CN101227444A - 预编码权重向量的选择装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种预编码权重向量的选择装置，包括：估计单元，用于估计各数据流对应的信噪比；确定单元，用于根据所述信噪比查询调制编码方式MCS表以确定各数据流对应的信源速率；以及选择单元，用于根据所述信源速率来选择预编码权重向量。本发明还提供一种预编码权重向量的选择方法。本发明实施例可以在一定程度上提高***信道的容量。同时，本发明实施例简便有效的权重向量选择方法使得UE端在选择反馈权重向量或矩阵的过程中变得简捷、可行，UE终端的制造和生产更加简便。

Description

预编码权重向量的选择装置及方法

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其是涉及一种预编码权重向量的选择装置及方法。

背景技术

HSDPA(高速下行分组接入)是为解决WCDMA***覆盖与容量之间的矛盾、消除干扰、提升***容量和数据传输速率等问题，满足用户业务需求而产生的新技术。

现有技术中，通过在HSDPA技术中引入MIMO(多输入多输出)等新技术，使得下行信道的吞吐量能够进一步的提升到20Mbit/s。MIMO***是在发送和接收端同时使用多天线，通过有效利用多径传播效应以达到提高频谱效率的目的。MIMO***能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信***的容量和频谱利用率。信道容量随着天线数量的增大而线性增大，因而在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率可以成倍地提高。利用MIMO技术不仅可以提高信道容量，同时也提高了信道的可靠性并减少了误码率。

在现有的3GPP技术中，MIMO方案将采用基于D-TxAA(双发射天线阵列)的发射机模型，其实质就是2×2预编码的MIMO，如图1所示。在D-TxAA模型中，当节点B(Node B)调度为双流时，两条数据流分别称为主数据流和次数据流。两个数据流的HS-DSCH(高速下行共享信道)传输块分别经过各自的传输信道处理(包括信道编码、速率匹配、调制等操作)和扩频与加扰处理后，通过预编码模块加入系数w₁、w₂、w₃和w₄权重后形成两路数据流，然后分别加入导频信号CPICH₁(公共导频信道1)和CPICH₂(公共导频信道2)后，经两个不同的天线发射出去。当Node B调度为单数据流时，只有HS-DSCH的主传输块数据流进行传输，并通过权重系数w₁和w₃加权后形成两个数据流，同样加入导频信号CPICH₁(公共导频信道1)和CPICH₂(公共导频信道2)后经两个不同的天线发射出去。其中，HS-DSCH的主传输块数据流总被调度输出，而HS-DSCH的次传输快则是可选的，即Node B既可以调度为单流传输也可以调度为双流传输。

在引入MIMO后，与HS-PDSCH(高速物理下行共享信道)相关的两条控制信令链路HS-SCCH(高速共享控制信道)和HS-DPCCH(上行高速专用物理控制信道)，为支持MIMO技术而承载更多的控制信息。MIMO模式下，用户设备UE根据当前信道的情况，选择最优的预编码矩阵之后，通过HS-DPCCH信道通知Node B。

MIMO模式下HS-DPCCH承载了分别用于两个流的HAQR(自动重传)操作的HARQ-ACK(自动重传应答)信息以及PCI(预编码控制指示)与相应的CQI(信道质量指示)信息，HARQ-ACK信息与PCI/CQI信息分别进行编码，并分别映射在HS-DPCCH子帧的第一个时隙和最后两个时隙。UE按照上层协议预先配置的比例同时上报类型A(Type A)和类型B(Type B)两种类型的CQI信息：类型A时，UE根据实际情况选择报告双流和单流的CQI信息；类型B时，无论实际情况如何UE固定用于报告单流传输的CQI信息。其中，CQI信息总是基于所选择的预编码向量或矩阵，因此PCI/CQI是相对应的。

D-TxAA的预编码权重选择过程：

在MIMO模式下，UE根据某种规则(如最大化UE端的信干噪比SINR等)选择权重向量，然后由UE通过HS-DPCCH子帧中的PCI/CQI复合字段通知NodeB。Node B调度器根据PCI/CQI报告来决定本次传输的权重向量的选择。UE选择的预编码权重向量，符合以下规则：

■预编码权重w₁和w₃取恒定的实数值

即 $w_1=w_3=1/\sqrt{2};$

■预编码权重w₂和w₄为可变的复数值，同时满足w₄＝-w₂。即一旦主传输块的预编码权重所需要的信息w₂确定，w₄也随之确定。w₂在四个虚数中进行选择，即 $w_2\∈\{\frac{1+j}{2},\frac{1-j}{2},\frac{-1+j}{2},\frac{-1-j}{2}\}.$

在双流传输情况下，对形如 $W=\left[\begin{array}{cc}{w}_1& w_3\\ w_2& w_4\end{array}\right]$ 的预编码矩阵，预编码权重信息和PCI可以指示如下四种预编码向量(矩阵)集合：

$W_1=\left[\begin{array}{cc}\frac{1}{\sqrt{2}}& \frac{1}{\sqrt{2}}\\ \frac{1+j}{2}& -\frac{1+j}{2}\end{array}\right],$ $W_2=\left[\begin{array}{cc}\frac{1}{\sqrt{2}}& \frac{1}{\sqrt{2}}\\ \frac{-1+j}{2}& -\frac{-1+j}{2}\end{array}\right]$

$W_3=\left[\begin{array}{cc}\frac{1}{\sqrt{2}}& \frac{1}{\sqrt{2}}\\ \frac{-1-j}{2}& -\frac{-1-j}{2}\end{array}\right],$ $W_4=\left[\begin{array}{cc}\frac{1}{\sqrt{2}}& \frac{1}{\sqrt{2}}\\ \frac{1-j}{2}& -\frac{1-j}{2}\end{array}\right]$

通过计算机模拟证明，权重向量(矩阵)W选择的准确与否在一定程度上影响着***的性能。

现有的技术方案是：UE端从两个接收天线的控制信道中获取信道矩阵的相关信息，从而得到两个数据流对应的信噪比。进一步通过香农(Shannon)公式得到与两个信噪比相对应的***吞吐量，然后计算两路数据流得到的总***容量，由两个数据流容量之和的最大值来确定权重组合，然后反馈给Node B作为下次传输的权重。称此方法为香农公式法，如图2所示。

具体方法步骤如下：

1、在MIMO模式下，UE根据两个公共导频信道(CPICH₁和CPICH₂)的信息分别估计两天线之间的信道矩阵，称为H。

2、UE根据4种(W₁、W₂、W₃和W₄)权重向量的集合以及在上步中得到的信道矩阵，得到与4种权重向量集合相对应的两路数据流的信噪比。例如对于权重向量W₁，从接收天线得到的主数据流的信噪比δ₁ ²(H，W₁)和次数据流的信噪比δ₂ ²(H，W₁)，依次类推。参见下表1所示：

表1不同权重向量的信噪比及信道容量

3、依据香农公式和第2步获得的信噪比分别计算四种权重向量情况下的两个接收天线的信号容量。现仍以权重向量W₁情况为例说明，权重向量W₁对应的信道容量为两个天线分别得到容量之和，两根接收天线获得的信道容量分别为log₂(1+δ₁ ²(H，W₁))和log₂(1+δ₁ ²(H，W₁))，则信道总的容量为 $C_1={\log }_2(1+{\mathrm{\δ}}_1^2(H,W_1))+{\log }_2(1+{\mathrm{\δ}}_2^2(H,W_1)).$ 其他权重情况对应的信道容量，依次类推，也如上表1所示。

4、比较得到4种情况下的信道容量的最大值，其中最大值对应的权重向量即为所选则的权重组合。即，使得***总容量为最大的权重向量或矩阵即为所选的组合，表示为 $W=\underset{W}{\arg \max }({\log }_2(1+{\mathrm{\δ}}_1^2(H,W))+{\log }_2(1+{\mathrm{\δ}}_2^2(H,W))).$ 例如，假设信道容量C₃为4个(C₁、C₂、C₃和C₄)值中的最大值，则权重向量W₃即为所选择的权重向量组合。

上述的方案存在以下缺点：

缺点一：UE端在计算信道容量的过程中存在较大的误差，导致了不能准确选择预编码权重向量(矩阵)。由公式

log₁₀(1+x)＝log₁₀(e)*ln(1+x)＝

log₁₀(e)*(x-x²/2+x³/3-x⁴/4+...+(-1)^k·x^k/k+...)

可以看出，在实际处理时，必然存在误差。

缺点二：由于UE端计算信道容量过程需要进行对数运算，不利于实际电路的设计与实现。

发明内容

本发明实施例要解决的技术问题是，克服上述现有技术存在的不足，提供一种预编码权重向量的选择装置及方法，以快速有效地选择权重向量。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种预编码权重向量的选择装置，包括：

估计单元，用于估计各数据流对应的信噪比；

确定单元，用于根据所述信噪比查询调制编码方式MCS表以确定各数据流对应的信源速率；以及

选择单元，用于根据所述信源速率来选择预编码权重向量。

本发明实施例还提供一种预编码权重向量的选择方法，包括以下步骤：

估计各数据流对应的信噪比；

根据所述信噪比查询调制编码方式MCS表，确定各数据流对应的信源速率；以及

根据所述信源速率来选择预编码权重向量。

本发明实施例具有以下有益的效果：可以在一定程度上提高***信道的容量。同时，本发明实施例简便有效的权重向量选择方法使得UE端在选择反馈权重向量或矩阵的过程中变得更为简捷、可行。此外，通过查MCS表的方式，仅涉及简单的加减运算，从而使UE终端相应的电路设计更为简单，制造和生产也更加简便。

附图说明

图1是HSDPA发射端D-TxAA的结构图。

图2是现有方案采用香农公式法的原理图。

图3是本发明实施例一预编码权重向量的选择装置的结构框图。

图4是本发明实施例二预编码权重向量的选择方法的流程示意图。

图5是本发明实施例二在D-TxAA模式下的原理图。

图6是本发明实施例三在通用MIMO模式下的原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例进行详细描述。

本发明实施例主要根据调制编码方式(MCS：Modulation Code Scheme)表来选择权重向量。本发明的实施例适用于所有MIMO模式下，对预编码权重的选择。下面仅以WCDMA为例进行说明，其它***只要使用MIMO模式进行传输，同样适用本发明的实施例。在WCDMA中，UE根据公共导频信息来估计各数据流对应的信噪比，并根据信噪比查找MCS表得到各数据流相应的信源速率。再根据所述信源速率来选择预编码权重向量。UE将该预编码权重向量指示可以通过HS-DPCCH信道反馈给Node B。这种方法称为MCS查表法。

请参照图3所示，本发明实施例一预编码权重向量的选择装置包括估计单元1、确定单元2以及选择单元3，其中估计单元1用于估计各数据流对应的信噪比；确定单元2用于根据所述信噪比查询调制编码方式MCS表以确定各数据流对应的信源速率；选择单元3用于根据所述信源速率来选择预编码权重向量。该估计单元1进一步包括计算单元，用于根据估计的信道矩阵和权重向量集合来计算各数据流对应的信噪比。此外，本发明实施例预编码权重向量的选择装置还包括接收单元和发送单元，接收单元用于接收数据流，并将数据流输入到所述估计单元1；发送单元用于将选择单元3输出的权重向量选择结果向外发送。

工作时，数据流进入估计单元1，估计单元1根据公共导频信道的信息估计信道矩阵H，并再结合预编码权重向量的集合进一步估计各数据流对应的信噪比；然后，信噪比信息进入确定单元2，查询MCS表，确定各数据流对应的信源速率；最后由选择单元3按照一定的规则选择最优权重向量。

请再同时结合图4-5所示，本发明实施例二预编码权重向量的选择具体的步骤如下：

步骤S1、估计各数据流对应的信噪比。

首先，UE根据公共导频信道的信息估计信道矩阵信息H。例如，对于D-TxAA方式下的双发射天线阵列，UE根据两个公共导频信道(CPICH₁和CPICH₂)信息估计信道矩阵H。

然后，UE根据预编码权重向量的集合以及在上步中得到的信道矩阵，得到与预编码权重向量集合相对应的各数据流的信噪比δ²。例如，对于D-TxAA下，预编码权重集合有W₁、W₂、W₃和W₄共4种情况，信道矩阵H，通过计算得到两个数据流对应的信噪比δ₁ ²(H，W_i)和δ₂ ²(H₂，W_i)，i＝1，2，3，4。对于4种情况下两路数据流的信噪比，如表2所示。

表2不同权重向量集合对应的信噪比及信源速率

步骤S2、根据步骤S1所得到的信噪比查MCS表，得到所有数据流的信源速率。

例如，对于R7MIMO模式下，权重集合W₁，两路数据流(主数据流和次数据流)对应两个信噪比δ₁ ²(H，W₁)和δ₂ ²(H，W₁)，根据MCS表(参考表3)，查找与之对应的信源速率，假设为V₁₁和V₁₂。进一步，得到两个天线的吞吐量V₁＝V₁₁+V₁₂。其他权重集合下，依次类推，如表2所示。

表3MCS表

符号级的信噪比SNR[dB]	信源速率[Mb/s]	调制方式
			-11.5	0.23	QPSK
-10.5	0.27	QPSK
			-9.5	0.36	QPSK
-8.5	0.45	QPSK
			-7.5	0.55	QPSK
-6.5	0.71	QPSK
			-5.5	0.90	QPSK
-4.5	1.09	QPSK
			-3.5	1.42	QPSK
-2.5	1.80	QPSK
			-1.5	2.18	QPSK
-0.5	2.56	QPSK
			0.5	3.17	QPSK
1.5	3.75	QPSK
			2.5	4.33	QPSK
3.5	4.92	16-QAM
			4.5	5.50	16-QAM
5.5	6.08	16-QAM
			6.5	6.66	16-QAM
7.5	7.24	16-QAM
			8.5	9.05	16-QAM
9.5	9.96	16-QAM
			10.5	10.87	16-QAM
11.5	11.77	16-QAM
			12.5	12.96	64-QAM
13.5	13.82	64-QAM
			14.5	15.34	64-QAM
15.5	16.31	64-QAM
			16.5	17.50	64-QAM
17.5	18.58	64-QAM
			18.5	19.44	64-QAM
19.5	20.30	64-QAM
			20.5	20.74	64-QAM
21.5	21.17	64-QAM
			22.5	21.60	64-QAM

步骤S3、比较不同权重情况下的信源速率，其中最大值对应的权重向量即为所选。本发明实施例中选择权重的方式主要有：

(1)根据两个(或多个)数据流信源速率之和的最大值来选择权重；

例如，对于R7MIMO模式下，得到与4个权重向量对应的信源速率之和V₁、V₂、V₃和V₄后，比较得到其中的最大值，如最大值为V₃，则与V₃对应的权重向量W₃即为所选。

(2)根据两个(或多个)数据流信源速率的平均值的最大值选择权重；

例如，对于R7MIMO模式下，权重集合W₁、W₂、W₃和W₄，如果权重集合W₁对应的两路数据流(主数据流和次数据流)的信源速率V₁₁、V₁₂的平均值最大，则W₁即为所选。

(3)根据两个(或多个)数据流信源速率中的最小值中的最大值选择权重；

例如，对于R7MIMO模式下，分别比较与4个权重向量对应的两路数据流信源速率，得到最小值分别为V₁₂、V₂₂、V₃₂、V₄₂，如果其中V₂₂最大，则其对应的权重向量W₂即为所选。

本发明实施例通过查MCS表的方式，在比较各数据流信源速率时仅涉及简单的加减运算，从而使UE终端相应的电路设计更为简单，制造和生产也更加简便。

此外，在上述步骤S2中，根据计算所得的信噪比δ²查找信源速率时，如果在MCS表中有与之相等的信噪比SNR，直接查询即可。如果在MCS表中没有与δ²相等的信噪比，则可以首先对δ²进行处理后，再查找与之对应的信源速率。优选地，可以采用如下方法：

方法一：

使用近似方法对信噪比δ²进行处理。其中，一种方法是将得到的δ²向MCS表中较小的信噪比近似。例如，得到一个信噪比数值为 ${\mathrm{\δ}}_1^2(H,W_1)=5.9\mathrm{dB},$ 通过近似处理为 ${\mathrm{\δ}}_1^2(H,W_1)=5.5\mathrm{dB}.$ 根据MCS表，查找与5.5dB对应的信源速率为6.08Mb/s。

这种方法的优点是：UE选择预编码权重向量变的更为方便、快捷。

方法二：

选用插值法对MCS表中的信噪比和信源速率进行处理。按照一定的步长对MCS表中信噪比和信源速率进行插值运算，如采用0.2dB的步长，使用一阶插值之后， ${\mathrm{\δ}}_1^2(H_2,W_1)=5.9\mathrm{dB}$ 对应的信源速率为6.294Mb/s。

这种方法的优点是：UE根据MCS表，查找信噪比对应信源速率的误差较小。

方法三：

第一步，将MCS表中的信噪比数据全部转化为线性数值，得到新的信噪比与信源速率的对应关系表。如对于表2中，SNR＝2.5dB，可转化为SNR＝10^2.5/₁₀＝1.778与信源速率4.33Mb/s的对应关系。其他情况下的SNR转化，依次类推。从而得到一个新的SNR与信源速率对应表。

第二步，将上步得到的SNR与信源速率对应表进行插值，插值方法类似方法二。

第三步，将欲查MCS表的信噪比 ${\mathrm{\δ}}_1^2(H,W_1)=5.9\mathrm{dB}$ 转换为线性数值，得到 ${\mathrm{\δ}}_1^2(H,W_1)={10}^{\frac{5.9}{10}}=3.89.$ 根据插值后的MCS表得到与3.89对应的最大信源速率。

这种方法的优点是：UE根据MCS表，查找信噪比对应信源速率的误差较小。

本发明实施例不仅仅适用于现有的D-TxAA传输方案，同样适用于通用的MIMO***。再如图6所示，当发送端有M个天线，UE接收端有N个接收天线时，UE根据公共导频信息估信道矩阵H；然后，UE根据H和不同的权重组合计算M个数据流的信噪比；之后，根据信噪比查询MCS表得到M个数据流的信源速率。UE再根据所述信源速率来选择预编码权重向量。UE将该预编码权重向量指示可以通过HS-DPCCH信道反馈给Node B。

本发明实施例针对目前3GPP中基于D-TxAA的MIMO传输方案中HS-DPCCH权重反馈的问题，提出了一种有效的权重选择方法，可以在一定程度上提高***信道的容量。同时，本发明实施例使得UE端在选择反馈权重向量或矩阵的过程中变得简捷、可行，UE终端的制造和生产更加简便。

Claims (11)

1.一种预编码权重向量的选择装置，其特征在于：包括：

估计单元，用于估计各数据流对应的信噪比；

确定单元，用于根据所述估计单元输出的信噪比查询调制编码方式MCS表以确定各数据流对应的信源速率；以及

选择单元，用于根据所述确定单元输出的信源速率来选择预编码权重向量。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：还包括：

接收单元，用于接收数据流，并将数据流输入到所述估计单元；以及

发送单元，用于将选择单元输出的权重向量选择结果向外发送。

3.一种预编码权重向量的选择方法，包括以下步骤：

估计各数据流对应的信噪比；

根据所述信噪比查询调制编码方式MCS表，确定各数据流对应的信源速率；以及

根据所述信源速率来选择预编码权重向量。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述估计步骤具体包括：

根据公共导频信道的信息估计信道矩阵H；以及

根据预编码权重向量的集合W以及在步骤A1中得到的信道矩阵H，得到与预编码权重向量集合W相对应的各数据流的信噪比δ²。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述根据所述信噪比查询调制编码方式MCS表进一步包括：如果在MCS表中存在与所述信噪比相等的信噪比SNR，则直接查询；否则先对δ²进行处理，再查询。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述确定步骤具体包括：

将所述信噪比δ²向MCS表中较小的信噪比近似；以及

在MCS表中查询与所述近似信噪比对应的信源速率。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述确定步骤具体包括：

按照一定的步长对MCS表中的信噪比和信源速率进行插值运算；以及

再在插值后的MCS表中查询对应的信源速率。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述确定步骤具体包括：

将MCS表中的信噪比数据全部转化为线性数值，得到新的信噪比与信源速率的对应关系表；

将所述新的对应关系表进行插值；以及

将欲查询MCS表的信噪比δ²转换为线性数值，再查询插值后的对应关系表，得到对应的最大信源速率。

9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述选择步骤具体包括：根

据两个或多个数据流的信源速率之和的最大值来选择权重向量。

10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述选择步骤具体包括：

根据两个或多个数据流信源速率的平均值的最大值选择权重向量。

11.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述选择步骤具体包括：根据两个或多个数据流信源速率中的最小值中的最大值选择权重向量。

Images