DE112005002205T5

DE112005002205T5 - Verfahren und System zur Close-Loop-Sendestrahlformung in MIMO-Systemen mit begrenzter Rückkopplung

Info

Publication number: DE112005002205T5
Application number: DE112005002205T
Authority: DE
Inventors: Xintian Mountain View Lin; Qinghua Pleasanton Li; Ada San Leandro Poon
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2004-09-10
Filing date: 2005-09-02
Publication date: 2009-03-12
Anticipated expiration: 2025-09-03
Also published as: GB0903596D0; GB2432489A; GB2455005B; GB2432489A8; US8165241B2; CN101019342A; CN102364883B; KR20070046921A; JP2008512951A; WO2006041595A1; TW200623679A; US20090147881A1; US7492829B2; GB2432489B; US20060056335A1; KR100898632B1; CN101019342B; GB0700222D0; GB2455005A; DE112005002205B4

Abstract

Verfahren, umfassend:
Ausklammern von Phaseninformationen aus einer Strahlformungsmatrix und
Senden von mindestens einem Parameter, der die Strahlformungsmatrix ohne die Phaseninformationen beschreibt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein drahtlose Netze und spezieller drahtlose Netze, die mehrere Raumkanäle nutzen.
Hintergrund
Closed-Loop-MIMO-Systeme (geschlossene Systeme mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen) senden normalerweise Kanalstatusinformationen von einem Empfänger zu einem Sender. Der Sender kann dann die Informationen verwenden, um eine Strahlbildung vorzunehmen. Das Senden der Kanalstatusinformationen verbraucht Bandbreite, die anderenfalls für Datenverkehr zur Verfügung stehen könnte.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Diagramm von zwei drahtlosen Stationen.
Die 2 und 3 zeigen Flußdiagramme gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt ein elektronisches System gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung von Ausführungsformen
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen verwiesen, die durch Erläuterung speziellen Ausführungsformen zeigen, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. Diese Ausführungsformen werden in ausreichender Detailliertheit beschrieben, damit Fachleute auf dem Gebiet die Erfindung ausführen können. Es versteht sich, daß die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung, obwohl sie unterschiedlich sind, sich nicht notwendigerweise gegenseitig ausschließen. Zum Beispiel kann ein besonderes Merkmal, eine Struktur oder ein Charakteristikum, das hierin in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben wird, innerhalb anderer Ausführungsformen implementiert werden, ohne vom Geist und dem Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen. Außerdem versteht es sich, daß die Lage oder Anordnung einzelner Elemente innerhalb jeder offenbarten Ausführungsform geändert werden können, ohne vom Geist und dem Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung darf daher nicht als Beschränkung aufgefaßt werden, und der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung wird nur durch die angehängten Ansprüche, die geeignet ausgelegt werden, zusammen mit dem vollen Umfang der Äquivalente, zu dem die Ansprüche berechtigen, bestimmt. In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Zahlen in mehreren Ansichten auf dieselbe oder ähnliche Funktionalität.
1 zeigt ein Diagramm von zwei drahtlosen Stationen: Station 102 und Station 104. In einigen Ausführungsformen sind die Stationen 102 und 104 Teil eines drahtlosen lokalen Netzes (WLAN). Eine oder mehrere der Stationen 102 und 104 können zum Beispiel einen Zugangspunkt in einem WLAN sein. Beispielweise können eine oder mehrere der Stationen 102 und 104 auch eine Mobilstation, wie zum Beispiel ein Laptop-Computer, Personal Digital Assistant (PDA) oder dergleichen sein. Ferner sind in einigen Ausführungsformen die Stationen 102 und 104 Teil eines drahtlosen Langstreckennetzes (WWAN).
In einigen Ausführungsformen können die Stationen 102 und 104 teilweise in Übereinstimmung oder vollständig in Übereinstimmung mit einer Norm für drahtlose Netze arbeiten. Zum Beispiel können die Stationen 102 und 104 teilweise in Übereinstimmung mit einer Norm, wie zum Beispiel der ANSI/IEEE-Norm 802.11, Ausgabe 1999, arbeiten, obwohl dies keine Einschränkung der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff "802.11" auf jede frühere, gegenwärtige oder zukünftige IEEE-Norm 802.11, einschließlich der Ausgabe 1999, ohne darauf beschränkt zu sein. Auch können die Stationen 102 und 104 teilweise in Übereinstimmung mit jeder anderen Norm, wie zum Beispiel jeder zukünftigen IEEE-Norm für persönliche Bereichsnetze, oder einer Langstreckennetznorm arbeiten.
Die Stationen 102 und 104 umfassen jeweils mehrere Antennen. Jede der Stationen 102 und 104 umfaßt "N" Antennen, wobei N eine beliebige Zahl sein kann. In einigen Ausführungsformen haben die Stationen 102 und 104 eine ungleiche Zahl von Antennen. Der Rest dieser Beschreibung befaßt sich mit dem Fall, daß die Stationen 102 und 104 eine gleiche Zahl von Antennen haben; die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung sind aber darauf nicht eingeschränkt. Der "Kanal", durch den die Stationen 102 und 104 miteinander kommunizieren, kann viele mögliche Signalwege umfassen. Wenn sich zum Beispiel die Stationen 102 und 104 in einer Umgebung mit vielen "Reflektoren" (z. B. Wände, Türen oder anderen Hindernissen) befinden, können viele Signale auf verschiedenen Wegen eintreffen. Dieser Zustand ist als "Mehrweg" bekannt. In einigen Ausführungsformen nutzen die Stationen 102 und 104 mehrere Antennen, um Nutzen aus den Mehrwegen zu ziehen und die Kommunikationsbandbreite zu erhöhen. In einigen Ausführungsformen können zum Beispiel die Stationen 102 und 104 miteinander unter Verwendung von Mehr-Eingangs-Mehr-Ausgangs-Verfahren (MIMO-Verfahren) kommunizieren. Im allgemeinen bieten MIMO-Systeme durch Nutzung mehrerer Raumkanäle, die durch Mehrwege ermöglicht werden, höhere Kapazitäten.
In einigen Ausführungsformen können die Stationen 102 und 104 miteinander unter Verwendung des Orthogonal-Frequenzmultiplexing (OFDM) in jedem Raumkanal kommunizieren. Mehrweg kann ein frequenzselektives Fading einführen, das zu Behinderungen führen kann, wie zum Beispiel Nachbarzeichenstörungen (ISI). OFDM ist bei der Bekämpfung des frequenzselektiven Fadings wirksam, zum Teil weil OFDM jeden Raumkanal in kleine Teilkanäle so zerlegt, daß jeder Teilkanal eine flachere Kanalcharakteristik aufweist. Es kann eine Skalierung, die sich für jeden Teilkanal eignet, implementiert werden, um die durch den Teilkanal verursachte Dämpfung zu beheben. Ferner kann die Datenübertragungskapazität jedes Teilkanals dynamisch je nach den Fadingkennwerten des Teilkanals gesteuert werden.
MIMO-Systeme können entweder "im offen Kreis" oder "im geschlossenen Kreis" arbeiten. In offenen MIMO-Systemen schätzt eine Station den Zustand des Kanals ein, ohne Kanalzustandsinformationen direkt von einer anderen Station zu empfangen. Im allgemeinen verwenden offene (rückführungsfreie) Systeme die Komplexität der exponentiellen Decodierung, um den Kanal abzuschätzen. In geschlossenen Systemen (mit Rückführung) wird die Kommunikationsbandbreite dazu verwendet, aktuelle Kanalstatusinformationen zwischen Stationen zu übertragen, wodurch die notwendige Decodierungskomplexität verringert und auch der Gesamtdurchsatz reduziert wird. Die Kommunikationsbandbreite, die für diesen Zweck verwendet wird, wird hierin nachfolgend als "Rückkopplungsbandbreite" bezeichnet. Wenn die Rückkopplungsbandbreite in geschlossenen MIMO-Systemen reduziert wird, steht mehr Bandbreite für die Datenübermittlung zur Verfügung.
Die aktuellen Kanalstatusinformationen können durch eine unitäre N×N-Strahlformungsmatrix V, die unter Verwendung eines Zerlegungsalgorithmus mit singulärem Wert (SVD-Algorithmus) bestimmt werden kann, und der Sender kann ein abgehendes Signal unter Verwendung der Strahlformungsmatrix V verarbeiten, um in mehrere Raumkanäle zu senden. In einer einfachen Implementierung sendet der Empfänger jedes Element der unitären Matrix V an den Sender zurück. Dieses System umfaßt das Senden von Informationen, die sich auf die 2N² reellen Zahlen für jede komplexe unitäre N×N-Matrix beziehen, wobei N die Zahl der Raumkanäle im MIMO-System ist.
In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die Strahlformungsmatrix V durch N² – N reelle Zahlen statt durch 2N² reelle Zahlen dargestellt. Durch Senden von N² – N reellen Zahlen statt von 2N² reellen Zahlen, die die Strahlformungsmatrix repräsentieren sollen, kann die Rückkopplungsbandbreite verringert werden. Entbehrliche Informationen können aus der Strahlformungsmatrix herausgerechnet und vor der Quantisierung der Parameter, die zum Darstellen der Strahlformungsmatrix verwendet werden, verworfen werden. Entbehrliche Phaseninformationen können zum Beispiel aus jeder Spalte in der Strahlformungsmatrix herausgerechnet werden, und die N² – N Parameter können dazu genutzt werden, die Matrix ohne die entbehrlichen Phaseninformationen darzustellen.
Ein mathematischer Hintergrund der SVD-Operation wird nachfolgend gegeben, und dann werden Beispiele für 2×2- und 3×3-MIMO-Systeme angeführt. Im geschlossenen 2×2-MIMO-Beispiel werden zwei Winkel in [0, π2 ] und (π, –π] als Rückkopplungsparameter verwendet. Verglichen mit dem einfachen Beispiel oben, reduzieren die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die durch das 2×2-Beispiel unten dargestellt werden, den Umfang der Rückkopplung von acht reellen Zahlen auf zwei reelle Zahlen pro Teilträger. Im geschlossenen 3×3-MIMO-Beispiel werden ein Vorzeichenbit plus vier Winkel in [0, π2 ] und zwei Winkel zwischen [π, –π] als Rückkopplungsparameter verwendet. Verglichen mit dem einfachen Beispiel oben, reduzieren die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die durch das 3×3-Beispiel unten dargestellt werden, den Umfang der Rückkopplung von 18 reellen Zahlen auf sechs reelle Zahlen pro Teilträger.
Eine Sende-Strahlformungsmatrix kann unter Verwendung von SVD folgendermaßen gefunden werden: H = UDV' (1) x = Vd (2)dabei ist d der N-Vektor der Code-Bits für N Datenströme; x ist der gesendete Signalvektor an den Antennen; H ist die Kanalmatrix; die Singulärwertzerlegung von H ist H = UDV'; U und V sind unitär; D ist eine Diagonalmatrix mit den Eigenwerten von H; V ist N×N und N ist die Zahl der Raumkanäle. Um V am Sender zu erhalten, kann der Sender Trainingssymbole an den Empfänger senden; der Empfänger kann die Matrix V' berechnen, und der Empfänger kann Parameter, die V darstellen, an den Sender zurückgeben. Wie unten vollständig beschrieben wird, kann die Zahl der Rückkopplungsparameter, die zur Darstellung von V verwendet werden, reduziert werden, indem entbehrliche Phaseninformationen aus V' herausgerechnet und vor der Quantisierung der Parameter verworfen werden.
2×2-Strahlformungsmatrizen
Jede komplexe 2×2-Matrix kann folgendermaßen geschrieben werden
Wenn V unitär ist, d. h. VV' = I, dann gilt
dabei ist b211 + b212 = 1. Ferner können wir einschränken b₁₁ ∊ [0, 1], b₁₂ ∊ [0, 1], ϕ_ij ∊ [–π, π], ohne Verlust an Allgemeingültigkeit. Es gibt 4 Freiheitsgrade in V. Nach dem Ausklammern der gemeinsamen Phasen für jede Zeile und Spalte kann die unitäre Matrix V geschrieben werden als
dabei sind P_L und P_R reine Phasenmatrizen und diagonal. P_R wird durch Ausklammern der Phasenwerte aus jeder Spalte von V erzeugt, und P_L wird durch Ausklammern der Phasenwerte aus jeder Zeile von V gefunden. V ~ ist eine Betragsmatrix, deren Einträge aus skalaren Größen bestehen, die die Beträge der Einträge von V repräsentieren.
Da b211 + b212 = 1, kann V ~ geschrieben werden als
dabei ist θ ∊ [0, π2 ].
In verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nur zwei Winkel, d. h. θ und ϕ₁₁ – ϕ₂₁, an den Sender zurückgegeben. Der erste Winkel, θ, stellt eindeutig V ~ dar, und der zweite Winkel, ϕ₁₁ – ϕ₂₁, stellt eindeutig P_L dar. In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann eine trigonometrische Funktion von θ als Parameter für die Rückgabe gewählt werden. Zum Beispiel kann cos θ als Parameter zurückgegeben werden, um V ~ darzustellen. In weiteren Ausführungsformen kann ein anderer Parameter ausgewählt werden, der V ~ eindeutig darstellen kann.
Die Phaseninformationen in P_R können verworfen werden. Gleichung (1) kann umgeschrieben werden zu
dabei haben wird die Tatsache genutzt, daß D und P'_R diagonal und daher kommutativ sind. Es sollte beachtet werden, daß H = U ~DV' auch eine Singulärwertzerlegung von H ist. Für den SVD-Algorithmus ändert der Wechsel von U zu U ~ nur die Multiplikationsmatrix auf der Empfängerseite. Wenn H eine m×n-Matrix mit m ≠ n ist, können wir immer noch H = UD ~V schreiben, und der Effekt der Strahlformung mit V führt zu einer Rotation in der I/Q-Ebene, was durch den Trainingsprozeß erfaßt wird. Daher ist die Rückgabe von V an den Sender für den SVD-Algorithmus ausreichend. Da V durch θ und ϕ₁₁ – ϕ₂₁ vollständig bestimmt wird, brauchen nur zwei Winkel zurückgegeben zu werden, und diese liegen zwischen [0, π2 ] und (–π,π].
Wie oben angeführt, kann die unitäre Matrix V in das Produkt der drei Matrizen zerlegt werden:
dabei liegen θ und ϕ₁₁ – ϕ₂₁ zwischen [0, π2 ] und (–π, π]. Die Parameter θ und ϕ₁₁ – ϕ₂₁ können beim Empfänger folgendermaßen gewonnen werden: θ = arccos(abs(ν11)), θ ∊ [0, π2 ] (9)
und der Empfänger kann θ und ϕ₁₁ – ϕ₂₁ quantisieren und sie zum Sender als Parameter, die V repräsentieren, zurückgeben. Der Sender kann V durch Bestimmen der Amplituden rekonstruieren, wobei er θ verwendet, und eine Phasendrehung auf die untere Zeile unter Verwendung von Φ₁₁ – Φ₂₁ anwenden.
Der Sender kann dann V zur Strahlformung verwenden: x = Vd (12)
3×3-Strahlformungsmatrizen
Jeder komplexe 3er Einheitsvektor kann folgendermaßen geschrieben werden als
wobei ||v||2 = ||ν1||2 + ||ν2||2 + ||ν3||3 = 1; ϕ1, ϕ2 ∊ [0, π2 ] and θ1, θ2, θ3 ∊ [–π, π)ist.
Ferner kann jede komplexe unitäre 3×3-Matrix folgendermäßen geschrieben werden
wobei ν'_jν_j = 1 and ν'_jν_j = 0 for j, k = 1, 2, 3. Die Phasen in der ersten Zeile und der ersten Spalte können in das Produkt der folgenden drei Matrizen zerlegt werden:
dabei sind P_L und P_R reine Phasenmatrizen und diagonal. P_R wird durch Ausklammern der Phasenwerte aus jeder Spalte von V erzeugt, und P_L wird durch Ausklammern der Phasenwerte aus jeder Zeile von V gefunden, dabei ist ϕjk = ∊ [0, π2 ] und cos(ϕ_jk), sin(ϕ_jk) ≥ 0. V ~ ist eine Betragsmatrix, die alle Betragsinformationen, die ursprünglich in den Einträgen von V sind, enthält. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff "Betragsmatrix" auf eine Matrix, die überbleibt, nachdem P_L und P_R aus der ursprünglichen Strahlformungsmatrix herausgerechnet wurden. Wie in dem obigen Beispiel gezeigt, können ein oder mehrere Einträge in einer Betragsmatrix Phaseninformationen enthalten. Es muß bemerkt werden, daß V ~ = [v ~1v ~2v ~3] immer noch unitär ist, da die Phasenzerlegung die unitäre Eigenschaft nicht ändert.
In verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden zwei Parameter gewählt, die P_L darstellen sollen, es werden vier Parameter gewählt, die V ~ darstellen sollen, und P_R wird verworfen. In einigen Ausführungsformen werden die Winkel θ₂₁, θ₃₁ als Parameter gewählt, die P_L darstellen sollen. Die Matrix V ~ kann durch vier Parameter und ein Vorzeichenbit bestimmt werden, und es gibt viele Kombinationen der vier Parameter, die Teilmengen aller Winkel V ~ in sind. Verschiedene Kombinationen führen zu verschiedenen Komplexitäten bei der Rekonstruktion von V ~ beim Sender. Es muß bemerkt werden, daß die Komplexität der Extraktion aller Winkel von V ~ relativ niedrig ist im Vergleich zu der Konstruktion von V ~ auf der Basis von vier Parametern. Statt die Winkel direkt zurückzusenden, können einige Ausführungsformen Funktionen der gewählten vier Winkel zurücksenden. Zum Beispiel können die gewöhnlichen trigonometrischen Funktionen, wie zum Beispiel sin(), cos() und tan() gewählt werden. Die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung fassen alle möglichen Mengen von vier Parameter ins Auge, die V ~ darstellen sollen. Eine Menge von vier Parameter ϕ₁₁, ϕ₁₂, ϕ₂₁, ϕ₂₂ und das Vorzeichen von φ22 liefern eine Lösung, die nun ausgearbeitet wird. Die Extraktion der Winkel ϕ₁₁, ϕ₁₂, ϕ₂₁, ϕ₂₂ kann folgendermaßen vorgenommen werden: ϕ11 = arccos(|ν11|) (16) ϕ12 = arccos(|v12|) (17)
Es muß bemerkt werden, daß ϕ₁₁, ϕ₁₂, ϕ₂₁, ϕ₂₂ alle innerhalb von [0, π2 ] statt in [0, π] liegen und das Vorzeichen von φ₂₂ nur ein Bit erfordert. In verschiedenen Ausführungsformen umfaßt die Rückmeldung einen Winkel in [0, π] und drei Winkel in [0, π2 ].
In Ausführungsformen, die die obigen Parameter verwenden, die PL und V ~ darstellen sollen, quantisiert der Empfänger θ₂₁, θ₃₁, ϕ₁₁, ϕ₁₂, ϕ₂₁, ϕ₂₂ und gibt sie an den Sender zusammen mit sgn(φ₂₂) zurück, das als sign(φ22) = sign(Winkel(ν ~22 )) bestimmt werden kann.
Der Empfänger kann die Parameter empfangen, V ~ rekonstruieren und die Strahlformung ausführen. Die Rekonstruktion von V ~ läßt sich also folgendermaßen umreißen: Berechnung von φ₂₂, φ₃₂, um ν ~2 , die zweite Spalte von V ~, zu rekonstruieren, und Berechnung von ν ~3 , der dritten Spalte von V ~, unter Verwendung der unitären Eigenschaft von V ~. Wir schreiben V ~ um als
Da ν ~2 orthogonal zu ν ~1 ist, haben wir v'₁v₂= 0 oder
wobei c1 = cos(ϕ11)cos(ϕ12) c2 = sin(ϕ11)cos(ϕ21)sin(ϕ12)cos(ϕ22) c3 = sin(ϕ11)sin(ϕ21)sin(ϕ12)sin(ϕ22) (22)
Die c₁ sind alle größer oder gleich Null, da ϕ₁₁, ϕ₁₂, ϕ₂₁, ϕ₂₂ alle in [0, π2 ] liegen. Gleichung (21) kann explizit unter Verwendung der Cosinus-Gesetze gelöst werden. Die Lösungen für φ₂₂, φ₃₂ sind
Da V ~' ebenfalls unitär ist, ist die Norm der ersten Zeile 1. Berücksichtigt man, daß ν ~13 = cos(ϕ13) eine positive Zahl ist, lösen wir ν ~13 als
Da V ~' unitär ist, ist die zweite Zeile von V ~ orthogonal zur zweiten Zeile. ν ~23 kann gelöst werden als
In ähnlicher Weise ist ν ~33
Denkt man daran, daß
ist, kann die Strahlformung ausgeführt werden als: x = PLV ~d (28)
2 zeigt ein Flußdiagramm gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 200 in oder für ein drahtloses System verwendet werden, das die MIMO-Technologie nutzt. In einigen Ausführungsformen wird das Verfahren 200, oder werden Teile desselben, von einem drahtlosen Kommunikationsgerät ausgeführt, dessen Ausführungsformen in den verschiedenen Figuren gezeigt werden. In anderen Ausführungsformen wird das Verfahren 200 von einem Prozessor oder einem elektronischen System ausgeführt. Das Verfahren 200 ist nicht durch die spezielle Art von Vorrichtung oder Software-Element beschränkt, das das Verfahren ausführt. Die verschiedenen Aktionen in dem Verfahren 200 können in der Reihenfolge, die dargestellt ist, ausgeführt werden oder können in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden. Ferner werden in einigen Ausführungsformen einige Aktionen, die in 2 aufgelistet sind, aus dem Verfahren 200 weggelassen.
Das Verfahren 200 wird so gezeigt, daß es bei Block 210 beginnt, bei dem die Kanalstatusinformationen aus empfangenen Signalen abgeschätzt werden. Die Kanalstatusinformationen können die Kanalstatusmatrix H umfassen, die oben beschrieben wird. Bei 220 wird eine Strahlformungsmatrix aus den Kanalstatusinformationen bestimmt. In einigen Ausführungsformen entspricht dies der Ausführung einer Singulärwertzerlegung (SVD), wie oben mit Verweis auf die Gleichungen (1) und (7) beschrieben. Die Strahlformungsmatrix V wird ebenfalls oben beschrieben.
Bei 230 wird ein Phasenwinkel aus jeder Spalte der Strahlformungsmatrix herausgerechnet. Wie oben in den Gleichungen (5), (8) und (15) gezeigt, kann zum Beispiel die Phasenmatrix P_R aus der Strahlformungsmatrix ausgeklammert und verworfen werden. Bei 240 werden zusätzliche Phaseninformationen aus der Strahlformungsmatrix ausgeklammert, um eine Phasenmatrix und eine Betragsmatrix zu erhalten. In den verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die oben beschrieben werden, werden die zusätzlichen Phaseninformationen durch die Phasenmatrix P_L dargestellt, und die Betragsmatrix wird durch V ~ dargestellt. Die Betragsmatrix umfaßt die Größeninformationen aus der ursprünglichen Strahlformungsmatrix V und kann Phaseninformationen umfassen oder nicht. Dementsprechend können die Einträge in V ~ Skalare oder komplexe Zahlen sein.
Bei 250 werden die Phasenmatrix und die Betragsmatrix unter Verwendung von N² – N Parametern dargestellt, wobei N eine Anzahl von Raumkanälen ist. Zum Beispiel ist in den 2×2-Ausführungsformen, die oben beschrieben werden, N = 2, und die Phasenmatrix und Betragsmatrix werden von zwei Parametern dargestellt. Ein Parameter, θ, wird zur Darstellung der Betragsmatrix verwendet, und ein Parameter, ϕ₁₁ – ϕ₂₁, wird zur Darstellung der Phasenmatrix verwendet. Zum Beispiel ist in den 3×3-Ausführungsformen, die oben beschrieben werden, N = 3, und die Phasenmatrix und die Betragsmatrix werden von sechs Parametern und einem Vorzeichenbit dargestellt. Die Phasenmatrix wird von zwei Parametern dargestellt, und die Betragsmatrix wird von vier Parametern und einem Vorzeichenbit dargestellt. Die Auswahl an Parametern, die die Betragsmatrix darstellen können, ist groß.
Bei 260 werden die Parameter quantisiert. Sie können einzeln oder zusammen quantisiert werden. Die Parameter werden in den Bereichen quantisiert, die für den Bereich der Parameter, die ausgewählt werden, geeignet sind. Zum Beispiel werden in den 2×2-Ausführungsformen, die oben beschrieben werden, θ und ϕ₁₁ – ϕ₂₁ zwischen [0, π2 ] bzw. (–π, π] quantisiert. Bei 270 werden die quantisierten Parameter gesendet. Die quantisierten Parameter können unter Verwendung jeder Art von Protokoll oder jeder Art von Kommunikationsverbindung gesendet werden, einschließlich einer drahtlosen Verbindung, wie zum Beispiel einer drahtlosen Verbindung zwischen Stationen wie denen, die in Zusammenhang mit 1 beschrieben wurden.
3 zeigt ein Flußdiagramm gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 300 in oder für ein drahtloses System verwendet werden, das die MIMO-Technologie nutzt. In einigen Ausführungsformen wird das Verfahren 300, oder werden Teile desselben, von einem drahtlosen Kommunikationsgerät ausgeführt, dessen Ausführungsformen in den verschiedenen Figuren gezeigt werden. In anderen Ausführungsformen wird das Verfahren 300 von einem Prozessor oder einem elektronischen System ausgeführt. Das Verfahren 300 ist nicht durch die spezielle Art von Vorrichtung oder Software-Element beschränkt, das das Verfahren ausführt. Die verschiedenen Aktionen im Verfahren 300 können in der Reihenfolge, die dargestellt ist, ausgeführt werden oder können in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden. Ferner werden in einigen Ausführungsformen einige Aktionen, die in 3 aufgelistet sind, aus dem Verfahren 300 weggelassen.
Verfahren 300 wird so dargestellt, daß es bei Block 310 beginnt, bei dem mindestens ein Winkelparameter empfangen wird. Dies kann einem Sender entsprechen, der einen oder mehrere Winkelparameter empfängt, die eine Betragsmatrix repräsentieren. Zum Beispiel kann der mindestens eine Winkelparameter θ umfassen, wie oben unter Verweis auf Gleichung (6) beschrieben, oder kann ϕ₁₁, ϕ₁₂, ϕ₂₁, ϕ₂₂ umfassen, wie oben unter Verweis auf die Gleichungen (15)–(19) beschrieben.
Bei 320 werden die Größen der Einträge in einer Strahlformungsmatrix aus dem mindestens einen Winkelparameter bestimmt. Wie in Gleichung (11) gezeigt, kann zum Beispiel der Betrag der Einträge in einer 2×2-Strahlformungsmatrix aus dem Winkelparameter θ bestimmt werden, und wie in den Gleichungen (20) und (24)–(26) gezeigt, kann der Betrag der Einträge in einer 3×3-Strahlformungsmatrix aus den Winkelparametern ϕ₁₁, ϕ₁₂, ϕ₂₁, ϕ₂₂ bestimmt werden.
Bei 330 wird mindestens ein Phasenparameter empfangen. Dies kann dem Sender entsprechen, der einen oder mehrere Phasenparameter empfängt, die eine Phasenmatrix darstellen. Zum Beispiel kann der mindestens eine Phasenparameter ϕ₂₁ – ϕ₁₁ umfassen, wie oben unter Verweis auf die Gleichungen (5) und (8) beschrieben, oder kann ϕ₁₁, ϕ₁₂, ϕ₂₁, ϕ₂₂ umfassen, wie oben unter Verweis auf die Gleichungen (15)–(19) beschrieben. Bei 340 kann der mindestens eine Phasenparameter auf mindestens eine Zeile in der Strahlformungsmatrix angewendet werden. Die Phasenmatrix und die Betragsmatrix können multipliziert werden, wie in Gleichung (11) oder Gleichung (28) gezeigt. Ferner kann die Strahlformungsmatrix bei der Strahlformung verwendet werden, wie in Gleichung (28) gezeigt.
4 zeigt ein Systemdiagramm gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Das elektronische System 400 umfaßt Antennen 410, die Bitübertragungsschicht (PHY) 430, die Endgeräteanschlußsteuerungsschicht (MAC-Schicht) 440, die Ethernet-Schnittstelle 450, Prozessor 460 und Speicher 470.
In einigen Ausführungsformen kann das elektronische System 400 eine Station sein, die in der Lage ist, Strahlformungsmatrizen zu zerlegen und Parameter zu quantisieren, wie oben unter Verweis auf die vorhergehenden Figuren beschrieben. In anderen Ausführungsformen kann das elektronische System eine Station sein, die quantisierte Parameter empfängt und die Strahlformung in einem MIMO-System ausführt. Das elektronische System 400 kann zum Beispiel in einem drahtlosen Netz als Station 102 oder Station 104 genutzt werden (1). Das elektronische System 400 kann zum Beispiel auch eine Station sein, die in der Lage ist, die Berechnungen auszuführen, die in jeder der Gleichungen (1)–(28) oben gezeigt werden.
In einigen Ausführungsformen kann das elektronische System 400 ein System, das einen Zugangspunkt umfaßt, oder eine Mobilstation sowie andere Schaltungen darstellen. In einigen Ausführungsformen kann das elektronische System 400 zum Beispiel ein Computer, wie zum Beispiel ein Personal Computer (PC), eine Workstation oder dergleichen sein, der bzw. die einen Zugangspunkt oder eine Mobilstation als periphere oder als integrierte Einheit umfaßt. Ferner kann das elektronische System 400 eine Reihe von Zugangspunkten umfassen, die in einem Netz verbunden sind.
Beim Betrieb sendet und empfängt das System 400 Signale unter Verwendung der Antennen 410, und die Signale werden von verschiedenen Elementen, die in 4 gezeigt werden, verarbeitet. Die Antennen 410 können ein Antennenfeld oder jede Art von Antennenaufbau sein, die die MIMO-Verarbeitung unterstützt. Das System 400 kann in teilweiser Übereinstimmung oder in vollständiger Übereinstimmung mit einer Norm für drahtlose Netze arbeiten, wie zum Beispiel der Norm 802.11.
Die Bitübertragungsschicht (PHY) 430 ist mit den Antennen 410 für die Wechselwirkung mit einem drahtlosen Netz verbunden. PHY 430 kann Schaltungen zur Unterstützung des Sendens und Empfangs von Hochfrequenz(HF)-Signalen umfassen. In einigen Ausführungsformen umfaßt PHY 430 einen HF-Empfänger zum Empfangen von Signalen und Ausführen einer eingangsseitigen Verarbeitung, wie zum Beispiel rauscharme Verstärkung (LNA), Filtern, Frequenzumsetzung oder dergleichen. In einigen Ausführungsformen umfaßt PHY 430 Transformationsmechanismen und Strahlformungsschaltungen zum Unterstützen der MIMO-Signalverarbeitung. In einigen Ausführungsformen umfaßt PHY 430 auch Schaltungen zum Unterstützen der Frequenzumsetzung und einen HF-Sender.
Die Endgeräteanschlußsteuerungsschicht (MAC-Schicht, media access control layer) 440 kann jede geeignete Implementierung einer Endgeräteanschlußsteuerungsschicht sein. MAC 440 kann zum Beispiel in Software oder Hardware oder einer Kombination derselben implementiert werden. In einigen Ausführungsformen kann ein Teil von MAC 440 in Hardware implementiert sein, und ein Teil kann in Software implementiert sein, die von Prozessor 460 ausgeführt wird. Ferner kann MAC 440 einen Prozessor umfassen, der von Prozessor 460 getrennt ist.
Beim Betrieb liest ein Prozessor 460 Befehle und Daten aus Speicher 470 und führt Aktionen als Reaktion darauf aus. Der Prozessor 460 kann zum Beispiel auf Befehle im Speicher 470 zugreifen und Ausführungsformen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ausführen, wie zum Beispiel das Verfahren 200 (2) oder das Verfahren 300 (3) oder Verfahren, die unter Verweis auf andere Figuren beschrieben werden. Der Prozessor 460 stellt jede Art von Prozessor das, einschließlich eines Mikroprozessors, eines digitalen Signalprozessors, eines Mikrocontrollers oder dergleichen, ohne darauf beschränkt zu sein.
Speicher 470 repräsentiert ein Objekt, das ein maschinenlesbares Medium umfaßt. Der Speicher 470 repräsentiert zum Beispiel einen Direktzugriffsspeicher (RAM), dynamischen Direktzugriffsspeicher (DRAM), statischen Direktzugriffsspeicher (SRAM), Nur-Lese-Speicher (ROM), Flash-Speicher oder eine andere Art von Objekt, das ein Medium umfaßt, welches vom Prozessor 460 gelesen werden kann. Der Speicher 470 kann Befehle zum Ausführen der verschiedenen Ausführungsformen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung speichern. Der Speicher 470 kann auch die Strahlformungsmatrizen oder Strahlformungsvektoren speichern.
Obwohl die verschiedenen Elemente von System 400 getrennt in 4 gezeigt werden, gibt es Ausführungsformen, die die Schaltungen von Prozessor 460, Speicher 470, Ethernet-Schnittstelle 450 und MAC 440 in einem einzigen integrierten Schaltkreis vereinigen. Der Speicher 470 kann zum Beispiel ein interner Speicher innerhalb vom Prozessor 460 sein oder kann ein Mikroprogrammsteuerspeicher innerhalb vom Prozessor 460 sein. In einigen Ausführungsformen können die verschiedenen Elemente vom System 400 in separaten Gehäusen getrennt und auf einer gemeinsamen Leiterplatte montiert sein. In anderen Ausführungsformen sind die verschiedenen Elemente getrennte integrierte Schaltkreischips, die in gemeinsamen Gehäusen untergebracht sind, wie zum Beispiel in einem Mehrchipmodul, und in weiteren Ausführungsformen befinden sich verschiedene Elemente auf demselben integrierten Schaltkreischip.
Die Ethernet-Schnittstelle 450 kann für Datenübertragung zwischen dem elektronischen System 400 und anderen Systemen sorgen. In einigen Ausführungsformen kann das elektronische System 400 zum Beispiel ein Zugangspunkt sein, das die Ethernet-Schnittstelle 450 nutzt, um mit einem verdrahteten Netz zu kommunizieren oder um mit anderen Zugangspunkten zu kommunizieren. Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen keine Ethernet-Schnittstelle 450. In einigen Ausführungsformen kann das elektronische System 400 zum Beispiel eine Netzschnittstellenkarte (NIC) sein, die mit einem Computer oder einem Netz unter Verwendung eines Busses oder einer anderen Art von Port kommuniziert.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit bestimmten Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich, daß von Änderungen und Abwandlungen Gebrauch gemacht werden kann, ohne vom Geist und Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen, wie Fachleute auf dem Gebiet ohne weiteres erkennen werden. Solche Änderungen und Abwandlungen werden als innerhalb des Geltungsbereichs der Erfindung und der angehängten Ansprüche angesehen.
Zusammenfassung:
Verfahren zur Rückkopplungsbandbreitenreduzierung in einem geschlossenen MIMO-System durch Ausklammern entbehrlicher Informationen, insbesondere Phaseninformationen, aus einer Strahlformungsmatrix.

Claims

Verfahren, umfassend: Ausklammern von Phaseninformationen aus einer Strahlformungsmatrix und Senden von mindestens einem Parameter, der die Strahlformungsmatrix ohne die Phaseninformationen beschreibt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ausklammern der Phaseninformationen aus einer Strahlformungsmatrix das Ausklammern eines Phasenwinkels aus jeder Spalte in der Strahlformungsmatrix umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Senden ein Senden von N² – N Parameter umfaßt, wobei N eine Dimension der Strahlformungsmatrix darstellt.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner das Ausklammern zusätzlicher Phaseninformationen aus jeder Zeile der Strahlformungsmatrix umfaßt, um eine Phasenmatrix und eine Betragsmatrix zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Senden ein Senden von mindestens einem Parameter umfaßt, der die Phasenmatrix darstellt, und das Senden von mindestens einem Parameter umfaßt, der die Betragsmatrix darstellt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Strahlformungsmatrix zwei Reihen und zwei Spalten umfaßt; der mindestens eine Parameter, der die Phasenmatrix darstellt, aus einem ersten Parameter besteht; der mindestens eine Parameter, der die Betragsmatrix darstellt, aus einem zweiten Parameter besteht.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der erste Parameter aus einem Winkel besteht.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der erste Parameter aus einer Funktion eines Winkels besteht.
Verfahren, umfassend: Faktorisieren einer 2×2-Strahlformungsmatrix in mehrere Matrizen, wobei eine erste der mehreren Matrizen Einträge hat, die Betragsinformationen aus der Strahlformungsmatrix umfassen, Darstellen der ersten der mehreren Matrizen durch einen ersten Parameter.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die mehreren Matrizen ferner zwei Matrizen mit Phaseninformationen umfassen, und wobei eine der zwei Matrizen durch einen zweiten Parameter dargestellt wird und die andere der zwei Matrizen verworfen wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der erste Parameter einen Winkel umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der erste Parameter eine trigonometrische Funktion eines Winkels umfaßt.
Verfahren, umfassend: Ausklammern eines Phasenwinkels aus jeder Spalte einer 3×3-Strahlformungsmatrix, Darstellen der Strahlformungsmatrix unter Verwendung von sechs Parameter.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner das Senden der sechs Parameter über eine drahtlose Verbindung umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner das Ausklammern der Phaseninformationen aus jeder Zeile der 3×3-Strahlformungsmatrix umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei zwei der sechs Parameter ausgewählt sind, um die Phaseninformationen, die aus jeder Zeile herausgerechnet sind, darzustellen.
Verfahren, umfassend: Empfangen von mindestens einem Winkelparameter, Bestimmen der Beträge der Einträge in einer Strahlformungsmatrix aus dem mindestens einen Winkelparameter, Empfangen von mindestens einem Phasenparameter, und Anwenden des mindestens einen Phasenparameters auf mindestens eine Zeile in der Strahlformungsmatrix.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Strahlformungsmatrix zwei Reihen und zwei Spalten umfaßt; der mindestens eine Winkelparameter aus einem Winkelparameter besteht; der mindestens eine Phasenparameter aus einem Phasenparameter besteht.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Strahlformungsmatrix zwei Reihen und zwei Spalten umfaßt; der mindestens eine Winkelparameter aus vier Winkelparametern besteht; der mindestens eine Phasenparameter aus zwei Phasenparametern besteht.
Artikel, umfassend: ein maschinenlesbares Medium, das zum Speichern von Befehlen ausgelegt ist, die beim Zugriff in einer Maschine zum Ausklammern der Phaseninformationen aus einer Strahlformungsmatrix und zum Senden von mindestens einem Parameter führen, der die Strahlformungsmatrix ohne die Phaseninformationen beschreibt.
Artikel nach Anspruch 20, wobei das Ausklammern der Phaseninformationen aus einer Strahlformungsmatrix das Ausklammern eines Phasenwinkels aus jeder Spalte in der Strahlformungsmatrix umfaßt.
Artikel nach Anspruch 20, das ferner das Ausklammern zusätzlicher Phaseninformationen aus jeder Zeile der Strahlformungsmatrix umfaßt, um eine Phasenmatrix und eine Betragsmatrix zu erhalten.
Artikel nach Anspruch 22, wobei das Senden ein Senden von mindestens einem Parameter umfaßt, der die Phasenmatrix repräsentiert, und das Senden von mindestens einem Parameter umfaßt, der die Betragsmatrix repräsentiert.
Artikel nach Anspruch 23, wobei die Strahlformungsmatrix zwei Reihen und zwei Spalten umfaßt; der mindestens eine Parameter, der die Phasenmatrix darstellt, aus einem ersten Parameter besteht; der mindestens eine Parameter, der die Betragsmatrix darstellt, aus einem zweiten Parameter besteht.
Artikel nach Anspruch 23, wobei gilt: die Strahlformungsmatrix drei Reihen und drei Spalten umfaßt; der mindestens eine Parameter, der die Phasenmatrix darstellt, aus zwei Parametern besteht; und der mindestens eine Parameter, der die Betragsmatrix darstellt, aus vier Parameter besteht.
Elektronisches System, umfassend: N Antennen, einen Prozessor, der an die N Antennen angeschlossen ist, eine Ethernet-Schnittstelle und einen Artikel mit einem maschinenlesbares Medium, welches dafür eingerichtet ist, Befehle zu speichern, die bei Zugriff darauf im Prozessor dazu führen, daß Kanalstatusinformationen für N Raumkanäle abgeschätzt, ein Phasenwinkel aus jeder Spalte einer N×N-Strahlformungsmatrix ausgeklammert und die Strahlformungsmatrix ohne die Phasenwinkel unter Verwendung von N² – N Parametern dargestellt werden.
Elektronisches System nach Anspruch 26, wobei N = 2 ist und die N² – N Parameter einen Parameter zum Beschreiben einer Phase und einen Parameter zum Beschreiben eines Betrags umfassen.
Elektronisches System nach Anspruch 26, wobei N = 3 ist und die N² – N Parameter zwei Parameter zum Beschreiben einer Phase und vier Parameter zum Beschreiben eines Betrags umfassen.