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用于多输入多输出系统的无线通信方法、系统及接收器.pdf

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  • 文档编号:5036467
  • 上传时间:2018-12-07
  • 格式:PDF
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  • 摘要
    申请专利号:

    CN201110036782.0

    申请日:

    2011.02.12

    公开号:

    CN102163997A

    公开日:

    2011.08.24

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情:

    著录事项变更IPC(主分类):H04L 25/03变更事项:发明人变更前:任宇智 叶丙成 孟令三 蓝邦尝 吴之尧变更后:叶丙成 孟令三 蓝邦尝 吴之尧 任宇智|||授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H04B 7/06申请日:20110212|||公开

    IPC分类号:

    H04B7/06; H04L25/03

    主分类号:

    H04B7/06

    申请人:

    宏达国际电子股份有限公司

    发明人:

    任宇智; 叶丙成; 孟令三; 蓝邦尝; 吴之尧

    地址:

    中国台湾桃园市

    优先权:

    2010.02.12 US 61/303,680; 2011.02.10 US 13/024,762

    专利代理机构:

    北京市柳沈律师事务所 11105

    代理人:

    史新宏

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    内容摘要

    一种用于多输入多输出系统的无线通信方法、系统及接收器,可用以降低多输入多输出系统中从传送器传输至接收器时使用一有限码簿的预编码操作的量化影响。该无线通信方法包括:首先,在一接收器端得到下行通道状态信息。接着,在接收器端,依据得到的下行通道状态信息选择一有限码簿中多个预编码矩阵中的一组预编码矩阵或多个预编码矩阵标号中的一组预编码矩阵标号。之后,将选取的该组预编码矩阵标号以及一或多个标量系数由接收器传送至一传送器。在传送器端,依据该组预编码矩阵标号以及一或多个标量系数产生一提炼的预编码矩阵,并利用提炼的预编码矩阵来于传送器以及接收器之间进行数据传输。

    权利要求书

    1.一种用于多输入多输出系统的无线通信方法,包括下列步骤:在一接收器端得到下行通道状态信息;在该接收器端,依据所得到的该下行通道状态信息选择一有限码簿中多个预编码矩阵中的一组预编码矩阵或多个预编码矩阵标号中的一组预编码矩阵标号;将所选定的该组预编码矩阵标号以及一或多个标量系数由该接收器传送至一传送器;在该传送器端,依据该组预编码矩阵标号以及该一或多个标量系数产生一提炼的预编码矩阵;以及利用该提炼的预编码矩阵,对该传送器以及该接收器之间欲传送的数据信号进行预编码,从而降低预编码操作的量化影响。2.如权利要求1所述的无线通信方法,其中该一或多个标量系数依据该组预编码矩阵或该组预编码矩阵标号而决定;其中该一或多个标量系数利用计算一最佳化预编码矩阵于该组预编码矩阵或该组预编码矩阵标号所横跨(span)的一子空间上的一投影而决定;且其中该投影以该等预编码矩阵间的一距离来表示。3.一种多输入多输出系统,包括:一接收器,用于得到一无线通道的下行通道状态信息、依据所得到的该下行通道状态信息选择一有限码簿中多个预编码矩阵中的一组预编码矩阵或多个预编码矩阵标号中的一组预编码矩阵标号,并且传送所选定的该组预编码矩阵标号以及一或多个标量系数;以及一传送器,耦接至该接收器,用以接收选定的该组预编码矩阵标号以及该一或多个标量系数、依据该组预编码矩阵标号以及该一或多个标量系数产生一提炼的预编码矩阵,并且利用该提炼的预编码矩阵,对该传送器以及该接收器之间欲传送的数据信号进行预编码,从而降低预编码操作的量化影响。4.如权利要求3所述的多输入多输出系统,其中该一或多个标量系数依据该组预编码矩阵或该组预编码矩阵标号而决定。5.如权利要求4所述的多输入多输出系统,其中该一或多个标量系数利用计算一最佳化预编码矩阵于该组预编码矩阵或该组预编码矩阵标号所横跨的一子空间上的一投影而决定。6.如权利要求5所述的多输入多输出系统,其中该投影以该组预编码矩阵间的一距离来表示。7.如权利要求5所述的多输入多输出系统,其中该一或多个标量系数通过直接执行一数值搜寻以致使该组预编码矩阵以及该最佳化预编码矩阵间的该矩阵距离为最小而决定。8.如权利要求3所述的多输入多输出系统,其中该码簿由该传送器预先定义或由该传送器所设定。9.如权利要求3所述的多输入多输出系统,其中该组预编码矩阵的个数或该组预编码矩阵标号的个数为预先定义。10.一种多输入多输出系统的接收器,其通过一无线通道耦接至一传送器,包括:一解码器,用以得到该无线通道的下行通道状态信息、依据所得到的该下行通道状态信息选择一有限码簿中多个预编码矩阵中的一组预编码矩阵或多个预编码矩阵标号中的一组预编码矩阵标号、以及将选定的该组预编码矩阵标号以及一或多个标量系数通过该无线通道传送至一传送器,致使该传送器于接收选定的该组预编码矩阵标号以及该一或多个标量系数时,依据该组预编码矩阵标号以及该一或多个标量系数产生一提炼的预编码矩阵,并且利用该提炼的预编码矩阵以于该传送器以及该接收器之间进行数据传输。11.如权利要求10所述的接收器,其中该一或多个标量系数依据该组预编码矩阵或该组预编码矩阵标号而决定。12.如权利要求11所述的接收器,其中该一或多个标量系数利用计算一最佳化预编码矩阵于该组预编码矩阵或该组预编码矩阵标号所横跨的一子空间上的一投影而决定。13.如权利要求12所述的接收器,其中该投影以该组预编码矩阵间的一距离来表示。14.如权利要求12所述的接收器,其中该一或多个标量系数通过直接执行一数值搜寻,以致使该组预编码矩阵以及该最佳化预编码矩阵间的该矩阵距离为最小而决定。15.如权利要求10所述的接收器,其中该组预编码矩阵的个数或该组预编码矩阵标号的个数为预先定义。

    说明书

    用于多输入多输出系统的无线通信方法、系统及接收器

    技术领域

    本发明涉及一种无线通信系统及其相关无线通信方法,特别涉及一种可用以降低多输入多输出(multiple-input multiple-out,MIMO)或多输入单输出(multiple-input single-out,MISO)系统中从传送器传输至接收器时使用一有限码簿的预编码操作的量化影响的无线通信方法。

    背景技术

    在无线通信的应用上,多输入多输出(MIMO)的技术包含同时在传送器端以及接收器端使用多根天线,以改善通信效能。多输入多输出技术可通过较高的频谱效能与链接可靠度或多样性,在不增加额外的频宽或传输功率的情形下,有效地增加数据产出量(throughput)以及链接的范围。多输入多输出技术中常用的一种功能为预编码(precoding),所谓预编码为一种用于多输入多输出通信的信号处理技术,其主要利用传送器端的下行通道品质的相关信息来执行。通过预编码操作,传送器端可使用合适的预编码矩阵(precoding matrices)来转换信号并且依据链接品质的变化来适应性地进行功率的配置。预编码操作已经证明可大大地提升多输入多输出通信的频谱效能。

    预编码操作为一种可提升多输入多输出-正交频分复用(MIMO-OFDM)系统的效能的有效技术。实际应用时,可预先决定好预编码矩阵并且反馈(feedback)时仅传送所选取的预编码矩阵的预编码矩阵标号即可。

    取决于所采用的链接效能测量准则,最佳化预编码矩阵的计算可采用不同的目标函数(objective function)。举例来说,最小平方误差(minimumsquare error,MSE)以及链接能力(link capacity)测量法则即为两种常用的效能测量方法。

    对多输入多输出通信系统的预编码操作而言,下行通道品质的信息必须由接收器端反馈至传送器端。一般来说,传送器端的预编码操作可能需要关于通道状态信息(channel state information,CSI)的知识。为了达到最佳化的效能,完整的下行通道品质信息或由接收器所计算出的最佳化预编码矩阵必须反馈至传送器端。然而,此类的信号处理将会随着使用的天线数的增加(即多输入多输出模式)而导致可观的负担(overhead),并且大部分的情形下是令人讨厌的。因此,现有的多输入多输出系统中采用以码簿(codebook)为主的预编码方式以降低反馈负担。在以码簿为主的预编码方式中,在传输数据之前,传送器端以及接收器端将同时知道数个选定的预编码矩阵。之后,接收器可先依据测量的链接品质以及目标函数找出可产生最佳效能的最佳化预编码矩阵,再通过反馈通道传送此最佳化预编码矩阵的预编码矩阵标号至传送器端即可。举例来说,当预编码矩阵的个数为2n时,则反馈信号的长度可为n位。以码簿为主的预编码方式可大大地降低反馈负担。

    理论上,为了降低接收器设计的复杂度以及降低反馈负担,码簿的尺寸大小应该要尽可能地小。然而,在这类例子中,由于具有小尺寸的码簿的最佳化预编码矩阵的量化误差会增加,因此,采用小尺寸的码簿将使得链接效能降低。此外,通过增加码簿的尺寸可增加多输入多输出系统上的预编码增益。然而,随着码簿的尺寸增加,字码(codeword)选择的复杂度以及存储器的位数要求也将同时大量的增加。因此,当设计预编码器的码簿时,必须在两者之间取得平衡。

    发明内容

    有鉴于此,本发明提供一种可用以降低多输入多输出或多输入单输出系统中从传送器传输至接收器时使用一有限码簿的预编码操作的量化影响的无线通信方法,以解决上述的问题。

    本发明实施例提供一种用于多输入多输出系统的无线通信方法,包括下列步骤。首先,在一接收器端得到下行通道状态信息。接着,在接收器端,依据得到的下行通道状态信息选择一有限码簿中多个预编码矩阵中的一组预编码矩阵或多个预编码矩阵标号中的一组预编码矩阵标号。之后,将选取的该组预编码矩阵标号以及一或多个标量系数(scalar coefficients)由接收器传送至一传送器。在传送器端,依据该组预编码矩阵标号以及一或多个标量系数产生一提炼的预编码矩阵。最后,利用提炼的预编码矩阵,对传送器以及接收器之间欲传送的数据信号进行预编码,从而降低预编码操作的量化影响。

    本发明实施例还提供一种多输入多输出系统,至少包括一接收器以及一传送器。接收器用于得到一无线通道的下行通道状态信息、依据得到的该下行通道状态信息选择一有限码簿中多个预编码矩阵中的一组预编码矩阵或多个预编码矩阵标号中的一组预编码矩阵标号,并且传送选取的该组预编码矩阵标号以及一或多个标量系数。传送器被耦接至接收器,用以接收选取的该组预编码矩阵标号以及该一或多个标量系数、依据该组预编码矩阵标号以及一或多个标量系数产生一提炼的预编码矩阵,并且利用提炼的预编码矩阵,对传送器以及接收器之间欲传送的数据信号进行预编码,从而降低预编码操作的量化影响。

    本发明实施例更提供一种多输入多输出系统的接收器,其通过一无线通道耦接至一传送器且至少包括一解码器。其中,解码器用以得到无线通道的下行通道状态信息、依据得到的下行通道状态信息选择一有限码簿中多个预编码矩阵中的一组预编码矩阵或多个预编码矩阵标号中的一组预编码矩阵标号、以及将选取的该组预编码矩阵标号以及一或多个标量系数通过无线通道传送至一传送器,致使传送器于接收选取的该组预编码矩阵标号以及一或多个标量系数时,依据该组预编码矩阵标号以及一或多个标量系数产生一提炼的预编码矩阵,并且利用提炼的预编码矩阵以于该传送器以及该接收器之间进行数据传输。

    本发明上述方法可以通过程序代码方式存在。当程序代码被机器载入且执行时,机器变成用以实行本发明的装置。

    为使本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂,下文特举出优选实施例,并配合附图,作详细说明如下。

    附图说明

    图1是显示依据本发明实施例的无线通信系统的示意图。

    图2是显示一依据本发明实施例的用于多输入多输出系统的无线通信方法的流程图,用以降低多输入多输出系统或多输入单输出中从传送器传输至接收器时使用一有限码簿的预编码操作的量化影响。

    图3是显示另一依据本发明的示范实施例,用以说明如何依据有限码簿内的一组预编码矩阵标号来决定一或多个标量系数以及如何该组预编码矩阵标号以及所决定的一或多个标量系数产生一提炼的预编码矩阵。

    【主要元件符号说明】

    10~无线通信系统;

    100~接收器;

    110~存储装置;

    120~处理单元;

    130~解码器;

    140、150~天线;

    200~传送器;

    210~存储装置;

    220~处理单元;

    230~多输入多输出编码器;

    240~预编码器;

    250、260~天线;

    S202-S210~步骤;

    F1、F2~预编码矩阵;

    Fopt~最佳化预编码矩阵;

    a0~系数;

    F’~提炼的预编码矩阵。

    具体实施方式

    图1显示依据本发明实施例的无线通信系统的示意图。具体来说,无线通信系统10可为一多输入多输出(MIMO)系统,并且其包括至少一传送器200以及一接收器100。接收器100被无线地连接至传送器200,以取得无线的服务。一般来说,传送器200可为一网站/基站、一使用者装置(UE)或一移动台,而接收器100可为一使用者装置、一移动台或一网站/基站。举例来说,接收器100可为一移动台,传送器200可为此移动台的服务基站。对下行传输而言,信号将由传送器200传送至接收器100。在传送器端,传送器200(例如:一基站)可至少包括一存储装置210、一处理单元220、一多输入多输出编码器230、一预编码器(precoder)240以及多组天线250以及260,其中多输入多输出编码器230可对多输入多输出信号进行编码,预编码器240则可对编码后的信号执行预编码操作来对编码后的信号进行预编码。在接收端,接收器100可至少包括一存储装置110、一处理单元120、一多输入多输出解码器130以及多组天线140以及150,其中多输入多输出解码器130可对多输入多输出信号进行解码。

    需注意的是,对预编码操作而言,关于下行通道品质的信息(例如:通道状态信息(channel state information,CSI))必须以有限量化的反馈方式从接收器100反馈回传送器200,其中这些量化点可称为预编码字码(precodingcodewords)或预编码矩阵且预编码字码或预编码矩阵的组合形成一预编码码簿。预编码码簿可由传送器200预先定义于存储装置210中或由传送器200所设定。举例来说,预编码码簿可通过接收器100或传送器200通过系统信息进行广播而得到,但本发明不限于此。接收器100的存储装置110也可存储具有与预先定义于存储装置210中的预编码码簿相同的一组预编码字码或预编码矩阵。

    接收器100可随后通过数据信号或控制信号传递方式传送一组的预编码矩阵或一组的预编码矩阵标号(indices of precoding matrices)以及一或多个标量系数(scalar coefficients)至传送器200。

    在一些实施例中,预编码码簿可为传送器特定或接收器特定。在一实施例中,传送器200和/或接收器100可进一步被设定于一特定的传输模式,用以应用于本发明的预编码操作。

    传送器200可接收接收器100所送出的该组预编码矩阵或该组预编码矩阵标号以及一或多个标量系数并且依据所接收到的该组预编码矩阵或该组预编码矩阵标号以及标量系数产生将与一数据信号结合的一提炼的预编码矩阵(refined precoding matrix),之后,再将所产生的提炼的预编码矩阵应用于数据传输上,例如:可用以对欲传输的数据信号进行预编码。举例来说,在一实施例中,传送器200可先依据所接收到的该组预编码矩阵标号从一有限码簿中得到一组对应的预编码矩阵集合,再对所得到的预编码矩阵集合以及前述一或多个标量系数应用一特定的数学方法(例如:通过利用前述一或多个标量系数来对于所得到的预编码矩阵间进行内插运算)以产生前述提炼的预编码矩阵。在一些实施例中,传送器200也可依据通道条件、传输功率或其他与接收器100有关的信息来产生此提炼的预编码矩阵。

    图2显示一依据本发明实施例的用于多输入多输出系统的无线通信方法的流程图,用以降低多输入多输出系统中从传送器传输至接收器时使用一有限码簿的预编码操作的量化影响。请同时参照图1与图2。依据本发明实施例的无线通信方法可以应用于图1的具有多输入多输出的无线通信系统上。

    在此实施例中,接收器100被无线地耦接于传送器200,其中传送器200通过一无线通道初始化一预编码操作。首先,如步骤S202,接收器100通过解码器130得到无线通道的下行通道状态信息(channel stateinformation,CSI)。

    在得到无线通道的下行通道状态信息之后,如步骤S204,接收器100通过解码器130,依据所得到的无线通道的下行通道状态信息,选择有限码簿中的一组预编码矩阵标号并决定一或多个标量系数。需注意的是,接收器100可同时选择有限码簿中的数个预编码矩阵标号。举例来说,接收器100可选择有限码簿的所有预编码矩阵中的两个预编码矩阵标号,其分别表示最佳矩阵以及次佳矩阵所对应的预编码矩阵标号。在选取该组预编码矩阵标号并决定出一或多个标量系数之后,如步骤S206,接收器100通过解码器130,将所选取的该组预编码矩阵标号以及所决定的标量系数传送至传送器200。当传送器200接收到接收器100所传送的所选取的该组预编码矩阵标号以及所决定的标量系数之后,如步骤S208,传送器200至少依据该组预编码矩阵标号以及所决定的一或多个标量系数产生将与一数据信号结合的一提炼的预编码矩阵。在提炼的预编码矩阵产生之后,如步骤S210,传送器200将所产生的提炼的预编码矩阵应用于接收器100与传送器200之间欲传送的数据信号上,例如:对数据信号进行预编码,以进行后续的数据传输。

    其中,一或多个标量系数可依据该组预编码矩阵或该组预编码矩阵标号而决定。在一实施例中,该组预编码矩阵或该组预编码矩阵标号可形成一子空间,而前述一或多个标量系数可利用计算一最佳化矩阵(optimalmatrix)于该组预编码矩阵或该组预编码矩阵标号所横跨的子空间上的一投影而决定。其中,预编码矩阵间的一距离,例如矩阵间的chordal距离、projection 2-norm距离或Fubini-Study距离等,可用来获得此投影。

    在一些实施例中,前述一或多个标量系数可通过直接执行一数值搜寻(numerical search)来找出可使得预编码矩阵以及最佳化矩阵间的矩阵距离为最小的系数而决定。

    由于前述提炼的预编码矩阵为新产生的预期能够降低量化错误的预编码矩阵,因此,此提炼的预编码矩阵所造成的量化影响将比有限码簿中任何单一预编码矩阵所造成的量化影响更小。

    需提醒的是,该组预编码矩阵中的预编码矩阵的个数或该组预编码矩阵标号中的预编码矩阵标号的个数至少为一个。前述一或多个标量系数可被表示在数据信号或控制信号格式中一个固定大小的栏位中。在一些实施例中,数据信号或控制信号格式中的至少一个栏位可用以指出该组预编码矩阵中的预编码矩阵的个数或该组预编码矩阵标号中的预编码矩阵标号的个数。类似地,在一些实施例中,数据信号或控制信号格式中的至少一个栏位可用以指出标量系数中的系数个数。在一些实施例中,该组预编码矩阵中的预编码矩阵的个数或该组预编码矩阵标号中的预编码矩阵标号的个数以及标量系数中的系数个数可被事先定义好。

    以下列举一些实施例,用以辅助说明依据本发明的用以降低多输入多输出系统中从传送器传输至接收器时使用一有限码簿的预编码操作的量化影响的无线通信方法细节,但本发明并不限于此。

    图3显示一依据本发明的示范实施例,用以说明如何依据有限码簿内的一组预编码矩阵标号来决定一或多个标量系数以及如何依据该组预编码矩阵标号以及所决定的一或多个标量系数产生一提炼的预编码矩阵。请参照图3,在此实施例中,假设有两个预编码矩阵标号以及一个标量系数提供至传送器200以产生一提炼的预编码矩阵。在图3中,可经由一特定的通道分析以及效能准则来决定出一给定码簿中的最佳预编码矩阵以及次佳预编码矩阵且分别以F1以及F2-表示。此外,前述的特定的通道分析以及效能准则所对应的最佳化预编码矩阵以Fopt表示。举例来说,最佳化预编码矩阵Fopt可通过计算给定码簿中所有预编码矩阵的最小平方误差(minimumsquare error,MSE)或链接能力测量法则来决定。因此,系数a0可以下列方程式来决定:

    a0=argminad(Fopt,aF1+(1-a)F2)...................(2)

    其中d()用以计算两个矩阵间的距离且a为一个介于0与1之间的参数,可将a分别代入不同的值来用以判断预编码矩阵F1、F2-以及最佳化预编码矩阵Fopt之间的距离是否为最小。依据选择的效能准则以及码簿设计规则,可采用各种不同定义的矩阵距离,例如:chordal距离、projection 2-norm距离或Fubini-Study距离等等。在一实施例中,标量系数a0可依据该组预编码矩阵或该组预编码矩阵标号而决定。在一实施例中,该组预编码矩阵F1、F2-或其预编码矩阵标号可形成一子空间,而标量系数a0可利用计算最佳化矩阵Fopt于其所横跨的子空间上的一投影而决定。其中,预编码矩阵间的一距离,例如矩阵间的chordal距离、projection 2-norm距离或Fubini-Study距离等,可用来获得此投影。

    之后,通过将F1、F2-或其预编码矩阵标号以及算出的标量系数a0传送至传送器200,传送器200可产生一提炼的预编码矩阵F’=a0F1+(1-a0)F2来对接收器100与传送器200之间欲传送的数据信号进行预编码,此提炼的预编码矩阵F’所造成的量化影响将比有限码簿中最佳预编码矩阵F1所造成的量化影响更小。

    综上所述,依据本发明的多输入多输出系统及其相关用于多输入多输出系统的无线通信方法,可允许接收器同时反馈一有限码簿中的多个预编码矩阵标号连同一些与对应的预编码矩阵的几何结构相关的辅助信息至传送器,使得传送器端可据此产生预期可降低量化错误的一提炼的预编码矩阵,因此,可有效降低预编码操作所产生的量化影响。此外,依据本发明的用于多输入多输出系统的无线通信方法,可大大地增加产生预编码矩阵的自由度,因此即使采用小尺寸的码簿也能有效地降低其量化影响。

    本发明的方法,或特定类型或其部分,可以以程序代码的类型存在。程序代码可以包含于实体介质,如软盘、光盘、硬盘、或是任何其他机器可读取(如计算机可读取)存储介质,亦或不限于外在形式的计算机程序产品,其中,当程序代码被机器,如计算机载入且执行时,此机器变成用以参与本发明的装置。程序代码也可通过一些传送介质,如电线或电缆、光纤、或是任何传输类型进行传送,其中,当程序代码被机器,如计算机接收、载入且执行时,此机器变成用以参与本发明的装置。当在一般用途处理单元实作时,程序代码结合处理单元提供一操作类似于应用特定逻辑电路的独特装置。

    虽然本发明已以优选实施例公开如上,然其并非用以限定本发明,本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,当可做些许更动与润饰,因此本发明的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

    关 键  词:
    用于 输入 输出 系统 无线通信 方法 接收器
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