專利名稱：選擇天線的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)，更具體地，涉及一種在多天線單元通信系統(tǒng)中進(jìn)行天線選擇的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前多數(shù)無(wú)線通信系統(tǒng)都由配有單個(gè)發(fā)射和接收天線的節(jié)點(diǎn)組成。據(jù)預(yù)測(cè)，通過(guò)使用多個(gè)發(fā)射和/或多個(gè)接收天線，很多通信系統(tǒng)的性能包括容量將得到充分的提升。這種天線配置形成了“智能”天線技術(shù)的基礎(chǔ)。結(jié)合時(shí)空信號(hào)處理的智能天線技術(shù)可用于降低輸入信號(hào)多徑衰落的有害影響和抑制干擾信號(hào)。這樣，已有的或正在部署的數(shù)字無(wú)線系統(tǒng)(例如，基于CDMA的系統(tǒng)、基于TDMA的系統(tǒng)、WLAN系統(tǒng)和基于OFDM的系統(tǒng)如IEEE 802.11a/g)的性能和容量將得到提升。
通過(guò)使用為在信號(hào)接收處理過(guò)程中引入分集增益和抑制干擾而設(shè)計(jì)的多單元天線系統(tǒng)，上述類(lèi)型的無(wú)線系統(tǒng)的至少一些性能損害會(huì)得到部分地改善。如J.H.Winters等人在1994年2月《IEEE通信學(xué)報(bào)》第42卷2/3/4號(hào)1740-1751頁(yè)中“The Impact of Antenna Diversity On the Capacity ofWireless Communication Systems”所介紹。通過(guò)減輕多徑以得到更均衡覆蓋、增加接收信噪比以獲得更大距離或降低所需的發(fā)射功率、提供更好的穩(wěn)健性以抗干擾、或者允許更多的頻率重用以獲得更大的容量，這種分集增益提升了系統(tǒng)性能。
在結(jié)合了多天線接收器的通信系統(tǒng)中，一組M個(gè)接收天線能消除M-1個(gè)干擾。因此，可以用N個(gè)發(fā)射天線在同一帶寬上同時(shí)發(fā)射N(xiāo)個(gè)信號(hào)，接著，這N個(gè)發(fā)射信號(hào)被接收器的一組N個(gè)天線分成N個(gè)單獨(dú)的信號(hào)。這種系統(tǒng)通常稱為多入多出(MIMO)系統(tǒng)，并已得到廣泛研究。例如，參見(jiàn)J.H Winters在《IEEE通信學(xué)報(bào)》1987年11月COM-35卷11號(hào)的論文“Optimum combiningfor indoor radio systems with multiple users”；C.Chuan等人在1998年11月的《全球通信系統(tǒng)學(xué)會(huì)’98，澳大利亞，悉尼，IEEE 1998》1894-1899頁(yè)的論文“Capacity of Multi-Antenna Array Systems In Indoor WirelessEnvironment”；D.Shiu等人在《IEEE通信學(xué)報(bào)》2000年3月48卷3號(hào)502-513頁(yè)的論文“Fading Correlation and Its Effect on the Capacity ofMulti-Element Antenna Systems”。
一些多元天線陣列(如MIMO)為系統(tǒng)增加了容量，這可通過(guò)使用上面提到的配置來(lái)實(shí)現(xiàn)。MIMO系統(tǒng)中，在對(duì)接收器可適用信道的理想估算的假設(shè)之下，接收信號(hào)分解到M個(gè)“空間復(fù)用”的獨(dú)立信道。這樣使容量得以增加，相當(dāng)于單天線系統(tǒng)的M倍。在總發(fā)射功率固定的前提下，MIMO提供的容量與天線單元的數(shù)目成線性比例。具體地，已證實(shí)在總帶寬和總發(fā)射功率不增加的情況下，具有N個(gè)發(fā)射和N個(gè)接收天線的數(shù)據(jù)速率可以是單天線系統(tǒng)的N倍。例如，參見(jiàn)G.J.Foschini等人在Kluwer Academic Publishers出版的1998年3月的《無(wú)線個(gè)人通信》第6卷第3號(hào)第311-335頁(yè)上“On Limits ofWireless Communications in a Fading Environment When Using MultipleAntennas”。在以N倍空間復(fù)用為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)性MIMO系統(tǒng)中，通常在給定的發(fā)射器或接收器上使用超過(guò)N個(gè)的天線。因?yàn)槊總€(gè)額外的天線都增加分集增益和天線增益，而干擾抑制適用于所有的N個(gè)空間復(fù)用信號(hào)。參見(jiàn)G.J.Foschini等人在IEEE Journal on Selected Areas in Communications 1999年11月11期17卷1841-1852頁(yè)的“Simplified processing for highspectral efficiency wireless communication employing multi-elementarrays”。
雖然增加發(fā)射和/或接收天線的數(shù)目增強(qiáng)了MIMO系統(tǒng)的多方面性能，但是為每個(gè)發(fā)射和接收天線提供獨(dú)立的RF鏈路使成本增加。通常每個(gè)RF鏈路包括低噪聲放大器、濾波器、下變頻器和模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)，其中，后三者占據(jù)了RF鏈路成本的主要部分。在一些現(xiàn)有的單天線無(wú)線接收器中，所需的單個(gè)RF鏈路的成本超過(guò)接收器總成本的30％。很顯然，隨著發(fā)射和接收天線增加，總的系統(tǒng)成本和功率消耗將顯著地增加。
目前已經(jīng)找到一些處理上述缺陷的方法，如美國(guó)專利公開(kāi)號(hào)為20020102950、名稱為“Method and apparatus for selection and use ofoptimal antennas in wireless systems”；A.Molisch等人在2001年6月IEEE ICC學(xué)會(huì)，芬蘭，赫爾辛基，2卷第570-574頁(yè)的“Capacity of MIMOSystems with antenna selection”；以及R.S.Blum等人在《IEEECommunications Letters》2002年8月第6卷第8期第322-324頁(yè)的“Onoptimum MIMO with antenna selection”，其中，從眾多天線中選擇發(fā)射/接收天線的子集。因?yàn)榫哂蠳倍的空間復(fù)用，所以至少要使用N個(gè)RF鏈路，典型地，從接收器上總共M個(gè)天線中選擇N個(gè)天線和/或從發(fā)射器總共nT個(gè)天線中選擇N個(gè)天線，其中M＞N并且nT＞N。
具有天線選擇的系統(tǒng)的性能取決于選擇過(guò)程中使用的標(biāo)準(zhǔn)。使用的標(biāo)準(zhǔn)不同，即使在相同的信道條件下也可能導(dǎo)致選擇的天線子集不同，從而造成性能不同。部分上面提到的文獻(xiàn)主張使用最大化容量的標(biāo)準(zhǔn)選擇天線子集。但是，容量是一個(gè)理想量，該理想量可能是無(wú)法達(dá)到的，因?yàn)樗枰昝赖木幋a和/或均衡和/或連續(xù)的調(diào)制。實(shí)際上，使用的是有限編碼(或者甚至沒(méi)有編碼)和量化調(diào)制，且均衡器不是理想的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一些方面涉及在多天線單元通信系統(tǒng)中提供天線選擇的系統(tǒng)和方法。根據(jù)本發(fā)明一些方面的一些實(shí)施例在多天線單元的射器和/或多天線單元的收器中選擇天線單元子集。
根據(jù)本發(fā)明一些方面的一個(gè)實(shí)施例中，從具有M個(gè)天線單元的發(fā)射器或具有M個(gè)天線單元的接收器中選擇N個(gè)天線的系統(tǒng)，其中N小于M，該系統(tǒng)包括例如，M個(gè)天線單元發(fā)射器或M個(gè)天線單元接收器中的M個(gè)天線單元、N個(gè)RF鏈路、連接于該N個(gè)RF鏈路的開(kāi)關(guān)。所述M個(gè)天線單元接收器可確定該M個(gè)天線單元中每個(gè)可能的N天線單元子集的誤碼率。該M個(gè)天線單元接收器可確定具有最低誤碼率的特定N天線單元子集。作為對(duì)確定具有最低誤碼率的特定N天線單元子集的響應(yīng)，所述開(kāi)關(guān)將N個(gè)RF鏈路連接到該具有最低誤碼率的特定N天線單元子集上。
根據(jù)本發(fā)明一些方面的另一個(gè)實(shí)施例中，從具有M個(gè)天線單元的發(fā)射器或具有M個(gè)天線單元的接收器中選擇N個(gè)天線的方法，其中N小于M，例如，該方法包括以下一項(xiàng)或多項(xiàng)確定M個(gè)天線單元發(fā)射器或M個(gè)天線單元接收器的M個(gè)天線單元中每個(gè)可能的N天線單元子集的誤碼率；確定具有最低誤碼率的特定N天線單元子集；作為對(duì)所作確定的響應(yīng)，將N個(gè)RF鏈路連接到該具有最低誤碼率的特定N天線單元子集上。
根據(jù)本發(fā)明一些方面的再一個(gè)實(shí)施例中，例如，在具有一個(gè)或多個(gè)RF鏈路以及第一多個(gè)接收天線的接收器中，選擇第一多個(gè)接收天線的子集以接收發(fā)射RF信號(hào)的方法，包括以下一項(xiàng)或多項(xiàng)建立該第一多個(gè)接收天線的第二多個(gè)可能的子集；確定與該第二多個(gè)可能的子集對(duì)應(yīng)的接收器的第二多個(gè)輸出誤碼率；確認(rèn)所述第二多個(gè)輸出誤碼率中最小的誤碼率；從該第二多個(gè)可能的子集中選擇與最小輸出誤碼率對(duì)應(yīng)的那個(gè)子集；將所述一個(gè)或多個(gè)RF鏈路連接到所選擇的子集的接收天線上。
根據(jù)本發(fā)明一些方面的又一個(gè)實(shí)施例中，例如，在具有一個(gè)或多個(gè)RF鏈路以及第一多個(gè)發(fā)射天線的發(fā)射器中選擇該第一多個(gè)發(fā)射天線的子集用以發(fā)射RF信號(hào)的方法，該發(fā)射RF信號(hào)對(duì)應(yīng)于隨后將被接收器接收的多個(gè)RF輸出信號(hào)，所述方法包括以下一項(xiàng)或多項(xiàng)建立該第一多個(gè)發(fā)射天線的第二多個(gè)可能的子集；確定與該第二多個(gè)可能的子集對(duì)應(yīng)的發(fā)射器的第二多個(gè)輸出誤碼率；確認(rèn)所述第二多個(gè)輸出誤碼率中最小的誤碼率；從該第二多個(gè)可能的子集中選擇與最小輸出誤碼率對(duì)應(yīng)的那個(gè)子集；將所述一個(gè)或多個(gè)RF鏈路連接到所選擇的子集的發(fā)射天線上。
根據(jù)本發(fā)明一些方面的另一個(gè)實(shí)施例中，例如，通信系統(tǒng)包括發(fā)射器和接收器。所述發(fā)射器具有多個(gè)發(fā)射天線，該多個(gè)發(fā)射天線使用兩個(gè)或多個(gè)RF發(fā)射鏈路通過(guò)信道發(fā)射一組空間復(fù)用的RF輸出信號(hào)。所述接收器具有多個(gè)接收天線，該多個(gè)接收天線用于接收該組空間復(fù)用的RF輸出信號(hào)和相應(yīng)地生成一組經(jīng)兩個(gè)或多個(gè)RF鏈路處理的空間復(fù)用的接收RF信號(hào)。在該通信系統(tǒng)中選擇天線的方法包括以下一項(xiàng)或多項(xiàng)建立該多個(gè)發(fā)射天線的可能的子集和該多個(gè)接收天線的可能的子集；確定對(duì)應(yīng)于發(fā)射天線的可能子集之一和接收天線的可能子集之一的各種組合的接收器的一個(gè)或多個(gè)誤碼率；確認(rèn)該一個(gè)或多個(gè)誤碼率中最小的誤碼率；從該發(fā)射天線的可能子集、接收天線的可能子集中選出對(duì)應(yīng)于該最小誤碼率的一個(gè)發(fā)射天線子集和一個(gè)接收天線子集的組合；將兩個(gè)或多個(gè)RF發(fā)射鏈路連接于所選擇的一個(gè)發(fā)射天線子集，將兩個(gè)或多個(gè)RF接收鏈路連接于所選擇的一個(gè)接收天線子集。
根據(jù)本發(fā)明一些方面的又一個(gè)實(shí)施例中，例如，通信系統(tǒng)包括發(fā)射器和接收器。所述發(fā)射器具有多個(gè)發(fā)射天線，該多個(gè)發(fā)射天線使用一個(gè)或多個(gè)RF發(fā)射鏈路通過(guò)信道發(fā)射一組RF輸出信號(hào)。所述接收器具有多個(gè)接收天線，該多個(gè)接收天線用于接收該組RF輸出信號(hào)和相應(yīng)地生成一組經(jīng)一個(gè)或多個(gè)RF接收鏈路處理的接收RF信號(hào)。在該通信系統(tǒng)中選擇天線的方法包括以下一項(xiàng)或多項(xiàng)建立該多個(gè)發(fā)射天線的可能的子集和該多個(gè)接收天線的可能的子集；確定對(duì)應(yīng)于發(fā)射天線的可能子集之一和接收天線的可能子集之一的各種組合的接收器的一個(gè)或多個(gè)輸出誤碼率；確認(rèn)該一個(gè)或多個(gè)輸出誤碼率中最小的誤碼率；從該發(fā)射天線的可能子集、接收天線的可能子集中選出對(duì)應(yīng)于該最小輸出誤碼率的一個(gè)發(fā)射天線子集和一個(gè)接收天線子集的組合；將一個(gè)或多個(gè)RF發(fā)射鏈路連接于所選擇的一個(gè)發(fā)射天線子集，將一個(gè)或多個(gè)RF接收鏈路連接于所選擇的一個(gè)接收天線子集。
根據(jù)本發(fā)明一些方面的另一實(shí)施例中，在具有一個(gè)或多個(gè)RF鏈路和多個(gè)接收天線的接收器中選擇天線的方法，所述接收天線能接收發(fā)射的RF信號(hào)能量，所述方法包括以下一項(xiàng)或多項(xiàng)將一個(gè)或多個(gè)RF鏈路連接到該多個(gè)接收天線的初始子集；確定與該多個(gè)接收天線的初始子集中每個(gè)接收天線關(guān)聯(lián)的誤碼率；將每個(gè)誤碼率與預(yù)定的閾值比較；當(dāng)某個(gè)誤碼率超過(guò)所述預(yù)定的閾值時(shí)，將所述初始子集中與該誤碼率關(guān)聯(lián)的接收天線從第一所述一個(gè)或多個(gè)RF鏈路上斷開(kāi)；將所述第一多個(gè)接收天線之一連接到第一所述第一或多個(gè)RF鏈路，所述第一多個(gè)接收天線之一不包含在所述多個(gè)接收天線的初始子集中。
根據(jù)本發(fā)明一些方面的一個(gè)實(shí)施例中，在具有一個(gè)或多個(gè)RF鏈路和多個(gè)發(fā)射天線的發(fā)射器中選擇天線的方法，所述發(fā)射天線能夠?qū)F信號(hào)能量發(fā)射給接收器，所述方法包括以下一項(xiàng)或多項(xiàng)將一個(gè)或多個(gè)RF鏈路連接到所述多個(gè)發(fā)射天線的初始子集；確定與所述多個(gè)發(fā)射天線的初始子集中每個(gè)發(fā)射天線關(guān)聯(lián)的接收器的誤碼率；將每個(gè)誤碼率與預(yù)定的閾值比較；當(dāng)某個(gè)誤碼率超過(guò)所述預(yù)定的閾值時(shí)，將所述初始子集中與該誤碼率關(guān)聯(lián)的發(fā)射天線從第一所述一個(gè)或多個(gè)RF鏈路上斷開(kāi)；將所述第一多個(gè)發(fā)射天線之一連接到第一所述第一或多個(gè)RF鏈路，所述第一多個(gè)發(fā)射天線之一不包含在所述多個(gè)發(fā)射天線的初始子集中。


圖1A和圖1B是常規(guī)的MIMO系統(tǒng)的示意圖；圖2A和圖2B是根據(jù)本發(fā)明一些方面的MIMO系統(tǒng)的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明一些方面的SM-MIMOOFDM系統(tǒng)的示意圖；圖4A和圖4B是根據(jù)本發(fā)明一些方面進(jìn)行天線選擇的流程圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明一些方面導(dǎo)致的性能變化的示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明一些方面的SC-MIMO-OFDM系統(tǒng)的示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明一些方面的DS-SS SIMO系統(tǒng)中的接收器的示意圖。
具體實(shí)施例方式
一、概述本發(fā)明一些方面的一些實(shí)施例涉及使用具有多個(gè)天線單元的發(fā)射器和/或接收器的通信系統(tǒng)。
實(shí)施本發(fā)明一些方面的一些實(shí)施例，有助于在一個(gè)或多個(gè)多天線無(wú)線通信設(shè)備中選擇天線單元的子集，從而使誤碼率(BER)最小化或最優(yōu)化。
可以使用本發(fā)明一些方面的一些實(shí)施例來(lái)選擇多天線發(fā)射器中天線單元的子集以發(fā)射信號(hào)和/或選擇多天線接收器中天線單元的子集以接收信號(hào)。
本發(fā)明一些方面的一些實(shí)施例中，至少部分地基于最小誤碼率來(lái)選擇天線單元的子集。
本發(fā)明一些方面的一些實(shí)施例可用于在多入多出(MIMO)通信系統(tǒng)中選擇天線。例如，MIMO通信系統(tǒng)提供發(fā)射器，該發(fā)射器通過(guò)N個(gè)發(fā)射天線單元廣播多個(gè)(N個(gè))空間復(fù)用信號(hào)，該N個(gè)天線單元是從一組nT個(gè)天線單元中選取，其中nT＞N。例如，MIMO通信系統(tǒng)提供接收器，該接收器中共M個(gè)天線單元，從其中選擇N個(gè)接收天線單元，其中M＞N，該N個(gè)接收天線單元生成的輸出信號(hào)數(shù)目等于空間復(fù)用信號(hào)的數(shù)目。然后該輸出信號(hào)被提供給對(duì)應(yīng)的RF鏈路以在基帶中處理。這樣，本發(fā)明一些方面的一些實(shí)施例有利于使BER最小化和/或降低了多天線系統(tǒng)中RF信號(hào)的處理成本。
根據(jù)本發(fā)明一些方面的天線選擇方法的一些實(shí)施例可用于不同類(lèi)型的多天線通信系統(tǒng)中。在特定的實(shí)施例中，可將根據(jù)本發(fā)明一些方面的天線選擇方法的一些實(shí)施例應(yīng)用到單信道(SC)系統(tǒng)(如，沒(méi)有空間復(fù)用的系統(tǒng))的多天線接收器中，應(yīng)用到單信道系統(tǒng)的多天線發(fā)射器中或應(yīng)用到使用空間復(fù)用(SM)或單信道的MIMO系統(tǒng)的發(fā)射器和/或接收器中。
例如，根據(jù)本發(fā)明一些方面的天線選擇方法的一些實(shí)施例，從一組M個(gè)可用的天線單元中選取N個(gè)接收天線單元(其中M＞N)，所選擇的天線單元的子集使BER最小化。例如，實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下首先估算所有可能的多天線子系統(tǒng)的BER，每一個(gè)所述的子系統(tǒng)都包括該M個(gè)天線單元的子集。因?yàn)锽ER通常是復(fù)雜的函數(shù)，例如是可適用的通信信道的復(fù)雜函數(shù)，一些實(shí)施例中，對(duì)于給定的信道和/或天線組合技術(shù)，可以用近似表達(dá)式來(lái)表示BER，使之隨著所使用的編碼和/調(diào)制方法而變化。一旦估算完每個(gè)多天線子系統(tǒng)的BER，就確認(rèn)出具有最小BER值的子系統(tǒng)。接著，將所確認(rèn)的子集的接收天線單元連接到接收器的多個(gè)RF鏈路以接收進(jìn)入的無(wú)線信號(hào)。
類(lèi)似的方法可用于在包含nT個(gè)發(fā)射單元的多天線發(fā)射器中選擇N個(gè)發(fā)射天線單元的子集，其中nT＞N。同樣，接收器估算與發(fā)射器上現(xiàn)有的每個(gè)可能的多天線子系統(tǒng)相應(yīng)的BER。接著，接收器將具有BER最小值的子系統(tǒng)的標(biāo)識(shí)(identity)通知給發(fā)射器(如通過(guò)反饋路徑)。然后，該子集被連接到發(fā)射器的多RF鏈路以發(fā)射無(wú)線信號(hào)。當(dāng)單信道多入多出(MIMO)系統(tǒng)的發(fā)射器和接收器都使用多個(gè)天線，其中的天線選擇也可使用類(lèi)似的方法。
可將根據(jù)本發(fā)明一些方面的一些實(shí)施例用于MIMO系統(tǒng)的天線選擇中，所述MIMO系統(tǒng)包括發(fā)射器，該發(fā)射器使用從nT個(gè)適用的天線單元中選取的具有N個(gè)發(fā)射天線單元的子集廣播多個(gè)(N個(gè))空間復(fù)用信號(hào)，其中nT＞N。這種情況下，接收器使用從M個(gè)接收天線單元中選取的具有N個(gè)接收天線的子集(M＞N)。接著，所得到的一組N個(gè)輸出信號(hào)被提供給對(duì)應(yīng)的RF鏈路以在基帶中處理。這樣，根據(jù)本發(fā)明一些方面的實(shí)施例能夠使輸出BER和多天線系統(tǒng)中RF處理成本最小化。
當(dāng)單信道或空間復(fù)用MIMO系統(tǒng)在發(fā)射端和/或接收端使用多個(gè)RF鏈路的情況下，可將確定的基帶加權(quán)和組合方案與天線選擇方法相結(jié)合，一起應(yīng)用到發(fā)射器(如預(yù)編碼)和/或接收器中。例如，將基帶加權(quán)和天線選擇都設(shè)計(jì)成使BER最小化。在另一個(gè)實(shí)施例中，例如，在通過(guò)適當(dāng)?shù)奶炀€選擇使BER最小化的同時(shí)，可將基帶加權(quán)設(shè)計(jì)成使輸出信噪比(SNR)、信號(hào)與干擾及噪聲比(SINR)或容量最大化。
根據(jù)本發(fā)明一些方面的一些實(shí)施例也可用于不能以上述方法確定與給定發(fā)射器和/或接收器的所有的天線單元關(guān)聯(lián)的BER的系統(tǒng)中。例如，某些系統(tǒng)沒(méi)有配備準(zhǔn)許在相同信道實(shí)現(xiàn)(channel realization)上為特定設(shè)備的每個(gè)天線以“并行”方式收集訓(xùn)練簽名信息的訓(xùn)練序列結(jié)構(gòu)。這種情況下，估算全部天線(如現(xiàn)用的天線)的子集的BER并與預(yù)選的閾值比較。只要一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)用天線的BER超過(guò)該閾值，就選擇另一個(gè)天線并將其連接到RF鏈路以取代BER超過(guò)閾值的天線。使用這個(gè)方法，使在發(fā)射器和/或接收器以及這里所述的任何多天線環(huán)境內(nèi)的天線選擇變得容易。
根據(jù)本發(fā)明一些方面的一些實(shí)施例涉及在多天線系統(tǒng)如N倍空間復(fù)用的多天線系統(tǒng)中基于最小化BER選擇天線的方法。為了使根據(jù)本發(fā)明一些方面的一些實(shí)施例易于理解，下面提供用于在多天線系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)天線選擇的典型的架構(gòu)的概況。
二、用于天線選擇的架構(gòu)根據(jù)本發(fā)明一些方面的一些實(shí)施例可用于無(wú)線通信系統(tǒng)中，該無(wú)線通信系統(tǒng)中，發(fā)射器和/或接收器使用的RF鏈路數(shù)目少于使用的發(fā)射/接收天線的數(shù)目。在根據(jù)本發(fā)明一些方面的一些實(shí)施例中，從總共M個(gè)接收天線單元中選擇N個(gè)接收天線單元，其中M＞N。這樣生成N個(gè)RF輸出信號(hào)，接著，該N個(gè)RF輸出信號(hào)通過(guò)N個(gè)RF鏈路。在一個(gè)典型的實(shí)施例中，每個(gè)RF鏈路包括，例如濾波器、下變頻轉(zhuǎn)換器和A/D轉(zhuǎn)換器。接著，每個(gè)RF鏈路的A/D轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的輸出信號(hào)被數(shù)字處理以產(chǎn)生N個(gè)空間復(fù)用的輸出信號(hào)。通過(guò)在RF執(zhí)行必需的天線子集的選擇，具有多于N個(gè)的接收天線，但只有N個(gè)RF鏈路的N倍空間復(fù)用系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)成本與具有N個(gè)接收天線的系統(tǒng)的成本近似。因此，在相對(duì)低成本下通過(guò)使用額外的天線能提升接收器性能。
可在具有N個(gè)RF鏈路和nT個(gè)發(fā)射天線的發(fā)射器上使用類(lèi)似的技術(shù)，其中nT＞N。在一個(gè)實(shí)施例中，該N個(gè)RF鏈路后緊接著開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)將每個(gè)RF鏈路連接到從nT個(gè)發(fā)射天線中選取的N個(gè)發(fā)射天線的子集上。與在接收器中一樣，通過(guò)在RF執(zhí)行必需的天線的子集的選擇，具有多于N個(gè)的發(fā)射天線，但只有N個(gè)RF鏈路的N倍空間復(fù)用的系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)成本與具有N個(gè)發(fā)射天線和N個(gè)RF鏈路的系統(tǒng)的成本近似。因此，在相對(duì)低成本下通過(guò)使用額外的天線能提升發(fā)射器性能。
A、空間復(fù)用根據(jù)本發(fā)明一些方面的一些實(shí)施例，空間復(fù)用(SM)提供一種基于在發(fā)射器和接收器上均使用多個(gè)天線的信號(hào)發(fā)射模式，這種模式下，能夠增加無(wú)線鏈路的比特率而不需要增加相應(yīng)的功率或帶寬消耗。當(dāng)接收器和發(fā)射器都使用N個(gè)天線的情況下，提供給發(fā)射器的信息符號(hào)的輸入流被分成N個(gè)獨(dú)立的子流?？臻g復(fù)用試圖讓每個(gè)子流都占據(jù)可適用的多址協(xié)議中相同的“信道”(如，時(shí)隙、頻率或編碼/鍵序列)。在發(fā)射器中，每個(gè)子流分別加到該N個(gè)發(fā)射天線上并通過(guò)居間多徑通信信道傳播給接收器。接著，接收器配置的N個(gè)接收天線的接收陣列接收復(fù)合的多徑信號(hào)。在接收器上，對(duì)來(lái)自接收天線陣列的相對(duì)于給定子流的N個(gè)相位和N個(gè)振幅定義的“空間簽名”進(jìn)行估算。接著，應(yīng)用信號(hào)處理技術(shù)以分離接收到的信號(hào)，該信號(hào)處理技術(shù)使原始子流得以還原和合成到原始輸入符號(hào)流中。J.H.Winters在《IEEE通信學(xué)報(bào)》1987年11月COM-35卷11號(hào)的論文”O(jiān)ptimum combining for indoor radiosystems with multiple users”中進(jìn)一步闡述了空間復(fù)用通信的原理和典型的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明全面參考了該論文。
B、常規(guī)的MIMO系統(tǒng)通過(guò)考慮圖1所示的常規(guī)MIMO系統(tǒng)，能夠充分地闡述本發(fā)明的一些方面。如圖1所示，圖1中MIMO系統(tǒng)100包括圖1A所示的發(fā)射器110和圖1B所示的接收器130。發(fā)射器110和接收器130分別包括數(shù)目為T(mén)的一組RF發(fā)射鏈路和數(shù)目為R的一組RF接收鏈路，這些RF鏈路被配置以發(fā)射和接收數(shù)目為N的一組空間復(fù)用信號(hào)。系統(tǒng)100中，假設(shè)以下之一(i)T大于N，R等于N；(ii)T等于N，R大于N；或者(iii)T和R都大于N。
參考圖1A，將要發(fā)射的輸入信號(hào)S，該信號(hào)典型地包括數(shù)字符號(hào)碼流，由解復(fù)用器102分離成N個(gè)獨(dú)立的子碼流S1，2……，N。接著，子碼流S1，2……，N被發(fā)送給數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)105，DSP 105生成T個(gè)輸出信號(hào)T1，2……，T。該T個(gè)輸出信號(hào)T1，2……，T通常由將N個(gè)子碼流S1，2……，N通過(guò)加權(quán)而生成，即通過(guò)用T個(gè)不同的加權(quán)因子對(duì)該N個(gè)子碼流S1，2……，N中的每個(gè)子碼流權(quán)進(jìn)行加權(quán)(如，用一個(gè)復(fù)數(shù)相乘)而形成NT個(gè)碼流。接著，將該N·T個(gè)碼流組合以形成T個(gè)輸出信號(hào)T1，2……，T。然后，用T個(gè)數(shù)字-模擬(D/A)轉(zhuǎn)換器108將該T個(gè)輸出信號(hào)T1，2……，T轉(zhuǎn)換成T個(gè)模擬信號(hào)A1，2……T。通過(guò)在混頻器112中將本地振蕩器114產(chǎn)生的信號(hào)與該T個(gè)模擬信號(hào)A1，2……，T混頻將該T個(gè)模擬信號(hào)A1，2……，T上變頻到合適的發(fā)射載波RF頻率。接著，該T個(gè)RF信號(hào)(如RF1，2……，T)由相應(yīng)的放大器116放大并由相應(yīng)的天線118發(fā)射。
現(xiàn)在參考圖1B，發(fā)射器100發(fā)射的RF信號(hào)被安裝在接收器130上的R個(gè)接收天線131接收。接收天線131接收的R個(gè)信號(hào)中的每個(gè)信號(hào)都被相應(yīng)的低噪放大器133放大并通過(guò)濾波器135濾波。接著，利用混頻器137將所得到的濾波信號(hào)從RF下變頻到基帶，每個(gè)混頻器都由本地振蕩器138提供一個(gè)本振信號(hào)。雖然圖1B中的接收器都被配置成零差接收器，但也可以使用以中頻(IF)頻率為特征的外差接收器。然后，使用一組對(duì)應(yīng)的R個(gè)模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器140將混頻器137產(chǎn)生的R個(gè)基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。接著，數(shù)字信號(hào)處理器142將該R個(gè)數(shù)字信號(hào)D1，2……，R加權(quán)和組合以形成N個(gè)空間復(fù)用輸出信號(hào)S′1，2……，N，該N個(gè)空間復(fù)用輸出信號(hào)S′1，2……，N包括發(fā)射信號(hào)S1，2……，N的估算。然后，多路復(fù)用器155將該N個(gè)輸出信號(hào)S′1，2……，N進(jìn)行多路復(fù)用以產(chǎn)生原始輸入信號(hào)S的估算160(S′)。
C、空間復(fù)用通信系統(tǒng)中RF的天線選擇現(xiàn)在參見(jiàn)圖2，圖2所示為具有發(fā)射器210和接收器250的MIMO通信系統(tǒng)200，發(fā)射器210和接收器250在配置上能夠僅使用N個(gè)發(fā)射/接收RF鏈路實(shí)現(xiàn)N倍的空間復(fù)用，即使發(fā)射器210和接收器250上分別裝配有多于N個(gè)的發(fā)射/接收天線。具體地，發(fā)射器210包括一組MT個(gè)發(fā)射天線240，接收器包括一組MR個(gè)接收天線260，在本發(fā)明一些方面的一些實(shí)施例中，MT和/或MR大于或等于N。例如，(i)MT大于N，MR等于N；(ii)MT等于N，MR大于N；或著(iii)MT和MR都大于N。
如圖2A所示，將要發(fā)射的輸入信號(hào)S被解復(fù)用器202分離成N個(gè)獨(dú)立的子碼流SS1，2……，N。接著，對(duì)應(yīng)的D/A轉(zhuǎn)換器組206將該N個(gè)獨(dú)立的子碼流SS1， 2……，N轉(zhuǎn)換成N個(gè)模擬子碼流AS1，2……，N。然后，本地振蕩器214給混頻器212提供信號(hào)，混頻器212將該N個(gè)模擬子碼流AS1，2……，N上變頻到合適的發(fā)射載波RF頻率。接著，開(kāi)關(guān)218將生成的N個(gè)RF信號(hào)(如RF1，2……，N)中的每個(gè)RF信號(hào)連接到所選擇的N個(gè)發(fā)射天線單元的子集上。開(kāi)關(guān)218將該N個(gè)RF信號(hào)(如RF1，2……，N)連接到從MT個(gè)可用發(fā)射天線240中選出的N個(gè)發(fā)射天線，從而獲得一組N個(gè)輸出信號(hào)。接著，對(duì)應(yīng)的N個(gè)放大器234放大該N個(gè)輸出信號(hào)，經(jīng)放大的輸出信號(hào)被選出的N個(gè)發(fā)射天線240發(fā)射。在另一實(shí)施例中，放大器234位于開(kāi)關(guān)218之前。這種配置下，僅需要N個(gè)放大器而不是MT個(gè)；而如果該MT個(gè)發(fā)射天線中每個(gè)天線配置一個(gè)放大器，就需要MT個(gè)放大器。選擇N個(gè)天線是為了最小化接收器的輸出信號(hào)的BER。
參考圖2B，發(fā)射器210發(fā)射的N個(gè)RF信號(hào)被設(shè)置在接收器250上的MR個(gè)接收天線260接收。該MR個(gè)接收信號(hào)中每個(gè)接收信號(hào)都被對(duì)應(yīng)的低噪放大器(LNA)264放大，接著，開(kāi)關(guān)276將N個(gè)接收信號(hào)的子集連接到N個(gè)RF鏈路以形成N個(gè)RF信號(hào)，該N個(gè)RF信號(hào)通過(guò)對(duì)應(yīng)的N個(gè)濾波器280。在另一個(gè)實(shí)施例中，低噪放大器264可位于開(kāi)關(guān)276之后，這樣，使用的LNA的總數(shù)是N而不是MR；如果該MR個(gè)接收天線中每個(gè)接收天線都設(shè)置一個(gè)LNA，則需要MR個(gè)LNA。接著，使用N個(gè)混頻器282將生成的N個(gè)過(guò)慮信號(hào)下變頻到基帶，其中，本地振蕩器284向每個(gè)混頻器提供載波信號(hào)。在圖2B的實(shí)施例中，雖然接收器250是以零差接收器實(shí)現(xiàn)的，但接收器250也能夠以外差接收器實(shí)現(xiàn)，所述外差接收器以中頻(IF)頻率為特征。(實(shí)際上，根據(jù)本發(fā)明一些方面的一些任何實(shí)施例都可以結(jié)合零差配置或外差配置)。對(duì)應(yīng)的一組N個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器286將混頻器282產(chǎn)生的N個(gè)基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)處理器288進(jìn)一步處理該N個(gè)數(shù)字信號(hào)以形成N個(gè)空間復(fù)用的輸出信號(hào)SS′1，2……， N，該N個(gè)空間復(fù)用輸出信號(hào)SS′1，2……，N是N個(gè)獨(dú)立子碼流SS1，2……，N的估算。接著，多路復(fù)用器292對(duì)該N個(gè)輸出信號(hào)SS′1，2……，N進(jìn)行多路復(fù)用以產(chǎn)生輸出信號(hào)S′，S′是輸入信號(hào)S的估算。
在本發(fā)明一些方面的一些實(shí)施例中，在發(fā)射端增加基帶加權(quán)和組合(如“預(yù)編碼”)方案，與下述的天線選擇方法結(jié)合使用。這種情況下，DSP模塊設(shè)置于解復(fù)用器202和D/A轉(zhuǎn)換器206之間，這樣N個(gè)獨(dú)立子碼流SS1，2……，N被復(fù)數(shù)因子加權(quán)和被組合以形成一組N個(gè)輸出信號(hào)。接著，對(duì)應(yīng)的一組D/A轉(zhuǎn)換器206將該N個(gè)輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)AS1，2……，N。
在本發(fā)明一些方面的實(shí)施例中，可以結(jié)合使用典型的天線選擇方法，在發(fā)射端增加時(shí)空編碼。這種情況下，用DSP模塊取代解復(fù)用器202，其在空間和時(shí)間域內(nèi)處理輸入信號(hào)S以形成一組N個(gè)輸出信號(hào)。接著，對(duì)應(yīng)的一組D/A轉(zhuǎn)換器206將該N個(gè)輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)AS1，2……，N。常用的兩種時(shí)空技術(shù)是1)在N個(gè)輸出信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)輸出信號(hào)中引入時(shí)延(或相當(dāng)于相位偏移)；2)使用發(fā)射分集技術(shù)，該技術(shù)在《IEEE Journal on Selected Areasin Communications》1998年10月第8期第16卷1451-1458頁(yè)，S.M.Alamouti撰寫(xiě)的論文“A Simple transmit diversity technique for wirelesscommunications”中有相關(guān)闡述。本發(fā)明全文參考了該論文。
例如，時(shí)空編碼技術(shù)可適用于SC MIMO系統(tǒng)和/或?yàn)楂@得分集增益而設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。預(yù)編碼技術(shù)適用于基于SC或基于空間復(fù)用的MIMO系統(tǒng)或?yàn)楂@得數(shù)據(jù)速率和分集增益兩者而設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。
三、基于最小誤碼率在RF中選擇天線的方法A、概述根據(jù)本發(fā)明一些方面的一些實(shí)施例涉及在多天線通信系統(tǒng)中基于最小化誤碼率選擇天線的方法。例如，根據(jù)本發(fā)明一些方面的一些實(shí)施例在多天線的通信系統(tǒng)中，選擇天線單元的子集來(lái)發(fā)射和/或接收誤碼率已經(jīng)最小化的信號(hào)。當(dāng)使用多個(gè)天線來(lái)發(fā)射時(shí)，可以使用根據(jù)本發(fā)明一些方面的一些實(shí)施例來(lái)選擇發(fā)射器的天線。當(dāng)使用多個(gè)天線來(lái)接收時(shí)，可以使用根據(jù)本發(fā)明一些方面的一些實(shí)施例來(lái)選擇接收器的天線。
例如，根據(jù)本發(fā)明一些方面的一些實(shí)施例適用于(i)在稱為單信道系統(tǒng)(如沒(méi)采用空間復(fù)用的系統(tǒng))中使用多個(gè)天線的接收器；(ii)在單信道系統(tǒng)中使用多個(gè)天線的發(fā)射器；和(iii)在空間復(fù)用或單信道的MIMO系統(tǒng)中發(fā)射器和/或接收器使用的RF鏈路少于發(fā)射和/或接收天線的系統(tǒng)。
以下將參考圖3-圖7，在以下的典型范圍中對(duì)本發(fā)明一些方面的一些實(shí)施例進(jìn)行闡述1)具有空間復(fù)用的MIMO系統(tǒng)，其中發(fā)射器和接收器使用的RF鏈路的數(shù)目小于發(fā)射器/接收器天線的數(shù)目；2)不具有空間復(fù)用的單信道MIMO系統(tǒng)，其中發(fā)射器和接收器使用的RF鏈路的數(shù)目小于發(fā)射器/接收器天線的數(shù)目的；和3)不具有空間復(fù)用的單信道SIMO系統(tǒng)，其中包括使用多個(gè)天線單元的接收器。根據(jù)本發(fā)明一些方面的一些實(shí)施例還可用于不具有空間復(fù)用的單信道(SC)多入單出(MISO)系統(tǒng)，其中發(fā)射器使用多個(gè)天線單元。
作為示例，下面的實(shí)施例是對(duì)使用正交頻分復(fù)用調(diào)制(OFDM)(如遵循802.1-1a WLAN標(biāo)準(zhǔn))的系統(tǒng)或基于直接序列擴(kuò)頻(DS-SS)(如遵循WCDMA標(biāo)準(zhǔn))的系統(tǒng)進(jìn)行闡述的。根據(jù)本發(fā)明一些方面的一些實(shí)施例，通過(guò)結(jié)合時(shí)空Rake接收器，DS-SS接收器的處理容量能夠擴(kuò)展到空間域，時(shí)空Rake(耙式)接收器能有效地組合對(duì)應(yīng)于時(shí)間域和空間域兩者的多徑“抽頭(taps)”。這種擴(kuò)展表明這里所述的技術(shù)能推廣到實(shí)際中在頻率選擇性衰落環(huán)境下的任何使用時(shí)間和/或頻率域處理的系統(tǒng)。
B、SM-MIMO-OFDM系統(tǒng)中的天線選擇圖3所示的是根據(jù)本發(fā)明一些方面的一些實(shí)施例使用天線選擇的SM-MIMOOFDM系統(tǒng)300的發(fā)射器和接收器結(jié)構(gòu)。如圖所示，兩個(gè)獨(dú)立的子碼流304(如空間復(fù)用信號(hào))OFDM調(diào)制在Nt個(gè)頻率副載波上，并通過(guò)兩個(gè)RF鏈路308，為發(fā)射做準(zhǔn)備。在這點(diǎn)上，開(kāi)關(guān)模塊312從4個(gè)發(fā)射天線單元316中選擇兩個(gè)天線單元并將該兩個(gè)天線單元連接到兩個(gè)RF鏈路308上。因?yàn)榘l(fā)射器302的4個(gè)天線單元316只有兩個(gè)被選擇，所以RF發(fā)射鏈路的數(shù)目方便地減少到空間復(fù)用信號(hào)的數(shù)目。
在圖3所示的實(shí)施例中，在任何給定時(shí)刻，開(kāi)關(guān)模塊312都包含識(shí)別將用于發(fā)射的天線單元對(duì)316的信息。開(kāi)關(guān)模塊312本身可以根據(jù)基于最小BER標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)算法則計(jì)算該信息(如在信道318是可互換(reciprocal)的情況下)。在另一個(gè)實(shí)施例中，模塊312可通過(guò)反饋路徑(圖中未示出)接收來(lái)自接收器330的信息。在信道318不是可互換(reciprocal)的情況下，例如在限制干擾環(huán)境下可使用后一種方法。
接收器330中，開(kāi)關(guān)模塊334從4個(gè)天線單元338中選擇兩個(gè)天線單元用于接收發(fā)射器302發(fā)射的入射信號(hào)。開(kāi)關(guān)模塊334將選擇的2個(gè)天線338連接到兩個(gè)RF鏈路342，該兩個(gè)RR鏈路342用于將該兩個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字域以進(jìn)行基帶處理。接著，在每個(gè)調(diào)(at each tone)上將加權(quán)矩陣346應(yīng)用到所接收的信號(hào)上以分離和還原每一個(gè)被發(fā)射的空間復(fù)用信號(hào)。
在典型的實(shí)施例中，配置開(kāi)關(guān)模塊334使其能夠通過(guò)執(zhí)行基于最小BER標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)算法則自己計(jì)算出應(yīng)該選擇天線單元338中的哪對(duì)天線單元來(lái)接收。當(dāng)信道不是可互換情況下，可以對(duì)模塊334進(jìn)行進(jìn)一步配置，以計(jì)算出發(fā)射器302應(yīng)該使用哪一對(duì)天線單元316，并將該信息提供給發(fā)射器302。下面結(jié)合圖4A和圖4B對(duì)由開(kāi)關(guān)模塊312、334執(zhí)行的兩種可能的天線選擇運(yùn)算法則進(jìn)行描述。
轉(zhuǎn)到圖4A中，圖4A所示為天線選擇運(yùn)算法則400的流程圖，其中，編碼/調(diào)制模式(如數(shù)據(jù)速率或吞吐量)是固定或適應(yīng)于長(zhǎng)期原則(long-termbasis)(如適用于SNR的大范圍變化)。天線選擇運(yùn)算法則的任務(wù)是在給定模式下為每個(gè)數(shù)據(jù)分組確定發(fā)射器302應(yīng)該使用天線單元316中的哪對(duì)天線單元和確定發(fā)射器330應(yīng)該使用天線單元338中的哪對(duì)天線單元。例如，該選擇過(guò)程中，假定信道318是準(zhǔn)固定的(例如，信道318在數(shù)據(jù)分組發(fā)射期間內(nèi)是不變的，在兩個(gè)相鄰的數(shù)據(jù)分組間是獨(dú)立地變化的)。雖然信道318表現(xiàn)出一些頻率選擇性，天線選擇對(duì)于整個(gè)頻率帶寬來(lái)說(shuō)是共通的。
參考圖4A，當(dāng)發(fā)射器302剛啟動(dòng)(步驟401)且信道318的狀態(tài)尚未知時(shí)，使用天線單元316中默認(rèn)的一組兩個(gè)天線單元的子集發(fā)射無(wú)線信號(hào)。類(lèi)似地，接收器330使用天線單元338中默認(rèn)的一組兩個(gè)天線單元的子集以獲得同步。接著，獲得信道狀態(tài)信息(CSI)(步驟402)。在根據(jù)本發(fā)明一些方面的一些實(shí)施例中，獲取CSI的操作由接收器330執(zhí)行。由已知符號(hào)組成的訓(xùn)練序列從發(fā)射器302發(fā)送到接收器330。接收器330中，基于所接收的信號(hào)和已知的符號(hào)序列估算信道318。每當(dāng)信道318改變，如在每個(gè)數(shù)據(jù)分組實(shí)現(xiàn)時(shí)，都進(jìn)行該估算操作。為了成功執(zhí)行該選擇方法，應(yīng)該在整個(gè)頻率帶寬內(nèi)進(jìn)行完全的信道矩陣估算(如，對(duì)從發(fā)射器302的所有天線單元316到接收器330的所有天線單元338在所有調(diào)上(across all tones)進(jìn)行信道路徑增益估算)。J.J.Van de Beek等人在IEEE第45屆“Vehicular TechnologyConference”1995年7月25-28日第2卷第815-819頁(yè)的論文“On ChannelEstimation in OFDM Systems”和A.N.Mody及G.L.Stuber在IEEE Globecom2001年第一卷第509-513頁(yè)的論文“Synchronization for MIMO OFDM Systems”中闡述了適用于MIMO系統(tǒng)的基于訓(xùn)練序列的信道估算技術(shù)。本發(fā)明全文參考了這些論文。
再參考圖4，通過(guò)執(zhí)行鏈路自適應(yīng)運(yùn)算法則獲取模式信息(步驟404)。在圖4A所示的實(shí)施例中，模式變化出現(xiàn)緩慢。因此能夠使用鏈路自適應(yīng)運(yùn)算法則來(lái)確定從長(zhǎng)期平均SNR來(lái)看，哪種可能的候選模式是最適合使用的。在給定模式選擇標(biāo)準(zhǔn)下(如，最大的數(shù)據(jù)速率和最小的發(fā)射功率)，從長(zhǎng)期變動(dòng)的信道/SNR條件來(lái)看，使用鏈路自適應(yīng)運(yùn)算標(biāo)準(zhǔn)能夠確保使用的是最有效的模式。能夠用于頻率選擇性MIMO系統(tǒng)中的典型的鏈路自適應(yīng)運(yùn)算法則在IEEE通信雜志2002年6月第40卷第6號(hào)第108-115頁(yè)S.Catreux等人的論文“Adaptive Modulation and MIMO Coding for Broadband Wireless DataNetworks”有闡述，本發(fā)明全面參考了該論文。通常，模式選擇獨(dú)立于選擇發(fā)射器/接收器天線單元的方法。模式的選擇可排外地基于長(zhǎng)期的SNR統(tǒng)計(jì)。因此，模式變化的速率比天線選擇的速率要慢很多。換句話說(shuō)，選擇運(yùn)算法則可能對(duì)應(yīng)于每個(gè)數(shù)據(jù)分組實(shí)現(xiàn)選擇新的天線子集，而模式變化則作為長(zhǎng)期SNR變化的函數(shù)。
步驟406、408和410以循環(huán)方式重復(fù)執(zhí)行，直到所有可能的發(fā)射/接收天線單元的子集的組合被估算完(步驟411)。例如，考慮圖3所示類(lèi)型的MIMO-OFDM系統(tǒng)(如，配置有4個(gè)發(fā)射天線單元316和4個(gè)接收天線單元338)，完整的信道矩陣可以在頻率域內(nèi)調(diào)k(tone k)上用4×4的矩陣表示，該4×4矩陣用Hk表示。在每一端都選擇了兩個(gè)天線的子集后，子信道矩陣的尺寸減小為2×2的矩陣，用 表示。從總共4個(gè)天線單元中選擇2個(gè)單元的組合有42=6]]>種可能的選法。因?yàn)樘炀€選擇是應(yīng)用到發(fā)射器302和接收器330兩者中的，所以 的可能的組合的總數(shù)是36。通常，在M×M的MIMO系統(tǒng)的尺寸減小到n×n的MIMO系統(tǒng)(M＞n)的情況下，從M個(gè)可能的天線單元中選擇n個(gè)天線單元的可能組合有Mn=M!n!(M-n)!]]>種。當(dāng)發(fā)射器和接收器上都進(jìn)行天線選擇時(shí)， 的可能的組合的總數(shù)是 這對(duì)應(yīng)于包括步驟406、408和410的循環(huán)重復(fù)的次數(shù)。該重復(fù)過(guò)程可以串行方式進(jìn)行(如重新使用共用的處理資源)或以并行方式進(jìn)行(如花費(fèi)額外的處理資源)。在典型的實(shí)施例中，能夠同時(shí)處理所有的可能的天線組合，其中每個(gè)可能的天線組合使用獨(dú)立的處理資源。
包括步驟406、408和410的循環(huán)的每次重復(fù)都影響一個(gè)天線子系統(tǒng)的處理。首先，為期望子系統(tǒng)獲取所有調(diào)(tone)上(k＝1，……，Nt)的2×2矩陣 (步驟406)。接著，在每個(gè)調(diào)k上和為每個(gè)被發(fā)射的空間復(fù)用信號(hào)計(jì)算處理后的信號(hào)與干擾及噪聲比(SINR)(步驟408)?；诎l(fā)射器302和/或接收器330使用的信號(hào)處理技術(shù)(如，最大比例合成(MRC)、最小均方差(MMSE)、本征波束成型和最大似然(ML))，常常用閉型解決方法求解SINR。例如，如果發(fā)射器302沒(méi)有執(zhí)行空間處理且接收器330使用MMSE，那么SINR可如下確定計(jì)算Bk=H~kHH~k+σ2σs2I2]]>其中，I2=1001,]]>σ2與σs2分別表示噪聲和信號(hào)功率，k＝1，……，Nt(步驟408-1)。
計(jì)算Ck=1/diag(Bk-1),]]>對(duì)每一個(gè)k＝1，……，Nt，Ck是N×1的矢量(步驟408-2)。
計(jì)算SINRk=σs2σ2Ck-1,]]>對(duì)每一個(gè)k＝1，……，Nt，SINRk是N×1的矢量(步驟408-3)。
步驟410中，考慮到當(dāng)前模式，SINR信息被轉(zhuǎn)換成BER信息(如步驟404)。因?yàn)锽ER可能是信道318和所使用的編碼/調(diào)制及天線組合技術(shù)的復(fù)雜函數(shù)，所以采用BER的近似表達(dá)式。該近似表達(dá)式也可以是信道318和適用的編碼/調(diào)制及天線組合技術(shù)的函數(shù)。發(fā)射子碼流i的數(shù)據(jù)分組(例如，如果使用了編碼，Viterbi解碼器的輸出)上的BER可表示為一組SINRk、K＝1，……，Nt的非線性的未知函數(shù)f，如
BERt‾=f({SINRki}),]]>i＝1，...，N；k＝i，...，Nt接著，用一些已知函數(shù)近似表示函數(shù)f。具體地，用信道的平均誤碼率近似表示輸出BER，如BERt‾≈1/NtΣk=1NtBERki---(1)]]>其中BERkl是空間復(fù)用子碼流i在調(diào)k上給定SINR下的誤碼率。在另一個(gè)實(shí)施例中，BERk是在調(diào)k上給定信噪比(SNR)下的誤碼率。當(dāng)BERk是在信道時(shí)間取樣k上給定SINR下的誤碼率時(shí)，也可在時(shí)間域內(nèi)取平均值。BERk可以是對(duì)應(yīng)于給定信號(hào)成分(如信道調(diào)或控制延遲)的誤碼率。
另外，也可以用一些簡(jiǎn)單的閉型函數(shù)近似表示BERk。通過(guò)仿真發(fā)現(xiàn)能夠模擬802.1-1a的模式1(如BPSK、R1/2)下與SINR或SNR(在一些實(shí)施例中，可忽略BER標(biāo)準(zhǔn)化因子1/Nt，因?yàn)樵撘蜃硬挥绊懱炀€選擇)相關(guān)的平均誤碼率BER的行為，例如通過(guò)BER‾≈-Σk=1Nttanh(SINRki);i=1,...,N---(2)]]>可用-tanh(SINRk)近似表示信號(hào)成分k的BER。
函數(shù)tanh不總是能夠充分近似表示BER，特別是對(duì)于不同的調(diào)制技術(shù)。當(dāng)使用特定的技術(shù)時(shí)，可用以下的函數(shù)更好地近似表示BER1)AWGN信道下未編碼的BPSK調(diào)制的BER是(例如參見(jiàn)J.G.Proakis，Digital Communications，3rdED.McGraw-Hill Series，1995)BERBPSK=Q(2EbNo)=Q(2γb)=12erfc(γb)=12erfc(γs).]]>可用下面的函數(shù)(與y＝-tanh(x)比較)適度地近似表示函數(shù)erfc的形式y(tǒng)=-[(1-e-2x)+(1-e-1.8x)]]]>2)AWGN信道下未編碼的QPSK調(diào)制的BER是(例如參見(jiàn)J.G.Proakis，Digital Communications，3rdED.McGraw-Hill Series，1995)BERQPSK=Q(2EbNo)=Q(2γb)=12erfc(γb)=12erfc(γs2).]]>可用下面的函數(shù)來(lái)比y＝-tanh(x)更好地近似表示 的形式y(tǒng)=-[(1-e-1.3x)+(1-e-x)]]]>3)AWGN信道下未編碼的16QAM調(diào)制的BER可從給定的符號(hào)誤碼率導(dǎo)出，例如從J.G.Proakis，Digital Communications，3rdED.McGraw-Hill Series，1995中給定的符號(hào)誤碼率導(dǎo)出BER16QAM=1-1-32Q(3Es15No)=1-1-34erfc(γs10)]]>一個(gè)適當(dāng)?shù)臄M合函數(shù)是y＝-(1-e-02x)。
4)AWGN信道下未編碼的64 QAM調(diào)制的BER可從給定的符號(hào)誤碼率導(dǎo)出，例如從J.G.Proakis，Digital Communications，3rdED.McGraw-Hill Series，1995中給定的符號(hào)誤碼率導(dǎo)出BER64QAM=1-(1-74Q(γs21))1/3=1-(1-78erfc(γs42))1/3]]>一個(gè)適當(dāng)?shù)臄M合函數(shù)是y=-(1-e-135x).]]>可以理解，任何能夠合理地模擬BER與SINR關(guān)系的擬合函數(shù)都可用在等式(2)中。該合適的擬合函數(shù)的數(shù)目不限于上面列舉的例子。
如上所示，步驟406至步驟410重復(fù)執(zhí)行，直到考慮完所有可能的天線子集的組合(步驟411)。重復(fù)過(guò)程的結(jié)果是，獲得了所有 (或 種可能的天線組合的BER值的一組N個(gè)估算(每個(gè)空間復(fù)用信號(hào)對(duì)應(yīng)于一個(gè)估算)。接著，后面就是選擇能夠?qū)⒃摻MBER的均值(mean)、該組BER的最大值(max)或該組BER的最小值(min)最小化的的天線子集(步驟412)。
圖4B是天線選擇運(yùn)算法則500的流程圖，其中，響應(yīng)信道318的相應(yīng)變化，編碼/調(diào)制模式改變的次數(shù)與每數(shù)據(jù)分組實(shí)現(xiàn)的次數(shù)相同。在該實(shí)施例中，編碼/調(diào)制模式調(diào)整的頻率與天線選擇實(shí)現(xiàn)的頻率相同。
參考圖4B，步驟501和502分別與步驟401和402相似。如圖所示，步驟504到步驟510包括一個(gè)循環(huán)，該循環(huán)重復(fù)執(zhí)行直到所有的可能的天線子集的組合已經(jīng)估算完畢。該循環(huán)重復(fù)的次數(shù)等于 (在鏈路的一端進(jìn)行選擇)或 (在鏈路的兩端都進(jìn)行選擇)。有關(guān)這一點(diǎn)，步驟504和506分別與步驟406和408相似?；趯?duì)所有調(diào)上的瞬時(shí)SINR的了解，鏈路適應(yīng)模塊在給定模式選擇標(biāo)準(zhǔn)下(如最大的數(shù)據(jù)速率和最小的發(fā)射功率)為每個(gè)空間復(fù)用信號(hào)確定最有效的模式(步驟508)。該步驟與步驟404相似，不同的是模式確定是基于瞬時(shí)SNR(或SINR)統(tǒng)計(jì)而不是基于長(zhǎng)期的SNR(或SINR)統(tǒng)計(jì)。因此，不同的天線子集的組合可能獲得不同的模式確定。最后，在給定的瞬時(shí)SINR和模式信息下，步驟510以步驟410中所述的方式計(jì)算或確定對(duì)應(yīng)的BER。
再一次，執(zhí)行步驟504至步驟510直到所有的可能的天線組合已經(jīng)考慮完畢(步驟511)。一旦重復(fù)執(zhí)行完畢后，獲得所有 (或 種可能的天線組合的BER值的一組N個(gè)估算(如每個(gè)空間復(fù)用信號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)估算)。選擇運(yùn)算法則500與運(yùn)算法則400的不同之處在于 (或 種可能的天線組合無(wú)需使用相同的編碼/調(diào)制模式。因此，選擇哪一個(gè)天線子集不僅取決于BER的最小化，還取決于模式(如數(shù)據(jù)速率或吞吐量)。按照選擇運(yùn)算法則500中的步驟512，在選擇天線單元子集作出最終確定時(shí)，有以下幾種典型選項(xiàng)選項(xiàng)11)將使用相同模式的天線子集的所有組合歸組到公用存儲(chǔ)池(common pool)。
2)選擇與最高模式(獲得最大速據(jù)速率)對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)池(pool)。
3)在該存儲(chǔ)池中，用與步驟412充分相似的方式選擇將BER最小化的天線子集的組合。
選項(xiàng)2不考慮每個(gè)組合使用的模式，用與步驟412充分相似的方式選擇將BER最小化的天線子集的組合。
選項(xiàng)3執(zhí)行選項(xiàng)1和選項(xiàng)2的混合版，例如1)將使用相同模式的天線子集的所有組合歸組到公用存儲(chǔ)池。
2)選擇與X個(gè)最高模式(獲得最大速據(jù)速率)對(duì)應(yīng)的X個(gè)存儲(chǔ)池，其中，X是整數(shù)，等于1或2或3，等。
3)在這些存儲(chǔ)池中，用與步驟412充分相似的方式選擇將BER最小化的天線子集的組合。
圖5所示為在噪聲限制環(huán)境下的SM-MIMO-OFDM系統(tǒng)中采用典型的天線選擇技術(shù)后，作為SNR函數(shù)的分組誤碼率(PER)的示意圖。例如，可將圖5的結(jié)果應(yīng)用到以圖3所示的示例性方式使用4個(gè)發(fā)射和接收天線的系統(tǒng)中。結(jié)果僅反映了一些示例中1000字節(jié)大小的數(shù)據(jù)分組和固定的編碼/調(diào)制模式的情況。該結(jié)果也反映了可適用的發(fā)射器和接收器都結(jié)合了兩個(gè)典型的RF鏈路。另外，圖5的結(jié)果使用BPSK調(diào)制、編碼率為1/2(如802.11a的模式1)、信道模型特征為“信道A”(如50ns rms的延遲擴(kuò)展、0.5的天線相關(guān)性)和擬合函數(shù)是tanh。
圖5中的曲線的圖例如下2×22SM-MIMO MMSE該系統(tǒng)對(duì)應(yīng)于使用2個(gè)發(fā)射天線和2個(gè)接收天線、有2個(gè)空間復(fù)用(SM)信號(hào)的SM-MIMO-OFDM系統(tǒng)。因?yàn)樘炀€的數(shù)目等于SM信號(hào)的數(shù)目，所以沒(méi)有應(yīng)用天線選擇。接收器中使用基帶組合方案來(lái)分離2個(gè)子碼流，如MMSE。
4×42SM-MIMO sel mcap MMSE該系統(tǒng)對(duì)應(yīng)于使用4個(gè)發(fā)射天線單元和4個(gè)接收天線單元、有2個(gè)空間復(fù)用(SM)信號(hào)的SM-MIMO-OFDM系統(tǒng)。發(fā)射器和接收器上都應(yīng)用常規(guī)的選擇方法以根據(jù)最大容量標(biāo)準(zhǔn)在4個(gè)天線單元中選擇2個(gè)天線單元的子集。接收器上選擇天線子集后，MMSE被應(yīng)用到基帶中以分離2個(gè)子碼流。
2×42SM-MIMO sel mber MMSE(bound)該系統(tǒng)對(duì)應(yīng)于使用2個(gè)發(fā)射天線單元和4個(gè)接收天線單元、有2個(gè)空間復(fù)用(SM)信號(hào)的SM-MIMO-OFDM系統(tǒng)。僅在接收端上應(yīng)用選擇方法以根據(jù)最小BER標(biāo)準(zhǔn)在4個(gè)天線單元中選擇2個(gè)天線單元的子集。這種情況下，沒(méi)有使用擬全函數(shù)來(lái)近似表示BER。作為替代，假定已經(jīng)完全知道BER。這種情況不容易實(shí)現(xiàn)，但提供了通過(guò)使用本發(fā)明一些方面的一些實(shí)施例能達(dá)到的性能的范圍。
4×42SM-MIMO sel mber MMSE(bound)該系統(tǒng)對(duì)應(yīng)于使用4個(gè)發(fā)射天線單元和4個(gè)接收天線單元、有2個(gè)空間復(fù)用(SM)信號(hào)的SM-MIMO-OFDM系統(tǒng)。在發(fā)射端和接收端上都應(yīng)用選擇方法以根據(jù)最小BER標(biāo)準(zhǔn)在4個(gè)天線單元中選擇2個(gè)天線單元的子集。這種情況下，沒(méi)有使用擬合函數(shù)來(lái)近似表示BER。作為替代，假定已經(jīng)完全知道BER。這種情況不容易實(shí)現(xiàn)，但提供了通過(guò)使用本發(fā)明一些方面的一些實(shí)施例能達(dá)到的性能的范圍。
4×42SM-MIMO sel mber MMSE(implementation tanh)該系統(tǒng)對(duì)應(yīng)于使用4個(gè)發(fā)射天線單元和4個(gè)接收天線單元、有2個(gè)空間復(fù)用(SM)信號(hào)的SM-MIMO-OFDM系統(tǒng)。在發(fā)射端和接收端上都應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的選擇方法，以根據(jù)最小BER標(biāo)準(zhǔn)在4個(gè)天線單元中選擇2個(gè)天線單元的子集。使用tanh作為近似表示BER的擬合函數(shù)。
圖5的結(jié)果表明，相對(duì)于不使用天線選擇的系統(tǒng)，所有的使用一些類(lèi)型的天線選擇的系統(tǒng)提供了增益，也表明了基于最小BER標(biāo)準(zhǔn)的天線選擇比基于最大容量標(biāo)準(zhǔn)的天線選擇能提供更大的增益。具體地，相對(duì)于不使用天線選擇的系統(tǒng)，在發(fā)射器和接收器都應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明的天線選擇的系統(tǒng)在10e-2的PER水平上獲得7.6dB的增益；相對(duì)于使用基于最大容量標(biāo)準(zhǔn)的天線選擇的系統(tǒng)，在發(fā)射器和接收器都應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明的天線選擇的系統(tǒng)在10e-2的PER水平上獲得4.2dB的增益。能觀察到，僅僅在接收器上應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明一些方面的一些實(shí)施例的選擇方法獲得的增益，小于在發(fā)射器和接收器都應(yīng)用選擇方法所獲得的增益，但大于不使用選擇方法的增益。最后，根據(jù)本發(fā)明一些方面的一些實(shí)施例的系統(tǒng)的性能非常接近圖5所示的理論上的性能范圍。
C、SC-MIMO-OFDM系統(tǒng)的天線選擇圖6所示的是SC-MIMO-OFDM系統(tǒng)600，該系統(tǒng)除使用根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的天線選擇方法外，還使用預(yù)編碼技術(shù)。在圖6的實(shí)施例中，預(yù)編碼涉及發(fā)射器602上執(zhí)行的各種基帶加權(quán)和組合方案。參考圖6，單碼流符號(hào)604由一組復(fù)合因子608加權(quán)和組合以生成一組N個(gè)輸出信號(hào)，其中N與發(fā)射器602中使用的RF鏈路612的數(shù)目有關(guān)。接著，這N個(gè)輸出信號(hào)通過(guò)N個(gè)RF鏈路612以產(chǎn)生N個(gè)RF信號(hào)。接著，該N個(gè)RF信號(hào)被開(kāi)關(guān)620連接到M個(gè)發(fā)射天線單元616中相應(yīng)的一組N個(gè)發(fā)射天線單元并通過(guò)信道624發(fā)射。
接收器622中，開(kāi)關(guān)630從M個(gè)接收天線單元626中選擇N個(gè)接收天線單元以接收通過(guò)信道624進(jìn)來(lái)的信號(hào)。接著，該N個(gè)RF接收信號(hào)被N個(gè)RF鏈路634處理，并為進(jìn)行基帶處理而轉(zhuǎn)換成數(shù)字域以還原原始發(fā)射信號(hào)。
例如，根據(jù)本發(fā)明一些方面的一些實(shí)施例，將基帶加權(quán)608和天線選擇方法設(shè)計(jì)到一起，以共同將BER最小化。例如，根據(jù)本發(fā)明一些方面的一些實(shí)施例中，選擇基帶加權(quán)608來(lái)最大化輸出SNR(或SINR)或容量，同時(shí)實(shí)施天線選擇以最小化BER。與最大奇異值(singular value)對(duì)應(yīng)的子信道矩陣 的右奇異矢量和左奇異矢量可用于選擇最佳的發(fā)射天線616的子集、接收天線626的子集以及合適的發(fā)射基帶加權(quán)608和接收基帶加權(quán)640。J.B.Andersen在《IEEE Antennas and Propagation Magazine)》2000年4月第42卷第2號(hào)第13-16頁(yè)中，對(duì)未采用天線選擇MIMO系統(tǒng)范圍內(nèi)的基帶加權(quán)值的確定進(jìn)行了描述，本發(fā)明全文參考了該文章。
可用時(shí)空編碼模塊取代發(fā)射器602中的基帶加權(quán)608來(lái)修改圖6所示的實(shí)施例。這種情況下，根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例，發(fā)射器和接收器上都使用天線選擇方法來(lái)選擇天線子集。另外，時(shí)空編碼模塊處理符號(hào)的輸入碼流，如S.M.Alamouti在《IEEE Journal on Selected Areas in Communications》1998年10月第8期第16卷第1451-1458頁(yè)的“A simple transmit diversitytechnique for wireless communications”中所述。
D、DS-SS-SIMO系統(tǒng)的天線選擇圖7是DS-SS SIMO系統(tǒng)的具有2個(gè)接收天線單元704(nR＝2)的接收器700的示意圖。接收器700結(jié)合了RAKE接收器功能和典型的天線選擇處理。如圖所示，接收器700僅設(shè)置有單個(gè)RF鏈路708，在任何時(shí)刻下，開(kāi)關(guān)712將該RF鏈路708連接到兩個(gè)接收天線單元704中的一個(gè)天線單元。基于最小BER標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定選擇兩個(gè)天線單元704中的哪個(gè)天線單元與RF鏈路708連接。根據(jù)本發(fā)明一些方面的一些實(shí)施例中，計(jì)算與每個(gè)接收天線單元704對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)的BER值，選擇獲得最小BER值的天線單元704。因?yàn)锽ER通常是可適用的信道以及使用的編碼/調(diào)制和天線組合技術(shù)的復(fù)雜的函數(shù)，給定信道和天線組合技術(shù)給定時(shí)，近似表示BER，使BER的變化是所使用的編碼/調(diào)制方法的函數(shù)。
一旦選擇出天線單元704中的最佳天線，RAKE接收器以在單入單出(SISO)系統(tǒng)(如鏈路的每端有一個(gè)天線)中相同的方式運(yùn)行。RAKE接收器使用J個(gè)相關(guān)器720(如圖7中J＝2)，每個(gè)相關(guān)器都與第一J個(gè)獨(dú)立多徑組件之一對(duì)應(yīng)。每一個(gè)這樣的組件都分別與時(shí)延τj相關(guān)，j＝1，……，J。接著，每個(gè)相關(guān)器720的輸出(如指針)被加權(quán)730和組合740以形成接收信號(hào)的單個(gè)輸出750，該輸出750包括已發(fā)射信號(hào)的估算。
在一個(gè)實(shí)施例中，在RAKE接收器的輸入端，對(duì)應(yīng)于第i個(gè)天線單元704的接收信號(hào)可表示為ri(t)=Σl=1Lihi,l2Pd(t-τi,l)p(t-τi,l)cos(w0(t-τi,l)-θi,l)+ni(t)---(3)]]>其中，Li是第i個(gè)天線單元704接收的信道中的抽頭(tap)的數(shù)目，hi，l是天線i和抽頭l的復(fù)合信道增益，P是信號(hào)發(fā)射功率，d是包括周期T的符號(hào)的數(shù)據(jù)序列，p是擴(kuò)展序列，該擴(kuò)展序列包括周期Tc＝T/G的芯片，其中G是擴(kuò)展因子。另外，τi，l對(duì)應(yīng)于抽頭l和天線i的路徑延遲，wo對(duì)應(yīng)于載波頻率，wo＝2πf0，θi，l對(duì)應(yīng)于抽頭l和天線i的移相。在第i天線單元704上測(cè)得的噪聲ni的模型為兩端頻譜密度為N0/2的AWGN處理。為了表達(dá)簡(jiǎn)潔和清晰，等式(3)假定單用戶環(huán)境。但是，本發(fā)明不局限于該假定，本發(fā)明能應(yīng)用到多用戶環(huán)境中。
在第j個(gè)指針的相關(guān)器720的輸出端，接收信號(hào)如下表示ri,j=2T∫τjτjri(t)p(t-τj)cos(w0(t-τj)-θj)dt=PThi,jd0+ni,j---(4.)]]>其中d0是將要調(diào)制的期望符號(hào)，ni，l是具有0均值和兩端頻譜密度為N0/2的AWGN噪聲成分。同樣為了表達(dá)簡(jiǎn)潔和清晰，假定等式(4)中沒(méi)有路徑內(nèi)干擾(IPI)。但是，本發(fā)明也能用于存在IPI的環(huán)境中。
分集組合之后，與第i個(gè)天線單元704對(duì)應(yīng)的RAKE接收器的最終輸出是ri=Σj=1Jwi,jri,j---(5.)]]>其中J是RAKE接收器的指針數(shù)目，通常選擇最適宜的組合加權(quán)以匹配信道，如wi,j=hi,j*---(6.)]]>
這種環(huán)境下，RAKE執(zhí)行最大比例的組合，與第i個(gè)天線單元704對(duì)應(yīng)的的RAKE輸出端的SNR是γi=Σj=1Jγi,j---(7.)]]>其中，γi，j是與第i個(gè)天線單元704關(guān)聯(lián)的第j個(gè)路徑上組合后的SNR?；诘仁?4)，可以用下式表示γi,j=|hi,j|2Pσ2---(8.)]]>其中，σ2=N02·2T]]>是噪聲功率。
可從對(duì)γt的似然密度函數(shù)(PDF)的認(rèn)知中獲取與第i個(gè)天線單元704對(duì)應(yīng)的RAKE接收器的輸出端的BER。例如，如果數(shù)據(jù)序列沒(méi)有使用編碼，應(yīng)用了BPSK調(diào)制，如J.G.Proakis，1995年McGraw-Hill系列，第3版的“DigitalCommunications”中所述的方法，通過(guò)將表示為 的條件差錯(cuò)概率結(jié)合到γi的似然密度函數(shù)(PDF)中能求出BER，如BERt=∫0∞Q(2γi)pγ(γi)dγi---(9.)]]>一旦估算完所有的接收天線的BER，就選擇獲得最小BER的天線單元704mini=1,...nR{BERi}---(10)]]>其中，nR表示接收天線單元的總數(shù)。
顯然，當(dāng)在系統(tǒng)中加入編碼(如turbo編碼，卷積編碼)和使用其他調(diào)制級(jí)時(shí)，等式(9)中使用的用于估算BER的模擬函數(shù)將需要改變。根據(jù)本發(fā)明一些方面的一些實(shí)施例中，典型的天線選擇運(yùn)算法則能使用任何能夠準(zhǔn)確模擬給定系統(tǒng)中BER行為的擬合函數(shù)。通常，擬合函數(shù)取決于以下一項(xiàng)或多項(xiàng)參數(shù)，例如信道、使用的編碼和/調(diào)制、發(fā)射端和/或接收端的信號(hào)處理、接收器SNR和其他參數(shù)。
圖7所示的典型的實(shí)施例可擴(kuò)展到二維RAKE接收器，二維RAKE接收器中進(jìn)行空間域和時(shí)間域的處理。在該范圍內(nèi)，可結(jié)合典型的天線選擇運(yùn)算法則來(lái)從總共M個(gè)天線中選擇N(N＞1)個(gè)天線的子集(M＞N)，所選擇的子集將二維RAKE輸出端的BER最小化。
本發(fā)明是通過(guò)一些實(shí)施例進(jìn)行描述的，本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)這些特征和實(shí)施例進(jìn)行各種改變或等效替換。另外，在本發(fā)明的教導(dǎo)下，可以對(duì)這些特征和實(shí)施例進(jìn)行修改以適應(yīng)具體的情況及材料而不會(huì)脫離本發(fā)明的精神和范圍。因此，本發(fā)明不受此處所公開(kāi)的具體實(shí)施例的限制，所有落入本申請(qǐng)的權(quán)利要求范圍內(nèi)的實(shí)施例都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種在具有一個(gè)或多個(gè)RF鏈路和第一多個(gè)接收天線的接收器中選擇該第一多個(gè)接收天線的子集以接收被發(fā)射的RF信號(hào)的方法，包括建立所述第一多個(gè)接收天線的第二多個(gè)可能的子集；確定與所述第一多個(gè)接收天線的第二多個(gè)可能的子集對(duì)應(yīng)的接收器的第二多個(gè)輸出誤碼率；確認(rèn)所述第二多個(gè)輸出誤碼率中最小的誤碼率；從所述第一多個(gè)接收天線的第二多個(gè)可能子集中選擇與所述第二多個(gè)輸出誤碼率的最小值對(duì)應(yīng)的一個(gè)子集；和將一個(gè)或多個(gè)RF鏈路連接到所選擇的子集的接收天線上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二多個(gè)輸出誤碼率由閉型表達(dá)式近似表示。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述閉型表達(dá)式為以下之一a)y＝-tanh(x)，b)y=-[(1-e-2x)+(1-e-18x)],]]>c)y=-[(1-e-13x)+(1-e-x)],]]>d)y＝-(1-e-0 2x)，或e)y=-(1-e-035x).]]>
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述閉型表達(dá)式取決于被發(fā)射的RF信號(hào)的編碼和/或調(diào)制。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述閉型表達(dá)式是接收器的輸出信噪比或輸出信號(hào)與噪聲及干擾比的函數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一多個(gè)接收天線的數(shù)目大于所述一個(gè)或多個(gè)RF鏈路的數(shù)目，每個(gè)所述的第二多個(gè)可能的子集的天線數(shù)目等于所述一個(gè)或多個(gè)RF鏈路的數(shù)目。
7.一種在具有一個(gè)或多個(gè)RF鏈路和第一多個(gè)發(fā)射天線的發(fā)射器中選擇該第一多個(gè)發(fā)射天線的子集用以發(fā)射RF信號(hào)的方法，該發(fā)射RF信號(hào)對(duì)應(yīng)于隨后將被接收器接收的多個(gè)RF輸出信號(hào)，所述方法包括建立所述第一多個(gè)發(fā)射天線的第二多個(gè)可能的子集；確定與所述第一多個(gè)發(fā)射天線的第二多個(gè)可能子集對(duì)應(yīng)的發(fā)射器的第二多個(gè)輸出誤碼率；確認(rèn)所述第二多個(gè)輸出誤碼率中最小的誤碼率；從所述第一多個(gè)發(fā)射天線的第二多個(gè)可能子集中選擇與所述第二多個(gè)輸出誤碼率的最小值對(duì)應(yīng)的一個(gè)子集；和將一個(gè)或多個(gè)RF鏈路連接到所選擇的子集的發(fā)射天線上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二多個(gè)輸出誤碼率由閉型表達(dá)式近似表示。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述閉型表達(dá)式為以下之一a)y＝-tanh(x)，b)y=-[(1-e-2x)+(1-e-18x)],]]>c)y=-[(1-e-13x)+(1-e-x)],]]>d)y＝-(1-e-0 2x)，或e)y=-(1-e-035x).]]>
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述閉型表達(dá)式取決于所述多個(gè)RF輸出信號(hào)的編碼和/或調(diào)制。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述閉型表達(dá)式包括接收器的輸出信噪比或輸出信號(hào)與噪聲及干擾比的函數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述被發(fā)射的RF信號(hào)至少包括以下之一碼分多址信號(hào)、單個(gè)載波信號(hào)、正交頻分復(fù)用信號(hào)和UWB信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)RF輸出信號(hào)至少包括以下之一碼分多址信號(hào)、單個(gè)載波信號(hào)、正交頻分復(fù)用信號(hào)和UWB信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一多個(gè)發(fā)射天線的數(shù)目大于所述一個(gè)或多個(gè)RF鏈路的數(shù)目，每個(gè)所述第二多個(gè)可能的子集的天線數(shù)目等于所述一個(gè)或多個(gè)RF鏈路的數(shù)目。
15.一種在通信系統(tǒng)中選擇天線的方法，該通信系統(tǒng)包括發(fā)射器和接收器，所述發(fā)射器具有多個(gè)發(fā)射天線，該多個(gè)發(fā)射天線使用兩個(gè)或多個(gè)RF發(fā)射鏈路通過(guò)信道發(fā)射一組空間復(fù)用的RF輸出信號(hào)，所述接收器具有多個(gè)接收天線，該多個(gè)接收天線用于接收該組空間復(fù)用的RF輸出信號(hào)和相應(yīng)地生成一組經(jīng)兩個(gè)或多個(gè)RF接收鏈路處理的空間復(fù)用的接收RF信號(hào)，所述方法包括建立所述多個(gè)發(fā)射天線的可能的子集和所述多個(gè)接收天線的可能的子集；確定對(duì)應(yīng)于發(fā)射天線的可能子集之一和接收天線的可能子集之一的各種組合的接收器的一個(gè)或多個(gè)輸出誤碼率；確認(rèn)所述一個(gè)或多個(gè)輸出誤碼率中最小的誤碼率；從所述發(fā)射天線的可能子集、接收天線的可能子集中選出對(duì)應(yīng)于所述最小誤碼率的一個(gè)發(fā)射天線子集和一個(gè)接收天線子集的組合；將兩個(gè)或多個(gè)RF發(fā)射鏈路連接于所選擇的一個(gè)發(fā)射天線子集，將兩個(gè)或多個(gè)RF接收鏈路連接于所選擇的一個(gè)接收天線子集。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)輸出誤碼率由一個(gè)或多個(gè)閉型表達(dá)式近似表示。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)閉型表達(dá)式包括a)y＝-tanh(x)，b)y=-[(1-e-2x)+(1-e-18x)],]]>c)y=-[(1-e-13x)+(1-e-x)],]]>d)y＝-(1-e-0 2x)，或e)y=-(1-e-035x).]]>
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)閉型表達(dá)式取決于所述空間復(fù)用RF輸出信號(hào)組的編碼和/或調(diào)制。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)閉型表達(dá)式包括接收器的一個(gè)或多個(gè)輸出信噪比或一個(gè)或多個(gè)輸出信號(hào)與噪聲及干擾比的函數(shù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法包括使用一組基帶加權(quán)值在多個(gè)基帶輸入信號(hào)上執(zhí)行分離和加權(quán)操作以形成一組基帶信號(hào)，其中，所述空間復(fù)用RF輸出信號(hào)組基于一個(gè)或多個(gè)基帶信號(hào)組而生成。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法包括將接收的空間復(fù)用RF信號(hào)下變頻以形成一組基帶信號(hào)；和使用一組基帶加權(quán)值在所述基帶信號(hào)組上執(zhí)行基帶加權(quán)和組合操作。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述空間復(fù)用RF輸出信號(hào)組至少包括以下之一碼分多址信號(hào)、單個(gè)載波信號(hào)、正交頻分復(fù)用信號(hào)和UWB信號(hào)。
23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)發(fā)射天線的數(shù)目大于所述兩個(gè)或多個(gè)RF發(fā)射鏈路的數(shù)目，所述多個(gè)接收天線的數(shù)目大于所述兩個(gè)或多個(gè)RF接收鏈路的數(shù)目。
24.一種在通信系統(tǒng)中選擇天線的方法，該通信系統(tǒng)包括發(fā)射器和接收器，所述發(fā)射器具有多個(gè)發(fā)射天線，該多個(gè)發(fā)射天線使用一個(gè)或多個(gè)RF發(fā)射鏈路通過(guò)信道發(fā)射一組RF輸出信號(hào)，所述接收器具有多個(gè)接收天線，該多個(gè)接收天線用于接收該組RF輸出信號(hào)和相應(yīng)地生成一組經(jīng)一個(gè)或多個(gè)RF接收鏈路處理的接收RF信號(hào)，所述方法包括建立所述多個(gè)發(fā)射天線的可能的子集和所述多個(gè)接收天線的可能的子集；確定對(duì)應(yīng)于發(fā)射天線的可能子集之一和接收天線的可能子集之一的各種組合的接收器的一個(gè)或多個(gè)輸出誤碼率；確認(rèn)所述一個(gè)或多個(gè)輸出誤碼率中最小的誤碼率；從所述發(fā)射天線的可能子集、接收天線的可能子集中選出對(duì)應(yīng)于所述最小誤碼率的一個(gè)發(fā)射天線子集和一個(gè)接收天線子集的組合；將一個(gè)或多個(gè)RF發(fā)射鏈路連接于所選擇的一個(gè)發(fā)射天線子集，將一個(gè)或多個(gè)RF接收鏈路連接于所選擇的一個(gè)接收天線子集。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法包括使用一組發(fā)射基帶加權(quán)值在基帶輸入信號(hào)上執(zhí)行分離和加權(quán)操作以形成一組基帶信號(hào)，其中，所述多個(gè)RF輸出信號(hào)基于一個(gè)或多個(gè)發(fā)射基帶信號(hào)組而生成。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，該組發(fā)射基帶加權(quán)值基于預(yù)編碼或時(shí)空編碼技術(shù)而確定。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法包括將所述接收RF信號(hào)組下變頻以形成一組基帶信號(hào)；和使用一組接收基帶加權(quán)值在所述基帶信號(hào)上執(zhí)行基帶加權(quán)和組合操作。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述發(fā)射和接收基帶加權(quán)值組分別從與所述多個(gè)發(fā)射天線的可能子集之一和所述多個(gè)接收天線的可能子集之一對(duì)應(yīng)的信道矩陣的右奇異矢量(singular vector)和左奇異矢量獲得。
29.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)輸出誤碼率由閉型表達(dá)式近似表達(dá)。
30.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述閉型表達(dá)式是以下之一a)y＝-tanh(x)，b)y=-[(1-e-2x)+(1-e-18x)],]]>c)y=-[(1-e-13x)+(1-e-x)],]]>d)y＝-(1-e-0 2x)，或e)y=-(1-e-035x).]]>
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述閉型表達(dá)式取決于所述RF輸出信號(hào)組的編碼和/或調(diào)制。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述閉型表達(dá)式包括接收器的輸出信噪比或輸出信號(hào)與噪聲及干擾比的函數(shù)。
33.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述RF輸出信號(hào)組至少包括以下之一碼分多址信號(hào)、單個(gè)載波信號(hào)、正交頻分復(fù)用信號(hào)和UWB信號(hào)。
34.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)發(fā)射天線的數(shù)目大于所述一個(gè)或多個(gè)RF發(fā)射鏈路的數(shù)目，所述多個(gè)接收天線的數(shù)目大于所述一個(gè)或多個(gè)RF接收鏈路的數(shù)目。
35.一種在具有一個(gè)或多個(gè)RF鏈路和多個(gè)接收天線的接收器中選擇天線的方法，所述接收天線能接收發(fā)射的RF信號(hào)能量，所述方法包括將一個(gè)或多個(gè)RF鏈路連接到所述多個(gè)接收天線的初始子集；確定與所述多個(gè)接收天線的初始子集中每個(gè)接收天線關(guān)聯(lián)的誤碼率；將每個(gè)誤碼率與預(yù)定的閾值比較；當(dāng)某個(gè)誤碼率超過(guò)所述預(yù)定的閾值時(shí)，將所述初始子集中與該誤碼率關(guān)聯(lián)的接收天線從第一所述一個(gè)或多個(gè)RF鏈路上斷開(kāi)；和將所述第一多個(gè)接收天線之一連接到第一所述第一或多個(gè)RF鏈路，所述第一多個(gè)接收天線之一不包含在所述多個(gè)接收天線的初始子集中。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)接收天線的數(shù)目大于所述一個(gè)或多個(gè)RF鏈路的數(shù)目，所述多個(gè)接收天線的初始子集的天線數(shù)目等于所述一個(gè)或多個(gè)RF鏈路的數(shù)目。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，所述發(fā)射的RF信號(hào)能量至少包括以下之一碼分多址信號(hào)、單個(gè)載波信號(hào)、正交頻分復(fù)用信號(hào)和UWB信號(hào)。
38.一種在具有一個(gè)或多個(gè)RF鏈路和多個(gè)發(fā)射天線的發(fā)射器中選擇天線的方法，所述發(fā)射天線能夠?qū)F信號(hào)能量發(fā)射給接收器，所述方法包括將一個(gè)或多個(gè)RF鏈路連接到所述多個(gè)發(fā)射天線的初始子集；確定與所述多個(gè)發(fā)射天線的初始子集中每個(gè)發(fā)射天線關(guān)聯(lián)的接收器的誤碼率；將每個(gè)誤碼率與預(yù)定的閾值比較；當(dāng)某個(gè)誤碼率超過(guò)所述預(yù)定的閾值時(shí)，將所述初始子集中與該誤碼率關(guān)聯(lián)的發(fā)射天線從第一所述一個(gè)或多個(gè)RF鏈路上斷開(kāi)；將所述第一多個(gè)發(fā)射天線之一連接到第一所述第一或多個(gè)RF鏈路，所述第一多個(gè)發(fā)射天線之一不包含在所述多個(gè)發(fā)射天線的初始子集中。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)發(fā)射天線的數(shù)目大于所述一個(gè)或多個(gè)RF鏈路的數(shù)目，所述多個(gè)發(fā)射天線的初始子集的天線數(shù)目等于所述一個(gè)或多個(gè)RF鏈路的數(shù)目。
40.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，所述發(fā)射的RF信號(hào)能量至少包括以下之一碼分多址信號(hào)、單個(gè)載波信號(hào)、正交頻分復(fù)用信號(hào)和UWB信號(hào)。
41.一種在具有M個(gè)天線單元的發(fā)射器或M個(gè)天線單元的接收器中選擇N個(gè)天線單元的方法，其中N小于M，所述方法包括以下步驟(a)確定M個(gè)天線單元的發(fā)射器或M個(gè)天線單元的接收器的所述M個(gè)天線單元中每個(gè)可能的N天線單元子集的誤碼率；(b)確定具有最低誤碼率的特定N天線單元子集；和(c)作為對(duì)(b)中所作確定的響應(yīng)，將M個(gè)天線單元的發(fā)射器或M個(gè)天線單元的接收器的N個(gè)RF鏈路連接到所述具有最低誤碼率的特定N天線單元子集上。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，步驟(a)中包括使用閉型數(shù)學(xué)表達(dá)式近似表示所述誤碼率。
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，所述方法包括執(zhí)行鏈路適應(yīng)運(yùn)算法則以確定最有效的編碼模式或調(diào)制模式。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其特征在于，步驟(b)中包括為特定的編碼模式或特定的調(diào)制模式確定具有最低誤碼率的特定N天線單元子集。
45.一種在具有M個(gè)天線單元的發(fā)射器或M個(gè)天線單元的接收器中選擇N個(gè)天線單元的系統(tǒng)，其中N小于M，所述系統(tǒng)包括M個(gè)天線單元的發(fā)射器或M個(gè)天線單元的接收器上的M個(gè)天線單元；N個(gè)RF鏈路；和連接于所述N個(gè)RF鏈路的開(kāi)關(guān)，其中，M個(gè)天線單元的接收器為M個(gè)天線單元的每一個(gè)可能的N天線單元子集確定誤碼率；其中，M個(gè)天線單元的接收器確定具有最低誤碼率的特定N天線單元子集；和其中，作為對(duì)確定具有最低誤碼率的特定N天線單元子集的響應(yīng)，所述開(kāi)關(guān)將N個(gè)RF鏈路連接到所述具有最低誤碼率的特定N天線單元子集。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在多天線單元通信系統(tǒng)中進(jìn)行天線選擇的方法和系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，提供一種從M個(gè)天線單元的發(fā)射器或M個(gè)天線單元的接收器中選擇N個(gè)天線單元的系統(tǒng)，其中，N小于M。例如，該系統(tǒng)包括所述M個(gè)天線單元的發(fā)射器或M個(gè)天線單元的接收器中的M個(gè)天線單元；N個(gè)RF鏈路；連接到該N個(gè)RF鏈路的開(kāi)關(guān)。該M個(gè)天線單元的接收器可以為M個(gè)天線單元中的每一個(gè)可能的N個(gè)天線單元的子集確定誤碼率。該M個(gè)天線單元接收器可確定具有最低誤碼率的特定N個(gè)天線的子集。作為對(duì)具有最低誤碼率的特定N個(gè)天線的子集的確定的響應(yīng)，所述開(kāi)關(guān)將N個(gè)RF鏈路連接到該具有最低誤碼率的特定N個(gè)天線的子集。
文檔編號(hào)H04B1/707GK1860701SQ200480028067
公開(kāi)日2006年11月8日 申請(qǐng)日期2004年10月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月1日
發(fā)明者塞韋林·卡特羅伊斯厄斯戈, 文科·厄斯戈, 皮特·魯, 皮特·范魯延, 杰克·溫特斯 申請(qǐng)人:美國(guó)博通公司