CN1918839A - 多天线通信系统中的空间扩频 - Google Patents

Abstract

在多天线系统中执行空间扩频，对于每个发射的数据符号块使接收实体观测的“有效”信道随机化。对于MIMO系统，在发射实体处对数据进行处理(例如，编码、交织和调制)以得到将在N_M个发射间距中发射的N_D个数据符号块，N_D≥1且N_M＞1。N_D个块划分为N_M个数据符号子块，每个发射间距中发射一个子块。为每个子块选择导引矩阵(例如，以确定的或伪随机的方式从包括L个导引矩阵的集合中选择，其中L＞1)。利用为每个数据符号子块选择的导引矩阵对其执行空间处理以得到发射符号，发射符号被进一步处理并在一个发射间距中经由N_T个发射天线进行发射。从而利用N_M个导引矩阵空间处理N_D个数据符号块，这些符号块观测到全体信道。

Description

多天线通信系统中的空间扩频

基于35 U.S.C.§119要求优先权

本专利申请要求临时申请No.60/531,021的优先权益，其名称为“Pseudo-Random Transmit Steering in a Multi-Antenna CommunicationSystem(多天线通信系统中的伪随机发射导引)”，递交日为2003年12月17日，该临时申请转让给本申请的受让人，因而在此通过参考而特别援引该临时申请。

技术领域

本发明一般涉及数据通信，更具体地，涉及用于在多天线通信系统中传输数据的技术。

技术背景

多输入多输出(MIMO)通信系统在发射实体处使用多个(N_T个)发射天线，在接收实体处使用多个(N_R个)接收天线来进行数据传输，该系统被表示为(N_T，N_R)系统。由N_T个发射天线和N_R个接收天线形成的MIMO信道可被分解为N_S个空间信道，其中N_S≤min{N_T，N_R}。所述N_S个空间信道可用于以获得系统的更高可靠性和/或更高总吞吐量的方式来传输数据。

MIMO信道的N_S个空间信道可能经历不同的信道状况(例如，不同的衰落、多径和干扰影响)，并可能获得不同的信噪干扰比(SNR)。空间信道的SNR决定其传输能力，通常由在空间信道上能够可靠传输的特定数据速率来量化所述传输能力。对于时变MIMO信道，信道状况随时间而变化，并且每个空间信道的SNR也随时间而变化。为了使吞吐量最大化，MIMO系统可利用某种形式的反馈，使接收实体对空间信道进行估计并提供指示每个空间信道的传输能力的反馈信息。发射实体接着基于该反馈信息调整在空间信道上的数据传输。

但是，可能由于各种原因而无法利用这种反馈信息。例如，MIMO系统可能不支持接收实体发射的反馈。再例如，MIMO信道的变化可能比接收实体能够估计信道和/或发送反馈信息的速率更快。在任何情况下，如果发射实体不知道信道状况，则其可能需要以非常低的速率来发射数据，以便接收实体即使在最差情况信道状况下仍能可靠地解码数据发射。这样，这种系统的性能将由预期的最差情况信道状况所指示。

发明内容

在一个实施例中，描述了一种在无线多输入多输出(MIMO)通信系统中处理待发射的数据的方法，其中处理数据以得到至少一个数据符号块。利用多个导引矩阵对所述至少一个数据符号块执行空间处理，以得到用于多个发射天线的多个发射符号序列，其中对于所述至少一个数据符号块，所述多个导引矩阵使接收实体观测的有效MIMO信道随机化。

在另一个实施例中，描述了一种用于无线多输入多输出(MIMO)通信系统中的设备，包括：数据处理器，用于处理数据以得到至少一个数据符号块；以及空间处理器，利用多个导引矩阵对所述至少一个数据符号块执行空间处理，以得到用于多个发射天线的多个发射符号序列，其中对于所述至少一个数据符号块，所述多个导引矩阵使接收实体观测的有效MIMO信道随机化。

在另一个实施例中，描述了一种用于无线多输入多输出(MIMO)通信系统中的设备，包括：用于处理数据以得到至少一个数据符号块的装置；以及用于利用多个导引矩阵对所述至少一个数据符号块执行空间处理，以得到用于多个发射天线的多个发射符号序列的装置，其中对于所述至少一个数据符号块，所述多个导引矩阵使接收实体观测的有效MIMO信道随机化。

在另一个实施例中，描述了一种在无线多输入单输出(MISO)通信系统中处理待发射的数据的方法，其中处理数据以得到一个数据符号块。利用多个导引向量对所述数据符号块执行空间处理，以得到用于多个发射天线的多个发射符号序列，其中对于所述数据符号块，所述多个导引向量使接收实体观测的有效MISO信道随机化。

在另一个实施例中，描述了一种在无线多输入多输出(MIMO)通信系统中接收数据发射的方法，其中得到对应于至少一个数据符号块的接收数据符号，在经由MIMO信道发射所述至少一个数据符号块之前已经利用多个导引矩阵对该数据符号块执行了空间处理。得到对由所述MIMO信道和所述多个导引矩阵形成的有效MIMO信道的信道响应估计。利用所述信道响应估计对所述接收数据符号执行接收机空间处理，以得到对所述至少一个数据符号块的数据符号估计。

在另一个实施例中，描述了一种用于无线多输入多输出(MIMO)通信系统中的设备，包括：多个接收机单元，用于得到对应于至少一个数据符号块的接收数据符号，在经由MIMO信道发射所述至少一个数据符号块之前已经利用多个导引矩阵对该数据符号块执行了空间处理；信道估计器，用于得到对由所述MIMO信道和所述多个导引矩阵形成的有效MIMO信道的信道响应估计；以及空间处理器，用于利用所述信道响应估计对所述接收数据符号执行接收机空间处理，以得到对所述至少一个数据符号块的数据符号估计。

在另一个实施例中，描述了一种用于无线多输入多输出(MIMO)通信系统中的设备，包括：用于得到对应于至少一个数据符号块的接收数据符号的装置，在经由MIMO信道发射所述至少一个数据符号块之前已经利用多个导引矩阵对该数据符号块执行了空间处理；用于得到对由所述MIMO信道和所述多个导引矩阵形成的有效MIMO信道的信道响应估计的装置；以及用于利用所述信道响应估计对所述接收数据符号执行接收机空间处理，以得到对所述至少一个数据符号块的数据符号估计的装置。

在另一个实施例中，描述了一种在无线多输入单输出(MISO)通信系统中接收数据发射的方法，其中得到对应于数据符号块的接收数据符号，在经由MISO信道发射该数据符号块之前已经利用多个导引向量对该数据符号块进行了空间处理。得到对由所述MISO信道和所述多个导引向量形成的有效MISO信道的信道响应估计；以及利用所述信道响应估计对所述接收的数据符号执行检测，以得到对所述数据符号块的数据符号估计。

附图说明

图1示出利用空间扩频发射数据的过程。

图2示出利用空间扩频接收数据的过程。

图3示出MIMO系统中的发射实体和接收实体。

图4示出在发射实体处的处理单元。

图5示出在接收实体处的处理单元。

图6示出产生用于空间扩频的导引矩阵集合的过程。

图7示出4×4 MIMO系统所实现的总频谱效率的曲线。

具体实施方式

在本文中，词语“示例性的”用来指“作为实例、例子或例证的”。不必将本文中描述为“示例性的”任何实施例解释为优选或优于其它

实施例。

本文描述在多天线通信系统中执行空间扩频的技术。多天线通信系统可以是MIMO系统或多输入单输出(MISO)系统。空间扩频是指从多个发射天线可能以不同的幅度和/或相位同时发射数据符号(即对应于数据的调制符号)，所述不同的幅度和/或相位由用于该数据符号的导引向量决定。空间扩频也可被称为发射导引、伪随机发射导引、导引分集、矩阵伪随机导引、向量伪随机导引等等。对于发射实体发射的每个数据符号块，空间处理技术可以使得接收实体观测到的“有效的”MIMO或MISO信道随机化，以使系统性能不再由最差情况信道状况所指示。

在利用空间扩频在MIMO系统中发射数据的实施例中，发射实体处理(例如，编码和交织)N_D个数据流的数据，并产生N_D个编码数据块，其中N_D≥1。编码数据块也可被称为码块或编码数据分组。每个码块在发射实体处被单独编码，并在接收实体处被单独解码。对每个码块进行符号映射，以得到对应的数据符号块。将对应于N_D个码块的N_D个数据符号块划分为在N_M个发射间距(transmission span)中发射的N_M个数据符号子块，每个发射间距中发射一个子块，其中N_M＞1。如下所述，发射间距可覆盖时间和/或频率维度。为N_M个数据符号子块中的每一个选择一个导引矩阵(例如，从包括L个导引矩阵的集合中选择)。利用为每个数据符号子块选择的导引矩阵，对每个子块执行空间处理以产生发射符号，该发射符号将被进一步处理并在一个发射间距中经由N_T个发射天线进行发射。实际上，利用N_M个导引矩阵空间处理N_D个数据符号块，从而N_D个数据符号块观测全体信道而不是所有的块都观测同一个信道。用于空间扩频的导引矩阵是包含正交的列或向量的酉矩阵，并可按照下文所述方式产生。

如下所述，MISO系统也可利用空间扩频发射数据。本发明的不同方面和实施例将在下文中进一步详述。

本文描述的空间扩频技术可用于MIMO和MISO系统。这些技术也可用于单载波和多载波系统。可通过正交频分复用(OFDM)、一些其它的多载波调制技术或一些其它的构造来得到多载波。OFDM将总系统带宽有效地划分为多个(N_F个)正交子带，这些子带可以称为音调、子载波、频段(bin)和频道。通过OFDM，每个子带与各自的可进行数据调制的子载波相关联。

1.MIMO系统

对于单载波MIMO系统，由发射实体处的N_T个发射天线和接收实体处的N_R个接收天线形成的MIMO信道可由N_R×N_T信道响应矩阵 H表征，其可被表示为：

方程(1)

其中，项h_i，j表示在发射天线j和接收天线i之间的耦合或复增益，i＝1...N_R且j＝1...N_T。

在MIMO系统中可用不同的方式发射数据。在一个简单的发射方案中，在不经过任何空间处理的情况下从每个发射天线发射一个数据符号流，且多达N_S个数据符号流可同时从N_T个发射天线发射。该发射方案的MIMO系统模型可表示为：

r＝ Hs+ n，                           方程(2)

其中 s是N_T×1向量，其具有与将要在 H的N_S个空间信道上发射的N_S个数据符号对应的N_S个非零项；

r是N_R×1向量，其具有对应于经由N_R个接收天线得到的N_R个接收符号的多个项；以及

n是接收实体处观测到的噪声向量。

可假定该噪声是加性高斯白噪声(AWGN)，其具有零均值向量并且协方差矩阵为 Λ _n＝σ² I，其中σ²是噪声方差， I是单位矩阵。

从N_T个发射天线发射的N_S个数据符号流在接收实体处相互干扰。通常，从一个发射天线发射的给定数据符号流被所有的N_R个接收天线以不同的幅度和相位接收。每个接收符号流包括N_S个发射数据符号流中每个符号流的分量。N_R个接收符号流将共同包括所有的N_S个数据符号流。然而，所述N_S个数据符号流分散在N_R个接收符号流之间。接收实体对N_R个接收符号流执行接收机空间处理，以恢复发射实体发送的N_S个数据符号流。

MIMO系统可获得的性能(在很多程度上)取决于信道响应矩阵H。如果 H内存在高度相关性，则每个数据符号流将观测到大量的来自其它流的干扰。这种干扰或串扰不能通过接收实体处的空间处理而去除。高度的干扰降低了每个受影响的数据符号流的SNR，SNR可能降到接收实体无法正确解码数据符号流的程度。

对于给定的信道响应矩阵 H，当发射实体在MIMO信道的N_S个本征模(eigenmode)(或正交空间信道)上利用从 H导出的本征向量发射数据时，可以获得系统容量。如果接收实体可向发射实体提供全部或部分信道状态信息(CSI)，则发射实体就能够以使数据流的总吞吐量最大化的方式(例如，通过对每个数据流使用最优的或接近最优的数据速率)处理这些流。然而，如果发射实体没有得到通知或得到错误通知，则对数据流采用的数据速率可能导致在一定比例的信道实现中出现帧或码块差错。例如，当 H呈现出高度相关性时，或者当在无线信道中存在不充分的散射、多径(大相干带宽)和/或时间衰落(大相干时间)时，可能出现“差”信道响应。差信道的出现是随机的，对于给定数据速率的选择，期望可将差信道出现的时间比例降到最低。

对于一些MIMO系统，可能由最差情况的信道状况来指示性能。例如，如果接收实体不能发送反馈信息以指示用于每个数据符号流的合适的数据速率(例如，因为系统不支持反馈或信道状况比反馈速率变化更快)，则发射实体可能需要以低速率来发射数据符号流，以便即使在最差情况信道状况下也能恢复这些流。这样，系统性能将由预期的最差情况信道状况来指示，这是最不希望发生的。

空间扩频可用于使接收实体观测的有效MIMO信道随机化，以便系统性能不会由最差情况信道状况所指示。通过空间扩频，发射实体利用不同的导引矩阵执行空间处理以有效地使MIMO信道随机化，从而使得对应于每个数据流的每个码块观测全体信道，而不会在较长的时间段内堵塞在差信道上。

在发射实体处用于空间扩频的空间处理可表示为：

x(m)＝ V(m)· s(m)，                    方程(3)

其中， s(m)是具有将要在发射间距m中发送的N_S个数据符号的N_S×1向量；

V(m)是用于发射间距m的N_T×N_S导引矩阵；以及

x(m)是具有将要在发射间距m中从N_T个发射天线发送的N_T个发射符号的N_T×1向量。

通常，利用 H(m)的N_S个空间信道，可同时发射多达N_S个数据符号流。为简单起见，下面的大部分描述均假设同时发射N_S个数据符号流。

发射间距可以覆盖时间和/或频率维度。例如，在单载波MIMO系统中，发射间距可对应于一个符号周期，即发射一个数据符号的持续时间。作为另一个实例，在多载波MIMO系统中，例如在利用OFDM的MIMO系统中，发射间距可对应于一个OFDM符号周期中的一个子带。发射间距也可覆盖多个符号周期和/或多个子带。这样，m可以是时间和/或频率的索引。发射间距也可被称为发射间隔、信号间隔、时隙等等。

可按照下文所述产生包括L个导引矩阵的集合，并将其用于空间扩频。该导引矩阵集合被表示为{ V}或 V(i)，i＝1...L，其中L可以是大于一的任意整数。可以为每个发射间距m选择该集合中的一个导引矩阵。发射实体接着将利用为每个发射间距m选择的导引矩阵V(m)，对该发射间距m执行空间处理，其中 V(m)∈{ V}。通过空间处理产生N_T个发射符号流，其将被进一步调整并从N_T个发射天线发射。

在接收实体处经空间扩频的接收符号可表示为：

r(m)＝ H(m)· V(m)· s(m)+ n(m)＝ H _eff(m)· s(m)+ n(m)，方程(4)

其中， H(m)是用于发射间距m的N_R×N_T信道响应矩阵；

H _eff(m)是用于发射间距m的N_R×N_S有效信道响应矩阵，其中H _eff(m)＝ H(m)· V(m)；

r(m)是对应于发射间距m的具有N_R个接收符号的N_R×1向量；

以及

n(m)是发射间距m的噪声向量。

如方程(4)所示，由于发射实体执行了空间扩频，N_S个数据符号流观测到有效信道响应 H _eff(m)而不是实际信道响应 H(m)。这样，每个数据符号流在 H _eff(m)而不是 H(m)的空间信道上发送。可以选择导引矩阵以使每个数据符号流观测 H(m)的全体空间信道。而且，如果在一个码块期间使用不同的导引矩阵，则对应于该码块的数据符号将会在该码块期间观测到不同的信道。

接收实体可利用有效信道响应矩阵的估计对接收符号执行接收机空间处理，以恢复发射的数据符号流。如果接收实体已知发射实体为每个发射间距m所使用的导引矩阵，则接收实体就可以(例如，基于接收到的导频符号)估计信道响应矩阵，并按照 ${\underset{\‾}{\overset{^}{H}}}_{\mathrm{eff}}\left(m\right)=\underset{\‾}{\overset{^}{H}}\left(m\right)\·\underset{\‾}{\overset{^}{V}}\left(m\right)$ 计算估计的有效信道响应矩阵，其中“^”表示对实际矩阵的估计。可选地，接收实体可以例如基于接收到的已利用V(m)发射的导频符号，直接估计有效信道响应矩阵 H _eff(m)。导频符号是导频的调制符号，其是发射和接收实体先验已知的数据。

通常，可以经由MIMO信道同时发射任意数量的(N_D个)数据流，其中N_S≥N_D≥1。例如，如果N_D＝N_S，则可在 H _eff(m)的N_S个空间信道中每一个空间信道上发射一个数据流。如果N_D＝1，则一个数据流可被解复用并在 H _eff(m)的所有N_S个空间信道上发射。任何情况下，如下所述，处理(例如，编码、交织和调制)每个数据流以得到数据符号，并且所有N_D个数据流的数据符号被解复用为对应于H _eff(m)的N_S个空间信道的N_S个数据符号流。一个导引矩阵用于对一个发射间距执行空间处理，其可覆盖一个或多个数据符号向量。

图1示出利用空间扩频发射数据的过程100。首先，对数据进行处理以得到包括对应于N_D个数据流的N_D个数据符号块的集合，每个数据流对应于一个块(方框112)。每个数据符号块包括从编码数据的一个码块(或一个编码数据分组)产生的数据符号。按照如下所述的方式执行数据处理。将N_D个数据符号块划分成将要在N_M个发射间距中发射的N_M个数据符号子块，在每个发射间距中发射一个子块(方框114)。N_M也被称为块长度且N_M＞1。每个子块可包括来自N_D个块中每一个块的一个或多个数据符号。例如，如果N_D＝N_S，则每个子块可包括来自对应于N_S个数据流的N_S个块的N_S个数据符号。另一个例子是，如果N_D＝1，则每个子块可包括来自对应于一个数据流的一个块的N_S个数据符号。将索引m设置为1，其中m用来表示对应于当前数据符号块集合的发射间距(方框116)。

对每个发射间距m使用一个导引矩阵 V(m)以进行空间处理。可从包括L个导引矩阵的集合{ V}中选择该导引矩阵 V(m)(方框118)。然后，利用导引矩阵 V(m)对数据符号子块m执行空间处理，以得到发射符号(方框120)。如果发射间距m覆盖一个数据符号向量，则由数据符号子块m形成一个包括多达N_S个数据符号的向量 s(m)，并利用导引矩阵 V(m)对向量 s(m)执行空间处理以得到对应的发射符号向量 x(m)，如方程(3)所示。如果发射间距m覆盖多个(N_V个)数据符号向量，则由数据符号子块m形成N_V个向量 s _l(m)，l＝1...N_V，并且利用同一导引矩阵 V(m)对每个向量 s _l(m)执行空间处理，以得到对应的发射符号向量 x _l(m)。无论如何，对于采用发射间距m的所有数据符号向量，使用同样的导引矩阵 V(m)执行空间处理，并且对产生的发射符号向量执行处理，并经由N_T个发射天线在发射间距m中发射所述发射符号向量(方框122)。

接着，判断是否已经处理并发射了N_M个数据符号子块(即，m是否等于N_M)(方框124)。如果答案为“否”，则索引m增加以用于下一个子块/发射间距(方框126)，并且处理返回到方框118。如果方框124的答案为“是”，则判断是否有更多数据要发射(方框128)。如果答案为“是”，则处理返回到方框112以开始对下一个数据符号块集合的处理。否则，处理结束。

如图1所示，利用N_M个导引矩阵对每个数据符号块集合执行空间处理以得到N_T个发射符号序列。每个发射符号序列经由N_T个发射天线中对应的天线在N_M个发射间距中发射。对于N_D个数据符号块，N_M个导引矩阵使接收实体观测的有效MIMO信道随机化。MIMO信道的随机性是通过对不同的发射间距使用不同的导引矩阵而产生的，而不必通过导引矩阵中元素的随机性来产生。

如上所述，发射间距可被定义为覆盖一个或多个符号周期和/或一个或多个子带。为了得到改进的性能，期望选择尽可能小的发射间距，以便(1)可将更多的导引矩阵用于每个数据符号块，以及(2)对于每个数据符号块，接收实体可以得到尽可能多的MIMO信道的“表象(looks)”。发射间距也应该比MIMO信道的相干时间更短，该相干时间是指可将MIMO信道假设为近似静态的持续时间。同样地，发射间距应该比基于OFDM的系统的信道的相干带宽更窄。

图2示出利用空间扩频接收数据的过程200。首先，将索引m设置为1，其中m用来表示对应于当前数据符号块集合的发射间距(方框212)。从N_R个接收天线得到数据符号子块m的接收的数据符号(方框214)。确定发射实体用于子块m的导引矩阵 V(m)(方框216)，并将导引矩阵 V(m)用于导出对由子块m观测的有效MIMO信道的信道响应估计。接着，将该信道响应估计用于对接收到的数据符号执行接收机空间处理，以得到对应于子块m的检测符号(或数据符号估计)(方框218)。

接着，判断是否已经接收了当前数据符号块集合的N_M个数据符号子块(即，m是否等于N_M)(方框220)。如果答案为“否”，则索引m增加以用于下一个子块/发射间距(方框222)，并且处理返回到方框214。如果方框220的答案为“是”，则处理(例如解调、解交织和解码)所有N_M个子块的检测符号，以得到对应于当前数据符号块集合的解码数据(方框224)。接着，判断是否有更多的数据要接收(方框226)。如果答案为“是”，则处理返回到方框212以开始接收下一个数据符号块集合。否则，处理结束。

A.导引矩阵的选择

如上所述，产生包括L个导引矩阵的集合，并将其用于空间扩频。可通过不同的方式选择使用集合中的导引矩阵。在一个实施例中，以确定的方式从集合中选择导引矩阵。例如，该L个导引矩阵可以从头至尾地循环，并以顺序次序加以选择，从第一个导引矩阵 V(1)开始，接着是第二个导引矩阵 V(2)，以此类推，直到最后一个导引矩阵V(L)。在另一个实施例中，以伪随机的方式从集合中选择导引矩阵。例如，可以基于用于伪随机地选出L个导引矩阵之一的函数f(m)来选择用于每个发射间距m的导引矩阵，即，导引矩阵 V(f(m))。在另一个实施例中，以“变换排列(permutated)”的方式从集合中选择导引矩阵。例如，L个导引矩阵可以从头至尾地循环，并以顺序次序加以选择使用。但是，可以以伪随机的方式选出每一次循环的起始导引矩阵，而不必总是第一个导引矩阵 V(1)。也可通过各种其它方式选择L个导引矩阵，这些都将落在本发明的范围之内。

导引矩阵的选择也可基于集合中导引矩阵的数量(L)和块长度(N_M)。通常，导引矩阵的数量可以大于、等于或小于块长度。可按照以下描述执行所述三种情况下的导引矩阵的选择。

如果L＝N_M，则导引矩阵的数量匹配于块长度。在这种情况下，可为用于发射数据符号块集合的N_M个发射间距中的每一个发射间距选择不同的导引矩阵。如上文所述，可以以确定的、伪随机的或变换排列的方式选择用于N_M个发射间距的N_M个导引矩阵。例如，可以以顺序次序从集合中为每个数据符号块集合选择L个导引矩阵，并对每个数据符号块集合使用相同的(预先选择的)或不同的(伪随机选择的)起始导引矩阵。

如果L＜N_M，则块长度大于集合中导引矩阵的数量。在这种情况下，可对每个数据符号块集合重复使用导引矩阵，并可按照上文所述方式选择导引矩阵。

如果L＞N_M，则将导引矩阵的子集用于每个数据符号块集合。对于用于每个数据符号块集合的特定子集的选择可以是确定的或伪随机的。例如，用于当前数据符号块集合的第一个导引矩阵可以是用于前一数据符号块集合的最后一个导引矩阵之后的导引矩阵。

B.系统

图3示出MIMO系统300中发射实体310和接收实体350的框图。在发射实体310处，发射(TX)数据处理器320接收并处理(例如，编码、交织和调制)N_D个数据流的业务数据，并提供N_S个数据符号流，其中N_S≥N_D≥1。TX空间处理器330接收并空间处理用于空间扩频的N_S个数据符号流，复用到导频符号中，并向N_T个发射机单元(TMTR)332a到332t提供N_T个发射符号流。下面描述TX数据处理器320执行的处理，TX空间处理器330执行的空间处理如上文所述。每个发射机单元332调整(例如，转换为模拟、滤波、放大和上变频)各自的发射符号流以产生调制信号。N_T个发射机单元332a到332t分别提供从N_T个发射天线334a到334t发射的N_T个调制信号。

在接收实体350处，N_R个天线352a到352r接收N_T个发射信号，并且每个天线352为各自的接收机单元(RCVR)354提供接收信号。每个接收机单元354执行与发射机单元332执行的处理相互补的处理，并且(1)向接收(RX)空间处理器360提供所接收的数据符号，以及(2)向控制器380内的信道估计器384提供所接收的导频符号。接收空间处理器360利用来自信道估计器384的信道估计，对来自N_R个接收机单元354a到354r的N_R个接收符号流执行空间处理，并且提供N_S个检测符号流，该N_S个检测符号流是对发射实体310发送的N_S个数据符号流的估计。接着，RX数据处理器370处理(例如，解映射、解交织和解码)所述N_S个检测符号流并提供N_D个解码数据流，该N_D个解码数据流是对N_D个数据流的估计。

控制器340和380分别控制在发射实体310和接收实体350处不同处理单元的操作。存储器单元342和382分别存储控制器340和380使用的数据和/或程序代码。

图4示出在发射实体310处的处理单元的框图。对于图4中所示的实施例，TX数据处理器320包括用于N_D个数据流{d_l}的N_D个数据流处理器410a到410nd，其中l＝1...N_D。在每个数据流处理器410中，编码器412接收数据流{d_l}，基于编码方案对数据流{d_l}进行编码，并提供编码比特。该编码方案可包括循环冗余校验(CRC)生成、卷积编码、Turbo编码、低密度奇偶校验(LDPC)编码、块编码、其它编码或其组合。信道交织器414基于交织方案对编码比特进行交织(即，重新排序)，以获得频率、时间和/或空间分集。符号映射单元416基于调制方案映射交织比特，并提供数据符号流{s_l}。单元416对每个包括B个交织比特的集合进行编组，以形成B-比特值，其中B≥1，并进一步基于所选调制方案(例如，QPSK、M-PSK或M-QAM，其中M＝2^B)将每个B-比特值映射到特定的调制符号。通常，对每个数据流{d_l}中的每个数据分组单独执行编码以得到相应的编码数据分组或码块，接着对每个码块执行符号映射以得到对应的数据符号块。

在图4中，N_D个数据流处理器410a到410nd处理所述N_D个数据流，并为N_M个发射间距的每个块长度提供N_D个数据符号块。一个数据流处理器410也可以以例如时分复用(TDM)方式处理N_D个数据流。可将相同或不同的编码和调制方案用于N_D个数据流。而且，可将相同或不同的数据速率用于N_D个数据流。复用器/解复用器(Mux/Demux)420接收对应于N_D个数据流的数据符号，并将其复用/解复用为N_S个数据符号流， H _eff(m)的每个空间信道对应于一个数据符号流。如果N_D＝N_S，则Mux/Demux 420可以简单地将对应于每个数据流的数据符号提供为一个数据符号流。如果N_D＝1，则Mux/Demux 420将对应于所述一个数据流的数据符号解复用为N_S个数据符号流。

对于N_M个发射间距的每个块长度，TX空间处理器330从TX数据处理器320接收N_S个数据符号块，并从控制器340接收N_M个导引矩阵 V(m)。根据需要，可以从存储器单元342中的导引矩阵(SM)存储器442中取出导引矩阵，或由控制器340生成导引矩阵。TX空间处理器330利用用于每个发射间距m的导引矩阵 V(m)对与该发射间距m对应的数据符号执行空间处理，并提供用于该发射间距的发射符号。TX空间处理器330对用于每个发射间距m的发射符号进行复用，以得到N_T个发射符号序列，这些发射符号序列将在一个或多个符号周期内和/或一个或多个子带上从N_T个发射天线发送。TX空间处理器330还将用于不同的发射间距的N_T个发射符号序列进行复用，并为N_T个发射天线提供N_T个发射符号流{x_j}，其中产j＝1...N_T。

图5示出在接收实体350处的处理单元的框图。N_R个接收机单元354a到354r向信道估计器384提供接收到的导频符号{r_i ^p}，i＝1...N_R。在一个实施例中，信道估计器384基于所接收的导频符号导出

是对信道响应矩阵 H(m)的估计。信道估计器384还接收用于每个发射间距m的导引矩阵 V(m)，并按照 ${\underset{\‾}{\overset{^}{H}}}_{\mathrm{eff}}\left(m\right)=\underset{\‾}{\overset{^}{H}}\left(m\right)\·\underset{\‾}{V}\left(m\right)$ 导出估计的有效信道响应矩阵。对于该实施例，接收和发射实体被同步，以使两个实体对每个发射间距m使用同一导引矩阵 V(m)。在另一个实施例中，信道估计器384基于接收的导频符号直接导出

是对有效信道响应矩阵 H _ett(m)的估计。对于上述两个实施例，信道估计器384都向RX空间处理器360提供估计的有效信道响应矩阵

RX空间处理器360也从N_R个接收机单元354a到354r得到接收的数据符号{r_i ^d}，其中i＝1...N_R。RX空间处理器360利用 并采用本领域公知的多个接收机空间处理技术中的任意一个，对接收的数据符号执行接收机空间处理。RX空间处理器360向RX数据处理器370提供检测符号(或数据符号估计)。

对于图5所示的实施例，RX数据处理器370包括复用器/解复用器(Mux/Demux)508以及用于N_D个数据流的N_D个数据流处理器510a到510nd。Mux/Demux 508接收对应于 H _eff(m)的N_S个空间信道的N_S个检测符号流，并将其复用/解复用为对应于N_D个数据流的N_D个检测符号流。Mux/Demux 508以与图4中发射实体310处的Mux/Demux 420互补的方式工作。在每个数据流处理器510中，符号解映射单元512根据用于相关数据流的调制方案，对与该相关数据流对应的检测符号进行解调，并提供解调数据。信道解交织器514以与发射实体310对该流执行的交织相互补的方式，对解调数据进行解交织。解码器516接着以与发射实体310对该流执行的编码相互补的方式，对解交织的数据进行解码。例如，如果分别在发射实体310处执行Turbo或卷积编码，则在解码器516处使用Turbo解码器或Viterbi解码器。解码器516为每个数据符号块提供解码数据分组。

C.MIMO-OFDM系统

利用OFDM，可以在每个OFDM符号周期中在N_F个子带上发射多达N_F个调制符号。在发射之前，利用N_F点快速傅立叶逆变换(IFFT)将这些调制符号转换到时域，以生成包括N_F个时域码片的“转换的”符号。为抑制由频率选择性衰落引起的符号间干扰(ISI)，重复每个转换符号中的一部分(或N_cp个码片)以形成对应的OFDM符号。每个OFDM符号在一个OFDM符号周期内发射，该OFDM符号周期即N_F+N_cp个码片周期，其中N_cp是循环前缀的长度。

对于利用OFDM的MIMO系统(即，MIMO-OFDM系统)，可对用于数据发射的每一个子带执行空间扩频。这样，发射间距的索引m被用于子带k和OFDM符号周期n的k、n所代替。可在每个OFDM符号周期n中为每个子带k形成一个向量 s(k，n)。每个向量 s(k，n)包括多达N_S个数据符号，这些数据符号将在OFDM符号周期n中在子带k中经由 H _eff(k，n)的N_S个空间信道发射。可以在一个OFDM符号周期中，在N_F个子带上同时发射多达N_F个向量 s(k，n)，  k＝1...N_F。

在MIMO-OFDM系统中，可以通过不同的方式发射包括N_D个数据符号块的集合。例如，每个数据符号块可以作为对应于N_F个子带中每一个子带的向量 s(k，n)的一个项而被发射。在这种情况下，每个数据符号块在所有N_F个子带上发射并实现频率分集。每个数据符号块可进一步跨越一个或多个OFDM符号周期。这样，每个数据符号块可跨越频率和/或时间维度(通过系统设计)以及空间维度(利用空间扩频)。

对于MIMO-OFDM系统，也可通过不同的方式选择导引矩阵。如上所述，可以以确定的、伪随机的或变换排列的方式选择用于子带的导引矩阵。例如，可以从头至尾地循环集合中的L个导引矩阵，并以顺序次序在OFDM符号周期n中为子带1到N_F进行选择，接着在OFDM符号周期n+1中为子带1到N_F进行选择，以此类推。发射间距可以定义为覆盖一个或多个子带以及一个或多个OFDM符号周期。集合中导引矩阵的数量可小于、等于或大于子带的数量。通过将N_M替换为N_F，可以将上文所述的L＝N_M、L＜N_M和L＞N_M三种情况应用于子带。

对于MIMO-OFDM系统，每个发射机单元332对与相关发射天线的所有N_F个子带对应的发射符号执行OFDM调制，以得到对应的OFDM符号流。每个发射机单元332进一步调整OFDM符号流以产生调制信号。每个接收机单元354对其接收信号执行互补的OFDM解调，以得到接收的数据符号和接收的导频符号。OFDM调制和解调在本领域是公知的，本文不再描述。

D.导引矩阵的生成

空间扩频所用的导引矩阵应该是酉矩阵并且满足以下条件：

V ^H(i)· V(i)＝ I，i＝1...L，           方程(5)

其中“^H”表示共轭转置。每个导引矩阵包括N_S个列，其可表示为 $\underset{\‾}{V}\left(i\right)=[{\underset{\‾}{v}}_1\left(i\right){\underset{\‾}{v}}_2\left(i\right)...{\underset{\‾}{v}}_{N_S}\left(i\right)].$ 对于给定的导引矩阵 V(i)方程(5)中的条件指出：(1) V(i)的每一列应该为单位长度，即 $\left|\right|{\underset{\‾}{v}}_a\left(i\right)\left|\right|={\underset{\‾}{v}}_a^H\left(i\right){\·\underset{\‾}{v}}_a\left(i\right)=1,$ 其中a＝1...N_S；以及(2) V(i)任意两列的埃尔米特(Hermitian)内积应为零，即 ${\underset{\‾}{v}}_a^H\left(i\right){\·\underset{\‾}{v}}_b\left(i\right)=0,$ 其中a＝1...N_S，b＝1...N_S，且a≠b。该条件确保利用导引矩阵 V(i)同时发射的N_S个数据符号具有相同的功率并且在发射前彼此正交。

一些导引矩阵也可能是不相关的，使得任何两个不相关的导引矩阵之间的相关性为零或较低的值。该条件可以被表示为：

C(ij)＝ V ^H(i)· V(j)≈ 0，其中i＝1...L，j＝1...L，且i≠j，方程(6)

其中 C(ij)是 V(i)和 V(j)的相关矩阵， 0是全零矩阵。

对于集合中所有的导引矩阵来说要满足方程(6)中的条件可能是困难的。导引矩阵可以被导出为使得所有可能的导引矩阵对的最大相关矩阵能量被最小化。可以利用方程(6)中所示方法计算给定的一对导引矩阵的相关矩阵 C(ij)。 C(ij)的能量可以被计算为 $E\left(\mathrm{ij}\right)={\left|\right|\underset{\‾}{C}\left(\mathrm{ij}\right)\left|\right|}^2=\underset{m=1}{\overset{N_S}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N_S}{\mathrm{\Σ}}}{\left|c_{m,n}\left(\mathrm{ij}\right)\right|}^2,$ 其中c_m，n(ij)，是 C(ij)的第m行第n列的单元。能量E(ij)也是：(1) C ^H(ij)· C(ij)的迹，以及(2) C(ij)的弗罗伯尼范数(Frobenius norm)的平方。导引矩阵被产生为使得所有导引矩阵对的最大能量E(ij)被最小化。

可通过不同的方式产生包括L个导引矩阵的集合{ V}，下文将描述其中的一些方式。导引矩阵集合可以被预先计算并存储在发射和接收实体中，然后当需要时可以对其进行调用。可选地，根据需要可以实时地计算这些导引矩阵。

图6示出用于生成导引矩阵集合{ V}的第一个方案的示例性处理600。首先，对于待产生的第一个导引矩阵，将索引i设置为1(方框612)。接着产生N_S×N_T随机变量矩阵 G(方框614)。 G的元素是分别具有零均值和单位方差的多个独立同分布(IID)的复数高斯随机变量。接着可按照 R＝ G ^H· G计算 G的N_T×N_T相关矩阵(方框616)。

接着执行 G的相关矩阵的本征值分解(方框618)，如下：

R＝ E· D· E ^H，                         方程(7)

其中 E是 R的本征向量组成的N_T×N_S酉矩阵；以及

D是 R的本征值组成的N_S×N_S对角矩阵。

对角矩阵 D包括对角线上的非负实数值和其它位置的零值。这些对角项被称为 R的本征值，并且代表 G的N_S个本征模的功率增益。

接着校验本征向量矩阵 E与已经为该集合产生的每个导引矩阵之间的相关性(方框620)。第一个导引矩阵跳过方框620。可以通过如下步骤实现校验，例如(1)计算矩阵 E与每个已产生的导引矩阵V(j)之间的相关矩阵 C(j)，其中j＝1...(i-1)，(2)如上文所述计算每个相关矩阵 C(j)的能量，(3)将每个相关矩阵的能量与门限值进行比较，以及(4)如果所有i-1个相关矩阵的能量都小于门限值，则表明是低相关性。也可以使用其它校验低相关性的测试，其也落入本发明的范围之内。接着，判断本征向量矩阵 E是否满足低相关性标准(方框622)。如果矩阵E与任何一个预先产生的导引矩阵的相关性超过了门限值，则不满足低相关性标准。如果是这种情况，则处理返回到方框614以产生另一个矩阵 G。否则，如果满足低相关性标准，则将导引矩阵 V(i)设置为等于矩阵 E(方框624)。如方程(7)所示，由于矩阵 E是通过本征值分解而得到的，因而导引矩阵 V(i)是酉矩阵。

接着，判断是否已产生该集合中的所有L个导引矩阵(方框626)。如果答案为“否”，则索引i增加(方框628)，并且处理返回到方框614以产生下一个导引矩阵。否则，处理结束。

利用过程600产生的导引矩阵可以通过以下步骤得到改进，(1)识别出其相关矩阵具有最高能量的导引矩阵对，以及(2)通过将导引矩阵自左乘酉矩阵来“分离”这两个导引矩阵(从而产生的矩阵也是酉矩阵)。自左乘的酉矩阵可以以确定的或随机的方式加以选择以便修改两个导引矩阵。上述处理可以重复执行，直到相关矩阵的最大能量不能再进一步减小为止。

在第二个方案中，基于包括(log₂L)+1个独立各向同性分布(independent isotropically distributed)酉矩阵的集合产生包括L个导引矩阵的集合。如果自左乘任意确定的N_T×N_T酉矩阵后随机酉矩阵的概率密度不变，则该随机酉矩阵是各向同性分布的。集合中导引矩阵的索引i可被表示为i＝l₁l₂...l_Q，其中Q＝log₂L，l₁是索引i的第一个比特，l_Q是索引i的最后一个比特，并且每个比特可取值0或1。接着可按如下方程产生L个导引矩阵：

$\underset{\‾}{V}(l_1{l}_2...l_Q)={\underset{\‾}{\mathrm{\Ω}}}_1^{l_1}\·{\underset{\‾}{\mathrm{\Ω}}}_2^{l_2}...{\underset{\‾}{\mathrm{\Ω}}}_Q^{l_Q}{\·\underset{\‾}{V}}_0,$ 其中l₁，l₂，...，l_Q∈{0，1}，方程(8)

其中V₀是N_T×N_S独立各向同性分布酉矩阵；以及

Ω _j ^lj是N_T×N_T独立各向同性分布酉矩阵，其中j＝1...Q。

例如，矩阵 V ₀可以被定义为 ${\underset{\‾}{V}}_0^T=\left[\begin{array}{cc}{\underset{\‾}{I}}_{N_S}& \underset{\‾}{0}\end{array}\right],$ 其中 I _NS是N_S×N_S单位矩阵。T.L.Marzetta等人在2002年4月的IEEE Transaction onInformation Theory(IEEE信息论汇刊)第48卷第4期的“StructuredUnitary Space-Time Autocoding Constellations(结构化酉空时自动编码星座图)”中更为详细地描述了第二个方案。

在第三个方案中，通过在N_T维的复空间中连续旋转起始酉导引矩阵 V(1)而产生包括L个导引矩阵的集合，如下：

V(i+1)＝ Θi· V(1)，其中i＝1...L-1，       方程(9)

其中 Θ ⁱ是N_T×N_T对角酉矩阵，可定义为：

方程(10)

其中u₁，u₂，...u_NT是N_T个不同的值，每个值都处于0到L-1的范围之内，其被选择为使得利用矩阵 Θ ⁱ产生的多个导引矩阵之间的相关性尽可能小。 Θ ⁱ的N_T个对角元素是L阶单位根。可以利用N_T×N_T傅立叶矩阵 D的N_S个不同的列来形成起始酉导引矩阵 V(1)，其中第(n，m)项w_n，m被表示为：

$w_{n,m}=e^{-j2\mathrm{\π}\frac{(n-1)(m-1)}{N_T}},$ 其中n＝{1...N_T}且m＝{1...N_T}，方程(11)

其中n是行索引，m是列索引。B.M.Hochwald等人在2000年9月的IEEE Transaction on Information Theory(IEEE信息论汇刊)第46卷第6期的“Systematic Design of Unitary Space-Time Constellations”(酉空时星座图的系统设计)中更为详细地描述了第三个方案。

在第四个方案中，利用基础矩阵 B和不同的标量来产生包括L个导引矩阵的集合。基础矩阵可以是沃尔什(Walsh)矩阵、傅立叶矩阵或其它矩阵。2×2沃尔什矩阵可以表示为 ${\underset{\‾}{W}}_{2\×2}=\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ 1& -1\end{array}\right].$ 较大的沃尔什矩阵 W _N×N可以由较小的沃尔什矩阵 W _N×N形成，如下：

${\underset{\‾}{W}}_{2N\×2N}=\left[\begin{array}{cc}{\underset{\‾}{W}}_{N\×N}& {\underset{\‾}{W}}_{N\×N}\\ {\underset{\‾}{W}}_{N\×N}& -{\underset{\‾}{W}}_{N\×N}\end{array}\right],$ 方程(12)

沃尔什矩阵的维数是2的幂。可以如方程(11)所示形成任意方形维度(例如2、3、4、5等等)的傅立叶矩阵。

可将N_T×N_T沃尔什矩阵 W、傅立叶矩阵 D或其它矩阵用作基础矩阵 B以形成其它导引矩阵。基础矩阵的第2到第N_T行中的每一行都可以独立地与M个不同的可能标量中的一个相乘，其中M＞1。可以从M个标量对N_T-1行的M^NT-1个不同排列来得到M^NT-1个不同的导引矩阵。例如，第2到第N_T行中的每一行可以独立地与+1、-1、+j或-j中的一个标量相乘，其中 $j=\sqrt{-1}.$ 对于N_T＝4以及M＝4的情况，可以利用所述四个不同的标量从基础矩阵 B产生64个不同的导引矩阵。附加的导引矩阵可以利用例如e^±j3π/4、e^±jπ/4、e^±jπ/8等其它标量来产生。通常，基础矩阵的每一行可以同具有e^jθ形式的任意标量相乘，其中θ可以是任意相位值。可以按照 $\underset{\‾}{V}\left(i\right)=g_{N_T}\·\underset{\‾}{B}\left(i\right)$ 产生N_T×N_T导引矩阵，其中 $g_{N_T}=1/\sqrt{N_T},$ B(i)是利用基础矩阵 B产生的第i个矩阵。通过g_NT的缩放(scaling)确保 V(i)的每一列都具有单位功率。

也可采用其它方案产生导引矩阵集合，其将落入本发明的范围之内。通常，可以通过伪随机的方式(例如，诸如第一种方案)或确定的方式(例如，诸如第二和第三种方案)产生导引矩阵。

E.性能

图7示出示例性MIMO系统所实现的总频谱效率的累积分布函数(CDF)曲线图。对于该MIMO系统，发射实体配备四个发射天线(N_T＝4)，接收实体配备四个接收天线(N_R＝4)。假定MIMO信道如以上对方程(1)的描述。假定接收的SNR为20dB，该接收的SNR是在接收机空间处理之前的接收符号的SNR。假定接收实体使用最小均方差(MMSE)接收机空间处理技术。

曲线710示出未执行空间扩频情况下总频谱效率的CDF。以每赫兹每秒比特(bps/Hz)为单位给定频谱效率。对于给定的频谱效率x，CDF指示总频谱效率低于x的概率。例如，点712指示在不进行空间扩频的情况下，总频谱效率低于9bps/Hz的概率为百分之一(10^-2)。如果发射实体以9bps/Hz的总速率编码和发射数据，则接收实体有百分之一的概率不能正确解码数据。这一概率通常也被称为是“断线”率。

曲线720、730和740分别示出利用4、16和64个导引矩阵进行空间扩频所实现的总频谱效率的CDF。点722、732和742指示分别利用4、16和64个导引矩阵时，总频谱效率分别有百分之一的概率将低于12.5、14.6和15.8bps/Hz。在百分之一的断线率的情况下，对于示例性MIMO系统，使用空间扩频可将总频谱效率从9bps/Hz提高到接近15.8bps/Hz(利用64个导引矩阵)。线750对应于50％的概率，其可被参考用于确定四种情况下的平均总频谱效率。

图7示出在某些特定的假设下示例性MIMO系统的性能。通常，改进量可能取决于各种因素，例如，MIMO信道的特性、发射和接收天线的数量、接收实体处采用的空间处理技术、用于数据发射的编码和调制方案等等。

2.MISO系统

MISO系统在发射实体处使用多个(N_T个)发射天线，在接收实体处使用单个接收天线以用于数据传输。由N_T个发射天线和单个接收天线形成的MISO信道只由单个空间信道组成。MISO信道可以表征为1×N_T信道响应行向量 h， $\underset{\‾}{h}=\left[\begin{array}{cc}{h}_1& h_2...h_{N_T}\end{array}\right],$ 其中项h_j指示发射天线j和所述单个接收天线之间的耦合，j＝1...N_T。

空间扩频可用于使由单天线接收实体观测的有效MISO信道随机化，从而性能不会由最差情况的信道状况所指示。对于MISO系统，发射实体利用导引向量集合执行空间处理。

在MISO系统中，在发射实体处为空间扩频而执行的空间处理可以表示为：

x _miso...(m)＝ v(m)·s(m)，               方程(13)

其中s(m)是将要在发射间距m中发送的数据符号；

v(m)是用于发射间距m的N_T×1导引向量；以及

x _miso(m)是N_T×1向量，其具有将要在发射间距m中从N_T个发射天线发送的N_T个发射符号。

包括L个导引向量的集合可以被产生并表示为{ v}或 v(i)，其中i＝1...L。可以为每个发射间距m选择集合中的一个导引向量(例如，以伪随机或确定的方式，与上文中对导引矩阵的描述类似)。发射实体利用为每个发射间距m选择的导引向量 v(m)，对每个发射间距m执行空间处理。

在接收实体处进行了空间扩频的接收符号可以表示为：

r(m)＝ h(m)· v(m)·s(m)+n(m)＝h_eff(m)·s(m)+n(m)，方程(14)

其中r(m)是对应于发射间距m的接收符号；

h_eff(m)是对应于发射间距m的有效信道响应，且h_eff(m)＝ h(m)· v(m)；以及

n(m)是发射间距m的噪声。

如方程(14)所示，由于发射实体执行了空间扩频，数据符号流观测到有效信道响应h_eff(m)，其包括实际信道响应 h(m)和导引向量v(m)。接收实体可以利用有效信道响应估计

对接收符号r(m)执行检测(例如，匹配滤波或均衡)，以得到检测符号 这在本领域是公知的。接收实体进一步处理(例如，解调、解交织和解码)检测符号r(m)以得到解码数据。

在MISO系统中，用于空间扩频的导引向量应该具有相等的能量(例如|| v(i)||²＝ v ^H(i)· v(i)＝1，i＝1...L)，以便用于数据符号的发射功率不会被空间扩频改变。一些导引向量也可能是不相关的，从而任意两个不相关的导引向量之间的相关性为零或较低的值。这一条件可以表示为：

c(ij)＝ v ^H(i)· v(i)≈0，i＝1...L，j＝1...L，并且i≠j，方程(15)

其中c(ij)是导引向量 v(i)和 v(j)之间的相关性。

可以通过不同的方式(例如，以伪随机或确定的方式，与上文对导引矩阵的描述类似)产生包括L个导引向量的集合。如上所述产生的导引矩阵的列可以用作用于空间扩频的导引向量。

可以通过不同的方式来实现本文描述的空间扩频技术。例如，可以利用硬件、软件或其组合来实现这些技术。对于硬件实现，可以在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(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、其它被设计用于执行本文所述功能的电子元件或其组合中，实现用于在发射实体处执行空间扩频的处理单元。也可以在一个或多个ASIC、DSP、处理器等中实现用于在接收实体处执行空间处理的处理单元。

对于软件实现，可利用执行本文所述功能的多个模块(例如，处理、函数等)来实现空间扩频技术。软件代码可存储在存储器单元(例如，图3中的存储器单元342和382)中，并可由处理器(例如，控制器340和380)执行。存储器单元可在处理器内部或处理器外部实现，在存储器单元实现于处理器外部的情况下，其可经由本领域公知的各种方式与处理器通信连接。

本文包含的标题用于参考，其旨在定位特定的章节。这些标题并非用于限制其下面描述的概念的范围，这些概念可应用于整个说明书中的其它章节。

前面对公开实施例的说明用于使本技术领域的任何技术人员能够实现或使用本发明。对于本领域技术人员来说，这些实施例的各种变型是显而易见的，本文定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下应用于其它实施例。因此，本发明并不局限于本文示出的实施例，而是包括与本文公开的原理和新颖性特征相一致的最宽泛的范围。

Claims (53)

1、一种在无线多输入多输出(MIMO)通信系统中处理发射数据的方法，包括：

处理数据以得到至少一个数据符号块；以及

利用多个导引矩阵对所述至少一个数据符号块执行空间处理，以得到用于多个发射天线的多个发射符号序列，其中对于所述至少一个数据符号块，所述多个导引矩阵使得接收实体观测到的有效MIMO信道随机化。

2、如权利要求1所述的方法，其中，处理数据以得到所述至少一个数据符号块的步骤包括

对数据进行编码以产生至少一个编码数据块，以及

对每个编码数据块进行符号映射以得到对应的数据符号块。

3、如权利要求1所述的方法，还包括：

将所述至少一个数据符号块划分为多个数据符号子块；以及

为每个数据符号子块选择导引矩阵，其中对所述至少一个数据符号块执行空间处理的步骤包括：利用为每个数据符号子块选择的导引矩阵对所述每个子块执行空间处理。

4、如权利要求3所述的方法，其中划分所述至少一个数据符号块的步骤包括

将单个数据符号块划分为多个数据符号子块。

5、如权利要求3所述的方法，其中划分所述至少一个数据符号块的步骤包括

将多个数据符号块划分为多个数据符号子块。

6、如权利要求3所述的方法，其中划分所述至少一个数据符号块的步骤包括

将所述至少一个数据符号块划分为多个数据符号子块，使得每个子块包括所述至少一个块中每一块中的数据符号。

7、如权利要求3所述的方法，还包括：

在多个发射间距中发射经过空间处理的多个数据符号子块，在每个发射间距中发射一个子块。

8、如权利要求3所述的方法，还包括：

在一个符号周期中，从所述多个发射天线发射经过空间处理的每个数据符号子块。

9、如权利要求3所述的方法，还包括：

在相应的包括至少一个频率子带的一组子带上，从所述多个发射天线发射经过空间处理的每个数据符号子块。

10、如权利要求1所述的方法，还包括：

从所述多个发射天线发射所述多个发射符号序列。

11、如权利要求1所述的方法，还包括：

从包括L个导引矩阵的集合中选择所述多个导引矩阵，其中L是大于一的整数。

12、如权利要求1所述的方法，还包括：

以确定的方式从包括L个导引矩阵的集合中选择所述多个导引矩阵，其中L是大于一的整数。

13、如权利要求1所述的方法，还包括：

通过以顺序次序从头至尾地循环L个导引矩阵，从包括所述L个导引矩阵的集合中选择所述多个导引矩阵，其中L是大于一的整数。

14、如权利要求1所述的方法，还包括：

以伪随机的方式从包括L个导引矩阵的集合中选择所述多个导引矩阵，其中L是大于一的整数。

15、如权利要求3所述的方法，还包括：

为所述多个数据符号子块中的每个子块选择不同的导引矩阵。

16、如权利要求3所述的方法，还包括：

为所述多个子块中的包括L个子块的每个子集选择不同次序的L个导引矩阵，其中L是大于一的整数。

17、如权利要求1所述的方法，其中所述多个导引矩阵是酉矩阵。

18、如权利要求1所述的方法，其中所述多个导引矩阵在任意两个导引矩阵之间具有低相关性。

19、如权利要求1所述的方法，还包括：

利用基础矩阵和多个标量产生所述多个导引矩阵。

20、如权利要求1所述的方法，还包括：

基于起始的酉矩阵和包括L阶单位根的对角矩阵产生所述多个导引矩阵，其中L是大于一的整数。

21、如权利要求1所述的方法，还包括：

基于独立各向同性分布的酉矩阵集合产生所述多个导引矩阵。

22、如权利要求1所述的方法，还包括：

处理所述多个发射符号序列以进行正交频分复用(OFDM)。

23、如权利要求1所述的方法，还包括：

为用于数据发射的多个频率子带中的每个子带选择不同的导引矩阵。

24、如权利要求1所述的方法，还包括：

将所述至少一个数据符号块划分为多个数据符号子块，每个数据符号子块被指定在各自的包括至少一个频率子带的一组子带上从所述多个天线发射，其中执行空间处理的步骤包括：利用所述多个导引矩阵中一个相应矩阵，对与包括至少一个频率子带的每一组子带对应的数据符号子块执行空间处理。

25、一种用于无线多输入多输出(MIMO)通信系统中的设备，包括：

数据处理器，用于处理数据以得到至少一个数据符号块；以及

空间处理器，利用多个导引矩阵对所述至少一个数据符号块执行空间处理，以得到用于多个发射天线的多个发射符号序列，其中对于所述至少一个数据符号块，所述多个导引矩阵使接收实体观测的有效MIMO信道随机化。

26、如权利要求25所述的设备，其中数据被编码以产生至少一个编码数据块，并且其中每个编码数据块被映射以得到对应的数据符号块。

27、如权利要求25所述的设备，其中所述多个导引矩阵是酉矩阵。

28、如权利要求25所述的设备，其中所述空间处理器将所述至少一个数据符号块划分为多个数据符号子块，并且对所述多个数据符号子块中的每个子块利用所述多个导引矩阵中的一个导引矩阵执行空间处理。

29、如权利要求28所述的设备，还包括：

控制器，用于从包括L个导引矩阵的集合中为所述多个数据符号子块中的每个子块选择导引矩阵，其中L是大于一的整数。

30、如权利要求29所述的设备，其中所述控制器以确定的方式从包括L个导引矩阵的集合中选择所述多个导引矩阵。

31、如权利要求29所述的设备，其中所述控制器以伪随机的方式从包括L个导引矩阵的集合中选择所述多个导引矩阵。

32、如权利要求28所述的设备，其中所述MIMO系统使用正交频分复用(OFDM)。

33、一种用于无线多输入多输出(MIMO)通信系统中的设备，包括：

用于处理数据以得到至少一个数据符号块的装置；以及

用于利用多个导引矩阵对所述至少一个数据符号块执行空间处理，以得到用于多个发射天线的多个发射符号序列的装置，其中对于所述至少一个数据符号块，所述多个导引矩阵使接收实体观测的有效MIMO信道随机化。

34、如权利要求33所述的设备，还包括：

将所述至少一个数据符号块划分为多个数据符号子块的装置；以及

为所述多个数据符号子块中的每个子块选择导引矩阵的装置，其中用于执行空间处理的所述装置包括：用于利用为所述多个数据符号子块中的每个子块选择的导引矩阵，对每个子块执行空间处理的装置。

35、如权利要求33所述的设备，其中所述多个导引矩阵是酉矩阵。

36、如权利要求33所述的设备，还包括：

用于以确定的方式从包括L个导引矩阵的集合中选择所述多个导引矩阵的装置，其中L是大于一的整数。

37、如权利要求33所述的设备，还包括：

用于以伪随机的方式从包括L个导引矩阵的集合中选择所述多个导引矩阵的装置，其中L是大于一的整数。

38、一种在无线多输入单输出(MISO)通信系统中处理发射数据的方法，包括：

处理数据以得到一个数据符号块；以及

利用多个导引向量对所述数据符号块执行空间处理，以得到用于多个发射天线的多个发射符号序列，其中对于所述数据符号块，所述多个导引向量使接收实体观测的有效MISO信道随机化。

39、如权利要求38所述的方法，还包括：

将所述数据符号块划分为多个数据符号子块；以及

为所述多个数据符号子块中的每个子块选择导引向量，其中对所述数据符号块执行空间处理的步骤包括：利用为所述多个数据符号子块中的每个子块选择的导引向量，对每个子块执行空间处理。

40、如权利要求38所述的方法，其中所述多个导引向量中的任意一对导引向量具有低相关性。

41、如权利要求38所述的方法，还包括：

利用基础矩阵和至少一个标量产生所述多个导引向量。

42、如权利要求38所述的方法，还包括：

以确定的方式从包括L个导引向量的集合中选择所述多个导引向量，其中L是大于一的整数。

43、如权利要求38所述的方法，还包括：

以伪随机的方式从包括L个导引向量的集合中选择所述多个导引向量，其中L是大于一的整数。

44、一种在无线多输入多输出(MIMO)通信系统中接收数据发射的方法，包括：

得到对应于至少一个数据符号块的接收数据符号，在经由MIMO信道发射所述至少一个数据符号块之前已经利用多个导引矩阵对该数据符号块执行了空间处理；

得到对由所述MIMO信道和所述多个导引矩阵形成的有效MIMO信道的信道响应估计；以及

利用所述信道响应估计对所述接收数据符号执行接收机空间处理，以得到对所述至少一个数据符号块的数据符号估计。

45、如权利要求44所述的方法，还包括：

为每个发射间距选择导引矩阵，其中执行接收机空间处理的步骤包括：基于为每个发射间距选择的导引矩阵，对与每个发射间距对应的所述接收数据符号执行接收机空间处理。

46、如权利要求44所述的方法，还包括：

处理对所述至少一个数据符号块的所述数据符号估计，以得到对应于所述至少一个数据符号块的解码数据。

47、如权利要求44所述的方法，其中所述多个导引矩阵是酉矩阵。

48、一种用于无线多输入多输出(MIMO)通信系统中的设备，包括：

多个接收机单元，用于得到对应于至少一个数据符号块的接收数据符号，在经由MIMO信道发射所述至少一个数据符号块之前已经利用多个导引矩阵对该数据符号块执行了空间处理；

信道估计器，用于得到对由所述MIMO信道和所述多个导引矩阵形成的有效MIMO信道的信道响应估计；以及

空间处理器，用于利用所述信道响应估计对所述接收数据符号执行接收机空间处理，以得到对所述至少一个数据符号块的数据符号估计。

49、如权利要求48所述的设备，其中所述多个导引矩阵是酉矩阵。

50、一种用于无线多输入多输出(MIMO)通信系统中的设备，包括：

用于得到对应于至少一个数据符号块的接收数据符号的装置，在经由MIMO信道发射所述至少一个数据符号块之前已经利用多个导引矩阵对该数据符号块执行了空间处理；

用于得到对由所述MIMO信道和所述多个导引矩阵形成的有效MIMO信道的信道响应估计的装置；以及

用于利用所述信道响应估计对所述接收数据符号执行接收机空间处理，以得到对所述至少一个数据符号块的数据符号估计的装置。

51、如权利要求50所述的设备，还包括：

用于从包括L个导引矩阵的集合中为每个发射间距选择导引矩阵的装置，其中L是大于一的整数，并且其中用于执行接收机空间处理的所述装置包括：用于基于为每个发射间距选择的导引矩阵，对与每个发射间距对应的所述接收数据符号执行接收机空间处理的装置。

52、一种在无线多输入单输出(MISO)通信系统中接收数据发射的方法，包括：

得到对应于数据符号块的接收数据符号，在经由MISO信道发射该数据符号块之前已经利用多个导引向量对该数据符号块进行了空间处理；

得到对由所述MISO信道和所述多个导引向量形成的有效MISO信道的信道响应估计；以及

利用所述信道响应估计对所述接收数据符号执行检测，以得到对所述数据符号块的数据符号估计。

53、如权利要求52所述的方法，还包括：

从包括L个导引向量的集合中为每个发射间距选择导引向量，其中L是大于一的整数，并且其中基于为每个发射间距选择的导引向量，得到对每个发射间距的所述信道响应估计。

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