多天线系统及其数据发送方法转让专利
申请号 : CN200880020033.5
文献号 : CN101790863A
文献日 : 2010-07-28
发明人 : 马蒂尔斯·文斯特姆 , 陈莉娜 , 蒋培刚
申请人 : 华为技术有限公司
摘要 :
本发明涉及无线通信领域，公开了一种多天线系统及其数据发送方法。在本发明中，对使用CDD的MIMO预编码系统中的复数相位序列进行了改进，使信道在整个系统带宽上的相移和CDD相等，同时将复数相位序列变化的步长设置成和预编码的反馈带宽对应子载波个数相等，从而在反馈带宽相对于整个频带比例较大时仍可以保持较高的预编码性能。虚拟循环时延可以随时间而变化，从而进一步获得时间上的分集效果。当信道频率选择性较小时，虚拟循环延迟可以取较小值，以获得调度增益。
权利要求 :
1.一种多天线系统的数据发送方法，该系统中包括M个用于发射的天线，其中M≥2，其特征在于，包括以下步骤：将待发送的频域数据与预编码矩阵相乘生成M路经预编码的数据，所述M路经预编码的数据与所述M个天线分别对应；
对于每个天线，将对应该天线的一路所述经预编码的数据映射到整个系统带宽上的部分或全部子载波，该映射到的子载波个数为N；
对于每个天线，将所述N个子载波上的数据和长度为N的复数相位序列exp(j·C·f(k，D)+jE)相乘，其中，C和E为实数，f(k，D)是一个不连续函数，k和D为f(k，D)函数的变量，k为子载波的编号，0≤k≤N-1，D为该函数的变化周期或者步长，当D的取值确定后f(k，D)函数的取值随着k的变化每隔D发生一次跳变；
对于每个天线，对所述N个子载波上的数据进行正交频分复用调制后发送。
2.根据权利要求1所述的多天线系统的数据发送方法，其特征在于，所述复数相位序列exp(j·C·f(k，D)+jE)为：或
其中，m为所述天线的序号，dm为所述天线上的虚拟循环时延，B为所述预编码矩阵的反馈带宽对应的子载波个数，k为子载波的编号且0≤k≤N-1，分别表示向下取整和向上取整，为初始相位。
3.根据权利要求2所述的多天线系统的数据发送方法，其特征在于，所述虚拟循环时延随时间改变，或者，所述虚拟循环时延不随时间改变。
4.根据权利要求2所述的多天线系统的数据发送方法，其特征在于，所述M个天线所对应的M个虚拟循环时延至少有两种不同的取值。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的多天线系统的数据发送方法，其特征在于，所述正交频分复用调制的步骤与所述发射的步骤之间，还包括以下步骤：对经正交频分复用调制的数据添加循环前缀。
6.一种多天线系统，其特征在于，包括：
M个用于发射的天线，其中M≥2；
预编码单元，用于将待发送的频域数据与预编码矩阵相乘生成M路经预编码的数据，每路经预编码的数据分别对应所述M个天线中的一个；
M个映射单元，分别对应于所述M个天线，每个映射单元分别用于将所述预编码单元输出的所述每路经预编码的数据映射到整个系统带宽上的部分或全部子载波，该映射到的子载波个数为N；
M个乘法单元，分别对应于所述M个天线，每个乘法单元分别用于将一个所述映射单元映射到所述N个子载波上的数据和长度为N的复数相位序列exp(j·C·f(k，D)+jE)相乘，其中，C和E为实数，f(k，D)是一个不连续函数，k和D为f(k，D)函数的变量，k为子载波的编号，0≤k≤N-1，D为该函数的变化周期或者步长，当D的取值确定后f(k，D)函数的取值随着k的变化每隔D发生一次跳变；
M个正交频分复用调制单元，分别对应于所述M个天线，每个正交频分复用调制单元分别用于对一个所述乘法单元输出的数据进行正交频分复用调制后通过对应的天线发送。
7.根据权利要求6所述的多天线系统，其特征在于，所述复数相位序列exp(j·C·f(k，D)+jE)为：或
其中，m为所述天线的序号，dm为所述天线上的虚拟循环时延，B为所述预编码矩阵的反馈带宽对应的子载波个数，k为子载波的编号，0≤k≤N-1，分别表示向下取整和向上取整，为初始相位。
8.根据权利要求7所述的多天线系统，其特征在于，所述乘法单元使用随时间改变的虚拟循环时延，或者，所述乘法单元使用不随时间改变虚拟循环时延。
9.根据权利要求7所述的多天线系统，其特征在于，所述M个天线所对应的M个虚拟循环时延至少有两种不同的取值。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的多天线系统，其特征在于，还包括：M个循环前缀CP单元，分别对应于M个所述天线，每个循环前缀单元分别用于对一个所述正交频分复用调制单元输出的数据添加循环前缀，将经添加循环前缀的数据通过对应的天线发射。
说明书 :
技术领域
本发明涉及无线通信领域，特别涉及多输入多输出(Multiple Input MultipleOutput，简称“MIMO”)系统的发射技术。
背景技术
随着无线移动通信的发展，近年来提出了两个主要技术：多载波正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，简称“OFDM”)技术和MIMO技术。因为OFDM技术所具有的能够很好地克服无线信道的多径特性和比单载波频谱效率高的特点，以及，MIMO技术所具有的能增加无线通信系统的谱效率和提高可靠性的特点；使得这两种技术的相互结合成为移动通信系统中的关键技术。
下面分别对这两种技术进行简单介绍。
一个简单的单天线发射OFDM系统的发射端原理框图如图1所示，包括信道编码、星座映射、子载波映射、OFDM调制、添加循环前缀(Cyclic Prefix，简称“CP”)、发送，这几部分。该单天线接收的OFDM系统接收端原理框图如图2所示，包括时域信号接收、去CP、OFDM解调、解映射、信道估计、均衡、星座映射、信道译码这几部分。
MIMO技术就是在通信系统的发送端和接收端分别安置多个天线进行发射和接收，MIMO技术主要可分成两类。当发射端或接收端存在多个发射天线，并且各个天线发射相同的数据时，接收端可以获得多个分支的信号进行合并，提高传输的可靠性，我们将这一类的MIMO技术称为多天线分集技术。另外，当发射端和接收端同时存在多个天线时，由于MIMO信道可以等效成多个并行的信道，因此发射端可以同时并行发送多路数据，从而可以提高传输速率，我们将这一类的技术称为空间复用技术。
循环时延分集(Cyclic Delay Diversity，简称“CDD”)是OFDM系统中一种常用的多天线发射分集方案，各个天线上发送相同的频域数据并对时域的OFDM符号进行不同的循环延迟，以此来获得频率分集增益。采用CDD发射的发射端原理框图如图3所示。
从图3中可以看出，各天线上都采用了不同的循环延迟Dm，m＝1，2，...M。假没X(k)表示频域的符号，x(n)表示时域的样点，根据离散傅立叶变换(DiscreteFourier Transform，简称“DFT”)的性质可以知道，时域上的循环延迟等效于频域上的相移，从而可以得到如下公式：其中N表示DFT的点数，k表示子载波的编号，k＝0，1，2，…，N-1。
可将接收到的频域信号表示为：
其中Y(k)表示的是在第k个子载波上的接收信号，Hm(k)表示的在第k个子载波上第m个发送天线到接收天线之间频域信道响应。N(k)表示的是加性高斯白噪声。
从上式的结果中看出，可以把采用CDD的多天线系统等效为一个单天线系统：Y(k)＝He(k)X(k)+N(k)，k＝0，…N-1，
其等效的信道为：
从上式可以看出，等效信道为多个信道乘上不同的相移之后的叠加，叠加的效果在于使得信道波动的速度增加。假设信道为单径信道，在频域上存在平衰落，该信道的单天线发射和双天线CDD发射的等效信道的幅度如图4所示。
从图4中可以看出引入CDD之后信道在频域的波动增加了，通过在频域上对数据进行信道编码就可以获得频率分集增益，从而提高传输的可靠性。
MIMO预编码(MIMO precoding)是OFDM系统中一种常用的空间复用技术，通过在多个发射天线上同时发送多路数据来提高传输速率。precoding是预编码的意思，也就是要对数据进行编码(或称加权)之后才发射。以两发射天线两接收天线为例，MIMO precoding的发射原理图如图5所示。
从图5中可以看出经过precoding之后发射的频域数据符号可表示为：
这里我们通常将称为precoding矩阵。经过信道之后，接收端接收到的频域信号可表示为：
，其中hij，i，j＝1，2表示接收天线i到发射天线j之间的频域信道响应。我们可以对信道矩阵H进行奇异值分解(Sigular ValueDecomposition，简称“SVD”)，H＝UDVH。
其中U，V都是酉矩阵，D是对角阵，对角阵的元素就是MIMO信道子信道的信道增益。如果能够设置precoding矩阵W＝V，那么由于V是酉矩阵，因此H·W＝UDVH·V＝UD。此时接收端只要用矩阵UH对接收到的信号进行加权，就可以得到多路没有干扰的信号。
Z＝UHHWX＝UHUDX＝DX
因此可以看出，对信号进行precoding加权的好处就在于能够把信号映射到各个正交的子信道上，减少各路信号之间的干扰。
现有技术中引入了一种将CDD和MIMO precoding相结合的方案，这里我们称之为CDD precoding，以两发射天线两接收天线为例，其发射端原理图如图6所示。从图6可看出，第一个天线没有做循环延迟，即循环延迟为零。假设第二个天线上的循环延迟为d，那么从前面的讨论可知，CDD precoding所发送的频域信号可表示为：其中k和N的定义都和上文所描述的相同。
在OFDM系统中由于整个频带被分成了若干个子载波，并且可以把不同的子载波分配给不同的用户，因此频域调度技术在OFDM系统中被广泛使用，即当基站与多个用户同时通信时，对各个用户总是调度对应信道质量最好的那一段资源给它。由于各个用户的信道不同，信道质量最好的资源在很大的可能性上不会重复，因此这样就可以各取所需。通过调度能够有效的提高整个系统的吞吐量，我们将这种增益称为多用户分集增益或调度增益。然而，当信道的多径数比较少时，对应频域信道波动可能非常小，用户在整个频带上的信道质量都差不多，这样不利于多用户调度，通过引入CDD技术，可以增加信道的波动，使得能够更好地进行频域调度。
然而，并非信道波动越大对频域调度越有利。通常在进行频域调度时，将整个频带分成若干组子载波，以组为单位进行调度，这里将一组子载波称为资源块。调度时分配给用户其信道质量最好的若干个资源块，因此希望在一个资源块内信道质量接近，信道的波动较小。这就需要在引入CDD技术的同时，将时延取值控制在比较小的范围内，以确保即能够增加信道的波动，又不会使得在一个资源块内信道发生剧烈的变化。
现有技术通过引入小时延CDD就可以增加调度增益，且不会对信道估计的性能造成很大的影响。将CDD和MIMO precoding相结合，就是希望在信道多径数比较少的信道下，能够增加多用户分集增益并获得MIMO增益。
在现有技术中进行MIMO precoding的时候我们希望加权矩阵W能够尽量等于信道分解出的矩阵V，但是在采用频分双工(Frequency Division Duplex，简称“FDD”)的无线通信系统中，通常发射端无法获得信道矩阵H的信息，因此需要接收端将信道信息反馈给发射端。理论上来说，各个子载波上的信道响应不同，需要分别反馈每个子载波上的信道响应，但是这样将带来大量的开销，会大大降低通信系统的效率。由于在相邻的子载波上信道响应存在着相关性，因此为了减少反馈，通常只对一组相邻的子载波反馈一个信道信息，这里我们将这组子载波的对应的带宽称为反馈带宽。那么我们期望在反馈带宽之内，信道的变化尽量小一些，这样在这个带宽上使用相同的precoding矩阵能够获得更好的性能，即加权能够更好的和信道匹配。
本发明的发明人发现，CDD相当于给频域信道引入了相移，在频域会增加信道的波动，如果在反馈带宽内信道的波动太大，就会使得用一个precoding矩阵无法和整个反馈带宽内的信道很好的匹配，引起性能的下降。在现有技术中，使用CDD对应在频域第k个子载波上的相移为当d＝1时，假设整个频带上存在2048个子载波，反馈带宽为60个子载波。那么我们可以计算出，每隔一个子载波，引入了CDD的发射天线到接收端天线之间的信道发生的相移为-2π/2048≈-0.17°，同样，在反馈带宽即60个子载波上，相移为-0.17×60＝-10.2°。可以看出当带宽比较大时，CDD在反馈带宽内对信道的影响较小。但是当d＝1时，假设整个频带只在128个子载波，那么每隔一个子载波对应的相移为-2π/128≈-2.81°，在反馈带宽即60个子载波上的相移为-2.81×60＝-168.6°。可见，当系统带宽比较小时，CDD在反馈带宽内对信道的影响比较大，会降低precoding的性能。
下面分别对这两种技术进行简单介绍。
一个简单的单天线发射OFDM系统的发射端原理框图如图1所示，包括信道编码、星座映射、子载波映射、OFDM调制、添加循环前缀(Cyclic Prefix，简称“CP”)、发送，这几部分。该单天线接收的OFDM系统接收端原理框图如图2所示，包括时域信号接收、去CP、OFDM解调、解映射、信道估计、均衡、星座映射、信道译码这几部分。
MIMO技术就是在通信系统的发送端和接收端分别安置多个天线进行发射和接收，MIMO技术主要可分成两类。当发射端或接收端存在多个发射天线，并且各个天线发射相同的数据时，接收端可以获得多个分支的信号进行合并，提高传输的可靠性，我们将这一类的MIMO技术称为多天线分集技术。另外，当发射端和接收端同时存在多个天线时，由于MIMO信道可以等效成多个并行的信道，因此发射端可以同时并行发送多路数据，从而可以提高传输速率，我们将这一类的技术称为空间复用技术。
循环时延分集(Cyclic Delay Diversity，简称“CDD”)是OFDM系统中一种常用的多天线发射分集方案，各个天线上发送相同的频域数据并对时域的OFDM符号进行不同的循环延迟，以此来获得频率分集增益。采用CDD发射的发射端原理框图如图3所示。
从图3中可以看出，各天线上都采用了不同的循环延迟Dm，m＝1，2，...M。假没X(k)表示频域的符号，x(n)表示时域的样点，根据离散傅立叶变换(DiscreteFourier Transform，简称“DFT”)的性质可以知道，时域上的循环延迟等效于频域上的相移，从而可以得到如下公式：其中N表示DFT的点数，k表示子载波的编号，k＝0，1，2，…，N-1。
可将接收到的频域信号表示为：
其中Y(k)表示的是在第k个子载波上的接收信号，Hm(k)表示的在第k个子载波上第m个发送天线到接收天线之间频域信道响应。N(k)表示的是加性高斯白噪声。
从上式的结果中看出，可以把采用CDD的多天线系统等效为一个单天线系统：Y(k)＝He(k)X(k)+N(k)，k＝0，…N-1，
其等效的信道为：
从上式可以看出，等效信道为多个信道乘上不同的相移之后的叠加，叠加的效果在于使得信道波动的速度增加。假设信道为单径信道，在频域上存在平衰落，该信道的单天线发射和双天线CDD发射的等效信道的幅度如图4所示。
从图4中可以看出引入CDD之后信道在频域的波动增加了，通过在频域上对数据进行信道编码就可以获得频率分集增益，从而提高传输的可靠性。
MIMO预编码(MIMO precoding)是OFDM系统中一种常用的空间复用技术，通过在多个发射天线上同时发送多路数据来提高传输速率。precoding是预编码的意思，也就是要对数据进行编码(或称加权)之后才发射。以两发射天线两接收天线为例，MIMO precoding的发射原理图如图5所示。
从图5中可以看出经过precoding之后发射的频域数据符号可表示为：
这里我们通常将称为precoding矩阵。经过信道之后，接收端接收到的频域信号可表示为：
，其中hij，i，j＝1，2表示接收天线i到发射天线j之间的频域信道响应。我们可以对信道矩阵H进行奇异值分解(Sigular ValueDecomposition，简称“SVD”)，H＝UDVH。
其中U，V都是酉矩阵，D是对角阵，对角阵的元素就是MIMO信道子信道的信道增益。如果能够设置precoding矩阵W＝V，那么由于V是酉矩阵，因此H·W＝UDVH·V＝UD。此时接收端只要用矩阵UH对接收到的信号进行加权，就可以得到多路没有干扰的信号。
Z＝UHHWX＝UHUDX＝DX
因此可以看出，对信号进行precoding加权的好处就在于能够把信号映射到各个正交的子信道上，减少各路信号之间的干扰。
现有技术中引入了一种将CDD和MIMO precoding相结合的方案，这里我们称之为CDD precoding，以两发射天线两接收天线为例，其发射端原理图如图6所示。从图6可看出，第一个天线没有做循环延迟，即循环延迟为零。假设第二个天线上的循环延迟为d，那么从前面的讨论可知，CDD precoding所发送的频域信号可表示为：其中k和N的定义都和上文所描述的相同。
在OFDM系统中由于整个频带被分成了若干个子载波，并且可以把不同的子载波分配给不同的用户，因此频域调度技术在OFDM系统中被广泛使用，即当基站与多个用户同时通信时，对各个用户总是调度对应信道质量最好的那一段资源给它。由于各个用户的信道不同，信道质量最好的资源在很大的可能性上不会重复，因此这样就可以各取所需。通过调度能够有效的提高整个系统的吞吐量，我们将这种增益称为多用户分集增益或调度增益。然而，当信道的多径数比较少时，对应频域信道波动可能非常小，用户在整个频带上的信道质量都差不多，这样不利于多用户调度，通过引入CDD技术，可以增加信道的波动，使得能够更好地进行频域调度。
然而，并非信道波动越大对频域调度越有利。通常在进行频域调度时，将整个频带分成若干组子载波，以组为单位进行调度，这里将一组子载波称为资源块。调度时分配给用户其信道质量最好的若干个资源块，因此希望在一个资源块内信道质量接近，信道的波动较小。这就需要在引入CDD技术的同时，将时延取值控制在比较小的范围内，以确保即能够增加信道的波动，又不会使得在一个资源块内信道发生剧烈的变化。
现有技术通过引入小时延CDD就可以增加调度增益，且不会对信道估计的性能造成很大的影响。将CDD和MIMO precoding相结合，就是希望在信道多径数比较少的信道下，能够增加多用户分集增益并获得MIMO增益。
在现有技术中进行MIMO precoding的时候我们希望加权矩阵W能够尽量等于信道分解出的矩阵V，但是在采用频分双工(Frequency Division Duplex，简称“FDD”)的无线通信系统中，通常发射端无法获得信道矩阵H的信息，因此需要接收端将信道信息反馈给发射端。理论上来说，各个子载波上的信道响应不同，需要分别反馈每个子载波上的信道响应，但是这样将带来大量的开销，会大大降低通信系统的效率。由于在相邻的子载波上信道响应存在着相关性，因此为了减少反馈，通常只对一组相邻的子载波反馈一个信道信息，这里我们将这组子载波的对应的带宽称为反馈带宽。那么我们期望在反馈带宽之内，信道的变化尽量小一些，这样在这个带宽上使用相同的precoding矩阵能够获得更好的性能，即加权能够更好的和信道匹配。
本发明的发明人发现，CDD相当于给频域信道引入了相移，在频域会增加信道的波动，如果在反馈带宽内信道的波动太大，就会使得用一个precoding矩阵无法和整个反馈带宽内的信道很好的匹配，引起性能的下降。在现有技术中，使用CDD对应在频域第k个子载波上的相移为当d＝1时，假设整个频带上存在2048个子载波，反馈带宽为60个子载波。那么我们可以计算出，每隔一个子载波，引入了CDD的发射天线到接收端天线之间的信道发生的相移为-2π/2048≈-0.17°，同样，在反馈带宽即60个子载波上，相移为-0.17×60＝-10.2°。可以看出当带宽比较大时，CDD在反馈带宽内对信道的影响较小。但是当d＝1时，假设整个频带只在128个子载波，那么每隔一个子载波对应的相移为-2π/128≈-2.81°，在反馈带宽即60个子载波上的相移为-2.81×60＝-168.6°。可见，当系统带宽比较小时，CDD在反馈带宽内对信道的影响比较大，会降低precoding的性能。
发明内容
本发明实施方式要解决的主要技术问题是提供一种多天线系统及其数据发送方法，使得反馈带宽相对于整个频带比例较大时仍可以保持较高的预编码性能。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种多天线系统的数据发送方法，该系统中包括M个用于发射的天线，其中M≥2，包括以下步骤：
将待发送的频域数据与预编码矩阵相乘生成M路经预编码的数据，M路经预编码的数据分别对应M个天线；
对于每个天线，将对应该天线的一路经预编码的数据映射到整个系统带宽上的部分或全部子载波，该映射到的子载波个数为N；
对于每个天线，将N个子载波上的数据和长度为N的复数相位序列exp(j·C·f(k，D)+jE)相乘，其中，C和E为实数，f(k，D)是一个不连续函数，k和D为f(k，D)函数的变量，k为子载波的编号，0≤k≤N-1，D为该函数的变化周期或者步长，当D的取值确定后f(k，D)函数的取值随着k的变化每隔D发生一次跳变；
对于每个天线，对N个子载波上的数据进行正交频分复用调制后，通过该天线发射。
本发明的实施方式还提供了一种多天线系统，包括：
M个用于发射的天线，其中M≥2；
预编码单元，用于将待发送的频域数据与预编码矩阵相乘生成M路经预编码的数据，每路经预编码的数据分别对应M个天线中的一个；
M个映射单元，分别对应于M个天线，每个映射单元分别用于将预编码单元输出的一路经预编码的数据映射到整个系统带宽上的部分或全部子载波，该映射到的子载波个数为N；
M个乘法单元，分别对应于M个天线，每个乘法单元分别用于将一个映射单元映射到N个子载波上的数据和长度为N的复数相位序列exp(j·C·f(k，D)+jE)相乘，其中，C和E为实数，f(k，D)是一个不连续函数，k和D为f(k，D)函数的变量，k为子载波的编号，0≤k≤N-1，D为该函数的变化周期或者步长，当D的取值确定后f(k，D)函数的取值随着k的变化每隔D发生一次跳变；
M个正交频分复用调制单元，分别对应于M个天线，每个正交频分复用调制单元分别用于对一个乘法单元输出的数据进行正交频分复用调制后通过对应的天线发送。
本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：
通过在频域将发射天线N个子载波上的数据和复数相位序列exp(j·C·f(k，D)+jE)相乘，能够使信道在整个系统带宽上的相移和CDD相等，获得CDD带来的频率分集或多用户调度增益，通过将复数相位序列变化的步长设置成和precoding的反馈带宽对应的子载波个数相等，对于使用CDD的MIMOprecoding系统，能够有效地解决在系统带宽比较小的情况下precoding性能下降的问题。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种多天线系统的数据发送方法，该系统中包括M个用于发射的天线，其中M≥2，包括以下步骤：
将待发送的频域数据与预编码矩阵相乘生成M路经预编码的数据，M路经预编码的数据分别对应M个天线；
对于每个天线，将对应该天线的一路经预编码的数据映射到整个系统带宽上的部分或全部子载波，该映射到的子载波个数为N；
对于每个天线，将N个子载波上的数据和长度为N的复数相位序列exp(j·C·f(k，D)+jE)相乘，其中，C和E为实数，f(k，D)是一个不连续函数，k和D为f(k，D)函数的变量，k为子载波的编号，0≤k≤N-1，D为该函数的变化周期或者步长，当D的取值确定后f(k，D)函数的取值随着k的变化每隔D发生一次跳变；
对于每个天线，对N个子载波上的数据进行正交频分复用调制后，通过该天线发射。
本发明的实施方式还提供了一种多天线系统，包括：
M个用于发射的天线，其中M≥2；
预编码单元，用于将待发送的频域数据与预编码矩阵相乘生成M路经预编码的数据，每路经预编码的数据分别对应M个天线中的一个；
M个映射单元，分别对应于M个天线，每个映射单元分别用于将预编码单元输出的一路经预编码的数据映射到整个系统带宽上的部分或全部子载波，该映射到的子载波个数为N；
M个乘法单元，分别对应于M个天线，每个乘法单元分别用于将一个映射单元映射到N个子载波上的数据和长度为N的复数相位序列exp(j·C·f(k，D)+jE)相乘，其中，C和E为实数，f(k，D)是一个不连续函数，k和D为f(k，D)函数的变量，k为子载波的编号，0≤k≤N-1，D为该函数的变化周期或者步长，当D的取值确定后f(k，D)函数的取值随着k的变化每隔D发生一次跳变；
M个正交频分复用调制单元，分别对应于M个天线，每个正交频分复用调制单元分别用于对一个乘法单元输出的数据进行正交频分复用调制后通过对应的天线发送。
本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：
通过在频域将发射天线N个子载波上的数据和复数相位序列exp(j·C·f(k，D)+jE)相乘，能够使信道在整个系统带宽上的相移和CDD相等，获得CDD带来的频率分集或多用户调度增益，通过将复数相位序列变化的步长设置成和precoding的反馈带宽对应的子载波个数相等，对于使用CDD的MIMOprecoding系统，能够有效地解决在系统带宽比较小的情况下precoding性能下降的问题。
附图说明
图1是现有技术中单天线发射正交频分复用系统发射端原理框图；
图2是现有技术中单天线接收正交频分复用系统接收端原理框图；
图3是现有技术中CDD发射原理框图；
图4是现有技术中单天线发射和双天线CDD发射的等效信道的幅度示意图；
图5是现有技术中MIMO precoding发射端原理框图；
图6是现有技术中CDD precoding发射原理框图；
图7是根据本发明第一实施方式中多天线系统的数据发送方法流程图；
图8是根据本发明第一实施方式中系统带宽为2.5MHz，终端数分别为1、5、10时，PSD precoding和CDD precoding的性能比较示意图；
图9是根据本发明第一实施方式中系统带宽为5MHz，UE数分别为1、5、10时，PSD precoding和CDD precoding的性能比较示意图；
图10是根据本发明第四实施方式中多天线系统结构图。
图2是现有技术中单天线接收正交频分复用系统接收端原理框图；
图3是现有技术中CDD发射原理框图；
图4是现有技术中单天线发射和双天线CDD发射的等效信道的幅度示意图；
图5是现有技术中MIMO precoding发射端原理框图；
图6是现有技术中CDD precoding发射原理框图；
图7是根据本发明第一实施方式中多天线系统的数据发送方法流程图；
图8是根据本发明第一实施方式中系统带宽为2.5MHz，终端数分别为1、5、10时，PSD precoding和CDD precoding的性能比较示意图；
图9是根据本发明第一实施方式中系统带宽为5MHz，UE数分别为1、5、10时，PSD precoding和CDD precoding的性能比较示意图；
图10是根据本发明第四实施方式中多天线系统结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
本发明第一实施方式涉及一种多天线系统的数据发送方法，该系统中包括M个用于发射的天线，其中M≥2。具体流程如图7所示。
在步骤710中，将待发送的p路频域数据符号与预编码矩阵相乘生成M路经预编码的数据，每路经预编码的数据分别对应M个天线中的一个。
在步骤720中，对于每个天线，将对应该天线的一路经预编码的数据映射到整个系统带宽上的部分或全部子载波上，该映射到的子载波个数为N。如果系统在一个时刻只发送一个用户的数据，则可以将这个用户的数据映射到全部N个子载波中；如果系统同时要发送多个用户的数据，则每个用户的数据会映射到部分子载波中，例如，对于两个用户的情况，可以在前N/2个子载波中映射第一个用户的数据，在后N/2个子载波中映射第二个用户的数据。
在步骤730中，对于每个天线，将映射到上述N个子载波上的数据和长度为N的复数相位序列exp(j·C·f(k，D)+jE)相乘，其中，C和E为实数，f(k，D)是一个不连续函数，k和D为f(k，D)函数的变量，k为子载波的编号，0≤k≤N-1，D为该函数的变化周期或者步长，当D的取值确定后f(k，D)函数的取值随着k的变化每隔D发生一次跳变。
在具体应用中，该复数相位序列exp(j·C·f(k，D)+jE)可以是或其中，m为该天线的序号，dm为该天线上的虚拟循环时延，B为该预编码矩阵precoding的反馈带宽对应的子载波个数，即使用相同precoding矩阵的相邻子载波的个数，k为子载波的编号，0≤k≤N-1，k为整数，分别表示向下取整和向上取整，为初始相位。其中，M个天线所对应的M个虚拟循环时延dm中，至少有两种不同的取值。
以为例进行具体说明，其中，假设初始相位为0。相乘后的频域信号可表示为：
从背景技术中可以获知，CDD技术等效于将时延为dm的天线上发送的频域数据乘上值为的相移，这里可以将看作一个复数相位序列，CDD等效于将频域的数据与这个复数相位序列相乘。
与CDD技术的区别在于，本实施方式中，将映射到N个子载波上的数据与复数相位序列相乘，可以看出，该复数相位序列在子载波下标k为反馈带宽对应子载波个数B的整数倍时，与CDD中的对应复数相位序列相同，k不为B的整数倍时，与CDD中的对应复数相位序列相近，从而确保本实施方式中信道在整个系统带宽上的相移和CDD相等，获得CDD带来的频率分集或多用户调度增益。在k不为B的整数倍时，由于将k除以B后向下取整，使得在子载波下标为i·B～(i+1)·B-1之间时，所乘的复数相位序列是相同的，其中每隔B个子载波复数相位序列才会发生一次变化。也就是说，将复数相位序列变化的步长设置成和precoding的反馈带宽对应子载波个数相等，对于同一个反馈带宽内的各子载波而言其相乘的复数相位序列是相同的，从而对于使用CDD的MIMO precoding系统，不同反馈带宽内的各子载波的信道波动较明显，同一个反馈带宽内的各子载波的信道波动较小，从而可以更好地满足频域调度的需求，能够有效地解决在系统带宽比较小的情况下precoding性能下降的问题。
复数相位序列取时，其效果与复数相位序列取相类似，其区别仅在于前者为向上取整，后者为向下取整，在此不再赘述。
需要说明的是，本实施方式中将复数相位序列中天线的循环时延dm称为虚拟循环时延，这是因为，从步骤730中的频域信号表示公式可以看出，实际上本实施方式中各天线并没有进行循环时延，只是当B＝1时，频域乘上对应复数相位序列等效于在时域进行了一个循环时延。当B不等于1时，乘上对应复数相位序列并不能等效为时域进行了循环时延，所以本实施方式中称之为虚拟循环时延。
在步骤740中，对于每个天线，对该N个子载波上的数据进行OFDM调制。
在步骤750中，对经OFDM调制的数据添加CP后，通过对应天线发送。
下面以具体的例子对本实施方式的效果进行说明，仍然以复数相位序列取初始相位是0为例。假设有两个发射天线，第一个天线上d1＝0，第二个天线上d2＝1。在整个频带上存在2048个子载波，反馈带宽为60个子载波的情况下，可以计算出，在第1个反馈带宽(即第0～59个子载波)内，第二个发射天线上引入的相移为由于k＜60，因此等于0，因此相移也为0°。在第2个反馈带宽(即第60～119个子载波)内，对应的相移为在第3个反馈带宽(即第120～179个子载波)内，对应的相移为以此类推。可见本实施方式可以和CDD一样保证在整个系统带宽上能够引入360°(d＝1)或720°(d＝2)相移，从而增加频域信道的波动，获得CDD带来的频率分集增益。同时，又能保证在一个反馈带宽上信道相位不发生变化，以确保precoding的性能，能够有效地解决在系统带宽比较小的情况下precoding性能下降的问题。
可见，通过在频域将发射天线N个子载波上的数据和复数相位序列或相乘，能够使信道在整个系统带宽上的相移和CDD相等，获得CDD带来的频率分集或多用户调度增益，通过将复数相位序列变化的步长设置和precoding的反馈带宽对应子载波个数相等，当本实施方式和MIMO precoding结合时，能够有效地解决CDD和MIMOprecoding结合时在系统带宽比较小的情况下带来的性能下降问题。
为了方便之后的描述，将本实施方式中和MIMO precoding相结合的方案称为相位偏移分集(Phase Shift Diversity，简称“PSD”)precoding，将CDD和MIMO precoding相结合时的方案称为CDD precoding。图8和图9分别给出了当系统带宽为2.5和5MHz，终端数分别为1个、5个、10个时，PSD precoding和CDD precoding的仿真系统比较。
两图中纵座标表示用户吞吐量，横座标表示系统吞吐量。实线代表最差的50％(即中值)用户平均吞吐量和系统吞吐量性能，虚线代表最差的5％(即小区边缘)用户平均吞吐量和系统吞吐量性能。CDD+Q＝5RB表示PSDprecoding，no CDD代表CDD的时延取值为0。同一根曲线上的三个点，按纵坐标从大到小分别代表小区中存在1个，5个和10个用户时的情况。
从图8和图9中可以看出，无论是系统带宽为2.5MHz时还是系统带宽为5MHz时，是在小区边缘或者取中值，小区中用户是多或者少时，本实施方式的PSD precoding在用户吞吐量和系统吞吐量两个指标上都优于CDD precoding。
本发明第二实施方式同样涉及一种多天线系统的数据发送方法，与第一实施方式大致相同，其区别在于，在第一实施方式中，M个天线对应的M个虚拟循环时延dm是不随时间改变的，而在本实施方式中，该M个虚拟循环时延dm可以随时间而变化，从而进一步获得时间上的分集效果，进一步提高了传输性能。
本发明第三实施方式同样涉及一种多天线系统的数据发送方法，与第一实施方式大致相同，其区别在于，在本实施方式中，在系统的总带宽小于信道相干带宽3倍的条件下，各天线所对应的虚拟循环时延dm为1或2，例如在空旷的场景下，基本没有多径，主要功率集中在单径上，或者虽有多径但多径间的时延很小，在这种情况下，将dm设置为1或2，使得当信道频率选择性较小时，虚拟循环延迟可以取较小值，以获得调度增益。
本发明第四实施方式涉及一种多天线系统，如图10所示，包括：M个用于发射的天线，其中M≥2；预编码单元，用于将待发送的频域数据与预编码矩阵相乘生成M路经预编码的数据，每路经预编码的数据分别对应该M个天线中的一个；M个映射单元，分别对应于M个天线，每个映射单元分别用于将该预编码单元输出的一路经预编码的数据映射到整个系统带宽上的部分或全部子载波，该映射到的子载波个数为N；M个乘法单元，分别对应于M个天线，每个乘法单元分别用于将一个映射单元映射到N个子载波上的数据和长度为N的复数相位序列exp(j·C·f(k，D)+jE)对应按位相乘，其中，C和E为实数，f(k，D)是一个不连续函数，k和D为f(k，D)函数的变量，k为子载波的编号，0≤k≤N-1，D为该函数的变化周期或者步长，当D的取值确定后f(k，D)函数的取值随着k的变化每隔D发生一次跳变；M个OFDM调制单元，分别对应于M个天线，每个OFDM调制单元分别用于对一个乘法单元输出的数据进行OFDM调制；M个CP单元，分别对应于M个天线，每个CP单元分别用于对一个OFDM调制单元输出的数据添加循环前缀，将经添加循环前缀的数据通过对应的天线发射。
该复数相位序列exp(j·C·f(k，D)+jE)可以是：或其中，m为天线的序号，dm为天线上的虚拟循环时延，该M个天线所对应的M个虚拟循环时延中，至少有两种不同的取值，B为预编码矩阵的反馈带宽对应的子载波个数，k为子载波的编号，0≤k≤N-1，分别表示向下取整和向上取整，为初始相位。
通过在频域将发射天线N个子载波上的数据和复数相位序列或相乘，能够使信道在整个系统带宽上的相移和CDD相等，获得CDD带来的频率分集或多用户调度增益，通过将复数相位序列变化的步长设置成和precoding的反馈带宽对应子载波个数相等，对于使用CDD的MIMO precoding系统，能够有效地解决在系统带宽比较小的情况下precoding性能下降的问题。
其中，各乘法单元可以使用不随时间改变的dm，或者，各乘法单元可以随时间改变dm的取值，从而进一步获得时间上的分集效果，进一步提高了传输性能。
在该系统的总带宽小于信道相干带宽3倍的条件下，各天线所对应的虚拟循环时延为1或2，从而当信道频率选择性较小时，虚拟循环延迟可以取较小值，以获得调度增益。
综上所述，在本发明的实施方式中，通过在频域将发射天线N个子载波上的数据和复数相位序列或相乘，能够使信道在整个系统带宽上的相移和CDD相等，获得CDD带来的频率分集或多用户调度增益，通过将复数相位序列变化的步长设置成和precoding的反馈带宽对应子载波个数相等，对于使用CDD的MIMO precoding系统，能够有效地解决在系统带宽比较小的情况下precoding性能下降的问题。
虚拟循环时延可以随时间而变化，从而进一步获得时间上的分集效果，进一步提高了传输性能。
当信道频率选择性较小时，虚拟循环延迟可以取较小值，以获得调度增益。
虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
本发明第一实施方式涉及一种多天线系统的数据发送方法，该系统中包括M个用于发射的天线，其中M≥2。具体流程如图7所示。
在步骤710中，将待发送的p路频域数据符号与预编码矩阵相乘生成M路经预编码的数据，每路经预编码的数据分别对应M个天线中的一个。
在步骤720中，对于每个天线，将对应该天线的一路经预编码的数据映射到整个系统带宽上的部分或全部子载波上，该映射到的子载波个数为N。如果系统在一个时刻只发送一个用户的数据，则可以将这个用户的数据映射到全部N个子载波中；如果系统同时要发送多个用户的数据，则每个用户的数据会映射到部分子载波中，例如，对于两个用户的情况，可以在前N/2个子载波中映射第一个用户的数据，在后N/2个子载波中映射第二个用户的数据。
在步骤730中，对于每个天线，将映射到上述N个子载波上的数据和长度为N的复数相位序列exp(j·C·f(k，D)+jE)相乘，其中，C和E为实数，f(k，D)是一个不连续函数，k和D为f(k，D)函数的变量，k为子载波的编号，0≤k≤N-1，D为该函数的变化周期或者步长，当D的取值确定后f(k，D)函数的取值随着k的变化每隔D发生一次跳变。
在具体应用中，该复数相位序列exp(j·C·f(k，D)+jE)可以是或其中，m为该天线的序号，dm为该天线上的虚拟循环时延，B为该预编码矩阵precoding的反馈带宽对应的子载波个数，即使用相同precoding矩阵的相邻子载波的个数，k为子载波的编号，0≤k≤N-1，k为整数，分别表示向下取整和向上取整，为初始相位。其中，M个天线所对应的M个虚拟循环时延dm中，至少有两种不同的取值。
以为例进行具体说明，其中，假设初始相位为0。相乘后的频域信号可表示为：
从背景技术中可以获知，CDD技术等效于将时延为dm的天线上发送的频域数据乘上值为的相移，这里可以将看作一个复数相位序列，CDD等效于将频域的数据与这个复数相位序列相乘。
与CDD技术的区别在于，本实施方式中，将映射到N个子载波上的数据与复数相位序列相乘，可以看出，该复数相位序列在子载波下标k为反馈带宽对应子载波个数B的整数倍时，与CDD中的对应复数相位序列相同，k不为B的整数倍时，与CDD中的对应复数相位序列相近，从而确保本实施方式中信道在整个系统带宽上的相移和CDD相等，获得CDD带来的频率分集或多用户调度增益。在k不为B的整数倍时，由于将k除以B后向下取整，使得在子载波下标为i·B～(i+1)·B-1之间时，所乘的复数相位序列是相同的，其中每隔B个子载波复数相位序列才会发生一次变化。也就是说，将复数相位序列变化的步长设置成和precoding的反馈带宽对应子载波个数相等，对于同一个反馈带宽内的各子载波而言其相乘的复数相位序列是相同的，从而对于使用CDD的MIMO precoding系统，不同反馈带宽内的各子载波的信道波动较明显，同一个反馈带宽内的各子载波的信道波动较小，从而可以更好地满足频域调度的需求，能够有效地解决在系统带宽比较小的情况下precoding性能下降的问题。
复数相位序列取时，其效果与复数相位序列取相类似，其区别仅在于前者为向上取整，后者为向下取整，在此不再赘述。
需要说明的是，本实施方式中将复数相位序列中天线的循环时延dm称为虚拟循环时延，这是因为，从步骤730中的频域信号表示公式可以看出，实际上本实施方式中各天线并没有进行循环时延，只是当B＝1时，频域乘上对应复数相位序列等效于在时域进行了一个循环时延。当B不等于1时，乘上对应复数相位序列并不能等效为时域进行了循环时延，所以本实施方式中称之为虚拟循环时延。
在步骤740中，对于每个天线，对该N个子载波上的数据进行OFDM调制。
在步骤750中，对经OFDM调制的数据添加CP后，通过对应天线发送。
下面以具体的例子对本实施方式的效果进行说明，仍然以复数相位序列取初始相位是0为例。假设有两个发射天线，第一个天线上d1＝0，第二个天线上d2＝1。在整个频带上存在2048个子载波，反馈带宽为60个子载波的情况下，可以计算出，在第1个反馈带宽(即第0～59个子载波)内，第二个发射天线上引入的相移为由于k＜60，因此等于0，因此相移也为0°。在第2个反馈带宽(即第60～119个子载波)内，对应的相移为在第3个反馈带宽(即第120～179个子载波)内，对应的相移为以此类推。可见本实施方式可以和CDD一样保证在整个系统带宽上能够引入360°(d＝1)或720°(d＝2)相移，从而增加频域信道的波动，获得CDD带来的频率分集增益。同时，又能保证在一个反馈带宽上信道相位不发生变化，以确保precoding的性能，能够有效地解决在系统带宽比较小的情况下precoding性能下降的问题。
可见，通过在频域将发射天线N个子载波上的数据和复数相位序列或相乘，能够使信道在整个系统带宽上的相移和CDD相等，获得CDD带来的频率分集或多用户调度增益，通过将复数相位序列变化的步长设置和precoding的反馈带宽对应子载波个数相等，当本实施方式和MIMO precoding结合时，能够有效地解决CDD和MIMOprecoding结合时在系统带宽比较小的情况下带来的性能下降问题。
为了方便之后的描述，将本实施方式中和MIMO precoding相结合的方案称为相位偏移分集(Phase Shift Diversity，简称“PSD”)precoding，将CDD和MIMO precoding相结合时的方案称为CDD precoding。图8和图9分别给出了当系统带宽为2.5和5MHz，终端数分别为1个、5个、10个时，PSD precoding和CDD precoding的仿真系统比较。
两图中纵座标表示用户吞吐量，横座标表示系统吞吐量。实线代表最差的50％(即中值)用户平均吞吐量和系统吞吐量性能，虚线代表最差的5％(即小区边缘)用户平均吞吐量和系统吞吐量性能。CDD+Q＝5RB表示PSDprecoding，no CDD代表CDD的时延取值为0。同一根曲线上的三个点，按纵坐标从大到小分别代表小区中存在1个，5个和10个用户时的情况。
从图8和图9中可以看出，无论是系统带宽为2.5MHz时还是系统带宽为5MHz时，是在小区边缘或者取中值，小区中用户是多或者少时，本实施方式的PSD precoding在用户吞吐量和系统吞吐量两个指标上都优于CDD precoding。
本发明第二实施方式同样涉及一种多天线系统的数据发送方法，与第一实施方式大致相同，其区别在于，在第一实施方式中，M个天线对应的M个虚拟循环时延dm是不随时间改变的，而在本实施方式中，该M个虚拟循环时延dm可以随时间而变化，从而进一步获得时间上的分集效果，进一步提高了传输性能。
本发明第三实施方式同样涉及一种多天线系统的数据发送方法，与第一实施方式大致相同，其区别在于，在本实施方式中，在系统的总带宽小于信道相干带宽3倍的条件下，各天线所对应的虚拟循环时延dm为1或2，例如在空旷的场景下，基本没有多径，主要功率集中在单径上，或者虽有多径但多径间的时延很小，在这种情况下，将dm设置为1或2，使得当信道频率选择性较小时，虚拟循环延迟可以取较小值，以获得调度增益。
本发明第四实施方式涉及一种多天线系统，如图10所示，包括：M个用于发射的天线，其中M≥2；预编码单元，用于将待发送的频域数据与预编码矩阵相乘生成M路经预编码的数据，每路经预编码的数据分别对应该M个天线中的一个；M个映射单元，分别对应于M个天线，每个映射单元分别用于将该预编码单元输出的一路经预编码的数据映射到整个系统带宽上的部分或全部子载波，该映射到的子载波个数为N；M个乘法单元，分别对应于M个天线，每个乘法单元分别用于将一个映射单元映射到N个子载波上的数据和长度为N的复数相位序列exp(j·C·f(k，D)+jE)对应按位相乘，其中，C和E为实数，f(k，D)是一个不连续函数，k和D为f(k，D)函数的变量，k为子载波的编号，0≤k≤N-1，D为该函数的变化周期或者步长，当D的取值确定后f(k，D)函数的取值随着k的变化每隔D发生一次跳变；M个OFDM调制单元，分别对应于M个天线，每个OFDM调制单元分别用于对一个乘法单元输出的数据进行OFDM调制；M个CP单元，分别对应于M个天线，每个CP单元分别用于对一个OFDM调制单元输出的数据添加循环前缀，将经添加循环前缀的数据通过对应的天线发射。
该复数相位序列exp(j·C·f(k，D)+jE)可以是：或其中，m为天线的序号，dm为天线上的虚拟循环时延，该M个天线所对应的M个虚拟循环时延中，至少有两种不同的取值，B为预编码矩阵的反馈带宽对应的子载波个数，k为子载波的编号，0≤k≤N-1，分别表示向下取整和向上取整，为初始相位。
通过在频域将发射天线N个子载波上的数据和复数相位序列或相乘，能够使信道在整个系统带宽上的相移和CDD相等，获得CDD带来的频率分集或多用户调度增益，通过将复数相位序列变化的步长设置成和precoding的反馈带宽对应子载波个数相等，对于使用CDD的MIMO precoding系统，能够有效地解决在系统带宽比较小的情况下precoding性能下降的问题。
其中，各乘法单元可以使用不随时间改变的dm，或者，各乘法单元可以随时间改变dm的取值，从而进一步获得时间上的分集效果，进一步提高了传输性能。
在该系统的总带宽小于信道相干带宽3倍的条件下，各天线所对应的虚拟循环时延为1或2，从而当信道频率选择性较小时，虚拟循环延迟可以取较小值，以获得调度增益。
综上所述，在本发明的实施方式中，通过在频域将发射天线N个子载波上的数据和复数相位序列或相乘，能够使信道在整个系统带宽上的相移和CDD相等，获得CDD带来的频率分集或多用户调度增益，通过将复数相位序列变化的步长设置成和precoding的反馈带宽对应子载波个数相等，对于使用CDD的MIMO precoding系统，能够有效地解决在系统带宽比较小的情况下precoding性能下降的问题。
虚拟循环时延可以随时间而变化，从而进一步获得时间上的分集效果，进一步提高了传输性能。
当信道频率选择性较小时，虚拟循环延迟可以取较小值，以获得调度增益。
虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。