CN101300749B - 用于在多天线通信系统中发送数据的装置和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于在无线通信系统的基站中发送数据的装置。基于信道状态信息，调度器确定基站将发送数据到其的终端，确定多个天线中基站将经由其发送数据的天线，并且确定空间预编码方法。多路复用器根据所确定的天线的数量将传输数据多路复用为多个数据流。调制和编码单元对每一个数据流执行调制和编码。预编码控制器输出矩阵选择信号，该信号用于根据空间预编码方法来选择多个空间预编码矩阵中的一个。空间预编码器通过基于矩阵选择信号所选择的矩阵，将每一个经编码的流进行空间编码。OFDM调制器对每一个经空间编码的流执行OFDM调制。

Description

用于在多天线通信系统中发送数据的装置和方法

技术领域

本发明一般涉及一种用于在使用多个天线的通信系统(以下文中称为“多天线通信系统”)中发送/接收数据的装置和方法，并且，具体来说，涉及一种用于在多天线通信系统中空间多路复用传输的装置和方法。

背景技术

已经开发出了使用户能够在没有距离限制的情况下执行通信的无线通信系统。移动通信系统是典型的无线通信系统。移动通信系统已经从早期的语音业务通信系统演进为提供数据业务和多媒体业务的高速、高质量的无线分组数据通信系统。可以这样认为，正在进行的、由第三代合作项目(3GPP)领导的高速下行链路分组接入(HSDPA)、以及由第三代合作项目2(3GPP2)领导的数据与语音的演进(EV-DV)和仅仅数据的演进(EV-DO)的标准化是寻找在第三代(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业务的解决方案的典型尝试。

与此同时，正在进行对第四代(4G)移动通信系统的研究，其目的在于使用正交频分复用(OFDM)与正交频分多址接入(OFDMA)来提供更高速、更高质量的多媒体业务。

当前像HSDPA、EV-DV和EV-DO这样的3G无线分组数据通信系统使用自适应调制与编码(AMC)方法和信道敏感调度资源管理方法，以提高传输效率。通过使用AMC方法，发射机能够根据信道状态调整发送数据量。也即，发射机减少状态不佳的信道中的发送数据量，而增加状态良好的信道中的发送数据量，从而在保持期望的接收错误概率的同时有效地发送大量数据。

通过信道敏感调度资源管理方法，发射机选择良好信道状态用户，从而提高数据吞吐量。在AMC方法和信道敏感调度资源管理方法中，发射机接收从接收机反馈的部分信道状态信息，并且应用在最有效率的时刻确定的适合的调制与编码技术。

为了使AMC方法和信道敏感调度资源管理方法有助于充分提高系统容量，由接收机反馈的信道状态信息应当与传输时的信道状态相匹配。但是，一般说来，在移动通信环境中，因为发射机或接收机从一个地方移动到另一个地方，所以信道状态不断地变化。信道状态的不断变化与发射机或接收机的移动速度有关，这被称为多普勒频散。高移动速度使多普勒频散加深。在这种情况下，由接收机反馈的信道状态信息可能会是无效的。

因此，在这种状况下，即使是使用AMC方法和信道敏感调度资源管理方法也无法实现系统的容量的提高。为了弥补该缺陷，3G无线分组数据通信系统采用混合自动重新请求(HARQ)。在HARQ技术中，当接收机没有正常地接收到发射机发送的数据时，接收机立即将该故障通知给发射机，以使得发射机迅速在物理层执行重新发送。

与此同时，近年来在无线通信系统中被关注的OFDM方案，在正交频率信号即副载波上发送调制信号。因此，OFDMA方案是一种基于OFDM方案、在不同的副载波上发送不同的用户信号的方法。在OFDMA方案中，只能在时间轴上执行的信道敏感调度甚至也可以在频率轴上执行。也即，为了数据传输，OFDMA系统通过频率调度在频率选择衰落环境中调度由每个用户优选的副载波，从而与只在时间轴上执行调度的情况相比，提高了系统容量。因此，为了有效执行频率调度，优选使用一束具有相似信道响应的相邻副载波，用于将信道状态反馈的开销考虑在内的数据传输。

另外，作为无线通信中提供高速、高质量数据业务的核心技术，使用多个用于发射机和接收机的天线的多输入多输出(MIMO)系统现在正在积极的讨论中。理论上，已知在MIMO系统中，在频率带宽没有额外增加的情况下，随着发射/接收天线数量的增加，可服务的数据容量与发射/接收天线的数量成比例地线性增长。因此，基于MIMO的技术可以根据其目的被粗略地划分为空间分集技术和空间域复用(SDM)技术。现在将对空间分集技术和SDM技术进行描述。

空间分集技术的开发是为了通过使用多个发射/接收天线来防止发生在移动通信信道中的衰落所造成的链路性能(link performance)的下降。当发射机具有信道状态信息并且不能自适应地调整传输信息量时，空间分集技术能够有效降低接收错误概率。与单个发射/接收天线技术相比，SDM技术的开发是为了使用MIMO方案发送较大量的数据。SDM技术能够在由于具有 充足数量的信道环境的散布的对象而导致空间相关性很低的环境中有效地提高数据吞吐量。

基于多址接入而扩展的SDM技术是空间域多址接入(SDMA)技术。SDM技术使用多个发射/接收天线增加了在其上传输数据的传输信道的数量。在空间相关性低的环境中，可以使用SDM技术来提高数据吞吐量。但是，在空间相关性高的环境中，即使提高了数据吞吐量，也不可能防止接收错误概率的增大。但是，在空间相关性高的环境中，如果在其上传输数据(其数量通过使用MIMO方案而增长)的传输信道被分配给不同的用户，那么它将有助于提高系统容量。这是因为，如果空间相关性较高，那么具有不同空间特性的用户信号之间的干扰可能降低。也即，SDMA技术是一种能够在高空间相关性环境中提高系统容量的空间处理技术。

诸如空间分集技术、SDM技术和SDMA技术这样的空间处理技术中的每一种根据通信量(traffic)类型和体现容量提高的信道环境而在可用范围上不同。例如，对于语音呼叫，因为总是生成近似的数据量，所以难以应用AMC方法和信道敏感调度资源管理方法，这二者在数据吞吐量上不同。另外，如果信道状态由于衰落而变差，那么接收错误就不可避免了。在这种情况下，使用空间分集技术能够防止信道状态变差。在空间相关性低的信道环境中，连同AMC方法和信道敏感调度资源管理方法一起使用SDM技术，能够提高数据吞吐量。在空间相关性高的信道环境中，SDMA技术能够提高系统容量。因此，需要根据信道环境和通信量类型来适当地选择空间处理技术。

现在将对用于上述每一种系统的发射机进行描述。

图1是示出了采用了空时编码(STC)的无线通信系统中的发射机的结构的图。参照图1，现在将对使用STC编码来发送数据的装置和方法进行描述。

如果接收到上层想要发送的数据(诸如信息比特流)10，则数据10被输入到AMC单元100。AMC单元在其中100包括信道编码/调制单元110和AMC控制器101。信道编码/调制单元110在其中包括信道编码器111、信道交织器112和调制器113。因此，数据10被输入到信道编码器111。由信道编码器111编码的数据被信道交织器112分散(或置换(permutation))。由信道交织器将数据分散的原因是为了防止数据传输期间由于衰落而导致 的编码性能变差。由信道交织器112分散的数据被调制器113转换为调制信号。数据经历了编码111、交织112和调制113的一系列处理被称为“信道编码与调制”处理。因此，该处理在信道编码/调制单元110中执行。

信道编码/调制单元110能够根据接收机已经依照系统递送的信道状态信息(CSI)反馈105来应用不同的方案。例如，如果信道状态良好，则信道编码/调制单元110提高信道编码速率和调制阶数(order)，以使得增加的数据量被传输。但是，如果信道状态不佳，则信道编码/调制单元110降低编码速率和调制阶数，以使得降低的数据量被更加可靠地传输。通过这样的方式，发射机基于CSI反馈105来应用AMC，并且AMC控制器101确定它将使用哪种编码和调制方案。根据该特殊设计，可以省去AMC控制器。也就是说，这意味着在图1中以虚线表示的信号是可选的。例如，在若干用户接收诸如广播这样的相同信息的情况下，因为不可能根据特定用户的信道状态来自适应地改变编码和调制方案，所以发射机不需要支持AMC。AMC控制器101基于CSI反馈105自适应地改变信道编码和调制方案的处理被称为AMC处理。因此，提供用于执行AMC处理的装置如图1中的AMC单元100所示。

由AMC单元100调制的信号是由STC编码器121进行STC编码的。典型地，STC编码器121采用Alamouti编码方法，该方法被应用于两个发射天线。与正交空时编码(OSTC)相对应的Alamouti编码方法能够获得最大分集增益。在Alamouti编码方法中，为了保持正交性，经Alamouti编码的相邻时间信号之间的信道应当没有变化。如果相邻时间信号之间的信道遭受突然的变化，那么Alamouti编码方法就不能确保正交性，由此会导致自干扰以及性能下降。

但是，已知的是，确保正交性的OSTC编码方法提供最大分集增益。在不依赖于接收机反馈的CSI的条件下执行通用的STC编码方法。因此，设计STC编码方法，以将分集增益最大化，而非将其修改为适应于信道。通过STC编码该调制信号而获得的信号被射频(RF)单元122转换为发射波段信号，生成多个将经由多个发射天线131至132发送的码元(symbol)。例如，应用于2发射天线系统的STC编码方法接收一个数据流并输出两个码元流。经由不同的发射天线131和132发送所生成的码元流。

将STC编码方法应用于其的码元流被RF单元122转换为将经由发射天 线发射的RF信号。RF单元122执行滤波，以满足频谱特性，调整发射功率，并且将基带信号转换为RF信号。在该处理之后，输出信号经由它们的相关联的天线131和132被发送。

图2是示出了采用了OFDM-STC编码的发射机的结构的图。参照图2，现在将对采用了OFDM-STC编码的发射机的结构和操作进行描述。

AMC单元100在操作上与图1的AMC单元相同，因此这里略去对其的描述。由AMC单元100调制的信号被输入到OFDM调制器210。OFDM调制器210在其中包括逆快速傅立叶变换(IFFT)单元211和循环前缀(CP)码元加法器211。因此，CP码元被CP码元加法器212添加到经IFFT处理的信号。IFFT单元对调制信号执行IFFT，以使得经调制的信号可以在正交频率信号即副载波上运送。之后，CP码元通过CP码元加法器212加到经IFFT处理的信号上。通过复制所生成的副载波的最后部分的一部分并且将复制部分加到码元的头部来获得CP，以便即使是在由于多径衰落造成延迟扩展(delay spread)发生的情况下也保持副载波之间的正交性，从而防止干扰。如果OFDM码元由OFDM调制器210生成，则STC编码器121对连续OFDM码元执行STC编码。之后，RF单元122将经STC编码的OFDM码元转换为发射波段RF信号，然后经由多个发射天线131和132发送该RF信号。在采用OFDM-STC编码的发射机中，如果连续OFDM码元之间的信道的变化相当大，那么正交性可能会受到影响，从而导致干扰。

图3是示出采用OFDM-SFC编码的发射机的结构的框图。现在将对采用OFDM-SFC(空间频率编码)编码的发射机的结构和操作进行描述。

在OFDM方案中，可以在不同时间、在不同频率上运送调制信号。因此，可以通过将STC编码方法应用于连续频率信号即副载波而非将STC编码方法应用于连续时间信号，来实施SFC编码方法。AMC单元100使用输入信息比特流10和SCI反馈信息105输出经调制的信号。输出的调制信号被输入到SFC编码器300。编码器300执行与STC编码处理相同的处理，但是最后将STC编码应用于连续频率信号，因此，该编码方法被称为SFC编码方法。由SFC编码器300调制的信号流通过将STC编码应用于连续时间信号来获得。通过SFC编码器300将一个流编码为多个流，并且这些流被OFDM调制器210a至210n分开调制。经STC编码的信号被OFDM调制器210a-210n转换为OFDM信号。在此可以这样考虑：被OFDM调制器210a -210n施加到连续时间信号的STC编码被施加到连续频率信号。之后，经OFDM信号被RF单元122转换为发射信号，然后经由相关联的发射天线131和132发射。在采用OFDM-SFC编码的发射机中，如果连续副载波之间的信道的变化不容忽视，则正交性可能会受到影响，从而导致干扰。

图2和图3分别示出了采用STC编码的传输方案和采用在频率轴上进行STC编码的SFC编码的传输方案。这样的传统技术被设计用来获得最大空间分集增益，如上所述。因此，这些技术在较低的空间相关性环境中显示出优秀的链路性能，但是如果空间相关性增大，则不能提供多天线增益。在低空间相关性环境中显示出优秀的链路性能的原因在于：像其它种类的分集技术一样，该分集技术的使用能够随着时间的流逝减少信道的变化。但是，虽然该分集技术通过降低信道的变化而有助于降低信道变差的概率，却减少了大量能够传输数据的信道。由于此原因，已知在支持AMC和信道敏感调度的系统中，分集技术会不合需要地降低系统容量。

图4是示出采用基于OFDM的空间多路复用的发射机的结构的框图。参照图4，现在将对采用基于OFDM的空间多路复用的发射机结构和操作进行描述。

要给出对图4的描述之前，将简要描述一下前述的技术和空间多路复用技术。通过使用多个发射天线，STC编码技术和SFC编码技术发射一个数据流，而空间多路复用技术发射多个数据流。在由于大量散布的对象而使用低空间相关性MIMO方案的信道环境中，可以发射预定数量的数据流，其中，预定数量对应于发射天线的数量与接收天线的数量中较小的那个。例如，在上述的信道环境中，如果发射天线的数量是2而接收天线的数量是4，则发射机可以发射2个数据流。因此，为了图4的系统能够稳定运行，接收机也需要多于M个天线。用于参考，因为STC编码技术和SFC编码技术只发射一个数据流，所以它们不需要多个接收天线。

在MIMO系统中，已知为了提高容量，优选的是增加传输数据流的数量而不是通过将传输数据流的数量固定为一来提高信噪比(SNR)。因此，空间多路复用技术使用MIMO系统的这种特性。

参考图4，传输数据流被分别输入到AMC单元100a至100n，在那里它们独立地经过AMC处理。之后，所得到的流被OFDM调制器210a至210n进行OFDM调制。经OFDM调制的码元被RF单元122转换为RF发射信号， 然后经由多个发射天线131和132发射到接收机。也即，不同的数据流经由不同的发射天线发射。当系统执行CSI反馈时可以使用图4中所示的AMC单元100a至100n。如果没有反馈CSI，则执行固定的编码和调制方案。在这样的情况下，AMC单元100a至100n执行固定的编码和调制方案。

在空间多路复用技术中，有两种使用CSI反馈来执行AMC的方法。第一种方法对所有发射天线应用相同的AMC方法。为了支持该方法，允许接收机只反馈一个代表性的CSI。第二种方法对所有发射天线应用不同的AMC方法。为了支持该方法，接收机应当反馈对应于每一个发射天线的CSI。也就是说，前一种方法在CSI反馈开销上要少于后一种方法。但是，在前一种方法中，因为只有一个AMC被应用于经历不同信道状态的不同发射天线，所以降低了支持AMC和信道敏感调度的系统的容量提高效果。图4示出了允许接收机为每一个发射天线反馈CSI的后一种方法，并且示出了根据该方法的采用AMC方法的发射机。这样一种空间多路复用方法被称为每天线速率控制(Per Antenna Rate Control，PARC)。

图5是示出了在支持AMC和信道敏感调度的系统中采用PARC的发射机的结构的框图。参照图5，现在将对在支持AMC和信道敏感调度的系统中采用PARC的发射机的操作和结构进行描述。

调度器501从上层接收K多个用户的传输数据10a至10n。这里，调度器501是信道敏感调度器(为了简便起见，以下文中称为“调度器”)。调度器501基于每个用户终端的反馈的CSI选择最优选的用户终端，调度器501将在当前时间对该用户终端传输数据。为了在所选用户的随后的传输数据的过程中递送必要的控制信息，调度器501向AMC控制器505提供调度信息510。然后，AMC控制器505对被调度的用户进行分析并且根据该用户的信道状态发布AMC命令。也就是说，调度器501生成指示它将经由哪个天线以及通过哪个编码和调制方法发送传输数据的信息，并且将所生成的信息提供给AMC控制器505。因此，AMC控制器505可以基于关于发射天线的信息来确定传输数据流的数量和用于每个单独天线的传输数据的大小。

多路复用器503基于从AMC控制器505所提供的信息，根据发射天线的数量和用于每个单独天线的数据率，将由调度器501进行调度的用户信息比特流多路复用。例如，多路复用器503将被调度的用户的信息比特流多路复用，从而较大数量的数据流将经由具有良好信道状态的发射天线被发送。 在接下来的处理中，PARC被应用于经多路复用的数据流。也就是说，经多路复用的数据流被分别输入到信道编码/调制单元110a至110m，在那里数据流被编码和调制。经编码/调制的数据流被分别输入到OFDM调制器210a至210m，在那里数据流被OFDM调制。之后，经OFDM调制的数据流被转换为RF信号，并经由相关联的天线131至132发射。

图5中所示的系统在发射时间只选择了一个用户并且在全波段上发射数据流。也就是说，系统不是OFDMA系统。但是，可以通过将整个系统波段划分为各自由相邻副载波组成的子信道并且独立地将PARC应用于每一个子信道，来将系统简单地扩展为支持AMC和信道敏感调度的OFDMA系统。但是，因为经由多个天线只发射一个用户信号，所以不执行SDMA。

已经描述了两种不同的空间处理技术作为传统MIMO技术。

第一种技术，空间分集技术，将传输数据流的数量固定为一，以便减少随着时间的流逝信道的变化。第二种技术，空间多路复用技术，发送多个数据流。

图2和图3中所述的STC编码和SFC编码技术可以被归类为空间分集技术。如上所述，分集技术有助于通过减少信道的变化来降低信道恶化的概率，但是也减少了能够传输数据的大量信道。由于此原因，已知空间分集技术不合需要地降低系统容量。但是，空间分集有助于拓宽发射机几乎不能根据信道状态来改变传输方法的通信量的覆盖范围，像广播那样。

虽然STC编码技术和SFC编码技术被设计用来保持正交性，以便获得最大空间分集增益，但是，如果相邻信道改变，那么这些技术将不合需要地导致自扰(self-interference)。例如，STC编码技术有助于在快速移动环境中补助AMC和信道敏感调度，但是由于正交性被破坏，因而会不合需要地降低链路性能。在SFC编码技术的情况中，因为相邻副载波在时延扩展(timedelay spread)相当大的环境中经历不同的信道响应，所以在这种情况下也是由于正交性的影响而导致链路性能变差。

图4和图5中所描述的PARC可以被归类为空间多路复用技术。PARC技术的不足在于，在高空间相关性环境中，接收性能变差。因为PARC技术通过仅反馈每一个独立传输信道的信道状态来执行AMC，它不合需要地发送数量超过在高空间相关性环境中信道可支持的容量的数据。高空间相关性意味着存在当一个发射天线经历良好信道状态时其它发射天线也将经历良 好信道状态的高概率。但是，因为不同天线所经历的信道相互类似，所以接收机无法将从不同天线发送的信号分离。因此，同时被发送的流之间会出现干扰，使接收链路的性能变差。PARC技术无法避免由于空间相关性造成的接收链路性能变差，因为该技术是基于信道没有空间相关性的假设而设计的。

作为另一个问题，PARC技术不支持SDMA。支持AMC和信道敏感调度的系统通过获得多用户分集增益来提高系统容量。多用户分集通过在信道变化(channel-varying)的移动通信环境中进行调度来选择正确的用户并且将数据发送给所选择的用户。与信道不变化的环境相比，系统容量不合需要地降低。因此，需要一种用于在多天线通信系统中发送/接收数据的改进装置和方法。

发明内容

因此，本发明的实施方式的一个目的是提供一种用于在采用AMC方法和信道敏感调度资源管理方法的OFDMA系统中提高系统容量的装置和方法。

本发明的实施方式的另一个目的是提供一种用于在OFDMA系统中通过应用诸如波束成形、空间分集和SDMA之类的各种MIMO技术提高数据发射/接收效率的装置和方法。

本发明的实施方式的再一个目的是提供一种用于降低OFDMA系统中CSI反馈量的装置和方法。

根据本发明的一个方面，提供一种用于在无线通信系统的基站中发送数据的方法，该系统依据从终端反馈的信道状态信息发送数据并且在多输入多输出(MIMO)方案中使用多个天线。该方法包括：确定基站将发送数据到其的终端，确定多个天线中的、基站将经由其发送数据的天线，并且确定空间预编码方法；根据所确定的天线数量将传输数据多路复用为多个数据流，并且对每一个数据流执行编码和调制；输出矩阵选择信号，该信号用于根据空间预编码方法选择多个空间预编码矩阵中的一个，并且通过基于矩阵选择信号选择的矩阵来对每一个经编码的流进行空间编码；以及对每一个经空间编码的流执行正交频分复用(OFDM)调制，并且经由相关联的天线发送每一个经OFDM调制的流。

根据本发明的另一个方面，提供一种用于在无线通信系统的基站中发送数据的装置，该系统依据从终端反馈的信道状态信息发送数据并且在多输入多输出(MIMO)方案中使用多个天线。该装置包括：调度器，用于基于信道状态信息确定基站将发送数据到其的终端，确定多个天线中的、基站将经由其发送数据的天线，并且确定空间预编码方法；多路复用器，用于根据所确定的天线数量将传输数据多路复用为多个数据流；调制与编码单元，用于对每一个数据流执行调制和编码；预编码控制器，用于输出矩阵选择信号，该信号用于根据空间预编码方法选择多个空间预编码矩阵中的一个；空间预编码器，用于通过基于矩阵选择信号选择的矩阵来对每一个经编码的流进行空间编码；正交频分复用(OFDM)调制器，用于对每一个经空间编码的流执行OFDM调制；和射频(RF)单元，用于经由相关联的天线发送每一个经OFDM调制的流。

根据本发明的再一个方面，提供一种用于在无线通信系统的基站中发送数据的装置，该系统依据从终端反馈的信道状态信息发送数据并且在多输入多输出(MIMO)方案中使用多个天线。该装置包括：调度器，用于基于信道状态信息确定基站将发送数据到其的终端，并且确定多个天线中的、基站将经由其发送数据的天线；多路复用器，用于根据所确定的天线数量将传输数据多路复用为多个数据流；调制与编码单元，用于对每一个数据流执行调制和编码；预编码控制器，用于输出空间预编码命令，该命令将被应用于待发送到所选择的终端的数据流；空间预编码器，用于对基于空间预编码命令选择的每一个经编码的流进行空间编码；正交频分复用(OFDM)调制器，用于对每一个经空间编码的流执行OFDM调制；和射频(RF)单元，用于经由相关联的天线发送每一个经OFDM调制的流。

根据本发明的又一个方面，提供一种用于在无线通信系统的基站中发送数据的方法，该系统依据从终端反馈的信道状态信息发送数据并且在多输入多输出(MIMO)方案中使用多个天线。该方法包括步骤：基于信道状态信息确定基站将发送数据到其的终端，并且确定多个天线中的、基站将经由其发送数据的天线；根据所确定的天线数量将传输数据多路复用为多个数据流；对每一个数据流执行调制和编码；确定将应用于待发送到所选择的终端的数据流的空间预编码方法，并且使用所确定的空间预编码方法对每一个数据流进行空间编码；对每一个经空间编码的流执行正交频分复用(OFDM) 调制；以及经由相关联的天线发送每一个经OFDM调制的流。

根据本发明的又一个方面，提供一种用于由无线通信系统中的终端接收数据的装置，该系统依据从终端反馈的信道状态信息发送数据并且在多输入多输出(MIMO)方案中使用多个天线。该装置包括：发射天线导频提取器，用于从经每个天线接收到的信号中提取经由每个发射天线发射的导频信号；MIMO信道估计器，用于使用从发射天线提取器接收到的信息估计MIMO信道；预编码MIMO信道估计器，用于使用所估计的MIMO信道和预编码信息估计经预编码的MIMO信道；数据提取器，用于从接收到的信号中提取数据；组合与多路分离单元，用于使用从预编码MIMO信道估计器输出的信号将由数据提取器提取的数据进行组合和多路分离；和解调与解码单元，用于将经多路分离的信号解调和解码。

根据本发明的又一个方面，提供一种用于由无线通信系统中终端接收数据的方法，该系统依据从终端反馈的信道状态信息发送数据并且在多输入多输出(MIMO)方案中使用多个天线。该方法包括步骤：从经每个天线接收到的信号中提取经由每个发射天线发射的导频信号；使用所提取的导频信号估计MIMO信道；使用所估计的MIMO信道和预编码信息估计经预编码的MIMO信道；从接收到的信号中提取数据；使用所估计的经预编码的MIMO信道将所提取的数据进行组合和多路分离；以及将经多路分离的信号解调和解码。

附图说明

本发明的上述及其它目的、特征和优点将从下面结合附图的详细描述中变得更加清楚，附图中：

图1是示出了采用空时编码(STC)的无线通信系统中的发射机和结构的图；

图2是示出了采用OFDM-STC编码的发射机的结构的图；

图3是示出了采用OFDM-SFC编码的发射机的结构的框图；

图4是示出了采用基于OFDM的空间多路复用的发射机的结构的框图；

图5是示出了在支持AMC和信道敏感调度的系统中采用PARC的发射机的结构的框图；

图6是示出了根据本发明的一种示例实施例的、采用空间预编码的多用 户MIMO发射机的结构的框图；

图7是示出了根据本发明的一种示例实施例的、通过波束成形器实施的图6的空间预编码器的框图；

图8是示出了根据本发明的另一种示例实施例的、通过傅立叶变换器实施的图6的空间预编码器的框图；

图9是示出了根据本发明的另一种示例实施例的、采用机会空间预编码的多用户发射机的结构的框图；

图10是示出了根据本发明的一种示例实施例的、采用波束成形器实施的图9的机会空间预编码器的结构的框图；

图11是示出了根据本发明的另一种示例实施例的、通过FFT单元实施的图9的机会空间预编码器的示范性结构的框图；

图12是示出了根据本发明的一种示例实施例的、与图6的空间预编码发射机相对应的接收机的示范性结构的框图；

图13是示出了根据本发明的一种示例实施例的、与图9的机会空间预编码发射机相对应的接收机的示范结构的框图；

图14是示出了根据本发明的一种示例实施例的、在发射机中发送数据流的处理的流程图；

图15是示出了根据本发明的一种示例实施例的、在接收机中接收数据流的处理的流程图。

贯穿附图，相似的参考标号应当被理解为指代相似的元素、特征和结构。

具体实施方式

现在将参照附图详细描述本发明的示例实施例。在下面的描述中，为了清楚和简要起见，已经略去了并入此处的已知功能和构造的详细描述。

如上所述，多用户分集随着它能够执行调度的等级(level)的升高而提供更多的增益。在诸如HSDPA、EV-DV和EV-DO这样的3G移动通信系统中，只在时间轴上执行调度。但是，在OFDMA系统中，在时间轴和频率轴上都可以执行调度，从而提高系统容量。因此，这里所描述的SDMA的目的是为了不仅在时间和频率轴上执行调度，而且在空间轴上执行调度，由此提高多用户分集增益以及提高系统容量。

参照附图，现在将对本发明的示例实施例进行描述。

图6是示出了根据本发明的一种示例实施例的、采用空间预编码的多用户MIMO发射机的结构的框图。

为了方便起见，图6示出了OFDM-TDMA系统中的MIMO发射机，该OFDM-TDMA系统使用OFDM而非扩展的OFDMA作为多路复用方案并且使用TDMA作为多址接入方案。也能够通过将整个系统波段划分为各自由相邻副载波组成的子信道并且独立地将PARC应用于每一个子信道来将图6的系统简单地扩展为采用AMC和信道敏感调度的OFDMA系统。

现在将描述图5和图6之间的区别。

首先，新的发射机使用空间预编码器605来发送多个流。

其次，调度器可以选择若干用户信号并且发射所选择的用户信号，而不是选择一个用户信号并发射所选择的信号。

前一个区别不仅防止在高空间相关性环境中PARC的接收链路性能变差，而且有助于实施SDMA。后一个区别实现了SDMA，由此提高多用户分集增益。

在下文将首先描述空间预编码的特性。

通常，MIMO信道可以被表示为矩阵，该矩阵中以多个发射/接收天线之间的信道作为元素。如果发射天线的数量为M，而接收天线的数量为N，则表示MIMO信道的行列式可以被表示为

这里，h_nm代表当从第m个发射天线发射的信号在第n个接收天线处接收到时该信号经历的信道响应。空间预编码也可以被表示为下面的方程式(2)所定义的行列式。

这里，e_mp代表当经由第m个发射天线发送第p个调制码元时所乘的系数。这里假设提供多个空间预编码矩阵并且根据环境情况来改变空间预编码矩阵。也就是说，发射机具有G种空间预编码方法，并且根据环境情况来选择其中的一种。与G种空间预编码方法中的第g种空间预编码方法相对应的空间预编码矩阵被表示为：

空间预编码技术可以被描述为波束成形(beamforming)技术。矩阵E^(g)由总计M个列向量组成，并且每个列向量等于用于发送一个调制码元的波束成形权重。因此，为了指向(point)一个波束，需要指示该波束对应于哪一个矩阵的值‘g’和指示该波束对应于矩阵中哪一列向量的值‘m’。空间预编码技术同时形成M个波束。如果空间预编码技术只激活M个波束中的一个并且发送数据流，则实施通用的波束成形技术。为了发送多个待发送给一个用户的数据流，如果空间预编码技术激活相同数量的波束并且通过各个波束发送该流，则实施空间多路复用。如果每个波束运送不同用户的流，则实施SDMA。也就是说，空间预编码技术能够同时支持诸如传输波束成形、空间多路复用和SDMA之类各种不同的MIMO技术。

空间预编码可以被描述为另一种线性转换MIMO信道的方法。例如，给出通过第g种空间预编码方法转换的MIMO信道：

$H_E^{\left(g\right)}={\mathrm{HE}}^{\left(g\right)}...\left(4\right)$

根据G种空间预编码方法，MIMO信道可以被转换为第G种不同的等效MIMO信道。因为用户经历不同的MIMO信道，所以单个用户优选的空间预编码方法不相同。通过使用准备多个空间预编码方法并且根据环境情况改变空间预编码方法的方法，可以获得额外的多用户分集增益。

在本发明的示例实施例中，用于空间预编码的预编码矩阵的元素被定义为

$e_{\mathrm{mp}}^{\left(g\right)}=\frac{1}{\sqrt{M}}\exp \left(j\frac{2\mathrm{\π}(m-1)}{M}(p-1+\frac{g-1}{G})\right)...\left(5\right)$

$=\frac{1}{\sqrt{M}}\exp \left(j\frac{2\mathrm{\π}(m-1)(p-1)}{M}\right)\exp \left(j\frac{2\mathrm{\π}(m-1)(g-1)}{\mathrm{MG}}\right)$

如果如方程式(5)那样定义空间预编码矩阵，则它是酉矩阵。如果空间预编码矩阵是酉矩阵，则不存在通过空间预编码来降低MIMO信道的信道容量的情况。

现在将对图6中所示的发射机的结构和操作进行详细描述。

发射机从用户接收机接收CSI。这里，根据空间预编码技术，由一个用户递送的CSI反馈被分为三种方法。

第一种方法反馈用于空间预编码处理能够形成的每一个波束的AMC的信道质量信息(CQI)。如果有G种空间预编码矩阵和M个发射天线，则总计有GM个CQI被作为CSI反馈。该方法的有利之处在于，它能够通过反馈最大信息量来执行最佳调度。但是，该方法的不足之处在于由于反馈所造成的开销增加。

第二种方法告知了一种优选的空间预编码方法，并且仅为能够使用被告知的方法形成的M个波束反馈CQI。因此，第二种方法反馈M个CQI和表示优选空间预编码矩阵的优选矩阵索引(Preferred Matrix Index，PMI)。

上述两种方法均可以用于空间多路复用，并且还可以根据调度结果用于发送波束成形和SDMA。

第三种方法告知了一种优选的空间预编码方法和其中的优选波束成形方法，并且只反馈一个能够通过该波束得到的CQI。因此，一个CQI、PMI和指示优选列向量的优选向量索引(PVI)被作为CSI反馈。在这三种方法中，该方法需要最少的反馈开销量。但是，该方法只能够用于发送波束成形和单个流传输SDMA。

接收机使用上述方法中的一种方法发送的CSI在AMC控制器601以及调度与多路复用单元600中汇合。调度与多路复用单元600首先基于CSI反馈信息确定空间预编码方法，并且选择将通过根据所确定的方法形成的每个波束来递送的数据流。如果同时选择了不同的用户，则实施SDMA。如果调度与多路复用单元600确定发送来自一个用户的多个数据流，则它实施空间预编码。另外，如果调度与多路复用单元600确定发送来自一个用户的一个数据流，则它实施发送波束成形。由调度与多路复用单元600确定空间预编码方法意思是确定在当前时间它将应用哪个空间预编码矩阵。所确定的空间预编码方法被递送给预编码控制器603。然后，预编码控制器603搜索与所确定的空间预编码方法相对应的空间预编码矩阵索引，并且将该空间预编码矩阵索引递送给空间预编码器605。调度与多路复用单元600将所确定的调度信息615递送到AMC控制器601。因此，AMC控制器601基于CSI反馈信息确定将在每个波束中应用的编码和调制方法，并且将所确定的方法递送给信道编码/调制单元110-1至110-M。调度与多路复用单元600将从上层接收到的用户数据流中的、确定将被发送的预定数量的数据流多路复用，其中该预定的数量对应于待发送的流的数量，并且输出经多路复用的流到相关联 的信道编码/调制单元110-1至110-M。

每个信道编码/调制单元110-1至110-M对调度与多路复用单元600调度并多路复用后的数据流执行AMC。经AMC处理的输出信号被输入到空间预编码器605。空间预编码器605基于由预编码控制器603所确定的预编码命令，也即，空间预编码矩阵索引611，来执行空间预编码。通过该处理，完成经由每个发射天线发送的码元流。空间预编码的码元流被输入到与天线相关联的导频插入器607-1至607-M。导频插入器607-1至607-M插入用于各个天线的正交导频信号，并且输出插入导频的流到相关联的OFDM调制器210-1至210-M。OFDM调制器210-1至210-M将该输入信号转换为OFDM信号，并且输出OFDM信号至RF单元122。RF单元122将OFDM信号转换为RF信号，并且经由多个发射天线131至132发射RF信号。

这里，数据流经历空间预编码，但是不对导频信号进行空间预编码。这是因为，即使是在当前时间没有数据发送到其的用户也应当反馈CSI信息，以防数据将在接下来的时间被发送。如果空间预编码被应用于用于数据当前要发送到其的用户的导频，则没有数据发送到其的用户就无法识别该事实。因此，没有数据发送到其的用户无法根据该导频产生CSI信息。如果经由图6的发射机中的各个天线发送正交导频，则每个用户接收机都能够使用方程式(4)产生CSI信息。

图7是示出了根据本发明的示例实施例的、通过波束成形器实现的图6的空间预编码器的框图。参照图7，现在将对根据本发明的示例实施例的空间预编码器的结构和操作进行描述。

如果预编码命令、也即由预编码控制器603确定的空间预编码矩阵索引‘g’611被递送到空间预编码器605，则第一波束成形器701-1使用波束成形权重将第一个列向量波束成形(beam-form)，而第M个波束成形器701-M使用波束成形权重将第M个列向量E^(g)波束成形。由波束成形器701-1至701-M波束成形的信号被加法器703-1至703-M加起来。

图8是示出了根据本发明的另一种示例实施例的、通过傅立叶变换器实现的图6的空间预编码器的框图。参照图8，现在将对根据本发明的另一种示例实施例的空间预编码器的结构和操作进行描述。

如果使用方程式(5)的空间预编码矩阵，则空间预编码器605将IFFT应用于被调度为要同时发送的调制码元。因此，调制码元被输入到傅立叶变 换器801，它们在傅里叶变换器801处经历IFFT。这里，可以根据传输方法用快速傅立叶变换(FFT)或离散傅立叶变换(DFT)替换IFFT。经傅立叶变换的流被输入到线性移相器803。线性移相器803使用由预编码控制器603确定的预编码命令、也即空间预编码矩阵索引‘g’611，对输入流进行移相。线性移相器803使用空间预编码矩阵索引‘g’611将方程式(6)的相移施加到经傅立叶变换器801进行IFFT处理后的调制码元中的、要经由第m个发射天线发射的调制码元上。

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{mp}}^{\left(g\right)}=\exp \left(j\frac{2\mathrm{\π}(m-1)(g-1)}{\mathrm{MG}}\right)...\left(6\right)$

如上所述，空间预编码器605能够用FFT单元替换IFFT单元。在这种情况下，如方程式(7)那样定义空间预编码矩阵的元素，如方程式(8)那样定义相移。

$e_{\mathrm{mp}}^{\left(g\right)}=\frac{1}{\sqrt{M}}\exp (-j\frac{2\mathrm{\π}(m-1)}{M}(p-1+\frac{g-1}{G}))...\left(7\right)$

$=\frac{1}{\sqrt{M}}\exp (-j\frac{2\mathrm{\π}(m-1)(p-1)}{M})\exp (-j\frac{2\mathrm{\π}(m-1)(g-1)}{\mathrm{MG}})$

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{mp}}^{\left(g\right)}=\exp (-j\frac{2\mathrm{\π}(m-1)(g-1)}{\mathrm{MG}})...\left(8\right)$

图9是示出了根据本发明的另一种示例实施例的、采用机会(opportunistic)空间预编码的多用户发射机的结构的框图。

在给出图8的描述之前，应当注意的是，采用图6的空间预编码技术的多用户MIMO系统应当反馈用于每种情况的CQI，或者反馈像PMI和PVI这样的附加CSI。因此，与PARC系统相比，MIMO系统执行更多反馈。具有与PARC技术相同的反馈开销的机会空间预编码技术能够使用诸如波束成形、空间多路复用和SDMA这样的能够使用空间预编码技术来实施的各种空间处理技术。

图9的机会空间预编码技术和图6的空间预编码技术之间在发射机结构上的显著区别在于，机会预编码控制器901不由调度器控制。也就是说，采用图6的空间预编码技术的系统接收从接收机反馈的、用于确定空间预编码方法的CSI，并且基于该CSI信息，调度器600确定在当前时间它将使用哪种空间预编码。但是，采用图9的机会空间预编码技术的系统依据预定方式来确定空间预编码方法，而非基于从接收机反馈的CSI来确定空间预编码方法。

机会预编码控制器901确定它将在特定子波段(sub-band)上应用哪一种空间预编码以及作为AMC和信道敏感调度的单元的时隙，并且将机会预编码命令905递送到机会空间预编码器910。其它处理与图6中所述的相应空间预编码处理等同。

机会预编码控制器901确定下面两种方法中的机会预编码命令905。

第一种方法定义了空间预编码方法的顺序(order)，并且顺序地改变空间预编码方法。

第二种方法产生随机变量并且随机地确定空间预编码方法。

即使使用上述两种方法中的任意一种，接收机也应当能够预期哪一种空间预编码将在当前时间和下一次调度时间应用于特定的子波段。也就是说，当在顺序改变空间预编码方法的情况下使用第一种方法时，发射机和接收机二者都应当知道空间预编码方法的顺序。反之，如果在随机改变空间预编码方法的情况下使用第二种方法，那么发射机和接收机应当对它们的随机发生器的相同状态进行设置，以便可以生成相同的随机变量。也就是说，对于空间预编码方法，应当使发射机和接收机同步。通过这样做，接收机就能够预测在当前时间经预编码的MIMO信道，并且能够估计在下一次调度时间的经预编码的MIMO信道。在运行中即使是以这样的方式根据时间和频率改变空间预编码方法也没有问题的原因是因为，从不同的天线发送正交导频，从而可以使用没有应用空间预编码的MIMO信道。另外，因为接收机知道应用了以及将要应用哪种空间预编码，所以它能够执行接收和CSI反馈操作。

图10是示出了根据本发明的一种示例实施例的、采用波束成形器实施的图9的机会空间预编码器的结构的框图。参照图10，现在将对根据本发明的一种示例实施例的机会空间预编码器的结构和操作进行描述。

由机会预编码控制器905生成的机会预编码命令905由波束置换方式(pattern)1001和预编码矩阵索引1003组成。预编码矩阵索引‘g’1003被输入波束成形器1013-1至1013-M。波束置换方式1001被输入波束置换单元1010。输入码元流也被输入到波束置换单元1010。然后，波束置换单元1010基于波束置换方式确定它将会把输入码元流输出到哪一个波束成形器，然后将输入码元流输出到对应的波束成形器。

接收输入波束流和预编码矩阵索引‘g’1003的波束成形器1013-1至 1013-M，使用第g个空间预编码矩阵的列向量作为波束成形权重。第一个波束成形器1013-1使用第g个空间预编码矩阵的第一个列向量作为波束成形权重，第M个波束成形器1013-M使用第g个空间预编码矩阵的第M个列向量作为波束成形权重。

波束置换方式1001表示将递送到机会空间预编码器910的调制码元流映射到相关联的波束成形器的方法。因为波束置换单元1010基于波束置换方式1001来确定它将要把特定的调制码元流输入到哪一个波束成形器，所以即使确定了相同的预编码矩阵索引，波束分配方法也可以改变。将特定调制码元流输入到特定波束成形器的控制功能由波束置换单元1010来执行。

图11是示出了根据本发明的一种示例实施例的、通过FFT单元实施的图9的机会空间预编码器的示范性结构的框图。参照图11，现在将对根据本发明的另一种示例实施例的、通过FFT单元实施的机会空间预编码器的结构和操作进行描述。

图11中的傅立叶变换器801和线性移相器803基本上与图8中所示的相同。另外，使用预编码矩阵索引1101来控制线性移相器803的操作也基本上与通过FFT单元实施的图8的空间预编码器的对应操作相同。但是，新颖的机会空间预编码器还包括波束置换单元1010。波束置换单元1010的不同之处在于，它接收波束置换方式1001并且在FFT或IFFT处理之前执行波束置换处理。已经在图9和图10中描述了波束置换处理。

图12是示出了根据本发明的一种示例实施例的、与图6的空间预编码发射机相对应的接收机的示范性结构的框图。参照图12，现在将对根据本发明的一种示例实施例的、与空间预编码发射机相对应的接收机的结构和操作进行描述。

接收机通过N多个接收天线1200-1至1200-2接收信号。在本说明书中，为了避免重复描述，将参照第一个接收天线1200-1来描述接收处理。接收到的信号被RF单元1201转换为基带信号。OFDM解调器1203恢复通过每个副载波发送的基带信号。用于提取从相关联的发射天线发射的正交导频信号的发射天线导频提取器1205-1至1205-2提取用于各个发射天线的导频信号。由第一个发射天线导频提取器1205-1提取的导频信号1207-1是从第一个发射天线发射的导频信号，并且包括当在第一接收天线处接收到从第一个发射天线发射的信号时该信号经历的信道响应。由第二个发射天线导频提取 器1205-2提取的导频信号1207-2是从第二个发射天线发射的导频信号，并且包括当在第二个接收天线处接收到从第二个发射天线发射的信号时该信号经历的信道响应。如果提取在多达第N个接收天线(示出)处接收到的导频信号1207-N，那么所有所提取的导频码元被输入到MIMO信道估计器1221。MIMO信道估计器1221估计没有对其应用空间预编码的纯MIMO信道矩阵，并且将该MIMO信道矩阵递送到预编码MIMO信道估计器1230。

被应用于待发送到相应接收机的数据上的预编码信息1220被输入到预编码控制器1223。预编码控制器1223使用预编码信息1220来生成被应用于接收数据的空间预编码矩阵1233，并且将所生成的空间预编码矩阵1233递送到预编码MIMO信道估计器1230。预编码MIMO信道估计器1230估计接收数据当前经历的、经预编码的MIMO信道，还估计接收数据可能在接下来的调度时间经历的、所有经预编码的MIMO信道，然后将所估计的值1231输出到CSI估计器1232。CSI估计器1232基于来自预编码MIMO信道估计器1230的估计值，生成CSI反馈值1237，并且发送CSI反馈值1237到发射机。另外，来自预编码MIMO信道估计器1230的、先前所估计的值被递送到组合与多路分离单元1251，以便它能被用于数据解调。

数据提取器1210从通过OFDM调制器1203在每一个载波上运送的信号中提取发送到接收机的调制码元。数据提取器1210只提取接收机应当接收的信号，并且将所提取的信号输出到组合与多路分离单元1251。该操作在与每一个天线相对应的每一个数据提取器中执行。因此，在接收到所有从接收天线提取的数据调制码元1241-1至1241-N之后，组合与多路分离单元1251将接收到的码元进行组合，并且将从发射机发送到接收机的多个数据流的调制码元1253-1至1253-N进行恢复。因此，组合与多路分离单元1251将数据流调制码元1253-1至1253-N进行多路分离，并且将结果输出到干扰消除器1260。干扰消除器1260用虚线框表示。如上所述，根据系统，用虚线表示的部分是可选的。因此，有些接收机可能不使用干扰消除器1260。

但是，这里假设提供干扰消除器1260。干扰消除器1260使用从先前值中提取的信息来从输入信号中消除干扰，并且将消除了干扰的信号输出到自适应解调与解码单元1270-1至1270-M。

图13是示出了根据本发明的一种示例实施例的、与图9的机会空间预编码发射机相对应的接收机的示范结构的框图。参照图13，现在将对根据本 发明的一种示例实施例的、与机会空间预编码发射机相对应的接收机的结构和操作进行描述。

图13的机会空间预编码接收机和图12的空间预编码接收机之间的显著区别在于，机会预编码控制器1301自发地生成空间预编码矩阵1303而无需分离地接收预编码信息，并且直接将空间预编码矩阵1303递送到预编码MIMO信道估计器1230。其它处理与图12中所描述的对应处理基本上相同。

图14是示出了根据本发明的一种示例实施例的、发射机中发送数据流的处理的流程图。参照图14，现在将对根据本发明的一种示例实施例的、发射机中发送数据流的处理进行描述。

在步骤1401中，发射机从上层接收每一个用户的数据流。在步骤1402中，发射机聚集从接收机反馈的CSI信息。在步骤1403中，发射机准备所有可能的空间预编码方法。如果发射机使用空间预编码，则不在该步骤中确定空间预编码方法。在步骤1404中，发射机对所有可能的空间预编码方法执行调度。

但是，如果发射机使用机会预编码，则在步骤1403中确定空间预编码方法。接着，在步骤1404中，发射机确定哪一个用户数据流将由其调度器进行调度。这里，调度是基于在步骤1403中所确定的空间预编码方法来执行的。在步骤1405中，经调度的用户数据流经过编码与调制处理被转换为调制信号。之后，发射机在步骤1411中确定将要使用的预编码方法是否是空间预编码方法。根据将要使用的预编码方法是空间预编码方法还是机会预编码方法来改变预编码方法。

为了预编码方法的选择，系统和用户其中之一能够选择空间预编码方法或机会预编码方法中的一种。也就是说，系统中的所有用户可以使用一种预编码方法。否则，一些用户可以使用空间编码方法，其它用户可以使用机会预编码方法。

如果发射机使用空间预编码方法，则它在步骤1412中从调度器接收预编码命令，并且在步骤1413中执行空间预编码。相反地，如果发射机使用机会预编码方法，则它根据在步骤1414中预定义的方式生成预编码命令，并且根据步骤1415中的命令来执行空间预编码。

在步骤1413或1415之后，发射机在步骤1431中将导频信号附在经预编码的信号上，并且在步骤1432中通过OFDM调制将所附的导频信号转换 为OFDM码元。发射机在步骤1433中通过RF处理将基带OFDM码元转换成RF信号，然后，在步骤1434中经由多个发射天线发射该RF信号。

图15是示出了根据本发明的一种示例实施例的、在接收机中接收数据流的处理的流程图。参照图15，现在将对根据本发明的一种示例实施例的、在接收机中接收数据流的处理进行描述。

接收机在步骤1500中从多个接收天线接收RF信号，并且在步骤1501中将RF信号转换成基带信号。因为经转换的基带信号是OFDM码元，所以接收机在步骤1502中使用OFDM解调器对通过每个副载波运送的调制信号进行恢复。之后，在步骤1503中，接收机提取导频和控制信号，以及在步骤1504中，使用所提取的导频估计MIMO信道。

接下来，接收机执行估计经预编码的MIMO信道的处理。在步骤1505中，接收机生成在发射机中使用的空间预编码命令，以及在步骤1506中，使用所生成的值估计经预编码的MIMO信道。一旦估计了经预编码的MIMO信道，接收机在产生CSI反馈值时就使用所估计的经预编码的MIMO信道。通过使用所估计的经预编码的MIMO信道，接收机能够恢复将对其应用空间预编码方法的调制信号。因此，接收机在步骤1507中恢复数据恢复所必须的控制信号，并且在步骤1508中基于该控制信号提取数据。接着，在步骤1509中，接收机基于所估计的经预编码的MIMO信道将提取的数据进行组合。之后，在步骤1510中，接收机最后将组合信号解调并解码，由此恢复所发送的数据流。

如上所述，本发明中所提出的空间预编码器和机会预编码器能够根据调度器的决策实现各种MIMO技术，诸如波束成形、空间多路复用和SDMA。

因为机会空间预编码器不需要从接收机接收与空间预编码相关联的CSI反馈以确定空间预编码方法，所以它能够通过与PARC相同的反馈量来获得提高的系统容量。另外，机会空间预编码器能够具有这样的效果：当它在信道随频率和时间变化不大的信道环境中经历不良信道状态时，根据频率和时间有意地改变信道。可以通过将不同的空间预编码方法应用于每一个子波段以及应用作为AMC和信道敏感调度的单元的时隙来获得这种影响。通常，在将公平性考虑在内而运行的系统中，当处于信道随频率和时间的变化非常不明显的信道环境中的用户经历恶劣的信道状态时，信道状态在短时间内可能不会变好，于是发射机不得不分配资源。在这种情况下，系统容量降低。 该问题可以通过使用机会空间预编码得到解决。以这样的方式，本发明有助于提高系统容量以及减轻开销负荷。

尽管已经参照本发明的给定优选实施方式对本发明进行了图示和描述，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离如所附权利要求所定义的本发明的精神和范围的条件下，在这里可以在形式和细节上进行各种变化。

Claims (10)

1.一种用于在无线通信系统的基站中发送数据的装置，该系统依据从终端反馈的信道状态信息发送数据并且在多输入多输出(MIMO)方案使用多个天线，所述装置包括：

调度器，用于确定基站将发送数据到其的终端，并且基于信道状态信息确定多个天线中的、基站将经由其发送数据的天线；

多路复用器，用于根据所确定的天线数量将传输数据多路复用为多个数据流；

编码与调制单元，用于对每一个数据流执行编码和调制；

预编码控制器，用于确定预编码方法并且输出与所确定的预编码方法相对应的空间预编码命令，其中该空间预编码命令包括波束置换方式和预编码矩阵索引并且将被应用于待发送到所选择的终端的数据流；

空间预编码器，用于基于该空间预编码命令对每一个经调制的流进行空间预编码；

正交频分复用(OFDM)调制器，用于对每一个经空间预编码的流执行OFDM调制；和

射频(RF)单元，用于经由相关联的天线发送每一个经OFDM调制的流，

其中所述空间预编码器包括：

波束置换单元，用于接收所述经调制的流和所述波束置换方式，并且在所述基于该空间预编码命令对每一个经调制的流进行空间预编码之前，基于该波束置换方式置换所述经调制的流，

其中，波束置换方式指示将被应用到每一个经调制的流的波束成形方案。

2.如权利要求1所述的装置，还包括：自适应调制与编码(AMC)控制器，用于使用信道状态信息确定调制与编码方案；

其中，所述编码与调制单元在AMC控制器的控制下，自适应地编码与调制每一个传输流。

3.如权利要求1所述的装置，其中，所述空间预编码器还包括：

波束成形器，用于接收经置换的流和所述预编码矩阵索引，并且基于所述预编码矩阵索引所指示的矩阵对经置换的流进行波束成形；和

加法器，用于对于每一个单独路径将经波束成形的流相加，所述每一个单独路径与将经由其发送所述经波束成形的流的天线相对应。

4.如权利要求1所述的装置，其中，所述空间预编码器还包括：

逆快速傅立叶变换(IFFT)单元，用于接收经置换的流并且对接收到的流执行IFFT；和

移相器，用于接收所述预编码矩阵索引，并且使用所述预编码矩阵索引所指示的矩阵对每一个经IFFT处理的流进行相移。

5.如权利要求1所述的装置，还包括：导频插入器，用于将待经由相应天线发送的导频信号插入到每一个经空间预编码的流中。

6.一种用于在无线通信系统的基站中发送数据的方法，该系统依据从终端反馈的信道状态信息发送数据并且在多输入多输出(MIMO)方案中使用多个天线，所述方法包括步骤：

确定基站将发送数据到其的终端，并且基于信道状态信息确定多个天线中的、基站将经由其发送数据的天线；

根据所确定的天线数量将传输数据多路复用为多个数据流；

对每一个数据流执行编码和调制；

确定将应用于待发送到所选择的终端的数据流的空间预编码方法，根据所确定的空间预编码方法生成包括波束置换方式和预编码矩阵索引的空间预编码命令，并且根据所生成的空间预编码命令对每一个经调制的数据流进行空间预编码；

对每一个经空间预编码的流执行正交频分复用(OFDM)调制；以及

经由相关联的天线发送每一个经OFDM调制的流，

其中空间预编码包括：

在所述根据所生成的空间预编码命令对每一个经调制的数据流进行空间预编码之前，基于所述波束置换方式置换所述经调制的数据流，

其中，波束置换方式指示将被应用到每一个经调制的流的波束成形方案。

7.如权利要求6所述的方法，其中对每一个数据流执行编码和调制的步骤还包括步骤：使用信道状态信息自适应地确定编码与调制方案，并且通过所确定的编码与调制方案对每一个传输流进行编码与调制。

8.如权利要求6所述的方法，其中，所述空间预编码还包括：

基于所述预编码矩阵索引所指示的矩阵对经置换的流进行波束成形；和

对于每一个单独路径将经波束成形的流相加，所述每一个单独路径与将经由其发送所述经波束成形的流的天线相对应。

9.如权利要求6所述的方法，其中，所述空间预编码还包括：

接收经置换的流，并且对接收到的流执行逆快速傅立叶变换(IFFT)；以及

使用所述预编码矩阵索引所指示的矩阵对每一个经IFFT处理的流进行相移。

10.如权利要求6所述的方法，还包括步骤：将待经由相应天线发送的导频信号插入到每一个经空间预编码的流中。