专利名称：一种基于码本方式的预编码方法及码本构建方法
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，尤其涉及一种基于码本方式的预编码方法及码本构建方法。
背景技术：
多输入多输出(Multiple Input and Multiple Output，MIMO)系统由于能有效提高信道容量而成为LTE(第三代移动通讯长期演进系统)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，对该信道矩阵进行奇异值分解(SVD)后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矩阵的第i个列向量作为其权值发送数据流，而接收天线使用U矩阵的第i个列向量作为其权值时(i＝1，2，...s)接收数据流时，该数据流就在且仅在第i个空间子信道中传输。发送端能够得到V矩阵的具体元素值的情况，称为理想预编码方法，即基于非码本方式的预编码方法。基于码本方式的引出是由于需要将V矩阵的元素值反馈给发送端，但反馈空间不足以传输V矩阵中所有元素的信息，所以需要通过构建码本来简化反馈信息，通过反馈与V矩阵近似的码本来进行预编码。
现有技术中，对于基于码本方式的预编码方案的系统实现，如图1和图2所示。接收端通过SVD分解计算，在预编码权值码本中寻找到最接近的一个码本，将此码本的序号反馈给发送端，发送端将信源产生的信息经过编码、交织、调制后，结合接收到的码本序号重建出码本，对信息进行加权后，经OFDMA(正交频分多址)调制后，发送到接收端；接收端收到后，对其进行OFDMA解调、检测、解调、解交织、信道译码后还原出该信息。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供了一种基于码本方式的预编码方法和码本构建方法，以解决4发射天线系统的预编码问题。
本发明采用的技术方案是 本发明提供了一种基于码本方式的预编码方法，应用于4发射天线的多输入多输出系统，先根据Θ＝PmEkMDFTPn生成多个码本矩阵，其中m、k、n为正整数， 然后将该码本配置在发送端和接收端；再执行以下步骤 a、接收端根据信道估计得到信道矩阵后，对信道矩阵进行分解； b、接收端根据发送端所要用到的发射天线的数目N，从码本中选择出对应的码本矩阵，并将码本矩阵的序号反馈给发送端； c、发送端根据接收到的码本矩阵的序号，从配置在发送端上的码本中得到预编码矩阵后，使用预编码矩阵的前N列对数据流进行预编码。
进一步地，m、k、n的取值分别遍历1、2、3、4。
进一步地，根据Θ＝PmEkMDFTPn生成的码本矩阵个数为64。
进一步地，步骤a中，所述接收端通过奇异值分解，将信道矩阵分解为发送端的预编码矩阵和接收端的预编码矩阵；步骤b中，接收端选择码本矩阵的方法包括以下两种 第一种接收端从配置在其上的码本中选择与发送端的预编码矩阵最接近的码本矩阵； 第二种用信道矩阵和接收端的预编码矩阵计算出使得信噪比达到最大值的码本矩阵。
进一步地，当发送数据流的发射天线的数目为N时，将该码本矩阵除以N的开方。
本发明还提供了一种码本的构建方法，应用于4发射天线的多输入多输出系统，根据Θ＝PmEkMDFTPn计算出多个码本矩阵，其中m、k、n的取值为正整数， 进一步地，m、k、n的取值分别遍历1、2、3、4。
进一步地，根据Θ＝PmEkMDFTPn生成的码本矩阵个数为64。
进一步地，当发送数据流的发射天线的数目为N时，将该码本矩阵除以N的开方。
采用本发明，码本的反馈开销为6比特，同时利用几个循环移位矩阵的不同幂次的组合做到对于4维空间的最优质、最均匀的覆盖。
图1为现有技术中基于码本方式的预编码方案的发射机流程框图； 图2为现有技术中基于码本方式的预编码方案的接收机流程框图； 图3为本发明实施例中预编码方法的流程图。
具体实施例方式 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。
本发明所采用的构建码本的方式为 Θ＝PmEkMDFTPn 其中m，k，n＝1，2，3，4， P矩阵是行、列的循环移位矩阵，右乘P矩阵的作用是使得矩阵对列做循环移位，左乘P矩阵的作用是使得矩阵对行做循环移位；MDFT矩阵是构建码本时最常使用的基础矩阵，其特性是能最优的做到空间的离散化，使得空间分布的粒度均匀；E矩阵的作用是改变相位间隔粒度；P、E矩阵的4次方等于P、E矩阵自身，所以二者都是对幂次具有循环性的矩阵。
3个指数m、k、p的取值均需遍历1、2、3、4，因此可以产生64个矩阵，即可以产生64个码本矩阵，这种码本方式的反馈开销为6bit。我们将这64个矩阵分别记为Mat_0、Mat_1、...、Mat_i、...、Mat_63。码本分别在使用1根发射天线(Rank1)、使用2根发射天线(Rank2)、使用3根发射天线(Rank3)、使用4根发射天线(Rank4)的情况下的列表如表1所示。
表1 4发射天线码本列表
“[]”内的数字表示在进行预编码时所取权值在矩阵中的列数，如[12]表示取矩阵的第1列和第2列，[123]表示取矩阵的前3列，其他同理。将矩阵除以一个除数的目的是将功率进行归一化处理，使得发射天线采用此码本矩阵发送数据时，不会增加发射功率。该除数应为发射天线中用来发送数据流的天线数目的开方。如在Rank2方式下，63号码本矩阵
表示取Mat_63矩阵的前两列，
的作用是对功率进行归一化处理。
在进行预编码之前，需根据上述4发射天线的码本生成方法生成码本矩阵，如表1所示，并将该码本配置在发送端和接收端。
在此基础上进行预编码的方法，如图3所示，包括以下步骤 第一步接收端根据信道估计得到信道矩阵H，对H矩阵进行SVD分解后，得到发送端的预编码矩阵V和接收端的预编码矩阵U； 第二步接收端根据发送端要使用的天线数目N，从上述码本中选出最合适的码本矩阵，并将该码本矩阵的序号反馈给发送端。选择最合适码本矩阵的方法有以下两种 第一种选择与V矩阵最接近的码本矩阵为最合适的码本矩阵； 第二种用矩阵H和U计算出使得信噪比达到最大值的码本矩阵； 第三步发送端根据接收到的码本矩阵的序号从配置在其上的码本列表中找出所需的预编码码本矩阵，使用这个码本矩阵的前N列对所要发射的数据流进行预编码。
本方案适用于OFDMA系统，同样也适用于其它方案的系统。
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情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，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、一种基于码本方式的预编码方法，应用于4发射天线的多输入多输出系统，其特征在于，先根据Θ＝PmEkMDFTPn生成多个码本矩阵，其中m、k、n为正整数，
然后将该码本配置在发送端和接收端；再执行以下步骤
a、接收端根据信道估计得到信道矩阵后，对所述信道矩阵进行分解；
b、所述接收端根据所述发送端所要用到的发射天线的数目N，从所述码本中选择出对应的码本矩阵，并将所述码本矩阵的序号反馈给所述发送端；
c、所述发送端根据接收到的所述码本矩阵的序号，从配置在所述发送端上的码本中得到预编码矩阵后，使用所述预编码矩阵的前N列对数据流进行预编码。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，m、k、n的取值分别遍历1、2、3、4。
3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据Θ＝PmEkMDFTPn生成的码本矩阵个数为64。
4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a中，所述接收端通过奇异值分解，将所述信道矩阵分解为所述发送端的预编码矩阵和所述接收端的预编码矩阵；步骤b中，所述接收端选择码本矩阵的方法包括以下两种
第一种所述接收端从配置在其上的码本中选择与所述发送端的预编码矩阵最接近的码本矩阵；
第二种用所述信道矩阵和所述接收端的预编码矩阵计算出使得信噪比达到最大值的码本矩阵。
5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，当发送数据流的发射天线的数目为N时，将该码本矩阵除以N的开方。
6、一种码本的构建方法，应用于4发射天线的多输入多输出系统，其特征在于，根据Θ＝PmEkMDFTPn计算出多个码本矩阵，其中m、k、n的取值为正整数，
7、如权利要求6所述的方法，其特征在于，m、k、n的取值分别遍历1、2、3、4。
8、如权利要求6所述的方法，其特征在于，根据Θ＝PmEkMDFTPn生成的码本矩阵个数为64。
9、如权利要求6所述的方法，其特征在于，当发送数据流的发射天线的数目为N时，将该码本矩阵除以N的开方。
全文摘要
一种码本的构建方法，应用于4发射天线的多输入多输出系统，根据Θ＝PmEkMDFTPn计算出多个码本矩阵，其中m、k、n的取值为正整数，E、MDFT、P如右所示。基于该码本方式的预编码方法，在完成上述码本构建后将该码本配置在发送端和接收端，再执行接收端根据信道估计得到信道矩阵后，对信道矩阵进行分解；接收端根据发送端所要用到的发射天线的数目N，从码本中选择出对应的码本矩阵，并将码本矩阵的序号反馈给发送端；发送端根据接收到的码本矩阵的序号，从配置在发送端上的码本中得到预编码矩阵后，使用预编码矩阵的前N列对数据流进行预编码。采用本发明，码本的反馈开销为6比特，同时利用几个循环移位矩阵的不同幂次的组合做到对于4维空间的最优质、最均匀的覆盖。
文档编号H04B1/707GK101394256SQ20071015222
公开日2009年3月25日 申请日期2007年9月19日 优先权日2007年9月19日
发明者阳 郭 申请人:中兴通讯股份有限公司