專利名稱：多個空間多路復(fù)用模式的mimo系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及通信，尤其涉及具有多傳輸模式的多輸入多輸出(MMO)通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
多輸入多輸出(MMO)通信系統(tǒng)使用多個(Nt)發(fā)射天線和多個(Nk)接收天線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，且被稱為(Nt，Ne)系統(tǒng)。由Nt個發(fā)射天線和Nk個接收天線形成的MMO信道可能被分解為Ns個獨(dú)立信道，其中Ns ( min {NT, Nj。Ns個空間信道可以用于發(fā)送Ns個獨(dú)立數(shù)據(jù)流以獲得更大的總吞吐量。一般，空間處理可能或可能不在發(fā)射機(jī)處實(shí)現(xiàn)，且一般在接收機(jī)處實(shí)現(xiàn)以同時發(fā)送和恢復(fù)多個數(shù)據(jù)流。常規(guī)MIMO系統(tǒng)一般使用特定傳輸方案以同時發(fā)送多個數(shù)據(jù)流。該傳輸方案可以基于各種因素的折衷而被選擇，所述因素諸如系統(tǒng)要求、從接收機(jī)到發(fā)射機(jī)的反饋量、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的容量等。發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和系統(tǒng)然后被設(shè)計(jì)成根據(jù)選定傳輸方案進(jìn)行支持和操作。該傳輸方案一般有可能影響系統(tǒng)性能的較佳和較差的特性。因此本領(lǐng)域內(nèi)需要能獲得改善性能的MMO系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
在此描述了一種MMO系統(tǒng)，能支持多個空間多路復(fù)用模式而改善性能并獲得更大的靈活性?？臻g多路復(fù)用指多個數(shù)據(jù)流同時通過MIMO信道的多個空間信道傳輸。多個空間多路復(fù)用模式可以包括(I)單用戶操縱模式，這將多個數(shù)據(jù)流在正交空間信道上發(fā)送到單個接收機(jī)，(2)單用戶非操縱模式，這將來自多個天線的多個數(shù)據(jù)流發(fā)送到單個接收機(jī)，而沒有發(fā)射機(jī)處的空間處理，(3)多用戶操縱模式，這將多個數(shù)據(jù)流同時發(fā)送到多個接收機(jī)，并具有在發(fā)射機(jī)處的空間處理，(4)多用戶非操縱模式，這將來自多個天線(位于同處或不位于同處)的多個數(shù)據(jù)流發(fā)送到帶有多個天線的接收機(jī)而不經(jīng)發(fā)射機(jī)處的空間處理。為下行鏈路和/或上行鏈路上的數(shù)據(jù)傳輸選擇至少一個用戶終端的集合。從系統(tǒng)支持的多個空間多路復(fù)用模式中為用戶終端集合選擇一空間多路復(fù)用模式。還為用戶終端集合的通過MMO信道的多個空間信道發(fā)送的多個數(shù)據(jù)流選擇多個速率。用戶終端集合用選定速率和選定空間多路復(fù)用模式被調(diào)度在上行鏈路和/或下行鏈路上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。此后，根據(jù)選定速率處理(例如編碼、交織和調(diào)制)多個數(shù)據(jù)流，并根據(jù)選定的用于通過多個空間信道的空間多路復(fù)用模式進(jìn)一步進(jìn)行空間處理。本發(fā)明的各個方面和實(shí)施例在以下詳細(xì)描述。


圖I示出多址MMO系統(tǒng)；圖2示出MMO系統(tǒng)的幀和信道結(jié)構(gòu)；圖3示出MMO系統(tǒng)內(nèi)的接入點(diǎn)和兩個用戶終端；圖4示出接入點(diǎn)處的發(fā)射(TX)數(shù)據(jù)處理；圖5示出接入點(diǎn)處的TX空間處理器和調(diào)制器；
圖6示出多個天線用戶終端處的解調(diào)器和接收機(jī)(RX)空間處理器；圖7示出在多個天線用戶終端處的RX數(shù)據(jù)處理器；圖8示出實(shí)現(xiàn)連續(xù)干擾對消(SIC)技術(shù)的RX空間處理器和RX數(shù)據(jù)處理器；圖9示出接入點(diǎn)和用戶終端處的發(fā)射/接收鏈；圖10示出閉環(huán)速率控制機(jī)制；圖11示出用于調(diào)度用戶終端的控制器和調(diào)度器；圖12示出用于調(diào)度進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠脩艚K端的過程；圖13示出用于在下行鏈路上的發(fā)送過程；以及圖14示出用于接收上行鏈路數(shù)據(jù)的過程。
具體實(shí)施例方式“示例”一詞在此僅用于指“作為示例、實(shí)例或說明”。任何在此作為“示例”描述的實(shí)施例不一定被理解為最優(yōu)或優(yōu)于其他實(shí)施例的。MIMO系統(tǒng)可以使用單個載波或多個載波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。多載波可以由正交頻分復(fù)用(OFDM)、其他多載波調(diào)制技術(shù)或一些其他構(gòu)建提供。OFDM有效地將整個系統(tǒng)帶寬分成多個(Nf)個正交子帶，它們通常被稱為頻調(diào)、區(qū)段、載波和頻率信道。OFDM中，每個子帶與可用數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制的各個載波相關(guān)聯(lián)。以下描述是針對使用OFDM的MMO系統(tǒng)。然而，在此描述的概念也可以應(yīng)用于單載波MIMO系統(tǒng)。MIMO系統(tǒng)支持多個空間多路復(fù)用模式，用于改善性能并獲得更大的靈活性。表格I列出支持的空間多路復(fù)用模式以及其簡短描述。表格I空間多路復(fù)用模式__mg_
單用戶操縱多個數(shù)據(jù)流在正交空_信道丄被發(fā)送到》y·個接收機(jī)
Φ.用P:丨ト操縱多個數(shù)據(jù)流從多個人線被發(fā)送到中.個接收機(jī)》_+在發(fā)射機(jī)處小妗過窄M處觀
多川/'1操縱多個數(shù)鋸流M時m從華個發(fā)射UL發(fā)送到多個接收機(jī)或(2)從多個發(fā)射n I發(fā)送到攀個接收UI， w n ffl 5經(jīng)過發(fā)射I) I處的
—_ 空_處埋_ _
多用戶非操縱多個數(shù)據(jù)流M時(I)從多個發(fā)射機(jī)發(fā)送到平個接收機(jī)或(2)從Ψ個發(fā)射機(jī)發(fā)送到多個接收機(jī)，爾者都未經(jīng)過發(fā)射機(jī)處 I Ji 勺や:Ι'Π]處 IlMMO系統(tǒng)還支持其他和/或不同的空間多路復(fù)用模式，且在本發(fā)明的范圍內(nèi)。每個空間多路復(fù)用模式有不同的容量和要求。操縱的空間多路復(fù)用模式一般可以獲得更佳性能，但只能在如果發(fā)射機(jī)有充分信道狀態(tài)信息以通過分解或其他技術(shù)正交化空間信道時才能被使用，所述技術(shù)如以下描述。非操縱空間多路復(fù)用模式要求非常少的信息以同時發(fā)送多個數(shù)據(jù)流，但性能可能不及操縱空間多路復(fù)用模式。取決于可用信道狀態(tài)信息、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)能力、系統(tǒng)要求等可以選用合適的空間多路復(fù)用模式。這些空間多路復(fù)用模式的每個在以下描述。I.單用戶操縱空間多路復(fù)用模式由Nt個發(fā)射天線和Nk個接收天線形成的頻率選擇MMO信道可以用Nf個頻域信道響應(yīng)矩陣HOO描述，其中k = 1，. . .，Nf，每個維數(shù)為NKXNT。每個子帶的信道響應(yīng)矩陣
可以表示為
',(*) h%1m …h(huán)lNr(k)'
腿)=Al.f) hxf}、的CD
JhteAk)…KsMTik) _其中元素hyGO是子帶k的發(fā)射天線j和接收天線間的耦合(即復(fù)數(shù)増益)，其中 i=l. . . Ne, j = I. · · Nt 且 k = I. · · NF。每個子帶的信道響應(yīng)矩陣H(k)可以經(jīng)“對角線化”以獲得該子帶的Ns個本征值。該對角線化可以通過實(shí)現(xiàn)信道響應(yīng)矩陣H(k)的奇異值分解或H(k)的相關(guān)矩陣的本征值分解而實(shí)現(xiàn)，所述相關(guān)矩陣S(k) =Hh(k)H(k)，其中H表示共軛轉(zhuǎn)置。每個子帶的信道響應(yīng)矩陣HOO的奇異值分解可以被表示為H(k) = U(k) Σ (k)VH(k)(2)其中H(k)是H(k)的左本征向量的(NkXNk)酉陣；Kk)是H(k)的(NkXNt)奇異值對角矩陣；V(k)是H(k)的右本征向量的(NtXNt)酉陣。
酉陣M特征為MhM = I，其中丄是單位矩陣。酉陣的列相互正交。每個子帶的H(k)的相關(guān)矩陣的本征值分解可以表示為R(k) =HH(k)H(k) = V(k)A(k)VH(k) (3)其中ΛΟΟ是R(k)的(NtXNt)本征值對角矩陣。如等式(2)和(3)示出的，Y(k)的列是S(k)本征向量以及H(k)的右本征向量。奇異值分解和本征值分解由Gilbert Strang在題為“Linear Algebra and ItsApplications”第二版(Academic Press, 1980)中描述。單用戶操縱空間多路復(fù)用模式可以用奇異值分解或本征值分解實(shí)現(xiàn)。為了清楚，對以下描述使用奇異值分解。

H(k)的右本征向量還被稱為“操縱”向量且可以由發(fā)射機(jī)用于空間處理以在H(k)的Ns個本征模式上發(fā)送數(shù)據(jù)。H(k)的左本征向量可以由接收機(jī)用于空間處理以恢復(fù)在Ns個本征模式上發(fā)送的數(shù)據(jù)。本征模式可以被視作通過分解獲得的正交空間信道。對角矩陣Kk)包含沿著對角線的非負(fù)實(shí)值，其余處為零。這些對角元素被稱為H(k)的奇異值并表
示_的Ns個本征模式。H(k)的奇異值彳び#)び“々)…び、メわ丨還被稱為R(k)的本征
值方根/為(A·)為(*)…ん#)}，其中<τ,(Α) = Λ/ ^奇異值分解可以獨(dú)立地為Nf個子帶的
每個對信道響應(yīng)矩陣H(k)獨(dú)立實(shí)現(xiàn)以確定該子帶的Ns個本征模式。 對于每個子帶，矩陣Kk)奇異值可以按從最大到最小排列，且矩陣Y(k)和ΠΟΟ內(nèi)的本征向量也可以相應(yīng)地被排序?！皩拵　北菊髂Ｊ娇梢员欢x為在排序后所有Nf個子帶的相同順序本征模式集合(即寬帶本征模式m包括所有子帶的本征模式m)。一般所有或少于Nf個子帶可以被用于傳輸，未使用的子帶用為零的信號值填充。為了簡潔，以下描述假設(shè)所有Nf被用于傳輸。單用戶操縱空間多路復(fù)用模式(或簡單地“單用戶操縱模式”)在MMO信道的Ns個本征模式上發(fā)送Ns個數(shù)據(jù)碼元流。這需要發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的空間處理。單用戶操縱模式的每個子帶的發(fā)射機(jī)處空間處理可以表示為xsu-s(k) =V(k)s(k)(4)其中Wk)是具有要在子帶k的Ns個本征模式上發(fā)送的Ns個數(shù)據(jù)碼元的Ns個非零項(xiàng)的(NtXI)向量；以及xsu_s(k)是具有要從子帶k的Nt個發(fā)射天線發(fā)送的Nt個發(fā)射碼元的ル項(xiàng)的(NtXI)向量。s(k)的Ns個項(xiàng)可以表示Ns個數(shù)據(jù)碼元流,且s(k)的剩余項(xiàng)如果有則用零填充。接收機(jī)對于每個子帶獲得的接收到碼元可以被表示為rsu_s (k) = H (k) xsu-s (k) +n (k) = H(k)V (k) s (k) +n (k)(5)其中Xsu_s(k)是具有通過子帶k的Nk個接收天線獲得的Nk個接收到碼元的Nk項(xiàng)的(NeXI)向量；以及n(k)是子帶k的噪聲向量。接收機(jī)處用于恢復(fù)每個子帶的數(shù)據(jù)向量Wk)的空間處理可以表示 =r1 Imfl+mi> ,
(6)
權(quán)利要求
1.一種在無線多輸入多輸出通信系統(tǒng)中發(fā)送數(shù)據(jù)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 對第一組多個數(shù)據(jù)流進(jìn)行編碼和調(diào)制，以獲得第一組多個數(shù)據(jù)碼元流； 用第一組多個操縱向量對第一組多個數(shù)據(jù)碼元流進(jìn)行空間處理，以獲得第一組多個發(fā)射碼元流，以便在第一發(fā)送間隔從多個天線發(fā)送至第一用戶終端； 對第二組多個數(shù)據(jù)流進(jìn)行編碼和調(diào)制，以獲得第二組多個數(shù)據(jù)碼元流； 提供第二組多個數(shù)據(jù)碼元流作為第二組多個發(fā)射碼元流，以便在第二發(fā)送間隔從所述多個天線發(fā)送至第二用戶終端。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，還包括 導(dǎo)出第一組多個操縱向量，致使在第一多輸入多輸出信道的多個正交空間信道上為第一用戶終端發(fā)送第一組多個數(shù)據(jù)流。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，還包括 對第三組多個數(shù)據(jù)流進(jìn)行編碼和調(diào)制，以獲得第三組多個數(shù)據(jù)碼元流；以及 用第二組多個操縱向量對第三組多個數(shù)據(jù)碼元流進(jìn)行空間處理，以獲得第三組多個發(fā)射碼元流，以便在第三發(fā)送間隔從多個天線發(fā)送至多個用戶終端。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，還包括 導(dǎo)出第二組多個操縱向量，致使在所述多個用戶端接收第三組多個數(shù)據(jù)流，并使串話得到抑制。
5.一種在無線多輸入多輸出通信系統(tǒng)中的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括 發(fā)射數(shù)據(jù)處理器，用于對第一組多個數(shù)據(jù)流進(jìn)行編碼和調(diào)制，以獲得第一組多個數(shù)據(jù)碼元流，并且對第二組多個數(shù)據(jù)流進(jìn)行編碼和調(diào)制，以獲得第二組多個數(shù)據(jù)碼元流； 發(fā)射空間處理器，其用第一組多個操縱向量對第一組多個數(shù)據(jù)碼元流進(jìn)行空間處理，以獲得第一組多個發(fā)射碼元流，以便在第一發(fā)送間隔從多個天線發(fā)送至第一用戶終端，并且提供第二組多個數(shù)據(jù)碼元流作為第二組多個發(fā)射碼元流，以便在第二發(fā)送間隔從所述多個天線發(fā)送至第二用戶終端。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，所述發(fā)射空間處理器還用于導(dǎo)出第一組多個操縱向量，致使在第一多輸入多輸出信道的多個正交空間信道上為第一用戶終端發(fā)送第一組多個數(shù)據(jù)流。
全文摘要
本發(fā)明涉及多個空間多路復(fù)用模式的MIMO系統(tǒng)。特別是，提供了一種在無線多址多輸入多輸出通信系統(tǒng)中的設(shè)備及使用的方法。在本發(fā)明中，選擇第一用戶終端在第一傳輸間隔進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；選擇第一空間多路復(fù)用模式，以用于第一用戶終端；選擇第二用戶終端在第二傳輸間隔進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；選擇第二空間多路復(fù)用模式，以用于第二用戶終端，其中所述第一和第二空間多路復(fù)用模式中的至少一個是操縱空間多路復(fù)用模式；用第一空間多路復(fù)用模式，對在第一傳輸間隔進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡谝挥脩艚K端進(jìn)行調(diào)度；并且用第二空間多路復(fù)用模式，對在第二傳輸間隔進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡诙脩艚K端進(jìn)行調(diào)度。
文檔編號H04L25/03GK102833049SQ20121026903
公開日2012年12月19日 申請日期2003年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月25日
發(fā)明者J·R·沃爾頓, J·W·凱淳, M·華萊士, S·J·海華德 申請人:高通股份有限公司