專利名稱：用于處理通信信號的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)的信號處理。更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于速 率壓縮預(yù)編碼矩陣的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
移動通信已經(jīng)改變了人們的通信方式，而移動電話也已經(jīng)從奢侈品變成 了人們?nèi)粘Ｉ钪斜匦璧牟糠?。今天，移動設(shè)備的使用由社會環(huán)境支配，而 不受地域和技術(shù)的限制。雖然語音通信可滿足人們交流的基本要求，且移動 語音通信也已進(jìn)一步滲入了人們的日常生活，但移動通信發(fā)展的下一階段是 移動互聯(lián)網(wǎng)。移動互聯(lián)網(wǎng)將成為日常信息的共同來源，理所當(dāng)然應(yīng)實現(xiàn)對這 些數(shù)據(jù)的簡單通用的移動式訪問。第三代(Third Generation, 3G)蜂窩網(wǎng)絡(luò)專門設(shè)計來滿足移動互聯(lián)網(wǎng) 的這些未來的需求。隨著這些服務(wù)的大量出現(xiàn)和使用，對于蜂窩網(wǎng)絡(luò)運營商 而言，網(wǎng)絡(luò)容量和服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service, QoS)的成本效率優(yōu)化等 因素將變得比現(xiàn)在更為重要。可以通過精細(xì)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和運營、傳輸方法的 改進(jìn)以及接收機技術(shù)的提高來實現(xiàn)這些因素。因此，運營商需要新的技術(shù)， 以便增大下行吞吐量，從而提供比那些線纜調(diào)制解調(diào)器和/或DSL服務(wù)提供商 更好的QoS容量和速率。為了滿足所述需求，由于承諾在無線衰退環(huán)境中顯著地增加容量，在發(fā) 射器和接收器中均使用多個天線的通信系統(tǒng)最近引起了廣泛的注意。這些多 天線配置，也被稱為為智能天線技術(shù)，可用于減輕信號接收時多路徑和/或信 號干涉的負(fù)面影響?？深A(yù)見地，為滿足上述系統(tǒng)的漸增的容量需求，將越來 越多地使用智能天線技術(shù)，同時在蜂窩系統(tǒng)中配置基站設(shè)施和移動用戶單元。 從當(dāng)前基于語音的服務(wù)到下一代可提供語音、視頻和數(shù)據(jù)通信的無線多媒體服務(wù)，這些需求都在逐漸顯現(xiàn)出來。多發(fā)和/或多收天線的使用被設(shè)計為可獲得分集增益，并增加自由度， 以抑制在信號接收過程中產(chǎn)生的干擾。分集增益通過增加接收信噪比和穩(wěn)定 傳輸來改進(jìn)系統(tǒng)性能。另一方面，更多的自由度通過提供更堅固的防信號干 涉、和/或允許更高的容量以更高的頻率重復(fù)使用，來允許多個同時的傳輸。例如，在集成多天線接收器的通信系統(tǒng)中，M個接收天線可用于使(M-l)個 干擾影響無效。相應(yīng)地，可利用N個發(fā)送天線同時在相同帶寬中發(fā)送N個信 號，通過接收器中使用的N個天線集，己發(fā)送信號接著可被分解為N個獨立 信號。使用多個發(fā)送和接收天線的系統(tǒng)可稱為多入多出(MIMO)系統(tǒng)。多天 線系統(tǒng)，尤其是MIMO系統(tǒng)的一個很吸引人的方面在于，使用這些傳輸配置可 大大增加系統(tǒng)容量。對于固定總傳輸能量，MIMO配置提供的容量與增加的信 噪比(SNR)成比例。例如，在多徑衰落信道中，SNR每增加3-dB， MIM0配 置可增加大概M個額外比特/周期的系統(tǒng)容量。然而，在無線通信中尤其在無線手持機設(shè)備中，由于大小、復(fù)雜度和功 耗的增加導(dǎo)致的成本增加，限制了多天線系統(tǒng)的廣泛發(fā)展。這引起無線系統(tǒng) 設(shè)計和應(yīng)用的問題。因此，多天線系統(tǒng)的某些初始工作可集中在支持單用戶 點對點鏈接的系統(tǒng)上。其它工作工作可能關(guān)注于多用戶場景。使用多天線的 通信系統(tǒng)可以很大程度改善系統(tǒng)的容量。為了得到非常好的性能增益而使用MIMO技術(shù)，然而需要提供信道信息 給發(fā)射機以允許，例如，MIMO預(yù)編碼。在MIMO發(fā)射機的MIMO預(yù)編碼 和其它MIMO技術(shù)可以得到好處或者需要了解信道，也就是所謂的信道狀態(tài) 信息(CSI)。另外，因為多數(shù)無線系統(tǒng)工作在頻分雙工(FDD)模式，上行和下 行連接使用不同的頻率。在這些情況下，只能通過在接收機測量信道并將信 息反饋回來，來得到發(fā)射機端的信道測量值。然而，隨著MIMO系統(tǒng)中發(fā)射 和接收天線數(shù)量的增加，反饋信道狀態(tài)信息可能包括傳輸大量的數(shù)據(jù)。另外， 可能在一些情況下需要刻意的限制數(shù)據(jù)速率，以改善通信系統(tǒng)的發(fā)射范圍。比較本發(fā)明后續(xù)將要結(jié)合附圖介紹的系統(tǒng)，現(xiàn)有技術(shù)的其它局限性和弊 端對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是顯而易見的。4發(fā)明內(nèi)容用于速率壓縮預(yù)編碼矩陣的方法和/^系統(tǒng)，結(jié)合至少一個附圖充分地顯 示和/或描述，在權(quán)利要求中更加完整的描述。根據(jù)本發(fā)明的一個方面， 一種用于處理通信信號的方法，包括 將MIMO預(yù)編碼系統(tǒng)中信道狀態(tài)信息的變化量化到碼本；以及 至少基于所述信道狀態(tài)信息產(chǎn)生預(yù)編碼矩陣。作為優(yōu)選，所述信道狀態(tài)信息是矩陣V和一個或者多個相關(guān)奇異值。 作為優(yōu)選，所述方法進(jìn)一步包括使用奇異值分解(SVD)產(chǎn)生所述矩陣V。 作為優(yōu)選，所述的方法進(jìn)一步包括使用幾何均值分解(GMD)分解產(chǎn)生所 述矩陣V。作為優(yōu)選，所述的方法進(jìn)一步包括基于所述一個或者多個相關(guān)奇異值選 擇所述矩陣V的一列或者多列。作為優(yōu)選，所述方法進(jìn)一步包括合并所述已選擇的一列或者多列以產(chǎn)生 所述預(yù)編碼矩陣。作為優(yōu)選，所述碼本包括一個或者多個酉矩陣。作為優(yōu)選，所述方法進(jìn)一步包括在所述MIMO預(yù)編碼系統(tǒng)中由接收機發(fā) 射碼本的對應(yīng)元素的索引到發(fā)射機，其中信道狀態(tài)信息變化量化到所述碼本。作為優(yōu)選， 一種包括所述MIMO預(yù)編碼系統(tǒng)的通信系統(tǒng)，包括一個或多 個發(fā)射天線以及一個或多個接收天線。作為優(yōu)選，所述方法進(jìn)一步包括使用所述預(yù)編碼矩陣，線性變換所述 MIMO預(yù)編碼系統(tǒng)發(fā)射機的矩陣。根據(jù)本發(fā)明的一個方面， 一種用于處理通信信號的系統(tǒng)，包括在MIMO預(yù)編碼系統(tǒng)中的一個或者多個電路，所述一個或者多個電路用于將信道狀態(tài)信息的變化量化到碼本；以及 至少基于所述信道狀態(tài)信息產(chǎn)生預(yù)編碼矩陣。作為優(yōu)選，所述信道狀態(tài)信息是矩陣V和一個或者多個相關(guān)奇異值。作為優(yōu)選，所述一個或者多個電路使用奇異值分解(SVD)產(chǎn)生所述矩陣V。作為優(yōu)選，所述一個或者多個電路使用幾何均值分解(GMD)產(chǎn)生所述矩 陣V。作為優(yōu)選，所述一個或者多個電路基于所述一個或者多個相關(guān)奇異值選 擇所述矩陣V的一列或多列。作為優(yōu)選，所述一個或者多個電路合并所述己選擇的一列或者多列以產(chǎn) 生所述預(yù)編碼矩陣。作為優(yōu)選，所述碼本包括一個或者多個酉矩陣。作為優(yōu)選，所述一個或者多個電路在所述MIMO預(yù)編碼系統(tǒng)中由接收機 發(fā)射碼本的對應(yīng)元素的索引到發(fā)射機，其中信道狀態(tài)信息變化量化到所述碼 本。作為優(yōu)選，包括所述MIMO預(yù)編碼系統(tǒng)的通信系統(tǒng)，包括一個或多個發(fā) 射天線以及一個或多個接收天線。作為優(yōu)選，所述一個或者多個電路使用所述預(yù)編碼矩陣，線性變換所述 MIMO預(yù)編碼系統(tǒng)發(fā)射機的矩陣。本發(fā)明的這些與其他的優(yōu)點、方面以及新特性，以及其具體的實施例， 可以從下文的描述和圖中得到更加完全的理解。


圖1A是結(jié)合本發(fā)明實施例在基站和移動計算終端之間的蜂窩多徑通信 的示意圖。圖1B是依據(jù)本發(fā)明實施例的MIMO通信系統(tǒng)的示意圖。 圖2是依據(jù)本發(fā)明實施例的MIMO預(yù)編碼收發(fā)器鏈模型的框圖。 圖3是依據(jù)本發(fā)明實施例的具有有限比率信道狀態(tài)信息反饋的MIMO預(yù) 編碼系統(tǒng)的框圖。圖4是依據(jù)本發(fā)明實施例的MIMO預(yù)編碼處理的流程圖。
具體實施方式
本發(fā)明的實施例涉及用于速率壓縮預(yù)編碼矩陣的方法和系統(tǒng)。所述用于速率壓縮預(yù)編碼矩陣的方法和系統(tǒng)的一些方面包括將MIMO預(yù)編碼系統(tǒng)中的信道狀態(tài)信息的變化量化到碼本，并至少基于所述信道狀態(tài)信息產(chǎn)生預(yù)編碼矩陣。所述信道狀態(tài)信息可以是矩陣v和一個或者多個相關(guān)奇異值。所述矩陣V可以使用奇異值分解(SVD)或者幾何均值分解(GMD)產(chǎn)生?？梢曰?所述一個或者多個相關(guān)奇異值選擇矩陣V的一列或多列，所述選擇的列可以 合并以產(chǎn)生預(yù)編碼矩陣。所述碼本包括一個或多個酉矩陣。在該MIMO預(yù)編 碼系統(tǒng)中由接收機發(fā)射碼本的對應(yīng)元素的索引到發(fā)射機，其中信道狀態(tài)信息 變化量化到所述碼本。包括所述MIMO預(yù)編碼系統(tǒng)的通信系統(tǒng)包括一個或者 多個發(fā)射天線和一個或者多個接收天線。使用所述預(yù)編碼矩陣，線性變換所 述MIMO預(yù)編碼系統(tǒng)發(fā)射機的矩陣。圖1A示出了結(jié)合本發(fā)明實施例在基站和移動計算終端之間的蜂窩多徑 通信。參考圖1A，給出了房子120、移動終端122、工廠124、基站126、汽 車128、以及通信路徑130、 132、和134?；?26和移動終端122包括有合適的邏輯、電路和/或代碼，用于產(chǎn)生 和處理MIMO通信信號。在基站126和移動終端122之間的無線通信可以通 過無線信道進(jìn)行。所述無線信道包括多個通信路徑，例如，通信路徑130、 132、禾Q 134。所述無線信道可以隨著移動終端122和/或汽車128移動而動 態(tài)變化。在一些情況下，移動終端122位于基站126的視距內(nèi)(LOS， line-of-sight)。在其它情況下，移動終端122與基站126之間可能不是直接視 距，射頻信號在通信實體之間的反射通信路徑之間傳播，如圖所示的典型通 信路徑130、 132、和134。所述射頻信號可由人造結(jié)構(gòu)如房子120、工廠124、 或者汽車128、或者自然存在的障礙如山反射。這樣的系統(tǒng)指的是非視距 (NLOS)通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)可能同時包括LOS和NLOS信號分量。如果存在LOS信號分 量，所述LOS信號分量比NLOS信號分量強的多。在一些通信系統(tǒng)中，NLOS 信號分量可以產(chǎn)生干擾并降低接收機性能。這指的是多徑干擾。例如，通信路徑130、 132、以及134達(dá)到移動終端122具有不同的延遲。通信路徑130、 132、以及134還可以具有不同的衰減。例如，在下行鏈路中，在移動終端 122接收到的信號可以是不同衰減通信路徑130， 132，和/或134的信號的求 和，這些不同通信路徑可能是不同步的而且動態(tài)變化的。這樣的信道稱為衰 弱多徑信道。衰弱多徑信道可以引入干擾，但是也可以為所述無線信道引入 分集和自由度。在基站和/或移動終端具有多天線的通信系統(tǒng)，例如MIMO 系統(tǒng)，特別適合利用無線信道的特性并可以由衰弱多徑信道得到很大的性能 增益，相對于在基站126和移動終端122具有單天線的通信系統(tǒng)(特別是 NLOS通信系統(tǒng))，所述多天線的通信系統(tǒng)可以得到很大的性能提高。圖1B示出了依據(jù)本發(fā)明實施例的MIMO通信系統(tǒng)的示意圖。參考圖1B， 示出了 MIMO發(fā)射機102和MIMO接收機104，以及天線106、 108、 110、 112、 114、 116。圖中還示出了無線信道，所述信道包括通信路徑hn、 h12、h22、 h之i 、 !l2 NTX、 hi NTX、 hNRX 1 、 l^NRX 2、 hNRX NTX， 其中h^可以表示從發(fā)射機天線n到接收機天線m的信道系數(shù)?？赡苡蠳xx個發(fā)射機天線和Nrx個接 收機天線。圖中還給出了發(fā)射符號&、 x2、 xwTO和接收符號yl、 y2、 yNRX。MIMO發(fā)射機102包括有合適的邏輯，電路和/或代碼，用于產(chǎn)生發(fā)射符 號Xi ie{l，2，...NTX}，所述符號通過如圖1B示出的發(fā)射天線106、 108、 IIO發(fā) 射。MIMO接收機104包括有合適的邏輯，電路和/或代碼，用于處理通過如 圖IB所示的接收天線112、 114、 116接收的接收符號yi i e {1，2,...Nrx}。在MIMO 系統(tǒng)中發(fā)射的和接收的信號之間的輸入輸出關(guān)系可以表示為如下所示y=Hx+n其中)Kyi,y2,…yNRx]t是具有Nrx個元素的列矢量，5表示矢量轉(zhuǎn)置，H=[~]:fe{l,2,.J^};_/e{l，2"J^}表示NRxXNxx維的信道矩陣，x = ^，》"》^dr是具有Nxx個元素的列矢量，n是具有NRx個元素的噪聲采樣列矢量。信道 矩陣H在使用奇異值分解(SVD)的情況下可以寫成H=U2VH，其中"表示哈 密頓轉(zhuǎn)置(hermitian transpose), U是NrxXNtx的酉矩降，2是N^XNix 的對角矩陣，而V是NnXN^的酉矩陣。也可以使用對角化或者變換所述 矩陣H的其它矩陣分解，而不是SVD分解。如果MIMO接收機104內(nèi)執(zhí)行的接收機算法是例如排序連續(xù)干擾抵消(OSIC)，則可以轉(zhuǎn)換矩陣H到下/上三 角矩陣的其它矩陣分解也是可以的。這樣的分解包括幾何均值分解(GMD)， 其中H=QRPH，其中R可以是H的奇異值的幾何均值位于對角元素上的上 三角矩陣，Q和P可以是酉矩陣。圖2示出了依據(jù)本發(fā)明實施例的MIMO預(yù)編碼收發(fā)器鏈模型的框圖。參 考圖2，示出了 MIMO預(yù)編碼系統(tǒng)200，包括MIMO發(fā)射機202、 MIMO基 帶等效信道203、 MIMO接收機204和加法模塊208。 MIMO發(fā)射機202包 括發(fā)射機(TX)基帶處理模塊210和發(fā)射預(yù)編碼模塊214。 MIMO基帶等效信 道203包括無線信道206、 TX射頻(RF)處理模塊212和接收機(RX) RF處理 模塊218。 MIMO接收機204包括預(yù)編碼解碼模塊216和RX基帶處理模塊 220。圖中還示出了符號矢量s、預(yù)編碼矢量x、噪聲矢量n、接收矢量y和 信道解碼矢量y'。MIMO發(fā)射機202包括基帶處理模塊210，其包括有合適的邏輯、電路 和/或代碼，用于產(chǎn)生MIMO基帶發(fā)射信號。所述MIMO基帶發(fā)射信號可以 傳輸?shù)桨l(fā)射預(yù)編碼模塊214。基帶信號在發(fā)射預(yù)編碼模塊214內(nèi)經(jīng)過適當(dāng)?shù)?編碼以在無線信道206中發(fā)射，發(fā)射預(yù)編碼模塊214包括有合適的邏輯、電 路和/或代碼以用于使得其執(zhí)行這些功能。TXRF處理模塊212包括有合適的 邏輯，電路和域代碼，用于使得傳輸?shù)絋X RF處理模塊212的信號被調(diào)制 到射頻(RF)以在無線信道206中發(fā)射。RX RF處理模塊218包括有合適的邏 輯，電路和/或代碼，用于執(zhí)行射頻前端功能，以接收在無線信道206中發(fā)射 的信號。RXRF處理模塊218包括有合適的邏輯，電路和/或代碼，用于將其 輸入信號解調(diào)成基帶信號。加法模塊208表示在MIMO接收機中將噪聲加到 接收到的信號內(nèi)。MIMO接收機204包括預(yù)編碼解碼模塊216，它線性解碼 接收到的信號并傳輸所述信號到RX基帶處理模塊220。 RX基帶處理模塊 220包括有合適的邏輯，電路和/或代碼，用于對該基帶信號應(yīng)用進(jìn)一步的信 號處理。MIMO發(fā)射機202包括基帶處理模塊210，其包括有合適的邏輯，電路 和/或代碼，用于產(chǎn)生MIMO基帶發(fā)射信號。所述MIMO基帶發(fā)射信號，被傳輸?shù)桨l(fā)射預(yù)編碼模塊214，可以是符號矢量s。符號矢量s可以是N^Xl 維的矢量。發(fā)射預(yù)編碼模塊214對符號矢量s執(zhí)行線性變換，使得x=Ws，其中W的維數(shù)為Nw乘以S的長度，且X-[X,，X2，…Xntx]T。預(yù)編碼矢量x的每一個元素在Ntx可用天線中的不同天線上發(fā)射。發(fā)射的預(yù)編碼矢量x通過MIMO基帶等效信道203。由Nrx個接收機天 線接收到的信號y是發(fā)射信號x通過MIMO基帶等效信道203變換(由矩陣 H表示)，并加上噪聲分量(表示為噪聲矢量n)而得到的。如加法模塊208 所示，接收矢量y表示為y-Hx+n-HWs+n。接收矢量y被傳輸?shù)筋A(yù)編碼解 碼模塊216，其中可以對接收矢量y執(zhí)行線性解碼操作B以得到解碼矢量 y'-B^-BHHWs+B1111，其中B是適當(dāng)維數(shù)的復(fù)數(shù)矩陣。解碼矢量y'接著被傳 輸?shù)絉X基帶處理模塊220，在此對預(yù)編碼解碼模塊216的輸出執(zhí)行進(jìn)一步 信號處理。如果應(yīng)用于發(fā)射預(yù)編碼矢量x的MIMO基帶等效信道203的傳輸函數(shù)H 在MIMO發(fā)射機202和MIMO接收機204端都已知，則所述信道可以被對 角化，例如，設(shè)置W-V和B-U，其中H-U2VH是奇異值分解。在這些情 況下，信道解碼矢量y'為如下關(guān)系式所示y ， = uHU S VHVs+UHn= 2 s+UHn因為S是對角矩陣，y'中的符號矢量S的元素之間沒有干擾存在，因此所述 無線通信系統(tǒng)看起來像具有高達(dá)lSbc個并行單天線的無線通信系統(tǒng)那樣，對 于s的每一個元素，信道矩陣H的秩可以小于等于Nn。圖3示出了依據(jù)本發(fā)明實施例的具有有限比率信道狀態(tài)信息反饋的 MIMO預(yù)編碼系統(tǒng)的框圖。參考圖3，示出的MIMO預(yù)編碼系統(tǒng)300包括部 分MIMO發(fā)射機302、部分MIMO接收機304、無線信道306、加法模塊308、 和反饋信道320。部分MIMO發(fā)射機302包括發(fā)射預(yù)編碼模塊314。部分 MIMO接收機304包括預(yù)編碼解碼模塊316、信道估計模塊322、信道量化 模塊310、信道分解模塊312、以及碼本處理模塊318。圖3還示出了符號矢 量s、預(yù)編碼矢量x、噪聲矢量n、接收矢量y、以及解碼矢量y'。10發(fā)射預(yù)編碼模塊314、無線信道306、加法模塊308、以及預(yù)編碼解碼模 塊316與圖2中所示的發(fā)射預(yù)編碼模塊214、 MIMO基帶等效信道203、加 法模塊208和預(yù)編碼解碼模塊216基本相同。信道估計模塊322包括有合適 的邏輯，電路和/或代碼，用于估計無線信道206的傳輸函數(shù)。信道估計值可 傳送給信道分解模塊312,信道分解模塊312包括有合適的邏輯，電路和/或 代碼，用于分解信道。在這方面，被分解的信道連接到信道量化模塊310。 信道量化模塊310包括有合適的邏輯，電路和/或代碼，用于將所述信道部分 量化到碼本上。碼本處理模塊318包括有合適的邏輯，電路和/或代碼，用于 產(chǎn)生碼本。反饋信道320表示為從部分MIMO接收機304傳輸信道狀態(tài)信息 到部分MIMO發(fā)射機302的信道。在很多無線系統(tǒng)中，信道狀態(tài)信息，也就是關(guān)于信道傳輸矩陣H的消息， 對于發(fā)射機和接收機可能是不可利用的。然而，為了利用如圖2所示的預(yù)編 碼系統(tǒng)，可能希望在發(fā)射機端知道至少部分信道信息。在如圖2所公開的本 發(fā)明的實施例中，MIMO發(fā)射機302需要有用于在MIMO發(fā)射機202的發(fā)射 預(yù)編碼模塊214內(nèi)進(jìn)行預(yù)編碼的酉矩陣V。在頻分復(fù)用(FDD)系統(tǒng)中，用于從基站到移動終端的下行通信的通信頻 帶與用于上行通信的頻帶是不一樣的。由于頻帶的不同，上行鏈路的信道測 量一般對于下行鏈路是沒有用的，反之亦然。在這些情況下，僅在接收機端 執(zhí)行所述測量，而信道狀態(tài)信息(CSI)可以通過反饋的方式傳輸回發(fā)射機。對 于這個原因，CSI可以通過反饋信道320從部分MIMO接收機304反饋回到 部分MIMO發(fā)射機302的發(fā)射預(yù)編碼模塊314。發(fā)射預(yù)編碼模塊314、無線 信道306、以及加法模塊308與圖2所示的對應(yīng)的模塊214、 203、以及208 基本相同。在部分MIMO接收機304，接收信號y可以用來在信道估計模塊222中 估計信道傳輸函數(shù)H，用A表示。例如，所述估計可以進(jìn)一步分解成對角矩 陣或者三角矩陣形式，這取決于特定接收機實施例，如圖2所解釋。例如， 信道分解模塊312可以執(zhí)行SVD分解fi = ￡li:々H。矩陣H和ft可以是秩滿 足BWA^的矩陣。在多個天線的情況下，矩陣U,S，和V的維數(shù)增加得很快。在這些情況下，可能希望量化矩陣々成NTxXNRx的矩陣Vk以及來自 于之前定義的有限酉矩陣集Cd—Q^的酉旋轉(zhuǎn)矩陣(^，其中Vk^Vk-L(^可以 由上一個Vk，也就是Vw產(chǎn)生。所述酉矩陣集Cd指的是碼本。矩陣々的改 變速率相對于信道的更新速率要慢。在這些情況下，發(fā)射對之前量化矩陣Vk-i 的更新而不是新的矩陣Vk是非常經(jīng)濟的，而且可以利用信道記憶。通過從碼 本Q中找到可以產(chǎn)生Vk的矩陣Q^ ，其中Vk在某種意義上非常接近矩陣々， 那么就足夠發(fā)射矩陣Q2的索引q到發(fā)射預(yù)編碼模塊314。這可以由信道量化 模塊310的反饋信道320實現(xiàn)。部分MIMO發(fā)射機302需要知道碼本Cd。 所述碼本Cd比信道傳輸函數(shù)H變化慢的多，足夠從碼本處理模塊318通過 反饋信道320在發(fā)射預(yù)編碼模塊314中周期地更新所述碼本Cd。所述碼本 Cd可以選擇為靜態(tài)的或者自適應(yīng)的。而且，所述碼本Cd還可以從碼本集中 自適應(yīng)或者非自適應(yīng)地選擇，這些碼本集包括自適應(yīng)和/或靜態(tài)設(shè)計的碼本。 在這些情況下，部分MIMO接收機304可以在任何時間點及時告知所使用的 碼本給部分MIMO發(fā)射機302。矩陣々可以用如下描述的關(guān)系式量化成Vk:<formula>formula see original document page 12</formula>a ■ {I)其中A呵aij]和A的維數(shù)都是NXN。因此，矩陣(^可以選作碼本中的Qq ，它可以最大化以上定義的函數(shù)/(i)HF)t-i&)。函數(shù)f(.)可以平均輸入矩陣對角 元素的平方絕對值。通過最大化f(.)，在某種意義上，可以選擇矩陣Vk，使 得乘積W^最大程度相似于單位矩陣。在一些近似條件下，以上f(.)的表達(dá) 式可以最大化所述預(yù)編碼MIMO系統(tǒng)的瞬時容量。在本發(fā)明的另一個實施例 中，所述函數(shù)f(.)可以與方程(l)不同。因此，信道H可以在信道估計模塊322 中估計，在信道分解模塊312中分解。在信道量化模塊310中，矩陣?yán)纭┛梢粤炕删仃嘨k-Vk-i.(^，索引q可以通過反饋信道320反饋回部分MIMO發(fā)射機302。比索引q變化的頻 率慢的多，來自碼本處理模塊318的碼本Cd可以通過反饋信道320發(fā)射到部 分MIMO發(fā)射機302。所述碼本Cd還可以選擇為時間上保持不變的。而且， 所述碼本Cd還可以從碼本集中自適應(yīng)或者非自適應(yīng)地選擇，這些碼本包括自 適應(yīng)和/或靜態(tài)設(shè)計的碼本。為了反饋索引q，當(dāng)碼本C的基數(shù)ICi小于或等于 2M， M個比特就足夠。參考如圖2所描述的，MIMO預(yù)編碼系統(tǒng)300可以發(fā)射/^A^并行數(shù)據(jù) 流。例如，在4X4MIMO系統(tǒng)中，可以同時使用4個并行數(shù)據(jù)流。然而， 每一個數(shù)據(jù)流需要特定的發(fā)射功率，以使得MIMO接收機的接收具有足夠大 的信噪比(SNR)，從而滿足所期望的性能。在一些情況下，可以使用其它性 能測量代替SNR。在部分MIMO發(fā)射機302處獲得所需要的數(shù)據(jù)率和/或其 它性能測量需要的發(fā)射功率隨著部分MIMO發(fā)射機302和部分MIMO發(fā)射 機304之間的距離的增加而增加。在一些情況下，在部分MIMO發(fā)射機302 的可用發(fā)射功率可能被限制。在這些情況下，可以通過分布現(xiàn)有功率到更少 的并行數(shù)據(jù)流上，而增加發(fā)射范圍。在這點上，現(xiàn)有功率集中于更少的數(shù)據(jù) 流，其中這些數(shù)據(jù)流的范圍可以增加。然而，剩余的數(shù)據(jù)流可以不使用功率， 因為，例如，沒有足夠的發(fā)射功率，MIMO系統(tǒng)300的整體數(shù)據(jù)率從而減少 了。因此，在數(shù)據(jù)率和發(fā)射范圍的折中是可能的。如圖2所述，信道矩陣可以被分解，例如，使用奇異值分解(SVD):6 = ￡jf:;H。對角矩陣包括矩陣ft的奇異值。MIMO預(yù)編碼系統(tǒng)300中的數(shù)據(jù)流的容量和SNR與包含在i的奇異值的絕對值有關(guān)，也就是，具有最大的容量的最有效的數(shù)據(jù)流是與最大奇異值相關(guān)的那些。與t中每個奇異值相關(guān)的 可以是t)和々的列矢量。通過使用列矢量的形式寫矩陣0和々，也就是U-[U1,U2,…,Untx]和V4v1,V2,…,Vntx]，可以使用 臺"'表示奇異值分解，其中巧是忠中的第i個奇異值。另外，不失一般性，可以假設(shè)所述奇異值按序排列，因此円》^2》…2"MX。如上所述，有效使用的數(shù)據(jù)流是那些與大的奇異值的相關(guān)的數(shù)據(jù)流。在MIMO預(yù)編碼系統(tǒng)300中可以通過構(gòu) 建矩陣VV實現(xiàn)，該矩陣包括與大的奇異值相關(guān)的Vk的某些列。例如，對于 1^7Vr義個使用的數(shù)據(jù)流，可以得到預(yù)編碼矩陣^1(=|^1,￥2,...^]。相應(yīng)地， 數(shù)據(jù)列矢量s包括L個元素。在這些情況下，部分MIMO發(fā)射機302可以與 發(fā)射預(yù)編碼模塊314通信，以決定需要Vk的多少列來構(gòu)建預(yù)編碼矩陣V'k 。 發(fā)射數(shù)據(jù)流的數(shù)量等于在Vk'中使用的列的數(shù)量。丄S7V漢列的預(yù)編碼矩陣 V'k的使用指的就是秩減小(reduced-rank) MIMO預(yù)編碼。發(fā)射預(yù)編碼模塊314可以執(zhí)行，例如線性變換x-V'kS 。在接收機316的預(yù)編碼模塊316可以實現(xiàn)線性變換ybfjHy 。碼本Cd可能包括復(fù)數(shù)酉矩陣《QcJ。希望的碼本可能是包括簡單可調(diào)整動 態(tài)范圍的碼本。這可解釋旋轉(zhuǎn)矩陣《QcJ，意味著集Cd的絕對角度范圍是可修 改和配置的，以及粒度(granularity)，也就是，相鄰的矩陣Qq之間的步長。 所述動態(tài)范圍的可修改可以允許所述碼本可以適用于很大范圍的不同信道條 件。特別地，碼本Cd可以適應(yīng)無線信道矩陣H的變化速率。圖4示出了依據(jù)本發(fā)明實施例的MIMO預(yù)編碼處理的流程圖。參考圖4， 給出了步驟402到416。MIMO預(yù)編碼處理開始與步驟402。在步驟404，可以獲取MIMO發(fā)射 機和MIMO接收機之間的發(fā)射信道的信道估計。這個步驟可以對應(yīng)于獲取如 圖3所示的MIMO預(yù)編碼系統(tǒng)300中無線信道306的傳輸函數(shù)A。在步驟 406，接著使用例如奇異值分解和/或幾何均值分解的方式，分解矩陣A形式 的信道傳輸函數(shù)。這個操作，例如，可以在如圖3中的信道分解模塊312中 執(zhí)行。在步驟408，信道的變化被量化到碼本以得到(^。在步驟410，元素 Q^eG的索引q通過如圖3所示的反饋信道320由部分MIMO接收機304 反饋到部分MIMO發(fā)射機。在MIMO發(fā)射機處，例如部分MIMO發(fā)射機302，例如可以基于由接收機通過反饋接收到的信息，在步驟412可以確定數(shù)據(jù)流 的數(shù)量i^A^?；跀?shù)據(jù)流的數(shù)量L，在步驟414可以由Vk構(gòu)建預(yù)編碼矩陣 V'k。在步驟416，預(yù)編碼矩陣V'k可以應(yīng)用于合適維的數(shù)據(jù)符號矢量s。在本 發(fā)明的另一個實施例中，所使用的數(shù)據(jù)流的數(shù)量L可以不那么頻繁的確定。 例如，如圖4所示，在步驟412中所即將被使用的數(shù)據(jù)流的數(shù)量L毎Nl循 環(huán)確定和/或更新一次，以及例如在連續(xù)更新的值之間保持恒定。根據(jù)本發(fā)明的實施例， 一種用于速率壓縮預(yù)編碼矩陣的方法和系統(tǒng)，包 括將MIMO預(yù)編碼系統(tǒng)300中的信道狀態(tài)信息的變化量化到碼本，并至少 基于所述信道狀態(tài)信息產(chǎn)生預(yù)編碼矩陣，如圖3和圖4所示。所述信道狀態(tài) 信息可以是矩陣V和一個或者多個相關(guān)奇異值。所述矩陣V可以使用信道分 解模塊312中的奇異值分解(SVD)或者幾何均值分解(GMD)產(chǎn)生?？梢曰?相關(guān)的奇異值，在部分MIMO發(fā)射機302處選擇矩陣V的一列或多列，所 述選擇的列可以合并，以在發(fā)射預(yù)編碼模塊314中產(chǎn)生預(yù)編碼矩陣。所述碼 本包括一個或多個酉矩陣。在該MIMO預(yù)編碼系統(tǒng)300中，通過反饋信道 320將碼本的元素索引由部分MIMO接收機304發(fā)射到部分MIMO發(fā)射機 302，其中信道狀態(tài)信息變化量化到所述碼本。包括所述MIMO預(yù)編碼系統(tǒng) 300的通信系統(tǒng)包括一個或者多個發(fā)射天線和一個或者多個接收天線。使用 所述預(yù)編碼矩陣，在MIMO預(yù)編碼系統(tǒng)300的部分MIMO發(fā)射機302中線 性變換發(fā)射預(yù)編碼模塊314發(fā)射機的矩陣。在本發(fā)明的一個實施例中，可提供一種機器可讀存儲。其內(nèi)存儲的計算 機程序包括至少一個代碼段，所示至少一個代碼段由機器執(zhí)行而使得所述機 器執(zhí)行上述步驟，以用于速率壓縮預(yù)編碼矩陣。本發(fā)明可以通過硬件、軟件，或者軟、硬件結(jié)合來實現(xiàn)。本發(fā)明可以在 至少一個計算機系統(tǒng)中以集中方式實現(xiàn)，或者由分布在幾個互連的計算機系 統(tǒng)中的不同部分以分散方式實現(xiàn)。任何可以實現(xiàn)所述方法的計算機系統(tǒng)或其 它設(shè)備都是可適用的。常用軟硬件的結(jié)合可以是安裝有計算機程序的通用計 算機系統(tǒng)，通過安裝和執(zhí)行所述程序控制計算機系統(tǒng)，使其按所述方法運行。 在計算機系統(tǒng)中，利用處理器和存儲單元來實現(xiàn)所述方法。15本發(fā)明還可以通過計算機程序產(chǎn)品進(jìn)行實施，所述程序包含能夠?qū)崿F(xiàn)本 發(fā)明方法的全部特征，當(dāng)其安裝到計算機系統(tǒng)中時，通過運行，可以實現(xiàn)本 發(fā)明的方法。本文件中的計算機程序所指的是可以采用任何程序語言、代 碼或符號編寫的一組指令的任何表達(dá)式,該指令組使系統(tǒng)具有信息處理能力， 以直接實現(xiàn)特定功能，或在進(jìn)行下述一個或兩個步驟之后實現(xiàn)特定功能a) 轉(zhuǎn)換成其它語言、編碼或符號；b)以不同的格式再現(xiàn)。本發(fā)明是通過幾個具體實施例進(jìn)行說明的，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白， 在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行各種變換及等同替代。 另外，針對特定情形或具體情況，可以對本發(fā)明做各種修改，而不脫離本發(fā) 明的范圍。因此，本發(fā)明不局限于所公開的具體實施例，而應(yīng)當(dāng)包括落入本 發(fā)明權(quán)利要求范圍內(nèi)的全部實施方式。
權(quán)利要求
1、一種用于處理通信信號的方法，其特征在于，包括將多入多出預(yù)編碼系統(tǒng)中的信道狀態(tài)信息的變化量化到碼本上；以及至少基于所述信道狀態(tài)信息產(chǎn)生預(yù)編碼矩陣。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述信道狀態(tài)信息是矩陣 V或一個或多個相關(guān)奇異值。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，包括使用奇異值分解產(chǎn)生 所述矩陣V。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，包括使用幾何均值分解分 解產(chǎn)生所述矩陣V。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，包括基于所述一個或者多 個奇異值以選擇所述矩陣V的一列或者多列。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，包括合并所述選擇的一列 或者多列以產(chǎn)生所述預(yù)編碼矩陣。
7、 一種用于處理通信信號的系統(tǒng)，其特征在于，包括 多入多出預(yù)編碼系統(tǒng)中的一個或者多個電路，所述電路用于 將信道狀態(tài)信息的變化量化到碼本；以及 至少基于所述信道狀態(tài)信息產(chǎn)生預(yù)編碼矩陣。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述信道狀態(tài)信息是矩陣 V或一個或者多個相關(guān)奇異值。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述一個或者多個電路使 用奇異值分解產(chǎn)生所述矩陣V。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述一個或者多個電路 使用幾何均值分解產(chǎn)生所述矩陣V。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于處理通信信號的方法和系統(tǒng)，更具體說，公開了一種用于速率壓縮預(yù)編碼矩陣的德耳塔(delta)量化器的方法和系統(tǒng)。所述方法包括將MIMO預(yù)編碼系統(tǒng)中的信道狀態(tài)信息的變化量化到碼本，并至少基于所述信道狀態(tài)信息產(chǎn)生預(yù)編碼矩陣。所述信道狀態(tài)信息可以是矩陣V和一個或者多個相關(guān)奇異值。矩陣V可以使用奇異值分解(SVD)或者幾何均值分解(GMD)產(chǎn)生?？梢曰谒鲆粋€或者多個相關(guān)奇異值選擇矩陣V的一列或多列，所述選擇的列可以合并以產(chǎn)生預(yù)編碼矩陣。所述碼本包括一個或多個酉矩陣。碼本中對應(yīng)元素的索引由接收機發(fā)射到發(fā)射機，其中信道狀態(tài)信息被量化到所述碼本上。
文檔編號H04L1/06GK101262456SQ20081007403
公開日2008年9月10日 申請日期2008年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月12日
發(fā)明者尤里·蘭道, 文科·厄斯戈, 軍 鄭, 馬克·肯特 申請人:美國博通公司