WO2011124021A1

WO2011124021A1 - 用于信息反馈以及预编码的方法和装置

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Publication number: WO2011124021A1
Application number: PCT/CN2010/071588
Authority: WO
Inventors: 陈晋辉; 杨红卫; 吕荻; 宋扬
Original assignee: 上海贝尔股份有限公司; 阿尔卡特朗讯
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2010-04-07
Publication date: 2011-10-13
Also published as: EP2557698A4; KR101506922B1; BR112012025243A2; US20130028344A1; JP2013524655A; CN102725967B; CN102725967A; KR20130006682A; US9042474B2; EP2557698A1; EP2557698B1; JP5611447B2

Description

用于信息反馈以及预编码的方法和装置技术领域

本发明一般涉及无线通信系统，更具体地，涉及用于下行信道信息反馈以及预编码的方法和装置。背景技术

在多输入多输出（MIMO )无线通信系统中，发射机与接收机均使用天线阵列，从而提供丰富的分集和大的通信容量。空间复用是用于 MIMO通信系统的常见的空时调制技术，其中通过不同的发射天线传输独立的数据流。然而，空间复用对于信道的不良状况极其敏感。因此，采用预编码技术来改善空间复用的适应性。

预编码的作用是根据信道状况，对待发送数据流进行预处理，将数据流映射到相应的发射天线上。在长期演进（LTE ) 系统及 LTE- Advanced ( LTE-A ) 系统中，在发射端采用基于码本的有限反馈预编码技术。

对于有限反馈预编码技术，至少存在两种反馈机制：显式反馈和隐式反馈。在显式反馈中，接收机向发射机反馈有关信道状况的信息，发射机基于所反馈的信道状况来对待发送的数据流进行预编码。隐式反馈针对不同的假设定义不同的反馈模式，如单用户 SU-MIMO还是多用户 MU-MIMO, 等等。一般而言，在隐式反馈中，接收机基于信道状况从发射机和接收机均已知的有限码本中选择最优预编码器，然后接收机将有关此最优预编器的信息（例如，索引）反馈给发射机。

目前， Intel, 华为等公司已经提出了利用现有规范中定义的预编码码本来进行单用户一阶相关自适应的隐式反馈技术方案。 "相关本， "阶" 是指发射机中待发送的数据流的数目。但是，所提议的隐式反馈技术方案仅适用于单用户 MIMO单个数据流的情形，对于多阶的情形，其系统性能急剧恶化。然而，在现有的隐式反馈系统中，需要为多个用户发送数据流，并且向每个用户发送多个数据流。

在当前的 LTE-A标准化进程中，有限反馈预编码技术仍在讨论与研究中。迄今为止，针对多个用户和多个数据流情形，仍是采用固定的预编码码本，而具有空间相关自适应的隐式反馈方案仅适用于单用户单数据流情形。

发明内容

因此，本领域需要一种能适用于多数据流情形的空间相关自适应隐式反馈方案。

根据本发明的一个示例性方面，提供一种在无线通信系统的用户设备处进行通信数据处理的方法，谅方法可以包括：推导步骤，基于获取的下行信道传输矩阵 H推导出基站中多个发射天线的空间相关矩阵 R; 转换步骤，根据所述空间相关矩阵 R对预编码码本 F 进行转换；选择步骤，基于转换后的预编码码本来选择预编码矩阵 F_s; 以及反馈步骤，将所述空间相关矩阵 R的相关信息和所述选择的预编码矩阵 ^的相关信息反馈给所述基站。

在一个实施方式中，在时间和 /或频率上对所述下行信道传输矩阵 H进行平均，以得到所述空间相关矩阵 R。

在一个实施方式中，对所述空间相关矩阵 R进行量化；利用所述量化后的空间相关矩阵对所述预编码码本进行转换。按照下式对所述预编码码本 F中的每个码字 F_k进行转换以得到转换后的预编码矩阵 F_R,_k, 其中 k=l ,...,K， K为正整数： F_{R k} = RF_k 。

在一个实施方式中，对下行信道传输矩阵 H进行奇异值分解，得到 H = cy∑ ^w ; 取所述奇异值分解得到的右侧酉奇异矩阵 V的前 m 列元素作为理想的预编码矩阵 V_m,其中 m是发射给所述用户设备的数据流的数目；从所述预编码码本中选择预编码矩阵 F_s, 使得经空间相关矩阵转换后的预编码矩阵 F_R与所述理想的预编码矩阵 V_m之间的距离最小。该距离可以是 ΐ -^^¾^，其中， k=l ,...,K， K为正整数， w表示共轭转置， II · 表示矩阵 Frobenius范数， abs( )表示矩阵的模， tr( )表示矩阵的迹。或者，该距离选自弦距离、投影 2范数距离和 Fubini-study距离之一。

在一个实施方式中，所述选择的预编码矩阵 F_s的相关信息为所述选择的预编码矩阵？₅在所述预编码码本中的索引；所述空间相关矩阵 R的相关信息为所述空间相关矩阵 R在空间相关矩阵码本中的索引。

根据本发明的另一示例性方面，提供一种在无线通信系统的基站处进行数据预编码的方法，该方法可以包括：获取步骤，从用户设备获取所述基站的多个发射天线的空间相关矩阵 R的相关信息和用户设备所选择的预编码矩阵 F_s的相关信息；确定步骤，基于所获取的信息以及预编码码本来确定期望的预编码矩阵 F_R,_S; 以及预编码步骤，利用所述期望的预编码矩阵 F_R, †待发送至所述用户设备的下行数据进行预编码。

在一个实施方式中，确定步骤可以包括：检索步，基于所述选择的预编码矩阵 F_s的相关信息从所述预编码码本中检索所述选择的预编码矩阵 F_s，其中所述选择的预编码矩阵的相关信息包括所述选择的预编码矩阵在所述预编码码本中的索引，以及基于所述空间相关矩阵 R的相关信息从空间相关矩阵码本中检索所述空间相关矩阵 R, 其中所述空间相关矩阵 R的相关信息包括所述空间相关矩阵 R 在所述空间相关矩阵码本中的索引；以及转换步骤，利用所述空间相关矩阵 R对所述选择的预编码矩阵 F_s进行转换，以得到期望的预编码矩阵 F_R,_S。

在一个实施方式中，预编码步骤可以包括：取所述期望的预编码矩阵 F_R,_S的共轭转置作为所述用户设备的近似有效信道矩阵；以及基于所述近似有效信道矩阵对待发送至所述用户设备的下行数据进行预编码。在另一实施方式中，当存在多个用户设备时，预编码步骤包括：对所述多个用户设备中其期望的预编码矩阵 F_R,_S相互正交的用户设备进行调度。

根据本发明的又一个示例性方面，提供一种在无线通信系统的用户设备处进行通信数据处理的装置，该装置可以包括：推导装置，用于基于获取的下行信道传输矩阵 H推导出基站中多个发射天线的空间相关矩阵 R; 转换装置，根据所述空间相关矩阵 R对预编码码本 F进行转换；选择装置，基于转换后的预编码码本来选择预编码矩阵 F_s; 以及反馈装置，将所述空间相关矩阵 R的相关信息和所述选择的预编码矩阵 FJ 相关信息反馈给所述基站。

根据本发明的再一个示例性方面，提供一种在无线通信系统的基站处进行数据预编码的装置，谅装置可以包括：获取装置，从用户设备获取所述基站的多个发射天线的空间相关矩阵 R的相关信息和用户设备所选择的预编码矩阵 F_s的相关信息；确定装置，基于所获取的信息以及预编码码本来确定期望的预编码矩阵 F_R,_S；以及预编码装置，利用所述期望的预编码矩阵 F_R，_S对待发送至所述用户设备的下行数据进行预编码。

本发明实施方式的技术方案既能适用于单用户 SU-MIMO , 又能适用于多用户 MU-MIMO。而且，对于每个用户，可以是单个数据流也可以是多个数据流。相比于现有技术，由于将特定于每个用户设备 UE的空间相关信息反馈给基站 eNB, 因此，使用空间相关自适应码本相比于使用固定码本能够获得显著的性能增益。此外，所提出的本发明的技术方案易于实施。例如，可以使用当前的 LTE版本

8的 4发射天线反馈码本作为要进行相关自适应的基本码本。而唯一增加的信令开销是用于反馈空间相关矩阵。而且，本发明的计算复杂度非常低。附图说明

当结合附图阅读时，在下文的详细描述中，本发明实施方式的上述以及其他方面将变得更加清楚和易于理解，其中：

图 1示出了本发明可以在其中实施的无线通信系统环境的示例；图 2 示出了根据本发明一个实施方式的在无线通信系统的用户设备处进行通信数据处理的方法的示意性逻辑流程图；

图 3 示出了根据本发明一个实施方式的用于在无线通信系统的基站处预编码数据的方法的示意性逻辑流程图；

图 4 示出了根据本发明的一个实施方式的用于在无线通信系统的用户设备处进行通信数据处理的装置的示例性结构框图；

图 5 示出了根据本发明一个实施方式的用于在无线通信系统的基站 eNB处预编码数据的示例性结构框图；以及

图 6-图 15示出了按照本发明实施方式的技术方案与现有技术的技术方案的仿真结果对比图。

在所有的上述附图中，相同的标号表示具有相同、相似或相应的特征或功能。具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的示例性描述。网絡环境 100的示例。如图 1 所示，谅无线通信网絡环境 100可以包括发射机 101 以及若干接收机 102- 1、 102-2、 ...102-L, L为大于等于 1的整数。发射机 101具有 M个发射天线，每个接收机具有 N 个接收天线，其中 M和 N均大于 1。发射机向每个接收机发射 m个数据流，其中 m≤min ( M, N ) 。在各种实施方式中，发射机 101例如可以是基站 BS , 或者在 LTE和 LTE- A系统中称为 eNB。接收机 102例如可以是用户设备 UE。在下文的描述中，各种实施方式采用基站 eNB与用户设备 UE进行示例性描述。

由于用户设备 UE与基站 eNB之间的上下行信道为非对称信道，因此，基站 eNB需要基于用户设备 UE反馈的有关下行信道的信息来对将要发送给用户设备 UE的数据进行预编码。

现在参考图 2 ,其示出了根据本发明一个实施方式的在无线通信系统的用户设备 UE 处进行通信数据处理的方法的示意性逻辑流程图。以下结合图 1所示的无线通信网络环境 100 , 对图 2中的流程进 ^"详细说明。

如图 2所示，在步骤 S201 中，在各个用户设备 UE处，基于获取的下行信道传输矩阵 H来推导出基站 eNB 中 M个发射天线的空间相关矩阵 R，其中 H是 N x M的二维矩阵， R是的 M x M的二维矩阵。

通常，用户设备 UE可以根据其从基站 eNB接收到的下行信道信号来进行信道估计，从而获得下行信道传输矩阵 H。具体地，如何进行信道估计是本领域非常成熟的技术，可参阅 John G. Proakis 所著的《Digital Communication》 , J¾处不再赘述。

在一个实施方式中，在时间和 /或频率上对所获取的下行信道传输矩阵 H进行平均 ,以得到基站中 M个发射天线的空间相关矩阵 R。例如， R = E[H^H ' H] , 其中 "表示共轭转置，也即 11是/^ . 在多个时间点和 /或多个子载波上的平均值。基站 eNB中多个发射天线的空间相关矩阵 R是一个随时间緩慢变化的物理量。因此，可以在较长的时间上对下行信道传输矩阵 H进行平均，例如 20ms以上。

接着，在步骤 S202中，根据推导出的空间相关矩阵 R对预编码码本 F进行转换。

在有限反馈预编码技术中，存在用户设备 UE与基站 eNB均已知的预编码码本 F。该预编码码本由有限个码字组成，例如 K个码字，每个码字？是 M x m的预编码矩阵，其中 k=l , ...，K, K为正整数。这种预编码码本例如可以是 LTE版本 8中定义的预编码矩阵索引（PMI ) 码本、 IEEE 802.16m标准中定义的码本，等等。

m是基站 eNB准备向某个用户设备 UE发射的数据流的数目。待发射的数据流的数目可以是无线通信系统事先配置好的，也有可能是基站根据实时信道条件来动态确定的。在一个实施方式中，对空间相关矩阵 R进行量化，然后利用量化后的空间相关矩阵对预编码码本 F进行转换，得到转换后的预编码码本 F_R。下标！^表示利用空间相关矩阵进行了转换，也即进行了空间相关自适应。

可以采取多种方式对空间相关矩阵 R进行量化。在一个实施方式中，根据空间相关矩阵码本对空间相关矩阵 R进行量化。类似于预编码码本，空间相关矩阵码本也是用户设备 UE与基站 eNB双方均已知或同步的具有有限个矩阵的码本。可以采取多种方式来设计空间相关矩阵码本。本发明的各种实施方式只需利用设计出的空间相关矩阵码本，因此，在此不再详细描述具体设计方式。

在一个实施方式中，按照下式对预编码码本 F中的每个码字 F_k 进行转换以得到相应的转换后的预编码矩阵 F_R,_k，

F_R,_k = RF_k。

接着，在步驟 S203 中，基于转换后的预编码码本 F_R来选择预编码矩阵 F_s。

在每个用户设备 i ( i==l，... ,L ) 处，可以基于各种不同的选择标准来从预编码码本中选择期望使用的预编码矩阵。这些选择标准例如可以是最大似然选择标准（ ML-SC ) 、最小奇异值选择标准 ( MSV-SC ) 、最小均方差选择标准（MMSE-SC ) 、容量选择标准 ( Capacity- SC ) , 等等。

研究表明，对于单用户预编码，所有这些选择标准基本上是等效的。用户设备 UE优选的预编码矩阵是下行信道传输矩阵 H的主要奇异模式的共轭转置。例如，可参阅 D丄 Love, R.W.HeathJr., "Limited feedback Unitary Precodings for Spatial Multiplexing Systems", IEEE Transactions on Information Theory, Vol. 51， No.8, 2005, pp2967-2976。

具体而言，对于用户设备 i , 对其获取的下行信道传输矩阵 Hi 进行奇异值分解（SVD ) ，得到 H^ UW 。取奇异值分解后得到的最右侧 M x M的二维酉奇异矩阵 Vj的前 m列元素，构造成 M x m 的二维矩阵 V_m，i。在用户设备 i处，优选的预编码矩阵即为： = V_{m i}。利用上述结果，在本发明的一个实施方式中，从在步骤 202 中转换后的预编码码本 F_R中选择与优选的预编码矩阵最接近的预编码矩阵。由于转换后的预编码码本 F_R中的各个预编码矩阵 F_R,_k可以表示为 F_{R k} = RF_k , 因此，从另一个角度而言，是从固定的预编码码本 F 中选择一个预编码矩阵 F_s , 使得经空间相关矩阵 R转换后的预编码矩阵 F_R,_S与该优选的预编码矩阵之间的距离最小。

具体地，在一个实施方式中，对于各个用户设备 UE, 对其所获取的下行信道传输矩阵 H进行 SVD奇异值分解，得到/ = i∑ ^w。注意，由于在各个用户设备 UE处进类似的处理，因此下文的描述省略了代表用户设备的下标 i。

取经上述奇异值分解得到的右侧酉奇异矩阵 V的前 m列元素作为优选的预编码矩阵 V_m ,其中 m是发射给所述用户设备的数据流的数目。从转换后的预编码码本 F_R中，选择与该优选的预编码矩阵 V„^ 离最小的预编码矩阵 F_R,_S，其中下标 s表示选择的预编码矩阵。此选择的预编码矩阵 F_R,_S也就是用户设备 UE期望基站 eNB使用的预编码矩阵。上述选择过程可以表示为：

FR, = arg min _e/¾ d(V_mF_R ^H _k)，

其中， ()^¾)是 /¾的距离函数。

在一个实施方式中，距离函数 ^^/^：！可以是：

其中， "表示共轭转置， II · ||_F表示矩阵 Frobenius范数， abs( )表示矩阵的模， tr( )表示矩阵的迹。

在另一实施方式中， ·ϊ巨离函数可以采取其他形式，例如，弦距离、投影 2范数距离、 Fubini-study距离等。

由于转换后的预编码码本 F_R中的预编码矩阵 F_R，_k可以表示为 F_{R k} = RF_k , 因此上述选择过程又可以表示为：

F_s = argmin , _eF d(V_m(RF_k f ) = arg min , _e d{V_mF_k ^H R)，因为 R" = s 换言之，从固定的预编码码本 F中选择一个预编码矩阵 F_s, 使得经空间相关矩阵 R转换后的预编码矩阵 F_R,_S与谊优选的预编码矩阵 V_m之间的距离最小。

最后，在步骤 S204中，用户设备可以将空间相关矩阵 R的相关信息和所选择的预编码矩阵 ^的相关信息反馈给基站 eNB。

在一个实施方式中，空间相关矩阵 R 的相关信息包括在步骤 S202中对空间相关矩阵 R进行量化时，其在空间相关矩阵码本中的索引。而选择的预编码矩阵 ^的相关信息包括谅选择的预编码矩阵 F_s在固定的预编码码本 F中的索引。

另外，如前面所提到的，空间相关矩阵 R是一个随时间緩慢变化的物理量，因此其反馈信息也可以称为长期宽带预编码矩阵索引 PML 相比较而言，下行信道传输矩阵 H是随时间快速变化的物理量，因此其反馈信息也可以称为短期窄带 PMI。例如，长期宽带 PMI 的反馈周期可以是 20ms以上，而短期窄带 PMI的反馈周期大约为 5ms。

由于用户设备 UE与基站 eNB均已知空间相关¾阵码本和预编码码本，因此，用户设备 UE只需向基站 eNB反馈相应的索引，基站 eNB就可以获取空间相关矩阵 R和选择的预编码矩阵 F_s。

现在参考图 3 ,其示出了根据本发明一个实施方式的用于在无线通信系统的基站处对数据进行预编码的方法的示意性逻辑流程图。以下结合图 1所示的无线通信网络环境 100，对图 3中的流程进行详细说明。

首先，在步骤 S301 中，基站 eNB从用户设备 UE处获取基站的 M个发射天线的空间相关矩阵 R的相关信息和用户设备 UE所选择的预编码矩阵 F_s的相关信息。如上文所提到的，例如，这些相关信息例如可以是空间相关矩阵 R在空间相关矩阵码本中的索引，选择的预编码矩阵 F_s在固定的预编码码本 F中的索引。

接着，在步骤 S302中，基站 eNB基于所获取的信息以及预编码码本 F来确定期望的预编码矩阵 F_{R s}。具体地，在一个实施方式中，基站 eNB基于在步骤 S301 中获取的预编码矩阵 F_s的索引来从预编码码本 F中检索出该选择的预编码矩阵 F_s , 以及基于空间相关矩阵 R的索引来从空间相关矩阵码本中检索出空间相关矩阵 R。

然后，利用检索出的空间相关矩阵 R对选择的预编码矩阵进行转换，从而得到期望的预编码矩阵 F_R,_S。读期望的预编码矩阵考虑了由用户设备 UE所反馈的发射天线之间的空间相关性，因而能够对信道状况进行补偿，改善信道性能。

在一个实施方式中，与用户设备 UE在图 2的步骤 S202中对预编码码本 F的转换相对应，基站 eNB按照下式对选择的预编码矩阵 F_s进行转换以得到期望的预编码矩阵 F_R,_S： F_{R s} = RF_S 。

最后，在步棘 S303 中，基站 eNB 利用期望的预编码矩阵 F_R，_S 对待发送至用户设备 UE的下行数据进行预编码。

利用期望的预编码矩阵 F_R,_S , 可以采取多种方式来对下行数据进行预编码。

在一个实施方式中，基站 eNB将该期望的预编码矩阵 F_R,_S的共轭转置视为用户设备 UE的近似有效信道矩阵。为 mxM的二维矩阵，其可以表示为：

H = F_R ^H _S = (RF_S)^H = F_S ^HR^H = F_S ^HR

然后，可以利用得到的用户设备 UE的近似有效信道矩阵，对各个用户设备的下行数据进行预编码。例如，可以执行迫零（ZF ) 预编码。这种预编码方式既适合于单用户 SU-MIMO , 又适合于多用户 MU-MIMO。

在另一实施方式中，当存在多个用户设备 UE时，基站 eNB莸取各个用户设备 UE反馈的信息。因而，基站 eNB可以得到各个用户设备各自期望的预编码矩阵 F_R，_s，i , 其中下标 i表示用户设备。利用用户设备的预编码矩阵 F_R，_s，i之间可能的正交特性，可以对其期望的预编码矩阵 F_R,_s,i相互正交的用户设备进行调度。

然而，在这种预编码方式中，每个用户设备 UE在图 2 的步骤 S202中，利用其推导出的空间相关矩阵对预编码码本进行了转换。因此，有可能出现这种情况，基站 eNB在图 3的步骤 S302中所得到的各个用户设备的期望的预编码矩阵 F _R , _s , i之间可能不再存在正交对。这样，就有可能降低多用户之间配对的概率，从而限制了多用户 MU-MIMO的性能。

出于以上考虑，在基站 eNB处，优选地使用前一种预编码方式对下行数据进行预编码。

每次用户设备 UE 推导出新的空间相关矩阵时并将其反馈给基站 eNB时，用户设备 UE和基站 eNB都更新其空间相关矩阵以在转换操作中使用。

图 4 示出了根据本发明的一个实施方式的用于在无线通信系统的用户设备处进行通信数据处理的装置 400的示例性结构框图。

如图 4所示，装置 400可以包括推导装置 401、转换装置 402、选择装置 403以及反馈装置 404。

推导装置 401可以基于获取的下行信道传输矩阵 H来推导出基站 eNB中 M个发射天线的空间相关矩阵 R, 其中 H是 Ν χ M的二维矩阵， R是的 Μ χ M的二维矩阵。

通常，用户设备 UE可以根据其从基站 eNB接收到的下行信道信号来进行信道估计，从而获得下行信道传输矩阵 H。

在一个实施方式中，推导装置 401 配置成在时间和 /或频率上对所获取的下行信道传输矩阵 H进行平均，从而推导出基站中 M个发射天线的空间相关矩阵 R。例如， R = £[H" . H]，其中 "表示共轭转置，也即 11是 " ^在多个时间点和 /或多个子载波上的平均值。

转换装置 402可以根据推导装置 401 推导出的空间相关矩阵 R 对预编码码本 F进行转换。预编码码本是用户设备 UE和基站 eNB 处均已知或同步的具有.有限个矩阵的码本。

在一个实施方式中，转换装置 402配置成对空间相关矩阵 R进行量化，然后利用量化后的空间相关矩阵对预编码码本 F进行转换，得到转换后的预编码码本 F_R。下标！^表示利用空间相关矩阵进行了

I I 转换，也即进行了空间相关自适应。

可以采取多种方式对空间相关矩阵 R进行量化。在一个实施方式中，根据空间相关矩阵码本对空间相关矩阵 R进行量化。类似于预编码码本，空间相关矩阵码本也是用户设备 UE与基站 eNB双方均已知或同步的具有有限个矩阵的码本。

在一个实施方式中，转换装置 402 可以配置成按照下式对预编码码本 F中的每个码字 F_k进行转换以得到相应的转换后的预编码矩阵 F_R,_k，

^FR,k = 。

选择装置 403可以基于转换装置 402转换后的预编码码本 F_R来选择预编码矩阵 F_s。

在本发明的一个实施方式中，选择装置 403 配置用于从转换装置 402所转换后的预编码码本 F_R中选择与优选的预编码矩阵最接近的预编码矩阵。由于转换后的预编码码本 F _R中的各个预编码矩阵 F _R， _k 可以表示为 F_{R k} = RF_k , 因此，从另一个角度而言，选择装置 403 配置用于从固定的预编码码本 F中选择一个预编码矩阵 F_s, 使得经空间相关矩阵 R转换后的预编码矩阵 F_R,_S与该优选的预编码矩阵之间的距离最小。

具体地，在一个实施方式中，在各个用户设备 UE处，选择装置 403 配置用于对所获取的下行信道传输矩阵 H进行奇异值分解，得到/ / = ¾∑/^。接着，取经上述奇异值分解得到的右侧酉奇异矩阵 V 的前 m列元素作为优选的预编码矩阵 V_m , 其中 m是发射给所述用户设备的数据流的数目。然后，选择装置 403 可以从转换后的预编码码本 F_R中，选择与该优选的预编码矩阵 V_m距离最小的预编码矩阵 F_R，_S, 其中下标 s表示选择的预编码矩阵。上述选择过程可以表示为：

^FR, = argmin^,^ d{V_mF^_k)，

其中， ( )是^¾的距离函数。

在一个实施方式中，距离函数 ^(^ ¾)可以是： tr(abs(V_niF_R ^H _k ))

F_D

其中， "表示共轭转置， | j · 表示矩阵 Frobenius范数， abs( )表示矩阵的模， tr( )表示矩阵的迹。

在另一实施方式中，距离函数可以采取其他形式，例如，弦距离、投影 2范数距离、 Fubini- study距离等。

由于转换后的预编码码本 F_R中的预编码矩阵 F_R,_k可以表示为 F_{R k} = RF_k , 因此上述选择过程又可以表示为：

F_s = argmin^_F d{V_m {RF_k ) = argmin_Fie/ d{V_mF_k ^H R) , 因为 R^w = R。

换言之，选择装置 403从固定的预编码码本 F中选择一个预编码矩阵 F_s, 使得经空间相关矩阵 R转换后的预编码矩阵 F_R,_S与该优选的预编码矩阵 V_m之间的距离最小。

反馈装置 404可以将空间相关矩阵 R的相关信息和所选择的预编码矩阵 F 相关信息反馈给基站 eNB。在一个实施方式中，空间相关矩阵 R的相关信息例如可以是量化后的空间相关矩阵在空间相关矩阵码本中的索引。而选择的预编码矩阵 F_s的相关信息例如可以是该选择的预编码矩阵 F _s在固定的预编码码本 F中的索引。

图 5 示出了根据本发明一个实施方式的用于在无线通信系统的基站处对数据进行预编码的装置 500的示例性结构框图。

如图 5所示，装置 500可以包括获取装置 501、确定装置 502和预编码装置 503。其中，确定装置 502进一步可以包括检索装置 504 和转换装置 505。

获取装置 501配置用于从用户设备 UE获取基站的 M个发射天线的空间相关矩阵 R的相关信息和用户设备 UE所选择的预编码矩阵 ^的相关信息。如上文所提到的，例如，这些相关信息例如可以是空间相关矩阵 R在空间相关矩阵码本中的索引，选择的预编码矩阵？₅在固定的预编码码本 F中的索引。

继而，确定装置 502 可以基于所获取的相关信息以及预编码码本 F来确定期望的预编码矩阵 F_{R s}。具体地，确定装置 502可以包括检索装置 504，其配置用于基于获取装置所获取的预编码矩阵 F_s的索引来从预编码码本 F中检索出该选择的预编码矩阵 F_s , 以及基于空间相关矩阵 R的索引来从空间相关矩阵码本中检索出空间相关矩阵 R。

确定装置 502还可以包括转换装置 505 ,其配置用于利用检索装置 504检索出的空间相关矩阵 R对选择的预编码矩阵 F_s进行转换，从而得到期望的预编码矩阵 F_R,_S。

在一个实施方式中，与图 4 中的转换装置 402对预编码码本 F 的转换相对应，转换装置 505按照下式对选择的预编码矩阵 F_s进行转换以得到期望的预编码矩阵 F_R,_S： F_{R s} = RF_S。

预编码装置 503配置用于利用期望的预编码矩阵 F_R,_S对待发送至用户设备 UE的下行数据进行预编码。

预编码装置 503可以采取多种方式来对下行数据进行预编码。在一个实施方式中，预编码装置 503将该期望的预编码矩阵 F_R,_S 的共轭转置视为用户设备 UE的近似有效信道矩阵。 _J ^为 mxM的二维矩阵，其可以表示为：

= F_R ^H _S = (RF_S) ^ F_S ^HR^H ^ F_S ^HR

然后，预编码装置 503配置用于利用得到的用户设备 UE的近似有效信道矩阵，对各个用户设备的下行数据进行预编码。例如，可以执行迫零（ZF ) 预编码。

在另一实施方式中，当存在多个用户设备 UE时，基站 eNB可以获取各个用户设备 UE反馈的信息。因而，基站 eNB可以得到各个用户设备各自期望的预编码矩阵 F_R,_s,i , 其中下标 i表示用户设备。预编码装置 503利用用户设备的预编码矩阵 F_R,_s,i之间可能的正交特性，可以对其期望的预编码矩阵 F_R,_s,i相互正交的用户设备进行调度。

以下以多用户 MU- MIMO无线通信系统为例，针对隐式反馈，给出使用固定预编码码本的技术方案与使用空间相关自适应码本的技术方案的仿真结果。

下面的表格提供了吞吐量仿真结果以与现有技术进行比较，显示了本发明的技术所带来的优势。表 1 给出了仿真所使用的系统参数及其值。

表 1

表 2给出了系统级的仿真结果。

表 2

从仿真结果可以看出，针对多用户 MU- MIMO 系统，使用空间相关自适应码本相比于使用固定码本能够获得显著的性能增益。

进一步地，还以单用户 SU- MIMO无线通信系统为例，对采用本发明的自适应码书和隐式反馈的技术方案，现有技术的自适应码书和隐式反馈的技术方案、固定码书和显式反馈的技术方案以及固定码书和隐式反馈的技术方案、基于理想信道信息进行 SVD分解的技术方案的性能进行比较分析。

不失一般性地，设基站 eNB具有四个发送天线，用户终端 UE 中具有 2到 4个发送天线，预编码码书采用 LTE版本 8中定义的反馈码书，即 PMI码书，仿真信道采用 ITU信道模型，详细的仿真参数如下表 3所示。

表 3

参数名称取值

传输方案一至四阶的 SVD SU-MIMO

基站数目和天线配置一个基站，具有四个天线，天线间距为 0.5 倍波长或者 4倍波长

用户终端数目和天线配一个用户终端，具有二至四个天线，天线间距置为 0.5倍波长

调制方案 QPSK

信道编码 1/2 Turbo 编码

信道状态信息（CSI )反 0 ms

馈延时

发射机相关矩阵报告延 0 ms

时

发射机相关矩阵量化方理想 ( Ideal )

案

传输资源频域的 5 LTE PRBs ( Primary Resource Block ) 信道估计理想 ( Ideal )

数椐检测 MMSE

速度 3kmph or 3 Okmph

快速衰落信道模型 ITU信道模型， UMi ( Urban Micro ) 或者 UMa

( Urban Macro ) 大尺度信道模型无损模型

仿真帧数 1000

块大小 584 bits

预定的预编码码本 3 GPP LTE Rel -8 4 bits codebook for 4Tx

图 6至图 15分别示出了在不同参数取值下上述四个技术方案与理想的 SVD分解方案的信噪比与误比特率的关系曲线图，其中，横坐标表示信噪比（ SNR ) ,单位为 dB，纵坐标表示误块率（BLER ) , 单位为百分比；图例实线加圆圏表示本发明的自适应码书和隐式反馈的技术方案，图例实线加三角形表示现有技术的自适应码书和隐式反馈的技术方案，图例实线加正方形表示现有技术中的固定码书和显式反馈的技术方案，图例实线加菱形表示现有技术中的固定码书和隐式反馈的技术方案，图例虛线加圓圏表示基于理想信道信息进行 SVD分解的技术方案。

图 6示出了采取 ITU-UMi信道模型，基站发送天线间距为 0.5 倍波长，移动速度为 3Km/h, 用户设备具有 2个接收天线，码率为 1/2, 采取 QPSK调制，发送数据流为 1的各种技术方案的误块率与信噪比的图示。

图 7示出了采取 ITU-UMi信道模型，基站发送天线间距为 4 倍波长，移动速度为 3Km/h, 用户设备具有 2个接收天线，码率为 1/2, 采取 QPSK调制，发送数据流为 1的各种技术方案的误块率与信噪比的图示。

图 8示出了采取 ITU-UMi信道模型，基站发送天线间距为 0.5 倍波长，移动速度为 3Km/h, 用户设备具有 2个接收天线，码率为 1/2, 采取 QPSK调制，发送数据流为 2的各种技术方案的误块率与信噪比的图示。

图 9示出了采取 ITU-UMa信道模型，基站发送天线间距为 0.5 倍波长，移动速度为 3Km/h, 用户设备具有 2个接收天线，码率为 1/2, 采取 QPSK调制，发送数据流为 2的各种技术方案的误块率与信噪比的图示。

! 7 图 10示出了采取 ITU-UMi信道模型，基站发送天线间距为 4 倍波长，移动速度为 3Km/h, 用户设备具有 2个接收天线，码率为 1/2, 采取 QPSK调制，发送数据流为 2的各种技术方案的误块率与 4言噪比的图示。

图 1 1示出了采取 ITU-UMa信道模型，基站发送天线间距为 4 倍波长，移动速度为 3Km/h, 用户设备具有 2个接收天线，码率为 1/2, 采取 QPSK调制，发送数据流为 2的各种技术方案的误块率与信噪比的图示。

图 12 示出了采取 ITU-UMi 信道模型，基站发送天线间距为 0.5倍波长，移动速度为 3Km/h, 用户设备具有 3个接收天线，码率为 1/2, 采取 QPSK调制，发送数据流为 3的各种技术方案的误块率与信噪比的图示。

图 13 示出了采取 ITU-UMa信道模型，基站发送天线间距为 0.5倍波长，移动速度为 30Km/h, 用户设备具有 3个接收天线，码率为 1/2, 采取 QPSK调制，发送数据流为 3的各种技术方案的误块率与信噪比的图示。

图 14示出了采取 ITU-UMi信道模型，基站发送天线间距为 0.5 倍波长，移动速度为 3Km/h, 用户设备具有 4个接收天线，码率为 1/2, 采取 QPSK调制，发送数据流为 4的各种技术方案的误块率与信噪比的图示。

图 15示出了采取 ITU-UMa信道模型，基站发送天线间距为 4 倍波长，移动速度为 30Km/h，用户设备具有 4个接收天线，码率为 1/2, 采取 QPSK调制，发送数据流为 4的各种技术方案的误块率与信噪比的图示。

表 4示出了当误块率为 0.1时，各个技术方案的信噪比。

表 4

本发明的自现有的自适

固定码书固定码书

适应码书加应码书加隐

显式反馈隐式反馈隐式反馈式反馈发送数据流为 1，

UMi 信道模型，发

-3.2 dB -3.2 dB -2.4 dB -2.4 dB 送天线间距 0.5倍波

长

发送数据流为 1,

UMi 信道模型，发

-3.4 dB -3.4 dB -3 dB -3 dB 送天线间距 4 倍波

长

发送数据流为 2,

UMi 信道模型，发

5.4 dB 12 dB 6.2 dB 6.2 dB 送天线间距 0.5倍波

长

发送数据流为 2,

UMa 信道模型，发

5.5 dB 1 1 dB 6.4 dB 6.4 dB 送天线间距 0.5倍波

长

发送数据流为 2,

UMi 信道模型，发

4 dB 6.8 dB 4.5 dB 4.6 dB 送天线间距 4 倍波

长

发送数据流为 2,

UMa 信道模型，发

4.4 dB 7.8 dB 5.2 dB 5.3 dB 送天线间距 4 倍波

长

发送数据流为 3,

UMi 信道模型，发

8.5 dB 大于 12 dB 10 dB 10 dB 送天线间] ¾ 0.5倍波

长

发送数据流为 3， 8.8 dB 大于 12 dB 10.3 dB 10.3 dB 1 UMa 信道模型，发

送天线间距 0.5倍波

长

发送数据流为 4,

UMi 信道模型，发

13.5 dB 大于 18 dB 14.2 dB 14 dB 送天线间距 0.5倍波

长

发送数据流为 4,

UMa 信道模型，发

14 dB 大于 18 dB 14.5 dB 14.4 dB 送天线间距 0.5倍波

长由图 6至图 15可以看出，与现有技术中的方案相比，本发明的自适应码书在隐式反馈系统中的技术方案在同样的信噪比的情形下，误块率最低，或者在同样误块率的情形下，信噪比最低。

有上述仿真可以看出，本发明的技术方案既能适用于单用户 SU- MIMO, 又能适用于多用户 MU-MIMO。而且，对于每个用户，可以是单个数据流也可以是多个数据流。此外，所提出的本发明的技术方案易于实施。例如，可以使用当前的 LTE版本 8的 4发射天线反馈码本作为要进行相关自适应的基本码本。唯一的额外的信令开销是用于反馈空间相关矩阵。而且，从前面的示例性分析中可以看出，本发明计算复杂度非常低。

还需要说明的是，本发明的实施方式可以以软件、固件、硬件或者它们的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。

应当注意，为了使本发明更容易理解，上面的描述省略了对于本领域的技术人员来说是公知的、并且对于本发明的实现可能是必需的更具体的一些技术细节。提供本发明的说明书的目的是为了说明和描述，而不是用来穷举或将本发明限制为所公开的形式。对本领域的普通技术人员而言，许多修改和变更都是显而易见的。

因此，选择并描述实施方式是为了更好地解释本发明的原理及其实际应用，并使本领域普通技术人员明白，在不脱离本发明实质的前提下，所有修改和变更均落入由权利要求所限定的本发明的保护范围之内。

Claims

权利要求书

1. 一种在无线通信系统的用户设备处进行通信数据处理的方法，所述方法包括：

推导步骤，基于获取的下行信道传输矩阵 H推导出基站中多个发射天线的空间相关矩阵 R;

转换步骤，根据所述空间相关矩阵 R对预编码码本 F进行转换；选择步骤，基于转换后的预编码码本来选择预编码矩阵 F_s; 以及

反馈步骤，将所述空间相关矩阵 R的相关信息和所述选择的预编码矩阵 ^的相关信息反馈给所述基站。

2. 根据权利要求 1所述的方法，其中所述推导步骤包括：在时间和 /或频率上对所述下行信道传输矩阵 H进行平均，以得到所述空间相关矩阵 R。

3. 根据权利要求 1所述的方法，其中所述转换步骤包括：

- 对所述空间相关矩阵 R进行量化；

- 利用所述量化后的空间相关矩阵对所述预编码码本进行转换。

4. 根据权利要求 3所述的方法，其中，按照下式对所述预编码码本 F中的每个码字 F_k进行转换以得到转换后的预编码矩阵 F_R>k，其中 k=l,...,K, K为正整数：

^FR,k - ^RFk。

5. 根据权利要求 1或 4所述的方法，其中所述选择步骤包括：对所述下行信道传输矩阵 H进行奇异值分解，得到/ / = C7∑)^ ; 取所述奇异值分解得到的右侧酉奇异矩阵 V的前 m列元素作为理想的预编码矩阵 V_m,其中 m是发射给所述用户设备的数据流的数；

从所述预编码码本中选择预编码矩阵 F_s, 使得经空间相关矩阵转换后的预编码矩阵 F_R与所述理想的预编码矩阵 V_m之间的距离最小。

6. 根据权利要求 5所述的方法，其中，所述距离为：

其中' k=l ,...,K, K为正整数， "表示共辄转置，

II ' ^表示矩阵 Frobenius范数， abs( )表示矩阵的模， tr( )表示矩阵的迹；或者，所述距离选自弦距离、投影 2范数距离和 Fubini-study距离之一。

7. 根据权利要求 1所述的方法，在所述反馈步骤中：

所述选择的预编码矩阵 F_s的相关信息包括所述选择的预编码矩阵 F _s在所述预编码码本中的索引；

所述空间相关矩阵 R的相关信息包括所述空间相关矩阵 R在空间相关矩阵码本中的索引。

8，一种在无线通信系统的基站处进行数据预编码的方法，所述方法包括：

获取步骤，从用户设备获取所述基站的多个发射天线的空间相关矩阵 R 的相关信息和用户设备所选择的预编码矩阵？₅的相关信束- 确定步骤，基于所获取的信息以及预编码码本来确定期望的预编码矩阵 F_R,_S；

预编码步骤，利用所述期望的预编码矩阵 F_R，_S对待发送至所述用户设备的下行数据进行预编码。

9. 根据权利要求 8所述的方法，其中所述确定步骤包括：检索步骤，基于所述选择的预编码矩阵 F_s的相关信息从所述预编码码本中检索所述选择的预编码矩阵 F_s, 其中所述选择的预编码矩阵的相关信息包括所述选择的预编码矩阵在所述预编码码本中的索引，以及基于所述空间相关矩阵 R的相关信息从空间相关矩阵码本中检索所述空间相关矩阵 R, 其中所述空间相关矩阵 R的相关信息包括所述空间相关矩阵 R在所述空间相关矩阵码本中的索引；转换步骤，利用所述空间相关矩阵 R对所述选择的预编码矩阵 F_s进行转换，以得到期望的预编码矩阵 F_R,_S。

10. 根据权利要求 8所述的方法，其中所述预编码步骤包括：取所述期望的预编码矩阵 F_R,_S的共轭转置作为所述用户设备的近似有效信道矩阵；以及

基于所述近似有效信道矩阵对待发送至所述用户设备的下行数据进行预编码。

1 1. 根据权利要求 8所述的方法，其中当存在多个用户设备时，所述预编码步骤包括：

对所述多个用户设备中其期望的预编码矩阵 F_R,_S相互正交的用户设备进行调度。

12. 一种在无线通信系统的用户设备处进行通信数据处理的装置，所述装置包括：

推导装置，用于基于获取的下行信道传输矩阵 H推导出基站中多个发射天线的空间相关矩阵 R;

转换装置，根据所述空间相关矩阵 R对预编码码本 F进行转换；选择装置，基于转换后的预编码码本来选择预编码矩阵 F_s; 以及

反馈装置，将所述空间相关矩阵 R的相关信息和所述选择的预编码矩阵 F_s的相关信息反馈给所述基站。

13. 根据权利要求 12所述的装置，其中所述推导装置配置用于在时间和 /或频率上对所述下行信道传输矩阵 H进行平均，以得 'J所述空间相关矩阵 R。

14. 根据权利要求 12所述的装置，其中所述转换装置进一步配置用于：

- 对所述空间相关矩阵 R进行量化；

15. 根据权利要求 14所述的装置，其中，所示转换装置配置用于按照下式对所述预编码码本 F中的每个码字 F_k进行转换以得到转换后的预编码矩阵 F_R,_k，其中 k=l,...,K, K为正整数：

F_R,_k = RF_k。

16. 根据权利要求 12或 15所述的装置，其中所述选择装置配置用于：

对所述下行信道传输矩阵 H进行奇异值分解，得到 = < ∑ ^W ; 取所述奇异值分解得到的右侧酉奇异矩阵 V的前 m列元素作为理想的预编码矩阵 V_m,其中 m是发射给所述用户设备的数据流的数；

求 16所述的装置，其中，所述距离为：其中， k=l，.，,，K， K为正整数' w表示共辄转置，

II ' |^表示矩阵 Frobenius范数， abs( )表示矩阵的模， tr( )表示矩阵的迹；或者，所述距离选自弦距离、投影 2范数距离和 Fubini-study距离之一。

18. 根据权利要求 12所述的装置，其中所述反馈装置反馈的所述选择的预编码矩阵 F_s的相关信息包括所述选择的预编码矩阵？₅在所述预编码码本中的索引；所述空间相关矩阵 R的相关信息包括所述空间相关矩阵 R在空间相关矩阵码本中的索引。

19. 一种在无线通信系统的基站处进行数据预编码的装置，所述装置包括：

获取装置，从用户设备获取所述基站的多个发射天线的空间相关矩阵 R 的相关信息和用户设备所选择的预编码矩阵 F_s的相关信息；

确定装置，基于所获取的信息以及预编码码本来确定期望的预编码矩阵 F_R,_S; 以及

预编码装置，利用所述期望的预编码矩阵 F_R,_S对待发送至所述用户设备的下行数据进行预编码。

20. 根据权利要求 19所述的装置，其中所述确定装置进一步包括：

检索装置，基于所述选择的预编码矩阵 F_s的相关信息从所述预编码码本中检索所述选择的预编码矩阵 F_s, 其中所述选择的预编码矩阵的相关信息包括所述选择的预编码矩阵在所述预编码码本中的索引，以及基于所述空间相关矩阵 R的相关信息从空间相关矩阵码本中检索所述空间相关矩阵 R, 其中所述空间相关矩阵 R的相关信息包括所述空间相关矩阵 R在所述空间相关矩阵码本中的索引；转换装置，利用所述空间相关矩阵 R对所述选择的预编码矩阵

F_s进行转换，以得到期望的预编码矩阵 F_R,_S。

21. 根据权利要求 19所述的装置，其中所述预编码装置配置用于：

取所述期望的预编码矩阵 F_R，_S的共轭转置作为所述用户设备的近似有效信道矩阵；以及

22. 根据权利要求 19所述的装置，其中当存在多个用户设备时，所述预编码配置用于：