CN102893537B - 用于下行多用户mimo配置的替换反馈类型 - Google Patents

Abstract

一种在通信网络中的方法包括：获得多个通信信道的描述，每个通信信道与多个接收器中的不同接收器关联；并且使用多个通信信道的描述来生成多个导向矢量，多个接收器中的每个接收器具有一个导向矢量；其中每个导向矢量用来经由多个天线并且通过通信信道中的对应通信信道向多个接收器中的对应接收器同时发送数据，并且其中每个导向矢量用来在多个通信信道中的不同通信信道上传达数据，并且其中每个导向矢量生成为减少在对应通信信道上由在其它通信信道上同时数据传输引起的干扰。

Description

用于下行多用户MIMO配置的替换反馈类型

相关申请的交叉引用

本申请要求对通过引用将全部公开内容结合于此、于2010年6月16日提交的第61/355,480号、于2010年6月30日提交的第61/360,361号、于2010年7月28日提交的第61/368,480号、于2010年8月4日提交的第61/370,633号和于2010年8月11日提交的第61/372,670号美国临时专利申请的权益。

技术领域

本公开内容主要地涉及通信网络并且更具体地涉及利用空分多址(SDMA)的无线网络。

背景技术

这里提供的背景技术描述是为了主要呈现公开内容的背景。当前名义的发明人的工作在这一背景技术章节中描述该工作的程度上以及该描述的可以在提交时未另外有资格作为现有技术的方面既未明确地也未暗示地承认为相对于本公开内容的现有技术。

无线局域网(WLAN)技术已经在过去十年迅速演变。WLAN标准比如电气和电子工程师协会(IEEE)802.11a、802.11b、802.11g和802.11n标准的开发已经提高单用户峰值数据吞吐量。例如IEEE

802.11b标准指定每秒11兆比特(Mbps)的单用户峰值吞吐量，IEEE

802.11a和IEEE802.11g标准指定54Mbps的单用户峰值吞吐量，IEEE802.11n标准指定600Mbps的单用户峰值吞吐量。已经开始创造新标准IEEE802.11ac，该标准将在与旧IEEE802.11a/n系统重叠的5GHz频带中操作并且吞吐量有望超过6.9Gbps。不同于其它标准，802.11ac标准将允许从接入点向多个不同客户站的同时通信。

WLAN通常在单播模式或者多播模式中操作。在单播模式中，接入点(AP)一次向一个用户站发送信息。在多播模式中，向一组客户站并行发送相同信息。利用IEEE802.11ac标准，多播模式能够一次向多个客户站发送。

天线并且因而关联的有效无线信道在60GHz附近或者以上的频率高度地定向。当多个天线在发送器、接收器或者二者可用时，使用天线来应用高效波束图案以更好地利用对应无线信道的空间选择性因此是重要的。广而言之，波束成形是一种信号处理技术，用于使用多个发送天线，产生在接收天线构造性地组合的输出(例如通过产生在接收天线具有一个或者多个高增益波瓣或者波束(如与全向天线获得的增益相比)而增益在其它方向上减少的天线增益图案)。如果用于多个发送天线的增益图案例如被配置成在接收器的方向上产生高增益波瓣，则可以获得比用全向发送获得的发送可靠性更好的发送可靠性。

发明内容

在一个实施例中，一种在通信网络中的方法包括：获得多个通信信道的描述，每个通信信道与多个接收器中的不同接收器关联；并且使用多个通信信道的描述来生成多个导向矢量，多个接收器中的每个接收器具有一个导向矢量；其中每个导向矢量用来经由多个天线并且通过通信信道中的对应通信信道向多个接收器中的对应接收器同时发送数据，并且其中每个导向矢量用来在多个通信信道中的不同通信信道上传达数据，并且其中每个导向矢量生成为减少在对应通信信道上由在其它通信信道上同时数据传输引起的干扰。

在另一实施例中，一种装置包括：导向矢量控制器，配置成从多个接收器接收多个通信信道的描述，每个通信信道与多个接收器中的不同接收器关联，并且生成多个导向矢量，多个接收器中的每个接收器具有一个导向矢量，其中每个导向矢量用来经由多个天线并且通过通信信道中的对应通信信道向多个接收器中的对应接收器同时发送数据，并且其中每个导向矢量用于在多个通信信道中的不同通信信道上传达数据，并且其中每个导向矢量生成为减少在对应通信信道上由在其它通信信道上同时数据传输引起的干扰。

在另一实施例中，一种系统包括：包括多个天线的发送器；以及导向矢量控制器，其中该系统还包括多个接收器，其中发送器和多个接收器中的每个接收器与对应通信信道关联以限定多个通信信道，并且其中导向矢量控制器被配置成基于从多个接收器中的每个接收器接收的反馈导向矩阵生成多个导向矢量，其中多个导向矢量用来经由多个天线通过多个通信信道向多个接收器同时传输多个数据单元。

在另一实施例中，一种系统包括：包括多个天线的发送器；以及导向矢量控制器，其中该系统还包括多个接收器，其中发送器和多个接收器中的每个接收器与对应通信信道关联以限定多个通信信道，并且其中导向矢量控制器被配置成基于从多个接收器中的每个接收器接收的反馈空值导向矢量生成多个导向矢量，其中多个导向矢量用来经由多个天线通过多个通信信道向多个接收器同时发送多个数据单元，其中每个空值导向矢量限定通信信道中的对应通信信道的空值空间投影。

在又一实施例中，一种系统包括：包括多个天线的发送器；以及导向矢量控制器，其中该系统还包括接收器，其中发送器和接收器与通信信道关联，其中接收器被配置成生成限定通信信道的空值空间投影的空值导向矢量并且向发送器传达空值导向矢量，并且其中导向矢量控制器被配置成根据空值导向矢量生成导向矩阵，其中导向矩阵用来在通信信道上从发送器向接收器传达数据。

在另一实施例中，一种在通信网络中的方法包括：从接收器获得空值导向矢量，该空值导向矢量限定在发送器与接收器之间的通信信道的空值空间投影；并且根据空值导向矢量生成导向矩阵，其中导向矩阵用来在通信信道上从发送器向接收器传达数据。

附图说明

图1是根据本公开内容一个实施例的例子无线局域网(WLAN)的框图，在该WLAN中，接入点(AP)利用下行(DL)空分多址(SDMA)导向技术；

图2是根据一个实施例的在实施本公开内容的导向技术的AP中使用的DLSDMA控制器的框图；

图3是根据一个实施例的例子方法的流程图，该方法用于使用反馈导向矩阵来生成用于在向多个站的同时DLSDMA发送中使用的导向矢量；并且

图4是根据一个实施例的例子方法的流程图，该方法用于使用空值导向矢量来生成用于与在SDMA模式中操作的两个站一起使用的一对导向矢量。

图5是根据一个实施例的例子方法的流程图，该方法用于使用空值导向矢量在SDMA模式中使用混合反馈导向矩阵或者空值导向矢量技术来生成一对导向矢量。

图6是根据一个实施例的例子方法的流程图，该方法用于根据从站反馈的空值导向矢量生成用于DLSDMA传输的导向矢量。

图7-10在几何上图示了根据一个实施例的Householder(豪斯霍尔德)变换的步骤，该Householder变换用来将空值导向矢量变换成用于在向单个站的DLSDMA传输中使用的导向矩阵。

具体实施方式

在下文描述的实施例中，无线局域网(WLAN)的接入点(AP)之类的无线网络设备经由天线阵列向多个客户站同时发送独立数据流。为了减少由于从AP向一个或者多个其它站的发送而在接收站造成的干扰，AP开发用于向每个站的下行发送的相应发送(Tx)波束导向(下文为“导向”)矢量。在一个实施例中，AP使用在AP与某个站之间的无线通信信道的描述以及在AP与另一个站之间的至少一个其它无线通信信道的描述来开发用于某个站的Tx导向矢量。在另一实施例中，AP使用在AP与多个站之间的无线信道的描述来开发用于每个站的Tx导向矢量。在本说明书全文各处，使用术语波束导向来描述例子。然而将理解这些波束导向技术可以代之以或者在一些例子中标注为波束成形技术并且反之亦然。

因此，在一些实施例中，例如在一些显式波束成形实施例中，AP获得AP用来向对应站发送数据的若干无线通信信道的描述(下文为“信道描述”)。如下文讨论的那样，AP使用信道描述以生成Tx导向矢量以便取消或者最小化在每个站的已知干扰以及在每个站的时空流之间的干扰。在这些实施例中的至少一些实施例中，AP开发与在相同时间的不同站对应的多个Tx导向矢量。也就是说，客户端设备可以向AP反馈信道估计，即信道估计的某一形式的描述(包括未压缩/压缩导向矢量、空值空间矢量等)。AP从所有客户端接收信息并且确定它的最终导向矢量。

在其它例子中，例如在一些隐式波束成形实施例中，每个客户端向AP发送分组数据，该AP然后针对每个不同客户端的信道执行用来确定最终导向矢量的信道估计。

图1是根据一个实施例的例子无线局域网(WLAN)10的框图。AP14包括耦合到网络接口16的主机处理器15。网络接口16包括介质访问控制(MAC)单元18和物理层(PHY)单元20。PHY单元20包括N_T个收发器21，并且收发器耦合到N_T个天线24。虽然在图1中图示了三个收发器21和三个天线24(即N_T＝3)，但是在其它实施例中，AP14可以包括不同数目(例如N_T＝2、4、5、6、7、8等)的收发器21和天线24。PHY单元20也包括下行(DL)空分多址(SDMA)控制器19，该控制器实施这里描述的用于开发导向矢量的技术中的一种或者若干技术。

WLAN10包括K个客户站25，每个站25-i配备有N_i个天线。虽然在图1中图示了三个客户站25(即K＝3)，但是在各种场景和实施例中，WLAN10可以包括不同数目(例如K＝2、4、5、6等)的客户站25。客户站25中的两个或者更多客户站被配置成接收已经从AP14同时发送的对应数据流。

客户站25-1包括耦合到网络接口27的主机处理器26。网络接口27包括MAC单元28和PHY单元29。PHY单元29包括N₁个收发器30，并且N₁个收发器30耦合到N₁个天线34。虽然在图1中图示了三个收发器30和三个天线34(即N₁＝3)，但是在其它实施例中客户站25-1可以包括不同数目的收发器30和天线34(例如N₁＝1、2、4、5等)。PHY单元27可以在一些实施例中包括信道估计控制器40，该控制器实施这里描述的用于开发导向矢量的技术的部分。客户站25-2和25-3具有与客户站25-1相同或者大体上相似的结构。在一个实施例中，客户站25-2和25-3中的每个客户站与客户站25-1构造相似、但是仅有两个收发器和两个天线(即N₂＝N₃＝2)。在其它实施例中，客户站25-2和25-3可以包括不同数目的天线(例如1、3、4、5、6、7、8等)。虽然仅为一个例子实施方式，在IEEE802.11ac标准中认为AP将具有上至8个天线并且同时支持与上至4个站的通信。

在所示实施例中，AP14被配置成向客户站25-1、25-2和25-3同时发送多个空间流，从而每个客户站25-i经由L_i个空间流接收数据。例如客户站25-1经由三个(即L₁＝3)空间流接收数据。虽然在这一例子中L₁＝N₁，但是客户站25-i一般可以利用比客户站25-i配备有的天线数目更少的空间流。另外当运用时空编码时，多个空间流有时称为时空流。在一些实施例中，如果时空流数目少于发送链数目，则运用空间映射。

在一个实施例中，AP14通过在一端由包括天线24-1、24-2和24-3的阵列而在另一端由包括天线34-1、34-2和34-3的阵列限定的多输入多输出(MIMO)信道与客户站25-1通信。对于这一例子，MIMO信道可以由3×3信道矩阵H₁描述，该矩阵在每个矩阵元素中指定由对应发送天线和接收天线限定的用于流的信道增益参数和在对应天线对之间的信道相位。类似地，AP分别经由矩阵H₂和H₃描述的MIMO信道与客户端25-2和25-3通信。在至少一些实施例中，描述在AP14与客户站25-i之间的MIMO信道的矩阵H_i的维度为N_i×N_T。

对于支持在可选模式中的发送波束成形的802.11n之类的协议或者同时支持向多个用户的发送波束成形的802.11ac之类的协议，AP14将使用一个或者多个空间流(L_i)向既定接收器站导向信道描述符H_i描述的下行信道，其中这样的导向提高在既定站的信噪比。波束成形一般在AP需要(至少部分)信道知识，其中可以在AP通过显式波束成形——其中接收器站通过反馈分组传达从来自AP的探测分组获得的信道知识——或者通过隐式波束成形——其中站在反向链路上向AP发送探测分组，该AP然后确定导向矩阵——获得信道知识。

关于图1，为了开发用于每个站的导向矩阵，可以将系统建模为如同AP14向客户站25-i发送的符号作为维度为L_i×1的发送符号矢量x_i，并且客户站25-i接收信号，该信号可以表示为维度为N_i×1的矢量y_i。

因此，在一个实施例中，可以将通信建模为如同AP14将把维度为N₇×L_i的相应导向矢量W_i应用于发送符号矢量x_i用于经由对应信道H_i发送信号。因此，当AP14向站25-1、25-2、...25-K同时发送数据时，在客户站25-i接收的信号可以表达为：

(式1)

如式1所示，接收的信号将包括既定分量、由于去往其它客户站的信号所致的干扰分量和噪声分量(表达为维度为N_i×1的矢量n_i)。式1也可以记为：

$y_i=H_i{W}_i{x}_i+H_i\underset{k\≠i}{\mathrm{\Σ}}{W}_k{x}_k+n_i=H_i\left[\begin{array}{cccc}{W}_1& W_2& ...& W_K\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ x_K\end{array}\right]+n_i=$ (式2)

$=H_i\mathrm{Wx}+n_i,i=1...K$

其中：

W＝[W₁W₂...W_K]， $x=\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ x_K\end{array}\right]$

另外可以一起“堆叠”信号y₁、y₂、...y_K以限定聚合接收矢量y：

$y=\left[\begin{array}{c}{y}_1\\ y_2\\ \·\\ \·\\ y_K\end{array}\right]=H_{T}W\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\\ \·\\ \·\\ x_K\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{n}_1\\ n_2\\ \·\\ \·\\ n_K\end{array}\right]=H_{W}x+n$ (式3)

其中：

$H_T=\left[\begin{array}{c}{H}_1\\ H_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ H_K\end{array}\right],$ $H_W=\left[\begin{array}{cccc}{H}_1{W}_1& H_1{W}_2& ...& H_1{W}_K\\ H_2{W}_1& H_2{W}_2& ...& H_2{W}_K\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ H_K{W}_1& H_K{W}_2& ...& H_K{W}_K\end{array}\right],$ $\mathrm{and\; n}=\left[\begin{array}{c}{n}_1\\ n_2\\ \·\\ \·\\ n_K\end{array}\right].$

为了提高WLAN10的总吞吐量，希望针对尽可能多的站尽可能减少干扰分量而优选地未衰减既定分量。为此，在其它实施例中，DLSDMA控制器19开发聚合导向矩阵W(该矩阵包括个体矢量W_i、W₂、...W_K)以便基于与其它站的同时通信来实现对于全组K个客户站25而言最优的配置、即在AP与每个站之间的干扰减少。在其它实施例中，DLSDMA控制器19个别地(例如依次)开发矢量W_i、但是仍然使得减少或者取消来自其它站的任何干扰。注意干扰的减少可以针对所有或者少于所有的接收器站。例如DLSDMA控制器19可以使用信道信息以仅针对最高优先级用户、具有在某一阈值水平以上的优先级的用户或者按照优先级排序的用户减少干扰。也就是说，在一些实施例中，干扰减少数量将依赖于如何执行干扰减少。另外，这里描述的干扰减少仅为如何可以使用信道信息的例子。DLSDMA控制器19可以使用信道信息以优化任何适当度量。甚至进一步，尽管参照DLSDMA控制器19讨论这些例子，但是将理解这些技术可以部分实施于客户站25-i中的一个或者多个客户站、即与信道估计控制器40结合实施。

参照图2，SDMA控制器50举例说明根据一个实施例的DLSDMA控制器19的操作以及根据另一实施例的DLSDMA控制器19和信道估计控制器40的操作。也就是说，这里描述的技术可以实施于AP或者部分实施于AP和客户端设备。实施于AP14中，SDMA控制器50接收将向相应客户站同时发送的多个数据流DATA₁、DATA₂、...DATA_K。根据该实施例，数据流DATA₁、DATA₂、...DATA_K包括分组、帧或者其它数据单元。K个前向纠错(FEC)和调制单元54的集合处理数据流DATA₁、DATA₂、...DATA_K以生成发送符号矢量x_i、x₂、...x_K。空间导向单元64然后将相应导向矢量W_i应用于每个发送符号矢量x_i。在一个实施例中，加法器66将所得乘积矢量组合成聚合乘积矢量。

在一个实施例中，导向矢量控制器60从信道估计单元62接收信道描述以开发向空间导向单元64供应的导向矢量W_i、W₂、...W_K。根据一个实施例，每个信道描述包括由发送和接收天线限定的各种流的信道增益参数(这些参数可以是复数)。在一些实施例中以矩阵格式表示信道描述。在一些实施例中，多个站的信道估计单元62执行与物理信道关联的一个或者若干参数的测量以开发信道状态信息(CSI)或者用于确定导向矢量W_i、W₂、...W_K的另一度量。AP14可以通过获得在每个站25-i确定并且从每个站提供的CSI反馈来获得在AP14与每个站25-1...25-K之间的下行信道的信道描述。例如为了显式波束成形，信道估计块62例如通过信道估计控制器40实施于客户端25-i上，其中例如响应于来自AP的探测分组确定信道估计信息。在一些实施例中，AP例如以多播方式向每个客户端设备发送不同探测分组。在任何情况下，客户端设备25-i向其中包含导向矢量控制器60的AP14发送它的确定的信道估计。例如为CSI反馈，AP14独立地使用一个或者多个空间流L_i来探测通向每个站的下行信道，根据该空间流，每个客户端然后根据接收的探测分组估计它自己的信道并且反馈估计的信道的量化版本。在一些例子中，为了信道估计单元62和导向矢量控制器60开发导向矢量W_i、W₂、...W_K，在显式波束成形中，信道估计单元62从每个站接收反馈信号，从而DLSDMA控制器19可以恰当确定使在每个站的干扰最小化或者减少的适当导向矢量。因此，在一个CSI反馈实施方式中，信道估计单元62从所有站接收CSI反馈。

为了隐式波束成形，信道估计单元62实施于AP。在一个实施例中，每个站25-i向AP14发送上行探测分组，在信道估计单元62接收这些探测分组。信道估计单元62作为响应来执行信道估计并且与导向矢量控制器60直接通信，其中控制器60针对减少干扰确定每个客户端设备的导向矢量。因此，在一个例子隐式波束成形实施例中，在AP14的信道估计单元62基于来自站25-i的接收的上行探测分组而未使用反馈信号的情况下估计下行信道。

尽管CSI反馈未涉及到在站端确定任何导向矩阵计算，但是反馈的信息量一般很大。因此，尽管CSI反馈在波束成形协议、比如802.11n中更有用，但是可以认为CSI反馈吞吐量对于MU-MIMO协议、比如802.11ac而言高得令人望而却步，其中这些MU-MIMO协议可以具有8个或者更多发送天线并且向4个或者更多接收器站同时发送。

因此，在一些例子中，多个站的信道估计单元62基于除了CSI反馈之外的反馈信息开发导向矢量W_i、W₂、...W_K。一般而言，信道估计单元62可以实施用于开发信道描述的任何适当技术，这些技术包括本领域普通技术人员目前已知的技术。然而下文描述信道估计单元62接收的附加替换反馈信息类型，这些反馈信息类型包括导向矩阵反馈、空值空间反馈和混合反馈方案。

应用这里描述的技术，导向矢量控制器60在一个实施例中考虑多个信道描述符H₁，H₂，..H_K并行生成W_i、W₂、...W_K以最小化(或者至少尝试最小化)在每个站的干扰、具体为来自与其它站的通信的干扰。利用反馈信息和信道估计单元62，导向矢量控制器60可以实施用于计算导向矢量的任何已知技术，这些技术包括迫零(ZF)技术、最小均方误差(MMSE)技术、泄漏抑制(LS)技术和块消除(BN)技术。在其中AP仅与单个站通信的实施例中，控制器60可以使用单用户波束成形(SU-BF)技术。

继续参照图2，根据一个实施例，向逆离散傅里叶变换模块(例如逆快速傅里叶变换(IFFT)模块)72供应加法器66的输出(例如聚合乘积矢量P)。IFFT模块72又耦合到数字滤波和RF模块74。一旦由IFFT模块72以及数字滤波和RF模块74处理，经由天线阵列发送与聚合乘积矢量对应的数据。如上文所示，导向矢量W_i、W₂、...W_K的有效集合产生发送图案，从而向对应接收站同时发送所发送的信号的既定分量而在每个站的干扰分量被最小化、例如减小至零或者接近零。

在一些实施例中，从站向AP14发送的反馈信息是以压缩或者未压缩形式发送的反馈导向矩阵V_k。在下行信道上从AP14接收探测分组之后，站例如通过已知技术计算全信道估计，每个站例如在信道估计控制器40根据该全信道估计计算波束成形导向矢量V_k。然而不同于802.11n，在MUMIMO协议比如802.11ac中，AP14由于AP需要与其它站同时通信而不能直接应用反馈导向矩阵V_k作为用于特定站K的导向矩阵。因此如图3的例子中所示，在从所有K个站接收导向矩阵反馈之后，AP14将计算用于每个站的导向矩阵以避免或者减轻在每个站的多站——也称为多用户——干扰。

图3图示了用于开发导向矢量的例子方法100，这些导向矢量用于数据向两个或者更多站的同时发送。根据一些实施例，例如DL

SDMA控制器19或者SDMA控制器50被配置成至少部分实施方法100，其中一些功能可以由客户端设备25-i上的信道估计控制器40实施。在方法100中，每个站25-1...25-K确定它们的相应反馈导向矩阵V₁...V_K并且向AP14并且更具体向信道估计单元62反馈它们的矩阵用于确定导向矢量W_i、W₂、...W_K。在这一实施例中，由于站反馈跨越整个下行信道空间的矩阵，所以这一技术在这里称为“测距反馈”。

在块102，AP14在不同空间流上向多个不同站发送探测分组。讨论两个例子，在一个例子中，AP14向两个站K＝2、即25-1和25-2发送探测分组，并且在另一例子中，AP向三个站K＝3、即25-1、25-2和25-3发送探测分组。在其它例子中，AP14向任何数目的用户K＝3、4等发送探测分组。

在一些实施例中，在块104，如信道估计控制器40可以实施的那样，每个站25-1和25-2在接收的下行信道上例如使用奇异值分解(SVD)来分解接收的探测分组。在其它例子中，可以使用其它用于操纵接收的探测分组的技术而不是SVD。站25-1确定它的反馈导向矩阵V₁；而站25-3确定它的反馈导向矩阵V₂。在一些实施例中，可以根据用来在下游链路上发送探测分组的所有空间流L_i确定反馈导向矩阵V_k。在其它实施例中，每个站使用空间流L_i的子集以确定它的对应反馈导向矩阵。

方法100可以在压缩或者未压缩配置中操作。在未压缩配置中，向AP14发送反馈导向矩阵而未压缩；而在压缩配置中，以代表反馈导向矩阵的压缩版本的角度的形式向AP14发送矩阵。在任一情况下，在块104，2个站的例子中的每个站25-1和25-2向AP14发送它们的确定的反馈导向矩阵V_i，该AP在块106从每个站获得下行信道的描述，该块在一些实施例中至少部分由信道估计单元62执行。

在块108，如导向矢量控制器60可以实施的那样，AP14基于来自每个站的接收的反馈导向矩阵V_K确定导向矢量W_i、W₂、...W_K。在其中2个站25-1和25-2分别提供反馈导向矩阵V₁和V₂的一个例子实施方式，块108可以如下确定导向矩阵。用于每个站的计算机信道矩阵H_K与反馈导向矩阵V_K相关如下：

H₁＝U₁D₁V^T ₁并且H₂＝U₂D₂V^T ₂接收的信号在站25-1是表达如下的y₁而在站25-2是表达如下的y₂：

y₁＝H₁(W₁x₁+W₂x₂)+n₁＝U₁D₁V^T ₁(W₁x₁+W₂x₂)+n₁(式4)

y₂＝H₂(W₁x₁+W₂x₂)+n₂＝U₂D₂V^T ₂(W₁x₁+W₂x₂)+n₂(式5)

为了在两个用户完全避免干扰，AP14确定同时满足以下条件的导向矩阵：

V^T ₁W₂＝0V^T ₂W₁＝0也就是说，AP14选择落在V₁和V₂的空值空间中的列并且由此在每个用户消除干扰。例如W₁将落在V₂的空值空间并且反之亦然。

在其中3个站25-1、25-2和25-3分别提供反馈导向矩阵V₁、V₂和V₃的另一例子实施方式中，块108可以使用以下表达式来确定导向矩阵：

H₁＝U₁D₁V^T ₁，H₂＝U₂D₂V^T ₂并且H₃＝U₃D₃V^T ₃

$y_i=U_i{D}_i{V^T}_i\left(\underset{k=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{W}_k{x}_k\right)+n_k$ (式6)

AP14因此可以确定同时满足以下条件的三个导向矩阵：

V^T ₁[W₂W₂]＝0V^T ₂[W₁W₂]＝0V^T ₂[W₁W₂]＝0

在块108应用的优化度量是在每个站的干扰消除。然而AP14可以响应于多个接收的反馈导向矩阵使用任何适当优化。在一些例子中，AP14可以使用更复杂的判决度量，比如选择用于在每个接收器最小化平均均方误差(MSE)或者最大化合计容量的导向矢量等。其它判决度量包括迫零和泄漏抑制。在一些实施例中，导向矢量控制器60至少部分执行块108。

在块108，考虑在块106获得的多个信道描述并行生成用于每个站的导向矢量W₁、W₂、...W_K。在一个例子场景中，考虑与用来向站同时发送数据的三个信道对应的三个信道描述并行生成用于与三个接收站一起使用的三个导向矢量。

在方法100中，每个站向AP14反馈用于对应导向矩阵的矢量全集：测距反馈。在其它实施例中，站将反馈矢量，即空值导向矢量的集合而不是反馈整个导向矩阵，该集合跨越对应反馈导向矩阵V_K的空值空间，具体为由导向矩阵V中的矢量的集合形成的空值空间反馈信号。在图4中图示了例子方法200。

图4是根据一个实施例的例子方法200的流程图，AP实施该方法以生成一对发送导向矢量，该对发送导向矢量用于数据向对应一对站的同时发送。方法200例如产生导向矢量，这些导向矢量形成与块消除聚合导向矢量相似的聚合导向矢量。根据一些实施例，DLSDMA控制器19或者SDMA控制器50例如被配置成实施方法200。

在块202，接收用于在AP与第一个站之间的通信信道的第一空值导向矢量的指示(例如数学描述)。第一空值导向矢量对应于第一通信信道的空值空间投影。换而言之，对于H₁描述的通信信道，第一空值导向矢量是如下矢量，AP14可以应用该矢量以完全或者接近完全衰减站将经由H₁描述的通信信道接收的信号。AP14因此可以将空值空间导向矢量用于第一个站以避免让该第一个站干扰向第二个站的通信。在块204，接收用于在AP与第二个站之间的通信信道的第二空值导向矢量的指示。与第一空值导向矢量相似，第二空值导向矢量是如下矢量，AP将应用该矢量以完全或者接近完全衰减站将经由H₂描述的通信信道接收的信号。分离地图示、但是可以同时并且至少部分使用信道估计单元62来实施两个块202和204。

在块206和208，使用第一空值导向矢量和第二空值导向矢量来生成用于在向第一个站和第二个站的同时下行发送中使用的导向矢量。具体而言，向用于与第一个站和H₁描述的信道一起使用的导向矢量W₁分配第二空值导向矢量的值，并且向用于与第二个站和H₂描述的信道一起使用的导向矢量W₂分配第一空值导向矢量的值。以这一方式，开发一对发送导向矢量W₁和W₂用于数据向第一和第二个站的同时发送而无来自其它站的干扰。

站可以使用诸多技术中的任何技术以确定向AP14反馈的空值导向矢量。在一个实施例中，每个站通过计算信道矩阵的SVD、SVD(H_i)在数学上确定空值空间、然后选择具有比依赖于实施方式的阈值更小的特征值的特征矢量。收集的矢量的集合形成用于信道矩阵的空值空间的基础。在其它例子中，比如利用隐式波束成形，可以在AP响应于来自每个客户端的CSI反馈执行这一相同过程。

用于确定空值空间的另一方式是进行线性投影。例如假设V是逐列正交矩阵(例如信道矩阵的奇异矢量)，则V_null＝Null(V)＝a(I-VV*)W，其中a是归一化因子，W可以是列数与V的空值空间的维度相等的任何矩阵(例如逐列正交矩阵)，并且I是单位矩阵。

图3和图4分别图示了站确定反馈导向矩阵和反馈空值导向矢量的例子。在其它实施例中，站可以确定二者。对于测距反馈和空值空间反馈方案二者，反馈量依赖于在AP的发送天线数目和在客户端的接收天线数目。图5图示了另一反馈方法300，该方法是混合反馈方案。在AP在302发送探测分组之后，在块304，每个站计算前面讨论的反馈方案中的反馈量。也就是说，在块304，每个站确定空值反馈导向矩阵V_K和空值导向矢量。在块306，站确定两个反馈信号中的哪个反馈信号产生关于反馈信号的规模的最小，并且在块308，站向AP14反馈对应反馈信号，其中在一些实施例中，可以在管理动作帧的类别字段中指示客户端向AP发送的反馈类型。根据反馈信号类型，可以实施方法100或者200以在AP执行的块310确定导向矢量。

在其它实施例中，AP可以基于AP自己的对每个反馈类型将可能需要的反馈数量的估计请求站提供具体反馈类型。

可以标识来自站的反馈类型——即CSI、非压缩波束成形、压缩波束成形或者空值空间矢量——为反馈帧的MAC头部中的3位高吞吐量(HT)控制字段或者甚高吞吐量(VHT)控制字段的导向子字段。

在所有先前介绍的反馈方法100、200和300(例如反馈导向矩阵、空值导向矢量或者其混合)中，每个站可以可选地(或者强制地)在反馈帧中附着空间流数目(Nss)子字段，其中值Nss标识AP应当在与特定站通信时使用的空间流数目。AP可以根据在AP确定的条件使用标识数目的空间流或者较少数目空间流，这些条件包括来自每个站的反馈信道描述以及在AP进行的干扰避免确定。每个站确定它自己的适当空间流数目(Nss)。

在一些例子中，当站发送反馈导向矩阵时，流数目Nss等于或者小于奇异矢量反馈矩阵的列数(Nc)。在空值导向矢量反馈的一些例子中，空间流数目Nss等于或者小于(Nrx-Nnull)，其中Nnull是反馈中的列数并且Nrx是在站的天线数目。例如对于具有三个天线的站、比如25-1，站可以选择在多站分组中为自己建议2个流，Nss＝2，因此额外接收天线可以用于干扰减轻。

在一些实施例中，站也可选地(或者强制地)向反馈信号子流附着通过接收的下行信道、即音调平均的信噪比(SNR)。用来确定线性平均的SNR数目例如可以等于或者少于Nc或者(Nrx-Nnull)。以这一方式，对于空值导向矢量反馈，向AP发送回的SNR数目然后暗示发送站优选的流数目(Nss)。

在一些实施例中，可以通过让如802.11ac中的多用户(即多站)反馈和单用户(即单站)反馈共享相同反馈导向矩阵V格式来扩展指示的空间流数目Nss。例如站可以总是反馈具有最大可能信道秩(或者最大奇异矢量数目)的V矩阵。

在一些实施例中，每个站可以在反馈帧内包括所需时空流数目Nsts而不是提供Nss字段。例如站可以提供用于下文讨论的单用户通信和/或上文讨论的多用户通信的Nsts字段。时空流是指通过将空间与时间处理的组合应用于调制符号的一个或者多个空间流而创建的调制符号流。反馈帧包括用于二者的子字段，这些子字段如果反馈导向矩阵V用于单用户波束成形则指示优选Nsts或者V中的列数，或者如果反馈导向矩阵V用于多用户预编码则指示优选Nsts或者V中的列数。

图3的例子方法200描述由AP用来确定用于同时多站波束成形的导向矢量W₁、W₂、...W_K的空值空间矢量反馈。然而在一些例子中，AP例如在无与其它站的同时通信时将空值空间矢量用于单站波束成形。在这样的例子中，AP使用空值空间反馈Null(V)以计算导向矩阵V’并且使用该矩阵向特定站导向。AP可以使用诸多不同方式来确定V’。在一些例子中，AP将接收的空值导向矢量直接转换成测距矢量。如果V_null＝Null(V)是反馈的矢量——矢量将逐列正交，则AP根据下式确定测距矢量V’：

V’＝a(I-V_nullV_null*)W，(式7)

其中a是归一化因子，并且W可以是列数与导向的发送中的所需流数目相等的任何矩阵(列正交矩阵)，并且I是单位矩阵。一旦确定，AP使用V’作为单用户导向矩阵W_K。

空值空间转换可以实施于站或者AP。例如站可以将接收的测距矢量转换成向AP反馈的空值导向矢量。接收空值导向矢量的AP将它们转换成测距矢量。在其它实施例中，例如当AP接收反馈导向矢量V时，AP创建空值导向矢量。也就是说，对于式7，如果V_null是测距导向矢量而不是空值导向矢量，则表达式中的V’变成测距矢量V_null的空值导向矢量。

图6图示了提供另一技术的方法400，该技术用于空值导向矢量向测距导向矢量的空值空间转换以产生用于在AP与站之一之间的单站通信的导向矢量。尽管可以使用诸多转换技术，但是方法400应用至少部分由DLSDMA控制器19实施的Householder变换。在单站通信的背景中描述所示例子；然而在其它实施例中，技术可以用于与不同站的同时通信并且减少针对每个通信信道的潜在干扰。

在块402，AP使用信道矩阵H向站发送下行信道信号。在所示例子中，信道矩阵是具有3个空间流的3×4矩阵。在块404，在接收下行信道信号之后，站分解它自己的信道矩阵以获得它自己的导向矩阵V。在块406，站提取空值导向矢量V_null，该矢量在讨论的例子中是V矩阵的末列4×1。在块408，站压缩空值导向矢量V_null并且向AP反馈它。在块410，AP解压来自站的反馈空值导向矢量V_null(4×1)并且应用Householder矩阵转换以将空值空间信号转换成测距空间矢量该矢量在这一例子中代表导向矩阵V的前3列、即(4×3)。对于下行通信，AP使用确定的测距矢量作为导向矢量。单站通信无需空值导向矢量V_null。

下文描述用于确定如块401可以在根据V_null确定使得与V_null的乘积等于0、即时应用的Householder矩阵的一些例子技术，其中是的共轭转置。在讨论用于空值导向矢量转换的一些一般技术之前，讨论用于根据空值导向矢量4×1V_null确定矩阵的方法400。

AP接收空值导向矢量V_null并且将它设置成矢量x＝V_null，从而可以限定变换矢量v如下：

V＝x+sign(x(1))*norm(x)*e₁(式8)

其中e₁是矢量[10...0]。接着根据下式归一化矢量v：

v＝v/norm(v)(式9)

根据归一化的矢量v，AP根据下式确定Householder反射矩阵HR：

HR＝I_MT-2vv′　(式10)

其中I是单位矩阵，并且MT是用于AP的发送天线数目。矢量乘积HR’·x具有除了第一条目之外的全零条目，即对于4×3矩阵，Householder反射矩阵HR的第2列至末列与矢量x正交。利用正交性，确定AP将应用于与对应站通信的导向矩阵如下：

(式11)

其中导向矩阵是4×3矩阵。

更一般而言，块410可以实施以下过程以针对任何任意m×n矩阵根据空值导向矢量V_null确定导向矩阵

设置矢量A等于接收的V_null，A＝V_null其中[m，n]＝size(A)。然后例如应用Q＝eye(m)来确定长度为m的单位矢量Q。对于单站通信，以下表达式用来确定用于除了末列m之外的所有列的最小值，即k＝1:min(m-1，n)。限定矢量a_k如下：

a_k＝A(k:end，k)。(式12)

归零这一矢量以根据下式确定v_k：

v_k＝a_k+sign(a_k(1))·norm(a_k)·[1；zeros(m-k，1)]。(式13)

然后根据v_k限定Householder反射矩阵如下：

HR_k＝eye(m-k+1)-2v_k·v_k′/(v_k′·v_k)。(式14)

根据这一Householder反射矩阵确定如下矩阵：

Q_k＝[eye(k-1)zeros(k-1，m-k+1)；zeros(m-k+1，k-1)HR_k]；(式15)然后如通过Q＝Q*Q_k更新Q一样通过A＝Q_kA更新矢量A。然后设置导向矩阵如下：

(式16)

AP确认从而的所有列与V_null正交。

图7-10在几何上图示了针对任意矢量的空值导向矢量的Householder变换。矩阵P是P²＝P提供的投影矩阵，其中如果P也是Hermitian矩阵，那么P是正交投影矩阵。如图7中所示，可以通过使用P向span{V}的方向上并且向{v}null的方向上投影矢量x，其中两个矢量如图所示相互正交。一般而言，P满足以下条件：

$P=\frac{{\mathrm{vv}}^{*}}{v^{*}v}$ (式17)

如图8中所示，Householder反射矩阵HR(v)是用于在n-1维子空间span{v}null上反射x的单位矩阵。可以根据下式如按照上述那样确定HR(v)：

$\mathrm{HR}\left(v\right)x=x-2\mathrm{Px}=(I-2P)x=(I-2\frac{{\mathrm{vv}}^{*}}{v^{*}v})x$ (式18)

值是x和x的Householder反射矩阵HR(v)·x的中点。HR(v)·x是矩阵与矢量相乘。因此，为了获得x的空值空间矢量，反射矩阵HR(v)应当将x映射(投影)到e₁＝[1，0，...，0]的方向。在图9中旋转图8的所有矢量。也就是说，如图9中所示，从HR(v)的第2列到末列的列将与x正交、即将在x的空值空间中、因此产生以下表达式：

$\mathrm{HR}\left(v\right)x=\left[\begin{array}{c}{\left|\right|x\left|\right|}_2\\ 0\\ \·\\ \·\\ \·\\ 0\end{array}\right]$ (式19)

用于向基底方向上投影HR(v)x的适当v是：

v＝x-‖x‖₂e₁(式20)

对应地，如图10中所示，x和HR(v)·x的中点是在span{v}null的超平面中。矢量v被归一化并且用来推导HR(v)＝I-2vv’。在这一例子中，HR(v)·x映射到e₁中。然而在其它例子中，HR(v)·x可以映射到-e₁中，然后将改变符号如下：

v＝x+‖x‖₂e₁.(式21)

结果是v＝x+sign(x(1))·norm(x)·e₁，其中sign(x)＝x/abs(x)，其中图10图示了v的所得投影。

Householder反射矩阵用于QR分解。例如：

$A=\mathrm{QR}\⇔Q^{*}A=R.$

Q可以分解成系列Q_k：

Q_nQ_n-1…Q₁A＝R

其中

$Q_k=\left(\begin{array}{cc}I& 0\\ 0& H\left(v_k\right)\end{array}\right),$

其中I是(k-1)×(k-1)单位矩阵，并且HR(v_k)是维度为(n-k+1)的Householder反射矩阵。例子所得表达式如下：

其中QR分解所需要的浮点运算数目为：

$\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}4(m-k+1)(n-k+1)\≈{2\mathrm{mn}}^2-\frac{{2n}^2}{3}$ (式22)

其中n、m是A矩阵的维度大小、即A∈C^mxn。然而为了实现用于单个矢量的空值空间矢量，单个Householder变换足够了、即n＝1足够了，由此大大地减少QR分解计算。

可以利用硬件、执行固件指令的处理器、执行软件指令的处理器或者其任何组合来实施上文描述的各种块、操作和技术中的至少一些块、操作和技术。当利用执行软件或者固件指令的处理器来实施时，软件或者固件指令可以存储于任何计算机可读存储器中，比如磁盘、光盘或者其它存储介质上、RAM或者ROM或者闪存、处理器、硬盘驱动、光盘驱动、带驱动等中。类似地，可以经由任何已知或者所希望递送方法向用户或者系统递送软件或者固件指令，所述方法例如包括在计算机可读盘或者其它可传送计算机存储机制上或者经由通信介质。通信介质通常在调制的数据信号、比如载波或者其它传送机制中体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或者其它数据。术语“调制的数据信号”意味着如下信号，该信号的一个或者多个特性以对信号中的信息编码这样的方式来设置或者改变。举例而言而非限制，通信介质包括有线介质如有线网络或者直接接线连接以及无线介质如声学、射频、红外线和其它无线介质。因此可以经由诸如电话线、DSL线、有线电视线、光纤线、无线通信信道、因特网等通信信道向用户或者系统递送软件或者固件指令(这些通信信道视为与经由可传送的存储介质提供这样的软件的相同或者可互换)。软件或者固件指令可以包括在由处理器执行时使处理器执行各种动作的机器可读指令。

当在硬件中实施时，硬件可以包括分立部件、集成电路、专用集成电路(ASIC)等中的一项或者多项。

尽管已经参照旨在于仅为举例说明而非限制本发明的具体例子描述本发明，但是可以对公开的实施例进行改变、添加和/或删除而未脱离本发明的范围。例如在上文讨论的方法中的一个或者多个操作可以按不同顺序(或者并行)执行而仍然实现所希望结果。

Claims (7)

1.一种在通信网络中的方法，所述方法包括：

从多个客户站中的每个相应客户站接收与在接入点和所述相应客户站之间的相应多个输入多输出MIMO信道对应的相应反馈导向矩阵的相应压缩版本，其中所述反馈导向矩阵的每个压缩版本从在所述相应客户站处接收到的探测分组被确定；以及

使用所述反馈导向矩阵的所述多个压缩版本来生成多个导向矢量，所述多个客户站中的每个客户站具有一个导向矢量；

其中每个导向矢量用来经由所述接入点的多个天线并且通过所述MIMO信道中的对应MIMO信道向所述多个客户站中的对应接收器同时发送数据，其中每个导向矢量用来在所述多个MIMO信道中的不同MIMO信道上传达数据，并且其中将每个导向矢量生成为减少在对应MIMO信道上由在其它MIMO信道上同时的数据传输所引起的干扰。

2.根据权利要求1所述的方法，其中生成所述多个导向矢量包括并行生成所述多个导向矢量以便尝试最小化在每个MIMO信道处由所述在所述其它MIMO信道上同时的数据传输引起的干扰。

3.根据权利要求2所述的方法，其中：

每个导向矢量对应于不同空间流；并且

生成所述多个导向矢量还包括生成所述多个导向矢量以便最小化在每个空间流上由在每个其它空间流上的通信引起的干扰。

4.一种通信装置，所述装置包括：

导向矢量控制器，被配置成

从多个客户站接收与在接入点和所述多个客户站之间的相应多输入多输出MIMO信道对应的相应反馈导向矩阵，其中所述反馈导向矩阵的每个压缩版本从在所述相应客户站处接收到的探测分组被确定，并且

使用所述反馈导向矩阵的所述多个压缩版本生成多个导向矢量，所述多个客户站中的每个客户站具有一个导向矢量，

其中每个导向矢量用来经由所述接入点的多个天线并且通过所述MIMO信道中的对应一个MIMO信道向所述多个客户站中的对应一个客户站同时发送数据，

其中每个导向矢量用于在所述多个MIMO信道中的不同MIMO信道上传达数据，并且

其中将每个导向矢量生成为减少在对应MIMO信道上由在其它MIMO信道上同时的数据传输引起的干扰。

5.根据权利要求4所述的通信装置，还包括：空间映射单元，被配置成：

将每个所述导向矢量应用于符号矢量以生成多个乘积矢量，其中所述每个符号矢量对应于数据到不同多个空间流的映射，并且

组合所述多个乘积矢量中的至少一些乘积矢量，以生成将经由所述多个天线发送的组合矢量。

6.根据权利要求4所述的通信装置，其中所述导向矢量控制器用于并行生成所述导向矢量以便尝试最小化在每个MIMO信道处由所述在所述其它MIMO信道上同时的数据传输引起的干扰。

7.根据权利要求4所述的通信装置，其中：

每个导向矢量对应于不同空间流；并且

所述导向矢量控制器用于生成所述导向矢量以便最小化在每个空间流上由在每个其它空间流上的通信引起的干扰。