CN101355381A - 基于信道向量量化的调度和预编码方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于信道向量量化的调度和预编码方法和装置，其中该方法包括：步骤A，发送端根据所有用户发送的第一信道向量量化信息进行多用户调度；和步骤B，发送端根据被调度到的用户发送的第二信道向量量化信息获取预编码矩阵后，使用得到的预编码矩阵进行被调度到用户的数据进行预编码后发送，所述第二信道向量量化信息的精度高于第一信道向量量化信息的精度；或步骤B’，发送端结合被调度到的用户发送的第三信道向量量化信息和第一信道向量量化信息获取预编码矩阵后，使用得到的预编码矩阵进行被调度到用户的数据进行预编码后发送。本发明在保证系统性能与现有方法相同的情况下可以获得较低的反馈开销，反之可以获得更好的系统性能。

Description

基于信道向量量化的调度和预编码方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信系统的传输技术领域，特别是一种应用于MIMO(Multi Input Multi Output，多输入多输出)系统中的基于信道向量量化的调度和预编码方法及装置。

背景技术

未来无线通信系统要求能提供越来越高的信息传输速率和通信质量。为了在有限的频谱资源上实现这一目标，MIMO(Multi Input Multi Output，多输入多输出)技术已成为未来无线通信中所采用的必不可少的手段之一。

在MIMO系统中，发送端利用多根天线进行信号的发送，接收端利用多根天线进行信号的接收。研究表明，相比于传统的单天线传输方法，MIMO技术可以显著的提高信道容量，从而提高信息传输速率。

同时，在MIMO系统中采用预编码(Pre-coding)的发送方法可以有效提高MIMO系统的性能。

预编码的基本思想是根据当前的信道信息，对待发送数据在发送之前进行预处理，包括线性处理和非线性处理等。

MIMO预编码是一种闭环的传输技术，根据其所需反馈信息形式的不同，可以分为两种，基于PVQ(Precoder Vector Quantization，预编码向量量化)的预编码和基于CVQ(Channel Vector Quantization，信道向量量化)的预编码。

在基于CVQ的MIMO预编码中，发送端和接收端在通信前事先设定一个信道量化码本，其中包含若干信道量化码字(Codeword)。在每个资源块(Resource Block，RB)发送之前，接收端都会首先使用该码本对当前信道特性进行量化，并将量化后的结果，即CVQ信息，反馈给发送端。具体说来，就是从该码本中选取与当前信道最匹配的码字，并将该码字的索引(Index)反馈给发送端。

对信道特性进行量化的目的是为了降低系统的反馈开销。接下来，发送端会根据反馈信息获取当前的信道信息后，根据每个用户的信道信息进行多用户调度和计算预编码矩阵，并依此进行相应的信号发送。

目前的研究表明，与基于PVQ的预编码方法相比，基于CVQ的预编码方法可以提高系统吞吐性能，同时降低终端的实现复杂度，是一种较为有效的预编码技术。现有的基于CVQ的调度和预编码解决方案中，收端对发端进行一次CVQ信息反馈，也就是说，发端在用户调度和计算预编码矩阵中使用相同的CVQ反馈信息，这种方案就系统吞吐性能或反馈开销来讲，并没有做到最优，因此有必要在现有技术的基础上，进一步优化系统吞吐性能和反馈开销。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于信道向量量化的调度和预编码方法及装置，或者优化系统吞吐性能，或者减小反馈开销。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于信道向量量化的调度和预编码方法，包括：

步骤A，发送端根据所有用户发送的第一信道向量量化信息进行多用户调度；和

步骤B，发送端根据被调度到的用户发送的第二信道向量量化信息获取预编码矩阵后，使用得到的预编码矩阵进行被调度到用户的数据进行预编码后发送，所述第二信道向量量化信息的精度高于第一信道向量量化信息的精度；或

步骤B’，发送端结合被调度到的用户发送的第三信道向量量化信息和第一信道向量量化信息获取预编码矩阵后，使用得到的预编码矩阵进行被调度到用户的数据进行预编码后发送。

上述的方法，其中，所述步骤B中，所述信道向量量化信息的精度控制通过码本实现，码本中码字的数目越大，信道方向信息反馈开销越大，所述信道向量量化信息精度越高。

上述的方法，其中，

所述步骤A中的第一信道向量量化信息根据当前信道和第一码本得到，所述步骤B中的第二信道向量量化信息根据当前信道和第二码本得到；

所述第二码本中的码字数量大于所述第一码本中的码字数量。

上述的方法，其中，所述第二码本为第一码本左乘酉矩阵所得到的码本。

上述的方法，其中，所述步骤B’中，所述步骤A中的第一信道向量量化信息根据当前信道和第一码本得到，所述步骤B中的第三信道向量量化信息根据当前信道和第三码本得到；

所述第三码本为差分码本，用于量化当前信道与第一信道向量量化信息的差值。

上述的方法，其中，所述差分码本为码字是酉矩阵的码本。

上述的方法，其中，所述第三信道向量量化信息中信道方向信息索引对应的码字为酉矩阵，所述步骤B’中，利用被调度到的用户第一次反馈的索引所对应的码字的模、被调度到的用户第一次反馈的索引所对应的码字和被调度到的用户反馈的索引对应的酉矩阵的乘积来计算预编码矩阵。

上述的方法，其中，所述被调度到的用户发送的第二信道向量量化信息仅包括信道方向信息，所述步骤B和B’中使用第一信道向量量化信息中的信道质量信息计算预编码矩阵。

上述的方法，其中，发送端利用信息到达时刻、标识信息或信息位置判断被调度到的用户发送的反馈信息的顺序。

为了更好的实现上述目的，本发明还提供了一种基于信道向量量化的调度和预编码装置，包括调度模块和预编码模块，其中：

所述调度模块用于根据所有用户发送的第一信道向量量化信息进行多用户调度；

所述预编码模块用于根据被调度到的用户发送的第二信道向量量化信息获取预编码矩阵后，使用得到的预编码矩阵进行被调度到用户的数据进行预编码后发送，所述第二信道向量量化信息的精度高于第一信道向量量化信息的精度；或用于结合被调度到的用户发送的第三信道向量量化信息和第一信道向量量化信息获取预编码矩阵后，使用得到的预编码矩阵进行被调度到用户的数据进行预编码后发送。

上述的装置，其中，所述预编码模块用于根据被调度到的用户发送的第二信道向量量化信息获取预编码矩阵时，所述第一信道向量量化信息根据当前信道和第一码本得到，所述第二信道向量量化信息根据第二码本得到；

所述第二码本中的码字数量大于所述第一码本中的码字数量。

上述的装置，其中，所述第二码本为第一码本左乘酉矩阵所得到的码本。

上述的装置，其中，所述预编码模块用于结合被调度到的用户发送的第三信道向量量化信息和第一信道向量量化信息获取预编码矩阵时，所述第一信道向量量化信息根据当前信道和第一码本得到，所述第三信道向量量化信息根据当前信道和第三码本得到，所述第三码本为差分码本，用于量化当前信道与第一信道向量量化信息的差值。

上述的装置，其中，所述差分码本为码字是酉矩阵的码本。

上述的装置，其中，所述第三信道向量量化信息中信道方向信息索引对应的码字为酉矩阵，所述预编码模块具体用于利用被调度到的用户第一次反馈的索引所对应的码字的模、被调度到的用户第一次反馈的索引所对应的码字和被调度到的用户反馈的索引对应的酉矩阵的乘积来计算预编码矩阵。

利用本发明的方法和装置，基于信道向量量化的调度和预编码使用不同精度的CVQ信息，因此，与现有的方法相比，具有以下有益效果：

本发明预编码时使用与现有方法相同的CVQ精度时，能保证获得与现有方法相同的系统性能，但由于调度时使用的CVQ精度可以低于现有方法的CVQ精度，因此，综合来看，可以减小反馈开销；

在系统开销与现有方法相同的情况下，由于调度阶段使用低精度的CVQ信息，可以省出部分反馈开销，而这部分反馈开销用于在预编码阶段提高CVQ信息的精度，所以可以获得比现有方法更高的系统性能。

附图说明

图1为实际信道与码本中码字的关系示意图；

图2为本发明方法第一实施例的流程示意图；

图3为本发明方法第二实施例的流程示意图；

图4为本发明方法第二实施例的仿真结果示意图。

具体实施方式

发送端进行基于信道向量量化的调度和预编码时，主要包括两个步骤：

多用户调度步骤，根据接收端的CVQ信息进行多用户调度；

预编码步骤，根据接收端的CVQ信息对调度到的用户进行预编码。

在上述的两个步骤中，都需要用到CVQ信息，根据实际网络传输可知，CVQ信息的精度对系统性能的影响非常大，CVQ信息的精度越高，反馈开销越大，但系统吞吐性能越好。

下面对CVQ精度进行进一步详细说明。

CVQ包括CDI(Channel Direction Information，信道方向信息)和CQI(Channel Quality Indicator，信道质量信息)，其中CQI的反馈开销的大小不会对系统性能带来明显的影响，在此不予考虑，因此在考虑CVQ精度时，仅考虑CDI对其带来的影响。

众所周知，CDI表征选择用来代表实际信道方向的码字在码本中的位置，CDI的开销越大，表示码本中的码字可以越多，而码本中码字越多，选择出来表示实际信道方向的码字与实际信道越接近，因此CVQ精度越高。

对上述的情况举例说明如下。

如图1所示，其中表示了两个码本C1＝{A1，A2，A3，A4}和C2＝{B1，B2，B3，B4，B5，B6，B7，B8}中的码字和实际信道R。

当CDI的反馈开销为2比特时，则CDI只能表示4个码字中的一个，此时对应的码本为C1，从图1可以发现，接收端反馈的CDI为00，表示CDI对应的码字为A1；

当CDI的反馈开销为3比特时，则CDI能表示8个码字中的一个，此时对应的码本为C2，从图1可以发现，接收端反馈的CDI为001，表示CDI对应的码字为B1；

从图1很明显可以发现，CDI反馈开销为3比特时，选择的码字B1相对于码字A1更接近于实际信道R，也就是说对应的CVQ精度更高。

因此，本发明中表征CVQ精度的参数为CDI的反馈开销或者最终用于计算的等效码本中码字的数目。

同时，通过上述的描述可以发现，多用户调度和预编码两个步骤都涉及到CVQ，而通过进一步的仿真可以发现，在发送端进行基于信道向量量化的调度和预编码时，多用户调度步骤中，CVQ精度的变化不会对系统性能造成明显的影响，而预编码步骤中，CVQ精度的变化对系统性能造成非常明显的影响。

基于上述的描述，本发明的基于信道向量量化的调度和预编码方法，对多用户调度步骤和预编码步骤使用不同精度的CVQ信息来提高系统性能和/或降低反馈开销。

而多用户调度步骤和预编码步骤中所使用的不同精度的CVQ信息可通过接收端或发送端来处理，下面分别通过不同的实施例进行描述。

<第一实施例>

在本发明的第一实施例中，多用户调度步骤和预编码步骤中所使用的CVQ信息的精度直接由发送端利用不同码字数目的码本来控制，下面进行详细说明。

如图2所示，本发明第一实施例的方法包括如下步骤：

步骤11，所有接收端向发送端反馈第一CVQ信息；

步骤12，发送端根据第一CVQ信息进行多用户调度；

步骤13，发送端通知被调度到的用户重新发送CVQ信息；

步骤14，被调度到的用户向发送端反馈第二CVQ信息，在此，第二CVQ信息的精度高于第一CVQ信息的精度；

步骤15，发送端根据第二CVQ信息计算预编码矩阵后，利用该预编码矩阵对调度到的用户数据进行预编码后发送。

其中，步骤11具体包括：

步骤111，信道估计；

用户k对当前信道进行估计，得到信道特性矩阵H_k，其为n_R行n_T列，其中n_R和n_T分别为接收天线和发送天线数。

步骤112，接收加权；

接收加权的目的是将MIMO信道矩阵转化为向量形式，从而可以更加有效的进行信道量化，接收加权后等效信道为：

h_k＝v_kH_k

其中v_k为1×n_R的加权向量，其可以通过现有方法获得，如信噪比(SNR)最大化方法。

步骤113，信道信息量化和反馈；

现有的信道量化方法有两种，一种是基于幅度最大的量化，另一种是基于信干噪比(SINR)最大的量化。由于本发明方法不依赖于实际系统中采用何种量化方法，因此仅以第一种量化方法，即基于幅度最大的量化为例进行说明。

假设事先设定的用于信道量化的码本为C1＝{f₁，f₂，...，f_N}，其中，f_i为码本中第i个码字，其为1×n_T向量，N为码本的大小，即包含的码字的数目。那么，加权后的等效信道经量化后的CVQ结果包含两部分信息：CDI(Channel Directional Information，信道方向信号)和CQI(Channel QualityIndicator，信道质量信息)，其中CDI为：

${\hat{h}}_k=f_m$

其中：

$m=\arg \underset{1\&le;n\&le;N}{\max }\left\{\cos {\mathrm{\&theta;}}_n\right\}$

$\cos {\mathrm{\&theta;}}_n=\left|\frac{h_k}{\left|\right|h_k\left|\right|}{f}_n^{*}\right|$

*为共扼转置符号，||·||为向量的模。另外，CQI的结果为||h_k||²。

接下来，接收端会将量化后的结果，即CDI和CQI反馈回发端，其中对CDI来说只需要反馈其在码本中对应的index信息即可。

其中，步骤12中根据反馈的第一CQV信息进行多用户调度，在此，由于多用户调度需要用到预编码矩阵，因此，本步骤中需要计算预编码矩阵。

由于多用户调度方法有多种，比如遍历搜索和Greedy方法等，预编码的方法也有多种，比如ZF(Zero Forcing，迫零)算法和MMSE(MinimumMean Square Error，最小均方误差)算法等。

由于本发明方法不依赖于系统中具体使用何种调度和预编码方法，因此这里我们仅以遍历调度和ZF预编码方法为例进行说明。

假设某个用户组合{k₁，k₂，...}被调度上，其中k_i为用户index；

根据用户反馈的CVQ信息计算此时的ZF预编码矩阵W，如下所示：

其中

表示矩阵H的伪逆，其中：

$H={[{{\tilde{h}}_{k1}}^T,{{\tilde{h}}_{k2}}^T,\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;]}^T$

${\tilde{h}}_k=\left|\right|h_k\left|\right|{\hat{h}}_k$

T为矩阵转置符号。

计算此时每个用户上的SINR，如下所示：

${\mathrm{SINR}}_i=\frac{\mathrm{\&rho;}{\left|{\tilde{h}}_i{w}_i\right|}^2}{{\mathrm{\&sigma;}}^2+\mathrm{\&rho;}\underset{j\&NotEqual;i}{\mathrm{\&Sigma;}}{\left|{\tilde{h}}_i{w}_j\right|}^2}$

其中，ρ和σ²分别为每个流上的发送功率以及噪声功率。由此，可以得到此时的用户吞吐和，如下所示：

∑R(SINR_i)

其中R()为由SINR计算吞吐的函数；

按以上步骤遍历所有可能用户组合，然后调度用户吞吐和最大的用户组合。

在现有技术中，发端的调度和计算预编码矩阵操作到这里就一齐结束了，接下来发端就会通知收端调度结果，并向调度上的用户采用相应的预编码矩阵W进行信号发送。

但本发明的方法仅仅利用上述步骤得到的调度结果，并将其通知接收端。

接收到发送端通知的被调度到的用户向发送端进行第二次CQV信息反馈。

假设事先设定的用于信道量化的码本为C2＝{g₁，g₂，...，g_M}，其中，g_i为码本中第i个码字，其中，码本C2中的码字数量M大于调度所使用的码本C1中码字的数量N。

当然，在上述的第一实施例中，第二CVQ信息与第一次CVQ信息相比，接收端反馈的第二CVQ信息中可以仅包含CDI，而不反馈CQI，发送端在计算预编码矩阵时，利用第一CVQ信息中的CQI即可。

加权后的等效信道经量化后的CVQ结果包含两部分信息：CDI(ChannelDirectional Information，信道方向信号)和CQI(Channel Quality Indicator，信道质量信息)，其中CDI为：

${\hat{h}}_k=g_m$

其中：

$m=\arg \underset{1\&le;n\&le;N}{\max }\left\{\cos {\mathrm{\&theta;}}_n\right\}$

$\cos {\mathrm{\&theta;}}_n=\left|\frac{h_k}{\left|\right|h_k\left|\right|}{g}_n^{*}\right|$

*为共扼转置符号，||·||为向量的模。另外，CQI的结果为||h_k||²。

根据用户k1、k2...反馈的CVQ信息计算此时的预编码矩阵W，如下所下：

表示矩阵H的伪逆，其中：

$H={[{{\tilde{h}}_{k1}}^T,{{\tilde{h}}_{k2}}^T,\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;]}^T$

${\tilde{h}}_k=\left|\right|h_k\left|\right|{\hat{h}}_k$

最后，利用该预编码矩阵W对调度到的用户k1、k2...的数据进行预编码后发送即可。

在本发明的第一实施例中，由于发送端使用的码本中码字数目的差别，计算预编码矩阵所使用的CVQ信息的精度高于调度步骤所使用的CVQ信息的精度低于。

在第一种情况下，假设用户数为16，被调度到的用户数为2，在此，假设传统方法的CVQ信息中CDI的反馈开销为4比特，而利用本发明的方法，假设第一次反馈的CVQ信息中CDI为2比特，而第二次反馈的CVQ信息中CDI为4比特。

在上述假设的情况下，根据前面的描述可知，由于本发明的方法中用于计算预编码矩阵的CDI与传统方法的CVQ信息中CDI的均为4比特，即计算预编码矩阵的CVQ精度相同，因此两种方法达到的系统性能基本相同，然而，然而利用本发明方法，CDI的总反馈开销为16×2+2×4(40)比特，远小于传统方法的16×4(64)比特的总CDI反馈开销。

在第二种情况下，假设用户数为16，被调度到的用户数为2，在此，假设传统方法的CVQ信息中CDI的反馈开销为4比特，而利用本发明的方法，假设第一次反馈的CVQ信息中CDI为2比特，而第二次反馈的CVQ信息中CDI为16比特。

在上述假设的情况下，利用本发明的方法的总的CDI反馈开销为16×2+2×16(64)比特，与利用传统方法的总的CDI反馈开销16×4(64)比特相同。

但由于本发明的方法中，用于计算预编码矩阵的CVQ信息中CDI的比特数为16，其精度远大于传统方法中的4比特，而由于CVQ精度的变化对系统性能提升有非常明显的影响，因此，利用本发明的方法能在保证反馈开销不增加的情况下，可以明显的提高系统性能。

当然，在第二种情况下，如果假设第二次CVQ信息中CDI的的反馈开销为8比特，则利用本发明的方法的CDI总反馈开销为16×2+2×8(48)比特，小于传统方法的CDI反馈开销64比特，同时，由于本发明的方法中用于计算预编码矩阵的CVQ信息中CDI的比特数为8，其精度大于传统方法中4比特的CDI，因此，系统性能也能得到提高。

<第二实施例>

在本发明的第二实施例中，多用户调度步骤和预编码步骤中所使用的CVQ信息的精度直接由发送端利用不同码字数目的码本来控制。

在本发明的第一实施例中，第二码本与第一码本之间相互独立，仅需要保证第二码本的码字数量大于第一码本即可。

而在本发明的第二实施例中，进一步根据第一码本来构造第二码本，同时保证得到的第二码本的码字数量大于第一码本的码字数量。

在此，该第二码本C2利用第一码本C1得到的方法如下所述。

将第一码本中的每一个码字分别进行差分处理得到多个码字，并将该得到的多个码字作为第二码本的码字，举例说明如下。

假设第一码本包括4个码字A、B、C和D，用于独立量化信道；

分别将码字A、B、C和D进行差分处理得到：

A1、A2、A3、A4；

B1、B2、B3、B4；

C1、C2、C3、C4；

D1、D2、D3、D4。

因此得到的第二码本包括A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、C1、C2、C3、C4、D1、D2、D3和D4这16个码字，因此，CVQ精度提高。

当然，该第二码本也可以是包括：

A1、A2、A3、A4、B、C和D这7个码字；或

A、B1、B2、B3、B4、C和D这7个码字；或

A、B、C1、C2、C3、C4和D这7个码字等各种情况。

当然，该第二码本也可以是包括：

A1、A2、A3、B、C和D这6个码字；或

A、B1、B2、B3、C和D这6个码字等各种情况。

当然，第二码本还可以是其它组合，在此不一一列举。

在此，该差分处理可以通过码字左乘酉矩阵得到。

如g_nA(n＝1、2、3、...、8)则将码字差分成8个码字。

由于本发明的第二实施例与第一实施例的区别仅在于第二码本中码字设计方式的不同，其他处理流程完全相同，在此不再赘述。

<第三实施例>

在上述的第一实施例和第二实施例中，用户直接利用码字数量不同的码本进行反馈处理，因此，发送端可直接根据用户的反馈获取对应的预编码矩阵。

而本发明的第三实施例不同于第一实施例和第二实施例，在第三实施例中，调度步骤之后，被调度到的接收端发送第三CVQ信息，该第三CVQ信息反馈到发送端后，发送端需要结合被调度到用户所反馈的第三CVQ信息和第一CVQ信息进行预编码处理。

如图3所示，本发明第三实施例的方法包括如下步骤：

步骤21，所有接收端向发送端反馈第一CVQ信息；

步骤22，发送端根据第一CVQ信息进行多用户调度；

步骤23，发送端通知被调度到的用户重新发送CVQ信息；

步骤24，被调度到的用户向发送端发送第三CVQ信息；

步骤25，发送端根据结合被调度用户的第三CVQ信息和第一CVQ信息计算预编码矩阵，并利用该预编码矩阵对调度到的用户数据进行预编码后发送。

其中，步骤21具体包括：

步骤211，信道估计；

用户k对当前信道进行估计，得到信道特性矩阵H_k，其为n_R行n_T列，其中n_R和n_T分别为接收天线和发送天线数。

步骤212，接收加权；

接收加权的目的是将MIMO信道矩阵转化为向量形式，从而可以更加有效的进行信道量化，接收加权后等效信道为：

h_k＝v_kH_k

其中v_k为1×n_R的加权向量，其可以通过现有方法获得，如信干噪比(SNR)最大化方法。

步骤213，信道信息量化和反馈；

现有的信道量化方法有两种，一种是基于幅度最大的量化，另一种是基于信干噪比(SINR)最大的量化。由于本发明方法不依赖于实际系统中采用何种量化方法，因此仅以第一种量化方法为例进行说明。

假设事先设定的用于信道量化的码本为C＝{f₁，f₂，...，f_N}，其中，f_i为码本中第i个码字，其为1×n_T向量，N为码本的大小，即包含的码字的数目。那么，加权后的等效信道经量化后的CVQ结果包含两部分信息：CDI(Channel Directional Information，信道方向信号)和CQI(Channel QualityIndicator，信道质量信息)，其中CDI为：

${\hat{h}}_k=f_m$

其中：

$m=\arg \underset{1\&le;n\&le;N}{\max }\left\{\cos {\mathrm{\&theta;}}_n\right\}$

$\cos {\mathrm{\&theta;}}_n=\left|\frac{h_k}{\left|\right|h_k\left|\right|}{f}_n^{*}\right|$

*为共扼转置符号，||·||为向量的模。另外，CQI的结果为||h_k||²。

接下来，接收端会将量化后的结果，即CDI和CQI反馈回发端，其中对CDI来说只需要反馈其在码本中对应的index信息即可。

其中，步骤22中根据反馈的第一CQV信息进行多用户调度，在此，该多用户调度由于需要用到预编码矩阵，因此，本步骤中需要计算预编码矩阵。

由于多用户调度方法有多种，比如遍历搜索和Greedy方法等，预编码的方法也有多种，比如ZF(Zero Forcing，迫零)算法和MMSE(MinimumMean Square Error，最小均方误差)算法等。

由于本发明方法不依赖于系统中具体使用何种调度和预编码方法，因此这里我们仅以遍历调度和ZF预编码方法为例进行说明。

假设某个用户组合{k₁，k₂，...}被调度上，其中k_i为用户index；

根据用户反馈的CVQ信息计算此时的ZF预编码矩阵W，如下所示：

其中

表示矩阵H的伪逆，其中：

$H={[{{\tilde{h}}_{k1}}^T,{{\tilde{h}}_{k2}}^T,\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;]}^T$

${\tilde{h}}_k=\left|\right|h_k\left|\right|{\hat{h}}_k$

T为矩阵转置符号。

计算此时每个用户上的SINR，如下所示：

${\mathrm{SINR}}_i=\frac{\mathrm{\&rho;}{\left|{\tilde{h}}_i{w}_i\right|}^2}{{\mathrm{\&sigma;}}^2+\mathrm{\&rho;}\underset{j\&NotEqual;i}{\mathrm{\&Sigma;}}{\left|{\tilde{h}}_i{w}_j\right|}^2}$

其中，ρ和σ²分别为每个流上的发送功率以及噪声功率。由此，可以得到此时的用户吞吐和，如下所示：

∑R(SINR_i)

其中R()为由SINR计算吞吐的函数；

按以上步骤遍历所有可能用户组合，然后调度用户吞吐和最大的用户组合。

在现有技术中，发端的调度和计算预编码矩阵操作到这里就一齐结束了，接下来发端就会通知收端调度结果，并向调度上的用户采用相应的预编码矩阵W进行信号发送。

但本发明的方法仅仅利用上述步骤得到的调度结果，并将其通知接收端。

接收到发送端通知的被调度到的用户向发送端进行第二次CQV信息反馈。

当然，在上述的第二实施例中，接收端反馈的第二CVQ信息中可以仅包含CDI，而不反馈CQI，发送端在计算预编码矩阵时，利用第一CVQ信息中的CQI即可。

本发明的第三实施例与第一实施例的不同之处在于，第一实施例中，第二CVQ仅需要保证其精度大于第一CVQ的精度，但在第三实施例中，预编码矩阵计算需要综合考虑第一CVQ。

假设用户等效信道为h_k，第一步量化后的CDI为

采用基于幅度量化的方法，那么在这里进行第二步量化后的CDI为：

其中：

$m=\arg \underset{1\&le;n\&le;N}{\max }\left\{\cos {\mathrm{\&theta;}}_n\right\}$

$\cos {\mathrm{\&theta;}}_n=\left|\frac{h_k}{\left|\right|h_k\left|\right|}{g}_n^{*}{\hat{h}}_k^{*}\right|$

在此，量化码本为C₂＝{g₁，g₂，…，g_N}。这里，同第一步量化不同，此时码本中的每一个码字g_i为酉矩阵，且cosθ的计算考虑到了第一次的CDI反馈。

接下来，调度上的用户将把第二次量化后的CDI结果对应的码字的index反馈回发端。

发送端接收到用户第二步反馈的信道信息后，会根据两步反馈的结果重构实际的信道信息，得到：

然后，根据调度结果以及相应的用户信道信息重新计算预编码矩阵。具体说来，假设用户组合{k₁，k₂，…}被调度上，其等效信道为 $H={[{{\tilde{h}}_{k1}}^T,{{\tilde{h}}_{k2}}^T,\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;]}^T,$ 那么此时的预编码矩阵为

接下来，发送端便向调度上的用户采用相应的预编码矩阵W进行信号发送。

本发明的基于信道向量量化的调度和预编码装置，包括调度模块和预编码模块，其中：

所述调度模块用于根据所有用户的第一信道向量量化信息进行多用户调度；

所述预编码模块用于根据被调度到的用户的第二信道向量量化信息获取预编码矩阵后，使用得到的预编码矩阵进行被调度到用户的数据进行预编码后发送；

第二信道向量量化信息的精度高于第一信道向量量化信息的精度。

所述第一信道向量量化信息根据第一码本得到，所述第二信道向量量化信息根据第二码本得到；

所述第二码本中的码字数量大于所述第一码本中的码字数量。

该第二码本中的至少两个码字由第一码本中的一个码字差分处理得到。

该差分处理可以是左乘酉矩阵的操作。

本发明的方法和装置中，被调度到的用户需要进行两次反馈，因此，存在发送端如何辨别该反馈是属于用于调度的反馈信息还是用于预编码的反馈信息的问题，本发明使用以下方法来进行辨别：

1、用户在反馈信息中加入秩序识别参数，发送端根据该秩序识别参数来判别该反馈信息是用于调度还是用于预编码；或

2、当两次反馈信息到达时间具有明显差别时，可以利用接收时间来进行辨别；

3、根据反馈信息的位置来判别，如将用于调度的反馈信息放置于数据帧的第一位置，而将用于调度的反馈信息放置于数据帧的第二位置，发送端可根据反馈信息所处的位置来进行判断。

对本发明的第二实施例的仿真中，仿真条件如下：

n_T＝2，n_R＝1，信道为平坦衰落信道，用户数为16，调度算法采用MaxC/I调度，车速为3km/h，反馈时延为3ms，其中B为CDI反馈的比特数。

仿真中，为了比较的公平性，传统方法与发送方法有相同的反馈开销。比如，传统方法B＝3时，总反馈为16×3＝48比特，而利用发明的方法，第一步16个用户每个反馈2个比特，第二步中被调度上的两个用户再反馈8个比特，此时有16×2+2×8＝48。另外，传统B＝4和发明的方法也具有相同的总反馈开销。

图4为仿真结果示意图，从图4可以看出，利用本发明的方法可以在不增加反馈开销的情况下获得更好的吞吐性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种基于信道向量量化的调度和预编码方法，其特征在于，包括：

步骤A，发送端根据所有用户发送的第一信道向量量化信息进行多用户调度；和

步骤B，发送端根据被调度到的用户发送的第二信道向量量化信息获取预编码矩阵后，使用得到的预编码矩阵进行被调度到用户的数据进行预编码后发送，所述第二信道向量量化信息的精度高于第一信道向量量化信息的精度；或

步骤B’，发送端结合被调度到的用户发送的第三信道向量量化信息和第一信道向量量化信息获取预编码矩阵后，使用得到的预编码矩阵进行被调度到用户的数据进行预编码后发送。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B中，所述信道向量量化信息的精度控制通过码本实现，码本中码字的数目越大，信道方向信息反馈开销越大，所述信道向量量化信息精度越高。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述步骤A中的第一信道向量量化信息根据当前信道和第一码本得到，所述步骤B中的第二信道向量量化信息根据当前信道和第二码本得到；

所述第二码本中的码字数量大于所述第一码本中的码字数量。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二码本为第一码本左乘酉矩阵所得到的码本。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B’中，所述步骤A中的第一信道向量量化信息根据当前信道和第一码本得到，所述步骤B中的第三信道向量量化信息根据当前信道和第三码本得到；

所述第三码本为差分码本，用于量化当前信道与第一信道向量量化信息的差值。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述差分码本为码字是酉矩阵的码本。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第三信道向量量化信息中信道方向信息索引对应的码字为酉矩阵，所述步骤B’中，利用被调度到的用户第一次反馈的索引所对应的码字的模、被调度到的用户第一次反馈的索引所对应的码字和被调度到的用户反馈的索引对应的酉矩阵的乘积来计算预编码矩阵。

8.根据权利要求1到7中任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述被调度到的用户发送的第二信道向量量化信息仅包括信道方向信息，所述步骤B和B’中使用第一信道向量量化信息中的信道质量信息计算预编码矩阵。

9.根据权利要求1到7中任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，发送端利用信息到达时刻、标识信息或信息位置判断被调度到的用户发送的反馈信息的顺序。

10.一种基于信道向量量化的调度和预编码装置，包括调度模块和预编码模块，其特征在于：

所述调度模块用于根据所有用户发送的第一信道向量量化信息进行多用户调度；

所述预编码模块用于根据被调度到的用户发送的第二信道向量量化信息获取预编码矩阵后，使用得到的预编码矩阵进行被调度到用户的数据进行预编码后发送，所述第二信道向量量化信息的精度高于第一信道向量量化信息的精度；或用于结合被调度到的用户发送的第三信道向量量化信息和第一信道向量量化信息获取预编码矩阵后，使用得到的预编码矩阵进行被调度到用户的数据进行预编码后发送。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述预编码模块用于根据被调度到的用户发送的第二信道向量量化信息获取预编码矩阵时，所述第一信道向量量化信息根据当前信道和第一码本得到，所述第二信道向量量化信息根据第二码本得到；

所述第二码本中的码字数量大于所述第一码本中的码字数量。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第二码本为第一码本左乘酉矩阵所得到的码本。

13.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述预编码模块用于结合被调度到的用户发送的第三信道向量量化信息和第一信道向量量化信息获取预编码矩阵时，所述第一信道向量量化信息根据当前信道和第一码本得到，所述第三信道向量量化信息根据当前信道和第三码本得到，所述第三码本为差分码本，用于量化当前信道与第一信道向量量化信息的差值。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述差分码本为码字是酉矩阵的码本。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述第三信道向量量化信息中信道方向信息索引对应的码字为酉矩阵，所述预编码模块具体用于利用被调度到的用户第一次反馈的索引所对应的码字的模、被调度到的用户第一次反馈的索引所对应的码字和被调度到的用户反馈的索引对应的酉矩阵的乘积来计算预编码矩阵。

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