СТРУКТУРА ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО КОДЕРА ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО КОДИРОВАНИЯ MIMO
PRECODER STRUCTURE FOR MIMO PRECODER

РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Данная заявка испрашивает приоритет предварительной патентной заявки США № 61/321679, поданной 7 апреля 2010 года, которая явно включена в настоящий документ посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Решения, раскрытые в этом документе, относятся в целом к кодовым книгам и предварительному кодированию, и в частности относятся к структуре факторизованного предварительного кодера, которая обеспечивает повторное использование предварительных кодеров на разных конфигурациях передающей антенны, и обеспечивает эффективную сигнализацию предварительного кодера.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Многоантенные методы могут значительно увеличить скорости передачи данных и надежность системы беспроводной связи. Производительность повышается, в частности, если передатчик и приемник оборудованы множеством антенн, что приводит к каналу связи со многими входами и выходами (MIMO). Такие системы и связанные с ними методы обычно называются просто MIMO.
Стандарт LTE 3GPP в настоящее время развивается с улучшенной поддержкой MIMO. Основным компонентом этой поддержки в LTE является поддержка развертывания антенн MIMO и связанных с MIMO методик. Текущим рабочим предположением в LTE-Advanced является поддержка режима 8-уровневого пространственного мультиплексирования для 8 передающих (Tx) антенн, с возможностью зависимого от канала предварительного кодирования. Режим пространственного мультиплексирования обеспечивает высокие скорости передачи данных при благоприятных условиях в канале.
T
T
T
При пространственном мультиплексировании несущий информацию вектор s символа умножается на матрицу  предварительного кодера размера N x r, которая служит для распределения энергии передачи в подпространстве N-мерного (соответствующего N антенным портам) векторного пространства. Предварительный кодер обычно выбирается из кодовой книги возможных предварительных кодеров и обычно указывается посредством индикатора матрицы предварительного кодера (PMI). Значение PMI задает уникальный предварительный кодер в кодовой книге для данного количества потоков символов.
Однако в этом контексте возникают некоторые проблемы. Например, для разных конфигураций антенн могут требоваться структуры предварительного кодера одного или другого типа, что усложняет хранение предварительно заданных кодовых книг предварительных кодеров. Более того, динамическое использование режимов MIMO с одним пользователем (SU) и MIMO с множеством пользователей (MU) усложняет исполнение кодовой книги, потому что предварительные кодеры, которые оптимальны для SU-MIMO, обычно не будут оптимальными для MU-MIMO. В качестве дополнительного препятствия может быть проблематичной служебная нагрузка, ассоциированная с сообщением от приемника к передатчику информации о предварительном кодере, например, рекомендаций предварительного кодера. Это имеет место, например, в нисходящей линии связи LTE, где Физический канал управления восходящей линии связи (PUCCH) не может нести такой же большой размер полезной нагрузки, как Физический совместно используемый канал (PUSCH).
Известно некоторое количество подходов для реализации кодовых книг, чтобы решить по меньшей мере некоторые из отмеченных проблем. Например, документ R1-101742, который представлен в апреле 2010 года на заседании рабочей группы TSG-RAN WG1 60bis 3GPP, предлагает использование области корреляции для разделения пользовательского оборудования (UE) в режимах MIMO с множеством пользователей (MU-MIMO). В этом контексте R1-101742 предлагает использование поддиапазонных предварительных кодеров, состоящих из двух матриц предварительных кодеров, каждая из которых сохранена в отдельной кодовой книге. Одна такая компонентная матрица обращается к долгосрочным или широкополосным свойствам канала, тогда как другая обращается к краткосрочным или частотно-избирательным свойствам канала. Конкретнее, R1-101742 предлагает использование предварительных кодеров на основе DFT, имеющих блочно-диагональную структуру, которая обеспечивает эффективную поддержку для формирования луча исходя из разных конфигураций антенн, например, одинаково поляризованных или перекрестно поляризованных групп антенн.
В качестве дополнительной ссылки, см. документ R1-102104, также представленный на рассмотрение в апреле 2010 г. На заседании рабочей группы TSG RAN WG1 60bis 3GPP. Этот документ в том числе, рассматривает исполнение предварительных кодеров для случая восьми антенн (8Tx) в нисходящей линии связи стандарта Rel-10. В частности, документ выделяет один или несколько подходов для эффективной поддержки многоантенных конфигураций посредством использования компонентных предварительных кодеров, которые аналогично R1-101742 предлагают предварительный кодер, состоящий из двух компонентных предварительных кодеров, которые соответственно обращаются к долгосрочным и краткосрочным свойствам канала. Документ R1-102104 также рассматривает некоторые особенности предложенного исполнения кодовой книги применительно к равноамплитудным линейным антенным решеткам (ULA) и в конфигурациях антенн с перекрестной/двойной поляризацией.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
T
T
T
T
Идеи в этом документе представляют способ и устройство, которые реализуют и используют структуру факторизованного предварительного кодера, которая выгодна с точки зрения производительности и эффективности. В частности, представленные в этом документе идеи раскрывают базовую структуру предварительного кодера, которая допускает повторное использование некоторой кодовой книги в разных сценариях передачи, включая передачу от одиночной равноамплитудной линейной антенной решетки (ULA) передающих антенн и передачу от перекрестно поляризованных подгрупп таких антенн. В соответствии с предполагаемой структурой предварительного кодера, полный предварительный кодер создается из предварительного кодера преобразования и предварительного кодера настройки. Предварительный кодер преобразования включает в себя предварительные кодеры антенных подгрупп размера N/2, где N представляет количество всех рассматриваемых антенных портов. Соответственно, предварительный кодер настройки управляет смещением фаз лучей между предварительными кодерами антенных подгрупп, позволяя использовать предварительный кодер преобразования с перекрестно поляризованными решетками из N/2 элементов антенны и с одинаково поляризованными решетками из N элементов антенны.
Один вариант осуществления, раскрытый в этом документе, относится к приемопередатчику беспроводной связи и ассоциированному способу, где другой приемопередатчик предварительно кодирует передачи к приемопередатчику по меньшей мере частично на основе приема информации о состоянии канала от приемопередатчика. Здесь, информация о состоянии канала включает в себя информацию о предварительном кодере для другого передатчика. В качестве примерного случая приемопередатчик является пользовательским оборудованием (UE), а другой приемопередатчик является базовой станцией в сети беспроводной связи, поддерживающей UE, и UE отправляет к базовой станции информацию о предварительном кодере, которая указывает рекомендации предварительного кодера от UE. В качестве конкретного примера базовая станция является eNodeB, сконфигурированным для работы в режиме MIMO в сети LTE, а UE является телефонным устройством LTE или другим объектом оборудования связи, сконфигурированным для работы в режиме MIMO в контексте LTE.
Приемопередатчик конфигурируется для выбора записей из одной или нескольких кодовых книг, где указания выбранных записей служат в качестве вышеупомянутой информации о предварительном кодере, отправленной другому приемопередатчику. Приемопередатчик выбирает записи в качестве выбранного предварительного кодера преобразования и выбранного предварительного кодера настройки либо в качестве выбранного полного предварительного кодера, соответствующего выбранному предварительному кодеру преобразования и выбранному предварительному кодеру настройки. Будет подразумеваться, что выборы могут выполняться и их результаты могут сообщаться динамически, на периодической основе или при необходимости, чтобы отражать изменяющиеся условия в канале. Приемопередатчик дополнительно конфигурируется для передачи указаний выбранных записей в информации о состоянии канала.
T
Некоторые особенности вышеупомянутых операций основываются на сохраненной кодовой книге (книгах), и в частности, сохраненной в них основополагающей структуре предварительных кодеров преобразования и настройки (или соответствующих полных предварительных кодеров). Одна или несколько кодовых книг, сохраненных в приемопередатчике, включают в себя записи, содержащие NQ разных предварительных кодеров преобразования, и записи, содержащие некоторое количество соответствующих предварительных кодеров настройки, либо включают в себя записи, содержащие множество полных предварительных кодеров, причем каждый полный предварительный кодер содержит произведение предварительного кодера преобразования и предварительного кодера настройки.
T
T
T
T
Каждый предварительный кодер преобразования содержит блочно-диагональную матрицу, в которой блок содержит предварительный кодер антенной подгруппы. В свою очередь, каждый предварительный кодер антенной подгруппы является блоком матрицы с N/2 строками и принадлежит набору из NQ разных основанных на DFT лучей, где Q - целое число, больше либо равное 2, и где каждый упомянутый предварительный кодер настройки включает в себя элемент фазового сдвига, взятый из алфавита фазовой манипуляции (PSK) 2Q, и обеспечивает по меньшей мере 2Q относительных фазовых сдвигов для смещения фаз лучей между предварительными кодерами антенных подгрупп в соответствующем одном из предварительных кодеров преобразования. Таким образом, каждый полный предварительный кодер содержит предварительный кодер на основе DFT, обеспечивающий N лучей передачи по всем N передающим антенным портам.
Эта выгодная структура предварительного кодера позволяет выполнять, например, предварительное кодирование из перекрестно поляризованных подгрупп антенн, где набор лучей из каждой подгруппы управляется соответствующим одним из предварительных кодеров антенных подгрупп на основе DFT в предварительном кодере преобразования, выбранном приемопередатчиком, выполняющим предварительно кодированную передачу. Более того, та же структура предварительного кодера позволяет формирование луча на общей решетке антенн равных размеров, где смещения фазы луча между подгруппами обеспечиваются соответствующим образом выбранным предварительным кодером настройки.
Более того, эта компоновка в одном или нескольких вариантах осуществления используется путем сообщения выборов предварительного кодера преобразования с разрешением по времени или по частоте меньше используемого для сообщения выборов предварительного кодера настройки. В качестве одного примера приемопередатчик отправляет указания выбранного предварительного кодера настройки чаще, чем он отправляет указания выбранного предварительного кодера преобразования. Другой приемопередатчик конфигурируется для определения выбранного полного предварительного кодера, между приемом выборов предварительного кодера преобразования, на основе сохранения того же предварительного кодера преобразования, но обновления вычисления полного предварительного кодера каждым вновь принимаемым выбором предварительного кодера настройки. Приемопередатчик также может отправлять один выбор предварительного кодера преобразования, который должен использоваться подобно двум или более выборам предварительного кодера настройки, причем каждый представляет разный поддиапазон полосы частот, ассоциированной с общим предварительным кодером преобразования.
В другом варианте осуществления способ и ассоциированный приемопередатчик ориентированы на предварительное кодирование многоантенных передач другому приемопередатчику беспроводной связи. Этот вариант осуществления можно понимать как относящийся к стороне передатчика в раскрытых идеях, тогда как предыдущие примеры имели отношение к стороне приемника. Таким образом, в этом примере приемопередатчик, который может быть базовой станцией, предварительное кодирующей для целевого UE, принимает информацию о состоянии канала от другого приемопередатчика, причем эта информация включает в себя информацию о предварительном кодере, например указания результатов выборов предварительного кодера, представляющие рекомендации предварительного кодера.
Приемопередатчик конфигурируется для использования принятой информации о предварительном кодере, чтобы идентифицировать рекомендации предварительного кодера от другого приемопередатчика. В случае, где принятая информация о предварительном кодере включает в себя индикаторы выбора, например PMI или другие значения индекса кодовой книги, приемопередатчик использует индикаторы выбора для выбора записей из одной или нескольких кодовых книг. Приемопередатчик дополнительно конфигурируется для предварительного кодирования передачи к другому приемопередатчику по меньшей мере частично на основе рекомендаций предварительного кодера. В этой связи будет подразумеваться, что приемопередатчик может просто следовать рекомендациям предварительного кодера, отправленным другим приемопередатчиком. Однако приемопередатчик не обязательно использует варианты выбора предварительного кодера, указанные другим приемопередатчиком, и вместо этого может осуществлять другие варианты выбора на основе общих обстоятельств, например, планирования нескольких таких передач, используемого режима MIMO и т.д.
Интересно отметить, что приемопередатчик использует такую же одну или несколько кодовых книг, используемых другим передатчиком при создании рекомендаций предварительного кодера. Например, оба приемопередатчики хранят копии одних и тех же кодовых книг, либо один из них хранит одну или несколько кодовых книг, которые эквивалентны сохраненным на другом приемопередатчике.
T
T
T
T
T
T
T
T
По существу, кодовая книга (книги) приемопередатчика, которая может храниться в запоминающем устройстве приемопередатчике, хранит записи, содержащие NQ разных предварительных кодеров преобразования, и записи, содержащие некоторое количество соответствующих предварительных кодеров настройки, либо записи, содержащие множество полных предварительных кодеров, где каждый полный предварительный кодер содержит произведение предварительного кодера преобразования и предварительного кодера настройки. Кроме того, как описывалось ранее, каждый предварительный кодер преобразования из NQ разных записей для предварительных кодеров преобразования содержит блочно-диагональную матрицу, в которой каждый блок содержит предварительный кодер антенной подгруппы на основе DFT, который соответствует подгруппе из N передающих антенных портов. Каждый такой предварительный кодер антенной подгруппы предоставляет NQ разных основанных на DFT лучей для соответствующей подгруппы, где Q - целое значение, и где NQ разных предварительных кодеров преобразования вместе с одним или несколькими предварительными кодерами настройки соответствуют набору из NQ разных полных предварительных кодеров. Каждый полный предварительный кодер в том наборе представляет основанный на DFT луч размера N на N передающих антенных портах.
Приемопередатчик в одном или нескольких вариантах осуществления является базовой станцией, сконфигурированной для работы в сети беспроводной связи, например, eNodeB, сконфигурированным для работы в сети LTE. В этом случае базовая станция работает в качестве многоантенного MIMO-передатчика, который учитывает рекомендации предварительного кодера от другого приемопередатчика, который может быть UE или другим устройством беспроводной связи, которое поддерживается базовой станцией.
Вышеприведенное краткое изложение признаков и преимуществ не является ограничивающим. Другие признаки и преимущества станут очевидными из нижеследующего подробного описания примерных вариантов осуществления изобретения и из прилагаемых чертежей.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 - блок-схема примерных вариантов осуществления первого приемопередатчика, который конфигурируется для передачи предварительно кодированных передач второму приемопередатчику, который конфигурируется для предоставления первому приемопередатчику рекомендаций предварительного кодера.
Фиг.2 - схема одного варианта осуществления предварительного кодера преобразования, имеющего блочно-диагональную структуру и включающего в себя два предварительных кодера антенной подгруппы.
Фиг.3 - блок-схема примерной сети беспроводной связи, где первый приемопередатчик из фиг.1 представлен в виде сетевой базовой станции, а второй приемопередатчик из фиг.1 представлен в виде элемента пользовательского оборудования.
Фиг.4 - схема примерных предварительных кодеров преобразования и настройки, которые используются для образования полного предварительного кодера.
Фиг.5 и 6 - схемы примерных кодовых книг, где фиг.5 изображает одну кодовую книгу, содержащую предварительные кодеры преобразования, и другую кодовую книгу, содержащую предварительные кодеры настройки, и где фиг.6 изображает одну кодовую книгу, содержащую полные предварительные кодеры, причем каждый соответствует конкретному предварительному кодеру преобразования и конкретному предварительному кодеру настройки.
Фиг.7 - логическая блок-схема последовательности операций одного варианта осуществления способа предоставления рекомендаций предварительного кодера от второго приемопередатчика первому приемопередатчику, например, как показано на фиг.1.
Фиг.8 - частичная блок-схема одного варианта осуществления обрабатывающих схем во втором приемопередатчике для определения рекомендаций предварительного кодера.
Фиг.9 - логическая блок-схема последовательности операций одного варианта осуществления способа предварительного кодирования передач от первого приемопередатчика ко второму приемопередатчику, например, как показаны на фиг.1.
Фиг.10 - частичная блок-схема одного варианта осуществления обрабатывающих схем в первом приемопередатчике для управления предварительным кодированием передач ко второму приемопередатчику.
Фиг.11 - блок-схема одного варианта осуществления дополнительных схем предварительного кодирования для первого приемопередатчика.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг.1 изображает первый приемопередатчик 10 беспроводной связи и второй приемопередатчик 12 беспроводной связи, для удобства называемые приемопередатчиками 10 и 12. Приемопередатчик 10 включает в себя некоторое количество антенн 14 и ассоциированные схемы 16 приемопередатчика, включающие в себя один или несколько радиочастотных передатчиков 18 и приемников 20. Более того, приемопередатчик 10 включает в себя схемы 22 управления и обработки, которые включают в себя процессор 24 обратной связи, контроллер 26 предварительного кодирования и одно или несколько устройств памяти/запоминающих устройств 28, которые хранят одну или несколько кодовых книг 30. Устройства памяти/запоминающие устройства 28 для удобства упоминаются просто как "запоминающее устройство 28".
T
Одна или несколько кодовых книг 30, сохраненных в приемопередатчике 10, включают в себя записи, содержащие NQ разных предварительных кодеров 32 преобразования, и записи, содержащие некоторое количество соответствующих предварительных кодеров 34 настройки, либо включают в себя записи, содержащие множество полных предварительных кодеров 36, причем каждый полный предварительный кодер 36 содержит произведение предварительного кодера 32 преобразования и предварительного кодера 34 настройки. Здесь будет подразумеваться, что номер ссылки "32" используется для ссылки на предварительные кодеры преобразования в смыслах множественного и единственного числа, но каждый предварительный кодер 32 преобразования обычно является уникальным среди других в плане числовых значений, представляющих его элементы матрицы. Аналогичное понимание применимо к номерам ссылок "34" и "36", которые используются для обозначения предварительных кодеров настройки и полных предварительных кодеров, соответственно.
T
T
Каждый предварительный кодер 32 преобразования содержит блочно-диагональную матрицу, в которой каждый блок содержит предварительный кодер 38 антенной подгруппы на основе DFT (показано на фиг.2). Каждый предварительный кодер 38 антенной подгруппы является блоком матрицы с N/2 строками и принадлежит набору из NQ разных основанных на DFT лучей, где Q - целое число, больше либо равное 2, и где каждый предварительный кодер 34 настройки включает в себя элемент фазового сдвига, взятый из алфавита фазовой манипуляции (PSK) 2Q, и обеспечивает по меньшей мере 2Q относительных фазовых сдвигов для смещения фаз лучей между предварительными кодерами 38 антенных подгрупп в соответствующем одном из предварительных кодеров 32 преобразования.
Согласно фиг.1, второй приемопередатчик 12 включает в себя некоторое количество антенн 40 и ассоциированных схем 42 приемопередатчика (включающих в себя один или несколько радиочастотных приемников 44 и передатчиков 46). Приемопередатчик 12 дополнительно включает в себя схемы 48 управления и обработки. По меньшей мере с функциональной точки зрения, схемы 48 управления и обработки включают в себя схемы 50 обработки принятых сигналов, например, схемы демодуляции/декодирования, одну или несколько схем 52 оценки для оценивания условий в канале и/или качества сигнала, генератор 54 обратной связи предварительного кодирования и одно или несколько запоминающих устройств 56 (например, энергонезависимое запоминающее устройство, такое как EEPROM или флэш-память, для удобства упоминаемое просто как "запоминающее устройство 56").
Запоминающее устройство 28 в приемопередатчике 10 и запоминающее устройство 56 в приемопередатчике 12 хранят копию одинаковой одной или нескольких кодовых книг 30, или то же самое, что они хранят кодовую книгу (книги) или эквивалентную информацию, которая позволяет приемопередатчику 10 и приемопередатчику 12 иметь одинаковое понимание в плане предварительных кодеров, выбранных приемопередатчиком 12 в качестве "рекомендаций предварительного кодера". То есть при работе приемопередатчик 10 предварительно кодирует передачи 60 к приемопередатчику 12 на основе определения операции предварительного кодера для применения - то есть на основе определения конкретной конфигурации MIMO и соответствующих весовых коэффициентов предварительного кодера, которые подлежат использованию для многоантенной передачи от приемопередатчика 10 к приемопередатчику 12.
Приемопередатчик 10 определяет операцию предварительного кодера по меньшей мере частично на основе приема информации 62 о состоянии канала (CSI) от приемопередатчика 12, которая включает в себя информацию 64 о предварительном кодере. Информацию 64 о предварительном кодере можно понимать как предоставление рекомендаций для выбора предварительного кодера, и информация 64 о предварительном кодере соответственно может предоставляться в виде значений Индикатора матрицы предварительного кодера (PMI) для индексирования в одну или несколько кодовых книг 30 или в виде некоторого другого типа индикаторов выбора. В одном или нескольких вариантах осуществления приемопередатчик 10 отправляет управляющую сигнализацию 66 приемопередатчику 12, чтобы управлять его информацией 64 о предварительном кодере. Например, управляющая сигнализация 66 может ограничивать выборы предварительного кодера конкретным подмножеством предварительных кодеров, например, предназначенными для режима SU-MIMO или предназначенными для режима MU-MIMO.
По меньшей мере в одном варианте осуществления схемы 22 управления и обработки приемопередатчика 10 по меньшей мере частично содержат компьютерные схемы, например, один или несколько микропроцессоров и/или процессоров цифровых сигналов, или другие цифровые обрабатывающие схемы. По меньшей мере в одном варианте осуществления такие схемы специально конфигурируются для реализации способов, изучаемых в этом документе для приемопередатчика 10, на основе исполнения сохраненных команд компьютерных программ. Эти команды в одном или нескольких вариантах осуществления хранятся в запоминающем устройстве 28. Также по меньшей мере в одном варианте осуществления схемы 48 управления и обработки в приемопередатчике 12 по меньшей мере частично осуществляются посредством программируемых цифровых обрабатывающих схем. Например, схемы 48 управления и обработки в одном или нескольких вариантах осуществления включают в себя один или несколько микропроцессоров или процессоров цифровых сигналов, сконфигурированных для реализации по меньшей мере части способа, изучаемого в этом документе для приемопередатчика 12, на основе исполнения команд компьютерных программ, сохраненных в запоминающем устройстве 56.
Такие реализации поясняются на примере согласно фиг.3, где приемопередатчик 10 конфигурируется в качестве базовой станции 70 сети беспроводной связи, работающей в сети 72 беспроводной связи. Приемопередатчик 12 конфигурируется в качестве UE 74 и поддерживается сетью 72. Упрощенная схема сети дополнительно изображает Сеть 76 радиодоступа (RAN), включающую в себя одну или несколько базовых станций 70, и ассоциированную Базовую сеть 78 (CN). Эта компоновка коммуникационно соединяет UE 74 с другими устройствами в той же сети и/или в одной или нескольких других сетях. С этой целью CN 78 коммуникационно соединяется с одной или несколькими внешними сетями 80, например Интернетом и/или PSTN.
Базовая станция 70 хранит одну или несколько кодовых книг 30, равно как и UE 74. Соответственно, видим предварительно кодированные передачи 60, отправленные от базовой станции 70 к UE 74, вместе с необязательной управляющей сигнализацией 66, которая управляет рекомендациями предварительного кодера, составленными посредством UE 74. Такая сигнализация может отправляться, например, с использованием сигнализации Управления радиоресурсами (RRC).
Также иллюстрируется передача информации 64 о предварительном кодере (то есть обратная связь выбора предварительного кодера) от UE 74 к базовой станции 70. Как отмечалось, эти рекомендации содержат индикаторы выбора, например PMI, которые указывают конкретные предварительные кодеры 32 и 34 преобразования и настройки, которые рекомендуются UE 74 в настоящее время для использования базовой станцией 70 в предварительном кодировании передач к UE 74. В другом варианте осуществления рекомендации содержат указания выбранного полного предварительного кодера 36, который соответствует выбору конкретного предварительного кодера 32 преобразования и конкретного предварительного кодера 34 настройки. Однако даже в этом варианте осуществления указание рекомендованного полного предварительного кодера 36 можно понимать как эквивалентное указанию рекомендованных предварительных кодеров 32 и 34 преобразования и настройки.
(c)
(t)
Фиг.4 предоставляет лучшую иллюстрацию этой гибкости "факторизованного предварительного кодера", где полный предварительный кодер 36 (обозначенный как "W") образуется в виде матричного умножения выбранного предварительного кодера 32 преобразования (обозначенного как "W") и выбранного предварительного кодера 34 настройки (обозначенного как "W"). Кодовая книга (книги) 30 может содержать одну кодовую книгу, которая включает в себя некоторое количество предварительных кодеров 32 преобразования в первых индексных положениях и некоторое количество предварительных кодеров 34 настройки во вторых индексных положениях, соответственно допуская разные диапазоны значений индекса для обозначения выборов предварительного кодера преобразования и выборов предварительного кодера настройки. В качестве альтернативы, кодовая книга (книги) 30 может быть реализована в виде двух кодовых книг, например, как показано на фиг.5. Здесь одна кодовая книга 82 содержит предварительные кодеры 32 преобразования, и одна кодовая книга 84 содержит предварительные кодеры 34 настройки. В качестве дополнительной альтернативы Фиг.6 иллюстрирует, что одна или несколько кодовых книг 30 могут содержать одну кодовую книгу 86, которая содержит набор полных предварительных кодеров 36, причем каждый полный предварительный кодер 36 образован в виде произведения (матричного умножения) конкретного предварительного кодера 32 преобразования и конкретного предварительного кодера 34 настройки.
В случае, где используются отдельные кодовые книги 82 и 84 предварительного кодера преобразования и настройки, информация 64 о предварительном кодере может содержать первое значение индекса, которое индексирует (указывает) конкретный предварительный кодер 32 преобразования в кодовой книге 82, и второе значение индекса, которое индексирует (указывает) конкретный предварительный кодер 34 настройки в кодовой книге 84. В случае, где используется одна кодовая книга 86 с полными предварительными кодерами 36, значения индекса могут быть значениями двумерного индекса строка-столбец, которые указывают на конкретный полный предварительный кодер 36 в структуре таблицы.
Предпочтительным образом, в любом из этих случаев информация 64 о предварительном кодере может включать в себя отдельные указания для выборов предварительного кодера преобразования и предварительного кодера настройки. Это обеспечивает полезные прибавления в эффективности сигнализации. Например, приемопередатчик 12 отправляет рекомендации предварительного кодера преобразования в первом интервале и рекомендации предварительного кодера настройки во втором, более коротком интервале. В этом случае с точки зрения приемопередатчика 10 полный предварительный кодер 36, который рекомендован приемопередатчиком 12, является произведением последнего рекомендованного предварительного кодера 32 преобразования и последнего рекомендованного предварительного кодера 34 настройки. В другом примерном варианте осуществления приемопередатчик 12 рекомендует один предварительный кодер 32 преобразования для всей полосы частот и рекомендует два или более предварительных кодеров 34 настройки для каждого из двух или более поддиапазонов. Приемопередатчик 10 в этом случае распознает информацию 64 о предварительном кодере как два или более полных предварительных кодера 36, образованных из общего предварительного кодера 32 преобразования и соответствующего одного из двух или более рекомендованных предварительных кодеров 34 настройки.
В случае, где используется одна кодовая книга 86 с полными предварительными кодерами 36, эта кодовая книга может быть организована так, что каждая строка (или столбец) соответствует конкретному предварительному кодеру 32 преобразования, тогда как каждый столбец (или строка) соответствует конкретному предварительному кодеру 34 настройки. Полный индекс соответственно содержит указатель строки и указатель столбца, и приемопередатчик 12 может отправлять их вместе или отдельно. Например, обновления указателя строки могут отправляться в одном интервале времени или для всей полосы частот для выбора предварительного кодера преобразования, тогда как обновления указателя столбца могут отправляться в другом, более коротком интервале времени или для конкретных поддиапазонов всей полосы частот для выбора (выборов) предварительного кодера настройки. В этой связи нужно понимать, что один предварительный кодер 32 преобразования может использоваться в качестве общей базы для двух или более полных предварительных кодеров 36, на основе его умножения на каждый из двух или более предварительных кодеров 34 настройки.
Учитывая эти примеры, фиг.7 иллюстрирует способ 700, осуществляемый в приемопередатчике 12. Приемопередатчик 12 конфигурируется для осуществления способа 700 на основе исполнения команд компьютерных программ, сохраненных в его запоминающем устройстве 56, и/или на основе наличия специально сконфигурированных схем. В любом случае, способ 700 включает в себя выбор приемопередатчиком 12 записей из одной или нескольких кодовых книг 30 в качестве выбранного предварительного кодера 32 преобразования и выбранного предварительного кодера 34 настройки, либо в качестве выбранного полного предварительного кодера 36, соответствующего выбранному предварительному кодеру 32 преобразования и выбранному предварительному кодеру 34 настройки (этап 702). Будет подразумеваться, что генератор 54 обратной связи предварительного кодирования приспособлен для выполнения этих выборов на основе вычисления рекомендаций в соответствии с форматом факторизованного предварительного кодера преобразования и настройки.
Дополнительно будет подразумеваться, что приемопередатчик 12 хранит кодовую книгу (книги) 30 в запоминающем устройстве 56 - например, хранит одну кодовую книгу 82 с предварительными кодерами 32 преобразования и другую кодовую книгу 84 с предварительными кодерами 34 настройки, либо хранит кодовую книгу 86 с полными предварительными кодерами 36, причем каждый представляет, например, сочетание конкретного предварительного кодера 32 преобразования и конкретного предварительного кодера 34 настройки. Учитывая это, способ 700 продолжается с передачей информации 64 о предварительном кодере приемопередатчику 10 (этап 704).
Как отмечалось, могут использоваться отдельные указания для выбранного предварительного кодера 32 преобразования и выбранного предварительного кодера 34 настройки, чтобы позволить более частую сигнализацию или сигнализацию с большим разрешением для рекомендаций предварительного кодера настройки и более медленную сигнализацию или сигнализацию с меньшим разрешением (по частоте) для рекомендаций предварительного кодера преобразования. По меньшей мере в одном варианте осуществления рекомендации предварительного кодера настройки отправляются на более низком уровне протокола сигнализации, используемого для коммуникационного соединения приемопередатчика 12 с приемопередатчиком 10, чем используется для сигнализации рекомендаций предварительного кодера преобразования. Например, ссылаясь на случай беспроводной сети из фиг.3, рекомендации предварительного кодера преобразования отправляются с использованием сигнализации Управления радиоресурсами (RRC), тогда как рекомендации предварительного кодера настройки отправляются на более низком уровне.
Независимо от этого приемопередатчик 12 делает свои выборы рекомендаций предварительного кодирования на основе, например, оценивания условий в канале посредством схем 52 оценки, которые оценивают условия в канале и/или оценивают качество принятого сигнала, например SNR. И, как отмечалось, он может управлять рекомендациями в ответ на управляющую сигнализацию 66, принятую от приемопередатчика 10. Такая компоновка видна в примере из фиг.8, где генератор 54 обратной связи предварительного кодирования (сокращен как "PFG" на иллюстрации) выполняет динамический выбор предварительных кодеров 32 преобразования и предварительных кодеров 34 настройки из кодовой книги (книг) 30 на основе оценивания свойств канала, которые определены схемами 52 оценки.
Будет подразумеваться, что информация о свойствах канала содержит, например, комплексные коэффициенты, представляющие характеристики и/или свойства канала с многолучевым распространением, например ухудшение корреляции и т.д. Выборы предварительного кодера можно делать с любыми ограничениями, накладываемыми управляющей сигнализацией 66, которые могут ограничивать выборы рекомендаций предопределенными подмножествами предварительных кодеров, например, одним подмножеством для случая, где приемопередатчик 10 работает в режиме MU-MIMO, и другим подмножеством для случая, где приемопередатчик 10 работает в режиме SU-MIMO. Этот пример особенно подходит к примерному случаю сети из фиг.3, где приемопередатчик 10 является базовой станцией 70 и может поддерживать множества UE 74 ("пользователей").
В то время как фиг.7 иллюстрирует случай, который мог бы рассматриваться в качестве примера способа с "принимающей" стороны, фиг.9 иллюстрирует примерный случай для способа с "передающей" стороны, то есть она детализирует примерные операции, осуществляемые приемопередатчиком 10. Способ 900 направлен на предварительное кодирование многоантенных передач 60 к приемопередатчику 12, и включает в себя прием информации 62 о состоянии канала от другого приемопередатчика 12, включая прием индикаторов выбора в качестве информации 64 о предварительном кодере (этап 902). Способ 900 продолжается с идентификацией информации 64 о предварительном кодере путем выбора записей из одной или нескольких кодовых книг 30, сохраненных в приемопередатчике 10, на основе указаний выбора, включенных в информацию 62 о состоянии канала (этап 904). Здесь будет подразумеваться, что процессор 24 обратной связи в приемопередатчике 10 приспособлен для обработки факторизованной обратной связи, предполагаемой для информации 64 о предварительном кодере. То есть процессор 24 обратной связи конфигурируется для извлечения и предоставления рекомендаций предварительного кодера преобразования и настройки, включенных в информацию 62 о состоянии канала.
Способ 900 дополнительно включает в себя предварительное кодирование приемопередатчиком 10 передачи 60 к приемопередатчику 12, по меньшей мере частично на основе информации 64 о предварительном кодере (этап 906). Как отмечалось, "выбор", выполненный на этапе 904, можно понимать как идентификацию приемопередатчиком 10 полного предварительного кодера 36, который приемопередатчик 12 рекомендует для предварительного кодирования передачи 60 к приемопередатчику 12. Однако, когда приемопередатчик 10 определяет фактическую операцию предварительного кодирования для применения при формировании передачи 60, он может следовать рекомендациям, либо провести собственные выборы или модификации.
Фиг.10 иллюстрирует примерную конфигурацию, где процессор 24 обратной связи и контроллер 26 предварительного кодирования (сокращенно "FP" и "PC") определяют фактические выборы предварительного кодера, которые нужно использовать для предварительного кодирования передач 60 к приемопередатчику 12. Эти решения зависят, например, от информации 64 о предварительном кодере и свойств канала, которые указаны в информации 62 о состоянии канала, и от информации планирования. В частности, в случае, где приемопередатчик 10 передает нескольким приемопередатчикам 12, он может учитывать множественные наборы данных (например, условия в канале и данные планирования для нескольких приемопередатчиков 12) при определении операций предварительного кодирования.
Что касается формирования предварительно кодированной передачи 60, то фиг.11 изображает схему 90 предварительного кодирования, включенную в передатчик 18 приемопередатчика 10, и она будет подразумеваться как ассоциируемая с контроллером 26 предварительного кодирования. Схема 90 предварительного кодирования дает возможность приемопередатчику 10 предварительно кодировать передачи в соответствии с применяемой операцией предварительного кодирования, и приемопередатчик 10 может содержать более одной такой схемы.
В соответствии с примерной иллюстрацией схема 90 предварительного кодирования принимает входные данные, например информационные символы, которые нужно передать, и включает в себя схемы 92 обработки на уровнях, которые реагируют на сигнал управления рангом от контроллера 26 предварительного кодирования. В зависимости от используемого ранга передачи входные данные размещаются на одном или нескольких уровнях пространственного мультиплексирования, и соответствующий вектор (векторы) символа вводится в предварительный кодер 94.
(c)
(t)
В качестве примера предварительный кодер 94 показан как применяющий выбранный полный предварительный кодер 36 (обозначенный как "W"), который создается матричным умножением выбранного предварительного кодера 32 преобразования (обозначенного как "W") и выбранного предварительного кодера 34 настройки (обозначенного как "W"). В общих чертах, предварительный кодер 94 применяет операцию предварительного кодирования, определенную значением (значениями) предварительного кодирования, предоставленным ему контроллером 26 предварительного кодирования. Эти значения могут следовать или не следовать из информации 64 о предварительном кодере, включенной в информацию 62 о состоянии канала, принятую от приемопередатчика 12, но приемопередатчик 10 по меньшей мере учитывает эти рекомендации при определениях предварительного кодирования. В любом случае предварительный кодер 94 выводит предварительно кодированные сигналы в схемы 96 обработки с Обратным быстрым преобразованием Фурье (IFFT), которые в свою очередь предоставляют сигналы некоторому количеству антенных портов 98, ассоциированных с антеннами 14, показанными на Фиг.1.
Отметим, что эти порты управляются как ULA в одном варианте осуществления и управляются как подгруппы антенн в другом варианте осуществления. Предпочтительно одни и те же предварительные кодеры 32 преобразования могут использоваться для любого случая, потому что каждый предварительный кодер 32 преобразования содержит блочно-диагональную матрицу.
T
T
T
T
T
T
T
Более подробно, каждый предварительный кодер 32 преобразования соответствует одной из NQ разных записей в кодовой книге. Каждый предварительный кодер 32 преобразования содержит блочно-диагональную матрицу. Каждая такая блочно-диагональная матрица является предварительным кодером 38 антенной подгруппы на основе DFT, которая соответствует подгруппе из N передающих антенных портов 98 и обеспечивает NQ разных основанных на DFT лучей для соответствующей подгруппы, где Q - целое значение, и где NQ разных предварительных кодеров 32 преобразования, вместе с одним или несколькими предварительными кодерами 34 настройки, соответствуют набору из NQ разных полных предварительных кодеров 36, причем каждый полный предварительный кодер 36 соответственно представляет основанный на DFT луч размера N на N передающих антенных портах 98.
T
T
T
T
Чтобы лучше понять вышеупомянутую компоновку, будем рассматривать предварительный кодер 38 антенной подгруппы как блок матрицы с N/2 строками, принадлежащий набору из NQ разных основанных на DFT лучей, где Q - целое число, больше либо равное 2. Кроме того, каждый предварительный кодер 34 настройки включает в себя элемент фазового сдвига, взятый из алфавита фазовой манипуляции (PSK) 2Q, и обеспечивает по меньшей мере 2Q относительных фазовых сдвигов для смещения фаз лучей между предварительными кодерами 38 антенных подгрупп в соответствующем одном из предварительных кодеров 32 преобразования. При этой структуре каждый полный предварительный кодер 36 содержит предварительный кодер на основе DFT, обеспечивающий N лучей передачи по N передающим антенным портам.
По существу, по меньшей мере в одном варианте осуществления приемопередатчик 10 конфигурируется для выполнения предварительного кодирования на основе DFT передач 60 от двух или более подгрупп антенн 14 в приемопередатчике 10. Эти операции основаны на приемопередатчике 10, использующем предварительные кодеры 38 антенных подгрупп в одном из предварительных кодеров 32 преобразования, которые выбраны приемопередатчиком 10 из одной или нескольких кодовых книг 30 по меньшей мере частично на основе информации 64 о предварительном кодере.
Чтобы лучше понять преимущества вышеприведенной структуры предварительного кодера и для разработки базовых математических операций, рассмотрим общую матрицу предварительного кодера. Если матрица предварительного кодера ограничена матрицами с ортонормированными столбцами, то проектирование кодовой книги матриц предварительных кодеров соответствует задаче об упаковке Грассманова подпространства. В любом случае, r символов в векторе s символа соответствуют некоторому уровню каждый, и r называется рангом передачи. Таким образом, достигается пространственное мультиплексирование, потому что множество символов может передаваться одновременно на одном и том же временном/частотном элементе ресурса (TFRE). Количество символов r обычно адаптируется к текущим свойствам канала распространения.
n
R
LTE использует OFDM в нисходящей линии связи (и предварительно кодированное OFDM с DFT в восходящей линии связи), и поэтому принятый вектор y размера N x 1 для некоторого TFRE на поднесущей n (или, в качестве альтернативы, числа n TFRE данных) соответственно моделируется как
n
n
где e - вектор шума/помех, полученный в качестве реализаций случайного процесса, а H - комплексный канал. Предварительный кодер  может быть широкополосным предварительным кодером, который является постоянным по частоте, или частотно-избирательным.
Традиционно, матрица предварительного кодера часто выбирается соответствующей характеристикам матрицы H размера  MIMO-канала, приводя к так называемому зависимому от канала предварительному кодированию. Обычно, это также упоминается как замкнутое предварительное кодирование, которое, по существу, пытается сосредоточить энергию передачи в подпространстве, которое является «сильным» в смысле перемещения значительной части переданной энергии к целевому приемнику. К тому же матрица предварительного кодера также может выбираться с целью ортогонализации канала, что означает, что после надлежащей линейной коррекции в UE или другом целевом приемнике межуровневые помехи уменьшатся.
T
T
T
В соответствии со структурой факторизованного предварительного кодера, раскрытой в этом документе, предварительные кодеры 32 преобразования конфигурируются как имеющие размерность N x k, где k является конфигурируемым и предпочтительно меньшим, чем количество N передающих антенных портов, учитываемых для предварительного кодирования. В этой связи k<N предпочтительно ограничивает количество размерностей канала, которое должно учитываться в предварительных кодерах 34 настройки. Соответственно, предварительные кодеры 34 настройки конфигурируются как имеющие размерность k x r, где r - ранг передачи. Эта компоновка показана ниже:
где предварительный кодер 32 преобразования, , стремится к захвату широкополосных/долговременных свойств канала, например корреляции, тогда как предварительный кодер 34 настройки, , ориентируется на частотно-избирательные/кратковременные свойства канала.
Предварительный кодер 32 преобразования использует свойства корреляции для ориентирования предварительного кодера 34 настройки в "направлениях", где канал H распространения в среднем является "сильным". Обычно это достигается путем уменьшения количества размерностей k, охваченных предварительным кодером 34 настройки. Другими словами, предварительный кодер 32 преобразования становится длинной матрицей с уменьшенным количеством столбцов. Следовательно, с тем же успехом уменьшается количество k строк у предварительного кодера 34 настройки. При таком уменьшенном количестве размерностей, можно реализовать меньшей кодовую книгу, используемую для хранения предварительных кодеров 34 настройки, по-прежнему поддерживая хорошую производительность.
В одной уже показанной компоновке предварительные кодеры 32 преобразования находятся в одной кодовой книге 82, а предварительные кодеры 34 настройки находятся в другой кодовой книге 84. Эта компоновка использует тот факт, что предварительные кодеры 32 преобразования должны иметь высокое пространственное разрешение, и соответственно осуществляются преимущественно в виде кодовой книги 82 с множеством элементов, тогда как кодовую книгу 84 для предварительных кодеров 34 настройки следует делать небольшой, чтобы сохранить служебную нагрузку сигнализации на приемлемом уровне.
T
T
T
Чтобы увидеть, как используются свойства корреляции и достигается сокращение размерности, рассмотрим случай, где N разных антенн 14 в приемопередатчике 10 организуются в N/2 тесно расположенных поперечных вибраторов. На основе направления поляризации подмножеств антенн, антенны в установке с тесно расположенными поперечными вибраторами можно разделить на две группы, где каждая группа является тесно расположенной одинаково поляризованной равноамплитудной линейной антенной решеткой (ULA) с N/2 антеннами. Тесно расположенные антенны часто приводят к высокой корреляции канала, и корреляция может использоваться, в свою очередь, для поддержания низкой служебной нагрузки сигнализации. Каналы, соответствующие каждой такой ULA группы антенн, обозначаются  и  соответственно.
Для удобства записи нижеследующие уравнения опускают нижние индексы, указывающие размерности матриц, а также нижний индекс n. Предположим, что каждый предварительный кодер 32 преобразования имеет блочно-диагональную структуру,
Произведение MIMO-канала H и полного предварительного кодера 36 тогда можно записать в виде
eff
(c)
(t)
Как видно, матрица  отдельно предварительно кодирует каждую ULA группы антенн, посредством этого образуя меньший и более эффективный канал H. По существу, блоки в W называются предварительными кодерами 38 антенных подгрупп. Если  соответствует вектору формирования луча, то эффективный канал уменьшился бы до наличия только двух виртуальных антенн, что уменьшает необходимый размер кодовой книги (книг) 30, используемой для второй матрицы предварительного кодера W настройки при отслеживании мгновенных свойств канала. В этом случае мгновенные свойства канала в значительной степени зависят от относительного соотношения фаз между двумя ортогональными поляризациями.
T
Также для более полного понимания этого раскрытия изобретения полезно рассмотреть теорию о "сетке лучей" вместе с предварительным кодированием на основе дискретного преобразования Фурье (DFT). Векторы предварительного кодера на основе DFT для N передающих антенн можно записать в виде
T
где  - фаза m-ой антенны, n - индекс вектора предварительного кодера (то есть, какой луч из QN лучей), и Q - коэффициент дискретизации с повышенной частотой (передискретизации). Как видно, фаза увеличивается на одну и ту же величину от одного антенного порта к другому, то есть линейно растущая фаза относительно индекса m антенного порта. Это фактически является характеристикой предварительного кодирования на основе DFT. Таким образом, векторы предварительного кодера на основе DFT могут включать в себя дополнительные фазовые сдвиги поверх показанных в вышеприведенном выражении при условии, что общий фазовый сдвиг увеличивается линейно с m.
T
T
Для хорошей производительности важно, чтобы функция усиления решетки двух последовательных лучей передачи перекрывалась в угловой области, чтобы усиление не спадало слишком сильно при переходе от одного луча к другому. Это требует коэффициента передискретизации по меньшей мере Q=2. Таким образом, для N антенн нужно по меньшей мере 2N лучей.
Альтернативной параметризацией вышеупомянутых векторов предварительного кодера на основе DFT является
Для , и где l и q вместе определяют индекс вектора предварительного кодера через отношение n = Ql + q. Эта параметризация также подчеркивает, что имеется Q групп лучей, где лучи в каждой группе ортогональны друг другу. q-ая группа может быть представлена порождающей матрицей
Гарантируя, что только векторы предварительного кодера из одной и той же порождающей матрицы используются вместе в качестве столбцов в одном и том же предварительном кодере, несложно создать наборы векторов предварительного кодера для использования в так называемом унитарном предварительном кодировании, где столбцы в матрице предварительного кодера должны образовывать ортонормированное множество.
rot
Кроме того, чтобы максимизировать производительность предварительного кодирования на основе DFT, полезно центрировать сетку лучей симметрично вокруг широкого размера решетки. Такое вращение лучей может выполняться путем умножения слева вышеупомянутых DFT-векторов  на диагональную матрицу W, содержащую элементы
Вращение может либо включаться в кодовую книгу предварительного кодера, либо, в качестве альтернативы, может выполняться как отдельный этап, где все сигналы вращаются одинаковым образом, и вращение соответственно может включаться в канал с точки зрения приемника (прозрачно для приемника). Для оставшейся части обсуждения предварительного кодирования с DFT в этом документе негласно допускается, что вращение может быть выполнено или не выполнено как часть предварительного кодирования на основе DFT.
T
T
Одна особенность вышеописанной структуры факторизованного предварительного кодера относится к снижению служебной нагрузки, ассоциированной с сигнализацией предварительных кодеров 32 и 34 преобразования и настройки, на основе сигнализации их с разной частотой и/или временным разбиением. Использование блочно-диагонального предварительного кодера 32 преобразования особенно оптимизировано для случая решетки передающих антенн, содержащей тесно расположенные поперечные вибраторы, но с тем же успехом существуют другие антенные устройства. В частности, эффективная производительность при ULA из тесно расположенных параллельных вибраторов также должна достигаться с использованием одинаковых предварительных кодеров 32 преобразования. Структуры предварительного кодера, раскрытые в этом документе, преимущественно обеспечивают использование одинаковой структуры предварительного кодера преобразования независимо от того, использует ли приемопередатчик 10 свои антенны в виде ULA из N тесно расположенных параллельных вибраторов или в виде двух подмножеств поперечных вибраторов, причем каждое подмножество содержит N/2 элементов антенны.
T
T
T
В частности, в одном или нескольких вариантах осуществления предварительные кодеры 32 преобразования содержат предварительные кодеры на основе DFT, которые подходят для двух N/2-элементных ULA группы антенн в установке с тесно расположенными поперечными вибраторами, наряду с обеспечением их повторного использования при создании нужного количества предварительных кодеров на основе DFT размера N для N-элементной ULA. Кроме того, один или несколько вариантов осуществления, раскрытых в этом документе, предоставляют структуру для предварительного кодера преобразования, которая разрешает повторное использование существующих кодовых книг с предварительными кодерами на основе DFT и расширение их пространственного разрешения.
T
T
В любом случае примерный вариант осуществления иллюстрирует повторное использование элементов предварительного кодера на основе DFT для ULA группы антенн в тесно расположенном поперечном вибраторе, а также при создании сетки лучей с достаточным перекрытием для ULA с дважды большим количеством элементов по сравнению с ULA группы антенн. Другими словами, предварительные кодеры 32 преобразования могут быть спроектированы для использования с несколькими антеннами 14 приемопередатчика 10, независимо от того, конфигурируются ли те антенны 14 и управляются как полная ULA из N антенн или как две перекрестно поляризованные подгруппы ULA, содержащие N/2 антенн каждая.
Снова рассмотрим блочно-диагональное исполнение факторизованного предварительного кодера, заданное в виде
и отметим, что для того, чтобы приспособить передачу к ±45-градусным поперечным вибраторам, структуру предварительного кодера 32 преобразования можно изменить посредством умножения слева на матрицу
которая для  вращает поляризации в 45 градусов для выравнивания с горизонтальной и вертикальной поляризацией. Другие значения  могут использоваться для достижения различных видов круговой поляризации.
T
T
Для N-элементной ULA полный предварительный кодер 36 для ранга 1 должен быть вектором N x 1 в виде
T
Для антенн m=0, 1, …, N/2-1
T
T
тогда как для оставшихся антенн m=N/2+m', m'=0, 1, …, N/2-1
Здесь .
T
Любой N-элементный полный предварительный кодер 36 на основе DFT можно соответственно записать в виде
В вышеприведенной компоновке видим, что  можно рассматривать в качестве примера полного предварительного кодера 36, образованного из предварительного кодера 32 преобразования, заданного в виде , и предварительного кодера 34 настройки, заданного в виде .
Дополнительно отметим, что каждый блок  в предварительном кодере 32 преобразования представляет собой один из предварительных кодеров 38 антенных подгрупп, включенных в предварительный кодер 32 преобразования, и отметим, что предварительные кодеры 34 настройки определяются в виде
T
T
T
Вышеприведенная компоновка отлично подходит для тесно расположенной перекрестно поляризованной антенной решетки, потому что предварительные кодеры 38 антенных подгрупп размера N/2 на основе DFT теперь применяются в каждой ULA группы антенн, и предварительный кодер 34 настройки обеспечивает 2Q разных относительных фазовых сдвигов между двумя ортогональными поляризациями. Также видно, как N/2-элементные предварительные кодеры 38 антенных подгрупп повторно используются для создания N-элементного полного предварительного кодера 36. Дополнительно отметим, что коэффициент Q передискретизации в два раза больше в перекрестно поляризованном случае, чем для одинаково поляризованного случая, но эти элементы не растрачиваются бесполезно, так как они способствуют дополнительному увеличению пространственного разрешения предварительных кодеров сетки лучей. Эта характеристика особенно полезна в применениях MU-MIMO, где хорошая производительность зависит от возможности высокоточного формирования лучей в направлении на интересующее UE и нулей в направлении на другие совместно планируемые UE.
T
Например, рассмотрим специальный случай при N=8 передающих антенн, то есть предположим, что приемопередатчик 10 по фиг.1 включает в себя восемь антенн 14 для использования в предварительно кодированных MIMO-передачах, и предположим Q=2 для тесно расположенного ULA. Полный предварительный кодер 36 создается как
Записи кодовой книги для предварительных кодеров 34 настройки тогда можно выбрать из кодовой книги передачи ранга 1, 2 в LTE, и поэтому эта кодовая книга может повторно использоваться в раскрытых здесь решениях. Кодовая книга для предварительных кодеров 32 преобразования содержит элементы, созданные из четырех порождающих матриц на основе DFT, как в уравнении (7). Кодовая книга (книги) 30 может содержать другие элементы в дополнение к описанным здесь элементам на основе DFT. В общих чертах принцип создания N-элементных полных предварительных кодеров 36 на основе DFT из меньших N/2-элементных предварительных кодеров 38 антенных подгрупп на основе DFT может использоваться вообще для добавления эффективной поддержки тесно расположенного ULA и поперечного вибратора к диапазону схем предварительного кодирования на основе кодовой книги. В качестве дополнительного преимущества, раскрытая структура предварительного кодера может использоваться, даже если настройки антенн отличаются от описанных здесь.
Дополнительно отметим, что те полные предварительные кодеры 36 на основе DFT могут использоваться для более высоких рангов передачи, чем 1. Одним способом достижения этого является выбор предварительных кодеров 32 преобразования в качестве подмножеств столбцов порождающих матриц на основе DFT, например, как показано в уравнении (7). Предварительные кодеры 34 настройки с тем же успехом могут расширяться с помощью дополнительных столбцов, чтобы соответствовать нужному значению ранга передачи. Для ранга 2 передачи предварительный кодер 34 настройки может структурироваться как
T
e
T
t
Иногда выгодно повторно использовать существующие кодовые книги при проектировании новых кодовых книг. Однако одна связанная проблема состоит в том, что существующие кодовые книги могут не содержать всех необходимых векторов предварительного кодера с DFT для обеспечения по меньшей мере Q=2-кратной передискретизации сетки лучей. Предположим, например, что имеется существующая кодовая книга для N/2 антенн с предварительными кодерами DFT, обеспечивающими Q=Q в коэффициенте передискретизации, и что целевым коэффициентом передискретизации для N/2-элементной ULA группы антенн является Q=Q. Пространственное разрешение существующей кодовой книги тогда можно повысить до целевого коэффициента передискретизации в исполнении факторизованного предварительного кодера в виде
Здесь  могли бы быть элементами в существующей кодовой книге LTE 4 Tx House Holder, которая содержит 8 предварительных кодеров на основе DFT (использующих коэффициент передискретизации Q=2, так что имеется некоторое перекрытие между лучами, охватывающими четыре антенны) для ранга 1. Когда ранг передачи выше единицы, можно поддерживать блочно-диагональную структуру, и соответственно структура обобщается до
,
T
(t)
где W теперь является матрицей N x r,  является матрицей по меньшей мере с одним столбцом, равным предварительному кодеру  антенной подгруппы на основе DFT, и предварительный кодер W настройки содержит r столбцов.
Чтобы показать, что пространственное разрешение можно улучшить путем умножения предварительного кодера 38 антенной подгруппы на диагональную матрицу, как описано выше, рассмотрим альтернативную параметризацию предварительных кодеров с DFT в уравнении (6),
и пусть
чтобы получить
для .
e
Вышеприведенные формулировки демонстрируют предпочтительный аспект решений, представленных в этом документе. А именно, кодовая книга, содержащая предварительные кодеры DFT с коэффициентом Q передискретизации, может использоваться для создания кодовой книги DFT с более высоким разрешением путем умножения m-ого элемента на , и, следовательно, доказывается, что диагональное преобразование, заданное , действительно работает надлежащим образом.
Другим вопросом, который нужно учитывать при проектировании предварительных кодеров, является обеспечение эффективного использования усилителей мощности (PA), например, PA в передатчиках 18, используемых для многоантенной передачи из приемопередатчика 10. Обычно мощность не может заимствоваться между антеннами, потому что существует отдельный PA для каждой антенны. Поэтому для максимального использования ресурсов PA важно, чтобы одна и та же величина мощности передавалась от каждой антенны. Другими словами, матрица W полного предварительного кодера для предварительного кодирования от передающих антенн должна удовлетворять
Таким образом, с точки зрения использования PA выгодно обеспечивать соблюдение этого ограничения при проектировании кодовых книг предварительных кодеров. Полное использование мощности также обеспечивается так называемым свойством постоянства по модулю, которое означает, что все скалярные элементы в предварительном кодере имеют одинаковую норму (модуль). Легко проверить, что предварительный кодер с постоянством по модулю также удовлетворяет ограничению полного использования PA в уравнении (23). Поэтому свойство постоянства по модулю составляет достаточное, но не необходимое условие для полного использования PA.
Учитывая выгодный аспект полного использования PA, другой аспект решений, представленных в этом документе, относится к предоставлению предварительных кодеров, которые приводят к полному использованию PA. В частности, один или несколько вариантов осуществления, предложенных в этом документе, решают проблемы, связанные с полным использованием PA и выполнением вложенного свойства ранга применительно к исполнению факторизованного предварительного кодера. При использовании так называемого двойного блочно-диагонального предварительного кодера 34 настройки, объединенного с блочно-диагональным предварительным кодером 32 преобразования, гарантируется полное использование PA, а также возможна замена ранга, использующая вложенное свойство, для полного предварительного кодера, образованного в виде сочетания предварительного кодера 32 преобразования и предварительного кодера 34 настройки, имеющих свойства и структуру, раскрытые в этом документе.
(c)
Первым этапом при проектировании эффективных кодовых книг факторизованного предварительного кодера наряду с достижением полного использования PA и выполнения вложенного свойства ранга является приведение предварительных кодеров преобразования к блочно-диагональным, как показано, например, в уравнении (3). В конкретном случае количество столбцов k предварительного кодера преобразования делается равным , где  обозначает функцию округления в большую сторону. Эта структура достигается путем добавления двух новых столбцов, в равной степени содействующих каждой поляризации для каждого другого ранга. Другими словами, рассматриваемый здесь предварительный кодер 32 преобразования можно обозначить как W и записать в виде
T
где является вектором N/2 × 1.
Увеличение размерности преобразования таким образом помогает сохранить количество размерностей небольшим и дополнительно позволяет гарантировать, что обе поляризации возбуждаются в равной степени. Если предварительный кодер преобразования, обозначенный здесь как , также подчиняется обобщенному вложенному свойству ранга, это выгодно с точки зрения наличия свободы выбора  с L столбцами в качестве произвольного подмножества столбцов каждого возможного  с L + 1 столбцами. Альтернативой является наличие возможности сигнализировать упорядочение столбцов, используемое в . Гибкость при выборе столбцов для  для разных рангов выгодна, чтобы по-прежнему иметь возможность передавать в самом сильном подпространстве канала, даже когда выполняется замена ранга, использующая подмножество столбцов.
(t)
Более того, что касается обеспечения полного использования PA, например, в приемопередатчике 10, предварительные кодеры 34 настройки, которые обозначаются как W, в одном или нескольких вариантах осуществления строятся следующим образом: (a) вектор  преобразования приводится к постоянному модулю; и (b) столбец в предварительном кодере настройки имеет ровно два ненулевых элемента с постоянным модулем. Если m-ый элемент является ненулевым, то таким же является элемент . Поэтому для ранга r=4 столбцы в предварительном кодере 34 настройки имеют следующий вид
где x обозначает произвольное ненулевое значение, которое не обязательно одинаково для разных x. Поскольку существует два ненулевых элемента в столбце, рассматриваются два ортогональных столбца с одинаковыми положениями ненулевых элементов, которые можно добавить перед столбцами с другими ненулевыми положениями. Такие парные ортогональные столбцы со свойством постоянства по модулю можно параметризовать как
Вложенное свойство ранга для полного предварительного кодера поддерживается при увеличении ранга на единицу путем обеспечения того, что столбцы для предыдущих рангов возбуждают такие же столбцы предварительного кодера преобразования и для более высокого ранга. Объединение этого с уравнением (25) и упомянутым парным ортогональным свойством столбца приводит к двойной блочно-диагональной структуре предварительного кодера настройки, принимающей вид
(c)
(t)
Используя свойство парной ортогональности в уравнении (26) и представляя структуру для полного предварительного кодера 36, обозначенную как W, так как W= WW, структуру предварительного кодера можно дополнительно сузить до
(c)
(t)
Отметим, что двойную блочно-диагональную структуру для предварительного кодера настройки можно описать разными способами в зависимости от упорядочения столбцов, используемых для хранения предварительных кодеров W преобразования в виде записей в кодовой книге 26. Можно равноценно сделать предварительные кодеры W настройки блочно-диагональными путем записи
Переупорядочения, аналогичные этими, не влияют на полный предварительный кодер W, и соответственно рассматриваются эквивалентными и предполагаются охватываемыми терминами "блочно-диагональный предварительный кодер преобразования и двойной блочно-диагональный предварительный кодер настройки". Также интересно отметить, что если ослабить требования по ограничению ортогональности и полному использованию PA, то исполнение для вложенного свойства ранга можно обобщить с помощью следующей структуры для предварительных кодеров 34 настройки
(c)
Дополнительно заслуживает внимания, что вложенное свойство ранга может быть полезно, когда применяется отдельно к предварительным кодерам 32 преобразования и предварительным кодерам 34 настройки. Даже применение только к предварительным кодерам 34 настройки может способствовать сохранению вычислительной сложности, потому что вычисления предварительного кодера по рангам могут повторно использоваться при условии, что выбранный предварительный кодер W преобразования остается неизменным.
В качестве пояснительного примера для восьми передающих антенн 14 в приемопередатчике 10 предположим, что Ранг r=1
Ранг r=2
Ранг r=3
Ранг r=4
Ранг r=5
Ранг r=6
Ранг r=7
Ранг r=8
Случай с 4 передающими антеннами (4Тх) получается аналогичным способом.
Учитывая вышесказанное, в этом документе предлагается следующая структура и условия для одного или нескольких вариантов осуществления, которые обеспечивают полное использование PA:
1. Полный предварительный кодер 36 можно разложить на предварительный кодер 32 преобразования и предварительный кодер 34 настройки,
a. предварительный кодер 32 преобразования является блочно-диагональным,
b. предварительный кодер 36 настройки обладает свойствами:
i. все ненулевые элементы постоянны по модулю,
ii. каждый столбец содержит ровно два ненулевых элемента,
iii. каждая строка содержит ровно два ненулевых элемента.
2. Два столбца в предварительном кодере 34 настройки либо содержат ненулевые элементы в одинаковых двух строках, либо не содержат ненулевых элементов в одинаковых строках.
3. Два столбца в предварительном кодере 34 настройки, содержащие ненулевые элементы в одинаковых двух строках, ортогональны друг другу.
4. Предварительный кодер 32 преобразования содержит  столбцов, и если строка m в столбце предварительного кодера настройки содержит ненулевой элемент, то же самое имеет место в строке .
5. Столбцы предварительного кодера 34 настройки для ранга r являются подмножеством столбцов предварительного кодера настройки для ранга r+1.
Учитывая вышесказанное, один способ, раскрытый в этом документе, содержит способ предварительного кодирования многоантенных передач 60 от приемопередатчика 10 беспроводной связи к другому приемопередатчику 12 беспроводной связи. Способ включает в себя выбор полного предварительного кодера 36, определение весовых коэффициентов передачи для соответствующих антенн из двух или более передающих антенн 14 в соответствии с выбранным полным предварительным кодером 36, и передачу взвешенных сигналов из двух или более передающих антенн 14 в соответствии с весовыми коэффициентами передачи. Выбранный предварительный кодер выбирается по меньшей мере частично на основе учета информации о предварительном кодере, принятой от второго приемопередатчика 12, которая включает в себя указания результатов выборов предварительного кодера, сделанных вторым приемопередатчиком 12, которые предназначены в качестве рекомендаций предварительного кодирования, рассматриваемых первым приемопередатчиком 10.
В соответствии с вышеприведенным способом, полный предварительный кодер 36 раскладывается на предварительный кодер 32 преобразования и предварительный кодер 34 настройки, где предварительный кодер 32 преобразования является блочно-диагональным и где предварительный кодер 34 настройки имеет следующие свойства: все ненулевые элементы постоянны по модулю; каждый столбец содержит ровно два ненулевых элемента; и каждая строка содержит ровно два ненулевых элемента; два столбца либо содержат ненулевые элементы в одинаковых двух строках, либо не содержат ненулевых элементов в одинаковых строках; и два столбца, содержащие ненулевые элементы в одинаковых двух строках, ортогональны друг другу. Кроме того, предварительный кодер 32 преобразования содержит  столбцов, где k - неотрицательное целое число, и если строка m в столбце предварительного кодера настройки содержит ненулевой элемент, то же самое имеет место в строке .
Кроме того, по меньшей мере в одном таком варианте осуществления столбцы предварительного кодера 34 настройки для ранга r являются подмножеством столбцов предварительного кодера настройки для ранга r+1.
Аналогичным образом, другой способ, раскрытый в этом документе, обеспечивает отправку информации предварительного кодирования от второго приемопередатчика 12 к первому приемопередатчику 10, который принимает во внимание информацию предварительного кодирования при выборе предварительных кодеров для предварительного кодирования многоантенных передач 60 ко второму приемопередатчику 12.
Способ включает в себя выбор вторым приемопередатчиком 12 полного предварительного кодера 36, который раскладывается на предварительный кодер 32 преобразования и предварительный кодер 34 настройки, или выбор предварительного кодера 32 преобразования и предварительного кодера 34 настройки, соответствующих конкретному полному предварительному кодеру 36, и отправку первому приемопередатчику 10, в качестве упомянутой информации о предварительном кодере, указания выбранного полного предварительного кодера 36 или указаний выбранных предварительных кодеров 32, 34 преобразования и настройки.
Для этого способа предварительные кодеры 32 преобразования являются блочно-диагональными, и каждый предварительный кодер 34 настройки имеет следующие свойства: все ненулевые элементы постоянны по модулю; каждый столбец содержит ровно два ненулевых элемента; и каждая строка содержит ровно два ненулевых элемента; два столбца либо содержат ненулевые элементы в одинаковых двух строках, либо не содержат ненулевых элементов в одинаковых строках; и два столбца, содержащие ненулевые элементы в одинаковых двух строках, ортогональны друг другу. Более того, в соответствии с этим способом, предварительный кодер 32 преобразования содержит  столбцов, где k - неотрицательное целое число, и если строка m в столбце предварительного кодера настройки содержит ненулевой элемент, то же самое имеет место в строке . Более того, по меньшей мере в одном таком варианте осуществления столбцы предварительного кодера 34 настройки для ранга r являются подмножеством столбцов предварительного кодера настройки для ранга r+1.
Конечно, Решения, раскрытые в этом документе, не ограничиваются определенными вышеупомянутыми иллюстрациями. Например, в этом раскрытии изобретения использовалась терминология из LTE 3GPP, чтобы предоставить релевантный и полезный контекст для понимания операций в приемопередатчиках 10 и 12, которые идентифицировались в одном или нескольких вариантах осуществления как eNodeB LTE и UE LTE, соответственно. Однако решения, раскрытые в этом документе, не ограничиваются этими примерными иллюстрациями и преимущественно могут применяться в других контекстах, например, в сетях на основе WCDMA, WiMAX, UMB или GSM.
Кроме того, приемопередатчик 10 и приемопередатчик 12 не обязательно являются базовой станцией и элементом мобильного оборудования в стандартной сотовой сети, хотя раскрытые решения имеют преимущества в таком контексте. Кроме того, хотя некоторые примеры беспроводной сети, приведенные в этом документе, касаются "нисходящей линии связи" от eNodeB или другой сетевой базовой станции, представленные решения также применимы к восходящей линии связи. В общих чертах будет подразумеваться, что решения, раскрытые в этом документе, ограничиваются формулой изобретения и ее юридическими эквивалентами, а не приведенными пояснительными примерами.