CN101171817B - 用于多输入多输出通信系统中的波束成形和速率控制的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示基于无线装置是否经调度以接收符号来确定一种类型的信道信息的方法和设备。另外，可作出关于跳跃周期的数目判定以确定信道信息的类型。此外，可利用跳跃区之间的距离来确定一种类型的信道信息。

Description

用于多输入多输出通信系统中的波束成形和速率控制的系统和方法

在35U.S.C.§119下主张优先权

本专利申请案主张2005年3月10日申请的题为“ApparatustoObtainPseudoEigenBeamformingGainsinMIMOSystems”的第60/660,719号临时申请案，以及2005年5月6日申请的题为“SYSTEMANDMETHODSFORGENERATINGBEAMFORMINGGAINSINMULTI-INPUTMULTI-OUTPUTCOMMUNICATIONSYSTEMS”的第60/678,610号临时申请案，以及2005年6月16日申请的题为“SYSTEMSANDMETHODSFORBEAMFORMINGINMULTI-INPUTMULTI-OUTPUTCOMMUNICATIONSYSTEMS”的第60/691,467号临时申请案，以及2005年6月16日申请的题为“SYSTEMSANDMETIIODSFORBEAMFORMINGANDRATECONTROLINAMULTI-INPUTMULTI-OUTPUTCOMMUNICATIONSYSTEM”的第60/691,432号临时申请案的优先权，所述临时申请案转让给本文受让人并因此特意以引用的方式并入本文中。

I.共同待决专利申请案的参考

本申请案与题为“SystemsAndMethodsForBeamformingInMulti-InputMulti-OutputCommunicationSystems”且与其在同一日期申请的代理人案号为050507U2的共同待决美国专利相关。申请案还与2005年3月10日申请的第60/660,925号美国专利申请案；以及2005年4月1日申请的第60/667,705号美国专利申请案相关，所述美国专利申请案中的每一者都转让给本文受让人，并特意以引用的方式并入本文中。

技术领域

本文献大体上涉及无线通信，且尤其涉及无线通信系统的波束成形。

背景技术

正交频分多址(OFDMA)系统利用正交频分多路复用(OFDM)。OFDM是多载波调制技术，其将总体系统带宽划分成多个(N个)正交频率副载波。这些副载波也可称为音调、收集器(bin)和频率信道。每一副载波都与可用数据调制的各自副载波相关联。每一OFDM符号周期中可在总共N个副载波上发送至多达N个的调制符号。利用N点反向快速傅里叶变换(N-pointinversefastFouriertransform，IFFT)将这些调制符号转换成时域，以产生含有N个时域码片或样本的经变换的符号。

在频率跳跃通信系统中，数据在不同时间间隔期间在不同频率副载波上传输，所述时间间隔可称为“跳跃周期”。这些频率副载波可通过正交频分多路复用、其它多载波调制技术或某些其它构想来提供。利用频率跳跃，数据传输以伪随机方式从副载波跳跃到副载波。这种跳跃提供频率分集并允许数据传输较好地承受例如窄带干扰、堵塞、衰落等不利的路径效应。

OFDMA系统可同时支持多个接入终端。对于频率跳跃OFDMA系统来说，给定接入终端的数据传输可在与特定频率跳跃(frequencyhopping，FH)序列相关联的“业务”信道上发送。此FH序列指示特定副载波用于每一跳跃周期中的数据传输。多个接入终端的多个数据传输可在与不同FH序列相关联的多个业务信道上同时发送。这些FH序列可被界定为彼此正交，使得在每一跳跃周期中仅一个业务信道且因此仅一个数据传输使用每一副载波。通过使用正交FH序列，多个数据传输通常不会彼此干扰，同时享受频率分集的益处。

所有通信系统中必须处理的问题是，接收器位于由接入点服务的区域的特定部分中。在发射器具有多个发射天线的此类情况下，从每一天线提供的信号不需要组合以在接收器处提供最大功率。在这些情况下，接收器处接收到的信号的解码可能存在问题。处理这些问题的一种方式是利用波束成形。

波束成形是一种空间处理技术，其改进具有多个天线的无线链路的信噪比。通常，波束成形可在多天线系统中用于发射器和/或接收器处。波束成形在改进信噪比方面提供许多优点，改进信噪比改进了接收器对信号的解码。

OFDM传输系统的波束成形的问题是，获得关于发射器与接收器之间的信道的适当信息以在包含OFDM系统的无线通信系统中产生波束成形权数。这存在问题是由于计算波束成形权数所需的复杂性，以及需要将足够的信息从接收器提供到发射器。

发明内容

本发明提供在无线通信系统中确定一种类型的信道信息以进行反馈的方法、设备和系统。

在一个实施例中，处理器可操作以基于所述设备是否经调度来产生具有最佳等级的混合信道信息、具有最佳等级的宽带信道信息或具有最佳等级的波束成形信道信息中的一者。

在另一实施例中，一种方法包括确定无线通信装置是否经调度以接收符号。如果无线通信装置经调度以接收符号，那么产生波束成形信道信息，且如果无线通信装置未经调度以接收符号，那么产生宽带信道信息。

另外，可基于当前跳跃区与先前跳跃区之间的距离来通知关于待产生的信道信息的类型的判定。此外，可基于从某种类型的反馈以后的跳跃周期的数目来通知关于待产生的信道信息的类型的判定。

附图说明

结合附图，从下文陈述的具体实施方式中可更加了解本发明实施例的特征、性质和优点，附图中相同参考标号始终相应地作出指代，且其中：

图1说明根据一个实施例的多路存取无线通信系统；

图2说明根据一个实施例的多路存取无线通信系统的频谱分配方案；

图3说明根据一个实施例的多路存取无线通信系统的时间频率分配的框图；

图4说明根据一个实施例的多路存取无线通信系统中的发射器和接收器；

图5a说明根据一个实施例的多路存取无线通信系统中的前向链路的框图；

图5b说明根据一个实施例的多路存取无线通信系统中的反向链路的框图；

图6说明根据一个实施例的多路存取无线通信系统中的发射器系统的框图；

图7说明根据一个实施例的多路存取无线通信系统中的接收器系统的框图；

图8说明根据一个实施例产生波束成形权数的流程图；

图9说明根据另一实施例产生波束成形权数的流程图；

图10说明根据又一实施例产生波束成形权数的流程图；

图11说明根据一实施例确定一种类型的CQI和等级以进行反馈的流程图；以及

图12说明根据另一实施例确定一种类型的CQI和等级以进行反馈的流程图。

具体实施方式

参看图1，说明根据一个实施例的多路存取无线通信系统。多路存取无线通信系统100包含多个单元，例如单元102、104和106。在图1的实施例中，每一单元102、104和106可包含包括多个扇区的接入点150。所述多个扇区由若干组天线形成，每一天线组负责与单元的一部分中的接入终端通信。在单元102中，天线组112、114和116各对应于不同的扇区。在单元104中，天线组118、120和122各对应于不同的扇区。在单元106中，天线组124、126和128各对应于不同的扇区。

每一单元都包含与每一接入点的一个或一个以上扇区通信的若干接入终端。举例来说，接入终端130和132与接入点142通信，接入终端134和136与接入点144通信，且接入终端138和140与接入点146通信。

从图1中可以看出，每一接入终端130、132、134、136、138和140都与同一单元中的每一其它接入终端位于其各自单元的不同部分中。此外，每一接入终端都可距其正与之通信的相应天线组不同距离。这两个因素以及单元中的环境条件导致每一接入终端与其正与之通信的其相应天线组之间存在不同的信道状况。

如本文所使用，接入点可以是用于与终端通信的固定站，且也可称为基站、节点B或某一其它术语并包含其一些或全部功能。接入终端也可称为用户设备(UE)、无线通信装置、终端、移动站或某一其它术语并包含其一些或全部功能。

参看图2，说明多路存取无线通信系统的频谱分配方案。在T个符号周期内且在S个频率副载波上分配多个OFDM符号200。每一OFDM符号200都包括所述T个符号周期中的一个符号周期以及所述S个副载波中的音调或频率副载波。

在OFDM频率跳跃系统中，可向给定接入终端指配一个或一个以上符号200。在如图2所示的分配方案的一个实施例中，将符号的一个或一个以上跳跃区(例如，跳跃区202)指配给一组接入终端以用于经由反向链路通信。在每一跳跃区内，符号的指配可随机化以减少潜在干扰并提供频率分集来应对不利的路径效应。

每一跳跃区202都包含符号204，其被指配给与接入点的扇区通信的一个或一个以上接入终端并被指配给跳跃区。在每一跳跃周期或帧期间，T个符号周期和S个副载波内的跳跃区202的位置根据跳跃序列而变化。另外，针对跳跃区202内的个别接入终端来指配符号204对于每一跳跃周期来说可能不同。

跳跃序列可伪随机地、随机地或根据预定序列来针对每一跳跃周期选择跳跃区202的位置。将相同接入点的不同扇区的跳跃序列设计成彼此正交，以避免与所述同一接入点通信的接入终端之间的“单元内”干扰。此外，每一接入点的跳跃序列相对于附近接入点的跳跃序列可以是伪随机的。这可有助于使与不同接入点通信的接入终端之间的“单元间”干扰随机化。

在反向链路通信的情况下，将跳跃区202的符号204中的一些符号指配给从接入终端传输到接入点的导频符号。将导频符号指配给符号204优选地应支持空分多址(spacedivisionmultipleaccess，SDMA)，其中倘若存在对应于不同接入终端的足够的空间特征差异，那么重叠在同一跳跃区上的不同接入终端的信号可能由于扇区或接入点处的多个接收天线的缘故而分离。

应注意，虽然图2描绘具有七个符号周期的长度的跳跃区200，但跳跃区200的长度可为任何所需的量，其大小可在跳跃周期之间或在给定跳跃周期中的不同跳跃区之间变化。

应注意，虽然相对于利用块跳跃来描述图2的实施例，但不需要在连续跳跃周期之间改变块的位置。

参看图3，说明根据一个实施例的多路存取无线通信系统的时间频率分配的框图。时间频率分配包含时间周期300，其包含从接入点传输到与其通信的所有接入终端的广播导频符号310。时间频率分配还包含时间周期302，其包含一个或一个以上跳跃区320，每一跳跃区320都包含一个或一个以上专用导频符号322，将所述专用导频符号322传输到一个或一个以上所需的接入终端。专用导频符号322可包含施加到传输给接入终端的数据符号的相同的波束成形权数。

接入终端可利用宽带导频符号310和专用导频符号322来针对发射符号的每一发射天线与接收这些符号的接收天线之间的信道，产生关于接入终端与接入点之间的信道的信道质量信息(channelqualityinformation，CQI)。在一实施例中，信道估计值可构成噪声、信噪比、导频信号功率、衰落、延迟、路径损失、遮蔽、相关，或无线通信信道的任何其它可测量的特性。

在一实施例中，可产生CQI(其可以是有效信噪比(SNR))并将其提供到单独用于宽带导频符号310的接入点(所述CQI称为宽带CQI)。CQI也可以是经产生并提供到单独用于专用导频符号322的接入点的有效信噪比(SNR)(称为专用CQI或波束成形CQI)。CQI可包含热噪声和/或每接收天线的干扰协方差矩阵或干扰电平。可依据宽带导频310或专用导频符号322来估计干扰。以此方式，接入点可知道可用于通信的整个带宽以及已用于向接入终端进行传输的特定跳跃区的CQI。来自宽带导频符号310和专用导频符号322两者的CQI可独立地提供对待传输的下一封包、对以随机跳跃序列进行的较大指配和针对每一用户的一致跳跃区指配的更准确的速率预测。无论反馈什么类型的CQI，在一些实施例中，宽带CQI被周期性地从接入终端提供到接入点，且可用于在一个或一个以上前向链路信道(例如，前向链路控制信道)上进行功率分配。

此外，在接入终端未经调度以用于前向链路传输或被不规则地调度(即，接入终端未在每一跳跃周期期间被调度以用于前向链路传输)的那些情形中，可将宽带CQI提供到接入点以用于反向链路信道(例如，反向链路信令或控制信道)上的下一前向链路传输。此宽带CQI不包含波束成形增益，因为宽带导频符号310通常并非波束成形的。

在一个实施例(TDD系统)中，接入点可使用来自接入终端的反向链路传输基于其信道估计值来导出波束成形权数。接入点可基于包含经由专用信道(例如，专用于来自接入终端的反馈的信令或控制信道)从接入终端传输的CQI的符号来导出信道估计值。信道估计值可用于产生波束成形权数。

在另一实施例(FDD系统)中，接入点可基于在接入终端处确定的并经由反向链路传输提供到接入点的信道估计值来导出波束成形权数。如果接入终端在每一帧或跳跃周期中(不论在与前向链路传输分离还是相同的跳跃周期或帧中)还具有反向链路指配，那么可在所调度的反向链路传输中将信道估计值信息提供到接入点。所传输的信道估计值可用于产生波束成形权数。

在另一实施例(FDD系统)中，接入点可经由反向链路传输从接入终端接收波束成形权数。如果接入终端在每一帧或跳跃周期中(不论在与前向链路传输分离还是相同的跳跃周期或帧中)还具有反向链路指配，那么可在所调度的反向链路传输中将波束成形权数提供到接入点。

如本文所使用，CQI(TDD)、信道估计值(FDD)、本征波束(FDD)反馈或其组合可称为信道信息，其由接入点利用以产生波束成形权数。

参看图4，说明根据一个实施例的多路存取无线通信系统中的发射器和接收器。在发射器系统410处，从数据源412将许多数据流的业务数据提供到发射(TX)数据处理器444。在一实施例中，每一数据流都经由各自发射天线发射。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所述数据流的业务数据进行格式化、编码和交错以提供经编码的数据。在一些实施例中，TX数据处理器444基于符号正传输到达的用户和正传输出符号的天线而将波束成形权数施加到数据流的符号。在一些实施例中，可基于信道响应信息来产生波束成形权数，所述信道响应信息指示接入点与接入终端之间的传输路径的状况。可利用由用户提供的CQI信息或信道估计值来产生信道响应信息。此外，在那些经调度的传输的情况下，TX数据处理器444可基于从用户传输的等级信息来选择封包格式。

每一数据流的经编码的数据都可使用OFDM技术与导频数据多路复用。导频数据通常是已知的数据样式，其以已知方式被处理且可在接收器系统处用于估计信道响应。接着，基于为每一数据流选择的特定调制方案(例如，BPSK、QSPK、M-PSK或M-QAM)对所述数据流的经多路复用的导频和经编码的数据进行调制(即，符号映射)以提供调制符号。可通过由处理器430执行或提供的指令来确定每一数据流的数据速率、编码和调制。在一些实施例中，并行空间流的数目可根据从用户传输的等级信息而变化。

接着，将所有数据流的调制符号提供到TXMIMO处理器446，TXMIMO处理器446可对调制符号进行进一步处理(例如，进行OFDM)。接着，TXMIMO处理器446将NT个符号流提供到NT个发射器(TMTR)422a到422t。在某些实施例中，TXMIMO处理器420基于符号正传输到达的用户和正传输出符号的天线而从所述用户信道响应信息将波束成形权数施加到数据流的符号。

每一发射器422都接收并处理各自符号流以提供一个或一个以上模拟信号，并进一步调节(例如，放大、滤波和向上转换)模拟信号以提供适宜经由MIMO信道传输的经调制的信号。接着，来自发射器422a到422t的NT个经调制的信号分别从NT个天线424a到424t传输。

在接收器系统420处，所传输的经调制的信号由NR个天线452a到452r接收，且将来自每一天线452的所接收的信号提供到各自接收器(RCVR)454a到454r。每一接收器454都调节(例如，滤波、放大和向下转换)各自所接收的信号，将经调节的信号数字化以提供样本，并对样本进行进一步处理以提供相应的“所接收的”符号流。

RX数据处理器460接着基于特定的接收器处理技术而接收并处理来自NR个接收器454a到454r的NR个接收到的符号流以提供“检测到的”符号流的等级编号。下文进一步详细描述RX数据处理器460进行的处理。每一检测到的符号流都包含作为针对相应的数据流而传输的调制符号的估计值的符号。RX数据处理器460接着对每一检测到的符号流进行解调制、解交错并解码以恢复数据流的业务数据，其被提供到数据接收装置(datasink)464以进行存储和/或进一步处理。RX数据处理器460进行的处理与发射器系统410处的TXMIMO处理器446和TX数据处理器444所执行的处理互补。

由RX处理器460产生的信道响应估计值可用于执行接收器处的空间、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符号流的信号噪声与干扰比(signal-to-noise-and-interferenceratio，SNR)以及可能的其它信道特性，并将这些量提供到处理器470。RX数据处理器460或处理器470可进一步导出系统的“有效”SNR的估计值。处理器470接着提供估计出的信道信息(CSI)，其可包括关于通信链路和/或所接收的数据流的各种类型的信息。举例来说，CSI可仅包括操作的SNR。在一些实施例中，信道信息可包括信号干扰噪声比(SINR)。CSI接着由TX数据处理器478处理(其还从数据源476接收许多数据流的业务数据)，由调制器480调制，由发射器454a到454r调节，并传输回到发射器系统410。

在发射器系统410处，来自接收器系统450的经调制的信号由天线424接收，由接收器422调节，由解调器490解调制，并由RX数据处理器492处理以恢复发射器系统所报告的CSI，且将数据提供到数据接收装置494以进行存储和/或进一步处理。接着将所报告的CSI提供到处理器430并用于(1)确定将用于数据流的数据速率以及编码和调制方案，且(2)产生针对TX数据处理器444和TXMIMO处理器446的各种控制。

应注意，发射器410将多个符号流发射到多个接收器(例如，接入终端)，而接收器420将单个数据流传输到单个结构(例如，接入点)，因此说明了所描绘的不同的接收和发射链。然而，两者均可为MIMO发射器，因此使接收和发射相同。

在接收器处，可使用各种处理技术来处理NR个经接收的信号以检测NT个经发射的符号流。这些接收器处理技术可分组成两个主要类别：(i)空间和空间-时间接收器处理技术(其也称为均衡技术)；以及(ii)“连续趋零/均衡与干扰消除”接收器处理技术(其也称为“连续干扰消除”或“连续消除”接收器处理技术)。

由NT个发射天线和NR个接收天线形成的MIMO信道可分解成NS个独立信道，其中N_s≤min{N_T，N_R}。NS个独立信道中的每一者都还可称为MIMO信道的空间子信道(或传输信道)并对应于一维度。

对于全等级MIMO信道(其中N_S＝N_T≤N_R)来说，可从NT个发射天线中的每一者发射独立的数据流。所发射的数据流可经历不同的信道状况(例如，不同的衰落和多路径效应)，且针对给定量的发射功率可实现不同的信号噪声与干扰比(SNR)。此外，在那些于接收器处使用连续干扰消除处理来恢复所发射的数据流的情况下，可依据恢复数据流的特定次序而针对数据流实现不同的SNR。因此，不同的数据流可依据其所实现的SNR而支持不同的数据速率。由于信道状况通常随着时间而变化，所以每一数据流所支持的数据速率也随着时间而变化。

MIMO设计可具有两种操作模式：单代码字(singlecodeword，SCW)和多代码字(multiple-codeword，MCW)。在MCW模式中，发射器可对独立地在每一空间层上传输(可能以不同速率)的数据进行编码。接收器使用连续干扰消除(SIC)算法，其运作如下：对第一层进行解码；并接着在对经编码的第一层进行重新编码并将其与“经估计的信道”相乘之后，从接收到的信号中减去其基值，接着对第二层进行解码等等。这种“剥洋葱”方法意味着每一连续解码的层都经历不断增加的SNR，且因此可支持较高速率。在没有误差传播的情况下，具有SIC的MCW设计基于信道状况而实现最大系统传输能力。这种设计的缺点源于“管理”每一空间层的速率的负担：(a)CQI反馈增加(需要针对每一层提供一个CQI)；(b)确认(ACK)或否认(NACK)消息收发增加(每一层一个)；(c)混合ARQ(HARQ)由于每一层都可在不同传输时终止而复杂化；(d)在多普勒效应增加和/或低SNR的情况下，SIC对于信道估计误差的性能敏感性；以及(e)由于每一连续层都直到先前层被解码之后才可被解码，所以解码等待时间要求增加。

在SCW模式设计中，发射器对以“相同数据速率”在每一空间层上传输的数据进行编码。接收器可针对每一音调使用例如最小均方解(MinimumMeanSquareSolution，MMSE)或零频率(ZeroFrequency，ZF)接收器的低复杂性线性接收器，或者例如QRM的非线性接收器。这允许接收器仅针对“最佳”等级而报告CQI，且因此导致用于提供此信息的传输开销减小。

参看图5A，说明根据一个实施例的多路存取无线通信系统中的前向链路的框图。可将前向链路信道模拟成从接入点(AP)处的多个发射天线500a到500t至接入终端(AT)处的多个接收天线502a到502r的传输。前向链路信道HFL可界定为从发射天线500a到500t中的每一者至接收天线502a到502r中的每一者的传输路径的集合。

参看图5B，说明根据一个实施例的多路存取无线通信系统中的反向链路的框图。可将反向链路信道模拟成从接入终端(AT)、用户站、接入终端等处的一个或一个以上发射天线(例如，天线512t)至接入点(AP)、接入点、节点b等处的多个接收天线510a到510r的传输。反向链路信道HRL可界定为从发射天线512t至接收天线510a到510r中的每一者的传输路径的集合。

如图5A和图5B中可看出，每一接入终端(AT)都可具有一个或一个以上天线。在一些实施例中，在接入终端(AT)处，用于发射的天线512t的数目比用于接收的天线502a到502r的数目小。此外，在许多实施例中，每一接入点(AP)处的发射天线500a到500t的数目大于接入终端处的发射或接收天线的数目的任一者或两者。

在时分双工通信(timedivisionduplexedcommunication)过程中，如果接入终端处用于发射的天线的数目小于接入终端处用于接收的天线的数目，那么不存在全信道互易性(fullchannelreciprocity)。因此，接入终端处所有接收天线的前向链路信道难以获得。

在频分双工通信过程中，反馈前向链路信道矩阵的所有本征波束的信道状态信息可能由于反向链路资源有限而无效或几乎不可能。因此，接入终端处的所有接收天线的前向链路信道难以获得。

在一实施例中，对于接入点处的发射天线与接入终端处的接收天线之间的可能的传输路径的子集来说，将信道反馈从接入终端提供到接入点。

在一实施例中，反馈可由接入点基于(例如)经由导频或控制信道从接入终端传输到接入点的一个或一个以上符号所产生的CQI组成。在这些实施例中，等于接入终端处针对接入点的每一接收天线而利用的发射天线的数目的传输路径的数目的信道估计值可通过将CQI视作导频而从CQI中导出。这允许有规律地重新计算波束成形权数，且因此波束成形权数更准确地响应接入终端与接入点之间的信道的状况。这种方法减小了接入终端处所需的处理的复杂性，因为没有与在接入终端处产生波束成形权数相关的处理。可在接入点处使用从CQI中获得的信道估计值来产生波束构造矩阵，B(k)＝[h^FL(k)*b₂..b_M]，其中b₂，b₃，...，b_M是随机向量，且h^FL(k)是通过使用CQI作为导频而导出的信道。可通过确定接入点(AP)处的hRL(k)来获得hFL(k)的信息。注意，hRL(k)是在反向链路上从接入终端(AT)的发射天线发射的响应性导频符号的信道估计值。应注意，hRL仅针对接入终端处的发射天线的数目(图5B中描绘为1)而提供，所述发射天线的数目小于接入终端处的接收天线的数目(图5A中描绘为r)。通过利用矩阵Λ校准hRL(k)来获得信道矩阵hFL(k)，矩阵Λ是反向链路信道与从接入终端接收的计算出的前向链路信息之间的差的函数。在一个实施例中，可如下所示界定矩阵Λ，其中λ₁是每一信道的校准误差，

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

为了计算校准误差，可利用前向链路和反向链路信道信息两者。在一些实施例中，可基于总体信道状况以有规律的间隔来确定系数λ₁，且系数λ₁并非特定针对与接入点通信的任何特定接入终端。在其它实施例中，可通过利用来自与接入点通信的接入终端中的每一者的平均值来确定系数λ₁。

在另一实施例中，反馈可由在接入终端处基于从接入点传输的导频符号而计算出的本征波束组成。本征波束可在若干前向链路帧上进行平均或与单个帧相关。此外，在一些实施例中，本征波束可在频域中的多个音调上进行平均。在其它实施例中，仅提供前向链路信道矩阵的优势本征波束。在其它实施例中，优势本征波束可针对时域中的两个或两个以上帧进行平均，或者可在频域中的多个音调上进行平均。这样做可减少接入终端处的计算复杂性和将本征波束从接入终端提供到接入点所需的传输资源两者。提供2个经量化的本征波束时，在接入点处产生的示范性波束构造矩阵给定为：B(k)＝[q₁(k)q₂(k)b₃...b_M]，其中q_i(k)是所提供的经量化的本征波束，且b3...bM是伪向量(dummyvector)或另外由接入终端产生。

在另一实施例中，反馈可由在接入终端处基于从接入点传输的导频符号而计算出的经量化的信道估计值组成。信道估计值可在若干前向链路帧上进行平均或与单个帧相关。此外，在一些实施例中，信道估计值可在频域中的多个音调上进行平均。提供FL-MIMO信道矩阵的2个行时，在接入点处产生的示范性波束构造矩阵给定为：B(k)＝[<H^FL>₁<H^FL>₂b₃...b_M]，其中<H^FL>_i是FL-MIMO信道矩阵的第i行。

在另一实施例中，反馈可包括在接入终端处基于从接入点传输的导频符号而计算出的信道的二次统计量(即，发射相关矩阵)。二次统计量可在若干前向链路帧上进行平均或与单个帧相关。在一些实施例中，信道统计量可在频域中的多个音调上进行平均。在此情况下，可从AP处的发射相关矩阵中导出本征波束，且波束构造矩阵可创建为：B(k)＝[q₁(k)q₂(k)q₃(k)...q_M(k)]，其中q_i(k)是本征波束。

在另一实施例中，反馈可包括在接入终端处基于从接入点传输的导频符号而计算出的信道的二次统计量(即，发射相关矩阵)的本征波束。本征波束可在若干前向链路帧上进行平均或与单个帧相关。此外，在一些实施例中，本征波束可在频域中的多个音调上进行平均。在其它实施例中，仅提供发射相关矩阵的优势本征波束。优势本征波束可在若干前向链路帧上进行平均或与单个帧相关。此外，在一些实施例中，优势本征波束可在频域中的多个音调上进行平均。反馈2个经量化的本征波束时的示范性波束构造矩阵给定为：B(k)＝[q₁(k)q₂(k)b₃...b_M]，其中q_i(k)是发射相关矩阵的每跳跃的经量化的本征波束。

在另外的实施例中，可通过从CQI中获得的信道估计值与优势本征波束反馈的组合来产生波束构造矩阵。示范性波束构造矩阵给定为：

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

其中x1是特定hFL的优势本征波束，且h_FL ^*基于CQI。

在其它实施例中，反馈可由CQI和估计出的本征波束、信道估计值、发射相关矩阵、发射相关矩阵的本征波束或其任何组合组成。

可使用从CQI中获得的信道估计值、估计出的本征波束、信道估计值、发射相关矩阵、发射相关矩阵的本征波束或其任何组合来在接入点处产生波束构造矩阵。

为了形成用于每一传输的波束成形向量，执行波束构造矩阵B的QR分解以形成伪本征向量(pseudo-eigenvector)，所述伪本征向量每一者都对应于从MT个天线传输到特定接入终端的一组传输符号。

V＝QR(B)

V＝［v₁v₂...v_M]是伪本征向量。等式6

波束成形向量的个别标量表示施加到从MT个天线传输到每一接入终端的符号的波束成形权数。接着通过以下等式来形成这些向量：

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

其中M是用于传输的层的数目。

为了确定应使用多少个本征波束(等级预测)以及应使用何种传输模式来获得最大本征波束成形增益，可利用若干方法。如果接入终端未经调度，那么可基于宽带导频计算出估计值(例如可包含等级信息的7位信道估计值)，并将其与CQI一起报告。从接入终端传输的控制或信令信道信息在解码之后充当反向链路的宽带导频。通过使用此信道，可如上所示计算出波束成形权数。计算出的CQI还为发射器处的速率预测算法提供信息。

或者，如果接入终端经调度以在前向链路上接收数据，那么可基于经波束成形的导频符号(例如，来自图3的导频符号322)计算出CQI(例如，包含最佳等级的CQI和针对所述等级的CQI)，并经由反向链路控制或信令信道反馈所述CQI。在这些情况下，信道估计值包含本征波束成形增益，并提供针对下一封包的更准确的速率和等级预测。并且，在一些实施例中，可以宽带CQI周期性地破坏波束成形CQI，且因此在此类实施例中，波束成形CQI可能并非始终可用。

如果接入终端经调度以在前向链路和反向链路上接收数据，那么CQI(例如，CQI)可基于经波束成形的导频符号，且还可在带内(即，在向接入点进行反向链路传输期间)被报告。

在另一实施例中，接入终端可计算针对所有等级的基于宽带导频的CQI和基于跳跃的导频信道CQI。此后，接入终端可计算由于接入点处的波束成形而提供的波束成形增益。可通过宽带导频与基于跳跃的导频的CQI之间的差来计算波束成形增益。在计算出波束成形增益之后，可将其因子分解成宽带导频的CQI计算，以形成针对所有等级的宽带导频的更准确的信道估计值。最后，从这个有效宽带导频信道估计值中获得包含最佳等级和针对所述等级的信道估计值的CQI，并经由控制或信令信道将所述CQI反馈到接入点。

参看图6，说明根据一个实施例的多路存取无线通信系统中的发射器系统的框图。发射器600基于信道信息利用控制单输入单输出(SISO)编码器604的速率预测块602来产生信息流。

视由速率预测块602指配的封包格式(PF)624而定，位由编码器块606进行涡轮编码，并由映射块608映射到调制符号。经编码的符号接着由解多路复用器610解多路复用到M_T个层612，所述M_T个层612被提供到波束成形模块614。

波束成形模块614依据波束成形权数将被传输到达的接入终端来产生波束成形权数，其用于改变M_T个层612的符号中的每一者的传输功率。可依据由接入终端传输到接入点的控制或信令信道信息来产生本征波束权数。可根据上文参看图5A和图5B描述的实施例中的任一者来产生波束成形权数。

波束成形之后的M_T个层612被提供到OFDM调制器618a到618t，所述OFDM调制器使输出符号流与导频符号交错。接着，针对每一发射天线的OFDM处理以相同方式从620a进行到620t，其后经由MIMO方案传输信号。

在SISO编码器604中，涡轮编码器606对数据流进行编码，且在一实施例中使用1/5编码速率。应注意，可利用其它类型的编码器和编码速率。符号编码器608将经编码的数据映射成群集符号(constellationsymbol)以供传输。在一个实施例中，所述群集可以是正交-振幅群集。虽然本文描述SISO编码器，但可利用包含MIMO编码器的其它编码器类型。

速率预测块602处理CQI信息(包含等级信息)，所述CQI信息在针对每一接入终端的接入点处被接收。可基于宽带导频符号、基于跳跃的导频符号或两者来提供等级信息。等级信息用于确定将由速率预测块602传输的空间层的数目。在一实施例中，速率预测算法可约每隔5毫秒使用一个5位CQI反馈622。使用若干技术来确定封包格式(例如，调制速率)。题为“PerformanceBasedRankPredictionforMIMODesign”的第11/021,791号共同待决美国专利申请案以及题为“CapacityBasedRankPredictionforMIMODesign”的第11/022,347号美国专利申请案中描绘并揭示了示范性技术，所述两个专利申请案如其全文中所陈述般以引用的方式并入本文中。

参看图7，说明根据一个实施例的多路存取无线通信系统中的接收器系统的框图。图7中，每一天线702a到702t都接收既定针对接收器700的一个或一个以上符号。天线702a到702t每一者都耦合到OFDM解调器704a到704t，OFDM解调器704a到704t每一者都耦合到跳跃缓冲器706。OFDM解调器704a到704t每一者都将OFDM接收的符号解调制成接收到的符号流。跳跃缓冲器706针对所接收到的符号在其中传输的跳跃区而存储所接收到的符号。

将跳跃缓冲器706的输出提供到编码器708，编码器708可以是独立地处理OFDM带的每一载波频率的解码器。跳跃缓冲器706和解码器708两者都耦合到基于跳跃的信道估计器710，基于跳跃的信道估计器710使用前向链路信道的估计值以及本征波束权数来对信息流进行解调制。接着，将由解调器712提供的经解调制的信息流提供到对数似然比(log-likelihood-ratio，LLR)块714和解码器716(其可以是涡轮解码器或其它解码器以与接入点处所使用的编码器匹配)，其提供经解码的数据流以供处理。

参看图8，说明根据一个实施例的产生波束成形权数的流程图。从存储器或缓冲器读取CQI信息，方框800。另外，可用从接入终端提供的本征波束反馈来代替CQI信息。所述信息可存储在缓冲器中或可被实时处理。将CQI信息用作导频来构造前向链路的信道矩阵，方框802。可如参看图5A和图5B所论述来构造波束构造矩阵。接着分解波束构造矩阵，方框804。所述分解可以是QR分解。接着可针对将传输到接入终端的下一跳跃区的符号，产生表示波束成形权数的本征向量，方框806。

参看图9，说明根据另一实施例的产生波束成形权数的流程图。从存储器或缓冲器读取从接入终端提供的信道估计值信息，方框900。信道估计值信息可存储在缓冲器中或可被实时处理。利用信道估计值信息来构造前向链路的波束构造矩阵，方框902。可如参看图5A和图5B所论述来构造波束构造矩阵。接着分解波束构造矩阵，方框904。所述分解可以是QR分解。接着可针对将传输到接入终端的下一跳跃区的符号而产生表示波束成形权数的本征向量，方框906。

参看图10，说明根据又一实施例的产生波束成形权数的流程图。从存储器或缓冲器读取从接入终端提供的本征波束信息，方框1000。另外，还读取信道信息，方框1002。信道信息可包括CQI、信道估计值、SINR、SNR和/或二次信道统计量(无论最初在何处产生)。本征波束信息和信道信息可存储在缓冲器中或可被实时处理。利用本征波束信息和信道信息来构造前向链路的波束构造矩阵，方框1004。可如参看图5A和图5B所论述来构造波束构造矩阵。接着分解波束构造矩阵，方框1006。所述分解可以是QR分解。接着可针对将传输到接入终端的下一跳跃区的符号而产生表示波束成形权数的本征向量，方框1008。

参看图11，说明根据一个实施例的确定一种类型的CQI和等级以进行反馈的流程图。确定接入终端是否经调度以接收传输，方框1100。在一实施例中，这可基于接入终端是否经调度以在下一跳跃周期中接收符号。在其它实施例中，这可基于接入终端是否经调度以在随后N个跳跃周期的一者或一者以上中接收符号，其中N基于系统参数。

如果接入终端未经调度，那么基于宽带导频符号来确定信道信息(例如，CQI)和最佳等级，方框1102。如果接入终端经调度，那么另外确定跳跃周期的数目是否由于已提供了经波束成形的信道信息而大于N个跳跃周期，方框1104。

如果所述数目小于N，那么提供宽带信道信息以及基于所述信道信息的最佳等级(方框1106)，或者提供混合信道信息以及基于所述信道信息的最佳等级(方框1108)。提供宽带信道信息还是混合信道信息可基于系统设计。或者，可以交替信号的形式或基于预定样式来提供宽带信道信息和混合信道信息。

如果所述数目大于N，那么提供经波束成形的信道信息以及基于所述信道信息的最佳等级(方框1110)，或者提供混合信道信息以及基于所述信道信息的最佳等级(方框1108)。提供经波束成形的信道信息还是混合信道信息可基于系统设计。或者，可以交替信号的形式或基于预定样式来提供经波束成形的信道信息和混合信道信息。

参看图12，说明根据另一实施例的确定一种类型的CQI和等级以进行反馈的流程图。确定接入终端是否经调度以接收传输，方框1200。在一实施例中，这可基于接入终端是否经调度以在下一跳跃周期中接收符号。在其它实施例中，这可基于接入终端是否经调度以在随后N个跳跃周期的一者或一者以上中接收符号，其中N基于系统参数。

如果接入终端未经调度，那么基于宽带导频符号来确定信道信息(例如，CQI)和最佳等级，方框1202。如果接入终端经调度，那么另外确定当前跳跃区与先前跳跃区的位置之间的距离是否大于阈值，方框1204。先前跳跃区可以是针对紧接着在前面的跳跃周期或针对早于当前跳跃周期的一跳跃周期的跳跃区。所述阈值可以是系统参数的函数。

如果所述距离大于阈值，那么提供宽带信道信息以及基于所述信道信息的最佳等级(方框1206)，或者提供混合信道信息以及基于所述信道信息的最佳等级(方框1208)。提供宽带信道信息还是混合信道信息可基于系统设计。或者，可以交替信号的形式或基于预定样式来提供宽带信道信息和混合信道信息。

如果所述距离小于阈值，那么提供经波束成形的信道信息以及基于所述信道信息的最佳等级(方框1210)，或者提供混合信道信息以及基于所述信道信息的最佳等级(方框1208)。提供经波束成形的信道信息还是混合信道信息可基于系统设计。或者，可以交替信号的形式或基于预定样式来提供经波束成形的信道信息和混合信道信息。

应注意，可跳过方框1104或方框1204，且如果接入终端经调度，那么可根据系统设计或预定样式来提供经波束成形的信道信息或混合信道信息。

可利用TX处理器444或478、TXMIMO处理器446、RX处理器460或492、处理器430或470、存储器432或472及其组合来执行上述过程。参看图5A、图5B和图6-10描述的另外的过程、操作和特征可在任何处理器、控制器或其它处理装置上执行，且可作为源代码、目标代码或以另外的方式被存储为计算机可读媒体中的计算机可读指令。

本文描述的技术可通过各种方法来实施。举例来说，这些技术可以硬件、软件或其组合的形式实施。对于硬件实施方案来说，接入点或接入终端内的处理单元可在一个或一个以上专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理装置(DSPD)、可编程逻辑装置(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、经设计以执行本文描述的功能的其它电子单元或其组合内实施。

对于软件实施方案来说，本文描述的技术可用执行本文描述的功能的模块(例如，程序、函数等)来实施。软件代码可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或处理器外部实施，在后一种情况下，存储器单元可经由此项技术中已知的各种方法通信地耦合到处理器。

提供所揭示的实施例的先前描述以使所属领域的技术人员能够制造或使用本文揭示的特征、功能、操作和实施例。所属领域的技术人员可易于了解对于这些实施例的各种修改，且本文所定义的一般原理可在不偏离其精神或范围的情况下应用于其它实施例。因此，不希望本发明限于本文展示的实施例，而是希望本发明符合与本文所揭示的原理和新颖特征一致的最广泛范围。

Claims (7)

1.一种用于多输入多输出通信系统中的波束成形和速率控制的设备，其包括：

存储器；以及

处理器，其与所述存储器耦合，所述处理器可操作以

确定所述无线通信装置是否经调度以在N个随后的跳跃周期的至少一者中接收符号；

如果所述无线通信装置经调度以接收符号，那么基于经波束成形的导频符号计算信道质量信息CQI，其中信道估计值包括本征波束成形增益；以及

如果所述无线通信装置未经调度以接收符号，那么基于宽带导频计算出所述信道估计值，其中所述信道估计值用于计算波束成形权数。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述信道估计值由5个位组成。

3.一种用于多输入多输出通信系统中的波束成形和速率控制的方法，其包括：

确定无线通信装置是否经调度以在N个随后的跳跃周期的至少一者中接收符号；

如果所述无线通信装置经调度以接收符号，那么基于经波束成形的导频符号计算信道质量信息CQI，其中信道估计值包括本征波束成形增益；以及

如果所述无线通信装置未经调度以接收符号，那么基于宽带导频计算出所述信道估计值，其中所述信道估计值用于计算波束成形权数。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述信道估计值由5个位组成。

5.一种用于多输入多输出通信系统中的波束成形和速率控制的方法，其包括：

确定无线通信装置是否经调度以接收符号；

如果所述无线通信装置经调度以接收符号，那么基于经波束成形的导频符号计算信道质量信息CQI，其中信道估计值包括本征波束成形增益；以及

如果所述无线通信装置未经调度以接收符号，那么基于宽带导频计算出所述信道估计值，其中所述信道估计值用于计算波束成形权数；

其中仅基于优势本征波束来产生波束成形信道信息。

6.一种用于多输入多输出通信系统中的波束成形和速率控制的设备，其包括：

用于确定无线通信装置是否经调度以在N个随后的跳跃周期的至少一者中接收符号的装置；

用于如果所述无线通信装置经调度以接收符号，那么基于经波束成形的导频符号计算信道质量信息CQI的装置，其中信道估计值包括本征波束成形增益；以及

用于如果所述无线通信装置未经调度以接收符号，那么基于宽带导频计算出所述信道估计值的装置，其中所述信道估计值用于计算波束成形权数。

7.根据权利要求6所述的设备，其中所述信道估计值由5个位组成。