專利名稱：一種無線通信系統(tǒng)中實現(xiàn)開環(huán)預(yù)編碼的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，具體涉及一種在TDD (Time Division Duplex, 時分雙工)LTE ( Long Term Evolution,長期演進(jìn))中實現(xiàn)開環(huán)預(yù)編碼的 方法。
背景技術(shù)：
在LTE系統(tǒng)中，通常使用線性空域預(yù)編碼(Precoding)技術(shù)來提高系 統(tǒng)的性能；線性空域預(yù)編碼方法是指當(dāng)發(fā)射端存在多根發(fā)射天線時，可 以通過一個線性的預(yù)編碼操作將多個數(shù)據(jù)流映射到多根天線上。假設(shè)天線 數(shù)目為N,數(shù)據(jù)流個數(shù)為L,當(dāng)數(shù)據(jù)流數(shù)目為1時，即將1個數(shù)據(jù)流映射到 N根天線上時，這種空域的線性預(yù)編碼又可以看作是傳統(tǒng)的波束賦形方法。 其原理主要在于通過預(yù)編碼使得發(fā)射信號處于信道矩陣的相應(yīng)正交基上， 也就是使得多個數(shù)據(jù)流分別在正交的空間子信道中傳輸，降低數(shù)據(jù)流間的 相互干擾，提高了系統(tǒng)性能，與傳統(tǒng)的波束賦形算法相比，預(yù)編碼矩陣一 般不是根據(jù)終端的方向進(jìn)行賦形，而是根據(jù)降低波束間干擾的需求生成。LTE FDD ( Frequency Division Duplex,頻分雙工)系統(tǒng)下4亍多輸入多 輸出MIMO ( Multiple Input Multiple Output)方案中，用戶終端(UE， User Equipment)根據(jù)對下行空間信道特性的估計生成預(yù)編碼向量，并利用上行 控制信道反饋給基站eNodeB ( Enhanced NodeB, LTE協(xié)議中表示基站端) 側(cè)，只是由于考慮到反饋信息量化的問題，LTE協(xié)議中規(guī)定了 2端口和4 端口模式下的反饋權(quán)值列表，用戶終端UE端實際反饋的PMI (Precoding matrix indicator,預(yù)編碼矩陣指示)是權(quán)值的索引。LTEFDD系統(tǒng)下行Precoding方案具體過程描述如下用x代表發(fā)射端 天線發(fā)射的數(shù)據(jù)，y代表接收天線所接收的數(shù)據(jù)，在第t時刻有<formula>formula see original document page 5</formula>通過對矩陣i/(,)進(jìn)行奇異值分解(SVD),可得<formula>formula see original document page 5</formula>其中C/(/)與r(f)為酉陣。eNodeB，則在第,+ l時刻eNodeB將PMI對應(yīng)的p做為預(yù)編碼矩陣，即;c-戸， 假設(shè)PMI映射過程以及上行傳輸過程完全理想，則x-r( 。UE端利用t + 1時刻奇異值分解得到的t/(f + l)做為譯碼矩陣，即對接收數(shù)據(jù)y左乘矩陣 t/(f + l)"，并且假設(shè)前后兩個時刻信道基本保持不變，利用酉陣的特性可以 得到<formula>formula see original document page 5</formula>其中，s代表空間子信道的發(fā)射信號，r代表空間子信道的接收信號，奇 異值分解得到的D是由奇異值組成的矩陣，每一個奇異值代表這個獨立空間 子信道的增益。具體過程可參照圖l所示(以兩發(fā)兩收LTE系統(tǒng)為例)，其中數(shù)據(jù)流l 和數(shù)據(jù)流2即表示上文中所述的發(fā)射信號s,而其中的vu，&等參數(shù)即為上文 中所述的V矩陣中的參數(shù)，所述的數(shù)據(jù)流與V矩陣中的各參數(shù)相乘的過程即 就是預(yù)編碼Precoding過程；經(jīng)過預(yù)編碼后的數(shù)據(jù)在空間信道中相當(dāng)于經(jīng)過2 個獨立的空間子信道，A，^即表示該空間子信道的增益，為上文所述矩陣D 中的對角線元素；之后在接收端利用U矩陣進(jìn)行譯碼，其中的"u，^等參數(shù) 即為上文中所述的U矩陣中的參數(shù)，相乘后即分別得到發(fā)射數(shù)據(jù)流l和發(fā)射 數(shù)據(jù)流2的接收端估計值。在LTETDD系統(tǒng)中可以沿用FDD模式下的方法，即由UE產(chǎn)生并反饋波束賦形權(quán)值索引。但是考慮到TDD系統(tǒng)的上下行之間是按騰時間劃分 的，因此下行反饋時延必然會大于FDD系統(tǒng)，造成UE側(cè)計算權(quán)值量化后 再反饋造成的系統(tǒng)時延、開銷損失以及量化誤差大對性能所帶來的影響， 使系統(tǒng)的性能降低，并且由于LTE系統(tǒng)現(xiàn)有協(xié)議只給出了最多4個端口的 參考信號位置，對于端口數(shù)目大于4的情況下如何獲得預(yù)編碼權(quán)值以及保 證UE正確解調(diào)都是需要解決的問題，所以對現(xiàn)有技術(shù)的預(yù)編碼方法所采取 的措施需加以改進(jìn)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是，針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提出了一種無線通信 系統(tǒng)中實現(xiàn)開環(huán)預(yù)編碼的方法，即在LTETDD系統(tǒng)中利用上下行信道對稱 性，在開環(huán)情況下獲得下行預(yù)編碼矩陣，并保證端口數(shù)目大于4時完成下 行UE正確的解調(diào)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種無線通信系統(tǒng)中實現(xiàn)開環(huán)預(yù)編碼的方法，其中，包括如下步驟A、 上行UE端多個發(fā)射天線連續(xù)N個上行時刻依次向基站輪流發(fā) 射，N為發(fā)射天線數(shù)目；B、 合并所述N個上行時刻的信道估計，獲得與下行對稱的上行信 道估計矩陣，在開環(huán)情況下獲得下行預(yù)編碼矩陣；C、 根據(jù)下行發(fā)射端口數(shù)目，對下行數(shù)據(jù)預(yù)編碼后發(fā)射，所述UE 完成下行發(fā)射數(shù)據(jù)的解調(diào)。所述的方法，其中，所述步驟A進(jìn)一步包括Al、所述上行接收端基站通過天線接收信號，4艮據(jù)已知參考信號估算 當(dāng)前時刻信道估計/^。所述的方法，其中，所述步驟B進(jìn)一步包括Bl 、所述信道估計矩陣是將之前接收到的N-l個上行時刻的信道估計v...，v,與所述當(dāng)前信道估計~合并得到信道估計矩陣=…&r,其中矩陣/Z的大小為iVxM, M為基站端天線數(shù)目，N為發(fā)射天線數(shù)目；B2、對所述信道估計矩陣Z/進(jìn)行奇異值分解，得到所述下行預(yù)編碼矩 陣r。所述的方法，其中，所述下行預(yù)編碼矩陣F的表達(dá)式為其中，U、 V分別為奇異值分解得到的預(yù)編碼譯碼和編碼酉矩陣，D是特征值組成的矩陣，K的大小為Mxv, v表示下行發(fā)射數(shù)據(jù)的層數(shù)。 所述的方法，其中，所述步驟C進(jìn)一步包括 Cl、當(dāng)端口數(shù)目不大于4時，對所述下行待發(fā)射的數(shù)據(jù)預(yù)編碼； C2、當(dāng)端口數(shù)目大于4時，對所述下行待發(fā)射的數(shù)據(jù)和小區(qū)參考信號共同進(jìn)行預(yù)編碼，其中小區(qū)參考信號按照發(fā)射數(shù)據(jù)層數(shù)進(jìn)行映射，即不同端口的小區(qū)參考信號分別映射在各個發(fā)射數(shù)據(jù)層上。所述的方法，其中，所述步驟C1還包括Cll、所述UE對接收信號進(jìn)行OFDM解調(diào)后，對下行信道估計進(jìn)行奇異值分解，利用譯碼矩陣完成預(yù)編碼譯碼，得到對下行發(fā)射數(shù)據(jù)的估計，完成接收解調(diào)下行發(fā)射數(shù)據(jù)。 所述的方法，其中，所述步驟C2還包括C21、所述UE對接收信號進(jìn)行OFDM解調(diào)后，利用下行信道估計進(jìn)行下行解調(diào)，完成接收解調(diào)下行發(fā)射數(shù)據(jù)。本發(fā)明所提供的一種無線通信系統(tǒng)中實現(xiàn)開環(huán)預(yù)編碼的方法，在LTE TDD系統(tǒng)中利用上下4亍信道對稱性，在開環(huán)情況下通過#<復(fù)雜度的算法實 現(xiàn)下行預(yù)編碼矩陣，根據(jù)不同的端口數(shù)目對發(fā)射數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)編碼后調(diào)制并發(fā) 射完成下行UE正確的解調(diào)，由于本發(fā)明不采用用戶終端UE閉環(huán)反饋，通 過低復(fù)雜度算法實現(xiàn)下行預(yù)編碼，充分利用了 TDD系統(tǒng)本身的上下行信道 對稱特性，避免了碼本映射帶來的系統(tǒng)性能的損失，降低了系統(tǒng)反饋負(fù)荷， 并實現(xiàn)了多端口預(yù)編碼，有效提高下行接收功率，提高系統(tǒng)性能，非常利于工程實現(xiàn)。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)在LTEFDD無線通信系統(tǒng)中預(yù)編碼方法的原理圖； 圖2為本發(fā)明在TDD LTE無線通信系統(tǒng)中實現(xiàn)開環(huán)預(yù)編碼的具體實 施流程圖。
具體實施方式
本發(fā)明提供了 一種無線通信系統(tǒng)中實現(xiàn)開環(huán)預(yù)編碼的方法和系統(tǒng)，為 使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實 施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。為了解決在LTE無線通信系統(tǒng)中進(jìn)行預(yù)編碼時所出現(xiàn)的系統(tǒng)負(fù)荷高 和不支持多端口等問題，本發(fā)明采用了 一種應(yīng)用在TDD LTE無線通信系 統(tǒng)中實現(xiàn)開環(huán)預(yù)編碼的方法，即提供一種在TDD LTE通信系統(tǒng)中包括UE 上行發(fā)射方法、基站eNodeB預(yù)編碼權(quán)值計算以及UE下行接收的方案， 從而使得TDD LTE無線通信系統(tǒng)能夠利用上下行信道對稱性，即不采取 UE閉環(huán)反饋的情況下通過該低復(fù)雜度算法實現(xiàn)開環(huán)預(yù)編碼，它包括如下 方法UE端上行采用輪流發(fā)射，在上行接收下行發(fā)射eNodeB基站獲得 當(dāng)前時刻信道估計，構(gòu)造包括所有發(fā)射天線的信道估計矩陣，利用奇異值 分解獲得下行預(yù)編碼Precoding權(quán)值，根據(jù)端口數(shù)目對發(fā)射數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)編 碼后進(jìn)行正交頻分復(fù)用OFDM調(diào)制并發(fā)射，所述UE下行接收端OFDM 解調(diào)后根據(jù)端口數(shù)目利用信道估計采用不同算法完成對發(fā)射數(shù)據(jù)的下行 解調(diào)；所述的方法應(yīng)用在TDDLTE無線通信系統(tǒng)中，提供了一種在LTE TDD幀結(jié)構(gòu)下實現(xiàn)預(yù)編碼的收發(fā)機系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過在UE上行發(fā)射端上 行發(fā)射時采用N個發(fā)射天線連續(xù)N個時刻依次向基站eNodeB輪流發(fā)射， 在基站eNodeB上行接收端獲得當(dāng)前時刻信道估計、構(gòu)造包括所有發(fā)射天線的信道估計矩陣、利用奇異值分解獲得下行預(yù)編碼權(quán)值矩陣、根據(jù)基站eNodeB端口數(shù)目分別采用對下行數(shù)據(jù)預(yù)編碼以及對參考信號和下行數(shù)據(jù) 同時進(jìn)行預(yù)編碼的Precoding方案后進(jìn)行OFDM調(diào)制后，通過基站eNodeB 的發(fā)射天線發(fā)送給所述的UE端進(jìn)行下行解調(diào)，來達(dá)到在開環(huán)情況下通過 低復(fù)雜度的算法實現(xiàn)多端口的開環(huán)預(yù)編碼。根據(jù)上述所描述，本發(fā)明采用了如圖2所示的用于無線通信系統(tǒng)中實 現(xiàn)開環(huán)預(yù)編碼的方法，下面參見附圖2對此進(jìn)行詳細(xì)的描述，主要包括以 下步驟步驟1) 、 UE上行輪流發(fā)射在UE上行發(fā)射端，假設(shè)l正的天線數(shù)目為N，則在上行傳輸數(shù)據(jù)時連 續(xù)N個上行時刻對于發(fā)射天線采用輪流發(fā)射的方法，在TDD系統(tǒng)中保證了 實現(xiàn)上下行信道的對稱性；解決了現(xiàn)有技術(shù)中，LTE系統(tǒng)中UE端在上行 單天線發(fā)射，多天線同時接收所存在的上下行信道的對稱性的問題。 步驟2)、上行信道估計上行接收端基站eNodeB由接收天線接收信號，根據(jù)已知參考信號估算 當(dāng)前時刻信道估計&;有多種信道估計方法可供選擇，本發(fā)明選擇以LS算 法為例，假設(shè)已知參考信號為&，接收到的參考信號為&,則此時信道估 計/^可由下式得到步驟3 )、合并信道矩陣將之前接收到的N-l個時刻的信道估計^...，/^—,與當(dāng)前時刻的信道估計合并得到與所有天線有關(guān)的信道估計矩陣-[/^2…,其中矩陣H的大 小為iVxM， M為基站eNodeB端天線數(shù)目，N為發(fā)射天線數(shù)目。 步驟4)、計算預(yù)編碼Precoding權(quán)值矩陣 對所述的Z/進(jìn)行奇異值分解，如下式所示= C/D" ( 5 )其中U、 V分別為奇異值分解得到的預(yù)編碼Precoding譯碼和編碼酉矩陣，D是由特征值組成的矩陣，其中的非零特征值代表信道中各個獨立空間子信道的增益，則所求預(yù)編碼Precoding編碼矩陣為V，其大小為Mxv，v表示下行發(fā)射數(shù)據(jù)的層數(shù)。步驟5)、下行數(shù)據(jù)預(yù)編碼各個子載波的數(shù)據(jù)根據(jù)其所對應(yīng)的下行Precoding矩陣進(jìn)行預(yù)編碼，然后映射在各自的物理資源上，之后進(jìn)行OFDM調(diào)制后發(fā)射，其中根據(jù)端口數(shù)目的情況分為如下步驟a、 當(dāng)端口數(shù)目不大于4時，只對待發(fā)射數(shù)據(jù)預(yù)編碼； 具體過程如下式所示j艮i殳某時刻PDSCH發(fā)射數(shù)才居為《，大小為vxl ， v 為發(fā)射數(shù)據(jù)層數(shù)； 其所對應(yīng)Precoding矩陣為J^，大小為Mxv，其中A:-l,2,…，尺表示UE帶寬 內(nèi)不同的子載波序號，則預(yù)編碼后教:據(jù)為A = ^《 (6)&的大小為Mxl ，分別對應(yīng)下行M根天線的發(fā)射數(shù)據(jù)。 則其中某一發(fā)射端口下行發(fā)射數(shù)據(jù)為&"'=解([、x2... ^r) (7)b、 當(dāng)端口數(shù)目大于4時，將小區(qū)參考信號與待發(fā)射數(shù)據(jù)共同進(jìn)行預(yù)編碼；具體過程如下所示其中待發(fā)射數(shù)據(jù)的解調(diào)保持與端口數(shù)目小于4時相同；而小區(qū)參考信號:J姿照發(fā)射數(shù)據(jù)層數(shù)進(jìn)行映射，即不同端口的小區(qū)參考信號分別映射在各個發(fā)射數(shù)據(jù)層上，并且對其進(jìn)行預(yù)編碼，其預(yù)編碼方 法與數(shù)據(jù)部分相同。步驟6)、下行數(shù)據(jù)接收解調(diào)UE端對來自于基站eNodeB下行數(shù)據(jù)發(fā)射的接收信號進(jìn)行OFDM解調(diào)后，利用下行信道估計對各個子載波上的數(shù)據(jù)進(jìn)行下行解調(diào)，得到對下行發(fā)射數(shù)據(jù)的估計；其中，接收端需要判斷下行發(fā)射端口數(shù)目情況 >當(dāng)端口數(shù)目不大于4時假設(shè)UE端下行得到的信道估計為& ，其中&為第k子載波經(jīng)歷的實際 信道，按照式(5)對&進(jìn)行奇異值分解(SVD)，得到下行譯碼矩陣"， 則得到對發(fā)射lt據(jù)的估計如下式所示=C//i^ + c//"4 (8)A是第k個子載波對應(yīng)MIMO信道中由特征值組成的矩陣。 >當(dāng)端口數(shù)目大于4時假設(shè)1正端下行得到的信道估計為4=&%,其中4為第k子載波經(jīng)歷 的實際信道。而有多種下行接收解調(diào)方法可供選擇，本發(fā)明選擇以ZF算法 為例，則得到對發(fā)射數(shù)據(jù)的估計如下式所示(9)其中r = i^T(&a + ")為下行UE端進(jìn)行OFDM解調(diào)后接收lt據(jù)， * = 1,2，...,尤表示不同的子載波序號。綜上所述，本發(fā)明所^>開的一種應(yīng)用在TDD LTE無線通信系統(tǒng)中實 現(xiàn)開環(huán)預(yù)編碼的方法，由于本發(fā)明在未增加UE設(shè)備復(fù)雜度的基礎(chǔ)上利用 輪流發(fā)射的方案保證了上下行信道對稱性，在保證預(yù)編碼性能的同時，避 免了利用下行反饋從而降低了系統(tǒng)負(fù)載，實現(xiàn)了多天線情況下的下行預(yù)編 碼方案，所以有效提高下行接收功率，提高了系統(tǒng)性能。應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡 管參照較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明 技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1、一種無線通信系統(tǒng)中實現(xiàn)開環(huán)預(yù)編碼的方法，其特征在于，包括如下步驟A、上行UE端多個發(fā)射天線連續(xù)N個上行時刻依次向基站輪流發(fā)射，N為發(fā)射天線數(shù)目；B、合并所述N個上行時刻的信道估計，獲得與下行對稱的上行信道估計矩陣，在開環(huán)情況下獲得下行預(yù)編碼矩陣；C、根據(jù)下行端口數(shù)目，對下行數(shù)據(jù)預(yù)編碼后發(fā)射，所述UE完成下行發(fā)射數(shù)據(jù)的解調(diào)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述步驟A進(jìn)一步包括 Al、上行接收端通過天線接收信號，根據(jù)已知上行參考信號估算當(dāng)前時刻信道估計&。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟B進(jìn)一步包括 Bl、所述信道估計矩陣是將之前接收到的N-l個上行時刻的信道估計 一 與所述當(dāng)前信道估計~合并得到信道估計矩P車= [/^…~f ,其中矩陣/f的大小為WxM, M為基站端天線數(shù)目；B2、對所述信道估計矩陣/Z進(jìn)行奇異值分解，得到所述下行預(yù)編碼矩 陣r。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述下行預(yù)編碼矩陣r 的表達(dá)式為= t/D^其中，U、 V分別為奇異值分解得到的預(yù)編碼譯碼和編碼酉矩陣，D 是特征值組成的矩陣，r的大小為Mxv， v表示下行發(fā)射數(shù)據(jù)的層數(shù)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述步驟C進(jìn)一步包括: Cl、當(dāng)端口數(shù)目不大于4時，對所述下行待發(fā)射的數(shù)據(jù)預(yù)編碼；C2、當(dāng)端口數(shù)目大于4時，對所述下行待發(fā)射的數(shù)據(jù)和小區(qū)參考信號 共同進(jìn)行預(yù)編碼，其中小區(qū)參考信號按照發(fā)射數(shù)據(jù)層數(shù)進(jìn)行映射，即不同 端口的小區(qū)參考信號分別映射在各個發(fā)射數(shù)據(jù)層上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟Cl還包括 Cll、所述UE對接收信號進(jìn)行OFDM解調(diào)后，對下行信道估計進(jìn)行奇異值 分解，利用譯碼矩陣完成預(yù)編碼譯碼，得到對下行發(fā)射數(shù)據(jù)的估計，完成 接收解調(diào)下行發(fā)射數(shù)據(jù)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟C2還包括 C21、所述UE對接收信號進(jìn)行OFDM解調(diào)后，利用下行信道估計進(jìn)行下行 解調(diào)，完成接收解調(diào)下行發(fā)射數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明所提供的一種無線通信系統(tǒng)中實現(xiàn)開環(huán)預(yù)編碼的方法，利用上下行信道對稱性，在開環(huán)情況下通過低復(fù)雜度的算法實現(xiàn)下行預(yù)編碼矩陣，根據(jù)不同的端口數(shù)目對發(fā)射數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)編碼后調(diào)制并發(fā)射完成UE下行正確的解調(diào)，由于本發(fā)明不采用用戶終端UE閉環(huán)反饋，通過低復(fù)雜度算法實現(xiàn)下行預(yù)編碼，充分利用了TDD系統(tǒng)本身的上下行信道對稱特性，實現(xiàn)了多端口情況下的下行預(yù)編碼方案，避免了碼本映射帶來的系統(tǒng)性能的損失，降低了系統(tǒng)反饋負(fù)荷，所以有效地提高了下行接收功率和系統(tǒng)性能，非常利于工程實現(xiàn)。
文檔編號H04B7/04GK101626264SQ200810068400
公開日2010年1月13日 申請日期2008年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月9日
發(fā)明者斌 李 申請人:中興通訊股份有限公司