CN102415005B - 在通信网络中用于保持预编码信道相干性的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

为了解决现有技术中，预编码的颗粒度的选择受到相互制约的预编码准确度和终端的信道估计两个因素的影响，本发明提出了在通信网络中用于保持预编码信道相干性的方法及装置。也即，在预编码的同时考虑信道之间的相干性和系统容量。基站调整各个预编码单元所对应的预编码矩阵的相位和/或幅度，以保持整个预编码信道的相关信息的相干性，该预编码信道的相关信息包括例如CSI或者预编码信道的特征值矩阵。而后，移动终端可以基于多个预编码单元的参考信号进行信道估计，从而避免了现有技术中移动终端只能在预编码颗粒度所限定的一个或多个资源块的内部进行信道估计的局限性。

Description

在通信网络中用于保持预编码信道相干性的方法及装置
技术领域
本发明涉及无线通信系统，尤其涉及基站中对预编码矩阵的处理的方法和装置。
背景技术
基于非码本的预编码(Non-codebook based precoding)技术由于固有的信道互逆(reciprocity)特性，也即，上下行频率对称的特性，在LTE-A(Advanced-Long Term Evolution)时分双工(Time DivisionDuplex，TDD)系统中具有良好的应用前景。业界普遍地接受上、下行互逆的假设，并利用该假设有效地估计信道。
在非码本的预编码技术中，预编码矩阵在发射端获得。发射端利用预测的信道状态信息(Channel Status Information，简称CSI)，进行预编码矩阵的计算，常用的预编码矩阵计算方法包括奇异值分解(SingularValue Decomposition，SVD)、均匀信道分解(Uniform ChannelDecomposizion，UCD)，QR算法。
图1示出了基于SVD分解的多输入多输出(Multiple Input MultipleOutput，MIMO)系统中发射机和接收机的结构图。以基站1的发射机具有N根天线，移动终端2的接收机具有M根天线为例，则有效上行信道状态信息(Channel State Information，CSI)，也即空间信道矩阵的维度为M×N，为HM×N，根据公式(1)示出的奇异值分解技术对H进行处理如下：
H＝UDVH                (1)
式(1)中，矩阵U和V分别是矩阵H的左奇异向量矩阵(left singularvector matrix)和右奇异向量矩阵(right singular vector matrix)，它们都是酉矩阵，也即，满足UUH＝I＝VVH，I是单位阵；(·)H是厄米运算符(hermitianoperation)，表示对矩阵进行共轭转置(transposed complex conjugate)。
U∈CN×N，也即，U的维度为N×N，V∈CM×M，也即，V的维度为M×M。CSI矩阵H的秩(rank)应满足r≤min(M，N)。对角矩阵D可以被表示为 D = D r 0 0 0 N × M , 其中Dr＝diag(λ1，λ2，…λr)，λi为H的奇异值，且按照λi降序排列，且λ1＞λ2＞…λr。
经过奇异值分解之后，获得的右奇异向量矩阵V即为线性预编码矩阵，其中V的每一列被称为HHH的一个特征向量(Eigenvector)，该特征向量与通信信道的特征模式(Eigenmode)有关。如果需要进行秩的自适应，则需要根据秩的大小，从该右奇异向量矩阵V中选取较大奇异值对应的列向量构成预编码矩阵。
非码本的预编码方式要求使用专用导频，既数据符号和导频符号一起进行预编码操作，这样接收端只需要通过信道估计就可以获得预编码之后的等效信道，从而方便进行数据解调。
目前，因为TDD系统上下行之间的互逆性，能够得到准确的信道状态信息(Channel Status Information，简称CSI)，因此，基于非码本的预编码可以提供额外的预编码增益。一般地，理论上来说，预编码的颗粒度(precoding granularity)越小，预编码的增益(precoding gain)越高。所谓预编码的颗粒度，就是进行预编码的单元，例如一个或多个资源块(Resource Block，RB)。图2示出了在单层波束成形(beamforming，BF)的条件下，不同的预编码颗粒度所对应的预编码性能。从图中可以看出，在相同的信噪比的条件下，采用的预编码颗粒度越小，系统的吞吐量越大。当预编码的颗粒度取10时，也即，对该10个RB采用相同的预编码矩阵。然而实际上该10个RB所对应的信道响应是有差异的，所以，当预编码的颗粒度取得越大，则用一个预编码矩阵对该预编码颗粒度中的所有的RB进行加权操作，预编码矩阵越不能准确地匹配预编码单元中的每一个RB的实际信道状态。因此，从预编码矩阵匹配信道以获得更大的预编码增益的角度考虑，希望预编码颗粒度取值小。
但是，在实际系统中，预编码的性能增益受信道估计(ChannelEstimation，CE)误差的影响(3GPP R1-092794)。由于较小的预编码颗粒度使用较小的参考信号(Reference Signal，RS)功率，因此它降低了信道估计的准确性。因此，一个合适地选出的预编码颗粒度势必影响系统容量。进一步来说，对于考虑到不同用户设备或小区之间的不同的信道多径延迟的多用户MIMO(Multiple-User Multiple Input MutipleOutput，MU-MIMO)或CoMP(Coordinative Multiple Point)来说，选择预编码颗粒度也是一个重要的问题。
以上结论的依据来源于信道估计只能在预编码颗粒度之内进行，这是由于不同的预编码颗粒度各自对应的预编码矩阵不同，而不同的预编码矩阵会破坏多个预编码单元之间的信道相干性(coherency)。因此，从预编码的准确性的角度考虑，希望预编码颗粒度越小越好；而从信道估计的角度考虑，希望预编码的颗粒度越大越好，因此，这两个不同的因素是相互制约的。
现有的方案中，基站动态地监测信道，获取信道的实时的状态，根据信道的相干性、以及信干噪比等信息，选取对应的预编码颗粒度，然后，基站将所选取的预编码颗粒度发送给移动终端，用于通知终端基站进行预编码的颗粒度，则移动终端根据该指示信息，在由预编码颗粒度所限定的资源块内部进行信道估计。该指示信息需要实时地通知终端，因此占用了相当的时频资源。
发明内容
本发明分析多个预编码单元之间的信道相干性。所谓相干性，也即信道的统计特性，也即，信道的频域选择特性和时变特性。进一步地，本发明提出了一种相干的时频预编码(Coherent Time FrenquencyProcoding，简称CTFP)方法，该方法使得预编码同时考虑信道之间的相干性和系统容量。即，基站(eNB)能够调整各个预编码单元所对应的预编码矩阵的相位和/或幅度，以保持整个预编码信道的相关信息的相干性，该预编码信道的相关信息包括例如CSI或者预编码信道的特征值矩阵。而后，移动终端可以基于多个预编码单元的参考信号(ReferenceSignal，RS)进行信道估计，从而避免了现有技术中移动终端只能在预编码颗粒度所限定的一个或多个资源块的内部进行信道估计的局限性，换言之，基站可以采用尽可能小的预编码颗粒度，而不影响移动终端进行信道估计。
根据本发明的一个方面，提供了一种在无线通信系统的基站中用于发送经预编码矩阵加权的导频和/或数据的方法，基站获取信道状态信息，包括以下步骤：对所述信道状态信息进行矩阵分解，以获取初始预编码矩阵，其中，所述初始预编码矩阵不唯一；对所述初始预编码矩阵进行线性变换，使得在经所述线性变换后的预编码矩阵加权条件下的第一校正预编码信道的相关信息保持相干性；向移动终端发送经所述变换后预编码矩阵加权的导频和/或数据；
根据本发明的第二方面，提供了一种在无线通信系统的基站中用于发送经预编码矩阵加权的导频和/或数据的处理装置，其中，基站获取信道状态信息，包括：初始预编码矩阵获取装置，用于对所述信道状态信息进行矩阵分解，以获取初始预编码矩阵，其中，所述初始预编码矩阵不唯一；校正装置，用于对所述初始预编码矩阵进行线性变换，使得在经所述线性变换后的预编码矩阵加权条件下的校正预编码信道的相关信息保持相干性；发送装置，用于向移动终端发送经所述变换后预编码矩阵加权的导频和/或数据。
采用本发明的方案，具有如下的优点：
-允许基站在颗粒度更小的预编码单元上进行预编码，因而提高了预编码的增益；
-并且允许移动终端可以基于多个预编码单元的参考信号进行信道估计，从而避免了现有技术中移动终端只能在预编码颗粒度的内部所限定的一个或多个时频资源块中进行信道估计的局限性，因而提高了移动终端信道估计的性能；
-此外，基站不需要向移动终端提供预编码颗粒度大小的指示信息，因此节省了相应的信令的开销；
-在多用户多输入多输出(Multi-User Multi-Input andMulti-Output，MU-MIMO)和多点协同处理(Coordinate Multiple PointsCOMP)系统中，该方案可以使得每一组基站和用户之间选择最优的编码颗粒度而不用考虑协同基站或者终端的信道特性。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的以上及其它特征、目的和优点将会变得更加明显：
图1示出了基于SVD分解的多输入多输出(Multiple Input MultipleOutput，MIMO)系统中发射机和接收机的结构图；
图2示出了在单层波束成形(beamforming，BF)的条件下，不同的预编码颗粒度所对应的预编码性能；
图3示出了经过初始预编码矩阵进行预编码操作后的信道的幅度的绝对值；
图4示出了经过初始预编码矩阵进行预编码操作后的信道的相位；
图5示出了根据本发明的一个具体实施方式的方法流程图；
图6中示出了相对于图4的相位旋转后的信道曲线；
图7和图8分别示出了图6的信道经过域变换后获取的时域响应的信道曲线；
图9示出了根据本发明的另一个具体实施方式的方法流程图；
图10示出了根据本发明的一个具体实施方式的装置框图；
图11示出了根据本发明的另一个具体实施方式的装置框图。
附图中，相同或者相似的附图标识代表相同或者相似的部件。
具体实施方式
对MIMO信道矩阵进行奇异值分解，得到：
H i = U i D i V i H - - - ( 2 )
式(2)中，i是预编码单元的序号，Di是特征值矩阵，也即，奇异值(singular value)矩阵，是Vi的厄密共轭变换。熟知地，SVD的加权矩阵Ui和Vi并不是唯一的，也即，例如，可以将Ui和的第一列均旋转π±2kπ后，等式(1)仍然成立，或者将Ui和的第一列均旋转π±2kπ后，等式(1)仍然成立，或者，将Ui和的相同的一列均旋转π±2kπ后，等式(1)仍然成立。
以两个发射天线(TX)和两个接收(RX)天线为例，图3和图4是对于典型的空间信道模型(Spatial Channel Model，SCM)，(每个子载波)经过初始预编码矩阵进行预编码操作后的初始预编码信道在频域的表示，图3示出了经过初始预编码矩阵进行预编码操作后的初始预编码信道的幅度的绝对值；图4示出了经过初始预编码矩阵进行预编码操作后的初始预编码信道的相位。
在图3和图4中，h11表示天线TX1到天线RX1的信道的冲击响应，h12表示天线TX1到天线RX2的信道的冲击响应，h21表示天线TX2到天线RX1的信道的冲击响应；h22表示天线TX2到天线RX2的信道的冲击响应。信道矩阵为 H i = h 11 h 12 h 21 h 22 . 在本实施例中，基于公式(1)对信道矩阵进行SVD分解后得到的Vi矩阵作为每个预编码单元所对应的信道的初始预编码矩阵。则初始预编码信道为 H i p 0 = H i V i = U i D i V i H V i = U i D i , 其中下标中的i＝0，1，2，3...120，代表预编码的颗粒度的序号，p0表示初始的预编码信道。
在图3和图4中，使用基于DFT的信道估计算法估计信道的参数。很容易看出，初始预编码信道的幅度的绝对值是相干的/平滑的，而在相位曲线中存在一些跳变点或者跳变片段。不仅如此，初始预编码信道的一列(例如一个特征向量)具有相同的跳变片段。
值得注意的是，在图3和图4中，使用每个子载波采用不同的SVD分解方式所对应的预编码子信道进行说明，也即，图3和图4中示出的预编码的颗粒度为1个子载波。对于对每个资源块(Resource Block，RB)进行预编码，可能的跳变点出现在两个相邻的资源块的边缘处之间。当预编码单元包括多个资源块时，可能的跳变点出现在两个相邻的预编码单元的边缘处之间。
以下，从不同的实施方式的角度，具体说明本发明中如何补偿由于采用预编码矩阵破坏的信道的相干性。
A.使预编码信道保持相干性
方案一：相位旋转
以下，首先以预编码单元包括一个子载波为例对本发明进行具体的说明，本领域技术人员可以理解，预编码单元可以包括多个子载波，例如，一个或多个资源块。在OFDM系统中，每个资源块包括12个子载波。
首先，获取信道状态信息。对于TDD系统，基站1可以根据接收到的移动终端2发送的上行参考信号进行下行信道的估计，以获取信道矩阵；在FDD系统中，移动终端2测量下行信道，并将测得的下行信道反馈给基站1，因此，基站1获取下行信道矩阵。
然后，基站1根据该下行信道矩阵进行矩阵分解，以获取初始预编码矩阵。在优选的实施例中，采用SVD分解获取初始预编码矩阵V。在一个变化的实施例中，也可以采用QR分解，得到初始预编码矩阵Q。其中Q表示一个正交矩阵，R表示一个上三角矩阵。注意到，这些矩阵分解的解不唯一。因此，得到的对应的预编码矩阵也不唯一。
然后，采用相位旋转矩阵，用于保持以与多个不同的预编码单元所对应的初始预编码矩阵进行预编码的信道的相干性，因此，新的预编码矩阵表示为：
Fi＝ViGi            (3)
式(3)中，Gi是一个对角矩阵，用于调整初始预编码信道UiDi的相位，使得多个预编码的单元之间的信道相干性得以恢复。
图5示出了根据本发明的一个具体实施方式的方法流程图。
在步骤S50中，基站1检测各个子载波上的初始预编码信道的相位，并获取每一个子载波的相邻的子载波上的初始预编码信道的相位。例如，基站1希望考察一个子载波所对应的相位，以下，将该子载波称为目标子载波。
然后，在步骤S51中，基站1将目标子载波上的初始预编码信道的相位与该目标子载波的相邻子载波，可选地，取与该目标子载波的前一个子载波上的校正(初始)预编码信道的相位之间的差值与(-2π，-π，0，π，2π)进行比较。如果该差值与0或者±2π最接近，表示该目标子载波上的初始预编码信道的相位相对于前一个子载波上的校正(初始)预编码信道的相位未发生相位的跳变；反之，如果该差值与±π最接近，表示该目标子载波上的初始预编码信道的相位相对于前一个子载波上的校正(初始)预编码信道的相位发生了跳变。例如，i取1所对应的初始预编码信道中，h11和h21的相位相对于i取0所对应的初始预编码信道中，h11和h21的相位的差值最接近π，而i取1所对应的初始预编码信道中，h12和h22的相位相对于i取0所对应的初始预编码信道中，h12和h22的相位的差值最接近2π，则构造对角矩阵G1，使得 G 1 = - 1 0 0 1 . 因此，由经过对角矩阵G1变换后预编码矩阵所加权的校正预编码信道使得与之间连续，下标p1表示校正预编码信道。然后，将第2个子载波上的初始预编码信道的相位与已经校正的第1个子载波上的初始预编码信道的相位进行比较。一般地， H i p 1 = H i V i G i = U i D i V i H V i G i = U i D i G i , Gi使得第i个预编码单元的校正预编码矩阵的相位与第i-1个预编码单元的校正预编码矩阵的相位连续。
当预编码单元包括多个子载波，因为在同一个预编码单元中的各个子载波所采用的预编码矩阵相同，因此，我们可以仅取出不同预编码单元中的具有相同的单元内序号的子载波所对应的预编码信道进行比较。例如，在步骤S50’中，基站1检测每个预编码单元中的第1个子载波上的初始预编码信道的相位。然后，根据第i个预编码单元中的第1个子载波上的初始预编码信道的相位与第i-1个预编码单元中的第1个子载波上的校正(初始)预编码信道的相位的比较结果，如果发现相位不连续，在步骤S51’中，相应地调整第i个预编码单元中的每一个子载波的预编码信道的相位。
图6中示出了相对于图4的相位旋转后的信道曲线。
由于移动环境的复杂性，通常从发射机到接收机的信号包含有反射、衍射和绕射等多种信号成分，不同信号成分到达接收机的强度、时间和方向不同，并且在不同环境下差别很大。由于不同多径分量的不同到达时间，造成接收信号的时域展宽。多径传播的基本特征是到达接收机的各路发射信号具有不同的衰减因子和时延，接收信号在时域内的扩展称为时延扩展，它直接反映了信道的频域选择性(信号的不同频谱携带不同的功率)，时延扩展定义为多条路径中最大的时延。因此，我们进一步地观察带有相位旋转的预编码信道，也即校正预编码信道的时域特性。
进一步比较带有相位旋转的预编码信道和未经预编码的信道的统计特性。考虑到频域的信道相干性，本文使用带有相位旋转的每个资源块预编码以近似于更加实际的场景。带有相位旋转的预编码信道被转换到时域(相对于10个资源块资源分配的120点IFFT)，以观察统计特性，如图7和8所示。
如图7和8所示，经预编码的校正预编码信道具有与未经预编码的原始(raw)信道十分相似的统计特性。因此，用户设备可以在分配的资源上进行信道估计，以确定预编码信道的参数。
在方案一中，我们选取Gi时，主要是以频域上的不同的子载波进行划分的。例如上述的例子中，我们以预编码颗粒度中的一个或多个子载波与相邻的预编码颗粒度中的一个或多个子载波之间的初始预编码信道冲击响应作为比较的对象，以进行校正。除频域之外，如果需要，相位旋转操作也可以考虑时域相干性。也即，考察预编码颗粒度中的一个或多个符号(symbol)(时隙也即Time Slot，TS或子帧Subframe)与相邻的预编码颗粒度中的一个或多个符号(时隙或子帧)之间的相干性。为保持不同预编码颗粒度之间的时域相干性，所进行的操作与保持频域相干性的操作完全近似。当然，校正以保持时域相干性的操作可以在校正以保持频域相干性的操作之后进行，也可以单独进行。
方案二：幅度平滑
首先，获取信道状态信息。对于TDD系统，基站1可以根据接收到的移动终端2发送的上行参考信号进行下行信道的估计，以获取信道矩阵；在FDD系统中，移动终端2测量下行信道，并将测得的下行信道反馈给基站1，因此，基站1获取下行信道矩阵。
然后，基站1根据该下行信道矩阵进行矩阵分解，以获取初始预编码矩阵。在优选的实施例中，采用SVD分解获取初始预编码矩阵V。在一个变化的实施例中，也可以采用QR分解，得到初始预编码矩阵Q。其中Q表示一个正交矩阵，R表示一个上三角矩阵。注意到，这些矩阵分解的解不唯一。因此，得到的对应的预编码矩阵也不唯一。
除相位旋转外，如果需要，矩阵Gi也可以用于平滑初始预编码信道的幅值。以下，参考图9，对基于FFT的平滑方案进行具体描述。相位平滑可以在以多个预编码颗粒度所对应的初始预编码信道所组成的一个整体初始预编码信道的中进行，我们以Hint precoded表示该整体的初始预编码信道矩阵。
首先，在步骤S90中，基站1对信道Hint precode进行傅立叶逆变换(Inverse Fast Fourier Transform，IFFT)操作，获取到时域的信道冲击相应h；
然后，在步骤S91中，基站1将h截断，仅保留某个长度(例如循环前缀的长度Cyclic Prefix，CP)，并对所剪掉的点填零，获得hclip；
例如，基站1可以根据希望得到的最大多径时延，仅保留希望得到的最大多径时延所对应的时间点之前的h中的点，而将剩余的其他点全部填零。也即，相当于缩短了时域的最大多径时延。而时域的最大多径时延越短，频域的信道的幅度越平滑。
然后，在步骤在步骤S92中，基站1对hclip进行傅立叶变换(FastFourier Transform，FFT)，恢复平滑的信道Hsmooth；
然后，在步骤S93中，根据获取的Hsmooth，得到校正矩阵G，
其中，G＝Hsmooth·/(UD)          (4)
式(4)中，·/表示标量除(scalar quantity division，element-wisedivision)，表示对矩阵里面的每一个元素抽取出来的，每一个元素在多个预编码单元里面的值做标量除。
在方案二中，我们选取G时，主要是以频域上的不同的子载波进行划分的。除频域之外，如果需要，幅度平滑操作也可以考虑时域相干性。也即，考察预编码颗粒度中的一个或多个符号(时隙或子帧)与相邻的预编码颗粒度中的一个或多个符号(时隙或子帧)之间的相干性。为保持不同预编码颗粒度之间的时域相干性，所进行的操作与保持频域相干性的操作完全近似。当然，校正以保持时域相干性的操作可以在校正以保持频域相干性的操作之后进行，也可以单独进行。
方案三：相位旋转与幅度平滑的结合
在一个变化的实施例中，可以将方案一与方案二结合起来对初始预编码矩阵进行校正。
例如，可以在相位旋转的操作后，对相位旋转后的矩阵再进行幅度平滑的操作。以进一步提高预编码矩阵的相干性。
情形A对终端是完全透明的，移动终端2上不需要进行任何改动。
因为在校正后的预编码矩阵加权下的校正预编码信道满足相干性，因此，在三种方案下，移动终端2均可以跨不同的预编码颗粒度进行联合信道估计。
B.使预编码信道的特征值矩阵保持相干性
矩阵Gi可以被用来平滑预编码信道的特征值矩阵Di，而不是UiDi，即使得DiGi成为一个平坦衰落的对角阵。
具体地，可以先对初始预编码矩阵UD进行线性变换，例如左乘U的逆矩阵U-1。然后，参照情形A中的方案一或方案二或方案三，进行后续的操作。注意到，当采用方案二进行幅度校正时，公式(4)G＝Hsmooth·/(UD)需要进行修正，修正后的公式(5)为G＝Hsmooth·/D。
由于幅值被调整，这一特征值矩阵的平滑的方案实际上是一种功率分配算法。
因为在校正后的预编码矩阵加权下的校正预编码信道满足相干性，因此，移动终端2可以跨不同的预编码颗粒度进行联合信道估计。
以下，从装置的角度，对本发明进行具体的描述。图10示出了根据本发明的一个具体实施方式的装置框图。图10中的处理装置10位于基站1中，处理装置10包括初始预编码矩阵获取装置100，校正装置101，发送装置102。其中，校正装置101还包括第一校正矩阵获取装置1010，旋转装置1011，第二校正矩阵获取装置1012，幅度调整装置1013和特征值矩阵获取装置1014。
以下，首先以预编码单元包括一个子载波为例对本发明进行具体的说明，本领域技术人员可以理解，预编码单元可以包括多个子载波，例如，一个或多个资源块。在OFDM系统中，每个资源块包括12个子载波。
首先，初始预编码矩阵获取装置100获取信道状态信息。对于TDD系统，初始预编码矩阵获取装置100可以根据接收到的移动终端2发送的上行参考信号进行下行信道的估计，以获取信道矩阵；在FDD系统中，移动终端2测量下行信道，并将测得的下行信道反馈给初始预编码矩阵获取装置100，因此，基站1获取下行信道矩阵。
然后，初始预编码矩阵获取装置100根据该下行信道矩阵进行矩阵分解，以获取初始预编码矩阵。在优选的实施例中，采用SVD分解获取初始预编码矩阵V。在一个变化的实施例中，也可以采用QR分解，得到初始预编码矩阵Q。其中Q表示一个正交矩阵，R表示一个上三角矩阵。注意到，这些矩阵分解的解不唯一。因此，得到的对应的预编码矩阵也不唯一。
然后，采用校正矩阵，用于保持以与多个不同的预编码单元所对应的初始预编码矩阵进行预编码的信道的相干性，因此，新的预编码矩阵表示为：
Fi＝ViGi             (3)
式(3)中，Gi可以是一个对角矩阵，用于调整初始预编码信道UiDi的相位，使得多个预编码的单元之间的信道相干性得以恢复。
方案I相位旋转
首先，校正装置101中的第一校正矩阵获取装置1010检测各个子载波上的初始预编码信道的相位，并获取每一个子载波的相邻的子载波上的初始预编码信道的相位。例如，基站1希望考察一个子载波所对应的相位，以下，将该子载波称为目标子载波。
然后，将目标子载波上的初始预编码信道的相位与该目标子载波的相邻子载波，可选地，取与该目标子载波的前一个子载波上的校正(初始)预编码信道的相位之间的差值与(-2π，-π，0，π，2π)进行比较。如果该差值与0或者±2π最接近，表示该目标子载波上的初始预编码信道的相位相对于前一个子载波上的校正(初始)预编码信道的相位未发生相位的跳变；反之，如果该差值与±π最接近，表示该目标子载波上的初始预编码信道的相位相对于前一个子载波上的校正(初始)预编码信道的相位发生了跳变。例如，i取1所对应的初始预编码信道中，h11和h21的相位相对于i取0所对应的初始预编码信道中，h11和h21的相位的差值最接近π，而i取1所对应的初始预编码信道中，h12和h22的相位相对于i取0所对应的初始预编码信道中，h12和h22的相位的差值最接近2π，则构造对角矩阵G1，使得 G 1 = - 1 0 0 1 . 因此，由相位旋转装置1011经过对角矩阵G1变换后预编码矩阵所加权的校正预编码信道使得与之间连续，下标p1表示校正预编码信道。然后，将第2个子载波上的初始预编码信道的相位与已经校正的第1个子载波上的初始预编码信道的相位进行比较。一般地， H i p 1 = H i V i G i = U i D i V i H V i G i = U i D i G i , Gi使得第i个预编码单元的校正预编码矩阵的相位与第i-1个预编码单元的校正预编码矩阵的相位连续。
然后，发送装置102将经过第一校正装置校正后的预编码矩阵加权数据或者导频，以发送至移动终端2。
当预编码单元包括多个子载波，因为在同一个预编码单元中的各个子载波所采用的预编码矩阵相同，因此，可以仅取出不同预编码单元中的具有相同的单元内序号的子载波所对应的预编码信道进行比较。例如，第一校正装置获取装置1010检测每个预编码单元中的第1个子载波上的初始预编码信道的相位。然后，根据第i个预编码单元中的第1个子载波上的初始预编码信道的相位与第i-1个预编码单元中的第1个子载波上的校正(初始)预编码信道的相位的比较结果，如果发现相位不连续，相位旋转装置1011相应地调整第i个预编码单元中的每一个子载波的预编码信道的相位。
图6中示出了相对于图4的相位旋转后的信道曲线。
由于移动环境的复杂性，通常从发射机到接收机的信号包含有反射、衍射和绕射等多种信号成分，不同信号成分到达接收机的强度、时间和方向不同，并且在不同环境下差别很大。由于不同多径分量的不同到达时间，造成接收信号的时域展宽。多径传播的基本特征是到达接收机的各路发射信号具有不同的衰减因子和时延，接收信号在时域内的扩展称为时延扩展，它直接反映了信道的频域选择性(信号的不同频谱携带不同的功率)，时延扩展定义为多条路径中最大的时延。因此，我们进一步地观察带有相位旋转的预编码信道，也即校正预编码信道的时域特性。
进一步比较带有相位旋转的预编码信道和未经预编码的信道的统计特性。考虑到频域的信道相干性，本文使用带有相位旋转的每个资源块预编码以近似于更加实际的场景。带有相位旋转的预编码信道被转换到时域(相对于10个资源块资源分配的120点IFFT)，以观察统计特性，如图7和8所示。
如图7和8所示，经预编码的校正预编码信道具有与未经预编码的原始(raw)信道十分相似的统计特性。因此，用户设备可以在分配的资源上进行信道估计，以确定预编码信道的参数。
在方案I中，我们选取第一校正矩阵Gi时，主要是以频域上的不同的子载波进行划分的。例如上述的例子中，我们以预编码颗粒度中的一个或多个子载波与相邻的预编码颗粒度中的一个或多个子载波之间的初始预编码信道冲击响应作为比较的对象，以进行校正。除频域之外，如果需要，相位旋转操作也可以考虑时域相干性。也即，考察预编码颗粒度中的一个或多个符号(symbol)(时隙也即Time Slot，TS或子帧Subframe)与相邻的预编码颗粒度中的一个或多个符号(时隙或子帧)之间的相干性。为保持不同预编码颗粒度之间的时域相干性，所进行的操作与保持频域相干性的操作完全近似。当然，校正以保持时域相干性的操作可以在校正以保持频域相干性的操作之后进行，也可以单独进行。
方案II：幅度平滑
首先，获取信道状态信息。对于TDD系统，基站1可以根据接收到的移动终端2发送的上行参考信号进行下行信道的估计，以获取信道矩阵；在FDD系统中，移动终端2测量下行信道，并将测得的下行信道反馈给基站1，因此，基站1获取下行信道矩阵。
然后，基站1根据该下行信道矩阵进行矩阵分解，以获取初始预编码矩阵。在优选的实施例中，采用SVD分解获取初始预编码矩阵V。在一个变化的实施例中，也可以采用QR分解，得到初始预编码矩阵Q。其中Q表示一个正交矩阵，R表示一个上三角矩阵。注意到，这些矩阵分解的解不唯一。因此，得到的对应的预编码矩阵也不唯一。
除相位旋转外，如果需要，矩阵Gi也可以用于平滑初始预编码信道的幅值。以下，参考图9，对基于FFT的平滑方案进行具体描述。相位平滑可以在以多个预编码颗粒度所对应的初始预编码信道所组成的一个整体初始预编码信道的中进行，我们以Hint precoded表示该整体的初始预编码信道矩阵。
首先，第二校正矩阵获取装置1012中的傅立叶逆变换装置(图中未示出)对信道Hint precode进行傅立叶逆变换(Inverse Fast FourierTransform，IFFT)操作，获取到时域的信道冲击相应h；
然后，第二校正矩阵获取装置1012中的截断装置(图中未示出)将h截断，仅保留某个长度(例如循环前缀的长度Cyclic Prefix，CP)，并对所剪掉的点填零，获得hclip；
例如，截断装置可以根据希望得到的最大多径时延，仅保留希望得到的最大多径时延所对应的时间点之前的h中的点，而将剩余的其他点全部填零。也即，相当于缩短了时域的最大多径时延。而时域的最大多径时延越短，频域的信道的幅度越平滑。
然后，第二校正矩阵获取装置1012中的傅立叶变换装置(图中未示出)进行傅立叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)，恢复平滑的信道Hsmooth；
然后，第二校正矩阵获取装置1012根据获取的Hsmooth，得到校正矩阵G，
其中，G＝Hsmooth·/(UD)            (4)
式(4)中，·/表示标量除(scalar quantity division，element-wisedivision)，表示对矩阵里面的每一个元素抽取出来的，每一个元素在多个预编码单元里面的值做标量除。
然后，幅度平滑装置1013根据经过第二校正装置获取的第二校正矩阵G所校正后的预编码矩阵，对初始预编码信道进行幅度平滑操作。
然后，发送装置101将以经过第二校正矩阵校正后的校正预编码矩阵对数据和导频加权，并发送至移动终端2。
在方案II中，我们选取G时，主要是以频域上的不同的子载波进行划分的。除频域之外，如果需要，幅度平滑操作也可以考虑时域相干性。也即，考察预编码颗粒度中的一个或多个符号(时隙或子帧)与相邻的预编码颗粒度中的一个或多个符号(时隙或子帧)之间的相干性。为保持不同预编码颗粒度之间的时域相干性，所进行的操作与保持频域相干性的操作完全近似。当然，校正以保持时域相干性的操作可以在校正以保持频域相干性的操作之后进行，也可以单独进行。
方案III：相位旋转与幅度平滑的结合
在一个变化的实施例中，可以将方案I与方案II结合起来对初始预编码矩阵进行校正。
例如，可以在相位旋转的操作后，对相位旋转后的矩阵再进行幅度平滑的操作。以进一步提高预编码矩阵的相干性。
上述这三种方案对终端是完全透明的，移动终端2上不需要进行任何改动。
因为在校正后的预编码矩阵加权下的校正预编码信道满足相干性，因此，在这三种方案下，移动终端2均可以跨不同的预编码颗粒度进行联合信道估计。
C.使预编码信道的特征值矩阵保持相干性
矩阵Gi可以被用来平滑预编码信道的特征值矩阵Di，而不是UiDi，即使得DiGi成为一个平坦衰落的对角阵。
具体地，参照图11，特征值矩阵获取装置1014可以先对初始预编码矩阵UD进行线性变换，例如左乘U的逆矩阵U-1。然后，参照情形A中的方案一或方案二或方案三，进行后续的操作。注意到，当采用方案二进行幅度校正时，公式(4)G＝Hsmooth·/(UD)需要进行修正，修正后的公式(5)为G＝Hsmooth·/D。
由于幅值被调整，这一特征值矩阵的平滑的方案实际上是一种功率分配算法。
因为在校正后的预编码矩阵加权下的校正预编码信道满足相干性，因此，移动终端2可以跨不同的预编码颗粒度进行联合信道估计。
尽管在附图和前述的描述中详细阐明和描述了本发明，应认为该阐明和描述是说明性的和示例性的，而不是限制性的；本发明不限于所上述实施方式。
那些本技术领域的一般技术人员可以通过研究说明书、公开的内容及附图和所附的权利要求书，理解和实施对披露的实施方式的其他改变。在权利要求中，措词“包括”不排除其他的元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。在发明的实际应用中，一个零件可能执行权利要求中所引用的多个技术特征的功能。权利要求中的任何附图标记不应理解为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种在无线通信系统的基站中用于发送经预编码矩阵加权的导频和/或数据的方法，基站获取信道状态信息，包括以下步骤：
A.对所述信道状态信息进行矩阵分解，以获取初始预编码矩阵，其中，所述初始预编码矩阵不唯一；
B.对所述初始预编码矩阵进行线性变换，以旋转所述初始预编码矩阵的相位和/或平滑所述初始预编码矩阵的幅度，使得在经所述线性变换后的预编码矩阵加权条件下的校正预编码信道的相关信息保持相干性；
C.向移动终端发送经所述变换后预编码矩阵加权的导频和/或数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤B包括以下步骤：
B1.根据在所述初始预编码矩阵加权条件下的初始预编码信道，获取第一校正矩阵；
B2.用所述第一校正矩阵对所述初始预编码矩阵进行线性变换，使得在经所述第一校正矩阵线性变换后的预编码矩阵加权条件下的所述校正预编码信道的相位保持连续。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述步骤B2之后还包括：
B3.根据期望的时域最大多径时延，选取第二校正矩阵；
B4.用所述第二校正矩阵对所述相位保持连续的校正预编码信道进行线性变换，使得在经所述第二校正矩阵线性变换后的校正预编码矩阵加权条件下的所述校正预编码信道的幅度平滑。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述初始预编码信道包括多个预编码单元，所述步骤B1还包括：
-获取在所述初始预编码信道中的目标预编码单元的相邻预编码单元中，在经各自的相邻预编码矩阵加权条件下的相邻预编码信道的相位；
-根据所述相邻预编码信道的相位，调整在经所述目标预编码单元所对应的目标预编码矩阵加权条件下的目标预编码信道的相位，使得所述目标预编码信道的相位与相邻预编码信道的相位保持连续。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述预编码单元包括频率资源和/或时间资源。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤B还包括：
B1’.根据期望的时域最大多径时延，选取第二校正矩阵；
B2’.用所述第二校正矩阵对所述初始预编码矩阵进行线性变换，使得在经所述第二校正矩阵线性变换后的预编码矩阵加权条件下的所述预编码信道的幅度平滑。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述步骤B2’之前还包括：
-根据在所述初始预编码矩阵加权条件下的初始预编码信道，获取第一校正矩阵；
-用所述第一校正矩阵对所述初始预编码矩阵进行线性变换，使得在经所述第一校正矩阵线性变换后的预编码矩阵加权条件下的所述校正预编码信道的相位保持连续；
所述步骤B2’还包括：用所述第二校正矩阵对所述相位保持连续的校正预编码信道进行线性变换，使得在经所述第二校正矩阵线性变换后的校正预编码矩阵加权条件下的所述校正预编码信道的幅度平滑。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，在所述初始预编码矩阵加权条件下的信道为初始预编码信道，所述步骤B1’还包括：
B10’.对所述初始预编码信道进行傅立叶逆变换以获取时域中的信道响应；
B11’.根据所述期望的时域最大多径时延，截取所述时域信道响应中的前面多个连续的点，并将剩余的点填零，以生成截断的时域信道响应；
B12’.对所述截断的时域信道响应进行傅立叶变化，以获得所述幅度平滑的预编码信道；
B13’.将所述幅度平滑的预编码信道标量除以所述初始预编码信道，以获取所述第二校正矩阵。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述初始预编码矩阵加权条件下的信道为初始预编码信道，所述相关信息包括信道的特征值矩阵，所述步骤B还包括：
B1”.根据所述初始预编码信道，获取初始预编码信道的特征值矩阵；
B2”.调整所述特征值矩阵中的各个特征值的幅度，使得所述特征值矩阵的幅度平滑。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述步骤A还包括：
-对所述信道状态信息进行奇异值分解，其中，所述奇异值分解结果中的右酉矩阵为所述初始预编码矩阵。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述步骤A还包括：
-对所述信道状态信息进行QR分解，所述QR分解结果中的Q矩阵为所述初始预编码矩阵。
12.一种在无线通信系统的基站中用于发送经预编码矩阵加权的导频和/或数据的处理装置，其中，基站获取信道状态信息，包括：
初始预编码矩阵获取装置，用于对所述信道状态信息进行矩阵分解，以获取初始预编码矩阵，其中，所述初始预编码矩阵不唯一；
校正装置，用于对所述初始预编码矩阵进行线性变换，以旋转所述初始预编码矩阵的相位和/或平滑所述初始预编码矩阵的幅度，使得在经所述线性变换后的预编码矩阵加权条件下的校正预编码信道的相关信息保持相干性；
发送装置，用于向移动终端发送经所述变换后预编码矩阵加权的导频和/或数据。
13.根据权利要求12所述的处理装置，其中，所述校正装置包括：
第一校正矩阵获取装置，根据在所述初始预编码矩阵加权条件下的初始预编码信道，获取第一校正矩阵；
相位旋转装置，用所述第一校正矩阵对所述初始预编码矩阵进行线性变换，使得在经所述第一校正矩阵线性变换后的预编码矩阵加权条件下的所述校正预编码信道的相位保持连续。
14.根据权利要求12所述的处理装置，其中，所述校正装置还包括：
第二校正矩阵获取装置，根据期望的时域最大多径时延，选取第二校正矩阵；
幅度平滑装置，用于用所述第二校正矩阵对所述初始预编码矩阵进行线性变换，使得在经所述第二校正矩阵线性变换后的预编码矩阵加权条件下的所述预编码信道的幅度平滑。
15.根据权利要求12所述的处理装置，其中，在所述初始预编码矩阵加权条件下的信道为初始预编码信道，所述相关信息包括信道的特征值矩阵，所述校正装置还包括：
特征值矩阵获取装置，用于根据所述初始预编码信道，获取初始预编码信道的特征值矩阵；
所述校正装置还用于，调整所述特征值矩阵中的各个特征值的幅度，使得所述特征值矩阵的幅度平滑。
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