CN101843005A

CN101843005A - 使用基于相移的预编码的数据发送和接收方法和支持该方法的收发器

Info

Publication number: CN101843005A
Application number: CN200880113871A
Authority: CN
Inventors: 任彬哲; 李旭峰; 李文日; 千珍英
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: Ao Pudisi cellular technology Co., Ltd
Priority date: 2007-09-19
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2028-09-12
Also published as: US20110280291A1; KR20100032453A; US7961808B2; KR20090030200A; US20100226417A1; CN101843005B; US8208576B2; US20110280290A1; RU2446574C2; WO2009038317A1; JP2010539841A; US20100202500A1; US7970074B2; JP5457357B2; US8670500B2; KR100983289B1; JP2014030270A; RU2010115271A

Abstract

公开了一种用于在采用若干个子载波的多输入多输出(MIMO)系统中基于推广的相移或者基于扩展的相移来执行预编码的方法，和用于支持该方法的收发器。基于相移的预编码矩阵通过将用于相移的对角矩阵乘以用于在子载波之间保持正交性的单位矩阵来推广。在这种情况下，对角矩阵部分可以通过将用于除去子载波之间干扰的预编码矩阵乘以用于相移的对角矩阵来扩展。通过基于相移的预编码的推广和扩展，收发器被进一步简化，并且通信效率提高。

Description

使用基于相移的预编码的数据发送和接收方法和支持该方法的收发器

技术领域

本发明涉及用于基于推广的相移执行预编码，或者基于扩展的相移执行预编码的方法，以及用于支持该方法的收发器，并且涉及用于在使用多个子载波的多输入多输出(MIMO)系统中使用预编码来发送和接收数据的方法。

背景技术

如今，随着信息通信技术日益增长的发展，各种各样的多媒体服务和各种各样的高质量服务已经被开发和引入市场，使得无线通信服务的需要在全世界快速地增长。为了积极地应对该日益增长的需要，必须增加通信系统的容量。

已经考虑了用于在无线通信之下增加通信容量的各种各样的方法，例如，用于在所有频带中搜索新的可用频带的方法，和用于提高有限资源的效率的方法。作为后者方法的代表性的示例，收发器包括多个天线以保证额外的空间利用资源，使得获得分集增益，或者已经由许多的公司或者开发者开发了用于通过经由单个天线并行发送数据来增加发送容量的MIMO通信技术。

特别地，在下文中将参考图1描述从MIMO通信技术之中基于正交频分复用(OFDM)的多输入多输出(MIMO)系统。

图1是图示配备有多个发送/接收(Tx/Rx)天线的OFDM系统的框图。

参考图1，在发送端，信道编码器101将冗余比特附加给Tx数据比特以减少信道或者噪声的负面影响。映射器103将数据比特信息转换为数据符号信息。串行到并行(S/P)转换器105将数据符号转换为并行数据符号，使得并行数据符号可以加载在几个子载波上。MIMO编码器107将并行数据符号转换为空时信号。

在接收端，MIMO解码器109、并行到串行(P/S)转换器111、去映射器113和信道解码器115具有与在发送端中的MIMO编码器107、S/P转换器105、映射器103和信道编码器101的功能相反的功能。

MIMO OFDM系统需要用于提高数据的Tx可靠性的各种各样的技术，例如，用于提高空间分集增益的空时码(STC)或者循环延迟分集(CDD)方案，和用于提高信噪比(SNR)的波束形成(BF)或者预编码方案。在这种情况下，STC或者CDD方案已经用于提高在发送端不能使用反馈信息的开环系统的Tx可靠性，并且BF或者预编码方案已经用于使用在发送端能够使用反馈信息的闭环系统的相应的反馈信息来使SNR最大化。

特别地，在下文中将详细描述用于提高空间分集增益的CDD方案和用于提高SNR的预编码方案。

当配备有多个Tx天线的系统发送OFDM信号的时候，CDD方案允许所有天线发送具有不同延迟或者幅度的OFDM信号，使得接收端可以获得频率分集增益。

图2是图示基于CDD方案的MIMO系统的发送端的框图。

参考图2，OFDM符号经由S/P转换器和MIMO编码器分发给各个天线，用于防止信道间干扰的循环前缀(CP)被附加给OFDM符号，并且然后所产生的具有CP的OFDM符号被发送给接收端。在这种情况下，将发送给第一天线的数据序列没有任何变化地应用于接收端，并且与第一天线相比较，发送给第二天线的其它数据序列被循环延迟了预定数目的样本，使得已循环延迟的数据序列被发送给第二天线。

同时，如果CDD方案在频率域中实现，则循环延迟可以由相位序列的乘积(或者相乘)来表示。在下文中将参考图3描述其详细描述。

图3是图示基于常规的相移分集(PSD)方案的MIMO系统的发送端的框图。

参考图3，各个天线的不同相位序列(相位序列1～相位序列M)在频率域中乘以各个数据序列，对相乘的结果执行逆快速傅里叶变换(IFFT)，并且IFFT相乘的数据被发送给接收端。以上提及的图3的方法被称作相移分集方案。

在使用相移分集方案的情况下，平坦衰落信道可以改变成频率选择性信道，频率分集增益可以通过信道编码处理来获得，或者多用户分集增益可以通过频率选择性的调度处理来获得。

同时，如果闭环系统包括有限的反馈信息，则可以使用两个预编码方案，即，基于码本的预编码方案和用于量化信道信息的方案，并且反馈已量化的信道信息。基于码本的预编码方案将已经由发送/接收端识别的预编码矩阵的索引反馈给发送/接收末端，使得它可以获得SNR增益。

图4是图示根据基于码本的预编码的MIMO系统的发送/接收端的框图。

参考图4，发送/接收端中的每个具有有限的预编码矩阵(P₁～P_L)。接收端使用信道信息将最优预编码矩阵索引(1)反馈给发送端，并且发送端将与反馈索引相对应的预编码矩阵应用于发送数据(χ₁～χ_Mt)。作为参考，以下的表1示出了当在配备有两个Tx天线以支持2的空间复用比率的IEEE 802.16e系统中使用3比特反馈信息的时候使用的示例性码本。

[表1]

以上提及的相移分集方案可以在开环中获取频率选择性的分集增益，并且可以在闭环中获取频率调度增益。由于相移分集方案的这些优点，许多开发者正在对相移分集方案进行深入细致的研究。然而，该相移分集方案具有1的空间复用比率，使得它无法获取高的传送速率。并且，如果资源分配是固定的，则该相移分集方案在获取频率选择性的分集增益和频率调度增益方面具有困难。

基于码本的预编码方案可以使用高的空间复用比率，而同时需要少量的反馈信息(即，索引信息)，使得它可以有效地发送数据。然而，由于它必须保证用于反馈信息的稳定信道，所以它对于具有突然变化的信道的移动环境是不合适的，并且仅仅对于闭环系统是可用的。

发明内容

技术问题

因此，本发明针对一种基于相移的预编码方法和用于支持该方法的收发器，它们基本上消除了由于相关技术的限制和缺点而引起的一个或多个问题。

本发明的目的是提供一种用于解决相移分集方案和预编码方案的问题的基于相移的预编码方法，和一种用于通过推广或者扩展基于相移的预编码矩阵来以各种方式应用基于相移的预编码方案的方法。

在下面的描述中将部分地阐述本发明的附加优点、目的和特点，并且部分在参阅以下内容时对于那些本领域普通的技术人员将变得显而易见，或者可以从本发明的实施中获悉。通过在书面描述及其权利要求以及附图中特别指出的结构，可以实现和获得本发明的目的和其他优点。

技术解决方案

为了实现这些目的和其他优点，以及根据本发明的目的，如在此处体现和广义描述的，一种用于在多输入多输出(MIMO)系统中使用多个子载波发送和接收数据的方法，该方法包括：确定作为基于相移的预编码矩阵的一部分的预编码矩阵；确定作为基于相移的预编码矩阵的一部分的用于相移的第一对角矩阵；确定作为基于相移的预编码矩阵的一部分的单位矩阵；以及将预编码矩阵、第一对角矩阵和单位矩阵相乘，并且使用相乘的结果对相应的子载波或者虚拟资源执行预编码。

在本发明的另一个方面中，提供了一种用于在多输入多输出(MIMO)系统中使用多个子载波发送和接收数据的收发器，该收发器包括：预编码矩阵决定模块，该预编码矩阵决定模块确定作为基于相移的预编码矩阵的一部分的预编码矩阵，确定作为基于相移的预编码矩阵的一部分的用于相移的第一对角矩阵，确定作为基于相移的预编码矩阵的一部分的单位矩阵，并且然后将预编码矩阵、第一对角矩阵和单位矩阵相乘以确定基于相移的预编码矩阵；以及预编码模块，该预编码模块用于通过将所确定的基于相移的预编码矩阵乘以相应的子载波的符号来执行预编码。

在本发明的每个方面中，可以在预定的时段中，基于相应的子载波或者资源的索引“k”，通过在第一码本中循环地重复多个矩阵来选择该预编码矩阵。在这种情况下，可以通过对相应的子载波或者资源的索引执行模运算的码本大小来选择该预编码矩阵。此外，可以仅仅从包括在第一码本中的一个或多个预编码矩阵中选择该预编码矩阵，其中一个或多个预编码矩阵包括作为元素的“1”、“-1”、“j”和“-j”中的至少一个，或者可以从第二码本中选择该预编码矩阵，其中第二码本仅仅由包括作为元素的“1”、“-1”、“j”和“-j”中的至少一个的一个或多个预编码矩阵构成，一个或多个预编码矩阵被包括在第一码本中。

在本发明的另一个方面中，提供了一种用于在多输入多输出(MIMO)系统中使用多个子载波发送和接收数据的方法。该方法包括确定预编码矩阵，和基于预编码矩阵来解码相应子载波或者虚拟资源的符号，其中预编码矩阵是在预定的时段中，基于相应子载波或者虚拟资源的索引k，通过在第一码本中循环地重复多个预编码矩阵来选择的。

应当理解，上文的概述和下面的本发明的详细说明都是示例性和解释性的，并且意在对所要求保护的本发明提供进一步的解释。

有益效果

本发明提供用于解决常规的CDD、PSD和预编码方法的问题的基于相移的预编码技术，从而实现有效的通信。具体地，基于相移的预编码技术被推广或者扩展，收发器的设计被简化或者通信效率提高。

附图说明

附图被包括以提供对本发明进一步的理解，附图图示了本发明的实施例，并且与该说明书一起用于解释本发明的原理。

在附图中：

图1是图示配备有多个发送/接收(Tx/Rx)天线的OFDM系统的框图；

图2是图示基于常规的循环延迟分集(CDD)方案的MIMO系统的发送端的框图；

图3是图示基于常规的相移分集(PSD)方案的MIMO系统的发送端的框图；

图4是图示基于常规的预编码方案的MIMO系统的收发器的框图；

图5是图示根据本发明用于执行基于相移的预编码方案的收发器的主要组件的框图；

图6图形地示出根据本发明的基于相移的预编码或者相移分集的两个应用；

图7是图示根据本发明的基于相移的预编码方案的SCW OFDM发送机的框图；以及

图8是图示根据本发明的MCW OFDM发送机的框图。

具体实施方式

现在将详细地参考本发明的优选实施例，在附图中图示了优选实施例的示例。只要可能，贯穿附图相同的附图标记将用于表示相同的或者类似的部分。

在描述本发明之前，应当注意到，在本发明中公开的大多数术语对应于在该技术中众所周知的一般术语，但是，本申请人已经根据需要选择了一些术语，并且这些术语将在下文中在以下本发明的描述中公开。因此，优选地，基于在本发明中由本申请人定义的术语的含义来理解它们。

为了方便本发明的描述和更好地理解本发明，在本技术领域中众所周知的一般结构和设备将被省略，或者由框图或者流程图来表示。只要可能，贯穿附图相同的附图标记将用于表示相同的或者类似的部分。

实施例1

基于相移的预编码矩阵

图5是图示根据本发明用于执行基于相移的预编码方案的收发器的主要组件的框图。

基于相移的预编码方案将具有不同相位的序列乘以所有数据流，并且经由所有天线来发送已相乘的数据流。通常，从接收机的视角来看，如果相位序列是以低的循环延迟值产生的，信道可以具有频率选择性，并且信道的大小根据频率域的部分而变为更大或者更小。

如可以从图5看到的，发送机将用户设备(UE)分配给以相对低循环延迟值波动的频带的特定部分，使得它从该特定部分(其中频率提高以实现稳定的信道状态)获得调度增益。在这种情况下，为了将有规律地提高或者降低的循环延迟值应用于单个天线，发送机使用基于相移的预编码矩阵。

基于相移的预编码矩阵(P)可以通过以下的公式1来表示：

[公式1]

其中k是子载波索引，或者特定资源单位的索引，w_i，j ^k(i＝1，...，N_t，j＝1，...，R)是由“k”决定的复数权重，N_t是Tx天线的数目，并且R是空间复用比率。

在这种情况下，该复数权重可以根据乘以天线的OFDM符号或者相应子载波索引而具有不同的值。该复数权重可以通过信道状态和存在或者不存在反馈信息中的至少一个来确定。

同时，优选地，公式1的预编码矩阵(P)以单位矩阵的形式配置，以在开环MIMO系统中减少信道容量的损失。在这种情况下，为了识别构成单位矩阵的条件，MIMO开环系统的信道容量可以通过公式2来表示：

[公式2]

其中H是(N_r×N_t)大小的MIMO信道矩阵，并且N_r是Rx天线的数目。如果基于相移的预编码矩阵P应用于公式2，则产生以下的公式3：

[公式3]

如可以从公式3中看到的，为了防止信道容量被破坏，PP^H必须是单位矩阵，使得基于相移的预编码矩阵P必须满足以下的公式4：

[公式4]

为了以单位矩阵的形式来配置基于相移的预编码矩阵P，以下的两个约束条件必须同时地满足，即，功率约束条件和正交约束条件。功率约束条件允许矩阵的每列的大小是“1”，并且可以由以下的公式5来表示：

[公式5]

{| w_{1,1}^{k} |}^{2} + {| w_{2,1}^{k} |}^{2} + \cdot \cdot \cdot + {| w_{N_{t}, 1}^{k} |}^{2} = 1,

{| w_{1, 2}^{k} |}^{2} + {| w_{2, 2}^{k} |}^{2} + \cdot \cdot \cdot + {| w_{N_{t}, 2}^{k} |}^{2} = 1,

.

{| w_{1, R}^{k} |}^{2} + {| w_{2, R}^{k} |}^{2} + \cdot \cdot \cdot + {| w_{N_{t}, R}^{k} |}^{2} = 1

正交约束条件允许各个列在其间具有正交性，并且可以由以下的公式6来表示：

[公式6]

w_{1,1}^{k *} w_{1,2}^{k} + w_{2,1}^{k *} w_{2,2}^{k} + \cdot \cdot \cdot w_{N_{t}, 1}^{k *} w_{N_{t}, 2}^{k} = 0,

w_{1,1}^{k *} w_{1,3}^{k} + w_{2,1}^{k *} w_{2,3}^{k} + \cdot \cdot \cdot w_{N_{t}, 1}^{k *} w_{N_{t}, 2}^{k} = 0,

.

w_{1,1}^{k *} w_{1, R}^{k} + w_{2,1}^{k *} w_{2, R}^{k} + \cdot \cdot \cdot w_{N_{t}, 1}^{k *} w_{N_{t}, R}^{k} = 0

接下来，在下文中将详细描述(2×2)大小的基于相移的预编码矩阵的推广公式和用于满足以上提及的两个约束条件的公式。

以下的公式7示出了基于相移的预编码矩阵，它在2个Tx天线之下具有2的空间复用比率：

[公式7]

P_{2 \times 2}^{k} = (\begin{matrix} α_{1} e^{jk θ_{1}} & β_{1} e^{jk θ_{2}} \\ β_{2} e^{jk θ_{3}} & α_{2} e^{jk θ_{4}} \end{matrix})

这里α_i和β_i(i＝1、2)具有实数，θ_i(i＝1、2、3、4)是相位值，并且k是OFDM信号的子载波索引或者资源单元索引。为了以单位矩阵的形式配置以上提及的预编码矩阵，必须满足以下的公式8的功率约束条件和以下的公式9的正交约束条件：

[公式8]

{| α_{1} e^{jk θ_{1}} |}^{2} + {| β_{2} e^{jk θ_{3}} |}^{2} = 1,

{| α_{2} e^{jk θ_{1}} |}^{2} + {| β_{1} e^{jk θ_{2}} |}^{2} = 1,

[公式9]

{(α_{1} e^{jk θ_{1}})}^{*} β_{1} e^{jk θ_{2}} + {(β_{2} e^{jk θ_{3}})}^{*} α_{2} e^{jk θ_{4}} = 0

其中“*”是共轭复数。

满足公式8和9的(2×2)大小的基于相移的预编码矩阵的示例由以下的公式10来表示：

[公式10]

{P^{k}}_{2 \times 2} = \frac{1}{\sqrt{2}} (\begin{matrix} 1 & e^{jk θ_{2}} \\ e^{jk θ_{3}} & 1 \end{matrix})

其中θ₂和θ₃之间的关系由以下的公式11来表示：

[公式11]

kθ₃＝-kθ₂+π

预编码矩阵可以以码本的形式配置，使得码本格式的预编码矩阵可以存储在发送或者接收端的存储器中。该码本可以包括由不同的有限θ₂值生成的的各种各样的预编码矩阵。

在这种情况下，“θ₂”可以通过信道状态和存在或者不存在反馈信息适当地建立。如果使用反馈信息，则“θ₂”被设置成低的值。如果不使用反馈信息，则“θ₂”被设置成高的值。因此，获取了高频分集增益。

同时，可以根据应用于基于相移的预编码的延迟样本的大小来获取频率分集增益或者频率调度增益。

图6图形地示出根据本发明的基于相移的预编码或者相移分集的两个应用。

如可以从图6中看到的，如果使用了高的值的延迟样本(或者循环延迟)，则频率选择性的时段变得较短，使得频率选择性提高，并且信道码可以获取频率分集增益。因此，优选地，高的值延迟样本用于开环系统，其中由于随后急剧的信道变化，反馈信息的可靠性恶化。

如果使用低值的延迟样本，则信道大小变得更大的第一部分和信道大小变得更小的第二部分出现在平坦衰落信道的变化的频率选择性信道中。因此，信道大小在OFDM信号的预定的子载波区域中变得更大，并且在其它的子载波区域中变得更小。

在这种情况下，如果容纳若干用户的正交频分多址(OFDMA)系统经由用于每个用户的更大的信道大小的频带来发送目标信号，则信噪比(SNR)可以提高。并且，各个用户可以经常具有不同的更大的信道大小的频带范围，使得该系统可以获取多用户分集调度增益。从接收端的视角来看，它必须使用反馈信息仅仅发送子载波区域的信道质量指示符(CQI)信息，使得反馈信息的量相对减少。

用于基于相移的预编码的延迟样本(或者循环延迟)可以在收发器中预先确定，或者可以从接收机反馈给发送机。

而且，空间复用比率R也可以在收发器中预先确定。然而，接收机周期地识别信道状态，计算空间复用比率，并且将已计算的空间复用比率反馈给发送机。另外，发送机可以使用从接收机反馈的信道信息来计算或者改变空间复用比率。

<实施例2>

推广的相移分集矩阵

在使用天线的数目是N_t(N_t是高于2的自然数)和空间复用比率是R的系统的情况下，以上提及的基于相移的预编码矩阵可以由以下的公式12来表示：

[公式12]

公式12可以被认为是常规的相移分集方案的推广格式，因此，在图12中示出的MIMO方案在下文中将称为推广的相移分集(GPSD)方案。

在公式12中，

是第k个子载波或者MIMO-OFDM信号的第k个资源的GPSD矩阵，它具有N_t个Tx天线和R的空间复用比率。

是满足的单位矩阵(即，第二矩阵)，并且适于使在与各个天线相对应的子载波符号之间的干扰最小化。具体地，为了没有任何变化地保持对角矩阵(即，第一矩阵)用于相移，优选地，可以满足单位矩阵的条件。在公式12中，频率域的相位角θ_i(i＝1，...，N_t)和时间域的延迟时间τ_i(i＝1，...，N_t)具有预定的关系，它由以下的公式13来表示：

[公式13]

θ_i＝-2π/N_fft·τ_i

其中N_fft是OFDM信号的子载波的数目。

公式12的修改的示例在以下的公式14中示出，因此，GPSD矩阵可以由公式14来计算：

[公式14]

如果GPSD矩阵由公式14产生，则每个数据流(或者OFDM子载波)的符号移位了相同的相位，因此，该GPSD矩阵可以容易地配置。换句话说，公式14的GPSD矩阵具有相同相位的列，而公式12的GPSD矩阵具有相同的相位的行，因此，各个子载波符号移位了相同的相位。如果公式14被扩展，则GPSD矩阵可以通过以下的公式15来计算：

[公式15]

如可以从公式15看到的，GPSD矩阵的行和列具有独立的相位，因此，可以获取各种各样的频率分集增益。

作为公式12、14或者15的示例，使用两个Tx天线和1比特码本的系统的GPSD矩阵公式可以由以下的公式16来表示：

[公式16]

{GPSD}_{2 \times 2}^{k} = (\begin{matrix} α & β \\ β & - α \end{matrix}), α^{2} + β^{2} = 1

在公式16中，如果确定了“α”，则容易确定“β”。因此，“α”的值可以固定为两个恰当的值，并且与“α”的值相关联的信息可以根据需要反馈给码本索引。例如，可以在发送机和接收机之间规定两个条件，即，一个条件是如果反馈索引是“0”，则“α”被设置为“0.2”，并且另一个条件是如果反馈索引是“1”，则“α”被设置为“0.8”。

用于获取SNR增益的预定的预编码矩阵可以用作在公式12、14或者15中单位矩阵

的示例。沃尔什哈达马德矩阵或者DFT矩阵可以用作以上提及的预编码矩阵。如果使用沃尔什哈达马德矩阵，则公式12的GPSD矩阵的示例可以由以下的公式17来表示：

[公式17]

{GPSD}_{4 \times 4}^{k} = \frac{1}{\sqrt{4}} (\begin{matrix} e^{j θ_{1} k} & 0 & 0 & 0 \\ 0 & e^{j θ_{2} k} & 0 & 0 \\ 0 & 0 & e^{j θ_{3} k} & 0 \\ 0 & 0 & 0 & e^{j θ_{4} k} \end{matrix}) (\begin{matrix} 1 & 1 & 1 & 1 \\ 1 & - 1 & 1 & - 1 \\ 1 & 1 & - 1 & - 1 \\ 1 & - 1 & - 1 & 1 \end{matrix})

在系统具有4个Tx天线和4的空间复用比率的假定之下产生公式17。在这种情况下，第二矩阵被适当地重建，因此，选择特定的Tx天线(即，天线选择)，或者可以调整空间复用比率(即，比率调整)。

同时，公式12、14或者15的单位矩阵

可以以码本的形式配置，因此，码本格式的单位矩阵存储在发送或者接收端。在这种情况下，发送端从接收端接收码本索引信息，从其自己的码本中选择相应的索引的第二矩阵，并且使用公式12、14或者15配置基于相移的预编码矩阵。

如果(2×2)或者(4×4)大小的沃尔什码用作公式12、14或者15的单位矩阵获得如由以下的表2和3表示的GPSD矩阵的示例：

[表2]

[表3]

<实施例3>

时变的推广的相移分集

在公式12、14或者15的GPSD矩阵中，对角矩阵和/或单位矩阵(U)的相位角(θ_i)可以随时间变化。例如，公式12的时变的GPSD可以由以下的公式18来表示：

[公式18]

其中

是第k个子载波或者MIMO-OFDM信号的第k个资源单元的GPSD矩阵，它在特定的时间(t)上具有N_t个Tx天线和R的空间复用比率。

是满足

的单位矩阵(即，第四矩阵)，并且适于使在与各个天线相对应的子载波符号之间的干扰最小化。

具体地，为了没有任何变化地保持对角矩阵(即，第三矩阵)的单位矩阵用于相移的特性，优选地，

可以满足单位矩阵的条件。在公式18中，相位角θ_i(t)(i＝1，...，N_t)和延迟时间τ_i(t)(i＝1，...，N_t)具有预定的关系，它由以下的公式19来表示：

[公式19]

θ_i(t)＝-2π/N_fft·τ_i(t)

其中N_fft是OFDM信号的子载波的数目。

如可以从公式18和19中看到的，时间延迟样本和单位矩阵可以随时间变化。在这种情况下，时间的单位可以被设置为OFDM符号或者预定单位的时间。

如果用于获取时变的GPSD的单位矩阵基于(2×2)大小的沃尔什码由GPSD矩阵来表示，则以下的GPSD矩阵可以如以下的表4所示产生：

[表4]

如果用于获得时变的GPSD的单位矩阵由GPSD矩阵基于(4×4)大小的沃尔什码表示，以下的GPSD矩阵可以如以下的表5所示产生：

[表5]

虽然以上提及的第三个实施例已经公开了与公式12相关联的时变的GPSD矩阵，但是应当注意到，时变的GPSD矩阵还可以应用于公式14和15的对角矩阵和单位矩阵。因此，虽然将参考公式12描述以下的实施例，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，以下的实施例的范围不局限于公式12，并且还可以应用于公式14和15。

<实施例4>

推广的相移分集的扩展

如果与预编码矩阵相对应的第三矩阵被添加给由对角矩阵和单位矩阵两者组成的GPSD矩阵，则可以如以下的公式20所示产生扩展的GPSD矩阵：

[公式20]

与公式12相比较，公式20的已扩展的GPSD矩阵进一步包括位于对角矩阵之前的(N_t×R)大小的预编码矩阵(P)。因此，对角矩阵的大小被改变为(R×R)大小。

已添加的预编码矩阵

可以不同地分配给特定频带或者特定子载波符号。优选地，在开环系统的情况下，已添加的预编码矩阵可以被设置为固定的矩阵。通过添加该预编码矩阵

可以获取最佳SNR增益。替代地，发送端或者接收端可以具有配备有多个预编码矩阵(P)的码本。

同时，在已扩展的GPSD矩阵中，预编码矩阵(P)、对角矩阵的相位角(θ)和单位矩阵(U)中的至少一个可以随时间变化。为此目的，如果下一个预编码矩阵P的索引以预定时间或者预定子载波为单位被反馈，则与该索引相对应的特定预编码矩阵P可以是从预定的码本中选择。

根据第四个实施例的已扩展的GPSD矩阵可以由以下的公式21来表示：

[公式21]

作为已扩展的GPSD矩阵的示例，包括两个或者四个Tx天线的MIMO系统的矩阵公式在以下的公式22和23中示出：

[公式22]

[公式23]

{GPSD}_{4 \times R}^{k} (t) = (P_{4 \times R} (t)) (\begin{matrix} 1 & 0 & \cdot \cdot \cdot & 0 \\ 0 & e^{jθ (t) k} & \cdot \cdot \cdot & 0 \\ \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot \\ 0 & 0 & \cdot \cdot \cdot & e^{j (R - 1) θ (t) k} \end{matrix}) ({DFT}_{R \times R})

在公式22和23中，虽然DFT矩阵用作单位矩阵，但是本发明的范围不局限于DFT矩阵，并且还可以应用于能够满足给定单元条件，诸如沃尔什哈达马码的其它的矩阵。

作为已扩展的GPSD矩阵的另一个示例，包括四个Tx天线的MIMO系统的矩阵公式在以下的公式24中示出：

[公式24]

与公式12相比较，公式24的已扩展的GPSD矩阵进一步包括(N_t×N_t)大小的对角矩阵(D1)和(N_t×R)大小的预编码矩阵(P)，它们位于对角矩阵(D2)之前。因此，对角矩阵(D2)的大小被改变为(R×R)大小。

已添加的预编码矩阵

可以不同地分配给特定频带或者特定子载波符号。优选地，在开环系统的情况下，已添加的预编码矩阵

可以被设置为固定的矩阵。通过添加该预编码矩阵

可以获取最佳SNR增益。

优选地，发送端或者接收端可以具有配备有多个预编码矩阵(P)的码本。

在这种情况下，通过对角矩阵D1和D2，相位角可以在单个系统中以两和方法来移位。例如，如果由对角矩阵D1使用低值相移，则可以获取多用户分集调度增益。如果由对角矩阵D2使用高值相移，则可以获取频率分集增益。对角矩阵D1适于提高系统性能，并且另一个对角矩阵D2适于平均在数据流之间的信道。并且，高值相移由对角矩阵D1使用，因此，可以提高频率分集增益。高值相移分集由对角矩阵D2使用，可以平均在数据流之间的信道。可以从公式21获取这个增益。在这种情况下，公式21的矩阵P可以无需来自接收机的反馈信息而基于子载波单元或者资源单元来修改，并且然后被使用。这个修改格式可以由以下的公式25来表示：

[公式25]

在公式25中，

表示特定的情形，其中各个资源索引(k)使用不同的预编码矩阵，频率分集增益提高，并且在数据流之间的信道由对角矩阵和单位矩阵(U)平均。

<实施例5>

码本子集限制方案

在下文中，码本子集限制方案指的是其中根据基站或者移动终端仅仅使用了包括N_c数目的预编码矩阵的码本的特定部分的方案。例如，如果使用码本子集限制方案，则使用在N_c数目的预编码矩阵之中的N_restrict数目的预编码矩阵。该码本子集限制方案可用于降低复杂度或者减少多个小区之间的干扰。在这种情况下，N_restrict应当不大于N_c。例如，假定N_c等于6，表示具有总共6个预编码矩阵的码本的

和表示仅仅具有总共6个预编码矩阵的4个预编码矩阵的码本的

可以由以下的公式26来表示：

[公式26]

P_{N_{t} \times R} = {P_{N_{t} \times R}^{0}, P_{N_{t} \times R}^{1}, P_{N_{t} \times R}^{2}, P_{N_{t} \times R}^{3}, P_{N_{t} \times R}^{4}, P_{N_{t} \times R}^{5}},

P_{N_{t} \times R}^{restrict} = {P_{N_{t} \times R}^{0}, P_{N_{t} \times R}^{2}, P_{N_{t} \times R}^{3}, P_{N_{t} \times R}^{5}} = W_{N_{t} \times R} = {W_{N_{t} \times R}^{0}, W_{N_{t} \times R}^{1}, W_{N_{t} \times R}^{2}, W_{N_{t} \times R}^{3}}

在公式26中，除了索引被重新安排之外，码本

与码本

相同。在借助于公式26使用码本子集限制方案的情况下，可以使用仅仅由元素{1，-1，j，-j}组成的预编码矩阵，并且元素的大小可以根据标准化因子而具有不同的值。

<实施例6>

在供使用的码本中循环地重复预编码矩阵

例如，如果在特定的时间上预先定义了预编码矩阵集合，并且在发送机和接收机之间应允，则这可以由公式27表示如下：

[公式27]

P_{N_{t} \times R} = {P_{N_{t} \times R}^{0}, P_{N_{t} \times R}^{1}, {\cdot \cdot \cdot, P}_{N_{t} \times R}^{N_{c} - 1}}

在公式27中，该预编码矩阵集合包括N_c数目的预编码矩阵。公式27可以简化为如下的公式28：

[公式28]

P_{N_{t} \times R} = {P_{N_{t} \times R}^{0}, P_{N_{t} \times R}^{1}, {\cdot \cdot \cdot, P}_{N_{t} \times R}^{N_{c} - 1}}

{GPSD}_{N_{t} \times R}^{k} = (P_{N_{t} \times R}^{k \mod N_{c}}) Π_{R \times R}^{k}

公式27和公式28表示用于根据子载波或者资源索引在码本

中循环地重复预编码矩阵的方法。另外，在公式28中，∏_R×R ^k具有对数据流加扰的作用，并且因此，∏_R×R ^k可以称为数据流置换矩阵。∏_R×R ^k可以根据如公式27所示的空间复用比率(R)来选择。∏_R×R ^k可以借助于如公式29的简单形式表示如下：

[公式29]

空间复用比率：2

Π_{2 \times 2}^{k} = {(\begin{matrix} 0 & 1 \\ 1 & 0 \end{matrix})}^{k} |

或

(\begin{matrix} 1 & 0 \\ 0 & e^{j θ_{1} k} \end{matrix}) {DFT}_{2 \times 2}

或

{(\begin{matrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{matrix})}^{k}

空间复用比率：3

Π_{3 \times 3}^{k} = {(\begin{matrix} 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \\ 1 & 0 & 0 \end{matrix})}^{k}

或

(\begin{matrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & e^{j θ_{1} k} & 0 \\ 0 & 0 & e^{j θ_{2} k} \end{matrix}) {DFT}_{3 \times 3} |

或

{(\begin{matrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{matrix})}^{k}

空间复用比率：4

Π_{4 \times 4}^{k} = {(\begin{matrix} 0 & 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 1 \\ 1 & 0 & 0 & 0 \end{matrix})}^{k}

或

(\begin{matrix} 1 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & e^{j θ_{1} k} & 0 & 0 \\ 0 & 0 & e^{j θ_{2} k} & 0 \\ 0 & 0 & e^{j θ_{3} k} \end{matrix}) {DFT}_{4 \times 4} |

或

{(\begin{matrix} 1 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 1 \end{matrix})}^{k}

如公式29所示，∏_R×R ^k可以包括单位矩阵，因此，可以跳过对数据流加扰的运算。

如上解释的在码本中循环地重复预编码矩阵的方法还可以在应用码本子集限制方案的码本中使用。例如，在公式26至公式28中应用

公式28可以如下表示为公式30：

[公式30]

P_{N_{t} \times R}^{restrict} = {P_{N_{t} \times R}^{0}, P_{N_{t} \times R}^{2}, P_{N_{t} \times R}^{3}, P_{N_{t} \times R}^{5}} = W_{N_{t} \times R} = {W_{N_{t} \times R}^{0}, W_{N_{t} \times R}^{1}, W_{N_{t} \times R}^{2}, W_{N_{t} \times R}^{3}}

{GPSD}_{N_{t} \times R}^{k} = (P_{N_{t} \times R}^{k \mod N_{restrict}}) Π_{R \times R}^{k}

其中“k”是子载波索引或者资源索引。在公式30中，N_restrict等于4。也就是说，公式30表示根据子载波或者资源索引在预编码矩阵限制的码本

中循环地重复预编码矩阵的方法。

<实施例6-1>

在码本中以预定的单元循环地重复预编码矩阵

公式28可以根据特定频率资源配置表示为公式31。

[公式31]

P_{N_{t} \times R} = {P_{N_{t} \times R}^{0}, P_{N_{t} \times R}^{1}, {\cdot \cdot \cdot, P}_{N_{t} \times R}^{N_{c} - 1}}

或

在公式31中，“k”可以是子载波索引或者虚拟资源索引。根据公式31，如果“k”是子载波索引，则不同的预编码矩阵每v个子载波地被分配。另外如果“k”是虚拟的资源索引，则不同的预编码矩阵每v个虚拟的资源地被分配。

公式31示出了特定的情形，其中预编码矩阵被配置能够在N_c个预编码矩阵中进行改变。并且，v的值可以由预编码矩阵的空间复用比率来确定。例如，v的值可以由v＝R来表示。

而且，在使用借助于公式26解释的码本子集限制方案的情况下，该预编码矩阵也可以基于预定数目的子载波单元，或者预定数目的资源单元来改变。这个修改的格式可以由以下的公式32来表示：

[公式32]

P_{N_{t} \times R}^{restrict} = {P_{N_{t} \times R}^{0}, P_{N_{t} \times R}^{2}, P_{N_{t} \times R}^{3}, P_{N_{t} \times R}^{5}} = W_{N_{t} \times R} = {W_{N_{t} \times R}^{0}, W_{N_{t} \times R}^{1}, W_{N_{t} \times R}^{2}, W_{N_{t} \times R}^{3}}

或

类似公式31的情形，公式32的该预编码矩阵也可以根据v的值基于v个单元来改变。与公式31不同，公式32的预编码矩阵在预编码矩阵的N_restrict(≤Nc)数目方面变化。

同时，应用频率分集方案，使得在预编码矩阵基于在实施例5中解释的码本子集限制方案被每个特定资源地循环重复的情况下，频率分集增益可以根据循环重复预编码矩阵的数目来改变。在下文中将解释码本子集限制方案的各种修改实施例。

<实施例5-1>

根据空间复用比率的码本子集限制方案

子集可以根据空间复用比率来不同地定义。例如，在低的空间复用比率的情形下，可以提高子集的数目以获得更多的频率分集增益，在高的空间复用比率的其它的情形下，可以降低子集的数目以减小复杂度，同时保持性能。

公式33表示根据每个空间复用比率借助于不同的大小来定义码本子集的示例性方法。

[公式33]

W_{N_{t} \times 2} = {W_{N_{t} \times 2}^{0}, W_{N_{t} \times 2}^{1}, W_{N_{t} \times 2}^{2}, W_{N_{t} \times 2}^{3}}, N_{restrict}^{2} = 4

W_{N_{t} \times 3} = {W_{N_{t} \times 3}^{0}, W_{N_{t} \times 3}^{1}, W_{N_{t} \times 3}^{2}}, N_{restrict}^{3} = 3

W_{N_{t} \times 4} = {W_{N_{t} \times 4}^{0}}, N_{restrict}^{4} = 1

或

在公式33中，N_restrict ^R表示根据空间复用比率R的码本子集的预编码矩阵的数目。使用公式33的方法，在循环地重复用于码本的预编码矩阵的情况下，应用了实施例5的码本子集限制方案，可以减小接收机的复杂度，并且可以增强性能。

<实施例5-2>

根据信道编码率的码本子集限制方案

子集可以根据信道编码率来不同地定义。例如，在低的信道编码率的情形下，频率分集增益通常可以提高，在高的信道编码速率的其它的情形下，频率分集增益通常可以降低。因此，在具有相同的空间复用比率的环境下，可以根据信道编码速率来调整具有不同大小的码本子集，使得性能被优化。

<实施例5-3>

根据重传的码本子集限制方案

子集可以考虑重发而不同地定义。例如，在接收机上重发成功的可能性可以在重发的时候通过使用除在初始传输的时候使用的码本子集以外的子集来提高。因此，根据是否重发，或者根据重发的数目，通过使用具有相同数目的预编码矩阵的不同的子集循环地重复预编码矩阵可以提高系统性能。

<实施例7>

每个发送天线使用功率控制的推广的相移分集的扩展

根据用于预编码方案的每个发送天线的频率或者时间，通过使用不同的功率电平，性可以提高能或者可以有效地使用功率。

例如，每个天线的功率可以通过使用公式28、公式30、公式31和公式32来控制。特别地，用于公式31和公式32示例性应用可以如下表示为公式34和公式35：

[公式34]

P_{N_{t} \times R} = {P_{N_{t} \times R}^{0}, P_{N_{t} \times R}^{1}, {\cdot \cdot \cdot, P}_{N_{t} \times R}^{N_{c} - 1}},

或

在公式34中，∏_R×R ^k的作用是如以上解释的置换数据流。∏_R×R ^k可以以与公式29相同的形式来表示。进一步地，表示对角矩阵，它根据第m个资源区域或者时间t使得每个发送天线能够以不同的功率电平传送。另外，α_i ^m(t)表示在第i个发送天线的第m个资源区域的时间t上使用的功率控制因子。

公式34表示一种方案，其中通过使用具有N_c数目的预编码矩阵的码本将每个发送天线的功率控制的方案应用于循环重复的方案。以下的公式35表示一种方法，其中通过使用码本子集限制方案将每个发送天线的功率控制的方案应用于在公式32循环重复的方案。

[公式35]

P_{N_{t} \times R}^{restrict} = {P_{N_{t} \times R}^{0}, P_{N_{t} \times R}^{2}, P_{N_{t} \times R}^{3}, P_{N_{t} \times R}^{5}} = W_{N_{t} \times R} = {W_{N_{t} \times R}^{0}, W_{N_{t} \times R}^{1}, W_{N_{t} \times R}^{2}, W_{N_{t} \times R}^{3}},

或

在公式35中，∏_R×R ^k、和α_i ^m(t)中的每个表示与在公式34中是相同的。然而，公式35与公式34不同之处在于预编码矩阵在N_restrict(≤N_c)数目的预编码矩阵中被循环地重复。

<实施例8>

用于执行基于相移的预编码的收发器

通常，通信系统包括发送机和接收机。在这种情况下，发送机和接收机可以被认为是收发器。为了阐明反馈功能，用于发送一般数据的部分是发送机，并且用于向发送机发送反馈数据的另一部分是接收机。

在下行链路中，发送机可以是节点B的一部分，或者接收机可以是用户设备(UE)的一部分。在上行链路中，收发器可以是UE的一部分，并且接收机可以是节点B的一部分。节点B可以包括多个接收机和多个发送机。并且，用户设备(UE)还可以包括多个接收机和多个发送机。通常，接收机的各个组件具有与发送机的各个组件相反的功能，所以为了方便描述和更好地理解本发明，在下文中将仅仅描述收发器。

图7是图示根据本发明的基于相移的预编码方案的SCW OFDM发送机的框图。图8是图示根据本发明的MCW OFDM发送机的框图。

参考图7和8，信道编码器510和610、交织器520和620、IFFT(逆快速傅里叶变换)单元550和650和模拟转换器560和660等等与图1的那些相同，所以，为了方便描述，在此处将省略对它们的详细说明。在下文中将仅仅详细描述预编码器540和640。

预编码器540包括预编码矩阵决定模块541和预编码模块542。预编码器640包括预编码矩阵决定模块641和预编码模块642。

预编码矩阵决定模块(541，641)以公式12、14和15的第一组或者公式20和21的第二组的形式配置，并且确定基于相移的预编码矩阵。用于确定预编码矩阵的详细方法已经在第二至第四实施例中描述，所以为了方便描述，在此处将省略对其的详细说明。如公式18所示，基于公式12、14和15的第一组，或者公式20和21的第二组，该基于相移的预编码矩阵可以改变预编码矩阵，用于防止在子载波、对角矩阵的相位角和/或在时间方面单位的矩阵之间的干扰。

预编码矩阵决定模块(541，641)可以基于接收端的反馈信息来选择预编码矩阵和单位矩阵中的至少一个。在这种情况下，优选地，反馈信息可以包括预定码本的矩阵索引。

预编码模块(542，642)通过将已确定的基于相移的预编码矩阵乘以OFDM符号的相应的子载波来执行预编码。

使用基于相移的预编码的MIMO-OFDM系统的接收过程与以上解释的发送过程相反的顺序执行。在下文中将简要地解释该接收过程。首先，使用用于信道估算的导频符号，获得用于发送相应数据的子载波的MIMO信道信息。并且然后，通过将已获得的MIMO信道信息乘以基于相移的预编码矩阵来获得等同的信道信息。使用已获得的等同的信道信息和接收到的信号矢量，通过各种MIMO接收机来提取数据信号，该数据信号通过基于相移的预编码被处理，并且然后被发送。已提取的数据信号通过信道解码过程纠错，并且然后，最后获得发送的数据信息。根据每个MIMO接收方案，这个过程可以被重复，或者可以包括附加解码步骤。在此处没有解释MIMO接收方案的更多细节，因为在本发明中使用的基于相移的预编码方案根据MIMO接收方案没有修改或者改变。

应当注意，在本发明中公开的大多数术语考虑到本发明的功能而定义，并且可以根据本领域技术人员的意图或者惯例而不同地确定。因此，优选地，以上提及的术语基于在本发明中公开的所有内容来理解。

对于本领域技术人员来说将显而易见的是，在不脱离本发明的精神或者范围的情况下，可以在本发明中进行各种修改和变化。因此，本发明意在覆盖本发明的修改和变化，只要它们归入所附的权利要求和它们的等同物的范围之内。

工业实用性

如从以上的描述中显而易见的，本发明提供用于解决常规的CDD、PSD和预编码方法的问题的基于相移的预编码技术，从而实现了有效的通信。具体地，基于相移的预编码技术被推广或者扩展，收发器的设计被简化或者通信效率提高。

虽然为了说明性的目的而已经公开了本发明的优选实施例，但是本领域技术人员将理解，在不脱离如权利要求中所公开的本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、添加和替换。

Claims

1.一种在多输入多输出(MIMO)系统中使用多个子载波发送和接收数据的方法，所述方法包括：

确定预编码矩阵；以及

对相应子载波或者虚拟资源执行预编码，

其中，所述预编码矩阵是在预定的时段中，基于相应子载波或者虚拟资源的索引“k”，通过在第一码本中循环地重复多个预编码矩阵来选择的。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述预编码矩阵每预定数目的子载波或者虚拟资源地被改变。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

所述预编码矩阵是仅仅从包括在所述第一码本中的一个或多个预编码矩阵中选择的。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述一个或多个预编码矩阵包括作为元素的“1”、“-1”、“j”和“-j”中的至少一个。

5.根据权利要求3所述的方法，其中：

所述预编码矩阵是从第二码本中选择的，其中，所述第二码本仅仅由包括作为元素的“1”、“-1”、“j”和“-j”中的至少一个的一个或多个预编码矩阵构成，所述一个或多个预编码矩阵包括在所述第一码本中。

6.根据权利要求3所述的方法，其中：

所述预编码矩阵是从第二码本中选择的，其中，所述第二码本包括在所述第一码本中，并且所述第二码本的大小取决于空间复用比率。

7.根据权利要求6所述的方法，其中：

用于较高的空间复用比率的所述第二码本的大小不大于用于较低的空间复用比率的所述第二码本的大小。

8.一种在多输入多输出(MIMO)系统中使用多个子载波发送和接收数据的收发器，所述收发器包括：

预编码矩阵决定模块，所述预编码矩阵决定模块确定预编码矩阵；以及

预编码模块，所述预编码模块用于在预定的时段中，基于相应子载波或者虚拟资源的索引“k”，通过在第一码本中循环地重复多个矩阵来执行预编码。

9.根据权利要求8所述的收发器，其中：

所述预编码矩阵是通过对相应子载波或者虚拟资源的索引“k”执行模N运算来选择的。

10.根据权利要求8所述的收发器，其中：

11.根据权利要求10所述的收发器，其中：

所述一个或多个预编码矩阵包括作为元素的“1”、“-1”、“j”和“-j”中的至少一个。

12.根据权利要求10所述的收发器，其中：

13.根据权利要求12所述的收发器，其中：

14.根据权利要求10所述的收发器，其中：

所述预编码矩阵是从所述第二码本中选择的，其中，所述第二码本仅仅由包括作为元素的“1”、“-1”、“j”和“-j”中的至少一个的一个或多个预编码矩阵构成，所述一个或多个预编码矩阵包括在所述第一码本中。