CN101449504B - 发射引导矩阵的推导和反馈 - Google Patents

Abstract

描述了用于高效率地导出发射引导矩阵并发送该矩阵的反馈的技术。接收机确定定义将被用于从发射机到该接收机的传输的发射引导矩阵的参数集。接收机可基于变换矩阵集导出发射引导矩阵，其中变换矩阵可被用于Jacobi旋转的多次迭代以将信道矩阵的非对角元素消零。接收机随后可基于变换矩阵确定参数集。该参数集可包括每个变换矩阵的至少一个角度、至少一个值、至少一个索引等。接收机将定义发射引导矩阵的参数集(而不是发射引导矩阵的元素)发送该发射机以便供发射机用来导出发射引导矩阵。

Description

发射引导矩阵的推导和反馈

本申请要求提交于2006年5月22日、被转让给本申请受让人并通过援引纳入于此的题为“JACOBI ITERATIONS FOR EIGENVECTORDECOMPOSITION AND FEEDBACK REDUCTION(用于特征向量分解和反馈简化的JACOBI迭代)”的美国临时申请S/N.60/802,682的优先权。

背景

I.领域

本公开一般涉及通信，尤其涉及用于为多输入多输出(MIMO)传输发送反馈的技术。

II.背景

在无线通信系统中，发射机可利用多个(T个)天线来向装备有多个(R个)接收天线的接收机进行数据传输。这多个发射和接收天线形成可用于提高吞吐量和/或提升可靠性的MIMO信道。例如，发射机可从这T个发射天线同时发射至多T个数据流以提高吞吐量。替换地，发射机可从所有T个发射天线发射单个数据流以改善接收机的接收。

良好性能(例如，高吞吐量)可通过在MIMO信道的特征模式上传送数据来实现。特征模式可被视为正交的空间信道。接收机可估计MIMO信道响应，基于MIMO信道响应矩阵导出发射引导矩阵，并将该发射引导矩阵发送给该发射机。发射机随后可用该发射引导矩阵执行空间处理从而在特征模式上发送数据。

使用有价值的无线电资源来将发射引导矩阵从接收机发送到发射机。因此本领域需要一种高效率地发送该发射引导矩阵以便降低开销的技术。

概要

本文描述了用于高效率地导出发射引导矩阵并发送该矩阵的反馈的技术。在一种设计中，接收机可确定定义将被用于从发射机向接收机的传输的发射引导矩阵的参数集。接收机可基于多个变换矩阵导出发射引导矩阵，其中变换矩阵可被用于Jacobi旋转的多次迭代以将信道矩阵的非对角元素消零。接收机可基于变换矩阵确定参数集。该参数集可包括每个变换矩阵的至少一个角度、至少一个值、至少一个索引等。接收机可将定义发射引导矩阵的参数集(而不是发射引导矩阵的元素)发送该发射机以便供发射机用来导出发射引导矩阵。

本公开的各个方面和特征在下面进一步具体说明。

附图简述

图1示出了接入点和终端的框图。

图2图解了多个副载波的特征值分解。

图3图解了发射引导矩阵的反馈。

图4示出了接收机执行的过程。

图5示出了接收机的装置。

图6示出了接收机执行的另一过程。

图7示出了发射机执行的过程。

图8示出了发射机导出发射引导矩阵的过程。

图9示出了发射机的装置。

具体描述

本文所述的技术可被用于诸如无线广域网(WWAN)、无线城域网(WMAN)、无线局域网等各种无线通信网络。术语“网络”和“系统”常被可互换地使用。这些技术还可用于各种多址方案，诸如频分多址(FDMA)、码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、空分多址(SDMA)、正交FDMA(OFDMA)、单载波FDMA(SC-FDMA)等。OFDMA系统利用正交频分复用(OFDM)。SC-FDMA系统利用单载波频分复用(SC-FDM)。OFDM和SC-FDM将系统带宽分划成多个(K个)正交副载波，这些副载波也可称作频调、频槽、等等。每一副载波可用数据作调制。一般而言，调制码元在OFDM下是在频域中发送，而在SC-FDM下是在时域中发送。OFDMA系统可实现诸如长期演进(LTE)、超移动宽带(UMB)、IEEE 802.20、IEEE 802.16(也被称为WiMAX)、IEEE 802.11(也被称为Wi-Fi)、

等无线电技术。这些不同的无线电技术和标准在本领域中是公知的。

图1示出了无线通信网络中接入点110和终端150的设计的框图。接入点是与终端通信的站。接入点也可被称为基站、B节点、演进B节点(eNode B)等，且可包含它们的部分或全部功能集。终端也可被称为移动站、用户装备、接入终端、用户终端、订户站、站等，且可包含它们的部分或全部功能集。终端150可以是蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、无线设通信备、手持式设备、无线调制解调器、膝上型计算机、无绳电话等等。接入点110配备有可用于数据传送和接收的多个(N_ap个)天线。终端150配备有可用于数据传送和接收的多个(N_ut个)天线。

在下行链路上，在接入点110处，发射(TX)数据处理器114可接收来自数据源112的话务数据和/或来自控制器/处理器130的其它数据。TX数据处理器114可处理(例如，格式化、编码、交织、及码元映射)该收到数据并生成作为数据的调制码元的数据码元。TX空间处理器120可将数据码元与导频码元多路复用，用一个或多个下行链路(DL)发射引导矩阵执行发射机空间处理，并将N_ap个输出码元流提供给N_ap个调制器(MOD)122a到122ap。每个调制器122可处理其输出码元流(例如，对应OFDM、SC-FDM、CDMA等)以生成输出码片流。每个调制器122可进一步调理(例如，转换至模拟、放大、滤波、及上变频)其输出码片流以生成下行链路信号。来自调制器122a到122ap的N_ap个下行链路信号可分别从天线124a到124ap被发射。

在终端150处，N_ut个天线152a到152ut可接收来自接入点110的下行链路信号，且每个天线152可将收到信号提供给相应的解调器(DEMOD)154。每个解调器154可执行与调制器122执行的处理相互补的处理并提供收到码元。接收(RX)空间处理器160可对接收自所有解调器154a到154ut的码元执行空间匹配滤波并提供作为接入点110发射的数据码元的估计的数据码元估计。RX数据处理器170可进一步处理(例如，码元解映射、解交织、及解码)数据码元估计并向数据汇172和/或控制器/处理器180提供经解码的数据。

信道处理器178可处理在下行链路上接收自接入点110的导频码元并可估计下行链路MIMO信道响应。处理器178可如下所述地将每个感兴趣的副载波的下行链路信道响应矩阵分解以获得该副载波的DL发射引导矩阵和特征值。处理器178还可基于每个感兴趣的副载波的发射引导矩阵和特征值导出该副载波的DL空间滤波器矩阵。处理器178可将该DL空间滤波器矩阵提供给RX空间处理器160以进行下行链路空间匹配滤波并可将DL发射引导矩阵提供给控制器/处理器180以反馈到接入点110。

上行链路的处理可以与下行链路的处理相同或相异。来自数据源186的话务数据和/或来自控制器/处理器180的其他数据可由TX数据处理器188处理(例如，编码、交织、及解调)，并由TX空间处理器190进行与导频码元的多路复用并被用一个或多个上行链路(UL)发射引导矩阵进行空间处理。来自TX空间处理器190的输出码元可进一步由调制器154a到154ut处理以生成可经由天线152a到152ut发射的N_ut个上行链路信号。

在接入点110，来自终端150的上行链路信号可被天线124a到124ap接收并由解调器122a到122ap处理以获得收到码元。RX空间处理器140可对收到码元执行空间匹配滤波并提供数据码元估计。RX数据处理器142可进一步处理数据码元估计并将经解码的数据提供给数据汇144和/或控制器/处理器130。

信道处理器128可处理在上行链路上接收自终端150的导频码元并可估计上行链路MIMO信道响应。处理器128可将每个感兴趣副载波的上行链路信道响应矩阵分解以获得该副载波的UL发射引导矩阵和特征值。处理器128还可导出每个感兴趣副载波的UL空间滤波器矩阵。处理器128可将该UL空间滤波器矩阵提供给RX空间处理器140以进行上行链路空间匹配滤波并可将UL发射引导矩阵提供给控制器/处理器130以反馈到终端150。

控制器/处理器130和180可分别控制接入点110和终端150上的操作。存储器132和182可各自存储供接入点110和终端150使用的数据和程序代码。

本文所述的技术可被用于下行链路和上行链路上的MIMO传输。这些技术可由终端150执行以导出下行链路的发射引导矩阵并将这些矩阵发送给接入点110以便用于下行链路上的MIMO传输。这些技术还可由接入点110执行以导出上行链路的发射引导矩阵并将这些矩阵发送给终端150以便用于上行链路上的MIMO传输。

由发射机处的多个(T个)发射天线和接收机处的多个(R个)接收天线形成的MIMO信道可由R×T信道响应矩阵H来表征，该相应矩阵可给定如下：

          式(1)

其中，项h_i,j(i＝1，...，R而j＝1，...，T)标示发射天线j与接收天线i之间的耦合或复信道增益。对于下行链路传输，接入点110是发射机，终端150是接收机，T＝N_ap且R＝N_ut。对于上行链路传输，终端150是发射机，接入点110是接收机，T＝N_ut且R＝N_ap。

信道响应矩阵H可被对角化以获得H的多个(S个)特征模式，其中S≤min{T，R}。该对角化可通过对H的相关矩阵执行特征值分解来实现。

特征值分解可被表示为：

R＝H ^H H＝VΛV ^H，      式(2)

其中，R是H的T×T相关矩阵，

V是其列为R的特征向量的T×T酉矩阵，

Λ是R的特征值的T×T对角矩阵，以及

“^H”表示共轭转置。

酉矩阵V由属性V ^H V＝I表征，其中I是单位矩阵。酉矩阵的诸列彼此正交，并且每一列具有单位功率。对角矩阵Λ沿对角线包含可能的非零值，而在别处包含零值。Λ的对角元素是R的特征值。这些特征值表示S个特征模式的功率增益。R是其非对角元素具有以下属性的Hermitian矩阵： $r_{i,j}=r_{j,i}^{*},$ 其中“^*”标示复共轭。

发射机可基于V中的特征向量执行发射机空间处理以便在H的特征模式上传送数据，如下：

x＝Vs             式(3)

其中s是具有要在S个特征模式上发送的S个数据码元的T×1向量，而

x是具有要从T个发射天线被发送的T个输出码元的T×1向量。

式(3)中的空间处理也可被称为波束成形、预编码等。发射机还可通过(i)对V的每个元素进行定标以获得具有单位幅值元素的矩阵并(ii)用

代替V执行发射机空间处理来执行波束成形。在任一情形下，波束成形和波束控制可提供比简单地从T个发射天线传送数据而不经过任何空间处理更佳的性能。

接收机可从R个接收天线获得收到码元，这些收到码元可被表示为：

r＝Hx+n              式(4)

其中r是具有来自R个接收天线的R个收到码元的R×1向量，以及

n是R×1噪声向量。

接收机可在收到码元上按如下执行空间匹配滤波：

$\widehat{\underset{\‾}{s}}={\underset{\‾}{\mathrm{\Λ}}}^{-1}{\underset{\‾}{V}}^H{\underset{\‾}{H}}^H\underset{\‾}{r},$                  式(5)

其中

是作为s中数据码元的估计的数据码元估计的T×1向量。接收机也可以其它方式执行接收机空间处理。

如式(3)所示，矩阵V可被发射机用于对数据传送进行空间处理。如式(5)所示，矩阵V也可被接收机用于对数据接收进行空间处理。V可通过对R执行特征值分解或对H执行奇异值分解来导出。

T×T复Hermitian矩阵R的特征值分解可用重复使用Jacobi旋转以将R中的非对角元素消零的迭代过程实现。Jacobi旋转也常被称为Jacobi法、Jacobi变换等。对于2×2复Hermitian矩阵，Jacobi旋转的一次迭代足以获得该矩阵的两个特征向量和两个特征值。对于维度大于2×2的较大复Hermitian矩阵，迭代过程执行Jacobi旋转的多次迭代以获得该较大复矩阵的特征向量和特征值。

在以下描述中，索引i标示迭代次数且被初始化为i＝0。R是要被分解的T×T Hermitian矩阵，其中T>2。T×T矩阵D _i是具有R的特征值的对角矩阵Λ的近似且可被初始化为D ₀＝R。T×T矩阵V _i是具有R的特征向量的矩阵V的近似且可被初始化为V ₀＝I。

更新矩阵D _i和V _i的Jacobi旋转的单次迭代可如下执行。首先，可基于当前D _i形成2×2Hermitian矩阵D _pq，如下：

${\underset{\&OverBar;}{D}}_{\mathrm{pq}}=\left[\begin{array}{cc}{d}_{\mathrm{pp}}& d_{\mathrm{pq}}\\ d_{\mathrm{qp}}& d_{\mathrm{qq}}\end{array}\right],$         1≤p<T且p<q≤T              式(6)

其中d_pq是D _i中位置(p，q)上的元素。

D _pq是2×2是D _i的2×2子矩阵。D _pq的四个元素是D _i中位置(p，p)、(p，q)、(q，p)以及(q，q)上的四个元素。索引p和q可如下选择。

可执行D _pq的特征值分解以获得D _pq的特征向量的2×2酉矩阵V _pq。V _pq的元素可如下直接从D _pq的元素计算出：

$d=\sqrt{{\left(\mathrm{Re}\left\{d_{\mathrm{pq}}\right\}\right)}^2+{\left(\mathrm{Im}\left\{d_{\mathrm{pq}}\right\}\right)}^2}$ 　　　　　　　　　　　　式(7a)

$c_1=\frac{\mathrm{Re}\left\{d_{\mathrm{pq}}\right\}}{d}=\cos (\&angle;d_{\mathrm{pq}})$                            式(7b)

$s_1=\frac{\mathrm{Im}\left\{d_{\mathrm{pq}}\right\}}{d}=\sin (\&angle;d_{\mathrm{pq}})$                            式(7c)

g₁＝c₁-js₁                                   式(7d)

$\mathrm{\&tau;}=\frac{d_{\mathrm{qq}}-d_{\mathrm{pp}}}{2\&CenterDot;d}$                                    式(7e)

$x=\sqrt{1+{\mathrm{\&tau;}}^2}$                                     式(7f)

$t=\frac{1}{\left|\mathrm{\&tau;}\right|+x}$                                      式(7g)

$c=\frac{1}{\sqrt{1+t^2}}$                                     式(7h)

$s=t\&CenterDot;c=\sqrt{1-c^2}$                                  式(7i)

如果(d_qq-d_pp)<0，

则 ${\underset{\&OverBar;}{V}}_{\mathrm{pq}}=\left[\begin{array}{cc}{v}_{\mathrm{pp}}& v_{\mathrm{pq}}\\ v_{\mathrm{qp}}& v_{\mathrm{qq}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}c& -s\\ g_1\&CenterDot;s& g_1\&CenterDot;c\end{array}\right]$                      式(7j)

否则 ${\underset{\&OverBar;}{V}}_{\mathrm{pq}}=\left[\begin{array}{cc}{v}_{\mathrm{pp}}& v_{\mathrm{pq}}\\ v_{\mathrm{qp}}& v_{\mathrm{qq}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}s& c\\ g_1\&CenterDot;c& {-g}_1\&CenterDot;s\end{array}\right]$                   式(7k)

其中d是d_pq的幅值，∠d_pq是d_pq的相位，g₁是复值，而c和s具有单位功率的实数值，或者c²+s²＝1。

方程组(7)对2×2Hermitian矩阵D _pq执行Jacobi旋转以获得具有D _pq的特征向量的矩阵V _pq。方程组(7)中的计算被设计成避免诸如反正切、余弦、和正弦等三角函数。

T×T变换矩阵T _i可用矩阵V _pq形成。T _i是位置(p，p)、(p，q)、(q，p)和(q，q)上的四个元素分别用V _pq的元素(1，1)、(1，2)、(2，1)和(2，2)替换的单位矩阵。T _i具有以下形式：

               式(8)

T _i的所有其它未在式(8)中示出的非对角元素为零。式(7j)和(7k)指示T _i是包含v_qp和v_qq的复数值的复矩阵。

矩阵D _i可更新如下：

${\underset{\&OverBar;}{D}}_{i+1}={\underset{\&OverBar;}{T}}_i^H{\underset{\&OverBar;}{D}}_i{\underset{\&OverBar;}{T}}_i$                           式(9)

式(9)关于T _i执行Jacobi旋转以将D _i中的位置(p，q)和(q，p)上的两个非对角元素d_pq和d_qp消零。该计算可更改D _i中其它非对角元素的值。

矩阵V _i也可更新如下：

V_i+1＝V _i T _i                            式(10)

V _i是包含对D _i使用的所有变换矩阵T _i的累积变换矩阵。

变换矩阵T _i也可被表示为(i)具有T-1个1元素和一个复数值元素的对角矩阵与(ii)具有沿对角线的T-2个1、两个实数值对角元素、两个实数值非对角元素、以及别处为零的实数值矩阵的乘积。作为示例，对于p＝1和q＝2，T _i可被表示为：

  式(11)

其中g₁是复数值，而c和s是方程组(7)中给定的实数值。

Jacobi旋转的每次迭代将D _i的两个非对角元素消零。可对于不同的索引p和q执行Jacobi的多次迭代以将D _i的所有非对角元素消零。索引p和q可以各种方式选择。

在一种设计中，对于每次迭代，D _i的最大非对角元素可被标识和标示为d_pq。随后可用包含该最大的非对角元素d_pq和D _i中位置(p，p)、(q，p)和(q，q)上其它三个元素的D _pq执行迭代。该迭代过程可执行任意次数的迭代直至满足终止条件。终止条件可以是完成预定次数的迭代、满足误差标准等。例如，可计算D _i的所有非对角元素的总误差或功率并对照误差阈值进行比较，在总误差低于该误差阈值的情况下可终止该迭代过程。

在另一种设计中，索引p和q可以预定方式来选择，例如通过扫掠这些索引的所有可能值来选择。对索引p和q的所有可能值的单次扫掠可如下执行。索引p可以递增1的方式从1步进至T-1。对于p的每个值，索引q可以递增1的方式从p+1步进至T。可如上所述地对p和q的值的每个组合执行用以更新D _i和V _i的Jacobi旋转的迭代。对于p和q的值的给定组合，在D _i中位置(p，q)和(q，p)上的非对角元素的幅值低于预定阈值以下的情况下可以跳过更新D _i和V _i的Jacobi旋转。

对于p和q的所有可能值，扫掠由更新D _i和V _i的Jacobi旋转的T·(T-1)/2次迭代组成。Jacobi旋转的每次迭代将D _i的两个非对角元素消零，但可能更改早先已经被消零的其它元素。扫掠过索引p和q的效果是降低D _i的所有非对角元素的幅值，使得D _i逼近对角矩阵Λ。V _i包含集体给出D _i的所有变换矩阵的累积。因此，随着D _i逼近Λ，V _i逼近V。可执行任意次数的扫掠以获得V和Λ的越来越准确的近似。

不论如何选择索引p和q，一旦迭代过程终止，最终的V _i是V的良好近似并被标示为，而最终的

是Λ的良好近似并被标示为

。

的列可被用作R的特征向量，而

的对角元素可被用作R的特征值。

在另一种设计中，可基于H的奇异值分解执行导出

的迭代过程。对于此设计，T×T矩阵V _i是V的近似且可被初始化为V ₀＝I。R×T矩阵W _i可被初始化为W ₀＝H。

更新矩阵V _i和W _i的Jacobi旋转的单次迭代可如下执行。首先，可基于当前W _i形成2×2Hermitian矩阵M _pq。M _pq是 W _i的2×2子矩阵且包含

W _i中位置(p，p)、(p，q)、(q，p)和(q，q)上的四个元素。M _pq可如方程组(7)中所示地被分解以获得2×2矩阵V _pq。变换矩阵T _i可如式(8)中所示地基于V _pq形成。矩阵V _i随后可如式(10)中所示地用T _i更新。矩阵W _i也可基于T _i更新如下：

W _i+1＝W _i T _i                式(12)

可执行迭代过程直至满足终止条件。对于每次迭代，可基于W _i中的最大元素或以预定次序来选择索引p和q。

对于特征值分解和奇异值分解两者，接收机可将

中的所有T·T个复数值元素发送回发射机。如果对实部用b个比特以及对虚部用b个比特来对每个复数值元素量化，则接收机可用2b·T·T个比特发送整个

在一方面，接收机可发送定义

的参数来代替

的元素。如式(10)中所示，迭代过程中导出

的实质是将

作为数个变换矩阵的乘积的表示。每个变换矩阵T _i可基于简单的2×2酉矩阵V _pq来形成。每个2×2酉矩阵包括一个复数值g₁和两个实数值c和s。每个变换矩阵可通过一个复数值g₁、两个实数值c和s，以及在索引未以预定方式选择情况下的索引p和q的值来定义。定义T _i的参数可以比的复数值元素更少的比特来发送。

在一种设计中，每个变换矩阵T _i的元素的值可以被量化并被送回。作为示例，对于每个T _i，g₁的实部和虚部可各自用b比特发送，c可用b比特发送，以及s可用b比特发送，即总共可用4b比特发送。一般而言，g₁可用与c和s相同或不同的分辨率发送。如果索引p和q的值不是发射机先验已知的，则

个比特可被用于传送p和q值。例如，如果R是4×4矩阵，则存在p和q的值的六种可能组合，其可用

个比特来传送。

在另一种设计中，每个变换矩阵T _i的元素的角度可以被量化，且可以回送两个实数值角度参数。如方程组(7)中所示，虽然使用了值x和t来简化符号表示，但可以仅根据τ计算出c和s。由于|τ|的范围是从0到∞，所以c的范围是从0.707到1.0，而s的范围是从0.707到0.0。此外，由于 $s=\sqrt{1-c^2},$ c和s可由介于0和45度或0到π/4之间的角度θ来指定。因此，c可被给定为c＝cosθ，而s可被给定为s＝sinθ，其中0≤θ≤π/4。同样地，g₁可由d_pq的角度或φ＝∠d_pq来指定，该角度介于0和360度或0到2π之间。

在一种设计中，每个变换矩阵T _i可由(i)如式(7j)和(7k)中所示确定V _pq的形式的(d_qq-d_pp)的符号、(ii)复数值g₁的角度φ、以及(iii)实数值c和s的角度θ来给定。可用一个比特来指定(d_qq-d_pp)的符号。用于量化角度φ和θ的比特数目可基于对于所需的系统性能可接受多大的量化误差来选择。

在一种设计中，g₁的角度φ以及c和s的角度θ是用均匀的量化给出的。在该设计中，可用b比特来指定g₁在0到2π范围上的角度，以及可使用b-3个比特来指定c和s在0到π/4范围上的角度θ。为每个T _i发送的比特数目随后可以给定为b+(b-3)+1＝2b-2。例如，可使用b＝5个比特将角度φ和θ量化成从0到2π均匀间隔的32个角度。如果执行10次迭代以获得

，则为发送对应这10次迭代的10个变换矩阵T _i所用的比特数目可被给定为10·[(2·5-2)+3]＝110个比特。相比之下，如果

是4×4矩阵且

的复数值元素的实部和虚部各自被量化为5个比特，则用以发送

的16个复数值元素的比特数目可被给定为16·2·5＝160个比特。

在另一种设计中，g₁的角度φ和c和s的角度θ是用非均匀的量化给出的。角度φ和θ可基于坐标旋转数字计算机(CORDIC)计算导出，该计算实现允许使用简单的移位、加减运算进行诸如正弦、余弦、幅值、及相位等三角函数的快速硬件计算的迭代算法。通过将R乘以具有C_m＝1±j B_m形式的复数C_m，复数R＝R_J，±j R_Q被旋转至多90度，其中B_m＝2^-m且m是被定义为m＝0，1，2，...的索引。

在C_m＝1+j B_m的情况下，R可被逆时针旋转，且旋转后的结果可被表示为：

Y_I＝R_I-B_m·R_Q＝R₁-2^-m·R_Q，且         式(13)

Y_Q＝R_Q+B_m·R_I＝R_Q+2^-m·R_I。

在C_m＝1-j B_m的情况下，R可被顺时针旋转，且旋转后的结果可被表示为：

Y_I＝R_I+B_m·R_Q＝R_I+2^-m·R_Q，且         式(14)

Y_Q＝R_Q-B_m·R_I＝R_Q-2^-m·R_I。

·经由与C_m的乘法的方程组(13)中R的逆时针旋转和方程组(14)中R的顺时针旋转可通过以下动作实现：(i)将R_I和R_Q两者都移位m个比特位置、(ii)将R_I加/减经移位的R_Q以获得Y_I、以及(iii)将R_Q加/减经移位的R_I。执行该旋转无需乘法。

表1示出了对应从0到5的m的每个值，B_m的值、复数C_m、C_m的相位、以及C_m的幅值。如表1所示，对于m的每个值，C_m的相位略大于C_m-1的相位的一半。

表1

 

m	Bm＝2-m	Cm＝1+j Bm	Cm的相位	Cm的幅值
					0	1.0	1+j1.0	45.00000	1.41421356
1	0.5	1+j0.5	26.56505	1.11803399
					2	0.25	1+j0.25	14.03624	1.03077641
3	0.125	1+j0.125	7.12502	1.00778222
					4	0.0625	1+j0.0625	3.57633	1.00195122
5	0.03125	1+j0.03125	1.78991	1.00048816

R的幅值和相位可通过以逐渐变小的相位重复顺时针和/或逆时针地旋转R直至旋转后的R的相位逼近0且旋转后的R几乎卧于x轴上来确定。相位变量

可被初始化为0，且表示旋转后的R的变量R_m＝R_I，m+j R_Q，m可被初始化为R₀＝R。对于从m＝0开始的每次迭代，在R_Q，m为正的情况下R_m具有正相位或者在R_Q，m为负的情况下R_m具有负相位。如果R_m的相位为负，则R_m是通过被乘以C_m＝1+j B_m而逆时针旋转了如方程组(13)所示。相反，如果R_m的相位为正，则R_m是通过被乘以C_m＝1-j B_m而顺时针旋转了

如方程组(14)所示。在R_m被逆时针旋转的情况下

被更新+

而在R_m被顺时针旋转的情况下

被更新-

表示为将R_m的相位消零而已经相加到R的相位或从R的相位中减去的累积相位。

最终结果随着执行了更多的迭代而变得更加准确。在完成所有迭代之后，R_m的相位应接近0，R_m的虚部应近似为0，而R_m的实部等于R用CORDIC增益定标之后的幅值。对应m的较大值，CORDIC增益渐近1.646743507并且可用其它电路块来说明。

的最终值为R的相位的近似。

可用符号比特的序列z₀z₁z₂...表示，其中如果从

减去

则z_m＝1而如果将加到则z_m＝-1。

g₁的角度φ可由从d_pq的CORDIC计算获得的比特序列z₀z₁z₂...给出。c和s的角度θ可由从c+js的CORDIC计算获得的另一比特序列z₀z₁z₂...给出。或者，可使用τ查找表生成c和s的角度θ并可存储角度θ的CORDIC位移从而绕过c和s。在发射机处，CORDIC处理器可逆反该CORDIC位移以获得c和s。

本文所述的技术可被用于单载波系统、利用OFDM的系统、利用SC-FDM的系统等。对于利用OFDM或SC-FDM的系统，可获得多个副载波的多个信道响应矩阵H(k)。可对每个信道响应矩阵H(k)执行迭代过程以获得矩阵

和

，它们是具有H(k)的特征向量的矩阵V(k)和特征值的矩阵Λ(k)的近似。在邻近副载波的信道响应矩阵之间可能存在较高的相关度。迭代过程可利用这种相关来减少用以导出所有感兴趣的副载波的

和

所需的计算量。

图2示出了多个副载波的特征值分解。一次可针对一个副载波执行迭代过程。对于第一个副载波k₁，矩阵V _i(k₁)可被初始化为单位矩阵或V ₀(k₁)＝I，而矩阵D _i(k₁)可被初始化为R(k₁)或D ₀(k₁)＝R(k₁)＝H ^H(k₁)H(k₁)。随后可对副载波k1的初始解V ₀(k₁)和D ₀(k₁)运行迭代过程直至满足终止条件。迭代过程可分别提供最终V _i(k₁)和D _i(k₁)作为副载波k₁的和

对于可能与邻近副载波k₁毗邻的下一副载波k₂，矩阵V _i(k₂)可被初始化为副载波k₁的最终结果或 ${\underset{\&OverBar;}{V}}_0\left(k_2\right)=\widehat{\underset{\&OverBar;}{V}}\left(k_1\right),$ 而矩阵D _i(k₂)可被初始化为 ${\underset{\&OverBar;}{D}}_0\left(k_2\right)={\underset{\&OverBar;}{V}}_0^H\left(k_2\right)\underset{\&OverBar;}{R}\left(k_2\right){\underset{\&OverBar;}{V}}_0\left(k_2\right).$ 随后可对副载波k₂的初始解V ₀(k₂)和D ₀(k₂)运行迭代过程直至满足终止条件。迭代过程可分别提供最终V _i(k₂)和D _i(k₂)作为副载波k₂的

和

对于每次后续副载波k，所获得的最近副载波的最终结果可被用作副载波k的初始解V ₀(k)和D ₀(k)。随后可对该初始解运行迭代过程以获得副载波k的最终结果。

接收机可针对副载波集执行分集。该集合可包括连续副载波、或者相隔某一均匀或不均匀间距的副载波、或者感兴趣的特定副载波。接收机可发送该副载波集的反馈信息(例如，用以导出

的参数)。

还可跨时间地使用上述概念。对于每个时间区间t，在前一时间区间获得的最终解可被用作当前时间区间t的初始解。随后可对时间区间t的初始解运行迭代过程直至满足终止条件。还可跨频率和时间两者地扩展该概念。

一般而言，接收机可以任何方式导出发射引导矩阵。发射引导矩阵可以是可供发射机用于空间处理的任何矩阵。发射引导矩阵可以是MIMO信道的特征向量的矩阵、可提供良好性能的某一其它酉矩阵等。发射引导矩阵还可被称为引导矩阵、预编码矩阵、特征向量等。接收机可基于任意类型的变换——例如特征值分解、奇异值分解、迭代Jacobi旋转等——导出发射引导矩阵。定义发射引导矩阵的参数——可取决于用以导出发射引导矩阵的变换的类型——可被发送至发射机。这些参数可以各种形式表示，例如可以用实数和/或虚数值、角度、格式指示符、行索引和列索引等来表示。

图3示出了接收机针对发射引导矩阵——例如矩阵

——发送给发射机的示例反馈。该反馈信息可包括取代发射引导矩阵的元素的用以导出发射引导矩阵的N个变换矩阵的参数。每个变换矩阵的参数可包括(i)诸如g₁、c和s等变换矩阵的元素的值、(ii)诸如φ和θ等变换矩阵的元素的角度、(iii)诸如p和q等变换矩阵的元素的行索引和列索引、(iv)诸如用以指示使用式(7j)还是(7k)所示的形式的符号比特等变换矩阵的形式、和/或(v)一些其它信息。在各元素以发射机先验已知的预定次序选择的情况下可略去行索引和列索引。

一般而言，可传送允许发射机导出发射引导矩阵的各种参数。传送的参数可以取决于各种因素，诸如正被执行的变换的类型(例如，迭代Jacobi旋转)、执行变换的方式、表示每个变换矩阵的元素的方式等。作为反馈发送的参数可被编码或压缩以进一步减小用于发送参数的比特数目。

图4示出了接收机所执行的过程400的设计。可确定定义将被用于从发射机到接收机的传输的发射引导矩阵的参数集(框410)。对于框410，可基于可以任何方式形成的多个变换矩阵导出发射引导矩阵。随后可基于这多个变换矩阵确定该参数集。该参数集可被发送到发射机以供发射机用来导出发射引导矩阵(框412)。

图5示出了用于接收机的装置500的设计。装置500包括用于确定定义将被用于从发射机到接收机的传输的发射引导矩阵的参数集的装置(模块510)和用于将该参数集发送到发射机以供发射机用来导出发射引导矩阵的装置(模块512)。模块510和512可包括处理器、电子设备、硬件设备、电子组件、逻辑电路、存储器等，或其任意组合。

图6示出了接收机所执行的过程600的设计。可用多个变换矩阵(例如，T _i)对信道矩阵(例如，D _i)执行Jacobi旋转的多次迭代以将信道矩阵的非对角元素消零(框610)。信道矩阵可以是相关矩阵R、信道响应矩阵H、或基于信道响应估计导出的某一其它矩阵。发射引导矩阵可被初始化为单位矩阵、或针对另一副载波所获得的发射引导矩阵、针对另一时间区间所获得的发射引导矩阵等(框612)。

对于Jacobi旋转的每次迭代，可通过例如以预定次序扫掠信道矩阵的各元素、或通过标识信道矩阵的最大非对角元素来确定索引p和q(框614)。可基于信道矩阵在索引p和q上的元素形成信道矩阵的子矩阵(例如，D _pq)(框616)。该子矩阵可被分解以获得该子矩阵的特征向量的中间矩阵(例如，V _pq)，如等式集(7)中所示(框618)。可基于该中间矩阵形成变换矩阵(例如，T _i)(框620)，并可保存该变换矩阵的参数(框622)。可基于该变换矩阵更新信道矩阵，例如如式(9)所示(框624)。还可基于该变换矩阵更新发射引导矩阵，例如如式(10)所示(框626)。

如果终止条件不满足——如框628中所确定的，则过程返回到框614以进行Jacobi旋转的下一次迭代。否则，可将用以导出发射引导矩阵的所有变换矩阵的参数发送至发射机(框630)。对于每个变换矩阵，这些参数可包括至少一个角度、至少一个值、至少一个索引、该变换矩阵的形式的指示等。这至少一个角度可用均匀或非均匀量化——例如从CORDIC计算获得的非均匀量化给出。

图7示出了发射机所执行的过程700的设计。可接收来自接收机的定义发射引导矩阵的参数集(框710)。可基于该参数集导出发射引导矩阵(框712)。对于框712，可基于该参数集形成多个变换矩阵。随后可用这些变换矩阵中的每一个更新发射引导矩阵。发射引导矩阵可被用于从发射机到接收机的传输(框714)。

图8示出了图7中框712的过程的设计。发射引导矩阵可被初始化为单位矩阵、或另一副载波的发射引导矩阵、另一时间区间的发射引导矩阵等(框810)。可基于接收到的变换矩阵的参数形成变换矩阵(框812)。例如，可接收到变换矩阵的至少一个角度，并可对该至少一个角度执行CORDIC计算以获得变换矩阵的至少一个元素。可用变换矩阵来更新发射引导矩阵(框814)。如果还未应用所有变换矩阵，则过程返回至框812以形成和应用下一变换矩阵。否则，过程终止。

图9示出了用于发射机的装置900的设计。装置900包括用于从接收机接收定义发射引导矩阵的参数集的装置(模块910)、用于基于该参数集导出发射引导矩阵的装置(模块912)、以及用于使用发射引导矩阵从发射机向接收机进行传输的装置(模块914)。模块910到914可包括处理器、电子设备、硬件设备、电子组件、逻辑电路、存储器等，或其任意组合。

本文中描述的这些技术可通过各种手段来实现。例如，这些技术可在硬件、固件、软件、或其组合中实现。对于硬件实现，用于执行这些技术的各个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、电子器件、设计成执行本文中描述的功能的其他电子单元、计算机、或其组合内实现。

对于固件和/或软件实现，这些技术可用执行本文中描述的功能的模块(例如，程序、函数等等)来实现。这些固件和/或软件指令可被存储在存储器(例如，图1中的存储器132或182)中，并由处理器(例如，处理器130或180)执行。该存储器可被实现在处理器内，或可外置于处理器。固件和/或软件指令还可被存储在诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、非易失性随机存取存储器(NVRAM)、可编程只读存储器(PROM)、电可擦PROM(EEPROM)、闪存、压缩盘(CD)、磁或光数据存储设备等其它处理器可读介质中。

提供前面对公开的描述是为了使本领域任何技术人员皆能制作或使用本公开。对该公开各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且本文中定义的普适原理可被应用于其他变形而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所述的示例，而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特征一致的最广义的范围。

Claims (39)

1.一种用于通信的装置，包括：

至少一个处理器，包括：

用于获得将被用于从发射机到接收机的传输的发射引导矩阵的处理单元；

用于确定定义所述发射引导矩阵的参数集的处理单元；以及

用于将所述参数集发送到所述发射机以供所述发射机用来导出所述发射引导矩阵的处理单元；以及耦合到所述至少一个处理器的存储器。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，用于确定参数集的处理单元包括：

用于基于多个变换矩阵导出所述发射引导矩阵的处理单元；以及

用于基于所述多个变换矩阵确定所述参数集的处理单元。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，用于导出所述发射引导矩阵的处理单元包括：

用于用所述多个变换矩阵对信道矩阵执行Jacobi旋转的多次迭代以将所述信道矩阵的非对角元素消零的处理单元。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，用于对信道矩阵执行Jacobi旋转的多次迭代的处理单元包括：

对于所述Jacobi旋转的每次迭代，

用于基于所述信道矩阵导出变换矩阵的处理单元；

用于基于所述变换矩阵更新所述信道矩阵的处理单元；以及

用于基于所述变换矩阵更新所述发射引导矩阵的处理单元。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，用于对信道矩阵执行Jacobi旋转的多次迭代的处理单元包括：

对于所述Jacobi旋转的每次迭代，

用于形成所述信道矩阵的子矩阵的处理单元；

用于分解所述子矩阵以获得所述子矩阵的特征向量的中间矩阵的处理单元；以及

用于基于所述中间矩阵形成所述变换矩阵的处理单元。

6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，用于对信道矩阵执行Jacobi旋转的多次迭代的处理单元还包括：

对于所述Jacobi旋转的每次迭代，

用于标识所述信道矩阵的最大非对角元素的处理单元；以及

用于基于所述最大非对角元素的行索引和列索引导出所述变换矩阵的处理单元。

7.如权利要求4所述的装置，其特征在于，用于对信道矩阵执行Jacobi旋转的多次迭代的处理单元还包括：

用于以预定次序为所述Jacobi旋转的多次迭代选择所述信道矩阵中的元素的处理单元；以及

用于基于为所述Jacobi旋转的每次迭代选择的所述信道矩阵的元素导出该次迭代的所述变换矩阵的处理单元。

8.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述至少一个处理器还包括：

用于在所述Jacobi旋转的多次迭代之前将所述发射引导矩阵初始化为单位矩阵、另一副载波的发射引导矩阵、或另一时间区间的发射引导矩阵的处理单元。

9.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述至少一个处理器还包括：

用于基于所述信道响应估计导出所述信道矩阵的处理单元。

10.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述至少一个处理器还包括：

用于导出信道响应矩阵的相关矩阵的处理单元；以及

用于使用所述相关矩阵作为所述信道矩阵的处理单元。

11.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述参数集至少包括所述变换矩阵中每个变换矩阵的两个角度。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述至少一个处理器还包括：

用于用均匀量化至少获得每个变换矩阵的所述两个角度的处理单元。

13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，用于至少获得每个变换矩阵的所述两个角度的处理单元包括：

用于根据CORDIC计算用非均匀量化至少获得每个变换矩阵的所述两个角度的处理单元。

14.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述参数集包括每个变换矩阵的至少一个元素的至少一个值、每个发射的所述至少一个元素的至少一个索引、每个变换矩阵的形式的指示、或其组合。

15.一种用于通信的方法，包括：

获得将被用于从发射机到接收机的传输的发射引导矩阵；

确定定义所述发射引导矩阵的参数集；以及

将所述参数集发送给所述发射机以供所述发射机导出所述发射引导矩阵。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述确定参数集包括

基于多个变换矩阵导出所述发射引导矩阵，以及

基于所述多个变换矩阵确定所述参数集。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述导出发射引导矩阵包括

用所述多个变换矩阵对信道矩阵执行Jacobi旋转的多次迭代，以及

对于所述Jacobi旋转的每次迭代，

基于所述信道矩阵导出变换矩阵，

基于所述变换矩阵更新所述信道矩阵，以及

基于所述变换矩阵更新所述发射引导矩阵。

18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述基于多个变换矩阵确定参数集包括

至少用每个变换矩阵的两个角度形成所述参数集。

19.一种用于通信的装置，包括：

用于获得将被用于从发射机到接收机的传输的发射引导矩阵的处理单元的装置；

用于确定定义所述发射引导矩阵的参数集的装置；以及

用于将所述参数集发送给所述发射机以供所述发射机导出所述发射引导矩阵的装置。

20.如权利要求19所述的装置，其特征在于，所述用于确定参数集的装置包括

用于基于多个变换矩阵导出所述发射引导矩阵的装置，以及

用于基于所述多个变换矩阵确定所述参数集的装置。

21.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述用于导出发射引导矩阵的装置包括

用于用所述多个变换矩阵对信道矩阵执行Jacobi旋转的多次迭代的装置，以及

用于针对所述Jacobi旋转的每次迭代进行以下动作的装置，

基于所述信道矩阵导出变换矩阵，

基于所述变换矩阵更新所述信道矩阵，以及

基于所述变换矩阵更新所述发射引导矩阵。

22.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述用于基于多个变换矩阵确定参数集的装置包括

用于至少用每个变换矩阵的两个角度形成所述参数集的装置。

23.一种用于通信的设备，包括：

用于获得将被用于从发射机到接收机的传输的发射引导矩阵的逻辑电路；

用于确定定义所述发射引导矩阵的参数集的逻辑电路；以及

用于将所述参数集发送给所述发射机以供所述发射机导出所述发射引导矩阵的逻辑电路。

24.如权利要求23所述的设备，其特征在于，用于确定所述发射引导矩阵的参数集的逻辑电路包括

用于基于多个变换矩阵导出所述发射引导矩阵的逻辑电路，以及

用于基于所述多个变换矩阵确定所述参数集的逻辑电路。

25.如权利要求24所述的设备，其特征在于，用于基于所述多个变换矩阵确定所述参数集的逻辑电路包括

用于至少用每个变换矩阵的两个角度形成所述参数集的逻辑电路。

26.一种用于通信的装置，包括：

至少一个处理器，包括：

用于接收定义在接收机处获得的发射引导矩阵的参数集的处理单元；

用于基于所述参数集导出所述发射引导矩阵的处理单元；以及

用于将所述发射引导矩阵用于从发射机到所述接收机的传输的处理单元；以及

耦合到所述至少一个处理器的存储器。

27.如权利要求26所述的装置，其特征在于，用于导出所述发射引导矩阵的处理单元包括：

用于初始化所述发射引导矩阵的处理单元；

用于基于所述参数集形成多个变换矩阵的处理单元；以及

用于用所述变换矩阵的每一个更新所述发射引导矩阵的处理单元。

28.如权利要求27所述的装置，其特征在于，用于形成多个变换矩阵的处理单元包括：

用于从所述参数集至少获得每个变换矩阵的两个角度的处理单元；以及

用于至少基于每个变换矩阵的所述两个角度形成该变换矩阵的处理单元。

29.如权利要求28所述的装置，其特征在于，所述至少一个处理器还包括：

用于通过至少基于每个变换矩阵的所述两个角度执行CORDIC计算来导出所述变换矩阵的至少一个元素的处理单元。

30.如权利要求27所述的装置，其特征在于，所述至少一个处理器还包括：

用于将所述发射引导矩阵初始化为单位矩阵、另一副载波的发射引导矩阵、或另一时间区间的发射引导矩阵的处理单元。

31.一种用于通信的方法，包括：

接收定义在接收机处获得的发射引导矩阵的参数集；

基于所述参数集导出所述发射引导矩阵；以及

将所述发射引导矩阵用于从发射机到所述接收机的传输。

32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述导出发射引导矩阵包括

初始化所述发射引导矩阵，

基于所述参数集形成多个变换矩阵，以及

用所述变换矩阵的每一个更新所述发射引导矩阵。

33.如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述形成多个变换矩阵包括

从所述参数集至少获得每个变换矩阵的两个角度，以及

至少基于每个变换矩阵的所述两个角度形成该变换矩阵。

34.一种用于通信的装置，包括：

用于接收定义在接收机处获得的发射引导矩阵的参数集的装置；

用于基于所述参数集导出所述发射引导矩阵的装置；以及

用于将所述发射引导矩阵用于从发射机到所述接收机的传输的装置。

35.如权利要求34所述的装置，其特征在于，所述用于导出发射引导矩阵的装置包括

用于初始化所述发射引导矩阵的装置，

用于基于所述参数集形成多个变换矩阵的装置，以及

用于用所述变换矩阵的每一个来更新所述发射引导矩阵的装置。

36.如权利要求35所述的装置，其特征在于，所述用于形成多个变换矩阵的装置包括

用于从所述参数集至少获得每个变换矩阵的两个角度的装置，以及

用于至少基于每个变换矩阵的所述两个角度形成该变换矩阵的装置。

37.一种用于通信的设备，包括：

用于接收定义在接收机处获得的发射引导矩阵的参数集的逻辑电路；

用于基于所述参数集导出所述发射引导矩阵的逻辑电路；以及

用于将所述发射引导矩阵用于从发射机到所述接收机的传输的装置。

38.如权利要求37所述的设备，其特征在于，所述用于基于所述参数集导出所述发射引导矩阵的逻辑电路包括

用于初始化所述发射引导矩阵的逻辑电路，

用于基于所述参数集形成多个变换矩阵的逻辑电路，以及

用于用所述变换矩阵的每一个更新所述发射引导矩阵的逻辑电路。

39.如权利要求38所述的设备，其特征在于，所述用于基于所述参数集形成多个变换矩阵的逻辑电路包括

用于从所述参数集至少获得每个变换矩阵的两个角度的逻辑电路，以及

用于至少基于每个变换矩阵的所述两个角度形成该变换矩阵的逻辑电路。

Images