CN103188007A - 自适应发送波束成形 - Google Patents

Abstract

本文涉及自适应发送波束成形。描述了一种用于从几种不同功率限制中选择一种来标准化复波束权重组的方法和设备的实施方式。具体地，该方法和设备的实施方式基于用来对被复波束权重组加权了的发送信号所承载的信息进行编码的码率，来选择功率限制。功率限制的适当选择可以改善接收器处的解码后的发送信号的比特误码率（BER）或误块率（BLER）。

Description

自适应发送波束成形

技术领域

本申请总体涉及波束成形（beamforming），更具体地，涉及自适应发送波束成形。

背景技术

发送波束成形是一种信号处理技术，这种技术在发送器上采用两个以上的天线来增加接收器处的信号与干扰加噪声比（SINR），从而增加从发送器到接收器通信的数据比例。发送波束成形的基本操作是从两个以上天线的每一个中发送相同的信号至接收器。但不同的波束权重（或波束权重组）被应用于从每个天线发送的信号。

为提高接收器处的SINR，不同的波束权重（或波束权重组）的值并非随意选择的。相反，它们是根据在发送器和接收器之间传输信号的无线信道的相关知识确定的。一旦确定下来，不同波束权重（或波束权重组）可被标准化（归一化）以确保发送器的固定总发送功率。但这种标准化可通过几种不同的方式进行（根据不同的功率限制）且，基于采用的方法，发送至并在接收器上解码的数据的比特误码率（BER）或误块率（BLER）也有所不同。

因此，需要一种如何选择标准化技术来标准化不同波束权重（或波束权重组）的方法和设备，以改善接收器处解码的数据的BER或BLER。

发明内容

（1）一种波束成形器，包括：权重计算器，被配置为基于发送器处的M个天线与接收器处的一个天线之间的估计信道来确定M个权重组，其中，所述M个权重组中的每一个对应于所述发送器处的M个天线中的不同的一个，并被用于对用来从所述发送器处的M个天线中的与所述权重组对应的不同的一个发送的F个源符号进行加权；以及，标准化器，被配置为在功率限制下标准化所述M个权重组，所述功率限制是基于用来对映射至所述F个源符号的信息进行编码的码率来确定的。

（2）根据（1）所述的波束成形器，其中，所述标准化器被配置为当所述码率低于阈值时，在每符号每天线（PSPA）功率限制下标准化所述M个权重组，以及所述标准化器被配置为当所述码率高于所述阈值时，在每音调每天线（PTPA）功率限制下标准化所述M个权重组。

（3）根据（2）所述的波束成形器，其中，所述阈值是基于所述估计信道的信噪比、频率选择性和/或延迟扩展中的至少一个来确定的。

（4）根据（1）所述的波束成形器，其中，所述标准化器被配置为当所述码率低于阈值时，在每符号（PS）功率限制下标准化所述M个权重组，以及，所述标准化器被配置为当所述码率高于所述阈值时，在每音调（PT）功率限制下标准化所述M个权重组。

（5）根据（4）所述的波束成形器，其中，所述阈值是基于所述估计信道的信噪比、频率选择性和/或延迟扩展中的至少一个来确定的。

（6）根据（1）所述的波束成形器，其中，所述码率是自适应的。

（7）根据（1）所述的波束成形器，其中，所述接收器处的天线为虚拟化天线。

（8）根据（1）所述的波束成形器，其中，所述发送器位于用户装置处，且所述接收器位于基站处。

（9）根据（8）所述的波束成形器，其中，所述用户装置和所述基站被配置为根据电气与电子工程师学会802.16e标准和第三代合作伙伴计划长期演进技术标准中的至少一个来运行。

（10）一种方法，包括：基于发送器处的M个天线与接收器处的一个天线之间的估计信道来确定M个权重组，其中，所述M个权重组中的每一个对应于所述发送器处的M个天线中的不同的一个，并被用于对用来从所述发送器处的M个天线中的与所述权重组对应的不同的一个发送的F个源符号进行加权；在功率限制下标准化所述M个权重组，所述功率限制是基于用来对映射至所述F个源符号的信息进行编码的码率来确定的。

（11）根据（10）所述的方法，其中，标准化所述M个权重组进一步包括：当所述码率低于阈值时，在每符号每天线（PSPA）功率限制下标准化所述M个权重组；以及当所述码率高于所述阈值时，在每音调每天线（PTPA）功率限制下标准化M个权重组。

（12）根据（11）所述的方法，进一步包括：基于所述估计信道的信噪比、频率选择性和/或延迟扩展中的至少一个来确定所述阈值。

（13）根据（10）所述的方法，其中，标准化所述M个权重组进一步包括：当所述码率低于阈值时，在每符号（PS）功率限制下标准化所述M个权重组；以及，当所述码率高于所述阈值时，在每音调（PT）功率限制下标准化所述M个权重组。

（14）根据（13）所述的方法，进一步包括：基于所述估计信道的信噪比、频率选择性和/或延迟扩展中的至少一个来确定所述阈值。

（15）根据（10）所述的方法，其中，所述码率是自适应的。

（16）根据（10）所述的方法，其中，所述接收器处的天线是虚拟化天线。

（17）根据（10）所述的方法，其中，所述发送器位于用户装置处，且所述接收器位于基站处。

（18）根据（17）所述的方法，其中，所述用户装置和所述基站被配置为根据电气与电子工程师学会802.16e标准和第3代合作伙伴计划长期演进技术标准中的至少一个来运行。

附图说明

结合于本文中并构成本说明书的一部分的附图示出了本发明，并且与说明书一起用于进一步解释本发明的原理，并使本领域的技术人员能够做出并使用本发明。

图1示出可实施本发明实施方式的示例性无线通信系统。

图2示出根据本发明实施方式的示例性发送器。

图3示出根据本发明实施方式的示例性波束成形器。

图4示出根据本发明实施方式的示例性方法的流程图，该方法用于当总发送功率无法在发送器处的发送天线中以可变比例分享时将波束成形权重标准化。

图5示出根据本发明实施方式的示例性方法的流程图，该方法用于当总发送功率能够在发送器处的发送天线中以可变比例分享时将波束成形权重标准化。

图6示出可用来实施本发明的各方面的实例计算机系统。

将参考附图描述本发明。元件首次出现的附图一般由相应参考标号中的最左边的数字表示。

具体实施方式

在下文中，为便于完全理解本发明，阐述了许多具体细节。然而，对本领域技术人员而言显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践包括结构、系统和方法的本发明。本文中的描述和表示型态是由本领域的有经验的或熟练的技术人员所使用的一般手段，以便将其工作的本质最有效地传达给本领域的其他技术人员。在其他情况下，为避免对本发明的各方面造成不必要的混淆，并未详细描述众所周知的方法、程序、部件和电路。

本说明书中提及的“一个实施方式”“实施方式”“示例性实施方式”等表示所说明的实施方式可以包括特定特征、结构或特性，但并非每个实施方式都必须包括特定特征、结构或特性。此外，这些短语并不一定指代同一个实施方式。另外，当结合实施方式说明特定特征、结构或特性时，应指出本领域的技术人员可将这些特征、结构或特性与无论本发明是否明确说明的其他实施方式结合起来。

本文结合终端描述了各个方面，该终端也可被称为例如用户单元、用户站、移动站、移动装置、远程站、远程终端、访问终端、用户终端、用户装置或用户设备。

1.综述

本文说明的本发明的各个实施方式适用于多载波通信系统，更为具体地，适用于正交频分复用（OFDM）通信系统。为了有助于更好地理解以下各部分说明的各个实施方式，本文首先回顾了OFDM传输和应用于OFDM传输的波束成形的基本原理。

通常，OFDM是一种通过F个正交音调（或子载波）发送数据的多载波通信方案。发送前，数据被映射至被称为源符号的一系列复符号（例如，QAM或QPSK符号），并被分为F个并行符号流。F个并行符号流被视为处于频域中，并被用作将其转换至时域的快速傅里叶逆变换（IFFT）块的输入。IFFT块一次性具体吸收F个源符号，每一个均来自F个并行符号流中的每一个，并且IFFT块使用每个源符号来调制与F个正交音调相应的F个正弦函数中的不同的一个的振幅和相位。IFFT块的输出为表示F个正交音调的总和的F个时域样本。F个时域样本形成单个OFDM符号。在一些额外处理和上变频之后，通过使用天线在信道上将由IFFT块提供的OFDM符号（和其他符号）发送至OFDM接收器。

为了在OFDM发送器上进行波束成形，相同的OFDM符号从两个以上的天线上发送。然而，在它们被发送之前，不同的波束权重组被应用于OFDM符号。更具体地，两个以上的天线的每个天线具有专用的IFFT块（或时间多工IFFT块的专用时间片段），且每个IFFT块接收相同的F个源符号以生成OFDM符号。然而，在各IFFT块接收相同的F个源符号之前，波束成形器会将不同的波束权重组应用于各个副本（copy）。波束权重组包括F个复权重，并且被波束成形器用来调节F个源符号的相应幅值和相位，F个源符号的每个符号均对应于一个复权重。

为了使用发送波束成形改善预定接收器处的SINR，基于被用来在发送器和接收器之间传送信号的无线信道的知识，来确定不同波束权重组的值。一旦确定下来，不同的波束权重组可被标准化以确保来自OFDM发送器的固定总发送功率。然而，这种标准化可通过几种不同的方式进行（根据不同的功率限制），并且，根据所使用的标准化的方法，发送至接收器并在接收器处解码的数据的比特误码率（BER）或误块率（BLER）也有所不同。

本发明致力于一种将不同的波束权重组标准化以提高发送至接收器并在接收器处解码的数据的BER或BLER的方法和设备。在详细说明该方法和设备之前，下文首先讨论了一种可实施本发明实施方式的示例性操作环境。

2.实例操作环境

图1示出了可实施本发明实施方式的示例性无线通信系统100。如图1所示，示例性无线通信系统100包括被配置为使用无线网络技术彼此通信的移动站101（例如移动电话、手提电脑、寻呼机等）和基站103。例如，移动站101和基站103可采用下列无线网络技术之一彼此通信：长期演进技术（LTE）、电气与电子工程师学会（IEEE）802.16e（WiMAX）以及IEEE 802.11（Wi-Fi）。

在操作中，基站103通常被配置为用作接入点以通过在移动站101和有线网络之间中继数据而将移动站101连接至有线网络（未示出）。为了提高基站103处的SINR，由此提高数据可被传送至基站103的比率（速率），移动站101包括多个天线105-1至105-M，并且其利用这些天线来执行发送波束成形。移动站101具体地通过从每个天线105-1至105-M发送相同的发送信号来执行发送波束成形，尽管不同的波束权重组应用于从每个天线发送的信号。

不同的波束权重组是基于在两个基站之间传送发送信号的无线信道的知识来确定的。移动站101可利用例如通过基站103（假设一种时分复用（TDD）系统，其中，被用于在两个站之间发送和接收信息的信道是交互的）发送至其的已知训练序列（例如导字符或导频音形式），或通过使用来自基站103的包含关于信道的信息的显式反馈（explicit feedback），来获取关于无线信道的信息。无线信道可表示为N×M信道矩阵H[f]，其中，N为基站103处的天线的数量，M为移动站101处的天线的数量。

如果信道矩阵H[f]的完整知识在移动站101获得，并且在移动站可用，则可通过在信道矩阵上进行奇异值分解来确定不同的波束权重（或波束权重组）。然而，通常，仅信道矩阵H[f]的部分知识在移动站101处获得并且在基站处可用。例如，基站103可通过仅使用一根可用天线或通过使用利用N根可用天线的循环延迟分集（CDD）来发送训练序列。

如果基站103只使用诸如图1所示的天线107-i的一根天线，来发送已知的训练序列，则移动站101可确定M×1信道矢量，其中，M×1信道矢量的每个值均对应于移动站101上的M个天线中的每个不同的天线与发送训练序列的基站103上的天线107-i之间的频率响应。如果训练序列是使用来自在基站103可用的N个天线（未示出）的CDD进行发送的，移动站101可类似地确定M×1信道矢量。然而，在该情况下，M×1信道矢量的每一值均对应于移动站101上的M个天线中的不同的一个天线与从中发送训练序列的基站103上的虚拟化天线（使用CDD形成）之间的频率响应。因此，采用任一方法，移动站101均获得M×1信道矢量。

M×1信道矢量可被表示为：

其中，

至

分别表示移动站101上的M个天线中的不同的一个天线与基站103上的天线107-i或虚拟化天线之间的频率响应。

现在参考图2，根据本发明的实施方式，示出了可在移动站101中实施的实例发送器200。发送器200使用上述OFDM编码方案，用于在大量正交音调（orthogonal tone）上发送数据。

在操作中，编码器201接收待发送的输入信息比特流（例如语音、视频或任何其他应用程序或程序特定信息比特流）。编码器201将冗余数据添加至输入信息比特流，以产生编码比特流。该冗余数据为输入信息比特流的原始比特的函数，并允许接收系统可以检测并校正由来自信道和接收系统的恶化引起的错误。发送的有用信息（即，非冗余数据）的总量一般是由码率k/n限定；对于有用信息的每k个比特（即，输入信息比特流的原始比特），生成了数据的n个比特。编码器201可采用例如低密度奇偶校验（LDPC）编码或turbo编码来对输入数据流进行编码。

在编码后，交织器203重新排列编码比特流，以产生交织的编码比特流。重新排列编码比特流缓和由于在编码数据流上“扩展（spreading）”错误而在发送和接收过程中出现的脉冲错误的影响。

调制映射器205通过使用各种不同的数字调制技术（包括正交音调幅（QAM）和正交相移键控（QPSK））中的任一技术，随后将交织编码比特流的比特聚集成组，并将这些组映射成一系列被称为源符号的复符号（complex symbol）。各组中的比特数量表示所采用的数字调制技术的星座大小（constellation size）。例如，如果形成六比特的组，则该数字调制方案的星座至少包括2⁶或64个不同的复符号。

星座大小和码率（分别被调制映射器205和编码器201使用）中的一个或多个可在发送器200中固定，或可选地由自适应调制和编码器（AMC）221进行自适应地更新。一般情况下，AMC 221被配置为基于来自预定接收器（在此情况中为基站103）的反馈，自适应地改变由调制映射器205使用的星座大小和/或由编码器201使用的码率。反馈可提供被用于将信息传送至基站103的信道的质量（例如信道支持的数据率）的一些测量。例如，如果信道的质量得到改善，则AMC 221便可增大由映射器（mapper）205使用的星座大小中的一个或多个和/或提高编码器201使用的码率。同样地，如果信道的质量恶化，则AMC 221便可减小映射器205使用的星座大小中的一个或多个和/或降低由编码器201使用的码率。

此时忽略波束成形器207，由调制映射器205提供的源符号的串行流接下来可被S/P模块211接收。S/P模块211将源符号的串行流分成F个并行符号流。F个并行符号流被视为处于频域中，并被用作将它们变换至时域的一系列快速傅里叶逆变换（IFFT）块213-1至213-M的输入（或用作时分复用的一个IFFT块的输入）。换言之，IFFT块213-1至213-M的每一个均接收相同的F个并行符号流的副本（copy）。IFFT块213-1至213-M一次性吸收F个源符号（图2中被标记为x[0]-x[F-1]），每个源符号来自于F个并行符号流中的每一个，并使用F个符号中的每一个来调制F个正交正弦函数（被称为音调）的不同的一个的振幅和相位。每个IFFT块提供F个时域样本（图2中被标记为y[0]-y[F-1]）作为输出，该输出表示分别被F个符号调制后的F个正交正弦函数的总和。来自每个IFFT块的F个时域样本形成单个OFDM符号，并分别被P/S模块215-1至215-M连续化（serialize），被TX RF模块217-1至217-M上变频至载波频率，并被天线105-1至105-M发送。

现在考虑波束成形器207，OFDM符号在被天线105-1至105-M发送之前，波束成形器207将不同的波束权重组应用于OFDM符号。更为具体地，在各IFFT块213-1至213-M接收来自S/P模块211的相同的F个源符号之前，波束成形器207对每个副本应用不同的波束权重组。波束权重组包括F个复权重（每个复权重对应于F个源符号中的每一个），并被波束成形器207用来调节F个源符号的各自幅值和相位。例如，波束成形器207将波束权重组w₀[0]-w₀[F-1]分别应用于IFFT块213-1接收到的F个源符号x[0]-x[F-1]。同样地，波束成形器207将波束权重组w₁[0]-w₁[F-1]分别应用于IFFT块213-2接收到的F个源符号x[0]-x[F-1]。权重为复值。

为了采用发送波束成形来改善基站103（即预定的接收器）的SINR，应基于被用于在无线发送器200和基站103之间传送发送信号的无线信道的知识，来确定不同的波束权重组（w₀[0]-w_M-1[F-1]，其中f=0,1，…,F-1）的值。信道估计器209被配置为通过使用利用例如基站103（假设为时分复用（TDD）系统，其中，用于在两个站之间发送和接收信息的信道是交互的）向其发送的已知训练序列（例如导字符或导频音形式）或利用来自基站103的包含信道信息的显式反馈，获取关于无线信道的信息。接收到的训练序列和/或显式反馈在图2中被表示为信道状态信息。

在实施方式中，基站103通过一根可用天线或通过利用N根可用天线的循环延迟分集（CDD）来将训练序列发送至无线发送器200，并且信道估计器209可根据该训练序列来确定M×1信道矢量。M×1信道矢量表示在上述等式（1）中并可被重写为：

其中，至

均表示，发送器200上的M个天线105-1至105-M中的各不同天线与基站103上的天线或虚拟化天线之间的频率响应。然后，基于该M×1信道矢量，波束成形器207可确定不同的波束权重组（w₀[f]-w_M-1[f]，其中，f=0,1,…,F-1）。更具体地，并且在至少一个实施方式中，波束成形器207将确定波束权重组w₀[f]等于

的复共轭、波束权重组w₁[f]等于

的复共轭、波束权重组w₂[f]等于

的复共轭、等。

不考虑获得复权重组w₀[f]至w_M-1[f]的具体方法，复权重组可被标准化以确保来自移动站101的固定总发送功率。然而，这种标准化可通过几种不同的方式进行（根据不同的功率限制），并且基于所使用的标准化的方法，基站103上的解码比特流的比特误码率（BER）或误块率（BLER）也有所不同。

以下部分所说明的是不同的标准化技术以及用于选择这些标准化技术之一的方法和设备，以提高基站103（即预定接收器）上的解码比特流的BER或BLER。

3.标准化

3.1发送天线间的功率分享

假设在天线105-1至105-M之间可以以不同比例分享无线发送器200的固定总发送功率，则复权重组w₀[f]至w_M-1[f]（其中f=0,1,…,F-1）可在两种不同的功率限制下进行标准化：（1）每符号（PS：per-symbol）功率限制；以及（2）每音调（PT：per-tone）功率限制。

在PS功率限制下，复权重组w₀[f]至w_M-1[f]被标准化为使得从天线105-1至105-M发送的OFDM符号的音调的平均功率被限制为常量。同样重要的是，在PS功率限制下，复权重组w₀[f]至w_M-1[f]被标准化为使得从天线105-1至105-M中的任一天线发送的OFDM符号的音调的平均功率不（需要）被限制为常量，或天线105-1至105-M中的任何天线发送的OFDM符号的任何音调的平均功率也不（需要）被限制为常量。PS功率限制下标准化的复权重组w₀[f]至w_M-1[f]可被表示为，例如下列矢量W[f]：

$W\left[f\right]=\left[\begin{array}{c}{w}_0\left[f\right]\\ .\\ .\\ .\\ w_{M-1}\left[f\right]\end{array}\right]=\sqrt{F}=\frac{{\tilde{h}}^{*}\left[f\right]}{\sqrt{{\mathrm{\Σ}}_{f=0}^F{\left|\right|\tilde{h}\left[f\right]\left|\right|}^2}},f=\mathrm{0,1},...,F-1---\left(\text{2}\right)$

如此，可满足PS功率限制的下列表达式：

$\underset{f=0}{\overset{F-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|\right|W\left[f\right]\left|\right|}^2=F---\left(3\right)$

其中，W[f]为由复权重组组成的矢量，被表示为W^T[f]＝[w₀[f] w₁[f]…w_M-1[f]]，

为等式1中表示的M×1信道矢量（此处，使用的示例性复共轭仅为非标准化波束权重组），F为OFDM符号中的音调数量。

在PT功率限制下，复权重组w₀[f]至w_M-1[f]被标准化为使得从天线105-1至105-M中的任一天线发送的OFDM符号的各音调的功率被限制为常量。同样重要的是，在PT功率限制下，复权重组w₀[f]至w_M-1[f]被标准化为使得从天线105-1至105-N中的任一天线发送的OFDM符号的音调的平均功率不（需要）被限制为常量。PT功率限制下标准化的复权重组w₀[f]至w_M-1[f]可被表示为例如下列矢量W[f]：

$W\left[f\right]=\left[\begin{array}{c}{w}_0\left[f\right]\\ .\\ .\\ .\\ w_{M-1}\left[f\right]\end{array}\right]=\sqrt{F}=\frac{{\tilde{h}}^{*}\left[f\right]}{{\left|\right|\tilde{h}\left[f\right]\left|\right|}^2},f=\mathrm{0,1},...,F-1---\left(\text{4}\right)$

如此，可满足PT功率限制的下列表达式：

‖W[f]‖²=1                   （5）

其中，W[f]为由复权重组组成的矢量，被表示为W^T[f]＝[w₀[f] w₁[f]…w_M-1[f]]，

为等式1中表示的M×1信道矢量（这里，使用的示例性复共轭仅为非标准化的波束权重组），F为OFDM符号中的音调数量。

3.2发送天线间的无功率分享

假设天线105-1至105-M之间不能以各种比例分享无线发送器200的固定总发送功率（即，各天线被限制为在无线发送器200上可用的固定比例的发送功率），复权重组w₀[f]至w_M-1[f]（其中，f=0,1,…,F-1）可在两种不同功率限制下进行标准化：（1）每符号、每天线（PSPA）功率限制；以及（2）每音调、每天线（PTPA）功率限制。

在PSPA功率限制下，复权重组w₀[f]至w_M-1[f]被标准化为使得从天线105-1至105-M中的任一天线发送的OFDM符号的音调的平均功率被限制为常量。同样重要的是，在PSPA功率限制下，复权重组w₀[f]至w_M-1[f]被标准化为使得从天线105-1至105-M中的至少一天线发送的OFDM符号的音调的功率不（需要）被限制为常量。PSPA功率限制下标准化的复权重组w₀[f]至w_M-1[f]可例如被表示为下列矢量W[f]：

$W\left[f\right]=\left[\begin{array}{c}{w}_0\left[f\right]\\ .\\ .\\ .\\ w_{M-1}\left[f\right]\end{array}\right]=\sqrt{\frac{F}{M}}{\tilde{h}}^{*}\left[f\right]R,f=\mathrm{0,1},...,F-1---\left(\text{6}\right)$

如此，可满足PSPA功率限制的下列表达式：

$\underset{f=0}{\overset{F-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|\right|W\left[f\right]\left|\right|}^2=\frac{F}{M},m=1,...,M---\left(7\right)$

其中，W[f]为由复权重组组成的矢量并被表示为W^T[f]＝[w₀[f] w₁[f]…w_M-1[f]]，

为等式1中表示的M×1信道矢量（此处使用的示例性复共轭仅为非标准化波束权重组），F是OFDM符号中的音调数量，R为MxM矩阵，其第m个对角元素被表示为：

$r_m=\frac{1}{\sqrt{{\mathrm{\Σ}}_{f=0}^{F-1}{\left|\right|{\tilde{h}}_m\left[f\right]\left|\right|}^2}}---\left(8\right)$

在PTPA功率限制下，复权重组w₀[f]至w_M-1[f]被标准化为使得从天线105-1至105-M发送的OFDM符号的每个音调的功率被限制为常量。PSPA功率限制下标准化的复权重组w₀[f]至w_M-1[f]例如可被表示为下列矢量W[f]：

$W\left[f\right]=\left[\begin{array}{c}{w}_0\left[f\right]\\ .\\ .\\ .\\ w_{M-1}\left[f\right]\end{array}\right]=\sqrt{\frac{1}{M}}{\tilde{h}}^{*}\left[f\right]R,f=\mathrm{0,1},...,F-1---\left(\text{9}\right)$

使得可满足PTPA功率限制的下列表达式：

|W_m[f]|²=1,m=1,…,M      （10）

其中，W[f]为由复权重组组成的矢量，并被表示为W^T[f]＝[w₀[f] w₁[f]…w_M-1[f]]，

为等式1中表示的M×1信道矢量（此处，为了示例性的目的，其复共轭仅被用作非标准化的波束权重组），F为OFDM符号中的音调数量，R为MxM矩阵，其第m个对角元素被表示为：

$r_m=\frac{1}{\left|w_m\right[f\left]\right|}---\left(11\right)$

下文讨论用于基于被用于对信息（无线发送器200发送的OFDM符号的音调所携带的信息）进行编码的码率来选择上述四种不同功率限制（即PS、PT、PSPA和PTPA功率限制）之一的设备和方法，其中，在这四种功率限制下，复权重组w₀[f]至w_M-1[f]被标准化。更具体地，该设备和方法基于码率选择要使用的功率限制，使得以这种方式改善基站103上的解码后的发送信号的比特误码率（BER）。在采用AMC 221使码率为自适应的情况下，还可通过使用下述设备和方法使所采用的不同功率限制为自适应。

应注意，为了提高数据被发送至预定接收器的数据比例，下述设备和方法除了可用在移动站101和发送器200中以外，还可应用在包含多个发送天线的其他设备中。例如，可在基站103中实施该方法和设备以提高基站将数据发送至移动站101的比率。

4.实例设备

现参考图3，示出了波束成形器207的示例性实施方式。波束成形器207具体地包括权重计算器和标准化器（权重计算器/标准化器）301以及复乘法器（complex multiplier）303。

在操作中，权重计算器/标准化器301被配置为确定波束权重组w₀[f]至w_M-1[f]，并在不同功率限制下将其标准化，以确保来自发送器200的固定总发送功率。例如，在一个实施方式中，权重计算器/标准化器301可确定非标准化波束权重为上述等式1中表达的M×1信道矢量的复共轭。基于码率（即，用来对由OFDM符号的音调所携带的信息进行编码的码率），来确定由权重计算器/标准化器301使用的特定功率限制，使得以此方式提高基站103处的解码后的发送信号的BER和BLER。

在一个实施方式中，假设在天线105-1至105-M之间可按某一可变比例分享发送器200的固定总发送功率，则当码率低于阈值时，权重计算器/标准化器301在每符号（PS）功率限制下对复权重组w₀[f]至w_M-1[f]进行标准化，当码率高于阈值时，在每音调（PT）功率限制下进行标准化。上文描述了PS功率限制和PT功率限制。

在另一实施方式中，假设在天线105-1至105-M之间不能以某种可变比例分享发送器200的固定总发送功率（即，各天线被限制为采用发送器200上可用发送功率的固定比例），则在当码率低于阈值时，权重计算器/标准化器301在每符号、每天线（PSPA）功率限制下对复权重组w₀[f]至w_M-1[f]进行标准化，当码率高于阈值时，以每音调、每天线（PTPA）功率限制来进行标准化。上文描述了PSPA功率限制和PTPA功率限制。

一般来说，阈值的确定可基于例如用来确定F个复符号流x[0]至x[F-1]的星座的阶数（order），和/或源符号调制OFDM符号的音调的比率（被称为源符号率），和/或用于将发送信号从发送器200传送至基站103的信道的当前状况（例如，预期的噪声和干扰电平）。

在复权重组w₀[f]至w_M-1[f]通过权重计算器/标准化器301被标准化之后，复乘法器303被配置为用复符号的流x[f]（其中，f=0,1,…,F-1）乘以标准化的复权重组w₀[f]至w_M-1[f]中的每一个。

应注意，图3中所示的波束成形器207的示例性实施还可在除图2所示的发送器200以外的其他发送器中实施。此外，应注意，除通过采用诸如图3所示的复乘法器303之类的复乘法器外，还可通过其他方式将标准化复权重组w₀[f]至w_M-1[f]应用到OFDM符号的音调。

5.实例方法

图4描述了根据本发明实施方式的方法的流程图400，该方法用于当在发送器上的发送天线之间不能以某一可变比例分享总发送功率时将复权重组标准化。流程图400中的方法可由上文参考图2和图3描述的波束成形器207来实现。然而，应注意的是，该方法也可通过其他系统以及部件来实施。还应注意的是，流程图400中的一些步骤并非一定按图4所示的顺序进行。

流程图400的方法在步骤405处开始，再转换到步骤410。在步骤410中，基于诸如图2所示的发送器200之类的发送器上的M个天线与预定接收器上的至少一根天线之间的估计信道，确定M个复权重组。M个复权重组被确定并被用来在发送器处进行发送波束成形，以便提高接收器上的SINR。

在步骤415中，用来对发送信号的符号所携带的信息进行编码的码率（code rate）与阈值进行了比较。一般来说，阈值的确定可基于，例如，用来调制发送信号所携带的源符号的星座的阶数，和/或源符号调制OFDM符号的音调的比率（称为源符号率），和/或将发送信号从发送器传输至预定接收器的信道的现状（例如预期的噪声和干扰电平），将信号从发送器传输至预定接收器的信道的频率选择性（例如，通过在OFDM符号中的内嵌导频符号上进行音调相关而获得），和/或将发送信号从发送器传输至预定接收器的信道的延迟扩展（例如，通过测量信道的功率延迟分布而获得）。

在步骤415，假设码率小于阈值，流程图400便转换至步骤420。在步骤420，复权重组在每符号、每天线（PSPA）功率限制下被标准化。上文描述了PSPA功率限制。

在步骤415，假设码率大于阈值，流程图400便转换至步骤425。在步骤425，若码率高于阈值，则复权重组在每天线（PSPA）功率限制下被标准化。上文描述了PTPA功率限制。

图5示出了根据本发明实施方式的方法的流程图500，该方法用于当发送器上的发送天线之间可按某可变比例分享总发送功率时，标准化波束权重组。流程图500中的方法可由参考图2和3说明的波束成形器207来实现。但应指出的是，此方法也可由其他系统和部件来实现。还应指出的是，流程图500中的某些步骤并不一定要按照图5所示的顺序。

流程图500中的方法开始于步骤505，再转换到步骤510。在步骤510，基于诸如图2所示的发送器200之类的发送器上的M天线与预定接收器上至少一根天线之间的估计信道，来确定M个复权重组。M个复权重组被确定并被用来在发送器处进行发送波束成形，以提高接收器处的SINR。

在步骤515，用来对发送信号的符号所携带的信息进行编码的码率与阈值进行了比较。一般来说，阈值的确定可基于，例如，用来调制发送信号所携带的源符号的星座（constellation，群集）的阶数，和/或源符号调制OFDM符号的音调的比率（称为源符号率），和/或将发送信号从发送器传输至预定接收器的信道的现状（例如，预期的噪声和干扰电平），和/或将信号从发送器传输至预定接收器的信道的频率选择性（例如，通过在OFDM符号中的内嵌导频符号上进行音调相关而获得），和/或将发送信号从发送器传输至预定接收器的信道的延迟扩展（例如，通过测量信道的功率延迟分布而获得）。

在步骤515，假设码率小于阈值，流程图500便转换至步骤520。在步骤520，复权重组在每符号（PS）功率限制下被标准化。上文描述了PS功率限制。

在步骤515，假设码率大于阈值，流程图500便转换至步骤525。在步骤525，若码率高于阈值，复权重组便在每天线（PT）功率限制下进行标准化。上文描述了PT功率限制。

6.实例计算机系统实现方式

对相关领域技术人员而言显而易见的是，本文描述的本发明的各种元件和特征可实现为采用模拟和/或数字电路的硬件、通过由一个或多个通用或专用处理器执行指令的软件或软硬件的组合。

考虑到完整性，以下说明了通用计算机系统。本发明的实施方式可实现为硬件、或软硬件的组合。因此，本发明的实施方式可在计算机系统或其他处理系统中执行。图6示出了这样的计算机系统600的实例。除DAC和TX RF模块217-1至217-N外，图2和3所示的所有模块（例如编码器201、交织器203、调制映射器205、波束成形器207等）均可在一个或多个不同的计算机系统600中执行。此外，图4和图5所示的流程图中的各步骤均可在一个或多个不同的计算机系统600中实施。

计算机系统600包括一个或多个处理器，诸如处理器604。处理器604可以是专用或通用数字信号处理器。处理器604连接至通信基础设施602（例如总线或网络）。关于此示例性计算机系统描述了各种软件实现方式。阅读此描述后，对相关领域技术人员而言，如何采用其他计算机系统和/或计算机结构来实施本发明将变得显而易见。

计算机系统600还包括主存储器606，优选为随机存取存储器（RAM），也可包括辅助存储器608。辅助存储器608可包括，例如硬盘驱动器610和/或代表软盘驱动器、磁带驱动器、光盘驱动器等的可移动存储驱动器612。可移动存储驱动器612采用已知方式从可移动存储单元616中读取和/或写入可移动存储单元616。可移动存储单元616表示由移动存储驱动器612读取和写入的软盘、磁带、光盘等。正如相关领域技术人员理解的那样，可移动存储单元616包括存储计算机软件和/或数据的计算机可用存储介质。

在替代性实现方式中，辅助存储器608可包括允许计算机程序或其他指令被加载到计算机系统600的其他类似方式。这些方式可包括，例如，可移动存储单元618和接口614。这些方式的实例可包括程序盒以及盒式接口（诸如视频游戏设备中应用的）、可移动存储芯片（诸如EPROM或PROM）及关联插口、拇指驱动器及USB接口以及允许软件和数据从可移动存储单元618传输至计算机系统600的其他可移动存储单元618和接口614。

计算机系统600也可包括通信接口620。通信接口620允许软件和数据在计算机系统600和外部设备之间传输。通信接口620的实例可包括调制解调器、网络接口（诸如以太网卡）、通信端口、PCMCIA插槽和卡等。通过通信接口620传输的软件和数据可以是电子、电磁、光信号或可由通信接口620接收的其他信号。这些信号是通过通信路径622提供至通信接口620的。通信路径622运载信号且可采用有线或线缆、光纤、电话线、手机链接、RF链路以及其他通信信道来实现。

本文采用的术语“计算机程序介质”“计算机可读介质”一般用来指代有形存储介质，诸如可移动存储单元616和618或硬盘驱动器610上安装的硬盘。这些计算机程序产品是用于向计算机系统600提供软件的手段。

计算机程序（也称为计算机控制逻辑）存储在主存储器606和/或辅助存储器608中。也可通过通信接口620接收计算机程序。执行这样的计算机程序可让计算机系统600实施文中所述的本发明。更为具体地，执行这样的计算机程序可让处理器604实施本发明的处理，例如按文中所述的任何方法。相应地，这样的计算机程序代表了计算机系统600的控制器。若本发明采用软件来实施，则此软件可存储在计算机程序产品中并可通过移动存储驱动器612、接口614或通信接口620加载到计算机系统600。

在另一实施方式中，本发明的特征可主要以硬件实施，例如，使用诸如专用集成电路（ASIC）和门阵列之类的硬件部件。执行文中所述的功能的硬件状态机的实现方式对相关领域技术人员而言也是显而易见的。

7.总结

以上借助于示出具体功能和相关关系的实现方式的结构功能块，对本发明进行了描述。为方便说明，这些结构功能块的界限是随意定义的。只要能实现具体功能和相关关系，可定义替代性界限。

此外，尽管以上描述了各种实施方式，但应理解，这些实施方式只是为举例说明而非限制之用。显而易见，在不背离由附属权利要求书限定的本发明精神和范围的前提下，相关领域技术人员可对本文描述的实施方式进行各种形式和细节上的修改。因此，本发明的广度和范围并不受上述任何示例性实施方式的限制，仅由随附权利要求书及其等同物进行限定。

Claims (10)

1.一种波束成形器，包括：

权重计算器，被配置为基于发送器处的M个天线与接收器处的一个天线之间的估计信道来确定M个权重组，其中，所述M个权重组中的每一个对应于所述发送器处的M个天线中的不同的一个，并被用于对用来从所述发送器处的M个天线中的与所述权重组对应的不同的一个发送的F个源符号进行加权；以及

标准化器，被配置为在功率限制下标准化所述M个权重组，所述功率限制是基于用来对映射至所述F个源符号的信息进行编码的码率来确定的。

2.根据权利要求1所述的波束成形器，其中，

所述标准化器被配置为当所述码率低于阈值时，在每符号每天线（PSPA）功率限制下标准化所述M个权重组，以及

所述标准化器被配置为当所述码率高于所述阈值时，在每音调每天线（PTPA）功率限制下标准化所述M个权重组。

3.根据权利要求1所述的波束成形器，其中，

所述标准化器被配置为当所述码率低于阈值时，在每符号（PS）功率限制下标准化所述M个权重组，以及

所述标准化器被配置为当所述码率高于所述阈值时，在每音调（PT）功率限制下标准化所述M个权重组。

4.根据权利要求2或3所述的波束成形器，其中，所述阈值是基于所述估计信道的信噪比、频率选择性和/或延迟扩展中的至少一个来确定的。

5.根据权利要求1所述的波束成形器，其中，所述码率是自适应的。

6.一种方法，包括：

基于发送器处的M个天线与接收器处的一个天线之间的估计信道来确定M个权重组，其中，所述M个权重组中的每一个对应于所述发送器处的M个天线中的不同的一个，并被用于对用来从所述发送器处的M个天线中的与所述权重组对应的不同的一个发送的F个源符号进行加权；

在功率限制下标准化所述M个权重组，所述功率限制是基于用来对映射至所述F个源符号的信息进行编码的码率来确定的。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，标准化所述M个权重组进一步包括：

当所述码率低于阈值时，在每符号每天线（PSPA）功率限制下标准化所述M个权重组；以及

当所述码率高于所述阈值时，在每音调每天线（PTPA）功率限制下标准化M个权重组。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，标准化所述M个权重组进一步包括：

当所述码率低于阈值时，在每符号（PS）功率限制下标准化所述M个权重组；以及

当所述码率高于所述阈值时，在每音调（PT）功率限制下标准化所述M个权重组。

9.根据权利要求7或8所述的方法，进一步包括：

基于所述估计信道的信噪比、频率选择性和/或延迟扩展中的至少一个来确定所述阈值。

10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述码率是自适应的。

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