CN1981472B - 无线通信系统的传输模式和速率选择 - Google Patents

Abstract

为了选择传输模式以用于从站A到站B通过MIMO信道进行的数据传输，站A获得空间处理所用的信道信息并确定该信息的寿命。站A基于该信道信息的寿命和可能的其它信息(如，MIMO信道的衰落特性)来选择多个传输模式之一。为了选择用于数据传输的(多个)速率，站A获得指示MIMO信道的接收信号质量的信道状态信息(CSI)，如接收SNR或“初始”速率。站A确定CSI的寿命，并基于CSI、该CSI的寿命、选定的传输模式以及可能的其它信息，选择一个或多个“最终”速率。站A根据选定的传输模式和(多个)最终速率进行数据处理，并将处理过的数据发送至站B。

Description

无线通信系统的传输模式和速率选择

根据35 U.S.C.§119的优先权要求

本专利申请要求2004年5月7日提交的、名为“TransmissionMode Selection and Rate Selection for a Wireless CommunicationSystem”的临时申请No.60/569,201的优先权，该申请被转让给本申请的受让人，并特此通过引用并入此处。

技术领域

本发明总体上涉及通信，特别是涉及无线通信系统的传输模式和速率选择。

背景技术

无线多输入多输出(MIMO)系统使用发射实体中的多个(N_T)发射天线和接收实体中的多个(N_R)接收天线来进行数据传输。由N_T个发射天线和N_R个接收天线构成的MIMO信道可以被分解成N_S个空间信道，其中N_S≤min{N_T，N_R}。N_S个空间信道可用于并行传送数据以实现较高的吞吐量和/或冗余地传送数据以实现较好的可靠性。

每个空间信道可能经历多种有害信道状态，例如衰落、多径和干扰效应。N_S个空间信道可能经历不同信道状态，并且可以实现不同的信干噪比(SNR)。每个空间信道的SNR决定了它的传输容量，该传输容量典型地由可以在该空间信道上可靠传送的特定数据速率来进行量化。对于时变MIMO信道来讲，信道状态随时间而改变，每个空间信道的SNR也随时间而改变。对于不同空间信道的不同SNR，加上每个空间信道的SNR的时变特性，使得在MIMO系统中高效地传送数据富有挑战性。

因此，在本领域中，需要有在时变无线系统中高效地传送数据的技术。

发明内容

在此描述了用于在无线(如，MIMO)通信系统中为数据传输选择适当的传输模式和一个或多个适当的速率的技术。根据本发明的一个实施例，提供了一种方法，其中确定了可用于通过无线信道发送数据的信道信息的寿命(age)。基于该信道信息的寿命，从多个传输模式中选出一个传输模式。数据是根据选定的传输模式通过无线信道发送的。

根据另一个实施例，描述了一种包括控制器和空间处理器的装置。该控制器确定可用于通过无线信道发送数据的信道信息的寿命，并且基于该信道信息的寿命，从多个传输模式中选择一个传输模式。空间处理器根据选定的传输模式，对数据进行空间处理。

根据另一个实施例，描述了一种装置，其包括：用于确定可用于通过无线信道发送数据的信道信息的寿命的模块，和用于基于该信道信息的寿命从多个传输模式中选择一个传输模式的模块。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种方法，其中，获得了指示数据传输所用的无线信道的接收信号质量的信道状态信息。确定了信道状态信息的寿命。基于信道状态信息和信道状态信息的寿命，为通过无线信道的数据传输选择至少一个速率。

根据另一个实施例，描述了一种包括控制器和数据处理器的装置。该控制器获得指示数据传输所用的无线信道的接收信号质量的信道状态信息，确定信道状态信息的寿命，并且基于信道状态信息和信道状态信息的寿命，为通过无线信道的数据传输选择至少一个速率。该数据处理器根据由控制器选定的至少一个速率对数据进行处理。

根据另一个实施例，描述了一种装置，其包括：用于获得指示数据传输所用的无线信道的接收信号质量的信道状态信息的模块；用于确定信道状态信息的寿命的模块；和用于基于信道状态信息和信道状态信息的寿命，为通过无线信道的数据传输选择至少一个速率的模块。

根据另一个实施例，提供了一种方法，其中确定了可用于通过无线信道发送数据的信道信息的寿命。基于该信道信息的寿命，从多个传输模式中选择一个传输模式。获得指示无线信道的接收信号质量的信道状态信息。确定信道状态信息的寿命。基于信道状态信息和信道状态信息的寿命，为数据传输选择至少一个速率。根据为数据传输选定的传输模式和至少一个速率，通过无线信道发送数据。

下面将对本发明的多个方面和实施例进行详细描述。

附图说明

图1A和1B示出了两个示例性的导频和数据传输方案。

图2示出了可用于MIMO系统的帧结构。

图3示出了用于为数据传输选择传输模式的处理过程。

图4示出了用于为数据传输选择(多个)速率的处理过程。

图5示出了站A和B的框图。

具体实施方式

这里使用词语“示例性的”表示“用作例子、实例或例证”。这里被描述为“示例性的”任何实施例都不必被解释成相对于其它实施例是优选的或具有优势。

这里所描述的传输模式和速率选择技术可以用于多种无线通信系统。这些技术可以用于单载波以及多载波系统。这些技术还可以用于时分复用(TDD)以及频分复用(FDD)系统。对于FDD系统，下行链路(或前向链路)和上行链路(或反向链路)被分配了不同的频带，并且一条链路的信道响应可能并未很好地与另一条链路的信道响应相关。对于TDD系统，下行链路和上行链路共享同一个频带，并且通常在下行链路和上行链路信道响应之间存在着高度的相关性。可以以利用这个相关性的方式来进行导频传输、信道估计和空间处理。为了清楚起见，将在下面针对示例性的单载波TDD MIMO系统的来说明传输模式和速率选择。也为了清楚起见，对于从站A到站B的数据传输，将站A作为发射实体，而将站B作为接收实体。每个站可以是一个接入点(还可以称为基站)或用户终端(还可以称为移动台、用户设备、无线设备等)。

为了增强性能并具有较好的灵活性，该示例性的MIMO系统支持多种传输模式。每个传输模式可以以不同的方式执行空间处理(如果有的话)，并且可能需要或不需要信道信息以用于空间处理。表1列出了一些示例性的传输模式以及它们的简述。

                           表1

传输模式	说明
		导向模式(steered mode)	在MIMO信道的多条正交空间信道上传送多个数据流。
非导向模式(unsteered mode)	在MIMO信道的多条空间信道上传送多个数据流。

导向模式使用信道信息(如，本征矢量)以在MIMO信道的正交空间信道(或“本征模式”)上发送数据。非导向模式不需要任何信道信息就能够在MIMO信道的空间信道上发送数据。

MIMO系统可以采用针对非导向模式的空间扩展来增强性能。利用空间扩展，站A利用不同的导向矩阵来执行空间处理，使得数据传输观测到全体有效信道，并且数据传输不会被卡在单个坏信道实现上并持续长期时间。因此，性能并不受最差情况下的信道状态支配。

每个传输模式具有不同的能力和需求。导向模式典型地能够达到较好的性能，并且如果站A具有充足的信道信息以在正交空间信道上发送数据，就可以采用该模式。非导向模式不需要信道信息，但是其性能可能不如导向模式好。可以根据可用的信道信息、站A和B的能力、系统需求等，选择适当的传输模式。

对于导向模式，在由站A中的N_T个发射天线和站B中的N_R个接收天线组成的MIMO信道的N_S个本征模式上传送数据。MIMO信道可以用一个N_R×N_T信道响应矩阵H来表征，可以将该矩阵“对角化”以得到该MIMO信道的N_S个本征模式。可以通过执行H的奇异值分解或H的相关矩阵(即R＝H ^H H，其中H ^H表示H的共轭转置)的本征值分解来实现对角化。H的奇异值分解可以被表示为：

H＝U·∑·V ^H                        等式(1)

其中U是H的左本征矢量的N_R×N_R酉矩阵；

∑是H的奇异值的N_R×N_T对角矩阵；并且

V是H的右本征矢量的N_T×N_T酉矩阵。

酉矩阵M的特征在于其具有M ^H M＝I这种性质，其中I是单位矩阵。酉矩阵的列相互正交。V中的右本征矢量可以被站A用于空间处理，以在H的N_S个本征模式上发送数据。U中的左本征矢量可以被站B用于接收机空间处理，以恢复在N_S个本征模式上发送的数据。对角矩阵∑的对角线上的元素为非负实数值，其它位置的元素为零。这些对角项被称为H的奇异值，并且表示N_S个本征模式的信道增益。∑的对角元素可以按从最大到最小的顺序进行排序，V和U的列可以相应地进行排序，如下文所述。在Gilbert Strang的“Linear Algebra and ItsApplications”，第二版，Academic Press，1980中描述了奇异值分解。

站A执行针对导向模式的空间处理，如下：

x ^s＝V·s                                      等式(2)

其中s是一个矢量，其具有要在N_S个本征模式上发送的多达N_S个数据符号；和

x ^s是一个矢量，其具有要从N_T个发射天线发送的N_T个发送符号。如这里所用的，“数据符号”是针对数据的调制符号，“导频符号”是针对导频(其是站A和B预先已知的数据)的调制符号，“发送符号”是要从发射天线发出的符号，“接收到的符号”是从接收天线获得的符号。

在站B处接收到的符号可以被表示为：

${\underset{\‾}{r}}^s=\underset{\‾}{H}\·{\underset{\‾}{x}}^s+\underset{\‾}{n}=\underset{\‾}{H}\·\underset{\‾}{V}\·\underset{\‾}{s}+\underset{\‾}{n}={\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^s\·\underset{\‾}{s}+\underset{\‾}{n}$ 等式(3)

其中r ^s是一个矢量，其具有N_R个接收天线的N_R个接收到的符号；

${\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^s=\underset{\‾}{H}\·\underset{\‾}{V}$ 是对于导向模式，s观测到的有效MIMO信道响应矩阵；并且

n是一个噪声矢量。

为了简单起见，将噪声假设成是加性高斯白噪声(AWGN)，其具有零均值矢量和协方差矩阵

其中σ_noise ²是噪声的方差。站B可以利用多种接收机处理技术来恢复s中的数据符号。

站B可以执行针对导向模式的完整CSI(full-CSI)空间处理，如下：

${\underset{\‾}{\overset{^}{s}}}_{\mathrm{fcsi}}^s={\underset{\‾}{\mathrm{\Σ}}}^{-1}\·{\underset{\‾}{U}}^H\·{\underset{\‾}{r}}^s={\underset{\‾}{\mathrm{\Σ}}}^{-1}\·{\underset{\‾}{U}}^H\underset{\‾}{H}\·{\underset{\‾}{x}}^s+{\underset{\‾}{n}}_{\mathrm{fcsi}}=\underset{\‾}{s}+{\underset{\‾}{n}}_{\mathrm{fcsi}}$ 等式(4)

其中

是一个矢量，其具有多达N_S个“检测到的”数据符号，这些数据符号是对s中的多达N_S个数据符号的估计；并且

n _fcsi是进行接收机空间处理后的噪声。

作为选择，站B可以执行最小均方误差(minimum mean squareerror，MMSE)空间处理，如下：

${\underset{\‾}{\overset{^}{s}}}_{\mathrm{mmse}}^s={\underset{\‾}{D}}_{\mathrm{mmse}}^s\·{\underset{\‾}{M}}_{\mathrm{mmse}}^s\·{\underset{\‾}{r}}^s={\underset{\‾}{D}}_{\mathrm{mmse}}^s\·{\underset{\‾}{Q}}_{\mathrm{mmse}}^s\·\underset{\‾}{s}+{\underset{\‾}{n}}_{\mathrm{mmse}}^s$ 等式(5)

其中 ${\underset{\‾}{M}}_{\mathrm{mmse}}^s={[{{\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^s}^H\·{\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^s+{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{noise}}^2\·\underset{\‾}{I}]}^{-1}\·{{\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^s}^H$ 是MMSE空间滤波矩阵；

${\underset{\‾}{Q}}_{\mathrm{mmse}}^s={\underset{\‾}{M}}_{\mathrm{mmse}}^s\·{\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^s;$

${\underset{\‾}{D}}_{\mathrm{mmse}}^s={\left[\mathrm{diag}\right[{\underset{\‾}{Q}}_{\mathrm{mmse}}^s\left]\right]}^{-1}$ 是对角矩阵；并且

n _mmse ^s是用于导向模式的MMSE滤波后的噪声。空间滤波矩阵M _mmse ^s最小化来自于空间滤波器的符号估计和s中的数据符号之间的均方误差。来自于空间滤波器的符号估计是对数据符号的非标准化估计。与缩放矩阵D _mmse ^s相乘提供了对数据符号的标准化估计。

对于具有空间扩展的非导向模式，站A执行如下的空间处理：

x ^u＝V _ss·s                                  等式(6)

其中V _ss是用于空间扩展的N_T×N_T导向矩阵；并且

x ^u是一个矢量，其具有用于非导向模式的N_T个发送符号。利用空间扩展，s中的每一个数据符号都被用V ^ss中的相应列进行空间扩展。矩阵V _ss典型地随时间和/或频率变化，但该矩阵对于站A和站B来讲是已知的。x ^u中的每个发送符号包括s中的N_S个数据符号中的每一个的一个分量。

对于非导向模式，在站B接收到的符号可以被表示为：

${\underset{\‾}{r}}^u=\underset{\‾}{H}\·{\underset{\‾}{x}}^u+\underset{\‾}{n}=\underset{\‾}{H}\·{\underset{\‾}{V}}_{\mathrm{ss}}\·\underset{\‾}{s}+\underset{\‾}{n}={\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^u\·\underset{\‾}{s}+\underset{\‾}{n}$ 等式(7)

其中r ^u是一个矢量，其具有N_R个接收天线的N_R个接收到的符号；并且

${\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^u=\underset{\‾}{H}\·{\underset{\‾}{V}}_{\mathrm{ss}}$ 是对于具有空间扩展的非导向模式，s观测到的有效MIMO信道响应矩阵。

站B可以执行信道相关矩阵求逆(channel correlation matrixinversion，CCMI)空间处理，其通常也被称为迫零(zero-forcing)，如下：

${\underset{\‾}{\overset{^}{s}}}_{\mathrm{ccmi}}^u={\underset{\‾}{M}}_{\mathrm{ccmi}}^u\·{\underset{\‾}{r}}^u=\underset{\‾}{s}+{\underset{\‾}{n}}_{\mathrm{ccmi}}^u$ 等式(8)

其中 ${\underset{\‾}{M}}_{\mathrm{ccmi}}^u={[{{\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^u}^H\·{\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^u]}^{-1}\·{{\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^u}^H$ 是CCMI空间滤波矩阵；并且n _ccmi ^u是用于非导向模式的CCMI滤波后的噪声。

作为选择，站B可以执行MMSE空间处理，如下：

${\underset{\‾}{\overset{^}{s}}}_{\mathrm{mmse}}^u={\underset{\‾}{D}}_{\mathrm{mmse}}^u\·{\underset{\‾}{M}}_{\mathrm{mmse}}^u\·{\underset{\‾}{r}}^u={\underset{\‾}{D}}_{\mathrm{mmse}}^u\·{\underset{\‾}{Q}}_{\mathrm{mmse}}^u\·\underset{\‾}{s}+{\underset{\‾}{n}}_{\mathrm{mmse}}^u$ 等式(9)

其中 ${\underset{\‾}{M}}_{\mathrm{mmse}}^u={[{{\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^u}^H\·{\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^u+{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{noise}}^2\·\underset{\‾}{I}]}^{-1}\·{{\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^u}^H$ 是MMSE空间滤波矩阵；

${\underset{\‾}{Q}}_{\mathrm{mmse}}^u={\underset{\‾}{M}}_{\mathrm{mmse}}^u\·{\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^u;$

${\underset{\‾}{D}}_{\mathrm{mmse}}^u={\left[\mathrm{diag}\right[{\underset{\‾}{Q}}_{\mathrm{mmse}}^u\left]\right]}^{-1};$ 并且

n _mmse ^u是用于非导向模式的MMSE滤波后的噪声。

如等式(5)和等式(8)所示，对于导向和非导向模式，站B都可以执行MMSE空间处理。然而，不同的矩阵H _eff ^s和H _eff ^u被分别用于导向模式和非导向模式。

如果空间扩展不用于非导向模式，那么发射矢量可以被表示为：x ^u＝s。站B可以利用CCMI或MMSE接收机空间处理，以恢复s中的数据符号。但是，将基于H而非H _eff ^u来导出空间滤波矩阵。

站A利用V执行针对导向模式的空间处理。站B利用U(或利用H和V)执行针对导向模式的空间匹配滤波，以及利用H和V _ss执行针对非导向模式的空间匹配滤波。一个站可以基于由另一个站发送的“非导向MIMO”导频而获得对H的估计。非导向MIMO导频是这样的一个导频，其包含发自N个发射天线的N个导频传输，其中，来自每个发射天线的导频传输可以由接收实体来识别，如果非导向MIMO导频是由站A发送来的，则N＝N_T，而如果非导向MIMO导频是由站B发送来的，则N＝N_R。这可以例如通过为来自每个发射天线的导频传输使用不同的正交序列、和/或在不同子频带上发送每个发射天线的导频传输来实现。非导向MIMO导频可以被表示为：

${\underset{\‾}{x}}_{\mathrm{pilot}}^u\left(i\right)=\underset{\‾}{w}\left(i\right)\·p\left(i\right)$ 等式(10)

其中p(i)是在符号周期i中要发送的导频符号；

w(i)是一个矢量，其具有针对符号周期i的N个发射天线的N个码片；并且

x _pilot ^u(i)是针对符号周期i的非导向MIMO导频的发射矢量。

例如，如果N＝4，那么四个沃尔什矢量w(0)＝[1 1 1 1]^T、w(1)＝[1-1 1-1]^T、w(2)＝[1 1 -1 -1]^T和w(3)＝[1 -1 -1 1]^T可以用于四个符号周期，其中^“T”表示转置。可以在N个(连续的或非连续的)符号周期中发送一个完整的非导向MIMO导频，或者正交序列的每个码片对应于一个符号周期。在接收到该完整的非导向MIMO导频之后，接收实体能够对接收到的导频执行互补的处理以估计H。为了简明，下面的描述假设在信道估计中没有误差。

对于TDD系统，下行链路和上行链路信道响应可以被假设成是互为倒数的。就是说，如果H表示从天线阵X到天线阵Y的信道响应矩阵，那么倒数信道意味着由H ^T给出从阵Y到阵X的耦合。但是，在站A处的收发链的响应通常不同于在站B处的收发链的响应。可以进行校准以得到校正矩阵，该校正矩阵可以解决两个站处的收发链的响应差。在这两个站中应用校正矩阵使得能够将对于一条链路的校准后的信道响应表示为对于另一条链路的校准后的信道响应的转置。为了简明，以下描述假设收发链有平坦的频率响应，H _ab＝H是从站A到站B的链路的信道响应矩阵，而H _ba＝H ^T是从站B到站A的链路的信道响应矩阵。

H _ab和H _ba的奇异值分解可以被表示为：

H _ab＝U·∑·V ^H和H _ba＝V ^*·∑ ^T·U ^T            等式(11)

其中V ^*是V的复共轭。如等式(11)所示，U和V是H _ab的左和右本征矢量的矩阵，而V ^*和U ^*是H _ba的左和右本征矢量的矩阵。对于导向模式，站A和站B可以分别使用矩阵V和U ^*来进行空间处理以发送数据。

因为倒数信道，一个站可以执行奇异值分解以获得V或U ^*二者之一。然后，这个站可以发送“导向MIMO”导频，其是在MIMO信道的本征模式上发送的导频。然后，另一个站可以基于该导向MIMO导频来估计其本征矢量矩阵。

站A可以发送导向MIMO导频，如下：

${\underset{\‾}{x}}_{\mathrm{pilot},m}^s={\underset{\‾}{v}}_m\·p_m$ 等式(12)

其中v _m是V的第m个本征矢量/列；

p_m是要在H _ab的第m个本征模式上发送的导频符号；以及

x _pilot，m ^s是针对第m个本征模式的导向MIMO导频的发射矢量。

在站B接收到的导向MIMO导频可以被表示为：

${\underset{\‾}{r}}_{\mathrm{pilot},m}^s={\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{ab}}\·{\underset{\‾}{x}}_{\mathrm{pilot},m}^s+\underset{\‾}{n}=\underset{\‾}{U}\·\underset{\‾}{\mathrm{\Σ}}\·{\underset{\‾}{V}}^H\·{\underset{\‾}{v}}_m\·p_m+\underset{\‾}{n}={\underset{\‾}{u}}_m\·{\mathrm{\σ}}_m\·p_m+\underset{\‾}{n}$ 等式(13)

其中r _pilot，m ^s是针对第m个本征模式的导向MIMO导频的接收到的矢量；

σ_m是∑的第m个对角元素；并且

u _m是U的第m个本征矢量/列。

等式(13)指示，站B可以基于由站A发送的导向MIMO导频，获得对U的估计，每次一列。站A可以在一个或多个(连续的或非连续的)符号周期中，在所有N_S个本征模式上发送一个完整的导向MIMO导频。站B也可以使用U ^*的列以类似的方式将一个导向MIMO导频发送给站A。

在MIMO系统中可以以多种方式发送导频和数据。对于导向模式，站A使用信道信息(或“本征导向”信息)以在MIMO信道的本征模式上发送数据。信道信息可以是以H(可以从站B发送的非导向MIMO导频中获得)的形式，或是以U或V(可以从站B发送的导向MIMO导频中获得)的形式。站B也使用信道信息(如，用于导向模式的H、U或V，以及用于非导向模式的H)来恢复来自站A的数据传输。对于两种模式来说，站B可以估计空间信道的接收到的SNR，确定由这些接收到的SNR支持的(多个)速率，以及将这些接收到的SNR或支持的(多个)速率发送至站A。然后，站A可以基于接收到的反馈和可能的其它信息，为到站B的数据传输选择适当的传输模式和适当的(多个)速率。为了清楚，由站B选定的速率被称为初始速率，由站A选定的速率被称为最终速率。还为了清楚，以下描述假设站B向站A发回速率信息(而非SNR信息)。

图1A示出了用于MIMO系统的示例性导频和数据传输方案100。首先，站A发送非导向MIMO导频(方块112)。站B接收和处理非导向MIMO导频，并获得对信道响应矩阵H的估计(方块114)。站B还基于接收到的导频来估计MIMO信道的(正交和非正交)空间信道的SNR(方块116)。站B还基于接收SNR来确定用于每个本征模式的初始速率(对于导向模式)或用于MIMO信道的单个初始速率(对于非导向模式)(方块116)。该(多个)初始速率被应用于从站A到站B的数据传输。

站B利用根据H得到的本征矢量，发送非导向MIMO导频或导向MIMO导频(方块118)。站A接收导向或非导向MIMO导频并对其进行处理以获得对于从站A到站B的链路的信道估计(方块120)。站B还将(多个)初始速率发送至站A(方块122)。站A接收(多个)初始速率并确定传输模式和(多个)最终速率以用于向站B进行数据传输，如下所述(方块124)。然后，站A利用选定的传输模式和(多个)最终速率，向站B发送数据(方块126)。站B接收来自于站A的数据并对其进行处理(方块128)。

图1B示出了用于MIMO系统的另一示例性导频和数据传输方案102。首先，站B发送非导向MIMO导频(方块112)。站A接收并处理该非导向MIMO导频，并获得对于信道响应矩阵H的估计(方块114)。然后，站A利用根据H得到的本征矢量，发送非导向MIMO导频或导向MIMO导频(方块118)。站B接收导向或非导向MIMO导频并对其进行处理以获得对于从站A到站B的链路的信道估计(方块120)。剩余的对方块116、122、124、126和128的处理如上述图1A。

如图1A和1B所述，可以以各种方式发送导频，以使得站A和站B能够获得对于从站A到站B的链路的信道估计。这两个站都可以发送非导向MIMO导频。作为选择，一个站可以发送非导向MIMO导频，而另一个站可以发送导向MIMO导频。如果这样，站A或站B可以发送非导向MIMO导频，如图1A和1B所示。

图2示出了可以用于MIMO系统的示例性帧结构200。以帧为单位进行数据传输，每个帧的宽度是一个特定持续时间(如，2msec)。每个帧可以被分成：(1)下行链路阶段，其中可以在下行链路上发送数据和导频，以及(2)上行链路阶段，其中可以在上行链路上发送数据和导频。对每一帧来讲，可能或可能不在下行链路上发送一个MIMO导频，并且可能或可能不在上行链路上发送一个MIMO导频。

站B可以基于从站A接收到的导向或非导向MIMO导频，对接收到的针对空间信道的SNR进行估计。接收到的SNR取决于由站A和B二者执行的空间处理。

对于具有完整CSI接收机空间处理的导向模式，每个本征模式的SNR可以被表示为：

${\mathrm{SNR}}_{\mathrm{fcsi},m}\left(n\right)=10{\log }_{10}\left(\frac{P_m\left(n\right)\·{\mathrm{\σ}}_m^2\left(n\right)}{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{noise}}^2}\right),$ 其中i＝1，...，N_S          等式(14)

其中P_m(n)是用于帧n中第m个本征模式的发射功率；

σ_m是用于帧n的∑(n)的第m个对角元素；并且

SNR_fcsi，m(n)是帧n中第m个本征模式的SNR。

N_S个本征模式可以获得不同的SNR。因此，不同的速率可以用于在这些模式中发送的多个数据流。

对具有MMSE接收机空间处理的导向或非导向模式，每个空间信道的SNR可以被表示为：

${\mathrm{SNR}}_{\mathrm{mmse},m}\left(n\right)=10{\log }_{10}\left(\frac{q_m\left(n\right)}{1-q_m\left(n\right)}{p}_m\left(n\right)\right),$ 其中i＝1，...，N_S           等式(15)

其中q_m(n)是用于帧n的Q _mmse ^s或Q_mmse ^u的第m个对角元素；并且

SNR_mmse，m(n)是帧n中第m个空间信道的SNR。

对于具有CCMI接收机空间处理的非导向模式，每个空间信道的SNR可以被表示为：

${\mathrm{SNR}}_{\mathrm{ccmi},m}\left(n\right)=10{\log }_{10}\left(\frac{p_m\left(n\right)}{r_m\left(n\right)\·{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{noise}}^2}\right),$ 其中i＝1，...，N_S              等式(16)

其中r_m(n)是用于帧n的[R _eff ^u]^-1和 ${\underset{\‾}{R}}_{\mathrm{eff}}^u={{\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^u}^H\·{\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^u$ 的第m个对角元素；

并且

SNR_ccmi，m(n)是帧n中第m个空间信道的SNR。

在上述等式中，量值P_m(n)/σ_noise ²是先于接收机空间处理的SNR(以线性单位)。量值SNR_fcsi，m(n)、SNR_mmse，m(n)和SNR_ccmi，m(n)是在接收机空间处理之后的SNR(以分贝(dB)为单位)，并且也被称为接收到的SNR。在以下描述中，除非另有说明，“SNR”指的是接收到的SNR。

对于具有空间扩展的非导向模式，N_S个空间信道获得了类似的SNR，这是由于利用矩阵V _ss进行的空间扩展。因此，可以将相同的速率用于在这些空间信道上传送的全部数据流。利用空间扩展，每个数据符号被在所有N_S个空间信道上发送，并且观测到所有空间信道的平均SNR，其可以被表示为：

${\mathrm{SNR}}_{\mathrm{mmse}}\left(n\right)=10{\log }_{10}\left(\underset{m=1}{\overset{N_S}{\mathrm{\Σ}}}\frac{q_m\left(n\right)}{1-q_m\left(n\right)}{p}_m\left(n\right)\right),$ 和                   等式(17)

${\mathrm{SNR}}_{\mathrm{ccmi}}\left(n\right)=10{\log }_{10}\left(\underset{m=1}{\overset{N_S}{\mathrm{\Σ}}}\frac{p_m\left(n\right)}{r_m\left(n\right)\·{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{noise}}^2}\right)$ 等式(18)

可以以线性单位来进行SNR平均，如等式(17)和(18)所示，或者以dB单位进行。

对于导向模式，站B可以基于其SNR_m(n)确定每个本征模式的初始速率，其中，其SNR_m(n)可以等于如等式(14)所示计算出的SNR_fcsi，m(n)或如等式(15)所示计算出的SNR_mmse，m(n)。该MIMO系统可以支持一组速率，并且每个速率与特定数据速率、特定编码方案、特定调制方式以及实现特定的期望性能级别(如，1％分组错误率)所需的特定最小SNR有关。可以通过计算机模拟、实验测量等获得每个非零速率的所需SNR。可以将该组支持的速率以及其多个所需SNR存储在查找表中。可以将针对每个本征模式的SNR_m(n)提供给查找表，然后查找表返回由那个SNR支持的速率R_m(n)。速率R_m(n)与最大数据速率、以及小于或等于SNR_m(n)的所需SNR(或SNR_req(R_m(n))≤SNR_m(n))相关联。

对于非导向模式，站B可以基于SNR(n)确定MIMO信道的初始速率，其中SNR(n)可以等于如等式(17)所示计算出的SNR_mmse(n)或可以等于如等式(18)所示计算出的SNR_ccmi(n)。可以将SNR(n)提供给查找表，然后查找表返回对于那个SNR，由该非导向模式的MIMO信道所支持的速率R(n)。在导向或非导向模式中可以使用相同或不同的查找表。

站B可以对用于从站A到站B的数据传输的传输模式和(多个)速率作出初始确定。站A可以基于接收自站B的反馈以及其它有关信息，对用于该数据传输的传输模式和(多个)速率作出最终确定。

站A可以基于在当前帧中可用的信道信息和与MIMO信道有关的可能的其它信息来选择使用哪种传输模式进行数据传输。由于许多因素，如衰落、多径和干扰，MIMO信道的特性可能随时间变化。对于时变系统，信道信息的准确性/可靠性随时间降低。对于数据传输，采用不准确的/不可靠的信道信息可能得到不好的性能。由于信道信息是根据MIMO导频得到的，因此可以基于用于得到信道信息的MIMO导频的寿命来确定信道信息的寿命。可以如下所述来确定MIMO导频的寿命。

可以在每个帧中、或周期性地每隔几个帧、或零星地发送MIMO导频。站A可以基于从站B接收到的非导向MIMO导频，得到对于H的估计，并且可以分解H以获得用于在MIMO信道的本征模式中发送数据的本征矢量矩阵V。站A还可以直接从接收自站B的导向MIMO导频中获得本征矢量。然而，该导向MIMO导频是站B利用U中的本征矢量发送的，U是根据由站B从站A发送的非导向MIMO导频中获得的H的估计值而得到的。因此，站A从站B发出的导向MIMO导频中获得的V中的本征矢量实际上是根据站A发出的非导向MIMO导频而得到的。因此，根据接收自站B的导向MIMO导频得到的V中的本征矢量的质量取决于(而且实际上仅相当于)站A发出的相应的非导向MIMO导频的质量，其中H和V是根据该非导向MIMO导频而得到的。

站A可以知道什么时候将MIMO导频发送至站B或从站B接收MIMO导频。例如，站A可以记录(1)发送每个非导向MIMO导频的时间、(2)发送每个导向MIMO导频的时间、(3)接收每个非导向MIMO导频的时间、和(4)接收每个导向MIMO导频的时间。这个记录可以以不同的形式进行维护。例如，对于每一帧n，该记录可以包含针对四个MIMO导频事件的四个时间条目。如果一个MIMO导频没有在给定的帧n中发送或接收，那么针对前一帧n-1中的该MIMO导频的时间条目就可以被复制和存储以用于帧n。利用这种记录格式，在任何给定的帧n中，站A可以很容易确定：(1)发送最新的(或最近的)非导向MIMO导频的时间，其被表示为t_tx ^u(A→B，n)，(2)发送最新的导向MIMO导频的时间，其被表示为t_tx ^s(A→B，n)，(3)接收最新的非导向MIMO导频的时间，其被表示为t_rx ^u(A←B，n)，以及(4)接收最新的导向MIMO导频的时间，其被表示为t_rx ^s(A←B，n)。站A可以利用该信息来确定当前可用的信道信息的寿命和质量。

表2示出了在下面的说明中使用的变量的列表。

                              表2

符号	说明
		ttx u(A→B，n)	在帧n中确定的，站A向站B发送非导向MIMO导频的最新时间

ttx s(A→B，n)	在帧n中确定的，站A向站B发送导向MIMO导频的最新时间
		trx u(A←B，n)	在帧n中确定的，站A从站B接收最新非导向MIMO导频的时间
trx s(A←B，n)	在帧n中确定的，站A从站B接收最新导向MIMO导频的时间
		dpilot u	非导向MIMO导频的处理延时，用于获得信道信息。
dpilot s	导向MIMO导频的处理延时，用于获得信道信息。
		dsnr	MIMO导频的处理延时，用于获得SNR/速率信息。
Thage steer	允许使用信道信息的最大寿命。
		Thage rate	允许使用SNR/速率信息的最大寿命。

SNR(A←B，n)	站A从站B获得的SNR组(如，根据接收自站B的(多个)初始速率得到的)。
		tsnr(A←B，n)	站A获得SNR(A←B，n)的时间。

站A可以如下确定当前帧n中可用的信道信息(或“当前信道信息”)的寿命。如果当前信道信息是根据接收自站B的非导向MIMO导频得到的，那么这个信息的寿命就等于非导向MIMO导频的寿命。然而，为了处理非导向MIMO导频以获得信道信息，引发了d_pilot ^u的延迟，或相当于，在接收到非导向MIMO导频后的d_pilot ^u秒之后，该信道信息才可用。因此，至少在d_pilot ^u秒之前，就接收到了可能已用于得到当前信道信息的最新非导向MIMO导频，可以如下标识出：

$\underset{i}{\max }\{[t_{\mathrm{current}}-t_{\mathrm{rx}}^u(A\←B,n)]\≥d_{\mathrm{pilot}}^u\}$ 等式(19)

如果在至少d_pilot ^u秒之前接收到用于当前帧n的最新非导向MIMO导频，那么这个非导向MIMO导频被用于得到当前信道信息。但是，如果在不到d_pilot ^u秒之前接收到用于当前帧n的最新非导向MIMO导频，那么这个非导向MIMO导频就不被用于得到当前信道信息。等式(19)确定了最近帧i，其中用于该帧i的最新非导向MIMO导频可能已用于得到当前信道信息。因此，根据非导向MIMO导频得到的当前信道信息的寿命可以被表示为：

${\mathrm{Age}}^u=t_{\mathrm{current}}-t_{\mathrm{rx}}^u(A\←B,i)$ 等式(20)

其中i是由等式(19)确定的帧索引；并且

如果没有接收到非导向MIMO导频，则Age^u＝-∞。

如果当前信道信息是根据接收自站B的导向MIMO导频得到的，那么这个信息的寿命等于对应的从中得到导向MIMO导频的非导向MIMO导频的寿命。站A引发d_pilot ^s的延迟，以处理接收自站B的导向MIMO导频，并且站B引发d_pilot ^u的延迟，以处理站A发出的对应的非导向MIMO导频。因此，在至少d_pilot ^s+d_pilot ^u秒之前，就接收到了可能已用于得到当前信道信息的最新非导向MIMO导频，可以如下标识出：

$\underset{i}{\max }\{[t_{\mathrm{current}}-t_{\mathrm{rx}}^s(A\←B,i)]\≥d_{\mathrm{pilot}}^s\}\mathrm{AND}\underset{j}{\max }\{[t_{\mathrm{rx}}^s(A\←B,j]-t_{\mathrm{tx}}^s(A\→B,j)]\≥d_{\mathrm{pilot}}^u\}$

                                           等式(21)

等式(21)确定最近帧j，其中该帧j的最新非导向MIMO导频可能已用于得到当前信道信息。因此，根据导向MIMO导频得到的当前信道信息的寿命可以被表示为：

${\mathrm{Age}}^s=t_{\mathrm{current}}-t_{\mathrm{tx}}^u(A\←B,j)$ 等式(22)

其中j是由等式(21)确定的帧索引；并且

如果没有接收到导向MIMO导频，则Age^s＝-∞。

因此，当前信道信息的寿命Age_{ch_inf}(n)可以被表示为：

Age_{ch_inf}(n)＝min(Age^u，Age^s)               等式(23)

因此，可以基于当前信道信息的寿命来选择传输模式，如下：

等式(24)

还可以基于其它有关信息来选择传输模式。例如，可以考虑MIMO信道的时变特性。如果MIMO信道是相对静止的(如，对于固定站A和B)，那么信道信息可能在一个较长时间周期中是相对准确和有效的。相反，如果MIMO信道变化非常快(如，对于移动站A和B)，那么信道信息可能在一个较短时间周期中是准确的。可以在计算信道信息的寿命中和/或在寿命阈值Th_age ^steer中，考虑MIMO信道的时变特性。例如，Age^u和Age^s可以是信道类型(如，快或慢衰落)的函数，不同的寿命阈值可以用于不同的信道类型，等等。

站A可以基于用于得到(多个)初始速率的基础MIMO导频的寿命来选择用于向站B进行数据传输的(多个)最终速率。由站A到站B的链路支持的(多个)实际速率是取决于站B的接收到的SNR，可以基于来自于站A的接收到的导向MIMO导频或非导向MIMO导频来估计在站B处接收到的SNR。接收到的SNR可以被转换为(多个)初始速率，然后所述初始速率可以被发回站A。站A可以基于从站B获得的(多个)初始速率来估计在站B处接收到的SNR。例如，站A可以将每个初始速率提供给逆向查找表，然后逆向查找表可以提供用于该初始速率的所需SNR。在当前帧n中可用于站A的SNR组被表示为SNR(A←B，n)并且在时间t_snr(A←B，n)获得该组。

引发延迟d_snr，以便：(1)站B处理导向或非导向MIMO导频以估计接收SNR、获得(多个)初始速率以及将(多个)初始速率发回站A，(2)站A处理(多个)初始速率以获得当前SNR信息。因此，在至少d_snr秒之前，站A就发送了可能已用于获得当前SNR信息的最新MIMO导频，可以如下标识出：

$[t_{\mathrm{snr}}(A\←B,n)-\underset{k}{\max }\{t_{\mathrm{tx}}^u(A\→B,k),t_{\mathrm{tx}}^s(A\→B,k)\left\}\right]\≥d_{\mathrm{snr}}$ 等式(25)

等式(25)确定最近帧k，其中用于该帧k的最新的导向或非导向MIMO导频可能已用于得到当前SNR信息。因此当前SNR信息的寿命可以被表示为：

${\mathrm{Age}}_{\mathrm{snr}\_\inf }\left(n\right)=t_{\mathrm{current}}-\max \{t_{\mathrm{tx}}^u(A\→B,k),t_{\mathrm{tx}}^s(A\→B,k)\}$ 等式(26)

其中k是由等式(25)确定的帧索引。

可以基于当前SNR信息、该SNR信息的寿命以及可能的其它信息来选择(多个)最终速率。例如，如果当前SNR信息的寿命超出了SNR寿命阈值(或 ${\mathrm{Age}}_{\mathrm{snr}\_\inf }\left(n\right)>{\mathrm{Th}}_{\mathrm{age}}^{\mathrm{snr}}$ )，那么该SNR信息可以被认为是太陈旧了并且被丢弃而不再被使用。在这种情况下，最健壮的传输模式和最低的速率(例如，在非导向模式中的最低速率)就可以被用于向站B的数据传输。如果当前SNR信息的寿命小于SNR寿命阈值，那么可以基于该SNR信息的寿命来调节由站A获得的SNR，并且可以使用调节后的SNR来选择(多个)最终速率。可以用多种方式执行SNR调节。

如果选用导向模式，那么站A可以接收用于每个本征模式m的初始速率，基于用于每个本征模式的初始速率来确定用于该本征模式的所需SNR，并基于SNR信息的寿命来调节用于每个本征模式的所需SNR。例如，可以基于寿命的线性函数来计算SNR退避值(back-off)SNR_{age_bo}(n)，如下：

${\mathrm{SNR}}_{\mathrm{age}\_\mathrm{bo}}\left(n\right)=\frac{{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{adj}\_\mathrm{rate}}}{{\mathrm{Age}}_{\mathrm{snr}\_\inf }\left(n\right)}$ 等式(27)

其中SNR_{adj_rate}是SNR的调节速率(如，SNR_{adj_rate}＝50dB/sec)。因此可以算出用于每个本征模式的调节后的SNR，如下：

${\mathrm{SNR}}_{\mathrm{adj},m}^s\left(n\right)={\mathrm{SNR}}_{\mathrm{req},m}\left(n\right)-{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{age}\_\mathrm{bo}}\left(n\right)-{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{bo}}^s$ 等式(28)

其中SNR_req，m(n)是用于本征模式m的所需SNR(从初始速率中获得的)；

SNR_bo ^s是用于导向模式的退避值(如， ${\mathrm{SNR}}_{\mathrm{bo}}^s=0\mathrm{dB}$ )；并且

SNR_adj，m ^s(n)是用于导向模式的本征模式m的调节后的SNR。站A可以将用于每个本征模式的调节后的SNR提供给查找表，然后查找表提供用于该本征模式的最终速率。站A可以使用站B所用的相同的查找表或不同的查找表以获得用于每个本征模式的初始速率。

如果选用了非导向模式，那么站A可以接收用于每个本征模式的初始速率，并可以确定在非导向模式中用于数据传输的单个最终速率。可以如下计算出用于每个本征模式的调节后的SNR：

${\mathrm{SNR}}_{\mathrm{adj},m}^u\left(n\right)={\mathrm{SNR}}_{\mathrm{req},m}\left(n\right)-{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{age}\_\mathrm{bo}}\left(n\right)-{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{bo}}^u$ 等式(29)

其中SNR_bo ^u是用于非导向模式的退避值(如， ${\mathrm{SNR}}_{\mathrm{bo}}^u=3\mathrm{dB}$ )；并且

SNR_adj，m ^u(n)是用于非导向模式的本征模式m的调节后的SNR。SNR_bo ^u可以被用于说明各种因素，如，分布于所有N_S个空间信道(即使差的信道)上的总发射功率、由于在每个数据分组上SNR的变化导致的性能损失，等等。可以通过计算机模拟、试验测量等来确定SNR_bo ^u、SNR_bo ^S和SNR_{adj_rate}。

用于在当前帧n中进行数据传输的空间信道的数目N_sch(n)，可以通过计算“良好”本征模式的数目来确定，其中所述“良好”本征模式具有比SNR阈值SNR_th大的调节后的SNR。对于每个本征模式m，如果 ${\mathrm{SNR}}_{\mathrm{adj},m}^u\left(n\right)\≥{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{th}},$ 那么将本征模式m记入N_sch(n)。因此用于非导向模式的空间信道的数目小于或等于本征模式的数目，或N_sch(n)≤N_S。可以如下算出用于非导向模式的平均SNR，SNR_avg(n)：

${\mathrm{SNR}}_{\mathrm{avg}}\left(n\right)=10{\log }_{10}\left[\frac{N_S}{N_{\mathrm{sch}}\left(n\right)}\right]+\frac{1}{N_{\mathrm{sch}}\left(n\right)}\·\underset{m=1}{\overset{N_S}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{SNR}}_{\mathrm{adj},m}^u\left(n\right)$ 等式(30)

站B基于一种假设，即所有N_S个本征模式都用于数据传输以及所有本征模式所用的发射功率相等，来选择用于每个本征模式的初始速率。如果小于N_S个空间信道用于非导向模式，那么较高的发射功率就可以用于每个选定的空间信道。等式(30)的右侧部分中的第一项说明，如果选择使用小于N_S个空间信道，那么每个空间信道使用较高的发射功率。等式(30)的右侧部分中的第二项是用于选定在帧n中使用的N_sch(n)个空间信道的平均SNR(以dB为单位)。

站A可以向查找表提供平均SNR，然后查找表提供用于非导向模式的最终速率。站A可以使用站B所用的相同的查找表或不同的查找表以获得用于非导向模式的初始速率。

作为选择，站A可以接收来自于站B的用于非导向模式的单个初始速率。在这种情况下，站A可以基于该初始速率确定用于非导向模式的所需SNR，基于SNR信息的寿命调节该所需SNR，以及基于调节后的SNR确定用于非导向模式的最终速率。

对于导向和非导向模式二者来讲，还可以基于其它有关信息，如MIMO信道的时变特性，来确定(多个)最终速率。例如，SNR退避值SNR_{age_bo}(n)和/或寿命阈值Th_age ^rate可以是信道类型(如，快或慢衰落)的函数。为了简单起见，基于寿命的线性函数来计算SNR退避值，如等式(27)所示。通常，SNR退避值可以是寿命和/或其它参数的任何线性或非线性函数。

图3示出了在无线系统中为数据传输选择传输模式的处理过程300的流程图。首先，得到用于通过无线信道发送数据的信道信息(方块312)。对于MIMO系统来讲，信道信息可以包括用于在MIMO信道的本征模式中发送数据的本征矢量，并且可以从导向或非导向MIMO导频中获得。确定该信道信息的寿命(方块314)。这可以通过确定从中获得该信道信息的(如，非导向MIMO)导频的寿命来实现。接着，基于该信道信息的寿命以及可能的其它信息(如，MIMO信道的时变特性、接收实体的能力等等)，从多种支持的传输模式中选择一种传输模式(方块316)。然后，根据选定的传输模式，对数据进行处理并通过无线信道发送(方块318)。

为了清楚起见，以上描述是针对示例性的MIMO系统的，该系统支持两种传输模式-导向模式和非导向模式。一般来讲，系统可以支持任意一种传输模式和任意多种传输模式。例如，系统可以支持其中在具有空间扩展的正交空间信道上发送数据的传输模式、其中在不具有空间扩展的正交空间信道上发送数据的传输模式(导向模式)、其中在具有空间扩展的空间信道上发送数据的传输模式(非导向模式)、其中在不具有空间扩展的空间信道上发送数据的传输模式、其中在不具有空间扩展的单个最佳空间信道上发送数据的传输模式、其中从单个发射天线发送数据的传输模式、等等，或上述模式的任意组合。

图4示出了在无线系统中用于执行速率选择的处理过程400的流程图。首先，获得指示用于数据传输的无线信道的接收信号质量的信道状态信息(方块412)。信道状态信息可以是接收到的SNR、初始速率等形式，并且可以由接收实体来确定并发送给发射实体。确定信道状态信息的寿命(方块414)。这可以通过确定从中获得该信道状态信息的(如，导向或非导向MIMO)导频的寿命来实现。接着，基于该信道状态信息、该信道状态信息的寿命以及可能的其它信息来选择一个或多个最终速率(方块416)。例如，可以基于以下内容确定(多个)最终速率：所选用的传输模式(如，导向或非导向模式)、取决于信道状态信息的寿命的退避因子(如，SNR_{age_bo}(n))、取决于所选定的传输模式的退避因子(如，SNR_bo ^s或SNR_bo ^u)、无线信道的时变特性等等。然后，根据选定的(多个)最终速率，对数据进行处理并通过无线信道发送(方块418)。

这里描述的技术基于在站A可用的最新信息以及这个信息的寿命来选择传输模式和(多个)最终速率。用于传输模式选择的信道信息和用于速率选择的信道状态信息可以从相同的或不同的MIMO导频中获得。由于信息的寿命和可能的其它因素，可以基于相同的信息选择用于不同帧的不同的传输模式和速率。

如上所述，传输模式和速率选择技术可以用于多载波MIMO系统。可以利用正交频分复用(OFDM)和一些其它结构来提供多载波。OFDM有效地将整个系统带宽划分为多个(NF个)正交子带，这些正交子带也被称为音调(tone)、子载波、仓(bin)以及频道。利用OFDM，每个子带与相应的子载波相关联，子载波可以被调有数据。对于实现OFDM的MIMO系统，可以对用于数据传输的每个子带进行空间处理。

对于导向模式，可以针对符号周期i中的每个子带k获得信道响应矩阵H(k，i)，并且将其分解以获得该子带的N_S个本征模式。可以对每个对角矩阵∑(k，i)(其中k＝1...N_F)中的奇异值进行排序，使得第一列包含最大奇异值，第二列包含第二大奇异值，等等，或 ${\mathrm{\σ}}_1(k,i)\≥{\mathrm{\σ}}_2(k,i)\≥...\≥{\mathrm{\σ}}_{N_S}(k,i),$ 其中σ_m(k，i)是排序后的∑(k，i)的第m列中的奇异值。当对每个矩阵∑(k，i)的奇异值进行排序时，用于那个子带的相关联的矩阵V(k，i)和U(k，i)的本征矢量(或列)也被相应地排序。“宽带”本征模式可以被定义为排序后所有N_F个子带的相同次序的本征模式的一组。因此，第m个宽带本征模式包括所有子带的第m个本征模式。每个宽带本征模式与N_F个子带的相应的一组N_F个本征矢量相关联。接着，可以针对N_S个宽带本征模式执行传输模式和速率选择，例如，与以上所述的针对单载波MIMO系统的处理相似。

图5示出了发送站A 510和接收站B 550的框图。在站A 510中，发射(TX)数据处理器520接收来自于数据源512的业务数据，对业务数据进行处理(如，格式化、编码、交织和调制)，并提供数据符号。对于导向模式，可以在每个本征模式上发送一个数据流，并且可以基于为该流/本征模式所选用的最终速率对每个数据流进行编码和调制。对于非导向模式，可以在多个空间信道中发送多个数据流，一个最终速率可以用于所有的流。针对选定的传输模式，TX空间处理器530对数据符号和导频符号进行空间处理，并将N_T个发射符号流提供给N_T个发射机单元(TMTR)532a至532t。每个发射机单元532接收并调节各自的发射符号流以生成相应的已调制信号。来自发射机单元532a至532t的N_T个已调制信号被分别从N_T个天线534a至534t发送出去。

在站B 550，N_R个天线552a至552r接收由站A发送的已调制信号，并且每个天线将接收到的信号提供给相应的接收机单元(RCVR)554。每个接收机单元554执行与发射机单元532执行的处理互补的处理并提供接收到的符号。接收(RX)空间处理器560基于空间滤波矩阵M(n)对从所有N_R个接收机单元554接收到的符号进行空间匹配滤波，并且提供检测到的数据符号。基于选定的传输模式和选用的接收机处理技术(如，完整CSI、MMSE或CCMI)获得矩阵M(n)。RX数据处理器570对检测到的数据符号进行处理(如，符号解映射、解交织和解码)，并将已解码数据提供给站B。

信道估计器538和578分别执行对于站A和B的信道估计。控制器540和580分别控制站A和站B中的各个处理单元的操作。存储单元542和582分别存储控制器540和580所用的数据和程序代码。

对于传输模式和速率选择，信道估计器578可以估计从站A到站B的MIMO信道的信道响应和针对MIMO信道的空间信道的接收到的SNR。控制器580可以基于接收到的SNR确定(多个)初始速率以及提供反馈CSI，所述反馈CSI可以包括该(多个)初始速率。反馈CSI被TX数据处理器590进行处理，进一步被TX空间处理器592将其与导频符号进行复用，并针对导向或非导向模式对其进行空间处理，以生成N_R个发射符号流。接着N_R个发射机单元554a至554r调节该N_R个发射符号流以生成N_R个已调制信号，并由N_R个天线552a至552r将这些信号发送出去。

在站A 510中，利用N_T个天线534接收来自于站B的已调制信号，并由N_T个接收机单元532对其进行处理，以获得针对站B的接收到的符号。进一步由RX空间处理器544和RX数据处理器546对该接收到的符号进行处理以获得来自于站B的反馈CSI。控制器540接收该反馈CSI，选择传输模式和(多个)最终速率以用于向站B的数据传输，向数据源512和TX数据处理器520提供速率控制并且向TX空间处理器530提供选定的传输模式和信道信息(如，本征矢量)。

这里所描述的传输模式和速率选择技术可以由多种方式实现。例如，可以以硬件、软件或其组合来实现这些技术。对于硬件实现来说，用于执行传输模式和速率选择的处理单元可以用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、其它设计用来执行这里所述的功能的电子单元、或它们的组合来实现。

对于软件实现来说，传输模式和速率选择技术可以由执行这里所述功能的模块(如，过程，函数等)来实现。软件编码可以存储在存储单元中(如，图5中的存储单元542和/或582)，并由处理器(如，控制器540和/或580)执行。存储单元可以被实现在处理器中，或被实现在处理器以外，这种情况中其可以通过现有的多种公知方式与处理器通信耦合。

提供了所公开的实施例的上述说明，以使本领域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于本领域技术人员来说都是显而易见的，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以将这里所定义的一般性原理应用于其它实施例。因此，本发明并不是要被限制于这里所示出的实施例，而是要符合与这里所公开的原理和新颖特征相一致的最宽范围。

Claims (28)

1.一种在无线通信系统中为数据传输选择传输模式的方法，包括：

确定可用于通过无线信道发送数据的信道信息的寿命，其中，确定用于得到所述信道信息的导频的寿命，并且基于所述导频的寿命来确定所述信道信息的寿命；以及

基于所述信道信息的寿命，从多个传输模式中选择一个传输模式，其中，数据是根据所选择的传输模式通过所述无线信道发送的。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：

获得用于在多输入多输出(MIMO)信道的多个正交空间信道上发送数据的本征矢量，其中，所述信道信息包括所述本征矢量。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述多个传输模式包括第一传输模式和第二传输模式，其中，在所述第一传输模式中，使用所述信道信息来进行空间处理以发送数据，并且其中，在所述第二传输模式中，不使用所述信道信息来进行空间处理以发送数据。

4.如权利要求3所述的方法，其中，所述选择所述多个传输模式之一包括

将所述信道信息的寿命与阈值进行比较，并且

如果所述信道信息的寿命小于或等于所属阈值，则选择所述第一传输模式。

5.如权利要求4所述的方法，其中，所述选择所述多个传输模式之一还包括

如果所述信道信息的寿命大于所述阈值，则选择所述第二传输模式。

6.如权利要求4所述的方法，还包括：

基于所述无线信道的时变特性的函数来确定所述阈值。

7.一种无线通信系统中的装置，包括：

控制器，用于确定可用于通过无线信道发送数据的信道信息的寿命，以及基于所述信道信息的寿命，从多个传输模式中选择一个传输模式，其中，所述控制器确定用于得到所述信道信息的导频的寿命，并且基于所述导频的寿命来确定所述信道信息的寿命；以及

空间处理器，用于根据所选择的传输模式，对数据进行空间处理。

8.权利要求7所述的装置，其中，所述控制器将所述信道信息的寿命与阈值进行比较，并且如果所述信道信息的寿命小于或等于所述阈值，则选择导向模式，并且其中，在所述导向模式中，所述空间处理器使用所述信道信息来进行空间处理。

9.如权利要求8所述的装置，其中，如果所述信道信息的寿命大于所述阈值，则所述控制器选择非导向模式，并且其中，在所述非导向模式中，所述空间处理器不使用所述信道信息来进行空间处理。

10.一种无线通信系统中的装置，包括：

用于确定可用于通过无线信道发送数据的信道信息的寿命的模块，其中，确定用于得到所述信道信息的导频的寿命，并且基于所述导频的寿命来确定所述信道信息的寿命；以及

用于基于所述信道信息的寿命，从多个传输模式中选择一个传输模式的模块，其中，数据是根据所选择的传输模式通过所述无线信道发送的。

11.如权利要求10所述的装置，其中，所述用于选择所述多个传输模式之一的模块包括

用于将所述信道信息的寿命与阈值进行比较的模块，以及

用于如果所述信道信息的寿命小于或等于所述阈值，则选择导向模式的模块，并且其中，在所述导向模式中，使用所述信道信息来进行空间处理以发送数据。

12.如权利要求11所述的装置，其中，所述用于选择所述多个传输模式之一的模块还包括

用于如果所述信道信息的寿命大于所述阈值，则选择非导向模式的模块，并且其中，在所述非导向模式中，不使用所述信道信息来进行空间处理以发送数据。

13.一种在无线通信系统中为数据传输执行速率选择的方法，包括：

获得指示用于数据传输的无线信道的接收信号质量的信道状态信息；

确定所述信道状态信息的寿命，其中，确定用于得到所述信道状态信息的导频的寿命，并且基于所述导频的寿命来确定所述信道状态信息的寿命；以及

基于所述信道状态信息和所述信道状态信息的寿命，为通过无线信道的数据传输选择至少一个速率。

14.如权利要求13所述的方法，其中，所述系统支持多个速率，并且其中，所述至少一个速率中的每一个都是从所述系统支持的多个速率中选出的。

15.如权利要求13所述的方法，还包括：

基于所述信道状态信息的寿命来确定退避因子，并且其中，基于所述退避因子进一步选择所述至少一个速率。

16.如权利要求15所述的方法，其中，基于所述无线信道的时变特性的函数来确定所述退避因子。

17.如权利要求13所述的方法，还包括：

基于被选择用于数据传输的传输模式来确定退避因子，其中，所述系统支持多个传输模式，并且其中，基于所述退避因子进一步选择所述至少一个速率。

18.如权利要求14所述的方法，其中，所述信道状态信息包括多输入多输出(MIMO)信道的多个空间信道的多个初始速率，每个空间信道对应于一个初始速率。

19.如权利要求18所述的方法，其中，所述为数据传输选择所述至少一个速率包括

基于所述多个空间信道中每一个的初始速率，确定该空间信道所需的信干噪比(SNR)，

基于所述多个初始速率的寿命来确定SNR退避值，

基于所述多个空间信道中每一个所需的SNR和所述SNR退避值，确定该空间信道的调节后的SNR，并且

基于所述多个空间信道中每一个的调节后的SNR，确定该空间信道的最终速率，其中，数据是利用为所述MIMO信道的所述多个空间信道确定的多个最终速率，在所述多个空间信道上发送的，并且其中，为数据传输选择的所述至少一个速率包括所述多个最终速率。

20.如权利要求18所述的方法，其中，所述为数据传输选择所述至少一个速率包括

基于所述多个空间信道中每一个的初始速率，确定该空间信道所需的信干噪比(SNR)，

基于所述多个初始速率的寿命来确定SNR退避值，

基于所述多个空间信道中每一个所需的SNR和所述SNR退避值，确定该空间信道的调节后的SNR，

针对为所述多个空间信道确定的多个调节后的SNR，确定平均SNR，并且

基于所述平均SNR，确定所述多个空间信道的最终速率，其中，数据是利用为所述多个空间信道确定的该最终速率，在所述多个空间信道上发送的，并且其中，为数据传输选择的所述至少一个速率包括该最终速率。

21.如权利要求20所述的方法，其中，基于当将一个最终速率用于所述多个空间信道时可应用的第二SNR退避值，进一步确定所述多个空间信道中的每一个的调节后的SNR。

22.一种无线通信系统中的装置，包括：

控制器，用于获得指示用于数据传输的无线信道的接收信号质量的信道状态信息，确定所述信道状态信息的寿命，并且基于所述信道状态信息和所述信道状态信息的寿命，为通过所述无线信道的数据传输选择至少一个速率，其中，所述控制器确定用于得到所述信道状态信息的导频的寿命，并且基于所述导频的寿命来确定所述信道状态信息的寿命，其中，所述系统支持多个速率，并且其中，所述至少一个速率中的每一个都是从所述系统支持的多个速率中选出的；以及

数据处理器，用于根据由所述控制器选择的所述至少一个速率来处理数据。

23.如权利要求22所述的装置，其中，所述控制器基于所述信道状态信息的寿命来确定退避因子，并且进一步基于所述退避因子来选择所述至少一个速率。

24.如权利要求22所述的装置，其中，所述控制器基于被选择用于数据传输的传输模式来确定退避因子，并且进一步基于所述退避因子来选择所述至少一个速率。

25.一种无线通信系统中的装置，包括：

用于获得指示用于数据传输的无线信道的接收信号质量的信道状态信息的模块；

用于确定所述信道状态信息的寿命的模块，其中，确定用于得到所述信道状态信息的导频的寿命，并且基于所述导频的寿命来确定所述信道状态信息的寿命；

用于基于所述信道状态信息和所述信道状态信息的寿命，为通过所述无线信道的数据传输选择至少一个速率的模块，其中，所述系统支持多个速率，并且其中，所述至少一个速率中的每一个都是从所述系统支持的多个速率中选出的。

26.如权利要求25所述的装置，还包括：

用于基于所述信道状态信息的寿命来确定退避因子的模块，并且其中，基于所述退避因子进一步选择所述至少一个速率。

27.如权利要求25所述的装置，还包括：

用于基于被选择用于数据传输的传输模式来确定退避因子的模块，并且其中，基于所述退避因子进一步选择所述至少一个速率。

28.一种在无线通信系统中执行传输模式和速率选择的方法，包括：

确定可用于通过无线信道发送数据的信道信息的寿命，其中，确定用于得到所述信道信息的导频的寿命，并且其中，基于所述导频的寿命来确定所述信道信息的寿命；

基于所述信道信息的寿命，从多个传输模式中选择一个传输模式；

获得指示所述无线信道的接收信号质量的信道状态信息；

确定所述信道状态信息的寿命，其中，确定用于得到所述信道状态信息的导频的寿命，并且基于所述导频的寿命来确定所述信道状态信息的寿命；以及

基于所述信道状态信息和所述信道状态信息的寿命，为数据传输选择至少一个速率，并且其中，数据是根据为数据传输选择的所述传输模式和所述至少一个速率，通过所述无线信道发送的。

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