多輸入多輸出系統預編碼矩陣的映射方法和裝置的製作方法
2023-05-29 11:40:51
專利名稱：多輸入多輸出系統預編碼矩陣的映射方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及無線通信技術領域，尤其涉及一種多輸入多輸出(MIMO， Multiple Input Multiple Output)系統預編碼矩陣映射方法和裝置。
背景技術：
多輸入多輸出系統的發射機和接收機分別包含多個通道(通道包括基帶 處理、中頻處理、以及射頻天線等單元)，其技術核心在於將調製後的用戶 數據分解為多個並行數據流，發射機同時發射多個並行數據流，接收機接收 各個並行數據流後，基於發射機與接收機之間各通道之間的空間特性(SS， Spatial Signature),對接收it據進行4企測和解調，,人而得到對應的原數據流。 若發射機或接收機僅包含單個通道，則對應的系統稱為單輸入多輸出 (SIMO， Single Input Multiple Output)系統或多輸入單輸出(MISO, Multiple Input Single Output)系統。SIMO系統和MISO系統可認為是MIMO系統的 特殊形式。利用MIMO技術，不僅能夠顯著提高信道容量，而且可以明顯 增強系統可靠性，降低誤碼率。
預編碼(Precoding)是MIMO的重要實現技術之一，其目的在於盡可 能保證各個並行數據流之間的正交性，從而降低接收機檢測和解調的複雜 度。在實現上，接收機首先對信道矩陣進行奇異值分解(SVD， Singular Value Decomposition)，得到預編碼矩陣，然後利用碼本實現預編碼矩陣的映射， 獲得對應的預編碼矩陣索引(PMI， Precoding Matrix Index )，同時將PMI 索引通過無線鏈路反饋至發射機，發射機基於PMI索引得到對應的預編碼 矩陣，並對發射數據進行預編碼處理。預編碼矩陣碼本用於對預編碼矩陣進 行量化，在接收機和發射機均有存儲，因此接收機只需反饋對應的PMI索 1給發射機即可，從而明顯降低通'信系'統S"tr傳輸的數據反饋量。
顯然，在預編碼矩陣碼本一定的情況下，預編碼矩陣的映射方法將直接 影響通信系統的性能。中國專利申請公開號CN101136718
公開日2008 年3月5日、發明名稱為《無線通信系統中多輸入多輸出的空間復用的預編 碼方法》的專利申請的公開文本中公開了 一種多輸入多輸出的預編碼矩陣的 映射方法。在該現有技術中，採用有限反饋的預編碼的空間復用的方法，即 預先定義一組發射機和接收機都已知的預編碼矩陣的集合(也就是預編碼碼 本)；接收機通過信道估計算法獲得當前的信道狀態信息，按照均方誤差矩 陣的跡最小化的原則從預編碼的碼本中選擇一個最優的預編碼矩陣，也就是 說映射到一個最優的預編碼矩陣，得到該與編碼矩陣的PMI,然後通過反饋 信道在信道的相干時間內將此映射得到的預編碼矩陣的PMI反饋到發射機， 發射機根據此預編碼矩陣的PMI來獲得預編碼矩陣，然後根據此預編碼矩 陣對發射信號向量進行預編碼操作。
陣的碼本映射，在接收機獲取選擇最優預編碼矩陣的PMI的過程中，需要 按照均方誤差矩陣的跡最小化的原則進行運算，並在該過程中涉及矩陣求逆 等運算，這些運算處理的複雜性較高，工程實現難度較高，導致處理速度低， 實時性較差。
發明內容
有鑑於此，本發明所要解決的技術問題在於提供一種多輸入多輸出系統 預編碼矩陣的映射方法，降低處理的複雜度，增強實時性。
本發明所要解決的另 一技術問題在於提供一種多輸入多輸出系統預編 碼矩陣的映射裝置，以降低預編碼映射處理的複雜度，增強實時性。 為了實現上述發明目的，本發明的主要技術方案為 一種多輸入多輸出系統預編碼矩陣的映射方法，包括 A、根據接收機的信道矩陣進行奇異值分解得到預編碼矩陣；B、 確定步驟A所迷預編碼矩陣與'預知的預編碼'矩陣'的各個碼本矩陣之 間的相關矩陣；
C、 確定所述各個相關矩陣絕對值的跡；
D、 將所述各個相關矩陣絕對值的跡中最大值對應的碼本矩陣作為所映 射的預編碼矩陣，將該碼本矩陣的索引反饋給發射機。
優選的，步驟A具體包括
Al、根據接收機接收的數據進行信道估計，得到信道矩陣； A2、根據式H:U.D.V"對所述信道矩陣進行奇異值分解，得到預編碼矩 陣；其中H為所述信道矩陣；u為解碼矩陣，為M^A階酉矩陣；D為A階 奇異值對角矩陣；V為所要求解的預編碼矩陣，是M^A階酉矩陣；M^為接 收的通道埠數，M,為發射的通道埠數；A為所述信道矩陣的秩或傳輸數 據流數。
優選的，步驟B中，所述預編碼矩陣與所述各個碼本矩陣之間的相關矩
陣通過式R(A:卜V".WOt)或通過式R(A:卜W"(A:).V^尋到；其中V為步驟A所 得到的預編碼矩陣；R("為所述預編碼矩陣V與第A:個碼本矩陣的相關矩陣； W(;t)為第A:個碼本矩陣，* = 1,...,《，《為碼本數。
優選的，步驟C中，所述相關矩陣絕對值的跡為該相關矩陣主對角線元 素的絕對值之和。
優選的，所述預知的預編碼矩陣的各個碼本矩陣預先存儲在接收機和發 射機中。
優選的，該方法進一步包括所述發射機接收到所述碼本矩陣的索引後，
從所述預知的預編碼矩陣的碼本矩陣中得到對應的碼本矩陣，然後根據該碼 本矩陣對經過空時編碼的發射信號向量進行預編碼操作。
一種多輸入多輸出系統預編碼矩陣的映射裝置，包括設置在接收機的奇
異值分解模塊、相關矩陣確定模塊、跡確定模塊以及映射反饋模塊，其中 奇異值分解模塊用於對接收機的信道矩陣進行奇異值分解，得到預編碼矩陣；
相關矩陣確定模塊用於確定奇異值分解模塊得到的預編碼矩陣與預知 的預編碼矩陣的各個碼本矩陣之間的相關矩陣；
跡確定模塊用於確定所述各個相關矩陣絕對值的跡；
映射反饋模塊用於將所述各個相關矩陣絕對值的跡中最大值對應的碼 本矩陣作為所映射的預編碼矩陣，將該碼本矩陣的索引反饋給發射機。
優選的，所述相關矩陣絕對值的跡為該相關矩陣主對角線元素的絕對值 之和。
優選的，所述預知的預編碼矩陣的各個碼本矩陣預先存儲在接收機和發 射機中。
優選的，該裝置進一步包括預編碼模塊，設置在發射機，用於在發射機 接收到所述碼本矩陣的索引後，從所述預知的預編碼矩陣的碼本矩陣中得到 對應的碼本矩陣，然後根據該碼本矩陣對經過空時編碼的發射信號向量進行 預編碼操作。
相對於現有技術，由於本發明通過計算預編碼矩陣與各個碼本矩陣之間 的相關矩陣，再計算各個相關矩陣絕對值的跡，最後基於跡值最大對應的預 編碼矩陣碼本即為所求，並據此反饋PMI;在上述計算處理的過程中，所述 相關性運算主要是計算內積，所述跡的運算主要是計算主對角線元素之和， 這些運算處理在工程實現上比較簡單，不需要涉及到矩陣求逆等複雜運算， 因此本發明可以降低處理過程的複雜度，既易於工程實現，又加快了處理速 度，增強了預編碼的實時性。
圖1是本發明所述MIMO系統預編碼矩陣映射方法的一種實施例的流 程圖2是本發明所述MIMO系統預編碼矩陣映射裝置的一種實施例的組 成結構示意圖。
具體實施例方式
下面通過具體實施例和附圖對本發明 <故進 一 步詳細說明。
本發明的核心思想是對接收機的信道矩陣進行奇異值分解，得到預編 碼矩陣；然後確定預編碼矩陣與預知的預編碼矩陣的各個碼本矩陣之間的相 關矩陣；接著確定所述各個相關矩陣絕對值的跡；最後，將所述各個相關矩 陣絕對值的跡中最大值對應的碼本矩陣作為所映射的預編碼矩陣，將該碼本 矩陣的索引反饋給發射機。
圖1是本發明所述MIMO系統預編碼矩陣映射方法的一種實施例流程 圖。如圖l所示，該實施例包括以下步驟
步驟10,接收機對信道矩陣進行奇異值分解(SVD)，得到預編碼矩陣。
本步驟中，首先接收機根據接收的數據進行信道估計，得到信道矩陣。 接收機的接收數據表示為
y = H.x + n (1)
式(l)中x為發射機的發射數據；n為加性高斯白噪聲；H為信道矩陣， 表示為
H =
、&2 …
、2 …
… /z 、
、,2 …
(2)
式(2 )中、,，為第 接收通道埠 、第mr發射通道埠對應的信道估
計；^ = 1， 2， ......， Mff; wr = l， 2， ......， Ma和Mr分別表示4妄4丈與發
射的通道埠數。所述、,^可以由接收機根據目前常用的信道估計方法得 到。
其次，對信道矩陣H進行奇異值分解(SVD)，即根據式(3)進行處
理得到預編碼矩陣
H = U D V" (3)式(3)中，U為M,A階酉矩陣，稱為解碼矩陣，A為所述信道矩陣H
的秩或傳輸數據流數；D為A階奇異值對角矩陣；v"表示對v進行共軛轉置
運算，上標"表示共軛轉置；V為MfXA階酉矩陣，即所要求解的預編碼矩 陣，表示為formula see original document page 9
步驟20，計算J 關矩陣。
此處，預編碼矩陣的碼本矩陣為預先定義的一組發射機和接收機都已知 的預編碼矩陣的集合，預先存儲在發射機和接收機中，預編碼矩陣的各個碼 本矩陣表示為WOt)—w,"A:)l卜l,…,M"j、l,…,A)，即formula see original document page 9
式中* = 1,...,為碼本索引，《為碼本數。
所述預編碼矩陣V與第A個碼本矩陣之間的相關矩陣根據式(6 )或式(7 )
得到formula see original document page 9步驟30,計算所述各個相關矩陣絕對值的跡。
預編碼矩陣V與第a個碼本矩陣的相關矩陣為R(^) = {^("|/，/ = 1，...,a},則
R("絕對值的跡即為主對角線元素的絕對值之和(即模值之和)，也就是R(" 對應的絕對值矩陣= ^ ,.("||/,_/ = 的跡。
所述各個相關矩陣絕對值的跡風*)表示為 EM"l=trace{— (8)
步驟40，基於最大跡值準則，將所述各個相關矩陣絕對值的跡的最大 值對應的碼本矩陣作為所求的預編碼矩陣碼本矩陣，該碼本矩陣對應的索引 即為反饋至發射機的預編碼矩陣索引(PMI)。
基於跡值最大準則，所求的預編碼矩陣索引以及碼本矩陣W唚。一表示
為
PMI = /PM = org {max [雞)]) (9)
wPrecoding = w(/PMI) (io)
通過上述映射方法，可以從已知的預編碼矩陣碼本中映射選擇得到一個
最優的矩陣碼本，將該碼本矩陣的PMI通過反饋信道在信道的相干時間內 反饋到發射機。發射機根據接收到的所述PMI從已知的預編碼矩陣的碼本 矩陣中得到對應的碼本矩陣，然後根據該碼本矩陣對經過空時編碼的發射信 號向量進行預編碼操作。
圖2為本發明所述MIMO系統預編碼矩陣映射裝置的一種實施例的組 成結構示意圖。參見圖2，該裝置包括設置在接收機200的奇異值分解模塊 201、相關矩陣確定模塊202、跡確定模塊203以及映射反饋模塊204，其中
奇異值分解模塊201用於對接收機的信道矩陣進行奇異值分解，得到預 編碼矩陣.
相關矩陣確定模塊202用於確定奇異值分解模塊得到的預編碼矩陣與 預知的預編碼矩陣的各個碼本矩陣之間的相關矩陣；所述預知的預編碼矩陣 的各個碼本矩陣預先存儲在接收機200和發射機100中。
跡確定模塊203用於確定所述各個相關矩陣絕對值的跡。
映射反饋模塊204用於將所述各個相關矩陣絕對值的跡中最大值對應 的碼本矩陣作為所映射的預編碼矩陣，將該碼本矩陣的索引反饋給發射機。
所述相關矩陣絕對值的跡為該相關矩陣主對角線元素的絕對值之和。並 且，上述各個才莫塊的具體計算處理過程請參見上述的MIMO系統預編碼矩陣映射方法。
另外，本發明的所述裝置還可以進一步包括預編碼模塊205，設置在發
射機IOO，用於在發射機IOO接收到所述碼本矩陣的索引後，從所述預知的
預編碼矩陣的碼本矩陣中得到對應的碼本矩陣，然後根據該碼本矩陣對經過 空時編碼的發射信號向量進行預編碼操作。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不 局限於此，任何熟悉該技術的人在本發明所揭露的技術範圍內，可輕易想到 的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1、一種多輸入多輸出系統預編碼矩陣的映射方法，其特徵在於，包括A、根據接收機的信道矩陣進行奇異值分解得到預編碼矩陣；B、確定步驟A所述預編碼矩陣與預知的預編碼矩陣的各個碼本矩陣之間的相關矩陣；C、確定所述各個相關矩陣絕對值的跡；D、將所述各個相關矩陣絕對值的跡中最大值對應的碼本矩陣作為所映射的預編碼矩陣，將該碼本矩陣的索引反饋給發射機。
2、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟A具體包括 Al、根據接收機接收的數據進行信道估計，得到信道矩陣； A2、根據式H:U.D.V"對所述信道矩陣進行奇異值分解，得到預編碼矩 陣；其中H為所述信道矩陣；U為解碼矩陣，為M^A階酉矩陣；D為A階 奇異值對角矩陣；V為所要求解的預編碼矩陣，是M一A階酉矩陣；il^為接 收的通道埠數，Mf為發射的通道埠數；A為所述信道矩陣的秩或傳輸數 據流數。
3、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟B中，所述預編碼R(。-W、A;).V得到；其中V為步驟A所得到的預編碼矩陣；R("為所述預 編碼矩陣v與第A個碼本矩陣的相關矩陣；W("為第yt個碼本矩陣，/t = l，...，《， A:為石馬本悽t。
4、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟C中，所述相關矩 陣絕對值的跡為該相關矩陣主對角線元素的絕對值之和。
5、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述預知的預編碼矩陣 的各個碼本矩陣預先存儲在接收機和發射機中。
6、 根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，該方法進一步包括所 述發射機接收到所述碼本矩陣的索引後，從所述預知的預編碼矩陣的碼本矩陣中得到對應的碼本矩陣，然後根搭該'碼本矩陣對經過空對編碼的發射信號 向量進行預編碼操作。
7、 一種多輸入多輸出系統預編碼矩陣的映射裝置，其特徵在於，包括 設置在接收機的奇異值分解模塊、相關矩陣確定模塊、跡確定模塊以及映射 反饋模塊，其中奇異值分解模塊用於對接收機的信道矩陣進行奇異值分解，得到預編碼 矩陣；相關矩陣確定模塊用於確定奇異值分解模塊得到的預編碼矩陣與預知 的預編碼矩陣的各個碼本矩陣之間的相關矩陣；跡確定模塊用於確定所述各個相關矩陣絕對值的跡；映射反饋模塊用於將所述各個相關矩陣絕對值的跡中最大值對應的碼 本矩陣作為所映射的預編碼矩陣，將該碼本矩陣的索引反饋給發射機。
8、 根據權利要求7所述的映射裝置，其特徵在於，所述相關矩陣絕對 值的跡為該相關矩陣主對角線元素的絕對值之和。
9、 根據權利要求7所述的映射裝置，其特徵在於，所述預知的預編碼 矩陣的各個碼本矩陣預先存儲在接收機和發射機中。
10、 根據權利要求9所述的映射裝置，其特徵在於，該裝置進一步包括 預編碼模塊，設置在發射機，用於在發射機接收到所述碼本矩陣的索引後， 從所述預知的預編碼矩陣的碼本矩陣中得到對應的碼本矩陣，然後#4居該碼 本矩陣對經過空時編碼的發射信號向量進行預編碼操作。
全文摘要
本發明公開了一種多輸入多輸出系統預編碼矩陣的映射方法和裝置，該方法包括根據接收機的信道矩陣進行奇異值分解得到預編碼矩陣；確定預編碼矩陣與預知的預編碼矩陣的各個碼本矩陣之間的相關矩陣；確定各個相關矩陣絕對值的跡；將所述各個相關矩陣絕對值的跡中最大值對應的碼本矩陣作為所映射的預編碼矩陣，將該碼本矩陣的索引反饋給發射機。所述裝置包括設置在接收機的奇異值分解模塊、相關矩陣確定模塊、跡確定模塊以及映射反饋模塊，用於執行上述方法。利用本發明，可以降低多輸入多輸出系統接收機的運算處理的複雜度，提高處理速度，增強實時性。
文檔編號H04B1/62GK101621306SQ20081012913
公開日2010年1月6日 申請日期2008年6月30日 優先權日2008年6月30日
發明者秦洪峰 申請人:中興通訊股份有限公司