專利名稱：：下行與上行多用戶多輸入多輸出的預(yù)編碼方法及其碼本的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及多輸入多輸出(MultipleInputandMultipleOutput,簡稱MIMO)無線移動通信系統(tǒng)，具體地說，是涉及一種下行與上行多用戶多輸入多輸出(MultiuserMIMO,簡稱MU-MIMO)的預(yù)編碼方法及其碼本(Codebook)。
背景技術(shù)：
：MIMO系統(tǒng)是利用多根發(fā)射天線和多根接收天線進(jìn)行無線傳輸?shù)募夹g(shù)，由于其有效提高信道容量而成為長期演進(jìn)(LongTermEvolution,簡稱LTE)的研究中一項(xiàng)倍受人們關(guān)注的技術(shù)。使用預(yù)編碼技術(shù)進(jìn)行多數(shù)據(jù)流與天線之間的復(fù)用能夠更加有效地利用現(xiàn)有信道資源，通過對數(shù)據(jù)流的功率分配能夠提高系統(tǒng)容量，并能夠減小數(shù)據(jù)流之間的干擾，提高系統(tǒng)的整體性能。因此預(yù)編碼技術(shù)也成為新的研究熱點(diǎn)。如何實(shí)現(xiàn)應(yīng)用于時分雙工(TDD)模式下MU-MIMO的預(yù)編碼及其碼本，是業(yè)界急待解決的技術(shù)問題之一。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是在于需要提供一種下行與上行多用戶多輸入多輸出的預(yù)編碼方法及其碼本，應(yīng)用于時分雙工才莫式下的多用戶多輸入多輸出傳輸。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明首先提供了一種下行多用戶多輸入多輸出的預(yù)編碼方法，應(yīng)用于時分雙工系統(tǒng)，發(fā)射端根據(jù)信道互易性得到與用戶設(shè)備間的下行信道矩陣，并根據(jù)所述下行信道矩陣獲得各用戶數(shù)據(jù)流的發(fā)射端權(quán)值，利用所述權(quán)值進(jìn)行加權(quán)發(fā)射；各用戶設(shè)備通過信道估計(jì)得到相應(yīng)信道矩陣，對所述相應(yīng)信道矩陣進(jìn)行奇異值分解，將分解得到的酉矩陣作為預(yù)編碼矩陣進(jìn)行接收端的預(yù)編碼。上述下行多用戶多輸入多輸出的預(yù)編碼方法中，所述發(fā)射端可以利用塊對角化算法或迫零算法獲得所述各用戶數(shù)據(jù)流的發(fā)射端權(quán)值。進(jìn)一步地，對于第j個用戶設(shè)備，可以根據(jù)所述各信道矩陣得到二[i^…H么//;…/^F，其中^…7^分別為〖個用戶設(shè)備的信道矩陣，對所述A,進(jìn)行奇異值分解g.二^,^.["1)"。寸，得到酉矩陣《.和^，以及奇異值矩陣^.,""是所述酉矩陣6的第一個列向量，"w是所述酉矩陣^其余的列向量，[〖表示共軛轉(zhuǎn)置；對/^"w進(jìn)行奇異值分解<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>"Q)T，得到發(fā)射端所使用的發(fā)射端權(quán)值"G^<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>(1)上述下行多用戶多輸入多輸出的預(yù)編碼方法中，所述發(fā)射端可以進(jìn)一步利用碼本將各用戶數(shù)據(jù)流所使用的權(quán)值分別反饋給相應(yīng)用戶設(shè)備，用于包括檢測在內(nèi)的應(yīng)用。進(jìn)一步地，所述碼本可以包括2天線碼本，采用3bit的等幅度方式，8個碼本分為兩組，每組包含4個碼本，其中一組每個碼本第一個元素的相位值為0，其余元素依次采用等相位間隔;r/2,相位起始點(diǎn)任意；另一組每個碼本第一個元素的相位值為"，其余元素依次采用等相位間隔;r/2，相位起始點(diǎn)任意。以及，所述碼本包括4天線碼本，首先可以根據(jù)離散傅氏變換矩陣定義如下矩陣<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>)承M,;M3"^(-l，-i，l,i)承M!;M4=ig(-1,-lj,y"M,;其中，所述DFT即為所述離散傅氏變換矩陣；根據(jù)所述M,的第一列或者向量o.5呵l1-1-lf得到l個列向量碼本，再根據(jù)所述M,的其余列向量和所述矩陣M2、M3和M4的所有列向量得到其它15個列向量碼本。本發(fā)明還提供了一種上行多用戶多輸入多輸出的預(yù)編碼方法，應(yīng)用于時分雙工系統(tǒng)，接收端根據(jù)信道互易性得到與各用戶設(shè)備間的上行信道矩陣，并根據(jù)所述上行信道矩陣獲得各用戶數(shù)據(jù)流的發(fā)射端權(quán)值，利用碼本將各用戶數(shù)據(jù)流所使用的發(fā)射端權(quán)值反饋給相應(yīng)用戶設(shè)備，各用戶設(shè)備利用相應(yīng)發(fā)射端權(quán)值的碼本進(jìn)行加權(quán)發(fā)射，接收端通過信道估計(jì)得到相應(yīng)信道矩陣后，對所述相應(yīng)信道矩陣進(jìn)行奇異值分解，將分解得到的酉矩陣作為預(yù)編碼矩陣進(jìn)行接收端的預(yù)編碼。上述上行多用戶多輸入多輸出的預(yù)編碼方法中，所述發(fā)射端可以利用塊對角化算法或迫零算法獲得所述各用戶數(shù)據(jù)流的發(fā)射端權(quán)值。進(jìn)一步地，對于第j個用戶設(shè)備，可以根據(jù)所述各信道矩陣得到H;…/^]、其中巧…/^分別為^個用戶設(shè)備的信道矩陣，對所述A進(jìn)行奇異值分解互,R.^.["""Q)f,得到酉矩陣《.和6.,以及奇異值矩陣^.,""是所述酉矩陣g的第一個列向量，"w是所述酉矩陣^其余的列向量，[]'表示共軛轉(zhuǎn)置；對A"w進(jìn)行奇異值分解77、o-00w"，r，得到發(fā)射端所使用的發(fā)射端權(quán)值"，(1)上述上行多用戶多輸入多輸出的預(yù)編碼方法中，所述接收端可以進(jìn)一步保留所述發(fā)射端權(quán)值，用于進(jìn)行檢測。上述上行多用戶多輸入多輸出的預(yù)編碼方法中，所述碼本可以包括2天線碼本，采用3bit的等幅度方式，8個碼本分為兩組，每組包含4個碼本，其中一組每個碼本第一個元素的相位值為0，其余元素依次采用等相位間隔相位起始點(diǎn)任意；另一組每個碼本第一個元素的相位值為;r,其余元素依次采用等相位間隔;r/2，相位起始點(diǎn)任意。上述上行多用戶多輸入多輸出的預(yù)編碼方法中，所述碼本可以包括4天線碼本，首先可以根據(jù)離散傅氏變換矩陣定義如下矩陣M2"^(l,l,力力舉M,;M3=綺(-1，—i,i，i"M!;M4=^g(—1，—1，力力承M,;其中，所述DFT即為所述離散傅氏變換矩陣，然后根據(jù)與下行相同的方式得到16個列向量碼本。本發(fā)明還提供了一種下行與上行多用戶多輸入多輸出的2天線碼本，采用3bit的等幅度方式，8個碼本分為兩組，每組包含4個碼本，組內(nèi)每個碼本第一個元素為實(shí)數(shù)，其余元素依次采用等相位間隔，相位起始點(diǎn)任意。上述2天線碼本中，所述實(shí)數(shù)可以為l或-l,所述相位間隔可以為；r/2。上述2天線碼本中，每個所述碼本可以包含2個幅度值均為l/W的元素。本發(fā)明還提供了一種下行與上行多用戶多輸入多輸出的4天線碼本，首先可以根據(jù)離散傅氏變換矩陣定義如下矩陣M3=Aag(—l，—1,1,1)*]^;A/4=diag(—l,-l,Mj;其中，所述DFT即為所述離散傅氏變換矩陣，才艮據(jù)所述M,的第一列或者向量0.5*[11-1-lf得到1個列向量碼本，再根據(jù)所述Mi的其余列向量和所述矩陣T^、M;和M4的所有列向量得到其它15個列向量碼本。本發(fā)明提供了應(yīng)用于時分雙工模式下的下行與上行MU-MIMO的預(yù)編碼方法及其碼本。圖1是TDD方式下行MU-MIMO原理與使用方法示意圖。圖2是TDD方式上行MU-MIMO原理與使用方法示意圖。具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明。針對多用戶使用的預(yù)編碼方法的基本思想，是發(fā)射端發(fā)射機(jī)已知所有用戶的信道信息，根據(jù)所有用戶的信道信息，利用多用戶信號分離算法對多用戶間的信號進(jìn)行分離，消除用戶之間的干擾，達(dá)到同時同頻傳輸多用戶信號的目的。在多用戶MIMO模式中，通過設(shè)計(jì)合適的發(fā)射天線和接收天線的權(quán)值矢量來分開多用戶的信號，去除干擾。由于TDD方式可以利用信道互易性得到信道信息，基站(NodeB)側(cè)可以得到下行MIMO的信道矩陣。所以，對于TDD下行多用戶MIMO使用塊對角化(BlockDiagonalize，簡稱BD)算法或迫零(ZF)算法，可以實(shí)現(xiàn)上述目的。BD算法描述如下定義^,[《…/z;其中巧…/^分別為〖個用戶的信道矩陣。對#;進(jìn)行SVD分解得到=億晃.[S(1)"°)f,其中，對進(jìn)行SVD々解得到三個矩陣分別是《.、&.和巧；《.和巧是酉矩陣，^是奇異值矩陣，""是&分解得到的^矩陣的第一個列向量，"°)是&分解得到的其余的列向量，[〖表示共軛轉(zhuǎn)置。對于第j個用戶，對/f/，進(jìn)行第二次SVD分解<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>對于第j個用戶，在發(fā)射端所使用的權(quán)值矢量為"。y;",在接收端使用的相j直為^.。在下行過程和上行過程，均使用碼本反饋發(fā)射端權(quán)值，由于反饋權(quán)值為列向量，所以發(fā)射端為2天線時所使用的碼本為2*1的列向量碼本，發(fā)射端為4天線時所使用的碼本為4*1的列向量碼本。其中，2天線碼本2天線碼本使用SU-Rankl方式的碼本，描述如下Rankl方式即為只發(fā)送一個數(shù)據(jù)流的方式，這種情況下的碼本矩陣為2*1的列向量，且列向量中的第一個數(shù)值為實(shí)數(shù)。根據(jù)這種特性，我們給出了2天線Rankl方式的碼本方案采用3比特(bit)即8個列向量的碼本方式；碼本采用等幅度方式，每個列向量有2個元素，每個元素的幅度值均為1/*;8個碼本分為兩組，每組有4個碼本，其中一組每個碼本的第一個元素的相位值為O,即數(shù)值為1,其余元素依次采用等相位間隔"/2，相位起始點(diǎn)任意；另外一組每個碼本的第一個元素的相位值為;r，即數(shù)值為-1,其余元素依次采用等相位間隔冗/2，相位起始點(diǎn)任意。下面分別給出2種屬于本方案的碼本例子表l、2天線碼本第一示意<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表l、2天線碼本第二示意<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>其中，4天線碼本首先根據(jù)離散傅氏變換(DFT)矩陣定義四個矩陣:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>在完成上述四個矩陣的定義之后，給出的16個列向量碼本為:<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>上述矩陣M,的第一列，可以由向量0.5*[11-1-lf替換，與矩陣A^其余三列，和矩陣M^M3、肘4共同構(gòu)成另一組16個列向量的4天線碼本，此碼本4交由、M2、肘3和肘4四個矩陣的列向量得到的16個列向量的4天線碼本，能獲得更好的傳輸效果。以下以兩個用戶為例，來進(jìn)行本發(fā)明下行和上行的詳細(xì)說明。如圖l所示，本發(fā)明下行方式的實(shí)施例，包括步驟步驟IOI，NodeB(發(fā)射端)根據(jù)TDD信道互易性，利用上行信道估計(jì)得到NodeB與兩個用戶設(shè)備間的下行信道矩陣(如圖中標(biāo)記1011所示)，并根據(jù)所述下行信道矩陣，利用BD算法或ZF算法獲得兩個用戶數(shù)據(jù)流的發(fā)射端權(quán)值(如圖中標(biāo)記1012所示)，發(fā)射端利用此權(quán)值進(jìn)行加權(quán)發(fā)射；步驟102,發(fā)射端利用碼本將兩個用戶數(shù)據(jù)流所使用的權(quán)值分別反饋給用戶設(shè)備(如圖中標(biāo)記1021和標(biāo)記1022所示)，用戶設(shè)備檢測時需要利用此權(quán)值進(jìn)行檢測；步驟103,用戶設(shè)備通過信道估計(jì)得到屬于自己的信道矩陣H后，對H進(jìn)行SVD分解，將分解得到的酉矩陣f/,.作為預(yù)編碼矩陣進(jìn)行接收端的預(yù)編碼，通過此預(yù)編碼從天線數(shù)據(jù)獲得用戶流數(shù)據(jù)。如圖2所示，本發(fā)明上行方式的實(shí)施例，包括步驟步驟201,NodeB(接收端)根據(jù)TDD信道互易性，利用下行信道估計(jì)分別得到兩個UE與NodeB間的上行信道矩陣(如圖中標(biāo)記2011所示)，并根據(jù)所述上行信道矩陣，利用BD算法或ZF算法獲得兩個用戶數(shù)據(jù)流的發(fā)射端權(quán)值(如圖中標(biāo)記2012所示)；給相應(yīng)的用戶設(shè)備(如圖中標(biāo)記2021和標(biāo)記2022所示)，UE利用此權(quán)值的碼本進(jìn)行加權(quán)發(fā)射；步驟203，NodeB保留計(jì)算得到的發(fā)射端權(quán)值，檢測時需要利用此權(quán)值進(jìn)行檢測；步驟204,NodeB通過信道估計(jì)得到每個用戶設(shè)備的信道矩陣，對各用戶設(shè)備的信道矩陣進(jìn)行SVD分解，將分解得到的酉矩陣c/,.作為接收端的預(yù)編碼矩陣進(jìn)行接收端的預(yù)編碼，通過此預(yù)編碼從天線凄t據(jù)獲得用戶流凄史據(jù)。權(quán)利要求1.一種下行多用戶多輸入多輸出的預(yù)編碼方法，應(yīng)用于時分雙工系統(tǒng)，其特征在于，發(fā)射端根據(jù)信道互易性得到與用戶設(shè)備間的下行信道矩陣，并根據(jù)所述下行信道矩陣獲得各用戶數(shù)據(jù)流的發(fā)射端權(quán)值，利用所述權(quán)值進(jìn)行加權(quán)發(fā)射；各用戶設(shè)備通過信道估計(jì)得到相應(yīng)信道矩陣，對所述相應(yīng)信道矩陣進(jìn)行奇異值分解，將分解得到的酉矩陣作為預(yù)編碼矩陣進(jìn)行接收端的預(yù)編碼。2、如權(quán)利要求1所述的下行多用戶多輸入多輸出的預(yù)編碼方法，其特征在于，所述發(fā)射端利用塊對角化算法或迫零算法獲得所述各用戶數(shù)據(jù)流的發(fā)射端權(quán)值。3、如權(quán)利要求2所述的下行多用戶多輸入多輸出的預(yù)編碼方法，其特征在于，對于第j個用戶設(shè)備，根據(jù)所述各信道矩陣得到義；[/^…7/;//;…/^r,其中/z,…/^分別為〖個用戶設(shè)備的信道矩陣，對所述A,.進(jìn)行奇異值分解g,^R.^，/1)，"f，得到百矩陣《.和^，以及奇異值矩陣^.，""是所述酉矩陣巧.的第一個列向量，"w是所述酉矩陣巧其余的列向量，[r表示共軛轉(zhuǎn)置；對^"w進(jìn)行奇異值分解<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>"得到發(fā)射端所使用的發(fā)射端權(quán)值"WG"。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>4、如權(quán)利要求1所述的下行多用戶多輸入多輸出的預(yù)編碼方法，其特征在于，所述發(fā)射端進(jìn)一步利用碼本將各用戶數(shù)據(jù)流所使用的權(quán)值分別反饋給相應(yīng)用戶設(shè)備，用于包括;險測在內(nèi)的應(yīng)用。5、如權(quán)利要求4所述的下行多用戶多輸入多輸出的預(yù)編碼方法，其特征在于，所述碼本包括2天線碼本，釆用3bit的等幅度方式，8個碼本分為兩組，每組包含4個碼本，其中一組每個碼本第一個元素的相位值為0，其余元素依次采用等相位間隔;r/2,相位起始點(diǎn)任意；另一組每個碼本第一個元素的相位值為;r，其余元素依次采用等相位間隔;r/2,相位起始點(diǎn)任意。6、如權(quán)利要求4所述的下行多用戶多輸入多輸出的預(yù)編碼方法，其特征在于，所述碼本包括4天線碼本，首先根據(jù)離散傅氏變換矩陣定義如下矩陣<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中，所述DFT即為所述離散傅氏變換矩陣；根據(jù)所述i^的第一列或者向量0.5卞1-1-lf得到1個列向量碼本，再根據(jù)所述M,的其余列向量和所述矩陣M,、M;和M4的所有列向量得到其它15個列向量碼本。7、一種上行多用戶多輸入多輸出的預(yù)編碼方法，應(yīng)用于時分雙工系統(tǒng)，其特征在于，接收端根據(jù)信道互易性得到與各用戶設(shè)備間的上行信道矩陣，并根據(jù)所述上行信道矩陣獲得各用戶數(shù)據(jù)流的發(fā)射端權(quán)值，利用碼本將各用戶數(shù)據(jù)流所使用的發(fā)射端權(quán)值反饋給相應(yīng)用戶設(shè)備，各用戶設(shè)備利用相應(yīng)發(fā)射端權(quán)值的碼本進(jìn)行加權(quán)發(fā)射，接收端通過信道估計(jì)得到相應(yīng)信道矩陣后，對所述相應(yīng)信道矩陣進(jìn)行奇異值分解，將分解得到的酉矩陣作為預(yù)編碼矩陣進(jìn)行接收端的預(yù)編碼。8、如權(quán)利要求7所述的上行多用戶多輸入多輸出的預(yù)編碼方法，其特征在于，所述發(fā)射端利用塊對角化算法或迫零算法獲得所述各用戶數(shù)據(jù)流的發(fā)射端權(quán)值。9、如權(quán)利要求8所述的上行多用戶多輸入多輸出的預(yù)編碼方法，其特征在于，對于第j個用戶設(shè)備，根據(jù)所述各信道矩陣得到//;…i/:;f，其中A…&分別為〖個用戶設(shè)備的信道矩陣，對所述&.進(jìn)行奇異值分解&.=^.2,/)《.呵，得到酉矩陣《.和e.，以及奇異值矩陣^.,""是所述酉矩陣^的第一個列向量，"。)是所述酉矩陣6其余的列向量，[r表示共軛轉(zhuǎn)置；對/^i^進(jìn)行奇異值分解<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>，r,得到發(fā)射端所使用的發(fā)射端權(quán)值^r""10、如權(quán)利要求7所述的上行多用戶多輸入多輸出的預(yù)編碼方法，其特征在于，所述接收端進(jìn)一步保留所述發(fā)射端權(quán)值，用于進(jìn)行檢測。11、如權(quán)利要求7所述的上行多用戶多輸入多輸出的預(yù)編碼方法，其特征在于，所述碼本包括2天線碼本，采用3bit的等幅度方式，8個碼本分為兩組，每組包含4個碼本，其中一組每個碼本第一個元素的相位值為0，其余元素依次采用等相位間隔;r/2,相位起始點(diǎn)任意；另一組每個碼本第一個元素的相位值為冗，其余元素依次采用等相位間隔;r/2,相位起始點(diǎn)任意。12、如權(quán)利要求7所述的上行多用戶多輸入多輸出的預(yù)編碼方法，其特征在于，所述碼本包括4天線碼本，首先根據(jù)離散傅氏變換矩陣定義如下矩陣M2"^(l，l，,力承M,;M3=~(-1,-i,i，i"M!;M^^g(-l，-ij，y)承M,;其中，所述DFT即為所述離散傅氏變換矩陣；根據(jù)所述Mi的第一列或者向量0.5卞1-i-if得到l個列向量碼本，再根據(jù)所述M,的其余列向量和所述矩陣M,、M;和M-的所有列向量得到其它15個列向量碼本。13、一種下行與上行多用戶多輸入多輸出的2天線碼本，其特征在于，采用3bit的等幅度方式，8個碼本分為兩組，每組包含4個碼本，組內(nèi)每個碼本第一個元素為實(shí)數(shù)，其余元素依次采用等相位間隔，相位起始點(diǎn)任意。14、如權(quán)利要求13所述的2天線碼本，其特征在于，所述實(shí)數(shù)為l或-1,所述相位間隔為"/2。15、如權(quán)利要求13所述的2天線碼本，其特征在于，每個所述碼本包含2個幅度值均為l/W的元素。16、一種下行與上行多用戶多輸入多輸出的4天線碼本，其特征在于，首先根據(jù)離散傅氏變換矩陣定義如下矩陣M3=~(-i,-i，i，i)承M,;其中，所述DFT即為所述離散傅氏變換矩陣；根據(jù)所述M,的第一列或者向量0.5卞1-1-lf得到1個列向量碼本，再根據(jù)所述M,的其余列向量和所述矩陣M2、M3和M4的所有列向量得到其它15個列向量碼本。全文摘要本發(fā)明公開了一種下行與上行多用戶多輸入多輸出的預(yù)編碼方法及其碼本，旨在應(yīng)用于時分雙工模式下的多用戶多輸入多輸出傳輸，其中下行多用戶多輸入多輸出的預(yù)編碼方法，發(fā)射端根據(jù)信道互易性得到與用戶設(shè)備間的下行信道矩陣，并根據(jù)所述下行信道矩陣獲得各用戶數(shù)據(jù)流的發(fā)射端權(quán)值，利用所述權(quán)值進(jìn)行加權(quán)發(fā)射；各用戶設(shè)備通過信道估計(jì)得到相應(yīng)信道矩陣，對所述相應(yīng)信道矩陣進(jìn)行奇異值分解，將分解得到的酉矩陣作為預(yù)編碼矩陣進(jìn)行接收端的預(yù)編碼。本發(fā)明提供了應(yīng)用于TDD的下行與上行MU-MIMO的預(yù)編碼方法及其碼本。文檔編號H04L1/00GK101374034SQ20071016423公開日2009年2月25日申請日期2007年9月30日優(yōu)先權(quán)日2007年8月20日發(fā)明者陽郭申請人:中興通訊股份有限公司