专利名称：在多用户终端mimo系统中预编码方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，特别涉及在多用户终端MIMO系统中预编码方法和系统。
背景技术：
随着多天线技术研究的深入，多输入多输出(Multiple-InputMultiple-Output，MIMO)技术已从点对点的单用户终端系统扩展到了点对多点的多用户终端MIMO系统，即一些天线通过编码方式来区分不同用户终端，用于传输不同的数据，以获得空间复用增益，得到较高的传输速率，从而扩大多用户终端的信道容量区域；而对于具有相同编码的一些天线，用于传输相同的数据，以获得分集增益，有效抵抗衰落，从而提高误比特性能。
在多用户终端MIMO系统中，为了避免多个用户终端要共享同一时间和频率资源时，引入的多用户终端共道干扰(Co-Channel Interference，CCI)，通常采用预编码技术来降低多用户终端间的干扰。比如，基于发送端预编码的MIMO技术，该技术利用空分多址(Spatial Division Multiple Access，SDMA)能在相同时间、频率和码域资源上传送多个用户终端的信息，较单用户终端MIMO系统能大大提高其系统容量和频谱效率，并且该技术结合了空间分集和空间复用的优势，对各种信道环境都有较好的适应性，通过空分多址接入技术能提高系统容量，增加系统对传输环境的鲁棒性。
从信息论角度，根据脏纸编码(Dirty Paper Coding，DPC)理论证明，在带有干扰的系统中，如果发送端能够准确地获知干扰信号，在发送端通过某种预编码处理，可使得有干扰系统的信道容量与无干扰系统的信道容量相同。由于DPC需要获知确切的干扰信号，其理论很难应用到实际系统中，一些次优预编码技术应运而生。一类是基于实时信道处理的预编码技术，需要发送端获知全部或者部分信道状态信息(Channel State Information，CSI)，如信道反转(Channel Inversion)、信道块对角化(Block Digonolization，BD)等，这一类预编码技术信道信息的反馈量较大，不利于实际应用。另一类是基于码本的预编码技术。基于码本的预编码技术在发送端和接收端都预先获知一固定码本，系统根据反馈的信道质量指示信息(Channel Quality Information，CQI)来从固定码本中选择合适的预编码向量对发送端进行预编码，由于其反馈量小而具有更高实用价值。
下面具体介绍一种目前在多用户终端MIMO系统中进行预编码的方法，该方法为由快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)产生多个呈方阵的各预编码矩阵，其中，各预编码矩阵中的预编码向量个数和发送天线个数相等；将这些预编码矩阵作为在基站和用户终端预先获知的固定码本；基站根据各个用户终端反馈的CQI和向量序号，从该固定码本中选择合适的预编码向量对发送天线进行预编码，用户终端根据预先获知的固定码本进行解码，从而得到传输的数据。由于各预编码矩阵由FFT变换产生，因而各预编码矩阵中的向量都是正交的，从而能够大大降低用户终端间的干扰。
这种基于FFT码本的预编码的方法，在全反馈情况下能获得较好性能，全反馈时每个用户终端要反馈多个CQI值，此时的反馈量很大，在容量受限情况下，不易在实际中应用。而在非全反馈时，比如在低反馈量情况下，如果每个用户终端只能反馈少量CQI值，则在基站无法选择出最合适的预编码向量对发送天线进行预编码，因而预编码性能较差。
另外，由于进行一次预编码时，所选择的各预编码向量应同属于同一个预编码矩阵，而对于基于FFT码本的预编码方法而言，是由用户终端选择出预编码向量后向基站反馈，该预编码向量为第一码本中某个预编码矩阵中的某个向量，而在非全反馈时，多个用户终端选择出的预编码向量常不属于同一个预编码矩阵，因而在基站对用户终端进行调度时，无法对这些用户终端同时进行预编码，或称为配对失败。
可见，目前在多用户终端MIMO系统中进行预编码的方法，存在多个用户终端间配对失败的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种预编码方法，该方法能够避免多个用户终端间的配对失败。
本发明实施例还提供一种预编码系统，该系统能够避免多个用户终端间的配对失败。
为达到上述目的，本发明实施例的技术方案具体是这样实现的 一种预编码方法，该方法包括 在基站和用户终端设置第一码本和第二码本，所述第二码本是由第一码本中的向量生成的酉矩阵集合， 每一个用户终端利用信道矩阵，在第一码本中选择出一个使得所述用户终端获得最大预编码增益的向量；根据选择出的第一码本中的向量，计算相应的信道质量指示信息CQI值； 基站确定待预编码的用户终端，根据所述待预编码的用户终端得到的所述第一码本中的向量和所述相应的CQI值，从第二码本选择出一个酉矩阵，或者基站根据所述每一个用户终端得到的所述第一码本中的向量和所述相应的CQI值，从第二码本选择出一个酉矩阵并确定出待预编码的用户终端； 基站将所述酉矩阵或其子矩阵作为预编码矩阵，对所述待预编码的用户终端使用所述预编码矩阵进行预编码。
一种预编码系统，该系统包括设置第一码本和第二码本的基站和至少一个用户终端，所述第二码本为第一码本生成的酉矩阵集合； 每一个所述用户终端利用信道矩阵，在第一码本中选择出一个使得所述用户终端获得最大预编码增益的向量；根据选择出的第一码本中的向量，计算相应的CQI值； 所述基站确定待预编码的用户终端，根据所述待预编码的用户终端得到的所述第一码本中的向量和所述相应的CQI值，从第二码本选择出一个酉矩阵或者根据所述每一个用户终端得到的所述第一码本中的向量和所述相应的CQI值，从第二码本选择出一个酉矩阵并确定出待预编码的用户终端；将所述酉矩阵或其子矩阵作为预编码矩阵，对所述待预编码的用户终端使用所述预编码矩阵进行预编码。
由上述技术方案可见，本发明实施例提供一种预编码方法和系统，在基站和用户终端均设置第一码本和第二码本，该第二码本是由第一码本中的向量生成的酉矩阵集合，各个用户终端先选择出能够获得最大预编码增益的第一码本中的向量和该向量对应的一个CQI值，由基站利用该第一码本中的向量和所述相应的CQI值从第二码本中选择出一个酉矩阵，对待预编码的用户终端进行预编码，这里酉矩阵是指矩阵中的每个列向量或行向量两两正交。由于本发明实施例中提供的预编码方法是由基站确定多个用户终端同时使用的预编码矩阵，因而能够避免现有技术中由于多个用户终端选择的预编码向量不属于同一个预编码矩阵而产生的配对失败的问题，因此能够避免多个用户终端间的配对失败。
图1为本发明实施例的预编码方法简要示意图； 图2为本发明实施例一的预编码方法流程示意图； 图3为本发明实施例二的预编码系统结构示意图； 图4为本发明实施例三的预编码系统结构示意图。
具体实施例方式 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。
本实施例中提供的方法为在基站和用户终端设置第一码本和第二码本，所述第二码本是由第一码本中的向量生成的酉矩阵集合，该方法还包括 每一个用户终端利用信道矩阵，在第一码本中选择出一个使得所述用户终端获得最大预编码增益的向量；根据选择出的第一码本中的向量，计算相应的信道质量指示信息CQI值；基站确定待预编码的用户终端，根据所述待预编码的用户终端得到的所述第一码本中的向量和所述相应的CQI值，从第二码本选择出一个酉矩阵，或者基站根据所述每一个用户终端得到的所述第一码本中的向量和所述相应的CQI值，从第二码本选择出一个酉矩阵并确定出待预编码的用户终端； 基站将所述酉矩阵或其子矩阵作为预编码矩阵，对所述待预编码的用户终端使用所述预编码矩阵进行预编码。
具体来讲，在基站和用户终端预先存储的相同的两套码本，第一套码本为Grassmanian码本或信道矢量量化码本，第二套码本是利用现有技术中的随机搜索或解线性方程组的方法，由第一套码本中的部分或全部向量所生成的酉矩阵集合，这里酉矩阵是指矩阵中的每个向量两两正交。比如，当发送天线数为M时，则需要生成M-1个向量与一个基向量构成一个维数为M×M的酉矩阵。酉矩阵的生成过程为先将第一码本中的一个向量作为基向量，根据基向量生成与该基向量正交的第一向量，然后生成与已有的基向量和第一向量都正交的第二向量，以此类推，直到生成M-1个两两正交的向量，构成酉矩阵。
下面以两个发送天线，每个发送天线在两种备选的预编码向量为例具体说明，表格1是第一套码本，是一个2×4的Grassmanian码本。
表格1 表格2是第二套码本，是由表格1中的4个列向量采用现有技术生成的4个2×2酉矩阵，即酉矩阵的大小由发送天线确定。表格2中的每一行为一个酉矩阵。
表格2 下面具体举例进行说明，图1为本发明实施例的预编码方法简要示意图，如图1所示，若待调度的用户终端有N个，每个待调度的用户终端从第一套码本中选择出一个使得用户终端预编码增益最大的向量并计算相应的CQI值，将选择出的向量在第一套码本中的序号和相应的CQI值发送给基站，基站根据向量在第一套码本中的序号和第一套码本恢复出向量，并对用户终端进行调度，从N个用户终端中选择出K个用户终端，从第二套码本中选择出一个酉矩阵，由酉矩阵确定出预编码矩阵，接着对选择出的K个用户终端同时进行预编码，并将预编码后的数据及采用的预编码矩阵在第二套码本中的序号发送给K个用户终端。
图2为本发明实施例的预编码方法流程示意图。本实施例中，假设基站的发送天线为M，根据系统反馈量和性能的折中，预先设定第一套码本为M×L1的矩阵，也就是说，第一套码本的矩阵中包括L1个列向量，设第一套码本为V＝[v1 v2...vL1]，其中，v1表示第一套码本中的第一个列向量，v2表示第一套码本中的第二个列向量，以此类推。由第一套码本中的各个列向量可产生出L2个酉矩阵，其中，L2≤L1。由这些L2个酉矩阵构成第二套码本W＝{w1，...，wL2}，其中wk为M×M的酉矩阵。当第一套码本中的向量个数和第二套码本中酉矩阵的个数相等的时候，第二套码本完全包含了第一套码本中的所有向量，因而在逻辑上，可以把两套码本合并成一套码本。如图所示，具体包括以下步骤 步骤201每个用户终端从第一套码本中选择出使得各自预编码增益最大的列向量，将该列向量在第一套码本中的序号和相应的CQI值反馈回基站。
本实施例中，每个用户终端利用信道矩阵，选择出将第一套码本中的向量作为预编码向量时，能够获取最大预编码增益的列向量，并计算在采用此列向量进行预编码时，所能产生的CQI值，并将此CQI的值和此向量对应在第一套码本中列向量的序号反馈回基站。假定发送天线数为M，接收天线数为N，则用户终端uk的MIMO信道矩阵Hk为 其中，Hi，j为第j根发射天线到第i根接收天线的信道幅度。为了简化分析，本实施例假设信道为平坦衰落信道，本领域技术人员能够根据本实施例得出在其它类型衰落信道下的预编码方法。
本实施例中，各用户终端遍历第一套码本中的每一个列向量，从中选择出能获取最大预编码增益的列向量。对于用户终端uk而言，根据如公式(2)，选取能获得最大预编码增益的列向量 其中，||Hkvi||2表示预编码增益，||x||2是x的范数，x＝arg maxf(x)是在f(x)取值最大时对应的x值，vi表示用户终端uk遍历的第一码本中的向量。在选择出能获得最大预编码增益的列向量
后，根据公式(3)计算用户终端uk的CQI，即
这里，σ2为噪声方差。
在选择出第一套码本中的列向量
以及相应的
之后，用户终端uk将
在第一套码本中的向量序号和
反馈给基站。
步骤202基站根据各用户终端反馈的列向量序号，恢复出各用户终端选择出的第一套码本中的列向量。
基站收到了各用户终端反馈的CQI值和列向量序号以后，恢复出各用户终端选择出的第一套码本中的列向量。比如，根据用户终端uk反馈的列向量序号是2，则恢复出使用户终端uk获得最大预编码增益的列向量为v2。
步骤203基站根据各用户终端选择出的第一套码本中的列向量及各用户终端反馈的CQI值，从各用户终端中确定出一组待预编码的用户终端及其相应的最佳酉矩阵。
本实施例中，基站的调度方法是由反馈的CQIk以及恢复出的第一套码本中的向量
所构造的调度代价函数来进行调度。调度代价函数如公式(4)所示 l＝1，...，L2(4) 其中，调度代价函数物理意义为系统的总容量值，具体地，
为用户终端u1反馈的CQI值，
为根据用户终端uk反馈的列向量序号恢复出的第一套码本中的列向量，
是
的复共轭转置矩阵，wl∈W，l＝1，...，L2为第二套码本W中的第l个酉矩阵，L2为第二码本W中的酉矩阵总数，[wl]k表示wl的第k个列向量。调度原则是选取使得调度代价函数最大的用户{u1，...，uK}SCH作为发送用户，同时选取第二套码本中的一个酉矩阵w作为这些用户的发送预编码矩阵。如公式(5)所示 {w，u1，...，uK}＝argmax(f)(5) 对于本实施例中包含有L2个酉矩阵的第二套码本而言，要分别针对每一个酉矩阵对每一个用户终端进行遍历，找出使得(5)式最大的用户终端和预编码矩阵w。第二套码本中的酉矩阵大小为M×M，则由酉矩阵确定的预编码矩阵中，最多支持M个待预编码的用户终端同时进行预编码并发送数据。当待预编码的用户终端的个数等于发送天线个数时，w为第二套码本中的一个酉矩阵，若待预编码的用户终端的个数小于发送天线个数M时，w为第二套码本中的一个酉矩阵的一个子矩阵，w包含了酉矩阵中的部分列向量，其个数等于待预编码的用户终端的个数。本实施例为方便说明，假设需要在各用户终端u1，...，uK中选择出M个待预编码的用户终端。针对每一个酉矩阵遍历每一个用户终端的方法有多种，在实现时，可根据复杂度和结果精确度的折中，采用一些简单的遍历方法，比如，对于任一个包含了M个预编码向量的酉矩阵wl＝[t1，t2，...，tM]l＝1，...，L2，在遍历每一个用户终端u′1，...，u′N时，可如表3所示，可先从t1列向量开始，对每一个用户终端u′n计算
n＝1，2......N，记下计算结果最大值所在的行，该行即为在采用wl里的一列t1作为一个预编码向量时，选择出的对应的一个待预编码的用户终端u1，接着如上述步骤处理列向量t2，此时，不再考虑已选择出的待预编码的用户终端，可将待预编码的用户终端所对应的行的所有值置零。以此类推，直到找出K个不同的用户终端{u1，...，uK}SCH。将选择出的待预编码用户终端代入公式(4)得到采用这组用户进行发送且采用酉矩阵wl作为预编码矩阵时的系统容量。
表格3 以上为针对一个酉矩阵遍历每一个用户终端的方法，对于第二套码本中的每一个酉矩阵均要遍历每一个用户终端，最终得到相应的系统容量值，在对码本W＝{w1，...，wL2}中的L2个预编码矩阵完成遍历运算后，选取出系统容量最大的预编码矩阵以及其对应的一组待预编码的用户终端。
步骤204基站对确定出的一组待预编码的用户终端{u1，...，uK}SCH的数据进行预编码，并将该组用户终端的预编码矩阵w在第二套码本中的序号通知用户终端。
本实施例中，基站在选出待预编码的用户终端及其采用的预编码矩阵后，对这些用户终端的数据进行预编码，也就是将预编码矩阵w中的第l个列向量作为该组第l个用户终端的预编码向量，各个预编码向量分别与该用户终端上对应的发送天线上的数据进行相乘，将预编码后的数据时行合并后发送，基站还将预编码矩阵在第二套码本中的序号告知{u1，...，uK}SCH中的各个用户终端，以供各个用户终端进行检测使用。步骤205为用户终端检测接收数据的过程。
步骤205每个待预编码用户终端根据接收到的预编码矩阵序号和接收到的预编码后的数据，进行MIMO检测。
本实施例中，对于用户终端uk，其接收到的数据yk为 yk＝Hkws+nk，k＝1，...，K(6) 其中， 公式(6)中nk为用户终端uk接收到的加性高斯白噪声，服从CN(0，N0)的分布。pk为第k个数据流的发送功率；p0为所有数据流的发送总功率；s为发送信号向量，包含K个用户终端的数据流；w为M×K维的预编码矩阵，包含K个预编码向量，[.]T表示信道转置。
{u1，...，uK}SCH中的每个用户终端根据基站通知的发送预编码所采用的预编码矩阵在第二套码本中的序号，得到预编码矩阵w，则用户终端在信道估计得到Hk后，可以计算出预编码后的信道 本实施例采用现有技术中的MMSE准则，得到用户终端uk的线性转换矩阵如公式(8)所示 其中，表示预编码后的信道的第k个列向量，IN为单位矩阵。
若本实施例采用LMMSE检测方法，可以得到用户终端uk检测出的数据k＝1，...，K。
若本实施例是根据特殊的导频设计将预编码后的信道矩阵估出时，则步骤204不需要由基站向用户终端通知预编码矩阵w在第二套码本中的序号用户终端。而步骤205改为每个待预编码用户终端根据特殊导频估出的预编码后的信道矩阵和接收到的预编码后的数据，进行MIMO检测。
本实施例中，每个用户终端只需要反馈一个CQI值和一个序号值，并且在基站端不会存在配对失效的情况，同时能获得很好的性能。
而如果在TDD系统下信道具有互易性时，即认为各用户的上下行的信道信息是一样的，在基站端通过用户上行链路可获知移动台下行的信道信息，因此可将步骤201中用户终端的操作放在基站来进行，具体为基站根据各用户终端的上行信道，从第一套码本中选择出使得各自预编码增益最大的列向量以及计算其对应的CQI值，从而减少了反馈这一环节。而后，不需要执行步骤202，而直接利用这一向量在第二套码本中找出最优的酉矩阵和待预编码的一组用户，从而减少了向量恢复环节，其他步骤跟本实施例中相同。
当然，本实施例也不限于通过动态调度，在确定出待预编码的用户终端的同时确定出待编码用户中的最佳酉矩阵，即预编码矩阵，也可以通过其他方式先确定待编码的用户终端，再根据待编码的用户终端得到的第一码本中的向量和相应的CQI值，从第二码本中确定最佳酉矩阵。
具体地，对于预先设置待预编码的用户终端的场合，设所述预先设置的用户终端u1，...，uN得到的所述第一码本中的向量为
...，
相应的CQI值为
...，
则步骤203为利用预先设置的用户终端得到的第一码本中的向量和所述相应的CQI值构造出选择代价函数，l＝1，...，L2，遍历第二码本中的每个酉矩阵，从第二码本中选择使得所述选择代价函数最大的一个酉矩阵。其他步骤的操作与上述实施例相同。
而对于在确定预编码矩阵之前，已经确定出待预编码的用户终端的场合，设预先选择出的一组待预编码的用户终端为{u1，...，uK}SCH，则步骤203为利用已选择出的一组用户终端{u1，...，uK}SCH中的各个用户终端得到的第一码本中的向量和所述相应的CQI值，构造调度代价函数l＝1，...，L2，遍历第二码本中的每个酉矩阵，从第二码本中选择使得所述调度代价函数最大的一个酉矩阵。其他步骤的操作与上述实施例相同。
另外，本实施例中第一套码本与第二套码本均以列向量作为预编码向量为例进行说明，当然也可以采用行向量的表现形式。对第一套码本各向量、第二套码本中各矩阵及对各组用户终端的遍历方法可采用现有技术中多种遍历方法。每个用户终端向基站也可以反馈一个CQI值和表征第一套码本中的一个向量的其它信息或该向量。
图3为本发明实施例采用的预编码系统结构示意图，该系统包括设置第一码本和第二码本的基站320和至少一个用户终端310； 每一个用户终端310利用信道矩阵，在第一码本中选择出一个使得所述用户终端获得最大预编码增益的向量；根据选择出的第一码本中的向量，计算相应的CQI值，将所述CQI值及选择出的第一码本中的向量发送给基站。
基站320确定待预编码的用户终端，并根据待预编码的用户终端310得到的第一码本中的向量和所述相应的CQI值，从第二码本选择出一个酉矩阵，或者根据所述每一个用户终端得到的所述第一码本中的向量和所述相应的CQI值，从第二码本选择出一个酉矩阵并确定出待预编码的用户终端；将酉矩阵或其子矩阵作为预编码矩阵，对待预编码的用户终端使用预编码矩阵进行预编码。
用户终端310包括 向量选择模块311，利用信道矩阵，在第一码本中选择出一个使得所述用户终端获得最大预编码增益的向量。
CQI值计算模块312，用于根据选择出的第一码本中的向量，计算相应的CQI值。
向量选择模块311包括 第一计算单元313，用于用户终端uk遍历第一码本中的每个向量，按照公式||Hkvi||2，i＝1，...，L1，计算采用每个所述向量进行预编码时的预编码增益，其中，Hk为用户终端uk的MIMO信道矩阵，vi表示用户终端uk遍历的第一码本中的向量。
选择单元314，用于根据所述计算模块得到的计算结果，选择出一个使得所述计算结果最大的向量。
CQI值计算模块312包括 获取单元315，用于获取所述向量选择模块311选择出的第一码本中的向量
第二计算单元316，用于按照公式计算所述获取模块得到的
相应的CQI值，其中，σ2表示噪声方差。
基站320包括 编码预处理模块321，在预先确定待预编码的用户终端时，用于确定待预编码的用户终端，并根据所述待预编码的用户终端得到的所述第一码本中的向量和所述相应的CQI值，从第二码本选择出一个使得系统容量最大的酉矩阵，在未确定待预编码的用户终端时，用于根据每一个用户终端得到的所述第一码本中的向量和所述相应的CQI值，从第二码本选择出一个使得系统容量最大的酉矩阵并确定出待预编码的用户终端。
预编码模块322，用于将所述编码预处理模块321得到的酉矩阵或其子矩阵作为预编码矩阵，对各个用户终端使用所述预编码矩阵进行预编码。
对于不使用调度的场合，编码预处理321包括 第一代价函数构造单元323，用于利用各个预先设置的用户终端u1，...，uN得到的所述第一码本中的向量
...，
和所述相应的CQI值
...，
构造选择代价函数l＝1，...，L2，其中，
用户终端un选择出的第一码本中的向量
的复共轭转置矩阵，wl为第二码本W中的第l个酉矩阵，L2为第二码本W中的酉矩阵总数，[wl]n表示wl的第n个列向量。
第一矩阵选择单元324，用于遍历第二码本中的每个酉矩阵，从第二码本中选择使得所述第一代价函数构造模块323中的选择代价函数最大的一个酉矩阵。
对于预先确定出待预编码的用户终端时，编码预处理模块包括 调度单元，用于通过动态调度，预先选择出的一组待预编码的用户终端{u1，...，uK}SCH。
第二代价函数构造单元，用于利用所述调度单元选择出一组用户终端{u1，...，uK}SCH中的各个用户终端u1，...，uK得到的所述第一码本中的向量
...，
和所述相应的CQI值
...，
构造调度代价函数l＝1，...，L2，其中，
用户终端uk选择出的第一码本中的向量
的复共轭转置矩阵，wl为第二码本W中的第l个酉矩阵，L2为第二码本W中的酉矩阵总数，[wl]k表示wl的第k个列向量； 第二矩阵选择单元，用于遍历第二码本中的每个酉矩阵，从第二码本中选择使得所述第二代价函数构造单元中的调度代价函数最大的一个酉矩阵。
第二矩阵选择单元，用于遍历第二码本中的每个酉矩阵，从第二码本中选择使得所述第二代价函数构造单元中的调度代价函数最大的一个酉矩阵。
对于在调度中确定出预编码矩阵的场合，编码预处理模块包括 遍历模块，用于遍历第二码本中的每一个酉矩阵，针对每一个酉矩阵遍历每一个待调度的用户终端。
第三矩阵选择单元，用于根据所述遍历模块得到的结果，选择出使得所述调度代价函数l＝1，...，L2，最大的一组待预编码的用户终端{u1，...，uK}SCH和相应的一个酉矩阵，其中，
用户终端uk选择出的第一码本中的向量
的复共轭转置矩阵，wl为第二码本W中的第l个酉矩阵，L2为第二码本W中的酉矩阵总数，[wl]k表示wl的第k个列向量。
基站还可以包括 发送模块，用于将所述矩阵选择模块选择出的酉矩阵或酉矩阵在所述第二码本中的序号发送给各个用户终端；或根据特殊的导频设计将预编码后的信道矩阵估出。
如果在TDD系统下信道具有互易性时，可以由基站根据各用户终端的上行信道，从第一套码本中选择出使得各自预编码增益最大的列向量以及计算其对应的CQI值，这时向量选择模块和CQI值计算模块位于基站中，具体如图4所示。图4为在信道具有互易性的TDD系统中的预编码系统，该系统包括设置第一码本和第二码本的基站400和至少一个用户终端450，第二码本为第一码本生成的酉矩阵集合。其中，基站400包括 向量选择模块410，利用MIMO上行信道矩阵，在第一码本中选择出一个使得所述用户终端获得最大预编码增益的向量。
CQI值计算模块420，用于根据选择出的第一码本中的向量，计算相应的CQI值。
编码预处理模块430，在预先确定待预编码的用户终端时，根据向量选择模块410得到的待预编码的用户终端对应的第一码本中的向量和CQI值计算模块420得出的相应的CQI值，从第二码本选择出一个使得系统容量最大的酉矩阵；在未预先确定待预编码的用户终端时，根据向量选择模块410得到的每一个用户终端对应的第一码本中的向量和CQI值计算模块420得出的相应的CQI值，从第二码本选择出一个使得系统容量最大的酉矩阵，同时确定出待预编码的用户终端。
预编码模块440，将编码预处理模块430得到的酉矩阵或其子矩阵作为预编码矩阵，对各个用户终端使用所述预编码矩阵进行预编码。
向量选择模块410的内部结构与图3用户终端中的向量选择模块311相同，也包括第一计算单元和选择单元，CQI值计算模块420的内部结构也与图3用户终端中的CQI值计算模块312相同，包括第二计算单元和获取单元。编码预处理模块430也与图3中的编码预处理模块321相同，对于不使用调度的场合、对于在调度中确定出预编码矩阵的场合或对于预先确定出待预编码的用户终端的场合，具有不同的内部结构，这里不一一赘述。
当然，本实施例中提供的用户终端及基站内部的结构是功能模块，在实现时，可以合并或做进一步细分，并可位于不同的物理结构中。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块并不一定是实施本发明所必须的。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
权利要求的内容记载的方案也是本发明实施例的保护范围。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例方法中的全部或部分处理是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种预编码方法，其特征在于，在基站和用户终端设置第一码本和第二码本，所述第二码本是由第一码本中的向量生成的酉矩阵集合，该方法还包括
利用信道矩阵，在第一码本中为每一个用户终端分别选择出使得该用户终端获得最大预编码增益的向量；根据选择出的第一码本中的向量，计算相应的信道质量指示信息CQI值；
基站确定待预编码的用户终端，根据所述待预编码的用户终端对应的所述第一码本中的向量和所述相应的CQI值，从第二码本选择出一个酉矩阵，或者基站根据所述每一个用户终端对应的所述第一码本中的向量和所述相应的CQI值，从第二码本选择出一个酉矩阵并确定出待预编码的用户终端；
基站将所述酉矩阵或其子矩阵作为预编码矩阵，对所述待预编码的用户终端使用所述预编码矩阵进行预编码。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在第一码本中为每一个用户终端选择出一个使得该用户终端获得最大预编码增益的向量包括遍历第一码本中的每个向量，按照公式||Hkvi||2，i＝1，...，L1计算采用每个所述向量进行预编码时的预编码增益，vi表示第一码本中的第i个列向量；根据计算结果，选择出一个使得所述计算结果最大的向量i＝1，...，L1并记下该向量在第一码本中的序号i_uk，其中，Hk为任一用户终端uk的MIMO下行信道矩阵或为在信道互易的TDD系统中任一用户终端uk的MIMO上行信道矩阵。
3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，设Hk为任一用户终端uk的MIMO下行信道矩阵或为在信道互易的TDD系统中用户终端uk的MIMO上行信道矩阵，
表示选择出的第一码本中的向量，所述计算相应的CQI值包括按照公式计算得到
相应的CQI值，其中，σ2表示噪声方差。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基站确定待预编码的用户终端包括根据预先设置或动态调度，确定出待预编码的用户终端；
所述从第二码本中选择出一个酉矩阵包括利用所述待预编码的用户终端得到的所述第一码本中的向量和相应的CQI值，从第二码本中选择出一个使得系统容量最大的酉矩阵。
5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基站确定待预编码的用户终端为预先设置的用户终端u1，...，uN，设所述预先设置的用户终端u1，...，uN得到的所述第一码本中的向量为
...，
相应的CQI值为
...，
所述从第二码本中选择出一个使得系统容量最大的酉矩阵包括利用预先设置的用户终端得到的所述第一码本中的向量和所述相应的CQI值，构造选择代价函数l＝1，...，L2，遍历第二码本中的每个酉矩阵，从第二码本中选择使得所述选择代价函数最大的一个酉矩阵，其中，
为用户终端un选择出的第一码本中的向量
的复共轭转置矩阵，wl为第二码本W中的第l个酉矩阵，L2为第二码本W中的酉矩阵总数，[wl]n表示wl的第n个列向量。
6、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基站确定待预编码的用户终端为通过动态调度，预先选择出一组待预编码的用户终端{u1，...，uK}SCH，
所述从第二码本中选择出一个使得系统容量最大的酉矩阵包括利用已选择出的一组用户终端{u1，...，uK}SCH中各个用户终端u1，...，uK得到的所述第一码本中的向量
...，
和所述相应的CQI值
...，
构造调度代价函数l＝1，...，L2，遍历第二码本中的每个酉矩阵，从第二码本中选择使得所述调度代价函数最大的一个酉矩阵，其中，
用户终端uk选择出的第一码本中的向量
的复共轭转置矩阵，wl为第二码本W中的第l个酉矩阵，L2为第二码本W中的酉矩阵总数，[wl]k表示wl的第k个列向量。
7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从第二码本中选择出一个酉矩阵包括利用所述每一个用户终端对应的所述第一码本中的向量和所述相应的CQI值，从第二码本中选择出一个使得系统容量最大的酉矩阵，同时确定出待预编码的用户终端。
8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
所述从第二码本中选择出一个使得系统容量最大的酉矩阵，同时确定出待预编码的用户终端包括遍历第二码本中的每一个酉矩阵，针对每一个酉矩阵遍历每一个用户终端，选择出使得所述调度代价函数最大的一组待预编码的用户终端{u1，...，uK}SCH和相应的一个酉矩阵。
9、根据权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的方法，其特征在于，在所述基站根据所述待预编码的用户终端得到的所述第一码本中的向量之前进一步包括接收待预编码的用户终端反馈的第一码本中的向量或接收待预编码的用户终端反馈的第一码本中的向量序号，根据所述向量序号恢复出第一码本中的向量。
10、根据权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的方法，其特征在于，在对各个用户终端使用所述预编码矩阵进行预编码后，进一步包括基站将选择出的酉矩阵或酉矩阵在所述第二码本中的序号发送给各个待预编码的用户终端；或根据特殊的导频设计将预编码后的信道矩阵估出。
11、根据权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的方法，其特征在于，所述第一码本为格拉斯曼(Grassmanian)码本或信道矢量量化码本。
12、一种预编码系统，其特征在于，该系统包括设置第一码本和第二码本的基站和至少一个用户终端，所述第二码本为第一码本生成的酉矩阵集合；
每一个所述用户终端利用MIMO下行信道矩阵，在第一码本中选择出一个使得所述用户终端获得最大预编码增益的向量；根据选择出的第一码本中的向量，计算相应的CQI值；
所述基站确定待预编码的用户终端，根据所述待预编码的用户终端得到的所述第一码本中的向量和所述相应的CQI值，从第二码本选择出一个酉矩阵，或者根据所述每一个用户终端得到的所述第一码本中的向量和所述相应的CQI值，从第二码本选择出一个酉矩阵并确定出待预编码的用户终端；将所述酉矩阵或其子矩阵作为预编码矩阵，对所述待预编码的用户终端使用所述预编码矩阵进行预编码。
13、根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述用户终端包括
向量选择模块，用于利用信道矩阵，在第一码本中选择出一个使得所述用户终端获得最大预编码增益的向量；
CQI值计算模块，用于根据选择出的第一码本中的向量，计算相应的CQI值。
14、根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述向量选择模块包括
第一计算单元，用于用户终端uk遍历第一码本中的每个向量，按照公式||Hkvi||2，i＝1，...，L1，计算采用每个所述向量进行预编码时的预编码增益，其中，Hk为用户终端uk的MIMO下行信道矩阵，vi表示用户终端uk遍历的第一码本中的向量；
选择单元，用于根据所述计算模块得到的计算结果，选择出一个使得所述计算结果最大的向量。
15、根据权利要求13或14所述的系统，其特征在于，所述CQI值计算模块包括
获取单元，用于获取所述向量选择模块选择出的第一码本中的向量
第二计算单元，用于按照公式计算所述获取模块得到的
相应的CQI值，其中，σ2表示噪声方差。
16、根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述基站包括
编码预处理模块，在预先确定待预编码的用户终端时，用于根据已确定的所述待预编码的用户终端得到的所述第一码本中的向量和所述相应的CQI值，从第二码本选择出一个使得系统容量最大的酉矩阵；在未预先确定待预编码的用户终端时，用于根据所述每一个用户终端得到的所述第一码本中的向量和所述相应的CQI值，从第二码本选择出一个使得系统容量最大的酉矩阵，同时确定出待预编码的用户终端；
预编码模块，用于将所述编码预处理模块得到的酉矩阵或其子矩阵作为预编码矩阵，对各个用户终端使用所述预编码矩阵进行预编码。
17、根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述编码预处理模块包括
第一代价函数构造单元，用于利用所述各个预先设置的用户终端u1，...，uN得到的所述第一码本中的向量
...，
和所述相应的CQI值
...，
构造选择代价函数l＝1，...，L2，其中，
用户终端un选择出的第一码本中的向量
的复共轭转置矩阵，wl为第二码本W中的第l个酉矩阵，L2为第二码本W中的酉矩阵总数，[wl]n表示wl的第n个列向量；
第一矩阵选择单元，用于遍历第二码本中的每个酉矩阵，从第二码本中选择使得所述第一代价函数构造单元中的选择代价函数最大的一个酉矩阵。
18、根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述编码预处理模块包括
调度单元，用于通过动态调度，预先选择出的一组待预编码的用户终端{u1，...，uK}SCH；
第二代价函数构造单元，用于利用所述调度单元选择出一组用户终端{ul，...，uK}SCH中的各个用户终端u1，...，uK得到的所述第一码本中的向量
...，
和所述相应的CQI值
...，
构造调度代价函数l＝1，...，L2，其中，
用户终端uk选择出的第一码本中的向量
的复共轭转置矩阵，wl为第二码本W中的第l个酉矩阵，L2为第二码本W中的酉矩阵总数，[wl]k表示wl的第k个列向量；
第二矩阵选择单元，用于遍历第二码本中的每个酉矩阵，从第二码本中选择使得所述第二代价函数构造单元中的调度代价函数最大的一个酉矩阵。
19、根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述编码预处理模块包括
遍历单元，用于遍历第二码本中的每一个酉矩阵，针对每一个酉矩阵遍历每一个待调度的用户终端；
第三矩阵选择单元，用于根据所述遍历单元得到的结果，选择出使得所述调度代价函数l＝1，...，L2，最大的一组待预编码的用户终端{u1，...，uK}SCH和相应的一个酉矩阵，其中，
为用户终端uk选择出的第一码本中的向量
的复共轭转置矩阵，wl为第二码本W中的第l个酉矩阵，L2为第二码本W中的酉矩阵总数，[wl]k表示wl的第k个列向量。
20、根据权利要求16、17、18或19所述的系统，其特征在于，所述基站进一步包括
发送模块，用于将所述编码预处理模块选择出的酉矩阵或酉矩阵在所述第二码本中的序号发送给各个待预编码的用户终端。
21、一种预编码系统，其特征在于，该系统包括设置第一码本和第二码本的基站和至少一个用户终端，所述第二码本为第一码本生成的酉矩阵集合；所述基站包括
向量选择模块，用于利用MIMO上行信道矩阵，在第一码本中选择出一个使得所述用户终端获得最大预编码增益的向量；
CQI值计算模块，用于根据选择出的第一码本中的向量，计算相应的CQI值；
编码预处理模块，在预先确定待预编码的用户终端时，用于根据向量选择模块得到的所述待预编码的用户终端对应的所述第一码本中的向量和所述CQI值计算模块得出的相应的CQI值，从第二码本选择出一个使得系统容量最大的酉矩阵；在未预先确定待预编码的用户终端时，用于根据向量选择模块得到的所述每一个用户终端对应的所述第一码本中的向量和所述CQI值计算模块得出的相应的CQI值，从第二码本选择出一个使得系统容量最大的酉矩阵，同时确定出待预编码的用户终端；
预编码模块，用于将所述编码预处理模块得到的酉矩阵或其子矩阵作为预编码矩阵，对各个用户终端使用所述预编码矩阵进行预编码。
22、根据权利要求21所述的系统，其特征在于，所述向量选择模块包括
第一计算单元，用于遍历第一码本中的每个向量，按照公式||Hkvi||2，i＝1，...，L1，计算采用每个所述向量进行预编码时的预编码增益，其中，Hk为用户终端uk的MIMO上行信道矩阵，vi表示用户终端uk遍历的第一码本中的向量；
选择单元，用于根据所述计算模块得到的计算结果，选择出一个使得所述计算结果最大的向量。
23、根据权利要求21或22所述的系统，其特征在于，所述CQI值计算模块包括
获取单元，用于获取所述向量选择模块选择出的第一码本中的向量
第二计算单元，用于按照公式计算所述获取模块得到的
相应的CQI值，其中，σ2表示噪声方差。
全文摘要
本发明实施例公开了一种预编码方法，该方法包括在基站和用户终端设置第一码本和第二码本，第二码本是由第一码本中的向量生成的酉矩阵集合，利用信道矩阵，在第一码本中为每一个用户终端分别选择出使得该用户终端获得最大预编码增益的向量并计算相应CQI值；基站确定待预编码的用户终端，根据待预编码的用户终端对应第一码本中的向量和相应CQI值，从第二码本选择出一个酉矩阵，或根据每个用户终端对应的第一码本中的向量和相应CQI值，从第二码本选择出一个酉矩阵并确定出待预编码的用户终端；将酉矩阵或其子矩阵作为预编码矩阵，对待预编码的用户终端进行预编码。本发明实施例还公开了一种预编码系统。应用本发明能够避免多个用户终端间的配对失败。
文档编号H04L1/06GK101286824SQ200810056808
公开日2008年10月15日 申请日期2008年1月24日 优先权日2008年1月24日
发明者李立华, 平 张, 舒 方, 平 武, 陶小峰, 华 周 申请人:北京邮电大学, 富士通株式会社