CN101820405A - 多输入多输出合作通信方法、预编码装置和无线通信系统 - Google Patents

多输入多输出合作通信方法、预编码装置和无线通信系统 Download PDF

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Abstract

提供一种在无线通信系统中进行MIMO合作通信的方法，所述无线通信系统包括至少一个用户设备以及与该至少一个用户设备进行合作通信的M个基站，其中M是大于或等于2的整数，所述方法包括步骤：针对每一个用户设备，执行以下处理：对于每一个基站执行第一级MIMO预编码处理，以获得与各基站对应的各第一级预编码矩阵；依次执行第二级至第X级MIMO预编码处理，以获得相应基站的第二级至第X级预编码矩阵，其中X是大于或等于2的整数。还提供与该方法相关的预编码装置、用户设备及无线通信系统。根据本发明的MIMO合作通信的方法针对相应的基站进行分级预编码方法，增大了小区边缘用户的系统吞吐量，提高了通信效率。

Description

多输入多输出合作通信方法、预编码装置和无线通信系统
技术领域
本发明总体上说涉及无线通信的技术领域，更具体而言，涉及无线通信系统中多基站或者多小区与用户设备之间进行多输入多输出MIMO(MULTIPLE-INPUT-MULTIPLE-OUTPUT)合作通信的方法、预编码装置以及无线通信系统。
背景技术
到目前为止，无线通信系统已经得到了长足的发展。原先的第二代移动通信系统GSM不断向通用无线分组业务GPRS、改进数据率的EDGE等技术演进，大幅度提高了系统的数据传输能力。具有更高传输速率的第三代移动通信系统例如宽带码分多址WCDMA、CDMA2000等技术也在全球许多国家和地区纷纷部署，开始投入商用。在蜂窝通信技术发展的同时，其他一些无线接入技术例如无线局域网WLAN和微波接入全球互通WiMAX也有了迅猛发展。此外，面向第四代移动通信系统的IEEE802.16m技术和第三代合作伙伴项目演进技术3GPP LTE、第三代合作伙伴项目演进技术增强3GPP LTE+等项目也已经开始启动进入研发阶段。
随着人们对高速多媒体通信以及高速无线因特网的接入业务需求急速增长，而又面临无线频谱资源有限的情况下，利用现有的频带资源充分提高通信系统的传输速率和频谱利用率是亟待解决的问题。鉴于多天线技术能提高传输容量或者信号质量，以上各种系统都采用了多天线技术，在3GPP LTE-Advanced系统中和IEEE 802.16m中甚至定义了基站到移动台的8发射天线和8接收天线的天线模式。
多天线系统的空时处理技术主要包括空间复用和空间分集等。空间分集是空时编码将数据分成多个数据子流在多根天线上同时发送，通过在发射天线间的时域引入编码冗余得到分集增益。空间复用是在发射天线发送独立的信息流，接收端采用干扰抑制的方法进行解码，以实现最大化速率。一般来讲，空间复用技术可用来提高无线通信系统的吞吐量，而空间分集技术可用来扩大无线通信系统的覆盖。
在无线通信系统中，小区边缘的用户不但由于距离服务基站远，接收到服务基站的信号较弱而且受到临近小区基站信号的干扰也很大，从而恶化小区边缘用户的系统吞吐量。
以下列出了有关MIMO合作通信的一些参考文献，通过引用将它们并入于此，如同在本说明书中作了详尽描述。
1、[专利文献1]：COX TIMOTHY[US]；KHOSHNEVIS AHMAD[US]，COOPERATIVE MULTIPLE ACCESS IN WIRELESS NETWORKS(WO2008157147)；
2、[专利文献2]：SHEN MANYUAN[US]；XING GUANBIN[US]，Cooperative MIMO in Multicell wireless networks(US2008260064)；
3、[专利文献3]：LI ANXIN[CN]；LI XIANGMING[CN]，UPLINK MULTIPLE-INPUT-MULTIPLE-OUTPUT (MIMO)AND COOPERATIVE MIMO TRANSMISSIONS(WO2008124535)；
4、[专利文献4]：MEHTA NEELESH B[US]；ZHANG HONGYUAN[US]，System and method for transmitting signals in cooperative base station multi-user MIMO networks(US2007248172)；
5、[专利文献5]：KIM SUNG JIN[KR]；KIM HO JIN[KR]，METHOD FOR COOPERATIVE DIVERSITY IN MIMO WIRELESS NETWORK(KR20060111238)；
6、[专利文献6]：KIM SUNG-JIN[KR]；KIM HO-JI[KR]，Method of providing cooperative diversity in a MIMO wireless network (US2006239222)；
7、[专利文献7]：发明人为马蒂尔斯文斯特姆等，发明名称为“多天线系统及其数据发送方法”的PCT申请(WO2008/151534)；
8、[专利文献8]：发明人为杨博等，发明名称为“MIMO-OFDM系统基于码本搜索减少预编码反馈比特数的方法及装置”的中国专利申请(CN101039137A)；
9、[非专利文献1]：Ayman F. Naguid，Vahid Tarokh，Nambirajan Seshadri，A.Robert Calderbank，“A Space-Time Coding Modem for High-Data-Rate Wireless Communications，”IN IEEE JSAC，vol.16，no.8，October 1998，pp.1459-1478.
10、[非专利文献2]：V. Tarokh，N.Seshadri，A.R.Calderbank，“Space-time codes for high data rate wireless communication：performance criterion and code construction”，IEEE Trans.Inform.Theory，44：744-765，March 1998。
发明内容
本发明的目的在于提供无线通信系统中进行MIMO合作通信的方法、装置以及系统，以期增大无线通信系统中小区边缘用户的系统吞吐量。
根据本发明的第一方面，提供一种在无线通信系统中进行多输入多输出MIMO合作通信的方法，所述无线通信系统包括至少一个用户设备以及与该至少一个用户设备进行合作通信的M个基站，其中M是大于或等于2的整数，所述方法包括步骤：
针对每一个用户设备，执行以下处理：
对于每一个基站执行第一级MIMO预编码处理，以获得与各基站对应的各第一级预编码矩阵；
依次执行第二级至第X级MIMO预编码处理，以获得相应基站的第二级至第X级预编码矩阵，其中X是大于或等于2的整数，其中在第X级MIMO预编码处理中，将所述M个基站分成Q(X)组，在所获得的第一级至第X-1级预编码矩阵的基础上，对于所述Q(X)组基站来进行第X级MIMO预编码，以获得所述Q(X)组基站中各组基站的第X级预编码矩阵，其中Q(X)是大于或等于1而小于或等于M的整数。
根据本发明的第二方面，提供一种在进行多输入多输出MIMO合作通信的无线通信系统中使用的MIMO预编码装置，所述无线通信系统包括至少一个用户设备以及与该至少一个用户设备进行合作通信的M个基站，其中M是大于或等于2的整数，针对每一个用户设备，所述MIMO预编码装置包括：
第一级预编码矩阵产生单元，用于对于每一个基站执行第一级MIMO预编码处理，以获得与各基站对应的各第一级预编码矩阵；和
第二级至第X级预编码矩阵产生单元，用于依次执行第二级至第X级MIMO预编码处理，以获得相应基站的第二级至第X级预编码矩阵，其中X是大于或等于2的整数，其中所述第二级至第X级预编码矩阵产生单元包括第X级预编码矩阵产生部件，其用于将所述M个基站分成Q(X)组，在所获得的第一级至第X-1级预编码矩阵的基础上，对于所述Q(X)组基站来进行第X级MIMO预编码，以获得所述Q(X)组基站中各组基站的第X级预编码矩阵，其中Q(X)是大于或等于1而小于或等于M的整数。
根据本发明的第三方面，提供一种配备有如上述本发明第二方面的预编码装置的用户设备。
根据本发明的第四方面，提供一种可执行多输入多输出MIMO合作通信的无线通信系统，所述无线通信系统包括：
至少一个如上述本发明第三方面所述的用户设备；以及
与所述至少一个用户设备进行合作通信的M个基站，其中M是大于或等于2的整数。
根据本发明实施例的在无线通信系统中进行MIMO合作通信的方法，通过针对相应的基站进行分级预编码方法，使得第一级预编码发生在同一基站或者小区内部，后续各级预编码发生在不同的基站或者小区之间。该方法将多天线技术使用在多基站或者多小区上，从而抑制或者是利用了基站或者小区间的干扰，增大了小区边缘用户的系统吞吐量，提高通信效率。
附图说明
参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本发明的原理。为了便于示出和描述本发明的一些部分，附图中对应部分可能被放大，即，使其相对于在依据本发明实际制造的示例性装置中的其它部件变得更大。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。
图1是示出了根据本发明的实施例的进行MIMO合作通信的系统的示意简图；
图2是示出了根据本发明的实施例的在无线通信系统中进行MIMO合作通信的方法的流程简图；
图3A是示出了在如图2所示的方法中的第一级预编码步骤S210的一种具体实现方式的流程简图；
图3B是示出了在如图2所示的方法中的第一级预编码步骤S210的另一种具体实现方式的流程简图；
图4A是示出了在如图2所示的方法中的第X级预编码步骤S220的一种具体实现方式的流程简图；
图4B是示出了在如图2所示的方法中的第X级预编码步骤S220的另一种具体实现方式的流程简图；
图4C是示出了在如图2所示的方法中的第X级预编码步骤S220的又一种具体实现方式的流程简图；
图5是示出了根据本发明的实施例用于实现在无线通信系统中进行MIMO合作通信的预编码装置的示意框图；
图6A是示出了在如图5所示的预编码装置中的第一级预编码矩阵产生单元510的一种具体实现方式的示意框图；
图6B是示出了在如图5所示的预编码装置中的第一级预编码矩阵产生单元510的另一种具体实现方式的示意框图；
图7A是示出了在如图5所示的预编码装置中的第X级预编码矩阵产生部件530的一种具体实现方式的示意框图；
图7B是示出了在如图5所示的预编码装置中的第X级预编码矩阵产生部件530的另一种具体实现方式的示意框图；
图7C是示出了在如图5所示的预编码装置中的第X级预编码矩阵产生部件530的又一种具体实现方式的示意框图。
具体实施方式
下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。
图1是示出了根据本发明的实施例的进行MIMO合作通信的系统的示意简图。虽然为了描述简单起见，图1中的MIMO合作通信系统只示出了包括3个基站，一个用户设备UE，每个基站与一个小区对应，基站具有三根发射天线，用户设备UE具有两根接收天线，但是，这些具体的系统配置参数并不对本发明构成限制。也就是说，根据本发明的实施例的MIMO合作通信系统可包括在包括至一个以上的用户设备，以及与这些用户设备进行合作通信的M个基站(M是大于或等于2的整数)，一个基站可对应于多个小区，每个基站和用户设备可具有的天线的数量也不限于图1中示出的3根和2根，而是根据系统的具体情况可以配备有任意所需数量的天线。为了描述简单起见，下面在提及基站或小区时，仅以基站表述。
下面参考图2描述根据本发明的实施例的在无线通信系统中进行MIMO合作通信的方法的流程。如图2所示，该MIMO合作通信方法包括针对无线通信系统中的每一个用户设备执行步骤S210和步骤S220。在步骤S210中，对于每一个基站执行第一级MIMO预编码处理，以获得与各基站对应的各第一级预编码矩阵。在步骤S220中，依次执行第二级至第X级MIMO预编码处理，以获得相应基站的第二级至第X级预编码矩阵，其中X是大于或等于2的整数，其中在第X级MIMO预编码处理中，将所述M个基站分成Q(X)组，在所获得的第一级至第X-1级预编码矩阵的基础上，对于所述Q(X)组基站来进行第X级MIMO预编码，以获得所述Q(X)组基站中各组基站的第X级预编码矩阵，其中Q(X)是大于或等于1而小于或等于M的整数。
MIMO预编码(MIMO precoding)是一种常用的空间复用技术，通过在多个发射天线上同时发送多路信号来提高传输速率。预编码是指对信号进行编码(或者称为加权)之后才发射。对信号进行预编码再进行发射，可减少各路信号之间的干扰。MIMO合作通信中的MIMO预编码的基本概念和原理例如可参见上述参考文献7的介绍，由于这些不是本发明所关注的内容，在此不再赘述。
图3A示出了在如图2所示的方法中的第一级预编码步骤S210的一种具体实现方式的流程简图。如图3A所示，在第一级预编码处理中，将M个基站内第m个基站中的天线分为Km组(Km是大于或等于1而小于或等于第m个基站中的天线数的整数)。在步骤S320-1，对于各基站所对应的信道矩阵H1，m执行奇异值分解得到H1，m＝U1，mS1，mV1，m H，取矩阵V1，m中的前L1，m列作为与各基站对应的各第一级预编码矩阵P1，m，其中m＝1，2...，M，其表示所述M个基站中的基站编号，U1，m和V1，m是酉矩阵，S1，m是对角阵，其对角元素是与第m个基站对应的MIMO信道子信道的信道增益，V1，m H中的“H”表示哈密顿转置，L1，m表示第m个基站中Km个天线分组的等效天线数，其是大于或等于1而小于或等于所述用户设备的天线数的整数。
可见，该第一级预编码处理是针对M个基站中的每一个基站获得各自的第一级预编码矩阵，相当于将第m个基站中被分成的Km组天线等效为L1，m根天线，并对所有M个基站进行类似的第一级预编码处理，以便为后续的MIMO预编码处理做准备，降低整个MIMO预编码处理的复杂度。等效天线数也即每一个天线分组的信道冲激响应乘以这个天线分组对应的预编码矩阵后所得矩阵的列数。
图3B是示出了在如图2所示的方法中的第一级预编码步骤S210的另一种具体实现方式的流程简图。如图3B所示，在步骤S310-2，将M个基站内第m个基站中的天线分为Km组(Km是大于或等于1而小于或等于第m个基站中的天线数的整数)。在步骤S320-2，对于各基站所对应的信道矩阵H1，m执行奇异值分解得到H1，m＝U1，mS1，mV1，m H，将矩阵V1，m中的前L1，m列所组成的矩阵映射到所述无线通信系统中预先设置的码本中，映射所获得的码本矢量作为所述的与各基站对应的各第一级预编码矩阵P1，m，其中m＝1，2...，M，其表示所述M个基站中的基站编号，U1，m和V1，m是酉矩阵，S1，m是对角阵，其对角元素是与第m个基站对应的MIMO信道子信道的信道增益，V1，m H中的“H”表示哈密顿转置，L1，m表示第m个基站中Km个天线分组的等效天线数，其是大于或等于1而小于或等于所述用户设备的天线数的整数。这种第一级预编码处理也是针对M个基站中的每一个基站获得各自的第一级预编码矩阵，相当于将第m个基站中被分成的Km组天线天线等效为L1，m根天线，并对所有M个基站进行类似的第一级预编码处理。
容易看出，图3A和图3B中第一级预编码处理的区别在于：图3A中的第一级预编码处理是对各基站的信道矩阵进行SVD奇异值分解而获得相应的第一级预编码矩阵，而图3B中的第一级预编码处理是通过基于码本(codebook)的方法来获得各基站的相应的第一级预编码矩阵。
关于奇异值分解SVD，假设有A行B列的矩阵HA×B，则一定可以将矩阵通过奇异值分解(Sigular Value Decomposition，SVD)的方法分解为如下结果：H＝USVH，其中，U是A行A列的酉阵，S是A行B列的对角阵，V是B行B列的酉阵，H＝USVH中的“H”表示哈密顿转置。SVD奇异值分解是数学和工程领域通知的方法。例如也可参见上述参考文献7获得有关通信领域的SVD分解的介绍。由于这些不是本发明所关注的内容，在此不再赘述。
码本是通信系统预先设置的预编码矩阵集合。关于码本以及基于码本的预编码的基本概念以及原理，属于是本领域的公知内容，例如可参见上述参考文献8获得码本以及基于码本的预编码的相关介绍。由于这些不是本发明所关注的内容，在此不再赘述。
作为如图3B中所示的基于码本的第一级预编码方式的一种实例，可在上述步骤S320-2的映射处理中，使所述矩阵V1，m中的前L1，m列所组成的矩阵与码本中各预编码矩阵做相关运算，取相关值最大情况下所对应的码本中的预编码矩阵作为与各基站对应的各第一级预编码矩阵P1，m。这种基于码本获取预编码矩阵的方式可称为“映射法”。
下面给出在已知一个向量的情况下，在已知的向量码本中间选择一个向量的具体数值例。
假设已知一个向量码本
codebook＝
-0.0878+0.4748i  0.3457+0.2078i  -0.7558+0.2299i    -0.0723-0.6116i
1.0534-0.8538i   0.7316-0.5567i  -0.5724-0.5338i    -0.1707-0.0212i
0.9963+0.5072i   0.5140+0.6282i  -2.0819+0.9689i    0.2257-0.1166i
1.0021+1.1528i   -0.2146-0.8111i 1.0171-1.2102i     0.2212+0.4439i
并且已知一个列向量
b＝
0.7731-0.8585i
0.7844-0.7874i
-0.6107-0.0048i
0.0547+1.0837i
进行一个求模的相关运算，即：
C＝abs(b’*codebook)＝[1.9270 0.4177 3.2119 1.0901]
可以看到，码本的第三个列向量和向量b的相关取模值最大，为3.2119。那么，根据以上的运算，取码本的第三个列向量即为所求。其中，C＝abs(b’＊codebook)是指先求相关运算，然后取模值，b’是指列向量b的共轭转置。
此外，作为如图2所示的方法中第一级预编码步骤S210的又一种具体实现方式(图中未出)，可根据各基站所对应的信道矩阵H1，m，依据预定的准则来搜索无线通信系统的预先设置的码本，将搜索获得的码本矢量作为与各基站对应的各第一级预编码矩阵P1，m，其中m＝1，2...，M，其表示所述M个基站中的基站编号。这种基于码本来获取预编码矩阵的方式可称为“穷举法”，可根据需要依据接收信号信噪比最大准则、最大似然准则、最小均方误差准则、信道容量最大准则等中的某一种来进行这种码本搜索。
下面参考图4A-4C描述在如图2所示的方法中的第X级预编码步骤S220的具体实现方式。
图4A示出了在如图2所示的方法中的第X级预编码步骤S220的一种具体实现方式。如图4A所示，在步骤S410-1，通过将所获得的第X-1级预编码矩阵中针对Q(X-1)个基站分组中第q(X-1)个基站分组的预编码矩阵PX-1，q (X-1)与第q(X-1)个基站分组的信道矩阵相乘来获得第X-1级预编码中第q(X-1)个基站分组的等效信道矩阵HX-1，q (X-1)，其中q(X-1)是所述Q(X-1)个基站分组中的基站分组的编号，其是大于或等于1而小于或等于Q(X-1)的整数，则第X-1级预编码的等效信道矩阵表示为HX-1＝[HX-1，1HX-1，2...HX-1， Q (X-1)]。在步骤S420-1，将HX-1按列分为Q(X)组，每一组表示为HX，q (X)，作为与Q(X)个基站分组中各基站分组所对应的信道矩阵，其中每一组的列数大于或者等于HX-1的行数。在步骤S430-1，对于所述的信道矩阵HX，q (X)执行奇异值分解得到HX，q (X)＝UX，q (X)SX，q (X)VX，q (X)H，取矩阵VX，q (X)中的前LX，q (X)列作为与Q(X)个基站分组中各基站组对应的各第X级预编码矩阵PX，q (X)，其中q(X)＝1，2...，Q(X)，其表示在所述第X级MIMO预编码处理中将所述M个基站所分成的Q(X)组基站中的基站分组编号，UX，q (X)和VX，q (X)是酉矩阵，SX，q (X)是对角阵，其对角元素是与第q(X)个基站分组对应的MIMO信道子信道的信道增益，VX，q (X)H中的“H”表示哈密顿转置，LX，q (X)表示所述第X级预编码中Q(X)个基站分组中第q(X)组基站的信道提供的并行传输的通道数，其是大于或等于1而小于所述用户设备的天线数的整数。
图4B示出了在如图2所示的方法中的第X级预编码步骤S220的另一种具体实现方式。如图4B所述，这种实现方式中步骤S410-2和S420-2的处理分别与与图4A中的实现方式的步骤S410-1和S420-1的处理类似，区别是在步骤S430-2中，对于所述的信道矩阵HX，q (X)执行奇异值分解得到HX，q (X)＝UX，q (X)SX，q (X)VX，q (X)H后，将矩阵VX，q (X)中的前LX，q (X)列所组成的矩阵映射到所述无线通信系统中预先设置的码本中，映射所获得的码本矢量作为与Q(X)组基站中各基站组对应的各第X级预编码矩阵PX，q (X)。也就是说，图4A中示出的实现方式是通过SVD奇异值分解方法获得各基站组对应的各第X级预编码矩阵，而图4B中示出的实现方式是通过上述的基于码本的“映射法”来获得各基站组对应的各第X级预编码矩阵。
作为如图4B中所示的基于码本的第X级预编码方式的一种实例，可在上述步骤S430-2的映射处理中，使所述矩阵VX，q (X)中的前LX，q (X)列所组成的矩阵与所述码本中各预编码矩阵做相关运算，取相关值最大情况下所对应的码本中的预编码矩阵作为所述与Q(X)组基站中各基站组对应的各第X级预编码矩阵PX，q (X)。
图4C示出了在如图2所示的方法中的第X级预编码步骤S220的又一种具体实现方式。如图4C所述，这种实现方式中步骤S410-3和S420-3的处理分别与图4A中的实现方式的步骤S410-1和S420-1的处理类似，区别是在步骤S430-3中，在步骤S420-3中获得与Q(X)个基站分组中各基站分组所对应的信道矩阵HX，q (X)之后，根据所述的信道矩阵HX， q (X)，依据预定的准则来搜索所述无线通信系统的预先设置的码本，将搜索获得的码本矢量作为所述以获得所述的与Q(X)组基站中各基站组对应的各第X级预编码矩阵PX，q (X)。这种实现方式实际上是通过上述的基于码本的“穷举法”来获得相应基站组的第X级预编码矩阵。
从上述对图4A-4C的描述可见，第X级预编码的处理相当于在前面的第一至第X-1级预编码的基础上，将M个基站分Q(X)个基站分组，然后将每一组基站视为一个基站来进行MIMO预编码处理。由此，可以将基站之间的干扰考虑在内，并通过对这种干扰的利用而改善用户设备的系统吞吐量，提高无线通信系统的通信效率。
在根据本发明的实施例的上述MIMO合作通信方法的多级(即X级)预编码处理中，参数L的值越大，预编码的性能越好，但是预编码计算的复杂度也越高。在各级预编码处理中，L都必须小于用户设备的发射天线数。
在获得第一级预编码矩阵P1，m至第X级预编码矩阵PX，q (X)之后，根据这些信息以及无线通信系统当前的信道冲激响应来确定当前信道和所述第一级预编码矩阵P1，m至第X级预编码矩阵PX，q (X)码矩阵作用下的后验信噪比，并根据该后验信噪比在所述无线通信系统已知的各调制编码方案(MCS)中选择一种。将所述获得的第一级预编码矩阵P1，m至第X级预编码矩阵PX，q (X)以及所选的编码调制方案通知给所述M个基站中的一个(例如用户设备的服务基站)或者几个基站，由该至少一个或者几个基站将所接收的这些信息传送给所述M个基站中的相应的其他基站，或者将所述获得的第一级预编码矩阵P1，m至第X级预编码矩阵PX，q (X)以及所选的编码调制方案分别通知给所述M个基站中的各个相应的基站，以使得所述M个基站根据所述获得的各自对应的第一级预编码矩阵P1，m至第X级预编码矩阵PX，q (X)来完成所述MIMO合作通信中各基站的发射预编码处理。
上述的各级预编码矩阵以及MCS可由所述用户设备计算获得，并可通过用户设备与所述M个基站之间的相应的信令信道来传递所获得的这些信息。其中各个基站之间的信息可通过回程链路方式进行传送。
本领域技术人员理解，也可以由合作通信系统中除了用户设备以外的其他设备来进行各级预编码矩阵和MCS的计算和/或传递，只要这种设备能够得到计算各级预编码矩阵和MCS所需要的信息，并且具有与基站和/或用户设备进行通信的能力即可。
上面是针对一个用户设备描述了根据本发明的实施例的MIMO合作通信方法中的多级预编码处理。当合作通信系统中存在多个用户设备时，可针对每一个用户都类似地执行上述的多级预编码处理，从而实现涉及多个用户设备的MIMO合作通信。这种MIMO合作通信可改善各用户设备的系统吞吐量，提高通信效率。
为了帮助更深入地理解根据本发明的上述实施例的MIMO合作通信方法，下面给出一个具体的实例。
在该实例中，假设系统中有一个用户设备和M个基站或者小区参与MIMO多点合作通信，每个基站或者小区的发射天线数目为Nt1，Nt2，...，NtM，用户设备的接收天线数目为Nr。共进行两级预编码处理，在第一级预编码中将每一个基站中的所有天线分为一个组，在第二级预编码中，将所有M个基站分为一个组，即，在上述根据本发明的MIMO合作通信方法中，参数Km＝1，X＝2，Q(X)＝1。
将同一基站或者同一小区的天线分组，称为H1，H2，...，HM。假设每个基站或者小区的发射天线到用户设备的信道冲激响应为
Figure B200910004695XD0000121
其中hr，t代表从第m个基站或者小区的第t根发送天线到第r根接收天线的信道的冲激响应。则所有基站或者小区的发射天线到移动台的信道冲激响应为 H = h 1,11 h 1,12 . . . h 1,1 N tm h 1,21 h 1,22 . . . h 1,2 N tm h 1 , M 1 h 1 , M 2 . . . h 1 , MN tm h 2,11 h 2,12 . . . h 2,1 N tm h 2,21 h 2,22 . . . h 2,2 N tm h 2 , M 1 h 2 , M 2 . . . h 2 , MN tm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . h N r , 11 h N r , 12 . . . h N r , 1 N tm h N r 21 h N r , 22 . . . h N r , 2 N tm h N r , M 1 h N r , M 2 . . . h N r , MN tm ，又可表示为H＝[H1 H2…HM]。
首先描述第一级预编码处理。
在第一级预编码处理中，用户设备对各Hm进行奇异值分解，也即：
H m = U m [ N r × N r ] S m [ N r × ( N t 1 + N t 2 + N tM ) ] V m [ ( N t 1 + N t 2 + N tM ) × ( N t 1 + N t 2 + N tM ) ] H .
根据系统需求，可以取
Figure B200910004695XD0000124
其中第一列或者前几列，即为各基站的第一级预编码矩阵P1m。并最终得到信道的第一级预编码等效矩阵Hs1＝[Hs1，1Hs1，2…Hs1，M]，其中Hs1，m＝HmP1m m＝1，2，…，M。这是通过奇异值分解SVD的方式获得第一级预编码矩阵P1m。
作为可替选实施方式，可将所求第一级各预编码矩阵P1m m＝1，2，…，M与系统已知的预编码矩阵集合(即码本)中各预编码矩阵做相关运算，取相关值最大对应的预编码矩阵即为所求各基站的第一级预编码矩阵，称为P′1m m＝1，2，…，M。并最终得到信道的第一级预编码等效矩阵H′s1＝[H＇s1，1H′s1，2…H′s1，M]，其中H′s1，m＝HmP′1m m＝1，2，…，M。这是通过基于码本的“映射法”获得第一级预编码矩阵P1m’。
作为另一种可替选实施方式，也可通过上述的基于码本的“穷举法”来获得各基站的第一级预编码矩阵P1m”，m＝1，2，...，M。并最终得到信道的第一级预编码等效矩阵Hs1”＝，[Hs1，1”，Hs1，2”，...，Hs1，M”]，其中Hs1，m”＝HmP1m”，m＝1，2，...，M。这是通过基于码本的“穷举法”获得第一级预编码矩阵P1m”。
接下来描述第二级预编码处理。
对于在第一级预编码处理中通过奇异值分解SVD的方式获得第一级预编码矩阵P1m的情形，在第二级预编码处理中，可分别通过如下所述的基于SVD的方式、基于码本的“映射法”和基于码本的“穷举法”来获得与M个基站对应的第二级预编码矩阵。
基于SVD的方式
用户设备将Hs1进行奇异值分解，也即：
Figure B200910004695XD0000131
其中，R是rank值，也即预编码矩阵Pm的列数。
根据系统需求，可以取V[(M×R)(M×R)]中前R列，作为与M个基站对应的第二级预编码矩阵P2。并最终得到信道的第二级预编码等效矩阵Hs2＝Hs1P2。这是通过奇异值分解SVD的方式获得第二级预编码矩阵P2。
基于码本的“映射法”
作为可替选实施方式，可将上述通过SVD分级得到的预编码矩阵P2与系统已知的预编码矩阵集合(即码本)中各预编码矩阵做相关运算，取相关值最大对应的预编码矩阵作为与M个基站对应的所求第二级预编码矩阵，称为P′2。并最终得到信道的第二级预编码等效矩阵H′s2＝Hs1P′2。这是通过基于码本的“映射法”获得第二级预编码矩阵P′2。
基于码本的“穷举法”
作为另一种可替选实施方式，也可通过上述的基于码本的“穷举法”来获得与M个基站对应的第二级预编码矩阵P2”。并最终得到信道的第二级预编码等效矩阵Hs2”＝Hs1P2”。这是通过基于码本的“穷举法”获得第二级预编码矩阵P2”。
类似地，对于在第一级预编码处理中通过基于码本的“映射法”获得第一级预编码矩阵P1m’的情形，以及对于在第一级预编码处理中通过基于码本的“穷举法”获得第一级预编码矩阵P1m”的情形，分别也可以通过上述类似的基于SVD的方式、基于码本的“映射法”和基于码本的“穷举法”来获得第二级预编码矩阵。在此不再赘述。
在获得相应的第一级预编码矩阵和第二级预编码矩阵后，可通过用户设备与各基站或者小区之间的信令信道传递给各基站或者小区。例如，对于第一级预编码矩阵P11，P12，...，P1M，可以将所有的第一级预编码矩阵传递给所有合作基站或者小区之一(例如用户设备的服务基站)，由该服务基站将相关的第一级预编码矩阵传递给相关的基站或小区；或者可以将所有的第一级预编码矩阵传递给合作基站或者小区中的几个甚至全部，通过相关基站或者小区之间的通信来将相关的第一级预编码矩阵传递给相关的基站或小区；或者，也可以仅仅将相关的第一级预编码矩阵传递给相关的基站或者小区，比如将P11传递给1号基站或小区，将P12传递给2号基站或小区，将P1M传递给M号基站或小区等等。例如，对于第二级预编码矩阵P2，也可以通过与传递第一级预编码矩阵的上述类似的方式将其传递给所有合作基站或者小区之一，或者传递给其中几个甚至全部，或者也可以仅仅将第二级预编码矩阵中的相关元素传递给相关的基站或者小区。从而，各个基站可根据所获得的相关的第一级预编码矩阵和第二级预编码矩阵分别进行预编码处理。例如，图1所示的MIMO合作通信系统中给出了用户设备与基站1，基站2和基站3之间的信令信道A1，A2，A3。各个基站之间的信息通过回程链路方式(backhaul)进行传送。
对于上面的以其他方式获得第一级预编码矩阵P′1m m＝1，2，…，M，P1m”，m＝1，2，...，M和第二级预编码矩阵P2’和P2”的情形，也可以通过上述类似的方式将产生的各级预编码矩阵传递给相应的基站。
用户设备根据第一级预编码矩阵和第二级预编码矩阵以及当前的信道冲激响应确定当前信道和预编码矩阵作用下的后验信噪比，并根据该后验信噪比在系统已知的各调制编码方案(MCS)中选择其一，并将该编码调制方案通过用户设备与各基站之间的信令信道传递给各相关基站或小区之一。所选定的编码调制方案也可以通过信令信道传递给各相关基站或小区的其中几个或者全部。可通过与传递第一级预编码矩阵和第二级预编码矩阵类似的方式来传递选定的MCS。
下面结合图5-7描述根据本发明的实施例用于实现在无线通信系统中进行MIMO合作通信的预编码装置。
图5示出了根据本发明的实施例用于实现在无线通信系统中进行MIMO合作通信的预编码装置500的示意框图。所述无线通信系统包括至少一个用户设备以及与该至少一个用户设备进行合作通信的M个基站，其中M是大于或等于2的整数。如图所示，针对每一个用户设备，所述MIMO预编码装置500包括：第一级预编码矩阵产生单元510，用于对于每一个基站执行第一级MIMO预编码处理，以获得与各基站对应的各第一级预编码矩阵；第二级至第X级预编码矩阵产生单元520，用于依次执行第二级至第X级MIMO预编码处理，以获得相应基站的第二级至第X级预编码矩阵，其中X是大于或等于2的整数，其中所述第二级至第X级预编码矩阵产生单元520包括第X级预编码矩阵产生部件530，其用于将所述M个基站分成Q(X)组，在所获得的第一级至第X-1级预编码矩阵的基础上，对于所述Q(X)组基站来进行第X级MIMO预编码，以获得所述Q(X)组基站中各组基站的第X级预编码矩阵，其中Q(X)是大于或等于1而小于或等于M的整数。
图6A示出了在如图5所示的预编码装置中的第一级预编码矩阵产生单元510的一种具体实现方式的示意框图。如图所示，第一级预编码矩阵产生单元510包括天线分组子单元512-1和奇异值分解子单元514-1。例如，可将这些子单元配置成分别按照如图3A中示出的方法的步骤S310-1和S320-1的方式执行处理。
图6B示出了在如图5所示的预编码装置中的第一级预编码矩阵产生单元510的另一种具体实现方式的示意框图。如图所示，第一级预编码矩阵产生单元510包括天线分组子单元512-2和码本映射子单元514-2。例如，可将这些子单元配置成分别按照如图3B中示出的方法的步骤S310-2和S320-2的方式执行处理。
图7A示出了在如图5所示的预编码装置中的第X级预编码矩阵产生部件530的一种具体实现方式的示意框图。如图所示，第X级预编码矩阵产生单元530包括第X-1级预编码等效信道矩阵产生子部件532-1，第X级预编码等效信道矩阵产生子部件534-1和奇异值分解子部件536-1。例如，可将这些子单元配置成分别按照如图4A中示出的方法的步骤S410-1、S420-1和S430-1的方式执行处理。
图7B示出了在如图5所示的预编码装置中的第X级预编码矩阵产生部件530的另一种具体实现方式的示意框图。如图所示，第X级预编码矩阵产生单元530包括第X-1级预编码等效信道矩阵产生子部件532-2，第X级预编码等效信道矩阵产生子部件534-2和码本映射子部件536-2。例如，可将这些子单元配置成分别按照如图4B中示出的方法的步骤S410-2、S420-2和S430-2的方式执行处理。
图7C示出了在如图5所示的预编码装置中的第X级预编码矩阵产生部件530的又一种具体实现方式的示意框图。如图所示，第X级预编码矩阵产生单元530包括第X-1级预编码等效信道矩阵产生子部件532-3，第X级预编码等效信道矩阵产生子部件534-3和码本搜索子部件536-3。例如，可将这些子单元配置成分别按照如图4C中示出的方法的步骤S410-3、S420-3和S430-3的方式执行处理。
上述装置中各个组成部件、单元和子单元可通过软件、硬件或其组合的方式进行配置。配置可使用的具体手段或方式为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。
本发明的其他实施例还提出了一种用户设备，该用户设备配备有根据上述图5示出的根据本发明的实施例的预编码装置，因此可用于实现根据本发明的实施例的MIMO合作通信方法。
容易理解，包含上述本发明的实施例的用户设备的无线通信系统也应该被认为落入本发明的保护范围内。
本发明还提出一种存储有机器可读取的指令代码的程序产品。所述指令代码由机器读取并执行时，可执行上述根据本发明实施例的多输入多输出MIMO合作通信的方法。
相应地，用于承载上述存储有机器可读取的指令代码的程序产品的存储介质也包括在本发明的公开中。所述存储介质包括但不限于软盘、光盘、磁光盘、存储卡、存储棒，等等。
在上面对本发明具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
此外，本发明的方法不限于按照说明书中描述的时间顺序来执行，也可以按照其他的时间顺序地、并行地或独立地执行。因此，本说明书中描述的方法的执行顺序不对本发明的技术范围构成限制。
尽管上面已经通过对本发明的具体实施例的描述对本发明进行了披露，但是，应该理解，本领域的技术人员可在所附权利要求的精神和范围内设计对本发明的各种修改、改进或者等同物。这些修改、改进或者等同物也应当被认为包括在本发明的保护范围内。

Claims (28)

1.一种在无线通信系统中进行多输入多输出MIMO合作通信的方法，所述无线通信系统包括至少一个用户设备以及与该至少一个用户设备进行合作通信的M个基站，其中M是大于或等于2的整数，所述方法包括步骤：
针对每一个用户设备，执行以下处理：
对于每一个基站执行第一级MIMO预编码处理，以获得与各基站对应的各第一级预编码矩阵；
依次执行第二级至第X级MIMO预编码处理，以获得相应基站的第二级至第X级预编码矩阵，其中X是大于或等于2的整数，其中在第X级MIMO预编码处理中，将所述M个基站分成Q(X)组，在所获得的第一级至第X-1级预编码矩阵的基础上，对于所述Q(X)组基站来进行第X级MIMO预编码，以获得所述Q(X)组基站中各组基站的第X级预编码矩阵，其中Q(X)是大于或等于1而小于或等于M的整数。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一级MIMO预编码处理包括：
将M个基站内第m个基站中的天线分为Km组，Km是大于或等于1而小于或等于第m个基站中的天线数的整数，对于各基站所对应的信道矩阵H1，m执行奇异值分解得到H1，m＝U1，mS1，mV1，m H，取矩阵V1，m中的前L1，m列作为与各基站对应的各第一级预编码矩阵P1，m，其中m＝1，2...，M，其表示所述M个基站中的基站编号，U1，m和V1，m是酉矩阵，S1，m是对角阵，其对角元素是与第m个基站对应的MIMO信道子信道的信道增益，V1，m H中的“H”表示哈密顿转置，L1，m表示第m个基站中Km个天线分组的等效天线数，其是大于或等于1而小于或等于所述用户设备的天线数的整数。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一级MIMO预编码处理包括：
将M个基站内第m个基站中的天线分为Km组，Km是大于或等于1而小于或等于第m个基站中的天线数的整数，对于各基站所对应的信道矩阵H1，m执行奇异值分解得到H1，m＝U1，mS1，mV1，m H，将矩阵V1，m中的前L1，m列所组成的矩阵映射到所述无线通信系统中预先设置的码本中，映射所获得的码本矢量作为所述的与各基站对应的各第一级预编码矩阵P1，m，其中m＝1，2...，M，其表示所述M个基站中的基站编号，U1，m和V1，m是酉矩阵，S1，m是对角阵，其对角元素是与第m个基站对应的MIMO信道子信道的信道增益，V1，m H中的“H”表示哈密顿转置，L1， m表示第m个基站中Km个天线分组的等效天线数，其是大于或等于1而小于或等于所述用户设备的天线数的整数。
4.如权利要求3所述的方法，其中，在所述映射处理中，使所述矩阵V1，m中的前L1，m列所组成的矩阵与所述码本中各预编码矩阵做相关运算，取相关值最大情况下所对应的所述码本中的预编码矩阵作为所述的与各基站对应的各第一级预编码矩阵P1，m。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一级MIMO预编码处理包括：
根据各基站所对应的信道矩阵H1，m，依据预定的准则来搜索所述无线通信系统的预先设置的码本，将搜索获得的码本矢量作为所述的与各基站对应的各第一级预编码矩阵P1，m，其中m＝1，2...，M，其表示所述M个基站中的基站编号。
6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，所述的第X级MIMO预编码处理包括：
通过将所获得的第X-1级预编码矩阵中针对Q(X-1)个基站分组中第q(X-1)个基站分组的预编码矩阵PX-1，q (X-1)与第q(X-1)个基站分组的信道矩阵相乘来获得第X-1级预编码中第q(X-1)个基站分组的等效信道矩阵HX-1， q(X-1)，其中q(X-1)是所述Q(X-1)个基站分组中的基站分组的编号，其是大于或等于1而小于或等于Q(X-1)的整数，则第X-1级预编码的等效信道矩阵表示为HX-1＝[HX-1，1HX-1，2...HX-1，Q (X-1)]；
将HX-1按列分为Q(X)组，每一组表示为HX，q (X)，作为与Q(X)个基站分组中各基站分组所对应的信道矩阵，其中每一组的列数大于或者等于HX-1的行数；和
对于所述的信道矩阵HX，q (X)执行奇异值分解得到HX，q (X)＝UX，q (X)SX， q (X)VX，q (X)H，取矩阵VX，q (X)中的前LX，q (X)列作为与Q(X)个基站分组中各基站组对应的各第X级预编码矩阵PX，q (X)，其中q(X)＝1，2...，Q(X)，其表示在所述第X级MIMO预编码处理中将所述M个基站所分成的Q(X)组基站中的基站分组编号，UX，q (X)和VX，q (X)是酉矩阵，SX，q (X)是对角阵，其对角元素是与第q(X)个基站分组对应的MIMO信道子信道的信道增益，VX，q (X)H中的“H”表示哈密顿转置，LX，q (X)表示所述第X级预编码中Q(X)个基站分组中第q(X)组基站的信道提供的并行传输的通道数，其是大于或等于1而小于所述用户设备的天线数的整数。
7.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述的第X级MIMO预编码处理包括：
通过将所获得的第X-1级预编码矩阵中针对Q(X-1)个基站分组中第q(X-1)个基站分组的预编码矩阵PX-1，q (X-1)与第q(X-1)个基站分组的信道矩阵相乘来获得第X-1级预编码中第q(X-1)个基站分组的等效信道矩阵HX-1， q (X-1)，其中q(X-1)是所述Q(X-1)个基站分组中的基站分组的编号，其是大于或等于1而小于或等于Q(X-1)的整数，则第X-1级预编码的等效信道矩阵表示为HX-1＝[HX-1，1HX-1，2...HX-1，Q (X-1)]；
将HX-1按列分为Q(X)组，每一组表示为HX，q (X)，作为与Q(X)个基站分组中各基站分组所对应的信道矩阵，其中每一组的列数大于或者等于HX-1的行数；和
对于所述的信道矩阵HX，q (X)执行奇异值分解得到HX，q (X)＝UX，q (X)SX， q (X) VX，q (X)H，将矩阵VX，q (X)中的前LX，q (X)列所组成的矩阵映射到所述无线通信系统中预先设置的码本中，映射所获得的码本矢量作为与Q(X)组基站中各基站组对应的各第X级预编码矩阵PX，q (X)，其中q(X)＝1，2...，Q(X)，其表示在所述第X级MIMO预编码处理中将所述M个基站所分成的Q(X)组基站中的基站分组编号，UX，q (X)和VX，q (X)是酉矩阵，SX，q (X)是对角阵，其对角元素是与第q(X)个基站分组对应的MIMO信道子信道的信道增益，VX，q (X)H中的“H”表示哈密顿转置，LX，q (X)表示所述第X级预编码中Q(X)个基站分组中第q(X)组基站的信道提供的并行传输的通道数，其是大于或等于1而小于所述用户设备的天线数的整数。
8.如权利要求7所述的方法，其中，在所述映射处理中，使所述矩阵V X，q (X)中的前L X，q (X)列所组成的矩阵与所述码本中各预编码矩阵做相关运算，取相关值最大情况下所对应的码本中的预编码矩阵作为所述与Q(X)组基站中各基站组对应的各第X级预编码矩阵PX，q (X)。
9.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，所述第X级MIMO预编码处理包括：
通过将所获得的第X-1级预编码矩阵中针对Q(X-1)个基站分组中第q(X-1)个基站分组的预编码矩阵PX-1，q (X-1)与第q(X-1)个基站分组的信道矩阵相乘来获得第X-1级预编码中第q(X-1)个基站分组的等效信道矩阵HX-1， q (X-1)，其中q(X-1)是所述Q(X-1)个基站分组中的基站分组的编号，其是大于或等于1而小于或等于Q(X-1)的整数，则第X-1级预编码的等效信道矩阵表示为HX-1＝[HX-1，1HX-1，2...HX-1，Q (X-1)]；
将HX-1按列分为Q(X)组，每一组表示为HX，q (X)，作为与Q(X)个基站分组中各基站分组所对应的信道矩阵，其中每一组的列数大于或者等于HX-1的行数；和
根据所述的信道矩阵HX，q (X)，依据预定的准则来搜索所述无线通信系统的预先设置的码本，将搜索获得的码本矢量作为所述以获得所述的与Q(X)组基站中各基站组对应的各第X级预编码矩阵PX，q (X)。
10.如权利要求6所述的方法，还包括步骤：
使得所述M个基站根据所述获得的第一级预编码矩阵P1，m至第X级预编码矩阵PX，q (X)进行所述多输入多输出MIMO合作通信中各基站的发射预编码处理，以便实现所述至少一个用户设备与所述M个基站之间的合作通信。
11.如权利要求10所述的方法，其中，使得所述M个基站根据所述获得的第一级预编码矩阵P1，m至第X级预编码矩阵PX，q (X)进行MIMO预编码处理的步骤包括：
根据所述获得的第一级预编码矩阵P1，m至第X级预编码矩阵PX，q (X)以及所述无线通信系统当前的信道冲激响应来确定当前信道和所述第一级预编码矩阵P1，m至第X级预编码矩阵PX，q (X)码矩阵作用下的后验信噪比，并根据该后验信噪比在所述无线通信系统已知的各调制编码方案中选择一种；
将所述获得的第一级预编码矩阵P1，m至第X级预编码矩阵PX，q (X)以及所选的编码调制方案通知给所述M个基站中的至少一个，由该至少一个基站将所接收的这些信息传送给所述M个基站中的相应的其他基站，或者将所述获得的第一级预编码矩阵P1，m至第X级预编码矩阵PX， q (X)以及所选的编码调制方案分别通知给所述M个基站中的各个相应的基站，以使得所述M个基站根据所述获得的各自对应的第一级预编码矩阵P1，m至第X级预编码矩阵PX，q (X)来完成所述MIMO合作通信中各基站的发射预编码处理。
12.如权利要求11所述的方法，其中，由所述用户设备计算得到第一级预编码矩阵P1，m至第X级预编码矩阵PX，q (X)，并由所述用户设备通过与所述M个基站之间的相应的信令信道，将所述获得的第一级预编码矩阵P1，m至第X级预编码矩阵PX，q (X)以及所选的编码调制方案通知给所述M个基站中的至少一个，或者由所述用户设备通过与所述M个基站之间的相应的信令信道将所述获得的第一级预编码矩阵P1，m至第X级预编码矩阵PX，q (X)以及所选的编码调制方案分别通知给所述M个基站中的各个相应的基站，其中各个基站之间的信息通过回程链路方式进行传送。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述无线通信系统包括一个用户设备，并且Km＝1，X＝2，Q(X)＝1。
14.一种在进行多输入多输出MIMO合作通信的无线通信系统中使用的MIMO预编码装置，所述无线通信系统包括至少一个用户设备以及与该至少一个用户设备进行合作通信的M个基站，其中M是大于或等于2的整数，针对每一个用户设备，所述MIMO预编码装置包括：
第一级预编码矩阵产生单元，用于对于每一个基站执行第一级MIMO预编码处理，以获得与各基站对应的各第一级预编码矩阵；和
第二级至第X级预编码矩阵产生单元，用于依次执行第二级至第X级MIMO预编码处理，以获得相应基站的第二级至第X级预编码矩阵，其中X是大于或等于2的整数，其中所述第二级至第X级预编码矩阵产生单元包括第X级预编码矩阵产生部件，其用于将所述M个基站分成Q(X)组，在所获得的第一级至第X-1级预编码矩阵的基础上，对于所述Q(X)组基站来进行第X级MIMO预编码，以获得所述Q(X)组基站中各组基站的第X级预编码矩阵，其中Q(X)是大于或等于1而小于或等于M的整数。
15.如权利要求14所述的MIMO预编码装置，其中，所述第一级预编码矩阵产生单元包括：
天线分组子单元，用于将M个基站内第m个基站中的天线分为Km组，Km是大于或等于1而小于或等于第m个基站中的天线数的整数；和
奇异值分解子单元，用于对于各基站所对应的信道矩阵H1，m执行奇异值分解得到H1，m＝U1，mS1，mV1，m H，取矩阵V1，m中的前L1，m列作为与各基站对应的各第一级预编码矩阵P1，m，其中m＝1，2...，M，其表示所述M个基站中的基站编号，U1，m和V1，m是酉矩阵，S1，m是对角阵，其对角元素是与第m个基站对应的MIMO信道子信道的信道增益，V1， m H中的“H”表示哈密顿转置，L1，m表示第m个基站中Km个天线分组的等效天线数，其是大于或等于1而小于或等于所述用户设备的天线数的整数。
16.如权利要求14所述的MIMO预编码装置，其中，所述第一级预编码矩阵产生单元包括：
天线分组子单元，用于将M个基站内第m个基站中的天线分为Km组，Km是大于或等于1而小于或等于第m个基站中的天线数的整数；和
码本映射子单元，用于对于各基站所对应的信道矩阵H1，m执行奇异值分解得到H1，m＝U1，mS1，mV1，m H，将矩阵V1，m中的前L1，m列所组成的矩阵映射到所述无线通信系统中预先设置的码本中，映射所获得的码本矢量作为所述的与各基站对应的各第一级预编码矩阵P1，m，其中m＝1，2...，M，其表示所述M个基站中的基站编号，U1，m和V1，m是酉矩阵，S1，m是对角阵，其对角元素是与第m个基站对应的MIMO信道子信道的信道增益，V1，m H中的“H”表示哈密顿转置，L1，m表示第m个基站中Km个天线分组的等效天线数，其是大于或等于1而小于或等于所述用户设备的天线数的整数。
17.如权利要求16所述的MIMO预编码装置，其中，所述码本映射子单元被配置成使得所述矩阵V1，m中的前L1，m列所组成的矩阵与所述码本中各预编码矩阵做相关运算，取相关值最大情况下所对应的所述码本中的预编码矩阵作为所述的与各基站对应的各第一级预编码矩阵P1，m。
18.如权利要求14所述的MIMO预编码装置，其中，所述第一级预编码矩阵产生单元包括：
码本搜索子单元，用于根据各基站所对应的信道矩阵H1，m，依据预定的准则来搜索所述无线通信系统的预先设置的码本，将搜索获得的码本矢量作为所述的与各基站对应的各第一级预编码矩阵P1，m，其中m＝1，2...，M，其表示所述M个基站中的基站编号。
19.如权利要求14-18中任一项所述的MIMO预编码装置，其中，所述的第X级MIMO预编码矩阵产生部件包括：
第X-1级预编码等效信道矩阵产生子部件，用于通过将所获得的第X-1级预编码矩阵中针对Q(X-1)个基站分组中第q(X-1)该基站分组的预编码矩阵PX-1，q (X-1)与第q(X-1)个基站分组的信道矩阵相乘来获得第X-1级预编码中第q(X-1)个基站分组的等效信道矩阵HX-1，q (X-1)，其中q(X-1)是所述Q(X-1)个基站分组中的基站分组的编号，其是大于或等于1而小于或等于Q(X-1)的整数，则第X-1级预编码的等效信道矩阵表示为HX-1＝[HX-1，1HX-1， 2...HX-1，Q (X-1)]；
第X级预编码信道矩阵产生子部件，用于将HX-1按列分为Q(X)组，每一组表示为HX，q (X)，作为Q(X)个基站分组中各基站分组所对应的信道矩阵HX，q (X)，其中每一组的列数大于或者等于HX-1的行数；和
奇异值分解子部件，用于所述的信道矩阵HX，q (X)执行奇异值分解得到HX，q (X)＝UX，q (X)SX，q (X)VX，q (X)H，取矩阵VX，q (X)中的前LX，q (X)列作为与Q(X)个基站分组中各基站组对应的各第X级预编码矩阵PX，q (X)，其中q(X)＝1，2...，Q(X)，其表示在所述第X级MIMO预编码处理中将所述M个基站所分成的Q(X)组基站中的基站分组编号，UX，q (X)和VX，q (X)是酉矩阵，SX， q (X)是对角阵，其对角元素是与第q(X)个基站分组对应的MIMO信道子信道的信道增益，VX，q (X)H中的“H”表示哈密顿转置，LX，q (X)表示所述第X级预编码中Q(X)个基站分组中第q(X)组基站的信道提供的并行传输的通道数，其是大于或等于1而小于所述用户设备的天线数的整数。
20.如权利要求14-18中任一项所述的MIMO预编码装置，其中，所述的第X级MIMO预编码矩阵产生部件包括：
第X-1级预编码等效信道矩阵产生子部件，用于通过将所获得的第X-1级预编码矩阵中针对Q(X-1)个基站分组中第q(X-1)该基站分组的预编码矩阵PX-1，q (X-1)与第q(X-1)个基站分组的信道矩阵相乘来获得第X-1级预编码中第q(X-1)个基站分组的等效信道矩阵HX-1，q (X-1)，其中q(X-1)是所述Q(X-1)个基站分组中的基站分组的编号，其是大于或等于1而小于或等于Q(X-1)的整数，则第X-1级预编码的等效信道矩阵表示为HX-1＝[HX-1，1HX-1， 2...HX-1，Q (X-1)]；
第X级预编码信道矩阵产生子部件，用于将HX-1按列分为Q(X)组，每一组表示为HX，q (X)，作为Q(X)个基站分组中各基站分组所对应的信道矩阵HX，q (X)，其中每一组的列数大于或者等于HX-1的行数；和
码本映射子部件，用于对于所述的信道矩阵HX，q (X)执行奇异值分解得到HX，q (X)＝UX，q (X)SX，q (X)VX，q (X)H，将矩阵VX，q (X)中的前LX，q (X)列所组成的矩阵映射到所述无线通信系统中预先设置的码本中，映射所获得的码本矢量作为与Q(X)组基站中各基站组对应的各第X级预编码矩阵PX，q其中q(X)＝1，2...，Q(X)，其表示在所述第X级MIMO预编码处理中将所述M个基站所分成的Q(X)组基站中的基站分组编号，UX，q (X)和VX，q (X)是酉矩阵，SX，q (X)是对角阵，其对角元素是与第q(X)个基站分组对应的MIMO信道子信道的信道增益，VX，q (X)H中的“H”表示哈密顿转置，LX， q (X)表示所述第X级预编码中Q(X)个基站分组中第q(X)组基站的信道提供的并行传输的通道数，其是大于或等于1而小于所述用户设备的天线数的整数。
21.如权利要求20所述的MIMO预编码装置，其中，所述码本映射子部件被配置成使得所述矩阵VX，q (X)中的前LX，q (X)列所组成的矩阵与所述码本中各预编码矩阵做相关运算，取相关值最大情况下所对应的码本中的预编码矩阵作为所述与Q(X)组基站中各基站组对应的各第X级预编码矩阵PX，q (X)。
22.如权利要求14-18中任一项所述的MIMO预编码装置，其中，所述的第X级MIMO预编码矩阵产生部件包括：
第X-1级预编码等效信道矩阵产生子部件，用于通过将所获得的第X-1级预编码矩阵中针对Q(X-1)个基站分组中第q(X-1)该基站分组的预编码矩阵PX-1，q (X-1)与第q(X-1)个基站分组的信道矩阵相乘来获得第X-1级预编码中第q(X-1)个基站分组的等效信道矩阵HX-1，q (X-1)，其中q(X-1)是所述Q(X-1)个基站分组中的基站分组的编号，其是大于或等于1而小于或等于Q(X-1)的整数，则第X-1级预编码的等效信道矩阵表示为HX-1＝[HX-1，1HX-1， 2...HX-1，Q (X-1)]；
第X级预编码信道矩阵产生子部件，，用于将HX-1按列分为Q(X)组，每一组表示为HX，q (X)，作为Q(X)个基站分组中各基站分组所对应的信道矩阵HX，q (X)，其中每一组的列数大于或者等于HX-1的行数；和
码本搜索子部件，用于根据所述的信道矩阵HX，q (X)，依据预定的准则来搜索所述无线通信系统的预先设置的码本，将搜索获得的码本矢量作为所述以获得所述的与Q(X)组基站中各基站组对应的各第X级预编码矩阵PX，q (X)。
23.如权利要求19所述的MIMO预编码装置，还包括：
预编码矩阵应用单元，用于根据所述获得的第一级预编码矩阵P1，m至第X级预编码矩阵PX，q (X)对相应的基站进行发射预编码处理，以便实现所述至少一个用户设备与所述M个基站之间的MIMO合作通信。
24.如权利要求23所述的MIMO预编码装置，其中所述预编码矩阵应用单元包括：
调制编码方案产生子单元，用于根据所述获得的第一级预编码矩阵P1，m至第X级预编码矩阵PX，q (X)以及所述无线通信系统当前的信道冲激响应来确定当前信道和所述第一级预编码矩阵P1，m至第X级预编码矩阵PX，q (X)码矩阵作用下的后验信噪比，并根据该后验信噪比在所述无线通信系统已知的各调制编码方案中选择一种；和
信息传送子单元，用于将所述获得的第一级预编码矩阵P1，m至第X级预编码矩阵PX，q (X)以及所选的编码调制方案通知给所述M个基站中的至少一个，由所述被通知了所述第一级预编码矩阵P1，m至第X级预编码矩阵PX，q (X)以及所选的编码调制方案的基站将所接收的这些信息传送给所述M个基站中的相应的其他基站，或者将所述获得的第一级预编码矩阵P1，m至第X级预编码矩阵PX，q (X)以及所选的编码调制方案分别通知给所述M个基站中的各个相应的基站，以使得所述M个基站根据所述获得的各自对应的第一级预编码矩阵P1，m至第X级预编码矩阵PX，q (X)来完成所述MIMO合作通信中各基站的发射预编码处理，其中各个基站之间的信息通过回程链路方式进行传送。
25.如权利要求24所述的MIMO预编码装置，其中所述无线通信系统包括一个用户设备，并且Km＝1，X＝2，Q(X)＝1。
26.一种配备有如权利要求14-25中任一项所述的MIMO预编码装置的用户设备。
27.一种可执行多输入多输出MIMO合作通信的无线通信系统，所述无线通信系统包括：
至少一个如权利要求26所述的用户设备；以及
与所述至少一个用户设备进行合作通信的M个基站，其中M是大于或等于2的整数。
28.一种存储有机器可读取的指令代码的程序产品，
所述指令代码由机器读取并执行时，可执行如权利要求1-13中任何一项所述的多输入多输出(MIMO)合作通信的方法。
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