二維天線陣列的sfbc發送分集方法

二維天線陣列的sfbc發送分集方法
【專利摘要】本發明提出一種二維天線陣列的SFBC發送分集方法，二維天線陣列的水平方向和垂直方向的天線端口個數為M和N，該方法包括：將用戶數據分為M層，對M層數據進行加入垂直預編碼處理的SFBC編碼操作，編碼操作結果映射到所有天線端口，加入垂直預編碼處理的SFBC編碼操作用下式表示：W為M2×2M的M端口SFBC編碼矩陣；P是一個列向量，P＝[x0 x1 ... xN-1]T,q∈{0,1,...,Q-1},k＝0,1,...,N-1，Q為大于等于N的正整數，W與P做Kronecker積。
【專利說明】
二維天線陣列的SFBC發送分集方法
技術領域
[0001] 本發明涉及無線通信領域，尤其涉及一種二維天線陣列的SFBC發送分集方法。 【背景技術】
[0004] 其中，χ(ν)⑴表示分層得到的第V層數據，V = 0, 1，...，M-1，/ = 〇，1-<=-1，
[0002] 在長期演進系統（Long-Term Evolution)的R8版本中，有多種下行發送模式，其 中TM2發送模式采用一種SFBC (Space Frequency Block Code,空頻分組編碼）的發送分集 方法，這種方法的操作原理框圖如圖1所示，首先將數據分為Μ層（Μ為端口個數），然后對 Μ層數據進行Μ端口的SFBC編碼，編碼結果映射到Μ個天線端口，SFBC編碼過程用下式來 表不：
[0003] 為每層中的數據符號個數，w為大小為M2X2M的SFBC編碼矩陣，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 個天線端口輸出的第 (Mi+b)個數據（即對應于M層數據輸入的第i個數據，第h個天線端口輸出的第b個數 據），h = 0, 1，. . .，M-1，b = 0, 1，. . .，M-1，y (i, b)表示所有 Μ 個天線端 口的第（Mi+b)個 數據組成的列向量，共有Μ個這樣的列向量，則每個天線端口的數據符號個數是 的Μ倍。
[0005] 目前LTE的R8版本僅支持2端口及4端口的發送分集，具體方法如下。
[0006] 2端口的發送分集：
[0007] 當發射端有2根發送天線端口，分別表示為天線0和天線1。數據首先分為二層 X⑴=[，⑴X(1)⑴Γ，然后進行SFBC編碼，如下式，SFBC編碼后0端口和1端口的數 據矢量為[y^a) y(1)(l)]'
[0008]
[0009] 如圖2所示，一個數據序列{^々，^^..丄分為二層^⑴和叉^丄叉? ⑴={S。，S 2,. . . }, x(1)⑴={Si, S3,. . . },經過SFBC編碼后，在天線0上的發送序列為 {S。，Sd S2, S3,. . . }，在天線1上的發送序列為
[0010] 4端口的發送分集：
[0011] 當發射端有4根發送天線端口，分別表示為天線0、天線1、天線2和天線 3。數據首先分為四層 χα) = [χ(0)α) χ(1)α) χ(2)α) χ(3)α)]τ，然后進行sfbc編 碼，如下式，SFBC編碼后0~3端口的數據矢量為[y (Q)(l) y(1)(l) y(2)(l) y(3)(l)]T，
[0012]
[0013] 如圖 3 所示，一個數據序列{S。，Si，S2, S3, . . . }，分為四層 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，...}，經過SFBC編碼后，在天線0上的發送序列為{S^Sd 0,0，...}，在天線1上的 發送序列為{〇, 0, S2, S3,. . . }，在天線2上的發送序列為f-d(U),...丨，在天線3上的發送 序列為丨筆,筆5.+。
[0014] 目前上述SFBC發送分集方法最大可支持的端口個數為4,并且該方法受限于SFBC 編碼過程，僅適用于單用戶數據，無法支持多用戶的發送分集。
[0015] 在第三代合作伙伴計劃（3rd Generation Partnership Project，簡稱 3GPP) LTE65次會議中已經針對全維度多輸入多輸出技術（Ful 1-Dimension Μ頂0,簡稱為 FD-MHTO)立項，用于研究二維天線陣列支持更多天線端口的下行發送方式。二維天線陣列 一方面可提供更多的發送端口，進一步支持更高階的單用戶發送分集，以提高用戶性能；另 一方面可以通過垂直維度的預編碼保證不同用戶之間的類正交，提供了多用戶發送分集的 可能性，可以提升下行系統吞吐量。

【發明內容】

[0016] 本發明提出一種二維天線陣列的SFBC發送分集方法，所述二維天線陣列的水平 方向和垂直方向的天線端口個數分別為Μ和Ν，所述方法包括：
[0017] 將用戶的數據分為Μ層，對Μ層數據進行加入垂直預編碼處理的SFBC編碼操作， 編碼操作結果映射到所有天線端口，所述加入垂直預編碼處理的SFBC編碼操作用下式來 表不：
[0018]
[0019] 其中，，)（1)表示分層得到的第？層數據，丫 = 0，1，...^-1，/ = 〇4，...，從=-：1，' 為每層中的數據符號個數；
[0020] W為大小為Μ2X 2Μ的Μ端口 SFBC編碼矩陣；
[0021] P是一個列向量，
[0022] P = [X。X! · · · xN JT，& .= q e {0, 1，· · ·，Q-l}，k = 0, 1，· · ·，N-1，Q 為大 于等于N的正整數，W與P做Kronecker積；
[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，所有天線端口分為財且， 每組包含M個天線端口，y (a'M+rt(Mi+b)表示第a組的第r個天線端口的第（Mi+b)個符號， r = 0, · · ·，M_l〇
[0024] 優選的，將用戶的數據分為多組，每組數據均分為Μ層，對每組數據分別進行所述 加入垂直預編碼處理的SFBC編碼操作，得到各組的各個天線端口的數據矢量，然后將各個 端口的所述多組的數據矢量進行疊加并發送，各組的數據采用相同的W矩陣，不同組的數 據采用不同的q值，所述多組的數量小于等于N。
[0025] 優選的，對于多個用戶，將各用戶的數據分為Μ層，對各用戶的Μ層數據分別進行 所述加入垂直預編碼處理的SFBC編碼操作，得到各用戶的各個天線端口的數據矢量，然后 將各個端口的所述多個用戶的數據矢量進行疊加并發送，各用戶的數據采用相同的W矩 陣，不同用戶的數據采用不同的q值，所述多個用戶的個數小于等于Ν。
[0026] 上述所有方法中，q可以為固定值，也可以為動態值，可以由eNB根據UE反饋的垂 直信道狀態信息動態調整q值。
[0027] 優選的，Μ = 2, W采用LTE R8版本中的2端口的SFBC編碼矩陣。
[0028] 優選的，Μ = 4, W采用LTE R8版本中的4端口的SFBC編碼矩陣。
[0029] 本發明的發送方法在二維天線陣列情形下，支持單用戶更多天線端口的發送分 集，同時支持多用戶的發送分集。
【附圖說明】
[0030] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發 明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根 據這些附圖獲得其他的附圖。
[0031] 圖1是【背景技術】的SFBC發送分集方法的操作原理框圖；
[0032] 圖2是【背景技術】的2端口的發送分集方法的輸入輸出示意圖；
[0033] 圖3是【背景技術】的4端口的發送分集方法的輸入輸出示意圖；
[0034] 圖4是本發明的SFBC發送分集方法的操作原理框圖。
【具體實施方式】
[0035] 為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例 中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是 本發明一部分實施例，而不是全部的實施例；需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中 的實施例及實施例中的特征可以相互組合。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員 在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0036] 本發明所有實施例均為二維天線陣列場景，Μ為二維天線陣列的水平方向的端口 個數，Ν為二維天線陣列的垂直方向的端口個數。
[0037] 實施例1
[0038] 本發明方法的操作原理框圖如圖4所示，首先將數據分為Μ層，然后對Μ層數據進 行加入垂直預編碼處理的SFBC編碼操作，編碼結果映射到Μ*Ν個天線端口。該方法能夠通 過垂直波束成形進一步提高單用戶的發送分集增益。本實施例以Μ = 2、單用戶的情形為例 具體說明本發明的SFBC發送分集方法，加入垂直預編碼處理的SFBC編碼操作用下式來表 示：
[0039]
[0040] 上式中的W采用LTE R8版本中的2端口的SFBC編碼矩陣。
[0041]
[0042] Q為大于等于N的正整數，當Q等于N時，P向量為DFT向量；當Q大于N時，P向 量為過采樣的DFT向量。
[0043] q取{0，1，...，Q_1}范圍內的一個任意值，q可以為固定值也可以為動態值。
[0044] 例如，當q為固定值時，假設q = 1，則
[0045] 當q為動態值時，eNB每次選擇{0, 1，. . .，Q-1}中的一個值做為發送分集的權值 q，并且告知UE。UE收到發送分集的權值q后，得到當前發送分集的加入垂直預編碼處理的 SFBC編碼矩陣，從而恢復出原始序列。
[0046] 當 N = 2 時，P = [1 X], 1 = q 已 〇, 1，· · ·，Q-1。此時，二維天線陣列為 2*2 大小的發送天線端口，分別表示為天線0、天線1、天線2和天線3,所有天線分為2組，第 1組包含天線0和天線1，第2組包含天線2和天線3。一個數據序列{S。，Si，S2, S3,...}， 分為二層 x(Q)⑴和 xu) (i)，x(Q) (i) = {S。，S2,…, xu) (i)=以，S3,…}。經過加 入垂直預編碼處理的SFBC編碼后，對于第1組天線端口：在天線0上的發送序列為 {S。，Sd S2, S3,. . . }，在天線1上的發送序列為
.對第2組天線端口：在 天線2上的發送序列戈
在天線3上的發送序列為
Μ,
[0047] 當 Ν = 4 時，Ρ = [χ。χ! χ2 χ3]，' q e 〇, 1，· · ·，Q-1。此時，二維天 線陣列為2*4大小的發送天線端口，分別表示為天線0、天線1、天線2、天線3、…天線 7,所有天線分為4組，第1組包含天線0和天線1，第2組包含天線2和天線3,第3組 包含天線4和天線5,第4組包含天線6和天線7。一個數據序列{S。，Si, S2，S3，...}, 分為二層 x(Q)⑴和 xu) (i)，x(Q) (i) = {S。, S2,…, xu) (i) = {Su S3,…}。經過加 入垂直預編碼處理的SFBC編碼后，對于第1組天線端口：在天線0上的發送序列為 {、51，52,53，...}，在天線1上的發送序列戈
對于第2組天線端口： 5 在天線2上的發送序列為
在天線3上的發送 序列〕
；對于第3組天線端口：在天線4上 的發送序列為
，在天線5上的發送序列 為
；:對于第3組天線端口：在天線6上 的發送序列為
，在天線7上的發送序列為
[0048] 實施例2
[0049] 本實施例以Μ = 4、單用戶的情形為例具體說明本發明的SFBC發送分集方法，加入 垂直預編碼處理的SFBC編碼操作用公式1-1來表示：
[0050] 其中的W采用LTE R8版本中的4端口的SFBC編碼矩陣。
[0051] 此時，二維天線陣列為4*N大小的發送天線端口，分別表示為天線0、天線1、天線 2、天線3、…天線4N-1，所有天線分為N組，第1組包含天線0、天線1、天線2和天線3,第2 組包含天線4、天線5、天線6和天線7,其它組依次類推。一個數據序列{S。，Si, S2, S3,...}， 分為四層 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,. . . }。經過加入垂直預編碼處理的SFBC編碼后， 對于第1組天線端口：在天線〇上的發送序列為{S。，Si，0, 0, ...}，在天線1上的發送序列 為{0, 0, S2, S3,. . . }，在天線2上的發送序列為丨，在天線3上的發送序列為 {()，0「-;同理，對于第k組天線端口，k = 0, 1，. . .，N-1 :在天線4k上的發送序列 為
>，在天線4k+l上的發送序列為
在天線4k+2上的發送序列為
在天線4k+3上的發送序列為
[0053] 實施例3
[0054] 在實施例1和實施例2中，用戶數據均被分為Μ層，而本實施例進一步說明如何支 持更多層數的用戶數據的發送分集。本實施例首先將用戶分為Τ組，每組數據再分為Μ層， 用戶數據實際上就被分為了 Μ*Τ層。
[0055] 對每組數據分別進行加入垂直預編碼處理的Μ端口的SFBC編碼操作，得到各組的 各個天線端口的數據矢量，然后將各個端口的所述多組的數據矢量進行疊加并發送，其中 每組數據均采用相同的W矩陣，每組數據進行SFBC編碼操作時采用的Ρ向量組成一個矩陣 Ρ，具體如下：
[0056]
[0057]
[0058] 第j個組選擇Ρ矩陣的第j列做為自己的Ρ向量，并且不同組的數據采用不用的 q值，用q,表示，這樣通過不同列向量之間的弱相關性，就可以區分不同組的波束。為了保 證組之間的正交性或弱相關性，組的個數T必須小于等于N，即最多可支持N組數據的發送 分集。同樣的，以取固定值或動態值。
[0059] 本實施例通過選擇T個不同的q值實現T個不同的垂直預編碼，可保證不同組間 數據的正交或類正交，使單用戶支持更多層數的發送分集，可調度更大塊長數據，提高單用 戶的吞吐量。
[0060] 實施例4
[0061] 本實施例以多用戶的情形為例具體說明本發明的SFBC發送分集方法。本實施例 的基本思想與實施例3類似，共有T個用戶，首先將各個用戶的數據分為Μ層，對各個用戶 的Μ層數據分別進行加入垂直預編碼處理的Μ端口的SFBC編碼操作，得到各用戶的各個天 線端口的數據矢量，然后將各個端口的所述多個用戶的數據矢量進行疊加并發送，其中各 用戶均采用相同的W矩陣，每個用戶的數據進行SFBC編碼操作時采用的P向量組成一個矩 陣P，具體如下：
[0062] 1
[0064] 第j個用戶選擇P矩陣的第j列做為自己的P向量，并且不同用戶的數據采用不 用的q值，用q,表示，這樣通過不同列向量之間的弱相關性，就可以區分不同用戶的波束。 為了保證用戶之間的正交性或弱相關性，用戶的個數T必須小于等于N，即最多可支持N個 用戶的發送分集。同樣的，q,可以取固定值或動態值。
[0065] 本實施例通過選擇T個不同的q值實現T個不同的垂直預編碼，可保證不同用戶 間數據層的正交或類正交，從而支持多用戶的發送分集，提高系統吞吐量。
[0066] 本領域普通技術人員可以理解：實現上述方法實施例的全部或部分步驟可以通過 程序指令相關的硬件來完成，前述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質中，該程序 在執行時，執行包括上述方法實施例的步驟；而前述的存儲介質包括：ROM、RAM、磁碟或者 光盤等各種可以存儲程序代碼的介質。
[0067] 最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡 管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然 可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替 換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精 神和范圍。
【主權項】
1. 二維天線陣列的SFBC發送分集方法，所述二維天線陣列的水平方向和垂直方向的 天線端口個數分別為M和N，所述方法包括： 將用戶的數據分為M層，對M層數據進行加入垂直預編碼處理的SFBC編碼操作，編碼 操作結果映射到所有天線端口，所述加入垂直預編碼處理的SFBC編碼操作用下式來表示：其中，Q)表示分層得到的第V層數據，V = 0, 1，. . .，M-1，i = 0, 1，. . .，M貨品-1, 為每層中的數據符號個數； W為大小為M2 X 2M的M端口 SFBC編碼矩陣； P是一個列向量，q E {0, 1，. . .，Q-l}，k = 0, 1，. . .，N-1，Q 為大于等 于N的正整數，W與P做Kronecker積； 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，所有天線端 口分為 N 組，每組 包含M個天線端口，yb'MW(Mi+b)表示第a組的第r個天線端口的第（Mi+b)個符號，r = 0, ? ? ? , M-1。2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于： 將用戶的數據分為多組，每組數據均分為M層，對每組數據分別進行所述加入垂直預 編碼處理的SFBC編碼操作，得到各組的各個天線端口的數據矢量，然后將各個端口的所述 多組的數據矢量進行疊加并發送，各組的數據采用相同的W矩陣，不同組的數據采用不同 的q值，所述多組的數量小于等于N。3. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于： 對于多個用戶，將各用戶的數據分為M層，對各用戶的M層數據分別進行所述加入垂直 預編碼處理的SFBC編碼操作，得到各用戶的各個天線端口的數據矢量，然后將各個端口的 所述多個用戶的數據矢量進行疊加并發送，各用戶的數據采用相同的W矩陣，不同用戶的 數據采用不同的q值，所述多個用戶的個數小于等于N。4. 根據權利要求1~3任意一項所述的方法，其特征在于；q為固定值。5. 根據權利要求1~3任意一項所述的方法，其特征在于；q為動態值。6. 根據權利要求5所述的方法，其特征在于；eNB根據UE反饋的垂直信道狀態信息動 態調整q值。7. 根據權利要求1~3任意一項所述的方法，其特征在于；M = 2, W采用LTE R8版本 中的2端口的SFBC編碼矩陣。8. 根據權利要求1~3任意一項所述的方法，其特征在于；M = 4, W采用LTE R8版本 中的4端口的SFBC編碼矩陣。
【文檔編號】H04B7/06GK105991178SQ201510075814
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月12日
【發明人】周歡, 孫鵬
【申請人】北京信威通信技術股份有限公司