專利名稱：一種信道矩陣信息的估計和反饋的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通信領域中一種MIMO(Multiple-1nput Multiple-Output,多輸入多輸出)系統(tǒng)中信道矩陣的估計，特別涉及一種信道矩陣信息的估計和反饋的方法和裝置。
背景技術：
MMO是新一代移動通信系統(tǒng)的關鍵技術之一。MMO系統(tǒng)在發(fā)送端和接收端均采用多根天線單元，運用先進的天線傳輸和信號處理技術，利用無線信道的多徑傳播，因勢利導，開發(fā)空間資源，建立空間并行傳輸通道，在不增加帶寬和發(fā)射功率的情況下，成倍地提高無線通信的質量與數據傳輸速率。
在MMO系統(tǒng)中，每根發(fā)送天線到每根接收天線間都有一個信道，把它們寫成矩陣形式，就叫信道矩陣。比如，對于一個Ntx根發(fā)送天線，Nkx根接收天線的MIMO系統(tǒng)，其信道矩陣是一個NkxXNtx的復數矩陣H。其中，H中的元素hy表示第j根發(fā)送天線到第i根接收送天線間的信道系數，i = I…NKx，j = Ρ··ΝΤχ。這里的發(fā)送天線可以位于不同的發(fā)送端， 接收天線可以位于不同的接收端。根據構成MIMO的發(fā)送端和接收端數目不同，MIMO系統(tǒng)有不同的分類，分別為SU-MM0 (Single-User ΜΜ0，單用戶ΜΜ0)，它由一個發(fā)送端和一個接收端構成；Mu-MM0 (Mulitple-User ΜΙΜΟ,多用戶ΜΜ0)，它由一個發(fā)送端和多個接收端構成；C0MP (Cooperative Mult1-Point Transmission,多點協(xié)作傳輸)，它由多個發(fā)送端和一個或多個接收端構成。
信道矩陣H進行SVD分解，即H = UA VH，其中，U是NkxXNkx的酉矩陣，叫H的左奇異矢量矩陣，V是NtxXNtx的酉矩陣，叫H的右奇異矢量矩陣，Λ為NkxXNtx的對角矩陣， 其對角線上的元素為H的奇異值，上標H表示矩陣的共軛轉置。在通訊過程中，如果發(fā)送端知道信道矩陣的右奇異矢量矩陣或者它的量化值，就可以利用它對發(fā)送信號進行預處理， 將信號波束指向最有利于用戶接收的“方向”，從而減小數據流間的干擾，提高用戶的接收信噪比。目前應用比較多的技術是基于碼本的反饋方法。該方法將信道空間右奇異矢量矩陣進行量化，形成一個碼本集合。用戶根據信道矩陣信息，選擇一個跟當前信道矩陣最匹配白勺碼本對應的索引，即PMI (Precoding Matrix Index,預編碼矩陣索引),并將該PMI反饋給發(fā)送端。發(fā)送端根據這個反饋的PMI，在碼本集合中找到對應的碼本對信號進行預處理。 最后將預處理后的信號發(fā)送給接收端。這種預處理對于SU-MMO有比較大的增益。但對于 MU-MIMO或者COMP來說，僅根據每個接收端反饋的PMI對應的碼本對發(fā)送信號進行預處理， 增益并不明顯。但如果接收端能夠反饋信道矩陣的左奇異矢量矩陣或者其量化值，并適當利用這個左奇異矢量矩陣，其性能將進一步提升。比如，可以根據信道的左奇異矢量矩陣、 右奇異矢量矩陣、奇異值重構信道矩陣本身，眾所周知，發(fā)送端知道信道矩陣，將能大大提升MU-MMO或者COMP的性能。
然而，現(xiàn)有技術都是對信道矩陣的右奇異矢量矩陣進行估計和反饋，缺少對左奇異矢量矩陣進行量化和反饋的相關技術。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種信道矩陣信息的估計和反饋的方法和裝置，用于解決對信道矩陣中左奇異矢量矩陣的量化和反饋的問題。
根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種信道矩陣信息的估計和反饋的方法，包括以下步驟
接收端對估計的信道矩陣進行濾波處理得到等效信道矩陣；
接收端根據等效信道矩陣從接收端碼本矩陣集合中選擇與等效信道矩陣的左奇異矢量矩陣相匹配的碼本矩陣；
接收端根據碼本矩陣得到與其相應的碼本矩陣索引，再把碼本矩陣索引發(fā)送至發(fā)送端。
優(yōu)選的，接收端根據等效信道矩陣從接收端碼本矩陣集合中選擇與等效信道矩陣的左奇異矢量矩陣相匹配的碼本矩陣，包括
接收端計算碼本矩陣集合中的每一個碼本矩陣的共軛轉置左乘以等效信道矩陣的范數，得到范數集合；
接收端在接收端碼本矩陣集合中查找到形成范數集合中的最大范數的碼本矩陣。
優(yōu)選的，接收端根據等效信道矩陣從接收端碼本矩陣集合中選擇與等效信道矩陣的左奇異矢量矩陣相匹配的碼本矩陣，包括
接收端計算碼本矩陣集合中的每一個碼本矩陣與等效信道矩陣的左奇異矢量矩陣的距離，得到距離集合；
接收端在接收端碼本矩陣集合中查找到形成距離集合的最小距離的碼本矩陣。
優(yōu)選的，在接收端根據估計的信道矩陣得到等效信道矩陣之前，還包括
接收端對信道矩陣進行信道估計，得到估計的信道矩陣。
優(yōu)選的，在接收端根據碼本矩陣得到與其相應的碼本矩陣索引，再把碼本矩陣索引發(fā)送至發(fā)送端之后，還 包括
發(fā)送端根據碼本矩陣索引從發(fā)送端碼本矩陣集合中查詢并讀取與碼本矩陣索引對應的碼本矩陣；
發(fā)送端根據從發(fā)送端碼本矩陣集合中讀取的碼本矩陣對發(fā)送信號進行預處理。
優(yōu)選的，接收端碼本矩陣集合和發(fā)送端碼本矩陣集合是兩個完全相同的碼本矩陣集合，分別包括碼本矩陣和每個碼本矩陣對應的碼本矩陣索引。
根據本發(fā)明的另一方面，提供了一種信道矩陣信息的估計和反饋的裝置，包括以下步驟
等效信道矩陣計算模塊，用于對估計的信道矩陣進行濾波處理得到等效信道矩陣；
碼本矩陣索引計算模塊，用于根據等效信道矩陣從接收端碼本矩陣集合中選擇與等效信道矩陣的左奇異矢量矩陣相匹配的碼本矩陣并得到與其相應的碼本矩陣索引；
碼本矩陣索引反饋模塊，用于把碼本矩陣索引發(fā)送至發(fā)送端。
優(yōu)選的，裝置還包括
信道估計模塊，用于對信道矩陣進行信道估計，得到估計的信道矩陣。
優(yōu)選的，碼本矩陣索引計算模塊，包括
碼本矩陣范數計算子模塊，用于通過計算碼本矩陣集合中的每一個碼本矩陣的共軛轉置左乘以等效信道矩陣的范數，得到范數集合；
碼本矩陣索引查詢子模塊，用于在碼本矩陣集合中查找形成范數集合中的最大范數的碼本矩陣查詢并讀取與該碼本矩陣對應的碼本矩陣索引。
優(yōu)選的，碼本矩陣索引計算模塊，包括
碼本矩陣矢量計算子模塊，用于通過計算碼本矩陣集合中的每一個碼本矩陣與等效信道矩陣的左奇異矢量矩陣的距離，得到距離集合；
碼本矩陣索引查詢子模塊，用于在碼本矩陣集合中查找形成距離集合的最小距離的碼本矩陣并讀取與該碼本矩陣對應的碼本矩陣索引。
與現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明通過選擇與等效信道矩陣的左奇異矢量矩陣相匹配的碼本矩陣實現(xiàn)了對信道矩陣中左奇異矢量矩陣的量化和反饋。


圖1是本發(fā)明提供的信道矩陣信息的估計和反饋的方法流程示意圖2是本發(fā)明提供的信道矩陣信息的估計和反饋的裝置框圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細說明，應當理解，以下所說明的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
圖1顯示了本發(fā)明提供的信道矩陣信息的估計和反饋的方法流程示意，如圖1所示
步驟S101，接收端對估計的信道矩陣進行濾波處理得到等效信道矩陣。
在此之前，接收端對信道矩陣進行信道估計，得到估計的信道矩陣。
步驟S102，接收端根據等效信道矩陣從接收端碼本矩陣集合中選擇與等效信道矩陣的左奇異矢量矩陣相匹配的碼本矩陣。
在選擇合適的碼本矩陣時有兩種方法，第一，接收端計算碼本矩陣集合中的每一個碼本矩陣的共軛轉置左乘以所述等效信道矩陣的范數，得到范數集合，在接收端碼本矩陣集合中查找到形成所述范數集合中的最大范數的碼本矩陣；第二，接收端計算所述碼本矩陣集合中的每一個碼本矩陣與等效信道矩陣的左奇異矢量矩陣的距離，得到距離集合， 再在接收端碼本矩陣集合中查找到形成距離集合的最小距離的碼本矩陣。
步驟S103，接收端根據碼本矩陣得到與其相應的碼本矩陣索引，再把碼本矩陣索引發(fā)送至發(fā)送端。
在此之后，發(fā)送端根據碼本矩陣索引從發(fā)送端碼本矩陣集合中查詢并讀取與所述碼本矩陣索引對應的碼本矩陣，根據從發(fā)送端碼本矩陣集合中讀取的碼本矩陣對發(fā)送信號進行預處理。其中，接收端碼本矩陣集合和發(fā)送端碼本矩陣集合是兩個完全相同的碼本矩陣集合，分別包括碼本矩陣和每個碼本矩陣對應的碼本矩陣索引。
圖2顯示了本發(fā)明提供的信道矩陣信息的估計和反饋的裝置框圖，如圖2所示，包括信道估計模塊、等效信道矩陣計算模塊、碼本矩陣索引計算模塊和碼本矩陣索引反饋模塊。
其中，信道估計模塊用于估計接收端所在物理資源單元上每個OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交步頁分復用)/OFMDA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access,正交頻分多址接入)符號每個子載波上的信道矩陣。
等效信道矩陣計算模塊用于對估計的信道矩陣進行濾波處理得到等效信道矩陣；
碼本矩陣索引計算模塊用于根據等效信道矩陣從接收端碼本矩陣集合中選擇與等效信道矩陣的左奇異矢量矩陣相匹配的碼本矩陣并得到與其相應的碼本矩陣索引。該模塊包括碼本矩陣范數計算子模塊、碼本矩陣矢量計算子模塊和碼本矩陣索引查詢子模塊， 碼本矩陣范數計算子模塊用于通過計算碼本矩陣集合中的每一個碼本矩陣的共軛轉置左乘以等效信道矩陣的范數，得到范數集合，碼本矩陣矢量計算子模塊用于通過計算碼本矩陣集合中的每一個碼本矩陣與等效信道矩陣的左奇異矢量矩陣的距離，得到距離集合，碼本矩陣索引查詢子模塊根據采用選擇碼本矩陣的方法不同其功能也有所不同，若采用碼本矩陣范數計算子模塊選擇合適的碼本矩陣，則碼本矩陣索引查詢子模塊用于在碼本矩陣集合中查找形成范數集合中的最大范數的碼本矩陣并讀取與該碼本矩陣對應的碼本矩陣索弓丨，若采用碼本矩陣矢量計算子模塊選擇合適的碼本矩陣，則碼本矩陣索引查詢子模塊用于在碼本矩陣集合中查找形成距離集合中的最小距離的碼本矩陣并讀取與該碼本矩陣對應的碼本矩陣索引。
說明。
碼本矩陣索引反饋模塊用于把碼本矩陣索引發(fā)送至發(fā)送端。下面通過幾個具體實施例，對本發(fā)明信道矩陣信息的估計和反饋的方法進行詳細實施例一本實施例里，物理資源單元在時域上占Ns個0FDM/0FDMA符號，在頻域上占Nc個頻域子載波數。I個發(fā)送端在這個物理資源單元上調度了 I個接收端。其中，接收端有Nkx根接收天線，發(fā)送端有Ntx個發(fā)送天線。接收端通過如下方法估計發(fā)送端到接收端的信道矩陣的左奇異矢量矩陣相匹配的碼本矩陣索引，并將碼本矩陣索引反饋給發(fā)送端。
(I)接收端估計所在物理資源單元每個0FDM/0FDMA符號每個子載波上的信道矩陣H(m, η),其元素Iii, j(m, η)表示第j根發(fā)送天線到第根接收送天線間的信道系數，m = 1，...，Ns,n=l, ...,Nc, i = I, ...，NKx, j = l, ...，NTx。
(2)接收端根據物理資源單元上的信道矩陣H(m，η)計算等效信道矩陣，即w=l n=\
其中，Heff是等效信道矩陣，H (m, η)和a m,n分別是第m個0FDM/0FDMA第η個載波上的信道矩陣和該信道矩陣在等效信道矩陣中所的比重系數，am,n彡，m =w=l n=\1，-,Ns, η = I,…，Nc, Ns為0FDM/0FDMA符號個數，Nc為頻域子載波個數。
(3)根據奇異值大于第一門限值的個數r選擇碼本集合C；，在碼本集合(；中搜索使得^沁⑴)1^^最大的碼本矩陣，并間該碼本矩陣對應的索引賦值給PMI。
其中，(；表示秩為r的碼本集合，Cr,PMI表示秩為r的碼本集合(；的碼本個數，Cr⑴ 表不第i個碼本矩陣，i = I，…，Cls PMI。r為Hrff大于第一門限值的奇異值個數。f (A)表示矩陣A的范數。這里，范數是矩陣論里的常用概念，比如矩陣A的Frobenius范數表示為I/(A) =II A IIf= (I二Z二Iiy2^ai, j，i = 1，...，M，j = 1，…，N 為 MXN 矩陣 A 的元素。
(4)將PMI反饋給發(fā)送端。
實施例二
本實施例里，物理資源單元在時域上占Ns個0FDM/0FDMA符號，在頻域上占Nc個頻域子載波數。I個發(fā)送端在這個物理資源單元上調度了 I個接收端。其中，接收端有Nkx根接收天線，發(fā)送端有Ntx個發(fā)送天線。接收端通過如下方法估計發(fā)送端到接收端的信道矩陣的左奇異矢量矩陣相匹配的碼本矩陣索引，并將碼本矩陣索引反饋給發(fā)送端。
(I)接收端估計所在物理資源單元每個0FDM/0FDMA符號每個子載波上的信道矩陣H(m, η),其元素Iii, j(m, η)表示第j根發(fā)送天線到第根接收送天線間的信道系數，m = 1，...，Ns,n=l, ...,Nc, i = I, ...，NKx, j = l, ...，NTx。
(2)接收端根據物理資源單元上的信道矩陣H(m，n)計算等效信道矩陣，即Η^ΣΣ^Η—)。w=l η=\
其中，Heff是等效信道矩陣，H (m, η)和a m,n分別是第m個0FDM/0FDMA第η個載波上的信道矩陣和該信道矩陣在等效信道矩陣中所的比重系數，am,n彡，m =w=l n=\1，-,Ns, η = I,…，Nc, Ns為0FDM/0FDMA符號個數，Nc為頻域子載波個數。
(3)根據奇異值大于第一門限值的個數r選擇碼本集合C；，在碼本集合(；中搜索使得d((；⑴，U)最小的碼本矩陣，并間該碼本矩陣對應的索引賦值給PMI。
其中，(；表示秩為r的碼本集合，Cr,PMI表示秩為r的碼本集合(；的碼本個數，Cr⑴ 表不第i個碼本，i = 1，…，Cr,PMI。r為Heff大于第一門限值的奇異值個數。d(A, B)表不矩陣A，B的距離，d(A，B) =f (AAh-BBh)。U表示等效信道矩陣Heff的左奇異矢量矩陣。f㈧ 表示矩陣A的范數。
(4)將PMI反饋給發(fā)送端。
實施例三
本實施例里，物理資源單元在時域上占Ns個0FDM/0FDMA符號，在頻域上占Nc個頻域子載波數。I個發(fā)送端在這個物理資源單元上調度了 N個接收端，即為Mu-MMO。其中， 每個接收端有Nkx根接收天線，發(fā)送端有Ntx個發(fā)送天線。對于每個接收端I分別執(zhí)行實施例一或者實施例二中的步驟(I)、(2)、(3)以估計發(fā)送端到接收端I本身的信道矩陣的左奇異矢量矩陣相匹配的碼本矩陣的索引，并將碼本矩陣索引反饋給發(fā)送端。這里，I = 1，…， N0
實施例四
本實施例里，物理資源單元在時域上占Ns個0FDM/0FDMA符號，在頻域上占Nc個頻域子載波數。M個發(fā)送端在這個物理資源單元上調度了 N個接收端，即為C0MP。其中，每個接收端有Nkx根接收天線，每個發(fā)送端有Ntx個發(fā)送天線。每個接收端I分別執(zhí)行實施例一或者實施例二中的步驟(I)、(2)、(3)以估計M個發(fā)送端到接收端I本身的信道矩陣的左奇異矢量矩陣相匹配的碼本矩陣索引，該信道矩陣是一個NkxX (MNtx)的復數矩陣，并將碼本矩陣索引反饋給每個發(fā)送端。這里，I = 1，…，N。
實施例五
本實施例里，物理資源單元在時域上占Ns個0FDM/0FDMA符號，在頻域上占Nc個頻域子載波數。M個發(fā)送端在這個物理資源單元上調度了 N個接收端，即為C0MP。其中，每個接收端有Nkx根接收天線，每個發(fā)送端有Ntx個發(fā)送天線。對于每個接收端I分別執(zhí)行實施例一或者實施例二中的步驟(I)、(2)、(3)以估計第k個發(fā)送端到接收端I本身的信道矩陣的左奇異矢量矩陣相匹配的碼本矩陣索引，該信道矩陣是一個NkxXNtx維的復數矩陣，并將碼本矩陣索引反饋給相應的發(fā)送端k。這里，I = I, ···, N, k = I, ···, Mo
綜上所述，本發(fā)明具有以下技術效果利用本發(fā)明的方法和裝置，在0FDM/0FDMA 系統(tǒng)中，接收端能有效估計信道矩陣的左奇異矢量矩陣，并將其反饋給發(fā)送端，從而系統(tǒng)可以利用左奇異矢量矩陣等信息構造信道矩陣，并利用信道矩陣對信號做處理以提高M MO 系統(tǒng)的傳輸速率。
盡管上文對本發(fā)明進行了詳細說明，但是本發(fā)明不限于此，本領域技術人員可以根據本發(fā)明的原理進行各種修改。因此，凡按照本發(fā)明原理所作的修改，都應當理解為落入本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種信道矩陣信息的估計和反饋的方法，其特征在于，包括以下步驟 接收端對估計的信道矩陣進行濾波處理得到等效信道矩陣； 接收端根據所述等效信道矩陣從接收端碼本矩陣集合中選擇與所述等效信道矩陣的左奇異矢量矩陣相匹配的碼本矩陣；以及 接收端根據所述碼本矩陣得到與其相應的碼本矩陣索引，再把所述碼本矩陣索引發(fā)送至發(fā)送端。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收端根據等效信道矩陣從接收端碼本矩陣集合中選擇與所述等效信道矩陣的左奇異矢量矩陣相匹配的碼本矩陣，包括 所述接收端計算所述碼本矩陣集合中的每一個碼本矩陣的共軛轉置左乘以所述等效信道矩陣的范數，得到范數集合；以及 所述接收端在接收端碼本矩陣集合中查找到形成所述范數集合中的最大范數的碼本矩陣。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收端根據等效信道矩陣從接收端碼本矩陣集合中選擇與所述等效信道矩陣的左奇異矢量矩陣相匹配的碼本矩陣，包括 所述接收端計算所述碼本矩陣集合中的每一個碼本矩陣與所述等效信道矩陣的左奇異矢量矩陣的距離，得到距離集合；以及 所述接收端在接收端碼本矩陣集合中查找到形成所述距離集合的最小距離的碼本矩陣。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述接收端根據估計的信道矩陣得到等效信道矩陣之前，還包括 接收端對信道矩陣進行信道估計，得到估計的信道矩陣。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述接收端根據碼本矩陣得到與其相應的碼本矩陣索引，再把碼本矩陣索引發(fā)送至發(fā)送端之后，還包括 發(fā)送端根據所述碼本矩陣索引從發(fā)送端碼本矩陣集合中查詢并讀取與所述碼本矩陣索引對應的碼本矩陣；以及 發(fā)送端根據從發(fā)送端碼本矩陣集合中讀取的碼本矩陣對發(fā)送信號進行預處理。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述接收端碼本矩陣集合和所述發(fā)送端碼本矩陣集合是兩個完全相同的碼本矩陣集合，分別包括碼本矩陣和每個碼本矩陣對應的碼本矩陣索引。
7.一種信道矩陣信息的估計和反饋的裝置，其特征在于，包括以下步驟 等效信道矩陣計算模塊，用于對估計的信道矩陣進行濾波處理得到等效信道矩陣； 碼本矩陣索引計算模塊，用于根據所述等效信道矩陣從接收端碼本矩陣集合中選擇與所述等效信道矩陣的左奇異矢量矩陣相匹配的碼本矩陣并得到與其相應的碼本矩陣索引；以及 碼本矩陣索引反饋模塊，用于把所述碼本矩陣索引發(fā)送至發(fā)送端。
8.根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括 信道估計模塊，用于對信道矩陣進行信道估計，得到估計的信道矩陣。
9.根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述碼本矩陣索引計算模塊，包括 碼本矩陣范數計算子模塊，用于通過計算所述碼本矩陣集合中的每一個碼本矩陣的共軛轉置左乘以所述等效信道矩陣的范數，得到范數集合；以及 碼本矩陣索引查詢子模塊，用于在所述碼本矩陣集合中查找形成所述范數集合中的最大范數的碼本矩陣并讀取與該碼本矩陣對應的碼本矩陣索引。
10.根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述碼本矩陣索引計算模塊，包括 碼本矩陣距離計算子模塊，用于通過計算所述碼本矩陣集合中的每一個碼本矩陣與所述等效信道矩陣的左奇異矢量矩陣的距離，得到距離集合；以及 碼本矩陣索引查詢子模塊，用于在所述碼本矩陣集合中查找形成所述距離集合中的最小距離的碼本矩陣并讀取與該碼本矩陣對應的碼本矩陣索引。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種信道矩陣信息的估計和反饋的方法和裝置，該方法包括接收端對估計的信道矩陣進行濾波處理得到等效信道矩陣；接收端根據等效信道矩陣從接收端碼本矩陣集合中選擇與等效信道矩陣的左奇異矢量矩陣相匹配的碼本矩陣；接收端根據碼本矩陣得到與其相應的碼本矩陣索引，再把碼本矩陣索引發(fā)送至發(fā)送端。本發(fā)明通過選擇與等效信道矩陣的左奇異矢量矩陣相匹配的碼本矩陣實現(xiàn)了對信道矩陣中左奇異矢量矩陣的量化和反饋。
文檔編號H04L25/02GK103023548SQ20111029801
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權日2011年9月28日
發(fā)明者肖華華, 寧迪浩, 朱登魁, 魯照華 申請人:中興通訊股份有限公司