一种采用双码本进行信道信息反馈的方法和系统.pdf

摘要
申请专利号：	CN201010289774.2	申请日：	2010.09.21
公开号：	CN102412939A	公开日：	2012.04.11
当前法律状态：	撤回	有效性：	无权
法律详情：	发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):H04L 1/06申请公布日:20120411\|\|\|专利申请权的转移IPC(主分类):H04L 1/06变更事项:申请人变更前权利人:普天信息技术研究院有限公司变更后权利人:中国普天信息产业股份有限公司变更事项:地址变更前权利人:100080 北京市海淀区海淀北二街6号变更后权利人:100080 北京市海淀区中关村科技园区上地二街2号登记生效日:20130916\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):H04L 1/06申请日:20100921\|\|\|公开
IPC分类号：	H04L1/06; H04L1/16	主分类号：	H04L1/06
申请人：	普天信息技术研究院有限公司
发明人：	王浩
地址：	100080 北京市海淀区海淀北二街6号
优先权：
专利代理机构：	北京德琦知识产权代理有限公司 11018	代理人：	牛峥;王丽琴
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内容摘要

本发明提供了一种采用双码本进行信道信息反馈的方法，信号接收方从现有技术的预编码矩阵的码本中选出一级最优码字；信号接收方结合信道状态信息和所述一级最优码字组成的函数，按容量最大化标准从预先设置的二级码本中选出二级最优码字；信号接收方生成包含所选择的一级最优码字的码字索引和二级最优码字的码字索引的反馈信息并发送至信号发送方；信号发送方根据所接收反馈信息，生成预编码矩阵为一级最优码字和二级最优码字的乘积。本发明还提供了一种采用双码本进行信道信息反馈的系统。本发明方案相对于现有技术的信道信息反馈方法，可以更为精确地反馈信道信息。

权利要求书

1：一种采用双码本进行信道信息反馈的方法，其特征在于，包括如下步骤： A、信号接收方从现有技术的预编码矩阵的码本中选出一个码字 Fp 作为一级最优码字； B、信号接收方结合信道状态信息和所述一级最优码字组成的函数，按容量最大化标准从预先设置的二级码本中选出二级最优码字 F ；所述二级最优码字 F 使得矩阵为逼近对角阵，其中 H 为信号发送方到信号接收方的信道矩阵； C、信号接收方生成包含所选择的一级最优码字的码字索引和二级最优码字的码字索引的反馈信息，并将所述反馈信息发送至信号发送方； D、信号发送方根据所接收反馈信息中包含的码字索引，查询预先设置的一级码本和二级码本得到对应的一级最优码字和二级最优码字，生成预编码矩阵为一级最优码字和二级最优码字的乘积。2：根据权利要求 1 所述的方法，其特征在于，所述二级码本中的码字为的近似取值，其中， θ和满足：3：根据权利要求 2 所述的方法，其特征在于，所述现有技术的预编码矩阵为 LTE R8 中的规定的码本，所述二级码本为下表所示的预编码矩阵组成的集合或其子集：4：根据权利要求 2 所述的方法，其特征在于，所述现有技术的预编码矩阵为 LTE R8 中的规定的码本，所述二级码本选用 θ ＝ [π/8 ； 3π/8 ； 5π/8 ； 7π/8 ； 9π/8 ； 11π/8 ； 2 13π/8 ； 15π/8] 对应的函数值，并将二级码本中的 cos(θ) 与 sin(θ) 用指数函数近似：当 θ 接近 2kπ 时， cos(θ) ≈ exp(jθ) 且 sin(θ) ≈ 0 ；而当 θ 接近 π/2+2kπ 时， sin(θ) ≈ exp(jθ+jπ) 且 cos(θ) ≈ 0。5：根据权利要求 4 所述的方法，其特征在于，所述二级码本为下表所示的预编码矩阵组成的集合或其子集：6：根据权利要求 2 所述的方法，其特征在于，所述现有技术的预编码矩阵为 LTE R8 中的规定的码本，信号接收方采用 4 天线端口，且信道秩为 1，所述二级码本取 θ ＝ [2π/8 ； 4π/8 ； 6π/8 ； 8π/8 ； 10π/8 ； 12π/8 ； 14π/8 ； 16π/8] 时对应的指数函数值。7：根据权利要求 6 所述的方法，其特征在于，所述二级码本为下表所示的预编码矩阵组成的集合或其子集：第二级码本的码字索引 0 1 2 3 4 预编码矩阵 F(:， :， 1) ＝ 0.7071+0.7071i F(:， :， 2) ＝ 0.0000+1.0000i F(:， :， 3) ＝ -0.7071+0.7071i F(:， :， 4) ＝ -1.0000+0.0000i F(:， :， 5) ＝ -0.7071-0.7071i 3 F(:， :， 6) ＝ -0.0000-1.0000i F(:， :， 7) ＝ 0.7071-0.7071i F(:， :， 8) ＝ 1.0000-0.0000i8：一种采用双码本进行信道信息反馈的系统，包括信号接收方和信号发送方，其特征在于，所述信号接收方从现有技术的预编码矩阵的码本中选出一个码字 Fp 作为一级最优码字；结合信道状态信息和所述一级最优码字组成的函数，按容量最大化标准从预先设置的二级码本中选出二级最优码字 F ；所述二级最优码字 F 使得矩阵为逼近对角阵，其中 H 为信号发送方到信号接收方的信道矩阵；以及，生成包含所选择的一级最优码字的码字索引和二级最优码字的码字索引的反馈信息，并将所述反馈信息发送至信号发送方；所述信号发送方用于根据所接收反馈信息中包含的码字索引，查询预先设置的一级码本和二级码本得到对应的一级最优码字和二级最优码字，生成预编码矩阵为一级最优码字和二级最优码字的乘积。9：根据权利要求 8 所述的系统，其特征在于，所述二级码本中的码字为的近似取值，其中， θ和满足：10：根据权利要求 9 所述的系统，其特征在于，所述现有技术的预编码矩阵为 LTE R8 中的规定的码本，所述二级码本为下表所示的预编码矩阵组成的集合或其子集： 411：根据权利要求 9 所述的系统，其特征在于，所述现有技术的预编码矩阵为 LTE R8 中的规定的码本，所述二级码本选用 θ ＝ [π/8 ； 3π/8 ； 5π/8 ； 7π/8 ； 9π/8 ； 11π/8 ； 13π/8 ； 15π/8] 对应的函数值，并将二级码本中的 cos(θ) 与 sin(θ) 用指数函数近似：当 θ 接近 2kπ 时， cos(θ) ≈ exp(jθ) 且 sin(θ) ≈ 0 ；而当 θ 接近 π/2+2kπ 时， sin(θ) ≈ exp(jθ+jπ) 且 cos(θ) ≈ 0。12：根据权利要求 11 所述的系统，其特征在于，所述二级码本为下表所示的预编码矩阵组成的集合或其子集： 513：根据权利要求 9 所述的系统，其特征在于，所述现有技术的预编码矩阵为 LTE R8 中的规定的码本，信号接收方采用 4 天线端口，且信道秩为 1，所述二级码本取 θ ＝ [2π/8 ； 4π/8 ； 6π/8 ； 8π/8 ； 10π/8 ； 12π/8 ； 14π/8 ； 16π/8] 时对应的指数函数值。14：根据权利要求 13 所述的系统，其特征在于，所述二级码本为下表所示的预编码矩阵组成的集合或其子集：第二级码本的码字索引 0 1 2 3 4 5 6 7 预编码矩阵 F(:， :， 1) ＝ 0.7071+0.7071i F(:， :， 2) ＝ 0.0000+1.0000i F(:， :， 3) ＝ -0.7071+0.7071i F(:， :， 4) ＝ -1.0000+0.0000i F(:， :， 5) ＝ -0.7071-0.7071i F(:， :， 6) ＝ -0.0000-1.0000i F(:， :， 7) ＝ 0.7071-0.7071i F(:， :， 8) ＝ 1.0000-0.0000i

说明书

一种采用双码本进行信道信息反馈的方法和系统
    技术领域本发明涉及无线通信技术领域内的多输入多输出 (MIMO) 技术，尤其涉及一种采用双码本进行信道信息反馈的方法和系统。
     背景技术预编码技术是根据接收方向发送方反馈的信道信息，对将要发送的数据用预编码矩阵进行处理，使各个数据流在空间信道传输过程中等效为相互独立的信道进行传输，达到通过多个接收天线均衡接收信号的目的。
     在 LTE R8 中，对于两个天线口传输，即天线口 p ∈ {0， 1}，码本数目为 2×2 ＝ 4，预编码矩阵 W(i) 将从表 1 或其中的子集选择。对 LTE R8 中定义的闭环空间复用模式，当层数 υ ＝ 2 时，不能使用码本索引 0。
     表1 对于四个天线口传输，即 p ∈ {0， 1， 2， 3}，码本数目为 4×4 ＝ 16，预编码矩阵 W 将表示从表达式选取的 {s} 列构成的矩阵，从表 2 或其中的子集选择。
     式中 I 为 4×4 的单位阵， un 值见表 2。表2
     从表 1 和表 2 中可以看出，现有技术中的预编码码本均为酉矩阵，酉矩阵的模恒为 1，因此预编码矩阵乘以发射信号，不会改变发射信号的模。
     要想恰当地选择最佳的预编码矩阵，就必须要了解发射机当前的信道条件。信道条件由创建闭环系统的 MIMO 接收机的反馈信息提供。对于 LTE 预编码的下行链路传输，移动终端或用户设备 (UE) 测量信道特征信息，并确定预编码矩阵索引 (PMI)、信道质量指示符 (CQI) 和 / 或排名索引 (RI) 等反馈信息；所述反馈信息发送到基站 (eNB)，由基站根据所述反馈信息选择预编码码本。现有技术中，由于基站只能选择单一预编码码本，而该单一预编码码本不能很好地与实际的信道条件对应，造成信道信息的反馈不够精确。
     发明内容
     本发明提供了一种采用双码本进行信道信息反馈的方法和系统，可以比单一预编码码本更为精确地反馈信道信息。
     本发明实施例提出一种采用双码本进行信道信息反馈的方法，包括如下步骤：
     A、信号接收方从现有技术的预编码矩阵的码本中选出一个码字 Fp 作为一级最优码字；
     B、信号接收方结合信道状态信息和所述一级最优码字组成的函数，按容量最大化标准从预先设置的二级码本中选出二级最优码字 F ；所述二级最优码字 F 使得矩阵为逼近对角阵，其中 H 为信号发送方到信号接收方的信道矩阵；C、信号接收方生成包含所选择的一级最优码字的码字索引和二级最优码字的码字索引的反馈信息，并将所述反馈信息发送至信号发送方；
     D、信号发送方根据所接收反馈信息中包含的码字索引，查询预先设置的一级码本和二级码本得到对应的一级最优码字和二级最优码字，生成预编码矩阵为一级最优码字和二级最优码字的乘积。
     较佳地，所述二级码本中的码字为的近似取值，其中， θ 和满足：
     较佳地，所述现有技术的预编码矩阵为 LTE R8 中的规定的码本，所述二级码本为下表所示的预编码矩阵组成的集合或其子集：
     较佳地，所述现有技术的预编码矩阵为 LTE R8 中的规定的码本，所述二级码本选用 θ ＝ [π/8 ； 3π/8 ； 5π/8 ； 7π/8 ； 9π/8 ； 11π/8 ； 13π/8 ； 15π/8] 对应的函数值，并将二级码本中的 cos(θ) 与 sin(θ) 用指数函数近似：当 θ 接近 2kπ 时， cos(θ) ≈ exp(jθ) 且 sin(θ) ≈ 0 ；而当 θ 接近 π/2+2kπ 时， sin(θ) ≈ exp(jθ+jπ) 且 cos(θ) ≈ 0。
     较佳地，所述二级码本为下表所示的预编码矩阵组成的集合或其子集：
     较佳地，所述现有技术的预编码矩阵为 LTE R8 中的规定的码本，信号接收方采用 4 天线端口，且信道秩为 1，所述二级码本取 θ ＝ [2π/8 ； 4π/8 ； 6π/8 ； 8π/8 ； 10π/8 ； 12π/8 ； 14π/8 ； 16π/8] 时对应的指数函数值。
     较佳地，所述二级码本为下表所示的预编码矩阵组成的集合或其子集：
     第二级码本的码字索引 0 1 2 3 4 5 6 7
     预编码矩阵 F(:， :， 1) ＝ 0.7071+0.7071i F(:， :， 2) ＝ 0.0000+1.0000i F(:， :， 3) ＝ -0.7071+0.7071i F(:， :， 4) ＝ -1.0000+0.0000i F(:， :， 5) ＝ -0.7071-0.7071i F(:， :， 6) ＝ -0.0000-1.0000i F(:， :， 7) ＝ 0.7071-0.7071i F(:， :， 8) ＝ 1.0000-0.0000i本发明实施例还提出一种采用双码本进行信道信息反馈的系统，包括信号接收方和信号发送方，所述信号接收方从现有技术的预编码矩阵的码本中选出一个码字 Fp 作为一级最优码字；结合信道状态信息和所述一级最优码字组成的函数，按容量最大化标准从预先设置的二级码本中选出二级最优码字 F ；所述二级最优码字 F 使得矩阵为逼近对角阵，其中 H 为信号发送方到信号接收方的信道矩阵；以及，生成包含所选择的一级最优码字的码字索引和二级最优码字的码字索引的反馈信息，并将所述反馈信息发送至信号发送方；
     所述信号发送方用于根据所接收反馈信息中包含的码字索引，查询预先设置的一级码本和二级码本得到对应的一级最优码字和二级最优码字，生成预编码矩阵为一级最优码字和二级最优码字的乘积。
     较佳地，所述二级码本中的码字为的近似取值，其中， θ 和满足：
     较佳地，所述现有技术的预编码矩阵为 LTE R8 中的规定的码本，所述二级码本为下表所示的预编码矩阵组成的集合或其子集：
     较佳地，所述现有技术的预编码矩阵为 LTE R8 中的规定的码本，所述二级码本选用 θ ＝ [π/8 ； 3π/8 ； 5π/8 ； 7π/8 ； 9π/8 ； 11π/8 ； 13π/8 ； 15π/8] 对应的函数值，并将二级码本中的 cos(θ) 与 sin(θ) 用指数函数近似：当 θ 接近 2kπ 时， cos(θ) ≈ exp(jθ) 且 sin(θ) ≈ 0 ；而当 θ 接近 π/2+2kπ 时， sin(θ) ≈ exp(jθ+jπ) 且 cos(θ) ≈ 0。
     较佳地，所述二级码本为下表所示的预编码矩阵组成的集合或其子集：
     较佳地，所述现有技术的预编码矩阵为 LTE R8 中的规定的码本，信号接收方采用 4 天线端口，且信道秩为 1，所述二级码本取 θ ＝ [2π/8 ； 4π/8 ； 6π/8 ； 8π/8 ； 10π/8 ； 12π/8 ； 14π/8 ； 16π/8] 时对应的指数函数值。
     较佳地，所述二级码本为下表所示的预编码矩阵组成的集合或其子集：
     第二级码本的码字索引 0 1 2 3 4 5 6 7 预编码矩阵 F(:， :， 1) ＝ 0.7071+0.7071i F(:， :， 2) ＝ 0.0000+1.0000i F(:， :， 3) ＝ -0.7071+0.7071i F(:， :， 4) ＝ -1.0000+0.0000i F(:， :， 5) ＝ -0.7071-0.7071i F(:， :， 6) ＝ -0.0000-1.0000i F(:， :， 7) ＝ 0.7071-0.7071i F(:， :， 8) ＝ 1.0000-0.0000i 从以上技术方案可以看出，采用双码本进行信道信息反馈，可以比单码本更为精确地反映实际的信道条件。本发明实施例还给出了第二级码本的构造依据，以及多个第二级码本的构造方案。本领域技术人员在本发明思想的指导下，对实施例公开的第二级码本的具体形式进行各种变型以及等同替换，均应包含在本发明的保护范围内。附图说明
     图 1 为对 2 发 2 收的场景下的独立同分布瑞利信道进行蒙特卡洛模拟，得到的 f(θ) 和累积分布函数的示意图；
     图 2 为本发明实施例提出的采用双码本进行信道信息反馈的流程图；
     图3为的取值与信噪比的关系示意图；图 4 为双码本方案与现有技术单码本方案的仿真结果进行比较的示意图；
     图 5 为将表 4 所示的第二级码本用于 4 天线端口且信道秩为 2 的情形，得到的仿真结果与现有技术的比较示意图；
     图 6 为将表 5 所示的第二级码本用于 4 天线端口且信道秩为 1 的情形，得到的仿真结果与现有技术的比较示意图。
     图 7 为将表 5 所示的第二级码本用于 2 天线端口且信道秩为 1 的情形，得到的仿真结果与现有技术的比较示意图。具体实施方式
     相关研究表明，对比现有技术中基于酉矩阵预编码的码本方案， Grassmannian 码本方案能取得更大的性能增益。但 Grassmannian 预编码是一种非酉矩阵预编码，不具有恒模特性。
     考虑一个配有 Mt 根发射天线， Mr 根接收天线的点对点无线通信系统。输入信号首先复用成为 M ≤ min(Mt， Mr) 个不同子流 s，通过预编码矩阵 Fp 进行预处理得到实际的发射信号，接收端等效基带信号表达式如下：
     y ＝ HFps+v (1)
     其中， H 代表信道矩阵， v 代表噪声矢量，信道矩阵的元素服从独立同分布的复正态分布 CN(0， N0)，噪声矢量的协方差矩阵为 N0IM。
     当接收端采用线性接收机如最小均方误差 (MMSE) 接收机时，信道容量计算如下：
     13由 Hadmard 不等式，有所以得到信道容量上界为102412939 A CN 102412952
     说明书8/11 页信道容量当且仅当退化为对角阵时得到，此时其中 VH 通过对信道 H 进行奇异值分解 (SVD) 得到，即令其中 DH 为信道矩阵 H 的奇异值构成的对角阵。
     当采用双码本设计时，如设原预编码矩阵 Fp 作为一级码本，第二级码本为 F，则应构造 F 使得
     为 ( 逼近 ) 对角阵。当信道秩为 2 时，由矩阵理论知：旋转矩阵可以达到对任一对称矩阵对角化的效果。因此，可以设计形式为旋转矩阵的第二级码本 F，表达式如下：
     为使逼近对角阵，此时的最佳编码矩阵中的元素满足：
     其中为用有限的码字集合尽量完整的表达 f(θ)、的可能取值，需要研究 f(θ)、的累计分布函数 (CDF)，对于 2 发 2 收 (2 个发射天线和 2 个接收天线 ) 的场景下的独立同分布瑞利信道进行蒙特卡洛模拟，得到如图 1 所示结果，其中圆圈表示 f(θ) 的 CDF，三角形表示的 CDF。由图 1 所示结果可知， f(θ)、的 CDF 非均匀增长，所以可以根据其 CDF 选择二级编码矩阵 F 的取值集合，使其集中在 f(θ)、的密集取值区。
     本发明实施例提出的采用双码本进行信道信息反馈的流程如图 2 所示，包括如下步骤：步骤 201 ：信号接收方运用传统的码字选择方案如容量准则、奇异值准则等从现有技术的预编码矩阵的码本中选出一个码本作为一级最优码字；
     步骤 202 ：信号接收方结合信道状态信息和第一步选出的码字组成的函数按容量最大化原则从预先设置的二级码本中选出二级最优码字。即
     步骤 203 ：信号接收方生成包含所选择的一级最优码字的码字索引和二级最优码字的码字索引的反馈信息，并将所述反馈信息发送至信号发送方。
     步骤 204 ：信号发送方根据所接收反馈信息中包含的码字索引，查询预先设置的一级码本和二级码本得到对应的一级最优码字和二级最优码字，生成预编码矩阵为一级最优码字和二级最优码字的乘积，即
     W ＝ Fp·F。
     一般来说，所述信号接收方为用户设备，信号发送方为基站。
     将以上双码本设计使用在单用户多输入多输出 (SU-MIMO) 情形时仿真其对信道容量的影响。仿真情形为 2 发 2 收，信道环境为独立同分布的平坦瑞利衰落信道。
     第一级码本使用 LTE R8 中的码本，第二级码本考虑到 f(θ)、14的 CDF 分布而102412939 A CN 102412952说明书9/11 页设定，第二级码本为如表 3 所示的 8 个预编码矩阵或其子集：
     表3
     第一级码本和第二级码本的选择都按信道容量最大化准则选择。接收端使用最小均方误差 (MMSE) 译码器。
     需要指出的是，当传输数据层数为 2 时， LTE R8 中用于 2 天线端口的码本只有两个编码矩阵，即只需 1 个反馈 bit，本发明实施例中的第二级别码本有 8 个预编码矩阵，故需 3 个反馈比特，总反馈量为 4 比特。
     由仿真结果可以看出，对比 LTE R8 中的单码本反馈，双码本反馈的性能一直保持着约 1bit/s/Hz 的增益。
     图 3 所示为的取值与信噪比的关系示意图。从图 3 可以看出，在较高信噪的影响，而只研究 f(θ) 的 CDF，比时，的值很小，所以在码本设计时，可以不计此时预编码矩阵中的其他元素与 f(θ) 呈单调函数映射，故其 CDF 相互一致。
     为保证码本的恒模特性，可考虑将码本中的元素用指数函数代替。考虑到当 θ 接近 2kπ 时， cos(θ) ≈ exp(jθ) 且 sin(θ) ≈ 0 ；而当 θ 接近 π/2+2kπ 时， sin(θ) ≈ exp(jθ+jπ) 且 cos(θ) ≈ 0，以此为基础构造如表 4 所示码本，即选用 θ ＝ [π/8 ； 3π/8 ； 5π/8 ； 7π/8 ； 9π/8 ； 11π/8 ； 13π/8 ； 15π/8]，并分别将原二级码本中的 cos(θ) 与 sin(θ) 用指数函数近似。
     表4
     性能仿真见图 4。其中，米字型图标表示采用表 3 所示的双码本方案的仿真结果，三角形图标表示采用表 4 所示第二级码本的双码本方案的仿真结果，圆圈图标表示现有技术中的单码本方案的仿真结果。由图 4 可知，采用表 4 所示第二级码本的双码本方案虽然相对于采用表 3 所示的双码本方案的性能略有下降，但保证了码本的恒模特性。
     同理，将表 4 所示第二级码本用于 4 天线端口秩为 2 的情形，可得仿真结果图 5，米字型图标表示采用表 4 所示的双码本方案的仿真结果，圆圈图标表示现有技术中的单码本方案的仿真结果。
     同理，对于 4 天线端口且信道秩为 1 的情形，在衰落相位服从均匀分布的瑞利衰落信道，第二级码本可直接取 θ ＝ [2π/8 ； 4π/8 ； 6π/8 ； 8π/8 ； 10π/8 ； 12π/8 ； 14π/8 ； 16π/8] 时对应的指数函数值，第二级码本形式如表 5 所示，可得仿真结果图 6。米字型图标表示采用表 5 所示的双码本方案的仿真结果，圆圈图标表示现有技术中的单码本方案的仿真结果。
     第二级码本的码字索引 0 1 2 预编码矩阵 F(:， :， 1) ＝ 0.7071+0.7071i F(:， :， 2) ＝ 0.0000+1.0000i F(:， :， 3) ＝ -0.7071+0.7071iF(:， :， 4) ＝ -1.0000+0.0000i F(:， :， 5) ＝ -0.7071-0.7071i F(:， :， 6) ＝ -0.0000-1.0000i F(:， :， 7) ＝ 0.7071-0.7071i F(:， :， 8) ＝ 1.0000-0.0000i表5
     同理，对于 2 天线端口秩为 1 的情形，第二级码本取同上表 5 的码本，可得仿真图 7。米字型图标表示采用表 5 所示的双码本方案的仿真结果，圆圈图标表示现有技术中的单码本方案的仿真结果。
     从图 5-7 均可以看出，本发明实施例提出的双码本进行信道信息反馈的仿真结果均比现有技术的单码本进行信道信息反馈的仿真结果有明显的改善。
     以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

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1、(10)申请公布号 CN 102412939 A (43)申请公布日 2012.04.11 C N 1 0 2 4 1 2 9 3 9 A *CN102412939A* (21)申请号 201010289774.2 (22)申请日 2010.09.21 H04L 1/06(2006.01) H04L 1/16(2006.01) (71)申请人普天信息技术研究院有限公司地址 100080 北京市海淀区海淀北二街6号 (72)发明人王浩 (74)专利代理机构北京德琦知识产权代理有限公司 11018 代理人牛峥王丽琴 (54) 发明名称一种采用双码本进行信道信息反馈的方法和系统 (57) 。

2、摘要本发明提供了一种采用双码本进行信道信息反馈的方法，信号接收方从现有技术的预编码矩阵的码本中选出一级最优码字；信号接收方结合信道状态信息和所述一级最优码字组成的函数，按容量最大化标准从预先设置的二级码本中选出二级最优码字；信号接收方生成包含所选择的一级最优码字的码字索引和二级最优码字的码字索引的反馈信息并发送至信号发送方；信号发送方根据所接收反馈信息，生成预编码矩阵为一级最优码字和二级最优码字的乘积。本发明还提供了一种采用双码本进行信道信息反馈的系统。本发明方案相对于现有技术的信道信息反馈方法，可以更为精确地反馈信道信息。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共。

3、和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书 5 页说明书 11 页附图 6 页 CN 102412952 A 1/5页 2 1.一种采用双码本进行信道信息反馈的方法，其特征在于，包括如下步骤： A、信号接收方从现有技术的预编码矩阵的码本中选出一个码字F p 作为一级最优码字； B、信号接收方结合信道状态信息和所述一级最优码字组成的函数，按容量最大化标准从预先设置的二级码本中选出二级最优码字F；所述二级最优码字F使得矩阵为逼近对角阵，其中H为信号发送方到信号接收方的信道矩阵； C、信号接收方生成包含所选择的一级最优码字的码字索引和二级最优码字的码字索引的反馈信息，并将所述反。

4、馈信息发送至信号发送方； D、信号发送方根据所接收反馈信息中包含的码字索引，查询预先设置的一级码本和二级码本得到对应的一级最优码字和二级最优码字，生成预编码矩阵为一级最优码字和二级最优码字的乘积。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二级码本中的码字为的近似取值，其中，和满足： 3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述现有技术的预编码矩阵为LTE R8中的规定的码本，所述二级码本为下表所示的预编码矩阵组成的集合或其子集： 4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述现有技术的预编码矩阵为LTE R8 中的规定的码本，所述二级码本选用/8；3/8；5/8；7/8；9/8。

5、；11/8；权利要求书CN 102412939 A CN 102412952 A 2/5页 3 13/8；15/8对应的函数值，并将二级码本中的cos()与sin()用指数函数近似：当接近2k时，cos()exp(j)且sin()0；而当接近/2+2k时， sin()exp(j+j)且cos()0。 5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述二级码本为下表所示的预编码矩阵组成的集合或其子集： 6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述现有技术的预编码矩阵为LTE R8中的规定的码本，信号接收方采用4天线端口，且信道秩为1，所述二级码本取2/8； 4/8；6/8；8/8；。

6、10/8；12/8；14/8；16/8时对应的指数函数值。 7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述二级码本为下表所示的预编码矩阵组成的集合或其子集：第二级码本的码字索引预编码矩阵 0 F(:，:，1)0.7071+0.7071i 1 F(:，:，2)0.0000+1.0000i 2 F(:，:，3)-0.7071+0.7071i 3 F(:，:，4)-1.0000+0.0000i 4 F(:，:，5)-0.7071-0.7071i 权利要求书CN 102412939 A CN 102412952 A 3/5页 4 5 F(:，:，6)-0.0000-1.0000i 6 F。

7、(:，:，7)0.7071-0.7071i 7 F(:，:，8)1.0000-0.0000i 8.一种采用双码本进行信道信息反馈的系统，包括信号接收方和信号发送方，其特征在于，所述信号接收方从现有技术的预编码矩阵的码本中选出一个码字F p 作为一级最优码字；结合信道状态信息和所述一级最优码字组成的函数，按容量最大化标准从预先设置的二级码本中选出二级最优码字F；所述二级最优码字F使得矩阵为逼近对角阵，其中H为信号发送方到信号接收方的信道矩阵；以及，生成包含所选择的一级最优码字的码字索引和二级最优码字的码字索引的反馈信息，并将所述反馈信息发送至信号发送方；所述信号发送方用于根据所接。

8、收反馈信息中包含的码字索引，查询预先设置的一级码本和二级码本得到对应的一级最优码字和二级最优码字，生成预编码矩阵为一级最优码字和二级最优码字的乘积。 9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述二级码本中的码字为的近似取值，其中，和满足： 10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述现有技术的预编码矩阵为LTE R8中的规定的码本，所述二级码本为下表所示的预编码矩阵组成的集合或其子集：权利要求书CN 102412939 A CN 102412952 A 4/5页 5 11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述现有技术的预编码矩阵为LTE R8 中的规定的码本，所述。

9、二级码本选用/8；3/8；5/8；7/8；9/8；11/8； 13/8；15/8对应的函数值，并将二级码本中的cos()与sin()用指数函数近似：当接近2k时，cos()exp(j)且sin()0；而当接近/2+2k时， sin()exp(j+j)且cos()0。 12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述二级码本为下表所示的预编码矩阵组成的集合或其子集：权利要求书CN 102412939 A CN 102412952 A 5/5页 6 13.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述现有技术的预编码矩阵为LTE R8中的规定的码本，信号接收方采用4天线端口，且信道秩。

10、为1，所述二级码本取2/8； 4/8；6/8；8/8；10/8；12/8；14/8；16/8时对应的指数函数值。 14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述二级码本为下表所示的预编码矩阵组成的集合或其子集：第二级码本的码字索引预编码矩阵 0 F(:，:，1)0.7071+0.7071i 1 F(:，:，2)0.0000+1.0000i 2 F(:，:，3)-0.7071+0.7071i 3 F(:，:，4)-1.0000+0.0000i 4 F(:，:，5)-0.7071-0.7071i 5 F(:，:，6)-0.0000-1.0000i 6 F(:，:，7)0.7071-0.7。

11、071i 7 F(:，:，8)1.0000-0.0000i 权利要求书CN 102412939 A CN 102412952 A 1/11页 7 一种采用双码本进行信道信息反馈的方法和系统技术领域 0001 本发明涉及无线通信技术领域内的多输入多输出(MIMO)技术，尤其涉及一种采用双码本进行信道信息反馈的方法和系统。背景技术 0002 预编码技术是根据接收方向发送方反馈的信道信息，对将要发送的数据用预编码矩阵进行处理，使各个数据流在空间信道传输过程中等效为相互独立的信道进行传输，达到通过多个接收天线均衡接收信号的目的。 0003 在LTE R8中，对于两个天线口传输，即天线。

12、口p0，1，码本数目为224，预编码矩阵W(i)将从表1或其中的子集选择。对LTE R8中定义的闭环空间复用模式，当层数2时，不能使用码本索引0。 0004 0005 表1 0006 对于四个天线口传输，即p0，1，2，3，码本数目为4416，预编码矩阵W将从表2或其中的子集选择。表示从表达式选取的s列构成的矩阵，式中I为44的单位阵，u n 值见表2。 0007 说明书CN 102412939 A CN 102412952 A 2/11页 8 0008 表2 0009 从表1和表2中可以看出，现有技术中的预编码码本均为酉矩阵，酉矩阵的模恒为 1，因此预编码矩阵乘以发射信号，不会改。

13、变发射信号的模。 0010 要想恰当地选择最佳的预编码矩阵，就必须要了解发射机当前的信道条件。信道条件由创建闭环系统的MIMO接收机的反馈信息提供。对于LTE预编码的下行链路传输，移动终端或用户设备(UE)测量信道特征信息，并确定预编码矩阵索引(PMI)、信道质量指示符(CQI)和/或排名索引(RI)等反馈信息；所述反馈信息发送到基站(eNB)，由基站根据所述反馈信息选择预编码码本。现有技术中，由于基站只能选择单一预编码码本，而该单一预编码码本不能很好地与实际的信道条件对应，造成信道信息的反馈不够精确。发明内容 0011 本发明提供了一种采用双码本进行信道信息反馈的方法和系统，可以。

14、比单一预编码码本更为精确地反馈信道信息。 0012 本发明实施例提出一种采用双码本进行信道信息反馈的方法，包括如下步骤： 0013 A、信号接收方从现有技术的预编码矩阵的码本中选出一个码字Fp作为一级最优码字； 0014 B、信号接收方结合信道状态信息和所述一级最优码字组成的函数，按容量最大化标准从预先设置的二级码本中选出二级最优码字F；所述二级最优码字F使得矩阵为逼近对角阵，其中H为信号发送方到信号接收方的信道矩阵；说明书CN 102412939 A CN 102412952 A 3/11页 9 0015 C、信号接收方生成包含所选择的一级最优码字的码字索引和二级最优码字的码。

15、字索引的反馈信息，并将所述反馈信息发送至信号发送方； 0016 D、信号发送方根据所接收反馈信息中包含的码字索引，查询预先设置的一级码本和二级码本得到对应的一级最优码字和二级最优码字，生成预编码矩阵为一级最优码字和二级最优码字的乘积。 0017 较佳地，所述二级码本中的码字为的近似取值，其中，和满足： 0018 较佳地，所述现有技术的预编码矩阵为LTE R8中的规定的码本，所述二级码本为下表所示的预编码矩阵组成的集合或其子集： 0019 0020 0021 较佳地，所述现有技术的预编码矩阵为LTE R8中的规定的码本，所述二级码本选用/8；3/8；5/8；7/8；9/8；11/8；1。

16、3/8；15/8对应的函数值，并将二级码本中的cos()与sin()用指数函数近似：当接近2k时， cos()exp(j)且sin()0；而当接近/2+2k时，sin()exp(j+j) 且cos()0。 0022 较佳地，所述二级码本为下表所示的预编码矩阵组成的集合或其子集：说明书CN 102412939 A CN 102412952 A 4/11页 10 0023 0024 较佳地，所述现有技术的预编码矩阵为LTE R8中的规定的码本，信号接收方采用 4天线端口，且信道秩为1，所述二级码本取2/8；4/8；6/8；8/8；10/8； 12/8；14/8；16/8时对应的指数函数值。。

17、 0025 较佳地，所述二级码本为下表所示的预编码矩阵组成的集合或其子集： 0026 第二级码本的码字索引预编码矩阵 0 F(:，:，1)0.7071+0.7071i 1 F(:，:，2)0.0000+1.0000i 2 F(:，:，3)-0.7071+0.7071i 3 F(:，:，4)-1.0000+0.0000i 4 F(:，:，5)-0.7071-0.7071i 5 F(:，:，6)-0.0000-1.0000i 6 F(:，:，7)0.7071-0.7071i 7 F(:，:，8)1.0000-0.0000i 0027 本发明实施例还提出一种采用双码本进行信道信息反馈的系统，包括信。

18、号接收方和信号发送方，说明书CN 102412939 A CN 102412952 A 5/11页 11 0028 所述信号接收方从现有技术的预编码矩阵的码本中选出一个码字F p 作为一级最优码字；结合信道状态信息和所述一级最优码字组成的函数，按容量最大化标准从预先设置的二级码本中选出二级最优码字F；所述二级最优码字F使得矩阵为逼近对角阵，其中H为信号发送方到信号接收方的信道矩阵；以及，生成包含所选择的一级最优码字的码字索引和二级最优码字的码字索引的反馈信息，并将所述反馈信息发送至信号发送方； 0029 所述信号发送方用于根据所接收反馈信息中包含的码字索引，查询预先设置的一。

19、级码本和二级码本得到对应的一级最优码字和二级最优码字，生成预编码矩阵为一级最优码字和二级最优码字的乘积。 0030 较佳地，所述二级码本中的码字为的近似取值，其中，和满足： 0031 较佳地，所述现有技术的预编码矩阵为LTE R8中的规定的码本，所述二级码本为下表所示的预编码矩阵组成的集合或其子集： 0032 0033 较佳地，所述现有技术的预编码矩阵为LTE R8中的规定的码本，所述二级码本选用/8；3/8；5/8；7/8；9/8；11/8；13/8；15/8对应的函数值，并将二级码本中的cos()与sin()用指数函数近似：当接近2k时， cos()exp(j)且sin()0；而。

20、当接近/2+2k时，sin()exp(j+j) 且cos()0。说明书CN 102412939 A CN 102412952 A 6/11页 12 0034 较佳地，所述二级码本为下表所示的预编码矩阵组成的集合或其子集： 0035 0036 0037 较佳地，所述现有技术的预编码矩阵为LTE R8中的规定的码本，信号接收方采用 4天线端口，且信道秩为1，所述二级码本取2/8；4/8；6/8；8/8；10/8； 12/8；14/8；16/8时对应的指数函数值。 0038 较佳地，所述二级码本为下表所示的预编码矩阵组成的集合或其子集： 0039 第二级码本的码字索引预编码矩阵 0 F(:，。

21、:，1)0.7071+0.7071i 1 F(:，:，2)0.0000+1.0000i 2 F(:，:，3)-0.7071+0.7071i 3 F(:，:，4)-1.0000+0.0000i 4 F(:，:，5)-0.7071-0.7071i 5 F(:，:，6)-0.0000-1.0000i 6 F(:，:，7)0.7071-0.7071i 7 F(:，:，8)1.0000-0.0000i 说明书CN 102412939 A CN 102412952 A 7/11页 13 0040 从以上技术方案可以看出，采用双码本进行信道信息反馈，可以比单码本更为精确地反映实际的信道条件。本发明实施。

22、例还给出了第二级码本的构造依据，以及多个第二级码本的构造方案。本领域技术人员在本发明思想的指导下，对实施例公开的第二级码本的具体形式进行各种变型以及等同替换，均应包含在本发明的保护范围内。附图说明 0041 图1为对2发2收的场景下的独立同分布瑞利信道进行蒙特卡洛模拟，得到的 f()和累积分布函数的示意图； 0042 图2为本发明实施例提出的采用双码本进行信道信息反馈的流程图； 0043 图3为的取值与信噪比的关系示意图； 0044 图4为双码本方案与现有技术单码本方案的仿真结果进行比较的示意图； 0045 图5为将表4所示的第二级码本用于4天线端口且信道秩为2的情形，得到的仿真结果与。

23、现有技术的比较示意图； 0046 图6为将表5所示的第二级码本用于4天线端口且信道秩为1的情形，得到的仿真结果与现有技术的比较示意图。 0047 图7为将表5所示的第二级码本用于2天线端口且信道秩为1的情形，得到的仿真结果与现有技术的比较示意图。具体实施方式 0048 相关研究表明，对比现有技术中基于酉矩阵预编码的码本方案，Grassmannian码本方案能取得更大的性能增益。但Grassmannian预编码是一种非酉矩阵预编码，不具有恒模特性。 0049 考虑一个配有M t 根发射天线，M r 根接收天线的点对点无线通信系统。输入信号首先复用成为Mmin(M t ，M r )个不。

24、同子流s，通过预编码矩阵F p 进行预处理得到实际的发射信号，接收端等效基带信号表达式如下： 0050 yHF p s+v (1) 0051 其中，H代表信道矩阵，v代表噪声矢量，信道矩阵的元素服从独立同分布的复正态分布CN(0，N 0 )，噪声矢量的协方差矩阵为N 0 I M 。 0052 当接收端采用线性接收机如最小均方误差(MMSE)接收机时，信道容量计算如下： 0053 0054 0055 由Hadmard不等式，有 0056 0057 所以得到信道容量上界为 0058 说明书CN 102412939 A CN 102412952 A 8/11页 14 0059 信道容量当且仅。

25、当退化为对角阵时得到，此时其中V H 通过对信道H进行奇异值分解(SVD)得到，即令其中D H 为信道矩阵H的奇异值构成的对角阵。 0060 当采用双码本设计时，如设原预编码矩阵F p 作为一级码本，第二级码本为F，则应构造F使得为(逼近)对角阵。 0061 当信道秩为2时，由矩阵理论知：旋转矩阵可以达到对任一对称矩阵对角化的效果。因此，可以设计形式为旋转矩阵的第二级码本F，表达式如下： 0062 0063 为使逼近对角阵，此时的最佳编码矩阵中的元素满足： 0064 0065 其中 0066 为用有限的码字集合尽量完整的表达f()、的可能取值，需要研究f()、的累计分布函数(CDF)。

26、，对于2发2收(2个发射天线和2个接收天线)的场景下的独立同分布瑞利信道进行蒙特卡洛模拟，得到如图1所示结果，其中圆圈表示f()的CDF，三角形表示的CDF。由图1所示结果可知，f()、的CDF非均匀增长，所以可以根据其CDF选择二级编码矩阵F的取值集合，使其集中在f()、的密集取值区。 0067 本发明实施例提出的采用双码本进行信道信息反馈的流程如图2所示，包括如下步骤： 0068 步骤201：信号接收方运用传统的码字选择方案如容量准则、奇异值准则等从现有技术的预编码矩阵的码本中选出一个码本作为一级最优码字； 0069 步骤202：信号接收方结合信道状态信息和第一步选出的码字组成的。

27、函数按容量最大化原则从预先设置的二级码本中选出二级最优码字。即 0070 0071 步骤203：信号接收方生成包含所选择的一级最优码字的码字索引和二级最优码字的码字索引的反馈信息，并将所述反馈信息发送至信号发送方。 0072 步骤204：信号发送方根据所接收反馈信息中包含的码字索引，查询预先设置的一级码本和二级码本得到对应的一级最优码字和二级最优码字，生成预编码矩阵为一级最优码字和二级最优码字的乘积，即 0073 WF p F。 0074 一般来说，所述信号接收方为用户设备，信号发送方为基站。 0075 将以上双码本设计使用在单用户多输入多输出(SU-MIMO)情形时仿真其对信道容量。

28、的影响。仿真情形为2发2收，信道环境为独立同分布的平坦瑞利衰落信道。 0076 第一级码本使用LTE R8中的码本，第二级码本考虑到f()、的CDF分布而说明书CN 102412939 A CN 102412952 A 9/11页 15 设定，第二级码本为如表3所示的8个预编码矩阵或其子集： 0077 0078 表3 0079 第一级码本和第二级码本的选择都按信道容量最大化准则选择。接收端使用最小均方误差(MMSE)译码器。 0080 需要指出的是，当传输数据层数为2时，LTE R8中用于2天线端口的码本只有两个编码矩阵，即只需1个反馈bit，本发明实施例中的第二级别码本有8个预编码。

29、矩阵，故需 3个反馈比特，总反馈量为4比特。 0081 由仿真结果可以看出，对比LTE R8中的单码本反馈，双码本反馈的性能一直保持着约1bit/s/Hz的增益。 0082 图3所示为的取值与信噪比的关系示意图。从图3可以看出，在较高信噪比时，的值很小，所以在码本设计时，可以不计的影响，而只研究f()的CDF，此时预编码矩阵中的其他元素与f()呈单调函数映射，故其CDF相互一致。 0083 为保证码本的恒模特性，可考虑将码本中的元素用指数函数代替。考虑到当接近2k时，cos()exp(j)且sin()0；而当接近/2+2k时， sin()exp(j+j)且cos()0，以此为基础构造如。

30、表4所示码本，即选用 /8；3/8；5/8；7/8；9/8；11/8；13/8；15/8，并分别将原二级码本中的 cos()与sin()用指数函数近似。说明书CN 102412939 A CN 102412952 A 10/11页 16 0084 0085 0086 表4 0087 性能仿真见图4。其中，米字型图标表示采用表3所示的双码本方案的仿真结果，三角形图标表示采用表4所示第二级码本的双码本方案的仿真结果，圆圈图标表示现有技术中的单码本方案的仿真结果。由图4可知，采用表4所示第二级码本的双码本方案虽然相对于采用表3所示的双码本方案的性能略有下降，但保证了码本的恒模特性。 00。

31、88 同理，将表4所示第二级码本用于4天线端口秩为2的情形，可得仿真结果图5，米字型图标表示采用表4所示的双码本方案的仿真结果，圆圈图标表示现有技术中的单码本方案的仿真结果。 0089 同理，对于4天线端口且信道秩为1的情形，在衰落相位服从均匀分布的瑞利衰落信道，第二级码本可直接取2/8；4/8；6/8；8/8；10/8；12/8；14/8； 16/8时对应的指数函数值，第二级码本形式如表5所示，可得仿真结果图6。米字型图标表示采用表5所示的双码本方案的仿真结果，圆圈图标表示现有技术中的单码本方案的仿真结果。 0090 第二级码本的码字索引预编码矩阵 0 F(:，:，1)0.707。

32、1+0.7071i 1 F(:，:，2)0.0000+1.0000i 2 F(:，:，3)-0.7071+0.7071i 说明书CN 102412939 A CN 102412952 A 11/11页 17 3 F(:，:，4)-1.0000+0.0000i 4 F(:，:，5)-0.7071-0.7071i 5 F(:，:，6)-0.0000-1.0000i 6 F(:，:，7)0.7071-0.7071i 7 F(:，:，8)1.0000-0.0000i 0091 表5 0092 同理，对于2天线端口秩为1的情形，第二级码本取同上表5的码本，可得仿真图 7。米字型图标表示采用表5所示的。

33、双码本方案的仿真结果，圆圈图标表示现有技术中的单码本方案的仿真结果。 0093 从图5-7均可以看出，本发明实施例提出的双码本进行信道信息反馈的仿真结果均比现有技术的单码本进行信道信息反馈的仿真结果有明显的改善。 0094 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。说明书CN 102412939 A CN 102412952 A 1/6页 18 图1 说明书附图CN 102412939 A CN 102412952 A 2/6页 19 图2 说明书附图CN 102412939 A CN 102412952 A 3/6页 20 图3 图4 说明书附图CN 102412939 A CN 102412952 A 4/6页 21 图5 说明书附图CN 102412939 A CN 102412952 A 5/6页 22 图6 说明书附图CN 102412939 A CN 102412952 A 6/6页 23 图7 说明书附图CN 102412939 A 。

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