CN101933251B

CN101933251B - 用于mimo系统中天线选择的信道探测和估计策略

Info

Publication number: CN101933251B
Application number: CN200980103891.0A
Authority: CN
Inventors: 张鸿远; 鲁希特·U·纳巴; 彼得·洛克
Original assignee: Mawier International Trade Co Ltd
Current assignee: Kaiwei International Co; Marvell International Ltd; Marvell Asia Pte Ltd
Priority date: 2008-02-01
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2029-01-30
Also published as: JP2011514724A; JP2014017837A; WO2009099949A3; EP2238694B1; CN101933251A; US20090196372A1; US9178586B2; JP5356415B2; US20130315050A1; WO2009099949A2; EP2238694A2; US8498362B2; JP5813709B2

Abstract

本发明提供了在多输入多输出(MIMO)系统中天线选择的技术和装置，其中通信在具有耦合到第一多个天线的第一多个射频(RF)链的发射机和具有耦合到第二多个天线的第二多个RF链的接收机之间。技术包括接收连续探测包，每个探测包具有训练符号并共同为MIMO系统探测全尺寸信道。对于每个探测包的子信道估计然后可以基于多种因素例如已知的功率电平规则和增益因子被确定。比例因子可应用于这些子信道估计中的每一个以产生调整的子信道估计。

Description

用于MIMO系统中天线选择的信道探测和估计策略

相关申请的交叉引用

本申请要求于2008年2月1日提交的、标题为“CHANNEL SOUNDING AND ESTIMATION STRATEGIES FOR ANTENNA SELECTION IN MIMO SYSTEMS”的美国临时申请第61/025,519号的优先权，由此其全部内容在此通过引用被并入。

技术领域

本发明一般地涉及无线通信系统，并且更具体地涉及在采用多个天线的无线系统中的信道探测(sounding)和估计技术。

背景技术

无线通信继续经历在消费者需求和服务上的大的增长。诸如蜂窝网络的广域覆盖系统是平常的，但日益增加的是局域系统如“WiFi”、IEEE802.11a以及IEEE 802.11b系统。实际上，在802.11IEEE标准中详细描述了多种无线技术，802.11IEEE标准包括例如，IEEE标准802.11a(1999)及其更新和修正、IEEE标准802.11g(2003)、以及目前正处于被采用过程中的IEEE标准802.11n(草案3.0)，其中全部标准在此通过引用充分地被全体并入。特别是后面的标准已经或正在有希望以54Mbps或更有效的带宽被商业化的过程中，使其成为传统有线以太网和更加普通的“802.11b”或“WiFi”11Mbps移动无线传输标准的强大竞争者。

一般而言，许多无线通信系统使用数据传输的多载波调制方案。与IEEE 802.11a和802.11g或“802.11a/g”以及802.11n标准兼容的通信系统例如可使用正交频分复用(OFDM)，OFDM是采用大量相对密集间隔的正交子载波或子信道的数字多载波调制方案。使用诸如正交幅度调制、相移键控等调制方案以相对低的符号率调制每个子载波。可将OFDM系统的每个频率子带看作独立的传输信道，在该传输信道内发送数据，从而增加通信系统的总吞吐量或传输率。即使以低符号率调制在特定子载波上的数据，大量子信道仍提供了类似于利用相同带宽的单载波调制方案的总数据率。

一般地，在与前述的802.11a/802.11g/802.11n标准以及其他标准如802.16a IEEE标准兼容的无线通信系统中使用的发射机执行多载波OFDM符号编码(其可包括纠错编码和交织)，使用逆快速傅立叶变换(IFFT)技术将已编码的符号转换到时域，以及对信号执行数模转换和常规射频(RF)上变频。然后这些发射机在适当的功率放大后将经调制和上变频的信号发送到一个或多个接收机，导致具有大峰均比(PAR)的相对高速的时域信号。

同样地，在与前述的802.11a/802.11g/802.11n及802.16a IEEE标准兼容的无线通信系统中使用的接收机一般地包括执行RF下变频和接收到的信号的滤波(其可在一个或多个阶段中执行)的RF接收单元，以及处理承载所关注的数据的OFDM编码符号的基带处理器单元。一般地，存在于频域内的每个OFDM符号的数字形式在所接收的时域分析信号的基带下变频、常规模数转换和快速傅立叶变换之后被恢复。

在无线通信系统中，由发射机产生的RF调制信号可通过许多不同的传播路径到达特定的接收机，其特征一般由于多路径和衰减的现象随着时间的过去而改变。此外，传播信道的特征基于传播的频率而不同或改变。为了补偿传播效应的时间变化的频率选择特性，以及一般地为了提高在无线通信系统内的有效编码和调制，无线通信系统的每个接收机可周期性地为每个频率信道例如与上述的每个OFDM子带相关联的信道发展或收集信道状态信息(CSI)。一般而言，CSI是定义或描述关于每个OFDM信道的一个或多个特征(例如，每个信道的增益、相位及SNR)的信息。当确定一个或多个信道的CSI的时候，接收机可将该CSI发送回发射机，其可使用每个信道的CSI以预先处理使用该信道传输的信号，以便补偿每个信道的变化的传播效应。

为了进一步增加可在通信系统中传播的信号的数量和/或为了补偿与不同的传播路径相关联的有害影响，可使用多个发射和接收天线。这样的系统通常被称为多输入多输出(MIMO)无线传输系统，并且特别被规定在目前正采用的802.11n IEEE标准内。一般而言，MIMO技术的使用可以在频谱效率和连接可靠性上产生相当大的增加；并且这些益处一般随着在MIMO系统内的发射和接收天线的数量而增加。

除了由OFDM的使用产生的频率信道之外，在特定发射机和特定接收机之间的多种发射和接收天线所构成的MIMO信道包括许多独立的空间信道。众所周知，无线MIMO通信系统可以通过利用由用于传输额外数据的这些空间信道产生的额外的维数来提供提高的性能(如，增加的传输容量)。当然，宽带MIMO系统的空间信道可经历在总系统带宽中的不同的信道条件(如，不同的衰减和多路径效应)，并且可因此在总系统带宽的不同频率处(如，在不同的OFDM频率子带处)实现不同的SNR。因此，每个调制符号的信息比特数量(如，数据率)从一个频率子带到另一频率子带可不同，该调制符号对特定的性能级别可使用每个空间信道的不同的频率子带来传输。

然而，代替使用多种不同的发射和接收天线来构成在其上发送附加的信息的单独的空间信道，较好的发送和接收特性可以通过使用MIMO系统的多种发射天线中的每一个在MIMO系统中获得以发送相同的信号，同时在该信号被提供到不同的发射天线时定相(并放大)该信号以实现波束形成或波束调向。一般而言，波束形成或波束调向在一个或多个特定的方向上产生具有一个或多个高增益波瓣或波束(与由全向天线获得的增益相比较)的空间增益方向图，同时降低高于在其他方向上由全向天线获得的增益的增益。如果增益方向图被配置为在每个接收机天线的方向上产生高增益波瓣，那么MIMO系统可以在特定的发射机和特定的接收机之间获得较好的传输可靠性，高于由单发射机天线/接收机天线系统所获得的。

正确的天线选择(ASEL)对于在MIMO系统中实现期望的波束形成和波束调向很重要。对于OFDM系统如在IEEE 802.11n规范中概述的那些系统，ASEL可涉及对特定的数据率、数据类型、信道等在发射机和/或接收机选择的最好的天线元件，并且然后将那些天线元件转换到有限数量的发射机和接收机射频链。ASEL确定可基于由信道训练(探测)过程得到的CSI，该过程在IEEE 802.11n草案3.0中被定义为包括发射机侧(TX ASEL)训练过程或接收机侧(RX ASEL)训练过程。通过有效地管理该训练过程，ASEL可被改进，且较好的传输和接收特性可被实现。

发明内容

在一个实施方式中，一种在多输入多输出(MIMO)系统中天线选择的方法，其中通信是在具有耦合到第一多个天线的第一多个射频(RF)链的发射机和具有耦合到第二多个天线的第二多个RF链的接收机之间，该方法包括：从所述发射机接收连续探测包，每个探测包具有训练符号并共同为所述MIMO系统探测全尺寸信道，其中所述连续探测包通过将功率电平规则应用于在所述发射机的所述第一多个RF链来产生；基于所述功率电平规则和每个所接收的连续探测包的增益因子来为每个对应的连续探测包确定子信道估计；以及将相应的比例因子(scaling factor)应用于每个子信道估计以产生调整的子信道估计，其中所述相应的比例因子依赖于所述功率电平规则和相应的增益因子。

在另一实施方式中，一种在多输入多输出(MIMO)系统中天线选择的方法，其中通信是在具有耦合到第一多个天线的第一多个射频(RF)链的发射机和具有耦合到第二多个天线的第二多个RF链的接收机之间，该方法包括：发送连续探测包，每个探测包具有训练符号并共同为所述MIMO系统探测全尺寸信道，其中所述连续探测包由在所述发射机的所述第一多个RF链产生；为在所述接收机确定的多个调整的子信道估计中的每一个接收信道状态信息，所述信道状态信息包括应用于在所述接收机接收的所述连续探测包的相应的增益因子和应用来在所述接收机确定子信道估计的相应的比例因子中的至少一个；以及响应于接收所述信道状态信息，所述发射机调节应用于所述第一多个RF链的功率电平。

在另一实施方式中，多输入多输出(MIMO)发射机装置包括：天线开关，其耦合到多个MIMO天线，其中所述开关可控制来从用于全尺寸MIMO信道信号的传输的所述多个MIMO天线中选择；多个射频(RF)链，其用于为所述天线开关提供全尺寸MIMO信道；以及控制器，其配置为控制所述多个RF链以在所述多个MIMO天线上传输连续探测包，每个探测包具有训练符号并且所述探测包共同形成全尺寸MIMO信道信号，所述控制器还配置为接收响应于所述全尺寸MIMO信道信号的传输而从接收机发送的信道状态信息，其中所述信道状态信息包括来自所述接收机的调整的估计子信道数据，其中所述控制器配置为响应于所述信道状态信息而调节在所述RF链上的功率电平。

在另一实施方式中，多输入多输出(MIMO)接收机装置包括：天线开关，其耦合到多个MIMO天线，其中所述开关可控制来从用于接收由MIMO发射机以连续探测包的形式发送的全尺寸MIMO信道的所述多个MIMO天线中选择，每个探测包具有训练符号并共同为所述MIMO系统探测所述全尺寸MIMO信道；多个射频RF链，其用于处理在所述接收机接收的所述连续探测包；以及控制器，其配置为确定在发送所述连续探测包中由所述MIMO发射机应用的功率电平规则，以基于所述功率电平规则和每个所接收的连续探测包的相应的增益因子来确定每个连续探测包的子信道估计，并将相应的比例因子应用于每个子信道估计以产生调整的子信道估计，其中所述相应的比例因子依赖于所述功率电平规则和所述相应的增益因子。

附图说明

图1为无线通信配置的方块图，其中MIMO发射机和MIMO接收机能够互相通信；

图2为在基于发射机的ASEL确定中使用由MIMO发射机发送的连续探测包的示例性天线选择(ASEL)训练过程的简图；

图3为在基于接收机的ASEL确定中使用连续探测包的另一示例性ASEL训练过程的简图；

图4为使用由接收机应用的比例因子以最小化全尺寸MIMO信道上的失真的基于接收机的ASEL确定的流程图；

图5为使用比例因子和增益因子以调节从发射机发送的信号上的功率电平的基于发射机的ASEL确定的流程图；

图6A为可利用如在此描述的ASEL技术的高清电视机的方块图；

图6B为可利用如在此描述的ASEL技术的车辆的方块图；

图6C为可利用如在此描述的ASEL技术的蜂窝电话机的方块图；

图6D为可利用如在此描述的ASEL技术的机顶盒的方块图；

图6E为可利用如在此描述的ASEL技术的媒体播放器的方块图；以及

图6F为可利用如在此描述的ASEL技术的语音IP装置的方块图。

具体实施方式

下述为可用在MIMO系统中以改进ASEL的示例性信道探测和估计技术。这些技术可在多种类型的MIMO系统中实现，例如在信号上发送数据的OFDM(A)(OFDM和正交频分多址)MIMO系统，所述信号具有如在IEEE 802.11n草案3.0中提出的被分成56个子载波的20MHz的信道化带宽或具有如在后续草案中提出的被分成更大数量的子载波的40MHz的信道化带宽。OFDM(A)MIMO系统可采用多种数字调制和映射方案，包括二相相移键控(BPSK)、正交相移键控(QPSK)、16位正交幅度调制(16-QAM)、64-QAM或256-QAM。

在MIMO系统中的每个发射机和接收机具有被选择成产生期望的波束形成和波束调向的多个天线，从而优化在发射机和接收机之间的数据传输。如下进一步讨论的，发射机、接收机或二者都可执行该天线选择(ASEL)。例如，接收机可通过知道在发射机处应用的预定的发射机功率电平规则并且然后基于该传输功率电平和接收机增益因子进行适当的调整来执行ASEL。发射机可通过与接收机的联合策略来执行ASEL，其中接收机适当地调整全尺寸信道的子信道估计，并且然后将信道状态信息 (CSI)反馈到发射机，发射机随后基于CSI执行ASEL；或通过单装置策略执行ASEL，其中发射机基于接收机的接近度的确定来调节它的功率电平。

图1以方块图的形式示出示例性MIMO通信系统10一般包括具有多个天线14A-14M的单个MIMO发射机12，其用于与具有多个天线18A-18M的单个MIMO接收机16通信。发射天线14A-14M的数量可相同于、多于或少于接收机天线18A-18M的数量。在发射机12中的控制器20和接收机16中的控制器22分别控制每个MIMO无线装置的一般操作。控制器20和22可作为一个或多个标准多用途可编程处理器例如微处理器、专用集成电路(ASIC)等来实现，或者可使用任何其他期望类型的硬件、软件和/或固件来实现。

发射机包括多个射频(RF)链24A-24N，每个射频链可形成产生应用于天线14A-14M的RF信号的天线的MIMO数据路径。在MIMO OFDM(A)架构中，例如，每个RF链可执行空间输入数据流的频率交织、QAM星座点映射(例如，使用BPSK、QPSK、16-QAM、64-QAM或256-QAM)交织比特、被映射的空间数据到期望天线流的天线映射、时域变换，及数模转换和最终RF处理。每个发射机RF链24A-24N的输出耦合到由开关控制器28控制的天线开关26。如下进一步讨论的，控制器20执行ASEL和控制，并且还确定被每个RF链24A-24N应用的功率电平，以最优地使在发射机12和接收机16之间的MIMO数据路径波束形成和波束调向。

与发射机12类似，接收机16包括多个RF链30A-30N，每个RF链耦合到被控制器34控制下的天线开关32，控制器34连同控制器22一起每个可执行与上面关于发射机12描述的功能类似的功能。

为了训练在发射机12和接收机16之间的MIMO信道，并为了考虑正确的ASEL及波束调向和波束形成控制，MIMO系统10可执行如在图2和3中一般示出的训练过程。在此描述的训练技术在发射机12和接收机16中的任一个或两者中的天线数量M_TX比相应的RF链的数量N_TX大的情况下考虑ASEL。作为出发点，在当前草案-IEEE 802.11n标准的草案3.0中定义的ASEL探测协议描述从发射机12发送连续探测包以探测对应于全部发射机天线14A-14M的全尺寸信道，其中发射机12可将每个探测包转换到这些天线14A-14M的不同子集，直到全尺寸信道被探测。

参照图2，发射机12可用两种示例性方式发送连续探测包。首先，发射机12可发送带有等于1的空数据包(NDP)的高吞吐量控制字段(+HTC)(未示出)，以通知接收机16连续探测PLCP协议数据单元(PPDU)50的开始，每个PPDU由后面是一系列相邻的短帧间隔(SIFS)和NDP 54信号对的发射机天线选择探测信息(TXASSI)信号52形成。或者，发射机12可发送一系列分段的探测PPDU信号56，每个PPDU信号56被SIFS间隔开。该天线探测训练模式可由将发射机AS探测请求(TX ASSR)58信号发送到发射机12的接收机16发起。

图2说明发射机ASEL(TX ASEL)模式中的训练过程，其中接收机16用天线系统(AS)反馈信号60响应于探测PPDU 50或56，反馈信号60可为通过控制器20分析以为RF链24A-24N设置功率电平策略等的全尺寸信道状态信息(CSI)信号。作为CSI数据，AS反馈信号60可包括许多信号信息中的任一个，包括由接收机16对选定天线18A-18M所应用的调整索引，该信息可在TXASEL过程期间被发射机12使用以调节它的天线14A-14M的控制。

图3示出由从接收机16发送到发射机12的接收机天线选择探测请求信号70发起的在接收机ASEL(RX ASEL)模式中的训练过程。当天线元件18A-18M的数量(M_RX)比RF链30A-30N的数量(N_RX)大时，该训练过程可被利用。发射机12发送用于探测对应于所有接收机天线元件18A-18M的全尺寸信道的连续探测PPDU 72或74。在PPDU 72的例子中，发射机发送跟随RX ASSI数据块76和一系列SIFS和NDP信号对78的HTC+帧和NDP通知比特(未示出)。或者，连续探测PPDU 74可使用多个分段的探测PPDU来发送，每个分段的探测PPDU通过SIFS与另一个分离开。因为在接收机站执行ASEL，所以不需要AS反馈或其他反馈。

当在TX ASEL训练过程(图2)或RX ASEL训练过程(图3)中传输连续探测包时，每个探测包的传输功率设置和接收机调整将影响全尺寸CSI估计的准确性。因而为了处理该问题，用于优化对ASEL的信道探测和估计的技术已被提出。在RX ASEL训练过程中，例如，可使由RF链24A-24N对ASEL探测包所应用的传输功率电平符合预先确定的或以其他方式设置的功率传输规则，其对于接收机16是已知的且允许接收机16适当地以所接收的信号为基线。基于该功率电平规则并计算出可以从一个包到另一包变化的任何接收机模拟/数字比例因子，在接收机16将所有子信道汇集(assemble)到全尺寸CSI内之前，接收机16可在接收每个ASEL探测包时调节，即，调整每个所估计的子信道的幅度。

另一方面，当通信系统在TX ASEL训练过程中并且接收机16正在反馈作为信号60的全尺寸CSI时，发射机12可相应地改变RF链24A-24N的功率电平。例如，发射机12可应用从一个包到另一包的额外的功率调整以避免例如归因于功率放大器中的非线性度的失真。在一些例子中，发射机12可响应于反馈信号60而有意地调节连续探测包的传输功率电平，以提高信道探测的质量或者节约功率。

为了实现这些改进，下述的MIMO信道模型可被使用。考虑表示在OFDM系统中的一个子载波的N_RxN_T MIMO信道，其中N_R为RF链30A-30N的数量且N_T为RF链24A-24N的数量。该N_RxN_T MIMO信道由符号H_s在基带表示。如果G被取为接收机16处的复合增益(包括数字+模拟)因子且P为每个传输RF链24A-24N的功率电平，而x为采取在每个维度上的单位平均功率的传输数据矢量，则在发射机和接收机之间的MIMO信道可被构造如下：

y = {GH}_{s} \sqrt{P} x + n

(公式1)

其中n为噪声因子。

尽管不需要，但是在一些例子中，在发射机处的天线元件的数量(M_T)将比发射机RF链的数量N_T大。在一些例子中，在接收机处的天线元件的数量(M_R)将比接收机RF链的数量N_R大。在其他例子中，少量天线元件可被使用。在任一情况下，发射机12和接收机16都不需要有相同数量的天线元件或RF链。

无论如何，全尺寸MIMO信道H包括来自所有发射机天线元件M_T的输出和来自接收机元件M_R的输入，并且因此为M_RxM_T MIMO信道H。在每个发射机12和接收机16内的天线开关26和32分别被用于基于该全尺寸M_RxM_T MIMO信道H的信道估计来控制天线选择，其中在公式1中的H_s为该全尺寸MIMO信道H的子矩阵。

不管MIMO系统10是使用TX ASEL过程还是RX ASEL过程都可基于天线和RF链的数量被确定。例如，当M_T＞N_T且M_R＝N_R时，则可使用TX ASEL训练过程。当M_T＝N_T且M_R＞N_R时，则可使用RX ASEL训练过程。当M_T＞N_T且M_R＞N_R时，则天线选择可从联合的发射机和接收机选择出现。在这个后面的情况下，例如，TX ASEL训练过程可使接收机基于接收到的信号值确定天线选择，但接着将该确定传递到天线选择和功率调整出现的发射机。

在公式1中，在接收机处的增益因子G可通过MIMO系统的自动增益控制(AGC)设计以及其他RF链参数或条件所控制。因此这些值不是对于ASEL信道估计可调节的设计参数，而更确切地是用于确定ASEL的常数。

在ASEL探测过程期间应用公式1的信道模型，其中N个连续探测包从发射机被发送到接收机，对应的基带输入-输出关系如下：

y_{1} = G_{1} H_{1} \sqrt{P_{1}} x_{1} + n_{1}

\begin{matrix} y_{2} = G_{2} H_{2} \sqrt{P_{2}} x_{2} + n_{2} \\ . \\ . \end{matrix}

y_{N} = G_{N} H_{N} \sqrt{P_{N}} x_{N} + n_{N}

关于这些信道公式，假设x₁，...，x_N为已知的训练符号，以便对应于每个探测包的估计子信道可被表示为：

{\tilde{H}}_{i} = G_{i} H_{i} \sqrt{P_{i}} + v_{i}

(公式2)

其中ν_i为信道估计误差。

从这些单独的估计子信道中，用于ASEL计算的全尺寸估计信道可被表示为：

(公式3)

对于TX ASEL训练过程，或被表示为

\tilde{H} = [\begin{matrix} a_{1} {\tilde{H}}_{1} \\ . \\ . \\ a_{N} {\tilde{H}}_{N} \end{matrix}]

(公式4)

对于RX ASEL训练过程。在这两个公式中，值a_i为接收机在汇集全尺寸信道矩阵时所应用的比例因子。

公式3和4代表在接收机16处的所估计的全尺寸信道。真实的全尺寸信道表示为：

H＝[H₁...H_n]或

[\begin{matrix} H_{1} \\ . \\ . \\ H_{N} \end{matrix}]

(公式5)

如果没有信道估计失真，那么全尺寸信道公式可以被表示为全尺寸估计信道公式的标量，相同的标量被应用在所有子信道中：

\tilde{H} = βH

(公式6)

其中β为独立于发射/接收天线子集的标量常数。

然而，在此模型中，在没有适当的设计的情况下，由于估计子信道的不同的有效功率电平(强度)，汇集的全尺寸估计信道可能有失真。为了处理该问题，已发展了联合地设计在发射机处的功率电平规则P_i和在接收机处的比例因子规则a_i的技术，以最小化该信道估计失真，并且通过考虑在接收机侧和发射机侧的ASEL计算的不同策略来这么做。

如上面一般地讨论的，存在天线选择可能出现的两种不同的训练过程或模式。

图4示出RX ASEL训练过程200的示例性方法。在块202，发射机12使用预先确定的功率规则P_i以给RF链24A-24N供电，其中该功率规则是接收机16所知道的。预先确定的功率规则可为在诸如802.11、802.16、3GPPP长期演进(LTE)等的无线通信标准中规定的一个。虽然不是必须这种情况，因为可替代地使用任何合理的功率规则。

块202所应用的一个示例性规则是对于连续ASEL探测包在所有RF链24A-24N中具有不变的功率电平，在这种情况下，P_i＝P，是一个常数。在依照802.11n的MIMO系统中，例如，该系统可被编程以确保当发送连续ASEL探测包时MAC层不改变在MAC/PHY接口中的TX PWR_LEVEL参数。

如在该例子中的，功率规则可基于设置每个发射机链的单独的功率电平。然而，其他功率规则可基于在所有发射机链路中的所有功率电平的总和。例如，另一功率规则可调节功率电平P_i，使得对于ASEL探测包，在所有活动的RF链24A-24N中的总功率为恒定的，这意味着如果所探测的发射天线的数量在探测包中不是恒定的，那么P_i也不是恒定的。例如，如果装置具有将总共使用两(2)个连续探测包被探测的四(4)个天线和四(4)个发射机RF链，那么使用3个发射机RF链来探测四个天线中的三(3)个的第一探测包可以被建立，且使用剩下的发射机RF链来探测剩下的天线的第二探测包可以被建立，其中从这两个探测包中系统将训练整个全尺寸信道。

这些功率规则作为例子被提供。优选地，功率规则在协议或无线标准水平被建立，使得功率规则在所有兼容装置的硬件、固件或软件中形成。此外，兼容MIMO装置可与多个功率规则兼容，其中在使用中的特定功率规则在通信装置中被服务提供商或被装置通信功率规则数据协调，以使彼此同步。

无论如何，产生于块202的连续探测包在接收机16处被接收，接收机16在块204基于探测包确定MIMO子信道估计，该探测包具有在每个信号的基础上内在地被增益因子G_i修正的幅度。

使用适当的功率电平规则P_i和增益因子G_i，且二者都是接收机已知的，接收机16可接着调节公式3和4的比例因子a_i，以当汇集全尺寸估计MIMO信道时最小化失真。失真的最小化可设计成使得所估计的MIMO信道成为来自发射机12的原始全尺寸MIMO信道的标量，根据公式6，

\tilde{H} = βH .

例如，通过应用公式3和4，块208将调整的子信道估计汇集到所估计的全尺寸MIMO信道。然后块210使用已知的技术基于全尺寸估计MIMO信道来计算ASEL。

在另一例子中，类似于图4但使用在发射机12执行的ASEL确定，下述的确定可被应用。假设对于连续探测包不变的功率电平规则P_i＝P被应用于RF链24A-24N，接收机增益因子可被表示为：

G_i＝GT/E[||y_i||] (公式7)

其中GT为常数，而不考虑i，这意味着每个RF链30A-30N的信号被调整，使得平均幅度为GT。从公式7中，全尺寸MIMO信道(CSI)矩阵可以被表示如下(恒定的值从每个子信道公式被隔离)：

\tilde{H} = [a_{1} {\tilde{H}}_{1} . . . a_{N} {\tilde{H}}_{N}] = GT \sqrt{P} [a_{1} \frac{1}{E [| | y_{1} | |]} H_{1} . . . a_{N} \frac{1}{E [| | y_{N} | |]} H_{N}]

(公式8)

从公式8中，接收机16可使用下述公式调整单独的信道估计：

a_i＝E[||y_i||] (公式9)

其反映对应于每个连续探测包的平均接收信号(yi)强度。

当以这种方式汇集全尺寸信道矩阵时通过设置被接收机应用的比例因子，失真因子因而被最小化，并且公式可接着被适当地用于确定全尺寸信道状态信息。公式7-9可根据上面讨论的块202-206被应用。

虽然图4被描述为说明在接收机计算的TX AESL的训练过程(以及反馈到发射机的选定天线索引)，过程200可以被修改到TXASEL内，其中接收机16为每个子信道确定比例因子，并将作为结果的调整子信道估计传递回到发射机12作为CSI数据。在响应中，发射机12可接着调节它的功率电平策略用于发送连续探测包以优化性能，例如以减少包误差率。这样的TX ASEL训练过程300的例子如图5所示，带有类似于图4的参考数字，但示出块302将调整子信道估计以CSI数据的形式传递回到发射机12，其然后标识比例因子a_i和增益因子G_i，在块304相应地确定新的功率电平设置并调节功率电平。

过程200还可以被扩展到RX ASEL过程，其中所估计的信道由公式4 表示。在该例子中，通过调换公式8的等式右侧仍可应用公式8；且公式9对于接收机16仍有效，以当为接收机ASEL计算组成全尺寸信道时调整信道估计。

在一些例子中，调整规则a_i和/或增益因子G_i可能已经对发射机12是已知的，例如都通过无线通信协议或标准-IEEE 802.11、802.16、LTE等来定义。在IEEE 802.11n兼容ASEL协议中，例如，协议的信道编码策略可被用于设置比例因子a_i，使得接收机16总是应用相同的比例因子规则以产生对应的探测包的子信道估计，而不考虑P_i和G_i。示例性IEEE 802.11n的比例因子规则可为：

a_{i} = \frac{1}{\max {real | {\tilde{H}}_{i} |, imag | {\tilde{H}}_{i} |}}

(公式10)

在比例因子被预先确定的这样的情况下，这只允许增益因子G_i在需要时在发射机12设置，其中发射机12可以使用这两个值调节它的功率电平策略，以减少与接收机16通信的全尺寸MIMO信道上的失真。当在发射机需要增益因子时，增益因子可被接收机16传递到发射机12或它们可在发射机12预先设置。

当调整规则不是标准或协议的部分或以另外方式在发射机12已知时，TX ASEL训练过程可能需要a_i和G_i例如从块302中都作为CSI数据从接收机16发送，以便发射机12进行它自己的接收信号的调整以最小化失真。例如，如果接收机16应用恒定的标量a_i，而不考虑i，从接收机16接收调整的子信道估计的发射机12可在将反馈子信道估计汇集到全尺寸信道估计内之前识别在接收信号内的该标量并应用类似的调整规则(例如恒定的标量，而不考虑i)。在发射机12的这样的调整规则还可依赖于在RF链24A-24N的功率电平P_i，其在发射机12上是已知的但在接收机16上不一定是已知的。

使用发射机标量集，发射机12可调节它的功率电平策略用于发送连续探测包以优化性能(包误差率)。在这种情况下，因为CSI反馈总是被接收机16适当地调整，所以发射机RF链功率电平可以被自由地调节。动态地设置发射机RF链功率电平的该能力允许MIMO通信系统实现各种级别的灵活性。因而在一些例子中，当从接收机接收调整的CSI反馈时，发射机可确定接收机在附近，此时发射机可从在连续探测包中使用的功率电平设置向下调节它的初始功率电平设置，从而节省功率。在其他例子中，发射机可确定接收机很远并且增加功率电平设置，从而以提高性能。

使用多个探测包的天线选择探测的基本假设之一是，MIMO信道几乎不在发送和接收这些探测包的空中持续时间内改变。但是在一些情况下，该假设可能不成立；信道可能快速改变。因此，在一些例子中，根据信道条件，发射机可执行较低功率探测以测试MIMO信道并跟踪信道变化。在一些例子中，MIMO系统可用较低功率探测包探测仅使用天线子集来探测信道，以检测信道是否已被改变，并且此后确定可以是密集的完整天线训练是否被保证。当然，这些仅仅是一些示例性应用，其中控制用于发送连续ASEL探测包的发射机链功率电平可以是有益的。

上述技术可被应用于单载波MIMO系统或诸如OFDM(A)系统的多载波MIMO系统，其中上面列出的公式将每子载波而不是每信道被应用。也就是说，探测包标识符i代表子载波(或子信道)索引。这样的OFDM(A)系统可包括IEEE 802.11n(如“WiFi”)、IEEE 802.16(如“WiMax”)、3GPPP长期演进(LTE)及其他。LTE被认为是提供优于3G标准例如UMTS和2G标准例如GSM的提高的吞吐量和速度以及降低的等待时间的4G通信标准，并且能够支持所有基于IP的服务，包括语音、视频、富媒体和带有端到端服务质量(QoS)的消息。LTE物理层(PHY)通过智能天线采用OFDMA和MIMO数据传输。例如，LTE PHY可使用从基站到远程用户设备的下行链路通信的OFDMA和从远程用户到基站的上行链路通信的单载波频分多址(SC-FDMA)。

ASEL方法例如上面描述的那些方法可在多种MIMO装置中被利用。例如，如上所述的技术可在基站、接入点、无线路由器等中被利用。发射机12可代表例如基站，并且接收机16可代表任何远程无线装置(移动装置或其他)，反之亦然。另外，图6A-6F示出多种装置，其中如上所述的ASEL技术可被采用。

现在参考图6A，可在高清电视机(HDTV)1020中利用这样的技术。 HDTV 1020包括大容量数据存储器1027、HDTV信号处理和控制块1022、WLAN接口和存储器1028。HDTV 1020接收以有线或无线格式的HDTV输入信号，并为显示器1026产生HDTV输出信号。在一些实现中，HDTV1020的信号处理电路和/或控制电路1022和/或其他电路(未示出)可处理数据，执行编码和/或加密，执行计算，格式化数据和/或执行可能需要的任何其他类型的HDTV处理。

HDTV 1020可与以非易失性方式存储数据的大容量数据存储器1027例如光和/或磁存储装置通信。大容量存储装置可以是包括具有小于大约1.8″的直径的一个或多个盘片的迷你HDD。HDTV 1020可连接到存储器1028，例如RAM、ROM、低延迟非易失性存储器例如闪存、和/或其他合适的电子数据存储器。HDTV 1020还可支持通过WLAN网络接口1029与WLAN的连接。HDTV 1020可包括ASEL控制器1002，控制器1002包括RF链路、天线开关、开关控制器以及如上在发射机12的例子中讨论的控制器，以执行信道探测和估计并确定MIMO天线的ASEL。

现在参考图6B，可在车辆1030中利用这样的技术。车辆1030包括控制系统，控制系统可包括大容量数据存储器1046以及WLAN接口1048。大容量数据存储器1046可支持传动系控制系统1032，其接收来自一个或多个传感器1036例如温度传感器、压力传感器、旋转传感器、气流传感器和/或任何其他合适的传感器的输入，和/或产生一个或多个输出控制信号1038，例如发动机运行参数、传输运行参数和/或其他控制信号。

控制系统1040可同样地接收来自输入传感器1042的信号和/或到一个或多个输出装置1044的输出控制信号。在一些实现中，控制系统1040可以是防抱死制动系统(ABS)、导航系统、远程信息处理系统、车辆远程信息处理系统、车道偏离系统、自适应巡航控制系统、车辆娱乐系统例如立体声、DVD、光盘等的一部分。

传动系控制系统1032可与以非易失性方式存储数据的大容量数据存储器1027例如光和/或磁存储装置通信。大容量存储装置1046可以是包括具有小于大约1.8″的直径的一个或多个盘片的迷你HDD。传动系控制系统1032可连接到存储器1047，例如RAM、ROM、低延迟非易失性存储器如闪存和/或其他合适的电子数据存储器。传动系控制系统1032还可支持通过WLAN网络接口1048与WLAN的连接。控制系统1040还可包括大容量数据存储器、存储器和/或WLAN接口(都未示出)。车辆1030可包括ASEL控制器1002，以执行信道探测和估计并确定MIMO天线的ASEL。

现在参考图6C，可在可包括蜂窝天线1051的蜂窝电话机1050中利用这样的技术。蜂窝电话机1050可包括一般在图6C中在1052标识的信号处理和/或控制电路的任一个或两者、蜂窝电话机1050的WLAN网络接口1068和/或大容量数据存储器1064。在一些实现中，蜂窝电话机1050包括麦克风1056、音频输出1058如扬声器和/或音频输出插孔、显示器1060和/或输入装置1062如键盘、指示装置、语音触发和/或其他输入装置。在蜂窝电话机1050中的信号处理和/或控制电路1052和/或其他电路(未示出)可处理数据，执行编码和/或加密，执行计算，格式化数据和/或执行其他蜂窝电话机功能。

蜂窝电话机1050可与以非易失性方式存储数据的大容量数据存储器1064例如光和/或磁存储装置如硬盘驱动器HDD和/或DVD通信。HDD可是包括具有小于大约1.8″的直径的一个或多个盘片的迷你HDD。蜂窝电话机1050可连接到存储器1066，例如RAM、ROM、低延迟非易失性存储器如闪存和/或其他合适的电子数据存储器。蜂窝电话机1050还可支持通过WLAN网络接口1068与WLAN的连接。蜂窝电话机1050可包括ASEL控制器1002，以执行信道探测和估计并确定MIMO天线的ASEL。

现在参考图6D，可在机顶盒1080中利用这样的技术。机顶盒1080可包括一般在图6D中在1084标识的信号处理和/或控制电路的任一个或两者、机顶盒1080的WLAN接口和/或大容量数据存储器1090。机顶盒1080接收来自源1091如宽带源的信号，并输出适合于显示器1088例如电视机和/或监视器和/或其他视频和/或音频输出装置的标准和/或高清音频/视频信号。机顶盒1080的信号处理和/或控制电路1084和/或其他电路(未示出)可处理数据，执行编码和/或加密，执行计算，格式化数据和/或执行任何其他机顶盒功能。

机顶盒1080可与以非易失性方式存储数据的大容量数据存储器1090 通信，并可使用抖动测量。大容量数据存储器1090可包括光和/或磁存储装置，例如硬盘驱动器HDD和/或DVD。HDD可以是包括具有小于大约1.8″的直径的一个或多个盘片的迷你HDD。机顶盒1080可连接到存储器1094，例如RAM、ROM、低延迟非易失性存储器如闪存和/或其他合适的电子数据存储器。机顶盒1080还可支持通过WLAN网络接口1096与WLAN的连接。机顶盒1080可包括ASEL控制器1002，以执行信道探测和估计并确定MIMO天线的ASEL。

现在参考图6E，可在媒体播放器1100中利用这样的技术。媒体播放器1100可包括一般在图6E中在1104标识的信号处理和/或控制电路的任一个或两者、媒体播放器1100的WLAN接口和/或大容量数据存储器1110。在一些实现中，媒体播放器1100包括显示器1107和/或用户输入1108例如键盘、触摸板等。在一些实现中，媒体播放器1100可采用图形用户界面(GUI)，其一般通过显示器1107和/或用户输入1108采用菜单、下拉菜单、图标和/或点击界面。媒体播放器1100进一步包括音频输出1109，例如扬声器和/或音频输出插孔。媒体播放器1100的信号处理和/或控制电路1104和/或其他电路(未示出)可处理数据，执行编码和/或加密，执行计算，格式化数据和/或执行任何其他媒体播放器功能。

媒体播放器1100可与以非易失性方式存储数据例如压缩音频和/或视频内容的大容量数据存储器1110通信，并可利用抖动测量。在一些实现中，压缩音频文件包括与MP3格式或其他合适的压缩音频和/或视频格式兼容的文件。大容量数据存储器可包括光和/或磁存储装置，例如硬盘驱动器HDD和/或DVD。HDD可是包括具有小于大约1.8″的直径的一个或多个盘片的迷你HDD。媒体播放器1100可连接到存储器1114，例如RAM、ROM、低延迟非易失性存储器如闪存和/或其他合适的电子数据存储器。媒体播放器1100还可支持通过WLAN网络接口1116与WLAN的连接。媒体播放器1100可包括ASEL控制器1002，以执行信道探测和估计并确定MIMO天线的ASEL。

现在参考图6F，可在可包括MIMO天线1152的语音互联网协议(VoIP)电话机1150中利用这样的技术。VoIP电话机1150可包括一般在图6F中在1154标识的信号处理和/或控制电路的任一个或两者、VoIP电话机1150的无线接口和/或大容量数据存储器。在一些实现中，VoIP电话机1150部分地包括麦克风1158、音频输出1160例如扬声器和/或音频输出插孔、显示监视器1162、输入装置1164例如键盘、指示装置、语音触发和/或其他输入装置、以及无线保真(WiFi)通信模块1166。在VoIP电话机1150中的信号处理和/或控制电路1154和/或其他电路(未示出)可处理数据，执行编码和/或加密，执行计算，格式化数据和/或执行其他VoIP电话机功能。

VoIP电话机1150可与以非易失性方式存储数据的大容量数据存储器1156例如光和/或磁存储装置如硬盘驱动器HDD和/或DVD通信。HDD可以是包括具有小于大约1.8″的直径的一个或多个盘片的迷你HDD。VoIP电话机1150可连接到存储器1157，其可是RAM、ROM、低延迟非易失性存储器如闪存和/或其他合适的电子数据存储器。VoIP电话机1150配置为通过WiFi通信模块1166建立与VoIP网络(未示出)的通信链路。VoIP电话机1150可包括ASEL控制器1002，以执行信道探测和估计并确定MIMO天线的ASEL。

上述的多种块、操作以及技术中的至少一些可在硬件、固件、软件、或硬件、固件和/或软件的任何组合中实现。当在软件或固件中实现时，软件或固件可被存储在任何计算机可读存储器中，例如在磁盘、光盘或其他存储介质上，在RAM或ROM或闪存、处理器、硬盘驱动器、光盘驱动器、磁带驱动器等中。同样地，软件或固件可通过任何已知或期望的传送方法被传送到用户或系统，传送方法包括例如在计算机可读磁盘上或其他可移动的计算机存储机构上或通过通信介质。通信介质一般包括计算机可读指令、数据结构、程序模块或在经调制的数据信号中的其他数据，例如载波或其他传输机制。术语“经调制的数据信号”意指其特征中的一个或多个被设置或改变以便对信号中的信息编码的信号。作为例子且没有限制地，通信介质包括诸如有线网络或直接有线连接的有线介质和诸如声学、射频、红外以及其他无线介质的无线介质。因此，软件或固件可通过通信信道例如电话线、DSL线、有线电视线、光纤线、无线通信信道、因特网等被传送到用户或系统(这被看作与通过可移动的存储介质提供这种软件相同或与通过可移动的存储介质提供这种软件可互换)。软件或固件可包括能够使一个或多个处理器执行多种行动的机器可读指令。

当在硬件中实现时，硬件可包括分立组件、集成电路、专用集成电路(ASIC)等中的一个或多个。

虽然参考被规定为仅仅是例证性的而不是本发明的限制的具体例子描述了本发明，对于本领域的普通技术人员来说很明显，除了上面明确描述的那些以外，可对所公开的实施方式进行改变、添加或删除，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims

1.一种在多输入多输出(MIMO)系统中的天线选择的方法，其中通信在具有耦合到第一多个天线的第一多个射频(RF)链的发射机和具有耦合到第二多个天线的第二多个RF链的接收机之间，所述方法包括：

从所述发射机接收连续探测包，每个探测包具有训练符号并共同为所述MIMO系统探测全尺寸信道，其中所述连续探测包通过将功率电平规则应用于在所述发射机的所述第一多个RF链来产生；

基于所述功率电平规则和每个所接收的连续探测包的增益因子，为每个对应的连续探测包确定子信道估计；以及

将相应的比例因子应用于每个子信道估计以产生调整的子信道估计，其中所述相应的比例因子(i)依赖于所述功率电平规则和相应的增益因子，并且(ii)被设计用于最小化信道估计失真。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述发射机将所述功率电平规则应用于所述第一多个RF链，使得所述第一多个RF链中的每一个对于每个所述连续探测包使用相同的功率电平。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述发射机将所述功率电平规则应用于所述第一多个RF链，使得应用于所有第一多个RF链的功率电平的总和对于每个所述连续探测包是不变的。

4.如权利要求1所述的方法，还包括根据下述关系确定所述相应的比例因子，

{\tilde{H}}_{i} = G_{i} H_{i} \sqrt{P_{i}} + v_{i},

其中，i是相应的探测包的索引，并具有1到N的值，G_i是在所述接收机对每个相应的探测包应用的所述增益因子，H_i是由反映所述连续探测包的所述MIMO发射机发送的MIMO子信道，P_i是所述功率电平规则，v_i是每个相应的探测包的信道估计误差，以及是所估计的子信道，

其中a_i是由所述接收机应用的每个相应的探测包的比例因子，以及

\tilde{H} = βH,

其中H是由所述发射机发送的所述全尺寸信道并且β是标量因子。

5.如权利要求4所述的方法，还包括确定所述相应的比例因子以最小化在所述接收机接收的所述全尺寸信道的失真。

6.如权利要求1所述的方法，还包括：

所述接收机将天线选择探测请求发送到所述发射机；以及

响应于所述天线选择探测请求，所述发射机发送所述连续探测包。

7.如权利要求1所述的方法，还包括将所调整的子信道估计集合到全尺寸估计MIMO信道中。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述MIMO系统是单载波MIMO系统，并且所述全尺寸信道代表单个MIMO信道。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述MIMO系统是正交频分多址(OFDMA)MIMO系统，并且所述全尺寸信道代表MIMO子信道。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述MIMO系统是IEEE802.11n或IEEE802.16兼容通信系统。

11.一种在多输入多输出(MIMO)系统中天线选择的方法，其中通信在具有耦合到第一多个天线的第一多个射频(RF)链的发射机和具有耦合到第二多个天线的第二多个RF链的接收机之间，所述方法包括：

发送连续探测包，每个探测包具有训练符号并共同为所述MIMO系统探测全尺寸信道，其中所述连续探测包由在所述发射机的所述第一多个RF链产生；

为在所述接收机确定的多个调整的子信道估计中的每一个接收信道状态信息，所述信道状态信息包括应用于在所述接收机接收的所述连续探则包的相应的增益因子和应用来在所述接收机确定子信道估计的相应的比例因子中的至少一个，其中所述相应的比例因子被设计用于最小化信道估计失真；以及

响应于接收所述信道状态信息，所述发射机调节应用于所述第一多个RF链的功率电平。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述信道状态信息包括所述相应的增益因子和所述相应的比例因子。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述相应的比例因子根据下述关系被确定以在所述接收机最小化所估计的全尺寸信道的失真，

{\tilde{H}}_{i} = G_{i} H_{i} \sqrt{P_{i}} + v_{i},

其中，i是相应的探测包的索引，并具有1到N的值，G_i是在所述接收机对每个相应的探测包应用的所述增益因子，P_i是所述功率电平规则，v_i是每个相应的探测包的信道估计误差，并且是所估计的子信道，

\tilde{H} = βH,

14.如权利要求11所述的方法，其中所述信道状态信息仅包括所述相应的增益因子，使得所述发射机能够独立于所述相应的比例因子来调节应用于所述第一多个RF链的所述功率电平。

15.如权利要求11所述的方法，还包括所述发射机基于所述信道状态信息确定比例因子，以及应用所述比例因子以调节应用于所述第一多个RF链的所述功率电平。

16.如权利要求11所述的方法，还包括所述发射机响应于接收天线选择探测请求而发送所述连续探测包。

17.如权利要求11所述的方法，其中所述MIMO系统是单载波MIMO系统，并且所述全尺寸信道代表单个MIMO信道。

18.如权利要求11所述的方法，其中所述MIMO系统是正交频分多址(OFDMA)MIMO系统，并且所述全尺寸信道代表MIMO子信道。

19.如权利要求11所述的方法，其中所述MIMO系统是IEEE802.11n兼容通信系统。

20.如权利要求11所述的方法，其中所述MIMO系统是IEEE802.16兼容通信系统。

21.一种多输入多输出(MIMO)发射机装置，包括：

天线开关，其耦合到多个MIMO天线，其中所述开关可控制来从用于全尺寸MIMO信道信号的传输的所述多个MIMO天线中选择；

多个射频(RF)链，其用于为所述天线开关提供全尺寸MIMO信道；以及

控制器，其配置为控制所述多个RF链以在所述多个MIMO天线上传输连续探测包，每个探测包具有训练符号并且所述探测包共同形成所述全尺寸MIMO信道信号，所述控制器还配置为从接收机接收响应于所述全尺寸MIMO信道信号的传输而发送的信道状态信息，其中所述信道状态信息包括来自所述接收机的调整的估计子信道数据，其中所述控制器配置为响应于所述调整的估计子信道数据而调节在所述RF链上的功率电平。

22.如权利要求21所述的多输入多输出(MIMO)发射机装置，其中所述信道状态信息还包括来自所述接收机的增益因子数据。

23.一种多输入多输出(MIMO)接收机装置，包括：

天线开关，其耦合到多个MIMO天线，其中所述开关可控制来从用于接收由MIMO发射机以连续探测包的形式发送的全尺寸MIMO信道的所述多个MIMO天线中选择，每个所述连续探测包具有训练符号并共同为所述MIMO系统探测所述全尺寸MIMO信道；

多个射频(RF)链，其用于处理在所述接收机接收的所述连续探测包；以及

控制器，其配置为确定由所述MIMO发射机在传输所述连续探测包中应用的功率电平规则，以基于所述功率电平规则和每个所接收的连续探测包的相应的增益因子确定每个连续探测包的子信道估计，并将相应的比例因子应用于每个子信道估计以产生调整的子信道估计，其中所述相应的比例因子(i)依赖于所述功率电平规则和所述相应的增益因子，并且(ii)被设计用于最小化信道估计失真。

24.如权利要求23所述的多输入多输出(MIMO)接收机装置，其中所述控制器配置为根据下述关系确定所述相应的比例因子，

{\tilde{H}}_{i} = G_{i} H_{i} \sqrt{P_{i}} + v_{i},

其中，i是相应的探测包的索引，并具有1到N的值，G_i是每个所述连续探测包的所述增益因子，H_i是由反映所述连续探测包的所述MIMO发射机发送的MIMO子信道，P_i是每个所述连续探测包的所述功率电平规则，v_i是每个探测包的信道估计误差，以及是所估计的子信道，

\tilde{H} = βH,

其中H是由所述MIMO发射机发送的所述全尺寸信道并且β是标量因子。