專(zhuān)利名稱(chēng)：補(bǔ)償mu-mas通信、動(dòng)態(tài)適應(yīng)mu-mas通信系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及通信系統(tǒng)領(lǐng)域。特別地，本發(fā)明涉及用于使用時(shí)空編碼技術(shù)的分布式輸入分布式輸出的無(wú)線(xiàn)通信的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
通信信號(hào)的時(shí)空編碼空間多工和時(shí)空編碼是無(wú)線(xiàn)技術(shù)中已知的較新的發(fā)展。由于有幾個(gè)天線(xiàn)用在每個(gè)終端，所以一種特殊類(lèi)型的時(shí)空編碼被稱(chēng)為“多重輸入多重輸出”(ΜΙΜ0)。通過(guò)使用多個(gè)天線(xiàn)來(lái)發(fā)送和接收，多個(gè)獨(dú)立的無(wú)線(xiàn)電波可以在相同的頻率范圍內(nèi)同時(shí)傳送。下面的文章提供了 MMO的概述。IEEE 成員 David Gesbert、IEEE 會(huì)員 Mansoor Shafi> IEEE 成員 Da-shanShiu,、IEEE 成員 Peter J. Smith 和 IEEE 高級(jí)會(huì)員 Ayman Naguib 的 IEEEJOURNAL ON SELECTEDAREAS IN COMMUNICATIONS, VOL. 21, NO. 3, APRIL 2003: “From theory to Practice:AnOverview of MIMO Space-TimeCoded Wireless Systems，，。IEEE 成員 David Gesbert、IEEE 成員 Helmut Bolcske1、Dhananijay A. Gore和 IEEE 會(huì)員 Arogyaswami J. Paulraj 的 IEEE TRANSCTI0NS 0NC0MMUNICATIONS, VOL. 50, NO. 12, DECEMBER 2000Outdoor MIMOffireless Channels:Models and PerformancePrediction，，?；旧?，MMO技術(shù)是基于用于在公共頻帶內(nèi)產(chǎn)生并列空間數(shù)據(jù)流的空間分布式天線(xiàn)的應(yīng)用。無(wú)線(xiàn)電波以這樣的方式傳播，從而可以在接收器分離和解調(diào)單個(gè)信號(hào)，即使它們?cè)谙嗤念l帶內(nèi)傳輸，這能造成多個(gè)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上獨(dú)立(也就是有效地分離)的通信信道。因此，和努力抑制多徑信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)相比(即，同一頻率的多個(gè)時(shí)延信號(hào)，且振幅和相位存在修改)，ΜΜ0可以依賴(lài)于非相關(guān)或弱相關(guān)的多徑信號(hào)，在給定的頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)較高的吞吐率和改善的信噪比。實(shí)例表明，在功率與信噪比(SNR)相當(dāng)?shù)臈l件下，MIMO技術(shù)實(shí)現(xiàn)了更高的吞吐量(throughput),而傳統(tǒng)的非MIMO系統(tǒng)僅能夠?qū)崿F(xiàn)較低的吞吐量。高通公司(高通是最大的無(wú)線(xiàn)技術(shù)供應(yīng)商)網(wǎng)站http://www. cdmatech. com/products/what mimo delivers, isp:上標(biāo)題為 “What MIMO Delivers” 的頁(yè)面上描述了這一功能“ΜΙΜ0 is the onlymultiple antenna technique that increases spectral capacity bydelivering two ormore times the peak data rate of a system per channel or perMHz of spectrum. To be more specific, for wireless LAN or W1- Fl <'applicationsQUALCOMMi sfourth generation MIMO technology delivers speeds of 315Mbps in 36MHzofspectrum or 8. 8Mbps/MHz. Compare this to the peak capacity of 802.1 la/g(evenwith beam-forming or diversity techniques)which delivers only 54Mbps inl7MHz ofspectrum or 3. 18Mbps/MHz’’。通常上，由于幾個(gè)原因，MMO系統(tǒng)面對(duì)著每個(gè)裝置少于10個(gè)天線(xiàn)的實(shí)際性限制(因此網(wǎng)絡(luò)中的改善少于10X吞吐率)1.物理限制給定裝置上的MMO天線(xiàn)之間必須具有足夠的間隔，從而每個(gè)都接收統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的信號(hào)。盡管即使在波長(zhǎng)分?jǐn)?shù)的天線(xiàn)間隔時(shí)仍然可以看到MMO吞吐量的改善，但當(dāng)天線(xiàn)更加接近時(shí)效率迅速惡化，這導(dǎo)致了較低的MIMO吞吐量倍增器。參見(jiàn)例如以下參考文獻(xiàn)[I]D.-S. Shiu，G. J. Foschini，M. J. Gans，and J. M. KahnZiFadingcorrelation andits effect on the capacity of multielement antenna systems，，，IEEE Trans. Comm.,vol. 48，no. 3，pp. 502-513，Mar. 2000.[2] V. Pohl，V. Jungnickel，T. Haustein，and C. von Helmolt,Antennaspacing inMIMO indoor channels，” Proc.1EEE Veh. Technol. Conf.，vol. 2，pp. 749-753，May 2002.[3]M. Stoytchev, H. Safar, A. L.Moustakas，and S. Simon，“Compactantennaarrays for MIMO applications，” Proc.1EEE Antennas and Prop. Symp.，vol. 3，pp. 708-711，July 2001.[4]A. Forenza and R. W. Heath Jr. ,“Impact of antenna geometry onMIMOcommunication in indoor clustered channels，，，Proc.1EEE Antennasand Prop. Symp.,vol. 2，pp. 1700-1703，June 2004.此外，對(duì)于小的天線(xiàn)間隔，彼此之間的耦合效應(yīng)可能會(huì)降低MMO系統(tǒng)的性能。參見(jiàn)例如以下參考文獻(xiàn)[5]M. J. Fakhereddin and K. R. Dandekar，“Combined effect ofpolarizationdiversity and mutual coupling on MIMO capacity，，，Proc.1EEEAntennas and Prop.Symp.，vol. 2，pp. 495-498，June 2003.[7]P. N. Fletcher, M. Dean, and A. R. Nix，“Mutual coupling in mult1-elementarray antennas and its influence on MIMO channel capacity，，，IEEEElectronicsLetters, vol. 39，pp.342-344，F(xiàn)eb.2003.[8] V. Jungnickel，V. Pohl，and C. Von Helmolt,“Capacity of MIMOsystems withclosely spaced antennas，” IEEE Comm. Lett.，vol. 7，pp. 361-363，Aug. 2003.[10] J. W. Wallace and M. A. Jensen，“Termination-dependentdiversityperformance of coupled antennas Network theory analysis，，，IEEE Trans.Antennas Propagat.，vol. 52，pp. 98-105，Jan. 2004.[13]C. Waldschmidt，S. Schulteis，and W. Wiesbeck，“Complete RFsystem modelfor analysis of compact MIMO arrays，，，IEEE Trans, on Veh. Technol. , vol. 53,pp. 579-586，May 2004.[14]M. L. Morris and M. A. Jensen, “Network model for MIMO systemswithcoupled antennas and noisy amplifiers，，，IEEE Trans. AntennasPropagat. , vol. 53,pp. 545-552，Jan. 2005.而且，當(dāng)天線(xiàn)擁擠到一起的時(shí)候，天線(xiàn)通常必須做得更小，這也能夠影響天線(xiàn)效率。參見(jiàn)例如以下參考文獻(xiàn)[15]H. A. Wheeler, ^Small antennas,，，IEEE Trans. AntennasPropagat. , vol.AP-23, n. 4，pp.462-469，July 1975.
[16] J. S. McLean, “A re-examination of the fundamental limits ontheradiation Q of electrically small antennas,，，IEEE Trans. Antennas Propagat.,vol. 44, n. 5, pp. 672-676, May 1996.最后，用較低頻率和較長(zhǎng)波長(zhǎng)的話(huà)，MMO裝置的物理尺寸就變得難以處理。一個(gè)極端的例子是在HF波段，這里MMO裝置天線(xiàn)必須互相分開(kāi)10米或更大距離。2.噪聲限制。每個(gè)MMO的接收器/發(fā)送器子系統(tǒng)產(chǎn)生一定水平的噪聲。當(dāng)越來(lái)越多的這種子系統(tǒng)互相臨近放置時(shí)，背景噪聲就會(huì)上升。同時(shí)，當(dāng)需要從多天線(xiàn)MMO系統(tǒng)中識(shí)別出更多不同信號(hào)的時(shí)候，就要求更低的背景噪聲。3.成本和功率限制。盡管有些MIMO應(yīng)用中成本和功耗不是焦點(diǎn)，但在典型的無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品中，開(kāi)發(fā)一種成功的產(chǎn)品時(shí)，成本和功耗都是至關(guān)重要的制約因素。對(duì)于每個(gè)MIMO天線(xiàn)，需要分離的RF子系統(tǒng)，包括分離的模-數(shù)(A/D)和數(shù)-模(D/A)轉(zhuǎn)換器。不像以摩爾定律來(lái)衡量規(guī)模的數(shù)字系統(tǒng)的很多方面(英特爾的共同創(chuàng)立者戈登摩爾所作出的經(jīng)驗(yàn)層面的觀察結(jié)果，微型器件的集成電路上的晶體管數(shù)目大約每隔24個(gè)月便會(huì)翻兩倍；來(lái)源http://www.1ntel. com/technology/mooreslaw/),這樣密集的模擬子系統(tǒng)通常具有一定的物理結(jié)構(gòu)尺寸和功率要求，其尺寸與成本和功率線(xiàn)性成比例。因此，和單天線(xiàn)裝置相比，多天線(xiàn)MMO裝置將變得極其昂貴并且具有驚人的能耗。作為上面的結(jié)果，今天預(yù)期的大多數(shù)MMO系統(tǒng)是在2至4個(gè)天線(xiàn)的等級(jí)上，導(dǎo)致吞吐量2至4倍的上升和由于多天線(xiàn)系統(tǒng)的分集益處而引起的一些SNR (信噪比)的上升。已經(jīng)預(yù)期到10個(gè)天線(xiàn)的MMO系統(tǒng)(特別是由于較短的波長(zhǎng)和較近的天線(xiàn)間隔的在較高的微波頻率上)，但是除了對(duì)于一些特殊的和對(duì)成本不敏感的應(yīng)用以外，超過(guò)10個(gè)天線(xiàn)是很不實(shí)際的。虛擬天線(xiàn)陣列MIMO類(lèi)型的技術(shù)的一種特殊應(yīng)用是虛擬天線(xiàn)陣列。歐洲科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域研究協(xié)作組織提出的研究文件中建議了這種系統(tǒng)，EURO, Barcelona, Spain, 2003年I月15-17日Center for Telecommunication Research, King’s CollegeLondon, UK:，，A step towardsMIMO:Virtual Antenna Arrays，，，Mischa Dohler&Hamid Aghvami。如文件中所述，虛擬天線(xiàn)陣列是協(xié)作無(wú)線(xiàn)裝置系統(tǒng)(例如蜂窩電話(huà))，其在分離的通信信道上互相通信(假如當(dāng)它們相互足夠臨近)，而不是在它們主要的通信信道上與它們的基站通信，使得協(xié)作性地工作(例如，如果它們是UHF波段中的GSM蜂窩電話(huà)，那么這可以是5GHz的工業(yè)科學(xué)醫(yī)學(xué)(ISM)無(wú)線(xiàn)波段)。通過(guò)在相互的中繼范圍(除了在基站范圍內(nèi))內(nèi)的幾個(gè)裝置之間轉(zhuǎn)發(fā)信息，就好像他們是在物理上具有多個(gè)天線(xiàn)的一個(gè)裝置工作一樣，使得單天線(xiàn)裝置潛在地實(shí)現(xiàn)象MMO —樣的吞吐量提升。然而，實(shí)際上，這樣的系統(tǒng)極難實(shí)現(xiàn)并且用處有限。首先，必須保持每個(gè)裝置現(xiàn)在最少有兩個(gè)不同的通信路徑以實(shí)現(xiàn)吞吐率提升，其第二中繼鏈路的可用性經(jīng)常是不確定的。而且，由于它們最少具有第二通信子系統(tǒng)并且有更大的計(jì)算需求，因此該裝置更昂貴，物理尺寸更大，并且消耗更多的功率。此外，潛在地通過(guò)多個(gè)通信鏈路，該系統(tǒng)依賴(lài)于非常復(fù)雜的所有系統(tǒng)的實(shí)時(shí)協(xié)作。最后，由于同時(shí)發(fā)生的信道利用增加(例如，使用MIMO技術(shù)的同時(shí)發(fā)生的電話(huà)呼叫傳輸)，對(duì)于各裝置的計(jì)算負(fù)擔(dān)也就增加了(通常隨信道利用的線(xiàn)性增加而成指數(shù)增加)，這對(duì)具有嚴(yán)格的功率和尺寸限制的便攜裝置是很不實(shí)際的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種在系統(tǒng)中使用以用于補(bǔ)償多用戶(hù)多天線(xiàn)系統(tǒng)MU-MAS通信的頻率和相位偏移的無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置，該無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置包括一個(gè)或多個(gè)RF單元，用于接收從一個(gè)或多個(gè)MU-MAS發(fā)射機(jī)單元發(fā)送的信號(hào)，并將所述信號(hào)降頻轉(zhuǎn)換到基帶；一個(gè)或多個(gè)模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換單元，用于接收降頻轉(zhuǎn)換后的信號(hào)并將該信號(hào)從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；頻率/相位偏移估計(jì)/補(bǔ)償單元，用于估計(jì)頻率和/或相位偏移并將信息反饋到發(fā)射機(jī)以用于預(yù)補(bǔ)償；一個(gè)或多個(gè)OFDM單元·，用于移除循環(huán)前綴并在所述數(shù)字信號(hào)上執(zhí)行快速傅立葉變換(FFT)以報(bào)告頻域·中的信號(hào)；信道估計(jì)單元，用于在訓(xùn)練周期期間接收從所述一個(gè)或多個(gè)OFDM單元輸出的信號(hào)并響應(yīng)地計(jì)算信道估計(jì)數(shù)據(jù)；以及反饋生成器單元，用于將所述信道估計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)送到基站以用于在信號(hào)被發(fā)送到所述無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置之前對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)編碼中使用。本發(fā)明還提供了一種在系統(tǒng)中使用以用于補(bǔ)償多用戶(hù)多天線(xiàn)系統(tǒng)MU-MAS通信的同相正交(I/Q)不平衡的無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置，該無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置包括一個(gè)或多個(gè)RF單元，用于接收從一個(gè)或多個(gè)MU-MAS發(fā)射機(jī)單元發(fā)送的信號(hào)，并將所述信號(hào)降頻轉(zhuǎn)換到基帶；一個(gè)或多個(gè)模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換單元，用于接收降頻轉(zhuǎn)換后的信號(hào)并將該信號(hào)從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào);一個(gè)或多個(gè)OFDM單元，用于移除循環(huán)前綴并在所述數(shù)字信號(hào)上執(zhí)行快速傅立葉變換(FFT)以報(bào)告頻域中的信號(hào)；I/Q感知信道估計(jì)單元，在訓(xùn)練周期期間接收從所述一個(gè)或多個(gè)OFDM單元輸出的信號(hào)并響應(yīng)地計(jì)算信道估計(jì)數(shù)據(jù)；以及反饋生成器單元，用于將所述信道估計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)送到基站以用于在信號(hào)被發(fā)送到所述無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置之前對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)編碼中使用。本發(fā)明還提供了一種在系統(tǒng)中使用以用于動(dòng)態(tài)適應(yīng)多用戶(hù)多天線(xiàn)系統(tǒng)MU-MAS通信系統(tǒng)的通信特性的無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置，該無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置包括一個(gè)或多個(gè)RF單元，用于接收從一個(gè)或多個(gè)MU-MAS發(fā)射機(jī)單元發(fā)送的信號(hào)，并將所述信號(hào)降頻轉(zhuǎn)換到基帶；一個(gè)或多個(gè)模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換單元，用于接收降頻轉(zhuǎn)換后的信號(hào)并將該信號(hào)從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；一個(gè)或多個(gè)OFDM單元，用于移除循環(huán)前綴并在所述數(shù)字信號(hào)上執(zhí)行快速傅立葉變換(FFT)以報(bào)告頻域中的信號(hào)；信道估計(jì)器，用于在訓(xùn)練周期期間接收從所述一個(gè)或多個(gè)OFDM單元輸出的信號(hào)并響應(yīng)地計(jì)算鏈路質(zhì)量矩陣；以及反饋生成器單元，用于將所述鏈路質(zhì)量矩陣發(fā)送到基站以用于在信號(hào)被發(fā)送到所述無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置之前對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制/編碼、預(yù)編碼以及用戶(hù)選擇中使用。描述了一種用于對(duì)具有多用戶(hù)(MU)發(fā)送(“MU-MAS”)的多天線(xiàn)系統(tǒng)(MAS)中的頻率和相位偏移進(jìn)行補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)和方法。例如，根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的方法包括將來(lái)自基站每一天線(xiàn)的訓(xùn)練信號(hào)發(fā)送至多個(gè)無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置中的一個(gè)或每個(gè)無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置，該客戶(hù)裝置中的一個(gè)或每個(gè)客戶(hù)裝置分析每個(gè)訓(xùn)練信號(hào)以生成頻率偏移補(bǔ)償數(shù)據(jù)，并在基站處接收頻率偏移補(bǔ)償數(shù)據(jù)；基于所述頻率偏移補(bǔ)償數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算MU-MAS預(yù)編碼器權(quán)重以預(yù)消除發(fā)射機(jī)處的頻率偏移；使用所述MU-MAS預(yù)編碼器權(quán)重對(duì)訓(xùn)練信號(hào)進(jìn)行預(yù)編碼，以生成針對(duì)基站每一天線(xiàn)的預(yù)編碼訓(xùn)練信號(hào)；將來(lái)自所述基站的每個(gè)天線(xiàn)的預(yù)編碼后的訓(xùn)練信號(hào)發(fā)送到所述多個(gè)無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置中的每一個(gè)無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置，每個(gè)客戶(hù)裝置分析每個(gè)訓(xùn)練信號(hào)以生成信道特征數(shù)據(jù)，并在所述基站接收所述信道特征數(shù)據(jù)；基于該信道特征數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算多個(gè)MU-MAS預(yù)編碼權(quán)重，該MU-MAS預(yù)編碼器權(quán)重被計(jì)算來(lái)用于預(yù)消除頻率和相位偏移和/或用戶(hù)之間的干擾；使用MU-MAS預(yù)編碼器權(quán)重來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)編碼，以生成針對(duì)基站每一天線(xiàn)的預(yù)編碼后的數(shù)據(jù)信號(hào)；以及將所述預(yù)編碼后的預(yù)編碼數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)基站的每個(gè)天線(xiàn)發(fā)送至其每個(gè)的客戶(hù)端設(shè)備。


結(jié)合附圖，下面詳盡的描述可以獲得對(duì)本發(fā)明更好的理解，其中圖1顯示了現(xiàn)有技術(shù)的MMO系統(tǒng)。圖2顯示了與多個(gè)單天線(xiàn)客戶(hù)裝置進(jìn)行通信的N天線(xiàn)基站。圖3顯示了與三個(gè)單天線(xiàn)客戶(hù)裝置進(jìn)行通信的三個(gè)天線(xiàn)的基站。圖4顯示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中使用的訓(xùn)練信號(hào)技術(shù)。圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的從客戶(hù)裝置傳輸?shù)交镜男诺捞卣鲾?shù)據(jù)。圖6顯不了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的多重輸入分布式輸出(“MID0”)下行傳輸。圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的多重輸入多重輸出(“ΜΜ0”)上行傳輸。圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的通過(guò)不同客戶(hù)群循環(huán)以分配吞吐量的基站。圖9顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的基于臨近的客戶(hù)分組。圖10顯示了在NVIS系統(tǒng)中使用的本發(fā)明的實(shí)施例。圖11顯示了具有I/Q補(bǔ)償功能單元的DIDO發(fā)射機(jī)的實(shí)施方式。圖12顯示了具有I/Q補(bǔ)償功能單元的DIDO接收機(jī)。圖13顯示了具有I/Q補(bǔ)償?shù)腄ID0-0FDM系統(tǒng)的一種實(shí)施方式。圖14顯示了在具有和不具有I/Q補(bǔ)償?shù)那闆r下DIDO 2 X 2性能(performance)的一種實(shí)施方式。圖15顯示了在具有和不具有I/Q補(bǔ)償?shù)那闆r下DIDO 2X 2性能的一種實(shí)施方式。圖16顯示了在具有和不具有I/Q補(bǔ)償?shù)那闆r下針對(duì)不同QAM星座圖的SER(符號(hào)誤碼率)的一種實(shí)施方式。圖17顯示了在不同用戶(hù)設(shè)備位置具有和不具有I/Q補(bǔ)償?shù)那闆r下DID02X2性能的一種實(shí)施方式。圖18顯示了在理想(1.1. d.(獨(dú)立且同分布))信道中具有和不具有I/Q補(bǔ)償?shù)那闆r下SER的一種實(shí)施方式。圖19顯不了自適應(yīng)DIDO系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)架構(gòu)的一種實(shí)施方式。圖20顯示了自適應(yīng)DIDO系統(tǒng)的接收機(jī)架構(gòu)的一種實(shí)施方式。
圖21顯示了自適應(yīng)DID0-0FDM的方法的一種實(shí)施方式。圖22顯不了用于DIDO測(cè)量的天線(xiàn)布局的一種實(shí)施方式。圖23顯示了用于不同級(jí)別(order) DIDO系統(tǒng)的陣列配置的實(shí)施方式。圖24顯示了不同級(jí)別DIDO系統(tǒng)的性能。圖25顯示了用于DIDO測(cè)量的天線(xiàn)陣列的一種實(shí)施方式。圖26顯示了 4-QAM且1/2FEC率的DIDO 2X 2性能與用戶(hù)設(shè)備位置的函數(shù)關(guān)系的一種實(shí)施方式。圖27顯不了用于DIDO測(cè)量的天線(xiàn)布局的一種實(shí)施方式。圖28顯示了在一種實(shí)施方式中DIDO 8 X 8如何產(chǎn)生比具有低TX功率需求的DIDO2X2更大的SE。圖29顯示了在具有天線(xiàn)選擇情況下的DIDO 2X2性能的一種實(shí)施方式。圖30顯示了不同DIDO預(yù)編碼方案在1.1. d.信道中的平均比特誤碼率(BER)性倉(cāng)泛。圖31顯示了 ASel的信噪比增益與1.1. d.信道中額外發(fā)射天線(xiàn)的數(shù)量之間的函數(shù)關(guān)系。 圖32顯示了在1.1. d.信道中具有I和2個(gè)外部天線(xiàn)的情況下SNR閾值與用于塊對(duì)角化(BD)和ASel的用戶(hù)數(shù)量(M)之間的函數(shù)關(guān)系。圖33顯示了針對(duì)位于相同角度方向且具有不同角度擴(kuò)展(AS)值的兩個(gè)用戶(hù)的BER與每用戶(hù)平均SNR。圖34顯示了與圖33相類(lèi)似的結(jié)果，但用戶(hù)之間具有更高的角度間隔。圖35繪制了針對(duì)用戶(hù)的平均到達(dá)角度(AOA)的不同值，AS與SNR閾值之間的函數(shù)關(guān)系。圖36顯示了針對(duì)5個(gè)用戶(hù)的示例性情況的SNR閾值。圖37針對(duì)2個(gè)用戶(hù)的情況，提供了在具有I和2個(gè)額外天線(xiàn)的情況下，SNR閾值BD與ASel的比較。圖38顯示了與圖37相類(lèi)似的結(jié)果，但是針對(duì)5個(gè)用戶(hù)的情況。圖39顯示了針對(duì)具有不同AS值的BD方案的SNR閾值。圖40顯示了對(duì)于具有I和2個(gè)額外天線(xiàn)的BD和ASel，在具有AS=O. 1°的空間關(guān)聯(lián)信道中的SNR閾值。圖41顯示了針對(duì)AS=5°的另外兩個(gè)信道情形的SNR閾值的計(jì)算。圖42顯示了針對(duì)AS=10°的另外兩個(gè)信道情形的SNR閾值的計(jì)算。圖43-圖44分別顯示了在I和2個(gè)額外天線(xiàn)的情況下，SNR閾值與用戶(hù)數(shù)量(M)與BD和ASel方案的角度擴(kuò)展(AS)之間的函數(shù)關(guān)系。圖45顯示了配備有頻率偏移估計(jì)器/補(bǔ)償器的接收機(jī)；圖46顯示了根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的DIDO 2X2系統(tǒng)模型。圖47顯示了根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的方法。圖48顯示了在具有和不具有頻率偏移的情況下，DIDO 2X2系統(tǒng)的SER結(jié)果。圖49將不同DIDO方案的SNR閾值性能進(jìn)行了比較。圖50將不同方法實(shí)施方式所需的開(kāi)銷(xiāo)量進(jìn)行了比較。
圖51顯示了在fmax=2Hz的小頻率偏移且沒(méi)有整數(shù)偏移校正的情況下的仿真。圖52顯示了當(dāng)關(guān)閉整數(shù)偏移估計(jì)器時(shí)的結(jié)果。
具體實(shí)施例方式在下列描述中，為了解釋的目的，為了提供對(duì)本發(fā)明徹底的理解，闡明了多個(gè)特殊細(xì)節(jié)。然而，很明顯的是，對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員，即使沒(méi)有一些特殊細(xì)節(jié)，仍然可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。此外，公知的結(jié)構(gòu)和裝置顯示為框圖形式，以避免將本發(fā)明根本的原理模糊化。圖1顯示了具有發(fā)射天線(xiàn)104和接收天線(xiàn)105的現(xiàn)有技術(shù)MMO系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)的吞吐率可以實(shí)現(xiàn)通常在可用信道中實(shí)現(xiàn)的吞吐率的3倍。有多種不同的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)這種MIMO系統(tǒng)的細(xì)節(jié)，其在關(guān)于該主題的出版文獻(xiàn)中有過(guò)描述，下面的解釋將描述一個(gè)這樣的方法。數(shù)據(jù)在圖1的MIMO系統(tǒng)中傳輸之前，信道被“特征化”。這是通過(guò)在開(kāi)始將“訓(xùn)練信號(hào)”從每個(gè)發(fā)射天線(xiàn)104傳輸?shù)矫總€(gè)接收器105來(lái)實(shí)現(xiàn)的。訓(xùn)練信號(hào)有編碼和調(diào)制子系統(tǒng)102生成，并被D/A轉(zhuǎn)換器(沒(méi)有示出)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，然后由每個(gè)發(fā)送器103從基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為RF信號(hào)。每個(gè)耦合到其RF接收器106的接收天線(xiàn)105接收每個(gè)訓(xùn)練信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為基帶信號(hào)。基帶信號(hào)由D/A轉(zhuǎn)換器(沒(méi)有示出)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后信號(hào)處理子系統(tǒng)107特征化該訓(xùn)練信號(hào)。每個(gè)信號(hào)的特征可以包括很多因素，例如，其包括，相對(duì)于接收器內(nèi)部的參考信號(hào)的相位和振幅、絕對(duì)參考信號(hào)、相對(duì)參考信號(hào)、特征噪聲或其他因素。每個(gè)信號(hào)的特征通常定義為當(dāng)信號(hào)通過(guò)信道傳送時(shí) 表現(xiàn)信號(hào)幾個(gè)方面的相位和振幅變化的向量。例如，在正交幅度調(diào)制(“QAM”)的調(diào)制信號(hào)中，所述特征可能是信號(hào)的幾個(gè)多徑映像的相位與振幅偏移的向量。另外一個(gè)例子是，在正交頻分復(fù)用(“0FDM”)調(diào)制的信號(hào)中，它可能是OFDM頻譜中幾個(gè)或所有單個(gè)分量信號(hào)(sub-signal)的相位與振幅偏移的向量。信號(hào)處理子系統(tǒng)107將由每個(gè)接收天線(xiàn)105和相應(yīng)接收器106接收到的信道特征存儲(chǔ)起來(lái)。所有的三個(gè)發(fā)射天線(xiàn)104完成它們的訓(xùn)練信號(hào)傳輸之后，信號(hào)處理子系統(tǒng)107將已經(jīng)存儲(chǔ)了三個(gè)對(duì)于三個(gè)接收天線(xiàn)105中每一個(gè)的信道特征，這形成了 3X3的矩陣108，其表示為信道特征矩陣“H”。每個(gè)單獨(dú)的矩陣元素是接收天線(xiàn)105j接收到的傳輸天線(xiàn)104 的訓(xùn)練信號(hào)傳輸?shù)男诺捞卣?。在這點(diǎn)上，信號(hào)處理子系統(tǒng)107將矩陣H108求逆以產(chǎn)生H—1，并且等待從發(fā)射天線(xiàn)104來(lái)的實(shí)際數(shù)據(jù)的傳輸。注意，多種在可用文獻(xiàn)中描述的現(xiàn)有MIMO技術(shù)可用于確保H矩陣108可逆。在實(shí)施中，要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的內(nèi)容(payload)送到數(shù)據(jù)輸入子系統(tǒng)100。然后在送到編碼和調(diào)制子系統(tǒng)102之前，其被分配器(Splitter)IOl分割為三部分。例如，如果內(nèi)容是“abcdef”的ASCII比特，它就可以被分配器分割為三個(gè)子內(nèi)容“ad”、“be”和“cf ”。然后，每個(gè)子內(nèi)容單獨(dú)發(fā)送給編碼和調(diào)制子系統(tǒng)102。通過(guò)使用適合每個(gè)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)獨(dú)立性和糾錯(cuò)能力的編碼系統(tǒng)，單獨(dú)地對(duì)每個(gè)子內(nèi)容進(jìn)行編碼。這些包括，而不僅僅限于，Reed-Solomon編碼、維特比編碼(Viterbi coding)和增強(qiáng)編碼(Turbo Codes)。最后，使用對(duì)信道合適的調(diào)制方法對(duì)這三個(gè)編碼后的子內(nèi)容中的每一個(gè)進(jìn)行調(diào)制。示例性的調(diào)制方法是差分相移鍵控調(diào)制(“DPSK”)、64-QAM調(diào)制和OFDM。這里應(yīng)該注意的是，MMO提供的分集增益允許較高級(jí)數(shù)的調(diào)制星座圖，所述調(diào)制星座圖在使用相同信道的SISO (單輸入單輸出)系統(tǒng)中也是可行的。然后，每個(gè)編碼并且調(diào)制后的信號(hào)通過(guò)它自己的天線(xiàn)104傳輸出去，所述傳輸跟隨在D/A轉(zhuǎn)換單元(沒(méi)有示出)的D/A轉(zhuǎn)換和每個(gè)發(fā)送器103的RF生成之后。假設(shè)有足夠的空間分集存在于發(fā)送和接收天線(xiàn)之間，每個(gè)接收天線(xiàn)105將從天線(xiàn)104接收三個(gè)傳輸信號(hào)的不同組合。每個(gè)RF接收器106將每個(gè)信號(hào)接收到并將它們轉(zhuǎn)換為基帶信號(hào)，然后A/D轉(zhuǎn)換器(沒(méi)有示出)再對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化。如果yn是由第η個(gè)接收天線(xiàn)105接收到的信號(hào)，Xn是由第η個(gè)發(fā)射天線(xiàn)104發(fā)送的信號(hào)，N是噪聲，那么這就能以下列等式描述。y1=x1H11+x2H12+x3H13+Ny2=x1H12+x2H22+x3H23+Ny3=x1H13+x2H32+x3H33+N假設(shè)這是一個(gè)具有三個(gè)未知量的三個(gè)等式的系統(tǒng)，那么這就是信號(hào)處理子系統(tǒng)107推導(dǎo)出^、&和&的線(xiàn)性代數(shù)的問(wèn)題了(假設(shè)N在足夠低的水平，允許對(duì)信號(hào)進(jìn)行解碼)x1=y1H_111+y2r112+y3r113x2=y1H_121+y2 r122+y3r123Χ3=ΥιΗ_131+γ2Γ132+γ3Γ133一旦推導(dǎo)出三個(gè)傳送的信號(hào)Xn，它們就被信號(hào)處理子系統(tǒng)107解調(diào)、解碼和糾錯(cuò)，以恢復(fù)出原來(lái)由分配器101分開(kāi)的三個(gè)比特流。這些比特流在合并器單元108中合并，并從數(shù)據(jù)輸出109中輸出為單數(shù)據(jù)流。假設(shè)系統(tǒng)強(qiáng)健性可以克服噪聲損傷，那么數(shù)據(jù)輸出109產(chǎn)生的比特流將和引入到數(shù)據(jù)輸入100中的比特流一樣。盡管所描述的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)通常有效直到四個(gè)天線(xiàn)，或許直到10個(gè)之多的天線(xiàn)，由于在該公開(kāi)的背景部分中描述的原因，具有大量天線(xiàn)(例如25、100或1000)時(shí)其變得很不實(shí)際。通常，這樣的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)是雙向的，返回路徑以完全相同的方式實(shí)現(xiàn)，但是反過(guò)來(lái)，在通信信道的每一側(cè)都具有發(fā)送和接收子系統(tǒng)。圖2顯示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在其中，基站(BS)200配置有廣域網(wǎng)(WAN)接口(例如通過(guò)Tl或其它高速連接)201并且提供有一定數(shù)量的(N個(gè))天線(xiàn)202。我們暫且使用術(shù)語(yǔ)“基站”來(lái)指代與固定位置的一組客戶(hù)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信的任何無(wú)線(xiàn)站點(diǎn)?；镜氖纠蔀闊o(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)中的接入點(diǎn)，或WAN天線(xiàn)或天線(xiàn)陣列。有一些客戶(hù)裝置203-207，每個(gè)具有單天線(xiàn)，基站200通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式對(duì)它們進(jìn)行服務(wù)。盡管對(duì)于這個(gè)例子的目的，非常容易想到位于辦公室環(huán)境的基站，在這種環(huán)境中，其為裝備有無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的個(gè)人計(jì)算機(jī)的用戶(hù)裝置203-207提供服務(wù)，但這種結(jié)構(gòu)將運(yùn)用于大量的應(yīng)用情況，室內(nèi)和室外，在這里基站服務(wù)于無(wú)線(xiàn)客戶(hù)。例如，所述基站可以位于蜂窩電話(huà)塔上，或者位于電視廣播塔上。在一個(gè)實(shí)施例中，基站200被安置于地面，用于HF頻率的(例如24MHz的頻率)上行傳送，以將信號(hào)從電離層反射回來(lái)，如2004年4月20日提出的，序列號(hào)為No. 10/817，731，題目為SYSTEMAND METHOD FOR ENHANCING NEAR VERT ICALINCIDENTCE SKYffAVE (iiNVISO COMMUNICATIONUSINGSPACE-TIME CODING的同時(shí)未決的申請(qǐng)描述的一樣，其被支配給本申請(qǐng)的代理人，在這里作為參考。
與基站200相聯(lián)系的某些細(xì)節(jié)和所闡明的客戶(hù)裝置僅僅是為了例證的目的，而不是根據(jù)本發(fā)明的根本原理必需的。例如，該基站可以經(jīng)由WAN接口 201連接于多個(gè)不同類(lèi)型的廣域網(wǎng)，其包括專(zhuān)用廣域網(wǎng)，例如那些用于數(shù)字視頻發(fā)送的廣域網(wǎng)。類(lèi)似地，客戶(hù)裝置可以是任何種類(lèi)的無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)處理和/或通信裝置，其包括，而不僅僅局限于，蜂窩電話(huà)、個(gè)人數(shù)字助理(“PDA”)、接收器和無(wú)線(xiàn)相機(jī)。在一個(gè)實(shí)施例中，基站的η個(gè)天線(xiàn)202在空間上是分開(kāi)的，從而每一個(gè)發(fā)送和接收非空間相關(guān)的信號(hào)，就好像所述基站是現(xiàn)有技術(shù)MMO的收發(fā)器一樣。如在背景技術(shù)中所描述的，天線(xiàn)以λ/6 (即1/6波長(zhǎng))間隔放置的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)做出，其成功地實(shí)現(xiàn)了從MMO的吞吐量提升，但一般來(lái)說(shuō)，這些基站天線(xiàn)越進(jìn)一步分開(kāi)放置，系統(tǒng)的性能就越好，λ /2是令人滿(mǎn)意的最小距離 。當(dāng)然，本發(fā)明的根本原理不限于天線(xiàn)間任何特定的分離。注意，單基站200可以很好地將其天線(xiàn)放置于很遠(yuǎn)的距離。例如，在HF頻譜中，天線(xiàn)可以有10米或更遠(yuǎn)(例如，在上面提到的NVIS實(shí)現(xiàn)中)。如果使用100個(gè)這樣的天線(xiàn)，該基站的天線(xiàn)陣列就可以占有幾個(gè)平方公里的面積。除了空間分集技術(shù)之外，為了提高系統(tǒng)的有效吞吐量，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例將信號(hào)極化。通過(guò)極化來(lái)提高信道容量是一種公知的技術(shù)，其已經(jīng)被衛(wèi)星電視供應(yīng)商使用了很多年。使用極化技術(shù)，可以使多個(gè)(例如三個(gè))基站或用戶(hù)天線(xiàn)互相間非常接近，并且仍然是非空間相關(guān)的。盡管傳統(tǒng)的RF系統(tǒng)通常僅僅受益于極化的二維(例如X和y)分集，但這里描述的結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步受益于極化的三維(x、y和z)分集。除了空間和極化分集之外，本發(fā)明的一種實(shí)施方式采用近乎正交的輻射方向圖(pattern),以經(jīng)由方向圖分集來(lái)改善鏈路性能。方向圖分集可改善MMO系統(tǒng)的容量和誤碼率性能，且其相比于其他天線(xiàn)分集技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)可參見(jiàn)以下文章[17]L. Dong, H. Ling, and R. ff. Heath Jr. ,“Multiple-1nput multiple-outputwireless communication systems using antenna pattern diversity,^Proc.1EEE Glob. Telecom. Conf. , vol.1, pp. 997-1001, Nov. 2002.[18]R. Vaughan,“Switched parasitic elements for antenna diversity, ^IEEETrans. Antennas Propagat. , vol. 47, pp. 399-405, Feb. 1999.[ 19] P. Mat the i j s sen, Μ. H. A. J. Herben, G. Dolmans, and L. Ley ten,“Antenna-pattern diversity versus space diversity for use athandhelds, ”IEEETrans. on Veh.Technol. ,vol. 53,pp.1035-1042, July 2004.[20]C. B. Dietrich Jr, K. Dietze, J. R. Nealy, and W. L. Stutzman, “Spatial,polarization,and pattern diversity for wireless handheld terminals,，，Proc.1EEEAntennas and Prop. Symp. , vol. 49,pp.1271-1281,Sep.2001.[21]A. Forenza and R. ff. Heath, Jr. , “Benefit of Pattern DiversityVia2-element Array of Circular Patch Antennas in Indoor ClusteredMIMOChannels〃 , IEEE Trans, on Communications, vol. 54, no. 5, pp.943-954,May2006.通過(guò)使用方向圖分集，可使得多個(gè)基站或用戶(hù)天線(xiàn)相互之間非常接近，且盡管如此也不會(huì)在空間上相關(guān)聯(lián)。圖3提供了圖2中所示的基站200和客戶(hù)裝置203-207的一個(gè)實(shí)施例的額外細(xì)節(jié)。為了簡(jiǎn)化的目的，該基站300僅僅顯示為三個(gè)天線(xiàn)305和三個(gè)客戶(hù)裝置306-308。然而，需要注意的是，這里描述的本發(fā)明的實(shí)施例可以用幾乎無(wú)限數(shù)量的天線(xiàn)305 (即，僅僅由可用的空間和噪聲來(lái)限制)和客戶(hù)裝置306-308來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖3與圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)MMO結(jié)構(gòu)類(lèi)似，其中，兩者在通信信道的每一端有三個(gè)天線(xiàn)。顯著的區(qū)別是，在現(xiàn)有技術(shù)的MMO系統(tǒng)中，圖1右側(cè)的三個(gè)天線(xiàn)105互相之間是固定距離(例如，集成在單一裝置中)，從每個(gè)天線(xiàn)105接收到的信號(hào)一起在信號(hào)處理子系統(tǒng)107中得到處理。相比之下，在圖3中，圖右側(cè)的三個(gè)天線(xiàn)309每一個(gè)都耦合到不同的客戶(hù)裝置306-308上，每個(gè)所述客戶(hù)裝置都可以分布于基站305的范圍內(nèi)的任何地方。這樣，每個(gè)客戶(hù)裝置接收到的信號(hào)可以在其編碼、調(diào)制、信號(hào)處理子系統(tǒng)311中獨(dú)立于其它兩個(gè)接收到的信號(hào)而得到處理。因此，與多重輸入(即天線(xiàn)105)多重輸出(即天線(xiàn)104)的“ΜΜ0”系統(tǒng)相比較，圖3顯示了多重輸入(即天線(xiàn)305)分布式輸出(即天線(xiàn)305)系統(tǒng)，以下指“MID0”系統(tǒng)。注意，本申請(qǐng)使用與之前的申請(qǐng)不同的術(shù)語(yǔ)用法，以更好地符合學(xué)術(shù)界及行業(yè)慣例。在之前所引用的2004年4月20日提交的題為“SYSTEM ANDMETHOD FOR ENHANCINGNEAR VERTICAL INCIDENCE SKYffAVE Cii NVI SO COMMUNI CAT I ON USING SPACE-TIME CODING”的共同待審的申請(qǐng)NO. 10/817,731以及2004年7月30日提交的申請(qǐng)NO. 10/902, 978 (本申請(qǐng)是該申請(qǐng)的繼續(xù)申請(qǐng))中，“輸入”和“輸出”(在SM0、MIS0、DM0以及MIDO的環(huán)境中)的意思與該術(shù)語(yǔ)在本申請(qǐng)中的表意是相反的。在之前的申請(qǐng)中，“輸入”指輸入至接收天線(xiàn)(例如，圖3中的天線(xiàn)309)的無(wú)線(xiàn)信號(hào)，而“輸出”指發(fā)射天線(xiàn)(例如，天線(xiàn)305)輸出的無(wú)線(xiàn)信號(hào)。在學(xué)術(shù)界和無(wú)線(xiàn)行業(yè)中，通常使用“輸入”和“輸出”的反義，其中“輸入”指輸入至信道的無(wú)線(xiàn)信號(hào)(即，從天線(xiàn)305發(fā)送的無(wú)線(xiàn)信號(hào))，而“輸出”指從信道輸出的無(wú)線(xiàn)信號(hào)(即，天線(xiàn)309所接收的無(wú)線(xiàn)信號(hào))。本申請(qǐng)采用此術(shù)語(yǔ)用法，該用法與本段之前所引用的申請(qǐng)中的用法相反。因此，以下繪示了幾個(gè)申請(qǐng)之間的術(shù)語(yǔ)用法等價(jià)形式10/817，731 和 10/902，978本申請(qǐng)SIMO=MISO
MISO=SIMODIMO=MIDOMIDO=DIMO圖3所示的MIDO結(jié)構(gòu)對(duì)于給定數(shù)量的發(fā)射天線(xiàn)實(shí)現(xiàn)了類(lèi)似于MMO在SISO系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)的容量提升。然而，MIMO和圖3所示的特定MIDO實(shí)施例的一個(gè)區(qū)別是，為實(shí)現(xiàn)多個(gè)基站天線(xiàn)提供的容量提升，每個(gè)MIDO客戶(hù)裝置306-308僅僅要求單個(gè)接收天線(xiàn)，而對(duì)于ΜΜ0，每個(gè)客戶(hù)裝置至少要求與希望實(shí)現(xiàn)的容量倍數(shù)一樣多的接收天線(xiàn)。假設(shè)通常有一實(shí)行的限制，其限制能夠在客戶(hù)裝置放置多少天線(xiàn)(如在背景技術(shù)中解釋的)，典型上這就將MMO系統(tǒng)限制在4個(gè)至10個(gè)天線(xiàn)之間(4倍至10倍的容量)。由于基站300通常從固定和裝有動(dòng)力的位置服務(wù)于很多客戶(hù)裝置，將其擴(kuò)展為遠(yuǎn)超過(guò)10個(gè)天線(xiàn)，和用適當(dāng)?shù)木嚯x分離天線(xiàn)以實(shí)現(xiàn)空間分集是很實(shí)際的。如所述，每個(gè)天線(xiàn)裝備有收發(fā)器304和一部分編碼、調(diào)制和信號(hào)處理部件303的處理能力。值得注意的是，在此實(shí)施例中，無(wú)論基站300擴(kuò)展多少，每個(gè)客戶(hù)裝置306-308將僅僅要求一個(gè)天線(xiàn)309，因此對(duì)于單用戶(hù)客戶(hù)裝置306-308的成本將很低，并且基站300的成本可以在大基數(shù)的用戶(hù)中分擔(dān)。在圖4至圖6中，顯示了如何完成從基站300到客戶(hù)裝置306-308的MIDO傳輸?shù)睦印Ｔ诒景l(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，MIDO傳輸開(kāi)始之前，信道被特征化。對(duì)于MMO系統(tǒng)，每個(gè)天線(xiàn)405對(duì)訓(xùn)練信號(hào)一個(gè)接一個(gè)進(jìn)行傳輸。圖4僅僅顯示了第一個(gè)訓(xùn)練信號(hào)的傳輸，但對(duì)于三個(gè)天線(xiàn)405來(lái)說(shuō)，共有三個(gè)分開(kāi)的傳輸。每個(gè)訓(xùn)練信號(hào)由編碼、調(diào)制和信號(hào)處理子系統(tǒng)403生成，通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，并作為RF信號(hào)通過(guò)每個(gè)RF收發(fā)器404發(fā)送出去?？捎玫母鞣N不同的編碼、調(diào)制和信號(hào)處理技術(shù)包括，而不局限于那些上面描述的技術(shù)(例如，Reed Solomon、維特比編碼(Viterbi Coding) ;QAM、DPSK、QPSK 調(diào)制等等)。每個(gè)客戶(hù)裝置406-408通過(guò)其天線(xiàn)409接收訓(xùn)練信號(hào)并通過(guò)收發(fā)器410將該訓(xùn)練信號(hào)轉(zhuǎn)換成基帶信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換器(沒(méi)有示出)在該信號(hào)被編碼、調(diào)制和信號(hào)處理子系統(tǒng)411處理的地方將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。然后信號(hào)特征邏輯單元320識(shí)別所得信號(hào)的特征(例如，識(shí)別上述的相位和振幅失真)并將該特征存放到存儲(chǔ)器中。這個(gè)特征處理過(guò)程類(lèi)似于現(xiàn)有技術(shù)的MMO系統(tǒng)的處理過(guò)程，一個(gè)顯著的區(qū)別是，每個(gè)客戶(hù)裝置僅僅計(jì)算其一個(gè)天線(xiàn)，而不是η個(gè)天線(xiàn)的特征向量。例如，已知模式的所述訓(xùn)練信號(hào)將客戶(hù)裝置406的編碼、調(diào)制和信號(hào)處理子系統(tǒng)420初始化(在產(chǎn)生時(shí)通過(guò)在發(fā)送的信息中接收它，或通過(guò)其他初始化處理)。當(dāng)天線(xiàn)405以已知模式發(fā)送該訓(xùn)練信號(hào)的時(shí)候，編碼、調(diào)制和信號(hào)處理子系統(tǒng)420使用相關(guān)法來(lái)找到最強(qiáng)的訓(xùn)練信號(hào)接收模式，其將相位和振幅偏移保存起來(lái)，然后其將該模式從接收到的信號(hào)中間減掉。接下來(lái)，其找到與所述訓(xùn)練信號(hào)相關(guān)的第二強(qiáng)接收模式，將相位和振幅偏移保存起來(lái)，然后其將第二強(qiáng)模式從所述接收到的信號(hào)中減掉。該處理一直進(jìn)行，直到保存了某固定數(shù)量的相位和振幅偏移(例如，8個(gè))或可探測(cè)的訓(xùn)練信號(hào)模式下降到給定的背景噪聲之下。該相位/振幅偏移的向量成為向量413的元素Ηη。與此同時(shí)，客戶(hù)裝置407和408的編碼、調(diào)制和信號(hào)處理子系統(tǒng)執(zhí)行同樣的處理，產(chǎn)生它們的向量元素H21和 H31 ο信道特征存放的存儲(chǔ)器可以是非易失性存儲(chǔ)器，例如閃存，或硬盤(pán)，和/或易失性存儲(chǔ)器，例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(例如，SDRAM、RDAM)。此外，不同的用戶(hù)裝置可以同時(shí)使用不同類(lèi)型的存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)特征信息(例如PDA可是使用閃存，而筆記本電腦可是使用硬盤(pán))。在各種客戶(hù)裝置或基站上，本發(fā)明根本的原理不限于任何特定類(lèi)型的存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)。如上所述，根據(jù)所使用的方案，由于每個(gè)客戶(hù)裝置406-408僅有一個(gè)天線(xiàn)，每個(gè)僅僅存儲(chǔ)H矩陣的1X3行413-415。圖4顯示了第一訓(xùn)練信號(hào)傳輸后的階段，這里，I X3行.413-415的第一列存儲(chǔ)了三個(gè)基站天線(xiàn)405的第一個(gè)天線(xiàn)的信道特征信息。其余兩列存儲(chǔ)了從其余兩個(gè)基站天線(xiàn)的接下來(lái)的兩個(gè)訓(xùn)練信號(hào)傳輸?shù)男诺捞卣?。注意，為了例證的目的，所述三個(gè)訓(xùn)練信號(hào)模式在分開(kāi)的時(shí)間傳輸。如果選擇了三個(gè)訓(xùn)練信號(hào)模式從而互不相關(guān)，那么它們可以同時(shí)傳輸，因此減少訓(xùn)練時(shí)間。如圖5所示，所有三個(gè)導(dǎo)頻傳輸完成之后，每個(gè)客戶(hù)裝置506-508將已經(jīng)存儲(chǔ)起來(lái)的矩陣H的1X3行513-515發(fā)送回基站500。為了簡(jiǎn)化的目的，在圖5中僅顯示有一個(gè)客戶(hù)裝置506傳送其特征信息。結(jié)合適當(dāng)?shù)募m錯(cuò)編碼(例如Reed Solomon、維特比編碼(Viterbi Coding)和/或增強(qiáng)編碼(TurboCodes)),可以使用合適的調(diào)制方法(例如DPSK、64QAM、OFDM)來(lái)確?；?00準(zhǔn)確地接收行513-515中的數(shù)據(jù)。圖5中，盡管所有三個(gè)天線(xiàn)505顯示出接收信號(hào)，但是對(duì)于接收每I X 3行513-515的傳輸，基站500的單天線(xiàn)和單收發(fā)器已經(jīng)足夠了。然而，在一定條件下，使用很多或所有天線(xiàn)505和收發(fā)器504來(lái)接收每個(gè)傳輸(即，在編碼、調(diào)制和信號(hào)處理子系統(tǒng)503中使用現(xiàn)有技術(shù)的單輸入多重輸出(“SMO”)處理技術(shù))可以實(shí)現(xiàn)比單天線(xiàn)505和收發(fā)器504更好的信噪比(SNR)。當(dāng)基站500的編碼、調(diào)制和信號(hào)處理子系統(tǒng)503從每個(gè)客戶(hù)裝置507-508接收所述1X3行513-515的時(shí)候，其將所述I X3行513-515存入3X3的H矩陣516中。對(duì)于客戶(hù)裝置，基站可以使用很多不同的存儲(chǔ)技術(shù)來(lái)存儲(chǔ)矩陣516，其包括，但不局限于，非易失性海量存儲(chǔ)器(例如硬盤(pán))和/或易失性存儲(chǔ)器(例如SDRAM)。圖5顯示了基站已經(jīng)接收和存儲(chǔ)了來(lái)自客戶(hù)裝置509的1X3行513的階段。當(dāng)I X 3行514和515從其余客戶(hù)裝置傳輸?shù)臅r(shí)候，它們可以被傳輸并保存在H矩陣516中，直到整個(gè)H矩陣516被存儲(chǔ)起來(lái)。參考圖6，現(xiàn)在將描述從基站600到客戶(hù)裝置606-608的MIDO傳輸?shù)膶?shí)施例。因?yàn)槊總€(gè)客戶(hù)裝置606-608是獨(dú)立的裝置，所以每個(gè)裝置接收不同的數(shù)據(jù)傳輸。這樣，基站600的實(shí)施例包括位于WAN接口 601和編碼、調(diào)制與信號(hào)處理子系統(tǒng)603之間對(duì)它們進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)的路由器602，其從WAN接口 601接收多個(gè)數(shù)據(jù)流(格式為比特流)，分別對(duì)應(yīng)于每個(gè)客戶(hù)裝置606-608將所述數(shù)據(jù)流按分開(kāi)的數(shù)據(jù)流U1-U3發(fā)送。為此目的，該路由器602可以使用各種已知的路由技術(shù)。如圖6所示，將所述三個(gè)比特流，U1-U3，路由進(jìn)所述編碼、調(diào)制和信號(hào)處理子系統(tǒng)603中，將它們編碼為統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的糾錯(cuò)流(例如，使用ReedSolomon、維特比或增強(qiáng)編碼)，并用對(duì)信道合適的調(diào)制方法(例如DPSK、64QAM或0FDM)將它們調(diào)制。此外，圖6顯示的實(shí)施例包括信號(hào)預(yù)編碼邏輯單元630，基于信號(hào)特征矩陣616，該信號(hào)預(yù)編碼邏輯單元630用于對(duì)從每個(gè)天線(xiàn)605發(fā)送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行唯一編碼。特別地，在該實(shí)施例中，預(yù)編碼邏輯單元630將圖6中的三個(gè)比特流U1-U3與H矩陣616的逆矩陣相乘以生成三個(gè)新的比特流u’ ru' 3,而不是將每個(gè)編碼和調(diào)制過(guò)的比特流路由到分開(kāi)的天線(xiàn)(如圖1中所做)。然后，D/A轉(zhuǎn)換器(沒(méi)有示出)將所述的三個(gè)預(yù)編碼比特流轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，收發(fā)器604和天線(xiàn)605將其作為RF信號(hào)發(fā)送出去。在解釋客戶(hù)裝置606-608如何接收所述別特流之前，將描述預(yù)編碼模塊630執(zhí)行的操作。類(lèi)似于上面圖1中MMO的例子，三個(gè)原始比特流中每一個(gè)比特流的編碼和調(diào)制過(guò)的信號(hào)將表示為un。在圖6所示的實(shí)施例中，每個(gè)Ui包含路由器602所路由的三個(gè)比特流來(lái)的數(shù)據(jù)，每個(gè)這樣的比特流將成為三個(gè)用戶(hù)裝置606-608其中的一個(gè)。然而，不象圖1中的MMO例子，那里，每個(gè)Xi有各天線(xiàn)104發(fā)送，在圖6所示的本發(fā)明的實(shí)施例中，在每個(gè)客戶(hù)裝置天線(xiàn)609接收各Ui (加上信道中任何的噪聲N)。為實(shí)現(xiàn)這樣的結(jié)果，三個(gè)天線(xiàn)605中的每一個(gè)的輸出(我們將其表示為Vi)是Ui和特征化每個(gè)客戶(hù)裝置的H矩陣的函數(shù)。在實(shí)施例中，編碼、調(diào)制和信號(hào)處理子系統(tǒng)中的預(yù)編碼邏輯單元630通過(guò)執(zhí)行下列等式來(lái)計(jì)算各Vi
權(quán)利要求
1.一種在系統(tǒng)中使用以用于補(bǔ)償多用戶(hù)多天線(xiàn)系統(tǒng)MU-MAS通信的頻率和相位偏移的無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置，該無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置包括一個(gè)或多個(gè)RF單元，用于接收從一個(gè)或多個(gè)MU-MAS發(fā)射機(jī)單元發(fā)送的信號(hào)，并將所述信號(hào)降頻轉(zhuǎn)換到基帶；一個(gè)或多個(gè)模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換單元，用于接收降頻轉(zhuǎn)換后的信號(hào)并將該信號(hào)從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；頻率/相位偏移估計(jì)/補(bǔ)償單元，用于估計(jì)頻率和/或相位偏移并將信息反饋到發(fā)射機(jī)以用于預(yù)補(bǔ)償；一個(gè)或多個(gè)OFDM單元，用于移除循環(huán)前綴并在所述數(shù)字信號(hào)上執(zhí)行快速傅立葉變換(FFT)以報(bào)告頻域中的信號(hào)；信道估計(jì)單元，用于在訓(xùn)練周期期間接收從所述一個(gè)或多個(gè)OFDM單元輸出的信號(hào)并響應(yīng)地計(jì)算信道估計(jì)數(shù)據(jù)；以及反饋生成器單元，用于將所述信道估計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)送到基站以用于在信號(hào)被發(fā)送到所述無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置之前對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)編碼中使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置，其中信道估計(jì)通過(guò)使用到所述OFDM單元的輸入而在時(shí)域中被計(jì)算。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置，其中所述反饋生成器單元還包括邏輯，該邏輯用于在發(fā)送到所述基站之前對(duì)頻率偏移和信道估計(jì)進(jìn)行量化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置，該無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置還包括接收機(jī)單元，該接收機(jī)單元用于接收來(lái)自所述OFDM單元的輸出，并響應(yīng)地計(jì)算接收機(jī)和對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)/解碼以獲得對(duì)所發(fā)送的數(shù)據(jù)的估計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置，其中所述接收機(jī)單元是最小均方誤差(MMSE)接收機(jī)、零強(qiáng)制(ZF)接收機(jī)、最大似然(ML)或MAP接收機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置，其中所述MU-MAS通信包括DIDO通信，以及其中所述一個(gè)或多個(gè)RF單元接收從一個(gè)或多個(gè)DIDO發(fā)射機(jī)單元發(fā)送的信號(hào)并將該信號(hào)降頻轉(zhuǎn)換到基帶。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置，其中所述頻率/相位偏移估計(jì)/補(bǔ)償單元執(zhí)行用于粗略的幀同步的方法、用于分?jǐn)?shù)頻率偏移校正的方法、用于整數(shù)頻率偏移校正的方法和/或用于整數(shù)頻率偏移校正的方法。
8.一種在系統(tǒng)中使用以用于補(bǔ)償多用戶(hù)多天線(xiàn)系統(tǒng)MU-MAS通信的同相正交(I/Q)不平衡的無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置，該無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置包括一個(gè)或多個(gè)RF單元，用于接收從一個(gè)或多個(gè)MU-MAS發(fā)射機(jī)單元發(fā)送的信號(hào)，并將所述信號(hào)降頻轉(zhuǎn)換到基帶；一個(gè)或多個(gè)模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換單元，用于接收降頻轉(zhuǎn)換后的信號(hào)并將該信號(hào)從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；一個(gè)或多個(gè)OFDM單元，用于移除循環(huán)前綴并在所述數(shù)字信號(hào)上執(zhí)行快速傅立葉變換(FFT)以報(bào)告頻域中的信號(hào)；I/Q感知信道估計(jì)單元，在訓(xùn)練周期期間接收從所述一個(gè)或多個(gè)OFDM單元輸出的信號(hào)并響應(yīng)地計(jì)算信道估計(jì)數(shù)據(jù)；以及反饋生成器單元，用于將所述信道估計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)送到基站以用于在信號(hào)被發(fā)送到所述無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置之前對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)編碼中使用。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置，其中信道估計(jì)通過(guò)使用到所述OFDM單元的輸入而在時(shí)域中被計(jì)算。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置，其中所述反饋生成器單元還包括邏輯，該邏輯用于在發(fā)送到所述基站之前對(duì)信道估計(jì)進(jìn)行量化。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置，該無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置還包括I/Q感知接收機(jī)單元，用于接收來(lái)自所述OFDM單元的輸出，并響應(yīng)地計(jì)算IQ接收機(jī)和對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)/解碼以獲得對(duì)所發(fā)送的數(shù)據(jù)的估計(jì)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置，其中所述I/Q感知接收機(jī)單元是最小均方誤差(麗SE)接收機(jī)、零強(qiáng)制(ZF)接收機(jī)、最大似然(ML)或MAP接收機(jī)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置，其中所述I/Q感知接收機(jī)單元包括MMSE或ZF濾波器以消除由鏡像調(diào)上的I/Q不平衡導(dǎo)致的載波間干擾(ICI)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置，其中所述I/Q感知接收機(jī)單元包括非線(xiàn)性檢測(cè)器(即ML)來(lái)聯(lián)合檢測(cè)鏡像調(diào)上的符號(hào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置，其中所述I/Q感知信道估計(jì)單元計(jì)算I/Q感知接收機(jī)單元可用的系數(shù)以移除載波間干擾(ICI)。
16.一種在系統(tǒng)中使用以用于動(dòng)態(tài)適應(yīng)多用戶(hù)多天線(xiàn)系統(tǒng)MU-MAS通信系統(tǒng)的通信特性的無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置，該無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置包括一個(gè)或多個(gè)RF單元，用于接收從一個(gè)或多個(gè)MU-MAS發(fā)射機(jī)單元發(fā)送的信號(hào)，并將所述信號(hào)降頻轉(zhuǎn)換到基帶；一個(gè)或多個(gè)模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換單元，用于接收降頻轉(zhuǎn)換后的信號(hào)并將該信號(hào)從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；一個(gè)或多個(gè)OFDM單元，用于移除循環(huán)前綴并在所述數(shù)字信號(hào)上執(zhí)行快速傅立葉變換(FFT)以報(bào)告頻域中的信號(hào)；信道估計(jì)器，用于在訓(xùn)練周期期間接收從所述一個(gè)或多個(gè)OFDM單元輸出的信號(hào)并響應(yīng)地計(jì)算鏈路質(zhì)量矩陣；以及反饋生成器單元，用于將所述鏈路質(zhì)量矩陣發(fā)送到基站以用于在信號(hào)被發(fā)送到所述無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置之前對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制/編碼、預(yù)編碼以及用戶(hù)選擇中使用。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置，其中信道估計(jì)通過(guò)使用到所述OFDM單元的輸入而在時(shí)域中被計(jì)算。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置，其中所述反饋生成器單元還包括邏輯，該邏輯用于在發(fā)送到所述基站之前對(duì)信道估計(jì)和/或所述鏈路質(zhì)量矩陣進(jìn)行量化。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置，該無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置還包括接收機(jī)單元，用于接收來(lái)自所述OFDM單元的輸出，并響應(yīng)地對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)/解碼以獲得對(duì)所發(fā)送的數(shù)據(jù)的估計(jì)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置，其中所述接收機(jī)單元是最小均方誤差(麗SE)接收機(jī)、零強(qiáng)制(ZF)接收機(jī)、最大似然(ML)或MAP接收機(jī)。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置，其中所述MU-MAS配置器單元或所述信道估計(jì)器單元分別使用極化和/或方向圖分集技術(shù)作為降低陣列尺寸的方法，同時(shí)獲得在無(wú)線(xiàn)鏈路上的分集。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置，其中通信經(jīng)由NVIS和/或地波發(fā)生以作為增大分集和下行鏈路吞吐量的方法。
23.根據(jù)權(quán)利要求16所述的無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置，其中方向圖分集被使用以分別經(jīng)由地波與特定用戶(hù)和經(jīng)由NVIS與其他用戶(hù)進(jìn)行通信。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置，其中每個(gè)客戶(hù)端采用地波和NVIS鏈路的空間分離來(lái)作為增加鏈路的空間分集的方法。
全文摘要
描述了補(bǔ)償MU-MAS通信、動(dòng)態(tài)適應(yīng)MU-MAS通信系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置。該補(bǔ)償MU-MAS通信的無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置包括一個(gè)或多個(gè)RF單元，用于接收從一個(gè)或多個(gè)MU-MAS發(fā)射機(jī)單元發(fā)送的信號(hào)，并將所述信號(hào)降頻轉(zhuǎn)換到基帶；一個(gè)或多個(gè)模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換單元，用于接收降頻轉(zhuǎn)換后的信號(hào)并將該信號(hào)從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；頻率/相位偏移估計(jì)/補(bǔ)償單元，用于估計(jì)頻率和/或相位偏移并將信息反饋到發(fā)射機(jī)以用于預(yù)補(bǔ)償；一個(gè)或多個(gè)OFDM單元，用于移除循環(huán)前綴并在所述數(shù)字信號(hào)上執(zhí)行快速傅立葉變換(FFT)以報(bào)告頻域中的信號(hào)；信道估計(jì)單元，用于在訓(xùn)練周期期間接收從所述一個(gè)或多個(gè)OFDM單元輸出的信號(hào)并響應(yīng)地計(jì)算信道估計(jì)數(shù)據(jù)；以及反饋生成器單元，用于將所述信道估計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)送到基站以用于在信號(hào)被發(fā)送到所述無(wú)線(xiàn)客戶(hù)裝置之前對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)編碼中使用。
文檔編號(hào)H04B7/04GK103036839SQ20121046497
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2008年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月20日
發(fā)明者A·福倫扎, R·W·J·希思, S·G·帕爾曼, R·范德拉恩, J·斯佩克 申請(qǐng)人:瑞登有限責(zé)任公司