專利名稱：用于提供多入/多出(mimo)信道接口的裝置、系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及無線通信裝置，更一般地涉及用于提供MIMO信 道接口的裝置、系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
近來開發(fā)的被稱為多入/多出(MIMO)的技術(shù)是作為高速寬帶通 信的關(guān)鍵技術(shù)出現(xiàn)的。該技術(shù)對(duì)帶寬和功率受限的通信信道來說是特 別有用的。相對(duì)于單個(gè)發(fā)送/接收天線系統(tǒng)來說，其依賴于多個(gè)發(fā)送天 線和接收天線的使用來獲得非常大的容量增益。
已經(jīng)表明，當(dāng)通信信道具有有效地充足的散射特性，且發(fā)送和接 收終端的天線之間由充足的距離隔開時(shí)，則不需要擴(kuò)展帶寬即可獲得 非常高的頻譜效率。MIMO技術(shù)的特征是MIMO處理通過使用多個(gè)發(fā) 送和接收天線并開發(fā)傳輸介質(zhì)的散射特性有效地在相同的頻帶內(nèi)創(chuàng)建 多個(gè)獨(dú)立的并行通信信道。研究和試驗(yàn)表明從MIMO技術(shù)得到的容量 增益嚴(yán)重依賴于在不同接收天線上的信道增益和精確估計(jì)這些增益的 能力。通常，屬于各個(gè)波長的天線元件之間的間隔需要在信道增益之 間提供充分的解相關(guān)。其在手持裝置和物理尺寸限制多個(gè)接收天線元 件的數(shù)量和間隔的其它裝置的情況下尤其有問題。
因此，需要一種利用MIMO通信系統(tǒng)和單天線通信裝置的裝置、 系統(tǒng)及方法。

發(fā)明內(nèi)容
系統(tǒng)、方法和裝置提供了 MIMO通信系統(tǒng)和單天線通信裝置之間 的接口。該裝置包括無線通信接口 (WCI)裝置，其中，該WCI裝置 被配置為通過多入多出(MIMO)空中接口和基站交換無線信號(hào)，且 被配置為通過寬帶空中接口與接入終端交換相應(yīng)的無線信號(hào)組，該寬
帶空中接口的帶寬大于MIMO空中接口的帶寬。下鏈路收發(fā)器被配置 為通過MIMO空中接口發(fā)送寬帶下鏈路信號(hào)至接入終端，其中，該寬 帶下鏈路信號(hào)對(duì)應(yīng)于從基站接收的下鏈路MIMO信號(hào)。在示例性實(shí)施 方式中，所述裝置包括第二收發(fā)器，該第二收發(fā)器被配置為向基站發(fā) 送對(duì)應(yīng)于從接入終端接收的上鏈路寬帶信號(hào)的上鏈路MIMO信號(hào)。所 述系統(tǒng)包括多個(gè)WCI裝置，該WCI裝置和基站通信且與接入終端交 換相應(yīng)的信號(hào)。每個(gè)無線通信接口裝置被配置為測量每個(gè)WCI裝置和 基站發(fā)送天線之間的信道特征，并將對(duì)應(yīng)于信道特征的信道狀態(tài)信息 發(fā)送至基站?；谛诺罓顟B(tài)信息，MIMO基站預(yù)編碼下鏈路MIMO信 號(hào)，該下鏈路MIMO信號(hào)允許WCI獨(dú)立地4妄收和處理下鏈路信號(hào)。


圖2是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的無線通信接口裝置的方框
圖3是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的基站的方框圖； 圖4是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的接入終端的方框圖； 圖5是根據(jù)示例性實(shí)施方式在無線通信接口裝置中執(zhí)行的方法的 流程圖。
具體實(shí)施例方式
在示例性實(shí)施方式中，至少兩個(gè)WCI裝置在地理上分布在基站的 通信范圍內(nèi)。每個(gè)WCI裝置通過MIMO空中接口與基站交換無線信 號(hào)。每個(gè)WCI裝置通過MIMO頻率帶寬接收從基站的多個(gè)天線發(fā)送 的無線下鏈路MIMO信號(hào)，其中，該WCI裝置例如為接入節(jié)點(diǎn)。WCI 裝置對(duì)下鏈路MIM O信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼。獲得的信號(hào)經(jīng)編碼、調(diào)制， 然后通過寬帶空中接口進(jìn)行發(fā)送，其中，該寬帶空中接口例如為頻率 帶寬比MIMO頻率帶寬寬的超寬帶(UWB)通信信道。接入終端接 收并處理由WCI裝置發(fā)送的下鏈路寬帶信號(hào)，從而恢復(fù)由基站發(fā)送的 信息。WCI裝置解調(diào)和解碼由接入終端發(fā)送的上鏈路寬帶信號(hào)并將相
應(yīng)的上鏈路MIMO信號(hào)發(fā)送給基站。
圖1是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的無線通信網(wǎng)絡(luò)100的方框圖。 構(gòu)成無線通信接口系統(tǒng)103的無線通信接口 (WCI)裝置102的配置 可與至少一個(gè)基站(BS) 104、至少一個(gè)接入終端106進(jìn)行通信。雖 然在示例性實(shí)施例中基站104是固定的，但是在某些環(huán)境下基站104 也可為移動(dòng)單元。接入終端106是單天線裝置，例如，手機(jī)、無線調(diào) 制解調(diào)器、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)或者是與固定或便攜式通信裝置交 換電-茲信號(hào)的其它裝置。在示例性實(shí)施方式中，接入終端106包括圖 1中未示出的用于促進(jìn)和實(shí)現(xiàn)接入終端106的功能的硬件、軟件、固 件。例如，接入終端106包括輸入和輸出裝置，例如鍵盤、顯示器、 擴(kuò)音器和揚(yáng)聲器。如下文進(jìn)一步詳細(xì)描述的，在示例性實(shí)施方式中， 為了支持多入/多出(MIMO)和WCI裝置102的通信，BS 104包括 天線108的配置。每個(gè)WCI裝置102包括至少一根天線109和至少另 一根天線119，其中，天線109用于將信號(hào)發(fā)送到基站104以及從基 站104接收信號(hào)，天線119用于與接入終端106交換信號(hào)。在某些情 況下，可使用單天線。而且，多天線可用于促進(jìn)通過MIMO空中接口 的通信。雖然圖1示出了為雙接入終端106提供通信服務(wù)的雙WCI 裝置102，但是任意數(shù)量的WCI裝置102可為任意數(shù)量的接入終端106 提供服務(wù)。
作為MIMO空中接口 IIO描述的通信信道為在BS 104和每個(gè)WCI 裝置102之間交換下鏈路MIMO信號(hào)112和上鏈路MIMO信號(hào)113 提供了介質(zhì)。所述通信信道可包括建筑物、汽車、以及可造成通信信 號(hào)轉(zhuǎn)向(deflection)和導(dǎo)致通信信號(hào)充分散射的其它物體。在示例性 實(shí)施方式中，在MIMO頻率帶寬內(nèi)通過MIMO空中沖妻口 110交換 MIMO信號(hào)112和113,其中，該MIMO頻率帶寬例如為窄帶(NB) 頻率帶寬。MIMO信號(hào)可根據(jù)某些通信或調(diào)制技術(shù)中的任意一種進(jìn)行 發(fā)送。MIMO處理是大多數(shù)即將面世的無線系統(tǒng)的關(guān)鍵方面，其中， 該無線系統(tǒng)包括下一代cdma2000系統(tǒng)(例如，EV-DO Phase 2 )、下一 代WCDMA系統(tǒng)(例如，WCDMA長期演進(jìn)(LTE))、無線局域網(wǎng) (WLAN )系統(tǒng)(例如IEEE 802.11 (在802.1 In中首次引入))、WiMAX
(在IEEE 802.lie中增強(qiáng)了移動(dòng)性)以及移動(dòng)寬帶無線接入(IEEE 802.20 )。
由每個(gè)WCI裝置102接收的下鏈路MIMO信號(hào)112經(jīng)處理、且 作為下鏈路寬帶信號(hào)114通過寬帶空中接口 118發(fā)送給接入終端106。 寬帶空中接口 118的帶寬大于MIMO頻率帶寬。在示例性實(shí)施方式中， 寬帶空中接口 118是根據(jù)任意通信方案表現(xiàn)為超寬帶(UWB )的4妾口 。 用于寬帶空中接口 118的適當(dāng)?shù)恼{(diào)制和接入技術(shù)的實(shí)施例包括正交頻 分多址(OFDMA)方案和例如碼分多址(CDMA)的直接序列4支術(shù)。 在示例性實(shí)施方式中，寬帶空中接口 118提供了短范圍、低功率、高 數(shù)據(jù)率的通信，其中，該通信可由單天線用戶裝置使用。因此，通過 寬帶空中接口的通信通常比MIMO信道上的通信具有更低的頻譜密 度。
接入終端106利用寬帶空中接口的不同信道發(fā)送上鏈路寬帶信號(hào) 115。 WCI裝置102通過MIMO空中接口"t妄收上鏈^各寬帶信號(hào)115并 發(fā)送相應(yīng)的上鏈i 各MIMO信號(hào)113至基站104
因此，該示例性實(shí)施方式提供了多個(gè)WCI裝置102的實(shí)現(xiàn)，其中， WCI裝置102能夠在至少一個(gè)單天線接入終端106和MIMO BS 104 之間實(shí)現(xiàn)高速帶寬通信。UWB技術(shù)的短范圍、低功率和高數(shù)據(jù)率特性 的使用可提供與接入終端106的高速帶寬通信，其中，接入終端106 用于在WCI裝置102的系統(tǒng)103可非常接近4妄入終端106安裝的位置 有效地利用MIMO技術(shù)。例如，WCI裝置102的系統(tǒng)103可安裝在用 戶房子的周圍，,人而允許4妻入終端106和BS 104之間通過WCI裝置 102的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高速帶寬通信。用于安裝WCI裝置102的系統(tǒng)103的 其它適當(dāng)位置的實(shí)施例包括購物商場、飛機(jī)場、火車站、公交車、汽 車或高級(jí)交通工具的其它位置，且用戶裝置非常接近WCI裝置102。 因此，通過綜合NB MIMO和UWB通信的強(qiáng)度，示例性實(shí)施方式利 用MIMO技術(shù)為單天線接入終端106和基站104之間提供了高速帶寬 通信。由于MIMO信道和UWB信道支持相同的總數(shù)據(jù)率(或信道容 量)，所以示例性系統(tǒng)提供了用于交替使用頻i普帶寬和空間的方法。然 而，MIMO信道通過對(duì)多個(gè)傳統(tǒng)的單入單出信道進(jìn)行空間多3各復(fù)用而
達(dá)到了高數(shù)據(jù)率，從而達(dá)到非常高的頻譜效率(bits/s/Hz)。 UWB信 道通過使用非常大的頻譜帶寬達(dá)到高數(shù)據(jù)率。該系統(tǒng)的另外的優(yōu)點(diǎn)是， 與多天線系統(tǒng)作為接入終端的一部分的情況相比，由于WCI裝置通常 是固定的或遵循可預(yù)料的路徑(例如，位于火車或飛機(jī)上)而接入終 端可能不是固定的，因此接收器或發(fā)送器所需的MIMO信道參數(shù)的估 計(jì)得以簡化。另一優(yōu)點(diǎn)是MIMO信道參數(shù)的估計(jì)由BS和WCI裝置執(zhí) 行，而不是由接入終端執(zhí)行。因此，在多接入配置中，信道估計(jì)任務(wù) 不需要在每個(gè)接入終端的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)。
如上所述，MIMO技術(shù)要求裝置上的多根天線間隔多個(gè)波長的距 離。大多數(shù)用戶裝置是單天線裝置，或者，如果其為多天線裝置，則 這些天線間未隔開幾個(gè)波長。該用戶裝置不能在MIMO通信環(huán)境中工 作和通信。傳統(tǒng)的接入終端不能從傳統(tǒng)的MIMO通信中獲益。該示例 性實(shí)施方式提出了用于實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)點(diǎn)的技術(shù)。該示例性通信系統(tǒng)可看 作是無線連接到接入終端106的分布式天線和收發(fā)器網(wǎng)絡(luò)。由于每個(gè) WCI裝置102包括收發(fā)器和至少一根天線，則MIMO信號(hào)可利用隔離 的天線的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行處理，從而充分利用MIMO環(huán)境。利用短距離、低 能量、空中接口將信息轉(zhuǎn)發(fā)給接入終端106，其中，該空中接口可簡 單地由單天線處理。
在該示例性實(shí)施方式中，WCI裝置102獨(dú)立地工作。傳統(tǒng)MIMO 接收器中的處理需要從多個(gè)天線接收的、將要作為信息的全集進(jìn)行處 理的信息。在該示例性實(shí)施方式中，基于從WCI裝置102獲得的信道 特征，已發(fā)送的下鏈路MIMO信號(hào)112在基站104上進(jìn)行預(yù)編碼。通 過對(duì)發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)編碼，每個(gè)WCI裝置102可獨(dú)立地處理進(jìn)來的 下鏈路MIMO信號(hào)112且將信息轉(zhuǎn)發(fā)給接入終端106，仿佛WCI裝置 102作為單個(gè)單元工作一樣。在基站104上的預(yù)編碼將在下面詳細(xì)討 論。
圖2是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的WCI裝置102的方框圖表 示。圖2描述的塊的功能和操作可以以任意數(shù)量的裝置、電路或元件 實(shí)現(xiàn)。兩個(gè)或多個(gè)功能塊可集成到單個(gè)裝置中且所描述的在任意單裝 置中實(shí)現(xiàn)的功能可在幾個(gè)裝置中實(shí)現(xiàn)。例如，運(yùn)行在WCI裝置102內(nèi)
的處理器上的軟件可實(shí)現(xiàn)解調(diào)器208、 218和調(diào)制器210、 220的至少 一些功能。
WCI裝置102包括至少一個(gè)收發(fā)器204、 214，其中，收發(fā)器204、 214可用于接收和發(fā)送MIMO和寬帶信號(hào)。在示例性實(shí)施方式中，WCI 裝置102包括下鏈路收發(fā)器204和上鏈路收發(fā)器214。下鏈路收發(fā)器 204通過MIMO天線109從MIMO基站104接收下鏈路MIMO信號(hào) 112以及通過其它天線119將相應(yīng)的下鏈路寬帶信號(hào)114發(fā)送至接入 終端106。上鏈路收發(fā)器214通過寬帶天線119從接入終端106接收 上鏈路寬帶信號(hào)115以及通過MIMO天線109將相應(yīng)的上鏈路MIMO 信號(hào)113發(fā)送至MIMO基站104。天線109通過相關(guān)的雙工器226連 接至下鏈路收發(fā)器204,天線119通過相關(guān)的雙工器228連接至下鏈 路收發(fā)器214。下鏈路收發(fā)器204包括窄帶接收器209和寬帶發(fā)送器 213,上鏈路收發(fā)器214包括寬帶接收器219和窄帶發(fā)送器223。 NB 接收器209中的下變頻器206將進(jìn)來的下鏈路MIMO信號(hào)頻移到基帶 上。NB解調(diào)器208解調(diào)該基帶信號(hào)從而恢復(fù)發(fā)送的數(shù)據(jù)信令。該數(shù) 據(jù)被轉(zhuǎn)發(fā)至寬帶發(fā)送器213中的寬帶調(diào)制器210，且在寬帶調(diào)制器210 中根據(jù)適當(dāng)?shù)膶拵д{(diào)制技術(shù)對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制。上變頻器212將經(jīng)調(diào) 制的信號(hào)頻移為RF信號(hào)，并將其發(fā)送至接入終端106。下鏈路寬帶信 號(hào)通過雙工器228和寬帶天線119發(fā)送至接入終端106。在某些情況 下，寬帶發(fā)送器213的功能可包括例如以直接序列擴(kuò)頻技術(shù)利用PN 碼對(duì)帶寬信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻。
寬帶接收器219中的下變頻器216將上鏈路寬帶信號(hào)115從RF 頻移到基帶，該上鏈路寬帶信號(hào)115由接入終端106發(fā)送，且通過寬 帶天線119接收。寬帶解調(diào)器218解調(diào)基帶信號(hào)，從而接收數(shù)據(jù)信令。 該數(shù)據(jù)由窄帶調(diào)制器220調(diào)制，通過上變頻器222頻移到RF信號(hào)， 且通過MIMO天線109發(fā)送至基站104。在某些情況中，寬帶接收器 219應(yīng)用PN碼對(duì)進(jìn)來的上鏈路寬帶信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)。所述RF信號(hào)是通 過雙工器226和MIMO天線109發(fā)送至基站104的、具有例如窄帶帶 寬的MIMO信號(hào)。
因此，在示例性實(shí)施方式中，每個(gè)WCI裝置102從基站104接收
下鏈路MIMO信號(hào)112，并將其轉(zhuǎn)換為下鏈路寬帶信號(hào)114，且進(jìn)一 步發(fā)送至接入終端106。同樣地，每個(gè)WCI裝置102從^接入終端106 接收上鏈路寬帶信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為MIMO信號(hào)113，且進(jìn)一步發(fā)送 至基站104。
在示例性實(shí)施方式中，WCI裝置102還包括信道處理器224，其 中，信道處理器連接至NB接收器209，用于監(jiān)控來自基站104的下 鏈路MIMO信號(hào)。信道處理器224被配置為測量WCI裝置102和基 站104的發(fā)送天線108之間的信道特征?？杀槐O(jiān)控的參數(shù)的實(shí)施例包 括信號(hào)強(qiáng)度、信號(hào)相位、以及下鏈路MIMO信號(hào)112的多信號(hào)版本之 間的延遲。信道處理器224根據(jù)所述信道特征確定信道狀態(tài)信息 (CSI),并將CSI發(fā)送至上鏈^^收發(fā)器214的NB調(diào)制器220,然后 由其發(fā)送給基站104。在某些情況下，CSI可包括原始數(shù)據(jù)測量結(jié)果。 將CSI發(fā)送至基站104允許基站104實(shí)現(xiàn)某些MIMO處理，其中，該 MIMO處理通常由傳統(tǒng)MIMO接收器來實(shí)現(xiàn)?；?04對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù) 編碼以補(bǔ)償信道特征，該信道特征允許WCI裝置102在不利用來自其 它WCI裝置102的信息的情況下接收信號(hào)。因此，每個(gè)WCI裝置102 可獨(dú)立于其它WCI裝置102工作。
圖3是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的基站104的方框圖表示。圖 3中描述的塊的功能和操作可以以任意數(shù)量的裝置、電路或元件實(shí)現(xiàn)。 兩個(gè)或多個(gè)功能塊可集成到單裝置中且所描述的功能可在任意單裝置 中實(shí)現(xiàn)，也可在幾個(gè)裝置中實(shí)現(xiàn)。
基站104中的MIMO預(yù)編碼器304根據(jù)預(yù)編碼方案處理數(shù)據(jù)，其 中，該預(yù)編碼方案基于與WCI裝置102相關(guān)的信道特征。在該示例性 實(shí)施方式中，輸出數(shù)據(jù)在MIMO預(yù)編碼器304中進(jìn)行預(yù)編碼之前由無 比率編碼器318進(jìn)行處理。無比率編碼器318提供了更安全地傳輸信 息的機(jī)制，并且無比率編碼器318被顯示為虛線塊以說明了無比率編 碼器318可以不用于某些實(shí)現(xiàn)中。當(dāng)多個(gè)不可靠信道存在于發(fā)送器和 接收器之間時(shí)，無比率編碼已顯示出是非常有效的，并且被建議用于 廣播信息的傳送和因特網(wǎng)上的多點(diǎn)信息傳送。MIMO通信可看作是提 供大量并行、獨(dú)立通信信道的方法，其中，該通信信道對(duì)應(yīng)于MIMO
信道的不同特征向量。在瑞利衰減的環(huán)境中，MIMO信道可由復(fù)雜的
零平均值高斯獨(dú)立隨機(jī)變量的矩陣來描述，因此每個(gè)固有模式
(eigenmode)都要經(jīng)歷衰減。因?yàn)闊o比率編碼內(nèi)在地利用了發(fā)送器和 4妻收器之間的多徑，所以無比率編碼在理想情況下適于MIM O通j言， 從而利用小開銷實(shí)現(xiàn)了高可靠性。
由于多個(gè)信號(hào)通過多個(gè)信道發(fā)送至多個(gè)WCI裝置102，所以 MIMO預(yù)編碼器的操作為矩陣操作。預(yù)編碼是發(fā)送器端的均衡技術(shù)， 該均衡技術(shù)是與知名的接收器端判定反饋均衡技術(shù)相對(duì)的。類似于判 定反饋均衡，其通常包括兩個(gè)部分，即前饋部分和反饋部分。前々赍和 反々貴部分可才艮據(jù)多種標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行i殳計(jì)。例如，前4責(zé)和反々貴部分可^皮選4奪 為前饋、反饋和信道處理的總體效果使得MIMO信道看似為一組M 個(gè)獨(dú)立的、單位增益的信道(其中，M是接收裝置的數(shù)量)。在這種 情況下，前饋部分被設(shè)計(jì)為前饋處理與MIMO信道矩陣的組合為下三 角陣。這使得反饋部分能夠在判定反饋均衡的情況下連續(xù)取消殘留的 干擾，或者在發(fā)送端預(yù)編碼的情況下連續(xù)為不同發(fā)送天線預(yù)均衡不同 的信號(hào)。產(chǎn)生前饋和反饋部分的另 一選擇的另 一標(biāo)準(zhǔn)是使MIMO信道 和接收器噪聲的總體效果最小化。當(dāng)預(yù)編碼包括模運(yùn)算裝置(modulo device )時(shí)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員稱其為Tomlinson-Harashima預(yù)編碼。 該模運(yùn)算裝置的目的是在不影響發(fā)送信號(hào)的其它特性的情況下降低總 發(fā)送功率，例如，通過MIMO信道進(jìn)行變換時(shí)，輸出呈現(xiàn)為M個(gè)獨(dú) 立的單位增益的通信信道。在圖3的示例性實(shí)施方式中，待發(fā)送的數(shù) 據(jù)通過加法器316與反饋矩陣單元308的輸出進(jìn)行結(jié)合并發(fā)送給模運(yùn) 算裝置306。將模運(yùn)算裝置306的輸出發(fā)送給前饋矩陣單元310和反 饋矩陣308。矩陣裝置308和310與矢量模運(yùn)算裝置306及矢量加法 器316 —起實(shí)施Tomlinson-Harashima預(yù)編碼并提供適當(dāng)?shù)奶幚?，從?在每個(gè)WCI單元內(nèi)實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的接收器端的解調(diào)和解碼。通過在下變頻 器320和解調(diào)器320中對(duì)進(jìn)來的信號(hào)進(jìn)行下變頻和解調(diào)以接收信道狀 態(tài)信息。基于從WCI裝置102接收的信道狀態(tài)信息，信道狀態(tài)處理器 317確定矩陣單元308、 310的合適參數(shù)。CSI處理器317為矩陣單元 308、 310提供合適的值，從而相應(yīng)地改變每個(gè)矩陣中的值以使得前反
饋矩陣單元310的輸出信號(hào)得以適當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)換且利用每個(gè)WCI裝置102 來補(bǔ)償信道狀況。因此，每個(gè)WCI裝置102從基站104接收預(yù)編碼的 數(shù)據(jù)，使每個(gè)WCI裝置102在基站和接入終端106之間獨(dú)立地交換信 號(hào)。預(yù)編碼的信號(hào)在通過適當(dāng)?shù)奶炀€108由收發(fā)器發(fā)送之前，由上變 頻器314進(jìn)行變頻。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的接入終端的方框圖。寬帶 信號(hào)通過天線401進(jìn)行發(fā)送和接收。收發(fā)器400包括耦合至天線401 的雙工器402、寬帶接收器404、 NB接收器406、 NB發(fā)送器412和寬 帶發(fā)送器414。在某些情況下，示例性實(shí)施方式的接入終端106可包 括無比率解碼器408和無比率編碼器410 (顯示為虛線框)。在示例性 實(shí)施方式中，接入終端106通過寬帶接收器404從多個(gè)WCI裝置102 接收對(duì)應(yīng)于多個(gè)下鏈路MIMO信號(hào)112的多個(gè)下鏈路寬帶信號(hào)114。 寬帶接收器404被配置為分離所接收的下鏈路寬帶信號(hào)114并產(chǎn)生相 應(yīng)的基帶(BB)信號(hào)405。由于一些WCI裝置可同時(shí)與接入終端106 進(jìn)行通信，因此接收的不同的下鏈路寬帶信號(hào)114可利用例如跳頻技 術(shù)彼此區(qū)分開或利用假噪聲PN碼進(jìn)行擴(kuò)展。NB接收器406連接到寬 帶接收器404,用于接收基帶信號(hào)并處理基帶信號(hào)，從而恢復(fù)信息。 應(yīng)該注意的是，NB接收器406可包括NB處理器和多路復(fù)用器(未示 出)，該多路復(fù)用器可處理和多路復(fù)用所接收的BB信號(hào)且以高數(shù)據(jù)率 信號(hào)407的形式提供合成的信號(hào)，其中，信號(hào)407可由接入終端106 解碼。如上所述，如果基站104發(fā)送無比率編碼的下鏈路MIMO信號(hào) 112，則示例性實(shí)施方式中的接入終端106可包括無比率解碼器408。 在該情況下，高數(shù)據(jù)率信號(hào)407可由無比率解碼器408進(jìn)行解碼。
對(duì)于WCI裝置102的上鏈路通信，接入終端106的收發(fā)器400可 利用無比率編碼器410對(duì)上鏈路信號(hào)進(jìn)行編碼。NB發(fā)送器412產(chǎn)生 對(duì)應(yīng)于NB信號(hào)的多個(gè)上鏈路通信信號(hào)。連接到NB發(fā)送器412的寬 帶發(fā)送器414被配置為發(fā)送不同的上鏈路寬帶信號(hào)115，其中，上鏈 路寬帶信號(hào)115對(duì)應(yīng)于從NB發(fā)送器412接收的上鏈路通信信號(hào)。接 入終端106進(jìn)一步被配置為同時(shí)發(fā)送不同的上鏈路寬帶信號(hào)115至每 個(gè)WCI裝置102。可4吏用例如頻分多址(FDMA)、正交頻分多址
(OFDMA)和正交擴(kuò)頻形式的技術(shù)，以發(fā)送不同的上鏈路寬帶4言號(hào) 115至WCI裝置102。在示例性實(shí)施方式中，接入終端106包括圖4 中未示出的用于促進(jìn)和實(shí)現(xiàn)接入終端106功能的硬件、軟件和固件。 例如，接入終端可包括用戶接口裝置，例如，顯示器、擴(kuò)音器、揚(yáng)聲 器和4建盤。
因此，最初由MIMO基站104發(fā)送的信息可由WCI裝置102接 收且通過多個(gè)寬帶頻譜信道發(fā)送至接入終端106。對(duì)寬帶信號(hào)114進(jìn) 行解調(diào)，從而恢復(fù)原始的MIMO信號(hào)，該MIMO信號(hào)由窄帶接收器 406解碼和多路復(fù)用，從而產(chǎn)生高數(shù)據(jù)率信號(hào)407。例如，當(dāng)寬帶空中 接口 118是CDMA空中接口時(shí)，WCI裝置102在CDMA信道上將所 接收的窄帶MIMO信號(hào)作為擴(kuò)展頻譜、低功率、低頻譜密度的信號(hào)發(fā) 送。其它WCI裝置102在其它CDMA信道上發(fā)送其所接收的MIMO 信號(hào)。接入終端106利用CDMA接收器接收多個(gè)CDMA信道，且窄 帶接收器406處理獲得的窄帶信號(hào)，從而接收原始的MIMO高數(shù)據(jù)率 的信號(hào)。
在圖1的示例性實(shí)施方式中，多個(gè)接入終端106共享WCI裝置 102的集合。所期望的是，所有接入終端能夠和所有WCI裝置進(jìn)行通 信，從而使每個(gè)用戶獲得最高峰值吞吐量。然而，這一點(diǎn)不總是可以 實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槟承┙尤虢K端只能和WCI裝置的子集通信。在該情況下， 可通過信令指示BS使其MIMO處理適應(yīng)于某個(gè)時(shí)間和頻率點(diǎn)處4妻受 服務(wù)的接入終端的集合。例如，基站104可選擇對(duì)用于WCI裝置的子 集的信號(hào)進(jìn)行編碼，或選擇使用WCI裝置的剩余集合與其它接入終端 進(jìn)行通信。
除了使用MIMO技術(shù)和寬帶通信(例如UWB)的優(yōu)點(diǎn)外，該示 例性系統(tǒng)還提供了其它操作優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)任意接入終端106接收到信號(hào)時(shí)， 接入終端106解碼子集或解碼所有信號(hào)，且能夠解碼最初的數(shù)據(jù)流， 從而在不需要從BS 104另外重發(fā)(例如，自動(dòng)請(qǐng)求(ARQ))的情況 下為延遲而權(quán)衡信道容量。例如，當(dāng)一個(gè)或多個(gè)WCI裝置102連同接 入終端106處于較差的信道條件下時(shí)會(huì)出現(xiàn)上述情況。
圖5是根據(jù)示例性實(shí)施方式在WCI裝置中實(shí)現(xiàn)的方法的流程圖。
該方法可利用硬件、軟件和/或固件的任意組合來執(zhí)行。
在步驟502中，WCI裝置102通過具有MIMO帶寬的MIMO空 氣接口 110接收下鏈路MIMO信號(hào)112。在示例性實(shí)施方式中，下鏈 路收發(fā)器204中的窄帶接收器209對(duì)基站104所發(fā)送的窄帶信號(hào)進(jìn)行 下變頻和解調(diào)。由于WCI裝置102包括用于接收下鏈路MIMO信號(hào) 112的單天線，因此窄帶接收器209實(shí)現(xiàn)通常由傳統(tǒng)MIMO接收器實(shí) 現(xiàn)的功能。
在步驟504中，對(duì)應(yīng)于下鏈路MIMO信號(hào)112的下鏈路寬帶信號(hào) 114通過寬帶空中接口 118被發(fā)送至接入終端106，其中，寬帶空中接 口 118的帶寬大于MIMO帶寬。在示例性實(shí)施方式中，由窄帶接收器 209恢復(fù)的基帶信號(hào)由下鏈路收發(fā)器中的寬帶發(fā)送器213調(diào)制和上變 頻。最后得到的下鏈路寬帶信號(hào)114通過寬帶空中接口 118發(fā)送至接 入纟冬端106。
在步驟506中，上鏈路寬帶信號(hào)115通過寬帶空中接口 118 乂人接 入終端106接收。在示例性實(shí)施方式中，上鏈路收發(fā)器214中的寬帶 接收器219對(duì)從接入終端106發(fā)送的上鏈路寬帶信號(hào)115進(jìn)行下變頻 和解調(diào)。上鏈路寬帶信號(hào)115通過寬帶空中接口 118發(fā)送至多個(gè)信道 上。當(dāng)某些窄帶信號(hào)在不同的直接序列信道上發(fā)送并且由WCI裝置 102的寬帶接收器219進(jìn)行解調(diào)以接收所述窄帶信號(hào)時(shí)，寬帶信號(hào)115 可以由接入終端106根據(jù)CDMA技術(shù)進(jìn)行發(fā)送。
在步驟508中，對(duì)應(yīng)于上鏈路寬帶信號(hào)115的上鏈路MIMO信號(hào) 113通過MIMO空中接口 110發(fā)送至基站104。在示例性實(shí)施方式中， 由寬帶接收器219恢復(fù)的窄帶基帶信號(hào)由窄帶發(fā)送其223調(diào)制和上變 頻。所得到的信號(hào)通過MIMO空中接口 110發(fā)送至基站。由于多個(gè) WCI裝置從不同的地理位置發(fā)送窄帶信號(hào)，因此基站天線108 4妻收的 信號(hào)的組合是才艮據(jù)MIMO傳輸?shù)?，其中該MIMO傳輸允許MIMO基 站104恢復(fù)被分散到不同的寬帶信號(hào)上的、最初發(fā)送的高數(shù)據(jù)率信號(hào)。
明顯地，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些教導(dǎo)將會(huì)容易想到本發(fā) 明的其它實(shí)施方式和修改。上述描述是說明性的而非限定性的。本發(fā) 明僅由下面的權(quán)利要求來限定，其中，該權(quán)利要求包括結(jié)合說明書和
附圖的實(shí)施方式和修改。因此，本發(fā)明的范圍并不由上述描述確定， 而應(yīng)該由權(quán)利要求及其等同的全部范圍所確定。
權(quán)利要求
1. 一種無線通信接口裝置，其被配置為通過多入/多出(MIMO)空中接口與基站交換信號(hào)，且通過寬帶空中接口交換相應(yīng)的寬帶信號(hào)，其中，所述寬帶空中接口的帶寬大于所述MIMO空中接口的MIMO帶寬。
2. 如權(quán)利要求1所述的無線通信接口裝置，所述無線通信^接口包括窄帶接收器，被配置為通過所述MIMO空中接口接收下鏈路 MIMO信號(hào)；以及寬帶發(fā)送器，被配置為通過所述寬帶空中接口發(fā)送對(duì)應(yīng)于所述下 鏈路MIMO信號(hào)的下鏈路寬帶信號(hào)，其中，所述寬帶空中接口具有超 寬帶帶寬。
3. 如權(quán)利要求2所述的無線通信接口裝置，進(jìn)一步包括 通過所述寬帶空中接口接收上鏈路寬帶信號(hào)的寬帶接收器；以及 通過所述MIMO空中接口發(fā)送對(duì)應(yīng)于所述上鏈路寬帶信號(hào)的上鏈路MIMO信號(hào)的窄帶發(fā)送器。
4. 如權(quán)利要求3所述的無線通信接口裝置，其中，所述裝置被配 置為向基站發(fā)送信道狀態(tài)信息，所述信道狀態(tài)信息對(duì)應(yīng)于所述裝置和 至少 一個(gè)基站發(fā)送天線之間的信道特征。
5. 如權(quán)利要求4所述的無線通信接口裝置，其中，所述裝置被配 置為響應(yīng)于發(fā)送至所述基站的所述信道狀態(tài)信息而處理從所述基站接 收的預(yù)編碼數(shù)據(jù)。
6. —種無線通信4妄口系統(tǒng)，包括多個(gè)無線通信接口裝置，所述多個(gè)無線通信接口裝置中的每一個(gè)包括下鏈路收發(fā)器，^皮配置為通過具有MIMO帶寬的MIMO空 中接口接收下鏈if各MIMO信號(hào)，并通過寬帶空中接口發(fā)送對(duì)應(yīng)于所述 下鏈路MIMO信號(hào)的下鏈路寬帶信號(hào)，其中，所述寬帶空中接口的帶 寬大于所述MIMO帶寬；以及上鏈路收發(fā)器，被配置為通過所述寬帶空中接口帶接收上鏈 路寬帶信號(hào)，并通過所述MIMO空中接口發(fā)送對(duì)應(yīng)于所述上《連^各寬帶 信號(hào)的上鏈路MIMO信號(hào)。
7. 如斥又利要求6所述的無線通信接口系統(tǒng)，其中，所述MIMO 帶寬為窄帶(NB)且所述寬帶空中接口為超寬帶(UWB)。
8. 如權(quán)利要求7所述的無線通信接口系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)無線 通信接口裝置中的每一個(gè)彼此獨(dú)立地工作。
9. 如權(quán)利要求6所述的無線通信接口系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)無線 通信接口裝置中的每一個(gè)被配置為向基站發(fā)送信道狀態(tài)信息，所述信 道狀態(tài)信息對(duì)應(yīng)于每個(gè)裝置與至少一個(gè)基站發(fā)送天線之間的信道特 征。
10. 如權(quán)利要求9所述的無線通信裝置，其中，所述多個(gè)無線通 信接口裝置中的每一個(gè)被配置為響應(yīng)于發(fā)送至所述基站的所述信道狀態(tài)信息而處理從所述基站接收的預(yù)編碼的數(shù)據(jù)。
11. 一個(gè)配置為通過MIMO空中接口發(fā)送和接收信號(hào)的基站，所 述基站包括MIMO預(yù)編碼器，包括模運(yùn)算裝置，響應(yīng)于信道狀態(tài)信息而連接到反饋矩陣單元， 所述模運(yùn)算裝置提供輸出；以及前饋矩陣單元，響應(yīng)于所述模運(yùn)算裝置的所述輸出和所述信道狀態(tài)信息，提供預(yù)編碼數(shù)據(jù)以通過所述MIMO空中接口發(fā)送。
12. 如權(quán)利要求11所述的基站，進(jìn)一步包括連接到MIMO預(yù)編 碼器用于對(duì)所述預(yù)編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼的無比率編碼器。
13. 如權(quán)利要求11所述的基站，其中，所述基站被配置為以窄帶 帶寬發(fā)送和接收信號(hào)。
14. 一種接入終端，其被配置為通過接收多個(gè)下鏈路寬帶信號(hào)而 在多個(gè)下鏈路多入/多出(MIMO)信號(hào)上恢復(fù)基站所發(fā)送的數(shù)據(jù)，所 述多個(gè)下鏈路寬帶信號(hào)對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)下鏈路MIMO信號(hào)。
15. 如纟又利要求14所述的接入終端，所述4妻入終端包括 收發(fā)器，所述收發(fā)器包括寬帶接收器，被配置為從多個(gè)無線通信接口裝置接收對(duì)應(yīng)于 所述基站所發(fā)送的所述多個(gè)下鏈路MIMO信號(hào)的所述多個(gè)下鏈路寬帶 信號(hào)，所述寬帶接收器被配置為產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所接收的下鏈路寬帶信號(hào) 的基帶信號(hào)；窄帶接收器，其連接到所述寬帶接收器，并且被配置為處理 所述基帶信號(hào)，從而恢復(fù)由所述基站發(fā)送的所述數(shù)據(jù)。
16. 如權(quán)利要求15所述的接入終端，其中，所述收發(fā)器進(jìn)一步包括窄帶發(fā)送器，用于產(chǎn)生多個(gè)上鏈路通信信號(hào)，所述多個(gè)上鏈路通 信信號(hào)對(duì)應(yīng)于在所述基站接收的上鏈路MIMO信號(hào)；以及寬帶發(fā)送器，其連接到所述窄帶發(fā)送器且被配置為發(fā)送對(duì)應(yīng)于所 述上鏈路通信信號(hào)的上鏈路寬帶信號(hào)。
17. 如權(quán)利要求16所述的接入終端，其中，所述上鏈路寬帶信號(hào) -故同時(shí)發(fā)送。
18.如權(quán)利要求n所述的接入終端，其中，所述接入終端被配置為以FDMA、 OFDMA和正交擴(kuò)頻形式中的任意一種發(fā)送所述上《連路 寬帶信號(hào)。
19. 一種在無線通信接口裝置中執(zhí)行的方法，所述方法包括 通過具有MIMO帶寬的MIMO空中接口接收下鏈路MIMO信號(hào)； 通過寬帶空中接口發(fā)送對(duì)應(yīng)于所述下鏈路MIMO信號(hào)的下鏈路寬帶信號(hào)，其中，所述寬帶空中接口的帶寬大于所述MIMO帶寬； 通過所述寬帶空中接口接收上鏈路寬帶信號(hào)；以及 通過所述MIMO空中接口發(fā)送對(duì)應(yīng)于所述上鏈路寬帶信號(hào)的上鏈路MIMO信號(hào)。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括 基于所述無線通信接口裝置與基站發(fā)送天線之間的信道特征確定 信道狀態(tài)信息；以及向所述基站發(fā)送所述信道狀態(tài)信息。
全文摘要
利用MIMO技術(shù)和單天線通信裝置的系統(tǒng)、方法和裝置，使得高速寬帶通信最大化。該裝置包括被配置為通過多入多出(MIMO)空中接口與基站交換無線信號(hào)且被配置為通過寬帶空中接口與接入終端交換相應(yīng)的無線信號(hào)集的無線通信接口(WCI)裝置，其中，該寬帶空中接口的帶寬大于MIMO空中接口的帶寬。該系統(tǒng)包括與基站通信且與接入終端交換相應(yīng)信號(hào)的多個(gè)WCI裝置。
文檔編號(hào)H04B7/26GK101395818SQ200780007120
公開日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2007年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月28日
發(fā)明者朱利安·尼古拉斯, 阿米特·卡爾汗 申請(qǐng)人:京瓷公司