CN101675602B - 用于自适应进行多天线发送的方法和结构 - Google Patents

Abstract

提供了一种在第一节点中用于自适应进行经由无线信道向第二节点的多天线发送的方法。所述无线信道具有至少三个输入和至少一个输出。所述第一节点和所述第二节点被包括在无线通信系统中。所述方法包括以下步骤：获取(401)至少一个符号流；确定(403)具有通过将分块对角矩阵左乘以分块对角化酉矩阵而生成的乘积结构的预编码矩阵；利用确定的所述预编码矩阵对所述至少一个符号流进行预编码(404)；以及经由无线信道向所述第二节点发送(405)经预编码的所述至少一个符号流。

Description

用于自适应进行多天线发送的方法和结构

技术领域

本发明涉及在第一节点中的方法和结构以及第二节点中的方法和结构。具体来说，本发明涉及自适应进行从第一节点经由无线信道向第二节点的多天线发送。

背景技术

在无线通信系统中的节点的发送器和/或接收器处使用多天线可以显著提升无线通信系统的容量和覆盖率。这种多输入多输出(MIMO)系统利用了通信信道的空间维度，以例如通过发送几个并行的信息携带信号(所谓的空间复用)来改进性能。通过使发送自适应于当前信道条件，可以获得显著的附加增益。自适应的一种形式是从一个发送时间间隔(TTI)向另一个发送时间间隔动态调节信道可以支持的、同时发送的信息携带信号的数量。这通称为发送秩(rank)自适应。预编码是其中将前述信号的相位和振幅调节成更好地适合当前信道特性的另一相关形式的自适应。经典的波束形成是预编码的特定情况，其中在每一个发送天线上调节信息携带信号的相位，以在接收器处构造地添加所有被发送信号。

信号形成矢量值化信号，并且可以将调节视为根据预编码器矩阵的乘法。预编码器矩阵基于与信道特性有关的信息来选择。普通方法是从有限且可数集(所谓的码本)中选择预编码器矩阵。这种基于码本的预编码是长期演进标准的包含部分，并且同样在针对宽带码分多址(WCDMA)的高速下行链路分组接入(HSDPA)的MIMO中受到支持。接收器(例如，用户设备，UE)接着典型地估计码本中的所有不同的预编码器矩阵和针对组件优选的发送器(例如，节点B)的信号。该发送器接着在判定应用哪一个预编码器矩阵时使用信令信息。因为码本索引需要信令传送，并且接收器需要选择合适的码本元素，所以重要的是，保持码本大小尽可能的小。另一方面，较大的码本大小确保可以找到更接近匹配当前信道条件的条目。

可以将基于码本的预编码视为信道量化的形式。另选的是，可以使用计算预编码器矩阵而不求助于量化的方法。

预编码器码本设计的基本目的是保持码本大小较小，同时仍获得尽可能高的性能。对码本中的元素的设计由此变得至关紧要，以便获得预期性能。

不同天线阵列配置影响到应当怎样设计码本元素。许多现有方案是在考虑空间上无关联的信道衰落的情况下而设计的，并且其中每一个信道系数都以相同平均功率衰落。然而，这种信道模型在使用交叉极化天线阵列时不够准确。因此，现有设计不适于这种配置——在实践中认为重要的天线配置。

为了理解为什么适应等功率化信道系数的现有设计对交叉极化天线阵列设置无效，为简单起见，考虑2×2MIMO系统，其中，发送器和接收器两者都使用交叉极化阵列，并且在发送侧和接收上设有两个正交极化例如，一对垂直和水平极化天线对准在链路两侧。因为即使在经历无线电信道并且到达接收器之后垂直和水平极化平均看来也能很好地分离，所以MIMO信道矩阵将侧重于对角上，这意味着平均看来对角上元素比非对角元素具有大得多的功率。对于这种信道来说，具有最小大小的合适码本包含单位矢量和单位矩阵。这确保当执行一个流发送(一秩发送)时，可以将所有发送功率分配给具有较强信道的天线，而不在其它天线上浪费功率，这些其它天线平均看来不能够向接收器传输大的功率。后者的原因是因为交叉极化设置连同选择一秩发送，这意味着信道矩阵将典型地仅具有一个元素，该元素具有远大于零的功率，并且该元素位于对角上。

因此，应当将所有功率分配给对应于前述非零对角元素的天线。然而，对于以关于等功率化信道系数的情况为目标的预编码器设计来说，这不是典型情况。这通过对角预编码器结构或预编码器码本结构来确保。对于具有两个以上发送(Tx)天线的MIMO系统来说，分块对角结构是合适的。

如已经提到的，在发送器处具有垂直和水平极化的交叉极化阵列趋于导致良好分离的发送通道，这对于多流MIMO发送具有吸引力。从这点看，一般使用的+/-45度交叉极化阵列因为发送来自垂直极化和水平极化两者上的两个不同极化混合而被认为不具有吸引力。这潜在地增加了流间干扰，并由此损害MIMO性能。由此，对于+/-45度交叉极化情况来说，分块对角预编码器结构不是最佳的，而其在现有部署中是非常普通的设置。

分块对角结构的另一问题是，其导致功率放大器(PA)之间的功率失衡问题。所有PA未运行在满功率下，除非使用PA的汇集(pooling)，以使可以在PA之间共享功率。然而，汇集PA可能复杂和昂贵，并且有时甚至不可能。

在实践中，如果MIMO方案仅依靠极化来分离流，则水平与垂直极化之间的分离长度可能改变，并由此增加流间干扰。这还意味着完全分块对角预编码器可能并不理想。分块对角元素与其它元素的混合事实上可能是合适的。这通常导致放大器上的功率失衡问题，并且因为分块对角元素和非分块对角元素的混合，所以针对汇集PA的现有技术不再有用。

发明内容

有目的的问题是提供一种用于改进在使用预编码时无线信道的性能的机制。

根据本发明的第一方面，通过一种在第一节点中用于自适应进行经由无线信道向第二节点的多天线发送的方法来实现所述目的。所述无线信道具有至少三个输入和至少一个输出。所述第一节点和所述第二节点被包括在无线通信系统中。所述方法包括以下步骤：获取至少一个符号流；和确定具有通过将分块对角矩阵左乘以分块对角化酉矩阵而生成的乘积结构的预编码矩阵。所述方法还包括以下步骤：利用确定的所述预编码矩阵对所述至少一个符号流进行预编码；和经由无线信道向所述第二节点发送经预编码的所述至少一个符号流。

根据本发明的第二方面，通过一种在第二节点中用于接收从第一节点经由无线信道的多天线发送的方法来实现所述目的。所述无线信道具有至少三个输入和至少一个输出。所述第一节点和所述第二节点被包括在无线通信系统中。所述方法包括以下步骤：接收从所述第一节点经由无线信道传送的、与至少一个符号流相对应的发送。所述至少一个符号流被利用预编码矩阵进行了预编码，该预编码矩阵具有通过将分块对角矩阵左乘以分块对角化酉矩阵而生成的乘积结构。

根据本发明的第三方面，通过一种在第一节点中的结构来实现所述目的，该结构用于自适应进行经由无线信道向第二节点的多天线发送。所述无线信道具有至少三个输入和至少一个输出。所述第一节点和所述第二节点被包括在无线通信系统中。所述在第一节点中的结构包括：获取单元，其被设置成获取至少一个符号流；和确定单元，其被设置成确定具有通过将分块对角矩阵左乘以分块对角化酉矩阵而生成的乘积结构的预编码矩阵。所述在第一节点中的结构还包括：预编码单元，其被设置成利用确定的所述预编码矩阵对所述至少一个符号流进行预编码；和发送单元，其被设置成经由无线信道向所述第二节点发送经预编码的所述至少一个符号流。

根据本发明的第四方面，通过一种在第二节点中的结构来实现所述目的，该结构用于接收从第一节点经由无线信道的多天线发送。所述无线信道具有至少三个输入和至少一个输出。所述第一节点和所述第二节点被包括在无线通信系统中。所述在第二节点中的结构包括：接收单元，其被设置成接收从所述第一节点经由无线信道传送的、与至少一个符号流相对应的发送。所述至少一个符号流被利用预编码矩阵进行了预编码，该预编码矩阵具有通过将分块对角矩阵左乘以分块对角化酉矩阵而生成的乘积结构。

使用了具有乘积结构的预编码矩阵。通过将分块对角矩阵乘以分块对角化酉矩阵来生成该具有乘积结构的预编码矩阵。在通过无线链路发送符号流时使用这种具有乘积结构的矩阵对该符号流进行预编码，有助于平衡PA。这意味着，可以将更多的功率发射到传播信道中，从而改进无线信道的性能。

显然，将码本乘以提到的酉矩阵，会生成其中每一个矩阵/矢量中的每一个元素都具有相同量值的新码本。尤其有意义的是，使用所谓的分块对角化酉矩阵连同普通部署的+/-45极化天线，即使在分块对角预编码器元素和一些非分块对角预编码器元素混合的情况下，这也同时实现了针对水平和垂直方向中的极化发送的功率平衡和希望旋转。

本方案的优点是，使用具有乘积结构的矩阵，例如通过允许更高的数据速率或更好的可靠性，来改进性能，特别是对于在结合+/-45度极化阵列使用时没有很好分离极化的情况(例如，适度交叉极区分性(XPD))。还优化了PA的用途，由此减小了功耗和散热。

附图说明

参照例示本发明的示范性实施方式的附图，对本发明进行更详细的描述，在附图中：

图1是例示无线通信系统的实施方式的示意性框图。

图2是例示无线通信系统的实施方式的示意性框图。

图3是例示第一节点的实施方式的示意性框图。

图4是例示第一节点中的方法的实施方式的流程图。

图5是例示第一节点结构的实施方式的示意性框图。

图6是例示第二节点中的方法的实施方式的流程图。

图7是例示第二节点结构的实施方式的示意性框图。

具体实施方式

本发明被定义为在各第一节点和第二节点中的方法和结构，它们可以按下面描述的实施方式实施。

图1描绘了无线通信系统110中的第一节点100。无线通信系统110可以是蜂窝系统，和/或举例来说，诸如长期演进(LTE)、演进通用陆基无线电接入(E-UTRA)、微波接入全球互通(WiMAX)、通用陆基无线电接入(UTRA)、宽带码分多址(WCDMA)、GSM、超移动宽带(UMB)的系统，或者利用在不同形式的发送之间执行自适应并且使用多个天线的技术的任何其它无线通信系统。第一节点100被设置成经由无线信道130与无线通信系统110中的第二节点120通信。可以使用线性时不变MIMO滤波器来对无线信道在足够短的发送时段期间的输入-输出关系进行建模。对于足够窄带发送来说，可以使用一个矩阵来描述该滤波器。这种信道矩阵描述还适用于对在正交频分复用(OFDM)系统(举例来说，如LTE)中的副载波(或者几个副载波，只要它们占用的带宽相比于该信道的相干带宽较小即可)上的信道进行建模。第一节点100可以是任何类型的基站，如LTE中的NodeB。第二节点120可以是用户设备(UE)，如移动电话、个人数字助理(PDA)、膝上型电脑。还可以反过来，第一节点100可以是UE，如移动电话、个人数字助理(PDA)，而第二节点120可以是任何类型的基站，如NodeB。在图1的示例中，第一节点100是基站，而第二节点120是用户设备。另外，第一节点100和第二节点120可以构成彼此通信且不存在特别的层级次序的任意无线设备。

第一节点100使用多天线系统，即，将多个天线用于其向第二节点120的发送。第二节点120也可以使用多天线系统，来接收第一节点的发送。因此这是一种MIMO系统，其中，信道的输入对应于第一节点100中的发送天线，而输出对应于第二节点120中的接收天线。发送器和接收器滤波/处理也可以被视为包括到信道中。应当注意，这种MIMO设置可以包括仅一个接收天线的特殊情况。图2例示了一些实施方式，其中第一节点100和第二节点120每一个都在使用包括四个天线的多天线系统。第一节点100获取由一信息比特序列表示的信息携带信号140，该信息要经由无线信道130传送至第二节点120。图2示意性地例示了作为发送节点(Tx)的第一节点100和作为接收节点(Rx)的第二节点120，第一节点100和第二节点120可以使用导致MIMO链路的多天线系统150。在这个示例中，第一节点100包括四个发送天线160，1、2、3以及4，例如，具有四个发送天线的基站，而第二节点120包括四个接收天线170，1、2、3以及4，例如，具有四个接收天线的用户设备。

在图2的示例中，第一节点100包括：编码单元162、后预编码单元163以及四个无线电发送单元164。编码单元162被设置成接收待发送的信息携带信号140。编码单元162还可以被设置成，可以将信息比特解复用成一个或几个信息比特序列，利用某种信道码(例如，加速码(turbocode)、低密度奇偶校验(LDPC)码、卷积码)对这些信息比特序列进行编码，调制已编码比特以生成符号，将该符号映射成信息携带符号矢量序列，以及对该信息携带符号矢量进行预编码并最终将结果转发至可能的后预编码单元163。后预编码单元163可以在最简单的情况下直接转发预编码信号(即，后预编码单元163是透明的，由此被视为不存在)，或者可以在输出供无线电发送单元164使用相应的发送天线160(1、2、3以及4)进行发送的可能处理信号之前，按某一方式处理该预编码信号(例如，执行基带数字滤波)，以向第二节点120发送该预编码信号。应当清楚，发送器的基本功能是本领域技术人员所公知的，从而没有详细描述。这个示例中的发送器可以支持诸如空分多址(SDMA)、SDMA预编码、MIMO、MIMO预编码以及/或MIMO-SDMA的技术。

在图2的示例中，第二节点120包括：预处理单元171、解码解调单元172以及四个无线电接收单元174。第二节点120被设置成，接收来自第一节点100的预编码信号。利用接收天线170(1、2、3以及4)、预处理单元171以及无线电接收单元174来接收该信号。预处理单元171可以实现各个不同处理步骤，例如，它可以执行基带滤波，或者简单地将未改变的信号转发至解码解调单元172。在后一情况下，预处理单元171可以另选地被视为不存在(即，与没有预处理单元相对应的透明)。解码解调单元172可以被设置成，接收来自预处理单元171的已编码信号。解码解调单元172还可以被设置成将已编码信号解调成数据比特。应当清楚，接收器的基本功能是本领域技术人员所公知的，从而在此没有详细描述。

还应注意到，第二节点120中的接收器和第一节点100中的发送器两者都可以改变操作模式，而分别充当发送器和接收器。

预编码

如已经指出的，第一节点100中的编码单元162还可以被细分成分别与编码和调制单元300和预编码单元310(举例来说，如预编码器)相对应的两个部分。在图3中描绘了编码和调制单元300以及预编码单元310的示例。编码和调制单元300以信息比特为输入，而生成信息携带符号矢量序列(即，矢量值化信息携带信号)作为输出。信息携带符号矢量可以被看作一个或并行的几个符号流，其中，每一个矢量s中的每一个元素由此都属于特定符号流。不同符号流通称为层，并且在任何指定时候，都存在与发送秩r相对应的r个不同的这种层。由此，要经由无线信道130向第二节点120发送的信号包括至少一个符号流(或层)。随后将特定的r×1信息携带符号矢量s中的r个符号乘以N_T×r预编码器矩阵

。其中，N_T表示MIMO信道的输入数(例如，发送天线数、天线端口数等)。所提到的预编码操作将所得输出转发至后处理单元163。第一节点100确定具有特定乘积结构的预编码矩阵，后面将进一步描述该预编码矩阵。这可以通过选择与信道的特征相匹配的预编码矩阵(即，与N_RxN_T MIMO信道矩阵H相匹配)来执行。预编码器矩阵

由此可以取决于信道H的值。通常将s中的r个信息携带符号复数值化。支持秩自适应允许将同时发送符号流数量r设置成适合当前信道特征。在预编码之后，该信号经由信道H传送，并且由具有N_R个振子的天线阵列来接收。接收器可能通过预处理单元171来处理这些信号。将信号收集到NR×1矢量y中，并且考虑到信号的带宽相比于信道的相干带宽足够窄，获得以下模型：

$y={\mathrm{HW}}_{N_T\×r}s+e$

其中，e通常被建模为实现某一随机过程而获取的噪声矢量，并且其中，信道的输出由此对应于预处理单元171(后者可以是透明的)的输出。这个模型显见地还适用于OFDM系统(例如，LTE、WiMAX等)，在OFDM系统中，典型地可以基于副载波来应用该模型。

信道矩阵H

再次参照图2，第一节点100包括多天线系统，其中，在一些实施方式中，至少一个天线沿水平极化方向发射无线电波，而至少一个其它天线沿正交(即，垂直)极化方向发射能量。这种双极化天线或交叉极化天线设置由此可以包含一组共极化天线，和相对于前一组正交极化的另一组共极化天线。“共极化”意指天线在利用相同极化进行发送。在理想的视线条件下，假定接收侧具有理想的天线响应和类似的双极化天线设置，交叉极化天线设置导致分块对角信道矩阵，这在下面将进一步说明。在图2的示例中，前两个发送天线160(1和2)被水平极化，而剩余两个天线(3和4)被垂直极化。第二节点120中的接收天线类似地设置。发送阵列中的共极化天线可以隔开足够远，以使衰落在与共极化振子相关联的信道之间大致无关联。如上所述，可以利用信道矩阵对信道建模。在不失普遍性(generality)的情况下，通过恰当地对发送和接收天线振子重新排序，所得4×4信道矩阵H趋于具有根据下式的分块对角结构：

$H=\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}& h_{12}& 0& 0\\ h_{21}& h_{22}& 0& 0\\ 0& 0& h_{33}& h_{34}\\ 0& 0& h_{43}& h_{44}\end{array}\right]$

利用这种分块对角有效信道矩阵，在第一节点100中的编号为1和2的天线160上发送的信号没有到达编号为3和4的接收天线170，并且对应地，来自编号为3和4的发送天线160的信号没有到达编号为1和2的接收天线170。如图2所示，针对被水平极化的前两个发送天线160(1和2)，复数值化的信道系数h₁₁表示涉及编号为1的发送天线160与编号为1的接收天线170之间的物理信道的有效信道，复数值化的信道系数h₁₂表示涉及编号为2的发送天线160与编号为1的接收天线170之间的物理信道的有效信道，复数值化的信道系数h₂₁表示涉及编号为1的发送天线160与编号为2的接收天线170之间的物理信道的有效信道，复数值化的信道系数h₂₂表示涉及编号为2的发送天线160与编号为2的接收天线170之间的物理信道的有效信道。

而且，如图2所示，针对被垂直极化的剩余两个发送天线160(3和4)，复数值化的信道系数h₃₃表示涉及编号为3的发送天线160与编号为3的接收天线170之间的物理信道的有效信道，复数值化的信道系数h₃₄表示涉及编号为4的发送天线160与编号为3的接收天线170之间的物理信道的有效信道，复数值化的信道系数h₄₃表示涉及编号为3的发送天线160与编号为4的接收天线170之间的物理信道的有效信道，复数值化的信道系数h₄₄表示涉及编号为4的发送天线160与编号为4的接收天线170之间的物理信道的有效信道。

分块对角信道矩阵的一般含义是，其趋于具有以下结构：

其中，该矩阵可以细分成具有可变大小的非对角的

分块

(k＝1、2、……，K≠1＝1、2、……、K)和对角的

分块

(k＝1、2、……、K)。注意，如果信道可以通过恰当的行和列置换(permutation)来重新排列，以具有如上所述的形式，使得非对角分块

中的信道系数的平均功率(在足够长的时段期间进行平均以使快速衰落被平均掉的功率)显著低于对角分块

的信道系数的平均功率，则将信道定义为分块对角的。如果在第一节点100中使用交叉极化天线设置，并且在第二节点120中使用类似的交叉极化天线设置，则例如将出现这种显著低的功率。分块对角和非分块对角的信道系数之间的平均功率差取决于传播情况通常为大约6dB或更高些。即使在第二节点120中使用的天线设置没有精确地交叉极化，功率差仍可能是显著的。

具有乘积结构的预编码矩阵

在本解决方案中，第一节点100确定具有特定乘积结构的预编码矩阵。后面将提到乘积结构的概念，并且在对预编码和用于预编码的码本的讨论之后明确地进行定义。所确定的预编码矩阵要用于对要向第二节点120发送的至少一个符号流(即，一个或更多个层)进行预编码。该确定可以通过选择与利用信道矩阵H建模的信道的特征相匹配的预编码矩阵来执行。如果第一节点100处的交叉极化天线设置正在使用水平和垂直极化天线，则因为分块对角结构预编码器的使用与分块对角信道矩阵的分块对角结构匹配，所以利用分块对角结构的预编码是合适的。然而，如果提到的天线设置作为代替使用的是例如+/-45度取向的极化，则信道矩阵很可能不再如使用了水平和垂直极化那样是分块对角的了。在这情况下，预编码器乘积结构是有益的，因为它涉及将预编码器分解成两个矩阵的乘积，一个酉矩阵(所谓的分块对角化酉矩阵)，和一个分块对角矩阵，其中，后一矩阵左乘以前者。确定要使用的分块对角化酉矩阵允许将+/-45度交叉极化天线设置变换成虚(virtual)的0/90度交叉极化天线设置(即，水平和垂直极化)，这又导致具有成为分块对角的趋势的新生成信道。因为有效地获取分块对角虚信道，所以现在可以使用乘积结构中的分块对角预编码器来匹配其特征。基本上，酉矩阵用于旋转极化，以使发送信号对准垂直和水平方向。这种乘积结构的益处是，可以使预编码器具有恒定模数元素，意味着与使用哪一个精确乘积结构预编码器无关，而在所有天线端口上都使用相同的功率。这由此解决了必须处理不同功率放大器(PA)上的不同发送功率的问题。由此，乘积结构不仅匹配有益的水平和垂直极化中的发送，而且还在这两种极化之间同时提供PA功率的汇集。

码本

参照图2，在一些实施方式中，第一节点100包括码本180。第一节点100可以通过从第一节点100中所包括的码本180中选择具有乘积结构的预编码矩阵，来执行对具有特定乘积结构的预编码矩阵的确定。

在一些实施方式中，第二节点120包括如图2所示的码本190。第二节点120可以例如从码本190中选择预编码矩阵，并且向第一节点推荐使用选定的预编码矩阵。这可以通过将推荐的预编码矩阵传送至第一节点100来执行。第一节点100接着可以判断使用推荐的预编码矩阵或按某一其它方式采用所提供的信道信息。

码本180、190包括预编码矩阵，其中，每一个预编码矩阵都可以对应于不同的多个发送模式或空间处理形式，例如，信道相关预编码、MIMO预编码、SDMA、带预编码的SDMA、MIMO-SDMA等。这种信息可以预先定义。码本180、190除了包括预编码器矩阵/矢量以外，还可以包括许多其它参数，如发送秩、调制选择、传输块大小、功率以及/或信道化码等。在一些实施方式中，码本180、190包括根据预编码器矩阵的大小隐含指定了发送秩的预编码器。码本180、190适合于第一节点处的不一定有0/90度极化的天线设置，因为码本180、190包括一个或更多个具有所述乘积结构的预编码矩阵。码本180、190还可以包括具有非乘积结构的预编码矩阵。然而，根据本方法，第一节点100或第二节点120从码本中自由选择具有所述乘积结构的预编码矩阵。码本180和190可以是第一节点100和第二节点120两者的先验知识。而且，第一节点100中的发送器例如可以把其码本180通知给第二节点120中的接收器。合适的码本结构也应当具有乘积结构，其含义是，很大数量的预编码器元素使用乘积结构。如前所示，具有乘积结构的预编码器元素可以写为：

$W=V\tilde{W}$

其中，V是N_TxN_T分块对角化酉矩阵，而

是分块对角矩阵。

的分块对角特征和预编码器矩阵中的零的位置有关。分块对角预编码器矩阵 $\tilde{W}={\tilde{W}}_{N_T\×r}$ 通常可以写为：

其中，如所看到的，仅对角上(分块域中)的具有可变大小的M_k×L_k分块

(k＝1、2、……、K)可能包含非零元素。如果预编码器矩阵的列和行可以置换以获得上述形式，则将预编码器矩阵视为分块对角。

表1中的秩为2的情况表示预编码器矩阵具有以下结构的示例：

$W=\left[\begin{array}{cc}{W}_{2\×1}^{\left(1\right)}& 0_{2\×1}\\ 0_{2\×1}& W_{2\×1}^{\left(1\right)}\end{array}\right]$

而且应注意到，分块可以具有1×1的大小。因而，单位矩阵也可以被视为具有分块对角结构。

分块对角化酉矩阵的一个示例表示如下：

$\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 1& 0\\ 0& 1& 0& 1\\ 1& 0& -1& 0\\ 0& 1& 0& -1\end{array}\right]$

其采用了前两个天线具有+45度极化方向而后两个天线具有-45度极化方向的N_T＝4Tx天线阵列，从而将旋转+/-45度极化，以对准水平和垂直方向。与表1中显示的集合中的分块对角元素

相结合，可以将该发送视为来自应用于具有垂直和水平极化天线的天线设置的分块对角码本。通过将分块对角化酉矩阵V乘以表1中的

矩阵，获得了表2中的预编码器元素的码本。从中可见，每一个预编码器矩阵中的所有标量元素都具有相同绝对值，这暗示是平衡化设计，因为与选择哪一个预编码器元素无关，与各个不同天线端口/发送天线相对应的信号都具有相同功率。因而，从预编码操作的角度来看，可以全面利用PA。

表1：尤其适合于SU-MIMO模式下的两个空间间隔(较小距离)交叉极化天线对的分块对角

矩阵集的示例。

表2：具有乘积结构的预编码器矩阵W的示例码本。

只要两种极化很好分离，即，如果交叉极区分性(XPD)足够高，那么表2中的码本就表现良好。为了改进针对具有中等XPD的情况的性能，有益的是，允许针对两种极化的权重的符号改变，如表3、表4以及表5中的

矩阵集所例示的。这有助于避免两种极化相互抵消。问题是，即使与上述V矩阵相乘，也导致PA之间的功率不平衡。换句话说，不是每一个预编码器矩阵/矢量乘法中的所有元素都具有相同量值。在这种情况下，更好的选择是可以乘以：

$V=\left[\begin{array}{cccc}\exp (\mathrm{j\π}/4)& 0& \exp (-\mathrm{j\π}/4)& 0\\ 0& \exp (\mathrm{j\π}/4)& 0& \exp (-\mathrm{j\π}/4)\\ \exp (\mathrm{j\π}/4)& 0& -\exp (-\mathrm{j\π}/4)& 0\\ 0& \exp (\mathrm{j\π}/4)& 0& -\exp (-\mathrm{j\π}/4)\end{array}\right].$

这确保所有元素都具有相同振幅，由此使得能够完全使用所有PA，它还提供了将+/-45度极化变换成垂直和水平极化的优点，而这使得可按多流模式更好地分离流。

可以容易地针对其它发送阵列大小(即，四个天线以外的其它大小)来概括出码本和上述酉矩阵，并且还可以将预编码器元素右乘以某一可能酉矩阵或某些酉矩阵，并且还可以进行附加的矩阵左乘。这包括对预编码器元素的行和/或列进行置换。这些码本还可以是较大码本的子集。与此相结合，应注意到，存在表达上述乘积结构的许多等同方式，特别是对于分块对角化酉矩阵V。例如，表达首先例示的V的其它等同形式为：

$\left[\begin{array}{cccc}1& 0& -1& 0\\ 0& 1& 0& -1\\ 1& 0& 1& 0\\ 0& 1& 0& 1\end{array}\right]$

或

$\left[\begin{array}{cccc}-1& 0& 1& 0\\ 0& -1& 0& 1\\ 1& 0& 1& 0\\ 0& 1& 0& 1\end{array}\right].$

一般来说，将分块对角化酉矩阵的概念定义成，是指这样的(至多一比例因子)酉矩阵，对于特定交叉极化天线设置，该酉矩阵生成对根据具有垂直和水平极化天线的交叉极化天线设置的发送进行模仿(mimic)的虚交叉极化天线设置，该虚交叉极化天线设置同时确保，连同乘积结构中的分块对角矩阵一起，所得乘积结构预编码器矩阵的所有标量元素都具有相同绝对值。因而，分块对角化酉矩阵按所述方式对极化进行旋转，并且确保PA的使用得到平衡。而且，将45度分块对角化酉矩阵的概念定义成，是指将极化方向旋转45度的分块对角化酉矩阵。

表3：尤其适合于SU-MIMO模式下的两个空间分离(较小距离)交叉极化天线对的

矩阵集的示例结构。注意，为标记简单，有意不考虑对矩阵进行比例运算以与选定预编码矩阵无关地保持总发送功率恒定。

表4：尤其适合于SU-MIMO模式下的两个空间分离(较大距离)交叉极化天线对的

矩阵集的示例结构。注意，为标记简单，有意不考虑对矩阵的比例运算以与选定预编码矩阵无关地保持总发送功率恒定。

表5：尤其适合于SU-MIMO模式下的两个空间分离(较大距离)交叉极化天线对的

矩阵集的示例结构。注意，为标记简单，有意不考虑对矩阵的比例运算以与选定预编码矩阵无关地保持总发送功率恒定。

下面，参照图4中描绘的流程图，对根据一些实施方式的在第一节点100中用于自适应进行经由无线信道130向第二节点120的多天线发送的方法步骤进行描述。无线信道130具有至少三个输入和至少一个输出。第一节点100和第二节点120被包括在无线通信系统110中。该方法包括以下步骤：

401、第一节点获取至少一个符号流。要经由无线信道向第二节点120发送该符号流。

402、这个步骤是可选的。在一些实施方式，第一节点100从第二节点120接收信道信息。信道信息一般是与无线信道统计相关的量。信道信息的示例包括：信道估计、量化信道估计、预编码器推荐等。具体来说，接收到的信道信息可以包括第二节点120向第一节点100推荐用于预编码步骤的预编码矩阵。在一些实施方式中(其中，所述信道信息包括信道估计)，第一节点100可以使用这个信道估计来确定用于发送的合适预编码器矩阵。

403、在这个步骤中，第一节点100确定预编码矩阵，该预编码矩阵具有通过将分块对角矩阵左乘以分块对角化酉矩阵而生成的乘积结构。

在一些实施方式中，分块对角化酉矩阵是45度分块对角化酉矩阵。

在一些实施方式中，第一节点100在可选步骤402中接收到来自第二节点120的信道信息。在这些实施方式中，基于从第二节点120接收到的信道信息来执行所述确定预编码矩阵的步骤。

所述确定预编码矩阵的步骤还可以通过使该确定基于在反向链路上执行的测量(即，在第一节点100中测量源于第二节点120的发送的接收信号)和/或利用信道互易特性来执行。信道互易是指，该信道或者该信道的特定特性在正向(从第一节点100到第二节点120)链路和反向(从第二节点120到第一节点100)链路上类似。在反向链路上的测量可以包括信道估计。

在一些实施方式中，第一节点100包括预编码码本180，该预编码码本180包括预编码元素，其中，预编码码本180中至少一半的预编码元素具有所述乘积结构。在这种情况下，这个步骤可以通过从码本180中选择具有乘积结构的预编码矩阵来执行。

该分块对角化酉矩阵例如可以等同于：

$\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 1& 0\\ 0& 1& 0& 1\\ 1& 0& -1& 0\\ 0& 1& 0& -1\end{array}\right]$ 或

$\left[\begin{array}{cccc}\exp (\mathrm{j\π}/4)& 0& \exp (-\mathrm{j\π}/4)& 0\\ 0& \exp (\mathrm{j\π}/4)& 0& \exp (-\mathrm{j\π}/4)\\ \exp (\mathrm{j\π}/4)& 0& -\exp (-\mathrm{j\π}/4)& 0\\ 0& \exp (\mathrm{j\π}/4)& 0& -\exp (-\mathrm{j\π}/4)\end{array}\right].$

404、第一节点100利用确定的预编码矩阵对所述至少一个符号流进行预编码。

405、第一节点100接着经由无线信道130向第二节点120发送经预编码的所述至少一个符号流。在一些实施方式中，在第一节点100中发送经预编码的所述至少一个符号流是利用具有交叉极化天线设置的多天线系统来进行的。

为了执行上述方法步骤，第一节点100包括图5中描绘的结构500。如上所述，第一节点100和第二节点120被包括在无线通信系统110中。第一节点结构被设置成，自适应进行经由无线信道向第二节点120的多天线发送。无线信道130具有至少三个输入和至少一个输出。如上所述，第一节点100和第二节点120被包括在无线通信系统110中。

第一节点结构500包括被设置成获取至少一个符号流的获取单元510。

第一节点结构500还包括确定单元520，该确定单元被设置成，确定预编码矩阵，该预编码矩阵具有通过将分块对角矩阵左乘以分块对角化酉矩阵而生成的乘积结构。在一些实施方式中，分块对角化酉矩阵是45度分块对角化酉矩阵。

确定单元520还可以被设置成，通过基于在反向链路上的测量进行确定和/或利用信道互易特性，来确定预编码矩阵。

分块对角化酉矩阵可以等同于：

$\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 1& 0\\ 0& 1& 0& 1\\ 1& 0& -1& 0\\ 0& 1& 0& -1\end{array}\right]$ 或 $\left[\begin{array}{cccc}\exp (\mathrm{j\π}/4)& 0& \exp (-\mathrm{j\π}/4)& 0\\ 0& \exp (\mathrm{j\π}/4)& 0& \exp (-\mathrm{j\π}/4)\\ \exp (\mathrm{j\π}/4)& 0& -\exp (-\mathrm{j\π}/4)& 0\\ 0& \exp (\mathrm{j\π}/4)& 0& -\exp (-\mathrm{j\π}/4)\end{array}\right].$

第一节点结构500还包括预编码单元530，该预编码单元530被设置成利用确定的预编码矩阵来预编码所述至少一个符号流。

第一节点结构500还包括发送单元540，该发送单元540被设置成经由无线信道130向第二节点120发送经预编码的所述至少一个符号流。

在一些实施方式中，第一节点结构500包括预编码码本180。预编码码本180可以包括预编码元素，其中，预编码码本180中至少一半的预编码元素具有所述乘积结构。在这种情况下，确定单元520可以被设置成，从预编码码本180中选择具有乘积结构的预编码矩阵。

在一些实施方式中，第一节点结构500包括接收单元550，该接收单元550被设置成从第二节点120接收信道信息。在这种情况下，确定单元520可以被设置成，基于从第二节点120接收到的信道信息来确定预编码矩阵。

该信道信息可以包括第二节点120推荐给第一节点100用于预编码的预编码矩阵。

在一些实施方式中，该信道信息包括信道估计。

第一节点结构500还可以包括具有交叉极化天线设置的多天线系统。在这种情况下，发送单元540可以被设置成，利用所述多天线在第一节点100中发送经预编码的所述至少一个符号流。

下面，参照图6中描绘的流程图，对根据一些实施方式在第二节点100中用于接收从第一节点100经由无线信道130的多天线发送的方法步骤进行描述。该无线信道130具有至少三个输入和至少一个输出。如上所述，第一节点100和第二节点120被包括在无线通信系统110中。该方法包括以下步骤：

601、这是一个可选步骤。第二节点120选择要推荐给第一节点100使用以对发送进行预编码的预编码矩阵。

预编码码本180、190可以被包括在第二节点120中。在这种情况下，可以从所述预编码码本180、190中选择推荐的预编码矩阵。

602、这是一个可选步骤。第二节点120将信道信息传送至第一节点100。第一节点100可将该信道信息用作确定预编码矩阵的基础，利用该预编码矩阵来预编码与至少一个符号流相对应的发送。

如果执行可选步骤601，则传送的所述信道信息可以用推荐的预编码矩阵来表示。

603、第二节点100接收从第一节点100经由无线信道130传送的与至少一个符号流相对应的发送。所述至少一个符号流被利用具有通过将分块对角矩阵左乘以分块对角化酉矩阵而生成的乘积结构的预编码矩阵进行了预编码。在一些实施方式中，分块对角化酉矩阵是45度分块对角化酉矩阵。

该预编码矩阵可以被包括在具有有限大小的预编码码本180、190中，其中，该预编码码本中至少一半的预编码元素具有所述乘积结构。

该分块对角化酉矩阵可以等同于：

$\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 1& 0\\ 0& 1& 0& 1\\ 1& 0& -1& 0\\ 0& 1& 0& -1\end{array}\right]$ 或

$\left[\begin{array}{cccc}\exp (\mathrm{j\π}/4)& 0& \exp (-\mathrm{j\π}/4)& 0\\ 0& \exp (\mathrm{j\π}/4)& 0& \exp (-\mathrm{j\π}/4)\\ \exp (\mathrm{j\π}/4)& 0& -\exp (-\mathrm{j\π}/4)& 0\\ 0& \exp (\mathrm{j\π}/4)& 0& -\exp (-\mathrm{j\π}/4)\end{array}\right].$

在一些实施方式中，接收经预编码的所述至少一个符号流的

所述发送是利用具有交叉极化天线设置的多天线系统来执行的。

为了执行上述方法步骤，第二节点120包括图7中描绘的结构700。如上所述，第二节点120被设置成，接收从第一节点100经由无线信道130的多天线发送。该无线信道具有至少三个输入和至少一个输出。第一节点100和第二节点120被包括在无线通信系统110中。

第二节点结构700包括接收单元710，该接收单元被设置成，接收从第一节点100经由无线信道130传送的与至少一个符号流相对应的发送。所述至少一个符号流被利用具有通过将分块对角矩阵左乘以分块对角化酉矩阵而生成的乘积结构的预编码矩阵进行了预编码。在一些实施方式中，分块对角化酉矩阵是45度分块对角化酉矩阵。该预编码矩阵可以被包括在具有有限大小的预编码码本180、190中，其中，该预编码码本中至少一半的预编码元素具有所述乘积结构。该预编码码本180、190可以被包括在第一节点100或第二节点120中。

该分块对角化酉矩阵例如可以等同于：

$\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 1& 0\\ 0& 1& 0& 1\\ 1& 0& -1& 0\\ 0& 1& 0& -1\end{array}\right]$ 或 $\left[\begin{array}{cccc}\exp (\mathrm{j\π}/4)& 0& \exp (-\mathrm{j\π}/4)& 0\\ 0& \exp (\mathrm{j\π}/4)& 0& \exp (-\mathrm{j\π}/4)\\ \exp (\mathrm{j\π}/4)& 0& -\exp (-\mathrm{j\π}/4)& 0\\ 0& \exp (\mathrm{j\π}/4)& 0& -\exp (-\mathrm{j\π}/4)\end{array}\right].$

在一些实施方式中，第二节点结构700还包括被设置成向第一节点100传送信道信息的传输单元720。第一节点100可将该信道信息用作确定预编码矩阵的基础，利用该预编码矩阵，来预编码所接收到的所述至少一个符号流。

在一些实施方式中，被设置进行传送的信道信息包括信道估计。

第二节点结构700还可以包括选择单元730，该选择单元730被设置成，选择要推荐给第一节点100使用以对所述发送进行预编码的预编码矩阵。

被设置成通过传输单元720向第一节点100传送的信道信息可以用选择并推荐的预编码矩阵来表示。

在一些实施方式中，预编码码本190被包括在第二节点120中。在这种情况下，可以从所述预编码码本180、190中选择所推荐的预编码矩阵。

在一些实施方式中，第二节点结构700还包括具有交叉极化天线设置的多天线系统。在这种情况下，接收单元710还可以被设置成，利用所述多天线系统来接收经预编码的所述至少一个符号流的所述发送。

本方法的一些实施方式可以被描述为用于增强无线通信环境下的性能的方法，该方法包括以下步骤：通过将码本预编码器元素、已发送信号或其在可能的导频之前或之后的部分中的一个或几个乘以特定酉矩阵，并且用非分块对角元素增广分块对角码本，来修改预编码方案。

非分块对角元素可以被添加至分块对角码本，以改进交叉极区分性不大的性能。

所述码本中的所有元素都可以乘以酉矩阵，以将±45度交叉极化天线阵列变换成虚垂直和水平极化阵列。

在一些实施方式中，选择相同的酉矩阵，以使功率放大器之间的功率平衡。

本方法的一些实施方式中可以被描述为无线通信装置，该无线通信装置包括被设置成从码本中选择多个发送模式中的一个发送模式的处理器，和与该处理器相耦合的存储器。该处理器还被设置成，通过将码本预编码器元素、已发送信号或其在可能导频之前或之后的部分中的一个或几个乘以特定酉矩阵，并且用非分块对角元素增广分块对角码本，来修改所述存储器中的预编码方案。

本方法的一些实施方式可以被描述为包括存储在其上的指令的计算机可读介质，所述指令包括：用于通过将码本预编码器元素、已发送信号或其在可能导频之前或之后的部分中的一个或几个乘以特定酉矩阵并且用非分块对角元素增广分块对角码本来处理和修改预编码方案的指令。

用于自适应进行从第一节点经由无线信道发送且由第二节点120接收的多天线发送的本机制，可以通过一个或更多个处理器(如图5中描绘的第一节点结构500中的处理器560或图7中描绘的第二节点结构700中的处理器740)与用于执行本方案的功能的计算机程序代码一起来实现。上述程序代码还可以被提供为计算机程序产品，例如，采用携带有用于在被加载到第一节点100或第二节点120中时执行本方案的计算机程序代码的数据载体的形式。一个这种载体可以采用CD ROM盘的形式。然而，也可以采用诸如存储器棒的其它数据载体。而且，该计算机程序代码可以被提供为服务器上的纯程序代码，并且远程下载到第一节点100或第二节点120。

当使用单词“包括”时，其应被解释为非限制的，即，意指“至少包括……”。

本发明不限于上述实施方式。可以使用各种不同另选例、修改例以及等同例。因此，上述实施方式不应被视为对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附权利要求书来限定。

Claims (22)

1.一种在第一节点(100)中用于自适应进行经由无线信道(130)向第二节点(120)的多天线发送的方法，所述无线信道(130)具有至少三个输入和至少一个输出，所述第一节点(100)和所述第二节点(120)被包括在无线通信系统(110)中，所述方法包括以下步骤：

获取(401)至少一个符号流，

确定(403)预编码矩阵，该预编码矩阵具有通过将分块对角矩阵左乘以分块对角化酉矩阵而生成的乘积结构，

利用确定的所述预编码矩阵对所述至少一个符号流进行预编码(404)，以及

经由无线信道(130)向所述第二节点(120)发送(405)经预编码的所述至少一个符号流。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分块对角化酉矩阵是45度分块对角化酉矩阵。

3.根据权利要求1到2中的任一项所述的方法，其中，通过从包括预编码元素的预编码码本(180、190)中选择具有乘积结构的预编码矩阵，来执行所述确定(403)预编码矩阵的步骤，其中，所述预编码码本(180、190)中的至少一半预编码元素具有所述乘积结构。

4.根据权利要求1到2中的任一项所述的方法，其中；所述分块对角化酉矩阵等同于：

$\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 1& 0\\ 0& 1& 0& 1\\ 1& 0& -1& 0\\ 0& 1& 0& -1\end{array}\right].$

5.根据权利要求1到2中的任一项所述的方法，其中，所述分块对角化酉矩阵等同于：

$\left[\begin{array}{cccc}\exp (\mathrm{j\π}/4)& 0& \exp (-\mathrm{j\π}/4)& 0\\ 0& \exp (\mathrm{j\π}/4)& 0& \exp (-\mathrm{j\π}/4)\\ \exp (\mathrm{j\π}/4)& 0& -\exp (-\mathrm{j\π}/4)& 0\\ 0& \exp (\mathrm{j\π}/4)& 0& -\exp (-\mathrm{j\π}/4)\end{array}\right].$

6.根据权利要求1到2中的任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤：

从所述第二节点(120)接收(402)信道信息，并且其中，基于从所述第二节点(120)接收到的所述信道信息，来执行所述确定(403)预编码矩阵的步骤。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，接收到的所述信道信息包括所述第二节点(120)向所述第一节点(100)推荐的用于所述进行预编码(404)的步骤的预编码矩阵。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，接收到的所述信道信息包括信道估计。

9.根据权利要求1到2中的任一项所述的方法，其中，所述确定(403)预编码矩阵的步骤是通过使该确定基于反向链路上的测量和/或利用信道互易特性来执行的。

10.根据权利要求1到2中的任一项所述的方法，其中，在所述第一节点(100)处发送经预编码的所述至少一个符号流，是利用具有交叉极化天线设置的多天线系统来进行的。

11.一种在第二节点(120)中用于接收从第一节点(100)经由无线信道(130)的多天线发送的方法，所述无线信道(130)具有至少三个输入和至少一个输出，所述第一节点(100)和所述第二节点(120)被包括在无线通信系统(110)中，所述方法包括以下步骤：

接收(603)从所述第一节点(100)经由无线信道(130)传送的与至少一个符号流相对应的发送，所述至少一个符号流被利用预编码矩阵进行了预编码，该预编码矩阵具有通过将分块对角矩阵左乘以分块对角化酉矩阵而生成的乘积结构。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述分块对角化酉矩阵是45度分块对角化酉矩阵。

13.根据权利要求11到12中的任一项所述的方法，其中，所述预编码矩阵被包括在具有有限大小的预编码码本中，其中，所述预编码码本中的至少一半预编码元素具有所述乘积结构。

14.根据权利要求11到12中的任一项所述的方法，其中，所述分块对角化酉矩阵等同于：

$\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 1& 0\\ 0& 1& 0& 1\\ 1& 0& -1& 0\\ 0& 1& 0& -1\end{array}\right].$

15.根据权利要求11到12中的任一项所述的方法，其中，所述分块对角化酉矩阵等同于：

$\left[\begin{array}{cccc}\exp (\mathrm{j\π}/4)& 0& \exp (-\mathrm{j\π}/4)& 0\\ 0& \exp (\mathrm{j\π}/4)& 0& \exp (-\mathrm{j\π}/4)\\ \exp (\mathrm{j\π}/4)& 0& -\exp (-\mathrm{j\π}/4)& 0\\ 0& \exp (\mathrm{j\π}/4)& 0& -\exp (-\mathrm{j\π}/4)\end{array}\right].$

16.根据权利要求11到12中的任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤：

向所述第一节点(100)传送(602)信道信息，该信道信息被所述第一节点(100)用作确定在对接收到的所述至少一个符号流进行预编码时所使用的预编码矩阵的基础。

17.根据权利要求16所述的方法，所述方法还包括以下步骤：

选择(601)要推荐给所述第一节点(100)使用以对所述发送进行预编码的预编码矩阵，

其中，在所述向所述第一节点(100)传送(602)信道信息的步骤中传送的所述信道信息，用推荐的所述预编码矩阵来表示。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述预编码码本被包括在所述第二节点(120)中，并且其中，从所述预编码码本中选择推荐的所述预编码矩阵。

19.根据权利要求16所述的方法，其中，传送的所述信道信息包括信道估计。

20.根据权利要求11到12中的任一项所述的方法，其中，利用具有交叉极化天线设置的多天线系统，来执行所述接收经预编码的所述至少一个符号流的所述发送的步骤。

21.一种在第一节点(100)中的结构(500)，该结构用于自适应进行经由无线信道(130)向第二节点(120)的多天线发送，所述无线信道(130)具有至少三个输入和至少一个输出，所述第一节点(100)和所述第二节点(120)被包括在无线通信系统(110)中，所述在第一节点中的结构包括：

获取单元(510)，该获取单元被设置成获取至少一个符号流，

确定单元(520)，该确定单元被设置成确定预编码矩阵，该预编码矩阵具有通过将分块对角矩阵左乘以分块对角化酉矩阵而生成的乘积结构，

预编码单元(530)，该预编码单元被设置成利用确定的所述预编码矩阵对所述至少一个符号流进行预编码，以及

发送单元(540)，该发送单元被设置成经由无线信道向所述第二节点(120)发送经预编码的所述至少一个符号流。

22.一种在第二节点(120)中的结构(700)，该结构用于接收从第一节点(100)经由无线信道(130)的多天线发送，所述无线信道(130)具有至少三个输入和至少一个输出，所述第一节点(100)和所述第二节点(120)被包括在无线通信系统(110)中，所述在第二节点中的结构(700)包括：

接收单元(710)，该接收单元被设置成接收从所述第一节点(100)经由无线信道传送的、与至少一个符号流相对应的发送，所述至少一个符号流被利用预编码矩阵进行了预编码，该预编码矩阵具有通过将分块对角矩阵左乘以分块对角化酉矩阵而生成的乘积结构。

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