CN101252417A - 在无线通信系统中传送信息的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于无线局域网(WLAN)中利用探测包来实现显式反馈的方法和系统。所述方法包括：基于当前引导矩阵产生多个射频(RF)链信号，其中所述引导矩阵是非单位矩阵；通过所述多个射频链信号请求反馈信息，所述请求包括MAC层PDU数据和信道探测信息，所述MAC层PDU数据和信道探测信息被封装在PHY层PDU中。所述系统包括：波束成型模块，基于当前引导矩阵产生多个射频链信号，其中所述当前引导矩阵是非单位矩阵；处理器，通过多个射频链信号发送反馈信息请求。该请求包括MAC层PDU数据和信道探测信息，被封装在PHY层PDU中。

Description

在无线通信系统中传送信息的方法和系统

技术领域

本发明涉及无线通信，更具体地说，本发明涉及一种用于无线局域网(WLAN)中用探测包显式反馈的量化方法和系统。

背景技术

多输入多输出(MIMO)系统是可以利用多个发射天线发射信号和/或利用多个接收天线接收信号的无线通信系统。MIMO系统之间的通信可以基于国际电气电子工程师协会(IEEE)的规范进行。接收到信号Y的MIMO系统可以基于该已接收到的信号计算信道估计矩阵H。所接收到的信号可能包括由多个信息源产生的信息。每一个所述信息源涉及一个空域数据流。当发射对应的信号X时，MIMO发射系统可以利用多个发射天线。当接收所述信号Y时，MIMO接收系统可以利用多个接收天线。针对下行射频(RF)信道的信道估计矩阵H_down可以描述出由发射机到接收机的发送路径中的无线传输媒介的特性。针对上行射频(RE)信道的信道估计矩阵H_up可以描述出由接收机到发射机的发送路径中的无线传输媒介的特性。

根据对等原则(principle of reciprocity)，由发射机到接收机的发送路径中的无线传输媒介的特性可以被看成与由接收机到发射机的发送路径中的无线传输媒介的对应特性是一致的。然而，信道估计矩阵H_down可能与上行射频(RF)信道的对应信道估计矩阵H_up不相等。例如，噪声电平如环境噪声电平，在发射机附近与接收机附近可能有不同的噪声电平。类似地，干扰电平，例如由其他电磁设备产生的电磁干扰，在发射机附近与接收机附近可能有不同的干扰电平。在发射机或者接收机处，也可能存在电交叉耦合，例如与一接收天线或者一发射天线相关的电路和与另一接收天线或者另一发射天线相关的电路之间的漏电电流。

假设H_up＝H_down的所述对等原则还基于这样的假设，即在发射机或者接收机处的特定天线被指定作为发射天线和/或接收天线使用。在发射机处，假定有被接收机使用的多个接收天线N_RX。在接收机处，假定有被发射机使用的多个发射天线N_TX。如果发射机端的至少一部分天线的分配变化了，对应的信道估计矩阵H′_up将不等于H_down。类似地，如果接收机端的至少一部分天线的分配变化了，对应的信道估计矩阵H′_down将不等于H_up。因此，在发射机和/或接收机处重新分配天线之后，即当H_up不等于H′_down，或者H′_up不等于H_down，或者H′_up不等于H′_down，所述对等原则不能再用来描述发射机与接收机之间的通信特征。

所述对等原则可以实现WLAN接收设备A接收来至于WLAN发射设备B的信号Y，并为由WLAN发射设备B到WLAN接收设备A的传输路径估算出信道估计矩阵H_down。基于该信道估计矩阵H_down，并基于由WLAN发射设备A到WLAN接收设备B的传输路径的信道估计矩阵H_up有H_up＝H_down关系的假设，WLAN设备A可以通过上行射频(RF)信道发射后续信号X到WLAN设备B。当所述WLAN设备A和B是MIMO系统时，可以在每一个WLAN设备端配置并使用相关的波束成型矩阵(beamforming matrices)来发射和/或接收信号。

波束成型是一种信号处理方法，该方法使得MIMO发射系统可在发射的信号X中合并多个空域数据流。波束成型包括计算波束成型系数矩阵。所述波束成型系数可用来计算多个加权和，该加权和表示来至于所述多个空域数据流中至少一部分数据流的信号强度级的对应合并。每一个加权和指的是一个射频(RF)链。WLAN发射设备可以同时从多个发射天线中的每一个天线来发射一个射频(RF)链。发射的信号X可以包括所述多个发射的射频(RF)链。波束成型也可以是一种使MIMO接收系统可在收到的信号Y中分离出各个空域数据流的信号处理方法。

由于对等原则中假设条件的错误，WLAN发射设备端的波束成型矩阵，和/或WLAN接收设备端的等效矩阵，可能被错误地配置。发射的信号X中，从与第i个空域数据流相关的信号的角度而言，与第j个空域数据流相关信号代表干扰或者噪声。错误的配置一个或者多个波束成型矩阵将会减弱WLAN接收设备消除第i个空域数据流和第j个空域数据流之间的干扰的能力。因此，接收到的信号Y的信噪比(SNR)被减弱。当WLAN接收设备解码出包含在所述接收到的信号Y中的信息时，还会存在被升高的误包率(PER)。这些情况从而导致WLAN发射设备和WLAN接收设备之间通信时的信息传输率被降低(以比特/秒为单位来衡量)。

在一些MIMO系统中，WLAN发射设备可基于发射端的信道状态信息(CSIT)发射多个空域数据流。所述CSIT可取决于从WLAN接收设备B发送给WLAN发射设备A的反馈信息。基于该CSIT，WLAN发射设备A可以计算出信道估计矩阵H_down的估计值。

信道探测(channel sounding)是一种使WLAN发射设备可以接收来自于WLAN接收设备的CSIT信息的方法。当执行信道探测过程时，WLAN发射设备可以发射一个或者多个探测帧到WLAN接收设备。在某些MIMO系统中，探测帧可以不需要进行波束成型而通过多个射频(RF)链发射。这种情况下，用来从多个空间数据流产生多个RF链的矩阵为单位矩阵。

当接收到探测帧时，WLAN接收设备开始计算信道状态信息(CSI)。所述CSI可以用信道估计矩阵H表示。CSI可以作为反馈信息发送给WLAN发射设备。当发射信号用以发送CSI到WLAN发射设备的时候，WLAN接收设备可以不利用波束成型。WLAN发射设备可以利用接收到的反馈信息来产生波束成型矩阵。WLAN发射设备可以利用该波束成型矩阵来发射一个或者多个后续帧，该后续帧包括后续发射信号X中的数据。在接收到所述后续帧之后，WLAN接收设备发射确认帧到WLAN发射设备。当发射信号用以发送所述确认帧到WLAN发射设备时候，WLAN接收设备可以不利用波束成型。

在一些MIMO系统中，所述信道探测过程包括一个或者多个时间段，在这些时间段内多个射频(RF)链可以不利用波束成型而发射。在这些周期内，WLAN发射设备不能在一个发射的信号X中发送来自一个或者多个空域数据流的数据，从而WLAN接收设备也不能从接收的信号Y中产生每一个空域数据流的估计值。在这点上，所需用来执行信道探测过程的时间量会导致WLAN发射设备和WLAN接收设备之间的信息传输率的降低。

通过与本申请后续部分结合附图介绍的本发明的多个方面进行比较，现有和传统方法中存在的限制和弊端，对本领域的普通技术人员来说将变得非常明显。

发明内容

本发明提出一种用于WLAN中利用探测包实现显式反馈的系统和/或方法。

根据本发明的一个方面，本发明提供一种在无线通信系统中传送信息的方法，所述方法包括：

基于当前引导矩阵(steering matrix)产生多个射频(RF)链信号，其中所述引导矩阵是非单位矩阵；

通过所述多个射频链信号请求反馈信息，所述请求包括介质访问控制(MAC)层协议数据单元(PDU)数据和信道探测信息，所述MAC层PDU数据和信道探测信息被封装在物理(PHY)层PDU中。

作为优选，所述方法进一步包括：接收所述反馈信息。

作为优选，所述方法进一步包括：基于所述接收到的反馈信息计算后续引导矩阵。

作为优选，所述方法进一步包括：基于所述接收到的反馈信息计算后续引导矩阵。

作为优选，所述接收到的反馈信息至少包括以下其中之一：信道估计矩阵和计算所述后续引导矩阵时的反馈引导矩阵。

作为优选，所述后续引导矩阵就是所述反馈引导矩阵。

作为优选，所述反馈引导矩阵包括Nss行和Nss列，其中Nss是变量，代表通过所述多个射频链信号发射的数据流的数量。

作为优选，所述方法进一步包括：使用奇异值分解(SVD)方法从所述信道估计矩阵中计算出所述后续引导矩阵。

根据本发明的一个方面，本发明提供一种在无线通信系统中传送信息的系统，所述系统包括：

至少一个电路，所述至少一个电路基于当前引导矩阵产生多个射频链信号，其中所述引导矩阵是非单位矩阵；

所述至少一个电路实现通过所述多个射频链信号的反馈信息请求的传输，所述请求包括MAC层PDU数据和信道探测信息，所述MAC层PDU数据和信道探测信息被封装在物理(PHY)层PDU中。

作为优选，所述至少一个电路接收所述反馈信息。

作为优选，所述至少一个电路基于所述接收到的反馈信息计算后续引导矩阵。

作为优选，所述至少一个电路基于所述后续引导矩阵发射后续MAC层PDU数据。

作为优选，所述接收到的反馈信息包括以下至少之一：信道估计矩阵和计算所述后续引导矩阵时的反馈引导矩阵。

作为优选，所述后续引导矩阵就是所述反馈引导矩阵。

作为优选，所述反馈引导矩阵包括Nss行和Nss列，其中Nss是变量，代表通过所述多个射频链信号发射的数据流的数量。

作为优选，所述至少一个电路使用奇异值分解方法从所述信道估计矩阵中计算出所述后续引导矩阵。

根据本发明的一个方面，本发明提供一种在无线通信系统中传送信息的系统，所述系统包括：

至少一个电路，所述至少一个电路基于当前引导矩阵产生多个射频链信号，其中所述引导矩阵是非单位矩阵；

所述至少一个电路实现通过所述多个射频链信号的反馈信息请求的传输。

作为优选，所述至少一个电路接收所述反馈信息。

作为优选，所述至少一个电路基于所述接收到的反馈信息计算后续引导矩阵。

作为优选，所述接收到的反馈信息包括以下至少之一：信道估计矩阵和计算所述后续引导矩阵时的反馈引导矩阵。

作为优选，所述后续引导矩阵就是所述反馈引导矩阵。

作为优选，所述反馈引导矩阵包括Nss行和Nss列，其中Nss是变量，代表通过所述多个射频链信号发射的数据流的数量。

作为优选，所述至少一个电路使用奇异值分解方法从所述信道估计矩阵中计算出所述后续引导矩阵。

作为优选，所述至少一个电路实现发送以下至少一个请求：通过基于所述后续引导矩阵而产生的后续多个射频链信号的调制类型信息和编码类型信息，所述请求包括以下至少其一：MAC层PDU数据、调制和编码请求，被封装在物理层PDU中。

作为优选，所述至少一个电路接收确认物理层PDU，包括以下至少之一：所述调制类型信息和所述编码类型信息。

作为优选，所述至少一个电路基于所述接收到的确认物理层PDU发射后续数据。

本发明的这些与其他的优点、方面以及新特性，以及其具体的实施例，可以从下文的描述和图中得到更加完全的理解。

附图说明

图1是结合本发明实施例使用的无线数据通信系统的示意框图；

图2是结合本发明实施例使用的无线收发器的示意框图；

图3是结合本发明实施例使用的信道反馈的示意框图；

图4是结合本发明实施例使用的波束成型的示意框图；

图5是结合本发明实施例使用的MIMO发射机的示意框图；

图6是结合本发明实施例使用的在现有传统的信道探测过程中进行帧交换的示意图；

图7是依据本发明实施例在信道探测过程中利用非单位引导矩阵进行帧交换的示意图；

图8是依据本发明实施例在信道探测帧中发射数据所进行的帧交换的示意图；

图9是结合本发明实施例使用的信号报头字段的示意框图；

图10是依据本发明实施例在信道探测帧中发射数据所进行的帧交换的流程图；

图11是依据本发明实施例在利用非单位引导矩阵发射信道探测帧时所进行的帧交换的流程图。

具体实施方式

本发明的实施例涉及一种用于WLAN中利用探测包实现显式反馈的方法和系统。在本发明的一个典型的实施例中，WLAN发射设备可以利用波束成型来发射探测帧，该探测帧包含有来自于多个空域数据流的数据。因此，在利用当前引导矩阵(非单位矩阵)通过波束成型射频(RF)链继续发送数据的同时，所述WLAN发射设备可以启动信道探测过程。在这点上，所述探测帧可以是通过一个或者多个波束成型射频链发射的数据帧上捎带的(piggybacked)。基于从WLAN接收设备接收到的反馈信息，所述WLAN发射设备可以产生后续引导矩阵。所述后续引导矩阵可以用于通过后续多个射频(RF)链来发射后续数据。在本发明的这个典型的实施例中，与传统的信道探测过程方法相比较，本发明执行信道探测过程所需的时间量得到缩减。

在本发明的另外一个典型的实施例中，通过多个RF链利用非单位矩阵的引导矩阵发射探测帧，可以启动信道探测过程。基于从WLAN接收设备接收到的反馈信息，WLAN发射设备可以产生后续引导矩阵。所述后续引导矩阵又可用于通过后续多个RF链发射包含数据的后续帧。

图1是结合本发明实施例使用的无线数据通信系统的示意方框。参考图1，给出了分布式系统(DS)110、扩展服务集(ESS)120、IEEE 802局域网(LAN)或广域网(WAN)122。扩展服务集(ESS)120包括第一基本服务集(BSS)102和第二基本服务集(BSS)112。第一基本服务集(BSS)102包括第一802.11 WLAN站点104、第二802.11 WLAN站点106和接入点(AP)108。第二基本服务集112包括第一802.11 WLAN站点114、第二802.11 WLAN站点116和接入点118。IEEE 802局域网122或者广域网可包括局域网或者广域网站点124和关口(portal)126。IEEE 802.11 WLAN站点，或者IEEE 802.11 WLAN设备，是WLAN系统，该系统至少可以兼容IEEE 802.11标准的一部分。

WLAN是一种通信网络环境，该环境包括多个可以通过一个或者多个上行和/或下行射频信道进行无线通信的WLAN设备。基本服务集102或者112可以是IEEE 802.11 WLAN的一部分，该服务集至少包括两个IEEE 802.11WLAN站点，例如，第一802.11 WLAN站点104、第二802.11 WLAN站点106和接入点108，这些可是基本服务集102的成员部分。基本服务集102中的非接入点站点，即第一802.11 WLAN站点104、第二802.11 WLAN站点106，可分别建立与接入点108的关联。接入点，例如接入点108，可实现为以太网交换机、桥接器或者WLAN中的其它设备。类似地，基本服务集112中的非接入点站点，即第一802.11 WLAN站点114、第二802.11 WLAN站点116，可分别建立与接入点118的关联。一旦第一802.11 WLAN站点104和接入点108之间形成关联，接入点108便把第一802.11 WLAN站点104的可连接信息传输给与扩展服务集120相关的其它接入点，例如接入点118，和关口，例如关口126。之后WLAN站点104可以通过基本服务集102进行信息无线传输。接着，接入点118将关于第一802.11 WLAN站点104的可连接信息传送给基本服务集112内的各站点。可以通过例如以太网交换机或者局域网内的其它设备来实现的关口126可以将关于第一802.11 WLAN站点104的可连接信息传送到局域网或者广域网122内的站点，例如802局域网或者广域网站点124。关于WLAN站点104的可连接信息的传输，可以使不在基本服务集102内但与扩展服务集120相关的站点能够通过扩展服务集120与第一WLAN站点104进行无线通信。

分布式系统110提供有基础设施，该基础设施使得基本服务集102内的第一WLAN站点104能够与另一个基本服务集112内的第一WLAN站点114进行无线通信。分布式系统110还可以使基本服务集102内的第一WLAN站点104能够与LAN或者WAN 122内的站点124之间进行通信，其中该IEEE802 LAN或WAN 122可实现为例如有线802 LAN或者WAN。接入点108、接入点118或者关口126可以提供有一种手段，通过该手段，基本服务集102、基本服务集112或者LAN或者WAN 122内的站点可以通过分布式系统110传送信息。

基本服务集102内的第一WLAN站点104可通过无线的方式发射信息到接入点108，接入点108再通过分布式系统110发送该信息到接入点118，然后接入点118以无线的方式发送该信息到基本服务集112内的站点114，通过这种方式，基本服务集102内的第一WLAN站点104便可以与另一个基本服务集112内的第一WLAN站点114进行无线信息传输。第一WLAN站点104通过无线的方式发送信息到接入点108，接入点108通过分布式系统110发送该信息到关口126，接着关口126发送该信息到LAN或者WAN 122内的802 LAN或WAN站点124，通过这种方式，第一WLAN站点104便可以与LAN或WAN 122内的802 LAN或WAN站点124进行无线通信。分布式系统110可以采用通过射频信道的无线通信、有线通信例如IEEE 802.3或者以太网，或这些技术的结合。

当传输信息的时候，WLAN站点，例如104、114，或者接入点，例如108、118，可以采用一个或者多个发射天线和一个或者多个接收天线。利用多个发射天线和/或多个接收天线的WLAN站点或者接入点便可称为MIMO系统。

图2是结合本发明实施例使用的无线收发器的示意框图。例如，可以结合关口126、接入点106和/或802.11 WLAN站点104一起使用该无线收发器。收发器的典型实施例可以是无线网络接口子系统。参考图2给出了收发器274、射频前端280、一个或者多个接收天线276a、......、276n和一个或者多个发射天线278a、......、278n。收发器274包括处理器282、存储器272、接收机284和发射机286。

处理器282根据可适用的通信标准执行数字接收机和/或发射机功能。这些功能包括但是不限于相关协议参考模型的较低层所执行的任务。这些任务进一步包括物理层会聚协议(PLCP)、物理介质相关协议(PMD)和相关的物理层管理功能。这些任务可进一步包括在相关标准中规定的MAC层功能。

存储器272包括适当的逻辑、电路和/或代码，用来实现存储和/或者取回数据和/或代码。例如，存储的代码可包括桥接和/或路由协议的实现。存储的数据包括基于路由和/或桥接协议的执行所编译的数据。存储的数据还包括接收到的数据和/或将要发送的数据。被取回的数据和/或代码分配有存储器272内的物理资源用于存储。随后被存储的数据和/或代码便可以取回。被取回的数据和/或代码可由存储器272输出并传送给直接和/或间接与存储器272通信连接的其它设备、部件和/或子系统。存储器272可使被存储的数据和/或代码依然存储于其内和/或之后可被取回，直到对存储资源进行了重新分配。物理资源的重新分配可基于接收到的指令进行，如从存储器272擦除所存储的数据和/或代码，或分配物理资源以用来存储后续数据和/或代码。该存储器可以利用多种存储媒质技术如易挥发性存储器，例如随机存取存储器(RAM)，和/或非挥发性存储器，例如电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)。

接收机284可执行数字接收机功能，该功能包括但是不限于快速傅立叶变换处理、波束成型处理、均衡、解映射、解调制控制、解交织、解打孔(depuncture)和解码。发射机286可以执行数字发射机功能，该功能包括但是不限于编码、打孔、交织、映射、调制控制、逆快速傅里叶变换处理、波束成型处理。射频前端280可通过一个或者多个天线276a、......、276n接收模拟射频信号，把该模拟射频信号转换成基带信号并产生所接收的模拟基带信号的等效数字形式。射频前端280还可以将数字基带信号转换成模拟射频信号，然后通过天线278a、......278n发射该模拟射频信号。

具体工作过程中，处理器282从接收机284接收数据。处理器282把已接收数据存储到存储器272。处理器282可以从存储器272中取回数据以通过发射机286的射频信道发射。存储器272发送数据给处理器282。处理器282可以产生信号来控制发射机286的调制处理过程，和接收机284的解调制过程。

图3是结合本发明实施例使用的信道反馈的示意框图。参考图3，给出了发射移动终端302、接收移动终端322和通信媒质344。通信媒质344可以是无线通信媒质。发射移动终端302可以通过通信媒质344发射信号矢量X到接收移动终端322。从发射移动终端302到接收移动终端322的通信方向表示为下行方向。信号矢量X包括通过一个或者多个发射天线同时发射的多个空域数据流。信号矢量X可由发射移动终端302基于波束成型矩阵V进行波束成型处理。信号矢量X通过通信媒质344传输，并且在通过通信媒质334传输的过程中可被改变。与通信媒质344相关的传输特性可以用传输函数H来描述。信号矢量X可基于传输函数H改变。在下行链路方向，传输函数H表示为H_down。改变之后的信号矢量X表示为信号Y。接收移动终端322接收信号Y。基于通过通信媒质344接收到的信号Y，接收移动终端322可以确定一个或者多个与该传输函数H_down相关的值。

基于与传输函数H_down相关的信息，接收移动终端322可以计算出一个或者多个与矩阵V相关的值。接收移动终端322可以传输与矩阵V相关的信息到发射移动终端302，作为反馈信息。所述反馈信息(H_down)表示基于与传输函数H_down相关信息的反馈信息。接收移动终端322可以通过发射信号矢量X_f来传输反馈信息(H_down)。发射的信号矢量X_f可以通过通信媒质344发送到发射移动终端302。信号矢量X_f在通过通信媒质344时会被改变。从接收移动终端322到发射移动终端302的通信方向表示为上行方向。信号矢量X_f会基于传输函数H而改变。在上行链路方向，传输函数H表示为H_up。改变之后的信号矢量X_f表示为信号Y_f。发射移动终端302接收到信号Y_f。

基于通过通信媒质344接收到的信号Y_f，发射移动终端302可以确定一个或者多个与传输函数H_up相关的值。发射移动终端302可以利用接收到的反馈信息(H_down)来对后续信号矢量X进行波束成型处理，然后该信号矢量可以在从发射移动终端302到接收移动终端322的下行方向链路上传送。

图4是结合本发明实施例使用的波束成型的示意框图。参考图4，给出了发射移动终端402、接收移动终端406和无线通信媒质404。发射移动终端402可以是接入点(AP)108。接收移动终端406可以是802.11 WLAN站点104。发射移动终端402可以是MIMO系统。接收移动终端406也可以是MIMO系统。发射移动终端402包括发射空域映射矩阵408、多个逆快速傅立叶变换(IFFT)模块410a、410b、......、和410n，和多个发射天线412a、412b、......、和412n。接收移动终端406包括空域均衡器、多个快速傅立叶变换(FFT)模块422a、422b、......、和422n，和多个接收天线426a、426b、......、和426n。

空域映射矩阵408包括引导矩阵Q，对多个空域数据流执行计算(其中Nss是代表空域数据流数量的变量)，并产生多个发射的射频链(其中Ntx是代表发射射频链数量的变量)。该多个空域数据流可包括第一空域数据流即Stream₁、第二空域数据流即Stream₂、第Nss个空域数据流即Stream_Nss。该多个发射射频链可包括第一发射射频链即Tx Chain₁、第二发射射频链即TxChain₂、第Ntx个发射射频链即Tx Chain_Ntx。每一发射射频链Tx Chain₁、Tx Chain₂、......、和Tx Chain_Ntx均包括有对应的加权和，该加权和是基于引导矩阵Q中的系数从多个空域数据流Stream、Stream₂、......、和Stream_Nss计算而来的。

逆快速傅立叶变换(IFFT)模块410a执行逆快速傅立叶变换(IFFT)计算，从而将发射射频链Tx Chain₁的频域形式转换到时域形式。发射射频链的时域形式x₁，可以通过发射天线412a发送到无线通信媒质404。逆快速傅立叶变换模块410b可以执行逆快速傅立叶变换计算，从而将发射射频链TxChain₂的频域形式转换到时域形式。该发射射频链的时域形式x₂，可以通过发射天线412b发送到无线通信媒质404。逆快速傅立叶变换模块410n还可以执行逆快速傅立叶变换计算，从而将发射射频链Tx Chain_Ntx的频域形式转换到时域形式。该发射射频链的时域形式X_Ntx，可以通过发射天线412n发送到无线通信媒质404。该多个同时发送的射频链可以用发射信号矢量X来表示。

接收天线426a可从无线通信媒质404接收到信号y₁。快速傅立叶变换(FFT)模块424a执行快速傅立叶变换(FFT)计算，从而将接收到的信号y₁的时域转换成接收射频链Rx Chain₁的频域形式。接收天线426b可从无线通信媒质404接收到信号y₂。快速傅立叶变换模块424b执行快速傅立叶变换计算，从而将接收到的信号y₂的时域转换成接收射频链Rx Chain₂的频域形式。接收天线426n可从无线通信媒质404接收到信号y_Nrx。快速傅立叶变换模块424n执行快速傅立叶变换计算，从而将接收到的信号y_Nrx的时域转换成接收射频链Rx Chain_Nrx的频域形式。该多个接收射频链可以用接收的信号矢量Y来表示。

空域均衡器422包括均衡矩阵U，对接收到的N_rx个射频链执行计算，并产生N_rx个估计空域数据流。该多个接收的射频链包括第一接收射频链RxChain₁、第二接收射频链Rx Chain₂、第Ntx个接收射频链Rx Chain_Ntx。所述多个估计空域数据流包括第一估计空域数据流

第二估计空域数据流第Nss个估计空域数据流

接收移动终端406处的每个估计空域数据流均为发射移动终端402处的对应空域数据流的估计值。

当所述多个空域数据流Stream₁、Stream₂、......、Stream_Nss被基于空时码(STC)和/或空时分组码(STBC)产生的多个空时数据流STStream₁、STStream₂、......、STStream_Nsts所替代时，本发明的各个实施例是可以实现的，其中Nsts是表示空时数据流数量的变量。该Nsts个空时数据流可以是基于所述Nss个空域数据流而产生的。

发射移动终端402处的多个空域数据流Stream₁、Stream₂、......、Stream_Nss可以用如下的数据流矢量G来表示：

$G=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{Stream}}_1\\ {\mathrm{Stream}}_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ {\mathrm{Stream}}_{\mathrm{Nss}}\end{array}\right]---\left(1\right)$

所述多个发射的信号矢量X可以用如下等式表示：

$X=\left[\begin{array}{c}\mathrm{TxChai}{n}_1\\ \mathrm{TxChai}{n}_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ \mathrm{TxChai}{n}_{\mathrm{Ntx}}\end{array}\right]---\left(2\right)$

其中：

X＝Q·G                                (3)

其中Q表示空域映射矩阵模块408所使用的引导矩阵，Q可以表示为如下等式：

$Q=\left[\begin{array}{cccccc}{w}_{11}& w_{12}& .& .& .& w_{1,\mathrm{Nss}}\\ w_{21}& w_{22}& .& .& .& w_{2,\mathrm{Nss}}\\ .& .& .& & & .\\ .& .& & .& & .\\ .& .& & & .& .\\ w_{\mathrm{Ntx}.1}& w_{\mathrm{Ntx},2}& .& .& .& w_{\mathrm{Ntx},\mathrm{Nss}}\end{array}\right]---\left(4\right)$

其中，等式(4)的矩阵内的每一个元素w均表示波束成型系数。

接收的信号矢量Y可以按如下等式表示：

$Y=\left[\begin{array}{c}\mathrm{RxChai}{n}_1\\ \mathrm{RxChai}{n}_2\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{RxChain}}_{\mathrm{Nrx}}\end{array}\right]---\left(5\right)$

其中：

Y＝H·Q·G+N                              (6)

其中N表示无线通信媒质404中存在的噪声，而H表示信道估计矩阵，该矩阵可以按如下等式表示：

$H=\left[\begin{array}{cccccc}{h}_{11}& h_{12}& .& .& .& h_{1,\mathrm{Ntx}}\\ h_{21}& h_{22}& .& .& .& h_{2,\mathrm{Ntx}}\\ .& .& .& & & .\\ .& .& & .& & .\\ .& .& & & .& .\\ h_{\mathrm{Nrx}.1}& h_{\mathrm{Nrx},2}& .& .& .& h_{\mathrm{Nrx},\mathrm{Ntx}}\end{array}\right]---\left(7\right)$

其中每一个元素h可以描述针对发射移动终端402处的发射天线发射的信号以及接收移动终端406处的接收天线接收到信号，该无线通信媒质404的信道衰减特性。如图4所示，信道估计矩阵H可以通过从与空域映射矩阵408的输出相关的点到与空域均衡器422的输入相关点来测得。

接收移动终端406处的多个估计空域数据流和

可以用如下数据流矢量

来表示：

$\hat{G}=\left[\begin{array}{c}{\hat{S}\mathrm{tream}}_1\\ {\hat{S}\mathrm{tream}}_2\\ .\\ .\\ .\\ {\hat{S}\mathrm{tream}}_{\mathrm{Nss}}\end{array}\right]---\left(8\right)$

其中：

$\hat{G}=U^{*}\·H\·Q\·G+U^{*}\·N---\left(9a\right)$

或者

$\hat{G}=U^{*}\·H_{\mathrm{eff}}\·G+U^{*}\·N---\left(9b\right)$

其中：

H_eff＝h·Q                 (10)

其中U^*表示均衡矩阵U的哈密顿变换(Hermitian Transform)，被均衡器模块422使用，且可以按如下等式表示：

$U^{*}=\left[\begin{array}{cccccc}{u}_{11}^{*}& u_{12}^{*}& .& .& .& u_{1,\mathrm{Ntx}}^{*}\\ u_{21}^{*}& u_{22}^{*}& .& .& .& u_{2,\mathrm{Ntx}}^{*}\\ .& .& .& & & .\\ .& .& & .& & .\\ .& .& & & .& .\\ u_{\mathrm{Nss},1}^{*}& u_{\mathrm{Nss},2}^{*}& .& .& .& u_{\mathrm{Nss},\mathrm{Ntx}}^{*}\end{array}\right]---\left(11\right)$

其中，等式[11]的矩阵中的每一个元素u^*均表示均衡系数。

矩阵H_eff可以用包括Nrx行和Nss列的矩阵表示。或者，矩阵H_eff可以用Nrx×Nss矩阵来描述。当空域数据流的数量Nss等于发射天线的数量Ntx的时候，矩阵H_eff可以表示为Nrx×Ntx矩阵。

在本发明的一个利用奇异值分解(SVD)的典型实施例中，矩阵H_eff可以用以下等式来表示：

H_eff＝U·S·V^*                 (12)

其中U表示均衡矩阵，S表示对角矩阵，而V^*表示波束成型矩阵V的哈密顿转换。

在本发明的其它典型的实施例中，矩阵V可以基于矩阵H_eff来确定，例如，当利用几何均值分解(GMD)时。

在现有的MIMO系统中，发射移动终端402内的空域映射矩阵模块408所使用的引导矩阵可以基于从接收移动终端406所接收到的反馈信息来计算出来。接收移动终端406可以基于从接收的信号矢量Y测得的CSI值(用于计算矩阵H_eff)和均衡矩阵U(被空域均衡器模块422所使用)计算出等式(12)中的矩阵V。矩阵Q可以是单位矩阵。矩阵V可以包含在反馈信息中从接收移动终端406发送到发射移动终端402。矩阵V可以用Ntx×Nss的矩阵表示。

发射移动终端402利用反馈信息中收到的矩阵V作为后续的引导矩阵，该引导矩阵用来发射后续的发射信号矢量X。在这种情况下：

$\hat{G}=U^{*}\·H\·V\·G+U^{*}\·N---\left(13\right)$

根据等式(10)和(12)：

H·Q＝U·S·V^*                 (14a)

和

H·Q·Q^*＝U·S·V·Q^*          (14b)

H＝U·S·V^*·Q^*                (14c)

其中，基于矩阵Q的正交特征：

Q·Q^*＝I                       (15)

其中，矩阵I表示单位矩阵。

通过联立等式(13)和(14c)可得：

$\hat{G}=U^{*}\·U\·S\·V^{*}\·Q^{*}\·V\·G+U^{*}\·N---\left(16a\right)$

和

$\hat{G}=S\·V^{*}\·Q^{*}\·V\·G+U^{*}\·N---\left(16b\right)$

其中矩阵U和V也可描述成正交矩阵。

像未经波束成型而发射探测帧的现有MIMO系统中那样，Q是单位矩阵时，等式(16b)可以表示如下：

$\hat{G}=S\·G+U^{*}\·N---\left(16c\right)$

其中S是如等式(12)所描述的对角线矩阵。当矩阵Q不是单位矩阵时，如果将反馈矩阵V用作后续引导矩阵，则等式(16)中的第一项S·V^*·Q^*·V将不是对角矩阵。因此，在现有MIMO系统中，执行信道探测的能力取决于矩阵Q是否为单位矩阵。

作为选择，接收移动终端406可以发送信道状态信息(CSI)，CSI由反馈信息中的矩阵H_eff表示。如在现有MIMO系统中的那样，当Q是单位矩阵时，接收移动终端可以在反馈信息中发送矩阵H。当接收移动终端406在反馈信息内发送该矩阵H时，发射移动终端402可以基于发射端信道状态信息(CSIT)计算出后续引导矩阵。

本发明的多个实施例可以在矩阵Q不是单位矩阵的情况下实现信道探测。在本发明的多个实施例中，接收移动终端406可以计算出引导矩阵Q_Steer，该矩阵可以按如下等式定义：

Q_Steer＝Q·V                        (17)

其中矩阵Q在等式(4)中给出定义。该矩阵Q表示发射移动终端402用来产生发射信号矢量X的当前引导矩阵。Q_Steer表示后续引导矩阵，由发射移动终端402用来产生后续发射信号矢量X。反馈引导矩阵V可以用Nss×Nss矩阵表示。接收移动终端406可以将等式(17)中计算出的反馈引导矩阵V包含在反馈信息中发送到发射移动终端402。所述发射移动终端可以利用接收到的包含反馈引导矩阵V的反馈信息，并结合当前引导矩阵Q，计算出后续引导矩阵Q_Steer。该后续引导矩阵可以由发射移动终端402用来产生后续发射信号矢量X。

通过利用等式(17)中定义的后续引导矩阵Q_Steer和等式(14c)的信道估计矩阵H，等式(9a)中：

$\hat{G}=U^{*}\·H\·Q_{\mathrm{Steer}}\·G+U^{*}\·N---\left(18a\right)$

和：

$\hat{G}=U^{*}\·U\·S\·V^{*}\·Q^{*}\·Q_{\mathrm{Steer}}\·G+U^{*}\·N---\left(18b\right)$

和：

$\hat{G}=U^{*}\·U\·S\·V^{*}\·Q^{*}\·Q\·V\·G+U^{*}\·N---\left(18c\right)$

和：

$\hat{G}=S\·V^{*}\·V\·G+U^{*}\·N---\left(18d\right)$

和：

$\hat{G}=S\·G+U^{*}\·N---\left(18e\right)$

或者，在本发明的多个实施例中，接收移动终端406可以发送信道状态信息(CSI)，该CSI由反馈信息中的矩阵H_eff表示，其中H_eff由等式(10)所定义。当接收移动终端406在反馈信息中传送矩阵H时，发射移动终端402可以基于发射端信道状态信息(CSIT)计算出等式(17)中所定义的后续引导矩阵Q_Steer。

在现有MIMO系统中，接收移动终端406发送包含后续引导矩阵V的反馈信息，该后续引导矩阵V表示为Ntx×Nss的矩阵。在本发明的多个实施例中，接收移动终端406可以发送包含表示为Nss×Nss矩阵的后续引导矩阵V的反馈信息。对于空域数据流的数量小于发射天线数量或者Nss＜Ntx的MIMO系统，本发明的多个实施例对比于现有MIMO系统，反馈信息的量被减少。对于本发明的多个实施例，这将可以减少发射反馈信息的负荷。从而与现有MIMO系统相比，这可以实现发射移动终端402和接收移动终端406之间的更高数据传输速率。

另外，在现有MIMO系统中，当发射探测帧的时候，发射移动终端402可能不利用波束成型。因此在发送探测帧时，发射移动终端402和接收移动终端406之间不会传输数据。相反，在本发明的多个实施例中，发射探测帧时也会采用波束成型。这样，在发送探测帧的同时，发射移动终端402和接收移动终端406之间还可以传输数据。对比于现有MIMO系统，这将减少发射移动终端402和接收移动终端406之间进行传输的过程中不能传送数据的时间量，从而使发射移动终端402和接收移动终端406之间具有更高的数据传输速率。

图5是结合本发明实施例使用的MIMO发射机的示意框图。参看图5，给出了扰码器502、编码解析器504、多个编码/打孔模块506a、……、和506n、以及数据流解析器508、多个交织模块510a、……、和510n、多个星座映射器模块512a、……、和512n、空时块编码(STBC)模块514、循环位移分集(CSD)模块516、波束成型模块518、多个逆快速傅立叶变换(IFFT)模块520a、……、和520n、多个插入保护间隔窗口模块522a、……、和522n、多个射频前端(RFE)模块524a、……、524n、多个发射天线526a、……、526n、处理器532和存储器534。

扰码器502包括有合适的逻辑、电路和/或代码，对发射的数据中包含的二进制0和1进行打乱以防止出现长的连续0或者1的序列。编码解析器504包括有合适的逻辑、电路和/或代码，可从单个输入数据流中接收比特，并将其中每个比特分配给多个输出数据流之一。

编码/打孔模块506a包括合适的逻辑、电路和/或代码，使接收的数据经编码后具有纠错功能。编码/打孔模块506a可以基于前向纠错(FEC)编码方法如二进制卷积编码(BCC)或者低密度奇偶校验(LDPC)编码方法对数据进行编码。编码/打孔模块506a也可以对已编码数据进行打孔操作以修改例如与二进制卷积编码(BCC)相关的编码速率。编码/打孔模块506n与编码/打孔模块506a类似。

数据流解析器508包括有合适的逻辑、电路和/或代码，可以接收一个或者多个输入数据流，并把来自每一个输入数据流的每一个比特分配到多个空域数据流中的一个中。

交织器510a可包括有合适的逻辑、电路和/或代码，用于重新排列接收到的空域数据流内的比特。交织器510a可以重新排列比特，如果连续发射的一个比特块的二进制值在发射的过程中发生错误，可以通过解交织器将该连续发射的比特块分离开来。分离发生错误的比特，可以利用前向纠错编码(FEC)方法来纠正传输过程中发生错误的比特的二进制值。交织器510n与交织器510a类似。

星座映射模块512a可包括有合适的逻辑、电路和/或代码，用于将接收到的数据流内的比特序列映射到星座点。该星座点可基于用于发射与空域数据流相关的数据所使用的调制类型(例如64-QAM)来确定。所述星座点又可指符号。例如，对于64-QAM，一个符号可以是一个6比特序列的二进制值。星座映射模块512n与星座映射模块512a类似。

空时块编码(STBC)模块514可包括有合适的逻辑、电路和/或代码，用于从多个输入空域数据流中接收符号。当MIMO发射机使用空时块编码(STBC)时，来自于每一个空域数据流的每一个符号将输出给给定时间点的多个空时数据流中的至少一个空时数据流。在随后一个时间点，来自于空域数据流的符号将输出到不同的空时数据流。除了将给定空域数据流中的符号映射到不同时间点的不同空时数据流之外，空时块编码模块514可以修改在不同时间点该符号的值。例如，在一个时间点，空时块编码模块514将来自空域数据流的符号的值输出到第一空时数据流上，然而在连续的一个时间点，空时块编码模块514输出该符号的复共轭值或该符号的复共轭的负值，该值将输出到第二空时数据流上。

循环位移分集(CSD)模块516可包括有合适的逻辑、电路和/或代码，用于实现数据流的输入，和时移形式的数据流的输出。例如，循环位移分集模块516可以接收输入数据流，并输出该输入数据流的经时间延迟的版本。当通过多个数据流和/或射频链同时传送相似的信号时，循环位移分集可以用来避免非故意的波束成型。

波束成型模块518可包括有合适的逻辑、电路和/或代码，用于基于输入的多个数据流产生多个射频链。波束成型模块518可以利用引导矩阵，其中该引导矩阵不是单位矩阵。逆快速傅立叶变换(IFFT)模块520a、……、520n与逆快速傅立叶变换(IFFT)模块410a类似。

插入保护间隔(GI)窗口模块522a可包括有合适的逻辑、电路和/或代码，用于在发射射频链信号中插入保护间隔。该保护间隔代表发射射频链信号内的各个符号的传输之间的时间间隔。插入保护间隔窗口模块522n与插入保护间隔窗口模块522a类似。

射频前端(RFE)模块524a可包括有合适的逻辑、电路和/或代码，用于从射频链信号产生射频信号。射频前端模块524a可以通过利用多个频率载波信号来调制该射频链信号而产生RF信号。例如，射频前端模块524a可以用来产生20MHz带宽的射频信号，或者40MHz带宽的射频信号。经调制的信号可以通过发射天线526a发射。射频前端模块524n与射频前端模块524a类似。发射天线模块526n与发射天线模块526a类似。

处理器532可包括有合适的逻辑、电路和/或代码，为MIMO发射机产生控制信号。处理器532可产生用于决定MIMO发射机内所执行的前向纠错编码(FEC)和/或打孔所使用的规范的控制信号。处理器532可产生控制信号以确定MIMO发射机中使用的一个或者多个调制类型。处理器532可以执行计算，确定与MIMO发射机中射频数据流的波束成型一起使用的波束成型系数。处理器532可产生由MIMO发射机发送的数据。该处理器可对MIMO接收机284(图2)接收到的反馈信息执行计算。存储器534与存储器272类似。

具体工作过程中，例如，处理器532可针对二进制卷积编码(BCC)选择编码率。处理器532可以为每一个空域数据流选择不同的编码率。为了实现基于所选择的编码速率的前向纠错编码(FEC)，处理器532发送控制信号到编码/打孔模块506a、……、506n。处理器532可以选择调制类型。处理器532可以为每一个空域数据流选择不同的调制类型。为了实现所选择的调制类型，该处理器可发送控制信号到星座映射模块512a、……、512n。当选择编码率和/或调制方式，该处理器可以取回存储在存储器534中的数据。基于反馈信息和/或存储在存储器534中的数据，处理器532可以计算出引导矩阵。基于计算出的引导矩阵中的系数，处理器532可以配置波束成型模块518。

处理器532可以产生将通过MIMO发射机发射的数据。该数据将以二进制输入数据流的方式传输到扰码器模块502。扰码器模块502利用扰码多项式打乱输入数据并将已加扰的比特输出到编码解析器模块504。编码解析器模块504把已加扰比特分配到编码/打孔模块506a、……、506n中。例如，编码解析器模块504可以以循环的方式(round robin fashion)分配该加扰比特。每一个编码解析器模块504可以利用对应选择的前向纠错编码方法来编码所接收到的比特。例如，多个编码/打孔模块506a、……、506n的输出将传送到数据流解析器508，其将经过编码的比特分配到Nss个空域数据流中。每一个交织器510a、……、510n可以对对应空域数据流中的比特执行比特交织处理。每一个星座映射模块512a、……、512n可以使用选择的对应调制类型为每一个空域数据流内接收到的比特生成符号。

如果MIMO发射机使用了空时块编码(STBC)，基于从多个星座映射器模块512a、……、512n接收到的Nss个空域数据流，空时块编码模块514可以产生Nsts个空时数据流。如果MIMO发射机使用了循环位移分集(CSD)，循环位移分集模块516将产生一个或者多个空域数据流或空时数据流的时移版本。循环位移分集模块516可以基于另一个数据流为一个数据流插入一段时移。例如，第一数据流可未经过时移，而第二数据流相对于第一数据流被时移200ns。

基于多个接收到的空域数据流和/或空时数据流，波束成型模块518可产生多个射频链信号。每个逆快速傅立叶变换模块520a、……、520n可以产生针对所述多个射频链信号中一个射频链信号的时域形式。每一个插入保护间隔窗口模块522a、……、522n可以在通过一个射频链信号发射的符号之间插入保护间隔。每一个射频前端模块524a、……、524n可以针对一个射频链信号产生射频信号。每一个天线526a、……、526n均通过无线通信媒质404发送所产生的一个射频信号。

在本发明的各个实施例中，处理器532可配置MIMO发射机，使其在发送物理(PHY)层协议数据单元(PDU)内的探测帧的同时，可发送PHY PDU的服务数据单元(SDU)段中包含的MAC层PDU内的数据。该PHY PDU可经波束成型模块518进行波束成型处理后来发射。

图6是结合本发明实施例使用的现有信道探测过程中进行帧交换的示意图。参考图6，给出了由MIMO发射机如接入点108(如图1)和MIMO接收机如802.11 WLAN站点104所发送的多个帧。在帧602，MIMO发射机108利用波束成型通过发射射频链发送数据。所述波束成型可以利用当前引导矩阵Q_Current。在帧602的传输结束点，反馈时间间隔开始，该间隔可以表示为如图6所示的T_Feedback。所述时间间隔T_Feedback可测量用来执行信道探测过程的时间量。

在反馈时间间隔的开始处，首先经过如图6中表示为T_Backoff的退避时间段(backofftime duration)。该退避时间段为在MIMO发射机108通过无线通信媒质404尝试发射后续帧之前经过的一段时间。在该退避时间段的结束点，帧604中，MIMO发射机108发射探测帧。所述探测帧可包括有请求接收方MIMO接收机104产生信道状态信息以测量从MIMO发射机108到MIMO接收机104的下行射频信道H_down(如图3所示)的请求。探测帧604可不经波束成型而被发射，或者Q＝I，其中I是单位矩阵。

在探测帧604传输的结束点，一个短的帧间间隔(SIFS)时间段开始，如图6中用T_SIFS表示。该SIFS时间段表示在MIMO接收机104响应探测帧604以发射一个帧之前需要经过的时间。在SIFS时间段的结束点，MIMO接收机104发射一个清除发送(CTS)响应帧606。响应帧606包括信道状态信息和/和由MIMO接收机104基于该信道状态信息计算得到的引导矩阵V。在包括有引导矩阵V的响应帧606中，当MIMO发射机108处发射天线数量Ntx＝4，空域数据流的数量Nss＝2，且MIMO接收机104处接收天线数量Nrx＝2时，矩阵V为4×2矩阵。响应帧606可不经波束成型而由MIMO接收机104发射。

在响应帧606的传输结束点，另一个短的帧间间隔(SIFS)时间段开始。该SIFS时间段表示MIMO发射机108在接收到来自MIMO接收机104的响应帧606之后发射一个帧之前所需要经过的时间。在该SIFS时间段的结束点，MIMO发射机108发射包括来自MAC PDU的数据的数据帧608。数据帧608可以利用波束成型通过发射射频链发送。该波束成型的执行可以是基于响应帧606内接收到的引导矩阵V的，或者是基于根据响应帧606内包含的信道状态信息(CSI)计算出来的引导矩阵V的。数据帧608也可包括PHY层数据，例如，数据帧608可包括有请求，请求MIMO接收机104响应信息，该信息可由MIMO发射机108用来选择一种或者多种调制类型，和/或一种或者多种编码率，结合MIMO发射机108所发送的一个或者多个空域数据流一起使用。

在数据帧608的传输结束点，另一个SIFS时间段开始。该SIFS时间段为MIMO接收机104在从MIMO发射机108接收到数据帧608后发射一个帧之前所需要经过的时间。在该SIFS时间段的结束点，MIMO接收机104发送确认帧610给MIMO发射机108。确认帧610可以确认接收到包括在数据帧608中的数据，也可以包括有调制类型和/或编码率信息。确认帧610还可以包括有信道状态信息(CSI)。确认帧610的传输结束点即为信道探测过程的结束点。

图7是依据本发明实施例在信道探测过程中使用非单位矩阵进行帧交换的示意图。参考图7，给出了由MIMO发射机如接入点108(如图1)和MIMO接收机如802.11 WLAN站点104所发送的多个帧。在帧702，MIMO发射机108利用波束成型通过发射射频链发送数据。所述波束成型可以利用当前引导矩阵Q_Current。在帧702的传输结束点，反馈时间间隔开始，该间隔可以表示为如图7所示的T_Feedback。所述时间间隔T_Feedback可测量用来执行信道探测过程的时间量。

在反馈时间间隔的开始处，首先经过如图7中表示为T_Backoff的退避时间段。该退避时间段为在MIMO发射机108通过无线通信媒质404尝试发射后续帧之前经过的一段时间。在该退避时间段的结束点，帧704中，MIMO发射机108发射探测帧。所述探测帧可包括有请求接收方MIMO接收机104产生信道状态信息以测量从MIMO发射机108到MIMO接收机104的下行射频信道H_down(如图3所示)的请求。  探测帧704可以利用一般的引导矩阵Q_Gen来发射，或Q＝Q_Gen，其中Q_Gen不是单位矩阵。

在探测帧704传输的结束点，一个短的帧间间隔(SIFS)时间段开始，如图7中用T_SIFS表示。该SIFS时间段表示在MIMO接收机104响应探测帧704以发射一个帧之前需要经过的时间。在SIFS时间段的结束点，MIMO接收机104发射一个清除发送(CTS)响应帧706。响应帧706包括信道状态信息和/和由MIMO接收机104基于该信道状态信息和非单位引导矩阵Q_Gen计算得到的反馈引导矩阵V。反馈引导矩阵V可由MIMO接收机104根据等式(17)和(18a-18e)计算得到。在包括有反馈引导矩阵V的响应帧706中，当MIMO发射机108处发射天线数量Ntx＝4，空域数据流的数量Nss＝2，且MIMO接收机104处接收天线数量Nrx＝2时，该反馈引导矩阵V为2×2矩阵。响应帧706可未经波束成型而由MIMO接收机104发射。包含在响应帧706中的反馈信息量大概是包括在响应帧606中的反馈信息量的1/4，如下表1和2所示。

在响应帧706的传输结束点，另一个短的帧间间隔(SIFS)时间段开始。该SIFS时间段表示MIMO发射机108在接收到来自MIMO接收机104的响应帧706之后发射一个帧之前所需要经过的时间。在该SIFS时间段的结束点，MIMO发射机108发射包括来自MAC PDU的数据的数据帧708。数据帧708可以利用波束成型通过发射射频链发送。该波束成型可基于反馈引导矩阵V来执行，该反馈引导矩阵V是基于矩阵积Q_Gen·V计算出来的，其中V代表在响应帧706内接收到的反馈引导矩阵。数据帧708也可包括PHY层数据，例如，数据帧708可包括有请求，请求MIMO接收机104响应信息，该信息可由MIMO发射机108用来选择一种或者多种调制类型，和/或一种或者多种编码率，结合MIMO发射机108所发送的一个或者多个空域数据流一起使用。

在数据帧708的传输结束点，另一个SIFS时间段开始。该SIFS时间段为MIMO接收机104在从MIMO发射机108接收到数据帧708后发射一个帧之前所需要经过的时间。在该SIFS时间段的结束点，MIMO接收机104发送确认帧710给MIMO发射机108。确认帧710可以确认接收到包括在数据帧708中的数据，也可以包括有调制类型和/或编码率信息。确认帧710还可以包括有信道状态信息(CSI)。确认帧710的传输结束点即为信道探测过程的结束点。

图8是依据本发明实施例在信道探测帧中发射数据所进行的帧交换的示意图。参考图8，给出了由MIMO发射机如接入点108(如图1)和MIMO接收机如802.11 WLAN站点104所发送的多个帧。如图8所示的时间间隔T_Feedback可测量用来执行信道探测过程的时间量。

在反馈时间间隔的开始处，首先经过如图8中表示为T_Backoff的退避时间段。该退避时间段为在MIMO发射机108尝试通过无线通信媒质404发射一个帧以启动信道探测过程之前所需经过的一段时间。在该退避时间段的结束点，帧802中，MIMO发射机108发射探测帧。所述探测帧可包括有请求接收方MIMO接收机104产生信道状态信息以测量从MIMO发射机108到MIMO接收机104的下行射频信道H_down(如图3所示)的请求。探测帧802还包括数据。探测帧804可在利用当前引导矩阵Q_Current时发射，或Q＝Q_Current，其中Q_Current不是单位矩阵。当前引导矩阵Q_Current可以是当前正被MIMO发射机108使用来通过无线通信媒质404发射数据帧的引导矩阵。

在探测帧802传输的结束点，一个短的帧间间隔(SIFS)时间段开始，如图8中用T_SIFS表示。该SIFS时间段表示在MIMO接收机104响应探测帧802以发射一个帧之前需要经过的时间。在该SIFS时间段的结束点，MIMO接收机104发送确认帧804。确认帧804包括信道状态信息和/和由MIMO接收机104基于该信道状态信息和非单位引导矩阵Q_Current计算得到的反馈引导矩阵V。反馈引导矩阵V可由MIMO接收机104根据等式(17)和(18a-18e)计算得到。在包括有反馈引导矩阵V的确认帧804中，当MIMO发射机108处发射天线数量Ntx＝4，空域数据流的数量Nss＝2，且MIMO接收机104处接收天线数量Nrx＝2时，该反馈引导矩阵V为2×2矩阵。确认帧804可未经波束成型而由MIMO接收机104发射。包含在确认帧804中的反馈信息量大概是包括在响应帧606中的反馈信息量的1/4，如下表1和2所示。确认帧804的传输结束点即为信道探测过程的结束点。接下来进入另一个退避时间段，MIMO发射机108可以利用基于矩阵积Q_Current·V计算出的引导矩阵来发送数据帧806。

在本发明的各个实施例中，执行图8所示的信道探测过程所使用的时间量比现有的信道探测方法(如图6所示)中使用的时间量要少。

结合本发明的一个具体实施例的使用，表1给出了对于不同的反馈阵列维数的反馈信息中包含的字节数的比较表。表1中的比较是基于802.11中规定的20MHz的E类射频信道作出的。表1的第一行给出了基于笛卡尔坐标系表示形式下产生的反馈信息中包含的字节数。表1的第二行表示基于基文斯(Givens)旋转而未使用频点编组(tone grouping)的情况下产生的反馈信息中包含的字节数。例如，当频点编组大小ε＝1时，可不使用频点编组。表1的第三行表示基于基文斯旋转且使用的频点编组大小ε＝2时产生的反馈信息内包含的字节数。表1的第四行表示基于基文斯旋转且使用的频点编组大小ε＝4时产生的反馈信息内包含的字节数。表1的第一列表示V矩阵的大小，其中N＝2且M＝2，其中N是表示行数量的变量，而M是表示列数量的变量。表1中的第二列表示一个V矩阵的大小其中N＝3且M＝3。表1中的第三列表示V矩阵的大小，其中N＝4且M＝2。表1中的第四列表示V矩阵的大小，其中N＝4且M＝4。

当采用的频点编组大小为4时，可用2×2矩阵表示的V矩阵包括大约14字节的二进制数据。作为对比，可用4×2矩阵表示的V矩阵包括大约53字节的二进制数据。类似地，当频点编组大小为2时，用2×2矩阵表示的V矩阵可以包括大约28字节的二进制数据。作为对比，用4×2矩阵表示的V矩阵可以包括大约105字节的二进制数据。

	2×2	3×3	4×2	4×4
					笛卡尔	280	504	448	896
基文斯	56	168	210	336(252)
					频点编组大小＝2	28	84	105	168(126)
频点编组大小＝2	14	42	53	84(63)

表1.20MHz的E类射频信道下的反馈信息量(字节)

结合本发明的一个具体实施例的使用，表2给出了对于不同的反馈阵列维数的反馈信息中包含的字节数的比较。表2所示为射频信道为40MHz的情况下对应表1中各项的信息。表2中的比较数据是基于802.11规定的40MHz的E类射频信道得出的。表2的第一行给出了基于笛卡尔坐标系表示形式下产生的反馈信息中包含的字节数。表2的第二行表示基于基文斯旋转而未使用频点编组的情况下产生的反馈信息中包含的字节数。表2的第三行表示基于基文斯旋转且使用的频点编组大小ε＝2时产生的反馈信息内包含的字节数。表2的第四行表示基于基文斯旋转且使用的频点编组大小ε＝4时产生的反馈信息内包含的字节数。

表2的第一列表示V矩阵的大小，其中N＝2且M＝2。表2中的第二列表示一个V矩阵的大小其中N＝3且M＝3。表2中的第三列表示V矩阵的大小，其中N＝4且M＝2。表2中的第四列表示V矩阵的大小，其中N＝4且M＝4。

当采用的频点编组大小为4时，可用2×2矩阵表示的V矩阵包括大约28字节的二进制数据。作为对比，可用4×2矩阵表示的V矩阵包括大约105字节的二进制数据。类似地，当频点编组大小为2时，用2×2矩阵表示的V矩阵可以包括大约56字节的二进制数据。作为对比，用4×2矩阵表示的V矩阵可以包括大约210字节的二进制数据。

	2×2	3×3	4×2	4×4
					笛卡尔	570	1026	912	1824
基文斯	114	342	428	684(513
					频点编组大小＝2	56	168	210	336(252)
频点编组大小＝2	28	84	105	168(126)

表2.40MHz的E类射频信道下的反馈信息量(字节)

图9是结合本发明实施例使用的信号报头字段的示意图。该信号(SIG)报头字段是PHY层PDU中用来标志该PDU的字段，且可以用来传输PHY层配置信息，该信息被如图5所描述的MIMO发射机使用。该信号报头字段也可由MIMO接收机104用来识别接收到的探测帧。

参考图9，给出了信号报头字段902。信号报头字段902包括调制和编码方案(MCS)字段904、20MHz/40MHz带宽指示906、长度字段908、平滑指示910、非信道探测指示912、保留字段914、合并指示916、空时块编码(STBC)指示918、高级编码指示920、短保护间隔(GI)指示922、使用的高吞吐率长训练字段(HT-LTF)数量指示924、循环冗余校验字段926、尾部字段928。

调制和编码方案(MCS)字段904包括7比特的二进制信息。调制和编码方案字段904表明用于PHY PDU(PPDU)编码的调制类型和编码率。20MHz/40MHz带宽指示906包括1比特的二进制信息。20MHz/40MHz带宽指示906指出PPDU是利用20MHz射频信道还是使用40MHz射频信道来传输。长度字段908包括16比特的二进制信息，用于指出一个PPDU中的物理层服务数据单元(PSDU)所包含的二进制信息的八位字节(8位比特组成)的数量。例如，该物理层服务数据单元(PSDU)可以包括MAC PDU。平滑指示910包括1比特的二进制信息。平滑指示910指出信道估计是否结合频点群组一起执行。如果启用了平滑功能，则可以基于与对应射频信道相关的频率载波中部分频率载波的测量值计算出信道估计矩阵H，而对剩余频率载波的估计则可以基于被测量的频率载波计算出来。

非信道探测指示912包括1比特的二进制信息。非信道探测指示912可以指出该PPDU是否是探测帧。非信道探测指示为二进制值0则表示该PPDU是探测帧。保留字段914包括1比特的二进制信息。保留字段914尚没有指定使用。合并指示916包括1比特的二进制信息。合并指示916可以指出一个PPDU中的PSDU是否包含有将与后续PPDU中的PSDU内的数据进行合并的数据。空时块编码(STBC)指示918包括2比特的二进制信息。空时块编码指示918可以指出空域数据流数量Nss和空时数据流数量Nsts之间的不同。当该字段指出Nss＝Nsts时，MIMO发射机不使用空时块编码(STBC)。高级编码指示920包括1比特的二进制信息。高级编码指示920可以指出在MIMO发射机处是使用二进制卷积编码(BCC)还是低密度奇偶校验(LDPC)编码来对PPDU进行编码。

短保护间隔(GI)指示922包括1比特的二进制信息。短保护间隔(GI)指示922可以指出通过射频链在PPDU内传送符号时所使用的保护间隔的长度，例如是以ns为单位测量的。HT-LTF数量字段924包括2比特的二进制信息。HT-LTF数量字段924可以指出包含在发射的PPDU中的高吞吐率长训练字段的数量。所述长训练字段可由MIMO接收机用来计算信道估计矩阵H。循环冗余校验(CRC)字段926包括8比特的二进制信息。循环冗余校验字段926可由MIMO发射机计算出来，并由MIMO接收机使用以检测和/或纠正接收到的PPDU中的错误。尾部字段928包括6比特的二进制信息。尾部字段928可以用来将包含在信号报头字段中的二进制比特的数量扩展到指定的长度，例如扩展到8比特的整数倍。

图10是依据本发明实施例用于在信道探测帧中发送数据所进行的帧交换的步骤的流程图。参考图10，在步骤1002，MIMO发射机108基于当前引导矩阵Q_Current使用波束成型，在物理层协议数据单元(PPDU)探测包中发送数据。在步骤1004，MIMO发射机108接收来自MIMO接收机104的反馈信息。步骤1006中，判断该反馈信息中包括的是信道状态信息(CSI)还是反馈引导矩阵。如果步骤1006中确定该反馈信息包括信道状态信息(CSI)，在步骤1008，基于表示为信道估计矩阵H_eff的信道状态信息(CSI)，MIMO发射机108计算出后续引导矩阵Q_Current·V。在步骤1012，MIMO发射机108基于该后续引导矩阵Q_Current·V，利用波束成型发送后续数据。

如果步骤1006中确定反馈信息是反馈引导矩阵，在步骤1010，MIMO发射机108从反馈信息中接收该反馈引导矩阵V。MIMO发射机108可使用该反馈引导矩阵来计算后续引导矩阵Q_Current·V。步骤1010之后执行步骤1012。

图11是依据本发明实施例利用非单位引导矩阵发送信道帧所进行的帧交换的流程图。参考图11，在步骤1102，MIMO发射机108基于前引导矩阵Q_Current，利用波束成型发射数据帧。在步骤1104，MIMO发射机108使用引导矩阵Q_Gen发射探测帧，其中该引导矩阵Q_Gen不是单位矩阵。在步骤1106，MIMO发射机108接收来自MIMO接收机104的反馈信息。步骤1108中，判断该反馈信息是包括信道状态信息还是包括反馈引导矩阵。如果步骤1108中确定该反馈信息包括信道状态信息，在步骤1110，MIMO发射机108可以基于表示为信道估计矩阵H_eff的信道状态信息，计算出后续引导矩阵Q_Current·V。在步骤1114，  MIMO发射机108发射包括有数据以及调制类型和编码率请求的帧。该帧可以使用波束成型技术基于该后续引导矩阵Q_Current·V来发射。在步骤1116，MIMO发射机108接收来自MIMO接收机104的确认帧。该确认帧包括有一种或多种建议的调制类型Mod_Feedback，和/或一种或多种建议的编码率FEC_Feedback。在步骤1118，基于在信道探测过程中接收到的反馈信息，MIMO发射机108利用引导矩阵、一种或者多种调制类型、一种或者多种编码率来发射后续数据帧。

如果步骤1108中确定该反馈信息包括反馈引导矩阵，在步骤1112，MIMO发射机108从反馈信息中接收所述反馈引导矩阵V。所述反馈引导矩阵可由MIMO发射机108用来计算后续引导矩阵Q_Current·V。步骤1112之后，接着执行步骤1114。

本发明用于WLAN中利用探测包来实现显式反馈的系统包括波束成型模块518，用于基于当前的引导矩阵(非单位矩阵)产生多个射频链信号。处理器532通过所述多个射频链信号发射反馈信息请求。该请求包括MAC层PDU数据和信道探测信息，被封装在PHY层PDU内。接收机284实现该反馈信息的接收。

基于接收到的反馈信息，处理器532可计算出后续引导矩阵。基于该后续引导矩阵，波束成型模块518可以实现后续MAC层PDU的发射。所述接收到的反馈信息包括信道估计矩阵和/或反馈引导矩阵。所述后续引导矩阵可以是所述反馈引导矩阵。处理器532可以使用奇异值分解(SVD)方法从信道估计矩阵计算出所述后续引导矩阵。所述反馈引导矩阵可以用Nss×Nss矩阵表示，其中Nss是一个变量，代表通过多个射频链信号发射的空域数据流的数量。

根据本发明系统的另外一个方面，处理器532可以实现调制类型信息和/或编码类型信息请求的传输，该传输是通过基于后续引导矩阵产生的多个后续射频链信号实现的。所述请求可包括MAC层PDU数据以及调制和编码请求，被封装在PHY层PDU内。接收机284接收包括有调制类型信息和/或编码类型信息的该确认PHY层PDU。基于接收到的确认PHY层PDU，处理器532可以实现后续数据的发送。

本发明可以通过硬件、软件，或者软、硬件结合来实现。本发明可以在至少一个计算机系统中以集中方式实现，或者由分布在几个互连的计算机系统中的不同部分以分散方式实现。任何可以实现所述方法的计算机系统或其它设备都是可适用的。常用软硬件的结合可以是安装有计算机程序的通用计算机系统，通过安装和执行所述程序控制计算机系统，使其按所述方法运行。在计算机系统中，利用处理器和存储单元来实现所述方法。

本发明还可以通过计算机程序产品进行实施，所述程序包含能够实现本发明方法的全部特征，当其安装到计算机系统中时，通过运行，可以实现本发明的方法。本文件中的计算机程序所指的是：可以采用任何程序语言、代码或符号编写的一组指令的任何表达式，该指令组使系统具有信息处理能力，以直接实现特定功能，或在进行下述一个或两个步骤之后实现特定功能：a)转换成其它语言、编码或符号；b)以不同的格式再现。

本发明是通过几个具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或具体情况，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

相关申请的交叉引用

本申请全文引用并结合以下专利申请文件公开的内容：

申请号为60/830,928的美国专利申请，申请日为2006年7月14日；

申请号为11/450,818的美国专利申请，申请日为2006年6月9日；

申请号为11/327,752的美国专利申请，申请日为2006年1月6日；

申请号为11/393,224的美国专利申请，申请日为2006年3月30日；

申请号为11/110,241的美国专利申请，申请日为2005年4月20日。

Claims (10)

1. 一种在无线通信系统中传送信息的方法，其特征在于，所述方法包括：

基于当前引导矩阵产生多个射频链信号，其中所述引导矩阵是非单位矩阵；

通过所述多个射频链信号请求反馈信息，所述请求包括MAC层PDU数据和信道探测信息，所述MAC层PDU数据和信道探测信息被封装在PHY层PDU中。

2. 根据权利要求1所述的在无线通信系统中传送信息的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：接收所述反馈信息。

3. 根据权利要求2所述的在无线通信系统中传送信息的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：基于所述接收到的反馈信息计算后续引导矩阵。

4. 根据权利要求3所述的在无线通信系统中传送信息的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：基于所述后续引导矩阵发送后续MAC层PDU数据。

5. 根据权利要求3所述的在无线通信系统中传送信息的方法，其特征在于，所述接收到的反馈信息至少包括以下其中之一：计算所述后续引导矩阵时的信道估计矩阵和反馈引导矩阵。

6. 一种在无线通信系统中传送信息的系统，其特征在于，所述系统包括：

至少一个电路，所述至少一个电路基于当前引导矩阵产生多个射频链信号，其中所述引导矩阵是非单位矩阵；

所述至少一个电路实现通过所述多个射频链信号的反馈信息请求的传输，所述请求包括MAC层PDU数据和信道探测信息，所述MAC层PDU数据和信道探测信息被封装在PHY层PDU中。

7. 根据权利要求6所述的在无线通信系统中传送信息的系统，其特征在于，所述至少一个电路接收所述反馈信息。

8. 根据权利要求7所述的在无线通信系统中传送信息的系统，其特征在于，所述至少一个电路基于所述接收到的反馈信息计算后续引导矩阵。

9. 一种在无线通信系统中传送信息的系统，其特征在于，所述系统包括：

至少一个电路，所述至少一个电路基于当前引导矩阵产生多个射频链信号，其中所述引导矩阵是非单位矩阵；

所述至少一个电路实现通过所述多个射频链信号的反馈信息请求的传输。

10. 根据权利要求9所述的在无线通信系统中传送信息的系统，其特征在于，所述至少一个电路接收所述反馈信息。

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