CN101015137B - 用于在多天线系统中进行波束形成的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于执行波束形成的设备和方法，用于经由使用多天线模式的基站中的多个发送天线来发送通过自适应调制和编码(AMC)输出的多个比特流。该设备和方法包括：将多个发送天线分类为多个发送天线组；根据从移动台反馈回的组选择信号来选择发送天线组之一；和将每个比特流输出到组成所选择的发送天线组的发送天线之中的其相关发送天线。

Description

用于在多天线系统中进行波束形成的设备和方法

技术领域

本发明总的涉及用于在多天线系统中进行波束形成的设备和方法，特别地，本发明涉及用于根据反馈信息执行波束形成的设备和方法。 

背景技术

移动通信系统正在演化为能够提供超出早期面向语音服务的数据服务和多媒体服务的高速、高质量无线分组数据通信系统。对由第三代合作项目(3GGP)领导的高速下行链路分组接入(HSDPA)和由第三代合作项目-2(3GGP-2)领导的1x演化数据和语音(EV-DV)正在进行的标准化致力于找出在第三代(3G)移动通信系统中以2Mbps或更高速率进行高速、高质量无线分组数据传输服务的解决方案。第四代(4G)移动通信系统目的在于以比3G移动通信系统的速率高得多的速率提供高速、高质量多媒体服务。 

多径干扰、遮蔽(shadowing)、传播衰减、时变噪声和无线信道环境中的干扰是降低高速、高质量数据服务的因素。因此，已经对用于克服这些因素的技术进行大量研究。差错控制编码技术和多用户分集调度是用于改善服务质量的典型技术。 

多用户分集调度技术基于反馈信息检测要求分组的移动台的信道条件，并且优选地将分组传送到具有最佳信道条件的移动台，由此获得包含信噪比增益的分集效果。指示分级增益的等级的分集阶对应于同时要求分组的移动台的数量。 

多天线技术使用空间域作为获得更高的数据率的附加资源。基于多天线系统和波束形成技术实现多天线技术，在该系统中发送器和接收器都具有多个天线。 

波束形成技术安排多个发送天线，并且分别调节每个发送天线的信号的权重，使得相同频域信号可以根据它们的方向而具有不同的增益。由于波束形成技术使用几何空间轴，所以其通过空处理(nulling process)扩展工作频率带宽。换句话说，波束形成技术可以克服频率资源的限制。 

波束形成技术一般用于通过在诸如移动通信网络或无线局域环(WLL)之类的蜂窝设计下运行的无线通信系统中，降低相同信道上的干扰信号来改善信号-干扰加噪声比(SINR)。 

在可以正确检测信道条件的假设下实施波束形成技术。因此，对于波束形成技术，需要反馈信息，基于该信息发送方可以估算信道条件或接收方可以检测信道条件。最好，波束形成技术基于来自接收方的反馈信息来检测信道条件。作为信道信息的反馈信息表示发送天线和接收天线之间的应答。信道信息随发送/接收天线的数量而增加。 

因此，如果期望检测正确的信道条件，或发送/接收天线的数量增加，则反馈信息的所需量增加。反馈信息量的增加使用于发送反馈信息的无线电资源量增加，使得无线电业务量增加。此外，反馈信息量的增加使用于波束形成的计算量增加，并且计算的增加使系统的负载增加。 

因此，需要最小化所需要的反馈信息量的设计，而不影响可由波束形成技术获得的性能。 

发明内容

为了满足上述需要，本发明提供用于在多天线系统中使用最少的反馈信息量来执行波束形成的设备和方法。 

此外，本发明提供用于在多天线系统中将多个发送天线分类为多个组，并且分别将权重分配到基于反馈信息所选择的组的波束形成设备和方法。 

此外，本发明提供用于在多天线系统中将多个发送天线分类为多个组，并且将相同的权重分配到同一组中的发送天线的波束形成设备和方法。 

此外，本发明提供用于在多天线系统中将多个发送天线分类为多个组，并且分配加权，使得只能基于反馈信息选择多个组中的一组的波束形成设备和方法。 

此外，本发明提供用于在多天线系统中最小化反馈信息量的波束形成设备和方法，而确保发送数据的最大量的波束形成设备和方法。 

此外，本发明提供用于在多天线系统中基于反馈信息执行天线选择的波束形成设备和方法。 

此外，本发明提供用于在多天线系统中根据反馈信息确定用于每个信号流的发送天线的波束形成设备和方法。 

此外，本发明提供用于在多天线系统中基于反馈信息为要通过发送天线分别发送的信号流分配权重的波束形成设备和方法。 

根据本发明的一个方面，提供用于执行波束形成的方法，该波束形成用于经由使用多天线模式的基站中的多个发送天线来发送通过自适应调制和编码(AMC)输出的多个比特流，该方法包括步骤：将多个发送天线分类为多个发送天线组，其中将多个发送天线中可最小化其间的干扰的发送天线分为一个发送天线组；根据基于来自移动台的、使得多天线系统中获得最大吞吐量的反馈信息所确定的组选择信号来选择发送天线组之一，该反馈信息是根据来自基站的接收信号产生的，该接收信号是通过对该移动台形成的多径发射信道所接收的；和将每个比特流输出到组成所选择的发送天线组的发送天线中的其相关发送天线，其中发送天线组的数量或者组成每个发送天线组的发送天线的数量是根据通过复用输出的比特流的数量来确定的。 

根据本发明的另一方面，提供用于在使用多天线模式的基站中执行波束形成的设备，该设备包括通用信号处理器，用于将一个比特流复用成多个比特流，并且对多个比特流中的每一个执行自适应调制和编码(AMC)；和空间信号处理器，用于将多个发送天线分类为多个发送天线组，根据基于来自移动台的、使得多天线系统中获得最大吞吐量的反馈信息所确定的组选择信号来选择发送天线组之一，并且将每个比特流输出到组成所选择的发送天线组的发送天线中的其相关发送天线，其中该组选择信号包括在由该移动台产生的反馈信息中，该反馈信息是根据来自基站的接收信号产生的，该接收信号是通过对该移动台形成的多径发射信道所接收的，其中发送天线组的数量或者组成每个发送天线组的发送天线的数量是根据通过复用输出的比特流的数量来确定的，并且其中所述空间信号处理器将多个发送天线中可以最小化其间的干扰的发送天线分为一个发送天线组。 

根据本发明的又一方面，提供用于执行波束形成的方法，该波束形成用于经由使用多天线模式的基站中的多个发送天线来发送通过自适应调制和编码(AMC)输出的多个比特流，该方法包括步骤：分析来自移动台的反馈信息；根据所述分析的结果确定每个单独的发送天线组的使得多天线系统中获得最大吞吐量的权重信息，并且根据所述反馈信息选择权重矩阵，其中所述反馈信息是根据来自基站的接收信号产生的，该接收信号是通过对该移动台形成的多径发射信道所接收的；和根据所选择的权重矩阵将多个比特流与唯 一分配给发送天线组的权重相乘，并且将比特流输出到它们的相关发送天线组。最好，发送天线组具有与比特流数相同的发送天线，并且将相同的权重分配给组成同一发送天线组的发送天线，其中将多个发送天线中可以最小化其间的干扰的发送天线分为一个发送天线组。 

根据本发明的又一方面，提供一种用于在使用多天线模式的基站中执行波束形成的设备，该设备包括通用信号处理器，用于将一个比特流复用成多个比特流，并且对多个比特流中的每一个执行自适应调制和编码(AMC)；反馈信息处理器，用于分析来自移动台的反馈信息，并且根据所述分析的结果确定每个单独的发送天线组的使得多天线系统中获得最大吞吐量的权重信息，其中所述反馈信息是根据来自基站的接收信号产生的，该接收信号是通过对该移动台形成的多径发射信道所接收的；和空间信号处理器，用于将多个发送天线分类为多个发送天线组，根据从移动台反馈回的权重选择信息将多个比特流与唯一分配给每个发送天线组的权重相乘，并且将比特流输出到它们的相关发送天线组反馈信息处理器，用于从移动台接收反馈信息，从该反馈信息中获得权重选择信息；其中，发送天线组具有与比特流数相同的发送天线，并且将相同的权重分配给组成同一发送天线组的发送天线，其中将多个发送天线中可以最小化其间的干扰的发送天线分为一个发送天线组。 

附图说明

当结合附图时，本发明的以上和其它目标、特征和优点将在下面的详细描述中变得更加清楚，在附图中： 

图1图解可以应用本发明实施例的多天线系统的实例； 

图2图解根据本发明实施例的基站和移动台之间的信令处理； 

图3图解根据本发明实施例的基站和特定移动台的结构； 

图4是图解根据反馈信息选择要通过其发送信号流的发送天线组的信号发送器的详细结构的图； 

图5图解根据反馈信息将独立权重分配给要通过其发送信号流的发送天线组的信号发送器的详细结构； 

图6图解根据反馈信息将独立权重分配给要通过其发送信号流的发送天线的信号发送器的详细结构；和 

图7是显示本发明的第一到第三实施例中的每一个的性能的图。 

具体实施方式

将详细参照附图来描述本发明的几个优选实施例。在下面的描述中，为了简明，省略了这里合并的公知功能和配置的详细描述。 

本发明提供用于基于来自接收方，即移动台的反馈信息在执行波束形成的处理中最小化所需的反馈信息量的模式。为此，本发明提出用于将多个发送天线分类为多个组(下面称为“发送天线组”)，并且将权重分别分配到发送天线组。例如，如果有4个发送天线，则以将彼此具有最小干扰的发送天线分为同一发送天线组的方式，将4个发送天线分类为两个2发送天线组。也就是，彼此间隔最远的发送天线可以被分类为一个发送天线组。在这种情况下，最好考虑所有的发送天线组而不是仅考虑特定的发送天线组。 

根据通过复用而输出的比特流数量来确定发送天线组的数量或组成每个发送天线组的发送天线的数量。也就是，如果通过复用输出的比特流数增加，则发送天线组的数量增加，或者组成每个发送天线组的发送天线的数量增加。 

本发明在前述假设上定义反馈信息，并且根据新定义的反馈信息执行波束形成技术。将定义反馈信息使得可以使用最少量的反馈信息来获得有效的波束形成。为此，本发明将不同的权重分配给发送天线组，并且将相同的权重分配给组成每一发送天线组的所有发送天线。此外，通过调节权重，本发明可以仅允许发送天线组之一来发送数据。以这种方式，可以选择发送天线组之一。 

本发明的第一实施例提供用于根据反馈信息选择发送天线组的波束形成设备和方法，并且本发明的第二实施例提供用于根据反馈信息将不同的权重分配给发送天线组的波束形成设备和方法。 

图1图解可以应用本发明实施例的多天线系统的实例。 

参照图1，具有多个天线的基站(BS或节点B)10经由天线从移动台(MS或用户设备(UE))20、22、24接收信号流并将信号流发送到它们。虽然在图1中未示出，基站10具有形成到移动台20、22、24的信道。为了方便，将形成到第一移动台20的信道称为“第一信道”，将形成到第二移动台22的信道称为“第二信道”，并且将形成到第K移动台24的信道称为“第K信道”。 

移动台20、22、24通过形成到基站10的它们自身的信道从基站10接收并向基站10发送信号流。移动台20、22、24检测形成到基站10的它们自身 的信道的条件，并且将所检测到的信道条件作为反馈信息发送到基站。 

基站10根据从移动台20、22、24提供的反馈信息来确定编码模式和/或调制模式。根据本发明的实施例，基站10根据反馈信息选择发送天线组来分别将信号流发送到移动台20、22、24，或者将独立权重分配给发送天线组。基站10通过所选择的发送天线组的发送天线发送信号流，或者考虑所分配的权重来发送信号流。 

图2图解根据本发明实施例的基站和移动台之间的信令处理。虽然在图2中显示了通过一个信道执行的信令处理，但是本领域技术人员可以理解由基站通过所有信道执行相同的信令处理。 

参照图2，在步骤210中，基站将信号发送到特定的移动台(信号发送步骤)。通过形成到移动台的特定信道来发送由基站发送的信号(信道化步骤)。 

移动台接收通过特定信道发送的信号(信号接收步骤)。移动台根据所接收的信号产生反馈信息(反馈信息产生步骤)。反馈信息包括对发送方处的每个信号流执行功率控制和自适应调制和编码(AMC)所需的信息和在发送方执行波束形成所需的信息。用于执行波束形成所需的信息指的是用于选择发送天线组或用于将独立权重分配给发送天线组的信息。在步骤212，移动台将所产生的反馈信息发送到基站(反馈信息发送步骤)。 

基站接收反馈信息并分析所接收到的反馈信息。基于经分析的反馈信息，基站对每个信号流执行功率控制和AMC控制，并且选择用于发送信号流的发送天线组或将独立权重分配给发送天线组(反馈信息处理步骤)。在步骤214，基站通过所选择的发送天线组或分配了不同权重的发送天线组而将基于反馈信息处理过的信号流发送到移动台(信号发送步骤)。 

在基站和移动台之间持续执行步骤210到214中信号和与信号对应的反馈信息的发送/接收处理。 

图3图解根据本发明实施例的基站300和特定移动台320的结构。在图3中，假设发送方是基站，而假设接收方是移动台。然而，即使假设发送方是移动台，而假设基站是接收方，也可以以相同的方式应用下面描述的本发明。 

参照图3，信号发送器302接收要发送的信号流和反馈信息，并且根据反馈信息发送信号流。信号发送器302包括通用信号处理器和空间信号处理器。通用信号处理器将要发送到移动台的一个信号流分为多个信号流，并且对所分类的信号流分别执行功率控制和AMC控制。根据反馈信息对每个所分类的信号流执行功率控制和AMC控制。 

空间信号处理器使用由两个因数组成的波束形成权重向量对来自通用信号处理器的每个信号流执行波束形成。通过分组执行波束形成。基于分组的波束形成将信号流与分别分配给发送天线组的权重向量相乘。至于权重向量，将不同的权重向量分配给发送天线组，并且将相同的权重向量分配给发送天线组中的发送天线。通过反馈信息可以从移动台提供由两个因数组成的每个权重向量。然而，为了直接接收权重向量，需要大量的反馈信息。因此，最好在发送方(即，基站)和接收方(即，移动台)中预定义所有可用的权重向量，并且仅提供可用权重向量的索引来作为反馈信息。以这种方式，可以使用较少量的反馈信息来发送权重向量信息。 

通过多径发送信道310发送从信号发送器302输出的、用于各个发送天线组的信号。多径发送信道310包括多天线和多径移动通信信道特性。因此，多径发送信道310将多天线和多径移动通信信道特性(包括增益、相位和延迟)应用到关于各个的发送天线组的每个输出信号。此外，噪声被添加到每个信号。将在每个单独的移动台接收添加了噪声的信号。 

组成移动台320的信号接收器322对通过多径发送信道310接收到的信 号执行解调和解码，并且输出基站所期望发送的信号分量。反馈信息产生器324接收信号接收器322的处理结果，并且根据处理结果基于多径发送信道310的条件来产生反馈信息。将所产生的反馈信息发送到基站。如上所述，反馈信息包括用于通用信号处理的信息和用于空间信号处理的信息。用于通用信号处理的信息指的是对信号流执行功率控制和AMC控制所需的信息。用于空间信号处理的信息指的是用于选择特定发送天线组或将独立权重分配给发送天线组所需的信息。 

将反馈信息提供到组成基站300的反馈信息处理器304。反馈信息处理器304分析来自移动台320的反馈信息，并且根据分析结果确定信道选择信息、功率控制和AMC控制信息和每个单独发送天线组的权重信息。其后，反馈信息304向信号发送器302传送所确定的信道选择信息、功率控制和AMC控制信息和每个单独发送天线组的权重信息。 

本发明的第一实施例提供用于将多个发送天线分类为多个发送天线组，根据反馈信息选择发送天线组，和使用所选择的发送天线组发送数据。此外，第一实施例提供用于产生反馈信息的方法，该反馈信息用于选择发送天线组之一。 

图4图解用于根据反馈信息选择要通过其发送信号流的发送天线组的信号发送器的详细结构。可以将图4的结构粗略地分为通用信号处理器和空间信号处理器。通用信号处理器包括复用器(MUX)410和两个AMC单元412和414，并且空间信号处理器包括开关单元416和发送天线组418和420。 

参照图4，将要发送的数据流输入到复用器410。复用器410将数据流分类为至少两个信号流，从复用器410输出的信号流数对应于AMC单元的数量。AMC单元的数量对应于组成一个发送天线组的发送天线的数量。例如，在图4中，由于将4个发送天线分类为两个发送天线组，因此，复用器410输出2个信号流。将由复用器410分类的第一信号流传送到第一AMC单元412，而将由复用器410分类的第二信号流传送到第二AMC单元414。 

第一AMC单元412使用来自反馈信息处理器304(图3)的功率控制和AMC控制信息来对第一信号流执行功率控制和AMC控制，并且传播(spread)所控制的第一信号流。类似地，第二AMC单元414使用来自反馈信息处理器304(图3)的功率控制和AMC控制信息来对第二信号流执行功率控制和AMC控制，并且传播所控制的第二信号流。根据来自移动台的反馈信息确定 从反馈信息处理器304(图3)提供的功率控制和AMC控制信息。将来自第一AMC单元412和第二AMC单元414的信号流传送到开关单元416。 

开关单元416包括第一开关和第二开关。第一开关根据组选择信号将第一AMC单元412连接到第一发送天线组418或第二发送天线组420。类似地，第二开关根据组选择信号将第二AMC单元414连接到第一发送天线组418或第二发送天线组420。第一发送天线组418包括第一发送天线ANT#1和第二发送天线ANT#2，而第二发送天线组420包括第三发送天线ANT#3和第四发送天线ANT#4。这里，将发送天线分类，以使得在同一发送天线组中的发送天线彼此经历最小的干扰。第一AMC单元412经由第一开关连接到第一发送天线组418中的第一发送天线#1和第二发送天线组420中的第三发送天线#3。第二AMC单元414经由第二开关连接到第一发送天线组418中的第二发送天线#2和第二发送天线组420中的第四发送天线#4。 

根据来自反馈信息处理器304的组选择信号来控制开关单元416。根据发送天线组的数量确定组选择信号的比特数。假设在图4中提供了四个发送天线，并且分为两个发送天线组。因此，组选择信号可以由用于选择两个发送天线组之一的1比特组成。如果有三个或四个发送天线组，则需要2比特组选择信号。然而，组成每个发送天线组的发送天线的数量不影响组选择信号的比特数。根据来自移动台的反馈信息来确定组选择信号。 

例如，如果接收到组选择信号‘1’，则第一开关和第二开关将处于开状态。在这种情况下，将第一AMC单元412和第二AMC单元414的输出提供到第一发送天线组418。具体地，将第一AMC单元412的输出提供到第一发送天线ANT#1，并且将第二AMC单元414的输出提供到第二发送天线#2。 

然而，如果接收到组选择信号‘0’，则第一开关和第二开关将处于关状态。在这种情况下，将第一AMC单元412和第二AMC单元414的输出提供到第二发送天线组420。具体地，将第一AMC单元412的输出提供到第三发送天线ANT#3，并且将第二AMC单元414的输出提供到第四发送天线#4。 

将对根据本发明第一实施例的用于在接收方(即，移动台)中产生反馈信息并发送所产生的反馈信息的方法进行详细描述。 

由方程1定义所接收到的信号y(t)。 

$y\left(t\right)=\sqrt{\frac{E_s}{N_t}}H\left(t\right)x\left(t\right)+n\left(t\right)$

$=\sqrt{\frac{E_s}{N_t}}H\left(t\right)W\left(t\right)s\left(t\right)+n\left(t\right)......\left(1\right)$

其中H(t)表示从基站(或节点B)发送的M_r×M_t MIMO信道矩阵，s(t)表示所发送的M_t×1码元向量，n(t)表示对于每个元素具有分布CN(0，N₀、2I_Mr)M_r×1额外白高斯噪声(AWGN)向量，W(t)表示用于波束形成发送的矩阵，x(t)表示由波束形成(x(t)＝W(t)s(t))发送的信号向量，而y(t)表示所接收到的M_r×1码元向量(t：时隙的索引)。 

使用所接收到的信号y(t)，移动台找出提供来在多天线系统中获得最大吞吐量或最大发送数据量的权重矩阵。移动台将指示权重矩阵的索引作为反馈信息发送到基站。由方程2定义归纳的权重矩阵。 

$W\left(t\right)=W_{k_0},$ 其中 $k_0=\arg \underset{k}{\max }{C}_k\left(t\right)......\left(2\right)$

其中W(t)用于波束形成的权重矩阵， 

表示根据反馈信息选择的权重矩阵，而k₀表示用于最大化吞吐量C_k(t)的权重矩阵的索引。因此，移动台确定k₀，并且将k₀作为反馈信息提供到基站。基站根据k₀确定要使用的权重矩阵。 

移动台应该能够为可用于所确定的k₀的每个单独的权重矩阵计算吞吐量C_k(t)。由方程3定义所归纳的吞吐量。 

$C_k\left(t\right)=\underset{m=0}{\overset{M_t-1}{\mathrm{\Σ}}}{c}_f\left({\mathrm{\γ}}_{m,k}\left(t\right)\right)......\left(3\right)$

其中 ${\mathrm{\γ}}_{m,k}\left(t\right)=\frac{E_s}{N_0{M}_t{\left[G_{m,k}\left(t\right)\right]}_{\mathrm{mm}}}-1$ 表示信噪比，而c_f(x)表示根据运行系统的容量函数(如，c_f(x)＝log₂(1+x))。 

为了计算在方程(3)中使用的信噪比γ_m，k(t)，必须计算G_m，k(t)。当应用连续干扰消除(SIC)技术时，移动台计算用于从y(t)中消除噪声分量的参数G_m，k(t)。G_m，k(t)是接收方应用SIC技术所必需的参数，并且可以通过方程4计算出来。 

$G_{m,k}\left(t\right)={({\hat{H}}_{\frac{H}{m,k}}\left(t\right){\hat{H}}_{\stackrel{\‾}{m},k}\left(t\right)+N_0/E_s{I}_{M_t-m})}^{-1}......\left(4\right)$

其中 

表示M_t-m维方形单位矩阵，而 

表示波束形成的信道矩阵的简化版本，并且被定义为 ${\hat{H}}_k\left(t\right)=H\left(t\right)W_k.$

以上述方式，移动台确定指示使用来可以获得最大吞吐量的权重矩阵的权重索引k₀，并且将所确定的权重索引k₀发送到基站。可以在基站中将k₀ 用作用于选择发送天线组的组选择信号。 

基站具有可由权重索引k₀选择的所有权重矩阵。由方程5定义权重矩阵。 

$W\left(t\right)\∈\{W_1,W_2\}=\{\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\\ 0& 0\\ 0& 0\end{array}\right],\left[\begin{array}{cc}0& 0\\ 0& 0\\ 1& 0\\ 0& 1\end{array}\right]\}......\left(5\right)$

如方程(5)所示，可以根据来自移动台的反馈信息来选择两个矩阵之一。 

如果从移动台提供k₀＝1作为反馈信息，则选择第一矩阵W₁。当选择第一矩阵W₁时，为第一发送天线组提供权重‘1’，而为第二发送天线组提供权重‘0’。也就是，为经由第一开关连接到ANT#1的路径和经由第二开关连接到ANT#2的路径输入权重‘1’，而为经由第一开关连接到ANT#3的路径和经由第二开关连接到ANT#4的路径输入权重‘0’。因此，将来自AMC单元412和第二AMC单元414的输出输入到包括ANT#1和ANT#2的第一发送天线组。 

如果从移动台提供k₀＝2为反馈信息，则选择第一矩阵W₂。当选择第二矩阵W₂时，为第一发送天线组提供权重‘0’，而为第二发送天线组提供权重‘1’。也就是，为经由第一开关连接到ANT#1的路径和经由第二开关连接到ANT#2的路径输入权重‘0’，而为经由第一开关连接到ANT#3的路径和经由第二开关连接到ANT#4的路径输入权重‘1’。因此，将来自AMC单元412和第二AMC单元414的输出输入到包括ANT#3和ANT#4的第二发送天线组。 

虽然已经关于k₀＝1和k₀＝2描述了本发明，但是可以定义k₀＝0和k₀＝1来使用1比特组选择信号。在上述实施例中，权重矩阵的索引没有被用作反馈信息。然后还可以使用组选择位来实现组选择。也就是，如果提供组选择位‘0’，则断开开关单元，选择第二发送天线组，而如果提供组选择位‘1’，则接通开关单元，选择第一发送天线组。 

本发明的第二实施例提供用于将多个发送天线分为多个发送天线组，并且根据反馈信息将不同的权重分配给发送天线组，由此执行波束形成的设备和方法。此外，第二实施例提供用于产生用于将分别权重分配给发送天线组的反馈信息的方法。 

图5是图解用于根据反馈信息将独立权重分配给要通过其发送信号流的 发送天线组的信号发送器302(图3)的详细结构的图。可以将图5的结构粗略地分为通用信号处理器和空间信号处理器。通用信号处理器包括复用器(MUX)510、两个AMC单元512和514，而空间处理器包括两个组合器516和518和发送天线组520和522。 

参照图5，将要发送的数据流输入到复用器510。复用器510将数据流分类为至少两个信号流，从复用器510输出的信号流数对应于AMC单元的数量。AMC单元的数量对应于一个发送天线组的发送天线的数量。例如，在图5中，由于将4个发送天线分类为两个发送天线组，因此，复用器510输出2个信号流。将由复用器510分类出的第一信号流传送到第一AMC单元512，而将由复用器510分类出的第二信号流传送到第二AMC单元514。 

第一AMC单元512使用来自反馈信息处理器304(图3)的功率控制和AMC控制信息来对第一信号流执行功率控制和AMC控制，并且传播所控制的第一信号流。类似地，第二AMC单元514使用来自反馈信息处理器304(图3)的功率控制和AMC控制信息来对第二信号流执行功率控制和AMC控制，并且传播所控制的第二信号流。根据来自移动台的反馈信息确定功率控制和AMC控制信息。将来自第一AMC单元512和第二AMC单元514的信号流传送到第一组合器516和第二组合器518。 

匹配到第一发送天线组520的第一组合器516将来自第一AMC单元512和第二AMC单元514的信号流与分配给它的权重W₁相乘。将从第一组合器516输出的信号流输入到第一发送天线组的第一发送天线ANT#1和第二发送天线ANT#2。 

匹配到第二发送天线组522的第二组合器518将来自第一AMC单元512和第二AMC单元514的信号流与分配给它的权重W₂相乘。将从第二组合器518输出的信号流输入到第二发送天线组的第三发送天线ANT#3和第四发送天线ANT#4。 

如上所述，本发明的第二实施例将由反馈信息处理器304(图3)根据来自移动台的反馈信息确定的、不同的权重W₁和W₂分配给发送天线组。反馈信息处理器304(图3)以及移动台预定义基站中可用的权重，以便确定权重。反馈信息处理器304(图3)选择对应于从移动台提供的权重索引信息的权重，并且将所选择的权重传送到第一和第二组合器516和518。 

在基站中，可以实现反馈信息处理器304(图3)来使得它可以根据权重 索引信息k来计算要分配给发送天线组的不同权重。由方程6显示在基站和移动台之间预定义、用于将不同权重分配给发送天线组的权重矩阵图案的实例。 

$W\left(t\right)\∈\left\{\left[\begin{array}{cc}{w}_1& 0\\ 0& w_1\\ w_2& 0\\ 0& w_2\end{array}\right]\right|w_1,w_2\∈C\}......\left(6\right)$

正如从方程(6)中显示的权重矩阵所理解的那样，将相同的权重分配给属于同一发送天线组的发送天线。 

下面的方程(7)提出计算用于完成权重矩阵所需的W₁和W₂的示例性方法。 

$(w_1,w_2)\∈\left\{(\frac{1}{\sqrt{2}},\frac{e^{\mathrm{j\πk}/2}}{\sqrt{2}})\right|k=0,..,3\}......\left(7\right)$

根据方程(7)，W₁具有固定值，而根据作为反馈信息提供的权重索引信息k定义W₂。由于权重索引信息具有0到3的值，所以将两比特用于发送权重索引信息。 

移动台确定根据方程(7)设置的最佳权重。移动台传送用于获得由基站设置的最佳权重的权重索引k。 

基站根据2比特权重索引信息确定要使用的权重矩阵，并且将所确定的权重矩阵提供到组合器516和518，由此将唯一的权重提供到发送天线组。 

本发明的第三实施例提供用于根据反馈信息将独立权重分配给发送天线，由此执行波束形成的设备和方法。此外，第三实施例提供用于产生用于将独立权重分配给发送天线的反馈信息的方法。 

图6图解根据反馈信息将独立权重分配给要通过其发送信号流的发送天线的信号发送器302(图3)的详细结构，可以将图6的结构粗略地分为通用信号处理器和空间信号处理器。通用信号处理器包括复用器(MUX)610、两个AMC单元612和614，而空间处理器包括组合器616和发送天线组618(ANT#1、ANT#2、ANT#3和ANT#4)。第三实施例在通用信号处理器的操作方面与第一和第二实施例类似，因此将省略其详细描述。 

参照图6，组合器616将来自第一AMC单元612的信号流与不同的权重W₁₁和W₁₂相乘，并且将结果信号流传送到它们相关的发送天线ANT#1和 ANT#3。此外，组合器616将来自第二AMC单元614的信号流与不同的权重W₂₁和W₂₂相乘，并且将结果信号流传送到它们相关的发送天线ANT#2和ANT#4。 

由反馈信息处理器304(图3)根据来自移动台的反馈信息确定组合器616中的权重W₁₁、W₁₂、W₂₁和W₂₂。反馈信息处理器304(图3)以及移动台预定义基站中可用的权重，以便确定权重W₁₁、W₁₂、W₂₁和W₂₂。反馈信息处理器304(图3)根据从移动台提供的反馈信息来计算权重W₁₁、W₁₂、W₂₁和W₂₂。反馈信息处理器304(图3)根据反映所计算的权重W₁₁、W₁₂、W₂₁和W₂₂的权重矩阵控制组合器616的操作。权重索引信息由k1和k2组成，使用2比特来表示k1和k2。因此，在本发明的第三实施例中，将4比特权重索引信息用作反馈信息。 

图7是显示本发明的第一到第三实施例中的每一个的性能的图。可以从图7中注意到本发明的实施例在性能方面彼此相近。然而，第三实施例显示出最佳的性能。 

正如可以从上述描述中所理解的那样，其中考虑了包含多接收天线的移动台和包含多发送天线的基站的新颖的移动通信设备和方法通过使用从移动台反馈到基站、并反映了多天线、多径信道的下行链路特性的加权，将每个信号流组与相同的权重向量相乘来执行基于编组的波束形成。该处理基于由移动台的多接收天线处理信号流组之间的干扰的多输入多输出(MIMO)干扰消除原理最大化发送数据量，同时通过将所接收到的反馈权重向量的数量减少为一来最小化反馈信息量。特别地，当移动台使用诸如SIC技术之类的改进的接收技术时，效果是非常好的。 

虽然已经参照本发明的特定优选实施例显示并描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解可以对其做出各种形式的修改及其细节，而不背离所附权利要求限定的本发明的宗旨和范围。 

Claims (24)

1.一种用于执行波束形成的方法，该波束形成用于经由使用多天线模式的基站中的多个发送天线来发送通过自适应调制和编码(AMC)输出的多个比特流，该方法包括步骤：

将多个发送天线分类为多个发送天线组，其中将多个发送天线中可最小化其间的干扰的发送天线分为一个发送天线组；

根据基于来自移动台的、使得多天线系统中获得最大吞吐量的反馈信息所确定的组选择信号来选择发送天线组之一，该反馈信息是根据来自基站的接收信号产生的，该接收信号是通过对该移动台形成的多径发射信道所接收的；和

将每个比特流输出到组成所选择的发送天线组的发送天线中的其相关发送天线，其中发送天线组的数量或者组成每个发送天线组的发送天线的数量是根据通过复用输出的比特流的数量来确定的。

2.如权利要求1所述的方法，其中发送天线组的数量是2，移动台通过下面的方程确定组选择信号k₀：

$k_0=\arg \underset{k}{\max }{C}_k\left(t\right)$

其中k是0或1，而C_k(t)表示当k被用作组选择信号时的发送数据量。

3.如权利要求1所述的方法，其中发送天线的数量是四，而将四个发送天线分类为两个发送天线组。

4.如权利要求3所述的方法，其中根据组选择信号将权重‘1’分配给从两个发送天线组中选择出的发送天线组，而将权重‘0’分配给未选择的发送天线组。

5.如权利要求1所述的方法，其中如果通过复用输出的比特流数增加，则发送天线组的数量增加，或者组成每个发送天线组的发送天线的数量增加。

6.如权利要求1所述的方法，其中对于2ⁿ个发送天线组，组选择信号由n位组成。

7.一种用于在使用多天线模式的基站中执行波束形成的设备，包括：

通用信号处理器，用于将一个比特流复用成多个比特流，并且对多个比特流中的每一个执行自适应调制和编码(AMC)；

空间信号处理器，用于将多个发送天线分类为多个发送天线组，根据基于来自移动台的、使得多天线系统中获得最大吞吐量的反馈信息所确定的组选择信号来选择发送天线组之一，并且将每个比特流输出到组成所选择的发送天线组的发送天线中的其相关发送天线，其中该组选择信号包括在由该移动台产生的反馈信息中，该反馈信息是根据来自基站的接收信号产生的，该接收信号是通过对该移动台形成的多径发射信道所接收的；

反馈信息处理器，用于分析来自移动台的反馈信息，并且根据该反馈信息确定组选择信号，

其中发送天线组的数量或者组成每个发送天线组的发送天线的数量是根据通过复用输出的比特流的数量来确定的，并且

其中所述空间信号处理器将多个发送天线中可以最小化其间的干扰的发送天线分为一个发送天线组。

8.如权利要求7所述的设备，其中，所述通用信号处理器包括：

复用器，用于将一个比特流复用成多个比特流；和

多个AMC单元，用于根据来自移动台的反馈信息对每个比特流执行AMC。

9.如权利要求7所述的设备，其中空间信号处理器包括：

被分类为多个发送天线组的多个发送天线；和

开关单元，用于根据基于来自移动台的反馈信息所确定的组选择信号来选择发送天线组之一，并且将每个比特流输出到所选择的发送天线组的发送天线中的其相关发送天线。

10.如权利要求7所述的设备，其中发送天线组的数量是2，移动台通过下面的方程确定组选择信号k₀：

$k_0=\arg \underset{k}{\max }{C}_k\left(t\right)$

其中k是0或1，而C_k(t)表示当k被用作组选择信号时的发送数据量。

11.如权利要求9所述的设备，其中发送天线的数量是四，而将四个发送天线分类为两个发送天线组。

12.如权利要求11所述的设备，其中根据组选择信号将权重‘1’分配给从两个发送天线组中选择出的发送天线组，而将权重‘0’分配给未选择的发送天线组。

13.如权利要求9所述的设备，其中如果通过复用输出的比特流数增加，则发送天线组的数量增加，或者组成每个发送天线组的发送天线的数量增加。

14.如权利要求7所述的设备，其中对于2ⁿ个发送天线组，组选择信号由n位组成。

15.一种用于执行波束形成的方法，用于经由使用多天线模式的基站中的多个发送天线来发送通过自适应调制和编码(AMC)输出的多个比特流，该方法包括步骤：

分析来自移动台的反馈信息；

根据所述分析的结果确定每个单独的发送天线组的使得多天线系统中获得最大吞吐量的权重信息，并且根据所述反馈信息选择权重矩阵，其中所述反馈信息是根据来自基站的接收信号产生的，该接收信号是通过对该移动台形成的多径发射信道所接收的；和

根据所选择的权重矩阵将多个比特流与唯一分配给发送天线组的权重相乘，并且将比特流输出到它们的相关发送天线组，

其中发送天线组具有与比特流数相同的发送天线，并且将相同的权重分配给同一发送天线组的发送天线，

其中将多个发送天线中可以最小化其间的干扰的发送天线分为一个发送天线组。

16.如权利要求15所述的方法，其中通过下式确定基于从移动台反馈的权重选择信息k分配给发送天线组的权重

$(w_1,w_2)\∈\left\{(\frac{1}{\sqrt{2}},\frac{e^{\mathrm{j\πk}/2}}{\sqrt{2}})\right|k=0,..,3\}$

其中k表示权重选择信息，发送天线组的数量是2，并且每个发送天线组内有2个天线。

17.如权利要求15所述的方法，其中发送天线的数量是四，而将四个发送天线分类为两个发送天线组。

18.如权利要求15所述的方法，其中如果通过复用输出的比特流数增加，则发送天线组的数量增加，或者组成每个发送天线组的发送天线的数量增加。

19.一种用于在使用多天线模式的基站中执行波束形成的设备，该设备包括：

通用信号处理器，用于将一个比特流复用成多个比特流，并且对多个比特流中的每一个执行自适应调制和编码(AMC)；

反馈信息处理器，用于分析来自移动台的反馈信息，并且根据所述分析的结果确定每个单独的发送天线组的使得多天线系统中获得最大吞吐量的权重信息，其中所述反馈信息是根据来自基站的接收信号产生的，该接收信号是通过对该移动台形成的多径发射信道所接收的；和

空间信号处理器，用于将多个发送天线分类为多个发送天线组，根据从移动台反馈回的权重选择信息将多个比特流与唯一分配给每个发送天线组的权重相乘，并且将比特流输出到它们的相关发送天线组，

其中，发送天线组具有与比特流数相同的发送天线，并且将相同的权重分配给组成同一发送天线组的发送天线，

其中将多个发送天线中可以最小化其间的干扰的发送天线分为一个发送天线组。

20.如权利要求19所述的设备，其中所述反馈信息处理器根据从移动台反馈的权重选择信息k通过下式分别计算用于多个发送天线的权重：

$(w_1,w_2)\∈\left\{(\frac{1}{\sqrt{2}},\frac{e^{\mathrm{j\πk}/2}}{\sqrt{2}})\right|k=0,..,3\},$

其中，发送天线组的数量是2，每个发送天线组内有2个天线。

21.如权利要求19所述的设备，其中通用信号处理器包括：

复用器，用于将一个比特流复用成多个比特流；和

多个AMC单元，用于根据来自移动台的反馈信息对每个比特流执行AMC。

22.如权利要求19所述的设备，其中空间信号处理器包括：

被分类为多个发送天线组的多个发送天线；和

组合器，用于接收唯一分配给每个发送天线组的权重，将多个比特流与唯一分配给每个发送天线组的权重相乘，并且将比特流输出到它们的相关发送天线组。

23.如权利要求19所述的设备，其中发送天线的数量是四，而将四个发送天线分类为两个发送天线组。

24.如权利要求19所述的设备，其中如果通过复用输出的比特流数增加，则发送天线组的数量增加，或者组成每个发送天线组的发送天线的数量增加。

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