专利名称：一种实现预编码的方法及预编码矩阵的生成方法
技术领域：
本发明涉及通信系统预编码技术，尤指一种在采用单用户的空间复用(SU-MIMO，single user MIMO)技术的终端与基站之间实现预编码的方法及确定预编码矩阵的生成方法。
背景技术：
在无线通信中，如果在发送端和接收端都采用多根天线收发，那么，可以采用空间复用技术来获取更高的数据速率，即在发射端使用相同的时频资源发送多个数据流，而在接收端可以通过信道估计得到信道系数矩阵，进而解调出各个数据流上的数据。
预编码(Precoding)技术，是一种利用信道状态信息(CSI，Channel StatusInformation)在发射端对信号进行预处理，以提高多天线系统性能的技术。图1为现有采用预编码的多输入多输出(MIMO，Multiple Input Multiple Output)通信系统的架构示意图，如图1所示，发射端需要基于CSI信息对信号进行预编码，发射端获取CSI的一种途径是通过接收端的反馈。为了降低反馈开销，一般采用的方式是在接收端和发射端保存相同的码书(codebook)即预编码矩阵集。接收端根据当前信道状况，在码书中选择适合的预编码矩阵并将其在集合中的预编码矩阵索引反馈回发射端，发射端根据反馈的预编码矩阵索引找到预编码矩阵，并对发送信号进行预编码。数据预编码的数学模型为y＝HWs+n，其中y为接收信号矢量，H为信道系数矩阵，W为预编码矩阵，s为信号矢量，n为噪声矢量。通常发射端到接收端的方向是指下行方向。
在LTE系统的下一代演进系统(LTE-Advanced，Long TermEvolution-Advanced系统，简称LTE-A系统)中，为了获得更高的数据速率，LTE-A系统上行使用了单用户的空间复用(SU-MIMO，single user MIMO)技术，此时，终端作为发射端，而基站作为接收端，发射端到接收端的方向为上行方向。
LTE-Advanced系统的终端可以支持多发送天线如4根天线，目前，终端按照基站选定的预设的预编码矩阵进行预编码处理，多根天线都处于开启状态。对于终端来讲，由于用户手握方式、天线极化方向等因素的影响，在多根天线中，有的天线可能会处在阴影区。由于处在阴影区的天线发出的信号会产生很大的衰减，因此在这些天线上发送信号的效率很低，此时，如果这些天线的功率放大器(PA，Power Amplifier，简称为功放)还处于开启状态，会造成资源的浪费。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种实现预编码的方法，能够提高多天线发送信号的效率，节约资源。
本发明的另一目的在于提供一种预编码矩阵的生成方法，能够提高多天线发送信号的效率，节约资源。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的 一种实现预编码的方法，该方法包括 在发射端和接收端保存预编码矩阵集； 接收端选择预编码矩阵并将其索引通知给发射端； 发射端利用预编码矩阵索引对应的预编码矩阵对发送信号进行预编码。
所述选择预编码矩阵的方法为所述接收端根据测量到的发射端天线的信号质量。
所述预编码矩阵集包含具有天线选择功能的预编码矩阵，每个所述预编码矩阵在预编码矩阵集中具有自己的预编码索引。
所述预编码矩阵集中用于从M根发射天线中选择N根的预编码矩阵共X个，它们是列矢量，且其中，数学符号CMN代表从M中选择N个的组合数，而在这X个列矢量中，每个列矢量中有N个元素取值为非0，(M-N)个元素取值为0，且在这X个列矢量中，各个列矢量中非0元素的位置不完全相同。
所述预编码矩阵进一步再乘上功率调整因子得到最终预编码矩阵，且所述功率调整因子为
或
或
所述发射端为LTE系统的下一代演进系统中的终端，所述接收端为LTE系统的下一代演进系统中的基站。
所述终端支持4根发送天线； 所述预编码矩阵集包括选择1根天线的预编码矩阵，和/或选择2根天线的预编码矩阵，和/或选择3根天线的预编码矩阵，其中， 选择1根天线的预编码矩阵分别是 选择2根天线的预编码矩阵分别是 选择3根天线的预编码矩阵分别是 所述预编码矩阵进一步再乘上一个功率调整因子A后的预编码矩阵，包括选择1根天线的预编码矩阵，和/或选择2根天线的预编码矩阵，和/或选择3根天线的预编码矩阵，其中， 选择1根天线的预编码矩阵分别是 或者， 选择2根天线的预编码矩阵分别是 或者， 选择3根天线的预编码矩阵分别是 或者， 一种预编码矩阵的生成方法，包括预编码矩阵为具有天线选择的预编码矢量与功率调整因子相乘得到。
所述功率调整因子的取值可以为
或
或
如果天线功放的动态范围显示的最大发射功率能够达到发射端的总功率，或者终端在选择一根天线之前没有以最大功率发射，则所述功率调整因子为1。
，所述预编码矩阵包括选择1根天线的预编码矩阵，和/或选择2根天线的预编码矩阵，和/或选择3根天线的预编码矩阵，其中， 选择1根天线的预编码矩阵分别是 选择2根天线的预编码矩阵分别是 选择3根天线的预编码矩阵分别是 所述预编码矩阵应用于LTE系统的下一代演进系统中的基站和/或终端中。
所述预编码矩阵进一步再乘上一个功率调整因子A后的预编码矩阵，包括选择1根天线的预编码矩阵，和/或选择2根天线的预编码矩阵，和/或选择3根天线的预编码矩阵，其中， 选择1根天线的预编码矩阵分别是 或者， 选择2根天线的预编码矩阵分别是 或者， 选择3根天线的预编码矩阵分别是 或者， 从上述本发明提供的技术方案可以看出，在发射端和接收端预先设置预编码矩阵集；接收端根据测量到的发射端天线的信号质量，选择预编码矩阵并将其索引并通知给发射端；发射端利用预编码矩阵索引对应的预编码矩阵对发送信号进行预编码。预编码矩阵集中的预编码矩阵具有天线选择功能，这样，实现了根据天线信号质量，选择天线信号质量好的天线进行发射，而将天线信号质量差的天线关闭，提高了多天线发送信号的效率，节约了资源。
图1为现有采用预编码的MIMO通信系统的架构示意图； 图2为实现预编码的方法的流程图。
具体实施例方式 图2为实现预编码的方法的流程图，如图2所示，本发明方法包括 步骤200在发射端和接收端保存预编码矩阵集。
本步骤中，预编码矩阵集中的预编码矩阵具有天线选择功能，组成具有天线选择功能的预编码矩阵集，从而可以关闭处在阴影区域的、发送信号的效率很低的天线的PA。而且每个预编码矩阵在预编码矩阵集中具有自己的预编码索引。
具有天线选择功能的预编码矩阵集(即码本)中用于从M根发射天线中选择N根的预编码矩阵共X个，它们是列矢量，且其中，数学符号CMN代表从M中选择N个的组合数，而在这X个列矢量中，每个列矢量中有N个元素取值为非0，(M-N)个元素取值为0，且在这X个列矢量中，各个列矢量中非0元素的位置不完全相同。
以LTE-Advanced系统的终端可以支持4发送天线为例，本步骤中的预编码矩阵集应该包括选择1根天线的预编码矩阵、和/或选择2根天线的预编码矩阵，和/或选择3根天线的预编码矩阵，其中， 选择1根天线的预编码矩阵分别是表示第1根天线被选择的预编码矩阵表示第2根天线被选择的预编码矩阵表示第3根天线被选择的预编码矩阵表示第4根天线被选择的预编码矩阵 选择2根天线的预编码矩阵分别是 选择3根天线的预编码矩阵分别是 步骤201接收端选择预编码矩阵并将其索引并通知给发射端。
对于接收端，可以根据测量到的发送端天线的信号质量来选择预编码矩阵，即接收端通过测量信道质量，获得表征天线收发信号的天线信号质量的一些参数，比如信噪比等，如何获取以及采用哪些参数属于本领域技术人员惯用技术手段，这里不再赘述。如果天线信号质量优于预设门限值，则该天线被选择，对应预编码矩阵中的元素为非0；如果天线信号质量劣于预设门限值，则该天线不被选择，对应预编码矩阵中的元素为0，从而选择出预编码矩阵。以信噪比为例，如果检测出天线接收到的信号的信噪比大于预设目标信噪比，则认为天线信号质量优于预设门限值，如果检测出天线接收到的信号的信噪比小于预设目标信噪比，则认为天线信号质量劣于预设门限值。
步骤202发射端利用预编码矩阵索引对应的预编码矩阵对发送信号进行预编码。本步骤的具体实现属于本领域技术人员惯用技术手段，这里不再赘述。
另外，对于发射端(终端)来讲，其最大发射功率(Pmax)是一定的，各个天线的PA的发射功率的总和不能超过Pmax，以LTE-Advanced系统的终端可以支持4发送天线为例，即P1+P2+P3+P4＜＝Pmax。这样，在4根天线同时使用时，每根天线的功放的最大发射功率只要满足为Pmax/4就可以使终端的最大发射功率达到Pmax。但是，如果采用本发明预编码矩阵，当对天线进行选择发送后，在只有1根天线被选择时，这根被选择的天线的功放的发射功率需要达到Pmax，但此时功放的动态范围(即最大/最小输出功率)可能没办法达到此发射功率的要求。如果采用大动态范围的功放，虽然能满足发射功率的要求，但功放的动态范围直接影响其成本，进而影响终端的成本。
因此，为了降低成本，本发明步骤200中的预编码矩阵进一步地，可以再乘与一个功率调整因子A。功率调整因子A的取值只需要满足被选择的天线的PA的发送功率在既兼顾成本又保证功放效率的功放的动态范围内即可。按照经验可得功率调整因子A可以为
或
或
本发明还提出一种预编码矩阵的生成方法，根据被选择的天线的功率放大器的发送功率的动态范围，确定预编码的功率调整因子A；在只选择一根天线时，如果天线功放的动态范围显示的最大发射功率能够达到发射端的总功率，或者终端在选择一根天线之前没有以最大功率发射，则功率调整因子A为1，否则功率调整因子A为
或
或
以LTE-Advanced系统的终端可以支持4发送天线为例，本步骤200中加入功率调整因子A后的预编码矩阵集应该包括选择1根天线的预编码矩阵，和/或选择2根天线的预编码矩阵，和/或选择3根天线的预编码矩阵，其中， 选择1根天线的预编码矩阵分别是 或者， 选择2根天线的预编码矩阵分别是 或者， 选择3根天线的预编码矩阵分别是 或者， 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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种实现预编码的方法，其特征在于，该方法包括
在发射端和接收端保存预编码矩阵集；
接收端选择预编码矩阵并将其索引通知给发射端；
发射端利用预编码矩阵索引对应的预编码矩阵对发送信号进行预编码。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选择预编码矩阵的方法为所述接收端根据测量到的发射端天线的信号质量。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预编码矩阵集包含具有天线选择功能的预编码矩阵，每个所述预编码矩阵在预编码矩阵集中具有自己的预编码索引。
4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预编码矩阵集中用于从M根发射天线中选择N根的预编码矩阵共X个，它们是列矢量，且其中，数学符号CMN代表从M中选择N个的组合数，而在这X个列矢量中，每个列矢量中有N个元素取值为非0，(M-N)个元素取值为0，且在这X个列矢量中，各个列矢量中非0元素的位置不完全相同。
5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预编码矩阵进一步再乘上功率调整因子得到最终预编码矩阵，且所述功率调整因子为
或
或
6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发射端为LTE系统的下一代演进系统中的终端，所述接收端为LTE系统的下一代演进系统中的基站。
7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述终端支持4根发送天线；
所述预编码矩阵集包括选择1根天线的预编码矩阵，和/或选择2根天线的预编码矩阵，和/或选择3根天线的预编码矩阵，其中，
选择1根天线的预编码矩阵分别是
选择2根天线的预编码矩阵分别是
选择3根天线的预编码矩阵分别是
8、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预编码矩阵进一步再乘上一个功率调整因子A后的预编码矩阵，包括选择1根天线的预编码矩阵，和/或选择2根天线的预编码矩阵，和/或选择3根天线的预编码矩阵，其中，
选择1根天线的预编码矩阵分别是
或者，
选择2根天线的预编码矩阵分别是
或者，
选择3根天线的预编码矩阵分别是
或者，
9、一种预编码矩阵的生成方法，其特征在于，包括预编码矩阵为具有天线选择的预编码矢量与功率调整因子相乘得到。
10、根据权利要求9所述的生成方法，其特征在于，所述功率调整因子的取值可以为
或
或
11、根据权利要求9所述的生成方法，其特征在于，如果天线功放的动态范围显示的最大发射功率能够达到发射端的总功率，或者终端在选择一根天线之前没有以最大功率发射，则所述功率调整因子为1。
12、根据权利要求9所述的生成方法，其特征在于，所述预编码矩阵包括选择1根天线的预编码矩阵，和/或选择2根天线的预编码矩阵，和/或选择3根天线的预编码矩阵，其中，
选择1根天线的预编码矩阵分别是
选择2根天线的预编码矩阵分别是
选择3根天线的预编码矩阵分别是
13、根据权利要求9所述的生成方法，其特征在于，所述预编码矩阵应用于LTE系统的下一代演进系统中的基站和/或终端中。
14、根据权利要求9、10或12所述的生成方法，其特征在于，所述预编码矩阵进一步再乘上一个功率调整因子A后的预编码矩阵，包括选择1根天线的预编码矩阵，和/或选择2根天线的预编码矩阵，和/或选择3根天线的预编码矩阵，其中，
选择1根天线的预编码矩阵分别是
或者，
选择2根天线的预编码矩阵分别是
或者，
选择3根天线的预编码矩阵分别是
或者，
全文摘要
本发明提供了一种实现预编码的方法及预编码矩阵的生成方法，在发射端和接收端预先设置预编码矩阵集；接收端根据测量到的发射端天线的信号质量，选择预编码矩阵并将其索引并通知给发射端；发射端利用预编码矩阵索引对应的预编码矩阵对发送信号进行预编码。预编码矩阵集中的预编码矩阵具有天线选择功能，这样，实现了根据天线信号质量，选择天线信号质量好的天线进行发射，而将天线信号质量差的天线关闭，提高了多天线发送信号的效率，节约了资源。
文档编号H04B7/04GK101582712SQ20091008738
公开日2009年11月18日 申请日期2009年6月19日 优先权日2009年6月19日
发明者鹏 郝, 王瑜新 申请人:中兴通讯股份有限公司