CN103929222A

CN103929222A - 码书生成系统及相关方法

Info

Publication number: CN103929222A
Application number: CN201410109774.8A
Authority: CN
Inventors: X.林; Q.李
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2005-01-13
Filing date: 2006-01-04
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2026-01-04
Also published as: DE112006000195B4; US20100067594A1; US7895044B2; US20130195099A1; US7778826B2; US20090326933A1; US8340961B2; CN101138168B; US20060155533A1; US20130058204A1; US8682656B2; CN103095352A; US20060155534A1; GB2437859A; CN101138168A; US8417517B2; GB2437859B; GB0713039D0; US20130202056A1; WO2006076213A1

Abstract

本申请涉及“码书生成系统及相关方法”。本文一般描述了码书生成装置、系统及相关方法。在一个实施例中，公开了一种装置，包括：处理器电路，设置成基于通过闭环多输入多输出（MIMO）正交频分多址（OFDMA）系统的通信信道从远程设备接收的索引来选择预编码矩阵，所述预编码矩阵通过将变换应用于一个或多个向量来构建，以及利用预编码矩阵来对信息进行预编码以便通过多个发射器天线传送。本申请还公开了码书生成系统及相关方法。

Description

码书生成系统及相关方法

本分案申请的母案申请日为2006年1月4日、申请号为200680007671.4、发明名称为“码书生成系统及相关方法”。

技术领域

一般来说，本发明的实施例涉及通信系统，更具体地说，涉及码书生成系统及相关方法。

背景技术

闭环多输入多输出（MIMO）系统通常将信道状态信息从接收器传输到发射器。信道状态信息的传输会占用带宽，否则该带宽可用于数据通信。

说明性地，在采用波束形成术（或闭环多输入多输出（MIMO））的常规频分双工（FDD）系统中，首先在接收器处计算和量化响应察觉到的信道状况而生成的波束形成矩阵（本文称为码字），接着将它提供给源发射器（如经由反馈）。用于减少与该反馈相关的开销的常规方法是在发射器和接收器处都提供矩阵码书，其中每个码书包括多个或一组潜在的波束形成矩阵，它们的使用取决于在接收器处察觉到的信道状况。当接收器识别合适的矩阵码书时，接收器通常只反馈指向存储在发射器处的码书中的合适的码字的索引（而不是实际的矩阵实体）。

因此，对于发射天线（N_t）和数据流（N_s）的不同组合，需要不同的矩阵码书。按照惯例，码书的大小基于发射天线的数量和数据流的数量：N_t×N_s。对于一些系统，如实施发展中的802.16e（例如，参见：局域网和城域网的ANSI/IEEE标准802.16-2001第16部分：固定宽带无线接入系统的空中接口；它的子代及对它的补充（如802.16a、.16d和.16e））的系统，N_t和N_s目前小于五（5），但是可能会增加到八（8）。因此，预期会有大量的N_t×N_s组合，从而在移动通信装置内需要大量的存储器以便存储如此多的码书。

发明内容

根据本发明的实施例，提供了一种装置，包括：

处理器电路，设置成基于通过闭环多输入多输出（MIMO）正交频分多址（OFDMA）系统的通信信道从远程设备接收的索引来选择预编码矩阵，所述预编码矩阵通过将变换应用于一个或多个向量来构建，以及利用预编码矩阵来对信息进行预编码以便通过多个发射器天线传送。

根据优选实施例，所述处理器电路设置成从码书中选择向量，并且将变换应用于所选择的向量以便形成所述预编码矩阵。

根据优选实施例，所述处理器电路设置成将Householder反射变换应用于向量以便形成多列的矩阵。

根据优选实施例，所述处理器电路设置成将变换应用于向量以便形成N×N矩阵。

根据优选实施例，所述处理器电路设置成将变换应用于向量以便形成4×4矩阵。

根据优选实施例，所述处理器电路设置成从多列的矩阵中选择列的子集作为所述预编码矩阵。

根据优选实施例，所述装置包括：在通信上与所述处理器电路耦合的存储器，所述存储器存储所述一个或多个向量；以及物理层（PHY），在通信上与所述处理器电路和多个发射器天线耦合以便与所述远程设备交互。

根据本发明的实施例，提供了一种设备，包括：

接收器，设置成通过闭环多输入多输出（MIMO）正交频分多址（OFDMA）系统的通信信道接收预编码矩阵的索引；以及

处理器电路，在通信上与所述接收器耦合，所述处理器电路设置成基于所接收的索引来选择预编码矩阵，所述预编码矩阵通过将变换应用于一个或多个向量来构建，以及利用所述预编码矩阵来对信息进行预编码；以及

射频（RF）发射器，在通信上与所述处理器电路耦合，所述RF发射器设置成通过多个发射器天线传送预编码的信息的电磁表示。

根据优选实施例，所述处理器电路设置成从多列的矩阵中选择列的子集作为所述RF发射器的所述预编码矩阵。

根据优选实施例，所述RF发射器利用两个发射器天线（Nt）。

根据优选实施例，所述RF发射器利用四个发射器天线（Nt）。

根据本发明的实施例，提供了一种通信设备，包括：

包含内容的存储介质；以及

在通信上与所述存储介质耦合的处理器电路，用于基于通过闭环多输入多输出（MIMO）正交频分多址（OFDMA）系统的通信信道从远程设备接收的索引来选择预编码矩阵，所述预编码矩阵通过将变换应用于一个或多个向量来构建，以及利用预编码矩阵来对信息进行预编码以便通过多个发射器天线传送。

根据优选实施例，所述通信设备包括射频（RF）发射器，在通信上与所述处理器电路耦合，所述RF发射器设置成通过多个发射器天线传送预编码的信息的电磁表示，其中，所述RF发射器利用偶数数量的发射器天线（Nt）。

根据本发明的实施例，提供了一种装置，包括：

处理器电路，设置成基于闭环多输入多输出（MIMO）正交频分多址（OFDMA）系统的通信信道的信道状况来为远程设备的发射器选择预编码矩阵，所述预编码矩阵通过由所述处理器电路将变换应用于一个或多个向量来构建，以及所述远程设备的发射器能够利用多个发射器天线（Nt）和多个空间信道（Ns）。

根据优选实施例，所述处理器电路设置成从向量码书中选择一个或多个向量，并且将变换应用于所选择的向量以便形成所述预编码矩阵。

根据优选实施例，所述处理器电路设置成将一个或多个预编码矩阵编译成码书，构建所述码书中的每个预编码矩阵的索引，并且从所述码书中为所选择的预编码矩阵选择索引。

根据优选实施例，所述远程设备的发射器利用两个发射器天线（Nt）。

根据优选实施例，所述远程设备的发射器利用四个发射器天线（Nt）。

根据本发明的实施例，提供了一种设备，包括：

接收器，设置成测量闭环多输入多输出（MIMO）正交频分多址（OFDMA）系统的通信信道的信道状况；

在通信上与所述接收器耦合的处理器电路，所述处理器电路设置成基于所测量的信道状况来为远程设备的发射器选择预编码矩阵，所述预编码矩阵通过由所述处理器电路将变换应用于一个或多个向量来构建，以及所述远程设备的发射器能够利用多个发射器天线（Nt）和多个空间信道（Ns）；以及

在通信上与所述处理器电路耦合的发射器，所述发射器设置成发送反馈信息给所述远程设备，所述反馈信息基于所述预编码矩阵。

根据优选实施例，所述发射器设置成发送包括所述预编码矩阵的索引的反馈信息。

根据优选实施例，所述设备包括在通信上与所述接收器和所述发射器耦合的多个天线。

根据本发明的实施例，提供了一种方法，包括：

从由第一设备存储的向量集合中选择向量；

选择从所选择的向量的变换形成的矩阵的一个或多个列，所选择的列包括第二设备的发射器的码字；以及

基于所述码字从第一设备向第二设备发送反馈。

根据优选实施例，所述方法包括：估计在第一设备的接收器处的信道状况。

根据优选实施例，所述方法包括：基于信道状况，从向量的所述集合中选择所述向量。

根据优选实施例，所述方法包括将变换应用于所选择的向量以形成所述矩阵。

根据优选实施例，所述方法包括将Householder反射变换应用于所选择的向量以便形成所述矩阵。

根据本发明的实施例，提供了一种方法，包括：

从由第一设备存储的向量集合中选择向量；

将变换应用于所选择的向量以便形成多列的矩阵；

选择一个或多个列作为第二设备的发射器的码字；以及

基于所述码字从第一设备向第二设备发送反馈。

根据优选实施例，所述方法包括将变换应用于所选择的向量以便形成N×N矩阵。

根据优选实施例，所述方法包括将变换应用于所选择的向量以便形成4×4矩阵。

根据优选实施例，所述方法包括基于第二设备的发射器的发射天线的数量和由第二设备在通信信道中利用的空间数据流的数量来选择所述码字的大小。

根据优选实施例，所述反馈包括从第一设备到第二设备的码字的索引。

根据本发明的实施例，提供了一种系统，包括：

用于基于信道状况为发射器选择预编码矩阵的部件，所述预编码矩阵通过将变换应用于一个或多个向量来构建；

用于为所述预编码矩阵选择索引的部件；以及

用于使得利用所述发射器将所述预编码矩阵的所述索引传送到远程设备的部件。

根据优选实施例，所述系统包括用于从向量码书中选择所述一个或多个向量的部件。

根据优选实施例，所述系统包括用于将所述一个或多个向量变换成所述预编码矩阵的至少一部分的部件。

根据优选实施例，所述系统包括用于将Householder反射变换应用于所述一个或多个向量以便形成所述预编码矩阵的至少一部分的部件。

根据优选实施例，所述系统包括用于在选择之前构建所述预编码矩阵的所述索引的部件。

附图说明

在附图的各图中举例而非限制性地说明本发明的实施例，附图中，类似的附图标记指代类似元件，并且其中：

图1是可以实践本发明的实施例的实例通信系统的框图；

图2是根据一个实施例的用于生成码书的实例方法的流程图；

图3提供本发明的实施例相对于常规技术的性能的图形表示；

图4是结合本发明的一个或多个实施例的实例通信装置的框图；以及

图5是包括内容的实例制造物品的框图，当访问机器执行该内容时，该内容使机器实施本发明的实施例的一个或多个方面。

具体实施方式

一般介绍码书生成系统及相关方法的实施例。根据下文将更全面描述的一个实施例，介绍码书生成代理（CGA），其可以实施用于根据向量码书生成一个或多个矩阵码书的方法。

根据一个实施例，在移动装置（如站、用户单元、手持装置、膝上型计算机等）中实施CGA，但本发明在这方面不受限制。如下文将更全面地展开，CGA可以根据矩阵码字产生一个或多个矩阵码书，这些矩阵码字是根据已经驻留在支持其它特征（如单个数据流波束形成）的装置上的2-、3-、4-、…、N-单位向量的一个（或多个）向量码书动态生成的。在这方面，2-、3-和4-单位向量的向量码书的使用不会对移动装置增加任何额外的复杂度或存储器消耗。相反，通过动态地生成矩阵码书而不是将它们存储在移动装置上，使得移动装置能够利用通常由支持其它特征和/或服务的矩阵码书消耗的存储器。

更具体地说，如下文将更全面地展开，CGA可以实施四（4）种公开的用于生成矩阵码书的技术中的一种或多种技术。根据一些实施例，码书生成代理可以杠杆调节Householder反射和2-、3-和/或4-单位向量矩阵的合适的一个或多个向量码书以便为一组给定的信道状况生成一个或多个适于编译成矩阵码书的矩阵码字。

整篇说明书中提到“一个实施例”时是指在本发明的至少一个实施例中包含结合该实施例描述的特定特征、结构或特性。因此，整篇说明书中的不同地方出现短语“在一个实施例中”时不一定都指同一个实施例。此外，这些特定特征、结构或特性可以采用任何合适的方式在一个或多个实施例中进行组合。

关于可以实施CGA的移动装置和/或无线通信网络的一些工作特性的技术详情可以参见例如1999年版的IEEE802.11，InformationTechnology Telecommunications and Information Exchange BetweenSystems-Local and Metropolitan Area Networks-SpecificRequirements(信息技术-系统间的远程通信和信息交换：局域网和城域网-具体要求)第11部分：WLAN媒体接入控制（MAC）和物理（PHY）层规范，它的子代及对它的补充（如802.11a、.11g和.11n）。也可参见IEEE标准802.16-2001，局域网和城域网的IEEE标准，IEEEStd802.16-2001第16部分：Air Interface FORFixed Broadband WirelessAccess System(固定宽带无线接入系统的空中接口)，它的子代及对它的补充（如802.16a、.16d和.16e）。

实例通信环境

在图1中，描绘其中可以很好地实践本发明的实施例的实例无线通信环境100的框图。根据图1所示的实例实施例，描绘实例通信环境100，其包括一个通过无线通信链路104与另一个无线通信装置106通信的无线通信装置102。这里所用的通信环境100用于表示宽范围内的无线通信网络中的任何一种，包括但不限于近距离通信（NFC）网络、无线局域网（WLAN）、无线城域网（WMAN）、蜂窝式无线电话网、个人通信系统（PCS）网络等。

根据一个实施例，通信网络100是802.16x通信网络，并且装置102是基站，而装置106是用户站，但本发明的范围在这方面不受限制。在闭环MIMO（或如上的波束形成系统）中，首先通过波束形成矩阵V对数据信号加权，然后通过多个天线选择性地进行传输，如图所示。根据一个实施例，数据信号可以包括多个数据流（N₁…N_s），但本发明在这方面不受限制。在合适的位加载、功率加权和副载波分配下，数据流的数量可以表示空间信道的数量，但本发明在这方面不受限制。

根据一个实施例，在存在四（4）个发射天线和三（3）个数据流的情况下（为便于说明），经由N_t个天线传输的传输信号（x）可以表示成：

x=V×s (1)

其中

V = [\begin{matrix} v_{11} & v_{12} & v_{13} \\ v_{21} & v_{22} & v_{23} \\ v_{31} & v_{32} & v_{33} \\ v_{41} & v_{42} & v_{43} \end{matrix}],,

并且

s = [\begin{matrix} s_{3} \\ s_{2} \\ s_{3} \end{matrix}] .

如图所示，s是数据符号的N_s-向量，且V是由从远程接收器反馈的信息（如矩阵码书和/或其索引）产生的N_t×N_s波束形成矩阵。根据一个实施例，波束形成矩阵V通常是酉矩阵，并且，如上文所介绍，对向量s应用功率/位加载。

描绘装置106，其包括用于动态地生成一个或多个矩阵码书的码书生成代理（CGA）108，根据上述一个或多个矩阵码书，可以表征信道状态信息并将该信息反馈给基站102。如上文所介绍，不是存储一个或多个矩阵码书，而是由CGA108根据从2-、3-、4-、…、N-单位向量的一个或多个向量码书动态生成的一个（或多个）矩阵码字来编译用于表征信道状态信息所必需的矩阵码书。如下文将更全面地论述，将向量码书从最低阶码书到最高阶码书递归地应用于合适的变换（如Householder反射），以便根据需要生成所需大小的矩阵码字，由这些矩阵码字组合成矩阵码书。

将了解，如果不引入CGA108，则装置106用于表示宽范围内的具有无线通信能力的电子装置中的任何一种。在一些实施例中，可以在装置的接收器元件内很好地实施CGA108。在其它实施例中，CGA108响应在通信上耦合的接收器而执行这里所述的功能。根据一些实施例，可以在硬件、软件、固件和/或其任意组合中很好地实施CGA108。

实例操作

如上文所介绍，CGA108可以根据多种技术从一个或多个向量码书生成矩阵码书，每种技术都将在下文更全面地描述。所公开的第一种技术提供了最接近利用存储矩阵码书的常规技术的近似法。所公开的第二到第四种技术也提供了很好的结果，但其计算复杂度有所减小。在任一情况下，计算复杂度都不只通过减小需要分派给矩阵码书的存储的存储器来弥补。

转到图2，大体介绍根据一个实施例的用于动态生成一个或多个矩阵码书的实例方法的流程图。如图所示，该方法从方框202开始，其中动态地识别所需的矩阵码字的大小。更具体地说，根据一个实施例，可以调用设置在接收器（如106）内或以其他方式响应接收器的CGA108来确定所需的矩阵码书的大小。根据一个实施例，所需的码字的大小取决于通信信道中所用的发射天线的数量（N_t）和/或空间数据流的数量（N_s），但也可以考虑其它参数作为N_t和/或N_s的补充或替代。根据一个实施例，将必需参数提供给接收器和/或CGA108，或由接收器和/或CGA108察觉必需参数，以用于确定要生成的矩阵码字的大小。

如图所示，描绘CGA108，其包括2-、3-、4-、…、N-单位（或参数）向量的向量码书。因此，CGA108动态地选择适合用于生成矩阵码字的元素的递归过程的特定元素的向量码书，下文将更全面地提供。

响应矩阵码字的必需大小的确定，CGA108可以动态地选择适于生成矩阵码字的至少一个元素的一个或多个合适的向量码书，方框204。根据一个实施例，CGA108所选的向量码书可以取决于将采用哪种技术来生成矩阵码字。根据一个实施例，CGA108动态地选择将要使用的技术，该技术可以取决于多个因素中的任何一个因素，包括但不限于接收器和/或CGA108的当前处理负荷、所察觉的信道质量等。即，接收器和/或CGA108的当前处理负荷可以是这样的：即需要较低复杂度的码书生成技术。类似地，如果所察觉的信道质量（例如，通过信噪比、接收功率电平等）较高，那么CGA108可以判定较低复杂度的码书生成技术将提供合适的结果，而较差的信道可以得益于与常规（存储）码书的使用更接近地近似的更复杂技术的使用。

一旦生成矩阵码书，便可以采用用于计算和量化所提议的波束形成矩阵的常规技术，如同在Li等人的题为“Recursive Reduction ofChannel State Feedback”的共同未决美国专利申请第10/937097号中所述的技术，该专利申请共同转让给本申请的受让人，并且为了所有目的通过引用结合于本文。

转到方框206，如上文所提供，CGA108可以采用用于根据2-、3-、4-、…、N-单位向量的向量码书递归地生成一个或多个矩阵码字的至少四（4）种技术中的一种或多种技术。将了解，在不偏离所附权利要求的范围和精神的情况下，也可以使用其它用于根据向量码书生成矩阵码字的技术。四种技术中的每种技术介绍如下。

技术1

根据一个实施例，CGA108可以从矩阵码字的最小维数开始朝向最大维数利用向量码书来逐列生成矩阵码字。例如，为了生成4×3矩阵码字，CGA108可以从码字的最内圆括号（或最低维数）开始朝向最高维数依序采用维数为2、3和4的单位向量，如下所示：

P_{i} = I - \frac{2}{| | w^{H} w | |} w w^{H}

w = e^{- j φ_{i, 1}} v_{i} (l_{i}) - e_{1}

在特殊情况下，v_i=e₁，householder反射可以经计算为P_i=I。无需不必要的重复，应了解，以下所有描述中隐含该特殊处理。

N_t×N_s矩阵码字是从最后一列递归地构造而成的，其中迭代从右下角开始。连续迭代使正在构造的矩阵码字增加一列和一行。在这方面，令表示具有L_i个码字（即，向量）的i维单位向量的码书，其中l_i是码字索引。令即v₁(1)=1且L₁=1。令表示具有L个码字的N_t×N_s维的矩阵码书，其中矩阵码书可以根据以下伪代码由N_s个向量码书构造而成：

I.FORl_Nt-Ns+1=1:L_Nt-Ns+1

I.1.IFN_t>N_s

I.1.1.V_t=v_Nt-Ns+1(l_Nt-Ns+1)

I.2.else

I.2.1.V_t=1

I.3.END

II.FORl_Nt-Ns+2=1:L_Nt-Ns+2

II.1.w=e^-jφ1v_Nt-Ns+2(l_Nt-Ns+2)-e₁,

其中φ₁是v_Nt-Ns+2(l_Nt-Ns+2)的第一项(entry)的相位，且

e₁=[1,0…0]^T。

II . 2 . P_{N_{1} - N_{s} + 2} = I - \frac{2}{| | w^{H} w | |} w w^{H}

II . 3 . V_{t} = P_{N_{t} - N_{s} + 2} [\begin{matrix} 1 & 0 \\ 0 & V_{t} \end{matrix}]

Ⅲ.FORl_Nt-Ns+3=1:L_Nt-Ns+3

……

Ns.FORl_Nt=1:L_Nt

Ns.1w=e^-jφ1v_Nt(l_Nt)-e₁，

其中φ₁是v_Nt(l_Nt)的第一项的相位。

N_{s} . 2 . P_{N_{t}} = I - \frac{2}{| | w^{H} w | |} w w^{H}

N_{s} . 3 . V (l) = P_{N_{t}} [\begin{matrix} 1 & 0 & \cdot \cdot \cdot & 0 \\ 0 \\ \cdot \\ \cdot & V_{t} \\ \cdot \\ 0 \end{matrix}],

其中

l = l_{N_{1}} + Σ_{i = N_{t} - N_{s} + 1}^{N_{t} - 1} l_{i} Π_{j = i + 1}^{N_{t}} L_{j}

Ns.4.END

……

Ⅱ.4.END

I.4.END

如上所述，CGA108可以从具有最小维数（最低维数）的最内核心到整个矩阵来生成矩阵。最低维数核心是1或大小为N_t-N_s+1的向量。每次扩展或递归迭代都会有效地使矩阵的大小增加一行和一列。对于N_t>N_s，存在N_s个FOR循环，并且对于N_t=N_s，存在N_t-1个FOR循环。每个FOR循环对应矩阵码字的一次扩展，每次扩展一般包括：

1）从向量码书中取一个合适的向量；

2）通过e^-jφ1v_Nt(l_Nt)消除(remove)该向量的第一个元素的相位，并从相位经过校正的向量的第一个元素减1，即w=e^-jφ1v_Nt(l_Nt)-e₁；

3）生成Householder矩阵

4）在之前扩展的矩阵V中填充0和一个1而成为

[\begin{matrix} 1 & 0 & \cdot \cdot \cdot & 0 \\ 0 \\ \cdot \\ \cdot & V_{t} \\ \cdot \\ 0 \end{matrix}];

以及

5）将Householder矩阵与填充后的矩阵相乘以完成一次扩展。

因为向量逐步通过向量码书，所以每个FOR循环的运行次数等于对应向量码书中的向量数。索引l是最终生成的矩阵的索引。它按照1、2、…、L_Nt*L_Nt-1…*L_Nt-Ns+1增大，其中L_t是维为t的向量码书中的向量数。

为了减小复杂度并加快计算，当CGA108将每个向量码书存储为e^-jφ1v_Nt(l_Nt)时，可以消除每个向量的第一项的相位。即，每个向量码书中的每个向量的每个第一个元素是实数（而不是复数）。也可以为每个向量预先计算实数并进行存储。

技术2

根据一个实施例，CGA108也可以实施第二种技术以便根据2-、3-、4-、…N-单位向量的向量码书生成一个或多个矩阵码字。在该技术中，CGA108如下采用酉矩阵的互补特性。不是直接生成N_t×N_s矩阵，它首先生成N_t×N_t矩阵，然后从它截取维数为N_t×N_s的子矩阵。

当生成维数为N_t×(N_t-1)的矩阵码书时，该技术最有效。如上所指定，所存储的N_t-向量码书具有N_t-向量码字尽可能均匀地散布在N_t-复球面上的性质，其中任意两个向量之间的最小角得以最大化。注意，每个向量都具有一个互补的正交子空间，该子空间被(N_t-1)个正交向量横跨并且与该向量正交。向量码书的这一性质意味着，这些子空间（即，N_t×(N_t-1)矩阵）均匀散布，其中任意两个子空间之间的最小角得以最大化。该最大最小角是N_t×(N_t-1)矩阵码书的所需性质。方案2的主要优点是，只需一个向量码书便可生成N_t×(N_t-1)码书，而在技术1中则需要（N_t-1）个向量码书。

技术2还可有效地生成维数为N_t×N_s的矩阵码书，其中对于该情形，CGA108首先生成N_t×N_t矩阵，然后从它截取N_t×N_s子矩阵作为矩阵码字。该方案的伪代码如下，其中各符号已经在上文的技术1中进行了定义。假定该方案的一个优点是，只需N_t-N_s个向量码书便可生成N_t×N_s码书，而技术1则需要N_s个向量码书。

I.FORl_Ns+1=1:L_Ns+1

I.1.w=e^-jφ1v_Ns+1(l_Ns+1)-e₁,

其中φ₁是v_Nt-Ns+2(l_Nt-Ns+2)的第一项的相位，且

e₁=[1,0…0]^T。

I . 2 . V_{t} = I - \frac{2}{| | w^{H} w | |} w w^{H}

II.FORl_Ns+2=1:L_Ns+2

II.1.w=e^-jφ1v_Ns+2(l_Ns+2)-e₁,

其中φ₁是v_Ns+2(l_Ns+2)的第一项的相位，且

e₁=[1,0…0]^T。

II . 2 . P_{N_{s} + 2} = I - \frac{2}{| | w^{H} w | |} w w^{H}

II . 3 . V_{t} = P_{N_{s} + 2} [\begin{matrix} 1 & 0 \\ 0 & V_{t} \end{matrix}]

Ⅲ.FORl_Ns+3=1:L_Ns+3

……

Ns.FORl_Nt=1:L_Nt

Ns.1w=e^-jφ1v_Nt(l_Nt)-e₁，

其中φ₁是v_Nt(l_Nt)的第一项的相位。

N_{s} . 2 . P_{N_{t}} = I - \frac{2}{| | w^{H} w | |} w w^{H}

N_{s} . 3 . V (l) = P_{N_{t}} [\begin{matrix} 1 & 0 & \cdot \cdot \cdot & 0 \\ 0 \\ \cdot \\ \cdot & V_{t} \\ \cdot \\ 0 \end{matrix}],

Ns.4.V(l)=V_t的最后N_s列

其中

l = l_{N_{1}} + Σ_{i = N_{t} - N_{s} + 1}^{N_{t} - 1} l_{i} Π_{j = i + 1}^{N_{t}} L_{j}

N_s.5.END

……

Ⅱ.4.END

I.3.END

技术3

根据一个实施例，CGA108也可以实施第三种技术来根据2-、3-、4-、…N-单位向量的向量码书生成一个或多个矩阵码字。该技术比上文中的技术2更简化。对于N_t×(N_t-1)码书的生成，技术2和技术3在计算复杂度方面非常类似。但是，当生成具有L个码字的N_t×N_s码书时，这第三种技术只使用一个具有L个码字的向量码书，并利用Householder反射将每个向量散布到N_t×N_t矩阵中。通过从每个散布的N_t×N_t矩阵中取N_t×N_s子矩阵来形成N_t×N_s矩阵码书。技术3的实例伪代码如下：

1.FORl=1:L

2.w=e^-jφ1v_Nt(l)-e₁，

其中φ₁是v_Nt(l)的第一项的相位，且e=[1,0…0]^T。

3 . V_{t} = I - \frac{2}{| | w^{H} w | |} w w^{H}

4.V(l)=V_t的最后N_s列

5.END

技术4

根据一个实施例，CGA108也可以采用第四种技术来根据2-、3-、4-、…N-单位向量的向量码书生成矩阵码字。根据一个实施例，第四种技术比上文中的技术3更简化。具体来说，在技术3的步骤4中，CGA108可以取Vt的任意N_s列，如前N_s列或从N_t列中提取的N_s列。

应了解，在不偏离本发明的范围和精神的前提下，可以采用技术1-4的组合。例如，如上所示，技术1和2将矩阵从小核心迭代地扩展到大矩阵。根据一个实施例，小核心（或最低维数）可以利用其它技术来生成。例如，为了生成4×3矩阵，可以通过技术3来生成技术1中所用的核心（最低维数）。在这方面，CGA108可以利用技术3通过使用3-向量码书来生成大小为3×2的核心矩阵，然后利用技术1的剩余教导通过使用该3×2核心作为最低维数来生成4×3。

为了说明算法，我们利用3/6位向量码书的实例来生成所有的必需矩阵码书。在802.16e中，希望实施大小为L=3n位的码书，其中n是整数。

因为存在N_t、N_s和L的多个组合，并且它们中的每个都需要对应的码书，所以所有码书的存储很繁重。提出这样一组码书，其可以在较低复杂度的情况下动态地生成。

对于小型码书，即具有3位索引的2×1、3×1和4×1码书，存储三个经过优化的随机码书。对于具有6位索引的3×1和4×1码书，提出两个结构化的码书，其可以利用改进的Hochwald方法动态地生成。对于诸如3×2和4×2的所有其它矩阵码书，提出结构化码书，其也可以在较低复杂度下动态地生成。

具有3位索引的2×1、3×1和4×1的存储向量码书的一个实例如下表1、表2和表3所列。符号v(N_t,L)表示向量码书（即，复单位向量的集合），其由2^L个维数为N_t的单位向量组成。数字L是可以指示码书中的任意向量的反馈索引所需的位数。

表1 v(2,3)

表2 v(3,3)

表3 v(4,3)

用于多流传输的矩阵码书是利用接下来描绘的三个操作根据前面章节中的向量码书构造而成的。假定，本章节中的所有单位向量都是具有单位范数的复数，并且每个向量的第一项都是实数。第一个操作称为Householder反射变换。它是利用单位N向量v来生成N×N酉

(1)

矩阵H(v)，如下：

其中w=v-e₁并且e₁=[1 0 …0 0]^T；并且它是实数，它可以预先计算并为每个向量存储在表中；I是N×N单位矩阵；^H表示共轭转置操作。

其它两个操作建立在Householder变换上。其中之一称为H-并置，另一个称为H-扩展，其中“H”代表Householder。H-并置（HC）利用Householder变换从单位N向量和(N-1)×M酉矩阵生成N×(M+1)酉矩阵，如下所示：

HC (v_{N}, A_{(N - 1) \times M}) = H (v_{N}) [\begin{matrix} 1 & 0 & \cdot \cdot \cdot & 0 \\ 0 \\ \cdot \\ \cdot & A_{(N - 1) \times M} \\ \cdot \\ 0 \end{matrix}] - - - (3)

其中，N-1≥M；(N-1)×M酉矩阵具有A^HA=I的性质。因为左边两项是酉式，所以HC的输出是酉矩阵。H-扩展（HE）通过取H(v)的最后M列而从单位N向量v_N生成N×l矩阵，如下所示：

HE(v_N，l)＝H(v_N)_{：，N-l+1：N}， (4)

CGA108可以选择性地采用(2)、(3)和(4)中定义的一个或多个操作来共同生成矩阵码书，如下所述。在表中，K位码书是指该码书具有2^K个矩阵，这需要K位反馈索引。

表4采用3、6和9位码书的N_t×N_s波束形成矩阵的构造操作

操作（即，H、HC和HE）的输入参数中的集合符号v(N_t,L)表示依序取码书v(N_t,L)中的每个向量作为操作的输入参数。反馈索引是通过将输入变元向量码书的所有二进制格式的索引并置在一起构造而成的。例如，将HC(v(4,6),v(3,3))的反馈索引构造成i₂j₂，其中i₂和j₂分别是码书v(4,6)和v(3,3)中的向量的二进制格式的索引。

性能分析

暂时转到图3，根据本发明的一个实施例，描绘通过利用码书生成代理实现的性能改进的图形表示。模拟所提出的码书生成技术，并将这些技术与常规技术进行比较。频率置换是802.16eD5标准中的BandAMC。采用具有0.2发射天线相关性的ITUPedestrianB,LOS信道模型。假定具有完美的信道估计和缓慢的速度。从移动装置（如106）到基站（如102）的反馈量是每个AMC频带6位。参照图3，反馈是指向64-码字码书中的矩阵码字的码书索引。模拟下行链路处的包错误率（PER），其中包大小是1000字节。如图3所示，模拟结果表明，与常规技术304相比，所提出的技术302提供类似或更好的性能，同时具有低得多的存储复杂度。

在引入上文中关于图1和图2的CGA108的通信环境和工作特性后，现在参照图4，其提供可以实践CGA108的实例电子装置架构。

图4示出根据一个实施例可以实践本发明的教导的电子装置的实例架构的框图。电子装置400包括天线、物理层（PHY）402、媒体接入控制（MAC）层404、网络接口406、处理器408和存储器410。在一些实施例中，电子装置400可以是能够如上所述通过选择性地执行Householder变换根据由2、3、4、…N-单位向量的向量码书动态生成的矩阵码字生成一个或多个矩阵码字的站。在其它实施例中，电子装置400可以是接收量化列向量并在MIMO系统中执行波束形成的站。例如，电子装置400可以在无线网络中用作站102或站104（图1）。又如，电子装置400可以是能够执行如上式中的任一式所示的计算的站。

在一些实施例中，电子装置400可以表示包括接入点、移动站、基站或用户单元以及其它电路的系统。例如，在一些实施例中，电子装置400可以是包括作为外围设备或集成单元的接入点或移动站的诸如个人计算机的计算机、工作站等。此外，电子装置40可以包括共同耦合在网络中的一系列接入点。

在工作中，装置400可以利用一个或多个天线发送和接收信号，其中如图4所示的各个元件处理这些信号。这里所用的天线可以是支持MIMO处理的天线阵列或任意类型的天线结构。装置400可以部分或完全顺应诸如上文介绍的802.11或802.16标准的无线网络标准来工作。

物理层（PHY）402选择性地耦合到一个或多个天线以便与无线网络交互。PHY402可以包括用于支持射频（RF）信号的传输和接收的电路。例如，在一些实施例中，PHY402可以包括用于接收信号并执行诸如低噪音放大（LNA）、过滤、频率转换等“前端”处理的RF接收器。此外，在一些实施例中，PHY402可以包括用于支持MIMO信号处理的变换机构和波束形成电路。又如，在一些实施例中，PHY402可以包括用于支持频率向上转换的电路和RF发射器。

媒体接入控制（MAC）层404可以是任何合适的媒体接入控制层实现。例如，MAC404可以在软件或硬件或其任意组合中实施。在一些实施例中，MAC404的一部分可以在硬件中实施，并且一部分可以在由处理器408执行的软件中实施。此外，MAC404可以包括与处理器408分开的处理器。

在工作中，处理器408可以从存储器410读取指令和数据，并对此做出响应而执行动作。例如，处理器408可以访问存储器410中的指令，并执行本发明的方法实施例，如方法200（图2）或本文所述的其它方法。在这方面，处理器408用于表示任意类型的处理器，包括但不限于微处理器、数字信号处理器、微控制器等。

存储器410表示包括机器可读介质的物品。例如，存储器410表示随机存取存储器（RAM）、动态随机存取存储器（DRAM）、静态随机存取存储器（SRAM）、只读存储器（ROM）、快闪存储器、或任何其它类型的包括可由处理器408读取的介质的物品。存储器410可以存储用于执行本发明的各种方法实施例的执行的指令。存储器410还可存储2、3、4、…N-单位向量的向量码书，但本发明在这方面不受限制。

网络接口406可以提供电子装置400和其它系统之间的通信。例如，在一些实施例中，电子装置400可以是利用网络接口406与有线网络通信或与其它接入点通信的接入点。在一些实施例中，电子装置400可以是利用总线或其它类型的端口与计算机或网络通信的网络接口卡（NIC）。

如这里所用，CGA108的实施例也可以在PHY402、MAC404、处理器408和/或其组合的一个或多个中实施。如上文所介绍，CGA108也可以在硬件、软件、固件或其组合中实施。

尽管图4中将装置400的各个元件描绘成不同元件，但设想可以组合一个或多个元件或可以包含更多元件的实施例。例如，也可以将处理器408、存储器410、网络接口406和MAC404的电路集成到单个集成电路中。或者，存储器410可以是处理器408内的内部存储器，或者可以是处理器408内的微程序控制存储装置。在一些实施例中，装置400的各个元件可以独立封装并安装在共同的电路板上。在其它实施例中，各个元件是共同封装在例如多芯片模块中的独立集成电路芯片，并且在其它实施例中，各个元件位于相同的集成电路芯片上。

备选实施例

图5示出包括内容的实例存储介质的框图，该内容被调用时会使访问机器实施码书生成代理108和/或相关方法300的一个或多个方面。在这方面，存储介质500可以包括内容502（如指令、数据或其任意组合），该内容502被执行时会使访问设备实施如上所述的码书生成代理262的一个或多个方面。

机器可读（存储）介质500可以包括但不限于软盘、光盘、CD-ROM和磁光盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡、快闪存储器或其它类型的适于存储电子指令的介质/机器可读介质。此外，也可以将本发明作为计算机程序产品下载，其中可以经由通信链路（如调制解调器、无线电或网络连接）通过在载波或其它传播介质中实施的数据信号将该程序从远程计算机传送到请求计算机。如这里所用，将所有这些介质广义地认为是存储介质。

应了解，本发明的实施例可以用于各种各样的应用。尽管本发明在这方面不受限制，但本文所公开的电路可以用于许多设备，如无线电系统的发射器和接收器。只是作为举例，要包含在本发明的范围内的无线电系统包括无线局域网（WLAN）装置和无线广域网（WWAN）装置，包括无线网络接口装置和网络接口卡（NIC）、基站、接入点（AP）、网关、桥、集线器、蜂窝式无线电话通信系统、卫星通信系统、双向无线通信系统、单向寻呼机、双向寻呼机、个人通信系统（PCS）、个人计算机（PC）、个人数字助理（PDA）、传感器网络、个域网（PAN）等，但本发明在这方面不受限制。这些装置也可以用于各种各样的应用中的任何一种应用。

本发明的实施例也可以包含在集成电路块中，这些集成电路块称为核心存储器、高速缓冲存储器或其它类型的存储将由微处理器执行的电子指令或存储可用于算术运算的数据的存储器。一般来说，根据所要求的主题的利用多级多米诺逻辑的实施例可以为微处理器提供益处，具体来说，可以结合到存储器装置的地址解码器中。注意，可以将这些实施例集成到无线电系统或手持便携式装置中，尤其当装置取决于减小的功率消耗时。因此，想要将膝上型计算机、蜂窝式无线电话通信系统、双向无线通信系统、单向寻呼机、双向寻呼机、个人通信系统（PCS）、个人数字助理（PDA）、照相机和其它产品包含在本发明的范围内。

本发明包括各种操作。本发明的操作可以由硬件组件执行，或者可以实施为机器可执行内容（如指令），这些内容可用于使编制有这些指令的通用或专用处理器或逻辑电路执行这些操作。或者，这些操作可以由硬件和软件的组合执行。此外，尽管就计算设备描述了本发明，但本领域的技术人员将明白，该功能性也可以在多个备选实施例中的任一实施例中实施，如集成在通信设备（如蜂窝式电话）中。

在以上描述中，为了说明的目的，阐述了众多特定细节，以便充分理解本发明。但是，本领域的技术人员将明白，没有这些特定细节中的一些细节仍可以实践本发明。在其它情况下，以框图形式示出众所周知的结构和装置。预期发明概念的许多变型在本发明的范围和精神内。在这方面，提供具体说明的实例实施例，它们不是用来限制本发明的，而只是为了说明本发明。因此，本发明的范围不是由上文提供的特定实例决定的，而只是由所附权利要求的明确语言决定的。

Claims

1.一种装置，包括：

2. 如权利要求1所述的装置，所述处理器电路设置成从码书中选择向量，并且将变换应用于所选择的向量以便形成所述预编码矩阵。

3. 如权利要求1或2所述的装置，所述处理器电路设置成将Householder反射变换应用于向量以便形成多列的矩阵。

4. 如权利要求1-3中任一项所述的装置，所述处理器电路设置成将变换应用于向量以便形成N×N矩阵。

5. 如权利要求1-4中任一项所述的装置，所述处理器电路设置成将变换应用于向量以便形成4×4矩阵。

6. 如权利要求1-5中任一项所述的装置，所述处理器电路设置成从多列的矩阵中选择列的子集作为所述预编码矩阵。

7. 如权利要求1-6中任一项所述的装置，包括：

在通信上与所述处理器电路耦合的存储器，所述存储器存储所述一个或多个向量；以及

物理层（PHY），在通信上与所述处理器电路和多个发射器天线耦合以便与所述远程设备交互。

8. 一种设备，包括：

9. 如权利要求8所述的设备，所述处理器电路设置成从码书中选择向量，并且将变换应用于所选择的向量以便形成所述预编码矩阵。

10. 如权利要求8或9所述的设备，所述处理器电路设置成将Householder反射变换应用于向量以便形成多列的矩阵。