專利名稱：信道狀態(tài)信息反饋方法及無線收發(fā)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，特別涉及信道狀態(tài)信息反饋技術(shù)。

背景技術(shù)：
目前，多輸入多輸出(Multi-Input Multi-Output，簡稱“MIMO”)技術(shù)在無線通信系統(tǒng)中的應用越來越受到重視，無論是從增加系統(tǒng)容量的角度還是改善系統(tǒng)性能的角度，MIMO都有其不可替代的優(yōu)越性。MIMO主要分為兩大類，一類是以最大化分集增益為目的的空間分集技術(shù)，另一類則是以最大化數(shù)據(jù)速率為目的的空分復用技術(shù)。
基于MIMO的空分復用技術(shù)的系統(tǒng)能通過同時發(fā)送多路獨立的數(shù)據(jù)流，以顯著地提高系統(tǒng)的頻譜利用率，但空分復用系統(tǒng)對于惡劣的信道條件非常敏感。對于該問題，比較有效的方式是首先自適應調(diào)整需要發(fā)送的獨立數(shù)據(jù)流的數(shù)目，使其不大于接收的天線數(shù)和發(fā)送天線數(shù)中的較小值，根據(jù)當前信道矩陣的秩進行動態(tài)變化，同時對發(fā)送的數(shù)據(jù)流進行預編碼或波束形成，預編碼矩陣或發(fā)送波束的設計或選取需要利用信道信息。
預編碼系統(tǒng)的基本思想是通過分析發(fā)送端已知的某種形式的信道信息來設計信號的發(fā)送方式，使發(fā)送的信號能適應信道矩陣的特征結(jié)構(gòu)，使獨立數(shù)據(jù)流之間的相互干擾盡可能小。預編碼系統(tǒng)設計可以利用不同形式的信道信息，根據(jù)不同的準則來設計。當發(fā)送端已精確地獲知當前信道狀態(tài)信息(Channel StateInformation，簡稱“CSI”)時，預編碼系統(tǒng)能獲得最大的增益。在采用時分雙工(Time Division Duplex，簡稱“TDD”)的無線通信系統(tǒng)中，當數(shù)據(jù)發(fā)送和接收保證在合適的乒乓時間內(nèi)，信道在接收模式下的估計值能用來估計發(fā)送信道，即此時發(fā)送端有可能獲得比較精確的信道狀態(tài)信息，但在頻分雙工(FrequencyDivision Duplex，簡稱“FDD”)的無線通信系統(tǒng)中，信道狀態(tài)信息只能通過反饋信道由接收端傳送到發(fā)送端。但由于MIMO信道矩陣包含多個參數(shù)，傳送這些信道參數(shù)超出了有限反饋信道的可負荷程度，因此，通過反饋信道由接收端將信道狀態(tài)信息傳送到發(fā)送端的方式在有限反饋系統(tǒng)中并不可行。
因此，為了減少反饋信息量，比較有效的方法之一是采用基于預編碼矩陣或波束碼本的方案，稱為有限反饋預編碼，其思想是先根據(jù)信道的統(tǒng)計特性設計一組可用的預編碼矩陣或波束矢量，構(gòu)成一個碼本，該碼本在發(fā)送端和接收端均已知，接收端根據(jù)估計的信道矩陣和一定的性能準則選擇碼本中的一個碼字用作發(fā)送端使用的預編碼矩陣或波束矢量，將其在碼本中的序號反饋給發(fā)送端。碼本的設計是預編碼系統(tǒng)設計中非常關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，可以采用Hochwald等提出的酉空時星座設計方法。需要指出的是，為了實現(xiàn)簡單，預編碼碼本中各元素，即碼字F，

滿足FHF＝IK，即預編碼矩陣F為各列正交歸一的矩陣，每一列作為一個獨立數(shù)據(jù)流的承載波束。
具體地說，假設系統(tǒng)可以反饋B個比特進行預編碼設計，若采用預編碼碼本的方式，此時碼本由N＝2B個預編碼矩陣組成。如果把碼本中每個預編碼矩陣(若M＝1，則矩陣退化成波束)看成一個由列張成的子空間(若碼字退化成波束，則每個波束可以看作是一根線)，這樣碼本的設計就等效成一個子空間(或線)堆積的過程，它的目標是使不同子空間之間的最小距離最大化，這種方法被稱為Grassmannian子空間堆積方法。
Grassmannian子空間堆積方法的關(guān)鍵之處在于如何定義兩個不同子空間的距離，經(jīng)理論分析表明，根據(jù)系統(tǒng)所采用的不同的碼字選取準則以及具體的接收機模型，在設計碼本時應該采用不同的子空間距離定義。下面簡單介紹一下已有的各種碼字選取標準以及相應的距離定義。
(1)假設接收端使用最大似然接收機，系統(tǒng)從碼本中選擇一個預編碼矩陣，使接收符號矢量的最小距離達到最大(MD Selection)，或者使瞬時容量達到最大(Capacity Selection)。
(2)假設接收端使用迫零ZF線性接收機，系統(tǒng)從碼本中選擇一個預編碼矩陣，使等效信道矩陣HF的最小奇異值達到最大(SV Selection)。
(3)假設接收端使用最小均方差估計(Minimum mean-square error，簡稱“MMSE”)接收機，系統(tǒng)從碼本中選擇一個預編碼矩陣，使均方誤差矩陣的跡(MMSE-trace Selection)或行列式(MMSE-det Selection)達到最小。
上述各種碼字選取準則的具體定義如表1所示。

表1 根據(jù)上述不同的碼字選取準則，可以得到如下的碼本設計準則 (1)當B＝∞，等效于發(fā)送端已知全部的信道狀態(tài)信息，此時最優(yōu)的預編碼矩陣是由矩陣HHH的M個最大特征值對應的特征向量組成的。若對HHH進行特征值分解，得到如下形式 其中不失一般性，假設則最優(yōu)預編碼矩陣為 Fopt＝VH(2) 其中VH表示由VH的前M列組成的矩陣。
(2)有限反饋系統(tǒng)中，假設B＝log2(N)。如果使用行列式達到最小或者容量選取準則，則碼本設計目標是使如下距離min1≤i＜j≤NdFS(Fi，F(xiàn)j)最大化，其中dFS(Fi，F(xiàn)j)表示由矩陣Fi和Fj張成的兩個子空間之間的Fubini-Study距離，具體定義如下 (3)有限反饋系統(tǒng)如果使用MMSE-trace、SV或MD碼字選取準則，則碼本設計目標是使如下距離min1≤i＜j≤Ndp2(Fi，F(xiàn)j)最大化，其中dp2(Fi，F(xiàn)j)表示由矩陣Fi和Fj張成的兩個子空間之間的投影二范數(shù)距離，具體定義如下 其中λmin(FiHFj)表示矩陣FiHFj的最小奇異值。
(4)對于聯(lián)合使用正交空時分組碼的有限反饋預編碼系統(tǒng)，碼本設計目標是使如下距離min1≤i＜j≤Ndc(Fi，F(xiàn)j)最大化，其中dc(Fi，F(xiàn)j)表示由矩陣Fi和Fj張成的兩個子空間之間的chordal距離，具體定義如下 在目前的現(xiàn)有技術(shù)中，接收端是通過將選取的碼字(即預編碼矩陣)在其碼本中的序號反饋給發(fā)送端，通知發(fā)送端對發(fā)送的信號采用的預編碼矩陣，以此來減少反饋信息量。然而，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，由于實際中往往采用復雜度較低的線性接收機，實際可獲得的吞吐量相對于信息論的容量有一定的損失，也就是說，接收端根據(jù)估計的信道矩陣和一定的性能準則選取的碼字對最優(yōu)碼字進似不夠準確，從而導致了一定的性能損失。此外，目前碼本中每個碼字都是一個較大預編碼矩陣，所以占用的存儲空間較大。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施方式要解決的主要技術(shù)問題是提供一種信道狀態(tài)信息反饋方法及無線收發(fā)裝置，使得可以在相同反饋信息量的條件下提高預編碼處理的性能。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實施方式提供了一種信道狀態(tài)信息反饋方法，包括以下步驟 接收端根據(jù)當前信道狀態(tài)，從至少兩個碼本中分別選擇一個預編碼矩陣，使所選的各預編碼矩陣的組合最適應當前信道狀態(tài)，并將代表所選的各預編碼矩陣的信息傳遞到發(fā)送端，通知該發(fā)送端根據(jù)該接收端所選的各預編碼矩陣的組合對需要發(fā)送的信號進行預編碼處理；其中，接收端中各碼本分別以不同的準則生成，每個碼本中包含至少兩個預編碼矩陣。
本發(fā)明的實施方式還提供了一種無線接收裝置，包括 存貯單元，用于保存至少兩個碼本，每個碼本分別以不同的準則生成，每個碼本中包含至少兩個預編碼矩陣； 選擇單元，用于根據(jù)當前信道狀態(tài)，從存貯單元保存的各碼本中分別選擇一個預編碼矩陣，使所選的各預編碼矩陣的組合最適應當前信道狀態(tài)； 反饋單元，用于將代表選擇單元所選的各預編碼矩陣的信息傳遞到發(fā)送端。
本發(fā)明的實施方式還提供了一種無線發(fā)送裝置，包含 存貯單元，用于保存與發(fā)送端相同的至少兩個碼本，每個碼本分別以不同的準則生成，每個碼本中包含至少兩個預編碼矩陣； 接收單元，接收發(fā)送端所選的至少兩個預編碼矩陣在各自碼本中的序號； 查找單元，用于根據(jù)接收單元收到的各序號分別從存貯單元中各碼本內(nèi)找到對應的各預編碼矩陣； 預編碼單元，用于以查找單元找到的各預編碼矩陣的組合對需要發(fā)送的信號進行預編碼處理。
本發(fā)明實施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要其效果在于可以在不增加反饋信息量的條件下提高預編碼處理的性能。在不增加反饋信息量的條件下，使用多個碼本時，雖然每個碼本都變小了，但由于碼本是以不同的準則生成的，所以相當于引入了一些非線性的因素，經(jīng)仿真證明(仿真結(jié)果見相應實施方式)，多個以不同準則生成的碼本可以比一個碼本更適應當前信道狀態(tài)。而且，多個小碼本比一個大碼本占用的存儲空間更少，能夠節(jié)省收發(fā)兩端的存儲碼本的存儲空間。



圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的信道狀態(tài)信息反饋方法流程圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的雙碼本方案，與使用單碼本方案的性能仿真示意圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的雙碼本方案，與使用單碼本方案的性能仿真示意圖； 圖4是根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的雙碼本方案，與使用單碼本方案的性能仿真示意圖； 圖5是根據(jù)本發(fā)明第四實施方式的雙碼本方案，與使用單碼本方案的性能仿真示意圖； 圖6是根據(jù)本發(fā)明第五實施方式的無線接收裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7是根據(jù)本發(fā)明第六實施方式的無線發(fā)送裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施例方式 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步地詳細描述。
本發(fā)明的第一實施方式涉及一種信道狀態(tài)信息反饋方法，在本實施方式中，接收端根據(jù)當前信道狀態(tài)，從兩個碼本(即主碼本和輔助碼本)中分別選擇一個預編碼矩陣，使所選的各預編碼矩陣的組合最適應當前信道狀態(tài)，并將所選的各預編碼矩陣在各自碼本中的序號傳遞到發(fā)送端，通知該發(fā)送端根據(jù)該接收端所選的各預編碼矩陣的組合對需要發(fā)送的信號進行預編碼處理。其中主碼本按現(xiàn)有技術(shù)的方案生成和選擇，輔助碼本可以看作在主碼本的基礎上增加一個擾動，具體流程如圖1所示。
在步驟110中，接收端根據(jù)當前信道狀態(tài)，在主碼本中選擇一個預編碼矩陣。具體地說，假設主碼本表示為Fi是Mt×M維的復數(shù)矩陣。接收端在獲得當前的信道狀態(tài)信息后，根據(jù)當前的信道狀態(tài)，按照第一準則從碼本F中選擇一個預編碼矩陣Fp。該第一準則可以是表1中的一種準則類型，如Capacity Selection或MMSE-trace Selection等。
接著，進入步驟120，接收端根據(jù)當前信道狀態(tài)，在輔助碼本中選擇一個預編碼矩陣。具體地說，假設輔助碼本表示為Ui是M維的酉陣。接收端在獲得當前的信道狀態(tài)信息后，根據(jù)當前的信道狀態(tài)，從碼本G中選擇一個預編碼矩陣Uq，使在步驟110中選取的預編碼矩陣與在本步驟中選取的預編碼矩陣的組合滿足第二準則。
本實施方式中的輔助碼本為基于Fourier(傅立葉)矩陣生成的輔助碼本，其形式為Ug＝Λg·DM，g＝0，...，G-1 其中，DM＝{dkl，k，l＝0，...，M-1}，M是預編碼矩陣的維數(shù)， 接收端在輔助碼本G中選擇的預編碼矩陣Uq與在步驟110中選取的預編碼矩陣Fp的組合滿足第二準則，從吞吐量最大化角度出發(fā)，該第二準則為

其中，M是預編碼矩陣的維數(shù)，Uq為所選的輔助碼本中的預編碼矩陣，IM是M維單位矩陣，F(xiàn)p是所選的主碼本中的預編碼矩陣，U是輔助碼本中的預編碼矩陣，H是信道矩陣。
接著，進入步驟130，接收端將所選的各預編碼矩陣在各自碼本中的序號，傳遞到發(fā)送端，通知該發(fā)送端根據(jù)該接收端所選的各預編碼矩陣的組合對需要發(fā)送的信號進行預編碼處理。
相比傳統(tǒng)的單獨采用一個碼本的方式(如采用Grassmannian碼本的方式)，本實施方式中的采用主碼本+輔助碼本的方式，將需要額外反饋輔助碼本中選擇的預編碼矩陣的序號，也就是說，接收端需要反饋的總比特數(shù)為log2(N)+log2(G)。由于在實際系統(tǒng)中，用于表示選擇的預編碼矩陣的反饋比特數(shù)B往往是預先固定的，因此，接收端需要反饋的總比特數(shù)log2(N)+log2(G)，需要與預先固定反饋比特數(shù)B相等。其中，N為主碼本中包含的預編碼矩陣的個數(shù)，G為輔助碼本中包含的預編碼矩陣的個數(shù)。
由于需要反饋的總比特數(shù)是預先固定的，如6比特，因此，如果單獨使用一個碼本(如Grassmannian碼本)，則該Grassmannian碼本的長度為64(即包含64個預編碼矩陣)；如果使用2個碼本，則可以將第一個碼本的長度置為16(即包含16個預編碼矩陣)，將第二個碼本的長度置為4(即包含4個預編碼矩陣)，由此可見，相較單獨使用一個碼本的情況而言，收發(fā)兩端的存儲碼本的存儲空間得以減少。而且，由于使用雙碼本后接收端可以使用逐次搜索的方式選擇首選預編碼矩陣，相比傳統(tǒng)的基于Grassmannian碼本的預編碼方式，可以顯著降低搜索的計算復雜度。
發(fā)送端在收到來自接收端的表示各序號的反饋比特后，分別從與該接收端相同的各碼本中找到對應的各預編碼矩陣，以找到的各預編碼矩陣的組合對需要發(fā)送的信號進行預編碼處理。當然，在本實施方式中，發(fā)送端需要保存與接收端相同的主碼本和輔助碼本的具體信息。由于只需傳各預編碼矩陣在各自碼本中的序號，即可通知發(fā)送端對發(fā)送的信號使用的各預編碼矩陣的組合，因此可以有效地減少傳輸?shù)男畔⒘俊?br> 需要說明的是，接收端前后兩次從主碼本與輔助碼本中選取預編碼矩陣的準則需要相匹配，如在本實施方式中，在主碼本中選取預編碼矩陣的第一準則，與在輔助碼本中選取預編碼矩陣時需要滿足的第二準則都需要從容量角度出發(fā)。
假設通信系統(tǒng)發(fā)送端(基站)配置4根天線，接收端(終端)配置2根天線，天線都排成均勻線陣，基站處天線距離dT＝10λ，終端處天線距離為dT＝0.5λ；基站處的角度擴展AS＝2，終端處的角度擴展AS＝60；并假設基站處的出射角(AoD)均勻分布在-60°和60°之間，終端處的入射角(AoA)固定在0°，取10000次信道實現(xiàn)。采用本實施方式的使用主碼本和基于Fourier矩陣的輔助碼本的雙碼本方案，與傳統(tǒng)的采用一種碼本(如Grassmannian碼本)方案的性能仿真如圖2所示。
在圖2中，橫坐標均表示平均信噪比(SignalNoise ratio，簡稱“SNR”)，縱坐標均表示系統(tǒng)吞吐量大小，在發(fā)送端發(fā)送兩個數(shù)據(jù)流，接收端使用MMSE接收機。當使用雙碼本方案(輔助碼本的長度為4)時，系統(tǒng)吞吐量有0.3比特/Hz左右的增益，表明輔助碼本能有效補償線性接收機的容量損失。另外需要注意的是，當主碼本(即Grassmannian碼本)的長度取為16，輔助碼本的長度取為4，此時需要反饋6個比特的信息，這與單獨使用64長度的Grassmannian碼本的單碼本方案具有相同的反饋信息量。由圖所示，兩者具有幾乎完全相同的平均吞吐量性能，但在使用雙碼本方案的情況下，具有更低的計算復雜度以及更小的碼本存儲空間。
本發(fā)明的第二實施方式涉及一種信道狀態(tài)信息反饋方法，本實施方式與第一實施方式大致相同，其區(qū)別在于，在第一實施方式中，接收端使用的輔助碼本為基于Fourier矩陣生成的輔助碼本；而在本實施方式中，接收端使用的輔助碼本的形式為 其中，M是預編碼矩陣的維數(shù)，K是大于1的整數(shù)，θ1＝θ2＝…＝θK。
具體地說，從補償容量損失角度出發(fā)，最優(yōu)的擾動矩陣Uopt為矩陣FpHHHHFp的特征向量組成的酉陣，即UoptHFpHHHHFpUopt為對角矩陣，Uopt的作用相當于通過相似變換對FpHHHHFp進行對角化。工程矩陣理論已表明，對于兩維的實對稱矩陣A，存在一個旋轉(zhuǎn)矩陣U，使得 UHAU＝diag(λ1，λ2)(6) 其中 旋轉(zhuǎn)角度θ的取值范圍為[-π/4，π/4]。如果采用式(7)的形式構(gòu)造輔助碼本，由于只有旋轉(zhuǎn)角度一個自由度，可以通過量化θ的形式很容易生成輔助碼本，即令 其中由于這里需要對角化的矩陣FpHHHHFp屬于復數(shù)空間，下面將分析用式(7)所示形式的擾動矩陣對Hermitian矩陣FpHHHHFp進行相似變化所得到新矩陣的對角化程度。為表述方便，令 其中AR和AI分別表示矩陣A的實部和虛部，需要指出的是，由于A為Hermitian矩陣，其對角元素都為實數(shù)，因此AI的對角元素都為零。另外，在從碼本F種選取預編碼矩陣時，當N＝2B→∞時，有fP→Fopt＝VH，因此A在高概率意義上是對角占優(yōu)的矩陣，也意味著‖AI‖F(xiàn)＜＜‖AR‖F(xiàn)。很容易證明當時(Re(a12)表示復述a12的實部)，有 UHAU＝UHARU+j·UHAIU＝ΛR+j·UHAIU 其中ΛR表示對角矩陣，且有 ‖UHAIU‖F(xiàn)＝‖AI‖F(xiàn)＜＜‖ΛR‖F(xiàn)＝‖AR‖F(xiàn) 因此通過上述相似變換可以把復數(shù)矩陣A轉(zhuǎn)換成準對角矩陣，即意味著通過式(8)構(gòu)造的輔助碼本中必存在一個碼字(即預編碼矩陣)，它能逼近使系統(tǒng)可獲容量最優(yōu)的Uopt，碼本尺度G越大，則逼近的程度越高。
上面從補償容量的角度分析了碼本構(gòu)造方式，如果從誤碼率性能來看，一個最優(yōu)擾動的作用是平衡各路信號流的信噪比，這樣可以使信道條件最差一路信號的信噪比最大化。由于各路信號流的信噪比是由矩陣對角元素的值決定的，其中α在使用MMSE(最小均方差估計)接收機時值為1，α在使用ZF(迫零)接收機時值為0。與從容量角度考察不同的是，此時的最優(yōu)擾動矩陣Uopt是使UoptHHHHFpUopt所有的對角元素都相等，若仍然用式(7)限定的模式來表示擾動矩陣，很容易證明，當時，有 其中x＝a11cos2θ+2Re(a12)sinθcosθ+a22sin2θ，上式表明當輔助碼本采用式(8)的構(gòu)造方式，必存在一個碼字逼近使系統(tǒng)誤碼率最優(yōu)的擾動矩陣，碼本尺度G越大，則逼近的程度越高。
上述分析表明，無論從容量最大或者誤碼率最小的角度考慮，均可以采用旋轉(zhuǎn)矩陣的形式構(gòu)造輔助碼本，由于該形式只有單維的自由度，可以采用對旋轉(zhuǎn)角度等間隔量化的方式生成碼本。當M＞2時，可通過下面的方式擴展旋轉(zhuǎn)矩陣的形式 其中，M是預編碼矩陣的維數(shù)，K是大于1的整數(shù)，為了減少需要量化的自由度，可以令θ1＝θ2＝…＝θK。
由此可見，本實施方式與第一實施方式的區(qū)別在于輔助碼本的生成方式不同，因此也可以達到第一實施方式的效果，如可以節(jié)省收發(fā)兩端的存儲碼本的存儲空間等。采用本實施方式的使用主碼本和通過擴展旋轉(zhuǎn)矩陣得到的輔助碼本的雙碼本方案，與傳統(tǒng)的采用一種碼本(如Grassmannian碼本)方案的性能仿真如圖3所示，該仿真結(jié)果與圖2所示的仿真結(jié)果類似，在此不再贅述。
本發(fā)明的第三實施方式涉及一種信道狀態(tài)信息反饋方法，本實施方式與第一實施方式大致相同，其區(qū)別在于，在第一實施方式中，接收端從吞吐量最大化角度出發(fā)，在主碼本中與輔助碼本中選擇的預編碼矩陣的組合，滿足的第二準則為

而在本實施方式中，接收端從優(yōu)化誤碼率角度出發(fā)，也就是說，使信道條件最差的一路信號流信噪比最大，因此，滿足的第二準則為
其中，M是預編碼矩陣的維數(shù)，Uq為所選的輔助碼本中的預編碼矩陣，IM是M維單位矩陣，F(xiàn)p是所選的主碼本中的預編碼矩陣，U是輔助碼本中的預編碼矩陣，H是信道矩陣。
需要說明的是，由于接收端前后兩次從主碼本與輔助碼本中選取預編碼矩陣的準則需要相匹配，而在本實施方式中，在主碼本中選取預編碼矩陣的第一準則是從優(yōu)化誤碼率角度出發(fā)的，因此，在輔助碼本中選取預編碼矩陣時需要滿足的第二準則也需要從優(yōu)化誤碼率角度出發(fā)。
不難發(fā)現(xiàn)，本實施方式與第一實施方式的區(qū)別在于輔助碼本中選取預編碼矩陣時需要滿足的第二準則不同，本實施方式中需要滿足的第二準則從優(yōu)化誤比特率出發(fā)，可以在不增加反饋信息量的條件下提高預編碼處理的性能。在不增加反饋信息量的條件下，使用多個碼本時，雖然每個碼本都變小了，但由于碼本是以不同的準則生成的，所以相當于引入了一些非線性的因素，經(jīng)仿真證明，多個以不同準則生成的碼本可以比一個碼本更適應當前信道狀態(tài)。當然，與第一實施方式相同，也能夠達到節(jié)省收發(fā)兩端的碼本存儲空間的目的。
假設通信系統(tǒng)發(fā)送端(基站)配置4根天線，接收端(終端)配置2根天線，天線都排成均勻線陣，基站處天線距離dT＝10λ，終端處天線距離為dT＝0.5λ；基站處的角度擴展AS＝2，終端處的角度擴展AS＝60；并假設基站處的出射角(AoD)均勻分布在-60°和60°之間，終端處的入射角(AoA)固定在0°，取10000次信道實現(xiàn)。采用本實施方式的使用主碼本和基于Fourier矩陣的輔助碼本的雙碼本方案，與傳統(tǒng)的采用一種碼本(如Grassmannian碼本)方案的性能仿真如圖4所示。
在圖4中，橫坐標表示每比特的接收能量與噪聲功率譜密度的比值(Eb/No)，縱坐標表示誤比特率(Bit Error Rate，簡稱“BER”)，不難發(fā)現(xiàn)，在低BER區(qū)域時，在Eb/No取值相同的情況下，相比使用單碼本的方案，使用雙碼本的方案具有更低的誤比特率，系統(tǒng)有1dB左右的增益。也就是說，使用雙碼本的方案在誤比特率上具有更高的性能。
本發(fā)明的第四實施方式涉及一種信道狀態(tài)信息反饋方法，本實施方式與第三實施方式大致相同，其區(qū)別在于，在第三實施方式中，接收端使用的輔助碼本與第一實施方式中的輔助碼本相同，為基于Fourier矩陣生成的輔助碼本；而在本實施方式中，接收端使用的輔助碼本的形式為 其中，M是預編碼矩陣的維數(shù)，K是大于1的整數(shù)，θ1＝θ2＝…＝θK。
不難發(fā)現(xiàn)，本實施方式與第三實施方式的區(qū)別在于輔助碼本的生成方式不同，因此也可以達到第三實施方式的效果，如可以比一個碼本更適應當前信道狀態(tài)，能夠節(jié)省收發(fā)兩端的存儲碼本的存儲空間等。采用本實施方式的使用主碼本和通過擴展旋轉(zhuǎn)矩陣得到的輔助碼本的雙碼本方案，與傳統(tǒng)的采用一種碼本(如Grassmannian碼本)方案的性能仿真如圖5所示，該仿真結(jié)果與圖4所示的仿真結(jié)果類似，在此不再贅述。
本發(fā)明的第五實施方式涉及一種無線接收裝置，如圖6所示，包括存貯單元，用于保存至少兩個碼本，每個碼本分別以不同的準則生成，每個碼本中包含至少兩個預編碼矩陣；選擇單元，用于根據(jù)當前信道狀態(tài)，從該存貯單元保存的各碼本中分別選擇一個預編碼矩陣，使所選的各預編碼矩陣的組合最適應當前信道狀態(tài)；反饋單元，用于將代表該選擇單元所選的各預編碼矩陣的信息傳遞到發(fā)送端。其中，存貯單元保存的碼本包括主碼本和輔助碼本，代表該選擇單元所選的各預編碼矩陣的信息是所選的各預編碼矩陣在各自碼本中的序號。
該輔助碼本的形式為以下之一 (1)Ug＝Λg·DM，g＝0，...，G-1 其中，DM＝{dkl，k，l＝0，...，M-1}，M是預編碼矩陣的維數(shù)， (2) 其中，M是預編碼矩陣的維數(shù)，K是大于1的整數(shù)，θ1＝θ2＝…＝θK。
本實施方式中的選擇單元中進一步包括主碼本選擇子單元，用于以第一準則從主碼本選擇一個預編碼矩陣；輔助碼本選擇子單元，用于從輔助碼本中選擇一個預編碼矩陣，使該預編碼矩陣與該主碼本選擇子單元所選的預編碼矩陣的組合滿足第二準則。該第二準則為

或者，該第二準則為

其中，M是預編碼矩陣的維數(shù)，Uq為所選的輔助碼本中的預編碼矩陣，IM是M維單位矩陣，F(xiàn)p是所選的主碼本中的預編碼矩陣，U是輔助碼本中的預編碼矩陣，H是信道矩陣。
在本實施方式中，使用了至少兩個以不同準則生成的碼本，接收端從各碼本中選出最適應當前信道狀態(tài)的預編碼矩陣的組合，并將該預編碼矩陣的組合以有限比特反饋給發(fā)送端，可以在不增加反饋信息量的條件下提高預編碼處理的性能。由于碼本是以不同的準則生成的，所以相當于引入了一些非線性的因素，經(jīng)仿真證明，多個以不同準則生成的碼本可以比一個碼本更適應當前信道狀態(tài)。而且，能夠節(jié)省收發(fā)兩端的存儲碼本的存儲空間。
本發(fā)明的第六實施方式涉及一種無線發(fā)送裝置，如圖7所示，包括存貯單元，用于保存與發(fā)送端相同的至少兩個碼本，每個碼本分別以不同的準則生成，每個碼本中包含至少兩個預編碼矩陣；接收單元，接收發(fā)送端所選的至少兩個預編碼矩陣在各自碼本中的序號；查找單元，用于根據(jù)該接收單元收到的各序號分別從該存貯單元中各碼本內(nèi)找到對應的各預編碼矩陣；預編碼單元，用于以該查找單元找到的各預編碼矩陣的組合對需要發(fā)送的信號進行預編碼處理。
綜上所述，在本發(fā)明的實施方式中，使用至少兩個以不同準則生成的碼本，接收端從各碼本中選出最適應當前信道狀態(tài)的預編碼矩陣的組合，并將該預編碼矩陣的組合以有限比特反饋給發(fā)送端，可以在不增加反饋信息量的條件下提高預編碼處理的性能。在不增加反饋信息量的條件下，使用多個碼本時，雖然每個碼本都變小了，但由于碼本是以不同的準則生成的，所以相當于引入了一些非線性的因素，經(jīng)仿真證明(仿真結(jié)果見相應實施方式)，多個以不同準則生成的碼本可以比一個碼本更適應當前信道狀態(tài)。而且，能夠節(jié)省收發(fā)兩端的存儲碼本的存儲空間。
在發(fā)送端和接收端預置相同的碼本，只傳各預編碼矩陣在各自碼本中的序號，可以有效地減少傳輸?shù)男畔⒘俊?br> 本發(fā)明實施方式提出了一種典型的情況，即使用兩個碼本，一個可稱為主碼本，另一個可稱為輔助碼本，其中主碼本按現(xiàn)有技術(shù)的方案生成和選擇，輔助碼本可以看作在主碼本的基礎上增加一個擾動。本發(fā)明實施方式提出了兩種實用的輔助碼本形式，一種是基于Fourier矩陣生成的，另一種是擴展旋轉(zhuǎn)矩陣生成的。本發(fā)明實施方式還提出了兩種在輔助碼本中選擇預編碼矩陣的準則。
雖然通過參照本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方式，已經(jīng)對本發(fā)明進行了圖示和描述，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應該明白，可以在形式上和細節(jié)上對其作各種改變，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種信道狀態(tài)信息反饋方法，其特征在于，包括以下步驟
接收端根據(jù)當前信道狀態(tài)，從至少兩個碼本中分別選擇一個預編碼矩陣，使所選的各預編碼矩陣的組合最適應當前信道狀態(tài)，并將代表所選的各預編碼矩陣的信息傳遞到發(fā)送端，通知該發(fā)送端根據(jù)該接收端所選的各預編碼矩陣的組合對需要發(fā)送的信號進行預編碼處理；其中，接收端中各所述碼本分別以不同的準則生成，每個碼本中包含至少兩個預編碼矩陣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信道狀態(tài)信息反饋方法，其特征在于，所述代表所選的各預編碼矩陣的信息是所選的各預編碼矩陣在各自碼本中的序號；
還包括以下步驟
所述發(fā)送端根據(jù)所述序號分別從與所述接收端相同的各碼本中找到對應的各預編碼矩陣，以找到的各預編碼矩陣的組合對需要發(fā)送的信號進行預編碼處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信道狀態(tài)信息反饋方法，其特征在于，所述碼本包括主碼本和輔助碼本；
所述從至少兩個碼本中分別選擇一個預編碼矩陣，使所選的各預編碼矩陣的組合最適應當前信道狀態(tài)的步驟包括以下子步驟
以第一準則從所述主碼本選擇一個預編碼矩陣，再從所述輔助碼本中選擇一個預編碼矩陣，使兩個預編碼矩陣的組合滿足第二準則。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的信道狀態(tài)信息反饋方法，其特征在于，所述輔助碼本的形式如下
Ug＝Λg·DM，g＝0，...，G-1
其中，DM＝{dkl，k，l＝0，...，M-1}，M是預編碼矩陣的維數(shù)，
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的信道狀態(tài)信息反饋方法，其特征在于，所述輔助碼本的形式如下
M＝2k，k＝2，3，...，K
其中，M是預編碼矩陣的維數(shù)，K是大于1的整數(shù)，θ1＝θ2＝…＝θK。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項所述的信道狀態(tài)信息反饋方法，其特征在于，所述第二準則為
其中，M是預編碼矩陣的維數(shù)，Uq為所選的輔助碼本中的預編碼矩陣，IM是M維單位矩陣，F(xiàn)p是所選的主碼本中的預編碼矩陣，U是輔助碼本中的預編碼矩陣，H是信道矩陣。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項所述的信道狀態(tài)信息反饋方法，其特征在于，所述第二準則為
其中，M是預編碼矩陣的維數(shù)，Uq為所選的輔助碼本中的預編碼矩陣，IM是M維單位矩陣，F(xiàn)p是所選的主碼本中的預編碼矩陣，U是輔助碼本中的預編碼矩陣，H是信道矩陣。
8.一種無線接收裝置，其特征在于，包括
存貯單元，用于保存至少兩個碼本，每個碼本分別以不同的準則生成，每個碼本中包含至少兩個預編碼矩陣；
選擇單元，用于根據(jù)當前信道狀態(tài)，從所述存貯單元保存的各碼本中分別選擇一個預編碼矩陣，使所選的各預編碼矩陣的組合最適應當前信道狀態(tài)；
反饋單元，用于將代表所述選擇單元所選的各預編碼矩陣的信息傳遞到發(fā)送端。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無線接收裝置，其特征在于，所述代表所述選擇單元所選的各預編碼矩陣的信息是所選的各預編碼矩陣在各自碼本中的序號。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無線接收裝置，其特征在于，所述碼本包括主碼本和輔助碼本；
所述選擇單元進一步包括
主碼本選擇子單元，用于以第一準則從所述主碼本選擇一個預編碼矩陣；
輔助碼本選擇子單元，用于從所述輔助碼本中選擇一個預編碼矩陣，使該預編碼矩陣與所述主碼本選擇子單元所選的預編碼矩陣的組合滿足第二準則。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無線接收裝置，其特征在于，所述輔助碼本的形式為以下之一
Ug＝Λg·DM，g＝0，...，G-1
其中，DM＝{dkl，k，l＝0，...，M-1}，M是預編碼矩陣的維數(shù)，
或者，
M＝2k，k＝2，3，...，K
其中，M是預編碼矩陣的維數(shù)，K是大于1的整數(shù)，θ1＝θ2＝…＝θK。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的無線接收裝置，其特征在于，所述第二準則為以下之一
或者，
其中，M是預編碼矩陣的維數(shù)，Uq為所選的輔助碼本中的預編碼矩陣，IM是M維單位矩陣，F(xiàn)p是所選的主碼本中的預編碼矩陣，U是輔助碼本中的預編碼矩陣，H是信道矩陣。
13.一種無線發(fā)送裝置，其特征在于，包含
存貯單元，用于保存與發(fā)送端相同的至少兩個碼本，每個碼本分別以不同的準則生成，每個碼本中包含至少兩個預編碼矩陣；
接收單元，接收所述發(fā)送端所選的至少兩個預編碼矩陣在各自碼本中的序號；
查找單元，用于根據(jù)所述接收單元收到的各序號分別從所述存貯單元中各碼本內(nèi)找到對應的各預編碼矩陣；
預編碼單元，用于以所述查找單元找到的各預編碼矩陣的組合對需要發(fā)送的信號進行預編碼處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，公開了一種信道狀態(tài)信息反饋方法及無線收發(fā)裝置。本發(fā)明中，使用至少兩個以不同準則生成的碼本，接收端從各碼本中選出最適應當前信道狀態(tài)的預編碼矩陣的組合，并將該預編碼矩陣的組合以有限比特反饋給發(fā)送端，可以在不增加反饋信息量的條件下提高預編碼處理的性能，并能夠節(jié)省存儲碼本所需的存儲空間?？梢允褂靡粋€主碼本和一個輔助碼本，輔助碼本可以看作在主碼本的基礎上增加一個擾動，其中主碼本可以按現(xiàn)有技術(shù)的方案生成和選擇，輔助碼本可以基于Fourier矩陣生成或擴展旋轉(zhuǎn)矩陣生成。
文檔編號H04L1/06GK101340219SQ20071004342
公開日2009年1月7日 申請日期2007年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月4日
發(fā)明者黃永明, 楊綠溪, 衛(wèi) 阮 申請人:華為技術(shù)有限公司