专利名称：无线mimo通信系统中使用的利用空间扩展矩阵的天线选择和训练的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及无线通信系统，并且更具体地涉及用于在多输入多输 出无线通信系统中同时传输信息或数据的多个流的系统和方法。
背景技术：
在过去的数年中己经使得数目不断增长的相对便宜的低功率无线数据 通信服务、网络和设备变得可用，这允许接近有线速度传输以及可靠性。 各种无线技术在802.11正EE标准中进行了详细描述，802.11 IEEE标准例 如包括IEEE标准802.11a (1999)及其更新和修改、IEEE标准802.11g
(2003)，以及目前正在采用过程中的IEEE标准802.11n，所有这些标准 通过引用全体结合于此。这些标准在允许54 Mbps或更高效的吞吐量的情 况下已经或正在被商业化，这使得它们成为传统有线以太网以及更普遍的
"802.11b"或"WiFi" llMbps移动无线传输标准的强有力对手。
一般而言，遵循正EE 802.11a和802.11g或"802.11a/g"以及802.11n 标准的传输系统利用映射到64正交幅度调制(QAM)多载波星座的正交 频分调制(OFDM)编码符号来实现它们的高数据传输速率。 一般意义 上，OFDM的使用将整个系统带宽划分为多个子频带或信道，其中，每个 子频带与其上调制了数据的各个子载波相关联。因此，可以将OFDM系统 的每个子频带视为发送数据的独立传输信道，由此增加了通信系统的整体
10吞吐量或传输速率。
在遵循前述802.11a/802.11g/802.11n标准以及诸如802.16a IEEE标准
之类的其它标准的无线通信系统中使用的发送机，通常对信号执行多载波 OFDM符号编码(其可以包括纠错编码和交织)，利用逆快速傅里叶变换 (IFFT)技术将经编码的符号转换到时域，并且执行数模转换以及传统的 射频(RP)上变频(upconversion)。这些发送机随后将适当功率放大之 后的经调制和上变频的信号发送到一个或多个接收机，这产生了具有大峰 均值比(PAR)的相对高速的时域信号。
同样，在遵循前述802.1 la/802.11g/802.1 In以及802.16a IEEE标准的 无线通信系统中使用的接收机通常包括对接收到的信号执行RF下变频 和滤波(可以在一个或多个阶段中执行)的RF接收单元，以及对承载了 感兴趣数据的OFDM经编码符号进行处理的基带处理器单元。在对接收到 的时域信号进行基带下变频、传统的模数转换以及快速傅里叶变换后，恢 复了出现在频域中的每个OFDM符号的数字形式。此后，基带处理器执行 解调和频域均衡(FEQ)以恢复发送来的符号，并且随后利用诸如Viterbi 解码器之类的适当FEC解码器对这些符号进行处理，以估计出或确定发送 来的符号的最可能身份。随后对经恢复和识别的符号流解码，这可以包括 利用多种己知纠错技术中的任一种进行去交织和纠错，以产生与发送机发 送的原始信号相对应的一组经恢复信号。
在无线通信系统中，由发送机生成的RF调制信号可能经由多个不同 传播路径到达特定接收机，路径的特性通常因多径和衰落现象而随着时间 改变。此外，传播信道的特性根据传播频率而不同或变化。为了补偿传播 效应的时间变化、频率选择性质，并且一般为了增强无线通信系统中的有 效编码和调制，无线通信系统中的每个接收机可以定期开发(develop)或 收集诸如与上述各个ODFM子频带相关联的信道之类的每个频率信道的信 道状态信息(CSI)。 一般而言，CSI是描述每个OFDM信道的一个或多 个特性(例如，每个信道的增益、相位和SNR)的信息。当确定了一个或 多个信道的CSI之后，接收机可以将该CSI发送回发送机，发送机可以使 用每个信道的CSI来预处理利用该信道发送的信号，以便补偿各个信道的变化传播效应。
为了进一步增加可以在通信系统中传播的信号数目和/或为了补偿与各 个传播路径相关联的有害效应，并且从而提高传输性能，在无线传输系统 中利用多个发送和接收天线是公知的。这种系统通常称为多输入多输出
(MIMO)无线传输系统，并且特别被提供用于目前正采用的802.11n IEEE标准中。众所周知，MIMO技术的使用使得频谱效率、吞吐量和线 路(link)可靠性显著增加，并且这些益处通常随着MIMO系统中的发送 和接收天线的数目的增加而增加。
特别地，除了利用OFDM创建的频率信道之外，通过特定发送机和特 定接收机之间的各种发送和接收天线所形成的MIMO信道包括多个独立空 间信道。众所周知，无线MIMO通信系统可以通过利用由发送额外数据的 这些空间信道所创建的额外维度(dimensionality)来提供改善的性能(例 如，增加传输容量)。当然，宽带MIMO系统的空间信道可能在整个系统 带宽中经历不同的信道条件(例如，不同的衰落和多径效应)，并且因此 可能在整个系统带宽的不同频率处(即，在不同的OFDM子频带处)获得 不同的SNR。因此，针对特定性能水平可能利用每个空间信道的不同子频 带所发送的每个调制符号的信息比特数(即，数据速率)可能逐子频带而 不同。
通常，沿着接收机处的一个或多个接收链路(chain)以及发送机处的 一个或多个发送链路来传输数据。链路到链路传输中的数据流是经由信道 矩阵(channel matrix)来传输的，信道矩阵被描述为发送和接收天线之间 的完整MIMO信道。在接收链路数少于接收天线数和/或发送链路数少于 发送天线数的情况中，用于发送数据流的实际信道矩阵是全维度(foll-dimensional)信道矩阵中的子矩阵。由于对应于不同天线的信道系数不 同，因此，选择发送和/或接收传输的适当天线是重要的。存在许多已知的 天线选择和训练(training)技术，这些技术通常是基于对信道子矩阵的估 计进行的。
当将经编码的空间数据流映射到发送链路时，全维度信道空间扩展矩 阵被应用，并且天线选择是基于全维度信道空间扩展矩阵的。全维度信道空间扩展矩阵的值通常被标准化或者以其他方式为发送机和接收机两者所 知。然而，存在这样的实例其中，经编码空间数据流的实际数据传输包 括比发送链路数目少的多个空间数据流。由于希望从所有可用发送链路来 发送所有信号以便使信道增益最大化，因此，通过在发送数据之前天线选 择之后应用空间扩展矩阵而不是应用全维度空间扩展矩阵，来执行空间数 据流到发送链路的空间映射。即，将空间数据流映射到发送链路的空间扩 展矩阵不同于全维度空间扩展矩阵，并且一般比全维度空间扩展矩阵小。
因此，训练期间的天线选择是基于全维度空间扩展矩阵的，而发送空 间数据流的实际操作是基于空间扩展矩阵的。空间扩展矩阵仅为发送机所 知，而不为以全维度空间扩展矩阵为基础进行天线选择的接收机所知。当 经编码空间数据流包括比发送链路数目少的多个空间数据流时，发送机和 接收机都不考虑空间扩展矩阵。结果，在发送机处不考虑空间扩展矩阵的 情况下，天线选择计算就不精确。因此，希望在选择用于发送和/或接收数 据传输的天线时考虑空间扩展矩阵。
发明内容
在一个实施例中，公开了一种通信系统内的天线选择方法，该通信系 统具有拥有发送天线的第一收发机设备和拥有接收天线的第二收发机设 备。该方法包括对发送数据编码以产生一个或多个经编码空间数据流以 供经由多个发送链路发送。经编码空间数据流的数目与要用来发送经编码 空间数据流的发送链路的数目不同，并且发送链路的数目少于发送天线的 数目。方法还包括利用空间扩展矩阵将一个或多个经编码空间数据流分发 到多个发送链路。空间扩展矩阵具有与行维度和列维度相关联的分量，其 中的行维度具有与用来发送经编码空间数据流的发送链路数目相等数目的 行，并且列维度具有与将被发送的经编码空间数据流的数目相等数目的 列。方法还包括选择发送天线中的一个或多个用来经由第一收发机和第二 收发机之间的信道估计矩阵将数据发送到接收天线。信道估计矩阵具有与 行维度和列维度相关联的分量，其中的行维度具有与接收链路的数目相等 数目的行并且列维度具有与将被发送的经编码空间数据流的数目相等数目的列。选择发送天线包括在信道估计矩阵中考虑空间扩展矩阵。
在另一实施例中，公开了在通信系统内的天线选择方法，该通信系统 具有拥有发送天线的第一收发机设备和拥有接收天线的第二收发机设备。 该方法包括定义将用来将多个经编码空间数据流分发到多个发送链路以用 于发送经编码空间数据流的空间扩展矩阵定义为全维度信道空间扩展矩阵 中的第一列集合。全维度信道空间扩展矩阵具有与行维度和列维度相关联 的分量，其中的行维度具有与发送链路的数目相等数目的行，并且列维度 具有与发送链路的数目相等数目的列，其中，全维度信道空间扩展矩阵中 的第一列集合中的列数等于要发送的经编码空间数据流的数目。该方法还 包括选择接收天线用来接收通过第一收发机设备和第二收发机设备之间的 信道估计矩阵发送的并且将经由多个接收链路接收的经编码空间数据流。 经编码空间数据流的数目不同于用来发送经编码空间数据流的发送链路的 数目，接收链路的数目少于接收天线的数目，并且选择接收天线包括考虑 所定义的空间扩展矩阵。
在另一实施例中，公开了用于具有多个天线的收发机设备的天线选择 训练方法。天线被选择用于经由发送天线与接收天线之间的具有多个发送 和接收链路的信道估计矩阵对经编码空间数据流进行数据发送。该方法包 括在与发送天线和接收天线之间的信道的全维度描述相对应的全维度信道 矩阵内搜索潜在的信道子矩阵。全维度信道矩阵具有行维度和列维度相关 联的分量，其中的行维度具有与接收天线的数目相等数目的行，并且列维 度具有与发送天线的数目相等数目的列。每个信道子矩阵具有与行维度和 列维度相关联的分量，其中的行维度具有与要用来接收数据的接收链路的 数目相等数目的行，并且列维度具有与要用来发送数据的发送链路的数目 相等数目的列。经编码空间数据流的数目比发送链路数目和接收链路数目 中较小的一个少，并且接收链路数目少于接收天线数目并且/或者发送链路 数目少于发送天线数目。该方法还包括向每个潜在信道子矩阵右乘空间扩 展矩阵，以形成相对应的信道子矩阵，相对应的信道子矩阵具有与行维度 和列维度相关联的分量，其中的行维度具有与接收链路的数目相等数目的 行，列维度具有与要发送的经编码空间数据流的数目相等数目的列。空间扩展矩阵具有与行维度和列维度相关联的分量，其中的行维度具有与要用 来发送所述经编码空间数据流的发送链路的数目相等数目的行，并且列维 度具有与要发送的经编码空间数据流的数目相等数目的列。该方法还包括 基于最优性判据选择信道子矩阵中的一个信道子矩阵，其中，用来将数据 从发送天线发送到接收天线的信道估计矩阵包括所选信道子矩阵，并且选 择与所选信道子矩阵相对应的天线。
在又一实施例中，公开了 一种在具有两个或更多个天线的传输系统内 的装置。该装置包括空间扩展计算单元，用以产生空间扩展矩阵以在通 过信道矩阵的链路到链路传输内在多个链路之间分发一个或多个经编码空 间数据流；以及控制器，被耦合到空间扩展计算单元，以利用空间扩展矩 阵来控制对在链路到链路传输中使用的两个或更多个天线的选择。经编码 空间数据流的数目比发送链路数目和接收链路数目中较小的一个少。信道 估计矩阵具有与行维度和列维度相关联的分量，其中的行维度具有与接收 链路的数目相等数目的行并且列维度具有与经编码空间数据流的数目相等 数目的列。发送链路的数目和/或接收链路的数目少于天线的数目。空间扩 展矩阵具有与与行维度和列维度相关联的分量，其中的行维度具有与用来 发送所述经编码空间数据流的发送链路数目相等数目的行，并且列维度具 有与经编码空间数据流的数目相等数目的列。
图1是确定并使用空间扩展矩阵以在发送机的所有发送天线处提供相 等的功率输出的无线MIMO通信系统的框图2A-2E图示出了如结合各种天线选择和空间流一起使用的天线选择 和训练技术的示例；以及
图3A-3H图示出了可以使用实现了这里所述的天线选择和训练技术的 无线通信系统的各种不同设备的示例。
具体实施例方式
虽然这里所述的用于处理和实现无线数据传输的传输技术被描述为在利用IEEE标准802.11 (x)通信标准之一的通信系统中使用，然而，这些 技术还可以在各种其它类型的无线通信系统中使用，并且不限于遵循一个 或多个正EE标准802.11 (x)标准的这些系统。
现在参考图1， MIMO通信系统10以框图形式被图示为一般包括具有 多个发送天线(或天线元件)14A-14N的单个发送机12以及具有多个接 收天线(或者天线元件)18A-18M的单个接收机16。发送天线14A-14N 的数目可以相同于、多于或少于接收天线18A-18M的数目。如图1所示， 发送机12可以包括耦合到存储器21、符号编码器和调制器单元22以及空 间扩展块24的控制器20。发送机12还可以包括矩阵均衡器25以及符号 解调器和解码器单元26，符号解调器和解码器单元26在接收模式中对经 由天线14A-14N接收到的信号执行解调和解码。另外，在一些实例中，发 送机12可以包括扩展矩阵计算单元28。
控制器20可以是任何所希望类型的控制器并且控制器20和扩展矩阵 计算单元28可以被实现为诸如微处理器之类的一个或多个标准通用、可 编程处理器、专用集成电路(ASIC)等，或者可以利用任何其它所希望类 型的硬件、软件和/固件来实现。同样，可以利用已知或标准硬件和/或软 件元件来实现空间扩展块24和矩阵均衡器25。如果需要，可以在相同或 不同硬件设备中(例如，在相同或不同处理器中)实现各种发送机组件， 例如控制器20、调制器单元22、解码器单元26、扩展矩阵计算单元28、 空间扩展块24以及矩阵均衡器25。另外，可以将发送机12的这些组件的 每个布置在壳体31 (图l中的点线状浮线框(dotted relief)所示)中，并 且可以将实现这些组件的任一个的功能的例程或指令存储在存储器21中 或者与用来实现这些组件的各个硬件相关联的其它存储器件中。
同样，如果需要，可以将一个或多个预先计算出或预先确定的空间扩 展矩阵存储在存储器21中，并且在空间扩展矩阵块24中多次使用或在各 种不同条件下使用。因此，例如，可以将不同的预先计算出或预先确定的 空间扩展矩阵存储用于要发送的数据的经编码空间流与要用来同时发送这 些数据的经编码空间流的发送天线14的多种可能组合的每一种。因此， 例如，不同的空间扩展矩阵可以被计算并存储用于经由发送天线14中的三个天线发送两个数据空间流，经由发送天线14中的四个天线发送两
个数据空间流，经由发送天线14中的五个天线发送三个数据空间流，等 等。以这种方式，通信系统10可以取决于系统的负荷最优地以不同次数 来发送不同数目的数据空间流。此外，通信系统IO还可以使用这些各种 不同的预先存储或预先计算出的空间扩展矩阵来考虑或适应在通信系统10 中发送数据时要使用的一个或多个发送天线14的损耗。
在操作期间，将从发送机12发送到接收机16的信息信号i;,^t^被
提供到符号编码器和调制器单元22供编码和调制。当然，任何所希望数 目的信号Tw—T^都可以被提供给解调器单元22，其中，该数目通常受到 MIMO通信系统IO使用的调制方案以及与MIMO通信系统IO相关联的带 宽的限制。另外，信号Txl—T^可以是包括模拟或数字信号在内的任何类 型的信号，并且可以表示任何所希望类型的数据或信息。另外，如果需 要，可以将已知的测试或控制信号Cxl (可以存储在存储器21中)提供给 符号编码器和调制器单元22，用于确定描述发送机12和接收机16之间的 (一个或多个)信道的特性的CSI相关信息。如果需要，可以使用相同控 制信号或不同控制信号来确定MIMO通信系统10中使用的各个频率和/或 空间信道的CSI。
符号编码器和调制器单元22可以对各种信号T^一T^和Qa的数字表 示进行交织，并且可以对信号T^一l^和Qa执行任何其它已知(一种或 多种)类型的纠错编码，以产生将被调制并从发送机12发送到接收机16 的一个或多个经编码符号流SSl5 SS2,...SSP。虽然可以利用诸如64 QAM之 类的任何所希望或合适的QAM技术来调制符号流SSi—SSP，然而，也可 以以任何其它已知或所希望的方式，例如包括利用任何其它所希望的相位 和/或频率调制技术来调制这些符号。在任何情况下，经调制的编码符号流 SSi—SSp由符号编码器和调制器单元22提供给空间扩展块24，用于在经 由天线14A-14N发送之前进行处理。虽然未在图1中具体示出，然而，经 调制的符号流SSi—SSp在被上变频到与OFDM技术相关联的RF载波频率 (在一个或多个阶段中)之前，可由根据下面更详细描述的传输技术实现 空间扩展矩阵的空间扩展块24进行处理。当接收到经调制信号时，空间扩展块24基于可由扩展矩阵计算单元28计算出的并且例如由控制器20提 供的空间扩展矩阵，通过在经调制信号中注入延迟和/或增益来对经调制信 号进行处理，从而通过发送天线14A-14N以及发送链路来执行对数据的空 间流的混合和发送。
由发送机12发送的信号被接收天线18A-18M接收，并且可由接收机 16内的矩阵均衡器35处理来增强天线18A-18M的接收能力。如将会明白 的，在接收机16 (以及发送机12)中采用的处理可以是基于例如接收机 16响应于测试或控制信号Cxl的发送而开发的CSI的。具体地，接收机16 中的控制器40或者诸如信道确定单元39之类的其它单元可以处理接收到 的控制信号Cxl，并且通过在信号Qa穿过发送机12与接收机16之间的前 向信道时确定或特性化与信号Cxl有关的前向信道的传播效应来从控制信 号Cxl开发前向信道的所测得描述。在任何情况下，符号解调器和解码器 单元36在控制器40的控制下可以对经矩阵均衡器35恢复的所接收符号串 SS!—SSp进行解码和解调。在此处理中，这些信号可被下变频到基带。通 常，符号解调器和解码器单元36可操作来基于CSI移除前向信道的效 应，并且对在每个符号流SS,—SSp中接收到的符号执行解调，以产生每个 流的数字比特流。在一些情况中，如果需要，符号解调器和解码器单元36 可以对比特流执行纠错解码和去交织，以产生与原先发送的信号T^一T^ 相对应的接收信号Rxl—Rxn。
如图l所示，接收机16还可以包括存储器41，以及可以接收利用任 何所希望的编码和调制技术进行编码和调制后的一个或多个信号Tju—T^ 的符号编码器和调制器单元46。接收机16还可以向符号编码器/调制器单 元46提供将被发送到发送机12的一个或多个已知的测试或控制信号 CR1，以使得发送机12能够确定接收机16与发送机12之间的反向信道的 所测得描述。经编码和调制的符号流随后可被上变频并由空间扩展块34 进行处理，空间扩展块34可以利用根据这里所述的原理基于将同时发送 的符号流的数目、将使用的接收机和/或发送机链路的数目以及将使用的传 输天线18的数目而开发出的空间扩展矩阵。空间扩展块34的输出随后经 由接收天线18A-18M被发送到例如发送机12，由此实现了反向线路。通过实现反向线路，接收机16不仅能够计算接收天线选择(RxASEL)，而 且能够计算发送天线选择(Tx ASEL)或联合发送/接收天线选择(Tx/Rx ASEL)。对于Tx ASEL和/或Tx/Rx ASEL操作，接收机16可以反馈信道 状态信息或者计算天线选择并在后续的发送机会中反馈所选天线信息。如 图1所示，可以将接收机组件的每个布置在壳体51中。
发送机12内的矩阵均衡器25和解调器/解码器单元26与接收机16的 矩阵均衡器35和解调器/解码器单元36类似地操作来对接收机16所发送 的符号流进行解调和解码，以产生经恢复的信号Riu—R^。这里，同样 地，矩阵均衡器25可以以任何已知方式处理接收到的信号，来增强由天 线18A-18M发送的各个符号流的分离，并且由此增强对这些符号流的接 收。当然，各个ODFM (—个或多个)信道的前向信道的CSI或其它所测 得描述也可以用来处理或解码接收到的信号。
如上面所指示的，希望在选择用于发送和/或接收数据传输的天线时考 虑空间扩展矩阵。通常，当在MIMO传输系统10中的一个或多个发送天 线14A-14N与一个或多个接收天线18A-18M之间传输数据时，沿着接收 机处的一个或多个接收链路NR以及发送机处的一个或多个发送链路Nt来 传输数据。在MIMO-OFDM系统中，这可以是系统的一个子载波上的信 道。无论在MIMO或MIMO-OFDM系统中，还是就此方面利用天线选择 和经编码空间数据流的许多其它类型系统的任一系统中，链路到链路传输 中的数据流都经过信道矩阵H。信道矩阵H被定义为描述台站12、 16之 间的信道的全部维度的、在发送天线14A-14N与接收天线18A48M之间 的完整MIMO信道(即，全维度信道矩阵)。因此，信道矩阵H具有与 接收天线的数目MK相对应的行维度，以及与发送天线数目MT相对应的列 维度，由此创建了 MrXMt矩降。虽然这里称为信道矩阵H，然而，应当 明白，发送机12和接收机16实际上例如基于侦听信息(sounding information)和/或CSI而使用信道矩阵H的估计。因此，如这里所使用 的，应当明白，发送机12和接收机16所使用的信道矩阵H可能是信道矩 阵H的估计，如有时在这里所提及的。
在接收链路数目Nk小于接收天线数目MK和/或发送链路数目Nt小于发送天线数目Mt的情况中，实际矩阵信道是全维度信道矩阵H的子矩阵
Hs。由于与不同天线相对应的信道系数不同，因此，选择发送和/或接收传
输的适当天线是很重要的。如上面所指示的，当天线数目大于链路数目
时，在未使用适当的天线选择的情况下，天线选择是人工的(artificial)。 选择可用天线中适当的或最优的天线子集使得能够选择与链路数目相匹配 的可用天线子集，由此获得了高的信道增益。从发送机12 (台站A)到接 收机16 (台站B)的传输可以建模为
<formula>formula see original document page 20</formula> (式1 )
其中，y和n分别是台站B处的接收信号向量和添加的噪声向量；Hs是从 台站A到台站B的信道矩阵，该信道矩阵是台站A与台站B之间的全尺 寸信道矩阵H的子矩阵；以及x是从台站A发送的信号向量。
天线选择是基于子矩阵Hs的估计进行的。例如，发送机12 (台站 A)基于从接收机16 (台站B)至抬站A的信道的估计来确定Hs的估 计，或者，反之亦然。具体地，如果发送天线数目MT大于发送链路数目 NT，并且接收天线数目MR等于接收链路数目NR，则进行发送天线选择
(TXASEL)。另一方面，如果接收天线数目MR大于接收链路数目NR， 并且发送天线数目MT等于发送链路数目NT，则进行接收天线选择(RX ASEL)。当然，如果发送天线数目MT大于发送链路数目NT，并且接收 天线数目MR大于接收链路数目NR，则进行联合发送和接收天线选择
(TX/RXASEL)。众所周知，对于TXASEL，可以直接在发送机12或 接收机16处进行天线选择计算，而对于RXASEL，在接收机16处进行天 线选择计算。同样，众所周知，对于联合TX/RX ASEL，可以在接收机16 处进行天线选择。
无论天线选择计算为何(即，无论是TX ASEL、 RXASEL和/或 TX/RXASEL)，为了获得所希望的全信道增益，知道全维度信道矩阵H 是重要的。具体地，基于全维度信道矩阵H，可以通过从全维度信道矩阵 H中选择最优的列和行来进行天线选择。众所周知，这可以基于诸如信道 容量、子流信噪比等的某些最佳判据来实现。可以通过进行天线选择训练 来选择最优的列和行，其中，利用天线切换来通过不同天线子集发送信道侦听信息。即，通过发送天线14A-14N的不同子集来发送信道侦听信息， 其中，开关(未示出)在发送天线14A-14N的各个子集之间进行切换。同 样，通过接收天线18A-18M的不同子集来接收侦听信息，其中，开关(未 示出)在接收天线1SA-18M的各个子集之问进行切换。例如，在M^2Nt 的情况下选择发送天线14A-14N时，全维度信道矩阵H等于集合[H1 H2]，其中，H1和H2是发送天线的数目等于发送链路数目Nt吋的子信道 (例如，H1是来自第一NT发送天线的信道，并且H2是来自第二NT发送 天线的信道)。在802.11n标准中描述了天线切换的示例，因此无需在这 里进一步描述。
当将一个或多个经编码空间数据的符号流SSb ss2，…SSp映射到发送 链路Nt吋，采用空间扩展(或映射)矩阵Q。在此实例中，空间扩展矩 阵Q是行分量等于发送链路数NT并且列分量也等于发送链路数Nt的全維 度信道空间扩展矩阵，由此形成了 NtXNt矩降。由接收机16使用的得到 的信道估计被描述为
m'=HlQ， H2'=H2Q，…， (式2) 在IEEE 802.1 In标准中定义了全维度空间扩展矩阵Q的示例。
为了使台站B得知链路到链路信道，台站B移除Q并且能够导出H。 例如，如果全维度信道空间扩展矩阵Q是正交矩阵，则台站B可以通过应 用矩阵Q的转置共轭矩阵(即，QH)来导出H，从而在上面的示例中
H-[H1'QH,H2'qH] (式3)
一般而言，当进行天线选择时，全维度空间扩展矩阵Q为发送机12 (台站A)所知，这是因为发送机将全维度空间扩展矩阵Q应用于传输， 以便将经编码的空间数据流映射到发送链路。然而，由于Q还需要为接收 机16所知(台站B)以便估计子矩阵信道Hs，因此，Q被预先定义，以 使得接收机16可以移除全维度空间扩展矩阵Q，并且导出全维度信道矩 阵H的估计，并且进而基于先前的天线选择训练导出子矩阵信道Hs。 即，台站B能够基于从台站A到台站B的全维度信道矩阵H的估计来确 定Hs的估计。
然而，同样如上所指示的，在编码空间数据流的实际数据传输中，空间数据流的数目Nss可能小于发送链路的数目NT，这是因为希望从所有可 用发送链路来发送所有信号以便使信道增益最大化。在这种情况中，通过 在发送数据之前天线选择之后应用空间扩展矩阵Qd而非应用全维度空间 扩展矩阵Q，来执行空间数据流到发送链路的空间映射。空间扩展矩阵Qd 具有与发送链路数NT相对应的行维度，以及与空间数据流的数目Nss相对 应的列维度，由此创建了NTXNss矩阵。
因此，训练期间的天线选择是基于全维度空间扩展矩阵Q的，而发送 空间数据流的实际操作是基于空间扩展矩阵Qd的。虽然Qd可以是由发送 机12设计的任意矩阵并且因此为发送机12所知，然而，Qd不为以全维度 空间扩展矩阵Q为基础进行天线选择的接收机16所知。结果，在不知道 Qd的情况下，先前执行的天线选择计算是不精确的。
通常，Qd不是单位矩阵，这是因为在上面的情况中，NT-Nss个发送链 路中的一些将被关闭，并且发送功率水平将被减小。即，NT个发送链路通 过先前选择的发送天线连接。如果Qd是单位矩阵，则Qd无需被得知，并 且基本上等于没有。此外，当空间数据流的数目Nss小于发送链路数目NT 和接收链路数目Nr中的狡小者吋(即，Nss<min(NT, NR))，可应用Qd。 如果空间数据流的数目Nss等于发送链路数目NT和接收链路数目Nr中的 较小者时(即，Nss=min(NT, NR))，则空间数据流的数目等于MIMO信道 的上限，这是因为空间数据流的数目达到了作为NRXNT矩阵的实际矩阵 信道Hs的饱和点。g卩，在这种信道矩阵中，可被发送的空间数据流的最 大数目是NT, NK中较小的一个。
为了在空间数据流的数目Nss小于发送链路的数目NT和接收链路数目 NR中的较小者时获得精确的天线选择计算，用来将空间数据流映射到发送 链路的空间映射矩阵Qd被用于发送机12和/或接收机16处的天线选择训 练。即，天线选择计算考虑Qd。此外，为了使接收机16精确地选择接收 天线，Qd被预先定义并为接收机16所知。在下面进一步描述的一个示例 中，Qd可被预先定义为发送机12和接收机16所使用的无线协议(例如， 802.1 ln标准或后续的802.11 (x)标准)的一部分。
当基于空间映射矩阵Qd来计算天线选择时，假设进行天线选择计算的台站(台站A或B)知道将在发送机12中应用Qd，在这种情况下，该 台站还知道空间数据流的数目Nss。如上面所指示的，如果空间数据流的 数目等于发送链路NT和接收链路Nr中狡小的一个，则可以利用传统技术 来进行天线选择。下面描述的天线选择示例是基于如下情形的其中，空 间数据流的数目小于发送链路NT和接收链路Nr中狡小的一个，在该情况 下，天线选择考虑了空间扩展矩阵Qd。
开始于全维度信道矩阵H，进行天线选择的台站搜索全维度信道矩阵 H内大小为NrXNt的所有不同組合的子矩降Hs。各个不同组合的Hs表示 为Hl, H2， ...， Hk，其中，k是全维度信道矩阵H内大小为NrXNt的所有 可能子矩阵的数目。
可选地，各个子矩阵可被右乘空间扩展矩阵Qd，以形成与子矩阵Hl-Hk的每个相对应的信道估计子矩阵。例如，信道估计子矩阵可以表示 为
<formula>formula see original document page 23</formula>
然而，当天线选择信道训练遍及全维度信道矩阵H的所有可能子矩阵时，
并且当空间扩展矩阵Qd是全维度空间扩展矩阵Q中与空间数据流的数目
Nss相对应的列(即，Q中的第一组Nss个列)的第一集合时，则无需右乘
Qd以确定全维度信道矩阵H，并且可以直接进行天线选择计算。
无论各个子矩阵是否被乘以Qd，都基于可以与如上所述的用来确定全
维度空间扩展矩阵Q的判据相同的、诸如一组最优性判据(例如，信道容
量、子流信噪比等)之类的某些判据来选择最佳信道子矩阵。艮P: <formula>formula see original document page 23</formula>其中，所选信道子矩阵为H^HK。pt (即，所选最优性判据中的最大值)。
在一个示例中，选择信道估计子矩阵Hl'-Hk'之一可以包括开发每 个信道估计子矩阵的引导矩阵(steering matrix)，并且将各个引导矩阵应 用到相对应的信道估计子矩阵。 一旦应用了引导矩阵，就将空间扩展矩阵 Qd应用到每个信道估计子矩阵。具体地，对于发送机天线选择计算，发送 机在应用空间扩展矩阵Qd之前，应当向每个信道估计子矩阵应用高级方 案，例如波束成形和引导矩阵应用。这是因为这些方案的性质趋于改变空间映射，并且当发送机改变空间映射(即，改变Qd)时，天线选择性能增 益可能因先前的天线选择结果不再精确或不再适用新的Qd而恶化。
一旦空间扩展矩阵被应用于每个信道子矩阵，则利用测试引导矩阵和 空间扩展矩阵将测试信号从台站A发送到台站B。从这些传输可以确定每 个测试信号的品质因子并将其从接收机16反馈回发送机12。利用品质因 子，可以选出最优信道估计子矩阵，并且可以选出与所选信道估计子矩阵 相对应的天线。
作为上面的天线选择计算的结果，全维度信道矩阵H内的所有可能子 矩阵被训练。这意味着利用空间扩展矩阵Qd训练了天线的所有可能组 合。如将会明白的，可以存在在天线选择计算期间考虑Qd的不同方式， 上面的方式仅是一个示例。同样，如将会明白的，上面的天线选择计算可 应用于发送机12处的发送天线选择、接收机16处的发送天线选择、接收 机16处的接收天线选择，以及发送机12或接收机16处的联合发送/接收 天线选择。
如上面所指示的，假如发送机12利用空间扩展矩阵来将空间数据流 映射到发送链路，则在发送机12知晓空间扩展矩阵Qd的情况下可以总是 在发送机12处进行天线选择计算。然而，在接收机16处进行天线选择计 算时，应当优选地在发送机12与接收机16之间使用的通信标准(例如， IEEE 802.11n)中预先定义空间扩展矩阵Qd以及全维度空间扩展矩阵Q。 如果为接收机16预先定义空间扩展矩阵Qd，则接收机16能够基于全维度 信道矩阵H以及基于Qd来进行天线选择计算。
因此，优选地，使空间扩展矩阵等于全维度空间扩展矩阵Q中与空间 数据流的数目Nss相对应的列的第一集合。即，Qd是Q的第一组Nss个 列
Qd = Q(:,l:Nss) (式6) 这样，为了在天线选择中获得最佳性能，接收机16应当基于如下假 设来计算天线选择全维度空间扩展矩阵Q中的第一组Nss个列将在发送 机12处被应用于天线选择切换后的数据传输。获得最佳性能的另一因素 使发送机12将全维度空间扩展矩阵Q中用于空间映射的第一组Nss个列(即，Qd)应用于天线选择切换后的数据传输。
下面针对如下系统来提供利用根据上述技术导出的空间扩展矩阵的一 些示例天线选择计算及其结果用来同时发送一个空间流的4X2链路系
统(在4X4天线系统中，四个接收链路和两个发送链路)、用来同时发 送两个空间流的4X3链路系统(在4X4天线系统中，四个接收链路和三 个发送链路)、用来同时发送三个空间流的4X3链路系统(在4X4天线 系统中，四个接收链路和三个发送链路)、用来同时发送一个空间流的2 X2链路系统(在4X2天线系统中，两个接收链路和两个发送链路)、用 来同时发送两个空间流的3X3链路系统(在4X3天线系统中，三个接收 链路和三个发送链路)，所有系统都具有20 dB的信噪比、瑞利 (Rayleigh)衰落信道和10000个仿真样本。在相应的图2A-2E中，相对 于与不同天线选择策略相对应的接收机处的后处理信道增益的累积密度函 数(CDF)来绘制等效信道估计矩阵的信道强度或信道容量(如所指示 的)。在一些实例中，绘制了信道容量，这是因为信道容量是比信道强度 更好的质量指示符。y小于x的概率被设为
A(x"Pr[y"] (式7) 其中，y是随机变量。图2A-2E所示的绘图右侧的CDF曲线意味着随机变 量的较高可能实现(即，较高后处理信道增益)。在这些示例中，仅作为 示例的目的，全维度空间扩展矩阵Q是正交的。具体地，通过乘以矩阵的 转置共轭以获得单位矩阵而非执行矩阵求逆，容易移除正交矩阵，尽管应 当明白，不需要全维度空间扩展矩阵Q在所有实例中都是正交的。
参考图2A，接收链路数目NR等于接收天线数目MR (即， MR=NR=4)，发送链路数目NT小于发送天线数目MT (即，Mf4， Nf2)，并且空间数据流的数目Nss为2，由此得到2/4发送机天线选 择。在此情况中，全维度空间扩展矩阵Q被设为
i n 1—
在Ns^l的情况下，Nss<min(NT,NR):如从图2A可见，由直线绘图表示的不进行天线选择导致了最小量的增 益，而由圆圈线绘图表示的基于全维度空间扩展矩阵Q和全维度信道矩阵 H的天线选择与不进行天线选择相比具有有限的增益，由方形线绘图表示 的基于空间扩展矩阵Qd和信道子矩阵Hs的最优天线选择带来了最高增
参考图2B， MR=NR=4， Mf4， N产3并且Nss=2，由此产生了3/4发送
机天线选择。在此情况下，全维度空间扩展矩阵Q被设为 1 1 1
Q
l
6
,，
在Nss=2的情况下，Nss<min(NT, NR)， _1 1
込
1
6'
6
如从图2B可见的，同样，不进行天线选择导致了最小量的增益，而基于
全维度空间扩展矩阵Q和全维度信道矩阵H的天线选择与不进行天线选择
相比具有有限的增益，基于空间扩展矩阵Qd和信道子矩阵Hs的最优天线
选择带来了最高增益。
参考图2C， MR=NR=4， Mf4， N产3并且Nss-3，由此产生了3/4发送
机天线选择。在此情况下，全维度空间扩展矩阵Q被设为 _1 1 1
Q =
l
在Nss=3的情况下，Nss=min(NT， NR)，因此Qd-Q,这是因为空间数据流 数目等于MIMO信道的上限。S卩，天线选择后的实际MIMO信道为3X 4，因此可以发送的最多空间数据流为3个。如从图2C可见的，不进行天 线选择导致了最小量的增益，而由于Qd=Q,因此基于全维度空间扩展矩 阵Q和全维度信道矩阵H的天线选择与基于空间扩展矩阵Qd和信道子矩 阵Hs的最优天线选择具有相同的性能。
参考图2D， MR=4， NR=2， MfNf2并且Nss-l，由此产生了 2/4接收机天线选择。在此情况下，全维度空间扩展矩阵Q被设为
在Ns^l的情况下，Nss<min(NT，NR):
<formula>formula see original document page 27</formula>
如从图2D可见的，不进行天线选择导致了最小量的增益，而基于全维度
空间扩展矩阵Q和全维度信道矩阵H的天线选择与不进行天线选择相比具
有有限的增益，基于空间扩展矩阵Qd和信道子矩阵Hs的最优天线选择仍
然带来了最高增益。
参考图2E， MR=4， NR=3， MfNf3并且Nss=2，由此产生了 3/4接
收机天线选择。在此情况下，全维度空间扩展矩阵Q被设为 陽l 1 1
<formula>formula see original document page 27</formula>
在Nss=2的情况下，Nss<min(NT, NR)， 陽l 1
<formula>formula see original document page 27</formula>
如从图2E可见的，再次，不进行天线选择导致了最小量的增益，而基于 全维度空间扩展矩阵Q和全维度信道矩阵H的天线选择具有有限的增益， 基于空间扩展矩阵Qd和信道子矩阵Hs的最优天线选择带来了最高增益。
如将明白的，计算或确定空间扩展矩阵Qd的方式不是特别重要。因 此，任何数学的、试探的、迭代的或反复试验方法都可以用来实际地确定 或计算任何特定大小的空间扩展矩阵，并且用来计算空间扩展矩阵的方法 不是限定的。此外，这里使用的矩阵的"行"和"列"维度的具体方向或 定义是任意的，并且简单地基于习惯，因此可以被改变。因此，例如，行 维度可以是水平维度而列维度为垂直维度(如这里所假设的)，或者行维 度可以是垂直维度而列维度为水平维度。
此外，将明白，实际空间扩展矩阵方程，例如，满足上面定义的约束 的特定空间扩展矩阵的计算可以在图1的无线通信系统10内的任何所希望位置处执行，包括在发送机12的控制器20或其它硬件、软件或固件内，以及在接收机16的控制器40或其它硬件、软件或固件内。或者，在使用传输系统之前，可以预先计算空间扩展矩阵并将其存储在系统10的存储器21 (或41)或其它存储器中。还可以由不同设备计算或确定一个或多个空间扩展矩阵，并且可以在任何所希望时间处将其发送到传输系统10的发送机12或接收机14。
当然，这里所述的空间扩展矩阵技术不限于在与MIMO通信系统的单个接收机通信的MIMO通信系统的发送机中使用，而是还可以在MIMO通信系统的发送机与多个接收机(每个接收机具有与其相关联的一个或多个接收机天线)通信时使用。
虽然这里所述的空间扩展矩阵计算在一个示例中被描述为是用存储在例如存储器21、 41之一中的软件实现的，并且是在与控制器20、 40之一相关联的处理器上实现的，或者利用图1的MIMO通信系统10的空间扩展矩阵计算单元28实现的，然而，这些例程可以按照需要替代地或额外地用数字或模拟的硬件、固件、专用集成电路等来实现。如果用软件实现，则可以将例程存储在任何计算机可读存储器中，例如RAM、 ROM、闪存、磁盘、激光盘或其它存储介质。同样，该软件可以经由已知或所希望的递送方法被递送到MIMO系统设备(例如发送机或接收机)，已知或所希望的递送方法例如包括通过诸如电话线、因特网、无线连接等的通信信道，或者经由诸如计算机可读盘、闪存驱动器等的可移动介质。
上面的天线选择和训练技术可以在任何类型的无线通信系统中实施，例如包括在例如经由基于局域网或广域网、因特网、线缆和卫星的通信系统(例如因特网、数据、视频和音频通信系统)实现的无线计算机系统、无线电话系统(包括蜂窝电话系统、因特网协议语音(VoIP)系统、基于家用的无线电话系统等)中使用的无线通信系统。现在参考图3A-3H，示出了天线选择和训练技术的各种示例性实施方式。
参考图3A，天线选择和训练技术可以与硬盘驱动器400 —起使用，硬盘驱动器400包括在图3A中总地标为402的信号处理和/或控制电路。在一些实施方式中，HDD 400中的信号处理和/或控制电路402和/或其它
28电路(未示出)可以处理数据、执行编码和/或加密、执行计算，和/或格
式化输出到和/或接收自磁存储介质406的数据。
HDD 400可以经由可实现上述天线选择和训练技术的一个或多个有线或无线通信线路408来与诸如计算机之类的主机设备(未示出)，诸如个人数字助理、蜂窝电话、媒体或MP3播放器等的移动计算设备，和/或其它设备通信。HDD 400可以连接到存储器409，例如随机存取存储器
(RAM)、诸如闪存之类的低等待时间非易失性存储器、只读存储器
(ROM)和/或其它合适的电子数据存储装置。
现在参考图3B，天线选择和训练技术可以在数字多功能盘(DVD)驱动器410中实施或者与其一起使用，数字多功能盘驱动器410可以包括在图3B中总地标为412的信号处理和/或控制电路中的任一个或两者，和/或DVD驱动器410的海量数据存储装置418。 DVD 410中的信号处理和/或控制电路412和/或其它电路(未示出)可以处理数据、执行编码和/或加密、执行计算，和/或格式化从光存储介质416读取的数据和/或写入光存储介质416的数据。在一些实施方式中，DVD410中的信号处理和/或控制电路412和/或其它电路(未示出)还可以执行其它功能，例如编码和/或解码和/或与DVD驱动器相关联的任何其它信号处理功能。
DVD驱动器410可以经由可以利用上述天线选择和训练技术实现的一个或多个有线或无线通信线路417与诸如计算机、电视或其它设备之类的输出设备(未示出)通信。DVD410可以与以非易失性方式存储数据的海量数据存储装置418通信。海量数据存储装置418可以包括诸如图3A所示的硬盘驱动器之类的硬盘驱动器(HDD) 。 HDD可以是包括直径小于大约1.8"的一个或多个盘片的迷你HDD。 DVD410可以连接到存储器419，例如RAM、 ROM、诸如闪存之类的低等待时间非易失性存储器和/或其它合适的电子数据存储装置。
现在参考图3C，天线选择和训练技术可以在高清晰度电视机
(HDTV) 420中实施，高清晰度电视机420可以包括在图3C中总地标为422的信号处理和/或控制电路中的任一个或两者、HDTV 420的WLAN接口和/或海量数据存储装置。HDTV 420以有线或无线格式接收HDTV输入信号，并且生成用于显示器426的HDTV输出信号。在一些实施方式中，信号处理和/或控制电路422和/或HDTV 420的其它电路(未示出)可以处理数据、执行编码和/或加密、执行计算、格式化数据，和/或执行可能需要的任何其它类型的HDTV处理。
HDTV 420可以与诸如光和/或磁存储设备之类的以非易失性方式存储数据的海量数据存储装置427通信。至少一个HDD可以具有如3A所示的配置和/或至少一个DVD可以具有图3B所示的配置。HDD可以是包括直径小于大约1.8"的一个或多个盘片的迷你HDD。 HDTV 420可以连接到存储器428，例如RAM、 ROM、诸如闪存之类的低等待时间非易失性存储器和/或其它合适的电子数据存储装置。HDTV 420还可以支持经由可实现上述波束成形技术的WLAN网络接口 429与WLAN的连接。
现在参考图3D,可以结合具有WLAN接口和/或海量数据存储装置的车辆430的控制系统来使用天线选择和训练技术。在一些实施方式中，天线选择和训练技术可以在传动系控制系统432中使用，传动系控制系统432从诸如温度传感器、压力传感器、旋转传感器、气流传感器和/或任何其它合适的感测器之类的一个或多个传感器接收输入，和/或生成诸如引擎操作参数、传输操作参数和/或其它控制信号之类的一个或多个输出控制信号。
还可以在车辆430的其它控制系统440中实施天线选择和训练技术。控制系统440同样可以接收来自输入传感器442的信号和/或将控制信号输出到一个或多个输出设备444。在一些实施方式中，控制系统440可以是如下系统的一部分防抱死刹车系统(ABS)、导航系统、信息通信系统、车辆信息通信系统、车道偏离警示系统、自适应巡航控制系统、诸如立体声、DVD、致密盘等之类的车辆娱乐系统。还构想了其它实施方式。
传动系控制系统432可以与以非易失性方式存储数据的海量数据存储装置446通信。海量数据存储装置446可以包括光和/或磁存储设备，例如硬盘驱动器HDD和/或DVD。至少一个HDD可以具有如3A所示的配置和/或至少一个DVD可以具有图3B所示的配置。HDD可以是包括直径小于大约1.8"的一个或多个盘片的迷你HDD。传动系控制系统432可以连接到存储器447，例如RAM、 ROM、诸如闪存之类的低等待时间非易失性存储器和/或其它合适的电子数据存储装置。传动系控制系统432还可以支持经由可实现上述天线选择和训练技术的WLAN网络接口 448与WLAN的连接。控制系统440还可以包括海量数据存储装置、存储器和/或WLAN接口 (全都未示出)。
现在参考图3E，天线选择和训练技术可以在蜂窝电话450中实施，蜂窝电话450可以包括一个或多个蜂窝天线451、在图3E中总地标为452的信号处理和/或控制电路中的任一个或两者、蜂窝电话450的WLAN接口和/或海量数据存储装置。在一些实施方式中，蜂窝电话450包括麦克风456、诸如扬声器和/或音频输出插孔之类的音频输出458、显示器460和/或诸如键盘、点选设备、语音激励和/或其它输入设备之类的输入设备462。蜂窝电话450中的信号处理禾口/或控制电路452禾口/或其它电路(未示出)可以处理数据、执行编码和/或加密、执行计算、格式化数据，和/或执行其它蜂窝电话功能。
蜂窝电话450可以与诸如光和/或磁存储设备(例如硬盘驱动器HDD和/或DVD)之类的以非易失性方式存储数据的海量数据存储装置464通信。至少一个HDD可以具有如3A所示的配置和/或至少一个DVD可以具有图3B所示的配置。HDD可以是包括直径小于大约1.8"的一个或多个盘片的迷你HDD。蜂窝电话450可以连接到存储器466，例如RAM、ROM、诸如闪存之类的低等待时间非易失性存储器和/或其它合适的电子数据存储装置。蜂窝电话450还可以支持经由WLAN网络接口 468与WLAN的连接。
现在参考图3F，天线选择和训练技术可以在机顶盒480中实施，机顶盒480包括在图3F中总地标为484的信号处理和/或控制电路中的任一个或两者、机顶盒480的WLAN接口和/或海量数据存储装置。机顶盒480从诸如宽带源之类的源接收信号，并且输出适合于显示器488的标准和/或高清晰度音频/视频信号，显示器488例如是电视机和/或监视器和/或其它视频和/或音频输出设备。机顶盒480的信号处理和/或控制龟路484禾口/或其它电路(未示出)可以处理数据、执行编码和/或加密、执行计算、格式
31化数据，和/或执行任何其它机顶盒功能。
机顶盒480可以与以非易失性方式存储数据的海量数据存储装置490通信。海量数据存储装置490可以包括光和/或磁存储设备，例如硬盘驱动器HDD和/或DVD。至少一个HDD可以具有如3A所示的配置和/或至少一个DVD可以具有图3B所示的配置。HDD可以是包括直径小于大约1.8"的一个或多个盘片的迷你HDD。机顶盒480可以连接到存储器494，例如RAM、 ROM、诸如闪存之类的低等待时间非易失性存储器和/或其它合适的电子数据存储装置。机顶盒480还可以支持经由可实现上述天线选择和训练技术的WLAN网络接口 496与WLAN的连接。
现在参考图3G，天线选择和训练技术可以在媒体播放器500中实施。天线选择和训练技术可以实现在图3G中总地标为504的信号处理和/或控制电路中的任一个或两者、媒体播放器500的WLAN接口和/或海量数据存储装置。在一些实施方式中，媒体播放器500包括显示器507和/或诸如键盘、触摸板等之类的用户输入508。在一些实施方式中，媒体播放器500可以经由显示器507和/或用户输入508采用通常应用菜单、下拉菜单、图标和/或点击界面的图形用户界面(GUI)。媒体播放器500还包括诸如扬声器和/或音频输出插孔之类的音频输出509。媒体播放器500中的信号处理和/或控制电路504和/或其它电路(未示出)可以处理数据、执行编码和/或加密、执行计算、格式化数据，和/或执行其它媒体播放器功能。
媒体播放器500可以与以非易失性方式存储诸如压縮音频和/或视频内容之类的数据的海量数据存储装置510通信。在一些实施例中，压縮视频文件包括遵循MP3格式或其它合适的压縮音频和/或视频格式的文件。海量数据存储装置可以包括光和/或磁存储装置，例如硬盘驱动器HDD和/或DVD。至少一个HDD可以具有如3A所示的配置和/或至少一个DVD可以具有图3B所示的配置。HDD可以是包括直径小于大约1.8"的一个或多个盘片的迷你HDD。媒体播放器500可以连接到存储器514，例如RAM、ROM、诸如闪存之类的低等待时间非易失性存储器和/或其它合适的电子数据存储装置。媒体播放器500还可以支持经由可以实现上述天线选择和训练技术的WLAN网络接口 516与WLAN的连接。除了上面描述的这些 实施方式以外，还构想了其它实施方式。
现在参考图3H，天线选择和训练技术可以在因特网协议语音
(VoIP)电话600中实施，VoIP电话600可以包括一个或多个天线618、 在图3H中总地标为604的信号处理和/或控制电路中的任一个或两者，以 及VoIP电话600的无线接口和/或海量数据存储装置。在一些实施方式 中，VoIP电话600部分地包括麦克风610、诸如扬声器和/或音频输出插孔 之类的音频输出612、显示监视器614、诸如键盘、点选设备、语音激励 和/或其它输入设备之类的输入设备616，以及无线保真(Wi-Fi)通信模 块608。 VoIP电话600中的信号处理和/或控制电路604和/或其它电路
(未示出)可以处理数据、执行编码和/或加密、执行计算、格式化数据， 和/或执行其它VoIP电话功能。
VoIP电话600可以与以非易失性方式存储数据的诸如光和/或磁存储 设备(例如硬盘驱动器HDD和/或DVD)之类的海量数据存储装置602通 信。至少一个HDD可以具有如3A所示的配置和/或至少一个DVD可以具 有图3B所示的配置。HDD可以是包括直径小于大约1.8"的一个或多个盘 片的迷你HDD。 VoIP电话600可以连接到存储器606，存储器606可以是 RAM、 ROM、诸如闪存之类的低等待时间非易失性存储器和/或其它合适 的电子数据存储装置。VoIP电话600被配置为经由可以实现上述天线选择 和训练技术的Wi-Fi通信模块608与VoIP网络(未示出)建立通信线路。
此外，虽然参考仅旨在对本发明的说明而非对本发明的限制的具体示 例描述了天线选择和训练技术，然而，本领域技术人员将清楚，在不脱离 本发明的精神和范围的情况下可以对所公开的实施例进行改变、添加和/或 删除。
3权利要求
1.一种通信系统内的天线选择的方法，所述通信系统具有拥有多个发送天线的第一收发机设备以及拥有多个接收天线的第二收发机设备，所述方法包括对发送数据编码以产生一个或多个经编码空间数据流以供经由多个发送链路发送，其中，经编码空间数据流的数目与要用来发送所述经编码空间数据流的发送链路的数目不同，并且其中，所述发送链路的数目少于发送天线的数目；利用空间扩展矩阵将所述一个或多个经编码空间数据流分发到所述多个发送链路，其中，所述空间扩展矩阵具有与行维度和列维度相关联的分量，其中的行维度具有与将用来发送所述经编码空间数据流的发送链路数目相等数目的行，并且列维度具有与将被发送的所述经编码空间数据流的数目相等数目的列；以及选择所述多个发送天线中的一个或多个用来经由所述第一收发机和所述第二收发机之间的信道估计矩阵将数据发送到所述多个接收天线中的一个或多个，其中，所述信道估计矩阵具有与行维度和列维度相关联的分量，其中的行维度具有与接收链路的数目相等数目的行并且列维度具有与将被发送的所述经编码空间数据流的数目相等数目的列，并且其中，选择所述多个发送天线中的一个或多个包括在所述信道估计矩阵中考虑所述空间扩展矩阵。
2. 如权利要求1所述的方法，其中，选择所述多个发送天线中的一个或多个包括从所述信道估计矩阵中移除所述空间扩展矩阵以确定所述多个发送天线与所述多个接收天线之间的链路到链路信道矩阵，并且选择所 述多个发送天线中与所述链路到链路信道矩阵相关联的一个或多个发送天 线。
3. 如权利要求1所述的方法，其中，选择所述多个发送天线中的一个 或多个用来经由所述第一收发机和所述第二收发机之间的信道矩阵将数据 发送到所述多个接收天线中的一个或多个包括在与所述多个发送天线和所述多个接收天线之间的信道的全维度描述 相对应的全维度信道矩阵内搜索潜在的信道子矩阵，其中，所述全维度信 道矩阵具有与行维度和列维度相关联的分量，其中的行维度具有与接收天 线的数目相等数目的行，并且列维度具有与发送天线的数目相等数目的 列，并且其中，每个信道子矩阵具有与行维度和列维度相关联的分量，其 中的行维度具有与接收链路的数目相等数目的行，并且列维度具有与发送 链路的数目相等数目的列；基于最优性判据选择所述信道子矩阵中的一个信道子矩阵，其中，用 来将数据发送到所述多个接收天线中的一个或多个接收天线的信道估计矩 阵包括所选信道子矩阵；以及选择所述多个发送天线中与所选信道子矩阵相对应的子集。
4. 如权利要求3所述的方法，其中，基于最优性判据选择所述信道子 矩阵中的一个信道子矩阵包括开发两个或更多个测试引导矩阵，所述两个或更多个测试引导矩阵各 自对应于不同信道子矩阵；将各个测试引导矩阵应用到相对应的信道子矩阵；当测试引导矩阵被应用后，将所述空间扩展矩阵应用到各个信道子矩阵；利用所述两个或更多个测试引导矩阵中的每个并且利用所述空间扩展 矩阵来将测试信号从第一收发机设备发送到第二收发机设备； 确定与每个所发送的测试信号相关联的品质因子；基于所确定的品质因子选择信道子矩阵之一作为用来发送数据的信道 估计矩阵；以及选择与所选信道子矩阵相对应的发送天线。
5. 如权利要求3所述的方法，还包括向每个潜在信道子矩阵右乘所 述空间扩展矩阵，以形成相对应的信道子矩阵，所述相对应的信道子矩阵 具有与行维度和列维度相关联的分量，其中的行维度具有与接收链路的数 目相等数目的行，列维度具有与要发送的经编码空间数据流的数目相等数 目的列。
6. 如权利要求3所述的方法，其中，在全维度信道矩阵内搜索潜在的信道子矩阵包括在所述全维度信道矩阵内搜索所有的潜在信道子矩阵， 并且其中，所述空间扩展矩阵包括全维度信道空间扩展矩阵中的多个第一 列，其中，所述全维度信道空间扩展矩阵具有与行维度和列维度相关联的 分量，其中的行维度具有与用来发送经编码空间数据流的发送链路的数目 相等数目的行，并且列维度具有与用来发送经编码空间数据流的发送链路 的数目相等数目的列，其中，所述全维度信道空间扩展矩阵中的第一列的 数目等于要发送的经编码空间数据流的数目。
7. 如权利要求1所述的方法，其中，所述信道估计矩阵包括与所述 多个发送天线和所述多个接收天线之间的信道的全维度描述相对应的全维 度信道矩阵的子信道矩阵。
8. 如权利要求l所述的方法，其中，所述经编码空间数据流的数目比 发送链路数目和接收链路数目中的较小者少。
9. 如权利要求1所述的方法，其中，所述空间扩展矩阵包括全维度信 道空间扩展矩阵中的多个第一列，其中，所述全维度信道空间扩展矩阵具 有与行维度和列维度相关联的分量，其中的行维度具有与用来发送所述经 编码空间数据流的发送链路的数目相等数目的行，并且列维度具有与用来 发送所述经编码空间数据流的发送链路的数目相等数目的列，其中，所述 全维度信道空间扩展矩阵中的第一列的数目等于要发送的经编码空间数据 流的数目。
10. 如权利要求9所述的方法，其中，所述全维度信道空间扩展矩阵是正交的。
11. 如权利要求1所述的方法，其中，所述第一收发机设备能够经由多个载波进行发送并且所述第二收发机设备能够经由多个载波进行接收； 其中，所述第一收发机设备是正交频分复用(OFDM)收发机； 其中，所述第二收发机设备是OFDM收发机；以及 其中，所述多个载波是多个OFDM子载波。
12. —种通信系统内的天线选择的方法，所述通信系统具有拥有多个 发送天线的第一收发机设备以及拥有多个接收天线的第二收发机设备，所述方法包括将用来将多个经编码空间数据流分发到多个发送链路以用于发送所述 经编码空间数据流的空间扩展矩阵定义为全维度信道空间扩展矩阵中的第 一列集合，其中，所述全维度信道空间扩展矩阵具有与行维度和列维度相 关联的分量，其中的行维度具有与发送链路的数目相等数目的行，并且列 维度具有与发送链路的数目相等数目的列，其中，所述全维度信道空间扩 展矩阵中的第一列集合中的列数等于要发送的经编码空间数据流的数目； 以及选择所述多个接收天线中的一个或多个用来接收通过所述第一收发机 设备和所述第二收发机设备之间的信道估计矩阵发送的并且将经由多个接 收链路接收的一个或多个经编码空间数据流，其中，所述经编码空间数据 流的数目不同于用来发送所述经编码空间数据流的发送链路的数目，并且 其中，接收链路的数目少于接收天线的数目，其中，选择所述多个接收天线中的一个或多个包括考虑所定义的空间 扩展矩阵。
13. 如权利要求12所述的方法，其中，选择所述多个接收天线中的一 个或多个包括从所述信道估计矩阵中移除所述空间扩展矩阵以确定所述 多个发送天线与所述多个接收天线之间的链路到链路信道矩阵，并且选择 与所述链路到链路信道矩阵相关联的接收天线。
14. 如权利要求12所述的方法，其中，选择所述多个接收天线中的一 个或多个用来接收一个或多个经编码空间数据流包括-在与所述多个发送天线和所述多个接收天线之间的信道的全维度描述 相对应的全维度信道矩阵内搜索潜在的信道子矩阵，其中，所述全维度信 道矩阵行维度和列维度相关联的分量，其中的行维度具有与接收天线的数 目相等数目的行，并且列维度具有与发送天线的数目相等数目的列，并且 其中，每个信道子矩阵具有与行维度和列维度相关联的分量，其中的行维 度具有与接收链路的数目相等数目的行，并且列维度具有与发送链路的数 目相等数目的列；基于最优性判据选择所述信道子矩阵中的一个信道子矩阵，其中，用来将数据发送到所述多个接收天线中的一个或多个接收天线的信道估计矩 阵包括所选信道子矩阵；以及选择与所选信道子矩阵相对应的接收天线。
15. 如权利要求14所述的方法，其中，基于最优性判据选择所述信道 子矩阵中的一个信道子矩阵包括开发两个或更多个测试引导矩阵，所述两个或更多个测试引导矩阵各 自对应于不同信道子矩阵；将各个测试引导矩阵应用到相对应的信道子矩阵；当测试引导矩阵被应用后，将所述空间扩展矩阵应用到各个信道子矩阵；利用所述两个或更多个测试引导矩阵中的每个并且利用所述空间扩展 矩阵来将测试信号从第一收发机设备发送到第二收发机设备； 确定与每个所发送的测试信号相关联的品质因子；基于所确定的品质因子选择信道子矩阵之一作为用来接收数据的信道 估计矩阵；以及选择与所选信道子矩阵相对应的接收天线。
16. 如权利要求14所述的方法，还包括向每个潜在信道子矩阵右乘 所述空间扩展矩阵，以形成相对应的信道子矩阵，所述相对应的信道子矩 阵具有与行维度和列维度相关联的分量，其中的行维度具有与接收链路的 数目相等数目的行，列维度具有与要发送的经编码空间数据流的数目相等 数目的列。
17. 如权利要求14所述的方法，其中，在全维度信道矩阵内搜索潜在 的信道子矩阵包括在所述全维度信道矩阵内搜索所有的潜在信道子矩 阵。
18. 如权利要求12所述的方法，其中，所述信道估计矩阵包括与所 述多个发送天线和所述多个接收天线之间的信道的全维度描述相对应的全 维度信道矩阵的子信道矩阵。
19. 如权利要求12所述的方法，其中，所述经编码空间数据流的数目比发送链路的数目以及接收链路的数目中的较小者少。
20. 如权利要求12所述的方法，其中，所述全维度信道空间扩展矩阵 是正交的。
21. 如权利要求12所述的方法，其中，所述第一收发机设备能够经由 多个载波进行发送并且所述第二收发机设备能够经由多个载波进行接收；其中，所述第一收发机设备是正交频分复用(OFDM)收发机； 其中，所述第二收发机设备是OFDM收发机；以及 其中，所述多个载波是多个OFDM子载波。
22. —种用于具有多个天线的收发机设备的天线选择训练方法，其 中，天线被选择用于经由一个或多个发送天线与一个或多个接收天线之间 的具有多个发送和接收链路的信道估计矩阵对一个或多个经编码空间数据 流进行数据发送，所述方法包括在与多个发送天线和多个接收天线之间的信道的全维度描述相对应的 全维度信道矩阵内搜索潜在的信道子矩阵，其中，所述全维度信道矩阵具 有行维度和列维度相关联的分量，其中的行维度具有与接收天线的数目相 等数目的行，并且列维度具有与发送天线的数目相等数目的列，并且其 中，每个信道子矩阵具有与行维度和列维度相关联的分量，其中的行维度 具有与要用来接收数据的接收链路的数目相等数目的行，并且列维度具有 与要用来发送数据的发送链路的数目相等数目的列；其中，所述经编码空 间数据流的数目比发送链路数目和接收链路数目中的较小者少，并且接收 链路数目少于接收天线数目并且/或者发送链路数目少于发送天线数目；向每个潜在信道子矩阵右乘空间扩展矩阵，以形成相对应的信道子矩 阵，所述相对应的信道子矩阵具有与行维度和列维度相关联的分量，其中 的行维度具有与接收链路的数目相等数目的行，列维度具有与要发送的经 编码空间数据流的数目相等数目的列，其中，所述空间扩展矩阵具有与行 维度和列维度相关联的分量，其中的行维度具有与要用来发送所述经编码 空间数据流的发送链路数目相等数目的行，并且列维度具有与要发送的经 编码空间数据流的数目相等数目的列；基于最优性判据选择所述信道子矩阵中的一个信道子矩阵，其中，用 来将数据从所述一个或多个发送天线发送到所述一个或多个接收天线的信道估计矩阵包括所选信道子矩阵；以及 选择与所选信道子矩阵相对应的天线。
23. 如权利要求22所述的方法，其中，基于最优性判据选择所述信道 子矩阵中的 一个信道子矩阵包括开发两个或更多个测试引导矩阵，所述两个或更多个测试引导矩阵各 自对应于不同信道子矩阵；将各个测试引导矩阵应用到相对应的信道子矩阵；当测试引导矩阵被应用后，将所述空间扩展矩阵应用到各个信道子矩阵；利用所述两个或更多个测试引导矩阵中的每个并且利用所述空间扩展 矩阵来将测试信号从一个或多个发送天线发送到一个或多个接收天线； 确定与每个所发送的测试信号相关联的品质因子；基于所确定的品质因子选择信道子矩阵之一作为用来发送数据的信道 估计矩阵；以及选择与所选信道子矩阵相对应的天线。
24. 如权利要求22所述的方法，其中，所述空间扩展矩阵包括全维度 信道空间扩展矩阵中的多个第一列，其中，所述全维度信道空间扩展矩阵 具有与行维度和列维度相关联的分量，其中的行维度具有与用来发送所述 经编码空间数据流的发送链路的数目相等数目的行，并且列维度具有与用 来发送所述经编码空间数据流的发送链路的数目相等数目的列，其中，所 述全维度信道空间扩展矩阵中的第一列的数目等于要发送的经编码空间数 据流的数目
25. —种在具有两个或更多个天线的传输系统内的装置，包括； 空间扩展计算单元，用以产生空间扩展矩阵以在通过信道矩阵的链路到链路传输内在多个链路之间分发一个或多个经编码空间数据流，其中， 所述经编码空间数据流的数目比发送链路数目和接收链路数目中的较小者 少，其中，所述信道估计矩阵具有与行维度和列维度相关联的分量，其中 的行维度具有与接收链路的数目相等数目的行并且列维度具有与经编码空 间数据流的数目相等数目的列，并且其中发送链路的数目和/或接收链路的数目少于天线的数目；以及控制器，被耦合到所述空间扩展计算单元，以利用所述空间扩展矩阵 来控制对在所述链路到链路传输中使用的两个或更多个天线的选择其中，所述空间扩展矩阵具有与行维度和列维度相关联的分量，其中 的行维度具有与用来发送所述经编码空间数据流的发送链路数目相等数目 的行，并且列维度具有与经编码空间数据流的数目相等数目的列。
26. 如权利要求25所述的装置，其中，所述装置包括用于从无线发送 机接收信号的无线接收机。
27. 如权利要求26所述的装置，其中，所述两个或更多个天线包括所 述无线发送机中的两个或更多个发送天线，并且其中，所述控制器被配置 为控制对用于将经编码空间数据流发送到所述无线接收机的所述无线发送 机中的两个或更多个发送天线的选择。
28. 如权利要求26所述的装置，其中，所述两个或更多个天线包括所 述无线接收机中的两个或更多个接收天线，并且其中，所述控制器被配置 为控制对用于从所述无线发送机接收经编码空间数据流的所述无线接收机 中的两个或更多个接收天线的选择。
29. 如权利要求26所述的装置，其中，所述空间扩展矩阵被预先定义 为包括全维度信道空间扩展矩阵中的多个第一列，其中，所述全维度信道 空间扩展矩阵具有与行维度和列维度相关联的分量，其中的行维度具有与 用来发送经编码空间数据流的发送链路的数目相等数目的行，并且列维度 具有与用来发送经编码空间数据流的发送链路的数目相等数目的列，其 中，所述全维度信道空间扩展矩阵中的第一列的数目等于要发送的经编码 空间数据流的数目。
30. 如权利要求26所述的装置，其中，所述空间扩展矩阵是通过由所 述接收机用来与所述发送机通信的通信协议预先定义的。
全文摘要
无线通信系统和方法使用空间扩展矩阵来将经编码空间数据流分发到多个发送链路，并且还将空间扩展矩阵用于发送机中的天线选择计算。设计空间扩展矩阵以使得接收机能够得知并利用空间扩展矩阵来计算发送天线选择、接收天线选择以及联合发送/接收天线选择。将该空间扩展矩阵用于天线选择计算为用于发送空间数据流的天线选择提供了增加的精确性，其中，空间数据流的数目少于发送机与接收机之间的发送或接收链路数目，并且发送或接收链路数目少于相对应的发送或接收天线。
文档编号H04B7/06GK101663838SQ200880012771
公开日2010年3月3日 申请日期2008年4月18日 优先权日2007年4月20日
发明者张鸿远, 鲁希特·U·纳巴 申请人:马维尔国际贸易有限公司