一种装置包括具有多个天线的第一通信设备，该第一通信设备可操作地耦合到处理器并且被配置为访问变换矩阵码本。处理器基于传入数据生成符号集合，并将置换应用于每个符号以产生置换符号集合。处理器基于至少一个原始变换矩阵来变换每个置换符号，以产生变换符号集合。处理器将选自变换矩阵码本的预编码矩阵应用于每个变换符号，以产生预编码符号集合。变换矩阵码本可被第二通信设备访问。处理器发送引起向第二通信设备发射多个信号的信号，这多个信号中的每个信号表示预编码符号集合中的预编码符号，每个信号使用多个天线中的唯一天线发射。线发射。线发射。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用具有极大类的快速酉变换的超大型多输入多输出(MIMO)天线系统的通信系统和方法
[0001]关于联邦政府利益的声明
[0002]本美国政府对该专利技术持有非排他性、不可撤销、免版税的许可，有权为美国政府的所有目的授予许可。
[0003]相关申请的交叉引用
[0004]本申请要求2019年9月24日提交的标题为“Communication System and Methods Using Very Large Multiple
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In Multiple
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Out(MIMO)Antenna Systems with Extremely Large Class of Fast Unitary Transformations”的美国专利申请No.16/580,722的优先权，并且是其继续，上述美国专利申请的全部内容通过引用整体并入本文以用于所有目的。
[0005]本申请涉及2018年7月10日公告的标题为“RELIABLE ORTHOGONAL SPREADING CODES IN WIRELESS COMMUNICATIONS”的美国专利No.10,020,839，以及2019年7月1日提交的标题为“COMMUNICATION SYSTEM AND METHOD USING LAYERED CONSTRUCTION OF ARBITRARY UNITARY MATRICES”的美国专利申请No.16/459,262，以及2019年7月31日提交的标题为“COMMUNICATION SYSTEM AND METHOD USING UNITARY BRAID DIVISIONAL MULTIPLEXING(UBDM)WITH PHYSICAL LAYER SECURITY(PLS)”的美国专利申请No.16/527,240，其中每个专利文件的公开内容通过引用整体并入本文以用于所有目的。
[0006]本说明书涉及用于发送用于电子通信的无线信号的系统和方法，尤其涉及提高经由超大量天线执行的无线通信的数据速率并降低其计算复杂度。
技术介绍
[0007]在多址通信中，多个用户设备通过给定通信信道向接收机发送信号。这些信号被叠加，形成在该通信信道上传播的组合信号。然后，接收机对组合信号执行分离操作，以从组合信号中恢复一个或多个单独信号。例如，每个用户设备可以是属于不同用户的蜂窝电话，并且接收机可以是蜂窝塔。通过分离由不同用户设备发送的信号，不同用户设备可以不受干扰地共享相同的通信信道。
[0008]发射机可以通过改变载波或副载波的状态，例如通过改变载波的幅度、相位和/或频率来发送不同的符号。每个符号可以表示一个或多个比特。这些符号可以各自映射到复平面中的离散值，从而产生正交幅度调制，或者通过将每个符号分配给离散频率，产生频移键控。然后以至少是符号传输速率两倍的Nyquist速率对符号进行采样。产生的信号通过数模转换器转换为模拟信号，然后向上转换为载波频率以供发送。当不同的用户设备通过通信信道同时发送符号时，由这些符号表示的正弦波叠加以形成在接收机处接收的组合信号。
技术实现思路
[0009]一种装置包括具有多个天线的第一通信设备，该第一通信设备可操作地耦合到处理器并且被配置为访问变换矩阵码本。处理器基于传入数据生成符号集合，并将置换应用于每个符号以产生置换符号集合。处理器基于至少一个原始变换矩阵来变换每个置换符号，以产生变换符号集合。处理器将选自变换矩阵码本的预编码矩阵应用于每个变换符号，以产生预编码符号集合。变换矩阵码本可被第二通信设备访问。处理器发送引起向第二通信设备发射多个信号的信号，每个信号表示预编码符号集合中的预编码符号，每个信号使用多个天线中的唯一天线发射。
[0010]一个或多个实现方式的细节在附图和下面的描述中阐述。其他特征将从说明书和附图以及权利要求书中显而易见。
附图说明
[0011]图1是示出根据实施例的用于快速空间酉变换的示例超大型多输入多输出(MIMO)通信系统的框图。
[0012]图2是示出根据实施例的用于执行快速空间酉变换的第一示例方法的流程图，包括生成和发送预编码符号。
[0013]图3是示出根据实施例的用于执行快速空间酉变换的第二示例方法的流程图，包括生成和发送预编码符号。
[0014]图4是示出根据实施例的示例通信方法的流程图，包括奇异值分解和生成变换信号。
[0015]图5是示出根据实施例的使用任意矩阵的分层构造的通信方法的流程图。
[0016]图6是示出向量的离散傅里叶变换(DFT)的图。
[0017]图7是根据实施例的使用酉矩阵的分层构造的通信系统的示意图。
具体实施方式
[0018]一些多输入多输出(MIMO)通信系统包括在多个空间天线上应用酉变换的发射机和接收机，所应用的特定酉矩阵由处理器基于通信信道(例如，在其上发送信号的物理传输介质，诸如自由空间，具有多径和其他环境特性)来确定。酉矩阵可以从基本上随机的酉矩阵的码本中选择。这种方法对于大多数已知的MIMO系统是足够的，因为大多数已知的MIMO系统包括相对较少数量的天线(2
‑
4个天线是常见的)。然而，随着数据需求以及对空间分集和空间复用的需求的增加，期望的通信信道的数量也增加。结果，在发射机(Tx)和接收机(Rx)执行的相关联的酉预乘法和后乘法的数量也会增加。由于矩阵乘法的数量随着O(N2)的增加而增加，这种复杂度的增加在计算上可能变得昂贵/令人望而却步。表达式O(N2)中的“O”是“大O”数学符号，表示相关函数/运算接近的近似值。
[0019]本文提出的实施例可以通过构造快速酉矩阵的码本并将其应用于空间分集/MIMO系统以供MIMO预编码来实现改进效率的MIMO通信。在2019年7月1日提交的标题为“COMMUNICATION SYSTEM AND METHOD USING LAYERED CONSTRUCTION OF ARBITRARY UNITARY MATRICES”的美国专利申请No.16/459,262中，讨论了一种技术，用于在发送符号之前应用极大类的“快速”酉矩阵用于在频域中变换调制符号(例如，替换快速傅立叶逆变
换(iFFT))。“极大类”的快速酉矩阵可以指包括2
400
到2
20,000
(例如，2
8,000
)个快速酉矩阵的类。本公开的系统和方法扩展了用于正交频分复用(OFDM)系统的频域上下文之外的“快速”酉运算符的构造和实现。OFDM是一种在多个载波频率上编码数字数据的方法。
[0020]因为快速酉矩阵在完全酉群(即，可能的酉矩阵的全集)中相对密集，所以有可能从快速酉矩阵中设计合适的潜在信道矩阵的码本，并且进而设计出比其他方式可能设计的更大的MIMO系统。在此提出的实施例包括从快速酉矩阵(在此也称为“运算符”或“变换”)构造信道矩阵码本，使得可以在没有朴素酉空间变换的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种装置，包括：第一通信设备，包括多个天线，并且被配置为访问变换矩阵码本；以及处理器，可操作地耦合到第一通信设备，所述处理器被配置为：基于传入数据生成多个符号；对所述多个符号中的每个符号应用置换，以产生多个置换符号；基于至少一个原始变换矩阵对所述多个置换符号中的每个置换符号进行变换，以产生多个变换符号；对所述多个变换符号中的每个变换符号应用选自所述变换矩阵码本的预编码矩阵，以产生多个预编码符号，所述变换矩阵码本能被第二通信设备访问；以及发送引起发射多个信号到第二通信设备的信号，所述多个信号中的每个信号表示所述多个预编码符号中的预编码符号，所述多个信号中的每个信号是使用所述多个天线中的唯一天线发射的。2.如权利要求1所述的装置，其中所述处理器还被配置为：通过将酉变换矩阵分解成多个层来生成预编码矩阵码本，所述多个层中的每层包括置换和原始变换矩阵。3.如权利要求1所述的装置，其中所述变换矩阵码本中的预编码矩阵是伪随机选择的。4.如权利要求1所述的装置，其中所述多个天线是与第二通信设备的第二多个天线分开的第一多个天线，第一通信设备被配置为执行多输入多输出(MIMO)操作。5.如权利要求1所述的装置，其中：所述多个天线是第一多个天线，并且第二通信设备包括第二多个天线，第一通信设备和第二通信设备被配置为执行MIMO操作，所述第一多个天线包括T个天线，并且所述第二多个天线包括R个天线，对于第一通信设备，所述MIMO操作具有相关联的O(T log
2 T)次算术运算的计算成本，并且对于第二通信设备，所述MIMO运算具有相关联的O(R log
2 R)次算术运算的成本。6.如权利要求1所述的装置，其中，所述变换矩阵码本不包括频域变换或时域变换。7.如权利要求1所述的设备，其中所述变换矩阵码本被配置为在以下至少之一中使用：时分复用、频分复用、码分复用或空间复用。8.如权利要求1所述的装置，其中所述处理器被配置为经由通信信道发送所述多个信号，所述通信信道将信道变换应用于所述多个信号，使得所述预编码矩阵被移除。9.如权利要求1所述的装置，其中，引起所述多个信号的发射的信号不引起任何所述预编码矩阵的传输。10.如权利要求1所述的装置，其中，引起所述多个信号的发射的所述信号不引起所述变换矩阵码本的传输。11.一种装置，包括：第一通信设备，包括多个天线，并且被配置为访问酉矩阵码本，所述酉矩阵码本也能被第二通信设备访问；以及处理器，可操作地耦合到第一通信设备，所述处理器被配置为：基于传入数据生成多个符号；
将所述酉矩阵码本的多个酉矩阵中的每个酉矩阵分解成相关联的多个层，对于所述多个酉矩阵中的每个酉矩阵，所述多个层中的与所述酉矩阵相关联的每...
【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：拉姆帕特通信股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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