CN1643822A - 包括天线阵列的移动通信装置及移动通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种包括天线阵列的移动通信装置和移动通信方法。所述移动通信装置具有一个基站和一个移动站。该移动站测量下行链路特性，检测物理空间信息和近似长期信息，产生短期信息，把短期信息和物理空间信息转换成一个反馈信号，并且把该反馈信号发送到基站。基站接收该反馈信号，提取加权信息，波束形成专用物理信道信号，把导频信道信号和波束形成的结果组合，并且把组合的结果经由天线阵列发送到移动站。该物理空间信息表示和移动站相对于基站的位置相关的空间信息，并且该近似长期信息表示长期信息。因此，可以避免由于大量信息被反馈到基站导致的通信性能的下降而同时保持波束形成的增益。

Description

包括天线阵列的移动通信装置及移动通信方法

技术领域

本发明涉及包括天线阵列的移动通信装置，借助该移动通信装置可以通过聚集(massing)要发送给单个用户的信号波束来消除在用户间的接收信号的干扰，以便使在移动通信环境中的衰减、干扰和噪声的影响最小。本发明还涉及在移动通信装置中执行的移动通信方法。具体地，本发明涉及一种移动通信装置，其能够通过减少反馈信息的量来改进移动通信系统的性能，以便使该移动通信系统不易受反馈错误或反馈延迟影响的方法，而不是如西门子提议的本征(eigen)波束形成方法中本征矢量被直接量化，并且量化的本征矢量由移动台馈送给基站。本发明还涉及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被要求能比现有的诸如个人通信业务(PCSs)的移动通信系统更快地发送信息。欧洲和日本已经采用了一种宽带码分多址(W-CDMA)系统作为无线接入标准，而北美已经采用了CDMA-2000(多载波码分多址)系统。

在通用移动通信系统中，几个移动站通过基站相互通信。为了高速发送数据，移动通信系统应当最大限度减少由于移动通信信道的特性带来的诸如衰减和用户干扰的损失。具体来说，使用分集系统来防止通信由于衰减变得不稳定。作为分集系统的一种类型的空间分集系统采用多个天线，即，一个天线阵列。

由于衰减把所接收的信号的振幅减少到几个dB或十分之几dB，为了实现快速的数据发送，通用移动通信系统应当克服对移动通信系统的性能具有最严重影响的衰减。在此，衰减是移动通信系统的信道特性之一。如上所述，能够使用几种分集技术来克服衰减。这些分集技术的一个代表性示例是使用在CDMA技术中的信道延迟或扩频来执行分集的瑞克(rake)接收机。瑞克接收机执行用于接收多路径信号的分集接收技术。然而，当延迟扩频低时该分集技术不直接操作分集。

分集技术的另一个例子是使用交织和编码的时间分集系统，其被用在多普勒扩频信道中。然而，时间分集系统不适用于低速多普勒信道。在具有低延迟扩频的室内信道和对应于一个低多普勒信道的步行(pedestrian)信道中，为了克服衰减使用一个空间分集系统。空间分集系统使用至少两个天线。如果经由一个天线接收的信号由于衰减而减弱，该空间分集系统经由另一个天线接收该信号。空间分集被分类为一个使用接收天线的接收天线分集和一个使用发送天线的发送天线分集。由于考虑到区域和成本难于在移动站安装接收天线分集，因此推荐在基站使用发送天线分集。

在发送天线分集中，闭环发送天线分集获得从移动站到基站的下行链路信道信息反馈，而开环发送天线分集不获得从移动站到基站的反馈。在发送天线分集中，移动站通过测量从基站到一个移动站形成的下行信道的相位和大小来搜索最佳加权值，并且把搜索到的信息发送给基站。为了测量移动信道的大小和相位，基站必须发送用于不同发送天线的不同的正交导频信号。移动站接收所述导频信号，使用所接收的导频信号测量信道的大小和相位，并且通过所测量的信道大小和相位信息搜索用于发送天线分集的最佳加权值。

对于发送天线分集来说，如果基站的发送天线的数量增加，则分集效果和信噪比仍然改进，但是分集效果改进的量/速度持续下降。因此，为了获得略微改进的分级效果而牺牲很多成本并非优选。因此，最好增加在基站中使用的天线数量以便最大程度减少干扰信号的功率和最大化内部信号的信噪比，而不是改进分集效果。

考虑到能最大程度减少干扰和噪声以及分集效果对于内部信号的影响的波束形成效果而发明的发送适应天线阵列系统被称为下行链路波束形成系统。把反馈信息作为发送分集一样使用的系统被称为闭环下行链路波束形成系统。如果反馈信道具有的带宽不足，则使用从移动站到基站反馈的信息的所述闭环下行链路波束形成系统可能会由于不能适当地反映信道信息的变化而降低通信的性能。

当天线的数量和空间-时间信道的特性变动时，在作为欧洲IMT-2000系统的W-CDMA系统中标准化的第一和第二TxAA模式具有下列的问题：如果天线的数量增加，必须反馈每个天线的加权值，并且因而创建要反馈的很多信息。因此，取决于移动站的移动速度，第一和第二TxAA模式降低通信性能。即，通常，如果移动站的速度在一个衰减信道增加，则在空间-时间信道中的变化变得严重。因此，必须增加信道信息的反馈速度。然而，如果反馈速度是有限的，随着天线数量的增加而增加的反馈信息因此降低通信的性能。如果天线之间的距离不足，在每个天线信道之间的相关增加。如果在信道之间的相关增加，一个信道矩阵的信息量减少。反馈方法的有效使用即使当天线的数量增加时也能防止在高速移动物体环境中的性能的降低。然而，由于第一和第二TxAA模式是基于两个构成空间-时间信道的天线的信道完全相互独立的假设而构造的，当天线的数量和空间-时间信道的特性变化时，它们不能被有效地使用。此外，第一和第二TxAA模式从未被应用于使用超过两个天线的环境，因而即使在使用3个或更多天线时也不能提供优良的性能。

由于上述的原因，当使用3个或更多的天线时形成一个波束形成天线系统。波束形成技术使用在个人用户之间的方向的差并且适用于在单个收发天线信道之间具有高度相关的环境。具体来说，西门子建议3GPP采用一种将分集和波束形成进行组合的本征波束形成技术。然而，由于波束形成技术仅仅是简单地量化用于波束形成的本征矢量并且把量化的本征矢量反馈给发送者。这种大量的信息反馈导致反馈信息在发送期间易受所产生的错误和延迟影响，从而降低该移动通信系统的性能。

发明内容

本发明提供了一种包括天线阵列的移动通信装置，通过所述天线阵列，需要用于波束形成的、从一个移动站反馈给基站的信息量减少，从而增强了通信的性能。

本发明还提供一种用于在包括一个天线阵列的移动通信装置中执行的移动通信方法，通过所述天线阵列，需要用于波束形成的、从一个移动站反馈给基站的信息量减少，因此增强了通信的性能。

根据本发明的一个方面，提供了一种具有移动站和包括天线阵列的基站的移动通信装置。该移动站通过由基站接收的信号测量单个天线的信道的下行链路特性，通过测量的下行链路特性来检测物理空间信息和近似(approximate)长期信息，通过近似长期信息和下行链路特性来产生短期信息，把短期信息和物理空间信息转换成一个反馈信号，并且把该反馈信号发送给该基站。该基站接收该反馈信号，从由所接收的反馈信息恢复的短期信息和物理空间信息提取加权的信息，使用该加权的信息波束形成一个专用物理信道信号，组合导频信号和波束形成的结果，并且把该组合的结果经由一个天线阵列发送给该移动站。该物理空间信息表示关于移动站相对于基站的位置的空间信息，而近似长期信息表示和在其中反映了单个天线的信道相关特性最接近的长期信息。

根据本发明的另一个方面，提供了一种在具有移动站和包括天线阵列的基站的移动通信装置中执行的移动通信方法。该移动通信方法包括下列步骤：通过由基站接收的信号测量单个天线的信道的下行链路特性，通过所测量的下行链路特性来检测物理空间信息和近似长期信息，使用近似长期信息和下行链路特性产生短期信息，把短期信息和物理空间信息转换成一个反馈信号，并且把该反馈信号发送到基站；以及下列步骤：接收反馈信号，从由所接收的反馈信息恢复的短期信息和物理空间信息提取加权信息，使用该加权信息波束形成一个专用物理信道信号，组合波束形成的结果和导频信道信号，并且把该组合的结果经由一个天线阵列发送给该移动站。该物理空间信息表示关于移动站相对于基站的位置的空间信息，而近似长期信息表示和在其中反映了单个天线的信道相关特性最接近的长期信息。

在传统的移动通信装置和传统的移动通信系统方法中，在代表由多个发送天线所产生的信道的下行链路特性中代表长期信息的本征矢量被直接量化，并且量化的结果被从移动站馈送到基站。因此，由该移动站馈送到基站的信息量增加，并且向基站回馈信息所花费的时间也增加。因此，如果信道变化的速度高于长期信息被更新的速度，则移动通信的性能降低，而且从移动站到基站形成的反向信道的负载增加。因此，减少了要经由该反向信道发送的数据量。然而，在根据本发明的包括天线阵列的移动通信装置和根据本发明的移动通信方法中，由于物理空间信息而不是长期信息由移动站20、22、……，或24馈送给基站10，要反馈给基站10的信息量被减少50％或更多。因此，能够增加长期信息的更新速度，并且快速移动能够适应快速的信道改变，即，能够根据该速度快速和平滑地响应于信道的改变。而且，由于要反馈的信息量被降低，能够用来发送数据的反向信道的容量也增加了，而且如在传统的包括一个天线阵列的移动通信装置和传统移动通信方法中一样，移动站所要求的接收信噪比能够显著降低。因此，根据本发明的移动通信装置和方法具有能够避免由于大量信息被反馈导致通信性能降低同时保持波束形成增益的效果。

附图说明

图1是根据本发明的包括一个天线阵列的移动通信装置的示意性方框图；

图2是说明根据本发明的、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是用于说明本发明的图2的步骤30的一个优选实施例的的流程图；

图4是本发明的图1的第k个移动站的一个优选实施例的方框图；

图5是说明本发明的图3的步骤44的一个优选实施例的流程图；

图6是本发明的图4的长期空间信息发生器的一个实施例的方框图；

图7是本发明的图6的第一查找表的一个实施例的表；

图8是用于说明本发明的图5的步骤80的一个优选实施例的流程图；

图9是本发明的图6的地址发生器的一个优选实施例的方框图；

图10是本发明的图9的地址发生器的一个优选实施例的方框图；

图11是说明本发明的图3的步骤46的一个优选实施例的流程图；

图12是本发明的图4的短期信息发生器的一个优选实施例的方框图；

图13是用于说明本发明的图2的步骤32的一个优选实施例的流程图；

图14是本发明的图1的基站的一个实施例的方框图；

图15是用于说明本发明的图13的步骤200的一个实施例的流程图；

图16是本发明的图14的加权信息发生器的一个实施例的方框图；

图17是用于说明本发明的图15的步骤264的一个实施例的流程图；和

图18是本发明的图16的信息组合器的一个实施例的方框图。

具体实施方式

下面，将参照附图描述根据本发明的包括一个天线阵列的移动通信装置实施例的结构和操作，以及在该移动通信装置中执行的移动通信方法。

图1是根据本发明的包括天线阵列的移动通信装置的示意方框图。该移动通信装置由基站10和第一、第二、……和第K移动站20、22、……和24所构成。在这里，K表示一个正整数。

图2是用于说明根据本发明的、在图1的移动通信装置中执行的移动通信方法的流程图。该移动通信方法包括获取一个反馈信号的步骤30和从该反馈信号中提取加权信息的步骤32。

在步骤30，在图1中的第一、第二、……和第K移动站20、22、……和24中的第k(1≤k≤K)移动站通过一个从基站10所接收的信号测量包括在基站10中的天线阵列的每个天线的信道的下行链路特性H_DL，并通过测量的下行链路特性H_DL检测物理空间信息和近似长期信息。此后，粗体字符表示矢量，而非粗体字符表示标量。仍然在步骤30，第k移动站还通过近似长期信息和下行链路特性H_DL产生短期信息，把该物理空间信息和短期信息转换成一个反馈信号，并且把该反馈信号传送给基站10。在此，H_DL表示一个矩阵。矩阵H_DL的列分量相对于空间获得，而矩阵H_DL的行分量相对于时间获得。物理空间信息表示和第k移动站20、22、……或24相对于基站10的位置有关的空间信息。例如，物理空间信息可以是一个到达方向(DOA)和一个角扩展(angle spread)。近似长期信息表示和反映单个天线的信道间的相关的长期信息最接近的长期信息。

现在参考附图说明步骤30的实施例和第k移动站20、22、……或24的

实施例。

图3是用于说明作为本发明的图2的步骤30的优选实施例的步骤30A的流程图。在步骤40，测量信道的下行链路特性H_DL。在步骤42、44和46，通过所测量的信道的下行链路特性H_DL确定信道的物理空间信息、近似长期信息和短期信息。在步骤48，所确定的物理空间信息和短期信息被转换成一个反馈信号。

图4是根据本发明的一个优选实施例的图1的第k移动站20、22、……或24的方框图。如图4所示，第k移动站20、22、……或24包括天线60、信道特性测量器62、长期信息确定器64、长期空间信息发生器66、短期信息发生器68和移动站信号转换器70。

在步骤40，图4的信道特性测量器62经由天线60从基站10接收一个信号，通过所接收的信号测量单个信道的下行链路特性H_DL，并把所测量的下行链路特性H_DL输出给短期信息发生器68和长期信息确定器64或长期空间信息发生器66中的一个。在此，信道的下行链路特性H_DL表示从基站10传送到第k移动站20、22、……或24的信道的相位和幅度。

如图3和图4所示，根据本发明的一个实施例，在步骤42，长期信息确定器64通过由信道特性测量器62临时和在空间测量的下行链路特性H_DL产生本征矢量v₁，……和v_ant，它们表示本征波束；使用一个本征值分解(EVD)方法从所产生的本征矢量v₁到v_ant中选择有效(即，可用)的本征矢量v₁到v_Nbeam；确定选择的有效本征矢量作为长期信息；并且把该长期信息输出到长期空间信息发生器66。这里‘ant’表示包括在基站10中的一个天线阵列的天线的数量，而‘Nbeam’表示有效本征矢量的数量。该EVD方法在1966年由位于伦敦的约翰霍普金斯大学出版公司出版的‘G.Golub’和‘C.Van.Loan’的标题为“Matrix Computation(矩阵计算)”的书所公开。随后，在步骤44，长期空间信息发生器66检测物理空间信息并且通过该长期信息，即从长期信息确定器64接收的有效本征矢量v₁到v_Nbeam产生近似长期信息，并把所检测的物理空间信息输出到移动站信号转换器70，并把产生的近似长期信息输出到短期信息产生器68。

根据本发明的另一个实施例，图3的步骤30A可能不包括步骤42，并且图4的移动站可能不包括长期信息确定器64。在这种替代中，在步骤40后的步骤44，长期空间信息发生器66通过信道特性测量器62所接收的信道下行链路特性H_DL检测物理空间信息和近似长期信息。

在图3的步骤30包括步骤42并且图4的移动站包括长期信息确定器64的情况下，下面描述本发明的优选实施例的步骤44和长期空间信息发生器66。

图5是用于说明步骤44A的流程图，步骤44A是本发明的图3的步骤44的一个优选实施例。步骤44A包括用于检测物理空间信息和产生近似长期信息的步骤80和82。

图6是长期空间信息发生器66A的方框图，长期空间信息发生器66A是本发明的图4的长期空间信息发生器66的优选实施例。该长期空间信息发生器66A包括一个地址发生器84和一个查找表(LUT)86。

参考图6，在步骤42后的步骤80，地址发生器84检测与经由输入端子IN1从长期信息确定器64接收的长期信息(即，有效本征矢量v₁到v_Nbeam)最接近的近似长期信息，并且把所检测的近似长期信息经由输出端子OUT1输出给短期信息发生器68，而用于近似长期信息的地址被产生并被输出到第一LUT 86。此后，在步骤82，第一LUT86经由输出端子OUT2把存储在由地址发生器84接收的地址中的物理空间信息输出到移动站信号转换器70。

图7示出了本发明的图6的第一LUT 86的一个实施例的表，其包括DOAs、角扩展(AS)、预定有效本征矢量和索引(或地址)。

如果DOA(θ)的最小单元和AS(φ)发生的可能性受到限制，图7的第一LUT 86如等式1所示产生总共60个有效本征矢量：

$[{\mathrm{\λ}}_1{v}_1{\mathrm{\λ}}_1{v}_1...{\mathrm{\λ}}_{N_B}{v}_{N_B}]={\mathrm{EVD}}_{\mathrm{eff}}\left(R(\mathrm{\θ},\mathrm{\φ})\right)...\left(1\right)$

其中，EVD_eff表示用于从EVD结果搜索有效本征矢量和本征值的一个函数，λ_i表示一个本征值，v_j表示一个本征矢量，而R(，)表示一个使用等式2利用DOAs(θ)和AS(φ)产生的一个信道相关矩阵：

$R(\mathrm{\θ},\mathrm{\φ})=\frac{1}{Q+1}\underset{q=-Q/2}{\overset{Q/2}{\mathrm{\Σ}}}a(\mathrm{\θ}+\mathrm{\φ}\frac{q}{Q})a^H(\mathrm{\θ}+\mathrm{\φ}\frac{q}{Q})...\left(2\right)$

其中，方向矢量a(θ)是[1 exp(jΨ)exp(j2Ψ)…exp(j(B-1)Ψ)]，其中，Ψ＝πsin(θ)。

如果从图7的第一LUT 86中读出物理空间信息，则移动站信号转换器70能够使用一个6比特反馈信号表达包括在从第一LUT 86读出的物理空间信息中的所有本征矢量。

如果DOA(-80°＜θ＜80°)被以10°(即，10°的分辨率)为单位量化，并且AS(φ)被表达为0°、5°、10°和20°，一共需要8比特的信息来把一个本征矢量反馈回基站，而总共16个比特的信息能够回馈两个本征矢量。如果使用图7的第一LUT 86，则从第k个移动站20、22、…或24反馈回基站10的信息仅仅是由西门子提议的54比特的长期信息的30％。

图8是用于说明作为本发明图5的步骤80的优选实施例的步骤80A。步骤80A包括计算矢量间距离的步骤90和获得地址和近似长期信息的步骤92。

图9是本发明的图6的地址发生器84的一个优选实施例的地址发生器84A的方框图。该地址发生器84A包括一个距离计算器100和一个最大值搜索器102。

在步骤42后的步骤90，距离计算器100对作为由图4的长期信息确定器64所确定的长期信息的至少一个有效本征矢量v₁、v₂、…和v_x(其中，x对应于Nbeam并且是一个正整数)的每一个与预定有效本征矢量v₁′、v₂′…和v_y′之间的差求范数(norm)，对每个范数求平方，并且确定平方的结果作为本征矢量间距离。

此后，在步骤92，最大值搜索器102确定从距离计算器100接收的矢量间距离中的最大距离的顺序作为地址，并且经由输出端子OUT3把所述地址输出到第一LUT 86。其中，所述矢量间距离被相对于对应于所确定的长期信息的每个有效本征矢量而计算。在步骤92，最大值搜索器102还确定对应于最大矢量间距离的预定有效本征矢量作为近似长期信息，并且经由输出端子OUT4把该近似长期信息输出到短期信息发生器68，其中近似长期信息接近于所确定的有效本征矢量。

为了便于理解本发明，将基于x为2的假设描述图9的地址发生器84A的结构和操作。

图10是本发明的图9的地址发生器84A的一个优选实施例的方框图，其包括地址计算器100A和最大值搜索器102A。

为了执行步骤90，距离计算器100包括第一到第y减法器110、112、…和114，第(y+1)到第2y减法器116、118、…和120，以及第一到第2y操作单元122、124、…和132。

图10的第1到y减法器110、112…和114把从长期信息确定器64接收的有效本征矢量v₁从每个预定的有效本征矢量v₁′、v₂′…和v_y′减去，并且把相减的结果输出到第1到y操作单元122、124、…和126。第1到y操作单元122、124、…和126对从第1到y减法器110、112…和114接收的减法结果求范数，对该范数求平方，并且把该平方的结果作为矢量间距离输出到第一最大值搜索器134。在图10中，‖‖表示范数。类似地，第(y+1)到2y减法器116、118、…和120把从长期信息确定器64接收的有效本征矢量v2从每个预定的有效本征矢量v₁′、v₂′…和v_y′减去，并且把相减的结果输出到第(y+1)到2y操作单元128、130、…和132。第(y+1)到2y操作单元128、130、…和132对从第(y+1)到2y减法器116、118…和120接收的减法结果求范数，对该范数求平方，并且把该平方的结果作为矢量间距离输出到第二最大值搜索器136。

为了执行步骤92，最大值搜索器102A包括第一和第二最大值搜索器134和136。对于被确定为长期信息的有效本征矢量v₁，第一最大值搜索器134通过由第1到y操作单元122、124、…和126接收的矢量间距离搜索最大距离，确定作为地址的最大距离的顺序，并且经由输出端子OUT5输出该地址。并且，第一最大值搜索器134确定一个在获得最大距离中使用的预定有效本征矢量作为相对于所确定的长期信息的近似长期信息，并且把所确定的近似长期信息经由输出端子OUT6输出到短期信息发生器68。如果作为来自第1到y操作单元122、124、…和126的第二个的从第二操作单元124输出的矢量间距离具有最大值，则数字2被确定为一个地址并经由输出端子OUT5被输出到第一LUT 86。此时，在预定的有效本征矢量v₁′、v₂′…和v_y′中，用于计算从第二操作单元124输出的矢量间距离的预定有效本征矢量v₂′被确定为最接近长期信息v₁的近似长期信息，并经由输出端子OUT6输出。

类似地，对于被确定为长期信息的有效本征矢量v₂来说，第二最大值搜索器136从由第(y+1)到2y操作单元128、130、…和132接收的矢量间距离中搜索最大距离，确定要成为地址的最大距离的顺序，并且经由输出端子OUT7输出该地址。并且，第二最大值搜索器136确定一个在获得最大距离中使用的预定有效本征矢量作为相对于所确定的长期信息的近似长期信息，并且把所确定的近似长期信息经由输出端子OUT8输出给短期信息发生器68。例如，如果从第2y单元输出的作为来自第(y+1)到2y操作单元128、130、…和132的第y个的矢量间距离，即具有第y顺序的矢量间距离，具有从第(y+1)到2y操作单元128、130、…和132输出的矢量间距离的最大值，则顺序y被确定为一个地址并经由输出端子OUT7输出给第一LUT 86。此时，在预定的有效本征矢量v₁′、v₂′…和v_y′中，用于计算从第2y操作单元132输出的矢量间距离的预定有效本征矢量v_y′被确定为最接近所确定的长期信息v₂的近似长期信息，并经由输出端子OUT8输出到短期信息发生器68。

在步骤44后的步骤46，短期信息发生器68使用从信道特性测量器62所接收的下行链路特性H_DL和从长期空间信息发生器66接收的近似长期信息产生短期信息，并把该短期信息输出到移动站信号转换器70。

下面，参照附图描述本发明实施例的步骤46和短期信息发生器68。

图11是用于说明步骤46A的流程图，步骤46A是本发明的图3的步骤46的实施例。步骤46A包括使用所确定的加权矢量获得接收功率值的步骤140和142以及使用接收功率值中的最大功率值确定短期信息的步骤144。

图12是短期信息发生器68A的方框图，短期信息发生器68A是本发明图4的短期信息发生器68的一个优选实施例。短期信息发生器68A包括基矢量组合器150，接收功率计算器152和最大功率检测器154。

在步骤44后的步骤140，基矢量组合器150把所有经由输入端子IN3接收的预定加权常数a₁、a₂、…和a_NB(其中，NB表示有效本征矢量的数量并且和Nbeam相同)和经由输入端口IN4从长期空间信息发生器66接收的近似长期信息进行组合，并且把组合的结果作为加权矢量w₀、w₁、…和w_B’-1(其中，B′表示预定短期信息的件数)输出给接收功率计算器152。

随后，在步骤142，接收功率计算器152把从基矢量组合器150接收的加权矢量w₀、w₁、…和w_B’-1和从信道特性测量器62所接收的下行链路特性H_DL相乘，对于相乘的结果求范数的平方，并且把作为该平方的结果的多个接收功率值输出到最大功率检测器154。

接收功率计算器152由第(2y+1)到(2y+B′)操作单元160、162、…和164构成，接收功率计算器152把加权矢量w₀、w₁、…和w_B’-1和下行链路特性H_DL相乘，对相乘的结果求范数，对该范数求平方，并且把该平方的结果作为多个接收功率值输出到最大功率检测器154。

在步骤142后的步骤144，最大功率检测器154从由接收功率计算器152接收的多个接收功率值中检测最大值作为最大接收功率，确定获得计算最大接收功率所用的加权矢量所用的系数所处的位置的索引作为短期信息，并且把所确定的短期信息输出到移动站信号转换器70。

在步骤46后的步骤48，移动站信号转换器70把短期信息发生器68获得的短期信息和长期空间信息发生器66获得的物理空间信息转换成一个反馈信号。该反馈信号经由天线60被发送到基站10。为此，移动站信号转换器70包括物理空间信息格式器72、移动站短期信息格式器74和时分复用器76。物理空间信息格式器72格式化从长期空间信息发生器66接收的物理空间信息，使得物理空间信息能够被反馈回基站10，并且把格式化的物理空间信息输出到时分复用器76。此时，移动站短期信息格式器74格式化从短期信息发生器68接收的短期信息，并且把格式化的短期信息输出到时分复用器76。时分复用器76对于从物理空间信息格式器72接收的格式化的物理空间信息和从移动站短期信息格式器74接收的格式化的短期信息执行时分复用，并且把时分复用的结果以反馈信号的形式输出给天线60。

根据本发明，从物理空间信息格式器72接收的格式化的物理空间信息比从移动站短期信息格式器74接收的格式化的短期信息被复用的频率要低。

在步骤30后的步骤32，基站10从第k移动站20、22、…或24接收一个反馈信号，从由所接收的反馈信号恢复的物理空间信息和短期信息提取加权信息，使用所述加权信息波束形成一个专用物理信道信号，把导频信道信号CPICH₁、CPICH₂、CPICH₃、…和CPICH_ant与波束形成的专用物理信道信号相加，并且把相加的结果经由天线阵列输出给移动站。

现在将参考附图描述本发明的步骤32和基站10的实施例。

图13是用于说明步骤32A的流程图，步骤32A是本发明的图2的步骤32的一个优选实施例。步骤32A包括用于产生加权信息的步骤200和用于使用该加权信息把导频信道信号和获取的波束形成结果相加的步骤202和204。

图14是基站10A的方框图，基站10A是本发明的图1的基站10的一个优选实施例。基站10A包括第一复用器220、第一加法器222、天线阵列224和加权信息发生器226。

在步骤30后的步骤200，加权信息发生器226接收从第k移动站20、22、…或24发送的反馈信号，通过所接收的反馈信号恢复短期信息和物理空间信息，把恢复的物理空间信息转换成近似长期信息，并把近似长期信息与恢复的短期信息进行组合以便产生加权信息。

图14的天线阵列224包括天线248、250、252、…和254，其数量是ant。根据本发明的一个实施例，天线248、250、252、…和254中的每一个接收从图1中的第k移动站20、22、…或24发送的反馈信号，并把所接收的反馈信号输出到加权信息发生器226。根据本发明的另一个实施例，代之以经由图14所示的天线阵列224接收反馈信号，加权信息产生器226可以经由额外的接收天线(未示出)而不是经由图14的天线阵列224来接收反馈信号。

现在参照附图描述本发明的优选实施例的图13的步骤200和图14的加权信息发生器226。

图15是用于说明步骤200A的流程图，步骤200A是本发明的图13的步骤200的一个优选实施例。步骤200A包括从反馈信号中恢复物理空间信息的步骤260，以及获得近似长期信息并将其和短期信息组合的步骤262和264。

图16是加权信息发生器226A的方框图，加权信息发生器226A是本发明的图14的加权信息发生器226的一个优选实施例。加权信息发生器226A包括信息恢复器280、信息转换器282和信息组合器284。

在步骤30后的步骤260，信息恢复器280通过经由输入端子IN5接收的反馈信号恢复短期信息和物理空间信息，并且把恢复的短期信息输出到信息组合器284、把恢复的物理空间信息输出到信息转换器282。

在步骤260后的步骤262，信息转换器282把从信息恢复器280接收的恢复的物理空间信息转换成近似长期信息，并把转换的近似长期信息输出到信息组合器284。为了做到这点，信息转换器282可以被实现为第二LUT 286。第二LUT 286接收来自信息恢复器280的物理空间信息以作为一个地址，读出对应于该地址的近似长期信息，并且把读出的近似长期信息输出到信息组合器284。第二LUT 286的输出/输入对应于第一LUT 86的输入/输出。为此，第一和第二LUT 86和LUT 286是由一个移动通信装置使用上述的等式1和2事先产生的。换句话说，第二LUT 286使用由信息恢复器280恢复的物理空间信息作为地址并且读出对应于该地址的近似长期信息。

在步骤262后的步骤264，信息组合器284把从信息转换器282接收的转换的近似长期信息与由信息恢复器280恢复的短期信息进行组合，并把组合的结果作为加权信息经由输出端子OUT9输出到第一复用器220。

现在参照附图描述本发明的图15的步骤264和图16的信息组合器284的实施例。

图17是用于说明步骤264A的流程图，步骤264A是本发明的图15的步骤264的一个优选实施例。步骤264A包括把近似有效本征矢量乘以预定加权常数的步骤300以及把相乘的结果求和的步骤302。

图18是信息组合器284A的方框图，步骤284A是本发明的图16的信息组合器284的一个优选实施例。信息组合器284A包括第二乘法器310和第二加法器312。

在步骤262后的步骤300，第二乘法器310把对应于由信息转换器282转换的近似长期信息的近似有效本征矢量

和 乘以对应于由信息恢复器280恢复的短期信息的恢复的预定加权常数 和

并且把相乘的结果输出到第二加法器312。在此，预定加权常数

和

是在预定加权常数a₁、a₂、…和a_NB上执行恢复的结果。为了执行步骤300，第二乘法器310可以由N_B乘法单元320、322、…和324构成，各乘法单元把近似有效本征矢量

和 与恢复的加权常数

和

相乘。

在步骤300后的步骤302，第二加法器312把在第二乘法器310中执行的乘法的结果相加，确定相加的结果作为加权信息，并且把所确定的加权信息经由输出端子OUT10输出到第一复用器220。

在步骤200后的步骤202，第一复用器220把专用物理信道信号(DPCH)与从加权信息发生器接收的加权信息相乘，并且把相乘的结果作为波束形成的结果输出到第一加法器222。为了执行步骤202，第一复用器220包括乘法单元230、232、234、…和236，其数量是ant。乘法单元230、232、234、…和236把包括在从加权信息发生器226接收的加权信息中的加权值w1、w2、w3、…和w_ANT与专用物理信道信号(DPCH)相乘。

在步骤202后的步骤204，第一加法器222把导频信道信号添加到从第一乘法器220接收的波束形成结果，并且把相加的结果输出到天线阵列224。为了执行步骤204，第一加法器222可以包括加法单元240、242、244、…和246，其数量是ant。加法单元240、242、244、…和246把导频信道信号与由ant个乘法器230、232、234、…和236所执行的乘法结果相加。在此，导频信道信号[P_i(k)](1≤i≤ant)是图14示出的通用导频信道信号(CPICH)。然而，导频信道信号可以是和图14不同的专用CPICH(DCPICH)信号或第二CPICH(SCPICH)信号。例如，如果导频信道信号[P_i(k)]是通用导频信道信号(CPICH)，则P_i(k)是CPICH_i。

天线阵列224的每个天线248、250、252、…和254把由第一加法器222中的加法单元240、242、244、…和246中的对应加法单元执行的相加的结果发送到图1的第k移动站20、22、…或24。

如上所述，天线阵列224的每个天线248、250、252、…和254能够既扮演发送由加法单元240、242、244、…和246执行的加法的结果的信号发送的角色，又能扮演从第k移动站20、22、…或24接收反馈信号的信号接收的角色。

作为替代，天线阵列224的每个天线248、250、252、…和254可能只发送由加法单元240、242、244、…和246执行的加法的结果。在这种情况下，用于接收从第k移动站20、22、…或24发送的反馈信号的附加天线被包括在基站10中。

总而言之，在根据本发明的移动通信装置和移动通信方法中，第k移动站20、22、…或24把物理空间信息而不是长期信息反馈给基站10。这样，减少了反馈信息的量。

Claims (23)

1.一种具有移动站和包括天线阵列的基站的移动通信装置，该移动通信装置包括：

移动站，其通过从基站接收的一个信号来测量单个天线的信道的下行链路特性，通过所测量的下行链路特性检测物理空间信息和近似长期信息，通过该近似长期信息和下行链路特性产生短期信息，把该短期信息和物理空间信息转换成一个反馈信号，并且把该反馈信号发送给基站，和

基站，其接收该反馈信号，从由所接收的反馈信号恢复的短期信息和物理空间信息提取加权信息，使用该加权信息来波束形成一个专用的物理信道信号，把导频信道信号和波束形成的结果进行组合，并且经由该天线阵列把组合的结果发送到该移动站，

其中，所述物理空间信息表示关于移动站相对于基站的位置的空间信息，而所述近似长期信息表示最接近于在其中反映单个天线的信道相关特性的长期信息的长期信息。

2.如权利要求1所述的移动通信装置，其中所述移动站包括：

信道特性测量器，其接收从基站发送的一个信号，通过所接收的信号测量该下行链路特性，并且输出所测量的下行链路特性；

长期空间信息发生器，其通过该下行链路特性产生近似长期信息和物理空间信息；

短期信息发生器，其通过该下行链路特性和近似长期信息产生短期信息；和

移动站信号转换器，其把所产生的短期信息和物理空间信息转换成一个反馈信号。

3.如权利要求2所述的移动通信装置，其中，该移动站还包括一个通过测量的下行链路特性产生本征矢量的长期信息确定器，其从所产生的本征矢量中选择有效本征矢量，确定所选择的有效本征矢量为长期信息，并且输出该确定的长期信息，而且该长期空间信息发生器通过长期信息检测物理空间信息并且产生近似长期信息。

4.如权利要求3所述的移动通信装置，其中，该长期空间信息发生器包括：

地址发生器，其检测作为长期信息的近似长期信息，并且产生对应于该近似长期信息的一个地址；和

第一查找表，其读出对应于该地址的物理空间信息。

5.如权利要求4所述的移动通信装置，其中，所述地址发生器包括：

距离计算器，其对于至少一个有效本征矢量的每个和预定的有效本征矢量之间的差求范数，对该范数求平方，并且输出平方的结果作为矢量间距离；和

最大值搜索器，其确定对于每个有效本征矢量的作为地址的在矢量间距离中最大的矢量间距离的顺序，把该地址输出给第一查找表，并且输出对应于最大矢量间距离的预定有效本征矢量作为近似长期信息。

6.如权利要求2所述的移动通信装置，其中，所述短期信息发生器包括：

基矢量组合器，其把所有预定的加权常数与从长期空间信息发生器接收的长期信息进行组合，并且输出该组合的结果作为加权矢量；

接收功率计算器，其把每个从基矢量组合器接收的加权矢量乘以从信道特性测量器接收的下行链路特性，对于每个相乘的结果求范数的平方，并且输出对应于该平方结果的接收功率；和

最大功率检测器，其对由接收功率计算器接收的接收功率值的最大值进行检测作为最大接收功率，并且确定作为短期信息的索引，该索引位于用于获得用来计算最大接收功率的加权值的系数所处的位置。

7.如权利要求2所述的移动通信装置，其中，所述移动站信号转换器包括：

物理空间信息格式器，其格式化从长期空间信息发生器接收的物理空间信息、使得该物理空间信息能够被反馈，并且输出格式化的物理空间信息；

移动站短期信息格式器，其格式化从短期信息发生器接收的短期信息并且输出格式化的短期信息；和

时分复用器，其对于从物理空间信息格式器接收的格式化的物理空间信息和从移动站短期信息格式器接收的格式化的短期信息执行时分复用，并且把时分复用的结果作为反馈信号输出，

其中，所述从物理空间信息格式器接收的格式化的物理空间信息被复用的频率小于从移动站短期信息格式器接收的格式化的短期信息被复用的频率。

8.如权利要求1，2，3和4中任意一个所述的移动通信装置，其中，所述基站包括：

加权信息发生器，其通过所述反馈信号恢复物理空间信息和短期信息，把恢复的物理空间信息转换成近似长期信息，并且通过把转换的近似长期信息与恢复的短期信息组合来产生加权信息；

第一乘法器，其把加权信息与专用物理信道信号相乘，并且把相乘的结果作为波束形成结果输出；和

第一加法单元，其把导频信道信号与波束形成结果相加，并且把相加的结果作为组合结果输出，

其中，由第一加法器执行的相加结果经由天线阵列被发送到移动站。

9.如权利要求8所述的移动通信装置，其中，所述加权信息发生器包括：

信息恢复器，其通过反馈信号恢复短期信息和物理空间信息；

信息转换器，其把恢复的物理空间信息转换成近似长期信息；和

信息组合器，其把转换的近似长期信息与恢复的短期信息进行组合，并且输出组合的结果作为加权信息。

10.如权利要求9所述的移动通信装置，其中，所述信息转换器包括一个第二查找表，其通过使用恢复的物理空间信息作为地址读出相应的近似长期信息，其中，第一查找表的输入/输出分别与第二查找表的输入/输出相同。

11.如权利要求9所述的移动通信装置，其中，所述信息组合器包括：

第二乘法器，其把作为转换的近似长期信息的每个有效本征矢量与作为恢复的短期信息的每个恢复的预定加权常数相乘，并且输出相乘的结果；和

第二加法器，其把在第二乘法器中执行的相乘的结果进行相加。

12.如权利要求4所述的移动通信装置，其中，包括在第一查找表中的预定有效本征矢量是使用下列等式产生的：

$[{\mathrm{\λ}}_1{v}_1{\mathrm{\λ}}_2{v}_2...{\mathrm{\λ}}_{N_B}{v}_{N_B}]={\mathrm{EVD}}_{\mathrm{eff}}\left(R(\mathrm{\θ},\mathrm{\φ})\right)$

其中，EVD_eff表示用于从本征值分解的结果搜索有效本征矢量和本征值的函数，λ_i表示一个本征值，v_j表示一个本征矢量，而R(，)表示使用下列等式利用对应于物理空间信息的AS(φ)和DOAs(φ)产生的信道相关矩阵：

$R(\mathrm{\θ},\mathrm{\φ})=\frac{1}{Q+1}\underset{q=-Q/2}{\overset{Q/2}{\mathrm{\Σ}}}a(\mathrm{\θ}+\mathrm{\φ}\frac{q}{Q})a^H(\mathrm{\θ}+\mathrm{\φ}\frac{q}{Q})$

其中，方向矢量a(θ)是[1 exp(jΨ)exp(j2Ψ)...exp(j(B-1)Ψ)]，其中，Ψ＝πsin(θ)。

13.一种在具有移动站和包括天线阵列的基站的移动通信装置中执行的移动通信方法，所述移动通信方法包括：

(a)通过由基站接收的一个信号测量单个天线的信道的下行链路特性，从测量的下行链路特性检测物理空间信息和近似长期信息，使用该近似长期信息和下行链路特性产生短期信息，把确定的短期信息和物理空间信息转换成一个反馈信号，以及把该反馈信号发送给基站；和

(b)接收该反馈信号，从由所接收的反馈信号恢复的短期信息和物理空间信息提取加权信息，使用该加权信息波束形成一个专用的物理信道信号，把波束形成的结果与导频信道信号进行组合，并且经由该天线阵列把组合的结果发送到移动站，

其中，所述物理空间信息表示关于移动站相对于基站的位置的空间信息，而所述近似长期信息表示最接近于在其中反映单个天线的信道的相关特性的长期信息的长期信息。

14.如权利要求13所述的移动通信方法，其中，步骤(a)包括：

(a1)接收一个从基站发送的信号，并且通过所述接收的信号测量下行链路特性；

(a2)通过所述下行链路特性产生近似长期信息和物理空间信息；

(a3)使用所述下行链路特性和所述近似长期信息产生短期信息；和

(a4)把产生的短期信息和产生的物理空间信息转换成一个反馈信号。

15.如权利要求14所述的移动通信方法，其中，步骤(a)还包括步骤(a5)：通过所测量的下行链路特性产生本征矢量，从所产生的本征矢量中选择有效本征矢量并且确定所选择的有效本征矢量作为长期信息，其中，在步骤(a3)，所述物理空间信息和近似长期信息是通过长期信息产生的。

16.如权利要求15所述的移动通信方法，其中，步骤(a3)包括：

(a31)检测作为长期信息的近似长期信息，并且产生对应于近似长期信息的地址；和

(a32)读出存储在所产生的地址中的物理空间信息。

17.如权利要求16所述的移动通信方法，其中，步骤(a31)包括：

对于作为确定长期信息的至少一个有效本征矢量的每个和预定的有效本征矢量之间的差求范数，并对该范数求平方以获得矢量间距离；和

确定作为被确定为长期信息的每个有效本征矢量的地址的、在矢量间距离中的最大的矢量间距离的顺序，确定作为近似长期信息的对应于最大的本征间距离的预定有效本征矢量，并且前进到步骤(a32)。

18.如权利要求14所述的移动通信方法，其中，步骤(a3)包括：

把所有预定的加权常数与近似长期信息进行组合，并且确定组合的结果作为加权矢量；

把每个加权矢量和下行链路特性相乘，对于相乘的结果求范数的平方以获得接收功率；和

检测接收功率值的最大值作为最大接收功率，并且确定作为短期信息的索引，该索引位于用于获得用来计算最大接收功率的加权值的系数所处的位置。

19.如权利要求13和14中任意一个所述的移动通信方法，其中，步骤(b)包括：

(b1)通过反馈信号恢复物理空间信息和短期信息，把恢复的物理空间信息转换成近似长期信息，并且通过把转换的近似长期信息与恢复的短期信息进行组合来产生加权信息；

(b2)把加权信息和专用物理信道信号和相乘，并且确定相乘的结果作为波束形成结果；和

(b3)把导频信道信号和波束形成结果相加，并且把相加的结果作为组合结果输出，

其中，相加结果经由天线阵列被发送给移动站。

20.如权利要求19所述的移动通信方法，其中，步骤(b1)包括：

(b11)通过反馈信号恢复短期信息和物理空间信息；

(b12)把所恢复的物理空间信息转换成近似长期信息；和

(b13)把转换的近似长期信息与恢复的短期信息进行组合，并且确定组合的结果作为加权信息。

21.如权利要求20所述的移动通信方法，其中，在步骤(b12)，通过使用恢复的物理空间信息作为地址读出对应的近似长期信息。

22.如权利要求20所述的移动通信方法，其中，步骤(b13)包括：

把作为转换的长期信息的有效本征矢量与作为恢复的短期信息的每个恢复的预定加权常数相乘；和

把相乘的结果相加，并且确定相加的结果作为加权信息。

23.如权利要求13所述的移动通信方法，其中，物理空间信息包括一个到达方向(DOA)和一个角扩展(AS)。

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