專利名稱：同時支持miso和mimo接收機(jī)的多天線系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及數(shù)據(jù)通信，尤其涉及無線多天線通信系統(tǒng)的導(dǎo)頻傳輸。
背景技術(shù)：
多天線通信系統(tǒng)采用多個(T)發(fā)射天線和一個或多個(R)接收天線進(jìn)行數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻的傳輸。由此，多天線系統(tǒng)可以是多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)或多輸入單輸出(MISO)系統(tǒng)。對于MIMO系統(tǒng)，由多個發(fā)射天線和多個接收天線形成的MIMO信道由S個空間信道組成，其中S≤min{T，R}。S空間信道可用于并行發(fā)射數(shù)據(jù)以達(dá)到較高的總體吞吐量，和/或冗余地發(fā)射數(shù)據(jù)以達(dá)到更高的可靠性。對于MISO系統(tǒng)，由多個發(fā)射天線和單個接收天線形成的MISO信道由一個空間信道組成。然而多個發(fā)射天線可用于冗余地發(fā)射數(shù)據(jù)以達(dá)到更高的可靠性。
為了恢復(fù)經(jīng)由無線信道發(fā)送的數(shù)據(jù)，通常需要對發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的無線信道進(jìn)行精確的評估。通常，信道估計(jì)是通過從發(fā)射機(jī)發(fā)送導(dǎo)頻并在接收機(jī)處測量導(dǎo)頻來實(shí)現(xiàn)的。導(dǎo)頻由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)在先知道的調(diào)制符號組成。因此，接收機(jī)能夠基于接收的導(dǎo)頻符號和已知發(fā)射的導(dǎo)頻符號估計(jì)出信道響應(yīng)。
多天線系統(tǒng)可以同時支持MISO接收機(jī)(配置一個天線的接收機(jī))和MIMO接收機(jī)(配置多個天線的接收機(jī))。MISO和MIMO接收機(jī)通常需要不同的信道估計(jì)，并且由此對導(dǎo)頻傳輸具有不同的需求，如下所述。由于導(dǎo)頻傳輸代表在多天線系統(tǒng)中的開銷，因而期望使得導(dǎo)頻傳輸最小化到可能的程度。然而，導(dǎo)頻傳輸應(yīng)使的MISO和MIMO接收機(jī)都能夠獲得足夠質(zhì)量的信道估計(jì)。
因此，在本領(lǐng)域中需要一種能在多天線系統(tǒng)中有效地發(fā)射導(dǎo)頻的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
在此描述用于單載波和多載波多天線通信系統(tǒng)的有效導(dǎo)頻傳輸方案。通常，MISO接收機(jī)希望導(dǎo)頻將在一個空間方向上從多個(T)發(fā)射天線發(fā)送出來，這樣就能夠?qū)邮盏膶?dǎo)頻符號進(jìn)行濾波，從而獲得較高質(zhì)量的信道估計(jì)。MIMO接收機(jī)通常要求導(dǎo)頻將在不同空間方向上從T個發(fā)射天線發(fā)送出來，這樣就可以估計(jì)不同發(fā)射和接收天線對的信道增益。
在一種導(dǎo)頻傳輸方案中，定義了單個“訓(xùn)練”系數(shù)矩陣，以便能夠用于MISO和MIMO接收機(jī)的導(dǎo)頻傳輸。訓(xùn)練矩陣包含M個訓(xùn)練矢量，其中M≥T，并且每個訓(xùn)練矢量包含T個系數(shù)。對于該導(dǎo)頻發(fā)射方案，M個訓(xùn)練矢量是對應(yīng)M個不同的空間方向，并且彼此之間是不正交的。每個訓(xùn)練矢量用于生成各自的包含T個定標(biāo)(scaled)符號的一個集合以便從T個發(fā)射天線進(jìn)行發(fā)射。利用M個訓(xùn)練矢量可生成M個包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合，并在例如M個符號周期中發(fā)射這M個集合的符號。M個包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合適合用于MISO和MIMO接收機(jī)的信道估計(jì)。在訓(xùn)練矩陣中選擇M乘T個系數(shù)，從而例如，使得MISO和MIMO接收機(jī)的信道估計(jì)誤差最小化。
在另一(“遞增的”)導(dǎo)頻傳輸方案中，使用第一訓(xùn)練矢量生成包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的第一集合并且將這些符號從T個發(fā)射天線發(fā)射出去(例如，連續(xù)的)。如果系統(tǒng)將支持至少一個MIMO接收機(jī)，那么使用至少T-1個附加訓(xùn)練矢量生成至少T-1個包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的附加集合并從T個發(fā)射天線發(fā)射出去。例如，定標(biāo)導(dǎo)頻符號的附加組可以是循環(huán)的，每一附加組的定標(biāo)導(dǎo)頻符號在各自的符號周期內(nèi)發(fā)射。為了改進(jìn)信道估計(jì)性能，訓(xùn)練矢量可以定義為相互正交?；诘谝唤M定標(biāo)導(dǎo)頻符號，每個MISO接收機(jī)能夠估計(jì)其MISO信道?；诘牡谝唤M和附加組的定標(biāo)導(dǎo)頻符號，每個MIMO接收機(jī)能夠估計(jì)其MIMO信道。
如果多天線系統(tǒng)利用正交頻分復(fù)用(OFDM)，那么每個定標(biāo)導(dǎo)頻符號可以從各自的發(fā)射天線的包含P個子帶的集合上發(fā)射，其中P＞1。這就允許MISO和MIMO接收機(jī)分別估計(jì)它們的MISO和MIMO信道的完整頻率響應(yīng)。這里也描述了信道估計(jì)技術(shù)。下面，將進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的各個方面和實(shí)施例。


根據(jù)以下結(jié)合附圖給出的詳細(xì)描述，本發(fā)明的特征和性質(zhì)將變得更加顯而易見，附圖中相同的參考標(biāo)記用于標(biāo)識在整個附圖中相應(yīng)的部件，其中圖1示出具有一個發(fā)射機(jī)和兩個接收機(jī)的多天線系統(tǒng)；圖2A和2B示出在4×4系統(tǒng)中由MISO和MIMO接收機(jī)分別執(zhí)行的信道估計(jì)；圖3示出多天線OFDM系統(tǒng)的子帶結(jié)構(gòu)；圖4A示出為MISO和MIMO接收機(jī)使用共用訓(xùn)練矩陣的導(dǎo)頻傳輸方案；圖4B示出遞增的導(dǎo)頻發(fā)送方案；圖5示出在使用遞增的導(dǎo)頻傳輸方案的多天線系統(tǒng)中發(fā)射導(dǎo)頻的過程；圖6示出多天線系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)、MISO接收機(jī)和MIMO接收機(jī)的框圖；圖7示出在發(fā)射機(jī)的發(fā)射(TX)空間處理器和發(fā)射單元；以及圖8A和8B分別示出用于MIMO接收機(jī)的接收單元和信道估計(jì)器。
具體實(shí)施例方式
在此使用的詞“示例性”意指“充當(dāng)實(shí)例、范例、或說明”。在此作為“示例性”描述的任何實(shí)施例或設(shè)計(jì)不必解釋為優(yōu)選的或比其他實(shí)施例或設(shè)計(jì)更為有利。
1.單載波多天線系統(tǒng)圖1示出了具有一個發(fā)射機(jī)110和兩個接收機(jī)150a和150b的多天線通信系統(tǒng)100。簡單起見，發(fā)射機(jī)110具有兩個發(fā)射天線，MISO接收機(jī)150a具有單個接收天線，而MIMO接收機(jī)150b具有兩個接收天線。
由發(fā)射機(jī)處的兩個天線和MISO接收機(jī)處的單個天線形成的MISO信道可由1×2信道響應(yīng)行矢量hmiso來描述其特征，該矢量可以表示為hmiso＝[h1h2]公式(1)其中陣元hj，j＝1，2，代表發(fā)射天線j和MISO接收機(jī)的單個天線之間的復(fù)信道增益。一個矢量通常也表示為一列，而行矢量通常表示為一行。
由發(fā)射機(jī)的兩個天線和MIMO接收機(jī)的兩個天線形成的MIMO信道可由2×2信道響應(yīng)矩陣H來描述其特征，該矩陣可以表示為H‾=h1,1h1,2h2,1h2,2,]]>公式(2)其中陣元hi，j，i＝1，2和j＝1，2，代表發(fā)送天線j和MIMO接收機(jī)處的接收天線i之間的復(fù)信道增益。在每個發(fā)射/接收天線對之間存在一個單輸入單輸出(SISO)信道。H中的四個陣元是對MIMO信道中的四個SISO信道的信道增益的指示。矩陣H也可以被視作包含對應(yīng)于每個接收天線i的一個信道響應(yīng)行矢量hi。
發(fā)射機(jī)可從每個發(fā)射天線發(fā)射導(dǎo)頻符號以使得MISO和MIMO接收機(jī)能夠估計(jì)它們各自的MISO和MIMO信道響應(yīng)。每個導(dǎo)頻符號是發(fā)射機(jī)和接收機(jī)均先前已知的調(diào)制符號。如在圖1中所示，為了便于接收機(jī)的信道估計(jì)，在從發(fā)射天線發(fā)射之前，發(fā)射機(jī)使用乘法器112，將每個發(fā)射天線j的導(dǎo)頻符號pj與對應(yīng)的系數(shù)uj，m相乘。
在MISO接收機(jī)處的接收符號可以表示為rmiso，m＝hmiso·um+nmiso＝h1·u1，m+h2·u2，m+nmiso，公式(3)其中rmiso，m是MISO接收機(jī)的接收符號；um＝[u1，mu2，m]T是用于導(dǎo)頻傳輸?shù)?×1的系數(shù)矢量，其中“T”表示轉(zhuǎn)置；以及nmiso是在MISO接收機(jī)處的噪聲。
由于um用于導(dǎo)頻傳輸，因而矢量um也稱為“訓(xùn)練”矢量。
相同導(dǎo)頻傳輸在MIMO接收機(jī)處的接收符號可以表示為r‾m=H‾·u‾m+n‾=r1,mr2,m=h11·u1,m+h12·u2,m+n1h21·u1,m+h22·u2,m+n2]]>公式(4)其中[rm＝[r1，mr2，m]T是MIMO接收機(jī)的2×1接收符號矢量；以及n＝[n1n2]T是MIMO接收機(jī)的噪聲矢量。
為簡單起見，導(dǎo)頻符號未在公式(3)和(4)中示出。
典型地，發(fā)射機(jī)從兩個發(fā)射天線向MISO接收機(jī)冗余地發(fā)射數(shù)據(jù)。在這種情況下，MISO接收機(jī)只需要估計(jì)一個復(fù)合MISO信道，其為hmiso＝h1+h2，而不需要為組成MISO信道的各個SISO信道估計(jì)信道增益h1和h2。如果兩個系數(shù)相等(即u1，m＝u2，m)，那么MISO接收機(jī)可對在多個符號周期內(nèi)獲得的接收符號進(jìn)行平均(或?yàn)V波)，以導(dǎo)出較高質(zhì)量的信道估計(jì)。符號周期是指發(fā)射數(shù)據(jù)或?qū)ьl符號的持續(xù)時間。
發(fā)射機(jī)可并行地從兩個發(fā)射天線向MIMO接收機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，以提高吞吐量。在這種情況下，MIMO接收機(jī)需要(1)為組成MIMO信道的各個SISO信道估計(jì)信道增益h11、h12、h21、和h22以及(2)使用這些信道增益估計(jì)來恢復(fù)數(shù)據(jù)傳輸。然而，對于上面描述的導(dǎo)頻傳輸，MIMO接收機(jī)僅具有針對兩個接收符號r1，m和r2，m的兩個公式，如在公式(4)中所示。為了得出四個未知信道增益，MIMO接收機(jī)將需要兩個附加的公式。發(fā)射機(jī)可通過在兩個符號周期內(nèi)使用兩個不同訓(xùn)練矢量ua和ub發(fā)送導(dǎo)頻符號來便于實(shí)現(xiàn)MIMO信道估計(jì)。在MIMO接收機(jī)處的接收符號可以表示為ra＝H·ua+n和rb＝H·ub+n， 公式(5)其中ra和rb是在兩個符號周期內(nèi)的接收符號的兩個矢量。MIMO信道被假設(shè)為在兩個符號周期上為常量?，F(xiàn)在MIMO接收機(jī)具有了針對兩個矢量ra和rb中的四個接收符號的四個公式。如果適當(dāng)?shù)剡x擇訓(xùn)練矢量ua和ub，那么MIMO接收機(jī)能夠基于矢量ra、rb、ua和ub得出四個未知信道增益。
簡單起見，以上描述是針對2×2系統(tǒng)的，其中發(fā)射機(jī)具有兩個發(fā)射天線，且接收機(jī)具有至多兩個接收天線。通常，多天線系統(tǒng)可以包括具有任意數(shù)量天線的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，即T和R可以為任意整數(shù)。為了易于MIMO接收機(jī)進(jìn)行信道估計(jì)，發(fā)射機(jī)可以使用M個訓(xùn)練矢量發(fā)射導(dǎo)頻(例如，在M個符號周期中)，其中通常M≥T。每個訓(xùn)練矢量包含對應(yīng)T個發(fā)射天線的T個系數(shù)。
在T×R系統(tǒng)中，MIMO接收機(jī)的接收符號可以表示為R＝H×U+N，公式(6)其中R是M個符號周期中R×M接收符號矩陣；H是MIMO接收機(jī)的R×T信道響應(yīng)矩陣；U是用于M個符號周期的T×M系數(shù)訓(xùn)練矩陣；以及N是在M個符號周期中MIMO接收機(jī)處的R×M噪聲矩陣。
矩陣U包括M個訓(xùn)練矢量或列(即U＝[uaub…uM])，其中一個訓(xùn)練矢量用于每個符號周期中的導(dǎo)頻傳輸。矩陣R包含在M個符號周期中的M個接收符號矢量或列(即，R＝[rarb…rM])。MIMO接收機(jī)可以按如下公式導(dǎo)出MIMO信道估計(jì)H‾^=R‾·U‾-1=(H‾·U‾+N‾)·U‾-1=H‾·U‾·U‾-1+N‾·U‾-1]]>公式(7)通過對接收符號矩陣R執(zhí)行某些其它線性操作可獲得估計(jì)出的信道響應(yīng)矩陣
在T×R系統(tǒng)中對于相同導(dǎo)頻傳輸MISO接收機(jī)的接收符號可以表示為rmiso＝hmiso·U+nmiso公式(8)其中rmiso是在M個符號周期中1×M的接收符號行矢量；hmiso是MISO接收機(jī)的1×T的信道響應(yīng)行矢量；以及nmiso是M個符號周期中MISO接收機(jī)處1×M的噪聲行矢量。
行矢量rmiso包含M個符號周期中的M個接收符號(即rmiso＝[rmiso，armiso，b…rmiso，M])。
MISO接收機(jī)通常只需要估計(jì)復(fù)合MISO信道，其為hmiso＝h1+h2+…+hT，而不需要估計(jì)MISO信道中的各個SISO信道。只用U中的一個訓(xùn)練矢量即可評估出復(fù)合MISO信道。例如，如果訓(xùn)練矢量包含全1，那么復(fù)合MISO信道可被估計(jì)為接收符號，或 MISO接收機(jī)希望U中的訓(xùn)練矢量是相同的，并且指向相同的空間方向，由此可對接收符號rmiso，a到rmiso，M進(jìn)行濾波，以獲得更精確的復(fù)合MISO信道估計(jì)。
MIMO接收機(jī)通常需要估計(jì)MIMO信道中各個SISO信道的信道增益，或信道響應(yīng)矩陣H的R·T個元素。這要求U中的M個訓(xùn)練矢量是不同的，并且指向不同的空間方向。當(dāng)U是酉矩陣并且M個訓(xùn)練矢量互相正交時，可以獲得MIMO信道估計(jì)的最佳性能。該正交條件可以表示為UH·U＝I，其中I是單位矩陣，并且“H”指示共軛轉(zhuǎn)置矩陣。正交條件可以等價(jià)的表示為u‾mH·u‾λ=0,]]>λ＝a…M，m＝a…M，和λ≠m。
作為一個例子，對于2×2系統(tǒng)中，下列訓(xùn)練矩陣U2×2miso和U2×2mimo可以分別用于MISO和MIMO接收機(jī)U‾2×2miso=1111]]>和U‾2×2mimo=111-1]]>公式(9)如上所述以及由公式(9)可見，MISO和MIMO接收機(jī)希望不同的訓(xùn)練矩陣。
可以定義一個共用訓(xùn)練矩陣U2×2com，并將其用于同時支持MISO和MIMO接收機(jī)，如下
U‾2×2com=u1,a′u1,b′u2,a′u2,b′]]>公式(10)選擇訓(xùn)練矩陣U2×2com中的系數(shù)，以為MISO和MIMO接收機(jī)提供良好的信道估計(jì)性能。信道估計(jì)性能可以由各種標(biāo)準(zhǔn)量化。在一個對于4×4系統(tǒng)，下列訓(xùn)練矩陣U4×4miso和U4×4mimo可分別地用于MISO和MIMO接收機(jī)U‾4×4miso=1111111111111111]]>和U‾4×4mimo=11111-11-111-1-11-1-11]]>公式(11)再者，可以定義一個共用訓(xùn)練矩陣U4×4com并將其用于同時支持MISO和MIMO接收機(jī)，如下
U‾4×4com=u1,a′u1,b′u1,c′u1,d′u2,a′u2,b′u2,c′u2,d′u3,a′u3,b′u3,c′u3,d′u4,a′u4,b′u4,c′u4,d′]]>公式(12)其中U‾4×4com=u′‾au′‾bu′‾cu′‾d]]>和u′m，m＝a，b，c，d是U4×4com的第m個訓(xùn)練矢量或列?；诟鞣N考慮，如上針對訓(xùn)練矩陣U2×2com所述，可對矢量矩陣U4×4com中的系數(shù)進(jìn)行選擇，以便為MISO和MIMO接收機(jī)提供良好的信道估計(jì)性能。
在一個導(dǎo)頻傳輸方案中，發(fā)射機(jī)利用U4×4com中的訓(xùn)練矢量發(fā)射導(dǎo)頻。例如，發(fā)射機(jī)可以從頭到尾循環(huán)U4×4com中的四個訓(xùn)練矢量，并在符號周期n中使用u′a發(fā)射該導(dǎo)頻，然后在下一個符號周期n+1中使用u′b，然后在符號周期n+2中使用u′c，然后在符號周期n+3中使用u′d，繼而在符號周期n+4返回到使用u′a，并以此類推。
圖2A示出針對第一導(dǎo)頻傳輸方案的在4×4系統(tǒng)中由MISO接收機(jī)執(zhí)行的信道估計(jì)。如上描述，發(fā)射機(jī)通過從頭到尾地循環(huán)U4×4com中的四個訓(xùn)練矢量來發(fā)射導(dǎo)頻。MISO接收機(jī)的接收符號，在符號周期n中為rmiso(n)＝hmiso·u′a+nmiso，在符號周期n+1中接收符號為rmiso(n+1)＝hmiso·u′b+nmiso，等等，如圖2A所示。MISO接收機(jī)能夠?qū)@些接收符號進(jìn)行濾波，例如使用有限沖擊響應(yīng)(FIR)濾波器，獲得在符號周期n處的復(fù)合MISO信道估計(jì) 如下所示h^miso(n)=Σi=L1L2c(i)·rmiso(n-i)]]>公式(13)其中c(i)，i＝L1…L2，是FIR濾波器的系數(shù)；以及L1和L2是FIR濾波器的時間范圍。
對于因果FIR濾波器，L1＝0，L2≥1，且復(fù)合MISO信道估計(jì) 是在L2個先前符號周期和當(dāng)前符號周期中的接收符號的加權(quán)和。對于非因果FIR濾波器L1≥1，L2≥1，以及復(fù)合MISO信道估計(jì) 是在L2個先前符號周期、當(dāng)前符號周期和L1個未來符號周期中的接收符號的加權(quán)和。為了實(shí)現(xiàn)非因果FIR濾波器，需要緩存L1個接收符號。
圖2B示出針對第一導(dǎo)頻傳輸方案的在4×4系統(tǒng)中由MIMO接收機(jī)執(zhí)行的信道估計(jì)。發(fā)射機(jī)使用上述訓(xùn)練矩陣U4×4com發(fā)射導(dǎo)頻。MIMO接收機(jī)的接收符號在符號周期n是r(n)＝H·u′a+n，在符號周期n+1是r(n+1)＝H·u′b+n，等等，如圖2B所示。“導(dǎo)頻塊”可以定義為最小間距(span)，在該間距內(nèi)所有訓(xùn)練矢量都用于導(dǎo)頻傳輸。對于圖2B所示的例子，導(dǎo)頻塊是四個符號周期。MIMO接收機(jī)可以對利用相同訓(xùn)練矢量發(fā)射的導(dǎo)頻的接收符號進(jìn)行濾波，例如濾波對應(yīng)于訓(xùn)練矢量u′c的r(n-2)和r(n+2)，濾波對應(yīng)于訓(xùn)練矢量u′d的r(n-1)和r(n+3)，等等。MIMO接收機(jī)還能基于針對一個導(dǎo)頻塊獲得的接收符號(濾波的或未濾波的)導(dǎo)出各自的信道估計(jì)，如圖2B所示。例如，矩陣R可以利用四個接收符號矢量r(n)到r(n+3)形成，且根據(jù)公式(7)示出的R可以計(jì)算出信道增益估計(jì)。
為簡單起見，圖2A和2B示出MISO和MIMO信道在從符號周期n-2到n+5的整個持續(xù)時間內(nèi)是靜態(tài)的。為了獲得改進(jìn)的信道估計(jì)性能，導(dǎo)頻塊必須短于MISO和MIMO信道的相干時間。相干時間是期間無線信道被希望保持為近似常量的一段持續(xù)時間。
以上針對4×4系統(tǒng)描述的概念可以擴(kuò)展到任何T×R系統(tǒng)。使用如上述選擇出的系數(shù)可定義單個共用訓(xùn)練矩陣UT×Mcom。發(fā)射機(jī)使用UT×Mcom中的所有訓(xùn)練矢量發(fā)射導(dǎo)頻。MISO和MIMO接收機(jī)分別基于導(dǎo)頻傳輸?shù)乃薪邮辗?，估?jì)它們的MISO和MIMO信道。
多載波多天線系統(tǒng)多天線系統(tǒng)可以利用多個載波進(jìn)行數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻傳輸。多載波可以由OFDM、一些其它多載波調(diào)制技術(shù)、或一些其它結(jié)構(gòu)提供。OFDM可有效地將整個系統(tǒng)帶寬(W)分割為多個(N)正交子帶。這些子帶也稱為音頻、子載波、頻池(bin)和頻道。利用OFDM，每個子帶與可以用數(shù)據(jù)調(diào)制的各自子載波相關(guān)聯(lián)。多天線OFDM系統(tǒng)可以只使用總共N個子帶的一個子集合進(jìn)行數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻傳輸，并使用剩余子帶作為保護(hù)子帶以使得系統(tǒng)滿足頻譜屏蔽(spectralmask)的需求。為簡單起見，以下描述假設(shè)所有的N個子帶均可以用于數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻傳輸。
在多天線OFDM系統(tǒng)中，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的無線信道會經(jīng)歷頻率選擇性衰落，該頻率選擇性衰落的特征在于頻率響應(yīng)在整個系統(tǒng)帶寬中發(fā)生變化。每個SISO信道的N個子帶此時與不同的復(fù)信道增益相關(guān)聯(lián)。為了恢復(fù)在某些子帶或所有子帶上的數(shù)據(jù)傳輸，需要對所有N個子帶進(jìn)行精確信道估計(jì)。
在多天線OFDM系統(tǒng)中，MISO接收機(jī)的MISO信道可以通過包含N個信道響應(yīng)行矢量hmiso(k)，k＝1…N的一個集合來描述其特征。每個行矢量hmiso(k)具有1×T維，并且包括對應(yīng)于子帶k上T個發(fā)射天線和一個接收天線之間信道增益的T個元素。在多天線OFDM系統(tǒng)中MIMO接收機(jī)的MIMO信道可以通過一個包含N個信道響應(yīng)矩陣H(k)，k＝1…N的集合來描述其特征。每個矩陣H(k)有R×T維，并且包含對應(yīng)于子帶k上T個發(fā)射天線和R個接收天線之間信道增益的R·T個元素。
每個SISO信道的信道響應(yīng)可以通過時域信道沖擊響應(yīng)或相應(yīng)的頻域信道頻率響應(yīng)來描述其特征。信道頻率響應(yīng)是信道沖擊響應(yīng)的離散傅立葉變換(DFT)。每個SISO信道的信道沖擊響應(yīng)可以用L個時域抽頭來描述其特征，其中L通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于子帶的總數(shù)，即，L＜N。也就是說，如果在發(fā)射天線上施加一個脈沖，對于該脈沖激勵，在接收天線以W MHz采樣速率提取的L個時域取樣將足以表征SISO信道響應(yīng)。所需的信道沖擊響應(yīng)的抽頭(tap)數(shù)目(L)取決于系統(tǒng)的延遲展寬(delay spread)，該延遲展寬是在接收機(jī)處具有足夠能量的最早和最晚到達(dá)的信號實(shí)例之間的時間差。由于對于信道沖擊響應(yīng)只需要L個抽頭，因此基于少到L個適當(dāng)選擇出的子帶的信道增益估計(jì)，而不是所有子帶的估計(jì)信道增益，即可表征每個SISO信道的頻率響應(yīng)。
圖3示出在多天線OFDM系統(tǒng)中用于導(dǎo)頻傳輸?shù)淖訋ЫY(jié)構(gòu)。在用于導(dǎo)頻傳輸?shù)腜個導(dǎo)頻子帶中的每一個導(dǎo)頻子帶上發(fā)射導(dǎo)頻符號，其中通常N＞P≥L。對于改進(jìn)的性能和簡化的計(jì)算，P個導(dǎo)頻子帶可以均勻地分布在總共N個子帶間，從而連續(xù)導(dǎo)頻子帶可由N/P個子帶隔開。剩余N-P個子帶可以用于數(shù)據(jù)傳輸并且被稱為數(shù)據(jù)子帶。
在多天線OFDM系統(tǒng)中，可以以各種方式發(fā)射導(dǎo)頻。導(dǎo)頻發(fā)射取決于為使用而選擇出的特定矩陣。以下描述幾個示例性導(dǎo)頻傳輸方案。
圖4A示出用于多天線OFDM系統(tǒng)的第一個導(dǎo)頻傳輸方案。
對于該方案，發(fā)射機(jī)使用訓(xùn)練矩陣Ucom發(fā)射導(dǎo)頻，選擇該矩陣的元素/系數(shù)以同時支持MISO和MIMO接收機(jī)。發(fā)射機(jī)可以從頭到尾地循環(huán)Ucom中的訓(xùn)練矢量，并且在每個OFDM符號周期中使用一個u′m。相同的訓(xùn)練矢量u′m可以用于P個導(dǎo)頻子帶中的每一個。為簡單起見，圖4A示出了使用四個發(fā)射天線的系統(tǒng)的導(dǎo)頻傳輸。
多天線OFDM系統(tǒng)中的MISO接收機(jī)能夠使用各種信道估計(jì)技術(shù)估計(jì)MISO信道的完全頻率響應(yīng)。對于最小二乘估計(jì)技術(shù)，MISO接收機(jī)首先獲得每個OFDM符號周期中一個包含對應(yīng)于P個導(dǎo)頻子帶的P個接收符號的集合，該包含P個接收信號的集合可以表示為P×1矢量rP＝[rmiso(k1)rmiso(k2)…rmiso(kP)]T。然后，MISO接收機(jī)基于這些接收符號，獲得復(fù)合MISO信道的頻率響應(yīng)的初始估計(jì)，該初始估計(jì)為P×1矢量hmisoinit。hmisoinit的P個元素中的每一個代表對應(yīng)于各自導(dǎo)頻子帶的復(fù)合MISO信道的初始估計(jì)。
MISO接收機(jī)下一步計(jì)算復(fù)合MISO信道的沖擊響應(yīng)的最小二乘估計(jì)，如下h‾misols=W‾P×PH·h‾misoinit,]]>公式(14)其中，WP×P是P×P的DFT矩陣；以及hmisols是最小二乘信道沖擊響應(yīng)估計(jì)的P×1矢量。
DTF矩陣WP×P定義為第(i，j)陣元wi，j按如下給出wi,j=e-j2π(i-1)(j-1)P,]]>i＝1...P和j＝1...P公式(15)
其中i是行索引，i是列索引。公式(14)代表對初始頻率響應(yīng)估計(jì)hmisoinit的2維IFFT，以獲得最小二乘信道沖擊響應(yīng)估計(jì)hmisols。矢量hmisols可以被后處理，例如通過(1)將小于預(yù)定閾值的陣元/抽頭值設(shè)置為零，和/或(2)將該矢量中從第L到第P個陣元/抽頭設(shè)置為零。接著，矢量hmisols被補(bǔ)零到長度N。
隨后，MISO接收機(jī)基于補(bǔ)零的最小二乘信道沖擊響應(yīng)估計(jì)heff，Nls，導(dǎo)出復(fù)合MISO信道的所有N個子帶的最終頻率響應(yīng)估計(jì)，如下h‾^miso=W‾N×N·h‾miso,Nls]]>公式(16)其中WN×N是N×N的DFT矩陣，以及 是所有N個子帶的頻率響應(yīng)估計(jì)的N×1矢量。
MISO接收機(jī)可以對接收符號，初始信道頻率響應(yīng)估計(jì)hmisoinit，最小二乘信道沖擊響應(yīng)估計(jì)hmisols，和/或最終信道頻率響應(yīng)估計(jì) 執(zhí)行濾波。按照類似于公式(13)所示濾波，對多個OFDM符號周期中獲得的矢量rP、hmisoinit、hmisols和/或 執(zhí)行濾波，以得到較高質(zhì)量的MISO信道估計(jì)。
多天線OFDM系統(tǒng)中的MIMO接收機(jī)也可以使用直接最小二乘估計(jì)技術(shù)來估計(jì)MIMO信道的完全頻率響應(yīng)。在每個OFDM符號周期中，MIMO接收機(jī)針對R個接收天線中的每一個獲得一個包含對應(yīng)于P個導(dǎo)頻子帶的P個接收符號的集合。如果訓(xùn)練矢量u′m被用于在OFDM符號周期n中進(jìn)行導(dǎo)頻傳輸，那么每個接收天線i的一個包含P個接收符號的集合可表示為{ri，m(k)}，或ri，m(k)，其中k∈Pset，其中Pset代表P個導(dǎo)頻子帶的集合或組。對于M個不同訓(xùn)練矢量，MIMO接收機(jī)獲得對應(yīng)于R個接收天線的R·M個接收符號的集合。R·M個接收符號集合可以表示為一個包含P個矩陣{R(k)}，或R(k)，k∈Pset的集合，其為 k∈Pset，公式(17)
每個導(dǎo)頻子帶的接收符號矩陣R(k)具有R×M維，并且包含對應(yīng)于該導(dǎo)頻子帶的M個訓(xùn)練矢量的M列接收符號。矩陣R(k)在形式上與在上述單載波多天線系統(tǒng)描述的接收符號矩陣R相似。R×M塊結(jié)構(gòu)的矩陣 可以形成為R‾‾=R‾(1)R‾(2)...R‾(P)]]>形式。矩陣 可以看作是具有R×M前維(front dimension)和P深度的3維矩陣。對于特定接收天線i和訓(xùn)練矢量u′m， 的前維中的R·M個元素中的每一個代表一個包含P個接收信號，{ri，m(k)}的集合。
MIMO接收機(jī)下一步對 中每個包含P個接收符號的集合執(zhí)行P-點(diǎn)IDFT或IFFT，{ri，m(k)}，以獲得對應(yīng)于P個抽頭的復(fù)合MISO信道沖擊響應(yīng)估計(jì){hi，mcomp(τ)}。該IDFT可以表示為H‾‾comp=IDFT{R‾‾},]]>公式(18)其中，對于P個抽頭，H‾‾comp=H‾comp(1)H‾comp(2)...H‾comp(P)]]>是具有P個矩陣 的R×M塊結(jié)構(gòu)矩陣，其中τ＝1...P。矩陣 可以看作具有R×M前維，P深度的3-D矩陣。對 前維中的每個元素的P個接收符號執(zhí)行公式(18)中的IDFT，以獲得用于 前維中相應(yīng)元素的具有P個抽頭的沖擊響應(yīng)。由此，對于 前維中的每個元素在深度維上執(zhí)行了IDFT。
在T個發(fā)射天線和R個接收天線中的每個接收天線之間形成不同的MISO信道。矩陣 包含前維的R·M元素，其代表R個接收天線的復(fù)合MISO信道和M個不同訓(xùn)練矢量的沖擊響應(yīng)估計(jì)。也就是說， 前維中的每個元素{hi，mcomp(τ)}代表(1)T個發(fā)射天線和一個特定接收天線i之間的復(fù)合MISO信道的沖擊響應(yīng)估計(jì)，以及(2)利用使用訓(xùn)練矢量u′m發(fā)送的導(dǎo)頻獲得的沖擊響應(yīng)估計(jì)。
隨后，MIMO接收機(jī)導(dǎo)出在MIMO信道中各個SISO信道的沖擊響應(yīng)估計(jì)，如下H‾mimols(τ)=H‾comp(τ)·U‾-1,]]>τ＝1...P 公式(19)其中U-1是訓(xùn)練矩陣Ucom的逆，如在公式(19)所示，對P個抽頭的每一個執(zhí)行與U-1相乘。R×T塊結(jié)構(gòu)矩陣 可以形成為H‾‾mimols=H‾mimols(1)H‾mimols(2)...H‾mimols(P).]]>矩陣 也可以看作是具有R×T前維和P深度的3-D矩陣。 前維的每個元素代表發(fā)射天線j和接收天線i之間的SISO信道的P-抽頭沖擊響應(yīng)估計(jì){hi，jls(τ)}的P時域值的序列。每個序列{hi，jls(τ)}的P個陣元均是經(jīng)過后處理的，例如，通過(1)將具有小于預(yù)定閾值的值的陣元/抽頭設(shè)置為零，和/或(2)將第L到第P個陣元/抽頭設(shè)置為0。每個序列{hi，jls(τ)}隨后被補(bǔ)0到長度N。
接著，MIMO接收機(jī)通過對 前維中的每個元素執(zhí)行N點(diǎn)DFT(或FFT)，而得到每個SISO信道的所有N個子帶的最終頻率響應(yīng)估計(jì)，如下H‾‾^mimo=DTF{H‾‾mimols}]]>公式(20)其中H‾‾^mimo=H‾^mimo(1)H‾^mimo(2)...H‾^mimo(N)]]>是一個R×T塊結(jié)構(gòu)矩陣，該矩陣具有用于N個子帶的N個矩陣 k＝1…N。矩陣 也可以看作是具有R×T前維和深度N的3-D矩陣。對 前維中的每個元素的N個時域值執(zhí)行公式(20)中的DFT，以獲得 前維中相應(yīng)元素的N個頻域值。因此，對于 前維中每個元素在深度維上執(zhí)行了DFT。在 前維中的每個元素代表各個SISO信道的最終頻率響應(yīng)估計(jì) 的N個頻域值的序列。
MIMO接收機(jī)可以對在使用相同訓(xùn)練矢量的多個OFDM符號周期中獲得的接收符號{ri，m(k)}執(zhí)行濾波，其中對每個接收天線的每個子帶執(zhí)行濾波。MIMO接收機(jī)可以(1)對每個P-抽頭復(fù)合MISO信道沖擊響應(yīng)估計(jì){hi，mcomp(τ)}執(zhí)行濾波，(2)對每個P抽頭最小二乘信道沖擊響應(yīng)估計(jì){hi，jls(τ)}執(zhí)行濾波，和/或(3)對每個N點(diǎn)信道頻率響應(yīng)估計(jì) 執(zhí)行濾波。
MIMO接收機(jī)也可以某些其他方式導(dǎo)出每個SISO信道的N個子帶的完全頻率響應(yīng)估計(jì)，并且這也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如也可以以其他形式的內(nèi)插法來替代最小二乘估計(jì)技術(shù)。
圖4B示出用于多天線OFDM系統(tǒng)的第二個導(dǎo)頻傳輸方案。對于該方案，發(fā)射機(jī)使用帶有正交矢量的訓(xùn)練矩陣Umimo發(fā)射導(dǎo)頻。例如，在公式(9)中示出的矩陣U2×2mimo可以用于2×2系統(tǒng)，在公式(11)示出的矩陣U4×4mimo可以用于4×4系統(tǒng)，等等。矩陣U2×2mimo和U4×4mimo通常稱為沃氏矩陣(Walsh matrices)，較大的沃氏矩陣可以如下形成U‾2K×2K=U‾K×KU‾K×KU‾K×K-U‾K×K,]]>公式(21)對于R×T系統(tǒng)，T×T沃氏矩陣可以用作訓(xùn)練矩陣Umimo。其他訓(xùn)練矩陣也可以用于第二導(dǎo)頻傳輸方案。
為了清楚起見，圖4B示出了使用訓(xùn)練矩陣U‾4×4mimo=u′′‾au′′‾bu′′‾cu′′‾d]]>的4×4系統(tǒng)的導(dǎo)頻傳輸?shù)囊粋€實(shí)施例。對于該實(shí)施例，在每個OFDM符號周期中，發(fā)射機(jī)使用矩陣U4×4mimo中的第一訓(xùn)練矢量u″a在第一組導(dǎo)頻子帶上發(fā)射共用導(dǎo)頻。此外，在每個OFDM符號周期中，發(fā)射機(jī)還使用矩陣U4×4mimo中的剩余訓(xùn)練矢量u″b、u″c和u″d在第二組P個導(dǎo)頻子帶上發(fā)射MIMO導(dǎo)頻。發(fā)射機(jī)從頭到尾地循環(huán)這三個矢量u″b、u″c和u″d，如在圖4B中所示。系統(tǒng)中的MISO接收機(jī)可以利用共用導(dǎo)頻進(jìn)行信道估計(jì)。MIMO接收機(jī)可以利用共用和MIMO導(dǎo)頻進(jìn)行導(dǎo)頻估計(jì)。
為了改進(jìn)性能，第一組的導(dǎo)頻子帶可以在總共N個子帶上均勻分布，如圖4B所示。第二組的導(dǎo)頻子帶也可以在總共N個子帶上均勻分布，并且還與第一組中的導(dǎo)頻子帶交織，同樣如圖4B所示。
MISO接收機(jī)可采用上述多天線OFDM系統(tǒng)的第一導(dǎo)頻傳輸方案的方式，基于共用導(dǎo)頻估計(jì)復(fù)合MISO信道響應(yīng)。MISO接收機(jī)可以(1)獲得第一組中P個導(dǎo)頻子帶的一個包含P個接收符號的集合，(2)基于該接收符號的集合得到復(fù)合MISO信道的初始頻率響應(yīng)估計(jì)，(3)基于該初始頻率響應(yīng)估計(jì)計(jì)算出最小二乘信道沖擊響應(yīng)估計(jì)，以及(4)基于最小二乘信道沖擊響應(yīng)估計(jì)導(dǎo)出復(fù)合MISO信道的最終頻率響應(yīng)估計(jì)。
按照如下方式，MIMO接收機(jī)基于共用和MIMO導(dǎo)頻，估計(jì)MIMO信道的各個SISO信道的完全頻率響應(yīng)。對于每個OFDM符號周期，MIMO接收機(jī)(1)針對利用訓(xùn)練矢量u″a在第一組導(dǎo)頻子帶上發(fā)射的導(dǎo)頻，獲得對應(yīng)于R個接收天線的R個接收符號集合，以及(2)針對利用另一個訓(xùn)練矢量u″m，m＝b，c，或d在第二組導(dǎo)頻子帶上發(fā)射的導(dǎo)頻，獲得對應(yīng)于R個接收天線的R個接收符號集合。MIMO接收機(jī)可以對每個接收符號集合{ri，m(k)}執(zhí)行P點(diǎn)IFFT，以獲得相應(yīng)的復(fù)合MIMO信道沖擊響應(yīng)估計(jì){hi，mcomp(τ)}。對于每個OFDM符號周期，MIMO接收機(jī)獲得對應(yīng)于2R個接收符號集合的2R個復(fù)合MISO信道沖擊響應(yīng)估計(jì)。MIMO接收機(jī)因此在每個OFDM符號周期中獲得R×M矩陣 的兩列(第一和第m列)。如果在三個OFDM符號周期從頭到尾循環(huán)了三個矢量u″b、u″c和u″d，如圖4B所示，則MIMO接收機(jī)可以在三個OFDM符號周期后獲得矩陣 的全部四列。
以與上述圖2B相似的方式，MIMO接收機(jī)可對對應(yīng)于使用相同訓(xùn)練矢量u″m發(fā)射的導(dǎo)頻的多個OFDM符號周期中獲得的接收符號{ri，m(k)}進(jìn)行平均。MIMO接收機(jī)也可對使用相同訓(xùn)練矢量u″m的多個OFDM符號周期中獲得的復(fù)合MISO信道沖擊響應(yīng)估計(jì){hi，mcomp(τ)}進(jìn)行平均。如圖4B所示例子，MIMO接收機(jī)可以對六個OFDM符號的兩個導(dǎo)頻塊，九個OFDM符號的三個導(dǎo)頻塊等執(zhí)行時域?yàn)V波。例如，對于3-抽頭非因果時域?yàn)V波器，當(dāng)前導(dǎo)頻塊的信道估計(jì)可以是先前導(dǎo)頻塊、當(dāng)前導(dǎo)頻塊和下一導(dǎo)頻塊的信道估計(jì)的線性組合。作為一個特定例子，u″c的信道估計(jì)可以作為在OFDM符號周期n-2、n+1和n+4中獲得的信道估計(jì)的線性組合而得到。
如上所述，MIMO接收機(jī)此時可以導(dǎo)出各個SISO信道的沖擊響應(yīng)估計(jì)，以獲得塊結(jié)構(gòu)矩陣 中的陣元可以經(jīng)過后處理并被補(bǔ)零到長度N以獲得Hmisols(τ)，τ＝1...N。然后，MIMO接收機(jī)可通過對補(bǔ)零的 中的每個元素執(zhí)行N點(diǎn)DFT，而得到每個SISO信道的所有N個子帶的最終頻率響應(yīng)估計(jì)。
作為例子，對于使用訓(xùn)練矩陣U2×2mimo的2×2系統(tǒng)，(1)發(fā)射機(jī)可以使用訓(xùn)練矢量[u″a＝[1 1]T在第一組導(dǎo)頻子帶上發(fā)射共用導(dǎo)頻以及(2)發(fā)射機(jī)可以使用訓(xùn)練矢量[u″b＝[1 -1]T在第二組導(dǎo)頻子帶上發(fā)射MIMO導(dǎo)頻。MIMO接收機(jī)獲得用于第一組導(dǎo)頻子帶Pset1的兩個接收天線的兩個接收符號集合{r1，a(k)}和{r2，a(k)}，其可以表示為r1，a(k)＝h1，1(k)+h1，2(k)+n1，r2，a(k)＝h2，1(k)+h2，2(k)+n2，k∈Pset1， 公式(22)MIMO接收機(jī)也獲得用于第二組導(dǎo)頻子帶Pset2的兩個接收天線的兩個接收符號集合{r1，b(k)}和{r2，b(k)}，其可以表示為r1，b(k)＝h1，1(k)-h1，2(k)+n1，r2，b(k)＝h2，1(k)-h2，2(k)+n2，k∈Pset2， 公式(23)為簡單起見，從公式(22)和(23)中省略導(dǎo)頻符號。
MIMO接收機(jī)對每個接收符號集合執(zhí)行P點(diǎn)IFFT，以獲得相應(yīng)的復(fù)合MISO信道沖擊響應(yīng)。具有兩個不同訓(xùn)練矢量的兩個接收天線的四個復(fù)合MISO信道沖擊響應(yīng)表示為{h1，acomp(τ)}、{h2，acomp(τ)}、{h1，bcomp(τ)}、和{h2，bcomp(τ)}。MIMO接收機(jī)可導(dǎo)出各個SISO信道的最小二乘沖擊響應(yīng)估計(jì)，如H‾misols(τ)=H‾comp(τ)·U‾-1,]]>τ＝1...P， 公式(24)其中對于具有訓(xùn)練矩陣U2×2mimo的2×2系統(tǒng)H‾misols(τ)=h1,1ls(τ)h1,2ls(τ)h2,1ls(τ)h2,2ls(τ),]]>H‾comp(τ)=h1,acomp(τ)h1,bcomp(τ)h2,acomp(τ)h2,bcomp(τ)]]>以及U‾-1=111-1.]]>MIMO接收機(jī)可通過將利用第一接收天線的兩個訓(xùn)練矢量獲得的MISO信道沖擊響應(yīng)估計(jì)合并，而得到該接收天線的SISO信道沖擊響應(yīng)估計(jì)，如下；h1,1ls(τ)=h1,acomp(τ)+h1,bcomp(τ),]]>h1,2ls(τ)=h1,acomp(τ)-h1,bcomp(τ),]]>τ＝1...P公式(25)MIMO接收機(jī)可通過將利用第二接收天線的兩個訓(xùn)練矢量獲得的兩個復(fù)合MISO信道沖擊響應(yīng)估計(jì)合并，而相似地得到該接收天線的SISO信道沖擊響應(yīng)估計(jì)，如下h2,1ls(τ)=h2,acomp(τ)+h2,bcomp(τ),]]>h2,2ls(τ)=h2,acomp(τ)-h2,bcomp(τ),]]>τ＝1...P公式(26)
MIMO接收機(jī)進(jìn)一步處理SISO信道沖擊響應(yīng)估計(jì)，以獲得SISO信道的最終頻率響應(yīng)估計(jì)，如上所述。
如上所述，MIMO接收機(jī)對接收符號{ri，m(k)}，復(fù)合MISO信道沖擊響應(yīng)估計(jì){hi，mcomp(τ)}，最小二乘沖擊響應(yīng)估計(jì){hi，jls(τ)}，和/或最終頻率響應(yīng)估計(jì) 執(zhí)行濾波。對于使用相同訓(xùn)練矢量發(fā)射的導(dǎo)頻執(zhí)行{ri，m(k)}和{hi，mcomp(τ)}的濾波。對于多導(dǎo)頻塊執(zhí)行{hi，jls(τ)}和 的濾波，其中該導(dǎo)頻塊可以是交迭或非交迭的。作為非交迭導(dǎo)頻塊的一個例子，將在圖4B中針對由OFDM符號周期n到n+2定義的塊獲得的{hi，jls(τ)}或 估計(jì)與針對由OFDM符號周期n+3到n+5定義的塊獲得的{hi，jls(τ)}或 估計(jì)等進(jìn)行平均。作為交迭導(dǎo)頻塊的例子，將在圖4B中針對由OFDM符號周期n到n+2定義的塊獲得的{hi，jls(τ)}或 估計(jì)與針對由OFDM符號周期n+1到n+3定義的塊獲得的{hi，jls(τ)}或 估計(jì)等進(jìn)行平均。由此，MIMO接收機(jī)可以獲得每個OFDM符號周期的信道估計(jì)的滑動(running)平均。還可使用其他濾波方案，并且這也落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
對于第二種導(dǎo)頻傳輸方案，可以以各種方式發(fā)射共用和MIMO導(dǎo)頻。通常，第一組共用導(dǎo)頻和第二組MIMO導(dǎo)頻中可以包括任何子帶。如果在每組中的導(dǎo)頻子帶數(shù)目P是二次冪，并且P個子帶在總共N個子帶上均勻分布，并以N/P個子帶隔開，那么可以用IFFT代替IDFT計(jì)算機(jī)信道沖擊響應(yīng)，這能夠大大簡化計(jì)算。第一組導(dǎo)頻子帶和第二組導(dǎo)頻子帶可以從任何子帶索引開始。
如圖4B所示，第一和第二組可以包括相同數(shù)目的子帶。第一和第二組也可以包括不同數(shù)目的子帶。例如，如果第二組包括P/2個子帶，其中P是估計(jì)信道沖擊響應(yīng)需要的抽頭數(shù)目，那么MIMO導(dǎo)頻的每個訓(xùn)練矢量可以用于在不同的兩組P/2個導(dǎo)頻子帶上的兩個OFDM符號周期。一旦在兩個OFDM符號周期接收到導(dǎo)頻發(fā)射，MIMO接收機(jī)就能夠得到用于MIMO導(dǎo)頻的每個訓(xùn)練矢量的一個包含R個復(fù)合MISO信道沖擊響應(yīng)的集合。作為另一個例子，如果第二組包括2P個子帶，那么MIMO導(dǎo)頻的兩個訓(xùn)練矢量可以用于每個OFDM符號周期，同時這兩個訓(xùn)練矢量可用作交替的子帶上。
在多天線OFDM系統(tǒng)的第三導(dǎo)頻傳輸方案中，基于系統(tǒng)支持的接收機(jī)類型可調(diào)整導(dǎo)頻傳輸。該方案也稱為遞增導(dǎo)頻傳輸方案，對于該方案，發(fā)射機(jī)使用T×1訓(xùn)練矢量ua(例如一個全1的訓(xùn)練矢量)發(fā)射共用導(dǎo)頻。如上所述，MISO接收機(jī)可以使用共用導(dǎo)頻進(jìn)行復(fù)合MISO信道的信道估計(jì)。如果系統(tǒng)支持一個或多個MIMO接收機(jī)，那么發(fā)射機(jī)還利用訓(xùn)練矢量ub到uM發(fā)射MIMO導(dǎo)頻。訓(xùn)練矢量ub到uM不同于訓(xùn)練矢量ua，并且矢量ua到uM可以彼此正交或不正交。例如，訓(xùn)練矢量ua到uM可以是正交矩陣(例如沃氏矩陣)的列，或可以包含為支持MISO和MIMO接收機(jī)而選出的系數(shù)。發(fā)射機(jī)可以從頭到尾地循環(huán)使用訓(xùn)練矢量ua到uM(例如，如圖4A所示)。發(fā)射機(jī)可以(1)使用ua在一組導(dǎo)頻子帶上連續(xù)發(fā)射共用導(dǎo)頻，以及(2)通過從頭到尾地循環(huán)ub到uM而在第二組導(dǎo)頻子帶上發(fā)射MIMO導(dǎo)頻(例如，如圖4B所示)。如上所述，MIMO接收機(jī)可以使用共用和MIMO導(dǎo)頻進(jìn)行MIMO信道的信道估計(jì)。
圖5示出在無線多天線通信系統(tǒng)中使用遞增導(dǎo)頻傳輸方案發(fā)射導(dǎo)頻的過程500。利用包含T個系數(shù)的第一訓(xùn)練矢量生成包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的第一集合(方框512)，并從T個發(fā)射天線發(fā)射，從每個發(fā)射天線發(fā)射一個定標(biāo)導(dǎo)頻符號(方框514)。定標(biāo)導(dǎo)頻符號的第一集合適用于由MISO接收機(jī)進(jìn)行的信道估計(jì)。如果系統(tǒng)支持至少一個MIMO接收機(jī)，如在方框516中所確定的情況，那么利用至少T-1個包含至少T個系數(shù)的附加矢量生成至少T-1個包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的附加集合(方框522)。從T個發(fā)射天線發(fā)射每個包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的附加集合(方框524)。定標(biāo)導(dǎo)頻符號的第一集合和附加集合適用于由MIMO接收機(jī)進(jìn)行的信道估計(jì)。第一矢量和附加矢量是訓(xùn)練矩陣中的不同矢量，并且彼此可以正交或不正交。定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合可以以各種方式進(jìn)行發(fā)射，如上所述。每個定標(biāo)導(dǎo)頻符號可以在多天線OFDM系統(tǒng)的一組P個導(dǎo)頻子帶上發(fā)射。
當(dāng)存在MIMO接收機(jī)時，如果只發(fā)射MIMO導(dǎo)頻，那么時間濾波是不均衡的。在用于MIMO導(dǎo)頻的訓(xùn)練矢量之間，一些訓(xùn)練矢量相比其他訓(xùn)練矢量可能享有更多的時間濾波特權(quán)(例如取決于分組大小和用于MIMO導(dǎo)頻的訓(xùn)練矢量)。在數(shù)據(jù)分組邊界處使用的訓(xùn)練矢量通常比在數(shù)據(jù)分組中間處使用的訓(xùn)練矢量享有較少的濾波，但是并不總是這樣。作為一個例子，重新參考圖4B，在OFDM符號周期n到n+3中發(fā)射數(shù)據(jù)分組和MIMO導(dǎo)頻?；谠趦蓚€OFDM符號周期n和n+3中接收的導(dǎo)頻符號可獲得發(fā)射矢量u″b的信道估計(jì)，而基于在單個OFDM符號周期中接收的導(dǎo)頻符號可獲得發(fā)送矢量u″c到u″d中的每一個的信道估計(jì)。由于突發(fā)地發(fā)射MIMO導(dǎo)頻而導(dǎo)致非均衡時間濾波。由于共用導(dǎo)頻是連續(xù)發(fā)射的，因而對于共用導(dǎo)頻不會觀察到這種現(xiàn)象。
如果使用一個導(dǎo)頻矢量連續(xù)發(fā)射共用導(dǎo)頻，和通過從頭到尾地循環(huán)剩余訓(xùn)練矢量來發(fā)射MIMO導(dǎo)頻，那么使用共用導(dǎo)頻獲得的信道估計(jì)要比使用MIMO導(dǎo)頻獲得的信道估計(jì)更好。如果更加頻繁地發(fā)射共用導(dǎo)頻，那么可將更多的濾波用于共用導(dǎo)頻。對于每個訓(xùn)練矢量，MIMO接收機(jī)獲得對應(yīng)于R個接收天線中的每一個的復(fù)合MISO信道響應(yīng)，其中每個復(fù)合MISO信道響應(yīng)包括關(guān)于組成MISO信道的所有T個SISO信道的信息。因此，即使對于用于MIMO導(dǎo)頻的訓(xùn)練矢量有更大的信道估計(jì)誤差，這些誤差將分布在所有SISO信道的信道上。
圖6示出了多天線OFDM系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)110x、MISO接收機(jī)150x、和MIMO接收機(jī)150y的框圖。在發(fā)射機(jī)110x處，發(fā)射(TX)數(shù)據(jù)處理器620接收業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，對該業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼、交織和符號映射(調(diào)制)，并提供數(shù)據(jù)符號{s(k)}。每個數(shù)據(jù)符號是數(shù)據(jù)的調(diào)制符號。TX空間處理器630接收這些數(shù)據(jù)符號，對這些數(shù)據(jù)符號進(jìn)行空間處理、定標(biāo)(scale)、與導(dǎo)頻符號的復(fù)用，并且向T個發(fā)射單元(TMTR)632a到632t提供T個發(fā)射符號流。每個發(fā)射符號可以為數(shù)據(jù)符號或?qū)ьl符號，并在發(fā)射天線的一個子帶上發(fā)射。每個發(fā)射單元632對其發(fā)射符號流執(zhí)行OFDM調(diào)制以獲得OFDM符號，并進(jìn)一步調(diào)節(jié)OFDM符號以獲得調(diào)制的信號。T個發(fā)射單元632a到632t提供T個調(diào)制的信號，以便分別從T個天線634a到634t進(jìn)行發(fā)射。
在MISO接收機(jī)150x處，天線652x接收T個發(fā)射信號，并向接收單元(RCVR)654x提供接收信號。單元654x執(zhí)行與由發(fā)射單元632執(zhí)行的處理互補(bǔ)的處理，并且(1)向檢測器660x提供接收數(shù)據(jù)符號，以及(2)向控制器680x內(nèi)的信道估計(jì)器684x提供接收導(dǎo)頻符號。信道估計(jì)器684x為MISO接收機(jī)執(zhí)行信道估計(jì)，并提供復(fù)合MISO信道響應(yīng)估計(jì) 檢測器660x使用復(fù)合MISO信道估計(jì)對接收數(shù)據(jù)符號執(zhí)行檢測(例如匹配濾波和/或均衡)，并提供檢測符號，該檢測符號是由發(fā)射機(jī)110x發(fā)送的數(shù)據(jù)符號的估計(jì)。隨后，接收(RX)數(shù)據(jù)處理器670x對這些檢測信號進(jìn)行符號解映射、解交織和解碼，并提供解碼數(shù)據(jù)，該解碼數(shù)據(jù)是發(fā)射的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的估計(jì)。
在MIMO接收機(jī)150y處，R個天線652a到652r接收T個發(fā)射信號，并且每個天線652向各自的接收單元654提供接收信號。每個單元654執(zhí)行與由發(fā)射單元632執(zhí)行的處理互補(bǔ)的處理，并且(1)向RX空間處理660y提供接收數(shù)據(jù)符號，以及(2)向控制器680y內(nèi)的信道估計(jì)器684y提供接收導(dǎo)頻符號。信道估計(jì)器684y為MIMO接收器執(zhí)行信道估計(jì)并提供MIMO信道響應(yīng)估計(jì) 接收空間處理器660y利用該MIMO信道響應(yīng)估計(jì)對來自R個接收單元654a到654r的R個接收數(shù)據(jù)符號流執(zhí)行空間處理，并提供檢測符號。隨后，RX數(shù)據(jù)處理器670y對這些檢測符號執(zhí)行符號解映射、解交織和解碼并提供解碼數(shù)據(jù)。
控制器640、680x和680y分別控制在發(fā)射機(jī)110x、MISO接收機(jī)150x和MIMO接收機(jī)150y處的各種處理單元的操作。存儲單元642、682x和682y分別存儲由控制器640、680x和680y使用的數(shù)據(jù)和/或程序代碼。
圖7示出了發(fā)射機(jī)110x處的TX空間處理器630和發(fā)射單元632的框圖。TX空間處理器630包括數(shù)據(jù)空間處理器710、導(dǎo)頻處理器720和對應(yīng)于T個發(fā)射天線的T個復(fù)用器(Mux)730a到730t。
數(shù)據(jù)空間處理器710接收來自TX數(shù)據(jù)處理器620的數(shù)據(jù)符號{s(k)}，并對該數(shù)據(jù)符號執(zhí)行空間處理。例如，數(shù)據(jù)空間處理器710將該數(shù)據(jù)符號解復(fù)用成用于T個發(fā)射天線的T個子流。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)空間處理器710也可對這些子流執(zhí)行附加空間處理，或不執(zhí)行附加空間處理。導(dǎo)頻處理器720用矩陣U中的訓(xùn)練矢量ua到uM乘以對應(yīng)于T個發(fā)射天線的導(dǎo)頻符號p1(k)到pT(k)，其中根據(jù)為使用所選擇的導(dǎo)頻傳輸方案，這些訓(xùn)練矢量可以是正交的，也可以不是正交的。可將相同或不同的導(dǎo)頻符號用于T個發(fā)射天線，并且可將相同或不同的導(dǎo)頻符號用于這些導(dǎo)頻子帶。導(dǎo)頻處理器720包括T個乘法器722a到722t，一個乘法器用于一個發(fā)射天線。每個乘法器722將對應(yīng)于相關(guān)的發(fā)射天線j的導(dǎo)頻符號乘以來自訓(xùn)練矢量um的對應(yīng)系數(shù)uj，m，并提供定標(biāo)的導(dǎo)頻符號 每個復(fù)用器730接收來自數(shù)據(jù)空間處理器710的各數(shù)據(jù)符號子流，將其與來自相關(guān)乘法器722的定標(biāo)導(dǎo)頻符號復(fù)用在一起，并為其關(guān)聯(lián)的天線j提供發(fā)射符號流{xj(k)}。
每個發(fā)射單元632接收和處理各自的發(fā)射符號流，并提供調(diào)制的信號。在每個發(fā)射單元632內(nèi)，IFFT 742使用N點(diǎn)IFFT將每個包含對應(yīng)于總共N個子帶的N個發(fā)射符號的集合轉(zhuǎn)換到時域，并提供包含N個時域碼片的相應(yīng)的“轉(zhuǎn)換”符號。對于每個轉(zhuǎn)換符號，循環(huán)前綴生成器744重復(fù)該轉(zhuǎn)換符號的一部分，以形成相應(yīng)的OFDM符號，該OFDM符號包括N+C個碼片，其中C是碼片重復(fù)的數(shù)目。該重復(fù)部分稱為循環(huán)前綴，用于抵抗無線信道的延遲展寬。TX RF單元746將OFDM符號流轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€或多個模擬信號并進(jìn)一步對該模擬信號進(jìn)行放大、過濾、和上變頻以生成可從相關(guān)的天線634發(fā)射的調(diào)制信號。
圖8A示出接收單元654i的實(shí)施例的框圖，該接收單元可用作MISO接收機(jī)150x和MIMO接收機(jī)150y處的每個接收單元。在每個接收單元654i內(nèi)，RX RF單元812調(diào)節(jié)(例如濾波、放大、下變頻)來自相關(guān)的天線652i的接收信號，對調(diào)節(jié)后的信號進(jìn)行數(shù)字化，并提供采樣流。循環(huán)前綴移除單元814移除附加在每個OFDM符號上的循環(huán)前綴，并提供接收的轉(zhuǎn)換符號。FFT單元816使用N點(diǎn)FFT轉(zhuǎn)換將每個接收的轉(zhuǎn)換符號的N個采樣轉(zhuǎn)換到頻域，并獲得N個子帶的N個接收符號。FFT單元816(1)向MISO接收機(jī)150x的檢測器660x或MIMO接收機(jī)150y的RX空間處理器660y提供數(shù)據(jù)子帶的接收數(shù)據(jù)符號，以及(2)向MISO接收機(jī)150x的信道估計(jì)器684x或MIMO接收機(jī)150y的信道估計(jì)器684y提供導(dǎo)頻子帶的接收導(dǎo)頻符號。
圖8B示出MIMO接收機(jī)150y的信道估計(jì)器684y的一個實(shí)施例，該信道估計(jì)器實(shí)現(xiàn)了直接最小二乘估計(jì)技術(shù)。在信道估計(jì)器684y內(nèi)，復(fù)合MISO信道估計(jì)器820獲得對應(yīng)于每個接收天線和訓(xùn)練矢量的一個接收導(dǎo)頻符號集合{ri，m(k)}，并對該集合執(zhí)行P點(diǎn)IFFT以獲得相應(yīng)的復(fù)合MISO信道沖擊響應(yīng)估計(jì){hi，mcomp(τ)}。矩陣乘法單元822接收對應(yīng)于R個接收天線和M個訓(xùn)練矢量的R·M個復(fù)合MISO信道沖擊響應(yīng)估計(jì)，用每個延遲值的矩陣U-1乘以這些R·M個集和，并且為MIMO信道的R·T個SISO信道提供R·T個最小二乘沖擊響應(yīng)估計(jì)。后處理器824可以執(zhí)行閾值出來和截?cái)?，并進(jìn)一步為每個最小二乘沖擊響應(yīng)估計(jì){hi，jls(τ)}執(zhí)行補(bǔ)零。FFT單元826對每個補(bǔ)零的最小二乘沖擊響應(yīng)估計(jì)執(zhí)行N點(diǎn)FFT，并提供相應(yīng)的最終信道頻率響應(yīng)估計(jì) FFT單元826向RX空間處理器660y提供最終信道響應(yīng)估計(jì)，其使用這些信道估計(jì)對接收數(shù)據(jù)符號進(jìn)行空間處理以獲得檢測符號 該檢測符號是發(fā)射的數(shù)據(jù)符號{s(k)}的估計(jì)。
信道估計(jì)器684y可以對{ri，m(k)}、{hi，mcomp(τ)}、{hi，jls(τ)}和/或 執(zhí)行濾波。為了簡化，未在圖8B示出濾波。
在此描述的導(dǎo)頻傳輸方案和信道估計(jì)技術(shù)可以用于各種基于OFDM的系統(tǒng)。一種這樣的系統(tǒng)是利用OFDM并能同時支持多用戶的正交頻分多址(OFDMA)通信系統(tǒng)。基于OFDM的系統(tǒng)也可利用跳頻，從而以不同的時間間隔，在不同子帶上發(fā)射數(shù)據(jù)，其中該時間間隔也稱為“跳躍周期”。對于每個用戶，在每個跳躍周期中用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶囟ㄗ訋强梢源_定的，例如，可通過分配給該用戶的偽隨機(jī)跳頻序列即可確定。對于跳頻OFDM系統(tǒng)，每個用戶的跳頻序列使得用于共用和MIMO導(dǎo)頻地導(dǎo)頻子帶不會被選中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。由于跳頻，每個用戶通常需要估計(jì)全部MISO或MIMO信道響應(yīng)(例如對于所有N個子帶)，即便N個子帶中只有一個子帶或一個很小的子集用于數(shù)據(jù)傳輸。
在此描述的導(dǎo)頻傳輸方案和信道估計(jì)技術(shù)可以以各種手段來實(shí)現(xiàn)。例如導(dǎo)頻傳輸和信道估計(jì)的處理可以以硬件、軟件或它們的組合實(shí)現(xiàn)。對于硬件實(shí)現(xiàn)，在發(fā)射機(jī)處的用于導(dǎo)頻傳輸?shù)奶幚韱卧梢栽谝粋€或多個專用集成電路(ASIC)、數(shù)字信號處理器(DSP)、數(shù)字信號處理設(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)為執(zhí)行在此所述功能的其他電子單元內(nèi)或其組合內(nèi)實(shí)現(xiàn)。在接收機(jī)處用于信道估計(jì)的處理單元也可以在一個或多個ASIC、DSP等內(nèi)實(shí)現(xiàn)。
對于軟件實(shí)現(xiàn)，在此描述的處理可以使用執(zhí)行在此描述功能的模塊實(shí)現(xiàn)(例如，程序、函數(shù)等等)。軟件代碼可以存儲在存儲單元(例如圖6中的存儲單元642、682x和682y)并且由處理器(例如控制器640、680x和680y)執(zhí)行。存儲單元可以在處理器內(nèi)或處理器外部實(shí)現(xiàn)，在該種情況下該存儲器能夠通過已知技術(shù)中的各種手段可通信地耦合到處理器。
提供公開實(shí)施例的以上描述是為了使本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員能夠制造或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的各種修改對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是顯而易見的，而且在不背離本發(fā)明精神和范圍的情況下，在此定義的一般性原理可以應(yīng)用到其他實(shí)施例中。因此本發(fā)明并不限制于在此示出的實(shí)施例，而是被給予了與在此披露的原理和新穎特征相一致的最寬保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種在無線多天線通信系統(tǒng)中發(fā)射導(dǎo)頻的方法，包括利用包含T個系數(shù)的第一矢量生成包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的第一集合，其中T是大于1的整數(shù)，以及其中所述定標(biāo)導(dǎo)頻符號的第一集合適用于由具有單個天線的接收機(jī)進(jìn)行的信道估計(jì)；如果所述系統(tǒng)支持至少一個具有多個天線的接收機(jī)，那么利用至少T-1個附加矢量，選擇性地生成至少T-1個包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的附加集合，每個附加矢量包括T個系數(shù)，其中所述第一矢量和至少T-1個附加矢量是矩陣中不同的矢量，以及其中所述定標(biāo)導(dǎo)頻符號的第一集合和至少T-1個附加集合適用于由所述至少一個具有多個天線的接收機(jī)進(jìn)行的信道估計(jì)；以及經(jīng)由T個發(fā)射天線發(fā)射每個包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合，每個發(fā)射天線上發(fā)射一個定標(biāo)導(dǎo)頻符號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一矢量和所述至少T-1個附加矢量是彼此正交的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中利用T-1個附加矢量生成T-1個包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的附加集合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述第一矢量和所述T-1個附加矢量是沃氏矩陣的T個矢量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在一個符號周期中發(fā)射每個包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多天線通信系統(tǒng)利用正交頻分復(fù)用(OFDM)，以及其中在一組P個子帶上，將每個集合中的所述T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號中的每一個從所述T個發(fā)射天線中的一個對應(yīng)天線發(fā)射出去，其中P是大于1的整數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述P個子帶是在總共N個子帶上均勻分布的，并由N/P個子帶隔開。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中在第一組子帶上發(fā)射所述定標(biāo)導(dǎo)頻符號的第一集合，且其中在與所述第一組子帶不相交的第二組子帶上發(fā)射所述定標(biāo)導(dǎo)頻符號的至少T-1個附加集合。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中在所述第一和第二組的每一組中的所述子帶在總共N個子帶上均勻分布。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中在所述第一組子帶上連續(xù)發(fā)射所述定標(biāo)導(dǎo)頻符號的第一集合。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述定標(biāo)導(dǎo)頻符號的至少T-1個附加集合被從頭至尾地循環(huán)，并且在相應(yīng)的時間間隔中，在所述第二組子帶上發(fā)射定標(biāo)導(dǎo)頻符號的每個附加集合。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述第一和第二組包括相同數(shù)目的子帶。
13.一種無線多天線通信系統(tǒng)中的設(shè)備，包括導(dǎo)頻處理器，用于利用包含T個系數(shù)的第一矢量生成包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的第一集合，其中T是大于1的整數(shù)，以及其中所述定標(biāo)導(dǎo)頻符號的第一集合適用于由具有單個天線的接收機(jī)進(jìn)行的信道估計(jì)，以及如果所述系統(tǒng)支持至少一個具有多個天線的接收機(jī)，則利用至少T-1個附加矢量選擇性地生成至少T-1個包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的附加集合，每個附加矢量包括T個系數(shù)，其中所述第一矢量和所述至少T-1個附加矢量是矩陣中的不同矢量，以及其中所述定標(biāo)導(dǎo)頻符號的第一集合和至少T-1個附加集合適用于由具有多個天線的所述至少一個接收機(jī)進(jìn)行的信道估計(jì)，以及多個發(fā)射單元，用于調(diào)節(jié)每個包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合并經(jīng)由T個發(fā)射天線發(fā)射該每個包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合，每個發(fā)射天線上發(fā)射一個定標(biāo)導(dǎo)頻符號。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述導(dǎo)頻處理器用于利用T-1個附加矢量，生成T-1個包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的附加集合，以及其中所述第一矢量和所述T-1個附加矢量是沃氏矩陣的T個矢量。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述多天線通信系統(tǒng)利用正交頻分復(fù)用(OFDM)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中在一組P個子帶上，將每個集合中的所述T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號中的每一個從所述T個發(fā)射天線中的一個對應(yīng)天線發(fā)射出去，其中P是大于1的整數(shù)，以及其中所述P個子帶在總共N個子帶上均勻地分布并由N/P個子帶隔開。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中在第一組子帶上連續(xù)發(fā)射所述定標(biāo)導(dǎo)頻符號的第一集合，以及其中在與所述第一組子帶不相交的第二組子帶上發(fā)射所述定標(biāo)導(dǎo)頻符號的至少T-1個附加集合。
18.一種無線多天線通信系統(tǒng)中的設(shè)備，包括利用包含T個系數(shù)的第一矢量生成包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的第一集合的裝置，其中T是大于1的整數(shù)，以及其中所述定標(biāo)導(dǎo)頻符號的第一集合適用于由具有單個天線的接收機(jī)進(jìn)行的信道估計(jì)；如果所述系統(tǒng)支持至少一個具有多個天線的接收機(jī)，則利用至少T-1個附加矢量，選擇性地生成至少T-1個包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的附加集合的裝置，每個附加矢量包括T個系數(shù)，其中所述第一矢量和所述至少T-1個附加矢量是矩陣中不同的矢量，以及其中所述定標(biāo)導(dǎo)頻符號的第一集合和至少T-1個附加集合適用于由所述至少一個具有多個天線的接收機(jī)進(jìn)行的信道估計(jì)；以及經(jīng)由T個發(fā)射天線發(fā)射每個包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合的裝置，每個發(fā)射天線上發(fā)射一個定標(biāo)導(dǎo)頻符號。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中利用T-1個附加矢量生成T-1個包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的附加集合，以及其中所述第一矢量和所述T-1個附加矢量是沃氏矩陣的T個矢量。
20.一種在無線多天線通信系統(tǒng)中發(fā)射導(dǎo)頻的方法，包括利用矩陣的M個不同矢量生成M個包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合，其中T是大于1的整數(shù)，M是等于或大于T的整數(shù)，其中每個矢量包括T個系數(shù)；以及從T個發(fā)射天線發(fā)射所述M個包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合中的每個集合，其中所述M個包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合適用于由具有單個天線的接收機(jī)和具有多個天線的接收機(jī)進(jìn)行的信道估計(jì)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述M個矢量彼此不正交。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中選擇所述M個矢量中的所述M乘T個系數(shù)，以使得由具有單個天線的接收機(jī)和具有多個天線的接收機(jī)進(jìn)行的信道估計(jì)誤差最小化。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中基于所述具有單個天線的接收機(jī)和所述具有多個天線的接收機(jī)的加權(quán)均方信道估計(jì)誤差之和，選擇所述M個矢量中的所述M乘T個系數(shù)。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中從頭到尾地循環(huán)所述M個包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合，并在對應(yīng)時間間隔中從所述T個發(fā)射天線發(fā)射每個集合。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述多天線通信系統(tǒng)利用正交頻分復(fù)用(OFDM)，以及其中在一組P個子帶上，將每個集合中的所述T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號中的每一個從所述T個發(fā)射天線的一個對應(yīng)天線發(fā)射出去，其中P是大于1的整數(shù)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述P個子帶在總共N個子帶上均勻分布，并且由N/P個子帶隔開。
27.一種無線多天線通信系統(tǒng)中的設(shè)備，包括導(dǎo)頻處理器，用于利用矩陣中的M個不同矢量生成M個包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合，其中T是大于1的整數(shù)，M是等于或大于T的整數(shù)，其中每個矢量包括T個系數(shù)；以及多個發(fā)射單元，用于調(diào)節(jié)所述M個包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合中的每個集合，并從T個發(fā)射天線發(fā)射所述M個包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合中的每個集合，其中所述M個包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合適用于由具有單個天線的接收機(jī)和具有多個天線的接收機(jī)進(jìn)行的信道估計(jì)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中所述M個矢量彼此是不正交的。
29.一種無線多天線通信系統(tǒng)中的設(shè)備，包括利用矩陣中M個不同矢量生成M個包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合的裝置，其中T是大于1的整數(shù)，M是等于或大于T的整數(shù)，其中每個矢量包括T個系數(shù)；以及從T個發(fā)射天線發(fā)射所述M個包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合中的每個集合的裝置，其中所述M個包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合適用于由具有單個天線的接收機(jī)和具有多個天線的接收機(jī)進(jìn)行的信道估計(jì)。
30.一種在利用正交頻分復(fù)用(OFDM)的無線多天線通信系統(tǒng)中，用于在接收機(jī)處執(zhí)行信道估計(jì)的方法，包括經(jīng)由R個接收天線，獲得對應(yīng)于T乘M個包含P個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合的R乘M個包含P個接收導(dǎo)頻符號的集合，所述T乘M個包含P個定標(biāo)導(dǎo)頻符號是利用T乘M矩陣中的T乘M個系數(shù)生成的，其中R、T和P是大于1的整數(shù)，M是等于或大于T的整數(shù)，M組R個集合是針對R乘M個集合而形成的，且M組T個集合是針對T乘M個集合而形成的，其中T乘M矩陣中的一個系數(shù)用于生成每個包含P個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合，以及其中在P個子帶上從T個發(fā)射天線發(fā)射每一組T個包含P個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合；針對每個包含P個接收導(dǎo)頻符號的集合導(dǎo)出初始頻域頻率響應(yīng)估計(jì)，其中針對R乘M個包含P個接收導(dǎo)頻符號的集合導(dǎo)出R乘M個0初始頻率響應(yīng)估計(jì)，針對每個初始頻率響應(yīng)估計(jì)導(dǎo)出初始時域沖擊響應(yīng)估計(jì)，其中針對所述R乘M個初始頻率響應(yīng)估計(jì)導(dǎo)出R乘M個初始沖擊響應(yīng)估計(jì)；基于所述R乘M個初始沖擊響應(yīng)估計(jì)和所述T乘M矩陣，導(dǎo)出R乘T個最終時域沖擊響應(yīng)估計(jì)；以及針對每個最終沖擊響應(yīng)估計(jì)導(dǎo)出最終頻域頻率響應(yīng)估計(jì)，其中針對所述R乘T個最終沖擊響應(yīng)估計(jì)導(dǎo)出R乘T個最終頻率響應(yīng)估計(jì)，并且該R乘T個最終頻率響應(yīng)估計(jì)代表所述T個發(fā)射天線和所述R個接收天線之間的多輸入多輸出(MIMO)信道的估計(jì)。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中M等于T，并且T乘M矩陣是沃氏矩陣。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中選擇所述T乘M矩陣中的所述T乘M個系數(shù)，以使得由具有單個天線的接收機(jī)和具有多個天線的接收機(jī)進(jìn)行的信道估計(jì)誤差最小化。
33.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中基于具有單個天線的接收機(jī)和具有多個天線的接收機(jī)的加權(quán)均方信道估計(jì)誤差之和，選擇所述T個矢量中的所述T乘M個系數(shù)。
34.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中始終發(fā)射一組T個包含P個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合，只有當(dāng)所述系統(tǒng)支持至少一個具有多個天線的接收機(jī)時，才發(fā)射剩余的M-1組T個包含P個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合。
35.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中在第一組P個子帶上經(jīng)由R個接收天線獲得一組R個包含P個接收導(dǎo)頻符號的集合，在第二組P個子帶上經(jīng)由R個接收天線獲得剩余的M-1組R個包含P個接收導(dǎo)頻符號的集合。
36.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，進(jìn)一步包括對于所述R乘T個最終沖擊響應(yīng)估計(jì)中的每一個，將低于特定閾值的抽頭值設(shè)置為零。
37.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，進(jìn)一步包括對于所述R乘T個最終沖擊響應(yīng)估計(jì)中的每一個，將最后第L個到第P個抽頭設(shè)置為零，其中L是所述系統(tǒng)期望的延遲展寬。
38.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，進(jìn)一步包括對與利用所述T乘M矩陣中包含T個系數(shù)的相同矢量生成的定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合相對應(yīng)的接收導(dǎo)頻符號的集合進(jìn)行濾波。
39.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，進(jìn)一步包括對與利用所述T乘M矩陣中包含T個系數(shù)的相同矢量生成的定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合相對應(yīng)的初始頻率響應(yīng)估計(jì)進(jìn)行濾波。
40.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，進(jìn)一步包括對與利用T乘M矩陣中包含T個系數(shù)的相同矢量生成的定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合相對應(yīng)的初始沖擊響應(yīng)估計(jì)進(jìn)行濾波。
41.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，進(jìn)一步包括對所述最終沖擊響應(yīng)估計(jì)進(jìn)行濾波。
42.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，進(jìn)一步包括對所述最終頻率響應(yīng)估計(jì)進(jìn)行濾波。
43.一種在使用正交頻分復(fù)用(OFDM)的無線多天線通信系統(tǒng)中的設(shè)備，包括多個接收單元，用于經(jīng)由R個接收天線，獲得對應(yīng)于T乘M個包含P個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合的R乘M個包含P個接收導(dǎo)頻符號的集合，所述T乘M個包含P個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合是利用T乘M矩陣中的T乘M個系數(shù)生成的，其中R、T和P是大于1的整數(shù)，M是等于或大于T的整數(shù)，M組R個集合是針對所述R乘M個集合形成的，M組T個集合是針對T乘M個集合形成的，其中所述T乘M矩陣中的每個系數(shù)用于生成每個包含P個定標(biāo)導(dǎo)頻的集合，并且其中在P個子帶上從T個發(fā)射天線發(fā)射每組T個包含P個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合；以及信道估計(jì)器，用于針對每個包含P個接收導(dǎo)頻符號的集合導(dǎo)出初始頻域頻率響應(yīng)估計(jì)，其中針對所述R乘M個包含P個接收導(dǎo)頻符號的集合導(dǎo)出R乘M個初始頻率響應(yīng)估計(jì)，針對每個初始頻率響應(yīng)估計(jì)導(dǎo)出初始時域沖擊響應(yīng)估計(jì)，其中針對所述R乘M個初始頻率響應(yīng)估計(jì)導(dǎo)出R乘M個初始沖擊響應(yīng)估計(jì)，基于所述R乘M個初始沖擊響應(yīng)估計(jì)和所述T乘M矩陣導(dǎo)出R乘T個最終時域沖擊響應(yīng)估計(jì)，以及針對每個最終沖擊響應(yīng)估計(jì)導(dǎo)出最終頻域頻率響應(yīng)估計(jì)，其中針對所述R乘T個最終沖擊響應(yīng)估計(jì)導(dǎo)出R乘T個最終頻率響應(yīng)估計(jì)，并且該R乘T個最終頻率響應(yīng)估計(jì)代表T個發(fā)射天線和R個接收天線之間多輸入多輸出(MIMO)信道的估計(jì)。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的設(shè)備，其中所述信道估計(jì)器還用于對接收導(dǎo)頻符號、初始頻率響應(yīng)估計(jì)、初始沖擊響應(yīng)估計(jì)、最終沖擊響應(yīng)估計(jì)，或最終頻率響應(yīng)估計(jì)進(jìn)行濾波。
45.一種在使用正交頻分復(fù)用(OFDM)的無線多天線通信系統(tǒng)中的設(shè)備，包括用于經(jīng)由R個接收天線，獲得對應(yīng)于T乘M個包含P個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合的R乘M個包含P個接收導(dǎo)頻符號的集合的裝置，所述T乘M個包含P個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合是利用T乘M矩陣中的T乘M個系數(shù)生成的，其中R、T和P是大于1的整數(shù)，M是等于或大于T的整數(shù)，M組R個集合是針對所述R乘M個集合形成的，M組T個集合是針對T乘M個集合形成的，其中所述T乘M矩陣中的每個系數(shù)用于生成每個包含P個定標(biāo)導(dǎo)頻的集合，并且其中在P個子帶上從T個發(fā)射天線發(fā)射每組T個包含P個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合；以及用于針對每個包含P個接收導(dǎo)頻符號的集合導(dǎo)出初始頻域頻率響應(yīng)估計(jì)的裝置，其中針對所述R乘M個包含P個接收導(dǎo)頻符號的集合導(dǎo)出R乘M個初始頻率響應(yīng)估計(jì)，用于針對每個初始頻率響應(yīng)估計(jì)導(dǎo)出初始時域沖擊響應(yīng)估計(jì)的裝置，其中針對所述R乘M個初始頻率響應(yīng)估計(jì)導(dǎo)出R乘M個初始沖擊響應(yīng)估計(jì)，基于所述R乘M個初始沖擊響應(yīng)估計(jì)和所述T乘M矩陣導(dǎo)出R乘T個最終時域沖擊響應(yīng)估計(jì)的裝置，以及針對每個最終沖擊響應(yīng)估計(jì)導(dǎo)出最終頻域頻率響應(yīng)估計(jì)的裝置，其中針對所述R乘T個最終沖擊響應(yīng)估計(jì)導(dǎo)出R乘T個最終頻率響應(yīng)估計(jì)，并且該R乘T個最終頻率響應(yīng)估計(jì)代表T個發(fā)射天線和R個接收天線之間多輸入多輸出(MIMO)信道的估計(jì)。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括用于對接收導(dǎo)頻符號、初始頻率響應(yīng)估計(jì)、初始沖擊響應(yīng)估計(jì)、最終沖擊響應(yīng)估計(jì)，或最終頻率響應(yīng)估計(jì)進(jìn)行濾波的裝置。
47.一種在無線多天線通信系統(tǒng)的接收機(jī)處執(zhí)行信道估計(jì)的方法，包括經(jīng)由R個接收天線，獲得對應(yīng)于M個包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合的M個包含R個接收導(dǎo)頻符號的集合，其中該M個包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合是利用矩陣的M個不同矢量生成的，且經(jīng)由T個發(fā)射天線發(fā)射，其中R和T是大于1的整數(shù)，M是等于或大于T的整數(shù)，其中每個矢量包括T個系數(shù)，以及其中選擇所述M個矢量中的系數(shù)以便于由具有單個天線的接收機(jī)和具有多個天線的接收機(jī)進(jìn)行信道估計(jì)；以及將所述M個包含R個接收導(dǎo)頻符號的集合與所述矩陣的逆執(zhí)行矩陣乘法，以獲得T個發(fā)射天線和R個接收天線之間的R乘T信道增益的估計(jì)。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中所述M個矢量彼此不正交。
49.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中選擇M個矢量中的系數(shù)以使得由具有單個天線的接收機(jī)和具有多個天線的接收機(jī)進(jìn)行的信道估計(jì)誤差最小化。
50.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中基于具有單個天線的接收機(jī)和具有多個天線的接收機(jī)的加權(quán)均方信道估計(jì)之和，選擇所述M個矢量的系數(shù)。
51.一種在無線多天線通信系統(tǒng)中的設(shè)備，包括多個接收單元，用于經(jīng)由R個接收天線，獲得對應(yīng)于M個包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合的M個包含R個接收導(dǎo)頻符號的集合，其中該M個包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合是利用矩陣的M個不同矢量生成的并經(jīng)由T個發(fā)射天線發(fā)射，其中R和T是大于1的整數(shù)，M是等于或大于T的整數(shù)，其中每個矢量包括T個系數(shù)，以及其中選擇所述M個矢量中的系數(shù)以便由具有單個天線的接收機(jī)和具有多個天線的接收機(jī)進(jìn)行信道估計(jì)；以及信道估計(jì)器，用于將M個包含R個接收導(dǎo)頻符號的集合與所述矩陣的逆執(zhí)行矩陣乘法，以獲得T個發(fā)射天線和R個接收天線之間的R乘T個信道增益估計(jì)。
52.一種在無線多天線通信系統(tǒng)的接收機(jī)處執(zhí)行信道估計(jì)的方法，包括經(jīng)由單個接收天線，獲得對應(yīng)于M個包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合的M個接收導(dǎo)頻符號，所述M個包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號是利用矩陣的M個不同矢量生成的并經(jīng)由T個發(fā)射天線發(fā)射，其中，T是大于1的整數(shù)，M是等于或大于T的整數(shù)，其中每個矢量包括T個系數(shù)，以及其中選擇M個矢量中的系數(shù)以便由具有單個天線的接收機(jī)和具有多個天線的接收機(jī)執(zhí)行信道估計(jì)；以及對所述M個接收導(dǎo)頻符號進(jìn)行濾波，以獲得在所述T個發(fā)射天線和所述單個接收天線之間的復(fù)合多輸入單輸出(MISO)信道的估計(jì)。
全文摘要
本發(fā)明描述了多天線通信系統(tǒng)中有效導(dǎo)頻傳輸方案。通常，MISO接收機(jī)更期望在一個空間方向上發(fā)射的導(dǎo)頻，MIMO接收機(jī)通常需要在不同空間方向上發(fā)射的導(dǎo)頻。在一個導(dǎo)頻發(fā)射方案中，使用第一訓(xùn)練矢量生成包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的第一集合，并將其從T個發(fā)射天線發(fā)射(例如連續(xù)地)，其中T＞1。如果系統(tǒng)支持MIMO接收機(jī)(多個)，那么使用至少T－1個訓(xùn)練矢量生成至少T－1個包含T個定標(biāo)導(dǎo)頻符號的集合，并將其從T個發(fā)射天線發(fā)射。訓(xùn)練矢量用于不同的(例如正交)空間方向。每個MISO接收機(jī)基于該定標(biāo)導(dǎo)頻符號的第一集合可以估計(jì)其MISO信道。每個MIMO接收機(jī)基于定標(biāo)導(dǎo)頻符號的第一集合和附加集合可以估計(jì)其MIMO信道。
文檔編號H04L27/26GK1914870SQ200480041371
公開日2007年2月14日 申請日期2004年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月5日
發(fā)明者達(dá)南杰伊·阿肖克·戈?duì)? 阿維尼施·阿格拉瓦爾, 塔梅爾·卡多斯 申請人:高通股份有限公司