專利名稱：使用過期信道狀態(tài)信息的天線構(gòu)造選擇的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及通信系統(tǒng)，特別涉及用于通信的天線構(gòu)造選擇。
背景技術(shù)：
通信系統(tǒng)通常受制于在提供通信時使用的通信信道的帶寬和 吞吐量。通過通信信道，通信信號從相互通信的基站傳播時所經(jīng)歷的路由 介質(zhì)環(huán)境注定是，通信中使用的一個限定信道，如頻分信道、時分信道、 或碼分信道。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會理解，各種限定信道可以用于一個通 信信道以便于進(jìn)行期望的通信，如提供多路存取、雙工等。例如，在無線 通信系統(tǒng)里，通信信道可以包括受干擾、衰落、多徑、散射、遮蔽等影響 的自由空間(free space)。應(yīng)該理解，通信信道的狀態(tài)以及其在通信上的影響可能時時發(fā) 生變化。所以，己經(jīng)開發(fā)了許多技術(shù)用來補償通信信道狀態(tài)上的變化。 —種關(guān)于無線通信的補償通信信道狀態(tài)變化的技術(shù)是采用多 輸入、多輸出(MIMO)天線技術(shù)。如圖1A所示， 一種MIMO系統(tǒng)在源 點(如發(fā)射機110A所示)和終點(如接收機120A所示)使用多個天線。 一個信號在多個天線(如天線111-114)上由發(fā)射機發(fā)射，在經(jīng)過通信信道 (如通信信道101)傳播之后在多個天線(如天線121-124)上由接收機接 收。接收的信號被合并來使誤差、多徑和散射效應(yīng)、衰落等最小化，并最 優(yōu)化數(shù)據(jù)速度和吞吐量。盡管在補償信道狀態(tài)的各種變化時經(jīng)常是有效的， 但使用MIMO系統(tǒng)不是沒有缺點的。特別而言，與MIMO系統(tǒng)相關(guān)的射
頻(RF)鏈數(shù)目(如RF發(fā)射機鏈151-154和RF接收機鏈161-164)在應(yīng) 用、運行和維護(hù)時可能非常昂貴。另一種關(guān)于無線通信補償通信信道狀態(tài)變化的技術(shù)是采用天 線選擇技術(shù)。如圖1B所示， 一種開關(guān)天線系統(tǒng)在源點(如發(fā)射機110B) 和/或終點(如接收機120B)使用多個天線，在通信鏈接的每個終端上使 用單個RF鏈(如在發(fā)射機上的RF鏈151和在接收機上的RF鏈161)提 供發(fā)射和/或接收多樣性(如空間多樣性)。例如， 一個信號是在選擇的天 線上發(fā)射(如天線111-114中的一個被選擇的天線)，這可以通過發(fā)射機的 天線選擇電路(如天線選擇器150)進(jìn)行選擇，然后信號在經(jīng)過通信信道 傳播之后在選擇的天線(如天線121-124中的一個被選擇的天線)上被接 收，這可以通過接收機的天線選擇電路(如天線選擇器160)進(jìn)行選擇。 使用的特定天線通常是根據(jù)一個信道狀態(tài)信息(CSI)的測量來進(jìn)行選擇。 另外，使用的特定天線也可以是基于僅使用空間信道相關(guān)的統(tǒng)計信道知識 (SCK)進(jìn)行選擇。盡管在補償天線狀態(tài)的各種變化時經(jīng)常是有效的，僅 基于測量或僅基于統(tǒng)計信道知識的天線選擇仍然有改善空間。特別地，盡 管假定有一個完美表示的信道狀態(tài)，但是在某些時候測量的信道狀態(tài)信息 不同于發(fā)射時間測量的，因此其是過期的。而且，信道狀態(tài)信息必須是在 接收機上被測量，需要時間和帶寬以便信息反饋到發(fā)射機用于信道選擇， 或者是通過測量發(fā)射機反饋信號強度進(jìn)行測量，這又導(dǎo)致測量是過期的。 但是，使用信道狀態(tài)信息提供的結(jié)果直接與使用的信道狀態(tài)測量精度有關(guān)。 統(tǒng)計信道知識依賴于時間平均值來提供可接收的結(jié)果，從而經(jīng)常提供非常 差的即時結(jié)果。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及采用一個或多個有關(guān)信道狀態(tài)信息的不確定因子 來選擇一個通信構(gòu)造進(jìn)行一個期望通信的系統(tǒng)和方法。例如，依照一個優(yōu) 選實施例，在一個無線通信系統(tǒng)里使用一個不確定因子和有關(guān)過期信道狀 態(tài)信息來選擇一個或多個天線。依照一個優(yōu)選實施例，使用一個相關(guān)因子 (第一不確定因子)和過期信道狀態(tài)信息來估計一個當(dāng)前信道狀態(tài)。這種 當(dāng)前信道狀態(tài)估計可能還包括使用一個隨機因子(第二不確定因子)。依照 本發(fā)明實施例導(dǎo)出的當(dāng)前信道狀態(tài)估計可以被利用來選擇天線構(gòu)造提供期 望的性能特征，如最佳比特誤差率、最佳數(shù)據(jù)率、最高信號質(zhì)量、最高信
噪比、最低千擾等。使用過期信道狀態(tài)信息，由其時間相關(guān)性(如時間相關(guān)因子) 進(jìn)行加權(quán)，以及統(tǒng)計信息(如從信道統(tǒng)計時間相關(guān)性導(dǎo)出的一個隨機因子)， 其也可以由過期信道狀態(tài)信息的時間相關(guān)行進(jìn)行加權(quán)，本發(fā)明實施例提供 一個當(dāng)前信道狀態(tài)估計。所以，，實施例可以利用最近的信道性能與歷史性 能信息來估計一個當(dāng)前信道狀態(tài)。依照優(yōu)選實施例，使用前述加權(quán)的過期 信道狀態(tài)信息和統(tǒng)計信息便于進(jìn)行當(dāng)前信道估計，其由完美信道狀態(tài)信息 (其中過期信道狀態(tài)信息的時間相關(guān)性很高，如"1")和純粹統(tǒng)計信道知 識(其中過期信道狀態(tài)信息的時間相關(guān)性很低，如"0")限定邊界。而且， 當(dāng)前信道狀態(tài)估計可以處理成在前述邊界條件之間的不同過期程度的過期 信道狀態(tài)信息。因此，依照本發(fā)明實施例，當(dāng)前信道狀態(tài)估計可以提供技 術(shù)優(yōu)點，其在對應(yīng)邊界條件上提供當(dāng)前信道狀態(tài)的最近似相關(guān)，同時在邊 界條件之間提供兩種技術(shù)的優(yōu)點。通過獲得信道狀態(tài)信息和統(tǒng)計信道信息，使用信道狀態(tài)信息和 統(tǒng)計信道信息加權(quán)組合，確定一個信道模型，并使用此信道模型從多個天 線構(gòu)造選擇一個或多個天線構(gòu)造用于通信，本發(fā)明實施例提供天線選擇。 優(yōu)選地，信道模型包括在獲得信道狀態(tài)信息時和當(dāng)信道被選擇時之間的一 個時間延遲效應(yīng)。所以，使用之前通過通信信道接收到的信號的一個時間 相關(guān)估計，確定本發(fā)明實施例的信道模型。依照本發(fā)明實施例，使用本領(lǐng) 域所熟知的技術(shù)(如最小均方差估計(MMSE)，基于不同信息包上的接收 到的引導(dǎo)符號，將信道實際測量長期平均化并采用某個統(tǒng)計信道模型，如 Kronecker模型)，可以導(dǎo)出用來確定信道模型的統(tǒng)計信道信息，盡管依照 本發(fā)明實施例可以對此采用一個時間加權(quán)因子。所以，依照本發(fā)明在選擇 一個天線構(gòu)造時，隨著提高在獲得信道狀態(tài)信息時間上的延遲，信道狀態(tài) 信息的權(quán)重將下降，而統(tǒng)計信道信息的權(quán)重將提高。依照本發(fā)明實施例進(jìn)行運作時，接收機進(jìn)行信道狀態(tài)測量，并 由此確定一個信道模型。接著，此信道模型被接收機用來確定一個期望天 線選擇(如一個"最佳"天線用于信號發(fā)射和/或信號接收)。優(yōu)選地，接 收機提供天線選擇信息到一個對應(yīng)的發(fā)射機以便進(jìn)行天線選擇。通過從接 收機提供簡化信息，如選擇天線的一個索引，而不是傳送信道狀態(tài)信息或 其它大量信息用于天線選擇，本發(fā)明實施例可利用較少通信開銷進(jìn)行天線 選擇。結(jié)合MIMO天線技術(shù)，本發(fā)明實施例進(jìn)行前述的天線選擇。 所以，可以實現(xiàn)一個MIMO系統(tǒng)的優(yōu)點，同時降低通過使用天線選擇采用 的RF鏈數(shù)目。盡管在此對天線選擇已經(jīng)作出參考，應(yīng)該理解，這種參考意在 包括在離散天線之間的選擇以及在各種天線構(gòu)造之間的選擇。例如，在此 討論的天線選擇可以在一個天線陣列可用的不同天線波束(輻射場型)之 間進(jìn)行。所以，可以在一個相控陣天線的各種運行構(gòu)造之間進(jìn)行選擇。前面己經(jīng)相當(dāng)廣泛地描述了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)勢，以便可 以更好地理解本發(fā)明隨后的詳細(xì)描述。以下將描述本發(fā)明的其它特征和優(yōu) 勢，其形成本發(fā)明權(quán)利要求科目。本領(lǐng)域那些有經(jīng)驗的技術(shù)人員將會理解， 在此披露的概念和具體實施例可以被容易地利用，作為修改或設(shè)計其它結(jié) 構(gòu)用來實現(xiàn)本發(fā)明相同目的的一個基礎(chǔ)。本領(lǐng)域那些有經(jīng)驗的技術(shù)人員也 將會理解，這種類似結(jié)構(gòu)并沒有偏移在附加權(quán)利要求內(nèi)闡述的本發(fā)明精神 和范圍。本看作本發(fā)明特征的新穎特性，無論是其組織還是運行方法，與 本發(fā)明的目的和優(yōu)勢一起，從以下結(jié)合附圖的描述將會被更好地理解。但 是，應(yīng)該深刻地認(rèn)識到，在此披露的每個附圖僅是用作描述和說明，而不 是意在作為本發(fā)明限制的定義。


為了更全面地理解本發(fā)明，現(xiàn)結(jié)合附圖對以下描述作出參考， 其中圖1A顯示一個現(xiàn)有技術(shù)的多輸入、多輸出系統(tǒng)；
圖1B顯示一個現(xiàn)有技術(shù)的天線選擇系統(tǒng)；
圖2顯示本發(fā)明一個實施例的一個通信系統(tǒng)；圖3顯示本發(fā)明一個實施例進(jìn)行天線選擇的流程圖；以及圖4顯示使用本發(fā)明一個實施例的技術(shù)和現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行天線 選擇的一個比較結(jié)果曲線圖。
發(fā)明詳述參照圖2，顯示本發(fā)明一個實施例的通信系統(tǒng)200。所述實施 例的通信系統(tǒng)200包括發(fā)射機210，其從信號源203發(fā)送信息到接收機220， 經(jīng)過通信信道201的無線通信傳播發(fā)送到信號接收者204。為了便于理解 簡化討論，盡管在所述實施例里顯示為一對發(fā)射機和接收機，應(yīng)該理解， 如果期望的話，本發(fā)明的概念可以用于其它通信節(jié)點構(gòu)造如收發(fā)器 (transceiver )c信號源203和信號接收者204可能包括任何種類的信息通信系 統(tǒng)或部件。例如，信號源203和信號接收者204可能表現(xiàn)為數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的 節(jié)點，例如其中信號源203包括服務(wù)器設(shè)備(如本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的基 于處理器的或計算機化的服務(wù)器系統(tǒng))，而信號接收者204包括終端設(shè)備 (如本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的基于處理器的或計算機化的用戶設(shè)備)。另外或 有選擇地，信號源203和信號接收者204可能表現(xiàn)為通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點， 例如其中信號源203包括基站設(shè)備(如本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的蜂窩或個人 通信系統(tǒng)通信設(shè)備)，而信號接收者204包括移動設(shè)備(如本領(lǐng)域技術(shù)人員 熟知的蜂窩手機、個人數(shù)字助理、或基于處理器的或計算機化加用戶設(shè)備)。在源點(在發(fā)射機210上的天線211-214)和終點(在接收機 220上的天線221-224)使用多個天線，所述實施例的通信系統(tǒng)200使用 MIMO天線技術(shù)來補償通信信道狀態(tài)的變化。所以，在發(fā)射機210和接收 機220上提供多個RF鏈(分別是RF鏈251和252以及RF鏈261和262)。 除采用MIMO技術(shù)之外，所述實施例的通信系統(tǒng)200還利用天線選擇技術(shù) 來補償通信信道狀態(tài)的變化。所以，在發(fā)射機210和接收機220上提供天 線選擇電路(分別是天線選擇器271和272以及天線選擇器281和282) 以提供有關(guān)每個RF鏈的發(fā)射和接收多樣性。利用相對少量的RF鏈，采用 MIMO和天線選擇技術(shù)的所述實施例提供MIMO通信的優(yōu)勢。通過前述天
線選擇電路，使用關(guān)于MIMO RF鏈的多個天線提供有關(guān)這種RF鏈的多 樣性優(yōu)勢，從而便于最優(yōu)使用相對少量的RF鏈來補償通信信道狀態(tài)變化。應(yīng)該理解，本發(fā)明實施例可以在發(fā)射機、接收機或兩者上采用 比所有RF鏈更少的天線選擇。而且，依照本發(fā)明實施例可以僅關(guān)于一個 發(fā)射機或一個接收機采用天線選擇。此外，依照本發(fā)明實施例，可以采用 天線選擇，而不采用MIMO技術(shù)。但是，優(yōu)選實施例是在發(fā)射機和接收機 上都采用天線選擇，并結(jié)合MIMO系統(tǒng)的每個RF鏈，以便優(yōu)化能力以補 償通信信道狀態(tài)變化，從而優(yōu)化比特誤差率、數(shù)據(jù)率、信號質(zhì)量、信噪比、 干擾效應(yīng)等。盡管所述實施例在每個發(fā)射機210或接收機220上顯示了兩個 RF鏈、兩個天線選擇器電路以及四個天線，應(yīng)該理解，依照本發(fā)明實施例 可以利用各種數(shù)量的RF鏈、天線選擇器電路、和/或天線。例如，發(fā)射機 210和/或接收機220可以采用三個或多個RF鏈。作為另一個例子，關(guān)于 發(fā)射機210和/或接收機220的多個RF鏈，可以采用一個單天線選擇器電 路，以便提供在每個RF鏈的所有天線之間進(jìn)行選擇的能力。而且，盡管 顯示作為單獨功能模塊，如果期望的話，本發(fā)明實施例可以整合RF鏈電 路和天線選擇器電路作為一個部件。應(yīng)該理解，在圖2內(nèi)所示的天線意在包括離散天線和其它天線 構(gòu)造。例如，在此所述的天線選擇可以在一個天線陣列可用的不同天線波 束(輻射場型)之間進(jìn)行，因此在這個實施例里天線211-214和/或天線 221-224可以表示不同的天線波束構(gòu)造。本發(fā)明優(yōu)選實施例采用有關(guān)信道狀態(tài)信息的一個或多個不確 定因子用于天線選擇。例如，使用一個過期信道狀態(tài)信息的相關(guān)因子(第 一不確定因子)，完美地估計一個當(dāng)前信道狀態(tài)。這個當(dāng)前信道狀態(tài)估計可 能還包括使用一個隨機因子(第二不確定因子)。所以，本發(fā)明實施例涉及 兩個信道狀態(tài)信息組， 一個是信道矩陣的完美描述，但與當(dāng)信息包發(fā)射時 的時間相比是過期的，另一個是當(dāng)前信道狀態(tài)信息(在信息包發(fā)射的時間 上)的一個估計，其是過期信道狀態(tài)信息(如以上所述的完美信道狀態(tài)信息)和一個包括統(tǒng)計信道知識的隨機項的一個加權(quán)和。依照本發(fā)明實施例， 衡量信道長期行為的統(tǒng)計信道信息提供一個信道相關(guān)因子。在選擇一個或 多個天線時，可以優(yōu)選利用當(dāng)前信道狀態(tài)估計，以便提供期望的性能特征， 如最佳誤差率、最佳數(shù)據(jù)率、最佳信號質(zhì)量、最高信噪比、最小干擾等。
例如，突發(fā)(burst)數(shù)據(jù)系統(tǒng)，如依照IEEE 802.11和802.16通信標(biāo)準(zhǔn)運 行的那些，通常不能根據(jù)最新信道狀態(tài)信息進(jìn)行運作，因為在當(dāng)發(fā)射可以 被監(jiān)控以確定信道狀態(tài)信息時和當(dāng)數(shù)據(jù)信息包將被發(fā)射時之間有時間延 遲。例如，使用控制器240的接收機220，可以運行測量信道狀態(tài) 信息、在數(shù)據(jù)發(fā)射時估計一個當(dāng)前信道狀態(tài)、以及選擇一個天線構(gòu)造來用 于數(shù)據(jù)發(fā)射。依照一個優(yōu)選實施例，接收機220接收數(shù)據(jù)，如接收來自發(fā) 射機210的訓(xùn)練信息包，以測量信道狀態(tài)信息。信道狀態(tài)信息被用來估計 在數(shù)據(jù)發(fā)射之后的信道狀態(tài)，優(yōu)選地通過控制器240利用一個算法來使用 有關(guān)前述的不確定因子。如通過控制器240參考存儲在數(shù)據(jù)庫241內(nèi)的一個決策矩陣， 估計的信道狀態(tài)被用來選擇一個用于數(shù)據(jù)發(fā)射的天線。優(yōu)選地，控制器240 控制天線選擇器281和/或天線選擇器282來進(jìn)行天線選擇。而且，依照一 個優(yōu)選實施例，接收機220以一個選擇的天線索引或其它簡化數(shù)據(jù)組的格 式提供天線選擇信息給發(fā)射機210，以便最小化與天線逸擇相關(guān)的控制開 銷。本發(fā)明實施例利用在以上引用的專利申請"多輸入多輸出天線系統(tǒng)的 預(yù)處理系統(tǒng)禾口方法(Pre-Processing Systems and Methods for MIMO Antenna Systems)"內(nèi)描述和顯示的技術(shù)，來最小化有關(guān)天線選擇信息通信的控制 信道開銷。發(fā)射機210，優(yōu)選是在控制器230的控制下運行，從接收機220 接收天線選擇信息，并進(jìn)行天線選擇。例如，控制器230可以使用選擇的 天線索引信息來找到通過參考數(shù)據(jù)庫231的一個天線構(gòu)造矩陣使用的特定 天線，并且優(yōu)選地，控制天線選擇器271和/或272進(jìn)行天線選擇。
參照圖3，顯示一種如在以上例子里簡略闡述的使用過期信道 狀態(tài)信息提供天線選擇方法的實施例詳情。使用過期信道狀態(tài)信息、通過 其時間相關(guān)(如一個時間相關(guān)因子)進(jìn)行加權(quán)、以及統(tǒng)計信息(如從信道 的統(tǒng)計時間相關(guān)導(dǎo)出的一個隨機因子)，其也可以通過過期信道狀態(tài)信息的
時間相關(guān)進(jìn)行加權(quán)，圖3所示的實施例提供一個當(dāng)前信道狀態(tài)估計。所以， 在方框301估計信道狀態(tài)時間相關(guān)，并在方框302建立一個統(tǒng)計信道模型， 用來估計信道狀態(tài)信息。依照本發(fā)明實施例可以使用許多方法進(jìn)行信道狀態(tài)時間相關(guān) (方框301)的一個估計。優(yōu)選地，最近的信道性能，如可以由最近信道 狀態(tài)信息(H(t))提供，與統(tǒng)計性能信息一起，如可以由使用歷史信道狀 態(tài)信息導(dǎo)出，可以被用來導(dǎo)出一個信道狀態(tài)時間函數(shù)(Jo)，即其中Jo是第 一類的第0階Bessel函數(shù)，用于估計一個最近的信道狀態(tài)。依照本發(fā)明實施例可以利用以下等式(但其僅是一個等式范 例)來進(jìn)行信道狀態(tài)時間相關(guān)估計
p = J0(27T/dAt) (1) 在以上等式(1)中，/a是最大Doppler頻率，At衡量從獲得理想/精確的 CSI的時間(t》和信息包發(fā)射發(fā)生/必須作出天線選擇決策的時間(t2，其 中t2、+At)的時間差。Jo是第一類的第0階Bessd函數(shù)，而p是一個在時 間t2和時間"上的信道狀態(tài)之間的相關(guān)因子。盡管信道狀態(tài)時間相關(guān)估計可以用于估計在特定時間上的信 道狀態(tài)信息，這種信道狀態(tài)時間估計可能隨著時間差A(yù)t (在獲得用于進(jìn)行 估計的信道狀態(tài)信息的時間和信道狀態(tài)將被估計的時間)上升而出現(xiàn)精度 下降。所以，本發(fā)明實施例也利用統(tǒng)計信道信息來估計一個信道狀態(tài)。依照本發(fā)明實施例，可以利用許多方法建立一個統(tǒng)計信道模型 (方框302)。優(yōu)選地，使用空間模型，考慮天線的物理特性、在通信信道 內(nèi)的拓?fù)浜托螒B(tài)等，用來導(dǎo)出統(tǒng)計信道模型?；诮邮招畔臏y量可以 被用來計算預(yù)定義統(tǒng)計信道模型內(nèi)的某些參數(shù)。
—個信道狀態(tài)時間相關(guān)因子，如以上等式(1)內(nèi)'的p，被優(yōu)選 利用來加權(quán)過期信道狀態(tài)信息和統(tǒng)計信道信息，用于估計在特定時間(t2)
的信道狀態(tài)信息。所以，在依照圖3實施例提供天線選擇時，在方框303， 獲得在時間h的信道狀態(tài)信息(H(t))，、在方框304，用來估計在時間t2的 信道狀態(tài)信息(H(t+At))。在方框303獲得的信道狀態(tài)信息可以是相同的 信道狀態(tài)信息，被用來估計以上討論的信道狀態(tài)時間相關(guān)。在方框304，信道狀態(tài)信息(H(t))被用來估計在期望時間(t2) 的信道狀態(tài)。優(yōu)選地，使用一個信道狀態(tài)時間相關(guān)因子，如以上等式(1) 內(nèi)的p，對過期信道狀態(tài)信息(意味著一些時間At，在獲得信道狀態(tài)信息 H(t)的時間tl和信道狀態(tài)信息(H(t+At))將被估計的時間t2之間已經(jīng)過去 了)和統(tǒng)計信道信息進(jìn)行加權(quán)。以下等式僅是一個例子，它可以依照本發(fā)明實施例用來進(jìn)行信 道狀態(tài)信息估計
H(t+At) = pH(—-p2 (2) 在以上等式(2)內(nèi)，(H(t+At))是在時間t+At(t2)上的估計信道狀態(tài)信息， H(t)是在時間t(ti)上的信道狀態(tài)信息，^是在接收機上的一個信道的空間 相關(guān)矩陣，R^是在發(fā)射機上的一個信道的空間相關(guān)矩陣，而S是一個具有 獨立同分布復(fù)高斯隨機變量的隨機矩陣(在此假設(shè)相關(guān)信道模型遵守一個 Kronecker結(jié)構(gòu)，即一個Rtx， 一個隨機高斯矩陣XI和R^乘積)。所以， Rj。SR^"2提供統(tǒng)計信道信息，其考慮通信信道的隨機性。依照一個優(yōu)選實施例，p是一個在時間t2(t+At)上的信道狀態(tài)和 在獲得信道狀態(tài)信息H(t)的時間之間的相關(guān)因子，當(dāng)At是0時，p是1， 而當(dāng)At趨向oo時，p趨向O。所以，在以上等式(2)內(nèi)，當(dāng)At變得越大時， 在估計信道狀態(tài)信息(H(t+At))里賦給過期信道狀態(tài)信息(H(t))的權(quán)重 越小，而在估計信道狀態(tài)信息(H(t+At))里賦給統(tǒng)計信道信息(1^1/251^1/2) 的權(quán)重越大。所以，前述信道狀態(tài)估計是由完美信道狀態(tài)信息(提供基于 F-范數(shù)的選擇，其中過期信道狀態(tài)信息的時間相關(guān)很高，如"l")，和純統(tǒng) 計信道知識(提供基于SCK的選擇，其中過期信道狀態(tài)信息的時間相關(guān)很 低，如"0")限定邊界的，其中過期信道狀態(tài)信息的不同程度過期性包含
在前述邊界條件之間的信道狀態(tài)信息估計里。從而，依照本發(fā)明實施例的 信道狀態(tài)信息估計可以提供技術(shù)優(yōu)點，其在對應(yīng)邊界條件下提供當(dāng)前信道 狀態(tài)的最近似相關(guān)，同時提供在邊界條件之間的兩種技術(shù)的優(yōu)點。在方框305，時間t2的信道狀態(tài)信息估計被用來選擇一個天線 構(gòu)造用于在時間t2的通信。例如，依照本發(fā)明實施例可以使用一個將各種 信道狀態(tài)信息參數(shù)映射到特定天線構(gòu)造選擇的決策矩陣。這種決策矩陣可 以通過預(yù)測模型、通過測試和/或操作監(jiān)控提供的經(jīng)驗結(jié)果等而獲得。選擇 天線構(gòu)造可能是基于各種度量，如預(yù)測的或確定提供最佳比特誤差率、最 佳數(shù)據(jù)率、最高信號質(zhì)量、最高信噪比、最小干擾等的天線構(gòu)造。以下等式僅是一個例子，依照本發(fā)明實施例可以用該等式來選 擇天線構(gòu)造，用于有關(guān)估計的信道狀態(tài)信息
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(3)
在以上等式(3)內(nèi)，Sr包括一組選擇的接收天線，^包括一組選擇的發(fā)射 天線，E是用于通信信道內(nèi)的空間時間碼誤差矩陣，Es表示符號能量
(symbol energy),而一表示信號噪聲的方差。所以，根據(jù)p，信噪比(SNR) (SNR=Es/a2)， E， R^和R^，前述等式提供了一個用來選擇發(fā)射和接收天 線的閉合解的例子。在已經(jīng)選擇了一個在時間t2使用的期望或合適天線構(gòu)造之后， 依照所述實施例處理進(jìn)行到方框306，其中與選擇的天線構(gòu)造一致的天線 選擇信息被提供給接收機和/或發(fā)射機設(shè)備，以便進(jìn)行天線選擇。此后，接 收機和/或發(fā)射機優(yōu)先在合適時間進(jìn)行天線構(gòu)造選擇，以便通過通信信道進(jìn) 行通信。應(yīng)該理解，以上方法的操作可以通過一個接收機系統(tǒng)(如圖2 的接收機220)和/或一個發(fā)射機系統(tǒng)(如圖2的發(fā)射機210)進(jìn)行。例如， 依照本發(fā)明實施例，方框301-306的操作可以由接收機220的控制器240 進(jìn)行。在這個實施例里，有關(guān)天線構(gòu)造選擇的信息可以由控制器240提供 給天線選擇器281和282，以便在接收機220上進(jìn)行天線選擇。同樣，有
關(guān)天線構(gòu)造選擇的信息可以由控制器240提供給發(fā)射機210的控制器230， 以便隨后給天線選擇器271和272在發(fā)射機210上進(jìn)行天線選擇。當(dāng)然， 如果期望的話，可以在接收機220和發(fā)射機210之外執(zhí)行一個或多個操作。 例如， 一個外部天線選擇控制系統(tǒng)(圖中未顯示)，可能提供有關(guān)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi) 多個發(fā)射機和接收機的天線選擇操作，可以執(zhí)行在方框301-306內(nèi)闡述的 一些或所有操作。當(dāng)以軟件或固件實施時，本發(fā)明的元件基本上是執(zhí)行在此所述 操作的代碼段。這些程序或代碼段可以存儲在計算機或處理器可讀介質(zhì)內(nèi)。 計算機可讀介質(zhì)的例子包括電子電路、半導(dǎo)體存儲設(shè)備、ROM、閃存(flash memory)、可擦寫ROM (EROM)、軟磁碟、壓縮磁碟CD-ROM、光碟、 硬碟等。.所以，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的一樣， 一個在這種軟件或硬 件控制下可操作實施本發(fā)明方面的控制器，如控制器230和/或240，可能 包括一個中央處理單元(CPU)，連接到隨機存儲器(RAM)(如SRAM, DRAM， SDRAM等)禾口/或只讀存儲器(ROM)(如PROM， EPROM， EEPROM等)，支持用戶和系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及程序?？梢蕴峁└鞣N輸入/輸出 (I/O)接口，從而提供信號從控制器到其它部件或從其它部件到控制器， 如天線選擇器(如目前確定一個選擇的天線構(gòu)造、控制天線選擇等)、RF 鏈(如傳輸一個用來獲得信道狀態(tài)信息的訓(xùn)練序列，監(jiān)控通信而獲得信道 狀態(tài)信息等)等。如上所述，實施例的信道狀態(tài)估計是被完美信道狀態(tài)信息(提 供基于F-范數(shù)的選擇，其中過期信道狀態(tài)信息的時間相關(guān)很高，如p-l)， 和純粹統(tǒng)計信道知識(提供基于SCK的選擇，其中過期信道狀態(tài)信息的時 間相關(guān)很低，如p-0)，設(shè)定邊界的。在前述邊界條件之間(如l〉p〉0) 的信道狀態(tài)信息估計里，包含過期信道狀態(tài)信息的不同程度過期性。所以， 依照本發(fā)明實施例，如果F-范數(shù)選擇技術(shù)(測量的信道狀態(tài)信息)是更優(yōu) 的，則最優(yōu)的天線選擇趨近基于F-范數(shù)選擇的那種，如果基于SCK的選 擇技術(shù)(純粹的空間統(tǒng)計信息)是更優(yōu)的，則最優(yōu)的天線選擇趨近基于SCK 選擇的那種，如果哪個技術(shù)都不是最優(yōu)的，那么天線選擇不從這兩個技術(shù) 里選擇。 .圖4曲線說明前述技術(shù)，在圖4的曲線圖里，'p由X軸表示， 要求獲得一個信道信號誤差率(SER) 10'3的信噪比(SNR)由Y軸表示。 曲線401顯示依照以上等式(1) - (3)提供的最優(yōu)天線選擇。曲線402顯 示使用F-范數(shù)選擇(測量的信道狀態(tài)信息)提供的天線選擇。曲線403顯 示使用SCK選擇(空間統(tǒng)計信息)提供的天線選擇。從圖4曲線圖可以發(fā) 現(xiàn)，當(dāng)p近似為l (信道狀態(tài)信息是接近完美的)，曲線401近似402，當(dāng) p近似為O (信道狀態(tài)信息是過期的)，曲線401近似曲線403。但是，在 上述邊界條件之間的所有位置上，曲線401低于曲線402和403，表示改 善的通信，因為依照本發(fā)明一個實施例的最優(yōu)天線選擇。圖4的直線404 表示純粹隨機天線選擇，提供作為一個有關(guān)上述曲線的參考。雖然已經(jīng)詳細(xì)說明了本發(fā)明及其優(yōu)越性，但應(yīng)理解，在不脫離 所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的條件下可以做出各種改變，替換和變化。此 外，本申請的范圍不限定到此處說明書中描述的處理方法，機器，制造， 物質(zhì)構(gòu)成，手段，方法和步驟等的特定實施例。從說明書可以容易理解， 可以利用實質(zhì)上執(zhí)行了與這里說明的相應(yīng)實施例相同功能或?qū)崿F(xiàn)了相同結(jié) 果的目前已有的或者將來會開發(fā)出的處理方法，機器，制造，物質(zhì)構(gòu)成， 手段，方法和步驟。因此，所附的權(quán)利要求書旨在包括這些處理方法，機 器，制造，物質(zhì)構(gòu)成，手段，方法或步驟a
權(quán)利要求
1.一種關(guān)于無線通信信道進(jìn)行天線構(gòu)造選擇的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括獲得所述通信信道的信道狀態(tài)信息的裝置；確定所述通信信道的一個時間相關(guān)因子的裝置，所述時間相關(guān)因子提供的信息與所述通信信道在獲得所述信道狀態(tài)信息時的一個狀態(tài)相關(guān)，并與在獲得所述信道狀態(tài)信息所述時間的隨后的一個時間相關(guān)；估計所述通信信道在所述時間隨后的一個時間上的信道狀態(tài)信息的裝置，所述時間即是獲得所述信道狀態(tài)信息的時間，該裝置使用所述信道狀態(tài)信息和所述時間相關(guān)因子進(jìn)行估計；和從多個天線構(gòu)造內(nèi)選擇一個天線構(gòu)造的裝置，該裝置使用所述估計的信道狀態(tài)信息進(jìn)行選擇。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中獲得所述信道狀態(tài)信息的所述裝 置使用的信息是關(guān)于通過所述通信信道接收到的信息包。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中確定所述時間相關(guān)因子的所述裝 置使用的信息是關(guān)于通過所述通信信道之前接收到的信息包。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中估計所述信道狀態(tài)信息的所述裝 置使用所述時間相關(guān)因子對所述信道狀態(tài)信息進(jìn)行加權(quán)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括 獲得有關(guān)所述通信信道的統(tǒng)計信道信息的裝置，其中所述裝置使用所 述統(tǒng)計信道信息與所述信道狀態(tài)信息以及所述時間相關(guān)因子，來估計信道 狀態(tài)信息。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述估計所述信道狀態(tài)信息的裝 置使用所述相關(guān)因子對所述信道狀態(tài)信息和所述統(tǒng)計信道信息進(jìn)行加權(quán)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中對所述信道狀態(tài)信息進(jìn)行加權(quán)包 括所述時間相關(guān)因子和所述信道狀態(tài)信息的乘積，而對所述統(tǒng)計信息進(jìn)行 加權(quán)包括1減去所述時間相關(guān)因子的平方的平方根和所述統(tǒng)計信道信息的 乘積。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述統(tǒng)計信道信息包括一個接收 機相關(guān)矩陣和一個發(fā)射機相關(guān)矩陣。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述統(tǒng)計信道信息還包括一個隨 機部分。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述天線構(gòu)造包括選擇的天線。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述天線構(gòu)造包括選擇的天線 波束。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)是一個多輸入、多輸 出(MIMO)無線通信系統(tǒng)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)是一個突發(fā)數(shù)據(jù)系統(tǒng)。
14. 一種方法，包括在第一 時間上獲得通信信道的信道狀態(tài)信息；使用所述獲得的信道狀態(tài)信息，估計所述通信信道在第二時間上的信 道狀態(tài)信息；和使用所述估計的信道狀態(tài)信息，選擇一個天線構(gòu)造用在所述第二時間上。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述獲得信道狀態(tài)信息包括 從接收到的信息包確定信道狀態(tài)信息。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述接收到的信息包包括訓(xùn)練 信息包。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述獲得的信道狀態(tài)信息在所 述第二時間上是過期的。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述估計信道狀態(tài)信息包括 確定 一個時間信道相關(guān)因子用于所述估計。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述估計信道狀態(tài)信息還包括: 使用所述時間信道相關(guān)因子對所述獲得的信道狀態(tài)信息進(jìn)行加權(quán)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述估計信道狀態(tài)信息還包括: 獲得所述通信信道的統(tǒng)計信道信息用于所述估計。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述獲得統(tǒng)計信道信息包括 建立一個統(tǒng)計信道模型。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述統(tǒng)計信道模型包括至少一 個空間相關(guān)矩陣。
23. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述估計信道狀態(tài)信息還包括: 使用所述時間信道相關(guān)因子以對所述獲得的信道狀態(tài)信息進(jìn)行加權(quán)；和使用所述時間信道相關(guān)因子以對所述統(tǒng)計信道信息進(jìn)行加權(quán)。
24. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述通信構(gòu)造被選擇以提供最 佳比特誤差率給所述信道，所述信道的信道狀態(tài)與所述估計的信道狀態(tài)信 息一致。
25. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述通信構(gòu)造被選擇以提供最 佳數(shù)據(jù)率給所述信道，所述信道的信道狀態(tài)與所述估計的信道狀態(tài)信息一 致。
26. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述通信構(gòu)造被選擇以提供最 高信號質(zhì)量給所述信道，所述信道的信道狀態(tài)與所述估計的信道狀態(tài)信息一致。
27. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述通信構(gòu)造被選擇以提供最 高信噪比給所述信道，所述信道的信道狀態(tài)與所述估計的信道狀態(tài)信息一 致。
28. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述通信構(gòu)造被選擇以提供最 小干擾率給所述信道，所述信道的信道狀態(tài)與所述估計的信道狀態(tài)信息一 致。
29. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述通信構(gòu)造包括從多個天線 選擇的一個天線子集。
30. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述通信構(gòu)造包括天線波束的 一個選擇的構(gòu)造。.
31. —種提供有關(guān)無線通信信道的天線選擇的方法，所述方法包括 使用之前接收到的數(shù)據(jù)信息包的信息，估計信道時間相關(guān)性； 使用所述估計的信道時間相關(guān)性和至少部分之前接收到的數(shù)據(jù)信息包 的所述信息，估計信道狀態(tài)信息；禾口使用所述估計的信道狀態(tài)信息，進(jìn)行天線選擇用于所述通信信道。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，還包括從所述估計的信道時間相關(guān)性，確定一個信道時間相關(guān)因子，其中使 用所述估計的信道時間相關(guān)性的所述估計信道狀態(tài)信息包括使用所述信道 時間相關(guān)因子對獲得的信道狀態(tài)信息進(jìn)行加權(quán)。
33. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，還包括使用所述通信信道使用的多個天線的空間相關(guān)，確定統(tǒng)計信道信息， 其中所述估計信道狀態(tài)信息還使用所述統(tǒng)計信道信息。
34. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，還包括從所述估計的信道時間相關(guān)性確定一個信道時間相關(guān)因子，其中使用 所述估計的信道時間相關(guān)性的所述估計信道狀態(tài)信息包括使用所述信道時 間相關(guān)因子對獲得的信道狀態(tài)信息進(jìn)行加權(quán)，和使用所述信道時間相關(guān)因 子對所述統(tǒng)計信道信息進(jìn)行加權(quán)。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述加權(quán)導(dǎo)致所述估計的信道 狀態(tài)信息有一段時間接近所述獲得的信道狀態(tài)信息，所述一段時間即是獲 得所述獲得的信道狀態(tài)信息的時間，也導(dǎo)致所述估計的信道狀態(tài)信息有一 段時間接近所述統(tǒng)計信道信息，所述一段時間即是獲得所述獲得的信道狀 態(tài)信息時間后的一段時間。
全文摘要
本發(fā)明公開了使用加權(quán)過期信道狀態(tài)信息進(jìn)行天線構(gòu)造選擇的系統(tǒng)和方法。依照本發(fā)明的實施例，將過期信道狀態(tài)信息和統(tǒng)計信道信息結(jié)合可以被用來估計信道狀態(tài)信息。例如，通過結(jié)合由時間相關(guān)性加權(quán)的信道狀態(tài)信息和統(tǒng)計信息，最近的信道性能與歷史性能信息一起，用于天線構(gòu)造選擇。實施例的天線選擇可以被提供給多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)，如采用多個射頻鏈和多個天線的無線系統(tǒng)。
文檔編號H04B7/04GK101356745SQ200780001442
公開日2009年1月28日 申請日期2007年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月12日
發(fā)明者劉堅能, 曾銳明, 拓 羅, 鄭樹坤 申請人:香港應(yīng)用科技研究院有限公司