TWI394390B - 用於多重輸入多重輸出等化之快速平方根演算 - Google Patents

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Description

用於多重輸入多重輸出等化之快速平方根演算
本說明書大體係關於無線通信，且更特定言之係關於便利於等化在一多重輸入多重輸出(MIMO)操作中所傳達之一無線信號。
本專利申請案主張於2007年10月11日提出申請之題為"LOW-COMPLEXITY IMPLEMENTATION OF FAST SQUARE ROOT ALGORITHM FOR MIMO-MMSE"之美國臨時申請案第60/979,184號之權益。該案之全文以引用的方式明確併入本文中。
本專利申請案為於2008年3月3日提出申請之題為"FAST SQUARE ROOT ALGORITHM FOR MIMO EQUALIZATION"的美國專利申請案第12/041,616號的一部份接續申請案，其主張於2007年3月21日提出申請之題為"MIMO-MMSE EQUALIZATION USING FAST SQUARE ROOT ALGORITHM"之美國臨時申請案第60/896,039號之權益。該等申請案之全文以引用的方式明確併入本文中。
無線通信系統經廣泛部署以提供各種類型之通信內容，諸如音訊、視訊、資料等。此等系統可為能夠支持多個終端機與一或多個基地台之同時通信之多重存取系統。多重存取通信依賴於共用可用系統資源(例如，頻寬及傳輸功率)。多重存取系統之實例包括分碼多重存取(CDMA)系統、分時多重存取(TDMA)系統、分頻多重存取(FDMA)系統及正交分頻多重存取(OFDMA)系統。
一無線系統(例如，一多重存取系統)中之一終端機與一基地台之間的通信係經由在包含一正向鏈路及一反向鏈路之無線鏈路上之傳輸而實現。此通信鏈路可經由單輸入單輸出(SISO)系統、多重輸入單輸出(MISO)系統或多重輸入多重輸出(MIMO)系統而建立。一MIMO系統由分別配備有用於資料傳輸之多個(NT )發射天線及多個(NR )接收天線之發射器及接收器組成。SISO系統及MISO系統為MIMO系統之特例。由NT 個發射天線及NR 個接收天線形成之MIMO頻道可分解為NV 個獨立頻道，該等頻道亦稱作空間頻道，其中NV min{NT ,NR }。NV 個獨立頻道中之每一者對應於一維。若使用由多個發射天線及接收天線建立之額外維度，則MIMO系統可提供改良效能(例如，更高通量、更大容量或改良的可靠性)。
在一MIMO通信系統中，隨NT及NR增加，歸因於計算中所涉及之增加矩陣尺寸的等化演算之效率降級。因此，在以MIMO組態進行操作之無線器件與基地台中需要有效等化。
以下呈現對一或多個態樣之簡化概述以提供對此等態樣之基本瞭解。此概述並非所有被涵蓋之態樣之廣泛綜述，且其既不欲識別所有態樣之關鍵性元素或決定性元素亦不欲限定任何或所有態樣之範疇。其唯一目的為以一簡化形式呈現一或多個態樣的一些概念以作為稍後呈現之更詳細描述之序部。
根據一或多個態樣及其相應揭示內容，結合便利於等化描述各種態樣。存取點及終端機可包括多個發射天線及/或接收天線且使用MIMO技術以增強效能。使用MIMO技術，多個資料流可在一單一載頻調中經傳輸。在等化期間，接收器將在一載頻調中所接收之資料分離為個別資料流。大體上，等化方法為計算密集的。使用一等化器函數為一符號塊(tile)中每一載頻調計算等化器矩陣。此函數通常使用反運算，該反運算可使用快速平方根方法計算得出。然而，該快速平方根方法涉及針對一組矩陣之大量計算，其中所涉及之矩陣之尺寸隨發射天線或接收天線之數目增加而增加。該快速平方根方法之一修改版可用以降低計算之數目及/或複雜性。在此修改版中，僅更新快速平方根矩陣之一部分。另外，可在處理中修改快速平方根矩陣以降低動態範圍需求。
在一態樣中，描述用於便利於在一無線通信系統中之一接收器鏈中等化的方法，該方法包含：產生對於一所接收之信號之載頻調的等化器矩陣，該等化器矩陣為至少部分基於一快速平方根矩陣之元素之一子集的一部分更新而計算所得之反矩陣之一函數；及將該載頻調等化為等化器矩陣之一函數。執行快速平方根矩陣之元素之該子集的該部分更新可涉及根據一Householder反射方法確定一旋轉矩陣。
在另一態樣中，揭示便利於在一無線環境中對信號等化的器件，該器件包含：用於使用一經修改之快速平方根方法產生一等化器矩陣的構件，該經修改之快速平方根方法在迭代處理期間更新該快速平方根矩陣之一子集；及用於使用等化器矩陣分離一所接收之信號中之至少一資料流的構件。在迭代處理期間更新快速平方根矩陣之子集可涉及根據一Householder反射方法確定一旋轉矩陣。
在另一態樣中，本說明書揭示便利於在一無線通信環境中等化之裝置，該裝置包含：一處理器，其經組態以至少部分基於對一快速平方根矩陣之一迭代部分更新而計算一反矩陣，計算為該反矩陣之函數的一等化器矩陣，及使用該等化器矩陣自一所接收之信號獲得至少一資料流；及耦接至該處理器之一記憶體。執行快速平方根矩陣之迭代部分更新可涉及根據一Householder反射方法確定一旋轉矩陣。
在又一態樣中，本說明書描述包含電腦可讀媒體之電腦程式產品，其包含：用於使電腦計算對於一所接收信號之一載頻調的等化器矩陣的程式碼，其中等化器矩陣之計算係基於對一快速平方根矩陣之迭代部分更新；及用於使電腦將該所接收之信號等化為該等化器矩陣之函數的程式碼。執行快速平方根矩陣之元素之子集的部分更新可涉及根據一Householder反射方法確定一旋轉矩陣。
為達成上述及相關目標，一或多個態樣包含在下文中全面描述且在申請專利範圍中特別指出之特徵。以下描述及附屬圖式詳細陳述某些說明性態樣。然而，此等態樣僅指示可使用本文中所描述之原理的各種方式中之幾種且所描述之態樣意欲包括其等效物。
現參看圖式描述各種態樣，其中相同參考數字始終用於指代相同元件。在以下描述中，為達到解釋之目的，闡述諸多特定細節以便提供對一或多個態樣之徹底瞭解。然而，明顯地，此(等)態樣可在不具備此等特定細節之情況下實踐。在其他例子中，以方塊圖形式展示眾所熟知之結構及器件以便利於描述一或多個態樣。
如本申請案中所使用，術語"組件"、"系統"及其類似物欲指代電腦有關實體，硬體、硬體與軟體之組合、軟體或執行中軟體。舉例而言，一組件可為(但不限於)執行於處理器上之過程、處理器、物件、可執行碼、執行線緒、程式及/或電腦。以實例說明，執行於通信器件上之應用程式及該器件可為一組件。一或多個組件可駐留於一過程及/或執行線緒中且一組件可位於一電腦上及/或分散於兩個或兩個以上之電腦之間。此等組件亦可自儲存有各種資料結構之各種電腦可讀媒體執行。該等組件可(諸如)根據具有一或多個資料封包之信號藉由本地及/或遠端過程而通信(例如，來自一組件之資料藉由該信號與一本地系統、分散式系統中之另一組件相互作用，及/或跨越一網路(諸如網際網路)與其他系統相互作用)。
另外，術語"或"欲意為包括性之"或"而非排斥性之"或"。亦即，除非另有規定，或本文清楚表明，否則"X使用A或B"欲意為任何自然包括性排列。亦即，若X使用A，X使用B，或X使用A及B，則"X使用A或B"在上述例子之任一者下成立。另外，如本申請案及所附申請專利範圍中所使用之數詞"一"應大體被解釋為意謂"一或多個"，除非另有規定或本文清楚表明其係指示單數形式。
此外，本文中結合終端機描述各種態樣。終端機亦可稱作系統、使用者器件、用戶單元、用戶台、行動台、行動器件、遠端台、存取點、基地台、遠端終端機、存取終端機、使用者終端機、終端機、使用者代理或使用者設備(UE)。終端機可為蜂巢式電話、無繩電話、會話起始協定(SIP)電話、無線區域迴路(WLL)台、PDA、具有無線連接能力之掌上型器件，或連接至無線數據機之其他處理器件。
現參看諸圖，圖1說明能夠使用多個接收及/或發射天線在無線系統中執行對所接收信號之等化之系統100。在使用MIMO技術之系統中，多個資料流可經由一單一副載波傳輸，其中每一資料流自一不同天線傳輸。在接收器處，在本文中稱作等化之方法中資料流可經分離以準備通信。術語資料流及層在本文中可互換使用。信號或傳輸之階層與傳輸層之數目相等，其中傳輸之最高階層與發射天線之數目或接收天線之數目中的較小者相等。大體上，等化為頗具計算成本之過程。等化所需之計算次數及複雜性之降低可減小操作一接收器所需之功率，從而增加使用該接收器之器件之電池壽命。另外，執行較小或較低複雜操作之晶片或硬體組件之尺寸可降低，從而為額外硬體提供空間或使得使用該組件之終端機之尺寸降低。
等化器組件102可用於分離所接收之資料流。特定言之，等化器組件可為最小均方誤差(MMSE)等化器。儘管在傳輸層之階層或數目等於一之情況下可使用本文中所描述之MMSE等化器組件及操作，但在此等情況下效能可為較低效的。當階層等於一時，等化組件可使用替代方法，諸如最大比率組合(MRC)等化。或者，可使用分離MRC等化組件(未圖示)。
對於載頻調或副載波n 之所接收信號可表示如下：
x(n)=H(n)s(n)+v(n)
此處，v(n) 為M R ×1雜訊向量，其滿足：
H(n) 為表示MIMO頻道之一M R ×M T 矩陣。H(n) 可表示如下：
傳輸符號由M T ×1向量s(n) 表示：
正規化頻道矩陣元素，及經比例縮放之所接收信號元素可表示如下：
此處，為跨越所有接收天線之最小干擾方差。對於一給定符號塊，為一固定參數。另外，正規化頻道元素設定為零，其中j 大於傳輸中之MIMO層之階層或數目。應注意，如本文中所提及之符號塊為包含用於固定數目之連續OFDM符號的預定數目之連續載頻調的時間頻率域。舉例而言，符號塊可包括在16個載頻調或頻道上之128個符號。符號可包括資料符號以及導頻符號，導頻符號可用作參考以確定效能，例如，頻道估計。
等化器組件102可(i)使用頻道及干擾資訊以等化所接收之信號及產生經等化之符號；(ii)以每一符號塊為基礎處理所接收之信號；(iii)為一符號塊中之每一載頻調產生一等化器矩陣，其中可使用該等化器矩陣將一載頻調之所接收信號分離為個別資料流。經等化之信號可表示如下：
此處，表示載頻調n 之經正規化之經等化信號，G(n) 為等化器矩陣，且為載頻調n 之所接收信號。
等化器組件102包括產生等化器矩陣G(n) 之等化器矩陣組件104，及產生為該等化器矩陣之函數之經等化符號的等化組件106。等化器矩陣組件104可使用與所考慮之符號塊相關之頻道及干擾資訊(例如，頻道及干擾估計)以產生等化器矩陣。如本文中所使用，頻道估計為對發射器至接收器之無線頻道之回應進行的估計。頻道估計通常藉由在符號塊中傳輸由發射器及接收器已知為先驗之導頻符號而執行。干擾可由同時傳輸其導頻信號之多個發射器產生。此等發射器可位於無線環境中之不同存取點，或可為相同存取點之不同天線。導頻干擾降級頻道估計之品質。估計時間頻率域或符號塊之干擾之功率，且在本文中將其稱作干擾估計。等化組件106可使用所得等化器矩陣以處理所接收之信號及產生經等化之符號。
大體上，所需用於產生等化器矩陣之計算係複雜的，且其隨發射天線或接收天線之數目增加而迅速增加。等化器為一M T ×M R 矩陣，其中M T 為存取點處之發射天線之有效數目，且M R 為在存取終端機處之接收天線之數目。對於載頻調n ，等化器矩陣可表示如下：
等化器矩陣可重寫如下：
P(n) 表示反矩陣，其定義如下：
其中對應於一正規化H(n) 矩陣。項Λ(n )為信號對干擾加雜訊之比值(SINR)之矩陣，且可表示如下：
其中以P(n) 之對角矩陣元素來定義λ j (n )：
λ j (n )=1-P jj (n )
通常，使用快速平方根方法計算反矩陣P(n) 。快速平方根方法使用一組矩陣(於下文詳細描述)以執行可用於獲得反矩陣之遞迴計算。然而，普通快速平方根方法中所用之矩陣含有反矩陣之計算所不必要之項。因此，可使用經修改之快速平方根方法以有效執行矩陣反演，因此使用經修改之矩陣及遞迴以降低或最小化所需計算之數目。等化器矩陣組件104可使用此經修改之快速平方根方法以降低計算費用(例如，執行時間、記憶體)及便利於等化器矩陣產生。以下討論經修改之快速平方根方法之細節。
等化器組件102亦可包括記錄經解調變之符號及額外資訊之登錄組件108。登錄封包可包括額外資料，諸如用於產生該登錄封包之硬體區塊之識別符、一正向鏈路系統訊框編號、伺服扇區之識別符、登錄於該封包中之符號塊之數目、符號塊指數、經登錄用於一符號塊之符號的數目、層之數目、每一層之複雜估計符號輸出及每層之SINR。在一態樣中，資料可每正向鏈路訊框登錄一次。
圖2呈現便利於一經傳輸之符號塊之等化之實例方法200的流程圖。在步驟202處，獲得一符號塊之頻道及干擾資料。特定言之，頻道估計可基於包括於一符號塊中之導頻符號產生。分離頻道矩陣(n )經產生用於每一所接收之載頻調n 。因此，對於每一調變符號，獲得對應於該所接收之符號塊之一頻道矩陣向量。類似地，獲得對應於該所接收之符號塊之干擾資訊。
在204處，可確定傳輸之階層是否等於一。若等於一，則MMSE等化可能並非用於等化之最有效方法。因此，可使用一替代方法等化信號，諸如在206處之MRC等化。若不等於一，則在208處可使用經修改之快速平方根方法產生一載頻調之等化器矩陣。經修改之快速平方根方法可使用標準快速平方根方法之矩陣。然而，僅需更新矩陣之元素之一子集。因此，對於遞迴計算之每一迭代，執行普通快速平方根方法計算之一部分，從而產生顯著減小的計算。在210處可使用所產生之等化器矩陣產生該載頻調之經等化的符號。
在步驟212處，確定該符號塊中之是否存在額外載頻調待等化。若存在，則過程返回208，其中為下一載頻調產生等化器矩陣。若不存在，則該過程對於該特定符號塊終止。在214處，可登錄經解調變之資料符號。特定言之，MMSE登錄封包可包括來自相同訊框之一或多個符號塊之MMSE經解調變(經估計)資料符號。在一態樣中，資料可每正向鏈路訊框登錄一次。登錄封包可包括額外資料，諸如產生該登錄封包之硬體區塊之識別符、一正向鏈路系統訊框編號、伺服扇區之識別符、登錄於該封包中之符號塊之數目、符號塊指數、經登錄用於一符號塊之符號的數目、層之數目、每一層之複雜估計符號輸出及每層之SINR。方法200可重複用於多個所接收之符號塊。
圖3說明使用簡化有效等化程序之等化器組件102。等化器組件102可包括反矩陣組件300，如此項技術中所知，其使用普通快速平方根方法之修改版計算反矩陣P(n) 。快速平方根方法使用本文中稱作快速平方根矩陣或前陣列矩陣及後陣列矩陣之一組矩陣。反矩陣組件300可包括執行初始化快速平方根方法矩陣之運算之初始化組件302。陣列更新組件304可在迭代處理期間修改或更新前陣列或後陣列之元素。特定言之，僅有一元素子集必需用於反矩陣計算。因此，陣列更新組件304可更新前陣列矩陣及後陣列矩陣之一子集。反矩陣更新組件306可根據經修改之快速平方方法產生反矩陣。所產生之等化器矩陣可由等化組件106使用，且結果由登錄組件108進行登錄。
考慮以最小干擾方差σmin 及單位矩陣I 進行擴增之頻道矩陣之QR分解：
此處，Q a 具有維數M T ×M R 且Q 具有維數(M T +M R )×M T 。使用QR分解，等化器矩陣可寫為如下：
G (n )=Λ(n )-1 R (n )-1 (n )
其中R (n )-1 =P (n )1/2 且。此等式亦可表達如下：
此表達式可比前述等式更有效地得到計算。此處，P (n )1/2 可計算如下：
其中為之第j列。可使用以下快速平方根矩陣之遞迴處理獲得矩陣及。
經初始化為單位矩陣I MT×MT (具有維數M T ×M T )與1/σ相乘。B 0 (n )經初始化為具有維數M R ×M T 之零矩陣。此處，e i 為維數M R 之第i單位向量且為之第i列。
可藉由產生及更新矩陣(i =1,2,3...M R )來計算。在M R 個迭代之後，=且=。
更具計算嚴格性地計算及以用於等化器表達式：
實情為僅需計算，且可使用經重寫之等化器表達式：
所需計算亦可藉由減小計算之動態需求而減少。通常，在快速平方根方法之初始化期間，單位矩陣I MT×MT 與1/σ相乘，
此運算可導致產生用於初始化之相對較大的數目及動態範圍。此大的動態範圍可需要額外位元以保持資料及執行計算。動態範圍可藉由與干擾之簡單相乘而避免。特定言之，前陣列矩陣及後陣列矩陣可使用以下表達式更新：
初始化組件302及陣列更新組件304可使用所描述之修改版來便利處理。以下對經修改之快速平方根方法之描述使用此特徵以降低動態範圍。然而，在不使用此特徵之情況下可執行使用快速平方根矩陣之部分更新之經修改之快速平方根方法的計算。
快速平方根矩陣之一子集可經更新以計算。特定言之，在迭代處理期間僅更新部分快速平方根矩陣：
此處，。此處，經初始化為單位矩陣I MT×MT 。在遞迴過程中所使用之快速平方根矩陣：
被稱作前陣列矩陣X 。而第二快速平方根矩陣：
被稱作後陣列矩陣Y 。可使用此等經修改之快速平方根矩陣或陣列而遞迴式地計算反矩陣。
圖4描繪用於前陣列矩陣之初始化方法之表示。在前陣列矩陣初始化期間，可使用以下等式計算向量a ：
可使用以下實例假碼執行此計算：
圖400描繪計算向量a 之實例運算。初始化組件302亦可將初始化為單位矩陣I MT×MT 。另外，初始化組件302可將後陣列初始化為前陣列，如下：
此處，s f 為可以右移運算實施之兩個縮放因數之輸入功率。
陣列更新組件304可在平方根方法之迭代處理期間更新前陣列矩陣、旋轉矩陣，及後陣列矩陣。特定言之，在處理期間，對於每一接收天線i=1,2…MR ，可計算前陣列矩陣，可更新旋轉矩陣及後陣列矩陣且可產生反矩陣之一元素。陣列更新組件304可計算(M T +1)×(M T +1)旋轉矩陣且可將後陣列矩陣更新為旋轉矩陣及前陣列之一函數，。
旋轉矩陣可根據Householder反射方法確定。此可涉及執行以下運算：
其中為該迭代中之前陣列X 之第一列。
反矩陣更新組件306可基於後陣列矩陣之迭代計算更新反矩陣，如下：
陣列更新組件304可使用經計算之反矩陣以更新前陣列矩陣之選定部分。等化器產生器組件104可使用反矩陣以計算等化器矩陣，該矩陣由等化組件106用於執行對所接收信號之等化。
圖5說明用於計算反矩陣之實例方法500。可使用降低計算複雜性之快速平方根方法之變體。在步驟502處，前陣列矩陣及後陣列矩陣經初始化以便為反矩陣之計算作準備。另外，表示接收天線之計數變數i可經初始化(例如，i=1)。可基於對向量a 之計算而初始化前陣列矩陣：
後陣列矩陣可經初始化為前陣列矩陣。
初始化之後，後陣列矩陣及前陣列矩陣經迭代更新達接收天線數目的次數。在504處，一旋轉矩陣經計算用於迭代。該旋轉矩陣可根據如上所描述之Householder反射方法計算得到。
在步驟506處可基於該旋轉矩陣及該前陣列矩陣更新後陣列(例如，)。在步驟508處，反矩陣可更新為一後陣列矩陣之函數(例如，)。前陣列矩陣之元素在步驟510處基於該反矩陣被更新。
在步驟512處，確定是否已完成對於每一接收天線(例如，I <M R )之處理。若處理未完成，則在步驟514處遞增接收天線之變數i ，且處理在步驟504處繼續，其中為下一接收天線計算該旋轉矩陣。若對於每一接收天線之處理完成，則反矩陣已計算得出且可將其用於產生等化器矩陣以執行信號之等化。
現參看圖6、圖7及圖8，其描繪說明對經等化之符號進行之計算的圖。經等化之符號可表示如下：
此處表示載頻調n 之正規化之經等化符號，G(n) 為等化器矩陣，且為載頻調n 之經比例縮放之所接收信號。圖600說明按比例縮放輸入信號之運算。以下實例假碼可用於藉由縮放向量αi 正規化所接收之信號：
此處，αi 可表示如下：
如上所討論，等化器矩陣可表示如下：
產生以下等式以獲取經等化之符號：
可分階段計算經等化之符號，如圖6、圖7及圖8所示。特定言之，在第一階段，向量d 可計算如下：
圖602說明可用於產生向量d 之運算。以下實例假碼可用於產生d ：
在第二階段期間，R ×1向量e 可計算如下：
此處，s f 為一縮放因數且γmin 為一正規化因數。圖604說明可用於產生向量e 之運算。正規化因數γmin 可計算如下：
圖606描繪用於計算γ2 min 之位元精確(bit-exact)實施方案。以下運算可每符號塊執行一次：
圖608描繪用於計算σmin 之位元精確實施方案。以下實例假碼可用於產生e ：
在第三階段期間，R ×1向量f 可計算如下：
此處，s f 為一縮放因數且γmin 為一正規化因數。正規化因數γmin 可如上所描述計算得出。圖702描繪可用於產生向量f 之運算。以下實例假碼亦可用於產生f ：
在最後階段期間，經等化信號之R ×1向量可產生如下：
圖704描繪用於計算經等化之符號之運算且以下實例假碼可用於產生此等經等化之符號：
此處，βj 可用於偏差修正，其中βj 可獲自(n )之對角矩陣元素，其計算如下：
圖800描繪計算(n )之運算。以下例示性假碼可用於獲得對角元素：
其中β j 可表達如下：
圖802描繪用於計算β j 之運算。MMSE後處理SINR可用於加權對數概擬比(LLR)且容易自計算所得之P 矩陣之對角元素獲得：
圖804描繪用於計算λ j 之運算。
現轉向圖9，其說明使用經修改之快速平方根方法之等化之模擬的結果。使用四個發射天線及接收天線，可執行初步模擬以證實位元寬度。雜訊方差可關於範圍為0dB至30dB之均值SNR而變化(例如，0,-3,-6,及-10dB)。假定頻道矩陣H元素為具有零之均值及一之方差的IID高斯。假定頻道元素之輸入及所接收之信號被縮放1/4。在位元精確輸出及浮點輸出之間的正規化均方誤差(MSE)可計算如下：
圖900可使用固定點模擬(例如，使用Matlab固定點工具箱)產生。此處，x軸902表示信雜比(SNR)，而y軸904表示正規化MSE。應注意每層SINR(在一MMSE接收器輸出處)低於每天線之接收SNR至少6dB。舉例而言，在30dBSNR時，每層SINR小於24dB。通常，對於IID頻道、MIMO頻道，每層SINR可比24dB小很多。因此，-25dB之正規化MSE為可接受的。
應瞭解可關於終端機分類等進行推斷。如本文中所使用，術語"推斷"大體上係指自經由事件及/或資料所俘獲之一組觀察對系統、環境及/或使用者之狀態進行推理或推斷的過程。舉例而言，推斷可用於識別特定情境或行為，或可產生狀態機率分布。推斷可為機率性的，即其為基於對資料及事件之考慮對相關狀態之機率分布進行的計算。推斷亦可指用於自一組事件及/或資料組成更高階事件之技術。此推斷導致自一組觀察到之事件及/或所儲存之事件資料構成新事件或行為，不管事件是否為時間緊密相關，且不管事件及資料是來自一個事件及資料源還是幾個事件及資料源。
圖10為根據各種態樣之在通信環境中便利於等化之系統1000之說明。系統1000包含具有接收器1010之存取點1002，接收器1010經由一或多個接收天線1006自一或多個終端機1004接收信號，且經由一或多個發射天線1008將信號傳輸至一或多個終端機1004。在一或多個態樣中，可使用一單一組天線實施接收天線1006及發射天線1008。接收器1010可自接收天線1006接收資訊且在操作上與解調變所接收之資訊之解調變器1012相關聯。如熟習此項技術者將瞭解，接收器1010可為基於MMSE之接收器，或用於將經指配給其之終端機分開之某一其他適合接收器。根據各種態樣，可使用多個接收器(例如，每一接收天線一個)，且此等接收器可彼此通信以提供對使用者資料之改良估計。存取點1002進一步包含等化器組件1022，其可為不同於接收器1010之處理器或整合至接收器1010之處理器。等化器組件1022可使用上文中所描述之經修改之快速平方根方法以降低等化所接收之信號所需的計算的複雜性。
經解調變之符號由處理器1014分析。處理器1014耦接至儲存與等化有關之資訊(諸如等化器函數、等化器矩陣及任何其他與等化有關之資料)的記憶體1016。應瞭解本文中所描述之資料儲存(例如，記憶體)組件可為揮發性記憶體或非揮發性記憶體，或可包括揮發性記憶體及非揮發性記憶體兩者。以實例說明(且並非限制)，非揮發性記憶體可包括唯讀記憶體(ROM)、可程式化ROM(PROM)、電可程式化ROM(EPROM)、電可擦可程式化ROM(EEPROM)或快閃記憶體。揮發性記憶體可包括隨機存取記憶體(RAM)，其擔當外部快取記憶體。以實例說明(且並非限制)，RAM可為許多形式，諸如同步RAM(SRAM)、動態RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、雙資料速率SDRAM(DDR SDRAM)、增強SDRAM(ESDRAM)、同步鏈路DRAM(SLDRAM)及直接Rambus RAM(DRRAM)。本發明系統及方法之記憶體1010意欲包含(但不限於)此等及任何其他適合類型之記憶體。每一天線之接收器輸出可由接收器1010及/或處理器1014共同處理。調變器1018可多工用於藉由發射器1020經由發射天線1008傳輸至終端機1004之信號。
參看圖11，其說明在多重存取無線通信系統中之發射器及接受器之一實施例，1100。在發射器系統1110處，許多資料流之訊務資料自資料源1112經提供至發射(TX)資料處理器1114。在一實施例中，每一資料流經由各別發射天線傳輸。TX資料處理器1114基於選定用於一資料流之特定編碼方案格式化、編碼及交錯該資料流之訊務資料以提供經編碼之資料。在一些實施例中，TX資料處理器1114基於資料流之符號所傳輸自之使用者及天線施加預編碼權重至該等符號。在一些實施例中，預編碼權重可基於產生於收發器1154處之一碼簿之指數而產生，且作為反饋提供至瞭解該碼簿及其指數之收發器1122。另外，在經排程傳輸之該等情況下，TX資料處理器1114可基於自使用者傳輸之階層資訊選擇封包格式。
每一資料流之經編碼資料可使用OFDM技術與導頻資料一起多工。導頻資料通常為一已知資料樣式，其以一已知方式加以處理且可用於接收器系統以估計頻道回應。每一資料流之經多工之導頻資料及編碼資料接著基於選定用於此資料流之特定調變方案(例如，BPSK、QPSK、M-PSK或M-QAM)調變(例如，符號映射)以提供調變符號。每一資料流之資料速率、編碼及調變可由處理器1130所執行之指令來確定。如以上所討論，在一些實施例中，用於一或多個流之封包格式可根據自使用者傳輸之階層資訊而變化。
接著將所有資料流之調變符號提供至TX MIMO處理器1120，其可進一步處理調變符號(例如，OFDM)。TX MIMO處理器1120接著提供NT 個調變符號流至NT 個收發器(TMTR)1122a至1122t。在某些實施例中，TX MIMO處理器1120基於資料流之符號所傳輸至之使用者及來自該使用者頻道回應資訊之符號所傳輸自之天線而施加預編碼權重至該等符號。
每一收發器1122接收並處理各別符號流以提供一或多個類比信號，且進一步調節(例如，放大、濾波及增頻轉換)類比信號以提供適合於經由MIMO頻道傳輸的經調變信號。來自收發器1122a至1122t之NT 個經調變之信號接著分別自NT 個天線1124a至1124t傳輸。
在接收器系統1150處，經傳輸之調變信號由NR 個天線1152a至1152r接收，且來自每一天線1152之所接收信號提供至各別收發器(RCVR)1154。每一收發器1154調節(例如，濾波、放大及降頻轉換)各別所接收信號，數位化經調節之信號以提供樣本，且進一步處理該等樣本以提供相應的"所接收"符號流。
RX資料處理器1160接著基於特定接收器處理技術接收並處理來自NR 個收發器1154之NR 個所接收之符號流以提供NT 個"經偵測"之符號流。以下進一步詳細描述由RX資料處理器1160進行之處理。每一經偵測之符號流包括為針對相應資料流所傳輸之調變符號的估計的符號。RX資料處理器1160接著解調變、解交錯及解碼每一經偵測之符號流以恢復資料流之訊務資料。由RX資料處理器1160進行之處理與在發射器系統1110處由TX MIMO處理器1120及TX資料處理器1114執行之處理互補。
由RX處理器1160產生之頻道回應估計可用於在接收器處執行空間、空間/時間處理，調整功率位準，改變調變速率或方案，或其他行為。RX處理器1160可進一步估計經偵測符號流之信號對干擾加雜訊比(SINR)，及可能的其他頻道特徵，且提供此等量至處理器1170。RX資料處理器1160或處理器1170可進一步導出對系統之"操作"SINR之估計。處理器1170接著提供估計(CSI)，其可包含關於通信鏈路及/或所接收之資料流之各種類型的資訊。舉例而言，CSI可僅包含操作SINR。該CSI接著由亦自資料源1176接收許多資料流之訊務資料的TX資料處理器1178處理，由調變器1180調變，由收發器1154a至1154r調節，且經傳輸回發射器系統1110。
在發射器系統1110處，來自接收器系統1150之經調變信號由天線1124接收，由接收器1122調節，由解調變器1140解調變，且由RX資料處理器1142處理以恢復由接收器系統報告之CSI。所報告之量化資訊(例如，CQI)接著提供至處理器1130且用於(1)確定將用於該等資料流之資料速率及編碼與調變方案，及(2)產生對TX資料處理器1114及TX MIMO處理器1120之各種控制。
本文中所描述之技術可由各種構件實施。舉例而言，此等技術可在硬體、軟體或其組合中實施。對於硬體實施方案，此等技術之處理單元(例如，控制器1120及1160、TX處理器及RX處理器1114及1142，等)可實施於一或多個特殊應用積體電路(ASIC)、數位信號處理器(DSP)、數位信號處理器件(DSPD)、可程式化邏輯器件(PLD)、場可程式化閘陣列(FPGA)、處理器、控制器、微控制器、微處理器、經設計以執行本文中所描述之功能的其他電子單元或其組合中。
現參看圖12，其說明根據本文中所描述之態樣之使用經修改之快速平方根方法使得能等化所接收之信號的實例系統1200。系統1200包括電子組件之邏輯分組1210，其可協同作用以達成該等化。在一態樣中，邏輯分組1210包括電子組件1215，其可產生對於一所接收之信號之每一載頻調或副載波之等化器矩陣。使用至少部分基於反矩陣之等化器函數產生等化器矩陣。可使用快速平方根方法之修改版計算該反矩陣，其中在迭代處理期間僅更新快速平方根矩陣之一部分。此部分更新減少所需計算且改良效能。另外，處理之動態需求可藉由將快速平方根方法之初始化修改為干擾方差之函數而降低。另外，邏輯分組1210包括電子組件1225，其可使用所產生之等化器矩陣分離包括在該所接收之信號之副載波中之一或多個資料流。可使用相應等化器矩陣等化每一副載波。一旦被分離，個別資料流可單獨經處理以獲得資料符號。此外，當信號含有一單一資料流時，電子組件1235可使用最大比率組合等化以等化該所接收之信號。
系統1200亦可包括記憶體1240，其保持執行與電子組件1215、1225及1235相關聯之功能的指令，以及在執行此等功能期間可產生之量測所得資料及計算所得資料。儘管被展示為位於記憶體1240之外部，但應理解電子組件1215、1225及1235中之一或多個可駐留在記憶體1240中。
本描述案中說明用於執行等化之方法(圖2及圖5)。應注意儘管為達到解釋簡化之目，將該等方法展示及描述為一系列動作，但應理解及瞭解該等方法不受動作次序之限制，因為根據一或多個態樣，一些動作可以不同於本文中所展示及所描述之動作之次序的次序發生及/或與來自本文中所展示及所描述之動作的其他動作同時發生。舉例而言，熟習此項技術者應理解及瞭解一方法可替代地表示為一系列相關狀態或事件，諸如以一狀態圖形式。此外，並非所有所說明之動作均可用於實施根據一或多個態樣之一方法。
對於軟體實施方案，本文中所描述之技術可藉由執行本文中所描述之功能之模組(例如，程序、函數等)實施。軟體碼可儲存在記憶體單元中且可由處理器執行。記憶體單元可實施於處理器內或處理器外，在後者情況下，記憶體單元可經由此項技術中已知之各種構件通信地耦接至處理器。
此外，本文中所描述之各種態樣或特徵可實施為使用標準程式設計及/或工程技術之方法、裝置或製品。如本文中所使用之術語"製品"意欲涵蓋可自任何電腦可讀器件、載體或媒體存取之電腦程式。舉例而言，電腦可讀媒體可包括(但不限於)磁性儲存器件(例如，硬碟、軟性磁碟、磁條…)、光碟(例如，緊密光碟(CD)、數位化通用光碟(DVD)…)、智慧卡，及快閃記憶體器件(例如，記憶卡、記憶棒、隨身碟…)。
以上描述包括一或多個態樣之實例。當然，不可能描述組件或方法之每一可構想組合來達到描述前述態樣之目的，但一般熟習此項技術者可認識到各種態樣之進一步組合及排列為可能的。因此，所描述之態樣意欲包含落在所附申請專利範圍之精神及範疇內的所有此等變更、修改及變化。此外，就術語"包括"或其任何變體用於【實施方式】或【申請專利範圍】中之程度而言，此術語意欲以類似於將術語"包含"在一請求項中用作一過渡詞時所解釋之方式而為包括性的。
100．．．系統
102．．．等化器組件
104．．．等化器矩陣組件
106．．．等化組件
108．．．登錄組件
300．．．反矩陣組件
302．．．初始化組件
304．．．陣列更新組件
306．．．反矩陣更新組件
902．．．x軸
904．．．y軸
1000．．．系統
1002．．．存取點
1004．．．終端機
1006．．．接收天線
1008．．．發射天線
1010．．．接收器
1012．．．解調變器
1014．．．處理器
1016．．．記憶體
1018．．．調變器
1020．．．發射器
1022．．．等化器組件
1110．．．發射器系統
1112．．．資料源
1114．．．TX資料處理器
1120．．．TX MIMO處理器
1130．．．處理器
1132．．．記憶體
1140．．．解調變器
1142．．．RX資料處理器
1122a-1122t．．．收發器
1124a-1124t．．．天線
1150．．．接收器系統
1152a-1152r．．．天線
1154a-1154r．．．收發器
1160．．．RX資料處理器
1170．．．處理器
1172．．．記憶體
1176．．．資料源
1178．．．TX資料處理器
1180．．．調變器
1200．．．系統
1210．．．電子組件之邏輯分組
1215．．．可產生對於一所接收之信號之每一載頻調或副載波之等化器矩陣的電子組件
1225．．．可使用所產生之等化器矩陣分離包括在該所接收之信號之副載波中之一或多個資料流的電子組件
1235．．．使用最大比率組合等化以等化該所接收之信號的電子組件
1240．．．記憶體
圖1為根據本文中所呈現之一或多個態樣之等化信號之實例系統的方塊圖。
圖2說明根據本文中所呈現之一或多個態樣之用於等化所接收之信號的實例方法。
圖3為根據本文中所呈現之一或多個態樣之使用經修改之快速平方根演算之等化器的方塊圖。
圖4為根據本文中所呈現之一或多個態樣之快速平方根方法前陣列矩陣之初始化方法的方塊圖。
圖5說明根據本文中所呈現之一或多個態樣之用於使用經修改之快速平方根方法等化所接收之信號的實例方法。
圖6描繪根據本文中所呈現之一或多個態樣之等化方法之方塊圖。
圖7描繪根據本文中所呈現之一或多個態樣之額外等化方法之方塊圖。
圖8描繪根據本文中所呈現之一或多個態樣之另一等化方法之方塊圖。
圖9呈現描繪根據本文中所呈現之一或多個態樣之使用經修改之快速平方根方法之等化之結果的曲線圖。
圖10為根據本文中所呈現之一或多個態樣之實例無線通信系統之說明。
圖11為可結合本文中所描述之各種系統及方法使用之實例無線通信環境之說明。
圖12為根據本文中所呈現之一或多個態樣之便利於等化之實例系統的說明。
(無元件符號說明)

Claims (18)

  1. 一種用於促進在一無線通信系統之一接收器鏈中之等化的方法，該方法包含：利用一處理器產生對於一所接收之信號之一載頻調之一等化器矩陣，其中該等化器矩陣為一至少部分基於一快速平方根矩陣之元素之一子集的一部分更新而計算所得之反矩陣的函數，其中該快速平方根矩陣被指定為一干擾方差之一函數；及利用該處理器將該載頻調等化為該等化器矩陣之一函數；其中執行該快速平方根矩陣之元素之該子集的該部分更新包含根據一Householder反射方法確定一旋轉矩陣。
  2. 如請求項1之方法，其中該快速平方根矩陣為一前陣列矩陣。
  3. 如請求項1之方法，其中該快速平方根矩陣為一後陣列矩陣。
  4. 如請求項1之方法，進一步包含利用該處理器修改該快速平方根矩陣以便降低動態範圍需求。
  5. 如請求項1之方法，進一步包含當一單一資料流含於該所接收之信號中時，利用該處理器執行最大比率組合等化。
  6. 如請求項1之方法，進一步包含利用該處理器產生一登錄封包，該登錄封包包括自該經等化之載頻調導出之符號。
  7. 一種促進一無線通信環境中之等化之裝置，該裝置包含：一處理器，其經組態以至少部分基於對一快速平方根矩陣之一迭代部分更新而計算一反矩陣，計算為該反矩陣之一函數之一等化器矩陣，及使用該等化器矩陣以自一所接收之信號獲得至少一資料流，其中該快速平方根矩陣被指定為一干擾方差之一函數；及一記憶體，其耦接至該處理器；其中執行該快速平方根矩陣之該迭代部分更新包含根據一Householder反射方法確定一旋轉矩陣。
  8. 如請求項7之裝置，其中該快速平方根矩陣為一前陣列矩陣或一後陣列矩陣中之至少一者。
  9. 如請求項7之裝置，其中該處理器經進一步組態以降低該快速平方根矩陣之一動態範圍需求。
  10. 如請求項7之裝置，其中該處理器經進一步組態以當該所接收之信號包括一單一資料流時，執行一最大比率組合等化。
  11. 一種促進在一無線環境中對一信號之等化之器件，該器件包含：用於使用一經修改之快速平方根方法產生一等化器矩陣之構件，該經修改之快速平方根方法在迭代處理期間更新該快速平方根矩陣之一子集，其中該快速平方根矩陣被指定為一干擾方差之一函數；及用於使用該等化器矩陣分離一所接收之信號中之至少 一資料流的構件；其中在迭代處理期間更新該快速平方根矩陣之該子集包含根據一Householder反射方法確定一旋轉矩陣。
  12. 如請求項11之器件，其中該快速平方根矩陣為一前陣列矩陣或一後陣列矩陣中之至少一者。
  13. 如請求項11之器件，其進一步包含：用於修改該快速平方根矩陣的構件，以便降低動態範圍需求。
  14. 如請求項11之器件，進一步包含用於當該信號含有一單一資料流時，使用一最大比率組合等化來等化該所接收之信號的構件。
  15. 一種包括一非暫時性電腦可讀媒體之電腦程式產品，其包含：用於使一電腦計算一所接收之信號之一載頻調之一等化器矩陣的程式碼，其中對該等化器矩陣之計算係基於對一快速平方根矩陣之迭代部分更新，其中該快速平方根矩陣被指定為一干擾方差之一函數；及用於使一電腦將該所接收之信號等化為該等化器矩陣之一函數的程式碼；其中執行該快速平方根矩陣之元素之該子集之該部分更新包含根據一Householder反射方法確定一旋轉矩陣。
  16. 如請求項15之電腦程式產品，其中該快速平方根矩陣為一前陣列矩陣或一後陣列矩陣中之至少一者。
  17. 如請求項15之電腦程式產品，該非暫時性電腦可讀媒體 進一步包含：用於使一電腦修改該快速平方根矩陣以便降低動態範圍需求之程式碼。
  18. 如請求項15之電腦程式產品，該非暫時性電腦可讀媒體進一步包含：用於使一電腦在該信號含有一單一資料流時使用一最大比率組合等化來等化該所接收之信號的程式碼。
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