專利名稱：用于控制無線通信網絡中的多天線傳輸的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明大體上涉及無線通信系統，尤其涉及控制無線通信網絡中的多天線傳輸，例如控制預編碼操作和選擇用于多輸入多輸出
(MIMO)傳輸的調制和信道編碼率。
背景技術：
對于具有多個發(fā)射天線的無線通信系統而言，在發(fā)射機處可獲得有關(傳播)信道狀態(tài)的特定信息在實現最高可能的譜效率方面發(fā)揮著關4建4卡用。例長口， E. Telatar， "Capacity of multi-antenna Gaussianchannels," Euro. Trans. Telecomm. ETT，第10巻，第6期，第585-596頁，1999年11月，證明了當在發(fā)射機處可獲得有關瞬時信道狀態(tài)的準確信息時，能夠利用多個天線實現容量的極大增長。
從目標接收機到發(fā)射機的瞬時信道狀態(tài)的反饋表示用于提供準確信道狀態(tài)信息的已知機制，并且這樣的反饋可能是必需的，例如在頻分雙工(FDD)系統中，在所述系統中上行鏈路和下行鏈路中的瞬時信道狀態(tài)不是直接相關的。然而，有問題的是，多天線(例如MIM O )
系統中存在的傳播信道的潛在數目和復雜度會需要大量的信道反饋，無論如何這可能都不是可行的并且是不符合期望的。此外，即使開始于接收機能夠以必要的準確度、反饋延遲(包括計算和信號傳輸延遲)估計瞬時信道狀態(tài)的有疑問的假設，保證在發(fā)射機處獲得的信道反饋落后于在接收機處所觀察的實際狀態(tài)。因而，發(fā)射調整與目標接收機處的實際瞬時信道狀態(tài)不匹配。
偏離使用瞬時信道狀態(tài)作為多天線傳輸控制的基礎，作為替代，某研究已經考慮了最優(yōu)傳輸方案，所述傳輸方案使用(一個或多個)傳播信道的長期統計信息。與以快衰落速率變化的瞬時信道狀態(tài)信息不同，有關信道的統計信息以慢得多的速率(例如以慢衰落(陰影)的速率)或以離開/到達角度(angles of departure/arrival)改變的速率而變化。因此，在計算和信令開銷方面，較為負擔得起的是準確地反饋來自目標接收機的統計信道信息以用于對應的多天線傳輸控制。雖然使傳輸控制基于信道統計反饋會明顯地減少來自目標接收機的信道反饋信令的數量和復雜度，但是實施這樣的控制并非沒有挑戰(zhàn)。實際上，基于信道統計的最優(yōu)多天線傳輸所需的各種參數的計算通常比基于瞬時信道知識來計算它們要難得多。
例如，多篇論文提供了與確定最優(yōu)線性預編碼矩陣F。pt相關的信
息，所述最優(yōu)線性預編碼矩陣F豐使具有rvr個發(fā)射天線和iir個接收天線的平坦MIMO信道的各態(tài)歷經(ergodic)容量最大化。此類論文包括E. Visotsky和U. Madhow， "Space-Time Transmit Precoding withImperfect Feedback," IEEE Trans, on Info. Thy., 第 47 巻,第2632-2639頁，2001年9月；S. H. Simon和A丄.Moustakas， "OptimizingMIMO Antenna Systems with Channel Covariance Feedback," IEEEJSAC,第21巻，第406-417頁，2003年4月；以及A.M. Tulino， A.Lozano, S. Verdu, " Capacity-Achieving Input Covariance forSingle-User Multi-Antenna Channels." IEEE Trans, on Wireless Comm.,第5巻，第662-671頁，2006年3月。
根據各種這些講授，F一可以被計算為
f,
印,
arg max ￡
/ 等式U )
更特別地，已經表明最優(yōu)預編碼矩陣能夠被寫為
f寧=u ，)(H,'",^T), 等式("
其中u表示其列為五h〃h的本征向量的矩陣，d(v^,^,…,7^;)表
示以"5^作為對角元素的對角矩陣，并且其中A.表示分配給與u的第j列對應的第j個本征傳輸模式的功率部分。
在以上架構的背景下，已經進 一 步表明相對功率電平{^};必須滿
足以下條件<formula>formula see original document page 9</formula>
等式(4)
等式(5)
等式(6)
并且{^};是經變換信道5^1^11 = [^仏,...,"]的列向量。注意，因為項MMSEj依賴于化^，所以相對功率電平{巧}^僅被隱含地定義。
已經針對根據由^(g)表示的g的聯合概率分布(或可替換地，H的聯合概率分布)計算{巧}^提出了迭代算法。在第一步，該算法初始
化以使得2^pf-l (例如通過對于所有j設置;^)-l/ )。接下
來，該算法迭代固定點方程直到解收斂
1 —￡
MMSE，
MMSE
對于_/=l,2，...，"r等式(7)
在此MMSE;"基于錯誤！引用源未找到來計算，其中A設置為等于
在該點，算法停止，如果對于每個j使得巧在以上步驟中已經收斂到零，
'S證y ]《(卜￡ [畫SE, j)./=，
等式(8)
否則，對于與E[幼V^.]的最低值對應的j,設置巧=0。
涉及錯誤！引用源未找到和錯誤！引用源未找到的步驟的執(zhí)行需
9要計算若干基本量，包括:<formula>formula see original document page 10</formula>
錯誤！引用源未找到和錯誤！引用源未找到的計算需要瞬時信道 狀態(tài)g的聯合概率分布^(5)，而即使在接收機確定它也是困難的，甚 至是不可能的，更不必說發(fā)射機。雖然包含在這些感興趣的等式中的 整數能夠通過在接收機處觀察到的fi的許多實現上求平均來近似，但 是該方法包括進一步的難題。因為感興趣的量不僅依賴于ff,而且依 賴于所分配的功率電平{巧,所以需要針對{p,};;:,的不同值來估算這 些量以便計算最優(yōu)功率電平。因而，5實現的多個和/或大型集合將需 要被存儲在目標接收機的工作存儲器(例如ram)中。然而，實際 上，不希望的是在目標接收機中需要充分的存儲和計算能力以便執(zhí)行 上述用于計算最優(yōu)發(fā)射預編碼值的算法。
至此除計算多天線傳輸的預編碼權重之外，基于信道統計來選擇 用于每個傳輸流的合適調制和信道編碼率尚未得到適當解決。這樣的 考慮依賴于在( 一個或多個)目標接收機處所采用的檢測算法的種類， 例如串行干擾消除(sic)。

發(fā)明內容
在此所提出的多天線傳輸控制包含在共享與針對目標接收機所
觀察的實際信道實現相同的二階統計的發(fā)射機處生成虛擬信道實現 的集合。通過使得在發(fā)射機處感興趣的控制相關的量依賴于信道的長 期統計，對于傳輸控制而言不需要實際信道實現，例如多輸入多輸出
(mimo)預編碼和相關聯的調制和編碼選擇。因而，虛擬信道實現 的使用實現了這樣的傳輸控制，該傳輸控制逼近將由全部信道狀態(tài)信 息反饋提供的"閉環(huán)"信道容量，而不需要維護全部反饋的開銷信令負擔。
在一個或多個實施例中， 一種控制來自多天線發(fā)射機的傳輸的方
法包括生成"模板"信道實現的始集，其優(yōu)選是高斯分布的；確定 目標接收機處的實際信道實現的二階統計，以及根據二階信道統計來 適配模板信道實現的始集以獲得反映實際信道實現的二階信道統計 的虛擬信道實現。該方法進一步包括根據虛擬信道實現來確定一個或 多個傳輸控制參數以用于控制到目標接收機的傳輸。
在被配置用于無線通信網絡內的多天線發(fā)射機處，根據在此提供 的一個或多個實施例來實施上述方法及其變化。非限制性例子包括3G 和4G蜂窩通信網絡。例如， 一個或多個處理電路，例如基于微處理 器的或其他編程的數字處理邏輯，可以被配置成執(zhí)行在此提供的任何 方法實施例。這樣的電路可以在例如網絡基站或其他傳輸節(jié)點內實 施。
當然，本發(fā)明不局限于上述特征和優(yōu)點。在閱讀以下詳細說明和 權利要求并查看附圖后，本領域技術人員將認識到進 一 步的特征和優(yōu)點。


圖1是無線通信網絡的一個實施例的框圖，所述無線通信網絡包 括具有傳輸控制器的發(fā)射機，所述傳輸控制器被配置成基于二階信道
統計來確定 一 個或多個傳輸控制參數。
圖2是用于(例如，在圖1中所示出的)傳輸控制器的一個或多 個實施例的功能電路元件的框圖。
圖3是基于二階信道統計的傳輸控制的方法的一個實施例的邏輯 流程圖，其可以在傳輸控制器的處理邏輯中實施。
圖4是圖示出在此講授的傳輸控制的 一 個或多個實施例的相對性 能的例子的曲線。
具體實施例方式
圖1圖示了用于向多個目標無線通信設備12進行發(fā)射的多天線發(fā) 射機10的一個實施例。無線通信設備12(在圖中被縮寫為"WCD") 可能并不都是相同的，并且應該理解的是，它們表示大量可能的設備類型，如蜂窩電話、尋呼機、便攜式數字助理、計算機、網絡接入卡 或任何此類設備的混合。因而，為了此論述的平衡，它們被簡稱為"接 收機12"。
在至少一個實施例中，發(fā)射機IO是無線通信網絡14中的基站或 其他收發(fā)器節(jié)點，并且支持往返于接收機12的下行鏈路(DL)和上 行鏈路(UL)無線通信。在至少一個實施例中，發(fā)射機10被配置用 于多輸入單輸出(MISO)或多輸入多輸出(MIMO)才乘作，并且接收 機12因此配備了一個或多個接收天線18。
在MIMO操作中，旨在用于接收機12中的一個特定接收機的(一 個或多個)信號被從天線16中的選定天線發(fā)射，并且依賴于多種考 慮，用于傳輸的特定天線和相對發(fā)射功率分配能夠被(并且通常被) 動態(tài)地改變。在此特別感興趣的是，發(fā)射機10包括"傳輸控制器" 20，其設置、調整或以其他方式控制發(fā)射機10的射頻(RF)收發(fā)器 電路22所使用的一個或多個傳輸參數。如在此通過舉例所詳述的， 該控制有利地基于與目標接收機12處的實際信道實現相關聯的二階 信道統計的^f吏用。
因此，在至少一個實施例中，發(fā)射機10包括被配置用于操作于無 線通信網絡中的MIMO發(fā)射機，其中它通過以下方式根據虛擬信道實 現來確定一個或多個傳輸控制參數以用于控制到給定接收器12的 (MIMO)傳輸基于用于該給定接收器12的虛擬信道實現來計算發(fā) 射預編碼權重和編碼率。發(fā)射預編碼設置用于從兩個或更多發(fā)射天線
更詳細地，考慮以下具有平坦MIM O信道的簡單基帶接收信號模
型
r = Hs + w 等式(11)
其中H表示具有零均值的MIMO信道響應( x 矩陣)，r表示 接收的信號，s表示發(fā)射的信號，并且w表示具有 個發(fā)射天線和 個 接收天線的無線通信系統中的噪聲加干擾分量。可以以協方差矩陣 RwS五(ww^在接收天線上對噪聲分量w進行空間著色(color),其中 ￡{.}表示括號內的量的期望值。
為了討論起見，接收機12中的至少給定的一個接收機能夠獲得對 噪聲協方差Rw以及將接收機12與發(fā)射機IO相關的信道H的準確估計。(等效地，在噪聲不是零均值的情況下，給定接收機12確定噪 聲協方差和均值。)作為有用的工作定義，給定接收機12的"白化
信道(whitened channel)響應，，能夠根據H和Rw而被確定為
<formula>formula see original document page 13</formula> 等式(12)
在此處講授的傳輸控制的至少 一 個方面，給定接收機12反饋其白
信道響應的二階統計。發(fā)射機10繼而使用二階統計來形成"虛擬信
道實現"的集合。發(fā)射機10使用虛擬信道實現來確定一個或多個傳
輸控制參數，例如用于MISO或MIMO傳輸預編碼的發(fā)射天線功率分
配和/或使通信鏈路容量最大化的調制編碼方案(MCS)選擇。
根據一個或多個實施例，發(fā)射機10保存或以其他方式保持預先計 算的值，所述值包括或以其他方式表示獨立相同分布(IID)高斯分布 的矩陣樣本的集合(由維數為 乘 的(h:^來表示)。變量Ns表示
預先存儲的樣本數量，根據需要可以使其更大，即可以使用潛在大的 樣本集合大小。
從一個角度看，可能會將IID高斯分布的樣本看作給定接收機12 處的實際信道實現的"模板，，或缺省模型，其在發(fā)射機10處是不可 用的。然而，大小為 乘 的放縮矩陣(scaling matrix ) S以及大小為 乘 的酉矩陣U被計算并且被用于將單獨矩陣樣本放縮和變 換成虛擬信道實現h(/)。也就是，在此類實施例中，用于虛擬信道實 現的模板信道實現的始集包括(IID)高斯分布的樣本集合。
在數學上，每個虛擬信道實現根據下式來生成
7〔、，喊" 等式U3)
其中， 一般地，記號"a,b，，表示具有相同維數的兩個矩陣A和 B的逐分量積(component-wise product) , vec(A)表示通過對尋A的所 有列堆疊(stack)成單個向量而形成的向量，并且matm,n(X)表示通過 對mn -維向量X進行整形所形成的m乘n矩陣。
特別地，以上虛擬信道實現是根據模板數據來創(chuàng)建的，即IID高 斯分布的矩陣樣本，其可以被預先計算并且保存在存儲器中(在運行 中生成一次，在啟動時，或根據需要或希望而生成)。更特別地，它 們是在無需知道有關實際信道條件的任何事的情況下被創(chuàng)建的(盡管假設高斯分布模型是有效的)。
盡管不是限制性例子，圖2公開了在圖1中引入的傳輸控制器20 的實施例，在至少一些情況下其是有利的。例如，發(fā)射機10的至少 一個實施例包括一個或多個基于微處理器的電路21,其可以包括通用 或專用微處理器、數字信號處理器或(一個或多個)其他類型的數字 處理邏輯。在至少一個實施例中，傳輸控制器20包括一個或多個此 類數字處理器，所述數字處理器被編程為根據二階信道統計來實施傳 輸控制。例如，傳輸控制器可以包括或可以訪問存儲程序指令的存儲 器，所述程序指令的執(zhí)行使得傳輸控制器20執(zhí)行所述方法。還考慮 在FPGA或(一個或多個)其他編程元件中實現全部或部分期望的傳 輸控制處理。
考慮到上文，圖2圖示了用于傳輸控制器20的一個或多個處理電 路的功能電路布置，包括放縮/變換計算器22、放縮器(scaler) 24、 變換器26,并且可選地包括向量化器(vectorizer) 28和矩陣發(fā)生器 30。傳輸控制器20進一步包括存儲設備或與存儲設備相關聯，例如 用于存儲模板信道實現的始集(如包含在(H^&中的HD高斯分布的 矩陣樣本的集合)的一個或多個存儲器設備32,其被考慮用于一個或 多個實施例。
在操作中，放縮/變換計算器22計算放縮矩陣S和變換矩陣u巾(其 可以基于以下所描述的0^或0)tx )。根據一個實施例，白化信道的全 協方差矩陣由下式給出
該全協方差矩陣通過來自給定接收機12的慢反饋鏈路而可供發(fā)射機 IO使用。在這種情況下，酉變換矩陣U巾是其列為o^的本征向量的矩 陣，而放縮矩陣S從o礎的本征向量的逐分量平方根得出
對于所有!'eO，2，…，"J和J'"l，2,…，"^。在該上下文中，W表示O舗的第k 個本征值，"l，2,…，w。
在一個特別有利的實施例中，白化信道的發(fā)射協方差矩陣由下式
給出
<formula>formula see original document page 14</formula>等式(14)
<formula>formula see original document page 14</formula>等式(15)￡服"
等式(16)
并且經由來自給定接收機12的反饋而可供發(fā)射機IO使用。在該情況 下，酉變換矩陣被選為U。-U;②、，其中l(wèi)^表示其列為(l^的本征向 量的矩陣，、表示 乘 單位矩陣，并且g)表示克羅內克積。利用該 公式，放縮矩陣S從d^的本征向量的逐分量平方根得出
對于所有^{1,2,..., }和_/￡{1,2，..., }，其中人「表示①tx的第k個本征值， A: = l,2，...,《,。注意在該實施例中，向量化和矩陣形成步驟能夠被省略， 即圖1中所示的元件28和30能夠被省略。該省略是允許的，這是因 為虛擬信道實現能夠被直接生成為
矩陣①Tx還能夠從全信道協方差矩陣o舗得出。特別地，①tx在第i 行第j列的元素由①M中的對應 乘 子矩陣的跡給出，即
J L /《等式(19)
其中[力L^表示在內地由A的第m行到第n行以及從第1列到第k列 的元素構成的A的子矩陣。
在一個或多個實施例中，傳輸控制器20被配置成使用在錯誤！引 用源未找到到錯誤！引用源未找到中所描述的迭代算法中的虛擬信道 實現但t"&的集合。也就是，傳輸控制器20的至少一個實施例基于從 給定接收機12的實際信道實現的二階統計產生的虛擬信道實現 的對應集合來確定就MIMO傳輸的不同本征模式而言發(fā)射天線 16對該給定接收機12的(最優(yōu))功率分配。
更特別地，從初始高斯分布的信道實現的缺省集得出虛擬信道實 現在發(fā)射機10處提供了信道實現的樣本集，其反映了實際信道實現 的二階統計并且因此能夠被用于估算基本量諷MMSE,]^和諷SINRJ^
等式(17)
等式(18)<formula>formula see original document page 16</formula>
對于;'=1，2，..., ，其中K表示經變換矩陣fi^^l^的第i列。
可以看到，對虛擬信道實現^f)&的使用為傳輸控制器20提供了 足夠大小的樣本集以便借助在錯誤！引用源未找到和錯誤！引用源未 找到中給出的求和準確地近似在錯誤！引用源未找到和錯誤！引用源 未找到中表示的積分?？紤]到錯誤！引用源未找到和錯誤！引用源未 找到依賴于在發(fā)射機10處知道實際信道實現的概率分布函數p(5)， 并且除非使用繁重的全信道反饋、否則通常缺少該知識，該能力特別 有用。因此，在傳輸控制器20被配置成基于相對于實際信道實現的 概率密度函數的一個或多個積分來計算用于發(fā)射預編碼的功率分配 的情況下，其可以被有利地配置成通過在一些或全部虛擬信道實現的 樣本集上求平均來近似該積分。
當然，傳輸控制器20可以使其對傳輸控制參數而非發(fā)射預編碼權 重的確定基于虛擬信道實現。例如，除了或作為對發(fā)射預編碼權重的 替代，傳輸控制器20可以被配置成使給定接收機12的調制編碼方案 (MCS)選擇基于針對該給定接收機12所確定的虛擬信道實現。例 如，用在去往以串行干擾消除(SIC)操作的給定接收機12的 MISO/MIMO傳輸中的長期每流編碼率W^:,能夠根據而被計算 為
等式(20)log
乂
等式(22)<formula>formula see original document page 17</formula>更廣泛地說，應該理解的是，確定發(fā)射預編碼矩陣和/或使MCS 選擇基于虛擬信道實現是在此所講授的傳輸控制的有利的而非限制 性示例。圖3圖示了廣義方法實施例，其中傳輸控制器20可以被編 程或者以其他方式配置執(zhí)行。所圖示的處理包含給定的步驟序列，但 是在此講授的傳輸控制未必限于所圖示的序列。此外，應該理解的是， 所圖示的處理的全部或部分可以在進行中的基礎上或重復的基礎上 執(zhí)行，并且可以是發(fā)射機10處的傳輸控制/通信處理操作的較大集合 的一部分。
考慮到以上各點，所圖示的控制來自多天線發(fā)射機(例如發(fā)射機
10)的傳輸的方法包括生成優(yōu)選地為高斯分布的"模板"信道實現
的始集(步驟100),確定目標接收機(例如接收機12中給定的一個
接收機)處的實際信道實現的二階統計(步驟102)，以及根據二階
信道統計來適配模板信道實現的始集以獲得反映實際信道實現的二
階信道統計的虛擬信道實現(步驟104)。該方法進一步包括根據虛
擬信道實現來確定一個或多個傳輸控制參數以控制到目標接收機的
傳輸(步驟106)。
如前所述，生成模板信道實現的始集可以包括根據所存儲的值來 生成它們，例如形成具有取自獨立相同分布(IID)的高斯樣本的預先 存儲集合中的元素的矩陣。IID高斯分布的矩陣樣本(H^&的集合被
用在 一 個或多個實施例中，并且{H g 可以根據預先計算的存儲值來 生成。也就是，根據需要(H,(J^樣本可以被存儲并且拷貝加載到工作 存儲器中。
盡管已被生成，但是{H^}f:,所表示的模板信道實現通過放縮和變
換來適配以便反映目標接收機12處的實際信道實現的二階統計，例 如在錯誤！引用源未找到的上下文中所解釋的那樣。也就是，在一個 或多個實施例中，傳輸控制器20使用大小為 乘 的放縮矩陣S以及 大小為乘",/v的酉矩陣U。來將單獨矩陣樣本Hg放縮和變換為虛 擬信道實現H^?？梢曰诮邮諄碜越o定接收機12的反饋來確定用于給定接收機
12的實際信道實現的二階統計，例如在錯誤！引用源未找到中給出的 白化信道響應的協方差。在至少一個實施例中，二階統計本身被反饋。 因此，給定接收器12可以確定其白化信道響應的協方差并且將該信 息反饋給發(fā)射機10。可替換地，發(fā)射機10可以基于對來自給定接收 器12的已知信號的觀察來確定二階統計。例如，發(fā)射機10可以根據 對從給定接收器12傳送的上行鏈路導頻(或其他已知信號)進行的 測量而得到二階統計。
此外，應該強調的是，這些技術直接適用于感興趣的MISO/MIMO 信道響應具有非零均值的情形。例如，在此類情況下，除了由給定接 收器12反饋或以其他方式為其確定信道協方差矩陣(二階信道統計) 之外，給定接收器12還可以反饋信道響應的長期平均或均值(一階 統計)。除了信道響應的均值在放縮和酉變換之前被加到IID高斯矩 陣樣本{H ^} 之外，虛擬信道實現的集合能夠以與零均值情形相同的 方式來生成。
在此所講授的傳輸控制很容易進 一 步擴展到感興趣的 MISO/MIMO信道響應為頻率選擇性的情形。例如，如果需要單個與 頻率無關的預編碼矩陣，則傳輸控制器20能夠被配置成在MIMO正 交頻分復用(OFDM )系統中應用在此所描述的處理，其中Om和的
定義分別被修改，如下
<formula>formula see original document page 18</formula>以及
<formula>formula see original document page 18</formula>等式(24)
5,[w]表示對應 并且L表示時
其中5,[W表示在第k個副載波處的頻域白化信道響應 的第n個時域信道抽頭，Nf表示系統中的副載波數目， 域信道抽頭的最大數目。
因此，在至少一個這樣的實施例中，發(fā)射機10包括被配置成操作于無線通信網絡中的OFDM發(fā)射機。在該背景下，傳輸控制器20被 配置成通過以下方式根據虛擬信道實現來確定一個或多個傳輸控制 參數以用于控制去往目標接收機的傳輸基于虛擬信道實現來計算用 于從兩個或更多發(fā)射天線16中的各發(fā)射天線發(fā)射OFDM組塊的發(fā)射 預編碼權重。
在其各種實施例的任何一個中，根據二階信道統計的多天線傳輸
提供許多優(yōu)點。例如，通過使用用于實際信道實現的二階統計來適配 缺省、高斯分布的信道實現的始集，以使得經適配的信道實現反映二 階統計，計算用于MIMO傳輸的最優(yōu)長期預編碼矩陣值和對應長期每 流編碼率的潛在計算密集且存儲要求高的任務能夠在發(fā)射機而非接 收機處進行。該方法進一步允許目標接收機反饋其白化信道協方差矩 陣(或協方差加上具有非零均值衰落的均值)。
該反饋類型以較低的信令開銷來表示相對緊湊的信息。此外，二 階(和 一 階)信道統計所提供的 一 般統計信息還可以被用于其他用途， 例如壓縮通常通過快反饋鏈路而被反饋的信道質量信息(CQI)。此 外，在至少一些實施例中，尤其在上行鏈路和下行鏈路相關性良好的 情況下，發(fā)射機能夠基于對從目標接收機(一個或多個)發(fā)射的已知
信號的觀察來確定必要的統計。
盡管信令和計算效率增加，在此講授的基于二階統計的傳輸控制
的性能，有利地比擬于在MIMO傳輸預編碼矩陣是根據完全瞬時信道
狀態(tài)反饋來計算時所提供的理想閉環(huán)容量。例如，圖4圖示了性能曲
線，其中可以看到在此講授的用于MIMO-OFDM系統的傳輸控制的
有效性?？傁到y帶寬被假設為5 MHz,具有512的快速傅里葉變換
(FFT)長度。所占據的副載波數目是300，其可以被等分成25個組
塊，每個組塊12個副載波。此外，副載波間距是15 kHz。該性能是
使用3GPP空間信道模型來模擬的，該模型具有微蜂窩環(huán)境中的步行
者B信道輪廓(profile)。
考慮到以上假設和模型，"+"曲線表示通過最優(yōu)預編碼矩陣所實現
的各態(tài)歷經容量，所述最優(yōu)預編碼矩陣是使用實際(瞬時)信道實現
而被計算的。"x"曲線表示通過預編碼矩陣可達到的各態(tài)歷經容量，所
述預編碼矩陣是使用基于實際信道實現的二階信道統計而生成的虛
擬信道實現(如在此講授的那樣)來計算的。如圖所示，與對實際信道實現的更為繁重的使用相比，實際上沒有任何性能損失。
考慮到以上例子及其他變化和擴展，本領域技術人員將會意識到 以上描述和附圖表示在此講授的用于基于二階信道統計的傳輸控制 的方法和設備的非限制性例子。因而，本發(fā)明不被以上描述和附圖所 限制。相反，本發(fā)明僅由所附權利要求及其法定等同物來限定。
權利要求
1.一種控制來自多天線發(fā)射機(10)的傳輸的方法，其特征在于生成模板信道實現的始集；確定目標接收機(12)處的實際信道實現的二階統計；根據二階信道統計來適配模板信道實現的始集以獲得反映實際信道實現的二階信道統計的虛擬信道實現；以及根據虛擬信道實現來確定一個或多個傳輸控制參數以用于控制到目標接收機(12)的傳輸。
2. 如權利要求1所述的方法，其進一步特征在于生成模板信道實 現的始集包括根據預先計算的存儲值來生成模板信道實現的始集。
3. 如權利要求2所述的方法，其進一步特征在于根據預先計算的 存儲值來生成模板信道實現的始集包括形成具有取自獨立相同分布(IID )的高斯樣本的預先存儲集合中的元素的矩陣。
4. 如權利要求3所述的方法，其進一步特征在于根據二階信道統 計來適配模板信道實現的始集以獲得虛擬信道實現包括根據二階統 計來放縮和變換IID高斯樣本的矩陣，以使得所得到的矩陣的元素反 映二階統計。
5. 如權利要求1-4中任何一項所述的方法，其進一步特征在于根 據虛擬信道實現來確定一個或多個傳輸控制參數包括根據虛擬信道 實現來計算用于發(fā)射預編碼的功率分配。
6. 如權利要求5所述的方法，其進一步特征在于根據虛擬信道實 現來計算用于發(fā)射預編碼的功率分配包括依賴于與實際信道實現相 對應的概率密度函數的積分來迭代地計算最優(yōu)發(fā)射天線功率分配，以 及通過在一些或全部虛擬信道實現的樣本集上求平均來近似該積分。
7. 如權利要求1-6中任何一項所述的方法，其進一步特征在于根 據虛擬信道實現來確定一個或多個傳輸控制參數包括基于虛擬信道 實現來選擇用于目標接收機(12)的調制編碼方案(MCS)。
8. 如權利要求1-7中任何一項所述的方法，其進一步特征在于確 定目標接收機(12)處的實際信道實現的二階統計包括基于對在發(fā) 射機(10)處從目標接收機(12)接收的已知信號的觀察來計算二階 統計。
9. 如權利要求1-8中任何一項所述的方法，其進一步特征在于確定目標接收機處的實際信道實現的二階統計包括基于來自目標接收 機(12)的反饋來確定二階統計。
10. 如權利要求9所述的方法，其進一步特征在于基于來自目標 接收機(12 )的反饋來確定二階統計包括接收來自目標接收4幾(12 ) 的二階統計。
11. 如權利要求1-10中任何一項所述的方法，其進一步特征在于 確定目標接收機(12)處的實際信道實現的二階統計包括確定用于 實際信道實現的白化信道響應的二階統計。
12. 如權利要求11所述的方法，其進一步特征在于確定用于實際 信道實現的白化信道響應的二階統計包括確定白化信道響應的協方 差。
13. 如權利要求12所述的方法，其進一步特征在于確定白化信道 響應的協方差包括接收作為來自目標接收機(12)的反饋的白化信 道響應的協方差信息。
14. 如權利要求12所述的方法，其進一步特征在于模板信道實現 的始集包括獨立相同分布(IID)的高斯樣本的矩陣，并且根據二階信 道統計來適配模板信道實現的始集包括基于白化信道響應的協方差 來放縮和變換IID高斯樣本的矩陣。
15. 如權利要求1-14中任何一項所述的方法，其進一步特征在于 發(fā)射機(10)包括被配置用于操作于無線通信網絡中的正交頻分復用(OFDM)發(fā)射機，并且根據虛擬信道實現來確定一個或多個傳輸控 制參數以用于控制到目標接收機(12 )的傳輸包括基于虛擬信道實 現來計算用于從兩個或更多發(fā)射天線(16)中的各發(fā)射天線發(fā)射 OFDM組塊的發(fā)射預編碼4又重。
16. 如權利要求1-15中任何一項所述的方法，其進一步特征在于 發(fā)射機(IO)包括被配置用于操作于無線通信網絡(14)中的多輸入 多輸出(MIMO)發(fā)射機，并且根據虛擬信道實現來確定一個或多個 傳輸控制參數以用于控制到目標接收機(12)的傳輸包括基于虛擬 信道實現來計算用于從兩個或更多發(fā)射天線(16)中的各發(fā)射天線向 目標接收機(12)進行發(fā)射的發(fā)射預編碼權重。
17. —種用于多天線發(fā)射機(10)的傳輸控制器(20),所述傳 輸控制器(20)特征在于一個或多個處理電路(21)被配置成生成模板信道實現的始集；確定目標接收機(12)處的實際信道實現的二階統計；根據二階信道統計來適配模板信道實現的始集以獲得反映實際信道實現的二階信道統計的虛擬信道實現；以及根據虛擬信道實現來確定一個或多個傳輸控制參數以用于控制到目標接收機(12)的傳輸。
18. 如權利要求17所述的傳輸控制器(20)，其進一步特征在于 所述一個或多個處理電路(21 )包括 一個或多個微處理器以及包含 在一個或多個微處理器中或能被一個或多個微處理器以其他方式訪 問的存儲器(32)中的對應存儲的程序指令。
19. 如權利要求17-18中任何一項所述的傳輸控制器(20),其 進一步特征在于傳輸控制器(20)包括存儲設備(32)或與存儲設備(32)相關聯，并且被配置成根據存儲在存儲設備(32)中的預先計 算值來生成模板信道實現的始集。
20. 如權利要求19所述的傳輸控制器(20)，其進一步特征在于 傳輸控制器(20)被配置成通過形成具有取自獨立相同分布UID) 的高斯樣本的預先存儲集合中的元素的矩陣來根據預先計算的存儲 值生成模板信道實現的始集。
21. 如權利要求20所述的傳輸控制器(20)，其進一步特征在于 傳輸控制器(20)被配置成通過以下方式根據二階信道統計來適配模 板信道實現的始集以獲得虛擬信道實現根據二階統計來放縮和變換 11D高斯樣本的矩陣以使得所得到的矩陣的元素反映二階統計。
22. 如權利要求17-21中任何一項所述的傳輸控制器(20),其 進一步特征在于傳輸控制器(20)被配置成通過以下方式根據虛擬信 道實現來確定一個或多個傳輸控制參數根據虛擬信道實現來計算用 于發(fā)射預編碼的功率分配。
23. 如權利要求22所述的傳輸控制器(22),其進一步特征在于 傳輸控制器(20)被配置成通過以下方式根據虛擬信道實現來計算用 于發(fā)射預編碼的功率分配依賴于與實際信道實現相對應的概率密度 函數的積分來迭代地計算最優(yōu)發(fā)射天線功率分配，以及通過在一些或 全部虛擬信道實現的樣本集上求平均來近似該積分。
24. 如權利要求17-23中任何一項所述的傳輸控制器(20)，其進一步特征在于傳輸控制器(20)被配置成通過以下方式根據虛擬信道實現來確定一個或多個傳輸控制參數基于虛擬信道實現來選擇用 于目標接收機(12)的調制編碼方案(MCS)。
25. 如權利要求17-24中任何一項所述的傳輸控制器(20)，其 進一步特征在于傳輸控制器(20)被配置成通過以下方式來確定目標 接收機(12)處的實際信道實現的二階統計基于對在發(fā)射機(10) 處從目標接收機(12)接收的已知信號的觀察來計算二階統計。
26. 如權利要求17-25中任何一項所述的傳輸控制器(20)，其 進一步特征在于傳輸控制器(20)被配置成通過以下方式確定目標接 收機(12)處的實際信道實現的二階統計基于來自目標接收機(12) 的反饋來確定二階統計。
27. 如權利要求26所述的傳輸控制器(20)，其進一步特征在于 傳輸控制器(20)被配置成通過以下方式基于來自目標接收機(12) 的反饋來確定二階統計接收來自目標接收機(12)的二階統計。
28. 如權利要求17-27中任何一項所述的傳輸控制器(20),其 進一步特征在于傳輸控制器(20)被配置成通過以下方式確定目標接 收機(12)處的實際信道實現的二階統計確定用于實際信道實現的 白化信道響應的二階統計。
29. 如權利要求28所述的傳輸控制器(20),其進一步特征在于 傳輸控制器(20)被配置成通過以下方式確定用于實際信道實現的白 化信道響應的二階統計確定白化信道響應的協方差。
30. 如權利要求29所述的傳輸控制器(20),其進一步特征在于 傳輸控制器(20 )被配置成通過以下方式確定白化信道響應的協方差 接收作為來自目標接收機(12)的反饋的白化信道響應的協方差信息。
31. 如權利要求28所述的傳輸控制器(20)，其進一步特征在于 模板信道實現的始集包括獨立相同分布(HD)的高斯樣本的矩陣，并 且傳輸控制器(20)被配置成通過以下方式根據二階信道統計來適配 模板信道實現的始集基于白化信道響應的協方差來放縮和變換11D 高斯樣本的矩陣。
32. 如權利要求17-31中任何一項所述的傳輸控制器(20),其 進一步特征在于發(fā)射機(10)包括被配置用于操作于無線通信網絡(14)中的正交頻分復用(OFDM)發(fā)射機，并且傳輸控制器(20)被配置成通過以下方式根據虛擬信道實現來確定一個或多個傳輸控制參數以用于控制到目標接收機(12)的傳輸基于虛擬信道實現來 計算用于從兩個或更多發(fā)射天線(16)中的各發(fā)射天線發(fā)射OFDM組 塊的發(fā)射預編碼權重。
33.如權利要求17-32中任何一項所述的傳輸控制器(20)，其 進一步特征在于發(fā)射機(10)包括被配置用于操作于無線通信網絡中 的多輸入多輸出(MIMO)發(fā)射機，并且傳輸控制器(20)被配置成 通過以下方式根據虛擬信道實現來確定一個或多個傳輸控制參數以 用于控制到目標接收機(12)的傳輸基于虛擬信道實現來計算用于 從兩個或更多發(fā)射天線(16)中的各發(fā)射天線向目標接收機(12)進 行發(fā)射的發(fā)射預編碼權重。
全文摘要
在此所給出的多天線傳輸控制包含在共享與針對目標接收機(12)所觀察的實際信道實現相同的二階統計的發(fā)射機(10)處生成虛擬信道實現的集合。通過使得在發(fā)射機(10)處感興趣的控制相關的量依賴于信道的長期統計，對于傳輸控制而言不需要實際信道實現，例如準確的多輸入多輸出(MIMO)預編碼。因而，虛擬信道實現的使用實現了這樣的傳輸控制，該傳輸控制逼近將由(瞬時)實際信道實現的全部反饋所提供的“閉環(huán)”信道容量，而不需要維護全部反饋的開銷信令負擔。
文檔編號H04L1/06GK101682475SQ200880020145
公開日2010年3月24日 申請日期2008年5月26日 優(yōu)先權日2007年6月14日
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