CN101461205B - 使用基于相移预编码的信号产生 - Google Patents

Abstract

提供了一种在发送侧和接收侧使用的基于相移的预编码方案，该方案具有比空时编码方案更小的复杂度，其可以支持多种空间多路复用速率，同时保持相移分集方案的优点，其具有比预编码方案更小的信道敏感度，并且其仅仅需要低容量码本。

Description

使用基于相移预编码的信号产生

技术领域

本公开涉及使用基于相移预编码的信号产生。 

背景技术

基于特定的多载波的无线接入技术不能充分地支持具有各种类型的天线结构的移动通信系统。 

本发明人认识到与基于特定的多载波的多天线发送和/或接收技术相关的某些缺点。基于这样的认识，已经考虑以下的特点。 

在发送侧和接收侧使用的基于相移的预编码方案具有比空时编码方案更小的复杂度，其可以支持多种空间多路复用速率，同时保持相移分集方案的优点，其具有比预编码方案更小的信道敏感度，并且仅仅需要已经在此处考虑和提供的低容量码本。尤其是，用于执行基于相移预编码的矩阵可以按照在采用的天线数目方面的任何变化而更容易地扩展和实现。 

附图说明

图1示出使用正交频分多路复用(OFDM)的多输入多输出(MIMO)系统的示例性的结构。 

图2示出使用循环延迟分集方法用于多天线系统的发送侧的示例性的结构。 

图3示出使用相移分集方法用于多天线系统的发送侧的示例性的结构。 

图4是示出二种类型的相移分集方法例子的图形。 

图5示出使用预编码方法用于多天线系统的发送侧的示例性的结 构。 

图6示出在具有4个天线的系统中以2的空间多路复用速率执行相移分集方法时示例性的过程。 

图7示出基于相移的预编码方法如何应用于图6的系统的例子。 

图8示出在用于图7的系统的基于相移的预编码方法中使用的示例性的预编码矩阵。 

图9示出支持基于相移的预编码方法的无线电收发装置的示例性的方框图。 

图10示出在图9的无线电通信单元内的SCW OFDM发送单元的示例性的方框图。 

图11示出在图9的无线电通信单元内的MCW OFDM发送单元的示例性的方框图。 

图12是示出当本发明公开的相移预编码(PSP)方法和背景技术的空间多路复用(SM)方法分别地适用于ML(最小似然)接收机和MMSE(最小均方误差)接收机时，在性能差别方面比较的图形。 

图13和14是示出对于PedA(ITU步行者A)衰落信道环境和TU(典型的城市)衰落信道环境，用于适用于MMSE(最小均方误差)接收机的本公开的基于相移的预编码方法和用于背景技术空间多路复用方法的每个编码速率的性能差别比较的图形。 

图15至17是示出在PedA(ITU步行者A)衰落信道环境和TU(典型的城市)衰落信道环境中，当本公开基于相移的预编码方法和背景技术空间多路复用方法适用于采用SCW(单个码字)和MCW(多个码字)的系统时的性能差别比较的图形。 

图18是示出在适用空间分集方法+循环延迟分集方法的情况下，并且在平坦衰落信道环境中，本公开基于相移的预编码方法+循环延迟分集方法适用于MCS(调制和编码组)的性能差别的图形。 

图19示出按照本公开的下行链路基带信号发生的示例性的概述结构。 

具体实施方式

信息通信服务已经变得更加普及，并且随着多种多媒体服务和高质量服务的引入，存在对于增强的无线(无线电)通信服务的需求增加。为了积极地满足这种需求，应该提高通信系统的容量和数据传输可靠性。为了在无线(无线电)通信环境下提高通信能力，一种方法是找到重新地可使用的带宽，并且另一种方法是改进给定资源的效率。作为后者方法的某些例子，多天线发送/接收(无线电收发)技术近来获得关注并且被积极地开发，由此在无线电收发装置上提供多个天线，以通过另外确保资源利用的空间域，或者通过经由每个天线并行发送数据提高传输容量来获得分集增益。 

在该类多天线无线电收发技术中，一个例子是基于正交频分多路复用(OFDM)的多输入多输出(MIMO)系统，现在将参考图1说明其一般结构。 

在发送侧(或者发射机)上，信道编码器101起到通过将重复的位附加给传输数据位来来降低由于信道或者噪声的影响的作用。映射器103将数据位信息变为数据符号信息。为了达到对数据符号进行MIMO处理的目的，串-并变换器105将串行输入变换为并行输出。在接收侧(或者接收机)上，多天线解码器109、并-串变换器111、去映射器113和信道解码器115执行与如上所述的发送侧的多天线编码器107、串-并变换器105、映射器103和信道编码器10相反的操作。 

在多天线OFDM系统中，需要多种技术来提高传输可靠性。例如，可以采用空时码(STC)技术、循环延迟分集(CDD)技术、天线选择(AS)技术、天线跳频(AH)技术、空间多路复用(SM)技术、波束形成(BF)技术、预编码技术等等。以下将更详细地说明在这些技术中的一些。 

用于多天线环境的空时码(STC)技术涉及连续地(顺序地)发送相同的信号，但是在重复传输的情况下，经由不同的天线执行发送，以获得空间分集增益。以下的矩阵表示在具有二个发射天线的系统中使用 的最基础空时码。 

$\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{cc}{S}_1& -S_2^{*}\\ S_2& S_1^{*}\end{array}\right]$

在以上的矩阵中，行代表天线，列代表时隙。 

这样的空时码技术具有某些缺点。例如，按照天线结构如何改变，分别地需要不同形式的空时码，因为数据符号经由多个时隙被重复地发送以获得空间分集，因此发送侧和接收侧增加了复杂度，并且，因为在不使用反馈信息的情况下来发送数据，因此与其它的闭环系统相比分别地具有较低的性能。表1在下面示出按照天线结构对分别地不同的空时码的需要。 

[表1] 

循环延迟分集(CDD)是这样一种方法，其中当在具有多无线电收发天线的系统中发送OFDM信号时，通过使用天线分别地发送具有不同的延迟或者不同幅度的信号，在接收侧上获得频率分集增益。 

图2示出使用循环延迟分集方法的多天线系统的发送侧的一般的结构。 

一旦经由串-并变换器和多天线编码器将OFDM符号分解和传送给每个天线，快速傅里叶逆变换(IFFT)用于将频域信号变换为时域信号，并且增加用于将信道间干扰减到最小的循环前缀(CP)并发送给接收侧。在这里，将传送给第一个天线的数据序列按现状(即，没有任何变化)发送给接收侧，同时与第一个天线相比时，从其它的发射天线发送的数据序列被以循环移位方式延迟。 

同时，当这种循环延迟分集方案是在频域内实现时，该循环延迟可以算术地表示为相位序列的相乘。 

即，如在图3中可以看到的，已经不同地设置用于每个天线的特定的相位序列(例如，相位序列1～相位序列M)与在频域内的每个数据序列相乘，并且一旦执行IFFT(快速傅里叶逆变换)处理，这样的可以发送给接收侧。这被称为相移分集方案。 

通过使用相移分集方法，平坦衰落信道可以转变为频率选择性信道，并且频率分集增益或者频率调度增益可以按照循环延迟样本获得。 

即，如在图4中可以看到的，在相位移动分集方案中，当通过使用相对大的值的循环延迟样本产生相位序列的时候，因为相位变化周期被缩短(降低)，从而增加了频率选择性，并且因此，信道码可以采用频率分集增益。这典型地用在所谓的开环系统中。

此外，当使用小的值的循环延迟时，相位变化周期被拉长(增加)，并且通过在闭环系统中使用这些，资源被分配给最令人满意的信道区间，使得可以获得频率调度增益。即，如在图4中可以看到的，在相移分集方案中，当相对小的值的循环延迟用于产生相位序列时，该平坦衰落信道的特定子载波区间导致在信道幅度方面增加，同时其它的子载波区间导致在信道幅度方面降低。在此情况下，对于容纳多个用户的OFDMA系统，当信号被经由每个用户具有增加的信道幅度的子载波发送的时候，可以提高信噪比。 

但是，不管以上描述的循环延迟分集方案或者相移分集方案的某些好处，因为空间多路复用速率是1，不能依照要求来提高数据传输速率。 

预编码方案可以包括当在闭环系统中存在有限量的(或者限制)反馈信息时使用的基于码本的预编码方法，并且可以包括根据信道信息的量化执行反馈的方法。在这里，基于码本的预编码指的是通过反馈给发送侧预编码矩阵的标号来获得信噪比(SNR)增益，该预编码矩阵的标号已经为发送侧和接收侧两者所知。 

图5描绘使用基于码本的预编码的多天线系统的无线电收发侧的示例性的结构。在这里，发送侧和接收侧分别地具有有限的预编码矩阵(P₁～P_L)，并且在接收侧上，信道信息用于反馈最佳的预编码矩阵标号(I)，同时在发送侧上，对应于反馈标号的预编码矩阵被应用于传输数据(x₁～x_Mt)。 

这种基于码本的预编码方案是有益的，其中由于标号的反馈，可以进行有效的数据传输。但是，因为稳定的信道是必要的，这种基于码本的预编码可能不完全地适合于具有严重的信道变化的移动环境。此外，由于对于预编码矩阵标号的反馈开销，可能在上行链路传输速率方面存在一些损失。另外，因为在发送侧和接收侧两者中需要码本， 可能需要提高存储器使用率。 

本发明人认识到上述的问题至少存于在特定数据传输、接收和用于多天线系统的处理技术方面。基于这样的认识，已经考虑了以下的特点以阐明和/或解决该类问题。 

本公开涉及和要求美国临时申请号60/803,340(2006年5月26日提交的)、韩国专利申请号10-2006-0065303(2006年7月12日提交的)和韩国专利申请号10-2006-0097216(2006年10月2日提交的)优先权的益处，在此特别地结合其内容作为参考。 

本公开涉及使用多个子载波的多天线系统的基于相移的预编码方法，和通用基于相移的预编码方法以及支持该类方法的无线电收发设备。 

以下将相对于2-天线系统和4-天线系统说明基于相移的预编码方法，并且将描述一种形成扩展地用于具有N_t个(物理或者虚拟)天线的系统的通用基于相移的预编码矩阵的方法。 

基于相移的预编码方法 

在此处提出的基于相移的预编码矩阵(P)通常地可以以下的方式表示： 

[公式1] 

在这里， 

w_i，j ^k(i＝1，...，N_t，j＝1，...，R) 

指的是由子载波标号k确定的多复数权重值，N_t指的是发射天线的数目(物理或者虚拟)，和R指的是空间多路复用速率。如果基于相移的预编码矩阵(P)在物理天线方案的情况下使用，N_t可以是天线端口的数目。上述的子载波标号k可以由包括子频带标号的资源标号代替。但是，如果P是在虚拟天线方案的情况下使用，N_t可以是空间多路复用速率(即，R)。在这里，多复数权重值按照与天线相乘的OFDM符号和按照相应的子载波标号可以是不同的。多复数权重值可以按照信道条件和是否存在反馈信息的至少一个确定。 

公式1的预编码矩阵(P)可以是用于减小多天线系统的信道容量中的损失的单位矩阵。在这里，考虑到用于形成单位矩阵的条件，多天线系统的信道容量可以通过以下的数学公式表示： 

[公式2] 

$C_u\left(H\right)={\log }_2\left(\det (I_{N_r}+\frac{\mathrm{SNR}}{N}{\mathrm{HH}}^H)\right)$

在这里，H指的是具有N_r×N_t大小的多天线信道矩阵，并且N_r指示接收天线的总数。如果基于相移的预编码矩阵(P)应用于以上的公式2，可以获得下式： 

[公式3] 

如公式3所示，为了最小化信道损失，PP^H需要为单位矩阵，因此，基于相移的预编码矩阵(P)将是一个诸如以下的酉矩阵： 

[公式4]

${\mathrm{PP}}^H=I_{N_r}$

为了使基于相移的预编码矩阵(P)为酉矩阵，应该满足二个条件。即，应该同时地满足乘幂约束和正交性约束。在这里，乘幂约束指的是使该矩阵的每行的大小等于一(1)，并且正交性约束指的是满足在该矩阵的每行之间的正交特性。以上所述的内容可以以下的方式算术地表示： 

[公式5] 

${\left|W_{\mathrm{1,1}}^k\right|}^2+{\left|W_{\mathrm{2,1}}^k\right|}^2+...+{\left|W_{N_t,1}^k\right|}^2=1$

${\left|W_{\mathrm{1,2}}^k\right|}^2+{\left|W_{\mathrm{2,2}}^k\right|}^2+...+{\left|W_{N_t,2}^k\right|}^2=1$

${\left|W_{1,R}^k\right|}^2+{\left|W_{2,R}^k\right|}^2+...+{\left|W_{N_t,R}^k\right|}^2=1$

[公式6] 

$W_{\mathrm{1,1}}^{k^{*}}{W}_{\mathrm{1,2}}^k+W_{\mathrm{2,1}}^{k^{*}}{W}_{\mathrm{2,2}}^k+...+W_{N_t,1}^{k^{*}}{W}_{N_t,2}^k=0$

$W_{\mathrm{1,1}}^{k^{*}}{W}_{\mathrm{1,3}}^k+W_{\mathrm{2,1}}^{k^{*}}{W}_{\mathrm{2,3}}^k+...+W_{N_t,1}^{k^{*}}{W}_{N_t,3}^k=0$

$W_{\mathrm{1,1}}^{k^{*}}{W}_{1,R}^k+W_{\mathrm{2,1}}^{k^{*}}{W}_{2,R}^k+...+W_{N_t,1}^{k^{*}}{W}_{N_t,R}^k=0$

作为示例性的实施例，将提供用于2×2基于相移的预编码矩阵的通用公式，并且将推究用于满足以上描述的二个条件的数学表示。公式7示出具有空间分集速率是2，并且具有二个发射天线的基于相移的预编码矩阵的通用表示。 

[公式7] 

$P_{2\×2}^k=\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\α}}_1{e}^{\mathrm{jk}{\mathrm{\θ}}_1}& {\mathrm{\β}}_1{e}^{\mathrm{jk}{\mathrm{\θ}}_2}\\ {\mathrm{\β}}_2{e}^{\mathrm{jk}{\mathrm{\θ}}_3}& {\mathrm{\α}}_2{e}^{\mathrm{jk}{\mathrm{\θ}}_4}\end{array}\right]$

在这里， 

是实数，θ_j(j＝1，2，3，4)指的是相位值，并且k是OFDM信号的子载波标号。 

在公式7中，在频率域的相位值θ_i(i＝1，...，4)和时间域的循环延迟值τ_i(i＝1，...，4)之间的关系可以用下式表示： 

θ_i＝-2π/N_fft·τ_i

这里N_fft表示OFDM信号的子载波的数目。 

那些本领域技术人员可以理解，该描述迄今可以在不脱离本公开的技术范围以多种方式进行修改和改变。因此，技术范围不应该局限于在详细说明中描述的那些，而是应该由权利要求书的范围所包含。为了将上述的预编码矩阵作为酉矩阵实现，应该满足公式8的乘幂约束和公式9的正交性约束。 

[公式8] 

${\left|{\mathrm{\α}}_1{e}^{\mathrm{jk}{\mathrm{\θ}}_1}\right|}^2+{\left|{\mathrm{\β}}_2{e}^{\mathrm{jk}{\mathrm{\θ}}_3}\right|}^2=1,$ ${\left|{\mathrm{\α}}_2{e}^{\mathrm{jk}{\mathrm{\θ}}_4}\right|}^2+{\left|{\mathrm{\β}}_1{e}^{\mathrm{jk}{\mathrm{\θ}}_2}\right|}^2=1,$

[公式9] 

${\left({\mathrm{\α}}_1{e}^{\mathrm{jk}{\mathrm{\θ}}_1}\right)}^{*}{\mathrm{\β}}_1{e}^{\mathrm{jk}{\mathrm{\θ}}_2}+{\left({\mathrm{\β}}_2{e}^{\mathrm{jk}{\mathrm{\θ}}_3}\right)}^{*}{\mathrm{\α}}_2{e}^{\mathrm{jk}{\mathrm{\θ}}_4}=0,$

在这里，上标(*)表示共轭复数。满足以上公式7至9的2×2基于相移的预编码矩阵的例子可以由下式表示： 

[公式10] 

$P_{2\×2}^k=\frac{1}{\sqrt{2}}\left(\begin{array}{cc}1& e^{\mathrm{jk}{\mathrm{\θ}}_2}\\ e^{\mathrm{jk}{\mathrm{\θ}}_3}& 1\end{array}\right)$

在这里，由于正交性限制，θ₂和θ₃具有如公式11所示的关系。 

[公式11] 

kθ₃＝—kθ₂+π 

该预编码矩阵可以以所谓的码本(或者某些预编码方案的等效类型等等)的形式存储在发送侧和接收侧的存储器(或者其他类型的存储设备)内。上述的码本可以包括通过使用分别地不同的θ₂值的有限数形成的多种类型的预编码矩阵。此外，θ₂值可以按照信道环境、传输列、系统带宽和是否存在反馈信息进行适当地设置，并且如果使用信息反馈，通过将θ₂值设置为相对小的(例如，2个循环延迟样值)，或者如果不使用信息反馈，通过将θ₂值设置为比较高的(例如，N_fft/N_t个循环延迟样本)，可以获得高频分集增益。 

甚至当形成诸如公式7的基于相移的预编码矩阵时，与天线的实际数目相比，按照该信道环境空间多路复用速率将被设置为小的情形可能存在。在此情况下，在以上述方式形成的基于相移的预编码矩阵中，可以选择对应于当前的空间多路复用速率(即，设置为较小的空间多路复用速率)的特定的列数以重新产生基于新的相移的预编码矩阵。即，每当该空间多路复用速率变化时，不需要总是形成适用于相应的系统的新的预编码矩阵。作为替代，起初形成的基于相移的预编码矩阵可以按现状(即，没有任何变化)采用，但是，可以选择该相应的矩阵的一个或多个特定的列以重新形成该预编码矩阵。 

作为一个这样的例子，以上的公式10的预编码矩阵假设多天线系统具有2个发射天线，该发射天线具有2的空间多路复用速率，但是，由于某些特定的原因，可能存在空间多路复用速率实际上可能被降低为1的某些情形。在此情况下，预编码可以通过从以上的公式10的矩 阵中选择一个特定的列来执行，并且如果选择第二列，则该基于相移的预编码矩阵与在以下的公式12中示出的是相同的，并且这变为与用于传统技术的二个发射天线的循环延迟分集方案是相同的。 

[公式12] 

$P_{2\×1}^k=\frac{1}{\sqrt{2}}\left(\begin{array}{c}{e}^{\mathrm{jk}{\mathrm{\θ}}_2}\\ 1\end{array}\right)$

在这里，该例子假设具有2个发射天线的系统，但是，还可以扩展适应于具有4个(以上)天线的系统。即，在产生用于4个发射天线情形的基于相移的预编码矩阵之后，按照在空间多路复用速率方面的变化选择一个或多个特定的列时，可以执行预编码。 

作为例子，图6示出适用于具有4个发射天线并且具有空间多路复用速率2的多天线系统的相关技术的空间多路复用和循环延迟分集的情形，而图7示出适用于这样的多天线系统的公式10的基于相移的预编码矩阵的情形。 

按照图6，第一序列(S₁)和第二序列(S₂)被传送给第一天线和第三天线，并且已经通过使用相位序列e^jkθ1相移的第一序列(s₁e^jθ1)和第二序列(s₂e^jkθ1)被传送给第二天线和第四天线。因此，可以理解，整个空间多路复用速率是2。 

另一方面，按照图7，s₁+s₂e^jkθ2被传送给第一天线，s₁e^jkθ1+s₂e^jk(θ1+θ2)被传送给第二天线，s₁e^jkθ3+s₂被传送给第三天线，并且s₁e^jk(θ1+θ3)+s₂e^jkθ1被传送给第四天线。因此，当与图6的系统相比的时候，可以获得预编码方法的优点，并且因为可以通过采用统一的预编码矩阵对于4个天线执行循环延迟(或者相移)，也可以获得循环延迟分集方案的优点。 

作为一个例子，以上描述的每个相对于2-天线系统和4-天线系统不同的空间多路复用速率的基于相移的预编码矩阵可以概述如下。

[表2] 

在这里，θ_j(j＝1，2，3)指的是按照循环延迟值的相位角，并且k指的是OFDM子载波标号。在以上的表2中，相对于具有空间多路复用速率2的(如可以在图8中看到的)4个天线的多天线系统通过使用预编码矩阵的特定的部分，可以获得四种情形的每个预编码矩阵。因此，不需要分别地在码本中提供用于这样的四种情形的每个预编码矩阵，从而，可以在发送侧和接收侧节省存储器资源。 

参考表2，应当注意到，当按照变化的空间多路复用速率形成适宜的基于相移的预编码矩阵时，可以增加新的列，该列对另一列满足正交约束。 

通用的基于相移的预编码方法 

到目前为止，说明了当存在具有空间多路复用速率为2的4个发射天线时，形成基于相移的预编码矩阵的过程，但是，本公开的基于相移的预编码方法可以被扩展为具有N_t个天线(在这里，N_t是2或者更大的自然数)的系统，该N_t个天线具有空间多路复用速率R(在这里，R是1或者更大的自然数)。上述的这些可以通过使用先前描述的相同的方法获得，并且可以概括为以下的公式13。 

[公式13]

在这里，在等号(＝)的右侧，相移对角矩阵与满足以下条件的用于特定目的的酉矩阵(U)结合： 

$U_{N_r\×R}^H\×U_{N_r\×R}=I_{R\×R},$

通过将相移对角矩阵和某个酉矩阵相乘，可以获得满足乘幂约束和正交约束两者的基于相移的预编码。 

此外，基于相移的预编码矩阵可以通过乘以一个或多个相移对角矩阵，和/或一个或多个酉矩阵产生，其可以从信息反馈或者下行链路信道状态信息中获得。在公式13中，如果k表示子载波标号，则该相移对角矩阵可以通过时域循环延迟方法实现。 

作为酉矩阵(U)的例子，可以使用用于获得信噪比(SNR)增益的具体的预编码矩阵，并且尤其是，如果沃尔什(Walsh)码用于该类预编码矩阵，基于相移的预编码矩阵生成公式可以如下： 

[公式14] 

$P_{4\×4}^k=\frac{1}{\sqrt{4}}\left(\begin{array}{cccc}{e}^{j{\mathrm{\θ}}_{1}k}& 0& 0& 0\\ 0& e^{j{\mathrm{\θ}}_{2}k}& 0& 0\\ 0& 0& e^{j{\mathrm{\θ}}_{3}k}& 0\\ 0& 0& 0& e^{j{\mathrm{\θ}}_{4}k}\end{array}\right)\left(\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\\ 1& -1& 1& -1\\ 1& 1& -1& -1\\ 1& -1& -1& 1\end{array}\right)$

在公式14中，假设该系统具有空间多路复用速率为4的4个(物理或者虚拟)发射天线。在这里，通过适当地重新形成该酉矩阵(U)，可以选择(即，天线选择)特定的发射天线，和/或可以进行空间多路复用速率的调整(即，速率调谐)。

以下的公式15示出可以如何重新形成酉矩阵(U)，以便将具有4个天线的系统分组为2个天线的例子。 

[公式15] 

$P_{4\×4}^k=\frac{1}{\sqrt{4}}\left(\begin{array}{cccc}{e}^{j{\mathrm{\θ}}_{1}k}& 0& 0& 0\\ 0& e^{j{\mathrm{\θ}}_{2}k}& 0& 0\\ 0& 0& e^{j{\mathrm{\θ}}_{3}k}& 0\\ 0& 0& 0& e^{j{\mathrm{\θ}}_{4}k}\end{array}\right)\left(\begin{array}{cccc}0& 0& 1& 1\\ 0& 0& 1& -1\\ 1& 1& 0& 0\\ 1& -1& 0& 0\end{array}\right)$

此外，以下的表3示出如果空间多路复用速率按照时间、信道环境等等变化，用于重新形成适合于相应的多路复用速率的酉矩阵(U)的示例性的方法。 

[表3] 

在这里，表3示出某些例子，这里酉矩阵的列1、列1-2和列1-4被按照多路复用速率选择，但是不意欲局限于如此。例如，如果多路复用速率是1，可以选择第1至第4列的一个，如果多路复用速率是2，可以选择二个特定的列(例如，在列对(1，2)，(2，3)，(3，4)，(1，3)，...，(2，4)之中的一对)，并且如果多路复用速率是4，可以选择所有列。 

做为选择，也可以在发送侧和接收侧以码本形式提供酉矩阵(U)。在此情况下，发送侧从接收侧作为反馈接收该码本的标号信息，然后，对应于该标号的适宜的酉矩阵(即，在码本中酉阵预编码矩阵)是从其码本中选择出来的，并且然后使用以上的公式13形成基于相移的预编 码矩阵。 

支持基于相移的预编码方法的无线电收发装置

图9是无线电收发装置结构的示例性的方框图，其支持本发明示例性的实施例的基于相移的预编码方法。这个示例性的无线电收发装置的实施例假设用于形成基于相移的预编码矩阵的酉矩阵(U)以码本形式提供，但是，不意欲局限于如上所述的那些。 

该无线电收发装置可以包括输入单元(901)，用于选择所需的功能或者接收信息；显示单元(903)，用于在使用的无线电收发装置中示出的各种信息；存储器单元(905)，用于存储用于操作无线电收发装置需要的各种程序和要发送给接收侧的数据；无线电(无线)通信单元(907)，用于接收信号和发送数据给接收侧；语音处理单元(909)，用于将数字语音信号转换和放大为供经由扬声器(SP)输出的模拟语音信号，和放大来自麦克风(MIC)的该语音信号供转换为数字信号的，和控制单元(911)，用于控制无线电收发装置的整个操作。 

该无线电通信单元(907)将在以下进行更详细地说明。作为参考，图10是示出SCW(单个码字)OFDM发射机单元的示例性的结构的方框图，该SCW OFDM发射机单元包括在无线电通信单元(907)中，并且图11示出MCW(多个码字)OFDM发射机单元的示例性的结构。此外，也存在对应于每个发射机单元的多种接收机单元，并且执行与发射机单元相反的功能，但是，仅为了简洁起见，省略其详细说明。 

在SCW OFDM发射机单元中，信道编码器(1010)增加冗余位以防止发送数据在信道上失真，并且信道编码是通过使用纠错码(诸如，turbo码、LDPC码等等)执行的。此后，交织器(1020)经由码位分析执行交织，以便将由于在数据传输过程期间的瞬时噪声的损失减到最小，并且映射器(1030)将交织的数据位转换为OFDM符号。这样的符号映射可以经由相位调制技术(诸如，QPSK等等)和幅度调制技术(诸如， 16QAM、8QAM、4QAM等等)执行。此后，该OFDM符号经由本发明公开的预编码器(1040)被处理，然后，经由子信道调制器(未示出)和快速傅里叶逆变换(IFFT)单元(1050)处理的被包括到时域的载波。一旦经由滤波器单元(未示出)和模拟变换器(1060)处理，经由无线电信道执行传输。同时，在MCW OFDM发射机单元上，唯一的差别是OFDM符号以对于每个信道并行的方式经由信道编码器(111)和交织器(1120)来处理，另外，其余的结构单元(1130-1160)可以是相同的(或者类似的)。 

该预编码矩阵形成模块(1041，1141)确定在特定的预编码矩阵中对应于第一个子载波的基准列，并且其余的列是通过使用相位角增加特定(一致的)量相移基准列来确定。在这里，采用具有(发射天线数目)×(空间多路复用速率)大小的酉矩阵以执行预编码，并且提供这样的酉矩阵用于每个子载波的每个标号，由此相移相对于第一个标号的酉矩阵以获得每个其余的标号的酉矩阵。 

即，该预编码矩阵形成模块(1041，1141)从预先地存储在存储器单元(905)的码本中选择特定的第一预编码矩阵。通过将特定大小的相移施加于第一预编码矩阵形成相对于第二标号的子载波或者子频带的第二预编码矩阵。在这里，相移的大小可以按照当前的信道条件，和/或是否存在来自接收侧的信息反馈不同地设置。相对于第三标号的子载波或者子频带的第三预编码矩阵是通过对第二预编码矩阵执行相移形成的。即，在经由上一次预编码矩阵形成第三预编码矩阵的过程期间，重复第二预编码矩阵的形成过程。 

该预编码矩阵重新形成模块(1042，1142)选择特定的列数(在由预编码矩阵形成模块(1041，1141)形成的每个预编码矩阵中)，其对应于给定的空间多路复用速率，并且删除其余的列以便重新形成预编码矩阵。在这里，可以重新地形成由上述选择的列组成的预编码矩阵。在选择预编码矩阵的特定的列时，可以选择一个或多个随机列，或者可以按照预先定义的规则选择一个或多个特定的列。

该预编码模块(1043，1143)通过将用于相应的子载波的OFDM符号应用于以上述方式确定的每个预编码矩阵来执行预编码。 

通用的基于相移的预编码方法 

以下将说明按照另一个示例性的实施例的预编码矩阵确定模块(1041，1141)、预编码矩阵重新形成模块(1042，1142)和预编码模块(1043，1143)。 

通过引用从接收侧反馈的酉矩阵标号，或者通过使用预先定义的矩阵，该预编码矩阵确定模块(1041，1141)选择特定的酉矩阵(U)，并且将所选择的酉矩阵(U)应用于以上的公式13，以确定基于相移的预编码矩阵(P)。在这里，将预先地设置公式13的以前的矩阵的相移值。 

可能存在空间多路复用速率由于在信道环境方面的变化需要调整，或者由于多种原因，数据传输需要通过在多个发射天线中选择特定的天线执行的情形。在此情况下，当从控制单元(911)通知在空间多路复用速率方面的变化和/或在天线数目方面的变化时，该预编码重新形成模块(1042，1142)搜索适合于相应的情形的酉矩阵(U)，或者重新形成预先地选择的酉矩阵(U)以适合于相应的情形。在前一种情况下，因为不需要单独的重新形成过程，存在可以迅速地获得所需的基于相移的预编码矩阵的优点，但是，因为需要提供用于各种情形的码本，存在存储器使用率增加的缺点。此外，在后者的情形下，由于重新形成过程产生处理负荷，但是，可以降低码本容量。按照空间多路复用速率变化，或者在发射天线数目方面的变化酉矩阵重新形成的过程请参见先前相对于公式14和表3的说明。 

该预编码模块(1043，1143)通过将OFDM符号(相对于相应的子载波或者子频带)应用到以上述方式确定的基于相移的预编码矩阵来执行预编码。

控制单元(911)通知预编码矩阵重新形成模块(1042，1142)多种信息(诸如，变化的空间多路复用速率、变化的所使用的天线总数等等)，其用于重新形成该预编码矩阵。 

按照本发明公开的无线电收发装置可以在所谓的个人数字助理(PDA)、蜂窝电话、个人通信服务(PCS)电话、GSM电话、WCDMA电话、移动宽带系统(MBS)电话等等中使用。 

通过将在此处描述的基于相移的预编码方法和背景技术的空间多路复用方法两者应用到不采用信息反馈的多天线OFDM开环系统，参考某些实验性测试结果说明在这二种方法的性能方面的差别。表4示出适用于该实验性测试系统的参数。 

[表4] 

  

参数	参数值
		子载波#	512
保护(guard)载波#	106(左)，105(右)
		导频#	28(完美的信道估算)
MIMO方案	空间多路复用(SM)和相移预编码(PSP)
		MIMO接收机	MMSE(最小均方误差)，ML(最小似然)
带宽	7.68MHz
		载频	2GHz
信道模型	平坦，Ped-A(ITU步行者A)，TU(典型的城市)，移动∶30公里/小时，250公里/小时
		每帧OFDM符号#	8(局限的)
MCS(调制和编码组)	QPSK(R＝1/4，R＝1/3。R＝1/2，R＝3/4)
		信道编码	3GPP Turbo(最长的MAP)，8个叠代
发射天线#	2
		接收天线#	2
天线相关性	(0％，0％)

[0145] 图12是示出当本发明公开的基于相移的预编码(PSP)方法和背景技术的空间多路复用(SM)方法分别地适用于ML(最小似然)接收机和MMSE(最小均方误差)接收机的时候，在性能差别方面比较的图形。 

如描述的，在适用PSP方法的系统中，当与背景技术的空间多路复用方法相比的时候，通常获得更大的增益。更具体地说，在ML接收机中，当与SM方法相比的时候，PSP方法导致略微地更大的增益，但是，在MMSE接收机中，可以看出，当信噪比(SNR)增加时，可以借助于PSP方法获得更大的增益。 

图13和14是示出对于Ped-A(ITU步行者A)衰落信道环境和TU(典型的城市)衰落信道环境，适用于MMSE(最小均方误差)接收机的本发明公开的基于相移的预编码方法和用于背景技术空间多路复用方法的每个编码速率的性能差别比较的图形。 

如描述的，可以看到，在Ped-A(ITU步行者A)衰落信道环境和TU(典型的城市)衰落信道环境时，通过提高频率选择性，同时降低编码速率(R＝1/3，R＝1/4)，PSP方法可以获得大的增益。 

图15至17是示出在Ped-A(ITU步行者A)衰落信道环境和TU(典型的城市)衰落信道环境中，当本发明公开基于相移的预编码方法和背景技术的空间多路复用方法适用于采用SCW(单个码字)和MCW(多个码字)的系统时的性能差别的比较的图形。 

通常，当将空间多路复用方法应用于SCW的时候，获得与MCW相比更高的性能，因为该信道码可以另外获得空间分集增益，并且由于在码字长度方面增加，可以获得编码增益，但是，具有接收需要高度的复杂度的缺点。如描述的，在其中应用空间多路复用方法的系统中，在SCW和MCW之间的性能方面存在很大的差别。但是，如果适 用本发明公开的基于相移的预编码方法，与其中应用空间多路复用方法的系统的SCW相比，可以获得更大的增益。即，如描述的，与当背景技术的空间多路复用方法适用于MCW时相比，当应用基于相移的预编码的时候，产生更大的增益，并且与当应用SCW时相比，虽然分别地产生更小的增益，但是，很明显，在性能方面获得改善。 

图18是示出在应用空间分集方法+循环延迟分集方法的情况下，并且在平坦衰落信道环境中，本发明公开的基于相移的预编码方法+循环延迟分集方法应用于MCS(调制和编码组)的性能差别的图形。 

如描述的，对于所有的编码速率(R＝1/2，1/3，1/4)，可以看到，与应用背景技术的空间分集方法+循环延迟分集方法时相比，应用本发明公开的基于相移的预编码方法+循环延迟分集方法时获得优越的性能。 

关于采用基于相移的预编码方法的本发明公开的某些示例性的结果，当与空时编码方法相比时，该收发装置的复杂度比较低，保持相移分集方案的优点，同时支持多种空间多路复用速率。与预编码方法相比，可以期待达到相对更小的信道敏感度和对相对小的容量码本的需要。此外，通过使用通用基于相移的预编码矩阵，在不考虑该系统中的发射天线的数目的情况下，可以容易地扩展和应用基于相移的预编码。 

图19示出按照本公开与下行链路基带信号发生相关的示例性的概述结构。 

就工业实用性而论，在此所描述的特点和方面涉及和可以实现用于各种类型的无线电通信技术。某些非限制例子可以包括宽带无线空中接口技术、多输入多输出(MIMO)技术、设计用于提供更高的数据速率和基于IP的数据服务等等的所谓的3.5G或者4G系统和/或多种无线电通信标准，诸如，但是不局限于WCDMA、3GPP、3GPP2、OFDM、 OFDMA、HSDPA、UMTS、OMA、IEEE 802.11n、IEEE 802.16等等。 

因而，至少在此处描述的一些特点适用于已经开发或者继续演变的这样的标准。此外，就硬件、软件或者其某些适宜的组合而言，至少在此处描述的一些特点可以在各种类型的设备(例如，移动电话、无线通信终端、用户设备(UE)、无线电通信协议实体等等)中实现。 

在本说明书中任何的引用“一种实施例”、“实施例”、“示例性的实施例”等等指的是，与该实施例结合描述的特定的特点、结构或者特征被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书中，在不同的地方出现上述短语的外部特征不是必然地涉及其所有的相同的实施例。此外，当特定的特点、结构或者特征被与任何的实施例结合描述的时候，与该实施例的另一个结合实施上述的特点、结构或者特征被认为是在本领域技术人员的视界范围之内。 

虽然已经参考其许多说明性的实施例描述了实施例，应该明白，那些本领域技术人员可以设计很多其它的改进和实施例可以由，其将落在本公开的原理的范围内。尤其是，在该公开、附图和所附的权利要求的范围内的主题组合方案的组成部件和/或方案中，可允许多种变化和改进是。除了在组成部件和/或方案中的变化和改进之外，对于那些本领域技术人员来说选择使用也将是显而易见的。

Claims (2)

1.一种在使用多个子载波的多天线系统中预编码信号的方法，该方法包括：

从码本中选择特定预编码矩阵，其中所述特定预编码矩阵通过从酉矩阵选择规定的列向量而产生，其中所述选择的列向量的数量对应于复用速率；和使用所述特定预编码矩阵对所述信号进行预编码。

2.一种在使用多个子载波的多天线系统中预编码信号的装置，该装置包括：

预编码器，用于从所述码本中选择特定预编码矩阵，并且使用所述特定预编码矩阵对信号进行预编码，

其中所述特定预编码矩阵通过从酉矩阵选择规定的列向量而产生，其中所述选择的列向量的数量对应于复用速率。

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