專利名稱：Mimo系統(tǒng)用戶端碼本快速匹配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線傳輸技術(shù)領(lǐng)域的碼本匹配方法，具體是一種MIMO系統(tǒng)用戶端碼本快速匹配方法。
背景技術(shù)：
多天線(MIMO)系統(tǒng)廣播信道通過合理的預(yù)編碼技術(shù),系統(tǒng)可以完全獲得空分復(fù)用增益；此外，當(dāng)用戶數(shù)大于發(fā)射天線數(shù)時，通過用戶調(diào)度方法，系統(tǒng)可以獲得多用戶分集增益。在MIMO系統(tǒng)中，各種無線資源管理策略都需要用戶端將信道狀態(tài)信息(CSI)反饋給基站。大部分無線資源管理策略都是在基站能夠得到完全信道狀態(tài)信息的情況下實現(xiàn)的，這種將每個用戶的信道狀態(tài)信息全部反饋給基站時，反饋量很大。然而，在實際情況下，用于信道狀態(tài)信息反饋的信道資源很少，反饋量受限。因此用戶端無法直接反饋信道狀態(tài)信息，必須先進(jìn)行量化處理。 一種常用的量化方法是基站和用戶端預(yù)先確定相同的信道向量碼本，用戶端將信道向量量化為碼本中的一個碼字，最后用戶端只需將碼字序號和信道向量的模值反饋給基站。其中，碼字序號代表信道方向信息(CDI)。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，在己有的技術(shù)文獻(xiàn)中，針對有限反饋的研究主要是碼本設(shè)計，對于用戶端碼本匹配的研究很少。然而，Nihar Jindal等在《正EE Transaction. Information. Theory》(2006年52期11號第5045頁)上發(fā)表的"MIMO Broadcast Channels With Finite-Rate Feedback"中，認(rèn)為碼本大小決定了信道量化的精度，當(dāng)碼本很大時，信道向量的量化損失很小。并且為了達(dá)到多路增益，碼本大小必須隨著SNR的增大呈指數(shù)增加。
由于用戶端反饋的信道方向信息為二進(jìn)制碼字序號，碼本大小增加一倍反饋量只增加lbit，碼本的碼字個數(shù)增加對反饋量的影響不大。然而使用傳統(tǒng)用戶端碼本匹配方法，需要將信道向量與碼本中所有碼字逐個比較，如果碼本大小增加一倍匹配時間也增加一倍。由于用戶端用于碼本匹配的時間是有限的，且更快的信息反饋能夠減少反饋時延，使得基站更好的進(jìn)行資源管理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于正對現(xiàn)有用戶端碼本匹配方法實現(xiàn)復(fù)雜度較高，提供一種快速碼本匹配方法。本發(fā)明避免了比較碼本中所有的碼字，在逐個比較碼本中碼字的同時刪除待選碼字組中部分碼字。這些被刪除的待選碼字參考預(yù)先得到的快速匹配表確定，可以證明必定不會被選中。通過減少匹配次數(shù)，降低了本發(fā)明的碼本匹配方法復(fù)雜度。
本發(fā)明是通過以下方案實現(xiàn)的，首先，用戶端計算碼本中各碼字間互相關(guān)系數(shù)建立快速匹配表；接著依次從待選碼字組中取出一個碼字，得到這個碼字與信道向量的互相關(guān)系數(shù)；然后對照快速匹配表，刪除待選碼字組中部分碼字；最后，當(dāng)所有碼字遍歷完畢后，經(jīng)過比較得到信道向量對應(yīng)碼字序號。
本發(fā)明包括如下步驟
步驟一由已知碼本建立快速匹配表；
步驟二用戶端接收導(dǎo)頻信號，并通過信道估計流程得到信道向量；步驟三用戶端通過單位化流程將信道向量單位化；步驟四初始化待選碼字組，開始碼本匹配流程；
步驟五從待選碼字組中取出碼字序號最小的碼字，得到信道向量與碼字間互相關(guān)系數(shù)并保存；
步驟六由步驟五得到的系數(shù)，對照快速匹配表比較，刪除待選碼字組中部分碼字；
步驟七如果待選碼字組為空，確定信道向量對應(yīng)碼字，否則轉(zhuǎn)步驟五；歩驟八重復(fù)步驟二，循環(huán)執(zhí)行，開始下一個時隙的用戶端碼本匹配。所述步驟一中，快速匹配表的建立方法為取碼本中各個碼字與剩余碼字互
相關(guān)系數(shù)，經(jīng)過函數(shù)運(yùn)算后按遞增排列為一行，行中每個元素與一個碼字向?qū)?yīng)，
所有碼字代表的行組成快速匹配表；如果使用基于DFT矩陣碼本，利用碼本性
質(zhì)，快速匹配表可簡化為一行。
所述步驟一中，快速匹配表只與碼本有關(guān)，在第一次碼本匹配前建立且以后
保持不變。
所述步驟二中，導(dǎo)頻信號由基站發(fā)送，且在離線時基站與用戶端己知。所述步驟三中，信道向量單位化指信道向量的數(shù)乘轉(zhuǎn)換，使得其模值為l。所述步驟四中，碼本匹配流程包含步驟五到步驟七。
所述步驟五中，信道向量與碼字間互相關(guān)系數(shù)指的是信道向量與碼字點(diǎn)積的模。在向量空間中互相關(guān)系數(shù)越大，信道向量與碼字夾角越小。碼本中與信道向量互相關(guān)系數(shù)最大的碼字能最精確的表征信道方向，其碼字序號即CDI。
所述步驟六中，刪除待選碼字組中部分碼字，指的是快速匹配表內(nèi)正在比較的碼字代表的行中各元素與步驟三求得的互相關(guān)系數(shù)比較，其中值較小的元素所在列對應(yīng)的碼字。這些碼字與信道向量的互相關(guān)系數(shù)必定小于正在比較的碼字，其序號不可能被作為信道方向信息，無需再匹配。
所述步驟七中，待選碼字組為空，說明碼本中所有碼字都匹配過或已經(jīng)在步驟四中刪除。
所述步驟七中，確定信道向量對應(yīng)碼字,碼字為步驟三中保存的所有互相關(guān)系數(shù)中最大值對應(yīng)的碼字，碼字序號為信道向量的信道方向信息。
本發(fā)明通過預(yù)先得到的快速匹配表來遍歷查找碼本，得到需要反饋的信道方向信息。相比于傳統(tǒng)匹配方式，即逐個匹配碼本中的碼字得到信道方向信息，本發(fā)明提出的這種碼本匹配方法復(fù)雜度低、實現(xiàn)較簡單且適用于各種碼本，可以為第三代(3G)、超三代(S3G)、第四代(4G)蜂窩移動通信等系統(tǒng)的蜂窩小區(qū)用戶調(diào)度策略提供重要的理論依據(jù)和具體的實現(xiàn)方法。


圖1是MIMO有限反饋系統(tǒng)框圖2是用戶端信道方向信息提取流程圖3是使用快速匹配表刪除部分待選碼字示意圖4是使用不同類型碼本的碼字匹配次數(shù)與碼本大小比較仿真圖5是各種方法浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)比較圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。
本實施例涉及一種用戶端碼本快速匹配方法，應(yīng)用的整個系統(tǒng)如圖l所示，基站發(fā)送導(dǎo)頻信號，經(jīng)無線信道傳輸，被用戶端接收；用戶端得到信道狀態(tài)信息，并通過有限反饋信道反饋給基站。
用戶端由接受的導(dǎo)頻信號得到信道狀態(tài)信息的流程如圖2所示，用戶端接收到導(dǎo)頻信號后，通過信道估計得到信道向量h,再經(jīng)過單位化處理得到S，最后參照預(yù)先建立的快速匹配表進(jìn)行碼本匹配，得到信道向量對應(yīng)的碼字編號,即信道方向信息。
本實施例具體實施步驟如下
(l)建立快速匹配表
快速匹配表只與碼本有關(guān)，不同類型的碼本匹配表有所不同。設(shè)碼本大小為N，每個碼字為c"eCM， "^,2…W，滿足h卜l，其中M為發(fā)射天線數(shù)。任意兩
個不同碼字c。和、之間互相關(guān)系數(shù)； —、《l，定義碼字向量在向量空間中的夾角為《,, 2，滿足cos《^^; ，則《, 2/2滿足
廠"r("i—"2)
)=氛 2+1)/2 (1)
當(dāng)使用基于DFT矩陣結(jié)構(gòu)的碼本，碼字《: =[^"'" 乂》"…Z爭"'"]，其中u=[",…"M]為碼本系數(shù)。任意兩個不同碼字、和、之間互相關(guān)系數(shù)/"^滿足
由式(1)可以看出，只與碼字序號的差"=1,2...W-1 ，故;a+ =々, ，" = 1,2...W-"。 計算/。, "",2…W-1 ， 按遞減排序下標(biāo)為;r(l),;r(2)…;r(W-l)。將結(jié)果代人式(1)得快速匹配表T^
(2)
TFfT = [V(/一+l)/2, V(/一+l)/2 .. ^(/。,,—d +1) / 2 ] (3)當(dāng)使用除基于導(dǎo)頻信號DFT矩陣結(jié)構(gòu)的其他碼本，取碼字、，"^,2…W，得到c"與其余碼字的互相關(guān)系數(shù)/^—c^^1， n^l,2…W,^^"，按遞減排序得到快速匹配表的第w行T("'滿足
T(") = [V" ,,+l)/2,札(2)+1)/2' ^^(w-d")/2] (4)依次計算各碼字，最終得到快速匹配表T。(2) 用戶端信道估計并得到信道向量
用戶端通過各種信道估計方法，從由基站發(fā)送、經(jīng)無線信道傳輸?shù)膶?dǎo)頻信號 中得到信道向量。
(3) 信道向量單位化
通過信道估計得到信道向量h，將h單位化為fi， ii滿足
"h/||h|| (5)
(4) 初始化待選碼字組
初始化的待選碼字組為碼本中所有碼字的集合。
(5) 得到信道向量與碼字間互相關(guān)系數(shù)
從待選碼字中取出碼字c"，、與信道向量ii的互相關(guān)系數(shù)/"—h《1。
(6) 刪除待選碼字組中部分碼字
從碼本中任選兩個碼字、、，、、間夾角為《^，互相關(guān)系數(shù)為； ，設(shè)信 道向量fi與這兩個碼字間夾角分別為《,，&,互相關(guān)系數(shù)分別為/,,/ 2，可以證明 下列不等式恒成立
W《,. 2 (6)
當(dāng)《,s《^ ,即/ , = cos《》cos(^ / 2)，由式(6)可得
《2《廠^《/2" , =>cos《l》cos《2 (7)
乂 A
由于CDI是與信道向量互相關(guān)系數(shù)最大的碼字編號，所以碼字c 必定不會
被選中。由此規(guī)則從待選碼字組中刪除部分碼字。
當(dāng)使用基于DFT矩陣結(jié)構(gòu)的碼本，將步驟(3)所得互相關(guān)系數(shù)/ 依次與快速
匹配表TFfT中各元素W(/。,, +1)/2 I " 1,2…W-1}比較。若/ ^(">+1)/2，則編號
為("+ ;rOt))modW,("-;r(A;))modW的碼字從待選碼字組中'刪除，如圖3所示。
當(dāng)使用除基于DFT矩陣結(jié)構(gòu)的其他碼本，將步驟(3)所得互相關(guān)系數(shù)/ 依次
與快速匹配表Tw中各元素^(;一, +1)/2 I * = 1,2…W-1}比較。若^》V(/^(w+l)/2 ，
8則編號為;r0t)的碼字從待選碼字組中刪除。
(7) 確定信道向量對應(yīng)碼字
當(dāng)待選碼字組為空，說明所有碼字遍歷完畢，即碼本中所有碼字都匹配過或 已經(jīng)在步驟四中說明不是信道向量對應(yīng)碼字。從步驟(5)保存的所有互相關(guān)系 數(shù)中取最大值，所對應(yīng)的碼字編號即為待反饋的CDI。碼本匹配流程完畢，用戶 端將CDI經(jīng)過有限速率反饋信道傳遞給基站。
(8) 開始下一個時隙的用戶端碼本匹配
基站在下一個時隙重新發(fā)送導(dǎo)頻信號,開始下一個時隙的用戶端碼本匹配,保 障無線小區(qū)的基站和所有用戶正常運(yùn)行。
本實施例方法復(fù)雜度低、實現(xiàn)較簡單且適用于各種碼本，這些可以在仿真中 證實。
為了測試本方法的通用性，仿真中使用了兩種常用碼本基于隨機(jī)量化(RVQ) 的碼本和基于Lloyd方法的碼本，這種碼本基于格拉斯曼空間裝箱原理，使碼本 中碼字間相關(guān)系數(shù)的最大值盡可能小。
圖4描述了本實施例的快速匹配方法在不同類型碼本下的碼字匹配次數(shù)。其 中橫坐標(biāo)為對數(shù)坐標(biāo)表示碼字個數(shù)，縱坐標(biāo)為碼字匹配次數(shù)。由圖4可以看出， 無論使用哪種碼本，本實施例的快速匹配方法的匹配次數(shù)都小于碼字個數(shù)，而遍 歷匹配方法的碼字匹配次數(shù)恒等于碼本數(shù)，所以本實施例優(yōu)于傳統(tǒng)的碼本遍歷匹 配方法。并且，隨著碼字個數(shù)的增加，匹配次數(shù)增長緩慢。
圖5比較了兩種方法的浮點(diǎn)運(yùn)算(包括實數(shù)加減乘除和比較運(yùn)算)次數(shù)。由 于遍歷匹配方法的碼字，匹配次數(shù)和比較次數(shù)僅與碼字個數(shù)有關(guān)，而使用不同碼 本，快速匹配方法的碼字匹配次數(shù)相差不大，所以這里僅使用基于RVQ的碼本。 由圖5可以看出，快速匹配方法的浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)少，且隨著碼字個數(shù)增加，本實 施例方法的優(yōu)勢更加明顯。因此，相比傳統(tǒng)方法，本實施例所提出的碼本快速匹 配方法，很大程度上降低了方法復(fù)雜度。
本實施例是一種優(yōu)化方法，能夠降低碼本匹配次數(shù)從而降低方法復(fù)雜度。可 為無線通信中有限反饋管理方案的用戶端碼本匹配策略提供重要的理論依據(jù)和 具體的實現(xiàn)方法。
權(quán)利要求
1、一種MIMO系統(tǒng)用戶端碼本快速匹配方法，其特征在于，包括如下步驟步驟一由已知碼本建立快速匹配表；步驟二用戶端接收導(dǎo)頻信號，并通過信道估計流程得到信道向量；步驟三用戶端通過單位化流程將信道向量單位化；步驟四初始化待選碼字組，開始碼本匹配流程；步驟五從待選碼字組中取出碼字序號最小的碼字，得到信道向量與碼字間互相關(guān)系數(shù)并保存；步驟六由步驟五得到的系數(shù)，對照快速匹配表比較，刪除待選碼字組中部分碼字；步驟七如果待選碼字組為空，確定信道向量對應(yīng)碼字，否則轉(zhuǎn)步驟五；步驟八重復(fù)步驟二，循環(huán)執(zhí)行，開始下一個時隙的用戶端碼本匹配。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的MIMO系統(tǒng)用戶端碼本快速匹配方法，其特征是，所述步驟一中，快速匹配表的建立方法為取碼本中各個碼字與剩余碼字互相關(guān)系數(shù)，經(jīng)過函數(shù)運(yùn)算后按遞增排列為一行，行中每個元素與一個碼字向?qū)?yīng)，所有碼字代表的行組成快速匹配表。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的MIMO系統(tǒng)用戶端碼本快速匹配方法，其特征是，所述步驟一中，快速匹配表只與碼本有關(guān)，在第一次碼本匹配前建立且以后保持不變。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的MIMO系統(tǒng)用戶端碼本快速匹配方法，其特征是，所述步驟二中，導(dǎo)頻信號由基站發(fā)送，且在離線時基站與用戶端已知。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的MIMO系統(tǒng)用戶端碼本快速匹配方法，其特征是，所述步驟三中，信道向量單位化指的是信道向量的數(shù)乘轉(zhuǎn)換，使得其模值為l。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的MIMO系統(tǒng)用戶端碼本快速匹配方法，其特征是，所述步驟五中，信道向量與碼字間互相關(guān)系數(shù)指的是信道向量與碼字點(diǎn)積的模。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的MIMO系統(tǒng)用戶端碼本快速匹配方法，其特征是，所述步驟六中，按照規(guī)則刪除的部分碼字，指的是快速匹配表內(nèi)正在比較的碼字代表的行中比步驟三求得的互相關(guān)系數(shù)小的列元素對應(yīng)的碼字。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的MIMO系統(tǒng)用戶端碼本快速匹配方法，其特征是，所述步驟七中，待選碼字組為空，是指所有碼字都遍歷完畢。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的MIMO系統(tǒng)用戶端碼本快速匹配方法，其特征是，所述步驟七中，確定信道向量對應(yīng)碼字，其中碼字為步驟三中保存的所有互相關(guān)系數(shù)中最大值對應(yīng)的碼字，碼字序號為信道向量的信道方向信息。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種MIMO系統(tǒng)用戶端碼本快速匹配方法，用于無線傳輸技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明用戶端計算碼本中各碼字間互相關(guān)系數(shù)建立快速匹配表；接著依次從待選碼字組中取出一個碼字，得到這個碼字與信道向量的互相關(guān)系數(shù)；然后對照快速匹配表，刪除待選碼字組中部分碼字；最后，當(dāng)所有碼字遍歷完畢后，經(jīng)過比較得到信道向量對應(yīng)碼字序號。本發(fā)明避免了比較碼本中所有的碼字，在逐個比較碼本中碼字的同時刪除待選碼字組中部分碼字；這些被刪除的待選碼字參考預(yù)先得到的快速匹配表確定，可以證明必定不會被選中。通過減少匹配次數(shù)，降低了本發(fā)明的碼本匹配方法復(fù)雜度。
文檔編號H04B7/08GK101465684SQ20091004503
公開日2009年6月24日 申請日期2009年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月8日
發(fā)明者韡 關(guān), 宇 張, 徐朝凱, 羅漢文, 磊 陳 申請人:上海交通大學(xué)