CN101459461B - 在无线通信系统中传送信息的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在无线通信系统中传送信息的系统及方法。包括节点B中的处理器，其能够生成干扰消除矩阵(W_R)。干扰消除矩阵(也称为匹配滤波器)可以用多个辅助信号(y_i)来表示一个合成信号(Y)，其中辅助信号(y_i)中的每一个由节点B发射，并由对应的第i个UE工作站接收。每一个辅助信号y_i可以基于多个数据流信号中对应的一个(x_i)而生成。处理器可基于干扰消除矩阵生成预编码矩阵(W_T)。节点B内的发射器可基于该预编码矩阵生成多个信号。生成的多个信号可经由无线通信媒介发送。

Description

在无线通信系统中传送信息的系统及方法

技术领域

本发明涉及通信网络，更具体地说，涉及一种使用码簿的多用户多入多出(MIMO)通信系统中波束形成的方法和系统。

背景技术

移动通信改变了人们通信的方式，移动电话已从奢侈品变成为日常生活基本用品。移动电话的使用在今天是由社会环境所支配，位置或技术不再是问题。当语音连接满足了通信的基本需求时，移动语音连接继续更进一步地渗入到日常生活之中，移动互联网是移动通信发展一下阶段要实现的目标。移动互联网将成为日常信息的共同资源，使得对这种数据的各种移动访问更加容易。

为实现移动互联网的这些未来需求，现已设计出第三代(3G)蜂窝网络。第三代合作伙伴计划(3GPP)是由全球通信联盟协作进行，其目的在于开发一种满足移动互联网需要的无线网络标准。为达到这一目标，3GPP所承担的项目之一被称为3GPP长期演进(3GPP LTE)项目。3GPP LTE项目中主要研究课题涉及无线通信网络中数据传输速率和频谱利用规范。

比较本发明后续将要结合附图介绍的系统，现有技术的其它局限性和弊端对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。

发明内容

本发明涉及一种使用码簿的多用户多入多出(MIMO)通信系统中波束形成的方法和系统，至少结合一张附图进行了描述，并在权利要求中进行了完整的定义。

根据本发明的一方面，提供一种在无线通信系统中传送信息的系统，所述系统包括：

一个或多个电路，用于生成干扰消除矩阵，所述干扰消除矩阵(interferencecancellation matrix)使能使用多个辅助信号(subsidiary signal)来代表一个合成信号，其中所述辅助信号中的每一个都是基于多个数据流信号中的一个对应数据流信号而生成；

所述一个或多个电路用于基于所述生成的干扰消除矩阵生成预编码(precoding)矩阵；

所述一个或多个电路用于基于所述生成的预编码矩阵和基于所述多个数据流信号生成多个发射信号；

所述一个或多个电路用于经由无线通信媒介发射所述生成的多个信号。

作为优选，所述一个或多个电路用于基于所述生成的预编码矩阵和生成的波束成形矩阵生成修改后的波束成形矩阵。

作为优选，所述一个或多个电路用于基于经由所述无线通信媒介接收到的信号生成所述生成的波束成形矩阵和一个或多个用户信道矩阵。

作为优选，所述一个或多个电路用于通过所述接收信号接收一个或多个用户波束成形向量和/或用户信道质量信息。

作为优选，所述一个或多个电路用于基于所述接收到的一个或多个用户波束成形向量和/或用户信道质量信息生成所述预编码矩阵和/或所述波束成形矩阵。

作为优选，所述一个或多个电路用于经由所述无线通信媒介发射来自所述生成的修改后波束成形矩阵的数据。

作为优选，所述一个或多个电路用于基于码簿生成所述生成的修改后波束成形矩阵的量化版。

作为优选，所述一个或多个电路用于经由所述无线通信媒介发射来自所述生成的修改后波束成形矩阵的量化版的数据。

作为优选，所述一个或多个电路用于通过计算所述生成的修改后波束成形矩阵中的每一矩阵元素与所述码簿中每一进入值(entry value)之间的相关值(correlation value)来生成所述生成的修改后波束成形矩阵的量化版。

作为优选，所述一个或多个电路用于根据所计算的所述多个矩阵元素中每一元素的最大值来生成所述生成的修改后波束成形矩阵的量化版。

作为优选，所述一个或多个电路用于基于所述多个最大值为所述多个矩阵元素中每一元素计算指数值(index value)，所述指数值以在所述码簿中选择的进入值为参考。

作为优选，所述一个或多个电路用于经由所述无线通信媒介发射所述多个指数值。

根据本发明的一方面，提供一种在无线通信系统中传送信息的方法，所述方法包括：

生成干扰消除矩阵，所述干扰消除矩阵(interference cancellation matrix)使能使用多个辅助信号(subsidiary signal)来代表一个合成信号，其中所述辅助信号中的每一个都是基于多个数据流信号中的一个对应数据流信号而生成；

基于所述生成的干扰消除矩阵生成预编码(precoding)矩阵；

基于所述生成的预编码矩阵和基于所述多个数据流信号生成多个发射信号；

经由无线通信媒介发射所述生成的多个信号。

作为优选，所述方法包括基于所述生成的预编码矩阵和生成的波束成形矩阵生成修改后的波束成形矩阵。

作为优选，所述方法包括基于经由所述无线通信媒介接收到的信号生成所述生成的波束成形矩阵和一个或多个用户信道矩阵。

作为优选，所述方法包括通过所述接收信号接收一个或多个用户波束成形向量和/或用户信道质量信息。

作为优选，所述方法包括基于所述接收到的一个或多个用户波束成形向量和/或用户信道质量信息生成所述预编码矩阵和/或所述波束成形矩阵。

作为优选，所述方法包括经由所述无线通信媒介发射来自所述生成的修改后波束成形矩阵的数据。

作为优选，所述方法包括基于码簿生成所述生成的修改后波束成形矩阵的量化版。

作为优选，所述方法包括经由所述无线通信媒介发射来自所述生成的修改后波束成形矩阵的量化版的数据。

作为优选，所述方法包括通过计算所述生成的修改后波束成形矩阵中的每一矩阵元素与所述码簿中每一进入值(entry value)之间的相关值(correlationvalue)来生成所述生成的修改后波束成形矩阵的量化版。

作为优选，所述方法包括根据所计算的所述多个矩阵元素中每一元素的最大值来生成所述生成的修改后波束成形矩阵的量化版。

作为优选，所述方法包括基于所述多个最大值为所述多个矩阵元素中每一元素计算指数值(index value)，所述指数值以在所述码簿中选择的进入值为参考。

作为优选，所述方法包括经由所述无线通信媒介发射所述多个指数值。

本发明的各种优点、各个方面和创新特征，以及其中所示例的实施例的细节，将在以下的具体实施方式和附图中进行详细介绍。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是用于本发明实施例中的示范性MIMO收发器的结构示意图；

图2是用于本发明实施例中的示范性多用户MIMO系统的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的3GPP LTE系统的节点B MIMO设计的示范性步骤的流程图；

图4是根据本发明实施例的用于从码簿中选择量化波束成形向量的示范性步骤的流程图；

图5是根据本发明实施例的3GPP LTE系统的UE工作站MIMO设计的示范性步骤的流程图。

具体实施方式

本发明涉及使用码簿的多用户多入多出(MIMO)通信系统中波束形成的方法和系统。本发明的各个实施例可以结合第三代合作伙伴计划(3GPP)长期演进(LTE)系统来实现。在本发明的各个实施例中，无线通信系统中的MIMO基站可经由M_T个发射天线同时发射预编码信号。在经由多个发射天线发射之前，该预编码信号将使用波束成形技术进行处理。在本发明的各个实施例中，不失一般性地，预编码和波束成形步骤可以合并。M_T个同时发射的信号可由K个用户设备(UE)工作站接收，其中每一个都经由M_R个接收天线接收信号。可以基于从每一个UE工作站接收的反馈数据对发射信号进行预编码。

在接收端，每一个UE工作站可以使用干扰消除滤波器来选择性地接收部分预编码信号，同时拒收其它部分的预编码信号。每一个UE工作站的干扰消除滤波器的滤波特性都可以根据从基站接收到的数据来确定。在本发明的各个实施例中，(K个UE工作站中的)第i个UE工作站所使用的干扰消除滤波器可以使UE工作站将从基站接收到的信号转换成K个信号。UE工作站可以从K个信号中选择第i个信号进行进一步处理，同时拒收其它信号(j≠i)。

图1是用于本发明实施例中的示范性MIMO收发器的结构示意图。参见图1，其中展示了无线收发器工作站102和多个天线132a......132n。无线收发器工作站102是示例性的通信设备，其可用在无线通信系统的基站或UE中。在示例性的3GPP无线通信系统中，基站可以称为节点B。多个天线132a......132n使得无线收发器工作站102能够经由无线通信媒介发射和/或接收信号，例如射频(RF)信号。不失一般性地，图1所示的无线收发器工作站102也可以描述为包括与发射器116相连的一个或多个发射天线和与接收器118相连的一个或多个接收天线。

该示例性无线收发器工作站包括处理器112、存储器114、发射器116、接收器118、发射和接收(T/R)切换开关120和天线矩阵122。天线矩阵122可以用于实现对无线收发器工作站102上用于发射和/或接收信号的一个或多个天线132a......132n的选择。T/R切换开关120用于将天线矩阵122通信连接到发射器116或接收器118。当T/R切换开关120在发射器116和天线矩阵122之间建立通信连接时，所选择的天线132a......132n可用于发射信号。当T/R切换开关120在接收器118和天线矩阵122之间建立通信连接时，所选择的天线132a......132n可用于接收信号。

发射器116可以生成信号，所生成的信号可经由选择的天线132a......132n发射。发射器可以通过执行编码功能、信号调制和/或信号调制来生成信号。在本发明的各个实施例中，发射器116能够使用预编码和/或波束成形技术来生成信号。

接收器118能够处理经由天线132a......132n接收的信号。接收器118可以基于接收信号通过执行信号放大、信号解调和/或解码功能来生成数据。在本发明的各个实施例中，接收器118可以生成数据，这些数据可被发射器116用于进行对生成信号的预编码和/或波束成形处理。

处理器112可用于生成发射数据和/或处理接收数据。处理器112可以生成数据，所生成的数据可被发射器116使用以生成信号。处理器112可对接收器118生成的数据进行处理。在本发明节点B中的各个实施例中，处理器112可以对接收器118接收到的数据进行处理并生成系数数据，所生成的系数数据可被发射器116用于进行对生成信号的预编码和/或波束成形处理。该系数数据可以存储在存储器114中。

在本发明的各个实施例中，在UE工作站，处理器112用于对接收器所接收的数据进行处理，生成波束成形数据和/或信道质量信息(CQI)。该波束成形数据和/或CQI可以存储到存储器114中。波束成形数据和/或CQI可以由处理器112发送到发射器116中，或由发射器116从存储器114中获取该波束成形数据和/或CQI。发射器116可使用波束成形数据和/或CQI来生成信号，所生成的信号由发射天线132a......132n发射。

图2是用于本发明实施例中的示范性多用户MIMO系统的结构示意图。参见图2，其中展示了带有多个发射天线212a、212b......212n的发射器116、接收器118、带有多个天线232a、232b......232n的UE工作站222a、带有多个天线242a、242b......242n的UE工作站222b、带有多个天线252a、252b......252n的UE工作站222n、以及通信媒介262。UE工作站222a、222b、......222n的数量用量K表示。天线232a、232b......232n，242a、242b......242n和/或252a、252b......252n分别用于在UE工作站222a、222b、......222n发射和/或接收信号。每一个UE工作站的天线数量用量MR表示。但是，在本发明的各个实施例中，对于任意给定的UE，其天线的数量是独立确定的。发射器116可包括预编码器202和波束成形器204。接收器118可以包括波束成形控制器206。在本发明的各个实施例中，发射器116和接收器118可以是节点B内的部件。发射天线212a、212b......212n的数量可用量MT表示。

在本发明的各个实施例中，节点B可以同时向K个UE工作站发射数据流x₁、x₂、......x_k，以使第i个UE接收数据流x_i。每个数据流可以代表M_S个空间流或时空流。在一个示例性实施例中，M_S＝1且每一数据流代表单个数据流或时空流。预编码器202可以基于发射器预编码矩阵W_T对发射数据流x₁、x₂、......x_k进行预编码从而生成预编码数据流。波束成形器204接收预编码数据流并基于波束成形矩阵V生成M_T个发射信号。每个M_T发射信号可以由发射天线212a、212b......212n之中单独一个天线发射。发射信号可以通过通信媒介262传播。当通过通信媒介262传播时，发射信号的振幅和/或相位可能发生改变。信号传播过程中的信号改变称为衰落。通信媒介262的信号衰落特性可以用信道估算矩阵H来表示。可将UE222a接收的信号称为信号y₁、UE222b接收的信号称为信号y₂、UE222n接收的信号称为信号y_k。

UE222a可以使用干扰消除滤波器对接收信号y₁进行处理，从而实现接收信号r₁的检测。接收信号r₁可以代表发射数据流x₁的估算值。UE222a中所用的干扰消除滤波器的特性可以用矩阵w_R1来表示。干扰消除滤波器也可称为“匹配滤波器”。UE222b可以使用干扰消除滤波器对接收信号y₂进行处理，从而实现接收信号r₂的检测。接收信号r₂可以代表发射数据流x₂的估算值。UE222b中所用的干扰消除滤波器的特性可以用矩阵w_R2来表示。UE222n可以使用干扰消除滤波器对接收信号y_k进行处理，从而实现接收信号r_k的检测。接收信号r_k可以代表发射数据流x_k的估算值。UE222n中所用的干扰消除滤波器的特性可以用矩阵w_Rk来表示。

基于接收信号y₁，UE222a可以将反馈信息传送到接收器118。例如，接收信号y₁使能接收来自发射器116的协议数据单元(PDU)。每一个PDU包括报头字段(preamble field)，使得UE222a能够基于接收信号y₁生成波束成形矩阵和/或CQI。波束成形矩阵可用矩阵v₁表示，CQI可表示为CQI₁。波束成形矩阵和CQI可作为反馈信息(v₁，CQI₁)经由通信媒介262传送到接收器118。反馈信息(v₁，CQI₁)可以放在包括报头数据的数据帧(或协议数据单元(PDU))内传送。报头数据使得节点B能够计算用户信道矩阵H₁，对于接收器118接收到的由UE222a发射的信号，矩阵H₁表征通信媒介262特性。类似地，UE222b和UE222n可分别将反馈信息(v₂，CQI₂)和(v_k，CQI_k)经由通信媒介262传送到接收器118。对包含在PDU中反馈信息(包括(v₂，CQI₂)和(v_k，CQI_k))的接收使得节点B能够计算用户信道矩阵H₂和H_k，对于接收器118接收到的分别由UE222b和UE222n发射的信号，矩阵H₂和H_k表征通信媒介262特性。

波束成形控制器206可从一个或多个UE工作站接收反馈信息(v_i，CQI_i)。波束成形控制器206使能生成预编码和/或波束成形系数，该系数可与预编码矩阵W_T和/或波束成形矩阵V一起用于预编码器202和/或波束成形器204中。

在本发明的一个示例性实施例中，信号y_i可以用数据流x_i的函数来表示，如下：

等式1 $\left[\begin{array}{c}{y}_1\\ y_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ y_K\end{array}\right]=H\×V{\×W}_T\×\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ x_K\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{n}_1\\ n_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ n_K\end{array}\right]---\left[1\right]$

其中y_i是M_R行的列向量(其中M_R是第i个UE工作站接收信号y_i所使用的天线的数量)，n_i代表信号噪声，及：

等式2 $H=\left[\begin{array}{c}{H}_1\\ H_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ H_K\end{array}\right]---\left[2\right]$

其中，H_i代表第i个UE工作站接收的信号y_i的信道估算矩阵(或用户信道矩阵)；及

等式3V＝[v₁v₂…v_K]        [3]

其中v_i是M_T行的列向量(其中M_T是节点B使用的发射天线的数量)，其是基于从第i个UE工作站接收的波束成形矩阵而生成。

每一个UE工作站的post干扰消除信号r_i可用下式表示：

等式4 $\left[\begin{array}{c}{r}_1\\ r_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ r_K\end{array}\right]=W_R\×H\×V{\×W}_T\×\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ x_K\end{array}\right]+W_R\×\left[\begin{array}{c}{n}_1\\ n_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ n_K\end{array}\right]---\left[4\right]$

其中矩阵W_R对于每一个UE工作站而言是基于单独的矩阵w_Ri。

在本发明的各个实施例中，矩阵W_R和W_T中的系数可在节点B确定，这样矩阵乘积W_R×H×V×W_T可至少由一正交矩阵来近似表示。此外，可以定义矩阵V_T。在本发明的各个实施例中，矩阵V_T可定义为矩阵V和W_T的线性组合，如下：

等式5V_T＝V×W_T(CQI)        [5]

其中节点B可以基于来自一个或多个UE工作站的CQI反馈生成预编码矩阵W_T。在基于CQI反馈生成预编码矩阵W_T的本发明各个实施例中，可以计算预编码矩阵，其中可以为不同的UE工作站分配不同的加权因子，以使节点B能够同时向多个UE工作站发射数据，总的数据吞吐量逼近Shannon容量。

在一种确定矩阵W_R和W_T的方案中，可使用单值分解(SVD)法确定矩阵W_R，之后确定矩阵W_T，这样矩阵乘积W_R×H×V×W_T可至少由一正交矩阵来近似表示。

SVD这种方法可以使矩阵M用对角奇值矩阵(diagonal singular matrix)S、M的“输出(output)”基向量(“output”basis vectors)矩阵U和M的“输入(input)”基向量(“input”basis vectors)矩阵V的乘积来表示：

等式6   M＝U×S×

       [6]

其中V^*是矩阵V的共轭转置矩阵。

作为SVD方法的第一步骤，可以假设数据流x_i中的每一个都包括单个空间流或时空流(M_S＝1)，矩阵W_R可由矩阵U来表示，此时等式[4]中的矩阵W_T假设为单位矩阵。在这种情况下，等式[4]可以表示如下：

等式7 $U\×\left[\begin{array}{c}{y}_1\\ y_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ y_K\end{array}\right]=U\×H\×V\×\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ x_K\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{n}}_1\\ {\stackrel{\‾}{n}}_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ {\stackrel{\‾}{n}}_K\end{array}\right]---\left[7\right]$

矩阵U代表了对应于K个UE工作站中的每一个UE工作站的一组匹配滤波器，其可以表示为对角矩阵，其中第i行的矩阵元素可以用u_i(即第i个UE工作站的匹配滤波器)表示。因而，等式[7]可以表示如下：

等式8

[8]

此外，当M_S＝1，每一个UE工作站222a、222b、......222n的接收天线的数量M_R也可以等于1。在这种情况下，每个用户信道矩阵H_i可以用秩等于1的矩阵来表示。用户信道矩阵H_i的SVD表示法可以用单个奇值来表示。在这种情形下，等式[8]可以表示如下：

等式9

其中λi代表矩阵H_i的奇值， ${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ij}}=v_i^{*}\·v_j,$ $u_i^{*}=v_i^{-1}.$

基于等式[9]，当矩阵W_T可以表示如下：

等式10a

       

当表示为CQI的函数，W_T可以表示如下：

等式10b

     

其中，α_i(CQI_i)为第i个UE工作站的CQI加权因子。等式[10b]给出了基于CQI反馈生成矩阵W_T的例子。在α_i(CQI_i)＝α_j(CQI_j)的情形下，等式[10b]右边的第二个矩阵可用单位矩阵代替。

矩阵乘积W_R×H×V×W_T可至少由一正交矩阵来近似表示，如下：

等式11

      

及

等式12

      

其中，为便于说明，等式[10b]中所示的CQI加权因子用单位矩阵表示。

当每一个向量v_i与每一个向量v_j(i≠j)正交时，乘积v_i·v_j＝0，且等式[10a]中所示的矩阵W_T可用单位矩阵表示。等式[10a]中所示的矩阵称为相关矩阵。在按照等式[12]计算矩阵V_T之后，节点B将矩阵V_T传送给每一个UE工作站。

对于每一个子向量v_Ti，矩阵V_T可以包括一组浮点值，其中v_Ti可以按照等式[12]计算，将浮点矩阵V与浮点矩阵W_T的第i列相乘。在本发明的各个实施例中，通过生成矩阵V_T的量化版(quantized version)，节点B将矩阵VT的量化版传送到每一个UE工作站，以此减少节点B向每一个UE工作站传送的数据量。

在本发明的各个实施例中，可以基于可能(possible)系数值的码簿(例如3GPP码簿)选择矩阵V_T的系数值。从码簿中为矩阵V_T选择的系数值可以表示按照等式[12]计算的矩阵V_T中的系数的量化版。

量化值

可以从码簿中选择，其具有与向量v_Ti有关的最高计算相关值，如下所示：

等式13 $p=\arg \left(\max (v_{\mathrm{Ti}}^{*}\×v_i^Q)\right),$ 其中l＝1，2，...，L[13]

其中L代表码簿中可能(potential)量化值

的数量，i代表码簿中所选择的候选量化值

的指数(index)。函数arg(x)返回一个值，其等于复值x的极化表达式的角度分量。在等式[13]中，函数max(x)表示相关值是最高(由乘积

表示)的候选量化值

将被选择。等式[13]中计算的p值代表值I，其与最高相关值有关(即p代表码簿指数值)。因此，向量v_Ti中系数的量化版可以由表示。向量v_Ti、

的量化版可以表示如下

等式14 $v_{\mathrm{Ti}}^Q=v_{p\left(i\right)}^Q---\left[14\right]$

其中p(i)表示第i个UE工作站的p值。

等式[13]中公开的量化方法(其基于cordal距离计算)是一个示例性的量化方法，可用于本发明的各个实施例中。然而，本发明的各个实施例不受等式[13]所示的量化方法的限制。

节点B可以为每一个UE工作站选择量化向量。量化向量

可以由下式表示：

等式15 $V_T^Q=\left[\begin{array}{cccc}{v}_{T1}^Q& v_{T2}^Q& \·\·\·& v_{\mathrm{TK}}^Q\end{array}\right]---\left[15\right]$

在本发明的各个实施例中，节点B可以将量化向量

传送给每一个UE工作站。在本发明的一个实施例中，节点B通过将按照等式[13]计算的一组码簿指数值p(i)(值i＝1、2......K，其中K代表上述UE工作站的数量)来将量化向量传送给每一个UE工作站。例如节点B可以将码簿指数值[p(1)p(2)...p(K)]传送给每一个UE工作站。

一般来说，当等式[10a]所示的相关矩阵不是单位矩阵的情况下，为矩阵V_T中的每一元素计算量化值，如下所示：

等式16

      

其中，函数量化(V×W_T)的值即为矩阵乘积V×W_T的量化值。在本发明的示例性实施例中，量化函数(V×W_T)可以使用等式[13]所公开的量化方法。例如量化向量

可以根据下式计算：

等式17

其中W_Ti对应于矩阵W_T的第i列。

第i个UE工作站可以基于从节点B接收的这组码簿值

生成匹配滤波器矩阵w_Ri。匹配滤波器矩阵w_Ri使得第i个UE工作站能够从接收信号y_i(其还包括其它数据流x_j，其中j≠i)中选择性地接收数据流x_i。有关这一点，第i个UE工作站可以使用匹配滤波器矩阵w_Ri对接收信号y_i进行干扰消除滤波，接收信号y_i由发射节点B基于数据流x₁、x₂、......x_MT生成。在第i个UE工作站，x_i对应于选择接收的有用数据流，而数据流x_j(j≠i)对应于干扰信号。

在本发明的各个实施例中，第i个UE工作站可以基于接收到的一组量化向量

，或其值与量化向量

相关的其它标记(other indicia)，生成匹配滤波器矩阵w_Ri。在前述本发明的一个示例性实施例中，每一个UE工作站接收一组码簿值，其与该组量化向量相关。

在本发明的一个示例性实施例中，第i个UE工作站如下计算匹配滤波器矩阵w_Ri：

等式18 $w_{\mathrm{Ri}}\×H_i\×\left[\begin{array}{cccc}{v}_{T1}^Q& v_{T2}^Q& \·\·\·& v_{\mathrm{TK}}^Q\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccccccc}0& \·\·\·& 0& 1_i& 0& \·\·\·& 0\end{array}\right]---\left[18\right]$

其中值“1”位于等式[18]右边的矩阵的第i列，且

等式19 $w_{\mathrm{Ri}}=\left[\begin{array}{ccccccc}0& \·\·\·& 0& 1_i& 0& \·\·\·& 0\end{array}\right]\×{(H_i\×\left[\begin{array}{cccc}{v}_{T1}^Q& v_{T2}^Q& \·\·\·& v_{\mathrm{TK}}^Q\end{array}\right])}^{-1}---\left[19\right]$

按照等式[19]计算的匹配滤波器值w_Ri表示更新后的匹配滤波器值，其可以响应量化值

而计算。

一般来说，当等式[10a]所示的相关矩阵不是单位矩阵的情况下，UE工作站可以接收码簿值的矩阵p(i，j)，并生成如等式[16]所示的量化矩阵

。在这种情况下，可以在等式[18]和[19]中基于量化矩阵

来计算匹配滤波器矩阵w_Ri，而不是基于一组量化向量

在本发明的各个实施例中，当UE工作站经过一个过程(procedure)(其与前述过程基本相同)从节点B接收一组浮点值V_T时，第i个UE工作站可以生成匹配滤波器矩阵w_Ri。

在本发明的各个实施例中，通过生成接收到的浮点矩阵V_T的量化版

＝量化(V_T)，并基于量化矩阵

生成匹配滤波器矩阵w_Ri，第i个UE工作站可以减少计算匹配滤波器矩阵w_Ri的操作次数。关于这一点，较高性能的UE通过使用浮点矩阵V_T可以生成更高精度的匹配滤波器矩阵w_Ri，而性能较低的UE通过使用量化矩阵可以生成精度较低的匹配滤波器矩阵w_Ri。

本发明的各个实施例可以在M_S>1的情况下实现。在这种情况下，UE工作站可以使用M_R≥M_S个天线。例如，当M_S＝1时，等式[10a]所示的相关矩阵中的每一个ρ_ij元素可以用标量值表示。当M_S＝2时，等式[10a]所示的相关矩阵中的每一个ρ_ij元素可以用2×2矩阵来表示。同样，用户信道矩阵H_i可以用2×2对角矩阵来表示，该对角矩阵包含2个奇值。

本发明的各个实施例不局限于SVD的应用。例如本发明的各个实施例可以结合几何平均分解(GMD)、QR分解或最小均方差(MMSE)技术来实现。在本发明的一个示例性实施例中，使用MMSE，矩阵W_T可由下式表示：

等式20  W_T＝(R+σ²·Λ^-2)^-1    [20]

其中R代表向量v_i和v_j之间的相关矩阵、σ²代表与通信媒介262有关的噪声功率、∧²代表接收信号y_i的信号功率。以对角矩阵表示的∧可由节点B基于从UE工作站接收到的作为反馈信息的CQI值来计算。

图3是根据本发明实施例的3GPP LTE系统的节点B MIMO设计的示范性步骤的流程图。参见图3，在步骤302，节点B处的波束成形控制器206可以从K个UE工作站中的每一个UE工作站接收波束成形向量v_i和CQI_i。在步骤310，节点B内的处理器112基于从每一个UE工作站接收到的波束成形向量v_i和/或CQI_i计算多个相关因子ρ_ij。在步骤312，基于相关因子(例如等式[10a]中所示)计算预编码滤波器W_T。在步骤314，步骤302中接收到的波束成形向量v_i和步骤312中计算的预编码滤波器W_T可用于计算修改后的波束成形矩阵V_T，如等式[12]所示。在步骤316，节点B基于码簿量化矩阵元素v_Ti。在步骤318，节点B中的发射器116向K个UE工作站中的每一个发送该组码簿选择

图4是根据本发明实施例的用于从码簿中选择量化波束成形向量的示范性步骤的流程图。图4涉及图3中的步骤316和318。参见图4，在步骤402，处理器112选择码薄，从中可以选择量化值。码薄中包括一组L个量化向量

在步骤404，在波束成形向量v_Ti和从码薄中选择出的每一个量化向量

之间生成相关值。可以为K个UE工作站中的每一个计算相关值。在步骤406，如等式[13]所示，节点B为每一个UE工作站选择与波束成形向量v_Ti最相关的量化向量

。在步骤408，节点B将该组码簿指数(p₁、p₂、......、p_K)传送给每一个UE工作站。

图5是根据本发明实施例的3GPP LTE系统的UE工作站MIMO设计的示范性步骤的流程图。参见图5，在步骤502，第i个UE工作站向节点B发送波束成形向量v_i和CQI_i。在步骤504，第i个UE工作站从节点B接收一组码簿指数(p₁、p₂、......、p_K)。在步骤506，第i个UE工作站计算用户信道矩阵H_i。用户信道矩阵可基于经由接收信号y_i传送的报头数据来计算。在步骤508，第i个UE工作站基于接收到的量化指数(p₁、p₂、......、p_K)和第i个UE工作站所用的波束成形向量v_i生成矩阵V_T。在步骤510，第i个UE工作站基于矩阵H_i和V_T生成逆矩阵乘积。在步骤512，通过选择步骤510计算得到的逆矩阵乘积中的第i列，可以确定第i个UE工作站的匹配滤波器矩阵w_Ri。在步骤514，第i个UE工作站使用匹配滤波器矩阵w_Ri对接收信号y_i进行滤波。滤波器矩阵w_Ri使第i个UE工作站能够从接收信号y_i中选择性地接收数据流x_i，而接收信号y_i包含有多个数据流(x₁、x₂、......、x_K)的贡献。

用于3GPP LTE系统的MIMO设计的方法和系统包括节点B102中的处理器112，其能够生成干扰消除矩阵(W_R)。干扰消除矩阵(也称为匹配滤波器)可以用多个辅助信号(y_i)来表示一个合成信号(Y)，其中辅助信号(y_i)中的每一个由节点B发射，并由对应的第i个UE工作站222接收。每一个辅助信号y_i可由节点B基于多个数据流信号中对应的一个(x_i)而生成。基于干扰消除矩阵W_R将合成信号Y分解成多个信号y_i(x_i)的能力可称之为正交条件。在本发明的示例性实施例中，干扰消除矩阵W_R可按照等式[8]来表示。匹配滤波器w_Ri(其为干扰消除矩阵W_R中的元素)使得第i个UE工作站222能够从合成信号Y中选择性地接收信号y_i。对信号y_i的选择性接收使得第i个UE工作站222能够解码数据流x_i而拒收其它信号的干扰y_j(j≠i)。

处理器112可基于干扰消除矩阵生成预编码矩阵(W_T)。节点B102内的发射器116可基于该预编码矩阵生成多个信号。该多个信号可基于数据流信号x_i在修改后的波束成形矩阵(V_T)上生成，其由预编码器202和波束成形器204生成。生成的多个信号可由多个发射天线212a、212b、......212n经由通信媒介262发送。

处理器112可基于预编码矩阵W_T和生成的波束成形矩阵(V)生成修改后的波束成形矩阵V_T，如等式[12]所示。在本发明的示例性实施例中，预编码矩阵WT可以按照等式[10a]计算，并称为相关矩阵。基于经由无线通信媒介262接收到的信号，可以生成波束成形矩阵V和/或一个或多个用户信道矩阵(H_i)。借助接收信号，节点B接收器118中的波束成形控制器206能够接收一个或多个用户波束成形矩阵(v_i)和/或用户信道质量信息(CQI_i)。如图2所示，这些信号可从一个或多个UE工作站222接收。基于用户波束成形矩阵和/或用户信道质量信息，可以生成预编码矩阵W_T和/或波束成形矩阵V。

来自修改后的波束成形矩阵V_T的数据可由多个天线212a、212b、......、212n经由无线通信媒介262发射。节点B102中的处理器112可基于码簿生成修改后的波束成形矩阵V_T的量化版(

)。多个发射天线212a、212b、......、212n可经由无线通信媒介262发送量化矩阵

的数据。

通过计算修改后的波束成形矩阵V_T中的每一个元素与码簿内每一个进入值之间的相关值(如等式[13]所示)，处理器112可以使能生成量化矩阵。量化矩阵

可以基于对应于每一个矩阵元素计算出的最大值(如等式[13]所示)而生成。可以基于多个计算出的最大值(如等式[13]所示)为每一个矩阵元素计算指数值(p)(其以码簿内被选择的一个进入值为参考)。多个发射天线212a、212b、......、212n可经由无线通信媒介262发送多个指数值。

本发明的另一实施例提供一种机器可读存储器，其上存储的计算机程序具有至少一个代码段，当机器执行该至少一个代码段时机器能够按照本文所描述的步骤在使用码簿的多用户多入多出(MIMO)通信系统中完成波束成形操作。

本发明可以通过硬件、软件，或者软、硬件结合来实现。本发明可以在至少一个计算机系统中以集中方式实现，或者由分布在几个互连的计算机系统中的不同部分以分散方式实现。任何可以实现所述方法的计算机系统或其它设备都是可适用的。常用软硬件的结合可以是安装有计算机程序的通用计算机系统，通过安装和执行所述程序控制计算机系统，使其按所述方法运行。在计算机系统中，利用处理器和存储单元来实现所述方法。

本发明还可以通过计算机程序产品进行实施，所述程序包含能够实现本发明方法的全部特征，当其安装到计算机系统中时，通过运行，可以实现本发明的方法。本申请文件中的计算机程序所指的是：可以采用任何程序语言、代码或符号编写的一组指令的任何表达式，该指令组使系统具有信息处理能力，以直接实现特定功能，或在进行下述一个或两个步骤之后，a)转换成其它语言、编码或符号；b)以不同的格式再现，实现特定功能。

本发明是通过几个具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当理解，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或具体情况，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (9)

1.一种在无线通信系统中传送信息的系统，其特征在于，所述系统包括：

基站和用户设备工作站；

所述基站中的一个或多个电路用于基于生成的预编码矩阵、生成的波束成形矩阵和多个数据流信号生成多个发射信号；

所述基站中的一个或多个电路用于基于所述生成的预编码矩阵与生成的波束成形矩阵的乘积生成修改后的波束成形矩阵；

所述基站中的一个或多个电路用于基于码簿生成所述生成的修改后波束成形矩阵的量化版；

所述基站中的一个或多个电路用于经由无线通信媒介发射来自所述生成的修改后波束成形矩阵的量化版的数据；

所述基站中的一个或多个电路用于经由无线通信媒介发射所述生成的多个信号；及

所述用户设备工作站中的一个或多个电路用于基于所述发射的来自所述生成的修改后波束成形矩阵的量化版的数据生成干扰消除矩阵，干扰消除矩阵使能所述用户设备工作站从接收的合成信号中选择性地接收一个数据流信号，所述接收的合成信号由多个辅助信号代表，其中所述多个辅助信号中的每一个都是基于多个数据流信号中的一个对应数据流信号而生成。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述基站中的一个或多个电路用于基于经由所述无线通信媒介接收到的信号生成所述生成的波束成形矩阵和一个或多个用户信道矩阵和所述生成的预编码矩阵。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述基站中的一个或多个电路用于通过所述接收信号接收一个或多个用户波束成形向量和/或用户信道质量信息。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述基站中的一个或多个电路用于基于所述接收到的一个或多个用户波束成形向量和/或用户信道质量信息生成所述预编码矩阵和/或所述生成的波束成形矩阵。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述基站中的一个或多个电路用于基于通过计算所述生成的修改后波束成形矩阵中的每一矩阵元素与所述码簿中每一进入值之间的相关值来生成所述生成的修改后波束成形矩阵的量化版。

6.一种在无线通信系统中传送信息的方法，其特征在于，包括：

基站基于生成的预编码矩阵、生成的波束成形矩阵和多个数据流信号生成多个发射信号；

所述基站基于所述生成的预编码矩阵与生成的波束成形矩阵的乘积生成修改后的波束成形矩阵；

所述基站基于码簿生成所述生成的修改后波束成形矩阵的量化版；

所述基站经由无线通信媒介发射来自所述生成的修改后波束成形矩阵的量化版的数据；

所述基站经由无线通信媒介发射所述生成的多个信号；及

用户设备工作站基于所述发射的来自所述生成的修改后波束成形矩阵的量化版的数据生成干扰消除矩阵，所述干扰消除矩阵使能所述用户设备工作站从接收的合成信号中选择性地接收一个数据流信号，所述接收的合成信号由多个辅助信号代表，其中所述多个辅助信号中的每一个都是基于多个数据流信号中的一个对应数据流信号而生成。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法包括基于经由所述无线通信媒介接收到的信号生成所述生成的波束成形矩阵和一个或多个用户信道矩阵和所述生成的预编码矩阵。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法包括通过所述接收信号接收一个或多个用户波束成形向量和/或用户信道质量信息。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过计算所述生成的修改后波束成形矩阵中的每一矩阵元素与所述码簿中每一进入值之间的相关值生成所述量化版。

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