專利名稱：選擇多輸入多輸出天線波束組合的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)無線通信系統(tǒng)中的智慧天線技術(shù)。更特別是，本發(fā)明有關(guān)選擇多輸入多輸 出(MIMO)天線波束組合的方法及裝置。
背景技術(shù)：
無線通信系統(tǒng)系熟知于技術(shù)領(lǐng)域中。通常，該系統(tǒng)系包含通信站，其可傳送及接 收彼此間的無線通信信號。通常，基地臺網(wǎng)絡(luò)(或存取點(diǎn)(APs))系被提供，其中各基 地臺(或存取點(diǎn))可建立與適當(dāng)配置移動無線傳送/接收單元(WTRUs)及多重適當(dāng)配置 基地臺(或存取點(diǎn))同時進(jìn)行無線通信。某些移動無線傳送/接收單元可替代性被配置 建立彼此間直接無線通信，也就是不需經(jīng)由基地臺(或存取點(diǎn))通過網(wǎng)絡(luò)被延遲。此通 常被稱為點(diǎn)對點(diǎn)無線通信。移動無線傳送/接收單元被配置直接與移動無線傳送/接收 單元通信者，其本身亦被配置及當(dāng)作基地臺(或存取點(diǎn))。由于網(wǎng)絡(luò)及點(diǎn)對點(diǎn)通信能力， 移動無線傳送/接收單元可被配置用于多重網(wǎng)絡(luò)。在此被使用的"存取點(diǎn)"名詞者系包含但不限于基地臺，B節(jié)點(diǎn)，位址控制器， 或可提供移動無線傳送/接收單元對存取點(diǎn)被相關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)做無線存取的無線環(huán)境中 的任何其他接介裝置。在此被使用的"無線傳送/接收單元"名詞系包含但不限于使 用者設(shè)備，移動站，固定或移動用戶單元，呼叫器，或可操作于無線環(huán)境中的任何其 他類型使用者裝置。該移動無線傳送/接收單元系包含可攜式個人計算裝置，如具有 類似網(wǎng)絡(luò)功能的無線數(shù)據(jù)機(jī)的個人數(shù)字助理(PDAs)及筆記型電腦。可攜式或可改變位置的移動無線傳送/接收單元系被稱為移動單元。被稱為無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)的無線系統(tǒng)一類型，系可被配置與被裝配亦可建立與類似被裝配移動無線傳送/接收單元點(diǎn)對點(diǎn)通信的無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)機(jī)的移動無線傳 送/接收單元做無線通信。目前，無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)機(jī)系被產(chǎn)生商整合為許多傳統(tǒng)通 信及計算裝置。例如，手機(jī)，個人數(shù)字助理及膝上型電腦系被建造具有一個或更多無 線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)機(jī)。具有一個或更多存取點(diǎn)的熱門無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境系依據(jù)IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)家族來建
造。對這些網(wǎng)絡(luò)的存取通常需使用者認(rèn)證程序。該系統(tǒng)協(xié)定目前被標(biāo)準(zhǔn)化于無線區(qū)域 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，如被提供于IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)家族的協(xié)定架構(gòu)中。圖1描繪一傳統(tǒng)無線通信環(huán)境，其中無線傳送/接收單元14可經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)站，此例 中為無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)10的存取點(diǎn)12來建立無線通信。如圖1粗線箭頭標(biāo)示，存取點(diǎn) 12系被與如存取控制器(AC)的無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)其他網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)連接。存取點(diǎn)12系被顯示 為建立與五個無線傳送/接收單元14通信。該通信系經(jīng)由存取點(diǎn)12被座標(biāo)化及同步 化。該配置亦被稱為無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)脈絡(luò)內(nèi)的基本服務(wù)組(BSS)。無線手機(jī)脈絡(luò)中，目前廣泛使用的一標(biāo)準(zhǔn)系己知為全球移動電信系統(tǒng)(GSM)。此 系被視為所謂第二代移動無線系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)(2G)而隨后為其修訂版(2. 5G)。通用封包無線 服務(wù)(GPRS)及全球移動電信系統(tǒng)演進(jìn)增強(qiáng)數(shù)據(jù)(EDGE)是提供2G全球移動電信系統(tǒng)網(wǎng) 絡(luò)相當(dāng)高速數(shù)據(jù)服務(wù)的2.5G技術(shù)例。這些標(biāo)準(zhǔn)各者系尋求以附加特征及增強(qiáng)來改良 先前標(biāo)準(zhǔn)。1998年1月，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會-特別移動組(ETSISMG)同意稱為通信移 動電信系統(tǒng)(UMTS)的第三代無線系統(tǒng)的無線存取計劃。為了進(jìn)一步實(shí)施通信移動電信 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，第三代伙伴計劃(3GPP)系于1998年12月被形成。第三代伙伴計劃繼續(xù)運(yùn) 作于共用第三代移動無線標(biāo)準(zhǔn)上。除了第三代伙伴計劃標(biāo)準(zhǔn)，使用核心網(wǎng)絡(luò)中的移動 網(wǎng)際協(xié)定以求移動性的第三代伙伴計劃2標(biāo)準(zhǔn)系被發(fā)展。許多無線通信系統(tǒng)發(fā)展已被預(yù)期促使降低通信錯誤，改善范圍及產(chǎn)出及最小化成 本。最新進(jìn)展系通過拓展時間分集，通信信號頻率及編碼尺寸來達(dá)成。1997年3月 25日提出且被指定為本發(fā)明受讓人的美國專利第5,614,914號，是使用分集來改良 無線通信的一例。自從1990年代中期，多輸入多輸出系統(tǒng)發(fā)展系通過拓展無線通信頻道空間分集 在不增加傳輸功率或頻寬下增加產(chǎn)出。多輸入多輸出是無線通信中最有前途技術(shù)的 一。不像為了減輕有害多路衰減及增強(qiáng)單數(shù)據(jù)流強(qiáng)固性的傳統(tǒng)智慧天線技術(shù)，多輸入 多輸出系利用多路衰減來同時傳送及接收多數(shù)據(jù)流。理論上，多輸入多輸出系統(tǒng)容量 可線性增加傳送及接收天線數(shù)量。多輸入多輸出被如IEEE 802. lln及第三代伙伴計 劃寬頻分碼多重存取(WCDMA)的眾多無線數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)考慮。針對給定收發(fā)器鏈數(shù)量，當(dāng)空間多工被使用時，分集增益系降低。因此，數(shù)據(jù)鏈 路變成較不可靠，而系統(tǒng)可能回到單數(shù)據(jù)流模式。為了改良多數(shù)據(jù)流的鏈路品質(zhì)，更 多收發(fā)器鏈可被使用。然而，此產(chǎn)生較高成本。本發(fā)明不需添加額外收發(fā)器鏈即可達(dá) 成多輸入多輸出系統(tǒng)空間分集
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明有關(guān)選擇多輸入多輸出天線波束組合的方法及裝置。無線傳送/接收單元 (包含一基地臺， 一存取點(diǎn)及一移動無線傳送/接收單元)，系包含多個天線以產(chǎn)生支 援多輸入多輸出的多個波束。至少一天線被配置來產(chǎn)生多個波束使波束組合可被選 擇。當(dāng)交換波束組合時，品質(zhì)度量系被測量于各波束或波束組合或其子組上。多輸入 多輸出傳送及接收的預(yù)期波束組合系以品質(zhì)度量為基礎(chǔ)被選擇。依據(jù)多輸入多輸出無線通信系統(tǒng)中的一無線通信較佳方法，第一無線傳送/ 接收單元系被提供多個天線。至少一天線可產(chǎn)生多個波束使該第一無線傳送/接收單元可針對多輸入多輸出無線通信產(chǎn)生多個不同波束組合。第一無線傳送/接收單元可 使用多個天線連結(jié)多輸入多輸出無線通信形成一波束組合與第二無線傳送/接收單元 做無線通信。第一無線傳送/接收單元可針對該波束組合測量一被選擇品質(zhì)度量。第 一無線傳送/接收單元接著針對一個或更多不同波束組合重復(fù)該形成及測量步驟來產(chǎn) 生多個品質(zhì)度量測量。第一無線傳送/接收單元接著以該品質(zhì)度量測量為基礎(chǔ)選擇一 預(yù)期波束組合與第二無線傳送/接收單元做多輸入多輸出無線通信。第一或第二無線 傳送/接收單元任一可為無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的一基地臺或一存取點(diǎn)?？商娲?，該方法可 執(zhí)行多輸入多輸出與無線傳送/接收單元無線通信建立點(diǎn)對點(diǎn)(ad hoc)網(wǎng)絡(luò)中的無線通信。較佳是，該方法系以被選擇品質(zhì)度量測量為基礎(chǔ)被定期重復(fù)來選擇一新預(yù)期 波束組合。此考量下，當(dāng)使用該被選擇預(yù)期波束組合建立多輸入多輸出無線通信時， 品質(zhì)度量系較佳被監(jiān)控，而當(dāng)該被監(jiān)控品質(zhì)度量被改變一預(yù)定門檻量時，該方法系被 重復(fù)來選擇一被更新預(yù)期波束組合。品質(zhì)度量測量系較佳包含測量度量組的一個或更多度量，包含頻道估測，一 信號噪聲信號及干擾比(SNIR)， 一被接收信號強(qiáng)度指標(biāo)(RSSI)， 一短期數(shù)據(jù)產(chǎn)出，一封包錯誤率， 一數(shù)據(jù)速率及無線傳送/接收單元的一操作模式。無線傳送/接收單元使用空間多工操作模式者，被測量的品質(zhì)度量系較佳為信 號噪聲信號及干擾比，而該無線傳送/接收單元使用最弱數(shù)據(jù)流的信號噪聲信號及干 擾比當(dāng)作波束選擇準(zhǔn)則?？商娲牵瑹o線傳送/接收單元使用空間多工操作模式者， 品質(zhì)度量系可為一頻道矩陣單數(shù)值，而無線傳送/接收單元接著較佳使用頻道矩陣最 小單數(shù)值當(dāng)作波束選擇準(zhǔn)則。無線傳送/接收單元使用傳輸分集操作模式者，品質(zhì)度量測量系較佳包含測量各波束組合的被組合信號噪聲信號及干擾比當(dāng)作波束選擇準(zhǔn)則。無線傳送/接收單元 使用傳輸分集操作模式的一替代者，品質(zhì)度量測量系可包含計算頻道矩陣的 Frobenius范數(shù)，而無線傳送/接收單元使用該頻道矩陣的Frobenius范數(shù)當(dāng)作波束 選擇準(zhǔn)則。依據(jù)另一實(shí)施例，無線傳送/接收單元系被提供多個天線，而該無線傳送/接 收單元執(zhí)行射頻(RF)波束成形來產(chǎn)生多個波束。無線傳送/接收單元測量各波束的品 質(zhì)度量，并以該品質(zhì)度量為基礎(chǔ)結(jié)合與另一無線傳送/接收單元做多輸入多輸出無線 通信來選擇波束子組。本發(fā)明另一特征中，被配置用于多輸入多輸出無線通信的無線傳送/接收單元 系被提供。無線傳送/接收單元系包含多個天線， 一天線波束選擇控制組成， 一收發(fā) 器及一波束選擇器。至少一天線系被配置產(chǎn)生多個波束使該無線傳送/接收單元可針 對多輸入多輸出無線通信產(chǎn)生多個不同波束組合。天線波束選擇控制組成系被配置控 制天線來產(chǎn)生被選擇波束組合。收發(fā)器系被配置經(jīng)由天線處理數(shù)據(jù)以便傳送及接收。 收發(fā)器系包含一品質(zhì)度量測量單元，被配置測量無線多輸入多輸出通信信號的品質(zhì)度 量。波束選擇器系被耦合至該天線波束選擇控制組成及該收發(fā)器，且被配置以該品質(zhì) 度量測量為基礎(chǔ)針對多輸入多輸出傳送及接收選擇一預(yù)期波束組合。天線可為交換式寄生天線(SPAs)或相位陣列天線?？商娲?，各天線系可包 含多個全方向性天線。較佳是，天線系被配置確保該天線所產(chǎn)生的波束重疊被最小化。 較佳是，波束選擇器系被配置以該被更新品質(zhì)度量測量為基礎(chǔ)定期選擇一被更新 預(yù)期波束組合。以此考量，收發(fā)器系被配置于多輸入多輸出無線通信期間使用目前被 選擇波束組合來監(jiān)控品質(zhì)度量，而當(dāng)該被監(jiān)控品質(zhì)度量改變一預(yù)定門檻量時，波束選 擇器系被配置觸動選擇新預(yù)期波束組合。品質(zhì)度量測量單元系被配置測量一組品質(zhì)度量的一個或更多品質(zhì)度量，包含頻道 估測， 一信號噪聲信號及干擾比， 一被接收信號強(qiáng)度指標(biāo)， 一短期數(shù)據(jù)產(chǎn)出， 一封包 錯誤率， 一數(shù)據(jù)速率及無線傳送/接收單元的一操作模式。無線傳送/接收單元可被配置使用空間多工操作模式。此例中，品質(zhì)度量測量單 元系被配置測量信號噪聲信號及干擾比，而波束選擇器系被配置使用最弱數(shù)據(jù)流的信 號噪聲信號及干擾比當(dāng)作波束選擇準(zhǔn)則。可替代是，品質(zhì)度量測量單元可被配置測量 頻道矩陣單數(shù)值，而波束選擇器可被配置使用頻道矩陣最小單數(shù)值當(dāng)作波束選擇準(zhǔn) 則。無線傳送/接收單元可被配置使用傳輸分集操作模式。此例中，品質(zhì)度量測量單元系被配置測量各波束組合的被組合信號噪聲信號及干擾比，而波束選擇器系被配置
使用該被組合信號噪聲信號及干擾比當(dāng)作波束選擇準(zhǔn)則?？商娲牵焚|(zhì)度量測量單 元可被配置測量頻道矩陣的Frobenius范數(shù)，而波束選擇器可被配置使用該頻道矩陣 的Frobenius范數(shù)當(dāng)作波束選擇準(zhǔn)則。無線傳送/接收單元可為無線網(wǎng)絡(luò)的一基地臺，無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的一存取點(diǎn)或一移 動無線傳送/接收單元。無線傳送/接收單元可被配置建立點(diǎn)對點(diǎn)(ad hoc)網(wǎng)絡(luò)中的無 線傳送/接收單元間的無線通信。依據(jù)另一實(shí)施例，無線傳送/接收單元系包含多個天線， 一射頻波束成形器， 一波束 選擇控制組成， 一收發(fā)器及一波束選擇器。射頻波束成形器系被配置執(zhí)行射頻波束成形來 產(chǎn)生多個波束。波束選擇控制組成可于該被產(chǎn)生波束間選擇一波束子組。收發(fā)器系經(jīng)由天 線處理數(shù)據(jù)以便傳送及接收。收發(fā)器系包含一品質(zhì)度量測量單元，被配置測量各波束的品 質(zhì)度量。波束選擇器系被耦合至該天線波束選擇控制組成及該收發(fā)器，且被配置以該品質(zhì) 度量測量為基礎(chǔ)針對多輸入多輸出傳送及接收選擇一波束子組。


圖1是說明無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中的傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)概觀圖。圖2是依據(jù)本發(fā)明包含一存取點(diǎn)及一無線傳送/接收單元的系統(tǒng)方塊圖。圖3顯示依據(jù)本發(fā)明由天線產(chǎn)生的波束圖案及指向例。圖4是依據(jù)本發(fā)明選擇多輸入多輸出的一波束選擇的處理流程圖。圖5是依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的一無線傳送/接收單元方塊圖。
具體實(shí)施方式
此后，"無線傳送/接收單元"名詞系包含基地臺，移動無線傳送/接收單元及其 相同物，如可或不可通信于點(diǎn)對點(diǎn)(ad hoc)網(wǎng)絡(luò)中的存取點(diǎn)，B節(jié)點(diǎn)，位址控制器，使用者設(shè)備，移動站，移動用戶單元，呼叫器。圖2是依據(jù)本發(fā)明包含一第一無線傳送/接收單元210及一第二無線傳送/接收單元220的無線通信系統(tǒng)方塊圖。此后，本發(fā)明將參考當(dāng)作第一無線傳送/接收單元210 的存取點(diǎn)至第二無線傳送/接收單元220的下鏈傳輸來解釋。然而，本發(fā)明同樣可應(yīng) 用至無線傳送/接收單元210或無線傳送/接收單元220為基地臺及無線傳送/接收單 元210與點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中的無線傳送/接收單元220直接通信的配置的上鏈及下鏈傳輸。 存取點(diǎn)210系包含一收發(fā)器212及多個天線214A-214N。無線傳送/接收單元220 系包含一收發(fā)器222， 一波束選擇器224及多個天線226a-226m。至少一天線226a-226m可產(chǎn)生多個波束。波束組合系通過波束選擇器224針對多輸入多輸出傳送及接收而被 選擇。該被選擇波束組合系通過該天線經(jīng)天線波束選擇控制電路226依據(jù)經(jīng)由耦合 225來自波束選擇器224的控制信號輸出來產(chǎn)生。波束選擇器224可以此后被詳細(xì)解 釋的收發(fā)器222中的品質(zhì)度量測量單元230所產(chǎn)生的品質(zhì)度量為基礎(chǔ)來選擇特定波束 組合。本發(fā)明的無線傳送/接收單元組成可被并入集成電路(IC)或被配置于包含多個 互連組件中的電路中。為了簡化，圖2說明無線傳送/接收單元220,其被配置各產(chǎn)生三(3)波束的多個 天線。然而，圖l所示配置系被提供做例子而非限制。假設(shè)至少一該天線被配置產(chǎn)生 一個以上波束，則任何波束數(shù)量均可通過任何該天線來產(chǎn)生。存取點(diǎn)210亦可包含一 波束選擇器來控制波束產(chǎn)生及選擇如無線傳送/接收單元220。天線226a-226m可為交換式寄生天線，相位陣列天線或任何類型方向性波束成形 天線。交換式寄生天線很小，所以適用于無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)裝置。若交換式寄生天線被使 用，則單主動天線組件結(jié)合一個或更多被動天線元件可被使用。通過調(diào)整被動天線元 件阻抗，天線波束圖案系可被調(diào)整而該阻抗調(diào)整系可通過控制被連接至該天線元件的 一組開關(guān)來執(zhí)行。可替代是，天線可為包含均為全方向性天線的多個天線的組成。例如，具有被選 擇實(shí)體間隔的三全方向性天線可被用于各天線226a-226m,而全方向性天線可依據(jù)來 自波束選擇器224的控制信號開啟或關(guān)閉來定義不同波束組合。經(jīng)由輸入211被接收的資訊位元系被存取點(diǎn)收發(fā)器212處理，而最終射頻信號系 經(jīng)由天線214A-214N來傳送。被傳送射頻信號系于經(jīng)由無線媒體傳送的后被無線傳送 /接收單元220的天線226a-226m接收。各被接收信號系經(jīng)由數(shù)據(jù)路徑223a-223m被 傳送至可處理該信號及經(jīng)由輸出221輸出數(shù)據(jù)的無線傳送/接收單元收發(fā)器222。不像各天線僅具有單固定波束圖案的先前技術(shù)多輸入多輸出系統(tǒng)，至少一天線 226a-226m可產(chǎn)生多個波束。圖2例中，天線226a可產(chǎn)生三波束al， a2， a3，而天 線226m可產(chǎn)生三波束ml， m2, m3。如圖2所示，該被產(chǎn)生波束可為方向性波束或可 包含全方向性波束。為了最大化波束選擇利益，系較佳最小化鄰近天線所產(chǎn)生波束的波束重疊。圖3顯示波束圖案及指向例。如天線226a的一天線可產(chǎn)生一全方向性波束a2及兩方向性波束al， a3，而如天線226m的一天線可產(chǎn)生一全方向性波束m2及兩方向性波束ml，m3。如圖3所示，波束al， a3及波束ml， m3的指向系彼此偏離如90度方位角，使方向性波束al， a3， ml， m3重疊得以被最小化。
操作期間，品質(zhì)度量測量單元230可測量各天線波束或波束組合(或波束組合子 組)的被選擇品質(zhì)度量，并經(jīng)由線路227輸出品質(zhì)度量測量數(shù)據(jù)至波束選擇器224。 波束選擇器224可以該品質(zhì)度量測量為基礎(chǔ)選擇與存取點(diǎn)210做數(shù)據(jù)通信的預(yù)期波束 組合。各品質(zhì)度量可被用來決定預(yù)期波束選擇。實(shí)體層，媒體存取控制(MAC)層或上層 度量均可適用。較佳品質(zhì)度量系包含但不限于頻道估測，信號噪聲信號及干擾比，被 接收信號強(qiáng)度指標(biāo)，短期數(shù)據(jù)產(chǎn)出，封包錯誤率，數(shù)據(jù)速率及無線傳送/接收單元操 作模式或類似者。實(shí)施多輸入多輸出時，無線傳送/接收單元220可以空間多工模式或空間分集模 式來操作。空間多工模式中，存取點(diǎn)210可傳送多個獨(dú)立數(shù)據(jù)流以最大化數(shù)據(jù)產(chǎn)出。 通常，MXN頻道矩陣H系被獲得以下型式、。
…、— … …/'桐 m —其中組成h下標(biāo)系表示可歸屬于無線傳送/接收單元220的天線214A-214N及天線 226a-226m間的各天線配對的貢獻(xiàn)?？臻g分集模式中，存取點(diǎn)210可經(jīng)由多個天線傳送單一數(shù)據(jù)。視操作模式而 定，無線傳送/接收單元220系被配置選擇適當(dāng)品質(zhì)度量或品質(zhì)度量組合來選擇預(yù)期 波束組合。波束組合選擇可以所有可能波束組合或波束組合有限子組為基礎(chǔ)。例如，多 個天線可產(chǎn)生方向性及全方向性波束者，可選擇波束組合系可被限制為僅天線的一產(chǎn) 生全方向性波束的組合。若無線傳送/接收單元220操作于空間多工模式，而各波束組合的頻道組合被 可靠地獲得，則無線傳送/接收單元220較佳可對該頻道矩陣執(zhí)行單值分解(SVD)，并 以該頻道矩陣單值為基礎(chǔ)選擇一波束組合。因?yàn)轭l道容量系通過頻道矩陣最小單值來 決定，所以無線傳送/接收單元220可比較該頻道矩陣最小單值，并于該頻道矩陣最 小單值之間選擇與具有最大單值的頻道矩陣相關(guān)聯(lián)的波束組合。若圖2例中僅具有兩存取點(diǎn)天線214A， 214N及兩無線傳送/接收單元天線 226a， 226m，其中無線傳送/接收單元天線226a可產(chǎn)生三波束al， a2, a3，而無線 傳送/接收單元天線226m可產(chǎn)生三波束ml， m2， m3，則如圖3所示，九(9)2X2頻 道矩陣H系被產(chǎn)生以下型式—A如乂 ^Wffy其中組成h下標(biāo)系表示可歸屬于天線214A， 214N及通過無線傳送/接收單元所產(chǎn) 生的天線波束組合間的各天線配對的貢獻(xiàn)，無線傳送/接收單元天線226a產(chǎn)生波束 ai,其中ai是波束al， a2， a3及無線傳送/接收單元天線226m產(chǎn)生波束mj，其中 mj是波束ml, m2, m3。單值分解系被執(zhí)行于各頻道矩陣H上，而兩單值系針對各頻道矩陣H被獲得。 較佳是，無線傳送/接收單元220可比較該九頻道矩陣最小單值，并選擇與具有最大 該值的頻道矩陣。針對此特定例，該選擇準(zhǔn)則的一潛在限制系不允許兩無線傳送/接收單元天線 均產(chǎn)生全方向性波束的波束組合。依據(jù)圖3例，此會發(fā)生天線226a產(chǎn)生波束a2且天 線226m產(chǎn)生波束m2者。由于限制排除此組合，因?yàn)閷?yīng)波束組合a2: m2的組合會 被排除，所以僅九頻道矩陣的八個較佳被產(chǎn)生及被評估來選擇預(yù)期組合。同樣地，針對此特定例，該選擇準(zhǔn)則的另一潛在限制系需波束組合為至少一 該無線傳送/接收單元天線可產(chǎn)生全方向性波束者。依據(jù)圖3例，此會發(fā)生天線226a 產(chǎn)生波束a2或天線226m產(chǎn)生波束ni2者。由于限制需此類組合，因?yàn)閷?yīng)波束組合 al: ml; al: m3; a3: ml; a3: m3的組合會被排除，所以僅九頻道矩陣的五個較佳 被產(chǎn)生及被評估來選擇預(yù)期組合。同樣地，針對此特定例，該選擇準(zhǔn)則的另一潛在限制系需波束組合為僅一方 向性波束被使用者。依據(jù)圖3例，此會發(fā)生天線226a不產(chǎn)生波束a2且天線226m不 產(chǎn)生波束m2者。由于限制需此類組合，因?yàn)閮H對應(yīng)波束組合al: ml; al: m3; a3: ml; a3: m3的組合被包含，所以僅九頻道矩陣的四個較佳被產(chǎn)生及被評估來選擇預(yù) 期組合?？商娲?，波束組合子組的時間適應(yīng)選擇系可以運(yùn)算統(tǒng)計值為基礎(chǔ)來使用。依據(jù)圖3例，于完成完全搜尋所有波束組合的時間T。時，不僅當(dāng)時-現(xiàn)在最佳波束組合(如al: ml)會被選擇，具波束組合的候選波束組合子組(如{ al: ml; al: m3; a3:mU)會被創(chuàng)造以便稍后使用。時間區(qū)間[T。， T。+T]期間被執(zhí)行的任何進(jìn)一步搜尋最佳波束均將被限制為被選擇子組(如{ al: ml; al: m3; a3: ml})，其中T可為可適應(yīng)時間區(qū)間參數(shù)。此波束組合子組的選擇準(zhǔn)則可為被用于選擇最佳波束組合的相同準(zhǔn)則。時間區(qū)間[T。， T。+T]期間，無論新波束組合搜尋何時發(fā)生，僅子組(如{ al: ml;al: tii3; a3: mll)中的波束組合會被測試。持續(xù)時間參數(shù)T可為相對大值。時間T。+T
處，所有波束組合的新全部搜尋會發(fā)生，新最佳波束組合(如a3: ml)會被選擇，且波束組合的新子組(如{ a3: ml; a3: m3; al: m3))會被形成。接著，被執(zhí)行于下一 時間區(qū)間[T。+T, T。+2T]的任何可能新波束搜尋均會被限制為波束組合的新子組。該計 劃系有用于通過時間適應(yīng)選擇波束組合子組來限制搜尋空間大小以利大多數(shù)波束組 合搜尋。
本發(fā)明不限于具有上述先前特定例中的三波束的兩天線。熟練技術(shù)人士將輕 易了解，代表若干個別天線的任何N及M值均可輕易獲得MXN頻道矩陣。被考慮的 組合數(shù)系視各無線傳送/接收單元的N天線可獲得，可允許或被排除天線波束組合任 何被選擇準(zhǔn)則所限制的波束數(shù)量。
若無線傳送/接收單元220操作于空間分集模式，則無線傳送/接收單元220 可較佳產(chǎn)生用于各波束組合的頻道矩陣及計算各頻道矩陣的Frobenius范數(shù)，并選擇 與具有最大Frobenius范數(shù)的頻道矩陣相關(guān)聯(lián)的波束組合?？商娲?，各波束組合的 組合信號噪聲信號及干擾比可被用于選擇準(zhǔn)則。
若頻道矩陣不可得，則無線傳送/接收單元220可收集對應(yīng)各波束組合的短期 平均產(chǎn)出作為信號品質(zhì)度量，并選擇一波束組合使該短期平均產(chǎn)出得以被最大化。
如上述，存取點(diǎn)210亦可包含一波束選擇器及被配置產(chǎn)生多個波束的一天線。 各站，存取點(diǎn)210及無線傳送/接收單元220可依據(jù)上述本發(fā)明同時嘗試選擇預(yù)期波 束組合給其自我使用。然而， 一較佳替代系無線傳送/接收單元220首先使用上述本 發(fā)明來選擇一預(yù)期波束組合，接著存取點(diǎn)210選擇一預(yù)期組合。此可于執(zhí)行選擇處理 時經(jīng)由從無線傳送/接收單元220傳送信號至存取點(diǎn)210或僅將存取點(diǎn)210配置一延 遲，促使無線傳送/接收單元220可于存取點(diǎn)210選擇一預(yù)期天線波束組合的前完成 其選擇。另外，無線傳送/接收單元220可被配置于存取點(diǎn)210執(zhí)行該選擇的后更新 其對預(yù)期天線波束組合的選擇?？商娲牵嫒↑c(diǎn)210可被配置第一選擇預(yù)期天線波 束組合。
無線傳送/接收單元可被配置收發(fā)器，而各收發(fā)器可被耦合至一天線。至少一天 線被配置產(chǎn)生一個以上波束，所以同時可用波束數(shù)量系等于收發(fā)器數(shù)量，而天線波束 總數(shù)系大于收發(fā)器數(shù)量。圖5是依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的無線傳送/接收單元520方塊圖。無線傳送/接收單元520系包含一收發(fā)器522，包括一品質(zhì)度量測量單元530， 一波束選擇器524，一波束選擇控制電路526， 一射頻波束成形器528及多個天線531a-531m。射頻波束成形器528系被提供于天線531a-531m及波束選擇控制電路526之間經(jīng)由天線
531a-531m從該被接收信號形成多個波束。天線531a-531m可為全方向性天線或方向 性天線。多個數(shù)據(jù)流接著被輸出自射頻波束成形器528。各數(shù)據(jù)流系對應(yīng)射頻波束成 形器528所產(chǎn)生的特定波束。數(shù)據(jù)流數(shù)量不需等于天線531a-531m數(shù)量，且可大于或 小于天線531a-531m數(shù)量。該波束可為固定波束或可依據(jù)控制信號529(可選)來調(diào)整。 多個數(shù)據(jù)流系經(jīng)由一路徑被提供給各數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)路徑528a-528n被饋送至波束選 擇控制電路526。波束選擇器524可傳送控制信號525至波束選擇控制電路526于該 數(shù)據(jù)流之間選擇該數(shù)據(jù)流子組來與目前正在通信的另一無線傳送/接收單元(無圖示) 做多輸入多輸出通信。為了選擇數(shù)據(jù)流(也就是波束選擇)，各數(shù)據(jù)流的信號品質(zhì)度量 系通過品質(zhì)度量測量單元530測量，并經(jīng)由線路527被傳送至波束選擇器524。最佳 波束組合接著以信號品質(zhì)度量為基礎(chǔ)通過波束選擇器524選擇。圖4是依據(jù)本發(fā)明以被選擇品質(zhì)度量或度量組合為基礎(chǔ)選擇多輸入多輸出天線 的一波束組合的處理400流程圖。多個波束的波束組合系使用多個天線(步驟402)來 形成。各天線系被配置產(chǎn)生至少一波束。被選擇品質(zhì)度量接著針對該波束組合被測量 (步驟404)。決定另一波束組合是否剩余(步驟406)。若是，處理400系返回步驟402， 而步驟402及404系被重復(fù)。若并無剩下波束組合，則處理400前進(jìn)至步驟408。多輸入多輸出傳送及接收的預(yù)期波束組合接著以該品質(zhì)度量測量比較為基礎(chǔ)被選擇(步 驟408)。多輸入多輸出與該被選擇波束組合通信期間，無線傳送/接收單元220可定期交 換一波束組合來測量各波束組合或其子組的品質(zhì)度量，并以該被更新品質(zhì)度量為基礎(chǔ) 來選擇新最佳波束組合。當(dāng)目前被選擇波束組合改變超過預(yù)定門檻時，波束選擇程序 系較佳被觸發(fā)。例如，當(dāng)無線傳送/接收單元220從一位置移動至另一位置時，目前 被選擇波束組合上的頻道品質(zhì)可能降級，而另一波束組合的頻道品質(zhì)變?yōu)檩^佳。較佳 是，當(dāng)目前被選擇波束組合被測量的頻道品質(zhì)被降級或增加超過預(yù)定門檻時，波束選 擇程序系被觸發(fā)來尋找新最佳波束組合。較佳是，該天線波束交換及品質(zhì)度量測量系 被以同步化方式來執(zhí)行。雖然本發(fā)明的特性及元件被以特定組合說明于較佳實(shí)施例中，但各特性及元件系不需 較佳實(shí)施例的其他特性及元件，或有或無本發(fā)明其他特性及元件的各種組合中被單獨(dú)使 用。
權(quán)利要求
1. 一種于多輸入多輸出無線通信系統(tǒng)中的無線通信方法，包含(a) 提供具有多個天線的一第一無線傳送/接收單元，其中該等天線至少其一 可產(chǎn)生多個波束，使得該無線傳送/接收單元可針對多輸入多輸出無線通信產(chǎn)生多個 不同波束組合；(b) 該第一無線傳送/接收單元使用該多個天線形成一波束組合與一第二無線傳送/接收單元做多輸入多輸出無線通信；(C)該第一無線傳送/接收單元針對該波束組合測量一選擇品質(zhì)度量；(d) 該第一無線傳送/接收單元針對一個或更多不同波束組合重復(fù)步驟(b)及 (C)以產(chǎn)生多個品質(zhì)度量測量；及(e) 該第一無線傳送/接收單元以該品質(zhì)度量測量為基礎(chǔ)，選擇一預(yù)期波束組 合，以用于與該第二無線傳送/接收單元進(jìn)行多輸入多輸出無線通信。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該第二無線傳送/接收單元是 一基地臺，其中步驟(b)至(e)系被執(zhí)行與該基地臺的多輸入多輸出無線通信。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該第二無線傳送/接收單元為 一無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的存取點(diǎn)，其中步驟(b)至(e)系被執(zhí)行與該存取點(diǎn)的多輸入多輸出無 線通信。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該第一無線傳送/接收單元為一 基地臺，而該第二無線傳送/接收單元為一移動無線傳送/接收單元，其中步驟(b)至 (e)系被執(zhí)行該基地臺及該移動無線傳送/接收單元間的多輸入多輸出無線通信。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該第一無線傳送/接收單元為一無 線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的一存取點(diǎn)，而該第二無線傳送/接收單元為一移動無線傳送/接收單元， 其中步驟(b)至(e)系被執(zhí)行該存取點(diǎn)及該移動無線傳送/接收單元間的一無線區(qū)域網(wǎng) 絡(luò)多輸入多輸出無線通信。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(b)至(e)系被執(zhí)行一點(diǎn)對點(diǎn) 網(wǎng)絡(luò)中的第一無線傳送/接收單元及該第二無線傳送/接收單元間的一無線通信。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(b)至(e)系以經(jīng)更新品質(zhì)度 量測量為基礎(chǔ)而定期重復(fù)來選擇一新預(yù)期波束組合。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包含于使用該被選擇預(yù)期波束組合建立多輸入多輸出無線通信時監(jiān)控一品質(zhì)度量，及于該監(jiān)控品質(zhì)度量改變一 預(yù)定門檻量時，重復(fù)步驟(b)至(e)以選擇一更新預(yù)期波束組合。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 一品質(zhì)度量測量包含測量度量組 的一個或更多度量，包含頻道估測， 一信號噪聲信號及干擾比， 一接收信號強(qiáng)度指標(biāo)， 一短期數(shù)據(jù)產(chǎn)出， 一封包錯誤率， 一數(shù)據(jù)速率及該無線傳送/接收單元的一操作模式。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該無線傳送/接收單元使用一空 間多工操作模式，該測量品質(zhì)度量為一信號噪聲信號及干擾比，而該第一無線傳送/ 接收單元針對步驟(e)使用一最弱數(shù)據(jù)流的信號噪聲信號及千擾比當(dāng)作一波束選擇準(zhǔn) 則。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該無線傳送/接收單元使用一空 間多工操作模式，該品質(zhì)度量為一頻道矩陣單數(shù)值，而該無線傳送/接收單元針對步 驟(e)使用一頻道矩陣最小單數(shù)值當(dāng)作波束選擇準(zhǔn)則。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該無線傳送/接收單元使用一傳 輸分集操作模式者， 一品質(zhì)度量的測量包含測量各該波束組合的一組合信號噪聲信號 及干擾比，且該無線傳送/接收單元使用該組合信號噪聲信號及干擾比當(dāng)作波束選擇 準(zhǔn)則以用于步驟(e)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該無線傳送/接收單元使用一傳 輸分集操作模式者， 一品質(zhì)度量的測量包含計算一頻道矩陣的Frobenius范數(shù)，而該 無線傳送/接收單元使用一頻道矩陣的Frobenius范數(shù)當(dāng)作波束選擇準(zhǔn)則以用于步驟 (e)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于， 一波束組合子組系被選擇，且于 一預(yù)定時間區(qū)間于該波束組合子組之間選擇一新預(yù)期波束組合。
15. —種于多輸入多輸出無線通信系統(tǒng)中的無線通信方法，包含(a) 提供具有多個天線的一第一無線傳送/接收單元；(b) 該第一無線傳送/接收單元執(zhí)行射頻波束成形以產(chǎn)生多個波束(c) 該第一無線傳送/接收單元測量各該波束的一品質(zhì)度量；及 (d)該第一無線傳送/接收單元以該品質(zhì)度量為基礎(chǔ)以選擇一波束子組用于與一第二無線傳送/接收單元進(jìn)行多輸入多輸出無線通信。
16. —種配置用于多輸入多輸出無線通信的無線傳送/接收單元，該無線傳送/ 接收單元包含多個天線，配置用于產(chǎn)生多個波束組合，至少一天線配置用于產(chǎn)生多個波束；\一天線波束選擇控制元件，配置用于控制天線，以產(chǎn)生經(jīng)選擇波束組合； 一收發(fā)器，配置用于經(jīng)由該天線而處理數(shù)據(jù)以用于傳送及接收，該收發(fā)器包含一品質(zhì)度量測量單元，配置用于測量無線多輸入多輸出通信信號的一品質(zhì)度量；及一波束選擇器，與該天線波束選擇控制元件及該收發(fā)器耦合，且配置以該品質(zhì)度量測量為基礎(chǔ)選擇一預(yù)期波束組合以用于多輸入多輸出傳送及接收。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的無線傳送/接收單元，其特征在于，該天線為交換式 寄生天線。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的無線傳送/接收單元，其特征在于，該天線為相位陣 列天線。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的無線傳送/接收單元，其特征在于，各該天線包含多 個全方向性天線。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的無線傳送/接收單元，其特征在于，該天線配置用于確?？勺钚』撎炀€所產(chǎn)生的該波束的重疊。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的無線傳送/接收單元，其特征在于，該波束選擇器配置以該更新品質(zhì)度量測量為基礎(chǔ)定期選擇一更新預(yù)期波束組合。
22. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的無線傳送/接收單元，其特征在于，該收發(fā)器配置用于在多輸入多輸出無線通信期間監(jiān)控一品質(zhì)度量，而當(dāng)該監(jiān)控品質(zhì)度量改變一預(yù)定門 檻量時，該波束選擇器配置用于觸動選擇一新預(yù)期波束組合。
23. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的無線傳送/接收單元，其特征在于，該品質(zhì)度量測量 單元配置用于測量一組品質(zhì)度量的一個或更多品質(zhì)度量，其包含頻道估測、 一信號噪 聲信號及干擾比、 一接收信號強(qiáng)度指標(biāo)、 一短期數(shù)據(jù)產(chǎn)出、 一封包錯誤率、 一數(shù)據(jù)速 率及該無線傳送/接收單元的一操作模式。
24. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的無線傳送/接收單元，其特征在于，該無線傳送/接 收單元配置用于使用一空間多工操作模式，該品質(zhì)度量測量單元配置用于測量一信號 噪聲信號及干擾比，而該波束選擇器配置用于使用一最弱數(shù)據(jù)流的一信號噪聲信號及 干擾比以做為一波束選擇準(zhǔn)則。
25. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的無線傳送/接收單元，其特征在于，該無線傳送/接 收單元配置用于使用一空間多工操作模式，該品質(zhì)度量測量單元配置測量一頻道矩陣 單數(shù)值，而該波束選擇器配置用于使用一頻道矩陣最小單數(shù)值以做為一波束選擇準(zhǔn) 則。
26. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的無線傳送/接收單元，其特征在于，該無線傳送/接 收單元配置用于使用一傳輸分集操作模式，該品質(zhì)度量測量單元配置用于測量各該波 束組合的一組合信號噪聲信號及干擾比，而該波束選擇器配置用于使用該組合信號噪 聲信號及干擾比以做為波束選擇準(zhǔn)則。
27. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的無線傳送/接收單元，其特征在于，該無線傳送/接收單元配置用于使用一傳輸分集操作模式，該品質(zhì)度量測量單元配置用于測量一頻道矩陣的Frobenius范數(shù)，而該波束選擇器配置用于使用一頻道矩陣的Frobenius范數(shù) 以做為波束選擇準(zhǔn)則。
28. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的無線傳送/接收單元，其特征在于，該波束選擇器配 置用于選擇一波束組合子組，并于一預(yù)定時間區(qū)間于該波束組合子組之間選擇一新預(yù) 期波束組合。
29. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的無線傳送/接收單元，其特征在于，該無線傳送/接 收單元配置為一無線網(wǎng)絡(luò)的一基地臺。
30. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的無線傳送/接收單元，其特征在于，該無線傳送/ 接收單元配置為一無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的一存取點(diǎn)。
31. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的無線傳送/接收單元，其特征在于，該無線傳送/ 接收單元為一移動無線傳送/接收單元。
32. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的無線傳送/接收單元，其特征在于，該無線傳送/接 收單元配置用于建立一點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中的無線傳送/接收單元間的無線通信。
33. —種配置用于多輸入多輸出無線通信的無線傳送/接收單元，該無線傳送/ 接收單元包含多個天線；一射頻波束成形器，配置用于執(zhí)行一射頻波束成形以產(chǎn)生多個波束；一波束選擇控制元件，配置用于在該產(chǎn)生波束間選擇一波束子組；一收發(fā)器，配置用于經(jīng)由該天線處理數(shù)據(jù)以便傳送及接收，該收發(fā)器包含一品質(zhì)度量測量單元，配置用于測量各該波束的一品質(zhì)度量；及一波束選擇器，與該天線波束選擇控制元件及該收發(fā)器耦合，且配置以該品質(zhì)度量測量為基礎(chǔ)選擇該波束的一子組以用于多輸入多輸出傳送及接收。
全文摘要
本案揭露一種用于選擇多輸入多輸出天線波束組合的方法及裝置。無線傳送/接收單元包含多個天線，用以產(chǎn)生支援多輸入多輸出的多個波束。至少一天線配置來產(chǎn)生多個波束，使得可產(chǎn)生不同波束組合以及一選擇用于建立與其他無線傳送/接收單元無線通信的期望波束組合。當(dāng)交換波束組合時，品質(zhì)度量針對可能波束組合的各波束或子組而進(jìn)行測量于。多輸入多輸出傳送及接收的預(yù)期波束組合系以品質(zhì)度量為基礎(chǔ)而選擇。
文檔編號H04B1/02GK101124734SQ200680004799
公開日2008年2月13日 申請日期2006年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月17日
發(fā)明者李俊友, 李營學(xué), 車尹赫 申請人:美商內(nèi)數(shù)位科技公司