CN101485048A - 使用基于相移的预编码的数据传输方法及实现该方法的发射器 - Google Patents

Abstract

公开了一种在使用多个子载波的多天线系统中使用基于相移的预编码来传输数据的方法。更具体的说，该方法包括通过为每个天线调整传输相位角来确定用于传输数据的基于相移的预编码矩阵，应用偏移量以用于将从接收终端反馈回来的偏移量信息应用到确定的预编码矩阵中，和通过将偏移量应用后的预编码矩阵乘上每个子载波的符号来执行预编码。

Description

使用基于相移的预编码的数据传输方法及实现该方法的发射器

技术领域

本发明涉及一种在使用多个子载波的多天线系统中的基于相移的预编码方法，更具体的来说，涉及一种使用基于相移的预编码的数据传输方法及实现该方法的发射器。尽管本发明适用于较宽的应用范围，其尤其适用于通过考虑从接收终端反馈回来的信息在最佳信道状态下执行通信。

背景技术

近来，信息通信服务的普及，多种多媒体服务的出现和高质量服务的出现迅速提高了对无线通信服务的需求。为了积极应对该需求，应该增加通信系统的容量。

为了在无线通信环境下增加通信容量，可利用两种选择，一种方法是寻找新的可用频带，一种方法是提升现有资源的效率。

关于后一种方法，注意力多集中于使用提供给收发器的多个天线或通过各个天线并行传输数据的多天线收发技术，通过确保用于资源利用的特定区域来获得分集增益这一方式来增加传输量。此外，人们积极做出了多种努力以研究和发展多天线收发技术。

发明内容

技术问题

然而，尽管注意力集中于上述解释的相移分集方案(phase shiftdiversity scheme)，该方案的优点在于获得开放回路中的频率选择分集增益以及闭合回路中的频率调度增益，该相移分集方案具有空间复用率1，不能提供较高数据率。在资源配置是固定的情况下，很难获得提及的上述增益。

此外，尽管上述基于码本(codebook)的预编码方案的优点在于通过使用较高空间复用率，及要求较小大小的反馈信息(索引信息)而实现有效的数据传输，但是其需要为反馈确保稳定的信道。因此，该基于码本的预编码方案不适用于具有较大的信道变化的移动环境，而仅可被应用于闭合回路系统。

技术方案

因此，本发明是针对一种使用基于相移的预编码的数据传输方法及实现该方法的发射器，其充分避免了因相关技术的限制和缺点而导致的一个或多个问题。

本发明的一个目的在于提供一种在使用多个子载波的多天线系统中的使用基于相移的预编码来传输数据的方法。

本发明的另一个目的在于提供一种用于在多天线系统中执行基于相移的预编码的发射器。

本发明的其他特征及优点将在下面的描述中被说明，且其部分将可从说明中被了解，或可通过实施本发明而得到。本发明的目的及其他优点将可通过说明书及其权利要求以及附图中所具体指出的结构来实现并获得。

为了实现这些和其他优点并根据如同包括并广泛描述的本发明的目的，一种在使用多个子载波的多天线系统中使用基于相移的预编码来传输数据的方法，方法包括：通过为每个天线调整传输相位角(transmission phase angle)来确定用于传输数据的基于相移的预编码矩阵；应用偏移量以用于将从接收终端反馈回来的偏移量信息应用到上述被确定的预编码矩阵中；和通过将上述应用了偏移量的预编码矩阵乘上每个子载波的符号来执行预编码。

在本发明另一个方面中，一种用于在多天线系统中执行基于相移的预编码的发射器，发射器包括：预编码矩阵确定模块，其用于通过为每个天线调整传输相位角来确定用于传输数据的基于相移的预编码矩阵；偏移量应用模块，其用于应用偏移量以用于将从接收终端反馈回来的偏移量信息应用到上述被确定的预编码矩阵中；和预编码模块，其用于通过将上述偏移量应用后的预编码矩阵乘上每个子载波的符号来执行预编码。

可以理解的是以上的一般描述和以下的详细描述都是示例的和解释性的，并且可以提供对本发明的权利要求的进一步说明。

附图说明

本发明所包括的附图用于提供对本发明的进一步理解，它们被结合在此并构成了本说明书的一部分，这些附图示出了本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。

在附图中：

图1是表示MIMO系统的结构的示例性方框图；

图2是表示在使用循环延迟分集方案的多天线系统中的发射终端的结构的示例性框图；

图3是使用相移分集方案的多天线系统的发射终端的框图；

图4是相移分集方案的两个应用示例图；

图5是表示在使用基于码本的预编码方案的多天线系统中的发射和接收终端的结构的示例性框图；

图6是表示应用了基于相移的预编码方案的单一码字(SCW)OFDM发射器的示例性方框图；

图7是表示应用了基于相移的预编码方案的多码字(MCW)OFDM发射器的示例性方框图；

图8是解释用于在空间复用率为2的具有四个天线的系统中执行相关技术的相移分集方案的框图；

图9表示将公式10的基于相移的预编码矩阵应用到图8所示的多天线系统中的例子；

图10表示在图9所示的系统中的用于本发明的基于相移的预编码方案的预编码矩阵的示例性框图；

图11A和图11B是解释基于相移的预编码方案的概念的框图，其中子载波索引偏移量被反馈；

图12A和图12B是解释基于相移的预编码方案的概念的框图，其中相位值偏移量被反馈；

图13A和图13B是解释基于相移的预编码方案的概念的框图，其中子载波索引偏移量和相位值偏移量被反馈；

图14是表示应用了广义的基于相移的预编码方案的SCW OFDM发射器的示例性方框图；

图15是表示应用了广义的基于相移的预编码方案的MCW OFDM发射器的示例性方框图。

具体实施方式

现在将参考本发明优选实施例进行详细说明，其例子已表示在附图中。

以下将参照图1来解释使用多天线收发技术的正交频分复用(OFDM)的MIMO(多输入多输出)系统的结构。图1是表示MIMO系统的结构的示例性方框图。

在发射终端中，信道编码器101被配置为通过附加冗余比特给传输数据比特来降低信道或噪声影响。映射器103被配置为将数据比特信息变换为数据符号信息。串并转换器105被配置为将数据符号分配并到多个子载波。多天线编码器107被配置为将数据符号变换为时空信号。

在接收终端中，多天线解码器109，并串转换器111，解映射器113和信道解码器115分别实现在发射终端中的多天线编码器107，串并转换器105，映射器103和信道编码器101的逆功能。

对于该多天线OFDM系统，需要多种用于增强数据传输可靠性的技术(或方案)。用于提高空间分集增益的方案包括STC(空时码)，CDD(循环延迟分集)等。用于提高SNR(信噪比)的方案包括BF(波束形成)和预编码。

这里，STC或CDD主要是用来提高开放回路系统的传输可靠性。在开放回路系统中，发射终端不能使用反馈消息。此外，波束形成或预编码是用来通过反馈消息来最大化闭合回路系统的SNR。在闭合回路系统中，发射终端能够使用反馈消息。

以上提及的方案(或技术)中，将进一步描述CDD和预编码方案，作为增加空间分集增益和增加SNR的技术。

在CDD方案中，OFDM信号可在具有多个天线的系统中传输。这里，每个天线可传输具有不同延迟或大小的信号以使接收终端能够获得频率分集增益。

图2是表示在使用循环延迟分集(cyclic delay diversity)方案的多天线系统中的发射终端的结构的示例性框图。

可通过串并转换器和多天线编码器来分别传递OFDM符号给每个天线。可将用于防止信道间干扰的循环前缀(CP)附加到传递的符号中并且接着发送到接收终端。

在这种情况下，传递给第一天线的数据序列被无延迟的发送给接收终端。然而，接着前一个天线，通过循环延迟预定的比特来把传递给下一个(或者随后的)天线的数据序列发送给接收终端。

如果在频域中实现循环延迟分集方案，该循环延迟可被表示为乘以相位序列。特别是，参见图3，其是使用相移分集方案的多天线系统的发射终端的框图，在频域中的每个数据序列都已经乘上预先指定的因天线而不同的相位序列集(相位序列1-相位序列M)，快速逆傅里叶变换(IFFT)可被应用到要被发送给接收终端的乘法结果。这就被称为相移分集方案。

根据该相移分集方案，平坦衰落信道可被改变(或修改)为频率选择性信道。此外，通过信道编码，可以达到频率分集增益或频率调度增益。

此外，参见图4，其是相移分集方案的两个应用示例图，如果使用了具有较大值的循环延迟，因为频率选择循环被缩短了，频率选择性被增加。从而，信道码可以更加有效的利用频率分集增益。这主要被用于由于较大的信道时间变化而具有低反馈信息可靠性的开放回路系统。

同样，如果使用了具有较小值的循环延迟，则引入了频域中的低频率变化。因此，闭合回路系统可使用低频率选择循环以将资源分配给具有最好信道条件的区域。从而，可获得频率调度增益。也就是说，在应用相移分集方案时，如果使用具有较小值的循环前缀来生成相位序列，如图4所示的信道大小增加部分和信道大小减小部分存在于由平坦衰落信道变化而来的频率选择性信道中。因此，信道大小在OFDM信号的预定子载波区域增加而在其它子载波区域减小。

在供多个用户使用的OFDMA系统中，如果通过具有增加的信道大小的预定频带来传输每个用户的信号，则可增加SNR。此外，因为每个用户的具有增加的信道大小的频率带宽可以不同(或变化)，因此该系统可获得每个用户的调度增益。此外，因为接收终端仅传输CQI(信道质量指示符)作为反馈信息，根据本方案的反馈信息的大小可小于其它方案。这里，CQI包括关于允许资源分配的子载波区域的信息。

同时，预编码方案可被分为基于码本的预编码方案和反馈方案。如果在闭合回路系统中的反馈信息是有限的话，可以使用基于码本的方案。反馈方案可被用于反馈(作为反馈信息)量化的信道信息。特别是，基于码本的预编码方案可被用于通过反馈预编码矩阵的索引给发射终端来达到SNR增益，其中发射和接收终端都已知道该预编码矩阵的索引。

图5是表示在使用基于码本的预编码方案的多天线系统中的发射和接收终端的结构的示例性框图。

参见图5，每个发射和接收终端具有一定的预编码矩阵P₁-P_L。该接收终端使用信道信息来反馈最佳预编码矩阵索引(1)给发射终端。接着该发射终端将相应于该反馈索引(或已被反馈的索引)的预编码矩阵应用到传输数据x₁-x_M(t)中。作为参考，表1表示在具有两个发射天线且支持空间复用率2，使用3比特反馈信息的IEEE802.16e中适用的码本的例子。

[表1]

图6是表示应用了基于相移的预编码方案的单一码字(SCW)OFDM发射器的示例性方框图。图7是表示应用了基于相移的预编码方案的多码字(MCW)OFDM发射器的示例性方框图。

参见图6和图7，信道编码器610增加冗余比特以防止传输数据在信道中失真，并且使用加密码，例如TURBO码，LDPC码等来执行信道编码。

交织器620通过码比特解析来执行交织以最小化因数据传输中的即时噪声而引起的丢失。接着映射器630将交织后的数据比特变换为OFDM符号。可通过相位调制方案，例如正交相移键控(QPSK)或正交幅度调制(QAM)(例如16QAM，8QAM和4QAM)来执行该符号映射。

其后，通过子信道调制器(图中未示出)和逆快速傅里叶变换器(IFFT)650将经过预编码器640的OFDM符号在时域中承载到子载波上，接着通过滤波器(图中未示出)和模拟变换器660在无线信道中传输。稍后将描述该预编码器640的细节。

参见图7的结构，MCW OFDM发射器几乎与SCW OFDM发射器具有一样的结构(730-760)，但其区别在于在MCW OFDM发射器中，OFDM符号以每个信道并行的方式经过信道编码器710和交织器720。

可由预编码矩阵确定模块641/741，预编码矩阵再配置模块642/742和偏移量应用模块643/743分别通过以下描述的公式来执行和确定预编码矩阵的生成、再配置和偏移量应用。

基于相移的预编码矩阵的生成

基于相移的预编码矩阵P可由以下公式表示。

[公式1]

在公式1中， $w_{i,j}^k(i=1,...,N_t,j=1,...,R)$ 表示由子载波索引或频带索引k确定的复合权重(complex weight)，N_t表示发射天线的数量，R表示空间复用率。这里，根据与天线相乘的OFDM符号和相应子载波的索引，该复合权重可具有不同值。此外，可根据信道状态和是否存在反馈消息中的至少一个来确定该复合权重。

同时，公式1中所示的预编码矩阵(P)优选的由一个酉矩阵来设计以降低在多天线系统中的信道大小的损失。在这种情况下，为了检查酉矩阵的配置条件，多天线开放回路系统的信道大小可由公式2来表示。

[公式2]

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

在公式2中，H表示N_r×N_t多天线信道矩阵，N_r表示接收天线的数量。公式3是将基于相移的预编码矩阵P应用到公式2中的结果。

[公式3]

$C_{\mathrm{precoding}}={\log }_2\left[\det (I_{N_r}+\frac{\mathrm{SNR}}{N}{\mathrm{HPP}}^H{H}^H)\right]$

因为如公式3中所示的PP^H可以是单位矩阵以避免信道大小的损失，该基于相移的预编码矩阵P可以是满足以下要求的单位矩阵。

[公式4]

PP^H＝I_N

为了使基于相移的预编码矩阵变为单位矩阵，需要满足两个(2)条件(也就是功率限制条件和正交限制条件)。功率限制条件是使构成矩阵的每一列的大小变为1。另外，正交限制条件是为了提供列之间的正交特性。它们可由公式5和公式6来表示。

[公式5]

${\left|w_{\mathrm{1,1}}^k\right|}^2+{\left|w_{\mathrm{2,1}}^k\right|}^2+\·\·\·+{\left|w_{N,1}^k\right|}^2=1$

${\left|w_{\mathrm{1,2}}^k\right|}^2+{\left|w_{\mathrm{2,2}}^k\right|}^2+\·\·\·+{\left|w_{N_1,2}^k\right|}^2=1$

     .

     .

     .

${\left|w_{1,R}^k\right|}^2+{\left|w_{2,R}^k\right|}^2+\·\·\·+{\left|w_{N_1,R}^k\right|}^2=1$

[公式6]

$w_{\mathrm{1,1}}^{k*}{w}_{\mathrm{1,2}}^k+w_{\mathrm{2,1}}^{k*}{w}_{\mathrm{2,2}}^k+\·\·\·+w_{N_1,1}^{k*}{w}_{N_1,2}^k=0$

$w_{\mathrm{1,1}}^{k*}{w}_{\mathrm{1,3}}^k+w_{\mathrm{2,1}}^{k*}{w}_{\mathrm{2,3}}^k+\·\·\·+w_{N_1,1}^{k*}{w}_{N_1,3}^k=0$

         .

         .

         .

$w_{\mathrm{1,1}}^{k*}{w}_{1,R}^k+w_{\mathrm{2,1}}^{k*}{w}_{2R2}^k+\·\·\·+w_{N_1,1}^{k*}{w}_{N_1,R}^k=0$

举例来说，提出了一种具有2×2基于相移的预编码矩阵的广义的公式(或等式)。进一步的，将解释与满足以上提及的两个(2)条件相关联的公式。

公式7表示使用空间复用率2的两个发射天线的基于相移的预编码矩阵的广义表述。

[公式7]

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

在公式7中，α_i(其中i＝1，2)是实数，β_j(其中j＝1，2)是实数，θ_i(其中i＝1，2，3，4)表示相位值，并且k表示OFDM信号的子载波索引。为了用单位矩阵来实现预处理矩阵，需要符合公式8中的功率限制条件和公式9中的正交限制条件。

[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]

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

在公式9中，标记“*”表示共轭复数。

进一步的，公式10表示满足公式7至9的2×2的基于相移的预编码矩阵的例子。

[公式10]

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

这里，根据正交限制，θ₂和θ₃之间的关系由公式11表示。

[公式11]

kθ₃＝-kθ₂+π

预编码矩阵可当作码本被存储在发射或接收终端的存储器中。此外，该码本可被配置为包括由一定数量的不同θ₂值生成的多种预编码矩阵。在这种情况下，可根据信道状态和反馈信息存在与否来近视地设置该θ₂值。在使用反馈消息的情况下，θ₂被设置为较小的值。如果没有使用反馈信息，θ₂可被设置为较大的值。因为这样的配置，可以达到较高频率分集增益。

基于相移的预编码矩阵的再配置

即使生成了如公式7所述的基于相移的预编码矩阵，基于信道状态(或环境)的空间复用率可被充分设置到相比天线的实际数量还要小。在这种情况下，从生成的基于相移的预编码矩阵中选择多个相应于当前空间复用率(降低的空间复用率)的特定列，则可以再配置一个新的基于相移的预编码矩阵。特别是，通过从相应的预编码矩阵中选择特定的列，利用首次生成的基于相移的预编码矩阵来再配置预编码矩阵，而不是在每次空间复用率变化时生成新的应用于相应系统的预编码矩阵。

举例来说，假设在具有两个发射天线的多天线系统中的如公式10所示的预编码矩阵具有空间复用率2，然而，将系统的空间复用率降为1是可能的。在这种情况下，可通过从如公式10所示的矩阵中选择特定的列来将矩阵再配置为具有空间复用率1的预编码矩阵。

进一步的，通过选择第二列来配置基于相移的预编码矩阵的例子如公式12所示。这与具有两个发射天线的相关技术的循环延迟分集方案有相同的格式。

[公式12]

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

在公式12中，具有两个发射天线的系统被作为示例。该公式可扩展为适用于具有四个发射天线的系统。此外，可通过根据在空间复用率为4的情况下生成基于相移的预编码矩阵之后的空间复用率的变化而选择特定列来执行预编码。

为此，图8表示应用到空间复用率为2的具有四个天线的系统的空间复用和循环延迟分集的例子。图9表示将公式10的基于相移的预编码矩阵应用到图8所示的多天线系统中的例子。

参见图8，第一序列S₁和第二序列S₂分别被传递给第一天线和第三天线。具有预先指定的大小的第一相移序列S₁e^jθ1和具有预先指定的大小的第二相移序列S₂e^jθ1分别被传递给第二天线和第四天线。从而，空间复用率变为2。

与之相反，参见图9，S₁+S₁e^jθ2被传递给第一天线，S₁e^jθ3+S₂被传递给第三天线，S₁e^jθ1+S₂e^j(θ2+θ2)被传递给第二天线，并且S₁e^j(θ1+θ3)+S₂e^jθ1被传递给第四天线。因此，相比于图8所示的系统，图9所示的系统使用具有预编码方案优点的单个预编码矩阵在四个天线上执行循环延迟(或相移)。从而，可获得循环延迟分集方案的优点。

对于上述2-和4-天线系统的对于每个空间复用率的基于相移的预编码矩阵总结在表2中。

[表2]

在表2中，θ_i(i＝1，2，3)表示根据循环延迟值的相位角，k表示OFDM的子载波索引。可通过截取如图10所示的预编码矩阵(其用于空间复用率为2的具有四个发射天线的多天线系统)的特定部分而获得以上四种情况的每个预编码矩阵。图10表示在图9所示的系统中的用于本发明的基于相移的预编码方案的预编码矩阵的示例性框图。

因为对于上述四种情况的预编码矩阵来说，码本将不需要被提供，其能够节约发射和接收终端的存储器大小。此外，以上解释的基于相移的预编码矩阵可以相同的方式扩展到具有M个天线和空间复用率N的系统中。

对基于相移的预编码矩阵的偏移量应用

以下描述涉及用于通过在如表2所示的空间复用率为2具有四个天线的系统中将相位值偏移量和/或子载波索引偏移量应用到基于相移的预编码矩阵中来确定最优化的预处理矩阵。然而，本发明并不限于以下实施例、示例和/或描述。此外，以下描述可以相同方式应用到空间复用率为N具有M个天线的系统中。

<偏移量应用示例1>

图11A和图11B是解释基于相移的预编码方案的概念的框图，其中子载波索引偏移量被反馈。

如图11A所示，子载波索引偏移量N_offset被从接收终端反馈并且接着被应用给基于相移的预编码矩阵。

参见图11B，初始被分配给具有索引k的子载波的信道区域(分配给由实线表示的正弦波)处于比另一个区域更坏的状态。因此，接收终端获得分配给相应子载波的资源的信道状态，计算合适的偏移量N_offset，并且接着反馈该偏移量给发射终端。

该发射终端将该偏移量应用到先前的基于相移的预编码矩阵中，并且接着使相应子载波能够移动到最佳信道区域中(分配给由虚线表示的正弦波)。应用了被反馈的索引偏移量N_offset的基于相移的预编码矩阵可由公式13来表示。

[公式13]

$\frac{1}{\sqrt{4}}\left[\begin{array}{cc}1& e^{-j{\mathrm{\&theta;}}_1(k+N_{\mathrm{offset}})}\\ e^{j{\mathrm{\&theta;}}_1(k+N_{\mathrm{offset}})}& 1\\ e^{j{\mathrm{\&theta;}}_2(k+N_{\mathrm{offset}})}& -e^{-j{\mathrm{\&theta;}}_3(k+N_{\mathrm{offset}})}\\ e^{j{\mathrm{\&theta;}}_3(k+N_{\mathrm{offset}})}& e^{-j{\mathrm{\&theta;}}_2(k+N_{\mathrm{offset}})}\end{array}\right]$

<偏移量应用示例2>

图12A和图12B是解释基于相移的预编码方案的概念的框图，其中相位值偏移量被反馈。

参见图12A，从接收终端处接收合适的相位值θ，或从接收终端反馈相应于先前反馈的相位值和最优化相位值之间的差的相位值偏移量θ_offset。接着该接收到的值被应用到基于相移的预编码矩阵。

参见图12B，首先被分配为具有相位θ₀和索引k的子载波的信道区域(分配给由实线表示的正弦波)处于比另一个区域更坏的状态。因此，接收终端获得分配给相应子载波的资源的信道状态，计算最佳相位值θ，将其与先前反馈相位值θ₀相比较，并且接着反馈偏移量θ_offset给发射终端。

该发射终端将该反馈偏移量θ_offset应用到先前的基于相移的预编码矩阵中，并且接着使相应子载波能够移动到处于比先前状态更好的状态的最佳信道区域中(分配给由虚线表示的正弦波)。应用了反馈偏移量θ_offset的基于相移的预编码矩阵可由公式14来表示。

[公式14]

$\frac{1}{\sqrt{4}}\left[\begin{array}{cc}1& -e^{-j({\mathrm{\&theta;}}_1+{\mathrm{\&theta;}}_{1,\mathrm{offset}})k}\\ e^{j({\mathrm{\&theta;}}_1+{\mathrm{\&theta;}}_{1,\mathrm{offset}})k}& 1\\ e^{j({\mathrm{\&theta;}}_2+{\mathrm{\&theta;}}_{2,\mathrm{offset}})k}& -e^{-j({\mathrm{\&theta;}}_3+{\mathrm{\&theta;}}_{3,\mathrm{offset}})k}\\ e^{j({\mathrm{\&theta;}}_3+{\mathrm{\&theta;}}_{3,\mathrm{offset}})k}& e^{-j({\mathrm{\&theta;}}_2+{\mathrm{\&theta;}}_{2,\mathrm{offset}})k}\end{array}\right]$

同时，接收终端获得分配给相应子载波的信道的状态并且接着计算最佳相位值θ。如果接收终端直接反馈值θ给发射终端，该发射终端可根据该反馈相位值来新生成基于相移的预编码矩阵。

<偏移量应用示例3>

图13A和图13B是解释基于相移的预编码方案的概念的框图，其中反馈子载波索引偏移量和相位值偏移量。

参见图13A，从接收终端处接收合适的相位值θ和子载波索引偏移量N_offset，或从接收终端反馈相应于先前反馈的相位值和最优化相位值之间的差的相位值偏移量θ_offset和子载波索引偏移量N_offset。接着这些接收到的值被应用给基于相移的预编码矩阵。

参见图13B，初始被分配为具有相位θ₀和索引k的子载波的信道区域(分配给由实线表示的正弦波)处于比另一个区域更坏的状态。因此，接收终端获得分配给相应子载波的资源的信道状态，计算最佳相位值θ和子载波索引偏移量N_offset，并且接着反馈相应于相位值θ和先前反馈相位值θ₀的差θ_offset以及子载波索引偏移量N_offset给发射终端。

该发射终端将反馈偏移量θ_offset和N_offset增加给先前基于相移的预编码矩阵，并且接着使相应子载波能够移动到处于比先前状态更好的状态的最佳信道区域中(分配给由虚线表示的正弦波)。应用了反馈偏移量θ_offset和N_offset的基于相移的预编码矩阵可由公式15来表示。

[公式15]

$\frac{1}{\sqrt{4}}\left[\begin{array}{cc}1& -e^{-j({\mathrm{\&theta;}}_1+{\mathrm{\&theta;}}_{1,\mathrm{offset}})(k+N_{\mathrm{offset}})}\\ e^{j({\mathrm{\&theta;}}_1+{\mathrm{\&theta;}}_{1,\mathrm{offset}})(k+N_{\mathrm{offset}})}& 1\\ e^{j({\mathrm{\&theta;}}_2+{\mathrm{\&theta;}}_{2,\mathrm{offset}})(k+N_{\mathrm{offset}})}& -e^{-j({\mathrm{\&theta;}}_3+{\mathrm{\&theta;}}_{3,\mathrm{offset}})(k+N_{\mathrm{offset}})}\\ e^{j({\mathrm{\&theta;}}_3+{\mathrm{\&theta;}}_{3,\mathrm{offset}})(k+N_{\mathrm{offset}})}& e^{-j({\mathrm{\&theta;}}_2+{\mathrm{\&theta;}}_{2,\mathrm{offset}})(k+N_{\mathrm{offset}})}\end{array}\right]$

<偏移量应用示例4>

基于相移的预编码矩阵的子载波索引被固定为从接收终端反馈的子载波索引偏移量N_offset以进行使用。

该接收终端获得分配给任意的或预先指定的子载波的资源的信道状态，计算适当的偏移量N_offset，并且接着将计算后的偏移量反馈给发射终端。

已经接收到反馈偏移量N_offset的发射终端为所有子载波而不管子载波类型(或子载波索引)将该反馈偏移量应用给先前基于相移的预编码矩阵，并且接着使所有子载波能够移动到最佳信道区域中(分配给由虚线表示的正弦波)。

在这种情况下，因为具有最大信道大小的频域被相同的应用到所有子载波上，可进一步提升系统性能。已应用了反馈索引偏移量N_offset的基于相移的预编码矩阵可由公式16来表示。

[公式16]

$\frac{1}{\sqrt{4}}\left[\begin{array}{cc}1& -e^{-j{\mathrm{\&theta;}}_1{N}_{\mathrm{offset}}}\\ e^{j{\mathrm{\&theta;}}_1{N}_{\mathrm{offset}}}& 1\\ e^{j{\mathrm{\&theta;}}_2{N}_{\mathrm{offset}}}& -e^{-j{\mathrm{\&theta;}}_3{N}_{\mathrm{offset}}}\\ e^{j{\mathrm{\&theta;}}_3{N}_{\mathrm{offset}}}& e^{-j{\mathrm{\&theta;}}_2{N}_{\mathrm{offset}}}\end{array}\right]$

这里，子载波索引偏移量N_offset是固定值，并且成为用于创建接收终端中的最大信道大小的信息。

用于实现基于相移的预编码的预编码器

预编码矩阵确定模块641/741读取先前存储在存储器150中的预编码矩阵，或选择从码本中读出特定预编码矩阵，并且接着从相应的预编码矩阵中确定相应于特定子载波的列作为参考列。随后，将该参考列相移预定的单位以确定相应于重置的子载波的其它列。

假设相应于该参考列的子载波是具有索引1的子载波，可通过相移参考列预定大小来决定相应于具有索引2的子载波的列。此外，可通过再次对被相移后的列相移预定大小来决定相应于具有索引3的子载波的列。重复上述相移处理至最后一列。

在这种情况下，可根据由发射器测量的当前信道状态(或环境)来可变地设置(或配置)相移的大小，或相移的大小是根据从接收终端反馈的信息而变化的。

预编码矩阵再配置模块642/742通过选择总计为相应于由预编码矩阵确定模块641/741确定的每个预编码矩阵所给定的空间复用率的数量的列的方式来再配置预编码矩阵，并且接着删除剩下的列。在这种情况下，可新生成仅由选择的列所构成的预编码矩阵。同时，从预编码矩阵中选择特定的列可以是选择随机列或根据预定规则选择特定列。

偏移量应用模块643/743通过将相位值信息和/或从接收终端反馈的子载波索引偏移量信息应用给再配置后的预编码矩阵来完成最后的预编码矩阵。

预编码模块644/744通过将用于相应子载波的OFDM符号插入到决定后的预编码矩阵中来执行预编码。

广义的基于相移的预编码

在以上描述中，解释了用于在四个发射天线和空间复用率2的情况下配置基于相移的预编码矩阵的处理。然而，可通过公式17来概括用于具有Nt(Nt为大于2的自然数)个天线和空间复用率R(R为大于1的自然数)的系统的基于相移的预编码方法。

[公式17]

在公式17中，在等式标记(＝)右侧的前端矩阵(以下称为“第一矩阵”)是用于相移的对角矩阵。后端矩阵U(以下称为“第二矩阵”)用于使第一矩阵变为酉矩阵(unitary matrix)，并且满足 $U_{N_t\&times;R}^H\&times;U_{N_t\&times;R}=I_{R\&times;R}$

在使用1比特码本和两个发射天线情况下的基于相移的预编码矩阵的一个例子由公式18来表示。

[公式18]

$P_{2\&times;2}^k=\left[\begin{array}{cc}\mathrm{\&alpha;}& \mathrm{\&beta;}\\ \mathrm{\&beta;}& -\mathrm{\&alpha;}\end{array}\right],{\mathrm{\&alpha;}}^2+{\mathrm{\&beta;}}^2=1$

在公式18中，如果取得了α的值，则容易确定β的值。因此，用于α值的信息被设为两种合适的值，并且其信息被反馈为码本索引。举例来说，如果反馈索引为0，α被设为0.2。如果反馈索引为1，α被设为0.8。这可在发射和接收终端之间事先约定好。

作为第二矩阵的一个例子，为了获得信噪比(SNR)，可使用预先指定的预编码矩阵。特别是，在使用Walsh码作为预编码矩阵的情况下，基于相移的预编码矩阵P由公式19来表示。

[公式19]

$P_{4\&times;4}^k=\frac{1}{\sqrt{4}}\left[\begin{array}{cccc}{e}^{j{\mathrm{\&theta;}}_{1}k}& 0& 0& 0\\ 0& e^{j{\mathrm{\&theta;}}_{2}k}& 0& 0\\ 0& 0& e^{j{\mathrm{\&theta;}}_{3}k}& 0\\ 0& 0& 0& e^{j{\mathrm{\&theta;}}_{4}k}\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\\ 1& -1& 1& 1\\ 1& 1& -1& 1\\ 1& -1& -1& 1\end{array}\right]$

公式19假设了一个具有四个发射天线和空间复用率4的系统。通过适当地再配置第二矩阵，可以调整(比率调整，rate tuning)特定的发射天线(天线选择)或空间复用率。

公式20表示再配置的第二矩阵以在具有四个发射天线的系统中选择两个天线。

[公式20]

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

表3表示在空间复用率根据时间或信道状况而变化的情况下的为了满足相应的空间复用率而对第二矩阵进行再配置的方法。

[表3]

在这种情况下，表3表示选择了第一列，第一和第二列，以及第一至第四列的情况，其并不是用于限制本发明。举例来说，在复用率为1的情况下，可选择第一至第四列中的一列。在复用率为2的情况下，可选择第一和第二列中的一列，第二和第三列中的一列，第三和第四列中的一列以及第四和第一列中一列。

同时，可将第二矩阵当作码本来提供给每个发射和接收终端。在这种情况下，用于该码本的索引信息从接收终端被反馈给发射终端。该发射终端从其码本中选择相应索引的酉矩阵(后端矩阵)，并且接着使用公式17来配置基于相移的预编码矩阵。

此外，第二矩阵可被周期性的修改以使得在相同时隙传输的载波具有每个频带不同的预编码矩阵。

从而，周期性修改的预编码矩阵可被应用到频带中。

同时，用于基于相移的预编码的循环延迟值可以是为发射器/接收器预先设置的值，或是由接收器通过反馈传递给发射器的值。此外，空间复用率R也可以是为发射器/接收器预先设置的值。

可选的是，接收器周期性的获得信道状态，计算空间复用率，并且接着将计算的值反馈给发射器。可选的是，该发射器可使用由接收器反馈的信道信息来计算和修改空间复用率。

对广义的基于相移的预编码矩阵的偏移量应用

以下将解释用于通过将相位值偏移量和/或子载波索引偏移量应用给如公式17所示的广义的基于相移的预编码矩阵来确定最佳预编码矩阵的处理。

<偏移量应用示例5>

与偏移量应用示例1类似，从接收终端反馈子载波索引偏移量N_offset，并且接着将其应用给广义的基于相移的预编码矩阵。作为另一个例子，N_offset是当因分组错误而激活重传时所应用的预定值。

已应用了反馈索引偏移量N_offset的广义的基于相移的预编码矩阵可由公式21来表示。

[公式21]

<偏移量应用示例6>

与偏移量应用示例2类似，从接收终端处接收合适的相位值θ，或从接收终端反馈相应于先前反馈的相位值和最优化相位值之间的差的相位值偏移量θ_offset。接着该接收到的值被应用给基于相移的预编码矩阵。作为另一个例子，θ_offset是当因分组错误而激活重传时所应用的预定值。

已应用了反馈偏移量θ_offset的基于相移的预编码矩阵可由公式22来表示。

[公式22]

同时，接收终端获得指定给相应子载波的信道的状态，计算最佳相位值θ，并且接着将该计算的值直接反馈给发射终端。这样，该发射终端可基于反馈的相位值来生成新的基于相移的预编码矩阵。作为另一个例子，θ_N，offset是当因分组错误而激活重传时所应用的预定值。

<偏移量应用示例7>

与偏移量应用示例3类似，从接收终端处接收合适的相位值θ和子载波索引偏移量N_offset，或从接收终端反馈相应于先前反馈的相位值和最优化相位值之间的差的相位值偏移量θ_offset和子载波索引偏移量N_offset。接着该接收到的值被应用给基于相移的预编码矩阵。作为另一个例子，θ_offset和N_offset是当因分组错误而激活重传时所应用的预定值。

已应用了反馈偏移量θ_offset和N_offset的基于相移的预编码矩阵可由公式23来表示。

[公式23]

<偏移量应用示例8>

与偏移量应用示例4类似，基于相移的预编码矩阵的子载波索引固定为从接收终端反馈的子载波索引偏移量N_offset以被使用。

已应用了反馈索引偏移量N_offset的广义的基于相移的预编码矩阵可由公式24来表示。

[公式24]

在这种情况下，子载波索引偏移量N_offset是OFDM符号中的预定频带间隔的固定值，并且成为用于创建接收终端中最大信道大小的信息。

用于实现广义的基于相移的预编码的预编码器

图14是表示应用了广义的基于相移的预编码方案的SCW OFDM发射器的示例性方框图。图15是表示应用了广义的基于相移的预编码方案的MCW OFDM发射器的示例性方框图。

参见图14和图15，预编码器1440/1540包括预编码矩阵确定模块1441/1541，偏移量应用模块1444/1544，和预编码模块1445/1545。该预编码器1440/1540可进一步包括矩阵再配置模块1442/1542和/或天线选择模块1443/1543。

预编码矩阵确定模块1441/1541通过将用于相移的对角矩阵第一矩阵乘上满足酉矩阵条件的第二矩阵，来确定如公式17所示的基于相移的预编码矩阵。

矩阵再配置模块1442/1542如表3所示，从第二矩阵中选择总计为相应于预先指定的空间复用率的列，并且接着再配置仅包括选择的列的第二矩阵。

假设该第二矩阵为N×N矩阵(N为大于2的正整数)，天线选择模块1443/1543从第二矩阵选择相应于特定天线的至少一个n×n部分矩阵，并且接着通过将除了选择的部分矩阵之外的所有分量设置为0来选择将被用于数据传输的特定天线。

预编码模块1445/1545通过将用于相应子载波的OFDM符号插入到每一个确定的预编码矩阵中来执行预编码操作。

为了实现发射装置，可提供用于在其中存储多种设置信息的存储器(图中未示出)，用于接收反馈信息的接收电路(图中未示出)和用于完全控制上述元件的控制器(图中未示出)。

特别是，可在存储器中存储用于基于相移的预编码的码本以及用于支持自适应信道编码&调制(AMC)的MCS查询表。在这种情况下，该码本包括至少一个基于相移的预编码矩阵元素和至少一个用于每个矩阵的索引元素。此外，MCS查询表包括至少一个要被应用给输入的信息比特的码率元素，至少一个调制方案元素，和至少一个匹配于这些元素的MCS级数(level)索引元素。

接收电路通过天线接收接收器发射的信号，数字化接收到的信号，并且接着将数字化后的信号发送给控制器。从由接收电路接收到的信号中提取出的信息可包括信道质量信息(CQI)。在这种情况下，CQI是由接收器反馈给发射器100的用于信道环境、编码方案和调制方案的信息。特别的，至少一个用于基于相移的预编码矩阵的索引信息和用于指定特定码率和/或调制方案或调制大小的索引信息。此外，MCS(调制和编码方案)级数索引也可被用作索引信息。

工业实用性

因此，本发明提供以下效果和/或优点。

首先，本发明提供相关技术的相移分集方案和相关技术的预编码方案的优点。

第二，本发明自适应性地应对信道状态或系统状态而不受天线结构和空间复用率影响，从而执行有效的数据传输。

第三，本发明额外的将从接收终端反馈的相位值偏移量和/或子载波索引偏移量信息应用给用于基于相移的预编码方案的所应用的预编码矩阵，从而在最佳信道环境中执行通信。

尽管本发明已参照其优选实施例进行了描述及说明，很明显本领域的技术人员可对其进行各种修改及变化，而不脱离本发明的精神或范畴。因此，本发明覆盖权利要求书及其等效物所提供的本发明的修改及变化。

Claims (21)

1.一种在使用多个子载波的多天线系统中使用基于相移的预编码来传输数据的方法，所述方法包括：

通过为每个天线调整传输相位角来确定用于传输数据的基于相移的预编码矩阵；

应用偏移量以用于将从接收终端反馈回来的偏移量信息应用到所述被确定的预编码矩阵中；和

通过将所述应用了偏移量的预编码矩阵乘上每个子载波的符号来执行预编码。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基于相移的预编码矩阵的确定步骤包括以下步骤：

在随机选择的预编码矩阵中确定相应于特定子载波的列；和

通过将前述列相移预定单位而确定相应于重置的子载波的列。

3.根据权利要求2所述的方法，其进一步包括以下步骤：

从所述确定的基于相移的预编码矩阵中选择总计为相应于预先指定的空间复用率的数量的列；

再配置相应的预编码矩阵，以仅包括所述选择的列。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基于相移的预编码矩阵的确定步骤包括：通过将用于相移的第一矩阵乘上第二矩阵，以使得所述第一和相乘后的矩阵变成酉矩阵。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一矩阵是以列为单位来增加或减少相位角的对角矩阵，并且其中第二矩阵满足酉矩阵条件。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一矩阵与所述第二矩阵相乘后的结果被表示为：

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第二矩阵被周期性地修改以使得在同一时隙传输的载波具有因频带而异的预编码矩阵。

8.根据权利要求5所述的方法，其进一步包括以下步骤：

如果第二矩阵为N×N矩阵，其中N为大于或等于2的整数，从所述第二矩阵选择相应于特定天线的至少一个n×n部分矩阵，其中0<n<N；和

将除了所述选择的部分矩阵之外的所有分量设置为0。

9.根据权利要求5所述的方法，其进一步包括以下步骤：

从所述第二矩阵中选择总计为相应于预先指定的空间复用率的数量的列；和

再配置所述第二矩阵使得仅包括所述选择的列。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的方法，其中，所述偏移量信息是子载波索引偏移量信息。

11.根据权利要求1至9中的任一项所述的方法，其中，所述偏移量信息是相位值偏移量信息。

12.根据权利要求1至9中的任一项所述的方法，其中，所述偏移量信息包括子载波索引偏移量信息和相位值偏移量信息。

13.根据权利要求1至9中的任一项所述的方法，其中，所述偏移量信息是适用于所有子载波的子载波索引偏移量信息，以及其中所述子载波索引偏移量信息是固定值。

14.根据权利要求1至9中的任一项所述的方法，其中，所述基于相移的预编码矩阵(P)被表示为：

其中所述

表示由子载波索引或频带索引k确定的复合权重，并且i＝1、...、Nt，j＝1、...、R，其中N_t表示发射天线的数量，R表示空间复用率。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述基于相移的预编码矩阵包括酉矩阵。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述基于相移的预编码矩阵满足第一条件：

$\begin{array}{c}{\left|w_{\mathrm{1,1}}^k\right|}^2+{\left|w_{\mathrm{2,1}}^k\right|}^2+\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;+{\left|w_{N_t,1}^k\right|}^2=1,\\ {\left|w_{\mathrm{1,2}}^k\right|}^2+{\left|w_{\mathrm{2,2}}^k\right|}^2+\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;+{\left|w_{N_t,2}^k\right|}^2=1,\\ \&CenterDot;\\ \&CenterDot;\\ \&CenterDot;\\ {\left|w_{1,R}^k\right|}^2+{\left|w_{2,R}^k\right|}^2+\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;+{\left|w_{N_t,R}^k\right|}^2=1,\end{array}$ 和第

二条件：

$\begin{array}{c}{w}_{\mathrm{1,1}}^{k*}{w}_{\mathrm{1,2}}^k+w_{\mathrm{2,1}}^{k*}{w}_{\mathrm{2,2}}^k+\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;+w_{N_t,1}^{k*}{w}_{N_t,2}^k=0,\\ w_{\mathrm{1,1}}^{k*}{w}_{\mathrm{1,3}}^k+w_{\mathrm{2,1}}^{k*}{w}_{\mathrm{2,3}}^k+\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;+w_{N_t,1}^{k*}{w}_{N_t,3}^k=0,\\ \&CenterDot;\\ \&CenterDot;\\ \&CenterDot;\\ w_{\mathrm{1,1}}^{k*}{w}_{1,R}^k+w_{\mathrm{2,1}}^{k*}{w}_{2,R}^k+\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;+w_{N_t,1}^{k*}{w}_{N_t,R}^k=0.\end{array}$

17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述复合权重是根据信道状态和是否存在反馈信息中的至少一个来确定的。

18.一种用于在多天线系统中执行基于相移的预编码的发射器，所述发射器包括：

预编码矩阵确定模块，其用于通过为每个天线调整传输相位角来确定用于传输数据的基于相移的预编码矩阵；

偏移量应用模块，其用于应用偏移量以用于将从接收终端反馈回来的偏移量信息应用到所述被确定的预编码矩阵中；和

预编码模块，其用于通过将所述偏移量应用后的预编码矩阵乘上每个子载波的符号来执行预编码。

19.根据权利要求18所述的发射器，其中，所述预编码矩阵确定模块在随机选择的预编码矩阵中确定相应于特定子载波的列，并且接着通过由对前述的列相移预定单位来确定相应于重置的子载波的列。

20.根据权利要求18所述的发射器，其中，所述预编码矩阵确定模块通过将用于相移的第一矩阵乘以第二矩阵使得所述第一矩阵变为酉矩阵，从而确定所述基于相移的预编码矩阵。

21.根据权利要求20所述的发射器，其中，所述第一矩阵是以列为单位来增加或减少相位角的对角矩阵，并且其中所述第二矩阵满足酉矩阵条件。

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