CN1426186A - 包括收发多天线的移动通信设备和移动通信方法 - Google Patents

Abstract

提供一种含有多个发送天线和多个接收天线的移动通信装置，以及一种在该移动通信装置中执行的移动通信方法。在装置中，基站根据从移动站接收的反馈信号来恢复由移动站中的第一特征值确定的长期和短期信息，使用由恢复的长期和短期信息生成的基本信息来空间处理专用物理信道信号，以及将空间处理信号和导频信号的和发送到基站。移动站含有至少一个发送天线，基站有至少一个接收天线，第一特征值是各个发送和接收天线的下行链路信道的特性。相应地，反映空间信道下行链路特性的长期和短期信息被从移动站反馈到基站，从而最小化衰落，干扰，和噪声的影响，和最大化吞吐量。

Description

包括收发多天线的移动通信设备和移动通信方法

技术领域

本发明涉及移动通信领域，特别是涉及一种包括收发天线阵列、能够将衰落、干扰和噪声的影响最小化的移动通信装置和一种在该移动通信装置中执行的移动通信方法。

背景技术

下一代移动通信系统能够比目前的PCS移动通信系统更快地传送数据。欧洲和日本采用了宽带码分多址(W-CDMA)系统，它是一个异步系统，而北美则采用了CDMA-2000(码分多址)系统，作为无线接入的标准，它是一个同步系统。

在通常的移动通信系统中，几个移动站之间通过基站相互通信。为了以更高的速度传送数据，移动通信系统应当最小化由于衰落、用户干扰这样的移动通信信道特性造成的呼损。分集系统常被用来防止由于衰落造成通信不稳定。空间分集系统是分集系统的一种类型，它使用多个天线。

由于多天线的使用能够减少用户间的干扰，因此下一代的移动通信系统应当使用多天线。在利用多天线克服衰落的分集系统中，考虑到下一代移动通信的特性，用于增加传输终端容量的多传输天线系统要求在传输方向上有更大的频带宽度。

为了实现快速数据传输，一般的移动通信系统应当克服衰落，它是严重影响通信性能的信道特性中的一种，因为衰落使得接收信号的幅度减少几个dB或几十个dB。衰落能够通过几种分集技术克服。普通CDMA系统采用瑞克接收机，利用信道的延迟扩展来接收不同的信号。瑞克接收机使用分集接收技术来接收多径信号。然而，当延迟扩展是低的时候，分集接收技术将不起作用。

利用交织和编码的时分系统被用在多普勒扩展信道中。然而，时分系统并不适合低速的多普勒信道。在具有低延迟扩展的室内信道和对应于低速多普勒信道的普通信道中，为了克服衰落而使用空间分集系统。空间分集系统至少使用两个天线。如果通过一个天线传送的信号由于衰落而被削弱，空间分集系统则通过另一个天线接收信号。空间分集系统分为使用接收天线的接收天线分集系统和使用发送天线的发送天线分集系统。考虑到地形和成本，对于一个移动站安装接收天线分集系统是困难的，推荐基站使用发送天线分集系统。

在发送天线分集系统中，存在一个闭环传输分集系统，它接收从移动站到基站的下行链路信道信息的反馈，并且存在一个开环传输分集系统，它不接收从移动站到基站的反馈。在传输分集系统中，移动站通过测量信道的相位和幅度来寻找最佳的加权值。为了测量信道的相位和幅度，基站必须为不同的天线发送不同的导频信号。移动站通过导频信号测量信道的幅度和相位，并从测量的信道的幅度和相位信息中寻找最佳的加权值。

在传输天线分集系统中，如果增加天线的数量，将改善分集效果和信噪比。然而，随着基站中天线的数量的增加和信号传输路径的增长，也就是说分集度的增加，分集作用的效果将减小。因此，要获得显著改善的分集效果并不总是可取的。因此，增加基站中使用的天线数量来减少干扰信号的功率以及增加内部信号的信噪比来代替改善分集效果是更可取的。

根据定向(beamforming)作用而发明的传输自适应天线阵列系统被称为下行链路定向系统。该定向作用能够最小化内部信号的干扰和噪声以及分集作用的影响。一种类似于传输分集系统那样使用反馈信息的系统被称为闭环下行链路定向系统。该闭环下行链路定向系统，它使用从移动站到基站的反馈信息，如果反馈信道没有足够的带宽，则不能正确反映信道信息的变化，从而导致通信性能的下降。

欧洲IMT-2000标准化组，第三代合作项目(3GPP)R(发布)99版本，采用第一和第二传输天线阵列(TxAA)模式作为两个天线的闭环传输分集系统。在这里，第一TxAA模式，由Nokia提出，仅仅反馈两个天线之间的相位差回来。第二TxAA模式，由Motorola提出，同时反馈两个天线的增益和它们的相位。在3GPP的规范集中公开了第一和第二TxAA模式，3GPP是一个用于通用移动电信系统(UMTS)的标准化组，它是欧洲IMT-2000标准。

闭环传输分集系统的第一和第二TxAA模式采用自适应阵列天线，并且被设计成便于将对应于不同复数值的加权值应用到各自的自适应传输阵列天线。应用于自适应阵列天线的加权值涉及传输信道，并可以是，例如，w＝h’(w和h是矢量)。在下文中，粗体字符表示矢量，非粗体字符表示标量。这里，h表示一个传输阵列信道，w表示一个传输阵列天线加权值矢量。

在移动通信系统中，双工频分复用(FDD)的系统通常包含特性彼此不同的传输信道和接收信道，为了让基站知道传输信道h，必须反馈传输信道信息回来。为了实现这一点，第一和第二TxAA模式被设计成便于移动站从信道h的信道信息获得有关加权值w的信息并将获得的加权值信息发送到基站。第一TxAA模式仅把加权值w(＝|w₁|exp(jθ₁)，|w₂ exp(jθ₂)，其中，w₁和w₂表示标量)中对应于相位成分的θ₂-θ₁部分量化成两个比特，并反馈这两个比特。相应地，相位的精度是^π/₂，最大量化误差是^π/₄。为了增加反馈的效率，第一TxAA模式使用求精方法每次仅更新两个反馈比特中的一个。例如，两个比特的结合可能是{b(2k)，b(2k-1)}或{b(2k)，b(2k+1)}，其中b表示在时间片单元中的反馈比特。第二TxAA模式反馈相位和增益，它们是加权值信息的分量。该相位每次反馈3个比特，而增益每次反馈一个比特。相应地，相位的精度是^π/₄，最大量化误差是^π/₈，为了增加反馈的效率，第二TxAA模式使用逐次求精的方法每次仅更新4个反馈比特中的一个。求精模式有详细规范，即每个比特变成一个正交基值，而逐次求精模式没有确立详细规范。

当天线的数量和时空信道特性变化时，上文所描述的第一和第二TxAA模式存在下面的问题。

如果天线的数量增长，则对应于每个天线的加权值必须被反馈，因而造成了许多信息需要被反馈。根据移动站的移动速度，第一和第二TxAA模式将会降低通信性能。即，通常来说，在一般的衰落信道中，如果移动站的移动速度增加，那么时空信道中变化的影响将变得严重。因此，信道信息的反馈速度必须增加。然而，如果反馈速度受到限制，那么随着天线数量增加而相应增加的反馈信息将会相应地降低通信的性能。

如果天线间的距离不够，则在每个天线中信道之间的相关性将增加。如果信道间的相关性增加，则信道矩阵的信息量将下降。即使天线的数量增加，反馈方法的有效使用将防止在高速移动的实体环境中性能的降低。然而，由于第一和第二TxAA模式是构建在假设两个天线的信道构成的时空信道总处于彼此完全独立的环境下。当天线数量和时空信道的特性发生变化时，它们将得不到有效使用。此外，第一和第二TxAA模式从来没有被应用到超过两个天线这样的环境中，甚至当使用3个或更多的天线时，它们将不能提供良好的性能。

发明内容

为了解决上面的问题，本发明的一个目的是提供包括一种多个传输天线和多个接收天线的移动通信装置，其中含有对应于每个天线的、存在于移动站和包括多个发送天线和多个接收天线的基站之间的空中信道的下行链路特性的长期和短期信息将分别从移动站反馈到基站，从而最小化衰落，干扰和噪声的影响，同时最大化吞吐量。

本发明的另一个目的是提供一种在含有多发送天线和多接收天线的移动通信装置中运行的移动通信方法。

为了实现第一个目的，本发明提供一种在基站和移动站之间执行通信的移动通信装置。在该移动通信装置中，基站根据移动站接收的反馈信号，恢复由基站中的第一特征值确定的长期和短期信息。使用由恢复的长期和短期信息生成的基本信息，空间处理专用物理信道信号，和将空间处理信号和导频信号的和发送到移动站。移动站有至少一个发送天线，基站有至少一个接收天线。第一特征值是各个发送和接收天线的下行链路信道特性。

为了实现第二个目的，本发明提供一种在含有至少一个发送天线的基站和含有至少一个接收天线的移动站之间进行通信的移动通信方法。在移动通信方法中，首先，在移动站中，由从移动站接收的反馈信号恢复移动站中的各个发送和接收天线的下行链路信道的特性，即第一特征值确定的长期和短期信息。然后，利用由恢复的长期和短期信息生成的基本信息空间处理专用物理信道信号。此后，空间处理信号和导频信号相加，和被发送到移动站。

附图说明

通过参考附图详细描述优选实施例，本发明上述的目的和优点将变得更加清楚，其中：

图1是根据本发明的移动通信装置的示意性方块图；

图2是描述根据本发明的、在图1的移动通信装置中执行的移动通信方法的流程图；

图3是描述图2中的步骤3 0的一个优选实施例的流程图；

图4是描述图1中的第一、第二、…或者第X移动站的一个优选实施例的方块图；

图5是描述图3中步骤42的一个优选实施例的流程图；

图6是描述图4中长期信息确定器的一个实施例的方块图；

图7是描述根据本发明的，图5中步骤92的一个实施例的流程图；

图8是描述根据本发明的，图3中步骤44的一个实施例的流程图；

图9是描述根据本发明的，图4中短期信息确定器的一个实施例的方块图；

图10是描述图2中步骤32的一个优选实施例的流程图；

图11是描述根据本发明的，图1中基站的一个实施例的方块图；

图12是描述图10中步骤152的一个实施例的流程图；

图13是描述图11中基本信息生成单元的一个实施例的方块图；

图14是描述图13中基本值计算器的一个实施例的方块图；

图15是描述图13中基本向量计算器的另一个实施例的方块图；

图16是描述图10中步骤154的一个实施例的流程图；

图17是描述图11中增益调节器的一个实施例的方块图；

图18是描述图11中基本向量应用单元的一个实施例的方块图；

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述根据本发明的，包括多个发送天线和多个接收天线的移动通信装置的结构和操作，和按照本发明的，在该装置中执行的一种移动通信方法。

参考图1，根据本发明的，由基站10和第一、第二、…以及第x移动站20、22、…、和24组成的一种移动通信装置。

图2示出了一种根据本发明的，在图1的移动通信装置中执行的移动通信方法的流程图。该移动通信的方法包括获得反馈信号的步骤30和利用从反馈信号恢复的长期和短期信息，将空间处理DPCH(Dedicated Physical Channel，专用物理信道)信号加到导频信号上，并传送加法结果的步骤32。

图1中的第一、第二、和第x移动站20、22、…和24执行相同的功能并且每一个至少含有一个接收天线。基站10至少含有一个发送天线。例如，对应于终端的第一、第二、…以及第x移动站20、22、…、24。

在步骤32中，图1中的基站10由从移动站20、22、…、24接收的反馈信号恢复长期和短期信息，再利用由恢复的长期和短期信息生成的基本信息空间处理DPCH信号，将经空间处理的DPCH信号加到PICH(Pilot Channel，导频信道)信号上，并把加法结果发送到移动站20、22、…，24。在这里，PICH信号[p_i(k)](其中，1≤i≤B，B表示传输天线的个数，它是一个不小于1的正整数)可能是CPICH(Connon PICH，普通PICH)信号、DCPICH(Dedicated CPICH，专用CPICH)信号，或者SCPICH(Secondary CPICH，辅助SCPICH)信号。

如果根据本发明的基站10能执行上面描述的操作，那么含有至少一个接收天线的移动站20、22、…、24能够以任何方式实施。即，如果能够确定由对应于各个发送和接收天线的下行链路信道的特性(在下文中，称为第一特征值H)决定的长期和短期信息，移动站20、22、…、24中的每一个能够以任何方式实施。在这里，H表示一个矩阵。在下文中，粗体字符代表矢量，非粗体字符代表标量。第一特征值H表示从基站10到移动站20、22、…、24的信道的相位和幅度。在第一个特征值H中，由基站10的发送天线形成的信道构成了列，以及由移动站20、22、…、24中的一个的接收天线形成的信道构成了行。即，第一个特征值H的列构成通过发送天线形成的空间得到，行构成通过接收天线形成的空间得到。

例如，在步骤30中，第一、第二、…、以及第x移动站20，22，…，以及24中的每一个从基站10中接收的导频信号测量第一特征值H，由测定的第一特征值H确定反映各个接收和发送天线的信道之间相互关系的长期和短期信息，将确定的长期和短期信息转换成反馈信号，并将反馈信号传递到基站10。

为了便于理解本发明，参考附图将描述步骤30和移动站20，22，…，或24的实施方案。基站10的实施方案和步骤32在后面描述。

图3示出了本发明图2中步骤30的一个优选实施方案30A的流程图。首先，在步骤40中测量第一特征值H。信道的长期和短期信息分别在步骤42和44中确定。确定的长期和短期信息在步骤46中被转换成反馈信号。

图4是图1中的第一、第二、…、第x移动站20、22、…或者24的本发明的一个优选实施例的方块图。移动站20、22、…或者24包括天线阵列60，信道特征测定器70、信息确定器72、短期信息确定器74、信号转换器76和信号恢复设备80。

图4的天线阵列60有M个接收天线62、64、…以及66，并且接收从基站10传送的空间处理DPCH信号和导频信号PICH。在这里，M表示一个不小于1的正整数。在步骤40中，信道特征测定器70从经由天线阵列60从基站10接收和传送的导频信号测量第一特征值H，利用下面的等式1，从测定的第一特征值H生成对应于各个传输和接收天线的下行链路信道的瞬时相关特征值(后文称为第二特征值R)，并将生成的第二特征值R输出到长期信息确定器72和短期信息确定器74中。在这里，第二特征值R是一个B×B矩阵。等式1如下：

                  R＝H^H·H                       …(1)

在步骤40之后的步骤42中，长期信息确定器7 2通过信道特征测定器70测量的第二特征值R，确定与长期信息相对应的有效长期特征向量Q_LT′和有效长期特征值Λ_LT′，并将有效长期特征向量Q_LT′和有效长期特征值Λ_LT′输出到的短期信息确定器74和信号转换器76。在这里，长期特征值一一对应地被映射到长期特征向量，长期特征向量映射到对应有效长期特性向量的有效长期特征值上。

现在将参照图5和图6分别描述图3中步骤42的实施方案和图4中长期信息确定器72的实施方案。

图5是本发明图3中的步骤42的一个实施方案步骤42A的流程图。步骤42A包括通过累加第二特征值R获得各个发送和接收天线的下行链路信道的长期相关特征值的步骤90和从得到的长期相关特征值生成长期信息的步骤92。

图6是按照本发明的图4中长期信息确定器72的一个实施方案72A的框图。实施方案72A包括累加器100和本征分解计算单元110。

在步骤40之后参考图5和图6，图6中的累加器100累加从信道特征测定器70中接收的第二特征值R，以及在步骤90中，将累加结果作为各个发送和接收天线的下行链路信道的长期相关特征值R_LT(后文中称为第三特征值R_LT)输出至本征分解计算单元110。在这里，第三特征值R_LT，即，累加结果[R_LT(k)]，可用等式2来表达：

        R_LT＝∑H^H·H＝∑R，即R_LT(k)＝ρR_LT(k-1)+R(k)    …(2)

其中，ρ表示一个忽略因子(forgetting factor)以及k表示离散时间。

在步骤90之后的步骤92中，本征分解计算单元110利用EVD(Eigen ValueDecomposition，特征值分解)方法，由从累加器100接收的第三特征值R_LT生成与长期信息相对应的有效长期特征向量Q_LT′和有效长期特征值Λ_LT′，并将相同的值输出到短期确定器74和信号转换器76中。在这里，EVD方法在由G.Golub和C.Van.Loan所著的题为“Matrix Computation”的书中公开，该书在1996年由伦敦的Johns Hopkins University publishing公司出版。

参考图6和7将描述图5中的步骤92和图6中的本征分解计算单元110的实施例。

图7是本发明的图5中的步骤92的一个实施方案步骤92A的流程图。步骤92A包括分别从长期特征向量和长期特征值中选择有效向量和有效值作为长期信息的步骤120，122和124。

回过头来参考附图6，为了执行图7中步骤92A的实施例，本征分解计算单元110包括第一本征分解器112、向量数计算器114、和选择器116。

在步骤90之后的步骤120中，第一本征分解器112使用上述的EVD方法，由从累加器100接收的第三特征值R_LT生成M个由q₁到q_m的长期特征向量和M个由λ₁到λ_M的长期特征值，将M个由q₁到q_m的长期特征值输出到向量数计算器114和选择器116。

在步骤120之后的步骤122中，向量数计算器114计算超过预定门限值的长期特征值的个数，并把计数结果作为有效特征向量的个数N_B(后文称为有效特征向量数)输出到选择器116。为了实现这一点，向量数计算器114能可以作为计数器(未示出)实施。预定门限值可以是一个接近于“0”的值。

在步骤122之后的步骤124中，选择器116从第一本征分解器112接收的M个由q₁到q_m的长期特征向量中选择与有效本征向量个数N_B相同数量的由q₁到

的抑制噪声长期特征向量和从第一本征分解器112接收的M个由λ₁到λ_M长期特征值中选择与有效特征向量个数N_B相同数量的由λ₁到

的抑制噪声长期特征向量，选择器116输出由选择的从q₁到 作为有效长期特征向量Q_LT′的长期特征向量组成的列向量和输出一个由选择的M个作为有效长期特征值Λ_LT′长期特征值λ₁到

组成的对角线矩阵。

在步骤42之后的步骤44中，短期信息确定器74由从信道特征测定器70接收的第二特征值R和从长期信息确定器72中接收的长期信息Q_LT′和Λ_LT′来确定对应短期信息的短期特征向量Q_ST′和短期特征值Λ_ST′，并将确定的短期信息输出到的信号变换器76。

参考附图8和9将分别描述，图3的步骤44和图4中短期信息确定器74的实施例。

图8是示出了本发明的图3的步骤44的一个实施方案的步骤44A。步骤44A包括获得各个发送和接收天线的下行链路信道的短期相关特征值的步骤130和获得短期信息的步骤132。

图9是本发明的图4的短期信息确定器74的实施方案74A的框图。实施例74A包括短期相关特性生成器140和第二本征分解器142。

在步骤42之后的步骤130中，使用等式3，短期相关特性生成器140由从信道特征值测量器70接收的第二特征值R和从信息确定器72接收的长期信息Q_LT′和Λ_LT′生成各个发送和接收天线的下行链路信道的短期相关特征值(下文中称为第四特征值R_ST)：仍在步骤130，短期相关特性生成器140将第四特征值R_ST输出到第二本征分解器142。

在步骤130之后的步骤132中，第二本征分解器142使用上述的EVD方法由从短期相关特性生成器140接收的第四特征值R_ST生成短期特征向量Q_ST′和短期特征值Λ_ST′，并将它们输出到信号变换器76。

在步骤44之后的步骤46中，信号变换器76将由从短期信息确定器74接收短期信息的Q_ST′和Λ_ST′和从长期信息确定器72中接收的长期信息Q_LT′和Λ_LT′变换为适合于反馈到基站10的反馈信号，并通过天线阵列60将该反馈信号传输到基站10。

为了执行步骤46，信号变换器76分别格式化从长期信息确定器72接收的长期信息Q＞_LT′和Λ_LT′和从短期信息确定器74接收的短期信息Q_ST′和Λ_ST′，时分复用(TDM)已格式化的信息，并将TDM结果作为反馈信号通过天线阵列60传送至基站10。根据本发明，为了获得反馈信号，信号变换器76可以使用码分多址和频分多址复用代替时分复用。

根据本发明，每一个移动站20、22、…、和24能进一步包括如图4中示出的信号恢复器80。当执行步骤40到46时，信号恢复器80由通过天线阵列60接收的、基站10空间处理的DPCH信号恢复原始DPCH信号，并输出恢复DPCH信号DPCH′。

分别参考附图10和11将描述图1的本发明的基站10的实施方案和图2的本发明的步骤32的实施例。

参考图10，图2的步骤32的实施例包括使用已恢复的长期和短期信息空间处理DPCH信号的从步骤150到步骤156的步骤，和将空间处理DPCH信号加到导频信号中的步骤158。

参考图11，图1的基站10的实施方案包括信息恢复器170，基本信息生成器172，增益调节器174和基本向量应用器176，加法器178和天线阵列180。

图11的天线阵列180有B个传输天线182、184、…、和186，它们通过一个上行链路专用物理控制信道(DPCCH)接收从基站20、22、…、24发送的反馈信号和将空间处理DPCH信号和导频信号发送到移动站20、22、…、24。

在图2中的步骤30之后的步骤150中，信息恢复器170由经由天线阵列180接收的反馈信号恢复长期和短期信息，并将恢复的长期和短期信息输出到基本信息生成器172。

如果图4中的信号变换器76使用时分多址技术产生反馈信号，那么信息恢复器170将使用时分多址技术恢复长期和短期信息。另一方面，如果图4中的信号变换器76使用码分多址或频分多址技术而不是时分多址技术产生了反馈信号，那么信息恢复器170将使用码分多址或频分多址技术来恢复长期和短期信息。

在步骤150之后的步骤152中，基本信息生成器172通过由信息恢复器170恢复的长期和短期信息生成基本向量T和基本值D，它们是基本信息，由生成的基本值D生成增益值，并将生成的增益值输出到增益调节器174和将生成的基本向量T输出到基本向量应用器176上。

现在，参考图12到14描述图10中本发明的步骤152和图11的本发明的基本信息生成器172的实施例。

图12示出了步骤152A的流程图，它是图10的本发明的步骤152的一个实施例。步骤152A包括从已恢复的长期和短期信息的乘积确定基本向量T和增益值的步骤200到步骤206。

图13示出了步骤174A的流程图，它是图11的本发明的基本信息生成器172的实施例的框图。实施例174A包括第一乘法器210，基本值计算器212、功率分配器214、和基本向量生成器216。

在步骤150之后的步骤200中，第一乘法器210把由信息恢复器170恢复的长期和短期信息象等式4中描述的那样相乘并将相乘结果W输出至基本

值计算器212和基本向量生成器216。等式4如下：

其中Q_LT和Λ_LT分别表示恢复的有效长期特征向量和恢复的有效长期特征值。它们是通过信息恢复器170恢复的长期信息。Q_ST和Λ_ST分别表示恢复的有效短期特征向量和恢复的有效短期特征值，它们是通过信息恢复器170恢复的短期信息。

在步骤200之后的步骤202中，基本值计算器212由从第一乘法器210获得的乘法结果W计算被分配到信道的总功率，并将被分配的总功率作为基本值D输出到功率分配器214和基本向量生成器216。

图14是图13的本发明基本值计算器212的一个实施例基本值计算器212A的框图，基本值计算器212包括第一、第二、…、和第N_B功率计数器220、222、…、和224。

为了执行步骤202，基本值计算器212A的第一、第二、…、和第N_B功率计数器220、222、…、和224对从第一乘法器210接收的结果W取模，将取模作为总功率D输出。乘法结果W如等式5所示：

即，第n(1≤n≤N_B)个功率计数器220、222、…、和224对相应的W_n取模，该W_n在如等式6所示的第一乘法器210处接收的乘法结果W之中，并将取模结果作为第n个功率d_n输出。等式6如下：

d_n＝‖w_n‖...(6)

其中‖‖表示一个模方，W_n表示一个在公式7中所示的列向量，以及‖w_n‖如公式8所示： $\left|\right|w_n\left|\right|=\sqrt{{\left|w_{n1}\right|}^2+{\left|w_{n2}\right|}^2+...{\left|w_{n_{N_B}}\right|}^2}...\left(8\right)$

从第一到第N_B功率d_n1，d_n2，…，和

如公式9所示那样表示总功率D： $D=\left[\begin{array}{cccc}{d}_1& 0& \·& 0\\ 0& d_2& \·& 0\\ \·& \·& \·& \·\\ 0& 0& \·& d_{N_B}\end{array}\right]...\left(9\right)$

在步骤202之后的步骤204中，基本向量生成器216将通过第一乘法器210得到的乘法结果W除以由基本值计算器212中接收的基本值D，并将除法结果作为基本向量T输出到基本向量应用器176。

图15是基本值计算器212A的框图，它是图13中本发明的基本向量生成器216的一个实施例。基本值计算器212A包括从第一到第N_B子向量计算器230，232，…，和234。

从第一到第N_B子向量计算器230、232、…、和234把从第一乘法器210得到的乘法结果W除以从基本值计算器212的输入端口IN2接收的总功率D，并将除法结果作为基本向量T输出。也即是，子向量计算器230、232、…、或234中第n子向量计算器将把从第一乘法器210中接收的乘法结果W中的相应向量w_n除以从基本值计算器212的输入端口IN2接收的第n个功率d_n，并将除法结果作为基本向量t_n输出。例如，第一子向量计算器230将把从第一乘法器210中接收的w₁除以从基本值计算器212的输入端口IN2接收的第1个功率d₁，并将除法结果作为基本向量t₁输出。第二子向量计算器将把从第一乘法器210中接收的w₂除以从基本值计算器212的输入端口IN2接收的第2个功率d₂，并将除法结果作为基本向量t₂输出。第N_B子向量计算器将把从第一乘法器210中接收的乘法结果向量 除以从基本值计算器212的输入端口IN2接收的第N_B功率 并将除法结果作为基本向量

输出。

在步骤204之后的步骤206中，功率分配器214将从基本值计算器212中接收的总功率D根据信噪比(SNR)分配到各个信道，并将有关分配结果的信息作为增益值经过输出端口OUT1输出到增益调节器174。为了执行该步骤，功率分配器214能够利用注水方法由基本值D生成增益值。注水方法在JanW.M Bergmans所著的题为“数字基带传输和记录”的书中公开，该书于1996年在Boston由Kluwer Academic publishing company出版。

按照本发明，参照图12，步骤204和206能同时被执行，或步骤206在步骤204之前执行。

在步骤152之后的步骤154中，增益调节器174根据从基本信息生成器172中接收的增益值调节DPCH信号之间相对幅度，并将已调节幅度的DPCH信号输出到基本向量应用器176。

参考附图16和17将分别描述图10的本发明的步骤154和图11的增益调节器174的实施例。

图16是示出了本发明图10的步骤154的一个实施例步骤154A的流程图。步骤154A包括调节DPCH信号幅度的步骤240和扩展和量化已调节幅度的DPCH信号的步骤242。

图17是示出了本发明图11的增益调节器174A的实施例的框图，增益调节器174A包括第二和第三乘法器250和252。

在步骤240中，图17的第二乘法器250将DPCH信号和从基本信息生成器172的输入端口IN3接收的增益值相乘，并把乘法结果输出到第三乘法器252。在步骤240之后的步骤242中，第三乘法器252将由第二乘法器250得到的乘法结果和量化/扩展信号流相乘，并将乘法结果作为幅度调节DPCH信号通过输出端口OUT2输出到基本向量应用器176。该量化/扩展信号流表示量化信号流Csc和扩展信号流Csp的乘积，CspCsc可以预先存储在增益调节器174中或从外部源输入。

按照本发明，图17中的增益调节器174能选择性地包括第三乘法器252。如果步骤242被忽略，即，如果增益调节器174A不包括第三乘法器252，那么第二乘法器250将乘法结果作为幅度调节的DPCH信号输出到基本向量应用器176。

在步骤154之后的步骤156中，基本向量应用器176将从基本信息生成器172中接收的基本向量T应用到从增益调节器174接收的幅度调节的DPCH信号中并将该结果作为空间处理的DPCH信号输出到加法器178。

图18是本发明图11的基本向量应用器176的一个实施方案176A的框图。基本向量应用器176A包括第四乘法器260。

为了执行步骤156，基本向量应用器176的第四乘法器260将把从增益调节器174的输入端口IN4接收的N_B幅度调节的DPCH信号乘以从基本信息生成器172接收的基本向量T，并将乘法结果作为幅度调节的DPCH信号经过输出端口OUT3输出到加法器178。

在步骤156之后的步骤158中，加法器178将经过输入端口IN1接收的P₁(k)，P₂(k)，…，P_B(k)加到从基本向量应用器176接收的空间处理DPCH信号中，并将加法结果通过包括发送天线的天线阵列180，发送到移动站20、22、…、或24。

为了执行步骤158，加法器178可以包括B加法单元(未示出)。每一个加法单元(未示出)将一个相应的信号P₁(k)，P₂(k)，…，P_B(k)加到相应的从基本向量应用器176接收的空间处理DPCH信号，并将加法结果输出到天线阵列180中相应的的发送天线182、184、…、或186上。发送天线182、184、…、或186将在加法器178中的相应的加法单元(未示出)得到的加法结果输出到相应的移动站20、22、…、或24。

图2的步骤32，图1的基站10，以及它们的实施方案不限于图1的移动站20、22、…、或24和图2的步骤30以及它们的实施方案，但是它们能被应用到任意能够象上述描述的那样产生长期和短期信息并将反馈信号发送到基站10的移动站。

如上所述，根据本发明，在含有发送/接收多天线的移动通信装置和根据本发明在移动通信装置中执行的移动通信方法，反映空间信道的下行链路特性的长期和短期信息能从移动站到基站反馈。这会将会最小化衰落，干扰，以及噪声的影响，同时最大化吞吐量。

Claims (29)

1.一种含有多个发送天线和多个接收天线的移动通信装置，该装置包括：

基站，用于由从移动站接收的反馈信号恢复移动站的第一特征值确定的长期和短期信息，使用由恢复的长期和短期信息生成的基本信息，空间处理专用物理信道信号，并将空间处理信号和导频信号的和发送到移动站；和

移动站，含有至少一个发送天线，

其中，基站含有至少一个接收天线，第一特征值是各个发送和接收天线的下行链路信道特性。

2.如权利要求1所述的移动通信装置，其中移动站由从基站接收的导频信号测定第一特征值，由第一特征值确定长期和短期信息，将确定的长期和短期信息变换成反馈信号，并将反馈信号发送到基站。

3.如权利要求2所述的移动通信装置，其中基站包括：

信息恢复器，用于由经由发送天线接收的反馈信号恢复长期和短期信息，并输出恢复的长期和短期信息；

基本信息生成器，用于由长期和短期信息生成基本向量和基本值，它们是基本信息，和由基本值生成增益值；

增益调节器，用于在专用物理信道信号间调节与增益值有关的相对幅度，并输出调节结果；

基本向量应用器，用于将基本向量应用到从增益调节器接收的调节结果，并将应用结果作为空间处理信号输出；和

加法器，用于将导频信号加到空间处理信号和输出和，

其中，发送天线将和发送到移动站。

4.如权利要求3所述的移动通信装置，其中基本信息生成器包括：

第一乘法器，用于将恢复的短期信息和恢复的长期信息相乘，并输出乘积；

基本值计算器，用于由第一乘法器得到的乘积计算被分配到信道的总功率，并将总功率作为基本值输出；

基本向量计算器，用于把第一乘法器获得的乘积除以基本值并把除法结果作为基本向量输出；和

功率分配器，用于根据信噪比把总功率分配给每个信道，并将有关分配结果的信息作为增益值输出。

5.如权利要求4所述的移动通信装置，其中第一乘法器把恢复的短期信息和恢复的长期信息根据下面的等式相乘，并将乘积W输出至基本值计算器和基本向量计算器：

其中，Q_LT和Λ_LT分别表示恢复的有效长期特征向量和恢复的有效长期特征值，它们是恢复的长期信息，Q_ST和Λ_ST分别表示恢复的短期特征向量和恢复的短期特征值，它们是恢复的短期信息。

6.如权利要求4所述的移动通信装置，其中基本值计算器包括第一，第二，…第N_B功率计算器(其中N_B表示有效特征向量的数量)，第n功率计算器(1≤n≤N_B)对由第一乘法器得到的乘积W(

)中相应的W_n取模，并将取模结果作为第n功率输出，第一到第N_B功率构成了总功率。

7.如权利要求6所述的移动通信装置，其中基本向量计算器包括从第一到第N_B子向量计算器，第n子向量计算器将W_n除以第n功率，并将除法结果作为基本向量输出。

8.如权利要求4所述的移动通信装置，其中功率分配器利用注水方法由基本值生成增益值。

9.如权利要求3所述的移动通信装置，其中增益调节器包括用于将专用物理信道信号和增益值相乘的第二乘法器，并将乘积作为调节结果输出到基本向量应用器。

10.如权利要求9所述的移动通信装置，其中增益调节器进一步包括第三乘法器，用于将由第二乘法器得到的乘积和量化/扩展信号流相乘，并将乘积作为调节结果输出到基本向量应用器。

11.如权利要求3所述的移动通信装置，其中基本向量应用器进一步包括第四乘法器，用于将由增益调节器接收的调节结果和基本向量相乘，并将乘积作为空间处理信号输出到加法器。

12.如权利要求3所述的移动通信装置，其中移动站包括：

信道特性测定器，用于由接收天线接收的导频信号测量第一特征值，并由测定的第一特征值生成第二特征值；

长期信息确定器，用于由从信道特征测定器接收的第二特征值确定有效长期特征向量和有效长期特征值，它们是长期信息；

短期信息确定器，用于由从信道特征测定器接收的第二特征值和长期信息确定短期特征向量和短期特征值，它们是短期信息；和

信号变换器，用于分别将从长期信息确定器和短期信息确定器接收的长期信息和短期信息变换成反馈信号，并将反馈信号输出到接收天线，

其中，第二特征值是各个发送和接收信道的下行链路信道的瞬时相关特性，接收天线将反馈信号发送到基站。

13.如权利要求12所述的移动通信装置，其中移动站进一步包括信号恢复器，用于由从接收天线接收的空间处理信号恢复专用物理信道信号，并输出恢复的专用物理信道信号。

14.如权利要求12所述的移动通信装置，其中长期信息确定器包括：

累加器，用于累加从信道特性测定器接收的第二特征值和将该累加结果作为第三特征值输出；和

本征分解计算单元，用于利用本征值分解方法，由第三特征值产生有效长期特征向量和有效长期特征值，

其中，第三特征值是各个发送和接收天线的下行链路信道的长期相关特性。

15.如权利要求14所述的移动通信装置，其中本征分解计算单元包括：

第一本征分解器，用于使用本征值分解方法由第三特征值产生长期特征向量和长期特征值；

向量数计算器，用于计算超过预定阈值的长期特征值数量，并将计算结果作为有效特征向量的数量输出；和

选择器，用于分别从由第一本征分解器接收的长期特征向量和长期特征值中选择抑制噪声长期特征向量和抑制噪声长期特征值，并将选择的特征向量和特征值作为有效长期特征向量和有效长期特征值输出，其中选择的抑制噪声的长期特征向量的数量与有效特征向量的数量相同，选择的抑制噪声的长期特征值的数量与有效特征向量的数量相同。

16.如权利要求12所述的移动通信装置，其中短期确定器包括：

短期相关特性生成器，用于由信道特性测定器接收的第二特征值和长期信息生成第四特征值，并将生成的第四特征值输出；和

第二本征分解器，用于使用本征值分解方法由第四特征值产生短期特征向量和短期特征值，并将生成的短期特征向量和特征值输出，

其中第四特征值是各个发送和接收天线的下行链路信道的短期相关特性。

17.一种在含有至少一个发送天线的基站和含有至少一个接收天线的移动站之间执行通信的移动通信方法，该方法包括：

(a)由从移动站接收的反馈信号恢复由移动站中的第一特征值确定的长期和短期信息，第一特征值是各个发送和接收天线的下行链路信道的特性，利用由恢复的长期和短期信息生成的基本信息，空间处理专用物理信道信号，并将空间处理信号和导频信号的和发送到移动站。

18，如权利要求17所述的移动通信方法，进一步包括步骤(b)，由基站接收的导频信号测定第一特征值，由第一特征值确定长期和短期信息，将确定的长期和短期信息变换成反馈信号，并将反馈信号发送到基站。

19.如权利要求18所述的移动通信方法，其中步骤(a)包括：

(a1)由从发送天线接收的反馈信号恢复长期和短期信息；

(a2)由恢复的长期和短期信息生成基本向量和基本值，它们是基本信息，和由基本值生成增益值；

(a3)使用增益值在专用物理信道信号之间调节相对幅度；

(a4)将基本向量应用于调节结果，和将应用结果确定为空间处理信号；和

(a5)将导频信号加到空间处理信号，并将和通过发送天线发送到移动站。

20.如权利要求19所述的移动通信方法，其中步骤(a2)包括：

(a21)在步骤(a1)之后，将恢复的短期信息和恢复的长期信息相乘；

(a22)由乘积计算将被分配给信道的总功率，并将总功率确定为基本值；

(a23)用基本值去除乘积，并将除法结果确定为基本向量；和

(a24)根据信噪比把总功率分配给每个信道，将有关分配结果的信息确定为增益值，进入步骤(a3)。

21.如权利要求20所述的移动通信方法，其中在步骤(a1)之后的步骤(a21)中，如下面等式所示，将恢复的长期信息乘以恢复的短期信息得到乘积W，进入步骤(a22)：

其中，Q_LT和Λ_LT分别表示恢复的有效长期特征向量和恢复的有效长期特征值，它们是恢复的长期信息，Q_ST和Λ_ST分别表示恢复的短期特征向量和恢复的短期特征值，它们是恢复的短期信息。

22.如权利要求19所述的移动通信方法，其中在步骤(a3)中包括将增益值和专用物理信道信号相乘的步骤(a31)，将乘积确定为调节结果，和在步骤(a2)之后，进入步骤(a4)。

23.如权利要求22所述的移动通信方法，其中步骤(a3)进一步包括将量化/扩展信号流和在步骤(a31)中得到乘积相乘的步骤(a32)，将乘积确定为调节结果，进入步骤(a4)。

24.如权利要求19所述的移动通信方法，其中在步骤(a3)之后，步骤(a4)包括将调节结果和基本向量相乘，将乘积确定为空间处理信号，进入步骤(a5)。

25.如权利要求19所述的移动通信方法，其中步骤(b)包括：

(b1)由接收天线接收的导频信号测定第一特征值，和由测定的第一特征值生成第二特征值；

(b2)由第二特征值确定有效长期特征向量和有效长期特征值，它们是长期信息；

(b3)由第二特征值和长期信息确定有效短期特征向量和有效短期特征值，它们是短期信息；和

(b4)将在步骤(b2)和步骤(b3)中确定的长期信息和短期信息变换成反馈信号，并将反馈信号经过接收天线输出到基站，

其中，第二特征值是各个发送和接收信道的下行链路信道的瞬时相关特性。

26.如权利要求25所述的移动通信方法，其中步骤(b)进一步包括从接收天线接收的空间处理信号恢复专用物理信道信号。

27.如权利要求25所述的移动通信方法，其中步骤(b2)包括：

(b21)在步骤(b1)之后，累加第二特征值，并将累加结果确定为第三特征值；和

(b22)使用本征值分解方法由第三特征值生成有效长期特征向量和有效长期特征值；

其中，第三特征值是各个发送和接收天线的下行链路信道的长期相关特性。

28.如权利要求27所述的移动通信方法，其中步骤(b22)包括：

在步骤(b21)之后，使用本征值分解方法由第三特征值生成有效长期特征向量和有效长期特征值；

计算超过预定阈值的长期特征值数量，并将计算结果作为有效特征向量的数量输出；和

分别从长期特征向量和长期特征值中选择抑制噪声长期特征向量和抑制噪声长期特征值，和分别将选择的特征向量和特征值确定为有效长期特征向量和有效长期特征值，进入步骤(b3)，其中选择的抑制噪声的长期特征向量的数量与有效特征向量的数量相同，选择的抑制噪声的长期特征值的数量与有效特征向量的数量相同。

29.如权利要求25所述的移动通信方法，其中步骤(b3)包括：

在步骤(b2)之后，由第二特征值和长期信息生成第四特征值；和

使用本征值分解方法由第四特征值生成短期特征向量和短期特征值，进入步骤(b4)，

其中第四特征值是各个发送和接收天线的下行链路信道的短期相关特性。

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