CN102124663A - 采用多输入多数出(mimo)技术的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种系统具有天线，创建时分复用(TDM)隙的TDM模块，以及在TDM隙内插入正交频分复用(OFDM)码元并将TDM隙与数据子流相关联的分用电路。该系统还包括用于将数据子流与多个频调相关联的预编码电路。相应频调的每一个对应于天线中的相应一个。天线使用多个频调传送数据子流。

Description

采用多输入多数出(MIMO)技术的系统和方法
根据35U.S.C.§19的优先权要求
本专利申请要求2008年8月22日提交的题为“EV-DO FL MIMO”的临时申请No.61/091,306的优先权，且该申请被转让给本受让人并由此通过援引明确纳入于此。
背景
领域
本公开一般涉及使用多输入多输出(MIMO)天线方案的技术，尤其涉及采用MIMO和正交频分复用(OFDM)传送数据的技术。
背景
当前，对诸如多输入多输出(MIMO)系统等多天线系统发生了兴趣，其中两个或多个设备彼此通信，其中每个设备使用一个以上的天线以增强数据传输。一些多天线系统通过利用空间复用和/或天线分集在不同信号上发送相同数据或形成相控阵发送数据来提高吞吐量和/或质量。
演进数据优化(EVDO)作为CDMA2000族的一部分是由第3代合作伙伴项目2颁布的电信标准。EVDO有助于无线网络中的高数据率。EVDO已经经历了若干演进，其当前修订版提供使用时分多址(TDMA)原理在多个载波(频调)上传送数据子流的前向链路。然而，EVDO的当前修订版并未利用在一些移动设备中可用的MIMO能力。为具有MIMO能力的用户提供在EVDO网络中使用这种能力的机会与此同时还支持没有MIMO能力的用户——即具有后向兼容性——将是合需的。
正交频分复用(OFDM)是在多个正交副载波上传送数据的技术，每个副载波对应一并行数据流。OFDM已在诸如增强型广播和多播服务(增强型BCMCS)等传统数据系统中使用。然而，虽然增强型BCMCS提供多播和广播功能，但EVDO提供单播功能。此外，结合了OFDM的增强型BCMCS不支持MIMO。当前，没有将OFDM和MIMO的优势融入TDMA前向链路同时又保持与老版本的后向兼容的可用单播系统。
概述
根据一个实施例，一种系统支持前向链路多输入多输出(MIMO)通信。系统包括天线和创建TDM隙的时分复用(TDM)模块。系统还包括在TDM隙内插入多个正交频分复用(OFDM)码元并将TDM隙与数据子流相关联的分用电路。预编码电路将数据子流与频调相关联。相应频调的每一个对应于天线中的相应一个。天线使用频调传送数据子流。
在另一实施例中，一种方法支持前向链路多输入多输出(MIMO)通信。该方法包括生成时分复用(TDM)隙，并将TDM隙与数据子流相关联。该方法还包括在TDM隙内插入正交频分复用(OFDM)码元，并使用预编码矩阵处理具有OFDM码元的TDM隙，由此将数据子流与多个频调相关联。这些频调中的每一个对应于一天线。使用频调和天线将数据子流传送至远程单元。
在又一实施例中，一种系统支持前向链路多输入多输出(MIMO)通信。该系统包括天线，用于创建TDM隙的装置，以及用于在TDM隙内插入多个正交频分复用(OFDM)码元并将TDM隙与数据子流相关联的装置。该系统还包括用于将数据子流与多个频调相关联的装置。相应频调的每一个对应于天线中的相应一个。天线使用频调传送数据子流。
在另一实施例中，一种计算机程序产品支持前向链路多输入多输出(MIMO)通信。该产品有形地体现在其上记录有计算机程序逻辑的计算机可读介质上。计算机程序产品包括生成时分复用(TDM)隙的代码。还包括将TDM隙与数据子流相关联的代码。该程序产品还包括在TDM隙内插入正交频分复用(OFDM)码元的代码，和使用预编码矩阵处理具有OFDM码元的TDM隙的代码，由此将数据子流与多个频调相关联。频调的每一个对应于多个天线中的相应一个。
在另一实施例中，一种系统支持前向链路多输入多输出(MIMO)通信。该系统包括在多个频调上接收数据子流的天线。每个数据子流包括其中具有正交频分复用(OFDM)码元的多个时分复用(TDM)隙。数据子流还包括可能与数据传输中的数据交叠的第一导频，和嵌入在OFDM码元内的第二导频。该系统还包括复用数据子流并解码数据子流中的数据的电路，和使用第一导频和第二导频的电路。第一导频被用于导出预编码信息、空间复用阶数信息和数据率信息。第二导频被用于检测数据子流的分组的前同步码以及解调和解码数据子流。系统还包括将预编码信息、空间复用阶数信息、以及数据率信息反馈给基站的电路。
前述内容已非常宽泛地勾勒了本公开的特征和技术优势以使下面的详细描述可以被更好地理解。其他特征和优点将在此后描述，这形成本公开的权利要求主题。本领域的技术人员应该领会所公开的构思和具体实施例可容易地被用作修改或设计用于实施与本公开相同目的其他结构的基础。本领域的技术人员还应认识到这些等效结构并不背离所权利要求中所阐述的本公开的技术。被认为是本公开的特性的新颖特征在其组织和操作方法两方面连同其他目的和优点将因以下结合附图来考虑的描述而更好地理解。然而要清楚理解，每一幅图仅被提供用于例示和描述目的，而无意作为本公开的限制的定义。
附图简述
图1示出其中可有利地采用本公开的实施例的示例性无线通信系统。
图2是根据一个实施例作适应性调整的示例性前向链路隙的图例。
图3是根据一个实施例作适应性调整的示例性系统的图例。
图4是根据一个实施例对两个OFDM码元进行交叠和相加组合的图例。
图5是根据一个实施例作适应性调整的示例性CSP隙的图例。
图6是根据一个实施例作适应性调整的用于生成CSP的示例性系统的图例。
图7A-D是根据一个实施例的对应M的不同值的DSP图案的图解。
图8是根据一个实施例作适应性调整的示例性系统的图例。
图9是根据一个实施例用于将CSP与数据相组合的示例性系统的图例。
图10和11图解图3中根据一个实施例的远程单元的模块。
图12是根据一个实施例的示例性过程的图例。
图13是根据一个实施例的示例性过程的图例。
详细描述
图1示出其中可有利地采用本公开的实施例的示例性无线通信系统100。出于例示目的，图1示出了三个远程单元120、130、和140以及两个基站150、160。将认识到，无线通信系统可以具有更多远程单元和基站。远程单元120、130、和140分别包括处理器设备125A、125B、和125C，它们在各种实施例中如以下进一步讨论的提供将多输入多输出(MIMO)技术结合到诸如演进数据优化(EVDO)等无线宽带技术中的功能。以下更具体地描述的功能可使用存储至同处理器设备125A、125B、和125C集成在一起或分开的计算机可读介质的可执行代码来实现。图1示出从基站150、160到远程单元120、130、和140的前向链路信号180，以及从远程单元120、130、和140到基站150、160的反向链路信号190。
在图1中，远程单元120被示为移动电话，远程单元130被示为便携式计算机，而远程单元140被示为无线本地环路系统中的计算机。例如，远程单元可包括移动设备，诸如蜂窝小区电话、手持式个人通信系统(PCS)单元、诸如个人数据助理等便携式数据单元；远程单元还可包括位置固定的数据单元，诸如仪表读取装备。尽管图1示出根据本公开的教义的远程单元，但本公开并不限于这些例示出的示例性单元。本公开可适于在任何包括多个天线的设备中采用。
此外，以下示例具体涉及EVDO网络中的基站和远程单元，但实施例的范围并不限于此。例如，以下描述的许多特征适于在EVDO系统以外的其他系统中使用，诸如使用通用移动电信系统(UMTS)的系统、使用全球移动通信系统/增强型数据率GSM演进(GSM/EDGE)等的系统。
图2是根据一个实施例作适应性调整的示例性前向链路隙200的图例。前向链路隙200是其中插入有OFDM数据的时分复用(TDM)隙。在此示例中，OFDM数据是在1600个码片(其中每个码片略短于1微秒)上传送的，而导频段201和媒体接入控制(MAC)段202被保留以供与使用EVDORev.(修订版)0、A或B的系统的后向兼容性。
本公开的各实施例可使用各种具体特性中的任意特性，诸如采样率、保护时间、循环前缀(CP)长度等。可出于各种原因来选取特性，诸如出于高移动性和长延迟扩展。表1中示出了前向链路隙200的示例性数值，但应理解各实施例的范围并不限于表1中所示的特定示例。
表1
  参数   值(Value)
  采样率   1.2288Msps
  每OFDM码元的副载波数目   180
  副载波间距   6.8KHz
  FFT历时   180个码片(≈146.5μs)
  循环前缀长度   16个码片(≈13μs)
  保护时间(取窗)   4个码片(≈3.255μs)
  OFDM码元历时   200个码片(≈162.76μs)
在此示例中，维持1.2288Msps的相同采样率以与EVDO Rev.A和B兼容。OFDM码元中的频调数目被选为180。在添加CP和取窗之后，总OFDM码元历时为200个码片，因此隙200包括8个OFDM码元。
在每个OFDM码元的180个频调当中，一些频调被保留用于专用空间导频(DSP)。DSP被用于信道和干扰估计从而作解调之用。此外，DSP还被用于OFDM前同步码检测，因为DSP可通过用合需的用户MAC标识对DSP上发送的调制码元进行加扰来构造。DSP被插入到OFDM码元中，并因此经历与数据所见的相同信道，从而捕捉到相同的波束成形增益并经历相同的有害现象。
在此被称为公共空间导频(CSP)的另一导频集在一些隙上于每个天线上进行传送，并被用于信道质量估计。如以下进一步描述的，CSP与一些数据交叠。
图3是根据本公开的一个实施例作适应性调整的示例性系统300的图例。系统300包括基站301和远程单元302。基站301包括Mt个天线310，而远程单元302包括Mr个天线320，由此有助于使用MIMO技术进行通信。Mr和Mt是等于或大于1的整数，且可以彼此相等或不等。
基站301接收数据，并通过turbo编码器311和正交调幅(QAM)映射312对其处理。TDM隙形式的经编码和经调制数据随后被馈送至将TDM隙与多个数据子流M相关联的天线分用器313，其中M是大于或等于1的整数。数据子流在本文也被称为虚拟天线。数据子流随后被递送至快速傅立叶逆变换(IFFT)模块314和预编码器模块315。预编码器模块315将M个数据子流与Mt个频调相关联以创建Mt个信道，其中Mt可以等于或者也可不等于M。预编码器模块315还将数据子流乘以具有选自码本的操控向量的预编码矩阵。输出的Mt个复数经预编码子流随后被馈送至OFDM调制器并在天线阵子310中的一个上发射。OFDM调制模块316向相应天线上的数据子流添加诸如CP和取窗等OFDM专属特性。物理天线310发射此数据。
在此示例中，每OFDM码元为NFFT＝180个复数调制码元的序列在天线分用器模块313上使用快速傅立叶逆变换(IFFT)操作被转换为时域复数基带波形。在预编码之后，OFDM调制模块316向时域样本添加长度为Ncp＝16个码片的循环前缀以对抗由于多径信道衰落而起的码元间干扰(ISI)。然后对NFFT+Ncp个样本施加取窗操作以改善OFDM信号的频谱特性，例如以得到更好的频谱衰减。取窗函数被选为升余弦。如图4所示，两个连续的OFDM码元通过保护时间历时TG上的交叠和相加过程被组合在一起，TG达4个码片。
在远程单元侧，数据子流被物理天线320所接收并被发送到检测CSP和DSP的快速傅立叶变化(FFT)电路321。收到数据和DSP被馈送至信道干扰估计和MIMO检测单元322，后者使用DSP检测信道状态并提取M个所传送的数据子流的软码元。DSP还被馈送至前同步码检测模块，后者使用DSP检测分组前同步码并将前同步码信息馈送至解调器323(分组格式通过前同步码检测被标识)。数据被发送到执行信道解交织和Turbo解码的复用器325。输出的数据随后可被进一步处理并以人体所能感知的形式来呈现，诸如扬声器上的声音或屏幕上的视频。
MIMO传输是基于单码字(SCW)办法，其中同一码字在所有空间维度上传送。系统300的示例设计呈现闭环形式的SCW，其中(波束成形向量的)码本被定义以量化空间维度。远程单元302包括使用CSP推导各种信息的数据率信道(DRC)/秩/预编码矩阵索引(PMI)计算模块326。DRC信息包括对远程单元302能以可接受的帧误差率进行处理的数据率的指示。远程单元302还回馈相应的MIMO秩M，它被定义为基站301能够处理的同时传送的调制码元数目(即，空间复用阶数)。基站301基于DRC信息和秩选取分组格式。
另外，远程单元302使用CSP确定在下一传输中应使用操控向量矩阵中的哪一个。例如，远程单元使用CSP确定可用预编码矩阵中的哪一个最接近当前信道实现的估计正确本征矩阵，且远程单元302将所选矩阵的索引(即，PMI)传给基站301。
如上所提及的，图3的示例系统包括两个导频集——CSP和DSP。图5是根据一个实施例作适应性调整的示例性CSP隙500的图例。CSP直接在物理天线阵子上传送而不进行波束成形。在一个实施例中，CSP集被划分成数个子集，每个子集与潜在数据子流中的一个相关。即，若MIMO传输中同时子流的最大数目(即，M的最大可能值)被标示为N层，max，则CSP被划分为N层，max个导频子集，其中每个导频子集包含Ncsp个导频，且其中Ncsp是可配置的扇区范围参数。
CSP是在一些在此被称为CSP隙的隙上发送的(标称每4个隙发送一次，但一些实施例有所不同)。在CSP隙上，CSP在数据部分中于等间距的频调上传送，如图5所示。因此，若数据是码分复用(CDM)而非OFDM，则CSP呈现为使CSP隙上的最大可获得信号干扰比(SINR)降低的噪声基底。应该注意到，一些实施例对一些隙也使用CDM。若数据是OFDM，则CSP仅在与数据共享的频调上呈现噪声基底。另一方面，CSP经历来自数据的干扰，但还潜在地经历高处理增益。
图6是根据一个实施例作适应性调整的用于生成CSP的示例性系统600的图例。图6示出了图3中天线分用器313、IFFT模块314、预编码器模块315、以及OFDM调制模块316的一些功能单元的更高级的详述。系统600知晓每天线的CSP导频数目(Ncsp)，频调的相应位置以及标示为PSDcsp的CSP上的功率谱密度(PSD)，并使用这些信息来形成CSP OFDM码元。CSP频调通过模块601填充，而剩余频调被消零。这些频调被传到IFFT模块602，在那里执行IFFT操作。然后，模块603添加循环前缀并执行取窗操作。最终样本对应每个天线阵子被添加到所传送的话务数据(若有)。PSDcsp在该示例实施例中是标称值为每天线阵子的总功率的1％的参数，但在其他实施例中可能有所不同。CSP频调分配受到DSP图案的影响，如以下更详细描述的。
DSP在此实施例中主要起两个作用。首先，它们被用作前同步码检测，其次它们被用于OFDM数据解调。DSP在话务所用的相同波束上被波束成形。对于秩为M的传输，DSP频调被划分成M≤N层，max个子集，其中每个子集具有NDSP个频调。表2示出了对应M的不同值的DSP频调数目，但其他实施例可能有所不同。
表2
Figure BPA00001311335100081
DSP频调在OFDM码元中被均匀隔开以便更佳的信道估计。DSP频调的位置是跨扇区地伪随机的，从而一般DSP与数据交叠，这有助于在话务导频功率比(T/P)不等于1的情况下使干扰随机化。以下示例过程分配DSP频调(但其他实施例可使用不同的分配方法)：
定义DSP(m，n，k)是虚拟天线m上的隙中的OFDM码元n中的第k个专用空间导频副载波的副载波索引，其中k＝0，…，NDSP-1，n＝0，…，7，以及m＝0，…，M-1。
M是用于此前向MIMO-OFDM话务信道传输的虚拟天线的数目。
S是对应该秩的交错水平。
DSP(0，0，0)＝FPHY_散列(x)mod NFFT，其中x＝p×210+s，其中p是扇区的导频PN，而s是以隙计的CDMA系统时间对1024取模。
定义q＝NFFT/NDSP，这是同一虚拟天线上DSP副载波之间以副载波为单位计的间距；则DSP(0，0，k)＝(DSP(0，0，0)+q×k)mod NFFT。
对应所有的n＝0，…，6和k＝0，…，NDSP-1，DSP(0，n+1，k)＝DSP(0，n，k)+q/S mod NFFT。
对应所有的n＝0，…，7，k＝0，…，NDSP-1，以及m＝0，…，M-2，DSP(m+1，n，k)＝DSP(m，n，k)+q/M mod NFFT。
对于上述分配算法具有以下属性。
对于NFFT＝180，给定所设计的参数，所有DSP频调位于索引满足6k+f或5k+f的副载波上，其中f＝fPHY_散列(x)mod NFFT。
对于NFFT＝192，给定所设计的参数，所有DSP频调位于索引满足6k+f或4k+f的副载波上，其中f＝fPHY_散列(x)mod NFFT。
fPHY_散列(x)是使用种子x来生成类随机整数的函数。
应用以上规则，对应M的不同值的DSP图案作为特定实施例在图7A-D中示出。
CSP频调分配被选取成避免在CSP隙上DSP与CSP之间的交叠。在具有4个物理天线的示例中，天线1和天线2上的CSP仅出现在OFDM码元1、3、5和7中，而天线2上的CSP仅出现在OFDM码元2、4、6、8中。这样，CSP频调的数目在每个OFDM码元中是相同的，且可避免来自同一扇区的CSP/DSP冲突。以下给出CSP的分配技术，但其他实施例可使用不同的CSP分配技术。
定义CSP(m，n，k)是物理天线m上的隙中的OFDM码元n中的第k个CSP副载波的副载波索引，其中k＝0，…，NCSP，m，n-1，n＝0，…，7，以及m＝0，…，M-1。
NCSP，m，n是OFDM码元n上来自物理天线m的CSP副载波的数目。
M是接入网中物理天线的数目。
CSP(0，0，0)＝(fPHY_散列(x)+1)mod NFFT，其中x＝p×210+s，其中p是扇区的导频PN，而s是以隙计的CDMA系统时间对1024取模。
定义q＝NFFT/NCSP，0，0，其是同一物理天线上CSP副载波之间以副载波为单位计的间距。那么：
CSP(0，0，k)＝(CSP(0，0，0)+q×k)mod NFFT
CSP(0，1，k)＝(CSP(0，0，k)+q/2)mod NFFT；以及
CSP(1，0，k)＝(CSP(0，0，k)+q/2)mod NFFT，k＝0，…，NCSP，0，0-1。
当有两个物理天线时，对应所有的n＝0，1，…，5，m＝0，1，以及k＝0，…，NCSP，0，0-1，CSP(m，n+2，k)＝CSP(m，n，k)。
当有四个物理天线时，对应所有的n＝0，1，m＝0，1，以及k＝0，…，NCSP， 0，0-1，CSP(m，n+4，k)＝CSP(m，n，k)；以及
对应所有的n＝0，1，4，5，m＝0，1，以及k＝0，…，NCSP，0，0-1，CSP(m+2，n+2，k)＝CSP(m，n，k)。
对于上述分配算法具有以下属性。
对于NFFT＝180，给定所设计的参数，所有CSP频调位于索引满足10k+f+1的副载波上，其中f与同一隙中DSP频调分配情形下相同。
对于NFFT＝192，给定所设计的参数，所有CSP频调位于索引满足12k+f+1的副载波上，其中f与同一隙中DSP频调分配情形下相同。因此，与同一隙中DSP频调的冲突得以消除。
简言之，以上给出的DSP和CSP分配技术两者都始于同一数值f，其中f是因变于PN偏移量和时间的随机数。DSP分配选择始于副载波f。CSP分配选择始于副载波f+1。每OFDM码元DSP/CSP频调的数目被设计成不存在冲突。
DSP上的所传送调制码元被用因变于扇区ID、隙索引以及子分组索引的伪随机序列加扰。在此特定实施例中，对层索引(n)有依存性以使得不同的MIMO数据子流随机化。另外，由于DSP被用于前同步码检测，所以DSP序列也因变于所服务的用户前同步码信息。如下所述的前同步码信息包括8比特的MAC-ID以及有时的两个额外比特，这取决于接收自远程设备的DRC信息。
如上所述，该示例实施例使用经预编码的SCW MIMO。图8是根据本公开的一个实施例作适应性调整并使用经预编码SCW MIMO的示例性系统800的图例。图8以不同的详细水平示出了图3中的主题。如图8中所示，模块801将原始数据比特编码，信道交织并映射到星座点。数据随后被分用器313划分成M个子流，其中M为从远程单元反馈的秩。每个数据流和DSP的调制码元通过模块802映射至其相应频调并在随后通过IFFT模块602变换至时域。在添加循环前缀和取窗操作之前，模块315使用对应于远程单元反馈的PMI的MxMt矩阵对M个数据子流进行预编码。在一些实施例中，预编码操作可在执行IFFT操作之前执行。PMI是预定义的码本中最接近信道实现的正确本征矩阵的项，即增大或最大化至远程单元的吞吐量的项。
为了使MIMO数据子流去耦合，远程单元可采用线性或非线性检测方案。远程单元的MIMO检测器向Turbo解码器输出对不同子流上的数据码元的软估计。
本实施例采取基于离散傅立叶变换(DFT)的默认随机码本。该码本大小分别为对应Mt＝2和Mt＝4的8(3比特反馈)和16(4比特反馈)。对于一些实施例也可向远程单元信令非默认的码本。
以下描述图解如何生成对应Mt＝4的默认码本。类似过程可用于Mt＝2的情形。令变量t为PMI(即，t＝1…16)。
第i个PMI矩阵由式1、2和3给出，其中D是4x4 DFT矩阵。
Figure BPA00001311335100111
式1
Figure BPA00001311335100112
式2
D = { D m , n m , n = 0 , . . . , 3 } , D m , n = 1 4 e j 2 πmn 4
式3
在M＜Mt的情形下，预编码矩阵的前M列被用于传输。
图9是根据一个实施例用于将CSP与数据相组合的示例性系统900的图例。图9以不同的详细水平示出图3中基站301的部分电路。CSP波形和数据/DSP波形或者在OFDM调制器模块316(图3)上或者在其之后于基带滤波器901之前在时域中被组合。
对于OFDM隙，前同步码在此实施例中是在DSP上信令的。前同步码信息包括8比特的MAC标识以及有时的两个额外比特，这取决于来自远程单元的DRC反馈。DRC是对应每个秩M所定义的，且此示例实施例支持每秩16个DRC。
在前同步码上信令的比特数目取决于(DRC，M)阈值ThDRC。当信令的(DRC，M)低于ThDRC时，仅信令8比特的MAC-ID。在此情形下，远程单元诉诸于多次假言解码以从规范和非规范格式当中辨别出实际传送的分组格式(类似于EVDO Rev.A/B当前空中接口)。另一方面，当信令的(DRC，M)大于ThDRC时，前同步码信令两个额外比特以标识对应DRC反馈的四种潜在分组格式中的一种。目的是为了在所请求的数据率相当高时减轻远程单元上的解码负担。
前同步码检测可通过增大DSP与话务的功率比或者通过在第一层和第一子分组上使用额外DSP(即，无论何时只要前同步码被发送)而在一些DRC上得到改善。当M＞1时，所有DSP都可潜在地用于前同步码检测。
各种实施例包括对应不同MIMO层数的一组分组格式，其中每个分组格式由秩和DRC唯一地标识。如此的分组格式以一种充分利用EVDO RevA/B交织器和解码器的方式来设计，由此有助于后向兼容性。较大的分组大小被分解成多个分组分量(PC)，其中每个PC遵循当前EVDO Rev.A/B分组格式。
例如，对于DRC 10和秩1，在此示例中有两个各自为5120比特的PC，分别标示为A和B。任何隙中的传输方案都是完全传送PC A的调制码元并在随后传送PC B的调制码元。如此的技术可便于解码实现并缩短流水线延迟，因为PC A无需等待隙的末尾被解码。另外或者替换地，出于以实现复杂度为代价换取一些时间分集的目的，将来自PC A和PC B的调制码元混合在一起是可能的。
返回图3，远程单元302向基站301反馈三个主要信道以支持前向链路中的MIMO-OFDM。这些信道是DRC(4比特)350、携带传输秩的空间秩信道(SRC)340(对应于N层，max＝2和4分别为1比特和2比特)，以及携带PMI的空间特征信道(SSC)330(对应于N层，max＝2和4分别为3比特和4比特)。在此实施例中，三个信道330、340、350中支持MIMO的比特总数对应于N层，max＝2和4分别为8比特和10比特。
如以上图3中所示，远程单元302向基站301反馈信息。尽管在传统EVDO Rev.A/B中使用DRC，但本发明的各种实施例增添了其他反馈，诸如空间秩信道和用以携带PMI的空间特性信道。反向链路上的反馈支持前向链路。
在此EVDO示例中，在一些实例中在反向链路反馈中使用EVDO Rev.B增强型反馈复用以支持前向链路，即使反向链路仅使用单个载波。在Rev.B增强型反馈复用之外(或作为其替代)，实施例还可使用不同的长码掩码(LCM)来指定附加信道，即使仅有单个RL载波可用。如以下所解释的，这些技术可提供与Rev.A/B实施例的后向兼容性。该示例的反馈机制重用EVDO Rev.B增强型反馈复用设计，其中对如图10和11中所示的分别对应Mt＝2和Mt＝4而传送的比特具有不同解释。图10和11以不同的详细水平图解图3中远程单元302的模块。为了将本实施例的MIMIO反馈与EVDO Rev.A和B中的传统反馈区分开来和/或支持多载波能力下的MIMO，使用不同的长码掩码(LCM)。因此，在图10和11的输出处，反馈被用一LCM进行加扰，而该LCM与用于传统传输或不同载波上的其他传输所用的LCM是不同的。因此，此示例中的反馈与使用EVDO B的系统相兼容。
以下给出部分升级情景下的示例，其中一个方面使用EVDO Rev.A/B，一个方面使用MIMO实施例。在部分升级下的网络中，当扇区载波都在活跃集中时，基站可在一些扇区载波上使用MIMO-OFDM，而在其他扇区载波上使用EVDO Rev.A/B。不同的LCM被用于在MIMO和传统Rev.A/B方面之间进行区分。
在一个示例中，远程单元在活跃集中仅有一个部署2个载波的接入点(AP)。第一载波使用如上所述的MIMO实施例，而第二载波使用EVDORev.A/B。在此示例中，第一LCM被用于第一载波，而第二LCM被用于第二载波。
在另一示例中，远程单元活跃集具有两个扇区AP1和AP2。AP1具有两个载波并根据以上所述的MIMO操作，而AP2具有4个载波并根据EVDO Rev.A/B操作。在此示例中，LCM1和LCM2被用于AP1的载波。另外，LCM3可被用于使用增强型反馈复用的EVDO Rev.A/B支持。如上所述，对MIMO载波和传统Rev.A/B载波应用不同LCM。此外，对每个MIMO载波使用不同LCM。本发明的各实施例包括由以上所示的系统执行的过程。图12是根据本发明的一个实施例作适应性调整的示例性过程1200的图例。该示例性过程1200可由例如图3和8所示的基站执行。
在框1201，生成多个TDM隙。在框1202，通过例如将数据子流复用到虚拟天线群上来将多个TDM隙与多个数据子流相关联。
在框1203，将OFDM码元插入TDM隙中。框1203还可包括也将DSP插入隙中。
在框1204，使用预编码矩阵处理具有OFDM码元的TDM隙，由此将数据子流与多个频调相关联，其中每个频调对应天线中的相应一个。在此示例中，预编码矩阵包括定义如何传送数据子流的波束成形向量或空间复用向量。物理天线的数目可以不同于虚拟天线的数目。在框1205，使用频调和天线将数据子流传送至远程单元。框1205还可包括插入CSP。
尽管过程1200被示为一系列离散步骤，但本发明的实施例并不限于此。各实施例可添加、省略、重新排列、或修改这些步骤中的一个或多个步骤。例如，一些实施例在与远程单元的通信过程中不断重复过程1200多次。图13是根据本发明的一个实施例作适应性调整的示例性过程1300的图例。该示例性过程1300可由例如图3所示的远程单元执行。
在框1301，使用多个天线在多个频调上接收到多个数据子流。每个数据子流包括其中具有OFDM码元的多个TDM隙，第一导频可能与数据子流中的数据交叠，而第二导频嵌入在OFDM码元内。在框1302，将数据子流复用并解码数据子流中的数据。
在框1303，第一导频被用于导出预编码信息和数据率信息，而第二导频被用于检测数据子流的分组的前同步码。在框1304，预编码信息和数据率信息被反馈至基站。
尽管过程1300被示为一系列离散步骤，但本发明的实施例并不限于此。各实施例可添加、省略、重新排列、或修改这些步骤中的一个或多个步骤。例如，一些实施例在与基站的通信过程中不断重复过程1300多次。
除了以上过程1200和1300之外，各实施例可在基站上用多个天线发射传统EVDO Rev.A/B信号。在一些实施例中，配备用于MIMO的基站将每个天线具有一个功率放大器，而传统基站(配备用于仅单个天线)将包括一个功率放大器。许多MIMO配备基站将具有各自都比单天线基站的单个功率放大器功率小的功率放大器。因此，将传统EVDO Rev.A/B信号简单映射至MIMO配备基站的单个天线可能是不合需的。
因此一些实施例将传统EVDO Rev.A/B信号指派至使用一个或多个波束成形向量映射至物理天线的单个虚拟天线(数据子流)。在一个特定示例中，该单个虚拟天线被映射到每一个物理天线，且包括物理天线的缓慢相位扫掠以补偿空值。
本发明的实施例可提供一个或多个优点。如上所述，各实施例包括与EVDO Rev.A/B后向兼容的前向链路MIMO OFDM设计。实际上，一些实施例不仅与EVDO Rev.A/B后向兼容，还在1.25MHz前向链路中获得18.7Mbps的数据率。已知MIMO系统在通过同时传送多个调制码元利用空间维度的情况下渐进地(SNR→∞)提供容量上的线性增加。这样的MIMO模式常被称为空间复用(SM)并被各实施例所支持。MIMO的另一操作模式是利用发射分集(TD)，从而改善通信链路的质量，且此模式也被各实施例所支持。另外，在来自远程单元的信道反馈可用的情况下，基站可沿操控向量矩阵的本征维度传送，这被称为波束成形模式。
各实施例根据信道状况采用不同的MIMO模式。例如，在信噪比(SNR)高的情形下，SM和波束成形(若可用)通常是较好选择。对于低SNR情形下，TD和波束成形(若可用)通常是较好选择。用于高SINR情形的一种设置是通过异质部署来提供的，其中使用低成本和小尺寸的基站，例如或者是当安装微微蜂窝小区时的热点中或当毫微微蜂窝小区提供覆盖时的家里。通常这样的部署得到通过如上所述的MIMO实施例可用的高SINR。
在宏部署中，可使用不同MIMO模式来改善扇区吞吐量。对于享受高SINR的那些用户，SM允许更高数据率(即，改善峰值速率)。这样的情形在当相邻扇区的负荷并未最大时的部分负荷情形中尤其重要。另一方面，波束成形和TD通常用于改善低SINR用户的前向链路质量和覆盖。
在各种实施例中，OFDM传输以与其中利用前向链路EVDO的TDM性质的铂金广播(PB)中相同的方式被支持。以上示例的MIMO设计是使用来自远程单元的反馈选择预编码矩阵并利用本征波束成形增益的闭环设计。
另外，尽管以上示例描述对前向链路中的数据码片使用OFDM，但实施例并不限于此。例如，各实施例可对一些数据码片使用OFDM，但对其他数据码片使用诸如CDMA等其他技术。实际上，各实施例可在OFDM和CDMA之间切换以用于数据码片。本文中所描述的各种方法取决于应用可藉由各种手段来实现。例如，这些方法可在硬件、固件、软件、或其组合中实现。对于硬件实现，这些处理单元可以在一个或更多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(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、设计成执行本文中所描述功能的其他电子单元、或其组合内实现。
对于固件和/或软件实现，这些方法可以用执行本文中所描述功能的模块(例如，程序、函数等等)来实现。任何有形地体现指令的机器或计算机可读介质可被用来实现本文所述的方法。例如，软件代码可被存储在存储器中并由处理器执行。当由处理器执行时，执行软件代码生成实现本文所呈现教义的不同方面的各种方法和功能的操作环境。存储器可以实现在处理器内部或处理器外部。如本文中所使用的，术语“存储器”是指任何类型的长期、短期、易失性、非易失性、或其他存储器，并且不被限定于任何特定类型的存储器或存储器数目、或存储器存储于其上的介质的类型。
存储有定义本文所述方法和功能的软件代码的机器或计算机可读介质包括物理计算机存储介质。存储介质可以是能被处理器访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或者能被用来存储指令或数据结构形式的合需程序代码且能被计算机访问的任何其它介质；如本文所用的碟或盘包括压缩盘(CD)、激光盘、光盘、数字通用盘(DVD)、软盘和蓝光盘，其中碟常常磁学地再现数据而盘用激光光学地再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。图1的设备可实现如上所述的硬件、固件、和/或软件实现，并且还可实现与相应处理器集成在一起或分开的有形存储介质。
尽管已详细描述了本公开及其优点，但是应当理解，可在本文中作出各种变化、替代和变换而不背离由所附权利要求所定义的本公开的技术。此外，本申请的范围无意限于说明书中所述的过程、机器、制造、成分、装置、方法和步骤的特定实施例。因为本领域的普通技术人员将容易地从本公开认识到，现存或今后开发的执行与本文所述的相应实施例相同的功能或实现基本相同结果的过程、机器、制造、成分、装置、方法和步骤可根据本公开来利用。因此，所附权利要求旨在将这些过程、机器、制造、成分、装置、方法和步骤包括在其范围内。

Claims (29)

1.一种用于支持前向链路多输入多输出(MIMO)通信的系统，包括：
多个天线；
时分复用(TDM)模块，用于创建多个TDM隙；
分用电路，用于在所述多个TDM隙内插入多个正交频分复用(OFDM)码元并将所述TDM隙与多个数据子流相关联；以及
预编码电路，用于将所述多个数据子流与多个频调相关联，其中所述相应频调中的每一个对应于所述天线中的相应一个，所述多个天线使用所述多个频调传送所述多个数据子流。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：
与所述多个天线的每一个相关联并在与所述天线的每一个相关联的传输内插入第一导频集的电路。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一导频集包括：
每N个隙在所述相应天线的每一个上传送一次的所述第一导频集，其中N是大于1的整数，所述第一导频集与所述传输中的数据交叠。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分用电路在所述OFDM码元内嵌入第二导频集。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第二导频集以跨扇区基本随机的图案跨所述多个OFDM交错。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预编码电路接收来自远程设备的第一信号，并使用所述第一信号选择波束成形矩阵并将其应用于所述多个数据子流。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，每个数据子流包括多个分组，每个数据子流共享公共前同步码。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述前同步码中的至少一些包括媒体接入控制(MAC)标识信息和数据率信道(DRC)信息。
9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述分用电路在所述OFDM码元内嵌入第二导频集，且其中所述前同步码是通过加扰所述第二导频集的序列来传送的。
10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，接收包括对预编码操作的指示的反向链路反馈，并操作以接收针对演进数据优化(EVDO)Rev.B和多输入多输出传输的所述反向链路反馈，其中MIMO反向链路反馈和EVDO Rev.B反向链路反馈被指派不同的长码掩码。
11.如权利要求1所述的系统，其特征在于，当在所述多个天线上传送EVDO Rev.A/B信号时，所述分用电路将所述EVDO Rev.A/B信号指派至单个数据子流，且所述预编码电路将所述单个数据子流映射至所述多个天线并对所述多个天线应用变化的相移。
12.一种用于支持前向链路多输入多输出(MIMO)通信的方法，包括：
生成多个时分复用(TDM)隙；
将所述多个TDM隙与多个数据子流相关联；
在所述TDM隙中插入正交频分复用(OFDM)码元；
使用预编码矩阵处理具有所述OFDM码元的所述TDM隙，由此将所述数据子流与多个频调相关联，所述频调的每一个对应多个天线中的相应一个；以及
使用所述多个频调和所述多个天线向远程单元传送所述数据子流。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述数据子流包括虚拟天线。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括插入专用空间导频集以减少与公共空间导频的交叠。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述OFDM码元中插入专用空间导频集。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括：
插入公共空间导频集，所述公共空间导频集以跨扇区基本随机的图案跨所述多个OFDM码元交错。
17.一种用于支持前向链路多输入多输出(MIMO)通信的系统，包括：
多个天线；
用于创建多个TDM隙的装置；
用于在所述多个TDM隙内插入多个正交频分复用(OFDM)码元并将所述TDM隙与多个数据子流相关联的装置；以及
用于将所述多个数据子流与多个频调相关联的装置，其中所述相应频调中的每一个对应于所述天线中的相应一个，所述多个天线使用所述多个频调传送所述多个数据子流。
18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述数据子流的数目不同于天线数目。
19.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述TDM隙包括演进数据优化(EVDO)导频。
20.如权利要求17所述的系统，其特征在于，是在EVDO网络中使用的。
21.如权利要求17所述的系统，其特征在于，还包括：
用于在所述OFDM码元中插入第一导频集的装置；以及
用于在所述多个天线上插入第二导频集的装置。
22.一种用于支持前向链路多输入多输出(MIMO)通信的计算机程序产品，其有形地体现其上记录有计算机程序逻辑的计算机可读介质，所述计算机程序产品包括：
生成多个时分复用(TDM)隙的代码；
将所述多个TDM隙与多个数据子流相关联的代码；
在所述TDM隙中插入正交频分复用(OFDM)码元的代码；以及
使用预编码矩阵处理具有所述OFDM码元的所述TDM隙的代码，由此将所述数据子流与多个频调相关联，所述频调的每一个对应多个天线中的相应一个。
23.如权利要求22所述的计算机程序产品，其特征在于，进一步包括：
在所述多个天线上往传输内插入公共空间导频的代码。
24.如权利要求23所述的计算机程序产品，其特征在于，进一步包括：
插入专用空间导频的代码。
25.如权利要求22所述的计算机程序产品，其特征在于，进一步包括：
响应于来自远程单元的反馈选择所述预编码矩阵的代码。
26.一种用于支持前向链路多输入多输出(MIMO)通信的系统，包括：
多个天线，在多个频调上接收多个数据子流，所述数据子流的每一个包括：
其中具有正交频分复用(OFDM)码元的多个时分复用(TDM)隙；
可能与数据传输中的数据交叠的多个第一导频；以及
嵌入在所述OFDM码元内的多个第二导频；
复用所述数据子流并解码所述数据子流中的所述数据的电路；
使用所述第一导频推导预编码信息、空间复用阶数信息以及数据率信息并使用所述第二导频检测所述数据子流的分组的前同步码和解调及解码所述数据子流的电路；以及
将所述预编码信息、空间复用阶数信息、以及数据率信息反馈给基站的电路。
27.如权利要求26所述的系统，其特征在于，所述数据率信息包括数据率信道(DRC)信息。
28.如权利要求26所述的系统，其特征在于，所述预编码信息包括：
指示在传送多个接下来的数据子流时使用的波束成形矩阵的数据。
29.如权利要求26所述的系统，其特征在于，在反向链路反馈中传送所述预编码信息、空间复用阶数信息、和数据率信息，并操作以传送针对演进数据优化(EVDO)Rev.B和多输入多输出传输(MIMO)的所述反向链路反馈，其中MIMO反向链路反馈和EVDO Rev.B反向链路反馈被指派不同的长码掩码。
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