一种上行多天线系统开环空间复用的发射方法和装置

摘要

本发明公开了一种上行多天线系统开环空间复用的发射方法，用户设备(UE)在多天线端口上发射各个码字的信息时，将经过传输预编码处理后的信息进行开环预编码处理，将开环预编码处理后的信息进行频域信号处理，并将频域信号处理后的信息变换到时域进行发射；本发明同时还公开了一种上行多天线系统开环空间复用的发射装置。通过本发明的方案，能够提高上行多天线系统下UE的传输性能。

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术，尤其涉及一种上行多天线系统开环空间复用的 发射方法和装置。

背景技术

在无线通信中，如果在发送端和接收端都采用多根天线收发，那么，可以 通过采用空间复用技术来获取更高的数据速率，即：在发送端使用相同的时频 资源发送多个数据流，而在接收端可以通过信道估计得到信道系数矩阵，进而 解调出各个数据流上的数据。

空间复用方式包括开环空间方式的复用(Open-loop spatial multiplexing)和 闭环方式的空间复用(Close-loop spatial multiplexing)。其中闭环空间复用是指 根据信道状态(CSI，Channel Status Information)信息在发送端对信号进行预编 码处理，图1是闭环空间复用多输入多输出(MIMO，Multiple Input Multiple  Output)天线系统的结构示意图，包括：发送端的预编码前处理模块、预编码 模块、预编码后处理模块、以及接收端的多天线处理模块、接收处理模块、码 本选取模块、反馈通道；其中，接收端的码本选取模块将使用的预编码码本矩 阵的索引值通过反馈通道通知发送端的预编码模块，发送端的预编码前处理模 块对发射的信息进行编码、调制、层映射等，之后通过预编码模块和预编码后 处理模块在MIMO天线发射，接收端通过多天线处理模块和接收处理模块对接 收到的信息进行解码、解调。图1中，发送端需要基于CSI对信息进行预编码 处理，发送端获取CSI的途径之一是通过接收端的反馈。为了降低反馈的开销， 一般采用的方式是在接收端和发送端保存相同的码本(codebook)，即预编码矩 阵集。接收端根据当前信道状况，在码本中选择适合的预编码矩阵并将其在集 合中的预编码矩阵索引(PMI，Per-Coding Metric Indicator)反馈回发送端，发 送端根据反馈的PMI找到预编码矩阵，并对发送信号进行预编码。而开环空间 复用是指发送端不根据接收端发送的信道状态信息对信号进行预编码处理，而 是根据事先确定的固定码本组合对信号进行预编码处理。

在长期演进系统(LTE，Long Term Evolution)中，下行物理共享信道 (PDSCH)支持以开环空间复用模式发射，图2示出了LTE系统中PDSCH传 输过程，包括：对发射的信息进行加扰、调制、层映射、预编码、资源单元(RE) 映射、生成正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 信号等过程，其中，层映射的方式如表1所示：

表1

其中，表示第j个码字对应的调制符号个数， 表示第υ层对应的调制符号个数。

对于开环空间复用，预编码的过程如公式(1)所示：

$\left(\begin{array}{c}{y}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ .\\ .\\ .\\ y^{(P-1)}\left(i\right)\end{array}\right)=W\left(i\right)D\left(i\right)U\left(\begin{array}{c}{x}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ .\\ .\\ .\\ x^{(\upsilon -1)}\left(i\right)\end{array}\right)---\left(1\right)$

其中，预编码矩阵W(i)是一个P×υ的矩阵，D(i)和U的取值如表2所示；预编码矩阵在基站(eNB，eNode B)和用户设备 (UE，User Equipment)配置的预编码码本中选择，对于2天线端口，W(i)＝C₁， 其中C₁表示表3中码字索引为0对应的预编码矩阵；对于4天线端口，UE假 设基站在不同向量[x⁽⁰⁾(i)...x^(υ-1)(i)]^T上循环使用不同的预编码矩阵，每个υ向量 都使用不同的预编码矩阵，即W(i)＝C_k，其中C₁、C₂、C₃、C₄分别代表表4中码字索引为12、13、14、15对应的预编码矩阵；

表2

表3

表4

在LTE系统的下一代演进(LTE-A，LTE-Advanced)系统中，为了获得更 高的数据速率，上行引入单用户空间复用(SU-MIMO，Single User MIMO)技 术，图3示出了LTE-A系统中PUSCH传输过程，包括：对发射的信息进行加 扰、调制、层映射、传输预编码、预编码、RE映射、生成SC-FDMA信号等过 程。SU-MIMO模式下层映射的方式如表5所示：

表5

其中，表示第j个码字对应的调制符号个数， 表示第υ层对应的调制符号个数。

LTE-A系统中还规定了SU-MIMO使用的预编码码本，如表6、7、8、9、 10所示，表6表示2天线端口传输时使用的预编码码本，表7表示4天线端口 传输且υ＝1时使用的预编码码本，表84天线端口传输且υ＝2时使用的预编码 码本，表9表示4天线端口传输且υ＝3时使用的预编码码本，表10表示4天线 端口传输且υ＝4时使用的预编码码本。

表6

表7

表8

表9

表10

LTE-A系统中，增加了用来调度SU-MIMO模式下PUSCH传输的上行调 度授权信令，上行调度授权信令是由具有下行控制信息(DCI，Downlink Control  Information)格式4(format 4)的物理下行控制信道(PDCCH，Physical Downlink  Control Channel)发送给所调度的UE。DCI format 4中有3比特(对应于2天 线端口)或6比特(对应于4天线端口)用于指示空间复用使用的预编码索引 信息，称为预编码和层数信息(Pre-coding information and number of layers)。

为了保证更高移动速度用户的传输性能，LTE-A系统引入上行开环空间复 用，现有技术中规定开环空间复用最多支持2层的传输；现有的上行开环空间 复用的方案是：考虑到上行的单载波特性，将层映射后的信息进行预编码操作 时，只以符号或者时隙为单位循环使用不同的预编码码字，采用这种开环空间 复用的发射方法，获得的频率分集增益有限，对多天线系统下UE的传输性能 改善有限。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种上行多天线系统开环空间复用 的发射方法和装置，提高上行多天线系统下UE的传输性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供的一种上行多天线系统开环空间复用的发射方法，该方法包括：

UE在多天线端口上发射各个码字的信息时，将经过传输预编码处理后的信 息进行开环预编码处理；

将开环预编码处理后的信息进行频域信号处理，并将频域信号处理后的信 息变换到时域进行发射。

上述方案中，所述开环预编码处理包括：层交织和预编码处理；或预编码 处理和循环延迟处理；或层交织、预编码处理和循环延迟处理。

上述方案中，所述预编码处理为以符号或者时隙为单位循环使用不同的预 编码码字的预编码处理；或者为以子载波、子载波组、或子带为单位循环使用 不同的预编码码字的预编码处理。

上述方案中，所述开环预编码处理为以子载波为单位循环使用不同的预编 码码字的预编码处理。

上述方案中，在进行开环预编码处理之前，该方法进一步包括：UE将层映 射后各层上的信息进行传输预编码处理。

上述方案中，在进行传输预编码处理之前，该方法进一步包括：UE将在多 天线端口上发射的各个码字的信息进行加扰；将加扰后的信息进行调制；并将 调制后的信息进行层映射。

本发明提供的一种上行多天线系统开环空间复用的发射装置，该装置包括： 开环预编码处理模块、频域信号处理模块、信息发射模块；其中，

开环预编码处理模块，用于在多天线端口上发射各个码字的信息时，将经 过传输预编码处理后的信息进行开环预编码处理，将开环预编码处理后的信息 发送到频域信号处理模块；

频域信号处理模块，用于将开环预编码处理后的信息进行频域信号处理， 并将频域信号处理后的信息发送到信息发射模块；

信息发射模块，用于将频域信号处理后的信息变换到时域进行发射。

上述方案中，所述开环预编码处理包括：层交织和预编码处理；或预编码 处理和循环延迟处理；或层交织、预编码处理和循环延迟处理。

上述方案中，所述开环预编码处理为以子载波为单位循环使用不同的预编 码码字的预编码处理。

上述方案中，该装置还包括加扰模块、调制模块、层映射模块和传输预编 码处理模块；其中，

加扰模块，用于在多天线端口上发射各个码字的信息时，将各个码字的信 息进行加扰；

调制模块，用于将加扰后的信息进行调制；

层映射模块，用于将调制后的信息进行层映射；

传输预编码处理模块，用于将层映射后各层上的信息进行传输预编码处理。

本发明提供了一种上行多天线系统开环空间复用的发射方法和装置，UE 在多天线端口上发射各个码字的信息时，将经过传输预编码处理后的信息进行 开环预编码处理，将开环预编码处理后的信息进行频域信号处理，并将频域信 号处理后的信息变换到时域进行发射；如此，通过本发明的方案，可以提高上 行多天线系统下UE的传输性能。

附图说明

图1为现有技术中闭环空间复用多天线系统的结构示意图；

图2为现有技术中LTE系统中PDSCH传输过程示意图；

图3为现有技术中LTE-A系统中PUSCH传输过程示意图；

图4为本发明实现一种上行多天线系统开环空间复用的发射方法的流程示 意图；

图5为本发明实现一种上行多天线系统开环空间复用的发射装置的结构示 意图。

具体实施方式

本发明的基本思想是：UE在多天线端口上发射各个码字的信息时，将经过 传输预编码处理后的信息进行开环预编码处理，将开环预编码处理后的信息进 行频域信号处理，并将频域信号处理后的信息变换到时域进行发射。

下面通过附图及具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明实现一种上行多天线系统开环空间复用的发射方法，如图4所示， 该方法包括以下几个步骤：

步骤101：UE在多天线端口上发射各个码字的信息时，将各个码字的信息 进行加扰；

具体的，UE在多天线端口上发射各个码字的信息时，对各个码字的信息 进行加扰，得到其中q代表第q个码字， 代表第q个码字传输信息的比特数；所述加扰的具体实现属于现有技术，这 里不再赘述。

步骤102：UE将加扰后的信息进行调制；

具体的，UE根据调制阶数将加扰后的信息进行调制， 得到其中代表第q个码字传输的调制符号个数；其中， UE根据上行调度授权信令获得各个码字的调制阶数；所述调制的具体实现属于 现有技术，这里不再赘述。

步骤103：UE将调制后的信息进行层映射；

具体的，UE根据层数信息将调制后的信息进行层映 射，映射到各层上的信息x(i)为x(i)＝[x⁽⁰⁾(i)...x^(υ-1)(i)]^T；其中，UE根据上行调 度授权信令获得层数信息，υ代表层数，代表每层上的调 制符号个数；所述层映射的具体实现属于现有技术，这里不再赘述。

步骤104：UE将层映射后各层上的信息进行传输预编码处理；

具体的，UE将层映射后各层上的信息x(i)＝[x⁽⁰⁾(i)...x^(υ-1)(i)]^T进行传输预编 码处理，所述传输预编码处理后的信息y(i)为y(i)＝[y⁽⁰⁾(i)...y^(υ-1)(i)]^T，其中 υ代表层数，代表每层上的调制符号个数；所述传输预编 码处理的具体实现属于现有技术，这里不再赘述。

步骤105：UE将经过传输预编码处理后的信息进行开环预编码处理；

具体的，UE将各层上经过传输预编码处理后的信息y(i)＝[y⁽⁰⁾(i)...y^(υ-1)(i)]^T进行开环预编码处理，得到各天线发射的信息z(i)为z(i)＝[z⁽⁰⁾(i)...z^(P-1)(i)]^T， 其中i为调制符号的索引，代表每层上的调 制符号个数，p代表层数；

所述开环预编码处理可以包括：

层交织和预编码处理，即：

$\left(\begin{array}{c}{z}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ .\\ .\\ .\\ z^{(P-1)}\left(i\right)\end{array}\right)=W\left(l\right)D\left(q\right)\left(\begin{array}{c}{y}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ .\\ .\\ .\\ y^{(\upsilon -1)}\left(i\right)\end{array}\right);$

或预编码处理和循环延迟处理，即：

$\left(\begin{array}{c}{z}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ .\\ .\\ .\\ z^{(P-1)}\left(i\right)\end{array}\right)=D\left(l\right)W\left(q\right)\left(\begin{array}{c}{y}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ .\\ .\\ .\\ y^{(\upsilon -1)}\left(i\right)\end{array}\right);$

或层交织、预编码处理和循环延迟处理，即：

$\left(\begin{array}{c}{z}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ .\\ .\\ .\\ z^{(P-1)}\left(i\right)\end{array}\right)=D\left(i\right)W\left(l\right)L\left(q\right)\left(\begin{array}{c}{y}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ .\\ .\\ .\\ y^{(\upsilon -1)}\left(i\right)\end{array}\right);$

上述中l，q代表子载波、子载波组、子带、符号或时隙的索引，l和q代表 的索引单位可以相同也可以不同，

上述中L表示层交织处理，当层数等于1时，L(q)＝1；当层数等于2时， L(q)＝LS_m，m代表$\mathrm{LS}=\left(\begin{array}{cc}\left(\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\end{array}\right)& \left(\begin{array}{cc}0& 1\\ 1& 0\end{array}\right)\end{array}\right)$中的第m个层交织处理矩阵，m的取值和 q有关，例如m＝mod(q，2)；

其中W表示预编码处理，W(l)＝C_k，W(i)＝C_k，C_k代表开环空间复用的预编 码码本中的预编码码字索引，k的取值和l有关，开环空间复用的预编码码本可 以在现有的预编码码本中选择预编码码字组成，也可以重新构造，不属于本发 明的范畴，本实施例中假设开环空间复用的预编码码本是在现有的预编码码本 中选择预编码码字组成的；

上述的预编码处理可以是以符号或者时隙为单位循环使用不同的预编码码 字的预编码处理，也可以是以子载波、子载波组、或子带为单位循环使用不同 的预编码码字的预编码处理，其中子载波组为连续几个子载波组成。所述子载 波、子带、符号、时隙的定义属于现有技术，这里不再赘述；

上述中D表示循环延迟处理，D(i)和发射天线数、层数、预编码码本有关， 例如，当发射天线端口数为2时，

$D\left(i\right)=\left(\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& e^{-j2\mathrm{\pi i}/2}\end{array}\right);$

当发射天线端口数为4时，

$D\left(i\right)=\left(\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& e^{-j2\mathrm{\pi i}/4}& 0& 0\\ 0& 0& e^{-j4\mathrm{\pi i}/4}& 0\\ 0& 0& 0& e^{-j6\mathrm{\pi i}/4}\end{array}\right);$

当发射天线端口数为4且层数为2时，

如果使用的预编码码字的形式为$\left(\begin{array}{cc}1& 0\\ x& 0\\ 0& 1\\ 0& y\end{array}\right)$(x，y∈{1，-1，j，-j}) ，则

$D\left(i\right)=\left(\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& e^{-j4\mathrm{\pi i}/4}& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& e^{-j4\mathrm{\pi i}/4}\end{array}\right)$或$D\left(i\right)=\left(\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& e^{-j4\mathrm{\pi i}/4}& 0& 0\\ 0& 0& e^{-j2\mathrm{\pi i}/4}& 0\\ 0& 0& 0& e^{-j6\mathrm{\pi i}/4}\end{array}\right);$

如果使用的预编码码字形式为$\left(\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\\ x& 0\\ 0& y\end{array}\right)$(x，y∈{1，-1}) ，则

$D\left(i\right)=\left(\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& e^{-j4\mathrm{\pi i}/4}& 0\\ 0& 0& 0& e^{-j4\mathrm{\pi i}/4}\end{array}\right)$或$\left(\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& e^{-j2\mathrm{\pi i}/4}& 0& 0\\ 0& 0& e^{-j4\mathrm{\pi i}/4}& 0\\ 0& 0& 0& e^{-j6\mathrm{\pi i}/4}\end{array}\right);$

如果使用的预编码码字形式为$\left(\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\\ 0& y\\ x& 0\end{array}\right)$(x，y∈{1，-1}) ，则

$D\left(i\right)=\left(\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& e^{-j4\mathrm{\pi i}/4}& 0\\ 0& 0& 0& e^{-j4\mathrm{\pi i}/4}\end{array}\right)$或$\left(\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& e^{j2\mathrm{\pi i}/4}& 0& 0\\ 0& 0& e^{-j6\mathrm{\pi i}/4}& 0\\ 0& 0& 0& e^{-j4\mathrm{\pi i}/4}\end{array}\right).$

进一步的，所述开环预编码处理还可以是以子载波为单位循环使用不同的 预编码码字的预编码处理，即：

$\left(\begin{array}{c}{z}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ .\\ .\\ .\\ z^{(P-1)}\left(i\right)\end{array}\right)=W\left(i\right)\left(\begin{array}{c}{y}^{\left(0\right)}\left(i\right)\\ .\\ .\\ .\\ y^{(\upsilon -1)}\left(i\right)\end{array}\right).$

步骤106：UE将开环预编码处理后的信息进行频域信号处理，并将频域信 号处理后的信息变换到时域进行发射；

具体的，UE将经过开环预编码处理后的信息进行频域信号处理后，变换到 时域，并将变换到时域的信息在多天线端口上发射；其中，所述进行频域信号 处理一般是插入导频和/或子载波映射。

为了实现上述方法，本发明还提供一种上行多天线系统开环空间复用的发 射装置，如图5所示，该装置位于UE中，包括：开环预编码处理模块41、频 域信号处理模块42、信息发射模块43；其中，

开环预编码处理模块41，用于在多天线端口上发射各个码字的信息时，将 经过传输预编码处理后的信息进行开环预编码处理，将开环预编码处理后的信 息发送到频域信号处理模块42；

频域信号处理模块42，用于将开环预编码处理后的信息进行频域信号处 理，并将频域信号处理后的信息发送到信息发射模块43；

信息发射模块43，用于将频域信号处理后的信息变换到时域进行发射。

所述开环预编码处理可以包括：层交织和预编码处理；或预编码处理和循 环延迟处理；或层交织、预编码处理和循环延迟处理。

进一步的，所述开环预编码处理还可以是以子载波为单位循环使用不同的 预编码码字的预编码处理。

进一步的，该装置还包括加扰模块44、调制模块45、层映射模块46和传 输预编码处理模块47；其中，

加扰模块44，用于在多天线端口上发射各个码字的信息时，将各个码字的 信息进行加扰；

调制模块45，用于将加扰后的信息进行调制；

层映射模块46，用于将调制后的信息进行层映射；

传输预编码处理模块47，用于将层映射后各层上的信息进行传输预编码处 理。

通过上述方案，提高了上行多天线系统开环空间复用时的传输性能，从而 保证更高移动速度UE的上行传输性能。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范 围。