本發(fā)明涉及無(wú)線(xiàn)通信方法，特別是涉及大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)完美全向預(yù)編碼的同步信號(hào)和信號(hào)的發(fā)送與接收方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，一種在基站端配置大量天線(xiàn)的MIMO(大規(guī)模MIMO)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)獲得了學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的廣泛關(guān)注。在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中，基站端一般配置數(shù)十個(gè)以上天線(xiàn)單元(如128或256個(gè))，且同時(shí)服務(wù)數(shù)十個(gè)用戶(hù)(如40個(gè))。基站端的大量天線(xiàn)單元可以較大幅度地提升無(wú)線(xiàn)通信空間自由度，大幅提升傳輸速率、頻譜效率和功率效率，并在相當(dāng)程度上消除小區(qū)間干擾。天線(xiàn)在數(shù)量上的增加使得每個(gè)天線(xiàn)單元可以被做得尺寸更小、成本更低。利用大規(guī)模天線(xiàn)單元提供的空間自由度，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，大幅提升頻譜效率。基站端大量的天線(xiàn)單元也使得各用戶(hù)上下行傳輸具有更好的空間指向性，由此顯著降低基站和移動(dòng)終端的發(fā)射功率，大幅提升功率效率。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。以上所述的多個(gè)優(yōu)勢(shì)使得大規(guī)模MIMO具有極佳的應(yīng)用前景。

公共信道在蜂窩系統(tǒng)中具有非常重要的作用，基站端的許多信息都需經(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。公共信道設(shè)計(jì)的一個(gè)基本要求是所發(fā)送的信號(hào)具有全向特性，以保證可靠覆蓋。目前已有的全向發(fā)射方案(如單天線(xiàn)發(fā)射、循環(huán)延遲分集(CDD)及空時(shí)分組碼(STBC))只適用于發(fā)射端天線(xiàn)數(shù)較少(不多于八根)的MIMO系統(tǒng)，這些方案無(wú)法直接應(yīng)用于配置大規(guī)模陣列天線(xiàn)的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)。例如，一種傳統(tǒng)的方法是使用單根全向天線(xiàn)來(lái)廣播信號(hào)(可以從多根發(fā)射天線(xiàn)中選定一根天線(xiàn)來(lái)發(fā)射)，然而所選的單根天線(xiàn)必須具有比其它天線(xiàn)配置更大更昂貴的功放，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。由于大規(guī)模MIMO的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是顯著提高的功率效率，即每個(gè)天線(xiàn)單元配置的功放可以隨著天線(xiàn)數(shù)的增多而顯著減小，可以看出，如果直接在大規(guī)模MIMO中采用單天線(xiàn)發(fā)射方案，所期望的功率效率優(yōu)勢(shì)將會(huì)丟失?？諘r(shí)編碼傳輸和循環(huán)時(shí)延分集(CDD)是被LTE等系統(tǒng)廣泛采用的全向分集傳輸技術(shù)，如果將其直接擴(kuò)展應(yīng)用于大規(guī)模MIMO系 統(tǒng)，不僅系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在著困難，而且存在著導(dǎo)頻開(kāi)銷(xiāo)隨著基站端天線(xiàn)數(shù)線(xiàn)性增加的應(yīng)用瓶頸問(wèn)題。近年來(lái)，針對(duì)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中全向信號(hào)傳輸問(wèn)題，已有空域信號(hào)擴(kuò)展或預(yù)編碼方法被提出，但是都不能保證完美的全向傳輸，各空間方向的發(fā)送信號(hào)功率不相同，在一定程度上會(huì)影響同步性能和全向信號(hào)傳輸?shù)男阅堋?/p>

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種能夠克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)完美全向預(yù)編碼同步信號(hào)和信號(hào)的發(fā)送與接收方法。

技術(shù)方案：為達(dá)到此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明所述的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)完美全向預(yù)編碼的同步信號(hào)發(fā)送方法，基站或者發(fā)送裝置間歇地生成K×L的同步信號(hào)，然后對(duì)同步信號(hào)進(jìn)行完美全向預(yù)編碼處理，對(duì)同步信號(hào)左乘M×K的完美全向預(yù)編碼矩陣W，得到M×L的發(fā)送信號(hào)，用作天線(xiàn)陣列發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)，其中K為同步信號(hào)的維度，2≤K＜M，M為基站天線(xiàn)數(shù)，L為一個(gè)發(fā)送周期內(nèi)同步信號(hào)的長(zhǎng)度。

進(jìn)一步，所述完美全向預(yù)編碼矩陣W滿(mǎn)足如下設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：

(1)發(fā)送信號(hào)在各空間方向的功率相同，保證完美的全向覆蓋；

(2)各天線(xiàn)單元上的發(fā)射信號(hào)功率相同，最大化各射頻通道和天線(xiàn)陣列的功率效率。

進(jìn)一步，所述完美全向預(yù)編碼矩陣W滿(mǎn)足如下條件：

(1)完美全向預(yù)編碼矩陣W各列的M點(diǎn)序列的離散時(shí)間傅里葉變換的模平方之和為常數(shù)；

(2)完美全向預(yù)編碼矩陣W的各行向量具有相同的2范數(shù)；

(3)完美全向預(yù)編碼矩陣W的各列向量具有相同的2范數(shù)且相互正交。

進(jìn)一步，所述完美全向預(yù)編碼矩陣W由一個(gè)多相互補(bǔ)正交序列集合中的K個(gè)序列構(gòu)成，且所述多相互補(bǔ)正交序列集合包括K個(gè)長(zhǎng)度為M的序列。

進(jìn)一步，當(dāng)K＝2時(shí)，所述多相互補(bǔ)正交序列集合中的兩個(gè)列序列為Golay序列對(duì)。

進(jìn)一步，所述完美全向預(yù)編碼矩陣W通過(guò)如下方法得到：首先構(gòu)造出一個(gè)維度為的完美全向預(yù)編碼矩陣W′，然后對(duì)完美全向預(yù)編碼矩陣W′的每列進(jìn)行K倍插零處理，得到完美全向預(yù)編碼矩陣W，且所述完美全向預(yù)編碼矩陣W的各行只有一個(gè)非零元素。

進(jìn)一步，所述完美全向預(yù)編碼矩陣W通過(guò)如下方法得到：對(duì)完美全向預(yù)編碼矩陣W₀右乘以一個(gè)K×K階酉矩陣U，得到M×K階完美全向預(yù)編碼矩陣W。

本發(fā)明所述的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)完美全向預(yù)編碼的同步信號(hào)接收方法，經(jīng)過(guò)完美全向預(yù)編碼處理后的同步信號(hào)經(jīng)過(guò)傳輸信道后由移動(dòng)終端或者接收裝置進(jìn)行接收，移動(dòng)終端或者接收裝置利用接收到的同步信號(hào)和同步信號(hào)的本地副本進(jìn)行接收同步處理。

進(jìn)一步，所述移動(dòng)終端或者接收裝置利用接收到的同步信號(hào)和同步信號(hào)的本地副本進(jìn)行接收同步處理的過(guò)程包括以下步驟：

S1：移動(dòng)終端或者接收裝置對(duì)定位位置θ處接收到的同步信號(hào)與同步信號(hào)的本地副本進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算并求得能量；

S2：合并多個(gè)延遲徑對(duì)應(yīng)的的能量，得到總能量；

S3：將總能量與閾值進(jìn)行比較：如果總能量大于閾值，則判定定位位置θ已對(duì)準(zhǔn)；否則，則判定定位位置θ未對(duì)準(zhǔn)，并變換定位位置θ，返回步驟S1。

本發(fā)明所述的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)完美全向預(yù)編碼的信號(hào)發(fā)送方法，基站或者發(fā)送裝置經(jīng)過(guò)低維空時(shí)編碼生成K維矢量信號(hào)，然后對(duì)K維矢量信號(hào)進(jìn)行完美全向預(yù)編碼處理，對(duì)每個(gè)矢量信號(hào)左乘M×K的完美全向預(yù)編碼矩陣W，得到M維矢量發(fā)送信號(hào)，用作天線(xiàn)陣列發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)，其中K＜M，M為基站天線(xiàn)數(shù)。

進(jìn)一步，所述發(fā)送信號(hào)包括導(dǎo)頻信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)，基站或者發(fā)送裝置中發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)的同時(shí)間歇地插入導(dǎo)頻信號(hào)，且數(shù)據(jù)信號(hào)和導(dǎo)頻信號(hào)是使用了相同的完美全向預(yù)編碼矩陣進(jìn)行了相同的完美全向預(yù)編碼處理后的信號(hào)。

進(jìn)一步，所述完美全向預(yù)編碼矩陣W滿(mǎn)足如下設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：

(1)發(fā)送信號(hào)在各空間方向的功率相同，保證完美的全向覆蓋；

(2)各天線(xiàn)單元上的發(fā)射信號(hào)功率相同，最大化各射頻通道和天線(xiàn)陣列的功率效率。

進(jìn)一步，所述完美全向預(yù)編碼矩陣W滿(mǎn)足如下設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：經(jīng)過(guò)完美全向預(yù)編碼后的高維空時(shí)信號(hào)的分集度與未經(jīng)完美全向預(yù)編碼的低維空時(shí)信號(hào)的分集度相同。

進(jìn)一步，所述完美全向預(yù)編碼矩陣W滿(mǎn)足如下條件：

(1)完美全向預(yù)編碼矩陣W各列的M點(diǎn)序列的離散時(shí)間傅里葉變換的模平方之和為常數(shù)；

(2)完美全向預(yù)編碼矩陣W的各行向量具有相同的2范數(shù)；

(3)完美全向預(yù)編碼矩陣W的各列向量具有相同的2范數(shù)且相互正交。

進(jìn)一步，所述完美全向預(yù)編碼矩陣W由一個(gè)多相互補(bǔ)正交序列集合中的K個(gè)序列構(gòu)成，且所述多相互補(bǔ)正交序列集合包括K個(gè)長(zhǎng)度為M的序列。

進(jìn)一步，當(dāng)K＝2時(shí)，所述多相互補(bǔ)正交序列集合中的兩個(gè)列序列為Golay序列對(duì)。

進(jìn)一步，所述完美全向預(yù)編碼矩陣W通過(guò)如下方法得到：首先構(gòu)造出一個(gè)維度為的完美全向預(yù)編碼矩陣W′，然后對(duì)完美全向預(yù)編碼矩陣W′的每列進(jìn)行K倍插零處理，得到完美全向預(yù)編碼矩陣W，且所述完美全向預(yù)編碼矩陣W的各行只有一個(gè)非零元素。

進(jìn)一步，所述完美全向預(yù)編碼矩陣W通過(guò)如下方法得到：對(duì)完美全向預(yù)編碼矩陣W₀右乘以一個(gè)K×K階酉矩陣U，得到M×K階完美全向預(yù)編碼矩陣W。

本發(fā)明所述的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)完美全向預(yù)編碼的信號(hào)接收方法，所述經(jīng)過(guò)完美全向預(yù)編碼處理后的發(fā)送信號(hào)經(jīng)過(guò)傳輸信道后由移動(dòng)終端或者接收裝置進(jìn)行接收，移動(dòng)終端或者接收裝置利用接收到的發(fā)送信號(hào)進(jìn)行接收信號(hào)處理。

進(jìn)一步，所述接收信號(hào)處理中，移動(dòng)終端或接收裝置的信道估計(jì)和數(shù)據(jù)信號(hào)檢測(cè)在完美全向預(yù)編碼域降維的等效信道上實(shí)施；利用接收導(dǎo)頻信號(hào)，通過(guò)信道估計(jì)，獲得預(yù)編碼域等效信道參數(shù)的估計(jì)值；利用接收數(shù)據(jù)信號(hào)和信道參數(shù)估計(jì)值，在預(yù)編碼域等效信道上進(jìn)行空時(shí)解碼，得到恢復(fù)的數(shù)據(jù)信號(hào)；預(yù)編碼域等效信道為實(shí)際的高維信道乘以完美全向預(yù)編碼矩陣W。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

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

(2)基站發(fā)送的信號(hào)在各個(gè)天線(xiàn)上的功率相同，能夠最大化功率效率；

(3)通過(guò)完美全向預(yù)編碼方法實(shí)現(xiàn)降維傳輸，可以大幅降低數(shù)據(jù)傳輸時(shí)所需的導(dǎo)頻開(kāi)銷(xiāo)，大幅降低空時(shí)編碼和解碼的復(fù)雜度，大幅提高全向信號(hào)傳輸?shù)恼w效率；

(4)能夠獲得分集增益，提高全向信號(hào)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)完美全向預(yù)編碼的同步信號(hào)發(fā)送方法和接收方法流程示意圖；

圖2為本發(fā)明的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)完美全向預(yù)編碼的信號(hào)發(fā)送方法和 接收方法流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式和附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的介紹。

對(duì)于大規(guī)模MIMO系統(tǒng)，考慮單小區(qū)情況，基站所配置的大規(guī)模天線(xiàn)陣列有多個(gè)扇面，每個(gè)扇面由大量的天線(xiàn)單元構(gòu)成，當(dāng)各天線(xiàn)單元采用全向天線(xiàn)或120度扇區(qū)天線(xiàn)時(shí)，相鄰天線(xiàn)單元的間距可設(shè)計(jì)為λ/2和其中λ為載波波長(zhǎng)。大規(guī)模天線(xiàn)陣列也可以采用圓陣列或其它方便安裝的陣列結(jié)構(gòu)。大規(guī)模天線(xiàn)陣列中各天線(xiàn)單元通過(guò)各自的收發(fā)射頻單元、模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換單元、數(shù)字光模塊及光纖傳輸通道與數(shù)字基帶處理單元相連。

本發(fā)明公開(kāi)了一種大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)完美全向預(yù)編碼的同步信號(hào)發(fā)送方法，如圖1所示，基站或者發(fā)送裝置間歇地生成K×L的同步信號(hào)，然后對(duì)同步信號(hào)進(jìn)行完美全向預(yù)編碼處理，對(duì)同步信號(hào)左乘M×K的完美全向預(yù)編碼矩陣W，得到M×L的發(fā)送信號(hào)，用作天線(xiàn)陣列發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)，其中K為同步信號(hào)的維度，2≤K＜M，M為基站天線(xiàn)數(shù)，L為一個(gè)發(fā)送周期內(nèi)同步信號(hào)的長(zhǎng)度。

考慮基站發(fā)送和移動(dòng)終端接收的下行鏈路。在進(jìn)行同步信號(hào)傳輸時(shí)，考慮離散時(shí)間域?qū)拵Ф鄰叫诺馈４送?，不失一般性，僅考慮單個(gè)移動(dòng)終端的接收，并設(shè)基站端配備的天線(xiàn)單元數(shù)為M，移動(dòng)終端配備單根天線(xiàn)。

在發(fā)送端，首先生成長(zhǎng)度為L(zhǎng)的K維(K大于等于2、且小于M)同步信號(hào)s(n)，n＝0,1,...,L-1，s(n)中的所有K路分量的能量應(yīng)相同，并互相正交，即 其中c為一常數(shù)，而I_K為K×K的恒等矩陣；然后，對(duì)s(n)進(jìn)行完美全向預(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的完美預(yù)編碼矩陣，所得到信號(hào)x(n)用作大規(guī)模天線(xiàn)陣列發(fā)送的離散時(shí)間數(shù)字基帶信號(hào)。

本發(fā)明還公開(kāi)了一種大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)完美全向預(yù)編碼的同步信號(hào)接收方法，如圖1所示，在接收端，以y(n+θ)，n＝0,1,...,L-1表示移動(dòng)終端或接收裝置單個(gè)接收天線(xiàn)在定位位置為θ處所得到連續(xù)L點(diǎn)離散時(shí)間數(shù)字基帶信號(hào)。將y(n+θ)與同步信號(hào)s(n)的本地副本做互相關(guān)運(yùn)算，并求得相關(guān)值的能量，然后合并多個(gè)延遲徑位置的能量，將得到的總能量與閾值進(jìn)行比較，如果大于閾值則判決為定位位置θ已對(duì)準(zhǔn)，如果小于閾值則判決為定位位置θ未對(duì)準(zhǔn)，并變換定位位置θ重復(fù)以上互相關(guān)運(yùn)算及閾值比較過(guò)程，直至定位位置θ對(duì)準(zhǔn)，得到定位同步位置信息。

其中，長(zhǎng)度為L(zhǎng)的K維同步信號(hào)s(n)，n＝0,1,...,L-1可以根據(jù)已有的經(jīng)典序列產(chǎn)生，如Zadoff-Chu序列、Golay序列等。以Zadoff-Chu序列且K＝2的情況為例，s(n)可以通過(guò)對(duì)同一個(gè)Zadoff-Chu序列進(jìn)行不同的循環(huán)移位得到，如

式(1)中，等號(hào)右邊的第一行[c₀,c₁,...,c_L-1]表示一個(gè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的Zadoff-Chu序列，第二行相當(dāng)于對(duì)[c₀,c₁,...,c_L-1]進(jìn)行了L/2的循環(huán)移位。假設(shè)信道在每次傳輸同步信號(hào)時(shí)是近似不變的，接收端在定位位置θ處接收到的數(shù)字基帶信號(hào)y(n)可以表示為：

式(2)中，P為基站與用戶(hù)間信道可分辨的總延遲徑數(shù)，h_p為第p個(gè)延遲徑對(duì)應(yīng)的M維信道向量，τ_p為第p個(gè)延遲徑對(duì)應(yīng)的延遲，z(n)表示加性高斯白噪聲。

將定位位置θ處的連續(xù)L點(diǎn)接收信號(hào)y(n+θ)，n＝0,1,...,L-1與同步信號(hào)的本地副本進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，求得相關(guān)值的能量，并合并多個(gè)延遲徑的能量，即

其中||·||₂表示矢量的2范數(shù)。將Λ(θ)與閾值進(jìn)行比較，如果大于閾值則判決為定位位置θ已對(duì)準(zhǔn)，如果小于閾值則判決為定位位置θ未對(duì)準(zhǔn)，并變換定位位置θ重復(fù)以上互相關(guān)運(yùn)算及閾值比較過(guò)程，直至定位位置θ對(duì)準(zhǔn)。

本發(fā)明還公開(kāi)了一種大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)完美全向預(yù)編碼的信號(hào)發(fā)送方法，如圖2所示，基站或者發(fā)送裝置經(jīng)過(guò)低維空時(shí)編碼生成K維矢量信號(hào)，然后對(duì)K維矢量信號(hào)進(jìn)行完美全向預(yù)編碼處理，對(duì)每個(gè)矢量信號(hào)左乘M×K的完美全向預(yù)編碼矩陣W，得到M維矢量發(fā)送信號(hào)，用作天線(xiàn)陣列發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)。其中的發(fā)送信號(hào)是導(dǎo)頻信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)。

考慮基站發(fā)送和移動(dòng)終端接收的下行鏈路。在進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸時(shí)，僅考慮離散時(shí)間域窄帶信道，在所考慮的窄帶信道中只有單個(gè)復(fù)合徑，所考慮的窄帶信道可以看做是常規(guī)寬帶OFDM系統(tǒng)中的子載波信道，相應(yīng)地，所涉及的數(shù)字基帶發(fā)送和接收信號(hào)為寬帶OFDM系統(tǒng)時(shí)頻資源上的信號(hào)。此外，不失一般性，僅考慮單個(gè)移動(dòng)終端的接收，并設(shè)基站端配備的天線(xiàn)單元數(shù)為M，移動(dòng)終端配備單根天線(xiàn)。

在發(fā)送端，發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)d(l)首先經(jīng)過(guò)低維空時(shí)編碼生成K維矢量信號(hào)(K小 于M)s^d(m)；然后，周期地插入長(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，對(duì)s(n)進(jìn)行完美全向預(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的完美全向預(yù)編碼矩陣，所得到信號(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)。

本發(fā)明還公開(kāi)了一種大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)完美全向預(yù)編碼的信號(hào)接收方法，如圖2所示，在接收端，以y(n)表示由移動(dòng)終端或接收裝置單個(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′)和接收數(shù)據(jù)信號(hào)y^d(m)；利用接收導(dǎo)頻信號(hào)y^p(m′)，通過(guò)信道估計(jì)，獲得信道參數(shù)的估計(jì)值；利用接收數(shù)據(jù)信號(hào)y^d(m)和信道參數(shù)估計(jì)值進(jìn)行空時(shí)解碼，得到恢復(fù)的數(shù)據(jù)信號(hào)

其中，低維空時(shí)編碼可以是常規(guī)低階MIMO傳輸系統(tǒng)中采用的各種空時(shí)傳輸方法，如空時(shí)分組碼傳輸，或循環(huán)時(shí)延分集傳輸，或復(fù)用與分集折中的傳輸方法。接收端信道參數(shù)估計(jì)是對(duì)預(yù)編碼域等效信道參數(shù)的估計(jì)，空時(shí)解碼也是在此等效信道上實(shí)施。在一個(gè)導(dǎo)頻插入周期內(nèi)，有P個(gè)導(dǎo)頻矢量信號(hào)，D個(gè)數(shù)據(jù)矢量信號(hào)，假設(shè)信道是近似不變的，接收端接收到的數(shù)字基帶信號(hào)y(n)可以表示為：

式(4)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。將接收導(dǎo)頻信號(hào)y^p(m′)和接收數(shù)據(jù)信號(hào)y^d(m)從接收信號(hào)中分離出來(lái)，可以分別表示為：

式(5)中z^p(m')和z^d(m)分別表示相應(yīng)的噪聲項(xiàng)。接收端的信道估計(jì)和空時(shí)解碼分別依據(jù)上面兩個(gè)式子給出的信號(hào)關(guān)系式。

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)]，并設(shè)S^p滿(mǎn)足S^p(S^p)^H＝I_K，其中上標(biāo)H表示共軛翻轉(zhuǎn)，I_K為K×K的恒等矩陣，則的最小二乘估計(jì)可以由下式計(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，但可以小于M。這不同于常規(guī)的無(wú)預(yù)編碼的全向分集傳輸方案，在無(wú)預(yù)編碼傳輸方案中，為在移動(dòng)終端 進(jìn)行相干檢測(cè)，需要知道瞬時(shí)信道信息h，基站端需要發(fā)射相適應(yīng)的下行導(dǎo)頻，以便移動(dòng)終端進(jìn)行信道估計(jì)，而此時(shí)導(dǎo)頻長(zhǎng)度不能小于M，在天線(xiàn)單元數(shù)M很大的情況下會(huì)帶來(lái)非常大的導(dǎo)頻開(kāi)銷(xiāo)，嚴(yán)重降低系統(tǒng)性能。本發(fā)明提供的全向預(yù)編碼分集傳輸方案，可以使得導(dǎo)頻開(kāi)銷(xiāo)不隨M的增加而增加，只與所選擇的低維空時(shí)編碼的空間維度K有關(guān)，導(dǎo)頻開(kāi)銷(xiāo)可以降低達(dá)M/K倍。

利用由此得到的的估計(jì)值、(6)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，可以得到恢復(fù)的數(shù)據(jù)信號(hào)以下給出K＝2且采用Alamouti空時(shí)編碼時(shí)信號(hào)檢測(cè)的實(shí)例。設(shè)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)矩陣可以表示為：

式(8)中，b＝0,…,B-1，上標(biāo)^*表示取共軛。第b個(gè)塊的接收數(shù)據(jù)信號(hào)矢量可以表示為：

式(9)中，z^d(b)＝[z^d(2b) z^d(2b+1)]。在接收端，發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)d(l)的估計(jì)值可以由下式計(jì)算：

由此具體實(shí)施方式可見(jiàn)：在本發(fā)明提出的全向預(yù)編碼分集傳輸方案中，空時(shí)解碼在等效信道上實(shí)施，等效信道的空間維度可以顯著降低，空時(shí)解碼的復(fù)雜度亦可得以顯著降低，因此，在顯著降低導(dǎo)頻開(kāi)銷(xiāo)的同時(shí)，也顯著降低空時(shí)編碼和解碼的復(fù)雜度。在存在信道編碼的無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)中，發(fā)送信號(hào)數(shù)據(jù)信號(hào)d(l)是信息比特序列經(jīng)過(guò)信道編碼、交織和調(diào)制符號(hào)映射后得到的信號(hào)。在接收端，當(dāng)獲得d(l)的估計(jì)值后，需要進(jìn)行解映射、解交織及信道解碼，由此恢復(fù)出信息比特序列。

在前述基于預(yù)編碼信號(hào)擴(kuò)展處理的全向傳輸方案中，大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中全向傳輸問(wèn)題被轉(zhuǎn)化為完美全向預(yù)編碼矩陣W與低維空時(shí)信號(hào)(包括同步信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào))傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)問(wèn)題。低維空時(shí)信號(hào)傳輸可以借用常規(guī)低階MIMO傳輸系統(tǒng)中采用的各種空時(shí)傳輸方法，包括空時(shí)分組碼傳輸、循環(huán)時(shí)延分集傳輸、以及復(fù)用與分集折中的傳輸方法等。在此情況下，完美全向預(yù)編碼矩陣W的設(shè)計(jì)成為影響傳輸性能的關(guān)鍵。為保證傳輸性能，完美全向預(yù)編碼矩陣W應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足如下設(shè)計(jì)準(zhǔn) 則：

(1)基站端發(fā)送信號(hào)在各空間方向的功率相同，以保證完美全向覆蓋；

(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)信號(hào)的分集度。

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：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，完美全向預(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各列的M點(diǎn)序列的離散時(shí)間傅里葉變換的模平方之和為常數(shù)；

(2)W的所有M行具有相同的2范數(shù)；

(3)W的所有列具有相同的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)條件：

W^HW＝I_K (13)

其中，diag()表示取矩陣的主對(duì)角線(xiàn)元素構(gòu)成的矢量，1_M表示各元素均為1的M維矢量，表示頻率為ω的M點(diǎn)序列的離散時(shí)間傅里葉變換矢量。

維度為M×K的完美全向預(yù)編碼矩陣W可以通過(guò)如下方法之一得到：

1)完美全向預(yù)編碼矩陣W的K列可以由一個(gè)多相互補(bǔ)正交序列集合(其中包括K個(gè)長(zhǎng)度為M的序列)中的K個(gè)序列構(gòu)成，K＝2時(shí)的一個(gè)典型多相互補(bǔ)正交序列集合是Golay序列對(duì)；

2)可以先通過(guò)方法1)構(gòu)造出一個(gè)維度為的完美全向預(yù)編碼矩陣W′，而維度為M×K的完美全向預(yù)編碼矩陣W的每列可以分別通過(guò)對(duì)W′的每列進(jìn)行K倍插零得到；

3)若已知一滿(mǎn)足上述式(11)、(12)和(13)的完美全向預(yù)編碼矩陣，通過(guò)右乘以任一K×K的酉矩陣U得到新的完美全向預(yù)編碼矩陣。

下面給出兩個(gè)滿(mǎn)足式(11)、(12)和(13)的完美全向預(yù)編碼矩陣W的設(shè)計(jì)實(shí)施例：

實(shí)施例1

完美全向預(yù)編碼矩陣W的各列可以由一個(gè)多相互補(bǔ)正交序列集合中的各序列構(gòu)成。考慮一個(gè)多相互補(bǔ)正交序列集合{a₀,a₁,...,a_K-1}，其中每個(gè)序列a_k＝[a_k,0,a_k,1,...,a_k,M-1]^T都是長(zhǎng)度為M的多相序列，多相意味著 這個(gè)集合中的所有K個(gè)序列同時(shí)滿(mǎn)足互補(bǔ)特性與正交特性?；パa(bǔ)特性意味著這K個(gè)序列各自的非周期自相關(guān)函數(shù)的和為δ函數(shù)，即

而正交特性意味著

則完美全向預(yù)編碼矩陣W被構(gòu)造為

W＝[a₀,a₁,...,a_K-1] (16)當(dāng)K＝2時(shí)，一個(gè)典型的多相互補(bǔ)正交序列集合是Golay序列對(duì)。

實(shí)例2：可以先通過(guò)實(shí)例1構(gòu)造出一個(gè)維度為的完美全向預(yù)編碼矩陣W′，它被記為

W′＝[w₀,w₁,...,w_K-1] (17)

則維度為M×K的完美全向預(yù)編碼矩陣W的每列可以分別通過(guò)對(duì)W′的每列進(jìn)行K倍插零得到，即

W＝[P₀w₀,P₁w₁,...,P_K-1w_K-1] (18)

式(18)中，P_k＝[[I_M]_:,k,[I_M]_:,k+K,...,[I_M]_:,k+M-K]表示維度為的K倍插零矩陣，[I_M]_:,k表示取M×M的恒等矩陣的第k列，根據(jù)式(18)進(jìn)行插值可以保證得到的完美全向預(yù)編碼矩陣W的每行只有一個(gè)非零元素。以K＝2、M＝64為例，將維度為32×2的完美全向預(yù)編碼矩陣W′記為

則插值后的維度為64×2的完美全向預(yù)編碼矩陣W為

可以看出其中每行只有一個(gè)非零元素。

在本申請(qǐng)所提供的實(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)的精神和范圍內(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。例如，多個(gè)單元或組件可以結(jié)合或者可以集成到另一個(gè)系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。所披露的完美全向預(yù)編碼可以在離散時(shí)間域數(shù)字實(shí)現(xiàn)，也可以在模擬域?qū)崿F(xiàn)，或在模擬與數(shù)字域混合實(shí)現(xiàn)。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，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)。