码本生成方法、预编码矩阵确定方法及相关装置与流程
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种码本生成方法、预编码矩阵确定方法及相关装置。
背景技术：
多天线系统中，发射机可以向接收机同时传输多个数据流，同时传输的数据流的数目称为rank。针对不同的rank，需要设计不同的码本。
目前，长期演进(Long Term Evolution，LTE)系统中，基站(eNB)最高允许同时传输8个数据流，即rank的最大值为8。每个rank值均设计了相应的码本。以Rel-12中的8天线码本为例，通过一组8倍过采的离散傅里叶变换(DFT)向量组将天线的水平维波束细分为32个波束，rank＝1～8的码本均由此DFT向量组中的DFT向量生成。其中，rank＝5～6的码本采用水平维的3个相互正交的DFT向量结合极化方向间的相位调整生成，rank＝7～8的码本采用4个相互正交的DFT向量结合极化方向间的相位调整生成。以下行数据传输为例，终端将确定的预编码矩阵索引(Precoding Matrix Indicator，PMI)反馈给eNB；eNB根据终端反馈的PMI从码本中选择相应的预编码矩阵。
随着天线技术的发展，已经出现能够对每个阵子独立控制的有源天线，该设计使得天线阵列从水平排列增强到水平和垂直排列的二维结构，将该二维结构的天线阵列称为三维多输入多输出(3D MIMO)天线阵列。
对于3D MIMO天线阵列，码本设计需要考虑水平维度和垂直维度，更加 具有灵活性。目前，对于3D MIMO天线阵列，码本中使用的DFT向量采用垂直维DFT向量和水平维DFT向量进行Kronecker积计算得到。但是，目前尚未有针对同时传输的数据流数rank大于1的情况下的码本设计方案。
技术实现要素：
本发明实施例提供一种码本生成方法、预编码矩阵确定方法及相关装置，用以针对同时传输的数据流数rank大于1的情况提供码本设计方案。
本发明实施例提供的具体技术方案如下：
第一方面，提供了一种码本生成方法，包括：
确定天线的第一维波束向量以及所述天线的第二维波束向量；
对所述第一维波束向量进行分组得到多个第一维波束分组，以及对所述第二维波束向量进行分组得到多个第二维波束分组，其中，任意一个所述第一维波束分组中包含的多个第一维波束向量相互正交，任意一个所述第二维波束分组中的多个第二维波束向量相互正交；
分别根据每个第一维波束分组与每个第二维波束分组之间的Kronecker积，确定对应的二维正交波束子组，所述二维正交波束子组中包含多个相互正交的波束向量；
每次选择一组或多组所述二维正交波束子组，根据同时传输的数据流数目从选择的所述一组或多组所述二维正交波束子组中选择波束向量，根据选择的所述波束向量以及所述数据流数目生成所述二维正交波束子组对应的预编码矩阵；
确定所有或部分所述二维正交波束子组对应的预编码矩阵组成的集合为所述数据流数目对应的码本。
较佳地，每个第一维波束分组包含相同数目的第一维波束向量，每个第二维波束分组包含相同数目的第二维波束向量；
相邻的第一维波束分组内包含至少一个不重叠的第一维波束向量，相邻第二维波束分组内包含至少一个不重叠的第二维波束向量。
较佳地，所述预编码矩阵为W＝W1W2，其中W1为第一级码本，W2为第二级码本；
其中，Z1表示第一矩阵，Z2表示第二矩阵，所述第一矩阵由所述一组或多组所述二维正交波束子组构成，所述第二矩阵根据所述第一矩阵确定，所述第二级码本用于从所述第一级码本中选择多列波束向量并进行相位调整后确定所述预编码矩阵。
较佳地，所述第二矩阵根据所述第一矩阵确定，具体为：
Z2＝Z1；或者，
或者，
或者，
其中，Bi表示大小为K1×K1的对角矩阵，K1表示天线的第一维每个极化方向的端口数，Di表示大小为K2×K2的对角矩阵，K2表示天线的第二维每个极化方向的端口数，表示K1维的单位矩阵，表示K2维的单位矩阵。
较佳地，所述预编码矩阵为其中，W表示所述预编码矩阵，r表示所述预编码矩阵的列数以及所述数据流数目，Yi表示所述选择的波束向量，αi表示极化方向间的相位调整因子，Yi′根据Yi确定，i＝1,2......,r。
较佳地，所述Yi′根据Yi确定，具体为：
Yi′＝Yi；或者，
Yi＝X(:,li)，其中，X表示第一维波束分组X1与第二维波束分组X2之间的Kronecker积确定的所述二维正 交波束子组，li表示列索引号，即对应第i个数据流选择的波束向量，M2表示X2中包含的第二维波束向量的个数，Bi表示大小为K1×K1的对角矩阵，K1表示天线的第一维每个极化方向的端口数，“”表示向下取整；或者，
Yi＝X(:,li)，其中，X表示第一维波束分组X1与第二维波束分组X2之间的Kronecker积确定的所述二维正交波束子组，li表示列索引号，即对应第i个数据流选择的波束向量，M2表示X2中包含的第二维波束向量的个数，Di为大小为K2×K2的对角矩阵，K2表示天线的第二维每个极化方向的端口数，“”表示向下取整；或者，
Yi＝X(:,li)，其中，X表示第一维波束分组X1与第二维波束分组X2之间的Kronecker积确定的所述二维正交波束子组，li表示列索引号，即对应第i个数据流选择的波束向量，M2表示X2中包含的第二维波束向量的个数，Bi表示大小为K1×K1的对角矩阵，K1表示天线的第一维每个极化方向的端口数，Di为大小为K2×K2的对角矩阵，K2表示天线的第二维每个极化方向的端口数，“”表示向下取整。
第二方面，提供了一种预编码矩阵确定方法，包括：
确定同时传输的数据流数目；
根据数据流数目与码本的对应关系，确定所述数据流数目对应的码本，从确定的码本中选择一个预编码矩阵；
发送选择的预编码矩阵在所述码本中的索引的指示信息；
其中，所述数据流数目对应的码本采用所述码本生成方法生成。
第三方面，提供了一种预编码矩阵确定方法，包括：
接收预编码矩阵在码本中的索引的指示信息；
获取同时传输的数据流数目，并获取所述数据流数目对应的码本，根据所述索引的指示信息从所述数据流数目对应的码本中选择预编码矩阵；
其中，所述数据流数目对应的码本采用所述码本生成方法生成。
第四方面，提供了一种码本生成装置，包括：
第一确定模块，用于确定天线的第一维波束向量以及所述天线的第二维波束向量；
分组模块，用于对所述第一确定模块确定的所述第一维波束向量进行分组得到多个第一维波束分组，以及对所述第一确定模块确定的所述第二维波束向量进行分组得到多个第二维波束分组，其中，任意一个所述第一维波束分组中包含的多个第一维波束向量相互正交，任意一个所述第二维波束分组中的多个第二维波束向量相互正交；
计算模块，用于分别根据每个第一维波束分组与每个第二维波束分组之间的Kronecker积，确定对应的二维正交波束子组，所述二维正交波束子组中包含多个相互正交的波束向量；
矩阵生成模块，用于每次选择一组或多组所述二维正交波束子组，根据同时传输的数据流数目从选择的所述一组或多组所述二维正交波束子组中选择波束向量，根据选择的所述波束向量以及所述数据流数目生成所述二维正交波束子组对应的预编码矩阵；
第二确定模块，用于确定所有或部分所述二维正交波束子组对应的预编码矩阵组成的集合为所述数据流数目对应的码本。
较佳地，每个第一维波束分组包含相同数目的第一维波束向量，每个第二维波束分组包含相同数目的第二维波束向量；
相邻的第一维波束分组内包含至少一个不重叠的第一维波束向量，相邻第二维波束分组内包含至少一个不重叠的第二维波束向量。
较佳地，所述预编码矩阵为W＝W1W2，其中W1为第一级码本，W2为第二级码本；
其中，Z1表示第一矩阵，Z2表示第二矩阵，所述第一矩阵由所述一组或多组所述二维正交波束子组构成，所述第二矩阵根据所述第 一矩阵确定，所述第二级码本用于从所述第一级码本中选择多列波束向量并进行相位调整后确定所述预编码矩阵。
较佳地，所述第二矩阵根据所述第一矩阵确定，具体为：
Z2＝Z1；或者，
或者，
或者，
其中，Bi表示大小为K1×K1的对角矩阵，K1表示天线的第一维每个极化方向的端口数，Di表示大小为K2×K2的对角矩阵，K2表示天线的第二维每个极化方向的端口数，表示K1维的单位矩阵，表示K2维的单位矩阵。
较佳地，所述预编码矩阵为其中，W表示所述预编码矩阵，r表示所述预编码矩阵的列数以及所述数据流数目，Yi表示所述选择的波束向量，αi表示极化方向间的相位调整因子，Yi′根据Yi确定，i＝1,2......,r。
较佳地，所述Yi′根据Yi确定，具体为：
Yi′＝Yi；或者，
Yi＝X(:,li)，其中，X表示第一维波束分组X1与第二维波束分组X2之间的Kronecker积确定的所述二维正交波束子组，li表示列索引号，即对应第i个数据流选择的波束向量，M2表示X2中包含的第二维波束向量的个数，Bi表示大小为K1×K1的对角矩阵，K1表示天线的第一维每个极化方向的端口数，“”表示向下取整；或者，
Yi＝X(:,li)，其中，X表示第一维波束分组X1与第二维波束分组X2之间的Kronecker积确定的所述二维正 交波束子组，li表示列索引号，即对应第i个数据流选择的波束向量，M2表示X2中包含的第二维波束向量的个数，Di为大小为K2×K2的对角矩阵，K2表示天线的第二维每个极化方向的端口数，“”表示向下取整；或者，
Yi＝X(:,li)，其中，X表示第一维波束分组X1与第二维波束分组X2之间的Kronecker积确定的所述二维正交波束子组，li表示列索引号，即对应第i个数据流选择的波束向量，M2表示X2中包含的第二维波束向量的个数，Bi表示大小为K1×K1的对角矩阵，K1表示天线的第一维每个极化方向的端口数，Di为大小为K2×K2的对角矩阵，K2表示天线的第二维每个极化方向的端口数，“”表示向下取整。
第五方面，提供了一种预编码矩阵确定装置，包括：
确定模块，用于确定同时传输的数据流数目；
选择模块，用于根据数据流数目与码本的对应关系，确定所述确定模块确定的所述数据流数目对应的码本，从确定的码本中选择一个预编码矩阵；
发送模块，用于发送所述选择模块选择的预编码矩阵在所述码本中的索引的指示信息；
其中，所述数据流数目对应的码本采用所述码本生成方法生成。
第六方面，提供了一种预编码矩阵确定装置，包括：
接收模块，用于接收预编码矩阵在码本中的索引的指示信息；
选择模块，用于获取同时传输的数据流数目，并获取所述数据流数目对应的码本，根据所述索引的指示信息从所述数据流数目对应的码本中选择预编码矩阵；
其中，所述数据流数目对应的码本采用所述码本生成方法生成。
第七方面，提供了一种设备，该设备主要包括处理器和存储器，其中，存储器中保存有预设的程序，处理器读取存储器中的程序，按照该程序执行以下过程：
确定天线的第一维波束向量以及所述天线的第二维波束向量；
对所述第一维波束向量进行分组得到多个第一维波束分组，以及对所述第二维波束向量进行分组得到多个第二维波束分组，其中，任意一个所述第一维波束分组中包含的多个第一维波束向量相互正交，任意一个所述第二维波束分组中的多个第二维波束向量相互正交；
分别根据每个第一维波束分组与每个第二维波束分组之间的Kronecker积，确定对应的二维正交波束子组，所述二维正交波束子组中包含多个相互正交的波束向量；
每次选择一组或多组所述二维正交波束子组，根据同时传输的数据流数目从选择的所述一组或多组所述二维正交波束子组中选择波束向量，根据选择的所述波束向量以及所述数据流数目生成所述二维正交波束子组对应的预编码矩阵；
确定所有或部分所述二维正交波束子组对应的预编码矩阵组成的集合为所述数据流数目对应的码本。
较佳地，每个第一维波束分组包含相同数目的第一维波束向量，每个第二维波束分组包含相同数目的第二维波束向量；
相邻的第一维波束分组内包含至少一个不重叠的第一维波束向量，相邻第二维波束分组内包含至少一个不重叠的第二维波束向量。
较佳地，所述预编码矩阵为W＝W1W2，其中W1为第一级码本，W2为第二级码本；
其中，Z1表示第一矩阵，Z2表示第二矩阵，所述第一矩阵由所述一组或多组所述二维正交波束子组构成，所述第二矩阵根据所述第一矩阵确定，所述第二级码本用于从所述第一级码本中选择多列波束向量并进行相位调整后确定所述预编码矩阵。
较佳地，所述第二矩阵根据所述第一矩阵确定，具体为：
Z2＝Z1；或者，
或者，
或者，
其中，Bi表示大小为K1×K1的对角矩阵，K1表示天线的第一维每个极化方向的端口数，Di表示大小为K2×K2的对角矩阵，K2表示天线的第二维每个极化方向的端口数，表示K1维的单位矩阵，表示K2维的单位矩阵。
较佳地，所述预编码矩阵为其中，W表示所述预编码矩阵，r表示所述预编码矩阵的列数以及所述数据流数目，Yi表示所述选择的波束向量，αi表示极化方向间的相位调整因子，Yi′根据Yi确定，i＝1,2......,r。
较佳地，所述Yi′根据Yi确定，具体为：
Yi′＝Yi；或者，
Yi＝X(:,li)，其中，X表示第一维波束分组X1与第二维波束分组X2之间的Kronecker积确定的所述二维正交波束子组，li表示列索引号，即对应第i个数据流选择的波束向量，M2表示X2中包含的第二维波束向量的个数，Bi表示大小为K1×K1的对角矩阵，K1表示天线的第一维每个极化方向的端口数，“”表示向下取整；或者，
Yi＝X(:,li)，其中，X表示第一维波束分组X1与第二维波束分组X2之间的Kronecker积确定的所述二维正交波束子组，li表示列索引号，即对应第i个数据流选择的波束向量，M2表示X2中包含的第二维波束向量的个数，Di为大小为K2×K2的对角矩阵，K2表示天线的第二维每个极化方向的端口数，“”表示向下取整；或者，
Yi＝X(:,li)，其中，X表示第一维波束分组X1与第二维波束分组X2之间的Kronecker积确定的所述二维正交波束子组，li表示列索引号，即对应第i个数据流选择的波束向量，M2表示X2中包含的第二维波束向量的个数，Bi表示大小为K1×K1的对角矩阵，K1表示天线的第一维每个极化方向的端口数，Di为大小为K2×K2的对角矩阵，K2表示天线的第二维每个极化方向的端口数，“”表示向下取整。
第八方面，提供了一种终端，该终端主要包括处理器、存储器和收发机，其中，收发机在处理器的控制下接收和发送数据，存储器中保存有预设的程序，处理器读取存储器中的程序，按照该程序执行以下过程：
确定同时传输的数据流数目；
根据数据流数目与码本的对应关系，确定所述数据流数目对应的码本，从确定的码本中选择一个预编码矩阵；
通过收发机发送选择的预编码矩阵在所述码本中的索引的指示信息；
其中，所述数据流数目对应的码本采用所述码本生成方法生成。
第九方面，提供了一种基站，该基站主要包括处理器、存储器和收发机，其中，收发机在处理器的控制下接收和发送数据，存储器中保存有预设的程序，处理器读取存储器中的程序，按照该程序执行以下过程：
通过收发机接收预编码矩阵在码本中的索引的指示信息；
获取同时传输的数据流数目，并获取所述数据流数目对应的码本，根据所述索引的指示信息从所述数据流数目对应的码本中选择预编码矩阵；
其中，所述数据流数目对应的码本采用所述码本生成方法生成。
基于上述技术方案，本发明实施例中，通过对天线的第一维波束向量以及第二维波束向量进行分组，得到多个第一维波束分组以及多个第二维波束分组，分别根据每个第一维波束分组与每个第二维波束分组之间的Kronecker积，确定对应的二维正交波束子组，根据同时传输的数据流数目以及一个或多个二 维正交波束子组生成对应的预编码矩阵，由该数据流数目对应的多个预编码矩阵确定该数据流数目对应的码本，从而给出了同时传输的数据流数rank大于1的时的码本设计方案，该设计方案同时利用了水平维和垂直维的正交性，适用于3D MIMO天线阵列。
附图说明
图1为本发明实施例中生成码本的方法流程示意图；
图2为本发明实施例中二维正交波束子组的示意图；
图3为本发明实施例中接收机确定预编码矩阵的方法流程示意图；
图4为本发明实施例中发射机确定预编码矩阵的方法流程示意图；
图5为本发明实施例中预编码矩阵选择方案一的示意图；
图6为本发明实施例中预编码矩阵选择方案二的示意图；
图7为本发明实施例中预编码矩阵选择方案三的示意图；
图8为本发明实施例中预编码矩阵选择方案示意图；
图9为本发明实施例中码本生成装置的结构示意图；
图10为本发明实施例中预编码矩阵确定装置的结构示意图；
图11为本发明实施例中另一预编码矩阵确定装置的结构示意图；
图12为本发明实施例中设备的结构示意图；
图13为本发明实施例中终端的结构示意图；
图14为本发明实施例中基站的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在基于线性预编码的多天线系统中，接收机根据信道信息从预先定义的由预编码矩阵构成的集合中选择合适的预编码矩阵，将选择的预编码矩阵在该集合中的索引反馈给发射机，该集合称为码本。发射机根据接收到的索引以及预先定义的码本确定对应的预编码矩阵，采用该预编码矩阵对发送信号进行预处理，以提高信息传输的有效性和可靠性。码本是实现这一过程的必要元素。码本设计需要尽可能的匹配信道分布特性、最小化码本量化带来的性能损失。
在多天线系统中，发射机可以向接收机同时传输多个数据流，同时传输的数据流数称为rank。本发明实施例为同时传输的数据流数rank大于1的情况提供码本设计方案，以使得设计的码本更好地匹配rank大于1时的信道分布特性，最小化码本量化带来的性能损失。
本发明实施例中，如图1所示，在rank大于1的情况下生成码本的详细方法流程如下：
步骤101：确定天线的第一维波束向量以及该天线的第二维波束向量。
实施中，可以定义第一维为水平维，第二维为垂直维；也可以定义第一维为垂直维，第二维为水平维。
具体地，第一维波束向量以及第二维波束向量根据DFT向量生成。该DFT向量可以是基站和终端预先约定的，或者是基站根据终端的通知消息确定的，或者是终端根据基站的通知消息确定的。
具体地，定义第一维每个极化方向的天线端口数为K1，采用O1倍过采样的DFT向量生成N1个第一维波束向量，即N1＝K1×O1，该N1个第一维波束向量中，每间隔O1个波束向量的两个波束向量相互正交。定义第二维每个极化方向的天线端口数为K2，采用O2倍过采样的DFT向量生成N2个第二维波束向量，即N2＝K2×O2，该N2个第二维波束向量中，每间隔O2个波束向量的两个波束向量相互正交。基于Kronecker码本结构，对于二维天线端口的波束向量可以通过第一维波束向量和第二维波束向量的Kronecker积生成，这样码本中总的波束个数为N＝N1N2。对于双极化天线阵列，此波束向量用于一 个极化方向上的天线端口。
步骤102：对第一维波束向量进行分组得到多个第一维波束分组，以及对第二维波束向量进行分组得到多个第二维波束分组，其中，任意一个第一维波束分组中包含的多个第一维波束向量相互正交，任意一个第二维波束分组中的多个第二维波束向量相互正交。
较佳地，对第一维波束向量进行分组，将第一维波束向量划分为具有等同数目的第一维波束的多个第一维波束分组，每个第一维波束分组包含相同数目的第一维波束向量；对第二维波束向量进行分组，将第二维波束向量划分为具有等同数目的第二维波束的多个第二维波束分组，每个第二维波束分组包含相同数目的第二维波束。
较佳地，相邻的第一维波束分组内包含至少一个不重叠的第一维波束向量，相邻第二维波束分组内包含至少一个不重叠的第二维波束向量。
具体地，以对第一维波束向量进行分组为例，假设将N1个第一维波束向量划分为S1个分组，每个分组包含M1个波束向量。相邻的第一维波束分组内的波束向量可以有部分重叠或者完全无重叠，定义相邻的第一维波束分组中非重叠的波束个数为Np1，其中Np1≥1且Np1≤M1，则第s1个第一维波束分组可表示为公式(1)：
其中，s1＝0,1,2,…,S1-1，第一维波束分组中第i个波束向量定义为公式(2)：
其中，K1表示天线的第一维每个极化方向的端口数。
第一维波束分组为一个K1×M1的矩阵。
其中，当波束向量索引(s1·Np1+m)>(N1-1)时，则使用取模操作重新计算波束向量索引如下：mod(s1·Np1+m,N1-1)-1，其中mod(m,n)表示m对n求模。
基于与对第一维波束向量进行分组相同的原理，对第二维波束向量进行分组的具体过程如下：
假设将N2个第二维波束向量划分为S2个分组，每个分组包含M2个波束向量。相邻的第二维波束分组内的波束向量可以有部分重叠或者完全无重叠，定义相邻的第二维波束分组中非重叠的波束向量个数为Np2，其中Np2≥1且Np2≤M2，则第s2个第二维波束分组可表示为公式(3)：
其中，s2＝0,1,2,…,S2-1，第二维波束分组中的第i个波束向量定义为公式(4)：
其中，K2表示天线的第二维每个极化方向的端口数。第二维波束分组是一个K2×M2的矩阵。
其中，在波束向量索引(s2·Np2+n)>(N2-1)时，则使用取模操作重新计算波束向量索引如下：mod(s2·Np2+n,N2-1)-1，其中mod(m,n)表示m对n求模。
步骤103：分别根据每个第一维波束分组与每个第二维波束分组之间的Kronecker积，确定对应的二维正交波束子组，该二维正交波束子组中包含多个相互正交的波束向量。
实施中，每一个第一维波束分组与一个第二维波束分组之间的Kronecker积，为一个对应的二维正交波束子组。
具体地，对于每个第一维波束分组，分别将该第一维波束分组与每个第二维波束分组进行Kronecker积，得到该第一维波束分组对应的与第二维波束分组的个数相同的二维正交波束子组。假设有S1个第一维波束分组和S2个第二维波束分组，在可得到S1×S2个二维正交波束子组。
具体地，一个二维正交波束子组表示为公式(5)：
其中，表示Kronecker积，X1表示第一维波束分组，X2表示第二维波束分组。
如图2所示为一个二维正交波束子组的示意图，其中，O1表示第一维的过采样因子，O2表示第二维的过采样因子，该二维正交波束子组为第一个第一维波束分组与第一个第二维波束分组的Kronecker积获得，且第一维波束分组中包含4个波束向量，第二维波束分组中包括2个波束向量，即s1＝0，M1＝4，s2＝0，M2＝2，图2中的每个方格表示X中的一个波束向量。
步骤104：每次选择一组或多组二维正交波束子组，根据同时传输的数据流数目从选择的该一组或多组二维正交波束子组中选择波束向量，根据选择的波束向量以及该数据流数目生成该二维正交波束子组对应的预编码矩阵。
其中，对于两级码本结构，每个第一级码本由一组或者多组所述二维正交波束子组构成；根据同时传输的数据流数目，每个第二级码本用于从第一级码本中选择波束向量，生成所述第一级码本对应的一个或者多个预编码矩阵。
具体地，对于一组或多组二维正交波束子组，根据同时传输的数据流数目从该一组或多组二维正交波束子组中选择一组或多组波束向量，分别根据选择 的每一组波束向量以及该数据流数目生成对应的预编码矩阵。即通过从同一个二维正交波束子组中选择波束向量，得到一组或多组不同的波形向量，每组波束向量对应生成一个或多个该数据流数目对应的预编码矩阵，则一个二维正交波束子组可以得到该数据流数目对应的多个预编码矩阵。或者，通过从多组二维正交波束子组中选择波束向量，得到一组或多组不同的波形向量，每组波束向量对应生成一个或多个该数据流数目对应的预编码矩阵，则该多组二维正交波束子组可以得到该数据流数目对应的多个预编码矩阵。
具体地，针对任意一组或多组二维正交波束子组，根据该二维正交波束子组确定的与同时传输的数据流数目对应的预编码矩阵可表示为公式(6)：
其中，W表示预编码矩阵，r表示预编码矩阵的列数以及数据流数目，Yi为一个极化方向的波束向量，表示从二维正交波束子组中选择的波束向量，αi表示极化方向间的相位调整因子，Yi′表示另一个极化方向的波束向量，Yi′根据Yi确定，i＝1,2......,r。实施中可以对W进行归一化处理，归一化因子为即
其中，根据Yi确定Yi′的方式包括但不限于以下几种：
第一，表示为公式(7)：
Yi′＝Yi (7)。
第二，表示为公式(8)：
该方式中Yi＝X(:,li)，其中，X表示第一维波束分组X1与第二维波束分组X2之间的Kronecker积确定的二维正交波束子组，li表示列索引号，即对应第i个数据流选择的波束向量，M2表示X2中包含的第二维波束向量的个数， Bi表示大小为K1×K1的对角矩阵，K1表示天线的第一维每个极化方向的端口数，“”表示向下取整。
具体地，Bi根据确定，或者为预设值。例如，对角矩阵Bi中的每个元素为一个相位调整因子，用于对进行相位调整。
第三，表示为公式(9)：
该方式中Yi＝X(:,li)，其中，X表示第一维波束分组X1与第二维波束分组X2之间的Kronecker积确定的所述二维正交波束子组，li表示列索引号，即对应第i个数据流选择的波束向量，M2表示X2中包含的第二维波束向量的个数，Di为大小为K2×K2的对角矩阵，K2表示天线的第二维每个极化方向的端口数，“”表示向下取整。
具体地，Di根据X2(:,mod(li,M2))确定，或者为预设值。例如，对角矩阵Di中的每个元素为一个相位调整因子，用于对X2(:,mod(li,M2))进行相位调整。
第四，表示为公式(10)：
该方式中Yi＝X(:,li)，其中，X表示第一维波束分组X1与第二维波束分组X2之间的Kronecker积确定的所述二维正交波束子组，li表示列索引号，即对应第i个数据流选择的波束向量，M2表示X2中包含的第二维波束向量的个数，Bi表示大小为K1×K1的对角矩阵，K1表示天线的第一维每个极化方向的端口数，Di为大小为K2×K2的对角矩阵，K2表示天线的第二维每个极化方向的端口数，“”表示向下取整。
具体地，Di根据X2(:,mod(li,M2))确定，或者为预设值。例如，对角矩阵Di中的每个元素为一个相位调整因子，用于对X2(:,mod(li,M2))进行相位 调整。Bi根据确定，或者为预设值。例如，对角矩阵Bi中的每个元素为一个相位调整因子，用于对进行相位调整得到。
其中，极化方向间的相位调整因子其中T为预设整数，极化方向间的相位调整因子用于调整不同极化方向波束向量间的相位。同时若两个数据流选择相同的波束向量时，相位调整因子需要保证预编码矩阵中的相应两列间相互正交。
实施中，可以将预编码矩阵表示为两级码本结构，即表示为W＝W1W2，其中，W1为第一级码本，W2为第二级码本，对于双极化天线阵列，W1由第一矩阵Z1与第二矩阵Z2构成，表示为公式(11)所示：
其中，第一矩阵Z1由选择的一组或者多组所述二维正交波束子组构成。第二矩阵Z2根据第一矩阵确定，第二级码本用于从第一级码本中选择多列波束向量并进行相位调整后确定预编码矩阵。
具体地，一个二维正交波束子组可以表示为公式(12)所示：
其中，s1＝0,1,2,…,S1-1，s2＝0,1,2,…,S2-1。
一种可行的实施方式是将某一个维度(第一维或第二维)相同的G个二维正交波束子组组成一个第一矩阵，G为大于等于1的整数，即第一矩阵表示为公式(13)或公式(14)所示：
或者
具体地，第二矩阵由第一矩阵确定，包括但不限于以下几种实现方式，表示为：
Z2＝Z1，
或者，
或者，
或者，
其中，Bi表示大小为K1×K1的对角矩阵，K1表示天线的第一维每个极化方向的端口数，Di为大小为K2×K2的对角矩阵，K2表示天线的第二维每个极化方向的端口数，表示K1维的单位矩阵，表示K2维的单位矩阵。
具体地，Di根据Z1(:,i)确定，或者为预设值。例如，对角矩阵Di中的每个元素为一个相位调整因子，用于对Z1(:,i)进行相位调整。Bi根据Z1(:,i)确定，或者为预设值。例如，对角矩阵Bi中的每个元素为一个相位调整因子，用于对Z1(:,i)进行相位调整。
具体地，采用W2从确定的第一级码本中选择多列波束并进行相位调整，确定预编码矩阵。
一个具体实现中，W2表示为公式(15)：
其中，为列选择向量,其长度为Z1的列数，即有且仅有ir个元素为1，其他元素均为0，作用是从W1矩阵的对角块中选择出一列。αi用于在两组极化天线之间进行相位调整，
步骤105：确定所有或部分二维正交波束子组对应的预编码矩阵组成的集 合为数据流数目对应的码本。
本发明实施例中，如图3所示，接收机确定预编码矩阵的详细方法流程如下：
步骤301：确定同时传输的数据流数目；
步骤302：根据数据流数目与码本的对应关系，确定该数据流数目对应的码本，从确定的码本中选择一个预编码矩阵；
步骤303：发送选择的预编码矩阵在该码本中的索引的指示信息；
其中，数据流数目对应的码本按照步骤101至步骤105所描述的过程生成，此处不再赘述。
实施中，接收机可以是随机从码本中选择一个预编码矩阵，也可以按照预设的规则从码本中选择一个预编码矩阵，此处不限制从码本中选择预编码矩阵的方式。
可能的实现中，执行步骤301至步骤303所述的过程的接收机位于终端上。
需要说明的是，执行步骤101至步骤105所描述的过程的设备可以是终端，也可以是在其它设备上。在一种可能的实现方式中，该其它设备获取终端与基站之间同时传输的数据流数目后，按照步骤101至步骤105所描述的过程，根据该数据流数目生成该数据流数目对应的码本，将该数目流数目对应的码本配置在终端和基站上。
本发明实施例中，如图4所示，发射机确定预编码矩阵的详细方法流程如下：
步骤401：接收预编码矩阵在码本中的索引的指示信息；
步骤402：获取同时传输的数据流数目，并获取该数据流数目对应的码本，根据该索引的指示信息从该数据流数目对应的码本中选择预编码矩阵；
其中，该数据流数目对应的码本按照步骤101至步骤105所描述的过程生成，此处不再赘述。
可能的实现中，执行步骤401至步骤402的发射机位于基站上。
其中，预编码矩阵在码本中的索引的指示信息，可以直接为该预编码矩阵在码本中的索引，也可以是该预编码矩阵在码本中的索引按照预设规则经过变形后得到，此处不限制该索引的指示信息的具体实现形式。
实施例一：以下通过一个具体的例子对使用一个二维正交分组确定一个预编码矩阵的过程进行说明。
以rank等于8为例，基于图2所示的二维正交波束子组，给出以下三种预编码矩阵的设计方式：
假设Yi′＝Yi，且满足Y1＝Y2，Y3＝Y4，Y5＝Y6，Y7＝Y8，相位调整因子α1＝α3＝α5＝α7＝1，α2＝α4＝α6＝α8＝-1。需要从二维正交波束子组中任意选择四个波束向量，可以有以下三种选择方案
方案一：Y1＝X(:,1)，Y3＝X(:,2)，Y5＝X(:,3)，Y7＝X(:,4)，如图5所示，被阴影覆盖的方格为选择的波束向量；
方案二：Y1＝X(:,1)，Y3＝X(:,3)，Y5＝X(:,5)，Y7＝X(:,7)，如图6所示，被阴影覆盖的方格为选择的波束向量；
方案三：Y1＝X(:,1)，Y3＝X(:,4)，Y5＝X(:,5)，Y7＝X(:,8)，如图7所示，被阴影覆盖的方格为选择的波束向量。
实施例二：以下通过一个具体的例子对使用两个二维正交子组确定一个预编码矩阵的过程进行说明。
以rank等于4为例，基于图8所示，第一个二维正交波束子组采用s1＝0，s2＝0，表示为
定义Np1＝1，第二个二维正交波束子组采用s1＝1，s2＝0，表示为
两级码本结构中的第一级码本为：其中，Z1＝[X(0,0)X(1,0)]， Z1为一个包含16列的矩阵。
对于第二级码本选择调整因子α1＝α3＝1，α2＝α4＝-1。一种可行的方式为从每个二维正交波束子组中任意选择两个波束向量，其中一种第二级码本的实现方式为：
其中，ei是一个长度为16的单位向量，其第i个元素为1，其余元素为0。
基于同一发明构思，本发明实施例中提供了一种码本生成装置，该装置的具体实施可参见上述方法实施例部分关于码本生成过程的相关描述，重复之处不再赘述，如图9所示，该装置主要包括：
第一确定模块901，用于确定天线的第一维波束向量以及所述天线的第二维波束向量；
分组模块902，用于对所述第一确定模块确定的所述第一维波束向量进行分组得到多个第一维波束分组，以及对所述第一确定模块确定的所述第二维波束向量进行分组得到多个第二维波束分组，其中，任意一个所述第一维波束分组中包含的多个第一维波束向量相互正交，任意一个所述第二维波束分组中的多个第二维波束向量相互正交；
计算模块903，用于分别根据每个第一维波束分组与每个第二维波束分组之间的Kronecker积，确定对应的二维正交波束子组，所述二维正交波束子组中包含多个相互正交的波束向量；
矩阵生成模块904，用于每次选择一组或多组二维正交波束子组，根据同时传输的数据流数目从选择的该一组或多组二维正交波束子组中选择波束向量，根据选择的所述波束向量以及所述数据流数目生成所述二维正交波束子组对应的预编码矩阵；
第二确定模块905，用于确定所有或部分所述二维正交波束子组对应的预编码矩阵组成的集合为所述数据流数目对应的码本。
较佳地，每个第一维波束分组包含相同数目的第一维波束向量，每个第二维波束分组包含相同数目的第二维波束向量；
相邻的第一维波束分组内包含至少一个不重叠的第一维波束向量，相邻第二维波束分组内包含至少一个不重叠的第二维波束向量。
较佳地，所述预编码矩阵为W＝W1W2，其中W1为第一级码本，W2为第二级码本；
其中，Z1表示第一矩阵，Z2表示第二矩阵，所述第一矩阵由所述一组或多组所述二维正交波束子组构成，所述第二矩阵根据所述第一矩阵确定，所述第二级码本用于从所述第一级码本中选择多列波束向量并进行相位调整后确定所述预编码矩阵。
较佳地，所述第二矩阵根据所述第一矩阵确定，具体为：
Z2＝Z1；或者，
或者，
或者，
其中，Bi表示大小为K1×K1的对角矩阵，K1表示天线的第一维每个极化方向的端口数，Di表示大小为K2×K2的对角矩阵，K2表示天线的第二维每个极化方向的端口数，表示K1维的单位矩阵，表示K2维的单位矩阵。
较佳地，所述预编码矩阵为其中，W表示所述预编码矩阵，r表示所述预编码矩阵的列数以及所述数据流数目，Yi表示所述选择的波束向量，αi表示极化方向间的相位调整因子，Yi′根据Yi确定，i＝1,2......,r。
较佳地，所述Yi′根据Yi确定，具体为：
Yi′＝Yi；或者，
Yi＝X(:,li)，其中，X表示第一维波束分组X1与第二维波束分组X2之间的Kronecker积确定的所述二维正交波束子组，li表示列索引号，即对应第i个数据流选择的波束向量，M2表示X2中包含的第二维波束向量的个数，Bi表示大小为K1×K1的对角矩阵，K1表示天线的第一维每个极化方向的端口数，“”表示向下取整；或者，
Yi＝X(:,li)，其中，X表示第一维波束分组X1与第二维波束分组X2之间的Kronecker积确定的所述二维正交波束子组，li表示列索引号，即对应第i个数据流选择的波束向量，M2表示X2中包含的第二维波束向量的个数，Di为大小为K2×K2的对角矩阵，K2表示天线的第二维每个极化方向的端口数，“”表示向下取整；或者，
Yi＝X(:,li)，其中，X表示第一维波束分组X1与第二维波束分组X2之间的Kronecker积确定的所述二维正交波束子组，li表示列索引号，即对应第i个数据流选择的波束向量，M2表示X2中包含的第二维波束向量的个数，Bi表示大小为K1×K1的对角矩阵，K1表示天线的第一维每个极化方向的端口数，Di为大小为K2×K2的对角矩阵，K2表示天线的第二维每个极化方向的端口数，“”表示向下取整。
在一种可能的实现中，该装置可以是设置在终端上，或者设置在基站上，或者设置在终端和基站之外的其它设备上。若该装置设置在除终端和基站之外的其它设备上则，则该设备获取终端和基站之间同时传输的数据流数目，在生成该数据流数目对应的码本后，将该数据流数目对应的码本配置给终端和基站。若该装置位于终端上，终端在生成数据流数目对应的码本后，在本地保存该数据流数目与码本的对应关系。若该装置位于基站上，基站在生成数据流数目对应的码本后，在本地保存该数据流数目与码本的对应关系。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种预编码矩阵确定装置，该装置的具体实施可参见上述方法实施例部分的相关描述，重复之处不再赘述，如图10所示，该装置主要包括：
确定模块1001，用于确定同时传输的数据流数目；
选择模块1002，用于根据数据流数目与码本的对应关系，确定所述确定模块1001确定的所述数据流数目对应的码本，从确定的码本中选择一个预编码矩阵；
发送模块1003，用于发送所述选择模块1002选择的预编码矩阵在所述码本中的索引的指示信息；
其中，所述数据流数目对应的码本采用步骤101至步骤105所述的方法生成。
在一种可能的实现中，该装置设置于终端上。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种预编码矩阵确定装置，该装置的具体实施可参见上述方法实施例部分的相关描述，如图11所示，该装置主要包括：
接收模块1101，用于接收预编码矩阵在码本中的索引的指示信息；
选择模块1102，用于获取同时传输的数据流数目，并获取所述数据流数目对应的码本，根据所述索引的指示信息从所述数据流数目对应的码本中选择预编码矩阵；
其中，所述数据流数目对应的码本采用步骤101至步骤105所述的方法生成。
在一种可能的实现中，该装置设置在基站上。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种设备，该设备的具体实施可参见上述方法实施例部分的相关描述，重复之处不再赘述，如图12所示，该设备主要包括处理器1201和存储器1202，该存储器1202中保存有预设的程序，处理器1201读取存储器1202中保存的程序，按照该程序执行以下过程：
确定天线的第一维波束向量以及所述天线的第二维波束向量；
对所述第一维波束向量进行分组得到多个第一维波束分组，以及对所述第二维波束向量进行分组得到多个第二维波束分组，其中，任意一个所述第一维波束分组中包含的多个第一维波束向量相互正交，任意一个所述第二维波束分组中的多个第二维波束向量相互正交；
分别根据每个第一维波束分组与每个第二维波束分组之间的Kronecker积，确定对应的二维正交波束子组，所述二维正交波束子组中包含多个相互正交的波束向量；
每次选择一组或多组二维正交波束子组，根据同时传输的数据流数目从每次选择一组或多组所述二维正交波束子组中选择波束向量，根据选择的所述波束向量以及所述数据流数目生成所述二维正交波束子组对应的预编码矩阵；
确定所有或部分所述二维正交波束子组对应的预编码矩阵组成的集合为所述数据流数目对应的码本。
较佳地，每个第一维波束分组包含相同数目的第一维波束向量，每个第二维波束分组包含相同数目的第二维波束向量；
相邻的第一维波束分组内包含至少一个不重叠的第一维波束向量，相邻第二维波束分组内包含至少一个不重叠的第二维波束向量。
较佳地，所述预编码矩阵为W＝W1W2，其中W1为第一级码本，W2为第二级码本；
其中，Z1表示第一矩阵，Z2表示第二矩阵，所述第一矩阵由所述一组或多组所述二维正交波束子组构成，所述第二矩阵根据所述第一矩阵确定，所述第二级码本用于从所述第一级码本中选择多列波束向量并进行相位调整后确定所述预编码矩阵。
较佳地，所述第二矩阵根据所述第一矩阵确定，具体为：
Z2＝Z1；或者，
或者，
或者，
其中，Bi表示大小为K1×K1的对角矩阵，K1表示天线的第一维每个极化方向的端口数，Di表示大小为K2×K2的对角矩阵，K2表示天线的第二维每个极化方向的端口数，表示K1维的单位矩阵，表示K2维的单位矩阵。
较佳地，所述预编码矩阵为其中，W表示所述预编码矩阵，r表示所述预编码矩阵的列数以及所述数据流数目，Yi表示所述选择的波束向量，αi表示极化方向间的相位调整因子，Yi′根据Yi确定，i＝1,2......,r。
较佳地，所述Yi′根据Yi确定，具体为：
Yi′＝Yi；或者，
Yi＝X(:,li)，其中，X表示第一维波束分组X1与第二维波束分组X2之间的Kronecker积确定的所述二维正交波束子组，li表示列索引号，即对应第i个数据流选择的波束向量，M2表示X2中包含的第二维波束向量的个数，Bi表示大小为K1×K1的对角矩阵，K1表示天线的第一维每个极化方向的端口数，“”表示向下取整；或者，
Yi＝X(:,li)，其中，X表示第一维波束分组X1与第二维波束分组X2之间的Kronecker积确定的所述二维正交波束子组，li表示列索引号，即对应第i个数据流选择的波束向量，M2表示X2中包含的第二维波束向量的个数，Di为大小为K2×K2的对角矩阵，K2表示天线的第二维每个极化方向的端口数，“”表示向下取整；或者，
Yi＝X(:,li)，其中，X表 示第一维波束分组X1与第二维波束分组X2之间的Kronecker积确定的所述二维正交波束子组，li表示列索引号，即对应第i个数据流选择的波束向量，M2表示X2中包含的第二维波束向量的个数，Bi表示大小为K1×K1的对角矩阵，K1表示天线的第一维每个极化方向的端口数，Dx为大小为K2×K2的对角矩阵，K2表示天线的第二维每个极化方向的端口数，“”表示向下取整。
在一种可能的实现中，该设备可以是终端或者基站。该设备也可以是除基站和终端之外的其它设备。该其它设备的处理器获取基站和终端之间同时传输的数据流数目，按照该数据流数目生成对应的码本后，将该数据流数目对应的码本配置给基站和终端。若该设备为终端，则该终端的处理器生成数据流数目对应的码本后，将该数据流数目与码本之间的对应关系保存至存储器中。若该设备为基站，则该基站的处理器生成数据流数目对应的码本后，将该数据流数目与码本之间的对应关系保存至存储器中。
其中，处理器和存储器通过总线连接，总线架构可以包括任意数量的互联的总线和桥，具体由处理器代表的一个或多个处理器和存储器代表的存储器的各种电路链接在一起。总线架构还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口提供接口。处理器负责管理总线架构和通常的处理，存储器可以存储处理器在执行操作时所使用的数据。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种终端，该终端的具体实施可参见上述方法实施例部分的相关描述，如图13所示，该终端主要包括处理器1301、存储器1302和收发机1303，其中，收发机1303在处理器1301的控制下接收和发送数据，存储器1302中保存有预设的程序，处理器1301读取存储器1302中保存的程序，按照该程序执行以下过程：
确定同时传输的数据流数目；
根据数据流数目与码本的对应关系，确定所述数据流数目对应的码本，从确定的码本中选择一个预编码矩阵；
通过收发机1303发送选择的预编码矩阵在所述码本中的索引的指示信息；
其中，所述数据流数目对应的码本采用步骤101至步骤105所述的方法生成。
其中，处理器、存储器以及收发机通过总线连接，总线架构可以包括任意数量的互联的总线和桥，具体由处理器代表的一个或多个处理器和存储器代表的存储器的各种电路链接在一起。总线架构还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口提供接口。收发机可以是多个元件，即包括发送机和收发机，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。处理器负责管理总线架构和通常的处理，存储器可以存储处理器在执行操作时所使用的数据。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种基站，该基站的具体实施可参见上述方法实施例部分的相关描述，如图14所示，该基站主要包括处理器1401、存储器1402和收发机1403，其中，收发机1403在处理器1401的控制下接收和发送数据，存储器1402中保存有预设的程序，处理器1401读取存储器1402中保存的程序，按照该程序执行以下过程：
通过收发机1403接收预编码矩阵在码本中的索引的指示信息；
获取同时传输的数据流数目，并获取所述数据流数目对应的码本，根据所述索引的指示信息从所述数据流数目对应的码本中选择预编码矩阵；
其中，所述数据流数目对应的码本采用步骤101至步骤105所述的方法生成。
其中，处理器、存储器以及收发机通过总线连接，总线架构可以包括任意数量的互联的总线和桥，具体由处理器代表的一个或多个处理器和存储器代表的存储器的各种电路链接在一起。总线架构还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口提供接口。收发机可以是多个 元件，即包括发送机和收发机，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。处理器负责管理总线架构和通常的处理，存储器可以存储处理器在执行操作时所使用的数据。
基于上述技术方案，本发明实施例中，通过对天线的第一维波束向量以及第二维波束向量进行分组，得到多个第一维波束分组以及多个第二维波束分组，分别根据每个第一维波束分组与每个第二维波束分组之间的Kronecker积，确定对应的二维正交波束子组，根据同时传输的数据流数目以及一个或多个二维正交波束子组中生成对应的预编码矩阵，从而能够根据每个二维正交波束子组得到多个与该数据流数目对应的预编码矩阵，由该数据流数目对应的多个预编码矩阵确定该数据流数目对应的码本，从而给出了同时传输的数据流数rank大于1的时的码本设计方案，该设计方案同时利用了水平维和垂直维的正交性，适用于3D MIMO天线阵列。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中 的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
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