CN102217206A - 用于mimo通信系统的预编码码本 - Google Patents

Abstract

一种用于通信的方法，包括用第一预编码矩阵来配置包括发射器(20)和接收器的通信系统，所述第一预编码矩阵用于将N个数据流映射到发射器的N个发射天线端口(52)上。至少一部分第一预编码矩阵中的每一个都从相应的第二预编码矩阵和第三预编码矩阵导出。第二预编码矩阵和第三预编码矩阵配置用于将数据映射到相应数目的发射器天线端口上，该相应数目小于N。使用基于第一预编码矩阵的预编码方案将数据流映射到N个发射天线端口上。经映射的数据流通过N个发射天线端口从发射器向接收器传输。

Description

用于MIMO通信系统的预编码码本

与相关申请的交叉引用

本发明要求对提交于2009年1月5日的美国临时专利申请61/142,507的优先权，在此通过引用将该专利申请的公开内容并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及通信系统，更具体地涉及用于使用多个天线进行通信的方法和系统。

背景技术

一些通信系统使用多个发射天线和多个接收天线经多个通信信道从发射器向接收器传输数据。举例而言，多个信道传输用于实现高吞吐量的空间复用方案，用于实现高天线指向性的波束成形方案，以及用于实现针对信道衰落和多路径的高适应性的空间分集方案。这些方案通常统称为多输入多输出(MIMO)方案。

设想例如将MIMO方案用于演进通用地面无线接入(E-UTRA)系统(亦称为长期演进(LTE)系统)之中。第三代合作伙伴计划(3GPP)E-UTRA标准规定MIMO方案用于由E-UTRA用户设备(UE)和基站(eNodeB)所使用。这些方案例如在通过引用并入本文的以下文献中描述，该文献为：2009年3月的第8.6.0版标题为“Technical Specification Group Radio Access Network；Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)；Physical Channels and Modulation(Release 8)”(3GPP TS 36.211)的3GPP技术规范36.211。特别是，此规范的第6.3.4节定义了将数据流(亦称为空间层)映射到多达4个发射天线端口上的预编码方案。3GPP目前正处于对E-UTRA规范的扩展进行规定的进程之中，该扩展称为LTE高级版(LTE-A)。演进LTE规范设想使用多达8个发射天线端口。

以上描述作为对这一领域中相关技术的总体概述而提出，且不应解释为承认其所包含的任何信息构成针对本专利申请的现有技术。

发明内容

本文所述的实施方式提供一种用于通信的方法。该方法包括使用第一预编码矩阵对包括发射器和接收器的通信系统进行配置，以将多达N个数据流映射到发射器的N个发射天线端口上。至少一部分第一预编码矩阵中的每一个都从相应的第二预编码矩阵和第三预编码矩阵导出。第二预编码矩阵和第三预编码矩阵被配置用于将数据映射到相应数目的发射天线端口上，该相应数目小于N。基于第一预编码矩阵中的一个第一预编码矩阵，使用预编码方案将数据流映射到N个发射天线端口上。通过N个发射天线端口从发射器向接收器传输经映射的数据流。

在一些实施方式中，对通信系统进行配置包括通过计算从第二预编码矩阵当中选取的相应的第二预编码矩阵与从第三预编码矩阵当中选取的相应的第三预编码矩阵之间的克罗内克积(Kronecker product)而产生给定的第一预编码矩阵。

在一种实施方式中，第一预编码矩阵将R1个数据流映射到N个天线端口上，R1≤N，并且对通信系统进行配置包括定义用于将r个数据流映射到N个发射天线端口上的预编码矩阵的集合，r＜R1，该集合中的每个预编码矩阵包括选自第一预编码矩阵的给定矩阵的列的子集。在一种公开的实施方式中，定义所述集合包括：响应于验证出无法将候选预编码矩阵表示为集合中另一预编码矩阵的列的加权置换，而将该候选预编码矩阵包括在所述集合中。在一种实施方式中，响应于验证出依据给定的距离度量而测量的在候选预编码矩阵与集合中其他预编码矩阵之间的相应距离超过给定的阈值，而将该候选预编码矩阵包括在所述集合中。在另一实施方式中，定义所述集合包括：在集合中选择预编码矩阵，以与发射器的发射天线的几何配置相匹配。在一种实施方式中，在集合中选择预编码矩阵包括：在集合中选取预编码矩阵，以与正交极化发射天线的阵列相匹配。在又一实施方式中，对数据流进行映射包括：使用集合中预编码矩阵中的一个预编码矩阵将r个数据流映射到N个发射天线端口上。

在另一实施方式中，对通信系统进行配置包括仅将第二预编码矩阵和第三预编码矩阵存储在通信系统中，并基于存储的第二预编码矩阵和第三预编码矩阵来计算发射器中第一预编码矩阵中的该一个第一预编码矩阵。在又一实施方式中，传输经映射的数据流包括传输服从长期演进高级版(LTE-A)规范的信号。在一种实施方式中，对数据流进行映射包括基于来自接收器的反馈来选择预编码方案。在一种公开的实施方式中，N＝8。在一种实施方式中，定义第二预编码矩阵，用于向2个天线端口上映射；且定义第三预编码矩阵，用于向4个天线端口上映射。在一种备选实施方式中，定义第二预编码矩阵，用于向4个天线端口上映射；且定义第三预编码矩阵，用于向2个天线端口上映射。

依据本文所述的实施方式，另外提供包括N个发射天线端口和一个发射器的通信装置。发射器被配置成接受用于将多达N个数据流映射到N个发射天线端口上的第一预编码矩阵的定义(从相应的第二预编码矩阵和第三预编码矩阵导出的至少一部分第一预编码矩阵的每一个都配置用于将数据映射到相应数量的发射天线端口上，该相应数量小于N)，用以基于第一预编码矩阵中的一个而使用预编码方案将数据流映射到N个发射天线端口上，并且用以将经映射的数据流通过N个发射天线端口向接收器传输。

依据本文所述的实施方式，还提供一种移动通信终端，该移动通信终端包括所公开的通信装置。依据本文所述的实施方式，进一步提供一种芯片组，该芯片组用于在包括所公开的通信装置的移动通信终端中处理信号。

从结合附图的本公开的实施方式的以下详细描述中，本公开将得到更充分的理解，在附图中：

附图说明

图1为示意性地图示了根据本公开的实施方式的、具有多个天线的发射器的框图；

图2为示出了根据本公开的实施方式的、定义为2个较低维预编码矩阵之间的克罗内克积的预编码矩阵的示图；

图3为示意性地图示了根据本公开的实施方式的、用于使用针对2个和4个发射天线端口定义的预编码矩阵来生成用于8个发射天线端口的预编码码本的方法的流程图；

图4为示意性地图示了根据本公开的实施方式的、用于使用针对2个和4个发射天线端口定义的预编码矩阵在具有8个天线端口的发射器中进行预编码的方法的流程图。

具体实施方式

在一些MIMO方案中，发射器将调制符号流映射到空间层，即，要通过不同的MIMO传输信道进行传输的信号。空间层亦称为传输层或空间流，或者为简洁起见而简称为数据流。发射器继而施加预编码操作，以将各空间层映射到相应一组天线端口。预编码操作通常由预编码矩阵表示，其限定映射到每个天线端口上的空间层的线性组合。一些MIMO系统使用发射器和接收器所知晓的、被称为码本的预编码矩阵的预定义集合。在以上引用的3GPP TS 36.211的第6.3节中详细描述了如在E-UTRA eNodeB的下行链路中进行的这类传输过程。以下描述遵循这一3GPP规范中所使用的惯例，在其中由行数等于天线端口数目且列数等于空间流数目的矩阵来规定预编码。

本文所述的实施方式提供用于在MIMO系统中进行预编码的改进的方法和系统。所公开的技术利用用于将多达N个数据流映射到N个发射天线端口的预编码矩阵集合来配置包括发射器和接收器的通信系统。该预编码矩阵集合从针对数量小于N的发射天线端口定义的预编码矩阵集合导出。举例而言，所公开的方法可以用来根据针对2个天线端口定义的码本和针对4个天线端口定义的码本而生成针对8个发射天线端口的码本。

在一些实施方式中，通过计算在从针对较少数目的天线端口定义的码本中选择的矩阵之间的克罗内克积(亦称为直积或张量积)而产生给定的预编码矩阵。该技术产生如下码本，该码本的预编码矩阵具有许多期望特性，这些期望特性将在下文中详细描述。还描述了若干种用于生成用以将不同数目的数据流映射到N个天线端口上的子码本(SCB)的技术。

所公开的技术产生具有相对小的计算复杂度的高性能预编码矩阵。此外，这些方法和系统提供简单的针对较小数目的天线端口的向后兼容性。在一些实施方式中，预先计算码本并将其提供给发射器。在备选实施方式中，发射器仅存储针对较小数目的天线端口定义的预编码矩阵，并根据需要计算用于N个天线端口的预编码矩阵。因此，可以大大减少发射器中的存储器需求。本文所述实施方式主要涉及LTE-A系统，但所公开的技术亦适用于任何其他合适的MIMO系统。

图1为示例性地图示了根据本公开实施方式的、具有多个天线的发射器20的框图。尽管也考虑到了其他发射器，但接下来的描述涉及LTE-A eNodeB的发射器。在备选实施方式中，举例而言，本文所述方法和系统可以用于依据例如诸如IEEE 802.16(亦称为WiMAX)之类的任何其他合适的通信标准或协议而操作的发射器。尽管接下来的描述主要涉及从eNodeB至UE的下行链路传输，但所公开的方法和系统亦可适用于上行链路传输。

发射器20包括一个或多个调制链，各调制链包括纠错码(ECC)编码器24、加扰器28和调制映射器32。通过ECC编码器24对用于传输的数据进行编码，以产生相应的ECC码字。(为清晰起见，图1的示例示出了两个单独的ECC编码器。然而在实际上，发射器可以包括为不同的调制链产生码字的单个ECC编码器。)

每个码字的比特由相应的加扰器28进行加扰，并继而由相应的调制映射器32进行调制。各调制映射器产生进行了复数(complex-valued)调制的符号流。可以使用任何合适的调制方案，诸如正交相移键控(QPSK)或者正交调幅(QAM)。给定的调制映射器32通常对给定的码字的加扰比特进行操作，以产生进行了复数调制的符号块。

层映射器36将调制映射器32所产生的调制符号流映射到一个或多个空间层上。(对于分配给某个通信信道的给定的时间和频率资源的集合，多个发射与接收天线向这些资源添加另一“空间”维度。用以利用附加的空间维度的一种可能性是通过增加每个时间-频率资源传输的独立调制符号的数目。相对于单个发射天线和单个接收天线的情况，增加因子定义为空间层的数目。)空间层在本文中亦称为数据流。

由映射器36所使用的空间层的实际数目(亦称为传输秩)通常为可选参数。对该值的选择例如可取决于在发射器20和欲向其进行传输的给定接收器(未示出)之间的信道条件。各空间层包括复数流，该复数流将要在随后通过MIMO通信信道进行传输。

向预编码器40提供经映射的空间层。预编码器40将空间层映射到N个Tx传输信道上，所述传输信道对应于发射器的N个Tx天线端口52。在本示例中，发射器20包括具有8个Tx天线端口(即，N＝8)的LTE-A发射器。(注意，给定的天线端口并不一定对应于单个物理天线，而是可以对应于“虚拟天线”，该“虚拟天线”的发射的信号以并不一定需要被接收器所知晓的方式生成，作为源于许多物理天线的信号的叠加(加权和)。还应注意，天线端口的数目可大于层的数目。)资源映射器44将资源元素(时间-频率分配)分配给相应的传输信道。在本示例中，映射器44的输出由相应的正交频分多路复用(OFDM)生成器48进行处理，该OFDM生成器48产生经由天线端口52向接收器传输的OFDM信号。

发射器20包括控制器56，该控制器56配置并控制不同的发射器元件。特别是，控制器56包括预编码控制模块60，该模块产生用于由预编码器40使用的预编码矩阵。在典型的实现中，模块60选择与在发射器和接收器之间的当前信道条件相匹配的预编码矩阵，并利用所选择的预编码矩阵来配置预编码器40。特别是，预编码矩阵的列数确定传输秩(即，空间层的实际数目)。该秩由r标记，其中r≤N。(通常情况下，还将该秩限制为小于或等于接收器处的接收天线的数目。)

如上所述，在本示例中，发射器20包括8个Tx天线端口52。因此，由模块60针对给定秩所使用的预编码矩阵为8×r矩阵。为简洁起见，这些矩阵在本文中称为8Tx预编码矩阵。在一些实施方式中，预编码矩阵选自码本，即，选自在发射器与接收器之间所约定的预定义矩阵集合。在一种实施方式中，发射器从接收器接收反馈，该反馈指示出码本中的优选预编码矩阵。模块60可基于该反馈从码本中选择适当的矩阵。模块60可利用现有接收器所请求的矩阵来配置预编码器40，或者其可在选择用于由发射器使用的预编码方案的过程中应用附加的考虑。

在一些实施方式中，模块60所使用的8Tx预编码矩阵从较低维的预编码矩阵导出，在本示例中是从2Tx和4Tx预编码矩阵导出(即，从分别针对2个和4个Tx天线端口定义的预编码矩阵导出)。在下文中将详细描述用于根据2Tx和4Tx预编码矩阵而导出8Tx预编码矩阵的若干种方法。

在一些实施方式中，预先计算8Tx预编码矩阵的码本并将其存储在发射器中。在备选实施方式中，仅在发射器中存储2Tx和4Tx预编码矩阵，且模块60根据需要基于这些矩阵来计算8Tx预编码矩阵。在这些实施方式中，发射器20包括存储器64，该存储器64保存较低维的码本。在本示例中，存储器64保存针对2个Tx天线端口定义的2Tx码本68和针对4个Tx天线端口定义的4Tx码本72。模块60基于选自码本68和码本72的较低维的矩阵来计算用于8个天线端口的预编码矩阵。下面将详细解释模块60的功能。

图1中所示的发射器配置是一种简化的示例配置，是为了概念上的清晰性而描绘的。在备选实施方式中，也可以使用任何其他合适的发射器配置。举例而言，尽管本文中描述的实施方式主要涉及具有N＝8个发射天线端口的发射器，但本文所述方法和系统可以与任何其他适当数量的天线端口来一起使用。天线端口的数量通常不是质数。从中导出NTx预编码矩阵的较低维的码本可以具有小于N的任何其他适当维度。在一些实施方式中，发射器20是基站(例如，LTE-A eNodeB)的一部分，而本文所述预编码方案应用于下行链路信道之中。在备选实施方式中，发射器20是移动终端(例如，LTE-AUE)的一部分，而本文所述预编码方案应用于上行链路信道之中。

发射器20的不同组件可以使用专用硬件来实现，诸如使用一个或多个专用集成电路(ASIC)和/或现场可编程门阵列(FPGA)来实现。备选地，某些发射器组件可以使用运行于通用硬件之上的软件或者使用硬件与软件元件的组合来实现。通常而言，控制器56包括通用处理器，其由软件进行编程以执行本文所述的功能，但其亦可实施于专用硬件上。举例而言，可以通过网络而以电子形式将软件下载至处理器，或者可以备选地或附加地将软件提供并/或存储在诸如磁存储器、光存储器或电子存储器之类的有形介质上。在一些实施方式中，可以在芯片组上制造发射器20的一些元件或所有元件。为清楚起见，在图1中省略了对于解释所公开的技术而言并非必需的发射器元件，诸如各种射频(RF)元件。

本公开的实施方式提供适合于设计和应用预编码码本的方法和系统。所公开的技术根据针对较少数量的Tx天线端口定义的码本来生成NTx预编码矩阵的码本。以下描述的实施方式从2Tx码本和4Tx码本来产生8Tx码本，然而，这些技术能够以直接的方式适合于任何其他维度。如上所述，可以使用所公开的技术预先产生NTx预编码矩阵并将其提供给模块60，或者也可以在需要时由模块60来计算NTx预编码矩阵。

以下的描述使用以下表示法：将针对N_T个Tx天线端口定义的码本标记为

码本

包含多个子码本(SCB)，每个SCB是针对给定的秩r(即，要预编码到K个Tx天线端口上的空间层的给定数目)而定义的，r≤K。针对给定秩r的SCB标记为在8个Tx天线端口的情况中，码本CB⁽⁸⁾因而由

给出。

在对预编码矩阵的码本进行设计时，常常期望码本中的矩阵满足某些设计指南。在通过引用并入本文的“Codebook Based Precoding for 8 TX Transmission in LTE-A，”3GPP TSG RAN WG1 document R1-084172，Prague，Czech Republic，November 10-14，2008中描述了示例指南。这些指南定义了码本的若干期望特性，即：酉性(unitarity)、嵌套性、恒模以及约束字母表。

酉性特性意味着在满秩SCB中的预编码矩阵是酉性的，取决于标量因子。嵌套性特性意味着对于任何r＜N_T，

中每个预编码矩阵的列与满秩

中某一预编码矩阵的r个列成比例(可达到与列相关的缩放)。更强的嵌套性要求强制了对于任何r＜N_T，

中每个预编码矩阵的列与下一更高秩的中某一预编码矩阵的r个列成比例(可达到与列相关的缩放)。

在计算针对若干秩(其中预编码选项被限制为属于码本

)的优选预编码以及使用秩适应而退回至较低秩时，嵌套性特性使得在接收器处的计算复杂度得以降低。

恒模特性意味着在给定预编码矩阵中的所有矩阵元素均为相等的绝对值。约束字母表特性意味着在不同的预编码矩阵中的矩阵元素限制在简单的有限字母表。一种有可能的字母表为8-PSK字母表，由下式给出：

$\∀W\∈{\mathrm{CB}}_r^{\left(N_T\right)}$ (r＝1，2，...，N_T)，

公式1： $\∀s=\mathrm{1,2},...,r,$ $\∀t=\mathrm{1,2},...,N_T,$

$W_{\mathrm{ts}}=\frac{e^{j2\mathrm{\π}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{ts}}/8}}{\sqrt{r{N}_T}},$ α_ts＝0，1，...，7

换言之，8-PSK字母表由下式给出：

公式2： $\sqrt{r{N}_T}{W}_{\mathrm{ts}}\∈\{\±1,\±j,\frac{\±1\±j}{\sqrt{2}}\}$

一种备选的约束字母表为QPSK字母表，在其中每个预编码矩阵元素仅限于集合{±1，±j}(取决于总的归一化常数)。约束字母表的使用简化和降低了与发射器处的预编码以及接收器处的反馈计算和解码相关联的计算及存储器需求。

在一些实施方式中，在满秩

中的每个预编码矩阵定义为在

中的预编码矩阵与

中的预编码矩阵之间的克罗内克积。因此：

${\mathrm{CB}}_8^{\left(8\right)}\⊆\{W^{\left(2\right)}\⊗W^{\left(4\right)}|W^{\left(n\right)}\∈{\mathrm{CB}}_n^{\left(n\right)}\}$

公式3： $\∪\{W^{\left(4\right)}\⊗W^{\left(2\right)}|W^{\left(n\right)}\∈{\mathrm{CB}}_n^{\left(n\right)}\}$

其中W⁽²⁾和W⁽⁴⁾分别标记来自

和

的预编码矩阵，而

标记克罗内克积(亦称为直积或张量积)。

给定m×n矩阵A和p×q矩阵B，这些矩阵的克罗内克积标记为

该矩阵为m·p×n·q矩阵，其元素由c_αβ＝a_ijb_kl定义，其中α≡p(i-1)+k且β＝q(j-1)+l。举例而言，当A包含2×2矩阵时，

为具有如下形式的块矩阵：

公式4： $A\⊗B=\left[\begin{array}{cc}{a}_{11}B& a_{12}B\\ a_{21}B& a_{22}B\end{array}\right]$

图2为示出了根据本公开实施方式的、定义为2个较低维的预编码矩阵之间的克罗内克积的预编码矩阵的示图。在图2的示例中，A为来自满秩

的n×n预编码矩阵，而B为来自满秩

的p×p预编码矩阵。克罗内克积

产生可以用作满秩

的一部分的n·p×n·p预编码矩阵。

从以上的公式1以及克罗内克积的定义可以得出：

$\∀W=\∈{\mathrm{CB}}_8^{\left(8\right)},$

公式5：

使得：

公式6： $W_{\mathrm{ts}}=W_{t_1{s}_1}^{\left(2\right)}{W}_{t_2{s}_2}^{\left(4\right)}$

针对t₁，s₁＝1，2，t₂，s₂＝1，2，3，4

其中t＝4(t₁-1)+t₂，s＝4(s₁-1)+s₂；或者t＝2(t₂-1)+t₁，s＝2(s₂-1)+s₁。

因此，以上的公式3将满秩中每个预编码矩阵定义为来自

的预编码矩阵与来自

的预编码矩阵之间的克罗内克积。这一满秩SCB可由发射器20用于将8个空间层(数据流)预编码到8个Tx天线端口上。可以理解，如果和

二者都满足上述酉性、恒模和约束字母表指南，则这一构造自动确保满秩

也满足这些指南。

在一些实施方式中，从满秩

导出较低秩的SCB

以将r＜8个层预编码到发射器20的8个Tx天线端口上。在一种示例过程中，从

中给定矩阵的8个列中删除8-r个列，从而产生8×r矩阵。该矩阵继而与

相乘。由此产生的矩阵可以用作用于包含在

中的候选者。这一过程满足以上定义的较小限制性的嵌套性特性(其中

中每个预编码矩阵的列与满秩

中某一预编码矩阵的r个列成比例(可达到与列相关的缩放))。

在另一示例实施方式中，从

中的给定矩阵中删除一个列，以产生8×r矩阵。该矩阵继而与

相乘。由此产生的矩阵可以用作用于包含在中的候选者。这一过程满足以上定义的限制较严的嵌套性特性(其中中每个预编码矩阵的列与

中某一预编码矩阵的r个列成比例(可达到与列相关的缩放))。

在构建给定的SCB时，通常期望避免将实际上等效的候选预编码矩阵包含在内。如果两个候选预编码矩阵在行和/或列的置换、和/或整体缩放或与列相关的缩放方面相同，则认为这两个矩阵是等效的。举例而言，矩阵

和

是彼此等效的，这是因为可以通过交换M1的列并继而将第二列与-j相乘而从M1中产生M2。等效的预编码矩阵仅仅置换空间流，并且有可能在流中的调制符号被映射到天线端口之前旋转它们。因此，在一些实施方式中，可以通过生成候选预编码矩阵并去除等效的矩阵而从满秩产生较低秩

在一些实施方式中，一旦产生了给定的

就可以删除该SCB中的一个或多个预编码矩阵，以缩小该SCB的尺寸。这一操作亦称为对SCB进行稀释(或裁剪)。任何合适的准则都可以使用来对SCB进行稀释。举例而言，可以通过最佳地减少从接收器至发射器的反馈量(例如，用于向发射器指示优选预编码矩阵的比特的数目)的方式对SCB进行稀释。根据一种实施方式，虽然并非必须，但将每个SCB中矩阵的数目设置为2的整数次幂，从而使得反馈消息中比特的利用将为最优。在另一示例实施方式中，以提高系统性能(例如，平均链路吞吐量)的方式缩小给定SCB。可以例如通过尝试最佳地覆盖相关维度的所有(酉)矩阵的空间而确定出最佳地(或者最差地)贡献于期望性能的预编码矩阵的身份。在一种实施方式中，可以稀释SCB，以最大化SCB中所有矩阵对之间的最小距离(关于某一度量，例如，弦(chordal)度量)。举例而言，稀释准则可以规定SCB中的预编码矩阵之间的距离应当超过给定阈值。在备选实施方式中，稀释准则可取决于如根据链路级或者系统级模拟而估计的通信系统性能。这种评估可取决于不同因素，诸如发射器和接收器天线配置以及所涉及的信道类型。例如，为了支持从发射天线的均匀线性阵列(ULA)的高效波束成形，执行稀释过程以在

中保留与8×8DFT矩阵(具有元素

其中t，s＝0，1，...，7)的列成比例的8个列向量可能是有益的。作为又一示例，可以通过去除造成相当大的计算复杂度的预编码矩阵来稀释SCB。举例而言，可以去除包含与{±1±j}成比例的8-PSK元素的矩阵，而仅留下更简单的QPSK字母表。此外，附加地或者备选地，可以通过任何其他合适的方式来稀释SCB。

在根据以上公式3构建满秩

时，该满秩SCB包含2·2·16＝64个预编码矩阵。在一些实施方式中，可以通过在产生

之前扩展和/或

来产生更大尺寸的满秩SCB。该扩展通常应当满足上述恒模和约束字母表特性，但添加的矩阵并不一定必须使用克罗内克积来生成。举例而言，可以通过添加以下集合中的矩阵中之一或者全部二者(或者这些矩阵的可能的加权置换)来扩展

该集合为：

公式7： $\mathrm{\δ}{\mathrm{CB}}_2^{\left(2\right)}=\left\{\begin{array}{c}\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ \frac{1+j}{\sqrt{2}}& -\frac{1+j}{\sqrt{2}}\end{array}\right]\\ ,\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ \frac{1-j}{\sqrt{2}}& -\frac{1-j}{\sqrt{2}}\end{array}\right]\end{array}\right\}$

如果通过这两个矩阵来扩展

则由此得到的具有128个预编码矩阵。

附加地或者备选地，可以使用附加的8-PSK 4×4酉矩阵(例如，通过添加具有附加的8-PSK单位向量的豪斯霍尔德变换(Householder Transformation)而生成的矩阵)来扩展举例而言，在通过引用并入本文的“Codebook Design for E-UTRA MIMO Precoding，”3GPP RAN WG1 document R1-062650，Seoul，Korea，October 9-13，2006中描述了基于豪斯霍尔德的码本。作为另一示例，可以通过添加与4×4 DFT矩阵成比例的、具有元素

和/或其旋转形式的预编码矩阵来扩展

的一些可能的扩展不满足恒模和/或约束字母表特性，但尽管如此可能仍然有用(例如，在某些关联信道场景中)。例如可以向

添加2×2单位矩阵I₂。这种扩展违反了所得到的

中的恒模特性。另一方面，所得到的

因其矩阵包含数量相对较多的零而支持降低的计算复杂度。作为违反恒模和/或约束字母表特性的另一示例，可以使用从0-扩展的8-PSK字母表

生成的(可达到一个缩放因子的)酉矩阵来扩展

此外，附加地或者备选地，可以在生成

之前以任何其他合适的方式来扩展

和

图3为示意性地图示了根据本公开实施方式的、用于生成预编码码本的方法的流程图。在所见的示例中，使用针对2个和4个发射天线端口定义的预编码矩阵来生成用于8个发射天线端口的预编码码本。根据本公开的实施方式，设想使用预编码矩阵的不同组合来生成用于不同数目的天线端口的预编码码本。在一些实施方式中，通过发射器20中的模块60来执行本方法。在备选实施方式中，预先使用任何合适的计算机来执行该方法，并向发射器20提供由此产生的码本。

图3的方法始于输入操作80，在其中接受满秩和

在说明性示例中，在满秩生成操作84处，使用上述公式3的过程，从和

生成满秩通过计算在选自

的矩阵与选自

的矩阵之间的克罗内克积来产生

中的每个预编码矩阵。

在较低秩生成操作88处，从满秩

导出较低秩

r＜8。在一些实施方式中，在稀释操作92处，对所得到的SCB进行稀释。如上所述，可以利用并不一定是使用克罗内克积生成的附加矩阵来对SCB进行扩展。

因此，在本示例中，图3的方法的输出为8Tx码本，该码本包含针对不同秩(r＝1...8)的SCB，即，

图4为示意性地图示了根据本公开实施方式的、用于使用针对2个和4个发射天线端口定义的预编码矩阵在具有8个天线端口的发射器中进行预编码的方法的流程图。该方法始于反馈操作100，其中发射器20从接收器接收反馈。该反馈指示出CB⁽⁸⁾码本中适合于接收器的某一8Tx预编码矩阵。

在选择操作104处，发射器中的模块60基于所述反馈来选择适当的预编码矩阵。模块60继而基于在存储器64(图1)中存储的2Tx码本68和4Tx码本72来计算这一矩阵。在检索操作108处，模块60检索适当的2Tx和4Tx预编码矩阵，这些预编码矩阵的克罗内克积将会产生期望的8Tx预编码矩阵。在计算操作112处，模块60根据检索到的2Tx和4Tx预编码矩阵来计算期望的8Tx预编码矩阵。该计算例如基于以上的公式3。模块60继而使用所得的8Tx预编码矩阵来配置预编码器40。

在预编码操作116处，预编码器40使用所选的8Tx预编码矩阵来对r个用于传输的空间层进行预编码。在传输操作120处，发射器20通过Tx天线端口52将经预编码的空间层传输至接收器。

注意，在使用图4的方法时，发射器20无需在存储器中存储8Tx码本CB⁽⁸⁾，而是仅需存储较低维的2Tx和4Tx码本。因此，可以大大减少在发射器中的存储器需求。

在一些实施方式中，发射器不按原样应用接收器所请求的预编码矩阵。相反，接收器在伴随附加考虑的同时使用所请求的矩阵，以选择预编码方案(例如，预编码矩阵)用于对下行链路传输进行预编码。这些附加考虑并不一定为所述接收器所知晓。例如，预编码方案可以考虑因预编码而对其他接收器造成的影响或干扰，和/或因在相同时间-频率资源上向其他接收器的传输而对本接收器造成的干扰。另一示例为从一组协作发射器向同一接收器的联合传输的情况，其中以协调的方式来选择在这些协作发射器中的每一个中采用的预编码。在这些实施方式中，最终由发射器应用的预编码矩阵并不一定是从码本中选择的。因此，所公开的技术还适合用于不基于码本的预编码方案。

在本文所述实施方式中，发射器所使用的空间层的最大数目等于发射天线端口的数目N_T。在备选实施方式中，发射器可以使用比N_T小的、最大数目的层(标记为R1)。举例而言，发射器可具有8个Tx天线端口，并且可以能够对多达6个空间层进行预编码。在这些实施方式中，发射器可以仅生成码本的相关部分，在本示例中仅生成

使用克罗内克积产生的预编码矩阵适合例如在具有正交极化天线配置的发射器中使用。举例而言，当使用以4个正交极化对的线性阵列布置的8个发射天线时，克罗内克积中的2×2预编码矩阵可以关联于二维极化空间中的“旋转”，而其所伴随的4×4预编码矩阵可以关联于在任何给定的固定极化中的优选预编码。在这种情况下，为了支持从这种天线配置的有效波束成形，执行稀释过程以在较低秩的SCB中保持以下矩阵可能是有益的，这种矩阵的列与形式为

(其中

t，s＝0，1，2，3，g＝0，1)的向量v(亦即，

中的向量与(经旋转的)4×4DFT矩阵的列的克罗内克积)成比例。(以上公式使用这样的索引规约：其中线性阵列中的一个阵列的天线元素编号为0...3，而第二阵列的元素编号为4...7。备选地，也可以使用任何其他合适的索引方案或规约。其他索引规约可能涉及对预编码向量元素的重新排序，或者在总体上涉及对预编码矩阵的行的重新排序。)虽然如此，但所公开的技术并不限于任何特定的天线布置，并且可以协同任何合适的天线配置来使用。在备选实施方式中，可以选择SCB中的预编码矩阵，以与发射天线的任何期望的几何配置相匹配。

虽然本文所述实施方式主要涉及使用两个方阵的克罗内克积来生成预编码矩阵，但本发明的原理也能够以任何其他合适的方式进行使用，以根据针对较少数目的天线端口定义的预编码矩阵产生用于N_T个天线端口的预编码矩阵。举例而言，可以考虑通过连结若干矩阵

(即，结合这些矩阵的列)来生成

中的预编码矩阵W，其中有

这一关系成立。作为另一示例，可以考虑将

中的预编码矩阵W生成为如下形式的三重克罗内克积，该形式为：

应当注意，通过举例的方式引用上述实施方式，并且本发明并不限于在上文中所具体示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括上文中所述各种特征的组合和子组合，以及可由本领域中技术人员在阅读以上描述时想到并且未在现有技术中公开的改变和修改。

Claims (23)

1.一种用于通信的方法，包括：

用第一预编码矩阵来对包括发射器和接收器的通信系统进行配置，该第一预编码矩阵用于将N个数据流映射到所述发射器的N个发射天线端口上，至少一部分所述第一预编码矩阵中的每一个都从相应的第二预编码矩阵和第三预编码矩阵导出，其中所述第二预编码矩阵和第三预编码矩阵配置用于将数据映射到相应数目的发射天线端口上，所述相应数目小于N；

使用基于所述第一预编码矩阵中的一个第一预编码矩阵的预编码方案，将所述数据流映射到所述N个发射天线端口上；以及

将经映射的数据通过所述N个发射天线端口从所述发射器向所述接收器传输。

2.根据权利要求1所述的方法，其中对所述通信系统进行配置包括：通过计算选自所述第二预编码矩阵中的相应的第二预编码矩阵与选自所述第三预编码矩阵中的相应的第三预编码矩阵之间的克罗内克积，来产生给定的第一预编码矩阵。

3.根据权利要求1或者2所述的方法，其中所述第一预编码矩阵将R1个数据流映射到所述N个天线端口上，R1≤N，且其中对所述通信系统进行配置包括：定义用于将r个数据流映射到所述N个发射天线端口的预编码矩阵的集合，r＜R1，所述集合中的每个预编码矩阵包括选自所述第一预编码矩阵的给定矩阵的列的子集。

4.根据权利要求3所述的方法，其中定义所述集合包括：响应于验证出无法将候选预编码矩阵表示为所述集合中另一预编码矩阵的列的加权置换，而将所述候选预编码矩阵包含在所述集合之中。

5.根据权利要求3所述的方法，其中定义所述集合包括：响应于验证出依据给定距离度量而测量的在候选预编码矩阵与所述集合中其他预编码矩阵之间的相应距离超过给定阈值，将所述候选预编码矩阵包含在所述集合之中。

6.根据权利要求3所述的方法，其中定义所述集合包括：在所述集合中选择预编码矩阵，以与所述发射器的发射天线的几何配置相匹配。

7.根据权利要求6所述的方法，其中在所述集合中选择所述预编码矩阵包括：在所述集合中选取预编码矩阵，以与正交极化发射天线的阵列相匹配。

8.根据权利要求3所述的方法，其中对所述数据流进行映射包括：使用所述集合中的所述预编码矩阵中的一个预编码矩阵将所述r个数据流映射到所述N个发射天线端口上。

9.根据权利要求1或者2所述的方法，其中对所述通信系统进行配置包括仅将所述第二预编码矩阵和第三预编码矩阵存储在所述通信系统中，以及基于所存储的第二预编码矩阵和第三预编码矩阵计算所述发射器中的所述第一预编码矩阵中的所述一个第一预编码矩阵。

10.根据权利要求1或者2所述的方法，其中传输所述经映射的数据流包括传输服从长期演进高级版(LTE-A)规范的信号。

11.根据权利要求1或者2所述的方法，其中对所述数据流进行映射包括基于来自所述接收器的反馈来选择所述预编码方案。

12.根据权利要求1或者2所述的方法，其中N＝8。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第二预编码矩阵定义成用于向2个天线端口上进行映射，并且其中所述第三预编码矩阵定义成用于向4个天线端口上进行映射。

14.根据权利要求12所述的方法，其中所述第二预编码矩阵定义成用于向4个天线端口上进行映射，并且其中所述第三预编码矩阵定义成用于向2个天线端口上进行映射。

15.一种通信装置，包括：

N个发射天线端口；以及

发射器，其配置成接受用于将多达N个数据流映射到N个发射天线端口上的第一预编码矩阵的定义，至少一部分所述第一预编码矩阵中的每一个都从相应的第二预编码矩阵和第三预编码矩阵导出，其中所述第二预编码矩阵和第三预编码矩阵配置用于将数据映射到相应数目的发射天线端口上，所述相应数目小于N，以使用基于所述第一预编码矩阵中的一个第一预编码矩阵的预编码方案将所述数据流映射到所述N个发射天线端口上，以及将经映射的数据流通过所述N个发射天线端口向接收器传输。

16.根据权利要求15所述的装置，其中所述发射器配置成通过计算选自所述第二预编码矩阵中的相应的第二预编码矩阵与选自所述第三预编码矩阵中的相应的第三预编码矩阵之间的克罗内克积来产生给定的第一预编码矩阵。

17.根据权利要求15或者16所述的装置，其中所述第一预编码矩阵将R1个数据流映射到所述N个天线端口上，R1≤N，并且其中所述发射器配置成定义用于将r个数据流映射到所述N个发射天线端口上的所述预编码矩阵的集合，r＜R1，所述集合中的每个预编码矩阵包括选自所述第一预编码矩阵的给定矩阵的列的子集。

18.根据权利要求17所述的装置，其中所述发射器配置成响应于验证出无法将候选预编码矩阵表示为所述集合中另一预编码矩阵的列的加权置换而将所述候选预编码矩阵包含在所述集合之中。

19.根据权利要求15或者16所述的装置，其中所述发射器包括存储器，并且配置成仅将所述第二预编码矩阵和第三预编码矩阵存储在所述存储器中，以及基于所存储的第二预编码矩阵和第三预编码矩阵来计算所述第一预编码矩阵中的所述一个第一预编码矩阵。

20.根据权利要求15或者16所述的装置，其中所述发射器配置成基于来自所述接收器的反馈而选择所述预编码方案。

21.根据权利要求15或者16所述的装置，其中所述发射器配置成以服从长期演进高级版(LTE-A)规范的信号的形式来传输所述经映射的数据流。

22.一种移动通信终端，包括根据权利要求15所述的通信装置。

23.一种芯片组，用于在移动通信终端中处理信号，所述芯片组包括根据权利要求15所述的通信装置。

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