TWI403111B - 用於多重輸入多重輸出正交分頻多工系統之連續波束成形 - Google Patents

用於多重輸入多重輸出正交分頻多工系統之連續波束成形 Download PDF

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Description

用於多重輸入多重輸出正交分頻多工系統之連續波束成形 [根據35 U.S.C.§119主張優先權]
本專利申請案主張優先於2004年6月9日提出申請且名稱為「用於多重輸入多重輸出正交分頻多工系統之連續波束成形(Continuous Beamforming for a MIMO－OFDM System)」的第60/578,656號臨時申請案、2004年6月2日提出申請且名稱為「用於多重輸入多重輸出正交分頻多工系統之連續波束成形(Continuous Beamforming for a MIMO－OFDM System)」的第60/576,719號臨時申請案、及2004年5月7日提出申請且名稱為「基於正交分頻多工之多天線通訊系統之導航分集(Steering Diversity for an OFDM－Based Multi－Antenna Communication System)」之第60/569,103號臨時申請案，該等臨時申請案皆受讓於本發明之受讓人並以引用方式明確地併入本文中。
本發明概言之係關於通訊，更具體而言，係關於在一利用正交分頻多工(OFDM)之多重輸入多重輸出(MIMO)通訊系統中之資料傳輸。
一MIMO系統在一發射實體處使用多(T)個發射天線並在一接收實體處使用多(R)個接收天線進行資料傳輸。一由該等T個發射天線及R個接收天線構成之MIMO頻道可分解成S個空間頻道，其中Smin{T,R}。可使用該等S個空間頻道並行地發射資料，以獲得更大之通量及/或另外獲得更高之可靠性。
OFDM係一種可將整個系統頻寬有效地劃分成多(K)個正交頻率子頻帶之多載波調變技術。該等正交子頻帶亦稱作音調、子載波、頻段、及頻道。對於OFDM而言，每一子頻帶皆與一可使用資料來調變之相應子載波相關聯。
MIMO－OFDM系統係利用OFDM之MIMO系統。對於該等K個子頻帶中之每一子頻帶，MIMO－OFDM系統皆具有S個空間頻道。每一子頻帶之每一空間頻道可稱作一「傳輸頻道」。每一傳輸頻道可能會經歷各種不利的頻道狀態，例如衰落效應、多路徑效應及干擾效應。MIMO頻道之各傳輸頻道亦可能會經歷不同之頻道狀態，並可獲得不同之信號對雜訊及干擾比(SNR)。每一傳輸頻道之SNR會確定其傳輸容量，傳輸容量通常係由一可在傳輸頻道上可靠傳輸之特定資料速率來量化。對於時變無線頻道而言，頻道狀態會隨時間變化，且每一傳輸頻道之SNR亦隨時間變化。不同傳輸頻道之不同SNR加上每一傳輸頻道中SNR隨時間變化之性質，使在MIMO系統中有效地發射資料頗具挑戰性。
若發射實體知曉頻道狀態，則其可以一能更充分利用每一傳輸頻道之容量之方式來發射資料。然而，若發射實體並不知曉頻道狀態，則其可能需要以一低速率來發射資料，以便甚至在最差情形頻道狀態下資料傳輸亦可由接收實體可靠地解碼。因而效能將取決於所預期之最差情形頻道狀態，此極不為吾人所樂見。
因此，在此項技術中需要提供尤其當發射實體並不知曉頻道狀態時，更有效地在MIMO－OFDM系統中發射資料之技術。
本發明說明用於在MIMO系統中以一可達成更多分集、更大可靠性及/或提高之效能之方式發射資料之技術。一發射實體對每一子頻帶之資料符號執行空間處理，以獲得該子頻帶之經空間處理之符號。可使用如下來對每一子頻帶執行空間處理：(1)一特徵模態矩陣，以在正交空間頻道上發射資料符號，(2)一導航矩陣，以在多個空間頻道上發射每一資料符號，或(3)一恆等矩陣，以便不進行任何空間處理。總之，可在每一符號週期中在每一子頻帶上自多個發射天線發送多個資料符號。
該發射實體進一步在自該等多個發射天線實施傳輸之前對該等經空間處理之符號實施波束成形。可在頻域中藉由將每一子頻帶之經空間處理之符號乘以該子頻帶的一波束成形矩陣來實施波束成形。亦可在時域中藉由對不同之發射天線應用不同之延遲量來實施波束成形。
一接收實體執行互補之處理來恢復由發射實體所發送之資料符號。該接收實體可根據一由該發射實體所發送之導頻來導出一實際或有效MIMO頻道響應之估計值。該接收實體可根據該子頻帶的一MIMO頻道響應矩陣為每一子頻帶導出一空間濾波矩陣。然後，該接收實體可根據該子頻帶之空間濾波矩陣為每一子頻帶執行接收器空間處理。
下文將更詳細地說明本發明之各態樣及實施例。
本文所用「實例性」一詞意指「用作一實例、範例或例解」。本文中描述為「實例性」之任何實施例皆未必應視為較其他實施例為佳或有利。
圖1顯示一具有一存取點(AP)110及若干使用者終端機(UT)120之多天線系統100。存取點通常係一與使用者終端機進行通訊之固定台，其亦可稱作基地台或某些其他術語。使用者終端機既可固定亦可行動，其亦可稱作行動台、無線裝置、使用者設備(UE)、或某些其他術語。對於一集中式架構而言，一系統控制器130耦合至各存取點並為該等存取點提供協調及控制。
存取點110配備有多個天線用於資料傳輸及接收。每一使用者終端機120亦可配備有多個天線用於資料傳輸及接收。使用者終端機可與存取點進行通訊，在此種情形中即建立存取點及使用者終端機之角色。一使用者終端機亦可與另一使用者終端機進行同級間通訊。
圖2顯示系統100中一發射實體210及一接收實體250之方塊圖。發射實體210配備有多(T)個發射天線且可係一存取點或一使用者終端機。接收實體250配備有多(R)個天線，且亦可係一存取點或一使用者終端機。
在發射實體210處，一TX資料處理器212處理(例如編碼、交錯及符號映射)訊務/封包資料並產生資料符號。本文中所述「資料符號」係資料之調變符號，「導頻符號」係導頻(其係由發射實體及接收實體二者所預先已知之資料)之調變符號，「發射符號」係欲在一個發射天線之一個子頻帶上發送之符號，「接收符號」係在一個接收天線之一個子頻帶上獲得之符號。一TX空間處理器220接收導頻及資料符號、將其解多工至正確之子頻帶上，並如下文所述執行空間處理，然後為該等T個發射天線提供T個發射符號流。一調變器(MOD)230對該等T個發射符號流中之每一發射符號流執行OFDM調變，並提供T個時域樣本流至T個發射單元(TMTR)232a至232t。每一發射單元232皆處理(例如轉換至類比形式、放大、濾波、及上變頻)其樣本流，以產生一經調變信號。發射單元232a至232t提供T個經調變信號以供分別自T個天線234a至234t發射。
在接收實體250處，R個天線252a至252r接收該等T個所發射信號，且每一天線252提供一接收信號至一相應接收單元(RCVR)254。每一接收單元254皆處理其接收信號，然後提供一輸入樣本流至一對應之OFDM解調器(DEMOD)260。每一解調器260皆對其輸入樣本流執行OFDM解調，以獲得接收資料及導頻符號，並將所接收資料符號提供至一接收(RX)空間處理器270，並將所接收導頻符號提供至一控制器280內的一頻道估計器284。頻道估計器284為每一用於資料傳輸之子頻帶導出發射實體210與接收實體250之間的實際或有效MIMO頻道之頻道響應估計值。控制器280根據該等MIMO頻道響應估計值導出空間濾波矩陣。RX空間處理器270使用為每一子頻帶導出之空間濾波矩陣對彼子頻帶之所接收資料符號執行接收器空間處理(或空間匹配濾波)，然後提供彼子頻帶之所偵測資料符號。所偵測資料符號係發射實體210所發送之資料符號之估計值。然後，一RX資料處理器272處理所有子頻帶之所偵測資料符號並提供經解碼資料。
控制器240及280分別控制發射實體210及接收實體250處各處理單元之作業。記憶體單元242及282分別儲存控制器240及280所用之資料及/或程式碼。
圖3在頻域中顯示一OFDM波形。OFDM提供總共K個子頻帶，且每一子頻帶之子載波皆可使用資料來單獨調變。在總共K個子頻帶中，ND 個子頻帶可用於資料傳輸，NP 個子頻帶可用於導頻傳輸，其餘NG 個子頻帶可不被使用而是用作防護子頻帶，其中K＝ND ＋NP ＋NG 。一般而言，系統100可利用一具有任意數量之資料子頻帶、導頻子頻帶、防護子頻帶及總子頻帶之任一OFDM結構。為簡明起見，在下文說明中假定所有K個子頻帶皆可用於資料及導頻傳輸。
系統100可使用多種運作模式支援資料傳輸。每一運作模式皆在發射實體處利用不同之空間處理。在一實施例中，每一運作模式可(1)利用「特徵導航」在一MIMO頻道之正交空間頻道(或「特徵模態」)上發射資料符號，(2)利用「矩陣導航」在MIMO頻道之所有S個空間頻道上發射每一資料符號，或(3)不利用空間處理而自一個發射天線發射每一資料符號。特徵導航亦稱作特徵模態傳輸或全頻道狀態資訊(全－CSI)傳輸。可使用矩陣導航來達成空間分集。無空間處理之資料傳輸亦稱作部分－CSI傳輸。在一實施例中，每一運作模式既可利用亦可不利用波束成形來引入自T個發射天線所發送之T個樣本流之額外分集。
使用矩陣導航及波束成形之組合之運作模式稱作「空間擴展」。舉例而言，若發射實體不知曉MIMO頻道響應，則發射實體可使用空間擴展來達成空間及頻率/時間分集。
1.發射器空間處理
在系統100中，由發射實體210處之T個發射天線及接收實體250處之R個接收天線構成之MIMO頻道可由一對應於每一子頻帶k的R×T維頻道響應矩陣H(k)來表徵，此可表示為： H (k )＝，其中k ＝0，...，K－1，方程式(1)其中元h i,j (k )(其中i ＝0，...，R－1且j ＝0，...，T－1)表示子頻帶k 中發射天線j 與接收天線i 之間的耦合或複頻道增益。為簡明起見，假定MIMO頻道為滿秩頻道，其中S＝TR。
為使用特徵導航進行資料傳輸，可按下式對H (k )的一相關矩陣執行特徵值分解來獲得H (k )之S個特徵模態：R (k )＝H H (k )．H (k)＝E (k )．Λ (k )．E H (k )， 方程式(2)其中R (k )係H (k )的一T×T維相關矩陣；E (k )係一T×T維單位矩陣，其各行係R (k )之特徵向量；Λ (k )係R (k )之特徵值的一T×T維對角矩陣；及「 H 」表示共軛轉置。
一單位矩陣U 係由性質U H ．U ＝I 來表徵，其中I 係恆等矩陣。一單位矩陣中之各行相互正交，且每一行皆具有單位冪。矩陣E (k )亦稱作「特徵模態」矩陣或「發射」矩陣，其可由發射實體用於空間處理以在H (k )之S個特徵模態上發射資料。特徵模態可視為藉由分解獲得之正交空間頻道。Λ (k )之對角線元係R (k )之特徵值，其表示該等S個特徵模態之冪增益。可將Λ (k )中之特徵值自最大至最小進行排序，並可對應地將E (k )之各行排序。亦可執行奇異值分解來獲得左特徵向量及右特徵向量矩陣，左特徵向量及右特徵向量矩陣可用於特徵導航。
為使用特徵導航進行資料傳輸，發射實體可按下式對每一子頻帶k 執行空間處理：z es (k )＝E (k )．s (k )， 方程式(3)其中s (k )係一向量，其具有欲在子頻帶k 上發送之多達S個資料符號；及z es (k )係一向量，其具有子頻帶k 之T個經空間處理之符號。
一般而言，對於每一子頻帶k ，可在H (k )之D個(最佳)特徵模態上同時發送D個資料符號，其中1DS。s (k )中之D個資料符號係藉由E (k )中對應於該等D個所選特徵模態之D個行來空間處理。
為使用矩陣導航進行資料傳輸，發射實體可按下式對每一子頻帶k執行空間處理：z s s (k )＝V (k )．s (k )， 方程式(4)其中V (k )係子頻帶k 之單位導航矩陣；及z s s (k )係一向量，其具有子頻帶k 之多達T個擴展符號。
s (k )中之每一資料符號皆與V (k )中一相應之行相乘，以獲得多達T個擴展符號。可以一能簡化方程式(4)中之矩陣乘法之方式來產生導航矩陣V (k )，如下文所述。
一般而言，可使用矩陣導航在每一子頻帶k 上同時發送D個資料符號，其中1DS。可將s (k )中之D個資料符號乘以一T×D維單位導航矩陣V (k )，以獲得z s s (k )之T個經空間處理之符號。子頻帶k 之每一經空間處理之符號皆包含正在子頻帶k 上發送之D個資料符號中每一資料符號的一分量。然後，可在H (k )之S個空間頻道上發射每一子頻帶k 之T個經空間處理之符號。
對於部分－CSI傳輸，發射實體可按下式對每一子頻帶k 執行空間處理：z pcsi (k)＝s (k)， 方程式(5)其中z pcsi (k)係一向量，其具有欲在子頻帶k 上發送之多達T個資料符號。實際上，發射實體使用恆等矩陣I 對部分－CSI傳輸執行空間處理。
因此，發射實體對每一子頻帶k 之資料向量s (k)執行空間處理，以為該子頻帶獲得一對應之經空間處理符號之向量z (k)。對於特徵導航而言，向量z (k)等於Z es (k)，對於矩陣導航而言，向量z (k)等於z ss (k)，對於部分－CSI傳輸而言，向量z (k)等於z pcsi (k)。
2.波束成形
發射實體可按下式選擇性地對每一子頻帶k 之向量z (k)執行波束成形：x (k )＝B (k )．z (k )， 方程式(6)其中B (k )係子頻帶k 的一T×T維波束成形矩陣；及x (k )係一向量，其具有欲在子頻帶k 中自T 個發射天線發送之T個發射符號。
若不執行波束成形，則在方程式(6)中將波束成形矩陣B (k )代替以恆等矩陣I 。
用於以波束成形進行特徵導航之發射向量x bes (k )可表達為：x bes (k )＝B (k )．E (k )．s (k )。 方程式(7)
用於進行空間擴展(其係以波束成形進行矩陣導航)之發射向量x bss (k )可表達為：x bss (k )＝B (k )．V (k )．s (k )。 方程式(8)
可為每一子頻帶k 預先計算一矩陣B (k )．V (k )。在此種情形中，可藉由單次矩陣乘法獲得發射向量x bss (k )。亦可在兩個步驟中及可能以不同方式應用矩陣V (k )及B (k )。舉例而言，可在頻域中藉由一矩陣乘法來應用矩陣V (k )，並可在時域中藉由循環延遲或線性延遲來應用矩陣B (k )，如下文所述。
用於以波束成形進行之部分－CSI傳輸之發射向量x bns (k )可表達為：x bnS (k )＝B (k )．s (k )。 方程式(9)
每一子頻帶k之波束成形矩陣B (k )係一具有以下形式之對角矩陣： B (k )＝，其中k ＝0，...，K－1，方程式(10)其中b i (k )係發射天線i 之子頻帶k 之權重。如方程式(6)所示，將z (k )之第i 個元素乘以B (k )中之第i 個對角線權重。
可將K個子頻帶之波束成形矩陣定義成在K個子頻帶中達成連續波束成形。每一子頻帶k 之波束成形矩陣B (k )皆為該子頻帶定義一天線波束。可對K個子頻帶使用K個不同之波束成形矩陣，以在各子頻帶中獲得不同之天線波束。該等K個波束成形矩陣可以連續方式(而非突變或不連續方式)改變，以使各天線波束在K個子頻帶中以連續方式變化。因此，連續波束成形係指各天線波束在K個子頻帶中連續變化。
在一實施例中，每一子頻帶k 之波束成形矩陣B (k )中之權重可定義如下：b i (k )＝g (i )．，其中i ＝0，...，T－1且k ＝0，...，K－1，方程式(11)其中g(i )係發射天線i 之複增益。
可將每一發射天線之複增益之大小設定為1，或∥g(i )∥＝1.0，其中i ＝0，...，T－1。方程式(11)所示權重對應於每一發射天線之K個子頻帶中的一漸進的相移，其中對於該等T個發射天線而言，該相移係以不同之速率變化。該等權重有效地為一由T個等距天線構成之線性陣列之每一子頻帶形成一不同之波束。
在一具體實施例中，將該等權重定義如下： 其中i ＝0，...，T－1且k ＝0，...，K－1。方程式(12)所示實施例係對方程式(11)使用g (i )＝e－ j π ． i 。此會使得對每一天線之子頻帶K/2＋1應用一零相移。
圖10顯示在T＝4之情形中每一發射天線之相移之曲線圖。通常認為該等K個子頻帶之中心處於零頻率。可將根據方程式(12)產生之權重解釋為在該等K個子頻帶中形成一線性相移。每一發射天線i (其中i ＝0，...，T－1)皆與一2π．i /K之相位斜率相關聯。每一發射天線i 之每一子頻帶k (其中k ＝0，...，K－1)之相移表示為2π．i ．(k －K/2)/K。使用g (i )＝e－ j π ． i 會使子頻帶k ＝K/2觀測到的相移為0。
可將根據方程式(12)導出之權重看作一對每一發射天線i 皆具有一離散頻率響應G i (k ')之線性濾波程式。該離散頻率響應可表達為： 其中i ＝0，...，T－1且k '＝(－K/2)，...，(K/2－1)。子頻帶附標k 係對應於一將零頻率置於子頻帶Nc e n t e r ＝K/2處之子頻帶編號方案。子頻帶附標k '係子頻帶附標k 偏移K/2後的形式，或者k '＝k －K /2。此會使在使用附標k '之新子頻帶編號方案中，子頻帶零處於零頻率。若以某種其他方式定義附標k (例如k ＝1，...，K)或者若K係一奇整數，則Nc e n t e r 可等於除K/2外的某個其他值。
藉由對離散頻率響應G i (k ')執行一K－點離散傅立葉反變換(IDFT)，可獲得該線性濾波程式之離散時域脈衝響應gi (n )。該脈衝響應gi (n )可表達為： 其中n 係樣本週期之附標，其範圍為n ＝0，...，K－1。方程式(14)表明，發射天線i 之脈衝響應gi (n )在一延遲i 個樣本週期處具有一單一的單位值分支且在所有其他延遲處皆為零。
波束成形可在頻域或時域中執行。可在頻域中藉由如下方式執行波束成形：(1)將每一發射天線i 之K個經空間處理之符號z i (0)至z i (K－1)乘以該天線之K個權重b i (0)至b i (K－1)，以獲得K個發射符號，及(2)對每一發射天線i 之該等K個發射符號執行OFDM調變，以獲得該天線之K個時域樣本。等價地，可在時域中藉由如下方式執行波束成形：(1)對每一發射天線i 之K個經空間處理之符號執行一K－點IDFT，以獲得該發射天線之K個時域樣本，及(2)使用每一發射天線i 之脈衝響應g i (n )對該天線之該等K個時域樣本執行一圓周捲積。
圖4顯示一在頻域中執行波束成形之TX空間處理器220a，其係發射實體210處之TX空間處理器220之一實施例。TX空間處理器220a包括一空間處理器420及一波束成形器430。空間處理器420使用特徵模態矩陣E (k )、導航矩陣V (k )或恆等矩陣I 對每一子頻帶k 之資料符號s (k )執行空間處理，然後提供該子頻帶之經空間處理之符號z (k )。波束成形器430將每一子頻帶k 之經空間處理之符號z (k )乘以波束成形矩陣B (k )，以獲得該子頻帶之發射符號x (k )。調變器230對每一發射天線i 之發射符號執行OFDM調變，以獲得該天線的一OFDM符號流。
圖5顯示TX空間處理器220a內之空間處理器420及波束成形器430之一實施例。空間處理器420包括用於該等K個子頻帶之K個子頻帶空間處理器520a至520k及一多工器(MUX)522。每一空間處理器520皆接收其子頻帶之向量s (k )中之符號s 0 (k )至s T － 1 (k )，使用E (k )、V (k )或I 對該等資料符號執行空間處理，然後在其子頻帶之向量z (k )中提供經空間處理之符號z 0 (k )至z T － 1 (k )。多工器522自空間處理器520a至520k接收所有K個子頻帶之經空間處理之符號，並將該等符號提供至正確之子頻帶及發射天線。
波束成形器430包括用於T個發射天線之T個乘法器組528a至528t。在每一符號週期中，每一乘法器組528皆接收其發射天線i 之K個經空間處理之符號z i (0)至z i (K－1)，並將該等符號乘以發射天線i 之K個權重b i (0)至b i (K－1)，然後為發射天線i 提供K個發射符號x i (0)至x i (K－1)。在每一符號週期中，波束成形器430為該等T個發射天線提供T個由K個發射符號組成之組。
調變器230包括用於T個發射天線之T個OFDM調變器530a至530t。每一OFDM調變器530皆接收其發射天線i 之發射符號x i (0)至x i (K－1)，並對該等發射符號執行OFDM調變，然後在每一符號週期中為發射天線i 提供一OFDM符號。
圖6顯示OFDM調變器530x之方塊圖，OFDM調變器530x可用於圖5中之每一OFDM調變器530a至530t。在每一OFDM符號週期中，可在每一子頻帶上發射一個調變符號。(通常為每一未使用之子頻帶提供一信號值0－其亦稱作一0符號週期。)一IDFT單元632在每一OFDM符號週期中接收該等K個子頻帶之K個調變符號，並使用一K－點IDFT將該等K個發射符號變換至時域，然後提供一含有K個時域樣本之「已變換」符號。每一樣本皆係一欲在一個樣本週期中發射之複數值。一並列－串列(P/S)轉換器634將每一已變換符號之K個樣本串列化。然後，一循環字首產生器436重複每一已變換符號之一部分(或C個樣本)，以形成一含有K＋C個樣本之OFDM符號。循環字首係用於克服因頻率選擇性衰落(其係一在整個系統頻寬內變化之頻率響應)所致之符號間干擾(ISI)。一OFDM符號週期(其在本文中亦簡稱為「符號週期」)係一個OFDM符號之持續時間，等於K＋C個樣本週期。
圖7顯示一在時域中執行波束成形之TX空間處理器220b，其係發射實體210處之TX空間處理器220之另一實施例。TX空間處理器220b包括空間處理器420及一波束成形器440。空間處理器420對每一子頻帶k 之資料符號s (k )執行空間處理，並為該子頻帶提供經空間處理之符號z (k )。調變器230對每一天線i 之經空間處理之符號執行OFDM調變，並為該天線提供一時域樣本流。波束成形器440藉由循環移位或線性延遲每一發射天線i 之時域樣本而在時域中執行波束成形。
圖8A顯示調變器230及一波束成形器440a之方塊圖，波束成形器440a係圖7中之波束成形器440之一實施例。調變器230包括用於T個發射天線之T個OFDM調變器。每一OFDM調變器皆包括IDFT單元632、P/S轉換器634、及循環字首產生器636，如圖6所示。每一發射天線i 之OFDM調變器皆在每一符號週期中接收K個子頻帶之K個經空間處理之符號z i (0)至z i (K－1)。在OFDM調變器內，IDFT單元632對該等K個經空間處理之符號執行一K－點IDFT，然後提供K個時域樣本。P/S轉換器634將該等K個時域樣本串列化。
波束成形器440a包括用於T個發射天線之T個循環移位單元842a至842t。每一發射天線i 之移位單元842皆自發射天線i 之P/S轉換器634接收該等K個時域樣本，並對該等K個時域樣本實施一移位i 個樣本之循環移位，然後提供一包含K個樣本之經循環移位之已變換符號{(n )}。詳言之，移位單元842a為發射天線234a之已變換符號{(n )}實施一移位0個樣本之循環移位，移位單元842b為發射天線234b之已變換符號{(n )}實施一移位1個樣本之循環移位，依此類推，且移位單元842t為發射天線234t之已變換符號{(n )}實施一移位(T－1)個樣本之循環移位。T個循環字首產生器636a至636t分別自移位單元842a至842t接收T個經循環移位之已變換符號。每一循環字首產生器636皆將一C－樣本之循環字首附加至其經循環移位之已變換符號{(n )}，然後提供一包含(K＋C)個樣本之OFDM符號{x i (n )}。
圖8B顯示在圖8A所示實施例中自該等T個發射天線實施之T個傳輸之時序圖。根據T個不同之經空間處理之符號組(如圖8A所示)為T個發射天線產生T個不同之已變換符號。然後，針對該等T個發射天線將該等T個已變換符號循環移位不同之量。以一正常方式對每一經循環移位之已變換符號附加一循環字首。該等T個不同之OFDM符號係同時自T個發射天線發送。
圖9A顯示調變器230及一波束成形器440b之方塊圖，波束成形器440b係圖7中之波束成形器440之另一實施例。每一OFDM調變器皆對其發射天線之經空間處理之符號執行OFDM調變，並為其發射天線提供一OFDM符號流{(n )}。波束成形器440b包括用於T個發射天線之T個數位延遲單元844a至844t。每一延遲單元844皆自相關聯之OFDM調變器接收其發射天線i 之OFDM符號，並將該OFDM符號延遲一量，該延遲量取決於發射天線i 。詳言之，發射天線234a之延遲單元844a將其OFDM符號{(n )}延遲0個樣本週期，發射天線234b之延遲單元844b將其OFDM符號{(n )}延遲1個樣本週期，依此類推，且發射天線234t之延遲單元844t將其OFDM符號{(n )}延遲T－1個樣本週期。
發射單元232a至232t亦可在類比域中提供T個不同之延遲。舉例而言，發射單元232a可將其已調變信號延遲0個樣本週期，發射單元232b可將其已調變信號延遲1個樣本週期(或Ts a m 秒)，依此類推，且發射單元232t可將其已調變信號延遲(T－1)個樣本週期(或(T－1)．Ts a m 秒)。樣本週期等於Ts a m ＝1/[BW．(K＋C)]，其中BW係系統之總頻寬，單位為赫茲。
圖9B顯示在圖9A所示實施例中來自T個發射天線之T個傳輸的時序圖。如圖9A所示，為T個發射天線產生T個不同之已變換符號。自每一發射天線發送之OFDM符號會延遲一不同之量。
在方程式(12)至(14)及圖8A和9A所示之實施例中，該等T個發射天線之延遲係樣本週期之整數倍，或者對於發射天線i 係i 個樣本週期。亦可對天線i 使用其他整數倍相移來取代對發射天線i 使用i 個樣本週期之相移。亦可構建會得到該等T個發射天線之非整數倍延遲之相位斜率(例如g (i )＝，其中L>1)。舉例而言，可將來自圖8A中每一P/S轉換器634之時域樣本上取樣至一較高之速率(例如，週期為Tu p s a m ＝Ts a m /L)。然後，可由相關聯之移位單元842將較高速率樣本循環移位該較高速率樣本週期Tu p s a m 之整數倍，其中Tu p s a m <Ts a m 。或者，每一發射單元232可提供以Tu p s a m (而非Ts a m )之整數倍形式表示之類比延遲。一般而言，該等T個發射天線之延遲應係唯一，以使不會有兩個天線具有相同延遲。在頻域中，此對應於該等K個子頻帶中波束成形器的一不同相位特性。
當發射天線之數量小於循環字首長度(或T<C)時，附加至每一OFDM符號之循環字首由每一延遲單元844形成一線性延遲，對於與時域脈衝響應g i (n )之圓周捲積而言，看似一圓周循環。因此，如圖9A及9B所示，對於每一發射天線i ，可由一i 個樣本週期之時間延遲來構建如方程式(12)所定義之權重。然而，如圖9B所示，該等T個OFDM符號係以不同之延遲自該等T個發射天線予以發射，此會降低循環字首防止出現多路徑延遲之有效性。
方程式(11)及(12)表示一可在每一發射天線之K個子頻帶中提供線性變化之相移之函數。藉由如上文所述循環移位或延遲對應之時域樣本，可達成在頻域中對各符號應用線性變化之相移。一般而言，可使用任一函數以連續方式來改變每一發射天線之K個子頻帶中之相移，以使波束在各子頻帶中以一連續而非突變之方式變化。線性相移函數僅係連續函數之一實例。對於一連續函數而言，函數輸入中的一隨意小的變化會在函數輸出中產生一隨意小的變化。某些其他實例性連續函數包括二次函數、三次函數、拋物線函數、等等。連續變化會確保彼等依賴於各子頻帶中一定之關聯量之接收實體之效能(例如簡化頻道估計)不會降級。
圖8A及9A所示實施例顯示可在時域中執行波束成形以達成連續波束成形的某些方式。一般而言，可以不同方式在發射實體內之不同位置處執行波束成形。可在OFDM調變之前或之後、使用數位電路或類比電路、在時域或頻域中執行空間處理，等等。
發射實體可選擇性地執行波束成形，從而啟用或禁用波束成形。應用或禁用波束成形之決定可根據例如(舉例而言)頻道狀態等各種因素作出。若發射實體執行連續波束成形，或者若接收實體執行頻道估計而不依賴於各子頻帶之間的關聯，則接收實體可能無需知曉是否正在應用波束成形。
發射實體可自適應性地執行波束成形，從而以某種方式隨時間調節波束成形。在一實施例中，發射實體可根據頻道狀態、來自接收實體之回饋、及/或某些其他因素來啟用或禁用波束成形。舉例而言，若頻道正隨單位值複頻道增益(其可加至接收實體處每一子頻帶之零值或一低值)平坦衰落，則發射實體可應用波束成形。
在另一實施例中，發射實體可以一預定方式或偽隨機方式調節波束成形。對於時域波束成形而言，該等T個發射天線之延遲量可針對每一時間間隔而異，時間間隔可等於一個符號週期、多個符號週期、MIMO導頻之連續傳輸(如下文所述)之間的持續時間，等等。舉例而言，發射實體可在一個時間間隔中對該等T個發射天線應用{0，1，2，...，T－1}個樣本週期之延遲，然後在下一時間間隔中對該等T個發射天線應用{0，0，0，...，0}個樣本週期之延遲，然後再在下一時間間隔中對該等T個發射天線應用{0，2，4，...，2(T－1)}個樣本週期之延遲，等等。發射實體亦可在不同時間間隔中遍曆一基本集合中之各延遲。舉例而言，發射實體可在一個時間間隔中對該等T個發射天線應用{0，1，2，...，T－1}個樣本週期之延遲，然後在下一時間間隔中對該等T個發射天線應用{T－1，0，1，...，T－2}個樣本週期之延遲，然後再在下一時間間隔中對該等T個發射天線應用{T－2，T－1，0，...，T－3}個樣本週期之延遲，等等。發射實體亦可在不同時間間隔中以不同之次序應用延遲。舉例而言，發射實體可在一個時間間隔中對該等T個發射天線應用{0，1，2，...，T－1}個樣本週期之延遲，然後在下一時間間隔中對該等T個發射天線應用{2，1，T－1，...，0}個樣本週期之延遲，然後再在下一時間間隔中對該等T個發射天線應用{1，T－1，0，...，2}個樣本週期之延遲，等等。發射實體亦可對任一既定發射天線應用分數(例如0.5，1.5)個樣本週期的延遲。
若接收實體不知曉正在執行波束成形，則發射實體可在每一資料及導頻傳輸間隔(例如每一訊框)中在所有符號週期中以相同方式執行波束成形。資料及導頻傳輸間隔係在其中發射資料以及用於恢復該資料之導頻之時間間隔。舉例而言，對於每一資料及導頻傳輸間隔中之所有符號週期，發射實體可對K個子頻帶使用同一組波束成形矩陣B (k )或者對該等T個發射天線應用同一組延遲。此使接收實體能夠根據一所接收MIMO導頻來估計一「有效」MIMO頻道響應(使用波束成形)並使用該有效MIMO頻道響應估計值對該資料及導頻傳輸間隔中之所接收符號執行接收器空間處理，如下文所述。
若接收實體知曉正在執行波束成形，則發射實體可在每一資料及導頻傳輸間隔中在各符號週期中調節波束成形。舉例而言，發射實體可在不同之符號週期中使用不同組波束成形矩陣B (k )或應用不同組延遲。接收實體可根據一所接收之MIMO導頻來估計一初始有效MIMO頻道響應，並根據該初始有效MIMO頻道響應估計值及關於在符號週期t 中正應用之波束成形之知識來確定每一後續符號週期t 中之有效MIMO頻道響應，然後使用符號週期t 之有效MIMO頻道響應估計值對符號週期t 之所接收符號執行接收器空間處理。
3.接收器空間處理
對於使用特徵導航及波束成形之資料傳輸，接收實體在每一子頻帶k 中自R個接收天線獲得R個接收符號，此可表達為： 其中r bes (k )係一向量，其具有子頻帶k 之R個接收符號；n (k )係子頻帶k 之雜訊向量；及(k )係一藉由特徵導航及波束成形由資料向量s (k )觀測到之「有效」頻道響應矩陣，其係：
為簡明起見，假定雜訊係具有一零平均向量且協方差矩陣為φ nn ＝σ2 ．I 之加性白高斯雜訊(AWGN)，其中σ2 係雜訊之方差。
接收實體可使用各種接收器處理技術來恢復由發射實體所發送之資料符號，例如使用最小均方差(MMSE)技術及頻道相關矩陣求逆(CCMI)技術(其通常亦稱作迫零技術)。
在MMSE技術中，接收實體可按下式為每一子頻帶k 導出一空間濾波矩陣(k )：
空間濾波矩陣(k )會使來自該空間濾波程式之符號估計值與s (k )中之資料符號之間的均方差最小化。
接收實體可按下式對每一子頻帶k 執行MMSE空間處理： 其中(k )＝[diag[(k )．(k )]]－ 1 ；且(k )係經MMSE濾波之雜訊。
來自空間濾波矩陣(k )之符號估計值係資料符號之非歸一化估計值。與換算矩陣(k )相乘則會提供資料符號之歸一化估計值。
特徵導航力圖在H (k )之各特徵模態上發送資料。然而，由於(舉例而言)H (k )之估計值不理想、特徵值分解存在錯誤、算術精度有限等等，一使用特徵導航之資料傳輸可能並非完全正交。MMSE技術則可補償(或「清除」)在使用特徵導航之資料傳輸中之正交性損失。
在CCMI技術中，接收實體可按下式為每一子頻帶k 導出一空間濾波矩陣(k )：
接收器可按下式對每一子頻帶k 執行CCMI空間處理： 其中(k )係經CCMI濾波之雜訊。由於(k )＝(k )．(k )此一結構，CCMI技術可放大雜訊。
接收實體可以類似方式、但以不同之有效頻道響應矩陣及不同之空間濾波矩陣為其他運作模式執行空間處理。表1歸納了在發射實體處為不同運作模式執行之空間處理及對每一運作模式之有效MIMO頻道執行之空間處理。為清楚起見，在表1中未顯示子頻帶附標「(k )」。可如表1所示在頻域中執行波束成形。亦可如上文所述在時域中執行線性連續波束成形。在此種情形中，波束成形矩陣B 自發射符號向量x 中省略，但仍存在於有效MIMO頻道響應中。
一般而言，接收實體可按下式為每一子頻帶k 導出一MMSE空間濾波矩陣(k )：
其中上標「x 」表示運作模式，對於無波束成形之特徵導航，其可等於「es 」；對於無波束成形之矩陣導航，其可等於「ss 」；在無空間處理且無波束成形時，其可對於「ns 」；對於具有波束成形之特徵導航，其可等於「bes 」；對於具有波束成形之矩陣導航，其可等於「bss 」；在僅具有波束成形時，其可等於「bns 」。可以相同方式、但以不同之有效頻道響應矩陣(k )、(k )、(k )、(k )、(k )及(k )為所有運作模式導出MMSE空間濾波矩陣(k )。亦可以相同方式、但以使用不同有效頻道響應矩陣導出之MMSE空間濾波矩陣為所有運作模式執行MMSE接收器空間處理。因此，一基於MMSE之接收器可使用相同之MMSE空間處理來支援所有運作模式。在方程式(21)中，若已知雜訊之協方差矩陣φ nn ，則可使用雜訊之協方差矩陣φ nn 來取代項σ2 ．I 。
接收實體亦可按下式為每一子頻帶k 導出一CCMI空間濾波矩陣(k)：
同樣，接收實體可以相同方式、但以不同之有效頻道響應矩陣為所有運作模式導出CCMI空間濾波矩陣。接收實體亦可以相同方式為所有運作模式應用CCMI空間濾波矩陣。
接收實體可利用其他接收器空間處理技術來恢復資料符號，此仍歸屬於本發明之範疇內。
4.導頻傳輸
為使接收實體能夠估計實際或有效MIMO頻道響應，發射實體可發射導頻。導頻可以各種方式發射。舉例而言，發射實體可發射一未受導航之MIMO導頻、一受導航之MIMO導頻、一擴展MIMO導頻、等等。MIMO導頻係一由自T個發射天線所發送之多個導頻傳輸構成之導頻。一未受導航之MIMO導頻係由自T個發射天線所發送之多達T個導頻傳輸構成，其中自每一天線發射一個導頻傳輸。一受導航之MIMO導頻係由在S個正交空間頻道上所發送之多達S個導頻傳輸構成。一擴展MIMO導頻係由藉由矩陣導航在S個空間頻道上所發送之多達S個導頻傳輸構成。
對於一MIMO導頻，該等多個導頻傳輸中之每一導頻傳輸皆可由接收實體識別。此可藉由如下方式達成：1.使用碼分多工(CDM)對每一導頻傳輸應用一不同之正交序列，2.使用分時多工(TDM)在不同之符號週期中發送該等多個導頻傳輸，及/或3.使用分頻多工(FDM)在不同之子頻帶上發送該等多個導頻傳輸。
對於FDM，係對該等多個導頻傳輸中之每一導頻傳輸使用一不同組子頻帶。用於每一導頻傳輸之各子頻帶可循環，以使該導頻傳輸最終觀測到所有K個子頻帶。對於每一使用CDM或FDM之發射天線，可使用滿發射功率來發送一MIMO導頻，此為吾人所樂見之情形。亦可使用CDM、FDM、及TDM之任一組合來發送一MIMO導頻。
對於未受導航之MIMO導頻，發射實體可按下式為每一用於導頻傳輸之子頻帶k執行空間處理： z ns,m p ( k , t )＝ W ( t )． p ( k ), 方程式(23)其中p (k )係一欲在子頻帶k上發送之導頻信號向量；W (t )係符號週期t 之對角沃爾什矩陣；且z ns , mp (k )係符號週期t 中子頻帶k 之未受導航之MIMO導頻的經空間處理符號之向量。
如方程式(23)所示，可自該等T個發射天線發送不同之導頻符號。或者，亦可對所有發射天線使用相同之導頻符號，在此種情形中，沃爾什矩陣僅係一沃爾什向量。
若T＝4，則對於MIMO導頻，四個發射天線可指配到如下4－符號沃爾什序列：W1 ＝1,1,1,1,W2 ＝1,－1,1,－1,W3 ＝1,1,－1,－1及W4 ＝1,－1,－1,1。沃爾什序列W j 中之四個符號係應用至在四個符號週期中來自發射天線j 之導頻傳輸。W (1)包含該等四個沃爾什序列中沿其對角線之第一元素，W (2)包含該等四個沃爾什序列中之第二元素，W (3)包含該等四個沃爾什序列中之第三元素，W (4)則包含該等四個沃爾什序列中之第四元素。因此，發射天線j 之第j 個沃爾什序列係作為所有沃爾什矩陣中之第j 個元素攜帶。該等四個沃爾什矩陣可用於在四個符號週期中發射未受導航之MIMO導頻。
發射實體進一步針對波束成形情況或無波束成形情況來處理向量z ns , mp (k ,t )－例如以與資料向量s (k )相同之方式來處理，以獲得未受導航之MIMO導頻之發射向量。發射實體可藉由在每一符號週期中使用一個沃爾什矩陣而在T個符號週期內發射未受導航之MIMO導頻。
對於無波束成形之未受導航之MIMO導頻，接收實體按下式獲得每一用於導頻傳輸之子頻帶k的所接收導頻符號： r ns , mp ( k , t )＝ H ( k )． W ( t )． p ( k )＋ n ( k ) 。 方程式(24)
假定在發射未受導航之MIMO導頻之時間內，MIMO頻道及雜訊為靜態。接收實體獲得對應於未受導航之MIMO導頻所用之T－符號沃爾什序列的T個向量r ns , mp (k ,1)至r ns , mp (k ,T)。
接收實體可根據所接收的無波束成形的未受導航之MIMO導頻來估計實際MIMO頻道響應H (k )。H (k )之每一行j 皆與一相應之沃爾什序列W j 相關聯。接收實體可藉由如下方式獲得h i,j (k )－其係H (k )之第j 行中之第i 個元素：(1)將r ns,mp (k ,1)至r ns,mp (k ,T)中之第i 個元素乘以沃爾什序列W j 中之T個碼片，(2)移除對導頻符號p j (k )所用調變，p j (k )係p (k )中之第j 個元素，及(3)累加T個結果元素以獲得h i,j (k )。可對H (k )中之每一元素重複該過程。然後，接收實體可使用H (k )來導出有效MIMO頻道響應(k )或(k )，(k )或(k )可用於接收器空間處理。
對於使用波束成形之未受導航之MIMO導頻，接收實體按下式獲得每一用於導頻傳輸之子頻帶k 的所接收導頻符號：r bns,mp (k ,t )＝H (k )．B (k )．W (t )．p (k )＋n (k )。 方程式(25)
接收實體可對該使用波束成形之未受導航之MIMO導頻執行類似之處理，以獲得(k )或(k )。
對於一受導航之MIMO導頻，發射實體可按下式對用於導頻傳輸之每一子頻帶k執行空間處理：z es,mp (k ,t)＝E (k )．W (t )．p (k )， 方程式(26)其中z es,mp (k ,t)係在符號週期t 中子頻帶k 之受導航之MIMO導頻的一經空間處理符號向量。為簡明起見，假定在發射受導航MIMO導頻之時間內，E (k )為靜態，因而不為符號週期t 之函數。發射器可進一步針對波束成形情形或無波束成形情形來處理向量z es,mp (k ,t)，並可發射受導航之MIMO導頻。
對於不使用波束成形之受導航MIMO導頻，接收實體按下式獲得每一用於導頻傳輸之子頻帶k之所接收導頻符號：r es,mp (k ,t)＝H (k )．E (k )．W (t )．p (k )＋n (k )。 方程式(27)
對於使用波束成形之受導航MIMO導頻，接收實體按下式獲得每一用於導頻傳輸之子頻帶k 之所接收導頻符號：r bes,mp (k ,t)＝H (k )．B (k )．E (k )．W (t )．p (k )＋n (k )。 方程式(28)
接收實體可以與上文針對H (k )所述的相同方式，根據r es,mp (k ,n )估計(k )，並可根據r bes,mp (k ,n )估計(k )。
對於擴展MIMO導頻，發射實體可按下式為每一用於導頻傳輸之子頻帶k 執行空間處理：z ss,mp (k ,t )＝V (k )．W (t )．p (k )， 方程式(29)其中z ss,mp (k ,t )係子頻帶k中之擴展MIMO導頻的一經空間處理符號向量。發射器可進一步針對波束成形情形或無波束成形情形來處理向量z ss,mp (k ,t )，然後可發射所得到之MIMO導頻。
接收實體可根據一無波束成形之所接收擴展MIMO導頻來估計(k )，並可根據一使用波束成形之所接收擴展MIMO導頻來估計(k )。然後，接收實體可導出有效MIMO頻道響應 H (k )或(k )，(k )或(k )可用於接收器空間處理。
5.導航矩陣
可產生一組導航矩陣並將其用於矩陣導航。該等導航矩陣可標記為{V }，或V (i )，其中i ＝1...L，其中L可係任一大於1的整數。每一導航矩陣V (i )皆應為一單位矩陣。該條件會確保使用V (i )同時發射之T個資料符號具有相同之功率且在使用V (i )進行矩陣導航後相互正交。
該組L個導航矩陣可以不同之方式產生。舉例而言，可根據一單位基矩陣及一組純量來產生該等L個導航矩陣。該基矩陣可用作該等L個導航矩陣之一。其餘L－1個導航矩陣則可藉由將該基矩陣之各列乘以不同之純量組合來產生。每一純量可係任一實數或複數值。該等純量選擇成具有單位大小，以使藉由該等純量所產生之導航矩陣為單位矩陣。
該基矩陣可係一沃爾什矩陣。一2×2維沃爾什矩陣W 2 × 2 及一更大尺寸之沃爾什矩陣W 2 N × 2 N 可表達為：
沃爾什矩陣之維數為2之乘方(例如2，4，8等等)。
該基矩陣亦可係一傅立葉矩陣。對於一N×N維傅立葉矩陣D N × N ，D N × N 中之元素d n,m 可表達為：d n,m ＝，其中n ＝0，...，N－1且m＝0，...，N－1。方程式(31)
可形成任何正方維(例如2，3，4，5等等)之傅立葉矩陣。亦可使用其他矩陣作為基矩陣。
對於一N×N維基矩陣，可將基矩陣之第2至第N列中之每一列分別乘以Q個不同之可能純量之一。自該等Q個純量對N－1列之QN － 1 個不同排列，可獲得QN － 1 個不同之導航矩陣。舉例而言，可將第2至第N列中之每一列分別乘以一純量＋1，－1，＋j 或－j ，其中j ＝。一般而言，可將基矩陣之每一列乘以任一具有e j θ 形式之純量，其中θ可係任一相位值。將一與純量相乘之N×N維基矩陣中之每一元素進一步乘以1/，以獲得一每一行皆具有單位冪之N×N維導航矩陣。
根據一沃爾什矩陣(或一4×4維傅立葉矩陣)導出之導航矩陣具有某些所期望之性質。若將該沃爾什矩陣之各列乘以純量±1及±j ，則結果導航矩陣V (i )中之每一元素皆屬於一由{＋1，－1，＋j ，－j }構成之集合。在此種情形中，可僅藉由位元調處來實施另一矩陣之一元素與V (i )之一元素之乘法。
本文所述之資料傳輸技術可用於各種無線系統。該等技術亦既可用於下行鏈路(或正向鏈路)亦可用於上行鏈路(或反向鏈路)。
可以不同之方式使用具有及不具有導航之連續波束成形。舉例而言，一發射實體(例如一存取點或使用者終端機)可在無法得到關於無線頻道之精確資訊時，使用連續波束成形向一接收實體(例如另一存取點或使用者終端機)發射。出於諸如以下等各種原因，可能無法得到精確之頻道資訊：舉例而言，因回饋頻道遭到破壞、系統校凖不佳、頻道狀態變化太快以致發射實體不能按時使用/調節波束導航(例如，因發射實體及/或接收實體以高速度移動而引起)，等等。
連續波束成形亦可用於無線系統中之不同應用。在一應用中，可如上文所述使用連續波束成形來傳輸系統中之廣播頻道。使用連續波束成形，使系統中之無線裝置能以提高之可靠性來接收廣播頻道，藉以增大廣播頻道之範圍。在另一應用中，使用連續波束成形來傳輸尋呼頻道。同樣，對於尋呼頻道而言，藉由使用連續波束成形，可達成提高之可靠性及/或更大之覆蓋。在又一應用中，一802.11存取點使用連續波束成形來提高其覆蓋區中使用者終端機之效能。
本文所述傳輸技術可藉由各種方法來構建。舉例而言，該等技術可構建於硬體、軟體、或其一組合中。對於硬體構建方案而言，接收實體處之各處理單元可構建於一或多個應用專用積體電路(ASIC)、數位信號處理器(DSP)、數位信號處理裝置(DSPD)、可程式化邏輯裝置(PLD)、場可程式化閘陣列(FPGA)、處理器、控制器、微控制器、微處理器、其他設計用於執行本文所述功能之電子單元、或其一組合中。接收實體處之處理單元亦可使用一或多個ASIC、DSP等等來構建。
對於軟體構建方案而言，可使用能執行本文所述功能之模組(例如程序、功能等等)來執行某些處理。軟體碼可儲存於一記憶體單元(例如圖2中之記憶體單元242或282)中並由一處理器(例如控制器240或280)來執行。該記憶體單元既可構建於該處理器內部亦可構建於該處理器外部，在其構建於該處理器外部情況下，其可經由此項技術中所習知之各種方法以通訊方式耦合至處理器。
本文中所包含之標題旨在方便查閱並幫助確定某些章節之位置。該等標題並非意欲限定該等標題下所述概念之範疇，該等概念亦可適用於整篇說明書中之其它章節。
上文對所揭示實施例之說明旨在使任一熟習此項技術者皆能夠製作或利用本發明。熟習此項技術者將易於得出該等實施例之各種修改形式，且本文所定義之一般原理亦可適用於其他實施例，此並不背離本發明之精神或範疇。因此，本發明並非意欲限定為本文所示實施例，而是應符合與本文所揭示之原理及新穎特徵相一致之最寬廣範疇。
100．．．多天線系統
110．．．存取點(AP)
120a－d．．．使用者終端機(UT)
130．．．系統控制器
210．．．發射實體
212．．．TX資料處理器
220．．．TX空間處理器
220a．．．TX空間處理器
220b．．．TX空間處理器
230．．．調變器(MOD)
232a－232t．．．發射單元(TMTR)
234a－234t．．．天線
240．．．控制器
242．．．記憶體單元
250．．．接收實體
252a－r．．．天線
254a－r．．．接收單元
260r．．．OFDM解調器(DEMOD)
270．．．接收(RX)空間處理器
272．．．RX資料處理器
280．．．控制器
282．．．記憶體單元
284．．．頻道估計器
420．．．空間處理器
430．．．波束成形器
440．．．波束成形器
440a．．．波束成形器
440b．．．波束成形器
520a－k．．．子頻帶空間處理器
522．．．多工器(MUX)
528a－t．．．乘法器組
530a－t．．．OFDM調變器
530x．．．OFDM調變器
632(a－t)．．．K－點IDFT單元
634(a－t)．．．並列－串列(P/S)轉換器
636(a－t)．．．循環字首產生器
842(a－t)．．．循環移位單元
844(a－t)．．．數位延遲單元
圖1顯示一具有一存取點及若干使用者終端機之MIMO－OFDM系統；圖2顯示一發射實體及一接收實體之方塊圖；圖3在頻域中顯示一OFDM波形；圖4及5顯示一具有一頻域波束成形器之發射(TX)空間處理器；圖6顯示一OFDM調變器之方塊圖；圖7顯示一具有一時域波束成形器之TX空間處理器；圖8A顯示一使用循環移位之時域波束成形器；圖8B顯示使用圖8A中之波束成形器實施之傳輸；圖9A顯示具有線性延遲之時域波束成形器；圖9B顯示使用圖9A中之波束成形器實施之傳輸；圖10顯示在四個天線情況下各子頻帶中之線性相移之曲線圖。
210．．．發射實體
212．．．TX資料處理器
220．．．TX空間處理器
230．．．調變器(MOD)
232a－232t．．．發射單元(TMTR)
234a－234t．．．天線
240．．．控制器
242．．．記憶體單元
250．．．接收實體
252a－r．．．天線
254a－r．．．接收單元
260r．．．OFDM解調器(DEMOD)
270．．．接收(RX)空間處理器
272．．．RX資料處理器
280．．．控制器
282．．．記憶體單元
284．．．頻道估計器

Claims (71)

  1. 一種於一多重輸入多重輸出(MIMO)通訊系統中發射資料之方法，其包括：對複數個頻率子頻帶中每一頻率子頻帶之資料符號執行空間處理，以獲得該頻率子頻帶之經空間處理之符號；及在自複數個天線傳輸之前，對該複數個頻率子頻帶之該等經空間處理之符號執行波束成形。
  2. 如請求項1之方法，其中該對該等資料符號執行空間處理包括使用一特徵模態矩陣來空間處理每一頻率子頻帶之該等資料符號，以在該頻率子頻帶之正交空間頻道上發射該等資料符號。
  3. 如請求項1之方法，其中該對該等資料符號執行空間處理包括使用一導航矩陣來空間處理每一頻率子頻帶之該等資料符號，以在該頻率子頻帶之複數個空間頻道上發射該等資料符號中之每一資料符號。
  4. 如請求項1之方法，其中該對該等資料符號執行空間處理包括使用一恆等矩陣來空間處理每一頻率子頻帶之該等資料符號。
  5. 如請求項1之方法，其中該對該等經空間處理之符號執行波束成形包括 藉由將每一頻率子頻帶之該等經空間處理之符號乘以該頻率子頻帶的一波束成形矩陣，在頻域中執行波束成形。
  6. 如請求項1之方法，其中該對該等經空間處理之符號執行波束成形包括藉由對該複數個天線應用不同之延遲量，在時域中執行波束成形。
  7. 如請求項1之方法，其進一步包括：處理每一天線之該複數個頻率子頻帶之該等經空間處理之符號，以獲得該天線的一時域樣本序列，及將每一天線之該時域樣本序列循環移位一為該天線選擇之延遲量，以達成該波束成形。
  8. 如請求項7之方法，其中為該複數個天線獲得複數個時域樣本序列，且其中將該複數個時域樣本序列循環移位不同之量。
  9. 如請求項1之方法，其進一步包括：對每一天線之該複數個頻率子頻帶之經空間處理之符號執行一離散傅立葉反變換，以獲得該天線的一第一時域樣本序列，將每一天線之該第一時域樣本序列循環移位一為該天線選擇之量，以獲得該天線的一第二時域樣本序列，其中藉由循環移位每一天線之該第一序列來執行該波束成形，及重複每一天線之該第二時域樣本序列的一部分，以獲 得該天線的一時域樣本輸出序列。
  10. 如請求項1之方法，其進一步包括：在時間上一致地自該複數個天線發射複數個時域樣本序列。
  11. 如請求項1之方法，其進一步包括：處理每一天線之該複數個頻率子頻帶之該等經空間處理之符號，以獲得該天線的一時域樣本序列，及將每一天線之該時域樣本序列線性延遲一為該天線選擇之延遲量，以達成該波束成形。
  12. 如請求項1之方法，其進一步包括：對每一天線之該複數個頻率子頻帶之經空間處理之符號執行一離散傳立葉反變換，以獲得該天線的一第一時域樣本序列，重複每一天線之該第一時域樣本序列之一部分，以獲得該天線的一第二時域樣本序列，及將每一天線之該第二時域樣本序列延遲一為該天線選擇之延遲量，其中藉由延遲每一天線之該第二序列來執行該波束成形。
  13. 如請求項1之方法，其進一步包括：在不同之時刻開始自該複數個天線發射複數個時域樣本序列。
  14. 如請求項1之方法，其進一步包括：在每一天線之該複數個頻率子頻帶中應用線性變化之相移。
  15. 如請求項1之方法，其進一步包括：在每一天線之該複數個頻率子頻帶中應用一不同之相位斜率。
  16. 如請求項1之方法，其進一步包括：在每一天線之該複數個頻率子頻帶中應用連續變化之相移。
  17. 如請求項16之方法，其進一步包括：根據為每一天線所選的一函數，確定該天線之該複數個頻率子頻帶中該連續變化之相移。
  18. 如請求項1之方法，其中該波束成形係自適應性地執行並隨時間變化。
  19. 如請求項5之方法，其進一步包括：在不同之時間間隔中，為該複數個頻率子頻帶選擇不同組波束成形矩陣。
  20. 如請求項6之方法，其進一步包括：在不同時間間隔中為該複數個天線選擇不同組延遲，每一組延遲皆指示該複數個天線中每一天線之該延遲量。
  21. 如請求項20之方法，其進一步包括：根據一預定組中之延遲，為每一不同組選擇該等延遲。
  22. 如請求項1之方法，其進一步包括：隨每一時間間隔改變該波束成形。
  23. 如請求項22之方法，其中每一時間間隔對應於一具有一 適用於頻道估計之導頻傳輸之持續時間。
  24. 如請求項22之方法，其中每一時間間隔對應於一預定數量之符號週期。
  25. 一種於一多重輸入多重輸出(MIMO)通訊系統中之裝置，其包括：一空間處理器，其用於對複數個頻率子頻帶中每一頻率子頻帶之資料符號執行空間處理，並提供該頻率子頻帶之經空間處理之符號；及一波束成形器，其用於在自複數個天線傳輸之前，對該複數個頻率子頻帶之該等經空間處理之符號執行波束成形。
  26. 如請求項25之裝置，其中該空間處理器使用一特徵模態矩陣來空間處理每一頻率子頻帶之該等資料符號，以在該頻率子頻帶之正交空間頻道上發射該等資料符號。
  27. 如請求項25之裝置，其中該空間處理器使用一導航矩陣來空間處理每一頻率子頻帶之該等資料符號，以在該頻率子頻帶之複數個空間頻道上發射該等資料符號中之每一資料符號。
  28. 如請求項25之裝置，其中該空間處理器使用一恆等矩陣來空間處理每一頻率子頻帶之該等資料符號。
  29. 如請求項25之裝置，其中該波束成形器藉由將每一頻率子頻帶之該等經空間處理之符號乘以該頻率子頻帶的一波束成形矩陣，在頻域中執行波束成形。
  30. 如請求項25之裝置，其中該波束成形器藉由對該複數個 天線應用不同之延遲量，在時域中執行波束成形。
  31. 如請求項25之裝置，其進一步包括：一調變器，其用於變換每一天線之該複數個頻率子頻帶之該等經空間處理之符號，以獲得該天線的一時域樣本序列，且其中該波束成形器將每一天線之該時域樣本序列延遲一為該天線選擇之延遲量，以達成該波束成形。
  32. 如請求項31之裝置，其中該調變器為該複數個天線提供複數個時域樣本序列，且其中該波束成形器將該複數個時域樣本序列延遲不同之延遲量。
  33. 一種於一多重輸入多重輸出(MIMO)通訊系統中之裝置，其包括：執行空間處理之構件，其用於對複數個頻率子頻帶中每一頻率子頻帶之資料符號執行空間處理，以獲得該頻率子頻帶之經空間處理之符號；及執行波束成形之構件，其用於在自複數個天線傳輸之前，對該複數個頻率子頻帶之該等經空間處理之符號執行波束成形。
  34. 如請求項33之裝置，其中該對該等資料符號執行空間處理之構件包括用於使用一特徵模態矩陣來空間處理每一頻率子頻帶之該等資料符號、以在該頻率子頻帶之正交空間頻道上發射該等資料符號之構件。
  35. 如請求項33之裝置，其中該對該等資料符號執行空間處 理之構件包括用於使用一導航矩陣來空間處理每一頻率子頻帶之該等資料符號、以在該頻率子頻帶之複數個空間頻道上發射該等資料符號中之每一資料符號之構件。
  36. 如請求項33之裝置，其中該用於對該等資料符號執行空間處理之構件包括用於使用一恆等矩陣來空間處理每一頻率子頻帶之該等資料符號之構件。
  37. 如請求項33之裝置，其中該對該等經空間處理之符號執行波束成形之構件包括用於藉由將每一頻率子頻帶之該等經空間處理之符號乘以該頻率子頻帶的一波束成形矩陣而在頻域中執行波束成形之構件。
  38. 如請求項33之裝置，其中該對該等經空間處理之符號執行波束成形之構件包括用於藉由對該複數個天線應用不同之延遲量而在時域中執行波束成形之構件。
  39. 如請求項33之裝置，其進一步包括：變換構件，其用於變換每一天線之該複數個頻率子頻帶之該等經空間處理之符號，以獲得該天線的一時域樣本序列，及延遲構件，其用於將每一天線之該時域樣本序列延遲一為該天線選擇之延遲量，以達成該波束成形。
  40. 如請求項39之裝置，其中為該複數個天線獲得複數個時 域樣本序列，且其中該複數個時域樣本序列被延遲不同之延遲量。
  41. 如請求項33之裝置，進一步包括：用於處理每一天線之該複數個頻率子頻帶之該等經空間處理之符號，以獲得該天線的一時域樣本序列之構件，及用於將每一天線之該時域樣本序列循環移位一為該天線選擇之延遲量，以達成該波束成形之構件。
  42. 如請求項33之裝置，進一步包括：用於對每一天線之該複數個頻率子頻帶之經空間處理之符號執行一離散傅立葉反變換，以獲得該天線的一第一時域樣本序列之構件，用於將每一天線之該第一時域樣本序列循環移位為該天線選擇之量，以獲得該天線的一第二時域樣本序列之構件，其中藉由循環移位每一天線之該第一序列來執行該波束成形，及用於重複每一天線之該第二時域樣本序列的一部分，以獲得該天線的一時域樣本輸出序列之構件。
  43. 如請求項33之裝置，進一步包括：用於在時間上一致地自該複數個天線發射複數個時域樣本序列之構件。
  44. 如請求項33之裝置，進一步包括：用於處理每一天線之該複數個頻率子頻帶之該等經空間處理之符號，以獲得該天線的一時域樣本序列之構 件，及用於將每一天線之該時域樣本序列線性延遲一為該天線選擇之延遲量，以達成該波束成形之構件。
  45. 如請求項33之裝置，進一步包括：用於對每一天線之該複數個頻率子頻帶之經空間處理之符號執行一離散傅立葉反變換，以獲得該天線的一第一時域樣本序列之構件，用於重複每一天線之該第一時域樣本序列之一部分以獲得該天線的一第二時域樣本序列之構件，及用於將每一天線之該第二時域樣本序列延遲一為該天線選擇之延遲量之構件，其中藉由延遲每一天線之該第二序列來執行該波束成形。
  46. 如請求項33之裝置，進一步包括：用於在不同之時刻開始自該複數個天線發射複數個時域樣本序列之構件。
  47. 如請求項33之裝置，進一步包括：用於在每一天線之該複數個頻率子頻帶中應用線性變化之相移之構件。
  48. 如請求項33之裝置，進一步包括：用於在每一天線之該複數個頻率子頻帶中應用一不同之相位斜率之構件。
  49. 如請求項33之裝置，進一步包括：用於在每一天線之該複數個頻率子頻帶中應用連續變化之相移之構件。
  50. 如請求項33之裝置，進一步包括：用於根據為每一天線所選的一函數而確定該天線之該複數個頻率子頻帶中該連續變化之相移之構件。
  51. 如請求項33之裝置，進一步包括：用於隨每一時間間隔改變該波束成形之構件。
  52. 一種於一多重輸入多重輸出(MIMO)通訊系統中接收資料之方法，其包括：為複數個頻率子頻帶中之每一頻率子頻帶導出一空間濾波矩陣，每一頻率子頻帶之該空間濾波矩陣皆包含對在該頻率子頻帶上發送之資料符號所執行之空間處理及波束成形之影響；及使用每一子頻帶之該空間濾波矩陣對自該子頻帶之複數個天線獲得之接收符號執行空間處理，以獲得該子頻帶之所偵測資料符號。
  53. 如請求項52之方法，其進一步包括：根據經由該複數個天線接收的一導頻，來獲得至少一個頻率子頻帶中每一頻率子頻帶的一頻道響應估計值，其中根據為該等至少一個頻率子頻帶獲得之該頻道響應估計值，為該複數個頻率子頻帶導出複數個空間濾波矩陣。
  54. 如請求項52之方法，其中該為每一頻率子頻帶導出該空間濾波矩陣包括根據一最小均方差(MMSE)技術，為每一子頻帶導出該空間濾波矩陣。
  55. 如請求項52之方法，其中該為每一頻率子頻帶導出該空間濾波矩陣包括根據一頻道相關矩陣求逆(CCMI)技術，為每一子頻帶導出該空間濾波矩陣。
  56. 一種於一多重輸入多重輸出(MIMO)通訊系統中之裝置，其包括：一控制器，其用於為複數個頻率子頻帶中之每一頻率子頻帶導出一空間濾波矩陣，每一頻率子頻帶之該空間濾波矩陣皆包含對在該頻率子頻帶上發送之資料符號所執行之空間處理及波束成形之影響；及一空間處理器，其用於使用每一子頻帶之該空間濾波矩陣對自該子頻帶之複數個天線獲得之接收符號執行空間處理，以獲得該子頻帶之所偵測資料符號。
  57. 如請求項56之裝置，其進一步包括：一頻道估計器，其用於根據經由該複數個天線接收的一導頻，來獲得至少一個頻率子頻帶中每一頻率子頻帶的一頻道響應估計值，且其中根據為該等至少一個頻率子頻帶獲得之該頻道響應估計值，為該複數個頻率子頻帶導出複數個空間濾波矩陣。
  58. 一種於一多重輸入多重輸出(MIMO)通訊系統中之裝置，其包括：導出構件，其用於為複數個頻率子頻帶中之每一頻率子頻帶導出一空間濾波矩陣，每一頻率子頻帶之該空間濾波矩陣皆包含對在該頻率子頻帶上發送之資料符號所 執行之空間處理及波束成形之影響；及執行空間處理之構件，其用於使用每一子頻帶之該空間濾波矩陣對自該子頻帶之複數個天線獲得之接收符號執行空間處理，以獲得該子頻帶之所偵測資料符號。
  59. 如請求項58之裝置，其進一步包括：獲得構件，其用於根據經由該複數個天線接收的一導頻，來獲得至少一個頻率子頻帶中每一頻率子頻帶的一頻道響應估計值，其中根據為該等至少一個頻率子頻帶獲得之該頻道響應估計值，為該複數個頻率子頻帶導出複數個空間濾波矩陣。
  60. 一種電腦程式產品，其包含記憶體單元，該記憶體單元具有儲存於其上之軟體碼，該等軟體碼可由一用於執行一方法之處理器執行，該等軟體碼包括：用於對複數個頻率子頻帶中每一頻率子頻帶之資料符號執行空間處理，以獲得該頻率子頻帶之經空間處理之符號之軟體碼；及用於在自複數個天線傳輸之前，對該複數個頻率子頻帶之該等經空間處理之符號執行波束成形之軟體碼。
  61. 如請求項60之電腦程式產品，該等軟體碼進一步包括：用於處理每一天線之該複數個頻率子頻帶之該等經空間處理之符號，以獲得該天線的一時域樣本序列之軟體碼，及用於將每一天線之該時域樣本序列循環移位一為該天線選擇之延遲量，以達成該波束成形之軟體碼。
  62. 如請求項60之電腦程式產品，該等軟體碼進一步包括：用於對每一天線之該複數個頻率子頻帶之經空間處理之符號執行一離散傅立葉反變換，以獲得該天線的一第一時域樣本序列之軟體碼，用於將每一天線之該第一時域樣本序列循環移位為該天線選擇之量，以獲得該天線的一第二時域樣本序列之軟體碼，其中藉由循環移位每一天線之該第一序列來執行該波束成形，及用於重複每一天線之該第二時域樣本序列的一部分，以獲得該天線的一時域樣本輸出序列之軟體碼。
  63. 如請求項60之電腦程式產品，該等軟體碼進一步包括；用於在時間上一致地自該複數個天線發射複數個時域樣本序列之軟體碼。
  64. 如請求項60之電腦程式產品，該等軟體碼進一步包括：用於處理每一天線之該複數個頻率子頻帶之該等經空間處理之符號，以獲得該天線的一時域樣本序列之軟體碼，及用於將每一天線之該時域樣本序列線性延遲一為該天線選擇之延遲量，以達成該波束成形之軟體碼。
  65. 如請求項60之電腦程式產品，該等軟體碼進一步包括：用於對每一天線之該複數個頻率子頻帶之經空間處理之符號執行一離散傅立葉反變換，以獲得該天線的一第一時域樣本序列之軟體碼，用於重複每一天線之該第一時域樣本序列之一部分， 以獲得該天線的一第二時域樣本序列之軟體碼，及用於將每一天線之該第二時域樣本序列延遲一為該天線選擇之延遲量之軟體碼，其中藉由延遲每一天線之該第二序列來執行該波束成形。
  66. 如請求項60之電腦程式產品，該等軟體碼進一步包括：用於在不同之時刻開始自該複數個天線發射複數個時域樣本序列之軟體碼。
  67. 如請求項60之電腦程式產品，該等軟體碼進一步包括：用於在每一天線之該複數個頻率子頻帶中應用線性變化之相移之軟體碼。
  68. 如請求項60之電腦程式產品，該等軟體碼進一步包括：用於在每一天線之該複數個頻率子頻帶中應用一不同之相位斜率之軟體碼。
  69. 如請求項60之電腦程式產品，該等軟體碼進一步包括：用於在每一天線之該複數個頻率子頻帶中應用連續變化之相移之軟體碼。
  70. 如請求項60之電腦程式產品，該等軟體碼進一步包括：用於根據為每一天線所選的一函數而確定該天線之該複數個頻率子頻帶中該連續變化之相移之軟體碼。
  71. 如請求項60之電腦程式產品，該等軟體碼進一步包括：用於隨每一時間間隔改變該波束成形之軟體碼。
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