專利名稱：用于4發(fā)射天線mimo系統(tǒng)的碼本方式預(yù)編碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，更具體而言，涉及用于4發(fā)射天線MIMO 系統(tǒng)的》馬本方式預(yù)編；馬方法。
背景技術(shù)：
多車#入多車#出(MIMO: Multiple Input and Multiple Output)系 纟克由于其有步丈提高4言道容量而成為LTE (Long Term Evolution,長 期演進(jìn))的研究中一項倍受人們關(guān)注的技術(shù)。使用預(yù)編碼技術(shù)進(jìn)行 多數(shù)據(jù)流與天線之間的復(fù)用，這能夠更加有效地利用現(xiàn)有信道資 源，通過對數(shù)據(jù)流的功率分配能夠提高系統(tǒng)容量，并能夠減小數(shù)據(jù) 流之間的干"l尤，l是高系統(tǒng)的整體性能。因此預(yù)編碼:技術(shù)也成為新的 研究熱點。預(yù)編碼的基本理論方法是接收端通過信道估計得到信道矩陣， 對信道矩陣進(jìn)行奇異值分解得到發(fā)送端和接收端所使用的預(yù)編碼矩陣v和u。當(dāng)發(fā)射天線使用V的第i個列向量作為其權(quán)值，接收 天線使用U的第i個列向量作為其權(quán)值時(i-l， 2, ... s),數(shù)據(jù) 流就在且僅在第i個空間子信道中傳輸。發(fā)送端能夠得到V矩陣的 具體元素值的情況，稱其為理想預(yù)編碼方法，即基于非碼本方式的 預(yù)編；馬方法?；诖a本的方式的提出，是由于V陣的元素需要反饋給發(fā)射端， <旦反々貴所需要的空間不足以傳*餘v矩陣信息，所以需要通過構(gòu)建碼本簡化反々赍信息，反饋與V陣近似的碼本進(jìn)行預(yù)編碼。對于基于碼本預(yù)編碼方案的系統(tǒng)實現(xiàn)方式，接收端通過SVD (請?zhí)峁┲杏⑽娜?，中文名矩陣奇異值分解，英文名Singular value decomposition )分解計算，在預(yù)編碼碼本中尋找到最々妄近的一 個碼本，將此碼本的序號反饋給發(fā)射端，在發(fā)射端進(jìn)行碼本的重建， 進(jìn)行發(fā)射端預(yù)編碼。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在提供較為簡單的用于4發(fā)射天線MIMO系統(tǒng)的碼本 方式予貞編》馬方、法。本發(fā)明提供了 一種用于4發(fā)射天線MIMO系統(tǒng)的碼本方式預(yù)編 碼方法，包括以下步驟步驟a，接收端根據(jù)信道估計矩陣H進(jìn)行 SVD分解，得到發(fā)射端的預(yù)編碼矩陣V和4妻收端的預(yù)編碼矩陣U; 步驟b，根據(jù)所需要發(fā)送的數(shù)據(jù)流的數(shù)目i，取出V矩陣的前i列作 為需要量化反饋的V矩陣；以及步驟c,對需要量化反饋的V矩陣 進(jìn)行量化，并反饋給發(fā)射端，其中，將最大模值所在位置的元素的 模值固定為《M,列向量中其余n-l個元素的模值都固定為K)/("-1)，其中n為列向量的維數(shù)，僅僅對模值最大的元素進(jìn) 行;r/4的量化，其余元素以;r/2進(jìn)行量化。在上述的碼本方式預(yù)編碼方法中，步驟c包4舌以下步驟對需 要量化反饋的V矩陣中的每個列向量分別找出其最大才莫值，并將其 所在位置的序號反饋給發(fā)射端；發(fā)送端收到反饋信息后對每個列向 量的幅度分別進(jìn)行重構(gòu)，其中，將最大模值所在位置的元素的模值固定為《》，列向量中其余三個元素的模值都固定為#-《ax)/3 ;每個列向量中的第一個元素的相位^f又選擇0或;r;以及對每個列向量 中模值最大的元素的相位以；r/4進(jìn)行量化；對于其余元素的相位以 ;r/2進(jìn)行量化。在上述的石馬本方式預(yù)編碼方法中，步驟c包4舌以下步驟在得 到需要量化反饋的V矩陣后，使用householder矩陣變換方法對該 V矩陣進(jìn)4于處理，得到需要量化的^ & A A 4個相位值和 ， v21 ， v3l ， v41 ， v2,, ， v22, ， v23l ， v3 ，卩321的部分元素；02 03 04 4個相位值每個分別以；r/4進(jìn)行量化；找到該V矩陣中的第一個列 向量的4個元素v,,， v21, v3|, 的最大模值，并反饋最大模值所在的位置；將最大模值所在位置的元素的模值固定為^1_,列向量中其余3個元素的模值都固定為#-《x )/3 ;對這4個元素中模值 最大的元素的相位以；r/4進(jìn)行量化，對其余元素的相位以；r/2進(jìn)行量 化；對使用householder矩陣變換方法得到的^矩陣中的第一個列向量的3個元素v2u, v22l， v2;,進(jìn)行量化，進(jìn)行量化時將最大模值 所在位置的元素的模值固定為《M，其余2個元素的模值都固定為 V(l-《)/2 ;以及對4吏用householder矩陣變換方法得到的^矩陣中 的第一個列向量的2個元素v3 ， A,進(jìn)行量化，進(jìn)行幅度量化時 將最大模值所在位置的元素的模值固定為」_，列向量中其余1個元素的模值都固定為vr^;。在上述的碼本方式預(yù)編碼方法中，使用2bit量化最大模值所在位置的序號。在上述的碼本方式預(yù)編碼方法中，當(dāng)只選擇0或;r進(jìn)行量化時，使用lbit量化該相位值。在上述的碼本方式預(yù)編碼方法中，當(dāng)以;r/2進(jìn)^f亍量化時，使用2bit量4匕該相位<直。在上述的石馬本方式預(yù)編碼方法中，3bit量4匕該才目4立<直。在上述的碼本方式預(yù)編碼方法中， 0.7-0.8。在上述的石馬本方式預(yù)編碼方法中， 0.75 -0.85。在上述的石馬本方式預(yù)編碼方法中， 0.8 — 0.9。說明書第4/17頁當(dāng)以；r/4進(jìn)行量化時，使用 對于V矩陣，《 的取值為對于^矩陣，《^的取值為 對于^矩陣，」_的取值為本發(fā)明實現(xiàn)了較為簡單的用于4發(fā)射天線MIMO系統(tǒng)的碼本方 式預(yù)編碼方法，并分別給出了基于直接量化的碼本i殳計方法和基于 在householder矩陣變換基礎(chǔ)上進(jìn)4于直4妾量化的碼本^:計方法，成本 較低，易于實現(xiàn)。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部 分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā) 明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附 圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。


此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申 請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其i兌明用于解釋本發(fā)明，并 不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中圖1示出了4艮才居本發(fā)明實施例的碼本方式預(yù)編碼方法的流程圖2示出了 4X4 MIMO發(fā)送2數(shù)據(jù)流情況的預(yù)編碼的具體復(fù)用 方法的示意圖；圖3示出了 householder矩陣變換過程及開銷示意圖步驟1; 圖4示出了 householder矩陣變換過程及開銷示意圖步驟2;以及圖5示出了 householder矩陣變換過程及開銷示意圖步驟3。
具體實施方式
下面將參考附圖并結(jié)合實施例，來詳細(xì)說明本發(fā)明。我們關(guān)注E-UTRA 4X4 (或4X2) MIMO方案，使用預(yù)編 碼時每一個數(shù)據(jù)流的性能都不同，這是由于把空間子信道按照由好 至差的性能依次分配給H據(jù)流導(dǎo)致的，第一個lt據(jù)流的性能最優(yōu)， 第二個數(shù)據(jù)流的性能僅次于第 一個數(shù)據(jù)流，第四個數(shù)據(jù)流的性能最 差，對于E-UTRA 4X4 (或4X2 ) MIMO系統(tǒng)來講，選擇發(fā)送2個 或3個數(shù)據(jù)流的情況的系統(tǒng)性能是比較好的。在這種情況下對于 4X4的V矩陣-f又量化反4f其前兩個列向量即可。圖1示出了才艮l居本發(fā)明實施例的石馬本方式預(yù)編石馬方法的流程 圖，包括以下步駛《步驟S10，接收端才艮據(jù)信道估計矩陣H進(jìn)行SVD分解，得到 發(fā)射端的預(yù)編碼矩陣V和沖婁收端的預(yù)編碼矩陣U;步驟S20,根據(jù)所需要發(fā)送的數(shù)據(jù)流的數(shù)目i,取出V矩陣的 前i列作為需要量化反饋的V矩陣；以及步驟S30,對需要量化反饋的V矩陣進(jìn)行量化，并反饋給發(fā)射 端，其中，將最大模值所在位置的元素的模值固定為《M，列向量中其余三個元素的模值都固定為《x)/3 ，其相位以;r/4進(jìn)行量化。對于發(fā)送2個流的4X4 MIMO的預(yù)編碼權(quán)值的具體使用方法如 圖2所示。本發(fā)明提供了兩種適用于MIMO 4發(fā)射天線的預(yù)編碼碼本方 法。第一種是基于直接量化的碼本設(shè)計方法；第二種是基于直接量 化的碼本i殳計方法。對于第一種基于直接量化的碼本設(shè)計方法，步驟S30可包括以 下步驟對需要量化反饋的V矩陣中的每個列向量分別找出其最大模 值，并將其所在位置的序號反饋給發(fā)射端；發(fā)送端收到反饋信息后對每個列向量的幅度分別進(jìn)行重構(gòu)，其 中，將最大模值所在位置的元素的模值固定為4^,列向量中其余三個元素的模值都固定為V(1-《)/3 ;每個列向量中的第一個元素的相位僅選擇O或;r;以及對每個向量中才莫值最大的元素的相位以;r/4進(jìn)行量化；對于其 余元素的相位以；r/2進(jìn)4于量化。對于第二種基于householder陣的碼本i殳計方法，步驟S30可 包4舌以下步駛《在得到需要量化反饋的V矩陣后，使用householder矩陣變換 方法對該V矩陣進(jìn)4于處理，得到需要量4匕的^&AA 4個相位值和Vu, v21， v31 , v41， v2 ， v221, v231 ， v3u， "321的部分元素；A <z)2 & A 4個相^H直每個分另'J以；r/4進(jìn)^f亍:iM匕；:找到該V矩陣中的第一個列向量的4個元素v，,， v2l, v3l,、,的最大模值，并反饋最大模值所在的位置；將最大模值所在位置的元素的模值固定為《ax,列向量中其余3 個元素的模值都固定為# - ^ax )/3 ;對這4個元素中模值最大的元素的相位以；r/4進(jìn)行量化，對其 余元素的相位以;r/2進(jìn)行量化；對使用householder矩陣變換方法得到的^矩陣中的第一個列 向量的3個元素V2 , v221， v2;,進(jìn)行量化，進(jìn)行量化時將最大模 值所在位置的元素的模值固定為」_，其余2個元素的模值都固定為KJ/2;以及對使用householder矩陣變換方法得到的F;矩陣中的第一個列 向量的2個元素v3,,, ^321進(jìn)行量化，進(jìn)行幅度量化時將最大模值 所在位置的元素的模值固定為A^，列向量中其余1個元素的模值都固定為力-4ax 。在上述的碼本方式預(yù)編碼方法中，可使用2bit量化最大模值所 在位置的序號；當(dāng)只選擇O或;r進(jìn)行量化時，可使用lbit量化該相 位值；當(dāng)以;r/2進(jìn)行量化時，可使用2bit量化該相位值；當(dāng)以;r/4進(jìn) 行量化時，可使用3bit量化該相位值。
在上述的碼本方式預(yù)編碼方法中，優(yōu)選地，對于v矩陣，^皿的取^直為0.7 — 0.8;只于于^矩陣，^顯的取4直為0.75 — 0.85;對于^矩 陣，《ax的取^f直為0.8 — 0.9。下面結(jié)合附圖3、 4、 5來詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明的這兩種碼本設(shè) 計方法?；谥苯恿炕拇a本設(shè)計方法在發(fā)送2 streams的4X4或者4X2天線才莫式中，發(fā)射端預(yù)編碼 只使用V矩陣的第一個和第二個列向量。因此只需要反饋V陣的 前兩列向量，下面舉例i兌明2 streams時V陣量化對應(yīng)方法，對于 一個隨才幾的4X4的V矩陣<formula>formula see original document page 12</formula>當(dāng)發(fā)送i ( i=l,2，3,4 )個凄t據(jù)流時，則需要反々貴V矩陣的前i個 列向量。例如發(fā)送2 streams時所使用的V矩陣的前兩個列向量，用「2."r秦表不,則<formula>formula see original document page 12</formula>v矩陣進(jìn)行量化反饋時，每一個列向量相互獨立，所以僅說明 一個列向量的量化后的反饋開銷即可，對于對于發(fā)送i (i=l，2,3，4) 個數(shù)據(jù)流的情況，總反饋開銷為一個列向量的反饋開銷的i倍。v矩陣的量^:分為幅度量4匕和相位量^:兩部分。這種方法的核心在于對于最大模值進(jìn)行特殊處理，最大模值的幅值使用較大的 值，相位進(jìn)行較細(xì)致的量化。對于幅度的量化方法如下對于一個列向量找出其最大模值，并將其所在位置的序號反饋 給發(fā)射端，對上述一個列向量來i兌，幅度反々貴的開銷為2 bits，第 一個列向量元素的模值的最大模值在第一個位置，那么反饋OO，第 二個列向量的元素的模值的最大模值在第4個位置，那么反饋11。發(fā)送端收到反饋信息后對每個列向量的幅度分別進(jìn)行重構(gòu)，將 最大模值所在位置的元素的模值固定為《ax ，列向量中其余三個元素的模值都固定為V(l_《)/3 。《ax值的大小應(yīng)該通過對于所使用的 信道進(jìn)行仿真測試來確定，才艮據(jù)隨^L矩陣的測試結(jié)果來看，X,的 最優(yōu)取值為0.7-0.8。對于相位的量化方法如下對每個向量中才莫值最大的元素的相位以兀/ 4對該元素進(jìn)行量 化， 一個元素以；r/4進(jìn)4亍的相位量化需要3 bit的空間。對于每個向 量中除過模值最大的元素之外的其余元素的相位以;r/2進(jìn)行量化， 每個元素以;r/2進(jìn)行量化時需要2 bit的量化空間。量化時可以以任何相位值(如0 ;r/8或；r/4等)作為起始點， 不影響量〗t效果。注意對于4艮多SVD算法來"^井，每個列向量中的第一個元素 的相位只有兩種選擇O或;r,這樣第一個元素的相位量化開銷為1bit.用O表示O相位，l表示;r相位。對于符合這種條件的情況可以 節(jié)約1 bit的反饋開銷，matlab中的SVD算法符合這個條件。上述量化方法，每個數(shù)據(jù)流的反饋開銷為10 bits或11 bits (取 決于是否符合上面的條件)，那么 當(dāng)發(fā)送4個數(shù)據(jù)流時，量化反饋4x4 V矩陣的總開銷為40 或44 bit 當(dāng)發(fā)送3個數(shù)據(jù)流時，量化反饋4x4 V矩陣的總開銷為30 或33 bit*當(dāng)發(fā)送2個凄t據(jù)流時，量化反々貴4x4 V矩陣的總開銷為20 或22 bit*當(dāng)發(fā)送l個數(shù)據(jù)流時，量化反饋4x4 V矩陣的總開銷為10 或11 bit具^Mt方法如下第一步接收端4艮據(jù)信道估計得到的信道矩陣H，進(jìn)行SVD 分解，得到發(fā)射端的預(yù)編碼矩陣V和4妾收端的預(yù)編碼矩陣U。第二步才艮據(jù)所需要發(fā)送的數(shù)據(jù)流的數(shù)目i,取出V矩陣的前 i列作為需要量化反饋的V矩陣，下面對每一個列向量分別進(jìn)行操 作。第三步對于一個列向量找出其最大模值，并將其所在位置的 序號反饋給發(fā)射端，對上述一個列向量來說，幅度反饋的開銷為2bitS，第一個列向量元素的模值的最大值在第一個位置，那么反饋
00，第二個列向量的元素的模值的最大值在第4個位置，那么反饋 11。
第四步發(fā)送端收到反饋信息后對每個列向量的幅度分別進(jìn)行 重構(gòu)，將最大模值所在位置的元素的模值固定為A^，列向量中其
余三個元素的模值都固定為* - <ax )/3 。 ( /U值的大小應(yīng)該通過對 于所使用的信道進(jìn)行仿真測試來確定，根據(jù)隨機(jī)矩陣的測試結(jié)果來 看，《ax的最優(yōu)取值為0.7 ~ 0.8。
第五步每個列向量中的第一個元素的相位只有兩種選擇0 或/r， ^口0表示0相4立，l表示;r相^f立。所以第一個元素的相葉立量4匕 只需要lbit。(注對于4艮多SVD算法來^S每個列向量中的第一 個元素的相4立只有兩種選擇0或;r，這才羊第一個元素的相^f立量4匕 開銷為1 bit.用O表示O相位，l表示;r相位。對于符合這種條件的
情況可以節(jié)約1 bit的反々貴開銷，matlab中的SVD算法符合這個條 件。對于符合此條件的情況進(jìn)行第四步，否則跳過而直接進(jìn)行第五 步)。
第六步對每個向量中才莫^f直最大的元素的相位以tt/4對該元素 進(jìn)行量化， 一個元素以；r/4進(jìn)行的相位量化需要3 bit的空間。對于 每個向量中除過才莫值最大的元素之外的其余元素的相位以；r/2進(jìn)行 量化，每個元素以;r/2進(jìn)行量化時需要2bit的量化空間。
基于householder陣的碼本量化方法
本部分主要i兌明利用householder陣的方法對原始V矩陣進(jìn)4亍 處理后是否能夠減少反饋開銷。對于4個發(fā)射天線的情況，當(dāng)發(fā)送 i (i=l, 2, 3， 4 )個數(shù)據(jù)流時，需要將V矩陣的前i列反饋回發(fā)射端。乂于于一個4X4的V矩陣，當(dāng)發(fā)送4個教:才居流時，反々貴
v" v12 V|3 Vl4
v
V
、v2
'24
31 V32 VH V34
42
'44
V矩陣元素需要反饋給發(fā)射端進(jìn)行發(fā)射端預(yù)編碼，V矩陣第i (i =1， 2, 3， 4 )個列向量就是第i個凄t據(jù)流在發(fā)射端的預(yù)編碼權(quán)值， 也就是說對于發(fā)送n ( n<=4 )個數(shù)據(jù)流的情況，有4n個元素需要量 化反々貴；對于發(fā)送全部4個數(shù)據(jù)流的情況，有16個元素進(jìn)行反饋。
使用householder陣方法主要的目的是簡少需要反饋的元素， 減d、反々貴開銷，下面以發(fā)送4流即反々貴4X4的V矩陣為例進(jìn)行分 析，在發(fā)射端進(jìn)行碼本重構(gòu)時所需要量化反饋的元素用藍(lán)色標(biāo)出。
Householder反射矩陣構(gòu)造為
其中:v,-"1 — e, ， A-arg(v,(l，l)) ， -[l,O廣.,Of
注意這種方法中，如果v(l, l)元素為復(fù)凄t，在生成w,時 就需要使用-,;
經(jīng)過變纟灸后V
0 00
0v2 v212v213 —
0v22lv222
0v23lv232v233 —
v2
如圖3所示，藍(lán)色部分標(biāo)示的元素為需要向發(fā)射端反饋的元素, 即需要量4b的元素將變換后的V矩陣中還需要量化的3x3的元素取出，作為新矩
，繼續(xù)使用相同的方法對r,進(jìn)行變換，變
、2,v2l2
陣^，v22v222
v23v232
-一200
換后^0v3
0—v32lv3
-33
如圖4所示，藍(lán)色部分標(biāo)示的元素為需要向發(fā)射端反饋的元素， 即需要量化的元素
將變換后的V矩陣中還需要量化的2x2的元素取出，作為新矩
陣K,
v32, v322
K3 = "即可
一3 0 — 0 v4
,繼續(xù)使用相同的方法對^進(jìn)行變換，變換后 ，由于v4為模值為1的元素，所以僅需要反饋其相位值
如圖5所示，藍(lán)色部分標(biāo)示的元素為需要向發(fā)射端反饋的元素， 即需要量化的元素。
從上面分析過程可以看出，總共需要向發(fā)射端反饋9個元素(藍(lán) 色方才匡所表示的9個元素)，以及^ ^ & ^ 4個相位^直。由 于^ ^ & A 4個相位值在分解和重構(gòu)過程中的作用是對矩 陣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，其精度對整理量化誤差的影響比較大，所以在反饋開 銷允許的情況下需要盡量細(xì)致的量化。
我們的量化方法如下
從上面論迷可以看出，藍(lán)色標(biāo)識的元素均為需要量化并且反饋 至發(fā)送端的元素，需要反饋的元素有* A&&-4 4個相^f立^直* V矩陣的第一個列向量的4個元素v,,, v2,， v31, v4,* K矩陣中的第一個列向量的3個元素v2,,，v221， v231* ^矩陣中的第一個列向量的2個元素v3H， v32l 量化所需要的開銷如下1. 對于^ & & A 4個相位值，這4個相位的量化需要進(jìn) 4亍4交細(xì)的劃分，每個分別以"4進(jìn)4亍量4匕，每個相4立需要3 bit,反 饋這4個元素的值共需要12 bit。;主意乂寸于A ^ A這三個才目^f立4言息才尤是v,, v2 v3,'這三個元 素的相位，在反饋v,， v2n ^,時僅反饋幅度信息即可，不需要重復(fù) 反饋。2. 對于V矩陣的第一個列向量的4個元素v,,， v2,， V},， 的量化，找到這四個元素中的最大模值，并反饋最大模值所在的位置，反饋最大模值所在的位置需要開銷為2bit。幅度量化將最大模值所在位置的元素的模值固定為《M,列 向量中其余3個元素的模值都固定為V(1-<ax)/3_。夂^值的大小應(yīng)該 通過對于所使用的信道進(jìn)行仿真測試來確定，根據(jù)隨機(jī)矩陣的測試 結(jié)果來看，對于4維元素時的情況《^的最優(yōu)取值為0.7-0.8。相位量化對這4個元素中才莫值最大的元素的相位以;r/4對該 元素進(jìn)行量化，以;r/4進(jìn)行的相位量化需要3 bit的反饋開銷，對于每個向量中除過^ft值最大的元素之外的其余元素的相位以；r/2進(jìn)行 量化，每個元素以;r/2進(jìn)行量化時需要2bit的量化空間。量化時可以以任何相位值(如0 ;r/8或；r/4等)作為起始點， 不影響量化效果。對這四個元素的量化共需要11 bit的反饋開銷。3. 對于^矩陣中的第一個列向量的3個元素V2U，v22, ， v23, 的量化，其方法與上面四個元素的方法基本相同。不同之處在于 進(jìn)行幅度量化時將最大模值所在位置的元素的模值固定為jmax ,列向量中其余2個元素的模值都固定為#-)/2 。對于3維元素的情況j,的最優(yōu)取值為0.75 ~ 0.85。這三個元素所需要的反饋開銷為 9bit。4. 對于^矩陣中的第一個列向量的2個元素^32,的量化， 其量化方法也與上面基本相同。不同之處在于進(jìn)行幅度量化時將 最大模值所在位置的元素的模值固定為《M，列向量中其余1個元素的模值都固定為VT^T。對于2維元素的情況《^的最優(yōu)取值為 0.8-0.9。這三個元素所需要的反々責(zé)開銷為6bit。/人上面分析看出*當(dāng)發(fā)送4個數(shù)據(jù)流時，量化反饋4x4 V矩陣的總開銷為32 bit *當(dāng)發(fā)送3個數(shù)據(jù)流時，量化反饋4x4 V矩陣的總開銷為28 bit *當(dāng)發(fā)送2個數(shù)據(jù)流時，量化反饋4x4V矩陣的總開銷為21 bit *當(dāng)發(fā)送1個數(shù)據(jù)流時，量化反饋4x4 V矩陣的總開銷為11 bit具^(^Mt方法如下第一步接收端根據(jù)信道估計得到的信道矩陣H，進(jìn)行SVD 分解，得到發(fā)射端的預(yù)編碼矩陣V和4妻收端的預(yù)編碼矩陣U。第二步根據(jù)所需要發(fā)送的數(shù)據(jù)流的數(shù)目i，取出V矩陣的前 i列作為需要量化反饋的V矩陣。第三步根據(jù)上述的householder矩陣變換方法對V矩陣進(jìn)行 處理，4尋到需要量4匕的A& AA 4個相位^直和Vll, v2, ， v3l ， v4l,V2,,， v22, ， v23l， v3,,， v3^的部分元素(由于發(fā)送數(shù)據(jù)流數(shù)目可能小 于4，所以只需反々貴上述元素中的部分元素)。第四步對于^&&A 4個相位值，這4個相位的量化需要進(jìn)行較細(xì)的劃分，每個分別以W4進(jìn)行量化，每個相位需要3 bit 。第五步對于V矩陣的第一個列向量的4個元素v21, v3l, 的量化，找到這四個元素中的最大模值，并反饋最大模值所在的 位置，反饋最大模值所在的位置需要開銷為2bit。幅度量化將最大模值所在位置的元素的模值固定為《^，列向量中其余3個元素的才莫值都固定為- <ax )/3 。 ^U值的大小應(yīng)該通過對于所使用的信道進(jìn)行仿真測試來確定，根據(jù)隨機(jī)矩陣的測試 結(jié)果來看，對于4維元素時的情況《^的最優(yōu)取值為0.7-0.8。相位量化對這4個元素中模值最大的元素的相位以；r/4對該 元素進(jìn)行量化，以;r/4進(jìn)行的相位量化需要3 bit的反饋開銷，對于 每個向量中除過模值最大的元素之外的其余元素的相位以;r/2進(jìn)行 量化，每個元素以;r/2進(jìn)行量化時需要2bit的量化空間。第六步對于^矩陣中的第一個列向量的3個元素v2n， v22,， v23,的量化，其方法與第五步中的方法基本相同。不同之處在于 進(jìn)行幅度量化時將最大模值所在位置的元素的模值固定為jmax ,列 向量中其余2個元素的模值都固定為-<ax)/2 。
對于3維元素的 情況《ax的最4尤取4直為0.75 ~ 0.85。第七步對于^矩陣中的第一個列向量的2個元素V3,,， ^32|的 量化，其量化方法也與上面基本相同。不同之處在于進(jìn)行幅度量 化時將最大模值所在位置的元素的模值固定為」_，列向量中其余1個元素的4莫值都固定為0 -《。對于2維元素的情況《ax的最優(yōu)取 值為0.8 ~ 0.9。從以上的描述中，可以看出，本發(fā)明實現(xiàn)了4交為簡單的用于4 發(fā)射天線MIMO系統(tǒng)的石馬本方式預(yù)編石馬方法，并分別參合出了基于直 4矣量化的碼本i殳計方法和基于直4妄量化的碼本i殳計方法，成本較 低，易于實現(xiàn)。以上所述 <又為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā) 明，對于本領(lǐng)域的^支術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn) 等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種用于4發(fā)射天線MIMO系統(tǒng)的碼本方式預(yù)編碼方法，其特征在于，包括以下步驟步驟a，接收端根據(jù)信道估計矩陣H進(jìn)行SVD分解，得到發(fā)射端的預(yù)編碼矩陣V和接收端的預(yù)編碼矩陣U；步驟b，根據(jù)所需要發(fā)送的數(shù)據(jù)流的數(shù)目i，取出V矩陣的前i列作為需要量化反饋的V矩陣；以及步驟c，對所述需要量化反饋的V矩陣進(jìn)行量化，并反饋給發(fā)射端，其中，將最大模值所在位置的元素的模值固定為Amax，列向量中其余n-1個元素的模值都固定為<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><msqrt> <mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><msubsup> <mi>A</mi> <mi>max</mi> <mn>2</mn></msubsup><mo>)</mo> </mrow> <mo>/</mo> <mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo> </mrow></msqrt><mo>,</mo> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0001" file="A2007100006120002C1.gif" wi="32" he="6" top= "105" left = "146" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/-->其中n為列向量的維數(shù)，僅僅對模值最大的元素進(jìn)行π/4的量化，其余元素以π/2進(jìn)行量化。
2. 4艮據(jù)權(quán)利要求1所述的碼本方式預(yù)編碼方法，其特征在于，所 述步驟c包4舌以下步驟對需要量化反々貴的V矩陣中的每個列向量分別找出其最 大模值，并將其所在位置的序號反饋給發(fā)射端；發(fā)送端收到反饋信息后對所述每個列向量的幅度分別進(jìn) 行重構(gòu)，其中，將最大模值所在位置的元素的模值固定為力_，列向量中其余三個元素的模值都固定為K)/3 ;所述每個列向量中的第 一個元素的相位^又選擇0或;r;以及對所述每個列向量中模值最大的元素的相位以;r/4進(jìn)行量 化；對于其余元素的相位以;r/2進(jìn)行量化。
3. 才艮據(jù)沖又利要求i所述的碼本方式預(yù)編碼方法，其特征在于，步驟c包4舌以下步驟在得到需要量化反饋的V矩陣后，使用householder矩陣 變換方法對該V矩陣進(jìn)行處理，得到需要量化的^ & A & 4個相位值和v,', v21, v31 , v41, v2,,， v221, v231 ， v3,,， v32l的部分元素；A ^ A A 4個相^^直每個分別以丌/4進(jìn)4亍量4匕；找到該V矩陣中的第一個列向量的4個元素vn ， v2l ， v31, 、,的最大模值，并反饋最大模值所在的位置；將最大模值所在位置的元素的模值固定為《ax ，列向量中 其余3個元素的模值都固定為^1-《ax)/3;對這4個元素中沖莫值最大的元素的相位以;r/4進(jìn)行量化， 只十其余元素的相^f立以；r/2進(jìn)4亍量^f匕；對4吏用householder矩陣變4灸方法得到的r2矩陣中的第一 個列向量的3個元素v2u, v22,， v2;,進(jìn)行量化，進(jìn)行量化時 將最大模值所在位置的元素的模值固定為《ax ，其余2個元素 的模值都固定為jl"L)/2;以及對使用householder矩陣變換方法得到的^矩陣中的第一 個列向量的2個元素v3 , A,進(jìn)行量化，進(jìn)行幅度量化時將 最大模值所在位置的元素的模值固定為《^，列向量中其余1 個元素的模值都固定為V^IT 。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的碼本方式預(yù)編碼方法，其特征在于， 使用2bit量化所述最大模值所在位置的序號。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的碼本方式預(yù)編碼方法，其特征在于， 當(dāng)只選擇O或;r進(jìn)行量化時，使用lbit量化該相位值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的碼本方式預(yù)編碼方法，其特征在于， 當(dāng)以/r/2進(jìn)行量化時，使用2bit量化該相位值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的碼本方式預(yù)編碼方法，其特征在于， 當(dāng)以；r/4進(jìn)行量化時，使用3bit量化該相位值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的碼本方式預(yù)編碼方法，其特;[正在于， 對于V矩陣,Amax的取值為0.7-0.8。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的碼本方式預(yù)編碼方法，其特征在于，對 于矩陣,Amax的取值為0,75 -0.85。
10. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的碼本方式預(yù)編碼方法，其特征在于，對 于K矩陣,Amax的取值為0.8-0.9。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于4發(fā)射天線MIMO系統(tǒng)的碼本方式預(yù)編碼方法，包括以下步驟步驟a，接收端根據(jù)信道估計矩陣H進(jìn)行SVD分解，得到發(fā)射端的預(yù)編碼矩陣V和接收端的預(yù)編碼矩陣U；步驟b，根據(jù)所需要發(fā)送的數(shù)據(jù)流的數(shù)目i，取出V矩陣的前i列作為需要量化反饋的V矩陣；以及步驟c，對需要量化反饋的V矩陣進(jìn)行量化，并反饋給發(fā)射端，其中，將最大模值所在位置的元素的模值固定為A_max，列向量中其余n-1個元素的模值都固定為上式，其中n為列向量的維數(shù)，僅僅對模值最大的元素進(jìn)行π/4的量化，其余元素以π/2進(jìn)行量化。
文檔編號H04B7/06GK101222259SQ20071000061
公開日2008年7月16日 申請日期2007年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月9日
發(fā)明者輝 于, 王衍文, 郁光輝, 郝東來, 陽 郭 申請人:中興通訊股份有限公司