《預編碼矩陣選擇方法及裝置》是中興通訊股份有限公司於2009年8月11日申請的專利，該專利的申請號為2009101640979，公布號為CN101626262，授權公布日為2010年1月13日，發明人是任天民。
《預編碼矩陣選擇方法及裝置》公開了一種預編碼矩陣選擇方法及裝置，該方法包括：計算兩路信號中的第一路信號的MSE和第二路信號的MSE；根據第一路信號的MSE與第二路信號的MSE的和從多個預編碼矩陣中選擇一個預編碼矩陣，以便基站根據選擇的預編碼矩陣進行傳輸。通過該發明降低了系統的誤塊率，提高了系統的吞吐量。
2016年12月7日，《預編碼矩陣選擇方法及裝置》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《預編碼矩陣選擇方法及裝置》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：預編碼矩陣選擇方法及裝置
- 公布號：CN101626262
- 授權日：2010年1月13日
- 申請號：2009101640979
- 申請日：2009年8月11日
- 申請人：中興通訊股份有限公司
- 地址：廣東省深圳市南山區科技南路55號
- 發明人：任天民
- Int.Cl.：H04B7/04(2006.01)I；H04B7/06(2006.01)I；H04B7/08(2006.01)I；H04L25/03(2006.01)I
- 代理機構：北京康信智慧財產權代理有限責任公司
- 代理人：余剛、吳孟秋
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
多天線輸入/輸出（Multiple Input/Output，簡稱為MIMO）技術是第三代（3rd Generation，簡稱為3G）、第四代（4th Generation，簡稱為4G）乃至未來寬頻無線通信的關鍵技術。MIMO技術可分為兩大類：開環（openloop）MIMO技術和閉環（closed loop）MIMO技術。在開環MIMO技術中，傳輸機沒有傳輸信道的信息。而在閉環MIMO技術中，傳輸機根據傳輸信道的特性選擇合適的傳輸方式。閉環MIMO技術可以大幅提高系統容量，但是需要得到傳輸信道的信息。一種傳輸機獲取傳輸信道信息的方式是通過反饋，即，接收機測量傳輸信道的特性並將其反饋給傳輸機。這種通過反饋的閉環MIMO模式在長期演進（Long-Term Evolution，簡稱為LTE），微波接入全球互通（World wide Interoperabilityfor Microwave Access，簡稱為Wimax）等3G、4G寬頻無線通信領域得到了廣泛套用。
在LTE協定中，當用戶設備（User Equipment，簡稱為LE）工作在空間復用的閉環MIMO模式時，UE需要從一組事先規定好的預編碼矩陣中選擇出一個最優（例如，使系統的吞吐量最大）的預編碼矩陣。當傳輸天線數大於傳輸信號路數時，預編碼選擇方法有理論上可證明的最優解，例如，系統容量最大化選擇法、與信道的右本徵矩陣相關最大化選擇法。但是這些方法在傳輸天線數等於傳輸信號路數時不適用。然而，在LTE系統中一種最常用的天線配置是基站（NodeB）裝備有2個傳輸天線，UE有2個接收天線。NodeB採用空間復用模式，同時傳輸2路信號。UE需要從協定中的2個預編碼矩陣中選取1個最優的反饋給NodeB。在這種情況下，傳輸天線數等於信號路數，因而文獻中2009年8月前的的最優算法無法套用。而在LTE提案中的方法（即，算法三）的性能差，無法得到反饋的增益。使用這種方法的閉環MIMO的性能和開環相同。下面對信道模型和相關技術中的三種算法進行介紹。
信道模型
在上述公式中，Y為接收信號，H為信道矩陣（元素hij為從傳輸天線j到接收天線i的信道增益，W為預編碼矩陣，S為傳輸信號，N為高斯白噪聲。
相關算法
算法一，系統容量最大化選擇法：
，對於LTE中的2個預編碼矩陣，系統容量是一樣的，因此這個選擇法不適用。
算法二，與信道的右本徵矩陣相關最大化選擇法：
，其中，V是信道矩陣的右本徵矩陣，對於LTE中的2個預編碼矩陣，相關是一樣的，因此，這個選擇法不適用。
算法三，基於MMSE接收機的系統容量最大化選擇法：
，c00、c11分別為當採用預編碼矩陣i時第0路和第1路信號的平均錯誤平方（MeanSquaredError，簡稱為MSE）。這種方法等效於使2路信號的MSE差距最大化。這種算法在信道的空間特性不好時可以使MSE低的一路信號更有可能通過。但在信道空間特性好時，會導致MSE高的一路信號不能被正確接收。
發明內容
專利目的
針對相關技術中的預編碼矩陣的選擇方法無法套用於LTE系統或性能差的問題而提出《預編碼矩陣選擇方法及裝置》，為此，該發明的主要目的在於提供一種改進的預編碼矩陣選擇方案，以解決上述問題至少之一。
技術方案
根據《預編碼矩陣選擇方法及裝置》的一個方面，提供了一種預編碼矩陣選擇方法。
根據《預編碼矩陣選擇方法及裝置》的預編碼矩陣選擇方法包括：計算兩路信號中的第一路信號的MSE和第二路信號的MSE；根據第一路信號的MSE與第二路信號的MSE的和從多個預編碼矩陣中選擇一個預編碼矩陣，以便基站根據選擇的預編碼矩陣進行傳輸。
優選地，根據第一路信號的MSE與第二路信號的MSE的和從多個預編碼矩陣中選擇一個預編碼矩陣包括：當c00+c11＞t時，從多個預編碼矩陣中選擇使兩路信號中信道比較好的一路信號的噪聲最小的預編碼矩陣，其中，c00是在使用第i個預編碼矩陣時第一路信號的MSE，c11是在使用第i個預編碼矩陣時第二路信號的MSE，t為預先獲取的閾值。
優選地，根據以下公式從多個預編碼矩陣中選擇使兩路信號中信道比較好的一路信號的噪聲最小的預編碼矩陣：i＝argmin（min（c00，c11）），其中，i為預編碼矩陣的編號，min表示取最小值，argmin表示使min（c00，c11）取值最小時的i的值。
優選地，根據第一路信號的MSE與第二路信號的MSE的和從多個預編碼矩陣中選擇一個預編碼矩陣包括：當c00+c11＜t時，從多個預編碼矩陣中選擇使兩路信號中信道比較差的一路信號的噪聲最小的預編碼矩陣其中，c00是在使用第i個預編碼矩陣時第一路信號的MSE，c11是在使用第i個預編碼矩陣時第二路信號的MSE，t為預先獲取的閾值。
優選地，根據以下公式從多個預編碼矩陣中選擇使兩路信號中信道比較差的一路信號的噪聲最小的預編碼矩陣：i＝argmin（max（c00，c11）），其中，i為預編碼矩陣的編號，max表示取最大值，argmin表示使max（c00，c11）取值最小時的i的值。
優選地，根據以下公式計算第一路信號的MSE和第二路信號的MSE：
，其中，W為可選編碼矩陣，H為信道矩陣（單位矩陣），N0為噪聲方差，I為單位矩陣，W表示對W進行共軛轉置，H標識對H進行共軛轉置。
為了實現上述目的，根據《預編碼矩陣選擇方法及裝置》的另一方面，提供了一種預編碼矩陣選擇裝置。
根據《預編碼矩陣選擇方法及裝置》的預編碼矩陣選擇裝置包括：計算模組，用於分別計算兩路信號中的第一路信號的MSE和第二路信號的MSE；選擇模組，用於根據第一路信號的MSE與第二路信號的MSE的和從多個預編碼矩陣中選擇一個預編碼矩陣，以便基站根據選擇的預編碼矩陣進行傳輸。
優選地，選擇模組包括：第一選擇子模組，用於當c00+c11＞t時，根據以下公式從多個預編碼矩陣中選擇使兩路信號中信道比較好的一路信號的噪聲最小的預編碼矩陣，其中，c00是在使用第i個預編碼矩陣時第一路信號的MSE，c11是在使用第i個預編碼矩陣時第二路信號的MSE，t為預先獲取的閾值；i＝argmin（min（c00，c11）），其中，i為預編碼矩陣的編號，min表示取最小值，argmin表示使min（c00，c11）取值最小時的i的值。
優選地，選擇模組還包括：第二選擇子模組，用於當c00+c11＜t時，根據以下公式從多個預編碼矩陣中選擇使兩路信號中信道比較差的一路信號的噪聲最小的預編碼矩陣，其中，c00是在使用第i個預編碼矩陣時第一路信號的MSE，c11是在使用第i個預編碼矩陣時第二路信號的MSE，t為預先獲取的閾值；i＝argmin（max（c00，ci1）），其中，i為預編碼矩陣的編號，max表示取最大值，argmin表示使max（c00，c11）取值最小時的i的值。優選地，計算模組具體根據以下公式計算第一路信號的MSE和第二路信號的MSE：，其中，W為可選編碼矩陣，H為信道矩陣（單位矩陣），N0為噪聲方差，I為單位矩陣，W表示對W進行共軛轉置，H標識對H進行共軛轉置。
改善效果
通過《預編碼矩陣選擇方法及裝置》採用計算兩路信號中的第一路信號的MSE和第二路信號的MSE，並根據第一路信號的MSE與第二路信號的MSE的和從多個預編碼矩陣中選擇一個預編碼矩陣，解決了相關技術中的預編碼矩陣的選擇方法無法套用於LTE系統或性能差的問題，進而降低了系統的誤塊率，提高了系統的吞吐量。
通過《預編碼矩陣選擇方法及裝置》的實施例解決了相關技術中的預編碼矩陣選擇方法無法套用於LTE中2傳輸天線、2路信號，或者性能差的問題，使系統的誤塊率得到了降低，吞吐量得到了提高。
附圖說明
圖1是根據《預編碼矩陣選擇方法及裝置》實施例的預編碼矩陣選擇方法的流程圖；
圖2是根據該發明實施例的性能仿真曲線圖；
圖3是根據該發明實施例的預編碼矩陣選擇裝置的結構框圖；
圖4是根據該發明實施例的預編碼矩陣選擇裝置具體的結構框圖。
技術領域
《預編碼矩陣選擇方法及裝置》涉及通信領域，具體而言，涉及一種預編碼矩陣選擇方法及裝置。
權利要求
1.一種預編碼矩陣選擇方法，其特徵在於，包括：計算兩路信號中的第一路信號的MSE和第二路信號的MSE；根據所述第一路信號的MSE與所述第二路信號的MSE的和從多個預編碼矩陣中選擇一個預編碼矩陣，以便基站根據選擇的預編碼矩陣進行傳輸。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，根據所述第一路信號的MSE與所述第二路信號的MSE的和從多個預編碼矩陣中選擇一個預編碼矩陣包括：當c00+c11＞t時，從所述多個預編碼矩陣中選擇使所述兩路信號中信道比較好的一路信號的噪聲最小的預編碼矩陣，其中，c00是在使用第i個預編碼矩陣時所述第一路信號的MSE，c11是在使用第i個預編碼矩陣時所述第二路信號的MSE，t為預先獲取的閾值。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，根據以下公式從所述多個預編碼矩陣中選擇使所述兩路信號中信道比較好的一路信號的噪聲最小的預編碼矩陣：i＝argmin（min（c00，c11）），其中，i為預編碼矩陣的編號，min表示取最小值，argmin表示使min（c00，c11）取值最小時的i的值。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，根據所述第一路信號的MSE與所述第二路信號的MSE的和從多個預編碼矩陣中選擇一個預編碼矩陣包括：當c00+c11＜t時，從所述多個預編碼矩陣中選擇使所述兩路信號中信道比較差的一路信號的噪聲最小的預編碼矩陣其中，c00是在使用第i個預編碼矩陣時所述第一路信號的MSE，c11是在使用第i個預編碼矩陣時所述第二路信號的MSE，t為預先獲取的閾值。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，根據以下公式從所述多個預編碼矩陣中選擇使所述兩路信號中信道比較差的一路信號的噪聲最小的預編碼矩陣：i＝argmin（max（c00，c11）），其中，i為預編碼矩陣的編號，max表示取最大值，argmin表示使max（c00，c11）取值最小時的i的值。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的方法，其特徵在於，根據以下公式計算所述第一路信號的MSE和所述第二路信號的MSE：，其中，W為可選編碼矩陣，H為信道矩陣（單位矩陣），N0為噪聲方差，I為單位矩陣，W表示對W進行共軛轉置，H標識對H進行共軛轉置。
7.一種預編碼矩陣選擇裝置，其特徵在於，包括：計算模組，用於分別計算兩路信號中的第一路信號的MSE和第二路信號的MSE；選擇模組，用於根據所述第一路信號的MSE與所述第二路信號的MSE的和從多個預編碼矩陣中選擇一個預編碼矩陣，以便基站根據選擇的預編碼矩陣進行傳輸。
8.根據權利要求7所述的裝置，其特徵在於，所述選擇模組包括：第一選擇子模組，用於當c00+c11＞t時，根據以下公式從所述多個預編碼矩陣中選擇使所述兩路信號中信道比較好的一路信號的噪聲最小的預編碼矩陣，其中，c（00是在使用第i個預編碼矩陣時所述第一路信號的MSE，c11是在使用第i個預編碼矩陣時所述第二路信號的MSE，t為預先獲取的閾值；i＝argmin（min（c00，c11）），其中，i為預編碼矩陣的編號，min表示取最小值，argmin表示使min（c00，c11）取值最小時的i的值。
9.根據權利要求7所述的裝置，其特徵在於，所述選擇模組還包括：第二選擇子模組，用於當c00+c11＜t時，根據以下公式從所述多個預編碼矩陣中選擇使所述兩路信號中信道比較差的一路信號的噪聲最小的預編碼矩陣，其中，c00是在使用第i個預編碼矩陣時所述第一路信號的MSE，c11是在使用第i個預編碼矩陣時所述第二路信號的MSE，t為預先獲取的閾值；i＝argmin（max（c00，c11）），其中，i為預編碼矩陣的編號，max表示取最大值，argmin表示使max（c00，c11）取值最小時的i的值。
10.根據權利要求7至9中任一項所述的裝置，所述計算模組具體根據以下公式計算所述第一路信號的MSE和所述第二路信號的MSE：，其中，W為可選編碼矩陣，H為信道矩陣（單位矩陣），N0為噪聲方差，I為單位矩陣，W表示對W進行共軛轉置，H標識對H進行共軛轉置。
實施方式
- 功能概述
《預編碼矩陣選擇方法及裝置》實施例提供了一種預編碼矩陣選擇方案，在該實施例實施的過程中發現最小均方差MMSE接收機的兩路信號的MSE的和是一樣的，而不同的預編碼矩陣導致了MSE在2路信號之間的不同分布，根據此2路信號的MSE作為選擇預編碼矩陣的判據，即，根據信道的空間特性選取預編碼矩陣，該方案的處理原則如下：計算兩路信號中的第一路信號的MSE和第二路信號的MSE；根據第一路信號的MSE與第二路信號的MSE的和從多個預編碼矩陣中選擇一個預編碼矩陣，以便基站根據選擇的預編碼矩陣進行傳輸。通過該實施例使MSE在信道的空間特性好時最為平衡，此時MSE高的信號也可被正確接收；反之則使差距最大。
需要說明的是，在不衝突的情況下，該發明中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明《預編碼矩陣選擇方法及裝置》。
在以下實施例中，在附圖的流程圖示出的步驟可以在諸如一組計算機可執行指令的計算機系統中執行，並且，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不同於此處的順序執行所示出或描述的步驟。
- 方法實施例
根據《預編碼矩陣選擇方法及裝置》的實施例，提供了一種預編碼矩陣選擇方法，圖1是根據該發明實施例的預編碼矩陣選擇方法的流程圖，如圖1所示，該方法包括如下的步驟S102至步驟S104：
步驟S102，計算兩路信號中的第一路信號的MSE和第二路信號的MSE。
步驟S104，根據第一路信號的MSE與第二路信號的MSE的和從多個預編碼矩陣中選擇一個預編碼矩陣，以便基站根據選擇的預編碼矩陣進行傳輸。
在步驟S104中，當c00+c11＞t時，從多個預編碼矩陣中選擇使兩路信號中信道比較好的一路信號的噪聲最小的預編碼矩陣，其中，c00是在使用第i個預編碼矩陣時第一路信號的MSE，c11是在使用第i個預編碼矩陣時第二路信號的MSE，t為預先獲取的閾值，閾值t可以由仿真得到，也可以是預先設定的。其中，可以根據以下公式從多個預編碼矩陣中選擇使兩路信號中信道比較好的一路信號的噪聲最小的預編碼矩陣：i＝argmin（min（c00，c11）），其中，i為預編碼矩陣的編號，min表示取最小值，argmin表示使min（c00，c11）取值最小時的i的值。
在步驟S104中，當c00+c11＜t時，從多個預編碼矩陣中選擇使兩路信號中信道比較差的一路信號的噪聲最小的預編碼矩陣其中，c00是在使用第i個預編碼矩陣時第一路信號的MSE，c11是在使用第i個預編碼矩陣時第二路信號的MSE，t為預先獲取的閾值，其中，可以根據以下公式從多個預編碼矩陣中選擇使兩路信號中信道比較差的一路信號的噪聲最小的預編碼矩陣：i＝argmin（max（c00，c11）），其中，i為預編碼矩陣的編號，max表示取最大值，argmin表示使max（c00，c11）取值最小時的i的值。
在步驟S102中，可以根據以下公式計算第一路信號的MSE和第二路信號的MSE：
下面將結合實例對《預編碼矩陣選擇方法及裝置》實施例的實現過程進行詳細描述。
採用MMSE接收機的2路信號的MSE作為選擇預編碼矩陣的判據，其中，2路信號的MSE可計算如下：
c00與c11的和對不同的預編碼矩陣是相同的。
當採用MSE作為判據時，根據空間信道的特性，有兩種相反的選擇方式。當信道的空間特性好時（兩路信號的MSE的和較小時），我們可以選擇預編碼矩陣使得兩路信號的MSE較平均；反之我們應選擇預編碼矩陣使兩路信號中較小的MSE最小化，即保證一路信號可以被正確接收。
步驟1，計算
c00、c11分別為當採用預編碼矩陣i時第0路和第1路信號的MSE。
Step2：如果c00+c11＞t，即，信道的空間特性差時，選擇的預編碼矩陣應使信道相對較好的那路信號的噪聲最小化，即，儘量使一路信號通過，此時，可以根據以下公式選擇預編碼矩陣。其中，信道相對較好是指噪聲相對較小。
i＝argmin（min（c00，c11）），其中，所選擇的預編碼矩陣的索引號i；閾值t的選擇應由仿真得到。即，在不同的信道條件下對不同的閾值進行仿真，從中選取最佳的取值。
否則，c00+c11＜＝t，即，信道的空間特性好時，選擇的預編碼矩陣應使信道相對較差的那路信號的噪聲最小化，即，儘量使兩路信號通過，此時，可以根據以下公式選擇預編碼矩陣。其中，信道相對較差是指噪聲相對較大。
i＝argmin（max（c00，c11））
通過該實施例，對2傳輸天線，2路信號的空間復用的閉環MIMO模式根據信道特性自適應地選擇預編碼矩陣的選擇判據，圖2是根據《預編碼矩陣選擇方法及裝置》實施例的性能仿真曲線圖，如圖1所示，橫坐標為SNR（單位是dB），縱坐標為BLER。其中“OpenLoop”表示預編碼矩陣是隨機選取，並且選取以後不再改變。”OptimalSelection”是對同一信道進行2次仿真，每次採用不同的預編碼矩陣，並選取兩次中最小的BLER。即，假設每次選取最優的預編碼矩陣時所得到的BLER。”AdaptiveSelection”是該實施例中的算法。由圖1可知，該實施例的算法的性能非常接近最優。
- 裝置實施例
根據《預編碼矩陣選擇方法及裝置》的實施例，提供了一種預編碼矩陣選擇裝置，圖3是根據該發明實施例的預編碼矩陣選擇裝置的結構框圖，該裝置包括計算模組32、選擇模組34，下面對該結構進行詳細的描述。
計算模組32，用於分別計算兩路信號中的第一路信號的MSE和第二路信號的MSE，選擇模組34連線至計算模組32，用於根據第一路信號的MSE與第二路信號的MSE的和從多個預編碼矩陣中選擇一個預編碼矩陣，以便基站根據選擇的預編碼矩陣進行傳輸。
圖4是根據《預編碼矩陣選擇方法及裝置》實施例的預編碼矩陣選擇裝置具體的結構框圖，選擇模組34包括：第一選擇子模組42、第二選擇子模組44。
第一選擇子模組42，用於當c00+c11＞t時，根據公式i＝argmin（min（c00，c11））從多個預編碼矩陣中選擇使兩路信號中信道比較好的一路信號的噪聲最小的預編碼矩陣，其中，c00是在使用第i個預編碼矩陣時第一路信號的MSE，c11是在使用第i個預編碼矩陣時第二路信號的MSE，t為預先獲取的閾值，i為預編碼矩陣的編號，min表示取最小值，argmin表示使min（c00，c11）取值最小時的i的值。
第二選擇子模組44，用於當c00+c11＜t時，根據以下公式i＝argmin（max（c00，c11））從多個預編碼矩陣中選擇使兩路信號中信道比較差的一路信號的噪聲最小的預編碼矩陣，其中，c00是在使用第i個預編碼矩陣時第一路信號的MSE，c11是在使用第i個預編碼矩陣時第二路信號的MSE，t為預先獲取的閾值，i為預編碼矩陣的編號，max表示取最大值，argmin表示使max（c00，c11）取值最小時的i的值。
計算模組32具體根據以下公式計算第一路信號的MSE和第二路信號的MSE：，其中，W為可選編碼矩陣，H為信道矩陣（單位矩陣），N0為噪聲方差，I為單位矩陣，W表示對W進行共軛轉置，H標識對H進行共軛轉置。
顯然，該領域的技術人員應該明白，上述的《預編碼矩陣選擇方法及裝置》的各模組或各步驟可以用通用的計算裝置來實現，它們可以集中在單個的計算裝置上，或者分布在多個計算裝置所組成的網路上，可選地，它們可以用計算裝置可執行的程式代碼來實現，從而，可以將它們存儲在存儲裝置中由計算裝置來執行，或者將它們分別製作成各個積體電路模組，或者將它們中的多個模組或步驟製作成單個積體電路模組來實現。這樣，該發明不限制於任何特定的硬體和軟體結合。
榮譽表彰
2016年12月7日，《預編碼矩陣選擇方法及裝置》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
