[发明专利]MIMO系统中预编码的码本生成方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种MIMO系统中预编码的码本生成方法及装置。

背景技术

多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)技术是无线移动通信领域技术的重大突破。MIMO技术是指数据的发送和接收都采用了多根天线。研究表明，利用MIMO技术可以提高无线通信系统的容量。使用预编码技术进行多数据流与天线之间的复用，可以更加有效的利用现有信道资源。因此预编码技术也成为新的研究热点。在实际系统中，由于信道时延等因素，发送端不能获得理想的信道信息，因而，基于码本的预编码技术成为目前研究的主流方向。

在基于码本的预编码技术中，发送端和接收端都存储一套相同的码本，接收端根据一定的码本选择公式，选出最优的码本，并将其序号反馈给发端，发送端根据此接收的序号，将其对应的码本作为预编码矩阵，进行预编码。

目前，有各种各样的码本设计方法，有针对MIMO信道函数的矢量码本设计方法。然而，对于码本矩阵设计，现有的码本不是基于MIMO信道函数出发，不同的MIMO信道共用一种码本，因此不能保证码本与MIMO信道的对应性。而且，目前并没有有效的码本设计方法适用于接收机(接收端)采用垂直分层的MIMO系统。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种能够解决现有技术中生成的MIMO码本矩阵与实际的MIMO信道不对应的问题，以及提升接收机采用垂直分层的MIMO系统的性能的MIMO系统中预编码的码本生成方案。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种MIMO系统中预编码码本的生成方法，该方法包括步骤：

S101：对多输入多输出MIMO信道矩阵进行几何均值分解，获得待量化的预编码矩阵V；

S102：由MIMO信道的信道传输矩阵获得待量化的预编码矩阵V的概率分布函数p(V)；

S103：根据所述的待量化的预编码矩阵V及其概率分布函数p(V)，获得MIMO系统的平均量化误差；

S104：根据所述MIMO系统的平均量化误差，获得码本矩阵。

其中，所述步骤S101具体为：对MIMO信道矩阵H按照几何均值分解公式H＝UR′V^H进行分解操作，其中R′为对角线元素相等的上三角矩阵，U为左酉矩阵，V为右酉矩阵，V的上标H表示共轭转置，所述右酉矩阵V即为待量化的预编码矩阵V。

其中，所述步骤S103具体包括如下步骤：

生成一组信道的训练矩阵H_k，k＝1，...，K，K为该矩阵的总个数；

对这组信道的训练矩阵进行几何均值分解，获得一组训练矩阵P_k；

依据待量化的预编码矩阵V的概率分布函数和该组训练矩阵P_k计算系统的平均量化误差。

其中，所述依据待量化的预编码矩阵V及其概率分布函数和该组训练矩阵P_k获得系统的平均量化误差的过程如下：

在酉空间中为每一个训练矩阵划分一个胞元；

根据所述胞元中所述训练矩阵与待量化的预编码矩阵之间的距离和所述待量化的预编码矩阵的概率分布函数计算系统的平均量化误差。

其中，所述在酉空间中为每一个训练矩阵划分一个胞元的步骤具体包括：

对每一个训练矩阵，通过矩阵距离函数计算训练矩阵与所有待量化的预编码矩阵的距离，将此训练矩阵划分到最小距离对应的待量化的预编码矩阵的胞元里，所述矩阵距离函数为：

其中V和是任意两个酉矩阵，I是单位矩阵，该距离函数是求F范数。

其中，所述系统的平均量化误差通过下式获得：

其中p(V∈C_k)为待量化的预编码矩阵V在胞元C_k内的概率分布函数，L为胞元的个数，表示所述距离的期望值。

其中，所述根据所述胞元中所述训练矩阵与待量化的预编码矩阵之间的距离和所述待量化的预编码矩阵的概率分布函数计算系统的平均量化误差的步骤具体包括：

分别计算每个胞元的新的质心矩阵；

用所得到的新的质心矩阵替换胞元中待量化的预编码矩阵；

计算胞元的平均量化误差；

依据胞元的平均量化误差，计算系统的平均量化误差。

其中，所述计算每个胞元的酉空间质心更新输出矩阵具体包括：

分别对各胞元中的所有训练矩阵对应的训练信道矩阵之和求平均，得到各胞元的平均信道矩阵