CN1765093A

CN1765093A - 用于使用多载波调制的多天线通信系统的传输方案

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Publication number: CN1765093A
Application number: CNA2004800078655A
Authority: CN
Inventors: R·克里希南; A·苏布拉马尼亚姆; T·卡杜斯
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2004-02-24
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2024-02-24
Also published as: RU2005129713A; CL2004000359A1; ES2523983T3; AU2004214811B2; JP2006518971A; US20100003931A1; IL170682A0; US7606326B2; KR100867258B1; KR20050105489A; EP1597884A2; RU2354064C2; AU2004214811A1; EP1597884B1; CA2517207A1; US20060269009A1; WO2004077730A2; MXPA05009038A; CA2517207C; HK1086403A1

Abstract

提供了一种用于使用多载波调制的多天线通信系统的导频和数据传输方案。子频带多路复用被用来避免从多个天线同时发送多个信号而造成的干扰。M个可用子频带最初被安排以形成多个子频带组，每个组包括可用子频带的不同的子集。T个发射天线中的每一个然后被分配有一个或可能多个子频带组用于导频传输，并且典型地一个子频带组用于数据传输。导频和数据然后可以从每个天线、在被分配给该天线的子频带上被发射用于导频和数据传输。对于每个发射天线，用于每个被分配的子频带的发射功率可以被调整得较高，以使所述天线可用的全部总发射功率被用于传输。导频和/或数据可以从所有T个天线、在所有可用子频带上被同时发射，而不造成相互干扰。

Description

用于使用多载波调制的多天线通信系统的传输方案

技术领域

本发明通常涉及数据通信，并且特别涉及用于使用多载波调制的多天线通信系统的导频和数据传输方案。

背景技术

多天线通信系统采用多个(T)发射天线和一个或多个(R)接收天线用于导频和数据传输。T个发射天线可以被用于通过从这些天线发射独立的数据流来增加吞吐量。T个发射天线也可以被用于通过从这些天线冗余地发送单个数据流来改善可靠性。

在多天线通信系统中，可能需要估计在T个发射天线和R个接收天线之间的信道增益。可能需要信道估计来确定特定的模式以用于数据传输、处理接收的数据传输等等。信道估计典型地通过发送接收机事先已知的导频符号而被执行。接收机然后可以作为接收的导频符号与已知导频符号之比来估计信道增益。

基于导频传输所获得的信道估计通常通过噪音和干扰二者而被削弱。噪音可以来自不同的源，例如无线信道、接收机电子设备等等。噪声削弱典型地可以通过适当地设计导频信号和/或在足够的时期内发射导频信号来处理，以使接收机可以获得特定期望质量的信道估计。

对于多天线系统，从所有T个发射天线同时发射导频信号可以造成干扰。这是因为从每个天线发射的导频信号干扰了从其它天线发射的导频信号。

当T个发射天线用于数据传输时，发生相同的干扰现象。特别地，如果相同的信号是在没有处理干扰的情况下从多个天线被冗余地发射的，则可能根据信道条件和接收机的特定位置而在接收机发生信号抵消。因此，通过从多个天线同时发射数据，将不会达到较大的吞吐量和/或可靠性。

因此，在现有技术中需要一种能够有效地处理多天线通信系统中的干扰的传输方案。

发明内容

这里提供了用于使用多载波调制的多天线通信系统的导频和数据传输方案。一方面，子频带多路复用被用来避免由多个天线同时发送多个信号而造成的干扰。利用子频带多路复用，由多载波调制(例如OFDM)提供的M个可用子频带最初被安排以形成多个子频带组，每个组包括所述可用子频带的不同的子集。所述子频带组可以以下面描述的各种的方式而被形成。T个传输天线中的每一个因而被分配有一个或可能多个子频带组用于导频传输，并且典型地一个子频带组用于数据传输。用于导频传输的子频带组可以相同或不同于用于数据传输的子频带组。导频和数据因而可以从每个天线、在分配给该天线用于导频和数据传输的子频带上而被发射。利用子频带多路复用，导频和/或数据可以从所有T个天线、在所有可用子频带上被同时发射，而不会造成干扰。

其它技术也可以被用来改善性能用于导频和数据传输。例如，对于每个发射天线，用于被分配给天线的每个子频带的发射功率可以被调整得较高，以使可用于该天线的全部或尽可能多的总发射功率被用于传输。由于导频传输发生在多个符号周期上，被分配给所述T个发射天线的子频带可以被置换。子频带置换允许更多的子频带由每个天线所使用，并且改善的信道估计可以在仍避免干扰的同时而被获得。

下面详细描述了本发明的各个不同的方面和实施例。

附图说明

参考附图，通过下面的详细描述，本发明的特征、特性和优点将变得更加明显，附图中相同的参考标记表示相同的部分，其中：

图1A示出了OFDM子频带结构；

图1B示出了支持子频带多路复用的子频带结构；

图2A示出了从利用子频带多路复用的T个天线所进行的示例性导频/数据传输；

图2B示出了从利用子频带多路复用和子频带置换的T个天线所进行的示例性导频传输；

图3A示出了从利用子频带多路复用和发射分集的T个天线所进行的示例性数据传输；

图3B示出了从利用子频带多路复用的T个天线和用于发射分集的不同天线配对所进行的示例性数据传输；

图3C示出了从利用子频带多路复用的W个天线的组所进行的示例性数据传输；

图4示出了利用子频带多路复用发射导频和/或数据的流程图；

图5示出了发射机单元和两个接收机单元的框图；

图6示出了实现空时发射分集(STTD，space-time transmit diversity)方案的发射(TX)空间处理器的框图；

图7A示出了实现Walsh-STTD方案的TX空间处理器的框图；

图7B示出了Walsh-STTD编码器的框图；和

图8示出了OFDM调制器的框图。

具体实施方式

“示例性”这一词语是指“用作例子、实例或说明”。不必认为这里作为“示例性”描述的实施例或设计优选于或有利于其它实施例或设计。

这里描述的导频和数据传输方案可以被用于不同的多天线通信系统并且利用不同的多载波调制技术。为了清楚，这些传输方案是特别针对使用正交频分复用(OFDM)的多天线系统来描述的。

图1A示出了可以用于多天线通信系统的OFDM子频带结构100。所述系统具有W MHz的总系统带宽，该带宽利用OFDM被划分为N个正交子频带。在典型的OFDM系统中，仅仅所述N个全体子频带中的M个被用于导频和数据传输，其中M＜N。剩余的N-M个子频带不用于导频/数据传输，而是用作保护(guard)子频带以允许所述系统满足频谱屏蔽(mask)需求。所述M个可用子频带包括子频带F至F+M-1，其中F为整数，其被典型地选择以使所述M个可用子频带以工作频带的中央为中心。

对于OFDM，在每个可用子频带上将被发射的数据或导频首先利用特定的调制方案而被调制(即映射到调制符号)。零信号值被提供给N-M个不被使用的子频带中的每一个。对于每个OFDM符号周期，利用快速傅里叶逆变换(IFFT)将用于N个全体子频带的N个符号(例如，M个调制符号和N-M个零)变换到时域，以获得包括N个时域采样的“被变换的”的符号。为了克服由频率选择性衰落所引起的符号间干扰(ISI)，每个转换的码元的一部分被重复以形成由N+C个采样组成的相应的OFDM符号，其中C是被重复的采样的数量。所重复的部分通常被称为“循环前缀”。所述OFDM符号然后在无线信道上被发送。在示例性设计中，系统带宽W＝20MHz，子频带的总数N＝256，可用子频带的数量M＝224，以及每个被变换的符号的持续时间为12.8微秒。OFDM符号周期(或简单地，符号周期)对应于一个OFDM符号的持续时间。

如上面所指出的，子频带多路复用被用来避免由多个天线同时发射多个信号而造成的干扰。利用子频带多路复用，导频和/或数据在子频带组上从T个天线同时被发射，所述子频带组是“不相交的(disjoint)”(下文描述了不相交)，以便避免干扰。可以利用子频带多路复用来定义许多导频和数据传输方案。下文描述了所述传输方案中的某些。

图1B示出了支持子频带多路复用的子频带结构150。在这个实施例中，M个可用子频带最初被分为S个不相交的集合，每个集合包括T个连续子频带，其中T·S≤M。每个集合中的T个子频带然后被分配给T个组，以使每个集合中的第i个子频带被分配给第i个组。利用所述子频带分配方案，每个组中的S个子频带是跨越所述M个可用子频带而均匀分布的，并且该组中的连续子频带是由T个子频带来间隔开的。T个子频带组可以被分配给T个发射天线用于导频/数据传输。

通常，所述M个可用子频带可以以各种不同的方式被分配给所述T个组，并且这是在本发明的范围之内的。所述T个组可以包括相同或不同数量的子频带。此外，每个组中的子频带可以是跨越所述M个可用子频带而均匀或非均匀分布的。唯一的需求是所述T个子频带组是互相不相交的，以便避免干扰。为简单起见，下面的描述假定T个子频带组中的每一个都包括S个子频带，每个组中的子频带是均匀分布的并且是由T个子频带来间隔开的(如图1B所示)，并且T·S＝M。

图2A示出了从利用子频带多路复用的T个天线所进行的示例性导频/数据传输。T个天线中的每个被分配有各自的子频带组。在图2A中，子频带组1被分配给天线1，子频带组2被分配给天线2，等等，并且子频带组T被分配给天线T。所述T个子频带组可以如上面针对图1B所描述的那样而被形成。每个组包括由阴影盒所示的S个子频带。来自每个天线的导频/数据传输仅发生在被分配给该天线的子频带上。

如图2A所示，如果导频/数据是从每个天线、仅在被分配给该天线的子频带上而被发射的，则来自T个天线的传输之间将不存在干扰。这是因为所述子频带是彼此正交的，并且最多一个天线使用每个子频带用于传输。因此，即使T个传输是从所述T个天线同时被发送的，也避免了干扰。

在典型的无线通信系统中，每个天线可以与总发射功率P_ant相关联，其是可以被用于来自该天线的导频/数据传输的最大发射功率。所述P_ant可以通过用于所述天线的功率放大器的峰值输出、调节约束(regulatoryconstraint)和/或其它需求而被指定。改善的性能可以通过利用全部或尽可能多的总发射功率来达到，该总发射功率是用于来自每个天线的导频/数据传输的。特别地，由于仅M个可用子频带中的S个被分配给每个天线，其中为了简单S＝M/T。用于被分配给每个天线的S个子频带中的每一个的发射功率可以增加因子T。这因而将允许对于每个天线的S个子频带的每一个达到较高的接收的信噪比(SNR)。

在第一导频传输方案中，导频是从利用子频带多路复用的T个天线同时被发射的。形成所述子频带组，以使每个组中的子频带的数量大于所述系统的最大期望的延迟扩展。用于给定接收机的延迟扩展针对由发射机发射的信号是在最早和最迟到达接收机的信号实例之间的差值。所述系统的延迟扩展(L)是对于系统中所有接收机的预期的最坏情况的延迟扩展，所述接收机可以散布在所述系统的整个覆盖区域。为了有效地克服ISI，所述循环前缀应比所述系统的延迟扩展长(即，C＞L，其中所述延迟扩展L是以采样周期的单位而给定的)。每个组中的子频带的数量因而可以被选择为大于或等于用于所述循环前缀的采样的数量(即，S≥C)。

在2003年1月10日提交的题为“Channel Estimation for OFDMCommunication Systems”的美国专利申请序号[Attorney Docket No.020718]中，以及在2002年11月19日提交的题为“Reduced ComplexityChannel Estimation for Wireless Communication Systems”的临时美国专利申请序号60/427,896中，详细描述了基于所述M个子频带的子集上的导频传输的、针对所有M个可用子频带的信道估计的推导，所述两个专利申请都被转让给本申请的受让人并且及在此被引入作为参考。

为了改善性能，用于所述T个天线中的每一个的每分配子频带的发射功率可以增加因子T。对于每个天线，这因而将导致在所述S个被分配的子频带上的导频传输的总能量相同，就像所有M个可用子频带被用于导频传输。较高的每子频带发射功率将允许所述接收机获得较高质量的信道估计。

如果分配给每个天线的子频带数量等于或大于所述系统的延迟扩展(即，S≥L)，则针对用于所述天线的所有M个可用子频带的信道增益可以基于仅在被分配给该天线的S个子频带上的导频传输来估计。此外，如果用于被分配给每个天线的S个子频带中的每一个的发射功率增加了因子T，则基于仅在S个子频带上的导频传输所获得的信道估计的质量，将与基于在所有M个可用子频带上的、利用相同发射功率量的导频传输所获得的信道估计的的质量大约相同。即，通过维持相同的总导频能量，接收机将能够基于仅在这些子频带的子集上的、具有较小的或没有质量损失的导频传输，来估计用于所有M个可用子频带的信道增益。

所述第一导频传输方案允许所有T个天线同时发射导频。为了获得同等质量的信道估计，在所有M个可用子频带上从所有T个天线同时发射导频的传统方案将需要传输持续时间，即大约比所述第一导频传输方案所需要的时间长T倍。例如，如果需要N_p·T个导频OFDM符号来利用传统方案获得特定质量的信道估计，则同等质量的信道估计可以基于在T个天线上发射的N_p个导频OFDM符号来获得。这假定(1)每个天线被分配有足够数量的子频带，其等于或大于所述循环前缀，和(2)使用功率调整(scaling)，以使每个天线可用的总发射功率被用于分配的子频带上的导频传输。在上述美国专利申请序号[Attorney Docket No.020718]中描述了所述功率调整。因此，所述第一导频传输方案可以将导频开销减小多达因子T，T是发射天线的数量。

在第二导频传输方案中，导频是从利用子频带多路复用和子频带置换的T个天线被同时发射的。所述导频可能需要在多个OFDM符号周期上被发射。例如，如果所述导频需要在较长的时间周期上被平均以获得所述信道增益的合理准确的估计，则这可能是所述情况。在这种情况下，所述信道估计中的附加改善可以通过分配多个子频带组给每个天线用于导频传输来获得。

图2B示出了从利用子频带多路复用和子频带置换的T个天线所进行的示例性导频传输。对于这个例子，所述导频传输发生在两个OFDM符号周期上。所述T个天线中的每一个被分配有两个子频带组(例如，组i和T/2+i被分配给第i个天线)，每个组包括由阴影盒示出的子频带。可以选择被分配给每个天线的所述两个组，以使这些组中的子频带是通过T/2个子频带而被间隔开的。此外，所述组被分配给T个天线，以使对于每个OFDM符号周期而言，由所述T个天线使用不相交的组用于导频传输。给定的子频带组可以被分配给多个天线(例如，子频带组1可以被分配给天线1和T/2+1)，但是这些天线将在不同的符号周期中使用这个子频带组。

在图2B中，子频带组1和T/2+1被分配给天线1，子频带组2和T/2+2被分配给天线2等等，并且子频带组T和T/2被分配给天线T。对于所述第一OFDM符号周期，子频带组1被用于天线1，子频带组2被用于天线2等等，并且子频带组T被用于天线T。对于所述第二OFDM符号周期，子频带组T/2+1被用于天线1，子频带组T/2+2被用于天线2等等，并且子频带组T/2被用于天线T。

用于所述T个天线中的每个的信道增益因而可以基于两个子频带组中接收的导频传输来估计。利用子频带置换，用于每个天线的子频带总数是2S而不是S，并且由于较大数量的子频带被用于导频传输，可以针对所有M个可用子频带获得改善的信道估计。

为简单起见，图2B示出了用于两个OFDM符号周期上发生的示例性导频传输的子频带多路复用和置换。通常，所述导频传输可以发生在Q个OFDM符号周期上，其中Q可以是一或更大的任何整数。每个天线因而可以被分配有Q个子频带组，每个组包括S个子频带。每个天线因而被分配有总数为S·Q个子频带，其可以由T/Q个子频带被等距地间隔开。如果Q≥2，则对于每个天线而言，可以将所述Q个组的每一个中的子频带与其它Q-1个组中的子频带进行“交织(interlace)”。所述交织可以使得被分配给给定天线的每个Q个连续子频带被包括在被分配给该天线的Q个组中。被分配给每个天线的Q个子频带组被用于Q个OFDM符号周期，所述Q个组中不同的一个被用于每个符号周期。对于每个符号周期而言，所述T个天线将利用T个不相交的子频带组来同时发射导频。

在图2A和2B中示出的传输方案可以被用于数据传输和导频传输。然而，对于数据传输而言，通常希望从用于所述M个可用子频带的每一个的多个天线(而不是单个天线)来发射数据。用于每个子频带的多个天线的使用提供了发射分集，这可以增加接收机处的信号检测的分集阶数(diversity order)。发射分集可以改善数据传输的可靠性和稳健性(robustness)，由此导致了较低的差错率和/或对路径损耗的较大的回弹力(resilience)。

发射分集可以利用不同的分集方案来达到。所述分集方案的一些例子包括空时发射分集(STTD)方案和Walsh-STTD方案。对于所述STTD方案，可以处理单个数据流以提供可以从两个天线(或利用子频带多路复用的两个天线集合)发射的两个符号流。对于所述Walsh-STTD方案，可以处理单个数据流以提供可以从W个天线(或利用子频带多路复用的W个天线集)发射的W个符号流，其中W是用于Walsh-STTD处理的正交码(例如沃尔什(Walsh)码)长度的两倍。所述两个分集方案在下面被详细描述。

对于所述STTD方案，如果多个天线对是可用的，则仅仅从每个天线对发射相同的的符号流对，可能导致所述接收机处的信号抵消。改善的可靠性因而将不是通过简单地从所有天线冗余地发射数据来获得的。

在第一数据传输方案中，数据是从利用子频带多路复用的天线对被同时发射的。所述传输方案可以被用于所述STTD方案和等效的分集方案。对于所述数据传输方案，所述M个可用子频带最初被安排以形成T/2个不相交的子频带组，每个可用子频带被分配给仅一个组。所述T/2个组可以包括相同或不同数量的子频带。每个组中的子频带可以是跨越所述M个可用子频带而均匀或非均匀分布的。所述M个可用子频带因而可以以不同的方式被分配给所述T/2个组，这是在本发明的范围之内的。在下面描述的一个实施例中，每个组包括2S个均匀分布的子频带，以使所述组中的连续子频带是通过T/2个子频带来间隔开的。所述T/2个子频带组因而被分配给T/2个天线对，一个子频带组被分配给每个天线对。

图3A示出了从利用子频带多路复用和发射分集的T个天线所进行的示例性数据传输。所述T个天线被安排为T/2个对，其中第i对包括表示为Ai和Bi的两个天线。所述T/2个天线对中的每一个被分配有各自的子频带组，其中所述T/2个子频带组可以如上所述的那样而被形成。在图3A中，子频带组1被分配给由天线A1和B1组成的对1，子频带组2被分配给由天线A2和B2组成的对2等等，并且子频带组T/2被分配给由天线At和Bt(其中t＝T/2)组成的对T/2。数据可以从每个天线对、在分配给该天线对的子频带上来被发射。

所述STTD方案可以被用来提供符号流对，其可以被多路分用以提供用于每个天线对的符号子流对。T/2个符号子流对因而可以通过所述STTD方案来产生，用于所述T/2个天线对。对于每个OFDM符号周期，用于每个天线的符号子流将包括用于被分配给所述天线的子频带中的每一个的一个数据符号，以及用于剩余子频带中的每个的零信号值。如图3A所示，用于天线对1的符号子流对是在子频带组1上被发射的，用于天线对2的符号子流对是在子频带组2上被发射的等等，并且用于天线对T/2的符号子流对是在子频带组T/2上被发射的。尽管所述T/2个符号子流对是从所述T/2个天线对被同时发射的，但是它们不相互干扰，这是因为它们是在不相交的子频带组上被发射的。因此，避免了由于来自不同的天线对的传输之间的相消干扰(destructive interference)所造成的有害后果。

针对改善的性能，每个符号子流可以从关联的天线、利用该天线可用的总发射功率P_ant而被发射。由于仅所述M个可用子频带中的2S个被用于所述T个天线中的每一个(其中为简单起见，S＝M/T)，用于被分配给每个天线的所述2S个子频带中的每一个的发射功率可以增加因子T/2。这因而将允许对于分配给每个天线的2S个子频带的每一个达到较高的接收的信噪比SNR。用于每个子频带的较高的接收的SNR可以支持较高的数据速率，其因而将改善总的系统吞吐量。

图3A示出了M个可用子频带到T个天线的一个示例性分配。所述可用子频带还可以各种其它方式被分配给所述T个天线，并且这是在本发明的范围之内的。例如，所述子频带可以被分配给所述天线，以使不同的天线配对被用于数据传输。这可以提供附加的分集。

图3B示出了从利用子频带多路复用的T个天线和用于发射分集的不同天线配对所进行的示例性数据传输。为简单起见，对于图3B的描述假设T＝4个天线被用于数据传输。六个不同的天线配对可以通过四个天线而被形成，并且这些天线配对表示为{1，2}，{3，4}，{1，3}，{2，4}，{1，4}和{2，3}。

所述M个可用子频带最初可以分为M/6个集合，每个集合包括六个子频带。每个集合中的六个子频带因而可以被分配给六个不同的天线配对，一个子频带被分配给每个配对。在图3B中，每个集合中的第一子频带被分配给天线配对{1，2}，每个集合中的第二子频带被分配给天线配对{3，4}等等，并且每个集合中的最后的子频带被分配给天线配对{2，3}。

将从所述四个天线被发射的数据流可以利用所述STTD方案而被处理以获得两个符号流。所述第一符号流可以从所述六个配对中的第一或左边的天线被发射，并且所述第二符号流可以从所述六个配对中的第二或右边的天线被发射。所述第一和第二符号因而可以被多路分用以形成四个符号子流，一个子流用于所述四个天线的每一个。每个符号子流包括用于被分配给关联天线的子频带中的每一个的数据符号，以及用于未被分配的子频带中的每一个的零信号值。

所述四个符号子流可以从四个天线被同时发射。然而，这些符号子流相互不干扰，这是因为它们是在四个“不相交”的子频带组上被发射的。所述子频带组是不相交的，这是由于所述M个可用子频带中的每一个被分配给仅一个天线对，如图3B所示。

在第二数据传输方案中，数据是从利用子频带多路复用的W个天线组而被发射的，其中W可以是一或大于一的任何整数。所述传输方案可以被用于所述Walsh-STTD方案和其它分集方案。对于所述数据传输方案而言，所述M个可用子频带最初被安排以形成T/W个不相交的子频带组，每个子频带被分配给仅一个组。所述T/W个组可以包括相同或不同数量的子频带。每个组中的子频带可以是跨越所述M个可用子频带而均匀或非均匀分布的。在下面描述的一个实施例中，每个组包括S·W个均匀分布的子频带(其中S＝M/T)，以使所述组中的连续子频带是通过T/W个子频带来间隔开的。对于W＞1，所述第二传输方案相比上述第一传输方案而言允许更多的子频带被分配给每个天线。每个天线的更多的子频带对于某些应用而言可能是有利的。所述T/W个子频带组被分配给T/W个天线组，一个子频带组被分配给每个天线组，其中每个天线组包括W个天线。数据可以从每个天线、在被分配给该天线的子频带上被发射。

图3C示出了从利用子频带多路复用的W个天线的组所进行的示例性数据传输。所述T个天线被安排为T/W个组，其中第i个组包括表示为Ai、Bi至Wi的W个天线。所述T/W个天线组中的每一个被分配有各自的子频带组，其中所述T/W个子频带组可以如上所述的那样而被形成。

单个数据流可以利用所述Walsh-STTD方案而被处理以提供W个符号流，其中W是用于所述处理的正交序列(例如沃尔什序列)长度的两倍。所述W个符号流可以被多路分用以提供T/W个符号子流组，每个组包括W个符号子流。所述T/W个组因而将共同包括T个符号子流。一个符号子流组被提供给每个天线组，并且每个天线被提供有各自的符号子流。对于每个OFDM符号周期，用于每个天线的符号子流将包括用于被分配给所述天线的子频带中的每一个的一个数据符号，以及用于剩余子频带中的每一个的零信号值。所述T个符号子流是从所述T个天线被同时发射的。然而，由于每个子频带被分配给仅一个组，因此这些符号子流由于其是在不相交的子频带组上被发射的而相互不干扰。

图2A和2B和3A至3C示出了一些示例性子频带多路复用方案，其可以被用于导频和数据传输。许多其它子频带多路复用方案也可以是用于使用的设备，并且这是在本发明的范围之内的。例如，导频和数据二者都可以在一个OFDM符号周期中被发射。在这种情况下，所述M个可用子频带中的一些可以被用于导频传输，并且剩余的可用子频带可以被用于数据传输。所述导频子频带例如可以是多路复用的，如图2A或2B所示。所述数据子频带例如可以是多路复用的，如图3A、3B或3C所示。

图4示出了利用子频带多路复用发射导频和/或数据的过程400的实施例的流程图。所述M个可用子频带最初被安排以形成多个子频带组，其中每个组包括所述M个可用子频带的不同子集(步骤412)。所述子频带组可以如上所述的那样而被形成。

所述T个天线中的每一个因而被分配有一个或可能多个子频带用于导频和数据传输(步骤414)。用于导频传输的子频带组可以相同或不同于用于数据传输的子频带组。对于导频传输，每个天线可以被分配有不同的子频带组(如对于图2A所描述的那样)。可选地，每个天线可以被分配有两个或更多的子频带组用于子频带置换(如对于图2A所描述的那样)。对于数据传输，每个天线对可以被分配有不同的子频带组(如对于图3A所描述的那样)，每个天线可以被分配有不同的子频带组(如对于图3B所描述的那样)，每个W个天线的组可以被分配有不同的子频带组(如对于图3C所描述的那样)，等等。

然后处理将被发射的导频和/或数据(步骤416)。例如，可以利用STTD编码、Walsh-STTD编码或其它类型的编码来处理数据。还确定了用于被分配给所述T个天线中每一个的每个子频带的发射功率的量(步骤418)。特别地，如果传输发生在所有所述M个可用子频带上，则用于每个被分配的子频带的发射功率可以被调整到高于将要使用的平均功率。所述调整因子(scaling factor)取决于被分配给每个天线的子频带的数量和可用子频带的数量。

然后以确定的发射功率、从利用多个子频带组的T个天线同时发射导频和/或数据(步骤420)。来自每个天线的传输仅发生在被分配给所述天线的一个或多个子频带组上。对于导频传输而言，仅仅所述T个天线之一典型地被用在针对所述M个可用子频带中的每一个的任何给定的符号周期中。对于数据传输而言，两个(或也许更多)天线的特定组典型地被用于所述M个可用子频带中的每一个。

图5示出了利用多载波调制(例如OFDM)的多天线通信系统中的发射机单元500和两个接收机单元550x与550y的实施例的框图。发射机单元500被配备有T个天线，接收机单元550x被配备有单个天线，并且接收机单元550y被配备有R个天线。

在发射机单元500，发射(TX)数据处理器510从数据源508接收业务数据，并且从控制器530接收其它数据。TX数据处理器510对所述数据进行编码、交织和调制以提供调制符号，其还称为数据符号。TX空间处理器520接收并且多路复用具有导频符号的数据符号(例如，利用时分复用或子频带多路复用)，并且可以执行空间处理用于数据传输。例如，TX空间处理器520可以实现STTD方案、Walsh-STTD方案或某些其它方案。TX空间处理器520提供用于所述T个天线中的每一个的发射符号流(上面的描述中发射符号流被称作符号子流)。每个调制器(MOD)522接收并处理各自的发射符号流，以提供相应的射频(RF)调制信号。T个RF调制信号是由T个调制器522a至522t分别产生的，并且是从T个天线524a至524t被分别发射的。

在每个接收机单元550，所发射的RF调制信号是由一个或多个天线552接收的，并且每个天线提供接收的信号到各自的解调器(DEMOD)554。每个解调器554执行针对由调制器522执行的处理的补充处理，并且提供接收的符号。接收(RX)空间处理器560然后在来自所有解调器554的接收的符号上执行空间处理，以提供恢复的符号，其是由所述发射机单元所发送的数据符号的估计。RX数据处理器570还处理(例如解调、解交织和解码)所述恢复的符号以提供解码的数据，其可以被提供给用于存储的数据宿572和/或用于进一步处理的控制器580。RX空间处理器560还可以基于所接收的导频来估计信道增益，并且可以提供信道估计(表示为信道响应矩阵

到控制器580。

控制器530和580分别控制在发射机单元和接收机单元内的不同的处理单元的操作。存储器单元532和582分别储存由控制器530和580所使用的数据和程序代码。

图6示出了TX空间处理器520a的框图，其实现了所述STTD方案并且是图5中的TX空间处理器520的一个实施例。来自TX数据处理器510的数据符号s(n)被提供给多路分用器610，其将所述数据符号多路分用为2M个数据符号子流(表示为S_k，1(n)和S_k，2(n)，其中k∈{1...M})，一对数据符号子流用于所述M个可用子频带中的每一个。每个数据符号子流包括用于每个间隔的一个数据符号，所述间隔是两个OFDM符号周期。用于所述M个可用子频带的M对数据符号子流被提供给M个空时编码器620a至620m。

每个空时编码器620接收并处理其数据符号子流对，以提供用于关联的子频带的两个空时编码的符号子流。对于两个输入子流中的每对数据符号(例如，s_k，1和s_k，2)，空时编码器620提供两个矢量 x _k，1和 x _k，2，每个矢量包括在两个OFDM符号周期中从关联的天线被连续发射的两个被空时编码的符号(或简单地，被编码的符号)。特别地，矢量 x _k，1是在第k个子频带上从一个天线被发射的，并且矢量 x _k，2是在第k个子频带上从另一个天线被发射的。在一个实施例中，所述矢量被定义为

{\underset{&OverBar;}{x}}_{k, 1} = {[\begin{matrix} s_{k, 1} & s_{k, 2}^{*} \end{matrix}]}^{T}

和

{\underset{&OverBar;}{x}}_{k, 2} = {[\begin{matrix} s_{k, 2} & {- s}_{k, 1}^{*} \end{matrix}]}^{T},

如图6所示。在另一个实施例中，所述矢量定义为x _k，1＝[S_k，1 S_k，2]^T和

{\underset{&OverBar;}{x}}_{k, 2} = {[\begin{matrix} {- s}_{k, 2}^{*} & s_{k, 1}^{*} \end{matrix}]}^{T} .

每个矢量中的两个被编码的符号具有与数据符号相同的大小，但是可以是相位旋转的。每个空时编码器620提供两个编码的符号子流给两个多路复用器/多路分用器630a和630b。

每个多路复用器/多路分用器630从M个空时编码器620a至620m接收导频符号和M个编码的符号子流、基于特定的数据/导频传输方案来多路复用所述编码的符号和导频符号，并且为T/2个天线提供T/2个发射符号流。每个发射符号流在导频传输期间包括导频符号并且在数据传输期间包括编码符号，其中所述导频和编码的符号是在被分配给用于发射所述流的天线的子频带上被发送的。

在导频传输期间，多路复用器/多路分用器630a和630b共同为所述T个天线提供T个发射符号流。每个发射符号流包括用于被分配给关联天线的子频带的导频符号，以及用于所述未分配的子频带的零信号值。对于图2A中示出的传输方案，流x_A1(n)将包括用于组1中的子频带的导频符号，流x_A2(n)将包括用于组2中的子频带的导频符号，并且流x_Bt(n)将包括用于组T中的子频带的导频符号。

在数据传输期间，多路复用器/多路分用器630a和630b每个都提供用于T/2个天线的T/2个发射符号流，其中每个流包括用于被分配给关联天线的子频带的被编码的符号，以及用于未分配的子频带的零信号值。对于在图3A中示出的传输方案，流x_A1(n)和x_B1(n)将包括用于组1中的子频带的编码符号，流x_A2(n)和x_B2(n)将包括用于组2中的子频带的编码符号，等等，并且流x_At(n)和x_Bt(n)将包括用于组T/2中的子频带的编码符号。

每个调制器522以下面描述的方式来处理各自的发射符号流，以提供用于关联天线的RF调制信号。

在1998年10月的IEEE Journal on Selected Areas inCommunications，Vol.16，No.8，第1451-1458页中由S.M.Alamouti编写的题为“A Simple Transmit Diversity Technique for WirelessCommunication”的论文中详细描述了所述STTD方案，在此将其引入作为参考。在2002年6月24日提交的美国专利申请序号10/179,439中也描述了所述STTD方案，该专利申请的标题为“Diversity TransmissionModes for MIMO OFDM Communication System”，其已经被转让给本申请的受让人并且在此被引入作为参考。

所述Walsh-STTD方案采用下面两种方案的组合：(1)STTD，以达到天线对中的正交性以及，(2)沃尔什分集，以达到跨越多个天线对的正交性。所述Walsh-STTD方案可以被用于具有多于两个的天线(例如，4、6、8等等)的系统。

图7A示出了TX空间处理器520b的框图，其实现所述Walsh-STTD方案，并且是图5中的TX空间处理器520的另一个实施例。在这个实施例中，2码片沃尔什序列被用于处理，并且W＝4。所述数据符号s(n)被提供给多路分用器710，其多路分用所述数据符号为4M个数据符号子流(表示为s_k，1(n)至s_k，4(n)，其中k∈{l...M})，一个四个子流的集合用于所述M个可用子频带中的每一个。用于所述M个可用子频带中的M个数据符号子流的集合被提供给M个Walsh-STTD编码器720a至720m。

每个Walsh-STTD编码器720接收并处理其四个数据符号子流的集合s_k，1(n)至s_k，4(n)，并且将四个Walsh-STTD编码的符号子流z_k，1(n)至z_k，4(n)提供给四个多路复用器/多路分用器730a至730d。由编码器720所进行的处理在下面被描述。每个多路复用器/多路分用器730从M个Walsh-STTD编码器720a至720m接收导频符号和M个编码的符号子流、基于特定的数据/导频传输方案来多路复用所编码的符号和导频符号，以及为T/4个天线提供T/4个发射符号流。每个发射符号流包括用于子频带的导频/编码的符号，该子频带被分配给用于发射该流的天线。

图7B示出了Walsh-STTD编码器720x的框图，其可以被用于图7A中的编码器720a至720m中的每一个。在Walsh-STTD编码器720x内，空时编码器722a接收第一对数据符号子流s_k，1和s_k，2，并且空时编码器722b接收第二对数据符号子流s_k，3和s_k，4。对于所述第一对的两个子流中的每对数据符号，空时编码器722a将两个矢量

{\underset{&OverBar;}{x}}_{k, 1} = {[\begin{matrix} s_{k, 1} & s_{k, 2}^{*} \end{matrix}]}^{T}

和

{\underset{&OverBar;}{x}}_{k, 2} = {[\begin{matrix} s_{k, 2} & {- s}_{k, 1}^{*} \end{matrix}]}^{T}

分别提供给乘法器724a和724b。类似地，对于所述第二对的两个子流中的每对数据符号，空时编码器722b将两个矢量

{\underset{&OverBar;}{x}}_{k, 3} = {[\begin{matrix} s_{k, 3} & s_{k, 4}^{*} \end{matrix}]}^{T}

和

{\underset{&OverBar;}{x}}_{k, 4} = {[\begin{matrix} s_{k, 4} & {- s}_{k, 3}^{*} \end{matrix}]}^{T}

分别提供给乘法器724c和724d。

乘法器724a和724b每个还接收第一2码片沃尔什序列W₁ ²＝[01]，并且乘法器724c和724d每个还接收第二2码片沃尔什序列W₂ ²＝[10]。每个乘法器724然后将其矢量 x _k，i中的每个符号与其沃尔什序列相乘，以提供将要在两个连续OFDM符号周期中、在关联天线的第k个子频带上连续发射的两个Walsh-STTD编码的符号。所述四个乘法器724a至724d将四个编码的符号子流分别提供给四个多路复用器/多路分用器730a至730d。

还可以实现所述Walsh-STTD方案，以使仅一对数据符号子流s_k，1和s_k，2被提供给每个Walsh-STTD编码器720，并且被处理以提供所述四个编码的符号子流z_k，1(n)至z_k，4(n)。这可以在有损于较低数据速率的情况下被用来实现较大的分集。所述Walsh-STTD方案还在上述美国专利申请序号10/179,439中被进一步详细描述。

图8示出了OFDM调制器522x的实施例的框图，其可以被用于图5中的T个调制器522a至522t中的每一个。在OFDM调制器522x内，快速傅里叶逆变换(IFFT)单元812接收用于第i个天线的发射符号流x_i(n)，并且利用N点快速傅里叶逆变换将每个N个发射符号序列转换为时域变换的符号，其中N对应于子频带的总数。每个N个发射符号序列包括用于被分配给第i个天线的子频带的数据/导频符号、以及用于未分配的子频带的零信号值。每个变换的符号包括N个时域采样。对于每个变换的符号，循环前缀发生器814重复所述变换的符号的一部分(或者C个采样)，以形成由N+C个采样组成的相应的OFDM符号。发射机(TMTR)816从发生器814接收OFDM符号流并将其转换为一个或多个模拟信号，并且进一步放大、滤波及上变频所述模拟信号以产生用于第i个天线的RF调制信号。

这里描述的导频和数据传输方案可以通过各个不同的方式来实现。例如，所述技术可以以硬件、软件或其组合而被实现。对于硬件实现，用于在所述发射机和接收机单元执行处理的元件可以被实现在一个或多个下列设备中：专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑设备(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、被设计用来执行这里描述的功能的其它电子单元或以上设备的组合。

对于软件实现，针对这里描述的传输方案的所述发射机和接收机单元处的处理可以利用执行这里描述的功能的模块(例如程序、功能等等)而被实现。所述软件代码可以被存储在存储器单元中(例如，图5中的存储器单元532和582)，并且由处理器(例如控制器530和580)来执行。所述存储器单元可以被实现在所述处理器的内部或其外部，在这种情况下，其可以经由现有技术已知的不同的装置被通信地耦合到所述处理器。

提供了所公开实施例的前面的描述，以使本领域的普通技术人员能够制造或使用本发明。对所述实施例的不同的修改对于本领域的技术人员而言是显而易见的，并且这里所定义的一般原理可被应用于其它实施例而不脱离本发明的精神或范围。因此，本发明不限于这里示出的实施例，而是符合与这里公开的原理和新颖性特征一致的最宽范围。

Claims

1.一种在多天线通信系统中进行发射的方法，该方法包括下列步骤：

利用多个子频带形成多个子频带组，其中，所述多个组中的每一个包括所述多个子频带的不同的子集；

为多个天线中的每一个分配所述多个组中的不同的一个；以及

利用所述多个子频带组从所述多个天线同时发射，其中，来自每个天线的发射发生在被分配给该天线的所述子频带组上。

2.根据权利要求1的方法，其中，导频是从每个天线、在被分配给该天线的所述子频带组上被发射的。

3.根据权利要求1的方法，其中，所述多个组中的每一个都包括相同数量的子频带。

4.根据权利要求1的方法，其中，所述多个组的每一个中的所述子频带是跨越所述多个子频带而均匀分布的。

5.根据权利要求1的方法，其中，对于每一个天线，用于被分配给所述天线的组中的子频带的每一个的发射功率，被调整得高于通过跨越所述多个子频带来分配总发射功率而获得的平均功率。

6.根据权利要求1的方法，其中，所述多天线通信系统使用正交频分复用(OFDM)。

7.一种在多天线通信系统中发射导频的方法，该方法包括下列步骤：

利用多个子频带形成多个子频带组，其中，所述多个组中的每一个都包括所述多个子频带的不同的子集；

为多个天线中的每一个分配所述多个组中的至少一个；以及

利用所述多个子频带组从所述多个天线同时发射导频，其中，所述导频是从每个天线、在被分配给该天线的至少一个子频带组上被发射的，并且其中，对于每个符号周期，所述导频是从用于所述多个子频带中的每个的所述多个天线之一被发射的。

8.根据权利要求7的方法，其中，所述多个子频带中的每一个被包括在仅所述多个组之一中。

9.根据权利要求7的方法，其中，被分配给每个天线的至少一个组的每一个中的所述子频带是跨越所述多个子频带而均匀分布的。

10.根据权利要求7的方法，其中，每个天线被分配有至少两个组。

11.根据权利要求10的方法，其中，将被分配给每个天线的所述至少两个组的每一个中的子频带与所述至少两个组的剩余组中的子频带进行交织。

12.根据权利要求10的方法，其中，被分配给每个天线的所述至少两个组中的子频带是被等距间隔开的。

13.一种在多天线通信系统中发射数据的方法，该方法包括下列步骤：

为多个天线中的每一个分配所述多个组之一；以及

利用所述多个子频带组从所述多个天线同时发射数据，其中，数据是从每个天线、在被分配给该天线的子频带组上被发射的，并且其中，数据是通过至少两个天线的特定组、在所述多个子频带中的每一个上被发射的。

14.根据权利要求13的方法，其中，所述多个组中的每一个都包括相同数量的子频带。

15.根据权利要求13的方法，其中，所述多个组的每一个中的子频带是跨越所述多个子频带而均匀分布的。

16.根据权利要求13的方法，其中，所述多个天线中的每一个被分配有所述多个组中的不同的一个。

17.根据权利要求13的方法，其中，所述多个天线中的每个天线对被分配有所述多个组中的不同的一个。

18.根据权利要求13的方法，其中，数据是由两个天线的特定组在所述多个子频带中的每一个上被发射的。

19.根据权利要求13的方法，还包括下列步骤：

利用空时发射分集(STTD)编码来处理数据，以提供两个符号流；以及

多路分用所述两个符号流以提供多个符号子流，一个子流用于所述多个天线中的每一个，其中，所述多路分用是基于被分配给每个天线的所述子频带组而被执行的，并且其中，每个符号子流是从关联的天线被发射的。

20.根据权利要求13的方法，还包括下列步骤：

利用沃尔什空时发射分集(STTD)编码来处理数据，以提供W个符号流，其中W大于二；以及

多路分用所述W个符号流以提供多个符号子流，一个子流用于所述多个天线中的每一个，其中，所述多路分用是基于被分配给每个天线的所述子频带组而被执行的，并且其中，每个符号子流是从关联的天线被发射的。

21.根据权利要求13的方法，其中，对于每一个天线，用于被分配给所述天线的组中的子频带的每一个的发射功率，被调整得高于通过跨越所述多个子频带来分配总发射功率而获得的平均功率。

22.根据权利要求13的方法，其中，所述多天线通信系统使用正交频分复用(OFDM)。

23.一种多天线通信系统中的设备，包括

用于为多个天线中的每一个分配多个子频带组中的至少一个的装置，其中，所述多个子频带组是从多个子频带而被形成的，并且其中，所述多个组中的每一个都包括所述多个子频带的不同的子集；以及

用于利用所述多个子频带组从所述多个天线同时进行发射的装置，其中，来自每一个天线的发射以避免所述多个天线之间的干扰的方式，发生在被分配给该天线的至少一个子频带组上。

24.根据权利要求23的设备，其中，所述多个天线中的每一个都被分配有所述多个组中的不同的一个。

25.根据权利要求23的设备，其中，所述多个天线中的每一个都被分配有所述多个组中的至少两个，并且其中，所述至少两个组中的每一个被用于不同的符号周期。

26.根据权利要求23的设备，其中，对于每个符号周期，对于所述多个子频带中的每一个的传输是从所述多个天线之一来进行的。

27.根据权利要求23的设备，其中，对于每一个天线，用于被分配给所述天线的组中的子频带的每一个的发射功率，被调整得高于通过跨越所述多个子频带来分配总发射功率而获得的平均功率。

28.一种多天线通信系统中的设备，包括

用于为多个天线中的每一个分配多个子频带组之一的装置，其中，所述多个子频带组是从多个子频带而被形成的，并且其中，所述多个组中的每一个都包括所述多个子频带的不同的子集；以及

用于利用所述多个子频带组从所述多个天线同时发射数据的装置，其中，数据是从每个天线、在被分配给该天线的子频带组上而被发射的，并且其中，数据是通过至少两个天线的特定组在所述多个子频带中的每一个上来发射的。

29.根据权利要求28的设备，还包括：

用于利用特定的分集编码方案来处理数据以提供至少两个符号流的装置；以及

用于多路分用所述至少两个符号流以提供多个符号子流的装置，一个子流用于所述多个天线中的每一个，其中，所述多路分用是基于被分配给每个天线的所述子频带组而被执行的，并且其中，每个符号子流是从关联的天线被发射的。

30.一种多天线通信系统中的发射机单元，包括

控制器，用于为多个天线中的每一个分配多个子频带组中的至少一个，其中，所述多个子频带组是从多个子频带而被形成的，并且其中，所述多个组中的每一个都包括所述多个子频带的不同的子集；以及

空间处理器，用于处理符号以利用所述多个子频带组从所述多个天线进行同时传输，其中，来自每个天线的所述传输以避免所述多个天线之间的干扰的方式，发生在被分配给该天线的至少一个子频带组上。

31.根据权利要求30的发射机单元，其中，所述多天线通信系统使用正交频分复用(OFDM)。