专利名称：一种4×2 mimo系统基于码本的预编码方法
技术领域：
本发明涉及一种多输入多输出(MIMO)无线移动通信系统，具体涉及 一种预编码方法。
背景技术：
多输入多输出(MIMO: Multiple Input and Multiple Output)系统由于其有效提高信道容量而成为LTE的研究中一项倍受人们关注的技术。使用预 编码技术进行多数据流与天线之间的复用能够更加有效的利用现有信道资 源，通过对数据流的功率分配能够提高系统容量，并能够减小数据流之间的 干扰，提高系统的整体性能。因此预编码技术也成为新的研究热点。在本部分将介绍预编码的基本理论方法及实现方式，这种方法的基本思 想是接收端通过信道估计得到信道矩阵，对信道矩阵进行奇异值分解得到发 送端和接收端所使用的预编码矩阵V和U。当发射天线使用V的第i个列向 量作为其权值，接收天线使用U的第i个列向量作为其权值时(i =1,2,... s), 数据流就在且仅在第i个空间子信道中传输。当发送端能够得到V矩阵的具 体元素值的情况，称其为理想预编码方法。即基于非码本方式的预编码方法。 基于码本的方式的引出是由于V阵的元素需要反馈给发射端，但反馈所需 要的空间不足以传输V矩阵信息，所以需要通过构建码本来简化反馈信息， 反馈与V阵近似的码本来进行预编码。对于基于码本预编码方案的系统实现方式，接收端通过SVD (sigular value decomposition奇异值分解)分解计算，在预编码权值码本中寻找到最接 近的一个码本，将此码本的序号通过CQI (信道质量测量指示)反馈给发射 端，在发射端进行码本的重建，进行加权。由于发射端有4个发射天线，所以需要对于4 x 4的V矩阵构建码本， 4 x 4的V矩阵构建码本比较复杂，而且反馈开销比较大。发明内容针对以上不足，本发明提供了一种适用于下行4x2 MIMO系统基于码 本的预编码方法，该方法针对四个发射天线、两个接收天线的MIMO系统， 其预编码方法相对简单。本发明采用的技术方案是一种4x2MIMO系统基于码本的预编码方法，其特征在于，包括a、 接收端分别估计出两个2x2MIMO系统的信道矩阵H1和H2，分 别对Hl和H2做SVD分解；b、 将从H1分解得到的Ul矩阵的第一个列向量用做第一个数据流在接 收端的预编码矩阵；将从H2分解得到的U2矩阵的第一个列向量用做第二 个数据流在接收端的预编码矩阵；c、 从Hl分解得到VI,从H2分解得到V2; 在步骤d前的任一步骤进行步骤一构建码本；d、 将与V1、 V2对应的码本序号反馈至发射端；e、 在发射端分别根据反馈的码本序号重建出预编码VI和V2矩阵的码 本，并分别使用这两个码本矩阵的第一个列向量进行发射端的预编码。进一步地，所述步骤c还包括对VI和V2矩阵进行分解，分别求出 用于表达V1矩阵的相位值^ 1和幅度值Al，及用于表达V2矩阵的相位值^2 和幅度^f直A2;所述步骤d具体为将VI和V2的第一个列向量的相位值-1、 一2和幅 度值A1、 A2分别对应于与其最接近的量化值的码本序号，将序号通过信道 质量测量指示反馈至发射端；所述步骤e具体为根据所反馈的两个数据流的相位值和幅度值的序号 重建码本。进一步地，所述步骤一中，构建码本时，根据反馈空间大小划分相位值 和幅度值，具体步骤为当提供2 bit反馈空间给^时，^以"/2为等级进行划分一 ^ , " = 0,1，2,3} ,L 2 J ;当提供3 bit反馈空间给^时，^以々4为等级进行划分L 4 」；当提供4bit反馈空间给"t, ^以"/8为等级进行划分当提供1 bit反馈空间给A时，」e {— sin("/4)， sin(;r/4)};当提供2 bit反馈 空间纟会A时，J e {- sin(2;r/6)，一 sin(;r/6), sin(;r/6), sin(2;r/6));当才是供3 bit反々费空间^ ￡ 丁一sin(4;r/10),—sin(37r/10),—sin(2;r/10),—sin(;r/10)， J! 给A时，丄sinO/10), sin(2 r/10), sin(3;r/10)， sin(4;r/10) 丄.各量化值对应一个序号。进一步地，所述步骤a前还包括将4 x 2的MIMO系统划分为两个2 x2的MIMO系统。进一步地，所述步骤c中，按照下式对V1、 V2进行分解/U2 exp(yV).本发明的方法用简单的2 x 2的V矩阵码本代替4 x 4的V矩阵码本进 行预编码，码本构建相对简单，并且能减小反馈开销。
图1是本发明的4x2MIMO系统基于码本的预编码方法的示意图；图2是本发明的4x2 MIMO系统基于码本的预编码方法中具体加权的 示意图。图3是本发明的4x2MIMO系统基于码本的预编码方法的流程图。
具体实施方式
6下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。本发明的核心内容是将4发射天线2接收天线的MIMO系统等效为两 个2发射天线2接收天线的MIMO系统来进行处理。如图1所示，第1、 2 根发射天线与两根接收天线组成第一个MIMO系统，其2 x 2的信道矩阵为 Hl;第3、 4根发射天线与两才艮接收天线组成第二个MIMO系统，其2x2 的信道矩阵为H2。实际操作中，可以任意组合2x2MIMO系统，比如第1、 3根或第1、 4根发射天线与两根接收天线组成第一个MIMO系统，另外两 根发射天线与两根4妻收天线组成第二个MIMO系统。数据流1从第一个2x2 MIMO的第一个(较好的)空间子信道通过， 其幅度增益为H1的第一个(较大的)奇异值的大小；数据流2从第二个2 x 2 MIMO的第一个(较好的)空间子信道通过，其幅度增益为H2的第一 个(较大的)奇异值的大小。两个MIMO系统都分别只使用各自较好的空 间子信道，从整体来看两个数据流的性能是相同的。如图2所示，接收端需要分别估计出两个MIMO系统的信道矩阵Hl 和H2，分别对H1和H2做SVD分解。将从Hl分解得到的Ul矩阵的第一 个列向量用做第一个数据流在接收端的预编码矩阵；将从H2分解得到的 U2矩阵的第一个列向量用做第二个数据流在接收端的预编码矩阵。Hl分解得到的VI与H2分解得到的V2需要反馈至发射端，将VI和 V2的第一个列向量分别对应与其相近的码本序号，将序号反馈至发射端， 在发射端进行码本重建，在发射端对于两个数据流分别使用码本量化后的 VI和V2矩阵第一个列向量进行预编码。可以-f旦不限于通过CQI反々贵序号。码本构建方法如下由于两个2x2 MIMO系统分别都只传输一个数据流，只需要反馈两个 V矩阵的第一个列向量。所以在下面构建码本时只考虑第一个列向量的码本 构建。V矩阵可以表示为r = 「/~~/ ,.、对于相位值^进行量化，其取值范围为0 2丌，对其的量化等级的选取可以根据反馈空间大小来决定:当^以奵2为等级进行划分时需要2bit空间资源;w = 0,1,2,3当^以"/4为等级进行划分时需要3bit空间资源; = 0,1广-w = 0,1,..-,15当^以"/8为等级进行划分时，需要4 bit空间资源； L 8 J对于幅度值A进行量化，其不同的量化等级大小根据反馈空间大小来 决定Je卜sin(;r/4),sin(;r/4"时，需要i Wt空间资源；各量化值对应一个序号。两个流所需要的总空间资源为(相位值^所需bit数+幅度值A所需 bit数)*2如图3所示，本发明具体操作方法如下开始前，首先将4发射天线2接收天线的MIMO系统等效为两个2发 射天线2 4妄收天线的MIMO系统；第一步接收端需要分别估计出两个2x2 MIMO系统的信道矩阵Hl 和H2,分别对Hl和H2做SVD分解。第二步将从H1分解得到的Ul矩阵的第一个列向量用做第一个数据 流在接收端的预编码矩阵；将从H2分解得到的U2矩阵的第一个列向量用 做第二个数据流在接收端的预编码矩阵；第三步从H1分解得到V1，从H2分解得到V2; VI、 V2需要反馈至 发射端；按照前文V矩阵的表达式对VI和V2矩阵进行分解，分别求出用—sin(47r/10),- sin。;r/10),— sin(2;r/10),一 sin(>/l 0), J sinO/l 0), sin(2;r/10), sin(3;r/10), sin(4;r/10)时，需要3bit空间资源;于表达V1矩阵的相位值"和幅度值Al,及用于表达V2矩阵的相位值-2 和幅度值A2;根据反馈空间大小将相位值和幅度值分别划分为若干个等级的量化值， 构建码本；根据前文可知，即当提供2 bit的反馈空间给^时，^以"/2为等级进行划分0 e {^ , w = 0,1,2,3} ,L 2 」；提供3 bit的反馈空间给^时，^以奵4为等级进行划分"{^, " = 0,1,...，7} ,L 4 J ;提供4bit的反馈空间给^时，^以"/8为等级进行划分0ej^ , " = 0,1,.-.,15}当提供lbit的反馈空间给A时，Sin(;r/4)，Sin(;r/4)};提供2bit空间给A时，^ e {_ sin(2;r/6),—sin(;r/6), sin(>/6)， sin(2;r/6)};当才是供3 bit空间纟会A时，爿e j—sin(4;r/10),—sin(3;r/10),—sin(2;r/10),—sin(;r/10)， J} e 1sinO/10), sin(2;r/10)， sin(3;r/10), sin(4;r/10) }.也可以在第一步或第二步中完成构建码本的工作，只要保证是在进行下 面相位值、幅度值与码本序号的对应前完成即可。将VI和V2的第一个列向量的相位值-1、》2和幅度值A1、 A2分别对 应于与其最接近的量化值的码本序号，将序号通过反馈至发射端；第四步在发射端分别根据反馈的两个数据流的相位值和幅度值的序号 重建出预编码VI和V2矩阵的码本，并分别使用这两个码本矩阵的第一个 列向量进行发射端的预编码。当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的 形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1. 一种4×2MIMO系统基于码本的预编码方法，其特征在于，包括a、接收端分别估计出两个2×2MIMO系统的信道矩阵H1和H2，分别对H1和H2做SVD分解；b、将从H1分解得到的U1矩阵的第一个列向量用做第一个数据流在接收端的预编码矩阵；将从H2分解得到的U2矩阵的第一个列向量用做第二个数据流在接收端的预编码矩阵；c、从H1分解得到V1，从H2分解得到V2；在步骤d前的任一步骤进行步骤一构建码本；d、将与V1、V2对应的码本序号反馈至发射端；e、在发射端分别根据反馈的码本序号重建出预编码V1和V2矩阵的码本，并分别使用这两个码本矩阵的第一个列向量进行发射端的预编码。
2、 如权利要求1所述的预编码方法，其特征在于所述步骤c还包括对VI和V2矩阵进行分解，分别求出用于表达V1 矩阵的相位值^1和幅度值Al,及用于表达V2矩阵的相位值^2和幅度值 A2;所述步骤d具体为将VI和V2的第一个列向量的相位值-1、 -2和幅 度值A1、 A2分别对应于与其最接近的量化值的码本序号，将序号通过信道 质量测量指示反馈至发射端；所述步骤e具体为根据所反馈的两个数据流的相位值和幅度值的序号 重建码本。
3、 如权利要求1所述的预编码方法，其特征在于，所述步骤二中，构 建码本时，根据反馈空间大小划分相位值和幅度值，具体步骤为当提供2 bit反馈空间给^时，^以"/2为等级进行划分;当提供3bit反馈空间给^时，^以奵4为等级进行划分:<formula>formula see original document page 3</formula>;当提供4 bit反馈空间给^时，<^以"/8为等级进行划分:当提供1 bit反馈空间给A时，^ {— sin("/4)， sin("/4)};当提供2 bit反馈 空间给A时，^ e {一 sin(2;r/6)广sin(;r/6), sin(;r/6)， sin(2;r/6)};当提供3 bit反馈空间各量化值对应一个序号。
4、 如权利要求1所述的预编码方法，其特征在于，所述步骤a前还包 括将4 x 2的MIMO系统划分为两个2 x 2的MIMO系统。
5、 如权利要求2所述的预编码方法，其特征在于，所述步骤c中，按 照下式对V1、 V2进行分解<formula>formula see original document page 3</formula>给A时,
全文摘要
本发明公开了一种4×2MIMO系统基于码本的预编码方法，包括接收端估计出信道矩阵H1和H2，分别对H1和H2做SVD分解；将从H1分解得到的U1矩阵的第一个列向量用做第一个数据流在接收端的预编码矩阵；将从H2分解得到的U2矩阵的第一个列向量用做第二个数据流在接收端的预编码矩阵；从H1分解得到V1，从H2分解得到V2；在前面任一步骤进行构建码本；将与V1、V2对应的码本序号反馈至发射端；在发射端重建出预编码V1和V2矩阵的码本，并分别使用这两个码本矩阵的第一个列向量进行预编码。本发明的方法用简单的2×2的V矩阵码本代替4×4的V矩阵码本进行预编码，码本构建相对简单，并且能减小反馈开销。
文档编号H04B7/08GK101262309SQ20071013027
公开日2008年9月10日 申请日期2007年7月17日 优先权日2007年3月9日
发明者阳 郭 申请人:中兴通讯股份有限公司