一种4G预编码与天线端口映射模拟系统及方法与流程

一种4g预编码与天线端口映射模拟系统及方法
技术领域
1.本发明属于模拟技术领域，具体涉及一种4g预编码与天线端口映射模拟系统及方法。

背景技术：

2.对于4g网络物理层流程而言，预编码是空间复用、发送分集等多天线传输技术的关键步骤。通过预编码矩阵，层映射后的数据将转换到相应的天线端口。当配置的天线端口数量、传输模式变化时，使用的预编码矩阵也可能发生变化。根据3gpp协议，天线端口是逻辑概念，在进行时频资源映射后，需要进一步映射到物理天线，才能形成实际的基带数据。为了研发和生产满足3gpp协议规范的支持多天线数据传输的4g移动通信终端，需要具备预编码与天线端口映射模拟功能的测试仪器，产生激励信号，进而验证终端设备的通信性能。
3.目前，4g物理层预编码域天线端口映射模拟系统主要分为两大类，一种以美国是德科技n7624c软件为代表，另一种以德国罗德施瓦茨winiqsim2软件为代表。在以n7624c软件为代表的第一类系统中，当传输模式为7～10时，需要设置预编码矩阵，预编码矩阵元素通过手工设置，而不是通过码本索引确定。该类软件的预编码矩阵设置界面如图1所示。
4.在该类系统中，天线端口数不能大于物理天线数，并且天线端口与物理天线是一一映射的关系，一个天线端口对应一个物理天线。当物理天线数大于天线端口数时，部分物理天线与天线端口不存在映射关系。
5.在以winiqsim2软件为代表的第二类系统中，当传输模式为空间复用、波束赋形时，可设置预编码矩阵，并且预编码矩阵元素通过码本索引确定，不能通过手工输入预编码矩阵元素。当高层协议参数alternativecodebookenabledfor4tx已配置或传输模式9/10时，需要用两个码本索引确定预编码矩阵，否则仅使用一个码本索引确定预编码矩阵。该类系统中，使用一个码本索引和两个码本索引确定预编码矩阵的方式分别如图2和图3所示。在图3中，“use alternative codebooks”参数勾选，表示高层协议参数已配置。
6.在该类系统中，当传输模式为8/9/10时，使用的天线端口数与层数相同；预编码矩阵的列数为层数，行数不超过物理天线数(最大为4)。例如，当传输模式为10且层数为8时，使用天线端口7～14，根据两个码本索引确定的预编码矩阵为应当为八行八列，但该类系统截取了前四行作为最终的预编码矩阵，如图4所示。
7.在该类系统中，天线端口0～3与物理天线的映射通过勾选框完成，如图5所示。映射矩阵的行数为物理天线数，列数为天线端口数，并且天线端口数与物理天线数相同，某个勾选框勾选表示该列对应的天线端口映射到该行对应的物理天线。对于天线端口7～14，该类系统并不支持模拟天线端口到物理天线的映射。
8.综合分析目前两种主流的预编码和天线端口映射模拟系统，可以总结出现有技术存在如下两个不足：
9.1、预编码矩阵模拟过程不符合3gpp协议规范。在第一类系统中，预编码矩阵元素
通过手工一一设置而不依赖于码本索引。在第二类系统中，当传输模式为8/9/10时，使用的天线端口数与层数相同，预编码矩阵的列数为层数；当传输模式为9/10时，若天线端口数大于物理天线数，则会截取协议规定的预编码矩阵中列数为层数、行数为物理天线数的子矩阵作为最终的预编码矩阵。
10.2、天线端口到物理天线的映射采用一一映射或勾选框的方式，既无法各个需传输数据的天线端口都映射到物理天线，造成数据丢失，也使得映射过程不够灵活。

技术实现要素：

11.针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种4g预编码与天线端口映射模拟系统及方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。
12.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
13.一种4g预编码与天线端口映射模拟系统，包括预编码设置单元和天线端口映射设置单元；其中，预编码设置单元的界面包括预编码方案、码字个数、层数、使用的天线端口、使用替代码本、码本索引和码本索引2、循环延迟分集方式以及预编码矩阵；
14.预编码方案，包括“空间复用”、“发送分集”和“波束赋形”；当预编码方案参数为“波束赋形”时，表示使用用户专用rs，此时出现传输方案参数，并能够通过参数进一步选择传输模式7～10中的一种；
15.码字个数，根据预编码方案和单/双码字传输方式确定；当预编码方案参数为“发送分集”时，码字个数为1；当预编码方案参数为“空间复用”或“波束赋形”时，单码字传输时码字个数为1，双码字传输时码字个数为2；
16.层数根据码字个数、物理天线数和预编码方案确定；当预编码方案为“发送分集”时，层数与物理天线数相同；预编码方案为“空间复用”时，层数能够码字个数～4之间的某个值。当预编码方案为“波束赋形”时，若传输方案为传输模式7或8，则层数为码字个数，其中传输模式7用于单码字传输，传输模式8能够用于单/双码字传输；若传输方案为传输模式9或10，则在单码字传输时，层数能够为1～4之间的某个值，在双码字传输时，层数能够为2～8之间的某个值；
17.使用的天线端口与预编码方案相关；当预编码方案为“发送分集”或“空间复用”时，天线端口数与物理天线数相同，使用的天线端口为{0,1}或{0,1,2,3}；当预编码方案为“波束赋形”时，若传输方案为传输模式7，则使用的天线端口为5；若传输方式为传输模式8，使用2个天线端口或4个天线端口；若传输方式为传输模式9/10，则使用的天线端口为7～14；
18.使用替代码本，用来指示高层协议参数是否已配置，勾选表示该参数已配置，未勾选表示该参数未配置；该参数在预编码方案为“波束赋形”、传输方案为传输模式8且物理天线数为4时出现，用于启用/停用增强的4天线码本，当预编码方案为“波束赋形”且传输方案为传输模式9/10时，该参数始终已配置；
19.码本索引和码本索引2，用于确定预编码矩阵；其中码本索引2在高层协议参数已配置或传输方案为传输模式9/10或时出现，其余情况使用一个码本索引确定预编码矩阵；当预编码方案为“空间复用”且循环延迟分集方式为“大延迟”时，不使用码本索引确定预编码矩阵；
20.循环延迟分集方式，在预编码方案为“空间复用”时出现，用于确定空间复用时是否使用循环延迟分集，该参数、码本索引与层数共同确定预编码矩阵；
21.预编码矩阵，用于展示矩阵元素，元素值基于3gpp协议，根据一个或两个码本索引确定；矩阵的行数为天线端口数，列数为层数；根据天线端口数和层数不同而呈现不同形式的矩阵；
22.天线端口映射设置单元，通过灵活设置矩阵元素，能够定义多种不同的天线端口到物理天线的映射方式，映射坐标系支持笛卡尔坐标和极坐标。
23.此外，本发明还提到一种4g预编码与天线端口映射模拟方法，该方法采用如上所述的一种4g预编码与天线端口映射模拟系统，具体包括如下步骤：
24.步骤1：读取物理天线个数、预编码方案；
25.步骤2：判断预编码方案是否为“发送分集”；
26.若：判断结果是预编码方案为“发送分集”，则执行步骤3；
27.或判断结果是预编码方案不为“发送分集”，则执行步骤4；
28.步骤3：码字个数为1，层数为物理天线数；判断物理天线数是否为2；
29.若：判断结果是物理天线数为2，则使用的天线端口为{0,1}；
30.或判断结果是物理天线数不为2，则使用的天线端口为{0～3}；
31.步骤4：根据单/双码字传输方式确定码字个数；然后执行步骤5；
32.步骤5：判断预编码方案是否为“空间复用”；
33.若：判断结果是预编码方案为“空间复用”，则执行步骤6；
34.或判断结果是预编码方案不为“空间复用”，则执行步骤7；
35.步骤6：判断循环延迟分集方式是否为大延迟；若判断结果是循环延迟分集方式为大延迟，则不需要层数和码本索引，直接调用预编码矩阵算法，计算出预编码矩阵；或判断结果是循环延迟分集方式不为大延迟，则进一步读取层数和码本索引，从而确定预编码矩阵；
36.步骤7：预编码方案为波束赋形，判断传输方案是否为传输模式7或8；
37.若判断结果是传输方案不为传输模式7或8，则使用的天线端口为{7～14}，读取码本索引2；然后读取层数，单码字传输时，层数为1～4之间的某个值，在双码字传输时，层数为2～8之间的某个值；进一步读取码本索引，从而确定预编码矩阵；
38.或判断结果是传输方案为传输模式7或8，则层数＝码子个数；进一步判断传输方案是否为传输模式7；
39.若判断结果是传输方案为传输模式7，则使用的天线端口为{5}；进一步读取码本索引，从而确定预编码矩阵；
40.或判断结果是传输方案不为传输模式7，则进一步判断物理天线数是否为2；
41.若判断结果是物理天线数为2，则使用的天线端口为{7,8}；进一步读取码本索引，从而确定预编码矩阵；
42.或判断结果是物理天线数不为2，则使用的天线端口为{7～10}；判断高层协议参数alternativecodebookenabledfor4tx是否已配置，若未配置，则读取码本索引，进而确定预编码矩阵；若已配置，则需要读取码本索引2；进一步读取码本索引，从而确定预编码矩阵；
43.步骤8：确定预编码矩阵后，然后执行天线端口映射过程，读取映射矩阵元素值，从而完成天线端口到物理天线的映射。
44.本发明所带来的有益技术效果：
45.1、对于“空间复用”、“发送分集”和“波束赋形”等三种预编码方案，提出完整的预编码模拟流程。预编码方案为“波束赋形”时，根据传输方案和物理天线数确定使用的天线端口。预编码方案为“波束赋形”且传输方案为9/10时，保留完整的行数为天线端口数、列数为层数的预编码矩阵。预编码模拟过程不仅可行，而且更加符合协议规范。
46.2、在现有技术的小区专用天线端口({0～4})映射到物理天线的基础上，新增用户专用天线端口({5,7～14})到物理天线的映射模拟功能，并且使用矩阵运算的方式进行天线端口映射。矩阵元素可自定义设置，并兼容现有技术中的天线端口映射方式，因此天线端口映射模拟过程更加灵活。
附图说明
47.图1为第一类4g预编码与天线端口映射模拟系统的典型预编码矩阵设置方式示意图；
48.图2为第二类4g预编码与天线端口映射模拟系统的典型预编码矩阵设置方式(使用1个码本索引)示意图；
49.图3为第二类4g预编码与天线端口映射模拟系统的典型预编码矩阵设置方式(使用2个码本索引)示意图；
50.图4为第二类4g预编码与天线端口映射模拟系统的典型预编码矩阵(传输模式为8/9/10)示意图；
51.图5第二类4g预编码与天线端口映射模拟系统的天线端口0～3到物理天线的映射方式示意图；
52.图6为预编码设置界面示意图；
53.图7为小区专用天线端口与物理天线的映射设置示意图；
54.图8为用户专用天线端口与物理天线的映射设置示意图；
55.图9为本发明工作流程图。
具体实施方式
56.下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
57.本发明提出的预编码和天线端口映射模拟系统包括预编码设置和天线端口映射设置两部分。物理天线数为1时，无法使用预编码；只有物理天线数为2或4时才可以使用预编码。预编码设置的界面如图6所示，其主要参数说明如下。
58.1、预编码方案包括“空间复用”、“发送分集”和“波束赋形”。当预编码方案参数为“波束赋形”时，表示使用用户专用rs，此时出现传输方案参数，并可通过参数进一步选择传输模式7～10中的一种。
59.2、码字个数根据预编码方案和单/双码字传输方式确定。当预编码方案参数为“发送分集”时，码字个数为1；当预编码方案参数为“空间复用”或“波束赋形”时，单码字传输时码字个数为1，双码字传输时码字个数为2。
60.3、层数根据码字个数、物理天线数和预编码方案确定。当预编码方案为“发送分集”时，层数与物理天线数相同。预编码方案为“空间复用”时，层数可以码字个数～4之间的某个值。当预编码方案为“波束赋形”时，若传输方案为传输模式7或8，则层数为码字个数，其中传输模式7用于单码字传输，传输模式8可用于单/双码字传输；若传输方案为传输模式9或10，则在单码字传输时，层数可以为1～4之间的某个值，在双码字传输时，层数可以为2～8之间的某个值。
61.4、使用的天线端口与预编码方案相关。当预编码方案为“发送分集”或“空间复用”时，天线端口数与物理天线数相同，使用的天线端口为{0,1}或{0,1,2,3}。当预编码方案为“波束赋形”时，若传输方案为传输模式7，则使用的天线端口为5；若传输方式为传输模式8，使用2个天线端口(7-8)或4个天线端口(7-10)；若传输方式为传输模式9/10，则使用的天线端口为7～14。
62.5、使用替代码本用来指示高层协议参数alternativecodebookenabledfor4tx是否已配置，勾选表示该参数已配置，未勾选表示该参数未配置。该参数在预编码方案为“波束赋形”、传输方案为传输模式8且物理天线数为4时出现，用于启用/停用增强的4天线码本，增强4天线码本是r12版本提出的进一步的下行mimo增强特性。当预编码方案为“波束赋形”且传输方案为传输模式9/10时，该参数始终已配置。
63.6、码本索引和码本索引2用于确定预编码矩阵，其中码本索引2在高层协议参数alternativecodebookenabledfor4tx已配置或传输方案为传输模式9/10或时出现，其余情况使用一个码本索引确定预编码矩阵。当预编码方案为“空间复用”且循环延迟分集方式为“大延迟”时，不使用码本索引确定预编码矩阵。
64.7、循环延迟分集方式在预编码方案为“空间复用”时出现，用于确定空间复用时是否使用循环延迟分集(cdd)，该参数、码本索引与层数共同确定预编码矩阵。
65.8、预编码矩阵部分用于展示矩阵元素，元素值基于3gpp协议，根据一个或两个码本索引确定。矩阵的行数为天线端口数，列数为层数。根据天线端口数和层数不同而呈现不同形式的矩阵，图6展现了1、2、4、8天线端口下，层数与天线端口数相同的预编码矩阵样式示例。
66.4g预编码的小区专用天线端口和用户专用天线端口与物理天线之间的映射关系设置界面分别如图7和图8所示。通过灵活设置矩阵元素，可定义多种不同的天线端口到物理天线的映射方式，映射坐标系支持笛卡尔坐标和极坐标。在图8中，小区可以选择主小区和辅小区，因此可以对主/辅小区中预编码过程中使用的天线端口到物理天线的映射方式进行设置。
67.本发明提出的4g预编码域天线端口映射模拟系统的工作流程如图9所示，首先读取物理天线个数、预编码方案。
68.当预编码方案为“发送分集”时，码字个数为1，层数为物理天线数。进一步判断物理天线数是否为2，若是，则使用的天线端口为{0,1}；若否则使用的天线端口为{0～3}。当预编码方案不为“发送分集”时，需要根据单/双码字传输方式确定码字个数。
69.当预编码方案为“空间复用”时，需要进一步判断循环延迟分集方式是否为大延迟，若是，则不需要层数和码本索引，直接调用预编码矩阵算法，计算出预编码矩阵元素；若否，则进一步读取层数(码字个数～4之间的某个值)和码本索引，从而确定预编码矩阵。
70.当预编码方案为“波束赋形”时，需要根据传输方案的不同采取不同流程。
71.1、当传输方案为传输模式7(单码字传输)时，层数为码字个数，并使用天线端口{5}，进一步读取码本索引，从而确定预编码矩阵。
72.2、当传输方案为传输模式8(单/双码字传输)时，层数为码字个数。进一步判断物理天线数是否为2，若是，则使用的天线端口为{7,8}；若否，则使用的天线端口为{7～10}。当物理天线数为4时，需要进一步判断高层协议参数alternativecodebookenabledfor4tx是否已配置，若未配置，则读取码本索引，进而确定预编码矩阵；若已配置，则需要读取码本索引2，进一步读取码本索引，从而确定预编码矩阵。
73.3、当传输方案为传输模式9或10时，使用的天线端口为{7～14}，并读取码本索引2。然后读取层数(单码字传输时，层数为1～4之间的某个值，在双码字传输时，层数为2～8之间的某个值)。进一步读取码本索引，从而确定预编码矩阵。
74.确定预编码矩阵后，然后执行天线端口映射过程，读取映射矩阵元素值，从而完成天线端口到物理天线的映射。
75.关键点和保护点1：
76.在预编码模拟过程中，预编码方案为“波束赋形”时，根据传输方案和物理天线数确定使用的天线端口，并使用一个或两个码本索引确定预编码矩阵
77.本发明提出的方法中，预编码方案为“波束赋形”时，对于传输方案为传输模式8的情形，若物理天线数为2，则使用的天线端口为{7,8}，若物理天线数为4，则使用的天线端口数为{7～10}。对于传输方案为传输模式9/10，使用的天线端口为{7～14}。当传输方案为传输模式9/10，或者传输方案为传输模式8且物理天线数为4时，使用两个码本索引确定预编码矩阵，否则使用一个码本索引确定预编码矩阵。
78.关键点和保护点2：
79.在预编码模拟过程中，预编码方案为“波束赋形”且传输方案为9/10时，保留完整的行数为天线端口数、列数为层数的预编码矩阵
80.本发明提出的方法中，当预编码方案为“波束赋形”且传输方案为9/10时，使用的天线端口为{7～14}，天线端口数大于物理天线数。单码字传输时，层数为1～4之间的某个值，在双码字传输时，层数为2～8之间的某个值。根据两个码本索引、层数，调用预编码矩阵算法流程，计算预编码矩阵。最终的预编码矩阵行数为天线端口数，列数为层数，不会截取列数为层数、行数为物理天线数的子矩阵作为最终的预编码矩阵。
81.关键点和保护点3：
82.使用映射矩阵的方式，将小区专用天线端口({0～4})和用户专用天线端口({5,7～14})映射到物理天线
83.本发明提出的方法中，小区专用天线端口({0～4})和用户专用天线端口({5,7～14})通过矩阵计算的方式映射到物理天线。天线端口映射矩阵的行数为物理天线数，列数为天线端口数。矩阵元素可自定义设置，并兼容现有技术中的天线端口映射方式。
84.当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种4g预编码与天线端口映射模拟系统，其特征在于：包括预编码设置单元和天线端口映射设置单元；其中，预编码设置单元的界面包括预编码方案、码字个数、层数、使用的天线端口、使用替代码本、码本索引和码本索引2、循环延迟分集方式以及预编码矩阵；预编码方案，包括“空间复用”、“发送分集”和“波束赋形”；当预编码方案参数为“波束赋形”时，表示使用用户专用rs，此时出现传输方案参数，并能够通过参数进一步选择传输模式7～10中的一种；码字个数，根据预编码方案和单/双码字传输方式确定；当预编码方案参数为“发送分集”时，码字个数为1；当预编码方案参数为“空间复用”或“波束赋形”时，单码字传输时码字个数为1，双码字传输时码字个数为2；层数根据码字个数、物理天线数和预编码方案确定；当预编码方案为“发送分集”时，层数与物理天线数相同；预编码方案为“空间复用”时，层数能够码字个数～4之间的某个值。当预编码方案为“波束赋形”时，若传输方案为传输模式7或8，则层数为码字个数，其中传输模式7用于单码字传输，传输模式8能够用于单/双码字传输；若传输方案为传输模式9或10，则在单码字传输时，层数能够为1～4之间的某个值，在双码字传输时，层数能够为2～8之间的某个值；使用的天线端口与预编码方案相关；当预编码方案为“发送分集”或“空间复用”时，天线端口数与物理天线数相同，使用的天线端口为{0,1}或{0,1,2,3}；当预编码方案为“波束赋形”时，若传输方案为传输模式7，则使用的天线端口为5；若传输方式为传输模式8，使用2个天线端口或4个天线端口；若传输方式为传输模式9/10，则使用的天线端口为7～14；使用替代码本，用来指示高层协议参数是否已配置，勾选表示该参数已配置，未勾选表示该参数未配置；该参数在预编码方案为“波束赋形”、传输方案为传输模式8且物理天线数为4时出现，用于启用/停用增强的4天线码本，当预编码方案为“波束赋形”且传输方案为传输模式9/10时，该参数始终已配置；码本索引和码本索引2，用于确定预编码矩阵；其中码本索引2在高层协议参数已配置或传输方案为传输模式9/10或时出现，其余情况使用一个码本索引确定预编码矩阵；当预编码方案为“空间复用”且循环延迟分集方式为“大延迟”时，不使用码本索引确定预编码矩阵；循环延迟分集方式，在预编码方案为“空间复用”时出现，用于确定空间复用时是否使用循环延迟分集，该参数、码本索引与层数共同确定预编码矩阵；预编码矩阵，用于展示矩阵元素，元素值基于3gpp协议，根据一个或两个码本索引确定；矩阵的行数为天线端口数，列数为层数；根据天线端口数和层数不同而呈现不同形式的矩阵；天线端口映射设置单元，通过灵活设置矩阵元素，能够定义多种不同的天线端口到物理天线的映射方式，映射坐标系支持笛卡尔坐标和极坐标。2.一种4g预编码与天线端口映射模拟方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的一种4g预编码与天线端口映射模拟系统，具体包括如下步骤：步骤1：读取物理天线个数、预编码方案；步骤2：判断预编码方案是否为“发送分集”；若：判断结果是预编码方案为“发送分集”，则执行步骤3；
或判断结果是预编码方案不为“发送分集”，则执行步骤4；步骤3：码字个数为1，层数为物理天线数；判断物理天线数是否为2；若：判断结果是物理天线数为2，则使用的天线端口为{0,1}；或判断结果是物理天线数不为2，则使用的天线端口为{0～3}；步骤4：根据单/双码字传输方式确定码字个数；然后执行步骤5；步骤5：判断预编码方案是否为“空间复用”；若：判断结果是预编码方案为“空间复用”，则执行步骤6；或判断结果是预编码方案不为“空间复用”，则执行步骤7；步骤6：判断循环延迟分集方式是否为大延迟；若判断结果是循环延迟分集方式为大延迟，则不需要层数和码本索引，直接调用预编码矩阵算法，计算出预编码矩阵；或判断结果是循环延迟分集方式不为大延迟，则进一步读取层数和码本索引，从而确定预编码矩阵；步骤7：预编码方案为波束赋形，判断传输方案是否为传输模式7或8；若判断结果是传输方案不为传输模式7或8，则使用的天线端口为{7～14}，读取码本索引2；然后读取层数，单码字传输时，层数为1～4之间的某个值，在双码字传输时，层数为2～8之间的某个值；进一步读取码本索引，从而确定预编码矩阵；或判断结果是传输方案为传输模式7或8，则层数＝码子个数；进一步判断传输方案是否为传输模式7；若判断结果是传输方案为传输模式7，则使用的天线端口为{5}；进一步读取码本索引，从而确定预编码矩阵；或判断结果是传输方案不为传输模式7，则进一步判断物理天线数是否为2；若判断结果是物理天线数为2，则使用的天线端口为{7,8}；进一步读取码本索引，从而确定预编码矩阵；或判断结果是物理天线数不为2，则使用的天线端口为{7～10}；判断高层协议参数alternativecodebookenabledfor4tx是否已配置，若未配置，则读取码本索引，进而确定预编码矩阵；若已配置，则需要读取码本索引2；进一步读取码本索引，从而确定预编码矩阵；步骤8：确定预编码矩阵后，然后执行天线端口映射过程，读取映射矩阵元素值，从而完成天线端口到物理天线的映射。

技术总结

本发明公开了一种4G预编码与天线端口映射模拟系统及方法，属于模拟技术领域。本发明对于“空间复用”、“发送分集”和“波束赋形”等三种预编码方案，提出完整的预编码模拟流程；预编码方案为“波束赋形”时，根据传输方案和物理天线数确定使用的天线端口；预编码方案为“波束赋形”且传输方案为9/10时，保留完整的行数为天线端口数、列数为层数的预编码矩阵。预编码模拟过程不仅可行，而且更加符合协议规范；新增用户专用天线端口({5,7～14})到物理天线的映射模拟功能，并且使用矩阵运算的方式进行天线端口映射。矩阵元素可自定义设置，并兼容现有技术中的天线端口映射方式，因此天线端口映射模拟过程更加灵活。映射模拟过程更加灵活。映射模拟过程更加灵活。