СПОСОБ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО КОДИРОВАНИЯ НА ОСНОВЕ ФАЗОВОГО СДВИГА И ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИК ДЛЯ ЕГО ПОДДЕРЖКИ Российский патент 2012 года по МПК H04B7/04 

Область техники

[1] Настоящее изобретение относится к способу обобщенного предварительного кодирования на основе фазового сдвига или способу расширенного предварительного кодирования на основе фазового сдвига в системе со многими антеннами, использующей множество поднесущих (частот), и к приемопередатчику для его поддержки.

Предшествующий уровень техники

[2] В настоящее время, когда информационные коммуникационные службы были популяризованы, появилось множество мультимедиа услуг, и появились услуги высокого качества, требования к услугам радиосвязи быстро увеличиваются. Для того чтобы быстро справляться с такой тенденцией, способ повышения пропускной способности связи в среде радиосвязи может включать способ нахождения новых доступных полос частот и способ увеличения эффективности использования ограниченного ресурса. В наиболее современных способах, технологии передачи/приема со многими антеннами с размещением множества антенн в передатчике/приемнике и дальнейшее обеспечение области для использования ресурсов, чтобы получить выигрыш разнесения или параллельную передачу данных через антенны, чтобы увеличить пропускную способность передачи, привлекают много внимания и активно разрабатываются.

[3] Среди технологий передачи/приема со многими антеннами, основная структура системы с многими входами и многими выходами, использующей мультиплексирование с ортогональным частотным разделением (OFDM), будет теперь описана со ссылкой на Фиг.1.

[4] В передатчике, канальный кодер 101 добавляет избыточные биты к битам данных передачи, чтобы уменьшить влияние, связанное с каналом или шумом, устройство 103 отображения преобразует биты данных в информацию символов данных, последовательно/параллельный конвертер 105 преобразует символы данных в параллельные символы данных, которые должны быть переданы множеством поднесущих, и многоантенное кодирующее устройство 107 преобразует символы параллельных данных в пространственно-временные сигналы. Многоантенное декодирующее устройство 109, параллельно/последовательный конвертер 111, устройство обратного отображения 113, канальный декодер 115, включенные в приемник, выполняют функции, обратные функциям канального кодера 107 многих антенн, последовательно/параллельного конвертера 105, устройства отображения 103 и канального кодера 101, соответственно.

[5] В OFDM системах со многими антеннами, требуется множество технологий для повышения надежности передачи данных. Среди них, схема для увеличения выигрыша от пространственного разнесения включает в себя пространственно-временное кодирование (STC) и разнесение с циклической задержкой (CDD), а схема для увеличения отношения сигнал/шум (SNR) включает в себя формирование лучей (BF) и предварительное кодирование. Пространственно-временное кодирование (STC) и разнесение с циклической задержкой (CDD) используются для увеличения надежности передачи в системах с разомкнутым контуром, в которых передатчик не может использовать информацию обратной связи, а формирование лучей (BF) и предварительное кодирование используются, чтобы максимизировать отношение сигнал/шум (SNR), используя информацию обратной связи в системах с замкнутым контуром, в которых передатчик может использовать информацию обратной связи.

[6] Среди этих схем, далее будут объяснены схема для увеличения выигрыша от пространственного разнесения и схема для увеличения отношения сигнал/шум (SNR), а более конкретно, разнесение с циклической задержкой (CDD) и предварительное кодирование.

[7] При разнесении с циклической задержкой (CDD), система, имеющая множество передающих антенн, передает символы мультиплексирования с ортогональным частотным разделением (OFDM символы), имеющие различные задержки или различные уровни, через все антенны таким образом, чтобы приемник получил выигрыш от частотного разнесения. Фиг.2 показывает конфигурацию системы со многими антеннами с использованием разнесения с циклической задержкой (CDD).

[8] OFDM символы разделяются и передаются на антенны через последовательно/параллельный конвертер и кодер для многих антенн, и добавляются к циклическому префиксу, чтобы предотвратить межканальное взаимодействие (межканальная интерференция) при передаче приемнику. Причем последовательность данных, отправленная первой антенне, передается без изменения, а последовательность данных, отправленная следующей антенне, циклически задерживается по отношению к последовательности, отправленной предыдущей антенне посредством заранее определенных битов и затем передается на приемник.

[9] Между тем, если разнесение с циклической задержкой (CDD) реализуется в частотной области, циклическая задержка может быть выражена как результат фазовых последовательностей. В этом случае, как показано на Фиг.3, последовательности данных в частотной области умножаются на заранее определенные различные фазовые последовательности (от фазовой последовательности 1 до фазовой последовательности М) по отношению к антеннам, подвергаются обратному быстрому преобразованию Фурье (IFFT), и таким образом передаются на приемник. Это называется разнесение с фазовым сдвигом.

[10] Если используется разнесение с фазовым сдвигом, то возможно изменить канал с плоскими замираниями на частотно-селективный канал и обеспечить выигрыш от частотного разнесения посредством канального кодирования или обеспечивать выигрыш разнесения многих пользователей посредством частотно-селективного планирования.

[11] Между тем, предварительное кодирование включает в себя предварительное кодирование на основе кодовой книги, которое используется в системе с замкнутым контуром, когда информация обратной связи конечна, и схему для квантования и информацию о питании (мощности) канала обратной связи. Среди них, при предварительном кодировании на основе кодовой книги, индекс матрицы предварительного кодирования, который заранее известен передатчику/приемнику, передается передатчику как информация обратной связи, чтобы получить выигрыш от увеличения отношения сигнал/шум (SNR).

[12] Фиг.4 показывает конфигурацию передатчика/приемника системы со многими антеннами с использованием предварительного кодирования, основанного на кодовой книге. Передатчик и приемник имеют конечные матрицы предварительного кодирования от P₁ до P_L. Приемник отправляет по обратной связи оптимальный индекс 1 матрицы предварительного кодирования, используя информацию о канале, и передатчик применяет матрицу предварительного кодирования, соответствующую индексу, переданному по обратной связи, к данным передачи от X₁ до X_Mt. Таблица 1 показывает пример кодовой книги, которая применима, когда 3-битовая информация обратной связи используется в системе «IEEE 802.16е», которая поддерживает коэффициент 2 пространственного мультиплексирования и имеет две передающие антенны.

[13] Таблица 1

[Таблица 1] Индекс матрицы (двоичный) Столбец 1 Столбец 2 000 1 0 0 1 001 0.7940 -0.5801-j0.1818 -0.5801+j0.818 -0.7940 010 0.7940 -0.0576-j0.6051 -0.0576+j0.6051 -0.7940 011 0.7941 -0.2978+j0.5298 -0.2978-j0.5298 -0.7941 100 0.7941 0.6038-j0.0689 0.6038+j0.0689 -0.7941 101 0.3289 0.6614-j0.6740 0.6614+j0.6740 -0.3289 110 0.5112 0.4754+j0.7160 0.4754-j0.7160 -0.5112 111 0.3289 -0.8779+j0.3481 -0.8779-j0.3481 -0.3289

[14] Разнесение с фазовым сдвигом (PSD) привлекает больше внимания, потому что выигрыш частотно-селективного разнесения может быть получен в системе с разомкнутым контуром, и выигрыш частотно-селективного планирования может быть получен в системе с замкнутым контуром в добавление к рассмотренным выше преимуществам. Однако при коэффициенте пространственного мультиплексирования, равном 1, высокая скорость передачи данных не может быть получена. Кроме того, когда распределение ресурсов фиксировано, сложно получить рассмотренные выше выигрыши.

[15] Кроме того, поскольку рассмотренное выше предварительное кодирование на основе кодовой книги может использовать высокую скорость пространственного мультиплексирования, в то же время требуя небольшое количество информации обратной связи (информации об индексе), возможно эффективно передавать данные. Однако, поскольку должен быть обеспечен устойчивый канал для обратной связи, предварительное кодирование на основе кодовой книги не подходит для среды, в которой изменения в канале чрезмерные, и применимо только для системы с замкнутым контуром.

Раскрытие изобретения

Техническое решение

[16] Настоящее изобретение направлено на способ предварительного кодирования, основанный на фазовом сдвиге, и приемопередатчику, которые существенно устраняют одну или больше проблем из-за ограничений или недостатков предшествующего уровня техники.

[17] Задача настоящего изобретения - обеспечить способ предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге, способный решить недостатки традиционного способа разнесения с циклической задержкой (CDD), разнесения с фазовым сдвигом и схемы предварительного кодирования, и к различным применениям способа предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге, чтобы обобщить или расширить матрицу предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге.

[18] Дополнительные преимущества, цели и особенности изобретения будут изложены частично в описании, которое следует далее, и частично станут очевидными для специалистов в данной области техники после изучения следующего описания или могут быть изучены из осуществления изобретения. Задачи и другие преимущества изобретения могут быть реализованы и достигнуты структурой, более подробно показанной здесь в описании и формуле изобретения наряду с прилагающимися чертежами.

[19] Для того чтобы достичь эти задачи и другие преимущества, и в соответствии с целью изобретения, как осуществлено и широко описано здесь, способ передачи данных с использованием предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге в системе со многими антеннами, использующей множество поднесущих, включает в себя выбор матрицы предварительного кодирования из кодовой книги, как часть матрицы предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге; определение диагональной матрицы для фазового сдвига, как части матрицы предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге; определение унитарной матрицы, как части матрицы предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге; и умножение произведения матрицы предварительного кодирования, диагональной матрицы и унитарной матрицы на символ соответствующей поднесущей, чтобы выполнить предварительное кодирование.

[20] В другом аспекте настоящего изобретения, приемопередатчик для передачи данных и осуществления предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге, в системе со многими антеннами с использованием множества поднесущих включает в себя блок определения матрицы предварительного кодирования, выбирающий матрицу предварительного кодирования из первой кодовой книги, как часть матрицы предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге, определяющий диагональную матрицу для фазового сдвига, как часть матрицы предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге, выбирающий унитарную матрицу из второй кодовой книги, как часть матрицы предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге, и получающий произведение матрицы предварительного кодирования, диагональной матрицы и унитарной матрицы для определения матрицы предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге; и блок предварительного кодирования, умножающий определенную матрицу предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге, на символ соответствующей поднесущей.

[21] В другом аспекте настоящего изобретения, способ передачи данных с использованием предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге, в системе со многими антеннами с использованием множества поднесущих включает в себя определение диагональной матрицы для фазового сдвига, как части матрицы предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге, выбор унитарной матрицы из кодовой книги, как части матрицы предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге, и умножение произведения диагональной матрицы и унитарной матрицы на символ соответствующей поднесущей, чтобы осуществить предварительное кодирование. Матрица предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге, в соответствии с произведением унитарной матрицы и диагональной матрицы включает в себя столбцы, имеющие идентичные фазы.

[22] В другом аспекте настоящего изобретения, способ для передачи данных с использованием предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге, в системе со многими антеннами с использованием множества поднесущих включает в себя определение первой и второй диагональной матрицы для фазового сдвига, как части матрицы предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге, выбор унитарной матрицы из кодовой книги, как части матрицы предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге, и умножение произведения первой диагональной матрицы, унитарной матрицы и второй диагональной матрицы на символ соответствующей поднесущей.

[23] В упомянутых аспектах настоящего изобретения, упомянутая унитарная матрица может быть выбрана из кодовой книги с использованием функционирующего по модулю (MOD) индекса k соответствующей поднесущей с размером N.

[24] В упомянутых аспектах настоящего изобретения, по меньшей мере одна из матриц: матрица предварительного кодирования, диагональная матрица (включая первую диагональную матрицу и вторую диагональную матрицу), и унитарная матрица могут изменяться во времени.

[25] В аспектах настоящего изобретения, по меньшей мере, одна из матриц: матрица предварительного кодирования и унитарная матрица может быть выбрана на базе информации обратной связи от приемника. Причем информация обратной связи может содержать индекс матрицы для, по меньшей мере, одной кодовой книги.

[26] Понятно, что как предыдущее общее описание, так и последующее подробное описание настоящего изобретения являются иллюстративными и поясняющими и предназначены, чтобы обеспечить дальнейшее объяснение изобретения, как оно заявлено.

Краткое описание чертежей

[27] Сопровождающие чертежи, которые включены, чтобы обеспечить дальнейшее понимание изобретения, и которые включены в соответствующий раздел этой заявки, иллюстрируют варианты осуществления изобретения и вместе с описанием служат, чтобы объяснить принцип изобретения. На чертежах:

[28] Фиг.1 - блок-схема, показывающая систему мультиплексирования с ортогональным частотным разделением (OFDM), включающую передающие/приемные антенны;

[29] На Фиг.2 - блок-схема, показывающая передатчик традиционной системы со многими антеннами, использующей схему разнесения с циклической задержкой;

[30] Фиг.3 - блок-схема, показывающая передатчик традиционной системы со многими антеннами, использующей разнесение с фазовым сдвигом;

[31] Фиг.4 - блок-схема, показывающая традиционную систему со многими антеннами, использующую предварительное кодирование;

[32] Фиг.5 - это блок-схема, показывающая основную конфигурацию передатчика/приемника для осуществления предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге;

[33] На Фиг.6 показан график, иллюстрирующий примеры применения предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге и разнесении с фазовым сдвигом;

[34] Фиг.7 - это блок-схема, показывающая вариант осуществления передатчика с использованием мультиплексирования с ортогональным частотным разделением (OFDM) с единственным кодовым словом (SCW), используя предварительное кодирование, основанное на фазовом сдвиге, по отношению к варианту осуществления настоящего изобретения; и

[35] Фиг.8 - блок-схема, показывающая вариант осуществления передатчика с использованием мультиплексирования с ортогональным частотным разделением (OFDM) с множественным кодовым словом (MCW) по отношению к варианту осуществления настоящего изобретения.

Примеры осуществления изобретения

[36] Сейчас будут сделаны ссылки на детальное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, примеры которых иллюстрированы в сопровождающих чертежах. При этом, по возможности, одинаковые номера ссылок будут использованы во всех чертежах, чтобы отсылать к тем же или похожим частям.

[37] Вариант осуществления 1

[38] Матрица предварительного кодирования на основе фазового сдвига

[39] На Фиг.5 показана блок-схема, иллюстрирующая основную конфигурацию передатчика/приемника для осуществления предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге.

[40] В предварительном кодировании, основанном на фазовом сдвиге, все потоки предназначены для передачи через все антенны. При этом указанные потоки умножаются на разные фазовые последовательности. Обычно, когда фазовая последовательность генерируется, используя малую циклическую задержку, значение канала увеличивается или уменьшается в зависимости от частотной области, в то время, как в канале происходит выбор частоты, с точки зрения приемника.

[41] Как показано на Фиг.5, передатчик назначает терминал пользователя на высокую частоту для стабилизации состояния канала в полосе частот, которая колеблется в зависимости от относительно небольшой циклической задержки. Здесь, матрица предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге, используется для применения для каждой антенны циклической задержки, которая постоянно увеличивается или уменьшается.

[42] Матрица Р предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге, может быть выражена уравнением 1.

[43] Уравнение 1

[44]

[45] Где k обозначает индекс поднесущей или индекс определенной полосы частот, и

обозначает комплексное весовое значение, определяемое k. В дополнение, N обозначает число передающих (физических или виртуальных) антенн и R обозначает коэффициент пространственного мультиплексирования. Упомянутое комплексное весовое значение может изменяться в зависимости от индекса поднесущей и определенной полосы частот, которое умножается для каждой антенны. Упомянутое комплексное весовое значение может определяться по меньшей мере одним из следующего: состояние канала и наличие информации обратной связи.

[46] Кроме того, матрица предварительного кодирования Р в уравнении 1 предпочтительно разрабатывается посредством унитарной матрицы для того, чтобы уменьшить потери пропускной способности канала в системе со многими антеннами. Для того чтобы проверить условие для конфигурирования унитарной матрицы, упомянутая пропускная способность системы с разомкнутым контуром со многими антеннами определяется уравнением 2.

[47] Уравнение 2

[48]

[49] где Н обозначает матрицу размерности

N_r×N_t

канала системы со многими антеннами и N_r обозначает число приемных антенн. Уравнение 3 получено с применением упомянутой матрицы Р предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге, в уравнении 2.

[50] Уравнение 3

[51]

[52] Как можно увидеть из уравнения 3, для того, чтобы предотвратить потери пропускной способности, произведение матриц PP^H должно стать единичной матрицей (матрицей тождественного преобразования). Соответственно, матрица Р предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге, должна удовлетворять уравнению 4.

[53] Уравнение 4

[54]

PP^H=I_N

[55] Для того чтобы позволить матрице Р предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге, стать унитарной матрицей, одновременно должны быть удовлетворены два типа условий, а именно - ограничение степени и ограничение ортогональности,. Ограничение степени позволяет уровню каждого столбца матрицы стать 1, и ограничение ортогональности позволяет столбцам матрицы иметь ортогональные характеристики. Эти ограничения выражены в уравнениях 5 и 6.

[56] Уравнение 5

[57]

[58] Уравнение 6

[59]

[60] Далее приводится пример обобщенного уравнения для матрицы предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге, размерности 2×2, и получены уравнения для удовлетворения двух ограничений. Уравнение 7 показывает обобщенное уравнение матрицы предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге, когда число передающих антенн равно 2 и коэффициент пространственного мультиплексирования равен 2.

[61] Уравнение 7

[62]

[63] где α_i и β_i (i=1, 2) - действительные числа, θ_i (i=1, 2, 3, 4) обозначает фазовое значение, и k обозначает индекс поднесущей или определенный индекс субполосы сигнала OFDM (мультиплексирование с ортогональным частотным разделением). Для того чтобы реализовать матрицу предварительного кодирования с унитарной матрицей, должны удовлетворяться ограничение степени по уравнению 8 и ограничение ортогональности по уравнению 9.

[64] Уравнение 8

[65]

[66] Уравнение 9

[68] где надстрочный индекс «*» обозначает комплексно сопряженное число. Ниже следует пример матрицы предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге, размерности 2 на 2, которая удовлетворяет уравнениям 7-9.

[69] Уравнение 10

[70]

[71] где θ₂ и θ₃ имеют соотношение, выраженное уравнением 11, в соответствии с ограничением ортогональности.

[72] Уравнение 11

[73]

kθ₃=-kθ₂+π

[74] Матрица предварительного кодирования может храниться в памяти передатчика и приемника в форме кодовой книги, и кодовая книга может содержать множество матриц предварительного кодирования, сгенерированных с использованием разных конечных значений θ₂. Значение θ₂ может быть правильно установлено в соответствии с состоянием канала и наличием информации обратной связи. Если информация о канале, передаваемая по обратной связи, такая, что используется индекс матрицы предварительного кодирования, то значения θ₂ - небольшие для того, чтобы получить выигрыш частотного планирования, и, если информация о канале, передаваемая по обратной связи, не доступна, значения θ₂ - большие, таким образом обеспечивая высокий выигрыш частотного разнесения.

[75] Тем временем, выигрыш частотного разнесения или выигрыш частотного планирования могут быть получены в соответствии со значением отсчета задержки, применяемого к предварительному кодированию, основанному на фазовом сдвиге. Фиг.6 - это график, показывающий примеры применения предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге, и разнесения с фазовым сдвигом в соответствии со значением отсчета задержки.

[76] Как показано на Фиг.6, поскольку частотно-селективный период короткий, если используется большое значение отсчета задержки (или большая циклическая задержка), избирательность по частоте возрастает, и канальное кодирование легко использует выигрыш частотного разнесения. Это предпочтительно используется в системе с разомкнутым контуром, в которой значение канала сильно меняется по времени, и надежность информации обратной связи ухудшается.

[77] Если используется маленькое значение отсчета задержки, то часть, в которой значение канала увеличивается, и часть, в которой значение канала уменьшается, включаются в частотно-селективный канал, изменяемый из канала с плоскими замираниями. Таким образом, значение канала одной субполосы (область поднесущей) символа OFDM увеличивается и значение канала другой области поднесущей уменьшается.

[78] В системе множественного доступа с ортогональным частотным мультиплексированием (OFDMA), которая может поддерживать множество пользователей, когда сигнал передается каждому пользователю в полосе частот, в которой значение канала увеличивается, отношение сигнал/шум (SNR) может увеличиваться. Поскольку степень распределения полосы частот, в которой значение канала увеличивается, для каждого пользователя может различаться, в системе обеспечивается выигрыш многопользовательского планирования.

[79] Значение отсчета задержки (или циклической задержки) для предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге, может быть значением, которое заранее определено в передатчике/приемнике или информацией обратной связи от приемника. Коэффициент R пространственного мультиплексирования может быть значением, которое предварительно определено в передатчике/приемнике. Альтернативно, приемник периодически может проверять состояние канала, вычислять коэффициент пространственного мультиплексирования и отправлять по обратной связи значение коэффициента пространственного мультиплексирования к передатчику, или передатчик может вычислять и изменять коэффициент пространственного мультиплексирования, используя информацию о канале от приемника.

[80] Вариант Осуществления 2

[81] Обобщенная матрица разнесения с фазовым сдвигом

[82] Матрица предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге, описанная выше, может быть выражена уравнением 12 по отношению к системе, в которой число (физическое или виртуальное) N_t (N_t - положительное число 2 или больше) антенн и коэффициент пространственного мультиплексирования равен R (R положительное число 1 или больше). Поскольку уравнение получено путем обобщения традиционного разнесения с фазовым сдвигом, схема со многими антеннами, выраженная уравнением 12, также называется обобщенным разнесением с фазовым сдвигом (GPSD).

[83] Уравнение 12

[84]

[85] где обозначает матрицу GPSD (матрица обобщенного разнесения с фазовым сдвигом) k-й субполосы или поднесущей сигнала MIMO (много входов - много выходов)-OFDM (мультиплексирование с ортогональным частотным разделением), имеющего коэффициент пространственного мультиплексирования R и N_t передающих (физических или виртуальных) антенн, и обозначает унитарную матрицу, удовлетворяющую условию

,

которое используется, чтобы минимизировать межсимвольные взаимодействия между сигналами (символами) поднесущей, соответствующей каждой антенне. В особенности, для того, чтобы обеспечивать характеристики унитарной матрицы диагональной матрицы для фазового сдвига, предпочтительно, что удовлетворяет условию унитарной матрицы. В уравнении 12, соотношение между фазовым углом θ_i (i=1,…, N_t) частотной области и временем задержки t_i (i=1,…, N_t) временной области выражается уравнением 13.

[86] Уравнение 13

[87]

,

[88] где N_fft, обозначает число поднесущих сигнала OFDM.

[89] Как модифицированный пример уравнения 12, матрица GPSD может определяться следующим образом.

[90] Уравнение 14

[92] Когда получают матрицу для обобщенного разнесения с фазовым сдвигом (GPSD) по уравнению 14, символы потоков данных (или поднесущих OFDM) сдвигают с использованием идентичной фазы, и таким образом обеспечивается структура матрицы. А именно, в то время, как матрица GPSD по уравнению 12 имеет строки, имеющие одинаковую фазу, матрица GPSD по уравнению 14 имеет столбцы, имеющие одинаковую фазу. Символы поднесущих сдвинуты одинаковой фазой. Когда уравнение 14 расширяется, матрица GPSD может быть получена следующим образом, выраженным в уравнении 15.

[93] Уравнение 15

[94]

[95] В соответствии с уравнением 15, поскольку строки и столбцы матрицы GPSD имеют независимые фазы, большая изменяемость выигрыша частотного разнесения может быть получена.

[96] Как пример уравнений 12, 14 и 15, матрица GPSD системы, использующей 1-битовую кодовую книгу и имеющую две передающие антенны, выражена уравнением 16.

[97] Уравнение 16

, α²+β²=1

[99] В уравнении 16, если значение α определено, то значение β легко определяется. Соответственно, значение α может быть установлено, чтобы иметь два значения, и информация о значении α может быть передана как индекс кодовой книги, передаваемый по обратной связи. Например, после взаимного соглашения между передатчиком и приемником, значение α устанавливается на 0.2, если индекс обратной связи равен 0, значение α устанавливается на 0.8, если индекс обратной связи равен 1.

[100] В уравнениях 12, 14 и 15, как пример унитарной матрицы

,

может использоваться заранее определенная матрица предварительного кодирования для получения выигрыша отношения сигнал/шум (SNR). В качестве матрицы предварительного кодирования может использоваться матрица Уолша-Адамара (Walsh Hadarmard) или матрица DFT (дискретное преобразование Фурье). Среди них, когда используется матрица Уолша-Адамара, образец матрицы GPSD по уравнению 12 выражается уравнением 17.

[101] Уравнение 17

[102]

[103] Уравнение 17 получено на базе системы, имеющей коэффициент пространственного мультиплексирования, равный 4, и четыре передающие антенны. Путем соответствующего переконфигурирования унитарной матрицы может быть выбрана конкретная передающая антенна или может быть установлен коэффициент пространственного мультиплексирования.

[104] Кроме того, унитарная матрица

в уравнениях 12, 14 и 15 может быть включена в передатчик и приемник в форме кодовой книги. В этом случае, передатчик принимает информацию индекса кодовой книги, переданную от приемника, выбирает из кодовой книги включенную в нее унитарную матрицу индекса, и конфигурирует матрицу предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге, используя одну из уравнений 12, 14 и 15.

[105] Примеры матриц GPSD, использующих коды Уолша 2×2 и 4×4 как унитарных матриц для уравнений 12, 14 и 15, будут следующие

[106] Таблица 2 [107] 2 передающие антенны Коэффициент 1 Коэффициент 2

[108] Таблица 3 [109] 4 передающие антенны Коэффицент 1 Коэффициент 2 Коэффициент 4

[110] Вариант осуществления 3

[111] Обобщенное разнесение с фазовым сдвигом с изменением во времени

[112] В матрицах GPSD (обобщенное разнесение с фазовым сдвигом) по уравнению 12, 14 и 15, фазовый угол θ_i диагональной матрицы и/или унитарной матрицы U может изменяться во времени. Например, для уравнения 12 матрица GPSD с изменением во времени может быть выражена уравнением 18.

[113] Уравнение 18

[114]

[115]где

обозначает матрицу GPSD k-й поднесущей или субполосы системы MIMO-OFDM, имеющей коэффициент R пространственного мультиплексирования и N_t передающих (физических или виртуальных) антенн в определенное время t, и

обозначает унитарную матрицу (четвертую матрицу) для удовлетворения условия

,

которое используется для минимизации межсимвольного взаимодействия (помех) поднесущей, соответствующей каждой антенне. В частности, для того, чтобы поддерживать характеристики унитарной матрицы диагональной матрицы (третьей матрицы) для фазового сдвига, предпочтительно, что

удовлетворяет условию унитарной матрицы. В уравнении 18, соотношение между фазовым углом θ_i (i=1,…, N_t) и временем задержки θ_i (i=1,… N) выражается уравнением 19.

[116] Уравнение 19

[117]

[118] где N_ffl обозначает число поднесущих сигнала OFDM.

[119] Как можно видеть из уравнений 18 и 19, значение отсчета временной задержки и унитарная матрица могут меняться во времени. Единицей времени может быть единица символа OFDM или заранее определенная единица времени.

[120] Примеры матриц GPSD, использующих коды Уолша 2×2 и 4×4, как унитарных матриц для получения матрицы GPSD с изменением во времени, показаны в Таблицах 4 и 5.

[121] Таблица 4 [122] 2 передающие антенны Коэффициент 1 Коэффициент 2

[123] Таблица 5 [124] 4 передающие антенны Коэффициент 1 Коэффициент 2 Коэффициент 4

[125] Хотя матрица GPSD с изменением во времени в уравнении 12 описана в варианте осуществления 3, могут использоваться диагональная матрица и унитарная матрица из уравнений 14 и 15. Соответственно, хотя уравнение 12 описано в следующих вариантах осуществления, специалистам в данной области техники является очевидным, что уравнения 14 и 15 могут быть аналогичным образом расширены и использованы.

[126] Вариант Осуществления 4

[127] Расширение обобщенного разнесения с фазовым сдвигом

[128] Во втором варианте осуществления, расширенная матрица GPSD может быть сконфигурирована добавлением третьей матрицы, соответствующей матрице предварительного кодирования, к матрице GPSD, составленной из диагональной матрицы и унитарной матрицы. Это выражается в уравнении 20.

[129] Уравнение 20

[131] Расширенная матрица GPSD характеризуется тем, что N_t×R матрица предварительного кодирования Р добавляется впереди диагональной матрицы уравнения 12 и размер диагональной матрицы используется в области (N_t=R) виртуальных антенн, изменен таким образом на R×R. Добавленная матрица предварительного кодирования

может различаться в зависимости от определенной полосы частот или символа определенной поднесущей, и может быть предпочтительно установлена на унитарную матрицу. Возможно получить более оптимизированный выигрыш в отношении сигнал/шум (SNR) путем добавления матрицы предварительного кодирования , если информация обратной связи доступна.

[132] Предпочтительно, что передатчик и приемник включают кодовую книгу, содержащую множество матриц Р предварительного кодирования.

[133] Кроме того, в расширенной GPSD матрице, по меньшей мере одна из матриц: матрица Р предварительного кодирования, фазовый угол 9 диагональной матрицы и унитарная матрица U могут меняться во времени. Когда индекс следующей матрицы Р предварительного кодирования передается в заранее заданную единицу времени или заранее заданном блоке поднесущей, определенная матрица Р предварительного кодирования, соответствующая индексу, может быть выбрана в заранее определенной кодовой книге.

[134] Расширенная матрица GPSD в соответствии с настоящим вариантом осуществления может быть выражена уравнением 21.

[135] Уравнение 21

[136]

[137] Примеры расширенной матрицы GPSD, может использоваться матрица системы со многими антеннами, имеющей две передающие антенны, и матрица системы со многими антеннами, имеющей четыре передающие антенны, выражаются уравнениями 22 и 23. Матрица DFT (дискретное преобразование Фурье) может использоваться как унитарная матрица U, но настоящее изобретение этим не ограничивается. Любая матрица может использоваться до тех пор, пока матрица удовлетворяет условию, такому, как код Уолша-Адамара.

[138] Уравнение 22

[139]

[140] Уравнение 23

[141]

[142] Вариант осуществления 5

[143] Передатчик/приемник для выполнения предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге.

[144] Обычно система связи включает в себе передатчик и приемник. Передатчик и приемник могут быть приемопередатчиком (приемопередающее устройство), который может осуществлять функцию передачи и функцию приема. Для того чтобы сделать ясным описание обратной связи, устройство для передачи данных называется передатчиком, и устройство для отправления данных по обратной связи обратно к передатчику называется приемником.

[145] В нисходящей линии связи, передатчик может быть частью базовой станции, а приемник может быть частью терминала. На восходящей линии связи, передатчик может быть частью терминала, а приемник может быть частью базовой станции. Базовая станция может включать множество приемников и множество передатчиков, и терминал может включать множество приемников и множество передатчиков. В общем, поскольку конфигурация приемника имеет функции, обратные функциям передатчика, только передатчик будет описан в деталях.

[146] На Фиг.7 показана блок-схема, иллюстрирующая вариант осуществления передатчика OFDM (мультиплексирование с ортогональным частотным разделением) с единственным кодовым словом (SCW), используя предварительное кодирование, основанное на фазовом сдвиге, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, и на Фиг.8 - блок-схема, показывающая вариант осуществления передатчика OFDM с множественным кодовым словом (MCW), используя предварительное кодирование, основанное на фазовом сдвиге, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

[147] Поскольку конфигурации, включающие канальные кодеры 510 и 610, перемежители 520 и 620, блоки обратного быстрого преобразования Фурье (IFFT) 550 и 650, и аналоговые конвертеры 560 и 660, подобны элементам на Фиг.1, поэтому описание их будет опущено. Только предварительный кодер 540 и 640 будет описан детально.

[148] Предварительный кодер 540 и 640 включает в себя блоки 541 и 641 определения матрицы предварительного кодирования и блоки 542 и 642 предварительного кодирования.

[149] Блоки 541 и 641 определения матрицы предварительного кодирования определяют матрицы предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге, с использованием одного из уравнений 12, 14, 15, 20 и 21. Поскольку способ определения матрицы предварительного кодирования описан в деталях в вариантах осуществления изобретения со второго по четвертый, поэтому его описание здесь будет опущено. Матрица предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге, определяемая одним из уравнений 12, 14, 15, 20 и 21, может быть изменена на матрицу предварительного кодирования для уменьшения взаимодействия между поднесущими, на фазовый угол диагональной матрицы, и/или унитарную матрицу, в соответствии со временем, как выражено уравнением 18.

[150] Блоки 541 и 641 определения матрицы предварительного кодирования могут выбирать по меньшей мере одну из следующих матриц: матрица предварительного кодирования и унитарная матрица на основе информации обратной связи от приемника. Здесь, предпочтительно, что информация обратной связи содержит индекс матрицы для заранее определенной кодовой книги.

[151] Блоки 542 и 642 предварительного кодирования умножают эту определенную матрицу предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге, на символ OFDM (мультиплексирование с ортогональным частотным разделением) соответствующей поднесущей для выполнения предварительного кодирования.

[152] Специалистам в данной области техники очевидно, что различные модификации и изменения могут быть сделаны в настоящем изобретении без отклонения от сути изобретений. Поэтому подразумевается, что настоящее изобретение покрывает модификации и изменения этого изобретения, в пределах приложенной формулы изобретения и ее эквивалентов.

Промышленная применимость

[153] В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, возможно реализовать эффективную связь с использованием предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге, которое решит недостатки традиционного разнесения с циклической задержкой, разнесения с фазовым сдвигом и схем предварительного кодирования, и дальше улучшит эффективность связи или упростит разработку передатчика/приемника с использованием обобщенного или расширенного предварительного кодирования, основанного на фазовом сдвиге.

Изобретение относится к способу передачи данных с использованием обобщенного предварительного кодирования на основе фазового сдвига или расширенного предварительного кодирования на основе фазового сдвига в системе со многими антеннами, использующей множество несущих, и приемопередатчик для его поддержки. Матрица предварительного кодирования на основе фазового сдвига может быть обобщена и определена в пространственной области произведением диагональной матрицы для фазового сдвига и унитарной матрицы для поддерживания ортогональности. Диагональная матрица может быть расширена произведением матрицы предварительного кодирования для увеличения мощности в канале и упомянутой диагональной матрицы для фазового сдвига. Технический результат - повышение эффективности связи и улучшения обобщения и расширения предварительного кодирования на основе фазового сдвига. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ передачи данных передатчиком с использованием предварительного кодирования на основе фазового сдвига в системе со множеством антенн, использующий несколько поднесущих, содержащий:
выбор матрицы предварительного кодирования из кодовой книги как части матрицы предварительного кодирования на основе фазового сдвига;
определение диагональной матрицы для фазового сдвига как части матрицы предварительного кодирования на основе фазового сдвига;
определение унитарной матрицы как части матрицы предварительного кодирования на основе фазового сдвига;
умножение в модуле предварительного кодирования передатчика произведения матрицы предварительного кодирования, диагональной матрицы и унитарной матрицы на символ соответствующей поднесущей или субполосы, чтобы создать заранее закодированный символ; и передачу этого заранее закодированного символа на приемник.

2. Способ по п.1, в котором упомянутая унитарная матрица выбирается с использованием функционирующего по модулю индекса k кодовой книги для соответствующей поднесущей с размером N.

3. Способ по п.1, в котором упомянутое произведение матрицы предварительного кодирования, диагональной матрицы и унитарной матрицы имеет вид

где k обозначает индекс поднесущей или субполосы, θ_i (i=1,…,R) обозначает фазовый угол, и R обозначает коэффициент пространственного мультиплексирования.

4. Способ по п.3, в котором, по меньшей мере, одна из упомянутых матриц: матрица предварительного кодирования, диагональная матрица и унитарная матрица изменяется со временем.

5. Способ по п.1, в котором упомянутая матрица предварительного кодирования выбирается на основе информации обратной связи от приемника.

6. Способ по п.5, в котором упомянутая информация обратной связи содержит индекс матрицы для кодовой книги.

7. Приемопередатчик для передачи данных и выполнения предварительного кодирования на основе фазового сдвига в системе со множеством антенн, использующий несколько поднесущих, содержащий:
блок определения матрицы предварительного кодирования для выбора матрицы предварительного кодирования из кодовой книги как части матрицы предварительного кодирования на основе фазового сдвига, для определения диагональной матрицы для фазового сдвига как части упомянутой матрицы предварительного кодирования на основе фазового сдвига, для определения унитарной матрицы как части упомянутой матрицы предварительного кодирования на основе фазового сдвига, и для получения произведения упомянутой матрицы предварительного кодирования, диагональной матрицы и унитарной матрицы, чтобы определить упомянутую матрицу предварительного кодирования на основе фазового сдвига; и
блок предварительного кодирования, чтобы умножать упомянутую определенную матрицу предварительного кодирования на основе фазового сдвига на символ соответствующей поднесущей или индекс субполосы, чтобы создать заранее закодированный символ,
при этом передатчик передает этот заранее закодированный символ приемнику.

8. Приемопередатчик по п.7, в котором упомянутая унитарная матрица выбирается с использованием функционирующего по модулю индекса k кодовой книги для соответствующей поднесущей с размером N.

9. Приемопередатчик по п.7, в котором произведение матрицы предварительного кодирования, диагональной матрицы и унитарной матрицы имеет вид

где k обозначает индекс поднесущей или субполосы, θ_i (i=1,…,R) обозначает фазовый угол и R обозначает коэффициент пространственного мультиплексирования.

10. Приемопередатчик по п.9, в котором, по меньшей мере, одна из упомянутых матриц: матрица предварительного кодирования, диагональная матрица и унитарная матрица изменяется со временем.

11. Приемопередатчик по п.7, в котором упомянутая матрица предварительного кодирования выбирается на основе информации обратной связи от приемника.

12. Приемопередатчик по п.11, в котором упомянутая информация обратной связи содержит индекс матрицы для кодовой книги.

13. Способ передачи данных передатчиком с использованием предварительного кодирования на основе фазового сдвига в системе со множеством антенн, использующий несколько поднесущих, содержащий:
определение диагональной матрицы для фазового сдвига как части матрицы предварительного кодирования на основе фазового сдвига;
определение унитарной матрицы как части упомянутой матрицы предварительного кодирования на основе фазового сдвига; и
умножение в модуле предварительного кодирования передатчика произведения упомянутой диагональной матрицы и унитарной матрицы на символ соответствующей поднесущей или субполосы для выполнения предварительного кодирования, чтобы создать заранее закодированный символ; и
передачу этого заранее закодированного символа на приемник,
в котором упомянутая матрица предварительного кодирования на основе фазового сдвига в соответствии с упомянутым произведением унитарной матрицы и диагональной матрицы включает столбцы, имеющие идентичную фазу.

14. Способ по п.13, в котором упомянутое произведение диагональной матрицы и унитарной матрицы имеет вид

где k обозначает индекс поднесущей или субполосы, θ_i (i=1,…,N_t) обозначает фазовый угол и R обозначает коэффициент пространственного мультиплексирования.

15. Способ по п.13, в котором упомянутое произведение диагональной матрицы и унитарной матрицы имеет вид

где k обозначает индекс поднесущей или субполосы, θ_i (i=1,…,R) обозначает фазовый угол, и R обозначает коэффициент пространственного мультиплексирования.

16. Способ передачи данных передатчиком с использованием предварительного кодирования на основе фазового сдвига в системе со множеством антенн использующий несколько поднесущих, содержащий:
определение первой и второй диагональных матриц для фазового сдвига как части матрицы предварительного кодирования на основе фазового сдвига;
выбор из кодовой книги унитарной матрицы как части упомянутой матрицы предварительного кодирования на основе фазового сдвига;
умножение в модуле предварительного кодирования передатчика произведения первой диагональной матрицы, упомянутой унитарной матрицы, и второй диагональной матрицы на символ соответствующей поднесущей, чтобы создать заранее закодированный символ; и
передачу этого заранее закодированного символа на приемник.

17. Способ по п.16, в котором упомянутое произведение первой диагональной матрицы, упомянутой унитарной матрицы, и второй диагональной матрицы имеет вид

где, k обозначает индекс поднесущей или субполосы, θ_i (i=1,…,N_t) и обозначают фазовый угол, и R обозначает коэффициент пространственного мультиплексирования.