CN102460994A

CN102460994A - 在基于码本的多天线系统中的发送/接收装置及其方法

Info

Publication number: CN102460994A
Application number: CN2010800288150A
Authority: CN
Inventors: D.马扎雷斯; B.科勒克斯; 李相佑
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2010-04-27
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2030-04-27
Also published as: RU2011143310A; US20100272206A1; WO2010126281A2; EP2425542A4; EP2425542B1; US8494088B2; RU2525231C2; EP2425542A2; KR101624119B1; JP2012525722A; KR20100118084A; WO2010126281A3; CN102460994B; MY152716A

Abstract

提供一种在基于码本的多天线系统中的发送/接收装置及其方法。在基于码本的多输入多输出(MIMO)系统中的发送方法中，从接收器接收控制信息。基于所述控制信息在开环(OL)-MIMO码本内确定码字，在该OL-MIMO中重复使用闭环(CL)-MIMO码本。使用确定的码字经由至少一个天线发送至少一个数据流。

Description

在基于码本的多天线系统中的发送/接收装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种发送/接收装置及其方法。更具体地，本发明涉及一种用于通过使用码本来执行通信的发送/接收装置和方法。

背景技术

最近，随着对高速和高质量数据传输的需求的增加，使用多个发送/接收天线的多输入多输出(MIMO)技术作为一种满足此要求的技术引起了人们的注意。与单个天线系统相比，MIMO技术可以通过使用经由多个天线的多个信道执行通信来提高信道容量。例如，当发送端和接收端两者都使用M个发送天线和接收天线时，每个天线的信道是独立的，并且带宽和整个发射功率是固定的，与单个天线相比平均信道容量增加M倍。

取决于是否反馈信道信息，MIMO技术可以被分类为开环MIMO(OL-MIMO)和闭环MIMO(CL-MIMO)。在CL-MIMO中，接收器向发送器反馈信道信息。CL-MIMO还可以被分类为两种。一种CL-MIMO允许接收器量化信道系数值并且向发送器反馈该系数值。在此方法中，虽然发送器可以识别关于信道的更精确的值，但是产生了反馈开销。另一种CL-MIMO允许接收器使用估计信道搜索码本，并且向发送器反馈相应于搜索到的权重的码本索引。在此方法中，可以降低反馈开销。

在由终端的移动造成的随时间变化的信道环境中，很难基于反馈信息执行下行链路传输。在这种情况下，可以依靠基于OL-MIMO的下行链路传输。此外，在这种情况下为了保持可接受的性能，需要适应于由用户发送的空间流的数量。空间流的数量或空间多路复用增益不仅取决于典型地由终端接收器受到的信噪比(SN_r)，而且取决于信道中的空间相关性。典型地通过在发送器处应用预编码矩阵来调整发送的流的数量。预编码矩阵具有尺寸N×M，其中M是物理天线的数量而N是空间流的数量。

对于OL-MIMO传输重复使用来自用于CL-MIMO传输的码本的预编码矩阵。然而，因为在OL-MIMO中终端不反馈关于信道矩阵的特定信息，所以用于实际上从码本选择预编码矩阵的方法不清楚。

因此，存在对用于如下环境中的码本设计的装置和方法的需要：在该环境中用于CL-MIMO系统的码本在OL-MIMO系统中被重复使用。

发明内容

本发明的一方面将处理至少以上提到的问题和/或缺点，并且提供至少如下所述的优点。因此，本发明的一方面将提供一种用于在基于码本的MIMO系统中从用于闭环-多输入多输出(CL-MIMO)的码本生成用于开环-MIMO(OL-MIMO)码本的方法。

本发明的另一方面将提供一种在基于码本的MIMO系统中用于使用来自用于CL-MIMO的码本的用于OL-MIMO的码本执行通信的装置和方法。

根据本发明的一方面，提供一种在基于码本的MIMO系统中的发送方法。所述方法包括从接收器接收控制信息、基于所述控制信息在其中CL-MIMO码本被重复使用的OL-MIMO码本内确定码字、以及使用确定的码字经由至少一个天线发送至少一个数据流。

根据本发明的另一方面，提供一种在基于码本的MIMO系统中的接收方法。所述方法包括向发送器发送控制信息、基于所述控制信息在其中CL-MIMO码本被重复使用的OL-MIMO码本内确定码字、以及使用确定的码字经由至少一个天线从发送器接收至少一个数据流。

仍根据本发明的另一方面，提供一种在基于码本的MIMO系统中的发射装置。所述装置包括：反馈接收器，用于从接收器接收控制信息；波束形成权重生成器，用于基于所述控制信息在其中CL-MIMO码本被重复使用的OL-MIMO码本内确定码字；以及波束形成单元，用于使用确定的码字经由至少一个天线发送至少一个数据流。

还根据本发明的另一方面，提供一种在基于码本的MIMO系统中的接收装置。所述装置包括：反馈发送器，用于向发送器发送控制信息；信道估计器，用于基于所述控制信息在其中CL-MIMO码本被重复使用的OL-MIMO码本内确定码字；以及MIMO检测器，用于使用确定的码字经由至少一个天线从发送器接收至少一个数据流。

从如下结合附图的公开了本发明示范性实施例的详细说明中，本发明的其他方面、优点和显著特征将对本领域技术人员变得清楚。

附图说明

从如下结合附图的详细说明中，本发明特定示范性实施例的以上和其他方面、特征和优点将变得更加清楚，其中：

图1是示出根据本发明示范性实施例的用于生成码本的方法的流程图；

图2是示出根据本发明示范性实施例的在基于码本的MIMO系统中的接收器的操作的流程图；

图3是示出根据本发明示范性实施例的在基于码本的MIMO系统中的发送器的操作的流程图；

图4是示出根据本发明示范性实施例的在基于码本的MIMO系统中的发送器的框图，以及；

图5是示出根据本发明示范性实施例的在基于码本的MIMO系统中的接收器的框图。

遍及附图，相同的参考标号将被理解为指示相同的部分、组件和结构。

具体实施方式

提供以下参照附图的描述以帮助对由权利要求及其等同物限定的本发明的示范性实施例的全面理解。该描述包括各种特定细节以帮助理解但是这些将被认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员将了解的是，可以对在此描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。此外，为了清楚和简明的目的将省略对公知功能和构造的描述。

在下面的描述和权利要求中使用的术语和词不限于它们的词典意义，而是仅由发明人用来以便使得能够清楚和一致地理解本发明。因此，对本领域那些技术人员清楚的是，提供本发明的示范性实施例的以下描述仅为了说明目的，而不是为了对由所附权利要求及其等同物定义的本发明进行限制的目的。

将理解地是，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代，除非上下文另外明确指出。从而，例如，指代“一个组件表面”包括指代一个或多个这种表面。

本发明的示范性实施例提供一种用于通过在基于码本的MIMO系统中重复使用闭环-多输入多输出(CL-MIMO)码本来设计开环-MIMO(OL-MIMO)的替换方法。此外，本发明的示范性实施例提供一种用于使用OL-MIMO码本来执行通信的系统(发送器和接收器)，其中通过重复使用CL-MIMO码本来设计所述OL-MIMO码本。

虽然将本发明描述为应用于作为示例的使用正交频分复用(OFDM))/正交频分多址(OFDMA)无线通信系统的系统，但是本发明适用于使用基于码本访问的任何系统(例如，基于码分多址(CDMA)的系统)。

此外，在下面描述用于对于八个、四个和两个天线设计码本的示范性方法。然而，根据发送天线的数量、流的数量、码本索引位的数量等等，能容易地对本发明进行扩展。

用于OL-MIMO中的预编码的码本子集的设计不同于用于CL-MIMO中的预编码的码本子集的设计。用于CL-MIMO预编码的基本码本具有的目的是通过包括码本的矩阵中的邻接子载波的子带来最小化在实际信道与其量化的信道之间的量化误差。

然而，在OL-MIMO预编码期间，对于包括邻接或分布的子载波的资源的分配，码本子集需要被优化。在示范性实现中，应该同时满足两个目的。这两个目的包括在分布的资源分配中提供空间分集(spatial diversity)以及在本地的分配中提供机会调度(opportunistic scheduling)增益。此外，码本子集需要相对于包括空间上非相关的以及相关的信道的各种信道传播条件是强健的。

可以添加诸如那些保证较低秩(rank)的预编码器被包含作为在相同子载波集合上的更高秩的预编码器的有序或无序的列的特征(称为‘嵌套属性(nested property)’)之类的约束，以便降低系统操作的复杂性。因为具有不同秩的用户可以重复使用相同的预编码的导频，此特性允许在资源分配方面的更大灵活性。它还简化终端处的秩自适应，因为对于较低秩的信道质量指示符(CQI)的计算，可以重复使用对于较高秩的CQI的计算。

使用以下符号描述本发明的示范性实施例：

N：在给定秩的基本码本中的矩阵的数量

N_t：发送天线的数量

N_w：给定秩的码本子集的尺寸

w_k：在给定秩的基本码本中的具有索引k的码字(矩阵)

θ_t：具有在[0，2π]内的值的角

w^T：矩阵w的转置

w^H：矩阵w的Hermitian(共轭转置)

λ：波长

d：天线阵列元素的间距(以波长表示)

在下面的描述中使用由电气与电子工程师协会(IEEE)802.16标准采用的基本码本。

以下，基本码本表示用于CL-MIMO的码本，并且参考图1描述用于生成基本码本作为用于OL-MIMO的码本的示范性方法。

图1是示出根据本发明示范性实施例的用于生成码本的方法的流程图。

参照图1，在步骤100中，处理器对于每个秩选择码本子集尺寸以便保证在分布的资源分配上的全部空间分集。典型地，处理器选择N_w以使得全部矩阵当中的单一列的数量至少等于N_t。

在步骤102中，处理器选择码本子集以使得它们最大化基本码本中的给定秩的全部预编码器当中的最小的弦距离，以便优化在空间上非相关的信道的性能。使用等式(1)确定最小弦距离。

OLcodebook_candidates = \arg \max \min_{1 \leq k < l \leq N} \sqrt{1 - {| w_{k}^{H} w_{l} |}^{2}} . . . (1)

在步骤104中，处理器选择用于秩-1的码本子集以使得它们最大化给定秩的全部预编码器当中的最小的乘积距离，以便优化在空间上相关的信道方面的性能。使用等式(2)确定最小的乘积距离。

OLcodebook = \underset{OLcodebook_candidates}{\arg \max} \min_{θ_{t}} Π_{k = 1}^{N} {| w_{k}^{T} a_{t} (θ_{t}) |}^{2}

a_{t} (θ_{t}) = {[\begin{matrix} 1 & e^{- j 2 π \frac{d}{λ} \cos (θ_{t})} & . . . & e^{- j 2 π (n_{t} - 1) \frac{d}{λ} \cos (θ_{t})} \end{matrix}]}^{T} . . . (2)

在步骤106中，处理器选择不同秩的码本子集以使得它们满足保证较低秩的预编码器被包含做为较高秩的预编码器的有序或无序的列的嵌套属性。因此，给不同秩的用户分配共享相同的预编码的导频的资源中的不同的子载波。在被分配了资源中的子载波的所有用户当中，将这些导频与最高秩的预编码器一起预编码。

在步骤108中，处理器选择不同秩的码本子集以使得它们最小化不同矩阵的数量以及矩阵的列的数量。

同时，应用在子载波k上的N_t×M_t预编码矩阵w_t被选择为秩M_t的OL-MIMO码本子集中的索引i的码字，其中i通过等式(3)给定，

其中PSC是邻接子载波的数量，N是确定资源中的子载波的数量的自适应参数，其中在该资源上所述预编码器是不变的，

是用于输出接近x的整数值的函数，k是子载波索引并且N_W是给定秩的码本子集尺寸。也就是说，在等式(3)中，对于每个子带应用OL-MIMO码本子集。

在表格1到表格12中示出通过图1的码本生成方法从CL-MIMO码本生成的示范性OL-MIMO码本子集。

在八个发送天线情况下，循环周期(N.P_SC)和子集尺寸N_W如表格1中那样设置。

表格1

秩	N_w	N.P_SC
			1	8	4
2	4	4
			3	4	4
4	2	4
			5	2	4
6	2	4
			7	2	4
8	1	4

在表格1中，N.P_SC可以具有不同于4的值，但是遍及全部秩是相同的值。同时，在表格2中定义子集中的码字的索引。

表格2

在IEEE 802.16标准中，通过下面的等式(4)定义V8(:，:，1)和V8(:，:，3)。

V 8 (:, :, 1) = \frac{1}{\sqrt{8}} H_{1,1,3} (1,3,2,4) = \frac{1}{\sqrt{8}} [\begin{matrix} 1 & 1 & 1 & 1 & 1 & 1 & 1 & 1 \\ 1 & - 1 & j & - j & \frac{(1 + j)}{\sqrt{2}} & - \frac{(1 + j)}{\sqrt{2}} & \frac{(- 1 + j)}{\sqrt{2}} & - \frac{(- 1 + j)}{\sqrt{2}} \\ 1 & 1 & - 1 & - 1 & j & j & - j & - j \\ 1 & - 1 & - j & j & \frac{(- 1 + j)}{\sqrt{2}} & - \frac{(- 1 + j)}{\sqrt{2}} & \frac{(1 + j)}{\sqrt{2}} & - \frac{(1 + j)}{\sqrt{2}} \\ 1 & 1 & 1 & 1 & - 1 & - 1 & - 1 & - 1 \\ 1 & - 1 & j & - j & - \frac{(1 + j)}{\sqrt{2}} & \frac{(1 + j)}{\sqrt{2}} & \frac{(- 1 + j)}{\sqrt{2}} & \frac{(- 1 + j)}{\sqrt{2}} \\ 1 & 1 & - j & - j & - j & - j & j & j \\ 1 & - 1 & - j & j & - \frac{(- 1 + j)}{\sqrt{2}} & \frac{(- 1 + j)}{\sqrt{2}} & - \frac{(1 + j)}{\sqrt{2}} & \frac{(1 + j)}{\sqrt{2}} \end{matrix}]

V_{8} (:, j, 3) = \frac{1}{\sqrt{8}} [\begin{matrix} 1 \\ e^{jπ \sin (θ_{j})} \\ e^{j 2 π \sin (θ_{j})} \\ e^{j 3 π \sin (θ_{j})} \\ e^{j 4 π \sin (θ_{j})} \\ e^{j 5 π \sin (θ_{j})} \\ e^{j 6 π \sin (θ_{j})} \\ e^{j 7 π \sin (θ_{j})} \end{matrix}]

其中

θ_{j} = ((j - 1) + 1 / 2) * \frac{π}{24} - \frac{π}{3} . . . (4)

在秩4到秩8期间，子集中的码字的索引与基本码本中的相同码字的索引相同。

例如，当N_w＝8并且秩是1时，存在₁₆C₈＝12870集合的码字。这里，两个集合最大化最小的弦距离，并且两个集合的最小的乘积距离是0。这两个集合是{0，3，5，7，9，11，13，15}和{0，2，4，6，8，10，12，15}。然而，因为可以从分布的资源分配获得最大的空间分集，所以搜索小尺寸的子集。在八个发送天线中的小的子集尺寸的优点是它可以最小化存储器和处理要求。也就是说，在秩1，基本码本的索引是{0，3，5，7，9，11，13，15}，并且对应于此的V8(:，:，3)的列索引是{0，2，4，6，8，10，14，16}。此外，在秩2中，当通过减小子集尺寸将{0，1，2，3}确定为基本码本的索引，则V8(:，:，13)的列索引变为{1，5}、{2，6}、{3，7}和{4，8}。在秩3中，当通过减小子集尺寸将{0，1，2，53}确定为基本码本的索引，则V8(:，:，13)的列索引变为{1，3，5}、{2，4，6}、{2，3，7}和{4，6，8}。

同时，当在频域中看到码字的序列时，可知遍及在秩2到秩8的预编码器期间的每个子载波满足嵌套属性。也就是说，较高的秩包括较低的秩。

第一行表示码本子集中的预编码器索引，并且第二行表示使用基本码本中的秩1的列的预编码器。

表格3示出在八个发送天线码本子集中的具有嵌套特性的循环序列。

表格3

也就是说，从子载波0到子载波N.P_SC-1，秩2中的V8(:，:，1)的列索引是{1，5}(即，相应于秩2的码本矩阵索引0)，秩3中的V8(:，:，1)的列索引是{1，3，5}(即，相应于秩3的码本矩阵索引1)，...，并且秩8中的V8(:，:，1)的列索引是{1，2，3，4，5，6，7，8}(即，相应于秩8的码本矩阵索引1)。同样，关于子载波N.P_SC到子载波2N.P_SC-1、子载波2N.P_SC到子载波3N.P_SC-1、子载波3N.P_SC到子载波4N.P_SC-1等等，满足‘嵌套特性’。

参照表格3，对于秩1，相应于秩2的码本矩阵索引0被分配给子载波0到N.P_SC-1，相应于秩2的码本矩阵索引1的码字被分配给子载波N.P_SC到2N.P_SC-1，相应于秩2的码本矩阵索引2的码字被分配给子载波2N.P_SC到3N.P_SC-1，并且相应于秩2的码本矩阵索引3的码字被分配给子载波3N.P_SC到4N.P_SC-1。换句话说，当秩被确定并且子载波被确定时，在OL-MIMO码本子集当中的相关的码字被确定。

因此，可以再次由表格4和表格5表示表格2和表格3。

表格4

表格5

这里，C_DLOLSU(N_t，M_t，N_w)是下行链路(DL)OL单用户MIMO(SU-MIMO)索引，N_t是发送天线的数量，M_t是流的数量，并且N_w是给定秩的码本子集尺寸。C_DLOLSU(N_t，M_t，N_w，i)是C_DLOLSU(N_t，M_t，N_w)的第i码本条目。

首先，在四个发送天线的情况下，循环周期(N.P_SC)和子集尺寸N_w如表格6中那样设置。

表格6

秩	N_w	N.P_SC
			1	4	4
2	4	4
			3	2	4
4	1	4

在表格6中，N.P_SC可以具有不同于4的值，但是遍及全部秩值是相同的。同时，如在表格7中那样定义子集中的码字的索引。

表格7

例如，当N_w＝4并且秩是1时，存在₆₄C₄＝635376集合的码字。这里，八个集合最大化最小的弦距离，并且仅八个集合中的1个集合最大化最小的乘积距离。此集合是{8，9，10，11}。

秩1的码字8包括在秩2的码字索引{14，23，25，26}中，秩1的码字9包括在秩2的码字索引{23，27，28，43}中，秩1的码字10包括在秩2的码字索引{14，27，29，30，44，57}中，并且秩1的码字11包括在秩2的码字索引{25，29，51，59}中。因此，当在秩2中N_w＝4时，码字矩阵{8，9}，{10，11}，{9，10}，和{8，11}存在。

同样地，当秩是3并且N_w＝2时，码字矩阵是{8，9，10}和{8，10，11}。类似地，

秩1的码字8嵌套在具有索引：{12，13}的秩3的码字中

秩1的码字9嵌套在具有索引：{12}的秩3的码字中

秩1的码字10嵌套在具有索引：{12，13}的秩3的码字中

秩1的码字11嵌套在具有索引：{12}的秩3的码字中

同样地，当秩是4并且N_w＝1时，码字矩阵是{8，9，10，11}。

同时，当在频域中看码字的序列时，可知遍及在秩1到秩4的预编码器期间的每个子载波满足嵌套属性。也就是说，较高的秩包括较低的秩。

表格8示出在四个发送天线码本子集中的具有嵌套特性的循环序列。

表格8

同样地，即使在四个发送天线的情况下，当秩被确定并且子载波被确定时，在OL-MIMO码本子集的的相关的码字被确定。因此，终端或基站可以不用单独的反馈信息就确定OL-MIMO码本中的码字。

因此，可以再次通过表格9表示表格8。

表格9

这里，C_DLOLSU(N_t，M_t，N_w)是DL OL SU-MIMO索引，N_t是发送天线的数量，M_t是流的数量，并且N_w是给定秩的码本子集尺寸。C_DLOLSU(N_t，M_t，N_w，i)是C_DLOLSU(N_t，M_t，N_w)的第i个码本条目。

对于另一示例，在四个发送天线的情况下，循环周期(N.P_SC)和子集尺寸N_w如表格10中那样设置。

表格10

秩	N_w	N.P_SC
			1	4	4
2	2	4
			3	2	4
4	1	4

在表格6中，N.P_SC可以具有不同于4的值，但是遍及全部秩是相同的值。同时，在表格11中定义子集中的码字的索引。

表格11

例如，当N_w＝4并且秩是1时，存在₆₄C₄＝635376集合的码字。这里，八个集合最大化最小的弦距离，并且仅八个集合中的1个最大化最小的乘积距离。此集合是{8，9，10，11}。这类似于表格5，但是不同点是当秩2中的N_w＝2时，码字矩阵{8，9}和{10，11}存在。

表格12示出在四个发送天线码本子集中的具有嵌套特性的循环序列。

表格12

可以再次通过表格13表示表格12。

表格13

在两个发送天线情况下，循环周期(N.P_SC)和子集尺寸N_w是如表格14中的集合。

表格14

秩	N_w	N.P_SC
			1	4	4
2	2	4

在表格14中，N.P_SC可以具有不同于4的值，但是遍及全部秩是相同的值。同时，在表格15中定义子集中的码字的索引。

表格15

同时，当在频域中看码字的序列时，可知遍及在秩1到秩2的预编码器期间的每个子载波满足了嵌套属性。也就是说，较高的秩包括较低的秩。

表格16示出在两个发送天线码本子集中的具有嵌套特性的循环序列。

表格16

可以再次通过表格17表示表格16。

表格17

在实现中，在表格15中的N被愈加降低的情况中，对于两个发送天线，循环周期(N.P_SC)和子集尺寸N_w是如表格18中的集合。

表格18

秩	N_w	N.P_SC
			1	2	4
2	1	4

在表格18中，N.P_SC可以具有不同于4的值，但是遍及全部秩是相同的值。同时，如在表格19中那样定义子集中的码字的索引。

表格19

表格20示出在两个发送天线码本子集中的具有嵌套特性的循环序列。

表格20

可以再次通过表格21表示表格20。

表格21

在另一实现中，在表格15中的N被愈加降低的情况中，对于两个发送天线，如表格22中设置循环周期(N.P_SC)和子集尺寸N_w。

表格22

秩	N_w	N.P_SC
			1	2	4
2	1	4

在表格22中，N.P_SC可以具有不同于4的值，但是遍及全部秩是相同的值。同时，在表格23中定义子集中的码字的索引。

表格23

表格24示出在两个发送天线码本子集中的具有嵌套特性的循环序列。

表格24

可以再次通过表格25表示表格24。

表格25

在另一实现中，对于四个发送天线，如表格26中那样设置循环周期(N.P_SC)和子集尺寸N_w。

表格26

秩

N_w

N.P_SC

1	4	4
			2	4	4
3	4	4
			4	4	4

在表格26中，N.P_SC可以具有不同于4的值，但是遍及全部秩是相同的值。同时，在表格27中定义子集中的码字的索引。

表格27

表格28

可以再次通过表格29表示表格28。

表格29

参照图2在下面讨论如上所述的使用生成的码本的示范性系统。

图2是示出根据本发明示范性实施例的在基于码本的MIMO系统中的接收器的操作的流程图；在下面的描述中，术语接收器用作相对概念上的单元。这里，为描述起见，接收器被假设为终端。

参照图2，在步骤200中，接收器使用关于子带n中的子载波的参考信号(例如：导频信号)估计信道系数，并且使用估计的信道系数形成在发送端和接收端之间的信道矩阵。

在步骤202中，接收器使用信道矩阵搜索码本。在示范性实现中，接收器从在表格1到表格12中确定的码本来确定最大化关于子带n的CQI的秩k，并且确定用于每个天线的权重。

在步骤204中，接收器使用秩信息、CQI和子带索引信息，生成反馈消息并且反馈该反馈消息。

图3是示出根据本发明示范性实施例的在基于码本的MIMO系统中的发送器的操作的流程图。在下面的描述中，术语发送器用作相对概念上的单元。这里，为描述起见，发送器被假设为基站。

参照图3，在步骤300中，发送器向接收器发送用于宽带信道估计的参考信号(例如，DL导频信号)，并且在步骤302中接收秩信息、CQI和子带索引信息。

当秩信息、CQI信息和子带索引信息被接收时，在步骤304中，发送器使用秩信息、CQI信息和子带索引信息搜索码本，并且确定相应于码本索引的波束形成权重(权重向量或权重矩阵)。

在示范性实现中，当使用OL-MIMO码本时，发送器使用秩信息和子带索引信息确定权重。例如，当秩是2并且在表格3中使用在0到NPSC-1之间的子载波时，预编码矩阵是{1，5}。

相反地，当使用CL-MIMO码本时，发送器确定表格2中的秩信息和CQI信息并且确定预编码矩阵。

在步骤306中，发送器使用确定的波束形成权重对在发送数据执行波束形成并且经由多个天线发送数据。

图4是示出根据本发明示范性实施例的在基于码本的MIMO系统中的发送器的框图。

参照图4，发送器包括编码器400、交织器402、调制器404，波束形成单元406、多个子载波映射单元408-1到408-N_t、多个OFDM调制器410-1到410-N_t、多个射频(RF)发送器412-1到412-N_t、反馈接收器414和波束形成权重生成器416。

参照图4，编码器40对发送数据进行信道编码并且对其进行输出。这里，编码器400可以使用卷积码(CC)、Turbo码(TC)、卷积Turbo码(CTC)、低密度奇偶校验(LDPC)码等等。交织器402对来自编码器400的编码数据进行交织，并对其进行输出。调制器404调制来自交织器402的数据并且生成调制的符号。例如，调制器404可以使用四相移相键控(QPSK)、16正交调幅(QAM)、640QAM等等。这里，在多个流被服务的情况中，可以以相同的调制和编码方案(MCS)级别或不同MCS级别来调制多个流。

反馈接收器414读取由接收器(终端)反馈的消息。根据本发明的示范性实施例，反馈接收器414从反馈消息获得码本索引(秩信息、CQI信息和子带索引信息)，并且向波束形成权重生成器416提供码本索引。波束形成生成器416具有根据本发明示范性实施例的码本，使用由终端反馈的码本索引(秩信息、CQI信息和子带索引信息)来搜索码本(参考表格1到表格12)，并且向波束形成单元406提供相应于码本索引的波束形成权重(权重向量或权重矩阵)。

波束形成单元406通过将来自波束形成权重生成器416的波束形成权重(权重向量或权重矩阵)乘以来自调制器404的数据来生成多个天线信号。在这一点上，第一天线信号被提供给子载波映射单元408-1，并且第N_t天线信号被提供给子载波映射单元408-N_t。

多个子载波映射单元408-1到408-N_t的每一个将来自波束形成单元406的相关天线信号映射为子载波并输出该子载波。多个OFDM调制器410-1到410-N_t的每一个通过对来自相应的子载波映射单元408的数据执行快速傅里叶逆变换(IFFT)以生成时域中的数据，并且将保护部分(例如，循环前缀)插入进时域中的数据以生成OFDM符号。多个RF发送器412-1到412-N_t的每一个将来自相应的OFDM调制器的数据转换成为模拟信号，将该模拟信号转换成为RF信号，并且经由相关的天线发送该RF信号。

参照图5，接收器包括多个RF接收器500-1到500-N_r、多个OFDM解调器502-1到502-N_r、多个子载波去映射单元504-1到504-N_r、MIMO检测器506、去交织器508、解码器510、信道估计器512、码本搜索单元514以及反馈发送器516。

参照图5，多个RF接收器500-1到500-N_r的每一个将经由相关的天线接收的RF信号转换成为基带信号，并且将该基带模拟信号转换成为数字采样数据。多个OFDM解调器502-1到502-N_r的每一个从来自RF接收器的采样数据除去保护部分，并且通过对已经从其除去保护部分的采样数据执行FFT来生成频域中的数据。多个子载波去映射单元504-1到504-N_r的每一个从来自相应的OFDM解调器的数据提取接收数据，并且向MIMO检测器506提供该接收数据。此外，多个子载波去映射单元504-1到504-N_r的每一个提取用于信道估计的特定的信号(例如，导频信号)并且向信道估计器512提供该信号。

MIMO检测器506使用来自多个子载波去映射单元504-1到504-N_r的数据来生成接收矢量，并且使用该接收矢量和来自信道估计器512的信道矩阵来估计发送符号。在这一点上，MIMO检测器506可以使用多个公知的MIMO检测算法。这里，假设MIMO检测器506的输出是对数似然比(LLR)数据。去交织器508对来自MIMO检测器506的数据进行去交织。解码器510解码来自去交织器508的数据并且恢复信息数据。

信道估计器512使用来自子载波去映射单元504-1到504-N_r的导频信号来估计信道系数，使用该信道系数生成信道矩阵，并且向码本搜索单元514提供该信道矩阵。码本检测单元514具有根据本发明示范性实施例形成的码本，使用来自信道估计器512的信道矩阵来搜索码本，并且向反馈发送器516提供搜索到的码本索引(包括秩信息)。

反馈发送器516使用来自码本检测单元514的码本索引生成反馈消息，并且向基站发送该反馈消息。

虽然已经参照本发明的特定示范性实施例示出和描述本发明，但是本领域技术人员应该理解，可在形式和细节方面进行各种改变而不脱离由所附权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围。

Claims

1.一种在基于码本的多输入多输出(MIMO)系统中的发送方法，所述方法包括：

从接收器接收控制信息；

基于所述控制信息在开环(OL)-MIMO码本内确定码字，在该OL-MIMO中闭环(CL)-MIMO码本被重复使用；以及

使用确定的码字经由至少一个天线发送至少一个数据流。

2.一种在基于码本的多输入多输出(MIMO)系统中的接收方法，所述方法包括：

向发送器发送控制信息；

使用确定的码字经由至少一个天线从所述发送器接收至少一个数据流。

3.一种在基于码本的多输入多输出(MIMO)系统中的发射装置，所述装置包括：

反馈接收器，用于从接收器接收控制信息；

波束形成权重生成器，用于基于所述控制信息在开环(OL)-MIMO码本内确定码字，在该OL-MIMO中闭环(CL)-MIMO码本被重复使用；以及

波束形成单元，用于使用确定的码字经由至少一个天线发送至少一个数据流。

4.一种在基于码本的多输入多输出(MIMO)系统中的接收装置，所述装置包括：

反馈发送器，用于向发送器发送控制信息；

信道估计器，用于基于所述控制信息在开环(OL)-MIMO码本内确定码字，在该OL-MIMO中闭环(CL)-MIMO码本被重复使用；以及

MIMO检测器，用于使用确定的码字经由至少一个天线从所述发送器接收至少一个数据流。

5.如权利要求1所述的方法，如权利要求2所述的方法，如权利要求3所述的装置以及如权利要求4所述的装置，其中所述控制信息包括秩、信道质量指示符(CQI)以及子带索引中的至少一个。

6.如权利要求1所述的方法，如权利要求2所述的方法，如权利要求3所述的装置以及如权利要求4所述的装置，其中所述至少一个天线由八个天线组成，并且所述OL-MIMO码本包括在秩和相应于该秩的码本子集尺寸N_w之间的在下面表格中的关系：

秩 1 2 3 4 5 6 7 8 N_w 8 4 4 2 2 2 2 1

其中当使用八个发送天线时，OL-MIMO码本包括以下表格：

其中C_DLOLSU(N_t，M_t，N_w)是下行链路(DL)OL单用户MIMO(SU-MIMO)索引，N_t是发送天线的数量，M_t是流的数量，N_w是给定秩的码本子集尺寸，并且C_DLOLSU(N_t，M_t，N_w，i)是CDLOLSU(N_t，M_t，N_w)的第i个码本条目。

7.如权利要求1所述的方法，如权利要求2所述的方法，如权利要求3所述的装置以及如权利要求4所述的装置，其中所述至少一个天线由四个天线组成，并且所述OL-MIMO码本包括在秩和相应于该秩的码本子集尺寸N_w之间的在下面表格中的关系：

秩 1 2 3 4 N_w 4 4 2 1

其中当使用四个发送天线时，OL-MIMO码本包括以下表格：

其中C_DLOLSU(N_t，M_t，N_w)是下行链路(DL)OL单用户MIMO(SU-MIMO)索引，N_t是发送天线的数量，M_t是流的数量，N_w是给定秩的码本子集尺寸，并且C_DLOLSU(N_t，M_t，N_w，i)是C_DLOLSU(N_t，M_t，N_w)的第i个码本条目。

8.如权利要求1所述的方法，如权利要求2所述的方法，如权利要求3所述的装置以及如权利要求4所述的装置，其中所述至少一个天线由两个天线组成，并且所述OL-MIMO码本包括在秩和相应于该秩的码本子集尺寸N_w之间的在下面表格中的关系：

秩 1 2 N_w 2 1

其中当使用两个发送天线时，OL-MIMO码本包括以下表格中的至少一个：

或

9.如权利要求1所述的方法，如权利要求2所述的方法，如权利要求3所述的装置以及如权利要求4所述的装置，其中所述至少一个天线由两个天线组成，并且所述OL-MIMO码本包括在秩和相应于该秩的码本子集尺寸N_w之间的在下面表格中的关系：

秩 1 2 N_w 4 2

其中当使用两个发送天线时，OL-MIMO码本包括以下表格：

10.如权利要求1所述的方法，如权利要求2所述的方法，如权利要求3所述的装置以及如权利要求4所述的装置，其中所述至少一个天线由四个天线组成，并且所述OL-MIMO码本包括在秩和相应于该秩的码本子集尺寸N_w之间的在下面表格中的关系：

秩 1 2 3 4 N_w 4 2 2 1

其中当使用四个发送天线时，OL-MIMO码本包括以下表格：

11.如权利要求1所述的方法，如权利要求2所述的方法，如权利要求3所述的装置以及如权利要求4所述的装置，其中所述至少一个天线由四个天线组成，并且所述OL-MIMO码本包括在秩和相应于该秩的码本子集尺寸N_w之间的在下面表格中的关系：

秩 1 2 3 4 N_w 4 4 4 4

其中当使用四个发送天线时，OL-MIMO码本包括以下表格：

12.如权利要求1所述的方法，如权利要求2所述的方法，如权利要求3所述的装置以及如权利要求4所述的装置，其中所述OL-MIMO码本具有嵌套属性，该嵌套属性是较低秩的预编码器包括较高秩的预编码器的一个有序列或无序列。

13.如权利要求1所述的方法，如权利要求2所述方法，如权利要求3所述的装置以及如权利要求4所述的装置，其中通过如下重新使用CL-MIMO码本来生成所述OL-MIMO码本，

对于每个秩确定码本子集尺寸；

关于码本中的相关的秩的全部码字确定最大化最小的弦距离的码本子集；

关于码本中的相应的秩的全部码字确定最大化最小的乘积距离的码本子集；以及

确定码本子集以使得相应的秩包含在满足最小的弦距离和最小的乘积距离的码本子集中的不同秩中。

14.如权利要求13所述的方法，其中使用以下等式确定所述最小的弦距离：

OLcodebook_candidates = \arg \max \min_{1 \leq k < l \leq N} \sqrt{1 - {| w_{k}^{H} w_{l} |}^{2}} .

15.如权利要求13所述的方法，其中使用以下等式确定所述最小的乘积距离：

OLcodebook = \underset{OLcodebook_candidates}{\arg \max} \min_{θ_{t}} Π_{k = 1}^{N} {| w_{k}^{T} a_{t} (θ_{t}) |}^{2}

a_{t} (θ_{t}) = {[\begin{matrix} 1 & e^{- j 2 π \frac{d}{λ} \cos (θ_{t})} & . . . & e^{- j 2 π (n_{t} - 1) \frac{d}{λ} \cos (θ_{t})} \end{matrix}]}^{T} .