维度的码本索引。
同一极化方向上的二维波束方向可表示为vl,m，如公式(11)所示：
(11)
其中，表示克罗内克积。
交叉极化维度的空间相关性的计算公式如公式(12)所示：
在步骤104的具体实施中，根据同一极化方向上的水平维度和垂直维度上的最优码本索引确定同一极化方向上的多个(例如P1个)第一二维候选波束，第一二维候选波束可以用于计算最优预编码矩阵。
也就是说，相对于现有技术中需要遍历整个空域波束集合的N1O1N2O2个过采样波束计算预编码矩阵而言，本申请通过上述预处理过程将需要遍历的波束限缩为多个第一二维候选波束，降低了预编码矩阵选择的计算复杂度。
在一个非限制性的实施例中，结合图2对第一二维候选波束的选择进行说明。首先确定同一极化方向上的水平维度上的最优码本索引和垂直维度上的最优码本索引/>指示的初始二维波束，也即图2中初始最优波束索引所指示的波束。以该初始二维波束为中心，在其周围确定多个二维波束，如图2所示黑色阴影部分所示，在其周围确定8个二维波束，得到9个第一二维候选波束。
需要说明的是，第一二维候选波束的数量P1可以根据实际的应用场景进行设置，本申请对此不作限制。
如前所述，在层数v∈{2,3,4}以及的情况下，预编码矩阵对应的码本索引不同，具体为第一级预编码矩阵对应的码本索引不同，下面针对上述不同的情况分别进行说明。
实施例1、预编码矩阵对应3个码本索引指示，即i1,1、i1,2和i2，第一级预编码矩阵对应码本索引i1,1和i1,2。
请参照图3，在步骤301中，获取宽带信道相关矩阵以及码本参数信息。
在步骤302中，根据宽带信道相关矩阵和天线阵列配置，分别计算多个维度对应的空间相关矩阵。
在步骤303中，根据码本参数信息以及多个维度对应的空间相关矩阵计算多个维度上的最优码本索引。
在步骤304中，基于多个第一二维候选波束以及预配置映射关系确定第一级候选预编码矩阵。
具体地，预配置映射关系可以如表2或表3所示。根据码本参数信息中的码本模式选择表2或表3，然后根据多个第一二维候选波束中的波束索引确定层对应的波束索引i1＝[i1,1 i1,2]，也即获得多个第一级候选预编码矩阵Ψ。
也就是说，相对于现有技术中从N1O1 N2 O2个过采样波束中选择第一级预编码矩阵，本申请是从多个第一级候选预编码矩阵Ψ中确定第一级预编码矩阵。
在步骤305中，根据第一级候选预编码矩阵Ψ以及交叉极化维度上的最优码本索引计算候选预编码矩阵/>最优预编码矩阵/>选自候选预编码矩阵/>/>
根据码本参数信息中的码本模式选择表2或表3代入上述参数至得到候选预编码矩阵/>其中，参数i2为根据交叉极化维度上的最优码本索引/>最优预编码矩阵是从该候选预编码矩阵/>中选择的。
在一个具体实施例中，在最优预编码矩阵时，根据候选预编码矩阵/>计算对应等效信道矩阵Req互信息、信噪比或容量；选取等效信道矩阵Req互信息、信噪比或容量最大的候选预编码矩阵/>为最优预编码矩阵/>
具体地，本申请实施例的等效信道矩阵Req可以按照如下公式计算：
其中，Rwb表示宽带信道相关矩阵，为候选预编码矩阵/>的共轭转置矩阵。候选预编码矩阵W与等效信道矩阵Req一一对应。
具体地，可以根据最小均方误差(Minimum Mean Squared Error，MMSE)检测/球形检测(Sphere Detection，SD)计算等效信道矩阵Req的等效信干噪比(S1NR)，并根据该等效信干噪比计算信道容量。其中，信道容量C为可以按照如下公式计算：
C＝log2(1+γ) (14)
其中，γ表示等效信干噪比。
需要说明的是，关于计算预编码矩阵的具体计算公式可以参照现有标准协议中的规定，本申请对此不作限制。
实施例2、v∈{2,3,4}，预编码矩阵对应4个码本索引指示，即i1,1、i1,2、i1,3和i2，第一级预编码矩阵对应码本索引i1,1、i1,2和i1,3。
其中，第一系数i1,3用于确定第2个层、第3个层或第4个层对应的波束索引。具体地，第一系数i1,3用于确定第2个层、第3个层或第4个层的波束组与第一个层的波束组之间的偏移量，基于该该偏移量以及第一个层的波束组可以确定第2个层、第3个层或第4个层对应的波束索引。
请参照图4，在步骤401中，获取宽带信道相关矩阵以及码本参数信息。
在步骤402中，根据宽带信道相关矩阵和天线阵列配置，分别计算多个维度对应的空间相关矩阵。
在步骤403中，根据码本参数信息以及多个维度对应的空间相关矩阵计算多个维度上的最优码本索引。
在步骤404中，基于多个第一二维候选波束以及预配置映射关系确定第一级候选预编码矩阵。
具体地，预配置映射关系可以如表2或表3所示。根据码本参数信息中的码本模式选择表2或表3，然后根据多个第一二维候选波束中的波束索引确定层对应的波束索引i1＝[i1,1 i1,2 0]，也即获得多个第一级候选预编码矩阵Ψ。
在步骤405中，根据宽带信道相关矩阵Rwb和第一级候选预编码矩阵Ψ计算等效信道矩阵Req的互信息/信噪比。
具体地，等效信道矩阵Req可以按照前述公式(13)计算。等效信道矩阵Req的互信息/信噪比则可以按照现有计算方式计算。
在步骤406中，选取互信息最大的多个等效信道矩阵Req对应的第二二维候选波束。
如前所述，等效信道矩阵Req与候选预编码矩阵一一对应，那么等效信道矩阵的数量也是第一数量P1。从P1个互信息中选择第二数量P2个最大的互信息的等效信道矩阵Req对应的第一级候选预编码矩阵所采用的第二二维候选波束。
在步骤407中，根据第二二维候选波束以及预配置映射关系确定优选第一级候选预编码矩阵
具体地，根据第二二维候选波束中的波束索引确定层对应的波束索引i1＝[i1,1i1,2 i1,3]，也即获得多个第一级候选预编码矩阵
进一步地，根据优选第一级候选预编码矩阵以及交叉极化维度上的最优码本索引计算候选预编码矩阵，最优预编码矩阵选自候选预编码矩阵。
具体地，若i1,3＝0则结合i1,3＝0以及码本参数信息中天线端口数N1和N2，确定参数k1和k2。根据码本参数信息中的码本模式选择表2或表3代入上述参数至得到候选预编码矩阵/>
例如，第一数量P1为25，第二数量P2为9，i1,3＝0时根据25个第一二维候选波束获得25个初始候选预编码矩阵和对应等效信道矩阵互信息，选取9个最大互信息对应的二维候选波束构成新的第二二维候选波束集合；i1,3＝1时根据上述9个第二二维候选波束集合选择互信息最大的候选预编码矩阵，i1,3＝2时根据上述9个第二二维候选波束集合选择互信息最大的候选预编码矩阵，i1,3＝3时根据上述9个第二二维候选波束集合选择互信息最大的候选预编码矩阵，然后确定上述三个候选预编码矩阵中互信息最大的候选预编码矩阵为最优预编码矩阵。
在一个示例中，预编码矩阵W可以按照如下公式表示：
在另一个示例中，预编码矩阵W可以按照如下公式表示：
其中，p为天线组维度码本索引，θP表示天线组间相关性。
图5为本申请提供的一种仿真曲线示意图，仿真条件：采用Matlab2020a,宽带50个资源块，子载波间隔15KHz，CDL-C信道类型，CSI端口数等于8，图中横坐标表示信噪比SNR，纵坐标表示容量。
具体地，曲线1表示本申请方案的仿真结果，曲线2表示全局搜索PMI仿真结果，曲线3表示随机PMI仿真曲线，从图中可以看出，采用本申请方案的仿真结果与全局搜索PMI的仿真结果一致。
如图6为本申请提供的另一种仿真曲线示意图，仿真条件：采用Matlab2020a,宽带50个资源块，子载波间隔15KHz，CDL-C信道类型，CSI端口数等于32，图中横坐标表示信噪比SNR，纵坐标表示容量(Caption)。
具体地，曲线1表示本申请方案的仿真结果，曲线2表示全局搜索PMI仿真结果，其中，曲线1与曲线2完全重合；曲线3表示随机PMI仿真曲线，从图中可以看出，采用本申请方案的仿真结果与全局搜索PMI的仿真结果一致。
关于本申请实施例的更多具体实现方式，请参照前述实施例，此处不再赘述。
请参照图7，图7示出了一种预编码矩阵选择装置70，预编码矩阵选择装置70可以包括：
获取模块701，用于获取宽带信道相关矩阵以及码本参数信息，所述码本参数信息包括天线阵列配置；
空间相关矩阵计算模块702，用于根据所述宽带信道相关矩阵和天线阵列配置，分别计算多个维度对应的空间相关矩阵，所述多个维度包括同一极化方向上的水平维度，同一极化方向上的垂直维度以及交叉极化维度；
最优码本索引确定模块703，用于根据所述码本参数信息以及所述多个维度对应的空间相关矩阵计算所述多个维度上的最优码本索引，所述最优码本索引指示波束集合中信道容量最大的波束对应的索引；
预编码矩阵计算模块704，用于根据所述同一极化方向上的水平维度和垂直维度上的最优码本索引确定同一极化方向上的多个第一二维候选波束，并至少基于所述第一二维候选波束以及交叉极化维度上的最优码本索引计算最优预编码矩阵。
在具体实施中，上述预编码矩阵选择装置70可以对应于终端设备中具有预编码矩阵选择功能的芯片，例如片上系统(System-On-a-Chip，SOC)、基带芯片等；或者对应于终端设备中包括具有预编码矩阵选择功能的芯片模组；或者对应于具有数据处理功能芯片的芯片模组，或者对应于终端设备。
关于预编码矩阵选择装置70的其他相关描述可以参照前述实施例中的相关描述，此处不再赘述。
关于上述实施例中描述的各个装置、产品包含的各个模块/单元，其可以是软件模块/单元，也可以是硬件模块/单元，或者也可以部分是软件模块/单元，部分是硬件模块/单元。例如，对于应用于或集成于芯片的各个装置、产品，其包含的各个模块/单元可以都采用电路等硬件的方式实现，或者，至少部分模块/单元可以采用软件程序的方式实现，该软件程序运行于芯片内部集成的处理器，剩余的(如果有)部分模块/单元可以采用电路等硬件方式实现；对于应用于或集成于芯片模组的各个装置、产品，其包含的各个模块/单元可以都采用电路等硬件的方式实现，不同的模块/单元可以位于芯片模组的同一组件(例如芯片、电路模块等)或者不同组件中，或者，至少部分模块/单元可以采用软件程序的方式实现，该软件程序运行于芯片模组内部集成的处理器，剩余的(如果有)部分模块/单元可以采用电路等硬件方式实现；对于应用于或集成于终端设备的各个装置、产品，其包含的各个模块/单元可以都采用电路等硬件的方式实现，不同的模块/单元可以位于终端设备内同一组件(例如，芯片、电路模块等)或者不同组件中，或者，至少部分模块/单元可以采用软件程序的方式实现，该软件程序运行于终端设备内部集成的处理器，剩余的(如果有)部分模块/单元可以采用电路等硬件方式实现。
本申请实施例还公开了一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序运行时可以执行前述实施例中所示方法的步骤。所述存储介质可以包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、磁盘或光盘等。存储介质还可以包括非挥发性存储器(non-volatile)或者非瞬态(non-transitory)存储器等。
请参照图8，本申请实施例还提供了一种通信装置的硬件结构示意图。该装置包括处理器801、存储器802和收发器803。
处理器801可以是一个通用中央处理器(central processing unit，CPU)、微处理器、特定应用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)，或者一个或多个用于控制本申请方案程序执行的集成电路。处理器801也可以包括多个CPU，并且处理器801可以是一个单核(single-CPU)处理器，也可以是多核(multi-CPU)处理器。这里的处理器可以指一个或多个设备、电路或用于处理数据(例如计算机程序指令)的处理核。
存储器802可以是ROM或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备、RAM或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器(electrically erasable programmable read-only memory，EEPROM)、只读光盘(compactdisc read-only memory，CD-ROM)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，本申请实施例对此不作任何限制。存储器802可以是独立存在(此时，存储器802可以位于该装置外，也可以位于该装置内)，也可以和处理器801集成在一起。其中，存储器802中可以包含计算机程序代码。处理器801用于执行存储器802中存储的计算机程序代码，从而实现本申请实施例提供的方法。
处理器801、存储器802和收发器803通过总线相连接。收发器803用于与其他设备或通信网络通信。可选的，收发器803可以包括发射机和接收机。收发器803中用于实现接收功能的器件可以视为接收机，接收机用于执行本申请实施例中的接收的步骤。收发器803中用于实现发送功能的器件可以视为发射机，发射机用于执行本申请实施例中的发送的步骤。
当图8所示的结构示意图用于示意上述实施例中所涉及的终端设备的结构时，处理器801用于对终端设备的动作进行控制管理，例如，处理器801用于支持终端设备执行图1中的步骤101和步骤102，或者图3中的步骤302、步骤303和步骤304，和/或本申请实施例中所描述的其他过程中的终端设备执行的动作。处理器801可以通过收发器803与其他网络实体通信，例如，与上述网络设备通信。存储器802用于存储终端设备的程序代码和数据。
应理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/“，表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本申请实施例中出现的“多个”是指两个或两个以上。
本申请实施例中出现的第一、第二等描述，仅作示意与区分描述对象之用，没有次序之分，也不表示本申请实施例中对设备个数的特别限定，不能构成对本申请实施例的任何限制。
本申请实施例中出现的“连接”是指直接连接或者间接连接等各种连接方式，以实现设备间的通信，本申请实施例对此不做任何限定。
上述实施例，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或其他任意组合来实现。当使用软件实现时，上述实施例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或计算机程序。在计算机上加载或执行所述计算机指令或计算机程序时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以为通用计算机、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或无线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。
应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法、装置和系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的；例如，所述单元的划分，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例方案的目的。
另外，在本申请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包括，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，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元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)执行本申请各个实施例所述方法的部分步骤。
虽然本申请披露如上，但本申请并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本申请的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本申请的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种预编码矩阵选择方法，其特征在于，包括：
获取宽带信道相关矩阵以及码本参数信息，所述码本参数信息包括天线阵列配置；
根据所述宽带信道相关矩阵和天线阵列配置，分别计算多个维度对应的空间相关矩阵，所述多个维度包括同一极化方向上的水平维度，同一极化方向上的垂直维度以及交叉极化维度；
根据所述码本参数信息以及所述多个维度对应的空间相关矩阵计算所述多个维度上的最优码本索引，所述最优码本索引指示波束集合中信道容量最大的波束对应的索引；
根据所述同一极化方向上的水平维度和垂直维度上的最优码本索引确定同一极化方向上的多个第一二维候选波束，并至少基于所述第一二维候选波束以及交叉极化维度上的最优码本索引计算最优预编码矩阵。
2.根据权利要求1所述的预编码矩阵选择方法，其特征在于，所述根据所述多个维度上的最优码本索引确定同一极化方向上的多个第一二维候选波束包括：
以所述同一极化方向上的水平维度和垂直维度上的最优码本索引指示的初始二维波束为中心，在所述初始二维波束周围确定所述多个第一二维候选波束。
3.根据权利要求1所述的预编码矩阵选择方法，其特征在于，所述至少基于所述第一二维候选波束以及交叉极化维度上的最优码本索引计算预编码矩阵包括：
层数为1时，基于所述多个第一二维候选波束以及预配置映射关系确定第一级候选预编码矩阵；
根据所述第一级候选预编码矩阵以及交叉极化维度上的最优码本索引计算候选预编码矩阵，所述最优预编码矩阵选自所述候选预编码矩阵。
4.根据权利要求1所述的预编码矩阵选择方法，其特征在于，所述至少基于所述第一二维候选波束以及交叉极化维度上的最优码本索引计算预编码矩阵包括：
层数大于1时，基于所述多个第一二维候选波束以及预配置映射关系确定第一级候选预编码矩阵；
根据所述宽带信道相关矩阵和所述第一级候选预编码矩阵计算等效信道矩阵的互信息；
选取互信息最大的多个等效信道矩阵对应的第二二维候选波束；
根据所述第二二维候选波束以及预配置映射关系确定优选第一级候选预编码矩阵；
根据所述优选第一级候选预编码矩阵以及交叉极化维度上的最优码本索引计算候选预编码矩阵，所述最优预编码矩阵选自所述候选预编码矩阵。
5.根据权利要求4所述的预编码矩阵选择方法，其特征在于，所述根据所述宽带信道相关矩阵和所述第一级候选预编码矩阵计算等效信道矩阵的互信息包括：
在第一系数为0时，根据所述宽带信道相关矩阵以及所述第一级候选预编码矩阵计算所述等效信道矩阵的互信息，所述等效信道矩阵的互信息的数量为第一数量，所述第一系数用于确定第2个层、第3个层或第4个层对应的波束索引；
所述选取互信息最大的多个等效信道矩阵对应的第二二维候选波束包括：选取第二数量个互信息最大的多个等效信道矩阵对应的第二二维候选波束，所述第二数量小于所述第一数量。
6.根据权利要求5所述的预编码矩阵选择方法，其特征在于，所述根据所述第二二维候选波束以及预配置映射关系确定优选第一级候选预编码矩阵包括：
在所述第一系数大于0时，根据所述第二二维候选波束以及预配置映射关系确定优选第一级候选预编码矩阵。
7.根据权利要求3或4所述的预编码矩阵选择方法，其特征在于，还包括：
根据所述候选预编码矩阵计算对应等效信道矩阵互信息；
选取等效信道矩阵互信息最大的候选预编码矩阵为所述最优预编码矩阵。
8.一种预编码矩阵选择装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取宽带信道相关矩阵以及码本参数信息，所述码本参数信息包括天线阵列配置；
空间相关矩阵计算模块，用于根据所述宽带信道相关矩阵和天线阵列配置，分别计算多个维度对应的空间相关矩阵，所述多个维度包括同一极化方向上的水平维度，同一极化方向上的垂直维度以及交叉极化维度；
最优码本索引确定模块，用于根据所述码本参数信息以及所述多个维度对应的空间相关矩阵计算所述多个维度上的最优码本索引，所述最优码本索引指示波束集合中信道容量最大的波束对应的索引；
预编码矩阵计算模块，用于根据所述同一极化方向上的水平维度和垂直维度上的最优码本索引确定同一极化方向上的多个第一二维候选波束，并至少基于所述第一二维候选波束以及交叉极化维度上的最优码本索引计算最优预编码矩阵。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时执行权利要求1至7中任一项所述预编码矩阵选择方法的步骤。
10.一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器运行所述计算机程序时执行权利要求1至7中任一项所述预编码矩阵选择方法的步骤。
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