CN104303479A - 利用多天线接收机的高比特率无线通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在具有M≥1个发射天线的发射机与具有总共N≥2个接收天线的一个或多个接收机之间发射数据的方法。在所述的方法中，数据通过包括L≥1个子载波的OFDM/OQAM调制发射。发射的数据通过预编码矩阵预编码，其中，预编码矩阵的大小为M·N并且其基于迫零矩阵并基于空间复用矩阵。

Description

利用多天线接收机的高比特率无线通信方法

本发明涉及无线通信，尤其是IEEE 802.11、IEEE 802.16、3GPP LTEAdvanced(3GPP LTE演进)和DVB标准的无线电通信。

更具体地，本发明涉及一种数据传输系统，该数据传输系统包括配有一个或多个发射天线的发射机、和配有至少两个接收天线的接收机。当系统仅包括单个发射天线时，这种系统被称为SIMO(“单输入多输出(Single Input Multiple Output)”的英文缩写)，当系统包括若干个发射天线时，这种系统被称为MIMO(“多输入多输出(Multiple Input MultipleOutput)”的英文缩写)。

相对于包括单个发射天线和单个接收天线的SISO系统(“单输入单输出(Single Input Single Output)”的英文缩写)，SIMO/MIMO系统有利地使其能够通过空间复用增加数据发射比特率。由此回顾，“空间复用”的技术由以下方式构成：将待被发射的数据流切割成一定数量的子流(从而，有利的是，相应地划分所需的通带)，随后同步地发射多个子流，并且最后适当地重新结合在接收天线上接收到的相应信号。由此，能够通过MIMO系统发射的独立信号的实际数量等于转换矩阵H的等级(N·M维度的矩阵，其中，N表示接收天线的数量，M表示发射天线的数量)。该系统的空间效率因此基于独立信号的数量，但是也基于与每个子流相关联的BER(“误比特率(Bit Error Rate)”的英文缩写)，因此，进一步有利的是设想多天线编码(称为“空时编码(space-time coding)”)从而减少BER。

此外，据回顾，所谓的OFDM(“正交频分复用(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing)”的英文缩写)调制有效地减少了数据符号之间的干扰。此外，OFDM的实现相对不复杂；特别是，OFDM信号调制可以通过反向快速傅里叶变换(IFFT)的有效方式实现，并且OFDM信号的解调可以通过直接快速傅里叶变换(FFT)的有效方式实现。然而，OFDM调制表现出频谱效率相当低的缺点(由于“循环前缀”的使用)。

因此已提出了被称为“OFDM/OQAM”的另一种调制，其表现出频谱高效的优点(因为相比于OFDM，其不需要任何循环前缀)，同时(如OFDM那样)以不复杂的方式绕过符号之间的干扰(缩写OQAM是用“(Offset Quadrature Amplitude Modulation)”的英文首字母形成的)。

然而，仅在使用SISO系统时几乎不存在符号之间的干扰。当然，如在M.Payaró、A.Pascual-Iserte和M.Nájar的名为“根据信道不准确性在MIMO系统中的FBMC与OFDM之间的性能比较(Performance Comparisonbetween FBMC and OFDM in MIMO Systems under Channel Uncertainty)”(IEEE无线会议2010，美国，新泽西州，皮斯卡塔韦，2010年4月)文章中所述，在SIMO/MIMO系统的情况下，OFDM/OQAM调制导致了符号之间的干扰，在信号的估计中的误差(实际上不可避免)越大这种调制越重要。

在这篇文章中，作者提出了适用于减小这种干扰的空间复用/空间解复用方法。更准确的说，给出了配备有M个发射天线的发射机和配备有N个接收天线的接收机，该接收机获得在发射机与接收机之间的用于给定子载波的MIMO信道的转换矩阵的估值；之后，对于该子载波，确定复用的矢量(具有M个复分量)，而其与和该估值的最大特征值相关联的该估值的特征矢量成正比；最后，接收机通过接收由发射机发送的导频符号并且通过在解复用后最大化符号上的均方误差而确定对于该子载波的解复用矢量(具有N个复分量)。

根据Payaró等人的文章的该方法缺点在于要求非常复杂的计算，特别是在接收机层面上。

本发明因此涉及无线发射方法，其中，通过配备有M个发射天线的无线发射机发射用于R个无线接收机的数据，每个第r无线接收机配备有N_r个接收天线，并且所述数据通过包括L个子载波的OFDM/OQAM调制发射，其中，M≥1，R≥1，r=1，...，R，N≥2，并且L≥1，所述方法包括：对于整数l的至少一个值，其中，0≤l≤L-1，获得发射天线与接收天线之间的MIMO信道的N·M维度的转换矩阵的估值的预先步骤。所述无线发射方法的显著性在于，对于l的所述值，其还包括以下步骤：

-将待被发射的数据放置到具有N个实分量的数据矢量X^(l)中；

-计算具有M个分量的经编码的数据矢量S^(l)≡W⁽¹⁾·X^(l)，其中，W⁽¹⁾是形式的M·N维度的预编码矩阵，其中：

○P⁽¹⁾是与空间复用相关联的M·N维度的矩阵，以及

○ $Q={\left({\hat{H}}^{\left(1\right)}\right)}^H\·{[{\hat{H}}^{\left(1\right)}\·{\left({\hat{H}}^{\left(1\right)}\right)}^H]}^{-1};$ 以及

-通过从第m发射天线发射所述经编码的矢量S^(l)的第m分量，在子载波l上发射所述经编码的矢量S^(l)，其中，m＝1，2，...，M。

本发明还涉及无线通信方法，所述方法的显著性在于，其包括上文中简单记载的发射方法的步骤，并且，对于l的所述值，至少一个第r无线接收机实施以下步骤，其中r＝1，...，R：

-接收所述经编码的数据；

-确定接收到的矢量以及

-基于所述接收到的矢量获得经编码的数据矢量

其中，接收到的矢量是具有N_r个实分量的矢量，并且在OFDM/OQAM解调和实部的提取后，矢量的第n分量等同于与在第n接收天线上接收到的子载波l相关联的符号，其中，n＝1，2，...，N_r。

由此，上文中简单描述的发射方法结合了包括空间复用的特定预编码与OFDM/OQAM调制。应用到SIMO/MIMO系统的、根据本发明的该结合使其能够在一个且相同时间受益于通过空间复用提供的和通过OFDM/OQAM调制提供的空间效率。

此外，非常有利的是，根据本发明的结合使其能够在OFDM/OQAM解调和实部的简单提取后避免符号之间以及子载波之间的任何干扰，而无论发射天线或接收天线的数量为多少。当然，如下文中所述，所述接收到的矢量具有与传统的OFDM信号相同的形式，即，在没有干扰的情况下，除了信道以外，数据和噪声为实部的形式。第r接收机因此可以基于接收到的矢量应用OFDM中使用的传统技术(导频在时-频帧中的导入、通过导频辅助的信道估计、解复用、信道均衡等等)获得所述经编码的数据矢量─具有附加的简化：本发明所需的计算可以(如果需要)完全在实域(实导频、实数据、实等效信道)进行，然而，根据现有技术的技术所需的计算必需在复域中进行。

应注意，在接收机层面上的处理的简化能够将本发明应用到包括多个接收机的系统(所谓的“多用户MIMO”系统)，其中，如上文中所指，接收机可以连接到所考虑的N个接收天线中的一个或多个(当然每个接收天线连接到单个接收机)。相反，根据上文中简单描述的Payaró等人的文章的方法，仅仅可以应用到包括单个接收机的系统(所谓的“单用户MIMO”系统)，因为在该组接收天线上接收到的数据必需通过该接收机共同处理。

在这方面，应注意，在根据本发明的通信方法中，提取实部的步骤是在均衡步骤前实施的，而在Payaró等人的文章中，这两个步骤是以相反的顺序实施的。

相关地，本发明涉及配备有M个发射天线的无线发射机，其中M≥1，所述无线发射机包括：用于通过包括L个子载波的OFDM/OQAM调制发射适用于R个无线接收机的数据的装置，其中，每个第r无线接收机配备有N_r个接收天线，其中，R≥1，r＝1，...，R，，N≥2，并且L≥1；以及对于整数l的至少一个值，其中，0≤l≤L-1，获得所述发射天线与所述接收天线之间的MIMO信道的N·M维度的转换矩阵的估值的装置。所述无线发射机的显著性在于，对于l的所述值，其还包括：

-用于将待被发射的数据放置到具有N个实分量的数据矢量X^(l)中的装置；

-用于计算具有M个分量的经编码的矢量S^(l)≡W⁽¹⁾·X^(l)的装置，其中，W⁽¹⁾是形式的M·N维度的预编码矩阵，其中：

○P⁽¹⁾是与空间复用相关联的M·N维度的矩阵，以及

○ $Q={\left({\hat{H}}^{\left(1\right)}\right)}^H\·{[{\hat{H}}^{\left(1\right)}\·{\left({\hat{H}}^{\left(1\right)}\right)}^H]}^{-1};$ 以及

-用于通过从第m发射天线发射所述经编码的矢量S^(l)的第m分量，在子载波l上发射所述经编码的矢量S^(l)的装置，其中，m＝1，2，...，M。

本发明还涉及无线通信系统。所述系统的显著性在于，其包括如上文中简单记载的无线发射机以及所述R个无线接收机，，其中r＝1，2，...，R，其中，对于l的所述值，至少一个第r无线接收机还包括：

-用于接收所述经编码的数据的装置；

-用于确定接收到的矢量的装置；以及

-用于基于所述接收到的矢量获得经编码的数据矢量的装置，

其中，所述接收到的矢量是具有N_r个实分量的矢量，并且在OFDM/OQAM解调和实部的提取后，矢量的第n分量等于与在第n接收天线上接收到的子载波l相关联的符号，其中，n＝1，2，...，N_r。

通过该无线发射机和该无线通信系统提供的优点与通过上文中简单记载的相关方法提供的优点基本相同。

应注意，该无线发射机和该无线通信系统能够以软件指令的情况和/或电子电路的情况实现。

本发明还针对可从通信网络下载和/或存储在计算机可读的和/或微处理器可执行的介质上的计算机程序。该计算机程序的显著性在于，当其在计算机上执行时，其包括用于执行上文中简单记载的无线发射方法或无线通信方法的步骤的指令。

通过计算机程序提供的优点与通过相对应的方法提供的优点基本相同。

通过阅读下文中以非限制性示例的方式给出的特定实施方式的详细描述，本发明的其他方面和优点将变得明确。描述将参照伴随该描述的附图进行，在附图中：

图1a示出了根据现有技术的发送数据的方法的第一步骤；

图1b示出了根据现有技术的发送数据的方法的第二步骤；

图1c示出了根据现有技术的发送数据的方法的第三步骤；

图2总结了图1a、图1b和图1c中示出的步骤；

图3a示出了根据现有技术的接收数据的方法的第一步骤；

图3b示出了根据现有技术的接收数据的方法的第二步骤；

图3c示出了根据现有技术的接收数据的方法的第三步骤；

图4总结了图3a、图3b和图3c中示出的步骤；

图5示意性地示出了根据本发明的实施方式的与OFDM/OQAM复用的相应的子载波各自相关联的数据矢量的编码，以获得相应的经编码的数据矢量、以及这些经编码的数据矢量的第m分量在第m发射天线的发射；以及

图6示意性地示出了根据本发明的实施方式的符号在接收机的每个接收天线上的接收、以及具有N个分量的接收到的矢量对于OFDM/OQAM复用的每个子载波的确定。

本发明涉及无线通信系统，该无线通信系统包括配有M个发射天线的发射机和配有N个接收天线的一个或多个接收机，其中M≥1，N≥2。数据的发射使用包括随机数量L的子载波的OFDM/OQAM调制，其中L≥1。

首先将回顾OFDM/OQAM调制的原理，例如，其已被应用于SISO系统(因此不提供受益于空间复用的优点的可能性)。

首先考虑包括偶数Q个子载波的OFDM调制。在每个子载波和每符号时间T₀＝1/F₀发射复杂的QAM(表示“正交振幅调制(Quadrature AmplitudeModulation)”的英文缩写)数据符号的发射信号s(t)随后对于每对连续的子载波以如下方式排列，该方式包括：

-在这些子载波中的一个子载波上，给定QAM符号的虚部上的时间偏移(“时移(temporal shift)”)等于T₀/2；以及

-在其他子载波上，在相同的QAM符号的实部上的一个且相同的时间偏移T₀/2。

该发射信号可被写成如下形式：

其中：

●整数l是对子载波的计数，整数j是对符号时间的计数，

●实系数α_l，j基于QAM符号c_l，j的实部和虚部定义为如下：

其中：表示实部的提取，表示虚部的提取，

●相移等于：

以及

●“原型函数(prototype function)”p(t)是实值函数且对称的。

B.Le Floch、M.Alard和C.Berrou的名为“编码正交频分复用(CodedOrthogonal Frequency Division Multiplex)”(Proc.IEEE，第83卷，第982至996页，1995年6月)的文章描述了包括OFDM/OQAM等的调制的分类，在该文章中，原型函数p(t)以如下方式选择，即在宽度2F₀的频带以外该原型函数p(t)的傅里叶变换为零。

在P.Siohan、C.Siclet和N.Lacaille的名为“基于滤波器组理论的OFDM/OQAM系统的分析和设计(Analysis and Design of OFDM/OQAMSystems Based on Filterbank Theory)”(关于信号处理的IEEE期刊，第50卷第5号，第1170至1183页，2002年5月)文章中，原型函数p(t)以如下方式选择，即其在时间间隔以外为零，其中，λ是任何严格正整数；如果时间t被离散成通过整数k计数的长度间隔(每个QAM符号的平均采样持续时间)，则离散的原型函数p[k]的支持由此具有长度λ。

Siohan、Siclet和Lacaille证明了，原型函数p(t)必需满足如下关系，以在没有符号之间或者子载波之间的干扰的情况下获得OFDM/OQAM发射，其中所谓的“正交关系”为：

对于 $0\≤l\≤\frac{Q}{2}-1,G_l\left(z\right)G_l^{*}\left(z^{-1}\right)+G_{l+Q/2}\left(z\right)G_{l+Q/2}^{*}\left(z^{-1}\right)=\frac{1}{Q},---\left(4\right)$

其中，星号表示复共轭，并且z变换

G_l(z)≡Σ_kz^-kp[l+kQ]    (5)

被称为原型函数p[k]的“量级的多相分量(polyphase components of order)Q”。

Siohan、Siclet和Lacaille还证明了，OFDM/OQAM调制可以通过IFFT有利地实现，并且OFDM/OQAM解调可以通过FFT有利地实现。

相应地，离散信号

被重写成如下形式：

$s\left[k\right]={\mathrm{\Σ}}_{l=0}^{Q-1}{\mathrm{\Σ}}_{j=-\∞}^{+\∞}{x}_1^0\left[j\right]f_l[k-\frac{\mathrm{jQ}}{2}],---\left(7\right)$

其中，

$x_1^0\left[j\right]={\mathrm{\α}}_{l,j}{e}^{i\frac{\mathrm{\π}}{2}j},$ 并且 $f_l\left[k\right]=\sqrt{2}p\left[k\right]e^{i\frac{2\mathrm{\π}}{Q}l(k-\frac{\mathrm{\λ}-1}{2}+\frac{Q}{4})},---\left(8\right)$

以将该信号表示为分别通过属于“合成滤波器组(bank of synthesisfilters)”f_l[k]的一组Q个滤波器分别过滤的Q个输入信号的常规总和。

在若干计算后，显而易见的是OFDM/OQAM调制/发射的主要部分在于在每个第j个符号时间期间将以下操作应用至输入矢量[α_0，j...α_l，j...α_Q-1，j]^T(其中，指数“T”表示转置)：

-每个分量α_l，j乘以等于 的所谓的“预调制”因素，从而给出矢量[α′_0，j...α′_l，j...α′_Q-1，j]^T(图1a)，

-该矢量[α′_0，j...α′_l，j...α′_Q-1，j]^T进行Q·Q维度的IFFT，从而给出矢量[α″_0，j...α″_l，j...α″_Q-1，j]^T(图1b)，

-该矢量[α″_0，j...α″_l，j...α″_Q-1，j]^T的每个分量α″_l，j进行过滤G_l(z²)，随后进行因素的扩展Q/2，然后进行与分量α″_l-1，j相关的因素z^-1的延迟(除了l＝0)；最终，所产生的信号被相加(并行→串行变换，由P/S表示)以给出信号s[k](图1c)。

图2总结了上文中简单描述的OFDM/OQAM复用的调制/发射的步骤。

能够将类似处理应用至所接收到的信号v[k]。在第j个符号时间的第l个子载波上退出的解调的信号y_l[j]能够以如下形式重写：

$y_l\left[j\right]={\mathrm{\Σ}}_{k=-\∞}^{+\∞}v\left[k\right]h_l[\frac{\mathrm{jQ}}{2}-k],---\left(9\right)$ 其中，

$h_l\left[k\right]=\sqrt{2}p\left[k\right]e^{i\frac{2\mathrm{\π}}{Q}l(k-\frac{\mathrm{\λ}-1}{2}-\frac{Q}{4})},---\left(10\right),$

从而显而易见的是，所接收到的信号v[k]通过属于“分析滤波器组(bankof analysis filters)”h_l[k]的一组Q个滤波器过滤。

在若干计算后，显而易见的是OFDM/OQAM接收/解调的主要部分在于在每个第j个符号时间期间将以下操作应用至所接收到的信号v[k]：

-因素z^-β的延迟的应用，其中，β是整数以使得

其中和α＞0整数，(11)

并且随后将由此获得的信号分解成Q个分量之和(串行→并行变换，由S/P表示)，这些分量中的每个(除了l＝0)首先进行与前一个分量相关的因素z^-1的延迟，随后通过因素Q/2锐减，最后进行过滤G_l(z²)以给出矢量[d″_0，j...d″_l，j...d″_Q-1，j]^T的分量d″_l，j(图3a)，

-该矢量[d″_0，j...d″_l，j...d″_Q-1，j]^T进行Q·Q维度的FFT，从而给出矢量[d′_0，j...d′_l，j...d′_Q-1，j]^T(图3b)，

-该矢量[d′_0，j...d′_l，j...d′_Q-1，j]^T的每个分量d′_l，j乘以等于

$Q\sqrt{2}{e}^{i\frac{2\mathrm{\π}}{Q}l(k-\frac{\mathrm{\λ}-1}{2}+\frac{Q}{4})}{e}^{-i\frac{\mathrm{\π}}{2}(j-\mathrm{\α})}$

的所谓的“后解调”因素，从而最终给出矢量[d_0，j...d_l，j...d_Q-1，j]^T的分量d_l，j(图3c)。

图4总结了上文中简单描述的OFDM/OQAM复用的接收/解调的步骤。

最终，应注意，基于上文中的等式(2)，如果为与第l个偶数子载波对应的QAM符号系统地选择零值，则不需要考虑偶数的子载波，而如果为与第l个奇数子载波对应的QAM符号系统地选择零值，则不需要考虑奇数的子载波。因此，在这两种情况下，子载波的有效数量为Q/2，而Q/2可以是偶数或奇数。因此，可以看出用于实现OFDM/OQAM调制的子载波的数量(在本发明的框架内由L表示)可以是偶数或者是奇数。

现在将描述根据本发明的实施方式的用于发射数据的方法，其中经编码的数据在OFDM/OQAM复用的L个子载波中的每个上发射。作为一种变型，将能够考虑这些子载波中的仅一个或其子集。

在本实施方式中，对于每个整数l(其中，0≤l≤L-1)，发射机知道与该子载波相关联的MIMO信道的转换矩阵的估值该估值可以通过任何已知的方式获得。例如，在频分复用(“Frequency DivisionMultiplexing”；FDD)模式中，可以通过此后向发射机传送估值的接收机进行估计；在时分复用(“Time Division Multiplexing”；TDD)模式中，发射机可以直接基于由接收机发射的导频信号进行该估计。

将假设，埃尔米特矩阵(Hermitian matrix)是可逆的(这通常是在实践中的情况)，其中指数“H”指示复共轭变位。

发射机执行图5中示出的如下步骤。

在步骤E1期间，发射机将待被发射的数据放置到具有N个实分量的数据矢量X^(l)中。

在步骤E2期间，发射机用M个分量计算经编码的数据矢量S^(l)≡W⁽¹⁾·X^(l)，其中W⁽¹⁾是以如下方式选择的维度M·N的预编码矩阵：

其中：

○P⁽¹⁾是与空间复用相关联的维度M·N的矩阵；以及

○ $Q={\left({\hat{H}}^{\left(1\right)}\right)}^H\·{[{\hat{H}}^{\left(1\right)}\·{\left({\hat{H}}^{\left(1\right)}\right)}^H]}^{-1}$ 是本领域的技术人员已知为“迫零预

编码矩阵”的矩阵。

该空间复用可以根据任何已知的方案进行，并且这些方案中的每个具有同样是已知的相应的优点和缺点。将在下文中以示例的方式表示对于空间复用的两种可能的变型。

最后，在步骤E3期间，发射机通过从第m发射天线发射矢量S^(l)的第m分量同时在所有的发射天线上发射子载波l上经编码的数据矢量S^(l)，其中m＝1，2，...，M。

现在将描述根据本发明的实施方式的通信方法，其中至少一个接收机获得与L个子载波中的每个相关联的经编码的数据。作为一种变型，将能够考虑这些子载波中的仅一个或其子集。

通过示例的方式，将假设所考虑的通信系统包括仅单个接收机(除非另有指示，否则R＝1)；为了简化标记法，下文中以及在图6中将省略与r＝1对应的指数(1)。本实施方式可以容易被归纳到包括多个接收机的通信系统的情况，其中每个第r(r＝1，...，R)接收机配备有N_r个接收天线，其中 ${\mathrm{\Σ}}_{r=1}^R{N}_r=N.$

在本实施方式中，接收机以与下文中描述的、通过发射机实施的步骤同步的方式实施如下步骤。

如图6所示，在步骤R1期间，接收机确定具有N个实分量的接收到的矢量Y^(l)，在OFDM/OQAM解调和实部的提取后，其中第n(其中，n＝1，2，...，N)分量等同于与在第n接收天线上接收到的子载波l相关联的符号。

现在，在OFDM/OQAM解调后接收到的信号V^(l)如下：

其中G⁽¹⁾＝H⁽¹⁾·W⁽¹⁾    (13)。

G⁽¹⁾可以简单地示出为：

(自然地假设包含在W⁽¹⁾中的H⁽¹⁾的估值是可靠的)。矩阵G⁽¹⁾为实。因此：

Y^(l)≈G⁽¹⁾X⁽¹⁾+U^(l)    (15)，

其中，U^(l)为实噪声。鉴于等式(15)，矩阵G⁽¹⁾被称为与由W⁽¹⁾进行的编码相关联的“等效信道矩阵”。

在步骤R2期间，接收机通过向所述接收到的矢量Y^(l)应用适当的处理(例如，根据在OFDM中使用的传统技术的空间解复用和均衡)而获得经解码的数据矢量T^(l)；有利地，由此，接收机无需处理OFDM/OQAM专用的符号之间的干扰。

最后，将在下文中描述对于在步骤E2中实施的空间复用的两个可能的变型。

根据第一变型，将使用MMSE预编码器进行如下操作：

$P^{\left(1\right)}={\left({\hat{H}}^{\left(1\right)}\right)}^H{({\hat{H}}^{\left(1\right)}{\left({\hat{H}}^{\left(1\right)}\right)}^H+\frac{1}{\mathrm{SNR}}I)}^{-1}---\left(16\right)$

其中，I表示单位矩阵，SNR为假设已由发射机知道的、接收机的信噪比，即，由接收机接收到的(未预编码)的、平均在接收天线上的功率与接收机的噪声之间的比率。

据理论上的回顾，用于系统的最佳预编码器是MMSE(“最小均方误差(Minimum Mean-Square Error)”的英文缩写)预编码器，其约束在于每个接收天线发射一个流。

第一变型的优点在于其使得能够在高SNR下获得比其他变型更好的所有天线上的总和比特率。另一方面，MMSE预编码器的效率依靠SNR的精确的估计和精确的预测；但是这种估计是难以进行的，所以实际上SNR的不利的估计(文献中称为“SNR失配(SNR mismatch)”)阻止了获得期望的性能。

根据第二变型，使用了时间反转预编码器：

$P^{\left(1\right)}={\left({\hat{H}}^{\left(1\right)}\right)}^H---\left(17\right).$

由此回顾，由发射天线发射的无线电信号作为该发射天线与接收天线之间的传播条件的函数而经历变形。为了限制这些变形，作为这两个天线之间的传播信道的特性的函数，信号事先通过应用所谓的“预编码”系数失真。为此，有必要确定该传播信道在相关频带中的特性。

在现有的预编码方案中，考虑到降低的复杂性、性能和聚焦接收天线上的无线电波的固有能力，辨别出实施被称为“时间反转(TimeReversal)”的技术的方案。通过聚焦随时间发射并在空间上发射的信号的能量，时间反转能够明显降低由传播信道引起的分散。

时间反转是依靠波方程的时间反转不变性的(在声波的场中正交地使用的)技术。因此，时间反转的波作为将时间倒回的直波传播。当通过原点发射的简短的脉冲在传播介质中传播时，并且通过接收点接收到的该波的一部分在返回传播介质中之前被时间反转时，该波收敛至原点，在该原点再形成简短的脉冲。在原点处收集的信号在其形状上与通过原点发射的原信号几乎相同。

时间反转技术已被应用到无线电通信网络以消除传播信道对通过接收天线接收到的信号的作用，尤其是通过减小信道通过在该接收天线所处的焦点处的能量的集中所产生的扩展并且通过减小所接收到的信号的时间扩展(已知为“延迟扩展(delay spread)”)，以及简化所接收到的符号通过信道后的处理。相应地，通过发射天线发射的信号通过应用基于该信号必需通过的传播信道的脉冲响应的时间反转获得的系数而被预均衡。

凭借上文中的等式(14)，在如下的第二种变型

的情况下，等效信道的矩阵相等。

现在，是埃尔米特矩阵(Hermitian matrix)，因此：

●其对角系数已是实数，并且

●其非对角系数为先验的复数。

据此，具有以下优点：

○矩阵G⁽¹⁾具有与矩阵的系数相同的对角系数，由此暗示上述根据等式(18)提取实部的操作保留所有有用的效果；

○G⁽¹⁾具有与的非对角系数的实部相同的非对角系数，

由此暗示提取实部的操作(通过仅取非对角项的实部)减少了由空间复用导致的流间干扰；以及

○已知的是，在所有预编码中，时间反转最大化对角项(这是适

合于发射的过滤器)，并且因此是等效信道的有用的部分。

如上文中所提及，本发明还涉及执行上文中所述的无线发射方法、或无线接收的方法、或无线通信方法的计算机化系统。该计算机化系统以传统方式包括通过信号控制的中央处理单元、存储器、以及输入单元和输出单元。此外，该计算机化系统可被用于执行包括用于实施根据本发明的方法中的任一个的指令的计算机程序。

当然，当本发明在计算机上执行时，其也针对可从包括用于实施根据本发明的方法步骤的指令的通信网络下载的计算机程序。该计算机程序可被存储在由计算机可读的并且可由微处理器执行的介质上。

该程序可以使用任何编程语言，并且采取源代码、目标代码、或者源代码与目标代码之间的中间代码的形式，如部分编译的形式、或者任何其他期望的形式。

本发明也针对不可移除、或可部分或完全移除的计算机可读信息介质，并且包括如上文中所提到的计算机程序的指令。

信息介质可以是能够存储程序的任何实体或装置。例如，介质可以包括如ROM(例如，CD ROM或微电子电路ROM)的存储装置或者如硬盘的磁性记录装置、或者也可以是USB密钥(已知为“USB闪存装置(USBflash drive)”)。

此外，信息介质可以是可传送介质诸如可经由电缆或光缆通过无线电或其他手段传递的电或光信号。根据本发明的计算机程序可以特定地下载至互联网类型的网络。

作为变型，信息介质可以是集成有程序的集成电路，该电路专用于执行根据本发明的方法中的任一个、或者待用于执行根据本发明的方法中的任一个。

Claims (10)

1.一种通过配备有M个发射天线的无线发射机无线发射用于R个无线接收机的数据的方法，每个第r无线接收机配备有N_r个接收天线，并且所述数据通过包括L个子载波的OFDM/OQAM调制发射，其中，M≥1，R≥1，r＝1，...，R，N≥2，并且L≥1，

所述方法包括：对于整数l的至少一个值，其中，0≤l≤L-1，获得所述发射天线与所述接收天线之间的MIMO信道的N·M维度的转换矩阵的估值的预先步骤，其特征在于，对于l的所述值，所述方法还包括以下步骤：

-将待被发射的数据放置到具有N个实分量的数据矢量X^(l)中(E1)；

-计算具有M个分量的经编码的数据矢量S^(l)≡W^(l)·X^(l)(E2)，其中，W^(l)是形式的M·N维度的预编码矩阵，其中：

o p^(l)是与空间复用相关联的M·N维度的矩阵，以及

o  $Q={\left({\hat{H}}^{\left(1\right)}\right)}^H\·{[{\hat{H}}^{\left(1\right)}\·{\left({\hat{H}}^{\left(1\right)}\right)}^H]}^{-1};$ 以及

-通过从第m发射天线发射所述经编码的数据矢量S^(l)的第m分量，在子载波l上发射所述经编码的数据矢量S^(l)(E3)，其中，m＝1，2，...，M。

2.如权利要求1所述的无线发射方法，其特征在于，所述空间复用通过如下的MMSE预编码器执行：

$P^{\left(1\right)}={\left({\hat{H}}^{\left(1\right)}\right)}^H{({\hat{H}}^{\left(1\right)}{\left({\hat{H}}^{\left(1\right)}\right)}^H+\frac{1}{\mathrm{SNR}}I)}^{-1}.$

3.如权利要求1所述的无线发射方法，其特征在于，所述空间复用通过如下的时间反转预编码器执行：

$P^{\left(1\right)}={\left({\hat{H}}^{\left(1\right)}\right)}^H.$

4.一种无线通信方法，其特征在于，所述无线通信方法包括如权利要求1至3中的任一项所述的发射方法的步骤，其中，对于l的所述值，至少一个第r无线接收机实施以下步骤，其中r＝1，...，R：

-接收所述经编码的数据；

-确定接收到的矢量(R1)；以及

-基于所述接收到的矢量获得经编码的数据矢量(R2)，

其中，所述接收到的矢量是具有N_r个实分量的矢量，并且在OFDM/OQAM解调和实部的提取后，所述矢量的第n分量等同于与在第n接收天线上接收到的子载波l相关联的符号，其中，n＝1，2，...，N_r。

5.一种配备有M个发射天线的无线发射机，其中M≥1，所述无线发射机包括：

用于通过包括L个子载波的OFDM/OQAM调制发射用于R个无线接收机的数据的装置，其中，每个第r无线接收机配备有N_r个接收天线，其中，R≥1，r＝1，...，R，N≥2，并且L≥1；以及

对于整数l的至少一个值，其中，0≤l≤L-1，获得所述发射天线与所述接收天线之间的MIMO信道的N·M维度的转换矩阵的估值的装置，

其特征在于，对于l的所述值，所述无线发射机还包括：

-用于将待被发射的数据放置到具有N个实分量的数据矢量X^(l)中的装置；

-用于计算具有M个分量的经编码的数据矢量S^（l)≡W^(l)·X^(l)的装置，其中，W^(l)是形式的M·N维度的预编码矩阵，其中：

o P^(l)是与空间复用相关联的M·N维度的矩阵，以及

o  $Q={\left({\hat{H}}^{\left(1\right)}\right)}^H\·{[{\hat{H}}^{\left(1\right)}\·{\left({\hat{H}}^{\left(1\right)}\right)}^H]}^{-1};$ 以及

-用于通过从第m发射天线发射所述经编码的数据矢量S^(l)的第m分量，在子载波l上发射所述经编码的数据矢量S^(l)的装置，其中，m＝1，2，...，M。

6.如权利要求5所述的无线发射机，其特征在于，所述空间复用通过如下的MMSE预编码器执行：

$P^{\left(1\right)}={\left({\hat{H}}^{\left(1\right)}\right)}^H{({\hat{H}}^{\left(1\right)}{\left({\hat{H}}^{\left(1\right)}\right)}^H+\frac{1}{\mathrm{SNR}}I)}^{-1}.$

7.如权利要求5所述的无线发射机，其特征在于，所述空间复用通过如下的时间反转预编码器执行：

$P^{\left(1\right)}={\left({\hat{H}}^{\left(1\right)}\right)}^H.$

8.一种无线通信系统，其特征在于，所述无线通信系统包括如权利要求5至7中的任一项所述的无线发射机以及所述R个无线接收机，其中，对于l的所述值，至少一个第r无线接收机，其中r＝1，...，R，还包括：

-用于接收所述经编码的数据的装置；

-用于确定接收到的矢量的装置；以及

-用于基于所述接收到的矢量获得经编码的数据矢量的装置，

其中，所述接收到的矢量是具有N_r个实分量的矢量，并且在OFDM/OQAM解调和实部的提取后，所述矢量的第n分量等同于与在第n接收天线上接收到的子载波l相关联的符号，其中，n＝12，...，N_r。

9.一种用于存储数据的不可移除、或可部分移除、或可完全移除的装置，所述装置包括用于执行如权利要求1至3中的任一项所述的无线发射方法的步骤的计算机程序代码指令、或用于执行如权利要求4所述的无线通信方法的步骤的计算机程序代码指令。

10.一种可从通信网络下载和/或存储在计算机可读的和/或微处理器可执行的介质上的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序包括用于执行如权利要求1至3中的任一项所述的无线发射方法的步骤的指令、或用于执行如权利要求4所述的无线通信方法的步骤的指令。