专利名称：一种信道矩阵信息的估计和反馈的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域中一种MIMO(Multiple-1nput Multiple-Output,多输入多输出)系统中信道矩阵的估计，特别涉及一种信道矩阵信息的估计和反馈的方法和装置。
背景技术：
MMO是新一代移动通信系统的关键技术之一。MMO系统在发送端和接收端均采用多根天线单元，运用先进的天线传输和信号处理技术，利用无线信道的多径传播，因势利导，开发空间资源，建立空间并行传输通道，在不增加带宽和发射功率的情况下，成倍地提高无线通信的质量与数据传输速率。
在MMO系统中，每根发送天线到每根接收天线间都有一个信道，把它们写成矩阵形式，就叫信道矩阵。比如，对于一个Ntx根发送天线，Nkx根接收天线的MIMO系统，其信道矩阵是一个NkxXNtx的复数矩阵H。其中，H中的元素hy表示第j根发送天线到第i根接收送天线间的信道系数，i = I…NKx，j = Ρ··ΝΤχ。这里的发送天线可以位于不同的发送端， 接收天线可以位于不同的接收端。根据构成MIMO的发送端和接收端数目不同，MIMO系统有不同的分类，分别为SU-MM0 (Single-User ΜΜ0，单用户ΜΜ0)，它由一个发送端和一个接收端构成；Mu-MM0 (Mulitple-User ΜΙΜΟ,多用户ΜΜ0)，它由一个发送端和多个接收端构成；C0MP (Cooperative Mult1-Point Transmission,多点协作传输)，它由多个发送端和一个或多个接收端构成。
信道矩阵H进行SVD分解，即H = UA VH，其中，U是NkxXNkx的酉矩阵，叫H的左奇异矢量矩阵，V是NtxXNtx的酉矩阵，叫H的右奇异矢量矩阵，Λ为NkxXNtx的对角矩阵， 其对角线上的元素为H的奇异值，上标H表示矩阵的共轭转置。在通讯过程中，如果发送端知道信道矩阵的右奇异矢量矩阵或者它的量化值，就可以利用它对发送信号进行预处理， 将信号波束指向最有利于用户接收的“方向”，从而减小数据流间的干扰，提高用户的接收信噪比。目前应用比较多的技术是基于码本的反馈方法。该方法将信道空间右奇异矢量矩阵进行量化，形成一个码本集合。用户根据信道矩阵信息，选择一个跟当前信道矩阵最匹配白勺码本对应的索引，即PMI (Precoding Matrix Index,预编码矩阵索引),并将该PMI反馈给发送端。发送端根据这个反馈的PMI，在码本集合中找到对应的码本对信号进行预处理。 最后将预处理后的信号发送给接收端。这种预处理对于SU-MMO有比较大的增益。但对于 MU-MIMO或者COMP来说，仅根据每个接收端反馈的PMI对应的码本对发送信号进行预处理， 增益并不明显。但如果接收端能够反馈信道矩阵的左奇异矢量矩阵或者其量化值，并适当利用这个左奇异矢量矩阵，其性能将进一步提升。比如，可以根据信道的左奇异矢量矩阵、 右奇异矢量矩阵、奇异值重构信道矩阵本身，众所周知，发送端知道信道矩阵，将能大大提升MU-MMO或者COMP的性能。
然而，现有技术都是对信道矩阵的右奇异矢量矩阵进行估计和反馈，缺少对左奇异矢量矩阵进行量化和反馈的相关技术。发明内容
本发明的目的在于提供一种信道矩阵信息的估计和反馈的方法和装置，用于解决对信道矩阵中左奇异矢量矩阵的量化和反馈的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种信道矩阵信息的估计和反馈的方法，包括以下步骤
接收端对估计的信道矩阵进行滤波处理得到等效信道矩阵；
接收端根据等效信道矩阵从接收端码本矩阵集合中选择与等效信道矩阵的左奇异矢量矩阵相匹配的码本矩阵；
接收端根据码本矩阵得到与其相应的码本矩阵索引，再把码本矩阵索引发送至发送端。
优选的，接收端根据等效信道矩阵从接收端码本矩阵集合中选择与等效信道矩阵的左奇异矢量矩阵相匹配的码本矩阵，包括
接收端计算码本矩阵集合中的每一个码本矩阵的共轭转置左乘以等效信道矩阵的范数，得到范数集合；
接收端在接收端码本矩阵集合中查找到形成范数集合中的最大范数的码本矩阵。
优选的，接收端根据等效信道矩阵从接收端码本矩阵集合中选择与等效信道矩阵的左奇异矢量矩阵相匹配的码本矩阵，包括
接收端计算码本矩阵集合中的每一个码本矩阵与等效信道矩阵的左奇异矢量矩阵的距离，得到距离集合；
接收端在接收端码本矩阵集合中查找到形成距离集合的最小距离的码本矩阵。
优选的，在接收端根据估计的信道矩阵得到等效信道矩阵之前，还包括
接收端对信道矩阵进行信道估计，得到估计的信道矩阵。
优选的，在接收端根据码本矩阵得到与其相应的码本矩阵索引，再把码本矩阵索引发送至发送端之后，还 包括
发送端根据码本矩阵索引从发送端码本矩阵集合中查询并读取与码本矩阵索引对应的码本矩阵；
发送端根据从发送端码本矩阵集合中读取的码本矩阵对发送信号进行预处理。
优选的，接收端码本矩阵集合和发送端码本矩阵集合是两个完全相同的码本矩阵集合，分别包括码本矩阵和每个码本矩阵对应的码本矩阵索引。
根据本发明的另一方面，提供了一种信道矩阵信息的估计和反馈的装置，包括以下步骤
等效信道矩阵计算模块，用于对估计的信道矩阵进行滤波处理得到等效信道矩阵；
码本矩阵索引计算模块，用于根据等效信道矩阵从接收端码本矩阵集合中选择与等效信道矩阵的左奇异矢量矩阵相匹配的码本矩阵并得到与其相应的码本矩阵索引；
码本矩阵索引反馈模块，用于把码本矩阵索引发送至发送端。
优选的，装置还包括
信道估计模块，用于对信道矩阵进行信道估计，得到估计的信道矩阵。
优选的，码本矩阵索引计算模块，包括
码本矩阵范数计算子模块，用于通过计算码本矩阵集合中的每一个码本矩阵的共轭转置左乘以等效信道矩阵的范数，得到范数集合；
码本矩阵索引查询子模块，用于在码本矩阵集合中查找形成范数集合中的最大范数的码本矩阵查询并读取与该码本矩阵对应的码本矩阵索引。
优选的，码本矩阵索引计算模块，包括
码本矩阵矢量计算子模块，用于通过计算码本矩阵集合中的每一个码本矩阵与等效信道矩阵的左奇异矢量矩阵的距离，得到距离集合；
码本矩阵索引查询子模块，用于在码本矩阵集合中查找形成距离集合的最小距离的码本矩阵并读取与该码本矩阵对应的码本矩阵索引。
与现有技术相比较，本发明的有益效果在于本发明通过选择与等效信道矩阵的左奇异矢量矩阵相匹配的码本矩阵实现了对信道矩阵中左奇异矢量矩阵的量化和反馈。
图1是本发明提供的信道矩阵信息的估计和反馈的方法流程示意图2是本发明提供的信道矩阵信息的估计和反馈的装置框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1显示了本发明提供的信道矩阵信息的估计和反馈的方法流程示意，如图1所示
步骤S101，接收端对估计的信道矩阵进行滤波处理得到等效信道矩阵。
在此之前，接收端对信道矩阵进行信道估计，得到估计的信道矩阵。
步骤S102，接收端根据等效信道矩阵从接收端码本矩阵集合中选择与等效信道矩阵的左奇异矢量矩阵相匹配的码本矩阵。
在选择合适的码本矩阵时有两种方法，第一，接收端计算码本矩阵集合中的每一个码本矩阵的共轭转置左乘以所述等效信道矩阵的范数，得到范数集合，在接收端码本矩阵集合中查找到形成所述范数集合中的最大范数的码本矩阵；第二，接收端计算所述码本矩阵集合中的每一个码本矩阵与等效信道矩阵的左奇异矢量矩阵的距离，得到距离集合， 再在接收端码本矩阵集合中查找到形成距离集合的最小距离的码本矩阵。
步骤S103，接收端根据码本矩阵得到与其相应的码本矩阵索引，再把码本矩阵索引发送至发送端。
在此之后，发送端根据码本矩阵索引从发送端码本矩阵集合中查询并读取与所述码本矩阵索引对应的码本矩阵，根据从发送端码本矩阵集合中读取的码本矩阵对发送信号进行预处理。其中，接收端码本矩阵集合和发送端码本矩阵集合是两个完全相同的码本矩阵集合，分别包括码本矩阵和每个码本矩阵对应的码本矩阵索引。
图2显示了本发明提供的信道矩阵信息的估计和反馈的装置框图，如图2所示，包括信道估计模块、等效信道矩阵计算模块、码本矩阵索引计算模块和码本矩阵索引反馈模块。
其中，信道估计模块用于估计接收端所在物理资源单元上每个OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交步页分复用)/OFMDA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access,正交频分多址接入)符号每个子载波上的信道矩阵。
等效信道矩阵计算模块用于对估计的信道矩阵进行滤波处理得到等效信道矩阵；
码本矩阵索引计算模块用于根据等效信道矩阵从接收端码本矩阵集合中选择与等效信道矩阵的左奇异矢量矩阵相匹配的码本矩阵并得到与其相应的码本矩阵索引。该模块包括码本矩阵范数计算子模块、码本矩阵矢量计算子模块和码本矩阵索引查询子模块， 码本矩阵范数计算子模块用于通过计算码本矩阵集合中的每一个码本矩阵的共轭转置左乘以等效信道矩阵的范数，得到范数集合，码本矩阵矢量计算子模块用于通过计算码本矩阵集合中的每一个码本矩阵与等效信道矩阵的左奇异矢量矩阵的距离，得到距离集合，码本矩阵索引查询子模块根据采用选择码本矩阵的方法不同其功能也有所不同，若采用码本矩阵范数计算子模块选择合适的码本矩阵，则码本矩阵索引查询子模块用于在码本矩阵集合中查找形成范数集合中的最大范数的码本矩阵并读取与该码本矩阵对应的码本矩阵索弓丨，若采用码本矩阵矢量计算子模块选择合适的码本矩阵，则码本矩阵索引查询子模块用于在码本矩阵集合中查找形成距离集合中的最小距离的码本矩阵并读取与该码本矩阵对应的码本矩阵索引。
说明。
码本矩阵索引反馈模块用于把码本矩阵索引发送至发送端。下面通过几个具体实施例，对本发明信道矩阵信息的估计和反馈的方法进行详细实施例一本实施例里，物理资源单元在时域上占Ns个0FDM/0FDMA符号，在频域上占Nc个频域子载波数。I个发送端在这个物理资源单元上调度了 I个接收端。其中，接收端有Nkx根接收天线，发送端有Ntx个发送天线。接收端通过如下方法估计发送端到接收端的信道矩阵的左奇异矢量矩阵相匹配的码本矩阵索引，并将码本矩阵索引反馈给发送端。
(I)接收端估计所在物理资源单元每个0FDM/0FDMA符号每个子载波上的信道矩阵H(m, η),其元素Iii, j(m, η)表示第j根发送天线到第根接收送天线间的信道系数，m = 1，...，Ns,n=l, ...,Nc, i = I, ...，NKx, j = l, ...，NTx。
(2)接收端根据物理资源单元上的信道矩阵H(m，η)计算等效信道矩阵，即w=l n=\
其中，Heff是等效信道矩阵，H (m, η)和a m,n分别是第m个0FDM/0FDMA第η个载波上的信道矩阵和该信道矩阵在等效信道矩阵中所的比重系数，am,n彡，m =w=l n=\1，-,Ns, η = I,…，Nc, Ns为0FDM/0FDMA符号个数，Nc为频域子载波个数。
(3)根据奇异值大于第一门限值的个数r选择码本集合C；，在码本集合(；中搜索使得^沁⑴)1^^最大的码本矩阵，并间该码本矩阵对应的索引赋值给PMI。
其中，(；表示秩为r的码本集合，Cr,PMI表示秩为r的码本集合(；的码本个数，Cr⑴ 表不第i个码本矩阵，i = I，…，Cls PMI。r为Hrff大于第一门限值的奇异值个数。f (A)表示矩阵A的范数。这里，范数是矩阵论里的常用概念，比如矩阵A的Frobenius范数表示为I/(A) =II A IIf= (I二Z二Iiy2^ai, j，i = 1，...，M，j = 1，…，N 为 MXN 矩阵 A 的元素。
(4)将PMI反馈给发送端。
实施例二
本实施例里，物理资源单元在时域上占Ns个0FDM/0FDMA符号，在频域上占Nc个频域子载波数。I个发送端在这个物理资源单元上调度了 I个接收端。其中，接收端有Nkx根接收天线，发送端有Ntx个发送天线。接收端通过如下方法估计发送端到接收端的信道矩阵的左奇异矢量矩阵相匹配的码本矩阵索引，并将码本矩阵索引反馈给发送端。
(I)接收端估计所在物理资源单元每个0FDM/0FDMA符号每个子载波上的信道矩阵H(m, η),其元素Iii, j(m, η)表示第j根发送天线到第根接收送天线间的信道系数，m = 1，...，Ns,n=l, ...,Nc, i = I, ...，NKx, j = l, ...，NTx。
(2)接收端根据物理资源单元上的信道矩阵H(m，n)计算等效信道矩阵，即Η^ΣΣ^Η—)。w=l η=\
其中，Heff是等效信道矩阵，H (m, η)和a m,n分别是第m个0FDM/0FDMA第η个载波上的信道矩阵和该信道矩阵在等效信道矩阵中所的比重系数，am,n彡，m =w=l n=\1，-,Ns, η = I,…，Nc, Ns为0FDM/0FDMA符号个数，Nc为频域子载波个数。
(3)根据奇异值大于第一门限值的个数r选择码本集合C；，在码本集合(；中搜索使得d((；⑴，U)最小的码本矩阵，并间该码本矩阵对应的索引赋值给PMI。
其中，(；表示秩为r的码本集合，Cr,PMI表示秩为r的码本集合(；的码本个数，Cr⑴ 表不第i个码本，i = 1，…，Cr,PMI。r为Heff大于第一门限值的奇异值个数。d(A, B)表不矩阵A，B的距离，d(A，B) =f (AAh-BBh)。U表示等效信道矩阵Heff的左奇异矢量矩阵。f㈧ 表示矩阵A的范数。
(4)将PMI反馈给发送端。
实施例三
本实施例里，物理资源单元在时域上占Ns个0FDM/0FDMA符号，在频域上占Nc个频域子载波数。I个发送端在这个物理资源单元上调度了 N个接收端，即为Mu-MMO。其中， 每个接收端有Nkx根接收天线，发送端有Ntx个发送天线。对于每个接收端I分别执行实施例一或者实施例二中的步骤(I)、(2)、(3)以估计发送端到接收端I本身的信道矩阵的左奇异矢量矩阵相匹配的码本矩阵的索引，并将码本矩阵索引反馈给发送端。这里，I = 1，…， N0
实施例四
本实施例里，物理资源单元在时域上占Ns个0FDM/0FDMA符号，在频域上占Nc个频域子载波数。M个发送端在这个物理资源单元上调度了 N个接收端，即为C0MP。其中，每个接收端有Nkx根接收天线，每个发送端有Ntx个发送天线。每个接收端I分别执行实施例一或者实施例二中的步骤(I)、(2)、(3)以估计M个发送端到接收端I本身的信道矩阵的左奇异矢量矩阵相匹配的码本矩阵索引，该信道矩阵是一个NkxX (MNtx)的复数矩阵，并将码本矩阵索引反馈给每个发送端。这里，I = 1，…，N。
实施例五
本实施例里，物理资源单元在时域上占Ns个0FDM/0FDMA符号，在频域上占Nc个频域子载波数。M个发送端在这个物理资源单元上调度了 N个接收端，即为C0MP。其中，每个接收端有Nkx根接收天线，每个发送端有Ntx个发送天线。对于每个接收端I分别执行实施例一或者实施例二中的步骤(I)、(2)、(3)以估计第k个发送端到接收端I本身的信道矩阵的左奇异矢量矩阵相匹配的码本矩阵索引，该信道矩阵是一个NkxXNtx维的复数矩阵，并将码本矩阵索引反馈给相应的发送端k。这里，I = I, ···, N, k = I, ···, Mo
综上所述，本发明具有以下技术效果利用本发明的方法和装置，在0FDM/0FDMA 系统中，接收端能有效估计信道矩阵的左奇异矢量矩阵，并将其反馈给发送端，从而系统可以利用左奇异矢量矩阵等信息构造信道矩阵，并利用信道矩阵对信号做处理以提高M MO 系统的传输速率。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种信道矩阵信息的估计和反馈的方法，其特征在于，包括以下步骤 接收端对估计的信道矩阵进行滤波处理得到等效信道矩阵； 接收端根据所述等效信道矩阵从接收端码本矩阵集合中选择与所述等效信道矩阵的左奇异矢量矩阵相匹配的码本矩阵；以及 接收端根据所述码本矩阵得到与其相应的码本矩阵索引，再把所述码本矩阵索引发送至发送端。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收端根据等效信道矩阵从接收端码本矩阵集合中选择与所述等效信道矩阵的左奇异矢量矩阵相匹配的码本矩阵，包括 所述接收端计算所述码本矩阵集合中的每一个码本矩阵的共轭转置左乘以所述等效信道矩阵的范数，得到范数集合；以及 所述接收端在接收端码本矩阵集合中查找到形成所述范数集合中的最大范数的码本矩阵。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收端根据等效信道矩阵从接收端码本矩阵集合中选择与所述等效信道矩阵的左奇异矢量矩阵相匹配的码本矩阵，包括 所述接收端计算所述码本矩阵集合中的每一个码本矩阵与所述等效信道矩阵的左奇异矢量矩阵的距离，得到距离集合；以及 所述接收端在接收端码本矩阵集合中查找到形成所述距离集合的最小距离的码本矩阵。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述接收端根据估计的信道矩阵得到等效信道矩阵之前，还包括 接收端对信道矩阵进行信道估计，得到估计的信道矩阵。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述接收端根据码本矩阵得到与其相应的码本矩阵索引，再把码本矩阵索引发送至发送端之后，还包括 发送端根据所述码本矩阵索引从发送端码本矩阵集合中查询并读取与所述码本矩阵索引对应的码本矩阵；以及 发送端根据从发送端码本矩阵集合中读取的码本矩阵对发送信号进行预处理。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述接收端码本矩阵集合和所述发送端码本矩阵集合是两个完全相同的码本矩阵集合，分别包括码本矩阵和每个码本矩阵对应的码本矩阵索引。
7.一种信道矩阵信息的估计和反馈的装置，其特征在于，包括以下步骤 等效信道矩阵计算模块，用于对估计的信道矩阵进行滤波处理得到等效信道矩阵； 码本矩阵索引计算模块，用于根据所述等效信道矩阵从接收端码本矩阵集合中选择与所述等效信道矩阵的左奇异矢量矩阵相匹配的码本矩阵并得到与其相应的码本矩阵索引；以及 码本矩阵索引反馈模块，用于把所述码本矩阵索引发送至发送端。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括 信道估计模块，用于对信道矩阵进行信道估计，得到估计的信道矩阵。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述码本矩阵索引计算模块，包括 码本矩阵范数计算子模块，用于通过计算所述码本矩阵集合中的每一个码本矩阵的共轭转置左乘以所述等效信道矩阵的范数，得到范数集合；以及 码本矩阵索引查询子模块，用于在所述码本矩阵集合中查找形成所述范数集合中的最大范数的码本矩阵并读取与该码本矩阵对应的码本矩阵索引。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述码本矩阵索引计算模块，包括 码本矩阵距离计算子模块，用于通过计算所述码本矩阵集合中的每一个码本矩阵与所述等效信道矩阵的左奇异矢量矩阵的距离，得到距离集合；以及 码本矩阵索引查询子模块，用于在所述码本矩阵集合中查找形成所述距离集合中的最小距离的码本矩阵并读取与该码本矩阵对应的码本矩阵索引。
全文摘要
本发明公开了一种信道矩阵信息的估计和反馈的方法和装置，该方法包括接收端对估计的信道矩阵进行滤波处理得到等效信道矩阵；接收端根据等效信道矩阵从接收端码本矩阵集合中选择与等效信道矩阵的左奇异矢量矩阵相匹配的码本矩阵；接收端根据码本矩阵得到与其相应的码本矩阵索引，再把码本矩阵索引发送至发送端。本发明通过选择与等效信道矩阵的左奇异矢量矩阵相匹配的码本矩阵实现了对信道矩阵中左奇异矢量矩阵的量化和反馈。
文档编号H04L25/02GK103023548SQ20111029801
公开日2013年4月3日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者肖华华, 宁迪浩, 朱登魁, 鲁照华 申请人:中兴通讯股份有限公司