CN101461193A

CN101461193A - 无线通信系统中提供波束成形反馈的方法和装置

Info

Publication number: CN101461193A
Application number: CN200780020651.5A
Authority: CN
Inventors: S·K·苏里因尼; J·R·沃尔顿; M·华莱士; S·J·霍华德
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2006-06-05
Filing date: 2007-05-30
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2027-05-30
Also published as: EP2025101B1; CA2652225A1; CN101461193B; RU2008152804A; EP2025101A2; JP2009540688A; WO2007143472A2; SG172634A1; WO2007143472A3; RU2431926C2; US8542589B2; US20080045153A1; KR20090020654A; TW200810416A; JP2013051693A; KR101042066B1; JP5185261B2; KR20110025883A

Abstract

本发明描述了用于快速发送波束成形的反馈信息的技术。发射机/发起器发送包括训练符号的第一帧。接收机/响应器接收第一帧，确定生成反馈信息的时间量，确定发送反馈信息的时间量。然后，接收机根据生成和发送反馈信息的时间量确定携带反馈信息的第二帧的长度。接收机在从第一帧结束时起等待短暂帧间间隔(SIFS)周期之后发送第二帧，而不进行信道访问。接收机根据训练符号生成反馈信息，并在准备好之后在第二帧中发送该信息。发射机接收第二帧，根据反馈信息导出至少一个控制矩阵，然后发送包括至少一个控制矩阵的第三帧。

Description

无线通信系统中提供波束成形反馈的方法和装置

本专利申请要求于2006年6月5日递交的、名称为“METHODS ANDAPPARATUS FOR PROVIDING BEAMFORMING FEEDBACK INWIRELESS COMMUNICATION SYSTEMS”的临时申请No.60/811,245的优先权，该临时申请已经转让给本申请的受让人，故以引用方式将其明确地并入本文。

技术领域

概括地说，本发明涉及通信，具体地说，本发明涉及在无线通信系统中发送波束成形的反馈信息的技术。

背景技术

在无线通信系统中，发射机可以利用多个(T)发射天线向配备有多个(R)接收天线的接收机传输数据。这多个发射和接收天线构成多输入多输出(MIMO)信道，可以用于提高吞吐量和/或增加可靠性。举个例子，发射机可以从T个发射天线同时发送多达T个数据流以便提高吞吐量。另外，该发射机还可以从全部T个发射天线发射单独一个数据流，以便改进接收机的接收情况。

可以通过将一个或多个数据流波束成形进行传输来实现良好的性能(比如，高吞吐量)。为了执行波束成形，发射机可以向接收机发送一个包含已知训练符号的探测帧。在本申请中，术语“帧”和“分组”是同义词并且可以相互交换使用。接收机接收该探测帧，并根据该训练符号估计MIMO信道的响应。然后，接收机向发射机发送反馈信息。该反馈信息可以包括信道矩阵或波束成形矩阵，其可由发射机用于生成波束成形的控制(steering)矩阵。我们希望能够尽可能快地发送该反馈信息。这是因为MIMO信道可能会发生改变，发送反馈信息过程中过多的延迟可能导致该信息在被用于向接收机进行数据传输时已经过期。

因此，本领域中需要具有尽可能小的延迟的发送波束成形反馈信息的技术。

发明内容

本申请描述了用于快速发送波束成形反馈信息的技术。发射机/发起器发送包括训练符号的第一帧。接收机/响应器接收第一帧，根据训练符号确定生成反馈信息的时间量，确定发送反馈信息的时间量。然后，接收机根据生成反馈信息的时间量和发送反馈信息的时间量确定携带反馈信息的第二帧的长度。第二帧是一个聚合帧，包括第一部分和跟在第一部分之后的第二部分。第一部分的长度等于或超过生成反馈信息的时间量。第二部分携带反馈信息。

接收机在从第一帧结束时起等待短暂帧间间隔(SIFS)周期之后发送第二帧，而不进行信道访问，这样可以降低反馈信息发送过程中的延迟。接收机根据训练符号生成反馈信息，并在准备好该信息后在第二帧中发送反馈信息。反馈信息可包括至少一个信道矩阵、至少一个波束成形矩阵等等。发射机接收第二帧，根据反馈信息生成至少一个控制矩阵，然后发送根据至少一个控制矩阵进行了发射空间处理的第三帧。

下面进一步详细描述本发明的各个方面和特性。

附图说明

图1示出了有一个接入点和多个电台的无线网络；

图2示出了为波束成形发送反馈信息所进行的帧交换；

图3示出了利用聚合帧来以尽可能小的延迟发送波束成形的反馈信息进行的帧交换；

图4A和图4B示出了IEEE802.11n中的两种帧结构；

图5示出了发射机/发起器所执行的处理；

图6示出了发射机/发起器的装置；

图7示出了接收机/响应器所执行的处理；

图8示出了接收机/响应器的装置；

图9示出了一个接入点和一个电台的框图。

具体实施方式

本申请中所描述的技术可以用于各种无线通信网络和系统，比如无线局域网(WLAN)、无线城域网(WMAN)、无线广域网(WWAN)，等等。术语“网络”和“系统”通常可以相互交换使用。WLAN可以实现IEEE 802.11标准系列、Hiperlan等中的任何无线技术。WMAN可以实现IEEE 802.16等。WWAN可以是蜂窝网络，比如码分多址(CDMA)网络、时分多址(TDMA)网络、频分多址(FDMA)网络、正交FDMA(OFDMA)网络、单载波FDMA(SC-FDMA)网络，等等。为了清楚起见，下面描述了实现IEEE 802.11n的WLAN的技术的某些方面。

IEEE 802.11n采用正交频分复用(OFDM)，这是一种将系统带宽划分为多个(K)正交子载波的调制技术。在IEEE 802.11n中，用OFDM定义总数为K＝64个子载波，并为这些子载波分配-32到+31的索引。总计64个子载波包括索引为±{1，...，6，8，...，20，22，...，28}的52个数据子载波，和索引为±{7，21}的四个导频子载波。没有使用索引为0的DC子载波和剩下的子载波。IEEE802.11n还提供从多个发射天线到多个接收天线的MIMO传输。在2007年2月发表的题目为“IEEE P802.11n^TM/D2.00，Part 11：WirelessLAN Medium Access Control(MAC)and Physical Layer(PHY)specifications：Amendment：Enhancements for Higher Throughput”的文档中描述了IEEE802.11n，这份文档是公众可获知的。

图1示出了有一个接入点110和多个电台120的无线网络100。通常而言，无线网络可以包括任何数量的接入点和任何数量的电台。电台是一种可以通过无线媒介/信道与另一个电台进行通信的设备。电台还可以称为终端、移动站、用户设备、用户站等等，并包含它们的一些或全部功能。电台可以是移动电话、无线调制解调器、无绳电话，等等。接入点是向与其相连接的电台提供通过无线媒介访问分发业务的电台。接入点也可以称为基站、基站收发机(BTS)、节点B等等，并且包括它们的一些或全部功能。电台120与接入点110通信和/或通过对等通信与另一个电台通信。接入点110与数据网络130相连并且通过该数据网络与其它设备通信。数据网络130可以是因特网、内联网、或任何其它的有线或无线网络。

本申请中所描述的技术可以用于下行链路和上行链路的MIMO传输。对于下行链路，接入点110是发射机，而电台120是接收机。对于上行链路，电台120是发射机，而接入点110是接收机。

由发射机的多个(T)发射天线和接收机的多个(R)接收天线构成的MIMO信道的特性可以由相关的每个子载波k或每组子载波的R×T信道矩阵Hk来定义。通过对信道矩阵H _k的相关矩阵进行特征值分解，可以对该信道矩阵Hk进行对角化，如下所示：

{\underset{&OverBar;}{R}}_{k} = {\underset{&OverBar;}{H}}_{k}^{H} {\underset{&OverBar;}{H}}_{k} = {\underset{&OverBar;}{V}}_{k} {\underset{&OverBar;}{Λ}}_{k} {\underset{&OverBar;}{V}}_{k}^{H},

式(1)

其中，R _k是H _k的T×T相关矩阵，

V _k是T×T的酉矩阵，它的列是R _k的特征向量，

Λ _k是R _k的特征向量的T×T对角矩阵，

“^H”表示共轭转置。

酉矩阵V _k的特征由属性

{\underset{&OverBar;}{V}}_{k}^{H} {\underset{&OverBar;}{V}}_{k} = \underset{&OverBar;}{I}

来定义，其中，I是单位矩阵。酉矩阵的列是相互正交的，并且每列具有单位功率。V _k也被称为波束成形矩阵。对角矩阵Λ _k包含对角线上的可能非0的值，其它地方为0值。Λ _k的对角元素是表示R _k的特征模式的功率增益的特征值。

发射机对发送给接收机的波束成形进行发射空间处理，如下：

z _k＝Q _k x _k，式(2)

其中，x _k是一个向量，其在子载波k上有T个数据符号要发送，

Q _k是子载波k的控制矩阵，可以根据V _k导出，

z _k是一个向量，其在子载波k上有对应T个发射天线的T个输出符号。

式(2)中的波束成形对从发射机发送到接收机的波束进行控制(steer)或整形(shape)。为了有效地进行波束成形，发射机应该对从该发射机到接收机的MIMO信道的响应进行精确的估计。MIMO信道的相关信息可以用于生成进行发射空间处理的适当控制矩阵，以便控制从发射机到接收机的波束。

为了进行显式的波束成形，发射机可以向接收机发送探测帧。探测帧是携带有已知训练符号的帧，这使得接收机可以估计相关的每个子载波或每组子载波的信道矩阵。探测帧可以包括该训练符号以外的其它数据，也可以不包括该训练符号以外的其它数据。发射机可以发送：(i)未使用任何控制矩阵的非受控(unsteered)探测帧；或(ii)使用根据先前与接收机交换的帧得到的控制矩阵Q′ _k的受控(steered)探测帧。接收机可以：(i)根据非受控探测帧估计实际信道矩阵H _k；或(ii)根据受控探测帧估计有效信道矩阵H _eff，k＝H _k Q′ _k。

接收机向发射机发送信道矩阵H _k或H _eff，k作为反馈信息。H _k和H _eff，k还可以称为信道状态信息(CSI)矩阵。发射机根据从接收机得到的H _k或H _eff，k导出V _k。然后，发射机根据V _k导出控制矩阵Q _k，比如，如果向接收机发送了非受控探测帧，则Q _k＝V _k，或者，如果发送了受控探测帧，则Q _k＝Q′ _k V _k。然后，发射机用Q _k向接收机发送数据，如式(2)中所示。

或者，接收机也可以根据从探测帧得到的H _k或H _eff，k计算V _k。然后，接收机将V _k作为反馈信息发送给发射机。发射机根据V _k导出Q _k，然后用Q _k向接收机发送数据。

图2示出了发送用于波束成形的反馈信息所进行的帧交换。在时间T₂₁，发射机向接收机发送探测帧。在IEEE 802.11n中，发射机也可以称为发起器，接收机也可以称为响应器。该探测帧携带已知的训练符号，并且可以携带或不携带其它数据。

接收机在无线信道上监听向其发送的帧。如果帧中出现MAC数据，则接收机可以通过帧中的目标地址识别出已经发给它的是探测帧。如果使用的是没有任何MAC数据(比如IEEE 802.11n中的空数据分组)的探测帧格式，则向探测帧所要发往的预定接收方发送先前标识。在时间T₂₂检测到探测帧结束之后，接收机等待SIFS周期，在IEEE 802.11n中是16微秒(μs)，然后在时间T₂₃发送该探测帧的确认(ACK)。可以有很多电台共享无线信道。SIFS周期要足够短，以便接收机可以在探测帧之后马上得到对无线信道的控制权，而不需要与其它想要访问该无线信道的电台进行竞争。

接收机可以根据探测帧中的训练符号估计相关的每个子载波或每组子载波的信道矩阵H _k或H _eff，k。接收机还可以根据H _k或H _eff，k导出每个子载波或每组子载波的V _k。然后，接收机根据H _k、H _eff，k或V _k生成反馈信息。

在时间T₂₄生成反馈信息之后，接收机执行信道访问以获取对无线信道的访问。信道访问可能需要几毫秒(ms)或者更多，这取决于信道上的活动量。在时间T₂₅取得对信道的访问之后，接收机发送包含该反馈信息的帧。在时间T₂₆，发射机从接收机接收该反馈帧，然后发送包括根据该反馈信息生成的控制矩阵的数据帧。

如图2中所示，接收机立即向发射机回发对探测帧的ACK，但是稍后才在一个主动提供的帧中发送反馈信息。接收机可能无法先验得知何时会接收到探测帧，因此也无法分配资源用于处理探测帧。此外，不管接收机能否提前获知探测帧的到达，一般都需要一些时间来处理该探测帧。举个例子，式(2)中的特征值分解需要很大的计算量，并且可能要估计很多子载波的信道矩阵和生成波束成形矩阵。

稍后再发送主动提供的帧，这样使得接收机有足够的时间处理该探测帧并生成反馈信息。但是，接收机需要进行信道访问，以便发送包括该反馈信息的主动帧。该信道访问可能会引起额外的(而且是可变的)延迟。由于无线信道可能改变，所以，反馈信息可能会因为信道访问延迟而过期或变得不太精确。

通常而言，我们希望尽可能快地发送该反馈信息。如果接收机能够在非常短的时间内生成反馈信息(比如，量级为SIFS周期)，那么接收机就可以在时间T₂₃开始的立即帧中随同ACK一起发送该反馈信息。立即帧是在从接收的前一帧结尾开始等待SIFS周期之后发送的帧。但是，接收机可能没有能力在SIFS周期内生成反馈信息，因此而不能在立即帧中发送反馈信息。如果要求反馈信息在SIFS周期内生成并且在立即帧中发送，就会给接收机施加严格的硬件/硅需求，这是我们所不希望看到的。

图3示出了延迟尽可能小的情况下利用聚合帧发送波束成形反馈信息的帧交换。从时间T₃₁到T₃₂，发射机向接收机发送探测帧。接收机接收该探测帧，确定生成反馈信息所需的时间量、确定发送该反馈信息所需的时间量。然后，接收机生成一个聚合帧，该聚合帧包括对探测帧的ACK、第一/虚部分、第二/反馈部分，第一/虚部分对应于生成反馈信息所需的时间量，而第二/反馈部分对应于反馈信息。第一部分可以携带接收机发送给发射机的任何数据，并且按照在A-MPDU或聚合帧中进行帧聚合的规则来生成。或者，第一部分也可以包括空数据，等等。然后，接收机等待SIFS周期，在时间T33开始发送该聚合帧。在发送该聚合帧时，接收机可以处理探测帧和生成反馈信息。反馈信息在时间T₃₄不迟于第一部分结束时准备好，并且在聚合帧的第二部分中没有额外延迟的情况下发送出去。

发射机从接收机接收聚合帧。在时间T₃₅，发射机利用根据该反馈信息导出的控制矩阵，发射数据帧。

如图3所示，接收机立即向发射机回发对探测帧的ACK，并且可以在同一立即聚合帧中发送反馈信息，以避免执行信道访问所引起的额外延迟。接收机根据它的能力生成反馈信息，并为第一部分选择合适的持续时间，以便有充足的时间生成反馈信息。反馈信息一准备好，接收机就在聚合帧的第二部分发送该反馈信息，而不进行信道访问。

对于不同系统，可以有不同的方式构造携带反馈信息的聚合帧。为了清楚起见，下面描述IEEE 802.11n中的聚合帧。

在IEEE 802.11n中，媒体访问控制(MAC)协议将数据处理为MAC协议数据单元(MPDU)。然后，物理层会聚协议(PLCP)处理MPDU，以生成PLCP协议数据单元(PPDU)。然后，物理层(PHY)处理每个PPDU，从而生成帧，以便通过无线信道进行传输。在IEEE 802.11n中，高吞吐量PPDU(HT-PPDU)用于从多个发射天线到多个接收天线的MIMO传输。

图4A示出了IEEE 802.11n中HT混合格式的HT-PPDU 410的结构。HT-PPDU 410包括混合模式前导段和跟在其后的数据字段。该混合模式前导段包括：(i)由传统短训练字段(L-STF)和传统长训练字段(L-LTF)组成的传统前导段；(ii)传统信号(L-SIG)字段；(iii)HT信号(HT-SIG)字段；(iv)由HT短训练字段(HT-STF)和一个或多个HT长训练字段(HT-LTF)组成的HT前导段。HT-LTF的数量等于或大于同时发送的流的数量。该长训练字段和短训练字段携带已知的训练符号，训练符号可以用于帧检测、时间捕获、频率估计和修正、自动增益控制(AGC)、信道估计，等等。L-SIG和HT-SIG字段携带HT-PPDU的信令信息。举个例子，HT-SIG字段携带：(i)长度字段，指示数据字段的长度，(ii)聚合(Aggr)字段，指示数据字段是否携带聚合MPDU(A-MPDU)。数据字段携带HT-PPDU的载荷，并且具有长度字段所指示的可变长度。HT-PPDU 410可以用于探测帧或聚合帧。L-STF、L-LTF和L-SIG字段组合起来的持续时间为20μs，当HT-PPDU 410用作聚合帧时，这些传统字段的持续时间会减少虚部分的持续时间。

图4B示出了IEEE 802.11n中采用HT新型(greenfield)格式的HT-PPDU420的结构。HT-PPDU 420包括新型前导段和跟在其后的数据字段。新型前导段包括HT新型短训练字段(HT-GF-STF)、HT长训练字段(HT-LTF1)、HT-SIG字段和一个或多个HT-LTF。HT-SIG字段携带长度字段和聚合字段，如图4A中所示。数据字段携带HT-PPDU的载荷，并且具有长度字段所指示的可变长度。HT-PPDU420也可以用于探测帧或聚合帧。

HT-PPDU 410和420是IEEE 802.11n所支持的两种PPDU帧格式。如果WLAN部署中既有不支持HT传输的传统电台，还有支持HT传输的HT电台，则可以使用HT-PPDU 410。传统电台能识别传统前导段和L-SIG字段，这些字段会通知这些电台忽略HT-PPDU。HT-PPDU 420可以用于HT电台之间的帧交换。前述的IEEE 802.11n文档中描述了HT-PPDU 410、HT-PPDU 420和IEEE 802.11n所支持的其它PPDU的格式。

发射机用HT-PPDU 410或430发送探测帧。探测帧包括HT前导段，可以包括、也可以不包括HT-PPDU 410或420中的任何剩余字段。探测帧包括数据字段，其携带的一个或多个MPDU包含要发送给接收机的数据。探测帧还可以是没有数据字段的空数据分组(NDP)或零长度帧(ZLF)。

接收机可以利用HT-PPDU 410或420发送聚合帧。该聚合帧包括图4A中的混合模式前导段或图4B中的新型前导段，还包括数据字段。数据字段携带合适长度的A-MPDU。接收机根据各种因素选择聚合帧的HT-PPDU410或420。举个例子，在混合模式环境中工作时，接收机可以选择HT-PPDU410。在IEEE 802.11n中，混合模式前导段的长度要比新型前导段的长度长出大概8μs。因此，接收机可以根据生成反馈信息所需的时间量选择HT-PPDU 410或420。举个例子，当反馈信息生成时间超过门限值时，接收机选择HT-PPDU 410，该门限值可以是A-MPDU的长度加上容差(比如7μs)，否则就选择HT-PPDU 420。接收机还可以在发射机已经发送了具有MPDU的新型HT-PPDU 420时，发送混合模式HT-PPDU 410。接收机还可以在发射机已经发送了NDP/ZLF的新型HT-PPDU 420时，发送混合模式HT-PPDU 410。

不管为探测帧所选的PPDU格式如何，该PPDU携带适合长度的A-MPDU。如图4A中所示，A-MPDU包括多个A-MPDU子帧，其中每个子帧长度可变。每个A-MPDU子帧包括MPDU分隔符和MPDU。该MPDU分隔符包括MPDU长度字段，以指示相关MPDU的长度。每个MPDU包括由MAC分别编码的数据，并包括用于对MPDU进行检错的帧检验序列(FCS)。FCS通常也称为循环冗余校验码(CRC)。

通常而言，接收机可以用包含任意数量MPDU的一个A-MPDU生成聚合帧。一个或多个MPDU会涵盖接收机生成反馈信息所需的持续时间，可以称这些MPDU为虚MPDU。每个虚MPDU可以是任何有效的MAC协议数据单元(PDU)，比如，MAC管理PDU、ICMP回声消息，等等。可以由MPDU中适当的控制位来指示每个虚MPDU中发送的数据的类型，比如，MPDU的帧控制/头部中的帧类型和子类型值。一个或多个MPDU携带波束成形的反馈信息，故可以称为反馈MPDU。举个例子，可以在单独一个MPDU中发送所有反馈信息。或者，也可以是多个MPDU携带反馈信息，比如，每个MPDU携带不同子载波组的反馈信息。为了清楚起见，下面的描述假设在A-MPDU中发送一个虚MPDU和一个反馈MPDU。

接收机针对波束成形生成不同类型的反馈，并发送给发射机。在IEEE

802.11n中，接收机可以发送下面的反馈中的任意一种：

·CSI矩阵反馈—发送包括H _k或H _eff，k的CSI矩阵，

·非压缩波束成形矩阵反馈—发送V _k的元素，

·压缩波束成形矩阵反馈—将V _k分解为一组矩阵，并发送这些矩阵的角。

接收机可以先验得知需要多少时间来生成每种类型的反馈。接收机也可以先验得知对于每种类型的反馈需要发送多少数据。这一信息可以存储在查询表中。

一旦接收到探测帧，接收机就选择要发给发射机的反馈的类型。接收机还从查询表中确定生成这一类型的反馈信息所需的时间量。接收机可以确定聚合帧所用的数据速率。可以根据接收机的配置(比如，天线数量)、信道状况等等，来确定该数据速率。接收机根据探测帧中的训练符号估计接收信号质量，并根据接收信号质量选择合适的数据速率。从该数据速率，接收机能够确定在一个时间单元中(比如，IEEE 802.11n中每个OFDM符号周期为4μs)可发送多少字节的数据。

接收机可以根据生成反馈信息所需的时间量和数据速率，确定A-MPDU的虚部分的长度(Len_D)。接收机还可以根据为反馈信息发送的数据量和数据速率，确定A-MPDU的反馈部分的长度(Len_FB)。接收机生成一个HT-PPDU，它的：(i)HT-SIG中的长度字段设为等于虚部分的长度加上A-MPDU中反馈部分的长度，(ii)聚合字段设为“1”，以指示HT-PPDU的数据字段中发送的是A-MPDU。接收机生成长度为Len_D的虚MPDU，并且将相关A-MPDU子帧的MPDU长度字段设为Len_D。接收机还可以生成长度为Len_FB的反馈MPU，并且将相关A-MPDU子帧的MPDU长度字段设为Len_FB。

接收机在从探测帧结尾时起等待SIFSI周期之后发送HT-PPDU。接收机可以在生成反馈信息的时候，发送HT-PPDU的前导段和虚MPDU。接收机可以对反馈信息进行编码，并在反馈MPDU中发送该编码后的数据，该数据可以附在虚MPDU的后面。

聚合帧的附加/虚MPDU的持续时间涵盖生成反馈信息所需的时间，使用这样的聚合帧具有某些优势。首先，由于接收机有更多的时间生成反馈信息，因此降低/减轻了发射机的硬件/硅需求。当发射机发射的探测帧是没有MAC载荷的NDP/ZLF时，附加的MPDU尤其有利。在这种情况下，从探测帧结尾到立即聚合帧开始的时间量甚至比有MAC载荷的探测帧还要短。在立即A-MPDU中使用附加MPDU可以减轻接收机的响应时间要求。

发射机从接收机接收聚合帧，并处理该帧，以便还原接收机所发送的反馈信息。发射机可以根据HT_SIG字段中的聚合字段识别该聚合帧中发送的是A-MPDU。发射机可以根据该MPDU的FCS，校验每个接收到的MPDU。如果该反馈MPDU通过了FCS校验，则发射机可以根据从这一MPDU获取的反馈信息导出控制矩阵。对于CSI矩阵反馈，发射机从反馈MPDU获取H _k或H _eff，k，根据H _k或H _eff，k导出V _k，然后根据V _k更新Q _k。对于非压缩或压缩波束成形矩阵反馈，发射机从反馈MPDU获取V _k，然后根据V _k更新Q _k。

在发射机处，MAC执行FCS校验，PHY导出控制矩阵。PHY首先接收反馈MPDU，然后将该MPDU交给MAC进行FCS校验。通过FCS校验以后，MAC将该反馈MPDU回发给PHY进行控制矩阵的计算。为了减少PHY和MAC处理反馈MPDU的时间量，可将该反馈信息存储在PHY和MAC都可以访问的存储器中。使用共享存储器就无需在PHY和MAC之间传递数据。在MAC执行FCS校验的同时，PHY也可以进行控制矩阵的计算，这样，控制矩阵的一些或很多计算可能在FCS校验结束之前就已经完成了。

PHY还可以流水线的方式进行控制矩阵计算和聚合帧接收。反馈MPDU携带子载波1的反馈信息，然后是子载波2的反馈信息，等等，然后是子载波N反馈信息。PHY可以在接收到每个子载波的反馈信息后就对该子载波进行控制矩阵计算，而同时还在接收其它子载波的反馈信息。控制矩阵计算和帧接收的流水线处理能够降低处理延迟，这样可以尽可能快地用从反馈信息生成的控制矩阵发送下一个立即帧。

发射机还可以每次导出一种模式的控制矩阵。每个控制矩阵包括S个波束(或模式)的S列，从T个发射天线并行发送，其中1≤S≤T。发射机可以对所有相关的子载波的一种模式导出控制向量，并在计算另一种模式的控制向量的同时，用这些控制向量进行数据传输。发射机可以在计算出每种模式的控制向量后，针对数据传输使用该控制向量。如果发射机和接收机正在进行帧交换，那么这一处理可以使得发射机和接收机在立即响应帧交换中有效使用显式的波束成形。

图5示出了发射机/发起器执行的处理过程500的设计方案。向接收机发送包括训练符号的第一帧(比如，探测帧)(块512)。接收第二帧(比如，聚合帧)，比如，在从第一帧的结尾开始SIFS周期之后接收(块514)，其中，第二帧包括第一部分和跟在第一部分之后的第二部分。第一部分包括至少一个MPDU，该MPDU的长度由接收机生成反馈信息的时间量来确定。第二部分包括携带反馈信息的至少一个MPDU。

根据从第二帧获取的反馈信息，导出至少一个控制矩阵(块516)。对于块516，从反馈信息获取至少一个信道矩阵。根据至少一个信道矩阵导出至少一个波束成形矩阵，并将其用于导出至少一个控制矩阵。或者，从反馈信息获取至少一个波束成形矩阵，波束成形矩阵用于导出至少一个控制矩阵。在任何情况下，向接收机发送根据至少一个控制矩阵进行了发射空间处理的第三帧(块518)。

图6示出了发射机/发起器的装置600的设计方案。装置600包括：用于发送包括训练符号的第一帧的模块(模块612)；用于接收第二帧的模块(模块614)，其中第二帧包括第一部分和跟在第一部分之后的第二部分，第一部分的长度由接收机生成反馈信息的时间量来确定，第二部分携带反馈信息；用于根据从第二帧获取的反馈信息生成至少一个控制矩阵的模块(模块616)；用于发送根据至少一个控制矩阵经过了发射空间处理的第三帧的模块(模块618)。

图7示出了接收机/响应器所执行的处理过程700的设计方案。从发射机/发起器接收包括训练符号的第一帧(块712)。根据第一帧中的训练符号确定生成反馈信息的时间量(块714)。还要确定发送该反馈信息的时间量(块716)。根据生成该反馈信息的时间量和发送该反馈信息的时间量确定携带该反馈信息的第二帧的长度(块718)。从第一帧结尾开始等待SIFSI周期之后向发射机发送第二帧，而不进行信道访问(块720)。根据第一帧中的训练符号生成反馈信息，并在第二帧中发送该反馈信息(块722)。接收根据从该反馈信息生成的至少一个控制矩阵进行了发射空间处理的第三帧(块724)。

对于块714和716，要从多种反馈信息类型中识别出要生成的反馈信息类型。确定用于第二帧的数据速率，比如，根据从第一帧中的训练符号确定的接收信号质量。根据要生成的反馈信息类型和/或其它因素确定生成该反馈信息的时间量。根据第二帧的数据速率、要发送的反馈信息类型和/或其它因素，确定发送该反馈信息的时间量。

第二帧包括第一部分和跟在第一部分之后的第二部分。第一部分的长度等于或超过生成反馈信息的时间量。第二部分携带反馈信息。第二帧可以携带A-MPDU，该A-MPDU包括第一组的至少一个MPDU和跟在其后的第二组的至少一个MPDU，第一组的至少一个MPDU对应于第一部分，第二组的至少一个MPDU对应于第二部分。第一组的至少一个MPDU的长度等于或超过生成反馈信息的时间量。第二组的至少一个MPDU携带该反馈信息。

对于块722，根据第一帧中的训练符号导出至少一个信道矩阵。根据至少一个信道矩阵生成反馈信息，并且该反馈信息可以包括CSI。或者，根据至少一个信道矩阵导出至少一个波束成形矩阵。然后，根据至少一个波束成形矩阵生成反馈信息，并且该反馈信息可以包括非压缩和压缩的波束成形矩阵。

图8示出了接收机/响应器的装置800的设计方案。装置800包括：用于接收包括训练符号的第一帧的模块(模块812)；用于根据第一帧中的训练符号确定生成反馈信息的时间量的模块(模块814)；用于确定发送该反馈信息的时间量的模块(模块816)；用于根据生成该反馈信息的时间量和发送该反馈信息的时间量确定携带该反馈信息的第二帧的长度的模块(模块818)；用于发送第二帧(比如，从第一帧结尾开始等待SIFSI周期后发送，而不进行信道访问)的模块(模块820)；用于根据第一帧中的训练符号生成反馈信息，并在第二帧中发送该反馈信息的模块(模块822)；用于接收根据从该反馈信息导出的至少一个控制矩阵进行了发射空间处理的第三帧的模块(模块824)。

图6和图8中的模块可包括处理器、电子设备、硬件设备、电子组件、逻辑电路、存储器等等，或者它们的任意组合。

图9示出了图1中的接入点110和电台120的设计框图。接入点110配备有多个(T)天线924a到924t，用于数据发送和接收。电台120配备有多个(R)天线952a到952r，用于数据发送和接收。

在下行链路上，在接入点110中，发射(TX)数据处理器914可以从数据源912接收业务数据和/或从控制器/处理器930接收其它数据。TX数据处理器914处理(比如，格式化、编码、交织和符号映射)接收到的数据并生成数据符号，数据符号就是数据的调制符号。TX空间处理器920将训练符号和数据符号进行复用，用下行链路控制矩阵进行发射空间处理，并向T个调制器(MOD)922a到922t提供T个输出符号流。训练符号通常也可以称为导频符号。每个调制器922处理它的输出符号流(比如，OFDM的符号流)，以生成输出码片流。每个调制器922还可以调整(比如，转换成模拟、放大、过滤和上变频)其输出码片流，以便生成下行链路信号。从天线924a到924t分别发射来自调制器922a到922t的T个下行链路信号。

在电台120中，R个天线952a到952r可以从接入点110接收下行链路信号，并且每个天线952向对应的解调器(DEMOD)954提供接收的信号。每个解调器954执行与调制器922所执行的处理相反的处理，以便获取接收到的符号。接收(RX)空间处理器960对来自所有解调器954a到954r的接收符号进行空间匹配滤波，并提供数据符号估计，数据符号估计是对接入点110所发射的数据符号的估计。RX数据处理器970还可以处理(比如，符号解映射、解交织、解码)数据符号估计，并向数据宿972和/或控制器/处理器980提供解码数据。

信道处理器978处理从接入点110接收到的训练符号，并估计下行链路MIMO信道响应。处理器978可以针对相关的每个子载波或每组子载波分解下行链路信道矩阵，比如，如等式(2)中所示，以便获取相应的波束成形矩阵。处理器978针对信道矩阵或(非压缩或压缩的)波束成形矩阵生成反馈信息。处理器978可以向控制器/处理器980提供该反馈信息以便回发给接入点110。处理器978还可以针对相关的每个子载波或每组子载波，根据相应的信道矩阵和/或波束成形矩阵导出空间滤波器矩阵。处理器978向RX空间处理器960提供该空间滤波器矩阵用于下行链路空间匹配滤波。

上行链路的处理与下行链路的处理可以相同，也可以不同。来自数据源986的业务数据和/或来自控制器/处理器980的其它数据(比如，反馈信息)由TX数据处理器988处理(比如，编码、交织和调制)，并由TX空间处理器990进一步将其和训练符号进行复用，然后，用上行链路控制矩阵进行空间处理。由解调器954a到954r对来自TX空间处理器990的输出符号进一步处理，以生成R个上行链路信号，然后由天线952a到952r来发射。

在接入点110，来自电台120的上行链路信号由天线924a到924t接收，并由解调器922a到922t进行处理，以便获取接收到的符号。RX空间处理器940对接收到的符号进行空间匹配滤波，并提供数据符号估计。RX数据处理器942进一步处理数据符号估计，向数据宿944提供解码数据，并向控制器/处理器930提供反馈信息。处理器930可以根据反馈信息导出电台120的下行链路控制矩阵。为了进行高效的处理，可以将反馈信息存储在MAC和PHY都可以访问的存储器中(比如，存储器932)，如上面所述。

信道处理器928处理从电台120接收的训练符号，并估计上行链路MIMO信道响应。处理器928针对相关的每个子载波或每组子载波分解上行链路矩阵，以便获取相应的波束成形矩阵。处理器928还针对相关的每个子载波或每组子载波导出空间滤波器矩阵。处理器928向RX空间处理器940提供空间滤波器矩阵用于上行链路空间匹配滤波，并向控制器/处理器930提供信道矩阵或波束成形矩阵用于向电台120反馈。

控制器/处理器930和980控制接入点110和电台120的操作。存储器932和983分别存储接入点110和电台120的数据和程序代码。处理器928、930、978、980和/或其它处理器执行本申请中所描述的处理过程和功能，比如，图5中的处理过程500、图7中的处理过程700，等等。

本申请中所描述的技术可以由多种方法来实现。举个例子，这些技术可以用硬件、固件、软件，或它们的组合来实现。对于硬件实现，用于在给定实体(比如，发射机或接收机)执行技术的处理器单元可以实现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、电子设备、用于执行本申请所述功能的其它电子单元、计算机，或其组合中。

对于固件和/或软件实现，本申请中描述的技术可用执行本申请所述功能的模块(例如，过程、函数等)来实现。固件和/或软件指令可以存储在存储器(如，图9中的存储器932或982)中，并由处理器(如，图9中的处理器930或980)执行。存储器可以实现在处理器内，也可以实现在处理器外。固件和/或软件指令也可以存储在其它处理器可读介质中，比如，随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、非易失性随机访问存储器(NVRAM)、可编程只读存储器(PROM)、电可擦除PROM(EEPROM)、闪存、光盘(CD)、磁的或光的数据存储设备，等等。

在一个或多个示例实施例中，本申请中所描述的功能可以用硬件、软件、固件，或它们的任意结合来实现。如果在软件中实现，功能可以作为一条或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，包括任何便于将计算机程序从一个地方转移到另一个地方的介质。存储介质可以是计算机可访问的任何可用介质。举个例子，但是并不仅限于，该计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储器、磁盘存储器或其它磁存储设备，或可以用于以指令或数据结构的形式装载或存储期望程序代码，并由计算机访问的任何其它介质。此外，任何连接也都可适当地被称作计算机可读介质。举个例子，如果软件是通过同轴电缆、纤维光缆、双绞线、数字用户线(DSL)、或无线技术(比如红外、无线电和微波)从网站、服务器、或其它远程源传输的，则同轴电缆、纤维光缆、双绞线、DSL、或无线技术(比如红外、无线电和微波)包含在介质的定义中。本申请中所用的磁盘和光盘，包括CD、镭射影碟、光盘、数字化视频光盘(DVD)、软盘和蓝光光盘，其中，磁盘通常磁力地再生数据，而光盘则用激光光学地再生数据。上述的结合也可以包含在计算机可读介质的范围内。

前面对所公开的内容的描述为了使本领域的任何技术人员能够实现或使用本发明。本申请的各种修改对于本领域的技术人员来说是显而易见的，并且本申请中所定义的一般原则适用于不脱离本发明的精神范围的其它变化。因此，本发明并不限于本申请给出的例子和设计方案，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

Claims

1、一种装置，包括：

处理器，用于：

接收包括训练符号的第一帧，

根据所述第一帧中的训练符号，确定用于生成反馈信息的时间量，

发送第二帧，所述第二帧的长度是至少根据用于生成所述反馈信息的时间量来确定的；

与所述处理器相耦合的存储器。

2、权利要求1所述的装置，其中，所述处理器用于：

从多种反馈信息类型中识别出要生成的反馈信息的类型，

根据要生成的反馈信息的类型，确定用于生成所述反馈信息的时间量。

3、权利要求1所述的装置，其中，所述处理器用于：

确定用于发送所述反馈信息的时间量，

进一步根据用于发送所述反馈信息的时间量，确定所述第二帧的长度。

4、权利要求3所述的装置，其中，所述处理器用于：

确定所述第二帧的数据速率，

从多种反馈信息类型中识别出要发送的反馈信息的类型，

根据所述数据速率和要发送的反馈信息的类型，确定用于发送所述反馈信息的时间量。

5、权利要求1所述的装置，其中，所述处理器用于生成所述第二帧，所述第二帧包括第一部分和跟在所述第一部分之后的第二部分，所述第一部分的长度等于或超过用于生成所述反馈信息的时间量，所述第二部分携带所述反馈信息。

6、权利要求1所述的装置，其中，所述处理器用于：

构造包括多个MPDU的聚合媒体访问控制(MAC)协议数据单元(A-MPDU)，

用所述A-MPDU生成所述第二帧。

7、权利要求6所述的装置，其中，所述处理器用于：

用第一组的至少一个MPDU和跟在其后的第二组的至少一个MPDU构造所述A-MPDU，所述第一组的至少一个MPDU的长度等于或超过用于生成所述反馈信息的时间量，

在所述第二组的至少一个MPDU中提供所述反馈信息。

8、权利要求6所述的装置，其中，所述处理器用于：

构造第一个MPDU，所述第一个MPDU的长度等于或超过用于生成所述反馈信息的时间量，

用所述反馈信息构造第二个MPDU，

用所述第一个MPDU和跟在所述第一个MPDU之后的所述第二个MPDU构造所述A-MPDU。

9、权利要求1所述的装置，其中，所述处理器用于：

在所述第一帧结束之后等待短暂帧间间隔(SIFS)周期，

在等待所述SIFS周期之后发送所述第二帧，而不进行信道访问。

10、权利要求1所述的装置，其中，所述处理器用于：

根据所述第一帧中的训练符号，导出至少一个信道矩阵，

根据所述至少一个信道矩阵，生成所述反馈信息。

11、权利要求1所述的装置，其中，所述处理器用于：

根据所述第一帧中的训练符号，导出至少一个信道矩阵，

根据所述至少一个信道矩阵，导出至少一个波束成形矩阵，

根据所述至少一个波束成形矩阵，生成所述反馈信息。

12、权利要求1所述的装置，其中，所述反馈信息包括至少一个压缩的波束成形矩阵。

13、权利要求1所述的装置，其中，所述反馈信息包括信道状态信息(CSI)。

14、权利要求1所述的装置，其中，所述处理器用于将所述第二帧的长度字段设为所述第二帧的长度。

15、一种方法，包括：

接收包括训练符号的第一帧；

根据所述第一帧中的训练符号，确定用于生成反馈信息的时间量；

发送第二帧，所述第二帧的长度是至少根据用于生成所述反馈信息的时间量来确定的。

16、权利要求15所述的方法，还包括：

确定用于发送所述反馈信息的时间量；

进一步根据用于发送所述反馈信息的时间量确定所述第二帧的长度。

17、权利要求15所述的方法，还包括：

生成所述第二帧，所述第二帧包括第一部分和跟在所述第一部分之后的第二部分，所述第一部分的长度等于或超过用于生成所述反馈信息的时间量，所述第二部分携带所述反馈信息。

18、权利要求15所述的方法，其中，发送所述第二帧包括：

在所述第一帧结束后等待短暂帧间间隔(SIFS)周期，

19、一种装置，包括：

用于接收包括训练符号的第一帧的模块；

用于根据所述第一帧中的训练符号确定用于生成反馈信息的时间量的模块，

用于发送第二帧的模块，所述第二帧的长度是至少根据用于生成所述反馈信息的时间量来确定的。

20、权利要求19所述的装置，还包括：

用于确定用于发送所述反馈信息的时间量的模块；

用于进一步根据用于发送所述反馈信息的时间量确定所述第二帧的长度的模块。

21、权利要求19所述的装置，还包括：

用于生成所述第二帧的模块，所述第二帧包括第一部分和跟在所述第一部分之后的第二部分，所述第一部分的长度等于或超过用于生成所述反馈信息的时间量，所述第二部分携带所述反馈信息。

22、权利要求19所述的装置，其中，用于发送所述第二帧的模块包括：

用于在所述第一帧结束之后等待短暂帧间间隔(SIFS)周期的模块，

用于在等待所述SIFS周期之后发送所述第二帧而不进行信道访问的模块。

23、一种上面存储有指令的处理器可读介质，包括：

第一指令，用于接收包括训练符号的第一帧；

第二指令，用于根据所述第一帧中的训练符号确定用于生成反馈信息的时间量；

第三指令，用于发送第二帧，所述第二帧的长度是至少根据用于生成所述反馈信息的时间量来确定的。

24、权利要求23所述的处理器可读介质，还包括：

第四指令，用于确定用于发送所述反馈信息的时间量，

第五指令，用于进一步根据用于发送所述反馈信息的时间量确定所述第二帧的长度。

25、权利要求23所述的处理器可读介质，还包括：

第四指令，用于生成所述第二帧，所述第二帧包括第一部分和跟在所述第一部分之后的第二部分，所述第一部分的长度等于或超过用于生成所述反馈信息的时间量，所述第二部分携带所述反馈信息。

26、一种装置，包括：

处理器，用于：

发送包括训练符号的第一帧；

接收第二帧，所述第二帧包括第一部分和跟在所述第一部分之后的第二部分，所述第一部分的长度是由所述第一帧的接收机用于生成反馈信息的时间量来确定的，所述第二部分携带所述反馈信息；

根据从所述第二帧获取的反馈信息，导出至少一个控制矩阵；与所述处理器相耦合的存储器。

27、权利要求26所述的装置，其中，所述处理器用于：

从所述第二帧接收聚合媒体访问控制(MAC)协议数据单元(A-MPDU)，所述A-MPDU包括对应于所述第一部分的第一个MPDU和对应于所述第二部分的第二个MPDU。

28、权利要求26所述的装置，其中，所述处理器用于：

从所述反馈信息获取至少一个信道矩阵，

根据所述至少一个信道矩阵导出至少一个波束成形矩阵，

根据所述至少一个波束成形矩阵导出至少一个控制矩阵。

29、权利要求26所述的装置，其中，所述处理器用于：

从所述反馈信息获取至少一个波束成形矩阵，

根据所述至少一个波束成形矩阵导出所述至少一个控制矩阵。

30、权利要求1所述的装置，其中，所述处理器用于：

在从所述第一帧结束时起的短暂帧间间隔(SIFS)周期之后，接收所述第二帧。

31、权利要求26所述的装置，其中，所述处理器用于：

根据所述至少一个控制矩阵对第三帧进行发射空间处理，

向所述接收机发送所述第三帧。

32、一种方法，包括：

发送包括训练符号的第一帧；

根据从所述第二帧获取的反馈信息，导出至少一个控制矩阵。

33、权利要求32所述的方法，其中，导出所述至少一个控制矩阵包括：

从所述反馈信息获取至少一个信道矩阵，

根据所述至少一个信道矩阵，导出至少一个波束成形矩阵，

根据所述至少一个波束成形矩阵，导出所述至少一个控制矩阵。

34、权利要求32所述的方法，其中，导出所述至少一个控制矩阵包括：

从所述反馈信息获取至少一个波束成形矩阵，

35、一种装置，包括：

用于发送包括训练符号的第一帧的模块，

用于接收第二帧的模块，所述第二帧包括第一部分和跟在所述第一部分之后的第二部分，所述第一部分的长度是由所述第一帧的接收机用于生成反馈信息的时间量来确定的，所述第二部分携带所述反馈信息，

用于根据从所述第二帧获取的反馈信息导出至少一个控制矩阵的模块。

36、权利要求35所述的装置，其中，用于导出所述至少一个控制矩阵的模块包括：

用于从所述反馈信息获取至少一个信道矩阵的模块，

用于根据所述至少一个信道矩阵导出至少一个波束成形矩阵的模块，

用于根据所述至少一个波束成形矩阵导出所述至少一个控制矩阵的模块。

37、权利要求35所述的装置，其中，用于导出所述至少一个控制矩阵的模块包括：

用于从所述反馈信息获取至少一个波束成形矩阵的模块，

38、一种上面存储有指令的处理器可读介质，包括：

第一指令，用于发送包括训练符号的第一帧，

第二指令，用于接收第二帧，所述第二帧包括第一部分和跟在所述第一部分之后的第二部分，所述第一部分的长度是由所述第一帧的接收机用于生成反馈信息的时间量来确定的，所述第二部分携带所述反馈信息，

第三指令，用于根据从所述第二帧获取的反馈信息，导出至少一个控制矩阵。

39、一种装置，包括：

处理器，用于：

接收第一帧，所述第一帧请求波束成形的反馈信息；

从多种类型的前导段中选择之一；

发送第二帧，所述第二帧包括所选类型的前导段和所述反馈信息；与所述处理器相耦合的存储器。

40、权利要求39所述的装置，其中，所述处理器用于：

根据所述第一帧的前导段，确定所述第一帧的帧类型，

根据所述第一帧的帧类型，选择所述第二帧的前导段类型。

41、权利要求39所述的装置，其中，所述处理器用于：

根据用于生成所述反馈信息的时间量，选择所述第二帧的前导段类型。

42、权利要求39所述的装置，其中，所述处理器用于：

为所述第二帧选择混合模式前导段或新型前导段。