本申請要求于2014年9月18日遞交發(fā)明名稱為“大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中公共廣播信道的低PAPR信令”的第14/490,483號美國專利申請案的在先申請優(yōu)先權(quán)，該在先申請的內(nèi)容以引入的方式并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體涉及無線通信，更特別地，涉及大規(guī)模多輸入多輸出(multiple-input multiple-output，簡稱MIMO)系統(tǒng)中公共廣播信道的低峰均功率比(peak-to-average power ratio，簡稱PAPR)信令。

背景技術(shù)：

多輸入多輸出(multiple-input multiple-output，簡稱MIMO)系統(tǒng)在無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)射器處和接收器處均采用多根天線，以通過利用空間分集提高信號性能(例如，頻譜效率和鏈路可靠性等)。更具體地，MIMO無需額外帶寬或增加傳輸功率便極大地提高了數(shù)據(jù)吞吐量并擴(kuò)大鏈路范圍。相對于所服務(wù)的用戶設(shè)備的數(shù)量(例如，幾十個或幾百個)，被稱為大規(guī)模MIMO(也被稱為非常大MIMO或超級MIMO)的大型天線系統(tǒng)在基站處采用大量的服務(wù)天線(例如，幾百根或幾千根)，以將信號能量發(fā)送和接收集中到越來越小的空間區(qū)域，從而提高了吞吐量和能效。M-MIMO的其他效益包括：M-MIMO設(shè)計允許廣泛應(yīng)用廉價低功率組件、低時延、媒體接入控制(Media Access Control，簡稱MAC)層簡化以及對有意干擾(intentional jamming)具有魯棒性。相應(yīng)地，需要將M-MIMO系統(tǒng)集成到下一代無線網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)。

功率密度是一個用于描述通信信號的發(fā)射功率是如何在頻率上進(jìn)行分配的值。功率密度通過功率除以帶寬的較小單位進(jìn)行表示(例如，dBW/kHz)，且通常參考天線的輸入。單位dBW或dB-Watts是一種表達(dá)以10為底取對數(shù)的次方(dBW＝10log10[PWatts])的公認(rèn)方式。數(shù)字信息的流動速度即為信號的數(shù)據(jù)速率。通常，隨著信號數(shù)據(jù)速率的上升，該信號所占用的頻率范圍也會擴(kuò)大。假設(shè)信號的總功率為常數(shù)，則增加該數(shù)據(jù)速率將會使功率擴(kuò)展到更大的頻率范圍，并降低功率密度。反之亦然。

根據(jù)第三代合作伙伴計劃(3rd Generation Partnership Project，簡稱3GPP)技術(shù)規(guī)范組無線接入網(wǎng)的版本10(3GPP TR 36.913V8.0.0(2008-06))——E-UTRA未來改進(jìn)的要求(LTE-Advanced或LTE-A)，LTE-Advanced技術(shù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)將1Gbps的下行(downlink，簡稱DL)峰值數(shù)據(jù)速率作為目標(biāo)。為了提供更高的數(shù)據(jù)速率，LTE-Advanced引入了“多載波”，其中，多載波是指多個載波聚合以提升數(shù)據(jù)速率。然而，多載波信號表現(xiàn)出高峰均功率比(peak-to-average power ratio，簡稱PAPR)，且需要昂貴的高線性功率放大器。線性功率放大器也非常浪費(fèi)功率。

已知的PAPR降低技術(shù)包括峰值加窗、縮放和限幅，但這類技術(shù)會造成干擾，導(dǎo)致OFDM信號失真，且需要信號經(jīng)過濾波才將干擾和失真降低至可接受水平。塊編碼是另一種降低PAPR的技術(shù)。

現(xiàn)在介紹LTE/LTE-Advanced中的公共廣播信號。正如第三代合作伙伴計劃(3rd Generation Partnership Project，簡稱3GPP)定義一樣，長期演進(jìn)(Long Term Evolution，簡稱LTE)有兩種小區(qū)搜索流程。一種是初始同步，另一種用于檢測鄰小區(qū)以準(zhǔn)備進(jìn)行切換。在這兩種情況下，用戶設(shè)備(user equivalent，簡稱UE)采用鄰小區(qū)的兩種公共廣播信號，即主同步信號(primary synchronization signal，簡稱PSS)和輔同步信號(secondary synchronization signal，簡稱SSS)。每10毫秒無線幀傳輸兩次PSS和SSS信號，并將其固定在信道的中心62個子載波上。檢測這些信號使得UE完成時間和頻率同步，并獲取如小區(qū)標(biāo)識、循環(huán)前綴長度和接入模式(FDD/TDD)等有用系統(tǒng)參數(shù)。

UE還解碼物理廣播控制信道(physical broadcast control channel，簡稱PBCH)公共廣播信號，其中，UE可從該信號獲得重要的系統(tǒng)信息。采用空頻塊編碼(space frequency block coding，簡稱SFBC)傳輸PBCH，每隔40毫秒重復(fù)該傳輸過程，且該P(yáng)BCH攜帶有主信息塊(master information block，簡稱MIB)消息。將PBCH上的MIB消息映射至信道的中心72個子載波上。

物理下行控制信道(physical downlink control channel，簡稱PDCCH)公共廣播信號攜帶有下行控制信息(downlink control information，簡稱DCI)消息所包含的UE的資源分配。在PDCCH上發(fā)送系統(tǒng)信息無線網(wǎng)絡(luò)臨時標(biāo)識(system information radio network temporary identifier，簡稱SI-RNTI)，并將其傳送給小區(qū)中的所有UE，其中，廣播系統(tǒng)信息塊(system information block，簡稱SIB)承載在下行共享物理信道(physical downlink shared channel，簡稱PDSCH)上。

下行共享物理信道(physical downlink shared channel，簡稱PDSCH)公共廣播信號是動態(tài)和隨機(jī)分配給用戶的主要的數(shù)據(jù)承載信道。PDSCH承載有傳輸塊(transport block，簡稱TB)中的數(shù)據(jù)。

降低峰均功率比(peak-to-average power ratio，簡稱PAPR)的技術(shù)應(yīng)當(dāng)復(fù)雜性低，并帶來最小性能退化和帶外輻射。限幅是降低PAPR的最簡單方法，但由于非線性處理會造成帶外輻射。相位旋轉(zhuǎn)技術(shù)可查找相位因子最優(yōu)集合。然而，最優(yōu)相位的查找復(fù)雜性會隨著子塊的數(shù)量呈指數(shù)增加，且接收器中的相位因子必須為已知。

動態(tài)星座擴(kuò)展(active constellation extension，簡稱ACE)技術(shù)能夠通過向原星座外部擴(kuò)展星座點(diǎn)而降低PAPR。與先前提及的技術(shù)相比，ACE不會導(dǎo)致BER下降，也不需要特殊處理。然而，因為迭代的星座擴(kuò)展過程，ACE會導(dǎo)致功率上升和復(fù)雜性提高。

相應(yīng)地，需要在放松功率放大器等級的同時提供MIMO系統(tǒng)公共廣播信道的低PAPR信令。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

公開一種多輸入多輸出(multiple-input multiple-output，簡稱MIMO)系統(tǒng)中公共廣播信道的低峰均功率比(peak-to-average power ratio，簡稱PAPR)信令的系統(tǒng)和方法。

根據(jù)本發(fā)明第一方面，提供了一種采用多輸入多輸出(multiple-input multiple-output，簡稱MIMO)發(fā)射器向用戶設(shè)備(user equipment，簡稱UE)傳輸寬波束信號的方法。所述方法包括以下步驟：采用低峰均功率比PAPR序列調(diào)制寬波束信號；通過窄于可用帶寬的頻段傳輸所述調(diào)制的寬波束信號。

在第一方面的一個實施例中，所述低PAPR序列為Zadoff-Chu序列和Golay互補(bǔ)序列其中之一。在另一個實施例中，所述寬波束信號為主同步信號。可選地，所述可用帶寬包括多個子載波，將所述頻段定義為所述可用帶寬的中心62個子載波。在又一個實施例中，所述寬波束信號為輔同步信號。可選地，所述可用帶寬包括多個子載波，將所述頻段定義為所述可用帶寬的中心62個子載波。在再一個實施例中，所述方法還包括：通過向量跳變引入發(fā)射分集而不影響所述低PAPR序列。可選地，所述向量跳變使得兩根天線從子幀到子幀在[+1,+1]^T和[+1,-1]^T間交替進(jìn)行加權(quán)。在本實施例的另一個選項中，根據(jù)每個新無線幀對所述向量跳變進(jìn)行重置。在再又一個實施例中，所述寬波束信號為物理廣播控制信道信號?？蛇x地，所述可用帶寬包括多個子載波，將所述頻段定義為所述可用帶寬的中心72個子載波。在本實施例的另一個選項中，所述低PAPR序列為離散傅里葉變換擴(kuò)展正交頻分復(fù)用(discrete Fourier transform spread orthogonal frequency division multiplexing，簡稱DFT-S-OFDM)，其中，可選地，DFT-S-OFDM可與基于空間-時間塊編碼的發(fā)射分集(space-time block coding based transmit diversity，簡稱STTD)一起使用。在另一個實施例中，所述寬波束信號為物理下行控制信道信號?？蛇x地，采用正交頻分復(fù)用(orthogonal frequency division multiplexing，簡稱OFDM)和空間-頻域發(fā)射分集(space-frequency transmit diversity，簡稱SFTD)對所述物理下行控制信道信號進(jìn)行調(diào)制?？蛇x地，所述低PAPR序列為具有迭代限幅的QPSK，以進(jìn)一步減低PAPR。在再另一個實施例中，所述寬波束信號為下行共享物理信道信號。可選地，采用正交頻分復(fù)用(orthogonal frequency division multiplexing，簡稱OFDM)和空間-頻域發(fā)射分集(space-frequency transmit diversity，簡稱SFTD)對所述下行共享物理信道信號進(jìn)行調(diào)制?？蛇x地，所述低PAPR序列為具有迭代限幅的QPSK，以進(jìn)一步減低PAPR。在另一個實施例中，所述多輸入多輸出(multiple-input multiple-output，簡稱MIMO)發(fā)射器的天線數(shù)量大于所述發(fā)射器所服務(wù)的用戶設(shè)備(user equipment，簡稱UE)的數(shù)量。

在本發(fā)明的第二實施例中，提供了一種用于向用戶設(shè)備(user equipment，簡稱UE)傳輸寬波束信號的多輸入多輸出(multiple-input multiple-output，簡稱MIMO)發(fā)射器。所述MIMO發(fā)射器包括：功率放大器集，用于放大所述寬波束信號，其中，所述功率放大器集通過窄于可用帶寬的頻段傳輸所述寬波束信號，且所述功率放大器集用于采用低峰均功率比PAPR序列調(diào)制所述寬波束信號。

在第二方面的一個實施例中，所述低PAPR序列為Zadoff-Chu序列和Golay互補(bǔ)序列其中之一。在另一個實施例中，所述寬波束信號為主同步信號?？蛇x地，所述可用帶寬包括多個子載波，將所述頻段定義為所述可用帶寬的中心62個子載波。在又一個實施例中，所述寬波束信號為輔同步信號?？蛇x地，所述可用帶寬包括多個子載波，將所述頻段定義為所述可用帶寬的中心62個子載波。在再一個實施例中，所述發(fā)射器還包括：向量跳變電路，用于引入發(fā)射分集而不影響所述低PAPR序列?？蛇x地，所述向量跳變電路使得兩根天線從子幀到子幀在[+1,+1]^T和[+1,-1]^T間交替進(jìn)行加權(quán)，其中，可選地，根據(jù)每個新無線幀對所述向量跳變電路進(jìn)行重置。在又一個實施例中，所述寬波束信號為物理廣播控制信道信號、物理下行控制信道信號或下行共享物理信道信號之一。在另一個實施例中，采用正交頻分復(fù)用(orthogonal frequency division multiplexing，簡稱OFDM)和空間-頻域發(fā)射分集(space-frequency transmit diversity，簡稱SFTD)對所述寬波束信號進(jìn)行編碼。在再另一個實施例中，所述發(fā)射器采用低PAPR序列調(diào)制所述寬波束信號通過具有迭代限幅的QPSK完成，以進(jìn)一步減低PAPR。在另一個實施例中，所述發(fā)射器還包括：第二功率放大器集，用于放大單播信號。在另一個實施例中，所述多輸入多輸出(multiple-input multiple-output，簡稱MIMO)發(fā)射器的天線數(shù)量大于所述發(fā)射器所服務(wù)的用戶設(shè)備(user equipment，簡稱UE)的數(shù)量。

根據(jù)本發(fā)明第三方面，提供了一種由移動設(shè)備執(zhí)行的方法。所述方法包括：通過窄于可用帶寬的頻段從發(fā)射器接收寬波束信號，其中，所述寬波束信號采用低峰均功率比PAPR序列進(jìn)行調(diào)制；解調(diào)所述寬波束信號以提取內(nèi)容。

在第三方面的一個實施例中，所述寬波束信號的解調(diào)采用離散傅里葉變換擴(kuò)展正交頻分復(fù)用(discrete Fourier transform spread orthogonal frequency division multiplexing，簡稱DFT-S-OFDM)。在另一個實施例中，所述寬波束信號為廣播信號。

根據(jù)本發(fā)明第四方面，提供了一種移動設(shè)備。所述移動設(shè)備包括接收器和解調(diào)器。所述接收器用于通過窄于可用帶寬的頻段從發(fā)射器接收寬波束信號，其中，所述寬波束信號采用低峰均功率比(peak-to-average power ratio，簡稱PAPR)序列進(jìn)行調(diào)制。所述解調(diào)器用于解調(diào)所述寬波束信號以提取內(nèi)容。

在第四方面的一個實施例中，所述解調(diào)器采用離散傅里葉變換擴(kuò)展正交頻分復(fù)用(discrete Fourier transform spread orthogonal frequency division multiplexing，簡稱DFT-S-OFDM)。

以下描述、附圖以及權(quán)利要求將對其他或替代特征進(jìn)行具體描述。

附圖說明

為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在參考下文結(jié)合附圖進(jìn)行的描述，相同的數(shù)字表示相同的對象，其中：

圖1示出了一種實施例無線通信網(wǎng)絡(luò)的圖；

圖2示出了M-MIMO的一種實施例發(fā)射器架構(gòu)圖；

圖3示出了M-MIMO的一種實施例射頻信道結(jié)構(gòu)圖；

圖4示出了M-MIMO的另一種實施例發(fā)射器架構(gòu)圖；

圖5示出了M-MIMO的另一種實施例射頻信道結(jié)構(gòu)圖；

圖6示出了本實施例提供的一種可用于實現(xiàn)此處所述的設(shè)備和方法的平臺的物理層圖；

圖7示出了一種實踐本發(fā)明原理的移動設(shè)備的示例性框圖；

圖8示出了一種將迭代限幅濾波(iterative clipping and filtering，簡稱ICF)用作低PAPR機(jī)制的系統(tǒng)的示例性框圖；

圖9示出了一種采用FFT/IFFT的迭代限幅濾波(iterative clipping and filtering，簡稱ICF)的示例流程圖。

具體實施方式

為本公開中使用的特定術(shù)語和短語進(jìn)行定義是有幫助的。術(shù)語“包括”和“包含”以及它們的派生詞表示沒有限制的包括。術(shù)語“或者”是包容性的，意為和/或。短語“與……關(guān)聯(lián)”和“與其關(guān)聯(lián)”以及其派生的短語意味著包括，被包括在內(nèi)、與……互連、包含、被包含在內(nèi)、連接到或與……連接、耦合到或與……耦合、可與……通信、與……配合、交織、并列、接近、被綁定到或與……綁定、具有、具有……屬性，等等。

除非另有定義，否則本文所用的所有科技術(shù)語都具有與本領(lǐng)域普通技術(shù)人員(PHOSITA)公知的含義相同的含義。雖然類似于或等同于此處所述的方法和材料也可以用于實踐或測試本發(fā)明，以下描述的只是有限數(shù)量的示例方法和材料。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解的是，本發(fā)明各方面可以體現(xiàn)為一種方法、系統(tǒng)或電腦程序產(chǎn)品。相應(yīng)地，本發(fā)明各方面的形式可以是完全硬件實施例、完全軟件實施例(包括固件、駐留軟件和微代碼等)，或者此處通常全部可稱為“電路”、“模塊”、“機(jī)制”或“系統(tǒng)”的軟件和硬件方面所組合的實施例?，F(xiàn)場可編程門列陣(field programmable gate array，簡稱FPGA)、專用集成電路(application-specific integrated circuit，簡稱ASIC)、數(shù)字信號處理器(digital signal processor，簡稱DSP)、通用處理器可以單獨(dú)或組合起來與相關(guān)軟件、固件和膠合邏輯一起用于構(gòu)建本發(fā)明。

進(jìn)一步地，本發(fā)明各方面的形式可以是具有本身包含的計算機(jī)可使用程序代碼的計算機(jī)可使用存儲介質(zhì)中的計算機(jī)程序產(chǎn)品?？梢圆捎萌魏魏线m的計算機(jī)可使用或計算機(jī)可讀介質(zhì)。計算機(jī)可使用或計算機(jī)可讀介質(zhì)可以例如但不限于是隨機(jī)存取存儲器(random access memory，簡稱RAM)、只讀存儲器(read-only memory，簡稱ROM)或可擦除可編程只讀存儲器(erasable programmable read-only memory，簡稱EPROM)或閃存。

用于實施本發(fā)明操作的計算機(jī)程序代碼可以寫入例如但不限于面向?qū)ο缶幊陶Z言和傳統(tǒng)過程化編程語言，例如，C程序設(shè)計語言或其他類似編程語言。

此處提及的所有出版物均以引入的方式并入本發(fā)明，且描述了與引用該出版物相關(guān)的方法和/或材料。此處所述出版物僅為本發(fā)明申請日之前其公開的內(nèi)容而提供。

本發(fā)明所引用的“一個實施例”、“本實施例”、“具體實施例”或“特定實施例”是指結(jié)合特定實施例所描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特點(diǎn)包含在至少一個實施例中，且不一定包含在所有特定實施例中。因此，短語“在特定實施例中”、“在本實施例中”或“在具體實施例中”在本發(fā)明各處的出現(xiàn)不一定指同一個實施例。進(jìn)一步地，任意具體實施例的特定特征、結(jié)構(gòu)或特點(diǎn)可通過任意合適的方式與一個或多個實施例進(jìn)行結(jié)合。應(yīng)理解的是，根據(jù)此處原理對此處所描述和說明的特定實施例所作出的其他變化和修改是可能的，且應(yīng)在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。

可以描述或聲明各種單元、電路或其他組件“用于”執(zhí)行一個任務(wù)或多個任務(wù)。在這種背景下，“用于”是用于通過指示單元/電路/組件包含在操作期間執(zhí)行一個任務(wù)或多個任務(wù)的結(jié)構(gòu)(例如，電路)來暗指結(jié)構(gòu)。這樣，即使在特定單元/電路/組件當(dāng)前不可操作(例如，沒有開啟)時，單元/電路/組件仍可用于執(zhí)行任務(wù)。與“用于”語言一起使用的單元/電路/組件包括硬件，例如，電路以及存儲實現(xiàn)操作的可執(zhí)行程序指令的存儲器等。

詳述單元/電路/組件“用于”執(zhí)行一個或多個任務(wù)顯然不旨在為該單元/電路/組件援用35 U.S.C.112(f)。另外，“用于”可包含由軟件和/或固件(例如，F(xiàn)PGA或執(zhí)行軟件的通用處理器)操控的通用結(jié)構(gòu)(例如，通用電路)，以通過能夠執(zhí)行待解決任務(wù)的方式運(yùn)行。“用于”也可包含將制造過程(例如，半導(dǎo)體制造設(shè)施)適應(yīng)為制造用于實現(xiàn)或執(zhí)行一個或多個任務(wù)的設(shè)備(例如，集成電路)。

通常，此處使用的“模塊”、“單元”、“接口”、“處理器”、“引擎”、“檢測器”、“機(jī)制”或“接收器”包括通用、專用或共享處理器以及由處理器執(zhí)行的固件或軟件模塊。取決于特定實現(xiàn)或其他考量，上述模塊、單元、接口、處理器、引擎、檢測器、機(jī)制或接收器可集中或分散其功能，可以包括處理器執(zhí)行的計算機(jī)可讀(存儲)介質(zhì)包含的通用或?qū)Ｓ糜布?、固件或軟件。此處使用的計算機(jī)可讀介質(zhì)或計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)旨在包含所有法定(例如，根據(jù)美國35 U.S.C.101)介質(zhì)，具體不包含所有本質(zhì)上非法定的介質(zhì)，以致于該排他性對于包含計算機(jī)可讀(存儲)介質(zhì)的權(quán)利要求的有效性是必要的。已知的法定計算機(jī)可讀介質(zhì)包括硬件(例如，寄存器、隨機(jī)存取存儲器(random access memory，簡稱RAM)、非易失性(non-volatile，簡稱NV)存儲器這些等)，但可以限于或者也可以不限于硬件。

在M-MIMO系統(tǒng)中，接入點(diǎn)(例如，基站)所使用的發(fā)射天線的數(shù)量大于同時所服務(wù)的用戶設(shè)備(user equipment，簡稱UE)的數(shù)量，以通過波束成形增益確保數(shù)據(jù)覆蓋。發(fā)射天線與同時服務(wù)的UE之間更高的比例可增加覆蓋，而發(fā)射天線與同時服務(wù)的UE之間更低的比例可提高吞吐量。因此，通過調(diào)整調(diào)度以接收同步傳輸?shù)募せ頤E的數(shù)量，網(wǎng)絡(luò)可以用吞吐量交換覆蓋(反之亦然)。

特別地，系統(tǒng)信息(例如，控制和調(diào)度等)通常廣播給不同空間位置的多個用戶，因此，通常需要為廣播信道保持統(tǒng)一波輻射圖(即，寬波束信號)以使整個小區(qū)能夠保持可接受的信噪比(signal-to-noise ratio，簡稱SNR)。相反，通過空間選擇性，單播信號(即窄波束信號)會得到波束成形增益性能益處，例如，通過以其他位置的低SNR為代價，在預(yù)定接收器位置實現(xiàn)高SNR。

如果采用相同的發(fā)射驅(qū)動電路(例如，相同放大器集)發(fā)射單播和廣播信號，則可能導(dǎo)致廣播和單播信道之間的覆蓋缺口。該覆蓋缺口大約等于單播用戶設(shè)備(user equipment，簡稱UE)的M-MIMO波束成形增益和廣播信號的各向同性輻射圖。進(jìn)一步地，為了實現(xiàn)近乎理想的各向同性輻射圖，天線間的功率分配必須不均勻，這進(jìn)一步縮小了覆蓋。相應(yīng)地，需要允許M-MIMO系統(tǒng)高效地同時傳遞廣播和單播信號而沒有明顯覆蓋缺口和/或不均勻天線功率分配的技術(shù)。

本發(fā)明各方面將多個功率放大器集用于通過M-MIMO天線陣列進(jìn)行通信，以在同時發(fā)射單播和廣播信號時提高信號性能。在一些實施例中，一個功率放大器集用于放大寬波束信號(例如，廣播信號)，另一個功率放大器用于放大窄波束信號(例如，單播信號)。隨后，合并所述放大的窄波束和寬波束信號，例如，采用射頻(radio frequency，簡稱RF)合路器，再通過M-MIMO陣列廣播所述合并信號。在一個實施例中，寬波束信號攜帶了系統(tǒng)信息(例如，控制和調(diào)度等)，而窄波束信號攜帶了非系統(tǒng)信息(例如，數(shù)據(jù)等)。本發(fā)明實施例在沒有顯著影響窄波束信號經(jīng)歷的波束成形增益情況下，為廣播信號保持發(fā)射分集。在一些實施例中，在沒有發(fā)射寬波束信號的間隔期間，將寬波束功率放大器集關(guān)閉(或斷電)。在一些實施例中，與其他系統(tǒng)中使用的放大器相比，寬波束功率放大器需要更少的功能(例如，可能僅需要在某種子帶進(jìn)行傳輸)，這使得可以實現(xiàn)低復(fù)雜性和/或低功率放大器(例如，比較便宜的組件)而不是傳統(tǒng)M-MIMO和非M-MIMO網(wǎng)絡(luò)等其他系統(tǒng)中使用的放大器。對于廣播信號，本發(fā)明各方面可以包括天線陣列中相互間隔顯著的天線，以提高廣播信息的多樣性。

圖1示出了一種傳遞數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)100。對于此處的描述，蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)為長期演進(jìn)(Long Term Evolution，簡稱LTE)蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)。然而，本發(fā)明并不限于此。本發(fā)明適用于具有包括進(jìn)行傳遞數(shù)據(jù)的多個子載波頻率的下行信道的任意類型蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)或無線通信網(wǎng)絡(luò)。通常，網(wǎng)絡(luò)100包括接入點(diǎn)(access point，簡稱AP)110。在示例性LTE網(wǎng)絡(luò)背景下，AP 110也可稱為增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)(enhanced node B，簡稱eNodeB)。網(wǎng)絡(luò)100也具有覆蓋區(qū)域101、多個移動設(shè)備120以及回傳網(wǎng)絡(luò)130。AP 110可以包括任意組件，該組件能夠通過與基站、增強(qiáng)型基站(enhanced base station，簡稱eNodeB)、毫微微蜂窩基站以及其他支持無線功能的設(shè)備等移動設(shè)備120建立上行(短劃線)和/或下行(點(diǎn)虛線)連接等提供無線接入。移動設(shè)備120可以包括任意組件，該組件能夠與用戶設(shè)備(user equipment，簡稱UE)、移動臺(STA)或者其他支持無線功能的設(shè)備等移動設(shè)備AP 110建立無線連接。所述回傳網(wǎng)絡(luò)130可以是允許數(shù)據(jù)在AP 110和遠(yuǎn)端(未示出)之間進(jìn)行交互的任何組件或組件組合。在一些實施例中，網(wǎng)絡(luò)100可能包括各種其他無線設(shè)備，例如，中繼和低功率節(jié)點(diǎn)等。

圖2示出了M-MIMO的一種功率放大器發(fā)射器架構(gòu)616a的實施例。如圖所示，實施例發(fā)射器架構(gòu)616a包括廣播(broadcast，簡稱BC)數(shù)據(jù)和單播(unicast，簡稱UC)數(shù)據(jù)的不同功率放大器集。在一些實施例中，UC功率放大器集包括M-MIMO陣列200中每根天線的一個放大器，M-MIMO陣列200的子集(例如，2根天線)才用于發(fā)射BC信號。對于該子集中的每根天線，該天線只連接一個BC PA。由于所有天線用于UC數(shù)據(jù)傳輸，則該子集中的每根天線也可具有UC PA(即M-MIMO PA)連接至該天線。當(dāng)BC PA和UC PA均連接至M-MIMO陣列200中相同天線時，RF合路器202用于在將信號發(fā)送至M-MIMO陣列200中各自天線之前合并信號。

在一些實施例中，在進(jìn)行廣播傳輸之間周期性地將BC功率放大器集關(guān)閉或斷電，以節(jié)省能源?？梢酝瑫r發(fā)送單播和廣播信號。在一些實施例中，在不同的頻段上傳遞單播和廣播信號?？蓪C功率放大器集適應(yīng)窄帶廣播傳輸?？蓪C功率放大器集適應(yīng)寬帶單播傳輸。

圖3示出了M-MIMO的一種實施例射頻信道結(jié)構(gòu)。在最上層頻道結(jié)構(gòu)中，經(jīng)由窄帶傳輸傳遞廣播信號，而經(jīng)由寬帶傳輸傳遞單播信號，例如，在廣播信號未占用的一部分頻譜上。在一些實施例中，可以在少于所有時間間隔中傳輸廣播信號，在不進(jìn)行廣播信號傳遞的間隔期間可以將廣播PA斷電。在該間隔期間，如最低層頻道結(jié)構(gòu)所示，單播信號可能在另外預(yù)留給廣播信號的一部分頻譜上進(jìn)行傳遞。

本發(fā)明實施例針對系統(tǒng)級信息廣播具體采用兩個單獨(dú)的PA。在本實施例中，廣播信號和數(shù)據(jù)信號通過RF合路器202進(jìn)行合并后再輸入至天線。在本實施例中，當(dāng)不使用時，可周期性關(guān)閉廣播信號的PA。

本發(fā)明各方面為小區(qū)級信息廣播提供了類似(數(shù)據(jù))的覆蓋，這是M-MIMO網(wǎng)絡(luò)中重要的技術(shù)組成部分。本實施例可在基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備中實現(xiàn)，例如，接入點(diǎn)等。

圖4示出了M-MIMO的一種發(fā)射器架構(gòu)616b的替代實施例。如圖所示，發(fā)射器架構(gòu)616b采用兩個單獨(dú)的功率放大器以實現(xiàn)系統(tǒng)級廣播(以及針對單播的大功率PA)。在本示例中，與M-MIMO陣列中廣播數(shù)據(jù)相比，單播數(shù)據(jù)通過不同天線進(jìn)行傳輸。

圖5示出了M-MIMO的一種射頻信道結(jié)構(gòu)的實施例。如圖所示，在不進(jìn)行廣播信號傳輸?shù)拈g隔期間，廣播PA用于進(jìn)行單播傳輸。由于廣播功率放大器在同時用于單播時可占用更大一部分帶寬，所以可特別地使該場景適應(yīng)高度移動UE。

PAPR是一種定義發(fā)射器中功率放大器相對于峰值功率的平均輸出功率電平的功率特性。較高的PAPR意味著發(fā)射器中功率放大器必須在較低的平均功率電平上運(yùn)行。另一方面，低PAPR意味著發(fā)射器中功率放大器相對于峰值功率可在較高的平均功率電平上運(yùn)行。通常，OFDM信號x(t)的PAPR被定義為最大瞬時功率和該信號的平均功率之間的比例。

其中，P_PEAK表示峰值輸出功率，P_AVERAGE表示平均輸出功率。E[·]指示期望值，x_n表示通過對調(diào)制的輸入符號x_k進(jìn)行快速傅里葉反變換(inverse fast Fourier transform，簡稱IFFT)運(yùn)算所得到的傳輸?shù)腛FDM符號。x_n表示如下：

其中，W表示所謂的“旋轉(zhuǎn)因子”，其中，且

低PAPR序列指具有較好自相關(guān)特性的信息集合。理想地，低PAPR序列的自相關(guān)為δ脈沖函數(shù)(也稱作狄拉克δ函數(shù))所提供的自相關(guān)。這類低PAPR序列的一個示例即為Zadoff-Chu序列。Zadoff-Chu序列是一個復(fù)數(shù)數(shù)學(xué)序列，當(dāng)應(yīng)用至通過無線方式傳遞的信號時，該序列會帶來等幅電磁信號。也可采用其他低PAPR序列，包括具有低PAPR的二進(jìn)制序列。低PAPR的另一個示例為Golay互補(bǔ)序列。Golay互補(bǔ)序列具有傅里葉變換的PAPR最大為2的屬性，即該P(yáng)APR等于3dB。其他低PAPR序列包括所謂的離散傅里葉變換擴(kuò)展正交頻分復(fù)用(discrete Fourier transform spread orthogonal frequency division multiplexing，簡稱DFT-S-OFDM)(也稱為LTE中單載波FDMA)。

參考圖8，示出了一種將迭代限幅濾波(iterative clipping and filtering，簡稱ICF)用作低PAPR機(jī)制的系統(tǒng)的示例性框圖。采用串-并轉(zhuǎn)換器802將輸入數(shù)據(jù)從串流轉(zhuǎn)換為并行輸出。QPSK映射器804調(diào)制并行數(shù)據(jù)表示，IFFT模塊806對QPSK調(diào)制數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉反變換。并-串轉(zhuǎn)換器808將IFFT模塊806的并行輸出轉(zhuǎn)換回串行數(shù)據(jù)流給低PAPR結(jié)構(gòu)810。低PAPR結(jié)構(gòu)810(下面將詳細(xì)描述)具有耦合至并-串轉(zhuǎn)換器808的輸入端和耦合至數(shù)模轉(zhuǎn)換器812的輸出端。

參考圖9，示出了一種采用FFT/IFFT的迭代限幅濾波(iterative clipping and filtering，簡稱ICF)模塊810的步驟的示例性流程圖。應(yīng)理解的是，在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可了解其他低PAPR限幅濾波機(jī)制(例如，采用DCT/IDCT變換)。

在步驟900中，來自并-串轉(zhuǎn)換器808的調(diào)制符號耦合至迭代限幅濾波(iterative clipping and filtering，簡稱ICF)模塊810，并設(shè)置迭代次數(shù)。在步驟902中，檢測輸入符號的峰值，并計算限幅水平以生成限幅符號。在步驟904中，采用FFT將限幅符號轉(zhuǎn)換為頻域符號。在步驟906中，對步驟904中的信號進(jìn)行濾波，以降低噪聲。采用IFFT將步驟906的輸出轉(zhuǎn)換至?xí)r域。如果步驟900中設(shè)置的迭代次數(shù)滿足，則在步驟912中輸出低PAPR符號；否則，對步驟902至910進(jìn)行另一次迭代。

在基于OFDMA通信的背景中的術(shù)語“低”或“降低的”PAPR是指根據(jù)PAPR降低機(jī)制(例如，采用限幅和濾波或者上述任一序列)所降低的任意PAPR，以使得當(dāng)與相對較高的PAPR相關(guān)的傳統(tǒng)的基于OFDMA通信相比，與基于OFDMA通信背景相關(guān)的PAPR更低或得到降低。在一些實現(xiàn)中，根據(jù)一些實施例采用技術(shù)可實現(xiàn)的低PAPR類似于由單載波頻分多址(single carrier frequency division multiple access，簡稱SC-FDMA)通信系統(tǒng)所提供的PAPR。然而，OFDMA通信中可實現(xiàn)的低PAPR可以無需像SC-FDMA中一樣應(yīng)用數(shù)字傅里葉變換(digital Fourier transform，簡稱DFT)以將數(shù)據(jù)擴(kuò)展到多個子載波得到實現(xiàn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的是，所有PAPR降低算法都增加了一定程度的復(fù)雜性。然而，DFT擴(kuò)展需要所有數(shù)據(jù)擴(kuò)展在一個子帶。

也可以將待傳輸信息映射至所選的低PAPR序列池中的至少一個。隨后，所選的至少一個低PAPR序列經(jīng)調(diào)制后在基于OFDMA無線鏈路上通過無線方式進(jìn)行傳輸。

PSS和SSS

對于蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)為LTE網(wǎng)絡(luò)的實施例，將正交頻分多址(orthogonal frequency division multiple access，簡稱OFDMA)信道用作接入點(diǎn)110和UE 120之間的下行信道，將單載波頻分多址(single carrier frequency division multiple access，簡稱SC-FDMA)信道用作UE 120到接入點(diǎn)110的上行鏈路的上行信道。本領(lǐng)域技術(shù)人員之一能夠理解的是，OFDMA和SC-FDMA均為數(shù)字多載波調(diào)制方案，通過這些方案，若干緊密相間的子載波頻率用于攜帶數(shù)據(jù)。因此，對于OFDMA信道和SC-FDMA信道來說，信道的帶寬(此處指滿帶寬)包括具有對應(yīng)子載波頻率的若干子帶。

為了向下行至UE的鏈路提供功率增強(qiáng)，接入點(diǎn)110將下行信道的滿帶寬中子載波頻率子集識別為下行至UE 120的鏈路的低帶寬信道。

在PSS和SSS公共廣播信號的情況下，只需要傳輸中心62個子載波。相應(yīng)地，PA要求(相對于M-MIMO陣列中的PA)等于：G_A-10log(N_SC/62)(dB)，其中，G_A為波束成形增益，N_sc為系統(tǒng)中子載波的總數(shù)。例如，對于LTE中的10MHz系統(tǒng)，N_SC＝600。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明原理在62個子載波的窄帶上傳輸?shù)腜SS和SSS公共廣播信號。通過為下行鏈路采用低帶寬信道以及采用滿發(fā)射功率或大致滿發(fā)射功率進(jìn)行傳輸，將發(fā)射功率密度或信號功率密度集中在低帶寬信道的62個子載波頻率上，而不是擴(kuò)展在下行信道的滿帶寬子載波頻率上。因此，為下行至UE 120的鏈路提供了功率增強(qiáng)。

向量跳變可用于引入發(fā)射分集。預(yù)編碼向量跳變是一種已知的發(fā)射分集方案，在該方案中，每個符號乘以一個常數(shù)，這不會影響低PAPR屬性。優(yōu)選地，兩根天線的加權(quán)值從子幀到子幀在[+1,+1]^T和[+1,-1]^T間交替，并在每個新無線幀的開端進(jìn)行重置，其中，T表示向量轉(zhuǎn)置。

優(yōu)選地，PSS和SSS在任一給定子幀從相同的天線端口進(jìn)行傳輸。然而，在不同子幀間，PSS和SSS優(yōu)選地從不同的天線端口進(jìn)行傳輸，從而受益于時間交換天線分集。值得注意的是，天線端口不必對應(yīng)于物理天線，而是由天線端口的參考信號序列所區(qū)分的邏輯實體?？稍趩蝹€發(fā)射天線上傳輸多個天線端口信號。對應(yīng)地，單個天線端口可擴(kuò)展到多根發(fā)射天線上。

PBCH

類似地，針對PBCH，由于廣播PA只需要在中心62個子載波進(jìn)行傳輸，則PA要求(相對于M-MIMO陣列中的PA)等于：G_A-10log(N_SC/62)(dB)，其中，G_A為波束成形增益，N_sc為系統(tǒng)中子載波的總數(shù)。例如，對于LTE中的10MHz系統(tǒng)，N_SC＝600。

具有基于空間-時間塊編碼的發(fā)射分集(space-time block coding based transmit diversity，簡稱STTD)的DFT-S-OFDM可用于降低PBCH中的PAPR。對于正交相移鍵控(quadrature phase shift keying，簡稱QPSK)調(diào)制，DFT-S-OFDM具有非常低的PAPR，且從DFT-S-OFDM傳輸可觀察到微小的性能退化。72個子載波覆蓋了幾乎平坦的信道。PBCH優(yōu)選地設(shè)計給情況最糟的UE，其中，UE移動性造成的STTD下降較小。

空間-時間發(fā)射分集(space time transmit diversity，簡稱STTD)是一種用于獲得使用空時塊編碼(space time block code，簡稱STBC)的發(fā)射分集的方法，以利用信號的多個傳輸版本的冗余。STTD的一個目標(biāo)是平滑瑞利衰落，并擺脫當(dāng)在多徑傳播環(huán)境中無線鏈路的兩端均只采用單根天線時所觀察到的影響。分集為每個UE，尤其是靠近小區(qū)邊緣的UE，提高了鏈路可靠性，同時也提高了用戶集在任意特定時刻的平均性能。將STTD應(yīng)用至攜帶連續(xù)數(shù)據(jù)符號對{S1,S2}的子載波符號，該數(shù)據(jù)符號對{S1,S2}通常直接發(fā)自一根天線。對于兩根發(fā)射天線，符號{S1,S2}從天線#1進(jìn)行不改變的傳輸，而同時從天線#2發(fā)送序列{-S2*,S1*}。

PDCCH和PDSCH

OFDM與積極PAPR降低(由于QPSK調(diào)制)和空間-頻域發(fā)射分集(space-frequency transmit diversity，簡稱SFTD)一起用于穩(wěn)固傳輸。在所謂的SFTD中，有時也稱為空頻塊編碼(space frequency block coding，簡稱SFBC)，直接將連續(xù)符號(例如，a₀，a₁，a₂，a₃，……)塊映射至第一天線的OFDM子載波以及為將相同調(diào)制符號的負(fù)復(fù)共軛版本的符號對(例如，-a^*₁，a^*₀，-a^*₃，a^*₂)映射至第二天線的相應(yīng)子載波上。因為即使UE透明的PAPR降低通常會導(dǎo)致更大的矢量幅度誤差(error vector magnitude，簡稱EVM)，但PDCCH和PDSCH采用QPSK調(diào)制，且QPSK調(diào)制能夠包容更大的EVM，所以PAPR降低可以“更積極”。UE透明的PAPR降低是指UE不需要知道發(fā)射器采用哪一種PAPR降低技術(shù)接收數(shù)據(jù)的事實。

EVM是一種用于量化發(fā)射器(或接收器)性能的度量標(biāo)準(zhǔn)。理想發(fā)射器發(fā)送的或理想接收器接收的信號將正好在理想位置具有所有星座點(diǎn)，然而，實現(xiàn)中的各種缺陷(例如，載波泄露、鏡像抑制比以及相位噪聲等)會造成實際星座點(diǎn)偏離理想位置。通俗地，EVM是各個點(diǎn)距理想位置的距離的度量標(biāo)準(zhǔn)。

由于噪聲、失真、雜散信號以及相位噪聲都會造成星座點(diǎn)偏離理想位置，因此EVM提供了數(shù)字通信中使用的無線接收器或發(fā)射器的質(zhì)量的全面度量標(biāo)準(zhǔn)。典型相移鍵控解調(diào)過程的階段之一會生成可用作EVM計算中理想傳輸?shù)男盘柕幕究煽繙y度的一連串I-Q點(diǎn)。

對于限幅和濾波等PAPR降低機(jī)制，通過如何劇烈對信號進(jìn)行限幅來定義EVM。信號限幅程度越大，則PAPR越低，但EVM越高。相比更高調(diào)制，由于QPSK能夠包容更劇烈的EVM，所以可以完成更多的限幅，或者換句話說，可以實現(xiàn)更低的PAPR。短語“更積極”是指對PAPR的更多降低。通常，當(dāng)執(zhí)行PAPR降低時，給定信號的調(diào)制順序是未知的。當(dāng)該信號已知為QPSK，則以更高EVM為代價可實現(xiàn)更低PAPR。短語“更積極”是當(dāng)信號的調(diào)制順序為未知時相對于適度PAPR降低而言的。

參考圖6，示出了一種可用于實現(xiàn)此處所述的根據(jù)本實施例的系統(tǒng)、設(shè)備和方法的平臺的的示例性但非唯一物理層圖。

傳輸塊數(shù)據(jù)經(jīng)過循環(huán)冗余校驗(cyclic redundancy check，簡稱CRC)模塊600以進(jìn)行誤差檢測。在接收自MAC層的傳輸塊數(shù)據(jù)經(jīng)過物理層之前，CRC模塊600將CRC碼附在該傳輸塊數(shù)據(jù)上。傳輸塊由循環(huán)生成多項式進(jìn)行劃分，以生成校驗位。隨后，將這些校驗位附加到傳輸塊的末端。

物理層包括信道編碼模塊601、速率匹配模塊602、加擾器模塊604、調(diào)制映射器模塊606、層映射模塊608、預(yù)編碼模塊610、資源單元映射器612、信號發(fā)生器(OFDMA)模塊614以及功率放大器模塊616。

信道編碼模塊601采用兩兩間具有某種交織的卷積編碼器對數(shù)據(jù)進(jìn)行turbo編碼。速率匹配模塊602充當(dāng)預(yù)編碼和后續(xù)傳輸塊之間的速率協(xié)調(diào)器或緩沖器。加擾器模塊604由輸入比特生成加擾比特的塊。

資源單元和資源塊(resource block，簡稱RB)組成了物理信道。RB是資源單元的集合。資源單元是一個OFDM符號上的單個子載波，攜帶了具有空間復(fù)用的多個調(diào)制符號。在頻域中，RB表示可分配資源的最小單位。在LTE-A中，RB是時頻資源的單位，表示0.5毫秒時間長度上180KHz的頻譜帶寬。

調(diào)制映射器模塊606將輸入的比特值映射為具有指定調(diào)制方案的復(fù)雜調(diào)制符號。在一個實施例中，調(diào)制方案為離散傅里葉變換擴(kuò)展正交頻分復(fù)用(discrete Fourier transform spread orthogonal frequency division multiplexing，簡稱DFT-S-OFDM)。在另一個實施例中，調(diào)制方案為具有積極PAPR降低的OFDM。

空間復(fù)用為有效地復(fù)用每個RB若干次的單個資源塊(resource block，簡稱RB)上的單獨(dú)UE創(chuàng)建了多個數(shù)據(jù)流，從而提高了頻譜效率。層映射模塊608將數(shù)據(jù)序列劃分為若干層。

預(yù)編碼模塊610基于允許復(fù)雜權(quán)重矩陣在M-MIMO系統(tǒng)中同時傳輸多個波束以在進(jìn)行傳輸前合并各層的發(fā)射波束成形概念。優(yōu)選地，矢量跳變用于發(fā)射分集。預(yù)編碼模塊610優(yōu)選地采用兩根天線從子幀到子幀在[+1,+1]^T和[+1,-1]^T間交替的加權(quán)值進(jìn)行矢量跳變。

資源單元映射器612將數(shù)據(jù)符號、參考信號符號和控制信息符號映射至資源網(wǎng)格中某個資源單元。

信號發(fā)生器614耦合在資源單元映射器612和PA陣列616之間。PA陣列616驅(qū)動天線陣列200，優(yōu)選地，其形式基本類似于圖2和圖4分別示出的PA陣列616a或616b的形式。

PA陣列616在圖3所示的窄子帶資源上傳輸公共廣播信道(例如，PSS、SSS、PBCH、PDCCH以及PDSCH)。優(yōu)選地，離散傅里葉變換擴(kuò)展正交頻分復(fù)用(discrete Fourier transform spread orthogonal frequency division multiplexing，簡稱DFT-S-OFDM)或OFDM與積極PAPR降低一起用于廣播信號，以降低PA陣列616中專用PA的等級需求。

參見圖7，示出了一種實踐本發(fā)明原理的移動設(shè)備的示例性框圖。

處理模塊700執(zhí)行無線基帶功能。這些功能可采用若干包括數(shù)字信號處理器(digital signal processor，簡稱DSP)、現(xiàn)場可編程門列陣(field programmable gate array，簡稱FPGA)、專用集成電路(application specific integrated circuit，簡稱ASIC)、通用處理器、軟件或其組合的不同實現(xiàn)完成。用于調(diào)制和解調(diào)輸入和輸出信號的方法可采用各種方法，包括但不限于中間件，例如，公共對象請求代理結(jié)構(gòu)(Common Object Request Broker Architecture，簡稱CORBA)或虛擬無線機(jī)，虛擬無線機(jī)的功能與JAVA虛擬機(jī)類似。根據(jù)本發(fā)明的原理，處理模塊700執(zhí)行通過窄于可用帶寬的頻段從發(fā)射器接收寬波束信號并調(diào)制該寬波束信號以提取內(nèi)容的方法。優(yōu)選地，解調(diào)器解調(diào)離散傅里葉變換擴(kuò)展正交頻分復(fù)用(discrete Fourier transform spread orthogonal frequency division multiplexing，簡稱DFT-S-OFDM)編碼信號。

一根或多根天線702提供方向特性的增益，以最小化干擾、多徑以及噪聲。

RF信號由天線702選出，隨后由靈活RF硬件704進(jìn)行濾波、采用低噪聲放大器(low noise amplifier，LNA)進(jìn)行放大、采用本地振蕩器(local oscillator，LO)向下轉(zhuǎn)換至基帶(或IF)。采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(analog to digital converter，ADC)706對輸入信號進(jìn)行數(shù)字化。類似地，數(shù)模轉(zhuǎn)換器(digital-to-analog converter，簡稱DAC)706將輸出數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號。模塊708提供數(shù)字濾波(信道化)和采樣率變換，以使ADC 706的輸出端與處理模塊700通過接口連接。同理，模塊708提供數(shù)字濾波和采樣率變換以使生成調(diào)制波形的處理模塊700與數(shù)模轉(zhuǎn)換器706通過接口連接。

雖然本發(fā)明就某些實施例和一般相關(guān)方法方面進(jìn)行了描述，但是對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，對實施例和方法的各種更改和變更將是顯而易見的。因此，示例實施例的上述描述不限定或約束本發(fā)明。正如以下權(quán)利要求定義，其它修改、替代以及變更也是可能的，而不偏離本發(fā)明的范圍。