TWI434535B - A method for determining a precoding matrix and corresponding communication methods and apparatus - Google Patents

A method for determining a precoding matrix and corresponding communication methods and apparatus Download PDF

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Description

用於確定預編碼矩陣的方法及相應的通訊方法和設備
本發明涉及多天線技術，尤其涉及多天線技術中的預編碼方法。
根據目前業內商定的LTE-A第10版(Rel-10)標準(R1-101683)，次頻帶的預編碼由兩個預編碼矩陣組成，其中的一個預編碼矩陣對應於寬頻和/或長時通道特性，該矩陣記為W 1 ；而另一個預編碼矩陣對應於頻率選擇和/或短時通道特性，該矩陣記為W 2 。該兩個矩陣的乘積被用作對資料進行預編碼的預編碼矩陣。
在提案R1-105011中，提出了一種兩階段的回饋方式，其中W 1 是一個維度為M ×Nb 的矩陣，W 2 是一個維度為Nb ×r 的矩陣。在該提案對W 2 的碼本設計中，存在一個調相因數，以試圖將天線1至M/2的相位和天線M/2至M的相位達成匹配。繼而，該提案需要對例如均勻線性陣列天線的調相因數進行資料回饋。這不僅帶來了一定的開銷，並且該提案的性能有些差強人意。
本發明旨在提供基於一種新碼本的預編碼方案。
根據本發明的第一個形態，提供了一種確定用於發射機進行次頻帶預編碼的預編碼矩陣的方法，其中，該發射機具有M個發射天線，該方法包括如下步驟：a.根據寬頻和/或長時通道相關資訊，確定最優的第一矩陣W 1 ，該第一矩陣W 1 對應於寬頻和/或長時通道特性；b.將最優的第一矩陣W 1 與第二碼本中的每一個第二矩陣W 2 相乘，得到多個候選的預編碼矩陣，該第二矩陣W 2 對應於頻率選擇和/或短時通道特性；c.根據頻率選擇和/或短時通道狀態資訊，從多個候選的預編碼矩陣中選擇一個最優的，用於對待發送的資料進行預編碼；其特徵在於，增加DFT波束的數目，從而提高空間解析度；所述第一矩陣W 1 中引入了一個對角矩陣；所述第二矩陣W 2 中加入了相位調整，並且保證調整的相位均勻分佈在整個相位空間。
根據以上形態，在第一矩陣W 1 中引入了一個對角矩陣，使得相應列可構成完整的DFT波束(beam)，與現有技術R1-105011比，增加了適合於ULA的DFT beam數目，既增加了空間解析度，因而可以提高ULA下的性能。並且，在第二矩陣W 2 中加入了相位調整，使得每個波束可供調整的相位均勻分佈在整個相位空間。
根據一個較佳的實施方式，增加DFT波束的數目，從而提高空間解析度。
所述第一矩陣W 1 選擇自以下第一碼本C 1 ：
其中，p是第一碼本C 1 中第一矩陣的個數，且：
其中，q是每組波束的數目，，是DFT向量相鄰兩個元素之間的相位差，取值範圍為[0,2π)；並且，當資料流程個數為1時，所述第二碼本C 2 包括如下第二矩陣W 2 ：
當資料流程個數為2時，所述第二碼本C 2 包括如下第二矩陣W 2 ：
其中，e k 是除第k+1個元素為1外其他元素都為零的單位向量，a 是與天線的極化方式有關的參數。
根據本發明的第二個形態，提供了一種在用戶設備中用於向基站回饋用於次頻帶預編碼的預編碼矩陣的方法，該方法包括如下步驟：使用根據本發明第一個形態的方法確定所述最優的第一矩陣W 1 和所述預編碼矩陣；確定與所述最優的預編碼矩陣對應的、最優的第二矩陣W 2 ；將所述最優的第一矩陣W 1 和第二矩陣W 2 的標識提供給基站。
根據本發明的第三個形態，提供了一種在基站中進行資料預編碼的方法，該方法包括如下步驟：接收用戶設備回饋的最優的第一矩陣W 1 和第二矩陣W 2 的標識；根據該些標識，從根據本發明第一個形態的方法中的該第一碼本和該第二碼本中確定最優的第一矩陣W 1 和第二矩陣W 2 ；將最優的第一矩陣W 1 和第二矩陣W 2 相乘，得到最優的預編碼矩陣；使用該最優的預編碼矩陣對待發送的資料進行預編碼。
根據本發明的第四個形態，提供了一種在用戶設備中用於向基站回饋用於次頻帶預編碼的預編碼矩陣的設備，該設備包括：確定裝置，用於使用根據本發明第一個形態的方法確定所述最優的第一矩陣W 1 和所述預編碼矩陣，並確定與所述最優的預編碼矩陣對應的、最優的第二矩陣W 2 ；發送裝置，用於將所述最優的第一矩陣W 1 和第二矩陣W 2 的標識提供給基站。
根據本發明的第五個形態，提供了一種在基站中進行資料預編碼的設備，該設備包括：接收裝置，用於接收用戶設備回饋的最優的第一矩陣W 1 和第二矩陣W 2 的標識；查詢裝置，用於根據該些標識，從根據本發明第一個形態的方法中的該第一碼本和該第二碼本中確定最優的第一矩陣W 1 和第二矩陣W 2 ；計算裝置，用於將最優的第一矩陣W 1 和第二矩陣W 2 相乘，得到最優的用於次頻帶預編碼的預編碼矩陣；預編碼器，用於使用該最優的預編碼矩陣對待發送的資料進行預編碼。
本發明的以上特性及其他特性將在下文中的實施例部分進行明確地闡述。
下面首先對根據本發明的碼本設計進行描述。
先以對於帶有均勻線性陣列(ULA)的M個發射天線的MIMO為例。記碼字W 1 C 1 對應於寬頻和/或長時通道特性，並且記W 2 C 2 對應於頻率選擇和/或短時通道特性。W 1 的個數，即碼本C 1 的大小記為p；W 2 的個數，即碼本C 2 的大小記為q。用於次頻帶的預編碼矩陣的形式是W =W 1 W 2 。對於緊密間隔(例如天線的相關係數的模值大於一預定閾值，或天線的間距小於或等於1/2倍信號波長)的ULA，通道矩陣的主特徵向量可以被近似於一個DFT向量。因此，本發明提出用於W 1 和W 2 的碼字，以使得w是一個M ×1的DFT向量。以下是所提出的具體W 1 和W 2 。
(1)W 1 的碼本設計
首先，定義(M /2)×1的DFT向量
其中，是DFT向量相鄰兩個元素之間的相位差，取值範圍為[0,2π)。
定義p個維度為(M /2)×q 的DFT集合
再定義p個對角矩陣
則W 1 為
即碼本C 1 為
(2)W 2 的碼本設計
記e k 是單位向量，即單位陣的第k+1列。
當資料流程為1，即rank 1時，W 2 為
當資料流程為2，即rank 2時，W 2 為
碼本C 2 為
基於以上設計的碼字，對應於的預編碼矩陣W =W 1 W 2 具有DFT向量的形式，這與緊密間隔的均勻線性陣列的通道相符。值得注意的是，儘管預編碼矩陣w寫為W 1 和W 2 的乘積的形式，在實際實現中，w並不需要進行矩陣乘法運算才能得到，而可以通過根據W 2 中的值為1的元素的位置來選取W 1 中對應元素的方式來得到。這樣，即使W 1 的維度較大，實際的計算複雜性也是很低的。
而對於交叉極化線性陣列(CLA)天線來說，碼本C 1 和碼字W 1 保持不變，通過一個調相因數a 對碼字W 2 進行調整。
具體的，當資料流程為1，即rank 1時，W 2 為
當資料流程為2，即rank 2時，W 2 為
碼本C 2 為
當用於均勻線性陣列天線時，a =1即可。而當用於交叉極化線性陣列時，或者當採用相同的碼本用於各種天線極化方式時，a 取值於一集合{}，其中m 是a 的取值個數，β1 ,β2 ,…,β m 在[0,2π)範圍內取值，通常選擇均勻分佈在[0,2π)上，即，k =1,2,…,m 。
下面以一個實施例說明以上碼字W 1 和W 2 的設計。在該實施例中，基站eNB具有8個天線元素。
(1)對於碼本C 1
(2)對於碼本C 2
當資料流程為1，即rank 1時，
其中，e k 是除第k+1個元素為1外其他元素都為零的單位向量。
當資料流程為2，即rank 2時，
當碼本C 2 用於均勻線性陣列時，C 2 包括四個第二矩陣W 2 ，當碼本C 2 同時用於均勻線性陣列和交叉極化陣列時，C 2 包括十六個第二矩陣W 2 。
值得注意的是，在現有技術R1-105011中，由於調相因數只有4個選擇，所以8天線DFT波束只有16個而不能增加到32個。而本發明提出的上面的例子將8天線DFT波束的數目從16增加到32，從而提高了空間解析度。
上面以一個例子對根據本發明確定的碼字進行了描述。可以理解，本發明並不限於以上碼字設計。當天線元素、碼字W 1 、碼字W 2 、相位和調相因數a 中的至少一個的個數發生變化的情況下，碼字可以相應地進行調整。
以上對根據本發明提出的碼字進行了論述，下面對基於本發明所確定的碼字，進行預編碼通信的實施方式進行描述。
首先，用戶設備的確定裝置測量寬頻和/或長時通道相關資訊，並根據該通道相關資訊，從第一碼本C 1 中確定第一矩陣，即碼字W 1 。可根據容量最大化原則或者與通道相關矩陣特徵向量距離最小原則確定寬頻和/或長時通道相關資訊對應的最優的碼本。
接著，確定裝置將第一矩陣W 1 與第二碼本C 2 中的每一個第二矩陣，即碼字W 2 相乘，得到多個候選的預編碼矩陣。
然後，確定裝置根據測量得到的頻率選擇和/或短時通道狀態資訊，基於預定規則，從多個候選的預編碼矩陣中選擇一個最優的預編碼矩陣。該預定規則例如是選擇能夠最大化通道容量的候選預編碼矩陣，或者是與通道相關矩陣特徵向量距離最小的候選預編碼矩陣。可以理解，其他準則也能夠適用於此，這裏不再贅述。
接著，確定裝置能夠確定與選擇的、最優的預編碼矩陣對應的、最優的第二矩陣W 2 。
最後，用戶設備的發送裝置將所選擇的最優的第一矩陣W 1 和第二矩陣W 2 的標識，例如它們在碼本中的序號，提供給基站。
在基站端，基站的接收裝置接收用戶設備回饋的最優的第一矩陣W 1 和第二矩陣W 2 的標識。
接著，基站的查詢裝置根據這些標識，從第一碼本C 1 和第二碼本C 2 中確定最優的第一矩陣W 1 和第二矩陣W 2 。
然後，基站的計算裝置根據第一矩陣W 1 和第二矩陣W 2 ，以前述的方法得到最優的用於次頻帶預編碼的預編碼矩陣；最後，基站的預編碼器使用該最優的預編碼矩陣對待發送的資料進行預編碼，從而將經過預編碼的該資料發送給用戶設備。
申請人對本發明提出的碼本的性能進行了仿真，並與現有技術R1-105011所提出的方案的仿真結果進行了比較。該仿真使用了19個社區/57個五邊形磁區。下表1中示出了仿真所基於的假定的無線網路環境。
仿真結果如下表2所示：
可以看出，本發明獲得了較現有技術更好的性能。
本技術領域的一般技術人員可以通過研究說明書、公開的內容及附圖和所附的申請專利範圍，理解和實施對披露的實施方式的其他改變。在申請專利範圍中，措詞“包括”不排除其他的元素和步驟，並且措辭“一個”不排除複數。在發明的現實應用中，一個零件可能執行申請專利範圍中所引用的多個技術特徵的功能。

Claims (8)

  1. 一種確定用於發射機進行次頻帶預編碼的預編碼矩陣的方法，其中，該發射機具有M個發射天線，該方法包括如下步驟：a. 根據寬頻和/或長時通道相關資訊，確定最優的第一矩陣W 1 ，該第一矩陣W 1 對應於寬頻和/或長時通道特性；b. 將最優的第一矩陣W 1 與第二碼本中的每一個第二矩陣W 2 相乘，得到多個候選的預編碼矩陣，該第二矩陣W 2 對應於頻率選擇和/或短時通道特性；c. 根據頻率選擇和/或短時通道狀態資訊，從多個候選的預編碼矩陣中選擇一個最優的，用於對待發送的資料進行預編碼；其特徵在於，增加DFT波束的數目，從而提高空間解析度；該第一矩陣W 1 中引入了一個對角矩陣；該第二矩陣W 2 中引入了相位調整，並且保證調整的相位均勻分佈在整個相位空間，其中，增加DFT波束的數目，從而提高空間解析度，該第一矩陣W 1 選擇自以下第一碼本C 1 ： 其中，p是第一碼本C 1 中第一矩陣的個數，且： 其中，q是每組波束的數目， 是DFT向量相鄰兩個元素之間的相位差，取值範圍為[0,2π )；並且，當資料流程個數為1時，該第二碼本C 2 包括如下第二矩陣W 2 ： 當資料流程個數為2時，該第二碼本C 2 包括如下第二矩陣W 2 ： 其中，e k 是除第k+1個元素為1外其他元素都為零的單位向量，a 是與天線的極化方式有關的參數。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中，當該天線的極化方式是均勻線性陣列時，a 的值為1。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中，當該天線的極化方式是交叉極化線性陣列時，或者當採用相同的碼本用於各種天線極化方式時，a 取值於一集合，其中m 是a 的取值個數，β 1 ,β 2 ,…,β m 在[0,2π )範 圍內取值，通常選擇均勻分佈在[0,2π )上，即，k =1,2,…,m 。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中，當發射機具有8個天線元素時，對於碼本C 1 ， 對於碼本C 2 ，當資料流程為1， 其中，e k 是是除第k+1個元素為1外其他元素都為零的單位向量，當資料流程為2，即rank 2時， 當碼本C 2 用於均勻線性陣列時，C 2 包括四個第二矩陣W 2 ，當碼本C 2 同時用於均勻線性陣列和交叉極化陣列時，C 2 包括十六個第二矩陣W 2 。
  5. 一種在用戶設備中用於向基站回饋用於次頻帶預編碼的預編碼矩陣的方法，該方法包括如下步驟：- 使用根據申請專利範圍第1至4項中任一項所述的方法確定該最優的第一矩陣W 1 和該預編碼矩陣； - 確定與該最優的預編碼矩陣對應的、最優的第二矩陣W 2 ；- 將該最優的第一矩陣W 1 和第二矩陣W 2 的標識提供給基站。
  6. 一種在基站中進行資料預編碼的方法，該方法包括如下步驟：- 接收用戶設備回饋的最優的第一矩陣W 1 和第二矩陣W 2 的標識；- 根據該些標識，從根據申請專利範圍第1至4項中任一項所述的方法中的該第一碼本和該第二碼本中確定最優的第一矩陣W 1 和第二矩陣W 2 ；- 將最優的第一矩陣W 1 和第二矩陣W 2 相乘，得到最優的預編碼矩陣；- 使用該最優的預編碼矩陣對待發送的資料進行預編碼。
  7. 一種在用戶設備中用於向基站回饋用於次頻帶預編碼的預編碼矩陣的設備，該設備包括：- 確定裝置，用於使用根據申請專利範圍第1至4項中任一項所述的方法確定該最優的第一矩陣W 1 和該預編碼矩陣，並確定與該最優的預編碼矩陣對應的、最優的第二矩陣W 2 ；- 發送裝置，用於將該最優的第一矩陣W 1 和第二矩陣W 2 的標識提供給基站。
  8. 一種在基站中進行資料預編碼的設備，該設備包 括：- 接收裝置，用於接收用戶設備回饋的最優的第一矩陣W 1 和第二矩陣W 2 的標識；- 查詢裝置，用於根據該些標識，從根據申請專利範圍第1至4項中任一項所述的方法中的該第一碼本和該第二碼本中確定最優的第一矩陣W 1 和第二矩陣W 2 ；- 計算裝置，用於將最優的第一矩陣W 1 和第二矩陣W 2 相乘，得到最優的用於次頻帶預編碼的預編碼矩陣；- 預編碼器，用於使用該最優的預編碼矩陣對待發送的資料進行預編碼。
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