CN101663840B - 用于基于循环延迟分集（cdd）的预编码的转置结构 - Google Patents

Abstract

描述了便于将循环延迟分集(CDD)和预编码应用于无线传输的系统和方法。具体而言，待传输到接收机的多个接收天线的数据矢量可转换到虚拟天线域。CDD可应用于该域，接着应用预编码，以允许虽已应用CDD仍保留预编码的益处。在这方面，可发送因而形成的信号，而不会使传输能量流入接收设备不可及的零空间中。

Description

用于基于循环延迟分集(CDD)的预编码的转置结构

本申请要求2007年4月25日提交的、标题为“A method and apparatus forTransposed Structure for Cyclic Delay Diversity(CDD)Based Precoding”的美国临时专利申请序列No.60/914,031的利益。前述申请的全部内容通过引用被并入本文。

技术领域

下面的描述一般地涉及无线通信，更具体而言，涉及无线通信网络中的传输预编码。

背景技术

广泛地部署了无线通信系统，以提供各种通信内容，诸如：语音、数据等。典型的无线通信系统可以是能够通过共享可用系统资源(例如，带宽、传输功率...)来支持与多个用户的通信的多址系统。此类多址系统的实例可包括：码分多址(CDMA)系统、时分多址(TDMA)系统、频分多址(FDMA)系统、正交频分多址(OFDMA)系统等。此外，系统可遵循规范，例如第三代合作伙伴计划(3GPP)、3GPP2、3GPP长期演进(LTE)等。

通常，无线多址通信系统可同时支持多个移动设备的通信。每个移动设备可通过前向链路和反向链路上的传输与一个或多个基站进行通信。前向链路(或下行链路)指从基站到移动设备的通信链路，而反向链路(或下行链路)指从移动设备到基站的通信链路。此外，移动设备和基站之间的通信可通过单输入单输出(SISO)系统、多输入单输出(MISO)系统、多输入多输出(MIMO)系统等来建立。此外，在端对端无线网络配置中移动设备可与其它移动设备(和/或基站与其它基站)进行通信。

MIMO系统通常使用多个(N_T个)发射天线和多个(N_R个)接收天线用于数据传输。在一个实例中，天线可与基站和移动设备两者有关，允许无线网络上设备之间的双向通信。基站可执行对一个或多个信号的预编码，以在传输信号时提供波束成形。此外，基站(或移动设备)可使用物理天线中的循环延迟分集(CDD)将空间分集引入频域中。因此，多个天线可使用专用于天线的延迟来操作以传输具有冗余和分集的预编码的信号，该冗余和分集提高接收端处的成功解码。然而，因为CDD应用于物理天线域中，在发射天线的数量大于接收天线、数据流或传输层的数量的情况下，部分传输能量被流入到接收机不能访问的零空间(null space)，使预编码的很多益处无效。

发明内容

下文介绍了一个或多个实施方式的简明概述，以便提供对这些实施方式的基本理解。此概述不是所有预想实施方式的广泛综述，且既不旨在标识关键或重要的元件，也不旨在叙述任何或所有实施方式的范围。其唯一的目的是以简化的形式介绍一个或多个实施方式的一些概念，作为对以后介绍的更详细描述的序言。

根据一个或多个实施方式以及其相应的公开，结合在对传输信号进行预编码之前执行对循环延迟分集(CDD)结构的转置来描述不同的方面。在一个实例中，信号可转换到要在其上应用CDD的虚拟天线域。随后，应用CDD的虚拟天线信号可以逆转换到用于预编码的物理天线层。这能够实现预编码的益处，例如信号方向和其它设计特性，而不会在发射天线的数量大于接收天线的数量或数据流的数量的情况下使能量流入零空间。

根据有关方面，提供了便于将CDD和预编码应用于无线传输的方法。该方法可包括将与接收机的天线有关的多个数据矢量转换到虚拟天线域，并将CDD矩阵应用于所述多个数据矢量以产生空间分集矩阵。该方法可附加地包括将预编码矩阵应用于空间分集矩阵以构成对应于多个发射天线的多个定向数据波束。

另一方面涉及无线通信装置。无线通信装置可包括至少一个处理器，配置为将多个数据矢量转换到虚拟天线域，并在其上应用CDD和预编码矩阵以产生多个波束成形的信号。无线通信装置还可包括耦合到所述至少一个处理器的存储器。

又一方面涉及便于将CDD和预编码应用于无线传输的无线通信装置。无线通信装置可包括用于将与传输等级(rank)有关的多个数据矢量转换到虚拟天线空间的模块。无线通信装置可附加地包括用于将CDD应用于虚拟天线空间的模块以及用于对应用CDD的虚拟天线空间进行预编码以产生多个波束成形的信号的模块。

再一方面涉及计算机程序产品，其可具有计算机可读介质，该计算机可读介质包括用于使至少一个计算机将与接收机的天线有关的多个数据矢量转换到虚拟天线域的代码。该计算机可读介质还可包括用于使所述至少一个计算机将循环延迟分集(CDD)矩阵应用于所述多个数据矢量以产生空间分集矩阵的代码。而且，该计算机可读介质可包括用于使所述至少一个计算机将预编码矩阵应用于所述空间分集矩阵以构成对应于多个发射天线的多个定向数据波束的代码。

为了实现前述和有关的目的，一个或多个实施方式包括在下文中充分描述和在权利要求中特别指出的特征。下面的描述和附图详细阐述了一个或多个实施方式的某些例证性方面。然而，这些方面指示可使用各种实施方式的原理的各种方法中的仅仅一些方法，且所描述的实施方式旨在包括所有这样的方面及其等效形式。

附图说明

图1是根据本文阐述的不同方面的无线通信系统的图示。

图2是在无线通信环境中使用的示例性通信装置的图示。

图3是实现将循环延迟分集(CDD)和预编码应用到无线传输的示例性无线通信系统的图示。

图4是用于将CDD和预编码应用于无线传输的示例性操作的图示。

图5是便于将CDD和预编码应用于无线传输的示例性方法的图示。

图6是便于选择要应用于无线通信的适当的CDD和预编码矩阵的示例性方法的图示。

图7是便于将CDD和预编码应用于无线传输的示例性系统的图示。

图8是可结合本文描述的各种系统和方法使用的示例性无线网络环境的图示。

图9是将CDD和预编码应用于无线传输的示例性系统的图示。

具体实施方式

现在参考附图描述各种实施方式，其中相似的附图标记用于表示相似的元件。在下面的描述中，为了解释的目的，阐述了很多具体的细节，以便提供对一个或多个实施方式的彻底理解。然而，明显地，此类实施方式可在没有这些具体细节的情况下进行实施。在其它实例中，以方框图形式示出了公知的结构和设备，以便描述一个或多个实施方式。

本申请中使用的术语“组件”、“模块”、“系统”等旨在指代与计算机有关的实体，其或是硬件、固件、硬件和软件的组合、软件、或是执行中的软件。例如，组件可以是但不限于：在处理器上运行的过程、处理器、对象、可执行文件、执行线程、程序和/或计算机。作为例证，在计算设备上运行的应用程序和计算设备可以是组件。一个或多个组件可驻留在过程和/或执行的线程内，且组件可位于一个计算机上和/或分布在两个或多个计算机之间。此外，这些组件可从储存有各种数据结构的各种计算机可读介质执行。这些组件可以通过本地和/或远程处理来进行通信，例如根据具有一个或多个数据分组的信号来进行通信，所述数据分组例如来自一个组件的数据，该组件利用所述信号与本地系统、分布式系统中的另一个组件进行交互和/或在例如互联网的网络上与其它系统进行交互。

此外，本文结合移动设备描述了各种实施方式。移动设备也可称为：系统、用户单元、用户站、移动台、移动设备、远程站、远程终端、接入终端、用户终端、终端、无线通信设备、用户代理、用户装置或用户设备(UE)。移动设备可以是：蜂窝电话、无绳电话、会话初始化协议(SIP)电话、无线本地环路(WLL)站、个人数字助理(PDA)、具有无线连接能力的手持式设备或连接到无线调制解调器的计算设备或其它处理设备。而且，本文结合基站描述了各种实施方式。基站可用于与移动设备进行通信，并且也可称为：接入点、节点B、演进节点B(eNode B或eNB)、基站收发台(BTS)或一些其它术语。

而且，本文描述的各个方面和特征可使用标准编程和/或工程技术实现为方法、装置和制品。本文使用的术语“制品”旨在包括可从任何计算机可读设备、载体或媒体访问的计算机程序。例如，计算机可读介质可包括但不限于：磁性存储介质(例如，硬盘、软盘、磁条等)、光学磁盘(例如，紧致盘(CD))、数字多用途盘(DVD)等)、智能卡和闪存设备(例如，EPROM、卡、杆、键驱动器等)。此外，本文描述的各种存储介质可代表用于存储信息的一个或多个设备和/或其它机器可读的介质。术语“机器可读介质”可无限制地包括无线信道和能够存储、包含和/或携带指令和/或数据的各种其它介质。

本文描述的技术可用于各种无线通信系统，诸如：码分多址(CDMA)系统、时分多址(TDMA)系统、频分多址(FDMA)系统、正交频分多址(OFDMA)系统、单载波频域复用(SC-FDMA)系统和其它系统。术语“系统”和“网络”常常可互换地使用。CDMA系统可实现诸如通用地面无线接入(UTRA)、CDMA2000等无线电技术。UTRA包括宽带CDMA(WCDMA)和CDMA的其它变形。CDMA2000涵盖IS-2000、IS-95和IS-856标准。TDMA系统可实现诸如全球移动通信系统(GSM)的无线电技术。OFDMA系统可实现无线电技术，诸如：演进UTRA(E-UTRA)、超移动宽带(UMB)、IEEE 802.11(Wi-Fi)、IEEE 802.16(WiMAX)、IEEE 802.20、Flash-OFDM等。UTRA和E-UTRA是通用移动电信系统(UMTS)的一部分。3GPP长期演进(LTM)是使用E-UTRA的UMTS的新版本，其在下行链路上使用OFDMA在上行链路使用SC-FDMA。在来自名为“第三代合作伙伴计划”(3GPP)的组织的文件中描述了UTRA、E-UTRA、UMTS、LTE、LTE-A和GSM。在来自名为“第三代合作伙伴计划2”(3GPP2)的组织的文件中描述了CDMA2000和UMB。

现在参考图1，根据本文介绍的各种实施方式示出了无线通信系统100。系统100包括基站102，基站102可包括多个天线组。例如，一个天线组可包括天线104和106，另一组可包括天线108和110，而另外一组可包括天线112和114。对每个天线组只示出两个天线；然而，对每个组可利用更多或更少的天线。基站102可附加地包括发送器链和接收机链，其中每个链又包括与信号发送和接收相关的多个组件(例如，处理器、调制器、复用器、解调器、解复用器、天线等)，这是本领域技术人员应认识到的。

基站102可与一个或多个移动设备(例如移动设备116和移动设备122)进行通信；然而，应认识到，基站102可实质上与类似于移动设备116和122的任何数量的移动设备进行通信。移动设备116和122可以是，诸如：蜂窝电话、智能电话、膝上型计算机、手持式通信设备、手持式计算设备、卫星无线电装置、全球定位系统、PDA、和/或用于在无线通信系统100上进行通信的任何其它适当的设备。如所述，移动设备116与天线112和114进行通信，其中天线112和114在前向链路118上将信息发送到移动设备116，而在反向链路120上从移动设备116接收信息。而且，移动设备122与天线104和106进行通信，其中天线104和106在前向链路124上将信息发送到移动设备122，而在反向链路126上从移动设备122接收信息。在频分双工(FDD)系统中，例如，前向链路118可利用与反向链路120所使用的频带不同的频带，而前向链路124可利用与反向链路126所使用的频带不同的频带。进一步地，在时分双工(TDD)系统中，前向链路118和反向链路120可利用共同的频带，而前向链路124和反向链路126可利用共同的频带。

每组天线和/或其指定进行通信的区域可称为基站102的扇区。例如，可指定天线组成在基站102所覆盖区域的扇区中与移动设备进行通信。在前向链路118和124上的通信中，基站102的发射天线可利用波束成形，以提高用于移动设备116和122的前向链路118和124的信噪比。例如，这可通过使用预编码器以在期望方向上引导信号来提供。此外，基站102利用波束成形来向随机散布于其相关覆盖范围内的移动设备116和122进行发送的情况下，与通过单个天线传输到所有其移动设备的基站的作法相比，邻近小区内的移动设备可受到更少的干扰。此外，在一个实例中，移动设备116和122可使用端对端或hoc技术彼此直接进行通信。

根据一个实例，系统100可以是多输入多输出(MIMO)通信系统。进一步地，系统100可实质上利用任何类型的双工技术(例如FDD、TDD等)来划分通信信道(例如，前向链路、反向链路...)。而且，系统100可对多个天线上的传输应用循环延迟分集(CDD)，以在传输中引入空间分集和冗余。例如，对专用于CDD天线的延迟的使用可应用于每个天线的传输。在一个实例中，起始天线可在没有CDD的情况下发射，而随后的天线可以每个都以不同的延迟进行发射，以便于传输的成功接收。

在一个实例中，系统100可在应用CDD之前，将信号从物理天线层域转换到虚拟天线域。在这方面，在CDD之后可执行预编码，以保留使用预编码的益处，例如由信道依赖的预编码器选择的信号引导方向和其它所希望特性。例如，由多个层组成的数据层可与对应于用于转换数据层为虚拟天线层的多个层的酉矩阵相乘。其结果可与CDD矩阵相乘以引入空间分集，并接着与预编码矩阵相乘以将传输引导到对应于多个层的选定波束方向。

转到图2，示出在无线通信环境内使用的通信装置200。通信装置200可以是基站或其一部分、移动设备或其一部分、或接收无线通信环境中传输的数据的实质上任何通信装置。具体而言，通信装置200可以是向请求的设备提供无线通信服务的接入点。通信装置200可包括：用于将物理天线层数据或信号转换成一个或多个虚拟天线信号的虚拟天线变换器202、可将CDD操作应用于虚拟天线信号的CDD应用器204、以及可对应用了CDD的信号应用预编码以对其进行波束成形的预编码器206。

在一个实例中，通信装置200可具有多个天线，用于使用如上所述的多个天线将数据传输到接收机。因此，接收机可具有与接收天线的数量相关的传输等级(rank)，且待传输的数据可分成与传输等级有关的层。例如，接收机具有两个天线的情况下，传输等级可以是二，因此用于传输数据的层数也可以是二。虚拟天线变换器202可产生非对角酉R×R矩阵，其中R是传输等级。待发送的数据矢量也包括R个层。虚拟天线变换器202可使数据矢量与酉矩阵相乘，以将数据矢量转换到虚拟天线域。

利用虚拟天线域可允许在进行预编码之前应用CDD。因此，CDD应用器204可由对角CDD矩阵乘虚拟天线变换器202所产生的矩阵，对角CDD矩阵也可以是R×R矩阵。该操作可对虚拟天线引入空间分集，以便于数据的冗余和不同的传输，提高成功接收的概率。随后，预编码器206可将应用了CDD的矩阵与预编码器矩阵相乘，预编码器矩阵可以是N_T×R矩阵，其中N_T是通信装置200的物理发射天线的数量。在这方面，天线可有利地被引导到R个选定波束方向，以维持预编码器的益处而同时仍使用CDD。

根据一个例子，下列公式可用于计算用于在通信装置200的可用发射天线上发送的输出数据矢量：

$x\left(k\right)=W_{N_T\×R}{\mathrm{\Λ}}_{R\×R}\left(k\right)U_{R\×R}d\left(k\right)$

其中，d(k)是包括对应于传输等级的R个层的数据矢量，U_R×R是由虚拟天线变换器202用来在R个虚拟天线上扩展数据矢量的酉矩阵，Λ_R×R(k)是如上所述的CDD应用器204所利用的CDD对角矩阵，且是预编码器206可用来将通信装置的N_T个发射天线的信号引导到R个接收天线的预编码矩阵。在这方面，CDD操作应用于R个虚拟天线；因此，使用该结构来将传输功率集中在预编码矩阵

的R列矢量跨越的信号空间上。

现在参考图3，示出无线通信系统300，其可便于将CDD应用于一个或多个虚拟天线上的数据，以对其进行预编码。系统300包括：可与接入终端304(和/或任何数量的相异设备(未示出))进行通信的接入点302。接入点302可在前向链路信道上将信息发送到接入终端304；此外，接入点302可在反向链路信道上从接入终端304接收信息。而且，系统300可以是利用CDD以在频率空间上提供空间分集并进行预编码以获取所需的波束成形的MIMO系统。附加地，系统300可在OFDMA无线网络(例如，3GPP、3GPP2、3GPP LTE等)中操作。同样，在一个实例中，下文示出和描述的接入点302中的组件和功能可在出现在接入终端304中，反之亦然。

在一个实例中，接入点302包括：可将分层的数据矢量转换到虚拟天线域的虚拟天线变换器306，虚拟天线域可以是具有实质上等于层数(例如，传输等级)的维数的方矩阵。接入点302还可包括：可将空间分集应用于虚拟天线数据矩阵的CDD应用器308；可在可用天线上最佳地引导已应用CDD的数据的发送方向的预编码器310；以及，可在天线上发送定向数据的发射机312。因此，接入点302可利用上文提供的公式将CCC和预编码应用于数据矢量，并可通过利用发射机312将预编码的应用CDD的数据发送到接入终端304。发射机312可利用预编码器310指定的引导在可用天线上发送数据。此外，应认识到，在一个实例中，接入点302可将可用预编码器矩阵限制到给定的组或单个矩阵。

接入终端304可包括接收机314，其可通过一个或多个天线从接入点302接收数据。如所述，天线数量可对应于传输等级，因而对应于数据矢量的数量；此外，传输等级对应于由虚拟天线变换器306产生的虚拟天线域的尺寸。接收机314可以是实质上任何类型，包括串行干扰消除(SIC)接收机、线性最小方差(LMMSE)接收机和/或类似物。根据一个实例，接入点302可根据接收机的类型来应用CDD和预编码。例如，上文所示的公式 $x\left(k\right)=W_{N_T\×R}{\mathrm{\Λ}}_{R\×R}\left(k\right)U_{R\×R}d\left(k\right)$ 可用于SIC接收机，使得此类接收机可在较弱信号的情况下具有较高的分集增益；因此，对于非CDD操作的吞吐量可能遭受轻微的损耗到实质上没有损耗。然而，在接收机314是LMMSE接收机的情况下，可能希望不同的操作来减轻对于非CDD操作的吞吐量损耗，该损耗可至少部分地由于在对虚拟天线域应用数据中波束方向被倾斜而引起。此外，如果预编码器310所定义的预编码矩阵以恒模特性来设计，使得每个预编码矩阵的每个元素具有相同的幅值，则上述公式可影响恒模特性，这可导致潜在低效率的功率放大器利用。

根据一个实例，在上述公式引起吞吐量或低效率的顾虑时，CDD应用器308或接入点302的其它部分可在预编码之前应用厄米(Hermitian)逆变换矩阵。例如，厄米矩阵可以是由虚拟天线变换器306在分层数据矢量上应用的酉矩阵的逆变换。在这方面，下列公式可用于执行各种计算。

$x\left(k\right)=W_{N_T\×R}\left(U_{R\×R}^H{\mathrm{\Λ}}_{R\×R}\left(k\right)U_{R\×R}\right)d\left(k\right)$

其中d(k)是包括对应于传输等级的R个层的数据矢量，U_R×R是虚拟天线变换器306用来在R个虚拟天线上扩展数据矢量的酉矩阵，Λ_R×R(k)是上述的CDD应用器308所用的CDD对角矩阵，U_R×R ^H是用来减轻与酉矩阵U_R×R相关的损耗的酉矩阵U_R×R的厄米逆变换矩阵，且

是预编码器310用来将通信装置200的N_T个发射天线上的信号引导到R个接收天线的预编码矩阵。在一个实例中，可以利用该公式，其中，接收机314是LMMSE接收机。应认识到，接入点302可根据接收机314的类型来选择公式；该信息可以：从接入终端304或其它网络设备接收、由接入点302来请求、推断、假定、硬编码、作为参数读取等。此外，Λ_R×R(k)可以是至少部分地基于多个因素中的一个因素的固定矩阵，所述多个因素包括：传输等级、网络规范、期望的CDD等。应认识到，通过将U_R×R ^H解译为预编码器310设计的部分，所述两个公式实质上是等效的。例如，U_R×R ^H可以可选地由新的预编码器310执行，导致前面的公式 $x\left(k\right)=W_{N_T\×R}^{\′}{\mathrm{\Λ}}_{R\×R}\left(k\right)U_{R\×R}d\left(k\right),$ 其中 $W_{N_T\×R}^{\′}=W_{N_T\×R}{U}_{R\×R}^H.$ 可选地，公式 $W_{N_T\×R}{\mathrm{\Λ}}_{R\×R}\left(k\right)U_{R\×R}d\left(k\right)$ 可以是 $W_{N_T\×R}{U}_{R\×R}\left(U_{R\×R}^H{\mathrm{\Λ}}_{R\×R}\left(k\right)U_{R\×R}\right)d\left(k\right),$ 其中预编码器310结构是 $W_{N_T\×R}^{\′\′}=W_{N_T\×R}{U}_{R\×R}$ 和 ${\mathrm{\Λ}}_{R\×R}\left(k\right)=U_{R\×R}^H{\mathrm{\Λ}}_{R\×R}\left(k\right)U_{R\×R}),$ 推出后面的公式 $W_{N_T\×R}^{\′\′}\left(U_{R\×R}^H{\mathrm{\Λ}}_{R\×R}\left(k\right)U_{R\×R}\right)d\left(k\right).$

现在参考图4，示出了可根据本文描述的一个或多个设备或组件来执行的示例性操作400。操作400可包括：执行以将数据矢量转换成一个或多个传输信号的多次计算。特别是，R个流402可以是与多个接收天线有关的分层数据矢量；例如，流402或数据矢量的数量可附加地与传输等级有关。流402可以是与CDD矩阵404相乘以将流402转换到虚拟天线域并在其上应用CDD的矩阵；如所述，因而形成的矩阵可与预编码矩阵406向乘，以产生要在可用发射天线上发送的N_T个信号组成的矢量。此外，在一个实例中，可以对所得信号的矢量应用快速傅立叶逆变换(IFFT)408以产生相应的OFDM符号，以及添加循环前缀(CP)410以从开始重复符号端，以便增加在接收机成功解码的可能性。

在一个实例中，取决于前述的接收机类型和/或恒模特性，CDD矩阵404可类似于包括矩阵乘积(Λ(k))(U_R×R)或(U_R×R ^H)(Λ(k))(U_R×R)的矩阵。应认识到，进行相乘以包括CDD矩阵404的矩阵可以是R×R矩阵，其中U_R×R是用于将数据矢量转换到虚拟天线域的酉矩阵，U_R×R ^H可以是在希望减轻畸变的场合利用的酉矩阵的厄米逆变换矩阵，以及Λ(k)-对角CDD应用矩阵-可以类似于矩阵：

其中，对角值与给定虚拟天线的CDD有关。同样在本例中，δ可以是对角CDD矩阵的相位增量参数；通过理想地设计酉矩阵U_R×R和δ，可保持波束方向和预编码矩阵406(如果存在)的恒模特性。

在一个实例中，对于R个接收天线(或R个传输等级)，δ的归一化延迟可以是1/R。在本例中，CDD操作可不影响等级1传输：

等级1：δ＝0，Λ_R×R(k)＝[1]，U_R×R＝[1]

等级2：δ＝1/2， ${\mathrm{\Λ}}_{R\×R}\left(k\right)=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& e^{-\mathrm{j\πk}}\end{array}\right],$ $U_{R\×R}=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ 1& -1\end{array}\right]$

等级3：δ＝1/3， ${\mathrm{\Λ}}_{R\×R}\left(k\right)=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& e^{-j\frac{2\mathrm{\πk}}{3}}& 0\\ 0& 0& e^{-j\frac{4\mathrm{\πk}}{3}}\end{array}\right],$ $U_{R\×R}=\frac{1}{\sqrt{3}}\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 1\\ 1& e^{-j\frac{2\mathrm{\πk}}{3}}& e^{-j\frac{4\mathrm{\πk}}{3}}\\ 1& e^{-j\frac{4\mathrm{\πk}}{3}}& e^{-j\frac{8\mathrm{\πk}}{3}}\end{array}\right]$

等级4：δ＝1/4，

${\mathrm{\Λ}}_{R\×R}\left(k\right)=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& e^{-j\frac{2\mathrm{\πk}}{4}}& 0& 0\\ 0& 0& e^{-j\frac{4\mathrm{\πk}}{4}}& 0\\ 0& 0& 0& e^{-j\frac{6\mathrm{\πk}}{4}}\end{array}\right],$ $U_{R\×R}=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\\ 1& j& -1& -j\\ 1& -1& 1& -1\\ 1& -j& -1& j\end{array}\right]$

使用此或者其它仔细选择的U_R×R和δ，(U_R×R ^H)(Λ(k))(U_R×R)可以是选择性的虚拟天线置换(S-VAP)设计，其可在利用空间波束中在活动层R中提供实质上完美的对称。这提供了与所接收信道数据的质量有关的信道质量指示符(CQI)中的变化的空间分集和有效利用。在这方面，虚拟天线域中的CDD可使用S-VAP间接地实现。

在另一设计中，例如，可使用固定相位增量δ，例如δ＝1/2。例如，在4个发射天线要发射到R个接收天线的情况下，数据的R个层可映射到多个码字。在一个实例中，例如等级1传输可映射到一个码字，等级2映射到两个码字。如果只使用2个码字，则等级3或更大的等级可将层分成多个码字，例如，第一个码字可对应于一层数据，而其它码字对应于其余两层，以及等级4可具有两个码字，每个码字对应于四层中的两个。因此，下面可以是对CDD矩阵404乘积的矩阵的设计，其中δ＝1/2。

等级1：δ＝0，Λ_R×R(k)＝[1]，U_R×R＝[1]

等级2：δ＝1/2， ${\mathrm{\Λ}}_{R\×R}\left(k\right)=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& e^{-\mathrm{j\πk}}\end{array}\right],$ $U_{R\×R}=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ 1& -1\end{array}\right]$

等级3：δ＝1/2， ${\mathrm{\Λ}}_{R\×R}\left(k\right)=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& e^{-j\mathrm{\πk}}& 0\\ 0& 0& e^{-j2\mathrm{\πk}}\end{array}\right],$ $U_{R\×R}=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 0\\ 1& -1& 0\\ 0& 0& \sqrt{2}\end{array}\right]$

等级4：δ＝1/4，

${\mathrm{\Λ}}_{R\×R}\left(k\right)=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& e^{-j\mathrm{\πk}}& 0& 0\\ 0& 0& e^{-j2\mathrm{\πk}}& 0\\ 0& 0& 0& e^{-j3\mathrm{\πk}}\end{array}\right],$ $U_{R\×R}=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\\ 1& 1& -1& -1\\ 1& -1& 1& -1\\ 1& -1& -1& 1\end{array}\right]$

$\mathrm{or}\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\\ 1& j& -1& -j\\ 1& -1& 1& -1\\ 1& -j& -1& j\end{array}\right]$

该设计可以在等级4或等级2传输中的为每个码字提供4和2的空间分集阶数(order)；在等级3传输中，第一码字(即，对应于一层)的空间分集阶数可以是2，且其它码字的空间分集阶数可高于2。在SIC接收机的CQI具有非负变化和/或LMMSE接收机的CQI中潜在地没有变化的等级1、2和4传输中，这种设计工作尤其良好。

参考图5-图6，示出了涉及对虚拟天线域中已应用CDD的数据执行预编码的方法。虽然为了解释的简单的目的，将方法显示和描述为一系列操作，但应理解和认识到，方法不受操作顺序限制，根据一个或多个实施方式，一些操作可按不同的顺序进行和/或与来自本文示出和描述的方法的其它操作同时进行。例如，本领域技术人员应理解和认识到，方法可以可选地表示为诸如状态图中的一系列相关的状态或事件。此外，可能不需要所有示出的操作来实现根据一个或多个实施方式的方法。

转到图5，示出了便于将CDD和预编码应用于转换到虚拟天线域的数据的方法500。在502，数据矢量可转换到虚拟天线域。例如，如所述，数据矢量可与表示多个接收天线和/或传输等级的多个层有关。矢量可转换到多个虚拟天线，以允许对其进一步操作。例如，可以通过利用一个或多个酉矩阵和/或其逆转置来实现。在504，CDD矩阵可应用于虚拟天线域。可以使用CDD矩阵以在数据矢量中引入空间分集，以便随后可以重复地发送该矢量，每次重复时具有延迟，以增加成功接收的可能性。

在506，可以将预编码应用于所得的已应用CDD的矩阵。例如，如上文所述，预编码矩阵可允许在多个发射天线上对已应用CDD的矩阵中的数据进行波束成形。应认识到，发射天线的数量可不同于接收天线的数量。在508，在多个天线上发送预编码的数据。由于在CDD应用之后执行预编码，与接收天线有关的信号空间可保留，以在接收天线数量小于发射天线数量的情况下防止浪费的能量流入零空间。

现在参考图6，示出了便于对要应用于虚拟天线数据的矩阵进行选择的方法600。在602，可接收关于接收机的信息。例如，该信息可包括接收机类型(例如，SIC、LMMSE等)以及接收天线和/或传输等级的数量。在604，可根据接收机类型和/或传输等级来选择CDD矩阵或该矩阵的矩阵(例如，酉矩阵和/或延迟矩阵)。因此，如上所述，在接收机是LMMSE的情况下，CDD矩阵可包括酉矩阵的厄米矩阵。附加地，在一个实例中，CDD矩阵可包括具有根据传输等级的对角值的延迟矩阵。在606，可以将所选CDD和预编码矩阵应用于数据矢量。如所述，数据矢量可与多个天线将要接收的数据有关。CDD矩阵的一部分可包括酉矩阵(和/或其厄米矩阵)，以将矢量转换到虚拟天线域用于应用CDD延迟矩阵。可以应用预编码矩阵，以进行与数据有关的引导传输，且在608，可发送已应用CDD的预编码的数据。

应认识到，根据本文描述的一个或多个方面，可对上述的选择CDD和/或预编码矩阵进行推断。本文使用的术语“推测”或“推断”通常指通过经由事件和/或数据而捕获的一组观察资料来推理或推断系统、环境和/或用户的状态的过程。例如，推断可用于识别特定的背景或操作，或可产生状态的概率分布。这种推论是概率性的，也就是说，根据对数据和事件的考虑，对相关的状态概率分布进行计算。推论还指的是用于根据事件集和/或数据集构成高级事件的技术。这种推论使得根据观察到的事件集和/或存储的事件数据来构造新的事件或操作，而不论事件是否在极接近的时间上相关，也不论事件和数据是否来自一个或数个事件和数据源。

图7是便于将CDD和预编码应用于使用虚拟天线域的传输的系统700。系统700包括基站702(例如，接入点...)，其具有接收机710或发射机724，接收机710通过多个接收天线706从一个或多个移动设备704接收信号，发射机724通过发射天线708向一个或多个移动设备704进行发送。接收机710可从接收天线706接收信息，并与解调接收信息的解调器712操作性地进行关联。解调的符号由耦合到存储器716的处理器714进行分析，存储器716储存关于估计信号(例如，导频)强度和/或干扰强度的信息、要发送到移动设备704或从移动设备704(或不同的基站(未示出))接收的数据、和/或关于执行本文阐述的各种操作和功能的任何其它适当的信息。

处理器714可以是专用于分析接收机710所接收的信息和/或产生用于由发射机724发送的信息的处理器、用于控制基站702的一个或多个组件的处理器、和/或既用于分析接收机710所接收的信息、产生由发射机724发送的信息又用于控制基站702的一个或多个组件的处理器。

基站702可附加地包括存储器716，其操作性地耦合到处理器714，并可储存待发送数据、接收数据、关于可用信道的信息、关于所分析信号和/或干扰强度的数据、关于所分配信道、功率、速率等的信息、以及用于估计信道并通过信道进行传递的任何其它适当的信息。存储器716可附加地存储与估计和/或利用信道相关(例如，基于性能的、基于能力的，等等)的协议和/或算法。

应认识到，本文描述的存储器716可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。举例而言而非限制地，非易失性存储器可包括：只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除PROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括充当外部高速缓冲存储器的随机存取存储器(RAM)。举例而言而非限制地，可利用多种形式的RAM，诸如：同步RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双倍数据率SDRAM(DDR SDRAM)、增强SDRAM(ESDRAM)、同步链路DRAM(SLDRAM)或直接RambusRAM(DRRAM)。本主题系统和方法的存储器708旨在包括而不限于这些和任何其它适当类型的存储器。

处理器714还耦合到CDD应用器718，CDD应用器718可通过将一个或多个矩阵应用于数据而对要传输的数据实现CDD。例如，CDD应用器718可将酉矩阵应用于与移动设备704的多个接收天线或其传输等级有关的多个数据矢量，以将数据应用于虚拟天线域中。CDD应用器718可附加地应用CDD延迟矩阵以对虚拟天线引入空间分集。此外，处理器可耦合到预编码器720，预编码器720可对已应用CDD的数据应用预编码矩阵，以对要在发射天线708上进行传输的数据进行波束成形。而且，虽然将CDD应用器718、预编码器720、解调器712和/或调制器722描述为与处理器714分离，应认识到，CDD应用器718、预编码器720、解调器712和/或调制器722可以是处理器714或多个处理器(未示出)的部分。

图8示出示例性无线通信系统800。为了简洁起见，无线通信系统800描述一个基站810和一个移动台850。然而，应认识到，系统800可包括多于一个的基站和/或多于一个的移动台，其中，附加的基站和/或移动台可实质上与下文描述的基站810和移动台850相似或不同。此外，应认识到，基站810和/或移动台850可使用本文描述的系统(图1-图3和图7)、操作(图4)和/或方法(图5-图6)来便于其间的无线通信。

在基站810处，将多个数据流的业务数据从数据源812提供到发射(TX)数据处理器814。根据一个实例，每个数据流可在各自的天线上来发送。TX数据处理器814根据为该数据流选择的特定编码方案来格式化、编码并交织该业务数据流，以提供编码数据。

可使用正交频分复用(OFDM)技术用导频数据来复用每个数据流的编码数据。附加地或可选地，导频符号可以是频分复用的(FDM)、时分复用的(TDM)或码分复用的(CDM)。导频数据一般是以已知方式处理的已知数据模式，并可在移动设备850处用于估计信道响应。每个数据流的复用的导频和编码数据可根据为该数据流选择的特定调制方案(例如，二进制相移键控(BPSK)、正交相移键控(QPSK)、M-相移键控(M-PSK)、M-正交振幅调制(M-QAM)等)进行调制(例如，符号映射)，以提供调制符号。处理器830所执行或提供的指令可确定每个数据流的数据率、编码和调制。

数据流的调制符号可提供到TX MIMO处理器820，其可进一步处理器该调制符号(例如，用于OFDM)。TX MIMO处理器820接着向N_T个发射机(TMTR)822a到822t提供N_T个调制符号流。在各种实施方式中，TXMIMO处理器820将波束成形权重应用于数据流的符号和发送符号的天线。

每个发射机822接收并处理相应的符号流以提供一个或多个模拟信号，并进一步调节(例如，放大、滤波和上变频)该模拟信号以提供适合于在MIMO信道上进行传输的经调制信号。进一步地，来自于发射机822a到822t的N_T个经调制信号分别从N_T个天线824a到824t进行发送。

在移动设备850，所发送的经调制信号由N_R个天线852a到852r接收，且将来自每个天线852的接收信号提供到相应的接收机(RCVR)854a到854r。每个接收机854调节(例如，滤波、放大和下变频)各自的信号，数字化经调节的信号以提供采样，并进一步处理采样以提供相应的“接收”符号流。

RX数据处理器860可根据特定的接收机处理技术从N_R个接收机854接收并处理N_R个接收符号流，以提供N_T个“检测”符号流。RX数据处理器860可解调、解交织并解码每个检测符号流以恢复数据流的业务数据。RX数据处理器860进行的处理与基站810处的TX MIMO处理器820和TX数据处理器814执行的处理互补。

如上述，处理器870可周期性地确定要使用的预编码矩阵。此外，处理器870可以构造包括矩阵索引部分和等级值部分的反向链路消息。

该反向链路消息可包括关于通信链路和/或接收数据流的各种类型的信息。反向链路消息可由TX数据处理器838进行处理、由调制器880调制、由发射机854a到854r调节、并发送回基站810，其中，数据处理器838也从数据源836接收多个数据流的业务数据。

在基站810处，来自移动设备850的调制信号由天线824接收、由接收机822调节、由解调器840解调、并由RX数据处理器842处理，以提取移动设备850发送的反向链路消息。此外，处理器830可处理所提取的消息，以确定用于确定波束成形权重所使用的预编码矩阵。

处理器830或870可以分别对基站810或移动设备850的操作进行引导(例如，控制、协调、管理等)。相应的处理器830和870可以与用于储存程序代码和数据的存储器832和872相关联。处理器830或870也可执行计算以分别获取上行链路和下行链路的频率和脉冲响应估计。

应理解，本文描述的实施方式可在硬件、软件、固件、中间件、微码或其任何组合中实现。对于硬件实现，处理单元可在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑设备(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计为执行本文描述的功能的其它电子设备或其组合内实现。

当实施方式在软件、固件、中间件或微码、程序代码或代码段中实现时，它们可存储在机器可读介质例如存储组件中。代码段可表示过程、功能、子程序、程序、例程、子例程、模块、软件包、类、或指令的任何组合、数据结构或程序语句。代码段可通过传递和/或接收信息、数据、变量、参数或存储器内容来耦合到另一代码段或硬件电路。信息、变量、参数、数据等可使用任何适当的方式来进行传递、转发或传输，包括存储器共享、消息传递、令牌传递、网络传输等。

对于软件实现，本文描述的技术可使用用于执行本文所述功能的模块(例如，程序、功能等)来实现。软件代码可储存在存储器单元中并由处理器执行。存储器单元可在处理器内或在处理器外部实现，在实现于处理器外部情况下，可通过本领域已知的各种手段通信地耦合到处理器。

参考图9，示出了便于将CDD和预编码应用于无线传输的系统900。例如，系统900可至少部分地驻留在基站、移动台等内。应认识到，系统900示出为包括功能块，其可以是表示由处理器、软件或其组合(例如，固件)实现的功能的功能块。系统900包括可结合地操作的电子组件的逻辑组902。例如，逻辑组902可包括用于将与传输等级有关的多个数据矢量转换到虚拟天线空间的电子组件904。例如，数据矢量可包括要根据传输等级传输到多个接收天线的数据。在一个实例中，如所述，可利用酉矩阵将数据矢量转换到虚拟天线空间；附加地，可以利用酉矩阵的厄米矩阵来减轻酉矩阵所引起的吞吐量损耗。进一步地，逻辑组902可包括用于将CDD应用于虚拟天线空间的电子组件906。在一个实例中，这可包括将CDD延迟矩阵应用于经转换的数据矢量。例如，可以根据传输等级和/或接收机类型或其它期望的特性来选择CDD延迟矩阵。而且，逻辑组902可包括用于将已应用CDD的虚拟天线空间进行预编码以产生多个波束成形的信号的电子组件908。因此，如所述，可在CDD之后来应用预编码器以维持预编码的益处，诸如引导传输或其它设计的特性。附加地，系统900可包括存储器910，其保留用于执行与电子组件904、906和908相关的功能的指令。虽然将电子组件904、906和908示出为在存储器910的外部，应理解，电子组件904、906和908中的一个或多个可存在于存储器910内。

上文描述的内容包括一个或多个实施方式的实例。当然，不可能为了描述前面提到的实施方式的目的而描述组件或方法的每个可以想到的组合，但本领域技术人员可认识到，各种实施方式的很多进一步的组合和置换是可能的。因此，所述实施方式旨在包括落在所附权利要求的精神和范围内的所有这样的变更、更改和变形。此外，关于详细说明或权利要求中使用的词语“包含”的外延，该词语旨在表示包括在内的，其含义与词语“包括”在被用作权利要求里的过渡词时的释意相似。

Claims (25)

1.一种便于对无线传输应用循环延迟分集(CDD)和预编码的方法，包括：

将与接收机的天线有关的多个数据矢量转换到虚拟天线域，其中，所述虚拟天线域的尺寸对应于传输等级，其中所述传输等级与所述接收机的天线的数量有关；

将CDD矩阵应用于所述多个数据矢量以产生空间分集矩阵；以及

将预编码矩阵应用于所述空间分集矩阵以构成对应于多个发射天线的多个定向数据波束。

2.如权利要求1所述的方法，将所述数据矢量转换到所述虚拟天线域是通过将酉矩阵应用于所述数据矢量来实现的，其中，所述酉矩阵的维数与所述数据矢量的数量有关。

3.如权利要求2所述的方法，还包括：至少部分地根据所述接收机的类型来将所述酉矩阵的厄米逆转置矩阵应用于所述数据矢量。

4.如权利要求1所述的方法，还包括：至少部分地根据所述接收机的类型、所述接收机的天线或所述多个数据矢量的数量来选择所述CDD矩阵。

5.如权利要求1所述的方法，还包括：选择应用于所述CDD矩阵的相位增量，以配置通过应用所述空间分集矩阵而实现的空间分集的尺寸。

6.如权利要求1所述的方法，发射天线的数量不同于所述接收机的天线或所述多个数据矢量的数量。

7.如权利要求1所述的方法，还包括：

将快速傅立叶逆变换(IFFT)应用于所述定向数据波束以产生与其有关的一个或多个OFDM符号；以及

将循环前缀(CP)添加到所述一个或多个OFDM符号。

8.如权利要求7所述的方法，还包括：根据有关的定向数据波束在所述多个发射天线上发送所述OFDM符号。

9.一种无线通信装置，包括：

处理器，配置为分析所接收的信息和/或产生要发送的信息并耦合到CDD应用器；

所述CDD应用器，用于将多个数据矢量转换到虚拟天线域，并在其上应用循环延迟分集(CDD)，其中，所述虚拟天线域的尺寸对应于传输等级，其中所述传输等级与接收机的天线数量有关；

预编码器，用于应用预编码矩阵以产生多个波束成形的信号；以及

存储器，连接到所述至少一个处理器。

10.如权利要求9所述的无线通信装置，还包括：

发射机，被配置为在多个发射天线上发送所述波束成形的信号。

11.如权利要求9所述的无线通信装置，至少部分地通过在所述多个数据矢量上应用酉矩阵将所述多个数据矢量转换到所述虚拟天线域。

12.如权利要求11所述的无线通信装置，在所述酉矩阵上应用所述CDD矩阵以对其引入空间分集。

13.如权利要求12所述的无线通信装置，对应用所述CDD矩阵所产生的矩阵应用所述预编码，以产生所述波束成形的信号。

14.如权利要求9所述的无线通信装置，所述处理器还配置为至少部分地根据接收所述多个波束成形的信号的接收机的类型来选择所述CDD矩阵。

15.如权利要求14所述的无线通信装置，所述接收机是线性最小方差(LMMSE)接收机，且所述CDD矩阵包括用于将所述数据矢量转换到所述虚拟天线域的酉矩阵的厄米矩阵。

16.如权利要求9所述的无线通信装置，用于发送所述波束成形的信号的天线的数量超过用于接收所述波束成形的信号的天线的数量或所述多个数据矢量的数量。

17.一种便于对无线传输应用循环延迟分集(CDD)和预编码的无线通信装置，包括：

用于将与传输等级有关的多个数据矢量转换到虚拟天线空间的模块，其中，所述虚拟天线空间的尺寸对应于所述传输等级，其中所述传输等级与接收机的天线数量有关；

用于将CDD应用于所述虚拟天线空间的模块；以及

用于对所述已应用CDD的虚拟天线空间进行预编码以产生多个波束成形的信号的模块。

18.如权利要求17所述的无线通信装置，还包括：用于在多个发射天线上发送所述波束成形的信号的模块。

19.如权利要求18所述的无线通信装置，所述天线的数量大于所述传输等级。

20.如权利要求17所述的无线通信装置，用于应用CDD的所述模块使所述数据矢量与CDD延迟矩阵相乘。

21.如权利要求20所述的无线通信装置，还包括：用于至少部分地根据用于接收所述波束成形的信号的接收机的类型来选择所述CDD延迟矩阵的模块。

22.如权利要求17所述的无线通信装置，所述CDD延迟矩阵还至少部分地根据所述传输等级来选择，以在传输所述波束成形的信号时防止传输能量流入零空间中。

23.如权利要求17所述的无线通信装置，用于转换所述数据矢量的所述模块利用酉矩阵来产生所述虚拟天线空间。

24.如权利要求23所述的无线通信装置，还包括：用于应用所述酉矩阵的厄米矩阵以减轻所述酉矩阵利用所引起的性能损耗的模块。

25.一种便于对无线传输应用循环延迟分集(CDD)和预编码的装置，包括：

用于将与接收机的天线有关的多个数据矢量转换到虚拟天线域的模块，其中，所述虚拟天线域的尺寸对应于传输等级，其中所述传输等级与所述接收机的天线的数量有关；

用于将循环延迟分集(CDD)矩阵应用于所述多个数据矢量以产生空间分集矩阵的模块；以及

用于将预编码矩阵应用于所述空间分集矩阵以构成对应于多个发射天线的多个定向数据波束的模块。

Images