CN1914870B - 同时支持miso和mimo接收机的多天线系统 - Google Patents

Abstract

本发明描述了多天线通信系统中有效导频传输方案。通常，MISO接收机更期望在一个空间方向上发射的导频，MIMO接收机通常需要在不同空间方向上发射的导频。在一个导频发射方案中，使用第一训练矢量生成包含T个定标导频符号的第一集合，并将其从T个发射天线发射(例如连续地)，其中T＞1。如果系统支持MIMO接收机(多个)，那么使用至少T-1个训练矢量生成至少T-1个包含T个定标导频符号的集合，并将其从T个发射天线发射。训练矢量用于不同的(例如正交)空间方向。每个MISO接收机基于该定标导频符号的第一集合可以估计其MISO信道。每个MIMO接收机基于定标导频符号的第一集合和附加集合可以估计其MIMO信道。

Description

同时支持MISO和MIMO接收机的多天线系统

根据35U.S.C.§119要求优先权

本专利申请要求在2003年12月5日提交的，标题为″Incremental Pilot Insertion for Hybrid MISO/MIMO Systems″的临时申请60/527,201的优先权，且该临时申请转让给在本申请的受让人，据此明确地以引用方式并入此处。

技术领域

本发明总体涉及数据通信，尤其涉及无线多天线通信系统的导频传输。

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)接收天线进行数据和导频的传输。由此，多天线系统可以是多输入多输出(MIMO)系统或多输入单输出(MISO)系统。对于MIMO系统，由多个发射天线和多个接收天线形成的MIMO信道由S个空间信道组成，其中S≤min{T，R}。S空间信道可用于并行发射数据以达到较高的总体吞吐量，和/或冗余地发射数据以达到更高的可靠性。对于MISO系统，由多个发射天线和单个接收天线形成的MISO信道由一个空间信道组成。然而多个发射天线可用于冗余地发射数据以达到更高的可靠性。

为了恢复经由无线信道发送的数据，通常需要对发射机和接收机之间的无线信道进行精确的评估。通常，信道估计是通过从发射机发送导频并在接收机处测量导频来实现的。导频由发射机和接收机在先知道的调制符号组成。因此，接收机能够基于接收的导频符号和已知发射的导频符号估计出信道响应。

多天线系统可以同时支持MISO接收机(配置一个天线的接收机)和MIMO接收机(配置多个天线的接收机)。MISO和MIMO接收机通常需要不同的信道估计，并且由此对导频传输具有不同的需求，如下所述。由于导频传输代表在多天线系统中的开销，因而期望使得导频传输最小化到可能的程度。然而，导频传输应使的MISO和MIMO接收机都能够获得足够质量的信道估计。

因此，在本领域中需要一种能在多天线系统中有效地发射导频的技术。

发明内容

在此描述用于单载波和多载波多天线通信系统的有效导频传输方案。通常，MISO接收机希望导频将在一个空间方向上从多个(T)发射天线发送出来，这样就能够对接收的导频符号进行滤波，从而获得较高质量的信道估计。MIMO接收机通常要求导频将在不同空间方向上从T个发射天线发送出来，这样就可以估计不同发射和接收天线对的信道增益。

在一种导频传输方案中，定义了单个“训练”系数矩阵，以便能够用于MISO和MIMO接收机的导频传输。训练矩阵包含M个训练矢量，其中M≥T，并且每个训练矢量包含T个系数。对于该导频发射方案，M个训练矢量是对应M个不同的空间方向，并且彼此之间是不正交的。每个训练矢量用于生成各自的包含T个定标(scaled)符号的一个集合以便从T个发射天线进行发射。利用M个训练矢量可生成M个包含T个定标导频符号的集合，并在例如M个符号周期中发射这M个集合的符号。M个包含T个定标导频符号的集合适合用于MISO和MIMO接收机的信道估计。在训练矩阵中选择M乘T个系数，从而例如，使得MISO和MIMO接收机的信道估计误差最小化。

在另一(“递增的”)导频传输方案中，使用第一训练矢量生成包含T个定标导频符号的第一集合并且将这些符号从T个发射天线发射出去(例如，连续的)。如果系统将支持至少一个MIMO接收机，那么使用至少T-1个附加训练矢量生成至少T-1个包含T个定标导频符号的附加集合并从T个发射天线发射出去。例如，定标导频符号的附加组可以是循环的，每一附加组的定标导频符号在各自的符号周期内发射。为了改进信道估计性能，训练矢量可以定义为相互正交。基于第一组定标导频符号，每个MISO接收机能够估计其MISO信道。基于的第一组和附加组的定标导频符号，每个MIMO接收机能够估计其MIMO信道。

如果多天线系统利用正交频分复用(OFDM)，那么每个定标导频符号可以从各自的发射天线的包含P个子带的集合上发射，其中P＞1。这就允许MISO和MIMO接收机分别估计它们的MISO和MIMO信道的完整频率响应。这里也描述了信道估计技术。下面，将进一步详细描述本发明的各个方面和实施例。

附图说明

根据以下结合附图给出的详细描述，本发明的特征和性质将变得更加显而易见，附图中相同的参考标记用于标识在整个附图中相应的部件，其中：

图1示出具有一个发射机和两个接收机的多天线系统；

图2A和2B示出在4x 4系统中由MISO和MIMO接收机分别执行的信道估计；

图3示出多天线OFDM系统的子带结构；

图4A示出为MISO和MIMO接收机使用共用训练矩阵的导频传输方案；

图4B示出递增的导频发送方案；

图5示出在使用递增的导频传输方案的多天线系统中发射导频的过程；

图6示出多天线系统中发射机、MISO接收机和MIMO接收机的框图；

图7示出在发射机的发射(TX)空间处理器和发射单元；以及

图8A和8B分别示出用于MIMO接收机的接收单元和信道估计器。

具体实施方式

在此使用的词“示例性”意指“充当实例、范例、或说明”。在此作为“示例性”描述的任何实施例或设计不必解释为优选的或比其他实施例或设计更为有利。

1.单载波多天线系统

图1示出了具有一个发射机110和两个接收机150a和150b的多天线通信系统100。简单起见，发射机110具有两个发射天线，MISO接收机150a具有单个接收天线，而MIMO接收机150b具有两个接收天线。

由发射机处的两个天线和MISO接收机处的单个天线形成的MISO信道可由1×2信道响应行矢量h _miso来描述其特征，该矢量可以表示为：

h _miso＝[h₁ h₂]        公式(1)

其中阵元h_j，j＝1，2，代表发射天线j和MISO接收机的单个天线之间的复信道增益。一个矢量通常也表示为一列，而行矢量通常表示为一行。

由发射机的两个天线和MIMO接收机的两个天线形成的MIMO信道可由2×2信道响应矩阵H来描述其特征，该矩阵可以表示为：

$\underset{\‾}{H}=\left[\begin{array}{cc}{h}_{\mathrm{1,1}}& h_{\mathrm{1,2}}\\ h_{\mathrm{2,1}}& h_{\mathrm{2,2}}\end{array}\right],$ 公式(2)

其中阵元h_i，j，i＝1，2和j＝1，2，代表发送天线j和MIMO接收机处的接收天线i之间的复信道增益。在每个发射/接收天线对之间存在一个单输入单输出(SISO)信道。H中的四个阵元是对MIMO信道中的四个SISO信道的信道增益的指示。矩阵H也可以被视作包含对应于每个接收天线i的一个信道响应行矢量h _i。

发射机可从每个发射天线发射导频符号以使得MISO和MIMO接收机能够估计它们各自的MISO和MIMO信道响应。每个导频符号是发射机和接收机均先前已知的调制符号。如在图1中所示，为了便于接收机的信道估计，在从发射天线发射之前，发射机使用乘法器112，将每个发射天线j的导频符号p_j与对应的系数u_j，m相乘。

在MISO接收机处的接收符号可以表示为：

r_miso，m＝h _miso·u _m+n_miso＝h₁·u_1，m+h₂·u_2，m+n_miso，公式(3)

其中r_miso，m是MISO接收机的接收符号；

u _m＝[u_1，m u_2，m]^T是用于导频传输的2×1的系数矢量，其中“T”表示转置；以及

n_miso是在MISO接收机处的噪声。

由于u _m用于导频传输，因而矢量u _m也称为“训练”矢量。

相同导频传输在MIMO接收机处的接收符号可以表示为：

${\underset{\‾}{r}}_m=\underset{\‾}{H}\·{\underset{\‾}{u}}_m+\underset{\‾}{n}=\left[\begin{array}{c}{r}_{1,m}\\ r_{2,m}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{h}_{11}\·u_{1,m}+h_{12}\·u_{2,m}+n_1\\ h_{21}\·u_{1,m}+h_{22}\·u_{2,m}+n_2\end{array}\right]$ 公式(4)

其中r _m＝[r_1，m r_2，m]^T是MIMO接收机的2×1接收符号矢量；以及

n＝[n₁ n₂]^T是MIMO接收机的噪声矢量。

为简单起见，导频符号未在公式(3)和(4)中示出。

典型地，发射机从两个发射天线向MISO接收机冗余地发射数据。在这种情况下，MISO接收机只需要估计一个复合MISO信道，其为h_miso＝h₁+h₂，而不需要为组成MISO信道的各个SISO信道估计信道增益h1和h2。如果两个系数相等(即u_1，m＝u_2，m)，那么MISO接收机可对在多个符号周期内获得的接收符号进行平均(或滤波)，以导出较高质量的信道估计。符号周期是指发射数据或导频符号的持续时间。

发射机可并行地从两个发射天线向MIMO接收机发送数据，以提高吞吐量。在这种情况下，MIMO接收机需要(1)为组成MIMO信道的各个SISO信道估计信道增益h11、h12、h21、和h22以及(2)使用这些信道增益估计来恢复数据传输。然而，对于上面描述的导频传输，MIMO接收机仅具有针对两个接收符号r_1，m和r_2，m的两个公式，如在公式(4)中所示。为了得出四个未知信道增益，MIMO接收机将需要两个附加的公式。发射机可通过在两个符号周期内使用两个不同训练矢量u _a和u _b发送导频符号来便于实现MIMO信道估计。在MIMO接收机处的接收符号可以表示为：

r _a＝H·u _a+n和r _b＝H·u _b+n，公式(5)

其中r _a和r _b是在两个符号周期内的接收符号的两个矢量。MIMO信道被假设为在两个符号周期上为常量。现在MIMO接收机具有了针对两个矢量r _a和r _b中的四个接收符号的四个公式。如果适当地选择训练矢量u _a和u _b，那么MIMO接收机能够基于矢量r _a、r _b、u _a和u _b得出四个未知信道增益。

简单起见，以上描述是针对2×2系统的，其中发射机具有两个发射天线，且接收机具有至多两个接收天线。通常，多天线系统可以包括具有任意数量天线的发射机和接收机，即T和R可以为任意整数。为了易于MIMO接收机进行信道估计，发射机可以使用M个训练矢量发射导频(例如，在M个符号周期中)，其中通常M≥T。每个训练矢量包含对应T个发射天线的T个系数。

在T×R系统中，MIMO接收机的接收符号可以表示为：

R＝H×U+N，公式(6)

其中R是M个符号周期中R×M接收符号矩阵；

H是MIMO接收机的R×T信道响应矩阵；

U是用于M个符号周期的T×M系数训练矩阵；以及

N是在M个符号周期中MIMO接收机处的R×M噪声矩阵。

矩阵U包括M个训练矢量或列(即U＝[u _a u _b…u _M])，其中一个训练矢量用于每个符号周期中的导频传输。矩阵R包含在M个符号周期中的M个接收符号矢量或列(即，R＝[r _a r _b…r _M])。MIMO接收机可以按如下公式导出MIMO信道估计：

公式(7)

通过对接收符号矩阵R执行某些其它线性操作可获得估计出的信道响应矩阵

在T×R系统中对于相同导频传输MISO接收机的接收符号可以表示为：

r _miso＝h _miso·U+n _miso    公式(8)

其中r _miso是在M个符号周期中1×M的接收符号行矢量；

h _miso是MISO接收机的1×T的信道响应行矢量；以及

n _miso是M个符号周期中MISO接收机处1×M的噪声行矢量。

行矢量r _miso包含M个符号周期中的M个接收符号(即r _miso＝[r_miso，a r_miso，b…r_miso，M])。

MISO接收机通常只需要估计复合MISO信道，其为h_miso＝h₁+h₂+…+h_T，而不需要估计MISO信道中的各个SISO信道。只用U中的一个训练矢量即可评估出复合MISO信道。例如，如果训练矢量包含全1，那么复合MISO信道可被估计为接收符号，或MISO接收机希望U中的训练矢量是相同的，并且指向相同的空间方向，由此可对接收符号r_miso，a到r_miso，M进行滤波，以获得更精确的复合MISO信道估计。

MIMO接收机通常需要估计MIMO信道中各个SISO信道的信道增益，或信道响应矩阵H的R·T个元素。这要求U中的M个训练矢量是不同的，并且指向不同的空间方向。当U是酉矩阵并且M个训练矢量互相正交时，可以获得MIMO信道估计的最佳性能。该正交条件可以表示为：U ^H·U＝I，其中I是单位矩阵，并且“H”指示共轭转置矩阵。正交条件可以等价的表示为：

λ＝a…M，m＝a…M，和λ≠m。

作为一个例子，对于2×2系统中，下列训练矩阵

和

可以分别用于MISO和MIMO接收机：

${\underset{\‾}{U}}_{2\×2}^{\mathrm{miso}}=\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ 1& 1\end{array}\right]$ 和 ${\underset{\‾}{U}}_{2\×2}^{\mathrm{mimo}}=\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ 1& -1\end{array}\right]$ 公式(9)

如上所述以及由公式(9)可见，MISO和MIMO接收机希望不同的训练矩阵。

可以定义一个共用训练矩阵

并将其用于同时支持MISO和MIMO接收机，如下：

${\underset{\‾}{U}}_{2\×2}^{\mathrm{com}}=\left[\begin{array}{cc}{u}_{1,a}^{\′}& u_{1,b}^{\′}\\ u_{2,a}^{\′}& u_{2,b}^{\′}\end{array}\right]$ 公式(10)

选择训练矩阵中的系数，以为MISO和MIMO接收机提供良好的信道估计性能。信道估计性能可以由各种标准量化。在一个实施例中，选择中的系数以使得MISO和MIMO接收机的信道估计误差最小化。这可以通过针对给定矩阵

计算MISO接收机的信道估计误差和MIMO接收机的信道估计误差，计算MISO和MIMO接收机的总信道估计误差，并且调整/选择

的系数而获得，从而总信道估计误差得以最小化。在总信道估计误差的计算中可将不同的权重赋予MISO和MIMO接收机的信道估计误差。例如，每个接收机的信道估计误差可被计算为共用训练矩阵(例如

)和该接收机期望的训练矩阵(例如和

)之间的均方误差，而总信道估计误差可被计算为MISO和MIMO接收机的均方误差的加权和。在另一个实施例中，选择

中的系数以使得MISO和MIMO接收机的检测性能损耗最小化。其他标准也可用于选择系数。误差和损耗可以通过计算、计算机仿真、经验测量等来确定。基于系统参数和/或需求，例如系统中MISO接收机的数目和MIMO接收机的数目，相对于MIMO接收机优先权的MISO接收机的优先权等，可对系数进行进一步的选择。系数可被一次选出并随后用于导频传输。系数也可以基于不同的因数(例如MISO和MIMO接收机的数目、MISO和MIMO接收机之间的相对优先权，等等)而被周期性地或动态地改变。

对于4×4系统，下列训练矩阵

和

可分别地用于MISO和MIMO接收机：

${\underset{\‾}{U}}_{4\×4}^{\mathrm{miso}}=\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\\ 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& 1& 1\end{array}\right]$ 和 ${\underset{\‾}{U}}_{4\×4}^{\mathrm{mimo}}=\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\\ 1& -1& 1& -1\\ 1& 1& -1& -1\\ 1& -1& -1& 1\end{array}\right]$ 公式(11)

再者，可以定义一个共用训练矩阵

并将其用于同时支持MISO和MIMO接收机，如下：

${\underset{\‾}{U}}_{4\×4}^{\mathrm{com}}=\left[\begin{array}{cccc}{u}_{1,a}^{\′}& u_{1,b}^{\′}& u_{1,c}^{\′}& u_{1,d}^{\′}\\ u_{2,a}^{\′}& u_{2,b}^{\′}& u_{2,c}^{\′}& u_{2,d}^{\′}\\ u_{3,a}^{\′}& u_{3,b}^{\′}& u_{3,c}^{\′}& u_{3,d}^{\′}\\ u_{4,a}^{\′}& u_{4,b}^{\′}& u_{4,c}^{\′}& u_{4,d}^{\′}\end{array}\right]$ 公式(12)

其中

和u′ _m，m＝a，b，c，d是

的第m个训练矢量或列。基于各种考虑，如上针对训练矩阵

听述，可对矢量矩阵

中的系数进行选择，以便为MISO和MIMO接收机提供良好的信道估计性能。

在一个导频传输方案中，发射机利用

中的训练矢量发射导频。例如，发射机可以从头到尾循环

中的四个训练矢量，并在符号周期n中使用u′ _a发射该导频，然后在下一个符号周期n+1中使用u′ _b，然后在符号周期n+2中使用u′ _c，然后在符号周期n+3中使用u′ _d，继而在符号周期n+4返回到使用u′ _a，并以此类推。

图2A示出针对第一导频传输方案的在4×4系统中由MISO接收机执行的信道估计。如上描述，发射机通过从头到尾地循环

中的四个训练矢量来发射导频。MISO接收机的接收符号，在符号周期n中为r_miso(n)＝h _miso·u′ _a+n_miso，在符号周期n+1中接收符号为r_miso(n+1)＝h _miso·u′ _b+n_miso，等等，如图2A所示。MISO接收机能够对这些接收符号进行滤波，例如使用有限冲击响应(FIR)滤波器，获得在符号周期n处的复合MISO信道估计

如下所示：

${\hat{h}}_{\mathrm{miso}}\left(n\right)=\underset{i=L_1}{\overset{L_2}{\mathrm{\Σ}}}c\left(i\right)\·r_{\mathrm{miso}}(n-i)$ 公式(13)

其中c(i)，i＝L1…L2，是FIR滤波器的系数；以及

L1和L2是FIR滤波器的时间范围。

对于因果FIR滤波器，L₁＝0，L₂≥1，且复合MISO信道估计

是在L2个先前符号周期和当前符号周期中的接收符号的加权和。对于非因果FIR滤波器L₁≥1，L₂≥1，以及复合MISO信道估计

是在L2个先前符号周期、当前符号周期和L1个未来符号周期中的接收符号的加权和。为了实现非因果FIR滤波器，需要缓存L1个接收符号。

图2B示出针对第一导频传输方案的在4×4系统中由MIMO接收机执行的信道估计。发射机使用上述训练矩阵发射导频。MIMO接收机的接收符号在符号周期n是r(n)＝H·u′ _a+n，在符号周期n+1是r(n+1)＝H·u′ _b+n，等等，如图2B所示。“导频块”可以定义为最小间距(span)，在该间距内所有训练矢量都用于导频传输。对于图2B所示的例子，导频块是四个符号周期。MIMO接收机可以对利用相同训练矢量发射的导频的接收符号进行滤波，例如滤波对应于训练矢量u′ _c的r(n-2)和r(n+2)，滤波对应于训练矢量u′ _d的r(n-1)和r(n+3)，等等。MIMO接收机还能基于针对一个导频块获得的接收符号(滤波的或未滤波的)导出各自的信道估计，如图2B所示。例如，矩阵R可以利用四个接收符号矢量r(n)到r(n+3)形成，且根据公式(7)示出的R可以计算出信道增益估计。

为简单起见，图2A和2B示出MISO和MIMO信道在从符号周期n-2到n+5的整个持续时间内是静态的。为了获得改进的信道估计性能，导频块必须短于MISO和MIMO信道的相干时间。相干时间是期间无线信道被希望保持为近似常量的一段持续时间。

以上针对4×4系统描述的概念可以扩展到任何T×R系统。使用如上述选择出的系数可定义单个共用训练矩阵发射机使用

中的所有训练矢量发射导频。MISO和MIMO接收机分别基于导频传输的所有接收符号，估计它们的MISO和MIMO信道。

多载波多天线系统

多天线系统可以利用多个载波进行数据和导频传输。多载波可以由OFDM、一些其它多载波调制技术、或一些其它结构提供。OFDM可有效地将整个系统带宽(W)分割为多个(N)正交子带。这些子带也称为音频、子载波、频池(bin)和频道。利用OFDM，每个子带与可以用数据调制的各自子载波相关联。多天线OFDM系统可以只使用总共N个子带的一个子集合进行数据和导频传输，并使用剩余子带作为保护子带以使得系统满足频谱屏蔽(spectral mask)的需求。为简单起见，以下描述假设所有的N个子带均可以用于数据和导频传输。

在多天线OFDM系统中，发射机和接收机之间的无线信道会经历频率选择性衰落，该频率选择性衰落的特征在于频率响应在整个系统带宽中发生变化。每个SISO信道的N个子带此时与不同的复信道增益相关联。为了恢复在某些子带或所有子带上的数据传输，需要对所有N个子带进行精确信道估计。

在多天线OFDM系统中，MISO接收机的MISO信道可以通过包含N个信道响应行矢量h _miso(k)，k＝1…N的一个集合来描述其特征。每个行矢量h _miso(k)具有1×T维，并且包括对应于子带k上T个发射天线和一个接收天线之间信道增益的T个元素。在多天线OFDM系统中MIMO接收机的MIMO信道可以通过一个包含N个信道响应矩阵H(k)，k＝1…N的集合来描述其特征。每个矩阵H(k)有R×T维，并且包含对应于子带k上T个发射天线和R个接收天线之间信道增益的R·T个元素。

每个SISO信道的信道响应可以通过时域信道冲击响应或相应的频域信道频率响应来描述其特征。信道频率响应是信道冲击响应的离散傅立叶变换(DFT)。每个SISO信道的信道冲击响应可以用L个时域抽头来描述其特征，其中L通常远远小于子带的总数，即，L＜N。也就是说，如果在发射天线上施加一个脉冲，对于该脉冲激励，在接收天线以W MHz采样速率提取的L个时域取样将足以表征SISO信道响应。所需的信道冲击响应的抽头(tap)数目(L)取决于系统的延迟展宽(delay spread)，该延迟展宽是在接收机处具有足够能量的最早和最晚到达的信号实例之间的时间差。由于对于信道冲击响应只需要L个抽头，因此基于少到L个适当选择出的子带的信道增益估计，而不是所有子带的估计信道增益，即可表征每个SISO信道的频率响应。

图3示出在多天线OFDM系统中用于导频传输的子带结构。在用于导频传输的P个导频子带中的每一个导频子带上发射导频符号，其中通常N＞P≥L。对于改进的性能和简化的计算，P个导频子带可以均匀地分布在总共N个子带间，从而连续导频子带可由N/P个子带隔开。剩余N-P个子带可以用于数据传输并且被称为数据子带。

在多天线OFDM系统中，可以以各种方式发射导频。导频发射取决于为使用而选择出的特定矩阵。以下描述几个示例性导频传输方案。

图4A示出用于多天线OFDM系统的第一个导频传输方案。

对于该方案，发射机使用训练矩阵U ^com发射导频，选择该矩阵的元素/系数以同时支持MISO和MIMO接收机。发射机可以从头到尾地循环U ^com中的训练矢量，并且在每个OFDM符号周期中使用一个u′ _m。相同的训练矢量u′ _m可以用于P个导频子带中的每一个。为简单起见，图4A示出了使用四个发射天线的系统的导频传输。

多天线OFDM系统中的MISO接收机能够使用各种信道估计技术估计MISO信道的完全频率响应。对于最小二乘估计技术，MISO接收机首先获得每个OFDM符号周期中一个包含对应于P个导频子带的P个接收符号的集合，该包含P个接收信号的集合可以表示为P×1矢量r _P＝[r_miso(k₁)r_miso(k₂)...r_miso(k_P)]^T。然后，MISO接收机基于这些接收符号，获得复合MISO信道的频率响应的初始估计，该初始估计为P×1矢量

的P个元素中的每一个代表对应于各自导频子带的复合MISO信道的初始估计。

MISO接收机下一步计算复合MISO信道的冲击响应的最小二乘估计，如下：

公式(14)

其中，W _P×P是P×P的DFT矩阵；以及

是最小二乘信道冲击响应估计的P×1矢量。

DTF矩阵W _P×P定义为第(i，j)阵元w_i，j按如下给出：

$w_{i,j}=e^{-j2\mathrm{\π}\frac{(i-1)(j-1)}{P}},$ i＝1...P和j＝1...P    公式(15)

其中i是行索引，j是列索引。公式(14)代表对初始频率响应估计

的2维IFFT，以获得最小二乘信道冲击响应估计矢量可以被后处理，例如通过(1)将小于预定阈值的阵元/抽头值设置为零，和/或(2)将该矢量中从第L到第P个阵元/抽头设置为零。接着，矢量被补零到长度N。

随后，MISO接收机基于补零的最小二乘信道冲击响应估计

导出复合MISO信道的所有N个子带的最终频率响应估计，如下：

公式(16)

其中W _N×N是N×N的DFT矩阵，以及

是所有N个子带的频率响应估计的N×1矢量。

MISO接收机可以对接收符号，初始信道频率响应估计

最小二乘信道冲击响应估计

和/或最终信道频率响应估计

执行滤波。按照类似于公式(13)所示滤波，对多个OFDM符号周期中获得的矢量r _P、

和/或执行滤波，以得到较高质量的MISO信道估计。

多天线OFDM系统中的MIMO接收机也可以使用直接最小二乘估计技术来估计MIMO信道的完全频率响应。在每个OFDM符号周期中，MIMO接收机针对R个接收天线中的每一个获得一个包含对应于P个导频子带的P个接收符号的集合。如果训练矢量u′ _m被用于在OFDM符号周期n中进行导频传输，那么每个接收天线i的一个包含P个接收符号的集合可表示为{r_i，m(k)}，或r_i，m(k)，其中k∈P_set，其中P_set代表P个导频子带的集合或组。对于M个不同训练矢量，MIMO接收机获得对应于R个接收天线的R·M个接收符号的集合。R·M个接收符号集合可以表示为一个包含P个矩阵{R(k)}，或R(k)，k∈P_set的集合，其为：

k∈P_set，公式(17)

每个导频子带的接收符号矩阵R(k)具有R×M维，并且包含对应于该导频子带的M个训练矢量的M列接收符号。矩阵R(k)在形式上与在上述单载波多天线系统描述的接收符号矩阵R相似。R×M块结构的矩阵

可以形成为

形式。矩阵

可以看作是具有R×M前维(front dimension)和P深度的3维矩阵。对于特定接收天线i和训练矢量u′ _m，

的前维中的R·M个元素中的每一个代表一个包含P个接收信号，{r_i，m(k)}的集合。

MIMO接收机下一步对中每个包含P个接收符号的集合执行P-点IDFT或IFFT，{r_i，m(k)}，以获得对应于P个抽头的复合MISO信道冲击响应估计

该IDFT可以表示为：

公式(18)

其中，对于P个抽头，

是具有P个矩阵

的R×M块结构矩阵，其中τ＝1...P。矩阵

可以看作具有R×M前维，P深度的3-D矩阵。对

前维中的每个元素的P个接收符号执行公式(18)中的IDFT，以获得用于前维中相应元素的具有P个抽头的冲击响应。由此，对于

前维中的每个元素在深度维上执行了IDFT。

在T个发射天线和R个接收天线中的每个接收天线之间形成不同的MISO信道。矩阵包含前维的R·M元素，其代表R个接收天线的复合MISO信道和M个不同训练矢量的冲击响应估计。也就是说，

前维中的每个元素

代表(1)T个发射天线和一个特定接收天线i之间的复合MISO信道的冲击响应估计，以及(2)利用使用训练矢量u′ _m发送的导频获得的冲击响应估计。

随后，MIMO接收机导出在MIMO信道中各个SISO信道的冲击响应估计，如下：

τ＝1...P    公式(19)

其中U ^-1是训练矩阵U ^com的逆，如在公式(19)所示，对P个抽头的每一个执行与U ^-1相乘。R×T块结构矩阵

可以形成为

矩阵

也可以看作是具有R×T前维和P深度的3-D矩阵。

前维的每个元素代表发射天线j和接收天线i之间的SISO信道的P-抽头冲击响应估计

的P时域值的序列。每个序列

的P个阵元均是经过后处理的，例如，通过(1)将具有小于预定阈值的值的阵元/抽头设置为零，和/或(2)将第L到第P个阵元/抽头设置为0。每个序列

随后被补0到长度N。

接着，MIMO接收机通过对

前维中的每个元素执行N点DFT(或FFT)，而得到每个SISO信道的所有N个子带的最终频率响应估计，如下：

公式(20)

其中是一个R×T块结构矩阵，该矩阵具有用于N个子带的N个矩阵

k＝1…N。矩阵

也可以看作是具有R×T前维和深度N的3-D矩阵。对

前维中的每个元素的N个时域值执行公式(20)中的DFT，以获得

前维中相应元素的N个频域值。因此，对于前维中每个元素在深度维上执行了DFT。在

前维中的每个元素代表各个SISO信道的最终频率响应估计

的N个频域值的序列。

MIMO接收机可以对在使用相同训练矢量的多个OFDM符号周期中获得的接收符号{r_i，m(k)}执行滤波，其中对每个接收天线的每个子带执行滤波。MIMO接收机可以(1)对每个P-抽头复合MISO信道冲击响应估计

执行滤波，(2)对每个P抽头最小二乘信道冲击响应估计

执行滤波，和/或(3)对每个N点信道频率响应估计

执行滤波。

MIMO接收机也可以某些其他方式导出每个SISO信道的N个子带的完全频率响应估计，并且这也在本发明的范围之内。例如也可以以其他形式的内插法来替代最小二乘估计技术。

图4B示出用于多天线OFDM系统的第二个导频传输方案。对于该方案，发射机使用带有正交矢量的训练矩阵U ^mimo发射导频。例如，在公式(9)中示出的矩阵

可以用于2×2系统，在公式(11)示出的矩阵

可以用于4×4系统，等等。矩阵

和

通常称为沃氏矩阵(Walsh matrices)，较大的沃氏矩阵可以如下形成：

${\underset{\‾}{U}}_{2K\×2K}=\left[\begin{array}{cc}{\underset{\‾}{U}}_{K\×K}& {\underset{\‾}{U}}_{K\×K}\\ {\underset{\‾}{U}}_{K\×K}& -{\underset{\‾}{U}}_{K\×K}\end{array}\right],$ 公式(21)

对于R×T系统，T×T沃氏矩阵可以用作训练矩阵U ^mimo。其他训练矩阵也可以用于第二导频传输方案。

为了清楚起见，图4B示出了使用训练矩阵

的4×4系统的导频传输的一个实施例。对于该实施例，在每个OFDM符号周期中，发射机使用矩阵

中的第一训练矢量u″ _a在第一组导频子带上发射共用导频。此外，在每个OFDM符号周期中，发射机还使用矩阵

中的剩余训练矢量u″ _b、u″ _c和u″ _d在第二组P个导频子带上发射MIMO导频。发射机从头到尾地循环这三个矢量u″ _b、u″ _c和u″ _d，如在图4B中所示。系统中的MISO接收机可以利用共用导频进行信道估计。MIMO接收机可以利用共用和MIMO导频进行导频估计。

为了改进性能，第一组的导频子带可以在总共N个子带上均匀分布，如图4B所示。第二组的导频子带也可以在总共N个子带上均匀分布，并且还与第一组中的导频子带交织，同样如图4B所示。

MISO接收机可采用上述多天线OFDM系统的第一导频传输方案的方式，基于共用导频估计复合MISO信道响应。MISO接收机可以(1)获得第一组中P个导频子带的一个包含P个接收符号的集合，(2)基于该接收符号的集合得到复合MISO信道的初始频率响应估计，(3)基于该初始频率响应估计计算出最小二乘信道冲击响应估计，以及(4)基于最小二乘信道冲击响应估计导出复合MISO信道的最终频率响应估计。

按照如下方式，MIMO接收机基于共用和MIMO导频，估计MIMO信道的各个SISO信道的完全频率响应。对于每个OFDM符号周期，MIMO接收机(1)针对利用训练矢量u″ _a在第一组导频子带上发射的导频，获得对应于R个接收天线的R个接收符号集合，以及(2)针对利用另一个训练矢量u″ _m，m＝b，c，或d在第二组导频子带上发射的导频，获得对应于R个接收天线的R个接收符号集合。MIMO接收机可以对每个接收符号集合{r_i，m(k)}执行P点IFFT，以获得相应的复合MIMO信道冲击响应估计

对于每个OFDM符号周期，MIMO接收机获得对应于2R个接收符号集合的2R个复合MISO信道冲击响应估计。MIMO接收机因此在每个OFDM符号周期中获得R×M矩阵的两列(第一和第m列)。如果在三个OFDM符号周期从头到尾循环了三个矢量u″ _b、u″ _c和u″ _d，如图4B所示，则MIMO接收机可以在三个OFDM符号周期后获得矩阵

的全部四列。

以与上述图2B相似的方式，MIMO接收机可对对应于使用相同训练矢量u″ _m发射的导频的多个OFDM符号周期中获得的接收符号{r_i，m(k)}进行平均。MIMO接收机也可对使用相同训练矢量u″ _m的多个OFDM符号周期中获得的复合MISO信道冲击响应估计

进行平均。如图4B所示例子，MIMO接收机可以对六个OFDM符号的两个导频块，九个OFDM符号的三个导频块等执行时域滤波。例如，对于3一抽头非因果时域滤波器，当前导频块的信道估计可以是先前导频块、当前导频块和下一导频块的信道估计的线性组合。作为一个特定例子，u″ _c的信道估计可以作为在OFDM符号周期n-2、n+1和n+4中获得的信道估计的线性组合而得到。

如上所述，MIMO接收机此时可以导出各个SISO信道的冲击响应估计，以获得块结构矩阵中的阵元可以经过后处理并被补零到长度N以获得τ＝1...N。然后，MIMO接收机可通过对补零的

中的每个元素执行N点DFT，而得到每个SISO信道的所有N个子带的最终频率响应估计。

作为例子，对于使用训练矩阵

的2×2系统，(1)发射机可以使用训练矢量u″ _a＝[11]^T，在第一组导频子带上发射共用导频以及(2)发射机可以使用训练矢量u″ _b＝[1-1]^T在第二组导频子带上发射MIMO导频。MIMO接收机获得用于第一组导频子带Psetl的两个接收天线的两个接收符号集合{r_1，a(k)}和{r_2，a(k)}，其可以表示为：

r_1，a(k)＝h_1，1(k)+h_1，2(k)+n₁，

r_2，a(k)＝h_2，1(k)+h_2，2(k)+n₂，k∈P_set1，公式(22)

MIMO接收机也获得用于第二组导频子带Pset2的两个接收天线的两个接收符号集合{r_1，b(k)}和{r_2，b(k)}，其可以表示为：

r_1，b(k)＝h_1，1(k)-h_1，2(k)+n₁，

r_2，b(k)＝h_2，1(k)-h_2，2(k)+n₂，k∈P_set2，公式(23)

为简单起见，从公式(22)和(23)中省略导频符号。

MIMO接收机对每个接收符号集合执行P点IFFT，以获得相应的每合MISO信道冲击响应。具有两个不同训练矢量的两个接收天线的四个复合MISO信道冲击响应表示为

和MIMO接收机可导出各个SISO信道的最小二乘冲击响应估计，如：

τ＝1...P，公式(24)

其中对于具有训练矩阵的2×2系统

以及MIMO接收机可通过将利用第一接收天线的两个训练矢量获得的MISO信道冲击响应估计合并，而得到该接收天线的SISO信道冲击响应估计，如下；

τ＝1...P    公式(25)

MIMO接收机可通过将利用第二接收天线的两个训练矢量获得的两个复合MISO信道冲击响应估计合并，而相似地得到该接收天线的SISO信道冲击响应估计，如下：

τ＝1...P    公式(26)

MIMO接收机进一步处理SISO信道冲击响应估计，以获得SISO信道的最终频率响应估计，如上所述。

如上所述，MIMO接收机对接收符号{r_i，m(k)}，复合MISO信道冲击响应估计

最小二乘冲击响应估计

和/或最终频率响应估计执行滤波。对于使用相同训练矢量发射的导频执行{r_i，m(k)}和的滤波。对于多导频块执行

和

的滤波，其中该导频块可以是交迭或非交迭的。作为非交迭导频块的一个例子，将在图4B中针对由OFDM符号周期n到n+2定义的块获得的

或

估计与针对由OFDM符号周期n+3到n+5定义的块获得的或

估计等进行平均。作为交迭导频块的例子，将在图4B中针对由OFDM符号周期n到n+2定义的块获得的

或估计与针对由OFDM符号周期n+1到n+3定义的块获得的或估计等进行平均。由此，MIMO接收机可以获得每个OFDM符号周期的信道估计的滑动(running)平均。还可使用其他滤波方案，并且这也落在本发明的范围内。

对于第二种导频传输方案，可以以各种方式发射共用和MIMO导频。通常，第一组共用导频和第二组MIMO导频中可以包括任何子带。如果在每组中的导频子带数目P是二次幂，并且P个子带在总共N个子带上均匀分布，并以N/P个子带隔开，那么可以用IFFT代替IDFT计算机信道冲击响应，这能够大大简化计算。第一组导频子带和第二组导频子带可以从任何子带索引开始。

如图4B所示，第一和第二组可以包括相同数目的子带。第一和第二组也可以包括不同数目的子带。例如，如果第二组包括P/2个子带，其中P是估计信道冲击响应需要的抽头数目，那么MIMO导频的每个训练矢量可以用于在不同的两组P/2个导频子带上的两个OFDM符号周期。一旦在两个OFDM符号周期接收到导频发射，MIMO接收机就能够得到用于MIMO导频的每个训练矢量的一个包含R个复合MISO信道冲击响应的集合。作为另一个例子，如果第二组包括2P个子带，那么MIMO导频的两个训练矢量可以用于每个OFDM符号周期，同时这两个训练矢量可用作交替的子带上。

在多天线OFDM系统的第三导频传输方案中，基于系统支持的接收机类型可调整导频传输。该方案也称为递增导频传输方案，对于该方案，发射机使用T×1训练矢量u _a(例如一个全1的训练矢量)发射共用导频。如上所述，MISO接收机可以使用共用导频进行复合MISO信道的信道估计。如果系统支持一个或多个MIMO接收机，那么发射机还利用训练矢量u _b到u _M发射MIMO导频。训练矢量u _b到u _M不同于训练矢量u _a，并且矢量u _a到u _M可以彼此正交或不正交。例如，训练矢量u _a到u _M可以是正交矩阵(例如沃氏矩阵)的列，或可以包含为支持MISO和MIMO接收机而选出的系数。发射机可以从头到尾地循环使用训练矢量u _a到u _M(例如，如图4A所示)。发射机可以(1)使用u _a在一组导频子带上连续发射共用导频，以及(2)通过从头到尾地循环u _b到u _M而在第二组导频子带上发射MIMO导频(例如，如图4B所示)。如上所述，MIMO接收机可以使用共用和MIMO导频进行MIMO信道的信道估计。

图5示出在无线多天线通信系统中使用递增导频传输方案发射导频的过程500。利用包含T个系数的第一训练矢量生成包含T个定标导频符号的第一集合(方框512)，并从T个发射天线发射，从每个发射天线发射一个定标导频符号(方框514)。定标导频符号的第一集合适用于由MISO接收机进行的信道估计。如果系统支持至少一个MIMO接收机，如在方框516中所确定的情况，那么利用至少T-1个包含至少T个系数的附加矢量生成至少T-1个包含T个定标导频符号的附加集合(方框522)。从T个发射天线发射每个包含T个定标导频符号的附加集合(方框524)。定标导频符号的第一集合和附加集合适用于由MIMO接收机进行的信道估计。第一矢量和附加矢量是训练矩阵中的不同矢量，并且彼此可以正交或不正交。定标导频符号的集合可以以各种方式进行发射，如上所述。每个定标导频符号可以在多天线OFDM系统的一组P个导频子带上发射。

当存在MIMO接收机时，如果只发射MIMO导频，那么时间滤波是不均衡的。在用于MIMO导频的训练矢量之间，一些训练矢量相比其他训练矢量可能享有更多的时间滤波特权(例如取决于分组大小和用于MIMO导频的训练矢量)。在数据分组边界处使用的训练矢量通常比在数据分组中间处使用的训练矢量享有较少的滤波，但是并不总是这样。作为一个例子，重新参考图4B，在OFDM符号周期n到n+3中发射数据分组和MIMO导频。基于在两个OFDM符号周期n和n+3中接收的导频符号可获得发射矢量u″ _b的信道估计，而基于在单个OFDM符号周期中接收的导频符号可获得发送矢量u″ _c到u″ _d中的每一个的信道估计。由于突发地发射MIMO导频而导致非均衡时间滤波。由于共用导频是连续发射的，因而对于共用导频不会观察到这种现象。

如果使用一个导频矢量连续发射共用导频，和通过从头到尾地循环剩余训练矢量来发射MIMO导频，那么使用共用导频获得的信道估计要比使用MIMO导频获得的信道估计更好。如果更加频繁地发射共用导频，那么可将更多的滤波用于共用导频。对于每个训练矢量，MIMO接收机获得对应于R个接收天线中的每一个的复合MISO信道响应，其中每个复合MISO信道响应包括关于组成MISO信道的所有T个SISO信道的信息。因此，即使对于用于MIMO导频的训练矢量有更大的信道估计误差，这些误差将分布在所有SISO信道的信道上。

图6示出了多天线OFDM系统中发射机110x、MISO接收机150x、和MIMO接收机150y的框图。在发射机110x处，发射(TX)数据处理器620接收业务数据，对该业务数据进行编码、交织和符号映射(调制)，并提供数据符号{s(k)}。每个数据符号是数据的调制符号。TX空间处理器630接收这些数据符号，对这些数据符号进行空间处理、定标(scale)、与导频符号的复用，并且向T个发射单元(TMTR)632a到632t提供T个发射符号流。每个发射符号可以为数据符号或导频符号，并在发射天线的一个子带上发射。每个发射单元632对其发射符号流执行OFDM调制以获得OFDM符号，并进一步调节OFDM符号以获得调制的信号。T个发射单元632a到632t提供T个调制的信号，以便分别从T个天线634a到634t进行发射。

在MISO接收机150x处，天线652x接收T个发射信号，并向接收单元(RCVR)654x提供接收信号。单元654x执行与由发射单元632执行的处理互补的处理，并且(1)向检测器660x提供接收数据符号，以及(2)向控制器680x内的信道估计器684x提供接收导频符号。信道估计器684x为MISO接收机执行信道估计，并提供复合MISO信道响应估计检测器660x使用复合MISO信道估计对接收数据符号执行检测(例如匹配滤波和/或均衡)，并提供检测符号，该检测符号是由发射机110x发送的数据符号的估计。随后，接收(RX)数据处理器670x对这些检测信号进行符号解映射、解交织和解码，并提供解码数据，该解码数据是发射的业务数据的估计。

在MIMO接收机150y处，R个天线652a到652r接收T个发射信号，并且每个天线652向各自的接收单元654提供接收信号。每个单元654执行与由发射单元632执行的处理互补的处理，并且(1)向RX空间处理660y提供接收数据符号，以及(2)向控制器680y内的信道估计器684y提供接收导频符号。信道估计器684y为MIMO接收器执行信道估计并提供MIMO信道响应估计接收空间处理器660y利用该MIMO信道响应估计对来自R个接收单元654a到654r的R个接收数据符号流执行空间处理，并提供检测符号。随后，RX数据处理器670y对这些检测符号执行符号解映射、解交织和解码并提供解码数据。

控制器640、680x和680y分别控制在发射机110x、MISO接收机150x和MIMO接收机150y处的各种处理单元的操作。存储单元642、682x和682y分别存储由控制器640、680x和680y使用的数据和/或程序代码。

图7示出了发射机110x处的TX空间处理器630和发射单元632的框图。TX空间处理器630包括数据空间处理器710、导频处理器720和对应于T个发射天线的T个复用器(Mux)730a到730t。

数据空间处理器710接收来自TX数据处理器620的数据符号{s(k)}，并对该数据符号执行空间处理。例如，数据空间处理器710将该数据符号解复用成用于T个发射天线的T个子流。根据系统设计，数据空间处理器710也可对这些子流执行附加空间处理，或不执行附加空间处理。导频处理器720用矩阵U中的训练矢量u _a到u _M乘以对应于T个发射天线的导频符号p_l(k)到p_T(k)，其中根据为使用所选择的导频传输方案，这些训练矢量可以是正交的，也可以不是正交的。可将相同或不同的导频符号用于T个发射天线，并且可将相同或不同的导频符号用于这些导频子带。导频处理器720包括T个乘法器722a到722t，一个乘法器用于一个发射天线。每个乘法器722将对应于相关的发射天线j的导频符号乘以来自训练矢量u _m的对应系数u_j，m，并提供定标的导频符号每个复用器730接收来自数据空间处理器710的各数据符号子流，将其与来自相关乘法器722的定标导频符号复用在一起，并为其关联的天线j提供发射符号流{x_j(k)}。

每个发射单元632接收和处理各自的发射符号流，并提供调制的信号。在每个发射单元632内，IFFT 742使用N点IFFT将每个包含对应于总共N个子带的N个发射符号的集合转换到时域，并提供包含N个时域码片的相应的“转换”符号。对于每个转换符号，循环前缀生成器744重复该转换符号的一部分，以形成相应的OFDM符号，该OFDM符号包括N+C个码片，其中C是码片重复的数目。该重复部分称为循环前缀，用于抵抗无线信道的延迟展宽。TX RF单元746将OFDM符号流转变为一个或多个模拟信号并进一步对该模拟信号进行放大、过滤、和上变频以生成可从相关的天线634发射的调制信号。

图8A示出接收单元654i的实施例的框图，该接收单元可用作MISO接收机150x和MIMO接收机150y处的每个接收单元。在每个接收单元654i内，RX RF单元812调节(例如滤波、放大、下变频)来自相关的天线652i的接收信号，对调节后的信号进行数字化，并提供采样流。循环前缀移除单元814移除附加在每个OFDM符号上的循环前缀，并提供接收的转换符号。FFT单元816使用N点FFT转换将每个接收的转换符号的N个采样转换到频域，并获得N个子带的N个接收符号。FFT单元816(1)向MISO接收机150x的检测器660x或MIMO接收机150y的RX空间处理器660y提供数据子带的接收数据符号，以及(2)向MISO接收机150x的信道估计器684x或MIMO接收机150y的信道估计器684y提供导频子带的接收导频符号。

图8B示出MIMO接收机150y的信道估计器684y的一个实施例，该信道估计器实现了直接最小二乘估计技术。在信道估计器684y内，复合MISO信道估计器820获得对应于每个接收天线和训练矢量的一个接收导频符号集合{r_i，m(k)}，并对该集合执行P点IFFT以获得相应的复合MISO信道冲击响应估计

矩阵乘法单元822接收对应于R个接收天线和M个训练矢量的R·M个复合MISO信道冲击响应估计，用每个延迟值的矩阵U ^-1乘以这些R·M个集和，并且为MIMO信道的R·T个SISO信道提供R·T个最小二乘冲击响应估计。后处理器824可以执行阈值出来和截断，并进一步为每个最小二乘冲击响应估计执行补零。FFT单元826对每个补零的最小二乘冲击响应估计执行N点FFT，并提供相应的最终信道频率响应估计

FFT单元826向RX空间处理器660y提供最终信道响应估计，其使用这些信道估计对接收数据符号进行空间处理以获得检测符号

该检测符号是发射的数据符号{s(k)}的估计。

信道估计器684y可以对{r_i，m(k)}、

和/或

执行滤波。为了简化，未在图8B示出滤波。

在此描述的导频传输方案和信道估计技术可以用于各种基于OFDM的系统。一种这样的系统是利用OFDM并能同时支持多用户的正交频分多址(OFDMA)通信系统。基于OFDM的系统也可利用跳频，从而以不同的时间间隔，在不同子带上发射数据，其中该时间间隔也称为“跳跃周期”。对于每个用户，在每个跳跃周期中用于数据传输的特定子带是可以确定的，例如，可通过分配给该用户的伪随机跳频序列即可确定。对于跳频OFDM系统，每个用户的跳频序列使得用于共用和MIMO导频地导频子带不会被选中进行数据传输。由于跳频，每个用户通常需要估计全部MISO或MIMO信道响应(例如对于所有N个子带)，即便N个子带中只有一个子带或一个很小的子集用于数据传输。

在此描述的导频传输方案和信道估计技术可以以各种手段来实现。例如导频传输和信道估计的处理可以以硬件、软件或它们的组合实现。对于硬件实现，在发射机处的用于导频传输的处理单元可以在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计为执行在此所述功能的其他电子单元内或其组合内实现。在接收机处用于信道估计的处理单元也可以在一个或多个ASIC、DSP等内实现。

对于软件实现，在此描述的处理可以使用执行在此描述功能的模块实现(例如，程序、函数等等)。软件代码可以存储在存储单元(例如图6中的存储单元642、682x和682y)并且由处理器(例如控制器640、680x和680y)执行。存储单元可以在处理器内或处理器外部实现，在该种情况下该存储器能够通过已知技术中的各种手段可通信地耦合到处理器。

提供公开实施例的以上描述是为了使本领域的熟练技术人员能够制造或使用本发明。对这些实施例的各种修改对本领域的普通技术人员来说是显而易见的，而且在不背离本发明精神和范围的情况下，在此定义的一般性原理可以应用到其他实施例中。因此本发明并不限制于在此示出的实施例，而是被给予了与在此披露的原理和新颖特征相一致的最宽保护范围。

Claims (52)

1.一种在无线多天线通信系统中发射导频的方法，包括：

利用包含T个系数的第一矢量生成包含T个定标导频符号的第一集合，其中T是大于1的整数，以及其中所述定标导频符号的第一集合适用于由具有单个天线的接收机进行的信道估计；

如果所述系统支持至少一个具有多个天线的接收机，那么利用至少T-1个附加矢量，选择性地生成至少T-1个包含T个定标导频符号的附加集合，每个附加矢量包括T个系数，其中所述第一矢量和至少T-1个附加矢量是矩阵中不同的矢量，以及其中所述定标导频符号的第一集合和至少T-1个附加集合适用于由所述至少一个具有多个天线的接收机进行的信道估计；以及

经由T个发射天线发射每个包含T个定标导频符号的集合，每个发射天线上发射一个定标导频符号。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一矢量和所述至少T-1个附加矢量是彼此正交的。

3.根据权利要求1所述的方法，其中利用T-1个附加矢量生成T-1个包含T个定标导频符号的附加集合。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一矢量和所述T-1个附加矢量是沃氏矩阵的T个矢量。

5.根据权利要求1所述的方法，其中在一个符号周期中发射每个包含T个定标导频符号的集合。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述多天线通信系统利用正交频分复用(OFDM)，以及其中在一组P个子带上，将每个集合中的所述T个定标导频符号中的每一个从所述T个发射天线中的一个对应天线发射出去，其中P是大于1的整数。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述p个子带是在总共N个子带上均匀分布的，并由N/P个子带隔开。

8.根据权利要求6所述的方法，其中在第一组子带上发射所述定标导频符号的第一集合，且其中在与所述第一组子带不相交的第二组子带上发射所述定标导频符号的至少T-1个附加集合。

9.根据权利要求8所述的方法，其中在所述第一和第二组的每一组中的所述子带在总共N个子带上均匀分布。

10.根据权利要求8所述的方法，其中在所述第一组子带上连续发射所述定标导频符号的第一集合。

11.根据权利要求8所述的方法，其中所述定标导频符号的至少T-1个附加集合被从头至尾地循环，并且在相应的时间间隔中，在所述第二组子带上发射定标导频符号的每个附加集合。

12.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一和第二组包括相同数目的子带。

13.一种无线多天线通信系统中的设备，包括：

导频处理器，用于

利用包含T个系数的第一矢量生成包含T个定标导频符号的第一集合，其中T是大于1的整数，以及其中所述定标导频符号的第一集合适用于由具有单个天线的接收机进行的信道估计，以及

如果所述系统支持至少一个具有多个天线的接收机，则利用至少T-1个附加矢量选择性地生成至少T-1个包含T个定标导频符号的附加集合，每个附加矢量包括T个系数，其中所述第一矢量和所述至少T-1个附加矢量是矩阵中的不同矢量，以及其中所述定标导频符号的第一集合和至少T-1个附加集合适用于由具有多个天线的所述至少一个接收机进行的信道估计，以及

多个发射单元，用于调节每个包含T个定标导频符号的集合并经由T个发射天线发射该每个包含T个定标导频符号的集合，每个发射天线上发射一个定标导频符号。

14.根据权利要求13所述的设备，其中所述导频处理器用于利用T-1个附加矢量，生成T-1个包含T个定标导频符号的附加集合，以及其中所述第一矢量和所述T-1个附加矢量是沃氏矩阵的T个矢量。

15.根据权利要求13所述的设备，其中所述多天线通信系统利用正交频分复用(OFDM)。

16.根据权利要求15所述的设备，其中在一组P个子带上，将每个集合中的所述T个定标导频符号中的每一个从所述T个发射天线中的一个对应天线发射出去，其中P是大于1的整数，以及其中所述P个子带在总共N个子带上均匀地分布并由N/P个子带隔开。

17.根据权利要求15所述的设备，其中在第一组子带上连续发射所述定标导频符号的第一集合，以及其中在与所述第一组子带不相交的第二组子带上发射所述定标导频符号的至少T-1个附加集合。

18.一种无线多天线通信系统中的设备，包括：

利用包含T个系数的第一矢量生成包含T个定标导频符号的第一集合的装置，其中T是大于1的整数，以及其中所述定标导频符号的第一集合适用于由具有单个天线的接收机进行的信道估计；

如果所述系统支持至少一个具有多个天线的接收机，则利用至少T-1个附加矢量，选择性地生成至少T-1个包含T个定标导频符号的附加集合的装置，每个附加矢量包括T个系数，其中所述第一矢量和所述至少T-1个附加矢量是矩阵中不同的矢量，以及其中所述定标导频符号的第一集合和至少T-1个附加集合适用于由所述至少一个具有多个天线的接收机进行的信道估计；以及

经由T个发射天线发射每个包含T个定标导频符号的集合的装置，每个发射天线上发射一个定标导频符号。

19.根据权利要求18所述的设备，其中利用T-1个附加矢量生成T-1个包含T个定标导频符号的附加集合，以及其中所述第一矢量和所述T-1个附加矢量是沃氏矩阵的T个矢量。

20.一种在无线多天线通信系统中发射导频的方法，包括：

利用矩阵的M个不同矢量生成M个包含T个定标导频符号的集合，其中T是大于1的整数，M是等于或大于T的整数，其中每个矢量包括T个系数；以及

从T个发射天线发射所述M个包含T个定标导频符号的集合中的每个集合，在每个发射天线上发射一个定标导频符号，其中所述M个包含T个定标导频符号的集合适用于由具有单个天线的接收机和具有多个天线的接收机进行的信道估计。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述M个矢量彼此不正交。

22.根据权利要求20所述的方法，其中选择所述M个矢量中的所述M乘T个系数，以使得由具有单个天线的接收机和具有多个天线的接收机进行的信道估计误差最小化。

23.根据权利要求20所述的方法，其中基于所述具有单个天线的接收机和所述具有多个天线的接收机的加权均方信道估计误差之和，选择所述M个矢量中的所述M乘T个系数。

24.根据权利要求20所述的方法，其中从头到尾地循环所述M个包含T个定标导频符号的集合，并在对应时间间隔中从所述T个发射天线发射每个集合。

25.根据权利要求20所述的方法，其中所述多天线通信系统利用正交频分复用(OFDM)，以及其中在一组P个子带上，将每个集合中的所述T个定标导频符号中的每一个从所述T个发射天线的一个对应天线发射出去，其中P是大于1的整数。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述P个子带在总共N个子带上均匀分布，并且由N/P个子带隔开。

27.一种无线多天线通信系统中的设备，包括：

导频处理器，用于利用矩阵中的M个不同矢量生成M个包含T个定标导频符号的集合，其中T是大于1的整数，M是等于或大于T的整数，其中每个矢量包括T个系数；以及

多个发射单元，用于调节所述M个包含T个定标导频符号的集合中的每个集合，并从T个发射天线发射所述M个包含T个定标导频符号的集合中的每个集合，在每个发射天线上发射一个定标导频符号，其中所述M个包含T个定标导频符号的集合适用于由具有单个天线的接收机和具有多个天线的接收机进行的信道估计。

28.根据权利要求27所述的设备，其中所述M个矢量彼此是不正交的。

29.一种无线多天线通信系统中的设备，包括：

利用矩阵中M个不同矢量生成M个包含T个定标导频符号的集合的装置，其中T是大于1的整数，M是等于或大于T的整数，其中每个矢量包括T个系数；以及

从T个发射天线发射所述M个包含T个定标导频符号的集合中的每个集合的装置，在每个发射天线上发射一个定标导频符号，其中所述M个包含T个定标导频符号的集合适用于由具有单个天线的接收机和具有多个天线的接收机进行的信道估计。

30.一种在利用正交频分复用(OFDM)的无线多天线通信系统中用于在接收机处执行信道估计的方法，包括：

经由R个接收天线，获得对应于T乘M个包含P个定标导频符号的集合的R乘M个包含P个接收导频符号的集合，所述T乘M个包含P个定标导频符号是利用T乘M矩阵中的T乘M个系数生成的，其中R、T和P是大于1的整数，M是等于或大于T的整数，M组R个集合是针对R乘M个集合而形成的，且M组T个集合是针对T乘M个集合而形成的，其中T乘M矩阵中的一个系数用于生成每个包含P个定标导频符号的集合，以及其中在P个子带上从T个发射天线发射每一组T个包含P个定标导频符号的集合；

针对每个包含P个接收导频符号的集合导出初始频域频率响应估计，其中针对R乘M个包含P个接收导频符号的集合导出R乘M个0初始频率响应估计，

针对每个初始频率响应估计导出初始时域冲击响应估计，其中针对所述R乘M个初始频率响应估计导出R乘M个初始冲击响应估计；

基于所述R乘M个初始冲击响应估计和所述T乘M矩阵，导出R乘T个最终时域冲击响应估计；以及

针对每个最终冲击响应估计导出最终频域频率响应估计，其中针对所述R乘T个最终冲击响应估计导出R乘T个最终频率响应估计，并且该R乘T个最终频率响应估计代表所述T个发射天线和所述R个接收天线之间的多输入多输出(MIMO)信道的估计。

31.根据权利要求30所述的方法，其中M等于T，并且T乘M矩阵是沃氏矩阵。

32.根据权利要求30所述的方法，其中选择所述T乘M矩阵中的所述T乘M个系数，以使得由具有单个天线的接收机和具有多个天线的接收机进行的信道估计误差最小化。

33.根据权利要求30所述的方法，其中基于具有单个天线的接收机和具有多个天线的接收机的加权均方信道估计误差之和，选择所述T个矢量中的所述T乘M个系数。

34.根据权利要求30所述的方法，其中始终发射一组T个包含P个定标导频符号的集合，只有当所述系统支持至少一个具有多个天线的接收机时，才发射剩余的M-1组T个包含P个定标导频符号的集合。

35.根据权利要求30所述的方法，其中在第一组P个子带上经由R个接收天线获得一组R个包含P个接收导频符号的集合，在第二组P个子带上经由R个接收天线获得剩余的M-1组R个包含P个接收导频符号的集合。

36.根据权利要求30所述的方法，进一步包括：

对于所述R乘T个最终冲击响应估计中的每一个，将低于特定阈值的抽头值设置为零。

37.根据权利要求30所述的方法，进一步包括：对于所述R乘T个最终冲击响应估计中的每一个，将最后第L个到第P个抽头设置为零，其中L是所述系统期望的延迟展宽。

38.根据权利要求30所述的方法，进一步包括：对与利用所述T乘M矩阵中包含T个系数的相同矢量生成的定标导频符号的集合相对应的接收导频符号的集合进行滤波。

39.根据权利要求30所述的方法，进一步包括：对与利用所述T乘M矩阵中包含T个系数的相同矢量生成的定标导频符号的集合相对应的初始频率响应估计进行滤波。

40.根据权利要求30所述的方法，进一步包括：对与利用T乘M矩阵中包含T个系数的相同矢量生成的定标导频符号的集合相对应的初始冲击响应估计进行滤波。

41.根据权利要求30所述的方法，进一步包括：对所述最终冲击响应估计进行滤波。

42.根据权利要求30所述的方法，进一步包括：对所述最终频率响应估计进行滤波。

43.一种在使用正交频分复用(OFDM)的无线多天线通信系统中的设备，包括：

多个接收单元，用于经由R个接收天线，获得对应于T乘M个包含P个定标导频符号的集合的R乘M个包含P个接收导频符号的集合，所述T乘M个包含P个定标导频符号的集合是利用T乘M矩阵中的T乘M个系数生成的，其中R、T和P是大于1的整数，M是等于或大于T的整数，M组R个集合是针对所述R乘M个集合形成的，M组T个集合是针对T乘M个集合形成的，其中所述T乘M矩阵中的每个系数用于生成每个包含P个定标导频的集合，并且其中在P个子带上从T个发射天线发射每组T个包含P个定标导频符号的集合；以及

信道估计器，用于

针对每个包含P个接收导频符号的集合导出初始频域频率响应估计，其中针对所述R乘M个包含P个接收导频符号的集合导出R乘M个初始频率响应估计，

针对每个初始频率响应估计导出初始时域冲击响应估计，其中针对所述R乘M个初始频率响应估计导出R乘M个初始冲击响应估计，

基于所述R乘M个初始冲击响应估计和所述T乘M矩阵导出R乘T个最终时域冲击响应估计，以及

针对每个最终冲击响应估计导出最终频域频率响应估计，其中针对所述R乘T个最终冲击响应估计导出R乘T个最终频率响应估计，并且该R乘T个最终频率响应估计代表T个发射天线和R个接收天线之间多输入多输出(MIMO)信道的估计。

44.根据权利要求43所述的设备，其中所述信道估计器还用于对接收导频符号、初始频率响应估计、初始冲击响应估计、最终冲击响应估计，或最终频率响应估计进行滤波。

45.一种在使用正交频分复用(OFDM)的无线多天线通信系统中的设备，包括：

用于经由R个接收天线，获得对应于T乘M个包含P个定标导频符号的集合的R乘M个包含P个接收导频符号的集合的装置，所述T乘M个包含P个定标导频符号的集合是利用T乘M矩阵中的T乘M个系数生成的，其中R、T和P是大于1的整数，M是等于或大于T的整数，M组R个集合是针对所述R乘M个集合形成的，M组T个集合是针对T乘M个集合形成的，其中所述T乘M矩阵中的每个系数用于生成每个包含P个定标导频的集合，并且其中在P个子带上从T个发射天线发射每组T个包含P个定标导频符号的集合；以及

用于针对每个包含P个接收导频符号的集合导出初始频域频率响应估计的装置，其中针对所述R乘M个包含P个接收导频符号的集合导出R乘M个初始频率响应估计，

用于针对每个初始频率响应估计导出初始时域冲击响应估计的装置，其中针对所述R乘M个初始频率响应估计导出R乘M个初始冲击响应估计，

基于所述R乘M个初始冲击响应估计和所述T乘M矩阵导出R乘T个最终时域冲击响应估计的装置，以及

针对每个最终冲击响应估计导出最终频域频率响应估计的装置，其中针对所述R乘T个最终冲击响应估计导出R乘T个最终频率响应估计，并且该R乘T个最终频率响应估计代表T个发射天线和R个接收天线之间多输入多输出(MIMO)信道的估计。

46.根据权利要求45所述的设备，进一步包括：

用于对接收导频符号、初始频率响应估计、初始冲击响应估计、最终冲击响应估计，或最终频率响应估计进行滤波的装置。

47.一种在无线多天线通信系统的接收机处执行信道估计的方法，包括：

经由R个接收天线，获得对应于M个包含T个定标导频符号的集合的M个包含R个接收导频符号的集合，其中该M个包含T个定标导频符号的集合是利用矩阵的M个不同矢量生成的，且经由T个发射天线发射，其中R和T是大于1的整数，M是等于或大于T的整数，其中每个矢量包括T个系数，以及其中选择所述M个矢量中的系数以便于由具有单个天线的接收机和具有多个天线的接收机进行信道估计；以及

将所述M个包含R个接收导频符号的集合与所述矩阵的逆执行矩阵乘法，以获得T个发射天线和R个接收天线之间的R乘T信道增益的估计。

48.根据权利要求47所述的方法，其中所述M个矢量彼此不正交。

49.根据权利要求47所述的方法，其中选择M个矢量中的系数以使得由具有单个天线的接收机和具有多个天线的接收机进行的信道估计误差最小化。

50.根据权利要求47所述的方法，其中基于具有单个天线的接收机和具有多个天线的接收机的加权均方信道估计之和，选择所述M个矢量的系数。

51.一种在无线多天线通信系统中的设备，包括：

多个接收单元，用于经由R个接收天线，获得对应于M个包含T个定标导频符号的集合的M个包含R个接收导频符号的集合，其中该M个包含T个定标导频符号的集合是利用矩阵的M个不同矢量生成的并经由T个发射天线发射，其中R和T是大于1的整数，M是等于或大于T的整数，其中每个矢量包括T个系数，以及其中选择所述M个矢量中的系数以便由具有单个天线的接收机和具有多个天线的接收机进行信道估计；以及

信道估计器，用于将M个包含R个接收导频符号的集合与所述矩阵的逆执行矩阵乘法，以获得T个发射天线和R个接收天线之间的R乘T个信道增益估计。

52.一种在无线多天线通信系统的接收机处执行信道估计的方法，包括：

经由单个接收天线，获得对应于M个包含T个定标导频符号的集合的M个接收导频符号，所述M个包含T个定标导频符号是利用矩阵的M个不同矢量生成的并经由T个发射天线发射，其中，T是大于1的整数，M是等于或大于T的整数，其中每个矢量包括T个系数，以及其中选择M个矢量中的系数以便由具有单个天线的接收机和具有多个天线的接收机执行信道估计；以及

对所述M个接收导频符号进行滤波，以获得在所述T个发射天线和所述单个接收天线之间的复合多输入单输出(MISO)信道的估计。

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