專利名稱：降低碼本平均反饋量及碼本優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及3GPP RelS中的碼本，具體地說是一種實(shí)現(xiàn)降低碼 本平均反饋量并進(jìn)而優(yōu)化碼本的方法，可用于多用戶MIMO的預(yù)編碼。
背景技術(shù)：
為了滿足LTE在高數(shù)據(jù)率和高系統(tǒng)容量方面的需求，LTE系統(tǒng)支持下行應(yīng)用多輸 入多輸出技術(shù)，包括空間復(fù)用、波束賦形以及傳輸分集。對(duì)于空間復(fù)用，LTE支持開環(huán)方式 的空間復(fù)用，也支持閉環(huán)方式的空間復(fù)用，即所謂的線性預(yù)編碼技術(shù)。線性預(yù)編碼操作的作 用是將天線域的處理轉(zhuǎn)換為波束域進(jìn)行處理，在發(fā)射端利用已知的空間信道信息進(jìn)行預(yù)處 理操作，從而進(jìn)一步提高用戶和系統(tǒng)的吞吐量。線性預(yù)編碼操作可以按其預(yù)編碼矩陣的獲得位置劃分為非碼本的預(yù)編碼操作和 基于碼本的預(yù)編碼操作兩大類。在基于碼本的預(yù)編碼方式中，預(yù)編碼矩陣在接收端獲得，接收端利用預(yù)測(cè)的信道 狀態(tài)信息，在預(yù)定的預(yù)編碼矩陣碼本中進(jìn)行預(yù)編碼矩陣的選擇，并將選定的預(yù)編碼矩陣的 編碼反饋給發(fā)射端。在多種預(yù)編碼矩陣碼本的構(gòu)建方式中，針對(duì)四根發(fā)送天線，3GPP RelS 采用了基于Householder變換的碼本作為其線性預(yù)編碼矩陣的碼本。3GPP Rel8中對(duì)確 定的碼本中碼字反饋采用了等長(zhǎng)編碼“Rl-062650，Codebook Design for E-UTRA ΜΙΜΟ Pre-coding, Texas Instruments, 9-13 October，2006”，并未考慮到各碼字間的不同。即在 反饋編碼中并未充分利用各碼字的信息，進(jìn)而給出的平均編碼比特遠(yuǎn)大于了信源熵，而且 在最優(yōu)碼字的確定中，需要搜索全部碼字，即搜索復(fù)雜度較高。但為滿足IMT-advanced技 術(shù)的要求，3GPP在LTE基礎(chǔ)上繼續(xù)向LTE-A演進(jìn)。碼本的平均反饋量及碼字搜索復(fù)雜度均 需被降低，即碼本的平均編碼長(zhǎng)度需要盡可能地接近信源熵，并且碼字個(gè)數(shù)盡可能少以減 小碼字搜索復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的缺點(diǎn)，針對(duì)城市環(huán)境及3GPrael8確定的碼本， 提供一種實(shí)現(xiàn)低平均反饋量及碼本優(yōu)化的方法，以有效降低碼本平均反饋量及碼字搜索復(fù) 雜度。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括如下步驟(1)選定通信環(huán)境并給定最低吞吐量值T^和碼本中需要保留的最多碼字個(gè)數(shù) SCu ；(2)針對(duì)選定的城市通信環(huán)境，對(duì)3GPP RelS碼本中的碼字被選概率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并 且記當(dāng)前碼本中碼字?jǐn)?shù)目為Nnqw = Ninit，此時(shí)的當(dāng)前碼本為3GPP RelS中已確定的碼本， Ninit為3GPP RelS已確定碼本中的碼字個(gè)數(shù)；(3)在確定的各碼字被選概率基礎(chǔ)上，按各碼字被選概率不同對(duì)其進(jìn)行變長(zhǎng)編碼， 按概率值及變長(zhǎng)編碼結(jié)果計(jì)算得到平均反饋量FBNn。w ；
(4)在當(dāng)前碼本的基礎(chǔ)上對(duì)用戶吞吐量值Uth進(jìn)行測(cè)試當(dāng)Uth≤THL，執(zhí)行步驟(7)；當(dāng)Uth > THl,執(zhí)行步驟(5)；(5)對(duì)平均反饋碼長(zhǎng)FBnncw進(jìn)行比較當(dāng)FBNn。w<FBNnqw+1，去除碼本中被選概率較低的一個(gè)碼字，其中FBNn。w+1為上一 次去除碼字后得到的平均反饋量，并將剩余碼字組成的碼本記為當(dāng)前碼本，其碼字個(gè)數(shù)為 Nnqw，并對(duì)現(xiàn)有碼本中各碼字被選概率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，重復(fù)步驟(3)-(5)；當(dāng)FBnnqw>FBNnqw+i，執(zhí)行步驟(6)；(6)對(duì)碼本中碼字個(gè)數(shù)進(jìn)行比較當(dāng)Ntow > SCu,去除碼本中被選概率較低的一個(gè)碼字，并將剩余碼字組成的碼 本記為當(dāng)前碼本，其碼字個(gè)數(shù)為Nnw，對(duì)當(dāng)前碼本各碼字被選概率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并重復(fù)步驟 (3)-(6)；當(dāng)Nnow≤SCu,執(zhí)行步驟(7)；(7)確定優(yōu)化碼本當(dāng)Nnqw = Nim，最終的碼本仍為3GPP Rel8中的碼本； 當(dāng)Nnow < Ninit,最終的碼本確定為NNW+1個(gè)碼字所對(duì)應(yīng)的碼本；(8)確定碼本中各碼字對(duì)應(yīng)的變長(zhǎng)編碼當(dāng)Nnow = Ninit,最終各碼字對(duì)應(yīng)的反饋比特確定為Ninit個(gè)碼字所對(duì)應(yīng)的變長(zhǎng)編碼；當(dāng)Nm < Ninit,最終各碼字對(duì)應(yīng)的反饋比特確定為NNW+1個(gè)碼字所對(duì)應(yīng)的變長(zhǎng)編 碼。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)(a)本發(fā)明針對(duì)城市環(huán)境信道下3GPP RelS碼本中碼字被選概率有較大差別，對(duì) 不同的碼字進(jìn)行變長(zhǎng)編碼，得到的平均反饋量小于3GPP RelS中等長(zhǎng)編碼的平均反饋量；(b)本發(fā)明針對(duì)城市環(huán)境信道下3GPP RelS碼本中碼字被選概率有較大差別，對(duì) 3GPP RelS碼本中的碼字依概率進(jìn)行去除，在對(duì)吞吐量幾乎無影響的前提下，減少了碼本中 的碼字?jǐn)?shù)量，實(shí)現(xiàn)碼字搜索復(fù)雜度的降低。仿真結(jié)果表明本發(fā)明基于3GPP RelS確定的四根發(fā)射天線碼本中碼字被選概率 不同的情況，用變長(zhǎng)編碼縮小了碼字信源熵與碼字平均編碼長(zhǎng)度間的差距，即減小了碼本 平均反饋量；在各碼字被選概率不同的基礎(chǔ)上，去除一些被選概率較小的碼字再進(jìn)一步減 小平均碼長(zhǎng)，同時(shí)去除概率較小的碼字可以減小碼字搜索的復(fù)雜度，而且對(duì)吞吐量的影響 幾乎是可以忽略不計(jì)的。


圖1是本發(fā)明的總流程圖；圖2本是發(fā)明中針對(duì)不同通信環(huán)境下信道參數(shù)幅值的概率分布圖；圖3是本發(fā)明中城市微小區(qū)通信環(huán)境下針對(duì)用戶一的碼字被選概率分布圖；圖4本發(fā)明中城市宏小區(qū)通信環(huán)境下針對(duì)用戶一的碼字被選概率分布圖；圖5本發(fā)明中城市微小區(qū)通信環(huán)境下針對(duì)用戶二的碼字被選概率分布圖；圖6本發(fā)明中城市宏小區(qū)通信環(huán)境下針對(duì)用戶二的碼字被選概率分布圖；圖7本發(fā)明中城市微小區(qū)環(huán)境下針對(duì)不同碼字?jǐn)?shù)量碼本在不同SNR下吞吐量對(duì)比 圖8本發(fā)明中城市宏小區(qū)環(huán)境下針對(duì)不同碼字?jǐn)?shù)量碼本在不同SNR下吞吐量對(duì)比
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，本發(fā)明的具體實(shí)施步驟如下步驟一，選定通信環(huán)境。根據(jù)對(duì)不同通信環(huán)境下信道參數(shù)幅值概率分布的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，選定信道參數(shù)幅度值 分布集中的通信環(huán)境為本發(fā)明的通信環(huán)境。圖2給出在城市環(huán)境、鄉(xiāng)村環(huán)境、室內(nèi)環(huán)境下的 信道參數(shù)幅度值的概率分布圖，圖2明顯可以看出針對(duì)城市環(huán)境，幅值大于2. 6的概率分布 幾乎為零，幅值分布相對(duì)集中，因而選城市環(huán)境作為具體實(shí)施中的通信環(huán)境，具體選城市環(huán) 境中的城市微小區(qū)通信環(huán)境和城市宏小區(qū)通信環(huán)境作為具體實(shí)施中的通信環(huán)境。步驟二，給定系統(tǒng)的最低吞吐量值T扎和碼本中需要保留的最多碼字個(gè)數(shù)SC 。步驟三，針對(duì)選定的城市微小區(qū)通信環(huán)境和城市宏小區(qū)環(huán)境，對(duì)3GPP Rel8碼本中 的碼字被選概率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。本發(fā)明在城市微小區(qū)通信環(huán)境下針對(duì)用戶一的碼字被選概率分布如圖3 ；在城市 宏小區(qū)通信環(huán)境下針對(duì)用戶一的碼字被選概率分布如圖4 ；在城市微小區(qū)通信環(huán)境下針對(duì) 用戶二的碼字被選概率分布如圖5 ；在城市宏小區(qū)通信環(huán)境下針對(duì)用戶二的碼字被選概率 分布如圖6。從圖3至圖6可以看出，盡管在城市微小區(qū)環(huán)境和城市宏小區(qū)環(huán)境下具有不同的 碼字被選概率分布，但均呈現(xiàn)出不同碼字被選概率分布差距較大的現(xiàn)象，此時(shí)記3GPP RelS 已確定的碼本為當(dāng)前碼本，當(dāng)前碼本中碼字?jǐn)?shù)目為=Nnqw = Ninit,NinitRelS已確定碼 本中的碼字個(gè)數(shù)。步驟四，在步驟三確定的各碼字被選概率基礎(chǔ)上，按各碼字被選概率不同對(duì)其進(jìn) 行變長(zhǎng)編碼，按概率值及變長(zhǎng)編碼結(jié)果計(jì)算得到平均反饋量FBNn。w。首先，按各碼字被選概率不同對(duì)其進(jìn)行變長(zhǎng)編碼，其步驟如下(4a)將各碼字做為編碼的信源符號(hào)；(4b)將被選概率最低的兩個(gè)信源符號(hào)配成一對(duì)，一個(gè)標(biāo)為0，一個(gè)標(biāo)為1，用這兩 個(gè)符號(hào)構(gòu)成組，并將該組作為新的信源符號(hào)來代替概率最低的兩個(gè)信源符號(hào)進(jìn)行下一次的 配對(duì)，該信源符號(hào)出現(xiàn)的概率是兩個(gè)信源符號(hào)出現(xiàn)概率的總和；(4c)重復(fù)上述步驟(4b)_(4c)，直到所有的信源符號(hào)都被配對(duì)且被標(biāo)以相應(yīng)的0 或1 ；(4d)將導(dǎo)向各信源符號(hào)的所有0，1組成的序列作為各碼字對(duì)應(yīng)的變長(zhǎng)編碼。其次，按概率值及變長(zhǎng)編碼結(jié)果計(jì)算平均反饋量FBNn。w，該平均反饋量FBNn。w的計(jì) 算是根據(jù)各碼字被選概率值及已確定的變長(zhǎng)編碼結(jié)果，求出碼本中所有碼字編碼長(zhǎng)度的數(shù)
N
學(xué)期望值-.Hcl =ΣαΑ，將該期望值作為當(dāng)前碼本平均反饋量FB ，式中，N為當(dāng)前碼本
ζ'=1Nncw
中的碼字個(gè)數(shù)，Hi為當(dāng)前碼本中第i個(gè)碼字被選概率值，Li為當(dāng)前碼本中第i個(gè)碼字變長(zhǎng)編碼長(zhǎng)度。按如上各碼字被選概率不同對(duì)其進(jìn)行變長(zhǎng)編碼的步驟及平均反饋量FBNn。w的計(jì)算 方法得城市微小區(qū)環(huán)境下各碼字變長(zhǎng)編碼及平均反饋量FBNn。w如表1所示，得到城市宏小 區(qū)環(huán)境下各碼字變長(zhǎng)編碼及平均反饋量FBNn。w如表2所示。表1城市微小區(qū)16碼字各碼變長(zhǎng)編碼及平均反饋量
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)低平均反饋量及碼本優(yōu)化的方法，包括如下步驟(1)選定通信環(huán)境并給定最低吞吐量值T^和碼本中需要保留的最多碼字個(gè)數(shù)SCu；(2)針對(duì)選定的城市通信環(huán)境，對(duì)3GPPRelS碼本中的碼字被選概率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并且記 當(dāng)前碼本中碼字?jǐn)?shù)目為NNQW = Ninit，此時(shí)的當(dāng)前碼本為3GPP RelS中已確定的碼本，Ninit* 3GPP Rel8已確定碼本中的碼字個(gè)數(shù)；(3)在確定的各碼字被選概率基礎(chǔ)上，按各碼字被選概率不同對(duì)其進(jìn)行變長(zhǎng)編碼，按概 率值及變長(zhǎng)編碼結(jié)果計(jì)算得到平均反饋量FBNn。w ；(4)在當(dāng)前碼本的基礎(chǔ)上對(duì)用戶吞吐量值UTH進(jìn)行測(cè)試 當(dāng)K THl，執(zhí)行步驟(7)；當(dāng)Uth>THl，執(zhí)行步驟(5)；(5)對(duì)平均反饋碼長(zhǎng)1^&。 進(jìn)行比較當(dāng)FBNn。w ^FBnN0W+I，去除碼本中被選概率較低的一個(gè)碼字，其中fbNn。w+1為上一次去除 碼字后得到的平均反饋量，并將剩余碼字組成的碼本記為當(dāng)前碼本，其碼字個(gè)數(shù)為Νμ，并 對(duì)現(xiàn)有碼本中各碼字被選概率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，重復(fù)步驟(3)-(5)；，執(zhí)行步驟(6)；(6)對(duì)碼本中碼字個(gè)數(shù)進(jìn)行比較當(dāng)Nm > SCu，去除碼本中被選概率較低的一個(gè)碼字，并將剩余碼字組成的碼本記為當(dāng) 前碼本，其碼字個(gè)數(shù)為，對(duì)當(dāng)前碼本各碼字被選概率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并重復(fù)步驟(3)-(6)； 當(dāng)Nm≤SCu，執(zhí)行步驟(7)；(7)確定優(yōu)化碼本當(dāng)Nn。w = Nim，最終的碼本仍為3GPP RelS中的碼本； 當(dāng)Nm < Ninit，最終的碼本確定為Ν_+1個(gè)碼字所對(duì)應(yīng)的碼本；(8)確定碼本中各碼字對(duì)應(yīng)的變長(zhǎng)編碼當(dāng)Nm = Ninit,最終各碼字對(duì)應(yīng)的反饋比特確定為Ninit個(gè)碼字所對(duì)應(yīng)的變長(zhǎng)編碼； 當(dāng)Nm < Ninit,最終各碼字對(duì)應(yīng)的反饋比特確定為Ν_+1個(gè)碼字所對(duì)應(yīng)的變長(zhǎng)編碼。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的實(shí)現(xiàn)低平均反饋量及碼本優(yōu)化的方法，其中步驟(3)所述 的按各碼字被選概率不同對(duì)其進(jìn)行變長(zhǎng)編碼，按如下步驟進(jìn)行(2a)將各碼字做為編碼的信源符號(hào)；(2b)將被選概率最低的兩個(gè)信源符號(hào)配成一對(duì)，一個(gè)標(biāo)為0，一個(gè)標(biāo)為1，用這兩個(gè)符 號(hào)構(gòu)成組，并將該組作為新的信源符號(hào)來代替概率最低的兩個(gè)信源符號(hào)進(jìn)行下一次的配 對(duì)，該信源符號(hào)出現(xiàn)的概率是兩個(gè)信源符號(hào)出現(xiàn)概率的總和；(2c)重復(fù)上述步驟(2b)-(2c)，直到所有的信源符號(hào)都被配對(duì)且被標(biāo)以相應(yīng)的0或1 ； (2d)將導(dǎo)向各信源符號(hào)的所有0，1組成的序列作為各碼字對(duì)應(yīng)的變長(zhǎng)編碼。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的實(shí)現(xiàn)低平均反饋量及碼本優(yōu)化的方法，其中步驟(3)所述 的按概率值及變長(zhǎng)編碼結(jié)果計(jì)算得到平均反饋碼長(zhǎng)FBNn。w，是根據(jù)各碼字被選概率值及已確定的變長(zhǎng)編碼結(jié)果，求出碼本中所有碼字編碼長(zhǎng)度的數(shù)學(xué)期望值-Mcl =ΣαΑ，將該期望值作為當(dāng)前碼本平均反饋碼長(zhǎng)FBNn。w，式中，N為當(dāng)前碼本中的碼字個(gè)數(shù)，Jli為當(dāng)前碼本中第i個(gè)碼字被選概率值，Li為當(dāng)前碼本中第i個(gè)碼字變長(zhǎng)編碼長(zhǎng)度。
全文摘要
本發(fā)明針對(duì)城市環(huán)境提供了一種降低碼本平均反饋量及碼本優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)方法，它屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，主要解決現(xiàn)有3GPP Rel8碼本平均反饋量較大及碼字搜索復(fù)雜度較大的問題。其實(shí)現(xiàn)步驟是利用信道統(tǒng)計(jì)特性，對(duì)各碼字被選概率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；按照各碼字被選概率對(duì)各碼字進(jìn)行變長(zhǎng)編碼，并且對(duì)吞吐量進(jìn)行測(cè)試；去除概率較小碼字并對(duì)剩余碼字被選概率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，進(jìn)而得到剩余各碼字變長(zhǎng)編碼及吞吐量測(cè)試值；繼續(xù)去除碼字，直到吞吐量測(cè)試值及碼字搜索復(fù)雜度滿足系統(tǒng)需求，將剩余碼字組成的碼本作為最終的碼本。本發(fā)明有效地減少了碼本平均反饋量和碼字搜索復(fù)雜度，且對(duì)吞吐量的影響可忽略不計(jì)，可用于LTE-A來滿足IMT-Advanced技術(shù)需求。
文檔編號(hào)H04L25/03GK102006147SQ201010568728
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者任光亮, 張會(huì)寧, 楊麗花, 段昕利 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)