本發(fā)明涉及一種在基站側(cè)使用大規(guī)模天線(xiàn)陣列的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，尤其涉及在大規(guī)模mimo系統(tǒng)中降低導(dǎo)頻開(kāi)銷(xiāo)并提高系統(tǒng)性能的下行全向傳輸方法。

背景技術(shù)：

在多用戶(hù)mimo通信中，大規(guī)模mimo是一個(gè)新興的研究領(lǐng)域。在傳統(tǒng)的多用戶(hù)系統(tǒng)中，基站的天線(xiàn)數(shù)低于10，而在大規(guī)模mimo系統(tǒng)中，基站的天線(xiàn)數(shù)可以達(dá)到64甚至更多，且同時(shí)服務(wù)數(shù)十(例如，40)個(gè)用戶(hù)或移動(dòng)終端。

與傳統(tǒng)的mimo系統(tǒng)相比，大規(guī)模mimo系統(tǒng)具有諸多優(yōu)勢(shì)。例如，隨著天線(xiàn)數(shù)目增加，每個(gè)天線(xiàn)單元的尺寸與成本都可降低。此外，因?yàn)榇罅刻炀€(xiàn)單元可提供更多空間自由度，每個(gè)小區(qū)的基站可以同時(shí)與小區(qū)內(nèi)眾多用戶(hù)在同一時(shí)頻資源上進(jìn)行通信，這樣就大幅提升了頻譜效率。并且使用大量天線(xiàn)單元可以使得基站與用戶(hù)的上下行傳輸具有更好的空間指向性，由此顯著降低了基站和移動(dòng)終端的發(fā)射功率，提升了系統(tǒng)功率效率。并且，當(dāng)基站天線(xiàn)數(shù)量足夠多時(shí)，各個(gè)用戶(hù)與基站間的隨機(jī)信道可以趨近正交，能夠消除小區(qū)間和用戶(hù)間的干擾以及噪聲的影響。綜上所述的諸多優(yōu)勢(shì)使得大規(guī)模mimo系統(tǒng)具有極佳的應(yīng)用前景。

盡管具有上述技術(shù)優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)有傳輸方法可能限制大規(guī)模mimo的應(yīng)用。例如在蜂窩系統(tǒng)中，公共信道具有非常重要的作用?；径说脑S多信息都需經(jīng)由公共信道傳遞給用戶(hù)，諸如同步信號(hào)、小區(qū)參考信號(hào)、控制信令及多媒體廣播多播業(yè)務(wù)(mbms)等?？偟膩?lái)說(shuō)，公共信道要求全向可靠的傳輸，以確保小區(qū)覆蓋。然而，大多數(shù)現(xiàn)有傳輸方法，例如單天線(xiàn)發(fā)射、循環(huán)延遲分集(cdd)及空時(shí)分組碼(stbc)，可能與大規(guī)模mimo系統(tǒng)不兼容。以單天線(xiàn)傳輸方法為例，基站從多根天線(xiàn)中選定一根天線(xiàn)來(lái)發(fā)射信號(hào)。此時(shí)，所選的單根天線(xiàn)必須配置有比其它天線(xiàn)更大更昂貴的功放，這樣才能達(dá)到與所有天線(xiàn)都被使用情況下相同的功率覆蓋范圍。然而，該方法無(wú)法在大規(guī)模mimo系統(tǒng)中工作。因?yàn)榇笠?guī)模mimo采用了大量天線(xiàn)，其中每根天線(xiàn)都使用小功率功放，因此任何一根天線(xiàn)都無(wú)足夠功率以當(dāng)作上文所述的單天線(xiàn)使用。類(lèi)似的，包括空時(shí)編碼(stbc)和循環(huán)時(shí)延分集(cdd)在內(nèi)的被lte系統(tǒng)廣泛采用的方法，在大規(guī)模mimo系統(tǒng)中都不適用。此外，隨著天線(xiàn)數(shù)增加，導(dǎo)頻開(kāi)銷(xiāo)也隨之增加的問(wèn)題也成為大規(guī)模mimo系統(tǒng)的一個(gè)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

因此，便需要設(shè)計(jì)一種適用于大規(guī)模mimo系統(tǒng)的全向傳輸方法，該方法既不會(huì)增加導(dǎo)頻開(kāi)銷(xiāo)，也不會(huì)降低系統(tǒng)效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在本申請(qǐng)所公開(kāi)提供的實(shí)施例中，應(yīng)該理解到，所揭露的方法，在沒(méi)有超過(guò)本申請(qǐng)的思想和范圍內(nèi)，可以通過(guò)其他的方式實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前的實(shí)施例只是一種示范性的例子，不應(yīng)該作為限制，所給出的具體內(nèi)容不應(yīng)該限制本申請(qǐng)的目的，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。

本發(fā)明提供了適用于大規(guī)模mimo系統(tǒng)的全向傳輸方法，基站端發(fā)送信號(hào)在各空間方向的功率相同，以保證全向覆蓋，且具有低導(dǎo)頻開(kāi)銷(xiāo)和低實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。基站端各天線(xiàn)單元上的發(fā)射信號(hào)功率相同，以最大化各射頻通道和大規(guī)模天線(xiàn)陣列的功率效率。另外，分集度可以達(dá)到所采用的低維空時(shí)編碼的分集度。

所述的實(shí)施例包括：基站產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)k維矢量信號(hào)，該k維矢量信號(hào)至少包括一個(gè)k維數(shù)據(jù)信號(hào)和一個(gè)k維導(dǎo)頻信號(hào)。該k維數(shù)據(jù)信號(hào)由空時(shí)編碼方法產(chǎn)生。上述k維信號(hào)采用全向預(yù)編碼矩陣產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)m維信號(hào)，其中k小于m。而后將該m維信號(hào)經(jīng)由上述大規(guī)模mimo系統(tǒng)的m根天線(xiàn)發(fā)送。

在所述的實(shí)施例中，傳輸方法中的預(yù)編碼矩陣具有以下性質(zhì)：上述預(yù)編碼矩陣的全部m行具有相同的2范數(shù)，全部k列具有相同2范數(shù)且彼此正交。該預(yù)編碼矩陣左乘以一個(gè)m點(diǎn)離散傅立葉變換(dft)矩陣后，所得到的矩陣的所有行具有相同的2范數(shù)。

結(jié)合附圖，可以對(duì)本發(fā)明公開(kāi)的其它技術(shù)特征及實(shí)施例作進(jìn)一步的描述。

附圖說(shuō)明

結(jié)合附圖，可以對(duì)本發(fā)明以及相應(yīng)的實(shí)施例作進(jìn)一步的闡述。附圖主要被用來(lái)進(jìn)行描繪示例性實(shí)施例，以便使讀者較容易理解本發(fā)明，但這些附圖不應(yīng)限制本發(fā)明的寬度、深度以及適用性。應(yīng)注意到，為了便于描述，附圖并不一定完全符合實(shí)際物體比例。

圖1為本發(fā)明在多小區(qū)大規(guī)模mimo系統(tǒng)的實(shí)施例示意圖。

圖2為本發(fā)明在單小區(qū)大規(guī)模mimo系統(tǒng)的實(shí)施例示意圖。

圖3為本發(fā)明用于大規(guī)模mimo下行傳輸實(shí)施例示意圖。

圖4為圖3下行傳輸場(chǎng)景傳輸路徑或信道簡(jiǎn)化示意圖。

圖5為本發(fā)明在大規(guī)模mimo系統(tǒng)基站側(cè)的全向傳輸方法實(shí)施例流程圖。

圖6為本發(fā)明在大規(guī)模mimo系統(tǒng)用戶(hù)側(cè)的全向傳輸方法實(shí)施例流程圖。

圖7是本發(fā)明發(fā)射機(jī)實(shí)體實(shí)施例的簡(jiǎn)化功能框圖。

圖8是本發(fā)明接收機(jī)實(shí)體實(shí)施例的簡(jiǎn)化功能框圖。

具體實(shí)施方式

提供以下描述是為了使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠利用本發(fā)明。對(duì)具體設(shè)備、技術(shù)和應(yīng)用的描述僅作為示例提供。對(duì)本文描述的示例的各種修改對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的，并且在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本文定義的一般原理可以應(yīng)用于其他示例和應(yīng)用。因此，本發(fā)明的實(shí)施例不旨在限于本文所描述和示出的示例，而是符合與權(quán)利要求一致的范圍。

詞語(yǔ)“示例性”在本文中用于表示“用作示例或說(shuō)明”。本文描述為“示例性”的任何方面或設(shè)計(jì)不一定被解釋為相對(duì)于其它方面或設(shè)計(jì)是優(yōu)選的或有利的。

與本技術(shù)相關(guān)的參考文獻(xiàn)將會(huì)被給出，同時(shí)也會(huì)結(jié)合附圖來(lái)說(shuō)明技術(shù)對(duì)應(yīng)的例子，其中類(lèi)似的參考標(biāo)號(hào)始終對(duì)應(yīng)于類(lèi)似的原件。

應(yīng)當(dāng)理解，本文公開(kāi)的過(guò)程中的步驟的特定順序或?qū)哟问鞘纠苑椒ǖ氖纠?。基于設(shè)計(jì)偏好，應(yīng)當(dāng)理解，可以重新排列過(guò)程中的步驟的特定順序或?qū)哟危瑫r(shí)保持在本公開(kāi)的范圍內(nèi)。所附方法權(quán)利要求以樣本次序呈現(xiàn)各種步驟的要素，并且不意味著限于所呈現(xiàn)的特定次序或?qū)哟巍?/p>

這里公開(kāi)的實(shí)施例主要與大規(guī)模mimo系統(tǒng)中的全向下行傳輸方法有關(guān)。不失一般性，此處描述的傳輸方法可以使得系統(tǒng)在給定的小區(qū)內(nèi)具備以下特性：

(1)基站發(fā)送的信號(hào)在各個(gè)空間方向上的功率相同，具有全向覆蓋效果。

(2)基站發(fā)送的信號(hào)在各個(gè)天線(xiàn)上的功率相同，能夠最大化大規(guī)模天線(xiàn)陣列各個(gè)射頻單元的功率效率。

(3)分集度與在整個(gè)傳輸方法中采用低維空時(shí)編碼方法相近。

特別地，一個(gè)具體的實(shí)現(xiàn)是：傳輸方法采用低維空時(shí)編碼方法產(chǎn)生k維矢量信號(hào)，并基于k維矢量信號(hào)采用全向預(yù)編碼矩陣w產(chǎn)生用于m根發(fā)射天線(xiàn)傳輸?shù)膍維矢量信號(hào)。其中矩陣w由m行k列構(gòu)成，且k可能遠(yuǎn)小于m。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，傳輸方法采用的預(yù)編碼矩陣w具有以下特性：該預(yù)編碼矩陣w的所有m行具有相同的2范數(shù)，所有k列具有相同的2范數(shù)且彼此正交。另外，w左乘以一個(gè)m點(diǎn)離散傅立葉變換(dft)矩陣后，所得到的矩陣的所有行具有相同的2范數(shù)。

圖1展示了多小區(qū)大規(guī)模mimo系統(tǒng)100，系統(tǒng)包括多個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)包括至少一個(gè)基站與多個(gè)用戶(hù)(或移動(dòng)終端)。如小區(qū)#1中所示，基站110通過(guò)下行傳輸130向多個(gè)用戶(hù)120(例如#1,#2…#l)發(fā)送信號(hào)。典型地，基站110配有大量天線(xiàn)112。例如，天線(xiàn)數(shù)m可以是64,128,256或更多，這可以使得每個(gè)天線(xiàn)配置較為便宜的功放以及較小，從而便降低了功耗。

圖2展示了單小區(qū)大規(guī)模mimo系統(tǒng)200。在系統(tǒng)200中，基站210配置了大量天線(xiàn)用于服務(wù)多個(gè)用戶(hù)220。如圖2所示，基站部署的大規(guī)模天線(xiàn)陣列可能由多個(gè)均勻線(xiàn)性陣列構(gòu)成，每個(gè)均勻線(xiàn)性陣列都具備大量天線(xiàn)單元212。若天線(xiàn)單元為全向天線(xiàn)或120度扇區(qū)天線(xiàn)，則對(duì)應(yīng)相鄰天線(xiàn)單元間距為0.5λ或(λ為載波波長(zhǎng))。大規(guī)模天線(xiàn)陣列也可部署環(huán)形天線(xiàn)陣列，或其他容易安裝的陣列結(jié)構(gòu)。在其中一種配置中，大規(guī)模天線(xiàn)陣列中的每個(gè)天線(xiàn)單元通過(guò)各自射頻收發(fā)機(jī)單元、a/d或d/a轉(zhuǎn)換單元、數(shù)字光模塊以及光傳輸模塊與數(shù)字基帶信號(hào)處理單元相連接。

在大規(guī)模mimo系統(tǒng)中，基站通過(guò)下行傳輸向多個(gè)用戶(hù)發(fā)送大量數(shù)據(jù)，支持了各種可能實(shí)現(xiàn)的傳輸方法。例如，圖3展示了能夠使得mimo基站320向多個(gè)用戶(hù)340(用用戶(hù)i表示)從下行鏈路向所有方向傳輸數(shù)據(jù)的場(chǎng)景300。如圖3所示，基站320配置了m根發(fā)射天線(xiàn)322，即tx天線(xiàn)#1,#2,…#m。其中m可超過(guò)64，例如128或256。每個(gè)用戶(hù)340(以移動(dòng)終端的形式)可配置一個(gè)或多個(gè)接收天線(xiàn)342。為便于說(shuō)明，在下文中假設(shè)每個(gè)用戶(hù)都使用單根接收天線(xiàn)。但應(yīng)當(dāng)理解，該假設(shè)并不會(huì)限制本發(fā)明實(shí)施例應(yīng)用在每個(gè)用戶(hù)配置任意數(shù)量天線(xiàn)的場(chǎng)景。

基站320處理信息比特流310，產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)，并將其發(fā)送至用戶(hù)340。最終發(fā)射信號(hào)經(jīng)由多個(gè)連接了多天線(xiàn)單元322的發(fā)射單元，與特定傳輸方法一致，從下行傳輸鏈路330發(fā)送至用戶(hù)。基站與用戶(hù)間的傳輸路徑或信道由圖4展示，其細(xì)節(jié)將在下文描述。

如圖4所示，發(fā)射端410有m根發(fā)射天線(xiàn)#1,#2,…,#m。信號(hào)經(jīng)過(guò)傳輸路徑或信道430從發(fā)射天線(xiàn)發(fā)射至接收天線(xiàn)420。所述的傳輸路徑或信道430可以用m維信道向量h＝[h11h12…h(huán)1m]表示。h提供了用于接收端解碼接收信號(hào)的重要信道信息。此處的平坦衰落信道僅作為闡釋目的，該信道可被視作ofdm傳輸框架下的子載波信道。估計(jì)信道信息的過(guò)程常被稱(chēng)為信道估計(jì)。

采用訓(xùn)練序列或?qū)ьl序列是一種常用的信道估計(jì)方法，可獲取信道狀態(tài)信息(csi)，尤其是瞬時(shí)csi。其中，從基站向用戶(hù)發(fā)送已知的下行信號(hào)，采用發(fā)送與接收信號(hào)的聯(lián)合信息估計(jì)信道。例如，當(dāng)從信道或路徑(記作h)上發(fā)送已知導(dǎo)頻矢量序列s＝[s0s1…sj-1]，接收信號(hào)y記作y＝hs+z，其中z是噪聲矢量。基于該方程，從y和s的信息中可以恢復(fù)h。

然而，以上方法在使用大規(guī)模發(fā)送天線(xiàn)陣列的大規(guī)模mimo系統(tǒng)中存在問(wèn)題。為了估計(jì)信道，導(dǎo)頻序列s的長(zhǎng)度至少不小于發(fā)送天線(xiàn)數(shù)m。因此，當(dāng)m增加至數(shù)百量級(jí)，導(dǎo)頻序列要相應(yīng)變得非常長(zhǎng)。因此，大量的系統(tǒng)資源不得不被用于導(dǎo)頻序列傳輸，這會(huì)導(dǎo)致不可接受的導(dǎo)頻開(kāi)銷(xiāo)和系統(tǒng)低效率。本發(fā)明提供的全向傳輸方法實(shí)施例可以解決該問(wèn)題，并將于下文參考圖5-6解釋。

a.大規(guī)模mimo系統(tǒng)中的全向傳輸方法

圖5是表示大規(guī)模mimo系統(tǒng)全向傳輸方法中基站側(cè)的流程圖。如圖5所示，在發(fā)射端，發(fā)射過(guò)程500由步驟510開(kāi)始。其中，基站處理發(fā)射的一個(gè)或多個(gè)信息比特流，以獲得數(shù)據(jù)符號(hào)流d(l)。在步驟520，對(duì)數(shù)據(jù)符號(hào)流采用低維空時(shí)(s/t)編碼方法，以便產(chǎn)生空時(shí)編碼信號(hào)，記作s^d(m)。該空時(shí)編碼方法可從傳統(tǒng)mimo系統(tǒng)中使用的各種空時(shí)傳輸方法中選擇。例如，空時(shí)分組編碼(stbc)傳輸方法，循環(huán)延遲分集(cdd)傳輸方法，或分集復(fù)用折衷(dmt)方法。低維度k可低至2,4或8，遠(yuǎn)小于大規(guī)模mimo系統(tǒng)中的天線(xiàn)數(shù)(即m)。同樣地，編碼后信號(hào)也是k維矢量信號(hào)。

傳輸過(guò)程500中，步驟530為插入導(dǎo)頻序列。周期性地在頻域或時(shí)域中插入長(zhǎng)度為p的k維矢量導(dǎo)頻信號(hào)s^p(m')，m'＝0,1,…,p-1，生成k維矢量發(fā)送信號(hào)s(n)；接著，在步驟540，對(duì)s(n)進(jìn)行全向預(yù)編碼信號(hào)擴(kuò)展處理，得到m維矢量發(fā)送信號(hào)x(n)＝ws(n)，其中w為m×k的預(yù)編碼矩陣。在步驟550，所得到的m維信號(hào)x(n)用作大規(guī)模天線(xiàn)陣列發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)，該信號(hào)使用特定的時(shí)間頻率資源向公共信道的用戶(hù)全向傳輸。

圖6展示了本發(fā)明實(shí)施例的全向預(yù)編碼傳輸方法接收過(guò)程600。如圖6所示，在接收端，處理過(guò)程從步驟610開(kāi)始，其中發(fā)射數(shù)字基帶信號(hào)經(jīng)由傳輸信道或路徑被單天線(xiàn)接收機(jī)接收。以y(n)表示由單個(gè)接收天線(xiàn)所得到的數(shù)字基帶信號(hào)，y(n)中包含接收導(dǎo)頻信號(hào)y^p(m),m＝0,1,…,p-1和接收數(shù)據(jù)信號(hào)y^d(m),m＝0,1,…,d-1；利用接收導(dǎo)頻信號(hào)y^p(m),m＝0,1,…,p-1，通過(guò)信道估計(jì)，可于步驟620獲得信道參數(shù)的估計(jì)值；在步驟630，利用接收數(shù)據(jù)信號(hào)y^d(m)和信道參數(shù)估計(jì)值，可對(duì)原始數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行空時(shí)解碼。恢復(fù)的數(shù)據(jù)信號(hào)640記作為用戶(hù)提供來(lái)自基站的有用數(shù)據(jù)。

應(yīng)當(dāng)注意，在采用信道編碼的無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)中，原始數(shù)據(jù)信號(hào)d(l)來(lái)源于經(jīng)過(guò)了信道編碼，交織以及調(diào)制符號(hào)映射的信息比特流。因此，為了恢復(fù)原始信息比特流，恢復(fù)的數(shù)據(jù)信號(hào)需要經(jīng)過(guò)例如解映射，解交織以及信道解碼的額外處理。這些步驟在以上的過(guò)程500和600中未詳細(xì)展示，但這些整合不超過(guò)本發(fā)明的實(shí)質(zhì)。

另外，下文將解釋?zhuān)荷衔奶岬降男诺拦烙?jì)事實(shí)上是預(yù)編碼域中等效信道的參數(shù)的估計(jì)，并且空時(shí)解碼也在等效行道中進(jìn)行。

假設(shè)信道在當(dāng)前資源塊近似不變，接收機(jī)接收到的數(shù)字基帶信號(hào)y(n)可由下式(1)表示：

其中h為基站與用戶(hù)間的m維信道向量，z(n)表示加性高斯白噪聲，為預(yù)編碼域等效信道矢量，其維度為k。

假設(shè)在任意給定導(dǎo)頻插入周期中，有p個(gè)導(dǎo)頻矢量信號(hào)和d個(gè)數(shù)據(jù)矢量信號(hào)，那么接收到的導(dǎo)頻信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)可分別由下面的方程(2)和(3)表示：

其中z^p(m')和z^d(m)表示相應(yīng)的噪聲項(xiàng)。利用這兩個(gè)方程，接收端可執(zhí)行信道估計(jì)與空時(shí)解碼。

進(jìn)一步地，設(shè)：

y^p＝[y^p(0)y^p(1)…y^p(p-1)]

s^p＝[s^p(0)s^p(1)…s^p(p-1)]

z^p＝[z^p(0)z^p(1)…z^p(p-1)]

并假設(shè)k×p維矩陣s^p其各列由導(dǎo)頻信號(hào)組成，滿(mǎn)足s^p(s^p)^h＝ik，其中h表示共軛轉(zhuǎn)置，ik為k×k維單位陣，則的最小二乘估計(jì)(lse)可以由下式(4)計(jì)算：

為在接收端獲得的估計(jì)值，導(dǎo)頻長(zhǎng)度p需要大于或等于k，但可以遠(yuǎn)小于m。這意味著，增加m不會(huì)影響p，因此也不會(huì)引起導(dǎo)頻開(kāi)銷(xiāo)增加。這相對(duì)于前文所述導(dǎo)頻長(zhǎng)度p至少為m的傳統(tǒng)傳輸方法有明顯優(yōu)勢(shì)。與現(xiàn)有傳輸方法相比，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的上述傳輸方法可將導(dǎo)頻開(kāi)銷(xiāo)降低至m/k倍。

利用由此得到的的估計(jì)值、(3)式給出的數(shù)據(jù)信號(hào)關(guān)系式、以及空時(shí)編碼的特定信號(hào)生成方式，接收機(jī)可以得到恢復(fù)的數(shù)據(jù)信號(hào)再次說(shuō)明，原始數(shù)據(jù)信號(hào)d(l)是信息比特序列經(jīng)由例如信道編碼，交織和調(diào)制符號(hào)映射這些額外處理過(guò)程產(chǎn)生的信號(hào)。在這種情況下，恢復(fù)的數(shù)據(jù)信號(hào)需經(jīng)過(guò)額外處理，例如解映射，解交織和信道解碼，以便恢復(fù)原始信息比特流。可由以下展示的例子獲取。

應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，上述在發(fā)射端和接收端的過(guò)程僅作說(shuō)明用途，并且在不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的情況下，可能采用其它變體或外加步驟。另外，以上過(guò)程中以單一形式描述傳輸中的所有信號(hào)，但應(yīng)理解在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中可發(fā)送多種信號(hào)。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例得到的上述全向預(yù)編碼傳輸方法的優(yōu)勢(shì)可由下文的具體例子進(jìn)一步展示。

在本例中，假設(shè)包括：k＝2并采用alamouti空時(shí)編碼用于在上述過(guò)程中的編碼和解碼。并假設(shè)數(shù)據(jù)信號(hào)長(zhǎng)度為d＝kb，即一個(gè)導(dǎo)頻周期內(nèi)有b個(gè)空時(shí)碼塊，第b個(gè)塊的發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)矩陣可由下式(5)表示為：

其中，b＝0,…,b-1，上標(biāo)^*表示取共軛。第b個(gè)塊的接收信號(hào)矢量可以表示為：

其中z^d(b)＝[z^d(2b)z^d(2b+1)]

結(jié)果是，在接收端，恢復(fù)的數(shù)據(jù)信號(hào)估計(jì)值可由下式(7)計(jì)算：

由上例可見(jiàn)，在k維等效信道矢量中采用了空時(shí)解碼。在此例中，信道矢量是2維的。結(jié)果是，解碼復(fù)雜度被大幅降低。

b.全向預(yù)編碼的設(shè)計(jì)與實(shí)例

上述全向預(yù)編碼傳輸方法的一個(gè)關(guān)鍵部分是全向預(yù)編碼矩陣w。利用該矩陣，信號(hào)編解碼，尤其對(duì)于導(dǎo)頻信號(hào)，可從高維m化簡(jiǎn)至低維k。因此，如何合理地設(shè)計(jì)該矩陣w，成為提供有效可行傳輸?shù)臎Q定性因素。

一般地，為了確保傳輸性能，在任意給定小區(qū)，傳輸方法設(shè)計(jì)需遵循如下準(zhǔn)則：(1)基站端發(fā)送信號(hào)在各空間方向的功率相同，以保證全向覆蓋。(2)基站端各天線(xiàn)單元上的發(fā)射信號(hào)功率相同，以最大化各射頻通道和大規(guī)模天線(xiàn)陣列的功率效率。(3)分集度可以達(dá)到所采用的低維空時(shí)編碼的分集度。

一般地，假設(shè)發(fā)送信號(hào)矢量s(n)的各元素期望值為零、方差為且滿(mǎn)足獨(dú)立同分布的條件，即：e{s(n)}＝0，其中e{·}表示求期望，0表示各元素均為零的矢量。在此情況下，為保證傳輸性能，預(yù)編碼矩陣w應(yīng)滿(mǎn)足如下三個(gè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：

(1)w的所有m行具有相同的2范數(shù)。

(2)對(duì)w左乘一個(gè)通過(guò)陣列流型在離散空間方向上構(gòu)造的矩陣(在均勻線(xiàn)陣時(shí)對(duì)應(yīng)于m點(diǎn)dft矩陣)，所得到的新矩陣的所有m行具有相同的2范數(shù)。

(3)w的所有k列應(yīng)具有相同的2范數(shù)且彼此正交。

不失一般性，上述三個(gè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則可以具體描述為如下三個(gè)等式(8)-(10)：

w^hw＝ik(10)

其中，diag(a)表示取矩陣a的主對(duì)角線(xiàn)元素構(gòu)成的矢量，1m表示各元素均為1的m維矢量。fm是一個(gè)通過(guò)陣列流型在離散空間方向上構(gòu)造的矩陣。陣列流型是指集合{v(θ),0≤θ≤2π}，其中θ表示空間方向，而v(θ)是相應(yīng)的陣列響應(yīng)矢量。矩陣fm由[v(θ0)v(θ1)…v(θm-1)]^h構(gòu)成，其中θm,0≤m≤m-1是[0,2π]中的m個(gè)離散樣本。當(dāng)基站配備均勻線(xiàn)陣時(shí)，fm表示m點(diǎn)dft矩陣，其第(m,n)個(gè)元素為

應(yīng)當(dāng)注意到，任何滿(mǎn)足以上設(shè)計(jì)原則的矩陣w，可能存在一些替換或衍生矩陣可用于全向預(yù)編碼傳輸方法。例如，采用均勻線(xiàn)陣天線(xiàn)時(shí)，若w左乘以m點(diǎn)dft矩陣，或左乘以m點(diǎn)逆dft矩陣，或右乘以任一k×k的酉矩陣u得到新的預(yù)編碼矩陣，得到矩陣分別為：fmw、wu可用作此處描述傳輸方法中的全向預(yù)編碼矩陣。

下面是采用均勻線(xiàn)陣天線(xiàn)時(shí)，滿(mǎn)足(8)式、(9)式和(10)式給出條件的全向預(yù)編碼矩陣w的三個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例。

實(shí)例1：全向預(yù)編碼矩陣w的不同列可以通過(guò)對(duì)同一個(gè)恒模零自相關(guān)(cazac)序列進(jìn)行不同的線(xiàn)性調(diào)制得到，其k個(gè)調(diào)制序列取自m點(diǎn)dft矩陣的任意k列。w可由以下等式(11)表示：

其中，a是長(zhǎng)度為m的cazac序列，如zadoff-chu序列，序列的各元素的模均為1，序列與其循環(huán)移位序列正交；lk為整數(shù)，0≤lk≤m-1，且當(dāng)m≠k時(shí)，lm≠lk。簡(jiǎn)潔地，w可表示為：

w＝diag(a)fmγ(12)

其中，γ為m×k的矩陣，其每列有且只有一個(gè)非零元素，且滿(mǎn)足γ^hγ＝ik。

實(shí)例2：全向預(yù)編碼矩陣w的不同列可以通過(guò)對(duì)同一個(gè)cazac序列進(jìn)行不同的循環(huán)移位得到，即：

其中，a是長(zhǎng)度為m的cazac序列，如zadoff-chu序列，序列的各元素的模均為1，序列與其循環(huán)移位序列正交；lk為整數(shù)，0≤lk≤m-1，且當(dāng)m≠k時(shí)，lm≠lk；為m×m的置換矩陣，定義為簡(jiǎn)潔地，w可表示為：

其中，circ(a)為m×m的循環(huán)矩陣，其第l列為γ為m×k的矩陣，其每列有且只有一個(gè)非零元素，且滿(mǎn)足γ^hγ＝ik。

實(shí)例3：全向預(yù)編碼矩陣w的不同列可以通過(guò)將一個(gè)k×k恒等矩陣縱向復(fù)制m/k次，然后再乘以一個(gè)由cazac序列構(gòu)成對(duì)角線(xiàn)的對(duì)角陣得到，即：

其中，a是長(zhǎng)度為m的cazac序列，diag(a)表示對(duì)角線(xiàn)元素所構(gòu)成的矢量為a的對(duì)角陣，1m/k為各元素都為1的列向量，表示直積(也稱(chēng)為kronecker積)。

圖7是采用了本發(fā)明實(shí)施例的典型發(fā)射機(jī)實(shí)體或是基站的簡(jiǎn)化功能框圖。如圖7所示，發(fā)射機(jī)實(shí)體700至少由發(fā)射數(shù)據(jù)處理器710，s/t編碼器720，導(dǎo)頻插入器730，tx空間處理器740，連接至多天線(xiàn)單元760的多個(gè)發(fā)射單元750，控制器770和存儲(chǔ)單元780，連同未展示的其他部件構(gòu)成。

在實(shí)際實(shí)施中，tx數(shù)據(jù)處理器710接收并處理(例如編碼、交織和調(diào)制)信息比特流以產(chǎn)生數(shù)據(jù)符號(hào)流。根據(jù)此處描述的全向傳輸方法，s/t編碼器720對(duì)符號(hào)流采用低維s/t編碼方法，接著在導(dǎo)頻插入器中執(zhí)行導(dǎo)頻插入方法。然后，tx空間處理器740，利用全向預(yù)編碼矩陣w，接收并空間地處理產(chǎn)生的信號(hào)，以便為發(fā)射機(jī)單元750(即發(fā)射機(jī)單元1，發(fā)射機(jī)單元2，…，發(fā)射機(jī)單元m)產(chǎn)生m維發(fā)射信號(hào)。每個(gè)發(fā)射機(jī)單元750作為各自發(fā)射信號(hào)的條件(例如ofdm調(diào)制，轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，濾波，放大與頻率轉(zhuǎn)換)，來(lái)產(chǎn)生用于經(jīng)天線(xiàn)單元760發(fā)射的調(diào)制信號(hào)。用于大規(guī)模mimo的基站，其天線(xiàn)單元總數(shù)可至數(shù)百，例如m＝128?？刂破?70用于控制在發(fā)射機(jī)實(shí)體700的各種處理單元運(yùn)行?？刂破?70可以訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器單元780。存儲(chǔ)器單元780用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)以及可供控制器770執(zhí)行的代碼。

應(yīng)當(dāng)理解，圖7中的發(fā)射機(jī)實(shí)體僅為說(shuō)明簡(jiǎn)化，在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中可包括許多變體與添加。

圖8是可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例的典型接收機(jī)實(shí)體或用戶(hù)終端簡(jiǎn)化功能框圖。如圖8所示，接收機(jī)實(shí)體800包含耦合至接收機(jī)單元820的單天線(xiàn)810，信道估計(jì)器830，解碼器840，控制器850與存儲(chǔ)單元860。

在實(shí)際運(yùn)行中，天線(xiàn)810接收從基站經(jīng)由信道發(fā)射的信號(hào)，并向接收機(jī)單元820提供接收信號(hào)。接收機(jī)單元820用于執(zhí)行與發(fā)射機(jī)實(shí)體中發(fā)射機(jī)單元(例如圖7中的發(fā)射機(jī)單元750)中的處理互為補(bǔ)充的處理，從而向解碼器840提供接收信號(hào)，并在信道估計(jì)器830接收到導(dǎo)頻信號(hào)。利用來(lái)自信道估計(jì)器830的信道估計(jì)信息，解碼器840能夠解碼接收到的數(shù)據(jù)符號(hào)，并恢復(fù)原始比特流?？刂破?50用于控制在接收機(jī)實(shí)體800的各種處理單元運(yùn)行?？刂破?50可以訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器單元860，存儲(chǔ)器單元860用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)以及可供控制器850執(zhí)行的代碼。

應(yīng)當(dāng)理解，圖8中的接收機(jī)實(shí)體800僅為說(shuō)明簡(jiǎn)化，在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中可包括許多變體與添加。例如，在接收機(jī)實(shí)體中可實(shí)現(xiàn)多天線(xiàn)，在這種情況下，可包括一個(gè)能執(zhí)行來(lái)自多個(gè)連接至多天線(xiàn)接收機(jī)單元接收信號(hào)空間處理的rx空間處理器。

雖然上面已經(jīng)描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解，它們僅以示例的方式而不是限制的方式被呈現(xiàn)。同樣，各種圖可以描繪用于本公開(kāi)的示例架構(gòu)或其他配置，其用于幫助理解可以包括在本公開(kāi)中的特征和功能。本公開(kāi)不限于所示示例性架構(gòu)或配置，而是可以使用各種替代架構(gòu)和配置來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，盡管上面根據(jù)各種示例性實(shí)施例和實(shí)現(xiàn)方式描述了本公開(kāi)，但是應(yīng)當(dāng)理解，在一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)實(shí)施例中描述的各種特征和功能性不限于它們對(duì)它們的特定實(shí)施例的適用性描述。它們可以單獨(dú)或以某種組合應(yīng)用于本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)其他實(shí)施例，無(wú)論這樣的實(shí)施例是否被描述，以及這些特征是否被呈現(xiàn)為所描述的實(shí)施例的一部分。因此，本公開(kāi)的寬度和范圍不應(yīng)受到任何上述示例性實(shí)施例的限制。

應(yīng)當(dāng)理解，為了清楚起見(jiàn)，上面的描述已經(jīng)參考不同的功能單元和處理器描述了本發(fā)明的實(shí)施例。然而，顯而易見(jiàn)的是，可以使用在不同功能單元，處理器或域之間的任何合適的功能分布，而不偏離本發(fā)明。例如，被示為由單獨(dú)的處理器或控制器執(zhí)行的功能可以由相同的處理器或控制器執(zhí)行。因此，對(duì)特定功能單元的引用僅被視為對(duì)用于提供所描述的功能的合適裝置的引用，而不是指示嚴(yán)格的邏輯或物理結(jié)構(gòu)或組織。

除非另有明確說(shuō)明，否則本文檔中使用的術(shù)語(yǔ)和短語(yǔ)及其變型應(yīng)被解釋為開(kāi)放式的而不是限制性的。作為前述的示例：術(shù)語(yǔ)“包括”應(yīng)該理解為意味著“包括但不限于”等；術(shù)語(yǔ)“示例”用于提供討論中的項(xiàng)目的示例性實(shí)例，而不是其詳盡或限制性列表；和諸如“常規(guī)的”，“傳統(tǒng)的”，“正常的”，“標(biāo)準(zhǔn)的”，“已知的”和類(lèi)似含義的術(shù)語(yǔ)的形容詞不應(yīng)被解釋為將所描述的項(xiàng)目限制到給定時(shí)間段，作為給定時(shí)間。但是，這些術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)被理解為涵蓋可以獲得的，現(xiàn)在已知的或在將來(lái)的任何時(shí)間的常規(guī)的，傳統(tǒng)的，正常的或標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)。同樣地，與連詞“和”鏈接的一組項(xiàng)目不應(yīng)被解讀為要求這些項(xiàng)目中的每一個(gè)都存在于分組中，而是應(yīng)該被理解為“和/或”，除非另有明確說(shuō)明。類(lèi)似地，與連詞“或”鏈接的一組項(xiàng)目不應(yīng)被解讀為在該組中需要相互排他性，而是還應(yīng)該被解讀為“和/或”，除非另有明確說(shuō)明。此外，盡管本公開(kāi)的項(xiàng)目，元件或組件可以以單數(shù)描述或要求保護(hù)，但是復(fù)數(shù)被認(rèn)為在其范圍內(nèi)，除非明確地限定為單數(shù)。在一些情況下，擴(kuò)展詞和短語(yǔ)(諸如“一個(gè)或多個(gè)”，“至少”，“但不限于”)或其他類(lèi)似短語(yǔ)的存在不應(yīng)理解為意味著在實(shí)例中意圖或要求更窄的情況其中這樣的加寬短語(yǔ)可以不存在。

另外，在本發(fā)明的實(shí)施例中可以采用存儲(chǔ)器或其他存儲(chǔ)器以及通信組件。應(yīng)當(dāng)理解，為了清楚起見(jiàn)，上面的描述已經(jīng)參考不同的功能單元和處理器描述了本發(fā)明的實(shí)施例。然而，顯而易見(jiàn)的是，可以使用在不同功能單元，處理邏輯元件或域之間的任何合適的功能分布，而不偏離本發(fā)明。例如，被示為由單獨(dú)的處理邏輯元件或控制器執(zhí)行的功能可以由相同的處理邏輯元件或控制器執(zhí)行。因此，對(duì)特定功能單元的引用僅被視為對(duì)用于提供所描述的功能的合適裝置的引用，而不是指示嚴(yán)格的邏輯或物理結(jié)構(gòu)或組織。

此外，雖然單獨(dú)列出，但是多個(gè)裝置，元件或方法步驟可以通過(guò)例如單個(gè)單元或處理邏輯元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，雖然各個(gè)特征可以包括在不同的權(quán)利要求中，但是這些可以有利地組合。包括在不同的權(quán)利要求中并不意味著特征的組合是不可行的和/或有利的。此外，在一個(gè)類(lèi)別的權(quán)利要求中包括特征并不意味著對(duì)該類(lèi)別的限制，而是該特征可以適當(dāng)?shù)赝瑯舆m用于其他權(quán)利要求類(lèi)別。