专利名称：预编码矩阵码书生成方法、预编码矩阵选择方法及装置的制作方法
技术领域：
本申请涉及无线通信系统，尤其涉及预编码矩阵码书生成方法、预编码矩阵选择 方法及装置。
背景技术：
多入多出(MIMO)系统是利用多根发射天线和多根接收天线进行数据传输的无线 通信系统，支持平行的数据流发送，能够提供高数据率和大吞吐量以及更大的通信距离， 已经成为学术研究和实际系统中备受人们关注的关键技术之一，通过近几年的持续发展， MIMO技术将越来越多地应用于各种无线通信系统。在无线宽带移动通信系统方面，第3代 移动通信合作计划(3GPP)已经在标准中加入了 MIMO技术相关的内容，同时，MIMO也已经 成为第4代(4G)通信的热门技术，并成为在几乎所有新的无线标准(如HSDPA，802. Iln, 802. 16e，802. 10,802. 20等)中很关键的一部分。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。当码字映射为多个传输层时，将编码 器输出的串行数据进行串并变换为相应的多层即可。在一次传输中，系统支持的所有的层 数又称为该次传输的秩数(Rank)。一般来说，多天线系统的传输支持的层数或者秩数要小于或者等于多天线系统的 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 别的，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。在现在的无线通信系统中，比如3GPP长期演进(LTE)系统，微波接入全球互通 (WiMAX)系统，受限于系统的计算复杂度和信令控制复杂度，系统需要预先设计好一定个数 的预编码矩阵。预编码矩阵的集合称为预编码矩阵码书(codebook，CB)，预编码矩阵个数 称为预编码矩阵码书的大小。很显然，预编码矩阵码书，包括预编码矩阵码书的大小和预编 码矩阵码书的元素都直接影响系统的吞吐量等指标。出于不同的设计考虑，对于相同的秩，可能会存在不同预编码方式(即不同结构) 的预编码矩阵，每一种结构的预编码矩阵对应一个三次方量度(Cubic Metric, CM)值，该 CM值可反映信号的变化幅度。例如，对于Rank = 3的情况，可以有三种不同结构的预编码 矩阵，分别是CMP (Cubic Metric Preserving，三次方量度保留)方式的预编码矩阵(CMP预 编码矩阵)和CMF(Cubic Metric Friendly，三次方量度友好)方式的预编码矩阵(CMF预 编码矩阵)，以及从豪斯霍尔德(householder，HH)反射阵演变而来的预编码矩阵，该三种 不同结构的预编码矩阵具有不同的CM值。在现有技术中，一个码书中仅包含一种结构的预 编码矩阵。在移动通信系统中，发射机发送的信号都需要进行功率放大，然后再将信号传送 到天线并最终以电磁波的方式在空间传送。将功率放大的设备称为功率放大器(PA)，或者 简称为功放。关于功放的一个非常关键的指标是线性范围，也即当功放的输出信号在该线性范围内时，功放的输出信号和输入信号具有良好或者理想的线性关系；与此相反，当功放的输 出信号超出该线性范围内时，功放的输出信号和输入信号的线性关系将会很难维持，从而 出现输出信号的畸变。 一般来说，信号的幅度是随时间变化的(时变的)，从而信号的功率也是随时间变 化的(时变的)。举例来说，假设需要输出的某一个信号的平均功率为23dBm，但是由于信 号的时变性质，该信号的最大瞬时功率有可能是26dBm，最小瞬时功率有可能是20dBm。假 设该信号使用标称功率是23dBm的功率放大器进行信号输出，那么很显然在信号瞬时功率 为26dBm时，超出了功率放大器的线性范围，从而出现了非线性变化，引起了信号的畸变。 因此，在实际的硬件系统中，功率放大器有一个线性区间，为了满足输入信号和输出信号之 间的线性关系，避免输出信号的失真，输出信号的功率应该限制在功率放大器的线性输出 区间内。对于这种情况，一个非常简单并且有效，且被工业界广泛使用的做法是的功率回 退。比如对于上述信号，将输出功率减小3dB，此时信号的平均功率是20dBm，最大瞬时功率 是23dBm，最小瞬时功率是17dBm。可以看到，最大瞬时功率23dBm恰好是功率放大器的标 称功率。因此，输出的信号和输入的信号就有良好的线性关系，输出信号没有发生畸变。此外需要注意的是，虽然功率回退保证了输入信号和输出信号的线性关系，但是 却使得输出信号的功率降低，从而使得接收信号的功率也降低，影响接收信号的质量。因 此，实际系统中应该合理的选择功率回退值，从而即能够保证信号不失真，又能够保证信号 的强度。在实际的工程中，不同的信号有不同的统计特性，从而也对应了不同的功率回退 的数值。经过理论论证和工程实践，人们开始使用三次方度量(Cubic Metric, CM)值表征 功率回退值。在移动通信系统中，对于上行信号可以通过CM值表征该信号随时间变化的程度， CM值越大，说明随时间的变化该信号的幅度变化越大，也即信号的瞬时功率变化越大；CM 值越小，说明随时间的变化该信号的幅度变化越小，也即信号的瞬时功率变化越小。在实际的无线通信系统中，对于基站，其用于下行发射的发射机配备的功率放大 器的线性范围较大，对信号的CM值要求较低，也即能支持较大CM值的信号。然而对用户 端，例如手机等，由于受到成本的限制，其用于上行发射的发射机配备的功率放大器的线性 范围较小，因此对信号的CM值要求也较高，也即仅仅支持较小CM值的信号，对较大CM值的 信号支持不好。现有已公开的预编码码书的设计大都是关于下行MIMO预编码码书的设计，而如 何针对上行信号对CM值的要求来设计上行MIMO预编码码书以及如何根据设计的码书来选 择具有尽量好的性能的预编码矩阵，是有待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种预编码矩阵码书生成方法、预编码矩阵的选择方法及 装置，以提供具有多种预编码矩阵结构的码书，进而在预编码矩阵选择时可以针对当前用 户台的发射功率选择合适的预编码矩阵，从而保证系统的性能。根据本发明的一个方面，提供了一种用于上行数据传输的预编码矩阵码书的生成方法，该方法包括如下步骤 从预定的第一码书中选择出第一预定数目的第一结构预编码矩阵，组成第一结构 预编码矩阵集合，其中所述第一结构预编码矩阵各具有第一三次方量度CM值；从预定的第二码书中选择出第二预定数目的第二结构预编码矩阵，组成第二结构 预编码矩阵集合，其中所述第二结构预编码矩阵各具有第二 CM值；基于所述第一结构预编码矩阵集合和所述第一结构预编码矩阵集合生成用于上 行数据传输的预编码矩阵码书，使所述预编码矩阵码书至少包括第一结构预编码矩阵集合 和所述第一结构预编码矩阵集合。此外，上述预编码矩阵码书的生成方法还可包括如下步骤从所述第二码书或预 定的第三码书中选择出第三预定数目的第三结构预编码矩阵，组成第三结构预编码矩阵集 合，其中所述第三结构预编码矩阵各具有第三CM值。此时，所述基于所述第一结构预编码 矩阵集合和所述第一结构预编码矩阵集合生成用于上行数据传输的预编码矩阵码书的步 骤包括将所述第一结构预编码矩阵集合、第二结构预编码矩阵集合和第三结构预编码矩 阵集合合并，生成用于上行数据传输的预编码矩阵码书。根据本发明的另一个方面，提供了一种无线通信系统中预编码矩阵的选择方法， 该方法包括如下步骤确定步骤，确定预编码矩阵码书中各预编码矩阵的三次方量度CM值，其中所述预 编码矩阵码书中包括多种结构的预编码矩阵，不同结构的预编码矩阵具有不同的CM值；第一选择步骤，根据所述无线通信系统中上行信号发射允许的最大功率、当前用 户台的发射功率和各结构的预编码矩阵的CM值从所述码书中选择候选的预编码矩阵；第二选择步骤，在候选的预编码矩阵中选择使得所述无线通信系统吞吐量最大的 预编码矩阵作为所述用户台使用的预编码矩阵。根据本发明的另一个方面，提供了一种预编码矩阵码书的生成装置，该装置包 括第一单元，用于从预定的第一码书中选择出第一预定数目的第一结构预编码矩 阵，组成第一结构预编码矩阵集合，其中所述第一结构预编码矩阵各具有第一三次方量度 CM值；第二单元，用于从预定的第二码书中选择出第二预定数目的第二结构预编码矩 阵，组成第二结构预编码矩阵集合，其中所述第二结构预编码矩阵各具有第二 CM值；码书生成单元，用于基于所述第一结构预编码矩阵集合和所述第一结构预编码矩 阵集合生成用于上行数据传输的预编码矩阵码书，使所述预编码矩阵码书至少包括第一结 构预编码矩阵集合和所述第一结构预编码矩阵集合。此外，所述预编码矩阵码书的生成装置还可包括第三单元，用于从所述第二码书 或预定的第三码书中选择出第三预定数目的第三结构预编码矩阵，组成第三结构预编码矩 阵集合，其中所述第三结构预编码矩阵各具有第三CM值。此时，所述码书生成单元还用于 将所述第一结构预编码矩阵集合、第二结构预编码矩阵集合和第三结构预编码矩阵集合合 并，生成用于上行数据传输的预编码矩阵码书。根据本方面的另一方面，提供了一种无线通信系统中预编码矩阵的选择装置，该 装置包括
确定单元，用于确定预编码矩阵码书中各预编码矩阵的三次方量度CM值，其中所 述预编码矩阵码书中包括多种结构的预编码矩阵，不同结构的预编码矩阵具有不同的CM 值； 第一选择单元，用于根据所述无线通信系统中上行信号发射允许的最大功率、当 前用户台的发射功率和各结构的预编码矩阵的三次方量度CM值从所述码书中选择候选的 预编码矩阵；第二选择单元，用于在候选的预编码矩阵中选择使得所述无线通信系统吞吐量最 大的预编码矩阵作为所述用户台使用的预编码矩阵。根据本发明的另一方面，提供了一种无线通信系统中的基站，该基站包括上述的 预编码矩阵的选择装置。本发明中可以生成具有多个预编码矩阵结构的码书，从而可以根据实际需要选择 具有合适的CM值的预编码矩阵，提供更好的系统性能。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述 中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些 实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些 附图获得其他的附图。图1为现有三种码书采用不同信号调制方式时的CM值的示图；图2为本发明一实施例的预编码码书生成方法流程图；图3为本发明另一实施例的预编码码书生成方法流程图；图4为本发明实施例中预编码矩阵选择方法流程图；图5为本发明实施例中选择候选的预编码矩阵的一种实现方法流程图；图6为本发明实施例中选择候选的预编码矩阵的另一种实现方法流程图；图7为本发明一实施例中预编码码书生成装置的结构框图；图8为本发明另一实施例中预编码码书生成装置的结构框图；图9为本发明一实施例中预编码矩阵选择装置的结构框图；图10为图9中第一选择单元的一种结构框图；图11为图9中第一选择单元的另一种结构框图。
具体实施例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 合与系统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设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。本发明实施例中，将仅以3GPP LTE-Advanced (LTE-A)系统为例对上行MIMO预编 码矩阵码书的生成方法以及对码书中预编码矩阵的选择方法进行说明，但本发明同样适用 于其它应用MIMO技术的无线通信系统，如LTE、WiMAX,4G无线通信系统等等。在LTE-Advanced系统中，上行信号采用DFTS-0FDM信号，也即离散傅里叶变换正 交频分复用信号。对于该信号的CM值可以表示为CM = 20 logl。“小二 (项-20 log'° Mvref^. (OH dB公式⑴为现有CM值计算公式，该式中201og1Qf 44Ji)]}称作信号的原始CM 值，不同的信号形式(如QPSK信号，QAM16信号和QAM64信号)具有不同的原始CM值；
称作信号的参考CM值，不同的信号形式具有不同的参考CM值，K表
示缩放因子。并且，、。』)=」二,)]mj[vW] = ^^S，其中 v(t)丨是 v(t)的转置，v(t) 是发射机发送的信号。对于4. 51MHz的LTE信号来说，公式(1)可以进一步简化为CM = 20Iog1Q+Q77 肪.
1.56‘‘对于3. 84MHz的LTE信号来说，公式(1)可以进一步简化为CM = 20l°Bwhs[vlm{t)}-i.52 dB。
1.56目前工程中常用信号的CM值及其参数表如表1所示。表1.常用信号的CM值及其参数表
\带宽偏移
信号调制方式(Bandwidt
系统类型 (Signa丨 参考CMh Offset) 信号最终的
(Type) Modn)__(dB)缩放因子K (dB) CM (dB)
WCDMA~ voice 1.52~~ - 0.000
OFDM — 16-QAM~ 7.75 56 5.774.76
DFTS-OFDM" QPSK 3.44一1.56 — 0.77 “ 2.00
DFTS-OFDM" 16-QAM 4.85~~1.56 ~~ 0.77 — 2.90
DFTS-0FD￥" 64-QAM~ 5.18 56 5.773.11
IFDMA 一 QPSK~ 2.40 56 0.000.56
IFDMA~~ 16-QAM 4.36~~1.56 ~~ 0.001.82
IFDMA 64-QAM — 4.641.56 0.00 — 2.00 因为不同的信号形式具有不同的CM值，因此，在现有LTE-A系统多发多收多天线 传输的Rank-3码书中，不同结构的预编码矩阵对应的不同结构的码书，具有不同的CM性 质。比如目前存在以下三种预编码矩阵结构(也可以说三种码书结构)
(I)CMP 结构该结构中，预编码矩阵w表示如下
权利要求
1.一种用于上行数据传输的预编码矩阵码书的生成方法，其特征在于，该方法包括 从预定的第一码书中选择出第一预定数目的第一结构预编码矩阵，组成第一结构预编码矩阵集合，其中所述第一结构预编码矩阵各具有第一三次方量度CM值；从预定的第二码书中选择出第二预定数目的第二结构预编码矩阵，组成第二结构预编 码矩阵集合，其中所述第二结构预编码矩阵各具有第二 CM值；基于所述第一结构预编码矩阵集合和所述第一结构预编码矩阵集合生成用于上行数 据传输的预编码矩阵码书，使所述预编码矩阵码书至少包括第一结构预编码矩阵集合和所 述第一结构预编码矩阵集合。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该方法还包括从所述第二码书或预定的第三码书中选择出第三预定数目的第三结构 预编码矩阵，组成第三结构预编码矩阵集合，其中所述第三结构预编码矩阵各具有第三CM 值；所述基于所述第一结构预编码矩阵集合和所述第一结构预编码矩阵集合生成用于上 行数据传输的预编码矩阵码书的步骤包括将所述第一结构预编码矩阵集合、第二结构预 编码矩阵集合和第三结构预编码矩阵集合合并，生成用于上行数据传输的预编码矩阵码 书。
3.一种无线通信系统中预编码矩阵的选择方法，其特征在于，该方法包括确定步骤，确定预编码矩阵码书中各预编码矩阵的三次方量度CM值，其中所述预编码 矩阵码书中包括多种结构的预编码矩阵，不同结构的预编码矩阵具有不同的CM值；第一选择步骤，根据所述无线通信系统中上行信号发射允许的最大功率、当前用户台 的发射功率和各结构的预编码矩阵的CM值从所述码书中选择候选的预编码矩阵；第二选择步骤，在候选的预编码矩阵中选择使得所述无线通信系统吞吐量最大的预编 码矩阵作为所述用户台使用的预编码矩阵。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一选择步骤包括根据所述无线通信系统中上行信号发射允许的最大功率和当前用户台的发射功率确 定当前用户台允许承受的最大CM值；从所述码书中选择CM值小于或等于所述允许承受的最大CM值的预编码矩阵作为候选 的预编码矩阵。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一选择步骤包括根据所述无线通信系统中上行信号发射允许的最大功率和确定的各结构的预编码矩 阵的三次方量度CM值确定各结构的预编码矩阵对应的功率门限值；从所述码书中选择大于或等于当前用户台的发射功率的功率门限值对应的预编码矩 阵作为候选的预编码矩阵。
6.一种用于上行数据传输的预编码矩阵码书的生成装置，该装置包括第一单元，用于从预定的第一码书中选择出第一预定数目的第一结构预编码矩阵，组 成第一结构预编码矩阵集合，其中所述第一结构预编码矩阵各具有第一三次方量度CM值； 第二单元，用于从预定的第二码书中选择出第二预定数目的第二结构预编码矩阵，组 成第二结构预编码矩阵集合，其中所述第二结构预编码矩阵各具有第二 CM值；码书生成单元，用于基于所述第一结构预编码矩阵集合和所述第一结构预编码矩阵集合生成用于上行数据传输的预编码矩阵码书，使所述预编码矩阵码书至少包括第一结构预 编码矩阵集合和所述第一结构预编码矩阵集合。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述装置还包括第三单元，用于从所述第二码书或预定的第三码书中选择出第三预 定数目的第三结构预编码矩阵，组成第三结构预编码矩阵集合，其中所述第三结构预编码 矩阵各具有第三CM值；所述码书生成单元还用于将所述第一结构预编码矩阵集合、第二结构预编码矩阵集合 和第三结构预编码矩阵集合合并，生成用于上行数据传输的预编码矩阵码书。
8.一种无线通信系统中预编码矩阵的选择装置，其特征在于，该装置包括确定单元，用于确定预编码矩阵码书中各预编码矩阵的三次方量度CM值，其中所述预 编码矩阵码书中包括多种结构的预编码矩阵，不同结构的预编码矩阵具有不同的CM值；第一选择单元，用于根据所述无线通信系统中上行信号发射允许的最大功率、当前用 户台的发射功率和各结构的预编码矩阵的三次方量度CM值从所述码书中选择候选的预编 码矩阵；第二选择单元，用于在候选的预编码矩阵中选择使得所述无线通信系统吞吐量最大的 预编码矩阵作为所述用户台使用的预编码矩阵。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一选择单元包括最大CM值确定单元，用于根据所述无线通信系统中上行信号发射允许的最大功率和 当前用户台的发射功率确定当前用户台允许承受的最大CM值；预编码矩阵选择单元，用于从所述码书中选择CM值小于或等于所述允许承受的最大 CM值的预编码矩阵作为候选的预编码矩阵。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一选择单元包括功率门限值确定单元，用于根据所述无线通信系统中上行信号发射允许的最大功率和 确定的各结构的预编码矩阵的三次方量度CM值确定各结构的预编码矩阵对应的功率门限 值；预编码矩阵选择单元，用于从所述码书中选择大于或等于当前用户台的发射功率的功 率门限值对应的预编码矩阵作为候选的预编码矩阵。
11.一种基站，其特征在于，该基站包括如权利要求8-10中任意一项所述的预编码矩 阵的选择装置。
全文摘要
本发明提供一种预编码矩阵码书生成方法、预编码矩阵选择方法及装置，所述预编码矩阵码书生成方法包括从预定的第一码书中选择出第一预定数目的第一结构预编码矩阵，组成第一结构预编码矩阵集合，其中所述第一结构预编码矩阵各具有第一三次方量度CM值；从预定的第二码书中选择出第二预定数目的第二结构预编码矩阵，组成第二结构预编码矩阵集合，其中所述第二结构预编码矩阵各具有第二CM值；基于所述第一结构预编码矩阵集合和所述第一结构预编码矩阵集合生成用于上行数据传输的预编码矩阵码书，使所述预编码矩阵码书至少包括第一结构预编码矩阵集合和所述第一结构预编码矩阵集合。
文档编号H04L1/06GK102055561SQ20091020983
公开日2011年5月11日 申请日期2009年11月2日 优先权日2009年11月2日
发明者吴建明, 周华, 张元涛, 王轶, 王键 申请人:富士通株式会社