专利名称：产生用于多极化的多入多出系统的码书的码书产生方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明的各方面涉及多入多出(MIMO)系统，更具体地，涉及一种在MIMO系统中^f吏用的预编码矩阵的码书和产生在这样的MIMO系统中使用的码书的方法。
背景技术：
目前，用于在无线通信环境中提供各种多々某体服务的无线通信技术正在扩展。在无线通信系统中提供高质量多媒体服务需要高速数据传输。因此，已经进行了各种研究以支持在这样的无线通信系统中的高速数据传输。 一种最近的实现高速数据传输的想法涉及在发送器和接收器两者使用多天线，被称为多入多出(MIMO)系统。
MIMO技术通过在发送器和接收器两者使用多天线使具有有限的频率资源的信道容量和数据传输率显著增加。在这样的MIMO系统中，当实际是分散条件时使用多个天线，理论上，MIMO系统提供与天线的数量成比例的信道容量。这样的MIMO技术可作为下一代移动通信系统(例如，第三代合作伙伴计划(3GPP)、超级3G(或3G长期演进"LTE，，)、 3GPP2和即将到来的4G系统)的重要组成部分，具体地，用于从单个基站到多个用户设备的下行链路。
然而，当采用MIMO技术时，安装天线的物理空间和面积可能是有限的。使用MIMO技术的通信系统很大程度上受到天线之间的间距的影响。特别地，随着天线之间的间距变得更小，可产生更高的无线信道之间的相关性。具体地，当天线具有相同极化时，可产生更高的无线信道之间的相关性。无线信道之间产生的相关性降低了数据通信的可靠性，并且还降低了数据传输率。
因此，需要使用天线的极化方向的各种方法以降低安装多天线的面积并且还增加系统容量。当在MIMO系统中使用多极天线时，可降低无线信道之间的相关性。
在MIMO系统中，需要被称为预编码的编码操作以经由无线信道有效发送数据，从而最大化系统性能和容量。预编码表示多层波束赋形，其中，根据数据预编码规则(即，适当的相位(和增益)加权)从每个天线发射传输信号(数据)，从而最大化接收器输入的信号功率并最小化多径衰退影响。可根据预编码矩阵(即， 一组波束赋形向量)表示权重，并从码书中的一组预编码矩阵选4奪权重。
目前，存在设计用于单极化MIMO方案的具体情况的各种类型的码书，在单极化MIMO方案中天线的极化是单极化。然而，还没有提供与多极化MIMO方案的情况相关联的有效码书，在多极化MIMO方案中，天线的极化是多极化。设计用于单极化MIMO方案的现有码书对于多极化MIMO方案不
能是最优的。
因此，需要一种即使天线的极化是多极化也能产生用于MIMO系统的具有低复杂度和优秀性能的码书的方法和设备。
发明内容
技术问题
本发明的各方面提供一种产生用于多极化多入多出(MIMO)系统的码书的方法和设备，即使天线的极化是多极化所述方法和设备也能够使用单极化预编码矩阵产生预编码矩阵，从而获得容易产生的优秀的预编码矩阵。
将在以下的描述中部分地阐述本发明的另外方面和/或优点，部分地，通过描述将是明显的，或可通过本发明的实践而得知。
本发明的各方面还提供一种在多极化MIMO系统中产生码书的方法和设备，所述方法和设备能够根据传输阶(transmission rank)重构预编码矩阵。
本发明的各方面还提供一种在多才及化MIMO系统中产生码书的方法和设备，当发射天线的极化方向旋转时所述方法和设备能够产生旋转的矩阵，能够灵活地配合极化方向的改变。技术方案
根据本发明的一方面，提供一种产生在多极化MIMO中使用的码书的方法，所述方法包括将单极化预编码矩阵分配到以块对角结构排列的多个块中的每个对角块，在所述块对角结构中，对角块的数量与发射天线的极化方
i。' '；、 、 、A'、' 、 ^ 、、
12根据本发明的另一方面，码书产生方法还可包括通过对分配给对角块
的单极化预编码矩阵和分配给块对角结构内的其余的块的零矩阵进行组合来
产生用于多极化MIMO的预编码矩阵。
根据本发明的另一方面，码书产生方法还可包括通过根据与将要发送的数据流相应的传输阶从预编码矩阵中选择至少 一个列向量来重构预编码矩阵。
根据本发明的另一方面，码书产生方法还可包括当发射天线的极化方向旋转时使用预编码矩阵和与极化方向的旋转角度相应的旋转的矩阵产生旋转的预编码矩阵。
根据本发明的另一方面，码书产生方法还可包括使用对角矩阵调整包括在重排的矩阵中的每个元的相位。
根据本发明的另一方面，提供一种产生用于多极化MIMO的码书的设备，所述设备包括单极化预编码矩阵分配单元，将单极化预编码矩阵分配给排列在块对角结构中的多个块中的每个对角块，在所述块对角结构中，'对角块的数量与发射天线的极化方向的数量相应；零矩阵分配单元，将零矩阵分配给块对角结构内除了对角块之外的每个其余的块。
除了以上描述的示例实施例和方面，通过参照附图和以下描述的教导，另外的方面和实施例将是清楚的。
通过下面结合附图对示例实施例的详细描述，将更好地理解本发明，以下所有形成本发明的公开的 一部分。虽然以下描写和图示的公开集中于公开本发明的示例实施例，^f旦是应理解，其同样Y义是一种图示和示例的方式，而本发明不限于此。本发明的精神和范围仅由权利要求的项限定。下面表示附图的简要描述，其中
图1-图3示出根据本发明示例实施例的MIMO系统中的多极化发送/接收天线；
图4是示出根据本发明示例实施例的在多极化MIMO系统中使用的产生预编码矩阵的码书的方法的流程图5示出根据本发明示例实施例的在多极化MIMO系统中使用的预编码
矩阵；图6示出根据本发明示例实施例的在多极化MIMO系统中离散傅立叶变换(DFT)预编码矩阵被分配给对角块的预编码矩阵；以及
图7是示出根据本发明示例实施例的用于产生在多极化MIMO系统中使用的预编码矩阵的码书的码书产生设备的框图。
具体实施例方式
现在将详细参照本发明的现有实施例，本发明的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终表示相同的元件。以下通过参照附图描述实施例来解释本发明。
在详细描述本发明的实施例之前，在此提供设计用于包括离散傅立叶变换(DFT)码书和旋转的DFT码书的单极化MIMO的现有码书的示例，以帮助理解用于多极化MIMO的具体情况的新码书的构造。例如，在单极化MIMO系统中提供DFT预编码矩阵的DFT码书可表示如下
/ = ["(G),t/①,.,…,t/2M]:预编码矩阵集合，t/(w=[^,.....,f/L,]:第b预编码矩阵，
⑨
Um-!:矩阵U^中的第m列向量，
其中，B是指示那些"个DFT预编码矩阵中的一个所需的比特数量，M是发射天线的数量，"是作为DFT预编码矩阵的集合的DFT码书，U^是第b个DFT预编码矩阵。矩阵U⑨中的第m列向量可以表示为uJ2。特别地，DFT码书包括2(3)个DFT预编码矩阵。所述2("个DFT预编码矩阵中的每一个包括M个列向量。
另外，每个DFT预编码矩阵都是MxM矩阵，并且uS是具有m元的向量，并且可以是大小为Mxl的列向量。在DFT码书中，《可定义如下<formula>formula see original document page 15</formula>
也就是说，在DFT码书中存在2("个DFT预编码矩阵。每个DFT预编码矩阵都是MxM矩阵。另外，每个MxM DFT预编码矩阵包括M个列向量。每个列向量可以是Mxl列向量，可根据如上的等式2确定列向量的元。
例如，当两个(2)发射天线的极化是单极化时，DFT预编码矩阵可包括下面给出的两个矩阵
<formula>formula see original document page 15</formula>
与用于单极化MIMO系统的现有的DFT码书相反，旋转的DFT码书是在单极化MIMO系统中使用的旋转的DFT预编码矩阵的集合。这样的旋转的DFT码书可表示如下
《E， E ， …，E }:从而使
第i旋转的DFT预编码矩阵可表示如下[等式5]<formula>formula see original document page 16</formula>
其中，Z)F7^是单极化MIMO系统中的DFT预编码矩阵。通过将包括在 矩阵U^。
另外，在MIMO系统中，位于发送器方的发射天线将数据信号经由无线 信道发送到位于接收器方的接收天线。这些无线信道可被称为信道矩阵H。 在多极化MIMO系统中，信道矩阵H可被模型化为i/二义顿i7'。这里，符号 "砂，表示矩阵的Hadamard积并具有如下所示的计算规则
④
，
以下，将参照附图详细描述本发明。
现在转向图1-图3,示出了根据本发明示例实施例的用于多极化MIMO 信道的双极化发射/接收天线的各种组合。
参照图l,MIMO系统110包括安排在发送器方的两个发射天线(2Tx)111 和112以及安排在接收器方的两个接收天线(2Rx)113和114。两个发射天线 111和112相互垂直。因此，发射天线111和112经由无线信道(即，信道矩 阵H)发送的信号的极化方向相互正交。
对于2Tx-2Rx，预编码矩阵X可表示如下
.1 VF
被称为去极化因子的参数7可被认为是天线和信道的全局XPD (交叉极 化鉴别)。由于去极化因子的精确值取决于多个因素并且从一个无线环境到另 一无线环境变化，因此难以量化。这样的去极化因子可覆盖值0《;rSl的较宽
16范围。
相似地，如图2所示的另一 MIMO系统120包括安排在发送器方的四个 发射天线(4Tx)121、 122、 123和124以及安排在接收器方的两个接收天线 (4Rx)125和126。由两个发射天线121和122与其余的两个发射天线123和 124经由无线信道(即，信道矩阵H)发送的信号的极化方向相互正交。
对于4Tx-2Rx,预编码矩阵X可表示如下
<formula>formula see original document page 17</formula>
另夕卜，如图3所示的另一MIMO系统130包括安排在发送器方的四个发 射天线(4Tx)131、 132、 133和134以及安排在接收器方的四个接收天线 (4Rx)135、 136、 137和138。
对于4Tx-4Rx，预编码矩阵X可表示如下<formula>formula see original document page 17</formula>
其中，7是实凄t,并且0S;j^1。
参照等式7，矩阵X的第一列和第二列相应于两个发射天线(2Tx)121和 122，矩阵X的第三列和第四列相应于其他的两个发射天线(2Tx)123和124。
具体地，信道矩阵H可被;漠型化为H X H'。另外，如图3所示， 当在MIMO系统130中安排四个发射天线(4Tx)和四个接收天线(4Rx)时，预 编码矩阵X可以是4x4矩阵，如等式7所示。另外，四个发射天线(4Tx)131、 132、 133和134以两个极化方向发送信号。结果，矩阵X可被模型化为具有 正交方向的两个块的预编码矩阵。
当发射天线(Tx)与接收天线(Rx)之间的距离很小时，也就是，例如当用 户设备(UE)靠近基站(BS)时，被称为去极化因子的参数;r可以是接近于零 "0"。相反，当发射天线(Tx)与接收天线(Rx)之间的距离很大时，也就是，例如当无线网络内存在较大的小区时，义可以是接近于一 "1"。因此，当Z从
"0"改变到'T，(即，在0《；i^l的范围内)时，码书应该在单极化MIMO 系统和多极化MIMO系统中都具有优秀的性能。
图4是示出根据本发明示例实施例的在多极化MIMO系统中使用的产生 码书的方法的流程图。这样的码书设置有酉阵的集合，不仅设计用于多极化 MIMO方案，还用于单极化MIMO方案而不会明显降低性能。用于这样的多 极化MIMO的码书可被构建为块对角结构，被称为块对角多极化码书。相似 地，这样的块对角结构的在多极化MIMO中使用的预编码矩阵可被表示为 MxN，其中，M表示发送器方的发射天线的数量，N表示矩阵X中的数据流 的数量。可根据与发射天线的数量和将经由无线信道发送的数据流的数量中 的至少一个相应的传输阶(空间复用率)确定这样的矩阵的大小。例如，如 果发射天线(Tx)的数量是四(4)且传输阶(即，数据流的数量)也是四(4),则 矩阵的大小可以是4x4。
可根据块对角结构内的发射天线的极化方向的数量将这样的矩阵(块对 角多极化码书)组织或模型化为具有多个块。对角方向上的块被称为对角块。 在MxN矩阵中，术语"对角方向"是指从第一列第一行的元到第M列第N 行的元的方向。例如，当将4x4矩阵分割为4组2x2矩阵时，这样的两个2x2 矩阵被表征为"对角块" 一个2x2矩阵所包括的元既被包括在矩阵的第一 (Ist)列或第二 (2nd)列中，还被包括在矩阵的第一 (Ist)行或第二 (2nd) 行中，另一2x2矩阵所包括的元既被包括在矩阵的第三(3rd)列或第四(4th) 列中，还被包括在矩阵的第三(3rd)行或第四(4th)行中。
在这样的情况下，当发射天线的极化方向的数量是二(2)时，对角块的总 数量可以是二(2),而在块对角结构内的其余块的总数量可以是二(2)。相似地， 当发射天线的极化方向的数量是三(3)时，对角块的总数量可以是三(3),而其 余块的总数量可以是六(6)。
参照图4，在操作S210，将单极化预编码矩阵分配给对角块结构内的多 个块中的每个对角块。这样的单极化预编码矩阵是设计用于单极化MIMO的 预编码矩阵。
例如，分配给这样的块对角多极化码书中的对角块的单极化预编码矩阵 可包括在设计用于单极化MIMO的矩阵码书(例如，DFT码书或旋转的DFT 码书或其他矩阵码书)中选择的DFT预编码矩阵或旋转的DFT预编码矩阵。可将DFT预编码矩阵和旋转的DFT预编码矩阵中的任意一个分配给对角块。 另外，可根据具有相同极化方向的发射天线(Tx)的数量来确定单极化预 编码矩阵的大小。例如，假设发射天线(Tx)的总数量是八(8),两个发射天线 (2Tx)的极化方向是方向x,其余的六个发射天线(6Tx)的极化方向是方向y。 在这种情况下，方向x与方向y垂直。另外，极化方向的数量是二(2)，即， 方向x和方向y。因此，用于多极化MIMO的预编码矩阵可具有两个对角块。 另外，分配给一个对角块的单极化预编码矩阵的行数可以是六(6)，分配 给其余的一个对角块的单极化预编码矩阵的行数可以是二(2)。在这种情况下， 如果传输阶(transmission rank)是八(8)，更具体地，如果将方向x作为极化方 向的两个天线的传输阶是二(2)而将方向y作为极化方向的六个天线的传输阶 是六(6)，则可将2x2单^l化预编码矩阵分配给两个对角块中的任意一个，并 将6x6单极化预编码矩阵分配给两个对角块中的另外一个。
中的每一个。
特别地，将所有元都是"0"的零矩阵分配给根据发射天线的极化方向的 数量获得块对角结构内的块中不是对角块的块。
在操作S230，通过组合分配给对角块的单极化预编码矩阵和分配给块对 角结构内的其余块的零矩阵来随后产生用于多极化MIMO的预编码矩阵，即， 块对角多^1化码书。
例如，如果存在四个发射天线(4Tx),其中两个发射天线(2Tx)以方向x 为极化方向，其余两个发射天线(2Tx)以方向y作为极化方向，则用于多极化 MIMO系统的码书可包括例如由以下等式提供的4x4矩阵
<formula>formula see original document page 19</formula>
等式8的两个多极化预编码矩阵仅是本发明的示例。例如，可通过将分 两个零矩阵随^/L组合来产生多极化预编码矩阵。特别地，可通过根据发射天线的计划方向的数量将预编码矩阵组织为多
MIMO系统的预编码矩阵。随后将零矩阵分配到块对角结构内的其余块中的 每一个。
时，用于多极化MIMO的预编码矩阵的大小可以是4x4。另外，由于发射天 线的极化方向的数量是二(2)，因此可根据极化方向的数量将预编码矩阵组织 为总共四个(4)块。随后通过将单极化预编码矩阵分配给两个对角块的每一个 并将零矩阵分配给块对角结构内的不是上述两个(2)对角块的其余两个块中的 每一个来产生用于多极化MIMO的预编码矩阵(块对角多极化码书)。
在操作S240，随后，通过根据与将经由无线信道发送的数据流的数量相 应的传输阶从相同的矩阵中选择至少一个列向量来重构预编码矩阵(块对角 多极化码书)。
例如，可假设如果四个发射天线具有多个极性，则产生4x4预编码矩阵。 所述4x4预编码矩阵被给定如下 [等式9]
1 —1 0 0 0 0
00
00
11
1
参照等式9,当传输阶是二(2)时，可通过从包括在预编码矩阵中的四个 列向量选择两个列向量来重构预编码矩阵(块对角多极化码书)。特别地，可 重构等式9的预编码矩阵以产生具有大小为4x2的六个预编码矩阵，给定如 下<formula>formula see original document page 21</formula>当发射天线的数量是M,传输阶是r时，可产生MxM预编码矩阵。另 外，可通过才艮据传输阶选择列向量并重构预编码矩阵来产生Mxr预编码矩阵。特别地，根据本发明，可通过根据传输阶重构预编码矩阵从预编码矩阵 移除不必要的列向量，从而可有效地产生码书。在操作S250,当发射天线的极化方向旋转时，使用预编码矩阵和旋转的 矩阵产生旋转的预编码矩阵。旋转的矩阵可相应于发射天线(Tx)的极化方向 的旋转角度。可以以各种方式实施发射天线的阵列结构。例如，在多极化MIMO系统 中，可相对于参考平面垂直地安装与一个极化方向相应的发射天线，并相对 于参考平面水平地安装与另一极化方向相应的发射天线。另外，可相对于参平面以-45度的方向安装与另 一极化方向相应的发射天线。
须使用旋转的预编码矩阵对数据流进行波束赋形。可通过旋转的预编码矩阵 产生旋转的预编码矩阵。特别地，可通过将预编码矩阵与旋转的矩阵相乘来 产生旋转的预编码矩阵。
例如，当假设以相对于参考平面+45度方向和-45方向安装四个发射天线 中的两个发射天线时，旋转的矩阵可表示如下<formula>formula see original document page 22</formula>旋转的矩阵u旭可乘以随机的复数值。当将旋转的矩阵u似乘以随机标 量值得到的结构也落入本发明的范围之内。
当预编码矩阵被称为WBD时，通过旋转预编码矩阵WBD产生的旋转的预编
码矩阵Wrbd可表示为如下 <formula>formula see original document page 22</formula>参照等式12,旋转的矩阵Urot可被确定为与发射天线的极化方向的旋转
角度相应。
根据本发明，即使提供不同类型的阵列(例如，具有旋转的极化方向的 发射天线)，可使用旋转的矩阵容易地产生旋转的预编码矩阵。
在操作S250,通过对包括在预编码矩阵中的列向量重新排序获得重排的 矩阵，重排的矩阵和旋转的矩阵用于产生旋转的预编码矩阵。
例如，假设以相对于参考平面+45度方向和-45方向安装四个发射天线中 的两个发射天线时，产生预编码矩阵WBD。在这种情况下，旋转的矩阵U加与 等式11相同。预编码矩阵WBD表示为如下[等式13]
BD
1100
—1100
0011
00一l1
当包括在等式13的预编码矩阵WeD中的列向量被重新排序时，重排的矩 阵W丽der,BD可表示如下
W
1010
—.1010
0101
0—101
通过使用重排矩阵Wfe。rder,BD和等式11的旋转的矩阵Urat ,可产生旋转的 预编码矩阵Wr3d ,并可使用旋转的预编码矩阵WRB。对数据流进行波束赋形， Wrb。表示如下
i =丄
咖 2.rotBD 2
10-1 o 0
0-1 10 10
]0 —I o
0 1
1 0
1 ()
0 1
参照等式15，可以看出当以相对于参考平面+45度方向和-45方向安装 四个发射天线中的分别的两个发射天线时，可像等式15 —样产生与等式13 的预编码矩阵WeD相应的旋转的预编码矩阵W^d。
在操作S260,调整包括在重排的矩阵中的每个元的相位。可使用对角矩阵调整包括在重排矩阵中的每个元的相位。在这种情况下，对角矩阵包括对 角元。另外，每个对角元的相位可以相同或彼此不同。每个对角元的幅度被 设为"1"。除了对角元的其余的元中的每一个的幅度被设为"0"。
对角矩阵与数据码元的调制方案相关联，而不是与增加MIMO系统的信 道容量相关联。例如，当使用四相移键控(QPSK)调制数据码元时，对角矩阵 可仅改变数据码元的相位，而可以不影响MIMO系统的信道容量。
在这种情况下，假设预编码矩阵WBD和重排矩阵WreOTdCT,BD被给定为如
下
<formula>formula see original document page 24</formula>
在这种情况下，可像下面的等式17—样调整包括在重排矩阵Wre。rder,BD中 的每个元的相位，并通过使用W're。rder,BD对数据码元进行波束赋形。等式17 给定为
<formula>formula see original document page 24</formula>
可将本发明的各方面记录在包括用于实现由计算机实施的各种操作的程 序指令的计算机可读介质中。介质还可包括程序指令、数据文件、数据结构 等或者它们的组合。计算机可读介质的示例包括7磁性介质(诸如硬盘、软盘
和磁带)、光学介质(诸如CD ROM盘和DVD )、磁光介质(诸如光盘)、酉己 置用于存储和执行程序指令的硬件装置(诸如只读存储器(ROM)、随机存取 存储器(RAM)、闪存等)。程序指令的示例包括诸如由编译器产生的机器码和包含可以由计算机使用解释器执行的更高级代码的文件。所述的硬件装置可 配置用于作为一个或多个软件模块以执行上述的本发明实施例的操作。
图5示出根据本发明示例实施例的在多极化MIMO系统中使用预编码矩阵。
参照图5,当发射天线的数量是四(4)，发射天线的极化方向的数量是二 (2)， U指示用于多极化MIMO系统的预编码矩阵。如图5所示，例如"A" 矩阵310和"B，，矩阵320表示单极化矩阵，即，从设计用于单极化MIMO 的矩阵码书(例如，DFT码书或旋转的DFT码书或任意其他码书)中选择的 预编码矩阵，两个"0"矩阵330和340表示零矩阵。
可根据具有相同极化方向的发射天线的数量确定"A"矩阵310和"B" 矩阵320的大小。
例如，当发射天线的极化方向是方向x和方向y,则发射天线的极化方 向的数量可以是二(2)。另外，可假设当发射天线的总数量是四(4)时，两个发 射天线的极化方向是方向x,其余两个发射天线的极化方向是方向y。在这种 情况下，"A，，矩阵310可以是与方向x的极化方向相应的单极化预编码矩阵。 由于以方向x为极化方向的发射天线的数量是二(2),因此，"A"矩阵310的 行数可以是二(2)。另外，"B，，矩阵320的行数可以是二(2)。
当方向x的传输阶是二(2)时，"A，，矩阵310的行数可以是二(2)。另夕卜， 当y方向的传输阶是二(2)时，"B，，矩阵320的行数可以是二(2)。
图6示出根据本发明示例实施例的多极化MIM0系统中诸如分配给对角 块的DFT预编码矩阵的单极化预编码矩阵。
参照图6， WmJ和W"^是当发射天线的数量为四(4),发射天线的极化 方向的数量为二(2)，并且具有相同极化方向的发射天线的数量是二(2)时的预 编码矩阵。
分配给预编码矩阵Www和W"^的对角块的DFT预编码矩阵可表示如
下
—1 1 ——1 1 —
1— 1
通过对包括在预编码矩阵Www和w 中的列向量进行重排产生的重排
25矩阵W, W.
reorder，BD， 1 隨dei-,BD，7和W認der，BD，7
等式19]
W證der，BD，2 、Wreorder，BD，3 、Wreorder,BD4 、
Wreorder，BD，5 、 Wreorder，BD6
的示例可表示如下:
W,
reorder，BD，l
w,
reorder，BD，3
w,
reorder，BD，5
w,
reorder，BD,7
1010
10—10
0101
010—1
1010
0-乂0
0101
0101
0101 一
0乂0 --乂
1010
乂0-乂0_
0101 一
0—101
1010
-1010
w,
reorder，BD，2
w,
reorder，BD，4
w,
reorder，BD，6
w,
reorder，BD，7
o i
0 i
1 0 1 0
-0 1
0 - 乂
1 0
o
1 0 -l 0 0 1
0 -l
1 0
-/ o
0 1
o -乂
0 1
0 -1
1 0 —1 0
0
0
1
0 0
0 0
0 0
o-
0
1 1
o-
0
1
可将重排的矩阵乘以对角矩阵。在这种情况下，对角矩阵的对角元是具
有模为l的复数，其余的元是o。对角矩阵不影响信道容量或波束赋形性能，
并且与数据码元的调制方案相关联。
例如，包括在使用随机对角矩阵的重排的矩阵中的每个元的相位可被调
整为如等式20所示。在这种情况下，对角矩阵D,.的对角元可以是具有幅度1
的随机复数。
26<formula>formula see original document page 27</formula>另外，可从使用重排的矩阵WreOTder，BD，i和对角矩阵D,产生的产生旋转 的预编码矩阵『^W。更特别地，可通过预编码矩阵W^^和WBD,2的数学变换 产生旋转的预编码矩阵W，d一D,。
在这种情况下，当从预编码矩阵产生重排的矩阵，并通过将重排的矩阵
乘以对角矩阵产生^，,.时，可由等式21给出旋转的预编码矩阵^^，,. [等式21]
1
W,:玉H
通过使用等式21,可将相对于包括在等式20中的K,的旋转的预编码矩
阵『，，,.表示如下 [等式22]
<formula>formula see original document page 28</formula>
参照等式22,当以相对于参考平面+45度的方向安装与一个极化方向相 应的发射天线并以相对于参考平面-45度的方向安装与另一极化方向相应的 发射天线时，可使用旋转的矩阵产生四个(4)旋转的预编码矩阵。在这种情况下，尽管在等式22中表达了四个旋转的预编码矩阵，但是对于本领域的技术 人员很明显的是，可使用本发明的技术精神产生各种类型的旋转的预编码矩阵。
另外，旋转的预编码矩阵^^，,.可表示如下
W,
rbd,5
1 — 1
5U'.otWc'5=5
1 0
0
1
1 0 10-1 01 0
0 1 0
1
.o —乂 o 乂
0 10 1 —10 10 力o _乂 0
1
Wrbd,6 =5UrotWc,6 =5
0
1 0
0 1
1 0
1 0
10 10 一l 0 1 0 0 10 1 0 —l 0 1
0
1 0
0 1
1 0
1 0
0 -l 0 1 0 10 1 _1 0 1 1 10 10
1 1
Wrbd,s =5UrotWC8 =三
0 -l
1 0
0 1
1 0
10 10
-y o 乂 o
o o -_/
0 _1 0 1
当使用等式22和等式23计算旋转的预编码矩阵时，可表示如下: [等式24]
1 1 1
1 一l _1
一l 1 —1
一l 一l 1
29<formula>formula see original document page 30</formula>因此，根据空分多址(SDMA)方案的发送/接收数据的各种类型的通信设备可使用等式24中公开的预编码矩阵中的至少一个执行通信。SDMA表示这 样的技术，该技术使基站能够以相同的带宽和时间同时经由多个天线将信号 (即，至少一个数据流)发送到多个用户或从多个用户接收信号，从而最大 化数据传传输率和总容量。这里，在等式24中公开的预编码矩阵基于传输阶 是4时的情况，但是可以通过选择等式24中公开的预编码矩阵的列向量来产 生与各种类型的传输阶相应的预编码矩阵。
另外，基站(BS)和终端可将等式24的矩阵的码书存储在计算机可读记录 介质等中。当基站(BS)发送导频信号时，每个终端可响应于导频信号选择存 储的矩阵中的任意一个。在这种情况下，每个终端可基于形成于每个终端与 基站之间的无线信道选择任意一个矩阵，并且还可以基于可实现的数据传输 率选择任意一个矩阵。另外，每个终端可从包括在选4奪的矩阵中的列向量选 择任意一个列向量。
关联的信息。与选择的矩阵相关联的信息可以是选择的矩阵的索引信息，与 选择的列向量相关联的信息可以是选择的列向量的索引信息。
在这种情况下，基站(BS)可基于从终端反馈的信息选择等式24中公开的 矩阵中的任意一个作为预编码矩阵。具体地，基站可根据每用户平均速率控 制(PU2RC)方案选择预编码矩阵。基站(BS)可使用选择的预编码矩阵对将要经 由天线发送的数据执行预编码(波束赋形)。
特别地，根据本发明一方面的终端可包括信号接收器，用于接收从基 站发送的导频信号；码书存储单元，存储包括至少一个Wi的码书，其中，i 是1到8中的一个自然数；
l 1 —
-1 _1
l -1
-l 1 _
i i -i -r
-i i i 一i —i i 一i i
i i
i -1 i —i
w =丄
2 2
31<formula>formula see original document page 32</formula>
选择器，响应于导频信号从存储的至少一个Wi选择目标矩阵；以及信息反馈 单元，将与目标矩阵相关联的信息反馈到基站。
在一种情况下，选择器可基于终端与基站之间形成的无线信道的状态，
从包括至少一个Wi的存储的码书中选择目标矩阵。另外，选择器可基于可实 现的数据传输率从包括至少一个Wi的存储的码书中选择目标矩阵。此外，选 择器响应于导频信号从包括至少一个Wi存储的码书中选择目标矩阵，并从包
括在选择的目标矩阵中的列向量中选择至少一个列向量。另外，根据本发明的一方面的基站可包括码书存储单元，用于存储包
括至少一个Wi的码书，其中，i是l到8中的一个自然数
<formula>formula see original document page 33</formula><formula>formula see original document page 34</formula>
信息接收器，接收与终端从包括至少 一个Wi的存储的码书中选择的矩阵相关
联的信息；矩阵选择器，基于与选择的矩阵相关联的信息选择预编码矩阵； 以及，预编码器，使用选择的预编码矩阵对将要发送的数据流执行预编码。
在一种情况中，信息接收器可接收与相应于多个终端的矩阵相关联的信 息，其中，由所述多个终端分别选择矩阵，矩阵选择器可基于与相应于多个 终端的矩阵相关联的信息选择预编码矩阵。
回到图7,示出了根据本发明示例实施例的用于产生在多极化MIMO系 统中使用的预编码矩阵的码书的码书产生设备的框图。参照图7，码书产生 设备包括单极化预编码矩阵分配单元510、零矩阵分配单元520、预编码矩阵 产生单元530、预编码矩阵重构单元540、旋转的预编码矩阵产生单元550和 相位调整单元560。
单极化预编码矩阵分配单元510将单极化预编码矩阵分配给块对角结构 内的多个块中的每个对角块。根据发射天线的极化方向的数量组织块。
余块;
多极化MIMO的预 编码矩阵(即，块对角多极化码书)。
预编码矩阵重构单元540通过根据与将要发送的数据流的数量相应的传 输阶从预编码矩阵选择至少一个列向量来重构预编码矩阵。
当发射天线的极化方向被旋转时，旋转的预编码矩阵产生单元550使用矩阵。
旋转的预编码矩阵产生单元550可通过对包括在预编码矩阵中的列向量 进行重排来产生重排的矩阵，并通过使用重排的矩阵和;旋转的矩阵来产生旋 转的预编码矩阵。相位调整单元560使用对角矩阵调整包括在重排的矩阵中的每个元的相位。
没有参照图7的设备进行的描述与参照图1至图6进行的描述相同，因 此将省略该描述。
包括在根据本发明一方面产生的预编码矩阵(块对角多极化码书)中的 矩阵将被存储在各种类型的通信设备中并被使用。例如，通信设备可通过使 用根据本发明 一方面产生的矩阵在空分多址(SDMA)通信系统中发送和接收 数据。通信设备可包括用于SDMA通信系统的各种类型的装置，诸如，基站、 转发器、终端等。
特别地，根据本发明一方面的通信设备可存储预编码矩阵(块对角多极 化码书)，所述预编码矩阵是通过将单极化预编码 多个块中的对角块， 产生的，所述多个块根据发射天线的极化方向的数量被划分或组织。
根据本发明的一方面，可通过对分配给对角块的单极化预编码矩阵和分
极化码书)。
另外，根据本发明一方面的通信设备可存储重构的矩阵，其中，通过根
据将要发送的数据流的数量相应的传输阶从预编码矩阵选择至少一个列向量 来重构所述矩阵。
另外，根据本发明一方面的通信设备可存储旋转的预编码矩阵，当发射 天线的极化方向纟皮旋转时，通过使用预编码矩阵和相应于极化方向的旋转角 度的旋转的矩阵产生所述旋转的预编码矩阵。
另外，根据本发明示例实施例的通信设备可通过将包括在预编码矩阵中 的列向量重新排序来产生重排的矩阵，并存储通过使用重排的矩阵和旋转的 矩阵产生的矩阵。
当通信设备是无线网络(例如，3GPP、超级3G ( 3G长期演进"LTE，，)、 3GPP2和即将到来的4G系统)中用于支持多用户设备的基站(BS)时，基站(BS) 可发送传输信号，该传输信号使用包括在基站(BS)中的矩阵将数据流波束赋 形。特别地，基站(BS)可包括码书存储单元，存储根据本发明的矩阵的码 书；以及波束赋形器，使用存储的矩阵将数据流波束赋开
17
相反，当通信设备是终端时，终端可使用从存储在终端中的码书选择的矩阵产生反馈数据。当基站(BS)执行波束赋形时使用反馈数据，其中，根据 从存储在终端中的码书选择的矩阵从发射天线发射多个数据流。特别地，终
端可包括码书存储单元，存储根据本发明的矩阵的码书；以及反馈数据产
生单元，使用存储的矩阵产生与基站的无线信道相应的反馈数据。
根据本发明的各方面，提供一种产生用于多极化MIMO系统的码书的方 法和设备，所述方法和设备可在即使天线的极化是多极化时使用单极化预编 码矩阵产生预编码矩阵，从而产生易于生成的优秀的预编码矩阵。发送器端 和接收器端可共享这样的码书。
另外，根据本发明的各方面，提供一种产生多极化MIMO系统的码书的 方法和设备，所述方法和设备能够根据传输阶重构预编码矩阵，从而可更有 效地产生码书。
另外，根据本发明的各方面，提供一种产生多极化MIMO系统的码书的 方法和设备，所述方法和设备能够在发射天线的极化方向被旋转时产生旋转 的矩阵， >人而更灵活地处理极化方向的改变。
如上所示，可有利地获得在多极化MIMO方案中使用的具有低复杂度和 优秀性能和鲁棒性的码书。这样的码书设计还可用于单极化MIMO方案，而 不会明显降低性能。
如图7所示的码书产生设备的各种部件，诸如，单极化预编码矩阵分配 单元510、零矩阵分配单元520、预编码矩阵产生单元530、预编码矩阵重构 单元540、旋转的预编码矩阵产生单元550和相位调整单元560可集成为单 个控制单元，诸如位于发送器端(例如，基站)的基带处理器或控制器，或 者，可以以软件或硬件实施，例如，以现场可编程门阵列(FPGA)和专用集成 电路(ASIC)实施。这样，意图在于在此描述的处理被宽泛地理解为由软件、 硬件或者二者的组合等效执行。如上所示，软件模块可通过各种软件语言编 写，包括C、 C++、 Java、 Visual Basic以及其他。这些软件模块可包括也能 够被存储在一种或多种机器可读存储介质上的数据和指令，机器可读存储介 质例如为动态或静态随机存取存储器(DRAM或SRAM)、可擦除和可编程只 读存储器(EPROM)、电可擦擦和可编程只读存储器(EEPROM)和闪存、磁盘 (例如，固定盘、软盘和可移动盘)、其他磁性介质(包括磁带)和光学介质 (例如，致密盘(CD)或数字视频盘(DVD))。软件进程或模块的指令也可以以 多种不同方式之一被加载或传输到无线网络上的无线卡或任意的计算装置。
36盘上的指令或通过网络接口卡、
调制解调器或其他接口装置传输的代码段可被加载到系统并被执行为相应的 软件进程或模块。在加载或传输处理中，实施为载波的(通过电话线、网络 线、无线链路、线缆等传输的)数据信号可将包括指令的代码段通信到网络 节点或元件。这样的载波可以是电、光、声、电磁形式，或者其他类型的信号。
另外，如图4所示的码书产生方法可被记录在包括程序指令的计算机可 读介质中，以通过计算机实施各种操作。介质也可包括程序指令、数据文件、 数据结构等之一或者它们的结合。计算机可读介质的示例包括磁介质(例如， 硬盘、软盘和磁带)、光介质(例如，CDROM盘和DVD)、磁光介质(例如， 光盘)；特别配置用于存储和执行程序指令的硬件装置，例如，只读存储器 (ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存等。介质还可以是传输介质，诸如光 纤或金属线、波导等，包括发送说明程序指令的信号的载波、数据结构等。 程序指令的示例包括机器码(诸如编译器产生的机器码)，以及包含可由使用 解释器的计算机执行的更高级代码的文件。描述的硬件装置可被配置为作为 一个或多个软件模块，以便执行上述的本发明的实施例的操作。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的技术人员应理解，随 着技术发展，可在不脱离本发明的真是范围的情况下进行改变和修改，进行 等效替换。可在不脱离本发明的范围的情况下进行多种^^改、交换、增加和 二次组合以使本发明的教导适应于具体情况。例如，如图l到图3所示的天 线排列，通常包括设置有发射天线Xi...XM的发送器端和设置由N个接收天 线Yi...Yn的接收器端，以经由无线信道(信道矩阵H)进行通信。对于移动通 信系统，已知为符合3GPP、 3GPP2和4G规范中说明的"节点B"的基站(BS) 用于通过无线信道在发送器端发送数据。用户设备(UE)，通常是移动站(MS)， 用于通过无线信道在接收器端接收数据。这样的用户设备(UE)可以是例如移 动电话(耳机)、个人数字助理(PDA)或其他装置，诸如膝上计算机的无线卡或 具有无线互联网连接能力的计算机、WiFi和WiMAX配件等。无线网络可以 是无线通信技术中的任意一个，包括但不限于GSM (全球移动通信系统)、 CDMA(码分多址)、WLL(无线本地环路)、WAN(广域网)、WiFi和WiMAX (基于IEEE802.16的全球微波互联接入)，并且可应用于多种现有和新兴技 术标准，例如，IEEE802.il (用于无线局域网)、IEEE802.16 (用于无线城域
37网)和IEEE802.02 (用于移动宽带无线接入)。基站(BS)可以是IEEE802.il 接入点(AP)， UE可以是任意的客户站。或者，基站还可以实施为在使用宽带 码分多址(WCDMA)技术的URAN (UMTS地面无线电4妻入网)的GERAN (GSM/EDGE无线电接入技术)。然而，本发明不限于这些无线电接入技术， 而且还可应用于以下无线电继而技术GSM(全球移动通信系统)、GPRS(通 用分组无线服务)、E-GPRS (EDGE GPRS )、 CDMA2000 (CDMA,码分多 址)、US-TDMA (美国时分多址)和IS-95。因此，本发明不限于公开的各种 示例实施例，本发明包括落入权利要求范围的所有实施例。
权利要求
1、一种产生在多入多出MIMO系统中使用的码书的方法，所述方法包括将单极化预编码矩阵分配给排列在块对角结构中的多个块中的每个对角块，在所述块对角结构中，对角块的数量与发射天线的极化方向的数量相应；将零矩阵分配给块对角结构内除了对角块之外的每一个其余的块。
2、 如权利要求1所述的方法，还包括通过对分配给对角块的单极化预编码矩阵和分配给块对角结构内的其余的块的零矩阵进行组合来产生预编码矩阵。
3、 如权利要求2所述的方法，还包括通过根据与将要发送的数据流的数量相应的传输阶从预编码矩阵选择至少一个列向量来重构预编码矩阵。
4、 如权利要求3所述的方法，其中，当传输阶是R时通过选择R个列向量来重构预编码矩阵。
5、 如权利要求l所述的方法，其中，单极化预编码矩阵是设计用于单极化MIMO的离散傅立叶变换(DFT)预编码矩阵和旋转的DFT预编码矩阵中的一个。
6、 如权利要求1所述的方法，其中，当极化方向的数量大于或等于2时，极化方向4皮此正交。
7、 如权利要求1所述的方法，其中，根据具有相同极化方向的发射天线的数量确定分配给每个对角块的单极化预编码矩阵的大小。
8、 如权利要求2所述的方法，还包括当发射天线的极化方向被旋转时，使用预编码矩阵和相应于极化方向的旋转角度的旋转的矩阵来产生旋转的预编码矩阵。
9、 如权利要求8所述的方法，其中，通过重排包括在预编码矩阵中的列向量获得重排的矩阵。
10、 如权利要求8所述的方法，其中，通过将预编码矩阵乘以旋转的矩阵获得旋转的预编码矩阵。
11、 如权利要求9所述的方法，还包括使用对角矩阵调整包括在重排的矩阵中的每个元的相位。
12、 一种存储用于实施权利要求1的方法的程序的计算机可读介质。
13、 一种产生在多入多出MIMO系统中使用的码书的设备，所述设备包括:单极化预编码矩阵分配单元，将单极化预编码矩阵分配给排列在块对角格式中的多个块中的每个对角块，在所述块对角结构中，对角块的数量与发射天线的极化方向的数量相应；零矩阵分配单元，将零矩阵分配给除了对角块之外的其余的块。
14、 如权利要求13所述的设备，还包括预编码矩阵产生单元，通过对分配给对角块的单极化预编码矩阵和分配给其余的块的零矩阵进行组合来产生预编码矩阵。
15、 如权利要求14所述的设备，还包括预编码矩阵重构单元，通过根据与将要发送的数据流的数量相应的传输阶从预编码矩阵选择至少一个列向量来重构预编码矩阵。
16、 如权利要求13所述的设备，其中，单极化预编码矩阵是用于单极化MIMO的DFT预编码矩阵和旋转的DFT预编码矩阵中的一个。
17、 如权利要求14所述的设备，还包括旋转的预编码矩阵产生单元，当发射天线的极化方向^f皮旋转时，使用预阵。一 、 ； ° 、 又、、、'' 、 —
18、 如权利要求17所述的设备，其中，旋转的预编码矩阵产生单元通过重排包括在预编码矩阵中的列向量的顺序来获得重排的矩阵，并使用重排的预编码矩阵和旋转的矩阵来产生旋转的预编码矩阵。
19、 如权利要求18所述的设备，还包括相位调整单元，使用对角矩阵调整包括在重排的矩阵中的每个元的相位。
20、 一种通信设备，包括多个发射天线；和处理器，安排用于使用预编码矩阵经由发射天线发送数据，其中，通过将单极化预编码矩阵分配给以块对角格式排列的多个块中的对角块，并将零述块对角格式中，对角块的数量与发射天线的极化方向的数量相应。
21、 如权利要求20所述的通信设备，其中，通过对分配给对角块的单极化预编码矩阵和分配给其余的块的零矩阵进行组合来产生预编码矩阵。
22、 如权利要求21所述的通信设备，还包括存储器，用于存储预编码矩阵和通过根据与将经由发射天线发送的数据流的数量相应的传输阶从预编码矩阵中选"f奪的至少一个列向量来重构的矩阵中的至少一个。
23、 如权利要求22所述的通信设备，其中，存储器还包括预编码矩阵、重构的矩阵和旋转的预编码矩阵中的至少一个，所述旋转的预编码矩阵是当发射天线的极化方向被旋转时使用预编码矩阵和与极化方向的旋转角度相应的旋转的矩阵产生的。
24、 如权利要求23所述的通信设备，其中，存储器还存储预编码矩阵、重构的矩阵、旋转的预编码矩阵以及通过使用重排的矩阵和旋转的矩阵产生的矩阵中的至少一个，其中，通过重排包括预编码矩阵中的列向量来产生所述重排的矩阵。
25、 如权利要求24所述的通信设备，其中，存储器还存储预编码矩阵、重构的矩阵、旋转的预编码矩阵、使用重排的矩阵和旋转的矩阵产生的矩阵以及通过使用对角矩阵调整包括在重排的矩阵中的每个元的相位产生的另一矩阵中的至少一个。
26、 一种终端，包括码书存储单元，用于存储包括至少一个Wi的码书，其中，i是l到8中的一个自然数，<formula>formula see original document page 4</formula><formula>formula see original document page 5</formula>选择器，用于从存储的至少一个Wi中选择目标矩阵；以及信息反馈单元，将与目标矩阵相关联的信息反馈到基站。
27、 如权利要求26所述的终端，其中，选择器基于终端与基站之间形成的无线信道的状态从包括至少一个Wi的存储的码书中选择目标矩阵。
28、 如权利要求26所述的终端，其中，选择器基于可实现的数据传输率从包括至少 一个wi的存储的码书中选择目标矩阵。
29、 如权利要求26所述的终端，其中，Wi是旋转的预编码矩阵。
30、 如权利要求26所述的终端，其中，选择器从包括至少一个Wi的存储的码书中选择目标矩阵，并从包括在选择的目标矩阵中的列向量中选择至少一个列向量，并且信息反馈单元将与选择的目标矩阵相关联的信息和与选择的所述至少一个列向量相关联的信息反馈到基站。
31、 如权利要求30所述的终端，其中，信息反馈单元将选择的目标矩阵的索引信息和选择的所述至少一个列向量的索引信息反馈到基站。
32、 一种操作终端的方法，包括接收存储码书的基站发送的导频信号，所述码书包括至少一个Wi,其中，i是1到8中的一个自然数，响应于导频信号从包括至少一个W;的存储的码书中选择目标矩阵；以及将与目标矩阵相关联的信息反馈到基站。
33、 一种基站，包括码书存储单元，存储包括至少一个Wi的码书，其中，i是i到8中的一个自然数，<formula>formula see original document page 6</formula><formula>formula see original document page 7</formula>信息接收器，接收与终端从包括至少一个w;的存储的码书中选择的矩阵相关联的信息；矩阵选择器，基于与选择的矩阵相关联的信息选择预编码矩阵；预编码器，使用选择的预编码矩阵对将要发送的数据流执行预编码。
34、 如权利要求33所述的基站，其中信息接收器接收与相应于多个终端的多个矩阵相关联的信息，其中，所述多个终端分别选择所述多个矩阵，矩阵选择器基于与相应于所述多个终端的所述多个矩阵相关联的信息选择预编码矩阵。
35、 如权利要求34所述的基站，其中，矩阵选择器根据每人平均速率控制PU2RC方案选择预编码矩阵。
36、 一种操作基站的方法，包括存储包括至少一个W;的码书，其中，i是l到8中的一个自然数，<formula>formula see original document page 8</formula>从包括至少一个曹i的存储的码书中选择预编码矩阵；以及使用选择的预编码矩阵对将要发送的数据流执行预编码。
37、 一种通信系统，包括终端，存储包括至少一个Wi的码书，其中，i是l到8中的一个自然数，<formula>formula see original document page 8</formula><formula>formula see original document page 9</formula>;响应于导频信号,人包括至少一个W！的存储的码书中选择预编码矩阵，并且反馈与目标矩阵相关联的信息；基站，存储至少一个Wk，其中，k是l到8中的一个自然数，<formula>formula see original document page 9</formula><formula>formula see original document page 10</formula>;接收与终端选择的目标矩阵相关联的信息，基于与选择的目标矩阵相关联的信息从存储的包括至少一个Wk的存储的码书中选择预编码矩阵；以及使用选择的预编码矩阵对将要发送的数据流执行预编码。
38、 一种产生在多入多出MIMO系统中使用的码书的方法，所述方法包括:构造具有以行列排列的多个块的预编码矩阵，在所述预编码矩阵中，对角块的数量与发射天线的极化方向的数量相应；将单极化预编码矩阵分配给从预编码矩阵内可用的多个块中选择的每个对角块；以及其中，单极化预编码矩阵的大小取决于根据具有相同计划方向的发射天线的数量的传输br
39、 如权利要求38所述的方法，其中，单极化预编码矩阵是设计用于单极化MIMO的离散傅立叶变换(DFT)预编码矩阵和旋转的DFT预编码矩阵中的一个。
40、 如权利要求38所述的方法，还包括通过根据与将要发送的数据流的数量相应的传输阶从预编码矩阵选择至少一个列向量来重构预编码矩阵；当发射天线的极化方向被旋转时，通过将预编码矩阵乘以与极化方向的旋转角度相应的旋转的矩阵来产生旋转的预编码矩阵；调整包括在重排的矩阵中的每个元的相位，其中，通过使用对角矩阵重排包括在预编码矩阵中的列向量获得重排的矩阵。
全文摘要
提供一种产生用于多入多出(MIMO)系统的码书的方法。码书产生方法包括将单极化预编码矩阵分配给以块对角格式排列的多个块中的对角块，在所述块对角格式中对角块的数量与发射天线的极化方向的数量相应；将零矩阵分配给除了对角块之外的其余的块。
文档编号H04B7/02GK101675599SQ200880007161
公开日2010年3月17日 申请日期2008年2月5日 优先权日2007年2月6日
发明者周永行, 布鲁诺·克勒克斯, 郑求喆 申请人:三星电子株式会社