CN102742237B - 生成预编码矩阵码书的方法和装置及预编码矩阵指定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于生成预编码矩阵码书的方法和装置以及一种用于多天线通信***的基站指定预编码矩阵的方法。其中所述用于生成预编码矩阵码书的方法包括：选择概率获取步骤：获取在确定的信噪比情况下多天线通信***所允许的多个Rank中的每个Rank的选择概率；码书大小确定步骤：根据在确定的信噪比情况下每个Rank的选择概率来确定相应的每个Rank的预编码矩阵码书大小；以及码书确定步骤：根据在确定的信噪比情况下每个Rank的码书大小从预编码矩阵全集确定每个Rank的预编码矩阵码书。

Description

生成预编码矩阵码书的方法和装置及预编码矩阵指定方法
技术领域
本发明总体上涉及无线通信***，更具体而言，涉及一种在多天线通信***中如何生成和使用预编码矩阵码书的方法和装置。
背景技术
到目前为止，无线通信***已经得到了迅猛的发展。原先的第二代移动通信***、即全球移动通信(GSM)***不断地向通用无线分组业务(GPRS)、增强型数据速率GSM演进(EDGE)等技术演进，大幅度地提高了***的数据传输能力。具有更高传输速率的第三代移动通信***、例如宽带码分多址(WCDMA)、CDMA2000等技术也在全球许多国家和地区范围内纷纷部署，开始投入商用。在蜂窝通信技术发展的同时，其他一些无线接入技术、例如无线局域网(WLAN)和微波接入全球互通(WiMAX)技术也有了迅猛发展。此外，面向***移动通信***的IEEE 802.16m技术和第三代合作伙伴项目演进技术(3GPP LTE)、第三代合作伙伴项目演进技术增强(3GPP LTE-Advanced)等项目也已经开始启动进入研发阶段。
多入多出(MIMO)的多天线***能够支持平行的数据流发送，因此能够大大增加***的吞吐量，已经成为学术研究和实际***中备受人们关注的技术。在通常的情况下，多天线传输中的平行数据流首先进行独立的前向纠错码编码，然后将编码后的码字映射到一个或者多个传输层上。当码字映射到多个传输层时，将编码器输出的串行数据串并变换为相应的多层即可。在一次传输中，***所支持的最大传输层数又称为***的秩(Rank)。
一般来说，多天线***所支持的传输层数或者秩小于或者等于多天线***的物理天线数。将各层的数据转化为各物理天线上的数据的过程称为信号的预编码过程。特别地，将各层的数据通过线性运算转化为各物理天线上的数据的过程称为信号的线性预编码过程。在现在的无线通信***中，比如LTE***、WiMax***中，受限于***的计算复杂度和信令控制复杂度，需要预先为***设计好一定个数的预编码矩阵。预编码矩阵的集合称为预编码矩阵码书，预编码矩阵码书中的预编码矩阵的个数称为预编码矩阵码书的大小。在多天线***中，预编码矩阵码书，包括预编码矩阵码书的大小和预编码矩阵码书中的预编码矩阵都直接影响***的容量等性能指标。因此，为了实现最优的***性能，需要精心设计多天线***的预编码矩阵码书，包括预编码矩阵码书的大小和预编码矩阵码书中的各预编码矩阵码字。
发明内容
在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于生成预编码矩阵码书的方法，包括：选择概率获取步骤：获取在确定的信噪比情况下多天线通信***所允许的多个Rank中的每个Rank的选择概率；码书大小确定步骤：根据在确定的信噪比情况下每个Rank的选择概率来确定相应的每个Rank的预编码矩阵码书大小；以及码书确定步骤：根据在确定的信噪比情况下每个Rank的预编码矩阵码书大小从预编码矩阵全集确定每个Rank的预编码矩阵码书。
根据本发明的另一个方面，提供了一种在多天线通信***中基站指定预编码矩阵的方法，所述多天线通信***包括至少一个基站和至少一个移动台，所述方法包括：预编码矩阵选择步骤：所述基站根据从所述移动台接收到的信号的信息，从在所述基站上存储的至少一个预编码矩阵码书中选择要指定的用于所述基站与所述移动台之间的通信的预编码矩阵；下行信令生成步骤：基于所选择的预编码矩阵，生成下行信令，所述下行信令中包含指示所述选择的预编码矩阵的信息；以及下行信令发送步骤：将所生成的下行信令发送给所述移动台，其中，在基站上存储的至少一个预编码矩阵码书是根据上述方法生成的预编码矩阵码书。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于生成预编码矩阵码书的装置，包括：选择概率获取装置，其被配置用于获取在确定的信噪比情况下多天线通信***所允许的多个Rank中的每个Rank的选择概率；码书大小确定装置，其被配置用于根据在确定的信噪比情况下每个Rank的选择概率来确定相应的每个Rank的预编码矩阵码书大小；以及码书确定装置，其被配置用于根据在确定的信噪比情况下每个Rank的预编码矩阵码书大小从预编码矩阵全集确定每个Rank的预编码矩阵码书。
依据本发明的其它方面，还提供了相应的计算机程序代码、计算机可读存储介质和计算机程序产品。
通过根据本发明的方案，针对常见的相关信道模型如半波长间隔的双极化信道模型，优化了不同Rank时的码书大小比例分配，可以获得最大化的***容量，并且可以支持更高的***传输效率。
通过以下结合附图对本发明的最佳实施例的详细说明，本发明的这些以及其他优点将更加明显。
附图说明
本发明可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本发明的优选实施例和解释本发明的原理和优点。在附图中：
图1示出了根据本发明的一个实施例的预编码矩阵分组的示意图。
图2示出了根据本发明的另一个实施例的预编码矩阵分组的示意图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的与信噪比(SNR)有关的针对不同秩的***容量。
图4示出了根据本发明的一个实施例的用于生成预编码矩阵码书的方法的流程图。
图5示出了根据本发明的一个实施例的与信噪比(SNR)有关的选择不同秩的概率。
图6示出了根据本发明的另一个实施例的用于生成预编码矩阵码书的方法的流程图。
图7示出了根据本发明的一个实施例的基站指定预编码矩阵的方法的流程图。
图8示出了根据本发明的一个实施例的移动台使用预编码矩阵进行预编码的方法的流程图。
图9示出了根据本发明的一个实施例的用于生成预编码矩阵码书的装置的示意性结构图。
图10示出了根据本发明的另一个实施例的用于生成预编码矩阵码书的装置的示意性结构图。
图11是示出了在其中可以实现根据本发明实施例的方法和/或装置的通用个人计算机的示例性结构的方框图。
具体实施方式
在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与***及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。
在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
预编码矩阵全集
预编码矩阵码书是由一个或者更多个预编码矩阵组成的。因此，设计预编码矩阵码书的环境是已有预编码矩阵的全集，以便从中选择用于生成预编码矩阵码书的预编码矩阵。本领域技术人员应当清楚，可以以各种现有技术来实现符合设计条件的预编码矩阵的全集。
以下给出一个预编码矩阵全集的示例。该预编码矩阵全集中的每个预编码矩阵实际上是P行Q列的矩阵，P代表所述通信***的发射天线的数目，且Q代表所述通信***的秩。具体而言，预编码矩阵具有以下形式：[1,1,…1；x11,x12,…,x1q；x21,x22,…,x2q；…,…,…；xp1,xp2,…,xpq]，其中，p为整数且1≤p≤P，q为整数且1≤q≤Q。如前文所述，在一次传输中，***所支持的最大传输层数又称为***的秩。本领域技术人员应当理解，这里给出的预编码矩阵全集仅作为示例，而不是要限制本发明。也可以使用其它形式的预编码矩阵全集来提供用于生成预编码矩阵码书的预编码矩阵。
为说明方便，以4天线***为例来说明预编码矩阵全集的构成。在这样的***中，***支持的层数可以为1、2、3、4，即秩可以为1、2、3、4。
作为示例，当秩为1时，预编码矩阵V的形式为[1；x11；x21；x31]。例如，可以由满足该形式的以下一种或更多种预编码矩阵来形成预编码矩阵全集。
从DFT(离散傅立叶变换)矩阵出发，可以得到4个预编码矩阵，其中每一个预编码矩阵对应DFT矩阵的每一列。
从Hadamard矩阵出发，可以得到4个预编码矩阵，其中每一个预编码矩阵对应Hadamard矩阵的每一列。
另外，x11、x21、x31可以是QPSK星座点、8PSK星座点、16PSK星座点或者更高维的PSK星座点。
例如，当x11、x21、x31是QPSK星座点时，所得到的满足以上形式的预编码矩阵共有4×4×4＝64个。
再例如，当x11、x21、x31是8PSK星座点时，所得到的满足以上形式的预编码矩阵共有8×8×8＝512个。
又例如，当x11、x21、x31是16PSK星座点时，所得到的满足以上形式的预编码矩阵共有16×16×16＝4096个。
当然，也可能存在其他形式的Rank＝1的预编码矩阵。
可以根据***的需要，将上面所述的一种、或者几种、或者全部形式的预编码矩阵或者其功率归一化矩阵作为Rank＝1的预编码矩阵的全集。
作为另一示例，当Rank＝2时，预编码矩阵V的形式为[11；x11x12；x21x22；x31x32]。同样，可以由满足该形式的以下一种或更多种预编码矩阵来形成预编码矩阵全集。另外，作为示例，V为酉阵，也即VH×V＝αI，其中α是标量，I为单位阵。
从DFT矩阵出发，可以得到6个预编码矩阵，其中每一个预编码矩阵对应于从DFT矩阵中选择出来的两列。
从Hadamard矩阵出发，可以得到6个预编码矩阵，其中每一个预编码矩阵对应于Hadamard矩阵中选择出来的两列；
另外，其中x11x12x21x22x31x32可以是QPSK星座点、8PSK星座点、16PSK星座点或者更高维的PSK星座点。
例如，当x11x12x21x22x31x32是QPSK星座点时，所得到的满足以上形式的预编码矩阵共有288个。
再例如，当x11x12x21x22x31x32是8PSK星座点时，所得到的满足以上形式的预编码矩阵共有5376个。
又例如，当x11x12x21x22x31x32是16PSK星座点时，所得到的满足以上形式的预编码矩阵共有92160个。
当然，也可能存在其他形式的Rank＝2的预编码矩阵。
可以根据***的需要，将上面所述的一种、或者几种、或者全部形式的预编码矩阵或者其功率归一化矩阵作为Rank＝2预编码矩阵的全集。
Rank＝3和Rank＝4的情况与上述情况类似，这里不再赘述。
在其他天线配置的情况下，比如2天线***、8天线***甚至更高天线***，形成预编码矩阵全集的过程与上述4天线***的过程类似，这里不再赘述。
改进的预编码矩阵全集
通常在设计码书时，需要考虑所使用的预编码矩阵的计算复杂度，也就是需要考虑预编码矩阵中所包含的各元素的计算复杂度。例如，一种常用的码书在设计时采用了基于π/4的设计准则，由于exp(j*π/4*k)的取值为0.707*(±1±i)或者1，-1，±i。此时的预编码矩阵的计算复杂度较低，但是由于用π/4为单位分割整个0～2π的角度空间，所以对于每个Rank只能得到8个预编码矩阵，即使经过旋转以后最多也只能得到16个预编码矩阵。由于每个Rank下预编码矩阵的数目较少，因此在实际应用中可能与相应的信道方向之间的误差较大，从而使得***的性能受到较大的限制。
为了同时实现具有较多的预编码矩阵数目来提升***的性能，同时又兼顾计算简单的要求，根据本发明的一个实施例，提出了一种基于π/6来设计的码书。具体而言，在该预编码矩阵全集中所有Rank码书的预编码矩阵的每个元素的相角均为π/6的整数倍。因为cos(π/6*k)或者sin(π/6*k)的取值为±1/2或者±1.732/2，它的计算复杂度比π/4的情况稍高，但是由于用π/6为单位分割整个0～2π的角度空间，所以对于每个Rank能得到12个预编码矩阵，经过旋转以后最多能得到24个预编码矩阵，从而能够更好地匹配相应的信道方向，从而整体上提升***的性能。
下面给出了根据本发明的该实施例提出的预编码矩阵全集，该预编码矩阵全集是针对具有8个发射天线并且最多支持8个秩的通信***来设计的。
Rank 1的预编码矩阵全集(表1)：
从Rank 1的预编码矩阵全集中可以看到，基于π/6的设计可以得到24个预编码矩阵v1～v24。
基于上面给出的Rank 1的预编码矩阵全集可以进一步设计Rank 2的预编码矩阵全集。例如可以如下设计。
Rank 2的预编码矩阵全集(表2)：
1 2 3 4
[v1,v2] [v2,v3] [v3,v4] [v4,v5]
5 6 7 8
[v5,v6] [v6,v7] [v7,v8] [v8,v1]
9 10 11 12
[v9,v10] [v10,v11] [v11,v12] [v12,v1]
13 14 15 16
[v13,v14] [v14,v15] [v15,v16] [v16,v9]
17 18 19 20
[v17,v18] [v18,v19] [v19,v20] [v20,v21]
21 22 23 24
[v21,v22] [v22,v23] [v23,v24] [v24,v17]
相应地，本领域技术人员容易想到基于Rank 1的预编码矩阵全集可以设计Rank 3、Rank 4、…、Rank 8的预编码矩阵全集，这里不再继续详述。
根据本发明的该实施例提出的码书具有计算简单并且能够更好地提升多天线***的性能的特点。
预编码矩阵的分组
在多天线***中为了进行通信，需要在基站和移动台之间使用相同的预编码矩阵，因此必然需要在基站和移动台之间传递预编码矩阵的信息，例如传递预编码矩阵的索引。在预编码矩阵的数目较多的情况下，这可能需要比较大的开销。
发明人注意到，在通信***的实际工作中，虽然每一个子帧的信道是变化的，但是通信***为了实现最佳的性能(例如最大的***容量)而挑选的rank值却通常是缓慢变化的，而且每个子帧所挑选的预编码矩阵也不会有很大的跳跃性。举例而言，对于前述实施例的表1中提出的Rank1的预编码矩阵全集，如果当前时刻挑选的预编码矩阵为π/6的对应的预编码矩阵，那么下一时刻的预编码矩阵很可能在π/6的对应的预编码矩阵的附近，例如为0或者2π/6所对应的预编码矩阵。
基于上述考虑，根据本发明的一个实施例，提出了一种将相邻的预编码矩阵分组的方法。
图1示出了在预编码矩阵个数为24时，将预编码矩阵分组的示意图。从图1中可以看到，同一个预编码矩阵全集中的24个预编码矩阵被分为4组，其中v1～v6、v7～v12、v13～v18以及v19～v24分别属于一组。
由于所选择的预编码矩阵从一组跳到另外一组的情况通常在较长的一段时间内发生，因此，在将相邻的预编码矩阵分组的情况下可以在较长的时间才反馈组的序号，而在较短的时间内只需要反馈预编码矩阵在相应的组内的序号。由于一个组内的码字数量较少，所以只反馈预编码矩阵在组内的序号可以降低通信开销。
需要说明的是，本实施例的分组方法并不局限于各组包括相同数目的预编码矩阵的情况，而是可以根据需要来设计各组包括的预编码矩阵的数目，例如当测试表明预编码矩阵v1～v8经常被使用，而v9～v12使用较少时，也可以将v1～v8分为一组，而将v9～v12分为另一组，这并未改变本发明的实质。
此外需要说明的是，本实施例的分组方法也不局限于上面作为示例示出的一层的分组。换言之，在预编码矩阵的数目很多的情况下，也可以设计更多层的分组。如图2所示，例如可以将第1组和第2组合并为更大的组，将第3组和第4组合并为更大的组，等等。这是本领域技术人员根据实际需要基于本发明所提出的思想容易实现的，对此不再详细描述。
利用秩的选择概率来确定码书
在多天线***中，通常希望无线信道在基站端彼此不相关，以便能够获得较大的空间分集增益。目前常用的多天线***通常包括4个发射天线。在这种情况下为了使得无线信道在基站端彼此不相关可以通过增加发射天线的间距来实现。然而随着技术的发展，具有使用更多发射天线的趋势，例如使用8个或者甚至更多个发射天线。在这种情况下，由于受到基站大小的限制，无法通过增加发射天线的间距来实现无线信道的彼此不相关。因此需要考虑半波长间隔的双极化天线配置。以8个发射天线为例，在这种双极化天线配置中，将天线阵分为两组，每组4个天线形成间隔为半波长的子阵，两组天线的位置相同，组与组之间采用交叉极化配置。
发明人注意到，采用双极化天线配置的发射天线的信道响应具有信道相关性较强的特点。理论上，例如当具有8个接收天线时，8个发射天线能支持的最多传输层的个数为8个(即秩为8)，或者当具有4个接收天线时时，能支持的最多传输层的个数为4个(即秩为4)。但是在大多数情况下，并非采用最多个传输层时达到最大的***容量。
图3示出了在8个发射天线4个接收天线的双极化天线配置中，与信噪比(SNR)有关的针对不同秩的***容量，其中针对不同的秩采用不同的线型来示出测试结果。
从图3可以看出，在常见的SNR为15dB到20dB的范围中，采用Rank 3的情况下达到了最大的***容量，随后依次是Rank 2、Rank 1和Rank 4。由此可见，并非秩最大则***容量最大。为了达到最大的***容量，在一定的SNR情况下***会选择最合适的秩来匹配当前的信道状况。也就是说，在一定的SNR情况下，被***选择使用的秩具有某个概率分布，因此可以利用这一特点来设计预编码矩阵码书。
基于此，根据本发明的一个实施例，提出了一种用于生成预编码矩阵码书的方法。图4示出了该方法的流程图，其中包括：
S410：获取在确定SNR情况下多天线***所允许的各Rank的选择概率。
在不同的SNR情况下，被***选择使用的秩具有不同的概率分布。作为例子，图5示出了在8个发射天线4个接收天线的双极化天线配置中，与信噪比(SNR)有关的选择不同秩的概率。从图中可见，在20dB的SNR情况下，为了达到最大的***容量，多天线***选择Rank 3的概率为约55％，选择Rank 2的概率为约32.5％，选择Rank 1的概率为约12.5％，而选择Rank 4的概率接近于0；在10dB的SNR情况下，为了达到最大的***容量，多天线***选择Rank 2的概率为约45％，选择Rank 1的概率为约30％，选择Rank 3的概率为约25％，而选择Rank 4的概率接近于0。
为了确定该概率分布，根据一种实施形式，仅仅针对某一常见的SNR对于多天线***的信道进行仿真。例如在20dB的SNR情况下进行10000次独立的信道实现，对于每一次信道实现分别测试所能选择的Rank数，也即测试能够达到最大的信道容量时的Rank数，最后对各个Rank的选择次数进行统计，从而得到在该SNR情况下各Rank的选择概率。
需要说明的是，在确定上述概率时，所述常见的SNR并非局限于20dB的SNR，本领域技术人员可以根据实际情况来选择该SNR，例如可以根据多天线***所处的环境和影响信道质量的其他因素来确定最常见的SNR，并针对该SNR来确定各Rank的选择概率，这并未影响本发明的实质。
为了确定上述概率分布，根据另一种实施形式，可以针对多个SNR分别对多天线***的信道进行仿真，例如可以针对SNR分别为-5dB、-4dB、-3dB、…、18dB、19dB、20dB的情况分别进行仿真并且分别得到在各SNR情况下各Rank的选择概率。在该实施形式中，本领域技术人员可以根据实际情况来选择进行仿真的SNR的步长，而不局限于上面举例说明的1dB的步长，这同样并未影响本发明的实质。
S420：根据在确定SNR情况下各Rank的选择概率来确定相应Rank的码书大小。
在确定各Rank的选择概率之后，根据该选择概率来确定相应Rank的码书大小。以***最大支持的Rank数为4的情况举例，假设确定各Rank的选择概率关系为：K3>K2>K1>K4，其中Kn分别代表Rank n的选择概率(n＝1,2,3,4)，则在设计预编码矩阵码书时可以相应地设计各Rank下的码书大小。例如，由于K3最大，说明在应用中***使用Rank3的可能性最大，因此Rank 3的码书应当包含最多的预编码矩阵，而K4最小，说明在应用中***使用Rank 4的可能性最小，因此Rank 4的码书保留最基本的预编码矩阵即可。通过这种设计方式，可以充分地利用***的存储空间实现最优的***性能。
需要说明的是，由于所确定的各Rank的选择概率关系是统计意义上的关系，因此在设计各Rank的码书时并非局限于要严格按照概率比例来进行设计，也就是说，假设Rank n的码书所包含的预编码矩阵的数目为Nn(n＝1,2,3,4)，并非严格要求N1：N2：N3：N4＝K1：K2：K3：K4。优选的是，在第一Rank的选择概率大于第二Rank的选择概率时，则第一Rank的码书所包含的预编码矩阵的数目大于或等于第二Rank的码书所包含的预编码矩阵的数目，也就是说，在Ki>Kj时，Ni≥Nj，其中i、j＝1,2,3,4。例如对于上述K3>K2>K1>K4的情况，并非必须要求Nn严格具有N3>N2>N1>N4的关系。本领域技术人员可以在考虑了该概率关系之后根据实际情况进行设计，例如可以设计N3>N2＝N1>N4。在Ki＝Kj时，Ni和Nj可以根据需要来任意设计。此外，本发明对于各Rank下的码书所包含的预编码矩阵的数目Nn以及它们的总数N1+N2+N3+N4也没有限制。例如，可以给出如下的例子：
Rank 1 Rank 2 Rank 3 Rank 4
20 16 16 2
24 14 12 2
从上表可见，本领域技术人员可以根据需要来设计各Rank下的码书所包含的预编码矩阵的数目Nn以及各Nn的总数。
对于仅仅针对某一常见的SNR获得各Rank的选择概率的情况，在步骤S420中同样也仅仅针对该SNR来确定各Rank的码书大小。
对于针对多个SNR分别获得各Rank的选择概率的情况，在步骤S420中同样针对多个SNR分别获得各Rank的码书大小。
S430：根据在确定SNR情况下各Rank的码书大小由预编码矩阵全集确定各Rank的码书。
由于在步骤S420中已经确定了各Rank的码书大小，所以可以根据该大小从预编码矩阵全集中选择相应数目的预编码矩阵组成相应Rank的码书，例如可以从前述实施例中提出的基于π/6设计的预编码全集来形成相应Rank的码书。从预编码矩阵全集中选择预编码矩阵有多种方法。例如，可以从预编码矩阵全集中的Rank n的原码书中任意地选择Nn个预编码矩阵来组成该Rank n的码书。优选的是，根据预编码矩阵对***的性能参数(例如吞吐量、互信息等等)的贡献来选择预编码矩阵，即选择预编码矩阵全集中Rank n的原码书中对于***的性能参数贡献最大的前Nn个预编码矩阵组成该Rank n的码书。在本申请人于2009年8月17日提交的申请号为200910167422.7的名称为“生成预编码矩阵码书组的方法和装置”的专利申请中描述了如何根据预编码矩阵对***的性能参数的贡献来选择预编码矩阵，因此这里不再详细阐述。
对于仅仅针对某一常见的SNR获得各Rank的选择概率并相应地确定各Rank的码书大小的情况，在步骤S430中也仅仅针对该SNR来确定各Rank的码书。于是在多天线***中应用时，无论实际的SNR为多少都使用根据该常见的SNR情况下各Rank的选择概率确定的码书。通过这种方式，极大地节省了存储空间并且能够在现有技术的基础上提高***的性能。
对于针对多个SNR分别获得各Rank的选择概率并相应地确定各Rank的码书大小的情况，在步骤S430中也分别针对这些SNR来确定各Rank的码书。于是在多天线***中应用时根据实际的SNR来使用根据相应的SNR情况下各Rank的选择概率确定的码书。这种方式虽然比前一种情况消耗更多的存储空间，然而可以进一步提高***的性能。
根据一个优选的实施形式，如图6所示，用于生成预编码矩阵码书的方法还包括分组步骤S440，用于对所生成的预编码矩阵码书进行分组，以便降低传递预编码矩阵信息时的通信开销。关于分组的具体方法在前面已经进行了说明，这里不再赘述。
需要说明的是，上述方法虽然最初是针对信道相关性较强的多天线***来设计的，然而本领域技术人员容易想到该方法同样可以适用于信道相关性不强的多天线***，这并未对本实施例所提出的方法造成限制。
生成预编码矩阵码书的装置
相应地，根据本发明的一个实施例，提出了一种用于生成预编码矩阵码书的装置。图9示出了该装置的示意性结构图。
从图9可见，该用于生成预编码矩阵码书的装置90包括：选择概率获取装置910、码书大小确定装置920和码书确定装置930。
选择概率获取装置910被配置用于获取在确定SNR情况下多天线***所允许的各Rank的选择概率。
如上面已经阐述的那样，在不同的SNR情况下，被***选择使用的秩具有不同的概率分布。例如，图5示出了在8个发射天线4个接收天线的双极化天线配置中，与信噪比(SNR)有关的选择不同秩的概率。
根据一种实施形式，该选择概率获取装置910可以被配置用于仅仅获取针对某一常见的SNR的情况下多天线***所允许的各Rank的选择概率。例如为此可以仅仅针对某一常见的SNR对于多天线***的信道进行仿真。例如在20dB的SNR情况下进行10000次独立的信道实现，对于每一次信道实现分别测试所能选择的Rank数，也即测试能够达到最大的信道容量时的Rank数，最后对各个Rank的选择次数进行统计，从而得到在该SNR情况下各Rank的选择概率。
需要说明的是，在确定上述概率时，所述常见的SNR并非局限于20dB的SNR，本领域技术人员可以根据实际情况来选择该SNR，例如可以根据多天线***所处的环境和影响信道质量的其他因素来确定最常见的SNR，并针对该SNR来确定各Rank的选择概率，这并未影响本发明的实质。
根据另一种实施形式，选择概率获取装置910可以被配置用于获取针对多个SNR的情况下多天线***所允许的各Rank的选择概率。例如为此可以针对多个SNR分别对多天线***的信道进行仿真，例如可以针对SNR分别为-5dB、-4dB、-3dB、…、18dB、19dB、20dB的情况分别进行仿真并且分别得到在各SNR情况下各Rank的选择概率。在该实施形式中，本领域技术人员可以根据实际情况来选择进行仿真的SNR的步长，而不局限于上面举例说明的1dB的步长，这同样并未影响本发明的实质。
码书大小确定装置920被配置用于根据在确定的信噪比情况下各Rank的选择概率来确定相应Rank的预编码矩阵码书大小。
选择概率获取装置910获取各Rank的选择概率之后，码书大小确定装置920根据该选择概率来确定相应Rank的码书大小。以***最大支持的Rank数为4的情况举例，假设确定各Rank的选择概率关系为：K3>K2>K1>K4，其中Kn分别代表Rank n的选择概率(n＝1,2,3,4)，则在设计预编码矩阵码书时可以相应地设计各Rank下的码书大小。例如，由于K3最大，说明在应用中***使用Rank 3的可能性最大，因此Rank 3的码书应当包含最多的预编码矩阵，而K4最小，说明在应用中***使用Rank 4的可能性最小，因此Rank 4的码书保留最基本的预编码矩阵即可。通过这种设计方式，可以充分地利用***的存储空间实现最优的***性能。
需要说明的是，由于所确定的各Rank的选择概率关系是统计意义上的关系，因此在设计各Rank的码书时并非局限于要严格按照概率关系来进行设计，也就是说，假设Rank n的码书所包含的预编码矩阵的数目为Nn(n＝1,2,3,4)，并非严格要求N1：N2：N3：N4＝K1：K2：K3：K4。优选的是，在第一Rank的选择概率大于第二Rank的选择概率时，则第一Rank的码书所包含的预编码矩阵的数目大于或等于第二Rank的码书所包含的预编码矩阵的数目，也就是说，在Ki>Kj时，Ni≥Nj，其中i、j＝1,2,3,4。例如对于上述K3>K2>K1>K4的情况，并非必须要求Nn严格具有N3>N2>N1>N4的关系。本领域技术人员可以在考虑了该概率关系之后根据实际情况进行设计，例如可以设计N3>N2＝N1>N4。在Ki＝Kj时，Ni和Nj可以根据需要来任意设计。此外，本发明对于各Rank下的码书所包含的预编码矩阵的数目Ni以及它们的总数N1+N2+N3+N4也没有限制。本领域技术人员可以根据需要来设计各Rank下的码书所包含的预编码矩阵的数目Nn以及各Nn的总数。
对于选择概率获取装置910被配置用于仅仅针对某一常见的SNR获得各Rank的选择概率的情况，码书大小确定装置920被配置为也仅仅针对该SNR来确定各Rank的码书大小。
对于选择概率获取装置910被配置用于针对多个SNR分别获得各Rank的选择概率的情况，码书大小确定装置920被配置用于针对多个SNR分别获得各Rank的码书大小。
码书确定装置930被配置用于根据在确定的信噪比情况下码书大小确定装置920所确定的各Rank的码书大小由预编码矩阵全集来确定各Rank的码书。
由于码书大小确定装置920已经确定了各Rank的码书大小，所以可以根据该大小从预编码矩阵全集中选择相应数目的预编码矩阵组成相应Rank的码书，例如可以从前述实施例中提出的基于π/6设计的预编码全集来形成相应Rank的码书。从预编码矩阵全集中选择预编码矩阵有多种方法。例如，可以从预编码矩阵全集中的Rank n的原码书中任意地选择Nn个预编码矩阵来组成该Rank n的码书。优选的是，根据预编码矩阵对***的性能参数(例如吞吐量、互信息等等)的贡献来选择预编码矩阵，即选择预编码矩阵全集中Rank n的原码书中对于***的性能参数贡献最大的前Nn个预编码矩阵组成该Rank n的码书。在本申请人于2009年8月17日提交的申请号为200910167422.7的名称为“生成预编码矩阵码书组的方法和装置”的专利申请中描述了如何根据预编码矩阵对***的性能参数的贡献来选择预编码矩阵，因此这里不再详细阐述。
对于仅仅针对某一常见的SNR获得各Rank的选择概率并相应地确定各Rank的码书大小的情况，码书确定装置930被配置为也仅仅针对该SNR来确定各Rank的码书。于是在多天线***中应用时，无论实际的SNR为多少都使用根据该常见的SNR情况下各Rank的选择概率确定的码书。通过这种方式，极大地节省了存储空间并且能够在现有技术的基础上提高***的性能。
对于针对多个SNR分别获得各Rank的选择概率并相应地确定各Rank的码书大小的情况，码书确定装置930被配置为也分别针对这些SNR来确定各Rank的码书。于是在多天线***中应用时根据实际的SNR来使用根据相应的SNR情况下各Rank的选择概率确定的码书。这种方式虽然比前一种情况消耗更多的存储空间，然而可以进一步提高***的性能。
根据一个优选的实施形式，如图10所示，用于生成预编码矩阵码书的装置90还包括分组装置940，该分组装置940被配置用于对所生成的预编码矩阵码书进行分组，以便降低传递预编码矩阵信息时的通信开销。关于分组的具体方法在前面已经进行了说明，这里不再赘述。
需要说明的是，上述用于生成预编码矩阵码书的装置虽然最初是针对信道相关性较强的多天线***来设计的，然而本领域技术人员容易想到该装置同样可以适用于信道相关性不强的多天线***，这并未对本实施例所提出的装置的应用范围造成限制。
预编码矩阵码书的应用
图7示出了根据本发明的实施例的基站指定预编码矩阵的方法的流程图。该方法可用于多天线***，所述多天线***包括至少一个基站和至少一个移动台。
如图7所示，在步骤S710中，执行预编码矩阵选择步骤。基站根据从所述移动台接收到的信号的信息，从在所述基站上存储的预编码矩阵码书中选择要指定的用于在基站与移动台之间的通信的预编码矩阵，其中该预编码矩阵码书是根据前述实施例生成的，例如根据图4、图6所描述的方法来生成的。
在步骤S720中，执行下行信令生成步骤。基站基于所选择的预编码矩阵，生成下行信令，所述下行信令中包含指示所述选择的预编码矩阵的信息。
接着，在步骤S730中，执行下行信令发送步骤：将所生成的下行信令发送给所述移动台。
相应地，根据本发明的一个实施例，提出了一种用于多天线通信***的基站，所述多天线通信***包括至少一个基站和至少一个移动台，所述基站包括：
第一存储装置，其被配置用于存储至少一个预编码矩阵码书；
预编码矩阵选择装置，其被配置为根据从所述移动台接收到的信号的信息，从在所述第一存储装置上存储的至少一个预编码矩阵码书中选择要指定的用于所述基站与所述移动台之间的通信的预编码矩阵；
下行信令生成装置，其被配置为基于所选择的预编码矩阵，生成下行信令，所述下行信令中包含指示所述选择的预编码矩阵的信息；以及
下行信令发送装置，其被配置为将所生成的下行信令发送给所述移动台，
其中，在第一存储装置中存储的预编码矩阵码书是根据前述实施例生成的，例如根据图4、图6所描述的方法来生成的。
图8示出了根据本发明的实施例的移动台使用预编码矩阵进行预编码的方法的流程图。该方法可用于多天线***，所述多天线***包括至少一个基站和至少一个移动台。
如图8所示，在步骤S810中执行下行信令接收步骤。移动台接收来自基站的下行信令。该下行信令中包含指示由基站指定的用于基站与移动台之间的通信的预编码矩阵的信息。
在步骤S820中，执行预编码矩阵获得步骤。移动台基于所述预编码矩阵的信息，从在移动台上存储的预编码矩阵码书中获得所述预编码矩阵，其中该预编码矩阵码书是根据前述实施例生成的，例如根据图4、图6所描述的方法来生成的。
在步骤S830中，执行预编码步骤。移动台利用所获得的预编码矩阵对待发送到基站的数据进行预编码。
这样，就可以将数据从移动台发送到基站。
相应地，根据本发明的一个实施例，提出了一种用于多天线通信***的移动台，所述多天线通信***包括至少一个基站和至少一个移动台，所述移动台包括：
第二存储装置，其被配置用于存储至少一个预编码矩阵码书
下行信令接收装置，其被配置为接收来自所述基站的下行信令，所述下行信令中包含指示由所述基站指定的用于所述基站与所述移动台之间的通信的预编码矩阵的信息；
预编码矩阵获取装置，其被配置为基于所述预编码矩阵的信息，从在所述第二存储装置中存储的至少一个预编码矩阵码书中获得所述预编码矩阵；以及
预编码装置，其被配置为利用所获得的预编码矩阵对待发送到所述基站的数据进行预编码，
其中在第二存储装置中存储的预编码矩阵码书是根据前述实施例生成的，例如根据图4、图6所描述的方法来生成的。
程序产品和存储介质
上述装置中各个组成模块、单元可通过软件、固件、硬件或其组合的方式进行配置。配置可使用的具体手段或方式为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。在通过软件或固件实现的情况下，从存储介质或网络向具有专用硬件结构的计算机(例如图11所示的通用计算机1100)安装构成该软件的程序，该计算机在安装有各种程序时，能够执行各种功能等。
在图11中，中央处理单元(CPU)1101根据只读存储器(ROM)1102中存储的程序或从存储部分1108加载到随机存取存储器(RAM)1103的程序执行各种处理。在RAM 1103中，也根据需要存储当CPU 1101执行各种处理等等时所需的数据。CPU 1101、ROM 1102和RAM 1103经由总线1104彼此连接。输入/输出接口1105也连接到总线1104。
下述部件连接到输入/输出接口1105：输入部分1106(包括键盘、鼠标等等)、输出部分1107(包括显示器，比如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等，和扬声器等)、存储部分1108(包括硬盘等)、通信部分1109(包括网络接口卡比如LAN卡、调制解调器等)。通信部分1109经由网络比如因特网执行通信处理。根据需要，驱动器1110也可连接到输入/输出接口1105。可拆卸介质1111比如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等根据需要被安装在驱动器1110上，使得从中读出的计算机程序根据需要被安装到存储部分1108中。
在通过软件实现上述系列处理的情况下，从网络比如因特网或存储介质比如可拆卸介质1111安装构成软件的程序。
本领域的技术人员应当理解，这种存储介质不局限于图11所示的其中存储有程序、与设备相分离地分发以向用户提供程序的可拆卸介质1111。可拆卸介质1111的例子包含磁盘(包含软盘(注册商标))、光盘(包含光盘只读存储器(CD-ROM)和数字通用盘(DVD))、磁光盘(包含迷你盘(MD)(注册商标))和半导体存储器。或者，存储介质可以是ROM 1102、存储部分1108中包含的硬盘等等，其中存有程序，并且与包含它们的设备一起被分发给用户。
本发明还提出一种存储有机器可读取的指令代码的程序产品。所述指令代码由机器读取并执行时，可执行上述根据本发明实施例的方法。
相应地，用于承载上述存储有机器可读取的指令代码的程序产品的存储介质也包括在本发明的公开中。所述存储介质包括但不限于软盘、光盘、磁光盘、存储卡、存储棒等等。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上虽然结合附图详细描述了本发明的实施例，但是应当明白，上面所描述的实施方式只是用于说明本发明，而并不构成对本发明的限制。对于本领域的技术人员来说，可以对上述实施方式作出各种修改和变更而没有背离本发明的实质和范围。因此，本发明的范围仅由所附的权利要求及其等效含义来限定。

Claims (16)

1.一种用于生成预编码矩阵码书的方法，包括：
－选择概率获取步骤：获取在确定的信噪比情况下多天线通信***所允许的多个Rank中的每个Rank的选择概率；
－码书大小确定步骤：根据在确定的信噪比情况下每个Rank的选择概率来确定相应的每个Rank的预编码矩阵码书大小；以及
－码书确定步骤：根据在确定的信噪比情况下每个Rank的预编码矩阵码书大小从预编码矩阵全集确定每个Rank的预编码矩阵码书。
2.根据权利要求1所述的方法，其中码书大小确定步骤包括：在第一Rank的选择概率大于第二Rank的选择概率时，使第一Rank的预编码矩阵码书大小大于或等于第二Rank的预编码矩阵码书大小。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中：
码书确定步骤包括：从预编码矩阵全集中相应Rank的所有预编码矩阵码书中选择对于***的性能参数贡献最大的并且数目等于所述预编码矩阵码书大小的预编码矩阵组成该Rank的预编码矩阵码书。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述预编码矩阵全集中的所有预编码矩阵的每个元素的相角均为π/6的整数倍。
5.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：
－分组步骤：对所确定的每个Rank的预编码矩阵码书进行分组。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中：
所述确定的信噪比是某一常见的信噪比或者是多个信噪比。
7.一种在多天线通信***中基站指定预编码矩阵的方法，所述多天线通信***包括至少一个基站和至少一个移动台，所述方法包括：
预编码矩阵选择步骤：所述基站根据从所述移动台接收到的信号的信息，从在所述基站上存储的至少一个预编码矩阵码书中选择要指定的用于所述基站与所述移动台之间的通信的预编码矩阵；
下行信令生成步骤：基于所选择的预编码矩阵，生成下行信令，所述下行信令中包含指示所述选择的预编码矩阵的信息；以及
下行信令发送步骤：将所生成的下行信令发送给所述移动台，
其中，在基站上存储的至少一个预编码矩阵码书是根据权利要求1至6中的任一项所述的方法生成的预编码矩阵码书。
8.一种用于多天线通信***的移动台使用预编码矩阵进行预编码的方法，所述多天线通信***包括至少一个基站和至少一个移动台，所述方法包括：
下行信令接收步骤：所述移动台接收来自所述基站的下行信令，所述下行信令中包含指示由所述基站指定的用于所述基站与所述移动台之间的通信的预编码矩阵的信息；
预编码矩阵获得步骤：基于所述预编码矩阵的信息，从在所述移动台上存储的至少一个预编码矩阵码书中获得所述预编码矩阵；以及
预编码步骤：移动台利用所获得的预编码矩阵对待发送到所述基站的数据进行预编码，
其中，在移动台上存储的至少一个预编码矩阵码书是根据权利要求1至6中的任一项所述的方法生成的预编码矩阵码书。
9.一种用于生成预编码矩阵码书的装置(90)，包括：
－选择概率获取装置(910)，其被配置用于获取在确定的信噪比情况下多天线通信***所允许的多个Rank中的每个Rank的选择概率；
－码书大小确定装置(920)，其被配置用于根据在确定的信噪比情况下每个Rank的选择概率来确定相应的每个Rank的预编码矩阵码书大小；以及
－码书确定装置(930)，其被配置用于根据在确定的信噪比情况下每个Rank的预编码矩阵码书大小从预编码矩阵全集确定每个Rank的预编码矩阵码书。
10.根据权利要求9所述的装置(90)，其中：码书大小确定装置(920)被配置为使得在第一Rank的选择概率大于第二Rank的选择概率时，第一Rank的预编码矩阵码书大小大于或等于第二Rank的预编码矩阵码书大小。
11.根据权利要求9或10所述的装置(90)，其中：
码书确定装置(930)从预编码矩阵全集中相应Rank的所有预编码矩阵码书中选择对于***的性能参数贡献最大的并且数目等于所述预编码矩阵码书大小的预编码矩阵组成该Rank的预编码矩阵码书。
12.根据权利要求9或10所述的装置(90)，其中所述预编码矩阵全集中的所有预编码矩阵的每个元素的相角均为π/6的整数倍。
13.根据权利要求9或10所述的装置(90)，还包括：
－分组装置(940)，其被配置用于对所确定的每个Rank的预编码矩阵码书进行分组。
14.根据权利要求9或10所述的装置(90)，其中：
所述确定的信噪比是某一常见的信噪比或者是多个信噪比。
15.一种用于多天线通信***的基站，所述多天线通信***包括至少一个基站和至少一个移动台，所述基站包括：
第一存储装置，其被配置用于存储至少一个预编码矩阵码书；
预编码矩阵选择装置，其被配置为根据从所述移动台接收到的信号的信息，从在所述第一存储装置上存储的至少一个预编码矩阵码书中选择要指定的用于所述基站与所述移动台之间的通信的预编码矩阵；
下行信令生成装置，其被配置为基于所选择的预编码矩阵，生成下行信令，所述下行信令中包含指示所述选择的预编码矩阵的信息；以及
下行信令发送装置，其被配置为将所生成的下行信令发送给所述移动台，
其中，在第一存储装置中存储的至少一个预编码矩阵码书是根据权利要求1至6中的任一项所述的方法生成的预编码矩阵码书。
16.一种用于多天线通信***的移动台，所述多天线通信***包括至少一个基站和至少一个移动台，所述移动台包括：
第二存储装置，其被配置用于存储至少一个预编码矩阵码书；
下行信令接收装置，其被配置为接收来自所述基站的下行信令，所述下行信令中包含指示由所述基站指定的用于所述基站与所述移动台之间的通信的预编码矩阵的信息；
预编码矩阵获取装置，其被配置为基于所述预编码矩阵的信息，从在所述第二存储装置中存储的至少一个预编码矩阵码书中获得所述预编码矩阵；以及
预编码装置，其被配置为利用所获得的预编码矩阵对待发送到所述基站的数据进行预编码，
其中，在第二存储装置中存储的至少一个预编码矩阵码书是根据权利要求1至6中的任一项所述的方法生成的预编码矩阵码书。
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