专利名称：：下行与上行多用户多输入多输出的预编码方法及其码本的制作方法
技术领域：
：本发明涉及多输入多输出(MultipleInputandMultipleOutput,简称MIMO)无线移动通信系统，具体地说，是涉及一种下行与上行多用户多输入多输出(MultiuserMIMO,简称MU-MIMO)的预编码方法及其码本(Codebook)。
背景技术：
：MIMO系统是利用多根发射天线和多根接收天线进行无线传输的技术，由于其有效提高信道容量而成为长期演进(LongTermEvolution,简称LTE)的研究中一项倍受人们关注的技术。使用预编码技术进行多数据流与天线之间的复用能够更加有效地利用现有信道资源，通过对数据流的功率分配能够提高系统容量，并能够减小数据流之间的干扰，提高系统的整体性能。因此预编码技术也成为新的研究热点。如何实现应用于时分双工(TDD)模式下MU-MIMO的预编码及其码本，是业界急待解决的技术问题之一。
发明内容本发明所要解决的技术问题是在于需要提供一种下行与上行多用户多输入多输出的预编码方法及其码本，应用于时分双工才莫式下的多用户多输入多输出传输。为了解决上述技术问题，本发明首先提供了一种下行多用户多输入多输出的预编码方法，应用于时分双工系统，发射端根据信道互易性得到与用户设备间的下行信道矩阵，并根据所述下行信道矩阵获得各用户数据流的发射端权值，利用所述权值进行加权发射；各用户设备通过信道估计得到相应信道矩阵，对所述相应信道矩阵进行奇异值分解，将分解得到的酉矩阵作为预编码矩阵进行接收端的预编码。上述下行多用户多输入多输出的预编码方法中，所述发射端可以利用块对角化算法或迫零算法获得所述各用户数据流的发射端权值。进一步地，对于第j个用户设备，可以根据所述各信道矩阵得到二[i^…H么//;…/^F，其中^…7^分别为〖个用户设备的信道矩阵，对所述A,进行奇异值分解g.二^,^.["1)"。寸，得到酉矩阵《.和^，以及奇异值矩阵^.,""是所述酉矩阵6的第一个列向量，"w是所述酉矩阵^其余的列向量，[〖表示共轭转置；对/^"w进行奇异值分解<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>"Q)T，得到发射端所使用的发射端权值"G^<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>(1)上述下行多用户多输入多输出的预编码方法中，所述发射端可以进一步利用码本将各用户数据流所使用的权值分别反馈给相应用户设备，用于包括检测在内的应用。进一步地，所述码本可以包括2天线码本，采用3bit的等幅度方式，8个码本分为两组，每组包含4个码本，其中一组每个码本第一个元素的相位值为0，其余元素依次采用等相位间隔;r/2,相位起始点任意；另一组每个码本第一个元素的相位值为"，其余元素依次采用等相位间隔;r/2，相位起始点任意。以及，所述码本包括4天线码本，首先可以根据离散傅氏变换矩阵定义如下矩阵<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>)承M,;M3"^(-l，-i，l,i)承M!;M4=ig(-1,-lj,y"M,;其中，所述DFT即为所述离散傅氏变换矩阵；根据所述M,的第一列或者向量o.5呵l1-1-lf得到l个列向量码本，再根据所述M,的其余列向量和所述矩阵M2、M3和M4的所有列向量得到其它15个列向量码本。本发明还提供了一种上行多用户多输入多输出的预编码方法，应用于时分双工系统，接收端根据信道互易性得到与各用户设备间的上行信道矩阵，并根据所述上行信道矩阵获得各用户数据流的发射端权值，利用码本将各用户数据流所使用的发射端权值反馈给相应用户设备，各用户设备利用相应发射端权值的码本进行加权发射，接收端通过信道估计得到相应信道矩阵后，对所述相应信道矩阵进行奇异值分解，将分解得到的酉矩阵作为预编码矩阵进行接收端的预编码。上述上行多用户多输入多输出的预编码方法中，所述发射端可以利用块对角化算法或迫零算法获得所述各用户数据流的发射端权值。进一步地，对于第j个用户设备，可以根据所述各信道矩阵得到H;…/^]、其中巧…/^分别为^个用户设备的信道矩阵，对所述A进行奇异值分解互,R.^.["""Q)f,得到酉矩阵《.和6.,以及奇异值矩阵^.,""是所述酉矩阵g的第一个列向量，"w是所述酉矩阵^其余的列向量，[]'表示共轭转置；对A"w进行奇异值分解77、o-00w"，r，得到发射端所使用的发射端权值"，(1)上述上行多用户多输入多输出的预编码方法中，所述接收端可以进一步保留所述发射端权值，用于进行检测。上述上行多用户多输入多输出的预编码方法中，所述码本可以包括2天线码本，采用3bit的等幅度方式，8个码本分为两组，每组包含4个码本，其中一组每个码本第一个元素的相位值为0，其余元素依次采用等相位间隔相位起始点任意；另一组每个码本第一个元素的相位值为;r,其余元素依次采用等相位间隔;r/2，相位起始点任意。上述上行多用户多输入多输出的预编码方法中，所述码本可以包括4天线码本，首先可以根据离散傅氏变换矩阵定义如下矩阵M2"^(l,l,力力举M,;M3=綺(-1，—i,i，i"M!;M4=^g(—1，—1，力力承M,;其中，所述DFT即为所述离散傅氏变换矩阵，然后根据与下行相同的方式得到16个列向量码本。本发明还提供了一种下行与上行多用户多输入多输出的2天线码本，采用3bit的等幅度方式，8个码本分为两组，每组包含4个码本，组内每个码本第一个元素为实数，其余元素依次采用等相位间隔，相位起始点任意。上述2天线码本中，所述实数可以为l或-l,所述相位间隔可以为；r/2。上述2天线码本中，每个所述码本可以包含2个幅度值均为l/W的元素。本发明还提供了一种下行与上行多用户多输入多输出的4天线码本，首先可以根据离散傅氏变换矩阵定义如下矩阵M3=Aag(—l，—1,1,1)*]^;A/4=diag(—l,-l,Mj;其中，所述DFT即为所述离散傅氏变换矩阵，才艮据所述M,的第一列或者向量0.5*[11-1-lf得到1个列向量码本，再根据所述Mi的其余列向量和所述矩阵T^、M;和M4的所有列向量得到其它15个列向量码本。本发明提供了应用于时分双工模式下的下行与上行MU-MIMO的预编码方法及其码本。图1是TDD方式下行MU-MIMO原理与使用方法示意图。图2是TDD方式上行MU-MIMO原理与使用方法示意图。具体实施例方式以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。针对多用户使用的预编码方法的基本思想，是发射端发射机已知所有用户的信道信息，根据所有用户的信道信息，利用多用户信号分离算法对多用户间的信号进行分离，消除用户之间的干扰，达到同时同频传输多用户信号的目的。在多用户MIMO模式中，通过设计合适的发射天线和接收天线的权值矢量来分开多用户的信号，去除干扰。由于TDD方式可以利用信道互易性得到信道信息，基站(NodeB)侧可以得到下行MIMO的信道矩阵。所以，对于TDD下行多用户MIMO使用块对角化(BlockDiagonalize，简称BD)算法或迫零(ZF)算法，可以实现上述目的。BD算法描述如下定义^,[《…/z;其中巧…/^分别为〖个用户的信道矩阵。对#;进行SVD分解得到=亿晃.[S(1)"°)f,其中，对进行SVD々解得到三个矩阵分别是《.、&.和巧；《.和巧是酉矩阵，^是奇异值矩阵，""是&分解得到的^矩阵的第一个列向量，"°)是&分解得到的其余的列向量，[〖表示共轭转置。对于第j个用户，对/f/，进行第二次SVD分解<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>对于第j个用户，在发射端所使用的权值矢量为"。y;",在接收端使用的相j直为^.。在下行过程和上行过程，均使用码本反馈发射端权值，由于反馈权值为列向量，所以发射端为2天线时所使用的码本为2*1的列向量码本，发射端为4天线时所使用的码本为4*1的列向量码本。其中，2天线码本2天线码本使用SU-Rankl方式的码本，描述如下Rankl方式即为只发送一个数据流的方式，这种情况下的码本矩阵为2*1的列向量，且列向量中的第一个数值为实数。根据这种特性，我们给出了2天线Rankl方式的码本方案采用3比特(bit)即8个列向量的码本方式；码本采用等幅度方式，每个列向量有2个元素，每个元素的幅度值均为1/*;8个码本分为两组，每组有4个码本，其中一组每个码本的第一个元素的相位值为O,即数值为1,其余元素依次采用等相位间隔"/2，相位起始点任意；另外一组每个码本的第一个元素的相位值为;r，即数值为-1,其余元素依次采用等相位间隔冗/2，相位起始点任意。下面分别给出2种属于本方案的码本例子表l、2天线码本第一示意<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表l、2天线码本第二示意<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>其中，4天线码本首先根据离散傅氏变换(DFT)矩阵定义四个矩阵:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>在完成上述四个矩阵的定义之后，给出的16个列向量码本为:<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>上述矩阵M,的第一列，可以由向量0.5*[11-1-lf替换，与矩阵A^其余三列，和矩阵M^M3、肘4共同构成另一组16个列向量的4天线码本，此码本4交由、M2、肘3和肘4四个矩阵的列向量得到的16个列向量的4天线码本，能获得更好的传输效果。以下以两个用户为例，来进行本发明下行和上行的详细说明。如图l所示，本发明下行方式的实施例，包括步骤步骤IOI，NodeB(发射端)根据TDD信道互易性，利用上行信道估计得到NodeB与两个用户设备间的下行信道矩阵(如图中标记1011所示)，并根据所述下行信道矩阵，利用BD算法或ZF算法获得两个用户数据流的发射端权值(如图中标记1012所示)，发射端利用此权值进行加权发射；步骤102,发射端利用码本将两个用户数据流所使用的权值分别反馈给用户设备(如图中标记1021和标记1022所示)，用户设备检测时需要利用此权值进行检测；步骤103,用户设备通过信道估计得到属于自己的信道矩阵H后，对H进行SVD分解，将分解得到的酉矩阵f/,.作为预编码矩阵进行接收端的预编码，通过此预编码从天线数据获得用户流数据。如图2所示，本发明上行方式的实施例，包括步骤步骤201,NodeB(接收端)根据TDD信道互易性，利用下行信道估计分别得到两个UE与NodeB间的上行信道矩阵(如图中标记2011所示)，并根据所述上行信道矩阵，利用BD算法或ZF算法获得两个用户数据流的发射端权值(如图中标记2012所示)；给相应的用户设备(如图中标记2021和标记2022所示)，UE利用此权值的码本进行加权发射；步骤203，NodeB保留计算得到的发射端权值，检测时需要利用此权值进行检测；步骤204,NodeB通过信道估计得到每个用户设备的信道矩阵，对各用户设备的信道矩阵进行SVD分解，将分解得到的酉矩阵c/,.作为接收端的预编码矩阵进行接收端的预编码，通过此预编码从天线凄t据获得用户流凄史据。权利要求1.一种下行多用户多输入多输出的预编码方法，应用于时分双工系统，其特征在于，发射端根据信道互易性得到与用户设备间的下行信道矩阵，并根据所述下行信道矩阵获得各用户数据流的发射端权值，利用所述权值进行加权发射；各用户设备通过信道估计得到相应信道矩阵，对所述相应信道矩阵进行奇异值分解，将分解得到的酉矩阵作为预编码矩阵进行接收端的预编码。2、如权利要求1所述的下行多用户多输入多输出的预编码方法，其特征在于，所述发射端利用块对角化算法或迫零算法获得所述各用户数据流的发射端权值。3、如权利要求2所述的下行多用户多输入多输出的预编码方法，其特征在于，对于第j个用户设备，根据所述各信道矩阵得到义；[/^…7/;//;…/^r,其中/z,…/^分别为〖个用户设备的信道矩阵，对所述A,.进行奇异值分解g,^R.^，/1)，"f，得到百矩阵《.和^，以及奇异值矩阵^.，""是所述酉矩阵巧.的第一个列向量，"w是所述酉矩阵巧其余的列向量，[r表示共轭转置；对^"w进行奇异值分解<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>"得到发射端所使用的发射端权值"WG"。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>4、如权利要求1所述的下行多用户多输入多输出的预编码方法，其特征在于，所述发射端进一步利用码本将各用户数据流所使用的权值分别反馈给相应用户设备，用于包括;险测在内的应用。5、如权利要求4所述的下行多用户多输入多输出的预编码方法，其特征在于，所述码本包括2天线码本，釆用3bit的等幅度方式，8个码本分为两组，每组包含4个码本，其中一组每个码本第一个元素的相位值为0，其余元素依次采用等相位间隔;r/2,相位起始点任意；另一组每个码本第一个元素的相位值为;r，其余元素依次采用等相位间隔;r/2,相位起始点任意。6、如权利要求4所述的下行多用户多输入多输出的预编码方法，其特征在于，所述码本包括4天线码本，首先根据离散傅氏变换矩阵定义如下矩阵<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中，所述DFT即为所述离散傅氏变换矩阵；根据所述i^的第一列或者向量0.5卞1-1-lf得到1个列向量码本，再根据所述M,的其余列向量和所述矩阵M,、M;和M4的所有列向量得到其它15个列向量码本。7、一种上行多用户多输入多输出的预编码方法，应用于时分双工系统，其特征在于，接收端根据信道互易性得到与各用户设备间的上行信道矩阵，并根据所述上行信道矩阵获得各用户数据流的发射端权值，利用码本将各用户数据流所使用的发射端权值反馈给相应用户设备，各用户设备利用相应发射端权值的码本进行加权发射，接收端通过信道估计得到相应信道矩阵后，对所述相应信道矩阵进行奇异值分解，将分解得到的酉矩阵作为预编码矩阵进行接收端的预编码。8、如权利要求7所述的上行多用户多输入多输出的预编码方法，其特征在于，所述发射端利用块对角化算法或迫零算法获得所述各用户数据流的发射端权值。9、如权利要求8所述的上行多用户多输入多输出的预编码方法，其特征在于，对于第j个用户设备，根据所述各信道矩阵得到//;…i/:;f，其中A…&分别为〖个用户设备的信道矩阵，对所述&.进行奇异值分解&.=^.2,/)《.呵，得到酉矩阵《.和e.，以及奇异值矩阵^.,""是所述酉矩阵^的第一个列向量，"。)是所述酉矩阵6其余的列向量，[r表示共轭转置；对/^i^进行奇异值分解<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>，r,得到发射端所使用的发射端权值^r""10、如权利要求7所述的上行多用户多输入多输出的预编码方法，其特征在于，所述接收端进一步保留所述发射端权值，用于进行检测。11、如权利要求7所述的上行多用户多输入多输出的预编码方法，其特征在于，所述码本包括2天线码本，采用3bit的等幅度方式，8个码本分为两组，每组包含4个码本，其中一组每个码本第一个元素的相位值为0，其余元素依次采用等相位间隔;r/2,相位起始点任意；另一组每个码本第一个元素的相位值为冗，其余元素依次采用等相位间隔;r/2,相位起始点任意。12、如权利要求7所述的上行多用户多输入多输出的预编码方法，其特征在于，所述码本包括4天线码本，首先根据离散傅氏变换矩阵定义如下矩阵M2"^(l，l，,力承M,;M3=~(-1,-i,i，i"M!;M^^g(-l，-ij，y)承M,;其中，所述DFT即为所述离散傅氏变换矩阵；根据所述Mi的第一列或者向量0.5卞1-i-if得到l个列向量码本，再根据所述M,的其余列向量和所述矩阵M,、M;和M-的所有列向量得到其它15个列向量码本。13、一种下行与上行多用户多输入多输出的2天线码本，其特征在于，采用3bit的等幅度方式，8个码本分为两组，每组包含4个码本，组内每个码本第一个元素为实数，其余元素依次采用等相位间隔，相位起始点任意。14、如权利要求13所述的2天线码本，其特征在于，所述实数为l或-1,所述相位间隔为"/2。15、如权利要求13所述的2天线码本，其特征在于，每个所述码本包含2个幅度值均为l/W的元素。16、一种下行与上行多用户多输入多输出的4天线码本，其特征在于，首先根据离散傅氏变换矩阵定义如下矩阵M3=~(-i,-i，i，i)承M,;其中，所述DFT即为所述离散傅氏变换矩阵；根据所述M,的第一列或者向量0.5卞1-1-lf得到1个列向量码本，再根据所述M,的其余列向量和所述矩阵M2、M3和M4的所有列向量得到其它15个列向量码本。全文摘要本发明公开了一种下行与上行多用户多输入多输出的预编码方法及其码本，旨在应用于时分双工模式下的多用户多输入多输出传输，其中下行多用户多输入多输出的预编码方法，发射端根据信道互易性得到与用户设备间的下行信道矩阵，并根据所述下行信道矩阵获得各用户数据流的发射端权值，利用所述权值进行加权发射；各用户设备通过信道估计得到相应信道矩阵，对所述相应信道矩阵进行奇异值分解，将分解得到的酉矩阵作为预编码矩阵进行接收端的预编码。本发明提供了应用于TDD的下行与上行MU-MIMO的预编码方法及其码本。文档编号H04L1/00GK101374034SQ20071016423公开日2009年2月25日申请日期2007年9月30日优先权日2007年8月20日发明者阳郭申请人:中兴通讯股份有限公司