專利名稱：Mimo－ofdm系統(tǒng)及其中之預(yù)編碼與反饋的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種正交頻分復(fù)用(orthogonal-frequency-division-multiplexing，簡(jiǎn)稱OFDM)的無(wú)線(wireless)系統(tǒng)，且特別涉及一種天線陣列基礎(chǔ)之多輸入多輸出(antenna-array-based multiple-input multiple-output簡(jiǎn)稱MIMO)正交頻分復(fù)用(MIMO-OFDM)系統(tǒng)，此系統(tǒng)使用MIMO的通道矩陣(MIMOchannel matrix)之QR分解(QR decomposition)來(lái)參數(shù)化通道狀態(tài)信息(channel state information簡(jiǎn)稱CSI)。
背景技術(shù)：
無(wú)線移動(dòng)通信并能負(fù)載大量的數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)是現(xiàn)今社會(huì)的基本要求趨勢(shì)，為了有效且明顯地增加通道傳輸率(channel capacity)，于是應(yīng)用了所謂的天線陣列基礎(chǔ)之多輸入多輸出正交頻分復(fù)用(MIMO-OFDM)技術(shù)。在閉回路(closed loop)MIMO-OFDM系統(tǒng)中，使用空間向量編碼方案(spatial vector-coding scheme)于發(fā)射端(transmitter)可實(shí)際并大量地增加通道傳輸率，但是，空間向量編碼方案的有效性決定于接收端(receiver)所評(píng)估之MIMO通道狀態(tài)信息的正確性，因此，從接收端反饋?zhàn)銐虻膮?shù)與信息到發(fā)射端而使發(fā)射端能重現(xiàn)通道狀態(tài)信息是重要關(guān)鍵，這一關(guān)鍵在發(fā)射天線的數(shù)目大于接收天線的數(shù)目時(shí)尤為重要。
在現(xiàn)存的空間向量編碼方案中，有一較佳的解決途徑能提供MIMO通道的最大相互信息(maximum mutual information)，其是使用每一頻帶之MIMO的通道矩陣H之奇異值分解(singular valuedecomposition)來(lái)參數(shù)化通道狀態(tài)信息，表示為
并應(yīng)用積文氏旋轉(zhuǎn)(Givens rotations)所有頻帶的V矩陣，來(lái)產(chǎn)生多個(gè)積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣(Givens rotation matrix)Gp，q(θ，)，表示為 再反饋所有頻帶的這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣的信息到發(fā)射端，并于發(fā)射端組合這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣的信息以重新獲得所有頻帶的V矩陣，然后應(yīng)用這些V矩陣于發(fā)射端的向量編碼(vector coding)中。在此解決方案中，使用MIMO的通道矩陣之右/左奇異向量(right/left singularvectors)作為發(fā)射/接收權(quán)值向量(transmit/receive weighting vectors)，并使用注水能量分配(water-filing power allocation)以架構(gòu)最佳的空間多路復(fù)用(optimum spatial multiplexing)系統(tǒng)。
顯而易見(jiàn)地，上述解決方案具有計(jì)算量大、復(fù)雜度高、以及反饋數(shù)據(jù)過(guò)多或回傳位率要求過(guò)高等的缺點(diǎn)。因?yàn)獒槍?duì)每一個(gè)頻帶(frequency band)，接收端都必須先由MIMO的通道矩陣H求得V矩陣，再由V矩陣求得積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣，所以計(jì)算量與復(fù)雜度自然又大又高。另外，必須反饋所有頻帶之積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣的信息，則反饋信息正比于頻帶數(shù)目，典型地頻帶數(shù)目可能有512，因此，反饋數(shù)據(jù)過(guò)多或回傳位率要求過(guò)高的缺點(diǎn)昭然若顯。舉例而言，如果通道矩陣H之維度為2×4，則針對(duì)每一頻帶需要62個(gè)復(fù)數(shù)乘數(shù)的計(jì)算，且每一頻帶至少需要回傳10個(gè)實(shí)數(shù)的信息，則總回傳信息會(huì)高達(dá)5120個(gè)實(shí)數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種天線陣列基礎(chǔ)之多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)，此系統(tǒng)解決公知技術(shù)所造成之計(jì)算量大、復(fù)雜度高、以及反饋數(shù)據(jù)過(guò)多或回傳位率要求過(guò)高等的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的再一目的是提供一種天線陣列基礎(chǔ)之多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)內(nèi)的反饋方法，此方法可以降低復(fù)雜度，并使計(jì)算量銳減，更可以自由控制反饋數(shù)據(jù)之多寡與適應(yīng)回傳位率的要求。
本發(fā)明的又一目的是提供一種天線陣列基礎(chǔ)之多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)內(nèi)的預(yù)編碼方法，此方法可以在反饋數(shù)據(jù)大減的情況下，保持理想的通道傳輸率與相互數(shù)據(jù)損失(mutual information loss)。
本發(fā)明提出一種天線陣列基礎(chǔ)之多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)，此系統(tǒng)之接收端包括MR個(gè)接收天線、MR個(gè)頻帶解調(diào)制器、通道評(píng)估與反饋參數(shù)產(chǎn)生器(Channel Estimator & Feedback ParameterGenerator)、以及N個(gè)檢測(cè)器(Detector)，此系統(tǒng)之發(fā)射端包括向量編碼矩陣(vector-coding matrix)產(chǎn)生器、N個(gè)編碼器、MT個(gè)頻帶調(diào)制器(Frequency Band Modulator)、以及MT個(gè)發(fā)射天線。令此系統(tǒng)中，MR、MT、N、n皆為自然數(shù)，且0＜n＜＝N。
在本發(fā)明所提供之系統(tǒng)的接收端中，上述MR個(gè)頻帶解調(diào)制器連接至MR個(gè)接收天線，其解調(diào)這些接收天線所接收之信號(hào)，每一頻帶解調(diào)制器獲得N個(gè)不同頻帶的頻帶信號(hào)(tone)。上述通道評(píng)估與反饋參數(shù)產(chǎn)生器連接至這些頻帶解調(diào)制器，其依據(jù)這些頻帶解調(diào)制器之輸出，而評(píng)估獲得N個(gè)不同頻帶的通道狀態(tài)信息，并根據(jù)這些通道狀態(tài)信息產(chǎn)生反饋參數(shù)，且將其反饋至發(fā)射端。上述N個(gè)檢測(cè)器連接至這些頻帶解調(diào)制器以及通道評(píng)估與反饋參數(shù)產(chǎn)生器，其依據(jù)這些通道狀態(tài)信息，對(duì)這些頻帶解調(diào)制器之輸出進(jìn)行解碼，而獲得N個(gè)接收數(shù)據(jù)向量，其中同一檢測(cè)器接收所有頻帶解調(diào)制器所輸出之相同頻帶的頻帶信號(hào)。
在本發(fā)明所提供之系統(tǒng)的發(fā)射端中，上述向量編碼矩陣產(chǎn)生器根據(jù)反饋參數(shù)，產(chǎn)生N個(gè)空間向量編碼矩陣(spatial vector-codingmatrix)W(n)，亦即，先令H(n)為第n個(gè)頻帶的MIMO通道矩陣，且令H(n)之QR分解表示為H(n)＝R(n)Q*(n)，其中R(n)是維度為MR×MT的下三角矩陣(Lower triangular matrix)，Q(n)是維度為MT×MT的正交矩陣(Orthonormal matrix)，且Q*(n)代表Q(n)的復(fù)數(shù)共扼轉(zhuǎn)置(Complex conjugate transport)矩陣，令Q(n)＝[q1(n)q2(n)...qMT(n)]，其中qm(n)代表Q(n)矩陣中的第m個(gè)行向量(Column vector)，則W(n)＝[q1(n)q2(n)...qM(n)]；其中M、m為自然數(shù)，且0＜M＜＝MT，上述N個(gè)編碼器連接至向量編碼矩陣產(chǎn)生器，其接收N個(gè)傳輸數(shù)據(jù)向量，每一傳輸數(shù)據(jù)向量維度為M×1，并根據(jù)這些向量編碼矩陣，對(duì)這些傳輸數(shù)據(jù)向量進(jìn)行編碼，每一編碼器輸出MT個(gè)相同頻帶的頻帶信號(hào)，且每一編碼器所輸出之頻帶信號(hào)是不同頻帶。上述MT個(gè)頻帶調(diào)制器連接至這些編碼器以及發(fā)射天線，其對(duì)這些編碼器之輸出進(jìn)行調(diào)制后，再經(jīng)這些發(fā)射天線輸出，其中每一頻帶調(diào)制器接收所有編碼器所輸出之不同頻帶的頻帶信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所述之MIMO-OFDM系統(tǒng)，上述之通道評(píng)估與反饋參數(shù)產(chǎn)生器根據(jù)這些通道狀態(tài)信息，應(yīng)用積文氏旋轉(zhuǎn)這些MIMO通道矩陣H(n)，來(lái)產(chǎn)生多個(gè)積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣Gp，q(θ，)，并根據(jù)這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣之θ，來(lái)產(chǎn)生反饋參數(shù)。較佳地，實(shí)施例中，此通道評(píng)估與反饋參數(shù)產(chǎn)生器根據(jù)這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣Gp，q(θ，)，使用delta調(diào)制(delta modulation)于θ及，以產(chǎn)生反饋參數(shù)。更特定地說(shuō)，此通道評(píng)估與反饋參數(shù)產(chǎn)生器是使用有1位量化器(one-bit quantizer)或多位量化器之delta調(diào)制θ及，以產(chǎn)生反饋參數(shù)。
依照本發(fā)明的較佳實(shí)施例所述之MIMO-OFDM系統(tǒng)，接收端之通道評(píng)估與反饋參數(shù)產(chǎn)生器僅根據(jù)一部分頻帶之MIMO通道矩陣來(lái)產(chǎn)生這一部分頻帶之這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣Gp，q(θ，)，并僅根據(jù)這一部分頻帶之這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣之θ，來(lái)產(chǎn)生反饋參數(shù)。亦即，反饋參數(shù)中僅包括一部份頻帶之信息。而發(fā)射端之向量編碼矩陣產(chǎn)生器依據(jù)反饋參數(shù)，僅產(chǎn)生一部分頻帶之θ(n)，(n)，并利用內(nèi)插法(interpolation)以產(chǎn)生所有頻帶之θ(n)，(n)，再產(chǎn)生所有的空間向量編碼矩陣。
本發(fā)明所提供之MIMO-OFDM系統(tǒng)可應(yīng)用于接收天線之?dāng)?shù)目小于發(fā)射天線之?dāng)?shù)目的系統(tǒng)，亦即，MR＜MT。但當(dāng)MR＜＜MT時(shí)，更能凸顯本發(fā)明之效能。
本發(fā)明提出一種MIMO-OFDM系統(tǒng)內(nèi)的反饋方法，其中此系統(tǒng)包括MR個(gè)接收天線及MT個(gè)發(fā)射天線，此反饋方法包括下列步驟首先，解調(diào)這些MR個(gè)接收天線所接收之信號(hào)，每一接收天線所接收之信號(hào)可解調(diào)而獲得N個(gè)不同頻帶的頻帶信號(hào)；然后，依據(jù)所有不同頻帶的頻帶信號(hào)，而評(píng)估獲得N個(gè)不同頻帶的通道狀態(tài)信息；再將所有頻帶信號(hào)分成N個(gè)集合，每一集合依次包括MR個(gè)由不同接收天線所獲得之相同頻帶的頻帶信號(hào)，并依據(jù)這些通道狀態(tài)信息，對(duì)每一集合的頻帶信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)解碼，而獲得N個(gè)接收數(shù)據(jù)向量；同時(shí)，根據(jù)這些通道狀態(tài)信息，產(chǎn)生并輸出反饋參數(shù)至發(fā)射端，其中，令H(n)為系統(tǒng)內(nèi)第n個(gè)頻帶的MIMO通道矩陣，且H(n)之QR分解表示為H(n)＝R(n)Q*(n)，其中R(n)是維度為MR×MT的下三角矩陣，Q(n)是維度為MT×MT的正交矩陣，且Q*(n)代表Q(n)的復(fù)數(shù)共扼轉(zhuǎn)置矩陣，令Q(n)＝[q1(n)q2(n)...qMT(n)]，其中qm(n)代表Q(n)矩陣中的第m個(gè)行向量，并且令空間向量編碼矩陣W(n)＝[q1(n)q2(n)...qM(n)]，則對(duì)每一相同頻帶的頻帶信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)解碼以獲得所有的接收數(shù)據(jù)向量時(shí)，是相對(duì)應(yīng)于使用這些空間向量編碼矩陣W(n)進(jìn)行編碼，上述MR、MT、N、M、m、n皆為自然數(shù)且0＜M＜＝MT，0＜n＜＝N。
依照本發(fā)明的實(shí)施例所述之MIMO-OFDM系統(tǒng)內(nèi)的反饋方法，其中，應(yīng)用積文氏旋轉(zhuǎn)這些MIMO通道矩陣H(n)，來(lái)產(chǎn)生多個(gè)積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣Gp，q(θ，)，并根據(jù)這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣之θ，來(lái)產(chǎn)生反饋參數(shù)。較佳地，實(shí)施例中，使用delta調(diào)制上述這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣Gp，q(θ，)中的θ及，以產(chǎn)生反饋參數(shù)。更可以特定地說(shuō)，使用有1位量化器或多位量化器之delta調(diào)制θ及，來(lái)產(chǎn)生反饋參數(shù)。
依照本發(fā)明的較佳實(shí)施例所述之MIMO-OFDM系統(tǒng)內(nèi)的反饋方法，其中，僅根據(jù)一部分頻帶之MIMO通道矩陣來(lái)產(chǎn)生這一部分頻帶之這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣Gp，q(θ，)，并根據(jù)這一部分頻帶之這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣之θ，來(lái)產(chǎn)生反饋參數(shù)。
本發(fā)明提出一種MIMO-OFDM系統(tǒng)內(nèi)的預(yù)編碼方法，其中此系統(tǒng)包括MR個(gè)接收天線及MT個(gè)發(fā)射天線，此預(yù)編碼方法包括下列步驟首先，接收由接收端所送出之反饋參數(shù)；然后，依據(jù)反饋參數(shù)來(lái)產(chǎn)生N個(gè)空間向量編碼矩陣W(n)，亦即，令H(n)為系統(tǒng)內(nèi)第n個(gè)頻帶的MIMO通道矩陣，且H(n)之QR分解表示為H(n)＝R(n)Q*(n)，其中R(n)是維度為MR×MT的下三角矩陣，Q(n)是維度為MT×MT的正交矩陣，且Q*(n)代表Q(n)的復(fù)數(shù)共扼轉(zhuǎn)置矩陣，令Q(n)＝[q1(n)q2(n)...qMT(n)]，其中qm(n)代表Q(n)矩陣中的第m個(gè)行向量，則W(n)＝[q1(n)q2(n)...qM(n)]；接著，接收N個(gè)傳輸數(shù)據(jù)向量，每一傳輸數(shù)據(jù)向量維度為M×1，并依據(jù)這些向量編碼矩陣，對(duì)這些傳輸數(shù)據(jù)向量進(jìn)行編碼，每一傳輸數(shù)據(jù)向量經(jīng)編碼后獲得MT個(gè)相同頻帶的頻帶信號(hào)，且不同傳輸數(shù)據(jù)向量所獲得之頻帶信號(hào)是不同頻帶；再對(duì)所有頻帶信號(hào)分成MT個(gè)集合，每一集合依次包括N個(gè)由不同傳輸數(shù)據(jù)向量所獲得之不同頻帶的頻帶信號(hào)，并對(duì)每一集合之頻帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后，再經(jīng)這些發(fā)射天線輸出，上述，MR、MT、M、N、m、n皆為自然數(shù)，且0＜M＜＝MT，0＜n＜＝N。
依照本發(fā)明的實(shí)施例所述之MIMO-OFDM系統(tǒng)內(nèi)的預(yù)編碼方法，其中，依據(jù)反饋參數(shù)來(lái)產(chǎn)生多個(gè)積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣Gp，q(θ，)，再由這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣Gp，q(θ，)來(lái)產(chǎn)生這些N個(gè)空間向量編碼矩陣W(n)。較佳地，實(shí)施例中，反饋參數(shù)是使用delta調(diào)制這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣Gp，q(θ，)中的θ及所產(chǎn)生。更可以特定地說(shuō)，此反饋參數(shù)是使用有1位量化器或多位量化器之delta調(diào)制于θ及所產(chǎn)生。
依照本發(fā)明的較佳實(shí)施例所述之MIMO-OFDM系統(tǒng)內(nèi)的預(yù)編碼方法，其中，依據(jù)反饋參數(shù)來(lái)僅產(chǎn)生一部分頻帶之θ(n)，(n)，并利用內(nèi)插法以產(chǎn)生所有頻帶之θ(n)，(n)，再產(chǎn)生這些空間向量編碼矩陣。
本發(fā)明因采用MIMO的通道矩陣之QR分解來(lái)參數(shù)化通道狀態(tài)信息，而不是使用復(fù)雜的奇異值分解來(lái)參數(shù)化通道狀態(tài)信息，因此，降低復(fù)雜度并使計(jì)算量銳減。另外，本發(fā)明僅反饋一部分頻帶之積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣之θ，，并利用內(nèi)插法來(lái)產(chǎn)生所有頻帶之積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣之θ，，進(jìn)而產(chǎn)生所有頻帶之空間向量編碼矩陣，因此，更可以自由控制反饋資料之多寡與適應(yīng)回傳位率的要求。
為讓本發(fā)明之上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。


圖1為本發(fā)明較佳實(shí)施例之一種具有空間向量編碼的MIMO-OFDM系統(tǒng)的方框圖。
圖2為本發(fā)明較佳實(shí)施例使用QR分解與公知技術(shù)中開(kāi)回路或使用SVD分解之效能差異比較圖。
圖3A為如圖1之MIMO-OFDM系統(tǒng)中通道評(píng)估與反饋參數(shù)產(chǎn)生器僅反饋部分頻帶的參數(shù)與數(shù)據(jù)的示意圖。
圖3B為于如圖1之MIMO-OFDM系統(tǒng)中向量編碼矩陣產(chǎn)生器使用成串法于反饋參數(shù)以組合所有頻帶信息的示意圖。
圖3C為于如圖1之MIMO-OFDM系統(tǒng)中向量編碼矩陣產(chǎn)生器使用內(nèi)插法于反饋參數(shù)以組合所有頻帶信息的示意圖。
圖4為本發(fā)明較佳實(shí)施例使用內(nèi)插法與成串法之效能差異比較圖。
圖5為本發(fā)明較佳實(shí)施例反饋頻帶之?dāng)?shù)目多寡之效能差異比較圖。
主要元件標(biāo)記說(shuō)明
102接收天線104頻帶解調(diào)制器106通道評(píng)估與反饋參數(shù)產(chǎn)生器108檢測(cè)器122發(fā)射天線124頻帶調(diào)制器126向量編碼矩陣產(chǎn)生器128編碼器202MR＝4，MT＝6時(shí)的效能204MR＝3，MT＝6時(shí)的效能206MR＝2，MT＝6時(shí)的效能402變化大(虛線27-Taps)時(shí)的效能404變化小(實(shí)線12-Taps)時(shí)的效能502兩反饋頻帶信號(hào)相隔的頻帶數(shù)目為10時(shí)504兩反饋頻帶信號(hào)相隔的頻帶數(shù)目為50時(shí)506兩反饋頻帶信號(hào)相隔的頻帶數(shù)目為100時(shí)具體實(shí)施方式
觀察公知技術(shù)的特征在于使用每一頻帶之MIMO的通道矩陣之奇異值分解來(lái)參數(shù)化通道狀態(tài)信息，再應(yīng)用積文氏旋轉(zhuǎn)所有頻帶的V矩陣，來(lái)產(chǎn)生多個(gè)積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣Gp，q(θ，)，接著，反饋所有頻帶的這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣的信息到發(fā)射端，并于發(fā)射端組合這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣的信息以重新獲得所有頻帶的V矩陣，然后應(yīng)用這些V矩陣于發(fā)射端的向量編碼中。值的疑問(wèn)的是一定必須使用奇異值分解嗎？有沒(méi)有其它計(jì)算較簡(jiǎn)單的方法？一定必須反饋所有頻帶的信息嗎？有鑒于此，本發(fā)明之技術(shù)特征重點(diǎn)之一在于采用MIMO的通道矩陣之QR分解來(lái)參數(shù)化通道狀態(tài)信息，因此，可直接應(yīng)用積文氏旋轉(zhuǎn)這些MIMO通道矩陣，來(lái)產(chǎn)生這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣Gp，q(θ，)。本發(fā)明另一技術(shù)特征重點(diǎn)之一在于僅反饋一部分頻帶之積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣之θ，，再較佳地利用內(nèi)插法來(lái)產(chǎn)生所有頻帶之積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣之θ，，進(jìn)而產(chǎn)生所有頻帶之空間向量編碼矩陣。
圖1為本發(fā)明較佳實(shí)施例之一種具有空間向量編碼的MIMO-OFDM系統(tǒng)的方塊圖，請(qǐng)參照?qǐng)D1。此系統(tǒng)由一個(gè)發(fā)射端(transmitter)與一個(gè)接收端(receiver)所組成，且此系統(tǒng)為具有N個(gè)不同頻帶的系統(tǒng)。此系統(tǒng)之發(fā)射端包括MT個(gè)發(fā)射天線122、MT個(gè)頻帶調(diào)制器124、向量編碼矩陣產(chǎn)生器126、以及N個(gè)編碼器128，此系統(tǒng)之接收端包括MR個(gè)接收天線102、MR個(gè)頻帶解調(diào)制器104、通道評(píng)估與反饋參數(shù)產(chǎn)生器106、以及N個(gè)檢測(cè)器108。其中，MR、MT、N皆為自然數(shù)。
在本發(fā)明所提供之系統(tǒng)的發(fā)射端中，N個(gè)編碼器128接收N個(gè)傳輸數(shù)據(jù)向量s(n)，每一編碼器128對(duì)應(yīng)一個(gè)不同的頻帶，而每一傳輸數(shù)據(jù)向量維度為M×1，這些編碼器128依據(jù)每一不同頻帶之通道狀態(tài)信息(CSI)，對(duì)這些傳輸數(shù)據(jù)向量s(n)進(jìn)行空間向量編碼，亦即，依據(jù)N個(gè)向量編碼矩陣W(n)，對(duì)這些傳輸數(shù)據(jù)向量s(n)進(jìn)行編碼，由于，每一個(gè)不同的頻帶有不同的向量編碼矩陣W(n)，且每一向量編碼矩陣W(n)維度為MT×M，因此，每一編碼器128輸出MT個(gè)相同頻帶的頻帶信號(hào)(tone)，且每一編碼器128所輸出之頻帶信號(hào)是不同頻帶，其中M、n皆為自然數(shù)，且0＜M＜＝MT，0＜n＜＝N。請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)D1，MT個(gè)頻帶調(diào)制器124連接至這些編碼器128以及MT個(gè)發(fā)射天線122，每一頻帶調(diào)制器124依序接收所有編碼器128所輸出之不同頻帶的頻帶信號(hào)，再對(duì)這些編碼器128所輸出之不同頻帶的頻帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后，經(jīng)這些發(fā)射天線122輸出無(wú)線電信號(hào)。典型地，頻帶調(diào)制器124的調(diào)制是反向快速傅立葉轉(zhuǎn)換(IFFT)。
在本發(fā)明所提供之系統(tǒng)的接收端中，MR個(gè)頻帶解調(diào)制器104連接至MR個(gè)接收天線102，其解調(diào)這些接收天線102所接收之無(wú)線電信號(hào)，每一頻帶解調(diào)制器104獲得N個(gè)不同頻帶的頻帶信號(hào)(tone)。典型地，頻帶解調(diào)制器104的調(diào)制是快速傅立葉轉(zhuǎn)換(FFT)。通道評(píng)估與反饋參數(shù)產(chǎn)生器106連接至這些頻帶解調(diào)制器104，其依據(jù)這些頻帶解調(diào)制器104之輸出，而評(píng)估獲得N個(gè)不同頻帶的通道狀態(tài)信息(CSI)。N個(gè)檢測(cè)器108連接至這些頻帶解調(diào)制器104以及通道評(píng)估與反饋參數(shù)產(chǎn)生器106，每一檢測(cè)器108對(duì)應(yīng)一個(gè)不同的頻帶，同一檢測(cè)器108依序接收所有頻帶解調(diào)制器104所輸出之相同頻帶的頻帶信號(hào)，其依據(jù)不同頻帶的通道狀態(tài)信息(CSI)，對(duì)這些頻帶解調(diào)制器104之輸出進(jìn)行解碼，而獲得N個(gè)接收數(shù)據(jù)向量 由上述可知，不論發(fā)射端與接收端皆利用每一不同頻帶之通道狀態(tài)信息(CSI)，來(lái)進(jìn)行編碼與解碼。而本發(fā)明之技術(shù)特征重點(diǎn)之一就是采用了MIMO的通道矩陣之QR分解來(lái)參數(shù)化此通道狀態(tài)信息。因此，通道評(píng)估與反饋參數(shù)產(chǎn)生器106依據(jù)所有頻帶解調(diào)制器104之輸出，而評(píng)估獲得N個(gè)不同頻帶的通道狀態(tài)信息后，根據(jù)這些通道狀態(tài)信息產(chǎn)生與MIMO的通道矩陣之QR分解有關(guān)之反饋參數(shù)后，并將其反饋至發(fā)射端。而向量編碼矩陣產(chǎn)生器126依據(jù)由接收端所送回之反饋參數(shù)，來(lái)產(chǎn)生所有不同頻帶的通道狀態(tài)信息，亦即，產(chǎn)生上述N個(gè)空間向量編碼矩陣W(n)，因此，令H(n)為第n個(gè)頻帶的MIMO通道矩陣，且H(n)之QR分解表示為H(n)＝R(n)Q*(n)，其中R(n)是維度為MR×MT的下三角矩陣，Q(n)是維度為MT×MT的正交矩陣，且Q*(n)代表Q(n)的復(fù)數(shù)共扼轉(zhuǎn)置矩陣，令Q(n)＝[q1(n)q2(n)...qMT(n)]，其中qm(n)代表Q(n)矩陣中的第m個(gè)行向量(Columnvector)，則W(n)＝[q1(n)q2(n)...qM(n)]，其中M、m為自然數(shù)，且0＜M＜＝MT。
事實(shí)上，通道評(píng)估與反饋參數(shù)產(chǎn)生器106并不一定需要真正產(chǎn)生Q(n)，通道評(píng)估與反饋參數(shù)產(chǎn)生器106根據(jù)不同頻帶的通道狀態(tài)信息，直接應(yīng)用積文氏旋轉(zhuǎn)這些MIMO通道矩陣H(n)，來(lái)產(chǎn)生多個(gè)積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣Gp，q(θ，)，并根據(jù)這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣之θ，來(lái)產(chǎn)生反饋參數(shù)。而向量編碼矩陣產(chǎn)生器126依據(jù)這些與積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣之θ，有關(guān)之反饋參數(shù)，直接組合而得Q(n)，并由Q(n)矩陣中的多個(gè)行向量，進(jìn)一步產(chǎn)生上述N個(gè)空間向量編碼矩陣W(n)。
此較佳實(shí)施例中，通道評(píng)估與反饋參數(shù)產(chǎn)生器106根據(jù)這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣Gp，q(θ，)，使用delta調(diào)制θ及，以產(chǎn)生反饋參數(shù)。更特定地說(shuō)，此通道評(píng)估與反饋參數(shù)產(chǎn)生器106是使用有1位量化器(one-bit quantizer)或多位量化器之delta調(diào)制θ及，以產(chǎn)生反饋參數(shù)。
整理上述系統(tǒng)之接收端的操作，可獲得本發(fā)明所提出之一種MIMO-OFDM系統(tǒng)內(nèi)的反饋方法，此反饋方法包括下列步驟首先，解調(diào)所有MR個(gè)接收天線所接收之信號(hào)，每一接收天線所接收之信號(hào)可解調(diào)而獲得N個(gè)不同頻帶的頻帶信號(hào)；然后，依據(jù)所有不同頻帶的頻帶信號(hào)，而評(píng)估獲得N個(gè)不同頻帶的通道狀態(tài)信息；再將所有頻帶信號(hào)分成N個(gè)集合，每一集合依序包括MR個(gè)由不同接收天線所獲得之相同頻帶的頻帶信號(hào)，并依據(jù)這些通道狀態(tài)信息，對(duì)每一集合的頻帶信號(hào)進(jìn)行偵測(cè)解碼，而獲得N個(gè)接收數(shù)據(jù)向量；同時(shí)，根據(jù)這些通道狀態(tài)信息，產(chǎn)生并輸出反饋參數(shù)至發(fā)射端，其中，令H(n)為系統(tǒng)內(nèi)第n個(gè)頻帶的MIMO通道矩陣，且H(n)之QR分解表示為H(n)＝R(n)Q*(n)，其中R(n)是維度為MR×MT的下三角矩陣，Q(n)是維度為MT×MT的正交矩陣，且Q*(n)代表Q(n)的復(fù)數(shù)共扼轉(zhuǎn)置矩陣，令Q(n)＝[q1(n)q2(n)...qMT(n)]，其中qm(n)代表Q(n)矩陣中的第m個(gè)行向量(Columnvector)，并且令空間向量編碼矩陣W(n)＝[q1(n)q2(n)...qM(n)]，則對(duì)每一相同頻帶的頻帶信號(hào)進(jìn)行偵測(cè)解碼以獲得所有的接收數(shù)據(jù)向量時(shí)，是相對(duì)應(yīng)于使用這些空間向量編碼矩陣W(n)進(jìn)行編碼，上述MR、MT、N、M、m、n皆為自然數(shù)且0＜M＜＝MT，0＜n＜＝N。
此反饋方法中，可直接應(yīng)用積文氏旋轉(zhuǎn)這些MIMO通道矩陣H(n)，來(lái)產(chǎn)生多個(gè)積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣Gp，q(θ，)，并根據(jù)這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣之θ，來(lái)產(chǎn)生反饋參數(shù)。較佳地，可使用delta調(diào)制于上述這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣Gp，q(θ，)中的θ及，以產(chǎn)生反饋參數(shù)。更可以特定地說(shuō)，使用有1位量化器或多位量化器之delta調(diào)制θ及，來(lái)產(chǎn)生反饋參數(shù)。
同樣地，整理上述系統(tǒng)之發(fā)射端的操作，可獲得本發(fā)明所提出之一種MIMO-OFDM系統(tǒng)內(nèi)的預(yù)編碼方法，此預(yù)編碼方法包括下列步驟首先，接收由接收端所送出之反饋參數(shù)；然后，依據(jù)反饋參數(shù)來(lái)產(chǎn)生N個(gè)空間向量編碼矩陣W(n)，亦即，令H(n)為系統(tǒng)內(nèi)第n個(gè)頻帶的MIMO通道矩陣，且H(n)之QR分解表示為H(n)＝R(n)Q*(n)，其中R(n)是維度為MR×MT的下三角矩陣，Q(n)是維度為MT×MT的正交矩陣，且Q*(n)代表Q(n)的復(fù)數(shù)共扼轉(zhuǎn)置矩陣，令Q(n)＝[q1(n)q2(n)...qMT(n)]，其中qm(n)代表Q(n)矩陣中的第m個(gè)行向量(Columnvector)，則W(n)＝[q1(n)q2(n)...qM(n)]；接著，接收N個(gè)傳輸數(shù)據(jù)向量，每一傳輸數(shù)據(jù)向量維度為M×1，并依據(jù)這些向量編碼矩陣，對(duì)這些傳輸數(shù)據(jù)向量進(jìn)行編碼，每一傳輸數(shù)據(jù)向量經(jīng)編碼后獲得MT個(gè)相同頻帶的頻帶信號(hào)，且不同傳輸數(shù)據(jù)向量所獲得之頻帶信號(hào)是不同頻帶；再對(duì)所有頻帶信號(hào)分成MT個(gè)集合，每一集合依序包括N個(gè)由不同傳輸數(shù)據(jù)向量所獲得之不同頻帶的頻帶信號(hào)，并對(duì)每一集合之頻帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后，再經(jīng)這些發(fā)射天線輸出，上述，MT、MR、M、N、m、n皆為自然數(shù)，且0＜M＜＝MT，0＜n＜＝N。
此預(yù)編碼方法中，依據(jù)反饋參數(shù)來(lái)產(chǎn)生多個(gè)積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣Gp，q(θ，)，再由這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣Gp，q(θ，)來(lái)產(chǎn)生這些N個(gè)空間向量編碼矩陣W(n)。
圖2為本發(fā)明較佳實(shí)施例使用QR分解與公知技術(shù)中開(kāi)回路或使用SVD分解之效能差異比較圖，請(qǐng)參照?qǐng)D2。標(biāo)示202、204、206分別表示MR＝4，MT＝6、MR＝3，MT＝6、MR＝2，MT＝6時(shí)的效能，比較圖2中的標(biāo)示202、204、206，可知，本發(fā)明使用QR分解遠(yuǎn)優(yōu)于公知技術(shù)中使用開(kāi)回路的架構(gòu)，且本發(fā)明使用QR分解幾乎可獲得相同于使用SVD分解的效能。但是，本發(fā)明使用QR分解可降低復(fù)雜度并使計(jì)算量銳減。舉例而言，如果通道矩陣H之維度為2×4，則針對(duì)每一頻帶僅需要10個(gè)復(fù)數(shù)乘數(shù)的計(jì)算即可。由圖2也可知，本發(fā)明所提供之架構(gòu)非常適合應(yīng)用于接收天線之?dāng)?shù)目小于發(fā)射天線之?dāng)?shù)目的系統(tǒng)，亦即，應(yīng)用于MR＜MT的系統(tǒng)，但當(dāng)MR＜＜MT時(shí)，更能凸顯本發(fā)明之效能。
圖3A為如圖1之MIMO-OFDM系統(tǒng)中通道評(píng)估與反饋參數(shù)產(chǎn)生器僅反饋部分頻帶的參數(shù)與數(shù)據(jù)的示意圖，請(qǐng)參照?qǐng)D3A。接收端之通道評(píng)估與反饋參數(shù)產(chǎn)生器其實(shí)不一定需要反饋所有頻帶的信息，亦即，反饋參數(shù)中僅包括一部份頻帶之信息。通道評(píng)估與反饋參數(shù)產(chǎn)生器僅根據(jù)一部分頻帶之MIMO通道矩陣來(lái)產(chǎn)生這一部分頻帶之這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣Gp，q(θ，)，并僅根據(jù)這一部分頻帶之這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣之θ，來(lái)產(chǎn)生反饋參數(shù)。如圖3A所示，共有N個(gè)頻帶分別從1到N，但是僅反饋第3，8，13...頻帶的信息，亦即僅反饋空間向量編碼矩陣W(3)，W(8)，W(13)有關(guān)的信息。
發(fā)射端之向量編碼矩陣產(chǎn)生器依據(jù)反饋參數(shù)，僅產(chǎn)生一部分頻帶之θ(n)，(n)，并利用成串法(clustering)或內(nèi)插法(interpolation)以產(chǎn)生所有頻帶之θ(n)，(n)，再產(chǎn)生所有的空間向量編碼矩陣。由于θ(n)，(n)是積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣中的參數(shù)數(shù)據(jù)，因此，雖然經(jīng)過(guò)內(nèi)插法的運(yùn)算，仍然可保證最后所獲得之這些空間向量編碼矩陣具有正交特性。圖3B為如圖1之MIMO-OFDM系統(tǒng)中向量編碼矩陣產(chǎn)生器使用成串法于反饋參數(shù)以組合所有頻帶信息的示意圖，圖3C為如圖1之MIMO-OFDM系統(tǒng)中向量編碼矩陣產(chǎn)生器使用內(nèi)插法于反饋參數(shù)以組合所有頻帶信息的示意圖，請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D3B與圖3C。使用成串法時(shí)，由于僅單純的將反饋參數(shù)的頻帶附近的頻帶以反饋參數(shù)的頻帶所獲得的空間向量編碼矩陣來(lái)取代，其結(jié)果明顯差于使用內(nèi)插法，亦即，使用內(nèi)插法可較忠實(shí)的重現(xiàn)所有頻帶的空間向量編碼矩陣。
整理上述系統(tǒng)之接收端與發(fā)射端的操作，依照本發(fā)明的MIMO-OFDM系統(tǒng)內(nèi)的反饋方法，其中，僅根據(jù)一部分頻帶之MIMO通道矩陣來(lái)產(chǎn)生這一部分頻帶之這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣Gp，q(θ，)，并根據(jù)這一部分頻帶之這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣之θ，來(lái)產(chǎn)生反饋參數(shù)。而依照本發(fā)明的MIMO-OFDM系統(tǒng)內(nèi)的預(yù)編碼方法，其中，依據(jù)反饋參數(shù)來(lái)產(chǎn)生僅一部分頻帶之θ(n)，(n)，并利用內(nèi)插法以產(chǎn)生所有頻帶之θ(n)，(n)，再產(chǎn)生這些空間向量編碼矩陣。
圖4為本發(fā)明較佳實(shí)施例使用內(nèi)插法與成串法之效能差異比較圖，請(qǐng)參照?qǐng)D4。圖4是以總頻帶數(shù)目N為1024之系統(tǒng)來(lái)仿真，橫軸表示反饋頻帶信號(hào)的數(shù)目，縱軸表示相互信息損失。標(biāo)示402、404分別表示變化大(虛線27-Taps)、變化小(實(shí)線12-Taps)時(shí)的效能，由圖4中的標(biāo)示402、404，可知，本發(fā)明使用內(nèi)插法遠(yuǎn)優(yōu)于使用成串法。舉例而言，以相互信息損失為100＝1％為例，變化小(12-Taps)之反饋頻帶信號(hào)的數(shù)目，于內(nèi)插法時(shí)僅需反饋約24＝16個(gè)頻帶信號(hào)信息，于成串法時(shí)需反饋約25＝32個(gè)頻帶信號(hào)信息。
圖5為本發(fā)明較佳實(shí)施例反饋頻帶數(shù)目多寡之效能差異比較圖，請(qǐng)參照?qǐng)D5。橫軸表示平均移動(dòng)速度，縱軸表示相互信息損失。標(biāo)示502、504、506之線分別表示兩反饋頻帶信號(hào)相隔的頻帶數(shù)目為10、50、100時(shí)的效能，由圖5中的標(biāo)示502、504、506，可知，反饋頻帶信號(hào)間相隔的頻帶數(shù)目愈少，則相同的相互信息損失可容許的平均移動(dòng)速度愈大。舉例而言，以相互信息損失為5％為例，反饋頻帶信號(hào)間相隔的頻帶數(shù)目為10時(shí)可容許的平均移動(dòng)速度約為17公里/小時(shí)，而反饋頻帶信號(hào)間相隔的頻帶數(shù)目為100時(shí)可容許的平均移動(dòng)速度僅約為2公里/小時(shí)。
綜合圖4與圖5的結(jié)果，本發(fā)明僅反饋部分頻帶之積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣之θ，相關(guān)信息，并利用內(nèi)插法來(lái)產(chǎn)生所有頻帶之積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣之θ，，進(jìn)而產(chǎn)生所有頻帶之空間向量編碼矩陣。使用舉例而言，對(duì)典型具有512頻帶之系統(tǒng)，如果通道矩陣H之維度為2×4，每一頻帶至少需要回傳10個(gè)實(shí)數(shù)的信息，如所有頻帶的信息都全部反饋，則總回傳信息會(huì)高達(dá)5120個(gè)實(shí)數(shù)。如每10個(gè)頻帶反饋1個(gè)頻帶的信息，則回傳信息為512個(gè)實(shí)數(shù)，僅為原先的1/10。
綜上所述，本發(fā)明因采用MIMO的通道矩陣之QR分解來(lái)參數(shù)化通道狀態(tài)信息，而不是使用復(fù)雜的奇異值分解來(lái)參數(shù)化通道狀態(tài)信息，因此，降低復(fù)雜度并使計(jì)算量銳減。另外，本發(fā)明僅反饋一部分頻帶之積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣之θ，，并利用內(nèi)插法來(lái)產(chǎn)生所有頻帶之積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣之θ，，進(jìn)而產(chǎn)生所有頻帶之空間向量編碼矩陣，因此，更可以自由控制反饋資料之多寡與適應(yīng)回傳率的要求。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許之更動(dòng)與改進(jìn)，因此本發(fā)明之保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種天線陣列基礎(chǔ)之多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)，其特征是包括MR個(gè)接收天線；MR個(gè)頻帶解調(diào)制器，連接至上述這些接收天線，用以解調(diào)上述這些接收天線所接收之信號(hào)，每一頻帶解調(diào)制器獲得N個(gè)不同頻帶的頻帶信號(hào)；通道評(píng)估與反饋參數(shù)產(chǎn)生器，連接至上述這些頻帶解調(diào)制器，用以依據(jù)上述這些頻帶解調(diào)制器之輸出，而評(píng)估獲得N個(gè)不同頻帶的通道狀態(tài)信息，并根據(jù)上述這些通道狀態(tài)信息產(chǎn)生反饋參數(shù)；N個(gè)檢測(cè)器，連接至上述這些頻帶解調(diào)制器以及該通道評(píng)估與反饋參數(shù)產(chǎn)生器，用以依據(jù)上述這些通道狀態(tài)信息，對(duì)上述這些頻帶解調(diào)制器之輸出進(jìn)行解碼，而獲得N個(gè)接收數(shù)據(jù)向量，其中同一檢測(cè)器接收所有上述這些頻帶解調(diào)制器所輸出之相同頻帶的頻帶信號(hào)；向量編碼矩陣產(chǎn)生器，用以依據(jù)該反饋參數(shù)，產(chǎn)生N個(gè)空間向量編碼矩陣W(n)，令H(n)為第n個(gè)頻帶的MIMO通道矩陣，且H(n)之QR分解表示為H(n)＝R(n)Q*(n)，其中R(n)是維度為MR×MT的下三角矩陣，Q(n)是維度為MT×MT的正交矩陣，且Q*(n)代表Q(n)的復(fù)數(shù)共扼轉(zhuǎn)置矩陣，令Q(n)＝[q1(n)q2(n)...qMT(n)]，其中qm(n)代表Q(n)矩陣中的第m個(gè)行向量，則W(n)＝[q1(n)q2(n)...qM(n)]；N個(gè)編碼器，連接至該向量編碼矩陣產(chǎn)生器，用以接收N個(gè)傳輸數(shù)據(jù)向量，每一傳輸數(shù)據(jù)向量維度為M×1，并依據(jù)上述這些向量編碼矩陣，對(duì)上述這些傳輸數(shù)據(jù)向量進(jìn)行編碼，每一編碼器輸出MT個(gè)相同頻帶的頻帶信號(hào)，且每一編碼器所輸出之頻帶信號(hào)是不同頻帶；MT個(gè)發(fā)射天線；以及MT個(gè)頻帶調(diào)制器，連接至上述這些編碼器以及上述這些發(fā)射天線，用以對(duì)上述這些編碼器之輸出進(jìn)行調(diào)制后，再經(jīng)上述這些發(fā)射天線輸出，其中每一上述這些頻帶調(diào)制器接收所有上述這些編碼器所輸出之不同頻帶的頻帶信號(hào)，其中，MR、MT、M、N、m、n皆為自然數(shù)，且0＜M＜＝MT，0＜n＜＝N。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線陣列基礎(chǔ)之多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)，其特征是該通道評(píng)估與反饋參數(shù)產(chǎn)生器根據(jù)上述這些通道狀態(tài)信息，應(yīng)用積文氏旋轉(zhuǎn)上述這些MIMO通道矩陣H(n)，來(lái)產(chǎn)生多個(gè)積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣Gp，q(θ，)，并根據(jù)上述這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣之θ，產(chǎn)生該反饋參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的天線陣列基礎(chǔ)之多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)，其特征是該通道評(píng)估與反饋參數(shù)產(chǎn)生器根據(jù)上述這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣Gp，q(θ，)，使用delta調(diào)制θ及，以產(chǎn)生該反饋參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的天線陣列基礎(chǔ)之多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)，其特征是該通道評(píng)估與反饋參數(shù)產(chǎn)生器是使用有1位量化器或多位量化器之delta調(diào)制θ及，以產(chǎn)生該反饋參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的天線陣列基礎(chǔ)之多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)，其特征是該通道評(píng)估與反饋參數(shù)產(chǎn)生器僅根據(jù)部分頻帶的上述這些MIMO通道矩陣來(lái)產(chǎn)生部分頻帶之上述這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣Gp，q(θ，)，并根據(jù)部分頻帶的上述這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣之θ，來(lái)產(chǎn)生該反饋參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的天線陣列基礎(chǔ)之多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)，其特征是該向量編碼矩陣產(chǎn)生器依據(jù)該反饋參數(shù)，僅產(chǎn)生部分頻帶之θ(n)，(n)，并利用內(nèi)插法以產(chǎn)生所有頻帶之θ(n)，(n)，再產(chǎn)生上述這些空間向量編碼矩陣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線陣列基礎(chǔ)之多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)，其特征是MR＜MT。
8.一種天線陣列基礎(chǔ)之多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)內(nèi)的反饋方法，其特征是該系統(tǒng)包括MR個(gè)接收天線及MT個(gè)發(fā)射天線，該反饋方法包括下列步驟解調(diào)MR個(gè)接收天線所接收之信號(hào)，每一接收天線所接收之信號(hào)可解調(diào)而獲得N個(gè)不同頻帶的頻帶信號(hào)；依據(jù)所有上述這些不同頻帶的頻帶信號(hào)，而評(píng)估獲得N個(gè)不同頻帶的通道狀態(tài)信息；將所有頻帶信號(hào)分成N個(gè)集合，每一集合依序包括MR個(gè)由不同接收天線所獲得之相同頻帶的頻帶信號(hào)，并依據(jù)上述這些通道狀態(tài)信息，對(duì)每一集合的頻帶信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)解碼，而獲得N個(gè)接收數(shù)據(jù)向量；以及根據(jù)上述這些通道狀態(tài)信息，產(chǎn)生并反饋一反饋參數(shù)，其中，令H(n)為該系統(tǒng)內(nèi)第n個(gè)頻帶的MIMO通道矩陣，且H(n)之QR分解表示為H(n)＝R(n)Q*(n)，其中R(n)是維度為MR×MT的下三角矩陣，Q(n)是維度為MT×MT的正交矩陣，且Q*(n)代表Q(n)的復(fù)數(shù)共扼轉(zhuǎn)置矩陣，令Q(n)＝[q1(n)q2(n)...qMT(n)]，其中qm(n)代表Q(n)矩陣中的第m個(gè)行向量，并且令空間向量編碼矩陣W(n)＝[q1(n)q2(n)...qM(n)]，則對(duì)每一相同頻帶的頻帶信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)解碼以獲得上述這些接收數(shù)據(jù)向量時(shí)，是相對(duì)應(yīng)于使用上述這些空間向量編碼矩陣W(n)進(jìn)行編碼，其中，MR、MT、M、N、m、n皆為自然數(shù)且0＜M＜＝MT，0＜n＜＝N。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的天線陣列基礎(chǔ)之多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)內(nèi)的反饋方法，其特征是，應(yīng)用積文氏旋轉(zhuǎn)上述這些MIMO通道矩陣H(n)，來(lái)產(chǎn)生多個(gè)積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣Gp，q(θ，)，并根據(jù)上述這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣之θ，產(chǎn)生該反饋參數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的天線陣列基礎(chǔ)之多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)內(nèi)的反饋方法，其特征是，使用delta調(diào)制上述這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣Gp，q(θ，)中的θ及，以產(chǎn)生該反饋參數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的天線陣列基礎(chǔ)之多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)內(nèi)的反饋方法，其特征是，使用有1位量化器或多位量化器之delta調(diào)制θ及，以產(chǎn)生該反饋參數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的天線陣列基礎(chǔ)之多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)內(nèi)的反饋方法，其特征是，僅根據(jù)部分頻帶之上述這些MIMO通道矩陣來(lái)產(chǎn)生部分頻帶之上述這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣Gp，q(θ，)，并根據(jù)部分頻帶之上述這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣之θ，來(lái)產(chǎn)生該反饋參數(shù)。
13.一種天線陣列基礎(chǔ)之多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)內(nèi)的預(yù)編碼方法，其特征是該系統(tǒng)包括MR個(gè)接收天線及MT個(gè)發(fā)射天線，該預(yù)編碼方法包括下列步驟接收反饋參數(shù)；依據(jù)該反饋參數(shù)，產(chǎn)生N個(gè)空間向量編碼矩陣W(n)，其中，令H(n)為該系統(tǒng)內(nèi)第n個(gè)頻帶的MIMO通道矩陣，且H(n)之QR分解表示為H(n)＝R(n)Q*(n)，其中R(n)是維度為MR×MT的下三角矩陣，Q(n)是維度為MT×MT的正交矩陣，且Q*(n)代表Q(n)的復(fù)數(shù)共扼轉(zhuǎn)置矩陣，令Q(n)＝[q1(n)q2(n)...qMT(n)]，其中qm(n)代表Q(n)矩陣中的第m個(gè)行向量，則W(n)＝[q1(n)q2(n)...qM(n)]；接收N個(gè)傳輸數(shù)據(jù)向量，每一傳輸數(shù)據(jù)向量維度為M×1，并依據(jù)上述這些向量編碼矩陣，對(duì)上述這些傳輸數(shù)據(jù)向量進(jìn)行編碼，每一傳輸數(shù)據(jù)向量經(jīng)編碼后獲得MT個(gè)相同頻帶的頻帶信號(hào)，且不同傳輸數(shù)據(jù)向量所獲得之頻帶信號(hào)是不同頻帶；以及對(duì)所有頻帶信號(hào)分成MT個(gè)集合，每一集合依序包括N個(gè)由不同傳輸數(shù)據(jù)向量所獲得之不同頻帶的頻帶信號(hào)，并對(duì)每一集合之頻帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后，再經(jīng)上述這些發(fā)射天線輸出，其中，MR、MT、M、N、m、n皆為自然數(shù)，且0＜M＜＝MT，0＜n＜＝N。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的天線陣列基礎(chǔ)之多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)內(nèi)的預(yù)編碼方法，其特征是，依據(jù)該反饋參數(shù)，產(chǎn)生多個(gè)積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣Gp，q(θ，)，再由上述這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣Gp，q(θ，)產(chǎn)生上述這些N個(gè)空間向量編碼矩陣W(n)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的天線陣列基礎(chǔ)之多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)內(nèi)的預(yù)編碼方法，其特征是，該反饋參數(shù)是使用delta調(diào)制上述這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣Gp，q(θ，)中的θ及所產(chǎn)生。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的天線陣列基礎(chǔ)之多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)內(nèi)的預(yù)編碼方法，其特征是，該反饋參數(shù)是使用有1位量化器或多位量化器之delta調(diào)制θ及所產(chǎn)生。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的天線陣列基礎(chǔ)之多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)內(nèi)的預(yù)編碼方法，其特征是，依據(jù)該反饋參數(shù)，僅產(chǎn)生部分頻帶之θ(n)，(n)，并利用內(nèi)插法以產(chǎn)生所有頻帶之θ(n)，(n)，再產(chǎn)生上述這些空間向量編碼矩陣。
18.一種天線陣列基礎(chǔ)之多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)，其特征是包括MR個(gè)接收天線；MR個(gè)頻帶解調(diào)制器，連接至上述這些接收天線，用以解調(diào)上述這些接收天線所接收之信號(hào)，每一頻帶解調(diào)制器獲得N個(gè)不同頻帶的頻帶信號(hào)；通道評(píng)估與反饋參數(shù)產(chǎn)生器，連接至上述這些頻帶解調(diào)制器，用以依據(jù)上述這些頻帶解調(diào)制器之輸出，而評(píng)估獲得N個(gè)不同頻帶的通道狀態(tài)信息，并根據(jù)部分頻帶之上述這些通道狀態(tài)信息，且應(yīng)用積文氏旋轉(zhuǎn)來(lái)產(chǎn)生多個(gè)積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣Gp，q(θ，)，并根據(jù)部分頻帶之上述這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣之θ(n)，(n)來(lái)產(chǎn)生該反饋參數(shù)；N個(gè)檢測(cè)器，連接至上述這些頻帶解調(diào)制器以及該通道評(píng)估與反饋參數(shù)產(chǎn)生器，用以依據(jù)上述這些通道狀態(tài)信息，對(duì)上述這些頻帶解調(diào)制器之輸出進(jìn)行解碼，而獲得N個(gè)接收數(shù)據(jù)向量，其中同一檢測(cè)器接收所有上述這些頻帶解調(diào)制器所輸出之相同頻帶的頻帶信號(hào)；向量編碼矩陣產(chǎn)生器，用以依據(jù)該反饋參數(shù)，僅產(chǎn)生部分頻帶之θ(n)，(n)，再進(jìn)一步產(chǎn)生所有頻帶之θ(n)，(n)，而產(chǎn)生N個(gè)空間向量編碼矩陣W(n)；N個(gè)編碼器，連接至該向量編碼矩陣產(chǎn)生器，用以接收N個(gè)傳輸數(shù)據(jù)向量，每一傳輸數(shù)據(jù)向量維度為M×1，并依據(jù)上述這些向量編碼矩陣，對(duì)上述這些傳輸數(shù)據(jù)向量進(jìn)行編碼，每一編碼器輸出MT個(gè)相同頻帶的頻帶信號(hào)，且每一編碼器所輸出之頻帶信號(hào)是不同頻帶；MT個(gè)發(fā)射天線；以及MT個(gè)頻帶調(diào)制器，連接至上述這些編碼器以及上述這些發(fā)射天線，用以對(duì)上述這些編碼器之輸出進(jìn)行調(diào)制后，再經(jīng)上述這些發(fā)射天線輸出，其中每一上述這些頻帶調(diào)制器接收所有上述這些編碼器所輸出之不同頻帶的頻帶信號(hào)，其中，MR、MT、M、N、n皆為自然數(shù)，且0＜M＜＝MT，0＜n＜＝N。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的天線陣列基礎(chǔ)之多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)，其特征是該向量編碼矩陣產(chǎn)生器依據(jù)該反饋參數(shù)來(lái)產(chǎn)生上述這些空間向量編碼矩陣W(n)令H(n)為第n個(gè)頻帶的MIMO通道矩陣，且H(n)之QR分解表示為H(n)＝R(n)Q*(n)，其中R(n)是維度為MR×MT的下三角矩陣，Q(n)是維度為MT×MT的正交矩陣，且Q*(n)代表Q(n)的復(fù)數(shù)共扼轉(zhuǎn)置矩陣，令Q(n)＝[q1(n)q2(n)...qMT(n)]，其中qm(n)代表Q(n)矩陣中的第m個(gè)行向量，則W(n)＝[q1(n)q2(n)...qM(n)]，其中，M、m亦為自然數(shù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的天線陣列基礎(chǔ)之多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)，其特征是該通道評(píng)估與反饋參數(shù)產(chǎn)生器根據(jù)上述這些通道狀態(tài)信息，應(yīng)用積文氏旋轉(zhuǎn)上述這些MIMO通道矩陣H(n)，來(lái)產(chǎn)生上述這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣Gp，q(θ，)，并根據(jù)上述這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣之θ，產(chǎn)生該反饋參數(shù)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的天線陣列基礎(chǔ)之多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)，其特征是該通道評(píng)估與反饋參數(shù)產(chǎn)生器根據(jù)上述這些積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣Gp，q(θ，)，使用delta調(diào)制θ及，以產(chǎn)生該反饋參數(shù)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的天線陣列基礎(chǔ)之多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)，其特征是該通道評(píng)估與反饋參數(shù)產(chǎn)生器是使用有1位量化器或多位量化器之delta調(diào)制θ及，以產(chǎn)生該反饋參數(shù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的天線陣列基礎(chǔ)之多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)，其特征是該向量編碼矩陣產(chǎn)生器依據(jù)該反饋參數(shù)，僅產(chǎn)生部分頻帶之θ(n)，(n)，并利用內(nèi)插法以產(chǎn)生所有頻帶之θ(n)，(n)，再產(chǎn)生上述這些空間向量編碼矩陣。
全文摘要
本發(fā)明提供一種天線陣列基礎(chǔ)之多輸入多輸出正交頻分復(fù)用(MIMO－OFDM)系統(tǒng)及其中之預(yù)編碼與反饋的方法。本發(fā)明使用MIMO的通道矩陣之QR分解來(lái)參數(shù)化每一OFDM頻帶的通道狀態(tài)信息，另外，本發(fā)明僅反饋一部分頻帶的積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣之θ，φ相關(guān)信息，并利用內(nèi)插法來(lái)產(chǎn)生所有頻帶的積文氏旋轉(zhuǎn)矩陣之θ，φ，進(jìn)而能代表所有頻帶的通道狀態(tài)信息。因此，本發(fā)明具有低復(fù)雜度與低反饋率的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04L1/02GK1956430SQ200510114469
公開(kāi)日2007年5月2日 申請(qǐng)日期2005年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月27日
發(fā)明者丁邦安, 溫朝凱, 莊維平, 陳俊才 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院