專利名稱：基于碼書的預(yù)編碼系統(tǒng)中的自適應(yīng)碼書構(gòu)造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多輸入多輸出(MIMO)通信系統(tǒng)領(lǐng)域，具體的說涉及基于碼書的預(yù)編碼技術(shù)的使用。

背景技術(shù)：
在3GPP LTE系統(tǒng)和IEEE 802.16等系統(tǒng)中，基于碼書的預(yù)編碼技術(shù)得到應(yīng)用。在FDD(frequency-division-duplex，頻分雙工)系統(tǒng)中，碼書的使用大大降低了預(yù)編碼系統(tǒng)的反饋量，在付出極小的反向鏈路信令開銷代價(jià)時(shí)，極大提升系統(tǒng)的頻譜效率。

圖1是基于碼書的預(yù)編碼技術(shù)與自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)結(jié)合使用的例子。接收端根據(jù)當(dāng)前信道狀況在碼書(矩陣集)中選擇一個(gè)元素(矩陣)，將計(jì)算使用此預(yù)編碼矩陣時(shí)的各數(shù)據(jù)流的信道狀態(tài)信息量化，與選中元素(矩陣)的編號(hào)一同反饋回發(fā)射端。發(fā)射端根據(jù)信道狀態(tài)量化信息選擇相應(yīng)的編碼調(diào)制方式，并使用接收端選擇的預(yù)編碼矩陣將信號(hào)發(fā)射出去。
基于碼書的預(yù)編碼技術(shù)的性能受碼書的大小和構(gòu)造方式影響。在碼書大小并不大時(shí)，碼書的構(gòu)造方式尤其重要。
理論上最優(yōu)的預(yù)編碼矩陣是信道轉(zhuǎn)移矩陣的右奇異矩陣V H＝USVH 當(dāng)信道轉(zhuǎn)移矩陣各元素相互獨(dú)立時(shí)，即空間非相關(guān)時(shí)，右奇異矩陣V在酉空間中各向同性分布。因此，此時(shí)碼書設(shè)計(jì)的思想一般是使矩陣均勻分布于酉空間中且相距較遠(yuǎn)，這樣可以保證無論當(dāng)前信道轉(zhuǎn)移矩陣的右奇異矩陣出于酉空間的哪個(gè)位置，其附近都有一個(gè)碼書中的元素可以近似代替其使用。
在空間相關(guān)信道下，即信道轉(zhuǎn)移矩陣的元素間非獨(dú)立的情況下，信道右奇異矩陣的分布變得不均勻，且其集中程度隨相關(guān)性的增強(qiáng)而增強(qiáng)。此時(shí)若使用均勻分布的碼書，其中的矩陣元素被選中的概率變得不均勻，強(qiáng)相關(guān)時(shí)甚至集中于使用一個(gè)矩陣，此時(shí)系統(tǒng)頻譜效率下降很快。
以兩天線信道矩陣的右奇異矩陣的分布說明上述結(jié)論。
2×2酉陣有以下通式 根據(jù)通式，可以用兩個(gè)參數(shù)θ1、θ2唯一表征一個(gè)2×2酉陣。因此可以觀察兩個(gè)參數(shù)θ1、θ2的分布來觀察酉陣的分布。從圖2中可以得出關(guān)于非相關(guān)信道下右奇異矩陣的分布的結(jié)論 1.θ1在區(qū)間

分布函數(shù)呈上凸函數(shù)，分布對(duì)稱軸為

cos(2θ1)在區(qū)間(-1，1)均勻分布 2.θ2在區(qū)間
(6) 在后面的仿真結(jié)果中，我們使用(6)式定義的碼書后處理容量期望作為評(píng)估碼書的手段。
在使用rank-adaptation技術(shù)時(shí)，碼書CB中包括不同列數(shù)的矩陣。在3GPP-LTE系統(tǒng)中，一般列數(shù)小于行數(shù)的預(yù)編碼矩陣是由預(yù)編碼方陣的若干行組成，因此，在默認(rèn)使用rank-adaptation技術(shù)時(shí)，碼書CB可以由若干個(gè)方陣代表。
圖5和圖6是固定碼書和自適應(yīng)碼書在兩種相關(guān)信道下的頻譜效率比較。從圖5和圖6可以看出，由于自適應(yīng)碼書設(shè)計(jì)在相關(guān)信道下時(shí)可以根據(jù)信道右奇異矩陣的分布自適應(yīng)的改變碼書的設(shè)計(jì)，使碼書在酉空間內(nèi)的分布向右奇異矩陣的分布集中，因此在相關(guān)信道下，自適應(yīng)碼書相比于固定結(jié)構(gòu)的碼書具有頻譜效率的優(yōu)勢。
權(quán)利要求
1.一種預(yù)編碼系統(tǒng)中的自適應(yīng)碼書構(gòu)造方法，應(yīng)用于單用戶多輸入多輸出系統(tǒng)，該系統(tǒng)的接收端和發(fā)射端儲(chǔ)存同樣的碼書，接收端根據(jù)當(dāng)前信道狀況在碼書中選擇一個(gè)矩陣，與信道狀態(tài)量化信息一起反饋回發(fā)射端，發(fā)射端接收反饋信息，選擇相應(yīng)的編碼調(diào)制方式，并使用接收端選擇的預(yù)編碼矩陣將信號(hào)發(fā)射出去，其特征在于
接收端根據(jù)對(duì)信道狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，獲得信道天線之間的相關(guān)系數(shù)；
接收端將該相關(guān)系數(shù)量化并反饋回的發(fā)射端；
發(fā)射端根據(jù)天線之間的相關(guān)系數(shù)的模值和幅角，自適應(yīng)的改變碼書構(gòu)造方式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)碼書構(gòu)造方法，其特征在于，在2×2天線配置時(shí)，所述的自適應(yīng)碼書為
其中，
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)碼書構(gòu)造方法，其特征在于，接收端對(duì)信道轉(zhuǎn)移矩陣統(tǒng)計(jì)發(fā)射天線之間的相關(guān)系數(shù)，
其中E(·)表示求數(shù)學(xué)期望，H是信道轉(zhuǎn)移矩陣，其維度是NR·NT，NR為接收天線數(shù)，Hj，i表示矩陣H的第j行的第i個(gè)元素。根據(jù)β的幅角和模值決定當(dāng)前使用的碼書。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的預(yù)編碼方法，其特征在于發(fā)射天線上的信號(hào)s和待發(fā)射數(shù)據(jù)x滿足S＝P·x
其中，自適應(yīng)碼書P為NT·L矩陣，x為L·N矩陣，S為NT·N矩陣，L為數(shù)據(jù)流，NT發(fā)射天線根數(shù)，N為數(shù)據(jù)流長度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4的基于碼書的預(yù)編碼技術(shù)，其特征在于
發(fā)射端和接收端存儲(chǔ)同樣的碼書，碼書中元素為NT·L矩陣，碼書中元素個(gè)數(shù)為正整數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的基于碼書的預(yù)編碼技術(shù)，其特征在于發(fā)射端和接收端存儲(chǔ)的碼書多于一套，一段時(shí)間內(nèi)收發(fā)兩端約定使用其中一套碼書。
全文摘要
本發(fā)明應(yīng)用于基于碼書的預(yù)編碼系統(tǒng)。根據(jù)多天線信道中發(fā)射天線之間的相關(guān)系數(shù)的大小和幅角自適應(yīng)的改變預(yù)編碼技術(shù)使用的碼書的構(gòu)造方式。在相關(guān)信道下使用基于碼書的預(yù)編碼技術(shù)時(shí)，使用自適應(yīng)的碼書的性能相比于使用固定構(gòu)造的碼書更優(yōu)，而且增加的信令開銷相比于使用基于碼書的預(yù)編碼技術(shù)需要的固有開銷所占的比例很小。
文檔編號(hào)H04L1/02GK101127582SQ20071012987
公開日2008年2月20日 申請(qǐng)日期2007年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月31日
發(fā)明者航 龍, 王文博 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)