预编码矩阵选择方法及装置 【技术领域】
本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种预编码矩阵选择方法及装置。
背景技术
多天线输入/输出(Multiple Input/Output，简称为MIMO)技术是第三代(3rd Generation，简称为3G)、第四代(4th Generation，简称为4G)乃至未来宽带无线通信的关键技术。MIMO技术可分为两大类：开环(open loop)MIMO技术和闭环(closed loop)MIMO技术。在开环MIMO技术中，传输机没有传输信道的信息。而在闭环MIMO技术中，传输机根据传输信道的特性选择合适的传输方式。闭环MIMO技术可以大幅提高系统容量，但是需要得到传输信道的信息。一种传输机获取传输信道信息的方式是通过反馈，即，接收机测量传输信道的特性并将其反馈给传输机。这种通过反馈的闭环MIMO模式在长期演进(Long-Term Evolution，简称为LTE)，微波接入全球互通(Worldwide Interoperability for MicrowaveAccess，简称为Wimax)等3G、4G宽带无线通信领域得到了广泛应用。
在LTE协议中，当用户设备(User Equipment，简称为LE)工作在空间复用的闭环MIMO模式时，UE需要从一组事先规定好的预编码矩阵中选择出一个最优(例如，使系统的吞吐量最大)的预编码矩阵。当传输天线数大于传输信号路数时，预编码选择方法有理论上可证明的最优解，例如，系统容量最大化选择法、与信道的右本征矩阵相关最大化选择法。但是这些方法在传输天线数等于传输信号路数时不适用。然而，在LTE系统中一种最常用的天线配置是基站(NodeB)装备有2个传输天线，UE有2个接收天线。NodeB采用空间复用模式，同时传输2路信号。UE需要从协议中的2个预编码矩阵中选取1个最优的反馈给NodeB。在这种情况下，传输天线数等于信号路数，因而文献中现有的最优算法无法应用。而在LTE提案中的方法(即，算法三)的性能差，无法得到反馈的增益。使用这种方法的闭环MIMO的性能和开环相同。下面对信道模型和相关技术中的三种算法进行介绍。
信道模型
Y＝HWS+N
y0y1=h00h01h11h11w00w01w11w11s0s1+n0n1]]>
在上述公式中，Y为接收信号，H为信道矩阵(元素hij为从传输天线j到接收天线i的信道增益，W为预编码矩阵，S为传输信号，N为高斯白噪声。
相关算法
算法一，系统容量最大化选择法
i＝argmaxlog(|det(WiHHHHWi/N0+I)|)
对于LTE中的2个预编码矩阵，系统容量是一样的，因此这个选择法不适用。
算法二，与信道的右本征矩阵相关最大化选择法
i＝argmax||VHWi||f
其中，V是信道矩阵的右本征矩阵，对于LTE中的2个预编码矩阵，相关是一样的，因此，这个选择法不适用。
算法三，基于MMSE接收机的系统容量最大化选择法
i＝arg max(log(1/c(i)00)+log(1/c(i)11))
c(i)00、c(i)11分别为当采用预编码矩阵i时第0路和第1路信号的平均错误平方(Mean Squared Error，简称为MSE)。这种方法等效于使2路信号的MSE差距最大化。这种算法在信道的空间特性不好时可以使MSE低的一路信号更有可能通过。但在信道空间特性好时，会导致MSE高的一路信号不能被正确接收。
【发明内容】
针对相关技术中的预编码矩阵的选择方法无法应用于LTE系统或性能差的问题而提出本发明，为此，本发明的主要目的在于提供一种改进的预编码矩阵选择方案，以解决上述问题至少之一。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种预编码矩阵选择方法。
根据本发明的预编码矩阵选择方法包括：计算两路信号中的第一路信号的MSE和第二路信号的MSE；根据第一路信号的MSE与第二路信号的MSE的和从多个预编码矩阵中选择一个预编码矩阵，以便基站根据选择的预编码矩阵进行传输。
优选地，根据第一路信号的MSE与第二路信号的MSE的和从多个预编码矩阵中选择一个预编码矩阵包括：当c(i)00+c(i)11＞t时，从多个预编码矩阵中选择使两路信号中信道比较好的一路信号的噪声最小的预编码矩阵，其中，c(i)00是在使用第i个预编码矩阵时第一路信号的MSE，c(i)11是在使用第i个预编码矩阵时第二路信号的MSE，t为预先获取的阈值。
优选地，根据以下公式从多个预编码矩阵中选择使两路信号中信道比较好的一路信号的噪声最小的预编码矩阵：i＝arg min(min(c(i)00，c(i)11))，其中，i为预编码矩阵的编号，min表示取最小值，argmin表示使min(c(i)00，c(i)11)取值最小时的i地值。
优选地，根据第一路信号的MSE与第二路信号的MSE的和从多个预编码矩阵中选择一个预编码矩阵包括：当c(i)00+c(i)11＜t时，从多个预编码矩阵中选择使两路信号中信道比较差的一路信号的噪声最小的预编码矩阵其中，c(i)00是在使用第i个预编码矩阵时第一路信号的MSE，c(i)11是在使用第i个预编码矩阵时第二路信号的MSE，t为预先获取的阈值。
优选地，根据以下公式从多个预编码矩阵中选择使两路信号中信道比较差的一路信号的噪声最小的预编码矩阵：i＝arg min(max(c(i)00，c(i)11))，其中，i为预编码矩阵的编号，max表示取最大值，argmin表示使max(c(i)00，c(i)11)取值最小时的i的值。
优选地，根据以下公式计算第一路信号的MSE和第二路信号的MSE：C=c00c01c10c11=(WHHHHW/N0+I)-1,]]>其中，W为可选编码矩阵，H为信道矩阵(单位矩阵)，N0为噪声方差，I为单位矩阵，WH表示对W进行共轭转置，HH标识对H进行共轭转置。
为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种预编码矩阵选择装置。
根据本发明的预编码矩阵选择装置包括：计算模块，用于分别计算两路信号中的第一路信号的MSE和第二路信号的MSE；选择模块，用于根据第一路信号的MSE与第二路信号的MSE的和从多个预编码矩阵中选择一个预编码矩阵，以便基站根据选择的预编码矩阵进行传输。
优选地，选择模块包括：第一选择子模块，用于当c(i)00+c(i)11＞t时，根据以下公式从多个预编码矩阵中选择使两路信号中信道比较好的一路信号的噪声最小的预编码矩阵，其中，c(i)00是在使用第i个预编码矩阵时第一路信号的MSE，c(i)11是在使用第i个预编码矩阵时第二路信号的MSE，t为预先获取的阈值；i＝arg min(min(c(i)00，c(i)11))，其中，i为预编码矩阵的编号，min表示取最小值，argmin表示使min(c(i)00，c(i)11)取值最小时的i的值。
优选地，选择模块还包括：第二选择子模块，用于当c(i)00+c(i)11＜t时，根据以下公式从多个预编码矩阵中选择使两路信号中信道比较差的一路信号的噪声最小的预编码矩阵，其中，c(i)00是在使用第i个预编码矩阵时第一路信号的MSE，c(i)11是在使用第i个预编码矩阵时第二路信号的MSE，t为预先获取的阈值；i＝arg min(max(c(i)00，c(i)i1))，其中，i为预编码矩阵的编号，max表示取最大值，argmin表示使max(c(i)00，c(i)11)取值最小时的i的值。优选地，计算模块具体根据以下公式计算第一路信号的MSE和第二路信号的MSE：C=c00c01c10c11=(WHHHHW/N0+I)-1,]]>其中，W为可选编码矩阵，H为信道矩阵(单位矩阵)，N0为噪声方差，I为单位矩阵，WH表示对W进行共轭转置，HH标识对H进行共轭转置。
通过本发明，采用计算两路信号中的第一路信号的MSE和第二路信号的MSE，并根据第一路信号的MSE与第二路信号的MSE的和从多个预编码矩阵中选择一个预编码矩阵，解决了相关技术中的预编码矩阵的选择方法无法应用于LTE系统或性能差的问题，进而降低了系统的误块率，提高了系统的吞吐量。
【附图说明】
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的预编码矩阵选择方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的性能仿真曲线图；
图3是根据本发明实施例的预编码矩阵选择装置的结构框图；
图4是根据本发明实施例的预编码矩阵选择装置具体的结构框图。
【具体实施方式】
功能概述
本发明实施例提供了一种预编码矩阵选择方案，在本实施例实施的过程中发现最小均方差MMSE接收机的两路信号的MSE的和是一样的，而不同的预编码矩阵导致了MSE在2路信号之间的不同分布，根据此2路信号的MSE作为选择预编码矩阵的判据，即，根据信道的空间特性选取预编码矩阵，该方案的处理原则如下：计算两路信号中的第一路信号的MSE和第二路信号的MSE；根据第一路信号的MSE与第二路信号的MSE的和从多个预编码矩阵中选择一个预编码矩阵，以便基站根据选择的预编码矩阵进行传输。通过本实施例使MSE在信道的空间特性好时最为平衡，此时MSE高的信号也可被正确接收；反之则使差距最大。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
在以下实施例中，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
方法实施例
根据本发明的实施例，提供了一种预编码矩阵选择方法，图1是根据本发明实施例的预编码矩阵选择方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下的步骤S102至步骤S104：
步骤S102，计算两路信号中的第一路信号的MSE和第二路信号的MSE。
步骤S104，根据第一路信号的MSE与第二路信号的MSE的和从多个预编码矩阵中选择一个预编码矩阵，以便基站根据选择的预编码矩阵进行传输。
在步骤S104中，当c(i)00+c(i)11＞t时，从多个预编码矩阵中选择使两路信号中信道比较好的一路信号的噪声最小的预编码矩阵，其中，c(i)00是在使用第i个预编码矩阵时第一路信号的MSE，c(i)11是在使用第i个预编码矩阵时第二路信号的MSE，t为预先获取的阈值，阈值t可以由仿真得到，也可以是预先设置的。其中，可以根据以下公式从多个预编码矩阵中选择使两路信号中信道比较好的一路信号的噪声最小的预编码矩阵：i＝arg min(min(c(i)00，c(i)11))，其中，i为预编码矩阵的编号，min表示取最小值，argmin表示使min(c(i)00，c(i)11)取值最小时的i的值。
在步骤S104中，当c(i)00+c(i)11＜t时，从多个预编码矩阵中选择使两路信号中信道比较差的一路信号的噪声最小的预编码矩阵其中，c(i)00是在使用第i个预编码矩阵时第一路信号的MSE，c(i)11是在使用第i个预编码矩阵时第二路信号的MSE，t为预先获取的阈值，其中，可以根据以下公式从多个预编码矩阵中选择使两路信号中信道比较差的一路信号的噪声最小的预编码矩阵：i＝arg min(max(c(i)00，c(i)11))，其中，i为预编码矩阵的编号，max表示取最大值，argmin表示使max(c(i)00，c(i)11)取值最小时的i的值。
在步骤S102中，可以根据以下公式计算第一路信号的MSE和第二路信号的MSE：
C=c00c01c10c11=(WHHHHW/N0+I)-1,]]>其中，W为可选编码矩阵，H为信道矩阵(单位矩阵)，N0为噪声方差，I为单位矩阵，WH表示对W进行共轭转置，HH标识对H进行共轭转置。
下面将结合实例对本发明实施例的实现过程进行详细描述。
采用MMSE接收机的2路信号的MSE作为选择预编码矩阵的判据，其中，2路信号的MSE可计算如下：
C=c00c01c10c11=(WHHHHW/N0+I)-1]]>
其中，c00、c11分别为第0路和第1路信号的MSE，W为可选编码矩阵，H为信道矩阵(单位矩阵)，N0为噪声方差，I为单位矩阵，WH表示对W进行共轭转置，HH标识对H进行共轭转置，c01、c10的取值无物理意义。
c00与c11的和对不同的预编码矩阵是相同的。
当采用MSE作为判据时，根据空间信道的特性，有两种相反的选择方式。当信道的空间特性好时(两路信号的MSE的和较小时)，我们可以选择预编码矩阵使得两路信号的MSE较平均；反之我们应选择预编码矩阵使两路信号中较小的MSE最小化，即保证一路信号可以被正确接收。
步骤1，计算
C(i)=c(i)00c(i)01c(i)10c(i)11=(WiHHHHWi/N0+I)-1]]>
c(i)00、c(i)11分别为当采用预编码矩阵i时第0路和第1路信号的MSE。
Step2：如果c(i)00+c(i)11＞t，即，信道的空间特性差时，选择的预编码矩阵应使信道相对较好的那路信号的噪声最小化，即，尽量使一路信号通过，此时，可以根据以下公式选择预编码矩阵。其中，信道相对较好是指噪声相对较小。
i＝argmin(min(c(i)00，c(i)11))，其中，所选择的预编码矩阵的索引号i；阈值t的选择应由仿真得到。即，在不同的信道条件下对不同的阈值进行仿真，从中选取最佳的取值。
否则，c(i)00+c(i)11＜＝t，即，信道的空间特性好时，选择的预编码矩阵应使信道相对较差的那路信号的噪声最小化，即，尽量使两路信号通过，此时，可以根据以下公式选择预编码矩阵。其中，信道相对较差是指噪声相对较大。
i＝arg min(max(c(i)00，c(i)11))
通过本实施例，对2传输天线，2路信号的空间复用的闭环MIMO模式根据信道特性自适应地选择预编码矩阵的选择判据，图2是根据本发明实施例的性能仿真曲线图，如图1所示，横坐标为SNR(单位是dB)，纵坐标为BLER。其中“Open Loop”表示预编码矩阵是随机选取，并且选取以后不再改变。”Optimal Selection”是对同一信道进行2次仿真，每次采用不同的预编码矩阵，并选取两次中最小的BLER。即，假设每次选取最优的预编码矩阵时所得到的BLER。”Adaptive Selection”是本实施例中的算法。由图1可知，本实施例的算法的性能非常接近最优。
装置实施例
根据本发明的实施例，提供了一种预编码矩阵选择装置，图3是根据本发明实施例的预编码矩阵选择装置的结构框图，该装置包括计算模块32、选择模块34，下面对该结构进行详细的描述。
计算模块32，用于分别计算两路信号中的第一路信号的MSE和第二路信号的MSE；选择模块34连接至计算模块32，用于根据第一路信号的MSE与第二路信号的MSE的和从多个预编码矩阵中选择一个预编码矩阵，以便基站根据选择的预编码矩阵进行传输。
图4是根据本发明实施例的预编码矩阵选择装置具体的结构框图，选择模块34包括：第一选择子模块42、第二选择子模块44。
第一选择子模块42，用于当c(i)00+c(i)11＞t时，根据公式i＝argmin(min(c(i)00，c(i)11))从多个预编码矩阵中选择使两路信号中信道比较好的一路信号的噪声最小的预编码矩阵，其中，c(i)00是在使用第i个预编码矩阵时第一路信号的MSE，c(i)11是在使用第i个预编码矩阵时第二路信号的MSE，t为预先获取的阈值，i为预编码矩阵的编号，min表示取最小值，argmin表示使min(c(i)00，c(i)11)取值最小时的i的值。
第二选择子模块44，用于当c(i)00+c(i)11＜t时，根据以下公式i＝arg min(max(c(i)00，c(i)11))从多个预编码矩阵中选择使两路信号中信道比较差的一路信号的噪声最小的预编码矩阵，其中，c(i)00是在使用第i个预编码矩阵时第一路信号的MSE，c(i)11是在使用第i个预编码矩阵时第二路信号的MSE，t为预先获取的阈值，i为预编码矩阵的编号，max表示取最大值，argmin表示使max(c(i)00，c(i)11)取值最小时的i的值。
计算模块32具体根据以下公式计算第一路信号的MSE和第二路信号的MSE：C=c00c01c10c11=(WHHHHW/N0+I)-1,]]>其中，W为可选编码矩阵，H为信道矩阵(单位矩阵)，N0为噪声方差，I为单位矩阵，WH表示对W进行共轭转置，HH标识对H进行共轭转置。
综上所述，通过本发明的上述实施例，解决了相关技术中的预编码矩阵选择方法无法应用于LTE中2传输天线、2路信号，或者性能差的问题，使系统的误块率得到了降低，吞吐量得到了提高。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。