专利名称：多用户预编码方法及系统、发射机和接收机的制作方法
技术领域：
本发明涉及多用户(MU)预编码，尤其涉及多用户预编码方法及系统、发射机以及接收机。
背景技术：
多天线技术的发展使多个用户的同时传输得以实现。MU系统具有诸多的优点，例如通过在相同资源块上传输多个用户信息可提高系统容量，多用户的调度提供多用户分集，等等。为了在相同的时间、频率以及码域资源上传输多个用户的信号，并且降低多用户共道干扰(Co-charmel hterference)，预编码技术被引入并且已成为MU系统中的关键技术之一。在基于码本的预编码技术中，基站和移动台均能够获知预先设置的内容固定的码本集合，作为接收机的移动台根据自身的信道信息，按照预先设置的准则，将信道信息量化为码本集合中的一个码本，并将该码本在码本集合中对应的索引至发射机，发射机根据所反馈的信息得到量化信道信息，根据量化信道信息对下行信号进行预编码操作。为了获得更大的信道容量，基于码本的非线性预编码成为了研究热点之一。具有有限反馈的汤姆林森-哈拉希玛CTomlinson-Harashima Precoding, THP)预编码技术是一种较为常用的非线性预编码技术。这种预编码技术原本用于单输入输出(Single Input Single Output, SISO)系统，对存在符号间干扰的信道进行均衡，现在用于在MU系统中进行多用户干扰的消除。图1示出了现有具有有限反馈的THP预编码方法流程图。参见图1，该方法包括在步骤101中，预先生成包含信道质量信息(Channel Quality Information, CQI) 和信道方向信息(Channel Direction ^formation，CDI)在内的码本集合。本步骤中的码本集合中包含根据MU系统的发射天线以及反馈比特数而设置的多个码本，每个码本中均包含不可分离的CQI和⑶I。在步骤102中，各接收机将自身的信道量化，在码本集合中确定对应的码本，并将所确定的码本信息反馈至发射机。各接收机在对信道进行量化时，首先确定其自身的信道矩阵H，再将该信道矩阵H 与码本集合中的每个码本比较，找到与信道矩阵H直接矢量差模的模最小的码本，这一码本即为该接收机在码本集合中对应的码本，或者说，该接收机将自身的信道量化至前述码本。换言之，假设码本集合中的码本为Ci;l彡i彡2N，其中N为反馈比特数，则接收机对应
的码本满足 C1 = arg min \\H - Ci ||。在确定了接收机在码本集合中对应的码本后，接收机可以将该码本在码本集合中的索引通过上行信道上报给发射机，以便发射机此后利用该码本对多用户下行数据进行预编码操作。在步骤103中，发射机根据接收机反馈的码本信息和码本集合，对待发送信号进行预编码处理。由于发射机已预先知晓接收机所用的码本集合，因此，这里到码本集合中查找接收机上报的码本索引对应的码本。然后，发射机对多个接收机码本组成的多用户信道进行 RQ分解，得到酉矩阵Q以及三角阵R。此后，发射机利用前述的矩阵Q和R，对发射机向接收机传输的下行数据进行预编码操作。至此，结束现有具有有限反馈的THP预编码流程。从以上描述可见，在现有具有有限反馈的THP预编码过程中，每个码本中均包含未经分离的CQI和CDI，这样，接收机在进行信道量化时，所选择的码本有可能与实际的信道相差较大，从而CQI较小、信干比也较小。那么根据系统容量和随着信干比的增大而增大的原则，在信干比较小的情况下，系统容量和较小，因此系统性能较差。
发明内容
本发明提供一种多用户预编码方法，能够提高MU系统性能。在本发明的多用户预编码方法中，包括预先设置包含幅度归一化的码本的码本集合；接收机在估计出从发射机到该接收机的信道信息后，对所述信道信息的幅度分量进行归一化，再从所述码本集合中选择与归一化后的信道信息最接近的码本作为量化信道 fn息；发射机获取多个接收机的量化信道信息，并对所述多个接收机的下行数据进行基于所述量化信道信息的预编码操作。其中，所述预先设置包含幅度归一化的码本的码本集合为设置行数等于发射天线数、列数等于2n的码本集合，其中N为反馈比特数，并且所述幅度归一化的码本的模为1。较佳地，所述发射机获取多个接收机的量化信道信息之前，进一步包括接收机将所述量化信道信息的索引上报给发射机。其中，所述从所述码本集合中选择与归一化后的信道信息最接近的码本作为量化信道信息为从所述码本集合中选择与归一化后的信道信息之间矢量差模最小的码本，并将该码本作为所述量化信道信息。其中，所述发射机获取多个接收机的量化信道信息为发射机根据接收机上报的量化信道信息的索引，从所述码本集合中读取与该索引相对应的码本，将读取到的码本作为该接收机的量化信道信息。其中，所述对所述多个接收机的下行数据进行基于所述量化信道信息的预编码操作为发射机对所述多个接收机的量化信道信息组成的信道矩阵进行RQ分解，并计算预编码操作的中间矩阵；利用RQ分解的结果以及中间矩阵对所述多个接收机的下行数据进行预编码操作。其中，所述接收机将所述量化信道信息的索引上报给发射机之后，进一步包括
发射机获取所述多个接收机的信道质量信息，并根据所述信道质量信息计算各接收机的信干比以及容量和。其中，所述发射机获取所述多个接收机的信道质量信息为发射机从自身获取所述接收机的信道质量信息。较佳地，所述接收机将所述量化信道信息的索引上报给发射机之前，进一步包括 接收机根据归一化后的信道信息与所述量化信道信息之间的量化误差来计算自身的信道质量信息；所述发射机获取所述多个接收机的信道质量信息之前，进一步包括接收机将自身的信道质量信息上报给发射机；所述发射机获取所述多个接收机的信道质量信息为接收来自于接收机的信道质 M.fn 息。其中，所述接收机根据归一化后的信道信息与所述量化信道信息之间的量化误差来计算自身的信道质量信息为按照公式||Δ;.||2 =| ,-、|2计算所述量化误差，其中Ai为量化误差，&为信道信息
比归一化后的结果，Iii为接收机i的信道信息，&为量化信道信息；
丨丨 K-N按照公式Cqii =-；~■“计算信道质量信息，其中CQIi为接收机i的
1+1丨偷|丨咸
信道质量信息，P0为发射功率，N0为接收机的噪声功率，K为发射天线数，hi为接收机i的 fn道fe息ο其中，所述计算各接收机的信干比为按照公式SINRi = RiiCQIi计算信干比，其中，SINRi为接收机i的信干比，Rii为对量化信道信息进行RQ分解中得到的三角矩阵R的对角线元素，CQIi为接收机i的信道质量信息。本发明还提供一种多用户预编码系统，能够提高MU系统性能。在本发明的多用户预编码系统中，包括接收机和发射机，其中，接收机用于在估计出从发射机到该接收机的信道信息后，对所述信道信息的幅度分量进行归一化，再从预先设置的码本集合中选择与归一化后的信道信息最接近的幅度归一化的码本，作为量化信道信息；发射机用于获取多个接收机的量化信道信息，并对所述多个接收机的下行数据进行基于所述量化信道信息的预编码操作。较佳地，所述接收机包括存储模块、归一化模块、量化模块和通讯模块，其中，所述存储模块用于保存预先设置的包含幅度归一化的码本的码本集合；所述归一化模块用于对所在接收机的信道信息的幅度分量进行归一化；所述量化模块从存储模块中读取码本集合，从所述码本集合中选择与归一化后的信道信息最接近的码本作为量化信道信息，并将量化信道信息的索引发送给通讯模块；
所述通讯模块用于将所述量化模块输出的量化信道信息的索引上报给发射机。较佳地，所述发射机包括存储模块、计算模块、预编码模块和通讯模块，其中，所述存储模块用于保存预先设置的包含幅度归一化的码本的码本集合；所述计算模块用于从所述存储模块中读取所述码本集合，从所述码本集合中获取与所述通讯模块输出的索引相对应的码本，作为接收机的量化信道信息，对多个接收机的量化信道信息组成的信道矩阵进行RQ分解，并计算预编码操作的中间矩阵；所述预编码模块用于利用RQ分解的结果和中间矩阵对所述多个接收机的下行数据进行基于所述量化信道信息的预编码操作；所述通讯模块用于接收所述多个接收机的量化信道信息的索引。较佳地，所述发射机进一步获取所述多个接收机的信道质量信息，并根据所述信道质量信息计算各接收机的信干比以及容量和。较佳地，所述接收机进一步包括信道质量信息计算模块，用于根据所述归一化模块输出的归一化后的信道信息与所述量化模块输出的量化信道信息之间的量化误差来计算所在接收机的信道质量信息，并发送给该接收机的通讯模块；所述接收机的通讯模块进一步用于将接收到的信道质量信息发送给所述发射机；所述发射机的通讯模块进一步用于接收来自于接收机的信道质量信息，并将该信道质量信息发送给所述计算模块；所述计算模块进一步接收来自于所述发射机的通讯模块的信道质量信息，并根据多个接收机的信道质量信息计算信干比以及容量和。本发明又提供一种发射机，能够提高MU系统性能。在本发明的发射机中，包括存储模块、计算模块、预编码模块和通讯模块，其中，所述存储模块用于保存预先设置的包含幅度归一化的码本的码本集合；所述计算模块用于从所述存储模块中读取所述码本集合，从所述码本集合中获取与所述通讯模块输出的索引相对应的码本，作为接收机的量化信道信息，对多个接收机的量化信道信息组成的信道矩阵进行RQ分解，并计算预编码操作的中间矩阵；所述预编码模块用于利用RQ分解的结果和中间矩阵对所述多个接收机的下行数据进行基于所述量化信道信息的预编码操作；所述通讯模块用于接收所述多个接收机的量化信道信息的索引。较佳地，所述存储模块进一步保存所述多个接收机的信道质量信息；所述计算模块进一步用于从存储模块中读取所述多个接收机的信道质量信息，并根据多个接收机的信道质量信息计算信干比以及容量和。较佳地，通讯模块进一步用于接收来自于接收机的信道质量信息，并将该信道质量信息发送给所述计算模块；所述计算模块进一步接收来自于所述发射机的通讯模块的信道质量信息，并根据多个接收机的信道质量信息计算信干比以及容量和。本发明还提供一种接收机，能够提高MU系统性能。在本发明的接收机中，包括存储模块、归一化模块、量化模块和通讯模块，其中，
所述存储模块用于保存预先设置的包含幅度归一化的码本的码本集合；所述归一化模块用于对所在接收机的信道信息的幅度分量进行归一化；所述量化模块从存储模块中读取码本集合，从所述码本集合中选择与归一化后的信道信息最接近的码本作为量化信道信息，并将量化信道信息的索引发送给通讯模块；所述通讯模块用于所述量化模块输出的量化信道信息的索引上报给发射机。较佳地，该接收机进一步包括信道质量信息计算模块，用于根据所述归一化模块输出的归一化后的信道信息与所述量化模块输出的量化信道信息之间的量化误差来计算所在接收机的信道质量信息，并发送给通讯模块；所述通讯模块进一步用于将接收到的信道质量信息发送给发射机。由上述方案可见，本发明中采用幅度归一化的码本，从而在码本中保留CDI并排除与信道信息幅度相关的信息。这样，在进行信道信息量化时，仅以⑶I作为考虑内容，所选择的码本能够更加接近实际信道，更为准确地反映真实的信道状况；发射机利用接收机所确定的码本进行预编码后，由于码本的准确程度较高，则可以获得较大的信干比，从而使得系统的容量和能够得到有效的提高，进而使得系统性能得到大幅度的提升。此外，本发明中采用幅度归一化的码本，即仅反映出⑶I，这样就可以与其它场合的线性预编码共用一个码本，而省去单独设置码本的操作，节省设计成本。
下面将通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中图1为现有具有有限反馈的THP预编码方法流程图；图2为本发明中多用户预编码方法的示例性流程图；图3为本发明中多用户预编码系统示例性结构图；图4为本发明实施例中多用户预编码方法的流程图；图5为本发明实施例1中多用户预编码系统的结构图；图6为本发明实施例2中多用户调度方法的流程图；图7为本发明实施例2中多用户预编码系统的结构图；图8为本发明实施例2的多用户预编码方法与现有有限反馈的THP预编码方法的仿真图；图9为本发明实施例1或2的多用户预编码方法与现有有限反馈的THP预编码方法以及现有迫零多用户预编码的仿真图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明做进一步的详细说明。本发明在多用户预编码过程中，采用幅度归一化的码本，即码本集合中包含的码本的幅度已被归一化，接收机在对自身信道信息进行归一化之后再进行量化操作；并且发射机利用接收机对应的码本，对多个接收机的下行数据进行预编码操作。图2示出了本发明中多用户预编码方法的示例性流程图。参见图2，该方法包括
在步骤201中，预先设置包含幅度归一化的码本的码本集合。在步骤202中，接收机在估计出从发射机到该接收机的信道信息后，对信道信息的幅度分量进行归一化，再从码本集合中选择与归一化后的信道信息最接近的码本作为所述量化信道信息。在步骤203中，发射机获取多个接收机的量化信道信息，并对所述多个接收机的下行数据进行基于所述量化信道信息的预编码操作。图3示出了本发明中多用户预编码系统的示例性结构图。参见图3，该系统包括 发射机和接收机。其中，接收机用于在估计出从发射机到该接收机的信道信息后，对所述信道信息的幅度分量进行归一化，再从预先设置的码本集合中选择与归一化后的信道信息最接近的幅度归一化的码本，作为量化信道信息；发射机用于获取多个接收机的量化信道信息，并对所述多个接收机的下行数据进行基于所述量化信道信息的预编码操作。从以上描述可见，本发明实施例中采用幅度归一化的恒模码本，从而在码本中保留CDI并排除与信道信息幅度相关的信息。这样，在进行信道信息量化时，仅以CDI作为考虑内容，所选择的码本能够更加接近实际信道，更为准确地反映真实的信道状况；发射机利用接收机所确定的码本进行预编码操作后，由于码本的准确程度较高，则可以获得较大的信干比，从而使得系统的容量和能够得到有效的提高，进而使得系统性能得到大幅度的提升。此外，本发明中采用幅度归一化的恒模码本，即仅反映出⑶I，这样就可以与其它场合的线性预编码共用一个码本，而省去单独设置码本的操作，节省设计成本。 以下将通过两个实施例来详细说明本发明的具体方案。实施例1本实施例中，接收机对自身的信道信息进行归一化后再量化至码本集合中幅度归一化的码本。图4示出了本实施例中多用户预编码的方法流程图。参见图4，该方法包括在步骤401中，预先设置包含幅度归一化的码本的码本集合。本实施例中的码本为幅度归一化的恒模码本，即每个码本的模均等于1。这里码本集合的行数等于发射天线数，列数等于2N，其中N为反馈比特数。例如， 在发射天线为4、反馈比特数为4的MU系统中，可以将码本集合设置为C = [C1,C2…… C16]，其中
权利要求
1.一种多用户预编码方法，其特征在于，该方法包括预先设置包含幅度归一化的码本的码本集合；接收机在估计出从发射机到该接收机的信道信息后，对所述信道信息的幅度分量进行归一化，再从所述码本集合中选择与归一化后的信道信息最接近的码本作为量化信道信息；发射机获取多个接收机的量化信道信息，并对所述多个接收机的下行数据进行基于所述量化信道信息的预编码操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预先设置包含幅度归一化的码本的码本集合为设置行数等于发射天线数、列数等于2N的码本集合，其中N为反馈比特数，并且所述幅度归一化的码本的模为1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发射机获取多个接收机的量化信道信息之前，进一步包括接收机将所述量化信道信息的索引上报给发射机。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述从所述码本集合中选择与归一化后的信道信息最接近的码本作为量化信道信息为从所述码本集合中选择与归一化后的信道信息之间矢量差模最小的码本，并将该码本作为所述量化信道信息。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述发射机获取多个接收机的量化信道信息为发射机根据接收机上报的量化信道信息的索引，从所述码本集合中读取与该索引相对应的码本，将读取到的码本作为该接收机的量化信道信息。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述多个接收机的下行数据进行基于所述量化信道信息的预编码操作为发射机对所述多个接收机的量化信道信息组成的信道矩阵进行RQ分解，并计算预编码操作的中间矩阵；利用RQ分解的结果以及中间矩阵对所述多个接收机的下行数据进行预编码操作。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述接收机将所述量化信道信息的索引上报给发射机之后，进一步包括发射机获取所述多个接收机的信道质量信息，并根据所述信道质量信息计算各接收机的信干比以及容量和。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述发射机获取所述多个接收机的信道质量信息为发射机从自身获取所述接收机的信道质量信息。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述接收机将所述量化信道信息的索引上报给发射机之前，进一步包括接收机根据归一化后的信道信息与所述量化信道信息之间的量化误差来计算自身的信道质量信息；所述发射机获取所述多个接收机的信道质量信息之前，进一步包括接收机将自身的信道质量信息上报给发射机；所述发射机获取所述多个接收机的信道质量信息为接收来自于接收机的信道质量信肩、ο
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述接收机根据归一化后的信道信息与所述量化信道信息之间的量化误差来计算自身的信道质量信息为按照公式|Δ,.||2 =|| ι,:- ι;.|2计算所述量化误差，其中Ai为量化误差， ,为信道信息hi归一化后的结果，h为接收机i的信道信息，&为量化信道信息；
11.根据权利要求7至9中任意一项所述的方法，其特征在于，所述计算各接收机的信干比为按照公式
12.—种多用户预编码系统，其特征在于，该系统包括接收机和发射机，其中，接收机用于在估计出从发射机到该接收机的信道信息后，对所述信道信息的幅度分量进行归一化，再从预先设置的码本集合中选择与归一化后的信道信息最接近的幅度归一化的码本，作为量化信道信息；发射机用于获取多个接收机的量化信道信息，并对所述多个接收机的下行数据进行基于所述量化信道信息的预编码操作。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述接收机包括存储模块、归一化模块、量化模块和通讯模块，其中，所述存储模块用于保存预先设置的包含幅度归一化的码本的码本集合； 所述归一化模块用于对所在接收机的信道信息的幅度分量进行归一化； 所述量化模块从所述存储模块中读取码本集合，从所述码本集合中选择与归一化后的信道信息最接近的码本作为量化信道信息，并将量化信道信息的索引发送给通讯模块； 所述通讯模块用于将所述量化模块输出的量化信道信息的索引上报给发射机。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述发射机包括存储模块、计算模块、 预编码模块和通讯模块，其中，所述存储模块用于保存预先设置的包含幅度归一化的码本的码本集合； 所述计算模块用于从所述存储模块中读取所述码本集合，从所述码本集合中获取与所述通讯模块输出的索引相对应的码本，作为接收机的量化信道信息，对多个接收机的量化信道信息组成的信道矩阵进行RQ分解，并计算预编码操作的中间矩阵；所述预编码模块用于利用RQ分解的结果和中间矩阵对所述多个接收机的下行数据进行基于所述量化信道信息的预编码操作；所述通讯模块用于接收所述多个接收机的量化信道信息的索引。
15.根据权利要求12至14中任意一项所述的系统，其特征在于，所述发射机进一步获取所述多个接收机的信道质量信息，并根据所述信道质量信息计算各接收机的信干比以及容量和。
16.根据权利要求13或14所述的系统，其特征在于，所述接收机进一步包括信道质量信息计算模块，用于根据所述归一化模块输出的归一化后的信道信息与所述量化模块输出的量化信道信息之间的量化误差来计算所在接收机的信道质量信息，并发送给该接收机的通讯模块；所述接收机的通讯模块进一步用于将接收到的信道质量信息发送给所述发射机； 所述发射机的通讯模块进一步用于接收来自于接收机的信道质量信息，并将该信道质量信息发送给所述计算模块；所述计算模块进一步接收来自于所述发射机的通讯模块的信道质量信息，并根据多个接收机的信道质量信息计算信干比以及容量和。
17.—种发射机，其特征在于，该发射机包括存储模块、计算模块、预编码模块和通讯模块，其中，所述存储模块用于保存预先设置的包含幅度归一化的码本的码本集合； 所述计算模块用于从所述存储模块中读取所述码本集合，从所述码本集合中获取与所述通讯模块输出的索引相对应的码本，作为接收机的量化信道信息，对多个接收机的量化信道信息组成的信道矩阵进行RQ分解，并计算预编码操作的中间矩阵；所述预编码模块用于利用RQ分解的结果和中间矩阵对所述多个接收机的下行数据进行基于所述量化信道信息的预编码操作；所述通讯模块用于接收所述多个接收机的量化信道信息的索引。
18.根据权利要求17所述的发射机，其特征在于，所述存储模块进一步保存所述多个接收机的信道质量信息；所述计算模块进一步用于从存储模块中读取所述多个接收机的信道质量信息，并根据多个接收机的信道质量信息计算信干比以及容量和。
19.根据权利要求17所述的发射机，其特征在于，通讯模块进一步用于接收来自于接收机的信道质量信息，并将该信道质量信息发送给所述计算模块；所述计算模块进一步接收来自于所述发射机的通讯模块的信道质量信息，并根据多个接收机的信道质量信息计算信干比以及容量和。
20.一种接收机，其特征在于，该接收机包括存储模块、归一化模块、量化模块和通讯模块，其中，所述存储模块用于保存预先设置的包含幅度归一化的码本的码本集合； 所述归一化模块用于对所在接收机的信道信息的幅度分量进行归一化； 所述量化模块从存储模块中读取码本集合，从所述码本集合中选择与归一化后的信道信息最接近的码本作为量化信道信息，并将量化信道信息的索引发送给通讯模块； 所述通讯模块用于所述量化模块输出的量化信道信息的索引上报给发射机。
21.根据权利要求20所述的接收机，其特征在于，该接收机进一步包括信道质量信息计算模块，用于根据所述归一化模块输出的归一化后的信道信息与所述量化模块输出的量化信道信息之间的量化误差来计算所在接收机的信道质量信息，并发送给通讯模块；所述通讯模块进一步用于将接收到的信道质量信息发送给发射机。
全文摘要
本发明提供了一种多用户预编码方法及系统、发射机和接收机。在该方法中，预先设置包含幅度归一化的码本的码本集合；接收机在估计出从发射机到该接收机的信道信息后，对所述信道信息的幅度分量进行归一化，再从所述码本集合中选择与归一化后的信道信息最接近的码本作为量化信道信息；发射机获取多个接收机的量化信道信息，并对所述多个接收机的下行数据进行基于所述量化信道信息的预编码操作。本发明的方案能够有效地提高多用户系统的容量。
文档编号H04B1/02GK102195758SQ201010128090
公开日2011年9月21日 申请日期2010年3月5日 优先权日2010年3月5日
发明者严春林, 加山英俊, 大塚裕幸, 张战 申请人:株式会社Ntt都科摩