專利名稱：用于閉環(huán)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ê脱b置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總的來說涉及通信系統(tǒng)，并且具體地，涉及一種方法和裝置，用于在多輸入多輸出(MIMO)傳輸中提供功率加權。
背景技術：
多輸入多輸出(MIMO)是一種涉及多個發(fā)射天線和多個接收天線的傳輸方法，其有望在很大程度上增加無線通信系統(tǒng)的鏈路容量。多種傳輸策略要求發(fā)射陣列具有關于每個發(fā)射天線元件和每個接收天線元件之間信道響應的某種程度的知識，并且通常被稱為“閉環(huán)”MIMO。通過使用諸如時分雙工(TDD)系統(tǒng)上行鏈路探測(sounding)、或TDD或頻分雙工(TDD)系統(tǒng)中信道反饋的技術，在發(fā)射機處獲得完全的寬帶信道知識是可能的。有限反饋方法，例如反饋天線選擇指示或基于密碼本的波束成形加權選擇可以減小反饋量，與完全信道反饋不同。如果功率加權與密碼本加權一起被反饋，則可以改進這些有限反饋方法。然而，向發(fā)射機傳送功率加權可以要求顯著的信道資源。因此，需要一種有效的反饋方法，用于向發(fā)射機提供功率加權。
附圖簡述

圖1是通信系統(tǒng)的方框圖。
圖2是閉環(huán)發(fā)射天線陣列的方框圖，該閉環(huán)發(fā)射天線陣列向具有一個或多個接收天線的接收設備傳送單一數(shù)據(jù)流。
圖3是閉環(huán)發(fā)射天線陣列的方框圖，該閉環(huán)發(fā)射天線陣列向具有一個或多個接收天線的接收設備傳送多個數(shù)據(jù)流。
圖4是利用閉環(huán)發(fā)射天線陣列的頻域取向的寬帶傳輸系統(tǒng)的方框圖。
圖5是使用密碼本選擇和功率加權的發(fā)射機的方框圖。
圖6是使用天線選擇和功率加權的發(fā)射機的方框圖。
圖7是整個反饋過程的流程圖。
圖8是FDD模式的反饋過程的時序圖。
圖9是TDD模式的反饋過程的時序圖。
圖10是移動設備加權和密碼本選擇單元的方框圖。
圖11是基站下行鏈路波束成形單元的方框圖。
圖12是優(yōu)選信號發(fā)送和反饋方法的流程圖。

發(fā)明內(nèi)容
如果在發(fā)射機處已知完全的信道知識，閉環(huán)多輸入多輸出(MIMO)方法有望在很大程度上改進MIMO通信的性能。通過使用諸如時分雙工(TDD)系統(tǒng)的上行鏈路探測、或TDD或頻分雙工(TDD)系統(tǒng)中信道反饋的技術，在發(fā)射機處獲得完全的寬帶信道知識是可能的。在有限反饋方法中，例如反饋關于天線選擇或基于密碼本的波束成形加權選擇的消息可以減小反饋量，這一點與完全信道反饋不同。然而，對于可實現(xiàn)的接收機(例如線性MMSE，連續(xù)干擾抵消、或最大可能性)，通過提供用于每個波束成形信號流的功率加權以及用于每個流的密碼本加權或天線選擇，可以改進這些有限反饋方法。
本發(fā)明是一種方法和設備，用于在MIMO傳輸中有效地提供關于每個數(shù)據(jù)流的功率加權。將反饋設計為，在某些帶寬或子載波集合上使用密碼本選擇時，改進接收機的性能。在每個MIMO數(shù)據(jù)流的頻域子載波上，確定密碼本加權向量(例如天線選擇加權/向量或高斯加權，作為示例)，以及確定每個流的功率加權。注意，可能通過使用密碼本來描述這種天線選擇，該密碼本包含對應于單位矩陣的列的發(fā)射加權向量，。然后，對于子載波組的每個流，反饋密碼本加權和功率加權。本發(fā)明提供了有效的方式，用于量化功率加權，并且將功率加權連同密碼本加權一起反饋給發(fā)射機。
本發(fā)明的另一方面涉及一種有效機制，用于發(fā)射機傳遞接收機需要反饋信息的多少數(shù)據(jù)流。MIMO系統(tǒng)中可以支持的數(shù)據(jù)流數(shù)目的上界小于接收機天線數(shù)目和發(fā)射天線數(shù)目之間的數(shù)目。但是，實際的流數(shù)目還可以取決于信道條件(例如空間條件和接收SNR)。最好在接收機處進行判決，但是必須首先分配所需用于傳遞全部流的密碼本加權和功率加權的總反饋資源。盡管總是可以分配最大反饋資源，但是它可能是浪費的。替換方案是，接收機首先反饋數(shù)據(jù)流數(shù)目，作為反饋資源請求，但是這牽涉到額外的等待時間。在本發(fā)明中的有效機制是，在反饋請求和反饋資源分配消息中隱式地傳遞該反饋所請求的數(shù)據(jù)流數(shù)目。
為了簡明，本發(fā)明從以下觀點提出，即當向用戶終端(SS)發(fā)射時，向基站(BS)提供這樣的信息，該信息對于設定閉環(huán)天線陣列系統(tǒng)中的發(fā)射加權來說是必需的(例如，多個空間分離的發(fā)射天線)。應當清楚，本發(fā)明還適用于這樣的情形，即BS和SS的作用與此處描述的作用是相反的。例如，本發(fā)明可以應用于這樣的情形，其中，向SS提供必需的信息，以允許從SS到BS的閉環(huán)傳輸。因此，盡管描述將主要集中于BS向SS發(fā)射的情況，但是術語“源通信單元”將指可以執(zhí)行向“目標通信單元”進行閉環(huán)傳輸?shù)耐ㄐ艈卧?例如，BS、SS或其他收發(fā)信機)。
而且，在本申請文件中，某些術語是可以互換使用的。術語“信道響應”、“頻率選擇性信道簡檔(profile)”、“空間頻率信道響應”全部指的是基站需要的信道響應信息，以便于利用閉環(huán)傳輸技術。術語“波形”和“信號”也可以互換使用?！坝脩粼O備”或“用戶站”(SS)有時指的是移動站(MS)或簡單地移動設備，并且本發(fā)明同樣適用于用戶設備是固定的或移動(即，不是固定的)的情況。接收設備可以是基站(BS)、用戶站(SS)或其任何組合。同樣，發(fā)射設備可以是BS、SS、MS或其任何組合。此外，如果系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)發(fā)器、中繼器或其他類似設備，則接收設備或發(fā)射設備可以是轉(zhuǎn)發(fā)器、中繼器或其他類似設備。如果BS正在執(zhí)行向轉(zhuǎn)發(fā)器/中斷器閉環(huán)傳輸，則該轉(zhuǎn)發(fā)器或中繼器可以被認為等同于SS。如果中繼器正在執(zhí)行向SS的閉環(huán)傳輸，則轉(zhuǎn)發(fā)器或中繼器可以被認為等同于BS。術語“快速傅里葉變換”(FFT)和“逆快速傅里葉變換”(IFFT)分別指的是離散傅里葉變換(或類似變換)或逆離散傅里葉變換(或類似變換)。
具體實施例方式
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向附圖，其中相同的數(shù)字指明了相同的元件，圖1是本發(fā)明能夠操作于其中的通信系統(tǒng)100的方框圖。通信系統(tǒng)100包括一個或多個小區(qū)105(僅示出了一個)，其每個具有與多個用戶站(SS)101-103通信的基站(BS或基站)104。如果傳輸將在至SS 101的下行鏈路上執(zhí)行，則BS 104可以被稱為源通信單元，并且SS 101可以被稱為目標通信單元。如果傳輸將在自SS 101到BS 104的在上行鏈路上執(zhí)行，則SS 101可以被稱為源通信單元，并且BS 104可以被稱為目標通信單元。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，通信系統(tǒng)100利用正交頻分多路復用(OFDM)或包括自適應調(diào)制和編碼(AMC)的基于多載波的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)還可以包括使用擴頻技術，諸如多載波CDMA(MC-CDMA)、多載波直接序列CDMA(MC-DS-CDMA)、具有一維或二維擴頻的正交頻分和碼分多路復用(OFCDM)、或可以基于較簡單的時分和/或頻分多路復用/多址技術，或者這些多種技術的組合。然而，在通信系統(tǒng)100的可替換實施例中，可以利用其他蜂窩通信系統(tǒng)協(xié)議，諸如但不限于，TDMA、直接序列CDMA、循環(huán)前綴單一載波系統(tǒng)、交織頻分多址系統(tǒng)。
圖2是作為源單元一部分的閉環(huán)發(fā)射天線陣列的方框圖，該閉環(huán)發(fā)射天線陣列向作為目標通信單元一部分的接收設備傳送單一數(shù)據(jù)流。該目標通信單元具有一個或多個接收天線。在輸入流204被饋送到多個發(fā)射天線201之前，使用乘法器203，使輸入流204乘以發(fā)射加權205。自多個發(fā)射天線201發(fā)射的信號傳播通過矩陣信道208，并且被多個接收天線202接收。使用乘法器203，在多個接收天線102上接收的信號乘以接收加權206，并且由求和設備209求和，以產(chǎn)生輸出碼元流207。圖2中，信號上以及發(fā)射和接收加權上的索引“k”表示時間索引或者子載波(頻率)索引(例如，在OFDM的情況中)，或者是此兩者的組合。
圖3是作為源單元一部分的閉環(huán)發(fā)射天線陣列的方框圖，該閉環(huán)發(fā)射天線陣列向作為目標通信單元一部分的接收設備傳送多個數(shù)據(jù)流。該目標通信單元具有一個或多個接收天線(例如，MIMO系統(tǒng))。在多個輸入流304被饋送到多個發(fā)射天線301之前，使用乘法器303，使多個輸入流304乘以發(fā)射加權305。自多個發(fā)射天線301發(fā)射的信號傳播通過矩陣信道308，并且被多個接收天線302接收。使用乘法器303，使在多個接收天線302上接收的信號乘以接收加權306，并且由求和設備309求和，以產(chǎn)生多個輸出碼元流307。產(chǎn)生輸出碼元流307的其他實施例也是可行的，諸如最大可能性檢測或連續(xù)抵消，其可以使用或者可以不使用接收加權306和乘法器303。
圖4是頻域取向的傳輸系統(tǒng)的方框圖，諸如正交頻分多路復用(OFDM)或循環(huán)前綴單一載波(CP-單一載波)，其中在進行傳輸之前在頻域中執(zhí)行圖2和圖3的傳輸技術。在CP-單一載波系統(tǒng)，通過一個或多個FFT 402，使一個或多個數(shù)據(jù)流401首先轉(zhuǎn)換到頻域，并且通過頻域加權裝置403加權頻域數(shù)據(jù)流。在OFDM中，一個或多個數(shù)據(jù)流401被直接發(fā)送到頻域加權裝置403，而不使用FFT 402。頻域加權裝置403對頻域中的每個子載波或頻率點(frequency bin)，執(zhí)行如圖2和圖3發(fā)射部分中示出的加權函數(shù)。這樣，在這種類型的系統(tǒng)中，可以在空間、或頻率、或者空間和頻率上定制發(fā)射信號。然后，通過IFFT 404，頻域加權裝置403的輸出轉(zhuǎn)換回時域。添加405循環(huán)前綴，如現(xiàn)有技術中已知的。然后，在向發(fā)射天線407發(fā)送所發(fā)射信號之前，執(zhí)行發(fā)射濾波406。
從數(shù)學角度來說，本發(fā)明的一個方面是一種方法和設備，用于有效地向BS提供一個或多個發(fā)射加權向量，其用于乘以一個或多個數(shù)據(jù)流，如圖2、圖3和圖4的方框圖所示?？梢园凑杖缦路绞接嬎惆l(fā)射加權。在有限反饋MIMO傳輸中，在BS(發(fā)射設備)和SS(接收設備)處均保持(或計算)密碼本，并且該密碼本包含將由BS處的發(fā)射天線陣列使用的全部可能的發(fā)射加權向量。SS確定哪個發(fā)射加權向量是密碼本中最佳的加權向量，以用于數(shù)據(jù)傳輸。SS基于BS傳輸(諸如在下行鏈路上接收的導頻)，執(zhí)行該確定。SS還計算將應用于每個數(shù)據(jù)流上功率加權，以優(yōu)化所實現(xiàn)的特定接收機類型的性能。這樣，發(fā)射加權是密碼本加權乘以特定發(fā)射加權的功率加權的平方根。
圖5是使用密碼本選擇和功率加權的源單元的方框圖。使用頻域或時域資源，一個或多個數(shù)據(jù)流501被單獨地編碼(502)和調(diào)制(503)，以形成待發(fā)射的碼元流。然后在504中，根據(jù)在塊505從反饋消息得到的標量加權，對每個流進行功率加權。然后，在塊506，通過波束成形向量，對每個流進行加權。在塊507，通過根據(jù)反饋消息選擇密碼本，獲得每個流的波束成形向量，該反饋消息傳遞所選發(fā)射加權向量的索引。然后，在功率加權和波束成形之后，根據(jù)全部的流來生成發(fā)射信號。
圖6是使用天線選擇和功率加權的源單元的方框圖。注意，該情況在數(shù)學上等價于使用圖5的密碼本選擇策略，且密碼本的列對應于單位矩陣的列。使用頻域或時域資源，一個或多個數(shù)據(jù)流601被單獨地編碼(602)和調(diào)制(603)，以形成待發(fā)射的碼元流。然后在604中，根據(jù)在塊605從反饋消息得到的標量加權，對每個流進行功率加權。然后，將每個流通過天線選擇開關塊606饋送到天線。每個流的天線選擇是根據(jù)反饋消息，該反饋消息傳遞該流的所選天線的索引。天線選擇開關塊606拾取發(fā)射數(shù)據(jù)流的發(fā)射天線總數(shù)的子集。
圖7是表示由本發(fā)明使用的整個反饋方法的流程圖。首先，BS從其每個發(fā)射天線，在下行鏈路上發(fā)射導頻數(shù)據(jù)705(即BS和MS處均已知的碼元)。接下來，MS接收下行鏈路導頻數(shù)據(jù)并且測量從每個BS天線到其每個接收天線的下行鏈路信道估計710(盡管導頻優(yōu)先是被BS發(fā)射并且被MS使用用于所述信道估計，但是，可替換的信道估計技術，諸如盲的或直接判決信道估計(decision-directed channel estimation)方法有時也可以用于缺失導頻或作為對基于導頻信道估計的補充)。然后，MS使用下行鏈路信道估計，用于確定BS應當使用哪個密碼本加權，以及確定每個數(shù)據(jù)流的功率加權715。在本發(fā)明的一個方面，密碼本加權和功率加權的選擇還包括用于確定BS應當發(fā)射多少流的過程。然后，MS對反饋消息中的密碼本選擇和功率加權進行編碼，并且向BS發(fā)射反饋720。最后，BS接收反饋，并且使用反饋消息中的信息，以對下行鏈路數(shù)據(jù)傳輸進行波束成形725。
圖8給出了用于頻分雙工(FDD)模式的反饋方法的示例時序圖。對于該FDD示例，下行鏈路是在載波頻率1805上并且上行鏈路是在載波頻率2810上。BS自其每個發(fā)射天線820，在下行鏈路幀815中發(fā)送導頻碼元。例如，在OFDM系統(tǒng)中，通過時間多路復用、頻率多路復用、碼多路復用或以上這些的組合，來自不同發(fā)射天線的導頻碼元可以成為正交的(用于簡化MS處的信道估計)。在4個發(fā)射天線情況中的頻率多路復用的示例是，在特定OFDM碼元周期期間，在以下子載波上發(fā)射導頻碼元從天線1，在開始于第一子載波的每第4個子載波上(子載波1，5…)，自天線2，在開始于第二子載波每第4個子載波上(子載波2，6…)，自天線3，在開始于第三子載波每第4個子載波上(子載波3，7…)，以及自天線4，在開始于第四子載波每第4個子載波上(子載波4，8…)。然后，MS接收導頻碼元，并且確定每個數(shù)據(jù)流的密碼本加權和功率加權。MS在上行鏈路幀840上，在反饋消息835中反饋密碼本加權和功率加權?；窘邮赵摲答佇畔⒉⑶沂褂迷撔畔?，用于在未來的下行鏈路幀825上執(zhí)行閉環(huán)波束成形830。注意，由于上行鏈路和下行鏈路傳輸是同時發(fā)生的(與TDD模式不同)，從測量820信道時到執(zhí)行830下行鏈路波束成形時的總體延遲可以是小的。
圖9給出了用于時分雙工模式(TDD)的反饋方法的示例時序圖。TDD與FDD模式的主要差別在于，在TDD中上行鏈路和下行鏈路不能夠同時發(fā)射，并且因此上行鏈路和下行鏈路在時間上必須是分隔的。因為上行鏈路和下行鏈路在時間上必須被分隔，因此，在TDD模式中反饋延遲趨向于高于FDD模式。然而，在這兩種模式中，總體反饋操作是類似的。BS自其每個發(fā)射天線910，在下行鏈路幀905中發(fā)送導頻碼元。然后，MS接收該導頻碼元，并且確定每個數(shù)據(jù)流的密碼本加權和功率加權。MS在下一上行鏈路幀915上，在反饋消息920中反饋密碼本加權和功率加權?；窘邮赵摲答佇畔⒉⑶沂褂迷撔畔?，用于在未來的下行鏈路幀925上執(zhí)行閉環(huán)波束成形930。
圖10是MS加權和密碼本選擇單元1000的方框圖。向下行鏈路信道估計單元1010提供接收天線數(shù)據(jù)1005和來自存儲器單元1040的每個BS發(fā)射天線的導頻碼元，該接收天線數(shù)據(jù)1005對應于從BS發(fā)射的導頻數(shù)據(jù)，該存儲器單元1040用于存儲導頻碼元信息。下行鏈路信道估計1010單元使用所提供的信息，用于確定信道估計，該下行鏈路信道估計1010單元將該信道估計提供給密碼本加權選擇和功率加權計算單元1015。還向密碼本加權選擇和功率加權計算單元1015提供信噪比(SNR)1020的估計，和來自用于存儲密碼本加權的存儲器單元1035的密碼本加權選擇。密碼本加權選擇和功率加權計算單元1015使用所提供的信息，用于確定在每個流上使用哪個密碼本加權及其對應的功率加權。密碼本加權選擇和功率加權計算單元1015還可以確定數(shù)據(jù)流的數(shù)目、和密碼本加權選擇和功率加權的計算。然后，密碼本加權選擇和功率加權計算單元1015向反饋單元1025提供密碼本加權和功率加權，該反饋單元1025編碼該信息，用于傳輸?shù)交尽７答亞卧?025向MS的發(fā)射單元1030提供編碼的反饋信息，該發(fā)射單元1030向BS發(fā)射信息。
圖11是BS的下行鏈路波束成形單元1100的方框圖。向反饋接收單元1110提供接收天線數(shù)據(jù)1105，其對應于上行鏈路的反饋部分。反饋接收單元1110使用所提供的接收反饋數(shù)據(jù)，用于確定由MS在其反饋消息中發(fā)送的密碼本加權選擇和功率加權。然后，反饋接收單元1110向下行鏈路波束成形單元1115提供密碼本加權選擇和功率加權，該下行鏈路波束成形單元1115使用該信息，用于產(chǎn)生至MS的波束成形的下行鏈路數(shù)據(jù)。波束成形的下行鏈路數(shù)據(jù)被發(fā)送到BS的發(fā)射單元1120，用于在下行鏈路數(shù)據(jù)幀中傳輸。
圖12中描述了優(yōu)選信號發(fā)送和反饋方法的流程圖。首先，基站向移動設備1205發(fā)送反饋請求和反饋資源分配。接下來，MS根據(jù)BS信息1210，確定反饋所請求的流數(shù)目?；谟砂l(fā)射機(BS)指配的反饋資源的數(shù)目，隱式地(implicitly)確定數(shù)據(jù)流的數(shù)目。然后，移動設備根據(jù)自BS 1215發(fā)送的導頻，確定的密碼本加權和流加權(盡管優(yōu)選地由BS發(fā)射導頻并且由MS使用該導頻用于所述信道估計，但是可替換的信道估計技術，諸如盲的或直接判決信道估計方法在缺失導頻時有時也可以使用，或者作為基于導頻的信道估計的補充)。密碼本選擇過程可以使用利用最大接收功率和最大容量標準組合的方法(以下將描述)。然后，MS量化功率加權，并且向基站1220發(fā)送該功率加權和密碼本加權。量化方法可以使用這樣的方案，即在取決于先前量化的流功率的功率的范圍內(nèi)，順序地量化數(shù)據(jù)流的功率(以下將描述)。最后，基站使用密碼本加權和恢復的流加權，用于發(fā)送波束成形的數(shù)據(jù)1225。
對于在前文描述的反饋方法，信道帶寬可以被分成不同的粒度，并且可以相應地執(zhí)行反饋和發(fā)射加權。例如，密碼本加權和功率加權的單一集合可以被反饋，并且被用于分配給至MS的特定MIMO傳輸?shù)恼麄€帶寬(例如，將用于傳輸?shù)娜縊FDM子載波)?？商鎿Q地，可以使用頻率選擇方案，其中反饋多于一個集合，且每個集合對應于不同的子載波集合。該后一方案增加了反饋開銷，但是在某些頻率選擇性信道條件中可以提供改進的性能。在另一示例中，可以基于大于將用于后繼MIMO傳輸帶寬的帶寬上的信道估計，確定密碼本加權和功率加權的單一集合(例如，基于整個信道帶寬，即使至MS的后繼MIMO傳輸將僅占用總子載波的小的子集)。該后一方案提供了更為平均的方案，并且當預期信道將在當發(fā)射導頻時與當MIMO傳輸將發(fā)生時的時間之間顯著變化時，可以是有利的。
以下將給出所提出的反饋方法的詳細描述。假設在基站處存在Mb個發(fā)射天線，并且在移動設備處存在Mm個接收天線。假設OFDM下行鏈路具有K個可使用子載波，在移動設備處在子載波k(0≤k≤K-1)上接收Mm×1信號，并且碼元時間b被給定為(注意這是由移動設備使用的下行鏈路信號，用于測量對每個基站的信道響應)Y(k,b)＝(k，b)x(k，b)+N(k，b)(1)其中H(k，b)是子載波k和碼元時間b上的Mm×Mb頻域信道矩陣，x(k，b)是Mb×1訓練向量，并且N(k，b)是附加噪聲，其具有協(xié)方差矩陣σn2IMm，(其中In是n×n單位矩陣)。時間索引b指出測量下行鏈路信道的時間，用于確定反饋的功率加權和密碼本加權(如果需要多個OFDM碼元來探測全部Mb個發(fā)射天線，則可以使用多個時間索引)。
密碼本索引選擇將假設，在Mb×Nc矩陣V中，存在Nc個密碼本加權。V的特別示例是來自現(xiàn)有技術的高斯加權，或者是天線選擇加權(即，Nc=Mb和V=IMb]]>)。對于全部密碼本加權，Mm×Nc組成頻域信道(即，RF信道矩陣乘以全部密碼本加權)被給出為G(k，b)＝H(k，b)V(2)其中移動設備使用在下行鏈路上測量的其H(k，b)估計。
現(xiàn)在，移動設備只是需要確定V的哪個Ns(其中Ns是MIMO流的數(shù)目)列用作每個流的密碼本加權?？梢允褂枚喾N標準用于確定加權，諸如選擇具有最高功率的G(k，b)的Ns列(平均交叉頻率)，或者選擇使平均容量最大的G(k，b)的Ns列。對于最大功率選擇技術，Ns列(標記為v1～vNs)可以被選擇為v的對應于下式的Ns最大值Σk∈ΩgvH(k,b)gv(k,b)---(3)]]>其中Ω是密碼本加權單一集合的子載波集合，并且gv(k，b)是G(k，b)的第v列。如以下所描述的，不同的頻率粒度可以用于不同情形，這反映在Q的選擇中。
最大容量選擇技術被給出為，Ns列(標記為v1～vNs)被選擇為v的對應于下式的Ns最大值Σk∈Ωlog2(1+1Nsσn2det(gv1H(k,b)...gvNsH(k,b)[gv1(k,b)···gvNs(k,b)]))---(4)]]>其中，在v1～vNs的全部 可能組合上執(zhí)行搜索，其中 是用于表示一次從Nc中取出Ns個時的組合數(shù)目傳統(tǒng)的記法。
本發(fā)明的一個方面是一種組合最大功率密碼本選擇技術與最大容量的手段。該方法被設計為，減小執(zhí)行(4)的容量計算所必需的組合數(shù)目。例如，可以從提供(3)中最大值的加權中選擇一個密碼本加權。通過搜索v2～vNs的全部 剩余組合，從(4)中選擇剩余加權。通常，可以選擇多達Ns-1個加權，作為(3)中具有最高值的多達Ns-1密碼本加權。因此，在(4)中的容量上的搜索可能是相當瑣碎的。
流功率計算如果接收機類型實現(xiàn)在接收機處，可以計算每個流上功率電平，從而提供最佳預期的性能。
有效的反饋信號發(fā)送以下將描述反饋信號發(fā)送機制，假設功率被反饋給BS。然而，該算法可以容易地延伸到反饋其他的量，諸如電壓(其是功率的平方根)。
功率加權和密碼本加權的有效量化任何量化策略可以用于信號發(fā)送密碼本加權，但是為了簡明，假設每個數(shù)據(jù)流的密碼本加權被量化為B比特。
對于量化全部流的功率加權，簡單的方案是使用相同的比特數(shù)目量化每個流。然而，此處描述的更為有效的量化方法認識到了這樣的事實，即每個流的范圍可以細化到較小區(qū)域。該方法在取決于先前量化的流功率的功率加權的范圍內(nèi)，順序地量化數(shù)據(jù)流的功率加權。此處還應當注意，按照減小的功率加權的次序?qū)α鬟M行索引，并且全部功率加權的和為1。因此，由于減小的范圍，指配用于量化每個流的比特數(shù)目可以是較小的。
量化方案給出如下1.對于Ns個數(shù)據(jù)流中的每一個，確定密碼本加權和功率加權。
2.將每個流的密碼本加權量化為B比特。
3.將第一數(shù)據(jù)流的功率加權量化為1/Ns和Pul之間的L1個電平之一(Pul是預先確定的功率上限，即Pul＝1)。例如，B1比特可以用于信號發(fā)送L1電平(即L1=2B1]]>)。使P1表示流1的量化的功率電平。
4.對于第m個流，其中m＝2至Ns-1，將第m個數(shù)據(jù)流的功率加權量化為1NS+1-m(1-Σn=1m-1Pn)]]>同量化的Pm-1與 之間較小值之間的Lm個電平中的一個。例如，Bm比特可以用于信號發(fā)送Lm個電平(即Lm=2Bm]]>)且Bm＜＝Bm-1。對于m個數(shù)據(jù)流中的每一個，Pm表示的流m的量化功率。
這樣，所需用于功率加權的反饋總量(以比特數(shù)目表示)為 。注意，該量化方法了流1～Ns-1的功率，并且根據(jù)其他流的功率確定最后流(第Ns個)的功率。然而，可以量化Ns-1個數(shù)據(jù)流中的任何任意組的功率，并且可以根據(jù)其他流的功率，確定剩余流。還應當注意，該算法假設全部流功率的和是1。然而，該算法容易地擴展到全部流功率的和是任意值的情況。
流數(shù)目的隱式信號發(fā)送注意，對于功率加權量化，已經(jīng)確定了流數(shù)目Ns。理想地，MS應當確定Ns，并且向BS傳遞該信息，連同功率加權和密碼本加權，這是因為最優(yōu)流數(shù)目取決于在MS處感知的信道條件(例如，空間條件和接收SNR)。然而，反饋資源通常是由BS預分配的。盡管總是可以分配最大反饋資源，但是它可能是浪費的。另一方面，接收機可以首先反饋數(shù)據(jù)流數(shù)目，作為反饋資源請求，但是這可能牽涉到額外的等待時間。因此，期望由BS確定Ns，并且然后，BS向MS傳遞該Ns。本發(fā)明的另一方面是，通過MS，根據(jù)由BS指配的反饋資源，隱式確定Ns。這一點的一個簡單的示例是，BS請求MS在Ns(或Ns+1)個反饋資源塊上發(fā)射反饋。這樣，由BS指配的反饋資源塊的數(shù)目指出了Ns?，F(xiàn)在，盡管MS可能會損失控制流數(shù)目的靈活性，但是整個系統(tǒng)仍然可以受益于該有效的機制，該機制允許BS隱式信號向MS發(fā)送流數(shù)目，該流數(shù)目是應當被反饋的功率加權和密碼本加權。例如，初始時，對于全部MS，缺省流數(shù)目可以設定為1，并且如果BS發(fā)現(xiàn)它是必要的和有益的話，然后增加反饋分配，以允許更多的流。注意，對于以下所述的很多情況來說，信號流是最優(yōu)的，所述情況諸如但不限于，當MS僅配備有單一天線的情況、當接收SNR足夠低到難以支持單一流的情況、當因為波束成形加權由于快速的信道變化而迅速變?yōu)殛惻f因而不能保證多個流的最優(yōu)化的情況、或者當BS判決同許多進行單一流SDMA而不是同一個用戶進行多個流時的情況。
圖12中描述了優(yōu)選信號發(fā)送和反饋方法的流程圖。首先，基站向移動設備發(fā)送反饋請求和反饋資源分配1205。接下來，MS根據(jù)BS信息，確定反饋所請求的流數(shù)目1210?；谟砂l(fā)射機指配的反饋資源的數(shù)目，隱式地確定數(shù)據(jù)流的數(shù)目。然后，移動設備根據(jù)自基站發(fā)送的導頻，確定的密碼本加權和流加權1215(盡管優(yōu)選地由基站發(fā)射導頻并且由MS使用該導頻用于所述信道估計，但是可替換的信道估計技術，諸如盲的或直接判決信道估計方法在缺失導頻時有時也可以使用，或者作為基于導頻的信道估計的補充)。密碼本選擇過程可以使用利用最大接收功率和最大容量標準組合的方法(如上文描述的)。然后，MS量化功率加權，并且向基站發(fā)送該功率加權和密碼本加權1220。該量化方法可以使用這樣的方案，即在取決于先前量化的流功率的功率范圍內(nèi)，順序地量化數(shù)據(jù)流的功率(如上文描述的)。最后，基站使用密碼本加權和恢復的流加權，用于發(fā)送波束成形的數(shù)據(jù)1225。
現(xiàn)在給出了功率量化和Ns的隱式信號發(fā)送的特定示例，用于說明性目的。以下假設6比特的反饋資源塊，并且資源塊指的是IEEE 802.16標準中的快的反饋信道。
1.BS請求MS在四個6比特反饋信道上進行發(fā)射(對于總24比特反饋)。
2.由BS所請求的反饋量，移動設備知道了Ns＝4，(即對于每個請求的反饋信道存在一個流)。
3.MS確定BS應當使用哪四個密碼本加權進行發(fā)射。
4.MS將每個流上的密碼本加權量化為B＝4比特(這樣，總24比特中的Ns*B＝16比特用于傳遞密碼本加權)。
5.MS根據(jù)上述算法，使用B1＝4比特、B2＝2比特且B3＝2比特，量化每個數(shù)據(jù)流的功率加權的平方根(其中每個流的范圍是以上所示的平方根，以適應電壓而不是功率的量化)。
6.MS向基站發(fā)射24比特的反饋。
7.BS使用四個密碼本加權和在反饋信道中指定的其相應的功率電平進行發(fā)射。
本發(fā)明的反饋方法可以擴展為包括以下能力1.共同計算最優(yōu)密碼本加上功率加權，而不是分離地計算這兩者，如以上所述。
2.使用多于集合Ω中的子載波，計算功率加權和確定密碼本，以改進移動性性能。基本上，這種概念提供了更多的平均，用于確定解決方案，并且因此較好地匹配于長期信道統(tǒng)計。
總之，本發(fā)明可以概括如下本發(fā)明包括一種方法，用于具有多個發(fā)射天線的發(fā)射設備和接收設備之間傳送多個數(shù)據(jù)流。所述方法包括編碼功率加權，以有效地反饋給發(fā)射機。所述方法還包括一種確定Ns個密碼本加權的有效方法，其使理論容量最大化。此外，所述方法包括一種隱式信號發(fā)送數(shù)據(jù)流數(shù)目的方法，所述數(shù)據(jù)流數(shù)目是發(fā)射機希望接收機反饋數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)流數(shù)目。
本領域技術人員將認識到，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對上述實施例進行多種修改、變更、組合，并且這些修改、變更和組合應當被視為在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。可以預期，這些修改、改變和組合均在以下權利要求所限定的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種方法，用于在具有多個發(fā)射天線的發(fā)射設備和接收設備之間傳送多個功率加權，所述方法包括以下步驟確定多個數(shù)據(jù)流的多個功率加權；以及發(fā)射關于所述多個功率加權的信息，其中關于第一功率加權的信息由第一比特數(shù)目表示，并且關于第二功率加權的信息由第二比特數(shù)目表示，其中所述第一比特數(shù)目大于所述第二比特數(shù)目。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其中發(fā)射關于多個功率加權的信息的步驟包括以下步驟自最大值到最小值，發(fā)射關于所述功率加權的信息。
3.根據(jù)權利要求1的方法，其中發(fā)射關于多個功率加權的信息的步驟包括以下步驟發(fā)射所述功率加權的平方根。
4.如權利要求1所述的方法，進一步包括以下步驟接收根據(jù)所述功率加權進行加權的數(shù)據(jù)流。
5.一種裝置，包括功率加權電路，該功率加權電路確定多個數(shù)據(jù)流的多個功率加權；以及發(fā)射機，該發(fā)射機發(fā)射關于所述多個功率加權的信息，其中關于第一功率加權信息由第一比特數(shù)目表示，并且關于第二功率加權的信息由第二比特數(shù)目表示，其中所述第一比特數(shù)目大于所述第二比特數(shù)目。
6.根據(jù)權利要求5的裝置，其中自最大值到最小值，發(fā)射關于所述多個功率加權的信息。
7.根據(jù)權利要求5的裝置，其中關于所述多個功率加權的信息包括所述功率加權的平方根。
8.如權利要求5所述的裝置，進一步包括接收機，其接收根據(jù)所述功率加權進行加權的數(shù)據(jù)流。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種方法，用于在具有多個發(fā)射天線的發(fā)射設備和接收設備之間傳送多個數(shù)據(jù)流。所述方法包括確定功率加權的集合，有效地量化功率加權，并且向發(fā)射設備提供功率加權的集合。本發(fā)明的另一方面包括發(fā)射機通過請求的反饋量，隱式地信號發(fā)送數(shù)據(jù)流數(shù)目，該數(shù)據(jù)流數(shù)目是接收機應當反饋信息的數(shù)據(jù)流數(shù)目。本發(fā)明的另一個方面是一種通過組合最大功率與最大容量標準來確定最佳密碼本加權的手段。
文檔編號H04J99/00GK101057471SQ200580038219
公開日2007年10月17日 申請日期2005年10月31日 優(yōu)先權日2004年11月4日
發(fā)明者蒂莫西·A·托馬斯, 莊向陽 申請人:摩托羅拉公司