CN102362440B - 使用优化秩3码本的上行链路信号发射和接收 - Google Patents

Abstract

公开了一种使用优化秩3码本来发射和接收上行链路信号的方法。优化秩3码本包括6个预编码矩阵组，其每个具有幅度为1的1个变量。优选地，优化4Tx秩3码本具有12个预编码矩阵，考虑到弦距离和预编码矩阵数目，从以上6个预编码矩阵组的每个选择两个预编码矩阵。

Description

使用优化秩3码本的上行链路信号发射和接收

技术领域

本发明涉及一种无线移动通信系统，并且更确切地说，是涉及一种基于多输入多输出(MIMO)方案的通信系统。

背景技术

MIMO技术是多输入多输出技术的缩写。MIMO技术使用多个发射(Tx)天线和多个接收(Rx)天线来改善发射和接收(Tx/Rx)数据的效率。换言之，MIMO技术允许无线通信系统的发射端和接收端使用多个天线(在下文中称为“多天线”)，使得可以改善容量或性能。为了描述方便，也可以将术语“MIMO”认为是多天线技术。

更详细地说，MIMO技术不取决于用于接收消息的单一天线路径。反之，MIMO技术收集经由若干天线接收到的数据片段，合并所收集到的数据片段，并且完成全部数据。结果，MIMO技术能够在预定尺寸的小区区域内增加数据发射速率，或者能够增加系统覆盖同时确保特定数据发射速率。在该情形下，MIMO技术能够广泛地应用到移动通信终端、中继器等。MIMO技术能够扩展数据通信的范围，使得其能够克服移动通信系统的有限发射数据量。

图1是图示一般MIMO通信系统的框图。

参考图1，在发射器中的发射(Tx)天线的数目是N_T，并且接收器中的接收(Rx)天线的数目是N_R。以该种方式，当发射器和接收器都使用多个天线时，MIMO通信系统的理论信道发射容量多于其中仅发射器或接收器使用多个天线的另一情形的信道发射容量。MIMO通信系统的理论信道发射容量与天线的数目成比例。因此，极大地提高了数据发射速率和频率效率。只要当使用单一天线时获取的最大数据发射速率被设置为R₀，则当使用多个天线时获取的数据发射速率理论上可以增加预定量，该预定量与单一天线数据发射速率(R₀)乘以增加的速率R_i相对应。该增加的速率(R_i)可以由下列等式1表示。

[等式1]

R_i＝min(N_T，N_R)

例如，只要MIMO系统使用四个发射(Tx)天线和四个接收(Rx)天线，则MIMO系统在理论上可以获取高数据发射速率，该高数据发射速率是单一天线系统的发射速率的四倍。在20世纪90年代中期阐明了上述MIMO系统的理论容量增加之后，许多开发者开始对能够使用理论容量增加来明显增加数据发射速率的多种技术进行了深入研究。以上技术中的一些已经反映在多种无线通信标准中，例如，第三代移动通信或下一代无线LAN等。上述MIMO技术可以被分类成空间分集方案(也称为发射分集方案)和空间复用方案。空间分集方案使用穿过各种信道路径的符号来增加发射可靠性。空间复用方案经由多个发射(Tx)天线同时发射多个数据符号，使得其增加数据的发射速率。另外，近来已开发了空间分集方案和空间复用方案的组合，以适当地获取两种方案的独特优点。

结合MIMO技术，许多公司或开发者已经深入研究了多种MIMO关联技术，例如，对于在各种信道环境或多接入环境下与MIMO通信容量计算相关联的信息理论的研究、对于射频信道测量和MIMO系统的建模的研究、以及对于增强发射可靠性和数据发射速率的空间-时间处理技术的研究。

在第三代伙伴项目长期演进(3GPPLTE)系统中，将上述MIMO方案应用于3GPPLTE系统的仅下行链路信号发射。MIMO技术也可以被扩展至上行链路信号发射。在该情形下，发射器结构应当被改变以实现MIMO技术，使得峰值平均功率比(PARP)或者立方度量(CM)特性可能被劣化。因此，需要能够将MIMO方案有效应用于上行链路信号发射的新技术。

具体而言，从用于在上行链路秩3发射中使用的码本选择适当数目的预编码矩阵，并且同时，对该码本必要的是，使预编码矩阵之间的弦距离最大化。

发明内容

因此，本发明针对使用优化秩3码本的上行链路信号发射及方法，其基本上消除了由于相关技术的局限性和缺点所导致的一个或多个问题。

本发明的附加优点、目的和特征将部分地在下文描述中进行阐述，部分地将对于本领域的普通技术人员在检验下文时变得显而易见或可以从本发明的实施中获悉。本发明的目标和其他优点可以通过书面描述和其权利要求以及附图中所特别指出的结果而实现并获得。

为了实现这些目标和其他优点，并且根据本发明的目的，如此处体现和广泛描述的，一种用于控制用户设备(UE)经由四个天线来发射上行链路信号的方法，包括：将上行链路信号映射至三个层；对三个层的信号中的每个执行离散傅里叶变换(DFT)扩展；使用从预存的码本当中选择的特定预编码矩阵来将这三个DFT扩展层信号预编码；对预编码信号执行用于构建单载波频分多址(SC-FDMA)符号的预定处理；以及将该SC-FDMA符号经由四个天线发射至节点B，即节点B，其中，该预存码本由6个预编码矩阵组 $\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ X& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ X& 0& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\\ X& 0& 0\end{array}\right],$ $\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 1& 0& 0\\ X& 0& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 1& 0& 0\\ 0& 0& 1\\ X& 0& 0\end{array}\right]$ 以及 $\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 0& 0& 1\\ 1& 0& 0\\ X& 0& 0\end{array}\right]$ 构成(其中，X是具有幅度1的复变量)。对于在码本中预编码矩阵的每个，可以乘以预定恒量。然而，为了方便，该恒量不在本文献中讨论。

预存的码本可以包括从6个预编码矩阵组中的每个选择的两个预编码矩阵。预存的码本可以包括从6个预编码矩阵组中的每个选择的两个预编码矩阵，其中，在6个预编码矩阵组中的每个中的X值在复平面中具有180°的相位差。预存码本可以包括在6个预编码矩阵组的每个中具有X值为1的一个预编码矩阵，以及在6个预编码矩阵组的每个中具有X值为-1的另一预编码矩阵。

预存码本可以包括下列12个矩阵： $\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ -1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],$ $\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 1& 0& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ -1& 0& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\\ 1& 0& 0\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\\ -1& 0& 0\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 1& 0& 0\\ 1& 0& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 1& 0& 0\\ -1& 0& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],$ $\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 1& 0& 0\\ 0& 0& 1\\ 1& 0& 0\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 1& 0& 0\\ 0& 0& 1\\ -1& 0& 0\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 0& 0& 1\\ 1& 0& 0\\ 1& 0& 0\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 0& 0& 1\\ 1& 0& 0\\ -1& 0& 0\end{array}\right].$

在本发明的另一方面中，一种用于经由多个天线发射上行链路信号的用户设备(UE)，包括：四个天线，用于发射并接收信号；存储器，用于存储用于经由这四个天线发射三个层信号的码本；以及处理器，该处理器连接至多个天线和存储器，以便处理上行链路信号的发射，其中，处理器包括：层映射器，用于将上行链路信号映射至三个层；离散傅里叶变换(DFT)模块，用于对三个层信号的每个执行DFT扩展；预编码器，用于使用从存储器中存储的码本当中选择的特定预编码矩阵来将从DFT模块接收到的三个DFT扩展层信号预编码；以及发射模块，用于对预编码的信号执行用于构建单载波频分多址(SC-FDMA)符号的预定处理并且将已处理的信号经由这四个天线发射至节点B，其中预存的码本包括6个预编码矩阵组 $\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ X& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],$ $\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ X& 0& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\\ X& 0& 0\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 1& 0& 0\\ X& 0& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 1& 0& 0\\ 0& 0& 1\\ X& 0& 0\end{array}\right]$ 以及 $\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 0& 0& 1\\ 1& 0& 0\\ X& 0& 0\end{array}\right]$ (其中，X是具有幅度1的复变量)。

存储器可以将来自6个预编码矩阵组的每个的两个预编码矩阵存储为码本。存储器可以将在复平面中6个预编码矩阵组的每个中的X值具有180°相位差的两个预编码矩阵存储为码本。存储器可以将在6个预编码矩阵组的每个中X值为1的一个预编码矩阵和6个预编码矩阵组的每个中X值为-1的另一预编码矩阵存储为码本。

存储器可以将12个预编码矩阵 $\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ -1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 1& 0& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],$ $\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ -1& 0& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\\ 1& 0& 0\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\\ -1& 0& 0\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 1& 0& 0\\ 1& 0& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 1& 0& 0\\ -1& 0& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 1& 0& 0\\ 0& 0& 1\\ 1& 0& 0\end{array}\right],$ $\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 1& 0& 0\\ 0& 0& 1\\ -1& 0& 0\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 0& 0& 1\\ 1& 0& 0\\ 1& 0& 0\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 0& 0& 1\\ 1& 0& 0\\ -1& 0& 0\end{array}\right],$ 存储为码本。

在本发明的另一方面中，一种用于控制节点B接收用户设备(UE)的上行链路信号的方法，包括：从用户设备(UE)接收经由四个天线和三个层发射的信号；以及使用从预存码本当中选择的特定预编码矩阵来处理所接收到的信号，其中，预存码本包括6个预编矩阵组 $\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ X& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ X& 0& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\\ X& 0& 0\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 1& 0& 0\\ X& 0& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 1& 0& 0\\ 0& 0& 1\\ X& 0& 0\end{array}\right]$ 以及 $\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 0& 0& 1\\ 1& 0& 0\\ X& 0& 0\end{array}\right]$ (其中，X是具有幅度1的复变量)。

预存码本可以包括12个预编码矩阵 $\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ -1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],$ $\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 1& 0& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ -1& 0& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\\ 1& 0& 0\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\\ -1& 0& 0\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 1& 0& 0\\ 1& 0& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 1& 0& 0\\ -1& 0& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],$ $\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 1& 0& 0\\ 0& 0& 1\\ 1& 0& 0\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 1& 0& 0\\ 0& 0& 1\\ -1& 0& 0\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 0& 0& 1\\ 1& 0& 0\\ 1& 0& 0\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 0& 0& 1\\ 1& 0& 0\\ -1& 0& 0\end{array}\right].$

在本发明的另一方面中，一种用于接收用户设备(UE)的上行链路信号的节点B，包括：一个或多个天线，用于发射和接收信号；存储器，用于存储用于接收由UE经由该UE的四个天线发射的三个层信号的码本；以及处理器，所述处理器连接至天线和存储器，以便处理上行链路信号的接收，其中，处理器被配置成使用从存储器中存储的码本当中选择的特定预编码矩阵来处理所接收到的信号，其中，该码本包括6个预编码矩阵组 $\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ X& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ X& 0& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\\ X& 0& 0\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 1& 0& 0\\ X& 0& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],$ $\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 1& 0& 0\\ 0& 0& 1\\ X& 0& 0\end{array}\right]$ 以及 $\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 0& 0& 1\\ 1& 0& 0\\ X& 0& 0\end{array}\right]$ (其中，X是具有幅度1的复变量)。

存储器可以将12个预编码矩阵 $\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ -1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 1& 0& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],$ $\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ -1& 0& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\\ 1& 0& 0\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\\ -1& 0& 0\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 1& 0& 0\\ 1& 0& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 1& 0& 0\\ -1& 0& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 1& 0& 0\\ 0& 0& 1\\ 1& 0& 0\end{array}\right],$ $\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 1& 0& 0\\ 0& 0& 1\\ -1& 0& 0\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 0& 0& 1\\ 1& 0& 0\\ 1& 0& 0\end{array}\right],\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 0& 0& 1\\ 1& 0& 0\\ -1& 0& 0\end{array}\right],$ 存储为码本。

如上所述，根据本发明实施例的用于发射和接收上行链路信号的方法可以使用上述优化的4Tx秩3码本来发射和接收，通过以各种方式使用较少量的信令开销反映信道状况来发射上行链路信号，并且解决了PAPR问题。应当理解的是，对本发明的上文的一般描述和下文的具体描述均是示例性和解释性的，并且意在提供对如要求保护的本发明的进一步解释。

附图说明

附图被包括进来以提供对本发明的进一步理解，并且附图被并入本发明并且构成本发明的一部分，附图图示了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1是图示一般MIMO通信系统的概念图。

图2图示了基于MIMO技术的发射器的一般结构。

图3是图示在图2中示出的一般结构的细节图。

图4是图示用于预编码每个层的信息和经由天线发射该预编码信息的方法的概念图。

图5是图示一般SC-FDMA方案的概念图。

图6是图示用于将码字映射到若干层的方法的概念图。

图7是图示用于在执行码字至层映射(即，码字-层映射)之后对每个层执行DFT以便防止用于各个天线的CM值增加的方法的概念图。

图8是图示弦距离的概念图。

图9图示了根据本发明的一个实施例在6个预编码矩阵组当中的弦距离的关系。

图10图示了用于在同一预编码矩阵组中提供最大弦距离的变量的条件。

图11图示了当在同一预编码矩阵组中包含预编码矩阵的变量包括正交相移键控(QPSK)字符集(alphabet)时弦距离的关系。

图12是图示一般节点B和一般用户设备(UE)的框图。

图13至图15图示了用于在3GPPLTE系统中发射上行链路信号的SC-FDMA方案和用于在3GPPLTE系统中发射下行链路信号的OFDM方案。

图16图示了根据本发明的一个实施例的UE的处理器。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的优选实施例，在附图中图示了其示例。只要可能，则整个附图将使用相同的附图标记来表示相同或相似部件。

将在下文参考附图给出详细描述，其旨在解释本发明的示例性实施例，而非仅示出根据本发明能够实现的实施例。下文详细描述包括具体细节，以便提供对本发明的透彻理解。然而，对本领域的技术人员将显而易见的是，可以在没有这样的具体细节的情形下实施本发明。例如，下文描述将集中于具体术语，但是本发明不限于此，并且可以使用任何其他术语来表示相同意思。而且，如果可能，整个附图将使用相同的附图标记来表示相同或相似部件。

峰值平均功率比(PAPR)是指示波形的特性的参数。PAPR是当波形的时间-平均均方根(RMS)值分成波形的峰值幅度时获取的特定值。PAPR是无穷小的值。通常，单载波信号的PARR好于多载波信号的PAPR。立方度量(CM)是描述与PAPR相似的波形特性的另一特定值。

高级LTE方案可以使用单载波-频分多址(SC-FDMA)来实现MIMO技术，以便维持优秀的CM性能。当使用通用预编码时，复用包括与若干层相对应的信息的信号并且经由单一天线将其发射，使得将经由该天线发射的信号认为是一种多载波信号。PAPR与发射器的功率放大器必须支持的动态范围相关联，并且CM值是能够被用作PAPR的替换的另一值。

图2示出了基于MIMO技术的发射器的一般结构。

在图2中，将一个或多个码字映射到多个层。在该情形下，通过预编码处理将映射信息映射到每个物理天线，并且然后经由每个物理天线将其发射。

图3是图示在图2中示出的基于MIMO的发射器的详细框图。

术语“码数”指示循环冗余校验(CRC)比特被附接到数据信息，并且然后通过特定编码方法编码。存在多种编码方法，例如，turbo码、截尾卷积码等。每个码字被映射到一个或多个层(即，一个或多个虚拟层)，并且映射层的总数等于秩值。换言之，如果发射秩是3，则发射层的总数也被设置成3。将映射到每个层的信息预编码。在该情形下，通过预编码处理将映射到每个层的数据信息映射到物理层(其中，只要其特别指定物理层，则术语“层”意指虚拟层)。经由每个物理层将信息发射到各个天线。在没有图3示出的指定解释的条件下，在频域中执行预编码，并且OFDM信息发射方案用于映射到物理层的信息。映射到物理层的信息被映射到特定频域，并且然后进行IFFT处理。之后，循环前缀(CP)被附接到IFFT结果。此后，经由射频(RF)链将信息发射到每个天线。

通过矩阵相乘可以执行预编码处理。在每个矩阵中，行的数目等于物理层的数目(即，天线的数目)，并且列的数目等于秩值。秩值等于层的数目，使得列的数目等于层的数目。参考下列等式2，映射到层(即，虚拟层)的信息是x₁和x₂，(4×2)矩阵的每个元素p_ij是用于预编码的权重(weight)。y₁、y₂、y₃和y₄是映射到物理层的信息，并且使用独立OFDM发射方案经由各个天线发射。

[等式2]

$\left[\begin{array}{c}{y}_1\\ y_2\\ y_3\\ y_4\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{p}_{11}& p_{21}\\ p_{12}& p_{22}\\ p_{13}& p_{23}\\ p_{14}& p_{24}\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\end{array}\right]$

在下文描述中，在下文中虚拟层将被称为层，只要这样的使用将不导致混淆。用于将虚拟层信号映射到物理层的操作在下文中将被认为是用于将层直接映射到天线的操作。

预编码方法主要能够被分类成两种方法，即，带宽预编码方法和子带预编码方法。

带宽预编码方法如下。根据带宽预编码方法，当在频域中执行预编码时，将相同预编码矩阵应用到发射至频域的所有信息。

图4是图示用于预编码每个层的信息和经由天线发射预编码信息的方法的概念图。

参考图4，可以意识到，预编码与多个层相对应的信息，同时根据每个频域的子载波进行分类，并且经由每个天线来发射预编码信息。在带宽预编码方法中所有预编码矩阵‘P’彼此相等。

通过带宽预编码方法的扩展提供子带预编码方法。子带预编码方法将多种预编码矩阵应用到每个子载波，而非将相同预编码矩阵应用到所有子载波。换言之，根据子带预编码方法，在特定子载波中使用预编码矩阵‘p’，并且在除了该特定子载波之外的剩余子载波中使用另一预编码矩阵‘M’。此处，预编码矩阵‘p’的元素值与另一预编码矩阵‘M’的元素值不同。

较之下行链路信号发射，上行链路信号发射对PARR或CM属性相对敏感。通过PARR或CM属性的增加引起的功率放大器成本的增加可能在用户设备(UE)中产生更多严重的问题。因此，SC-FDMA方案用于上行链路信号发射。

图5是图示一般SC-FDMA方案的概念图。

如图5中所示，OFDM方案和SC-FDMA方案被认为在某种程度上彼此等同，因为它们将串行信号转换成并行信号，将并行信号映射到子载波，对所映射的信号执行IDFT或IFFT处理，将经IDFT-或IFFT-处理的信号转换成串行信号，将循环前缀(CP)附接到结果串行信号，并且经由射频(RF)模块发射CP结果信号。然而，较之OFDM方案，SC-FDMA方案将并行信号转换成串行信号，并且对串行信号执行DFT扩展，使得其减少对下一IDFT或IFFT处理的影响，并且尽可能的维持多于预定级的单一信号特性。

同时，当将MIMO方案应用到上行链路信号发射时CM值为什么降低的原因如下。如果每个具有良好CM属性的多个单载波信号同时彼此叠加，则所叠加的信号可以具有较差CM属性。因此，如果SC-FDMA系统使用在单一物理天线上的最小数目的单载波信号或一个单载波信号来复用若干层的输出信息时，则能够生成具有良好CM的发射信号。

在预编码要发射的信息之前，可以执行码字层映射处理。由于SC-FDMA方案通常用于一个发射模式(1Tx)，所以层的数目是1。然而，如果SC-FDMA方案支持MIMO方案，则层的数目是复数个，并且由单一传输块构成的码字可以被映射到多个层。

图6是图示用于将码字映射到若干层的概念图。

参考图6，如果在执行了用于SC-FDMA方案的DFT处理之后执行码字-层映射，则可以增加CM值。也就是，因为DFT块的输出信号在进入IFFT模块之前经历了其他处理，即，因为DFT块的输出信号被划分成两个层，所以可以增加CM值。

图7是图示用于在执行码字-至-层映射(即，码字-层映射)之后在每个层上执行DFT以便防止每个天线的CM值增加的方法的概念图。

因此，如果基于秩值在根据层数将DFT块进行分类的同时改变了DFT块的数目，则可以维持较低的CM值。也就是，在没有经过其他处理的情形下，将DFT块的输出信号直接输入到IFFT块，使得能够维持较低CM值。在实际实现的情形下，多个层可以共享单一DFT块。

如果通过将MIMO方案应用到上行链路信号发射而经由单一天线来发射多个层信号，则可能劣化PAPR或者CM属性。为了克服上述问题，本发明的下列实施例将描述一种方法，该方法用于基于通过单一天线仅发射一个层信号的预编码矩阵来设计码本。另外，在下文中将详细描述设计包括适当数目的预编码矩阵和使码本的预编码矩阵当中的弦距离最大化的码本的原理。

接下来，将首先描述弦距离，并且在下文中将详细描述上行链路码本(具体而言，在4个天线和秩3发射中都使用的码本)和用于使用该码本来发射和接收信号的方法。

本发明的一个实施例提供了一种用于使用下表1中所示的6个预编码矩阵来生成4Tx-秩3码本的方法。表1中所示的等同预编码矩阵在给定信道条件下生成相同信号干扰噪声比(SINR)值。在下文实施例中，假设如图3中所示地执行用于在秩3发射中使用的码字至层映射(也称为码字-层映射)。也就是，假设在符号的单元中，将码字1映射至层1并且将码字2同样地映射至层2和层3。

[表1]

用于在实际上行链路信号发射和接收中使用的预编码矩阵以乘法格式配置，在该乘法格式中，在表1中所示的每个预编码矩阵乘特定恒量。在下文描述中，在此处将省略与每个预编码矩阵相乘的恒量，以方便以其他方式描述所提到的恒量。

同时，其能够示出在特定列之间的置换不影响SINR性能。例如，虽然将预编码矩阵[C₁、C₂、C₃]修正为另一预编码矩阵[C₁、C₃、C₂]，但是该修正仅被认为是码字交换，并且没有改变结果SINR值的总额。在下文描述中，在下文中将仅描述在表1中示出的6个预编码矩阵组的每个中的“一般码本形式”，但是将不对等同预编码矩阵进行描述。

另一方面，在表1中示出的码本可以包括根据预编码矩阵的X值的多种预编码矩阵。如果X值是QPSK字符集中的任何一个(诸如1，-1，j和-j)，则可以如下表2中所示获得下列预编码矩阵组。

[表2]

表2图示了通过X∈{±1，±j}|表示每个预编码矩阵组的X参数。

也能够使用用于将整个预编码矩阵用作4Tx-秩3码本的上述方法。本发明的一个实施例提供了一种用于设计码本的方法，该码本包括在使用弦距离概念的码本中包含的预编码矩阵当中的最大弦距离，并且同时包括预编码矩阵的优化数目。

图8是图示弦距离的概念图。

弦距离是公知的用于比较各种码本集合的性能的基准(或标准)。此处，术语“弦”指示位于圆周处的两个点之间的直线。因此，给定两维(2D)情形，弦距离指示位于圆的圆周处的两个点之间的距离(例如，单位圆)，如图8中所示。通常，优选的是，包括每个具有长弦距离的预编码矩阵的码本包括要在不同信道条件中使用的多种预编码矩阵。

对于4Tx-码本需要考虑四维弦距离，使得能够将下列等式3用作用于选择码本集合的弦距离。

[等式3]

$d_c(P,Q)=\frac{1}{\sqrt{2}}{\left|\right|{\mathrm{PP}}^H-{\mathrm{QQ}}^H\left|\right|}_F$

在等式3中，P是P＝[v₁v₂...v_N]，并且Q是Q＝[u₁u₂...u_N]，其中，v_i和u_i(在4Tx天线的情形下，i＝1，2...N，N＝4)分别是矩阵P和Q的主矢量。另外，是矩阵的Frobenius范数。通过下列等式4也能够测量上述弦距离。

[等式4]

$d_c(P,C)=\frac{1}{\sqrt{2}}{\left|\right|{\mathrm{PP}}^H-{\mathrm{QQ}}^H\left|\right|}_F$

$=\sqrt{n-\mathrm{trace}({\mathrm{AA}}^H-{\mathrm{BB}}^H)}$

其中，A和B是分别用于P和Q的正交生成矩阵。

将使用上述弦距离概念来描述用于基于四个发射天线的4Tx系统的上述码本设计。

首先，可以如下计算在6个预编码矩阵组当中的弦距离。

在预编码矩阵组Gr_i的预编码矩阵X_i和预编码矩阵组Gr_j的预编码矩阵X_j之间的弦距离取决于迹(X_iX_i ^H-X_jX_j ^H)(X_iX_i ^H-X_jX_j ^H)^H。该迹可以反映X_iX_i ^H和X_jX_j ^H之间的距离。其中从以上6个组当中选择两对的情形的数目被设置成相对较高数目，例如， $15(=\left(\begin{array}{c}6\\ 2\end{array}\right)),$ 使得下文描述仅考虑和公开从不同组当中选择的两个预编码矩阵之间的差。首先，将如下列等式5所示来计算下列值。

[等式5]

$X_1{X}_1^H=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ x_1& 0& 0\\ 0& \sqrt{2}& 0\\ 0& 0& \sqrt{2}\end{array}\right]\×\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{cccc}1& x_1^{*}& 0& 0\\ 0& 0& \sqrt{2}& 0\\ 0& 0& 0& \sqrt{2}\end{array}\right]=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}1& x_1^{*}& 0& 0\\ x_1& {\left|x_1\right|}^2& 0& 0\\ 0& 0& 2& 0\\ 0& 0& 0& 2\end{array}\right]$

$X_2{X}_2^H=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \sqrt{2}& 0\\ x_2& 0& 0\\ 0& 0& \sqrt{2}\end{array}\right]\×\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{cccc}1& 0& x_2^{*}& 0\\ 0& \sqrt{2}& 0& 0\\ 0& 0& 0& \sqrt{2}\end{array}\right]=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}1& 0& x_2^{*}& 0\\ 0& 2& 0& 0\\ x_2& 0& {\left|x_2\right|}^2& 0\\ 0& 0& 0& 2\end{array}\right]$

$X_3{X}_3^H=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \sqrt{2}& 0\\ 0& 0& \sqrt{2}\\ x_3& 0& 0\end{array}\right]\×\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& x_3^{*}\\ 0& \sqrt{2}& 0& 0\\ 0& 0& \sqrt{2}& 0\end{array}\right]=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& x_3^{*}\\ 0& 2& 0& 0\\ 0& 0& 2& 0\\ x_3& 0& 0& {\left|x_3\right|}^2\end{array}\right]$

$X_4{X}_4^H=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{ccc}0& \sqrt{2}& 0\\ 1& 0& 0\\ x_4& 0& 0\\ 0& 0& \sqrt{2}\end{array}\right]\×\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{cccc}0& 1& x_4^{*}& 0\\ \sqrt{2}& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& \sqrt{2}\end{array}\right]=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}2& 0& 0& 0\\ 0& 1& x_4^{*}& 0\\ 0& x_4& {\left|x_4\right|}^2& 0\\ 0& 0& 0& 2\end{array}\right]$

$X_5{X}_5^H=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{ccc}0& \sqrt{2}& 0\\ 1& 0& 0\\ 0& 0& \sqrt{2}\\ x_5& 0& 0\end{array}\right]\×\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{cccc}0& 1& 0& x_5^{*}\\ \sqrt{2}& 0& 0& 0\\ 0& 0& \sqrt{2}& 0\end{array}\right]=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}2& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& x_5^{*}\\ 0& 0& 2& 0\\ 0& x_5& 0& {\left|x_5\right|}^2\end{array}\right]$

$X_6{X}_6^H=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{ccc}0& \sqrt{2}& 0\\ 0& 0& \sqrt{2}\\ 1& 0& 0\\ x_6& 0& 0\end{array}\right]\×\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{cccc}0& 0& 1& x_6^{*}\\ \sqrt{2}& 0& 0& 0\\ 0& \sqrt{2}& 0& 0\end{array}\right]=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}2& 0& 0& 0\\ 0& 2& 0& 0\\ 0& 0& 1& x_6^{*}\\ 0& 0& x_6& {\left|x_6\right|}^2\end{array}\right]$

在等式5中，Xi是属于组i的预编码矩阵。组1的预编码矩阵和另一组的预编码矩阵之间的差能够通过下列等式6表示。

[等式6]

$X_1{X_1}^H-X_2{X_2}^H=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}0& x_1^{*}& -x_2^{*}& 0\\ x_1& {\left|x_1\right|}^2-2& 0& 0\\ -x_2& 0& 2-{\left|x_2\right|}^2& 0\\ 0& 0& 0& 0\end{array}\right]$ $X_1{X_1}^H-X_3{X_3}^H=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}0& x_1^{*}& 0& -x_3^{*}\\ x_1& {\left|x_1\right|}^2-2& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\\ -x_3& 0& 0& 2-{\left|x_3\right|}^2\end{array}\right]$

$X_1{X_1}^H-X_4{X_4}^H=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}-1& x_1^{*}& 0& 0\\ x_1& {\left|x_1\right|}^2-1& -x_4^{*}& 0\\ 0& -x_4& 2-{\left|x_4\right|}^2& 0\\ 0& 0& 0& 0\end{array}\right]$ $X_1{X_1}^H-X_5{X_5}^H=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}-1& x_1^{*}& 0& 0\\ x_1& {\left|x_1\right|}^2-1& 0& -x_5^{*}\\ 0& 0& 0& 0\\ 0& -x_5& 0& 2-{\left|x_5\right|}^2\end{array}\right]$

$X_1{X_1}^H-X_6{X_6}^H=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}-1& x_1^{*}& 0& 0\\ x_1& {\left|x_1\right|}^2-2& 0& 0\\ 0& 0& 1& -x_6^{*}\\ 0& 0& -x_6& 2-{\left|x_6\right|}^2\end{array}\right]$

通过下列等式7表示了组2的预编码矩阵和另一组的预编码矩阵之间的差。

[等式7]

$X_2{X_2}^H-X_3{X_3}^H=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}0& 0& x_2^{*}& -x_3^{*}\\ 0& 0& 0& 0\\ x_2& 0& {\left|x_2\right|}^2-2& 0\\ -x_3& 0& 0& 2-{\left|x_3\right|}^2\end{array}\right]$ $X_2{X_2}^H-X_4{X_4}^H=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}-1& 0& x_2^{*}& 0\\ 0& 1& -x_4^{*}& 0\\ x_2& -x_4& {\left|x_2\right|}^2{-\left|x_4\right|}^2& 0\\ 0& 0& 0& 0\end{array}\right]$

$X_2{X_2}^H-X_5{X_5}^H=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}-1& 0& x_2^{*}& 0\\ 0& 1& 0& -x_5^{*}\\ x_2& 0& {\left|x_2\right|}^2-2& 0\\ 0& -x_5& 0& 2-{\left|x_5\right|}^2\end{array}\right]$ $X_2{X_2}^H-X_6{X_6}^H=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}-1& 0& x_2^{*}& 0\\ 0& 0& 0& 0\\ x_2& 0& {\left|x_2\right|}^2-1& -x_6^{*}\\ 0& 0& -x_6& 2-{\left|x_6\right|}^2\end{array}\right]$

另外，通过下列等式8表示了组3的预编码矩阵和另一组的预编码矩阵之间的差。

[等式8]

$X_3{X_3}^H-X_4{X_4}^H=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}-1& 0& 0& x_3^{*}\\ 0& 1& -x_4^{*}& 0\\ 0& -x_4& 2-{\left|x_4\right|}^2& 0\\ x_3& 0& 0& {\left|x_3\right|}^2-2\end{array}\right]$ $X_3{X_3}^H-X_5{X_5}^H=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}-1& 0& 0& x_3^{*}\\ 0& 1& 0& -x_5^{*}\\ 0& 0& 0& 0\\ x_3& -x_5& 0& {\left|x_3\right|}^2-{\left|x_5\right|}^2\end{array}\right]$

$X_3{X_3}^H-X_6{X_6}^H=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}-1& 0& 0& x_3^{*}\\ 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 1& -x_6^{*}\\ x_3& 0& -x_6& {\left|x_3\right|}^2-{\left|x_6\right|}^2\end{array}\right]$

另外，通过下列等式9表示了组4的预编码矩阵和另一组的预编码矩阵之间的差。

[等式9]

$X_4{X_4}^H-X_5{X_5}^H=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}0& 0& 0& 0\\ 0& 0& x_4^{*}& -x_5^{*}\\ 0& x_4& {\left|x_4\right|}^2-2& 0\\ 0& -x_5& 0& 2-{\left|x_5\right|}^2\end{array}\right]$ $X_4{X_4}^H-X_6{X_6}^H=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}0& 0& 0& 0\\ 0& -1& x_4^{*}& 0\\ 0& x_4& {\left|x_4\right|}^2-1& -x_6^{*}\\ 0& 0& -x_6& 2-{\left|x_6\right|}^2\end{array}\right]$

最后，通过下列等式10表示了组5的预编码矩阵和组6的预编码矩阵之间的差。

[等式10]

$X_5{X_5}^H-X_6{X_6}^H=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}0& 0& 0& 0\\ 0& -1& 0& x_5^{*}\\ 0& 0& 1& -x_6^{*}\\ 0& x_5& -x_6& {{\left|x_5\right|}^2-\left|x_6\right|}^2\end{array}\right]$

应当注意到，等式6至10中所示的变量位于单位圆中。另外，等式6至等式10可以如下列等式11和等式12所示被简化。

[等式11]

$\left\{\begin{array}{cc}{X}_1{X_1}^H-X_2{X_2}^H=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}0& x_1^{*}& -x_2^{*}& 0\\ x_1& -1& 0& 0\\ -x_2& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 0\end{array}\right]& X_1{X_1}^H-X_3{X_3}^H=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}0& x_1^{*}& 0& -x_3^{*}\\ x_1& -1& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\\ -x_3& 0& 0& 1\end{array}\right]\\ X_1{X_1}^H-X_4{X_4}^H=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}-1& x_1^{*}& 0& 0\\ x_1& 0& -x_4^{*}& 0\\ 0& -x_4& 1& 0\\ 0& 0& 0& 0\end{array}\right]& X_1{X_1}^H-X_5{X_5}^H=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}-1& x_1^{*}& 0& 0\\ x_1& 0& 0& -x_5^{*}\\ 0& 0& 0& 0\\ 0& -x_5& 0& 1\end{array}\right]\end{array}\right.$

$\left\{\begin{array}{cc}{X}_2{X_2}^H-X_3{X_3}^H=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}0& 0& x_2^{*}& -x_3^{*}\\ 0& 0& 0& 0\\ x_2& 0& -1& 0\\ -x_3& 0& 0& 1\end{array}\right]& X_2{X_2}^H-X_4{X_4}^H=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}-1& 0& x_2^{*}& 0\\ 0& 1& -x_4^{*}& 0\\ x_2& -x_4& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\end{array}\right]\\ X_2{X_2}^H-X_6{X_6}^H=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}-1& 0& x_2^{*}& 0\\ 0& 0& 0& 0\\ x_2& 0& 0& -x_6^{*}\\ 0& 0& -x_6& 1\end{array}\right]& \end{array}\right.$

$\left\{\begin{array}{cc}{X}_3{X_3}^H-X_5{X_5}^H=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}-1& 0& 0& x_3^{*}\\ 0& 1& 0& -x_5^{*}\\ 0& 0& 0& 0\\ x_3& -x_5& 0& 0\end{array}\right]& X_3{X_3}^H-\end{array},X_6{X_6}^H=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}-1& 0& 0& x_3^{*}\\ 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 1& -x_6^{*}\\ x_3& 0& -x_6& 0\end{array}\right]\right.$

$\left\{\begin{array}{cc}{X}_4{X_4}^H-X_5{X_5}^H=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}0& 0& 0& 0\\ 0& 0& x_4^{*}& -x_5^{*}\\ 0& x_4& -1& 0\\ 0& -x_5& 0& 1\end{array}\right]& X_4{X_4}^H-\end{array}{X}_6{X_6}^H=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}0& 0& 0& 0\\ 0& -1& x_4^{*}& 0\\ 0& x_4& 0& -x_6^{*}\\ 0& 0& -x_6& 1\end{array}\right]\right.$

$\{X_5{X_5}^H-X_6{X_6}^H=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}0& 0& 0& 0\\ 0& -1& 0& x_5^{*}\\ 0& 0& 1& -x_6^{*}\\ 0& x_5& -x_6& 0\end{array}\right]$

[等式12]

$X_1{X_1}^H-X_6{X_6}^H=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}-1& x_1^{*}& 0& 0\\ x_1& -1& 0& 0\\ 0& 0& 1& -x_6^{*}\\ 0& 0& -x_6& 1\end{array}\right]$

$X_2{X_2}^H-X_5{X_5}^H=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}-1& 0& x_2^{*}& 0\\ 0& 1& 0& -x_5^{*}\\ x_2& 0& -1& 0\\ 0& -x_5& 0& 1\end{array}\right]$

$X_3{X_3}^H-X_4{X_4}^H=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}-1& 0& 0& x_3^{*}\\ 0& 1& -x_4^{*}& 0\\ 0& -x_4& -1& 0\\ x_3& 0& 0& -1\end{array}\right]$

当(i，j)≠(1，6)，(6，1)，(2，5)，(5，2)，(3，4)或(4，3)时，在等式11的不同矩阵之间的差X_iX_i ^H-X_jX_j ^H中零值的数目相同，但是各个零值具有不同的位置。更详细地说，在(i，j)≠(1，6)，(6，1)，(2，5)，(5，2)，(3，4)或(4，3)的情形下，不同矩阵包括元素(+1，-1，X_i，-x_j和)，并且其每个都不是零。因此，不同矩阵X_iX_i ^H-X_jX_j ^H的迹变成如下列等式13所示的

[等式13]

$d_c=(X_i,X_j)=\frac{1}{\sqrt{2}}{\left|\right|X_i{X_i}^H-X_j{X_j}^H\left|\right|}_F=\frac{1}{\sqrt{2}}\sqrt{\mathrm{trace}\left((X_i{X_i}^H-X_j{X_j}^H){(X_i{X_i}^H-X_j{X_j}^H)}^H\right)}$

$=\frac{1}{\sqrt{2}}\·\sqrt{\frac{1}{4}\·({\left|1\right|}^2+{|-1|}^2+{\left|x_i\right|}^2+{\left|x_i^{*}\right|}^2+{|-x_j|}^2+{|-x_j^{*}|}^2)}=\frac{1}{\sqrt{2}}\·\sqrt{\frac{1}{4}\·(1+1+1+1+1+1)}$

$=\frac{\sqrt{3}}{2}$

其中， $x_i,x_j\∈\{e^{j\frac{2\mathrm{\π}}{N}\×0},e^{j\frac{2\mathrm{\π}}{N}\×1},\·\·\·,e^{j\frac{2\mathrm{\π}}{N}\×(N-1)}\},$ N＝2¹，2²，2³，2⁴，...

(i，j)≠(1，6)，(6，1)，(2，5)，(5，2)，(3，4)或(4，3)

另一方面，当(i，j)＝(1，6)，(6，1)，(2，5)，(5，2)，(3，4)，或(4，3)时，在等式12中的不同矩阵之间的差X_iX_i ^H-X_jX_j ^H中零值的数目相同，但是各个0值具有不同的位置。更确切地说，在(i，j)＝(1，6)，(6，1)，(2，5)，(5，2)，(3，4)或(4，3)的情形下，不同矩阵包括元素(+1，+1，-1，-1，x_i，-x_j和)，其每个都不等于零。因此，不同矩阵X_iX_i ^H-X_jX_j ^H的迹如下列等式14所示变成1。

[等式14]

$d_c=(X_i,X_j)=\frac{1}{\sqrt{2}}{\left|\right|X_i{X_i}^H-X_j{X_j}^H\left|\right|}_F=\frac{1}{\sqrt{2}}\sqrt{\mathrm{trace}\left((X_i{X_i}^H-X_j{X_j}^H){(X_i{X_i}^H-X_j{X_j}^H)}^H\right)}$

$=\frac{1}{\sqrt{2}}\·\sqrt{\frac{1}{4}\·(2\×{\left|1\right|}^2+2\×{|-1|}^2+{\left|x_i\right|}^2+{\left|x_i^{*}\right|}^2+{|-x_j|}^2+{|-x_j^{*}|}^2)}=\frac{1}{\sqrt{2}}\·\sqrt{\frac{1}{4}\·(2+2+1+1+1+1)}$

$=1$

其中， $x_i,x_j\∈\{e^{j\frac{2\mathrm{\π}}{N}\×0},e^{j\frac{2\mathrm{\π}}{N}\×1},\·\·\·,e^{j\frac{2\mathrm{\π}}{N}\×(N-1)}\},$ N＝2¹，2²，2³，2⁴，...

(i，j)＝(1，6)，(6，1)，(2，5)，(5，2)，(3，4)或(4，3)

如果等式13和14中所示的一对组满足(i，j)＝(1，6)，(6，1)，(2，5)，(5，2)，(3，4)或(4，3)，则提供了1的弦距离；否则，提供的弦距离。

图9图示了根据本发明的一个实施例在6个预编码矩阵组当中的弦距离的关系。

使用图9中所示的关系能够推导出下列定理。

<定理1>

如果表2中所示的一对组满足(i，j)＝(1，6)，(6，1)，(2，5)，(5，2)，(3，4)或(4，3)，则提供1的弦距离。如果表2中所示的一对组满足(i，j)≠(1，6)，(6，1)，(2，5)，(5，2)，(3，4)or(4，3)，则提供的弦距。

另一方面，在下文中将详细描述表2中所示的预编码矩阵组的预编码矩阵当中的弦距离的关系。

首先，在同一预编码矩阵组(即，组1(Gr1))中包含的不同预编码矩阵当中的弦距离能够如下列等式15中所示计算。

[等式15]

$d_c(X_1,Y_1)=\frac{1}{\sqrt{2}}{\left|\right|X_1{X_1}^H-Y_1{Y_1}^H\left|\right|}_F=\frac{1}{\sqrt{2}}\sqrt{\mathrm{trace}((X_1{X_1}^H-Y_1{Y_1}^H){(X_1{X_1}^H-Y_1{Y_1}^H)}^H}$

$=\frac{1}{\sqrt{2}}\&CenterDot;\sqrt{\frac{1}{4}\&CenterDot;[2{|x_1-y_1|}^2+({\left|x_1\right|}^2-{\left|y_1\right|}^2)]}=\frac{1}{\sqrt{2}}\&CenterDot;\sqrt{\frac{1}{4}\&CenterDot;\left(2{|x_1-y_1|}^2\right)}$

$=\frac{1}{2}\&CenterDot;\sqrt{{|x_1-y_1|}^2}$

其中 $X_1=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ x_1& 0& 0\\ 0& \sqrt{2}& 0\\ 0& 0& \sqrt{2}\end{array}\right]\&Element;\mathrm{Gr}1,$ $Y_1=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ y_1& 0& 0\\ 0& \sqrt{2}& 0\\ 0& 0& \sqrt{2}\end{array}\right]\&Element;\mathrm{Gr}1,$

$X_1{X_1}^H-Y_1{Y_1}^H=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}0& x_1^{*}-y_1^{*}& 0& 0\\ x_1-y_1& {\left|x_1\right|}^2-{\left|y_1\right|}^2& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\end{array}\right]$

$x_1,y_1\&Element;\{e^{j\frac{2\mathrm{\&pi;}}{N}\&times;0},e^{j\frac{2\mathrm{\&pi;}}{N}\&times;1},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,e^{j\frac{2\mathrm{\&pi;}}{N}\&times;(N-1)}\}$ 其中N＝2¹，2²，2³，2⁴，...

如等式15中所示，在组1(Gr1)中包含的不同预编码矩阵当中的弦距离与各个预编码矩阵的变量当中的距离成比例。因此，如从等式16可以看出的，在相同组中的最大弦距离可以如下列等式16所示为“1”。

[等式16]

其中 $x_1=e^{j{\mathrm{\&theta;}}_{x_1}},$ $y_1=e^{j{\mathrm{\&theta;}}_{y1}},$ ${\mathrm{\&theta;}}_1={\mathrm{\&theta;}}_{x_1}-{\mathrm{\&theta;}}_{y_1}$

为了实现最大弦距离，有必要使得在每个预编码矩阵中包含的变量满足图10中所示的关系。

图10图示了用于提供在同一预编码矩阵组内的最大弦距离的变量的条件。

换言之，包括其之间具有180°的相位差的两个变量的预编码矩阵可以具有1的弦距离。上述原理也可以同样应用于除了组1(Gr1)之外的剩余组，并且可以推导出下列定理2。

<定理2>

在表2中，关于在同一预编码矩阵组中包含的两个预编码矩阵之间的弦距离，如果预编码矩阵的变量其间具有180°的相位差，即，如果预编码矩阵的变量位于单位圆的直径上，则可以获得弦距离1。

<定理2的证明>

如从等式16可以看出的，可以意识到，在第一组1(Gr1)中实现定理2，并且从其他组也可推导出相同的结论。

根据定理2的应用，在预编码矩阵组1中用于满足定理2的码本子集可以如下表3所示被设计。

[表3]

在表3中，通过 $\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$ 来表示基本预编码矩阵，并且图示了用于满足基本预编码矩阵和定理2之间的关系的码本子集。然而，应当注意到，根据使用如上所述的相同原理选择这样的基本预编码矩阵的方法，可以设计各种子集。在该情形下，用于实现最大弦距离的码本可以根据需要包括非常小数目的预编码矩阵。因此，下文描述假设通过QPSK字符集来表示在每个预编码矩阵组中包含的变量，可以使得通过下列等式17来表示弦距离关系。

[等式17]

$d_c(X_1,Y_1)=\frac{1}{\sqrt{2}}{\left|\right|X_1{X_1}^H-Y_1{Y_1}^H\left|\right|}_F=\frac{1}{2}\&CenterDot;\sqrt{\mathrm{}}{|x_1-y_1|}^2$

$=\frac{1}{2}\sqrt{{|1-e^{j{\mathrm{\&theta;}}_1}|}^2}$

$=\left\{\begin{array}{c}1\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;{\mathrm{\&theta;}}_1=\mathrm{\&pi;}\\ \frac{1}{\sqrt{2}}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;{\mathrm{\&theta;}}_1=\&PlusMinus;\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}\end{array}\right.$

图11图示了当在同一预编码矩阵组中包含的预编码矩阵的变量包括QPSK字符集时的弦距离的关系。

从等式17和图11可以推导出下列定理3。

<定理3>

其每个具有在相同预编码矩阵组中的一对变量(即，(1，-1)、(-1，1)、(j，-j)或(-j，j))的两个预编码矩阵之间的弦距离由1来表示，其每个具有在相同预编码矩阵组中的一对变量(即，(1，±j)，(-1，±j)(j，±1)或(-j，±1))的两个预编码矩阵之间的弦距离由来表示。

<定理3的证明>

可以通过等式17来阐明定理3。

如从定理1至3看出的，表2中所示的预编码矩阵之间的可用弦距离可以是1、和中的任何一个。在下文中将详细描述根据本发明的一个实施例的4Tx秩3码本。

<最大弦距离的情形>

根据本发明的这个实施例，考虑到基于上述定理1至3将两个预编码矩阵之间最大弦距离设置成1，在下文中将详细描述用于设计仅具有弦距离为1的预编码矩阵的码本的方法。

基于定理1，可以从6个预编码矩阵组当中选择满足弦距为1的两个预编码矩阵组。根据本发明的一个实施例，可以选择表1或2中所示的第一组1(Gr1)和第六组6(Gr6)。另外，根据定理2或3在相同组内的具有弦距为1的预编码矩阵仅与两个预编码矩阵相对应，其变量其间具有180°的相位差。因此，假设从每个组选择了其变量具有通过(1，-1)表示的关系的两个预编码矩阵。结果，通过下表4来表示所生成的码本。

[表4]

<推论1>

从表2选择的满足两个预编码矩阵之间的弦距离为1的码本包括4个预编码矩阵。

<考虑了弦距离和预编码矩阵的数目的情形>

如从推论1可以看出的，在仅考虑弦距离时，在码本仅包括具有最大弦距离为1的预编码矩阵的情形下，仅可以获得四个预编码矩阵，并且因此，难以仅使用这四个预编码矩阵来反映多种信道状态。因此，以可以根据所反映的结果设计结果码本这样的方式，在本发明的一个实施例中也反映了实现第二高弦距离值的具体情形。例如，根据本发明的这个实施例，使用定理2和3，从表1中所示的6个组中的每个选择了其每个在每个组中具有最大弦距离的两个预编码矩阵(例如，具有1和-1作为变量的预编码矩阵)，使得可以如下表5中所示给出4Tx-秩3码本。

[表5]

表5图示了码本子集。更详细地说，表5图示了与包括4个天线的4-天线系统中的所有秩的码本当中的秩3相关的子集的概念。从秩3的视角来看，可以实现包括12个预编码矩阵的码本。

根据本发明的一个实施例，用户设备(UE)从表5中所示的秩3码本的预编码矩阵当中选择特定预编码矩阵(其中，功率控制的预定恒量乘以特定预编码矩阵)，使得UE可以使用所选择的预编码矩阵来执行预编码并发射信号。

另一方面，在下文中将详细描述用于使用上述码本发射上行链路信号的用户设备(UE)和用于从UE接收上行链路信号的节点B。

图12是图示一般节点B和一般用户设备(UE)的框图。

参考图12，节点B10包括处理器11、存储器12、以及射频(RF)单元13。RF单元13被用作用于接收上行链路信号和发射下行链路信号的发射/接收模块。处理器11可以使用在存储器12中存储的下行链路信号发射信息(例如，在用于下行链路信号发射的码本中包含的特定预编码矩阵)来控制下行链路信号发射。另外，根据预编码处理的逆向处理，处理器11可以通过将在存储器12中存储的上行链路信号接收信息(例如，上行链路信号)乘以与在UE20中使用的预编码矩阵相同的预编码矩阵的Hermitian矩阵来控制信号接收处理。

UE20可以包括处理器21、存储器22以及用作用于发射上行链路信号和接收下行链路信号的发射/接收模块的RF23。处理器21可以使用在存储器22中存储的上行链路信号发射信息(例如，在用于上行链路信号发射的上述码本中包含的特定预编码矩阵)来控制上行链路信号发射。另外，根据预编码处理的逆向处理，处理器21可以通过将在存储器22中存储的下行链路信号接收信息(例如，下行链路信号)乘以与在UE20中使用的预编码矩阵相同的预编码矩阵的Hermitian矩阵来控制信号接收处理。

同时，在下文中将详细描述关于UE20(或者BS10)的处理器，具体而言，将描述用于使用SC-FDMA方案来发射信号的结构。在下文中将描述用于在3GPPLTE系统中基于SC-FDMA方案发射信号的处理器以及在3GPPLTE系统中基于OFDM方案发射信号的处理器，并且然后在下文中将描述用于使得UE能够使用SC-FDMA方案和MIMO方案来发射上行链路信号的处理器。

图13至图15图示了用于在3GPPLTE系统中发射上行链路信号的SC-FDMA方案和用于在3GPPLTE系统中发射下行链路信号的OFDMA方案。

参考图13，不仅用于发射上行链路信号的UE而且用于发射下行链路信号的节点B包括串行至并行转换器401、子载波映射器403、M点IDFT模块404、并行至串行转换器405等。然而，用于使用SC-FDMA方案发射信号的UE进一步包括N点DFT模块402，并且补偿M点IDFT模块404的IDFT处理影响的预定部分，使得发射信号可以具有单载波特性。

图14示出了用于包括3GPPLTE系统规范的TS36.211中规定的上行链路信号处理的框图和用于使用SC-FDMA方案发射信号的处理器之间的关系。根据TS36.211，每个UE使用特定的加扰序列号来加扰发射信号，以便发射上行链路信号，并且调制已加扰的信号，使得生成复数符号。之后，执行用于对复数符号执行DFT扩展处理的转换预编码。也就是，在TS36.211中规定的转换预编码器可以对应于N点DFT模块。此后，通过资源元素映射器，根据基于资源块(RB)的映射规则，可以将DFT扩展信号映射至特定资源元素，并且可以意识到，该操作对应于图13所示的子载波映射器。映射到资源元素的信号是通过SC-FDMA信号生成器处理的M点IDFT或者IFFT，对经IDFT或者IFFT处理的结果执行并行至串行转换，并且然后将循环前缀(CP)添加到P/S转换结果。

同时，图14进一步示出了用于通过上述处理接收在基站已经接收到的信号的节点B的处理器。

以这种方式，在3GPPLTE系统中用于SC-FDMA发射的处理器不包括利用MIMO方案的结构。因此，将首先描述在3GPPLTE系统中用于MIMO发射的BS处理器，并且然后将描述使用以上BS处理器通过将SC-FDMA方案和MIMO方案组合来发射上行链路信号的处理器。

图15是图示用于使得节点B能够在3GPPLTE系统中使用MIMO方案发射下行链路信号的框图。

在3GPPLTE系统中的节点B可以经由下行链路发射一个或多个码字。因此，以与图12中所示的上行链路操作相同的方式，可以通过加扰模块301和调制映射器302将一个或多个码字处理为复数符号。此后，通过层映射器303将复数信号映射到多个层，并且每个层乘以根据信号状态选择的预定预编码矩阵，并且然后通过预编码模块304被分配到每个发射天线。将各个天线的已处理的发射信号通过资源元素映射器305映射到要用于数据发射的时间频率资源元素。此后，在经过OFDM信号生成器306之后，可以经由每个天线来发射映射的结果。

然而，如果图15中所示的下行链路信号方案用于3GPPLTE系统中，则可能劣化PAPR或者CM属性。因此，UE有必要有效地将图13和图14中所描述的用于维持良好的PAPR和CM属性的SCFDMA方案和图15中所示的MIMO方案组合，并且必须构造用于使用能够维持在以上实施例中描述的良好PAPR和CM属性的预编码矩阵来执行预编码的UE。

根据本发明的一个实施例，假设用于经由多个天线(多天线)发射上行链路信号的UE包括用于发射和接收信号的多个天线(未示出)。参考图12，UE20包括用于存储码本的存储器22和处理器21，处理器21被连接到多个天线(未示出)和存储器22，以便处理上行链路信号发射。在该情形下，在存储器22中存储的码本包括表5中所示的预编码矩阵。在下文中将详细描述如上所述配置的UE的处理器21。

图16图示了根据本发明的一个实施例的UE的处理器。

参考图16，根据本发明的一个实施例的UE20的处理器包括：码字至层映射器1401，用于将上行链路信号映射到与特定秩相对应的预定数目的层；预定数目的DFT模块1402，用于对预定数目的层信号中的每个执行离散傅里叶变换(DFT)扩展；以及预编码器1403。预编码器1403从当从表5中所示的6个预编码矩阵组的每个选择了包括其间具有180°的相位差的变量的两个预编码矩阵时获得的由12个预编码矩阵构成的码本选择特定预编码矩阵，从而预编码从DFT模块1402接收到的DFT扩展结果层信号。具体而言，在本发明的这个实施例中，每个DFT模块1402执行每个层信号的扩展，用于扩展每个层信号的该DFT模块1402正好位于预编码器1403之前。当与编码器1403执行预编码时，预编码器1403被配置成使得每个层信号被映射到一个天线并且然后经由所映射的天线发射，使得维持每个层信号的单载波特性，并且也维持良好的PAPR和CM属性。同时，UE20进一步包括发射模块。发射模块对预编码信号执行构造SC-FDMA符号的处理，并且经由多个天线1405将结果预编码信号发射到节点B。

同时，预编码器1403从在存储器22中存储的码本选择要用于信号发射的预编码矩阵，并且对所选择的预编码矩阵执行预编码。优选地，这些预编码矩阵可以是为均衡多个天线的发射功率和/或各个层的发射功率而建立的预编码矩阵。

假设多个天线1405的数目是4。根据本发明的一个实施例的UE的处理器进一步可以不仅执行用于定期地或不定期地改变映射到特定码字的层的层移位功能，而且还可以执行用于定期地或不定期地改变由此发射特定层信号的天线的天线移位功能。可以由层映射器1401与预编码器1403的预编码分离地执行层移位功能，或者也可以当预编码器1403执行预编码时通过预编码矩阵的列置换来执行层移位功能。另外，也可以与预编码器1403的预编码分离地执行天线移位功能，或者也可以通过预编码矩阵的行置换来执行天线移位功能。

上文中描述的示例性实施例是本发明的元素和特征的组合。除了这些元件或特征可以认为是选择性的，除非另外提及。在没有与其他元件或特征组合的情形下，可以实施每个元件或特征。此外，通过组合元件和/或特征的多个部分可以构造本发明的实施例。可以重新排列在本发明的实施例中描述的操作顺序。任何一个实施例的一些构造或特性可以被包括在另一实施例中，并且可以由另一实施例的相应构造或特性取代。显而易见的是，本发明可以通过随附的权利要求中没有明确引用关系的权利要求的组合来体现，或者可以包括在申请之后通过修改的新的权利要求。

可以通过例如硬件、固件、软件或者其组合的各种方式来实现本发明的实施例。在硬件配置中，可以通过一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器等实现本发明的实施例。

在固件或软件配置中，可以通过执行上述功能或操作的模块、过程、功能等来实现本发明的实施例。软件编码可以存储在存储单元中并且通过处理器驱动。存储单元可以位于处理器的内部或外部，并且可以经由各种已知装置将数据发射到处理器或者从处理器接收数据。

对本领域的技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的精神或范围的情形下，可以在本发明中进行各种修正和变化。因此，上述详细描述必须被认为仅用于说明的目的而非限制的目的。必须通过权利要求的合理分析来决定本发明的范围，并且在本发明的等同范围内的所有修正都包含在本发明的范围内。显而易见的是，本发明可以通过随附的权利要求中没有明确引用关系的权利要求的组合来体现，或者可以包括在申请之后通过修改的新的权利要求。

根据上述描述显而易见的是，用于根据本发明的实施例发射和接收上行链路信号的方法可以使用上述优化4Tx秩3码本来发射和接收；通过以各种方式使用少量的信令开销反映信道情况，发射上行链路信号，并且解决PAPR问题。

对本领域的技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的精神或范围的情形下，可以在本发明中进行各种修正和更改。因此，本发明旨在覆盖本发明的修正和更改，只要它们在随附权利要求及其等同物的范围内。

Claims (4)

1.一种控制用户设备(UE)经由四个天线发射上行链路信号的方法，所述方法包括：

将所述上行链路信号映射至三个层；

对所述三个层的信号中的每个执行离散傅里叶变换(DFT)扩展；

使用从码本选择的满足1或者的弦距离的特定预编码矩阵来预编码所述三个DFT扩展的层信号；

基于已预编码的信号来生成单载波-频分多址(SC-FDMA)符号；以及

将所述SC-FDMA符号经由所述四个天线发射至基站(BS)，

其中，所述码本包括预编码矩阵 其每个乘以预定恒量，以及

其中，所述三个DFT扩展的层信号是通过所选择的特定预编码矩阵的列置换的周期性层移位。

2.一种经由多个天线来发射上行链路信号的用户设备(UE)，包括：

四个天线，用于发射和接收信号；

存储器，用于存储用于经由所述四个天线来发射三个层信号的码本；以及

处理器，所述处理器连接至所述多个天线以及所述存储器，以便处理所述上行链路信号的发射，

其中，所述处理器包括：

层映射器，用于将所述上行链路信号映射至所述三个层；

离散傅里叶变换(DFT)模块，用于对所述三个层信号中的每个执行DFT扩展；

预编码器，用于使用从在所述存储器中存储的所述码本选择的满足1或者的弦距离的特定预编码矩阵，预编码从所述DFT模块接收到的所述三个DFT扩展层信号；以及

发射模块，用于基于预编码的信号来生成单载波-频分多址(SC-FDMA)符号，并且将所处理的信号经由所述四个天线发射至基站(BS)，

其中，所述存储器将预编码矩阵 作为码本来存储，其每个乘以预定恒量，以及

其中，所述三个DFT扩展的层信号是通过所选择的特定预编码矩阵的列置换的周期性层移位。

3.一种控制基站(BS)接收用户设备(UE)的上行链路信号的方法，所述方法包括：

从所述用户设备(UE)接收已经经由四个天线和三个层发射的信号；以及

使用从码本选择的满足1或者的弦距离的特定预编码矩阵处理所接收到的信号，

其中，所述码本包括预编码矩阵 其每个乘以预定恒量，以及

其中，所接收到的信号是通过所选择的特定预编码矩阵的列置换的周期性层移位。

4.一种接收用户设备(UE)的上行链路信号的基站(BS)，包括：

天线，用于发射和接收信号；

存储器，用于存储用于接收经由所述UE的四个天线由所述UE发射的三个层信号的码本；以及

处理器，所述处理器连接至所述天线和所述存储器，以便处理所述上行链路信号的接收，

其中，所述处理器被配置成使用从在所述存储器中存储的所述码本选择的满足1或者的弦距离的特定预编码矩阵来处理所接收到的信号，

其中，所述存储器将预编码矩阵 作为码本来存储，其每个乘以预定恒量，以及

其中，所接收到的信号是通过所选择的特定预编码矩阵的列置换的周期性层移位。