CN101715641B - 在无线通信***中执行基于相移的预编码的方法及支持其的设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在使用多个子载波的多天线***内使用基于相移的预编码来传输数据的方法。尤其是，该方法包含确定用于提供不同的相位角给多个天线中的每一个的对角矩阵，以作为基于相移的预编码矩阵的一部分；从第一码本内选择酉矩阵以作为基于相移的预编码矩阵的一部分；以及根据该对角矩阵以及该酉矩阵来对子载波相关的符号执行预编码。

Description

在无线通信***中执行基于相移的预编码的方法及支持其的设备

技术领域

本发明涉及一种执行基于相移的预编码的方法，尤其涉及一种执行基于相移的预编码的方法以及在无线通信***内支持该方法的设备。

背景技术

随着众多多媒体服务的用途与使用人口成长以及通信服务的广泛使用，无线服务的需求正在迅速增加。为了包容改变的需求，最重要就是增加通信***的容量。增加容量的方法包含找寻新的可用频宽，以及改善现有资源的效率。

作为改善现有资源使用的示例，发射机与接收机可配备多天线来有效使用空间域内的资源，以取得分集增益。再者，多天线允许数据通过每一天线并行传输，以此增加传输容量。

有关使用多天线传输与接收数据的方法可由使用正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)的多输入多输出(Multi Input，Multi Output，MIMO)***所表示。

发明内容

技术方案

因此，本发明是关于一种执行基于相移的预编码的方法以及在无线通信***内支持该方法的设备，其实质性地避免由于相关技术的限制与缺点造成的一或多个问题。

本发明的一个目的在于提供在使用多个子载波的多天线***内使用基于相移的预编码来传输数据的方法。

本发明的其它目的在于提供在使用多个子载波的多天线***内使用基于相移的预编码来传输数据的设备。

在下列说明中将公开部分本发明的其它优点、目的与特征，并且对于原本就精通此技术的人士而言，有些部分从下列实施例中就可理解，或者实施本发明就可知道。通过书面说明中和其权利要求范围及附图内特别指出的结构，如此就可实现并获得本发明的目的与其它优点。

为了达成这些目的及其它优点，且依据本发明的目的，如本文中所实施以及广泛描述的，在使用多个子载波的多天线***内使用基于相移的预编码来传输数据的方法包含：确定用于提供不同的相位角给多个天线中的每一个的对角矩阵，以作为基于相移的预编码矩阵的一部分；从第一码本内选择酉矩阵以作为基于相移的预编码矩阵的一部分；以及根据所述对角矩阵以及所述酉矩阵来对子载波相关的符号执行预编码。

在本发明的其它方面内，在使用多个子载波的多天线***内使用基于相移的预编码来传输数据的设备包含：预编码矩阵确定模块，其被配置为确定用于相移和码本中的至少一个的对角矩阵，并且所述基于相移的预编码矩阵是以所述对角矩阵与酉矩阵为基础的；以及预编码模块，其被配置为根据所述对角矩阵以及所述酉矩阵来对子载波相关的符号执行预编码。

可了解，本发明上述一般说明以及下列实施方式都仅是示例性与示范性的，用于提供本发明的对权利要求的进一步解释。

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为说明MIMO***的发射机与接收机结构的示例图；

图2为说明使用CDD方案的多天线***的发射机的示例图；

图3为说明相位序列的应用的示例图；

图4为说明使用基于码本的预编码方案的多天线***的发射机与接收机的示例图；

图5为说明用于执行基于相移的预编码的发射机与接收机的示例图；

图6为说明两种基于延时样本大小的基于相移的预编码的示例图；

图7为说明使用基于相移的预编码的基于SCW OFDM的发射机与接收机的示例图；以及

图8为说明使用基于相移的预编码的基于MCW OFDM的发射机与接收机的示例图。

发明的最佳实施方式

本发明的其他特征及优点将在下面的描述中被说明，且其部分将可从说明中被了解，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。

在此将详细参考本发明的较佳具体实施例，附图内将说明其示例。无论在什么地方，在所有附图中将使用相同的附图标记来代表相同或相似的部分。

图1为说明MIMO***内发射机与接收机的结构的示例图。请参考图1，发射机包含信道编码器101、映射器103、串并(Serial-to-parallel，S/P)转换器105以及多天线编码器107。尤其是，信道编码器101可将重复(或额外)比特附加至传输数据比特，以便减少信道以及/或噪声造成的干扰。映射器103可将数据比特转换成数据符号，并且S/P转换器105可排列数据符号来分配给子载波。最后，多天线编码器107可将并列排列的数据符号转换成时空信号。

另外，该接收机包含多天线解码器109、并串(Parallel-to-serial，P/S)转换器111、解映射器113以及信道解码器115。接收机的多天线解码器109、P/S转换器111、解映射器113以及信道解码器115的功能分别与发射机的多天线编码器107、S/P转换器105、映射器103以及信道编码器的功能相反，因此将省略其详细说明。

在多天线OFDM***内，可使用许多方式来增加数据传输的可靠度。这些方法包含空时编码(Space-time Code，STC)方案以及循环延时分集(Cyclic Delay Diversity，CDD)方案。STC和CDD方案可用来取得空间分集。更进一步，这些方法另包含波束形成方案以及预编码方案，这都用来增加信噪比(Signal-to-noise，SNR)。

STC以及CDD方案一般用于不需要反馈信息的开放式循环***，以增加传输数据的可靠度。再者，波束形成方案以及预编码方案一般用于使用反馈信息将SNR最佳化的闭环***。

尤其是，对于增加空间分集增益以及SNR的方法而言，以下将分别详细讨论CDD以及预编码方案。

首先，CDD方案允许多天线***的每一天线传输具有不同延时或具有不同大小的OFDM信号，如此接收机可取得频率分集增益。

图2为说明使用CDD方案的多天线***的发射机的示例图。

在OFDM符号经过S/P转换器以及多天线编码器处理并且接着通过每一天线被发射之后，当被传输到接收机时会在OFDM符号上加上(或附上)循环前缀(Cyclic Prefix，CP)。CP可加入到OFDM符号以避免信道内干扰。在此，传送至第一天线以用来传输的数据序列其上并没有附上CP，但是传送至后续天线以用来传输的数据序列就已经附加上了CP。也就是，传送至后续天线的数据序列附加有特定量的循环延时比特。

若这种循环延时方案应用在频率域，则可用相位序列的倍数来表示循环延时。图3为说明相位序列的应用的示例图。请参阅图3，在频率域内依照天线而有不同配置的相位序列(例如相位序列1～相位序列M)中的每一个经过复用，然后应用至快速傅立叶反变换(Inverse FastFourier Transform，IFFT)。此后，已转换的数据可传输至接收机，并且图3的这种处理可称为相移分集方案。

若使用相移分集方案，则平坦衰落信道会转换成频率选择信道。此外，通过信道编码可取得频率分集增益，及/或通过频率选择调度可取得多用户分集增益。

第二，预编码法包含基于码本的预编码方案以及量化方案。尤其是，若反馈固定量的闭环***的反馈信息时，则可使用基于码本的预编码方案。此外，量化方案可用于反馈量化的信道信息。基于码本的预编码方案将作为反馈信息的预编码矩阵(其对于发射机与接收机是已知的)的索引传送至发射机，以取得SNR增益。

图4为说明使用基于码本的预编码方案的多天线***的发射机与接收机的示例图。请参阅图4，发射机与接收机每一都具有有限数量的预编码矩阵(例如P₁-P_L)。在操作上，接收机使用信道信息以作为反馈信息来将最佳预编码矩阵索引(例如“index 1”)传送至发射机。在响应上，发射机将index 1应用至预编码矩阵的对应传输数据(X₁-X_Mt)。

表1为在支持两(2)发射天线以及空间复用率为2的***(例如IEEE 802.16e***)内使用3比特的反馈信息时可应用的码本示例。

[表1]

如同所讨论的，相移分集方案可用于在闭环内取得频率选择分集增益，并且也取得频率调度分集增益。不过，空间复用率1用于相移分集方案，因此无法预期以高传输率传输数据。此外，若固定分配资源，则难以使用相移分集方案来预期频率选择以及频率调度分集增益。

进一步，如同所讨论的，基于码本的预编码方案可使用少量反馈信息(或索引信息)并且具有高空间复用率，因此可有效地传输数据。不过，因为依赖反馈信息所以需要稳定的信道情况，若信道情况不稳定时此方法会遭遇困难。进一步，此基于码本的预编码方案受限于只能应用在闭环***。

为了解决相移分集方案以及/或基于码本的预编码方案相关的这些潜在问题，因此提供下列讨论。

图5为说明用于执行基于相移的预编码的发射机与接收机的示例图。尤其是，基于相移的预编码就是将不同相位序列乘上要通过多个天线中的每一个传输的数据流。一般而言，使用小循环延时值以产生相位序列。在这种情况下，从接收机的观点来看，可取得频率选择分集，并且信道的大小根据频率域增加或减少。

参考图5，发射机可利用将接收机(例如移动装置)配置至频率域内信道情况良好(或可接受)的部分，来取得调度分集。在此，频率域的特定部份具有较大频宽并且不会受到相对比较小的循环延时值波动的影响。为了将增加或减少的循环延时值一致地应用至每一天线，可使用基于相移的预编码矩阵P，如公式1所示。

[公式1]

请参阅公式1，k代表子载波的索引或特定频宽的索引，并且W_i，j ^k(i＝1，...，N_t，j＝1，1，...，R)代表根据k确定的复数加权值。再者，N_t代表发射天线或虚拟天线的数量，而R代表空间复用率。在此，复数加权值可为根据OFDM符号的索引以及乘上天线的对应子载波。此外，复数加权值可由信道情况以及/或反馈信息来确定。较佳是，公式1的预编码矩阵P配置成使用酉矩阵，如此减少多天线***的信道容量损失。

下列公式可用于表示多天线闭环***的信道容量，如此定义酉矩阵的元素(或成分)。

[公式2]

$\mathrm{Cu}\left(H\right)={\log }_2\left(\det (I_{N_r}+\frac{\mathrm{SNR}}{N}{\mathrm{HH}}^H)\right)$

请参阅公式2，H代表尺寸为N_rxN_t的多天线信道矩阵，并且N_r代表接收天线数量。若公式2应用至基于相移的预编码矩阵P，则结果可用公式3表示。

[公式3]

$C_{\mathrm{precoding}}={\log }_2\left(\det (I_{N_r}+\frac{\mathrm{SNR}}{N}{\mathrm{HPP}}^H{H}^H)\right)$

请参阅公式3，为了降低或消除信道容量损失，PP^H必须为单位矩阵。如此，基于相移的矩阵P必须满足下列公式4的条件。

[公式4]

PP^H＝I_N

为了让基于相移的预编码矩阵P转换成单位矩阵，必须满足2个条件。也就是，必须同时满足功率限制条件以及正交限制条件。功率限制条件是关于让矩阵每一列的大小等于1。再者，正交限制条件系关于让每一列都正交(或列彼此正交)。公式5和公式6为这些条件的示例。

[公式5]

${\left|w_{\mathrm{1,1}}^k\right|}^2+{\left|w_{\mathrm{2,1}}^k\right|}^2+\·\·\·+{\left|w_{N_t,1}^k\right|}^2=1,$

${\left|w_{\mathrm{1,2}}^k\right|}^2+{\left|w_{\mathrm{2,2}}^k\right|}^2+\·\·\·+{\left|w_{N_t,2}^k\right|}^2=1,$

${\left|w_{1,R}^k\right|}^2+{\left|w_{2,R}^k\right|}^2+\·\·\·+{\left|w_{N_t,R}^k\right|}^2=1,$

[公式6]

$w_{\mathrm{1,1}}^{k^{*}}{w}_{\mathrm{1,2}}^k+w_{\mathrm{2,1}}^{k^{*}}{w}_{\mathrm{2,2}}^k+\·\·\·+w_{N_t,1}^{k^{*}}{w}_{N_t,2}^k=0,$

$w_{\mathrm{1,1}}^{k^{*}}{w}_{\mathrm{1,3}}^k+w_{\mathrm{2,1}}^{k^{*}}{w}_{\mathrm{2,3}}^k+\·\·\·+w_{N_t,1}^{k^{*}}{w}_{N_t,3}^k=0,$

$w_{\mathrm{1,1}}^{k^{*}}{w}_{1,R}^k+w_{\mathrm{2,1}}^{k^{*}}{w}_{2,R}^k+\·\·\·+w_{N_t,1}^{k^{*}}{w}_{N_t,R}^k=0$

上面关于公式2-6的讨论是关于酉矩阵的。下文中，酉矩阵的讨论是关于矩阵尺寸2x2的基于相移的预编码矩阵的。

公式7代表关于两发射天线并具有空间复用率2的基于相移的预编码矩阵。

[公式7]

$p_{2x2}^k=\left(\begin{array}{cc}{\mathrm{\α}}_1{e}^{\mathrm{jk}{\mathrm{\θ}}_1}& {\mathrm{\β}}_1{e}^{\mathrm{jk}{\mathrm{\θ}}_2}\\ {\mathrm{\β}}_2{e}^{\mathrm{jk}{\mathrm{\θ}}_3}& {\mathrm{\α}}_2{e}^{\mathrm{jk}{\mathrm{\θ}}_4}\end{array}\right)$

请参阅公式7，α_i，β_i(i＝1，2)代表实数，θ_i(i＝1，2，3，4)代表相位值并且k代表OFDM信号的子载波索引。

为了将这种预编码矩阵(例如公式7)转换成酉矩阵，则必须满足公式8的功率限制条件以及公式9的正交限制条件。

[公式8]

${\left|a_1{e}^{\mathrm{jk}{\mathrm{\θ}}_1}\right|}^2+{\left|{\mathrm{\β}}_2{e}^{\mathrm{jk}{\mathrm{\θ}}_3}\right|}^2=1,{\left|a_2{e}^{\mathrm{jk}{\mathrm{\θ}}_4}\right|}^2+{\left|{\mathrm{\β}}_1{e}^{\mathrm{jk}{\mathrm{\θ}}_2}\right|}^2=1$

[公式9]

${\left(a_1{e}^{\mathrm{jk}{\mathrm{\θ}}_1}\right)}^{*}+{\mathrm{\β}}_1{e}^{\mathrm{jk}{\mathrm{\θ}}_2}=1+{\left({\mathrm{\β}}_2{e}^{\mathrm{jk}{\mathrm{\θ}}_3}\right)}^{*}+a_2{e}^{\mathrm{jk}{\mathrm{\θ}}_4}=0$

在公式8和9内，^*代表结合的复数。若基于相移的预编码矩阵具备满足公式7-9的2x2大小，这种矩阵可用下列公式10表示。

[公式10]

$p_{2x2}^k=\frac{1}{\sqrt{2}}\left(\begin{array}{cc}1& e^{\mathrm{jk}{\mathrm{\θ}}_2}\\ e^{\mathrm{jk}{\mathrm{\θ}}_3}& 1\end{array}\right)$

请参阅公式10，θ₂和θ₃根据满足正交限制条件来维持正交关系。这可如公式11内所示。

[公式11]

kθ₃＝-kθ₂+π

预编码矩阵可用码本的形式储存在发射机和接收机内。码本包含使用不同θ₂值的特定数来产生许多预编码矩阵。在此，根据信道情况以及是否提供反馈信息来配置θ₂值。若提供(或使用)反馈信息，则将θ₂值配置为小值。若不提供(或不使用)反馈信息，则将θ₂值配置为大值，如此获得高频率分集增益。

另外，根据应用至基于相移的预编码矩阵的延时样本大小来取得频率分集增益以及/或频率调度增益。图6为说明两(2)种根据延时样本大小的基于相移的预编码的示例图。

请参阅图6，若使用大的延时样本大小(或循环延时)，则利用因为频率选择变短而让频率选择周期变高，来取得信道符号的频率分集增益。较佳为在开放式循环***内使用较大延时样本，其中因为关于信道有严重的时间波动，所以反馈信息较不可靠。

更进一步，若使用小的延时样本值，则信道可来自频率选择信道并且信道大小在平坦衰落信道内增加或减少。再者，若OFDM信号的特定子载波领域的信道大小增加，则OFDM信号的其它子载波领域的信道大小减少。换而言之，其关系成反比。

在这种情况下，关于正交频分多址(Orthogonal Frequency DivisionMultiple Access，OFDMA)***，若通过信道大小已经按照每一用户增加的频带来传输信号，则会增加SNR。此外，频宽已经增加的信道大小对每一位用户都不一样，结果是***可取得关于多位用户的调度多样性。更进一步，接收机只需要传送与可进行资源配置的子载波的信道质量信息(Channel Quality Information，CQI)有关的反馈信息。因此，反馈信息的大小可随之减少。

基于相移的预编码的延时样本(或循环延时)可为发射机与接收机中的预定值，或可通过反馈信息从接收机提供给发射机。更进一步，在发射机与接收机上空间复用率R可为预定值，或可在接收机定期衡量信道情况来计算空间复用率之后，由接收机作为反馈信息提供给发射机。在此，发射机可使用从接收机反馈的信道信息来计算及/或操纵空间复用率。

广义的相移分集(Generalized Phase Shift Diversity，GPSD)

如上所述，基于相移的预编码矩阵是根据具有N_t个天线(N_t大于或等于2并且为自然数)以及空间复用率R(R＞1并且为自然数)的***。这种***可依照公式12来表示。

[公式12]

请参阅公式12，

代表具有N_t个发射天线以及空间复用率R的MIMO-OFDM信号中第k个子载波的广义相移分集(GPSD)矩阵。

再者，为满足

的酉矩阵，并且用于缩小子载波符号之间的内部符号干扰。尤其是，

也应该满足酉矩阵条件，如此可维持相移的对角矩阵的酉矩阵特性。

公式13代表公式12中频率域的相位角θ_i，i＝1，...，N_t与时间域的时间延迟τ_i，i＝1，...，N_t间的关系。

[公式13]

${\mathrm{\θ}}_i=\frac{-2\mathrm{\π}}{N_{\mathrm{fft}}}\·{\mathrm{\τ}}_i$

请参阅公式13，N_fft代表OFDM信号的子载波数量。

作为公式12的示例，公式14代表具有使用1比特码本的两(2)发射天线或虚拟天线的***。

[公式14]

${\mathrm{GPSD}}_{2X2}^k=\left(\begin{array}{cc}\mathrm{\α}& \mathrm{\β}\\ \mathrm{\β}& -\mathrm{\α}\end{array}\right),{\mathrm{\α}}^2+{\mathrm{\β}}^2=1$

请参阅公式14，因为一旦α已经确定，β就可轻易确定，α可预设为两个值，并且有关默认值的信息可用码本索引的形式反馈。例如：若反馈码本索引为0，α可为0.2，并且若反馈码本索引为1，则α可为0.8。这些值可在发射机与接收机之间协议与共享。

关于公式12，使用酉矩阵

特定预编码矩阵(例如WalshHadamard矩阵或离散傅立叶变换)的示例来取得SNR分集。

若使用Walsh Hadamard矩阵，则GPSD矩阵关于公式12的示例可表示在公式15内。

[公式15]

${\mathrm{GPSD}}_{4\×4}^k=\frac{1}{\sqrt{4}}\left(\begin{array}{cccc}{e}^{j{\mathrm{\θ}}_{1}k}& 0& 0& 0\\ 0& e^{j{\mathrm{\θ}}_{2}k}& 0& 0\\ 0& 0& e^{j{\mathrm{\θ}}_{3}k}& 0\\ 0& 0& 0& e^{j{\mathrm{\θ}}_{4}k}\end{array}\right)\left(\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\\ 1& -1& 1& -1\\ 1& 1& -1& -1\\ 1& -1& -1& 1\end{array}\right)$

请参阅公式15，此公式是基于根据(4)个传输或虚拟天线以及空间复用率4。在此，等号右边的第二个矩阵(例如表示为1s与-1s)可被重新配置来选择特定天线(例如天线选择)以及/或调整空间复用率(例如比率调整)。

公式12的酉矩阵

可用码本的形式提供给发射机和接收机。在此，发射机可从接收机接收码本的索引信息。此后，发射机可从码本选择对应索引的酉矩阵，并应用公式12来配置基于相移的预编码矩阵。

公式16表示重新配置的酉矩阵，用于在具有四(4)个传输或虚拟天线的***内选择两(2)个天线。

[公式16]

$P_{4\×4}^k=\frac{1}{\sqrt{4}}\left(\begin{array}{cccc}{e}^{j{\mathrm{\θ}}_{1}k}& 0& 0& 0\\ 0& e^{j{\mathrm{\θ}}_{2}k}& 0& 0\\ 0& 0& e^{j{\mathrm{\θ}}_{3}k}& 0\\ 0& 0& 0& e^{j{\mathrm{\θ}}_{4}k}\end{array}\right)\left(\begin{array}{cccc}0& 0& 1& 1\\ 0& 0& 1& -1\\ 1& 1& 0& 0\\ 1& -1& 0& 0\end{array}\right)$

进一步，下表2显示若空间复用率因为在时间以及/或信道条件内不致而改变，一种根据对应的复用率来重新配置酉矩阵的方法。

[表2]

请参阅表2，根据复用率(例如1、2或4的复用率)选择第一列、第一和第二列以及/或第一到第四列。不过，复用率(或列的选择)并不受限于表2的示例，复用率可为一(1)并且可选择四列中任一列。再者，若复用率为(2)，则可选择四列中的任两列(例如1-2、2-3、3-4或4-1)。

在上列示例中，使用(沃什哈德玛)Walsh Hadamard矩阵，下列示例显示GPSD矩阵，其中具有2x2或4x4 Walsh码的酉矩阵

应用至公式12。在此，表2代表2x2并且表3代表4x4。

[表3]

[表4]

时间可变的GPSD

公式12的GPSD矩阵的相位角θ_i以及/或酉矩阵U可随时间而变。换而言之，相位角θ_i以及/或酉矩阵U可为时间独立。时间可变的GPSD关于公式12的示例显示在公式17内。

[公式17]

请参阅公式17，

代表在特定时间t内具有N_t个传输/虚拟天线以及空间复用率R的MIMO-OFDM信号中第k个子载波的GPSD矩阵。再者，为满足

的酉矩阵，并且用于缩小子载波符号的间的内部符号干扰。尤其是，也应该满足酉矩阵条件，如此可维持相移的对角矩阵的酉矩阵特性。

公式18代表公式12中频率域的相位角θ_i，i＝1，...，N_t与时间域的时间延迟τ_i，i＝1，...，N_t间的关系。

[公式18]

${\mathrm{\θ}}_i=\frac{-2\mathrm{\π}}{N_{\mathrm{fft}}}\·{\mathrm{\τ}}_i\left(t\right)$

请参阅公式18，N_fft代表OFDM信号的子载波数量。

如公式17和18内所示，时间延时样本值以及酉矩阵可随时间经过而变，并且时间单位可表示在OFDM符号单位或者特定时间单位内。

应用具有2x2或4x4 Walsh码的酉矩阵来获得时间可变GPSD的GPSD矩阵示例分别显示在表5和表6内。

[表5]

[表6]

增强型GPSD

在包含对角矩阵以及酉矩阵的GPSD矩阵内，如公式12内所示，加入第三矩阵，形成增强型GPSD矩阵。增强型GPSD矩阵可如公式19内所示。

[公式19]

请参阅公式19并与公式12比较，增强型GPSD矩阵在对角矩阵之前包含一个具有大小N_txR的预编码矩阵P。因此，对角矩阵的大小变成RxR。更进一步，新加入的预编码矩阵

可有不同配置用于特定频宽或特定子载波符号。再者，新加入的预编码矩阵可配置成闭环***内的酉矩阵。在新增或包含预编码矩阵

的下，可取得最佳SNR增益。

此外，可将包含多个预编码矩阵的码本提供给发射机与接收机。

在增强型GPSD矩阵内，至少一个预编码矩阵P、对角矩阵的相位角θ以及酉矩阵U的相位角会随时间改变。为此，若后续(或下一个)预编码矩阵P的索引以预定的时间单位或预定的子载波单位反馈至发射机，则可从码本内选择来自对应索引的特定预编码矩阵P。在此情况下，增强型GPSD矩阵可如公式20内所示。

[公式20]

请参阅公式20，于2007年4月16日提出编号为10-2007-0037008的韩国专利申请案内有增强型GPSD的详细说明。为此，将省略增强型GSPD的讨论。

每一天线的相移关系的配置

下面讨论说明GPSD、时间可变GPSD、增强型GPSD以及增强型时间可能GPSD的对角矩阵的每一相位角θ_Nt。为了简化起见，该讨论是以关于时间可变GPSD的每一天线的相移关系为基础，但也可应用在上列其它GPSD形式中。

相移关系配置-具体实施例1

时间可变GPSD的相位角配置成根据每一天线的索引来线性增加。每一相位角之间的关系都可用数学方式表示，并且可如公式25内所示。

[公式25]

θ₁(t)＝0·θ(t)，θ₂(t)＝1·θ(t)

θ₃(t)＝2·θ(t)， θ₄(t)＝3·θ(t)

尤其是，此具体实施例在单一线性阵列天线结构内可取得高能力。尤其是，若空间复用率被配置或重新配置为小(或低)的，如表2内的情况，则可取得最佳波束增益。更进一步，若酉矩阵U被设定或重新配置成天线选择型，如公式16内所示，则可取得高增益。

相移关系配置-具体实施例2

时间可变GPSD的相位角可配置成通过交替偶数天线与奇数天线之间的相位角来具有相同相位角。在具有四个天线的***内，每一相位角之间的关系都可用数学方式表示，并且可如公式26内所示。

[公式26]

θ₁(t)＝0·θ(t)，θ₂(t)＝1·θ(t)

θ₃(t)＝0·θ(t)，θ₄(t)＝1·θ(t)

请参阅公式26，第一天线与第三天线具有相同相位角，并且第二与第四天线具有相同相位角。在此具体实施例内，若信道功率较高，则***在区块对角信道类型(例如交叉极性天线)内具备高效能。

相移关系配置-具体实施例3

时间可变GPSD的相位角可配置成特定天线的相位角与其它天线的相位角不同。在此情况下，相位角的所有关系都可如公式27内所示。

[公式27]

θ₁(t)＝1·θ(t)，θ₂(t)＝0·θ(t)

θ₃(t)＝1·θ(t)，θ₄(t)＝1·θ(t)

请参阅公式27，若第二索引的天线与其它天线间的相关性过高，则第二天线的相位角配置成与其它天线的相位角不同。根据此具体实施例，若特定天线与其它天线间的相关性不低，则可取得高波束增益。

上述具体实施例讨论了配置每一天线的相位角关系，以对应于发射天线的结构。不过，依照天线的相移关系可对每一天线进行不同的设置。更进一步，依照天线的相移关系也可对每一单位时间进行不同的设置，并且在进行时，要考虑依照天线的信道条件以及/或干扰程度。最后，依照天线的相移关系可配置成对应于分配给每一天线的每一频带。

时间延迟以及/或酉矩阵的配置

关于GPSD的时间延迟τ_i和酉矩阵U_NtxR，可根据许多条件不同或独立的方式确定时间可变GPSD的时间延迟τ_i(t)和酉矩阵U_NtxR(t)以及增强型GPSD的时间延迟τ_i，τ_i(t))和酉矩阵(U_NtxR，U_NtxR(t))。以下讨论是关于GPSD的时间延迟以及/或酉矩阵；不过，相同的讨论也可应用至时间可变GPSD以及增强型GPSD。

时间延迟以及/或酉矩阵的配置-具体实施例1

类似于OFDM***，若依照子载波使用不同的频带(例如1.25MHz，5MHz，10MHz，...，100MHz)，则可根据每一***频宽以不同方式配置GPSD的时间延迟以及/或酉矩阵。不过，时间延迟可在特定时间期间内使用相同值，而不管频带，并且只有酉矩阵可根据每一频带进行不同的配置。简要来说，GPSD的时间延迟以及酉矩阵可被独立配置。

时间延迟以及/或酉矩阵的配置-具体实施例2

若基站(Base Station，BS)分配并通知移动站(Mobile Station，MS)特定时间以及/或特定酉矩阵，然后MS可配置BS提供的时间延迟以及/或酉矩阵，并据此传输。

若BS接收的数据量(例如反馈信息)超过缓冲区大小，则需要例如MS重新传输数据。将这种可能性列入考虑，可确定特定时间延迟以及/或酉矩阵相关的值。

时间延迟以及/或酉矩阵的配置-具体实施例3

BS可参考从MS传送的反馈信息来确定时间延迟以及/或酉矩阵。再者，BS可使用确定的时间延迟以及/或酉矩阵在下行链路方向内传输数据。反馈信息可定期传输，并且BS可在每次接收到反馈信息时重新配置时间延迟以及/或酉矩阵。

时间延迟以及/或酉矩阵的配置-具体实施例4

根据分配给发射机(例如BS或MS)的资源来分别配置GPSD的时间延迟。例如：若分配给发射机的资源较多，则发生子载波干扰的可能性就小，因此时间延迟可设定为0或相当小的值。另外，若分配的资源较少，则可设定较大的时间延迟，如此减少内部子载波干扰。

时间延迟以及/或酉矩阵的配置-具体实施例5

BS可选择特定酉矩阵当成GPSD的酉矩阵。尤其是，可选择以及/或使用所选取酉矩阵的特定列。

如表2内所示，根据数据传输期间的复用率来确定列数。BS可确定GPSD要使用的特定酉矩阵，并且可参照从MS反馈的复用率，以便确定对应于该复用率的用于选取的酉矩阵的列数。此外，BS可将选择的酉矩阵上的信息(或酉矩阵的索引)以及对应酉矩阵的被选择的列上(或列的子索引)信息通知MS。

在此，若BS接收的数据量(例如反馈信息)超过缓冲区大小，则需要例如MS重新传输数据。将这种可能性列入考虑，可选择特定酉矩阵以及/或对应酉矩阵的特定列。

时间延迟以及/或酉矩阵的配置-具体实施例6

GPSD的时间延迟以及酉矩阵可根据其中BS在网络进入期间提供必要值给MS并且MS使用提供值来传输数据的方式来执行。另外，BS可确定必要值并且使用这些值在下行链路方向内传输数据。

时间延迟以及/或酉矩阵的配置-具体实施例7

GPSD的时间延迟可根据复用率进行不同的配置。例如：若复用率为1，则时间延迟设定为1/2，并且若复用率为2，则时间延迟设定为1/4。本具体实施例可与其中选择来自酉矩阵的特定列的具体实施例5连用。

时间延迟以及/或酉矩阵的配置-具体实施例8

GPSD的时间延迟可根据数据配置法进行不同的配置。例如：若MS的信号分布并配置通过频率域，以便取得频率分集增益，而时间延迟可设定相对较大将频率分集增益效用最佳化。再者，若利用将MS信号紧密配置在频率域内并且利用将MS信号配置在具有优良信道间隔的频率域内来搜寻频率调度增益，则时间延迟可设定为相对较小，如此将调度增益最佳化。

时间延迟以及/或酉矩阵的配置-具体实施例9

GPSD的时间延迟可根据MS的移动速度进行不同的配置。例如：若MS移动性的速度不快，则因为内部子载波干扰相当小，所以时间延迟可设定为较小。另外，若MS移动性的速度不慢，则因为内部子载波干扰相当大，所以时间延迟可设定为较大。

时间延迟以及/或酉矩阵的配置-具体实施例10

GPSD的时间延迟可根据多天线***的种类进行不同的配置。例如：若使用单一用户MIMO，则因为需要考虑到内部子载波干扰相对不高所以时间延迟可设定为小值，如STC的情况。另外，若使用多用户MIMO(例如单分多址)，则因为用户之间配置的子载波需要对子载波内的干扰敏感，所以时间延迟可较大。

时间延迟以及/或酉矩阵的配置-具体实施例11

GPSD的时间延迟可根据用户流量的种类进行不同的配置。例如：若用户流量为单播流量或多播流量，则时间延迟可根据条件或状况变更设定为小或大。不过，若用户流量为广播流量，则因为传输给相当大量用户，所以时间延迟较大。

时间延迟以及/或酉矩阵的配置-具体实施例12

GPSD的时间延迟可根据服务小区内MS的数量进行不同的配置。例如：若大量MS属于一小区，则时间延迟可设定为较大值，并且若少量MS属于一小区，则时间延迟可设定为较小值。

时间延迟以及/或酉矩阵的配置-具体实施例13

GPSD的时间延迟可根据小区的条件或状态进行不同的配置。例如：小区可区分为孤立的小区(例如热点)或多小区，在孤立小区内，时间延迟可设定为小值，而在多小区内时间延迟则设定为大值。

时间延迟以及/或酉矩阵的配置-具体实施例14

根据在频率单位或时间单位上传输的粒度大小来分别配置GPSD的时间延迟。例如：若频率粒度为精细(例如精细粒度)，则因为必须考虑到干扰造成的数据损失，所以时间延迟可设定为较大值。不过，若频率粒度为粗糙(例如粗糙粒度)，则时间延迟设定为较小值。更进一步，与频率粒度相同的逻辑或法则可应用至时间粒度。

时间延迟以及/或酉矩阵的配置-具体实施例15

GPSD的时间延迟可根据码本的大小进行不同的配置。例如：若***使用具有少量预编码矩阵的码本，则时间延迟可设定为较大值，而若码本具有大量预编码矩阵，则时间延迟可设定为较小值。

时间延迟以及/或酉矩阵的配置-具体实施例16

GPSD的时间延迟可根据发射天线的数量进行不同的配置。例如：因为每一天线的时间延迟都必须分布在固定生存时间(Time-to-live，TTL)周期内，所以在具有大量发射天线的***内配置相对较小的时间延迟值。针对相同原因，但是从相对观点来看，若发射天线数量不多，则时间延迟设定为较大值。

时间延迟以及/或酉矩阵的配置-具体实施例17

GPSD的时间延迟可根据从MS传送来的信道质量信息进行不同的配置。例如：接收机可测量信道质量，并且根据测量的信道质量来计算调制以及编码法则(Modulation and Coding Scheme，MCS)层级索引。在此之后，MCS层级索引可反馈(或传输)至BS。般而言，若MCS层级索引为高，这指示可接受的信道质量，则时间延迟设定为较小值。

执行基于相移的预编码的发射机/接收机

图7为说明使用基于相移的预编码的SCW OFDM型发射机与接收机的示例图。图8为说明使用基于相移的预编码的MCW OFDM型发射机与接收机的示例图。

一般而言，通信***包含发射机与接收机。承载发射机与接收机功能的装置可称为收发器。换而言之，收发器为发射机与接收机的组合。不过，为了确实说明反馈信息功能，所以将分开讨论发射机与接收机。

在下行链路方向内，发射机可为BS的一部分，并且接收机可为MS的部分。另外，发射机可为MS的部分，而接收机可为BS的部分。BS可包含多个发射机及/或接收机。类似地，MS可包含多个发射机及/或接收机。

接收机的功能与发射机的功能相对(或相反)，并且以相反顺序执行。如此，下面的讨论将集中说明发射机的功能。

请参阅图7和图8，发射机包含信道编码器(510，610)、交织器(520，620)、快速傅立叶反变换(Inverse Fast Fourier Transform，IFFT)(550，650)以及模拟转换器(560，660)，加上图1内说明的组件。因为功能已经参阅图1做说明，所以这些功能的讨论将会省略。在此，将详细解释预编码器(540，640)的讨论。

预编码器(540，640)进一步包含预编码矩阵确定模块(541，641)以及预编码模块(542，642)。尤其是，预编码矩阵确定模块(541，641)可用于确定公式12、14、15、20和21任一形式内的基于相移的预编码矩阵。上面已经讨论过如何确定预编码矩阵的细节，因此将省略进一步讨论。更进一步，可根据相移关系配置具体实施例1-3来确定预编码矩阵确定模块(541，641)。

此外，利用将对应子载波的OFDM符号乘上根据预编码矩阵确定模块(541，641)所确定的基于相移的预编码矩阵，则预编码模块(542，642)可用于执行预编码操作。

本领域的技术人员可理解在本发明中可具有各种修改及变化，而不背离本发明的精神及范围。因此，希望本发明涵盖本发明的这些修改及变化，只要其处于所附权利要求及其等同区域内。

Claims (6)

1.一种在使用多个子载波的多天线***内使用基于相移的预编码由发射机向接收机发射信号的方法，所述方法包含：

将来自第一码本的预编码矩阵P确定为基于相移的预编码矩阵的第一部分；

确定对角矩阵D以向所述多个天线的每个提供不同的相位角，所述对角矩阵D能看作为基于相移的预编码矩阵的第二部分；

选择酉矩阵U作为基于相移的预编码矩阵的第三部分；

根据产生为P*D*U的所述基于相移的预编码矩阵，来对子载波相关的符号执行预编码，所述P*D*U被表示为：

以及，发送使用所述符号而产生的所述信号，

其中，P_Nt×R表示所述预编码矩阵P，N_t表示发射天线的数目，U_{R ×R}表示所述酉矩阵U，k表示与所述子载波相关的索引，θ_i表示相位角，i＝1，...，R，并且R表示空间复用率，

其中，所述对角矩阵D的所述相位角θ_i根据“i”的索引线性地增加。

2.如权利要求1所述的方法，其中，从第二码本选择所述酉矩阵。

3.如权利要求1所述的方法，其中，对应于所述对角矩阵的相位角的时间延迟会根据复用率而被不同地确定。

4.一种在具有多个子载波的多天线***内使用基于相移的预编码来将信号发射到接收机的设备，所述设备包含：

预编码矩阵确定模块，其被配置为将来自第一码本的预编码矩阵P确定为基于相移的预编码矩阵的第一部分；确定对角矩阵D以向所述多个天线的每个提供不同的相位角，所述对角矩阵D能被看作为基于相移的预编码矩阵的第二部分；选择酉矩阵U作为基于相移的预编码矩阵的第三部分；以及产生所述基于相移的预编码矩阵P*D*U，所述P*D*U被表示为：

其中P_Nt×R表示预编码矩阵P，N_t表示发射天线的数目，U_R×R表示酉矩阵U，k表示与所述子载波相关的索引，θ_i表示相位角，i＝1，...，R，并且R表示空间复用率；

预编码模块，其被配置为根据所述基于相移的预编码矩阵来对相应的子载波的符号执行预编码，其中，所述对角矩阵D的所述相位角θ_i根据“i”的索引线性地增加，以及

多个天线，被配置为发送使用所述符号而产生的所述信号。

5.如权利要求4所述的设备，其中，所述预编码矩阵确定模块从第二码本选择所述酉矩阵。

6.如权利要求4所述的设备，其中，对应于所述对角矩阵的相位角的时间延迟会根据复用率而被不同地确定。

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