專(zhuān)利名稱(chēng)：具有反饋的無(wú)線通信系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有反饋的無(wú)線通信系統(tǒng)及方法，更具體地講，涉及將多維反饋信息近似為更低維的信息后反饋給發(fā)射機(jī)的無(wú)線通信系統(tǒng)和方法。
與有線的信道不同，由于多路徑干擾，陰影，無(wú)線電波的衰減，隨時(shí)間變化的噪聲和多用戶(hù)干擾，無(wú)線的信道環(huán)境具有低的可靠性。具體地說(shuō)，由于反射器或者用戶(hù)的運(yùn)動(dòng)造成的多徑衰落影響，接收了具有干擾信號(hào)的所需信號(hào)并且遭受過(guò)大的失真，因此明顯地降低整個(gè)系統(tǒng)的性能。為了克服多徑衰落(多徑衰落可以認(rèn)為是在通過(guò)無(wú)線信道獲得高速數(shù)據(jù)通信中最復(fù)雜的問(wèn)題之一)，在過(guò)去的幾年中已經(jīng)進(jìn)行了許多研究。減輕多徑衰落最有效的方法是分集技術(shù)，它用多個(gè)分支接收遭受衰落的多個(gè)信號(hào)并且組合這些分支的輸出。已知的是這個(gè)分集技術(shù)在無(wú)線的信道環(huán)境中顯示優(yōu)良的性能，因此已經(jīng)建議了用于開(kāi)發(fā)分集的各種方法并且在當(dāng)前是常用的。這些方法包括時(shí)間分集，頻率分集和空間分集(天線)技術(shù)。
在使用多天線的空間分集中，目前在基站利用多接收天線改進(jìn)下行鏈線路性能的系統(tǒng)已被商業(yè)化。而且，上行鏈路性能可以利用在終端的多接收天線改進(jìn)。但是，由于功率消耗小，尺寸小，重量輕和在終端的復(fù)雜性限制，用于具有多個(gè)天線的終端的分集方法具有許多技術(shù)限制。為了克服上面的問(wèn)題，已經(jīng)建議利用在該基站的多發(fā)送天線改進(jìn)上行鏈路性能的發(fā)送分集方案。因?yàn)橐粋€(gè)基站服務(wù)多個(gè)終端，使用多發(fā)送天線的這些發(fā)送分集方案通過(guò)啟動(dòng)分集不僅僅改進(jìn)鏈路性能而且提供了一種比采用多接收天線的終端更經(jīng)濟(jì)的方式。
利用多發(fā)送天線開(kāi)發(fā)分集的方法基本上分為下面兩個(gè)類(lèi)型由S.M.Alamouti提出的不用有關(guān)信道狀態(tài)的信息的時(shí)間-空間編碼(“用于無(wú)線通信的簡(jiǎn)單的發(fā)射機(jī)分集方案”，1998年10月IEEEJ.Select.Areas Commun.，5卷，第1451-1458頁(yè))，和來(lái)自接收機(jī)的信道狀態(tài)信息的反饋(1999年10月Tech.Spec.，Doc.#3G TS 25.214版本3.0.0，3GGP，“物理層過(guò)程(FDD)”，也可從http//www.3gpp.orq得到)。根據(jù)該反饋方案中針對(duì)下一代提出的方法，從接收機(jī)獲得有關(guān)信道狀態(tài)的信息并且從該信息計(jì)算多發(fā)送天線的最佳的天線加權(quán)和反饋給該發(fā)射機(jī)。因?yàn)楦鶕?jù)信道狀態(tài)的最佳天線加權(quán)被用于多發(fā)送天線，這個(gè)反饋方案與時(shí)間-空間編碼方法相比展現(xiàn)優(yōu)良的性能是已知的。此外，因?yàn)榘l(fā)送天線的數(shù)量增加，該性能的改進(jìn)正比于數(shù)量的增加。但是，該反饋方案具有一個(gè)缺點(diǎn)，如果使用多發(fā)送天線，用于反饋要求的信道容量必須增加，因?yàn)橛糜诜答佉蟮男畔⒘康脑黾诱扔诎l(fā)送天線的數(shù)量。此外，由于發(fā)送天線數(shù)量的增加，信息量的增加增加了反饋所用的時(shí)間，即延遲時(shí)間。在這種情況下，在反饋期間信道狀態(tài)可能的變化可以明顯地降低性能。因此，反饋信息的數(shù)量是在開(kāi)發(fā)多發(fā)送天線分集中最關(guān)心的。一般地，用于反饋的信道容量有一個(gè)限制，并且延遲增加與反饋信息數(shù)量的增加同樣多。因此，在采用許多發(fā)送天線的反饋方案涉及信道容量限制和延遲增加。因此，非常希望減少反饋信息的數(shù)量。
為了解決上面的問(wèn)題，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供無(wú)線通信系統(tǒng)及其方法，它將多維反饋信息近似為更低維的信息后反饋給發(fā)射機(jī)。
因此，為了實(shí)現(xiàn)上面的目的，本發(fā)明提供一個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)，包括多個(gè)發(fā)送天線和多個(gè)接收天線，通過(guò)它們分別發(fā)送和接收信號(hào)。該無(wú)線通信系統(tǒng)包括一個(gè)發(fā)射機(jī)，從預(yù)定的反饋信號(hào)恢復(fù)反饋信息，用恢復(fù)的反饋信息加權(quán)信息信號(hào)并將加權(quán)的信息信號(hào)變換為射頻信號(hào)，以便發(fā)送該射頻信號(hào)；和一個(gè)接收機(jī)，接收該射頻信號(hào)以便估計(jì)發(fā)送該射頻信號(hào)的信道的狀態(tài)，計(jì)算對(duì)應(yīng)于發(fā)送天線的數(shù)量的維數(shù)的加權(quán)，將該加權(quán)近似為更低維的加權(quán)以便提取反饋信息，和變換該反饋信息為射頻信號(hào)以便發(fā)送該射頻信號(hào)給該發(fā)射機(jī)。
本發(fā)明還提供一個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)，包括多個(gè)發(fā)送天線和多個(gè)接收天線，通過(guò)它們分別發(fā)送和接收信號(hào)。該無(wú)線通信系統(tǒng)包括一個(gè)發(fā)射機(jī)，從預(yù)定的反饋信號(hào)恢復(fù)反饋信息，用恢復(fù)的反饋信息加權(quán)信息信號(hào)并將加權(quán)的信息信號(hào)變換為射頻信號(hào)，以便發(fā)送該射頻信號(hào)；和一個(gè)接收機(jī)，接收該射頻信號(hào)以便估計(jì)發(fā)送該射頻信號(hào)的信道的狀態(tài)，選擇許多基矢量和它們對(duì)應(yīng)于基矢量中的近似維數(shù)的系數(shù)，基矢量的數(shù)量對(duì)應(yīng)于發(fā)送天線的數(shù)量，從選擇的基礎(chǔ)矢量和系數(shù)獲得多個(gè)加權(quán)，從多個(gè)加權(quán)中提取一個(gè)使從信道狀態(tài)獲得的預(yù)定的目標(biāo)函數(shù)最大的加權(quán)作為反饋信息，并且將該反饋信息變換為射頻信號(hào)，以便發(fā)送該射頻信號(hào)到該發(fā)射機(jī)。
本發(fā)明還提供一種無(wú)線通信方法，其中當(dāng)從發(fā)射機(jī)發(fā)送的M個(gè)射頻信號(hào)通過(guò)多路徑接收時(shí)，從該接收的信號(hào)中提取反饋信息并且發(fā)送該反饋信息給該發(fā)射機(jī)。該方法包括步驟(a)從接收信號(hào)中估計(jì)多路徑的信道狀態(tài)；(b)從信道狀態(tài)中計(jì)算加權(quán)，它反饋到該發(fā)射機(jī)并且乘以所述M個(gè)射頻信號(hào)；(c)將該加權(quán)近似為比M小的維數(shù)S，并且量化近似維數(shù)的系數(shù)；和(d)饋送近似維效的基矢量和它們的近似維效的量化系數(shù)，或者標(biāo)識(shí)基矢量和它們的量化系數(shù)的索引回到該發(fā)射機(jī)。
本發(fā)明還提供一種無(wú)線通信方法，其中當(dāng)從發(fā)射機(jī)發(fā)送的M個(gè)射頻信號(hào)通過(guò)多路徑接收時(shí)，從該接收的信號(hào)中提取反饋信息并且發(fā)送該反饋信息給該發(fā)射機(jī)。該方法包括步驟(a)從接收信號(hào)中估計(jì)包括這多個(gè)路徑的信道的狀態(tài)，(b)確定表示M維數(shù)的基矢量；(c)從確定的基矢量中選擇S個(gè)基矢量，其中S小于M；(d)為每個(gè)基矢量選擇N個(gè)量化系數(shù)之一，(e)從選擇的基矢量和量化系數(shù)中獲得反饋信息Wi；和(f)如果從Wi產(chǎn)生的預(yù)定目標(biāo)函數(shù)Pi和估計(jì)信道H達(dá)到一個(gè)最大值，則發(fā)送Wi或者指示W(wǎng)的索引回到該發(fā)射機(jī)。
通過(guò)參照附圖詳細(xì)地描述優(yōu)選的實(shí)施例，本發(fā)明上面的目的和優(yōu)點(diǎn)變得更明顯其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明具有反饋的無(wú)線通信系統(tǒng)的方框圖；圖2A-2D表示通過(guò)投影的更低維近似的例子；圖3(a)-3(f)是近似反饋信息要求的基矢量設(shè)置的例子；圖4(a)和4(b)是用于復(fù)數(shù)系數(shù)的量化的例子；圖5A表示通過(guò)投影近似反饋信息的方法；和圖5B表示通過(guò)搜索近似反饋信息的方法。
參見(jiàn)圖1，根據(jù)本發(fā)明的無(wú)線通信系統(tǒng)包括一個(gè)發(fā)射機(jī)100和一個(gè)接收機(jī)150。該發(fā)射機(jī)包括一個(gè)基帶處理機(jī)104，一個(gè)加權(quán)單元106，一個(gè)射頻(RF處理器108，和一個(gè)反饋信息恢復(fù)單元110。而且，發(fā)射機(jī)100包括多個(gè)發(fā)送/接收天線120和180，用于發(fā)送/接收信號(hào)。該接收器150包括一個(gè)RF和基帶處理器152，一個(gè)恢復(fù)單元154，一個(gè)反饋信息近似單元156和一個(gè)反饋單元158。而且，接收器150包括多個(gè)發(fā)送/接收天線140和160，用于發(fā)送/接收號(hào)。
發(fā)射機(jī)100的基帶處理器104執(zhí)行一些處理，例如對(duì)基帶信息信號(hào)編碼和調(diào)制。加權(quán)單元106將從接收機(jī)150發(fā)送的并且在反饋信息存儲(chǔ)單元110中恢復(fù)的反饋信息乘以基帶處理器104的輸出信號(hào)。RF處理器108變換加權(quán)單元106的輸出信號(hào)為無(wú)線電頻帶信號(hào)，以便通過(guò)多個(gè)發(fā)送天線120發(fā)送該射頻信號(hào)。該反饋信息恢復(fù)單元110從通過(guò)多個(gè)接收天線180接收的反饋信號(hào)中恢復(fù)反饋信息并且輸出恢復(fù)的信息到加權(quán)單元106。
接收器150的RF和基帶處理器152處理通過(guò)多個(gè)接收天線140接收的信號(hào)，從其提取基帶信號(hào)并且從該基帶信令估計(jì)信道狀態(tài)?；謴?fù)單元154解碼該基帶信號(hào)以便恢復(fù)發(fā)送信息。反饋信息近似單元156從估計(jì)信道狀態(tài)計(jì)算多維加權(quán)和將多維加權(quán)近似為更低維加權(quán)作為反饋信息。反饋單元158變換該反饋信息為基帶信號(hào)，然后變換為RF信號(hào)并且通過(guò)多發(fā)送天線160發(fā)送該RF信號(hào)。
現(xiàn)在描述在反饋信息近似單元156中近似加權(quán)的方法和在反饋信息恢復(fù)單元110中恢復(fù)反饋信息的方法。
通過(guò)將從估計(jì)的信道狀態(tài)可得到的最佳的加權(quán)近似為更低維的加權(quán)可以獲得反饋信息。例如，假定通過(guò)包括M個(gè)天線和信道的多個(gè)發(fā)送天線120建立了L個(gè)多路徑。同樣假設(shè)多個(gè)接收天線140僅僅包括單個(gè)天線。假設(shè)在發(fā)射機(jī)100和接收機(jī)150中L個(gè)多路徑信號(hào)是分開(kāi)的，信道狀態(tài)H可以由方程式(1)表示H=h11...hM1...hm1...h1L...hML---(1)]]>在此hml表示來(lái)自第M個(gè)發(fā)送天線的信道中的第1個(gè)多路徑信號(hào)。在RF和基帶處理機(jī)152中估計(jì)信道狀態(tài)H。在這個(gè)情況，可以通過(guò)任何常規(guī)的信道估計(jì)方法實(shí)現(xiàn)信道估計(jì)。第一，反饋信息近似單元156從估計(jì)信道狀態(tài)獲得一個(gè)將被L個(gè)發(fā)送天線相乘的加權(quán)。發(fā)射機(jī)100的加權(quán)單元106用在反饋信息恢復(fù)單元110中恢復(fù)的反饋信息加權(quán)一個(gè)信息信號(hào)，它允許在發(fā)送該信息信號(hào)之前在信息信號(hào)中反映該信道狀態(tài)，因此減少多徑衰落。
由矢量W給出從估計(jì)信道狀態(tài)計(jì)算的最佳的發(fā)送天線加權(quán)，該矢量W最大化如方程式(2)表示的目標(biāo)函數(shù)PP＝WHHHHW …(2)在此上標(biāo)H表示赫米特(Hermitian)運(yùn)算符而W是代表發(fā)送天線加權(quán)的矢量。矢量W由方程式(3)表示W(wǎng)＝[W1，W2，…WM]T…(3)在此WM表示第m個(gè)發(fā)送天線的加權(quán)，而T表示矩陣的轉(zhuǎn)置。
最佳的發(fā)送天線加權(quán)Wopt可以從矢量W計(jì)算，矢量W最大化由方程式(2)定義的P。最佳的加權(quán)Wopt是由對(duì)應(yīng)于HHH的最大的本征值的本征矢量給出的。
如果發(fā)送天線的數(shù)量是M，而接收天線的數(shù)量是M’，則最佳的發(fā)送天線加權(quán)Wopt可以通過(guò)上面的擴(kuò)充獲得。因此，對(duì)于任意數(shù)量的接收天線，最佳的加權(quán)Wopt具有對(duì)應(yīng)于M個(gè)發(fā)送天線的許多元素，在本發(fā)明中，M維最佳的發(fā)送天線加權(quán)Wopt被近似為較低維的天線加權(quán)以計(jì)算反饋信息。
最佳的加權(quán)Wopt是M維矢量，M等于發(fā)送天線的數(shù)量，而每個(gè)元素通常是一個(gè)復(fù)數(shù)。因此，認(rèn)為Wopt是在M維空間中的一點(diǎn)，并且該點(diǎn)可以由用于表示M維數(shù)的基矢量和對(duì)應(yīng)于每個(gè)基矢量的復(fù)數(shù)系數(shù)表示。
例如，假定Wopt＝[a，b，c]T，和基矢量是由B1＝[1 0 0]T，B2＝
T，和B3＝
T表示，三維的矢量Wopt可以以基矢量和系數(shù)表示，正如方程式(4)那樣Wopt＝a.B1＋b.B2＋c.B3…(4)圖2A-2D表示通過(guò)投影的Wopt的更低維近似的例子。如果Wopt200是近似之前的加權(quán)，Wopt200要求至少三個(gè)基矢量，以便表示三維的信息。假定基矢量B1202，B2204和B3206具有幅度1并且是彼此正交的。利用上面的假設(shè)，Wopt200的系數(shù)c1，c2和c3可以取Wopt200和每個(gè)基矢量的內(nèi)積計(jì)算。因此，Wopt可以如方程式(5)表示的那樣計(jì)算Wopt＝c1B1＋c2B2＋c3B3…(5)其中，如果系數(shù)c1，c2和c3滿(mǎn)足|c1|＞|c2|＞|c3|，則在B1的方向中Wopt的分量是方程式(5)中所示的最大的三個(gè)分量。
圖2A表示W(wǎng)opt200和它在每個(gè)基矢量B1202，B2204或者B3206的投影，而圖2B表示W(wǎng)opt近似為一維信息的情況。在這種情況下，可得到三個(gè)近似值。它們是c1B1212，c2B2214和c3B3216。但是，如果系數(shù)c1，c2和c3滿(mǎn)足|c1|＞|c2|＞|c3|，則Wopt的最佳的一維近似值是c1B1212。圖2C表示二維近似值。Wopt的近似值由c1B1＋c2B2220，c2B2＋c3B3222和c1B1＋c3B3224表示。如果系數(shù)c1，c2和c3滿(mǎn)足|c1|＞|c2|＞|c3|，則Wopt的最佳的二維近似可以由c1B1＋c2B2220表示。圖2D表示三維的近似值230。在這種情況下，Wopt的近似值只有一個(gè)c1B1＋c2B2＋c3B3230準(zhǔn)確地與Wopt相同。
采用加權(quán)近似所需的一組基矢量來(lái)表示W(wǎng)opt的維數(shù)。因此，可以采用一組各種基矢量用于加權(quán)的近似。其中，這些基矢量可以不是彼此正交的，但是如果它們彼此是正交的，可以避免信息的重疊。
圖3(a)-3(f)表示加權(quán)近似所需的一組基矢量。圖3(a)，3(c)和3(e)分別表示二、三和四維正交基矢量，其中基矢量的每個(gè)分量表示是否使用每個(gè)天線。例如，選擇兩維基矢量[10]意味著通過(guò)兩個(gè)天線的第一天線發(fā)送信號(hào)，而選擇
意味著通過(guò)第二天線發(fā)送信號(hào)。
圖3(b)，3(d)和3(f)分別表示二、三和四維正交基矢量的另一個(gè)例子，其中每個(gè)基矢量保持正交性，同時(shí)保持每個(gè)天線之間的功率差最小。
加權(quán)的近似還要求對(duì)應(yīng)于每個(gè)基矢量的系數(shù)。在本發(fā)明中，每個(gè)系數(shù)由一個(gè)實(shí)數(shù)或者一個(gè)復(fù)數(shù)表示，并且進(jìn)行量化用于反饋。圖4(a)和4(b)表示復(fù)數(shù)系數(shù)量化的例子。圖4(a)表示根據(jù)該系數(shù)的實(shí)數(shù)部分的符號(hào)將系數(shù)量化為兩個(gè)級(jí)別的例子。如果系數(shù)的實(shí)數(shù)部分是一個(gè)正數(shù)，該系數(shù)量化為代表值ejo，同時(shí)如果實(shí)數(shù)部分是一個(gè)負(fù)數(shù)，則系數(shù)量化為一個(gè)代表值em，圖4(b)表示二等級(jí)量化的另一個(gè)例子，其中系數(shù)根據(jù)該系數(shù)的虛數(shù)部分的符號(hào)量化。
圖5A和5B是流程圖，表示根據(jù)上面的處理用于近似加權(quán)的算法。圖5A表示通過(guò)投影近似，而圖5B表示通過(guò)搜索近似，在這個(gè)實(shí)施例中假設(shè)發(fā)送天線的數(shù)量是M，執(zhí)行S維近似，和系數(shù)的量化等級(jí)是N。
參見(jiàn)圖5A，它表示通過(guò)投影來(lái)近似加權(quán)的方法，首先，計(jì)算最佳的發(fā)送天線加權(quán)Wopt(步驟502)。計(jì)算的加權(quán)Wopt投影在每個(gè)基矢量上，即，通過(guò)取Wopt和每個(gè)基矢量的內(nèi)積計(jì)算系數(shù)(步驟504)，依照它們的幅度選擇系數(shù)S，然后選擇對(duì)應(yīng)于選擇的系數(shù)的基矢量(步驟506)。接下來(lái)，量化選擇的系數(shù)(步驟508)。使用選擇的基矢量和量化系數(shù)將加權(quán)近似為較低維的加權(quán)(步驟510)。
參見(jiàn)圖5B，它表示通過(guò)搜索接近加權(quán)的方法，首先選擇M個(gè)基矢量中的S個(gè)(步驟520)。選擇N個(gè)量化的系數(shù)之一用于選擇的S個(gè)基矢量中的每一個(gè)(步驟522)。從選擇的基矢量和系數(shù)計(jì)算加權(quán)Wi，并且使用方程式(1)中的H計(jì)算方程式(2)中的pi＝WiHHHHWi(步驟524)。其中，H表示在RF和基帶處理器152中估計(jì)的信道狀態(tài)。然后，確定Pi是否最大，并且如果Pi是最大值，則選擇Wi(步驟534)。如果不是最大，則選擇其它基矢量和量化的系數(shù)(步驟528和530)以便形成Wi(步驟532)。對(duì)產(chǎn)生的Wi重復(fù)上面的處理，以使對(duì)NS種情況重復(fù)步驟530并且對(duì)MCS種情況重復(fù)步驟528。
根據(jù)近似加權(quán)的方法從反饋信息近似單元156的輸出可以是標(biāo)識(shí)量化系數(shù)的索引。
表1表示一個(gè)例子，其中表示/索引量化系數(shù)并且索引是數(shù)字地表示的，假設(shè)量化等級(jí)是2。
表1
類(lèi)似地，有關(guān)基矢量的信息可以由選擇的基矢量索引來(lái)表示。表2表示一個(gè)處理，利用該處理選擇的基矢量由索引表示，假設(shè)在發(fā)射機(jī)100中發(fā)送天線120的數(shù)量是4和使用一維近似。選擇T，T
和T作為基矢量。
表2
此外，假設(shè)采用二維近似，其它條件不變，可以選擇的基矢量的可能組合的數(shù)量是六和選擇的基矢量以三比特?cái)?shù)據(jù)表示。表3表示用于這個(gè)情況的一個(gè)例子。
表3
如上所述，一個(gè)近似為較低維的加權(quán)的加權(quán)包括構(gòu)成較低的維的基矢量和相應(yīng)的系數(shù)。因此，如果基矢量、相的系數(shù)和指示它們的索引已經(jīng)以表的形式存儲(chǔ)在發(fā)射機(jī)100中，該索引可以發(fā)送到發(fā)射機(jī)100。發(fā)射機(jī)100的反饋信息恢復(fù)單元110可以從該存儲(chǔ)表中提取該基矢量和對(duì)應(yīng)于接收索引的量化系數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明通過(guò)近似加權(quán)獲得反饋信息可以減少反饋信息的數(shù)量。例如，假設(shè)每維的復(fù)數(shù)系數(shù)由四比特表示，則如果發(fā)送4維的未近似的加權(quán)作為反饋信息，需要12比特反饋信息。在這種情況下，一維系數(shù)不需要任何反饋，因?yàn)榘l(fā)送天線的全部的發(fā)射功率是固定的，從而不需要發(fā)送有關(guān)一維系數(shù)的幅度的信息，并且可以相對(duì)一個(gè)基本天線來(lái)表示有關(guān)每個(gè)天線的相位信息。
根據(jù)使用近似的反饋方法，比特的數(shù)量被分成兩個(gè)不同的種類(lèi)，一個(gè)種類(lèi)是用于表示在近似中使用的基矢量的類(lèi)型，而另一個(gè)種類(lèi)是用于表示系數(shù)。首先，在一維近似的情況下，選擇表示所有的可能情況要求的比特的數(shù)量為2，其中選擇四個(gè)基矢量之一，在此情況下不需要表示系數(shù)的反饋信息，因?yàn)橄禂?shù)固定為1。因此，需要2比特。第二，在二維近似的情況下，情況的數(shù)量是6，其中可以選擇四個(gè)基矢量的兩個(gè)基矢量。六個(gè)情況由三比特表示。在這種情況下，第一維的量化系數(shù)不需要任何反饋，而第二維的量化系數(shù)由四比特表示。因此，需要7比特用于反饋信息。第三，在三維的近似的情況下，情況的數(shù)量是四，其中可以選擇四個(gè)基矢量的三個(gè)基矢量。在表示四個(gè)情況中要求2比特，在表示量化系數(shù)中要求8比特。因此，用于反饋信息總共需要10比特。最后，在四維近似的情況下，需要12比特。因此，很清楚，近似的維數(shù)越低。反饋信息的數(shù)量越小。此外，在所有的情況下，應(yīng)用近似，反饋信息的數(shù)量小于或等于不執(zhí)行近似時(shí)要求的反饋信息量。在表4中，當(dāng)使用該近似方法時(shí)反饋信息的數(shù)量與當(dāng)不執(zhí)行近似時(shí)要求的反饋信息量比較。如表4所表示的，近似較低的維數(shù)比不應(yīng)用近似技術(shù)時(shí)減少的信息量更多。
表4
根據(jù)本發(fā)明，在具有多發(fā)送/接收天線的通信系統(tǒng)中利用反饋減少反饋信息的數(shù)量，因此更有效地使用反饋要求的信道并且減小了由反饋引起的延遲時(shí)間。此外，反饋信息的數(shù)量減少到最佳的程度，因此由近似引起的性能的降低最小。
權(quán)利要求
1.一個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)，包括多個(gè)發(fā)送天線和多個(gè)接收天線，通過(guò)它們發(fā)送和接收信號(hào)，該無(wú)線通信系統(tǒng)包括一個(gè)發(fā)射機(jī)，從預(yù)定的反饋信號(hào)恢復(fù)反饋信息，用恢復(fù)的反饋信息加權(quán)信息信號(hào)并將加權(quán)信息信號(hào)轉(zhuǎn)換為射頻信號(hào)，以便發(fā)送該射頻信號(hào)；和一個(gè)接收機(jī)，接收該射頻信號(hào)以便估計(jì)發(fā)送該射頻信號(hào)的信道的狀態(tài)，對(duì)應(yīng)于發(fā)送天線的數(shù)量計(jì)算維數(shù)的加權(quán)，將該加權(quán)近似為更低維的加權(quán)以便提取反饋信息，和將該反饋信息轉(zhuǎn)換為射頻信號(hào)以便發(fā)送該射頻信號(hào)給該發(fā)射機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的無(wú)線通信系統(tǒng)，其中該接收機(jī)包括一個(gè)基帶處理器，它從射頻信號(hào)中提取基帶信號(hào)和估計(jì)信道狀態(tài)；一個(gè)反饋信息近似單元，用于計(jì)算對(duì)應(yīng)于發(fā)送天線的數(shù)量的維數(shù)的、使預(yù)定的目標(biāo)函數(shù)最大化的加權(quán)，并將該加權(quán)近似為較低維的加權(quán)以便提取該反饋信息；和一個(gè)反饋單元，它發(fā)送反饋信息回到該發(fā)射機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的無(wú)線通信系統(tǒng)，其中，當(dāng)目標(biāo)函數(shù)P＝WHHHHW時(shí)，其中矩陣H表示信道狀態(tài)，矢量W表示該加權(quán)，和上標(biāo)H表示赫米特運(yùn)算符，該反饋信息近似單元計(jì)算最大化該目標(biāo)函數(shù)的Wopt并且近似Wopt為由預(yù)定的基矢量構(gòu)成的較低的維，以便提取該反饋信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的無(wú)線通信系統(tǒng)，其中Wopt是對(duì)應(yīng)于目標(biāo)函數(shù)中的HHH的最大本征值的一個(gè)本征值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4的任何一個(gè)權(quán)利要求的無(wú)線通信系統(tǒng)，其中該發(fā)射機(jī)包括一個(gè)反饋信息恢復(fù)單元，它從該接收機(jī)接收的射頻信號(hào)中恢復(fù)反饋信息，一個(gè)基帶處理器，它編碼和調(diào)制信息信號(hào)；一個(gè)加權(quán)單元，它將該恢復(fù)的反饋信息乘以該基帶處理器的輸出信號(hào)；和一個(gè)射頻處理器，它變換加權(quán)單元的輸出信號(hào)為射頻信號(hào)以便輸出該射頻信號(hào)。
6.一個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)，包括多個(gè)發(fā)送天線和多個(gè)接收天線，通過(guò)它們分別發(fā)送和接收信號(hào)，該無(wú)線通信系統(tǒng)包括一個(gè)發(fā)射機(jī)，從預(yù)定的反饋信號(hào)恢復(fù)反饋信息，用恢復(fù)的反饋信息加權(quán)信息信號(hào)并將加權(quán)的信息信號(hào)轉(zhuǎn)換為射頻信號(hào)，以便發(fā)送該射頻信號(hào)；和一個(gè)接收機(jī)，接收該射頻信號(hào)以便估計(jì)發(fā)送該射頻信號(hào)的信道的狀態(tài)，對(duì)應(yīng)于近似的維數(shù)從數(shù)量等于發(fā)送天線的數(shù)目的基矢量中選擇多個(gè)基矢量和它們的系數(shù)，從選擇的基矢量和系數(shù)獲得多個(gè)加權(quán)，從多個(gè)加權(quán)中提取一個(gè)能夠使從信道狀態(tài)中獲得的預(yù)定的目標(biāo)函數(shù)最大化的加權(quán)作為反饋信息，并且變換該反饋信息為射頻信號(hào)，以便發(fā)送該射頻信號(hào)到該發(fā)射機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的無(wú)線通信系統(tǒng)，其中該接收機(jī)包括一個(gè)基帶處理器，它從射頻信號(hào)中提取基帶信號(hào)和估計(jì)信道狀態(tài)；一個(gè)反饋信息近似單元，對(duì)應(yīng)于近似的維數(shù)從數(shù)量等于發(fā)送天線的數(shù)目的基矢量中選擇多個(gè)基矢量和它們的系數(shù)，從選擇的基矢量和系數(shù)獲得多個(gè)加權(quán)，從多個(gè)加權(quán)中提取一個(gè)能夠使從信道狀態(tài)獲得的預(yù)定的目標(biāo)函數(shù)最大化的加權(quán)作為反饋信息；和一個(gè)反饋單元，它發(fā)送反饋信息回到該發(fā)射機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的無(wú)線通信系統(tǒng)，其中當(dāng)目標(biāo)函數(shù)Pi＝WiHHHHWi時(shí)，在此矩陣H表示信道狀態(tài)，矢量Wi是從第i個(gè)選擇的基矢量和系數(shù)計(jì)算的加權(quán)，并且上標(biāo)H是赫米特運(yùn)算符，該反饋信息近似單元提取最大化該目標(biāo)函數(shù)的加權(quán)Wi作為反饋信息。
9.一種無(wú)線通信方法，其中當(dāng)從發(fā)射機(jī)發(fā)送的M個(gè)射頻信號(hào)通過(guò)多個(gè)路徑接收時(shí)，從該接收的信號(hào)中提取反饋信息并且發(fā)送該反饋信息給該發(fā)射機(jī)，該方法包括步驟(a)從接收信號(hào)估計(jì)包括上述多個(gè)路徑的信道的狀態(tài)；(b)從信道狀態(tài)計(jì)算加權(quán)，它反饋到該發(fā)射機(jī)并且乘以M個(gè)射頻信號(hào)；(c)將該加權(quán)近似為小于M的維數(shù)S，并且量化用于近似維數(shù)的系數(shù)；和(d)饋送近似維數(shù)的基矢量和它們的量化系數(shù)，或者標(biāo)識(shí)所述基矢量和它們的量化系數(shù)的索引回到該發(fā)射機(jī)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中，在步驟(b)中，當(dāng)多路徑的數(shù)量是L時(shí)，提取最大化由p＝WHHHHW表示的目標(biāo)函數(shù)的Wopt作為反饋信息，在此具有大小為L(zhǎng)×M的矩陣H表示該信道狀態(tài)，具有幅度M的矢量W表示該加權(quán)，和上標(biāo)H表示赫米特運(yùn)算符。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中步驟(c)包括步驟(c1)確定表示M個(gè)維數(shù)的基矢量；(c2)從Wopt和每個(gè)基矢量的內(nèi)積計(jì)算對(duì)應(yīng)于上述基矢量的系數(shù)；(c3)依照幅度次序從在步驟(c2)中計(jì)算的系數(shù)中選擇S個(gè)系數(shù)和選擇對(duì)應(yīng)于選擇的系數(shù)的基矢量；和(c4)量化選擇的系數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，如果在步驟(d)中反饋信號(hào)包含該基矢量和量化系數(shù)，則還包括以下步驟(e)從由發(fā)射機(jī)收到反饋信號(hào)中提取基矢量和量化系數(shù)；(f)從提取的基矢量和該量化系數(shù)中恢復(fù)反饋信息；(g)利用恢復(fù)的反饋信息加權(quán)發(fā)送的信息信號(hào)；和(h)發(fā)送該加權(quán)信息信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，如果在步驟(d)中反饋信息包括該索引，則還包括以下步驟(e)在該發(fā)射機(jī)中存儲(chǔ)S維數(shù)的基矢量和量化系數(shù)以及分別標(biāo)識(shí)基矢量和量化系數(shù)的索引；(f)從接收的反饋信號(hào)中提取該索引和從在步驟(e)存儲(chǔ)的基矢量及量化系數(shù)中提取由索引標(biāo)識(shí)的基矢量和量化系數(shù)；(g)從提取的基矢量和該量化系數(shù)中恢復(fù)反饋信息；(h)利用恢復(fù)的反饋信息加權(quán)發(fā)送的信息信號(hào)；和(i)發(fā)送該加權(quán)信息信號(hào)。
14.一種無(wú)線通信方法，其中當(dāng)從發(fā)射機(jī)發(fā)送的M個(gè)射頻信號(hào)通過(guò)多個(gè)路徑接收時(shí)，從接收的信號(hào)中提取反饋信息并且發(fā)送該反饋信息給該發(fā)射機(jī)，該方法包括步驟的(a)從接收信號(hào)中估計(jì)包括上述多個(gè)路徑的信道的狀態(tài)；(b)確定表示M維數(shù)的基矢量；(c)在確定的基矢量中選擇S個(gè)基矢量，其中S小于M；(d)選擇用于每個(gè)基矢量的N個(gè)量化系數(shù)之一；(e)從選擇的基矢量和量化系數(shù)中獲得反饋信息Wi；和(f)如果從Wi產(chǎn)生的預(yù)定的目標(biāo)函數(shù)Pi和估計(jì)信道H達(dá)到一個(gè)最大值，則發(fā)送Wi或者指示W(wǎng)的索引回到該發(fā)機(jī)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中該目標(biāo)函數(shù)Pi由Pi＝WiHHHHWi表示，在此上標(biāo)H是一個(gè)赫米特運(yùn)算符。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中其中如果該預(yù)定的目標(biāo)函數(shù)Pi不達(dá)到最大值，則對(duì)于MCS種情況重復(fù)步驟(e)和(f)，其中從M個(gè)基矢量中選擇另一個(gè)S基矢量，而對(duì)NS種情況，其中為每個(gè)選擇的S個(gè)基矢量選擇另一個(gè)量化系數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，如果在步驟(f)中反饋信息包括Wi，則還包括以下步驟(g)從接收的反饋信號(hào)中提取Wi；(h)利用提取的Wi加權(quán)發(fā)送的信息信號(hào)；和(i)發(fā)送該加權(quán)信息信號(hào)。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，如果在步驟(f)中反饋信息包括該索引，則還包括以下步驟(g)在該發(fā)射機(jī)中存儲(chǔ)可選擇的Wi和指示W(wǎng)i的索引；(h)從接收的反饋信號(hào)中提取該索引和由該索引識(shí)別的Wi；(i)利用提取的Wi加權(quán)發(fā)送的信息信號(hào)；和(j)發(fā)送該加權(quán)信息信號(hào)。
全文摘要
一個(gè)具有反饋的無(wú)線通信系統(tǒng)和及其方法。該無(wú)線通信系統(tǒng)具有多個(gè)發(fā)送天線和多個(gè)接收天線,包括一個(gè)發(fā)射機(jī),從預(yù)定的反饋信號(hào)恢復(fù)反饋信息,用恢復(fù)的反饋信息加權(quán)信息信號(hào)并將加權(quán)信息信號(hào)轉(zhuǎn)換為射頻信號(hào),以便發(fā)送該射頻信號(hào);和一個(gè)接收機(jī),接收該射頻信號(hào)以便估計(jì)發(fā)送該射頻信號(hào)的信道的狀態(tài),對(duì)應(yīng)于發(fā)送天線的數(shù)量計(jì)算維數(shù)的加權(quán),將該加權(quán)近似為更低維的加權(quán)以便提取反饋信息,和變換該反饋信息為射頻信號(hào)以便發(fā)送該射頻信號(hào)給該發(fā)射機(jī)。
文檔編號(hào)H04B7/04GK1326274SQ0111967
公開(kāi)日2001年12月12日 申請(qǐng)日期2001年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月7日
發(fā)明者李光馥, 黃瑾喆 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社