CN101388702B - 基于码本的多输入多输出系统自适应预编码的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于码本的多输入多输出系统中自适应预编码的方法及装置，方法包括：根据在不同条件下测试所获取的先验值，得到与发送或接收空间相关性相对应的切换门限值或切换门限值列表；根据所述切换门限值或切换门限值列表并结合发送或接收空间相关性，选择进行以下切换中的一个或多个：结合用户数量信息进行的单用户模式与多用户模式之间的切换；酉矩阵预编码方式与迫零波束赋形预编码方式之间的切换；离散傅里叶变换码本和Grassmannian码本之间的切换；根据用户数量信息进行的大码本与小码本之间的切换。本发明能够根据环境的变化对MIMO模式、预编码方法和码本及码本大小进行切换，能够择优采用。

Description

基于码本的多输入多输出系统自适应预编码的方法和装置

技术领域

本发明涉及3GPP LTE(第三代合作伙伴计划的长期演进)标准化进程领域，特别是涉及一种基于码本的多输入多输出系统中自适应预编码的方法和装置。

背景技术

在基于码本的MIMO(多输入多输出)传输系统中，利用有限的反馈信息可以极大地提高无线移动通信系统的吞吐量和吞吐效率，因此基于码本的MIMO传输技术是未来移动通信最重要地通信技术之一。

在3GPP LTE标准化进程中，基于码本的MIMO传输技术主要涉及以下四个方面的技术：

一、MIMO传输模式，如图1a、1b所示，分为SU-MIMO(单用户MIMO)和MU-MIMO(多用户MIMO)两种。

1)SU-MIMO

在单用户MIMO模式下，单个用户独占整个资源块(RB)，单用户MIMO用来最大化用户峰值速率。

2)MU-MIMO

在多用户MIMO模式下，多个用户共享一个资源块，多用户MIMO用来最大化系统吞吐量和频谱效率。

二、MU-MIMO的预编码方法，包括UP(Unitary Precoding酉矩阵预编码)和ZF-BF(Zero-forcing Beamforming，迫零波束赋形)

1)参考图2a，UP的特点包括：

a)每个用户反馈性能最好的预编码向量和CQI；

b)在用户端进行多用户干扰消除；

c)UP的性能受用户配对问题影响；

d)空间复用数据流受用户接收天线数的限制。

2)参考图2b，ZF-BF的特点包括：

a)每个用户向基站反馈量化后的信道和CQI；

b)在基站端进行多用户干扰消除。

三、ZF-BF的码本设计，包括DFT(离散傅里叶变换)码本和Grassmannian(格拉斯曼)码本。

四、影响空间发送相关性的因素

1)天线间距：较大的天线间距导致较小的空间相关性；较小的天线间距到时较大的空间相关性。

2)天线阵周围的散射体：在天线阵周围的散射体随着时间的变化而变化，因此在不同的时刻，空间相关性不同；信号从基站端到用户端时，由于用户分布的位置不同，信号经历了不同的散射体，因此，相对不同的用户而言，其空间发送相关性不同。

现有技术存在的问题如下：

一，MIMO传输方式存在的问题，包括：

1)采用SU-MIMO时

当小区(扇区)内用户较少时，SU-MIMO的性能优于MU-MIMO。

当小区(扇区)内用户较多时，SU-MIMO损失了由于空间复用带来的多用户分集增益。

2)采用MU-MIMO时

当小区(扇区)内用户较少时，存在用户配对问题。

当小区(扇区)内用户较多时，MU-MIMO可以显著提高系统吞吐量和频谱效率。同时，性能优于SU-MIMO。

3)在不同的空间相关性环境下，SU-MIMO和MU-MIMO的性能不同，而现有技术不能根据环境的变化进行择优采用。

二，MU-MIMO的预编码方法存在的问题，包括：

当空间相关性较低时，UP的性能优于ZF-BF，当空间相关性较高时，ZF-BF的性能优于UP，而现有技术不能根据环境的变化进行择优采用。

三，ZF-BF的码本设计存在的问题，包括：

当空间相关性较低时，Grassmannian码本的性能优于DFT码本，当空间相关性较高时，DFT码本的性能优于Grassmannian码本，而现有技术不能根据环境的变化进行择优采用。

四，MU-MIMO码本大小存在的问题，包括：

当小区内用户较少时，小码本性能优于大码本，当小区内用户较多时，大码本性能优于小码本，而现有技术不能根据环境的变化进行择优采用。

发明内容

本发明的目的是提供一种多输入多输出系统中自适应预编码的方法和装置，解决现有技术不能根据用户数量和发送空间相关性的变化，在不同的用户模式之间、在不同的预编码方法之间、在不同的码本之间、以及在不同码本大小之间进行切换，不能择优选择的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于码本的多输入多输出系统中自适应预编码的方法，其中，包括如下步骤：

步骤一，根据在不同条件下测试所获取的先验值，得到与发送空间相关性相对应的切换门限值或切换门限值列表；

步骤二，根据所述切换门限值或切换门限值列表并结合发送空间相关性，选择进行以下切换中的一个或多个：结合用户数量信息进行的单用户模式与多用户模式之间的切换；在多用户模式下，酉矩阵预编码方式与迫零波束赋形预编码方式之间的切换；在迫零波束赋形预编码方式下，离散傅里叶变换码本和格拉斯曼码本之间的切换；在多用户模式下，根据用户数量信息进行的大码本与小码本之间的切换。

上述的方法，其中，所述步骤二中，所述发送空间相关性由用户反馈获得或者由上下行信道的对称性获得，由用户反馈获得空间相关性的过程包括：同一个小区内的每个用户分别根据公式 ${\mathrm{Corr}}_k^{\mathrm{Tx}}=E\left\{H_k^H{H}_k\right\}$ 测量空间相关性，其中，Corr_k ^Tx表示用户k在接收端测量到的空间相关性，H_k是用户k的信道矩阵；然后，每个用户将测量到的所述空间相关性反馈给基站。

上述的方法，其中，所述步骤二中，所述单用户模式与多用户模式之间的切换具体包括：

步骤a，基站获得用户反馈回来的空间相关性后，计算等效相关性；

步骤b，基站根据所述等效相关性查找所述切换门限值列表，获得代表用户数量的切换门限值；

步骤c，判断当前小区的用户数量是否大于所述切换门限值，是则采用多用户模式，否则采用单用户模式。

上述的方法，其中，步骤c中，在当前小区的用户数量大于所述切换门限值的条件下，如果用户为单用户模式则发送信令通知用户切换到多用户模式，如果用户为多用户模式则不做任何处理；在当前小区的用户数量小于所述切换门限值的条件下，如果用户为单用户模式则不做任何处理，如果用户为多用户模式则发送信令通知用户切换到单用户模式。

上述的方法，其中，步骤c中，所有用户进行统一调度，所有用户都工作在同一多输入多输出模式下，所有资源块也都工作在同一多输入多输出模式下。

上述的方法，其中，所述步骤二中，所述单用户模式与多用户模式之间的切换具体包括：

步骤a1，基站获得用户反馈回来的空间相关性后，查询并获得所述切换门限值；

步骤b1，如果用户反馈回来的空间相关性大于所述切换门限值，则该用户采用多用户模式，否则该用户采用单用户模式。

上述的方法，其中，不同用户可以工作在不同的多输入多输出模式下；工作在单用户模式下的用户所占用的资源块也工作在单用户模式，工作在多用户模式下的用户所占用的资源块也工作在多用户模式。

上述的方法，其中，所述步骤二中，所述酉矩阵预编码方式与迫零波束赋形方式之间的切换具体包括：

步骤a2，基站获得用户反馈回来的空间相关性后，计算等效相关性；

步骤b2，基站根据所述等效相关性查询并获得所述切换门限值；

步骤c2，判断所述等效相关性是否大于所述切换门限值，是则采用迫零波束赋形预编码方式，否则采用酉矩阵预编码方式。

上述的方法，其中，步骤c2中，所有用户进行统一调度，所有用户都工作在同一预编码方式下，所有资源块也都工作在同一预编码方式下。

上述的方法，其中，所述步骤二中，酉矩阵预编码方式与迫零波束赋形方式之间的切换具体包括：

步骤a3，基站获得用户反馈回来的空间相关性后，查询并获得所述切换门限值；

步骤b3，如果用户反馈回来的空间相关性大于所述切换门限值，则该用户采用迫零波束赋形预编码方式，否则该用户采用酉矩阵预编码方式。

上述的方法，其中，不同用户工作在不同的预编码方式下；工作在酉矩阵预编码方式下的用户所占用的资源块也工作在酉矩阵预编码方式，工作在迫零波束赋形预编码方式下的用户所占用的资源块也工作在迫零波束赋形预编码方式。

上述的方法，其中，所述步骤二中，所述离散傅里叶变换码本和格拉斯曼码本之间的切换具体包括：

步骤a4，基站获得用户反馈回来的空间相关性后，计算等效相关性；

步骤b4，基站根据所述等效相关性查询并获得所述切换门限值；

步骤c4，判断所述等效相关性是否大于所述切换门限值，是则采用离散傅里叶变换码本，否则采用格拉斯曼码本。

上述的方法，其中，步骤c4中，所有用户进行统一调度，所有用户都工作在同一码本状态，所有资源块也都工作在同一码本状态。

上述的方法，其中，所述步骤二中，所述离散傅里叶变换码本和格拉斯曼码本之间的切换具体包括：

步骤a5，基站获得用户反馈回来的空间相关性后，查询并获得所述切换门限值；

步骤b5，如果用户反馈回来的空间相关性大于所述切换门限值，则该用户采用离散傅里叶变换码本，否则该用户采用格拉斯曼码本。

上述的方法，其中，不同用户工作在不同的码本状态下；工作在离散傅里叶变换码本状态下的用户所占用的资源块也工作在离散傅里叶变换码本状态，工作在格拉斯曼码本状态下的用户所占用的资源块也工作在格拉斯曼码本状态。

上述的方法，其中，所述步骤二中，所述大码本与小码本之间的切换具体包括：

步骤a6，基站查询并获得代表用户数量的所述切换门限值；

步骤b6，判断当前小区的用户数量是否大于所述切换门限值，是则采用大码本，否则采用小码本。

上述的方法，其中，步骤b6中，所有用户进行统一调度，所有用户都工作在同一码本状态，所有资源块也都工作在同一码本状态。

上述的方法，其中，不同用户工作在不同的码本状态下；工作在大码本状态下的用户所占用的资源块也工作在大码本状态，工作在小码本状态下的用户所占用的资源块也工作在小码本状态。

上述的方法，其中，在所述步骤一中，根据不同的信道确定不同的切换门限值或切换门限值列表。

为了实现本发明的目的，本发明还提供了一种基于码本的多输入多输出系统中自适应预编码的装置，其中，包括：位于基站中的存储模块，用于存储切换门限值或切换门限值列表，所述切换门限值或切换门限值列表是：根据在不同条件下测试所获取的先验值，而得到的与发送空间相关性相对应的切换门限值或切换门限值列表；位于基站中的判断模块，用于根据所述切换门限值或切换门限值列表和用户反馈的空间相关性进行门限比较，并根据比较结果通知用户进行切换；位于用户端的切换模块，用于进行以下切换中的一个或多个：单用户模式与多用户模式之间的切换、酉矩阵预编码方式与迫零波束赋形预编码方式之间的切换、和/或离散傅里叶变换码本和格拉斯曼码本之间的切换、酉矩阵预编码方式下的大小码本的切换；位于用户端的检测模块，用于进行以下检测的一个或多个：单用户模式与多用户模式、酉矩阵预编码方式与迫零波束赋形预编码方式、和/或离散傅里叶变换码本与格拉斯曼码本、酉矩阵预编码方式下大小码本。

上述的装置，其中，还包括位于用户端的空间相关性测量反馈模块，通过公式 ${\mathrm{Corr}}_k^{\mathrm{Tx}}=E\left\{H_k^H{H}_k\right\}$ 测量空间相关性，其中，Corr_k ^Tx表示用户k在接收端测量到的空间相关性，H_k是用户k的信道矩阵；然后将测量到的所述空间相关性反馈给基站。

上述的装置，其中，所述基站中还包括等效相关性计算模块，用于计算等效相关性。

本发明还提供了一种基于码本的多输入多输出系统中自适应预编码的方法，包括如下步骤：

步骤一，根据在不同条件下测试所获取的先验值，得到与接收空间相关性相对应的切换门限值或切换门限值列表；

步骤二，根据所述切换门限值或切换门限值列表并结合接收空间相关性，选择进行以下切换中的一个或多个：

结合用户数量信息进行的单用户模式与多用户模式之间的切换；

在多用户模式下，酉矩阵预编码方式与迫零波束赋形预编码方式之间的切换；

在迫零波束赋形预编码方式下，离散傅里叶变换码本和格拉斯曼码本之间的切换；

在多用户模式下，根据用户数量信息进行的大码本与小码本之间的切换。

上述的方法，其中，所述步骤二中，所述接收空间相关性由用户反馈获得或者由上下行信道的对称性获得，由用户反馈获得接收空间相关性的过程包括：

同一个小区内的每个用户分别测量接收空间相关性，用户k在接收端测量到的接收空间相关性为 ${\mathrm{Corr}}_k^{\mathrm{Rx}}=E\left\{{H_{k}H}_k^H\right\}$ ，其中，H_k是用户k的信道矩阵；然后，每个用户将测量到的所述接收空间相关性反馈给基站。

本发明的技术效果在于：

本发明能够根据环境的变化对MIMO模式、预编码方法和码本进行切换，能够择优采用，所以本发明切换方法的性能优于单独的SU-MIMO、单独的MU-MIMO、单独的UP预编码、单独的ZF-BF预编码、单独的DFT码本和单独的Grassmannian码本、单独的码本大小。

附图说明

图1a、1b分别为单用户MIMO和多用户MIMO的示意图；

图2a、2b分别为UP预编码和ZF-BF预编码的示意图；

图3是本发明提供的SU-MIMO和MU-MIMO的切换方法中的基站和用户的结构图；

图4a至4d是本发明提供的获得先验值的仿真结果图；

图5是本发明提供的SU-MIMO和MU-MIMO的切换流程图；

图6是本发明提供的UP和ZF-BF切换方法中的基站和用户的结构图；

图7是用于确定UP和ZF-BF切换门限的先验值的仿真结果图；

图8是本发明提供的UP和ZF-BF的切换流程图；

图9是本发明码本切换方法中基站和用户的结构图；

图10是用于确定码本切换方法中切换门限的先验值的仿真结果图；

图11是本发明码本切换方法的切换流程图；

图12是本发明单用户多用户模式切换方法与单独的SU-MIMO或MU-MIMO模式的效果对比图；

图13是本发明预编码切换方法与单独的UP和ZF-BF预编码的效果对比图；

图14是本发明码本切换方法与单独的DFT码本和单独的Grassmannian码本的效果对比图；

图15是本发明提供的装置的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。

本发明根据不同的信道类型可确定不同的切换门限值或切换门限值列表，信道类型包括：TU、VA、VB等。以下提出的方法是准静态切换方法，切换间隔如：100ms等。

本发明确定切换门限值所依据的空间相关性既可以是发送空间相关性也可以是接收空间相关性，以下主要以发送空间相关性为例进行三种切换的说明，而依据接收空间相关性进行三种切换的基本原理与发送空间相关性相同，只是在计算接收空间相关性时依据的公式与计算发送空间相关性的公式略有不同。

一、SU-MIMO和MU-MIMO的切换方法(与用户数相关)，基站和用户结构图如图3所示。

1、Cell Specific(小区整体切换)

1)切换门限表

SU-MIMO和MU-MIMO根据小区(扇区)内的用户数进行切换，不同空间发送相关性条件下对应的切换门限不同，本发明通过仿真经验设置门限值。

如图4a至4d，是仿真结果图，分别是空间相关性(Tx correlation)在0、0.3、0.7、1的情况下，系统性能(纵轴)和用户数量(横轴)的对应关系。

根据仿真结果，本发明获得如下切换门限表

空间相关性        切换门限(用户数量)

0～0.2            13

0.2～0.5          11

0.5～0.8          9

0.8～1.0          10

切换门限值列表表明，不同的空间相关性对应的切换门限不同，如当相关性在0～0.2之间，通过查表获得切换门限为用户数13，当相关性在0.5～0.8之间，通过查表可以获得切换门限是用户数9。

根据不同的信道本发明可以确定不同的切换门限值列表。

2)切换流程如图5所示。

在切换过程中使用到了用户数，基站端获得小区(扇区)内的用户数由原有的信令完成，这里不需要额外的信令。在切换过程中基站直接使用。

具体步骤包括：

步骤501，在同一个小区(扇区)内的每个用户分别测量发送或接收空间相关性，具体发送空间相关性测量方法如下： ${\mathrm{Corr}}_k^{\mathrm{Tx}}=E\left\{H_k^H{H}_k\right\}$ ，Corr_k ^Tx表示用户k在接收端测量到的空间发送相关性，H_k是用户k的信道矩阵。

如果是接收空间相关性，则测量方法如下： ${\mathrm{Corr}}_k^{\mathrm{Rx}}=E\left\{H_k{H}_k^H\right\}.$

步骤502，每个用户将测量到的空间发送相关性反馈给基站。

步骤503，基站获得反馈信息后，根据所有用户反馈回来的不同的空间发送相关性计算等效空间发送相关性Corr_eq，具体计算方法如下：

${\mathrm{Corr}}_{\mathrm{eq}}=\frac{1}{K}\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Corr}}_k^{\mathrm{Tx}}$

其中K为小区(扇区)内的用户数。

如果反馈回来的是接收空间相关性，则等效相关性的计算公式相应改变，具体计算方法如下：

${\mathrm{Corr}}_{\mathrm{eq}}=\frac{1}{K}\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Corr}}_k^{\mathrm{Rx}}$

步骤504，基站在计算出等效相关性后通过查询保存在基站的切换门限值列表获得切换门限值(用户数)。然后将小区(扇区)内的用户数与查表获得的门限值进行对比判断。

步骤505，当小区(扇区)内的用户数高于门限时，如果此时用户处于SU-MIMO模式，那么步骤506基站将用户从SU-MIMO切换到MU-MIMO模式(发送信令通知用户)，如果此时用户处于MU-MIMO模式，那么基站不做任何处理，用户保持现状；

步骤507，当小区(扇区)内的用户数低于门限时，如果此时用户处于MU-MIMO模式，那么步骤508基站将用户从MU-MIMO切换到SU-MIMO模式(发送信令通知用户)，如果此时用户处于SU-MIMO模式，那么基站不做任何处理，用户保持现状。

3)调度方法

所有用户进行统一调度。所有用户工作在同一MIMO模式，所有RB工作在同一模式，SU-MIMO或MU-MIMO。

2、UE Specific(用户单独切换)

1)切换门限

根据空间发送相关性，本发明通过仿真经验设置门限值。

根据不同的信道本发明可以确定不同的切换门限。

2)切换流程。

首先，在同一个小区(扇区)内的每个用户分别测量空间发送相关性，具体测量方法如下： ${\mathrm{Corr}}_k^{\mathrm{Tx}}=E\left\{H_k^H{H}_k\right\}$ ，Corr_k ^Tx表示用户k在接收端测量到的空间发送相关性，H_k是用户k的信道矩阵。然后，每个用户将测量到的空间发送相关性反馈给基站。基站获得反馈信息后，根据不同用户反馈回来不同的空间相关性分别和保存在基站的切换门限进行对比判断。当某用户反馈的发送空间相关性高于切换门限时，如果此时该用户处于SU-MIMO模式，那么基站发送信令将该用户切换至MU-MIMO模式，如果此时该用户处于MU-MIMO模式，那么基站不做任何处理，该用户保持现状；当某用户反馈的空间发送相关性低于切换门限时，如果此时该用户处于MU-MIMO模式，那么基站发送信令将该用户切换至SU-MIMO模式，如果此时该用户处于SU-MIMO模式，那么基站不做任何处理，该用户保持现状。

3)调度方法

工作在SU-MIMO模式下和工作在MU-MIMO模式下的用户分别计算和反馈各自的CQI，基站根据所有用户反馈回来的CQI，依据一定的调度准则进行调度。不同用户工作在不同的MIMO模式下；不同RB工作在不同的MIMO模式下。当某个RB上的调度结果为工作在SU-MIMO模式下的用户占用此RB，那么这个RB工作在SU-MIMO模式；当某个RB上的调度结果为工作在MU-MIMO模式下的用户占用此RB，那么这个RB工作在MU-MIMO模式。

二、MU-MIMO中的UP和ZF-BF切换方法(与天线数相关)

如图6所示，是基站和用户结构图。在切换过程中使用到了用户的天线数，基站端获得小区(扇区)内的用户的天线数由原有的信令完成，这里不需要额外的信令。在切换过程中基站直接使用。

1、Cell Specific(小区整体切换)

用户的天线数支持ZF-BF。

1)切换门限

UP和ZF-BF根据空间相关性进行切换。根据不同的信道本发明可以确定不同的切换门限，图7是确定切换门限的先验值结果图。

2)切换流程。

如图8所示，切换流程如下：

首先，在同一个小区(扇区)内的每个用户分别测量空间发送相关性，具体测量方法如下： ${\mathrm{Corr}}_k^{\mathrm{Tx}}=E\left\{H_k^H{H}_k\right\}$ ，Corr_k ^Tx表示用户k在接收端测量到的空间发送相关性，H_k是用户k的信道矩阵。然后，每个用户将测量到的空间发送相关性反馈给基站。基站获得反馈信息后，根据所有用户反馈回来的不同的空间发送相关性计算等效空间发送相关性Corr_eq，具体计算方法如下： ${\mathrm{Corr}}_{\mathrm{eq}}=\frac{1}{K}\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Corr}}_k^{\mathrm{Tx}}$ ，其中K为小区(扇区)内的用户数。基站将等效空间相关性和切换门限进行比较判断。当等效空间相关性高于切换门限时，如果此时用户处于UP状态，那么基站将用户从UP切换到ZF-BF(发送信令通知用户)，如果此时用户处于ZF-BF状态，那么基站不做任何处理，用户保持现状；当等效空间相关性低于切换门限时，如果此时用户处于ZF-BF状态，那么基站将用户从ZF-BF切换到UP(发送信令通知用户)，如果此时用户处于UP状态，那么基站不做任何处理，用户保持现状。

3)调度方法

所有用户进行统一调度。所有用户工作在同一precoding状态，所有RB工作在同一precoding状态，UP或ZF-BF。

2、UE Specific(用户单独切换)

1)切换门限与Cell Specific(小区整体切换)一致。

2)切换流程

首先，在同一个小区(扇区)内的每个用户分别测量空间发送相关性，具体测量方法如下： ${\mathrm{Corr}}_k^{\mathrm{Tx}}=E\left\{H_k^H{H}_k\right\}$ ，Corr_k ^Tx表示用户k在接收端测量到的空间发送相关性，H_k是用户k的信道矩阵。然后，每个用户将测量到的空间发送相关性反馈给基站。基站获得反馈信息后，根据不同用户反馈回来不同的空间相关性分别和保存在基站的切换门限进行对比判断。当某用户反馈的空间发送相关性高于切换门限时，如果此时该用户处于UP状态且该用户的天线数能支持ZF-BF，那么基站发送信令将该用户切换至ZF-BF状态，如果此时该用户处于ZF-BF状态，那么基站不做任何处理，该用户保持现状；当某用户反馈的空间发送相关性低于切换门限时，如果此时该用户处于ZF-BF状态，那么基站发送信令将该用户切换至UP状态，如果此时该用户处于UP状态，那么基站不做任何处理，该用户保持现状。

3)调度方法

工作在UP状态下和工作在ZF-BF状态下的用户分别计算和反馈各自的CQI，基站根据所有用户反馈回来的CQI，依据一定的调度准则进行调度。不同用户工作在不同的precoding状态下；不同RB工作在不同的precoding状态下。当某个RB上的调度结果为工作在UP状态下的用户占用此RB，那么这个RB工作在UP状态；当某个RB上的调度结果为工作在ZF-BF状态下的用户占用此RB，那么这个RB工作在ZF-BF状态。

三、ZF-BF中的码本切换方法，图9是码本切换方法中基站和用户的结构图。

1、Cell Specific(小区整体切换)

1)切换门限

图10是码本切换方法中用于确定切换门限的先验值的仿真结果图。根据不同的信道本发明可以确定不同的切换门限，根据空间相关性切换Grassmannian码本和DFT码本。

2)切换流程，图11是本发明码本切换方法的切换流程图，如图：

首先，在同一个小区(扇区)内的每个用户分别测量空间发送相关性，具体测量方法如下： ${\mathrm{Corr}}_k^{\mathrm{Tx}}=E\left\{H_k^H{H}_k\right\}$ ，Corr_k ^Tx表示用户k在接收端测量到的空间发送相关性，H_k是用户k的信道矩阵。然后，每个用户将测量到的空间发送相关性反馈给基站。基站获得反馈信息后，根据所有用户反馈回来的不同的空间发送相关性计算等效空间发送相关性Corr_eq，具体计算方法如下：

${\mathrm{Corr}}_{\mathrm{eq}}=\frac{1}{K}\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Corr}}_k^{\mathrm{Tx}}$

其中K为小区(扇区)内的用户数。基站将等效空间相关性和切换门限进行比较判断。当等效空间相关性高于切换门限时，如果此时用户处于Grassmannian码本状态，那么基站将用户从Grassmannian码本切换到DFT码本(发送信令通知用户)，如果此时用户处于DFT码本状态，那么基站不做任何处理，用户保持现状；当等效空间相关性低于切换门限时，如果此时用户处于DFT码本状态，那么基站将用户从DFT码本切换到Grassmannian码本(发送信令通知用户)，如果此时用户处于Grassmannian状态，那么基站不做任何处理，用户保持现状。

3)调度方法

所有用户进行统一调度。所有用户工作在同一码本状态，所有RB工作在同一码本状态，Grassmannian码本或DFT码本。

2、UE Specific(用户单独切换)

1)切换门限与小区整体切换相同。

2)切换流程

首先，在同一个小区(扇区)内的每个用户分别测量空间发送相关性，具体测量方法如下： ${\mathrm{Corr}}_k^{\mathrm{Tx}}=E\left\{H_k^H{H}_k\right\}$ ，Corr_k ^Tx表示用户k在接收端测量到的空间发送相关性，H_k是用户k的信道矩阵。然后，每个用户将测量到的空间发送相关性反馈给基站。基站获得反馈信息后，根据不同用户反馈回来不同的空间相关性分别和保存在基站的切换门限进行对比判断。当某用户反馈的空间发送相关性高于切换门限时，如果此时该用户处于Grassmannian码本状态，那么基站发送信令将该用户切换至DFT码本状态，如果此时该用户处于DFT码本状态，那么基站不做任何处理，该用户保持现状；当某用户反馈的空间发送相关性低于切换门限时，如果此时该用户处于DFT码本状态，那么基站发送信令将该用户切换至Grassmannian码本状态，如果此时该用户处于Grassmannian码本状态，那么基站不做任何处理，该用户保持现状。

3)调度方法

工作在Grassmannian码本状态下和工作在DFT码本状态下的用户分别计算和反馈各自的CQI，基站根据所有用户反馈回来的CQI，依据一定的调度准则进行调度。不同用户工作在不同的precoding状态下；不同RB工作在不同的precoding状态下。当某个RB上的调度结果为工作在Grassmannian码本状态下的用户占用此RB，那么这个RB工作在Grassmannian码本状态；当某个RB上的调度结果为工作在DFT码本状态下的用户占用此RB，那么这个RB工作在DFT码本状态。

四，在MU-MIMO下，根据用户数切换大码本和小码本。

用户数大于门限，采用较大的码本，否则采用较小的码本。

具体也可以分为小区整体切换和用户单独切换。在小区整体切换中，所有用户进行统一调度，所有用户都工作在同一码本状态，所有资源块也都工作在同一码本状态。在用户单独切换中，不同用户工作在不同的码本状态下；工作在大码本状态下的用户所占用的资源块也工作在大码本状态，工作在小码本状态下的用户所占用的资源块也工作在小码本状态。

本发明方法的积极效果：

图12是本发明单用户多用户模式切换方法与单独的SU-MIMO或MU-MIMO模式的效果对比图，从图中可以看出和不考虑切换的SU-MIMO和MU-MIMO相比，本发明提出的切换方法在不同的小区(扇区)用户数下的性能都是最优的。

图13是本发明预编码切换方法与单独的UP和ZF-BF预编码的效果对比图，从图中可以看出本发明提出的切换方法性能优于UP和ZF-BF。

图14是本发明码本切换方法与单独的DFT码本和单独的Grassmannian码本的效果对比图，从图中可以看出本发明提出的切换方法性能优于DFT码本和Grassmannian码本。

图15是本发明提供的装置的示意图，如图，多输入多输出系统中自适应预编码的装置包括：

位于用户端的空间相关性测量反馈模块，用于向基站反馈测得的空间相关性；

位于用户端的切换模块，用于进行以下切换中的一个或多个：单用户模式与多用户模式之间的切换、Unitary(酉矩阵)预编码方式与迫零波束赋形预编码方式之间的切换、和/或离散傅里叶变换码本和Grassmannian码本之间的切换，此处，切换模块可以同时具有三种切换功能，也可以只具有其中的一种或两种功能。

基站中的等效相关性计算模块，用于根据公式 ${\mathrm{Corr}}_{\mathrm{eq}}=\frac{1}{K}\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Corr}}_k^{\mathrm{Tx}}$ 计算等效相关性Corr_eq，此模块在小区整体切换时存在，在用户单独切换时不存在。

此外，基站中还具有存储模块(图未显示)，用于存储切换门限值列表，所述切换门限值列表是：根据在不同条件下测试所获取的先验值，而得到的与发送空间相关性相对应的切换门限值列表；

基站中还具有判断模块(图未显示)，用于根据所述切换门限值列表和用户反馈的空间相关性进行门限比较，并根据比较结果通知用户进行切换；

还包括位于用户端的MIMO检测模块，包括：SU-MIMO检测模块、MU-MIMO检测模块，其中MU-MIMO检测模块又可以包含Unitary预编码检测和ZF-BF预编码检测，其中ZF-BF预编码检测又可以包含基于DFT码本的和基于Grassmannian码本的。

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 (17)

1.一种基于码本的多输入多输出系统中自适应预编码的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，根据在不同条件下测试所获取的先验值，得到与发送空间相关性相对应的切换门限值或切换门限值列表；

步骤二，根据所述切换门限值或切换门限值列表并结合发送空间相关性，选择进行以下切换中的一个或多个：

结合用户数量信息进行的单用户模式与多用户模式之间的切换；

在多用户模式下，酉矩阵预编码方式与迫零波束赋形预编码方式之间的切换；

在迫零波束赋形预编码方式下，离散傅里叶变换码本和格拉斯曼码本之间的切换；

在多用户模式下，根据用户数量信息进行的大码本与小码本之间的切换；

所述步骤二中，所述单用户模式与多用户模式之间的切换具体包括：

步骤a，基站获得用户反馈回来的空间相关性后，计算等效相关性；

步骤b，基站根据所述等效相关性查找所述切换门限值列表，获得代表用户数量的切换门限值；

步骤c，判断当前小区的用户数量是否大于所述切换门限值，是则采用多用户模式，否则采用单用户模式；

或

步骤a1，基站获得用户反馈回来的空间相关性后，查询并获得所述切换门限值；

步骤b1，如果用户反馈回来的空间相关性大于所述切换门限值，则该用户采用多用户模式，否则该用户采用单用户模式；

所述步骤二中，所述酉矩阵预编码方式与迫零波束赋形方式之间的切换具体包括：

步骤a2，基站获得用户反馈回来的空间相关性后，计算等效相关性；

步骤b2，基站根据所述等效相关性查询并获得所述切换门限值；

步骤c2，判断所述等效相关性是否大于所述切换门限值，是则采用迫零波束赋形预编码方式，否则采用酉矩阵预编码方式；

或

步骤a3，基站获得用户反馈回来的空间相关性后，查询并获得所述切换门限值；

步骤b3，如果用户反馈回来的空间相关性大于所述切换门限值，则该用户采用迫零波束赋形预编码方式，否则该用户采用酉矩阵预编码方式；

所述步骤二中，所述离散傅里叶变换码本和格拉斯曼码本之间的切换具体包括：

步骤a4，基站获得用户反馈回来的空间相关性后，计算等效相关性；

步骤b4，基站根据所述等效相关性查询并获得所述切换门限值；

步骤c4，判断所述等效相关性是否大于所述切换门限值，是则采用离散傅里叶变换码本，否则采用格拉斯曼码本；

或

步骤a5，基站获得用户反馈回来的空间相关性后，查询并获得所述切换门限值；

步骤b5，如果用户反馈回来的空间相关性大于所述切换门限值，则该用户采用离散傅里叶变换码本，否则该用户采用格拉斯曼码本；

所述步骤二中，所述大码本与小码本之间的切换具体包括：

步骤a6，基站查询并获得代表用户数量的所述切换门限值；

步骤b6，判断当前小区的用户数量是否大于所述切换门限值，是则采用大码本，否则采用小码本。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤二中，所述发送空间相关性由用户反馈获得或者由上下行信道的对称性获得，由用户反馈获得空间相关性的过程包括：

同一个小区内的每个用户分别根据公式测量空间相关性，其中，表示用户k在接收端测量到的空间相关性，H_k是用户k的信道矩阵；然后，每个用户将测量到的所述空间相关性反馈给基站。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c中，

在当前小区的用户数量大于所述切换门限值的条件下，如果用户为单用户模式则发送信令通知用户切换到多用户模式，如果用户为多用户模式则不做任何处理；

在当前小区的用户数量小于所述切换门限值的条件下，如果用户为单用户模式则不做任何处理，如果用户为多用户模式则发送信令通知用户切换到单用户模式。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤c中，所有用户进行统一调度，所有用户都工作在同一多输入多输出模式下，所有资源块也都工作在同一多输入多输出模式下。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，不同用户可以工作在不同的多输入多输出模式下；工作在单用户模式下的用户所占用的资源块也工作在单用户模式，工作在多用户模式下的用户所占用的资源块也工作在多用户模式。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c2中，所有用户进行统一调度，所有用户都工作在同一预编码方式下，所有资源块也都工作在同一预编码方式下。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，不同用户工作在不同的预编码方式下；工作在酉矩阵预编码方式下的用户所占用的资源块也工作在酉矩阵预编码方式，工作在迫零波束赋形预编码方式下的用户所占用的资源块也工作在迫零波束赋形预编码方式。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c4中，所有用户进行统一调度，所有用户都工作在同一码本状态，所有资源块也都工作在同一码本状态。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，不同用户工作在不同的码本状态下；工作在离散傅里叶变换码本状态下的用户所占用的资源块也工作在离散傅里叶变换码本状态，工作在格拉斯曼码本状态下的用户所占用的资源块也工作在格拉斯曼码本状态。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b6中，所有用户进行统一调度，所有用户都工作在同一码本状态，所有资源块也都工作在同一码本状态。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，工作在大码本状态下的用户所占用的资源块也工作在大码本状态，工作在小码本状态下的用户所占用的资源块也工作在小码本状态。

12.根据权利要求1-11中任意一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤一中，根据不同的信道确定不同的切换门限值或切换门限值列表。

13.一种基于码本的多输入多输出系统中自适应预编码的装置，其特征在于，包括：

位于基站中的存储模块，用于存储切换门限值或切换门限值列表，所述切换门限值或切换门限值列表是：根据在不同条件下测试所获取的先验值，而得到的与发送空间相关性相对应的切换门限值或切换门限值列表；

位于基站中的判断模块，用于根据所述切换门限值或切换门限值列表和用户反馈的空间相关性进行门限比较，并根据比较结果通知用户进行切换；

位于用户端的切换模块，用于进行以下切换中的一个或多个：单用户模式与多用户模式之间的切换、酉矩阵预编码方式与迫零波束赋形预编码方式之间的切换、和/或离散傅里叶变换码本和格拉斯曼码本之间的切换；

位于用户端的检测模块，用于进行以下检测的一个或多个：单用户模式与多用户模式的检测、酉矩阵预编码方式与迫零波束赋形预编码方式的检测、和/或离散傅里叶变换码本与格拉斯曼码本的检测；

当某用户反馈的发送空间相关性高于切换门限时，如果此时该用户处于单用户多输入多输出模式，那么基站发送信令将该用户切换至多用户多输入多输出模式，如果此时该用户处于多用户多输入多输出模式，那么基站不做任何处理，该用户保持现状；当某用户反馈的空间发送相关性低于切换门限时，如果此时该用户处于多用户多输入多输出模式，那么基站发送信令将该用户切换至单用户多输入多输出模式，如果此时该用户处于单用户多输入多输出模式，那么基站不做任何处理，该用户保持现状；

当某用户反馈的空间发送相关性高于切换门限时，如果此时该用户处于酉矩阵预编码状态且该用户的天线数能支持迫零波束赋形，那么基站发送信令将该用户切换至迫零波束赋形状态，如果此时该用户处于迫零波束赋形状态，那么基站不做任何处理，该用户保持现状；当某用户反馈的空间发送相关性低于切换门限时，如果此时该用户处于迫零波束赋形状态，那么基站发送信令将该用户切换至酉矩阵预编码状态，如果此时该用户处于酉矩阵预编码状态，那么基站不做任何处理，该用户保持现状；

当某用户反馈的空间发送相关性高于切换门限时，如果此时该用户处于格拉斯曼码本状态，那么基站发送信令将该用户切换至离散傅里叶变换码本状态，如果此时该用户处于离散傅里叶变换码本状态，那么基站不做任何处理，该用户保持现状；当某用户反馈的空间发送相关性低于切换门限时，如果此时该用户处于离散傅里叶变换码本状态，那么基站发送信令将该用户切换至格拉斯曼码本状态，如果此时该用户处于格拉斯曼码本状态，那么基站不做任何处理，该用户保持现状。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，还包括位于用户端的空间相关性测量反馈模块，通过公式测量空间相关性，其中，表示用户k在接收端测量到的空间相关性，H_k是用户k的信道矩阵；然后将测量到的所述空间相关性反馈给基站。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述基站中还包括等效相关性计算模块，用于计算等效相关性。

16.一种基于码本的多输入多输出系统中自适应预编码的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，根据在不同条件下测试所获取的先验值，得到与接收空间相关性相对应的切换门限值或切换门限值列表；

步骤二，根据所述切换门限值或切换门限值列表并结合接收空间相关性，选择进行以下切换中的一个或多个：

结合用户数量信息进行的单用户模式与多用户模式之间的切换；

在多用户模式下，酉矩阵预编码方式与迫零波束赋形预编码方式之间的切换；

在迫零波束赋形预编码方式下，离散傅里叶变换码本和格拉斯曼码本之间的切换；

在多用户模式下，根据用户数量信息进行的大码本与小码本之间的切换；

所述步骤二中，所述单用户模式与多用户模式之间的切换具体包括：

步骤a，基站获得用户反馈回来的空间相关性后，计算等效相关性；

步骤b，基站根据所述等效相关性查找所述切换门限值列表，获得代表用户数量的切换门限值；

步骤c，判断当前小区的用户数量是否大于所述切换门限值，是则采用多用户模式，否则采用单用户模式；

或

步骤a1，基站获得用户反馈回来的空间相关性后，查询并获得所述切换门限值；

步骤b1，如果用户反馈回来的空间相关性大于所述切换门限值，则该用户采用多用户模式，否则该用户采用单用户模式；

所述步骤二中，所述酉矩阵预编码方式与迫零波束赋形方式之间的切换具体包括：

步骤a2，基站获得用户反馈回来的空间相关性后，计算等效相关性；

步骤b2，基站根据所述等效相关性查询并获得所述切换门限值；

步骤c2，判断所述等效相关性是否大于所述切换门限值，是则采用迫零波束赋形预编码方式，否则采用酉矩阵预编码方式；

或

步骤a3，基站获得用户反馈回来的空间相关性后，查询并获得所述切换门限值；

步骤b3，如果用户反馈回来的空间相关性大于所述切换门限值，则该用户采用迫零波束赋形预编码方式，否则该用户采用酉矩阵预编码方式；

所述步骤二中，所述离散傅里叶变换码本和格拉斯曼码本之间的切换具体包括：

步骤a4，基站获得用户反馈回来的空间相关性后，计算等效相关性；

步骤b4，基站根据所述等效相关性查询并获得所述切换门限值；

步骤c4，判断所述等效相关性是否大于所述切换门限值，是则采用离散傅里叶变换码本，否则采用格拉斯曼码本；

或

步骤a5，基站获得用户反馈回来的空间相关性后，查询并获得所述切换门限值；

步骤b5，如果用户反馈回来的空间相关性大于所述切换门限值，则该用户采用离散傅里叶变换码本，否则该用户采用格拉斯曼码本；

所述步骤二中，所述大码本与小码本之间的切换具体包括：

步骤a6，基站查询并获得代表用户数量的所述切换门限值；

步骤b6，判断当前小区的用户数量是否大于所述切换门限值，是则采用大码本，否则采用小码本。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述步骤二中，所述接收空间相关性由用户反馈获得或者由上下行信道的对称性获得，由用户反馈获得接收空间相关性的过程包括：

同一个小区内的每个用户分别测量接收空间相关性，用户k在接收端测量到的接收空间相关性为其中，H_k是用户k的信道矩阵；然后，每个用户将测量到的所述接收空间相关性反馈给基站。