CN1918814B - 多入多出系统中的空间复用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在多天线通信系统中进行信道捆绑的系统和方法。在一个实施例中，在多天线的发射器上进行信号发射的方法包括以下一项或多项：将输入信号分解成多个信号分量；将每个信号分量分配到多个逻辑信道中的一个逻辑信道；使用发射基带加权值对每个信号分量进行加权；将所得到的加权信号分量组合以形成多个发射加权信号，每个发射加权信号被分配到多个逻辑信道中的一个逻辑信道；以及将各组多个发射加权信号组合以形成多个输出信号，所述输出信号可用于产生多个输出RF信号。

Description

多入多出系统中的空间复用

技术领域

本发明涉及通信系统，更具体地说，涉及一种在多天线通信系统中的信道捆绑的系统和方法。

背景技术

当前多数无线通信系统都由配有单个发射和接收天线的节点组成。然而，据预测，通过使用多个发射和/或多个接收天线，很多通信系统的性能包括容量将得到充分的提升。这种天线配置形成了“智能”天线技术的基础。结合时空信号处理的智能天线技术可用于降低输入信号多径衰落的有害影响和抑制干扰信号。这样，已有的或正在开发的数字无线系统(例如，基于CDMA的系统、基于TDMA的系统、WLAN系统和基于OFDM的系统如IEEE 802.11a/g)的性能和容量将得到提升。

通过使用为在信号接收处理过程中引入分集增益和抑制干扰而设计的多单元天线系统，上述类型的无线系统的至少一些性能损害会得到部分地改善。如J.H.Winters等人在1994年2月《IEEE通信学报》第42卷2/3/4号1740-1751页中“The Impact of Antenna Diversity On the Capacity ofWireless Communication Systems”所介绍。通过减轻多径以得到更均衡覆盖、增加接收信噪比以获得更大距离或降低所需的发射功率、提供更好的稳健性以抗干扰、或者允许更多的频率重用以获得更大的容量，这种分集增益提升了系统性能。

在结合了多天线接收器的通信系统中，一组M个接收天线能消除M-1个干扰。因此，可以用N个发射天线在同一带宽上同时发射N个信号，接着，这N个发射信号被接收器的一组N个天线分成N个单独的信号。这种系统通常称为多入多出(MIMO)系统，并已得到广泛研究。例如，参见J.H Winters在《IEEE通信学报》1987年11月COM-35卷11号的论文“Optimum combiningfor indoor radio systems with multiple users”；C.Chuah等人在1998年11月的《全球通信系统学会’98，澳大利亚，悉尼，IEEE 1998》1894-1899页的论文“Capacity of Multi-Antenna Array Systems In Indoor WirelessEnvironment”；D.Shiu等人在《IEEE通信学报》2000年3月48卷3号502-513页的论文“Fading Correlation and Its Effect on the Capacity ofMulti-Element Antenna Systems”。

一些多元天线阵列(如MIMO)为系统增加了容量，这可通过使用上面提到的配置来实现。MIMO系统中，在对接收器可适用信道的理想估算的假设之下，接收信号分解到M个“空间复用”的独立信道。这样使容量得以增加，相当于单天线系统的M倍。在总发射功率固定的前提下，MIMO提供的容量与天线单元的数目成线性比例。具体地，已证实：在总带宽和总发射功率不增加的情况下，具有N个发射和N个接收天线的数据速率可以是单天线系统的N倍。例如，参见G.J.Foschini等人在Kluwer Academic Publishers出版的1998年3月的《无线个人通信》第6卷第3号第311-335页上“On Limits ofWireless Communications in a Fading Environment When Using MultipleAntennas”。在以N倍空间复用为基础的实验性MIMO系统中，通常在给定的发射器或接收器上使用超过N个的天线。因为每个额外的天线都增加分集增益和天线增益，而干扰抑制适用于所有的N个空间复用信号。参见G.J.Foschini等人在IEEE Journal on Selected Areas in Communications 1999年11月11期17卷1841-1852页的“Simplified processing for highspectral efficiency wireless communication employing multi-elementarrays”。

虽然增加发射和/或接收天线的数目增强了MIMO系统的多方面性能，但是为每个发射和接收天线提供独立的RF链路使成本增加。通常每个RF链路包括低噪声放大器、滤波器、下变频器和模-数转换器(A/D)，其中，后三者占用了RF链路成本的主要部分。在一些现有的单天线无线接收器中，所需的单个RF链路的成本超过接收器总成本的30％。很显然，随着发射和接收天线增加，总的系统成本和功率消耗将显著地增加。

另一种用于提高无线链路的数据率而不需要增加所需的RF链路的数目的引人注目的技术是信道捆绑。在一些应用中，例如，用于无线通信系统中时，信道捆绑归类到多址技术。信道捆绑在多个用户之间分配与共享可用的无线资源。所述可用的无线资源在时间、频率以及编码域上分解成不同的逻辑信道。根据这种分解，具体的逻辑信道可用频隙号、时隙号和/或编码号来定义。通常情况下(例如，没有信道捆绑时)，用户分配到一个逻辑信道(例如，单频带，发射器和接收器在该单频带上通信)。另一方面，当使用信道捆绑时，通过允许用户并行地在多个逻辑信道上通信，使每个用户都能使用更大的共用带宽，从而获得更高的数据速率。在根据时分多址(TDMA)协议运行的系统中使用信道捆绑的例子见A.Furuskar等人在《IEEE个人通信杂志》第6卷第3版第55-56页(1999年6月)的《EDGE：增强型数据速率GSM和TDMA/136演进》。在上述的EDGE系统中，大量的时间分割间隙被分配给各个特定的用户以使这些用户能够体验更高的吞吐量。类似地，有关在基于码分多址(CDMA)、频分多址(FDMA)和TDMA的系统中使用信道捆绑技术的描述要参见美国专利申请公开号20020197998和20020051435。

通过比较后续将要接合附图介绍的本发明，传统方法的其他局限性与缺点对本领域的技术人员而言是显而易见的。

发明内容

根据本发明一些方面的一些实施例涉及在多天线通信系统中的信道捆绑。根据本发明的一些方面的一些实施例涉及在多天线通信系统中使数据速率达到最大的信道捆绑。

在根据本发明一些方面的一个实施例中，提供一种在多天线发射器中发射信号的方法，包括以下一项或多项：将输入信号分解成多个信号分量；将每个信号分量分配到多个逻辑信道中的一个逻辑信道上；用发射基带加权值加权每个信号分量；将加权后的信号分量组合以形成多个发射加权信号，将多个发射加权信号中的每个发射加权信号分配到多个逻辑信道中的一个逻辑信道上；将多个发射加权信号组合以形成多个输出信号，所述多个输出信号可用于产生多个RF输出信号。

在根据本发明一些方面的另一个实施例中，提供一种基于输入信号接收发射射频(RF)信号的方法。所述发射RF信号可由接收器的多个天线接收。所述天线用于响应发射RF信号产生对应的多个接收RF信号。例如，所述方法包括以下一项或多项：将多个接收RF信号中的每个接收RF信号分成多个信号分量；确定将每个信号分量分配到多个逻辑信道中哪一个信道；使用接收基带加权值加权每个信号分量；将加权后的信号分量组合以形成多个接收加权信号，每个接收加权信号被分配到多个逻辑信道中的一个逻辑信道；将多个接收加权信号多路复用(multilexing)以获得输入信号的估算。

在根据本发明一些方面的再一个实施例中，提供一种可在接收器中使用的信号接收的方法。所述接收器可包括多个天线，该天线用于响应入射的发射RF信号产生对应的多个接收RF信号，所述发射RF信号源于包括一组空间复用信号的输入信号。例如，所述方法包括以下一项或多项：将每个接收RF信号分成多个信号分量；确定将每个信号分量分配到多个逻辑信道中哪一个信道；用接收基带加权值加权每个信号分量；将加权后的信号分量组合以形成多个接收加权信号，每个接收加权信号被分配到多个逻辑信道中的一个逻辑信道并与一个空间复用信号相关联；将与各个空间复用信号对应的一组接收加权信号多路复用以形成多个复用接收信号；将所述多个复用接收信号多路复用以获得输入信号的估算。

在根据本发明一些方面的又一个实施例中，提供一种在多天线发射器上发射信号的方法，包括以下一项或多项：将输入信号分解成第一多个信号分量，该第一多个信号分量代表(representative of)对应的第二多个空间复用信号；将每个信号分量分配到RF域中的多个逻辑信道中的一个逻辑信道，以产生多个分配RF信号；将与第二多个空间复用信号中各个空间复用信号对应的各组分配RF信号组合以产生第二多个组合RF信号；将每个组合RF信号分解；用一组发射加权值将所得到的分解信号加权，以产生多个发射加权RF信号；将各组所述多个发射加权RF信号组合以形成多个RF输出信号，所述多个RF输出信号可通过多个天线发射。

在根据本发明的一些方面的另一个实施例中，一种多天线发射器包括解复用装置、数字信号处理器以及用于响应多个基带输出信号产生一组RF输出信号的装置。例如，所述解复用装置被配置以响应输入信号产生多个信号分量。所述数字信号处理器可操作地连接于所述解复用装置，可用于执行以下一项或多项：将所述信号分量中的每个信号分量分配到多个逻辑信道中的一个逻辑信道；用发射基带加权值加权每个信号分量；将所得到的加权信号分量组合以形成多个发射加权信号，多个发射加权信号中的每个信号被分配到多个逻辑信道中的一个逻辑信道；以及将多个发射加权信号组合以形成多个基带输出信号。

在根据本发明一些方面的另一实施例中，一种多天线接收器包括多个天线、RF处理装置、数字信号处理器和复用装置。所述多个天线用于响应源于输入信号的入射发射RF信号产生对应的多个接收RF信号。所述RF处理装置用于将所述多个接收RF信号中的每个信号分解成多个信号分量，并确定将每个信号分量分配到多个逻辑信道中哪一个信道。所述数字信号处理器连接于所述RF处理装置，用于使用接收基带加权值加权每个信号分量，并组合所得到的加权信号分量以形成多个接收加权信号。每个接收加权信号被分配到多个逻辑信道中的一个逻辑信道。所述复用装置用于将所述多个接收加权信号复用以获得输入信号的估算。

在根据本发明一些方面的另一实施例中，一种多天线接收器包括，多个天线、RF处理装置、数字信号处理器和复用装置。所述多个天线用于响应入射发射RF信号产生对应的多个接收RF信号，所述发射信号源于包括一组空间复用信号的输入信号。所述RF处理装置用于将所述多个接收RF信号中的每个信号分解成多个信号分量，并确定将每个信号分量分配到多个逻辑信道中哪一个信道。所述数字信号处理器连接于所述RF处理装置，用于使用接收基带加权值加权每个信号分量，并组合所得到的加权信号分量以形成多个接收加权信号。每个接收加权信号被分配到多个逻辑信道中的一个逻辑信道并与一个空间复用信号相关联。所述复用装置连接于所述数字信号处理器，用于将与各个空间复用信号对应的一组多个接收加权信号复用，以形成多个复用接收信号；以及将所述多个复用接收信号复用以获得输入信号的估算。

在根据本发明一些方面的另一实施例中，提供一种多天线发射器，包括解复用装置、RF信道化装置以及RF处理模块。所述解复用装置用于将输入信息信号分解成第一多个信号分量，该第一多个信号分量代表(representativeof)对应的第二多个空间复用信号。所述RF信道化装置连接于所述的解复用装置，该RF信道化装置被配置以将每个信号分量分配到RF域中的多个逻辑信道中一个逻辑信道，以产生多个分配RF信号，以及将与第二多个空间复用信号中各个空间复用信号对应的各组分配RF信号组合以产生第二多个组合RF信号。所述RF处理模块连接于所述RF信道化装置，该RF处理模块用于执行以下一项或多项：将每个组合RF信号分解；用一组发射加权值将所得到的分解信号加权，以产生多个发射加权RF信号；以及将多组发射加权RF信号组合以形成多个RF输出信号，所述RF输出信号可通过发射器的多个发射天线发射。

根据下面的附图以及具体实施方式的描述，可以了解到根据本发明一些方面的一些实施例的其他的特性和优点。附图中同一个附图标记在各幅附图中表示相同的或相似的部件。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1A和图1B是传统多入多出(MIMO)通信系统的示意图；

图2A和图2B是根据本发明一些方面的MIMO系统的一实施例的示意图；

图3A和图3B是根据本发明一些方面的MIMO系统的一实施例的示意图；

图4A至图4D是根据本发明一些方面的MIMO系统的实施例的示意图；

图5A和图5B是根据本发明一些方面的MIMO系统的一实施例的示意图；

图6A和图6B是根据本发明一些方面的MIMO系统的一实施例的示意图；

图7是根据本发明一些方面的信号响应的实施例。

具体实施方式

根据本发明一些方面的一些实施例涉及在多天线通信系统中的信道捆绑。

根据本发明一些方面的一些实施例涉及一种采用多天线发射器和/或接收器使数据速率最大化的系统和方法，例如，使用一种或多种信道捆绑策略的系统和方法。例如，根据本发明一些方面的一些实施例提供用户信号，所述用户信号在多天线发射器和接收器之间传输，所述用户信号被并行地分配到多个逻辑信道以进行发射和接收。

根据本发明一些方面的一些实施例可用于或结合在多天线发射器和接收器架构中，用于通过基带加权和组合装置处理一个或多个信息信号。根据本发明一些方面的一些实施例可在结合有基于RF及基带的加权和组合装置的同一个多天线发射器和接收器的架构中获得应用。根据本发明一些方面的一些实施例可应用于使用天线选择以及基带加权和组合的发射器和/或接收器中。例如，根据本发明一些方面的一些实施例提供一种信道捆绑技术，该技术可在使用多天线发射器和接收器的空间复用和“单信道”通信系统中实施。

例如，根据本发明一些方面的一些实施例可提供一种使用配备有多发射天线的发射器的信号发射方法。例如，所述信号发射方法包括将输入信息信号分解成多个信号分量。接着，将每个信号分量分配到多个逻辑信道中的一个逻辑信道。例如，所述信号发射方法还包括例如使用发射基带加权值加权每个信号分量，将所得的加权信号分量组合以形成多个发射加权信号。根据本发明一些方面的实施例，每个发射加权信号被分配到多个逻辑信道中的一个逻辑信道上。接着，多组发射加权信号被组合以形成多个输出信号，例如，这些输出信号被用来产生多个RF输出信号。

根据本发明一些方面的一些实施例提供一种使用多天线接收器接收信号的方法，所述接收器包括多个天线，该天线用于响应入射的发射RF信号产生对应的多个接收RF信号，所述发射RF信号源于输入信息信号。所述信号接收方法包括例如将多个接收RF信号中的每个RF信号分解成多个信号分量，确定将每个信号分量分配到多个逻辑信道中哪一个信道。例如，所述信号接收方法还包括例如用接收基带加权值加权每个信号分量，以及将加权后的信号分量组合以形成多个接收加权信号。根据本发明一些方面的一些实施例，每个接收加权信号都被分配到多个逻辑信道中的一个逻辑信道并与一个空间复用信号相关联。例如，所述信号接收方法还包括将所述多个接收加权信号多路复用以获得输入信号的估算。

根据本发明一些方面的一些实施例可提供一种使用多天线接收器接收信号的方法，所述接收器可包括多个天线，该天线用于响应入射的发射RF信号产生对应的多个接收RF信号。所述发射RF信号源于由一组空间复用信号组成的输入信息信号。所述信号接收方法包括，例如将多个接收RF信号中的每个RF信号分解成多个信号分量，确定将每个信号分量分配到多个逻辑信道中哪一个信道。接着，用接收基带加权值加权每个信号分量。组合加权后的信号分量以形成多个接收加权信号。根据本发明一些方面的一些实施例，每个接收加权信号都被分配到多个逻辑信道中的一个逻辑信道以及与一个空间复用信号相关联。所述信号接收方法还包括，例如，将与各个空间复用信号相对应的一组多个接收加权信号进行复用，以形成多个复用接收信号，接着，所述多个复用接收信号被复用，以获得输入信息信号的估算。

根据本发明一些方面的一些实施例可涉及使用配备有多个发射天线的发射器进行信号发射的方法。该信号发射方法包括例如将输入信息信号分解成第一多个信号分量，该第一多个信号分量代表(representative of)对应的第二多个空间复用信号。将每个信号分量分配到RF域中的多个逻辑信道中的一个逻辑信道，以产生多个分配RF信号。所述信号发射方法还包括，例如，将与第二多个空间复用信号中各个空间复用信号对应的多组分配RF信号组合以产生第二多个组合RF信号。将每个组合RF信号分解。用一组发射加权值将所得到的分解信号加权，以产生多个发射加权RF信号。所述信号发射方法还包括将各组发射加权RF信号组合以形成多个RF输出信号，所述RF输出信号可通过多个天线发射。

根据本发明一些方面的一些实施例，一种多天线发射器包括被配置以响应输入信号产生多个信号分量的解复用装置。所述发射器还包括可操作地连接于所述解复用装置的数字信号处理器。所述数字信号处理器可用于执行：(i)将所述信号分量中的每个信号分量分配到多个逻辑信道中的一个逻辑信道；(ii)用发射基带加权值加权每个信号分量；将各个所得到的加权信号分量组合以形成多个发射加权信号，所述多个发射加权信号中的每个信号被分配到所述多个逻辑信道中的一个逻辑信道；以及(iii)将各组多个发射加权信号组合以形成多个基带输出信号。所述发射器还包括响应多个基带输出信号产生一组RF输出信号的RF处理装置。

根据本发明一些方面的一些实施例，一种多天线接收器包括多个天线，所述多个天线用于响应源于输入信息信号的入射发射RF信号产生对应的多个接收RF信号。所述接收器还包括输入RF处理装置和数字信号处理器。所述输入RF处理装置可操作地将所述多个接收RF信号中的每个信号分解成多个信号分量，并确定将每个信号分量分配到多个逻辑信道中哪一个信道。所述数字信号处理器连接于所述RF处理装置，用于使用接收基带加权值加权每个信号分量，组合各个所得到的加权信号分量以形成多个接收加权信号。根据本发明一些发面的一些实施例，每个接收加权信号都被分配到多个逻辑信道中的一个逻辑信道。所述接收器还包括输出复用装置，用于将所述多个接收加权信号复用以获得输入信号的估算。

根据本发明一些发面的一些实施例提供一种多天线接收器，其包括多个天线，所述多个天线用于响应入射的发射RF信号能量产生对应的多个接收RF信号，所述入射的发射RF信号源于输入信息信号的，所述输入信号能量源于由一组空间复用信号组成的输入信息信号。所述接收器可包括输入RF处理装置，其可操作地将所述多个接收RF信号中的每个信号分解成多个信号分量，并确定将每个信号分量分配到多个逻辑信道中哪一个信道。所述接收器还包括数字信号处理器，所述数字信号处理器连接于所述入射RF处理装置，用于使用接收基带加权值加权每个信号分量，并组合所得到的加权信号分量以形成多个接收加权信号。根据本发明一些方面的一些实施例，每个接收加权信号被分配到多个逻辑信道中的一个逻辑信道并与一个空间复用信号相关联。所述接收器还包括输出复用装置，所述复用装置连接于所述的数字信号处理器，该输出复用装置(i)将与各个空间复用信号对应的一组多个接收加权信号复用，以形成多个复用接收信号；(ii)将所述多个复用接收信号复用以获得输入信号的估算。

根据本发明一些方面的一些实施例涉及多天线发射器，包括解复用装置，所述解复用装置用于将输入信息信号分解成第一多个信号分量，该第一多个信号分量代表(representative of)对应的第二多个空间复用信号。所述发射器还包括RF信道化装置，所述RF信道化装置连接于所述解复用装置，被配置以(i)将每个信号分量分配到RF域中的多个逻辑信道中一个逻辑信道，以产生多个分配RF信号；以及(ii)将与第二多个空间复用信号中各个空间复用信号对应的各组分配RF信号组合以产生第二多个组合RF信号。所述发射器还包括RF输出处理模块，所述RF输出处理模块连接于所述RF信道化装置，用于执行将每个组合RF信号分解，以及用一组发射加权值将所得到的分解信号加权，以产生多个发射加权RF信号。所述RF输出处理模块还将各组多个发射加权RF信号组合以形成多个RF输出信号，所述RF输出信号可通过发射器的多个发射天线发射。

根据本发明一些方面的一些实施例，信道捆绑在频率域上实施，从而能够在多个频率带宽(例如不必是相邻的频率带宽)上运行以及以增加的数据速率运行。发射器或接收器上的每根天线都分别配备有，例如，调制器或解调器，能够调制/解调频带上的多个频率载波中的适用信号。例如，根据IEEE802.11a标准(802.11a标准)，如果用户信号被分配两个不同的20MHz宽的频率子信道，每个20MHz宽的频率子信道能传输54Mbps，那么，使用两个捆绑信道时，用户信号可用的总数据速率是108Mbps。在多个时隙上实施信道捆绑时，可使用相似的方法。

根据本发明一些方面的一些实施例，信道捆绑在编码域实施(例如基于CDMA的系统)，这样，对于给定的用户信号提供多个码序列入口。例如，在使用单个码序列能获得2Mbps左右的数据速率的系统中，被分配两个码序列的用户信号将得到4Mbps的信道捆绑数据速率。

根据本发明一些方面的一些实施例涉及在使用各种信道捆绑技术的多天线系统中使数据速率最大化的系统和方法。为了容易地理解本发明的一些方面，首先概述没有信道捆绑功能的多天线系统的示范架构。概述之后，是根据本发明的一些实施例的各种类型的多天线通信系统中的一些信道捆绑方法的详细描述。

一、多天线系统架构概述

空间复用

根据本发明一些方面的一些实施例，空间复用(SM)提供一种基于在发射器和接收器上均使用多个天线的信号传输模式，这种模式下，能够增加无线链路的比特率而不需要增加相应的功率或带宽消耗。当接收器和发射器都使用N个天线的情况下，提供给发射器的信息符号的输入流被分解成N个独立的子码流。空间复用试图让每个子码流都占用可适用的多址协议的相同“信道”(如，时隙、频率或编码/键序列)。在发射器中，每个子码流分别加到该N个发射天线上并通过居间(intervening)多径通信信道传播给接收器。接着，接收器配置的N个接收天线的接收阵列接收复合的多径信号。在接收器上，对来自接收天线阵列的相对于给定子码流的N个相位和N个振幅定义的“空间签名”进行估算。接着，应用信号处理技术分解接收到的信号，该信号处理技术使原始子码流得以还原，并合成到原始输入符号流中。J.H.Winters在《IEEE通信学报》1987年11月COM-35卷11号的论文”Optimum combiningfor indoor radio systems with multiple users”中进一步阐述了空间复用通信的原理和典型的系统实现。本发明全面参考了该论文并结合于此申请文件中。

常规MIMO系统

图1A和图1B示出了MIMO系统100的方框示意图。如图所示，MIMO系统100包括图1A所示的发射器110和图1B所示的接收器130。发射器110和接收器130分别包括数目为T的一组RF发射链路和数目为R的一组RF接收链路，这些RF链路被配置以发射和接收数目为N的一组空间复用信号。系统100中，假设以下之一：(i)T大于N，R等于N；(ii)T等于N，R大于N；或者(iii)T和R都大于N。

参考图1A，将要发射的输入信号S，该信号通常包括数字符号码流，由解复用器102分解成N个独立的子码流S_{1，2……，N}。接着，子码流S_{1，2……，N}被发送给数字信号处理器(DSP)105，DSP105生成一组T个输出信号T_{1，2……，T}。该T个输出信号T_{1，2……，T}通常由将N个子码流S_{1，2……，N}通过加权(如，用一个复数相乘)而生成，即通过用T个不同的加权因子对该N个子码流S_{1，2……，N}中的每个子码流进行加权而形成NT个子码流。接着，将该N·T个码流组合以形成T个输出信号T_{1，2……，T}。然后，用T个数字-模拟(D/A)转换器108将该T个输出信号T_{1，2……，T}转换成T个模拟信号A_{1，2……，T}。通过在混频器112中将本地振荡器114产生的信号与该T个模拟信号A_{1，2……，T}混频将该T个模拟信号A_{1，2……，T}上变频到合适的发射载波RF频率。接着，该T个RF信号(如RF_{1， 2……，T})由相应的放大器116放大并由相应的天线118发射。

现在参考图1B，发射器100发射的RF信号被安装在接收器130上的R个接收天线131接收。接收天线131接收的R个信号中的每个信号都被相应的低噪放大器133放大并通过滤波器135滤波。接着，利用混频器137将所得到的滤波信号从RF下变频到基带，每个混频器都由本地振荡器138提供一个本振信号。虽然图1B中的接收器都被配置成零差接收器，但也可以使用以中频(IF)频率为特征的外差接收器。然后，使用一组对应的R个模拟-数字(A/D)转换器140将混频器137产生的R个基带信号转换成数字信号。接着，数字信号处理器142将该R个数字信号D_{1，2……，R}加权和组合以形成N个空间复用输出信号S′_{1，2……，N}，该N个空间复用输出信号S′_{1，2……，N}包括发射信号S_{1，2……，N}的估算。然后，多路复用器155将该N个输出信号S′_{1，2……，N}进行多路复用以产生原始输入信号S的估算160(S′)。

空间复用通信系统中的RF加权与组合

图2A和图2B是根据本发明一些方面的MIMO系统的实施例。参考图2A和图2B，所示的MIMO通信系统200包括例如发射器210和接收器250，所述通信系统200被配置以在RF域内实现信号加权和组合，其使用的方式已经在本发明参考并结合其全部内容的美国专利申请文本中揭露。具体实施图2A和图2B时，发射器210和接收器250通过使用N个发射/接收RF链路实现N倍的空间复用，即使发射器210和接收器250上分别配备有多于N个的发射/接收天线。如图所示，发射器210包括一组数目为MT的发射天线240，接收器250包括一组数目为MR的接收天线260，在本发明一些方面的一些实施例中，MT和/或MR大于或等于N。例如，(i)MT大于N，MR等于N；(ii)MT等于N，MR大于N；或着(iii)MT和MR都大于N。

如图2A所示，根据本发明一些方面的一些实施例，将要发射的输入信号S被解复用器202分解成N个独立的子码流SS_{1，2……，N}。接着，对应的一组D/A转换器206将该N个独立的子码流SS_{1，2……，N}转换成N个模拟子码流AS_{1，2……，N}。然后，混频器212将该N个模拟子码流AS_{1，2……，N}上变频到合适的发射载波RF频率，其中由本地振荡器214给混频器212提供本振信号。接着，分割器218将生成的N个RF信号(如RF_{1，2……，N})中的每个RF信号分解成MT路，从而形成N*(MT)个RF信号。使用复数乘法器226_x，y对该N*(MT)个RF信号中的每个信号进行加权，其中，x表示在N个分割器218中某个分割器上的信号起始点，y表示在MT个组合器230中某个组合器上对应的信号结束点。使用组合器230对加权RF信号进行组全，从而获得一组MT个输出信号。接着，对应的MT个放大器234放大该MT个输出信号，接着，使用MT个天线240发射经放大的输出信号。根据本发明一些方面的一些实施例，可以生成复数复用器226_x，y的加权值，用于将适用的接收器的信噪比(SNR)最大化，例如，如美国专利申请号10/835,255和60/467,295所述，这里参考并结合其全部内容。根据本发明一些方面的一些实施例，可以选择加权值，按照美国专利申请序列号10/891,443和60/488,845中所揭露的方式，将接收器的输出信号的误码率(BER)最小化，这里参考并结合其全部内容。

参考图2B，发射器210发射的MT个RF信号被设置在接收器250上的MR个接收天线260接收。该MR个接收信号中每个接收信号都被对应的低噪声放大器(LNA)264放大，然后被MR个分割器268中的一个分割器分解成N路，接着，得到的MR*(N)个分解信号中的每个信号被相应的加权电路272_x，y加权，其中，x表示在MR个分割器268中某个分割器上的信号起始点，y表示在N个组合器276中某个组合器上对应的信号结束点。接着，使用N个组合器276组合这些加权信号以形成一组数目为N的信号，该N个信号被传过N个滤波器280。接着，使用一组N个混频器282将所得到的N个滤波信号下变频到基带，由本地振荡器284产生的载波信号提供给每个混频器。虽然图2B中的接收器250是以零差接收器实现的，但接收器250也能够以外差接收器实现，所述外差接收器以中频(IF)频率为特征。(实际上，根据本发明一些方面的一些实施例都可以结合零差配置和/或外差配置)。通过对应的一组N个A/D转换器286，将混频器282产生的N个基带信号转换成数字信号。数字信号处理器288进一步处理该N个数字信号以形成N个空间复用的输出信号SS′_{1，2……，N}，该N个空间复用输出信号SS′_{1，2……，N}是N个独立子码流SS_{1，2……，N}的估算。接着，多路复用器292对该N个输出信号SS′_{1，2 ……，N}进行多路复用以产生输出信号S′，S′是输入信号S的估算。

根据本发明一些方面的一些实施例，发射器210和接收器250能够在RF域实施与图1所示的系统100在基带所实施的相同的空间加权或线性组合方案。另外，接收器250的DSP288可执行很多其他的在系统100中潜在地实现的基带信号处理操作，例如，连续干扰的消除。参见《Proceedings of URSIISSSE》295-300页(1998年9月)的“V-BLAST：An architecture for realizingvery high data rates over the rich-scattering wireless channel”，这里参考并结合其全部内容。根据本发明的一些实施例，系统200仅提供N个发射/接收RF链路，即使(系统200)使用了多于N个的RF发射/接收天线。根据本发明的一些方面的一些实施例，通过使用成本相对较低的组件在RF上执行必需的加权和组合，例如使用具有多于N个发射和接收天线但仅仅有N个RF链路的N倍空间复用系统，能够使成本近似于使用N个发射和接收天线的系统。根据本发明一些方面的一些实施例，通过以相对低的成本使用额外的天线，能够改善系统性能。

空间复用通信系统中RF的天线选择

图3A和图3B是根据本发明一些方面的实施例MIMO系统300的示意图。MIMO系统包括发射器310和接收器350，根据本发明的一些方面，发射器310和接收器350被配置以提供天线选择。如图所示，发射器310和接收器350通过使用N个发射/接收RF链路实现N倍的空间复用，即使发射器310和接收器350上分别配备有多于N个的发射/接收天线。具体地，发射器310包括一组数目为MT的发射天线340，接收器350包括一组数目为MR的接收天线360。在本发明一些方面的一些实施例中，MT和/或MR大于或等于N。例如，(i)MT大于N，MR等于N；(ii)MT等于N，MR大于N；或着(iii)MT和MR都大于N。

如图3A所示，将要发射的输入信号S被解复用器302分解成N个独立的子码流SS_{1，2……，N}。接着，使用对应的一组D/A转换器组306将该N个独立的子码流SS_{1，2……，N}转换成N个模拟子码流AS_{1，2……，N}。接下来，使用一组混频器312将该N个模拟子码流AS_{1，2……，N}上变频到合适的发射载波RF频率，其中，混频器312由本地振荡器314提供本振信号。接着，开关318将生成的N个RF信号(如RF_{1，2……，N})中的每个RF信号连接到所选择的N个发射天线单元的子集上。开关318将该N个RF信号(如RF_{1，2……，N})连接到从MT个可用发射天线340中选出的一组N个发射天线，从而获得一组N个输出信号。接着，对应的N个放大器334放大该N个输出信号，经放大的输出信号被选出的N个发射天线340发射。在另一实施例中，放大器334位于开关318之前。根据本发明一些方面的一些实施例，当单个放大器位于MT个天线中的每个天线之前的情况下，使用N个放大器(例如，仅有N个放大器)而不是MT个。例如，选择N个天线是为了使接收器输出信号的BER最小化。参见美国专利申请序列号10/891,443和60/488,845，这里参考并结合了其全部内容。

参考图3B，发射器310发射的N个RF信号被设置在接收器350上的MR个接收天线360接收。该MR个接收信号中每个接收信号都被对应的低噪声放大器(LNA)364放大，接着，开关376将生成的N个放大信号的子集连接到N个RF链路以形成N个RF信号，该N个RF信号通过对应的N个滤波器380。在另一个实施例中，低噪放大器364可位于开关376之后，这样，使用的LNA的总数是N而不是MR。接着，使用N个混频器382将生成的N个滤波信号下变频到基带，其中，本地振荡器384向每个混频器提供载波信号。在图3B的实施例中，虽然接收器350是以零差接收器实现的，但接收器350也能够以外差接收器实现，所述外差接收器以中频(IF)频率为特征。(实际上，根据本发明一些方面的一些实施例可以结合零差配置和/或外差配置)。对应的一组N个A/D转换器386将混频器382产生的N个基带信号转换成数字信号。数字信号处理器388进一步处理该N个数字信号以形成N个空间复用的输出信号SS′_{1，2……，N}，该N个空间复用输出信号SS′_{1，2……，N}是N个独立子码流SS_{1，2……，N}的估算。接着，多路复用器392对该N个输出信号SS′_{1，2……，N}进行多路复用以产生输出信号S′，S′是输入信号S的估算。

二、用于多天线系统中的信道捆绑以及有关的信号处理技术

根据本发明的一些实施例提供一种使数据速率最大化的系统和方法，这种系统和方法包括在多天线发射器和接收器的架构中使用信道捆绑以及各种信号处理技术。例如，根据本发明一些方面的一些实施例，这种技术可以应用在通过基带加权和组合装置处理一个或多个信息信号的多天线发射器和接收器的架构中。根据本发明一些方面的一些实施例可应用在结合了基于RF以及基带的加权和组合装置的相同的(same)多天线发射器和接收器的架构中。根据本发明一些方面的一些实施例可应用在使用天线选择以及基带加权和组合的发射器和/或接收器中。

根据本发明的一些实施例提供一种信道捆绑技术，这种技术能够在“单信道”系统(例如没有空间复用的系统)运行的多天线发射器和/或接收器上实施，或者在为空间复用操作或单信道操作而配置的MIMO系统的多天线设备上实施。

根据本发明一些方面的一些实施例提供在多天线无线系统中传输的用户信号，所述用户信号被并行地分配多个逻辑信道以进行发射和接收。根据本发明一些方面的一些实施例，在频域上实施信道捆绑。这种系统能在多个频带上运行以获得增加的数据速率，这些频带不需相邻。在适用发射器/接收器上的每个天线都配备有调制器/解调器，所述调制器/解调器能够在指定频带上的多个频率载波上调制/解调用户信号。例如，如果根据IEEE 802.11a标准，用户信号被分配到两个不同的20Mhz宽的子频道，每个子频道能够传输54Mbps，那么使用两个捆绑信道的用户可用的总数据速率是108Mbps。如果用户被分配多个时隙，应用相同的原理。

根据本发明的一些方面的一些实施例，在编码域实施信道捆绑，使用户能够在多个码序列(例如CDMA码序列)上通信。例如，如果用户被分配到两个码序列，每个码序列产生约2Mbps的数据速率，那么具有两个捆绑信道的用户可用的的总数据速率是4Mbps。在根据本发明一些方面的一些实施例中，在适用的接收器上使用匹配滤波检测器的情况下，通过两个码传输的两个信号分量的性能会降级(例如，以降低每个信号分量的信噪比为代价实现数据速率性能加倍)。但是，如果接收器上使用多用户检测器(MUD)，那么两个信号的检测都可在SNR基本不下降的情况下完成。

根据本发明一些方面的、使用信道捆绑的一些实施例将结合图4-6进行阐述。图4-6是根据本发明一些方面的一些实施例的示意图，例如，包括：具有基带加权和组合装置的使用空间复用的MIMO系统；具有基于RF的和基带的加权和组合装置的使用空间复用的MIMO系统；以及在发射器和/或接收器上进行天线选择的、结合基带信号加权和组合的使用空间复用的MIMO系统。根据本发明一些方面的一些实施例包括仅在通信链路的发射端或者仅在通信链路的接收端配置多天线。根据本发明一些方面的一些实施例可用于单信道系统(例如，没有空间复用的系统)。

信道捆绑及基带加权和组合

图4A-D示出了根据本发明一些方面的一些实施例的MIMO系统400A-B，这些系统提供具有基带加权和组合的N倍空间复用。图4A-D所示的一些实施例使用信道捆绑，例如，为了获得改善的数据速率。图4A和图4B是实施例系统400A的示意图。系统400A包括第一MIMO系统400A，例如，第一MIMO系统400A包括多天线发射器410A以及关联的多天线接收器430A。图4C和4D示出的系统400B的实施例，例如，其包括第二MIMO系统400B，第二MIMO系统400B具有多天线发射器410B以及关联的多天线接收器430B。

参考图4A所示的第一MIMO系统400A的发射器410A，将要被发射的输入信号S，典型地包括数字符号的码流，被解复用器402分解成N个独立的子码流S_1，2…，N。解复用器402的分解操作有助于实施N倍空间复用。接着，每个子码流S_1，2…，N被N个解复用器403中的一个解复用器分解成K个独立的子码流。解复用器403所作的分解操作有效地将K个逻辑信道分配给每个空间复用子码流，使每个子码流的数据速率增加到K倍。在根据本发明一些方面的一些实施例中，一个逻辑信道对应于一个特定的频率带宽，在该频率带宽中，两个不同的逻辑信道的带宽不重叠。根据本发明一些方面的一些实施例，子码流S_{11，21…，N1}分配到逻辑信道1，子码流S_{12，22…，N2}分配到逻辑信道2等等。这样，总的数据速率增加倍数是N*K。

参考图4A，子码流S_{11，21…，N1…1K，…，NK}被送往数字信号处理器(DSP)405，DSP405产生一组(T*K个)输出信号T_{11，T12，…，1K，…，T1，…，TK}。在根据本发明一些方面的一些实施例中，对应于第i个逻辑信道的T个输出信号T_{1i，2i…，T1}通常是使用T个不同的加权因子将N个子码流S_{1i，2i…，Ni}中的每个子码加权(例如，乘以一个复数)得到的，这样就获得了(N*T)个子码流。在N＝T的情况下，DSP405实施的加权操作是可选的。根据本发明一些方面的一些实施例，所述T个加权因子通常由对应于第i个逻辑信道的传播信道路径增益决定。接着，该(N*T)子码流被组合以形成T个输出信号T_{1i，2i…，Ti}。在根据本发明一些方面的一些实施例中，对于每个逻辑信道i＝1，…，K，操作是独立执行的，总共产生(T*K)个输出信号。根据本发明一些方面的一些实施例，以对应于第i个逻辑信道的N个输入子码流S_{1i，2i…，Ni}为基础，获得与第i个逻辑信道对应的T个输出信号T_{1i，2i，…，Ti}。根据本发明一些方面的一些实施例，不会出现信号在逻辑信道上“混合”的情况，每个逻辑信道都被独立地相对于其他逻辑信道并行地处理。接着，使用一组(T*K)个数模(D/A)转换器408将该(T*K)个输出信号T_{11，12…，1K，…，T1，…TK}转换成(T*K)个模拟信号A_{11，12…，1K，…，T1，…TK}。

在根据本发明一些方面的一些实施例中，接着，混频器412将本地振荡器414i提供的信号与该T个模拟信号A_{1i，2i，…Ti}(i＝1，…，K)中的每个模拟信号混频，将每个信号上变频到与第i个逻辑信道对应的可用的发射载波RF频率。在根据本发明一些方面的一些实施例中，对于每个逻辑信道i＝1，…，K，该操作是独立实施的，是通过将每个本地振荡器414_1，…k调节到不同的发射载波RF频率，使在不同的逻辑信道行传输的信号不频率域不重叠。接着，根据分配将从相同的发射天线418发射的K个上变频信号被组合以形成一个RF信号RF_j，j＝1，…，T。每个RF信号由K个分量组成，每个分量都被上变频到不同的载波频率。接着，所得到的T个RF信号(如RF_{1，2，…，T})由相应的放大器416放大，并由相应的天线418发射。根据本发明一些方面的一些实施例，每个放大器416都可操作地将占用带宽相同的多个频带的信号放大，其中，每个频带都以不同频率的载波为中心频率。

在根据本发明一些方面的一些实施例中，第一MIMO系统的发射器410A和接收器430A被配置以根据802.11a标准运行。在根据本发明一些方面的一些实施例中，这种标准的信道方案在5-6GHz的频段上的共300MHz的总带宽中容纳了12个20MHz宽的信道。在一些情况之下，未使用信道捆绑时，用户信道仅仅被分配单个与20MHz带宽的信道带宽对应的逻辑信道。因此，仅仅使用了一个本地振荡器414；发射载波RF频率与被分配的逻辑信道的中心频率对应。参见图1A。根据本发明一些方面的一些实施例，通过使用信道捆绑，总共可以为用户分配K个逻辑信道。在根据本发明一些方面的一些实施例中，被分配的多达K个的信道从上述12个可用的信道中选择，例如，这些信道不需要相邻。用户信号可被分解成K个分量，这K个分量被上变频到K个不同的发射载波RF频率，每个发射载波RF频率与所述K个被分配的逻辑信道中的一个的中心频率对应。

参考图4B的接收器430A，由发射器410A发射的RF信号被安装在接收器430A上的一组R个接收天线431接收。天线431接收的R个信号中，每个信号都被相应的低噪声放大器433放大，并通过滤波器435。滤波器435的带宽能够跨越发射信号占用的整个频率带宽，例如，包括所有的捆绑信道。在根据本发明一些方面的一些实施例中，滤波器435的带宽设计为跨越整个可用的带宽(例如，802.11a规范定义的全部12个信道)。在根据本发明一些方面的一些实施例中，滤波器435仅仅覆盖发射器410A使用的捆绑信道。

接着，所得到的滤波信号被分解成K个分量，每个分量对应于不同的逻辑信道1，…，K。使用混频器437将这K个分量中与第i个逻辑信道对应的分量从RF下变频到基带。如上所述，本地振荡器438i给每个混频器437提供信号，本地振荡器438i被调节到与第i个逻辑信道对应的RF载波频率。这就产生了(R*K)个基带信号R_{11，12…，1K，…，R1，…RK}，接着，这(R*K)个基带信号被对应的(R*K)个模数(A/D)转换器440转换成数字信号。接着，使用数字信号处理器442将所得到的(R*K)个数字信号D_{11，12…，1K，…，R1，…RK}加权和组合以形成(N*K)个输出信号S’_{11，21…，N1，…，1K，…，NK}。

与第i个逻辑信道对应的N个输出信号S’_{1i，2i…，Ni}通常从R个数字信号D_{1i，21…，Ri}产生，通过用N个不同的加权因子对该R个数字信号D_{1i，2i…，Ri}中的每个数字信号进行加权(例如乘以一复数)，从而得到一组(N*R)个信号。根据本发明一些方面的一些实施例，所述N个加权因子通常由与第i个逻辑信道对应的传播信道路径增益决定。接着，这(N*R)个信号被组合以形成与第i个逻辑信道对应的N个输出信号S’_{1i，2i…，Ni}。对于每个逻辑信道i＝1，…，K，这些操作是独立执行的，总共产生了(N*K)个输出信号。根据本发明一些方面的一些实施例，对应于第i个逻辑信道的N个输出信号S’_{1i，2i…，Ni}仅仅以与第i个逻辑信道对应的R个输入数字信号D_{1i，2i…，Ri}为基础。在根据本发明一些方面的一些实施例中，在各个逻辑信道上没有信号的混合，每个逻辑信道都被独立地以及与其他的逻辑信道并行地处理。接着，(N*K)个输出信号被分成N组，每组K个信号，并被传递给N个复用器444，从而形成了N个空间复用输出信号(450)S’_1，2…，N，该个空间复用输出信号包括了发射信号S_1，2…，N的估算。接着，使用复用器455将该N个输出信号S’_1，2…，N复用，以产生原始输入信号S的估算。

在图4的系统400A的运行时，以所有K个逻辑信道的信道信息估算为基础，更新DSP模块405和442使用的发射以及接收基带加权值。例如，通过在所有K个逻辑信道上并行地发送训练序列，对所有K个逻辑信道进行信道估算。接着，为关联的K个逻辑信道并行地确定K组发射以及接收基带加权值。根据本发明一些方面的一些实施例，与所述K个逻辑信道的第i个逻辑信道关联的发射/接收加权值(通常是复数)是与第i个逻辑信道对应的传播信道路径增益的函数(例如，仅仅是与第i个逻辑信道对应的传播信道路径增益的函数)。

图4C和图4D示出了根据本发明一些方面的MIMO系统400B的实施例。在图4A-4D中，相同的标号用于标记同一结构或功能的系统组件。在这点上，图4C-4D所示的DSP模块405和442中所示的基带组合加权值的计算方式与参考图4A-4B所描述的相同。但是，图4C-4D的MIMO系统400B与MIMO系统400A之间，在上变频转换到K个不同的RF频率载波以及从K个不同的RF频率载波下变频转换的方式是不同的。通过参考图4C-4D将会发现，MIMO系统400A使用的A/D元件以及D/A元件比系统400B的多K倍，因为系统400A为每个RF链路提供一个A/D或者D/A元件。

返回图4C，在DSP405产生信号T_{11，12…，1K，…，T1，…TK}之前，发射器410B中的处理方式与上述的发射器410A的相似。在这点上，在基带上使用混频器412将与不同逻辑信道对应的信号调制到不同的中心频率，本地振荡器414给每个混频器提供信号。在根据本发明一些方面的一些实施例中，有一些应用遵循802.11a标准。例如，被分配到第i个逻辑信道的信号集中在10MHz的基带频率周围，而被分配到第j≠i个逻辑信道的信号集中在30MHz的基带频率周围。因为遵循802.11a标准的信号是20MHz宽，所以分配到不同的逻辑信道上的信号在频率域上不重叠。根据本发明一些方面的一个实施例的图7的信号响应图700示出了这个规律。图7示出了各个逻辑信道的信号响应是频率的函数。正如在图7中进一步阐述的，关于图4C-4D的系统400B，被分配到不同逻辑信道的信号在基带区分并使用单个RF频率调制。这与图4A-4B所示的系统400A使用的方法相反，例如，系统400A中，分配到不同逻辑信道的信号占用相同的基带频率，并且在RF域上被区分。

参考图400C，K个混频器412产生T组信号，每组有K个不同中心频率的基带信号，每组信号被分配从T个发射天线418中的某一个天线发射，每组信号在经过T个数模(D/A)转换器408中的某一个数模(D/A)转换器之前被组合。接着，关联的混频器415将本地振荡器414_K+1提供的信号与数模(D/A)转换器408产生的T个模拟信号A_1，2…，T混频，将该T个模拟信号上变换到相同的发射载波RF频率。接着，T个RF信号RF_1，…，T由对应的RF放大器416放大，并由对应的天线418发射。

参考图4D，在接收信号到达滤波器435之前，接收器430B中的处理与结合接收器430A描述的相似。使用混频器437将滤波器435产生的R个滤波信号从RF下变频到基带，单个本地振荡器438_K+1给每个混频器提供信号。这样，产生了R个基带信号R_1，2…，R(包括集中在不同基带频率的信号分量)。接着，使用对应的R个模数(A/D)转换器440将这R个基带信号转换成数字信号。接着，(A/D)转换器440产生的数字输出信号被分解成K个分量，每个分量对应K个逻辑信道中的一个逻辑信道。接着，混频器441调制所述输出信号的K个分量的每个分量，每个混频器都由K个本地振荡器438_1，…，K中的某一个本地振荡器提供信号。在根据本发明一些方面的一些实施例中，这些操作导致了所有的数字信号重新集中在相同的基带中心频率上，以及产生了(R*K)个数字信号D_{11，12，…，1K，…，RK}，这(R*K)个数字信号与图4B描述的(R*K)个数字信号D_{11，12，…，1K，…，RK}等同。图4D的接收器430B的其他处理步骤与结合图4B所述的等同。

在基带和RF都进行加权和组合的信道捆绑

图5A-B是根据本发明一些方面的实施例MIMO系统500示意图，系统500采用RF和基带的加权与组合，实现N倍的空间复用。图5A-B的系统500与图2A-B的系统200相似，但根据本发明一些方面的一些实施例系统500还使用了信道捆绑。在至少一些实例中，数据速率得到改善。即使分别安装在发射器510和接收器550上的发射/接收天线的数目多于N个，系统500中信号在RF域的加权与组合，有助于在仅仅使用N个发射/接收RF链路的情况下实现N倍的空间复用。图5A-B的系统500与图4A-B的系统400的架构在很多方面是相似的，例如，分别用于模拟/数字以及数字/模拟转换的A/D转换器以及D/A转换器的数目。当然，根据本发明的一些方面，使用与图4C-D描述的系统400B类似的架构，也能够实施系统500的另一种实施例。本领域技术人员根据上面结合图4C-D对系统400B的描述以及下面将进行的讨论，将能够容易实现这一实施例。

参考图5A的发射器510，将被发射的输入信号S(例如，数字符号的码流)被解复用器502分解成N个独立的子码流S_1，2…，N。接着，子码流S_1，2…，N中每个子码流被N个解复用器503分解成K个独立的子码流。接着，使用(N*K)个数模(D/A)转换器506将这(N*K)个子码流S_{11，21…，1N…，1K，…，NK}转换成(N*K)个模拟信号A_{11，12…，1K，…，N1，…NK}。

根据本发明一些方面的一些实施例，接着，混频器512将本地振荡器514_i提供的信号与这N个模拟信号A_{1i，2i…，Ni}中每个模拟信号混频，将这N个模拟信号上变频到与第i个逻辑信道对应的适用的发射载波RF频率。对于i＝1，…，K的每个逻辑信道，这些操作是独立完成的，通过调节每个本地振荡器514_1，…，K到不同的发射载波RF频率，使在不同逻辑信道发射的信号在频率域不重叠。接着，来源于同一个空间复用信号的这组K个上变频信号被组合以形成一个RF信号RF_j，j＝1，…，N。这N个RF信号中的每个RF信号包括例如K个分量，这K个分量中每个分量都被上变频到不同的载波频率。

接着，所得到的N个RF信号(例如RF_1，2…，N)中，每个RF信号被分割器518分解成MT路，从而形成N*(MT)个RF信号。使用复数乘法器526_x，y对该N*(MT)个RF信号中的每个信号进行加权，其中，x表示在N个分割器518中某个分割器上的信号起始点，y表示在MT个组合器530中某个组合器上对应的信号结束点(下面提供了一种确定复数乘法器526_x，y的值的示范方法)。使用组合器530将复数乘法器526_x，y产生的加权RF信号组合，从而得到MT个输出信号。接着，对应的MT个放大器534将这MT个输出信号放大，接着，经放大的输出信号被MT个天线540发射。根据本发明一些方面的一些实施例，放大器534可操作地放大占用等同带宽的多个频带的信号，每个频带集中在不同频率的载波上。

参考图5B的接收器550，发射器510发射的MT个RF信号被安装在接收器550上的MR个接收天线560接收。这MR个接收信号中每个信号都被相应的低噪声放大器564放大，并被MR个分割器568中的一个分割器分解成N路。接着，所得到的MR*(N)个分解信号被对应的加权电路572_x，y逐一加权，其中，x表示在MR个分割器568中某个分割器上的信号起始点，y表示在N个组合器576中某个组合器上对应的信号结束点。接着，使用N个组合器576将这些加权信号组合以形成N个信号，这N个信号通过对应的N个滤波器580。在根据本发明一些方面的一些实施例中，每个滤波器580的带宽范围包括发射信号占用的所有频率带宽，包括，例如捆绑信道。接着，滤波器580产生的滤波信号中，每个信号都被分成K个分量，每个分量对应不同的逻辑信道1，…，K。使用混频器582将与第i个逻辑信道对应的分量从RF下变频到基带。在根据本发明一些方面的一些实施例中，本地振荡器584_i给每个混频器582提供信号，其调节到与第i个逻辑信道对应的RF载波频率。接着，使用对应的(N*K)个模数(A/D)转换器586将混频器582产生的(N*K)个基带信号R_{11，12…，1K，…，N1，…NK}转换成数字信号。接着，使用数字信号处理器588将所得到的(N*K)个数字信号D_{11，12…，1K，…，N1，..NK}加权和组合，从而形成了N*(K)个输出信号S’_{11，21…，N1，…1K，…，NK}。与第i个逻辑信道对应的N个输出信号S’_{1i，2i…，Ni}通常从N个数字信号D_{1i，2i…，N1}上产生，通过使用N个不同的加权因子将N个数字信号D_{1i，2i…，Ni}的每个信号加权(例如，乘以一个复数)，从而形成了N*N个信号。在根据本发明一些方面的一些实施例中，这N个加权因子通常由与第i个逻辑信道对应的传播信道路径增益确定。接着，这N*N个信号被组合以形成N个输出信号S’_{1i，2i，…，Ni}。因为对于每个逻辑信道i＝1，…，K，操作是独立完成的，因此，总共产生了(N*K)个输出信号。

根据本发明一些方面的一些实施例，与第i个逻辑信道对应的N个输出信号S’_{1i，2i，…，Ni}排他性地以对应于第i个逻辑信道的N个输入数字信号D_{1i，2i，…，Ni}为基础而产生的。根据本发明一些方面的一些实施例，在逻辑信道上的信号没有被混合，每个逻辑信道被独立地、与其他逻辑信道并行地处理。数字信号处理器588产生的(N*K)个输出信号被组成N组，每组K个信号，并传送给N个复用器590。复用器590形成的N个空间复用输出信号S’_{1，2，…，N}包括发射信号S_1，2…，N的估算；接下来，这N个空间复用输出信号S’_{1，2，…，N}又被复用器592复用，产生原始输入信号S的估算S’。

根据本发明一些方面的一些实施例，计算RF发射加权526的值、RF接收接收加权572的值、以及数字信号处理器588中所用的基带接收加权的值。在没有使用信道捆绑的一个示范方案中，例如美国专利申请序列号为10/835,255，60/467,295，10/891,443以及60/488,845的申请文件中，阐述了一种在不同性能标准(例如，分别为最大化SNR以及最小化BER)下计算多天线系统的RF加权值的示范方法，这里通过参考结合了其全部内容。根据本发明一些方面的一些实施例，加权因子通常被定义为与频率无关，因此在整个特定的信道域上加权因子是恒定值。根据本发明一些实施例中，在整个用户信号频率带宽、拍延迟特性(tap delay profile)、时间脉冲响应，或者适用信道的耙指特性(Rake finger profile)，上加权因子是不变的。

根据本发明一些方面的一些实施例，引入信道捆绑时，RF权重通常是在包含分配给用户的多个逻辑信道的特定信道域上为恒定值的系数。根据本发明一些方面的一些实施例，通常在分配给用户的逻辑信道的整个带宽上(例如，“集合信道(aggregated channel)”)、集合信道的拍延迟特性、集合信道的时间脉冲响应，或者集合信道的耙指特性上，RF加权因子是不变的。根据本发明一些方面的一些实施例，RF权重通常不是由每个逻辑信道个别地确定，而是由分配给用户的所有的逻辑信道共同决定。这种情况之下，当在整个集合信道上进行计算时，对RF权重的选择要使信噪比最大化或者将适用接收器的输出误码率最小化。

在根据本发明一些方面的一些实施例中，提供一种计算在遵循802.11a标准的空间复用MIMO系统500中使用的RF以及基带加权值的例子。在该例子中，假定MIMO系统500使用根据本发明一些方面的一些实施例的信道捆绑技术来处理空间复用信号。此外，例如假定按照美国专利序列号为10/835,255和60/467,295的申请文件中所描述的方式，进行RF和基带的加权以及信号组合，以将接收器550的输出信号信噪比最大化，这里参考并结合了上述专利申请的全部内容。通过考虑下面的例子以及本文所提及的其他技术，本领域技术人员将容易意识到，当根据本发明一些方面的一些实施例使用信道捆绑时，可以对上述的加权方案中的方法进行修改。

根据本发明一些方面的一些实施例，提供在接收器550的第iRF个分支上与第j个逻辑信道对应的、调(tone)为k的基带数字信号D_i，j的表达式，如下：

$D_{i,j}\left(k\right)={\underset{\‾}{u}}_i^H\·{\underset{\‾}{r}}_j\left(k\right)={\underset{\‾}{u}}_i^H{H}_j\left(k\right)\·V\·{\underset{\‾}{s}}_j\left(k\right)+{\underset{\‾}{u}}_i^H{\underset{\‾}{n}}_j\left(k\right)---\left(1\right)$

其中u _i表示接收器550的N个RF分支中第i分支的接收RF权重572(MR×1矢量)，r _j(k)是k调上与第j个逻辑信道对应的接收信号矢量(MR×1)的分量，H _j(k)是k调的与第j个逻辑信道对应的MR×MT个信道矩阵，V＝[v ₁，…，v _N]是表示发射RF权重526的MT×N个发射RF权重矩阵，S _i(k)＝[s_l，j(k)，…，s_N，j(k)]^T是k调上与第j个逻辑信道对应的空间复用发射符号的N×1矢量，n _j(k)是k调上与第j个逻辑信道对应的MR×1噪音矢量。发射和接收RF权重(V和U＝[u ₁，…，U _N])可独立于频率(例如，k调)，也可独立于逻辑信道。

当所需的信号为s_i，j(k)时，K调上与第j逻辑信道对应的第i RF分支的SNR，如下表达：

${\mathrm{SNR}}_{i,j,k}={\mathrm{\σ}}_s^2\frac{{\underset{\‾}{u}}_i^H{H}_j\left(k\right)\·{\underset{\‾}{v}}_i\·{\underset{\‾}{v}}_i^H{H}_j^H\left(k\right){\underset{\‾}{u}}_i}{{\mathrm{\σ}}^2{\underset{\‾}{u}}_i^H{\underset{\‾}{u}}_i}---\left(2\right)$

其中， ${\mathrm{\σ}}_s^2=E[s_{i,j}\left(k\right)\·s_{i,j}^{*}\left(k\right)],$ ${\mathrm{\σ}}^2{I}_{\mathrm{MR}}=E[{\underset{\‾}{n}}_j\left(k\right)\·{\underset{\‾}{n}}_j^H\left(k\right)].$

要注意，等

式(2)给出的SNR表达式中考虑了高斯噪声，而不是由其他的空间复用信号产生的干扰。

平均SNR，即所有(例如，K)集合逻辑信道以及所有(例如，N_t)频率调上的平均SNR为：

${\stackrel{\‾}{\mathrm{SNR}}}_i={\mathrm{\σ}}_s^2\frac{{\underset{\‾}{u}}_i^H(\underset{k=1}{\overset{N_1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{H}_j\left(k\right){\·\underset{\‾}{v}}_i\·{\underset{\‾}{v}}_i^H{H}_j^H\left(k\right)){\underset{\‾}{u}}_i}{{\mathrm{\σ}}^2{\underset{\‾}{u}}_i^H{\underset{\‾}{u}}_i}---\left(3\right)$

可将其变形为：

${\stackrel{\‾}{\mathrm{SNR}}}_i={\mathrm{\σ}}_s^2\frac{{\underset{\‾}{v}}_i^H(\underset{k=1}{\overset{N_1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{H}_j^H\left(k\right){\·\underset{\‾}{u}}_i\·{\underset{\‾}{u}}_i^H{H}_j\left(k\right)){\underset{\‾}{v}}_i}{{\mathrm{\σ}}^2{\underset{\‾}{u}}_i^H{\underset{\‾}{u}}_i}---\left(4\right)$

在根据本发明一些方面的一些实施例中，u _i(如，对于接收RF权重572)和v _i(i＝1，…，N)(例如，对于发射RF权重526)的解要通过求解联合问题(jointproblem)而得到。具体地，已知v _i时，将等式(3)的量最大化的u _i的解，就是对应于最大特征值的矩阵的特征向量。联合问题的其他方面涉及已知u _i时，将等式(4)的量最大化的v _i的解，这等于求解对应于最大特征值的矩阵

的特征向量。

一旦根据上述的等式(3)和等式(4)计算出发射RF权重526以及接收RF权重572，就为每个逻辑信道的每个调计算用在DSP588中使用的基带权重。与第j逻辑信道以及调k对应的N个数字信号D_{1j，2j，…，Nj}集中在N×1矢量D _j(k)中。接着，用基带权重W^H _j(k)的N×N矩阵处理矢量D _j(k)，以分解和还原与第j逻辑信道对应的、音调为k的N个空间复用信号S’_{1j，2j…，Nj}。

${\underset{\‾}{D}}_j\left(k\right)=U^H{H}_j\left(k\right)\·V{\·\underset{\‾}{s}}_j\left(k\right)+U^H{\underset{\‾}{n}}_j\left(k\right)$

${\underset{\‾}{S^{\′}}}_j\left(k\right)=W_j^H\left(k\right){\underset{\‾}{D}}_j\left(k\right)$

其中，使用最小均方误差(MMSE)法(例如Wiener-Hopf法)确定W^H _j(k)。参见S.Haykin，Adaptive Filter Theory，3^rd Ed.，Prentice Hall，1996：

$W_j\left(k\right)={(H_j^{\′\′}\left(k\right){{H^{\′\′}}_j}^H\left(k\right)+\frac{{\mathrm{\σ}}^2}{{\mathrm{\σ}}_s^2}{U}^{H}U)}^{-1}{H}_j^{\′\′}\left(k\right)---\left(5\right)$

其中H″_j(k)＝U^HH_j(k)·V。

根据本发明一些方面的一些实施例，提供了用于实施空间复用MIMO系统500的RF和基带加权值的计算方法，所述MIMO系统被配置以遵循802.11a标准运行。在一个例子中，假定MIMO系统500使用根据本发明一些方面的一些实施例的信道捆绑技术处理空间复用信号。但是，在本例子中，假定以美国专利申请号10/891,443和60/488,845的申请文件中所描述的方式实施RF和基带加权以及信号组合，以将接收器550的误码率最小化，这里参考并结合上述美国专利申请的全部内容。

根据本发明一些方面的一些实施例提供DSP模块588的输出S’_i，j的表达式，对应于第i空间复用信号、第j逻辑信道的、音调为k的输出是：

${S^{\′}}_{i,j}\left(k\right)={\underset{\‾}{w}}_{\mathrm{ij}}^H\left(k\right){\underset{\‾}{D}}_j\left(k\right)={\underset{\‾}{w}}_{\mathrm{ij}}^H\left(k\right)U^H{H}_j\left(k\right)\·V\·{\underset{\‾}{s}}_j\left(k\right)+{\underset{\‾}{w}}_{\mathrm{ij}}^H\left(k\right)U^H{\underset{\‾}{n}}_j\left(k\right)---\left(6\right)$

对应的输出信号与干扰噪声比(SINR)是：

${\mathrm{SINR}}_{i,j,k}=\frac{{\mathrm{\σ}}_s^2{\underset{\‾}{w}}_k^H{U}^H{H}_j\left(k\right)\·{\underset{\‾}{v}}_i{\underset{\‾}{v}}_i^H{H}_j^H\left(k\right)U{\underset{\‾}{w}}_{k,i}}{{\mathrm{\σ}}_s^2\underset{m\≠i}{\mathrm{\Σ}}{\underset{\‾}{w}}_{k,i}^H{U}^H{H}_j\left(k\right)\·{\underset{\‾}{v}}_m{\underset{\‾}{v}}_m^H{H}_k^{H}U{\underset{\‾}{w}}_{k,i}+{\mathrm{\σ}}^2{\underset{\‾}{w}}_{k,i}^H{U}^{H}U{\underset{\‾}{w}}_{k,i}}---\left(7\right)$

因为接收器550的BER是将发射器510从接收器中分离的信道、所使用的编码/调制以及天线组合技术的复杂函数，根据本发明一些方面的一些实施使用BER的近似值，这将在下面进行阐述。例如，在文本全文参考和结合的美国申请号10/891,443和60/488,845中，使用适合的函数近似适用频率带宽上的平均BER，其以处理后的SINR作为参数。例如，对于802.11a的模式1(BPSK，R1/2)，用下式模拟对应于逻辑信道j上的第i个空间复用信号的平均误码率            BER_i，j：

$\stackrel{\‾}{{\mathrm{BER}}_{i,j}}\≈-\underset{k=1}{\overset{N_1}{\mathrm{\Σ}}}\tanh \left(\mathrm{SIN}{R}_{i,j,k}\right)---\left(8\right)$

其中，SINR_i，j，k由等式(7)得出。

在根据本发明一些方面的一些实施例中，使用数值搜索(例如，simulated annealing，模拟退火)以搜索U和V的所有可能值，以将平均输出BER最小化。对于U和V的每个组合，使用MMSE法计算W^H _j(k)的值。

$W_j\left(k\right)={(H_j^{\′\′}\left(k\right){{H^{\′\′}}_j}^H\left(k\right)+\frac{{\mathrm{\σ}}^2}{{\mathrm{\σ}}_s^2}{U}^{H}U)}^{-1}{H}_j^{\′\′}\left(k\right)---\left(9\right)$

接着，对于U、V和W^H _j(k)每三个值，根据等式(7)对应每个调、每个空间复用信号和每个逻辑信道计算SINR。最后，从等式(8)得到一组(N*K)个估算的BER值。可以为每个空间复用信号的每个逻辑信道计算一个估算。

接着，使用一些方法在该组空间复用信号以及组成的(constituent)逻辑信道上将接收器550的输出BER最小化。例如，可将BER的平均值最小化、将BER的最大值最小化，或者钭BER的最小值最小化。这些方法在数学上表达如下：

$\underset{U,V}{\min }\left\{\underset{i=1,...,N}{\mathrm{mean}}\right\{\underset{j=1,...,K}{\mathrm{mean}}\left\{{\stackrel{\‾}{\mathrm{BER}}}_{i,j}\right\}\left\}\right\}$

$\underset{U,V}{\min }\left\{\underset{i=1,...,N}{\max }\right\{\underset{j=1,...,K}{\max }\left\{{\stackrel{\‾}{\mathrm{BER}}}_{i,j}\right\}\left\}\right\}$

$\underset{U,V}{\min }\left\{\underset{i=1,...,N}{\min }\right\{\underset{j=1,...,K}{\min }\left\{{\stackrel{\‾}{\mathrm{BER}}}_{i,j}\right\}\left\}\right\}$

虽然这些方法中的每个方法都可以用在根据本发明一些方面的一些实施例中，但是在一些情况之下，上述的最后一种方法(即，将BER的最小值最小化)具有最好的性能。

具有天线选择以及基带信号加权与组合的信道捆绑

图6A-B是根据本发明一些方面的实施例的MIMO系统600，该系统600实施了N倍空间复用、基带加权与组合，以及RF域的天线选择。根据本发明一些方面的一些实施例，图6A-B的系统600与图3A-B的系统300类似，但另外还采用了信道捆绑以提高数据速率。系统600在RF域的天线选择，使得仅用N个发射/接收天线就能实现N倍的空间复用，即使发射器610和接收器650上分别安装了数目多于N的发射/接收天线。如图6A-B所示，根据本发明一些方面的一些实施例，在分别用于实现模拟/数字转换以及数字/模拟转换的A/D转换器以及D/A转换器的数目方面，系统600与图4A-B的系统400A的架构是相似的。根据本发明一些方面的一些实施例，能够使用图4C-D所示的系统400B类似结构实现图6A-B所述的系统600。根据下面的讨论以及前面结合图4C-D所述的系统400B，本领域技术人员能够容易实现这一方案。

参考图6A，解复用器602将需要发射的输入信号S(如数字符号码流)分解成N个独立的子码流S_1，2…，N。接着，使用N个解复用器603的某个复用器将每个子码流S_1，2…，N分解成K个独立的子码流。然后，使用(N*K)个数模(D/A)转换器606将这(N*K)个子码流S_{11，21…，N1，…1K，…，NK}转换成(N*K)个模拟信号A_{11，12…，1K，…，N1，…NK}。

在根据本发明一些方面的一些实施例中，混频器612将本地振荡器614_i提供的信号与这N个模拟信号A_{1i，2i…，Ni}混频，将这N个模拟信号上变频到与第i个逻辑信道对应的发射载波RF频率。对于每个逻辑信道i＝1，…，K，这种操作可以独立地完成，通过将每个本地振荡器614_1，…，K调整到不同的发射载波RF频率，使在不同逻辑信道发射的信号在频率域上不重叠。然后，源于同一个空间复用信号的K个上变频信号被组合，以形成一个RF信号RF_{j，j＝1，…，N}。这N个RF信号中，每个信号包括K个分量，每个分量都被上变频到不同的载波频率。

参考图6A，接着，开关618将这N个RF信号(如RF_1，2…，N)中每个信号连接到被选择的N个发射天线的子集上。具体地，开关618将信号RF_1，2…，N连接到从MT个可用发射天线640中选择出来的一组N个发射天线上，从而得到N个输出信号。然后，对应的N个放大器将这N个输出信号放大，然后使用已选的N个发射天线640将经放大的输出信号发射。在根据本发明一些方面的一些实施例中，放大器634用于放大占用了多个频带的信号，这些频带的带宽相同且集中在不同频率的载波上。在根据本发明一些方面的一些实施例中，在信号处理链路上，放大器634可位于开关618之前。这种配置之下，使用N个放大器；而如果每个发射天线元件640使用一个放大器，总共就得使用MT个放大器。例如，采用与美国专利申请号为60/507,843以及10/957,398的申请文件中所描述的相似方式选择N个天线，以使接收器的输出信号的BER最小化，此处参考并结合了上述美国专利申请的全部内容。在根据本发明一些方面的一些实施例的信道捆绑中，与示范天线选择策略有关的其他细节的描述，将在下面对接收器650的描述之后再进行。

参考图6B，发射器610发射的N个RF信号被安装在接收器650上的MR个接收天线660接收。这MR个接收信号中，每个信号都被对应的低噪声放大器664放大。然后，放大器664产生的N个放大信号被开关676连接到N个RF链路上。接着，所得到的N个RF信号通过对应的N个滤波器680。在根据本发明一些方面的一些实施例中，低噪放大器664可位于开关676的后面，这样，就仅仅使用N个放大器664；而如果每个接收天线元件660都使用一个放大器，就得使用MR个放大器。每个滤波器680的带宽范围包括发射信号占用的所有频率带宽，包括，例如捆绑子信道。接着，所得到的滤波信号被逐一分成K个分量，每个分量对应不同的逻辑信道1，…，K。与第i逻辑信道对应的一组K个分量被混频器682从RF下变频到基带。如图所示，本地振荡器684_i给每个混频器682提供信号，其调整到与第i逻辑信道对应的RF载波频率。这就产生了(N*K)个基带信号，R_{11，12…，1K，…，N1，…NK}，使用对应的(N*K)个模数(A/D)转换器686将这(N*K)个基带信号转换成数字信号。

在根据本发明一些方面的一些实施例中，使用数字信号处理器688对(N*K)个数字信号D_{11，12…，1K，…，N1，…NK}进行加权和组合，从而得到(N*K)个输出信号S’_{11，21…，N1，…1K，…，NK}。与第i逻辑信道对应的N个输出信号S’_{1i，2i，…，Ni}通常从N个数字信号D_{1i，2i…，Ni}上产生，通过使用N个不同的加权因子对N个数字信号D_{1i，2i…，Ni}的每个信号加权，从而得到N*N个信号。在根据本发明一些方面的一些实施例中，该N个加权因子取决于(例如，排他性地取决于)与第i逻辑信道对应的传播信道路径增益。接着，所述N*N个信号被组合，以便为每个逻辑信道i＝1，…，K，形成N个输出信号S’_{1i，2i…，Ni}，从而总共产生(N*K)个输出信号。在根据本发明一些方面的一些实施例中，与第i逻辑信道对应的N个输出信号S’_{1i，2i…，Ni}的获得通常仅仅以对应于第i逻辑信道的N个输入数字信号D_{1i，2i…，Ni}为基础。在根据本发明一些方面的一些实施例，各个逻辑信道上的信号不会混合，每个逻辑信道是独立地并行处理的。

在根据本发明一些方面的一些实施例中，DSP688产生的(N*K)个输出信号接着被组成N组，每组包含K个信号，并被传递给N个复用器690。接着，复用器690形成了包括发射信号S_{1，2，…，N}的估算的N个空间复用输出信号S’_1，2…，N。接着，这N个输出信号S’_1，2…，N又被复用器692分解，产生原始输入信号S的估算S’。

根据本发明一些方面的一些实施例，提供一种选择天线元件的特定子集的方法，当应用信道捆绑技术时，所述天线子集是系统600的发射器610和/或接收器650需使用的。一旦选择了天线元件的子集，根据本发明的一些方面的一些实施例中，DSP 688所使用的基带权重的计算方式与图4所示的系统(其中，T＝R＝N)所采用的计算方法的相似。

美国专利申请号10/957,398以及60/507,843(简称’398申请和’843申请)中，揭示了一种在没有信道捆绑的多天线系统中进行天线选择的方法，这里参考并结合了其全部内容。’398申请和’843申请中揭示的选择标准以将接收器的输出信号的BER最小化为前提。根据本发明一些方面的一些实施例与’398申请和’843申请揭示的方法相一致，可在用户信号频率的全部带宽上选择天线元件的共同子集，即使信道可能存在一些频率选择性。

如上所述，引入信道捆绑时，给定的用户信号被分配多个逻辑信道。但是，在根据本发明一些方面的一些实施例中，对于每个逻辑信道，不是实施’398文本和’843文本的天线选择处理；而是对于所有的集合(aggregated)逻辑信道，选择同一天线子集，选择方式将在下面阐述。在根据本发明一些方面的一些实施例中，对于给定的多天线发射器和接收器配置，选择天线子集，以将该适用的多天线系统的所有多个逻辑信道的BER最大值最小化。在根据本发明一些方面的一些实施例中，从天线元件的候选子集中选择所述将所有逻辑信道上的BER最大值最小化的天线元件子集。这种选择过程首先是为分配给用户所有的逻辑信道估算所有可能的“多天线子系统”的BER。在这里，“多天线子系统”是选择多天线发射器和接收器的天线元件的特定子集后得到的系统。对于每个多天线子系统，存储所有逻辑信道上的最大的BER。其次，选择与所存储的BER最大值中的最小者关联的子系统。接着，通知发射器，发射天线的哪个子集将要连接到发射器的多个发射RF链路上；通知接收器，接收天线的哪个子集将要连接到接收器的多个接收RF链路上。

由于BER可能是适用信道以及所使用的编码/调制和天线组合技术的复杂函数，在根据本发明一些方面的一些实施例中，使用简单的表达式来近似BER。根据本发明一些方面的一些实施例，指定了信道以及天线组合技术，这样，BER近似地作为所使用的编码/调制方法的函数而变化。

在根据本发明一些方面的一些实施例中，描述了一种用于空间复用MIMO系统600的天线选择的例子，所述MIMO系统600被配置以遵循802.11a标准运行。在该例子中，假定MIMO系统600通过使用根据本发明一些方面的信道捆绑技术处理空间复用信号。发射器610和接收器650的天线元件640和660的选择是根据一定的标准进行的，例如，该标准是将接收器650的输出误码率最小化。例如，可以假定发射天线元件640的数目等于接收天线元件的数目(如，MT＝MR)，天线元件的数目大于发射器610和接收器650中的RF链路数(如，M＞N)。一般而言，在将M×M的MIMO系统的大小缩小为N×N的MIMO系统(M＞N)时，从M个候选元件中选择N个天线元件，有 $\left(\begin{array}{c}M\\ N\end{array}\right)=\frac{M!}{N!(M-N)!}$ 种可能性。当这种选择在发射器610以及接收器650上都应用时，天线组合的总数目等于

与天线组合c、调为k的、第j逻辑信道的空间复用信号i对应的DSP 688的输出是：

${S^{\′}}_{\mathrm{ij},c}\left(k\right)={\underset{\‾}{w}}_{\mathrm{ij},c}^H\left(k\right){\underset{\‾}{D}}_{j,c}\left(k\right)={\underset{\‾}{w}}_{\mathrm{ij},c}^H\left(k\right)H_{j,c}\left(k\right)\·{\underset{\‾}{s}}_j\left(k\right)+{\underset{\‾}{w}}_{\mathrm{ij},c}^H\left(k\right){\underset{\‾}{n}}_{j,c}\left(k\right)---\left(10\right)$

其中，w _ij，c ^W(k)是DSP288的输入端上接收信号的N×1向量，H_j，c(k)是从完整的M×M信道矩阵中抽出来的N×N子信道矩阵，s _j(k)是发射空间复用信号的N×1向量，n _j，c(k)是N×1噪声向量。所需的信号是s_i，j(k)，那么对应的输出SINR是：

${\mathrm{SINR}}_{i,j,c,k}=\frac{{\mathrm{\σ}}_s^2{\underset{\‾}{w}}_{\mathrm{ij},c}^H\left(k\right){\underset{\‾}{H}}_{j,c}^i{{\left(k\right)\underset{\‾}{H}}_{j,c}^i}^H\left(k\right){\underset{\‾}{w}}_{\mathrm{ij},c}\left(k\right)}{{\mathrm{\σ}}_s^2\underset{m\≠i}{\mathrm{\Σ}}{\underset{\‾}{w}}_{\mathrm{ij},c}^H\left(k\right){\underset{\‾}{H}}_{j,c}^m\left(k\right){{\underset{\‾}{H}}_{j,c}^m}^H\left(k\right){\underset{\‾}{w}}_{\mathrm{ij},c}\left(k\right)+{\mathrm{\σ}}^2{\underset{\‾}{w}}_{\mathrm{ij},c}^H\left(k\right){\underset{\‾}{w}}_{k,i}\left(k\right)}---\left(11\right)$

如上所述，在该例子中，当给定信道以及天线组合技术，BER近似作为所使用的编码/调制方法的函数而变化。这在美国专利申请号为10/891,443以及60/488,845的申请文件中有描述，这里参考并结合其全部内容。可用合适的函数近似平均BER(例如，所有频率调k上的)，其以处理后的SINR作为参数。例如，对于遵循802.11a标准的模式1(例如，BPSK，R1/2)的系统600的特定操作，与第j逻辑信道、天线组合C、第i空间复用信号对应的平均误码率可如下模拟：

$\stackrel{\‾}{{\mathrm{BER}}_{i,j,c}}\≈-\underset{k=1}{\overset{N_1}{\mathrm{\Σ}}}\tanh \left(\mathrm{SIN}{R}_{i,j,c,k}\right)---\left(12\right)$

其中，SINR_{i，j，c，k}由等式(11)得到。

为所有的可能天线组合以及每个空间复用信号的每个逻辑信道计算等式(12)的BER。一旦所有的情况下的BER都计算完毕，就得到了所有的

可能的天线组合、所有逻辑信道K上N个BER估算(例如，每个估算值对应一个空间复用信号的)。这样，就确定了将BER的最大值最小化的天线子集：

$\underset{\underset{\mathrm{combinations}}{\mathrm{antennas}}}{\min }\left\{\underset{j=1,...,K}{\max }\right\{\underset{i=1,...,N}{\max }\left\{{\stackrel{\‾}{\mathrm{BER}}}_{i,j,c}\right\}\left\}\right\}$

在根据本发明一些方面的一些实施例中，使用不同的选择标准(例如，将BER的平均值或者最小值最小化)：

$\underset{\underset{\mathrm{combinations}}{\mathrm{antennas}}}{\min }\left\{\underset{j=1,...,K}{\mathrm{mean}}\right\{\underset{i=1,...,N}{\mathrm{mean}}\left\{{\stackrel{\‾}{\mathrm{BER}}}_{i,j,c}\right\}\left\}\right\}$

$\underset{\underset{\mathrm{combinations}}{\mathrm{antennas}}}{\min }\left\{\underset{j=1,...,K}{\min }\right\{\underset{i=1,...,N}{\min }\left\{{\stackrel{\‾}{\mathrm{BER}}}_{i,j,c}\right\}\left\}\right\}$

虽然上面的每一种方法都能令人信服地用在各种实施例中，但是在一些情况之下，使用上述的第一种方法能得到最有利的结果。

本申请参考并结合了以下美国专利申请的全部内容：

美国专利申请号10/801,930，申请日期2004年3月16日；

美国专利申请号60/456,023，申请日期2003年3月17日；

美国专利申请号10/835,255，申请日期2004年4月29日；

美国专利申请号60/467,295，申请日期2003年5月1日；

美国专利申请号10/891,443，申请日期2004年7月13日；

美国专利申请号60/488,845，申请日期2003年7月21日；

美国专利申请号10/957,398，申请日期2004年10月1日；

美国专利申请号60/507,843，申请日期2003年10月1日；

美国专利申请号10/979,992，申请日期2004年11月3日；

美国专利申请号60/519,398，申请日期2003年11月12日；

美国专利申请号60/529,178，申请日期2003年12月11日。

虽然本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多天线发射器上的信号发射方法，包括：

将输入信号分解成多个信号分量；

将每个信号分量分配到多个不同频率的逻辑信道中的一个逻辑信道；

使用发射基带加权值对每个信号分量进行加权；

将所得到的加权信号分量组合以形成多个发射加权信号，将每个发射加权信号分配到多个不同频率的逻辑信道中的一个逻辑信道，所述加权值与频率无关并且在整个特定的信道域上是恒定值，所述加权值的选择要使信噪比最大化或者将适用接收器的输出误码率最小化；以及

将各组多个发射加权信号组合以形成多个输出信号，所述输出信号可用于产生多个不同载波的RF输出信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个逻辑信道中的每个逻辑信道都具有统一的类型，所述类型至少从频率带宽、时隙和编码号中选择一种。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，将分配到多个逻辑信道中的第一逻辑信道的各个信号分量与发射基带加权值的第一子集相乘，所述发射基带加权值的第一子集中的每个值都是与多个逻辑信道中的第一逻辑信道对应的传播信道路径增益的函数。

4.一种基于输入信号接收发射RF信号的方法，所述发射RF信号由接收器的多个天线接收，所述天线响应所述发射RF信号产生对应的多个接收RF信号，所述方法包括：

将所述多个不同载波的接收RF信号中的每个信号分解成多个信号分量；

确定将每个信号分量分配到多个不同频率的逻辑信道中哪一个信道；

用接收基带加权值加权每个信号分量；

组合所得到的加权信号分量以形成多个接收加权信号，每个接收加权信号被分配到多个不同频率的逻辑信道中的一个逻辑信道，所述加权值与频率无关并且在整个特定的信道域上是恒定值，所述加权值的选择要使信噪比最大化或者将适用接收器的输出误码率最小化；以及

将所述多个接收加权信号复用以获得输入信号的估算。

5.一种用在接收器中的信号接收方法，所述接收器包括多个天线，用于响应入射的发射RF信号产生对应的多个接收RF信号；所述发射RF信号来源于包括一组空间复用信号的输入信号；所述方法包括：

将所述多个不同载波的接收RF信号中的每个信号分解成多个信号分量；

确定将每个信号分量分配到多个不同频率的逻辑信道中哪一个信道；

用接收基带加权值加权每个信号分量；

组合所得到的加权信号分量以形成多个接收加权信号，每个接收加权信号被分配到多个不同频率的逻辑信道中的一个逻辑信道并与所述一组空间复用信号中的一个信号相关联，所述加权值与频率无关并且在整个特定的信道域上是恒定值，所述加权值的选择要使信噪比最大化或者将适用接收器的输出误码率最小化；以及

将与各个所述空间复用信号对应的一组多个接收加权信号复用以形成多个复用接收信号；以及

将所述多个复用接收信号复用以获得输入信号的估算。

6.一种多天线发射器上的信号发射方法，包括：

将输入信号分解成第一多个信号分量，该第一多个信号分量代表对应的第二多个空间复用信号；

将每个信号分量分配到RF域中的多个不同频率的逻辑信道中的一个逻辑信道，以产生多个分配RF信号；

将与所述第二多个空间复用信号的各个信号对应的各组分配RF信号组合，以产生第二多个组合RF信号；

将所述组合RF信号中的每个RF信号分解；

用一组发射加权值加权所得到的分解信号，以产生多个发射加权RF信号，所述加权值与频率无关并且在整个特定的信道域上是恒定值，所述加权值的选择要使信噪比最大化或者将适用接收器的输出误码率最小化；以及

将各组所述多个发射加权RF信号组合以形成多个不同载波的RF输出信号，所述多个RF输出信号可通过多个天线发射。

7.一种多天线发射器，包括：

解复用装置，其被配置以响应输入信号而产生多个信号分量；

数字信号处理器，其可操作地连接于所述解复用装置，该数字信号处理器用于执行以下操作：

将所述信号分量中的每个信号分量分配到多个不同频率的逻辑信道中的一个逻辑信道，

用发射基带加权值加权每个信号分量，

将各个所得到的加权信号分量组合以形成多个发射加权信号，所述多个发射加权信号中的每个信号被分配到所述多个不同频率的逻辑信道中的一个逻辑信道，所述加权值与频率无关并且在整个特定的信道域上是恒定值，所述加权值的选择要使信噪比最大化或者将适用接收器的输出误码率最小化，和

将各组多个发射加权信号组合以形成多个基带输出信号；以及响应多个基带输出信号而产生一组不同载波的RF输出信号的装置。

8.一种多天线接收器，包括多个天线，所述多个天线用于响应源于输入信号的入射的发射RF信号产生对应的多个接收RF信号，所述接收器包括：

RF处理装置，用于将所述多个不同载波的接收RF信号中的每个信号分解成多个信号分量，以及确定将每个信号分量分配到多个不同频率的逻辑信道中哪一个信道；

数字信号处理器，其连接于所述RF处理装置，该数字信号处理器用于使用接收基带加权值加权每个信号分量，组合各个所得到的加权信号分量以形成多个接收加权信号，每个接收加权信号被分配到多个不同频率的逻辑信道中的一个逻辑信道，所述加权值与频率无关并且在整个特定的信道域上是恒定值，所述加权值的选择要使信噪比最大化或者将适用接收器的输出误码率最小化；以及

复用装置，用于将所述多个接收加权信号复用以获得输入信号的估算。

9.一种多天线接收器，包括多个天线，所述多个天线用于响应入射的发射RF信号产生对应的多个不同载波的接收RF信号；所述发射RF信号来源于包括一组空间复用信号的输入信号；所述接收器包括：

RF处理装置，其用于将所述多个不同载波的接收RF信号中的每个信号分解成多个信号分量，以及确定将每个信号分量分配到多个不同频率的逻辑信道中哪一个信道；

数字信号处理器，其连接于所述RF处理装置，所述数字信号处理器用于使用接收基带加权值加权每个信号分量，并组合各个所得到的加权信号分量以形成多个接收加权信号，每个接收加权信号被分配到多个不同频率的逻辑信道中的一个逻辑信道并与多个空间复用信号中的一个信号相关联，所述加权值与频率无关并且在整个特定的信道域上是恒定值，所述加权值的选择要使信噪比最大化或者将适用接收器的输出误码率最小化；以及

复用装置，其连接于所述数字信号处理器，所述复用装置用于：(i)将与各个空间复用信号对应的一组多个接收加权信号复用，以形成多个复用接收信号；以及(ii)将所述多个复用接收信号复用以获得输入信号的估算。

10.一种多天线发射器，包括：

解复用装置，其用于将输入信息信号分解成第一多个信号分量，该第一多个信号分量代表对应的第二多个空间复用信号；

RF信道化装置，其连接于所述解复用装置，所述RF信道化装置被配置以将每个信号分量分配到RF域中的多个不同频率的逻辑信道中一个逻辑信道，以产生多个分配RF信号，以及将与第二多个空间复用信号中各个空间复用信号对应的各组分配RF信号组合以产生第二多个组合RF信号；以及

RF处理模块，其连接于所述RF信道化装置，该RF处理模块用于执行以下操作：

将每个组合RF信号分解，

用一组发射加权值将所得到的分解信号加权，以产生多个发射加权RF信号，所述加权值与频率无关并且在整个特定的信道域上是恒定值，所述加权值的选择要使信噪比最大化或者将适用接收器的输出误码率最小化，以及

将各组发射加权RF信号组合以形成多个不同载波的RF信号，所述RF信号可通过发射器的多个发射天线发射。

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