本發(fā)明一般涉及無線通信領域，具體涉及一種MIMO(MULTIPLE-INPUT MULTIPLE-OUTPUT)通信系統(tǒng)及其方法。

背景技術：

MIMO通信系統(tǒng)已經快速發(fā)展到現(xiàn)在。先前的第二代移動通信系統(tǒng)GSM朝著諸如具有改進的數(shù)據(jù)速率的通用分組無線業(yè)務(GPRS)，EDGE技術不斷地演進，極大地增強了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸能力。具有較高傳輸速率的第三代移動通信系統(tǒng)例如寬帶碼分多址(WCDMA，CDMA2000等)已經在世界上許多國家和地區(qū)使用并投入商業(yè)使用。在蜂窩通信技術的發(fā)展的同時，諸如無線局域網(WLAN)和全球微波接入互操作性(WiMAX)之類的其他無線接入技術也已經被快速開發(fā)。此外，還開始了IEEE 802.16m和第三代合作伙伴計劃長期演進(3GPP LTE)，第三代合作伙伴計劃長期演進高級(3GPP LTE+)等的第四移動通信系統(tǒng)導向技術，并且進入研發(fā)水平。

對高速多媒體通信和用于高速無線互聯(lián)網的接入服務的需求已經快速地增加，并且無線頻譜資源受到限制，因此，等待解決的問題是如何充分地提高傳輸速率，通信系統(tǒng)和頻譜利用率?？紤]到多天線技術可以提高傳輸容量或信號質量，上述各種系統(tǒng)都采用多天線技術，甚至包括從基站到移動站的8個發(fā)射天線和8個接收天線的天線模式已經在3GPP LTE-Advanced系統(tǒng)和IEEE802.16m中定義。

多天線系統(tǒng)的空時處理技術主要包括空間復用和空間分集等?？臻g分集是通過空時編碼將數(shù)據(jù)劃分為多個數(shù)據(jù)子流，并且通過多個天線發(fā)送數(shù)據(jù)子流，并通過在發(fā)送天線之間的時域中引入編碼冗余來獲取分集增益?？臻g復用是在發(fā)送天線上發(fā)送單獨的信息流，并且由接收終端使用干擾抑制進行解碼，從而實現(xiàn)最大速率。一般來說，空間復用技術可以用于增強MIMO通信系統(tǒng)的吞吐量，而空間分集技術可以用于擴大MIMO通信系統(tǒng)的覆蓋。

在MIMO通信系統(tǒng)中，由于距離服務基站較遠，小區(qū)邊緣的用戶從服務基站接收到較弱的信號，并且受到來自附近小區(qū)中的基站的信號的大干擾，從而惡化了小區(qū)邊緣處的用戶的系統(tǒng)吞吐量。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種MIMO通信系統(tǒng)，所述MIMO通信系統(tǒng)包括至少一個用戶設備和與所述至少一個用戶設備協(xié)作通信的M個基站，M是大于或等于2的整數(shù)，對于每個用戶設備，所述MIMO通信系統(tǒng)包括：第一預編碼矩陣生成單元，用于對每個基站進行第一級MIMO預編碼處理，獲取各個基站對應的各個第一級預編碼矩陣；以及第二至第X級的預編碼矩陣產生單元，被配置為順序地執(zhí)行第二級至第X級的MIMO預編碼處理，以獲取相應的第二級至第X級的預編碼矩陣基站，X為大于等于2的整數(shù)，其中，所述第二至第X級預編碼矩陣生成單元包括第X級預編碼矩陣生成單元，用于將所述M個基站劃分為Q組(X)，并且基于所獲取的第一級到第(X-1)組，對Q(X)組基站執(zhí)行第X級MIMO預編碼水平的預編碼矩陣，以獲取所述Q個(X)基站組中的每組基站的第X級預編碼矩陣，Q(X)是大于或等于等于1且小于或等于M。

本發(fā)明還提供了一種用于MIMO通信系統(tǒng)的方法，所述MIMO通信系統(tǒng)包括至少一個用戶設備和與所述至少一個用戶設備協(xié)作通信的M個基站，M是大于或等于2的整數(shù)所述方法包括：對每個用戶設備進行以下處理：對每個基站進行第一級MIMO預編碼處理，獲取各個基站對應的各個第一級預編碼矩陣；順序執(zhí)行第二級至第X級的MIMO預編碼處理，以獲取各個基站的第二級至第X級的預編碼矩陣，X是大于或等于2的整數(shù)，其中在X M級預編碼處理，M個基站被劃分成Q個(X)組，并且對Q(X)組執(zhí)行第X級MIMO預編碼基站根據(jù)所獲取的第一級至第(X-1)級的預編碼矩陣，獲取Qsup(X)中的每個基站組的第X級預編碼矩陣，基站組，Q(X)是大于或等于1且小于或等于M的整數(shù)。

附圖說明

參考下面結合附圖的更詳細的描述和權利要求，將更好地理解本發(fā)明的優(yōu)點和特征，其中相同的元件用相同的附圖標記表示，其中：

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實例，執(zhí)行MIMO協(xié)作通信的系統(tǒng)的示意性簡化視圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的MIMO通信系統(tǒng)中的MIMO協(xié)作通信方法的簡化流程圖。

圖3A是圖2所示方法中的第一級預編碼步驟S210的具體實現(xiàn)的簡化流程。

圖3B是圖2所示方法中的第一級預編碼步驟S210的另一種具體實現(xiàn)的簡化流程.

具體實施方式

用于實施本發(fā)明的最佳模式是根據(jù)其優(yōu)選實施例提出的，這里在圖1和圖2中示出。然而，本發(fā)明不限于所描述的實施例，并且本領域技術人員將理解，在不偏離本發(fā)明的基本概念的情況下，本發(fā)明的許多其它實施例是可能的，并且任何這樣的工作也將落入本發(fā)明的范圍內?？梢韵胂?，本發(fā)明的其他樣式和配置可以容易地并入本發(fā)明的教導中，并且為了清楚和公開的目的而不是為了限制范圍，僅示出和描述一個特定配置。

本文中的術語“一個”不表示數(shù)量的限制，而是表示一個或多個所提及的項目的存在。

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的執(zhí)行MIMO協(xié)作通信的系統(tǒng)的示意性簡化視圖。雖然為了描述的簡單起見，圖1中的MIMO協(xié)作通信系統(tǒng)僅示出了包括3個基站和一個用戶設備UE，每個基站對應于一個小區(qū)，每個基站包括三個發(fā)射天線，并且用戶設備UE具有兩個接收天線，系統(tǒng)的詳細配置參數(shù)不應用于限制本發(fā)明。也就是說，根據(jù)本發(fā)明實施例的MIMO協(xié)作通信系統(tǒng)可以包括多于一個用戶設備和與這些用戶設備協(xié)作通信的M個(M是大于或等于2的整數(shù))個基站，一個基站可以對應于多個小區(qū)，并且每個基站和用戶設備可以擁有的天線的數(shù)量不限于圖1所示的3和2。并且可以是根據(jù)系統(tǒng)的實際條件的任何數(shù)量。為了簡單起見，當在下面提到基站或小區(qū)時，僅對基站進行描述。

將參照圖1描述根據(jù)本發(fā)明實施例的在MIMO通信系統(tǒng)中執(zhí)行MIMO協(xié)作通信的方法的流程。如圖2所示。如圖2所示，MIMO協(xié)作通信方法包括對MIMO通信系統(tǒng)中的每個用戶設備執(zhí)行步驟S210和步驟S220。在步驟S210中，對每個基站進行第一級MIMO預編碼處理，獲取每個基站對應的每個第一級預編碼矩陣。在步驟S220中，依次執(zhí)行第二級至第X級MIMO預編碼處理，以獲取各個基站的第二至第X級預編碼矩陣，X為大于或等于在第X級MIMO預編碼處理中，將M個基站劃分為Q個(X)組，并且基于所獲取的第一級到(X-1)級的預編碼-編碼矩陣，對Q(X)組基站執(zhí)行第X級MIMO預編碼，以獲得Q組中每組基站的第X級預編碼矩陣(X)組基站。這里，Q(X)是大于或等于1且小于或等于M的整數(shù)。

MIMO預編碼是通常使用的空間復用技術，其通過在多個發(fā)射天線上同時發(fā)射多信道信號來提高傳輸速率。預編碼意味著在信號的編碼(或加權)之后執(zhí)行信號的傳輸。在信號的預編碼之后的信號的傳輸可以減少信號的各個信道之間的干擾。

圖3A是圖1所示方法中的第一級預編碼步驟S210的具體實現(xiàn)的簡化流程圖。如圖2所示。如圖3A所示，M個基站中的第m個基站中的天線被劃分為K個小組(K.sub.m是大于或等于1且小于或等于天線數(shù)目第m基站)。在步驟S320-1中，對每個基站對應的信道矩陣Hsub.1.m進行奇異值分解，得到Hsub.1.m＝U.sub.1.mV.sub.H。將矩陣V.1.m中的第L.1，m列視為對應于每個基站的每個第一級預編碼矩陣P.sub.1。這里，m＝1,2……，M表示M個基站中每個基站的序列號。U.sub.1,m和V.sub.1,m是酉矩陣，并且S.sub.1,m是對角矩陣，并且其對角元素是對應于m階的MIMO信道的子信道的信道增益，該信道位于第m個基站?！癏”在V.sub.1,m.sup中，H表示哈密爾頓變換的運算，L.sub.1,m表示第m個基站中的K.sub.m天線組的等效天線的數(shù)量，其是大于或等于1且小于或等于用戶設備的天線的數(shù)量的整數(shù)。

從上述可以看出，第一級預編碼處理是為M個基站中的每個基站獲取每個第一級預編碼矩陣，該處理對應于進行劃分的K.sub.m在第m個基站中的m個天線組中等效于L.sub.1,m天線，并且對所有M個基站執(zhí)行相似的第一級預編碼處理，以便為隨后的MIMO預編碼過程，降低了整個MIMO預編碼過程的復雜度。等效天線的數(shù)量是通過將每個天線組的信道脈沖響應乘以與天線組相對應的預編碼矩陣獲得的矩陣的列的數(shù)量。

圖3B是圖1所示方法中的第一級預編碼步驟S210的另一種具體實現(xiàn)的簡化流程圖。如圖2所示。如圖3B所示，將M個基站中的第m個基站中的天線分成K.sub.m組(K.sub.m是小于或等于1且小于或等于第m基站的天線數(shù)量)。在步驟S320-2中，對每個基站對應的信道矩陣Hs,m進行奇異值分解，得到H.sub.1,m＝U.sub.1,mS.sub.1,mV.sub.1,m.sup.H。在MIMO通信系統(tǒng)中將由矩陣V.sub.1,m中的第V.sub.1,m列組成的矩陣映射到預設碼本中，將通過這種映射獲取的碼本向量作為每個第一級對應于每個基站的預編碼矩陣P.sub.1,這里，m＝1,2……，M，表示M個基站中每個基站的序列號。U.sub.1,m和V.sub.1,m是酉矩陣，并且S.sub.1,m是對角矩陣，并且其對角元素是與m對應的MIMO信道的子信道的信道增益?zhèn)€基站。V.sub.1,m.sup.H中的“H”表示哈密爾頓變換的運算，并且m表示第m個天線組中的K.sub.m天線組的等效天線的數(shù)量基站，其是大于或等于1且小于或等于用戶設備的天線的數(shù)量的整數(shù)。該第一級預編碼處理還用于獲取M個基站中的每個基站的每個第一級預編碼矩陣，該處理對應于使第m個天線中的劃分后的K個子天線組基站等效于L.sub.1,m個天線。對所有M個基站執(zhí)行類似的第一級OF預編碼處理。

可以容易地看出，圖3中所示的第一級預編碼處理圖3A與圖3A不同。圖3B中：通過在圖1所示的第一級預編碼處理中對每個基站的信道矩陣執(zhí)行奇異值分解(SVD)來獲取相應的第一級預編碼矩陣。在圖3A中所示的第一級預編碼處理中，通過基于碼本的方法來獲取每個基站的相應的第一級預編碼矩陣。3B。

在奇異值分解(SVD)中，假設存在具有A行和B列的矩陣H·A×B，并且該矩陣當然可以用SVD分解為：H＝USV.sup.H。這里，U是具有A行和A列的酉矩陣，S是具有A行和B列的對角矩陣，V是具有B行和B列的酉矩陣，H＝USV中的“H”表示哈米爾頓變換的運算。SVD是數(shù)學和工程領域中眾所周知的方法。例如，可以通過參考上述專利文獻7來獲得在通信領域中對SVD的介紹。由于SVD的內容不是本發(fā)明的主要關注點，因此將省略其詳細描述這里。

碼本是由通信系統(tǒng)預先設置的一組預編碼矩陣。關于碼本和基于碼本的預編碼的基本概念和原理在本領域中是公知的(參見例如上述專利參考文獻8中的碼本和基于碼本的預編碼的相關介紹)。由于關于碼本和基于碼本的預編碼的基本概念和原理不是本發(fā)明主要涉及的，因此將省略其詳細描述。

作為用于基于如圖1所示的碼本的第一級預編碼的示例。如圖3B所示，在上述步驟S320-2的映射處理中，可以在由矩陣V.sub.1，m中的第一L個列m個列和相應的預編碼矩陣組成的矩陣之間執(zhí)行相關運算，編碼矩陣，對應于最大相關值的碼本中的預編碼矩陣可以作為每個基站對應的每個第一級預編碼矩陣P×m，m。這種基于碼本獲取預編碼矩陣的方法可以被稱為“映射方法”。

接下來將給出在知道一個向量的情況下在已知的向量碼本中選擇一個向量的具體示例。

假設以下一個碼本是已知的。

×××××××××××##EQU00001##

并且一個列向量b是已知的。b＝0.7731-0.8585i 0.7844-0.7874i-0.6107-0.0048i 0.0547+1.0837i。

執(zhí)行用于獲取模數(shù)的相關運算，即：C＝abs(b'*碼本)＝[1.9270 0.4177 3.2119 1.0901]

從上面可以看出，通過在碼本的第三列向量和向量b之間執(zhí)行相關運算所獲得的模的值最大，為3.2119。然后，碼本的第三列向量是根據(jù)上述操作選擇的向量。這里，C＝abs(b'*碼本)指示首先進行相關運算，然后獲取模數(shù)值，并且b'指列向量b的共軛變換。

此外，作為圖1所示方法中的第一級預編碼步驟S210的另一個具體實現(xiàn)(圖中未示出)。如圖2所示，可以基于對應于每個基站的信道矩陣H s，m，根據(jù)預定原理搜索MIMO通信系統(tǒng)的預設碼本，并且將通過搜索獲得的碼本向量作為每個第一級預編碼矩陣P m，m對應于每個基站。這里，m＝1,2……，M表示M個基站中每個基站的序列號。基于碼本獲取預編碼矩陣的方法可以稱為“窮舉法”。可以根據(jù)需要根據(jù)針對接收信號的SNR(信噪比)最大化準則，最大似然準則，最小均方誤差準則，信道容量最大準則等中的一個來執(zhí)行碼本搜索。

已經出于說明和描述的目的給出了本發(fā)明的具體實施例的前述描述。它們不是窮盡的或將本發(fā)明和使用方法限制到所公開的精確形式。顯然，根據(jù)上述教導，許多修改和變化是可能的。選擇和描述實施例是為了最好地解釋本發(fā)明的原理及其實際應用，并且從而使得本領域的其他技術人員能夠最佳地利用本發(fā)明以及具有適于預期的特定用途的各種修改的各種實施例。應當理解，在不脫離本發(fā)明的權利要求的精神或范圍的情況下，可以設想等同物的各種省略或替代，因為環(huán)境可以建議或呈現(xiàn)權宜，而是旨在覆蓋應用或實現(xiàn)。