CN103560818B - 使用基于相移的预编码的数据传输和接收方法以及支持该方法的收发机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使用基于相移的预编码的数据传输和接收方法以及支持该方法的收发机。公开了一种用于在采用多个子载波的多输入多输出（MIMO）系统中执行基于广义的相移的预编码或基于扩展相移的预编码的方法，以及一种用于支持该方法的收发机。可通过将用于相移的对角矩阵乘上用于维持子载波之间的正交性的酉矩阵来推广基于相移的预编码矩阵。在这种情况下，可通过将用于移除子载波之间的干扰的预编码矩阵乘上用于相移的对角矩阵来扩展对角矩阵部分。通过该基于相移的预编码的推广和扩展，收发机更加简化，并且增加了通信效率。

Description

使用基于相移的预编码的数据传输和接收方法以及支持该方 法的收发机

本申请是2009年8月14日提交的国际申请日为2008年2月5日的申请号为200880005112.9（PCT/KR2008/000744）的，发明名称为“使用基于相移的预编码的数据传输和接收方法以及支持该方法的收发机”专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种在使用多个子载波的多输入多输出（MIMO）系统中通过执行基于广义的相移的预编码来传输和接收数据的方法，以及支持该方法的收发机。

背景技术

近来，随着信息通信技术的飞速发展，多种多媒体服务和高质量服务也已随之发展并被引入到市场中，因此全世界对无线通信服务的需求迅速提高。为了积极应对日益增加的需求，应该增加通信系统的容量。

可考虑多种用于增加无线通信环境下的通信容量的方法，例如，一种用于在所有频带中搜索新的可用频带的方法，和一种用于增加有限资源的效率的方法。作为后一种方法的典型示例，许多公司或发明者已经发展了一种收发机包括多个天线以保证利用资源的额外空间，因此获得分集增益，或者用于通过经由独立的并行天线传输数据来增加传输容量的MIMO通信技术。

特别的，以下将参照图1来描述多种MIMO通信技术中的基于正交频分复用（OFDM）的多输入多输出（MIMO）系统。

图1是表示装配有多个传输/接收（Tx/Rx）天线的OFDM系统的方框图。

参见图1，在传输端，信道编码器101附加冗余比特到Tx数据比特以降低信道或噪声的负面影响。映射器103将数据比特信息转换为数据符号信息。串行至并行（S/P）变换器105将数据符号变换为并行数据符号，从而该并行数据符号可被加载到多个子载波中。MIMO编码器107将该并行数据符号变换为空时信号。

在接收端，MIMO解码器109，并行至串行（P/S）变换器111，解映射器113和信道解码器115具有与传输端的MIMO编码器107，S/P变换器105，映射器103和信道编码器101相反的功能。

MIMO-OFDM系统需要多种技术以增强数据传输可靠性。作为增加空间分集增益的方案包括空时码（STC），循环延迟分集（CDD）等。作为用于增加信噪比（SNR）的方案包括波束形成（beamforming,BF），预编码等。在这种情况下，一般采用空时码或循环延迟分集方案来为开放回路系统提供鲁棒性（robustness），其中因为信道的快速时间更新，传输端无法使用反馈信息。另一方面，一般在闭合回路系统中采用波束形成或预编码，从而通过使用包括空间信道特性的反馈信息来最大化信噪比。

作为在上述方案中的用于增加空间分集增益的方案和用于增加信噪比的方案，以下将详细描述循环延迟分集和预编码。

当装配有多个Tx天线的系统传输OFDM信号时，该CDD方案允许这些天线传输具有不同延迟或振幅的OFDM信号，因此接收端可获得频率分集增益。

图2是表示基于该CDD方案的MIMO系统的传输端的方框图。

参见图2，通过S/P变换器和MIMO编码器将OFDM符号分配给各个天线，可将用于防止信道间干扰的循环前缀（CP）附加到该OFDM符号中，并且接着传输带有该CP的合成的OFDM符号到接收端。在这种情况下，传输给第一天线的数据序列被无改变的应用于接收端，并且相比于该第一天线，传输给第二天线的其它数据序列被循环延迟预定数量的采样（samples），使得该循环延迟的数据序列被传输给该第二天线。

此时，如果在频域中实现该CDD方案，该循环延迟可被表示为相位序列的乘积（或乘法）。以下将参照图3来描述其详细说明。

图3是表示基于传统相移分集（PSD）方案的MIMO系统的传输端的方框图。

参见图3，在频域中将各个天线的不同相位序列（相位序列1-相位序列M）乘上各个数据序列，对相乘的结果执行逆快速傅里叶变换（IFFT），并且将IFFT-相乘后的数据传输给接收端。图3中的上述方法被称为相移分集方案。

在使用该相移分集方案的情况下，平坦衰落信道被改变为频率选择性信道，可通过信道编码处理来获得频率分集增益，或者可通过频率选择性调度处理来获得多用户分集增益。

此时，如果闭合环路系统包括有限反馈信息，可以使用两种预编码方案，也就是基于码本的预编码方案和用于量化信道信息并且反馈量化的信道信息的方案。基于码本的预编码方案反馈预编码矩阵的索引给传输/接收端，从而获得SNR增益，其中该传输/接收端已知该预编码矩阵的索引。

图4是表示一种基于码本预编码的MIMO系统的传输/接收端的方框图。

参见图4，每个传输/接收端具有有限预编码矩阵（P₁-P_L）。该接收端反馈最佳预编码矩阵索引（l）给使用信道信息的传输端，并且该传输端将相应于该反馈索引的预编码矩阵应用到传输数据（X₁-X_Mt）中。作为参考，以下的表1表示在装配有两个Tx天线以支持空间复用率2，使用3比特反馈信息的IEEE802.16e系统中适用的码本的例子。

[表1]

上述相移分集方案可在开放回路中获得频率选择性分集增益，并且可以在闭合回路中获得频率调度增益。因为相移分集方案的这些优点，许多研究者专注于研究该相移分集方案。然而，该相移分集方案具有空间复用率1，因此其无法获得高传输率。并且，如果资源分配是固定的，该相移分集方案难以获得频率选择性分集增益和频率调度增益。

该基于码本的预编码方案可在获得少量反馈信息（也就是索引信息）的同时使用高空间复用率，所以其可有效地传输数据。然而，因为其必须保证用于反馈信息的稳定信道，其并不适合于具有突然改变的信道的移动环境，并且仅适用于闭合回路系统。

发明内容

技术问题

因此，本发明是针对一种基于相移的预编码方法，以及支持该方法的收发机，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。

本发明的一个目标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扩展基于相移的预编码矩阵来以多种方法应用该基于相移的预编码方案的方法。

本发明的其他优点、目标及特征将在下面的描述中被说明，且其部分将可从说明中被了解，部分由本领域技术人员通过查验下文而显而易见，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。

技术方案

为了实现这些和其他优点并根据本发明的目的，本发明的一个方面提供了一种用于在使用多个子载波的多输入多输出（MIMO）系统中传输数据的方法，该方法包括：确定作为基于相移的预编码矩阵一部分的预编码矩阵，确定作为该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，确定作为该基于相移的预编码矩阵的一部分的酉矩阵，和通过将该基于相移的预编码矩阵乘上每个资源的传输符号来进行预编码，其中通过将该预编码矩阵，该第一对角矩阵和该酉矩阵相乘来确定该基于相移的预编码矩阵。

本发明的另一个方面提供了一种用于在使用多个子载波的多输入多输出（MIMO）系统中传输数据的收发机，该收发机包括：预编码矩阵决定模块，其确定作为基于相移的预编码矩阵的一部分的预编码矩阵，确定作为该基于相移的预编码矩阵的一部分的用于相移的对角线矩阵，确定作为该基于相移的预编码矩阵的一部分的酉矩阵，并且通过将该预编码矩阵，该第一对角矩阵和酉矩阵相乘来确定该基于相移的预编码矩阵，和用于通过将该基于相移的预编码矩阵乘上每个资源的传输符号来进行预编码的预编码模块。

本发明另一个方面提供了一种用于在使用多个子载波的多输入多输出（MIMO）系统中接收数据的方法，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酉矩阵，并且根据该基于相移的预编码矩阵来解码每个资源的传输符号，其中通过将该预编码矩阵，该第一对角矩阵和该酉矩阵相乘来确定该基于相移的预编码矩阵。

根据上述方面的传输和接收方法以及收发机，可根据资源索引（k）来选择该预编码矩阵，其在第一码本中循环重复。

可根据资源索引来选择该预编码矩阵，其在第一码本中循环重复， 同时按照预定单位重复。可通过考虑空间复用率来确定该预定单位。

可从该第一码本的一部分中选择该预编码矩阵。或者，从包括该第一码本的一部分的第二码本中选择该预编码矩阵。

可基于从接收端接收到的反馈信息来从该第一码本中选择该预编码矩阵。并且该反馈信息可包括关联于该码本的预编码矩阵索引（PMI）。

可以理解的是本发明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。

有益效果

本发明提供一种用于解决传统的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。特别是，该基于相移的预编码技术是推广的或扩展的，收发机的设计得到简化或者通信效率得到增加。

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是表示装配有多个传输/接收（Tx/Rx）天线的OFDM系统的方框图；

图2是表示基于通常的循环延迟分集（CDD）方案的MIMO系统的传输端的方框图；

图3是表示基于通常的相移分集（PSD）方案的MIMO系统的传输端的方框图；

图4是表示基于通常的预编码方案的MIMO系统的收发机的方框图；

图5是表示根据本发明的用于执行基于相移的预编码方案的收发机的主要部件的方框图；

图6图示了根据本发明的基于相移的预编码或相移分集的两种应用；

图7是表示根据本发明的根据基于相移的预编码方案的SCW OFDM发射机的方框图；

图8是表示根据本发明的MCW OFDM发射机的方框图。

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。在可能的地方，所有附图中将使用相同的附图标记来表示相同或相似的部分。

在描述本发明之前，需要注意的是本发明所公开的多数术语相应于本领域公知的一般术语，但是在必要时某些术语将由申请人选择，并且将在本发明的下述描述中公开。因此，优选的是由申请人所定义的术语要根据其在本发明中的意义而被理解。

为了描述方便及更好的理解本发明，将省略或由方框图或流程图来表示本领域公知的一般结构和设备。在可能的地方，所有附图中将使用相同的附图标记来表示相同或相似的部分。

<第一实施例>

基于相移的预编码矩阵

图5是表示根据本发明的用于执行基于相移的预编码方案的收发机的主要部件的方框图。

该基于相移的预编码方案将具有不同相位的序列乘上所有流，并 且通过所有的天线来传输相乘后的流。一般来说，从接收机的角度看，如果使用较小的循环延迟值来生成相位序列，信道可能具有频率选择性，并且该信道的大小根据频域的部分而变得更大或更小。

如图5所示，发射机将用户设备（UE）分配在具有较小循环延迟值的特定频带部分，所以其从该特定部分中获得调度增益，在该特定部分中频率增加到实现稳定信道状态。在这种情况下，为了将规律增加或减少的循环延迟值应用到各个天线，该发射机使用基于相移的预编码矩阵。

该基于相移的预编码矩阵（P）可由以下公式1表示。

[公式1]

其中k表示子载波索引或特定频带的索引(k＝1，2，3，4，...)或(k＝0，1，2，3，...)，θi(i＝1，2，3，4)，表示由“k”确定的复合加权（complexweight），N_t表示Tx天线的数量，并且R表示空间复用率。

在这种情况下，根据与天线相乘的OFDM符号或相应子载波的索引，该复合加权可具有不同值。可通过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加权。

同时，优选的是，公式1中的基于相移的预编码矩阵（P）以一个 酉矩阵的形式来配置以降低在MIMO系统中的信道容量的损失。在这种情况下，为了确定该酉矩阵的构成条件，MIMO开放回路系统的信道容量可由公式2来表示：

[公式2]

其中H表示N_r×N_t大小的MIMO信道矩阵，并且N_r表示Rx天线的数量。如果将基于相移的预编码矩阵P应用到公式2，得到以下公式3：

[公式3]

如公式3所示，为了避免信道容量受到损失，PP^H必须是单位矩阵，所以该基于相移的预编码矩阵P必须满足以下公式4：

[公式4]

PP^H＝Ι_N

其中I_N表示n×n单位矩阵。

为了配置酉矩阵形式的基于相移的预编码矩阵P，必须同时满足以下两个条件，也就是功率限制条件和正交限制条件。该功率限制条件允许矩阵的每一列的大小变为“1”，并且可由以下公式5来表示：

[公式5]

该正交限制条件允许各列之间具有正交性，并且可由以下公式6来表示：

[公式6]

接着，以下将详细描述（2×2）大小的基于相移的预编码矩阵的广义公式和用于满足上述两个条件的公式。

以下公式7表示具有空间复用率2的两个Tx天线的基于相移的预编码矩阵：

[公式7]

其中，α_i和β_i（i=1，2)是实数，θ_i（i=1，2，3，4）表示相位值，并且k表示OFDM符号的子载波索引。为了配置上述酉矩阵形式的预处理矩阵，必须满足以下公式8中的功率限制条件和以下公式9中的正交限制条件：

[公式8]

[公式9]

其中，“*”表示共轭复数。

由以下公式10来表示满足公式8和9的（2×2）大小的基于相移的预编码矩阵的例子：

[公式10]

其中，由公式11来表示θ₂和θ₃之间的关系：

[公式11]

kθ₃＝-kθ₂+π

至少一个预编码矩阵可被配置为码本形式，因此可在传输或接收端的存储器中存储码本格式的预编码矩阵。该码本可包括由不同有限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适当地确定“θ₂”。如果使用反馈消息，“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。这样的话，可以获得较高频率分集增益。

同时，根据应用到该基于相移的预编码的延迟采样的大小可获得频率分集增益或频率调度增益。

图6图示了根据本发明的基于相移的预编码或相移分集的两种应用。

如图6所示，如果使用较大值的延迟采样（或循环延迟），频率选择性周期变得更短，所以频率选择性得到增加并且信道码可获得频率分集增益。则，优选的是，对于开放回路系统使用较大值的延迟采样，该开放回路中因为实时的突发信道变化而导致反馈信息的可靠性恶化。

如果使用较小值的延迟采样，在从平坦衰落信道改变来的频率选择性信道中出现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。因此，在OFDM信号的预定子载波区域中该信道大小变得更大，并且在其它子载波区域变得更小。

在这种情况下，如果在为多个用户提供服务的正交频分多址（OFDMA）系统中，通过用于每个用户的更大信道大小的频带来传输目的信号（objective signal），可能会增加信噪比（SNR）。并且，每个用户可更经常的具有不同更大信道大小频带，因此该系统可获得多用户分集调度增益。从接收端的角度看，其可仅传输一个分配资源的子载波区域的信道质量指示符（CQI）信息作为反馈信息，因此该反馈信息的数量相对减少。

用于基于相移的预编码的延迟采样（或循环延迟）可在收发机中预定，或可从接收机反馈到发射机。

同样的，还可在该收发机中预定空间复用率R。然而，接收机周期性地识别信道状态，计算空间复用率，并且向发射机反馈计算的空间复用率。另外，该发射机可使用从该接收机反馈的信道信息来计算或改变该空间复用率。

<第二实施例>

广义相移分集矩阵

在用于天线数量为N_t（N_t表示大于2的自然数）以及空间复用率为R的系统这一情况下，可由以下公式12来表示上述的基于相移的预编码矩阵：

[公式12]

公式12可被认为是通常的相移分集方案的广义方案，所以如公式

12所示的MIMO方案以下将被称为广义相移分集（GPSD）方案。

在公式12中，表示具有N_t个Tx天线，并且空间复用率为R的MIMO-OFDM信号的第K个子载波的GPSD矩阵。并且 表示满足的酉矩阵（也就是第二矩阵），并且其适用于最小化相应于各个天线的在子载波符号之间的干扰。特别的是，为了无改变地维持用于相移的对角矩阵（也就是第一矩阵），优选的是满足酉矩阵的条件。在公式12中，频域的相位角θ_i(i=1,...,N_t)和时域的延迟时间τ_i(i=1,...,N_t)具有预定的关系，其由以下公式13来表示：

[公式13]

θ_ｉ＝-２π/Ｎ_ｆｆｔ·τ_i

其中N_fft表示OFDM信号的子载波数量。

一个修改后的公式12的例子如下公式14所示，因此能够通过公式14来计算GPSD矩阵。

[公式14]

如果通过公式14来生成GPSD矩阵，将每个数据流（或OFDM子载波）的符号移动相同相位，因此可容易的配置该GPSD矩阵。换句话说，公式14的GPSD矩阵包括具有相同相位的列，反之公式12的GPSD矩阵包括具有相同相位的行，使得各个子载波符号被移动相 同相位。如果公式14被扩展，可通过以下公式15来计算该GPSD矩阵：

[公式15]

如公式15所示，该GPSD矩阵的行和列具有独立的相位，因此可以获得多种频率分集增益。

作为公式12，14或15的一个例子，可通过以下公式16来表示使用两个Tx天线和1比特码本的系统的GPSD矩阵公式：

[公式16]

在公式16中，如果确定了“α”，则可容易的确定“β”。因此“α”的值可被固定为两个合适的值，并且在必要时将与“α”的值相关联的信息反馈给码本索引。例如，在发射机和接收机之间可预定两个条件，也就是说，一个条件是如果反馈索引为“0”，“α”被设为“0.2”，另一个条件是如果反馈索引为“1”，“α”被设为“0.8”。

一个用于获取SNR增益的预定预编码矩阵可被用作公式12，14或15中的酉矩阵的一个例子。沃什哈德玛（Walsh Hadamard）矩阵或DFT矩阵可被用作上述预编码矩阵。如果使用Walsh Hadamard矩阵，公式12的GPSD矩阵的一个例子可由以下公式17来表示：

[公式17]

公式17是基于系统具有4个Tx天线和空间复用率4的假设而做出的。在这种情况下，第二矩阵被合适地构建，以便选择特定Tx天线（也就是天线选择）或调谐空间复用率（也就是秩自适应（rank adaptation））。

同时，可以通过码本形式来配置公式12，14或15的酉矩阵 以便在传输或接收端存储该码本格式酉矩阵。在这种情况下，该传输端从该接收端接收码本索引信息，从其自身的码本选择相应索引的预编码矩阵，并且使用公式12，14或15来配置基于相移的预编码矩阵。

如果（2×2）或（4×4）大小的沃什（Walsh）码被用作公式12，14或15的酉矩阵可获得GPSD矩阵的一个例子，由以下表格2和3来表示：

[表格2]

[表3]

<第三实施例>

时间变量广义相移分集

在公式12，14或15的GPSD矩阵中，对角矩阵的相位角（θ_i）和/或酉矩阵（U）可随时间而改变。例如，可通过公式18来表示公式12的时间变量GPSD：

[公式18]

其中表示具有Nt个Tx天线和在特定时间（t）的空间复用率R的MIMO-OFDM信号的第k个子载波的GPSD矩阵。 表示满足的酉矩阵（也就是第四矩阵），其适于最小化相应于各个天线的子载波符号之间的干扰。

特别是，为了无改变地维持用于相移的对角矩阵（也就是第三矩阵）的酉矩阵的特征，优选的是可满足酉矩阵的条件。在公式18中，相位角θ_i(t)(i=1,...,N_t)和时域的延迟时间τ_i(t)(i=1,...,N_t)具有预定的关系，其由以下公式19来表示：

[公式19]

θ_i(t)=-2π/N_fft·τ_i(t)

其中N_fft表示一个OFDM信号的子载波的数量。

如公式18和19所示，时间延迟采样和酉矩阵可随时间改变。在这种情况下，时间的单一性可被设置为OFDM符号或预定的单一时间。

如果用于获取时间变量GPSD的酉矩阵由基于（2×2）大小Walsh码的GPSD矩阵来表示，可如以下表格4所示来生成以下GPSD矩阵：

[表格4]

如果用于获取时间变量GPSD的酉矩阵由基于（4×4）大小Walsh码的GPSD矩阵来表示，可如以下表格5所示来生成以下GPSD矩阵：

[表格5]

尽管上述第三实施例已公开了关联于公式12的时间变量GPSD矩阵，需要注意的是时间变量GPSD矩阵还可被应用到公式14和15的对角矩阵和酉矩阵。因此，尽管将参照公式12来描述以下实施例，对于本领域技术人员来说显而易见的是，以下实施例的范围并不限于公式12，并且还可被应用到公式14和15。

<第四实施例>

广义相移分集的扩展

如果相应于预编码矩阵的第三矩阵被增加到由对角矩阵和酉矩阵组成的GPSD矩阵，可由以下公式20来生成扩展的GPSD矩阵：

[公式20]

相比于公式12，公式20的扩展的GPSD矩阵进一步包括一个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。

增加的预编码矩阵可被不同地分配给特定频带或特定子载波符号。优选的是，在开放回路系统的情况下，增加的预编码矩阵 可被设置为固定矩阵。通过预编码矩阵的增加，可以获得最佳SNR增益。

传输端或接收端可具有包括多个预编码矩阵（P）的码本。

同时，在扩展的GPSD矩阵中，预编码矩阵（P），对角矩阵的相位角（θ）和酉矩阵（U）中的至少一个将随时间改变。出于这个目的，如果以预定时间或预定子载波为单元来反馈下一个预编码矩阵P的索引，可从预定码本中选择相应于该索引的特定预编码矩阵P。

根据第四实施例的扩展的GPSD矩阵可由以下公式21来表示：

[公式21]

作为扩展的GPSD矩阵的一个例子，包括两个或四个Tx天线的MIMO系统的矩阵公式如以下公式22和23所示：

[公式22]

[公式23]

在公式22和23中，尽管DFT矩阵被用作酉矩阵，本发明的范围并不限于DFT矩阵，并且还可被应用于其它能够满足给定的单一条件的矩阵，例如Walsh Hadamard码。

作为扩展GPSD矩阵的另一个例子，包括四个Tx天线的MIMO系统的矩阵公式可由以下公式24所示：

[公式24]

相比于公式12，公式24的扩展的GPSD矩阵进一步包括一个位于对角矩阵（D2）之前的（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）。因此对角矩阵（D2）的大小被改变为（R×R）大小。

增加的预编码矩阵可被不同地分配给特定频带或特定子载波符号。优选的是，在开放回路系统的情况下，增加的预编码矩阵 可被设置为固定矩阵。通过预编码矩阵的增加，可以获得最佳SNR增益。

优选的是，传输端或接收端可具有包括多个预编码矩阵（P）的码本。

在这种情况下，通过对角矩阵D1和D2，可按照两种方式在单个系统中移动相位角。例如，如果对角矩阵D1使用了低值相移，可以获得多用户分集调度增益。如果对角矩阵D2使用了高值相移，可以获得频率分集增益。对角矩阵D1适于增加系统性能，而另一个对角矩阵D2适于平均流之间的信道。

并且，对角矩阵D1使用了高值相移，所以频率分集增益得到增加。对角矩阵D2使用了高值相移，流之间的信道得到平均。这个增益可从公式21中获得。

在这种情况下，必须基于子载波单元或频率资源单元来改变公式21的矩阵P，并且接着使用矩阵P而没有反馈信息。该修改格式可由以下公式25来表示：

[公式25]

在公式25中，表示特定情况的指示，其中各个资源索引（k）使用不同预编码矩阵。从而，通过使用每个资源索引（k）的不同预编码矩阵来增加频率分集增益，并且通过使用对角矩阵和单位矩阵（U）来平均流之间的信道。

<第五实施例>

码本子集限制方案

码本子集限制方案仅限于对码本一些部分的使用。码本的所有预编码矩阵的数量为N_c，根据该码本子集限制方案，仅有N_restrict个预编码矩阵可用。码本子集限制方案可被用于降低多小区干扰或系统复杂度。在这个情况下，必须满足由N_restrict≤N_c表示的预定条件。

例如，如果码本的所有预编码矩阵的数量为N_c=6,所有子集的码本 以及用于允许在6个预编码矩阵中仅可使用4个预编码矩阵的特定码本可由以下公式26来表示：

[公式26]

在公式26中，表示码本的等同码本。

<第六实施例>

预编码矩阵循环重复方案

例如，如果在特定时间预定义在Tx/Rx时间期间确定的预编码矩阵的集合，该情况可由以下公式27来表示：

[公式27]

在公式27中，预编码矩阵的集合包括N_c个预编码矩阵。

公式27可简化为公式28的形式：

[公式28]

在公式27和公式28中，表示在包括在码本中的Nc个预编码矩阵之中的根据子载波系数或资源系数k的循环重复的预编码矩阵的指示。

在公式28中，适于混合数据流，并且可被称为旋转矩阵。如公式28所示，可根据空间复用率（R）来选择 还可简单的由以下公式29所示：

空间复用率：2

或

空间复用率：3

或

空间复用率：4

或

另外，在具有N_c个预编码矩阵的码本中，如果根据节点-B或用户设备（UE）仅能使用码本的特定部分的码本子集限制方案被应用到上述码本，则N_c个预编码矩阵必须被减少到N_restrict个预编码矩阵，然后使用。

因此，在使用等同码本的情况下，公式28可由以下公式30来表示：

[公式30]

其中“k”表示子载波索引或频率资源索引。在公式30中，N_restrict为4。并且在公式30中，表示在包括在码本或 中的N_restrict个预编码矩阵之中根据子载波索引或资源索引k的循环重复的预编码矩阵的指示。

<第六实施例-1>

预定单元的预编码矩阵循环重复方案

根据频率资源的建立，公式28还可由以下公式31来表示：

[公式31]

或

在公式31中，“k”可以是子载波索引或虚拟资源索引，并且可根据开始的索引k在公式31中的两种方式中选择

在公式31中，如果“k”表示子载波索引，对于v个子载波重复预编码矩阵，并且根据包括在码本中的N_c个预编码矩阵之中的子载波索引k来循环重复预编码矩阵。

每个子载波的预编码矩阵索引的示例性列表如下所示：

[1122334455 1122334455…]

或[000111222333444 000111222333444…]

第一个表示v=2，N_c=5并且k=1,2,…,K的情况，第二个表示v=3，N_c=5，k=0,1,…,K-1的情况。这里，k表示子帧中的资源数量。

公式31表示一种特定情况，其中在N_c个预编码矩阵中区别地建立预编码矩阵。可通过考虑预编码矩阵的空间复用率来决定v的值。例如，v的值可由v=R来表示。

同样的，在使用公式26的码本子集限制方案的情况下，还可基于预定数量的子载波单元或预定数量的频率资源单元来改变预编码矩阵。该格式可由以下公式32来表示：

[公式32]

或

相比于公式31，公式32的预编码矩阵还可随着v个单元而改变。 不同于公式31，公式32的预编码矩阵在N_restrict（≤N_c）数量的预编码矩阵中改变。

同时，可根据循环重复的预编码矩阵的数量或码本中包括的预编码矩阵的数量来改变频率分集增益。因此，在码本子集限制方案和预编码矩阵循环重复方案共同适用于公式32的情况下，以下将描述用于确定码本子集的多种方案。

<第五实施例-1>

根据空间复用率R

可根据空间复用率R来区别的确定码本子集。例如，在低空间复用率的情况下，码本子集的大小被确定为较大，则频率分集增益可达到最大。而在高空间复用率的情况下，码本子集的大小被确定为较小，则维持性能的同时可以降低复杂度。

在使用根据空间复用率R确定的码本子集的情况下，示例的方法可由公式33来表示：

[公式33]

或

其中表示为根据空间复用率R确定的码本子集的预编码矩阵的数量。从而在由码本子集限制方案所适配的码本中的预编码矩阵被用于循环重复，可以提高系统性能和改进系统复杂度。

<第五实施例-2>

根据信道编码率

可根据信道编码率来区别的确定码本子集。例如，一般来说，当信道编码率较低时可获得频率分集增益。因此，在相同空间复用率情况下，可以使用具有不同预编码矩阵的码本子集，优选地使用具有低信道编码率的预编码矩阵，因而可提高系统性能和改进系统复杂度。

<第五实施例-3>

根据重传

可根据重传来区别的确定码本子集。例如，重传时所使用的码本子集具有与初始传输时所使用的码本子集不同的预编码矩阵。也就是说，根据是否重传或重传的数量等等，可以使用不同组合的码本子集。从而增加重传的成功率。

<第七实施例>

用于每个传输天线的功率控制的广义相移分集的扩展

如同多种预编码方案，多种频率或时间可使用每个TX天线的不同功率值。从而可以提高系统性能，并且使有效功率利用成为可能。例如，可与公式28，30，31和32的预编码方案一起使用每个Tx天线的功率控制。

特别的是，使用包括N_c个预编码矩阵的码本的公式31的例子由以下公式34来表示：

[公式34]

或

在公式34中，用于混合数据流，并且还可被称为旋转矩阵， 还可被容易的表示为公式29。并且用于表示功率控制对角矩阵以使得每个TX天线能够以根据第m个频率区域和/或t时间的不同的功率传输数据流。用于表示在第i个Tx天线，第m个频率区域和/或t时间中使用的功率控制分量。

使用包括N_restrict(≤N_c)预编码矩阵的码本的公式32的例子可由以下公式35来表示：

[公式35]

或

在公式３５中，和中的每一个与公式３４中的含义一样。

<第八实施例>

用于执行基于相移的预编码的收发机

一般来说，通信系统包括发射机和接收机。在这种情况下，发射机和接收机可被视为收发机。为了阐明反馈功能，用于传输一般数据的部分是发射机，并且用于传输反馈数据给发射机的其它部分是接收机。

在下行链路中，发射机可以是节点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，收发机可以是UE的一部分，或者接收机可以是节点B的一部分。节点B可包括多个接收机和多个发射机。并且，用户设备（UE）也可包括多个接收机和多个发射机。

图7是表示根据本发明的基于相移的预编码方案的SCW OFDM发射机的方框图。图8是表示根据本发明的MCW OFDM发射机的方框图。

参见图7和图8，信道编码器510和610，交织器520和620，IFFT（逆快速傅利叶变换）单元550和650，以及模拟转换器560和660等与图1中的那些部件相同，所以为了说明的简便此处略去了这些部件的详细说明。以下仅详细描述预编码器540和640。

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

以第一组公式12，14和15或第二组公式20和21这种形式来配置预编码矩阵确定模块（541，641），其确定基于相移的预编码矩阵。第二至第四实施例已描述了用于确定预编码矩阵的详细方法，所以为了说明的简便此处略去了这些方法的详细描述。基于第一组公式12，14和15或基于第二组公式20和21的基于相移的预编码矩阵可以随着时间改变用于防止子载波间干扰的预编码矩阵，对角矩阵的相位角和/或酉矩阵，如公式18所示。

预编码矩阵确定模块（541，641）可基于接收端的反馈信息来选择预编码矩阵和酉矩阵的至少一个。在这种情况下，优选的是反馈信息可包括预定码本的矩阵索引。

预编码模块（542，642）将OFDM符号乘上确定的基于相移的预编码矩阵，并且对相乘后的结果执行预编码。

一般来说，接收机的各个元件具有与发射机相反的功能。以下将描述在使用基于相移的预编码矩阵的MIMO-OFDM中的接收机。

首先，接收机从发射机接收导频信号，并且使用接收到的导频信号获得MIMO信道信息。并且接着，接收机通过将基于相移的预编码矩阵乘上获得的MIMO信道信息来获得等同MIMO信道信息。可基于来自发射机的空间复用率（或秩（rank））信息和预编码矩阵信息中的至少一个来确定基于相移的预编码。

接收机可使用等同MIMO信道信息和从发射机接收到的信号向量来提取数据信号。并且对提取的数据信号执行用于错误检测/纠正的信道解码，接着可获得由发射机传输的最终数据。根据MIMO接收方案，可重复使用以上描述的操作，或者进一步包括额外的解码操作。

根据本发明的基于相移的预编码方案的接收机可以适用，而无需为与MIMO接收方案相符进行修改，从而简略了对于MIMO接收方案的进一步描述。

应当注意的是本发明公开的大多数技术术语是考虑了本发明的功能而定义的，并且可根据本领域技术人员的意图或一般常识来分别确定这些技术术语。因此，优选的是基于本发明公开的所有内容来理解上述技术术语。

很明显本领域的技术人员可对本发明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同范围中所提供本发明的修改及变化。

工业实用性

从上述描述中可见，本发明提供一种用于解决通常CDD，PSD和预编码方法的问题的基于相移的预编码方案，从而实现了有效通信。特别是，基于相移的预编码方案是广义的或扩展的，收发机的设计得到简化或通信效率得到增加。

尽管已公开的本发明的优选实施例是出于示例目的，对于本领域的技术人员来说多种修改，增加和代替是可行的，而不脱离附加权利要求中公开的精神或范畴。

Claims (12)

1.一种用于在多输入多输出MIMO系统中将数据从传输端设备传输到接收端设备的方法，所述方法包括：

通过乘以基于相移的预编码矩阵对数据进行预编码；以及

使用多个天线将所述预编码的数据传输到接收端设备，

其中，基于相移的预编码矩阵具有预编码矩阵P、对角矩阵D以及酉矩阵U的乘积的形式，

其中，所述预编码矩阵是使用取模操作从具有Nc个预编码矩阵的码本中循环选择的，以及

其中，通过使用资源索引k和所述Nc定义所述取模操作。

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由以下公式来表示：

[公式]

其中是用于资源索引k的预编码矩阵，N_t是所述多个天线的数量，(U_R×R)是酉矩阵，θ_i是相位角度值，以及R对应于空间复用率。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述资源索引k是子载波索引。

4.一种用于在多输入多输出MIMO系统中将数据传输到接收端设备的收发机，所述收发机包括：

预编码模块，所述预编码模块用于通过乘以基于相移的预编码矩阵对数据进行预编码；以及

多个天线，所述多个天线用于将所述预编码的数据传输到接收端设备，

其中，基于相移的预编码矩阵具有预编码矩阵P、对角矩阵D以及酉矩阵U的乘积的形式，

其中，所述预编码矩阵是使用取模操作从具有Nc个预编码矩阵的码本中循环选择的，以及

其中，通过使用资源索引k和所述Nc定义所述取模操作。

5.根据权利要求4所述的收发机，其中，所述基于相移的预编码矩阵由以下公式来表示：

[公式]

其中是用于资源索引k的预编码矩阵，N_t是所述多个天线的数量，(U_R×R)是酉矩阵，θ_i是相位角度值，以及R对应于空间复用率。

6.根据权利要求5所述的收发机，其中，所述资源索引k是子载波索引。

7.一种用于在多输入多输出MIMO系统中在接收端设备处从传输端设备接收数据的方法，所述方法包括：

从具有多个天线的传输端设备接收预编码的数据；以及

对于资源索引k中的每个使用基于相移的预编码矩阵在传输端设备处执行对数据进行预编码的相反功能；

其中，基于相移的预编码矩阵具有预编码矩阵P、对角矩阵D以及酉矩阵U的乘积的形式，

其中，所述预编码矩阵是使用取模操作从具有Nc个预编码矩阵的码本中循环选择的，以及

其中，通过使用资源索引k和所述Nc定义所述取模操作。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述基于相移的预编码矩阵由以下公式来表示：

[公式]

其中是用于资源索引k的预编码矩阵，N_t是多个天线的数量，(U_R×R)是酉矩阵，θ_i是相位角度值，以及R对应于空间复用率。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述资源索引k是子载波索引。

10.一种用于在多输入多输出(MIMO)系统中从传输端设备接收数据的收发机，所述收发机包括：

一个或多个天线，所述一个或多个天线用于从具有多个天线的传输端设备接收预编码的数据；以及

MIMO解码器，所述MIMO解码器用于对于资源索引k中的每个使用基于相移的预编码矩阵在传输端设备处执行对数据进行预编码的相反功能，

其中，基于相移的预编码矩阵具有预编码矩阵P、对角矩阵D以及酉矩阵U的乘积的形式，

其中，所述预编码矩阵是使用取模操作从具有Nc个预编码矩阵的码本中循环选择的，以及

其中，通过使用资源索引k和所述Nc定义所述取模操作。

11.根据权利要求10所述的收发机，其中，所述基于相移的预编码矩阵由以下公式来表示：

[公式]

其中是用于资源索引k的预编码矩阵，N_t是所述多个天线的数量，(U_R×R)是酉矩阵，θ_i是相位角度值，以及R对应于空间复用率。

12.根据权利要求10所述的收发机，其中，所述资源索引k是子载波索引。