二维天线阵列的sfbc发送分集方法

文档序号:10626486阅读:427来源:国知局
二维天线阵列的sfbc发送分集方法
【专利摘要】本发明提出一种二维天线阵列的SFBC发送分集方法,二维天线阵列的水平方向和垂直方向的天线端口个数为M和N,该方法包括:将用户数据分为M层,对M层数据进行加入垂直预编码处理的SFBC编码操作,编码操作结果映射到所有天线端口,加入垂直预编码处理的SFBC编码操作用下式表示:W为M2×2M的M端口SFBC编码矩阵;P是一个列向量,P=[x0 x1 ... xN-1]T,q∈{0,1,...,Q-1},k=0,1,...,N-1,Q为大于等于N的正整数,W与P做Kronecker积。
【专利说明】
二维天线阵列的SFBC发送分集方法
技术领域
[0001] 本发明涉及无线通信领域,尤其涉及一种二维天线阵列的SFBC发送分集方法。 【背景技术】
[0004] 其中,χ(ν)⑴表示分层得到的第V层数据,V = 0, 1,...,M-1,/ = 〇,1-<=-1,
[0002] 在长期演进系统(Long-Term Evolution)的R8版本中,有多种下行发送模式,其 中TM2发送模式采用一种SFBC (Space Frequency Block Code,空频分组编码)的发送分集 方法,这种方法的操作原理框图如图1所示,首先将数据分为Μ层(Μ为端口个数),然后对 Μ层数据进行Μ端口的SFBC编码,编码结果映射到Μ个天线端口,SFBC编码过程用下式来 表不:
[0003] 为每层中的数据符号个数,w为大小为M2X2M的SFBC编码矩阵,y(i,b) = [yw (Mi+b) y(1) (Mi+b) . . . y(M 1} (Mi+b)]T, b = 0, . . .,M-l,y(h) (Mi+b)表示第 h 个天线端口输出的第 (Mi+b)个数据(即对应于M层数据输入的第i个数据,第h个天线端口输出的第b个数 据),h = 0, 1,. . .,M-1,b = 0, 1,. . .,M-1,y (i, b)表示所有 Μ 个天线端 口的第(Mi+b)个 数据组成的列向量,共有Μ个这样的列向量,则每个天线端口的数据符号个数是 的Μ倍。
[0005] 目前LTE的R8版本仅支持2端口及4端口的发送分集,具体方法如下。
[0006] 2端口的发送分集:
[0007] 当发射端有2根发送天线端口,分别表示为天线0和天线1。数据首先分为二层 X⑴=[,⑴X(1)⑴Γ,然后进行SFBC编码,如下式,SFBC编码后0端口和1端口的数 据矢量为[y^a) y(1)(l)]'
[0008]
[0009] 如图2所示,一个数据序列{^々,^^..丄分为二层^⑴和叉^丄叉? ⑴={S。,S 2,. . . }, x(1)⑴={Si, S3,. . . },经过SFBC编码后,在天线0上的发送序列为 {S。,Sd S2, S3,. . . },在天线1上的发送序列为
[0010] 4端口的发送分集:
[0011] 当发射端有4根发送天线端口,分别表示为天线0、天线1、天线2和天线 3。数据首先分为四层 χα) = [χ(0)α) χ(1)α) χ(2)α) χ(3)α)]τ,然后进行sfbc编 码,如下式,SFBC编码后0~3端口的数据矢量为[y (Q)(l) y(1)(l) y(2)(l) y(3)(l)]T,
[0012]
[0013] 如图 3 所示,一个数据序列{S。,Si,S2, S3, . . . },分为四层 x(Q) (i)、x(1) (i)、x(2) (i) 和 x(3) (i), x(0) (i) = {S0, S4, · · · }, x(1) (i) = {S!,S5, · · · }, x(2) (i) = {S2, S6, · · · }, x(3) (i)= {S3, S7,...},经过SFBC编码后,在天线0上的发送序列为{S^Sd 0,0,...},在天线1上的 发送序列为{〇, 0, S2, S3,. . . },在天线2上的发送序列为f-d(U),...丨,在天线3上的发送 序列为丨笔,笔5.+。
[0014] 目前上述SFBC发送分集方法最大可支持的端口个数为4,并且该方法受限于SFBC 编码过程,仅适用于单用户数据,无法支持多用户的发送分集。
[0015] 在第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Project,简称 3GPP) LTE65次会议中已经针对全维度多输入多输出技术(Ful 1-Dimension Μ頂0,简称为 FD-MHTO)立项,用于研究二维天线阵列支持更多天线端口的下行发送方式。二维天线阵列 一方面可提供更多的发送端口,进一步支持更高阶的单用户发送分集,以提高用户性能;另 一方面可以通过垂直维度的预编码保证不同用户之间的类正交,提供了多用户发送分集的 可能性,可以提升下行系统吞吐量。

【发明内容】

[0016] 本发明提出一种二维天线阵列的SFBC发送分集方法,所述二维天线阵列的水平 方向和垂直方向的天线端口个数分别为Μ和Ν,所述方法包括:
[0017] 将用户的数据分为Μ层,对Μ层数据进行加入垂直预编码处理的SFBC编码操作, 编码操作结果映射到所有天线端口,所述加入垂直预编码处理的SFBC编码操作用下式来 表不:
[0018]
[0019] 其中,,)(1)表示分层得到的第?层数据,丫 = 0,1,...^-1,/ = 〇4,...,从=-:1,' 为每层中的数据符号个数;
[0020] W为大小为Μ2X 2Μ的Μ端口 SFBC编码矩阵;
[0021] P是一个列向量,
[0022] P = [X。X! · · · xN JT,& .= q e {0, 1,· · ·,Q-l},k = 0, 1,· · ·,N-1,Q 为大 于等于N的正整数,W与P做Kronecker积;
[0023] Ya(i) = [ya(i,0) ya(i,1)…ya(i,M_l)]T,a = 0,···,Ν-1,ya(i,b) = [y(a.M) (Mi+b) y(a'M+1)(Mi+b)…7^_1)收+13)]'匕=0,...,1-1,其中,所有天线端口分为财且, 每组包含M个天线端口,y (a'M+rt(Mi+b)表示第a组的第r个天线端口的第(Mi+b)个符号, r = 0, · · ·,M_l〇
[0024] 优选的,将用户的数据分为多组,每组数据均分为Μ层,对每组数据分别进行所述 加入垂直预编码处理的SFBC编码操作,得到各组的各个天线端口的数据矢量,然后将各个 端口的所述多组的数据矢量进行叠加并发送,各组的数据采用相同的W矩阵,不同组的数 据采用不同的q值,所述多组的数量小于等于N。
[0025] 优选的,对于多个用户,将各用户的数据分为Μ层,对各用户的Μ层数据分别进行 所述加入垂直预编码处理的SFBC编码操作,得到各用户的各个天线端口的数据矢量,然后 将各个端口的所述多个用户的数据矢量进行叠加并发送,各用户的数据采用相同的W矩 阵,不同用户的数据采用不同的q值,所述多个用户的个数小于等于Ν。
[0026] 上述所有方法中,q可以为固定值,也可以为动态值,可以由eNB根据UE反馈的垂 直信道状态信息动态调整q值。
[0027] 优选的,Μ = 2, W采用LTE R8版本中的2端口的SFBC编码矩阵。
[0028] 优选的,Μ = 4, W采用LTE R8版本中的4端口的SFBC编码矩阵。
[0029] 本发明的发送方法在二维天线阵列情形下,支持单用户更多天线端口的发送分 集,同时支持多用户的发送分集。
【附图说明】
[0030] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发 明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根 据这些附图获得其他的附图。
[0031] 图1是【背景技术】的SFBC发送分集方法的操作原理框图;
[0032] 图2是【背景技术】的2端口的发送分集方法的输入输出示意图;
[0033] 图3是【背景技术】的4端口的发送分集方法的输入输出示意图;
[0034] 图4是本发明的SFBC发送分集方法的操作原理框图。
【具体实施方式】
[0035] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例 中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是 本发明一部分实施例,而不是全部的实施例;需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中 的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员 在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0036] 本发明所有实施例均为二维天线阵列场景,Μ为二维天线阵列的水平方向的端口 个数,Ν为二维天线阵列的垂直方向的端口个数。
[0037] 实施例1
[0038] 本发明方法的操作原理框图如图4所示,首先将数据分为Μ层,然后对Μ层数据进 行加入垂直预编码处理的SFBC编码操作,编码结果映射到Μ*Ν个天线端口。该方法能够通 过垂直波束成形进一步提高单用户的发送分集增益。本实施例以Μ = 2、单用户的情形为例 具体说明本发明的SFBC发送分集方法,加入垂直预编码处理的SFBC编码操作用下式来表 示:
[0039]
[0040] 上式中的W采用LTE R8版本中的2端口的SFBC编码矩阵。
[0041]
[0042] Q为大于等于N的正整数,当Q等于N时,P向量为DFT向量;当Q大于N时,P向 量为过采样的DFT向量。
[0043] q取{0,1,...,Q_1}范围内的一个任意值,q可以为固定值也可以为动态值。
[0044] 例如,当q为固定值时,假设q = 1,则
[0045] 当q为动态值时,eNB每次选择{0, 1,. . .,Q-1}中的一个值做为发送分集的权值 q,并且告知UE。UE收到发送分集的权值q后,得到当前发送分集的加入垂直预编码处理的 SFBC编码矩阵,从而恢复出原始序列。
[0046] 当 N = 2 时,P = [1 X], 1 = q 已 〇, 1,· · ·,Q-1。此时,二维天线阵列为 2*2 大小的发送天线端口,分别表示为天线0、天线1、天线2和天线3,所有天线分为2组,第 1组包含天线0和天线1,第2组包含天线2和天线3。一个数据序列{S。,Si,S2, S3,...}, 分为二层 x(Q)⑴和 xu) (i),x(Q) (i) = {S。,S2,…, xu) (i)=以,S3,…}。经过加 入垂直预编码处理的SFBC编码后,对于第1组天线端口:在天线0上的发送序列为 {S。,Sd S2, S3,. . . },在天线1上的发送序列为
.对第2组天线端口:在 天线2上的发送序列戈
在天线3上的发送序列为
Μ,
[0047] 当 Ν = 4 时,Ρ = [χ。χ! χ2 χ3],' q e 〇, 1,· · ·,Q-1。此时,二维天 线阵列为2*4大小的发送天线端口,分别表示为天线0、天线1、天线2、天线3、…天线 7,所有天线分为4组,第1组包含天线0和天线1,第2组包含天线2和天线3,第3组 包含天线4和天线5,第4组包含天线6和天线7。一个数据序列{S。,Si, S2,S3,...}, 分为二层 x(Q)⑴和 xu) (i),x(Q) (i) = {S。, S2,…, xu) (i) = {Su S3,…}。经过加 入垂直预编码处理的SFBC编码后,对于第1组天线端口:在天线0上的发送序列为 {、51,52,53,...},在天线1上的发送序列戈
对于第2组天线端口: 5 在天线2上的发送序列为
在天线3上的发送 序列〕
;对于第3组天线端口:在天线4上 的发送序列为
,在天线5上的发送序列 为
;:对于第3组天线端口:在天线6上 的发送序列为
,在天线7上的发送序列为
[0048] 实施例2
[0049] 本实施例以Μ = 4、单用户的情形为例具体说明本发明的SFBC发送分集方法,加入 垂直预编码处理的SFBC编码操作用公式1-1来表示:
[0050] 其中的W采用LTE R8版本中的4端口的SFBC编码矩阵。
[0051] 此时,二维天线阵列为4*N大小的发送天线端口,分别表示为天线0、天线1、天线 2、天线3、…天线4N-1,所有天线分为N组,第1组包含天线0、天线1、天线2和天线3,第2 组包含天线4、天线5、天线6和天线7,其它组依次类推。一个数据序列{S。,Si, S2, S3,...}, 分为四层 x(〇) (i)、x(1) (i)、x(2) (i)和 x(3) (i),x(〇) (i) = {S。,S4, · · ·},x(1) (i) = {S!,S5, · · ·}, x(2) (i) = {S2, S6,. . . },x(3) (i) = {S3, S7,. . . }。经过加入垂直预编码处理的SFBC编码后, 对于第1组天线端口:在天线〇上的发送序列为{S。,Si,0, 0, ...},在天线1上的发送序列 为{0, 0, S2, S3,. . . },在天线2上的发送序列为丨,在天线3上的发送序列为 {(),0「-;同理,对于第k组天线端口,k = 0, 1,. . .,N-1 :在天线4k上的发送序列 为
>,在天线4k+l上的发送序列为
在天线4k+2上的发送序列为
在天线4k+3上的发送序列为
[0053] 实施例3
[0054] 在实施例1和实施例2中,用户数据均被分为Μ层,而本实施例进一步说明如何支 持更多层数的用户数据的发送分集。本实施例首先将用户分为Τ组,每组数据再分为Μ层, 用户数据实际上就被分为了 Μ*Τ层。
[0055] 对每组数据分别进行加入垂直预编码处理的Μ端口的SFBC编码操作,得到各组的 各个天线端口的数据矢量,然后将各个端口的所述多组的数据矢量进行叠加并发送,其中 每组数据均采用相同的W矩阵,每组数据进行SFBC编码操作时采用的Ρ向量组成一个矩阵 Ρ,具体如下:
[0056]
[0057]
[0058] 第j个组选择Ρ矩阵的第j列做为自己的Ρ向量,并且不同组的数据采用不用的 q值,用q,表示,这样通过不同列向量之间的弱相关性,就可以区分不同组的波束。为了保 证组之间的正交性或弱相关性,组的个数T必须小于等于N,即最多可支持N组数据的发送 分集。同样的,以取固定值或动态值。
[0059] 本实施例通过选择T个不同的q值实现T个不同的垂直预编码,可保证不同组间 数据的正交或类正交,使单用户支持更多层数的发送分集,可调度更大块长数据,提高单用 户的吞吐量。
[0060] 实施例4
[0061] 本实施例以多用户的情形为例具体说明本发明的SFBC发送分集方法。本实施例 的基本思想与实施例3类似,共有T个用户,首先将各个用户的数据分为Μ层,对各个用户 的Μ层数据分别进行加入垂直预编码处理的Μ端口的SFBC编码操作,得到各用户的各个天 线端口的数据矢量,然后将各个端口的所述多个用户的数据矢量进行叠加并发送,其中各 用户均采用相同的W矩阵,每个用户的数据进行SFBC编码操作时采用的P向量组成一个矩 阵P,具体如下:
[0062] 1
[0064] 第j个用户选择P矩阵的第j列做为自己的P向量,并且不同用户的数据采用不 用的q值,用q,表示,这样通过不同列向量之间的弱相关性,就可以区分不同用户的波束。 为了保证用户之间的正交性或弱相关性,用户的个数T必须小于等于N,即最多可支持N个 用户的发送分集。同样的,q,可以取固定值或动态值。
[0065] 本实施例通过选择T个不同的q值实现T个不同的垂直预编码,可保证不同用户 间数据层的正交或类正交,从而支持多用户的发送分集,提高系统吞吐量。
[0066] 本领域普通技术人员可以理解:实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过 程序指令相关的硬件来完成,前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中,该程序 在执行时,执行包括上述方法实施例的步骤;而前述的存储介质包括:ROM、RAM、磁碟或者 光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0067] 最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽 管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然 可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替 换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精 神和范围。
【主权项】
1. 二维天线阵列的SFBC发送分集方法,所述二维天线阵列的水平方向和垂直方向的 天线端口个数分别为M和N,所述方法包括: 将用户的数据分为M层,对M层数据进行加入垂直预编码处理的SFBC编码操作,编码 操作结果映射到所有天线端口,所述加入垂直预编码处理的SFBC编码操作用下式来表示:其中,Q)表示分层得到的第V层数据,V = 0, 1,. . .,M-1,i = 0, 1,. . .,M货品-1, 为每层中的数据符号个数; W为大小为M2 X 2M的M端口 SFBC编码矩阵; P是一个列向量,q E {0, 1,. . .,Q-l},k = 0, 1,. . .,N-1,Q 为大于等 于N的正整数,W与P做Kronecker积; Ya(i) = [ya(i,〇) ya(i,l) ... ya(i,M-l)]T,a = 〇,...,N-l,ya(i,b) = [y(a.M)(Mi+b) yb'MW (Mi+b) . . . yb'M+M " (Mi+b)]T,b = 0, . . .,M-1,其中,所有天线端 口分为 N 组,每组 包含M个天线端口,yb'MW(Mi+b)表示第a组的第r个天线端口的第(Mi+b)个符号,r = 0, ? ? ? , M-1。2. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于: 将用户的数据分为多组,每组数据均分为M层,对每组数据分别进行所述加入垂直预 编码处理的SFBC编码操作,得到各组的各个天线端口的数据矢量,然后将各个端口的所述 多组的数据矢量进行叠加并发送,各组的数据采用相同的W矩阵,不同组的数据采用不同 的q值,所述多组的数量小于等于N。3. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于: 对于多个用户,将各用户的数据分为M层,对各用户的M层数据分别进行所述加入垂直 预编码处理的SFBC编码操作,得到各用户的各个天线端口的数据矢量,然后将各个端口的 所述多个用户的数据矢量进行叠加并发送,各用户的数据采用相同的W矩阵,不同用户的 数据采用不同的q值,所述多个用户的个数小于等于N。4. 根据权利要求1~3任意一项所述的方法,其特征在于;q为固定值。5. 根据权利要求1~3任意一项所述的方法,其特征在于;q为动态值。6. 根据权利要求5所述的方法,其特征在于;eNB根据UE反馈的垂直信道状态信息动 态调整q值。7. 根据权利要求1~3任意一项所述的方法,其特征在于;M = 2, W采用LTE R8版本 中的2端口的SFBC编码矩阵。8. 根据权利要求1~3任意一项所述的方法,其特征在于;M = 4, W采用LTE R8版本 中的4端口的SFBC编码矩阵。
【文档编号】H04B7/06GK105991178SQ201510075814
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月12日
【发明人】周欢, 孙鹏
【申请人】北京信威通信技术股份有限公司
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