CN102273115B - 无线通信设备、无线通信系统和无线通信方法 - Google Patents

Abstract

在使用交叉极化天线结构的MIMO系统中，即使不能获得理想的XPD，不同的极化波之间的干扰也能够被减小，以允许执行有效的预编码。当在各自使用交叉极化天线结构的传送器(250)和接收器(260)之间执行MIMO通信时，接收器(260)的信道估计和预编码选择单元(214)执行对从传送器到接收器的MIMO信道的信道估计，确定使用投影矩阵的预编码矩阵(P)，使得不同极化波的信道响应矩阵相互正交或基板正交化，并将所确定的预编码矩阵(P)反馈到传送器(250)。在传送器(250)中，预编码处理单元(208)将预编码矩阵(P)应用到对应于极化波之一的空间流以执行预编码，从而允许传送器(250)在保持极化波之间的正交性的情况下传送极化波。

Description

无线通信设备、无线通信系统和无线通信方法

技术领域

本发明涉及在通过使用多个天线实施通信的MIMO(多输入多输出)系统中使用的无线通信设备、无线通信系统和无线通信方法。

背景技术

MIMO系统是使用多个传送天线和多个接收天线用于数据通信的通信系统。连接用户终端的访问点能够在任意需要的时间点在下行链路和上行链路上实施与一个或多个用户终端的通信。所述下行链路(即，前向链路)是从访问点到所述用户终端的通信链路，而上行链路(即，后向链路)是从用户终端到所述访问点的通信链路。

所述访问点通常是由与用户终端建立通信的固定基站实现的无线通信设备，且常常被称为基站或另一技术术语。用户终端是固定的或移动的无线通信设备，且常常被称为基站、无线设备、移动台、用户设备，或其他技术术语。在下面的说明中，基站(BS)被用于访问点，而用户设备(UE)被用于用户终端。

闭环MIMO系统通常将来自接收器的信道状态信息传送到传送器。具体地，当执行预编码或束形成(beamforming)操作时，所述闭环MIMO系统使用通信系统中从所述接收器反馈到传送器的信道状态信息，由此实现信道优化。预编码是这样的技术：当MIMO系统中的多个天线进行传送时，通过传送来自各个天线的加权数据来形成适合于传播路径的状况的束，由此进行传送。为了使所述传送反映在接收点处获得的接收信号的观察状况(即，传播路径状况)，包括束信息的反馈信号此时被从接收器传送到传送器，并且传送器通过使用反馈信号控制所述束(例如，见专利文献1)。关于下一代系统的LTE(长期演进)的预编码已经在讨论之中，所述下一代系统的标准化活动已经在3GPP(第三代合作伙伴项目，即，便携式电话的国际标准化组织)上进行。

关于MIMO系统的传送，当更高阶MIMO系统使用最多8个传送天线用于下行链路时，或者当在MIMO系统的用户终端中对用于上行链路信道的天线的设置施加空间限制时，交叉极化(cross-polarized)天线结构的使用是有效的。如果被分配不同的极化波的交叉极化天线被分别用于传送器和接收器，则信道矩阵的元素的增益(或功率)以及元素之间的相关性会出现不平衡。因此，信道矩阵的元素显示出更复杂的行为。然而，为了减少实现的复杂性并保持用于所有应用(各种天线结构)的一个码本，当前LTE不包括为交叉极化天线结构专门设计的码本。由于交叉极化天线结构显示出显著的有用性，所以在由LTE发展到下一个高级LTE的时候增加此类型的码本会产生显著的性能优势。

可以想到使用部分(section，分块)对角矩阵的码本用于使用交叉极化天线结构的MIMO系统(下文称为“交叉极化的MIMO系统”)的预编码操作。理想XPD(Cross Polarization Discrimination，交叉极化鉴别率)的前提被应用于此类型的码本。在这种情况下，所述信道矩阵可以由分块对角矩阵(blockdiagonal matrix)近似。然而，一般地，不能总是期望理想XPD。此时，使用此类型的码本的预编码矩阵不能匹配到信道矩阵的结构。因此，当不满足理想XPD的条件时，预编码性能会恶化。如上所述，本领域存在使用于交叉极化的MIMO系统的预编码技术从传送性能的角度和信令的角度都有效的需要。

参考文献列表

专利文献

专利文献1：美国专利公布No.2008/0037681

发明内容

技术问题

如上所述，在通常的实际使用环境中，在交叉极化的MIMO系统中得不到理想的XPD。因此，使用以理想的XPD为前提的分块对角矩阵的码本作为预编码矩阵，则会在不同的极化波之间仍存在干扰，在执行预编码时出现性能劣化等的问题。

本发明是考虑到上述情况而构想出来的，目的在于提供一种无线通信设备、无线通信系统和无线通信方法，其能够在使用交叉极化天线结构的MIMO系统中，即使在所述MIMO系统得不到理想的XPD的情况下也能够减少不同的极化波之间的干扰，有效地执行预编码。

问题的解决方案

作为第一方面，本发明提供了无线通信设备，其具有交叉极化天线结构，并且用于能够通过MIMO即多输入多输出执行多路复用通信的无线通信系统，所述无线通信设备包括：空间多路复用单元，其产生用于在多个发送天线之间进行空间多路复用的多个流，作为发送给通信对方即另一通信设备的数据；预编码处理单元，其基于从所述另一通信设备反馈的控制信息即表示第一预编码矩阵以及第二预编码矩阵的预编码信息，通过对于从交叉极化的第一天线组以及第二天线组发送的所述多个流，应用所述第一预编码矩阵，对于应用了所述第一预编码矩阵的多个流中的从所述第二天线组发送的流，进一步应用所述第二预编码矩阵而执行预编码，所述第一天线组由使用第一极化波的多个天线构成，所述第二天线组由使用与所述第一极化波不同的第二极化波的多个天线构成，所述第二预编码矩阵为用于使所述第一极化波和所述第二极化波保持正交或基本正交的投影矩阵；以及发送单元，从所述第一天线组发送应用了所述第一预编码矩阵的流，从所述第二天线组发送应用了所述一预编码矩阵以及所述第二预预编码的流。

作为第二方面，本发明还包括所述无线通信设备，所述预编码处理单元执行第一预编码以及第二预编码，所述第一预编码为对与所述不同的多个极化波对应的流，使用用于形成发送束的第一预编码矩阵的预编码，所述第二预编码为对与所述不同的多个极化波中的一个对应的流，使用所述投影矩阵的第二预编码矩阵的预编码。

作为第三方面，本发明还包括所述无线通信设备，所述预编码处理单元按每个极化波(on polarized wave basis)将对应的所述不同的多个极化波的流进行分离，并且对于与每个极化波对应的流，使用作为所述第一预编码矩阵的、与所述每个极化波对应的预编码矩阵执行预编码。

作为第四方面，本发明还包括所述无线通信设备，所述预编码处理单元使用酉矩阵作为所述投影矩阵的第二预编码矩阵，所述酉矩阵为对与每个极化波对应的流所使用的预编码矩阵的内积的对角和成为或小于预定值的酉矩阵。

作为第五方面，本发明还包括所述无线通信设备，所述发送单元具有分别与所述第一极化波以及所述第二极化波对应的各自两个总共四个发送天线，所述预编码处理单元对于对应于所述第二极化波的流进行基于所述投影矩阵的预编码。

作为第六方面，本发明还包括所述无线通信设备，所述发送单元具有分别与所述第一极化波以及所述第二极化波对应的各自两个总共四个发送天线，并且当从所述四个发送天线将被空间多路复用的三个流进行发送时，所述发送单元执行天线分配以将第一个流分配给所述第一极化波的两个天线、将第二和第三个流分别分配给所述第二极化波的两个天线；以及所述预编码处理单元对于对应于所述第二极化波的第二和第三个流进行基于所述投影矩阵的预编码。

作为第七方面，本发明还包括所述无线通信设备，所述发送单元具有分别与所述第一极化波以及所述第二极化波对应的各自四个总共八个发送天线；以及所述预编码处理单元对于对应于所述第二极化波的流进行基于所述投影矩阵的预编码。

作为第八方面，本发明提供无线通信设备，其具有交叉极化天线结构，并且用于能够通过MIMO即多输入多输出执行多路复用通信的无线通信系统。所述无线通信设备包括：信道估计单元，对从另一通信设备到所述无线通信设备的传播路径执行信道估计；预编码选择单元，基于所述信道估计的结果，确定对于从所述另一通信设备所具有的交叉极化的第一天线组以及第二天线组发送的多个流应用的第一预编码矩阵，确定仅对于从所述第二天线组发送的流进一步应用的第二预编码矩阵，所述第一天线组由使用第一极化波的多个天线构成，所述第二天线组由使用与所述第一极化波不同的第二极化波的多个天线构成，所述第二预编码矩阵为用于使所述第一极化波和所述第二极化波保持正交的投影矩阵；控制信息通知单元，将包括表示所确定的所述第一预编码矩阵以及所述第二预编码矩阵的预编码信息的控制信息反馈到所述另一通信设备；接收单元，通过多个接收天线接收从所述另一通信设备发送的数据；分离单元，从所接收到的所述数据分离并检测多个流；以及解码单元，从检测到的所述多个流解码接收数据。

作为第九方面，本发明还包括所述无线通信设备，所述预编码选择单元根据从所述另一通信设备的传播路径的信道响应矩阵计算酉矩阵，或者从包括预设的一组矩阵的码本中选择所述酉矩阵，由此确定所述第一预编码矩阵以及所述第二预编码矩阵，所述酉矩阵为对所述不同的多个极化波中的每个使用的预编码矩阵的内积的对角和成为或小于预定值的酉矩阵。

作为第十方面，本发明还包括所述无线通信设备，其具有交叉极化天线结构，并用于能够通过MIMO即多输入多输出执行多路复用通信的无线通信系统，所述无线通信设备包括：信道估计单元，对从另一通信设备到所述无线通信设备的传播路径执行信道估计；预编码选择单元，基于所述信道估计的结果，确定对于从所述另一通信设备所具有的交叉极化的第一天线组以及第二天线组发送的多个流应用的、用于形成发送束的第一预编码矩阵，以及对仅对于从所述第二天线组发送的流进一步应用的投影矩阵即第二预编码矩阵，所述第一天线组由使用第一极化波的多个天线构成，所述第二天线组由使用与所述第一极化波不同的第二极化波的多个天线构成；控制信息通知单元，将包括所述另一通信设备表示所述第一预编码矩阵和所述第二预编码矩阵的预编码信息的控制信息反馈到所述另一通信设备；接收单元，通过多个接收天线接收从所述另一通信设备发送的数据；分离单元，从所接收到的所述数据分离并检测多个流；以及解码单元，从检测到的所述多个流解码接收数据。

作为第十一方面，本发明还包括所述无线通信设备，所述预编码选择单元对所述不同的多个极化波中的每个确定与所述不同的多个极化波中的每个对应的预编码矩阵，作为所述第一预编码矩阵。

作为第十二方面，本发明提供一种无线通信方法，其用于能够使用具有交叉极化天线结构的无线通信设备，通过MIMO即多输入多输出来执行多路复用通信的无线通信系统，所述无线通信方法包括以下步骤：产生用于在多个发送天线之间进行空间多路复用的多个流，作为发送给通信对方即另一通信设备的数据的步骤；基于从所述另一通信设备反馈的控制信息即表示第一预编码矩阵以及第二预编码矩阵的预编码信息，通过对于从交叉极化的第一天线组以及第二天线组发送的所述多个流，应用所述第一预编码矩阵，对于应用了所述第一预编码矩阵的多个流中的从所述第二天线组发送的流，进一步应用所述第二预编码矩阵而执行预编码的步骤，所述第一天线组由使用第一极化波的多个天线构成，所述第二天线组由使用与所述第一极化波不同的第二极化波的多个天线构成，所述第二预编码矩阵为用于使所述第一极化波和所述第二极化波保持正交的投影矩阵；以及从所述第一天线组发送应用了所述第一预编码矩阵的流，从所述第二天线组发送应用了所述第一预编码矩阵和第二预编码矩阵的流的步骤。

作为第十三方面，本发明提供一种无线通信方法，其用于能够使用具有交叉极化天线结构的无线通信设备，通过MIMO即多输入多输出来执行多路复用通信的无线通信系统，所述无线通信方法包括以下步骤：对从另一通信设备到所述无线通信设备的传播路径执行信道估计的步骤；基于所述信道估计的结果，确定对于从所述另一通信设备所具有的交叉极化的第一天线组以及第二天线组发送的多个流应用的第一预编码矩阵，确定仅对于从所述第二天线组发送的流进一步应用的第二预编码矩阵的步骤，所述第一天线组由使用第一极化波的多个天线构成，所述第二天线组由使用与所述第一极化波不同的第二极化波的多个天线构成，所述第二预编码矩阵为用于使所述第一极化波和所述第二极化波保持正交的投影矩阵；将包括表示所确定的所述第一预编码矩阵以及所述第二预编码的预编码信息的控制信息反馈到所述另一通信设备的步骤；通过多个接收天线接收从所述另一通信设备发送的数据的步骤；从所接收到的所述数据分离并检测多个流的步骤；以及从检测到的所述多个流解码接收数据的步骤。

即使当未实现理想的XPD时，通过上述结构，将从信道响应矩阵导出的投影矩阵的预编码矩阵应用到极化波之一，从而可以执行用于保持不同极化波之间的正交性的有效预编码，并最小化不同极化波之间的干扰。

本发明的有益效果

即使当使用交叉极化天线结构的MIMO系统不能实现理想的XPD时，本发明也使得能够减少不同极化波之间的干扰并执行有效的预编码。

附图说明

图1是显示了具有一个传送器和一个接收器的MIMO系统的示例结构的框图；

图2是显示了作为本发明的第一实施例的、使用蜂窝无线通信网络的无线通信系统的第一示例结构的框图；

图3是显示了当前实施例的操作过程的流程图；

图4是显示了作为本发明的第二实施例的、使用蜂窝无线通信网络的无线通信系统的第二示例结构的框图；

图5是显示了作为本发明的第三实施例的、使用蜂窝无线通信网络的无线通信系统的第三示例结构的框图；

图6是显示了作为本发明的第四实施例的、使用蜂窝无线通信网络的无线通信系统的第四示例结构的框图；

图7是显示了作为本发明的第五实施例的、使用蜂窝无线通信网络的无线通信系统的第五示例结构的框图；

图8是显示了作为本发明的第六实施例的、使用蜂窝无线通信网络的无线通信系统的第六示例结构的框图；

图9显示了在空间多路复用中的、示例性的码字到层的映射。

具体实施方式

作为本发明的示例无线通信设备，示例无线通信系统和示例无线通信方法，实施例显示了将交叉极化的MIMO应用到蜂窝无线通信网络的下行链路并通过使用交叉极化天线在基站(BS)和用户设备(UE)之间建立通信的无线通信系统的示例结构。在此情况下，闭环的交叉极化的MIMO系统被假定执行预编码操作。

当前实施例一般涉及远程通信，更具体地，涉及在MIMO系统中使用交叉极化天线结构而在多个天线传送的情况下使用的方法、设备和产品。

首先说明用于在交叉极化的MIMO系统中执行预编码控制操作的技术。所述技术可以与诸如码分多址(CDMA)、正交频分多路复用(OFDM)、时分多址(TDMA)等各种无线技术组合使用。响应于从具有多个天线的传送器到具有多个天线的接收器、或从具有多个天线的接收器到具有多个天线的传送器的上行链路或下行链路，所述接收器通过使用成为标准的参考信号测量并估计信道，由此获得信道响应矩阵。诸如垂直极化的天线和水平极化的天线的多个不同的极化天线被用作各自具有交叉极化天线结构的多个天线。由此获得的信道响应矩阵可以被分成表示所述传送天线的不同极化波的信道响应的两部分。根据可以被分成两部分的信道响应矩阵，所述接收器可以为不同极化波的各自的传送数据流选择不同的预编码矩阵。所述接收器将所选的预编码矩阵反馈到传送器。所述传送器将由此反馈的各个预编码矩阵应用到对应的极化数据流，由此执行预编码。由此预编码的数据流被分别从不同的极化天线传送。此时，在意在用于不同的极化波的不同的预编码矩阵之中，将更严格的预编码矩阵应用到来自传送器的一个极化波，由此执行干扰减轻，用以减轻来自不同的极化波的干扰。

这里公开的当前实施例的系统和方法通过提供用于在移动电话通信等中使用的蜂窝无线通信系统中从传送器向接收器传送数据的方法，满足了联系上述问题而描述的需要。通过对使用交叉极化天线结构的MIMO系统应用交叉极化的预编码来提供当前实施例。根据当前实施例，诸如垂直极化波和水平极化波的不同极化波之间的干扰被最小化，从而可以补偿交叉极化的MIMO系统的信道的糟糕XPD特征。由此，可以增强预编码性能，且可以提高传送性能。

当前实施例包括下面提供的处理过程。

(1)接收器通过使用从传送器传送的参考信号估计在传送器的多个天线和接收器的多个天线之间观察到的信道响应矩阵的步骤。

(2)接收器将信道响应矩阵分成表示来自不同的极化传送天线的信道响应的两部分的步骤。

(3)接收器为来自传送器的不同极化波的数据传送选择两个预编码矩阵的步骤。

(4)接收器为来自传送器的极化波之一的数据传送选择附加的预编码矩阵的步骤。

(5)接收器将选择的预编码矩阵反馈到传送器的步骤。

(6)传送器根据分配到对应的下行链路的信令发送数据流的步骤。

(7)接收器接收来自传送器的数据流，从而执行MIMO检测处理并获得再生(reproduced)的数据流的步骤。

根据一个实施例，蜂窝无线通信系统包括具有多个交叉极化天线的传送器和具有多个交叉极化天线的接收器。所述蜂窝无线通信系统具有用于为处理多个空间数据流而进行预编码控制的单元。所述单元包括选择对于来自接收器的不同极化波的数据传送的预编码矩阵的功能，以及对于来自传送器的不同极化波的所述数据传送而选择的预编码矩阵的功能。

通过参考对下面提供的本发明的实施例的详细说明，连同附图和权利要求一起，本发明的这些和其他特征和优势会被更清晰地理解。

通过参考附图详细说明本发明的优选实施例。出于清晰和简洁的考虑，实施例中采用的已知功能和结构的详细说明在下面被省略。

图1是显示了具有一个传送器和一个接收器的MIMO系统的示例结构的框图。参考图1所示的示例结构说明使用多个交叉极化天线的MIMO系统。所述MIMO系统使用多个传送天线和多个接收天线用于数据传送。交叉极化的结构被用于多个传送天线和多个接收天线。所述传送器表示多个输入，同时所述接收器表示多个输出。数据流经由无线MIMO信道从交叉极化的传送器天线传送到交叉极化的接收器天线。

如图1所示，传送器150输入要被传送的数据序列作为输入比特序列；在信道编码单元102中编码所述输入比特序列；并接下来在码元映射单元104中调制由此编码的输入比特序列，由此产生已调制的码元。空间多路复用和传送分集单元106使已调制的码元接受空间多路复用和传送分集处理，由此产生多个空间流。预编码单元108向所述多个空间流应用预编码。接着，天线映射单元109将已编码的空间流S₁至S₄映射到多个传送天线并从各个天线110a至110d(Ant1至Ant4)传送由此映射的流。

从传送器150传送的空间流经由对应的MIMO信道传送。接收器160的接收天线112a至112d(Ant1至Ant4)接收空间流作为空间流r₁至r₄。接收器160的信道估计和预编码选择单元114通过使用参考信号估计MIMO信道的信道响应矩阵。根据由此估计的信道响应矩阵，所述信道估计和预编码选择单元选择预编码矩阵，然后将指定所选择的预编码矩阵V的预编码信息PMI反馈到传送器150。MIMO检测单元116通过使用信道响应矩阵使空间流接受MIMO分离处理，由此检测并分离从所述传送天线传递来的多个数据流。接着，执行空间多路复用和传送分集单元106所执行的处理的逆处理的解复用单元118将已分离的检测到的流重新安排为一个码元序列。此外，执行码元映射单元104的处理的逆处理的解映射单元120使所述码元序列以每码元为基础接受解调处理。接着，执行信道编码单元102的处理的逆处理的解码单元122使解调结果接受错误校正解码处理，由此再生从传送器150传送的数据序列并输出由此再生的数据序列作为输出比特序列。

由接收器的接收天线和传送器的传送天线而形成的MIMO信道由传送天线的数量M和接收天线的数量N所定义的N乘M(N×M)的信道响应矩阵H表征。

通过使用奇异值分解将信道响应矩阵H分解，从而可以获得对应的投影矩阵，即，右奇异矩阵。信道响应矩阵H的奇异值分解由下面提供的表达式(1)表示。

[数学表达式1]

H＝UΛV^H   (1)

参考符号U表示由H的左特征向量构成的N乘N(N×N)的酉矩阵；表示由H的奇异值构成的(N×M)对角矩阵；V表示由右特征向量构成的(M×M)酉矩阵；上标H表示共轭转置矩阵。酉矩阵X由特征方程X^HX＝I表征，其中I表示单位矩阵。酉矩阵的列是相互正交的。

传送器通过使用信道响应矩阵H的右特征值向量V作为预编码矩阵使通信数据接受空间处理。所述接收器可以根据传送器传送的参考信号估计实际的信道响应矩阵H^。为此目的，预编码矩阵V^可以由表达式(1)导出并可以被量化。这里，不具有符号^的矩阵H、矩阵V等表示理论值。相反，矩阵H^、矩阵V^(符号^放在诸如H的字母上，具体的，可以见下面提供的表达式)等表示通过参考信号以及使用码本等确定的矩阵而估计的信道响应矩阵，并且其将被实际应用。这同样适用于以下说明中的任意对等物。接收器将选择的预编码矩阵V^反馈到传送器，由此报告将在传送中使用的预编码矩阵。传送器由此可以以MIMO信道的主特有模式传送数据。在所述实施例中，假定将遵循码本的方法用于选择预编码矩阵。在遵循码本的预编码方法下，从一个预定的码本C＝{C₁,C₂,…,C_L}中选择预编码矩阵，其中码本C包括数量为L的酉矩阵。

如已结合背景技术提到的，可以想到将使用分块对角矩阵的码本用作交叉极化的MIMO系统的预编码。具体地，关于在具有交叉极化的传送天线的传送器和具有交叉极化的接收天线的接收器之间交换的数据传送，包括数量L个分块对角矩阵的码本C被用在传送器的预编码操作中。

然而，关于MIMO信道，对此类型的码本应用了理想XPD的前提。在这种情况下，所述信道矩阵可以由分块对角矩阵近似地描述。然而，一般地，不能总是期望理想的XPD，而且，此时不能保持垂直极化波和水平极化波之间存在的正交性。为此原因，使用此类型的码本的预编码矩阵此时不能匹配到信道矩阵的结构。因此，当不满足理想XPD的条件时，预编码性能会恶化。

关于交叉极化的MIMO结构，垂直极化波和水平极化波之间出现的相互干扰引起极其重要的问题，其在不完整的XPD事件中会导致性能恶化。参考符号α表示XPD的值落在0≤α≤1的范围内。在理想XPD的情况中，α变为几乎等于0。在使用交叉极化天线时获得的信道响应矩阵H可以通过下面提供的表达式(2)近似。

[数学表达式2]

H＝XΘ(R_r ^1/2H_WR_t ^1/2    (2)

参考符号R_t表示传送侧(M_t×M_t)协方差矩阵，其表示传送器的极化波之间存在的相关系数。参考符号R_r表示接收侧(M_r×M_r)协方差矩阵，其表示接收器的极化波之间存在的相关系数。参考符号H_w表示复高斯矩阵，其表示当极化波之间不存在相关性并且当极化波相互独立时获得的衰落(fading)分量。参考符号Θ表示哈达玛(Hadamard)积。此外，参考符号X表示基于XPD的矩阵。在4乘2(4×2)矩阵和4乘4(4×4)矩阵的情况下,矩阵由下面提供的表达式(3)的表示所定义。

[数学表达式3]

$x=\left[\begin{array}{cccc}1& 1& \sqrt{\mathrm{\α}}& \sqrt{\mathrm{\α}}\\ \sqrt{\mathrm{\α}}& \sqrt{\mathrm{\α}}& 1& 1\end{array}\right](4\×2)---\left(3\right)$

$x=\left[\begin{array}{cccc}1& 1& \sqrt{\mathrm{\α}}& \sqrt{\mathrm{\α}}\\ 1& 1& \sqrt{\mathrm{\α}}& \sqrt{\mathrm{\α}}\\ \sqrt{\mathrm{\α}}& \sqrt{\mathrm{\α}}& 1& 1\\ \sqrt{\mathrm{\α}}& \sqrt{\mathrm{\α}}& 1& 1\end{array}\right](4\×4)$

因此，当信道响应矩阵H由下面提供的表达式(4)表示时且当XPD不完整时，由于极化波之间存在的干扰，右上分量h_VH和左下分量h_HV不为0。因此，当通过使用从分块对角矩阵获得的预编码矩阵执行预编码时，不为0的分量不被使用，且性能被恶化。

[数学表达式4]

$H=\left[\begin{array}{cc}{h}_W& h_{\mathrm{VH}}\\ h_{\mathrm{HV}}& h_{\mathrm{HH}}\end{array}\right]---\left(4\right)$

当前实施例是提议来用于：通过应用为交叉极化波专门设计的预编码操作，而尽可能地正交化不同极化波之间的有效信道，以便减少交叉极化的MIMO系统中的极化波之间的干扰。在当前实施例中，提供了用于增强通信系统的通信信道的性能的系统和方法，由此增强了例如交叉极化的MIMO系统的传送性能。具体地，在当前实施例中，所述MIMO技术被用于提高通过蜂窝无线通信网络的上行链路通信和下行链路通信的频率使用效率。而且，还提供了用于更高阶的MIMO以及用于使用交叉极化天线结构的MIMO传送的预编码方法，所述交叉极化天线结构对于天线安装的空间限制是有效的。此时使用MIMO信道的信道响应矩阵，由此接收器为各个极化波选择合适的预编码矩阵作为专门为交叉极化的MIMO系统而设计的预编码矩阵。水平极化波和垂直极化波之间存在的干扰由此被最小化，因此补偿了信道的糟糕XPD特性。因此，预编码矩阵和信道矩阵之间存在的不准确匹配由此被消除。在当前实施例中，通过使用子部分(sub-section)预编码控制操作(包括在为各个极化波分离的子部分中执行预编码)而减小预编码矩阵的维度尺寸，由此最小化对信令开销的影响。

(第一实施例)

图2是显示了作为本发明的第一实施例的、使用蜂窝无线通信网络的无线通信系统的第一示例结构的框图。第一实施例显示了当传送器和接收器都具有多个(当前实施例中4个)交叉极化天线并传送多个数据流X₁至X_i时所获得的示例结构。这里所示例的无线通信系统使用传送器BS和接收器UE，并通过MIMO技术在一个传送器和一个接收器之间建立下行链路通信。天线的数量不限于4，可以按照需求设置多个天线。

第一实施例的交叉极化的MIMO系统具有传送器250作为BS和接收器260作为UE。传送器250通过MIMO通信经由MIMO信道向接收器260传送空间多路复用的数据流。传送器250具有四个传送天线210a(Ant1)、210b(Ant2)、210c(Ant3)和210d(Ant4)，每个天线都具有交叉极化的结构。所述接收器260具有四个接收天线211a(Ant1)、211b(Ant2)、211c(Ant3)和211d(Ant4)，每个天线都具有交叉极化的结构。

在当前实施例的所述结构中，由接收器的接收天线和传送器的传送天线形成的MIMO信道由4乘4(4×4)的信道响应矩阵H表征。

信道响应矩阵H＾由接收器根据传送器传送的参考信号估计。信道响应矩阵H＾由下面提供的表达式(5)表示，并被分解为各个极化波，即，垂直极化波和水平极化波。

[数学表达式5]

$\hat{H}=\left[\begin{array}{cc}{\hat{h}}_W& {\hat{h}}_{\mathrm{VH}}\\ {\hat{h}}_{\mathrm{HV}}& {\hat{h}}_{\mathrm{HH}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{\hat{H}}_V& {\hat{H}}_H\end{array}\right]---\left(5\right)$

参考符号H^_V表示对应于传送天线和接收天线之间存在的针对垂直极化波的信道的信道响应矩阵。参考符号H^_H表示对应于传送天线和接收天线之间存在的针对水平极化波的信道的信道响应矩阵。信道响应矩阵H^_V和H^_H的奇异值分解由下面提供的表达式(6)表示。

[数学表达式6]

$\begin{array}{cc}{\hat{H}}_V={\hat{U}}_1{\widehat{\mathrm{\Λ}}}_1{\hat{V}}_1^H& {\hat{H}}_H={\hat{U}}_2{\widehat{\mathrm{\Λ}}}_2{\hat{V}}_2^H\end{array},---\left(6\right)$

参考符号U^₁表示由H^_V的左特征向量组成的4乘4(4×4)酉矩阵；Λ^₁表示由H^_V的奇异值组成的4乘2(4×2)对角矩阵；V^₁表示由H^_V的右特征向量组成的2乘2(2×2)酉矩阵。参考符号U^₂表示由H^_H的左特征向量组成的4乘4(4×4)酉矩阵；Λ^₂表示由H^_H的奇异值组成的4乘2(4×2)对角矩阵；V^₂表示由H^_H的右特征向量组成的2乘2(2×2)酉矩阵。

根据本发明的实施例，使用酉矩阵的预编码被应用到各个极化波。由此预编码的信道响应矩阵被相对于其他信道响应矩阵正交化(或尽可能地正交化)。具体地，所述酉矩阵的预编码矩阵P被选择用于一个极化波，例如，水平极化波。数据码元被空间地处理，如图2所示。此时，预编码单元P使用预编码矩阵P执行预编码。可以通过用于确定预编码矩阵的内积的对角和(迹)的公式评估垂直极化波和水平极化波之间存在的正交性Φ，其由下面提供的表达式(7)表示。

[数学表达式7]

$\mathrm{\Φ}=\mathrm{tr}\left({\hat{V}}_2^{H}P{\hat{V}}_1\right)---\left(7\right)$

因此，为了最小化不同极化波之间的干扰，通过确定使得Φ呈现为预定值或更小的最小值而计算最优预编码矩阵P，如下面提供的表达式(8)表示。

[数学表达式8]

$P=\arg \underset{{\mathrm{PP}}^H=I}{\min }\mathrm{\Φ}=\arg \underset{{\mathrm{PP}}^H=I}{\min }\mathrm{tr}\left({\hat{V}}_2^{H}P{\hat{V}}_1\right)---\left(8\right)$

在信道优化方法下，必须量化最优预编码矩阵P，并将由此量化的矩阵P返回给传送器，这导致了重要的反馈带(band)的使用。为了减少反馈开销，在当前实施例中，在选择预编码矩阵P时使用基于码本的方法。

在基于码本的方法下，从包括预设矩阵组的预定码本中选择预编码矩阵。例如，可以从码本C＝[C₁,C₂,…,C_L]中选择预编码矩阵P，以便最小化极化波之间的干扰。码本C包括数目L个2乘2(2×2)酉矩阵。为码本C选择的酉矩阵的数量L是任意的。例如，可以使用信号处理期间采用的DFT的数量。

从包括最小值Φ的矩阵中选择用于最小化极化波之间的干扰的最佳预编码矩阵P＝Ci，如由下面提供的表达式(9)所表示的。

[数学表达式9]

$i=\arg \underset{C_i\∈C}{\min }\mathrm{\Φ}=\arg \underset{C_i\∈C}{\min }\mathrm{tr}\left({\hat{V}}_2^H{C}_i{\hat{V}}_1\right)---\left(9\right)$

通过使用不同的性能和对复杂度的不同需求可以对码本给出不同的细节(specific)。例如，可以在码本C中形成由DFT确定的数量L的酉矩阵，如下面提供的表达式(10)所表示的。

[数学表达式10]

$C=\{\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\end{array}\right],\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& \exp (j2\mathrm{\πk}/4)\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ 1& -1\end{array}\right],k=0,...,3\}---\left(10\right)$

相同的码本也可以被用于在预编码单元V中选择预编码矩阵V₁和V₂，所述预编码单元V使各个极化波接受预编码。为了促进当前实施例的实现，对不同极化波的信道响应被假定为彼此相同，并且还假定单个矩阵可用作预编码各个极化波的预编码矩阵V₁和V₂。

作为使用当前实施例中提出的预编码方法的结果，接收器必须将所选择的预编码矩阵或所述码本的索引反馈到传送器并报告将被用于从不同的天线组传送不同的极化波的预编码矩阵。

本发明提供了对于在交叉极化的MIMO系统中进行预编码控制有效的方法。根据当前实施例，选择预编码矩阵P，以便最小化垂直极化波和水平极化波之间的干扰，由此补偿MIMO中的糟糕的XPD特性。同时，在当前实施例中，交叉极化的MIMO系统中使用的码本包括阶数低于单一极化的MIMO系统中采用的码本中包括的矩阵的矩阵。例如，4乘4(4×4)的码本可以用于使用八个传送天线的系统。由此可以为预编码控制保持适当的信令开销。

如图2所示，传送器250具有信道编码单元202、码元映射单元204、空间多路复用单元206、预编码处理单元208、天线映射单元209和四个交叉极化的传送天线210a至210d。所述预编码处理单元208具有将预编码矩阵V应用到极化波的第一预编码单元208a、将预编码矩阵P应用到极化波的第二预编码单元208b。在传送器250中，由天线映射单元209、未图示的RF单元以及传送天线210a至210d实现传送单元的功能。

要被传送的数据序列被作为输入比特序列输入到传送器250。所述信道编码单元202使输入比特序列接受错误校正编码处理，由此编码所述输入比特序列。接着，码元映射单元204根据预定调制方式(诸如QPSK和16QAM)调制由此编码的比特序列，由此产生已调制的码元。所述空间多路复用单元206使已调制的码元接受空间多路复用处理，由此产生多个空间流X₁至X_i。接着，预编码处理单元208使所述多个空间流X₁至X_i中的一半和剩下的空间流同时接受预编码处理。首先，所述第一预编码单元208a将预编码矩阵V应用到所有的空间流X₁至X_i，由此预编码所述空间流。接着，所述第二预编码单元208b将附加的预编码矩阵P应用到多个已预编码的数据流Z₁至Z₄之中的数据流Z₃和Z₄，由此预编码所述数据流。因此，获得了已预编码的空间流S₁、S₂、S₃和S₄。所述天线映射单元209将已预编码的空间流S1至S4映射到多个传送天线，并从天线210a至210d(Ant1至Ant4)传送由此映射的流，天线210a至210d在极化波方面彼此不同。在所示实施例中，天线210a(Ant1)和210b(Ant2)是垂直极化天线，而天线210c(Ant3)和210d(Ant4)是水平极化天线。从水平极化的传送天线传送的空间流S₃和S₄接受使用附加的预编码矩阵P的预编码，由此获得所述极化波之间的正交性。

从传送器250传送的空间流通过对应的MIMO信道并被接收器260中的接收天线212a至212d接收。所述接收器260具有四个交叉极化的接收天线212a至212d、信道估计和预编码选择单元214、MIMO检测单元216、解复用单元218、解映射单元220以及解码单元222。在接收器260中，接收单元的功能通过接收天线212a至212d、未图示的RF单元等实现。此外，MIMO检测单元216实现了信号分离单元的功能。解码单元的功能通过解复用单元218、解映射单元220、解码单元222等实现。所述信道估计和预编码选择单元214具有信道估计单元的功能、预编码选择单元的功能和控制信息通知单元的功能。

在接收器260中，所述信道估计和预编码选择单元214通过使用接收天线212a至212d接收的信号之中的参考信号估计传播路径，由此估计传送器250和接收器260之间的MIMO信道的信道响应矩阵。所述传播路径的估计结果被作为信道矩阵而输出到MIMO检测单元216。如表达式(5)至(10)所表示的，信道估计和预编码选择单元214分解由此估计的信道响应矩阵，并根据当前实施例的预编码方法选择预编码矩阵V和P。接着，输出预编码信息PMI，作为被信道估计和预编码选择单元214选择的预编码矩阵V和P的索引，并将其反馈到传送器250。

MIMO检测单元216使用信道矩阵使由接收天线接收的信号之中的数据信号r₁、r₂、r₃和r₄接受MIMO分离处理，以由此检测和分离来自传送器的数据流，从而获得分离的流X^₁至X^_i。接着，执行空间多路复用单元206所执行的处理的逆处理的解复用单元218将所分离的检测到的流重新安排为一个码元序列。执行码元映射单元204所执行的处理的逆处理的解映射单元202使码元序列以每个码元为基础(on a per-symbol basis)接受解调处理。接着，执行信道编码单元202所执行的处理的逆处理的解码单元222使所述码元序列接受错误校正解码处理，由此再生从传送器250传送的数据序列，并作为输出比特序列输出。

图3是显示当前实施例的操作过程并示出在交叉极化的MIMO系统中的MIMO信道上执行MIMO传送的方法的流程图。首先，在步骤302，接收器通过使用从传送器传送的参考信号RS估计传送器的多个天线和接收器的多个天线之间的信道响应矩阵。接着，在步骤304，接收器将信道响应矩阵分解为表示来自不同极化传送天线的信道响应的部分，以便为各个极化波获得信道响应矩阵。所述信道响应矩阵被分解为两部分，以便将极化波分离为垂直极化波和水平极化波。

在步骤306，响应于来自传送器的不同极化波的数据传送，接收器计算预编码矩阵或从码本中选择预编码矩阵。响应于垂直极化波和水平极化波，现在选择两个预编码矩阵。在步骤308，响应于来自传送器的一个极化波的数据传送，接收器计算来源于投影矩阵的附加预编码矩阵或从码本中选择该附加预编码矩阵，从而用于不同极化波的已预编码的信道响应矩阵被相互正交化或者可以被尽可能地正交化。在步骤310，接收器将指定所选择的预编码矩阵的预编码信息反馈到传送器。

在步骤312，所述传送器根据分配给对应的下行链路的信令(包括预编码矩阵和传送率的信息)生成并传送数据流。最后，在步骤314，接收器接收从传送器传送来的数据流并检测MIMO，由此获得要被再生的数据流。

如上所述，在当前实施例中，为各个不同的极化波选择适当的预编码矩阵，并且所述传送器应用符合所述极化波中一个极化波的更严格的预编码。为此原因，所述接收器通过使用信道响应矩阵选择适当的预编码矩阵并最小化水平极化波和垂直极化波之间的干扰，由此补偿信道中的糟糕XPD特性。此时，针对极化波中的每个划分所述信道响应矩阵，并且所述信道响应矩阵对一个极化波应用附加的信道响应矩阵，使得极化波之间的信道响应矩阵被相互正交化或者被尽可能地正交化。即使当交叉极化的MIMO系统不获得理想的XPD时，不同极化波之间的干扰也可以被减轻，并且由于干扰的损失被减小，所以传送性能得到增强。

图2中所示的第一实施例显示了考虑在4乘4的交叉极化的MIMO系统中传送多个流的一般实施例。如将结合图4至图7所示的第二至第五实施例所说明的，本发明可以被应用到不同等级(rank)的传送示例。这里，词“等级”等价于多路复用形式中传送的数据流的数量。

(第二实施例)

图4是显示了作为本发明的第二实施例的、使用蜂窝无线通信网络的无线通信系统的第二示例结构的框图。第二实施例是考虑在4乘4列的交叉极化的MIMO系统中执行的等级1的传送(传送流的数量是1)的示例结构。传送器450具有四个传送天线410a至410d(Ant1至4)，每个传送天线都具有交叉极化的结构，并且接收器460具有四个接收天线412a至412d(Ant1至4)，每个接收天线都具有交叉极化的结构。通过MIMO传送并经由MIMO信道将空间多路复用的数据流从传送器450传送到接收器460。

传送器450包括信道编码单元402、码元映射单元404、传送分集单元406、预编码处理单元408以及天线映射单元409。预编码处理单元408包括将预编码矩阵V₁应用到极化波的第一预编码单元408a、将预编码矩阵V₂应用到极化波的第二预编码单元408b、以及将预编码矩阵P应用到极化波的第三预编码单元408c。

在传送器450中，信道编码单元402将输入比特序列编码，码元映射单元404接着调制所述比特序列，由此产生已调制的码元。所述传送分集单元406使已调制的码元接受传送分集处理，由此产生两个空间流X₁和X₁'。由于在此情况下传送的等级为1，所以从一个流X₁产生用于传送分集的空间流X₁和X₁'。接着，所述预编码处理单元408使两个空间流X₁和X₁'接受预编码处理。首先，第一预编码单元408a将预编码矩阵V₁应用到空间流X₁，由此预编码空间流。第二预编码单元408b将预编码矩阵V₂应用到空间流X₁'，由此预编码空间流。第三预编码矩阵408c接着将附加的预编码矩阵P应用到一个已预编码的空间流X₁'，由此预编码空间流。因此，获得了已预编码的空间流S₁、S₂、S₃和S₄。所述天线映射单元409将已预编码的空间流S₁至S₄映射到多个传送天线，由此从所述垂直极化的传送天线410a和410b以及水平极化的传送天线410c和410d传送空间流。在此情况中，从水平极化的传送天线传送的所述空间流S₃和S₄(X₁')接受使用附加的预编码矩阵P的预编码，由此获得极化波之间的正交性。

从传送器450传送的空间流通过对应的MIMO信道并由接收器460中的接收天线412a至412d接收。所述接收器460具有信道估计和预编码选择单元414、MIMO检测单元416、解复用单元418、解映射单元420和解码单元422。

在接收器460中，信道估计和预编码选择单元414通过使用所接收的信号的参考信号估计传播路径，由此估计MIMO信道的信道响应矩阵。传播路径的估计结果被作为信道矩阵输出到MIMO检测单元416。如表达式(5)至(9)所表示的，所述信道估计和预编码选择单元414分解所估计的信道响应矩阵并根据当前实施例的预编码方法选择预编码矩阵V₁、V₂和P。接着，输出预编码信息PMI作为由信道估计和预编码选择单元414选择的预编码矩阵V₁、V₂和P的索引，且由此输出的信息被反馈到传送器450。

关于在反馈所述预编码矩阵P中使用的码本，可以选择如表达式(10)所示的码本C的矩阵。而且，关于在反馈所述预编码矩阵V₁和V₂中使用的码本，可以选择如下面提供的表达式(11)所示的码本Φ的矩阵。

[数学表达式11]

$\mathrm{\Φ}=\{\left[\begin{array}{c}1\\ 0\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}0\\ 1\end{array}\right],\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{c}1\\ \exp (j2\mathrm{\πk}/4)\end{array}\right],k=0,...,3\}---\left(11\right)$

具体地，表达式(11)的码本Φ包括从表达式(10)的码本C中的矩阵的第一列提取的向量。通过使用码本被选择所述预编码矩阵V₁、V₂和P(诸如在极化波之间保持正交性的那些)，且由此被选择的预编码矩阵的索引被反馈到传送器450。

所述MIMO检测单元416通过使用信道矩阵而使由接收天线接收的信号的数据信号r₁、r₂、r₃和r₄接受MIMO分离处理，由此检测和分离来自传送器的数据流。由此获得了分离的流X^₁至X^₄。接着，解复用单元418将所分离和检测的各个流重新安排为一个码元序列，且所述解映射单元420使由此重新安排的码元序列以每个码元为基础接受解调处理。接着，所述解码单元422使已解调的序列接受错误校正解码处理，由此再生从传送器450输出的数据序列并输出所述数据序列作为输出比特序列。

(第三实施例)

图5是显示作为本发明的第三实施例的、使用蜂窝无线通信网络的无线通信系统的第三示例结构的框图。第三实施例是在4乘4交叉极化的MIMO系统中考虑等级2的传送(传送流的数量是2)的示例结构。传送器550具有四个传送天线510a至510d(Ant1至4)，每个传送天线都具有交叉极化的结构。接收器560具有四个接收天线512a至512d(Ant1至4)，每个接收天线都具有交叉极化的结构。通过MIMO通信并经由MIMO信道将空间多路复用的数据流从传送器550传送到接收器560。

所示传送器550具有信道编码单元502、码元映射单元504、空间多路复用单元506、预编码处理单元508以及天线映射单元509。预编码处理单元508包括将预编码矩阵V₁应用到极化波的第一预编码单元508a、将预编码矩阵V₂应用到极化波的第二预编码单元508b、以及将预编码矩阵P应用到极化波的第三预编码矩阵508c。

在传送器550中，信道编码单元502编码输入比特序列，并且码元映射单元504接着调制由此编码的比特序列，由此产生已调制的码元。所述空间多路复用单元506使已调制的码元接受空间多路复用处理，由此产生两个空间流X₁和X₂。接着，所述预编码处理单元508使两个空间流X₁和X₂接受预编码处理。第一预编码单元508a将预编码矩阵V₁应用到空间流X₁，由此预编码所述流。第二预编码单元508b将预编码矩阵V₂应用到空间流X₂，由此预编码所述流。接着，第三预编码矩阵508c将附加的预编码矩阵P应用到一个已预编码的空间流X₂，由此预编码所述流。因此，产生了已预编码的空间流S₁、S₂、S₃和S₄。所述天线映射单元509将已预编码的空间流S₁至S₄映射到多个传送天线，并且从所述垂直极化的传送天线510a和510b以及水平极化的传送天线510c和510d传送空间流。在此情况中，从水平极化的传送天线传送的空间流S₃和S₄(X₂)接受使用附加的预编码矩阵P的预编码，由此获得极化波之间的正交性。

从传送器550传送的空间流通过对应的MIMO信道并由接收器560中的接收天线512a至512d接收。所述接收器560具有信道估计和预编码选择单元514、MIMO检测单元516、解复用单元518、解映射单元520和解码单元522。

在接收器560中，信道估计和预编码选择单元514通过使用参考信号估计传播路径，由此估计MIMO信道的信道响应矩阵。如表达式(5)至(9)所表示的，所述信道估计和预编码选择单元514分解所估计的信道响应矩阵并根据当前实施例的预编码方法选择预编码矩阵V₁、V₂和P。关于在反馈所述预编码矩阵P中使用的码本，可以选择如由表达式(10)所表示的码本C的矩阵。此外，关于在反馈所述预编码矩阵V₁和V₂中使用的码本，可以选择如由表达式(11)所表示的码本Φ的矩阵。通过使用这些码本选择所述预编码矩阵V₁、V₂和P(诸如在极化波之间保持正交性的那些)。输出预编码信息PMI作为由信道估计和预编码选择单元514选择的预编码矩阵的索引，且由此输出的信息被反馈到传送器550。

所述MIMO检测单元516通过使用信道矩阵使接收的数据信号r₁、r₂、r₃和r₄接受MIMO分离处理，由此检测和分离来自传送器的数据流。如此获得了分离的流X^₁至X^₄。接着，解复用单元518将所分离和检测的各个流重新安排为一个码元序列，且所述解映射单元520使由此重新安排的码元序列以每个码元为基础接受解调处理。接着，所述解码单元522使已解调的序列接受错误校正解码处理，由此再生从传送器550输出的数据序列，并输出所述数据序列作为输出比特序列。

(第四实施例)

图6是显示了作为本发明的第四实施例的、使用蜂窝无线通信网络的无线通信系统的第四示例结构的框图。第四实施例是在4乘4交叉极化的MIMO系统中考虑等级3的传送(传送流的数量是3)的示例结构。传送器650具有四个传送天线610a至610d(Ant1至4)，每个传送天线都具有交叉极化的结构。接收器660具有四个接收天线612a至612d(Ant1至4)，每个接收都具有交叉极化的结构。通过MIMO通信并经由MIMO信道空间将多路复用的数据流从传送器650传送到接收器660。

所示传送器650具有信道编码单元602、码元映射单元604、空间多路复用单元606、预编码处理单元608、以及天线映射单元609。预编码处理单元608包括将预编码矩阵V₁应用到极化波的第一预编码单元608a、将预编码矩阵V₂应用到极化波的第二预编码单元608b、以及将预编码矩阵P应用到极化波的第三预编码矩阵608c。

在传送器650中，信道编码单元602将输入比特序列编码，码元映射单元604接着调制由此编码的比特序列，如此产生已调制的码元。所述空间多路复用单元606使已调制的码元接受空间多路复用处理，由此产生三个空间流X₁、X₂和X₃。所述三个空间流被分为两个空间流组。接着，所述预编码处理单元608使所述两个空间流组中的每个接受预编码处理。这时，第一预编码单元608a将预编码矩阵V₁应用到空间流X₁，由此预编码所述流。第二预编码单元608b将预编码矩阵V₂应用到空间流X₂和X₃。接着，第三预编码矩阵608c将附加的预编码矩阵P应用到这些空间流，由此预编码这些空间流。从而产生了已预编码的空间流S₁、S₂、S₃和S₄。所述天线映射单元609将已预编码的空间流S₁至S₄映射到多个传送天线，并从所述垂直极化的传送天线610a和610b以及水平极化的传送天线610c和610d传送空间流。在此情况中，从水平极化的传送天线传送的空间流S₃和S₄(X₂和X₃)接受使用附加的预编码矩阵P的预编码，由此实现极化波之间的正交性。

从传送器650传送的空间流通过对应的MIMO信道并由接收器660中的接收天线612a至612d接收。所述接收器660具有信道估计和预编码选择单元614、MIMO检测单元616、解复用单元618、解映射单元620和解码单元622。

在接收器660中，信道估计和预编码选择单元614通过使用参考信号估计传播路径，由此估计MIMO信道的信道响应矩阵。如表达式(5)至(9)所表示的，所述信道估计和预编码选择单元614分解所估计的信道响应矩阵并根据当前实施例的预编码方法选择预编码矩阵V₁、V₂和P。关于在反馈所述预编码矩阵V₁中使用的码本，可以选择如由表达式(11)所表示的码本Φ的矩阵。关于在反馈所述预编码矩阵V₂和P中使用的码本，可以选择如由表达式(10)所表示的码本C的矩阵。通过使用这些码本选择所述预编码矩阵V₁、V₂和P，诸如在极化波之间保持正交性的那些。输出预编码信息PMI作为由信道估计和预编码选择单元614选择的预编码矩阵的索引，且由此输出的信息被反馈到传送器650。

所述MIMO检测单元616通过使用信道矩阵使接收的数据信号r₁、r₂、r₃和r₄接受MIMO分离处理，由此检测并分离来自传送器的数据流。从而获得分离的流X^₁至X^₄。接着，解复用单元618将分离并检测到的各个流重新安排为一个码元序列，且所述解映射单元620使由此重新安排的码元序列以每个码元为基础接受解调处理。接着，所述解码单元622使已解调的序列接受错误校正解码处理，由此再生从传送器650输出的数据序列并输出所述数据序列作为输出比特序列。

关于LTE，在动态控制传送流的数量时执行用于优先打包(bundling)低阶流并将单个数据分配到由此成束的流的处理，如表6.3.3.2-1所规范的：在图9中示出的关于3GPP的TS(技术规范)36.211V8.4.0的用于空间多路复用的码字到层的映射(空间多路复用中的码字到层的映射)。更具体地，当传送流的数量为3(等级3：层的数量＝3)时，数据分配被以这样的方式执行：d⁽⁰⁾被唯一地分配给流X⁽⁰⁾，d⁽¹⁾以打包的方式使用两个流X⁽¹⁾和X⁽²⁾。通过控制操作，例如，传送侧通过预编码控制创建从X⁽⁰⁾到X⁽²⁾的顺序质量变差的情况，并且以打包的方式使用两个品质退化的流，由此收集相应资源的能量。因此，可以目标分集效应。

诸如上面提到的传送流分配控制被应用到当前实施例的等级3的传送，并且当一个高质量、高阶数的流X₁与低质量、低阶数的两个流X₂和X₃被彼此分离时执行处理，由此尽可能地提高传送效率。所述第一个流X₁此时被应用到一个极化波，且对第二个流X₂和第三个流X₃应用附加的预编码，由此将第二和第三个流应用到另一个极化波。因此，极化波之间的正交性被保持，从而增强了传送性能，且实现了更高的传送效率。

(第五实施例)

图7是显示了作为本发明的第五实施例的、使用蜂窝无线通信网络的无线通信系统的第五示例结构的框图。第五实施例是在4乘4交叉极化的MIMO系统中考虑全等级传送(等级4：传送流的数量是4)的示例结构。传送器750具有四个传送天线710a至710d(Ant1至4)，每个传送天线都具有交叉极化的结构。接收器760具有四个接收天线712a至712d(Ant1至4)，每个接收天线都具有交叉极化的结构。通过MIMO通信并经由MIMO信道将空间多路复用的数据流从传送器750传送到接收器760。

传送器750具有信道编码单元702、码元映射单元704、空间多路复用单元706、预编码处理单元708、以及天线映射单元709。预编码处理单元708包括将预编码矩阵V₁应用到极化波的第一预编码单元708a、将预编码矩阵V₂应用到极化波的第二预编码单元708b、以及将预编码矩阵P应用到极化波的第三预编码矩阵708c。

在传送器750中，信道编码单元702将输入比特序列编码，码元映射单元704接着调制由此编码的比特序列，由此产生已调制的码元。所述空间多路复用单元706使已调制的码元接受空间多路复用处理，由此产生四个空间流X₁、X₂、X₃和X₄。所述四个空间流被分为两个空间流组。接着，所述预编码处理单元708使所述两个空间流组中的每个接受预编码处理。这时，第一预编码单元708a将预编码矩阵V₁应用到空间流X₁和X₂，由此预编码所述流。第二预编码单元708b将预编码矩阵V₂应用到空间流X₃和X₄。接着，第三预编码矩阵708c将附加的预编码矩阵P应用到这些空间流，由此预编码所述空间流。从而产生已预编码的空间流S₁、S₂、S₃和S₄。所述天线映射单元709将已预编码的空间流S₁至S₄映射到多个传送天线，并从所述垂直极化的传送天线710a和710b以及水平极化的传送天线710c和710d传送空间流。在此情况中，从水平极化的传送天线传送的所述空间流S₃和S₄(X₃和X₄)接受使用附加的预编码矩阵P的预编码，由此实现极化波之间的正交性。

从传送器750传送的空间流通过对应的MIMO信道并由接收器760中的接收天线712a至712d接收。所述接收器760具有信道估计和预编码选择单元714、MIMO检测单元716、解复用单元718、解映射单元720和解码单元722。

在接收器760中，信道估计和预编码选择单元714通过使用参考信号估计传播路径，由此估计MIMO信道的信道响应矩阵。如表达式(5)至(9)所表示的，所述信道估计和预编码选择单元714分解所估计的信道响应矩阵并根据当前实施例的预编码方法选择预编码矩阵V₁、V₂和P。关于在反馈所述预编码矩阵V₁、V₂和P中使用的码本，可以选择如由表达式(10)所表示的码本C的矩阵。通过使用码本选择在极化波之间保持正交性的预编码矩阵V₁、V₂和P。输出预编码信息PMI作为由信道估计和预编码选择单元714选择的预编码矩阵的索引，且由此输出的信息被反馈到传送器750。

所述MIMO检测单元716通过使用信道矩阵使接收的数据信号r₁、r₂、r₃和r₄接受MIMO分离处理，由此检测并分离来自传送器的数据流。从而获得了分离的流X^₁至X^₄。接着，解复用单元718将所分离并检测到的各个流重新安排为一个码元序列，且所述解映射单元720使由此重新安排的码元序列以每个码元为基础接受解调处理。接着，所述解码单元722使已解调的序列接受错误校正解码处理，由此再生从传送器750输出的数据序列并输出所述数据序列作为输出比特序列。

根据第二至第五实施例，可以在使用交叉极化天线结构的MIMO系统中执行各个等级的传送期间执行减轻极化波之间的干扰的有效预编码控制，从而可以构造传送效率被增强的SU-MIMO(单一用户MIMO)系统。此外，所述实施例采用子部分预编码控制，包括将预编码矩阵V₁和V₂应用到为各个极化波而分离的子部分以及将附加的预编码矩阵P应用到所述极化波之一。由于预编码矩阵的维度尺寸可以由此被减小，所以用于预编码矩阵的码本的信息量和用于选择的候选数量可以被减小。因此，可以实现施加在预编码控制上的处理的减少，如选择预编码矩阵的处理的简化。此外，可以通过最小化对信令开销的影响而保持适当数量的信令，从而用于控制预编码的反馈信令能够被减小到最小值。

当在预编码期间将预编码矩阵V₁和V₂应用到各个极化波时，相同的矩阵也可以被用作预编码矩阵V₁和V₂。在此情况下，除了通过之前说明的子部分预编码来减小预编码矩阵的维度的优势之外，还产生能够通过采用单矩阵的值进一步缩减反馈所要求的信息量的优势。

(第六实施例)

前述的实施例还可以被扩展到使用更多天线的情况，例如，使用八个天线且每个都具有交叉极化的结构的情况。图8是显示了作为本发明的第六实施例的、使用蜂窝无线通信网络的无线通信系统的第六示例结构的框图。第六实施例是在8乘8交叉极化的MIMO系统中考虑全等级传送(等级8：传送流的数量是8)的示例结构。传送器850具有八个传送天线810a至810h(Ant1至8)，每个传送天线都具有交叉极化的结构。接收器860具有八个接收天线812a至812h(Ant1至8)，每个接收天线都具有交叉极化的结构。通过MIMO通信并经由MIMO信道将空间多路复用的数据流从传送器850传送到接收器860。

传送器850具有信道编码单元802、码元映射单元804、空间多路复用单元806、预编码处理单元808、以及天线映射单元809。预编码处理单元808包括将预编码矩阵V₁应用到极化波的第一预编码单元808a、将预编码矩阵V₂应用到极化波的第二预编码单元808b、以及将预编码矩阵P应用到极化波的第三预编码矩阵808c。

在传送器850中，信道编码单元802将输入比特序列编码，码元映射单元804接着调制由此编码的比特序列，从而产生已调制的码元。所述空间多路复用单元806使已调制的码元接受空间多路复用处理，由此产生多个(在全等级传送的情况下为八个)空间流X₁至X₈。所述多个空间流被分为两个空间流组。接着，所述预编码处理单元808使所述两个空间流组中的每个接受预编码处理。这时，第一预编码单元808a将预编码矩阵V₁应用到空间流X₁、X₂、X₃和X₄，由此预编码所述流。第二预编码单元808b将预编码矩阵V₂应用到空间流X₅、X₆、X₇和X₈。接着，第三预编码矩阵808c将附加的预编码矩阵P应用到空间流，由此预编码所述空间流。因此，已预编码的空间流S₁至S₈被产生。所述天线映射单元809将已预编码的空间流S₁至S₈映射到多个传送天线，并从在极化波方面相互不同的垂直极化的传送天线810a至810d与水平极化的传送天线810e至810h传送所述空间流。在此情况中，从水平极化的传送天线传送的空间流S₅至S₈(X₅和X₈)接受使用附加的预编码矩阵P的预编码，由此实现极化波之间的正交性。

从传送器850传送的空间流通过对应的MIMO信道并由接收器860中的接收天线812a至812h接收。所述接收器860具有信道估计和预编码选择单元814、MIMO检测单元816、解复用单元818、解映射单元820和解码单元822。

在接收器860中，信道估计和预编码选择单元814通过使用参考信号估计传播路径，由此估计MIMO信道的信道响应矩阵。如表达式(5)至(9)所表示的，所述信道估计和预编码选择单元814分解所估计的信道响应矩阵并根据当前实施例的预编码方法选择预编码矩阵V₁、V₂和P。关于在反馈所述预编码矩阵V₁、V₂和P中使用的码本，可以选择如表达式(12)所表示的码本C的矩阵。

[数学表达式12]

$C=\{\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right],\frac{1}{\sqrt{4}}\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& \exp & (j2\mathrm{\πk}/L)& 0\\ 0& 0& \exp (j4\mathrm{\πk}/L)& 0\\ 0& 0& 0& \exp (j6\mathrm{\πk}/L)\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\\ 1& j& -1& j\\ 1& -1& 1& -j\\ 1& -j& -1& j\end{array}\right],k=0,...,L-1\}---\left(12\right)$

通过使用码本选择在极化波之间保持正交性的预编码矩阵V₁、V₂和P。输出预编码信息PMI作为由信道估计和预编码选择单元814选择的预编码矩阵的索引，且由此输出的信息被反馈到传送器850。

MIMO检测单元816通过使用信道矩阵使接收的数据信号r₁至r₈接受MIMO分离处理，由此检测并分离来自传送器的数据流。从而就获得了分离的流X^₁至X^₈。接着，解复用单元818将所分离并检测到的各个流重新安排为一个码元序列，且所述解映射单元820使由此重新安排的码元序列以每个码元为基础接受解调处理。接着，所述解码单元822使已解调的序列接受错误校正解码处理，由此再生从传送器850输出的数据序列并输出所述数据序列作为输出比特序列。

即使当如当前实施例使用八个传送天线时，所述预编码矩阵V₁和V₂也被应用到为各个极化波而分离的子块，由此，所述预编码矩阵的维度被减小。施加在预编码控制操作上的处理可以因此被减少，且要被反馈的信息量可以被减小。而且，将当前实施例的预编码应用到包括多个传送天线的结构中使得可以提高用于每个极化波的束形成的增益，从而提高预编码性能。

第六实施例显示了考虑在8乘8的交叉极化的MIMO系统中执行全等级传送的实施例。可以通过简单地扩展结合图4至7所示的第二至第五实施例所述的使用四个传送天线的情况来实现将使用八个传送天线的情况应用到各个等级的传送。

如上所述，在当前实施例中，投影矩阵的预编码矩阵被应用到交叉极化的MIMO系统中的不同极化波之一，由此使得可以保持不同极化波之间的信道响应矩阵的正交性并抑制所述极化波之间的干扰。由此，对应用所述预编码的MIMO系统的性能提供了健壮性(robustness)。此外，通过使用子部分预编码将投影矩阵的预编码矩阵(容易添加)唯一地应用到所述极化波之一，从而可以最小化反馈控制信息对信令开销的影响。

本发明还预期本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下根据说明书的描述和已知的技术可以进行各种改变和应用，所述改变和应用应该落在本发明寻求的保护范围内。此外，结合各个实施例说明的组成元素还能够在不脱离本发明的精神的情况下被任意地结合到一起。

组成所述交叉极化的MIMO系统的天线的数量、要被传送的流的数量等等都不限于结合所述实施例说明的结构。两个或多个天线和传送流可以被适当地设置并以上面提到的相同方式应用到本发明。所述实施例已经提供了本发明被应用到蜂窝无线通信网络的下行链路的示例。然而，同样地，本发明还适用于另一无线通信线路，如蜂窝无线通信网络的上行链路。

本发明已经作为被应用到前述实施例中的天线的情况而被说明，但其也可以被以相同的方式应用于天线端口。这里的天线端口指的是由一个物理天线或多个物理天线组成的逻辑天线。具体地，所述天线端口不一定限于一个物理天线，而是通常指由多个天线组成的阵列天线等等。例如，关于LTE，不是关于组成天线端口的物理天线的数量来规定天线端口，而是关于能够使基站传送参考信号的最小单位来规定天线端口。此外，所述天线端口有时被规定为将预编码向量乘以权重的最小单位。

虽然已经通过采用本发明是由硬件组成的情况作为示例说明了各个实施例，但本发明还可以通过软件来实现。

各个实施例的说明中使用的各个功能单元可以典型地被实施为作为集成电路的LSI。所述功能单元还可以被单独地实施为单个芯片。可选择地，所述功能单元还可以被实现为一个芯片，以便包括一些或所有功能单元。虽然所述功能单元被实施为LSI，但根据集成的程度，它们有时被称为IC、系统LSI、超LSI和极LSI。

以集成电路的形式封装功能单元的技术不限于LSI，它们还可以被实施为自定义设计的电路或通用处理器。而且，还可以使用能够在LSI的制造之后被编程的FPGA(现场可编程门阵列)或使LSI中的电路单元的连接或设置能够重构的可重构处理器。

此外，如果由于半导体技术或源于半导体技术的其他技术的进步而出现用于实现可以替代LSI的集成电路的技术时，可以自然地通过使用所述技术封装所述功能单元。将生物技术用于封装所述功能单元是可行的。

本申请基于2009年1月7日提交的日本专利申请No.2009-001352，通过引用将其全部内容包含于此。

工业实用性

即使当使用交叉极化天线结构的MIMO系统不能实现理想XPD时，本发明也可以抑制不同极化波之间的干扰，从而产生能够执行有效的预编码的优势。本发明作为无线通信设备、无线通信系统和无线通信方法是有益的，诸如使用通过使用多个天线执行通信的MIMO系统的蜂窝无线系统。

附图标记列表：

150、250、450、550、650、750、850：传送器

160、260、460、560、660、760、860：接收器

102、202、402、502、602、702、802：信道编码单元

104、204、404、504、604、704、804：码元映射单元

106：空间多路复用和传送分集单元

206、506、606、706、806：空间多路复用单元

406：传送分集单元

108、208a-c、408a-c、508a-c、608a-c、708a-c、808a-c：预编码单元

208、408、508、608、708、808：预编码处理单元

109、209、409、509、609、709、809：天线映射单元

110a-d、210a-d、410a-d、510a-d、610a-d、710a-d、810a-h：传送天线

112a-d、212a-d、412a-d、512a-d、612a-d、712a-d、812a-h：接收天线

114、214、414、514、614、714、814：信道估计和预编码选择单元

116、216、416、516、616、716、816：MIMO检测单元

118、218、418、518、618、718、818：解复用单元

120、220、420、520、620、720、820：解映射单元

122、222、422、522、622、722、822：解码单元

Claims (10)

1.无线通信设备，其具有交叉极化天线结构，并用于能够通过MIMO即多输入多输出执行多路复用通信的无线通信系统，

所述无线通信设备包括：

空间多路复用单元，产生用于在多个发送天线之间进行空间多路复用的多个流，作为发送给通信对方即另一通信设备的数据；

预编码处理单元，基于从所述另一通信设备反馈的控制信息即表示第一预编码矩阵以及第二预编码矩阵的预编码信息，通过对于从交叉极化的第一天线组以及第二天线组发送的所述多个流，应用所述第一预编码矩阵，对于应用了所述第一预编码矩阵的多个流中的从所述第二天线组发送的流，进一步应用所述第二预编码矩阵而执行预编码，所述第一天线组由使用第一极化波的多个天线构成，所述第二天线组由使用与所述第一极化波不同的第二极化波的多个天线构成，所述第二预编码矩阵为用于使所述第一极化波和所述第二极化波保持正交的投影矩阵；以及

发送单元，从所述第一天线组发送应用了所述第一预编码矩阵的流，从所述第二天线组发送应用了所述第一预编码矩阵和所述第二预编码矩阵的流。

2.如权利要求1所述的无线通信设备，

所述预编码处理单元使用酉矩阵作为所述投影矩阵的第二预编码矩阵，所述酉矩阵为对与每个极化波对应的流所使用的预编码矩阵的内积的对角和成为或小于预定值的酉矩阵。

3.如权利要求1所述的无线通信设备，

所述发送单元具有分别与所述第一极化波以及所述第二极化波对应的各自两个总共四个发送天线，

所述预编码处理单元对于对应于所述第二极化波的流进行基于所述投影矩阵的预编码。

4.如权利要求1所述的无线通信设备，

所述发送单元具有分别与所述第一极化波以及所述第二极化波对应的各自两个总共四个发送天线，并且当从所述四个发送天线将被空间多路复用的三个流进行发送时，所述发送单元执行天线分配以将第一个流分配给所述第一极化波的两个天线、将第二和第三个流分别分配给所述第二极化波的两 个天线；以及

所述预编码处理单元对于对应于所述第二极化波的第二和第三个流进行基于所述投影矩阵的预编码。

5.如权利要求1所述的无线通信设备，

所述发送单元具有分别与所述第一极化波以及所述第二极化波对应的各自四个总共八个发送天线；以及

所述预编码处理单元对于对应于所述第二极化波的流进行基于所述投影矩阵的预编码。

6.无线通信设备，其具有交叉极化天线结构，并用于能够通过MIMO即多输入多输出执行多路复用通信的无线通信系统，

所述无线通信设备包括：

信道估计单元，对从另一通信设备到所述无线通信设备的传播路径执行信道估计；

预编码选择单元，基于所述信道估计的结果，确定对于从所述另一通信设备所具有的交叉极化的第一天线组以及第二天线组发送的多个流应用的第一预编码矩阵，确定仅对于从所述第二天线组发送的流进一步应用的第二预编码矩阵，所述第一天线组由使用第一极化波的多个天线构成，所述第二天线组由使用与所述第一极化波不同的第二极化波的多个天线构成，所述第二预编码矩阵为用于使所述第一极化波和所述第二极化波保持正交的投影矩阵；

控制信息通知单元，将包括表示所确定的所述第一预编码矩阵以及所述第二预编码矩阵的预编码信息的控制信息反馈到所述另一通信设备；

接收单元，通过多个接收天线接收从所述另一通信设备发送的数据；

分离单元，从所接收到的所述数据分离并检测多个流；以及

解码单元，从检测到的所述多个流解码接收数据。

7.如权利要求6所述的无线通信设备，

所述预编码选择单元根据从所述另一通信设备的传播路径的信道响应矩阵计算酉矩阵，或者从包括预设的一组矩阵的码本中选择所述酉矩阵，由此确定所述第一预编码矩阵以及所述第二预编码矩阵，所述酉矩阵为对所述不同的多个极化波中的每个使用的预编码矩阵的内积的对角和成为或小于预定值的酉矩阵。

8.无线通信设备，其具有交叉极化天线结构，并用于能够通过MIMO即多输入多输出执行多路复用通信的无线通信系统，

所述无线通信设备包括：

信道估计单元，对从另一通信设备到所述无线通信设备的传播路径执行信道估计；

预编码选择单元，基于所述信道估计的结果，确定对于从所述另一通信设备所具有的交叉极化的第一天线组以及第二天线组发送的多个流应用的、用于形成发送束的第一预编码矩阵，以及仅对于从所述第二天线组发送的流进一步应用的投影矩阵即第二预编码矩阵，所述第一天线组由使用第一极化波的多个天线构成，所述第二天线组由使用与所述第一极化波不同的第二极化波的多个天线构成；

控制信息通知单元，将包括所述另一通信设备表示所述第一预编码矩阵和所述第二预编码矩阵的预编码信息的控制信息反馈到所述另一通信设备；

接收单元，通过多个接收天线接收从所述另一通信设备发送的数据；

分离单元，从所接收到的所述数据分离并检测多个流；以及

解码单元，从检测到的所述多个流解码接收数据。

9.无线通信方法，其用于能够使用具有交叉极化天线结构的无线通信设备，通过MIMO即多输入多输出来执行多路复用通信的无线通信系统，

所述无线通信方法包括以下步骤：

产生用于在多个发送天线之间进行空间多路复用的多个流，作为发送给通信对方即另一通信设备的数据的步骤；

基于从所述另一通信设备反馈的控制信息即表示第一预编码矩阵以及第二预编码矩阵的预编码信息，通过对于从交叉极化的第一天线组以及第二天线组发送的所述多个流，应用所述第一预编码矩阵，对于应用了所述第一预编码矩阵的多个流中的从所述第二天线组发送的流，进一步应用所述第二预编码矩阵而执行预编码的步骤，所述第一天线组由使用第一极化波的多个天线构成，所述第二天线组由使用与所述第一极化波不同的第二极化波的多个天线构成，所述第二预编码矩阵为用于使所述第一极化波和所述第二极化波保持正交的投影矩阵；以及

从所述第一天线组发送应用了所述第一预编码矩阵的流，从所述第二天线组发送应用了所述第一预编码矩阵和所述第二预编码矩阵的流的步骤。

10.无线通信方法，其用于能够使用具有交叉极化天线结构的无线通信设备，通过MIMO即多输入多输出来执行多路复用通信的无线通信系统，

所述无线通信方法包括以下步骤：

对从另一通信设备到所述无线通信设备的传播路径执行信道估计的步骤；

基于所述信道估计的结果，确定对于从所述另一通信设备所具有的交叉极化的第一天线组以及第二天线组发送的多个流应用的第一预编码矩阵，确定仅对于从所述第二天线组发送的流进一步应用的第二预编码矩阵的步骤，所述第一天线组由使用第一极化波的多个天线构成，所述第二天线组由使用与所述第一极化波不同的第二极化波的多个天线构成，所述第二预编码矩阵为用于使所述第一极化波和所述第二极化波保持正交的投影矩阵；

将包括表示所确定的所述第一预编码矩阵以及所述第二预编码矩阵的预编码信息的控制信息反馈到所述另一通信设备的步骤；

通过多个接收天线接收从所述另一通信设备发送的数据的步骤；

从所接收到的所述数据分离并检测多个流的步骤；以及

从检测到的所述多个流解码接收数据的步骤。