专利名称：基于码书的预编码系统中的自适应码书构造方法
技术领域：
本发明涉及多输入多输出(MIMO)通信系统领域，具体的说涉及基于码书的预编码技术的使用。
背景技术：
在3GPP LTE系统和IEEE 802.16等系统中，基于码书的预编码技术得到应用。在FDD(frequency-division-duplex，频分双工)系统中，码书的使用大大降低了预编码系统的反馈量，在付出极小的反向链路信令开销代价时，极大提升系统的频谱效率。
图1是基于码书的预编码技术与自适应编码调制技术结合使用的例子。接收端根据当前信道状况在码书(矩阵集)中选择一个元素(矩阵)，将计算使用此预编码矩阵时的各数据流的信道状态信息量化，与选中元素(矩阵)的编号一同反馈回发射端。发射端根据信道状态量化信息选择相应的编码调制方式，并使用接收端选择的预编码矩阵将信号发射出去。
基于码书的预编码技术的性能受码书的大小和构造方式影响。在码书大小并不大时，码书的构造方式尤其重要。
理论上最优的预编码矩阵是信道转移矩阵的右奇异矩阵V H＝USVH 当信道转移矩阵各元素相互独立时，即空间非相关时，右奇异矩阵V在酉空间中各向同性分布。因此，此时码书设计的思想一般是使矩阵均匀分布于酉空间中且相距较远，这样可以保证无论当前信道转移矩阵的右奇异矩阵出于酉空间的哪个位置，其附近都有一个码书中的元素可以近似代替其使用。
在空间相关信道下，即信道转移矩阵的元素间非独立的情况下，信道右奇异矩阵的分布变得不均匀，且其集中程度随相关性的增强而增强。此时若使用均匀分布的码书，其中的矩阵元素被选中的概率变得不均匀，强相关时甚至集中于使用一个矩阵，此时系统频谱效率下降很快。
以两天线信道矩阵的右奇异矩阵的分布说明上述结论。
2×2酉阵有以下通式 根据通式，可以用两个参数θ1、θ2唯一表征一个2×2酉阵。因此可以观察两个参数θ1、θ2的分布来观察酉阵的分布。从图2中可以得出关于非相关信道下右奇异矩阵的分布的结论 1.θ1在区间
分布函数呈上凸函数，分布对称轴为
cos(2θ1)在区间(-1，1)均匀分布 2.θ2在区间
(6) 在后面的仿真结果中，我们使用(6)式定义的码书后处理容量期望作为评估码书的手段。
在使用rank-adaptation技术时，码书CB中包括不同列数的矩阵。在3GPP-LTE系统中，一般列数小于行数的预编码矩阵是由预编码方阵的若干行组成，因此，在默认使用rank-adaptation技术时，码书CB可以由若干个方阵代表。
图5和图6是固定码书和自适应码书在两种相关信道下的频谱效率比较。从图5和图6可以看出，由于自适应码书设计在相关信道下时可以根据信道右奇异矩阵的分布自适应的改变码书的设计，使码书在酉空间内的分布向右奇异矩阵的分布集中，因此在相关信道下，自适应码书相比于固定结构的码书具有频谱效率的优势。
权利要求
1.一种预编码系统中的自适应码书构造方法，应用于单用户多输入多输出系统，该系统的接收端和发射端储存同样的码书，接收端根据当前信道状况在码书中选择一个矩阵，与信道状态量化信息一起反馈回发射端，发射端接收反馈信息，选择相应的编码调制方式，并使用接收端选择的预编码矩阵将信号发射出去，其特征在于
接收端根据对信道状态进行统计，获得信道天线之间的相关系数；
接收端将该相关系数量化并反馈回的发射端；
发射端根据天线之间的相关系数的模值和幅角，自适应的改变码书构造方式。
2.根据权利要求1所述的自适应码书构造方法，其特征在于，在2×2天线配置时，所述的自适应码书为
其中，
3.根据权利要求2所述的自适应码书构造方法，其特征在于，接收端对信道转移矩阵统计发射天线之间的相关系数，
其中E(·)表示求数学期望，H是信道转移矩阵，其维度是NR·NT，NR为接收天线数，Hj，i表示矩阵H的第j行的第i个元素。根据β的幅角和模值决定当前使用的码书。
4.根据权利要求1的预编码方法，其特征在于发射天线上的信号s和待发射数据x满足S＝P·x
其中，自适应码书P为NT·L矩阵，x为L·N矩阵，S为NT·N矩阵，L为数据流，NT发射天线根数，N为数据流长度。
5.根据权利要求1或4的基于码书的预编码技术，其特征在于
发射端和接收端存储同样的码书，码书中元素为NT·L矩阵，码书中元素个数为正整数。
6.根据权利要求5的基于码书的预编码技术，其特征在于发射端和接收端存储的码书多于一套，一段时间内收发两端约定使用其中一套码书。
全文摘要
本发明应用于基于码书的预编码系统。根据多天线信道中发射天线之间的相关系数的大小和幅角自适应的改变预编码技术使用的码书的构造方式。在相关信道下使用基于码书的预编码技术时，使用自适应的码书的性能相比于使用固定构造的码书更优，而且增加的信令开销相比于使用基于码书的预编码技术需要的固有开销所占的比例很小。
文档编号H04L1/02GK101127582SQ20071012987
公开日2008年2月20日 申请日期2007年7月31日 优先权日2007年7月31日
发明者航 龙, 王文博 申请人:北京邮电大学