CN105337692B

CN105337692B - 下行信道预编码方法与装置

Info

Publication number: CN105337692B
Application number: CN201410399761.9A
Authority: CN
Inventors: 李刚
Original assignee: China Academy of Telecommunications Technology CATT
Current assignee: China Academy of Telecommunications Technology CATT; Datang Mobile Communications Equipment Co Ltd
Priority date: 2014-08-14
Filing date: 2014-08-14
Publication date: 2019-09-17
Anticipated expiration: 2034-08-14
Also published as: CN105337692A; WO2016023410A1

Abstract

本发明涉及通信领域，提供一种下行信道预编码方法及装置。本发明实施例提供的下行信道预编码方法包括：获取下行信道估计结果，根据对基站天线的分组情况以及下行信道估计结果，确定每一组天线的预编码矩阵，根据每一组天线的预编码矩阵对下行信号进行预编码处理。本发明实施例所提供的下行信道预编码方法通过对基站天线分组，再对分组后的基站天线以组为单位进行预编码，从而降低了在大规模MU‑MIMO***中使用高性能预编码方法的硬件实现的复杂度。

Description

下行信道预编码方法与装置

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种下行信道预编码方法与装置。

背景技术

MU-MIMO(Multi User Multi Input Multi Output，多用户多输入多输出)***在下行信道中通过波束赋形实现用户的空分多址，通常使用线性编码方法，例如MRT(MaximumRatio Transmitting,最大发射比)方法、迫零方法等，对下行信号实现预编码。

在大规模MU-MIMO***的性能非常依赖于基站天线的规模，因此天线数目都非常巨大。由于基站侧天线规模巨大并且用户数量巨大，预编码的硬件实现变得十分复杂。因此现有技术中，通常使用复杂度较低的最大发射比方法来对下行信号进行预编码。与迫零方法相比，最大发射比方法使得***在高信噪比区域的性能较差。而在大规模MU-MIMO***中使用迫零方法进行预编码需要处理复杂的大矩阵运算，会使其硬件实现具有很高的复杂度。

因此，需要有一种新的下行信道预编码方法，可以提高***性能的同时降低其硬件实现复杂度。

发明内容

本发明的实施例提供了一种下行信道预编码方法，适用于大规模MU-MIMO***，可以提高***性能的同时降低其硬件实现复杂度，通过以下技术方案实现：获取下行信道估计结果；根据对基站天线的分组情况以及下行信道估计结果，确定每一组天线的预编码矩阵；根据每一组天线的预编码矩阵对下行信号进行预编码处理。

在本发明实施例所提供的下行信道预编码方法中，通过对基站天线分组，再对分组后的基站天线以组为单位进行预编码，从而降低了在大规模MU-MIMO***中使用高性能预编码方法的硬件实现的复杂度。

优选地，可以针对每一组天线设置有对应的硬件处理单元，每一个硬件处理单元对所有下行信号进行预编码处理。

对每一组天线都设置一个对应的硬件处理单元进行预编码处理，降低了硬件处理单元使用高性能预编码方法进行预编码的复杂度。

优选地，可以通过确定基站的所有天线与终端间的第一下行信道增益矩阵；根据对基站天线的分组情况，将第一下行信道增益矩阵划分为Q个第二下行信道增益矩阵，每个第二下行信道增益矩阵与一组天线对应，其中Q为天线分组的数量；分别根据每个第二信道增益矩阵确定每一组天线的预编码矩阵来确定每一组天线的预编码矩阵。

通过获取基站所有天线与终端间的下行信道增益矩阵再根据基站天线的分组情况进行划分，进一步简化了硬件实现的复杂程度，即不必再采用专门的硬件获取每组天线与终端间的下行信道增益矩阵，节省了资源。

优选地，可以根据以下公式确定每一组天线的预编码矩阵：

其中，W_p是指第p组天线的预编码矩阵；H_p是指第p组天线的M根天线与K个终端间的第二信道增益矩阵，其中，h_KM表示第k个终端与第p组天线中的第M根天线间的信道增益，p为正整数。

这是利用迫零法确定天线的预编码矩阵，相比于MRT法而言，迫零法在预编码的过程中的性能更高。

优选地，若基站天线与终端间的信道为时分双工TDD信道，可以对基站天线与终端间的上行信道进行测量，得到信道状态信息CSI，根据CSI确定下行信道估计结果。

当基站天线与终端间的信道为TDD信道时，在终端通过上行信道向基站发送数据时，基站主动测量上行信道，从而可以得到信道状态信息CSI，此时可以利用TDD信道的互易性，就能够得到下行信道的估计结果，而不必等待终端上报。

优选地，在本发明的另一个实施例中，若基站天线与终端间的信道为频分双工FDD信道，则可以根据终端反馈的对下行信道的测量结果得到下行信道估计结果。

虽然波束赋形技术中绝大多数都利用TDD信道，但是，也有可能是利用FDD信道，上述技术方案提供了在FDD信道时获取下行信道估计结果的方案，即通过终端反馈的对下行信道的测量结果得到下行信道估计结果。

相应地，本发明也提供了一种下行信道预编码装置，包括：信道估计模块，用于获取下行信道估计结果。预编码矩阵确定模块，用于根据对基站天线的分组情况以及下行信道估计结果，确定与自身对应的本组天线的预编码矩阵。预编码模块，用于根据与自身对应的一组天线的预编码矩阵对下行信号进行预编码处理。

本领域技术人员可以知晓，本发明所提供的下行信道预编码装置的各功能模块可以作为一个整体装置的形式被应用于基站中，同样也可以被分散安装于基站中，以使得基站能够实现本发明所提供的下行信道预编码装置的功能。

优选地，预编码矩阵确定模块具体用于：确定基站的所有天线与终端间的第一下行信道增益矩阵。根据对基站天线的分组情况，将第一下行信道增益矩阵划分为Q个第二下行信道增益矩阵，每个第二下行信道增益矩阵与一组天线对应，Q为天线分组的数量。根据与自身对应的第二信道增益矩阵确定本组天线的预编码矩阵。

优选地，预编码矩阵确定模块具体根据以下公式确定本组天线的预编码矩阵：

优选地，当基站天线与终端间的信道为时分双工TDD信道，信道估计模块对基站天线与终端间的上行信道进行测量，得到信道状态信息CSI，根据CSI确定下行信道估计结果。

优选地，当基站天线与终端间的信道为频分双工FDD信道，信道估计模块根据终端反馈的对下行信道的测量结果得到下行信道估计结果。

本发明实施例所提供的下行信道预编码方法与装置通过将基站侧的天线进行合理的分组，再对每一组天线进行预编码，从而降低了在大规模MU-MIMO***中使用高性能预编码方法进行预编码时硬件实现的复杂度。

附图说明

图1为本发明实施例的主要步骤的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种下行信道预编码方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的另一种下行信道预编码方法的流程图；

图4为本发明实施例所提供的下行信道预编码装置的结构示意图。

图5为本发明实施例所提供的下行信道预编码装置与每一组天线的对应关系的示意图。

具体实施方式

在本发明实施例中，通过将基站侧的天线进行合理的分组，再对每一组天线进行预编码，从而降低了在大规模MU-MIMO***中使用高性能预编码方法进行预编码时硬件实现的复杂度。

本发明实施例中，基站的天线被分为Q组，Q为正整数。对应每一组天线都设置有对应的硬件处理单元，每一个硬件处理单元对相应的一组天线的下行信号进行预编码处理。

在对基站天线进行分组时，可根据现有硬件单元的处理能力，对基站天线进行均匀分组。例如，基站天线有256根，在LTE(Long Term Evolution，长期演进)***中硬件单元的处理能力为每一个硬件单元最多能够对8根天线进行预编码处理，因此可以将基站天线分为256/8＝32组，这样就可以将LTE***中进行预编码处理的硬件单元直接应用到大规模MU-MIMO***中。

下面结合附图对本发明作进一步地详细描述，以下所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，总的来说，本发明实施例所提供的下行信道预编码方法流程可在基站侧实现，比如，可由下行信道预编码装置或者类似的负责执行预编码的装置执行，或者由基站执行。该流程主要包括以下几个步骤：

S101、获取下行信道估计结果。获取下行信道估计结果的目的是为了获取其中包括的基站天线与终端间下行信道的信道增益矩阵。

在步骤S101中，根据基站天线与终端间的信道的类型不同，获取下行信道估计结果的方式也不同。

基站天线与终端间的信道有不同类型，通常有TDD(Time Division Duplex，时分双工)信道和FDD(Frequency Division Duplex，频分双工)信道。对于不同的信道，获取其信道估计结果的方法是不同的。

比如，当基站天线与终端间的信道为TDD信道时，在终端通过上行信道向基站发送数据时，基站侧可主动测量上行信道，从而可以得到CSI(Channel State Information,信道状态信息)，基站可以利用TDD信道的互易性，得到下行信道的估计结果。

再比如，当基站天线与终端间的信道为FDD信道时，基站根据终端反馈的对下行信道的测量结果得到下行信道估计结果。虽然在波束赋形中，使用TDD信道的情况占了绝大多数，但是也有可能会使用FDD信道，这样就保障了在使用FDD信道时，仍能够获得信道估计结果。

S102、根据对基站天线的分组情况以及下行信道估计结果，确定每一组天线的预编码矩阵。

S103、根据每一组天线的预编码矩阵对下行信号进行预编码处理。

在步骤S102中，优选地，可以通过以下步骤确定每一组天线的预编码矩阵：

确定基站的所有天线与终端间的第一下行信道增益矩阵H,

第一下行信道增益矩阵H是可以通过S101中的步骤得到的下行信道估计结果确定的。

在上述步骤中，通过获取基站所有天线与终端间的下行信道增益矩阵再根据基站天线的分组情况进行划分，进一步简化了硬件实现的复杂程度，在对每一组天线进行预编码的硬件中，不必再采用专门的硬件获取每组天线与终端间的下行信道增益矩阵，节省了资源。

优选地，可以根据以下公式确定每一组天线的预编码矩阵：W_P＝H_P ^H(H_PH_P ^H)^-1,其中 W_P为第p组天线的预编码矩阵，H_P为第p组天线与用户间的第二信道增益矩阵，对于分组后的每组天线而言，由于减小的天线的个数，确定其预编码矩阵不再需要计算大规模矩阵以及对大规模矩阵进行取逆，降低了其复杂程度。

在步骤S103中，每一组预编码处理后的下行信号x_p＝w_pd。其中，x_p为预编码处理后的下行信号，d为预编码处理前的下行信号。

在本实施例中，通过将基站侧的天线进行合理的分组，再对每一组天线进行预编码，从而降低了在大规模MU-MIMO***中使用高性能预编码方法进行预编码时硬件实现的复杂度。

基于图1所示的预编码流程，下面结合图2，以TDD下行信道环境为例，对本发明实施例进行详细描述。在该实施例中，基站有256根天线，分为32组，每组8根天线。

如图2所示，本实施例包括以下步骤：

S201、测量上行信道得到CSI，从而获取下行信道的信道估计结果，其中包括了下行信道增益矩阵。

S202、根据下行信道的信道估计结果，确定基站所有256根天线与K个终端间的第一信道增益矩阵：

S203、将H矩阵划分为与每一组天线对应的32个第二下行信道增益矩阵，其中的每个第二下行信道增益矩阵表示为：

p为1至32之间的正整数。

S204、根据以下公式确定每一组天线的预编码矩阵：

W_P＝H_P ^H(H_PH_P ^H)^-1

其中，W_p是指第p组天线的预编码矩阵；H_p是指第p组天线的32根天线与K个终端间的第二信道增益矩阵。H_p ^H表示H_p矩阵的共轭矩阵，(H_PH_P ^H)^-1表示(H_PH_P ^H)的逆矩阵。

该公式是预编码方法中的迫零法的实现方法，与传统MRT方法相比，此方法预编码的***性能更高。详细来说，第1组天线的信道增益矩阵为H₁，预编码矩阵为W₁，那么W₁＝H₁ ^H(H₁H₁ ^H)^-1，依次类推，分别求出W₁至W₃₂。

S205、根据S204中得到的每一组天线的预编码矩阵，对下行信号进行预编码处理。以第1组为例，第一组天线预编码后的下行信号x₁＝W₁d，其中W₁为第1组天线的预编码矩阵，d为基站侧预编码前的下行信号，x₁为d在基站侧第1组天线经过预编码后的下行信号。在执行完所有32组天线的预编码处理之后，基站所有天线预编码之后的数据就为：

32组天线所输出的预编码处理后的下行信号共同构成了基站256根天线所输出的预编码处理后的下行信号，而不必需要各天线组间交换矩阵的计算结果。

在本实施例中，通过将基站天线进行分组，再对每一组天线进行预编码，从而降低了在大规模MU-MIMO***中使用高性能预编码方法进行预编码时硬件实现的复杂度。此外还通过先获得所有天线与终端间的预编码矩阵，再根据基站天线的分组结果对该预编码矩阵进行划分的方式确定每一组天线与终端间的预编码矩阵，简化了对每组天线进行预编码处理的硬件单元的硬件实现的复杂度。

基于图1中所示的流程，下面结合图3，仍以TDD下行信道环境为例，对本发明实施例进行详细描述。在该实施例中，基站有256根天线，分为32组，每组8根天线。在本实施例中并不是通过获得全部天线与终端间的下行信道增益矩阵之后进行划分的方式获得每组天线与终端间的下行信道增益矩阵，而是对每一组天线进行预编码处理的单元需要确定本组天线与终端间下行信道增益矩阵，这种方式简化了本方法执行的步骤，提高了本方法执行的效率。本实施例包括以下步骤：

S301、测量上行信道得到CSI，从而获取下行信道的信道估计结果，其中包括了下行信道增益矩阵。

S302、根据下行信道的信道估计结果，确定每一组8根天线与终端间的信道增益矩阵其中H_p为第p组天线与终端间的信道增益矩阵，p为1-32之间的正整数。

S303、根据公式以下公式确定每一组天线的预编码矩阵：

W_P＝H_P ^H(H_PH_P ^H)^-1。

S304、根据S303中得到的每一组天线的预编码矩阵，对下行信号进行预编码处理。32个小组所输出的预编码处理后的下行信号共同构成了基站256根天线所输出的预编码处理后的向量，而不必需要各小组间交换矩阵的计算结果。

在本实施例中，除了同过将基站天线进行分组，再对每一组天线进行预编码，从而降低了在大规模MU-MIMO***中使用高性能预编码方法进行预编码时硬件实现的复杂度外，对每一组天线进行预编码处理的单元需要确定本组天线与终端间下行信道增益矩阵，这种方式简化了本方法执行的步骤，提高了本方法执行的效率。

在上述实施例中，若在FDD信道环境下使用本发明实施例所提供的技术方案进行预编码，则应当在图2或图3所示的实施例的基础上更改下行信道估计结果的获取方式，即步骤S201或S301有所不同，在FDD信道环境下，基站通过接收终端反馈的对于下行信道的测量结果，从而获取下行信道估计结果。

应当注意的是，本领域技术人员应当知晓，一方面，对于基站天线的分组不一定必须进行均匀分组，也可以是非均匀分组，应当根据基站天线的实际分组情况来获得或划分每一组天线与终端间的下行信道增益矩阵。另一方面，本领域技术人员也应当知晓，对于确定每一组天线的预编码矩阵而言，在本发明提供的实施例而言不是必须使用迫零方法，也可以使用传统MRT方法，块对焦化方法等，在实施这些方法的过程中，由于同样运用到信道增益矩阵，本发明实施例所提供的技术方案同样可以起到简化硬件实现的效果。

基于相同的技术构思，本发明实施例还提供一种预编码装置，该装置可执行上述方法实施例。

如图4所示，本发明实施例提供的预编码装置可包括：信道估计模块401，用于获取下行信道估计结果；预编码矩阵确定模块402，用于根据对基站天线的分组情况以及下行信道估计结果，确定与自身对应的本组天线的预编码矩阵；预编码模块403，用于根据与自身对应的一组天线的预编码矩阵对下行信号进行预编码处理。其中，d₁-d_k为预编码前的下行信号，W_p为第p组天线的预编码矩阵，H_p为第p组天线与终端先的下行信道增益矩阵，x_p*M是第p组第M根天线经过预编码之后的下行信号。

优选地，预编码矩阵确定模块402具体用于：确定基站的所有天线与终端间的第一下行信道增益矩阵。根据对基站天线的分组情况，将第一下行信道增益矩阵划分为Q个第二下行信道增益矩阵，每个第二下行信道增益矩阵与一组天线对应，Q为天线分组的数量；根据与自身对应的第二信道增益矩阵确定本组天线的预编码矩阵。

优选地，预编码矩阵确定模块402在确定预编码矩阵时，具体根据以下公式确定本组天线的预编码矩阵：

其中，W_p是指第p组天线的预编码矩阵；H_p是指第p组天线的M根天线与K个终端间的第二信道增益矩阵，其中，h_KM表示第k个终端与第p组天线中的第 M根天线间的信道增益，p为正整数。

当基站天线与终端间的信道为时分双工TDD信道，信道估计模块401对基站天线与终端间的上行信道进行测量，得到信道状态信息CSI，根据CSI确定下行信道估计结果。

当基站天线与终端间的信道为频分双工FDD信道，信道估计模块401根据终端反馈的对下行信道的测量结果得到下行信道估计结果。

如图5所示，基站侧总共有N_T跟天线，划分为P组，针对每一组天线，都有一个如图4所示的预编码装置对其进行预编码处理，并且对于每一个预编码装置而言，其经过预编码前的输入信号均为d₁-d_k。其中x_p*M表示，第p组天线第M根天线经过预编码后的下行信号。

本发明实施例所提供的下行信道预编码方法及装置，通过将基站侧的天线进行合理的分组，再以组为单位对每一组天线进行预编码，从而降低了在大规模MU-MIMO***中使用高性能预编码方法进行预编码时硬件实现的复杂度。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种下行信道预编码方法，其特征在于，包括：

获取下行信道估计结果；

确定基站的所有天线与终端间的第一下行信道增益矩阵；

根据对基站天线的分组情况，将所述第一下行信道增益矩阵划分为Q个第二下行信道增益矩阵，每个第二下行信道增益矩阵与一组天线对应，Q为天线分组的数量；

分别根据每个第二下行信道增益矩阵确定每一组天线的预编码矩阵；

其中，对应每一组天线设置有对应的硬件处理单元；每一个硬件处理单元对相应的一组天线的下行信号进行预编码处理。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分别根据每个第二下行信道增益矩阵确定每一组天线的预编码矩阵，包括：

根据以下公式确定每一组天线的预编码矩阵：

其中，W_p是指第p组天线的预编码矩阵；H_p是指第p组天线的M根天线与K个终端间的第二下行信道增益矩阵，其中，h_KM表示第k个终端与第p组天线中的第M根天线间的信道增益，p为正整数。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基站天线与终端间的信道为时分双工TDD信道；

所述获取下行信道估计结果，包括：对基站天线与终端间的上行信道进行测量，获取得到完整信道状态信息CSI，根据所述完整CSI确定下行信道估计结果。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基站天线与终端间的信道为频分双工FDD信道；

所述获取下行信道估计结果，包括：根据终端反馈的对下行信道的测量结果获取得到所述下行信道估计结果。

5.一种下行信道预编码装置，其特征在于，包括：

信道估计模块，用于获取下行信道估计结果；

预编码矩阵确定模块，用于确定基站的所有天线与终端间的第一下行信道增益矩阵；

根据与自身对应的第二下行信道增益矩阵确定本组天线的预编码矩阵；

预编码模块，用于根据与自身对应的一组天线的预编码矩阵对下行信号进行预编码处理。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述预编码矩阵确定模块还用于：

根据以下公式确定本组天线的预编码矩阵：

7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述信道估计模块还用于：当所述基站天线与终端间的信道为时分双工TDD信道，对基站天线与终端间的上行信道进行测量，得到信道状态信息CSI，根据所述CSI确定下行信道估计结果。

8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述信道估计模块还用于，当所述基站天线与终端间的信道为频分双工FDD信道，根据终端反馈的对下行信道的测量结果得到所述下行信道估计结果。