CN101160749B - 在多输入多输出通信系统中进行波束成形的系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了利用从比来自一发射机的所有传输路径少的传输路径而来的信息以形成用于传送的波束成形权重的方法和装置。另外，公开了利用诸如CQI、本征波束权重、和/或信道估计等信道信息来形成波束成形权重的方法和装置。

Description

在多输入多输出通信系统中进行波束成形的系统和方法

在35 U.S.C.§119下的优先权要求

本专利申请要求于2005年3月10日提交的题为“Apparatus to Obtain PseudoEigen Beamforming Gains in MIMO Systems(在MIMO系统中获得伪本征波束成形增益的装置)”的临时申请No.60/660,719、以及于2005年5月6日提交的题为“SYSTEM AND METHODS FOR GENERATING BEAMFORMING GAINS INMULTI-INPUT MULTI-OUTPUT COMMUNICATION SYSTEMS(在多输入多输出通信系统中生成波束成形增益的系统和方法)”的临时申请SN.60/678,610、以及于2005年6月16日提交的题为“SYSTEMS AND METHODS FORBEAMFORMING IN MULTI-INPUT MULTI-OUTPUT COMMUNICATIONSYSTEMS(在多输入多输出通信系统中进行波束成形的系统和方法)”的临时申请SN.60/691,467、以及于2005年6月16日提交的题为“SYSTEMS ANDMETHODS FOR BEAMFORMING AND RATE CONTROL IN A MULTI-INPUTMULTI-OUTPUT COMMUNICATION SYSTEM(在多输入多输出通信系统中进行波束成形和速率控制的系统和方法)”的临时申请SN.60/691,432号的优先权，这些申请已被转让给本发明受让人，并因而被明确援引包含于此。

I.共同待审的专利申请的参照

本申请涉及以下题为“Systems And Methods For Beamforming In Multi-InputMulti-Output Communication Systems(在多输入多输出通信系统中进行波束成形的系统和方法)”并与本发明在同一日提交的共同待审的代理人案卷号050507U2的美国专利。本申请还涉及于2005年3月10日提交的美国专利申请No.60/660,925；以及于2005年4月1日提交的美国专利申请SN.60/667,705，上述每一申请都已被转让被本发明受让人，并因此被明确援引包含于此。

背景

I.领域

本文件一般涉及无线通信，尤其涉及用于无线通信系统的波束成形。

II.背景

正交频分多址(OFDMA)系统使用正交频分复用(OFDM)。OFDM是一种将总的系统带宽分成多个(N个)正交频率副载波的多载波调制技术。这些副载波也可被称为频调、区段、以及频率信道。每一副载波与可被调制以数据的一相应次级载波相关联。在每一OFDM码元周期里，多达N个调制码元可在这总共N个副载波上被发送。这些调制码元被以N点快速傅立叶逆变换(IFFT)转换到时域以生成经变换的包含N个时域码片或采样的码元。

在跳频通信系统中，数据在可被称作“跳跃周期的”的不同的时间区间里在不同的频率副载波上被传送。这些频率副载波可由正交频分复用、其它多载波调制技术、或其它某些构造来提供。使用跳频，数据传送以伪随机方式在副载波之间跳跃。这种跳跃提供频率分集，并允许数据传送更好地抵挡诸如窄带干扰、阻塞干扰、衰落等有害的路径效应。

OFDMA系统可同时支持多个接入终端。对于跳频OFDMA系统，对应给定接入终端的数据传送可在与一特定跳频(FH)序列相关联的“话务”信道上被发送。此FH序列指示在每一跳跃周期里数据传送要使用的具体副载波。对应多个接入终端的多个输出传送可在与不同FH序列相关联的多个话务信道上被同时发送。这些FH序列可被定义成彼此正交以使得在每一跳跃周期里有且仅有一个输出传送使用每一副载波。通过使用正交FH序列，这多个数据传送一般不会彼此干扰，同时又可享受到频率分集的益处。

在所有通信系统中必须处理的一个问题在于，接收机是位于由接入点服务的区域的一特定部分中。在发射机具有多个发射天线的这一类情形中，从每个天线提供的信号不需要被组合以在接收机处提供最大功率。在这些情形中，解码在接收机处接收到的信号可能会有问题。处理这些问题的一种途径是通过利用波束成形。

波束成形是一种提高具有多个天线的无线链路的信噪比的空间处理技术。通常，波束成形可在多天线系统中的发射机和/或接收机处使用。波束成形在提高信噪比从而改善接收机对信号的解码方面提供许多优势。

用于OFDM传送系统的波束成形的一个问题在于要在包括OFDM系统在内的无线通信系统中获得关于发射机与接收机之间(诸)信道的正确信息以生成波束成形权重。计算波束成形权重所需的复杂性以及从接收机向发射机提供充分的信息的需要使得这成为一个问题。

概要

在一个实施例中，一种无线通信装置包括至少两个天线以及一处理器。该处理器被配置成基于与数目少于从该无线通信装置到一无线通信设备的传输路的总数的多条传输路径对应的信道信息来生成波束成形权重。

在另一个实施例中，一种无线通信装置包括至少两个天线、以及用于基于与其数目少于从上述至少两个天线中的各发射天线到一无线通信设备的传输路径的数目的多条传输路径对应的信道信息来生成波束成形权重。

在又一个实施例中，一种形成波束成形权重的方法包括：读取与其数目少于无线发射机和无线接收机之间的传输路径的数目的多条传输路径对应的信道信息，以及基于信道信息为从该无线发射机的发射天线的传送生成波束成形权重。

在另一个实施例中，一种无线通信装置包括至少两个天线、以及配置成基于与一无线通信设备的多个接收天线对应的信道信息为向该无线通信设备的码元传送生成波束成形权重的处理器，其中上述接收天线的数目少于该无线通信设备处用于接收的天线的总数。

在又一个实施例中，一种无线通信装置包括至少两个天线、以及用于基于与其数目少于一接收通信设备处的接收天线的数目的多个信道对应的信道信息生成波束成形权重的装置。

在其它实施例中，在无线通信设备处生成的本征波束权重可被提供给该无线通信装置，并作为上述信道信息的补充或替代使用。

在一些实施例中，信道信息可包括信道统计量、CQI、和/或信道估计。

应当理解，从以下仅以例示方式示出并描述了本发明的纯粹示例性实施例具体说明，本公开的其它方面对于本领域技术人员将变得显而易见。如将可认识到的，所公开的这些实施例能够具有其它的和不同的实施例以及方面，并且其一些细节在各个方面都能作修改，而所有这些都不会脱离本公开的范围。

附图简要说明

结合附图理解以下阐述的具体说明，本发明实施例的特征、本质及优点将可变得显而易见，在附图中，相同的附图标记贯穿地作相应标示，并且其中：

图1示出根据一个实施例的一种多址无线通信系统；

图2示出根据一个实施例的一种用于多址无线通信系统的频谱分配方案；

图3示出根据一个实施例的一种针对多址无线系统的时频分配的块图；

图4示出根据一个实施例的在多址无线通信系统中的发射机和接收机；

图5a示出根据一个实施例的在多址无线通信系统中的前向链路的框图；

图5b示出根据一个实施例的在多址无线通信系统中的反向链路的框图；

图6示出根据一个实施例的在多址无线通信系统中的发射机系统的框图；

图7示出根据一个实施例的在多址无线通信系统中的接收机系统的框图；

图8示出根据一个实施例的生成波束成形权重的流程图；

图9示出根据另一个实施例的生成波束成形权重的流程图；

图10示出根据又一个实施例的生成波束成形权重的流程图。

具体说明

参见图1，图中示出了根据一个实施例的多址无线通信系统。一种多址无线通信系统100包括多个小区，例如小区102、104以及106。在图1的实施例中，每一小区102、104和106可包括一具有多个扇区的接入点150。这多个扇区是由各自负责与在该小区的一部分中的接入终端通信的天线组构成。在小区102中，天线组112、114和116各自对应于一不同扇区。在小区104中，天线组118、120和122各自对应于一不同扇区。在小区106中，天线组124、126和128各自对应于一不同扇区。

每一小区包括在与各接入点的一个或多个扇区通信的数个接入终端。例如，接入终端130和132在与基站142通信，接入点134和136在与接入点144通信，而接入点138和140在与接入点146通信。

从图1可见，每一接入终端130、132、134、136、138和140在其相应的小区中与同一小区内的其它每个接入终端位于不同部分。此外，每一接入终端可离其正在通信的相应天线组不同的距离。这两个因素伴随着小区中的环境状况使得每一接入终端与其正在通信的相应天线组之间呈现不同的信道状况。

如本文中所使用的，接入点可以是用于与终端通信的固定站，并且也可被称作基站、B节点、或其它某个术语，并且包括基站、B节点等部分或所有的功能。接入终端也可被称作用户设备(UE)、无线通信设备、终端、移动站或其它某个术语，并且包括用户设备、无线通信设备、终端、移动站或其它某个术语等的部分或所有的功能。

参见图2，图中示出了用于多址无线通信系统的频谱分配方案。在T和码元周期和S个频率副载波上分配了多个OFDM码元200。每一OFDM码元200由这T个码元周期当中的一个码元周期与这S个副载波当中的一个频调或频率副载波构成。

在OFDM跳频系统中，一个或多个码元200可被指派给一给定接入终端。在如图2中所示的分配方案的一个实施例中，一个或多个码元跳跃区域——例如跳跃区域202——被指派给一组接入终端以用于在反向链路上进行的通信。在每一跳跃区域中，码元的指派可被随机化以减少潜在的干扰并提供对抗恶化的路径效应的频率分集。

每一跳跃区域202包括被指派给在与接入点的扇区通信的一个或多个接入终端以用于在前向链路上向这一个或多个接入终端的传送以及在反向链路上从这一个或多个接入终端的接收。在每一跳跃周期或称帧里，跳跃区域202在这T个码元周期和S个副载波内的位置根据跳跃序列而变化。另外，在跳跃区域202内针对个体接入终端的码元204分配可在每一跳跃周期变化。

跳跃序列可以伪随机地、随机地、或是根据预定序列地为每一跳跃周期选择跳跃区域202的位置。对应同一接入点的不同扇区的跳跃序列被设计成彼此正交以避免与同一接入点通信的接入终端间的“小区内”干扰。此外，对应每一接入点的跳跃序列相对于对应邻近接入点的跳跃序列可以是伪随机的。这将可有助于使在与不同接入点通信的接入终端间的“小区间”干扰随机化。

在反向链路通信的情形中，跳跃区域202的各码元204当中的一些被指派给从各接入终端向接入点传送的导频码元。向码元204指派导频码元应优选地支持空分多址(SDMA)，在SDMA中，由于在扇区或接入点处有多个接收天线，在对应于不同接入终端的空间签名有足够差异的情况下，重叠在同一跳跃区域上的不同接入终端的信号可被分离。

应当注意，尽管图2描绘了长度为7个码元周期的跳跃区域200，但是跳跃区域200的长度可以是任何合需的量，在各跳跃周期之间、或在一给定跳跃周期里在不同跳频区域之间可有大小变化。

应当注意，尽管图2的实施例是就使用块跳跃来描述的，但是在相继的跳跃周期之间，块的位置不需要被变更。

参见图3，图中示出了根据一个实施例的针对多址无线通信系统的时频分配的块图。该时频分配包括时间周期300，时间周期300包括从接入点向在与其通信的所有接入终端传送的广播导频码元310。该时频分配还包括时间周期302，时间周期302包括各自包括向一个或多个合需接入终端传送的一个或多个专用导频码元322的一个或多个跳跃区域320。专用导频码元322可包括与施加于向各接入终端传送的数据码元的权重相同的波束成形权重。

宽带导频码元310和专用导频码元322可由各接入终端用来为发送码元的每一发射天线与接收这些码元的接收天线之间的信道生成关于该接入终端与接入点之间各信道的信道质量信息(CQI)。在一个实施例中，信道估计可包括噪声、信噪比、导频信号功率、衰落、延迟、路径损耗、阴影效应、相关、或无线通信信道的任何其它可测特性。

在一个实施例中，可为宽带导频码元310单独生成CQI(称为宽带CQI)并将其提供给接入点，该CQI可以是有效信噪比(SNR)。CQI也可以是单独为专用导频码元322生成(称为专用SQI或波束成形的CQI)并被提供给接入点的有效信噪比(SNR)。以此方式，接入点可以得知对应可用于通信的整个带宽、以及对应已被用于向接入终端的传送的特定跳跃区域的CQI。独立地来自宽带导频码元310和专用导频码元322两者的CQI可为下一要传送的分组提供更加准确的速率预测，以实现使用随机跳跃序列的大规模分配以及针对每一用户的相容跳跃区域分配。无论哪种类型的CQI被反馈，在一些实施例中，宽带CQI被定期地从接入终端向接入点提供，并可被用于进行诸如前向链路控制信道等一个或多个前向链路信道上的功率分配。

此外，在接入终端没有被排定进行前向链路传送或者是被不定期地排定的，即在接入终端不是在每一跳跃周期期间被排定进行前向链路传送的那些情况下，可在诸如反向链路信令或控制信道等反向链路信道上将宽带CQI提供给接入点以用于下一次的前向链路传送。此宽带CQI不包括波束成形增益，因为宽带导频码元310一般是不经波束成形的。

在一个实施例中，接入点可基于其使用来自接入终端的反向链路传送作出的信道估计来推导波束成形权重。接入点可基于包括从接入终端通过诸如专用于从接入终端进行反馈的信令或控制信道等专用信道传送的CQI的码元来推导信道估计。这些信道估计可代替CQI被用于波束成形权重的生成。

在另一个实施例中，接入点可基于在接入终端处确定并通过反向链路传送提供给接入点的的信道估计来推导波束成形权重。如果接入终端在每一帧或跳跃周期里也有反向链路指派，则无论与前向链路传送是在不同的还是相同的跳跃周期里，信道估计信息都可在排定的反向链路传送中被提供给接入点。所传送的信道估计可被用于波束成形权重的生成。

在另一个实施例中，接入点可通过反向链路传送从接入终端接收波束成形权重。如果接入终端在每一帧或称跳跃周期里也有反向链路指派，则无论与前向链路传送是在不同的还是相同的跳跃周期或帧里，波束成形权重都可在排定的反向链路传送中被提供给接入点。

如本文中所使用的，CQI、信道估计、本征波束反馈、或其组合可被称为是可由接入点用来生成波束成形权重的信道信息。

参见图4，图中示出了根据一个实施例的在多址无线通信系统中的发射机和接收机。在发射机系统410处，对应多个数据流的话务数据被从数据源412提供至发送(TX)数据处理器444。在一个实施例中，每一数据流在一相应的发射天线上被发送。TX数据处理器444基于为每一数据流选择的特定编码方案对该数据流的话务数据进行格式化、编码、以及交织以提供已编码数据。在一些实施例中，TX数据处理器111基于要向那个用户传送码元以及要从那个天线发送码元来向各数据流的码元施加波束成形权重。在一些实施例中，波束成形权重可基于指示接入点与接入终端之间的传输路径的状况的信道响应信息来生成。信道响应信息可利用用户提供的CQI信息或信道估计来生成。此外，在排定传送的那些情形中，TX数据处理器444可基于从用户发来的秩信息来选择分组格式。

使用OFDM技术可将对应于每一数据流的已编码数据与导频数据复用。导频数据通常是以已知方式被处理、并可在接收机系统处被用来估计信道响应的已知数据模式。复用的导频与对应于每一数据流的已编码数据然后基于为该数据流选择的特定调制方案(例如，BPSK、QPSK、M-PSK、或M-QAM)被调制(即，码元映射)以提供调制码元。对应于每一数据流的数据率、编码、以及调制可由处理器430一提供即被执行的指令来确定。在一些实施例中，并行空间流的数目可根据从用户发来的秩信息而改变。

对应于所有数据流的调制码元然后被提供给TX MIMO处理器446，该处理器可进一步处理这些调制码元(例如，针对OFDM)。TX MIMO处理器446然后将NT个码元流提供给NT个发射机(TMTR)422a到422t。在某些实施例中，TX MIMO处理器420根据用户信道响应信息基于要向哪个用户传送码元以及要从哪个天线发送码元来向各数据流的码元施加波束成形权重。

每一发射机422接收并处理一相应的码元流以提供一个或多个模拟信号，并进一步对其进行调理(例如，放大、滤波、以及上变频)以提供适合在MIMO信道上传送的已调制信号。来自发射机422a到422t的NT个已调制信号然后分别从NT个天线424a到424t被发送。

在接收机系统420处，传送的已调制信号被NR个天线452a到452r接收，并且来自每个天线452的接收信号被提供给一相应的接收机(RCVR)454a到454r。每一接收机454调理(例如，滤波、放大、以及下变频)一相应的接收信号，将经调理的信号数字化以提供采样，并进一步处理这些采样以提供相应的“接收”码元流。

RX数据处理器460然后接收并基于特定的接收机处理技术处理来自NR个接收机454a到454r的NR个接收码元流以提供“检测到的”码元流的秩数。由RX数据处理器460进行的处理将在以下进一步具体说明。每一检测到的码元流包括作为对为相应数据流发送的调制码元的估计的码元。RX数据处理器460随后对每一检测到的码元流进行解调、解交织、以及解码以恢复对应于该数据流的话务数据，该话务数据被提供给数据阱464以供存储和/或进一步处理。由RX数据处理器460进行的处理与由发射机系统410处的TX MIMO处理器446和TX数据处理器444执行的处理互补。

由RX处理器460生成的信道响应估计可被用来执行接收机处的空间、空间/时间处理，调节功率电平，改变调制速率或方案，或其它动作。RX处理器460可进一步估计检测到的码元流的信噪干扰比(SNR)，以及还可能有的其它信道特性，并将这些量值提供给处理器470。RX输出处理器460或处理器470可进一步推导该系统的“有效”SNR的估计。处理器470然后提供估计的信道信息(CSI)，CSI可包括关于通信链路和/或接收的数据流的各种类型的信息。例如，CSI可仅包括工作SNR。CSI然后由TX输出处理器478处理，TX数据处理器478还从数据源476接收对应于多个数据流的话务数据，该话务数据由调制器480调制，由发射机454a到454r调理，并被发回给发射机系统410。

在发射机系统410处，来自接收机系统450的已调制信号由天线424接收，由接收机422调理，由解调器490解调，并由RX数据处理器492处理以恢复接收机系统所报告的CSI，并将数据提供给数据阱494以供存储和/或进一步处理。报告的CSI然后被提供给处理器430，并被用来(1)确定这些数据流要使用的数据速率以及编码和调制方案，以及(2)生成针对TX输出处理器444和TX MIMO处理器446的各种控制。

应当注意，发射机410将多个码元流发送给例如接入终端的多个接收机，而接收机420发送单个数据流给例如接入点的单个结构，由此解释了所描绘的接收和发送链的不同。但是，这两者皆可为MIMO发射机以使得接收和发送完全相同。

在接收机处，可使用各种处理技术来处理NR个接收的信号以检测NT个发送的码元流。这些接收机处理技术可被分为两个大类(i)空间和空时接收机处理技术(也称为均衡技术)；以及(ii)“逐次清零/均衡和干扰消去”接收机处理技术(也称为“逐次干扰消去”或“逐次消去”接收机处理技术)。

由NT个发射天线和NR个接收天线形成的MIMO信道可被分解成NS个独立信道，其中N_s≤ min{N_T，N_R}。这NS个独立信道中的每一个也可被称为该MIMO信道的一空间子信道(或一传输信道)，并对应于一个维度。

对于N_s＝N_T≤N_R的满秩MIMO信道，从NT个发射天线中的每一个可发送一独立的数据流。所发送的各数据流可能经历不同的信道状况(例如，不同的衰落和多径效应)，并且对于一给定量的发射功率可能实现不同的信噪干扰比(SNR)。此外，在接收机处使用逐次干扰消去处理来恢复发送的数据流的那些情形中，则取决于恢复数据流的具体秩，各数据流可能会实现不同的SNR。结果，取决于其所实现的SNR，不同的数据流可能支持不同的数据速率。由于信道状况通常随时间而改变，因此每一数据流所支持的数据速率也随时间而改变。

MIMO设计可具有两种操作模式，单码字(SCW)和多码字(MCW)。在MCW模式中，发射机可独立地、并可能以不同的速率来编码在每一空间层上传送的数据。接收机采用如下工作的逐次干扰消去(SIC)算法：解码第一层，然后在将第一层重新编码并将已编码的第一层与“估计的信道”相乘之后从接收的信号减去其份额，然后解码第二层，依此类推。这种“剥洋葱式”方法意味着逐次解码的每一层经历增大的SNR，因此可支持更高的速率。在没有误差传播的情况下，具有SIC的MCW设计基于信道状况达到最大系统传输容量。此设计的缺点源于“管理”每一空间层的速率的负担：(a)增加的CQI反馈(每一层需要提供一个CQI)；(b)增加的确认(ACK)或否定确认(NACK)消息通信(每一层一个)；(c)因每一层可能在不同的传输中终止而导致的混合ARQ(HARQ)的复杂性；(d)在增大的多普勒效应和/或低SNR的情况下SIC对信道估计误差的性能敏感性；以及(e)由于在各居前层被解码之前每一后继层不能被解码而导致的增加的解码等待时间。

在SCW模式设计中，发射机以“相等的数据速率”来编码在每一空间层上传送的数据。接收机可对每一频调采用诸如最小均方解(MMSE)或零频率(ZF)接收机等低复杂度线性接收机、或诸如QRM等非线性接收机。这允许接收机对CQI的报告仅针对“最佳”秩，因此导致提供此信息所用的传输额外开销减少。

参见图5A，图中示出了根据一个实施例的在多址无线通信系统中的前向链路的框图。前向链路信道可被建模为从接入点(AP)处的多个发射天线500a至500t到接入终端(AT)处的多个接收天线502a至502r的传送。前向链路信道HFL可被定义为从发射天线500a至500t中的每一个到接收天线502a至502r中的每一个的传输路径的集合。

参见图5B，图中示出了根据一个实施例的多址无线通信系统中的反向链路的框图。反向链路信道可被建模为从接入终端(AT)、用户站、接入终端等处的例如天线512t等的一个或多个发射天线到接入点(AP)、接入点、b节点等处的多个接收天线510a至510r的传送。反向链路信道HRL可被定义为从发射天线512t到接收天线510a至510r中的每一个的传输路径的集合。

如在图5A和5B中可见，每一接入终端(AT)可具有一个或多个天线。在一些实施例中，接入终端(AT)处用于发送的天线512t的数目在用于接收的天线502a至502r的数目以下。此外，在许多实施例中，每一接入点(AP)处的发射天线500a至500t的数目大于接入终端处发射天线的数目或接收天线数目当中的任何一个或其两者。

在时分双工通信中，如果接入终端处用于发送的天线的数目低于接入终端处用于接收的天线的数目，则不存在全信道互易性。因此，难以获得对应于接入终端处的所有接收天线的前向链路信道。

在频分双工通信中，由于有限的反向链路资源，反馈对应前向链路信道矩阵的所有本征波束的信道状态信息可能是低效率的或几乎不可能的。因此，难以获得对应于接入终端处的所有接收天线的前向链路信道。

在一个实施例中，对应于接入点的发射天线与接入终端的接收天线之间可能的传输路径的一个子集的信道反馈被从接入终端提供给接入点。

在一个实施例中，反馈可包括由接入点基于在例如导频或控制信道上从接入终端向接入点传送的一个或多个码元而生成的CQI。在这些实施例中，可通过将CQI视为导频来从CQI推导针对其数目等于接入终端处对接入点的每一接收天线使用的发射天线的数目的多个多条传输路径的信道估计。这允许波束成形权重在定期的基础上被重新计算，并因此更准确地响应于接入终端与接入点之间的信道的状况。此方法降低了接入终端处所需处理的复杂性，因为没有涉及在接入终端处生成波束成形权重的处理。可在接入点处使用从CQI获得的信道估计来生成波束构造矩阵B(k)＝[h^FL(k)^*b₂..b_M]，其中b₂，b₃，…，b_M是随机矢量，并且h^FL(k)是通过将CQI用作为导频使来推导出的信道。h^FL(k)的信息可通过在接入点(AP)处确定h^RL(k)来获得。注意，h^RL(k)是在反向链路上从接入终端(AT)的(诸)发射天线发送的相应导频码元的信道估计。应当注意，仅提供对应于接入终端处的发射天线数目——在图5B中此数目被描绘为一——的h^RL，而此数目在接入终端处接收天线的数目——在图5A中此数目被描绘为r——以下。信道矩阵h^FL(k)是通过使用矩阵Λ校准h^RL(k)来得到的，矩阵Λ是反向链路信道与接收自接入终端的计算出的前向链路信息之差的函数。在一个实施例中，矩阵Λ可定义如下，其中λi是每一信道的校准误差，

$\mathrm{\Λ}=\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\λ}}_1& 0& \·\·& 0\\ 0& {\mathrm{\λ}}_2& \·\·& \·\·\\ \·\·& \·\·& \·\·& 0\\ 0& \·\·& 0& {\mathrm{\λ}}_{M_T}\end{array}\right]$

为了计算校准误差，前向链路和反向链路两者的信息都可被利用。在一些实施例中，系数λ_i可在定期的间隔基于整体的信道状况来确定，并且并非专属于在与该接入点通信的任何特定接入终端。在其它实施例中，系数λ_i可利用来自在与该接入点通信的接入终端中的每一个的平均来确定。

在另一个实施例中，反馈可包括在接入终端处基于从接入点发送的导频码元计算出的本征波束。本征波束可在数个前向链路帧上被平均，或可与单个帧相关。此外，在一些实施例中，本征波束可在频域中的多个频调上被平均。在其它实施例中，仅提供前向链路信道矩阵的主导本征波束。在其它实施例中，可在时域中的两个或多个帧上对主导的本征波束进行平均，或可在频域中的多个频调上对主导的本征波束进行平均。这样做既可以减少接入终端处的计算复杂性，又可以减少从接入终端向接入点提供本征波束所需的传输资源。在提供2个量化的本征波束的情况下，  接入点处生成的一个示例波束构造矩阵给定如下：

B(k)＝[q₁(k)q₂(k)b₃...b_M]，其中q₁(k)是所提供的量化本征波束，而b₃…b_M是哑矢量或者由接入终端生成。

在另一个实施例中，反馈可包括在接入终端处基于从接入点传送的导频码元计算出的量化信道估计。信道估计可在数个前向链路帧上被平均，或可与单个帧相关。此外，在一些实施例中，信道估计可在频域中的多个频调上被平均。在提供FL-MIMO信道矩阵的2行的情况下，接入点处生成的一个示例波束构造矩阵给定如下：B(k)＝

<H^FL>₁<H^FL>₂b₃...b_M」，其中<H^FL>₁是FL-MIMO信道矩阵的第i行。

在另一个实施例中，反馈可包括在接入终端处基于从接入点传送的导频码元计算出的信道的二阶统计量，即传输相关矩阵。二阶统计可在数个前向链路帧上被平均，或可与单个帧相关。在一些实施例中，信道统计可在频域中的多个频调上被平均。在这样的情形中，可在AP处从传送相关矩阵推导本征波束，并可创建波束构造矩阵如下：B(k)＝[q₁(k)q₂(k)q₃(k)...q_M(k)]，其中q₁(k)是本征波束。

在另一个实施例中，反馈可包括在接入终端处基于从接入点传送的导频码元计算出的信道的二阶统计量，即传送相关矩阵。本征波束可在数个前向链路帧上被平均，或可与单个帧相关。此外，在一些实施例中，本征波束可在频域中的多个频调上被平均。在其它实施例中，仅提供传送相关矩阵的主导本征波束。主导本征波束可在数个前向链路帧上被平均，或可与单个帧相关。此外，在一些实施例中，主导本征波束可在频域中的多个频调上被平均。在反馈2个量化本征波束的情况下，一个示例的波束构造矩阵给定为：B(k)＝[q₁(k)q₂(k)b₃...b_M]，其中q₁(k)是传送相关矩阵的每跳跃的量化本征波束。

在其它实施例中，波束构造矩阵可由从CQI获得的信道估计与主导本征波束反馈的组合来生成。一个示例的波束构造矩阵给定如下：

$B=\left[\begin{array}{cccc}{h}_{\mathrm{FL}}^{*}& x_1& \&CenterDot;\&CenterDot;& b_M\end{array}\right]$ 式(5)

其中x_l是特定h^FL的主导本征波束，而h_FL ^*基于CQI。

在其它实施例中，反馈可包括CQI以及估计出的本征波束、信道估计、传送相关矩阵、传送相关矩阵的本征波束、或其任意组合。

可在接入点处使用从CQI获得的信道估计、估计出的本征波束、信道估计、传送相关矩阵、传送相关矩阵的本征波束、或其任意组合来生成波束构造矩阵。

为了为每一传送形成波束成形矢量，执行波束构造矩阵B的QR分解以形成各自对应于从MT个天线向一特定接入终端传送的一组传输码元的伪本征矢量。

V＝QR(B)    式(6)

V＝[v₁ v₂ ... v_M]是伪本征矢量。

波束成形矢量的各个标量表示被施加于从MT个天线向每一接入终端传送的码元的波束成形权重。由此这些矢量由下式形成：

$F_M=\frac{1}{M}\left[\begin{array}{cccc}{v}_1& v_2& \&CenterDot;\&CenterDot;& v_M\end{array}\right]$ 式(7)

其中M是用于传送的层数。

为了决定应当使用多少个本征波束(秩预测)，并且应当使用哪种传输模式来获得最大本征波束成形增益，可使用数种方法。如果接入终端没有被排定，则可基于宽带导频计算例如可包含秩信息的7比特信道估计等估计，并将其随CQI一起报告。从接入终端传送的控制或信令信道信息在被解码之后，起到对应于反向链路的宽带导频的作用。通过使用此信道，可如上所示地计算波束成形权重。所计算出的CQI还提供用于发射机处的率预测算法的信息。

替换地，如果接入终端被排定在前向链路上接收数据，则可基于例如图3的导频码元322等经波束成形的导频码元来计算包含最优秩的CQI以及对应于该秩的CQI等CQI，并将其在反向链路控制或信令信道上反馈。在这些情形中，信道估计包括本征波束成形增益，并为下一分组提供更准确的速率和秩预测。并且，在一些实施例中，可用宽带CQI对波束成形CQI进行周期性穿孔，因此在此类实施例中，波束成形CQI未必总是可用。

如果接入终端被排定在前向链路和反向链路上接收数据，则例如CQI的CQI可基于经波束成形的导频码元，并也可在频带内，即在向接入点的反向链路传送期间被报告。

在另一个实施例中，接入终端可基于对应于所有秩的CQI和基于跳跃的导频信道CQI来计算宽带导频。此后，它可计算因接入点处的波束成形而提供的波束成形增益。波束成形增益可根据宽带导频与基于跳跃的导频的CQI之差来计算。在计算出波束成形增益之后，可将其因式分解成各宽带导频的CQI计算，以形成对应于所有秩的宽带导频的更准确的信道估计。最后，从此有效的宽带导频信道估计获得包括最优秩和对应于该秩的信道估计的CQI，并经由控制或信令信道将其反馈给接入点。

参见图6，图中示出了根据一个实施例的多址无线通信系统中的发射机系统的框图。发射机600基于信道信息，使用控制单输入单输出(SISO)编码器604的速率预测块602来生成信息流。

根据由率预测块602指定的分组格式(PF)624，各比特由编码器块606进行turbo编码，并由映射块608映射到调制码元。已编码的码元然后由分用器610分用成M_T层612，这些层被提供给波束成形模块614。

波束成形模块614生成波束成形权重，这些权重被用于根据要向哪些接入终端传送M_T层612码元来变更M_T层612码元中的每一个的发射功率。本征波束权重可从接入终端向接入点传送的控制或信令信道信息生成。波束成形权重可根据以上结合图5A和5B描述的实施例中的任何一个来生成。

波束成形之后的M_T层612被提供给OFDM调制器618a到618t，它们将输出码元流与导频码元交织。对应于每一发射天线的OFDM处理然后以相同方式在620a到620t进行，此后信号经由MIMO方案被发送。

在SISO编码器604中，turbo编码器606编码数据流，并且在一个实施例中使用1/5编码率。应当注意，也可使用其它类型的编码器以及编码率。码元编码器608将已编码数据映射成星座码元以供传送。在一个实施例中，星座可以是正交振幅星座。尽管这里描述了SISO编码器，但是也可使用包括MIMO编码器在内的其它编码器类型。

速率预测块602处理在接入点处接收的包括秩信息在内的对应于每一接入终端的CQI信息。秩信息可基于宽带导频码元、基于跳跃的导频码元、或其两者来提供。秩信息被用来确定要由速率预测块602传送的空间层数。在一个实施例中，速率预测算法可约每5毫秒使用一次5比特CQI反馈622。例如调制率等分组格式可使用数种技术确定。

参见图7，图中示出了根据一个实施例的在多址无线通信系统中的接收机系统的框图。在图7中，每一天线702a到702t接收以接收机700为目标的一个或多个码元。天线702a到702t各自被耦合到OFDM解调器704a到704t，这些解调器中的每一个都被耦合到跳跃缓冲器706。OFDM解调器704a到704t各自将OFDM接收码元解调成接收码元流。跳跃缓冲器706存储对应于在其中传送码元的跳跃区域的接收码元。

跳跃缓冲器706的输出被提供给编码器708，编码器708可以是独立处理OFDM频带的每一载波频率的解码器。跳跃缓冲器706和解码器708两者皆被耦合到基于跳跃的信道估计器710，该估计器710使用前向链路信道的估计以及本征波束权重来解调信息流。由解调器712提供的已解调信息流然后被提供给对数似然比(LLR)块714和解码器716，解码器716可以是turbo解码器或匹配接入点处所使用的编码器的其它解码器，LLR块714和解码器716用于提供已解码数据流以供处理。

参见图8，图中示出了根据一个实施例的生成波束成形权重的流程图。在框800，从存储器或缓冲器读取CQI信息。另外，可用从接入终端提供的本征波束反馈来替代CQI信息。此信息可被存储在缓冲器中，或可被实时处理。在框802，CQI信息被作为导频用来构造对应于前向链路的信道矩阵。波束构造可如结合图5A和5B所讨论的那样来构造。然后在框804，波束构造矩阵被分解。分解可以是QR分解。然后在框806，可为要向接入终端传送的下一跳跃区域的码元生成代表波束成形权重的本征矢量。

参见图9，图中示出了根据另一个实施例的生成波束成形权重的流程图。在框900，从存储器或缓冲器读取自接入终端提供的信道估计信息。信道估计信息可被存储在缓冲器中，或可被实时处理。在框902，信道估计信息被用来构造对应于前向链路的波束构造矩阵。波束构造矩阵可如结合图5A和5B所讨论的那样来构造。然后在框904，波束构造矩阵被分解。分解可以是QR分解。然后在框906，可为要向接入终端传送的下一跳跃区域的码元生成代表波束成形权重的本征矢量。

参见图10，图中示出了根据又一个实施例的生成波束成形权重的流程图。在框1000，从存储器或缓冲器读取自接入终端提供的本征波束信息。另外，在框1002，还读取信道信息。信道信息可包括CQI、信道估计、和/或二阶信道统计量，无论其原先是在何处生成的。本征波束信息和信道信息可被存储在缓冲器中，或可被实时处理。在框1004，本征波束信息和信道信息被用来构造对应于前向链路的波束构造矩阵。波束构造矩阵可如结合图5A和5B所讨论的那样来构造。然后在框1006，波束构造矩阵被分解。分解可以是QR分解。然后在框1008，可为要向接入终端传送的下一跳跃区域的码元生成代表波束成形权重的本征矢量。

上述各过程可使用TX处理器444或478、TX MIMO处理器446、RX处理器460或492、处理器430或470、存储器432或472、及其组合来执行。结合图5A、5B以及6-10描述的其它过程、处理以及特征可在任何处理器、控制器、或其它处理设备上执行，并可作为如源代码、目标代码或其它的计算机可读指令被存储在计算机可读介质中。

本文中所描述的技术可由各种手段来实现。例如，这些技术可在硬件、软件、或其组合中实现。对于硬件实现，接入点或接入终端内的处理单元可在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计成执行本文中所描述的功能的其它电子单元、或其组合内实现。

对于软件实现，本文中所描述的技术可用执行本文中所描述的功能的模块(例如，过程、函数、诸如此类)来实现。软件代码可被存储在存储器单元中，并由处理器执行。存储器单元可在处理器内实现或可外置于处理器，在后一种情形中，它可经由本领域中已知的各种手段被通信地耦合到处理器。

提供对所公开的实施例的以上说明是为了使本领域任何技术人员皆能制作或使用本文中所公开的特征、功能、操作、以及实施例。对这些实施例的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且本文中所定义的一般性原理可被应用于其它实施例而不会脱离这些实施例的精神或范围。由此，本公开并不旨在被限定于本文中所示出的实施例，而是应与符合本文中所公开的原理和新颖特征的最广义的范围一致。

Claims (44)

1.一种无线通信装置，包括：

至少两个天线；以及

用于基于与其数目少于从所述至少两个天线中的发射天线到一无线通信设备的传输路径的数目的多条传输路径对应的信道信息来生成波束成形权重的装置，其中生成所述波束成形权重包括使用从信道质量信息导出的信道估计、估计出的本征波束、传送相关矩阵以及所述传送相关矩阵的本征波束中的至少一个生成波束构造矩阵。

2.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，所述传输路径的数目等于所述至少两个天线的数目。

3.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，所述信道信息对应于来自所述至少两个天线中用于发送的每一个的一条传输路径。

4.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，所述信道信息对应于去往所述至少两个天线中用于接收的每一个的一条传输路径。

5.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，信道信息包括在多个宽带导频码元的基础上生成的估计的信道信息。

6.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，信道信息包括在多个基于跳跃的导频码元的基础上生成的估计的信道信息。

7.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，信道信息包括在多个基于跳跃的导频码元和多个宽带导频码元的基础上生成的估计的信道信息。

8.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，所述信道信息包括信道质量信息且所述信道质量信息是基于从所述无线通信设备的至少一个发射天线发送的、并在所述至少两个天线处被接收的导频码元。

9.如权利要求8所述的无线通信装置，其特征在于，所述信道质量信息包括信噪比信息。

10.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，所述用于生成波束成形权重的装置包括用于通过执行QR分解来分解信道矩阵的装置。

11.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，基于从所述无线通信设备接收的反馈生成所述波束构造矩阵。

12.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，基于从所述无线通信设备接收的导频码元生成所述波束构造矩阵。

13.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，基于利用从所述无线通信设备接收的反馈以及从所述无线通信设备接收的导频码元生成所述波束构造矩阵。

14.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，所述用于生成的装置包括用于基于信道信息和本征波束信息两者来为向无线通信设备的码元传送生成波束成形权重的装置。

15.一种形成波束成形权重的方法，包括：

读取对应于多条传输路径的信道信息，所述传输路径的数目少于无线发射机与无线接收机之间的传输信道的数目；

基于所述信道信息为从所述无线发射机的发射天线的发送生成波束成形权重，其中生成所述波束成形权重包括使用从信道质量信息导出的信道估计、估计出的本征波束、传送相关矩阵以及所述传送相关矩阵的本征波束中的至少一个生成波束构造矩阵。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述传输路径的数目少于所述无线发射机的发射天线的数目。

17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述信道信息对应于所述无线发射机的每个发射天线的一条传输路径。

18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述信道信息对应于一条传输路径。

19.如权利要求15所述的方法，其特征在于，信道信息包括在多个宽带导频码元的基础上生成的估计的信道信息。

20.如权利要求15所述的方法，其特征在于，信道信息包括在多个基于跳跃的导频码元的基础上生成的估计的信道信息。

21.如权利要求15所述的方法，其特征在于，信道信息包括在多个基于跳跃的导频码元和多个宽带导频码元基础上生成的估计的信道信息。

22.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述信道信息包括信道质量信息。

23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述信道质量信息包括信噪比信息。

24.如权利要求15所述的方法，其特征在于，生成所述波束成形权重还包括对所述波束构造矩阵执行QR分解。

25.如权利要求15所述的方法，其特征在于，基于从所述无线通信设备接收的反馈生成所述波束构造矩阵。

26.如权利要求15所述的方法，其特征在于，基于从所述无线通信设备接收的导频码元生成所述波束构造矩阵。

27.如权利要求15所述的方法，其特征在于，基于从所述无线通信设备接收的反馈和从所述无线通信设备接收的导频码元生成所述波束构造矩阵。

28.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述生成包括基于信道信息和本征波束信息两者来生成波束成形权重。

29.一种无线通信装置，包括：

至少两个天线；以及

用于基于与其数目少于一无线通信设备处的接收天线的数目的多个信道对应的信道信息来生成波束成形权重的装置，其中生成所述波束成形权重包括使用从信道质量信息导出的信道估计、估计出的本征波束、传送相关矩阵以及所述传送相关矩阵的本征波束中的至少一个生成波束构造矩阵。

30.如权利要求29所述的无线通信装置，其特征在于，所述信道信息包括信道质量信息且所述信道质量信息是基于从所述无线通信设备的至少一个发射天线发送的、并在所述至少两个天线处被接收的导频码元。

31.如权利要求30所述的无线通信装置，其特征在于，所述信道质量信息包括信噪比信息。

32.如权利要求29所述的无线通信装置，其特征在于，生成所述波束成形权重还包括通过对所述波束构造矩阵执行QR分解分解所述波束构造矩阵。

33.如权利要求29所述的无线通信装置，其特征在于，基于从所述无线通信设备接收的反馈生成所述波束构造矩阵。

34.如权利要求29所述的无线通信装置，其特征在于，基于从所述无线通信设备接收的导频码元生成所述波束构造矩阵。

35.如权利要求29所述的无线通信装置，其特征在于，基于从所述无线通信设备接收的反馈和从所述无线通信设备接收的导频码元生成所述波束构造矩阵。

36.如权利要求29所述的无线通信装置，其特征在于，所述用于生成的装置包括用于基于信道信息和本征波束信息两者来为向无线通信设备的码元传送生成波束成形权重的装置。

37.一种形成波束成形权重的方法，包括：

读取对应于无线通信设备的多个接收天线的信道信息，其中所述接收天线的数目少于所述无线通信设备处用于接收的天线的总数；

基于所述信道信息为向所述无线通信设备码元发送生成波束成形权重，其中生成所述波束成形权重包括使用从信道质量信息导出的信道估计、估计出的本征波束、传送相关矩阵以及所述传送相关矩阵的本征波束中的至少一个生成波束构造矩阵。

38.如权利要求37所述的方法，其特征在于，所述信道信息包括信道质量信息且所述信道质量信息是基于从所述无线通信设备的至少一个发射天线发送的，并在所述至少两个天线处被接收的导频码元。

39.如权利要求38所述的方法，其特征在于，所述信道质量信息包括信噪比信息。

40.如权利要求37所述的方法，其特征在于，生成所述波束成形权重还包括对所述波束构造矩阵执行QR分解。

41.如权利要求37所述的方法，其特征在于，基于从所述无线通信设备接收的反馈生成所述波束构造矩阵。

42.如权利要求37所述的方法，其特征在于，基于从所述无线通信设备接收的导频码元生成所述波束构造矩阵。

43.如权利要求37所述的方法，其特征在于，基于从所述无线通信设备接收的反馈和从所述无线通信设备接收的导频码元生成所述波束构造矩阵。

44.如权利要求37所述的方法，其特征在于，所述生成包括基于信道信息和本征波束信息两者来生成波束成形权重。

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