專利名稱：時(shí)分雙工通信系統(tǒng)的信道校準(zhǔn)的制作方法
根據(jù)35U.S.C.§119的優(yōu)先權(quán)聲明本申請要求于第60/421,462和第60/421,309美國臨時(shí)申請的優(yōu)先權(quán)，兩個(gè)申請?zhí)峤蝗掌诰鶠?002年10月25日，分別題為“Channel Calibration fora Time Division Duplexed Communication System”和“MIMO WLAN System”，兩者均被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人并在此完全引用并入與此。
背景領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及通信，尤其涉及在時(shí)分雙工(TDD)通信系統(tǒng)內(nèi)校準(zhǔn)下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)的技術(shù)。
背景在無線通信系統(tǒng)內(nèi)，接入點(diǎn)和用戶終端間的數(shù)據(jù)通信發(fā)生在無線信道上。取決于系統(tǒng)設(shè)計(jì)，相同或不同的頻帶可以用于下行鏈路和上行鏈路。下行鏈路(或前向鏈路)指從接入點(diǎn)到用戶終端的傳輸，且上行鏈路(或反向鏈路)指從用戶終端到接入點(diǎn)的傳輸。如果兩個(gè)頻帶可用，則下行鏈路和上行鏈路可以使用頻分雙工(FDD)方式在分開的頻帶上發(fā)送。如果只有一個(gè)頻帶可用，則下行鏈路和上行鏈路可以使用時(shí)分雙工(TDD)共享相同的頻帶。
為了獲得高性能，經(jīng)常需要知道無線信道的頻率響應(yīng)。例如，接入點(diǎn)可能需要下行鏈路信道的響應(yīng)以為到用戶終端的下行鏈路數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)空間處理(如下所述)。下行鏈路信道響應(yīng)可以由用戶終端基于接入點(diǎn)發(fā)送的導(dǎo)頻而估計(jì)。用戶終端可以將信道估計(jì)發(fā)回接入點(diǎn)以使用。對(duì)于該信道估計(jì)方案，需要在下行鏈路上發(fā)送導(dǎo)頻，且將信道估計(jì)發(fā)回接入點(diǎn)會(huì)需要附加延時(shí)資源。
對(duì)于帶有共享頻帶的TDD系統(tǒng)，下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)可以被假設(shè)相互為倒數(shù)。即如果H表示從天線陣列A到陣列B的信道響應(yīng)矩陣，則倒數(shù)信道指從陣列B到陣列A的耦合，給出為HT，其中MT表示矩陣M的轉(zhuǎn)置。因此，對(duì)于TDD系統(tǒng)，一個(gè)鏈路的信道響應(yīng)可以基于在其他鏈路上發(fā)送的導(dǎo)頻而估計(jì)。例如，上行鏈路信道響應(yīng)可以上行鏈路導(dǎo)頻而估計(jì)，且上行鏈路信道響應(yīng)估計(jì)的轉(zhuǎn)置可以用作下行鏈路信道響應(yīng)估計(jì)。
然而，接入點(diǎn)處的發(fā)射和接收鏈的頻率響應(yīng)一般不同于用戶終端處的發(fā)射和接收鏈的頻率響應(yīng)。特別是，用于上行鏈路傳輸?shù)陌l(fā)射/接收鏈的頻率響應(yīng)可能不同于用于下行鏈路傳輸?shù)陌l(fā)射/接收鏈的頻率響應(yīng)。由于發(fā)射/接收鏈之差，“有效”下行鏈路信道響應(yīng)(即包括發(fā)射/接收鏈)可以不同于有效上行鏈路信道響應(yīng)倒數(shù)。如果為一個(gè)鏈路獲得的信道響應(yīng)估計(jì)倒數(shù)用于在其他鏈路上空間處理，則發(fā)射/接收鏈的頻率響應(yīng)內(nèi)的任何差異會(huì)表示誤差，即如果不被確定或不予以考慮會(huì)惡化性能的誤差。
因此，領(lǐng)域內(nèi)需要一種校準(zhǔn)TDD通信系統(tǒng)內(nèi)下行鏈路和上行鏈路信道的技術(shù)。
概述在此提供校準(zhǔn)下行鏈路和上行鏈路信道以考慮接入點(diǎn)和用戶終端處發(fā)射和接收鏈的頻率響應(yīng)。在校準(zhǔn)后，為一個(gè)鏈路獲得信道響應(yīng)的估計(jì)可以用于獲得其他鏈路的信道響應(yīng)估計(jì)。這可以簡化信道估計(jì)和空間處理。
在一實(shí)施例中，提供一種方法用于在無線TDD多輸入多輸出(MIMO)通信系統(tǒng)內(nèi)校準(zhǔn)下行鏈路和上行鏈路信道的方法。根據(jù)該方法，導(dǎo)頻在上行鏈路信道上發(fā)送，且用于導(dǎo)出下行鏈路信道響應(yīng)估計(jì)。導(dǎo)頻還在下行鏈路信道上發(fā)送且用于導(dǎo)出下行鏈路信道響應(yīng)估計(jì)。然后基于下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)估計(jì)確定兩個(gè)糾正因子集合。校準(zhǔn)后的下行鏈路信道通過為下行鏈路信道使用第一糾正因子集合而形成，且校準(zhǔn)后上行鏈路信道通過為上行鏈路信道使用第二糾正因子集合而形成。合適的糾正因子會(huì)在下行鏈路和上行鏈路信道相應(yīng)的發(fā)射機(jī)處被使用。校準(zhǔn)后下行鏈路和上行鏈路信道的響應(yīng)由于兩個(gè)糾正因子的集合而大致為倒數(shù)。第一和第二糾正因子集合可以使用矩陣比計(jì)算或最小均方誤差(MMSE)計(jì)算確定，如下描述。
校準(zhǔn)可以基于空氣上傳輸而實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)內(nèi)的每個(gè)用戶終端可以為其本身使用而導(dǎo)出第二糾正因子。接入點(diǎn)的第一糾正因子集合可以由多個(gè)用戶終端導(dǎo)出。對(duì)于正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)，校準(zhǔn)可以為第一子帶集合使用以為集合內(nèi)的每個(gè)子帶獲得兩個(gè)糾正因子集合。其他“未經(jīng)校準(zhǔn)”的子帶的糾正因子可以基于為“校準(zhǔn)后”子帶獲得的糾正因子而內(nèi)插。
本發(fā)明的各個(gè)方面和實(shí)施例在以下進(jìn)一步描述。
附圖的簡要描述通過下面提出的結(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示出MIMO系統(tǒng)內(nèi)接入點(diǎn)和用戶終端處的發(fā)射和接收鏈；圖2說明應(yīng)用糾正因子以考慮接入點(diǎn)和用戶終端處發(fā)射/接收鏈之差；圖3示出校準(zhǔn)TDD MIMO-OFDM系統(tǒng)內(nèi)下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)的過程；圖4示出從下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)估計(jì)導(dǎo)出糾正向量估計(jì)的過程；圖5是接入點(diǎn)和用戶終端的框圖；以及圖6是TX空間處理器的框圖。
詳細(xì)描述在此描述的校準(zhǔn)技術(shù)可以用于各種無線通信系統(tǒng)。而且，這些技術(shù)可以用于單輸入單輸出(SISO)系統(tǒng)、多輸入單輸出(MISO)系統(tǒng)、單輸入多輸出(MISO)系統(tǒng)、單輸入多輸出(SIMO)系統(tǒng)和多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)。
MIMO系統(tǒng)使用多個(gè)(NT)發(fā)射天線和多個(gè)(NR)接收天線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。由NT個(gè)發(fā)射天線和NR個(gè)接收天線形成的MIMO信道可能被分解為NS個(gè)獨(dú)立信道，其中NS≤min{NT，NR}。NS個(gè)獨(dú)立信道的每個(gè)對(duì)應(yīng)空間子信道且對(duì)應(yīng)一維。如果利用多個(gè)發(fā)射和接收天線建立的附加維數(shù)，則MIMO信道可以提供改善的性能(例如增加傳輸容量和/或更大的可靠性)。這一般需要發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間準(zhǔn)確的信道響應(yīng)估計(jì)。圖1示出MIMO系統(tǒng)內(nèi)接入點(diǎn)102和用戶終端104處的發(fā)射和接收鏈框圖。對(duì)于該系統(tǒng)，下行鏈路和上行鏈路以時(shí)分復(fù)用方式共享相同的頻帶。
對(duì)于下行鏈路，在接入點(diǎn)102處，碼元(用“發(fā)射”向量xdn表示)由發(fā)射鏈(TMTR)114處理并在無線信道上從Nap個(gè)天線116發(fā)送。在用戶終端104處，下行鏈路信號(hào)由Nut個(gè)天線152接收并由接收鏈(RCVR)154處理以提供接收的碼元(用“接收”向量rdn表示)。發(fā)射鏈114的處理一般包括數(shù)模轉(zhuǎn)換、放大、濾波、上變頻等。接收鏈154的處理一般包括下變頻、放大、濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換等。
對(duì)于上行鏈路，在用戶終端104處，碼元(用發(fā)射向量xup表示)由發(fā)射鏈164處理并在無線信道上從Nut個(gè)天線152發(fā)送。在接入點(diǎn)102處，上行鏈路信道由Nap個(gè)天線116處理并由接收鏈124處理以提供接收到碼元(用接收向量rup表示)。
對(duì)于下行鏈路，用戶終端處的接收向量可以表示為rdn＝RutHTapxdn等式(1)其中xdn是帶有Nap項(xiàng)的發(fā)射向量，以從接入點(diǎn)處的Nap個(gè)天線的發(fā)送碼元；rdn是帶有Nut項(xiàng)的接收向量，以在用戶終端處的Nut個(gè)天線的接收碼元；Tap是Nap×Nap對(duì)角矩陣，該項(xiàng)是與接入點(diǎn)處的Nap個(gè)天線的發(fā)射鏈相關(guān)聯(lián)的復(fù)數(shù)增益；Rut是Nut×Nut對(duì)角矩陣，該項(xiàng)是與用戶終端處的Nut天線的接收鏈相關(guān)聯(lián)的復(fù)數(shù)增益；以及H是下行鏈路的Nut×Nap信道響應(yīng)矩陣。
發(fā)射/接收鏈響應(yīng)和無線信道一般是頻率的函數(shù)。為了簡潔，假設(shè)平緩衰落信道(即帶有平緩頻率響應(yīng))。
對(duì)于上行鏈路，接入點(diǎn)處的接收向量可以表示為rup＝RapHTTutxup等式(2)其中xup是發(fā)射向量，以在用戶終端處從Nut個(gè)天線的發(fā)送碼元；rup是接收向量，以在接入點(diǎn)處的Nap個(gè)天線的接收碼元；Tut是Nut×NutNut對(duì)角矩陣，其項(xiàng)是與用戶終端處的Nut個(gè)天線的發(fā)射鏈相關(guān)聯(lián)的復(fù)數(shù)增益；Rap是Nap×Nap對(duì)角矩陣，其項(xiàng)是接入點(diǎn)處與Nap個(gè)天線的接收鏈相關(guān)聯(lián)的復(fù)數(shù)增益；以及HT是上行鏈路的Nap×Nut信道響應(yīng)矩陣。
對(duì)于TDD系統(tǒng)，由于下行鏈路和上行鏈路共享相同頻帶，一般在下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)之間存在高度相關(guān)性。因此，下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)矩陣可以被假設(shè)互為倒數(shù)(即轉(zhuǎn)置)并相應(yīng)用H和HT表示，如等式(1)和(2)示出。然而，接入點(diǎn)處的發(fā)射/接收鏈響應(yīng)一般不等于用戶終端處發(fā)射/接收鏈響應(yīng)。差異導(dǎo)致以下不等性RapHTTut≠(RutHTap)T。
從等式(1)和(2)，包括可應(yīng)用的發(fā)射和接收鏈響應(yīng)的“有效”下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)Hdn和Hup可以表示為Hdn＝RutHTap并且Hup＝RapHTTut等式(3)組合等式集合(3)內(nèi)的兩個(gè)等式，可以獲得以下關(guān)系Rut-1HdnTap-1＝(Rap-1HupTut-1)T＝Tut-1HupTTap-1等式(4)重新組合等式(4)，可以獲得以下結(jié)果HupT＝TutR-1utHdnTap-1Rap＝Kut-1HdnKap或Hup＝(Kut-1HdnKap)T等式(5)其中K‾ut=T‾ut-1R‾ut]]>和K‾ap=T‾ap-1R‾ap]]>。等式(5)還可以表示為HupKut＝(HdnKap)T等式(6)等式(6)的左邊表示在上行鏈路上的校準(zhǔn)信道響應(yīng)，且右側(cè)表示下行鏈路上校準(zhǔn)后信道響應(yīng)轉(zhuǎn)置。如等式(6)示出，對(duì)有效下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)應(yīng)用對(duì)角矩陣Kut和Kap使得下行鏈路和上行鏈路的校準(zhǔn)后信道響應(yīng)表示為相互的轉(zhuǎn)置。接入點(diǎn)的Nap×Nap對(duì)角矩陣Kap是接收鏈響應(yīng)與發(fā)射鏈響應(yīng)Rap和發(fā)射鏈響應(yīng)Tap之比(即K‾ap=R‾apT‾ap]]>)，其中該比是每元素之比。同樣地，用戶終端的Nut×Nut對(duì)角矩陣Kut是接收鏈響應(yīng)與發(fā)射鏈響應(yīng)Rut和發(fā)射鏈響應(yīng)Tut之比。
矩陣Kap和Kut包括考慮接入點(diǎn)和用戶終端處的發(fā)射/接收鏈之差的值。這允許一個(gè)鏈路的信道響應(yīng)由其他鏈路的信道響應(yīng)表示，如等式(6)內(nèi)示出。
可以實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)以確定矩陣Kap和Kut。一般，真實(shí)的信道響應(yīng)H和發(fā)射/接收鏈響應(yīng)是位置的，且它們不能準(zhǔn)確地或很容易地被確定。有效下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)Hdn和Hup而是相應(yīng)基于在下行鏈路和上行鏈路上發(fā)送的導(dǎo)頻而估計(jì)的，如下所述。矩陣Kap和Kut的估計(jì)被稱為糾正矩陣 和 它們可以基于下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)估計(jì) 和 而導(dǎo)出，如下所述。矩陣 和 包括考慮了接入點(diǎn)和用戶終端處發(fā)射/接收鏈之差的糾正因子。
圖2說明應(yīng)用糾正矩陣 和 以考慮接入點(diǎn)和用戶終端處的發(fā)射/接收鏈之差。在下行鏈路上，發(fā)射向量xdn首先由單元乘以矩陣 接著由發(fā)射鏈114和接收鏈154為下行鏈路進(jìn)行的處理與圖1內(nèi)示出的相同。類似地，在上行鏈路上，發(fā)射向量xup首先由單元162乘以矩陣 同樣，發(fā)射鏈164和接收鏈124為上行鏈路進(jìn)行的相繼處理與圖1內(nèi)示出的相同。
用戶終端和接入點(diǎn)觀察到的“校準(zhǔn)后”下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)可以被表示為H‾cdn=H‾dnK‾^ap]]>以及H‾cup=H‾upK‾^ut]]>等式(7)其中HcdnT和Hcup是等式(6)內(nèi)“真實(shí)”的校準(zhǔn)后信道響應(yīng)表達(dá)式。使用等式(6)內(nèi)的表達(dá)式組合等式集合(7)內(nèi)的兩個(gè)等式，可以示出H‾cup=H‾cdnT.]]>關(guān)系H‾cup=H‾cdnT]]>的準(zhǔn)確性取決于矩陣 和 的準(zhǔn)確性，這接著一般取決于下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)估計(jì) 和 的質(zhì)量。
如上所述，校準(zhǔn)可以在TDD系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)以根據(jù)接入點(diǎn)和用戶終端處的發(fā)射/接收鏈響應(yīng)確定差異。一旦發(fā)射/接收鏈經(jīng)校準(zhǔn)，為一個(gè)鏈路獲得的校準(zhǔn)后信道響應(yīng)估計(jì)(例如 )可以用于為其他鏈路確定校準(zhǔn)后信道響應(yīng)估計(jì)(例如 )。
在此描述的校準(zhǔn)還可以用于使用OFDM的無線通信系統(tǒng)。OFDM有效地將總系統(tǒng)帶寬分成多個(gè)(NF個(gè))正交子帶，這還被稱為頻率區(qū)段或子信道。在OFDM中，每個(gè)子帶與響應(yīng)子載波相關(guān)，在其上可以調(diào)制數(shù)據(jù)。對(duì)于使用OFDM的MIMO系統(tǒng)(即MIMO-OFDM系統(tǒng))，每個(gè)本征模式的每個(gè)子帶可以被視作獨(dú)立傳輸信道。
校準(zhǔn)可以以各種方式實(shí)現(xiàn)。為了清楚，以下為TDD MIMO-OFDM系統(tǒng)描述特定校準(zhǔn)方案。對(duì)于該系統(tǒng)，每個(gè)無線鏈路的子帶可以被假設(shè)為倒數(shù)。
圖3是用于在TDD MIMO_OFDM系統(tǒng)內(nèi)校準(zhǔn)下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)的過程300實(shí)施例流圖。開始時(shí)，用戶終端使用為系統(tǒng)定義的獲取過程獲取接入點(diǎn)定時(shí)和頻率(步驟310)。用戶終端然后發(fā)送消息以初始與接入點(diǎn)的校準(zhǔn)，或校準(zhǔn)可以由接入點(diǎn)初始。校準(zhǔn)可以由接入點(diǎn)并行地與用戶終端的注冊/驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)(例如在呼叫設(shè)立期間)，且還可以在任何被授權(quán)時(shí)實(shí)現(xiàn)。
校準(zhǔn)還可以為所有可能被用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖訋?shí)現(xiàn)(這還被稱為“數(shù)據(jù)”子帶)。不用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖訋?即保護(hù)子帶)一般不需要被校準(zhǔn)。然而，由于接入點(diǎn)和用戶終端處的發(fā)射/接收鏈的頻率響應(yīng)一般在大多數(shù)所述頻帶上為平緩，且由于相鄰子帶可能相關(guān)，校準(zhǔn)可以只為數(shù)據(jù)子帶的一子集實(shí)現(xiàn)。如果校準(zhǔn)少于所有子帶的數(shù)據(jù)子帶，則被校準(zhǔn)的子帶(還被稱為“指定”子帶)可以被信令到接入點(diǎn)(例如在發(fā)送以初始校準(zhǔn)的消息內(nèi))。
對(duì)于校準(zhǔn)，用戶終端在指定子帶上發(fā)送MIMO導(dǎo)頻到接入點(diǎn)(步驟312)。MIMO導(dǎo)頻的生成在以下詳細(xì)描述。上行鏈路MIMO導(dǎo)頻傳輸?shù)某掷m(xù)時(shí)間取決于指定子帶數(shù)。例如，如果為四個(gè)子帶實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)，則8個(gè)OFDM碼元足以，且更多的子帶可能需要更多的(例如20個(gè))OFDM碼元?？偘l(fā)射功率一般是固定的，因此如果MIMO導(dǎo)頻在較少數(shù)量的子帶上被發(fā)送，則可能這些子帶的每個(gè)需要更高的發(fā)射功率量，且每個(gè)子帶的SNR很高。相反，如果MIMO導(dǎo)頻在大量子帶上被發(fā)送，則可以為每個(gè)子帶使用更少的發(fā)射功率，且每個(gè)子帶的SNR會(huì)更糟糕。如果每個(gè)子帶的SNR不足夠高，則更多的OFDM碼元可以為MIMO導(dǎo)頻發(fā)送，且在接收機(jī)內(nèi)整合以為子帶獲得更高的總SNR。
接入點(diǎn)接收上行鏈路MIMO導(dǎo)頻并為每個(gè)指定的子帶導(dǎo)出上行鏈路信道響應(yīng)估計(jì) 其中k表示子帶索引?；贛IMO導(dǎo)頻的信道估計(jì)如下描述。上行鏈路信道響應(yīng)估計(jì)經(jīng)量化并被發(fā)送到用戶終端(步驟314)。每個(gè)矩陣 內(nèi)的項(xiàng)是第k個(gè)子帶的上行鏈路Nut個(gè)發(fā)射和Nap個(gè)接收天線間的復(fù)數(shù)信道增益。所有矩陣的信道增益可以用特定比例縮放因子經(jīng)比例縮放以獲得期望的動(dòng)態(tài)范圍，該因子對(duì)于所有指定子帶相同。例如，每個(gè)矩陣 內(nèi)的信道增益可以為指定子帶用所有矩陣 的最大信道增益經(jīng)反向比例縮放，使得最大的信道增益幅度為一。由于校準(zhǔn)目標(biāo)是標(biāo)準(zhǔn)化下行鏈路和上行鏈路間的增益/相位差，則絕對(duì)信道增益不重要。如果12比特復(fù)數(shù)值(即帶有12比特同相(I)和12比特正交(Q)分量)用于信道增益，則下行鏈路信道響應(yīng)估計(jì)可以在3NutNapNsb字節(jié)內(nèi)被發(fā)送到用戶終端，其中“3”是為了用于表示I和Q分量的總共24個(gè)比特，Nsb是指定子帶數(shù)。
用戶終端還接收接入點(diǎn)發(fā)送的下行鏈路MIMO導(dǎo)頻(步驟316)并基于接收到導(dǎo)頻為每個(gè)指定子帶導(dǎo)出上行鏈路信道響應(yīng)的估計(jì) (步驟318)。用戶終端然后為每個(gè)指定子帶基于上行鏈路和下行鏈路信道響應(yīng)估計(jì) 和 確定糾正因子 和 (步驟320)。
對(duì)于糾正因子的導(dǎo)出，每個(gè)子帶的下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)被假設(shè)為倒數(shù)，帶有增益/相位糾正以考慮接入點(diǎn)和用戶終端處的發(fā)射/接收鏈之差，如下Hup(k)Kut(k)＝(Hdn(k)Kap(k))T其中k∈K 等式(8)其中K表示帶有所有數(shù)據(jù)子帶的集合。由于只有有效下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)估計(jì)在校準(zhǔn)期間可用于指定子帶，等式(8)可以重寫為H‾^up(k)K‾^ut(k)=(H‾^dn(k)K‾^ap(k))T]]>其中k∈K 等式(9)其中K’表示帶有所有指定子帶的集合。糾正因子 可以被定義為只包括 的Nut個(gè)對(duì)角元素。同樣地，糾正向量 可以被定義為之包括 的Nap個(gè)對(duì)角元素。
糾正因子 和 可以從信道估計(jì) 和 以各種形式被導(dǎo)出，包括通過矩陣比計(jì)算和最小均方誤差(MMSE)計(jì)算。兩種計(jì)算方法在以下詳細(xì)描述。也可以使用其他計(jì)算方法，且這在本發(fā)明范圍內(nèi)。
A.矩陣比計(jì)算圖4是使用矩陣比計(jì)算從下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)估計(jì) 和 中導(dǎo)出糾正向量 和 的過程320a實(shí)施例流圖。過程320a可以用于圖3內(nèi)的步驟320。
開始時(shí)，為每個(gè)指定子帶計(jì)算Nut×Nap矩陣C(k)(步驟412)，如下C‾(k)=H‾^upT(k)H‾^dn(k)]]>其中k∈K′等式(10)其中比為每元素之比。C(k)的每個(gè)元素因此可以被計(jì)算為c‾i,j(k)=h^upi,j(k)h^dni,j(k)]]>其中，i＝{1...Nut}而j＝{1...Nap}，等式(11)其中 和 分別是 和 的第i行第j列元素，且ci，j(k)是C(k)第i行第j列元素。
在一實(shí)施例中，接入點(diǎn)的糾正向量 被定義為等于C(k)的標(biāo)準(zhǔn)化行的均值，且由框420內(nèi)的步驟導(dǎo)出。C(k)的每行首先由對(duì)行內(nèi)的Nap個(gè)元素的每個(gè)用行內(nèi)的第一個(gè)元素進(jìn)行比例縮放而標(biāo)準(zhǔn)化(步驟422)。因此，如果c‾i(k)=ci,1(k)···ci,Nap(k)]]>是C(k)的第i行，則標(biāo)準(zhǔn)化行 可以被表示為c‾~i(k)=[ci,1(k)/ci,1(k)···ci,j(k)/ci,1(k)···ci,Nap(k)/ci,1(k)]]]>等式(12)標(biāo)準(zhǔn)化行的均值然后可以被確定為Nut個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化行之和除以Nut(步驟424)。糾正向量 被設(shè)定為等于該均值(步驟426)，這可以被表示為k‾^ap(k)=1NutΣi=1Nutci‾~(k)]]>其中k∈K′ 等式(13)由于標(biāo)準(zhǔn)化， 的第一元素為單位一。
在實(shí)施例中，用戶終端的糾正因子 被定義為等于C(k)的標(biāo)準(zhǔn)化列的倒數(shù)的均值，且由框430內(nèi)的步驟導(dǎo)出。C(k)的第j列首先通過用向量 的第j個(gè)元素對(duì)列內(nèi)的每個(gè)元素進(jìn)行比例縮放而標(biāo)準(zhǔn)化，這可以用Kap，j，j(k)表示(步驟432)。因此，如果c‾j(k)=c1,j(k)···cNut,j(k)T]]>是C(k)的第j列，則標(biāo)準(zhǔn)化列 可以表示為 等式(14)標(biāo)準(zhǔn)化列的倒數(shù)的均值然后被確定為Nap個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化列的倒數(shù)和除以Nap(步驟434)。糾正向量 被設(shè)定等于該均值(步驟436)，可以表示為 其中k∈K′等式(15)其中標(biāo)準(zhǔn)化列 的反轉(zhuǎn)按每元素實(shí)現(xiàn)。
B.MMSE計(jì)算對(duì)于MMSE計(jì)算，糾正因子 和 從下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)估計(jì) 和 中導(dǎo)出，使得校準(zhǔn)后下行鏈路信道響應(yīng)和校準(zhǔn)后上行鏈路信道響應(yīng)間的均方誤差(MSE)最小化。該條件可以表示為min|(H‾^dn(k)K‾^ap(k))T-H‾^up(k)K‾^ut(k)|2]]>其中k∈K等式(16)還可以被寫為min|K‾^ap(k)H‾^dnT(k)-H‾^up(k)K‾^ut(k)|2]]>其中k∈K其中K‾^apT(k)=K‾^ap(k),]]>因?yàn)?是對(duì)角矩陣。
等式(16)受到一限制，即 的主元素等于單位一(即K‾^ap,0,0(k)=1]]>)。無該限制，則可以通過將矩陣 和 的元素設(shè)定為零獲得平凡解。在等式(16)內(nèi)，矩陣Y(k)首先通過Y‾(k)=K‾^ap(k)H‾^dnT(k)-H‾^up(k)K‾^ut(k)]]>而獲得。然后為矩陣Y(k)的Nap·Nut項(xiàng)的每個(gè)獲得絕對(duì)值的平方。均方誤差(或平方誤差，由于忽略除以Nap·Nut)等于所有Nap·Nut個(gè)平方值之和。
為每個(gè)指定子帶實(shí)現(xiàn)MMSE計(jì)算以獲得該子帶的糾正因子 和 該一個(gè)子帶的MMSE計(jì)算描述如下。為了簡潔，子帶索引k在以下描述中被省略。且為了簡潔，下行鏈路信道響應(yīng)估計(jì) 的元素表示為{αij}，上行鏈路信道響應(yīng)估計(jì) 的元素被表示為{bij}，矩陣 的對(duì)角元素被表示為{ui}，且矩陣 的對(duì)角元素表示為{vj}，其中i＝{1...Nap}，且j＝{1...Nut}。
均方誤差可以從等式(16)中重寫如下MSE=Σj=1NutΣi=1Nap|aijui-bijvj|2,]]>等式(17)同樣受到限制u1＝1。最小均方誤差可以通過對(duì)等式(17)關(guān)于u和v進(jìn)行偏微分并設(shè)定偏微分為0而獲得。這些操作的結(jié)果是以下等式集合Σj=1Nut(aijui-bijvj)·aij*=0,i∈{2...Nap},]]>以及等式(18a)Σi=1Nao(aijui-bijvj)·bij*=0,j∈{1...Nut}]]>等式(18b)在等式(18a)中，u1＝1，因此在該情況下沒有偏微分，且索引i從2到Nap。
等式集合(18a)和(18b)的(Nap+Nut-1)個(gè)等式集合可以更方便地用矩陣形式表示如下Ay＝z等式(19)其中A‾=Σj=1Nut|a2j|20···0-b21a21*···-b2Napa2Nut*0Σj=1Nut|a3j|20···············0···00···0Σj=1Nut|aNapj|2-bNap1aNap1*-bNapNutaNapNut*-a21b21*···-aNap1bNap1*Σi=1Nap|bi1|20···0·······0Σi=1Nap|bi2|20······0···0-a2Napb2Nut*···-aNapNutbNapNut*0···0Σi=1Nap|biNut|2]]>y‾=u2u3···uNapv1v2···vNutz‾=00···0a11b11*a12b12*···aINutbINut*]]>矩陣A包括Nap+Nut-1行，前Nap-1行對(duì)應(yīng)來自等式(18a)的Nap-1個(gè)等式，最后Nut行對(duì)應(yīng)來自等式集合(18b)的Nut個(gè)等式。特別是，矩陣A的第一行從等式集合(18a)中用i＝2生成，第二行用i＝3生成等。矩陣A的第Nap行從等式集合(18b)用j＝1生成等，且最后一行用j＝Nut生成。如上示出，矩陣A的項(xiàng)和向量z的項(xiàng)可以基于矩陣 和 內(nèi)的項(xiàng)而獲得。
糾正因子被包括在向量y內(nèi)，它可以被表示為y＝A-1z等式(20)MMSE計(jì)算的結(jié)果是糾正矩陣 和 它們可以最小化校準(zhǔn)后下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)內(nèi)的均方誤差。由于矩陣 和 基于下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)估計(jì) 和 而獲得，糾正矩陣 和 的質(zhì)量因此決定于信道估計(jì) 和 的質(zhì)量。MIMO導(dǎo)頻可以在接收機(jī)處被平均以為 和 獲得更準(zhǔn)確的估計(jì)。
基于MMSE計(jì)算獲得的糾正矩陣 和 一般好于基于矩陣比計(jì)算獲得的糾正矩陣，特別是當(dāng)一些信道增益很小且測量噪聲會(huì)大大惡化信道增益時(shí)。
C.計(jì)算后(post computation)不管選用的特定計(jì)算方法，在完成糾正矩陣計(jì)算后，用戶終端將為所有指定子帶的接入點(diǎn)糾正向量 發(fā)送到接入點(diǎn)。如果為 內(nèi)的每個(gè)糾正因子使用12比特復(fù)數(shù)值，則所有指定子帶的糾正向量 可以在3Nut(Nap-1)·Nsb字節(jié)內(nèi)被發(fā)送到接入點(diǎn)，其中“3”是用于I和Q分量的24個(gè)總比特，且(Nap-1)來自每個(gè)向量 內(nèi)的第一個(gè)元素等于單位一，因此不需要被發(fā)送。如果第一元素被設(shè)定為29-1＝+511，則會(huì)有12dB的凈空(headroom)(因?yàn)樽畲笳?2比特帶符號(hào)值為211-1＝+2047)，這允許下行鏈路和上行鏈路間多達(dá)12dB的增益不匹配由12比特值容納。如果下行鏈路和上行鏈路匹配在12dB內(nèi)，且第一元素被標(biāo)準(zhǔn)化到值511，則其他元素應(yīng)不大于絕對(duì)值511·4＝2044，且可以用12比特表示。
為每個(gè)指定子帶獲得糾正向量 和 對(duì)。如果為少于所有數(shù)據(jù)子帶的子帶實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)，則“未經(jīng)校準(zhǔn)”的子帶的糾正因子可以通過內(nèi)插指定子帶獲得糾正因子而獲得。內(nèi)插可以由接入點(diǎn)實(shí)現(xiàn)以獲得糾正因子 其中k∈K。同樣地，可以由用戶終端實(shí)現(xiàn)內(nèi)插以獲得糾正向量 其中k∈K。
接入點(diǎn)和用戶終端此后使用其相應(yīng)的糾正向量 和 或?qū)?yīng)的糾正矩陣 和 以在無線信道上傳輸前對(duì)調(diào)制碼元進(jìn)行比例縮放，如下所述，其中k∈K。用戶終端所見的有效下行鏈路信道是H‾cdn(k)=H‾dn(k)K‾^ap(k).]]>上述的校準(zhǔn)方案允許在由不同用戶終端實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)時(shí)為接入點(diǎn)導(dǎo)出“可兼容”的糾正向量，其中為接入點(diǎn)和用戶終端的每個(gè)獲得糾正因子向量。
例如，如果兩個(gè)用戶終端同時(shí)實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)過程，則這些終端的校準(zhǔn)結(jié)果可能經(jīng)平均以改善性能。然而，校準(zhǔn)一般每次為一個(gè)用戶終端實(shí)現(xiàn)。因此，第二用戶終端用第一用戶終端已經(jīng)應(yīng)用的糾正因子觀察下行鏈路。在該情況下，舊糾正向量與第二糾正向量之積可以用作新糾正向量，或還可以使用“加權(quán)平均”(如下描述)。接入點(diǎn)一般為所有用戶終端使用單個(gè)糾正向量，且為不同用戶終端不使用不同糾正向量(雖然也可以這樣實(shí)現(xiàn))。來自多個(gè)用戶終端的更新或來自一個(gè)用戶終端的相繼更新可以以相同方式處理。更新向量可以直接被應(yīng)用(通過積操作)。或者，如果期望一些平均以減少測量噪聲，則可以使用加權(quán)平均，如下描述。
因此，如果接入點(diǎn)使用糾正向量 以發(fā)送MIMO導(dǎo)頻，用戶終端從該導(dǎo)頻確定新糾正向量 則更新后的糾正向量 是當(dāng)前和新糾正向量之積。糾正向量 和 可以由相同或不同的用戶終端導(dǎo)出。
在一實(shí)施例中，更新后的糾正向量被定義為k‾^ap3(k)=k‾^ap1(k)·k‾^ap2(k),]]>其中乘法是按每元素相乘原則。在另一實(shí)施例中，更新后的糾正向量可以被重新定義為k‾^ap3(k)=k‾^ap1(k)·k‾^ap2α(k),]]>其中α是用于提供加權(quán)平均的因子(例如0＜α＜1)。如果校準(zhǔn)更新不頻繁，則α接近一可能性能最佳。如果校準(zhǔn)更新頻繁但多噪聲，則可能α值更小更佳。更新的糾正向量 然后可以為接入點(diǎn)使用直到它們再次被更新。
如上所述，校準(zhǔn)可以為少于所有數(shù)據(jù)子帶的子帶實(shí)現(xiàn)。例如，校準(zhǔn)可以為每隔n個(gè)子帶實(shí)現(xiàn)，其中n可以由發(fā)射/接收鏈的期望響應(yīng)確定(例如n可以是2，4，6，8，16等)。校準(zhǔn)還可以為不均勻分布的子帶實(shí)現(xiàn)。例如，由于在帶通邊緣可能有更多的濾波器展開(roll-off)，這可能導(dǎo)致發(fā)射/接收鏈不匹配，可能校準(zhǔn)接近頻帶邊緣的更多子帶。一般，可以校準(zhǔn)任何數(shù)量和任何分布的子帶，且這在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
在以上描述中，糾正向量 和 由用戶終端導(dǎo)出，其中k∈K′，且向量 被發(fā)送回接入點(diǎn)。該方案有利地將校準(zhǔn)處理分布在多接入系統(tǒng)的用戶終端之間。然而，糾正因子 和 還可以由接入點(diǎn)導(dǎo)出，它然后將向量 發(fā)送回用戶終端，且這在本發(fā)明范圍內(nèi)。
在此描述的校準(zhǔn)方案允許每個(gè)用戶終端通過空氣傳輸實(shí)時(shí)校準(zhǔn)其發(fā)射/接收鏈。這使得帶有不同頻率響應(yīng)的用戶終端獲得高性能而不需要嚴(yán)格的頻率響應(yīng)規(guī)范或在工廠實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)。接入點(diǎn)可以由多個(gè)用戶終端校準(zhǔn)以提供改善的準(zhǔn)確性。
D.增益考慮校準(zhǔn)還可以基于下行鏈路和上行鏈路信道的“標(biāo)準(zhǔn)化”增益實(shí)現(xiàn)，這是相對(duì)于接收機(jī)處的噪聲底線的增益。使用標(biāo)準(zhǔn)化增益允許一個(gè)鏈路的特性(包括信道增益和每個(gè)本征模式SNR)在下行鏈路和上行鏈路經(jīng)過校準(zhǔn)之后基于另一鏈路的增益測量而獲得。
接入點(diǎn)和用戶終端可能開始時(shí)平衡其接收機(jī)輸入水平，使得接入點(diǎn)和用戶終端的接收路徑上的噪聲水平大致相等。平衡可以由估計(jì)噪聲底線完成，即找到接收到TDD幀的一部分(即下行鏈路/上行鏈路傳輸單元)，該部分由在特定持續(xù)時(shí)間上最小的平均功率(例如一個(gè)或兩個(gè)碼元周期)。一般，就在每個(gè)TDD幀開始之前的時(shí)間是無傳輸?shù)?，因?yàn)榻尤朦c(diǎn)需要接收任何上行鏈路數(shù)據(jù)，則在接入點(diǎn)在下行鏈路上發(fā)送之前需要接收/發(fā)送調(diào)轉(zhuǎn)時(shí)間。取決于干擾環(huán)境，噪聲底線可以基于多個(gè)TDD幀而確定。下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)然后相對(duì)于該噪聲底線而測量。尤其是，給定發(fā)射/接收天線對(duì)的給定子帶的信道增益首先可以例如作為接收到導(dǎo)頻碼元與該發(fā)射/接收天線對(duì)的子帶的發(fā)送導(dǎo)頻碼元之比而實(shí)現(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)化增益則是測量的增益除以噪聲底線。
接入點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化增益和用戶終端的標(biāo)準(zhǔn)化增益之間較大差異可能導(dǎo)致用戶終端的糾正因子大大不同于一。接入點(diǎn)的糾正因子接近單位一，因?yàn)榫仃?的第一元素被設(shè)定為1。
用戶終端的糾正因子大不同于一，則用戶終端不能應(yīng)用計(jì)算的糾正因子。這是因?yàn)橛脩艚K端對(duì)其最大發(fā)射功率有限制，且可能不能為較大的糾正因子增加其發(fā)射功率。而且，較小糾正因子的發(fā)射功率減少一般是不期望的，因?yàn)檫@會(huì)減少可獲得的數(shù)據(jù)速率。
因此，用戶終端可以使用計(jì)算的糾正因子的比例縮放后版本發(fā)送。經(jīng)比例縮放的校準(zhǔn)因子可以通過用特定比例縮放值對(duì)計(jì)算的糾正因子進(jìn)行比例縮放而獲得，這可能被設(shè)定為等于下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)間的增益區(qū)間(差或比)。該增益區(qū)間可以被計(jì)算為下行鏈路和上行鏈路的標(biāo)準(zhǔn)化增益間的差(或區(qū)間)的平均值。用于用戶終端的糾正因子的比例縮放值(即增益區(qū)間)可以連同該接入點(diǎn)的計(jì)算糾正因子一起被發(fā)送到接入點(diǎn)。
在有糾正因子和比例縮放值或增益區(qū)間情況下，下行鏈路信道特性可以從測量的上行鏈路信道響應(yīng)中被確定，反之亦然。如果接入點(diǎn)或用戶終端處的噪聲底線改變，則可以更新增益區(qū)間，且更新的增益區(qū)間可以在消息內(nèi)被發(fā)送到其他實(shí)體。
在以上描述中，校準(zhǔn)導(dǎo)致對(duì)于每個(gè)子帶兩個(gè)糾正因子集合(或向量或矩陣)，一個(gè)由接入點(diǎn)用于下行鏈路數(shù)據(jù)傳輸，另一個(gè)由用戶終端用于上行鏈路數(shù)據(jù)傳輸。校準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)可以使得為每個(gè)子帶提供兩個(gè)糾正因子集合，一個(gè)由接入點(diǎn)用于上行鏈路數(shù)據(jù)接收，另一個(gè)由用戶終端用于下行鏈路數(shù)據(jù)接收。校準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)還可以使得為每個(gè)子帶獲得一個(gè)糾正因子集合，且該集合用于接入點(diǎn)或用戶終端處。一般校準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)使得校準(zhǔn)后的下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)是倒是，而不管哪里應(yīng)用糾正因子。
2.MIMO導(dǎo)頻為了校準(zhǔn)，MIMO導(dǎo)頻在上行鏈路上由用戶終端發(fā)送以允許接入點(diǎn)估計(jì)上行鏈路信道響應(yīng)，且MIMO導(dǎo)頻在下行鏈路上由接入點(diǎn)發(fā)送以允許用戶終端估計(jì)下行鏈路信道響應(yīng)。對(duì)下行鏈路和上行鏈路可以使用相同或不同的MIMO導(dǎo)頻，且使用的MIMO導(dǎo)頻在接入點(diǎn)和用戶終端處為已知的。
在一實(shí)施例中，MIMO導(dǎo)頻包括特定OFDM碼元(表示為“P”)，它們從NT個(gè)發(fā)射天線的每個(gè)被發(fā)送，其中對(duì)于下行鏈路NT＝Nap，且對(duì)于上行鏈路NT＝Nut。對(duì)于每個(gè)發(fā)射天線，相同的P OFDM碼元在為MIMO導(dǎo)頻傳輸指定的每個(gè)碼元時(shí)段內(nèi)發(fā)送。然而，每個(gè)天線的P OFDM碼元用分配給那個(gè)天線的不同的N碼片Walsh序列覆蓋，其中對(duì)于下行鏈路，N≥Nap，對(duì)于上行鏈路，N≥Nut。Walsh覆蓋維持NT個(gè)發(fā)射天線間的正交性，且允許接收機(jī)區(qū)別單個(gè)發(fā)射天線。
P OFDM碼元包括Nsb個(gè)指定子帶的每個(gè)的一個(gè)調(diào)制碼元。P OFDM碼元因此包括Nsb個(gè)調(diào)制碼元的特定“碼字”，可以被接收機(jī)選用方便信道估計(jì)。該碼字還可以被定義以最小化發(fā)送的MIMO導(dǎo)頻內(nèi)的峰平變化。這甚至可以減少發(fā)射/接收鏈生成的失真和非線性量，這可以改善信道估計(jì)的準(zhǔn)確性。
為了清楚，以下為特定MIMO-OFDM系統(tǒng)描述了特定MIMO導(dǎo)頻。對(duì)于該系統(tǒng)，接入點(diǎn)和用戶終端每個(gè)有四個(gè)發(fā)射/接收天線。系統(tǒng)帶寬被分成64個(gè)正交子帶(即NF＝64)，它們被分配以-32到+31的索引。在這64個(gè)子帶中，48個(gè)子帶(例如索引為±{1，...，6，8，...，20，22，...，26})用于數(shù)據(jù)，4個(gè)子帶(例如索引為±{7，21}可以用于導(dǎo)頻以及可能的信令，不使用DC子帶(索引為0)，且不使用剩余子帶，它們作為保護(hù)子帶。該OFDM子帶結(jié)構(gòu)在IEEE標(biāo)準(zhǔn)802.11a且題為“Part 11Wireless LAN Medium Access Control(MAC)and PhysicalLayer(PHY)specificationsHigh-speed Physical Layer in the 5GHz Band”(1999年9月)的文檔內(nèi)詳細(xì)描述，這公開可用且在此包括作為參考。
P OFDM碼元包括48個(gè)數(shù)據(jù)子帶和4個(gè)導(dǎo)頻子帶的52個(gè)QPSK調(diào)制碼元集合。該P(yáng) OFDM碼元可以給出如下P(real)＝g·{0，0，0，0，0，0，-1，-1，-1，-1，1，1，1，-1，-1，1，-1，1，1，1，1，-1，-1，1，-1，1，-1，-1，-1，-1，1，-1，0，1，-1，-1，-1，-1，1，-1，-1，-1，-1，1，1，-1，-1，1，-1，-1，1，1，-1，1，-1，1，-1，1，-，0，0，0，0，0}，P(imag)＝g·{0，0，0，0，0，0，-1，1，1，1，-1，-1，1，-1，1，1，1，-1，1，-1，-1，-1，-1，-1，-1，1，1，-1，1，1，-1，1，0，-1，-1，-1，-1，1，1，-1，1，-1，-1，1，-1，1，-1，1，1，1，-1，1，1，1，1，1，1，-1，-1，0，0，0，0，0}，其中g(shù)是導(dǎo)頻的增益。{ }內(nèi)的值為子帶索引-32到-1(對(duì)于第一行)以及0到+31(對(duì)于第二行)給出。因此，P(real)和P(imag)的第一行表示碼元(--j)在子帶-26內(nèi)被發(fā)送，碼元(-1+j)在子帶-25內(nèi)被發(fā)送，依此類推。P(real)和P(imag)的第二行表示碼元(1-j)在子帶1內(nèi)被發(fā)送，碼元(-1-j)在子帶2內(nèi)被發(fā)送，依此類推。其他OFDM碼元還可以用于MIMO導(dǎo)頻。
在一實(shí)施例中，四個(gè)發(fā)射天線為MIMO導(dǎo)頻被分配以Walsh序列，W1＝1111，W2＝1010，W3＝1100，W4＝1001。對(duì)于給定Walsh序列，值“1”指明發(fā)送P OFDM碼元，且值“0”指明發(fā)送-P OFDM碼元(即P內(nèi)的52個(gè)調(diào)制碼元的每個(gè)經(jīng)反轉(zhuǎn))。
表格1列出為跨越四個(gè)碼元周期的MIMO導(dǎo)頻傳輸要從四個(gè)發(fā)射天線的每個(gè)發(fā)送的OFDM碼元。
表格1
對(duì)于更長的MIMO導(dǎo)頻傳輸，每個(gè)發(fā)射天線的Walsh序列被簡單地重復(fù)。對(duì)于該Walsh序列集合，MIMO導(dǎo)頻傳輸發(fā)生在四個(gè)碼元周期的整數(shù)倍內(nèi)以保證四個(gè)發(fā)射天線間的正交性。
接收機(jī)可以基于接收到的MIMO導(dǎo)頻通過實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)處理而導(dǎo)出信道響應(yīng)估計(jì)。特別是，為了恢復(fù)從發(fā)射天線i發(fā)送并由接收天線j接收的導(dǎo)頻，接收天線j接收的導(dǎo)頻首先用分配給發(fā)射天線i的Walsh序列以與在發(fā)射機(jī)處實(shí)現(xiàn)的Walsh覆蓋互補(bǔ)的方式處理。MIMO導(dǎo)頻的所有Nps個(gè)碼元周期的去覆蓋OFDM碼元然后經(jīng)累加，其中累加為用于攜帶MIMO導(dǎo)頻的52個(gè)子帶的每個(gè)單獨(dú)實(shí)現(xiàn)。累加的結(jié)果是 其中K＝±{1...26}，這是52個(gè)數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻子帶的從發(fā)射天線i到接收天線j的有效信道響應(yīng)估計(jì)(即包括發(fā)射/接收鏈響應(yīng))。
可以實(shí)現(xiàn)相同的處理以在每個(gè)接收天線處恢復(fù)來自每個(gè)發(fā)射天線的導(dǎo)頻。導(dǎo)頻處理為52個(gè)子帶的每個(gè)帶提供了Nap·Nut個(gè)值，它們是有效信道響應(yīng)估計(jì) 和 的元素。
上述的信道估計(jì)可以由接入點(diǎn)和用戶終端在校準(zhǔn)期間實(shí)現(xiàn)以相應(yīng)獲得有效上行鏈路的信道響應(yīng)估計(jì) 以及有效下行鏈路的信道響應(yīng)估計(jì) 這用于如上所述推出糾正因子。
3.空間處理下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)間的相關(guān)可以被用于簡化TDD MIMO和MIMO-OFDM系統(tǒng)的接入點(diǎn)和用戶終端處的信道估計(jì)和空間處理。該簡化在實(shí)現(xiàn)了校準(zhǔn)之后可能用于考慮發(fā)射/接收鏈內(nèi)差異。如上所述，校準(zhǔn)后信道響應(yīng)為H‾cdn(k)=H‾dn(k)K‾^ap(k)]]>對(duì)于下行鏈路，以及等式(21a)H‾cup(k)_=(H‾dn(k)K‾^ap(k))T=H‾up(k)K‾^ut(k)]]>對(duì)于上行鏈路。等式(21b)等式(21b)內(nèi)的最后等號(hào)來自使用有效下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)間的關(guān)系H‾up(k)=(K‾ut-1(k)H‾dn(k)K‾ap(k))T]]>每個(gè)子帶的信道響應(yīng)矩陣H(k)可以“被對(duì)角線化”以獲得該子帶的NS個(gè)本征模式。這可以通過對(duì)信道響應(yīng)矩陣H(k)實(shí)現(xiàn)奇異值分解或?qū)(k)的相關(guān)矩陣實(shí)現(xiàn)本征值分解而獲得，相關(guān)矩陣為R(k)＝HH(k)H(k)。
校準(zhǔn)后下行鏈路信道響應(yīng)矩陣Hcup(k)的奇異值分解可以被表示為H‾cup(k)=U‾ap(k)Σ‾(k)V‾utH(k),]]>其中k∈K等式(22)其中Uap(k)是Hcap(k)的左本征向量的(Nap×Nap)酉陣；∑(k)是Hcup(k)的奇異值的(Nap×Nut)對(duì)角線矩陣；以及Vut(k)是Hcup(k)的右本征向量的(Nut×Nut)酉陣。
酉陣特性是MHM＝I，其中I是單位矩陣。相應(yīng)地，校準(zhǔn)下行鏈路信道響應(yīng)矩陣Hcdn(k)的奇異值分解可以被表示為H‾cdn(k)=V‾ut*(k)Σ‾(k)U‾apT(k),]]>其中k∈K等式(23)
其中矩陣Vut*(k)和UapT(k)相應(yīng)是Hcdn(k)的左右本征向量的酉陣。矩陣Vut(k)，Vut*(k)，VutT(k)和VutH(k)是矩陣Vut(k)的不同形式，且矩陣Uap(k)，Uap*(k)，UapT(k)和UapH(k)是Uap(k)的不同形式。為了簡化，以下描述內(nèi)的矩陣Uap(k)和Vut(k)參考還可以指其各種其他形式。矩陣Uap(k)和Vut(k)相應(yīng)地由接入點(diǎn)和用戶終端用于空間處理并由其下標(biāo)表示。
奇異值分解進(jìn)一步在Gilbert Strang的書內(nèi)詳細(xì)描述，題為“Linear Algebraand Its Applications”，第二版，Academic Press，1980。
用戶終端可以基于接入點(diǎn)發(fā)送的MIMO導(dǎo)頻估計(jì)校準(zhǔn)后下行鏈路信道響應(yīng)。用戶終端可以為校準(zhǔn)下行鏈路信道響應(yīng)估計(jì) 實(shí)現(xiàn)奇異值分解，其中k∈K，以獲得 的左本征向量的對(duì)角矩陣 以及矩陣Vut*(k)。該奇異值分解可以給出為H‾^cdn(k)=V‾ut*(k)Σ‾^(k)U‾apT(k),]]>其中每個(gè)矩陣上的“^”表示是實(shí)際矩陣的估計(jì)。
類似地，接入點(diǎn)可以基于用戶終端發(fā)送的MIMO信道估計(jì)校準(zhǔn)后上行鏈路信道響應(yīng)。接入點(diǎn)可以為校準(zhǔn)后上行鏈路信道響應(yīng)估計(jì) 實(shí)現(xiàn)奇異值分解，其中k∈K，以獲得 的左本征向量的對(duì)角矩陣 和矩陣 該奇異值分解可以給出為H‾^cup(k)=U‾^ap(k)Σ‾^(k)V‾^utH(k).]]>然而，由于倒數(shù)信道和校準(zhǔn)，奇異值分解只需要由用戶終端或接入點(diǎn)實(shí)現(xiàn)以獲得 和 如果由用戶終端實(shí)現(xiàn)，則矩陣 用于在用戶終端處的空間處理，且矩陣 可以被發(fā)送回接入點(diǎn)接入點(diǎn)還能基于用戶終端發(fā)送的操縱基準(zhǔn)獲得矩陣 和 類似地，用戶終端還能基于接入點(diǎn)發(fā)送的操縱基準(zhǔn)獲得矩陣 和 操縱基準(zhǔn)在前述的臨時(shí)美國專利申請序列號(hào)60/421309內(nèi)描述。
矩陣 和 還可以用于在MIMO信道的NS個(gè)本征模式上發(fā)送獨(dú)立數(shù)據(jù)流，其中NS≤min{Nap，Nut}。以下描述雜下行鏈路和上行鏈路上發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)流的空間處理。
A.上行鏈路空間處理上行鏈路傳輸由用戶終端進(jìn)行的空間處理可以表示為x‾up(k)=K‾^ut(k)V‾^ut(k)s‾up(k),]]>其中k∈K等式(24)其中xup(k)是第k個(gè)子帶的上行鏈路的發(fā)射向量；以及sup(k)是用于在第k個(gè)子帶的NS個(gè)本征模式上發(fā)送的調(diào)制碼元的多達(dá)NS個(gè)非零項(xiàng)的“數(shù)據(jù)”向量。
還可以在傳輸前對(duì)調(diào)制碼元實(shí)現(xiàn)附加處理。例如信道反轉(zhuǎn)可以被應(yīng)用在數(shù)據(jù)子帶上(例如對(duì)于每個(gè)本征模式)使得接收到的SNR大致等于所有數(shù)據(jù)子帶?？臻g處理可以表示為x‾up(k)=K‾^ut(k)V‾^ut(k)W‾up(k)s‾up(k),]]>其中k∈K 等式(25)其中Wup(k)是帶有(可選)上行鏈路信道反轉(zhuǎn)的加權(quán)的矩陣。
信道反轉(zhuǎn)還可以在調(diào)制發(fā)生前通過將發(fā)射功率分配給每個(gè)子帶而實(shí)現(xiàn)，在該情況下向量sup(k)包括信道反轉(zhuǎn)系數(shù)，且矩陣Wup(k)可以從等式(25)中省略。在以下描述中，在等式內(nèi)使用矩陣Wup(k)指明信道反轉(zhuǎn)系數(shù)不被包括在向量sup(k)內(nèi)。在等式內(nèi)缺少矩陣Wup(k)可以指明(1)信道反轉(zhuǎn)未被實(shí)現(xiàn)或(2)信道反轉(zhuǎn)被實(shí)現(xiàn)且被包括在向量sup(k)內(nèi)。
信道反轉(zhuǎn)可以如前述的臨時(shí)美國專利申請序列號(hào)60/421309和10/229209內(nèi)描述的實(shí)現(xiàn)，后者題為“Coded MIMO Systems with Selective Channel InversionApplied Per Eigenmode”，提交于2002年8月27日，被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人并在此引入作為參考。
接入點(diǎn)處的接收上行鏈路傳輸可以被表示為r‾up(k)=H‾up(k)x‾up(k)+n‾(k)]]>其中k∈K 等式(26)=U‾^ap(k)Σ‾^(k)s‾up(k)+n‾(k)]]>rup(k)是第k個(gè)子帶的上行鏈路的接收到向量；n(k)是第k個(gè)子帶的加性白高斯噪聲(AWGN)；以及xup(k)如等式(24)示出。
接收到上行鏈路傳輸?shù)慕尤朦c(diǎn)處空間處理(或匹配濾波)可以表示為s‾^up(k)=Σ‾^-1(k)U‾^apH(k)r‾up(k)]]>=Σ‾^-1(k)U‾^apH(k)(U‾^ap(k)Σ‾^(k)s‾up(k)+n‾(k)),]]>=s‾up(k)+n‾~(k)]]>其中k∈K 等式(27)其中up(k)是用戶終端在上行鏈路上發(fā)送的數(shù)據(jù)向量sup(k)的估計(jì)，且 是處理后噪聲。等式(27)假設(shè)在發(fā)射機(jī)處未實(shí)現(xiàn)信道反轉(zhuǎn)，且接收到向量rup(k)如等式(26)內(nèi)示出。
B.下行鏈路空間處理下行鏈路傳輸?shù)慕尤朦c(diǎn)處空間處理可以表示為x‾dn(k)=K‾^ap(k)U‾^ap*(k)s‾dn(k),]]>其中k∈K等式(28)
其中xdn(k)是發(fā)送向量，且sdn(k)是下行鏈路的數(shù)據(jù)向量。
同樣附加處理(例如信道反轉(zhuǎn))也可以在傳輸前對(duì)調(diào)制碼元實(shí)現(xiàn)?？臻g處理還可以表示為x‾dn(k)=K‾^ap(k)U‾^ap*(k)W‾dn(k)s‾dn(k),]]>其中k∈K 等式(29)其中Wdn(k)是帶有(可選)下行鏈路信道反轉(zhuǎn)的加權(quán)的矩陣。
用戶終端處的接收下行鏈路傳輸可以被表示為r‾dn(k)=H‾dn(k)x‾dn(k)+n‾(k),]]>S基中k∈K 等式(30)=V‾^ut*(k)Σ‾^(k)s‾dn(k)+n‾(k)]]>其中xdn(k)是等式(28)示出的發(fā)射向量。
接收下行鏈路傳輸在用戶終端處的空間處理(或匹配濾波)可以表示為s^dn(k)‾=Σ‾^-1(k)V‾^utT(k)r‾dn(k)]]>=Σ‾^-1(k)V‾^utT(k)(V‾^ut*(k)Σ‾^(k)s‾dn(k)+_n‾(k)),]]>其中k∈K等式(31)=s‾dn(k)+n‾~(k)]]>等式(31)假設(shè)信道反轉(zhuǎn)不在發(fā)射機(jī)處實(shí)現(xiàn)，且接收向量rdn(k)如等式(30)內(nèi)示出。
表格2概述了用于數(shù)據(jù)傳輸和接收的在接入點(diǎn)和用戶終端處的空間處理。表格2假設(shè)在發(fā)射機(jī)處由W(k)實(shí)現(xiàn)附加處理。然而如果該附加處理不實(shí)現(xiàn)，則W(k)可以被視為單位矩陣。
表格2 在上述描述和表格2內(nèi)，糾正矩陣 和 相應(yīng)被應(yīng)用于接入點(diǎn)處和用戶終端處的發(fā)射端。這可以簡化總空間處理，因?yàn)檎{(diào)制碼元可能需要經(jīng)比例縮放(例如對(duì)于信道反轉(zhuǎn))且糾正矩陣 和 還可以與加權(quán)矩陣Wdn(k)和Wup(k)組合以獲得Gdn(k)和Gup(k)，其中G‾dn(k)=W‾dn(k)K‾^ap(k),]]>且G‾up(k)=W‾up(k)K‾^ut(k).]]>還可以實(shí)現(xiàn)該處理使得糾正矩陣用于接收空間處理(而不是發(fā)射空間處理)。
4.MIMO-OFDM系統(tǒng)圖5示出TDD MIMO-OFDM系統(tǒng)內(nèi)的接入點(diǎn)502和用戶終端504的實(shí)施例框圖。為了清楚，以下假設(shè)接入點(diǎn)和用戶終端每個(gè)備有四個(gè)發(fā)射/接收天線。
在下行鏈路上，在接入點(diǎn)502處，發(fā)射(TX)數(shù)據(jù)處理器510從數(shù)據(jù)源508接收話務(wù)數(shù)據(jù)(即信息比特)并從控制器530接收其他數(shù)據(jù)。TX數(shù)據(jù)處理器510對(duì)數(shù)據(jù)格式化、編碼、交織以及調(diào)制(即碼元映射)以提供調(diào)制碼元。TX空間處理器520接收來自TX數(shù)據(jù)處理器510的調(diào)制碼元并實(shí)現(xiàn)空間處理以提供四個(gè)發(fā)射碼元流，每個(gè)天線一個(gè)流。TX空間處理器520還在導(dǎo)頻碼元內(nèi)合適地進(jìn)行天線(例如為了校準(zhǔn))。
每個(gè)調(diào)制器(MOD)522接收并處理相應(yīng)發(fā)射碼元流以提供對(duì)應(yīng)OFDM碼元流。每個(gè)OFDM碼元進(jìn)一步由調(diào)制器522內(nèi)的發(fā)射鏈處理以提供對(duì)應(yīng)的下行鏈路已調(diào)信號(hào)。來自調(diào)制器522a到522d的四個(gè)下行鏈路已調(diào)信號(hào)然后相應(yīng)地從天線524a到524d被發(fā)送。
在用戶終端504處，天線522接收下行鏈路已調(diào)信號(hào)，且每個(gè)天線向相應(yīng)的解調(diào)器(DEMOD)554提供接收到信號(hào)。每個(gè)解調(diào)器554實(shí)現(xiàn)與在調(diào)制器522處實(shí)現(xiàn)的互補(bǔ)的處理并提供接收到碼元。接收(RX)空間處理器560然后對(duì)來自所有解調(diào)器554的接收到碼元實(shí)現(xiàn)空間處理以提供恢復(fù)的碼元，這是接入點(diǎn)發(fā)送的調(diào)制碼元估計(jì)。在校準(zhǔn)中，RX空間處理器還基于接入點(diǎn)發(fā)送的MIMO導(dǎo)頻而提供校準(zhǔn)后下行鏈路信道估計(jì) RX數(shù)據(jù)處理器570處理(例如碼元去映射、去交織并解碼)恢復(fù)后碼元以提供解碼后數(shù)據(jù)。解碼后數(shù)據(jù)可以包括恢復(fù)的話務(wù)數(shù)據(jù)、信令等，它們被提供給數(shù)據(jù)宿572以進(jìn)行存儲(chǔ)以及/或控制器580進(jìn)行進(jìn)一步處理。在校準(zhǔn)期間，RX數(shù)據(jù)處理器570提供校準(zhǔn)后上行鏈路信道估計(jì) 這由接入點(diǎn)導(dǎo)出且在下行鏈路上被發(fā)送。
控制器530和580控制在接入點(diǎn)和用戶終端處響應(yīng)的各種處理單元操作。在校準(zhǔn)期間，控制器580可以接收信道響應(yīng)估計(jì) 和 導(dǎo)出糾正矩陣 和 將矩陣 提供給TX空間處理器592進(jìn)行上行鏈路傳輸，并將矩陣 提供給TX數(shù)據(jù)處理器590以傳送回接入點(diǎn)。存儲(chǔ)器單元532和582相應(yīng)存儲(chǔ)控制器530和580使用的數(shù)據(jù)和程序代碼。
上行鏈路的處理可以與下行鏈路的處理相同或不同。數(shù)據(jù)和信令由TX數(shù)據(jù)處理器590處理(例如編碼、交錯(cuò)和調(diào)制)，且進(jìn)一步由TX空間處理器592進(jìn)行空間處理，該處理器在校準(zhǔn)期間在導(dǎo)頻碼元內(nèi)多路復(fù)用。導(dǎo)頻和調(diào)制碼元進(jìn)一步由調(diào)制器554處理以生成上行鏈路已調(diào)信號(hào)，它們?nèi)缓笸ㄟ^天線522被發(fā)送到接入點(diǎn)。
在接入點(diǎn)110處，上行鏈路已調(diào)信號(hào)由天線524接收，由解調(diào)器522解調(diào)，并由RX空間處理器540和RX數(shù)據(jù)處理器542以與在用戶終端處實(shí)現(xiàn)的互補(bǔ)的方式處理。在校準(zhǔn)期間，RX空間數(shù)據(jù)處理器還基于用戶終端發(fā)送的MIMO導(dǎo)頻提供校準(zhǔn)后上行鏈路信道估計(jì) 矩陣 由控制器530接收，然后提供給TX數(shù)據(jù)處理器510以發(fā)送回用戶終端。
圖6示出TX空間處理器520a的框圖，且這可以用于圖5內(nèi)的TX空間處理器520和590。為了簡潔，以下描述假設(shè)選用所有四個(gè)本征模式。
在處理器520a內(nèi)，多路分解器632接收要在四個(gè)本征模式上發(fā)送的四個(gè)調(diào)制碼元流(表示為s1(n)到s4(n))，將每個(gè)流多路分解為ND個(gè)數(shù)據(jù)子帶的ND個(gè)子流，并向相應(yīng)的TX子帶空間處理器640提供每個(gè)數(shù)據(jù)子帶的四個(gè)調(diào)制碼元流。每個(gè)處理器640為一個(gè)子帶實(shí)現(xiàn)等式(24)、(25)、(28)或(29)內(nèi)示出的處理。
在每個(gè)TX子帶空間處理器640內(nèi)，四個(gè)調(diào)制碼元子流(表示為s1(k)到s4(k))被提供給四個(gè)乘法器642a到642d，它們還為相關(guān)子帶的四個(gè)本征模式接收增益g1(k)，g2(k)，g3(k)和g4(k)。對(duì)于下行鏈路，每個(gè)數(shù)據(jù)子帶的四個(gè)增益是對(duì)應(yīng)矩陣Gdn(k)的對(duì)角線元素，其中Gdn(k)=K^dn(k)]]>或Gdn(k)=Wdn(k)K^ap(k).]]>對(duì)于上行鏈路，增益是矩陣Gup(k)的對(duì)角元素，其中Gup(k)=K^ut(k)]]>或Gup(k)=Wup(k)K^ut(k).]]>每個(gè)乘法器642用其增益gm(k)對(duì)其調(diào)制碼元進(jìn)行比例縮放以提供經(jīng)比例縮放的調(diào)制碼元。乘法器642a到642d向四個(gè)波束成形器650a到650d分別提供四個(gè)經(jīng)比例縮放的調(diào)制碼元流。
每個(gè)波束成形器650實(shí)現(xiàn)波束成形以在一個(gè)子帶的一個(gè)本征模式上發(fā)送一個(gè)碼元子流。每個(gè)波束成形器650接收一個(gè)經(jīng)比例縮放的碼元子流sm(k)并使用相關(guān)本征模式的本征向量vm(k)實(shí)現(xiàn)波束成形。在每個(gè)波束成形器650內(nèi)，經(jīng)比例縮放的調(diào)制碼元被提供給四個(gè)乘法器652a到652d，它們還接收相關(guān)本征模式的本征向量vm(k)的四個(gè)元素vm，1(k)，vm，2(k)，vm，3(k)和vm，4(k)。本征向量vm(k)是下行鏈路的矩陣 的第m列，且是上行鏈路矩陣 的第m列。每個(gè)乘法器652然后將經(jīng)比例縮放的調(diào)制碼元乘以其本征向量值vm，j(k)以提供“波束成形后”的碼元。乘法器652a到652d向加法器660a到660d提供相應(yīng)的四個(gè)波束成形的子流(還從四個(gè)天線被發(fā)送)。
每個(gè)加法器660接收并對(duì)每個(gè)碼元時(shí)段的四個(gè)本征模式的四個(gè)波束成形碼元求和以為相關(guān)發(fā)射天線提供經(jīng)預(yù)調(diào)整碼元。求和器660a到660d為四個(gè)發(fā)射天線向緩沖器/多路復(fù)用器670a提供相應(yīng)的四個(gè)經(jīng)預(yù)調(diào)整碼元的四個(gè)子流。
每個(gè)緩沖器/多路復(fù)用670為ND個(gè)數(shù)據(jù)子帶從TX子帶空間處理器640接收導(dǎo)頻碼元以及經(jīng)預(yù)調(diào)整碼元。每個(gè)緩沖器/多路復(fù)用器670然后分別為導(dǎo)頻子帶、數(shù)據(jù)子帶和未使用子帶多路復(fù)用導(dǎo)頻碼元、預(yù)調(diào)整后碼元和零以形成該碼元周期的NF個(gè)發(fā)射碼元序列。在校準(zhǔn)期間，導(dǎo)頻碼元在指定子帶上被發(fā)送。乘法器668a到668d用相應(yīng)的分配給四個(gè)天線的Walsh序列W1到W4覆蓋四個(gè)天線的導(dǎo)頻碼元，如上所述且如表格1示出。每個(gè)緩沖器/多路復(fù)用器670為一個(gè)發(fā)射天線提供發(fā)射碼元流流xi(n)，其中發(fā)射碼元流包括NF個(gè)發(fā)射碼元的鏈接序列。
空間處理和OFDM調(diào)制在前述的臨時(shí)美國專利申請序列號(hào)60/421309內(nèi)有詳細(xì)描述。
在如上描述的本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例中，相同基本服務(wù)集合(BSS)或不同BSS內(nèi)的各個(gè)用戶終端(UT或SAT)間的對(duì)等通信可以如下描述地實(shí)現(xiàn)。用單個(gè)接入點(diǎn)(AP)校準(zhǔn)的UT或STA是基本服務(wù)集合(BSS)成員。單個(gè)接入點(diǎn)是到BSS內(nèi)所有UT的公共節(jié)點(diǎn)。如上描述的校準(zhǔn)方法方便了以下類型的通信(i)BSS內(nèi)的UT可以使用TX操縱以在上行鏈路(UL)上直接與AP通信，且AP可以使用TX操縱在上行鏈路(DL)上與UT通信。
(ii)BSS內(nèi)的UT可以使用操縱直接與相同BSS內(nèi)的另一UT通信。在該情況下，該對(duì)等通信必須自展(bootstrapped)，因?yàn)闆]有UT知道它們之間的信道。在各個(gè)實(shí)施例中，自展過程如下-對(duì)等鏈路的初始是指派AP(DAP)，且其他UT是被指派的UT(DUT)。
-DAP連同請求一起將MIMO導(dǎo)頻發(fā)送到DUT以建立鏈路，所述請求包括BSS ID加上DAPI D。請求需要在公共模式內(nèi)被發(fā)送(即TX分集)。
-DUT通過發(fā)送回操縱MIMO導(dǎo)頻加上包含DUT ID、其BSS ID和一些DAP使用的速率指示符的確認(rèn)而進(jìn)行響應(yīng)。
-DAP然后可以使用DL上的操縱，且DUT可以使用UL上的操縱。速率控制和跟蹤可以通過將傳輸分為DL和UL分段而進(jìn)行，且兩個(gè)分段之間有充分時(shí)間以允許處理。
(iii)即使當(dāng)每個(gè)用不同AP校準(zhǔn)時(shí)，屬于一個(gè)BSS(例如BSS1)的UT可以引導(dǎo)到屬于領(lǐng)域BSS(例如BSS2)。然而在該情況下會(huì)由相位旋轉(zhuǎn)岐義性(每子帶)。這是因?yàn)槿缟纤龅男?zhǔn)過程建立了對(duì)AP唯一的校準(zhǔn)基準(zhǔn)。該基準(zhǔn)是一復(fù)數(shù)常量，α(k,j)=gAPTX(0)gAPRX(0)]]>其中k是子帶索引，且j是AP索引，0是在AP上使用的基準(zhǔn)天線的索引(例如天線0)。在一實(shí)施例中，該恒量對(duì)于給定BSS內(nèi)的所有UT恒定，但對(duì)于不同的BSS是獨(dú)立的。
作為結(jié)果，當(dāng)來自BSS1的UT與BSS2內(nèi)的UT通信時(shí)，操縱但不對(duì)該恒量進(jìn)行糾正或補(bǔ)償可能會(huì)導(dǎo)致相位旋轉(zhuǎn)以及整個(gè)本征系統(tǒng)的幅度比例縮放。相位旋轉(zhuǎn)可以通過使用導(dǎo)頻(操縱和未經(jīng)操縱的)而確定，且可以在每個(gè)相應(yīng)的UT的接收機(jī)內(nèi)被去除。在一實(shí)施例中，幅度糾正和補(bǔ)償可以簡單地是SNR比例縮放，且可以通過估計(jì)在每個(gè)接收機(jī)處的噪聲底線而去除，這可能影響速率選擇。
在各種實(shí)施例中，屬于不同的BSS的UT間的對(duì)等交換可能如下進(jìn)行-對(duì)等鏈路的初始(例如BSS1內(nèi)的UT)是指派AP(DAP)，且其他UT(例如BSS2內(nèi)的UT)是被指派UT(DUT)。
-DAP連同請求一起將MIMO導(dǎo)頻發(fā)送到DUT以建立鏈路，所述請求包括BSS ID加上DAP ID。請求需要在公共模式內(nèi)被發(fā)送(即TX分集)。
-DUT通過發(fā)送回操縱MIMO導(dǎo)頻加上包含DUT ID、其BSS ID和一些DAP使用的速率指示符的確認(rèn)而進(jìn)行響應(yīng)。
-DAP接收機(jī)(Rx)可以估計(jì)上行鏈路(UL)上的相位旋轉(zhuǎn)并對(duì)每個(gè)子帶應(yīng)用糾正常量。DAP然后可以使用下行鏈路(DL)上的操縱，但需要包括在至少第一操縱分組上的操縱基準(zhǔn)的前同步碼(preamble)，以允許DUT接收機(jī)(Rx)糾正或補(bǔ)償每個(gè)子帶的DL上的相位旋轉(zhuǎn)。相繼DL傳輸可能不需要操縱基準(zhǔn)前同步碼。速率控制和跟蹤可以通過將傳輸分為DL和UL分段而進(jìn)行，且分段之間有充分時(shí)間以允許處理。
在此描述的校準(zhǔn)技術(shù)可以用各種方式實(shí)現(xiàn)。例如，這些技術(shù)可以在硬件、軟件或它們的組合內(nèi)來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于硬件實(shí)現(xiàn)而言，用于在接入點(diǎn)和用戶終端出實(shí)現(xiàn)的技術(shù)可以在以下設(shè)備內(nèi)實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)專用集成電路(ASIC)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、數(shù)字信號(hào)處理設(shè)備(DSPD)、可編程邏輯器件(PLD)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、處理器、控制器、微控制器、微處理器、設(shè)計(jì)成執(zhí)行這里所述功能的其它電子單元、或者它們的組合。
對(duì)于軟件實(shí)現(xiàn)而言，校準(zhǔn)技術(shù)可以用執(zhí)行這里所述功能的模塊(例如過程、功能等等)來實(shí)現(xiàn)。軟件代碼可以被保存在存儲(chǔ)器單元(例如圖5中的存儲(chǔ)器單元532或582)中，并可由處理器(例如控制器530或580)執(zhí)行。存儲(chǔ)器單元可以在處理器內(nèi)實(shí)現(xiàn)或在處理器外實(shí)現(xiàn)，在后者情況下，它可以通過各種領(lǐng)域內(nèi)已知的方式耦合到處理器。
這里包括的標(biāo)題供引用，并且?guī)椭ㄎ惶囟ǖ恼鹿?jié)。這些標(biāo)題并不限制其下所述概念的范圍，這些概念可應(yīng)用于整篇說明書中的其它章節(jié)。
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
1.一種在無線通信系統(tǒng)內(nèi)校準(zhǔn)下行鏈路和上行鏈路信道的方法，其特征在于，包括獲得下行鏈路信道響應(yīng)估計(jì)；獲得上行鏈路信道響應(yīng)估計(jì)；基于下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)估計(jì)確定第一和第二糾正因子集合；以及基于第一和第二糾正因子集合相應(yīng)地校準(zhǔn)下行鏈路信道和上行鏈路信道以形成校準(zhǔn)后下行鏈路信道和校準(zhǔn)后上行鏈路信道。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一糾正因子集合用于在下行鏈路信道上傳輸前對(duì)碼元進(jìn)行比例縮放，且所述第二糾正因子集合用于在上行鏈路信道上傳輸前對(duì)碼元進(jìn)行比例縮放。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一糾正因子集合用于對(duì)在下行鏈路信道上接收到的碼元進(jìn)行比例縮放，且所述第二糾正因子集合用于對(duì)上行鏈路信道上接收到的碼元進(jìn)行比例縮放。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一和第二糾正因子集合基于以下等式確定H‾^upK‾^ut=(H‾^dnK‾^ap)T]]>其中 是下行鏈路信道響應(yīng)估計(jì)的矩陣； 是上行鏈路信道響應(yīng)估計(jì)的矩陣， 是第一糾正因子集合的矩陣， 是第二糾正因子集合的矩陣，以及“T”表示轉(zhuǎn)置。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述確定第一和第二糾正因子集合包括用矩陣 與矩陣 的每個(gè)元素之比計(jì)算矩陣C，以及基于矩陣C導(dǎo)出矩陣 和
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)出矩陣 包括標(biāo)準(zhǔn)化矩陣C的多個(gè)行中的每一個(gè)；以及確定矩陣C的多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化行的均值，且其中矩陣 基于多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化行的均值形成。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)出矩陣 包括標(biāo)準(zhǔn)化矩陣C的多個(gè)列中的每一個(gè)；以及確定矩陣C的多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化列的逆的均值，且其中矩陣 基于多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化列的逆的均值形成。
8.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述矩陣 和 基于最小均方誤差(MMSE)計(jì)算而導(dǎo)出。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述MMSE計(jì)算最小化均方誤差(MSE)，所述均方誤差給出為|H‾^upK‾^ut-(H‾^dnK‾^ap)T|2]]>
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括確定指示下行鏈路信道響應(yīng)估計(jì)和上行鏈路信道響應(yīng)估計(jì)間平均差的比例縮放值。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)的估計(jì)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化以考慮接收機(jī)噪聲底線。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述確定在用戶終端處實(shí)現(xiàn)。
13.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，為第一子帶集合確定下行鏈路信道的第一糾正因子矩陣集合，所述方法還包括內(nèi)插第一矩陣集合以便為第二子帶集合的下行鏈路信道獲得第二糾正因子矩陣集合。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)的估計(jì)各自基于從多個(gè)天線發(fā)射的導(dǎo)頻而獲得，并用多個(gè)正交序列經(jīng)正交化。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述上行鏈路信道響應(yīng)估計(jì)是基于上行鏈路信道上發(fā)送的導(dǎo)頻而獲得，且其中下行鏈路信道響應(yīng)估計(jì)基于下行鏈路信道上發(fā)送的導(dǎo)頻而獲得。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述TDD系統(tǒng)是多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述TDD系統(tǒng)使用正交頻分復(fù)用(OFDM)。
18.無線時(shí)分雙工(TDD)多輸入多輸出(MIMO)通信系統(tǒng)內(nèi)校準(zhǔn)下行鏈路和上行鏈路信道的方法，其特征在于，包括在上行鏈路信道上發(fā)送導(dǎo)頻；獲得基于上行鏈路信道上發(fā)送的導(dǎo)頻導(dǎo)出的上行鏈路信道響應(yīng)的估計(jì)；接收下行鏈路信道上的導(dǎo)頻；獲得基于下行鏈路信道上接收到的導(dǎo)頻導(dǎo)出的下行鏈路信道響應(yīng)的估計(jì)；以及基于下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)的估計(jì)確定第一和第二糾正因子集合，其中校準(zhǔn)后下行鏈路信道通過使用下行鏈路信道的第一糾正因子集合而形成，且校準(zhǔn)后上行鏈路信道通過使用上行鏈路信道的第二糾正因子集合而形成。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述第一和第二糾正因子集合是基于最小均方誤差(MMSE)計(jì)算而確定的。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述第一和第二糾正因子集合基于矩陣比計(jì)算而確定。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述第一糾正因子集合基于用多個(gè)用戶終端校準(zhǔn)而更新。
22.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，還包括在下行鏈路上傳輸之前用第一糾正因子集合對(duì)碼元進(jìn)行比例縮放。
23.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，還包括在上行鏈路上傳輸之前用第二糾正因子集合對(duì)碼元進(jìn)行比例縮放。
24.無線時(shí)分雙工(TDD)多輸入多輸出(MIMO)通信系統(tǒng)內(nèi)的裝置，其特征在于，包括獲得下行鏈路信道響應(yīng)估計(jì)的裝置；獲得上行鏈路信道響應(yīng)估計(jì)的裝置；基于下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)的估計(jì)確定第一和第二糾正因子集合的裝置，其中校準(zhǔn)后下行鏈路信道通過使用下行鏈路信道的第一糾正因子集合而形成，且校準(zhǔn)后上行鏈路信道通過使用上行鏈路信道的第二糾正因子集合而形成。
25.無線時(shí)分雙工(TDD)通信系統(tǒng)內(nèi)的用戶終端，其特征在于，包括TX空間處理器，用于在上行鏈路信道上發(fā)送第一導(dǎo)頻；RX空間處理器，用于在下行鏈路信道上接收第二導(dǎo)頻，并基于接收到的第二導(dǎo)頻導(dǎo)出下行鏈路信道響應(yīng)估計(jì)，并接收基于發(fā)送的第一導(dǎo)頻導(dǎo)出的上行鏈路信道響應(yīng)的估計(jì)；以及控制器，用于基于下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)估計(jì)確定第一和第二糾正因子集合，其中校準(zhǔn)后下行鏈路信道通過使用下行鏈路信道的第一糾正因子而形成，校準(zhǔn)后上行鏈路信道通過使用上行鏈路信道的第二糾正因子集合而形成。
26.如權(quán)利要求25所述的用戶終端，其特征在于，所述控制器還用于基于最小均方誤差(MMSE)計(jì)算確定第一和第二糾正因子集合。
27.如權(quán)利要求25所述的用戶終端，其特征在于，所述控制器還用于基于矩陣比計(jì)算確定第一和第二糾正因子集合。
28.無線系統(tǒng)內(nèi)通信的方法，其特征在于，包括基于從與一個(gè)或多個(gè)通信鏈路相關(guān)聯(lián)的信道響應(yīng)估計(jì)導(dǎo)出的一個(gè)或多個(gè)糾正因子集合，校準(zhǔn)多個(gè)用戶站和一個(gè)或多個(gè)接入點(diǎn)之間的一個(gè)或多個(gè)通信鏈路，所述多個(gè)用戶站包括第一用戶站和第二用戶站；以及不在第一和第二用戶站間實(shí)行校準(zhǔn)而使用操縱來建立第一和第二用戶站間的通信。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，所述建立第一和第二用戶站間的通信包括從第一用戶站發(fā)送導(dǎo)頻和請求以建立與第二用戶站的通信鏈路；響應(yīng)于從第一用戶站接收到導(dǎo)頻和請求而從第二用戶站發(fā)送操縱導(dǎo)頻和確認(rèn)；基于操縱導(dǎo)頻使用操縱在第一和第二用戶站之間發(fā)送信息。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述建立通信的請求包括基本服務(wù)集合標(biāo)識(shí)符以及第一用戶站標(biāo)識(shí)符，所述第一用戶站屬于所述基本服務(wù)集合。
31.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述確認(rèn)包括第二用戶站標(biāo)識(shí)符、基本服務(wù)集合標(biāo)識(shí)符和數(shù)據(jù)速率指示符，第二用戶站屬于所述基本服務(wù)集合。
32.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，一個(gè)或多個(gè)接入點(diǎn)包括與第一基本服務(wù)集合(BSS)相關(guān)聯(lián)的第一接入點(diǎn)，以及與第二BSS相關(guān)聯(lián)的第二接入點(diǎn)，其中所述第一用戶站關(guān)于第一接入點(diǎn)校準(zhǔn)，且第二用戶站關(guān)于第二接入點(diǎn)校準(zhǔn)，且其中建立第一和第二用戶站間的通信包括從第一用戶站發(fā)送導(dǎo)頻和請求以建立與第二用戶站的通信鏈路；響應(yīng)于從第一用戶站接收到導(dǎo)頻和請求而從第二用戶站發(fā)送操縱導(dǎo)頻和確認(rèn)；以及使用經(jīng)調(diào)整以補(bǔ)償關(guān)于不同接入點(diǎn)的第一和第二用戶站校準(zhǔn)引起的相位旋轉(zhuǎn)的操縱在第一和第二用戶站間發(fā)送信息。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，所述相位旋轉(zhuǎn)基于從第二用戶站接收的操縱導(dǎo)頻而確定。
34.用于無線系統(tǒng)內(nèi)通信的裝置，其特征在于，包括基于從與一個(gè)或多個(gè)通信鏈路相關(guān)的信道響應(yīng)估計(jì)導(dǎo)出的一個(gè)或多個(gè)糾正因子集合，校準(zhǔn)多個(gè)用戶站和一個(gè)或多個(gè)接入點(diǎn)之間的一個(gè)或多個(gè)通信鏈路的裝置，所述多個(gè)用戶站包括第一用戶站和第二用戶站；以及不在第一和第二用戶站之間進(jìn)行校準(zhǔn)而使用操縱建立第一和第二用戶站間的通信的裝置。
35.如權(quán)利要求34所述的裝置，其特征在于，建立第一和第二用戶站之間通信包括用于從第一用戶站發(fā)送導(dǎo)頻和請求以建立與第二用戶站的通信鏈路的裝置；響應(yīng)于從第一用戶站接收到導(dǎo)頻和請求而從第二用戶站發(fā)送操縱導(dǎo)頻和確認(rèn)的裝置；基于操縱導(dǎo)頻使用操縱在第一和第二用戶站間發(fā)送信息的裝置。
36.如權(quán)利要求35所述的裝置，其特征在于，所述建立通信的請求包括基本服務(wù)集合標(biāo)識(shí)符以及第一用戶站標(biāo)識(shí)符，所述第一用戶站屬于所述基本服務(wù)集合。
37.如權(quán)利要求35所述的裝置，其特征在于，所述確認(rèn)包括第二用戶站的標(biāo)識(shí)符、基本服務(wù)集合標(biāo)識(shí)符以及數(shù)據(jù)速率指示符，所述第二用戶站屬于所述基本服務(wù)集合。
38.如權(quán)利要求34所述的裝置，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)接入點(diǎn)包括與第一基本服務(wù)集合(BSS)相關(guān)聯(lián)的第一接入點(diǎn)以及與第二BSS相關(guān)聯(lián)的第二接入點(diǎn)，其中所述第一用戶站關(guān)于第一接入點(diǎn)校準(zhǔn)，且第二用戶站關(guān)于第二接入點(diǎn)校準(zhǔn)，且其中建立第一和第二用戶站間的通信包括從第一用戶站發(fā)送導(dǎo)頻和請求以建立與第二用戶站的通信鏈路；響應(yīng)于從第一用戶站接收到導(dǎo)頻和請求而從第二用戶站發(fā)送操縱導(dǎo)頻和確認(rèn)；以及使用經(jīng)調(diào)整以補(bǔ)償關(guān)于不同接入點(diǎn)的第一和第二用戶站校準(zhǔn)引起的相位旋轉(zhuǎn)的操縱在第一和第二用戶站間發(fā)送信息。
39.如權(quán)利要求38所述的裝置，其特征在于，所述相位旋轉(zhuǎn)基于從第二用戶站接收到的操縱導(dǎo)頻而確定。
全文摘要
用于校準(zhǔn)下行鏈路和上行鏈路信道以考慮接入點(diǎn)和用戶終端處發(fā)射和接收鏈頻率響應(yīng)差異的技術(shù)。在一實(shí)施例中，導(dǎo)頻在下行鏈路和上行鏈路信道上被發(fā)送，且用于導(dǎo)出響應(yīng)的下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)估計(jì)。兩個(gè)糾正因子集合然后基于下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)估計(jì)而確定。校準(zhǔn)下行鏈路信道通過使用下行鏈路信道的第一糾正因子集合而形成，且校準(zhǔn)上行鏈路信道通過使用上行鏈路信道的第二糾正因子集合而形成。第一和第二糾正因子集合可以使用矩陣比計(jì)算或最小均方誤差(MMSE)計(jì)算而確定。校準(zhǔn)可以基于空氣傳輸而實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H04L5/14GK1751484SQ200380106797
公開日2006年3月22日 申請日期2003年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月25日
發(fā)明者M·華萊士, J·W·凱淳, R·J·沃爾頓, S·J·海華德 申請人:高通股份有限公司