专利名称：用于在通信系统中减轻多天线相关效应的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及无线通信，并且更具体地涉及用于在多天线无 线通信系统中减轻相关效应的技术。
背景技术：
MIMO系统使用多个(nt)发射天线和多个(nk)接收天线来传输 数据。可以把由nt个发射天线和nk个接收天线形成的MIMO信道 分解成Ns个独立的信道，该Ns个独立信道还称为空间信道。该Ns 个独立信道中的每一个对应于一个维数。如果使用了由该多个发射 和接收天线创建的额外的维数，那么MIMO系统可以提供改善的性 能(例如，更高的吞吐量和/或更大的可靠性)。
多载波MIMO系统使用多个载波进行数据传输。可以通过正交 频分复用(OFDM)或其它构造来提供这些多个载波。OFDM高效地将 总系统带宽划分成多个(nf)正交子带，该正交子带又称为音调、频率 仓(bin)、以及频率子信道。通过OFDM，把每个子带关联到各自的 载波，在该载波上对数据进行调制。对于使用OFDM的MMO系统 (艮卩MIMO-OFDM系统)，可以将Nf个子帯中的毎一个的MIMO信 道分解成Ns个独立信道，从而导致独立信道的总数为NSNF。
在无线通信系统中，最初对要发射的数据进行处理(例如，编码 和调制)，以形成符号流。然后把该符号流上变换到射频(RF)，以生 成更适合经由无线信道发射的RF调制信号。对于MIMO系统，可 以并行地生成和从NT个发射天线发射多达Nt个RF调制信号。NT 个发射信号可能经由多条传播路径到达NR个接收天线，并且由于不 同的衰落和多径效应可能经历不同的有效信道。此外，对于 MIMO-OFDM系统，每个发射信号的nf个子带也可以经历不同的
有效信道。因此，NT个发射信号可以关联到在Np个子带上可变的 不同的复信道增益和接收信噪比(SNR)。
通信系统广泛的用于提供各种通信服务，例如语音、分组数据， 等等。这些系统可以是时分多址、频分多址和/或码分多址系统，它 们能够通过共享可用的系统资源来同时支持多个用户的通信。这些 多址系统的实例包括码分多址(CDMA)系统、多载波 CDMA(MC-CDMA)、宽带CDMA(W-CDMA)、高速下行链路分组接 入(HSDPA)、时分多址(TDMA)系统、频分多址(FDMA)系统、以及 正交频分多址(OFDMA)系统。
因此在本领域内需要减轻在多天线无线通信系中的相关效应
发明内容
概要
本公开的实施例提供了用于通过多天线发射机来发射多个调制 符号流的方法和系统。 一方面，用于通过多天线发射机来发射多个 调制符号流的方法包括的动作有把第一数量个符号流变换成第二 数量个符号流，该第一数量小于或等于该第二数量；并且通过具有 该第二数量个天线的发射机来发射该第二数量个符号流。
通过以下所述的详细描述，并结合以附图，本发明的特征和本 质会变得更加明显，其中在附图中相同的参考标号始终一致地对应， 其中
图1A和1B示出了通过多天线发射机来发射调制符号流的两个 实施例；
图2示出了对通过图1A或IB的多天线发射机所发射的调制符 号流进行变换的一个实施例；
图3A和3B示出了用于实现向量旋转的实施例； 图4示出了发射机系统和接收机系统的方框图；以及 图5示出了图4的发射机中的发射机单元的方框图。
具体实施例方式
此处用词语"示例性的"来表示"用来作为示例、例子或例证"。 此处所述的任何实施例或设计都是"示例性的"，无须解释为优选于 或优于其它实施例或设计。
在一个实施例中，在MIMO系统中，通过多天线发射机来发射 并通过多天线接收机来接收多个符号流。MIMO系统的模型可以表 示为
X(s)=ii(s)2(S)+n(s)， sES 方程(l) 其中S(s)是(NtX1)"发射"向量，其具有Nt項，对应于从NT个发 射天线所发射的Nt个符号或数据流l
J1(s)是(NtX1〉"接收"向量，其具有Nk項，对应于从NK个接 收天线所接收的Nk个符号或数据流l
廷(s)是(N" X (N"信道响应矩阵；
Jl(s)是加性高斯白噪声(AWGN)向量；以及
s可能对应于时分复用(s表示时间样本)、频分复用(s表示频率 样本)、时频分复用(s表示时频空间中的样本)或码分复用(s表示码值) 算法。
假设向量n(s)具有零均值以及协方差矩阵An=a2l ，其中L是单
位矩阵，其沿对角线方向的值都是l，其它任何地方都是零，并且CT2
是噪声的方差。
信道响应矩阵廷(s)并非对于所有的样本s都具有满秩。假设g(s) 的秩是"r"，其可以由发射机和/或接收机来确定，则可以通过r个 天线来发射r个调制符号流。在这个情况下，令H(s)-[h"s)h2(s)… hNt(s)]表示对于给定样本s的信道响应矩阵，hj表示对应于发射天 线i和所有接收天线的(NTXl)信道响应向量，在给定的样本s，例 如时间、频率、时频、或代码，接收信号定义为-
r(s) - ;￡ht(s)Xi(s) + n(s).
w 方程(2)
取决于hi(s)的方向，符号SNR可以显著地变化。例如，如果所 选的用于在给定样本s上进行发射的r个天线具有两个或多个高度相
关的hi，那么对应的SNR将会过于低。在另一个极端，如果hi接近 正交，该SNR将会变高。因此，取决于信道特性， 一些分组和/或符 号可能享有高的SNR，而其它的可能遭受低的SNR。此外，如果一 个分组跨越多个符号，则不同的符号可能遇到相同的SNR。
在一个实施例中，不是选择r个天线来发射r个调制符号，而是 通过NT个天线来发射r个调制信号，因为由于发射天线的相关效应， 选择r个天线来发射r个调制符号会导致很差的SNR。在这种情况 下，通过例如维数为NTXr的正交向量旋转矩阵0(s)来随机旋转r Xl向量x(s)。艮卩，新的维数为(NTX1〉的向量将会是
x(s) = 0(s)x(s). 方程(3)
0(s)的作用是随机化用于接收每个符号Xi(s)的方向。因此，以向 量的形式，所接收符号将会是-
r(s) - H(s) (s)x(s) + ns) - fi(s)x(s) + n(s) - i i^(s);c(s) + n(s).;'。
w 方程(4)
在这种情况下，不考虑天线间的相关性，按照随机方向接收调 制符号。此外，对于相同的样本s，不同的调制符号遇到不同的有效 信道响应(fi，(s))。这种方向随机化防止了多个发射天线之间的强相 关。
图1示出了通过NT个天线来发射r个调制符号流的两个实施例。 在图1A中，例如，通过发射机来选择第一数量(例如r)个比特流， 用于通过NT个天线来发射。如上所讨论，可以基于信道响应矩阵 廷(k)的秩(r)来进行这种选择。在一个实施例中，可以通过编码器102 和映射器104来对该选择的调制符号流进行处理，并且经由向量旋 转器106将r个调制符号流变换成Nt个符号流，用于通过Nt个天 线108来发射。可替换地，如图1B所示，发射机可以通过编码器 110和映射器112来处理一个或多个数据比特流，并且经由串并转换 器U4将调制符号流变换成r个调制符号流。在一个实施例中，可 以经由向量旋转器116将该r个调制符号流变换成NT个符号流，用 于通过NT个天线118来发射。
在一个实施例中，通过向量旋转矩阵0，将该r个调制符号流 变换成Nt个符号流，其中可能包括离散傅立叶变换(DFT)操作并紧 接着移相操作。图2示出了用于对r个调制符号流(X,， X2，…，Xr} 进行变换以通过具有nt个天线的发射机108、 118来发射的实施例。 如202所示，在一个实施例中，可以用足够数量(例如nt-r)个已知导 频符号(例如"0"项)来扩充r个调制符号流，以便把Nt个輸入提供 给离散傅立叶变换(DFT)单元204。在一个实施例中，通过如图3A 所示的NtXNt酉方降，来实现/表示离散傅立叶变换204，该酉方矩 阵重复如下
<formula>formula see original document page 13</formula>方程(5)
在一个实施例中，通过相位旋转器206来对DFT单元204的 nt个输出进行移相。在一个实施例中，通过如图3B所示的ntxnt 对角酉方阵来实现/表示相位旋转，该对角酉方阵重复如下
<formula>formula see original document page 13</formula>
方程(6)
其中^e[-Tl，兀]可以是均匀分布的随机变量。可以从"种子" 生成该随机变量3，该"种子"可以实时地或在预定时间被传送到 接收机端，用于生成同样的随机变量，以重构向量旋转矩阵0(s)。
在一个实施例中，向量旋转器矩阵0(s)的实现如下
0(s) = AD 方程(7) 其中D是如以上方程(5)所定义的Nt点DFT酉矩阵，以及A是 如方程(6)所定义的Nt点対角酉方降。选择这种0(s)可以便于其在 接收机端实现，例如，当发射天线的数量(NT)是2的幂，或者至少 可以把NT分解成两个素数的时候，可以用高效FFT技术來实现0(s)。 本公开的实施例可以应用于以下任何技术或其组合码分多址 (CDMA)系统、多载波CDMA(MC-CDMA)、宽带CDMA(W-CDMA)、 高速下行链路分组接入(HSDPA)、时分多址(TDMA)系统，频分多址 (FDMA)系统、以及正交频分多址(OFDMA)系统。
图4示出了例如在OFDMA环境中，MIMO系统400中的发射 机系统410和接收机系统450的实施例的方框图。在发射机系统410， 通过数据源412来提供一个或多个流的数据，通过发射(TX)数据处 理器414来对该数据进行编码，通过调制器420来对该数据进行调 制以提供调制信号。可以通过控制器430所提供的控制来对每个流 的数据速率、编码和调制进行确定。随后对所有流的调制符号和导
频符号进行复用并进一步处理，以提供Nt个符号流，进一步通过 NT个发射机(TMTR)422a到422T来对该NT个符号流进行处理，以 提供Nt个RF调制信号，然后从Nt个天浅424a到424T来发射该 NT个RF调制信号。
在接收机系统450，通过NK个天线452a到452R来接收Nt个 发射信号。每个接收机(RCVR)454对从关联天线452接收到的信号 进行处理，以提供对应的接收符号流。接收(RX)空间/数据处理器460 随后对该从Nr个接收机454所接收的NR个符号流进行处理，以提 供NT个检测的符号流，并且进一步对每个检测的符号流进行处理， 以获得该流的解码数据。
RX空间/数据处理器460(例如基于导频符号)还对每个用于数据
发射的子带，导出NT个发射和NK个接收天线之间的信道响应的估
计。该信道响应估计可以用来在接收机中进行均衡。RX空间/数据 处理器460进一步可以估计检测到的符号流的SNR。控制器470可 以提供关于MIMO信道和/或接收符号流的信道状态信息(CSI)(例如 接收到的该符号流的SNR或速率)。然后通过TX数据处理器478处 理、通过调制器480调制、通过发射机454a到454R来调节(condition) 该CSI，并将该CSI发送回发射机系统410。
在发射机系统410，通过天线424来接收、通过接收机422来调 节、通过解调器440来解调、并通过RX数据处理器442来处理来 自接收机系统450的调制信号，以恢复由接收机系统发送的CSI。 然后将该CSI提供给控制器430，并且该CSI可以用于(l)确定要发 射的符号流的数量，(2)确定每个符号流所使用的速率、编码以及调 制方案，(3)生成对于TX数据处理器414和调制器420的各种控制， 以及(4)并且如上所述，对符号流进行DFT和相位旋转。
控制器430和470分别控制发射机和接收机系统的操作。存储 器单元432和472分别对控制器430和470所使用的程序代码和数 据提供存储。
图5示出了对应于图1A的发射机单元500的方框图，该发射机 单元500是图4的发射机系统410的发射机部分的实施例。在这个
实施例中，TX数据处理器414a包括解复用器510、 No个编码器512 到512D、 No个信道交织器514a到514D(即，每个流对应一个编码 器和信道交织器组)。解复用器510将数据解复用成Nd个数据流， 其中Nd可以是从1到Nt的整数，例如秩"r"。通过各自的编码器 512和信道交织器514组对每个数据流进行编码和交织。然后把ND 个编码数据流提供给调制器420a。
在这个实施例中，调制器420a包括Nd个符号映射元件522a到 522D、向量旋转器524，以及NT个(OFDM)调制器。每个OFDM调 制器包括快速傅立叶反变换(IFFT)单元526和循环前缀生成器528。 通过各自的符号映射元件522对ND个编码数据流中的每一个进行符 号映射，以提供各自的调制符号流，该调制符号流被称为发射符号 流。然后向量旋转器524进行DFT和移相，并把Nt个符号流提供 给NT个OFDM调制器。
在每个OFDM调制器中，对于每个符号周期，通过IFFT单元 526来对Np个子载波的Np个符号进行变换，以获得对应的包括NF 个抽样的时域"变换的"符号。为了抵抗频率选择性衰落，循环前 缀生成器528将每个变换符号的一部分进行重复，以获得对应的 OFDM符号。对每个发射天线形成OFDM符号流，并且进一步通过 关联的发射机422处理该OFDM符号流，以获得RF调制信号。并 行生成和从NT个发射天线发射Nt个RF调制信号。
可以用各种装置来实现此处所述的信号发射技术。例如，可以 用硬件、软件或其组合来实现这些技术。对于硬件实现，该用于处 理(例如压縮和编码)信号的处理单元可以用一个或多个专用集成电 路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编 程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、 微控制器、微处理器、其它被设计来执行此处所述功能的电子单元、 或它们的组合来实现。还可以用一个或多个ASIC、 DSP等等来实现 用于解码和解压縮该信号的处理器单元。
对于软件实现，可以把用于执行此处所述功能的模块(例如程序 和函数等等)用来实现信号传输技术。可以把软件代码存储到存储器 单元(例如图4中的存储器单元432和472)中，并且通过处理器(例如 控制器430或470)来执行该软件代码。可以在处理器内部或外部实 现该存储器单元。
提供了前述关于本公开的实施例的描述，使得本领域的技术人 员能够制造和使用本发明。对本领域技术人员而言，对于这些实施 例的各种修改是显而易见的，并且在不脱离本发明的精神和范围的 前提下，此处所定义的总原则可应用于其它实施例。因此，本发明 不限于此处所示的实施例，而是应该给予本发明与此处所公开的原 理和新颖特征相一致的最广的范围。
权利要求
1、一种用于在无线通信网络中，通过多天线发射机来发射多个调制符号流的方法，所述方法包括将第一数量个调制符号流变换成第二数量个符号流，所述第一数量小于所述第二数量；以及通过包含第二数量个天线的发射机，来发射所述第二数量个符号流。
2、 如权利要求l所述的方法，其中，所述变换包括通过向量旋 转操作来对所述第一数量个调制符号流进行操作。
3、 如权利要求2所述的方法，其中，所述向量旋转操作进一步 包括离散傅立叶变换。
4、 如权利要求3所述的方法，其中，所述操作进一步包括对增 加了第三数量个已知导频符号的所述第一数量个调制符号流进行离 散傅立叶变换操作，所述离散傅立叶变换用维数等于所述第二数量 的酉方阵来表示。
5、 如权利要求4所述的方法，其中，所述酉方阵的定义为<formula>formula see original document page 2</formula>
6、 如权利要求2所述的方法，其中，所述向量旋转操作进一步 包括对所述离散傅立叶变换的第二数量个输出进行移相。
7、 如权利要求6所述的方法，其中，所述移相进一步包括通过 酉对角方阵，来对所述离散傅立叶变换的第二数量个输出进行操作。
8、如权利要求7所述的方法，其中，所述酉对角方阵的定义为:<formula>formula see original document page 3</formula>
9、 如权利要求1所述的方法，其中，所述无线通信网络包括 OFDMA空中接口。
10、 一种用于在无线通信网络中，通过多天线发射机来发射多 个调制符号流的装置，所述装置包括用于将第一数量个调制符号流变换成第二数量个符号流的变换装置，所述第一数量小于所述第二数量；以及用于通过包含第二数量个天线的发射机来发射所述第二数量个 符号流的发射装置。
11、如权利要求IO所述的装置，其中，所述变换装置进一步包 括用于对所述第一数量个调制符号流进行向量旋转的向量旋转装
12、 如权利要求ll所述的装置，其中，所述向量旋转装置进一 步包括用于执行离散傅立叶变换的离散傅立叶变换执行装置。
13、 如权利要求12所述的装置，其中，所述离散傅立叶变换执 行装置进一步包括用于对增加了第三数量个己知导频符号的第一数 量个调制符号流进行离散傅立叶变换操作的装置，所述离散傅立叶 变换用维数等于所述第二数量的酉方阵来表示。
14、 如权利要求13所述的装置，其中，所述酉方阵的定义为
15、 如权利要求ll所述的装置，其中，所述向量旋转装置进一 步包括用于对所述离散傅立叶变换的第二数量个输出进行移相的移 相装置。
16、 如权利要求15所述的装置，其中，所述移相装置进一步包 括用于通过酉对角方阵来对所述离散傅立叶变换的所述第二数量个 输出进行操作的装置。
17、 如权利要求16所述的装置，其中，所述酉对角方阵的定义为<formula>formula see original document page 4</formula><formula>formula see original document page 5</formula>
18、 如权利要求IO所述的装置，其中，所述无线通信网络包括 OFDMA空中接口。
19、 一种计算机可读介质，其具体化用于实现发射方法的装置， 所述发射方法用于在无线通信网络中通过多天线发射机来发射多个 调制符号流，所述方法包括将第一数量个调制符号流变换成第二数量个符号流，所述第一 数量小于所述第二数量；以及通过包含第二数量个天线的发射机来发射所述第二数量个符号流。
20、 如操作权利要求19所述的介质，其中，所述变换包括通过 向量旋转操作来对所述第一数量个调制符号流进行操作。
21、 如权利要求20所述的介质，其中，所述向量旋转操作进一 步包括离散傅立叶变换。
22、 如权利要求21所述的介质，其中，所述操作进一步包括对 增加了第三数量个己知导频符号的第一数量个调制符号流进行离散 傅立叶变换操作，所述离散傅立叶变换用维数等于所述第二数量的 酉方阵来表示。
23、如权利要求22所述的介质，其中，所述酉方阵的定义为:<formula>formula see original document page 6</formula>
24、 如权利要求20所述的介质，其中，所述向量旋转操作进一 步包括对所述离散傅立叶变换的所述第二数量个输出进行移相。
25、 如权利要求24所述的介质，其中，所述移相进一步包括通 过酉对角方阵来对所述离散傅立叶变换的所述第二数量个输出进行 操作。
26、 如权利要求25所述的介质，其中所述酉对角方阵的定义为:<formula>formula see original document page 6</formula>
27、如权利要求19所述的介质，其中，所述无线通信网络包括 OFDMA空中接口。
28、 一种用于在无线通信网络中，通过多个天线来发射多个调 制符号流的发射机单元，包括-变换单元，用于对第一数量个调制符号流进行操作，并生成第二数量个符号流，所述第一数量小于所述第二数量；以及相位旋转单元，用于对所述第二数量个符号流进行操作，以通 过所述第二数量个天线来发射。
29、 如权利要求28所述的发射机单元，其中，所述变换单元进 一步包括离散傅立叶变换单元。
30、 被编程用于实现发射方法的至少一个处理器，所述发射方 法用于在无线通信网络中通过多天线发射机来发射多个调制符号 流，所述方法包括将第一数量个调制符号流变换成第二数量个符号流，所述第一 数量小于所述第二数量；以及通过包含第二数量个天线的发射机来发射所述第二数量个符号流。
31、 如权利要求30所述的方法，其中，所述变换包括通过向量 旋转操作来对所述第一数量个调制符号流进行操作。
32、 如权利要求31所述的方法，其中，所述向量旋转操作进一 步包括离散傅立叶变换。
33、 如权利要求32所述的方法，其中，所述操作进一步包括对 增加了第三数量个已知导频符号的第一数量个调制符号流进行离散 傅立叶变换操作，所述离散傅立叶变换用维数等于所述第二数量的 酉方阵来表示。
34、如权利要求33所述的方法，其中，所述酉方阵的定义为:N7 x N了
35、 如权利要求31所述的方法，其中，所述向量旋转操作进一 步包括对所述离散傅立叶变换的第二数量个输出进行移相。
36、 如权利要求35所述的方法，其中，所述移相进一步包括通 过酉对角方阵来对所述离散傅立叶变换的所述第二数量个输出进行 操作。
37、 如权利要求36所述的方法，其中所述酉对角方阵的定义为:<formula>formula see original document page 8</formula>
全文摘要
本公开的实施例提供了用于通过多天线发射机来发射多个调制符号流的方法和系统。一方面，用于通过多天线发射机来发射多个调制符号流的方法包括的动作有把第一数量个符号流变换成第二数量个符号流，该第一数量小于该第二数量；并且通过具有第二数量个天线的发射机来发射该第二数量个符号流。
文档编号H04J99/00GK101103552SQ200580046967
公开日2008年1月9日 申请日期2005年12月21日 优先权日2004年12月22日
发明者A·戈罗霍夫, T·卡多斯 申请人:高通股份有限公司