WO2011032365A1

WO2011032365A1 - 预编码矩阵码本的生成方法及装置

Info

Publication number: WO2011032365A1
Application number: PCT/CN2010/070264
Authority: WO
Inventors: 王键; 田军; 吴建明; 张元涛
Original assignee: 富士通株式会社
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2010-01-20
Publication date: 2011-03-24
Also published as: CN102025454A; JP2013505606A; US20120170636A1; KR20120054100A; CN102025454B; JP5429386B2; CN102484566A; KR101383999B1; EP2479915A1

Description

预编码矩阵码本的生成方法及装置技术领域

本发明总体上涉及多天线通信系统。更特别而言，本发明涉及在多天线通信系统使用的预编码矩阵码本的生成方法及生成装置以及使用该方法生成预编码矩阵码本的多天线通信系统、发射机和接收机。背景技术

到目前为止，无线通信系统已经得到了迅猛的发展。原先的第二代移动通信系统、即全球移动通信（GSM) 系统不断地向通用无线分组业务 (GPRS) 、增强型数据速率 GSM演进（EDGE)等技术演进，大幅度地提高了系统的数据传输能力。具有更高传输速率的第三代移动通信系统、例如宽带码分多址（WCDMA) 、 CDMA2000等技术也在全球许多国家和地区范围内纷纷部署，开始投入商用。在蜂窝通信技术发展的同时，其他一些无线接入技术、例如无线局域网（WLAN)和微波接入全球互通（WiMAX) 技术也有了迅猛发展。此外，面向第四代移动通信系统的 IEEE 802.16m技术和第三代合作伙伴项目演进技术（3GPP LTE) 、第三代合作伙伴项目演进技术增强（3GPP LTE— advance) 等项目也已经开始启动进入研发阶段。

多入多出的多天线通信系统能够支持平行的数据流发送，因此能够大大增加系统的吞吐量，已经成为学术研究和实际系统中备受人们关注的技术。在通常的情况下，多天线传输中的平行数据流首先进行独立的前向纠错码编码，然后将编码后的码字映射到一个或者多个传输层上。当码字映射为多个传输层时，将编码器输出的串行数据进行串并变换为相应的多层即可。在一次传输中，系统支持的所有的传输层数又称为该次传输的秩数 (Rank) 。

一般来说，多天线通信系统的传输支持的层数或者秩数要小于或者等于多天线通信系统的物理天线数。将各层的数据转化为各物理天线上的数据的过程称为信号的预编码过程。特别的，将各层的数据通过线性运算转化为各物理天线上的数据的过程称为信号的线性预编码过程。在现在的无线通信系统中，比如 LTE系统、 WiMax系统，受限于系统的计算复杂度和信令控制复杂度，系统需要预先设计好一定个数的预编码矩阵。预编码矩阵的集合称为预编码矩阵码本，预编码矩阵个数称为预编码矩阵码本的大小。很显然，预编码矩阵码本的大小和预编码矩阵码本的元素都直接影响系统的互信息、吞吐量等性能指标。

在现有技术中，预编码矩阵码本是作为通信标准的一部分而固定的。也就是说，采用同一通信标准的不同无线通信设备都具有相同的预编码矩阵码本。但是，对于处于一定环境下的通信设备来说，该固定的预编码矩阵码本并不一定适合，而该通信设备不能并不生成自己的预编码矩阵码本。那么如何从现有的预编码矩阵码本生成更好的预编码矩阵码本成为企待解决的问题。

同样，在没有预编码矩阵码本的情况下，如何快速生成具有高系统性能指标的预编码矩阵码本也是现在企待解决的问题。

以下列出了本发明的参考文献，通过引用将它们并入于此，如同在本说明书中作了详尽描述。

1、欧洲专利申请公开： EP1919097A1，发明名称为： "Codebook generator codebook and method for generating update matrices to be used in a precoding scheme with MIMO transmission " ；

2、美国专利申请公开： US2008080449A1 ,其发明名称为： "Generalized codebook design method for limited feedback systems " ；

3、美国专利申请公开： US2008165876A1，其发明名称为：

" APPARATUS FOR GENERATING PRECODING CODEBOOK FOR MIMO SYSTEM AND METHOD USING THE APPARATUS " ；

4、美国专利申请公开： US2008292013A1 , 其发明名称为： "NESTED PRECODING CODEBOOK STRUCTURES FOR MIMO SYSTEMS " ；

5、美国专利申请公开： US2008303699A1 , 其发明名称为： "MIMO wireless precoding system robust to power imbalance，，；

6、美国专利申请公开： US2008316910A1 , 其发明名称为： "Complex vector quantization codebook for use in downlink multi-user MIMO mobile broadcast systems，，；

7、美国专利申请公开： US2009006518A1 , 其发明名称为： " Simple MIMO precoding codebook design for a MIMO wireless communications system" ；

8、国际专利申请公开： WO2008086239A1，其发明名称为： "PRECODING CODEBOOK FOR MIMO SYSTEMS " ；

9、国际专利申请公开： WO2008097035A1，其发明名称为：

" CODEBOOK GENERATING METHOD AND APPARATUS FOR GENERATING A CODEBOOK FOR MULTI-POLARIZED MULTIPLE-INPUT MULTIPLE-OUTPUT (MIMO) SYSTEMS " ；

10、国际专利申请公开： WO2008137523A1 , 其发明名称为： " A CODEBOOK METHOD FOR MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT WIRELESS SYSTEM" 。发明内容

本发明的目的在于提供一种在多天线通信系统中使用的生成预编码矩阵码本的方法，其能够由初始预编码矩阵码本生成系统性能指标更佳的新预编码矩阵码本。

本发明的另一目的在于提供一种预编码矩阵码本的生成装置，其能够由初始预编码矩阵码本生成系统性能指标更佳的新预编码矩阵码本。

本发明的又一目的在于提供一种能够生成预编码矩阵的多天线通信系统、发射机以及接收。

为了实现上述目的以及其它附加目的，本申请提供了以下方面。

根据本发明的一个方面，提供了一种生成在多天线通信系统中使用的预编码矩阵码本的方法，该方法包括以下歩骤：

a) 确定由 L个预编码矩阵构成的初始预编码矩阵码本，其中， L为大于 1 的整数，所述初始预编码矩阵码本中的每一个预编码矩阵都选自预编码矩阵全集，所述预编码矩阵全集是根据所述多天线通信系统中物理天线的数量和所述多天线通信系统所支持的传输层数所生成的并且包括 M个预编码矩阵，其中， M为大于 1的整数并且 L<M_;

b) 将信道集合分成与所述初始预编码矩阵码本中的预编码矩阵一一对应的 L个信道组，该信道集合为由 N个信道实例构成的能够反映所述多天线通信系统的信道统计特性的信道集合， N为大于 1的整数； c) 从所述预编码矩阵全集中选择与每一个信道组最匹配的预编码矩阵，从而形成新预编码矩阵码本；

d) 判断所述初始预编码矩阵码本与所述新预编码矩阵码本是否相同；以及

e ) 如果所述初始预编码矩阵码本与所述新预编码矩阵码本不相同，则将所述新预编码矩阵码本作为所述初始预编码矩阵码本并且返回至所述歩骤 b )继续进行；而如果所述初始预编码矩阵码本与所述新预编码矩阵码本相同，则将所述新预编码矩阵码本作为要在所述多天线通信系统中使用的预编码矩阵码本。

根据本发明的另一方面，提供了一种预编码矩阵码本的生成装置，该预编码矩阵码本用于多天线通信系统，该生成装置包括：

初始预编码矩阵码本确定单元，其用于确定由 L个预编码矩阵构成的初始预编码矩阵码本，其中， L为大于 1的整数，所述初始预编码矩阵码本中的每一个预编码矩阵都选自预编码矩阵全集，所述预编码矩阵全集是根据所述多天线通信系统中物理天线的数量和所述多天线通信系统所支持的传输层数所生成的并且包括 M个预编码矩阵，其中， M为大于 1的整数并信道分组单元，其用于将信道集合分成与所述初始预编码矩阵码本中的预编码矩阵一一对应的 L个信道组，该信道集合为由 N个信道实例构成的能够反映所述多天线通信系统的信道统计特性的信道集合， N 为大于 1 的整数；

新预编码矩阵码本生成单元，其用于从所述预编码矩阵全集中选择与每一个信道组最匹配的预编码矩阵，从而形成新预编码矩阵码本；以及控制单元，其用于判断所述初始预编码矩阵码本与所述新预编码矩阵码本是否相同，如果所述初始预编码矩阵码本与所述新预编码矩阵码本相同，则将所述新预编码矩阵码本作为要在所述多天线通信系统中使用的预编码矩阵码本输出；而如果所述初始预编码矩阵码本与所述新预编码矩阵码本不相同，则将所述新预编码矩阵码本作为所述初始预编码矩阵码本，控制所述信道分组单元重新对所述信道集合进行分组；以及控制所述新预编码矩阵码本生成单元生成新预编码矩阵码本，直到所述新预编码矩阵码本与所述初始预编码矩阵码本相同为止。

根据本发明的另一方面，提供了一种多天线通信系统，其利用上述方法生成预编码矩阵码本。

根据本发明的另一方面，提供了一种多天线通信系统中的发射机，其利用上述的方法生成预编码矩阵码本。

根据本发明的另一方面，提供了一种多天线通信系统中的接收机，其利用上述的方法生成预编码矩阵码本，并且将生成的预编码矩阵码本发送给发射机，从而在二者的通信中使用该预编码矩阵码本。

根据本发明的另一方面，提供了一种包括机器可读程序代码的存储介质，当在多天线通信系统或者信息处理系统上执行所述程序代码时，所述程序代码使得所述多天线通信系统或者信息处理系统执行上述方法。

根据本发明的另一方面，提供了一种包括机器可执行指令的程序产品，当在多天线通信系统或信息处理系统上执行所述指令时，所述指令使得所述多天线通信系统或者信息处理系统执行上述方法。

根据本发明的方法和装置可以在由初始预编码矩阵码本生成系统性能指标更佳的新预编码矩阵码本，从而提高系统的性能指标。

通过以下结合附图对本发明的最佳实施例的详细说明，本发明的这些以及其他优点将更加明显。附图说明

图 1示出了根据本发明实施方式的生成预编码矩阵码本的方法的流程图；

图 2示出了根据本发明实施方式的将信道集合分成 L个信道组的方法的流程图；

图 3示出了在 QPSK调制并且使用 Max-Log-MAP解码方法时的信噪比 SNR与互信息 Ml之间的关系表；

图 4例示了在 QAM16调制并且使用 Max-Log-MAP解码方法时的信噪比 SNR与互信息 Ml之间的关系表；

图 5例示了在 QAM64调制并且使用 Max-Log-MAP解码方法时的信噪比 SNR与互信息 MI之间的关系表；

图 6例示出了各编码调制方案下的链路级误块率性能图；

图 7例示出了各编码调制方案下的链路级吞吐量性能图；以及图 8示出了根据本发明的一个示例性预编码矩阵码本的装置的框图。具体实施方式

在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和 /或处理歩骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

图 1示出了根据本发明实施方式的生成在多天线通信系统中使用的预编码矩阵码本的方法的示意性流程图。

首先在歩骤 ST102, 确定由 L个预编码矩阵 Q /构成的初始预编码矩阵码本 Q，且 L为大于 1的整数，通常称 L为初始预编码矩阵码本 Q 的大小。该初始预编码矩阵码本 Q中的每个预编码矩阵可以是从预编码矩阵全集中随机地选择出来的，或者是多天线通信系统中已有的预编码矩阵码本。

虽然如何生成多天线通信系统的预编码矩阵全集不是本发明的发明点，但是为了便于理解本发明，下面首先简要介绍如何生成预编码矩阵全集。

对于一个多天线通信系统来说，其预编码矩阵全集与该多天线通信系统中物理天线的数量和多天线通信系统所支持的传输层数有关。在本发明中假设预编码矩阵全集 P包括 M个预编码矩阵 Pm，其中， l m M且 M>Lo 下面，以 4天线通信系统（即，该多天线通信系统中物理天线的数量为 4) 为例，说明如何生成预编码矩阵全集卩。

( 1 ) 多天线通信系统所支持的传输层数为 1的情况

例如，可以由以下的离散傅立叶变换（DFT) 矩阵（1 ) ，得到 4个预编码矩阵，其中每一个预编码矩阵对应 DFT矩阵的一列，

另选地，可以由以下的哈达马（Hadamard)矩阵（2) ，得到 4个预编码矩阵，其中每一个预编码矩阵对应 hadamard矩阵的一列。

更一般的，可以有以下的预编码矩阵形式 [l;x;y;z|，其中 x,y,z是正交相移键控（QPSK: Quadrature Phase Shift Keying) 星座点，或者是 8相移键控（8PSK:8 Phase Shift Keying) 星座点，或者是 16PSK星座点，或者是更高维的 PSK星座点。

当 x,y,z是 QPSK星座点时，所得预编码矩阵共有 4 X 4 X 4=64个；当 x,y,z是 8PSK星座点时，所得预编码矩阵共有 8 X 8 X 8=512个；当 x,y,z是 16PSK星座点时，所得预编码矩阵共有 16 X 16 X 16=4096个。

当然，也可能存在其他形式的层数为 1的预编码矩阵。

可以根据多天线通信系统的需要，可以将上面所述一种、或者几种、或者全部形式的预编码矩阵或者这些预编码矩阵的功率归一化矩阵作为物理天线数为 4且层数为 1时的预编码矩阵全集 P。

(2) 该多天线通信系统所支持的传输层数为 2的情况

例如，由上述 DFT矩阵（1 ) 可以得到 6个预编码矩阵，其中的每一个预编码矩阵对应 DFT矩阵中选择出来的两列。

由上述 Hadamard矩阵（2) 可以得到 6个预编码矩阵，其中的每一个预编码矩阵对应 Hadamard矩阵（2) 中选择出来的两列。更一般的，可以有以下的预编码矩阵形式 p=[l l;xl x2;yl y2;zl z2] ,其中 xl x2 yl y2 zl z2是 QPSK星座点，或者是 8PSK星座点，或者是 16PSK 星座点，或者是更高维的 PSK星座点；并且 p为酉阵，也即 ρ^ΗΧρ= α Ι，其中 α是标量。

当 xl x2 yl y2 zl z2是 QPSK星座点时，所得预编码矩阵共有 288个；当 xl x2 yl y2 zl z2是 8PSK星座点时，所得预编码矩阵共有 5376个；当 xl x2 yl y2 zl z2是 16PSK星座点时，所得预编码矩阵共有 92160个。

当然，也可能存在其他形式的层数为 2的预编码矩阵全集。

可以根据该多天线通信系统的需要，将上面所述一种、或者几种、或者全部形式的预编码矩阵或者这些预编码矩阵的功率归一化矩阵作为层数为 2的预编码矩阵的全集 P。

对于层数为 3和 4的情况与上述过程类似，不再赘述。

对于本领域技术人员来，其他的天线配置，比如具有 2个物理天线的

2天线通信系统，具有 8个物理天线的 8天线通信系统甚至具有更高物理天线数的多天线通信系统，可以通过与上述具有 4个物理天线的 4天线通信系统的相似的方法，得到对应的预编码矩阵全集 P。

初始预编码矩阵码本 Q可以通过从所生成的预编码矩阵全集 P中随机地选取其中的 L个预编码矩阵来确定。另外，可以选取该多天线通信系统中现有的预编码矩阵码本作为初始预编码矩阵码本 Q。

关于初始预编码矩阵码本 Q的大小 L，在多天线通信系统中，如何确定初始预编码矩阵码本 Q的大小 L是一个全局优化的过程。如何确定初始预编码矩阵码本 Q的大小并不是本发明的发明点，因此本领域技术人员可以采用现有的或以后开发的任何方法来确定初始预编码矩阵码本 Q 的大小。

在本发明的以下描述中以初始预编码矩阵码本 Q的大小 L=16为例。本领域技术人员应该理解，本发明可以适用于任意大小的初始预编码矩阵码本。例如，在 LTE-A系统中，在上行传输时当传输层数为 1时预编码矩阵码本的大小通常为 16，而当传输层数为 2时预编码矩阵码本的大小通常为 16，而当传输层数为 3时预编码矩阵码本的大小通常为 20。

现在返回到图 1，在歩骤 ST102确定了初始预编码矩阵码本 Q之后，前进至歩骤 ST104。在歩骤 ST104, 将信道全集！!=[¾,¾,¾,..., H_N]分成与初始预编码矩阵码本 Q中的预编码矩阵一一对应的 L个信道组。其中，该信道集合 H为由 N个信道实例 H_n (也称为信道）构成的能够反映所述多天线通信系统的信道统计特性的信道集合， l n N ， N为大于 1的整数。

歩骤 ST104可以以各种方法实现，作为示例，下面结合图 2解释如何将信道全集 H =[¾,!¾,¾,...,¾]分成与初始预编码矩阵码本 Q中的预编码矩阵一一对应的 L个信道组。

首先，在歩骤 ST202 , 生成信道集合 H。这种在每次分组前都生成新的信道集合 H的方式使得将要生成的新预编码矩阵码本对于该多天线通信系统来说更佳。当然，也可以在生成预编码矩阵码本的整个过程中使用固定的信道集合 H，而这种使用固定信道集合 H的方式可以提高生成新预编码矩阵码本的速度。当然本发明技术人员可以理解，即使在每次生成预编码矩阵码本时都使用同一个信道集合 H也是可以的。

更具体地说，信道集合 H是按照设计条件（例如独立的瑞利衰落信道）随机生成的。同时，由于信道的随机性，所生成的信道集合 H的元素个数 N应该足够大，才能反映信道的统计特性，例如 N为大约 1 χ 10⁵。

下面，以 4天线发送 4天线接收的多天线通信系统为例，具体描述信道全集 Η。

例如，对于独立的瑞利衰落信道，则每一次生成的信道实例 H_n， l ^n N，是一个 4 X 4矩阵，该矩阵的各元素都是互不相关的服从复高斯分布的信号。

例如，如果考虑发射的各天线以及接收的各天线之间的相关性，假设该相关矩阵为 R，则每一次生成的信道实例可表示为 H_n=unvec (R^1/2 X vec (h) ) ，其中 h是随机产生的瑞利衰落信道实例， vec (h) 将矩阵 h的各列向量顺排成 1维列向量， unvec运算是 vec运算的逆运算。

当然，也可能存在其他形式的以及其他统计特性的信道，都有其对应的信道生成方法，在此不再赘述。

然后，在歩骤 ST204, 对于所述信道集合 H 中的每一个信道实例 H_n ( l ^n^N) 和所述初始预编码矩阵码本 Q 中每一个预编码矩阵

^L) ，计算所述多天线通信系统在该信道实例下采用该预编码矩阵时的后验信噪比向量 SNR^^。也就是说，对于信道集合 H的每一个信道实例 H_n

( l ^n^N)来说，计算初始预编码矩阵码本 Q中每个预编码矩阵 Q/ ( 1 / L) 所对应的多天线通信系统的后验信噪比向量 SNR^^。为此，在第一次执行对信道集合 H 的分组时，需要确定该多天线通信系统的信噪比 ( SNR) 。如何确定多天线通信系统的信噪比 SNR不是本发明的发明点。对于本领域技术人员来说，可以根据实际情况采用任意已知的、或者自己感兴趣的、或者以后公开的方法来确定多天线通信系统的信噪比 SNR。在本发明中，假设多天线通信系统的归一化后的噪声功率为 σ²。在下面给出计算后验信噪比向量 SNR 的几个示例性方法。

例如，对于信道实例 H_n ( l ^n^N) 和预编码矩阵 Q/ ( 1 ^/^L) 采用最小均方误差（MMSE: Minimum Mean Squared Error) 算法时，其后验信噪比向量 SNR 为：

SNR_M = 1.1 diag(a²[a² Π + (H_nQ_{ f (H_nQ_{ )]"' ) ( 3 ) 采用迫零（ZF: Zero Forcing)算法时，其后验信噪比向量 SN ^为： SNR_M = l . / diag(a²l[(H_nQ_l)^H(H_nQ_l) ) (_{4 )} 在上述算法中， Dmg是对角阵函数， SNR^^是维数与预编码矩阵的列数（也即预编码矩阵的秩（rank) 数）相等的列向量。

当然，也存在其他的解码方法，比如最大似然解码等。任何解码方法都会对应解码的后验信噪比向量 SNR 。

可以将所有的后验信噪比向量排列成一个 L行 N列的矩阵。其中每一行代表与初始预编码矩阵码本 Q中一个预编码矩阵 Q/相对应的每个信道实例下的多天线通信系统的后验信噪比向量，每一列代表与一个信道实例相对应的初始预编码矩阵码本 Q中采用每个预编码矩阵时的多天线通信系统的后验信噪比向量。矩阵共有 L X N个元素。

当然，并不是必须要将后验信噪比向量排列成矩阵，也可以以任何其它适当的方式排列，例如一维数组。在该一维数组中先排列与初始预编码矩阵码本 Q 中第一个预编码矩阵 _Ql相对应的各信道实例的后验信噪比向量，然后是与初始预编码矩阵码本 Q中第二个预编码矩阵 Q₂相对应的各信道实例的后验信噪比向量，以此类推，直到与初始预编码矩阵码本 Q中第 L个预编码矩阵 QL相对应的各信道实例的后验信噪比向量。在歩骤 ST204中已经计算出后验信噪比向量后，在歩骤 ST206根据所得到的后验信噪比向量生成相应的系统性能指标，例如，系统吞吐量、互信息、误块率等。可以根据不同的定义，或者不同的算法计算出不同的系统性能指标（例如，吞吐量、互信息、误块率等）。

作为示例，下面给出几种由后验信噪比向量得到系统性能指标的方法。例如，使用香农公式可以得到以香农限表征的系统吞吐量；

C = log₂(l + ）； (5) 又比如，当多天线通信系统使用正交幅度调制（QAM: Quadrature Amplitude Modulation) 调制，并使用最大似然解码方法时，可以通过数值计算的方法或者通过查表的方式得出该调制方案对应的互信息。

又比如，当多天线通信系统使用 QAM调制或者 QPSK调制，并使用最快速对数域最大后验概率（Max-Log-MAP) 解码方法时，可以通过数值计算的方法或者通过查表的方式得出该调制的互信息。

图 3例示出了在 QPSK调制并且使用 Max-Log-MAP解码方法时的 SNR 与互信息（MI: Mutual Information) 之间的关系表。而图 4和图 5分别例示了在 QAM16调制和 QAM64调制并且使用 Max-Log-MAP解码方法时的 SNR与 Ml之间的关系表。

又比如，在已知系统的各编码调制方案（MCS)的链路级误块率 (BLER) 性能的情况下，可以直接使用该链路级误块率，但是可以将系统的各编码调制方案（MCS)的链路级误块率性能转换为系统的各编码调制方案 (MCS) 的链路级吞吐量率性能，从而通过查表的方法得出系统的吞吐量。

图 6例示出了各编码调制方案下的链路级误块率性能图。而图 7例示出了各编码调制方案下的链路级吞吐量性能图。

当然，也存在其他的映射或者计算方法，将后验信噪比向量映射或者计算为系统吞吐量、互信息或误块率等系统性能指标，在此不再赘述。

在歩骤 ST206生成了相应的系统性能指标之后，在歩骤 ST208中，找出每个信道实例的对应预编码矩阵。具体而言，对于信道集合 H中每一个信道实例来说，选择在初始预编码矩阵码本 Q中系统性能指标最优的预编码矩阵作为该信道实例的对应预编码矩阵。

更具体而言，在系统性能指标为吞吐量的情况下，在已经取得每一个信道实例！^ (l^n^N) ，每个预编码矩阵 (1^/^L) 所对应的系统的吞吐量之后，将所有的吞吐量排列成一个 L行 N列的矩阵 TQ, 其中每一行代表每个预编码矩阵，每一列代表每个信道实例。矩阵共有 LXN个元素。该矩阵 TQ中的元素表示为 TQ (/,η) ， l^w^N) 。其中 TQ (/,η)表示在第 n个信道实例下，当使用第 /个预编码矩阵时系统的吞吐量。

可以对于矩阵 TQ的每一列选取吞吐量最大的值，并记录坐标为 L (n) =/， l^n^N) 。 L (n) =/的物理意义表示为，对于第 n个信道实例 H_n，初始预编码矩阵码本 Q中的第 /个预编码矩阵 Q/ (1^/^L)使得系统的吞吐量最大。也就是说，初始预编码矩阵码本 Q中与该吞吐量最大的值相对应的预编码矩阵是与该信道实例最匹配的预编码矩阵（即，该信道实例的对应预编码矩阵）。

当然，作为其它性能指标，例如互信息、误块率等来说，也可以按照与上述方法类似的方法选择在初始预编码矩阵码本 Q中系统性能指标最优的预编码矩阵作为该信道实例的对应预编码矩阵。只是不同之处在于，对于误块率来说，系统性能指标最优的预编码矩阵是误块率最小的预编码矩阵；而对于互信息来说，与吞吐量类似，系统性能指标最优的预编码矩阵是也互信息最大的预编码矩阵。

通常，由于信道实例数，即信道集合 H的大小 N远大于初始预编码矩阵码本 Q的大小 L, 因此每一个信道实例都唯一地对应于一个预编码矩阵，而每一个预编码矩阵都对应一系列的信道实例。

然后，在歩骤 ST210, 将对应于同一预编码矩阵的所有信道实例作为与该预编码矩阵相对应的信道组，从而将信道集合 11=[ ,¾,¾,...,¾]分成所述 L个信道组，表示为， R₂， ...，。

现在返回到图 1，在歩骤 ST104中已经将信道集合 H分成了 L个信道组之后，在歩骤 ST106中，从预编码矩阵全集 P中选择与每一个信道组最匹配的预编码矩阵，从而形成新预编码矩阵码本 Q'。对于每一个信道组来说，可以通过以下歩骤选择出最匹配的预编码矩阵：

(1)对于该信道组 H中的每一个信道实例 H_n (l^n^N)和预编码矩阵全集 P中每一个预编码矩阵 P_m (l m M) ，计算多天线通信系统在该信道实例下采用该预编码矩阵 P_m时的后验信噪比向量 SNR 并且根据所计算出的后验信噪比向量生成相应的系统性能指标；

(2) 对于预编码矩阵全集 P中的每一个预编码矩阵 P_m，对多天线通信系统在该信道组中所有信道实例下的系统性能指标进行求和，并且将所得到的和作为该预编码矩阵的总系统性能指标；以及

(3 )选择预编码矩阵全集 P中总系统性能指标最优的预编码矩阵作为与该信道组最匹配的预编码矩阵。

下面，以系统性能指标是吞吐量的例子来说明。本领域技术人员应该可以理解，也可以使用其它的系统性能指标来选择与每一个信道最匹配的预编码矩阵。

对每一个信道组都进行如下处理。以信道组 ( l ^l^L) 为例。

假设信道组共包含 S个信道实例。对于预编码矩阵全集 P中的每一个预编码矩阵 P_m ( l ^m^M) ，可以按歩骤 ST204和 S206中的方法计算每一个信道实例 R/,_s ( l s S)对应的吞吐量，得到吞吐量矩阵 TP (m, s )。当然，本领域技术人员应该理解，也可以采用与歩骤 ST204和 ST206中不同的方法计算每一个信道实例对应的吞吐量，而且也可以将吞吐量表示为除矩阵以外的其它形式，例如一维数组。

将吞吐量矩阵 TP的每一行相加，得到的吞吐量和作为该行对应的预编码矩阵的总吞吐量。然后取所有预编码矩阵的总吞吐量中的最大值，得到该最大值所在的行号 t，进而得到预编码矩阵 P_t。则该预编码矩阵 P_t就是与该信道组最匹配的预编码矩阵，将他表示为 Q',。

对每一个信道组进行上述处理，从而得到与 L个信道组最匹配的预编码矩阵 Q'₂， ...， Q 。

当然，作为其它性能指标，例如互信息、误块率等来说，也可以按照与上述方法类似的方法选择预编码矩阵全集 P中总系统性能指标最优的预编码矩阵作为与该信道组最匹配的预编码矩阵。只是不同之处在于，对于误块率来说，系统性能指标最优的预编码矩阵是误块率最小的预编码矩阵。也就是说，当采用误块率来作为评价指标时，与该信道组最匹配的预编码矩阵是指误块率最小的预编码矩阵；而对于互信息来说，与吞吐量类似，系统性能指标最优的预编码矩阵是也互信息最大的预编码矩阵。可以理解，对于任意一个确定的系统性能指标来说，本领域技术人员能够确定什么样的系统性能指标是最优的，同样，也能够确定系统性能指标满足什么条件的预编码矩阵是最匹配的预编码矩阵。

然后选择出了与每一个信道组最匹配的预编码矩阵 Q'₂， . . .， Q '_L 之后，在歩骤 ST108 , 将预编码矩阵 Q'₂， . . .， Q'L作为新预编码矩阵码本 Q'。然后。在歩骤 ST1 10 , 判断新预编码矩阵码本 Q'与初始预编码矩阵码本 Q是否相同，也就是，是否发生进化。如果不相同，则前进至歩骤 ST1 14 , 在歩骤 ST1 14中将新预编码矩阵码本 Q'作为初始预编码矩阵码本 Q , 返回到歩骤 ST104继续进行，直到得到的新预编码矩阵码本 Q '与初始预编码矩阵码本 Q 相同为止。如果相同，即已经不进化，则前进至歩骤 ST1 12 , 在歩骤 ST1 12将新预编码矩阵码本 Q'作为最终生成的要在多天线通信系统中使用的预编码矩阵码本，然后流程结束。新预编码矩阵码本 Q ' 的系统性能指标与初始预编码矩阵码本 Q的系统性能指标已经一样，表示再继续演进所得到的预编码矩阵码本也不会使系统性能指标得到提高。

根据本发明，可以通过 "演进" （或迭代）的方式由初始预编码矩阵码本 Q生成新预编码矩阵码本 Q'，然后重复执行直到得到的新预编码矩阵

Q'不改变或者不进化为止，来改进在多天线通信系统中使用的预编码矩阵码本，从而改善多天线通信系统的性能，例如吞吐量、误块率、互信息等。

下面给出在 4天线通信系统中采用 QPSK星座点来形成预编码矩阵全集 P时，通过本发明的方法最终得到的长度为 L=16的预编码矩阵码本的示例。

其中，表 1为该多天线通信系统所支持的传输层数（即秩数）为 1时的预编码矩阵全集 P。在表 1中加黑的框中的数字为预编码矩阵的编号，其下面四行中的数字表示对应于该编号的预编码矩阵的元素。例如，编号为 1 的预编码矩阵为

表 1

按照本发明方法获得的最终预编码矩阵码书中预编码矩阵的编号为：

[33 21 9 61 18 6 58 46 3 55 43 31 52 40 28 16]。

表 2为该多天线通信系统的所支持的传输层数（即秩数）为 2时的预编码矩阵全集 P。同表 1一样，在表 2中加黑的框中的数字为预编码矩阵的编号，其下面两列四行中的数字表示对应于该编号的预编码矩阵的元素。表 2

按照本发明方法获得的最终预编码矩阵码书中预编码矩阵的编号为:

2 13 15 12 10 5 7 17 19 ： 33 35 41 43]。表 3为该多天线通信系统的所支持的传输层数（即秩数）为 3时的预编码矩阵全集 P。同表 1一样，在表 3中加黑的框中所示数字为预编码矩阵的编号，其下面三列四行中的数字表示对应于该编号的预编码矩阵的元素。

表 3

oz

/u/u/〇 szoz-ososild S9ssn0iM

/s/u O sososld S9ss0zAV

按照本发明方法获得的大小为 20 的最终预编码矩阵码书中预编码矩阵的编号为：

[36 6 108 5 115 133 10 28 161 89 191 71 51 171 153 81 13 43 130 100]。

按照本发明方法获得的大小为 16 的最终预编码矩阵码书中预编码矩阵的编号为：

[36 6 108 5 115 133 13 43 161 89 191 71 51 171 153 81]。

下面结合图 1、图 2以及图 8来说明根据本发明的一个示例性的生成在多天线通信系统使用的预编码矩阵码本的装置。图 8示出了根据本发明实施方式的一个示例性预编码矩阵码本的生成装置的框图。该生成装置执行前述的预编码矩阵码本的生成方法，并且包括：控制单元 110、信道分组单元 120、初始预编码矩阵码本确定单元 130和新预编码矩阵码本生成单元 140。本领域技术人员应该可以理解，图 8所示的生成装置中的控制单元 110、信道分组单元 120、初始预编码矩阵码本确定单元 130和新预编码矩阵码本生成单元 140 既可以由逻辑电路来实现也可以由存储在机器可读介质上的程序实现。

初始预编码矩阵码本确定单元 130用于确定由 L个预编码矩阵 Q/ (其中， 1 / L) 构成的初始预编码矩阵码本 Q，其中， L为大于 1的整数。初始预编码矩阵码本确定单元 130可以将该多天线通信系统的现有的预编码矩阵码本确定为初始预编码矩阵码本 Q，或者可以从预编码矩阵全集 P 中随机地选择 L个预编码矩阵作为初始预编码矩阵码本 Q。预编码矩阵全集 P可以预先存储在该初始预编码矩阵码本确定单元 130中。另选地，该初始预编码矩阵码本确定单元 130还可以包括用于生成预编码矩阵全集 P 的预编码矩阵全集生成单元（未示出）。如前所述，预编码矩阵全集 P是根据多天线通信系统中物理天线的数量和多天线通信系统所支持的传输层数所生成的并且包括 M个预编码矩阵，其中，M为大于 1的整数并且 L<M。在一实施方式中，初始预编码矩阵码本确定单元 130可以是存储在多天线通信系统中或机器可读介质上的程序。在另一实施方式中，初始预编码矩阵码本确定单元 130可以是独立的软件应用程序或者构成执行与多天线通信系统的操作相关的附加任务的软件应用程序的一部分。

信道分组单元 120用于将信道集合

... ,¾]分成与初始预编码矩阵码本 Q中的预编码矩阵一一对应的 L个信道组。如前所述，该信道集合为由 N个信道实例 H_n构成的能够反映多天线通信系统的信道统计特性的信道集合， l n N ， N为大于 1的整数。

新预编码矩阵码本生成单元 140用于从预编码矩阵全集 P中选择与每一个信道组最匹配的预编码矩阵，从而形成新预编码矩阵码本 Q'。

控制单元 110用于判断初始预编码矩阵码本 Q与新预编码矩阵码本 Q' 是否相同，并且如果初始预编码矩阵码本 Q与新预编码矩阵码本 Q'相同，则将新预编码矩阵码本 Q'作为最终生成的预编码矩阵码本输出，以在多天线通信系统中使用。而如果初始预编码矩阵码本 Q与新预编码矩阵码本 Q' 不相同，则控制单元 110将新预编码矩阵码本 Q'作为初始预编码矩阵码本 Q，同时控制信道分组单元 120重新对信道集合 H进行分组；控制新预编码矩阵码本生成单元 140按照重新分组的 L个信道组生成新预编码矩阵码本 Q'，直到生成的新预编码矩阵码本 Q'与初始预编码矩阵码本 Q相同为止。

更具体地说，该信道分组单元 120包括：系统性能指标生成单元 122、信道最佳预编码矩阵选择单元 124和信道组生成单元 126。

对于信道集合 H中的每一个信道实例和初始预编码矩阵码本 Q中每一个预编码矩阵，该系统性能指标生成单元 122可以按照结合图 2所描述的方法计算多天线通信系统在该信道实例下采用该预编码矩阵时的后验信噪比向量并且根据后验信噪比向量生成相应的系统性能指标。

对于信道集合 H中每一个信道实例，信道最佳预编码矩阵选择单元 124 按照结合图 2中歩骤 ST208所描述的方法选择在初始预编码矩阵码本 Q中系统性能指标最优的预编码矩阵，作为该信道实例的对应预编码矩阵。

信道组生成单元 126可以按照结合图 2中歩骤 ST210所描述的方法，将对应于同一预编码矩阵的所有信道实例作为与该预编码矩阵相对应的信道组，从而生成与初始预编码矩阵码本 Q中的预编码矩阵一一对应的 L个信道组。

更具体而言，新预编码矩阵码本生成单元 140可以包括：预编码矩阵总系统性能指标生成单元 142、信道组最佳预编码矩阵选择单元 144和组合单元 146。

预编码矩阵总系统性能指标生成单元 142对于由信道分组单元 120产生的 L个信道组中的每一个信道组，进行以下处理：

( 1 )计算多天线通信系统在该信道组中每一个信道实例下采用预编码矩阵全集 P中每一个预编码矩阵时的后验信噪比向量；

(2) 根据所计算出的后验信噪比向量生成相应的系统性能指标；

(3 )对于预编码矩阵全集 P中的每个预编码矩阵，对多天线通信系统在该信道组中所有信道实例下的系统性能指标进行求和，并且将所得到的和作为该预编码矩阵的总系统性能指标。

信道组最佳预编码矩阵选择单元 144针对每一个信道组选择预编码矩阵全集 P中总系统性能指标最优的那个预编码矩阵作为与该信道组最匹配的预编码矩阵。

组合单元 146将信道组最佳预编码矩阵选择单元 144选择出的针对每一个信道组的预编码矩阵组合在一起，作为新预编码矩阵码本 Q'。

此外，多天线通信系统可以采用本发明的这种生成预编码矩阵的方法来生成新预编码矩阵码本，以在之后的传输中使用。

此外，多天线通信系统中的发射机也可以利用本发明的这种生成预编码矩阵的方法生成新预编码矩阵码本，以在之后的传输中使用。

此外，多天线通信系统中的接收机也可以利用本发明的这种生成预编码矩阵的方法生成新预编码矩阵码本，并且将生成的预编码矩阵码本发送给发射机，从而在二者的通信中使用该预编码矩阵码本。

此外，显然，根据本发明的上述方法的各个操作过程也可以以存储在各种机器可读的存储介质中的计算机可执行程序的方式实现。

而且，本发明的目的也可以通过下述方式实现：将存储有上述可执行程序代码的存储介质直接或者间接地提供给系统或设备，并且该系统或设备中的计算机或者中央处理单元（CPU) 读出并执行上述程序代码。此时，只要该系统或者设备具有执行程序的功能，则本发明的实施方式不局限于程序，并且该程序也可以是任意的形式，例如，目标程序、解释器执行的程序或者提供给操作系统的脚本程序等。

上述这些机器可读存储介质包括但不限于：各种存储器和存储单元，半导体设备，磁盘单元例如光、磁和磁光盘，以及其它适于存储信息的介质等。

另外，计算机通过连接到因特网上的相应网站，并且将依据本发明的计算机程序代码下载和安装到计算机中，然后执行该程序，也可以实现本发明。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如左和右、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。

以上虽然结合附图详细描述了本发明的实施例，但是应当明白，上面所描述的实施方式只是用于说明本发明，而并不构成对本发明的限制。对于本领域的技术人员来说，可以对上述实施方式作出各种修改和变更而没有背离本发明的实质和范围。因此，本发明的范围仅由所附的权利要求及其等效含义来限定。

Claims

权利要求书

1、一种生成在多天线通信系统中使用的预编码矩阵码本的方法，该方法包括以下歩骤：

b) 将信道集合分成与所述初始预编码矩阵码本中的预编码矩阵一一对应的 L个信道组，该信道集合为由 N个信道实例构成的能够反映所述多天线通信系统的信道统计特性的信道集合， N为大于 1的整数；

c ) 从所述预编码矩阵全集中选择与每一个信道组最匹配的预编码矩阵，从而形成新预编码矩阵码本；

e) 如果所述初始预编码矩阵码本与所述新预编码矩阵码本不相同，则将所述新预编码矩阵码本作为所述初始预编码矩阵码本并且返回至所述歩骤 b)继续进行；而如果所述初始预编码矩阵码本与所述新预编码矩阵码本相同，则将所述新预编码矩阵码本作为要在所述多天线通信系统中使用的预编码矩阵码本。

2、根据权利要求 1所述的方法，所述歩骤 b) 包括以下歩骤：对于所述信道集合中的每一个信道实例和所述初始预编码矩阵码本中每一个预编码矩阵，计算所述多天线通信系统在该信道实例下采用该预编码矩阵时的后验信噪比向量并且根据所述后验信噪比向量生成相应的系统性能指标；

对于所述信道集合中每一个信道实例，选择在所述初始预编码矩阵码本中所述系统性能指标最优的预编码矩阵，作为该信道实例的对应预编码矩阵；以及

将对应于同一预编码矩阵的所有信道实例作为与该预编码矩阵相对应的信道组，从而将所述信道集合分成所述 L个信道组。

3、根据权利要求 2所述的方法，其中，所述歩骤 c ) 包括针对每一个信道组，执行以下歩骤：

对于该信道组中的每一个信道实例和所述预编码矩阵全集中每一个预编码矩阵，计算所述多天线通信系统在该信道实例下采用该预编码矩阵时的后验信噪比向量，并且根据所计算出的后验信噪比向量生成相应的系统性能指标；

对于所述预编码矩阵全集中的每个预编码矩阵，对所述多天线通信系统在该信道组中所有信道实例下的所述系统性能指标进行求和，并且将所得到的和作为该预编码矩阵的总系统性能指标；以及

选择所述预编码矩阵全集中所述总系统性能指标最优的预编码矩阵作为与该信道组最匹配的预编码矩阵。

4、根据权利要求 1所述的方法，其中，所述信道集合是在每次执行所述歩骤 b) 时生成的。

5、根据权利要求 1所述的方法，其中，所述初始预编码矩阵码本是从所述预编码矩阵全集中随机地选择的或者是所述多天线通信系统的已有预编码矩阵码本。

6、根据权利要求 2所述的方法，所述系统性能指标是系统吞吐量，并且所述系统性能指标最优的预编码矩阵是系统吞吐量最大的预编码矩阵。

7、根据权利要求 2所述的方法，所述系统性能指标是系统互信息，并且所述系统性能指标最优的预编码矩阵是系统互信息最大的预编码矩阵。

8、根据权利要求 2所述的方法，所述系统性能指标是系统误块率，并且所述系统性能指标最优的预编码矩阵是系统误块率最小的预编码矩阵。

9、一种预编码矩阵码本的生成装置，该预编码矩阵码本用于多天线通信系统，该生成装置包括：

初始预编码矩阵码本确定单元，其用于确定由 L个预编码矩阵构成的初始预编码矩阵码本，其中， L为大于 1的整数，所述初始预编码矩阵码本中的每一个预编码矩阵都选自预编码矩阵全集，所述预编码矩阵全集是根据所述多天线通信系统中物理天线的数量和所述多天线通信系统所支持的传输层数所生成的并且包括 M个预编码矩阵，其中， M为大于 1的整数并且 L<M; 信道分组单元，其用于将信道集合分成与所述初始预编码矩阵码本中的预编码矩阵一一对应的 L个信道组，该信道集合为由 N个信道实例构成的能够反映所述多天线通信系统的信道统计特性的信道集合， N 为大于 1 的整数；

10、根据权利要求 9所述的生成装置，所述信道分组单元包括：系统性能指标生成单元，对于所述信道集合中的每一个信道实例和所述初始预编码矩阵码本中每一个预编码矩阵，该系统性能指标生成单元计算所述多天线通信系统在该信道实例下采用该预编码矩阵时的后验信噪比向量并且根据所述后验信噪比向量生成相应的系统性能指标；

信道最佳预编码矩阵选择单元，对于所述信道集合中每一个信道实例，选择在所述初始预编码矩阵码本中所述系统性能指标最优的预编码矩阵，作为该信道实例的对应预编码矩阵；以及

信道组生成单元，将对应于同一预编码矩阵的所有信道实例作为与该预编码矩阵相对应的信道组，从而生成与所述初始预编码矩阵中的预编码矩阵一一对应的所述 L个信道组。

11、根据权利要求 10所述的生成装置，其中，所述新预编码矩阵码本生成单元包括：

预编码矩阵总系统性能指标生成单元，其用于针对每一个信道组，计算所述多天线通信系统在该信道组中每一个信道实例下采用所述预编码矩阵全集中每一个预编码矩阵时的后验信噪比向量，并且根据计算出的后验信噪比向量生成相应的系统性能指标；以及对于所述预编码矩阵全集中的每个预编码矩阵，将所述多天线通信系统在该信道组中每一个信道实例下的所述系统性能指标进行求和，并且将所得到的和作为该预编码矩阵的总系统性能指标；信道组最佳预编码矩阵选择单元，其用于针对每一个信道组选择所述预编码矩阵全集中所述总系统性能指标最优的预编码矩阵作为与该信道组最匹配的预编码矩阵；以及

组合单元，将所述信道组最佳预编码矩阵选择单元针对每一个信道组的选择出的预编码矩阵组合在一起，作为所述新预编码矩阵码本。

12、根据权利要求 9所述的生成装置，所述信道分组单元在每次工作时都生成所述信道集合。

13、根据权利要求 9所述的生成装置，所述初始预编码矩阵码本是从所述预编码矩阵全集中随机地选择的或者是所述多天线通信系统的已有预编码矩阵码本。

14、根据权利要求 10所述的生成装置，所述系统性能指标是系统吞吐量，并且所述系统性能指标最优的预编码矩阵是系统吞吐量最大的预编码矩阵。

15、根据权利要求 10所述的生成装置，所述系统性能指标是系统互信息，并且所述系统性能指标最优的预编码矩阵是系统互信息最大的预编码矩阵。

16、根据权利要求 10所述的生成装置，所述系统性能指标是系统误块率，并且所述系统性能指标最优的预编码矩阵是系统误块率最小的预编码矩阵。

17、一种多天线通信系统，其利用根据权利要求 1-8 中任意一项所述的方法生成预编码矩阵码本。

18、一种多天线通信系统中的发射机，其利用根据权利要求 1-8 中任意一项所述的方法生成预编码矩阵码本。

19、一种多天线通信系统中的接收机，其利用根据权利要求 1-8 中任意一项所述的方法生成预编码矩阵码本，并且将生成的预编码矩阵码本发送给发射机，从而在二者的通信中使用该预编码矩阵码本。

20、一种包括机器可读程序代码的存储介质，当在多天线通信系统或者信息处理系统上执行所述程序代码时，所述程序代码使得所述多天线通信系统或者信息处理系统执行根据权利要求 1-8中任意一项所述的方法。

21、一种包括机器可执行指令的程序产品，当在多天线通信系统或信息处理系统上执行所述指令时，所述指令使得所述多天线通信系统或者信息处理系统执行上述权利要求 1-8中任意一项所述的方法。