專利名稱：在無線通信系統(tǒng)中利用信道狀態(tài)信息的方法和裝置的制作方法
背景領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及數(shù)據(jù)通信，更特定地是涉及一種新穎的經(jīng)改進(jìn)的利用(全部或部分)信道狀態(tài)信息以提供無線通信系統(tǒng)改善的性能的方法和裝置。
背景無線通信系統(tǒng)被廣泛采用，以提供不同類型的通信諸如語音、數(shù)據(jù)等。這些系統(tǒng)可能是根據(jù)碼分多址(CDMA)、時(shí)分多址(TDMA)、正交頻分調(diào)制(OFDM)或一些其它調(diào)制技術(shù)。OFDM系統(tǒng)能提供一些信道環(huán)境下的高性能。
在陸地通信系統(tǒng)中(例如蜂窩系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、多信道多點(diǎn)分布系統(tǒng)(MMDS)以及其它)，從發(fā)射機(jī)單元來的RF已調(diào)信號(hào)可能通過多個(gè)傳輸路徑到達(dá)接收機(jī)單元。傳輸路徑的特征由于多種因素諸如衰落和多徑一般隨時(shí)間而變化。
為提供對(duì)抗惡化的路徑效應(yīng)并改善性能的分集，可能使用多個(gè)發(fā)射和接收天線。如果發(fā)射和接收天線間的傳輸路徑是線性獨(dú)立的(即在一個(gè)路徑上的傳輸不形成為其它路徑上的傳輸?shù)木€性組合)，這一般在一定程度上是成立的，則正確接收發(fā)射的信號(hào)的概率隨天線數(shù)目的增加而增加。一般，隨著發(fā)射和接收天線的數(shù)目增加分集也增加且性能得到改善。
多輸入多輸出(MIMO)通信系統(tǒng)使用多個(gè)(NT)發(fā)射天線和多個(gè)NR接收天線用于數(shù)據(jù)傳輸。MIMO信道可能被分解為NC個(gè)獨(dú)立信道，其中NC≤min{NT，NR}。NC個(gè)獨(dú)立信道的每個(gè)還被稱為MIMO信道的空間子信道，并對(duì)應(yīng)維數(shù)。如果使用由多個(gè)發(fā)射和接收天線建立的附加維數(shù)，則MIMO系統(tǒng)能提供改進(jìn)的性能。
因此本領(lǐng)域內(nèi)需要一種技術(shù)以利用信道狀態(tài)信息(CSI)來利用MIMO系統(tǒng)建立的附加維數(shù)提供經(jīng)改進(jìn)的系統(tǒng)性能。
摘要本發(fā)明的各方面提供技術(shù)以處理在多輸入多輸出(MIMO)通信系統(tǒng)內(nèi)接收到的信號(hào)以恢復(fù)發(fā)射的信號(hào)，并估計(jì)MIMO信道的特征。不同的接收機(jī)處理方案可能用于導(dǎo)出指明用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏斝诺赖奶卣鞯男诺罓顟B(tài)信息(CSI)。CSI然后被報(bào)告回發(fā)射機(jī)系統(tǒng)并用于調(diào)節(jié)信號(hào)處理(例如，編碼、調(diào)制等)。這樣，根據(jù)確定的信道條件獲得高性能。
本發(fā)明的特定實(shí)施例提供在MIMO通信系統(tǒng)中從發(fā)射機(jī)單元將數(shù)據(jù)發(fā)射到接收機(jī)單元的方法。根據(jù)本方法，在接收機(jī)單元，許多信號(hào)通過多個(gè)接收機(jī)天線被接收，每個(gè)從接收天線接收的信號(hào)包括從發(fā)射機(jī)單元發(fā)射來的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)的組合。接收到的信號(hào)經(jīng)處理(例如，通過信道相關(guān)矩陣逆(CCMI)方案、無偏最小均方誤差方案(UMMSE)、或一些其它接收機(jī)處理方案)以導(dǎo)出指明用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩鄠€(gè)傳輸信道特征的CSI。CSI經(jīng)編碼并被發(fā)射回發(fā)射機(jī)單元。在發(fā)射機(jī)單元，從接收機(jī)單元來的CSI被接收，且傳輸?shù)浇邮諜C(jī)單元的數(shù)據(jù)根據(jù)接收到的CSI被處理。
被報(bào)告的CSI可能包括全CSI或部分CSI。全CSI包括所有發(fā)射和接收天線對(duì)間的傳播路徑的充分的全帶寬特性(例如，在可用帶寬上的幅度和相位)。部分CSI可能包括例如傳輸信道的信號(hào)對(duì)噪聲加干擾(SNR)。在發(fā)射單元，每個(gè)傳輸信道的數(shù)據(jù)可能根據(jù)傳輸信道的SNR估計(jì)而被編碼，且每個(gè)傳輸信道的經(jīng)編碼數(shù)據(jù)可能根據(jù)由SNR估計(jì)選擇的調(diào)制方案而被調(diào)制。對(duì)全CSI處理，調(diào)制碼元根據(jù)接收到的CSI在傳輸前經(jīng)預(yù)處理。
本發(fā)明還提供實(shí)現(xiàn)本發(fā)明各個(gè)方面、實(shí)施例和特征的方法、系統(tǒng)以及裝置，將如下詳述。
附圖的簡(jiǎn)要說明通過下面提出的結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的特征、性質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯，附圖中相同的符號(hào)具有相同的標(biāo)識(shí)，其中

圖1是能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明不同方面和實(shí)施例的多輸入多輸出(MIMO)通信系統(tǒng)的圖；圖2A和2B是能實(shí)現(xiàn)部分CSI處理以及全CSI處理的MIMO發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的詳細(xì)描述圖1是能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明各個(gè)方面和實(shí)施例的多輸入多輸出(MIMO)通信系統(tǒng)100的圖。系統(tǒng)100包括與第二系統(tǒng)150通信的第一系統(tǒng)110。系統(tǒng)100能用于使用天線、頻率和時(shí)間分集(以下描述)的組合以增加頻譜效率、改善性能并增加靈活性。在一方面，系統(tǒng)150可能用于確定通信鏈路的特征并將信道狀態(tài)信息(CSI)報(bào)告回系統(tǒng)110，且系統(tǒng)110可能用于根據(jù)報(bào)告的CSI調(diào)整對(duì)要發(fā)射的數(shù)據(jù)處理(例如編碼和調(diào)制)。
在系統(tǒng)110內(nèi)，數(shù)據(jù)源112提供數(shù)據(jù)(即信息比特)到發(fā)射(TX)數(shù)據(jù)處理器114，它根據(jù)特定編碼方案對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，根據(jù)特定交織方案對(duì)經(jīng)編碼的數(shù)據(jù)進(jìn)行交織(即重排序)，并將經(jīng)交織比特映射為一個(gè)或多個(gè)用于發(fā)射數(shù)據(jù)的傳輸信道的調(diào)制碼元。交織提供了對(duì)編碼比特的時(shí)間分集，允許數(shù)據(jù)根據(jù)用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏斝诺赖钠骄盘?hào)對(duì)噪聲加干擾(SNR)比而被發(fā)射，減少衰落，并去除用于形成每個(gè)調(diào)制碼元的經(jīng)編碼比特之間的相關(guān)。如果經(jīng)編碼比特在多個(gè)頻率子信道上被發(fā)射，則交織還可能提供頻率分集。根據(jù)本發(fā)明的一方面，編碼、交織以及碼元映射(或以上的組合)根據(jù)系統(tǒng)110可用的全CSI或部分CSI而被實(shí)現(xiàn)，如圖1指明。
在發(fā)射系統(tǒng)110處的編碼、交織以及碼元映射可能根據(jù)多個(gè)方案而實(shí)現(xiàn)。一個(gè)特定的方案在美國專利號(hào)09776073內(nèi)得到描述，題為“CODING SCHEME FORA WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM”提交于2001年2月1日，被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并通過引用被結(jié)合于此。
MIMO系統(tǒng)100在通信鏈路的發(fā)射和接收端使用多個(gè)天線。這些發(fā)射和接收天線可能用于提供空間分集的各種形式，包括發(fā)射分集和接收分集?？臻g分集特征是使用多個(gè)發(fā)射天線和一個(gè)或多個(gè)接收天線。發(fā)射分集的特征是在多個(gè)發(fā)射天線上傳輸數(shù)據(jù)。一般，附加處理在從發(fā)射天線發(fā)射來的數(shù)據(jù)上實(shí)現(xiàn)以獲得期望的分集。例如，從不同發(fā)射天線發(fā)射而來的數(shù)據(jù)可能經(jīng)時(shí)延或在時(shí)間上重排序、在可用的發(fā)射天線上經(jīng)編碼和交織等。接收分集的特征是在多個(gè)接收天線上對(duì)發(fā)射的信號(hào)的接收，分集是通過簡(jiǎn)單地接收經(jīng)不同信號(hào)路徑的信號(hào)而實(shí)現(xiàn)。
系統(tǒng)100可能用于多個(gè)不同的通信模式，每個(gè)通信模式使用天線、頻率或時(shí)間分集或以上的組合。通信模式可能包括例如“分集”通信模式以及“MIMO”通信模式。分集通信模式使用分集以改善通信鏈路的可靠性。在分集通信模式，這還被稱為“純”分集通信模式，的一般應(yīng)用中數(shù)據(jù)從所有可用的發(fā)射天線發(fā)射到接收接收機(jī)系統(tǒng)。純分集通信模式可能用于當(dāng)數(shù)據(jù)速率要求較低或當(dāng)SNR較低或兩者皆是情況下。MIMO通信模式在通信鏈路的兩端使用天線分集(即多個(gè)發(fā)射天線和多個(gè)接收天線)并一般用于改善可靠性以及增加通信鏈路的容量。MIMO通信模式可能還使用頻率和/或時(shí)間分集結(jié)合天線分集。
系統(tǒng)100還可能利用正交頻分調(diào)制(OFDM)，這有效地將操作頻帶分成多個(gè)(L)頻率子信道(即頻率箱)。在每個(gè)時(shí)隙(即特定的取決于頻率子信道的帶寬的時(shí)間間隔)，調(diào)制碼元可能在L頻率子信道的每個(gè)上被發(fā)射。
系統(tǒng)100可能用于通過多個(gè)傳輸信道發(fā)射數(shù)據(jù)。如上所述，MIMO信道可能被分解為NC個(gè)獨(dú)立的信道，NC≤min{NT，NR}。NC個(gè)獨(dú)立的信道的每個(gè)還被稱為MIMO信道的空間子信道。對(duì)不使用OFDM的MIMO系統(tǒng)，可能只有一個(gè)頻率子信道且每個(gè)空間子信道可能被稱為“傳輸信道”。對(duì)使用OFDM的MIMO系統(tǒng)，每個(gè)頻率子信道的每個(gè)空間子信道可能被稱為一個(gè)傳輸信道。對(duì)不以MIMO通信模式操作的OFDM系統(tǒng)，只有一個(gè)空間子信道且每個(gè)頻率子信道可能被稱為傳輸信道。
如果使用由多個(gè)發(fā)射和接收天線建立的附加維數(shù)，則MIMO系統(tǒng)可以提供改善的性能。這并不一定需要在發(fā)射機(jī)處已知CSI，當(dāng)發(fā)射機(jī)配備有CSI時(shí)，可能會(huì)增加系統(tǒng)效率和改善性能，CSI描述從發(fā)射天線到接收天線的傳輸特征。CSI可能被歸為“全CSI”或“部分CSI”。
全CSI包括在NT×NRMIMO矩陣內(nèi)的每個(gè)發(fā)射接收天線對(duì)間的傳播路徑的整個(gè)系統(tǒng)頻帶(即每個(gè)頻率子信道)的足夠特征。全CSI處理指(1)信道特征在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)端都可利用，(2)發(fā)射機(jī)計(jì)算MIMO信道的特征模量(如下描述)，確定以特征模量發(fā)射的調(diào)制碼元，對(duì)調(diào)制碼元線性預(yù)調(diào)節(jié)(濾波)，并發(fā)射經(jīng)預(yù)調(diào)節(jié)的調(diào)制碼元，以及(3)接收機(jī)根據(jù)信道特征實(shí)現(xiàn)線性發(fā)射處理的互補(bǔ)操作(例如空間匹配濾波器)以計(jì)算每個(gè)傳輸信道(即每個(gè)特征模量)所需的NC個(gè)空間匹配濾波器系數(shù)。全CSI處理還包括根據(jù)信道的特征值(以下描述)處理每個(gè)傳輸信道的數(shù)據(jù)(例如選擇合適的編碼和調(diào)制方案)以導(dǎo)出調(diào)制碼元。
部分CSI可能包括，例如傳輸信道的信號(hào)對(duì)噪聲加干擾比(SNR)(即無OFDM的MIMO系統(tǒng)的每個(gè)空間子信道的SNR，或有OFDM的MIMO系統(tǒng)的每個(gè)空間子信道的每個(gè)頻率子信道的SNR)。部分CSI處理可能指根據(jù)信道的SNR處理每個(gè)傳輸信道的數(shù)據(jù)(例如，選擇合適的編碼和調(diào)制方案)。
參考圖1，TX MIMO處理器120接收并處理從TX數(shù)據(jù)處理器114來的調(diào)制碼元以提供適合在MIMO信道上傳輸?shù)拇a元。由TX MIMO處理器120實(shí)現(xiàn)的處理取決于是否使用全或部分CSI處理，這將在以下詳述。
對(duì)全CSI處理，TX MIMO處理器120可能對(duì)調(diào)制碼元解多路復(fù)用并預(yù)調(diào)節(jié)。對(duì)部分CSI處理，TX MIMO處理器120可能簡(jiǎn)單地對(duì)調(diào)制碼元解復(fù)用。以下將詳述全和部分CSI MIMO處理。對(duì)使用全CSI處理而不使用OFDM的MIMO系統(tǒng)而言，TX MIMO處理器120為每個(gè)發(fā)射天線提供經(jīng)預(yù)調(diào)節(jié)的調(diào)制碼元流，每個(gè)時(shí)隙一個(gè)經(jīng)預(yù)調(diào)節(jié)的調(diào)制碼元。每個(gè)經(jīng)預(yù)調(diào)節(jié)的調(diào)制碼元是對(duì)NC個(gè)空間子信道的給定時(shí)隙的NC個(gè)調(diào)制碼元的線性(以及加權(quán))組合，如下將詳述。對(duì)使用全CSI處理和OFDM的MIMO系統(tǒng)，TX MIMO處理器120提供對(duì)每個(gè)發(fā)射天線的經(jīng)預(yù)調(diào)節(jié)的調(diào)制碼元向量流，每個(gè)向量包括對(duì)給定時(shí)隙的L個(gè)頻率子信道的L個(gè)經(jīng)預(yù)調(diào)節(jié)的調(diào)制碼元。對(duì)使用部分CSI處理但不使用OFDM的MIMO系統(tǒng)，TX MIMO處理器120提供每個(gè)發(fā)射天線的調(diào)制碼元流，每個(gè)時(shí)隙一個(gè)調(diào)制碼元。對(duì)使用OFDM和部分CSI處理的MIMO系統(tǒng)而言，TX MIMO處理器120提供用于每個(gè)發(fā)射天線的調(diào)制碼元向量流，每個(gè)向量包括對(duì)給定時(shí)隙的L個(gè)頻率子信道的L個(gè)調(diào)制碼元。對(duì)上述的所有情況，每個(gè)調(diào)制碼元或調(diào)制碼元向量的流(或經(jīng)預(yù)調(diào)節(jié)或未經(jīng)預(yù)調(diào)節(jié))由相應(yīng)的調(diào)制器(MOD)122接收并調(diào)制，并通過相關(guān)的天線124發(fā)射。
在圖1示出的實(shí)施例中，接收機(jī)系統(tǒng)150包括許多接收發(fā)射的信號(hào)并提供接收的信號(hào)給相應(yīng)的解調(diào)器(DEMOD)154的接收天線152。每個(gè)解調(diào)器154實(shí)現(xiàn)與調(diào)制器122處互補(bǔ)的處理。從所有解調(diào)器154來的已調(diào)碼元提供給接收(RX)MIMO處理器156并以以下描述的方式經(jīng)處理。傳輸信道的接收調(diào)制碼元然后提供給RX數(shù)據(jù)處理器158，它實(shí)現(xiàn)與TX數(shù)據(jù)處理器114互補(bǔ)的處理。在特定設(shè)計(jì)中，RX數(shù)據(jù)處理器158提供比特值，指明接收到的調(diào)制碼元，對(duì)比特值解交織，并對(duì)解交織的值解碼以生成已解碼比特，然后提供給數(shù)據(jù)宿160。接收到的碼元的解映射、解交織和解碼是與發(fā)射機(jī)系統(tǒng)110處的碼元映射、交織以及編碼互補(bǔ)的。接收機(jī)系統(tǒng)150的處理將在以下詳述。
MIMO系統(tǒng)的空間子信道(或更一般地，帶有或沒有OFDM的MIMO系統(tǒng)的傳輸信道)一般經(jīng)歷不同的鏈路條件(例如，不同衰減和多徑效應(yīng))且可能獲得不同的SNR。相應(yīng)地，傳輸信道的容量可能在信道與信道間有所不同。該容量可能由對(duì)于特定性能級(jí)別在每個(gè)傳輸信道上發(fā)射的信息比特速率(即每調(diào)制碼元的信息比特?cái)?shù))量化。而且，鏈路條件一般隨時(shí)間變化。確定描述鏈路條件的CSI其結(jié)果，對(duì)傳輸信道所支持的特率也隨時(shí)間而變化。為更充分利用傳輸信道的容量，可能(一般在接收單元處)且提供給發(fā)射單元使得能相應(yīng)地調(diào)整(或適應(yīng))處理。本發(fā)明的方面提供確定和利用(全或部分)CSI的技術(shù)以提供經(jīng)改善的系統(tǒng)性能。
帶有部分CSI處理的MIMO發(fā)射機(jī)系統(tǒng)圖2A是MIMO發(fā)射機(jī)系統(tǒng)110a的實(shí)施例的方框圖，這是圖1中系統(tǒng)110的發(fā)射機(jī)部分的實(shí)施例。發(fā)射機(jī)系統(tǒng)110a(不使用OFDM)能根據(jù)接收機(jī)系統(tǒng)150報(bào)告的部分CSI調(diào)整其處理。系統(tǒng)110a包括(1)接收并處理信息比特以提供調(diào)制碼元的TX數(shù)據(jù)處理器114a以及(2)對(duì)NT個(gè)發(fā)射天線的調(diào)制碼元解復(fù)用的TXMIMC處理器120a。
TX數(shù)據(jù)處理器114a是圖1中的TX數(shù)據(jù)處理器114的一實(shí)施例，且許多其它設(shè)計(jì)還可能用于TX數(shù)據(jù)處理器114并在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在圖2A示出的特定實(shí)施例中，TX數(shù)據(jù)處理器114a包括編碼器202、信道交織器204、截短器206以及碼元映射元件208。編碼器202接收并根據(jù)特定編碼方案對(duì)信息比特編碼以提供經(jīng)編碼比特。信道交織器204根據(jù)特定交織方案對(duì)經(jīng)編碼的比特進(jìn)行交織以提供分集。截短器206截去零個(gè)或多個(gè)經(jīng)交織經(jīng)編碼的比特以提供期望的經(jīng)編碼比特。碼元映射元件208將未被截去的經(jīng)編碼比特映射為一個(gè)或多個(gè)用于發(fā)射數(shù)據(jù)的傳輸信道的調(diào)制碼元。
雖然為簡(jiǎn)潔緣故未在圖2A中示出，導(dǎo)頻數(shù)據(jù)(例如已知模式的數(shù)據(jù))可能與經(jīng)處理的信息比特一起經(jīng)編碼和復(fù)用。經(jīng)處理的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)可能在所有或一組用于發(fā)射信息比特的傳輸信道的子集上發(fā)射(例如以時(shí)分多路復(fù)用方式)。如在在領(lǐng)域內(nèi)已知的且將在以下詳述的，導(dǎo)頻數(shù)據(jù)可能在接收機(jī)處用于實(shí)現(xiàn)信道估計(jì)。
如圖2A示出，可能根據(jù)接收機(jī)系統(tǒng)150報(bào)告的部分CSI而調(diào)整編碼和調(diào)制。在一實(shí)施例中，通過使用固定的基本碼(例如速率1/3的Turbo碼)以及調(diào)整截短以獲得期望的碼率來實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)編碼的，如由用于發(fā)射數(shù)據(jù)的傳輸信道的SNR支持的?；蛘?，可能根據(jù)報(bào)告的部分CSI而使用不同的編碼方案(如由虛線箭頭指向方框202所指)。例如，傳輸信道的每個(gè)可能用獨(dú)立的碼而實(shí)現(xiàn)編碼。用該編碼方案，可能使用相繼“零化/均衡以及干擾對(duì)消”接收機(jī)處理方案以檢測(cè)并對(duì)數(shù)據(jù)流解碼以導(dǎo)出對(duì)發(fā)射的數(shù)據(jù)流更可靠的估計(jì)。一種該種接收機(jī)處理方案由P.W.Wolniansky，et al在論文中描述，題為“V-BLASTAn Architecture for AchievingVery High Data Rates over the Rich-Scattering WirelessChannel”，Proc.ISSSE-98，Pisa，Italy。被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并通過引用被結(jié)合于此。
對(duì)每個(gè)傳輸信道，碼元映射元件208可能設(shè)計(jì)成將未被截去的經(jīng)編碼的比特分組成集以形成非二進(jìn)制碼元，并將非二進(jìn)制碼元映射成對(duì)應(yīng)的為該傳輸信道選擇的特定調(diào)制方案(例如QPSK、M-PSK、M-QAM或一些其它方案)的信號(hào)星座圖內(nèi)的點(diǎn)。每個(gè)經(jīng)映射的點(diǎn)對(duì)應(yīng)調(diào)制碼元。對(duì)某特定性能級(jí)別(例如百分之一分組誤差率)為每個(gè)調(diào)制碼元可能發(fā)射的信息比特?cái)?shù)取決于傳輸信道的SNR。因此，每個(gè)傳輸信道的編碼方案以及調(diào)制方案可能根據(jù)報(bào)告的部分CSI而被選擇。信道交織可能根據(jù)報(bào)告的部分CSI而被調(diào)整(由指向方框204的虛線箭頭指明)。
表1列出可能用于一定數(shù)目的SNR范圍的不同編碼速率和調(diào)制方案的組合。每個(gè)傳輸信道支持的比特速率可能使用多個(gè)可能的編碼速率和調(diào)制方案的組合中的任何一個(gè)而獲得。例如，每碼元一信息比特可能通過使用以下方式獲得(1)編碼速率為1/2，以及QPSK調(diào)制(2)編碼速率為1/3，以及8-PSK調(diào)制，(3)編碼速率為1/4，以及16-QAM調(diào)制或一些其它碼率和調(diào)制方案的組合。在表1中，QPSK、16-QAM以及64-QAM用于列出的SNR范圍。其它調(diào)制方案諸如8-PSK、32-QAM、128-QAM等，還可能被使用并在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
表1
從TX數(shù)據(jù)處理器114a來的調(diào)制碼元被提供給TX MIMO處理器120a，這是圖1內(nèi)的TX MIMO處理器120的一個(gè)實(shí)施例。在TX MIMO處理器120a內(nèi)，解復(fù)用器214將接收到的調(diào)制碼元解復(fù)用為多個(gè)(NT)調(diào)制碼元流，對(duì)用于發(fā)射調(diào)制碼元的每個(gè)天線一個(gè)流。每個(gè)調(diào)制碼元流提供給相應(yīng)的調(diào)制器122。每個(gè)調(diào)制器122將調(diào)制碼元轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號(hào)，且進(jìn)一步放大、濾波、正交調(diào)制并將信號(hào)上變頻以生成適合在無線鏈路上傳輸?shù)囊颜{(diào)信號(hào)。
如果空間子信道數(shù)小于可用的發(fā)射天線數(shù)(即NC＜NT)，則可能使用各種方案用于數(shù)據(jù)傳輸。在一種方案中，NC調(diào)制碼元流在可用發(fā)射天線的子集(即NC上生成并發(fā)射。剩余的NT-NC個(gè)發(fā)射天線并不用于數(shù)據(jù)傳輸。在另一方案中，由(NT-NC)附加發(fā)射天線提供的附加的自由度用于改善數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。?duì)該方案，一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)流的每個(gè)可被編碼、可能經(jīng)交織并在多個(gè)發(fā)射天線上發(fā)射。對(duì)數(shù)據(jù)流使用多個(gè)發(fā)射天線增加了分集并改善了惡化的路徑效應(yīng)的可靠性。
帶全CSI處理的MIMO發(fā)射機(jī)系統(tǒng)圖2B是MIMO發(fā)射機(jī)系統(tǒng)110b(未使用OFDM)的實(shí)施例模塊圖，它能根據(jù)由接收機(jī)系統(tǒng)150報(bào)告的全CSI處理數(shù)據(jù)。信息比特經(jīng)編碼、交織并經(jīng)TX數(shù)據(jù)處理器114碼元映射以生成調(diào)制碼元。編碼和調(diào)制可能根據(jù)由接收機(jī)系統(tǒng)報(bào)告的可用全CSI而經(jīng)調(diào)整，且可能如同上述MIMO發(fā)射機(jī)系統(tǒng)110a所描述地實(shí)行。
在TX MIMO處理器120b內(nèi)，信道MIMO處理器212對(duì)接收到的調(diào)制碼元解復(fù)用成多個(gè)(NC)調(diào)制碼元流，每個(gè)用于發(fā)射調(diào)制碼元的空間子信道(即特征模是)一個(gè)流。對(duì)全CSI處理，信道MIMO處理器212對(duì)NC個(gè)在每個(gè)時(shí)隙處的調(diào)制碼元進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié)以生成NT個(gè)經(jīng)預(yù)調(diào)節(jié)的調(diào)制碼元，如下x1x2MxNT=e11,e12,e1Nce21,e22,e2NceNT1,eNT1,eNTNc·b1b2MbNC]]>方程(1)其中，b1，b2...以及bNC是相應(yīng)的空間子信道1、2...NNC的調(diào)制碼元，其中NC個(gè)調(diào)制碼元的每個(gè)可能使用例如M-PSK、M-QAM或一些其它調(diào)制方案生成；eij是與從發(fā)射天線到接收天線的傳輸特征相關(guān)的特征向量矩陣E的元素；以及x1，x2，...xNT是經(jīng)預(yù)調(diào)節(jié)的調(diào)制碼元，這可以表達(dá)為x1=b1·e11+b2·e12+…+bNC·e1NC,]]>x2=b1·e21+b2·e22+…+bNC·e2NC,]]>xNT=b1·eNT1+b2·eNT2+…+bNC·eNTNC]]>特征向量矩陣E可能由發(fā)射機(jī)計(jì)算或由接收機(jī)提供給發(fā)射機(jī)。
對(duì)于全CSI處理，每個(gè)經(jīng)預(yù)調(diào)節(jié)的調(diào)制碼元xi，對(duì)特定的發(fā)射天線表示多達(dá)NC個(gè)空間子信道的(加權(quán))調(diào)制碼元的線性組合。對(duì)每個(gè)調(diào)制碼元xi使用的調(diào)制方案是基于該特征模量的有效SNR且與特征值λi成正比(以下描述)。NC個(gè)用于生成每個(gè)經(jīng)預(yù)調(diào)節(jié)的調(diào)制碼元的調(diào)制碼元的每個(gè)可能與不同的信號(hào)星座圖相關(guān)。對(duì)每個(gè)時(shí)隙，NT個(gè)由信道MIMO處理器212生成的經(jīng)預(yù)調(diào)節(jié)的調(diào)制碼元由解復(fù)用器214解復(fù)用并提供給NT個(gè)調(diào)制器122。
全CSI處理可能根據(jù)可用的CSI以及經(jīng)選擇的發(fā)射天線而實(shí)現(xiàn)。全CSI處理還可能選擇性并動(dòng)態(tài)地啟用和停用。例如，全CSI處理可能為特定的數(shù)據(jù)傳輸而啟用，并為其它一些數(shù)據(jù)傳輸停用。全CSI處理可能在一定條件下啟用，例如當(dāng)通信鏈路有足夠的SNR時(shí)。
帶有OFDM的MIMO發(fā)射機(jī)系統(tǒng)圖3是MIMO發(fā)射機(jī)系統(tǒng)110c的實(shí)施例的方框圖，它使用OFDM并能根據(jù)全或部分CSI調(diào)整其處理。信息比特經(jīng)編碼、經(jīng)交織、經(jīng)截短，并由TX數(shù)據(jù)處理器114碼元映射以生成調(diào)制碼元。編碼和調(diào)制可能根據(jù)接收機(jī)系統(tǒng)報(bào)告的可用的全或偏CSI而調(diào)整。對(duì)有OFDM的MIMO系統(tǒng)，調(diào)制碼元可能在多個(gè)頻率子信道上從多個(gè)發(fā)射天線發(fā)射。當(dāng)操作在純MIMO通信模式時(shí)，在每個(gè)頻率子信道上以及從每個(gè)發(fā)射天線來的發(fā)射代表非復(fù)制數(shù)據(jù)。
在MIMO處理器120c內(nèi)，解復(fù)用器(DEMUX)310接收并對(duì)調(diào)制碼元解復(fù)用為多個(gè)子信道碼元流S1到SL，一個(gè)子信道碼元流對(duì)應(yīng)每個(gè)用于發(fā)射碼元的頻率子信道。
對(duì)全CSI處理，每個(gè)子信道碼元流被提供給相應(yīng)的子信道MIMO處理器312。每個(gè)子信道MIMO處理器312對(duì)接收到的子信道碼元流解復(fù)用為多個(gè)(多達(dá)到NC個(gè))碼元子流，每個(gè)用于發(fā)射調(diào)制碼元的空間子信道一個(gè)碼元子流。對(duì)OFDM系統(tǒng)內(nèi)的全CSI處理，導(dǎo)出特征模式并在每頻率子信道的基礎(chǔ)上被應(yīng)用。因此，每個(gè)子信道MIMO處理器312根據(jù)等式(1)可以對(duì)多達(dá)NC的調(diào)制碼元進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié)以生成經(jīng)預(yù)調(diào)節(jié)的調(diào)制碼元。每個(gè)對(duì)特定頻率子信道的特定發(fā)射天線的經(jīng)預(yù)調(diào)節(jié)的調(diào)制碼元代表多達(dá)NC個(gè)空間子信道的(加權(quán))調(diào)制碼元的線性組合。
對(duì)全CSI處理，每個(gè)時(shí)隙的由每個(gè)MIMO處理器312生成的(可達(dá))NT個(gè)經(jīng)預(yù)調(diào)節(jié)的調(diào)制碼元由相應(yīng)的解復(fù)用器314解復(fù)用，且被提供給(可達(dá))NT個(gè)碼元組合器316a到316t。例如，分配給頻率子信道1的子信道MIMO處理器312a可能提供用于天線1到NT的頻率子信道1的多達(dá)NT個(gè)經(jīng)預(yù)調(diào)節(jié)的調(diào)制碼元。同樣地，分配給頻率子信道L的子信道MIMO處理器3121可能提供天線1到NT的頻率子信道L的多達(dá)NT個(gè)碼元。
對(duì)部分CSI處理，每個(gè)子信道碼元流S，由相應(yīng)的解復(fù)用器314解復(fù)用并提供給(多達(dá))NT個(gè)碼元組合器316a到316t。子信道MIMO處理器312的處理對(duì)部分CSI處理被旁路了。
每個(gè)組合器316為多達(dá)L個(gè)頻率子信道接收調(diào)制碼元，將每個(gè)時(shí)隙的碼元組合成調(diào)制碼元向量V，并將調(diào)制碼元向量提供給下一處理級(jí)(即調(diào)制器122)。
因此MIMO處理器120c接收并處理調(diào)制碼元以提供NT個(gè)調(diào)制碼元向量V1到VT，每個(gè)發(fā)射天線一個(gè)調(diào)制碼元向量。每個(gè)調(diào)制碼元向量V占用單一一個(gè)時(shí)隙，且調(diào)制碼元向量V的每個(gè)元素都與特定帶有唯一子載波的頻率子信道相關(guān)，調(diào)制碼元在此載波上傳輸。如果不以“純”MIMO通信模式操作，調(diào)制碼元向量中一些可能對(duì)不同發(fā)射天線在特定的頻率子信道上有重復(fù)或冗余信息。
圖3還示出了OFDM的解調(diào)器122的實(shí)施例。從MIMO處理器120c來得調(diào)制碼元向量V1到VT被提供給相應(yīng)的調(diào)制器122a到122t。在圖3示出的實(shí)施例中，每個(gè)調(diào)制器122包括反快速傅立葉變換(IFFT)320，循環(huán)前綴發(fā)生器322以及上變頻器324。
IFFT 320使用IFFT將每個(gè)接收到的調(diào)制碼元向量轉(zhuǎn)換為其時(shí)域表示(被稱為OFDM碼元)。IFFT 320能設(shè)計(jì)成在任何數(shù)量的頻率子信道上實(shí)現(xiàn)IFFT(例如8、16、32等)。在一實(shí)施例中，對(duì)每個(gè)被轉(zhuǎn)變成OFDM碼元的調(diào)制碼元向量而言，循環(huán)前綴發(fā)生器322重復(fù)OFDM碼元的時(shí)域表示的一部分以形成對(duì)特定發(fā)射天線的傳輸碼元。循環(huán)前綴保證傳輸碼元在有多徑時(shí)延擴(kuò)展時(shí)保留它的正交性，因此改善了惡化路徑效應(yīng)。IFFT 320的實(shí)現(xiàn)以及循環(huán)前綴發(fā)生器在技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)是已知的，在此不作詳細(xì)描述。
每個(gè)循環(huán)前綴發(fā)生器322的時(shí)域表示(即每個(gè)天線的傳輸碼元)然后經(jīng)上變頻器324處理(例如轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號(hào)、經(jīng)調(diào)制、經(jīng)放大以及經(jīng)濾波)以生成已調(diào)信號(hào)，然后從相應(yīng)的天線124發(fā)射。
OFDM調(diào)制在下述論文中得到詳細(xì)描述，題為“Multicarrier Modulation forData TransmissionAn Idea Whose Time Has Come”，作者為John A.C Bingham，IEEE通信雜志，1990年五月，在此引入作為參考。
許多不同類型的傳輸(例如語音、信令、數(shù)據(jù)、導(dǎo)頻等)可能由通信系統(tǒng)發(fā)射。這些傳輸?shù)拿糠N可能需要不同處理。
圖4是能提供不同傳輸類型的不同處理并使用OFDM的MIMO發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的部分的方框圖。集合輸入數(shù)據(jù)，包括所有由系統(tǒng)110d發(fā)射的信息比特，提供給解復(fù)用器408。解復(fù)用器408將輸入數(shù)據(jù)解復(fù)用為多個(gè)(K)信道數(shù)據(jù)流B1到BK。每個(gè)信道數(shù)據(jù)流可能對(duì)應(yīng)例如信令信道、廣播信道、語音呼叫或分組數(shù)據(jù)傳輸。每個(gè)信道數(shù)據(jù)流提供給相應(yīng)的TX數(shù)據(jù)處理器114，它用為該信道數(shù)據(jù)流選擇的特定編碼方案對(duì)數(shù)據(jù)編碼，根據(jù)特定交織方案對(duì)經(jīng)編碼的數(shù)據(jù)交織，并將經(jīng)交織比特映射為用于發(fā)射該信道數(shù)據(jù)流的一個(gè)或多個(gè)傳輸信道的調(diào)制碼元。
編碼可能在每個(gè)傳輸基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)(即在如圖4示出的信道數(shù)據(jù)流上)。然而，編碼也可能實(shí)現(xiàn)在集合輸入數(shù)據(jù)上(如圖1示出)、在多個(gè)信道數(shù)據(jù)流上、在信道數(shù)據(jù)流的一部分上、跨過一組頻率子信道、跨過一組空間子信道、跨過一組頻率子信道和空間子信道、跨過每個(gè)頻率子信道、在每個(gè)調(diào)制碼元上、或在一些其它的時(shí)間、空間以及頻率單元上。
從每個(gè)TX數(shù)據(jù)處理器114來的調(diào)制碼元流可能在一個(gè)或多個(gè)頻率子信道上發(fā)射，且通過每個(gè)頻率子信道的一個(gè)或多個(gè)空間子信道。TX MIMO處理器120d從TX數(shù)據(jù)處理器114接收調(diào)制碼元流。根據(jù)用于每個(gè)調(diào)制碼元流的通信模式，TX MIMO處理器120d可能將調(diào)制碼元流解復(fù)用為多個(gè)子信道碼元流。在圖4示出的實(shí)施例中，調(diào)制碼元流S1在一個(gè)頻率子信道上發(fā)射且調(diào)制碼元流SK在L個(gè)頻率子信道上發(fā)射。每個(gè)頻率子信道的調(diào)制流由相應(yīng)的子信道MIMO處理器412處理、由解復(fù)用器414解復(fù)用，且由組合器416組合(例如以與圖3描述的類似的方式)以形成每個(gè)發(fā)射天線的調(diào)制碼元向量。
一般而言，發(fā)射機(jī)系統(tǒng)根據(jù)描述該信道傳輸容量的信息對(duì)每個(gè)傳輸信道的數(shù)據(jù)編碼并調(diào)制。該信息一般是以上述的全CSI或部分CSI形式。用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏斝诺赖娜?部分CSI一般在接收機(jī)系統(tǒng)處被確定并報(bào)告回發(fā)射機(jī)系統(tǒng)，它然后使用該信息以相應(yīng)地調(diào)整編碼和調(diào)制。在此描述的技術(shù)可應(yīng)用于多個(gè)能支持多個(gè)平行傳輸信道的MIMO、OFDM或其它任何通信方案(例如CDMA方案)支持的平行傳輸信道。
MIMO處理在美國專利序列號(hào)09532492內(nèi)進(jìn)一步得到描述，題為“HIGHEFFICIENCY，HIGH PERFORMANCE COMMUNICATIONS SYSTEM EMPLOYING MULTI-CARRIERMODULATION”，提交于2000年3月，被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并通過引用被結(jié)合于此。
MIMO接收系統(tǒng)本發(fā)明的各方面提供在MIMO系統(tǒng)內(nèi)處理接收到信號(hào)以恢復(fù)發(fā)射的數(shù)據(jù)的技術(shù)，并估計(jì)MIMO信道特性。估計(jì)的信道特性然后可能報(bào)告回發(fā)射機(jī)系統(tǒng)并用于調(diào)整信號(hào)處理(例如，編碼、調(diào)制等)。這樣，可以根據(jù)確定的信道條件獲得高性能。在此描述的接收機(jī)處理技術(shù)包括信道相關(guān)矩陣逆(CCMI)技術(shù)、無偏最小均方誤差(UMMSE)技術(shù)以及全CSI技術(shù)，所有的這些將在下面詳述。還可能使用其它接收機(jī)處理技術(shù)并在本發(fā)明范圍內(nèi)。
圖1示出帶有多個(gè)(NR)接收天線并能處理數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕邮諜C(jī)系統(tǒng)150。從多達(dá)NT個(gè)發(fā)射天線來的發(fā)射信號(hào)由NR個(gè)天線152a到152r接收并路由到相應(yīng)的解調(diào)器(DEMOD)154(也被稱為前端處理器)。例如，接收天線152a還可能接收從多個(gè)發(fā)射天線來的多個(gè)發(fā)射信號(hào)，并且接收天線152r可能類似地接收多個(gè)發(fā)射信號(hào)。每個(gè)解調(diào)器154將接收信號(hào)條件化(例如過濾和放大)，將經(jīng)條件化的信號(hào)下變頻到中頻或基帶，并將經(jīng)下變頻的信號(hào)數(shù)字化。每個(gè)解調(diào)器154還可能用接收的導(dǎo)頻對(duì)數(shù)字化的采樣解調(diào)以生成接收到的調(diào)制碼元，提供給RXMIMO處理器156。
如果OFDM用于數(shù)據(jù)傳輸，每個(gè)解調(diào)器154還實(shí)現(xiàn)與圖3示出的調(diào)制器122實(shí)現(xiàn)的互補(bǔ)的處理。在這種情況下，每個(gè)解調(diào)器154包括FFT處理器(未示出)，它生成采樣的變換后的表示并提供調(diào)制碼元向量流，每個(gè)向量包括L個(gè)頻率子信道的L個(gè)調(diào)制碼元。從所有解調(diào)器的FFT處理器來的調(diào)制碼元向量流然后提供給解復(fù)用器/組合器(未在圖5示出)，它首先將從每個(gè)FFT處理器來的調(diào)制碼元向量流“信道化”為多個(gè)(多達(dá)L)個(gè)子信道碼元流。每個(gè)(多達(dá))L個(gè)子信道碼元流然后可能提供給相應(yīng)的RX MIMO處理器156。
對(duì)不使用OFDM的MIMO系統(tǒng)，一個(gè)RX MIMO處理器156可能用于實(shí)現(xiàn)對(duì)NR個(gè)接收天線來的調(diào)制信號(hào)的MIMO處理。對(duì)使用OFDM的MIMO系統(tǒng)，一個(gè)RX MIMO處理器156可能用于實(shí)現(xiàn)對(duì)用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)腖個(gè)頻率子信道的每個(gè)的NR個(gè)接收天線來的調(diào)制信號(hào)的MIMO處理。
在有NT個(gè)發(fā)射天線和NR個(gè)接收天線的MIMO系統(tǒng)內(nèi)，在NR個(gè)接收天線輸出處的接收到的信號(hào)可表示為r＝Hx+n方程(2)其中r是接收碼元向量(即從MIMO信道來的NR×1向量輸出，在接收天線處被測(cè)量)。H是給出在某特定時(shí)刻N(yùn)T個(gè)發(fā)射天線和NR個(gè)接收天線的信道響應(yīng)的NR×NT信道系數(shù)矩陣，x是發(fā)射碼元向量(即輸入到MIMO信道的NT×1向量)，以及n是代表噪聲加干擾的NR×1的向量。接收碼元向量r包括在特定時(shí)間通過NR個(gè)接收天線接收到的NR個(gè)信號(hào)的NR個(gè)調(diào)制碼元。同樣地，發(fā)射的碼元向量x包括在特定時(shí)間通過NT個(gè)發(fā)射天線發(fā)射的NT個(gè)信號(hào)的NT個(gè)調(diào)制碼元。
利用CCMI技術(shù)的MIMO接收機(jī)對(duì)CCMI技術(shù)，接收機(jī)系統(tǒng)首先先對(duì)接收到的碼元向量r實(shí)現(xiàn)信道匹配濾波操作，且濾波后的輸出可表示為HHr＝HHHx+HHn方程(3)其中上標(biāo)″H″代表轉(zhuǎn)置以及復(fù)數(shù)共軛。方陣R可能用于表示信道系數(shù)矩陣H與其共軛轉(zhuǎn)置HH的積(即R＝HHH)。
信道系數(shù)矩陣H可能從例如與數(shù)據(jù)一起發(fā)送的導(dǎo)頻碼元導(dǎo)出。為了實(shí)現(xiàn)最佳接收并估計(jì)傳輸信道的SNR，最方便的是在發(fā)射數(shù)據(jù)流內(nèi)插入一些已知碼元，并將已知碼元在一個(gè)或多個(gè)傳輸信道上發(fā)射。這種已知碼元還被稱為導(dǎo)頻碼元或?qū)ьl信號(hào)。根據(jù)導(dǎo)頻信號(hào)或數(shù)據(jù)傳輸估計(jì)單一傳輸信道的方法在技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的許多論文內(nèi)均有論述。一種該種信道估計(jì)方法在F.Ling的論文中有描述，題為“OptimalReception，Performance Bound，and Cutoff-Rate Analysis of Referneces-Assisted Coherent CDMA Communications with Applications”，IEEE TransactionOn Communication.1999年十月。這個(gè)或一些其它信道估計(jì)方法可能擴(kuò)展到矩陣形式以導(dǎo)出信道系數(shù)矩陣H。
發(fā)射碼元向量的估計(jì)x′可能通過將信號(hào)向量HHr與R的逆(或偽逆)相乘而得到，可表示為x′＝R-1HHr＝x+R-1HHn＝x+n′ 方程(4)從以上等式，可以得出發(fā)射碼元向量x可能通過對(duì)接收到的碼元向量r匹配濾波而被恢復(fù)(即乘以矩陣HH)，然后將濾波結(jié)果乘以逆方陣R-1。
傳輸信道的SNR可能按如下確定。噪聲向量n的自相關(guān)矩陣φnn首先從接收到的信號(hào)被計(jì)算。一般，φnn是Hermitian矩陣，即它是復(fù)共軛對(duì)稱。如果信道噪聲的分量是不相關(guān)的且獨(dú)立且相同分布(iid)，則噪聲向量n的自相關(guān)矩陣φnn可以表示如下φnn=σn2I]]>以及φnn=σn2I]]>方程(5)其中，I是單位陣(即沿對(duì)角線為一，其余為零)且σn2是接收到信號(hào)的噪聲方差。處理后噪聲向量n′的自相關(guān)矩陣φn′n′(即在匹配濾波和與矩陣R-1左乘后)可表達(dá)為φn′n′=E[n‾′n‾′H]]]>=σn2R-1]]>方程(6)從等式(6)，處理后噪聲n′的第i個(gè)元素的噪聲方差σn′2等于########，其中，#########是R-1的第i個(gè)對(duì)角元素。對(duì)不使用OFDM的MIMO系統(tǒng)，第i個(gè)元素代表第i個(gè)接收天線。且如果使用OFDM，則下標(biāo)“i”可分解為下標(biāo)“jk”，其中，“j”代表第j個(gè)頻率子信道，而“k”代表對(duì)應(yīng)第k個(gè)接收天線的第k個(gè)空間子信道。
對(duì)CCMI技術(shù)，處理后接收到的碼元向量的第i個(gè)元素(即x′的第i個(gè)元素)的SNR可表示為φn′n′=E[n‾′n‾′H]]]>=σn2R-1]]>方程(7)如果第i個(gè)發(fā)射的碼元|x′i|2的方差平均等于一(1.0)，接收碼元向量的SNR可表示為 噪聲方差可通過對(duì)接收到的碼元向量的第i個(gè)元素縮放比例 而歸一化。
從NR個(gè)接收天線來的經(jīng)縮放的信號(hào)可能被加在一起以形成組合信號(hào)，這可能表示為 方程(8)組合信號(hào)的SNR，SNRtotal會(huì)有等于從NR個(gè)接收天線來的信號(hào)的SNR之和的最大組合SNR。組合SNR可能表示為 方程(9)圖5示出RX MIMO處理器156a的實(shí)施例，它能實(shí)現(xiàn)上述的CCMI處理。在RX MIMO處理器156a內(nèi)，從NR個(gè)接收天線來的調(diào)制碼元有多路復(fù)用器512多路復(fù)用以形成接收調(diào)制碼元向量r的流。信道系數(shù)矩陣H可能根據(jù)類似于常規(guī)的導(dǎo)頻輔助單一和多載波系統(tǒng)的導(dǎo)頻信號(hào)而被估計(jì)，如在領(lǐng)域內(nèi)已知的。矩陣R然后根據(jù)以上示出的R＝HHH而經(jīng)計(jì)算。接收到的調(diào)制碼元向量r然后經(jīng)匹配濾波器514濾波，它將每個(gè)向量r與共軛轉(zhuǎn)置的信道系數(shù)矩陣HH左乘，如在等式(3)中所示。經(jīng)濾波的向量還由乘法器516與逆方陣R-1左乘以得到發(fā)射的調(diào)制碼元矩陣x的估計(jì)x’，如在等式(4)中所示。
對(duì)一些通信模式，從所有用于信道數(shù)據(jù)流的傳輸?shù)奶炀€來的子信道碼元流可能被提供給組合器518，它包括在時(shí)間、空間以及頻率上的重復(fù)信息。組合的調(diào)制碼元x″然后提供給RX數(shù)據(jù)處理器158。對(duì)一些其它的通信模式，估計(jì)的調(diào)制碼元x′可能直接被提供給RX數(shù)據(jù)處理器158(未在圖5中示出)。
RX MIMO處理器156a因此生成多個(gè)獨(dú)立對(duì)應(yīng)在發(fā)射機(jī)系統(tǒng)處使用的傳輸信道數(shù)目的碼元流。每個(gè)碼元流包括處理后調(diào)制碼元，這對(duì)應(yīng)在發(fā)射機(jī)系統(tǒng)處全/部分-CSI處理前的調(diào)制碼元。(處理后)碼元流然后提供給RX數(shù)據(jù)處理器158。
在RX數(shù)據(jù)處理器158內(nèi)，每個(gè)調(diào)制碼元的處理后碼元流提供給相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)解調(diào)方案(例如M-PSK、M-QAM)的解調(diào)元件，該方案與在發(fā)射機(jī)系統(tǒng)處使用的被處理的傳輸信道的調(diào)制方案互補(bǔ)。對(duì)于MIMO通信模式，從所有分配的解調(diào)器來的已調(diào)數(shù)據(jù)可能被獨(dú)立解碼或經(jīng)多路復(fù)用為一個(gè)信道數(shù)據(jù)流然后再被解碼，這取決于在發(fā)射機(jī)單元處使用的編碼和調(diào)制方法。每個(gè)信道數(shù)據(jù)流然后可能提供給相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)與為信道數(shù)據(jù)流在發(fā)射機(jī)單元處使用的互補(bǔ)的解碼方案的解碼器。從每個(gè)解碼器來的經(jīng)解碼的數(shù)據(jù)代表該信道數(shù)據(jù)流的經(jīng)發(fā)射的數(shù)據(jù)的估計(jì)。
估計(jì)的調(diào)制碼元x′和/或組合的調(diào)制碼元x″還被提供給CSI處理器520，這確定了傳輸信道的全或部分CSI，并提供該全/部分CSI以被報(bào)告回發(fā)射機(jī)系統(tǒng)110。例如，CSI處理器520可能根據(jù)接收到的導(dǎo)頻信號(hào)估計(jì)第i個(gè)傳輸信道的噪聲協(xié)方差矩陣φnn，并根據(jù)等式(7)和(9)計(jì)算SNR。可能用類似的常規(guī)的導(dǎo)頻輔助單一和多載波系統(tǒng)估計(jì)SNR，如在本領(lǐng)域內(nèi)所知的。傳輸信道的SNR包括報(bào)告回發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的部分CSI。調(diào)制碼元還被提供給相應(yīng)地估計(jì)信道系數(shù)矩陣H并導(dǎo)出方陣R的信道估計(jì)器522以及矩陣處理器524?？刂破?30耦合到RX MIMO處理器156a以及RX數(shù)據(jù)處理器158，并引導(dǎo)這些單元的操作。
利用UMMSE的MIMO接收機(jī)對(duì)UMMSE技術(shù)，接收機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)將接收到的碼元向量r與矩陣M相乘以導(dǎo)出發(fā)射的碼元向量x的初始MMSE估計(jì) 可表示為x‾^=Mr‾]]>方程(10)選擇矩陣M使得初始MMSE估計(jì) 和發(fā)射碼元向量x間(即e‾=x‾^-x‾]]>)的誤差向量e的均方誤差最小化。
為確定M，代價(jià)函數(shù)ε首先可表示為ε＝E{eHe}＝E{[rHMH-xH][Mr-x]}＝E{rHMHMr-2Re[xHMr]+xHx}為最小化代價(jià)函數(shù)ε，可以求出與M相關(guān)的代價(jià)函數(shù)的導(dǎo)數(shù)，且其結(jié)果可被設(shè)為零，如下
∂∂Mϵ=2(HHH+φnn)MH-2H=0]]>由E{xxH}＝I、E{rrH}＝HHH+φnn，且E{rxH}＝H，獲得以下關(guān)系2(HHH+φnn)MH＝2H因此，矩陣M可表示為M＝HH(HHH+φnn)-1方程(11)根據(jù)等式(10)和(11)，發(fā)射碼元向量x的初始MMSE估計(jì) 可以確定為x‾^=Mr‾]]>=HH(HHH+φnn)-1r‾]]>方程(12)為確定UMMSE技術(shù)的傳輸信道的SNR，信號(hào)分量可以首先根據(jù)給定x時(shí) 的均值而被確定，在加性噪聲上取平均，這可以表示為E[x‾^|x‾]=E[Mr‾|x‾]]]>=HH(HHH+φnn)-1E[r‾]]]>=HH(HHH+φnn)-1Hx‾]]>=Vx‾]]>其中矩陣V被定義為V＝{vij}＝MH＝HH(HHH+φnn)-1H使用等式(HHH+φnn)-1=φnn-1-φnn-1H(I+HHφnn-1H)-1HHφnn-1]]>矩陣V可被表示為V=HHφnn-1H(I+HHφnn-1H)-1]]>初始MMSE估計(jì) 的第i個(gè)元素 可被表示為x^i=vi1x1+…+viixi+…+viNRxNR]]>方程(13)如果 的所有元素都不相關(guān)且均值為零，則 的第i個(gè)元素期望值可表示為E[x^i|x]=viixi]]>方程(14)如在等式(14)中示出， 是xi的有偏估計(jì)?？梢愿鶕?jù)UMMSE技術(shù)除去有偏以獲得改善的接收機(jī)性能。xi的無偏估計(jì)可以通過用vii除 而獲得。因此，x的無偏最小均方誤差估計(jì) 可通過將有偏估計(jì) 乘以對(duì)角矩陣Dv-1而獲得，如下x‾~=Dv-1x‾^]]>方程(15)其中Dv-1=diag(1/v11,1/v22,…,1/vNRNR)]]>為確定噪聲加干擾，無偏估計(jì) 以及發(fā)射的碼元向量x之間的誤差ê可以表達(dá)為e‾^=x‾-Dv-1x‾^]]>=x‾-Dv-1HH(HHH+φnn)-1r‾]]>誤差向量 的自相關(guān)矩陣可表示為φe^e^≅U≅{uij}=E[e^e^H]]]>=I-Dv-1HH(HHH+φnn)-1H(1-12Dv-1)-(1-12Dv-1)HH(HHH+φnn)-1HDv-1]]>誤差向量 的第i個(gè)元素的方差等于uii。誤差向量 的元素是相關(guān)的。然而，可能使用足夠的交織使得可以忽略誤差向量 的元素間的相關(guān)性，只有方差影響系統(tǒng)性能。
如果信道噪聲的分量是不相關(guān)且iid，則信道噪聲的相關(guān)矩陣可以表達(dá)為等式(5)。在該情況下，誤差向量 的自相關(guān)矩陣可表示為φe^e^=I-Dx-1[I-σn2(σn2I+R)-1](I-12Dx-1)-(I-12Dx-1)[I-σn2(σn2I+R)-1]Dx-1]]>=U={uij}]]>且如果信道噪聲的分量是不相關(guān)的，則U=I-Dv-1HH(HHH+φnn)-1H(I-12Dv-1)-(I-12Dv-1)HH(HHH+φnn)-1HDv-1]]>方程(17)對(duì)應(yīng)第i個(gè)發(fā)射碼元的解調(diào)器輸出的SNR可表示為SNRi=E[|xi|2‾]uii]]>方程(18)如果處理的接收到的碼元xi的方差|xi|2平均值等于一(1.0)，接收碼元向量的SNR可能表達(dá)為SNRi=1uii]]>
圖6示出RX MIMO處理器156b的實(shí)施例，它能實(shí)現(xiàn)上述的UMMSE處理。類似于CCMI方法，首先根據(jù)接收到的導(dǎo)頻信號(hào)和/或數(shù)據(jù)傳輸估計(jì)矩陣H和φnn。然后根據(jù)等式(11)計(jì)算加權(quán)系數(shù)矩陣M。在RX MIMO處理器156b內(nèi)，從NR個(gè)接收天線來的調(diào)制碼元由多路復(fù)用器612多路復(fù)用形成接收到的調(diào)制碼元向量r流。接收到的調(diào)制碼元向量r然后由乘法器614左乘矩陣M以得到發(fā)射碼元向量x的估計(jì) 如等式(10)示出。估計(jì) 進(jìn)一步由乘法器616左乘對(duì)角矩陣Dv-1得到發(fā)射碼元向量x的無偏估計(jì) 如等式(15)示出。
同樣地，根據(jù)特定的實(shí)現(xiàn)通信模式，從所有用于信道數(shù)據(jù)流傳輸?shù)奶炀€來的子信道碼元流可能提供給組合器618，它將在時(shí)間、空間和頻率上的冗余信息組合。經(jīng)組合的調(diào)制碼元 然后提供給RX數(shù)據(jù)處理器158。對(duì)一些其它的通信模式，估計(jì)的調(diào)制碼元 可能直接提供給RX處理器158。
無偏估計(jì)的調(diào)制碼元 和/或組合調(diào)制碼元 還可以提供給CSI處理器620，它確定傳輸信道的全或部分CSI，并提供全/部分CSI以被報(bào)告回發(fā)射機(jī)系統(tǒng)110。例如，CSI處理器620可能根據(jù)等式(16)到(18)估計(jì)第i個(gè)傳輸信道的SNR。傳輸信道的SNR還包括報(bào)告回發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的部分CSI。在等式(11)內(nèi)計(jì)算的最優(yōu)M應(yīng)該已經(jīng)最小化誤差向量的范數(shù)。Dv是根據(jù)等式(16)計(jì)算的。
使用全CSI技術(shù)的MIMO接收機(jī)對(duì)全CSI技術(shù)，在NR個(gè)接收天線的輸出處接收到的信號(hào)可能表示為以上等式(2)，即r＝Hx+n由信道矩陣與其共軛轉(zhuǎn)置的積形成的Hermitian矩陣的特征向量分解可表示為HHH＝EΛEH其中E是特征向量矩陣，Λ是特征值的對(duì)角矩陣，兩個(gè)的維數(shù)均為NT×NT。發(fā)射機(jī)使用特征向量矩陣E對(duì)一組NT個(gè)調(diào)制碼元b進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié)，如上述等式(1)示出。從NT個(gè)發(fā)射天線來的發(fā)射的(經(jīng)預(yù)調(diào)節(jié)的)調(diào)制碼元可表示為x＝Eb由于HHH是Hermitian的，特征向量矩陣是酉矩陣。因此，如果b的元素為等冪，則x的元素也為等冪。接收到的信號(hào)可能表示為r＝HEb+n方程(19)
接收機(jī)實(shí)現(xiàn)信道匹配濾波操作，接著乘以右特征向量。信道匹配濾波和乘法操作的結(jié)果是向量z，可表示為z＝EHHHHEb+EHHHn＝Λb+n′ 方程(20)其中，新噪聲項(xiàng)的協(xié)方差可表示為E(n‾^n‾^H)=E(EHHHnn‾HHE)=EHHHHE=Λ]]>方程(21)即，噪聲項(xiàng)獨(dú)立于由特征值給出的方差。z的第i個(gè)分量的SNR是Λ的第i個(gè)對(duì)角線元素λi。
全CSI處理在上述的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)09532492內(nèi)有進(jìn)一步描述。
圖5示出的接收機(jī)實(shí)施例可能還用于實(shí)現(xiàn)全CSI技術(shù)。接收到的調(diào)制碼元向量r由匹配濾波器514濾波，它將每個(gè)向量r與共軛轉(zhuǎn)置信道系數(shù)矩陣HH左乘，如上等式(20)示出。經(jīng)濾波的向量還由乘法器516與右特征向量EH左乘以形成對(duì)調(diào)制碼元向量b的估計(jì)z，如在等式(20)中所示。對(duì)全CSI技術(shù)，矩陣處理器524用于提供右特征向量EH。相繼的處理(例如組合器518和RX數(shù)據(jù)處理器158進(jìn)行的)可能按上述進(jìn)行。
對(duì)全CSI技術(shù)，發(fā)射機(jī)單元能根據(jù)由特征值給出的SNR為特征向量的每個(gè)選擇編碼方案以及調(diào)制方案(即信號(hào)星座圖)。如果信道條件在CSI在接收機(jī)處測(cè)量并被報(bào)告且用于對(duì)發(fā)射機(jī)處的傳輸預(yù)調(diào)節(jié)這段時(shí)間間隔不變，則通信系統(tǒng)的性能可能等效于一組帶有已知SNRs的獨(dú)立AWGN信道的性能。
將全或部分CSI報(bào)告回發(fā)射機(jī)系統(tǒng)使用在此描述的部分CSI(例如CCMI或UMMSE)或全CSI技術(shù)，可能為接收到的信道獲得每個(gè)傳輸信道的SNR。確定的傳輸信道的SNR可能通過反向信道報(bào)告回發(fā)射機(jī)系統(tǒng)。通過反饋傳輸信道的發(fā)射調(diào)制碼元的SNR值(即對(duì)每個(gè)空間子信道，在使用OFDM時(shí)可能對(duì)每個(gè)頻率子信道)，可能實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)處理(例如自適應(yīng)編碼和調(diào)制)以改善MIMO信道的使用。對(duì)部分CSI反饋技術(shù)，自適應(yīng)處理可能在沒有完全的CSI情況下獲得。對(duì)全CSI反饋技術(shù)，足夠信息(不一定顯式的特征值和特征模量)被返回到發(fā)射機(jī)以方便每個(gè)所使用的頻率子信道的特征值和特征模式的計(jì)算。
對(duì)CCMI技術(shù)，接收到調(diào)制碼元的SNR值(例如，SNRi=|x′i|2‾/σn2,]]>或?qū)υ诘趇個(gè)傳輸信道上接收到的碼元的SNRi=1/σn2rii]]>)被反饋回發(fā)射機(jī)。對(duì)UMMSE技術(shù)，接收到調(diào)制碼元的SNR值(例如對(duì)在第i傳輸信道上接收到的碼元SNRi＝E[|xi|]2/uii或SNRi＝1/uii，uii按等式(16)和(17)計(jì)算)被反饋回發(fā)射機(jī)。對(duì)全CSI技術(shù)，接收到調(diào)制碼元的SNR值(例如對(duì)在第i傳輸信道上接收到的碼元SNRi=|zi|2/σn2]]>或SNRi=λii/σn2,]]>其中λii是方陣R的特征值)可被反饋回發(fā)射機(jī)。對(duì)全CSI技術(shù)，特征模量E可能被進(jìn)一步確定并反饋回發(fā)射機(jī)。對(duì)部分和全CSI技術(shù)，SNR用于在發(fā)射機(jī)系統(tǒng)調(diào)整數(shù)據(jù)的處理。對(duì)全CSI技術(shù)，特征模E進(jìn)一步用于在傳輸前對(duì)調(diào)制碼元進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié)。
報(bào)告回發(fā)射機(jī)的CSI可能或以完整的或以差別的或以上的組合送回。在一實(shí)施例中，全或部分CSI被周期性地報(bào)告，且根據(jù)先前發(fā)送的CSI送回不同的更新。作為全CSI的一例，更新可能是對(duì)報(bào)告的特征模量的糾正(根據(jù)誤差信號(hào))。特征值一般不及特征模量改變得那么快，所以能以較低速率更新。在另一實(shí)施例中，CSI只在有變化時(shí)才被發(fā)送(例如如果改變超過一特定閥值)，這可能降低反饋信道的有效速率。作為部分CSI的例子，SNRs可能只在它們有所改變時(shí)才送回(例如有差別地)。對(duì)OFDM系統(tǒng)(有或沒有MIMO)，頻域內(nèi)的相關(guān)可能用于減少要反饋的CSI量。作為使用部分CSI的OFDM系統(tǒng)的一例，如果對(duì)應(yīng)M頻率子信道的特定空間子信道的SNR相同，則SNR和該條件為真的第一和最后頻率子信道可能被匯報(bào)。還可能使用其它用于減少反饋回CSI數(shù)據(jù)量的壓縮和反饋信道差錯(cuò)恢復(fù)技術(shù)，且在本發(fā)明范圍內(nèi)。
參考回圖1，由RX MIMO處理器156確定的全或部分CSI(例如信道SNR)提供給TX數(shù)據(jù)處理器162，它處理CSI并提供被處理的數(shù)據(jù)給一個(gè)或多個(gè)調(diào)制器154。調(diào)制器154進(jìn)一步對(duì)被處理的數(shù)據(jù)條件化并通過反信道將CSI發(fā)射回發(fā)射機(jī)系統(tǒng)。
在系統(tǒng)110處，發(fā)射的反饋信號(hào)由天線124接收，由解調(diào)器122解調(diào)，并提供給RX數(shù)據(jù)處理器132。RX數(shù)據(jù)處理器132實(shí)現(xiàn)與TX數(shù)據(jù)處理器162實(shí)現(xiàn)的互補(bǔ)的處理并恢復(fù)被報(bào)告的全/部分CSI，該CSI然后提供給TX數(shù)據(jù)處理器114以及TXMIMO處理器120用于調(diào)整由它們進(jìn)行的處理。
發(fā)射機(jī)系統(tǒng)110可能根據(jù)從接收機(jī)系統(tǒng)150的全/部分CSI(即SNR信息)調(diào)整(即適應(yīng))其處理。例如，每個(gè)傳輸信道的編碼可能被調(diào)整使得信息比特速率與信道SNR支持的傳輸能力匹配。另外，傳輸信道的調(diào)制方案可能根據(jù)信道SNR而選擇。其它處理(例如交織)還可能被調(diào)整并在本發(fā)明的范圍內(nèi)。根據(jù)每個(gè)信道確定的SNR而調(diào)整每個(gè)傳輸信道的處理使得MIMO系統(tǒng)能獲得高性能(即高吞吐量或特定性能級(jí)別的比特速率)。自適應(yīng)處理能應(yīng)用于單載波MIMO系統(tǒng)或基于多載波的MIMO系統(tǒng)(例如使用OFDM的MIMO系統(tǒng))。
在發(fā)射機(jī)系統(tǒng)處的編碼的調(diào)整和調(diào)制方案的選擇可能根據(jù)許多技術(shù)而進(jìn)行，其中一個(gè)在前述的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)09776073內(nèi)有描述。
部分(例如CCMI和UMMSE)以及全CSI技術(shù)為接收機(jī)處理技術(shù)，允許MIMO系統(tǒng)使用由使用多個(gè)發(fā)射和接收天線而建立的附加維數(shù)，這是對(duì)于使用MIMO的主要優(yōu)點(diǎn)。CCMI和UMMSE技術(shù)可能如同使用全CSI的MIMO系統(tǒng)允許對(duì)每個(gè)時(shí)隙發(fā)射同樣數(shù)目的調(diào)制碼元，然而，其它接收機(jī)處理技術(shù)還可能連同在此描述的全/部分CSI反饋技術(shù)一起使用且在本發(fā)明范圍內(nèi)?？深惐鹊?，圖5和圖6代表能處理MIMO傳輸、確定傳輸信道的特性(即SNR)以及將全或部分CSI報(bào)告回發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的接收機(jī)系統(tǒng)的兩個(gè)實(shí)施例?？梢钥紤]根據(jù)在此表出的技術(shù)的其它設(shè)計(jì)和其它接收機(jī)處理技術(shù)，且這是在本發(fā)明范圍內(nèi)的。
只有當(dāng)總的接收到的信號(hào)SNR或根據(jù)SNR估計(jì)的能達(dá)到的總吞吐量被反饋回時(shí)，還可能直接使用部分CSI技術(shù)(例如CCMI和UMMSE技術(shù))而不需要在發(fā)射機(jī)處的自適應(yīng)處理。在一實(shí)施例中，調(diào)制格式根據(jù)接收到的SNR估計(jì)或估計(jì)的吞吐量而被確定，且同樣的調(diào)制格式被用于所有的傳輸信道。該方法可能減少整個(gè)系統(tǒng)的吞吐量但可以大大減少在反向鏈路上送回的信息量。
可能使用本發(fā)明的全/部分CSI反饋技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能的改善。帶有部分CSI反饋的系統(tǒng)吞吐量可以被計(jì)算并與全CSI反饋的吞吐量相比。系統(tǒng)吞吐量可以定義為C=Σi=1NClog2(1+γi)]]>其中，γi是部分CSI技術(shù)的每個(gè)接收到調(diào)制碼元的SNR或全CSI技術(shù)的每個(gè)傳輸信道的SNR。不同處理器技術(shù)的SNR可歸納如下對(duì)CCMI技術(shù) 對(duì)UMMSE技術(shù)γi=1uii,]]>對(duì)全CSI技術(shù)γi=λiiσn2,]]>圖7A和7B示出使用部分CSI和全CSI反饋技術(shù)的4×4 MIMO系統(tǒng)的性能。結(jié)果是由計(jì)算機(jī)仿真得到的。在仿真中，每個(gè)信道系統(tǒng)矩陣H的元素模型化為帶有零均值和單位方差的獨(dú)立的高斯隨機(jī)變量。對(duì)每次計(jì)算，生成多個(gè)隨機(jī)矩陣實(shí)現(xiàn)且為實(shí)現(xiàn)所計(jì)算的吞吐量經(jīng)平均以生成平均吞吐量。
圖7A示出對(duì)不同SNR值的全CSI、部分CSI CCMI以及部分CSI UMMSE技術(shù)的MIMO系統(tǒng)的吞吐量?？梢詮膱D7A看出，部分CSI UMMSE技術(shù)的吞吐量在高SNR值時(shí)大約是全SI輸出的75％，在低SNR值時(shí)接近全CSI吞吐量。部分CSI CCMI技術(shù)的吞吐量在高SNR值時(shí)大約是部分CSI UMMSE技術(shù)的吞吐量的75％到90％，且在低SNR值處大約比UMMSE的吞吐量少了30％。
圖7B根據(jù)數(shù)據(jù)直方圖生成的三種技術(shù)的累加概率分布函數(shù)(CDF)。圖7B示出每傳輸信道平均16dB的SNR時(shí)，對(duì)CCMI技術(shù)大約有5％的情況吞吐量小于2bps/Hz。另一方面，在同一SNR處，UMMSE技術(shù)的吞吐量在所有情況下均在7.5bps/Hz以上。因此，UMMSE技術(shù)比CCMI技術(shù)的中止概率低。
發(fā)射機(jī)和接收機(jī)系統(tǒng)的元件可能使用一個(gè)或多個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、應(yīng)用專用集成電路(ASIC)、處理器、微處理器、控制器、微控制器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FGPA)、可編程邏輯設(shè)備、其它電子單元或以上的任何組合。在此描述的一些函數(shù)和處理還可能用在處理器上執(zhí)行的軟件實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的各方面可用軟件和應(yīng)用的組合實(shí)現(xiàn)。例如，對(duì)CCMI和UMMSE技術(shù)的碼元估計(jì)的計(jì)算以及信道SNR的導(dǎo)出可能根據(jù)在處理器上(圖5和圖6相應(yīng)的控制器530和650)執(zhí)行的程序代碼實(shí)現(xiàn)。
上述優(yōu)選實(shí)施例的描述使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能制造或使用本發(fā)明。這些實(shí)施例的各種修改對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的，這里定義的一般原理可以被應(yīng)用于其它實(shí)施例中而不使用創(chuàng)造能力。因此，本發(fā)明并不限于這里示出的實(shí)施例，而要符合與這里揭示的原理和新穎特征一致的最寬泛的范圍。
權(quán)利要求
1.在多輸入多輸出(MIMO)通信系統(tǒng)內(nèi)從發(fā)射機(jī)單元發(fā)射數(shù)據(jù)到接收機(jī)單元的方法，其特征在于包括在接收機(jī)單元，通過多個(gè)接收天線接收多個(gè)信號(hào)，其中從每個(gè)接收天線接收到的信號(hào)包括從發(fā)射機(jī)單元發(fā)射的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)的組合，處理接收到的信號(hào)以導(dǎo)出信道狀態(tài)信息(CSI)，它指明用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩鄠€(gè)傳輸信道的特征，以及將CSI發(fā)射回發(fā)射機(jī)單元；以及在發(fā)射機(jī)單元，從接收機(jī)單元接收CSI，以及根據(jù)接收到的CSI處理用于傳輸?shù)浇邮諜C(jī)單元的數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于被報(bào)告的CSI包括對(duì)多個(gè)傳輸信道中每一個(gè)的信號(hào)對(duì)噪聲加干擾比(SNR)的估計(jì)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于發(fā)射機(jī)單元處的處理包括根據(jù)傳輸信道的SNR估計(jì)對(duì)每個(gè)傳輸信道的數(shù)據(jù)編碼。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，每個(gè)傳輸信道的數(shù)據(jù)是根據(jù)傳輸信道的SNR估計(jì)而被獨(dú)立編碼的。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，編碼包括用固定的基本碼對(duì)傳輸信道的數(shù)據(jù)編碼，以及根據(jù)傳輸信道的SNR估計(jì)調(diào)整對(duì)經(jīng)編碼比特的截短。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于發(fā)射機(jī)單元處的處理還包括按照根據(jù)傳輸信道的SNR估計(jì)而選擇的調(diào)制方案對(duì)每個(gè)傳輸信道的經(jīng)編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于被報(bào)告的CSI包括多個(gè)傳輸信道的特征。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于被報(bào)告的CSI指明多個(gè)傳輸信道的特征模量和特征值。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于在發(fā)射機(jī)單元處的處理包括根據(jù)特征值對(duì)傳輸信道的數(shù)據(jù)編碼。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于每個(gè)傳輸信道的數(shù)據(jù)是獨(dú)立被編碼的。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于發(fā)射機(jī)單元處的處理還包括按照根據(jù)特征值選擇的調(diào)制方案而對(duì)傳輸信道的經(jīng)編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制以提供調(diào)制碼元。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于發(fā)射機(jī)單元處的處理還包括根據(jù)特征模量在傳輸前對(duì)調(diào)制碼元進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié)。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于CSI從接收機(jī)單元被完全傳輸。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于CSI周期性地從接收機(jī)單元被完整發(fā)射，且其中對(duì)CSI的更新在完全傳輸間被發(fā)射。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于CSI在檢測(cè)到信道特征的變化超過特定閥值時(shí)被發(fā)射。
16.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于指明特征模量和特征值的CSI以不同更新速率發(fā)射。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于CSI是在接收機(jī)單元處根據(jù)相關(guān)矩陣逆(CCMI)處理而導(dǎo)出的。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于接收機(jī)單元處的CCMI處理包括處理接收到的信號(hào)以導(dǎo)出接收到的調(diào)制碼元；根據(jù)第一矩陣濾波接收到的調(diào)制碼元以提供經(jīng)濾波的調(diào)制碼元，其中第一矩陣代表用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩鄠€(gè)發(fā)射天線和多個(gè)接收天線間的信道特征的估計(jì)；將經(jīng)過濾波的調(diào)制碼元與第二矩陣相乘以提供被發(fā)射的調(diào)制碼元的估計(jì)；以及估計(jì)用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩鄠€(gè)傳輸信道的特征。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于還包括根據(jù)特定解調(diào)方案對(duì)調(diào)制碼元估計(jì)解調(diào)以提供已解調(diào)的碼元。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于還包括根據(jù)特定解碼方案對(duì)已調(diào)碼元解碼。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于還包括組合冗余傳輸?shù)恼{(diào)制碼元估計(jì)以提供經(jīng)組合的調(diào)制碼元估計(jì)。
22.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于還包括根據(jù)接收到的調(diào)制碼元導(dǎo)出信道系數(shù)矩陣，以及其中第一矩陣是從信道系數(shù)矩陣導(dǎo)出的。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于信道系數(shù)矩陣是根據(jù)與導(dǎo)頻數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的接收到的調(diào)制碼元而導(dǎo)出的。
24.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于第二矩陣是根據(jù)第一矩陣導(dǎo)出的逆方陣。
25.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于CSI是根據(jù)無偏最小均方誤差(UMMSE)處理在接收機(jī)單元處導(dǎo)出的。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于所述的UMMSE處理包括處理接收到的信號(hào)以導(dǎo)出接收到的調(diào)制碼元；將接收到的調(diào)制碼元與第一矩陣M相乘以提供被對(duì)發(fā)射的調(diào)制碼元的估計(jì)；以及根據(jù)接收到的調(diào)制碼元估計(jì)用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩鄠€(gè)傳輸信道的特征，且其中選擇第一矩陣M以最小化調(diào)制碼元估計(jì)和發(fā)射的調(diào)制碼元間的均方誤差。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于還包括將調(diào)制碼元估計(jì)與第二矩陣相乘以提供對(duì)發(fā)射的調(diào)制碼元的無偏估計(jì)，以及其中傳輸信道的特征是根據(jù)無偏調(diào)制碼元的估計(jì)而被估計(jì)。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于還包括根據(jù)無偏調(diào)制碼元估計(jì)導(dǎo)出第一矩陣M并最小化無偏調(diào)制碼元估計(jì)和發(fā)射調(diào)制碼元間的均方誤差。
29.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于MIMO系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)正交頻分調(diào)制(OFDM)。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于在接收機(jī)單元和發(fā)射機(jī)單元的每一個(gè)處的處理是為多個(gè)頻率子信道的每一個(gè)執(zhí)行的。
31.一種在多輸入多輸出(MIMO)通信系統(tǒng)內(nèi)將數(shù)據(jù)從發(fā)射機(jī)單元發(fā)射到接收機(jī)單元的方法，其特征在于包括在接收機(jī)單元處，通過多個(gè)接收天線接收多個(gè)信號(hào)，其中從每個(gè)接收天線接收到的信號(hào)包括從發(fā)射機(jī)單元發(fā)射來的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)的組合，處理多個(gè)接收到的信號(hào)以提供對(duì)從發(fā)射機(jī)單元來的調(diào)制碼元的估計(jì)，估計(jì)多個(gè)用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏斝诺赖男盘?hào)對(duì)噪聲加干擾比(SNR)，以及將傳輸信道的SNR估計(jì)發(fā)送回發(fā)射機(jī)單元；以及在發(fā)射機(jī)單元處，根據(jù)接收到的SNR估計(jì)處理要發(fā)射到接收機(jī)單元的數(shù)據(jù)。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，估計(jì)多個(gè)傳輸信道的每一個(gè)的SNR，且每個(gè)傳輸信道的SNR估計(jì)被發(fā)射回發(fā)射機(jī)單元。
33.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于還包括在接收機(jī)單元處，導(dǎo)出用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩鄠€(gè)傳輸信道的特征，以及將特征發(fā)送回發(fā)射機(jī)單元。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于還包括在發(fā)射機(jī)單元處，根據(jù)多個(gè)傳輸信道的特征在傳輸?shù)浇邮諜C(jī)單元前對(duì)調(diào)制碼元進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié)。
35.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于接收到的調(diào)整碼元是根據(jù)信道相關(guān)矩陣逆(CCMI)方案被處理的。
36.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于接收到的調(diào)制碼元是根據(jù)最小無偏均方誤差(UMMSE)方案被處理的。
37.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于發(fā)射機(jī)單元處的處理包括根據(jù)接收到的傳輸信道的SNR估計(jì)對(duì)每個(gè)傳輸信道的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于發(fā)射機(jī)單元處的處理過程還包括按照根據(jù)接收到的傳輸信道的SNR估計(jì)選擇的調(diào)制方案而對(duì)每個(gè)傳輸信道的經(jīng)編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制。
39.多輸入多輸出(MIMO)通信系統(tǒng)，其特征在于包括接收機(jī)單元，包括多個(gè)前端處理器，用于通過多個(gè)接收天線接收多個(gè)信號(hào)并處理接收到的信號(hào)以提供接收到的調(diào)制碼元，至少一個(gè)接收MIMO處理器，耦合到前端處理器并用于接收并處理接收到的調(diào)制碼元以導(dǎo)出信道狀態(tài)信息(CSI)，它指示用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩鄠€(gè)傳輸信道的特征，以及發(fā)射數(shù)據(jù)處理器，操作上耦合到接收MIMO處理器并配置成處理CSI以將其發(fā)送回發(fā)射機(jī)單元；以及發(fā)射機(jī)單元，包括至少一個(gè)解調(diào)器，配置為接收并處理一個(gè)或多個(gè)從接收機(jī)單元來的信號(hào)以恢復(fù)發(fā)射的CSI，以及發(fā)射數(shù)據(jù)處理器，配置為根據(jù)恢復(fù)的CSI對(duì)用于傳輸?shù)浇邮諜C(jī)單元的數(shù)據(jù)處理。
40.多輸入多輸出(MIMO)通信系統(tǒng)中的接收機(jī)單元，其特征在于包括多個(gè)前端處理器，配置為通過多個(gè)接收天線接收多個(gè)發(fā)射的信號(hào)，并處理接收到的信號(hào)以提供接收到的調(diào)制碼元；濾波器，操作上耦合到多個(gè)前端處理器并配置為根據(jù)第一矩陣對(duì)接收到的調(diào)制碼元濾波以提供經(jīng)濾波調(diào)制碼元，其中第一矩陣代表用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩鄠€(gè)發(fā)射天線和接收天線間的信道特征估計(jì)；乘法器，耦合到濾波器并配置為將經(jīng)濾波的調(diào)制碼元與第二矩陣相乘以提供對(duì)發(fā)射的調(diào)制碼元的估計(jì)；信道質(zhì)量估計(jì)器，耦合到乘法器并配置為估計(jì)用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩鄠€(gè)傳輸信道的特征，并提供指明被估計(jì)的信道特征的信道狀態(tài)信息(CSI)，以及發(fā)射數(shù)據(jù)處理器，用于接收和處理從接收機(jī)單元來的用于傳輸?shù)腃SI。
41.如權(quán)利要求40所述的接收機(jī)單元，其特征在于還包括第二估計(jì)器，配置為根據(jù)調(diào)制碼元估計(jì)導(dǎo)出信道系數(shù)矩陣，且其中第一矩陣是根據(jù)信道系數(shù)矩陣而被導(dǎo)出。
42.如權(quán)利要求40所述的接收機(jī)單元，其特征在于傳輸信道特征的估計(jì)包括信號(hào)對(duì)噪聲加干擾(SNR)比的估計(jì)。
43.如權(quán)利要求40所述的接收機(jī)單元，其特征在于還包括一個(gè)或多個(gè)解調(diào)元件，每個(gè)解調(diào)元件配置為接收并根據(jù)特定調(diào)制方案對(duì)相應(yīng)的調(diào)制碼元估計(jì)的流進(jìn)行解調(diào)以提供經(jīng)解調(diào)的碼元流。
44.如權(quán)利要求43所述的接收機(jī)單元，其特征在于還包括一個(gè)或多個(gè)解碼器，每個(gè)解碼器配置為接收并根據(jù)特定解碼方案對(duì)已解調(diào)碼元流解碼以提供經(jīng)解碼的數(shù)據(jù)。
全文摘要
在多輸入多輸出(MIMO)通信系統(tǒng)內(nèi)從發(fā)射機(jī)單元到接收機(jī)單元的數(shù)據(jù)發(fā)射技術(shù)。在一方法中，多個(gè)信號(hào)通過多個(gè)接收天線被接收，連同從發(fā)射機(jī)單元接收到的信號(hào)。接收到的信號(hào)經(jīng)處理以導(dǎo)出信道狀態(tài)信息(CSI)，它指明用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑S多傳輸信道的特征。CSI被發(fā)射回發(fā)射機(jī)單元。在發(fā)射機(jī)單元，從接收機(jī)單元來的CSI被接收且傳輸?shù)浇邮諜C(jī)單元數(shù)據(jù)根據(jù)接收到的CSI被處理。
文檔編號(hào)H04L27/26GK1552132SQ02808558
公開日2004年12月1日 申請(qǐng)日期2002年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月23日
發(fā)明者F·林, F 林, J·R·沃爾頓, 沃爾頓, S·J·霍華德, 霍華德, M·華萊士, 呈, J·W·凱徹姆, 凱徹姆 申請(qǐng)人:高通股份有限公司