CN1981499A - 用于基于ofdm的多天线通信系统的导向分集 - Google Patents

Abstract

发射实体为不同的子带使用不同的导向矢量以获得导向分集。每个导向矢量为相关联的子带定义或构成波束。任何导向矢量都可以被用于导向分集。可以对导向矢量进行定义，使得波束在子带上以连续而不是突变的方式变化。这可以通过在每个发射天线的多个子带上应用连续变化的相移来实现。作为例子，相移可以在每个发射天线的多个子带上以线性方式改变，并且每个天线可以与不同的相位斜率相关联。可以通过对相应的时域采样进行延迟或循环移位，实现将线性变化的相移应用到频域中的调制符号。

Description

用于基于OFDM的多天线通信系统的导向分集

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日提交的题目为“Steering Diversityfor an OFDM-Based Multi-Antenna Communication System”的临时申请No.60/569,103的优先权，该临时申请已转让给本申请的受让人，特此通过引用将其并入此处。

技术领域

本发明总体上涉及通信，并且更具体地，涉及在利用正交频分复用(OFDM)的多天线通信系统中的数据传输。

背景技术

OFDM是一种多载波调制技术，其将整个系统带宽有效地分为多个(K个)正交子带，也可以将这些子带称为音调(tone)、子载波、仓(bin)和频道。利用OFDM，每个子带与相应的可被调有数据的子载波相关联。OFDM被广泛地用于各种无线通信系统中，诸如那些执行公知的IEEE 802.11a和802.11g标准的系统。通常，IEEE 802.11a和802.11g涵盖单输入单输出(SISO)操作，由此，发射设备使用单天线用于数据发送，并且接收设备一般使用单天线用于数据接收。

多天线通信系统可以支持用于单天线设备以及多天线设备的通信。在该系统中，多天线设备可以利用其多个天线将数据发送到单天线设备。为了获得发射分集并且改善数据传输的性能，多天线设备和单天线设备可以执行多种常规发射分集方案中的任意一种。S.MAlamouti在IEEE Journal on Selected Areas in Communications，Vol.16，No.8，October 1998，pp.1451-1458上的名为“A Simple TransmitDiversity Technique for Wireless Communications”的文章中描述了这样一种发射分集方案。对于Alamouti方案，发射设备在两个符号周期中从两个天线发送每对调制符号，并且接收设备将在两个符号周期内所获得的两个接收到的符号进行合并，以恢复由发射设备发送的该对调制符号。为了恢复所发送的数据并且获益于发射分集，Alamouti方案以及大多数其它常规发射分集方案都要求接收设备进行特定的处理，该处理可能随方案而变。

如下所述，可以将“传统的(legacy)”单天线设备设计为仅用于SISO操作。如果将无线设备设计为用于IEEE 802.11a或802.11g标准，那么一般是这样的情况。这种传统的单天线设备将不能进行大多数常规发射分集方案所要求的特定处理。然而，依然非常期望多天线设备能以可实现更高的可靠性和/或改进的性能的某种方式将数据发送到传统的单天线设备。

因此，在本领域内，存在对用于在基于OFDM的系统中实现发射分集的技术的需求，特别是针对传统的单天线设备。

发明内容

这里描述了用于进行空间处理以实现导向分集(steering diversity)的技术，对于通过多个天线发送的数据传输，该技术可以提供发射分集、更高的可靠性、和/或改进的性能。根据本发明的一个实施例，提供了一种方法，其中，首先获得将要在多个天线的多个子频带上发送的输入符号。利用为每个天线的每个子频带所选择的相移来修改针对该天线的该子频带的输入符号，以便生成针对该子频带和天线的相移后的符号。随后，对针对每个天线的多个子频带的相移后的符号进行处理，以获得针对该天线的采样序列。

根据另一个实施例，描述了一种装置，其包括空间处理器和调制器。空间处理器获得要在多个天线的多个子频带上发送的输入符号，并利用为每个天线的每个子频带所选择的相移来修改针对该天线的该子频带的输入符号，以便生成针对该子频带和天线的相移后的符号。调制器对针对每个天线的多个子频带的相移后的符号进行处理，以获得针对该天线的采样序列。

根据另一个实施例，描述了一种装置，其包括：用于获得将要在多个天线的多个子频带上发送的输入符号的模块；用于利用为每个天线的每个子频带所选择的相移来修改针对该天线的该子频带的输入符号、以便生成针对该子频带和天线的相移后的符号的模块；以及对针对每个天线的多个子频带的相移后的符号进行处理、以获得针对该天线的采样序列的模块。

根据另一个实施例，提供了一种方法，其中，对数据进行处理以获得时域采样输入序列。随后，通过在时间上修改该时域采样输入序列(例如，延迟或循环移位)来生成针对多个天线的多个时域采样输出序列。从该多个天线发送该多个输出序列。

根据另一个实施例，描述了一种装置，其包括：调制器，用于对数据进行处理以获得时域采样输入序列；处理器，用于通过在时间上修改该时域采样输入序列来生成针对多个天线的多个时域采样输出序列；以及多个发射机单元，用于从该多个天线发送该多个输出序列。

根据另一个实施例，描述了一种装置，其包括：用于对数据进行处理以获得时域采样输入序列的模块；用于通过在时间上修改该时域采样输入序列来生成针对多个天线的多个时域采样输出序列的模块；以及用于从该多个天线发送该多个输出序列的模块。

下文对本发明的多个方面和实施例进行了更详细的描述。

附图说明

图1示出了具有一个接入点和多个用户终端的多天线系统。

图2示出了多天线发射实体、单天线接收实体、以及多天线接收实体的方框图。

图3示出了频域中的OFDM波形。

图4示出了OFDM调制器的方框图。

图5示出了针对一个子带的具有导向分集的传输的模型。

图6示出了发射(TX)空间处理器和OFDM调制器。

图7示出了在四个天线的子带上的线性相移的曲线。

图8A和8B示出了为时域采样使用不同的延迟来获得线性相移的两个实施例。

图8C示出了来自图8A和8B中所示的实施例的T个发射天线的传输。

图9A示出了为时域采样使用循环移位来获得线性相移的实施例。

图9B示出了来自图9A中所示的实施例的T个发射天线的传输。

具体实施方式

这里所使用的词语“示例性的”指的是“用作例子、实例、或例证”。这里描述为“示例性的”任何实施例不必被解释为相对于其它实施例是优选的或有利的。

图1示出了具有一个接入点(AP)110和多个用户终端(UT)120的多天线系统100。通常，接入点是与用户终端进行通信的固定站，并且还可以被称为基站或者某些其它术语。用户终端可以是固定的或移动的，并且还可以被称作移动台、无线设备、用户设备(UE)、或者某些其它术语。对于集中式结构来说，系统控制器130连接到多个接入点，并且为这些接入点提供协调和控制。

接入点110配备有多个天线以用于数据发送和接收。每个用户终端120可以配备有单个天线或多个天线以用于数据发送和接收。用户终端可以与接入点进行通信，在该情况下，建立了接入点和用户终端的角色。用户终端还可以与另一个用户终端进行对等通信。在下文的描述中，发射实体配备有多个(T个)发射天线，而接收实体配备有单个天线或多个(R个)天线。当接收实体配备有单个天线时，存在多输入单输出(MISO)传输，而当接收实体配备有多个天线时，则存在多输入多输出(MIMO)传输。

图2示出了系统100中的多天线发射实体210、单天线接收实体250x、以及多天线接收实体250y的方框图。发射实体210可以是接入点或者多天线用户终端。每个接收实体250也可以是接入点或用户终端。

在发射实体210处，发射(TX)数据处理器212对业务/分组数据进行处理(例如，编码、交织和符号映射)，并且生成数据符号。如在这里所使用的，“数据符号”是数据的调制符号，“导频符号”是导频(其是发射和接收实体预先已知的数据)的调制符号，“发射符号”是将要从发射天线发送的符号，并且“接收到的符号”是从接收天线获得的符号。TX空间处理器220对导频和数据符号进行接收，并且将其解复用到正确的子带上，进行适当的空间处理，并且为T个发射天线提供T个发射符号流。OFDM调制器(Mod)230对T个发射符号流进行OFDM调制，并且将T个采样流提供给T个发射机单元(TMTR)232a到232t。每个发射机单元232对其发射符号流进行处理(例如，模拟变换、放大、滤波、以及上变频)，并且生成已调制的信号。发射机单元232a到232t分别为从T个天线234a到234t的传输提供T个已调制的信号。

在单天线接收实体250x处，天线252x对T个发送的信号进行接收，并且将接收到的信号提供给接收机单元(RCVR)254x。接收机单元254x进行与发射机单元232进行的处理互补的处理，并且提供采样流。OFDM解调器(Demod)260x对采样流进行OFDM解调以获得接收到的数据和导频符号，将接收到的数据符号提供给检测器270x，并且将接收到的导频符号提供给控制器280x中的信道估计器284x。信道估计器284x得到对于发射实体210和接收实体250x之间用于数据传输的子带的有效SISO信道的信道估计。检测器270x基于每个子带的有效SISO信道估计而对该子带的接收到的数据符号进行检测，并且提供针对所有子带的检测到的符号流。随后，接收(RX)数据处理器272x对检测到的符号流进行处理(例如，符号解映射、解交织和解码)，并且提供已解码的数据。

在多天线接收实体250y处，R个天线252a到252r对T个发送的信号进行接收，并且每个天线252将接收到的信号提供给各自的接收机单元254。每个接收机单元254对各自所接收的信号进行处理，并且将采样流提供给相关联的OFDM解调器260。每个OFDM解调器260对其采样流进行OFDM解调，以获得接收到的数据和导频符号，将接收到的数据符号提供给RX空间处理器270y，并且将接收到的导频符号提供给控制器280y中的信道估计器284y。信道估计器284y得到对于发射实体210和接收实体250y之间用于数据传输的子带的实际或有效MIMO信道的信道估计。控制器280y基于MIMO信道估计得到空间滤波矩阵。RX空间处理器270y利用为每个子带得到的空间滤波矩阵对该子带的接收到的数据符号进行接收机空间处理(或者空间匹配滤波)，并且提供针对该子带的检测到的符号。随后，RX数据处理器272y对所有子带的检测到的符号进行处理，并且提供已解码的数据。

控制器240、280x和280y分别对发射实体210和接收实体250x和250y处的处理单元的操作进行控制。存储单元242、282x和282y分别对控制器240、280x和280y所使用的数据和/或程序代码进行存储。

图3示出了频域中的OFDM波形。OFDM提供了总共K个子带，并且每个子带的子载波可以单独地被调有数据。在总共K个子带中，可以将N_D个子带用于数据传输，可以将N_P个子带用于导频传输，并且可以不使用剩余的N_G个子带并且将其作为防护子带，其中，K＝N_D+N_P+N_G。例如，802.11a利用了具有总共64个子带的OFDM结构，其中，48个子带用于数据传输，4个子带用于导频传输，并且12个子带未使用。通常，系统100可以使用具有任意数目的数据、导频和总共子带的任意OFDM结构。为简便起见，下文的描述假定所有K个子带都可用于数据和导频传输。

图4示出了在发射实体210处的OFDM调制器230的方框图。典型地，首先对将要被发送的数据(或信息比特)进行编码以生成码比特，随后对其进行交织。随后，将被交织的比特分组为B-比特二进制值，其中B≥1。随后，基于所选用的调制方案(例如，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。对于所选择的调制方案，每个调制符号是信号星座图中的一个复数值。在每个OFDM符号周期内，可以在每个子带上发送一个调制符号。(通常，为每个未使用的子带提供零信号值，其也被称为零符号。)在每个OFDM符号期内，离散傅里叶逆变换(IDFT)单元432对K个子带的K个调制符号进行接收，以K点IDFT将该K个调制符号变换到时域，并且提供包含K个时域采样的“变换后的”符号。每个采样是将要在一个采样周期内被发送的复数值。并-串(P/S)转换器434把每个变换后的符号的K个采样串联起来。随后，循环前缀发生器436对每个变换后的符号的一部分(或者C个采样)进行重复，以构成包含K+C个采样的OFDM符号。使用循环前缀以对抗由频率选择性衰落引起的符号间干扰(ISI)，频率选择性衰落是在整个系统带宽上变化的频率响应。一个OFDM符号周期(在这里也将其简称为“符号周期”)是一个OFDM符号的持续时间，并且等于K+C个采样周期。

在系统100中，MISO信道存在于多天线发射实体和单天线接收实体之间。对于基于OFDM的系统，可以通过一组K个信道响应行矢量来对由发射实体处的T个天线和接收实体处的单天线构成的MISO信道进行表征，每个信道响应行矢量的大小是1×T，可以将其表示为：

h(k)＝[h₀(k)h₁(k)...h_T-1(k)]，其中k＝0，...，K-1，    式(1)

其中k是子带的索引，并且h_i(k)(i＝0，...，T-1)代表对于子带k的发射天线i和单接收天线之间的耦合或者复增益。为简便起见，将MISO信道响应 h(k)表示为只是子带k而不是时间的函数。

如果发射实体具有对MISO信道响应的准确估计，那么它可以进行空间处理以便控制向接收实体的数据传输。然而，如果发射实体不具有对无线信道的准确估计，那么就不能基于无线信道对从T个天线的T个传输智能地进行调节。

当准确的信道估计不可用时，发射实体可以使用导向分集将数据从其T个天线发送到单天线接收实体，以实现发射分集、更大的可靠性、和/或改进的性能。采用导向分集，发射实体进行空间处理，使得数据传输在用于数据传输的子带上观测到不同的有效信道。因此，性能并不受坏的信道实现的控制。针对导向分集的空间处理也使得单天线接收实体可以进行SISO操作的常规处理(并且不需要进行针对发射分集的任何其它特定处理)以便对数据传输进行恢复并且受益于发射分集。为清楚起见，下文的描述通常针对一个OFDM符号，并且忽略了时间的索引。

图5示出了对于从多天线发射实体210到单天线接收实体250x的一个子带k、具有导向分集的传输的一个模型。用T个复权重(或标量值)v₀(k)到v_T-1(k)对将要在子带k上被发送的调制符号s(k)进行空间处理，以获得子带k的T个发射符号，随后，对这T个发射符号进行处理，并从T个发射天线发送出去。子带k的T个发射符号观测到信道响应h₀(k)到h_T-1(k)。

对于导向分集的每个子带k，发射实体进行如下空间处理：

x(k)＝ v(k)·s(k)，其中k＝0，...，K-1，    式(2)

其中，s(k)是将要在子带k上被发送的调制符号；

v(k)＝[v₀(k)v₁(k)...v_T-1(k)]^T是子带k的T×1导向矢量；

x(k)＝[x₀(k)x₁(k)...x_T-1(k)]^T是T×1矢量，其具有将要在子带k上从T个发射天线发送的T个发射符号；以及

“T”代表转置。

通常，调制符号s(k)可以是任意的实数或复数值(例如，零值信号)，并且不需要其来自信号星座图。

可以将对于每个子带k、在接收实体处接收到的符号表示为：

r(k)＝ h(k)· x(k)+n(k)，

    ＝ h(k)· v(k)·s(k)+n(k)，k＝0，...，K-1，式(3)

    ＝h_eff(k)·s(k)+n(k)，

其中，r(k)是对于子带k的接收到的符号；

h_eff(k)是子带k的有效SISO信道响应，其为h_eff(k)＝ h(k)· v(k)；以及

n(k)是子带k的噪声。

如式(3)中所示，由发射实体为导向分集而进行的空间处理导致每个子带k的调制符号s(k)观测到有效SISO信道响应h_eff(k)，其包括对于该子带的实际MISO信道响应 h(k)和导向矢量 v(k)。接收实体可以例如基于从发射实体接收到的导频符号对有效SISO信道响应h_eff(k)进行估计。随后，接收实体可以利用每个子带k的有效SISO信道响应估计

对该子带的接收到的符号r(k)进行检测或者匹配滤波，以获得检测到的符号

其是对在该子带上发送的调制符号s(k)的估计。

接收实体可以进行匹配滤波，如下：

$\hat{s}\left(k\right)=\frac{{\hat{h}}_{\mathrm{eff}}^{*}\left(k\right)\·r\left(k\right)}{{\left|{\hat{h}}_{\mathrm{eff}}\left(k\right)\right|}^2}=s\left(k\right)+n^{\′}\left(k\right),$ 式(4)

其中“*”代表共轭，并且n′(k)是匹配滤波后的噪声。在式(4)中的检测操作与将要由接收实体为SISO传输所进行的检测操作是相同的。然而，将有效SISO信道响应估计

而不是SISO信道响应估计

用于检测。

对于导向分集，接收实体不需要知道为数据传输使用单个天线还是多个天线，并且也不需要知道用于每个子带的导向矢量。如果在多个子带上使用不同的导向矢量并且为这些子带构成不同的有效SISO信道，那么接收实体仍然可以受益于发射分集。随后，在多个子带上发送的数据传输将观测到在用于数据传输的子带上的不同的有效SISO信道的全体。

图6示出了分别是图2中的TX空间处理器220和OFDM调制器230的实施例的TX空间处理器220a和OFDM调制器230a的方框图。TX空间处理器220a接收用于每个OFDM符号周期的K个子带的K个调制符号(或者通常是输入符号)s(0)到s(K-1)。在TX空间处理器220a中，一组不同的K个乘法器620将K个调制符号与每个发射天线i的一组K个权重v_i(O)到v_i(K-1)相乘，并且为该天线提供K个已加权的符号。将每个子带k的调制符号s(k)从所有T个天线进行发送，并且将其与用于该子带的T个发射天线的T个权重v₀(k)到v_T-1(k)相乘。TX空间处理器220a为T个发射天线提供T组K个已加权的符号。

在OFDM调制器230a中，由各自的IDFT单元632将针对每个发射天线i的一组K个已加权的符号变换到时域，以便获得针对该天线的一个变换后的符号。通过各自的P/S转换器634对针对每个发射天线i的变换后的符号的K个时域采样进行串行化，并且通过循环前缀发生器636进一步附加循环前缀，以便为该天线生成OFDM符号。随后，由每个发射天线i的发射机单元232对用于该天线的OFDM符号进行调节，并且通过天线对其进行发送。

对于导向分集，发射实体为不同的子带使用不同的导向矢量，其中，每个导向矢量为相关联的子带定义或构成波束。通常，期望在多个子带上使用尽可能多的不同的导向矢量，以实现更大的发射分集。例如，可以为K个子带中的每个子带使用不同的导向矢量，并且可以将用于K个子带的一组K个导向矢量表示为{ v(k)}。对于每个子带，导向矢量可以是不随时间变化的，或者可以例如随着符号周期的改变而发生改变。

通常，对于导向分集，可以为K个子带中的每一个使用任意导向矢量。然而，为了确保对于单天线设备性能不发生降级，其中，这些单天线设备没有察觉到正在进行的导向分集并且进一步依赖于子带上的某些相关性，可以对导向矢量进行定义，使得多个波束以连续而不是突发的方式在多个子带上发生变化。这可以通过在每个发射天线的多个子带上应用连续变化的相移来实现。作为例子，相移可以在每个发射天线的多个子带上以线性的方式发生变化，并且如下文所述，每个天线可以与不同的相位斜率(phase slope)相关联。将线性变化的相移应用到频域中的调制符号，这可以通过在时间上修改相应的时域采样(例如，延迟或循环移位)来实现。如果为不同的子带使用不同的导向矢量，那么可以通过具有N个发射天线的阵列、在不同的方向上将这些子带的调制符号进行播送。如果用不同的导向将已编码的数据扩展到多个子带上，那么由于增加的分集，很有可能改进解码性能。

如果邻近子带的导向矢量在非常不同的方向上生成波束，那么有效SISO信道响应h_eff(k)将也会在邻近子带之间发生很大改变。诸如在IEEE 802.11a系统中的传统单天线设备这样的某些接收实体可能没有察觉到正在进行的导向分集。这些接收实体可以假定信道响应在多个子带上缓慢地变化，并且可以以简化接收机设计的方式来进行信道估计。例如，这些接收实体可以为总共K个子带的一个子集估计信道响应，并且使用内插或者某些其它技术以便得到对其它子带的信道响应的估计。对突变导向矢量(例如，伪随机导向矢量)的使用可能严重地降低这些接收实体的性能。

为了提供发射分集并且避免降低传统接收实体的性能，可以选择导向矢量，使得(1)为不同的子带使用不同的波束，以及(2)邻近子带的波束具有平滑的而不是突变的过渡。可以将用于T个发射天线的K个子带的权重表示为：

式(5)

其中， v是用于T个发射天线的K个子带的T×K权重矩阵。

在一个实施例中，将矩阵 v中的权重定义如下：

$v_1\left(k\right)=B\left(i\right)\·e^{j\frac{2\mathrm{\π}\·i\·k}{k}},$ 其中i＝0，...，T-1且k＝0，...，K-1，    式(6)

其中，B(i)是发射天线i的复增益；

v_i(k)是发射天线i的子带k的权重；以及

j是由 $j=\sqrt{-1}$ 定义的虚数值。

可以将每个发射天线的复增益的大小设置为1，或者‖B(i)‖＝1.0，i＝0，...，T-1。式(6)中示出的权重对应于每个子带和天线的渐进相移。这些权重为T个等间隔天线的线性阵列的每个子带有效地构成稍微不同的波束。

在特定实施例中，将权重定义如下：

$v_1\left(k\right)=e^{-\mathrm{j\π}\·i}\·e^{j\frac{2\mathrm{\π}\·i\·k}{K}}=e^{j2\mathrm{\π}\frac{i}{K}(k-\frac{K}{2})},$ 式(7)

其中i＝0，...，T-1且k＝0，...，K-1。式(7)中所示的实施例使用了式(6)的B(i)＝e^-jπ·i。这导致不同的相移应用于每个天线。

图7示出了对于T＝4情况下每个发射天线的相移曲线。如图3中所示，典型地，认为K个子带的中心在零频率处。可以将基于式(7)生成的权重解释为在K个子带上创建线性相移。将每个发射天线i(其中i＝0，...，T-1)与2π·i/K的相位斜率相关联。将用于每个发射天线i的每个子带k(其中k＝0，...，K-1)的相移给定为2π·i·(k-K/2)/K。使用B(i)＝e^-jπ·i导致子带k＝K/2观测到零相移。

可以将基于式(7)得出的权重视为具有离散频率响应G_i(k′)的线性滤波器，可以将其表示为：

$G_i\left(k^{\′}\right)=v_i(k^i+K/2)=e^{j2\mathrm{\π}\frac{i\·k^{\′}}{k}},$ 式(8)

其中i＝0，...，T-1且k′＝(-K/2)，...，(K/2-1)。如图3中所示，子带索引k用于将零频率放置在子带N_center＝K/2处的子带计数方案。子带索引k′是子带索引k平移了K/2的版本，或者k′＝k-K/2。这导致对于具有索引k′的新子带计数方案，子带零在零频率处。如果以某些其它方式对索引k进行定义(例如，k＝1，...，K)或者如果K是奇数，那么N_center可以等于某个非K/2的其它值。

可以通过对离散频率响应G_i(k′)进行K点IDFT来获得线性滤波器的离散时域脉冲响应g_i(n)。可以将脉冲响应g_i(n)表示为：

$g_i\left(n\right)=\frac{1}{K}\·\underset{k^{\′}=-K/2}{\overset{K/2-1}{\mathrm{\Σ}}}{G}_i\left(k^{\′}\right)\·e^{j2\mathrm{\π}\frac{n\·k^{\′}}{K}},$

$=\frac{1}{K}\·\underset{k^{\′}=-K/2}{\overset{K/2-1}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{j2\mathrm{\π}\frac{i\·k^{\′}}{K}}\·e^{j2\mathrm{\π}\frac{n\·k^{\′}}{K}},$ 式(9)

$=\frac{1}{K}\·\underset{k^{\′}=-K/2}{\overset{K/2-1}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{j2\mathrm{\π}\frac{k^{\′}}{K}(i+n)},$

其中，n是采样周期的索引，并且具有n＝0，...，K-1的范围。式(9)指示发射天线i的脉冲响应g_i(n)在i个采样周期的延迟处具有单独一个单位值抽头，并且在所有其它延迟处为零。

可以通过将每个发射天线i的K个调制符号与该天线的K个权重v_i(0)到v_i(K-1)相乘，来进行用如式(7)中所示所定义的权重进行的空间处理，并且随后对K个已加权的符号进行K点IDFT。同样地，可以通过以下处理来实现用这些权重进行的空间处理：(1)对K个调制符号进行K点IDFT以获得K个时域采样；并且(2)用脉冲响应g_i(n)对K个时域采样进行循环卷积，其中，该脉冲响应g_i(n)在i个采样周期的延迟处具有单独一个单位值抽头。

图8A示出了分别是图2中的TX空间处理器220和OFDM调制器230的另一个实施例的TX空间处理器220b和OFDM调制器230b的方框图。OFDM调制器220b对用于每个OFDM符号周期的K个子带的K个调制符号s(0)到s(K-1)进行接收。在OFDM调制器230b中，IDFT单元832对K个调制符号进行K点IDFT，并且提供K个时域采样。P/S转换器834对K个时域采样进行串行化。随后，循环前缀发生器836附加C个采样的循环前缀，并且将包含K+C个采样的OFDM符号提供给TX空间处理器220b。TX空间处理器220b包括针对T个发射天线的T个数字延迟单元822a到822t。每个延迟单元822对来自OFDM调制器230b的OFDM符号进行接收，并且用由相关联的发射天线确定的不同量对其进行延迟。具体地，针对发射天线234a的延迟单元822a将OFDM符号延迟了零个采样周期，针对发射天线234b的延迟单元822b将OFDM符号延迟了一个采样周期，等等，并且针对发射天线234t的延迟单元822t将OFDM符号延迟了T-1个采样周期。发射机单元232进行的后续操作如上文所描述。

图8B示出了OFDM调制器230b和TX空间处理器220c的方框图，其中TX空间处理器220c是图2中TX空间处理器220的又一个实施例。如上文对图8A所描述的，OFDM调制器220b对每个OFDM符号周期的K个调制符号进行OFDM调制。随后，发射机单元232对每个符号周期的OFDM符号进行接收和调节，以生成已调制的信号。TX空间处理器220c提供了模拟域中的时间延迟。TX空间处理器220c包括针对T个发射天线的T个模拟延迟单元824a到824t。每个延迟单元824接收已调制的信号，并且用由相关联的发射天线所确定的不同量对其进行延迟。具体地，针对第一个发射天线234a的延迟单元824a将已调制的信号延迟了零秒，针对第二个发射天线234b的延迟单元824b将已调制的信号延迟了一个采样周期(或T_sam秒)，等等，并且针对第T个发射天线234t的延迟单元824t将已调制的信号延迟了(T-1)个采样周期(或(T-1)·T_sam秒)。采样周期等于T_sam＝1/(BW·(K+C))，其中，BW是以赫兹为单位的系统总带宽。

图8C示出了从用于图8A和8B中所示的实施例的T个发射天线的T个传输的时序图。从T个发射天线中的每个天线发送相同的OFDM符号。然而，以不同的量对从每个发射天线发送的OFDM符号进行延迟。可以将T个天线的T个延迟和非延迟OFDM符号视为同一个OFDM符号的T个不同版本。

对于式(7)到式(9)以及图8A到图8C中所示的实施例，用于T个发射天线的延迟是采样周期的整数倍。也可以实现导致T个发射天线的非整数延迟的相位斜率(或者 $B\left(i\right)=e^{-\mathrm{j\π}\frac{i}{L}},$ 其中L＞1)。例如，可以将来自图8A中OFDM调制器230b的时域采样向上采样到更高的速率(例如，具有T_upsam＝T_sam/L的周期)，并且可以通过数字延迟单元822将该较高速率的采样延迟了较高速率采样周期(T_upsam)的整数倍。可替换地，图8B中的模拟延迟单元824可以提供T_upsam(而不是T_sam)整数倍的延迟。

当发射天线的数目小于循环前缀长度(或者T＜C)时，附加在每个OFDM符号上的循环前缀令数字延迟单元822或者模拟延迟单元824进行的线性延迟看起来好象是对用时域脉冲响应g_i(n)进行的循环卷积进行的循环旋转。这样，如图8A到图8C所示，可以通过对于每个发射天线i的i个采样周期的时间延迟来实现式(7)中所定义的权重。然而，如图8C中所示，OFDM符号被以不同的延迟从T个发射天线发送出去，这减少了循环前缀防止多径延迟的有效性。

对K个已加权的符号的IDFT(通过将K个调制符号与式(7)中所示的相位斜率相乘获得)提供了时域采样序列，该时域采样序列等于对来自对K个(初始未加权的)调制符号进行IDFT后的K个时域采样进行了循环移位。这样，可以通过对这K个时域采样进行循环移位来进行空间处理。

图9A示出了分别是图2中的OFDM调制器230和TX空间处理器220的另一个实施例的OFDM调制器230d和TX空间处理器220d的方框图。在OFDM调制器230d中，IDFT单元932对K个调制符号进行K点IDFT，并且提供K个时域采样，并且P/S转换器934将对K个时域采样进行串行化。TX空间处理器220d包括针对T个发射天线的T个循环移位单元922a到922t。每个单元922从P/S转换器934接收K个时域采样，对于发射天线i，用i个采样对K个时域采样进行循环移位，并且提供包含K个采样的循环移位变换后的符号。具体地，对于发射天线234a，单元922a循环移位了0个采样，对于发射天线234b，单元922b循环移位了一个采样，等等，并且对于发射天线234t，单元922t循环移位了(T-1)个采样。T个循环前缀发生器936a到936t分别从单元922a到922t接收循环移位变换后的符号。每个循环前缀发生器936将C个采样的循环前缀附加在其循环移位变换后的符号上，并且提供包含(K+C)个采样的OFDM符号。发射机单元232a到232t进行的后续处理如上文所述。

图9B示出了来自图9A中所示实施例的T个发射天线的T个传输的时序图。通过循环移位不同的量，为T个发射天线中的每个天线生成OFDM符号的不同版本。然而，在相同时间上从T个发射天线对该OFDM符号的T个不同版本进行发送。

图8A、8B和9A中所示的实施例说明了可以实现用于导向分集的空间处理的一些方式。通常，在发射实体内，可以以各种方式并且在各个位置进行用于导向分集的空间处理。例如，可以在时域或频域中、使用数字电路或模拟电路、在OFDM调制之前或之后等进行空间处理。

式(6)和式(7)表示在每个发射天线的K个子带上提供线性变化的相移的函数。如上文所描述，可以通过对相应的时域采样进行延迟或循环移位来实现将线性变化的相移应用于频域中的调制符号。通常，可以使用任意函数以连续的方式改变在每个发射天线的K个子带上的相移，使得波束在这些子带上以连续的方式而不是突变的方式变化。相移的线性函数仅仅是连续函数的一个例子。连续的变化确保单天线设备的性能不下降，其中单天线设备依赖在子带上一定量的相关(例如，为了简化信道估计)。

在上文的描述中，导向分级是针对在每个符号周期内在每个子带上的一个调制符号的传输而实现的。利用导向分级，也可以在一个符号周期内在一个子带上通过T个发射天线将多个(S个)调制符号发送到多天线接收实体，该多天线接收实体具有R个接收天线，其中S≤min{T，R}。

可以将这里所描述的导向分集技术用于各种无线系统。还可以将这些技术用于下行链路(或前向链路)以及上行链路(或反向链路)。可以通过配备有多个天线的任意实体来实现导向分集。

可以以各种方式使用导向分集。例如，当关于无线信道的准确信息不可用时，发射实体(例如，接入点或者用户终端)可以使用导向分集以发送到接收实体(例如，另一个接入点或者用户终端)。由于诸如反馈信道被破坏、系统校准很差、对于发射实体信道状况变化过快以至于不能按时使用/调节波束导向等的各种原因，准确的信道信息可能不可用。例如，快速变化的信道状况可能是由于发射和/或接收实体的高速移动。

还可以将导向分集用于无线系统中的各种应用。在一个应用中，可以使用如上文所描述的导向分集对系统中的广播信道进行发送。导向分集的使用允许系统中的无线设备可能以改进的可靠性来接收广播信道，由此增加了广播信道的范围。在另一个应用中，使用导向分集对寻呼信道进行发送。再次，通过使用导向分集，可以为该寻呼信道实现改善的可靠性以及更大的覆盖。在另一个应用中，802.11a接入点使用导向分集，以便改进在其覆盖区域内的用户终端的性能。

可以用各种方式实现这里描述的导向分集技术。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，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)、现场可编程逻辑门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、其它设计为实现这里所描述的功能的电子单元、或者其组合内实现用来进行用于导向分集的空间处理的处理单元。

对于软件实现，可以以执行这里所描述的功能的模块(例如，过程、函数等等)来实现导向分集技术。可以将软件代码存储在存储单元(例如，图2中的存储单元242)中，并且通过处理器(例如，控制器240)来执行该软件代码。可以在处理器内部或者处理器外部实现存储单元，在处理器外部实现的情况下，可以通过本领域已知的各种方式将存储单元通信连接到处理器上。

提供了已公开实施例的上述说明，以使本领域的任何技术人员都能够实现或使用本发明。这些实施例的各种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，并且在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用到其它实施例。因此，本发明并不是要被限制于这里所示的实施例，而是要符合与这里公开的原理和新颖特征相一致的最宽范围。

Claims (37)

1、一种在无线通信系统中发送数据的方法，包括：

获得将要在多个天线的多个子频带上发送的输入符号；

修改针对每个天线的每个子频带的输入符号，以生成针对所述子频带和所述天线的相移后的符号，其中所述修改利用了为所述子频带和所述天线选定的相移；以及

处理针对每个天线的所述多个子频带的相移后的符号，以获得针对所述天线的采样序列。

2、如权利要求1所述的方法，还包括：

在每个天线的所述多个子频带上应用线性变化的相移。

3、如权利要求1所述的方法，还包括：

在每个天线的所述多个子频带上应用不同的相位斜率。

4、如权利要求1所述的方法，还包括：

在每个天线的所述多个子频带上应用连续变化的相移。

5、如权利要求4所述的方法，还包括：

基于为每个天线选定的函数，确定在所述天线的所述子频带上的所述连续变化的相移。

6、如权利要求1所述的方法，其中，所述处理所述相移后的符号的步骤包括：

对针对每个天线的所述多个子频带的所述相移后的符号进行正交频分复用(OFDM)调制，以获得针对所述天线的所述采样序列。

7、一种无线通信系统中的装置，包括：

空间处理器，用于获得将要在多个天线的多个子频带上发送的输入符号，修改针对每个天线的每个子频带的输入符号，以生成针对所述子频带和所述天线的相移后的符号，其中所述修改利用了为所述子频带和所述天线选定的相移；以及

调制器，用于处理针对每个天线的所述多个子频带的相移后的符号，以获得针对所述天线的采样序列。

8、如权利要求7所述的装置，其中，所述空间处理器在每个天线的所述多个子频带上应用线性变化的相移。

9、如权利要求7所述的装置，其中，所述空间处理器在每个天线的所述多个子频带上应用不同的相位斜率。

10、如权利要求7所述的装置，其中，所述空间处理器在每个天线的所述多个子频带上应用连续变化的相移。

11、一种无线通信系统中的装置，包括：

用于获得将要在多个天线的多个子频带上发送的输入符号的模块；

用于修改针对每个天线的每个子频带的输入符号，以生成针对所述子频带和所述天线的相移后的符号的模块，其中所述修改利用了为所述子频带和所述天线选定的相移；以及

用于处理针对每个天线的所述多个子频带的相移后的符号，以获得针对所述天线的采样序列的模块。

12、如权利要求11所述的装置，还包括：

用于在每个天线的所述多个子频带上应用线性变化的相移的模块。

13、如权利要求11所述的装置，还包括：

用于在每个天线的所述多个子频带上应用不同的相位斜率的模块。

14、如权利要求11所述的装置，还包括：

用于在每个天线的所述多个子频带上应用连续变化的相移的模块。

15、一种在无线通信系统中发送数据的方法，包括：

处理数据以获得时域采样输入序列；

通过在时间上修改所述时域采样输入序列来生成针对多个天线的多个时域采样输出序列；以及

从所述多个天线发送所述多个输出序列。

16、如权利要求15所述的方法，其中，所述处理所述数据的步骤包括：

对针对多个子频带的多个输入符号进行离散傅里叶逆变换，以获得多个时域采样，以及

重复所述多个时域采样的一部分，以获得所述时域采样输入序列。

17、如权利要求16所述的方法，其中，所述生成所述多个时域采样输出序列的步骤包括：

将所述输入序列延迟不同的量，以生成所述多个输出序列。

18、如权利要求16所述的方法，其中，所述生成所述多个时域采样输出序列的步骤包括：

将所述输入序列延迟采样周期的不同整数倍，以生成所述多个输出序列。

19、如权利要求16所述的方法，其中，所述生成所述多个时域采样输出序列的步骤包括：

将所述输入序列延迟采样周期的不同分数量，以生成所述多个输出序列。

20、如权利要求16所述的方法，其中，所述发送所述多个输出序列的步骤包括：

从不同的时间开始，从所述多个天线发送所述多个输出序列。

21、如权利要求15所述的方法，其中，所述处理所述数据的步骤包括：

对针对多个子频带的多个输入符号进行离散傅里叶逆变换，以获得所述时域采样输入序列。

22、如权利要求21所述的方法，其中，所述生成所述多个时域采样输出序列的步骤包括：

将所述时域采样输入序列循环移位不同的量，以获得多个时域采样中间序列，以及

重复每个时域采样中间序列的一部分，以获得相应的时域采样输出序列。

23、如权利要求22所述的方法，其中，所述将所述输入序列循环移位的步骤包括：

将所述输入序列循环移位采样的不同整数倍，以获得所述多个中间序列。

24、如权利要求21所述的方法，其中，所述发送所述多个输出序列的步骤包括：

从相同的时间开始，从所述多个天线发送所述多个输出序列。

25、一种无线通信系统中的装置，包括：

调制器，用于处理数据以获得时域采样输入序列；

处理器，用于通过在时间上修改所述时域采样输入序列来生成针对多个天线的多个时域采样输出序列；以及

多个发射机单元，用于从所述多个天线发送所述多个输出序列。

26、如权利要求25所述的装置，其中，所述调制器对针对多个子频带的多个输入符号进行离散傅里叶逆变换，以获得多个时域采样，并且还重复所述多个时域采样的一部分，以获得所述时域采样输入序列。

27、如权利要求26所述的装置，其中，所述处理器将所述输入序列延迟不同的量，以生成所述多个输出序列。

28、如权利要求26所述的装置，其中，所述处理器包括：

多个延迟单元，用于将所述输入序列延迟采样周期的不同分数量，以生成所述多个输出序列。

29、如权利要求25所述的装置，其中，所述多个发射机单元从不同的时间开始，从所述多个天线发送所述多个输出序列。

30、如权利要求25所述的装置，其中，所述处理器将所述时域采样输入序列循环移位不同的量，以获得多个时域采样中间序列，并且重复每个时域采样中间序列的一部分，以获得相应的时域采样输出序列。

31、如权利要求25所述的装置，其中，所述多个发射机单元从相同的时间开始，从所述多个天线发送所述多个输出序列。

32、一种无线通信系统中的装置，包括：

用于处理数据以获得时域采样输入序列的模块；

用于通过在时间上修改所述时域采样输入序列来生成针对多个天线的多个时域采样输出序列的模块；以及

用于从所述多个天线发送所述多个输出序列的模块。

33、如权利要求32所述的装置，其中，所述用于处理所述数据的模块包括：

用于对针对多个子频带的多个输入符号进行离散傅里叶逆变换，以获得多个时域采样的模块，以及

用于重复所述多个时域采样的一部分，以获得所述时域采样输入序列的模块。

34、如权利要求33所述的装置，其中，所述用于生成所述多个时域采样输出序列的模块包括：

用于将所述输入序列延迟不同的量，以生成所述多个输出序列的模块。

35、如权利要求32所述的装置，其中，所述用于发送所述多个输出序列的模块包括：

用于从不同的时间开始，从所述多个天线发送所述多个输出序列的模块。

36、如权利要求32所述的装置，其中，所述用于生成所述多个时域采样输出序列的模块包括：

用于将所述时域采样输入序列循环移位不同的量，以获得多个时域采样中间序列的模块，以及

用于重复每个时域采样中间序列的一部分，以获得相应的时域采样输出序列的模块。

37、如权利要求32所述的装置，其中，所述用于发送所述多个输出序列的模块包括：

用于从相同的时间开始，从所述多个天线发送所述多个输出序列的模块。

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