CN102171946A - 数据传输方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种数据传输方法和装置。该方法主要包括：将BS(基站)的多个天线组成交叉极化天线阵，根据所述BS与MS(移动终端)之间的信道信息，计算出所述BS待发射的数据流的加权矩阵；根据所述加权矩阵对所述BS待发射的数据流进行加权处理，将加权处理后的数据流从所述BS发送给所述MS。本发明实施例由于在BS采用交叉极化天线阵，交叉天线间有一定的不相关性，所以能够提高解调性能；所以，本发明实施例能够使得BS侧向MS侧发送数据流的整体性能得到显著提高。

Description

数据传输方法和装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种数据传输方法和装置。

背景技术

BF(Beamforming，发射波束成形)加权方法采用了多天线阵，通过信道信息产生相应权值并对多个天线的发射信号进行加权，使多个天线的发射信号到达接收端的时候能够同相叠加，彼此增强，就像汇集到一个波束一样，从而使信噪比提高，获得多天线阵列增益和一定的分集增益。BF加权方法包括：EGT(Equal Gain Transmit，等增益发射)加权方法和MRT(Maximum Ration Transmit，最大比发射)加权方法。

在多天线MIMO(Multi Input Multi Output，多输入输出)系统中，在两个天线上分别采用MIMO A或MIMO B的发射格式在同一时刻发送数据流。

在实际应用中，通常采用MIMO+BF技术来增强双流传输的性能传输数据流。在发射端利用信道信息产生相应权值并通过加权来提高接收端的信噪比，可以提高MIMO的性能。

现有技术中的一种采用MIMO+BF技术来传输数据流的方案主要包括：发射端的多天线阵采用垂直极化天线阵，该天线阵的特点是：天线之间的信道相关性强。

现有技术中至少存在如下问题：

当采用MIMO+BF技术来传输数据流时，在两种发射格式MIMO A和MIMO B中要获得较好的分集增益和解调性能，均需要利用天线之间的不相关性。而在该方法中，由于天线之间的信道相关性强，从而影响MIMO+BF技术的整体性能。

发明内容

本发明的实施例提供了一种数据传输方法和装置，以提高采用了多天线阵的BS(basestation，基站)向MS(mobile station，移动终端)发送数据流的整体性能。

一种数据传输方法，将BS的多个天线组成交叉极化天线阵，所述方法具体包括：

根据所述BS与MS之间的信道信息，计算出所述BS待发射的数据流的加权矩阵；

根据所述加权矩阵对所述BS待发射的数据流进行加权处理，将加权处理后的数据流从所述BS发送给所述MS。

一种数据传输装置，包括：

加权矩阵计算模块，用于根据BS与MS之间的信道信息，计算出BS待发射的数据流的加权矩阵，其中，所述BS的多个天线组成交叉极化天线阵；

加权发送处理模块，用于根据所述加权矩阵对所述BS待发射的数据流进行加权处理，将加权处理后的数据流从所述BS发送给所述MS。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例由于在BS采用交叉极化天线阵，交叉天线间有一定的不相关性，所以能够提高解调性能；所以，本发明实施例能够使得BS侧向MS侧发送数据流的整体性能得到显著提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提出的一种基于交叉极化天线阵的MIMO+BF技术的数据传输方法的原理示意图；

图2为本发明实施例一提出的一种基于交叉极化天线阵的MIMO+BF技术的数据传输方法的具体处理流程图；

图3为本发明实施例提供的一种数据传输装置的具体结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中，将基站BS的多个天线组成交叉极化天线阵，根据所述BS与MS之间的信道信息，计算出所述BS待发射的数据流的加权矩阵。然后，根据所述加权矩阵对所述BS待发射的数据流进行加权处理，将加权处理后的数据流从所述BS发送给所述MS。

该实施例提出的一种基于交叉极化天线阵的MIMO+BF技术的数据传输方法的原理示意图如图1所示，具体处理流程如图2所示，包括如下的处理步骤：

步骤21、将BS(base station，基站)的2N个天线进行组合，分成两组，组成交叉极化天线阵。

将BS的多个(2N)天线进行组合，组成交叉极化天线阵。具体操作为：将BS的多个天线按照极化方向分成两组，每一组内的天线的极化方向是相同的，两个组之间的天线的极化方向是互相垂直的，从而组成交叉极化天线阵。

在实际应用中，上述N可以为任意的整数。比如，当N＝2，BS有4根发射天线，MS(mobilestation，移动终端)有2根接收天线时，BS的第一天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₁，BS的第二天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₂，BS的第三天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₃，BS的第四天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₄；

BS的第一天线到MS的第二天线之间的信道响应为h₂₁，BS的第二天线到MS的第二天线之间的信道响应为h₂₂，BS的第三天线到MS的第二天线之间的信道响应为h₂₃，BS的第四天线到MS的第二天线之间的信道响应为h₂₄。

上述BS的第一天线、第三个天线为第一组，BS的第二天线、第四个天线为第二组，第一组内的两个天线的极化方向是相同的，第二组内的两个天线的极化方向是相同的；第一组、第二组之间的天线的极化方向是互相垂直的，即：第一组的两个天线和第二组的两个天线的极化方向是互相垂直的。

上述8个信道响应可以组成下行的信道响应矩阵：

$h=\left[\begin{array}{cc}{h}_{11}& h_{21}\\ h_{12}& h_{22}\\ h_{13}& h_{23}\\ h_{14}& h_{24}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{h}_1& h_2\end{array}\right]$

步骤22、基于BS与MS之间的信道信息来计算出加权矩阵。

BS的待发射的数据经过MIMO编码后得到数据流 $s=\left[\begin{array}{c}{s}_1\\ s_2\end{array}\right],$ 上述S₁和S₂为两个数据流。

基于上述BS的天线与MS的天线之间的信道响应等信道信息来计算出上述数据流s的加权矩阵。

$w=\left[\begin{array}{cc}{w}_{11}& w_{12}\\ w_{21}& w_{22}\\ w_{31}& w_{32}\\ w_{41}& w_{42}\end{array}\right].$

上述w₁₁为第一个天线上的S₁数据流对应的加权值，上述w₁₂为第一个天线上的S₂数据流对应的加权值，上述w₂₁为第二个天线上的S₁数据流对应的加权值，上述w₂₂为第二个天线上的S₂数据流对应的加权值，上述w₃₁为第三个天线上的S₁数据流对应的加权值，上述w₃₂为第三个天线上的S₂数据流对应的加权值，上述w₄₁为第四个天线上的S₁数据流对应的加权值，上述w₄₂为第四个天线上的S₂数据流对应的加权值。

当在每个天线上只发送上述两个数据流中的一个数据流时，比如，第一个天线上只发送S₁数据流，第一个天线上的S₂数据流对应的加权值w₁₂为0，第二个天线上只发送S₂数据流，第二个天线上的S₁数据流对应的加权值w₂₁为0，第三个天线上只发送S₁数据流，第三个天线上的S₂数据流对应的加权值w₃₂为0，第四个天线上只发送S₂数据流，第四个天线上的S₁数据流对应的加权值w₄₁为0。

上述加权矩阵可以写成：

$w=\left[\begin{array}{cc}{w}_{11}& 0\\ 0& w_{22}\\ w_{31}& 0\\ 0& w_{42}\end{array}\right]$

步骤23、根据上述加权矩阵对上述数据流进行加权处理，将加权处理后的数据流从BS发送给MS。

可以根据上述加权矩阵w对上述数据流s按照设定的加权模式进行加权处理，得到加权处理后的待发射的数据流为w·s。采用的加权模式可以为EGT(Equal Gain Transmit，等增益发射)模式，也可以为MRT(Maximum Ration Transmit，最大比发射)模式。

将所述加权处理后的数据流w·s通过对应的BS的各个天线发射给所述MS。在BS的每根天线上可以发送所述数据流w·s给MS。

MS上接收到的数据流为：Y＝hws+N，上述N为信道噪声。

以下实施例提供了多种上述加权矩阵w的计算方法：

方法1：BS的各个天线到MS的某一根天线之间的信道响应列向量为h₁，则所述加权矩阵w的第一个列向量为：

所述向量h₁ ^*表示h₁的共轭，所述||h₁||表示向量h₁的模值；

所述加权矩阵w的第二个列向量w₂为所述第一个列向量w₁的正交向量；

所述加权矩阵w＝[w₁，w₂]。

比如，当BS有4根发射天线，MS有2根接收天线，BS的各个天线到MS的某一个天线对应的信道响应列向量为 $h_1=\left[\begin{array}{c}{h}_{11}\\ h_{12}\\ h_{13}\\ h_{14}\end{array}\right]$ 时，则上述加权矩阵w的第一个列向量为：

上述h₁ ^*表示向量h₁的共轭，上述||h₁||表示向量h₁的模。

上述加权矩阵w的第二个列向量w₂为上述第一个列向量的正交向量。上述 $w_1=\left[\begin{array}{c}{w}_{11}\\ w_{21}\\ w_{31}\\ w_{41}\end{array}\right],$ 上述 $w_2=\left[\begin{array}{c}{w}_{12}\\ w_{22}\\ w_{32}\\ w_{42}\end{array}\right],$ 所述加权矩阵w＝[w₁，w₂]。

该方法还可以适用于BS有2N(N为整数，N大于2)根发射天线，MS接收天线数量大于2的情况，另外，MS接收天线数量为1也适用。

方法2：当BS有4根发射天线，BS的第一天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₁，BS的第二天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₂，BS的第三天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₃，BS的第四天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₄，所述第一天线、第三个天线为第一组，第二天线、第四个天线为第二组，每一组内的两个天线的极化方向是相同的，第一组和第二组之间的天线的极化方向是垂直的。

则 $r=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(h_{11}\left(k\right)\·h_{13}^{*}\left(k\right)+h_{12}\left(k\right)\·h_{14}^{*}\left(k\right)),$ k为信道响应的索引，N为信道响应的统计量总数；

加权矩阵为 $w=\left[\begin{array}{cc}\frac{r^{*}}{\left|r\right|}& 0\\ 0& \frac{r^{*}}{\left|r\right|}\\ 1& 0\\ 0& 1\end{array}\right];$

所述r^*表示r的共轭。

方法3：和方法2情况类似，当BS有4根发射天线，

$r_1=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(h_{11}\left(k\right)\·h_{13}^{*}\left(k\right))$

$r_2=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(h_{12}\left(k\right)\·h_{14}^{*}\left(k\right))$

k为信道响应的索引，N为信道响应的统计量总数，所述h₁₃ ^*表示h₁₃的共轭，所述h₁₄ ^*表示h₁₄的共轭；

加权矩阵为 $w=\left[\begin{array}{cc}\frac{{r_1}^{*}}{\left|r_1\right|}& 0\\ 0& \frac{{r_2}^{*}}{\left|r_2\right|}\\ 1& 0\\ 0& 1\end{array}\right];$

所述r₁ ^*表示r₁的共轭，所述r₂ ^*表示r₂的共轭。

上述方法2，3中MS的接收天线数量通常至少为2根，但MS接收天线数量为1也适用。

当通信系统知道BS的各个天线到MS的各个天线之间的信道响应矩阵h(k)时，则上述加权矩阵w(k)的计算方法如下：

方法1、对上述h(k)进行SVD(Singular value decomposition，奇异值分解)分解，得到矩阵h(k)的两个奇异向量，将两个奇异向量的共轭作为加权矩阵w(k)的两个列向量。

方法2、加权矩阵w(k)＝h^*(k)，所述h^*(k)表示h(k)的共轭。

方法3、计算信道协方差矩阵

其中k为信道响应的索引，N为信道响应的统计量总数，所述h^H(k)表示h(k)的共轭转置，对R进行特征值分解，得到R的最大特征值和次大特征值对应的两个特征向量，将两个特征向量的共轭作为加权矩阵w的两个列向量。

例如：在一个具体的实施例中，当BS有4根发射天线，MS有2根接收天线时，BS的第一天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₁，BS的第二天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₂，BS的第三天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₃，BS的第四天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₄；所述BS的第一天线、第三个天线为第一组，BS的第二天线、第四个天线为第二组，每一组内的两个天线的极化方向是相同的，所述第一组和第二组之间的天线的极化方向是互相垂直的；

所述BS的第一天线到MS的第二天线之间的信道响应为h₂₁，BS的第二天线到MS的第二天线之间的信道响应为h₂₂，所述BS的第三天线到MS的第二天线之间的信道响应为h₂₃，所述BS的第四天线到MS的第二天线之间的信道响应为h₂₄；

通信系统知道BS的各个天线到MS的各个天线之间的信道响应矩阵为

$h\left(k\right)=\left[\begin{array}{cc}{h}_{11}\left(k\right)& h_{21}\left(k\right)\\ h_{12}\left(k\right)& h_{22}\left(k\right)\\ h_{13}\left(k\right)& h_{23}\left(k\right)\\ h_{14}\left(k\right)& h_{24}\left(k\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{h}_1\left(k\right)& h_2\left(k\right)\end{array}\right]$ 时，上述加权矩阵w的计算方法包括如下的几种：

方法1： $r=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(h_{11}\left(k\right)\·h_{13}^{*}\left(k\right)+h_{12}\left(k\right)\·h_{14}^{*}\left(k\right)+h_{21}\·h_{23}^{*}\left(k\right)+h_{22}\left(k\right)\·h_{24}^{*}\left(k\right))$

k为信道响应的索引，N为信道响应的统计量总数，所述h₁₃ ^*表示h₁₃的共轭，所述h₁₄ ^*表示h₁₄的共轭，所述h₂₃ ^*表示h₂₃的共轭，所述h₂₄ ^*表示h₂₄的共轭。

加权矩阵为 $w=\left[\begin{array}{cc}\frac{r^{*}}{\left|r\right|}& 0\\ 0& \frac{r^{*}}{\left|r\right|}\\ 1& 0\\ 0& 1\end{array}\right]$

所述r^*表示r的共轭

方法2：

$r_1=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(h_{11}\left(k\right)\·h_{13}^{*}\left(k\right)+h_{21}\left(k\right)\·h_{23}^{*}\left(k\right))$

$r_2=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(h_{12}\left(k\right)\·h_{14}^{*}\left(k\right)+h_{22}\left(k\right)\·h_{24}^{*}\left(k\right))$

k为信道响应的索引，N为信道响应的统计量总数，所述h₁₃ ^*表示h₁₃的共轭，所述h₁₄ ^*表示h₁₄的共轭，所述h₂₃ ^*表示h₂₃的共轭，所述h₂₄ ^*表示h₂₄的共轭。

加权矩阵 $w=\left[\begin{array}{cc}\frac{{r_1}^{*}}{\left|r_1\right|}& 0\\ 0& \frac{{r_2}^{*}}{\left|r_2\right|}\\ 1& 0\\ 0& 1\end{array}\right]$

所述r₁ ^*表示r₁的共轭，所述r₂ ^*表示r₂的共轭

在Wimax TDD系统下，采用本发明实施例的基于交叉极化天线阵的MIMO+BF技术的数据传输方法，MIMO发射性能比多天线阵为垂直极化天线阵情况下有大约15dB的增益。

基于上述数据传输方法，本发明实施例还提供了一种数据传输装置，其具体结构如图3所示，包括如下的处理模块：

加权矩阵计算模块31，用于根据BS与MS之间的信道信息，计算出BS待发射的数据流的加权矩阵，其中：所述BS的多个天线组成交叉极化天线阵；

将BS的多个(2N)天线进行组合，组成交叉极化天线阵。具体操作为：将BS的多个天线按照极化方向分成两组，每一组内的天线的极化方向是相同的，两个组之间的天线的极化方向是互相垂直的，从而组成交叉极化天线阵。

加权发送处理模块32，用于根据所述加权矩阵对所述BS待发射的数据流进行加权处理，将加权处理后的数据流从所述BS发送给所述MS。

所述的加权矩阵计算模块31具体包括：第一计算模块311、第二计算模块312、第三计算模块313和第四计算模块314中的至少一项；

第一计算模块311，用于当BS的各个天线到MS的某一根天线之间的信道响应列向量为h₁，则所述加权矩阵w的第一个列向量为：

所述向量h₁ ^*表示h₁的共轭，所述||h₁||表示向量h₁的模值；

所述加权矩阵w的第二个列向量w₂为所述第一个列向量w₁的正交向量；

所述加权矩阵w＝[w₁，w₂]。

比如，当BS有4根发射天线，MS有2根接收天线，BS的各个天线到MS的某一个天线对应的信道响应列向量为 $h_1=\left[\begin{array}{c}{h}_{11}\\ h_{12}\\ h_{13}\\ h_{14}\end{array}\right]$ 时，则上述加权矩阵w的第一个列向量为：

上述h₁ ^*表示向量h₁的共轭，上述||h₁||表示向量h₁的模。

上述加权矩阵w的第二个列向量w₂为上述第一个列向量的正交向量。上述 $w_1=\left[\begin{array}{c}{w}_{11}\\ w_{21}\\ w_{31}\\ w_{41}\end{array}\right],$ 上述 $w_2=\left[\begin{array}{c}{w}_{12}\\ w_{22}\\ w_{32}\\ w_{42}\end{array}\right],$ 所述加权矩阵w＝[w₁，w₂]。

该方法还可以适用于BS有2N(N为整数，N大于2)根发射天线的情况。

第二计算模块312，用于当BS有4根发射天线时，BS的第一天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₁，BS的第二天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₂，BS的第三天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₃，BS的第四天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₄；所述BS的第一天线、第三个天线为第一组，BS的第二天线、第四个天线为第二组，每一组内的两个天线的极化方向是相同的，第一组和第二组之间的天线的极化方向是互相垂直的；

$r=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(h_{11}\left(k\right)\·h_{13}^{*}\left(k\right)+h_{12}\left(k\right)\·h_{14}^{*}\left(k\right)),$ k为信道响应的索引，N为信道响应的统计量总数，所述h₁₃ ^*表示h₁₃的共轭，所述h₁₄ ^*表示h₁₄的共轭，

所述加权矩阵 $w=\left[\begin{array}{cc}\frac{r^{*}}{\left|r\right|}& 0\\ 0& \frac{r^{*}}{\left|r\right|}\\ 1& 0\\ 0& 1\end{array}\right]$

所述r^*表示r的共轭；

或者；

$r_1=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(h_{11}\left(k\right)\·h_{13}^{*}\left(k\right))$

$r_2=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(h_{12}\left(k\right)\·h_{14}^{*}\left(k\right))$

k为信道响应的索引，N为信道响应的统计量总数，所述h₁₃ ^*表示h₁₃的共轭，所述h₁₄ ^*表示h₁₄的共轭，

所述加权矩阵 $w=\left[\begin{array}{cc}\frac{{r_1}^{*}}{\left|r_1\right|}& 0\\ 0& \frac{{r_2}^{*}}{\left|r_2\right|}\\ 1& 0\\ 0& 1\end{array}\right]$

所述r₁ ^*表示r₁的共轭，所述r₂ ^*表示r₂的共轭；

第三计算模块313，用于当BS的各个天线到MS的各个天线之间的信道响应矩阵为h(k)，所述加权矩阵w(k)＝h^*(k)，所述h^*(k)表示h(k)的共轭；

或者；对所述h(k)进行奇异值分解，得到矩阵h(k)的第一和第二个奇异向量，将两个奇异向量的共轭作为加权矩阵w(k)的两个列向量；

或者；计算信道协方差矩阵其中k为信道响应的索引，N为信道响应的统计量总数，所述h^H(k)表示h(k)的共轭转置，对R进行特征值分解，得到R的最大特征值和次大特征值对应的两个特征向量，将两个特征向量的共轭作为加权矩阵w的两个列向量；

第四计算模块314，用于当BS有4根发射天线，MS有2根接收天线时，BS的第一天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₁，BS的第二天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₂，BS的第三天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₃，BS的第四天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₄；所述BS第一天线、第三个天线为第一组，BS第二天线、第四个天线为第二组，每一组内的两个天线的极化方向是相同的，第一组和第二组之间的天线的极化方向是相互垂直的；

BS的第一天线到MS的第二天线之间的信道响应为h₂₁，BS的第二天线到MS的第二天线之间的信道响应为h₂₂，BS的第三天线到MS的第二天线之间的信道响应为h₂₃，BS的第四天线到MS的第二天线之间的信道响应为h₂₄；

$r=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(h_{11}\left(k\right)\·h_{13}^{*}\left(k\right)+h_{12}\left(k\right)\·h_{14}^{*}\left(k\right)+h_{21}\·h_{23}^{*}\left(k\right)+h_{22}\left(k\right)\·h_{24}^{*}\left(k\right)),$ k为信道响应的索引，N为信道响应的统计量总数，所述h₁₃ ^*表示h₁₃的共轭，所述h₁₄ ^*表示h₁₄的共轭，所述h₂₃ ^*表示h₂₃的共轭，所述h₂₄ ^*表示h₂₄的共轭，

所述加权矩阵 $w=\left[\begin{array}{cc}\frac{r^{*}}{\left|r\right|}& 0\\ 0& \frac{r^{*}}{\left|r\right|}\\ 1& 0\\ 0& 1\end{array}\right]$

所述r^*表示r的共轭；

或者，

$r_1=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(h_{11}\left(k\right)\·h_{13}^{*}\left(k\right)+h_{21}\left(k\right)\·h_{23}^{*}\left(k\right))$

$r_2=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(h_{12}\left(k\right)\·h_{14}^{*}\left(k\right)+h_{22}\left(k\right)\·h_{24}^{*}\left(k\right))$

k为信道响应的索引，N为信道响应的统计量总数，所述h₁₃ ^*表示h₁₃的共轭，所述h₁₄ ^*表示h₁₄的共轭，所述h₂₃ ^*表示h₂₃的共轭，所述h₂₄ ^*表示h₂₄的共轭，

加权矩阵 $w=\left[\begin{array}{cc}\frac{{r_1}^{*}}{\left|r_1\right|}& 0\\ 0& \frac{{r_2}^{*}}{\left|r_2\right|}\\ 1& 0\\ 0& 1\end{array}\right]$

所述r₁ ^*表示r₁的共轭，所述r₂ ^*表示r₂的共轭。

所述的加权发送模块32包括：

加权处理模块321；用于将BS的待发射的数据经过多输入输出MIMO编码后得到数据流 $s=\left[\begin{array}{c}{s}_1\\ s_2\end{array}\right],$ 所述S₁和S₂为两个数据流；根据所述加权矩阵w对所述数据流s进行加权处理，得到加权处理后的数据流w·s；

发送处理模块322，用于将所述加权处理后的数据流w·s通过对应的BS的各个天线发射给所述MS。

上述装置具体可以为基站BS，或作为一个具体的模块集成在BS中。

综上所述，本发明实施例由于在BS采用交叉极化天线阵，交叉天线间有一定的不相关性，这对于MIMO解调来说是有利的，能够提高其解调性能。又由于交叉极化天线阵中有同极化天线组，同极化天线间又有一定的相关性，这对于BF来说也是有利的，能够提高BF的阵列增益。所以，本发明实施例通过将交叉极化天线阵和MIMO+BF技术结合在一起，使得MIMO+BF技术下的MIMO等效信道的条件数变小，使得采用MIMO+BF技术的通信系统的整体性能得到显著提高。

本发明实施例通过基于BS与MS之间的信道信息来计算出加权矩阵，加权矩阵的计算方法灵活，可以自适应调整，适应信道变化。

本发明实施例实现了在多天线情况下既可以做波束赋形使得信号同相相加，又可以使天线相关性变小利于MIMO解调。本发明实施例采用交叉极化天线后各个特征向量能量近似相同，利于双流传输。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以可借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个计算机可读存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种数据传输方法，其特征在于，将基站BS的多个天线组成交叉极化天线阵，所述方法具体包括：

根据所述BS与移动终端MS之间的信道信息，计算出所述BS待发射的数据流的加权矩阵；

根据所述加权矩阵对所述BS待发射的数据流进行加权处理，将加权处理后的数据流从所述BS发送给所述MS。

2.根据权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，所述的将BS的多个天线组成交叉极化天线阵包括：

将BS的多个天线按照极化方向分成两组，每一组内的天线的极化方向是相同的，两个组之间的天线的极化方向是互相垂直的。

3.根据权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，所述的根据所述BS与MS之间的信道信息，计算出所述BS待发射的数据流的加权矩阵，包括：

所述BS的各个天线到MS的某一根天线之间的信道响应列向量为h₁，则所述加权矩阵w的第一个列向量为：

所述向量h₁ ^*表示h₁的共轭，所述||h₁||表示向量h₁的模值；

所述加权矩阵w的第二个列向量w₂为所述第一个列向量w₁的正交向量；

所述加权矩阵w＝[w₁，w₂]。

4.根据权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，所述根据所述BS与MS之间的信道信息，计算出所述BS待发射的数据流的加权矩阵，包括：

当BS有4根发射天线，BS的第一天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₁，BS的第二天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₂，BS的第三天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₃，BS的第四天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₄，所述第一天线、第三个天线为第一组，第二天线、第四个天线为第二组，每一组内的两个天线的极化方向是相同的，第一组和第二组之间的天线的极化方向是互相垂直的；

$r=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(h_{11}\left(k\right)\·h_{13}^{*}\left(k\right)+h_{12}\left(k\right)\·h_{14}^{*}\left(k\right)),$ k为信道响应的索引，N为信道响应的统计量总数，所述h₁₃ ^*表示h₁₃的共轭，所述h₁₄ ^*表示h₁₄的共轭；

所述加权矩阵 $w=\left[\begin{array}{cc}\frac{r^{*}}{\left|r\right|}& 0\\ 0& \frac{r^{*}}{\left|r\right|}\\ 1& 0\\ 0& 1\end{array}\right];$

所述r^*表示r的共轭；

或者；

$r_1=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(h_{11}\left(k\right)\·h_{13}^{*}\left(k\right))$

$r_2=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(h_{12}\left(k\right)\·h_{14}^{*}\left(k\right))$

k为信道响应的索引，N为信道响应的统计量总数，所述h₁₃ ^*表示h₁₃的共轭，所述h₁₄ ^*表示h₁₄的共轭；

所述加权矩阵 $w=\left[\begin{array}{cc}\frac{{r_1}^{*}}{\left|r_1\right|}& 0\\ 0& \frac{{r_2}^{*}}{\left|r_2\right|}\\ 1& 0\\ 0& 1\end{array}\right];$

所述r₁ ^*表示r₁的共轭，所述r₂ ^*表示r₂的共轭。

5.根据权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，所述的根据所述BS与MS之间的信道信息，计算出所述BS待发射的数据流的加权矩阵，包括：

当BS的各个天线到MS的各个天线之间的信道响应矩阵为h(k)，

则：所述加权矩阵w(k)＝h^*(k)，所述h^*(k)表示h(k)的共轭；

或者；对所述h(k)进行奇异值分解，得到矩阵h(k)的第一和第二个奇异向量，将两个奇异向量的共轭作为加权矩阵w(k)的两个列向量；

或者；计算信道协方差矩阵其中k为信道响应的索引，N为信道响应的统计量总数，所述h^H(k)表示h(k)的共轭转置，对R进行特征值分解，得到R的最大特征值和次大特征值对应的两个特征向量，将两个特征向量的共轭作为加权矩阵w的两个列向量。

6.根据权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，所述的根据所述BS与MS之间的信道信息，计算出所述BS待发射的数据流的加权矩阵，包括：

当BS有4根发射天线，MS有2根接收天线时，BS的第一天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₁，BS的第二天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₂，BS的第三天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₃，BS的第四天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₄；所述BS的第一天线、第三个天线为第一组，BS的第二天线、第四个天线为第二组，每一组内的两个天线的极化方向是相同的，所述第一组和第二组之间的天线的极化方向是互相垂直的；

所述BS的第一天线到MS的第二天线之间的信道响应为h₂₁，BS的第二天线到MS的第二天线之间的信道响应为h₂₂，所述BS的第三天线到MS的第二天线之间的信道响应为h₂₃，所述BS的第四天线到MS的第二天线之间的信道响应为h₂₄；

$r=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(h_{11}\left(k\right)\·h_{13}^{*}\left(k\right)+h_{12}\left(k\right)\·h_{14}^{*}\left(k\right)+h_{21}\·h_{23}^{*}\left(k\right)+h_{22}\left(k\right)\·h_{24}^{*}\left(k\right)),$ k为信道响应的索引，N为信道响应的统计量总数，所述h₁₃ ^*表示h₁₃的共轭，所述h₁₄ ^*表示h₁₄的共轭，所述h₂₃ ^*表示h₂₃的共轭，所述h₂₄ ^*表示h₂₄的共轭；

所述加权矩阵 $w=\left[\begin{array}{cc}\frac{r^{*}}{\left|r\right|}& 0\\ 0& \frac{r^{*}}{\left|r\right|}\\ 1& 0\\ 0& 1\end{array}\right]$

所述r^*表示r的共轭；

或者，

$r_1=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(h_{11}\left(k\right)\·h_{13}^{*}\left(k\right)+h_{21}\left(k\right)\·h_{23}^{*}\left(k\right))$

$r_2=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(h_{12}\left(k\right)\·h_{14}^{*}\left(k\right)+h_{22}\left(k\right)\·h_{24}^{*}\left(k\right))$

k为信道响应的索引，N为信道响应的统计量总数，所述h₁₃ ^*表示h₁₃的共轭，所述h₁₄ ^*表示h₁₄的共轭，所述h₂₃ ^*表示h₂₃的共轭，所述h₂₄ ^*表示h₂₄的共轭；

加权矩阵 $w=\left[\begin{array}{cc}\frac{{r_1}^{*}}{\left|r_1\right|}& 0\\ 0& \frac{{r_2}^{*}}{\left|r_2\right|}\\ 1& 0\\ 0& 1\end{array}\right]$

所述r₁ ^*表示r₁的共轭，所述r₂ ^*表示r₂的共轭。

7.根据权利要求1至6任一项所述的数据传输方法，其特征在于，所述的根据所述加权矩阵对所述BS待发射的数据流进行加权处理，将加权处理后的数据流从所述BS发送给所述MS，包括：

将BS的待发射的数据经过多输入输出MIMO编码后得到数据流 $s=\left[\begin{array}{c}{s}_1\\ s_2\end{array}\right],$ 所述S₁和S₂为两个数据流；

根据所述加权矩阵w对所述数据流s进行加权处理，得到加权处理后的数据流w·s；

将所述加权处理后的数据流w·s通过对应的BS的各个天线发射给所述MS。

8.一种数据传输装置，其特征在于，包括：

加权矩阵计算模块，用于根据基站BS与移动终端MS之间的信道信息，计算出BS待发射的数据流的加权矩阵，其中：所述BS的多个天线组成交叉极化天线阵；

加权发送处理模块，用于根据所述加权矩阵对所述BS待发射的数据流进行加权处理，将加权处理后的数据流从所述BS发送给所述MS。

9.根据权利要求8所述的数据传输装置，其特征在于，所述的加权矩阵计算模块包括：第一计算模块、第二计算模块、第三计算模块和第四计算模块中的至少一项；

第一计算模块，用于当BS的各个天线到MS的某一根天线之间的信道响应列向量为h₁，则所述加权矩阵w的第一个列向量为：

所述向量h₁ ^*表示h₁的共轭，所述||h₁||表示向量h₁的模值；

所述加权矩阵w的第二个列向量w₂为所述第一个列向量w₁的正交向量；

所述加权矩阵w＝[w₁，w₂]；

第二计算模块，用于当BS有4根发射天线时，BS的第一天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₁，BS的第二天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₂，BS的第三天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₃，BS的第四天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₄；所述BS的第一天线、第三个天线为第一组，BS的第二天线、第四个天线为第二组，每一组内的两个天线的极化方向是相同的，第一组和第二组之间的天线的极化方向是互相垂直的；

$r=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(h_{11}\left(k\right)\·h_{13}^{*}\left(k\right)+h_{12}\left(k\right)\·h_{14}^{*}\left(k\right)),$ k为信道响应的索引，N为信道响应的统计量总数，所述h₁₃ ^*表示h₁₃的共轭，所述h₁₄ ^*表示h₁₄的共轭，

所述加权矩阵 $w=\left[\begin{array}{cc}\frac{r^{*}}{\left|r\right|}& 0\\ 0& \frac{r^{*}}{\left|r\right|}\\ 1& 0\\ 0& 1\end{array}\right]$

所述r^*表示r的共轭；

或者；

$r_1=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(h_{11}\left(k\right)\·h_{13}^{*}\left(k\right))$

$r_2=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(h_{12}\left(k\right)\·h_{14}^{*}\left(k\right))$

k为信道响应的索引，N为信道响应的统计量总数，所述h₁₃ ^*表示h₁₃的共轭，所述h₁₄ ^*表示h₁₄的共轭，

所述加权矩阵 $w=\left[\begin{array}{cc}\frac{{r_1}^{*}}{\left|r_1\right|}& 0\\ 0& \frac{{r_2}^{*}}{\left|r_2\right|}\\ 1& 0\\ 0& 1\end{array}\right]$

所述r₁ ^*表示r₁的共轭，所述r₂ ^*表示r₂的共轭；

第三计算模块，用于当BS的各个天线到MS的各个天线之间的信道响应矩阵为h(k)，所述加权矩阵w(k)＝h^*(k)，所述h^*(k)表示h(k)的共轭；

或者；对所述h(k)进行奇异值分解，得到矩阵h(k)的第一和第二个奇异向量，将两个奇异向量的共轭作为加权矩阵w(k)的两个列向量；

或者；计算信道协方差矩阵

其中k为信道响应的索引，N为信道响应的统计量总数，所述h^H(k)表示h(k)的共轭转置，对R进行特征值分解，得到R的最大特征值和次大特征值对应的两个特征向量，将两个特征向量的共轭作为加权矩阵w的两个列向量；

第四计算模块，用于当BS有4根发射天线，MS有2根接收天线时，BS的第一天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₁，BS的第二天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₂，BS的第三天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₃，BS的第四天线到MS的第一天线之间的信道响应为h₁₄；所述BS第一天线、第三个天线为第一组，BS第二天线、第四个天线为第二组，每一组内的两个天线的极化方向是相同的，第一组和第二组之间的天线的极化方向是相互垂直的；

BS的第一天线到MS的第二天线之间的信道响应为h₂₁，BS的第二天线到MS的第二天线之间的信道响应为h₂₂，BS的第三天线到MS的第二天线之间的信道响应为h₂₃，BS的第四天线到MS的第二天线之间的信道响应为h₂₄；

$r=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(h_{11}\left(k\right)\·h_{13}^{*}\left(k\right)+h_{12}\left(k\right)\·h_{14}^{*}\left(k\right)+h_{21}\·h_{23}^{*}\left(k\right)+h_{22}\left(k\right)\·h_{24}^{*}\left(k\right)),$ k为信道响应的索引，N为信道响应的统计量总数，所述h₁₃W表示h₁₃的共轭，所述h₁₄ ^*表示h₁₄的共轭，所述h₂₃ ^*表示h₂₃的共轭，所述h₂₄ ^*表示h₂₄的共轭，

所述加权矩阵 $w=\left[\begin{array}{cc}\frac{r^{*}}{\left|r\right|}& 0\\ 0& \frac{r^{*}}{\left|r\right|}\\ 1& 0\\ 0& 1\end{array}\right]$

所述r^*表示r的共轭；

或者，

$r_1=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(h_{11}\left(k\right)\·h_{13}^{*}\left(k\right)+h_{21}\left(k\right)\·h_{23}^{*}\left(k\right))$

$r_2=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(h_{12}\left(k\right)\·h_{14}^{*}\left(k\right)+h_{22}\left(k\right)\·h_{24}^{*}\left(k\right))$

k为信道响应的索引，N为信道响应的统计量总数，所述h₁₃ ^*表示h₁₃的共轭，所述h₁₄ ^*表示h₁₄的共轭，所述h₂₃ ^*表示h₂₃的共轭，所述h₂₄ ^*表示h₂₄的共轭，

加权矩阵 $w=\left[\begin{array}{cc}\frac{{r_1}^{*}}{\left|r_1\right|}& 0\\ 0& \frac{{r_2}^{*}}{\left|r_2\right|}\\ 1& 0\\ 0& 1\end{array}\right]$

所述r₁ ^*表示r₁的共轭，所述r₂ ^*表示r₂的共轭。

10.根据权利要求8或9所述的数据传输装置，其特征在于，所述的加权发送模块包括：加权处理模块，用于将BS的待发射的数据经过多输入输出MIMO编码后得到数据流 $s=\left[\begin{array}{c}{s}_1\\ s_2\end{array}\right],$ 所述S₁和S₂为两个数据流；根据所述加权矩阵w对所述数据流s进行加权处理，得到加权处理后的数据流w·s；

发送处理模块，用于将所述加权处理后的数据流w·s通过对应的BS的各个天线发射给所述MS。

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