CN1523785A - 使用多天线的无线通信系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供涉及多个天线的无线通信系统和方法。所述无线通信系统包括：基站，用于向多用户信号施加预定的加权向量，并且通过多个发送天线来发送多用户信号；多个移动台，用于接收和处理所述多用户信号。其中每个移动台包括：信号接收单元，用于处理所述多用户信号；反馈信号产生单元，它从所述多用户信号估计所述多用户信号通过其被发送的信道特征，将要应用到所估计的信道特征的多个加权向量分类为多个组，使相互正交的向量被划分在一个组组中，从被分类的组中选出发送容量最大化的一个组，向所述基站反馈在所选择的组中包括的加权向量的加权指数和加权的信道信息。

Description

使用多天线的无线通信系统和方法

技术领域

本发明涉及一种使用多天线的无线通信系统和方法，具体涉及这样的使用多天线的无线通信系统和方法，通过它，可使在使用高速下行链路分组访问(HSDPA)的多用户环境中的传输流量达到最大化。

背景技术

不像传统的个人通信业务(PCS)无线通信系统那样，下一代无线通信系统以更高的速率发送数据。为了通过下行链路高速发送分组，由欧洲和日本领导的异步模式标准化组织第三代合作项目(3GPP)已经标准化了HSDPA技术，并且美国领导的同步模式标准化组织3GPP2也已经标准化了1×仅演变数据/语音(1×EV-DO/V)技术。

所述两个标准化组织已经提出了HSDPA，用于平滑地提供包括万维网业务的因特网业务。所述HSDPA技术被优化到峰值流量以及平均流量，因此实现了诸如数据的分组的平滑发送以及诸如语音通信的电路发送。

为了实现HSDPA技术，基本上需要自适应调制和编码(AMC)技术、混合自动重复请求(HARQ)技术和多用户分集调度技术。而且，为了克服给定的带宽限制，需要一种有效的多天线技术。这些技术在3GPP的因特网网站www.3gpp.org中得到说明，并且在http：//www.3gpp.org/tb/ran/ranl/specs.htm中的官方文件TR25.858中得到详细说明。官方文件TR25.858的标题是“Physical Layer Aspects of UTRAN(UMTSRadio Access Network)High Speed Downlink Packet Access(UTRAN(UMTS无线接入网)高速下行链路分组访问的物理层方面)”，它由Ghosh和Amitabha编辑。

在多用户分集调度(multi-user diversity scheduling)中，用户请求分组所通过的信道被反馈，检测在所述反馈信道中在最佳状态信道上的移动台，并且分组优选被发送到所检测的移动台，以便可以实现包括信噪比(SNR)增益的分集效果。指示分集增益的度的分集数量级对应于同时请求分组的用户的数量。

克服带宽限制的多天线技术当通过成束被使用时使用几何空间坐标轴，因此可以克服在频率轴中的带宽资源的限制。为了提高在频率轴中的带宽，使用趋于零技术。成束是这样的处理，它使用彼此接近的天线之间的相关性来执行趋于零，所述天线相互间的距离例如为λ/2(其中λ是波长)。趋于零是这样的技术，它调节天线加权以满足w₁ ^Hh₂＝0和w₂ ^Hh₁＝0，以便由第一用户接收的信号r₁不包括第二用户的数据d₂，而由第二用户接收的信号r₂不包括第一用户的数据d₁。

$r_1=(d_1{w}_1^H+d_2{w}_2^H)h_1+n_1=(d_1{w}_1^H+0)h_1+n_1---\left(1\right)$

$r_2=(d_1{w}_1^H+d_2{w}_2^H)h_2+n_2=(0+d_2{w}_2^H)h_2+n_2$

在此，w₁和w₂表示表达加权的矩阵，h₁和h₂表示信道，n₁和n₂表示与相应的接收信号r₁和r₂混合的噪音。H指示厄密共轭(Hermitian)。

当信道条件被配置以产生满足公式(1)的加权时，可以完全消除对其他用户信道的影响，因此可以加倍实质传输容量。理论上，如果在成束环境中要被趋于零的其他用户的数量比请求信号传输的用户的数量和天线的数量之和小一，则趋于零总是可能的。但是，当在天线之间的相关性完全存在并且仅在天线的相位彼此不同时可以实现这样的理想状态。因此，非常难于在无线通信环境中实现成束趋于零技术。而且，在用于克服信道衰落的包括多个天线的分集系统中，因为天线彼此分离较远，例如为10λ，因此，天线之间的相关性很少存在。结果，难于对分集系统采用适合于成束的常规趋于零技术。

当同时存在希望向基站发送数据的多个用户时，通常使用利用扩频码的正交性的多用户发送。但是，即使在使用扩频码的正交性的方法中，发生多径衰落，这导致在多个代码和多个访问干扰之间的自干扰(SI)。结果，由于扩频码导致降低了趋零效应，因此，显著地降级了性能。于是，需要在分集模式中将趋于零技术应用于多个天线。

下面的说明涉及分集模式中的多天线技术。

通常，配置无线通信系统以使得多个移动台通过单个基站彼此通信。为了在这样的无线通信系统中高速发送数据，需要最小化按照无线通信信道特性的损耗，诸如衰落和对每个用户的干扰。衰落可以将接收信号的幅度降低几个dB到几十个dB。为了克服衰落，使用多种分集技术。

码分多址访问(CDMA)通常使用利用信道的时延扩展来执行分集接收的分离多径接收机。分离多径接收机使用用于接收多径信号的接收分集技术。但是，这样的分集技术具有一个问题，即当时延扩展小时它不工作。

分集被大致划分为空间分集和时间分集。空间分集使用多个天线。时间分集使用干扰和编码，并且通常用于多普勒扩展信道。但是，难于在低速多普勒信道中使用时间分集。通常，空间分集用于克服在具有小时延扩展的室内信道和在作为低速多普勒信道的普通信道中的衰落。空间分集使用两个或多个天线，以便当通过一个天线接收的信号由于衰落而衰减时，可以通过另一个天线来接收该信号。空间分集按照所使用的天线类型而被划分为发送分集和接收分集。考虑到安装面积和成本，难于在移动台中安装接收天线分集，因此推荐在基站中使用发送天线分集。

发送天线分集被划分为闭环发送分集和开环发送分集，在闭环发送分集中，基站接收从移动台反馈的下行链路信道信息；在开环发送分集中，没有从移动台向基站的反馈。在发送分集中，移动台测量信道的相位和幅度，并且找到最佳的加权。基站通过相应的天线发送不同的导频信号以测量信道的幅度和相位。移动台使用导频信号来测量信道的幅度和相位，并且根据所测量的信道幅度和相位来找到最佳的加权。

在使用分集的多天线系统中，发送天线阵列(TxAA)模式1和TxAA模式2是使用两个天线的闭环发送分集。TxAA模式1和TxAA模式2由3GPP标准化，并且被作为版本发布(R)99而发行，其中3GPP是由欧洲和日本领导的国际移动电信(IMT-2000)标准化组织。由诺基亚公司提出的TxAA模式1仅仅反馈两个天线之间的相差。由摩托罗拉公司提出的TxAA模式2反馈两个天线的相位和增益。TxAA模式1和模式2被公开在由3GPP定义的规范中，3GPP是用于作为欧洲IMT-2000标准的通用移动电信系统(UMTS)的标准化组织。

在使用闭环发送分集的TxAA模式1或模式2中，使用自适应阵列天线，并且不同的复合加权被应用到相应的天线。复合加权是与发送信道相关联的值。例如，w＝h被用作复合加权，其中“w”是发送阵列天线加权向量，而“h”是表达发送阵列信道的向量。

在使用频分双工器(FDD)的无线通信系统中，发送信道的特性与接收的信道的特性不同。于是，为了在基站检测发送信道，需要从移动台向基站反馈发送信道信息。对于这个反馈操作，TxAA模式1和模式2被设计成使得移动台向基站发送加权信息，并且基站从加权信息获得信道信息。在TxAA模式1中，在关于与每个天线相乘的加权w＝[|w₁|exp(jθ₁)，|w₂|exp(jθ₂)]的信息中，仅仅将相差θ₁-θ₂以两个比特量化并且反馈。因此，相位的精度是π/2，并且最大量化误差为π/4。为了提高反馈效率，通过在每次反馈中更新两个比特之一来执行提纯。例如，两个比特可以组合成{b(2k)，b(2k-1)}和{b(2k)，b(2k+1)}。在此，“b”是在每个时隙中被反馈的比特，而2k、2k-1和2k+1表示比特的反馈序列。在TxAA模式2中，反馈构成加权信息的相位和增益。以三个比特反馈一个相位，并且以一个比特反馈一个增益。因此，相位精度是π/4，并且最大量化误差是π/8。为了提高反馈效率，通过在每次反馈中更新四个比特中的一个来进行渐进提纯。在一种提纯方法中，每个比特变为基于正交的值。但是，在渐进提纯方法中，未定义这样的规则。

使用分集的系统与空间信道的特性相协调以使能相干发送。结果，与天线的数量成比例，SNR提高，并且可以克服衰落。当另外使用趋于零技术时，可以提高传输流量。

但是，趋于零技术仅仅可以被应用到成束方法，在成束方法中，天线之间的距离限于预定值。因此，难于将趋于零技术用于多个彼此分离很远的分集天线。因此，用于语音发送的多个分集天线系统被构造成不使用趋于零技术。换句话说，当天线之间的距离增加时，天线之间的相关性降低。结果，信道改变周期与最大多普勒频率成反比。在现有的语音通信环境中，在单帧持续时间内用户使用的信道不是固定的而是变化的，因此不可能对固定的信道应用趋于零技术。而且，在CDMA中，天线的数量变得比同时用户的数量大得多，并且超过在趋于零多天线中的自由度，即(天线的数量-1)。因此，难于对使用多天线的常规分集方法应用趋于零技术。

因此，期望一种无线通信系统，其包括多个发送/接收天线，它们与TxAA模式1和模式2兼容，并且可以克服帧大小问题和与天线数和用户数之间的差相关联的问题。

发明内容

本发明提供了一种使用多个天线的无线通信系统和方法，它使得可以通过下列方式对在高速下行链路分组访问环境中的多个分集天线执行趋于零处理：使用将多用户分集调度方法扩展到空间轴的方案从每个移动台向基站反馈关于信道状态的信息，根据多用户分集调度来选择满足预定条件的加权，对发送天线应用所选择的加权以便可以保证峰值流量。

按照本发明的一个方面，提供了一种无线通信系统，其包括：基站，用于向多用户信号施加预定的加权向量，并且通过多个发送天线发送多用户信号；多个移动台，用于接收和处理所述多用户信号。其中，每个移动台包括：信号接收单元，用于处理所述多用户信号；反馈信号产生单元，它从所述多用户信号估计所述多用户信号通过其被发送的信道的特征，将要被施加到所估计的信道特征的多个加权向量分类为多个组，使相互正交的向量被划分在一个组中，从被分类的组中选择使得发送容量最大化的一个组，向所述基站反馈在所选择的组中包括的加权向量的加权指数和加权的信道信息。

按照本发明的另一个方面，提供了一种移动台，用于从基站接收包括多用户信号的用户信号。所述移动台包括：信号接收单元，用于处理用户信号；反馈信号产生单元，它从所述多用户信号估计该多用户信号通过其被发送的信道特征，将要被施加到所估计的信道特征的多个加权向量分类为多个组，从被分类的组中选择使得发送容量最大化的一个组，向所述基站反馈在所选择的组中包括的加权向量的指数和从对应于所选择的组的被加权信道特征获得的加权的信道信息。

按照本发明的另一个方面，提供了一种基站，用于：根据用于信道选择的移动台指数信息和所选择的信道的信号干扰对噪音比(SINR)信息来处理用户信号，所述信息从多个移动台被反馈；并且通过多个天线来发送所处理的访问信号。该基站包括：反馈信号处理单元，用于通过移动台来分类由移动台接收的指数和SINR，按照加权指数再分类被分类的SINR，从被分类的SINR中选择一个峰值SINR，根据加权指数将加权向量分类为多个组，从这些组中选择提供峰值发送容量的一个组，输出移动台指数和从对应于所选择的组的峰值SINR测量的预定类型的信息；以及信号发送单元，用于使用从所述反馈信号处理单元输出的所述预定类型信息来选择用户信号通过其被发送的信道，调制和编码用户信号，通过向用户信号施加对应于相应的选择信道的加权向量来处理用户信号，通过天线来发送被处理的用户信号。

按照本发明的另一个方面，提供了一种无线通信方法，包括：基站通过多个发送天线发送多用户信号；移动台接收和处理该多用户信号；从所检测的多用户信号估计信道的特性，所述多用户信号通过这些信道的每个被发送；将要施加到所测量的信道特征的多个加权向量分类为多个组，使得彼此正交的预定数量的加权向量被编组到一个单个的组中；向所述信道特征应用在每个组中包括的每个加权向量以产生加权的信道特征，并根据每个组的加权信道特征选出最大化发送容量的一个组；以及反馈在所选择的组中包括的加权向量的指数和从对应于所选择的组的加权信道特征获得的加权信道信息。

附图说明

通过参照附图详细说明本发明的优选实施例，本发明的上述和其他特点和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是按照本发明的一个实施例的无线通信系统的方框图；

图2是图1所示的信号发送单元的详细方框图；

图3是图1所示的反馈信号产生单元的详细方框图；

图4图解了图3所示的正交加权组分类器的操作的示例；

图5是基于图4所图解的操作的、图3所示的信号干扰对噪音比(SINR)的实施例的图；

图6是图1所示的反馈信号处理单元的详细方框图。

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。

图1是按照本发明的一个实施例的无线通信系统的方框图。所述无线通信系统包括一个基站100和通过多信道110与基站100通信的多个移动台120和130。基站100包括信号发送单元101、反馈信号处理单元102和用于信号发送的两个或多个发送天线(未示出)。每个移动台120和130包括信号接收单元121、反馈信号产生单元122和一个或多个接收天线(未示出)。

基站100的反馈信号处理单元102处理从移动台120和130的每个的反馈信号产生单元122反馈的信号。信号发送单元101通过引用从反馈信号处理单元102输出的预定信息来选择要用于信号发送的信道，控制发送功率和调制与编码操作，使用成束方法来发送信号。按照所述成束方法，信号发送单元101使用预定的方法来处理要发送的信号，对它们施加加权，然后通过多个天线来发送所述信号。在此，用于移动台的信道彼此相区分。

信号接收单元121通过下列方式来检测信号：执行处理，诸如使用被应用到相应的信号的不同时延来执行解扩，所述相应的信号是通过由信号发送单元101在多径上选择的信道接收的。反馈信号产生单元122从通过接收天线接收的导频信号来估计信道特征，根据所估计的信道特征来产生各种类型的信息，并且向基站100反馈所述信息。

下面参照图2-6来详细地说明每个部件的操作。

图2是信号发送单元101的详细方框图。信号发送单元101包括信道选择器200、功率和调制编码(P-AMC)控制单元210、扩频单元220、加权乘法单元230、相加单元240和天线单元250。

信道选择器200按照从反馈信号处理单元102接收的选择信号{k_c(k)|k＝1，...，N}来从用于K个移动台的高速下行链路共享信道HS-DSCH₁到HS-DSCH_K中选择N个信道。N个信道是基于信道质量信息(CQI)而被选择的，以便最大化发送容量。

P-AMC控制单元210包括N个P-AMC控制器211和212，其中每个控制由信道选择器200选择的每个信道的功率，并且调制和编码这些信道。使用从反馈信号处理单元102输出的预定的调制级a_m[k_c(k)|k＝1，...，N]来执行调制。调整级表示对每个信道的调制方法，诸如正交相移键控(QPSK)或16-正交调幅。编码表示按照从反馈信号处理单元102输出的预定编码率{c[k_c(k)|k＝1，...，N]}对N个高速下行链路共享信道进行的误差校正编码。通过将从反馈信号处理单元102输出的每个功率值的平方根{E^1/2[k_c(k)]|k＝1，...，N}乘以N个高速下行链路共享信道的每个来控制功率。于是，从P-AMC控制器211和212的每个输出信号{x[k_c(k)]＝E^1/2[k_c(k)]·s[k_c(k)](i)k＝1，...，N}。在此，s[k](i)是第k个用户的第i个码元(symbol)数据，它已经被调制和编码。

扩频单元220包括N个扩频器221和222。所述N个扩频器221和222的每个按照公式(2)利用扩频信号{a[k_c(k)，i](t)|k＝1，....N}来操作从对应的P-AMC控制器211或212输出的信号x[k_c(k)]。在此，a[k，i](t)是在时间“t”对第k个用户的第i个码元数据的扩频信号的响应。

$x\left[k\right]\left(t\right)=E^{1/2}\left[k\right]\underset{i=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}s\left[k\right]\left(i\right)a[k,i](t-\mathrm{iT})---\left(2\right)$

$a[k,i]\left(t\right)=\frac{1}{\sqrt{K_{\mathrm{SF}}}}\underset{j=1}{\overset{K_{\mathrm{SF}}}{\mathrm{\Σ}}}c[k,i]\left(j\right)p(t-j{T}_c)$

在此，T是单个码元的长度，K_SF是扩频滤波器的阶，p(t)是码片脉冲形状的函数，T_c是码片的长度，并且c[k，i](j)是第k个用户的第i个码元数据的扩频码的第j个码片。扩频码序列{c[k，i](j)|j＝1，..，K_SF}被配置使得第k个用户的扩频码序列与其他用户的那些正交，或者第k个用户具有与其他用户相同的特征，其中K_SF具有值1或更大的值。

加权乘法单元230包括多个加权乘法器231、232、233和234，它们将N个加权分别乘以从N个扩频器221和222输出的信号。在此，N是天线的数量。换句话说，加权{w_Tx[k_c(k)，n]|n＝1，...，N，k＝1，...，N}的每个乘以从在基站100中包括的N个发送天线相应的N个扩频器221和222输出的扩频信号的每个。结果，加权乘法器231到234的每个输出信号{w_Tx[k_c(k)，n]·x_c[k_c(k)](t)|n＝1，...，N，k＝1，...，N}。

相加单元240包括N个加法器241和242，其中每个将从对应于N个天线的每个的加权乘法单元230输出的信号与每个天线的导频信号{PICH_n|n＝1，...，N}相加。天线单元250分别通过N个天线发送从相加单元240输出的信号

$\left\{x_w\right[n]\left(t\right)=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{\mathrm{Tx}}[k_c\left(k\right),n]\·x_c[k_c\left(k\right)\left]\left(t\right)\right|n=1,...,N,k=1,...,N\}.$

在通过多信道110从基站100的信号发送单元101发送信号后，每个移动台120和130的信号接收单元121接收信号，在所述信号中混合了不同的信道特征。

通过每个移动台接收天线接收的信号{r[m](t)|m＝1，...，M}可以由

$r\left[m\right]\left(t\right)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}h[m,n,l]x_w(t-l{T}_c)+n\left(t\right)$ 来表达，其中， $\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}h[m,n,l]x_w(t-l{T}_c)$ 是按照多信道特征 $h[m,n]\left(t\right)=\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}h[m,n,l]\mathrm{\δ}(t-l{T}_c)$ 和n(t)的对发送信号x_w(t)的信道响应。在此，M是移动台接收天线的数量，L是多径的数量，h[m，n，l]是对应于第n个基站发送天线、第m个移动台接收天线和第l个路径的信道响应。

信号接收单元121通过向相应的路径应用不同的时延来解扩所接收的信号，并且将解扩的信号乘以反映所述解扩信号的信号干扰对噪音比(SINR)特征的加权。

在此，按照公式(3)来执行解扩。

$y[m,l_0]={\∫}_{-\∞}^{\∞}r\left[m\right](t+d\left(l_0\right)T_c)a[k_0,0]\left(t\right)\mathrm{dt}$

其中

$y[m,l_0]=y\left[m\right]{|}_{t=d\left(l_0\right)T_c}---\left(3\right)$

$={\∫}_{-\∞}^{\∞}r\left[m\right]\left(\mathrm{\τ}\right)a[k_0,0](\mathrm{\τ}-t)\mathrm{d\τ}{|}_{t=d\left(l_0\right)T_c}$

$=\sqrt{E_d}{y}_d\left[m\right]\left(t\right)s\left[k_0\right]\left(0\right)+\sqrt{E_d}{y}_{\mathrm{SI}}\left[m\right]\left(t\right)+\sqrt{E_I}{y}_{\mathrm{MAI}}\left[m\right]\left(t\right)+\sqrt{N_0}{n}^{\′}\left[m\right]\left(t\right){|}_{t=d\left(l_0\right)T_c}$

在此，k₀＝k_c(1)表示第一用户，E_d＝E[k_c(1)]表示第一用户的信道的功率和，l₀表示移动台的分离多径(RAKE)接收机的探指(finger)数量，d(l₀)表示第l₀个探指的码片时延值，n′[m](t)表示由第m个移动台接收天线接收和通过解扩提取的噪音。

在按照公式(3)去扩展期间产生的自信号y_d[m](t)、自干扰信号y_SI[m](t)和多用户干扰信号y_MAI[m](t)可以由公式(4)来表达。

$y_d\left[m\right]\left(t\right)=\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}h[m,n,l]w_{\mathrm{Tx}}^{*}[n,k_0]R[k_0,k_0](t-{\mathrm{\τ}}_1)$

$y_{\mathrm{SI}}\left[m\right]\left(t\right)=\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=-\∞,i\≠0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}h[m,n,l]w_{\mathrm{Tx}}^{*}[n,k_0]s\left[k_0\right]\left(i\right)R[k_0,k_0](t-\mathrm{iT}-{\mathrm{\τ}}_1)$

$y_{\mathrm{MAI}}\left[m\right]\left(t\right)=\underset{k=1,k\≠k_0}{\overset{K_c}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\sqrt{E_k}}{\sqrt{E_I}}\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=-\∞,i\≠0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}h[m,n,l]w_{\mathrm{Tx}}^{*}[n,k]s\left[k\right]\left(i\right)R[k_0,k](t-\mathrm{iT}-{\mathrm{\τ}}_1)---\left(4\right)$

其中

$R_{k,k_0}=\frac{1}{L}\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l_0=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}c[k,k_0]\left(l\right)c^{*}[k,k_0]\left(l_0\right)R_p[t-(l-l_0)T_c]$

$R_p\left(t\right)={\∫}_{-\∞}^{\∞}p(t+\mathrm{\τ})p^{*}\left(\mathrm{\τ}\right)\mathrm{d\τ}$

可以通过公式(5)来表达按照公式(3)和(4)获得的解扩信号：

$y[m,l_0]={\∫}_{l_0{T}_c}^{l_0{T}_c+T}r\left[m\right]\left(t\right)a[k_0,0](t-l_0{T}_0)\mathrm{dt}---\left(5\right)$

在此m＝1，...，M，并且l₀＝0，...，L₀-1。

所述解扩信号可以按照公式(6)利用反映每个路径的SINR特征的加权{w_Rx[m，l₀]|m＝1，...，M，l₀＝0，...，L₀-1}进行组合：

$y=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l_0=0}{\overset{L_0-1}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{\mathrm{Rx}}^{*}[m,l_0]y[m,l_0]$

$=w_{\mathrm{Rx}}^H{y}_{\mathrm{Rx}}---\left(7\right)$

$=y_d\left(w_{\mathrm{Tx}}\right)+y_{\mathrm{SI}}\left(w_{\mathrm{Tx}}\right)+y_{\mathrm{MAI}}\left(\right\{w_{\mathrm{Tx},I}\left\}\right)+n$

在此，w_Rx＝[w_Rx[1，0]w_Rx[2，0]…w_Rx[1，1]w_Rx[2，1]…w_Rx[M，L₀-1]]^T并且y_Rx＝[y[1，0]y[2，0]…w[1，1]w[2，1]…w[M，L₀-1]]^T。在每个信号中，加权w_Tx或加权{w_Tx，I}被表达为因子，因为用于自信号和自干扰信号的基站发送加权与用于另一个用户干扰信号的基站发送加权不同，并且它们被分别用彼此正交的w_Tx和{w_Tx，I}来表达。

通过公式(7)来计算SINR：

$\mathrm{SINR}\left(w_{\mathrm{Tx}}\right){|}_{w_{\mathrm{Tx}}-[w_{\mathrm{Tx}},w_{\mathrm{Tx},I}]}=\frac{{\left|y_d\left(w_{\mathrm{Tx}}\right)\right|}^2}{E\left[{|y_{\mathrm{SI}}\left(w_{\mathrm{Tx}}\right)+y_{\mathrm{MAI}}\left(\right\{w_{\mathrm{Tx},I}\left\}\right)+n|}^2\right]}---\left(7\right)$

按照由公式(6)表达的组合，检测信号 $y=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l_0=0}{\overset{L_0-1}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{\mathrm{Rx}}^{*}[m,l_0]\·y[k_0,l_0].$ 在此，w_Rx[m，l]是被应用到每个探指、即在移动台中包括的每个接收天线的加权，并且与被应用到基站发送天线的加权w_Tx不同。

每个移动台120和130的反馈信号产生单元122从所接收的信号中提取导频信号，从所提取的导频信号估计多天线多径信道特征，按照所估计的多天线多径信道特征来执行预定的处理以产生预定信息，并且向基站100的反馈信号处理单元102发送所述预定信息。下面将详细说明反馈信号产生单元122的这样的操作。

图3是反馈信号产生单元122的详细方框图。如图3所示，反馈信号产生单元122包括信道特征估计器300、正交加权组分类器320、SINR计算单元330、容量计算单元340、峰值容量选择单元350和信息反馈单元360。

信道特征估计器300使用导频信号来估计多天线多径信道特征 $\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}h[m,n,l]x_w(t-l{T}_c),$ 即第一移动台120的信道信息。在此，M是移动台接收天线的数量，N是基站天线的数量，L是路径的数量。

对于具有大小N的I个加权向量{w(i)|i＝1，…，I}，正交加权组分类器320将彼此正交的加权向量编为一个单个组。在每个组中包括的加权向量的数量与发送天线的数量N相同。构成每个加权向量的加权是基站100和移动台120与130提前约定的值，并且可以以表格的形式来准备。图4图解了正交加权组分类器320的这样的操作的示例。例如，假定I＝9，并且加权向量是w(1)＝e_x＝(1，0，0)、w(2)＝e_y＝(0，1，0)、w(3)＝e_z＝(0，0，1)、w(4)＝(e_y+e_z)/2^1/2、w(5)＝(e_y-e_z)/2^1/2、w(6)＝(e_x+e_z)/2^1/2、w(7)＝(e_x-e_z)/2^1/2、w(8)＝(e_x+e_y)/2^1/2、w(9)＝(e_x-e_y)/2^1/2。正交加权组分类器320将加权向量编组为组{w(1)，w(2)，w(3)}、{w(1)，w(4)，w(5)}、{w(2)，w(6)，w(7)}、{w(3)，w(8)，w(9)}，向SINR计算器331和332输出加权向量组，并且向峰值容量选择单元350输出相应的加权向量的指数的组，即{1，2，3}、{1，4，5}、{2，6，7}、{3，8，9}。

SINR计算单元330包括与由正交加权组分类器320分类的组的数量一样多的SINR计算器331和332。SINR计算器331和332的每个接收从正交加权组分类器320输出的每组加权向量中包括的加权向量。图5是基于图4图解的操作的SINR计算器331的一个实施例的图。如图5所示，第一到第三SINR计算器3310、3311和3312的每个使用公式(7)或将公式(7)重写的公式(8)、从信道特征估计器300输入的信道特征和从正交加权组分类器320输入的加权组{w_Tx，{w_Tx，I}}来计算SINR。例如，第一SINR计算器3310使用w_Tx＝w(1)和{w_Tx，I}＝{w(2)，w(3)}来计算SINR。第二SINR计算器3311使用w_Tx＝w(2)和{w_Tx，I}＝{w(1)，w(3)}来计算SINR。第三SINR计算器3312使用w_Tx＝w(3)和{w_Tx，I}＝{w(1)，w(2)}来计算SINR。

$\mathrm{SINR}\≈\frac{{\left[\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{\mathrm{Rx}}^{*}\right[m,l\left]g\right[1,m,l\left]\right]}^2{E}_1}{\frac{1}{K_{\mathrm{SF}}}\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\left|w_{\mathrm{Rx}}^{*}\right[l\left]\right|}^2\underset{l_0=1,l_0\≠1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\left|g\right[k,l_0\left]\right|}^2{E}_k+\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\left|w_{\mathrm{Rx}}^{*}\right[l\left]\right|}^2{N}_0}$

$=\frac{{\left[\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{\mathrm{Rx}}^{*}\right[m,l\left]\left(w_1^{H}h\right[m,l\left]\right)\right]}^2{E}_1}{\frac{1}{K_{\mathrm{SF}}}\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\left|w_{\mathrm{Rx}}^{*}\right[l\left]\right|}^2\underset{l_0=1,l_0\≠1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\left|w_k^{H}h\right[k,l\left]\right|}^2{E}_k+\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\left|w_{\mathrm{Rx}}^{*}\right[l\left]\right|}^2{N}_0}---\left(8\right)$

$=\frac{{\left[\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\left|w_1^{H}h\right[m,l\left]\right|}^2\right]}^2{E}_1}{\frac{1}{K_{\mathrm{SF}}}\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\left|w_1^{H}h\right[m,l\left]\right|}^2\underset{l_0=1,l_0\≠1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\left|w_k^{H}h\right[m,l\left]\right|}^2{E}_k+\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\left|w_1^{H}h\right[m,l\left]\right|}^2{N}_0}$

容量计算单元340包括与SINR计算器331和332的数量一样多的容量计算器341和342。容量计算器341和342的每个根据香农(Shannon)边界{log₂[1+SINR(k)]|k＝1，…，N}来从SINR计算器331和332的每个输出的N个SINR来计算N个容量，并且对所计算的N个容量求和。

峰值容量选择单元350包括峰值选择器351、SINR选择器352和指数选择器353，峰值选择器351比较容量计算器341和342的输出值并且选择峰值。SINR选择器352相应于由选择器351选择的峰值而输出从SINR计算器331或332接收的N个SINR{SINR[n]|n＝1，…，N}。指数选择器353向信息反馈单元360输出从正交加权组分类器320接收的指数中由峰值选择器351选择的加权的指数{i[n]|n＝1，…，N}。

信息反馈单元360将从峰值容量选择单元350输出的SINR和指数转换为适合于发送的反馈信号，并且将所述反馈信号转发到基站100的反馈信号处理单元102。

反馈信号处理单元102为每个移动台组合所接收的指数和SINR以恢复反馈信息，并且对反馈信息执行预定的处理以产生要被应用到发送天线的各种类型的信息。

图6是反馈信号处理单元102的详细方框图。反馈信号处理单元102包括反馈信息分析器500、加权分类器510、峰值选择单元520、正交组合单元530、容量产生单元540和峰值容量选择器550。

反馈信息分析器500分析从各个移动台120和130接收的反馈信号，并且提取SINR和加权指数。

加权分类器510按照移动台组合SINR和加权指数，并且按照加权指数{i[k，n]}分类第k个移动台的组合结果{i[k，n]，SINR([k，n])}。结果，多个SINR对应于单个指数。

峰值选择单元520包括多个峰值选择器521和522，其中每个选择对应于每个指数的多个SINR中的一个峰值SINR。

对于每个加权指数和与加权指数对应的SINR，正交组合单元530将对应于加权指数{i[k，n]}并且彼此正交的加权向量组合为一个单个组，如图4所示，并且向容量产生单元540输出对应于每组加权向量的一组SINR。

容量产生单元540包括与从正交组合单元530输出的SINR的组的数量一样多的容量产生器541和542。容量产生器541和542的每个根据香农边界计算在每个组中包括的SINR的容量，并且求和所计算的容量。

峰值容量选择器550比较从容量产生器541和542输出的求和结果以选择一个峰值，并且使用对应于所选择的峰值的加权向量的指数、加权向量w_Tx[k_c(k)，n]＝w[i(k_c(k))]和对应的SINR来产生功率和调制编码信息。为了根据SINR来产生功率和调制编码信息，可以使用任何类型的传统方法，诸如使用表格的方法。所产生的功率和调制编码信息被输出到基站100的信号发送单元101。

按照本发明，移动台获得反映多个天线和多路径的下行链路特征的正交加权向量和对应于反映正交性的信道状态信息的SINR的正交组合，并且向基站反馈在所获得的正交加权向量和SINR的正交组合中给出峰值流量的正交加权向量和SINR的正交组合。然后，基站从允许趋于零处理的加权组合中选择对应于峰值流量的组合，并且将所选择的组合应用到发送天线，以便最大化高速下行链路共享信道的发送流量。具体上，在使用N个基站天线、每个移动台的N个天线和K个移动台的发送中，可以将发送容量理论上提高最大N*log₂(1+SNR*K)倍(其中SNR是信噪比)，以便可以获得香农容量。

Claims (26)

1.一种无线通信系统，包括：

基站，用于向多用户信号施加预定的加权向量，并且通过多个发送天线发送多用户信号；

多个移动台，用于接收和处理所述多用户信号，

其中，每个移动台包括：

信号接收单元，用于处理所述多用户信号；和

反馈信号产生单元，它从所述多用户信号估计所述多用户信号通过其被发送的信道的特征，将要被施加到所估计的信道特征的多个加权向量分类为多个组，使相互正交的向量被划分在一个组中，从被分类的组中选择使得发送容量最大化的一个组，向所述基站反馈在所选择的组中包括的加权向量的加权指数和加权的信道信息。

2.按照权利要求1所述的无线通信系统，其中，在每个组中包括的加权向量的数量与发送天线的数量相同。

3.按照权利要求1所述的无线通信系统，其中，由所述反馈信号产生单元反馈的加权指数在基站中被用作确定预定加权向量的信息。

4.按照权利要求1所述的无线通信系统，其中，所述反馈信号产生单元包括：

信道估计器，用于估计信道特征；

正交加权组分类器，它将在多个加权向量中彼此正交的预定数量的向量编组为单个组，并且输出每个组的加权向量的加权指数；

多个信号干扰对噪声比(SINR)计算器，其中每个对所述信道特征应用在每个组中包括的加权向量，并且使用加权的信道特征来计算SINR；

多个容量计算器，它们分别对应于所述多个SINR计算器，并且其中每个分别使用从每个对应的SINR计算器接收的SINR来计算发送容量，并且对发送容量求和；

峰值容量选择单元，它选择给出求和的发送容量峰值的容量计算器，并且输出从对应于所选择的容量计算器的SINR计算器接收的SINR和对应于所选择的容量计算器的加权指数；以及

信息反馈单元，它向基站反馈从峰值容量选择单元接收的SINR和加权指数。

5.按照权利要求4所述的无线通信系统，其中，所述基站和移动台包括同一表格，其中指数分别对应于加权向量。

6.按照权利要求4所述的无线通信系统，其中，所述基站还包括反馈信号处理单元，它按照移动台将从移动台接收的加权指数和SINR进行分类，按照加权指数将该被分类的SINR再分类，在分类的SINR中选择一个峰值SINR，按照加权指数将加权向量分类为多个组，从这些组中选择给出峰值发送容量的一个组，输出在所选择的组中包括的加权指数和由该加权指数和峰值SINR测量的预定类型的信息。

7.按照权利要求6所述的无线通信系统，其中，在每个组中包括的加权向量的数量与发送天线的数量相同。

8.按照权利要求6所述的无线通信系统，其中，所述反馈信号处理单元包括：

反馈信息分析器，它按照移动台来分类从移动台接收的加权指数和SINR；

加权分类器，它按照加权指数将被分类的SINR再分类；

多个峰值选择器，其中每个从再分类的SINR中选择一个峰值SINR；

正交组合单元，它将对应于加权指数的加权向量中彼此正交的加权向量组合为单个组；

多个容量产生器，其中每个从在各组中包括的加权向量的加权指数所对应的峰值SINR计算发送容量，并且对计算出的发送容量求和；

峰值容量选择器，它从所述容量产生器输出的值中选择一个峰值，并且输出在对应于所选择的峰值的组中包括的加权指数、移动台指数和从峰值SINR获得的功率和调制编码信息。

9.按照权利要求8所述的无线通信系统，其中，所述基站包括信号发送单元，它通过多个发送天线发送多用户信号，所述信号发送单元包括：

信道选择器，它从多个信道中选择对应于从所述峰值容量选择器输出的移动台指数的信道；

多个功率和调制编码控制器，它们按照从所述峰值容量选择器输出的功率和调制编码信息来控制所选择的信道的功率，并且调制和编码所选择的信道；

多个扩频器，它们分别使用预定的扩频信号来对从相应的功率和调制编码控制器输出的信号扩频；以及

信号处理器，它对从每个扩频器输出的信号应用与发送天线的数量相同数量的发送天线，对每个发送天线的发送天线加权信号求和，并且输出求和的结果。

10.按照权利要求9所述的无线通信系统，其中，每个扩频器使用扩频码序列{c[k，i](j)|j＝1，..，K_SF}来作为预定的扩频信号，并且该扩频码序列被配置使得第k个用户的扩频码序列与其他用户的正交，或第k个用户具有与其他用户相同的特征，其中，K_SF具有值1或更大值。

11.按照权利要求9所述的无线通信系统，其中，所述发送天线加权对应于从所述峰值容量选择器输出的加权指数。

12.按照权利要求9所述的无线通信系统，其中，每个移动台的信号接收单元通过向相应的路径应用不同的时延来解扩所接收的多用户信号，并且应用反映每个路径的解扩的多用户信号的SINR特征的加权。

13.按照权利要求6所述的无线通信系统，其中，所述基站包括信号发送单元，它通过多个发送天线发送多用户信号，该信号发送单元包括：

信道选择器，它从多个信道中选择对应于从所述反馈信号处理单元输出的移动台指数的信道；

多个功率和调制编码控制器，它们按照从所述反馈信号处理单元输出的预定类型的信息来控制所选择的信道的功率，并且调制和编码所选择的信道；

多个扩频器，它们分别使用预定的扩频信号来对从相应的功率和调制编码控制器输出的信号扩频；以及

信号处理器，它向每个从扩频器输出的信号应用与发送天线的数量相同数量的发送天线，对每个发送天线求和发送天线加权信号，并且输出求和的结果。

14.按照权利要求13所述的无线通信系统，其中，每个移动台的信号接收单元通过向每个路径应用不同的时延来解扩所接收的多用户信号，并且应用反映每个路径的解扩的多用户信号的SINR特征的加权。

15.一种移动台，用于从基站接收包括多用户信号的用户信号，该移动台包括：

信号接收单元，用于处理用户信号；以及

反馈信号产生单元，它从所述多用户信号估计该多用户信号在其上被发送的信道的特征，将要被施加到所估计的信道特征的多个加权向量分类为多个组，从被分类的组中选择使得发送容量最大化的一个组，向所述基站反馈在所选择的组中包括的加权向量的指数和从对应于所选择的组的被加权信道特征获得的加权信道信息。

16.按照权利要求15所述的移动台，其中，在每个组中包括的加权向量的数量与在基站中包括的发送天线的数量相同。

17.按照权利要求15所述的移动台，其中，所述加权向量与基站使用的加权向量相同。

18.按照权利要求17所述的移动台，其中，所述反馈信号产生单元包括：

信道特征估计器，用于估计信道特征；

正交加权组分类器，它将在多个加权向量中彼此正交的预定数量的向量编组为单个组，并且输出每个组的加权向量的加权指数；

多个信号干扰对噪声比(SINR)计算器，其中每个分别向所述信道特征应用在每个组中包括的加权向量，计算每个加权的信道特征的功率，并用计算出的功率来计算SINR；

多个容量计算器，它们分别对应于多个SINR计算器，并且其中每个分别使用从每个对应的SINR计算器接收的SINR来计算发送容量，并且求和发送容量；

峰值容量选择单元，它选择给出求和的发送容量的峰值的一个容量计算器，并且输出从对应于所选择的容量计算器接收的SINR和对应于所选择的容量计算器的加权指数；以及

信息反馈单元，它向基站反馈从所述峰值容量选择单元接收的SINR和加权指数。

19.一种基站，用于：根据用于信道选择的移动台指数信息和所选择的信道的信号干扰对噪音比(SINR)信息来处理用户信号，所述信息从多个移动台被反馈；并且通过多个天线来发送所处理的访问信号，该基站包括：

反馈信号处理单元，用于通过移动台来分类由移动台接收的指数和SINR，按照加权指数再分类被分类的SINR，从被分类的SINR中选择一个峰值SINR，根据加权指数将加权向量分类为多个组，从这些组中选择提供峰值发送容量的一个组，输出移动台指数和从对应于所选择的组的峰值SINR测量的预定类型的信息；以及

信号发送单元，用于使用从所述反馈信号处理单元输出的所述预定类型信息来选择用户信号通过其被发送的信道，调制和编码用户信号，通过向用户信号施加对应于相应的选择信道的加权向量来处理用户信号，通过天线来发送被处理的用户信号。

20.按照权利要求19所述的基站，其中，所述反馈信号处理单元包括：

反馈信息分析器，它对每个移动台分类从移动台接收的加权指数和SINR；

加权分类器，它按照加权指数来再分类被分类的SINR；

多个峰值选择器，其中每个从被再分类的SINR中选择一个峰值SINR；

正交组合单元，它将在对应于加权指数的加权向量中彼此正交的加权向量组合为单个组；

多个容量产生器，其中每个从在每个组中包括的加权向量的加权指数对应的峰值SINR计算发送容量，并且求和所计算的发送容量；以及

峰值容量选择器，它从容量产生器输出的值中选择一个峰值，并且输出在对应于所选择的峰值的组中包括的加权指数、移动台指数和从峰值SINR获得的功率和调制编码信息。

21.按照权利要求19所述的基站，所述信号发送单元包括：

信道选择器，它从多个信道中选择对应于从所述反馈信号处理单元输出的移动台指数的信道；

多个功率和调制编码控制器，它们按照从所述反馈信号处理单元输出的预定类型的信息来控制所选择的信道的功率，并且调制和编码所选择的信道；

多个扩频器，它们分别使用预定的扩频信号来对从相应的功率和调制编码控制器输出的信号扩频；

信号处理器，它对从每个扩频器输出的信号应用与相应的所选择的信道对应的加权向量，对每个发送天线的加权信号求和，并且通过相应的天线输出求和的结果。

22.一种无线通信方法，包括：

基站通过多个发送天线发送多用户信号；

移动台接收和处理该多用户信号；

从所检测的多用户信号估计信道的特性，所述多用户信号通过这些信道的每个被发送；

将要施加到所测量的信道特征的多个加权向量分类为多个组，使得彼此正交的预定数量的加权向量被编组到一个单个的组中；

向所述信道特征应用在每个组中包括的每个加权向量以产生加权的信道特征，并根据每个组的加权信道特征选出最大化发送容量的一个组；以及

反馈在所选择的组中包括的加权向量的指数和从对应于所选择的组的加权信道特征获得的加权信道信息。

23.按照权利要求22所述的无线通信方法，其中，由移动台使用的加权向量与在基站中使用的那些相同。

24.按照权利要求23所述的无线通信方法，还包括：

基站按照移动台来分类从多个移动台接收的加权指数和加权信道信息；

按照加权指数将加权的信道信息再分类；

在对应于每个加权指数的每个被再分类的加权信道信息选择峰值加权信道信息，并且通过将彼此正交的预定数量的向量组合为单个组来将对应于加权指数的加权向量分类；

根据对应于在每个组中包括的加权向量的峰值加权信道信息来选择最大化发送容量的一个组；

输出属于所选择的组的移动台指数和从对应于所选择的组的峰值加权信道信息测量的预定类型信息。

25.按照权利要求24所述的无线通信方法，其中，所述加权信道信息表示信号干扰对噪音比(SINR)，而预定类型信息是功率、调制和编码信息。

26.按照权利要求25所述的无线通信方法，还包括：

基站从多个信道中选择对应于移动台指数的信道；

按照所述功率、调制和编码信息来控制所选择信道的功率，并且调制和编码所选择的信道；

使用预定的扩频信号来对通过被功率控制、调制和编码的信道发送的信号扩频；

对扩频信号应用对应于所选择信道的加权向量，对每个发送天线的加权信号求和，并且通过每个对应的发送天线输出求和的结果。

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