專利名稱：在無信道狀態(tài)信息反饋的mimo系統(tǒng)中的功率分配的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)，更具體地涉及一種用于在無信道狀態(tài)信息 反饋的MIMO系統(tǒng)中的功率分配的系統(tǒng)、方法和組件。
背景技術(shù)：
可以使用發(fā)射和接收天線陣列形成多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)。在 MIMO系統(tǒng)中，在發(fā)射機處存在兩個或多個天線，在接收機處也存在兩個 或多個天線?？梢詫⒂蒑IMO發(fā)射機發(fā)射的信號表達為將要發(fā)射的數(shù)據(jù)和 信道狀態(tài)信息(CSI)的函數(shù)。該CSI是信令信道的數(shù)學表示，即信號通 過通信介質(zhì)從發(fā)送方到接收方的方式。因此，在MIMO系統(tǒng)中，CSI表示 每個所發(fā)射的信號如何通過通信介質(zhì)從發(fā)射機處的每個天線到達一個或多 個接收機處的每個天線?？梢栽诎l(fā)射機處以多種不同方式利用MIMO系統(tǒng) 的CSI以改善MIMO系統(tǒng)的性能。例如，特別是與單輸入系統(tǒng)相比，可以 以增加可靠性和數(shù)據(jù)發(fā)射能力的方式改善性能。
然而在很多情況下，發(fā)射機僅可以通過來自接收機的反饋獲得CSI， 這通常需要巨大的開銷。該巨大的開銷由在接收機處用于估計CSI的功率 以及在接收機處用于將該CSI傳送回發(fā)射機所使用的帶寬所引起。此外， 由于各種問題，例如信道估計錯誤和反饋延遲，在發(fā)射機處可利用的CSI 是不理想的。該不理想的CSI可能導致降低MIMO系統(tǒng)的性能增益。因 此，需要在沒有CSI的情況下利用MIMO系統(tǒng)以改善性能。具體地，需要 基于分層空時MIMO系統(tǒng)的信噪比，確定所發(fā)射的無CSI的信號的最佳功 率分配，因為該功率分配有助于決策反饋檢測和連續(xù)干擾消除。

發(fā)明內(nèi)容
在一個方面，本發(fā)明包括電信網(wǎng)絡組件，該組件包括配置用于存儲 指令的存儲器，以及配置用于執(zhí)行所存儲的指令的處理器，該指令包括為經(jīng)由天線陣列所發(fā)射的信號確定多個功率分配調(diào)整來在沒有信道狀態(tài)信 息情況下促進決策反饋檢測，以及將功率分配調(diào)整輸出到該陣列。
在另一個方面，本發(fā)明包括功率分配方法，該方法包括，確定功率分 配方案來促進在沒有信道狀態(tài)信息的多輸入多輸出系統(tǒng)中的決策反饋檢 測，以及通過修正對陣列中多個天線的每個天線的調(diào)整來在天線陣列上實 施該功率分配方案。
在第三個方面，本發(fā)明包括用于傳送已調(diào)制信號的系統(tǒng)，包括配置 用于發(fā)射已調(diào)制信號的天線陣列，配置用于調(diào)整分配給天線的功率的至少 一個調(diào)整單元，以及計算單元，配置用于為調(diào)整單元計算至少一個調(diào)整以 改善在沒有信道狀態(tài)信息的接收機陣列處的決策反饋檢測。
通過下面結(jié)合附圖和權(quán)利要求的詳細描述，將更加清楚的理解這些和 其它特征和優(yōu)點。


為了更全面的理解本公開內(nèi)容及其優(yōu)點，現(xiàn)在結(jié)合附圖和具體描述對 下面的簡要描述進行參考，其中相同的部件具有相同的參考標記。 圖1示出了 MIMO系統(tǒng)的示例性發(fā)射機。 圖2示出了 MIMO系統(tǒng)的示例性接收機。 圖3示出了示例性決策反饋檢測過程。
圖4示出了用于為MIMO系統(tǒng)確定功率分配的過程的一個實施例。 圖5示出了用于在MIMO系統(tǒng)中確定功率分配的過程的另一個實施例。
圖6示出了基于MIMO系統(tǒng)的所需誤碼率確定最優(yōu)功率分配的示例性 過程。
圖7示出了用于在MIMO系統(tǒng)中確定功率分配的過程的另一個實施例。
圖8A和8B示出了 2輸入2輸出MIMO系統(tǒng)的示例性性能結(jié)果。 圖9A和9B示出了 2輸入4輸出MIMO系統(tǒng)的示例性性能結(jié)果。 圖10A和10B示出了 3輸入4輸出MIMO系統(tǒng)的示例性性能結(jié)果。 圖UA和11B示出了4輸入4輸出MIMO系統(tǒng)的示例性性能結(jié)果。
7200780028123.4
圖12示出了用于實施所公開的若干實施例的示例通用計算機系統(tǒng)。
具體實施例方式
首先應該理解的是，盡管下面示出了本發(fā)明公開的一個實施例的示例 性實施，但是可以使用許多當前公知的或現(xiàn)有的技術(shù)來實施本系統(tǒng)。本發(fā) 明公開不應該以任意方式局限于下面示出的示例性實施例、附圖和技術(shù)， 包括示例性設計和在此示出和描述的實施，但是可以在所附權(quán)利要求及其 等價體的完整范圍內(nèi)進行修改。
在此公開了使用信噪比(SNR)和/或誤碼率(BER)而沒有使用信道 狀態(tài)信息(CSI)來改進多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)性能的系統(tǒng)和方法。 通過基于MIMO系統(tǒng)的SNR確定所發(fā)射信號的最佳功率分配，來獲得改 善的性能。通過分配更多的功率給第一信號的功率分配來改善和促進決策 反饋(DF)檢領(lǐng)lj。相比于將功率平均分配給全部信號，通過以該方式分配 功率減小了給定信噪比的BER。即使在發(fā)射機處SNR不可用時，也可以 使用以上公開的系統(tǒng)和方法。當SNR不可用時，基于MIMO系統(tǒng)的所需 BER來執(zhí)行功率分配。在該情況下，相比統(tǒng)一功率分配仍然能改善性能， 但是該改善可能少于SNR已知的情況。此外，在接收機處可以使用差錯 校正碼來進一步增加性能增益。
圖1示出了與MIMO通信系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的發(fā)射機100的一個實施例。該發(fā) 射機100包括解復用器102、以及多個信道編碼器104、調(diào)制器106、調(diào)節(jié) 器108和天線110。可以將發(fā)射機100配置為分層結(jié)構(gòu)使得信道編碼器 104、調(diào)制器106、調(diào)節(jié)器108和天線110以并行配置方式排列，如圖1所 示。下面進一步詳細解釋，發(fā)射機100還進一步包括至少一個功率分配計 算器112，該功率分配計算器用于改變通過天線110所發(fā)射信號的強度， 以便促進于改善DF檢測的改善。
數(shù)據(jù)通常從左向右流經(jīng)發(fā)射機100。發(fā)射機100可以從電信或數(shù)據(jù)網(wǎng) 絡(圖中未示出)以單通信信號或復用通信信號形式接收輸入數(shù)據(jù)。如果 輸入信號是復用的，那么解復用器102可以將輸入數(shù)據(jù)分離為多個子流， b/c[n]。如在此使用的，使用小寫"k"指數(shù)據(jù)流的通用標號，其中使用的 數(shù)字，例如1或2，或字母"K"指數(shù)據(jù)流的具體標號。因此，子流一般
8地可以稱為bk[n]，或具體稱為b,[n]、 b2[n]、 bs[n]或bK[n]。參照圖1，將
該子流輸入到信道編碼器104，其使用錯誤校正碼對該子流進行編碼以生 成q[ii]。如果需要，可以插入該錯誤校正碼以減少未檢測錯誤突發(fā)的數(shù) 量。將通過信道編碼器104生成的符號輸入到調(diào)制器106，其將符號調(diào)制 為信號dfc[n]。然后將這些信號輸入到調(diào)節(jié)器108，其通過由功率分配計算 器112生成的調(diào)整因子 wc修改分配給該信號的功率。在調(diào)節(jié)器108中修改 信號之后，通過天線110發(fā)射所修改的信號。在圖1示出的實施例中，發(fā) 射機110具有K個天線110。對已修改信號的功率分配減少了符號檢測錯 誤的可能性。在一個實施例中，發(fā)射機100可以實現(xiàn)正交頻分復用 (OFDM)以將頻率選擇性寬帶信道變換為多個窄帶信道。在該實施例 中，信道可以平滑衰落。衰落是指由通信介質(zhì)的變化所導致的發(fā)射信號的 變化，其中平滑衰落指示對于所接收信號的所有頻率分量成比例地出現(xiàn)的 衰落。
功率分配計算器112生成調(diào)整因子人k，其用于修改分配給信號的功 率。功率分配計算器112可以生成發(fā)射機100中每個信號流的調(diào)整因子， 也可以認為該功率分配計算器112可以為部分信號流生成調(diào)整因子。該實 施例是有益的，因為它可以減少功率分配計算器112所執(zhí)行的計算量，例 如，通過僅為需要調(diào)整的信號流生成調(diào)整因子。在實施例中，功率分配計 算器112可以假設每個信號流的能量可以為零。具體地，對于任意n或
k:
￡{ "=0 (1)
同樣地，功率分配計算器112可以假設每個信號流的平均功率可以是 單位值。具體地，對于任意n或k:
印銅卩} = 1 (2)
該假設通過維持全部信號發(fā)射在0 (無功率)和1 (最大功率)之 間，來保持信號的一般性。
圖2示出了 MIMO無線通信系統(tǒng)的接收機的實施例。接收機200包括 空時處理器204、多個天線202、限幅器206、解調(diào)器和解碼器208。可以 將該接收機200配置為分層結(jié)構(gòu)使得限幅器206和解調(diào)器和解碼器208以并聯(lián)配置方式排列，如圖2所示。下面進一步詳細解釋，該接收機200還 可以用于對所接收的信號執(zhí)行DF檢測，來檢測由發(fā)射機100所發(fā)射的符 號。
一般來說，數(shù)據(jù)從左向右流經(jīng)接收機200。該接收機200通過天線 202接收信號r/([A7]。在圖2示出的實施例中，接收機200具有M個天線 202?？梢哉J為接收機200處天線202的數(shù)量可以多于、少于或等于發(fā)射 機100處天線110的數(shù)量。也就是，K可以大于M，小于M，或者等于 M。將通過天線202所接收的信號輸入到空時處理器204，該空時處理器 處理通過接收的信號以獲得決策統(tǒng)計量A[/7]。決策統(tǒng)計量是基于在全部天 線202處所接收的一部分信號的發(fā)射信號的統(tǒng)計估計。例如，第一天線 110的決策統(tǒng)計量A[/7]是所發(fā)射的信號A[n]具有的在每個天線202上的累 加效應的估計。使用下面具體討論的MMSE標準，空時處理器204抑制 由在每個天線202處接收的其它信號所導致的干擾。將決策統(tǒng)計量輸入到 限幅器206，該限幅器執(zhí)行決策統(tǒng)計量的量化來計算所接收信號A[n]的決 策；k[A7]。 一旦作出決策，可以將該決策反饋到空時處理器204，以便執(zhí)行 下面更具體描述的決策反饋檢測。也可以將該決策；k[/7]輸入到解調(diào)器和解 碼器208以將該決策解調(diào)或解碼為已解碼字人M。隨后，連接到接收機 200的任意設備(未示出)例如蜂窩電話或膝上型電腦可以使用該已解碼 字。在可選實施例中，可以將已解碼字反饋至空時處理器204，而不是將 決策反饋至空時處理器204。通過將已解碼字反饋至空時處理器204，可 以使用錯誤校驗碼來執(zhí)行下面更具體描述的連續(xù)干擾消除。
當將信號從發(fā)射機發(fā)射到接收機時，信號經(jīng)過通信介質(zhì)。該信號在通 信介質(zhì)上傳播的路徑稱為信道，其中通信介質(zhì)對信號具有的影響稱為信道 增益。將對應于第k個發(fā)射機天線和第m個接收機天線的信道增益表示為 m。例如，信道增益/7u表示通信介質(zhì)對從第一發(fā)射機天線傳播到第一接 收機天線的信號的影響。第k個發(fā)射機天線的信道矢量k指示從第k個發(fā) 射機天線到每個接收機天線的每個信道增益。信道矩陣H指示每個發(fā)射機 天線的信道矢量。第k個發(fā)射機天線的信道矢量和信道矩陣可以分別表示 為
10"、
h4 =
7rl
且H = (h,,.."hK)
(3)
在每個接收機天線202處接收的信號是所接收信號矢: (3)，所接收信號矢量可以表示為
r[n]。根據(jù)公式
r["]
其中
n["]-("i[n〗，，.,，一〗)r (5)
是噪聲矢量。該噪聲矢量表示由每個天線202檢測的噪聲，其中A ,[r7]是由 第一接收機天線202檢測的噪聲以及/7m[A7]是由第M個接收機天線202檢 測的噪聲。假定對于不同m或n的每個A7jA7]是獨立的、具有零均值和方 差a 的復高斯函數(shù)，該方差a 由MIMO系統(tǒng)的SNR確定。公式(4)中 所接收信號矢量也可以表示為矩陣形式，如
r[n] = HAd["] + n[n] (6)
其中 A-diag(、， (7)
在接收機處，可以使用如圖3示出的MMSE決策反饋檢測過程來檢 測所發(fā)射的信號。在方框302處，檢測第一符號cf,[n]。當檢測第一符號
時，存在來自所有正在發(fā)射的其它符號0^7]，...，(^[^7]的多個天線干擾。為
了空時處理器204確定第一符號的決策統(tǒng)計量A[A ]，需要抑制來自所有其 它信號的干擾。為了實現(xiàn)干擾抑制，空時處理器可以將零矢量wf應用到 所接收的信號矢量，如下面在公式(8)中所示。該零矢量可以表示為如 下面公式(9)所示。該零矢量的第一項是用于抑制干擾的MMSE標準，第二項是第一信號的信道矢量。根據(jù)上面的描述，第一信號的決策統(tǒng)計量
A[r ]可以表示為
Xl[n] = WlHr[n〗， (8)
其中，零矢量可以表示為
W,(匪 "21)、. (9)
在方框304中， 一旦作出第一信號的決策，就可以通過下式將第一信 號的影響從所接收的信號中消除
r2["] = r[w]-hAA[—2X/^，] + hA(《["]-A["]) + n["] (10)
如圖2所示， 一旦反饋了第一信號的決策，根據(jù)公式(10)空時處理器 204可以消除第一信號的影響。從公式(10)中能夠看出，如果第一信號 的決策等于第一信號值，即人[/c]-c/,[/c]，那么可以完全消除第一信號的影 響。在該情況下，當檢測第二信號c/2[n]時，只需要處理來自信號c/3[n]，…, ^c[^的干擾。因為存在的干擾少于當檢測第一信號時的干擾，所以更容易 檢測第二信號。如果第一信號的決策不等于第一信號，那么兩個信號間的 差值表示第一信號的剩余值，其仍然影響剩余的接收信號矢量。當檢測下 一個信號時，可以認為該剩余值是需要進行抑制的附加噪聲。在方框306 中檢測下一個信號，即，第二信號。相似地，對于上述過程，可以通過下 式獲得第二信號的決策統(tǒng)計量
x2[/i]= <r2I>7], (11)
其中
w2 = (H2A2H "kr"2!)-1!^, (12)
其中
H2=(h2"，hK)
且
A2 = diag{UK}. (13)在上面的每個公式中，不包括與第一信號相關(guān)的值。這是因為如上面包含
公式(10)所描述的已經(jīng)消除第一信號的影響。類似于上面的方框304， 在方框308中從所接收信號矢量的剩余值中消除來自下一個信號的干擾以 便能夠更容易的檢測到第二信號。在這種情況下，從信號矢量「2[/7]的剩余 值中消除剛剛檢測出的第二信號，以生成信號矢量l"3[A7]的剩余值，根據(jù)該 值可以檢測第三信號。在方框310中，確定是否已經(jīng)檢測全部信號。如果 沒有，那么該過程在方框306處進行重復以檢測下一個信號。如果已經(jīng)檢 測全部信號，那么DF檢測過程完畢。
一般來說，為了檢測第k個信號，那么；/c[A7]是第k個信號的決策， C4[A7]是第/C個信號。信號矢量的剩余值可以表示為下式，根據(jù)該值來檢測 第k個信號
rt["] = r["]-5>,;i^["] = |>,;i,A["]+5>,;i#,["]-&["])+ii["] (14)
,=1 ,=A ,=l
如公式(14)所示，第一項是信號矢量的剩余值，根據(jù)該值檢測第k個信
號。由于在先所檢測的信號決策不等于在先信號，公式(14)的中間項是 在先檢測信號剩余的累加影響。公式(14)中的最后一項是如上所述的噪 聲矢量。類似于上面的描述，由空時處理器204可以確定第k個信號的決 策統(tǒng)計量，如
X/c[n]= wfrk[A7]， (15)
其中
=(H*A*Hf+a 2I)-、， (16)
其中
且
Afc = diag{^c， ...， XK}。
如上所述，在這些公式的每個中不包括與在先檢測信號相關(guān)的值。這是因 為如上面針對公式(14)所描述的，已經(jīng)消除了在先檢測信號的影響。
根據(jù)上面對DF過程的討論，如果對所有過去的決策是正確的，那么 當前信號的決策比過去信號的決策更容易，因為檢測需要處理來自更少符號的干擾。盡管如此，如果一個或多個過去的決策具有誤差，那么該誤差 將被傳遞到當前或?qū)矸柕臎Q策中。因為第一檢測符號對整個系統(tǒng)性能 具有更大的影響，所以應該將更多的功率分配給那些最初的信號。
應該將更多的功率分配給最初的信號，因為最初的信號具有更多的要
處理的噪聲和干擾。在檢測信號中，信號的SNR是BER的決定因素。具 有高的信號可能具有低BER,反之，具有低SNR的信號可能具有高 BER。因為最初的信號具有更多噪聲，那么最初信號的SNR將低于每個后 續(xù)信號的SNR。即當檢測第一信號時，來自全部其它信號的干擾可以認為 是噪聲。當檢測第二信號時，第一信號的影響被消除，因此當檢測第二和 后續(xù)信號時具有更少的噪聲。因此，為了使最初的信號具有高SNR，并且
從而在檢測最初的信號中具有低BER，那么可以將更多的功率分配給最初 的信號。增加分配給信號的功率量會增加其信號強度并因此增加其SNR， 使得可以利用低BER檢測最初的信號。因此，下面所公開的實施例根據(jù) 系統(tǒng)的SNR而不是使用瞬時CSI為不同的信號最優(yōu)地分配功率。
在一個實施例中， 一種方法可以用于基于信道的公知SNR確定最優(yōu) 功率分配。假設全部天線110可以使用的發(fā)射機100的總發(fā)射功率是固定 的或者來自每個天線的平均功率是單位值，其可以表示為
1|>{|4《["]|2} = 1. (17)
因為在公式(2)中假定每個信號的平均功率是單位值，￡{|c//c[n]|2}= 1，那么公式(17)的約束等價于
+|> =1 (18)
如上面所討論的，MIMO系統(tǒng)的SNR是MIMO系統(tǒng)的BER的決定因 素。此外，因為正在分配給每個信號的功率量是基于如在圖1的發(fā)射機 100中所示的調(diào)整因子人，所以SNR也基于調(diào)整因子人。相反地，這些關(guān)系 可以表達為MIMO系統(tǒng)的BER基于SNR、 y和調(diào)整因子 u BER的這種關(guān)系 可以表達為
14因此，需要找到對于任意給定SNR使BER最小化的^。具有K個發(fā)射天 線110且SA/尺=y的MIMO系統(tǒng)的最優(yōu)功率分配可以表示為/0，...，
首先，考慮2輸入M輸出MIMO系統(tǒng)。該2輸入M輸出MIMO系 統(tǒng)包括在發(fā)射機100處的2個天線110和在接收機200處的任意數(shù)量M個 天線202。圖4描述了一種用于在2輸入M輸出MIMO系統(tǒng)中找到最優(yōu) 功率分配的方法。根據(jù)上面的公式(19) ， 2輸入M輸出MIMO系統(tǒng)的 BER可以表示為
尸,g(r;H)- (20) 因為將要分配的功率總量用公式(18)中表示，那么因為在該MIMO系統(tǒng)
有兩個天線110所以可以對&=2求解公式(18)。分配給第一天線的功率 與分配給第二天線的功率的比值可以定義為a = 4。根據(jù)該關(guān)系，可以求
義2
解公式(18):
&!和義2=丄. (21)
將這些求解結(jié)果代入公式(20)，該2輸入M輸出MIMO系統(tǒng)的BER可 以表示為
(22)
在方框402中，可以執(zhí)行計算機仿真來在公式(22)中找到對于任意給定 SNR使BER最小化的oc。例如，可以由發(fā)射機100的功率分配計算器112 執(zhí)行該計算機仿真或由其它計算機執(zhí)行并由功率分配計算器112來存儲輸 入。因此，將a計算為MIMO系統(tǒng)的SNR的某個函數(shù)，表示為
a = (23) 在方框404中，將公式(23)的最優(yōu)a代入公式(21)來計算MIMO系統(tǒng) 的最優(yōu)功率分配。因此，根據(jù)2輸入M輸出MIMO系統(tǒng)的SNR的函數(shù)分 配功率，其可以表示為
15和
V1 + /2("
在方框406處，通過功率分配計算器112將公式(24)和(25)的結(jié)果輸 出到調(diào)節(jié)器108。
為了更好地理解a的計算，在圖8A中示出了方框402的某些示例性結(jié) 果。圖8A對于不同SNR以BER與a的關(guān)系曲線的形式示出了 2輸入2輸 出MIMO系統(tǒng)的示例性性能。根據(jù)圖8A示出的結(jié)果，可以得到a和SNR 之間的關(guān)系，其使2輸入2輸出MIMO系統(tǒng)的BER最小化。在該情況下， 可以看出a如下所示
'大約5c^，如果y〈大約11 dB， 大約6 c/B,如果大約ll 2/ 〈大約15《詔， =/2("叫大約7必，如果大約15 〈大約17必， 大約8 。B，如果大約17 〈大約19 d5, 大約IO如果y 2大約19
當已知MMO系統(tǒng)的SNR時，迭代使用圖5示出的過程能夠獲得具 有任意數(shù)量的發(fā)射天線的MIMO系統(tǒng)的最優(yōu)功率分配。假設已知K-l輸入 M輸出系統(tǒng)的最優(yōu)功率分配，可以如下所述獲得K輸入M輸出系統(tǒng)的最優(yōu) 功率分配。與前面相似，將分配給第一天線的功率與分配給其余天線的平 均功率的比值定義為a，其可以表示為
a =
《 (26)
丄S《
根據(jù)公式(26)的關(guān)系，可以求解公式(18)使得分配給第一天線的功率 表示為
、—n+"' (27)
并且，分配給其余天線的功率表示為1 《
'尺-1 + " (28) 注意上面對DF檢測的討論， 一旦檢測出第一信號，可以從所接收的信號 矢量中消除其影響。剩余的信號矢量等效于K-l輸入M輸出MIMO系統(tǒng) 發(fā)射的信號矢量。因此，應當分配功率，使得根據(jù)使等效K-l輸入M輸 出MIMO系統(tǒng)最優(yōu)化的功率分配、(y, /C-l)， ...， /<-1)來分配K輸入M
輸出mimo系統(tǒng)的人2， ..ak。如果k輸入m輸出mimo系統(tǒng)的原snr為 y，那么等效系統(tǒng)的snr為一^^。因此，根據(jù)公式(28)，分配給第
二和后面的天線中的每個天線的功率可以表示為
尺
A, = 、hr""^~義M ^r~i^A ^—1 (29)
其中/ = 2, a:。根據(jù)公式(19) 、 (27)和(29) ， k輸入m輸出 mimo系統(tǒng)的ber可以表示為
y;、l-"I-a.
《
、
y，n
乂乂
，(30)
其是k輸入m輸出mimo系統(tǒng)的snr、 y以及在上面的公式(26)中定 義的a的函數(shù)。與上面相似，在方框502中，可以執(zhí)行計算機仿真來在公式 (30)中找到對于任意給定SNR使BER最小化的a。因此，將a計算為K 輸入m輸出mmo系統(tǒng)的snr的某個函數(shù)，表示為
a嚇) (31) 在方框504中，將公式(31)代入公式(27)，第一天線的最優(yōu)功率分配 可以表示為
《=微)， (32)
在方框506和508中，可以通過下式迭代獲得用于第二和后面的天線的最 優(yōu)功率分配<formula>formula see original document page 18</formula>(33)
對于等效1輸入]^1輸出系統(tǒng)/ = 2，在方框510中，功率分配計算 器112可以將功率分配因子輸出到調(diào)整器108。根據(jù)上面的描述，3輸入 MIMO系統(tǒng)的功率分配需要已知2輸入系統(tǒng)的功率分配。因此，需要迭代 計算具有連續(xù)更大數(shù)目發(fā)射天線110的MIMO系統(tǒng)的功率分配。
上面關(guān)于找到MIMO系統(tǒng)最優(yōu)功率分配的討論是針對在發(fā)射機100處 已知SNR的情況。然而，發(fā)射機100有時可能不知道SNR。如上面所論 述的，可以提前離線計算來確定用于不同MIMO系統(tǒng)的a并將其存儲在功 率分配計算器112處。在該情況下，基于所存儲的a的計算結(jié)果和MIMO 系統(tǒng)需要的BER，利用圖6示出的過程，可以選擇a來使該系統(tǒng)需要的 BER最小化。在方框602中，假設已知系統(tǒng)需要的BER。在方框604中， 利用在功率分配計算器112中存儲的結(jié)果，可以選擇oc來使需要的BER最 小化。例如，可以將圖8A示出的2輸入2輸出MIMO系統(tǒng)中的a計算結(jié) 果存儲在功率分配計算器112中。在圖8A的例子中，如果系統(tǒng)需要的BER 是1%，那么可以發(fā)現(xiàn)SNR在范圍11一15dB之間，因而a-6dB。在方框 606中，確定發(fā)射機天線110的數(shù)量K是否大于2。如果發(fā)射機天線110 的數(shù)量不大于2，那么過程進入計算2輸入M輸出MIMO系統(tǒng)的功率分 配。當根據(jù)圖4計算2輸入M輸出MIMO系統(tǒng)的功率分配時，因為在方 框604中已經(jīng)確定a所以過程可以在方框404處開始?；氐椒娇?06，如果 發(fā)射機天線110的數(shù)量大于2，那么過程進入計算K輸入M輸出MIMO系統(tǒng) 的功率分配。當根據(jù)圖5計算K輸入M輸出MIMO系統(tǒng)的功率分配時，因 為在方框604中已經(jīng)確定a所以過程可以在方框504處開始。
圖7描述了在實施例中功率分配計算單元可以執(zhí)行的全部過程。在方 框702中，確定MIMO系統(tǒng)的SNR是否己知。如果SNR未知，那么在方框 710中例如，使用圖6示出的過程，計算功率分配來使MIMO系統(tǒng)需要的 BER最小化?；氐椒娇?02，如果SNR已知，那么在方框704確定發(fā)射機 天線110的數(shù)量K是否大于2。如果發(fā)射機天線110的數(shù)量不大于2，那 么在方框706中根據(jù)圖4計算2輸入M輸出MIMO系統(tǒng)的功率分配。如
18果發(fā)射機天線110的數(shù)量大于2，那么在方框708中根據(jù)圖5計算K輸入M輸 出MIMO系統(tǒng)的功率分配。
對于具有錯誤校正碼的MIMO系統(tǒng)，能夠使用碼中的冗余用于進一步 改善性能?？梢酝ㄟ^信道編碼器104分別對每個子流 [n]進行編碼。在接 收機200處，可以由解調(diào)器和解碼器208對每個決策進行解碼和解調(diào)以生 成解碼字厶M。隨后可以在接收機處對解碼字進行再編碼和再調(diào)制以便利 用錯誤校正碼更可靠地檢測所發(fā)射的信號ofk[A7]。除方框402和502外，該 錯誤校正碼可以用于上面描述的任意過程，其中執(zhí)行計算機仿真來最小化 誤字節(jié)率(WER)來代替BER。此外，如圖2中虛線示出，可以將已解 調(diào)和已解碼字^[n]反饋至空時處理器204，來代替將決策J/c[A ]反饋至空時 處理器204。
圖8A、 9A、 10A和11A示出的例子說明了針對不同MIMO系統(tǒng)查找 a的仿真結(jié)果。圖8B、 9B、 10B和11B說明了當SNR已知時、當SNR未 知時以及當將功率均勻分配給每個信號時，不同MIMO系統(tǒng)的性能。在仿 真中，信道增益對應于不同的發(fā)射和接收天線對，hkm可以是獨立的、具有 零均值和單位方差的復高斯函數(shù)。在該實例中，小寫k是發(fā)射機天線110 的標記和小寫m是接收機天線202的通用標記。所發(fā)射的信號c4[A7]對不
同的k和n可以是獨立的，并且可以從4-QAM星座圖"4^ 士y44中隨
機提取，其中每個具有相同的概率。
圖8A和犯示出了 2輸入和2輸出MIMO系統(tǒng)的性能。圖8A說明了 所模擬的對于不同SNR的BER與a的關(guān)系曲線。如上面所描述的，可以利 用圖8A的結(jié)果獲得使2輸入2輸出MEMO系統(tǒng)的BER最小化的a和SNR 的關(guān)系。
圖8B比較了當SNR已知時、當SNR未知時以及當將功率均勻分配給 每個信號時2輸入2輸出MIMO系統(tǒng)的性能。如圖8B所示，可以看出與 具有平均功率分配的MIMO系統(tǒng)相比，具有功率分配的MIMO系統(tǒng)在大約1%BER處存在大約4dB的性能增益。此外，當SNR小于大約12dB 時，不管SNR是否已知，對于功率分配具有較小的性能差異。當SNR己 知并且SNR大于大約14dB時，MIMO系統(tǒng)的性能好于當SNR未知時的 性能。
圖9A和9B說明了 2輸入4輸出MIMO系統(tǒng)的性能。與圖8A和8B 相似，從圖9A中首先找到a。圖9B比較當SNR已知時、當SNR未知時以 及當將功率平均分配給每個信號時MIMO系統(tǒng)的性能。從圖9B中可以看 出當系統(tǒng)的SNR小于10dB時，不管SNR是否已知，對于功率分配存在較 小性能差異。當SNR已知并且SNR大于大約12dB時，MIMO系統(tǒng)的性 能好于當SNR未知時的性能。
圖10A和10B說明了 3輸入4輸出MIMO系統(tǒng)的性能。從圖10A中 可以得到a = f3(y)。基于圖9A中發(fā)現(xiàn)的a = f2(力和a = f3(力，可以在發(fā)射機 100處為每個信號分配功率。圖10B比較當SNR已知時、當SNR未知時以 及當將功率均勻分配給每個信號時3輸入4輸出MIMO系統(tǒng)的性能。從圖 10B中可以看出在1 %BER處具有0.6dB SNR性能增益，并且在0.1 %BER 處具有大約2dB SNR性能增益。
圖11A和11B說明了 4輸入4輸出MIMO系統(tǒng)的性能。從圖11A中 可以得到a = &(力?；趫D9A中發(fā)現(xiàn)的a = f2(y)、圖10A中發(fā)現(xiàn)的a = f"力 和a-Z^(力，可以在發(fā)射機100處為每個信號分配功率。從圖11B中可以看 出在1%BER處MIMO系統(tǒng)的性能增益可以有3.5dB這么大，其中性能增 益即系統(tǒng)的SNR繼續(xù)增加。
不管MIMO系統(tǒng)的SNR是否已知都可以使用上面公開的最優(yōu)功率分配 方法。具體地，公開了一種在分層空時編碼MMO系統(tǒng)中找到最優(yōu)功率分 配的實驗方法。計算機仿真結(jié)果顯示出最優(yōu)功率分配能夠改善2輸入2輸 出系統(tǒng)的性能，在1%BER處為4 dB，以及改善4輸入4輸出系統(tǒng)的性能 3,5dB。
上面還公開了用于在沒有使用CSI時改善MIMO系統(tǒng)性能的系統(tǒng)和方 法。通過基于MIMO系統(tǒng)的SNR確定所發(fā)射信號的最優(yōu)功率分配，來獲得 改善的性能。將功率進行分配，使得通過對最初的信號分配更多功率來改 進DF檢測。通過該方式分配功率，可以看出相比于當將功率均勻分配給全部信號時，針對給定信噪比誤碼率減少。上面所公開的該系統(tǒng)和方法也可
以用于在發(fā)射機處不能獲得SNR的情況。在不能獲得SNR的情況中，基 于MIMO系統(tǒng)需要的BER執(zhí)行功率分配。在該情況下，相比平均功率分配 性能得到了改進，但是該改進可能小于當SNR己知時的性能改進。此外， 在接收機處可以使用錯誤校正碼來進一步增加性能增益。
上述系統(tǒng)中的功率分配計算器112和/或所有其它電信網(wǎng)絡部件可以在 具有足夠處理能力、存儲器資源和網(wǎng)絡吞吐能力以處理其上的必要負荷的 通用計算機中實施。圖12示出了適于實施這里公開的一個或多個實施例的 典型通用計算機系統(tǒng)。該計算機系統(tǒng)1280包括與存儲器設備進行通信的處 理器1282 (其可以稱為中央處理器單元或CPU)，其中存儲器設備包括二 級存儲單元1284的、只讀存儲器(ROM) 1286、隨機訪問存儲器
(RAM) 1288、輸入/輸出(I/O) 1290設備以及網(wǎng)絡聯(lián)機設備1292。該處 理器可以實現(xiàn)為一個或多個CPU芯片。
二級存儲單元1284通常包括一個或多個硬盤驅(qū)動器或磁盤驅(qū)動器， 二級存儲單元1284用于數(shù)據(jù)的非易失性存儲以及如果RAM 1288沒有大 到足以容納全部工作數(shù)據(jù)則用作溢出數(shù)據(jù)存儲設備。當選擇執(zhí)行程序時， 二級存儲單元1284可以用于存儲下載到RAM 1288中的該程序。ROM 1286用于存儲指令以及可能存儲在程序執(zhí)行中讀取的數(shù)據(jù)。ROM 1286是 非易失性存儲設備，其相對于二級存儲單元更大的存儲容量通常具有較小 的存儲容量。RAM 1288用于存儲易失性數(shù)據(jù)并可能用于存儲指令。對于 ROM 1286和RAM 1288的訪問通?？煊诙壌鎯卧?284。
I/O 1290設備可以包括打印機、視頻播放器、液晶顯示器(LCD)、 觸摸屏顯示器、鍵盤、鍵區(qū)、開關(guān)、撥號盤、鼠標、跟蹤球、語音識別 器、讀卡器、紙帶讀取器或其它公知的輸入設備。網(wǎng)絡連接設備1292可以 采取如下形式調(diào)制解調(diào)器、調(diào)制解調(diào)組、以太網(wǎng)卡、通用串行總線
(USB)、接口卡、串行接口、令牌環(huán)卡、光纖分布數(shù)據(jù)接口 (FDDI) 卡、無線局域網(wǎng)(WLAN)卡、無線收發(fā)機卡例如碼分多址(CDMA)禾口/ 或全球移動通信系統(tǒng)(GSM)無線收發(fā)機卡、以及其它公知的網(wǎng)絡設備。 這些網(wǎng)絡連接設備1292可以使處理器1282能夠與因特網(wǎng)或者一個或多個 企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)通信。假設在執(zhí)行上述方法步驟期間，處理器1282可以使用該網(wǎng)絡連接從網(wǎng)絡接收信息，或者輸出信息到該網(wǎng)絡。這些信息經(jīng)常表示為
將要使用處理器1282來執(zhí)行的指令序列，這些信息可以例如以包含在載波 中的計算機數(shù)據(jù)信號的形式從網(wǎng)絡接收以及輸出到網(wǎng)絡。
這種包括例如使用處理器1282執(zhí)行的數(shù)據(jù)和指令的信息，可以例如以 計算機數(shù)據(jù)基帶信號或包含在載波中的信號的形式從網(wǎng)絡接收或輸出到網(wǎng) 絡。由網(wǎng)絡連接設備1292生成的基帶信號或包含在載波中的信號可以在電 導體內(nèi)或電導體表面上、同軸電纜、波導、例如光纖的光介質(zhì)、或者空氣 或自由空間中傳播。如為了處理或生成信息或者發(fā)射或接收信息的需要， 可以根據(jù)不同順序?qū)⒃诨鶐盘柣蚯度朐谳d波中的信號中的信息進行排 序。該基帶信號或嵌入在載波中的信號，或者當前使用的或以后出現(xiàn)的在 此稱為傳輸介質(zhì)的其它類型的信號，可以根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的若 干方法生成。
處理器1282執(zhí)行從硬盤、軟盤、光盤(這些基于各種盤的系統(tǒng)可全部 視為二級存儲單元1284) 、 ROM 1286、 RAM 1288或網(wǎng)絡連接設備1292 中讀取的指令、代碼、計算機程序、腳本。
盡管在本發(fā)明公開中提供了若干實施例，但是應該可以理解，所公開 的系統(tǒng)和方法可以體現(xiàn)為許多其它具體形式而不脫離本發(fā)明公開的精神或 范圍。本發(fā)明實例應當視為示例性的而不是限制性的，并且目的不是局限 于在此給出的細節(jié)。例如，在其它系統(tǒng)中可以結(jié)合或集成多個元件或組件 或者忽略或不實現(xiàn)某些特征。
此外，在多個實施例中分立地或獨立地描述和示出的技術(shù)、系統(tǒng)、子 系統(tǒng)和方法可以與其它系統(tǒng)、模塊、技術(shù)或方法組合或集成，而不脫離本 發(fā)明公開的范圍。按照直接耦合或彼此通信示出或描述的其它項可以通過 一些接口或者設備彼此耦合，使得不再將這些項視為彼此直接耦合，而是 通過電、機械或其它方式相互間接耦合或通信。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以得到 其它變形、替換或替代實例，而不脫離在此公開的精神和范圍。
權(quán)利要求
1、一種電信網(wǎng)絡組件，包括存儲器，用于存儲指令；以及處理器，用于執(zhí)行所存儲的指令，所述指令包括為經(jīng)由天線陣列所發(fā)射的信號確定多個功率分配調(diào)整以在沒有使用信道狀態(tài)信息的情況下促進決策反饋檢測；以及將所述功率分配調(diào)整輸出到所述陣列。
2、 如權(quán)利要求1所述的電信網(wǎng)絡組件，其中確定所述功率分配調(diào)整包括確定在所述陣列中的第一天線和所述陣列中的其余天線之間的調(diào)整比值以降低針對信噪比的誤碼率。
3、 如權(quán)利要求2所述的電信網(wǎng)絡組件，其中確定所述功率分配調(diào)整還包括根據(jù)所述調(diào)整比值和所述信噪比計算所述第一天線的調(diào)整。
4、 如權(quán)利要求3所述的電信網(wǎng)絡組件，其中所述信噪比是基于需要的誤碼率來確定的。
5、 如權(quán)利要求3所述的電信網(wǎng)絡組件，其中計算所述第一天線的所述調(diào)整根據(jù)下式進行其中、是所述第一天線的所述調(diào)整，a是所述調(diào)整比值，以及/<是所述陣列中天線的數(shù)目。
6、 如權(quán)利要求3所述的電信網(wǎng)絡組件，其中確定所述功率分配調(diào)整還包括基于等效系統(tǒng)的功率分配迭代計算所述陣列中所述剩余天線的比多個調(diào)整少一個的調(diào)整。
7、如權(quán)利要求6所述的電信網(wǎng)絡組件，其中迭代計算所述剩余天線的比多個調(diào)整少一個的調(diào)整根據(jù)下式進行其中 li是所述剩余天線中的一個天線的所述調(diào)整，入W是所述等效系統(tǒng)中前一個天線的所述調(diào)整，/C是所述陣列中天線的數(shù)目，以及OC是所述調(diào)整比值。
8、 一種功率分配方法，包括確定功率分配方案，其在沒有使用信道狀態(tài)信息的情況下在多輸入多輸出系統(tǒng)中促進決策反饋檢測；以及通過修改陣列中多個天線中每個天線的調(diào)整，在所述天線陣列中實現(xiàn)所述功率分配方案。
9、 如權(quán)利要求8所述的功率分配方法，其中用于確定所述功率分配的所述方法包括確定2天線陣列中每個天線的調(diào)整比值，以使針對信噪比的誤碼率最小化。
10、 如權(quán)利要求9所述的功率分配方法，其中用于確定所述功率分配的所述方法還包括基于針對所述信噪比所確定的所述調(diào)整比值，計算所述2天線陣列中每個天線的調(diào)整的功率分配方案。
11、如權(quán)利要求10所述的功率分配方法，其中計算所述2天線陣列 的所述功率分配方案是根據(jù)其中、是所述第一天線的調(diào)整，M是所述第二天線的調(diào)整，以及Ot是 所確定的比值。
12、 如權(quán)利要求9所述的功率分配方法，其中用于確定所述功率分配的所述方法還包括基于所述陣列的所需誤碼率確定所述陣列的信噪比。
13、 如權(quán)利要求8所述的功率分配方法，其中所述功率分配方案還改善了所述多輸入多輸出系統(tǒng)中的連續(xù)干擾消除。
14、 一種用于傳送已調(diào)制信號的系統(tǒng)，包括-天線陣列，用于發(fā)射已調(diào)制信號；至少一個調(diào)整單元，用于調(diào)整分配給所述天線的功率；以及 計算單元，用于計算所述調(diào)整單元的至少一個調(diào)整，以改善在沒有使 用信道狀態(tài)信息的情況下在接收機陣列處的決策反饋檢測。
15、 如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述計算單元確定在所述陣列 中的第一天線和所述陣列中剩余天線之間的調(diào)整比值，以使針對信噪比的 誤碼率最小化。
16、 如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述計算單元基于針對所述信 噪比所確定的所述調(diào)整比值，確定所述第一天線的調(diào)整。
17、 如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，通過為所述陣列中的第一天 線分配的一個功率量并為所述陣列中的后續(xù)天線分配連續(xù)變小的功率量， 來改善所述決策反饋檢測。
18、 如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，還包括天線陣列，用于接收所述信號；以及一個或多個單元，用于通過使用零矢量抑制干擾來檢測所接收信號中的信號。
19、 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述一個或多個單元還用于通過消除先前所檢測的符號來抑制干擾。
20、 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述一個或多個單元還用于使用錯誤校正碼來檢測所述信號。
全文摘要
一種電信網(wǎng)絡組件，包括用于存儲指令的存儲器，和用于執(zhí)行所存儲指令的處理器，這些指令包括為經(jīng)由天線陣列所發(fā)射的信號確定多個功率分配調(diào)整以在沒有使用信道狀態(tài)信息的情況下促進決策反饋檢測，以及將改功率分配調(diào)整輸出到陣列。還公開了一種功率分配方法，包括確定功率分配方案，其在沒有使用信道狀態(tài)信息的情況下在多輸入多輸出系統(tǒng)中促進決策反饋檢測，以及通過修改陣列中多個天線中每個天線的調(diào)整來在天線陣列中實現(xiàn)該功率分配方案。
文檔編號H04B7/005GK101496303SQ200780028123
公開日2009年7月29日 申請日期2007年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月15日
發(fā)明者盧建民, 安東尼·C·K·宋, 燁 李 申請人:華為技術(shù)有限公司