СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ КОДОВОЙ КНИГИ И СПОСОБ, УСТРОЙСТВО И СИСТЕМА ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО КОДИРОВАНИЯ
METHOD AND APPARATUS FOR CONSTRUCTING CODEBOOK AND METHOD, APPARATUS AND SYSTEM FOR PRECODING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится, в общем, к технологии предварительного кодирования и, более конкретно, к построению кодовой книги, а также к основанным на кодовой книге способу, устройству и системе предварительного кодирования.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В системах беспроводной связи все более широко применяется технология предварительного кодирования. Технология предварительного кодирования является такой, что данные сначала предварительно кодируются для компенсации потерь в канале, а затем посылаются для лучшей адаптации к условиям канала, посредством чего качество передачи данных и/или пропускная способность улучшаются.
В настоящее время технология предварительного кодирования может быть разделена на две категории. Возьмем в качестве примера нисходящие линии связи. Одна категория представляет собой технологию, при которой обслуживающая базовая станция мобильного терминала получает информацию о канале на канале со многими входами и многими выходами (MIMO) нисходящей линии связи через пилот-сигналы и так далее, и затем обслуживающая базовая станция вычисляет матрицу предварительного кодирования и отправляет данные вслед за предварительным кодированием данных. Другая является способом основанного на кодовой книге предварительного кодирования, в котором мобильный терминал получает информацию о канале на канале MIMO нисходящей линии связи через пилот-сигналы нисходящей линии связи, преамбулы или midambles (средние части), отправляемые базовой станцией, затем выбирает индекс оптимальной матрицы предварительного кодирования из кодовой книги, содержащей множество матриц предварительного кодирования, и передает индекс обратно на обслуживающую базовую станцию, которая отправляет данные вслед за предварительным кодированием данных.
Проблема построения кодовой книги является довольно важной в способах основанного на кодовой книге предварительного кодирования. В настоящее время существует две категории способов построения кодовой книги. Одна категория представляет собой построение неструктурированной кодовой книги, а другая - построение структурированной кодовой книги. Вообще говоря, структурированная кодовая книга является более популярной с точки зрения более низкой сложности построения, лучшей масштабируемости и производительности по сравнению с неструктурированной кодовой книгой. В документах представлено описание построения структурированной кодовой книги в отношении основанной на DFT (дискретном преобразовании Фурье) кодовой книги (B.M. Hochwald и др., "Системное проектирование унитарных пространственно-временных совокупностей", IEEE Trans. Information Theory (Теория информации), том 46, №6, 2000), кодовой книги на основании Householder (IEEE С802.16e-04/527r4, "Улучшенная обратная связь для предварительного кодирования MIMO", Intel, IEEE 802.16, 12 ноября 2004 г.), или кодовой книги на основании преобразования Givens (R1-070728, "Предложенный путь, направленный на проектирование кодовой книги для E-UTRA (выделенного универсального наземного радиодоступа UMTS (универсальной системы мобильной связи))", TI (техническая информация) и т.д. 3GPP TSG RAN WG1 #48, февраль 2007 г.).
Однако сложность, масштабируемость и производительность структурированной кодовой книги зависят от количества передающих антенн; чем больше количество передающих антенн или базовых станций, тем хуже гибкость построения структурированной кодовой книги. Поэтому существует потребность в лучшем способе построения кодовой книги, чтобы адаптироваться к увеличивающемуся количеству передающих антенн или базовых станций и данных предварительного кодирования с использованием кодовой книги.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Принимая во внимание вышеизложенные проблемы, настоящее изобретение обеспечивает способ и устройство для построения кодовой книги, а также способ, устройство и систему для основанного на кодовой книге предварительного кодирования.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения обеспечен способ построения кодовой книги, причем способ содержит этапы: приема информации о группировании на множестве передающих антенн базовой станции; получения модели канала для канала между мобильным терминалом и базовой станцией; и определения оптимальной матрицы предварительного кодирования, соответствующей каждой группе антенн, в соответствии с информацией о группировании и моделью канала, чтобы построить кодовую книгу, используемую для предварительного кодирования.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения обеспечено устройство для построения кодовой книги, причем устройство содержит: средство приема для приема информации о группировании на множестве передающих антенн базовой станции; средство получения модели канала для получения модели канала для канала между мобильным терминалом и базовой станцией; и средство определения матрицы предварительного кодирования для определения оптимальной матрицы предварительного кодирования, соответствующей каждой группе антенн, в соответствии с информацией о группировании и моделью канала, чтобы построить кодовую книгу, используемую для предварительного кодирования.
В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения обеспечен способ выбора матрицы предварительного кодирования, причем способ содержит этапы: приема информации о группировании на множестве передающих антенн базовой станции; оценки канала от базовой станции для получения модели канала; выбора из кодовой книги оптимальной матрицы предварительного кодирования, соответствующей каждой группе антенн, на основании информации о группировании и модели канала; и отправки индекса каждой оптимальной матрицы предварительного кодирования на базовую станцию для того, чтобы базовая станция выполняла конкатенированное предварительное кодирование.
В соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения обеспечено устройство для выбора матрицы предварительного кодирования, причем устройство содержит: средство приема для приема информации о группировании на множестве передающих антенн базовой станции; средство получения модели канала для оценки канала от базовой станции для получения модели канала; средство выбора матрицы предварительного кодирования для выбора из кодовой книги оптимальной матрицы предварительного кодирования, соответствующей каждой группе антенн, на основании информации о группировании и модели канала; и средство отправки для отправки индекса каждой оптимальной матрицы предварительного кодирования на базовую станцию для того, чтобы базовая станция выполняла конкатенированное предварительное кодирование.
В соответствии с пятым аспектом настоящего изобретения обеспечен способ предварительного кодирования, причем способ содержит этапы: построения конкатенированной матрицы предварительного кодирования в соответствии с индексами множества оптимальных матриц предварительного кодирования, принимаемыми от мобильного терминала; предварительного кодирования данных с использованием построенной конкатенированной матрицы предварительного кодирования; и отправки предварительно закодированных данных на мобильный терминал.
В соответствии с шестым аспектом настоящего изобретения обеспечено устройство для предварительного кодирования, причем устройство содержит: средство построения для построения конкатенированной матрицы предварительного кодирования в соответствии с индексами множества оптимальных матриц предварительного кодирования, принимаемыми от мобильного терминала; средство предварительного кодирования для предварительного кодирования данных с использованием построенной конкатенированной матрицы предварительного кодирования; и средство отправки для отправки предварительно закодированных данных на мобильный терминал.
В соответствии с седьмым аспектом настоящего изобретения, обеспечена система связи, содержащая устройство для выбора матрицы предварительного кодирования и устройство для предварительного кодирования.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Другие объекты и эффекты настоящего изобретения станут более очевидными и понятными из последующего описания определенных вариантов осуществления, иллюстрирующих принципы настоящего изобретения, при рассмотрении его вместе с прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг.1 - блок-схема устройства для построения кодовой книги в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.2 - блок-схема последовательности операций способа построения кодовой книги в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.3 - блок-схема устройства для выбора матрицы предварительного кодирования в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.4 - блок-схема последовательности операций способа выбора матрицы предварительного кодирования в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.5 - блок-схема устройства для предварительного кодирования в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.6 - блок-схема последовательности операций способа предварительного кодирования в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.7 иллюстрирует сравнение между результатами моделирования технологии конкатенированного предварительного кодирования в соответствии с настоящим изобретением, идеального предварительного кодирования и существующего предварительного кодирования; и
фиг.8 иллюстрирует сравнение между результатами моделирования технологии конкатенированного предварительного кодирования в соответствии с настоящим изобретением, конкатенированного предварительного кодирования с фазовым и/или амплитудным взвешиванием в соответствии с настоящим изобретением, идеального предварительного кодирования и существующего предварительного кодирования.
Одни и те же ссылочные позиции обозначают подобные, аналогичные или соответствующие признаки или функции на протяжении всех вышеупомянутых чертежей.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Теперь настоящее изобретение объясняется и иллюстрируется более подробно в отношении прилагаемых чертежей. Следует понимать, что чертежи и варианты осуществления настоящего изобретения представлены только в целях иллюстрации, а не в качестве ограничения объема охраны настоящего изобретения.
В настоящем изобретении кодовая книга представляет собой набор матриц предварительного кодирования. В кодовой книге каждая матрица предварительного кодирования соответствует индексу, через который находится соответственная матрица предварительного кодирования. Кодовая книга может предварительно сохраняться на мобильной станции и базовой станции в соответствии со стандартами или посылаться на мобильную станцию или базовую станцию посредством передачи сигналов.
Для целей иллюстрации, в определенных вариантах осуществления настоящего изобретения, в MIMO с единственной BS (базовой станцией) базовая станция имеет 4 передающие антенны, в то время как в MIMO с множеством BS имеются 2 базовые станции, каждая из которых имеет 2 передающие антенны, а мобильный терминал имеет 2 приемные антенны. Модель канала от базовой станции к мобильному терминалу представляет собой модель Н (гибридных параметров). В MIMO с множеством BS, для случая, в котором более чем две базовые станции совместно обслуживают одну мобильную станцию, специалисты в данной области техники смогут просто расширить последующий вариант осуществления в соответствии с настоящим изобретением. Следует указать, что в варианте осуществления MIMO с множеством BS по настоящему изобретению используются две базовые станции только в целях иллюстрации, и это не должно рассматриваться как ограничение настоящего изобретения.
Фиг.1 представляет собой блок-схему устройства для построения кодовой книги в соответствии с настоящим изобретением. На фиг.1 устройство 100 определяет матрицу предварительного кодирования, соответствующую каждой группе передающих антенн, в соответствии с информацией о группировании на передающих антеннах базовой станции и моделью канала, и строит кодовую книгу с использованием обнаруженной матрицы предварительного кодирования. В частности, устройство 100 содержит: средство 110 приема, средство 120 получения модели канала и средство 130 определения матрицы предварительного кодирования. Среди них средство 110 приема выполнено с возможностью приема информации о группировании на множестве передающих антенн базовой станции; средство 120 получения модели канала выполнено с возможностью получения модели канала для канала между мобильной станцией и базовой станцией; средство 130 определения матрицы предварительного кодирования выполнено с возможностью определения матрицы предварительного кодирования, соответствующей каждой группе передающих антенн, в соответствии с информацией о группировании и моделью канала для того, чтобы строить кодовую книгу, используемую для предварительного кодирования.
В варианте осуществления средство 130 определения матрицы предварительного кодирования дополнительно содержит средство для применения информации о группировании и модели канала к предварительно определенным критериям для того, чтобы определить оптимальную матрицу предварительного кодирования, которая удовлетворяет предварительно определенным критериям.
В другом варианте осуществления средство 130 определения матрицы предварительного кодирования дополнительно содержит: средство для вычисления, в соответствии с информацией о группировании и моделью канала, матрицы предварительного кодирования, которая делает минимальным хордальное расстояние (расстояние Chordal), проекционное расстояние, основанное на двух нормах, или расстояние Fubini-Study; и средство для определения матрицы предварительного кодирования, которая делает расстояние минимальным, в качестве оптимальной матрицы предварительного кодирования.
Фиг.2 иллюстрирует блок-схему последовательности операций способа построения кодовой книги. Следует указать, что этапы на фиг.2 могут быть выполнены соответствующими средствами, представленными на фиг.1, соответственно.
На этапе 201, на множестве передающих антенн базовой станции принимается информация о группировании.
Способ построения кодовой книги по настоящему изобретению может быть применен и к MIMO с единственной BS, и к MIMO с множеством BS. В этом варианте осуществления предполагается MIMO с единственной BS с 4 передающими антеннами. Кроме того, предполагается, что 4 передающие антенны базовой станции делятся на 2 группы, каждая из которых имеет 2 антенны. Следует указать, что в фактических применениях способ по настоящему изобретению не ограничивается только единственной базовой станцией с 4 антеннами, но может быть применен к единственной базовой станции с большим количеством передающих антенн или к множеству базовых станций.
В варианте осуществления информация о группировании включает в себя количество базовых станций в системе MIMO, количество передающих антенн на каждой базовой станции, количество групп, получающихся в результате группирования антенн базовой станции, количество антенн в каждой группе и т.д.
В настоящем изобретении антенны базовой станции группируются различными способами. Например, когда система содержит только одну базовую станцию и у базовой станции имеются 4 передающие антенны, антенны могут быть разделены в равной степени на 2 группы, каждая из которых имеет 2 антенны; на этой стадии антенны также могут быть разделены не в равной степени на 2 группы, одна из которых имеет 3 антенны, в то время как другая имеет только 1 антенну. Когда система содержит множество базовых станций, например 2 станции BS, и у каждой базовой станции имеются 2 передающие антенны, 2 антенны на каждой базовой станции могут быть разделены на группы, посредством чего получаются 2 группы антенн; при этом одна из антенн на каждой базовой станции может быть взята в качестве группы, посредством чего получаются 2 группы антенн.
В настоящем изобретении существуют различные способы группирования антенн, и они являются допустимыми до тех пор, пока количество антенн каждой группы не становится слишком большим. Только делая количество антенн каждой группы меньше, чем общее количество антенн, возможно уменьшить размер соответственной матрицы предварительного кодирования и дополнительно улучшить гибкость предварительного кодирования.
Информация о группировании сохраняется на жестком диске или съемном запоминающем устройстве, таком как оптический диск или гибкий диск, загружается через Интернет или другой компьютер или определяется в режиме реального времени устройством во время выполнения способа, иллюстрируемого на фиг.2.
На этапе 202 получается модель канала для канала между мобильным терминалом и базовой станцией.
В вариантах осуществления настоящего изобретения модель канала предварительно сохраняется на жестком диске или в запоминающем устройстве, таком как оптический диск или гибкий диск, или загружается через Интернет или другой компьютер.
В варианте осуществления модель канала представлена с использованием матрицы Н (гибридных параметров) канала. Теперь, когда в предшествующем уровне техники существует множество способов для оценки модели канала, специалисты в данной области техники могут легко получать матрицу канала в соответствии с предшествующим уровнем техники, и, таким образом, в данном описании детали опускаются.
На этапе 203 определяется оптимальная матрица предварительного кодирования, соответствующая каждой группе антенн, в соответствии с информацией о группировании, полученной на этапе 201, и моделью канала, полученной на этапе 202, для того, чтобы построить кодовую книгу, используемую для предварительного кодирования.
В варианте осуществления во время процесса определения оптимальной матрицы предварительного кодирования, соответствующей каждой группе антенн, информация о группировании и модель канала применяются к предварительно определенным критериям, чтобы определить оптимальную матрицу предварительного кодирования, которая удовлетворяет предварительно определенным критериям.
В варианте осуществления описывается процесс определения оптимальной матрицы предварительного кодирования, соответствующей каждой группе антенн, как представлено ниже: вычисление, в соответствии с информацией о группировании и моделью канала, матрицы предварительного кодирования, которая делает минимальным хордальное расстояние, проекционное расстояние, основанное на двух нормах, или расстояние Fubini-Study, и определение матрицы предварительного кодирования, которая делает расстояние минимальным, в качестве оптимальной матрицы предварительного кодирования.
В варианте осуществления предварительно определенные критерии выбираются в зависимости от архитектуры приемника (минимальная среднеквадратическая ошибка MMSE, максимальное правдоподобие ML и т.д.) и показателей производительности (пропускной способности, частоты появления ошибочных битов и т.д.) (см. D.J.Love и др. "Унитарное предварительное кодирование с ограниченной обратной связью для систем пространственного объединения", IEEE Trans. On Information Theory (Транзакции согласно теории информации), том 51, №8, 2005 г.).
В варианте осуществления предварительно определенные критерии выбираются для того, чтобы доводить до минимума эвклидово кодовое расстояние (что эквивалентно доведению до максимума минимального сингулярного значения). Когда в приемнике используется обнаружение MMSE, сначала устанавливается группа матриц предварительного кодирования, соответствующих соответственным группам антенн (индекс таких матриц предварительного кодирования равен индексу групп антенн), получается конкатенированная матрица предварительного кодирования в соответствии с соответственными матрицами предварительного кодирования, и вычисляется матричное произведение матрицы канала и конкатенированной матрицы предварительного кодирования, чтобы получить минимальное сингулярное значение матричного произведения; затем, матрицы предварительного кодирования, соответствующие соответственным группам антенн, возвращаются в исходное состояние, вышеизложенный процесс повторяется, множество минимальных сингулярных значений, получающихся в результате периодов установки, сравниваются, чтобы определить максимальное из множества минимальных сингулярных значений, и, наконец, матрица предварительного кодирования, соответствующая максимальному минимальному сингулярному значению, получается в качестве оптимальной матрицы предварительного кодирования.
Вышеприведенный процесс описывает выражение
min
m
n
m
n
<mover accent="true"><mi>W</mi><mo>˜</mo></mover>
где λ{·} - оператор, вычисляющий минимальное сингулярное значение, Ŵ и Ŵ представляют две матрицы предварительного кодирования,
представляет конкатенированную матрицу предварительного кодирования, полученную в соответствии с Ŵ и Ŵ, и Н является матрицей, представляющей модель канала.
1
2
В варианте осуществления конкатенированная матрица предварительного кодирования, полученная из соответственных матриц предварительного кодирования, достигается при непосредственном объединении соответственных матриц предварительного кодирования в большую матрицу предварительного кодирования. Например, когда имеются 2 группы антенн, матрицы предварительного кодирования, соответствующие этим группам антенн, которых также в общей сложности 2, например, представлены посредством Ŵ и Ŵ соответственно, где
1
2
и объединение Ŵ и Ŵ представляет собой выражение
<mover accent="true"><mi>W</mi><mo>˜</mo></mover>
<mover accent="true"><mi>W</mi><mo>˜</mo></mover>
<mover accent="true"><mi>W</mi><mo>˜</mo></mover>
<mrow><mrow><mrow><msqrt><mn>2</mn></msqrt></mrow><mo>/</mo><mn>2</mn></mrow></mrow>
1
2
1
2
Показанная выше матрица
является конкатенированной матрицей предварительного кодирования, полученной в соответствии с Ŵ и Ŵ. В варианте осуществления, конкатенированная матрица предварительного кодирования
взвешивается для того, чтобы удовлетворять требованию нормализации, например, посредством умножения конкатенированной матрицы предварительного кодирования
на коэффициент взвешивания
. В другом варианте осуществления взвешиваются множество матриц предварительного кодирования Ŵ и Ŵ соответственно, и затем множество взвешенных матриц предварительного кодирования объединяются в конкатенированную матрицу предварительного кодирования.
Посредством способа, иллюстрируемого на фиг.2, получается кодовая книга, содержащая матрицы предварительного кодирования, где каждая матрица предварительного кодирования соответствует уникальному индексу. В этой кодовой книге соответственная матрица предварительного кодирования может быть найдена в соответствии с индексом. В варианте осуществления кодовая книга сохраняется, соответственно, на базовой станции и мобильном терминале системы связи для того, чтобы базовая станция и мобильный терминал могли синхронно выбирать матрицы предварительного кодирования. Например, когда мобильный терминал отправляет базовой станции индекс матрицы предварительного кодирования, базовая станция может найти кодовую книгу в соответствии с индексом и, таким образом, определить, какую матрицу предварительного кодирования мобильный терминал желает, чтобы использовала базовая станция.
В варианте осуществления кодовая книга, полученная в соответствии со способом построения кодовой книги, как иллюстрируется на фиг.2, соответственно, сохраняется в мобильном терминале и на базовой станции для того, чтобы мобильный терминал и базовая станция имели одну и ту же кодовую книгу и могли синхронно выбирать матрицы предварительного кодирования.
В настоящем изобретении устройство, иллюстрируемое на фиг.1 и предназначенное для выполнения способа построения кодовой книги, представленного на фиг.2, может быть мобильным терминалом, базовой станцией или другим сервером в системе связи и т.д.
Если устройство представляет собой мобильный терминал, этот мобильный терминал сохраняет кодовую книгу сам, когда он строит кодовую книгу, и отправляет построенную кодовую книгу на базовую станцию для того, чтобы у мобильного терминала и базовой станции была одна и та же кодовая книга.
Если устройство представляет собой базовую станцию, эта базовая станция сохраняет кодовую книгу сама, когда она строит кодовую книгу, и отправляет построенную кодовую книгу на мобильный терминал для того, чтобы у базовой станции и мобильного терминала была одна и та же кодовая книга.
Если устройство представляет собой сервер в системе связи, отличающийся от мобильного терминала и базовой станции, кодовая книга, построенная сервером, отправляется, соответственно, на мобильный терминал и базовую станцию для того, чтобы у мобильного терминала и базовой станции была одна и та же кодовая книга.
Фиг.3 иллюстрирует блок-схему устройства 300 для выбора матрицы предварительного кодирования в соответствии с настоящим изобретением. Устройство 300 содержит: средство 310 приема, средство 320 получения модели канала, средство 330 выбора матрицы предварительного кодирования и средство 340 отправки. Среди них, средство 310 приема предназначено для приема информации о группировании на множестве передающих антенн базовой станции; средство 320 получения модели канала предназначено для оценки канала от базовой станции для того, чтобы получать модель канала; средство 330 выбора матрицы предварительного кодирования предназначено для выбора из кодовой книги оптимальной матрицы предварительного кодирования, соответствующей каждой группе антенн, на основании модели канала; средство 340 отправки предназначено для отправки индекса каждой оптимальной матрицы предварительного кодирования на базовую станцию для того, чтобы базовая станция могла выполнять конкатенированное предварительное кодирование.
В варианте осуществления средство 330 выбора матрицы предварительного кодирования дополнительно содержит: средство для применения информации о группировании и модели канала к предварительно определенным критериям для того, чтобы определять матрицу предварительного кодирования, которая удовлетворяет предварительно определенным критериям; и средство для отыскивания в кодовой книге матрицы предварительного кодирования, которая соответствует матрице предварительного кодирования, удовлетворяющей предварительно определенным критериям, в качестве оптимальной матрицы предварительного кодирования.
В варианте осуществления средство, содержащееся в средстве 330 выбора матрицы предварительного кодирования и предназначенное для применения информации о группировании и модели канала к предварительно определенным критериям для того, чтобы определять матрицу предварительного кодирования, которая удовлетворяет предварительно определенным критериям, дополнительно содержит: средство для вычисления, в соответствии с информацией о группировании и моделью канала, матрицы предварительного кодирования, которая делает минимальным хордальное расстояние, проекционное расстояние, основанное на двух нормах, или расстояние Fubini-Study; и средство для определения матрицы предварительного кодирования, которая делает расстояние минимальным, в качестве оптимальной матрицы предварительного кодирования.
В варианте осуществления устройство, иллюстрируемое на фиг.3 и предназначенное для выбора матрицы предварительного кодирования в соответствии с настоящим изобретением, является мобильным терминалом.
Фиг.4 иллюстрирует блок-схему последовательности операций способа выбора матрицы предварительного кодирования в соответствии с настоящим изобретением. Следует указать, что этапы, показанные на фиг.4, могут выполняться, соответственно, соответствующими средствами, представленными на фиг.3.
На этапе 401 на множестве передающих антенн базовой станции принимается информация о группировании.
Способ построения кодовой книги по настоящему изобретению может быть применен и к MIMO с единственной BS, и к MIMO с множеством BS. В этом варианте осуществления предполагается MIMO с единственной BS с 4 передающими антеннами. Кроме того, предполагается, что 4 передающие антенны базовой станции делятся на 2 группы, каждая из которых имеет 2 антенны. Следует указать, что в реальных применениях способ по настоящему изобретению не ограничивается только единственной базовой станцией с 4 антеннами, а может быть применен к единственной базовой станции с большим количеством передающих антенн или к множеству базовых станций.
В варианте осуществления информация о группировании включает в себя количество базовых станций в системе MIMO, количество передающих антенн на каждой базовой станции, количество групп, получающихся в результате деления антенн базовой станции, и количество антенн в каждой группе.
В варианте осуществления антенны базовой станции группируются различными способами. Например, когда система содержит только одну базовую станцию и у базовой станции имеются 4 передающие антенны, антенны могут быть в равной степени разделены на 2 группы, каждая из которых имеет 2 антенны; на этой стадии антенны также могут быть не в равной степени разделены на 2 группы, одна из которых имеет 3 антенны, в то время как другая имеет только 1 антенну. Когда система содержит множество базовых станций, например 2 станции BS, и у каждой базовой станции имеются 2 передающие антенны, 2 антенны на каждой базовой станции могут быть разделены на группы, посредством чего получаются 2 группы антенн; на этой стадии, одна из антенн на каждой базовой станции может быть взята в качестве группы, посредством чего получаются 2 группы антенн.
В настоящем изобретении существуют различные способы группирования антенн, и они являются допустимыми до тех пор, пока количество антенн каждой группы не является слишком большим. Только делая количество антенн каждой группы меньше, чем общее количество антенн, можно уменьшить размер соответственной матрицы предварительного кодирования и дополнительно улучшить гибкость предварительного кодирования.
В настоящем изобретении информация о группировании сохраняется на жестком диске или в съемном запоминающем устройстве, таком как оптический диск или гибкий диск, загружается через Интернет или другой компьютер или определяется в режиме реального времени устройством во время выполнения способа, иллюстрируемого на фиг.4.
На этапе 402 оценивается канал от базовой станции для получения модели канала.
В варианте осуществления модель канала представляется с использованием матрицы Н (гибридных параметров) канала. Теперь, когда в предшествующем уровне техники существует множество способов, предназначенных для оценки модели канала, специалисты в данной области техники легко могут получать матрицу канала в соответствии с предшествующим уровнем техники, и, таким образом, детали в данном описании опускаются.
На этапе 403 оптимальная матрица предварительного кодирования, соответствующая каждой группе антенн, выбирается из кодовой книги на основании информации о группировании, полученной на этапе 401, и модели канала, полученной на этапе 402.
В варианте осуществления информация о группировании и модель канала применяются к предварительно определенным критериям для того, чтобы определить матрицу предварительного кодирования, которая удовлетворяет предварительно определенным критериям.
В варианте осуществления матрица предварительного кодирования, которая делает минимальным хордальное расстояние, проекционное расстояние, основанное на двух нормах, или расстояние Fubini-Study, вычисляется в соответствии с информацией о группировании и моделью канала, и впоследствии матрица предварительного кодирования, которая делает расстояние минимальным, определяется как матрица предварительного кодирования, которая удовлетворяет предварительно определенным критериям.
В варианте осуществления предварительно определенные критерии выбираются в зависимости от архитектуры приемника (минимальная среднеквадратическая ошибка MMSE, максимальное правдоподобие ML и т.д.) и показателей производительности (пропускной способности, частоты появления ошибочных битов и т.д.).
В варианте осуществления предположим, что в приемнике используется обнаружение MMSE. Прежде всего, устанавливается группа матриц предварительного кодирования, соответствующих соответственным группам антенн, получается конкатенированная матрица предварительного кодирования в соответствии с соответственными матрицами предварительного кодирования, и вычисляется матричное произведение матрицы канала и конкатенированной матрицы предварительного кодирования для того, чтобы получить минимальное сингулярное значение матричного произведения; затем матрицы предварительного кодирования, соответствующие соответственным группам антенн, возвращаются в исходное состояние, вышеизложенный процесс повторяется, множество минимальных сингулярных значений, получающихся в результате периодов установки, сравниваются, чтобы определить максимальное значение из множества минимальных сингулярных значений, и, наконец, матрица предварительного кодирования, соответствующая максимальному минимальному сингулярному значению, получается в качестве оптимальной матрицы предварительного кодирования.
В варианте осуществления конкатенированная матрица предварительного кодирования, полученная из соответственных матриц предварительного кодирования, достигается при непосредственном объединении соответственных матриц предварительного кодирования в большую матрицу предварительного кодирования. В другом варианте осуществления конкатенированная матрица предварительного кодирования взвешивается для того, чтобы удовлетворять требованию нормализации. В другом варианте осуществления множество матриц предварительного кодирования взвешиваются соответствующим образом, и затем множество взвешенных матриц предварительного кодирования объединяются в конкатенированную матрицу предварительного кодирования.
Затем, в кодовой книге отыскивается матрица предварительного кодирования, которая соответствует матрице предварительного кодирования, удовлетворяющей предварительно определенным критериям, в качестве оптимальной матрицы предварительного кодирования. В варианте осуществления, путем сравнения матрицы предварительного кодирования, удовлетворяющей предварительно определенным критериям, с каждой из матриц предварительного кодирования, содержащихся в кодовой книге, определяется матрица с минимальным различием и используется в качестве матрицы предварительного кодирования, которая соответствует матрице предварительного кодирования, удовлетворяющей предварительно определенным критериям. Тем временем, определяется индекс, соответствующий согласующейся матрице предварительного кодирования.
В варианте осуществления кодовая книга предварительно сохраняется на базовой станции и в мобильном терминале, и эта кодовая книга является абсолютно идентичной. Кодовая книга может быть получена способом, иллюстрируемым на фиг.2, или предварительно установлена пользователем.
На этапе 404 индекс оптимальной матрицы предварительного кодирования отправляется на базовую станцию для того, чтобы базовая станция могла выполнять конкатенированное предварительное кодирование.
Фиг.5 иллюстрирует блок-схему устройства 500 для предварительного кодирования в соответствии с настоящим изобретением. Устройство 500 содержит: средство 510 построения, средство 520 предварительного кодирования и средство 530 отправки. Среди них средство 510 построения предназначено для построения конкатенированной матрицы предварительного кодирования в соответствии с индексами множества оптимальных матриц предварительного кодирования, принимаемыми от мобильного терминала; средство 520 предварительного кодирования предназначено для предварительного кодирования данных с использованием построенной конкатенированной матрицы предварительного кодирования; и средство 530 отправки предназначено для отправки предварительно закодированных данных на мобильный терминал.
В варианте осуществления средство 510 построения дополнительно содержит: средство для отыскивания в кодовой книге матриц предварительного кодирования, которые соответствуют индексам множества оптимальных матриц предварительного кодирования; и средство для объединения множества найденных матриц предварительного кодирования в конкатенированную матрицу предварительного кодирования.
В варианте осуществления средство для объединения множества найденных матриц предварительного кодирования в конкатенированную матрицу предварительного кодирования дополнительно содержит: средство для взвешивания соответствующим образом множества найденных матриц предварительного кодирования; и средство для объединения множества взвешенных матриц предварительного кодирования в конкатенированную матрицу предварительного кодирования.
В варианте осуществления средство для объединения множества найденных матриц предварительного кодирования в конкатенированную матрицу предварительного кодирования дополнительно содержит: средство для взвешивания конкатенированной матрицы предварительного кодирования, чтобы достигнуть нормализации.
В варианте осуществления устройство для предварительного кодирования в соответствии с настоящим изобретением, как иллюстрируется на фиг.5, является базовой станцией.
Фиг.6 иллюстрирует блок-схему последовательности операций способа предварительного кодирования в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Следует отметить, что этапы на фиг.6 могут быть выполнены соответствующими средствами, представленными на фиг.5, соответственно.
На этапе 601 конкатенированная матрица предварительного кодирования строится в соответствии с индексами множества оптимальных матриц предварительного кодирования, принимаемыми от мобильного терминала.
В варианте осуществления матрицы предварительного кодирования, соответствующие индексам множества оптимальных матриц предварительного кодирования, отыскиваются в кодовой книге. Например, в случае 2 групп антенн, от мобильного терминала принимаются индексы 2 оптимальных матриц предварительного кодирования. Затем, соответствующие 2 матрицы предварительного кодирования отыскиваются в кодовой книге, сохраненной на базовой станции.
1
2
После этого множество найденных матриц предварительного кодирования объединяются в конкатенированную матрицу предварительного кодирования. В варианте осуществления конкатенированная матрица предварительного кодирования, полученная из соответственных матриц предварительного кодирования, достигается при непосредственном объединении соответственных матриц предварительного кодирования в большую матрицу предварительного кодирования. Например, когда имеются 2 группы антенн, матриц предварительного кодирования, соответствующих группам антенн, также в общей сложности 2, например, как представлено символами Ŵ и Ŵ соответственно, где
1
2
и объединение Ŵ и Ŵ представляет собой
<mover accent="true"><mi>W</mi><mo>˜</mo></mover>
1
2
Показанная выше матрица
является конкатенированной матрицей предварительного кодирования, полученной в соответствии с Ŵ и Ŵ.
<mover accent="true"><mi>W</mi><mo>˜</mo></mover>
<mrow><mrow><mrow><msqrt><mn>2</mn></msqrt></mrow><mo>/</mo><mn>2</mn></mrow></mrow>
В варианте осуществления множество найденных матриц предварительного кодирования взвешиваются соответствующим образом, и затем множество взвешенных матриц предварительного кодирования объединяются в конкатенированную матрицу предварительного кодирования. Например, конкатенированная матрица предварительного кодирования
взвешивается с помощью коэффициента взвешивания
для того, чтобы удовлетворять требованию нормализации, как показано уравнением:
В другом варианте осуществления конкатенированная матрица предварительного кодирования взвешивается, например, с фазовым и/или амплитудным взвешиванием, чтобы удовлетворять требованию нормализации, как показано уравнением:
1
2
<mover accent="true"><mi>W</mi><mo>˜</mo></mover>
где θ∈(0,π/2), φ∈(0,2π), θ и φ могут быть квантованы на мобильной станции в соответствии с установленными критериями оптимизации (например, доводя до максимума SINR, принимаемое на мобильной станции). Например, значения выбираются из диапазонов значений θ и φ в соответствии с равномерным квантованием. Ŵ и Ŵ взвешиваются с помощью различных значений, выбираемых в пределах диапазонов значений θ и φ, для того, чтобы конкатенированная матрица предварительного кодирования
определялась более гибко.
На этапе 602 данные предварительно кодируются с использованием построенной конкатенированной матрицы предварительного кодирования.
Данные могут предварительно кодироваться с помощью конкатенированной матрицы предварительного кодирования, как выполнятся в соответствии со способами предварительного кодирования в предшествующем уровне техники. Например, предварительное кодирование реализуется с использованием критериев ZF (обращения в нуль незначащих коэффициентов) (см. R1-071510, "Детали вызывающего обращение в нуль незначащих коэффициентов MU-MIMO для DL EUTRA (выделенного универсального наземного радиодоступа линии передачи данных)", Freescale Semiconductor Inc., 3GPP TSG RAN WG1 #48bis, март 2007 г.). Специалисты в данной области техники могут реализовывать предварительное кодирование в соответствии с любым другим доступным способом предшествующего уровня техники, который в данном описании подробно не описывается.
На этапе 603 предварительно закодированные данные отправляются на мобильный терминал.
Фиг.7 иллюстрирует сравнение между результатами моделирования конкатенированного предварительного кодирования в соответствии с настоящим изобретением, идеальным предварительным кодированием и существующей технологией предварительного кодирования. На фиг.7 горизонтальная ордината обозначает отношение сигнал-шум (SNR), а вертикальная ордината обозначает пропускную способность, которая предназначена для измерения эффективности системы. Пропускная способность, с единицей измерения в битах/с/Гц, определяется как количество передаваемых битов в секунду через канал передачи с полосой пропускания 1 Гц. Пропускная способность представляет собой показатель объема данных, проходящих в полосе пропускания 1 Гц, и, таким образом, измеряет эффективность использования ресурсов полосы пропускания методом передачи сигналов.
В моделированиях, иллюстрируемых на фиг.7, предполагается, что способ по настоящему изобретению выбирает систему MIMO с единственной BS, с базовой станцией, имеющей 4 передающие антенны, мобильным терминалом, имеющим 2 приемные антенны, передачу 2 потоков данных с детектором MMSE и каналом с пространственным некоррелированным рэлеевским амплитудным замиранием. На фиг.7 делается сравнение между следующими тремя схемами предварительного кодирования:
Схема 1: предварительное кодирование, основанное на идеальной информации о состоянии канала (CSI) в передатчике. В этом случае, передатчик будет выполнять оптимальное предварительное кодирование, основанное на традиционном разложении по сингулярным числам матрицы (SVD).
Схема 2: предварительное кодирование на основании основанной на 4-битовом DFT кодовой книги в соответствии с предшествующим уровнем техники.
Схема 3: конкатенированное предварительное кодирование в соответствии с настоящим изобретением.
Как ясно из фиг.7, при предположении одинакового отношения сигнал-шум (SNR) пропускная способность способа (3) конкатенированного предварительного кодирования по настоящему изобретению ближе к идеальному случаю (1), чем основанное на 4-битовом DFT предварительное кодирование (2) предшествующего уровня техники. Это главным образом происходит из-за лучшего свойства расстояния конкатенированного способа предварительного кодирования по настоящему изобретению, чем у основанного на 4-битовом DFT предварительного кодирования предшествующего уровня техники.
Результат анализа, показанный в таблице 1, обеспечивает этому поддержку. В таблице 1 сравнение делается между минимальным хордальным расстоянием, проекционным расстоянием, основанным на двух нормах, и расстоянием Fubini-Study конкатенированного способа предварительного кодирования по настоящему изобретению и основанного на 4-битовом DFT предварительного кодирования предшествующего уровня техники для передачи на скорости 1 и скорости 2 передачи данных. Скорость 1 передачи данных и скорость 2 передачи данных нацелены на различные потоки данных, при этом скорость 1 передачи данных представляет передачу одного потока данных, в то время как скорость 2 передачи данных представляет передачу двух потоков данных. Эти расстояния представляют собой эффективные показатели для того, чтобы оценивать, является ли структура матрицы предварительного кодирования хорошей или нет. Чем больше минимальное расстояние, тем лучше кодовая книга.
Таблица 1
Скорость 1 передачи данных
Скорость 2 передачи данных
Способ по настоящему изобретению
Предшествующий уровеньтехники
Способ по настоящему изобретению
Предшествующий уровеньтехники
Хордальное расстояние
1,0707
1,0060
0,8040
0,1199
Проекционное расстояние, основанное на двухнормах
0,3827
0,1095
0,7071
0,1182
Расстояние Fubini-Study
0,3927
0,3927
0,8589
0,1202
Фиг.8 иллюстрирует сравнение между результатами моделирования конкатенированного предварительного кодирования в соответствии с настоящим изобретением, конкатенированного предварительного кодирования с фазовым и/или амплитудным взвешиванием в соответствии с настоящим изобретением, идеального предварительного кодирования и существующей технологии предварительного кодирования. На фиг.8 горизонтальная ордината обозначает отношение сигнал-шум, а вертикальная ордината обозначает пропускную способность.
Как ясно из фиг 8, при предположении одинакового отношения сигнал-шум (SNR) способ (2) конкатенированного предварительного кодирования в соответствии с настоящим изобретением и конкатенированного предварительного кодирования (3) с фазовым и/или амплитудным взвешиванием в соответствии с настоящим изобретением имеют большую пропускную способность, чем основанное на 4-битовом DFT предварительное кодирование (4) предшествующего уровня техники. И по сравнению со способом (2) конкатенированного предварительного кодирования без взвешивания, конкатенированное предварительное кодирование (3) с взвешиванием ближе к идеальному случаю (1).
Настоящее изобретение обеспечивает новый и эффективный способ построения кодовой книги, посредством чего получается большая конкатенированная матрица предварительного кодирования при конкатенировании меньших матриц предварительного кодирования в кодовой книге. Способ по настоящему изобретению является особенно подходящим для системы MIMO с множеством BS и системы MIMO с единственной BS с большим количеством передающих антенн. Кодовая книга, построенная способом по настоящему изобретению, имеет хорошее свойство расстояния в отношении хордального расстояния, проекционного расстояния, основанного на двух нормах, и хордального расстояния расстояния Fubini-Study. Кроме того, способ в соответствии с настоящим изобретением не увеличивает взаимные помехи в системе связи, потому что конкатенирование матриц предварительного кодирования по настоящему изобретению не приводит к проблеме неопределенности взаимных помех.
Настоящее изобретение является подходящим для системы MIMO с множеством BS, потому что построение кодовой книги не имеет отношения к размеру BS, включенному в координацию работы множества BS, и является достаточно гибким для того, чтобы адаптироваться к различным изменениям в координации работы множества BS. Кроме того, у настоящего изобретения имеются другие преимущества, такие как постоянный модуль, вложенная структура, обратная совместимость, высокая масштабируемость и т.д.
Следует указать, что способы, как раскрыты в настоящем изобретении, могут быть реализованы в программном обеспечении, аппаратном обеспечении или комбинации программного и аппаратного обеспечения. Участок аппаратного обеспечения может быть реализован с использованием специализированной логической схемы; участок программного обеспечения может быть сохранен в запоминающем устройстве и выполняться соответствующей системой, выполняющей команды, такой как микропроцессор, персональный компьютер (PC) или мэйнфрейм (универсальная вычислительная машина).
Описание настоящего изобретения было представлено в целях иллюстрации и описания и не предназначено для того, чтобы быть исчерпывающим или ограничивающим изобретение в раскрытой форме. Специалистам в данной области техники будут очевидны множество дополнений и изменений.
Поэтому варианты осуществления были выбраны и описаны для того, чтобы раскрыть наилучшим образом принципы изобретения и его практического применения и позволить другим специалистам в данной области техники понять, как делать все дополнения и изменения, не отступая при этом от сущности изобретения, которые находятся в пределах объема охраны настоящего изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения.