码本生成方法与流程
本发明涉及无线通信领域，并且具体涉及用于单小区和多小区的多天线无线通信系统的码本生成方法。
背景技术
在无线通信领域，为了抑制信道衰落并且提高信道容量，提出了多输入多输出(mimo)技术。在使用mimo技术的无线通信系统中，通过多个发射天线和多个接收天线来进行信号的发送与接收，其中，对从各个发射天线发送的数据流进行预编码，以便抑制数据流之间的干扰。在基于码本的预编码技术中，在发送端和接收端(例如下行链路的基站和用户设备)预先存储相同的预定义码本。当发送信号时，接收端从码本中选择最优的码字并将其反馈给发送端，然后发送端使用该码字(如单用户mimo，su-mimo)或对该码字进行处理后获得的矩阵(如多用户mimo，mu-mimo)对发射符号进行预编码。现有隐式反馈和显式反馈两种方式：隐式反馈是指接收端在考虑其接收机的能力因素的情况下选择使得接收信号质量或系统容量达到最大的码字作为最优码字，并将指示最优码字的预编码矩阵指示符(pmi)反馈给发送端；显式反馈通常对应信道向量量化(cvq)的方法而与接收机能力无关，即从码本中选择与信道矩阵或信道方向最为接近的码字，并将指示该码字的信道方向指示符(cdi)反馈给发送端。在某些情况下，二者可以近似互换。已知码本(例如包括预编码矩阵码本或信道量化码本)包括：诸如3gpplte(长期演进)/lte-advanced规范release8和10中规定的闭环空间复用模式使用的码本(以下称为rel.8/10码本)或者dft码本之类的恒模码本、以及诸如grassmanian码本之类的非恒模码本。
另一方面，根据发射天线的配置方式，mimo无线通信系统可以分为发射天线被集中放置在同一地理位置的集中式天线mimo系统、以及发射天线分布在多个地理位置的分布式天线mimo系统。相比于集中式天线系统，分布式天线系统能够进一步提高系统容量并扩大信号覆盖范围，因此成为研究热点之一。然而，目前已有的码本(例如上述码本)是针对集中式天线mimo系统设计的，如果将它们直接用于分布式天线mimo系统，尤其是具有分布式天线配置的mu-mimo系统，由于传统的恒模码本无法描述各个发射天线之间接收功率的不平衡性，将会产生较大的信道量化误差，导致对信道量化误差非常敏感的mu-mimo性能严重下降。
为此，针对分布式天线mimo系统，提出了以下方法：接收端将由各个发射天线发送的信号的接收功率或幅度信息反馈给发送端，发送端根据该信息来调整恒模初始码本的各元素的模值以生成非恒模码本来对信道进行量化。以信道量化的情况为例，这种方法提高了信道量化的幅度精度，然而，由于没有考虑信道的相位，在基于初始码本生成新码本时，无论信道状况如何，初始码本码字的每个元素始终被固定地映射到同一个发射天线，因此不能提高信道量化的相位精度。
在协作多点(comp)传输系统中也存在类似的问题。一种comp的实现方式是将分布于不同位置的多个基站的发射天线视为分布式天线，以聚合pmi(aggregatedpmi)反馈来自多个基站的整体信道的预编码矩阵或量化信道。同样，如果将现有的码本直接应用于采用聚合pmi反馈的comp系统，将产生较大的信道量化误差。此外，由于协作基站的数目不确定，发射天线的数目也不确定，因此在设计comp系统的聚合码本时，码本大小会随着天线数目发生变化，这就加大了码本设计的工作量和复杂性。
因此，需要一种码本生成方法和码本生成装置，其能够以简单的方式生成码本，该码本能够应用于mimo系统，特别是具有分布式天线配置的mimo系统或comp传输系统，在各个发射天线发送的信号的接收功率不平衡的情况下减小信道量化误差，提高系统性能，尤其是mu-mimo系统的性能。
技术实现要素：
考虑到以上问题而提出了本发明。本发明的一个目的是提供一种码本生成方法、生成装置以及初始码本生成方法，当被应用于多发射天线的无线通信系统(特别是具有分布式天线配置的mimo系统或comp传输系统)时，在各个发射天线发送的信号的接收功率不平衡的情况下能够减小信道量化误差，提高系统性能，尤其是mu-mimo的性能。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于无线通信系统的码本生成方法，该无线通信系统包括多个发射天线、以及接收天线，所述方法包括：获取所述多个发射天线与接收天线之间的信道的信道状态信息的幅度或功率；以及基于所述信道状态信息的幅度或功率，将初始码本的码字的各个元素动态地映射到所述多个发射天线，以生成第一码本。
根据本发明的另一方面，提供了一种初始码本生成方法，该初始码本的码字具有多个元素，该方法包括：设置码字的预定元素，使得该元素具有预定相位分辨率；设置码字的其他元素，使得所述其他元素按照相位分辨率递增或递减的顺序排列，其中，在该初始码本中，相位分辨率相同的元素之间的排列顺序是任意的，在这里，所述相位分辨率是指初始码本中所有码字的相同位置上的元素的所有可能相位的数量。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于无线通信系统的码本生成装置，该无线通信系统包括多个发射天线、以及接收天线，所述方法包括：获取单元，获取所述多个发射天线与接收天线之间的信道的信道状态信息的幅度或功率；以及映射单元，基于所述信道状态信息的幅度或功率，将初始码本的码字的各个元素动态地映射到所述多个发射天线，以生成第一码本。
根据本发明的上述方面，在例如具有分布式天线配置的mimo系统或comp传输系统中，当来自各个发射天线的信号的接收功率不平衡时，可以简单地根据各个发射天线与接收天线之间的信道的信道状态信息调整初始码本码字的各个元素的位置以动态地映射到各个发射天线，由此生成的码本与信道状态更加匹配，从而能够减小信道量化情况下的量化误差。
附图说明
通过结合附图对本发明的实施例进行详细描述，本发明的上述和其它目的、特征、优点将会变得更加清楚，其中：
图1是示出根据本发明第一实施例的码本生成方法的流程图；
图2是示出根据本发明第一实施例的初始码本生成方法的流程图；
图3是示意性地示出根据本发明第一实施例的码本生成示例的图；
图4是示出根据本发明第一实施例的码本选择方法的流程图
图5是示出根据本发明第一实施例的无线通信系统的框图；
图6是示出图5所示的用户设备中的码本生成装置的框图；
图7是示出图5所示的用户设备中的初始码本生成单元的框图；
图8是示出图5所示的基站中的码本生成装置的框图；
图9是示出根据本发明第二实施例的无线通信系统的框图；
图10是示出图9所示的基站中的码字生成装置的框图；
图11是示出根据本发明第三实施例的无线通信系统的框图；
图12是示出根据本发明第四实施例的无线通信系统的框图。
具体实施方式
下面将参照附图来描述根据本发明实施例的码本生成方法、码本生成装置以及初始码本生成方法。在附图中，相同的参考标号自始至终表示相同的元件。应当注意，本发明适用于具有多个(例如4个或8个或更多)发射天线的无线通信系统，包括具有分布式发射天线配置的mimo系统、具有集中式发射天线配置的mimo系统以及comp传输系统。
首先，将描述根据本发明第一实施例的码本生成方法，该方法可应用于具有多个发射天线(例如，在发送端处)以及至少一个接收天线(例如，在接收端处)的无线通信系统。在下文中，为了便于说明，以下行链路通信为例，使用基站作为发送端，使用用户设备(ue)作为接收端。应当理解，也可以使用其他信号发送装置和信号接收装置(例如上行链路通信情况下的ue和基站)作为所述发送端和接收端。
根据本发明第一实施例的码本生成方法基于恒模初始码本而生成非恒模码本。简单地说，根据各个发射天线和接收天线之间的信道的信道状态信息的幅度或功率，将初始码本的元素分别动态地映射到各个发射天线，然后使用基于所述信道状态信息的幅度或功率确定的用于每个发射天线的模值缩放因子来缩放与该发射天线对应的码字元素的模值，从而生成所述非恒模码本。该方法需要在基站和用户设备中共同执行。
下面，参照图1来描述根据本发明第一实施例的码本生成方法。
如图1所示，在步骤s101，获取所述多个发射天线与接收天线之间的信道的信道状态信息的幅度或功率。
在无线通信系统中，基站可以分别通过其各个发射天线向具有一个或多个接收天线的ue发送导频信号(例如lte-a中的信道状态信息-参考信号(csi-rs))。ue通过其接收天线接收该导频信号，并且根据该导频信号测得所述多个发射天线与接收天线之间的信道的信道状态信息的幅度或功率。这样，可以确定各个发射天线与接收天线之间的信道的信道状态信息的幅度或功率的大小关系。
当在ue中执行所述方法时，ue可以测量从每个发射天线发送的导频信号的接收幅度或功率，作为所述信道状态信息的幅度或功率。可替换地，ue可以使用在每个接收天线接收到的从各个发射天线发送的导频信号进行信道估计，获得表征所有发射天线和接收天线之间的信道的信道矩阵h，对该信道矩阵h进行奇异值分解(svd)以求出该信道矩阵h的右主奇异向量的各元素的模值，作为所述信道状态信息的幅度。
另一方面，当在基站中执行所述方法时，ue可以将通过上述方式测得的信道状态信息的幅度或功率反馈给基站，使得基站获取该幅度或功率。该反馈可以周期性地进行，或者根据基站的请求非周期性地进行。为了减小反馈导致的开销，优选地，以较长的周期进行该反馈，或者可以反馈多个子载波的幅度或功率的平均值。该反馈的周期例如比pmi或cdi的反馈周期(稍后描述)更长。可替换地，在发射天线与接收天线之间的信道具有上下行互易性的情况下，基站可以通过测量由ue发送的导频信号或其他类型的探测信号来获取所述信道状态信息的幅度或功率。
然后，在步骤s102，基于所述信道状态信息的幅度或功率，将初始码本的码字的各个元素动态地映射到发送各个信号的发射天线，由此，生成第一码本。
具体地，在基站和ue中都预先存储了初始码本。该初始码本可以是恒模码本，其具有多个码字，其中，利用pmi来指示每个码字。在秩为1(发送单数据流)的码本中，每个码字是具有多个复数元素的列向量，每个元素对应一个发射天线，并且包含用于该发射天线的数据处理的初始模值和相位值。在本说明书中，将一个码本中所有码字的相同位置上的元素的所有可能相位的数量称为该元素的相位分辨率。初始码本的各个元素可以具有相同或不同的相位分辨率。
在进行上述元素映射时，与传统技术中的固定映射不同，根据各个发射天线与接收天线之间的信道状态信息的幅度或功率，将初始码本的码字的各个元素动态地映射到各个发射天线，从而生成新的码本(为方便起见，以下称为第一码本)。
可以按照多种方式来进行该映射。例如，在第一种映射方式中，将初始码本的码字中相位分辨率为1的元素映射到任意一个发射天线(即，调整到第一码本的码字中与任意一个发射天线对应的元素位置)，然后将初始码本的码字的其它元素映射到其它发射天线(即，调整到第一码本中与其他发射天线对应的元素位置)，其中，所述其他发射天线与接收天线之间的信道的信道状态信息的幅度或功率越小，映射到该发射天线的元素的相位分辨率越低。这种情况可以理解为将相位分辨率为1的元素的相位(通常为0)设定为基准相位，然后根据其他元素与基准相位的相位差(相对相位)的分辨率来进行向发射天线的映射。优选地，可以将相位分辨率为1的元素映射到与接收天线之间的信道的信道状态信息的幅度或功率最大或最小的发射天线。在第二种映射方式中，可以将初始码本的码字的元素映射到各个发射天线，使得所述发射天线与接收天线之间的信道的信道状态信息的幅度或功率越小，映射到该发射天线的元素的相位分辨率越低。这种情况可以理解为按照各个元素的绝对相位来进行向发射天线的映射。应当注意，在初始码本码字中的某些元素具有相同相位分辨率的情况下，在这些元素之间的映射顺序可以是任意的，但在这些元素与其他元素之间仍然应当遵循上述映射顺序。
可以用置换矩阵来表示初始码本元素与各个发射天线之间的映射关系(或者与第一码本的码字中和各个发射天线相对应的元素的对应关系)，并且通过将置换矩阵与初始码本相乘以获得第一码本来进行这一映射，稍后将参照具体示例来对此进行描述。
在步骤s102中使用的初始码本可以是本领域公知的码本，例如rel.8/10码本或dft码本。表1和表2分别给出了用于4发射天线mimo系统的rel.8/10秩1码本和dft码本的示例，这些码本是恒模码本，具有16个码字(pmi＝0，1，…，15)，每个码字具有4个元素，分别对应4个发射天线(以下称为发射天线1-4)，相位分别为θ1、θ2、θ3和θ4。
表1
表2
在表1所示的rel.8/10秩1码本示例中，在所有码字中与发射天线1对应的元素(第一元素，即相位为θ1的元素)只有1种可能的相位(0)，因此其相位分辨率为1，与发射天线2-4对应的元素(第二元素至第四元素，即相位分别为θ2－θ4的元素)分别有8、4和8种可能的相位，因此其相位分辨率分别为8、4和8。在表2所示的dft码本示例中，与发射天线1-4对应的元素的相位分辨率分别为1、16、8和16。应当注意，表1和表2示出的rel.8/10秩1码本和dft码本中的各个元素的相位组合只是众多相位组合中符合某种预定关系的一种，也可以采用其他相位组合来形成初始码本。
优选地，在步骤s102中使用的初始码本是根据本发明第一实施例的初始码本。该初始码本是恒模码本，其每个码字的元素分别对应一个发射天线，并且各个元素的相位分辨率不完全相同。根据本发明第一实施例的初始码本可以有若干种形式。在第一种形式的初始码本中，码字中相位分辨率为1的元素可以位于码字的任何元素位置，而码字的其他元素按照相位分辨率递增或递减的顺序排列。为了简化映射操作，在第二种形式的初始码本中，从第一个元素开始，码字的各个元素按照相位分辨率递增或递减的顺序排列。应当注意，在这两种初始码本中，如果在码字中存在相位分辨率相同的元素，则这些元素之间的排列顺序可以是任意的。
可以按照图2所示的方法来生成根据本发明第一实施例的初始码本。如图2所示，在步骤s201中，设置码字的预定元素，使得该元素具有预定相位分辨率。然后，在步骤s202中，设置码字的其他元素，使得所述其他元素按照相位分辨率递增或递减的顺序排列。优选地，将预定分辨率设置为1，并且将预定元素设定为码字的任意位置的元素，这对应于上述第一种形式的初始码本。可替换地，可将所述预定相位分辨率设定为最高相位分辨率(大于等于所有其他元素的相位分辨率)或者最低相位分辨率(小于等于所有其他元素的相位分辨率)，并且码字的所有元素(包括预定元素和其他元素)都按照相位分辨率递增或递减的顺序排列，这对应于上述第二种形式的初始码本。
表3给出了用于4发射天线mimo系统的根据本发明第一实施例的初始码本的一个示例。该初始码本的所有码字的元素都是恒模的。为简单起见，在表3中只示出了该初始码本的元素的相位。
表3
表3所示的初始码本示例属于上述第一种形式的初始码本。该初始码本码字的4个元素的相位分辨率分别为1、16、4和2。也就是说，在每个码字中，除了相位分辨率为1的元素(第一元素)以外，其余3个元素(第二至第四元素)的相位分辨率依序减小。
通过上述映射方法，可以根据发射天线与接收天线之间的信道的信道状态信息的幅度或功率而给各个发射天线赋予具有不同的相位分辨率的码字元素，其中，较重要的天线对应较大的相位分辨率。由此，在进行信道量化的情况下，可以提高信道量化的相位精度。
通过对第一码本的各个元素进行模值缩放，还可以提高信道量化情况下的幅度精度。因此，返回图1，在步骤s102的映射之后，可以执行步骤s103，其中，利用基于所述信道状态信息的幅度或功率确定的用于每个发射天线的模值缩放因子，缩放第一码本的码字中与该发射天线对应的元素的模值，从而生成第二码本。可以使用该第二码本作为最终用来对发送信号进行预编码或信道量化的码本。
在步骤s101已经获取了发射天线与接收天线之间的信道的信道状态信息的幅度或功率，例如从基站的每个发射天线发送的导频信号的接收功率，或者表征所述信道的信道矩阵h的右主奇异向量的各元素的模值。可以根据信道状态信息的幅度或功率得到各个发射天线的发射功率比例关系，在所有发射天线的总发射功率一定的情况下，依照该比例关系分配每个发射天线的发射功率，从而获得用于各个发射天线的模值缩放因子，然后使用这些模值缩放因子来缩放第一码本的码字中与各个发射天线对应的元素的模值，并且使用经模值缩放的元素作为第二码本中与各个发射天线对应的元素。
可以将用于所述多个发射天线的模值缩放因子集中地表示为模值缩放矩阵，该模值缩放矩阵为对角阵，其对角线上的每个元素是用于对应发射天线的模值缩放因子。这样，可以通过将该模值缩放矩阵与表示第一码本的矩阵相乘来执行模值缩放，稍后将结合具体示例来对此进行描述。
下面参照图3来描述根据本发明第一实施例的码本生成示例。图3示出了用于4发射天线mimo系统的码本生成示例。
在本示例中，使用根据本发明第一实施例的初始码本作为初始码本{cn}，其中n＝1,2,…,16。可以利用以下向量来表示初始码本{cn}的码字cn：
其中，n(θ2)≥n(θ3)≥n(θ4)，n(θi)(i＝2,3,4)是在初始码本中相位θi的所有可能值的数量，即与θi对应的发射天线i的相位分辨率。换言之，第二元素至第四元素的相位分辨率总体上逐渐减小。为便于说明，使用上表3给出的码本作为初始码本{cn}。在图3的上部用圆形示意性地示出了该码本的每个码字的4个元素的相位，圆周上的点的数量表示各个元素的相位分辨率(1、16、4、2)。
首先，获取基站的4个发射天线与接收天线之间的信道的信道状态信息的幅度或功率。由此，可以确定与各个发射天线对应的信道状态信息的幅度或功率的大小关系。在这里以使用获取的信道矩阵h的右主奇异向量的各元素的模值作为信道状态信息的幅度为例，假设与4个发射天线对应的右主奇异向量的各元素的模值(即信道状态信息的幅度)满足以下关系：发射天线3>发射天线1>发射天线4>发射天线2。
然后，基于所述信道状态信息的幅度，将初始码本码字的各个元素动态地映射到各个发射天线，从而生成第一码本
可以使用置换矩阵m来表示初始码本码字的元素与发射天线之间的映射关系(或者与第一码本码字的元素之间的对应关系)。具体地，可以如下产生置换矩阵m：矩阵m的第i行对应于发射天线i(第一码本码字的第i元素)，该矩阵的第j列对应于初始码本的元素，用值“1”来表示要进行的映射，当要将初始码本的第i元素映射到发射天线j时，将置换矩阵m的第j行第i列的元素设置为1，该行的其他元素为0。
在本示例中，置换矩阵m可以表示为：
执行映射相当于将初始码本的码字与置换矩阵m相乘，即，
通过对每个码字执行映射，可以基于表3的初始码本生成下表4所示的第一码本
表4
可以看到，初始码本中作为基准相位的具有相位分辨率1的元素被映射到对应最大幅度的发射天线3。而对于初始码本的其他元素和除发射天线3以外的发射天线，如果发射天线所对应的信道状态信息的幅度或功率较小，映射到该发射天线的初始码本码字的元素的相位分辨率也较小。这样，可以对重要的发射天线(对应于较大幅度或功率的发射天线)分配较大的相位分辨率，从而在信道量化的情况下，可以提高信道量化的相位精度。
为了提高信道量化情况下的幅度精度，可以进一步对第一码本{c～n}的每个元素的模值进行缩放。
首先，基于与每个发射天线(发射天线1－4)对应的信道状态信息的幅度或功率，确定用于该发射天线的模值缩放因子。
本示例中，使用模值缩放矩阵ρa来集中地表示用于各个发射天线的模值缩放因子。a为模值缩放比例矩阵(因子)，其集中地表示各个发射天线的发射功率的比例关系，ρ是为了避免各个发射天线的发射功率之和超过所有发射天线的总发射功率ptotal而对模值缩放比例矩阵a进行功率归一化处理的归一化因子，且
具体地，模值缩放比例矩阵a是对角矩阵，其可以具有多种形式。在第一种形式中，模值缩放比例矩阵a可以表示为：
其中，a1-a4分别为与发射天线1-4对应的信道状态信息的幅度或功率(在本示例中，为表征各个发射天线和接收天线之间的信道的信道矩阵h的右主奇异向量的各元素的模值)，因此a3>a1>a4>a2；am为a1-a4中的最大值，在本示例中，am＝a3。在第二种形式中，可以省略am，将模值缩放比例矩阵a表示为：
通过将模值缩放比例矩阵a乘以归一化因子ρ以进行功率归一化处理，即可得到模值缩放矩阵ρa，其中，用于第i个发射天线的模值缩放因子为模值缩放矩阵ρa中的对角线元素
然后，利用用于每个发射天线的模值缩放因子，缩放第一码本的码字中与该发射天线对应的元素的模值，从而生成第二码本
图3下部的右侧示出了未进行功率归一化的模值缩放。可以看到，第一码本
这样生成的码本兼顾了相位精度和幅度精度，因此可以提高选择的预编码矩阵或信道量化的精度。使用该码本处理的信号能够更好地适应性当前的信道状况，从而提高信号接收质量，提高系统性能。
在上文中，基站可以按照与ue相似的方式执行根据本发明第一实施例的码本生成方法。此时，基站也生成整个码本，即使它只使用码本中的一个码字来处理发射符号。例如，在4个发射天线的示例中，基站要生成具有16个码字的码本，其中只有一个码字被用来处理发射符号。这给基站带来了不必要的工作负担。为了解决这一问题，可以仅在ue中执行上述码本生成方法，而在基站中直接生成要使用的码字(ue选择的最优码字)，如下文所述。
具体地，ue执行上述码本生成方法以生成第二码本，然后基于预定标准，从该码本中选择最优码字，并且将指示所选择的最优码字的pmi或cdi反馈给基站。该预定标准可以是根据实际需要选择的任何标准。例如，该预定标准可以是选择在由所述多个发射天线使用码本的所有码字发送信号时将获得最高信道质量或最大信道容量的码字、或者选择所有码字中对应最高信道量化精度的码字等等。此外，基站还基于上述所述的方式获取所述多个发射天线与接收天线之间的信道的信道状态信息的幅度或功率。
在基站中，基于ue反馈的pmi或cdi、以及所述信道状态信息的幅度或功率，直接生成ue选择的最优码字。具体地，首先，从基站的初始码本中选择由该pmi或cdi指示的码字(以下称为初始码字)。然后，基于所述信道状态信息的幅度或功率，将初始码字的各个元素动态地映射到所述多个发射天线，以生成第一码字。可以按照在上文中参照图1和图3描述的方式执行该动态映射。接下来，利用基于所述信道状态信息的幅度或功率确定的用于每个发射天线的模值缩放因子，缩放第一码字中与该发射天线对应的元素的模值，从而生成第二码字。该第二码字即为ue选择的最优码字。可以按照在上文中参照图1描述的方式来确定所述模值缩放因子以及执行模值缩放，在这里不再赘述。通过只生成一个码字而不是整个码本，可以显著降低基站的工作负荷。
此外，代替仅设置一个码本，也可以在发送端和接收端中设置多个码本，并且根据信道状态选择最优的码本和码字，由于可选的码字数量增加，因此可以通过从更多的码本和码字中选择最优的码本和码字来更精细地刻画信道，使得选择的码字更加符合信道状态或信道量化误差进一步减小。
下面，参照图4来描述根据本发明第一实施例的从多个码本中选择最优码本和码字的方法。所述多个码本可以包括rel.8/10码本、dft码本、或者任何其他码本。优选地，所述多个码本至少包括使用根据本发明第一实施例的上述码本生成方法生成的码本。
如图4所示，在步骤s401，从每个码本中，依据第一标准选择最优码字作为候选码字。该第一标准可以是根据实际需要选择的任何标准。例如，该第一标准可以是：选择在由所述多个发射天线使用该码本的各个码字发送信号时将获得最高信道质量或最大信道容量的码字，作为所述最优码字，或者选择该码本的各个码字中对应最高信道量化精度的码字，作为所述最优码字。
接下来，在步骤s402，在从各个码本选择的候选码字中，依据第二标准选择最优码字，作为要使用的码本和码字。该第二标准也可以是根据实际需要选择的任何标准。例如，该第二标准可以是：选择在由所述多个发射天线使用各个候选码字发送信号时将获得最高信道质量或最大信道容量的码字，作为所述最优码字，或者选择各个候选码字中对应最高信道量化精度的码字，作为所述最优码字。
该码本选择方法在接收端(下行链路中的ue或上行链路中的基站)中执行。当在ue中执行时，ue需要将指示所选择的码本的指示符发送给基站，使得基站能够相应地进行码本的选择。此外，ue还可以将指示在步骤s402中选择的最优码字的pmi或cd发送给基站，使得基站能够从所选择的码本中提取相应的码字。
下面，将描述根据本发明实施例的无线通信系统以及码本生成装置。
图5示意性地示出了根据本发明第一实施例的用于下行链路通信的无线通信系统的框图。如图5所示，该无线通信系统包括基站(enb)10和用户设备(ue)20。
基站10包括导频信号发送单元11、码本生成装置12、码字提取单元13、调度及预编码单元14、数据发送单元15、以及多个(例如4个)发射天线(未示出)。ue20包括码本生成装置21、pmi/cdi选择单元22、cqi计算单元23、数据接收单元24以及至少一个接收天线(未示出)。应当注意，图5仅示出了基站和ue中与本发明有关的部分，基站和ue中的其余部分为简单起见而没有示出。
基站10的导频信号发送单元11分别经由各个发射天线向ue20发送导频信号(例如csi-rs)。ue20经由其接收天线接收所述导频信号。
ue20的码本生成装置21基于所述导频信号，获取所述多个发射天线与接收天线之间的信道的信道状态信息的幅度或功率，并且基于该幅度或功率从初始码本生成新的码本。稍后将参照图6来详细描述该码本生成装置21。在此过程中，ue20将把所述信道状态信息的幅度或功率反馈给基站，以供其在生成码本时使用。ue20可以周期性地进行该反馈，也可以根据基站10的请求而非周期性地进行该反馈。当进行周期性反馈时，为了减小反馈导致的开销，优选地以较长的周期(例如，比pmi或cdi的反馈周期更长的周期)进行反馈，或者反馈多个子载波的幅度或功率的平均值。
pmi/cdi选择单元22基于上文所述的预定标准，从码本生成装置21生成的码本的各个码字中，选择最优码字，并且将指示所选码字的pmi或cdi反馈给基站10。该反馈可以是周期性或非周期性的。
cqi计算单元23计算在由所述多个发射天线使用pmi/cdi选择单元22选择的码字发送信号时将获得的信道质量，并且将指示该信道质量的信道质量指示符(cqi)反馈给基站10。
在基站10一侧，码本生成装置12使用从ue20反馈的模值缩放因子，按照与ue20的码本生成装置21相同的方式生成码本。
码字提取单元13使用从ue20反馈的pmi/cdi，从码本生成装置12生成的码本中提取对应的码字，并且将该码字提供给调度及预编码单元14。
调度及预编码单元14基于由码字提取单元13提供的码字以及从ue20反馈的与该码字对应的cqi，进行必要的调度和/或要发送的数据的预编码，然后将预编码后的数据输出到数据发送单元15。
数据发送单元15经由各个发射天线将预编码后的数据发送给ue20的数据接收单元25。
下面，参照图6来描述ue20中的码本生成装置21。
如图6所示，码本生成装置21包括获取单元211、映射单元212、初始码本存储单元213，以及模值缩放单元214。在某些变型中，码本生成装置21还可以包括初始码本生成单元215，用于按照在上文中参照图2描述的方法预先生成根据本发明第一实施例的初始码本，并且将该初始码本存储在初始码本存储单元213中。
获取单元211用于获取所述多个发射天线与接收天线之间的信道的信道状态信息的幅度或功率。例如，获取单元211可以利用从基站10的每个发射天线接收的导频信号，获取所述多个发射天线与接收天线之间的信道的信道状态信息的幅度或功率。由此，可以确定与各个发射天线对应的信道状态信息的幅度或功率的大小关系。
具体地，获取单元211可以测量从每个发射天线发送的导频信号的接收幅度或功率，作为所述信道状态信息的幅度或功率。或者，获取单元211可以使用从每个发射天线接收的导频信号进行信道估计，获得表征各个发射天线和接收天线之间的信道的信道矩阵h，对该信道矩阵h进行奇异值分解(svd)以求出该信道矩阵h的右主奇异向量的各元素的模值，作为所述信道状态信息的幅度。可替换地，获取单元211也可以从在ue20中设置的用于执行上述测量的测量单元(未示出)或者用于执行上述信道估计的信道估计单元(未示出)接收所述信息。
映射单元212基于所述信道状态信息的幅度或功率，将初始码本的码字的各个元素动态地映射到发送各个信号的发射天线，从而生成第一码本。
初始码本存储单元213例如预先存储所使用的初始码本。如上文所述，该初始码本可以是本领域公知的传统码本，例如rel.8/10码本或dft码本，也可以是由初始码本生成单元215(稍后描述)预先生成的根据本发明第一实施例的初始码本。
映射单元212根据所述信道状态信息的幅度或功率来执行上述映射。具体地，映射单元212可以采用上文所述的第一种映射方式，将初始码本的码字中相位分辨率为1的元素(其相位通常为0)映射到任意一个发射天线，然后将初始码本的码字中的剩余的元素映射到其他发射天线，使得所述其他发射天线与接收天线之间的信道的信道状态信息的幅度或功率越小，映射到该发射天线的元素的相位分辨率越低。在这种映射方式中，优选地，映射单元212将相位分辨率为1的元素映射到对应最大幅度或功率的发射天线，或者映射到对应最小幅度或功率的发射天线。可替换地，映射单元212可以采用上文所述的第二种映射方式，将初始码本的码字的元素映射到各个发射天线，使得所述发射天线与接收天线之间的信道的信道状态信息的幅度或功率越小，映射到该发射天线的元素的相位分辨率越低。在初始码本的码字中的某些元素具有相同的分辨率的情况下，映射单元212可以任意地选择这些元素之间的映射顺序。在实现时，映射单元212可以产生表示上述映射关系的置换矩阵，并且将该置换矩阵与初始码本的码字相乘，以获得第一码本的码字，如上文中参照图3所述。
模值缩放单元214利用基于所述信道状态信息的幅度或功率确定的用于每个发射天线的模值缩放因子，缩放第一码本的码字中与该发射天线对应的元素的模值，从而生成第二码本。该第二码本被提供给pmi/cdi选择单元22以进行后续的处理。模值缩放单元214可以按照上文所述的方式来确定用于每个发射天线的模值缩放因子，并且将该模值缩放因子与第一码本中对应于该发射天线的元素相乘，来实现模值缩放。
初始码本生成单元(或装置)215生成上述根据本发明第一实施例的初始码本。如图7所示，初始码本生成单元215包括预定元素设置单元2151和其他元素设置单元2152，其中，预定元素设置单元2151设置初始码本的码字的预定元素以使得该元素具有预定相位分辨率，其他元素设置单元2152设置初始码本的码字的其他元素以使得其他元素按照相位分辨率递增或递减的顺序排列，由此生成所述初始码本，并且将其存储在初始码本存储单元213中，其中，对于相位分辨率相同的元素，初始码本生成单元215可以任意设置它们之间的排列顺序。
下面，参照图8来描述基站10中的码本生成装置12。如图8所示，码本生成装置12包括获取单元121、映射单元122、初始码本存储单元123以及模值缩放单元124。在某些变型中，码本生成装置12还可以包括初始码本生成单元125。
获取单元121获取所述多个发射天线与接收天线之间的信道的信道状态信息的幅度或功率。例如，获取单元121可以通过接收从用户设备周期性地或者非周期性地反馈的、由每个发射天线发送的信号的接收功率或者所述信道的信道矩阵的右主奇异值向量的各元素的模值，来获取所述信道状态信息的幅度或功率。可替换地，在所述多个发射天线与接收天线之间的信道具有上下行互易性的情况下，获取单元121也可以通过测量由用户设备发送的导频信号或其他类型的探测信号，来获取所述信道状态信息的幅度或功率。
映射单元122、初始码本存储单元123、模值缩放单元124和初始码本生成单元125分别与图6所示的映射单元212、初始码本存储单元213、模值缩放单元214和初始码本生成单元215相同，因此在这里省略其详细描述。应当注意，初始码本存储单元123存储的初始码本(传统码本或由初始码本生成单元125生成的初始码本)与初始码本存储单元213相同，这样，码本生成装置12生成与码本生成装置21相同的码本。
应当注意，上文所述的基站和移动台中的码本生成装置是说明性的，而不是限制性的。所述码本生成装置也可以具有其他结构。例如，所述初始码本存储单元和初始码本生成单元可以位于基站和移动台的其他部分，并且在需要时，将所存储/生成的码本提供给码本生成装置。此外，也可以省略该初始码本生成单元，而是将根据本发明第一实施例的初始码本与其他码本预先存储在初始码本存储单元123中。此外，尽管在图5中示出为分别通过多个单独的通道从ue向基站反馈诸如pmi/cdi、cqi之类的各种信息，但这只是示意性的，可以通过相同或不同的通道将所述信息反馈给基站。
取代在基站中执行与ue相似的码本生成操作以生成与ue相同的整个码本，基站也可以基于ue反馈的信息只生成ue选择的最优码字，而非整个码本，从而减小工作负担。基于这一构思，提出了根据本发明第二实施例的用于下行链路通信的无线通信系统，如图9所示。
在该无线通信系统中，用码字生成装置16取代了根据第一实施例的无线通信系统中的码本生成装置12和码字提取单元13，其余部分保持不变。在这里，为简单起见，只描述两个系统的不同部分，即码字生成装置16。
如图10所示，码字生成装置16包括获取单元161、映射单元162、初始码本存储单元163以及模值缩放单元164。在某些变型中，码本生成装置16还可以包括初始码本生成单元165。初始码本存储单元163和初始码本生成单元165分别与参照图5描述的初始码本存储单元123和初始码本生成单元125相同。
如上文所述，ue20将所获取的所述多个发射天线与接收天线之间的信道的信道状态信息的幅度或功率、以及指示从码本生成装置21生成的码本的各个码字中选择的最优码字的pmi或cdi反馈给基站10。
获取单元161例如按照与获取单元121相同的方式，获取所述多个发射天线与接收天线之间的信道的信道状态信息的幅度或功率。
映射单元162接收从ue反馈的pmi或cdi，从初始码本选择由该pmi/cdi指示的码字(以下称为初始码字)，并且基于所述信道状态信息的幅度或功率，将该初始码字的各个元素动态地映射到各个发射天线，从而生成第一码字。映射单元162可以按照在上文中参照图1和图3描述的方式来进行这一映射，在这里不再赘述。
模值缩放单元164利用基于所述信道状态信息的幅度或功率确定的用于每个发射天线的模值缩放因子，缩放第一码字中与该发射天线对应的元素的模值，从而生成经过模值缩放的码字(以下称为第二码字)。该第二码字即为ue选择的最优码字，其被提供给pmi/cdi选择单元22以进行后续的处理。模值缩放单元164可以按照在上文中参照图1描述的方式来确定所述模值缩放因子并且进行模值缩放。
在4个发射天线的示例中，根据本发明第一实施例的无线通信系统中的基站需要生成16个码字，而根据本发明第二实施例的无线通信系统中的基站只需要生成1个码字，因此工作负担显著降低。
在根据本发明第一实施例的无线通信系统中，只生成一个码本，并使用其码字来处理发射符号。然而，也可以在发送端和接收端存储/生成多个码本，从中挑选最合适的码本和码字以供使用，从而进一步提高信道量化情况下的相位量化精度。基于这一构思，提出了根据本发明第三实施例的无线通信系统，如图11所示，其基于图5所示的根据本发明第一实施例的无线通信系统。
图11所示的无线通信系统包括基站10和ue20。基站10包括导频信号发送单元11、m个码本生成装置12’-1至12’-m(m>1)、码字提取单元13’、调度及预编码单元14、数据发送单元15、以及多个发射天线(未示出)。ue20包括m个码本生成装置21’-1至21’-m、pmi/cdi选择单元22’、cqi计算单元23’、数据接收单元24、码本选择单元25以及至少一个接收天线(未示出)。基站10中的导频信号发送单元11、调度及预编码单元14、数据发送单元15以及ue20中的数据接收单元24分别与图5所示的对应单元相同，因此在这里省略其描述。
在ue20中，m个码本生成装置21’-1至21’-m中的每一个生成一个码本。这些码本生成装置可以是本领域公知的任何码本生成装置。优选地，至少一个码本生成装置(例如，21’-1)是根据本发明第一实施例的上述码本生成装置21，并且生成根据本发明第一实施例的码本。
pmi/cdi选择单元22’、cqi计算单元23’和码本选择单元25形成了码本选择装置，如图11中虚线框所示。
具体地，pmi/cdi选择单元22’可从m个码本生成装置21’-1至21’-m中的每一个生成的码本中，依据上述第一标准选择最优码字作为候选码字，并将指示各候选码字的pmi/cdi提供给码本选择单元25。cqi计算单元23’对于pmi/cdi选择单元22’选择的每个候选码字，计算由发射天线使用该码字时将获得的信道质量，并将表示该信道质量的cqi也提供给码本选择单元25。
码本选择单元25可以依据上述第二标准，在从各个码本中选择的候选码字中选择最优码字，作为最终要用来对数据进行处理的码本和码字。然后，码本选择单元25可以将指示最终选择的码本的码本指示符反馈给基站10。此外，码本选择单元25还可以将指示从该码本选择的最优码字的pmi/cdi反馈给基站10。
在基站10一侧，码本生成装置12’-1至12’-m分别按照与码本生成装置21’-1至21’-m相同的方式生成与其相同的码本。在ue20中的至少一个码本生成装置是根据本发明第一实施例的码本生成装置21的情况下，至少一个码本生成装置(例如12’-1)是根据本发明第一实施例的码本生成装置12。
码字提取单元13’基于从ue20反馈的码本指示符，从各个码本生成装置12’-1至12’-m生成的码本中选择对应的码本，然后基于从ue20反馈的pmi/cdi从该码本中选择对应的码字，并且将该码字提供给调度及预编码单元14以进行后续处理。
图11所示的无线通信系统只是说明性的，而非限制性的。可以对该系统进行各种改变，而不背离本发明的范围。例如，可以将图11所示的码本生成装置中的全部或一部分替换为其中存储了各个码本的码本存储单元。也可以将彼此分离的pmi/cdi选择单元22’、cqi计算单元23’以及码本选择单元25组合为单个选择单元，用于选择所述码本。
通过设置多个码本，可以从更多的码本和码字中选择最佳的码字，使得最终使用的码字尽可能地匹配于当前信道状况，从而提高信道量化精度。
同样，可以对图11所示的无线通信系统进行简化，以减轻基站的工作负担。具体地，如图12所示，在根据本发明第四实施例的无线通信系统中，将图11所示的码本生成装置12’-1至12’-m替换为码字生成装置12”-1至12”-m，并且将码字提取单元13’替换为码字选择单元13”，其余保持不变。
在第四实施例中，ue20在选择了码本和码字之后，将指示所选码本的码本指示符和指示该码本中的所选码字的pmi/cdi反馈给基站10。由于在基站10中不生成整个码本，而是使用与ue中的各个码本生成装置相对应的码字生成装置来直接生成所选码字，因此，ue20反馈的码本指示符充当指示基站中的对应码字生成装置的指示符。
具体地，码字选择单元13”基于从ue20反馈的码本指示符，命令相应的码字生成装置生成ue20选择的最优码字，并且将所生成的码字提供给调度及预编码单元14以进行后续处理。所述码字生成装置可以按照ue中的对应码本生成装置生成单个码字的方式，基于所述pmi/cdi生成所选码字。例如，在ue20包括根据本发明第一实施例的码本生成装置的情况下，在基站中与该码本生成装置对应的码字生成装置可以按照该码本生成装置生成单个码字的方式(即，参照图10描述的方式)，从初始码本生成ue选择的码字。
图12所示的无线通信系统是说明性的，而不是限制性的。在其一种变型中，可以由基站中的各个码字生成装置基于pmi/cdi分别生成码字，然后码字选择单元13”在这些码字中，选择由码本指示符指示的码字生成装置生成的码字。在另一种变型中，可以省略码字选择单元13”，由各个码字生成装置根据码字指示符判断自己是否被选中，并且在被选中时生成所述码字。
根据本发明实施例的上述码本生成装置能够以简单的方式生成码本，该码本能够应用于例如具有分布式天线配置的mimo系统(尤其是具有分布式天线配置的mu-mimo系统)或comp系统，即使在各个发射天线发送的信号的接收功率不平衡的情况下，也能够减小信道量化误差，提高系统性能。此外，根据本发明实施例的上述码本生成装置也能够应用于具有集中式天线配置的mimo系统以减小其信道量化误差。
尽管已经示出和描述了本发明的示例实施例，本领域技术人员应当理解，在不背离权利要求及其等价物中限定的本发明的范围和精神的情况下，可以对这些示例实施例做出各种形式和细节上的变化。
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