专利名称：用于在实施空间预编码多天线系统中发送接收信号的方法、对应发送器、接收器、计算机 ...的制作方法
技术领域：
本发明的领域是数字通信领域。更具体来说，本发明是关于在ΜΙΜ0(多输入多输 出)型多天线系统的情境下发送和接收信号。本发明可例如适用于具有频率选择性传输信道(单载波型系统)或频率非选择性 传输信道(多载波型系统，例如OFDM或正交分频多路复用型的系统)的系统中的无线电通
fn ° 具体来说，本发明定位在多天线移动接入网络的物理层的层级处，且可适用于上 行链路通信(从终端到基站)以及下行链路通信(从基站到终端)。
背景技术：
用于在多天线系统中(尤其对于移动接入网络来说)发送/接收数字信号的技术 具有许多优点。具体来说，此些技术在无线通信的情境下实现传输的位速率和/或可靠性 的增加。在现有技术中存在一种良好适合于其中传输信道变化的MIMO系统的已知的传输 技术。此技术(还称为链路适配)在于调适当依据代表传输信道的一条信息而进行发送时 所使用的资源。因此，此技术要求接收器与发送器之间的反馈，从而向发送器提供传输信道 的知识(一般是部分知识)。具体来说，此链路调适可为动态的，且使得可能通过寻求将无线电链路的位速率 最大化且同时遵照某一服务质量要求(例如，最大的位错误率)而调适传输信道中的即时变化。为此，修改指派给每一发送天线(即，每一数据流)的MCS (调制和译码方案)，和 任选地分配给每一数据流的发送功率值。可回想起，在多天线系统中，在发送天线与接收天 线之间以一组数据流的形式发送待发送的源信号。P. Layec>R. Visoz 和 A. 0. Berthet 的文献“Achieving High SpectralEfficiency with Adaptive Layered Space Time Codes under Rate Control，，(ICC2007-IEEE)尤其 呈现一种实施动态链路调适方法的多天线传输系统。在此技术中，空间_时间编码与实施 每天线速率控制的PARC(每天线速率控制)型架构进行组合。可回想起，术语“速率”传统 上理解为意味着调制和编码方案(MCS)的选择，即，其包括信道码速率例如，1/4、1/3、1/2等；所选择的调制阶，例如BPSK(二进制相移键控)、QPSK(正交PSK)、16QAM(16正交 振幅调制)型调制等。更具体来说，上文所提到的文献中呈现的技术假设存在可用的一组离散速率值。 相反，可回想起，信息理论的结果是基于速率和发送功率值的无限精确，因此假设无限的反 馈链，其实际上是不可实现的。为了补偿由离散化操作产生的容量上的劣化，此现有技术的技术设法在天线群组中分布发送天线的过程中共同优化分配给每一发送天线的离散速率和功率值。因此，接收器可基于可用于发送模式中的一系列MCS方案的知识(例如，根据发送 标准)来为待用于发送模式中的每一天线群组确定MCS (或离散速率值)以最小化与理论 性能值的差异，且在反馈路径(例如，在CQI (信道质量指示符)消息)中将这些元素传输 到发送器。因此，传输系统具有从信息的上行链路到另一上行链路的自适应分布，以便抗击 量化噪声，或具有在系统的配置期间经良好界定且在系统的整个传输持续时间中固定的分
布。
然而，此现有技术的技术的一个缺点是其依赖于对每一发送天线独立的数据流传 输的假设，即，待传输的信号的协方差矩阵是对角的，因此在数据流之间产生干扰。
发明内容
本发明提出一种不呈现现有技术的所有这些缺点的新颖方案，其呈用于在Nt个发 送天线与Nk个接收天线之间以一组数据流的形式通过传输信道将信号从发送器发送到接 收器的方法的形式，其中Nt和Nk大于或等于2。根据本发明，所述方法包括用于依据代表传输信道的至少一条信息在若干具有至少一个天线的群组中分布 发送天线的步骤，至少一个群组包括两个天线；用于将速率值指派给该等发送天线中的每一者的步骤；用于将发送功率值分配给所述数据流中的每一者的步骤；以及用于对信号进行空间预编码的步骤，其实施包括至少两个块的分块对角预编码矩 阵，每一块与该等天线群组中的一者相关联。因此，除了使发送天线一起形成群组之外，本发明提出将预编码应用于每一发送 天线群组。此类空间预编码过程使得尤其可在传输子信道的本征模式上进行发送。更具体来 说，“子信道”对应于与预编码矩阵的块相关联的所考虑群组的发送天线与接收天线之间的 传输信道。因此，发送器与接收器之间的传输信道被部分地解相关。然而，可回想起，根据现有技术，在传输数据之前未进行任何线性转换以将MIMO 信道分解为互不干扰的若干SISO(单输入单输出)信道。因此，根据本发明而接收的信号受到较少干扰。具体来说，发送天线在若干群组中的分摊(即，群组的数目和形成每一群组的天 线的数目)可为固定的(例如，取决于所考虑的应用或发送标准)。在此情况下，用于分布 发送天线的步骤使得可以根据固定的分摊来确定将哪一发送天线分配给哪一群组。举例来 说，如果分摊Γ包括三个群组A1, Δ2，Δ3，其中A1包括两个发送天线(| Δι| = 2)，A2 包括两个发送天线(| Δ2| =2)，且Δ 3包括一个发送天线(| Δ3| = 1)，且如果我们认为发 送器包括五个发送天线Nn到Nt5，那么用于分布天线的步骤将例如天线Nn和Nt2分配给群 组A1,将天线Nt3和Nt4分配给群组Δ 2，且将天线Nt5分配给群组Δ3。更一般来说，由Γ 可周期性地和/或依据传输信道的变化来实施此分布步骤。举例来说，如果我们再次考虑固定的分摊Γ，那么用于分布天线的步骤依据由接 收器相对于传输信道的变化而反馈的一条信息将例如天线Nt3和Nt5分配给群组△ ”将天线 Nn和Nt2分配给群组Δ 2，且将天线Nt4分配给群组Δ 3。如果传输信道不变，那么没有必要 更新发送天线的分布。相比而言，如果存在对指派给发送天线的功率值和/或速率值的修 改，那么可需要更新。也可周期性地和/或依据传输信道的变化来调适并修改发送天线的分摊(即，群 组的数目和每群组天线的数目)。还可注意到，根据本发明，向发送天线中的每一者指派一速率值且向数据流中的 每一者指派一发送功率值。没有必要向每一天线群组指派速率，但有必要特定地为每一发 送天线指派速率。可注意到，此类标量编码(即，仅沿着时间维度的编码)比空间_时间编 码容易解码。具体来说，从预定组的离散速率值中选择速率值。此选择取决于由接收器规定的 至少一个约束条件，例如，接收器的类型(例如，具有连续消除干扰的类型的接收器)。举例来说，在由标准制定的速率表中界定了预定组的速率。此组还被称为MCS (调 制译码方案)组。类似地，必须在预编码表(还称为码簿)中界定(还在标准中界定)形成预编码 矩阵的块的预编码向量。根据本发明的一个特定特征，预编码步骤包括用于获得与每一块相关联的本征向 量的子步骤。通过使用这些经正交规范化的本征向量，所述方法确定每一数据流的发送功率 值，且在子信道中的每一者的非零本征值上发送信号。可回想起，子信道对应于与预编码矩 阵的块相关联的群组的发送天线与接收天线之间的传输信道。具体来说，根据本发明的发送方法包括用于依据来自接收器的至少一条反馈信息 更新属于群组的至少一个元素的步骤，所述群组包括所述块中的至少一者；所述速率值中的至少一者；所述发送功率值中的至少一者；至少一个预编码向量，预编码矩阵的每一块包括至少一个预编码向量。可依据传输信道的变化、依据来自用户的请求、依据对发送参数的修改等而周期 性地进行此更新。可注意到，即使尚未修改发送天线的分布，也可更新这些不同元素。根据本发明的一个特定方面，发送方法包括用于接收属于群组的至少一个元素的 步骤，所述群组包括关于发送天线群组中的分布的一条信息；代表传输信道的信息；指派给发送天线中的每一者的速率值；预编码矩阵；形成所述预编码矩阵的块；
建立预编码矩阵的预编码向量；针对发送天线的每一群组或针对所有发送天线的对于每一数据流所需的发送功率值。实际上，可回想起，根据本发明，可依据代表传输信道的信息在接收器侧确定向发 送天线群组中的分布且随后将其传输到发送器，否则在接收到代表传输信道的信息之后在 发送器侧确定所述分布。类似地，可在接收器侧确定预编码矩阵且传输到发送器，否则可在接收器侧确定 形成预编码矩阵的块或预编码向量，且发送到发送器，所述发送器确定对应的预编码矩阵寸。本发明的另一实施例是关于一种发送器，其能够在Nt个发送天线与Nk个接收天线 之间以一组数据流的形式通过传输信道将信号发送到接收器，其中Nt和Nk大于或等于2。根据此实施例，所述发送器包括用于依据代表传输信道的至少一条信息在若干具有至少一个天线的群组中分布 发送天线的构件，至少一个群组包括两个天线；用于向该等发送天线中的每一者指派一速率值的构件；用于向所述数据流中的每一者分配一发送功率值的构件；以及用于对信号进行空间预编码的构件，其实施包括至少两个块的分块对角预编码矩 阵，每一块与该等天线群组中的一者相关联。所述发送器尤其适于实施上文所描述的发送方法。此发送器可例如为基站或无线 电电话、膝上型计算机、个人数字助理(PDA)类型的终端，其取决于装置处于上行链路中还 是处于下行链路中。本发明的另一方面是关于用于接收所接收信号的方法，所述所接收信号对应于由 发送器在Nt个发送天线与Nk个接收天线之间以一组数据流的形式通过传输信道发送到接 收器的信号，其中Nt和Nk大于或等于2。根据本发明，所述用于接收的方法包括用于依据代表传输信道的一条信息而获得发送天线在若干具有至少一个天线的 群组中的至少一个分布的步骤，至少一个群组包括两个天线；用于确定将向所述发送天线中的每一者指派的一速率值的步骤；用于确定将向每一数据流分配的一发送功率值的步骤；用于确定包括至少两个块的分块对角预编码矩阵的步骤，每一块与所述天线群组 中的一者相关联；以及用于将所述速率值、所述发送功率值和所述预编码矩阵传输到发送器的步骤。因此，根据本发明的此方面，接收器确定将向每一发送天线指派的速率值、与数据 流相关联的发送功率值以及对应的空间预编码矩阵。具体来说，从预定组的离散速率值中选择速率值。本发明考虑了接收器和传输信道的特征，以便优化向每一发送天线指派的速率 值、向每一数据流分配的发送功率值，且以便分布将通过空间预编码而在不同发送天线上 发送的数据。
根据本发明的一个特定特征，所述接收器是连续干扰消除(SIC)型接收器。
在另一实施例中，本发明是关于一种接收器，其能够接收所接收信号，所述所接收 信号对应于由发送器在Nt个发送天线与Nk个接收天线之间以一组数据流的形式通过传输 信道发送的信号，其中Nt和Nk大于或等于2。
根据此实施例，所述接收器包括用于依据代表传输信道的一条信息而获得发送天线在若干具有至少一个天线的 群组中的至少一个分布的构件，至少一个群组包括两个天线；用于确定将向所述发送天线中的每一者指派的一速率值的构件；用于确定将向所述数据流中的每一者指派的一发送功率值的构件；用于确定包括至少两个块的分块对角预编码矩阵的构件，每一块与所述天线群组 中的一者相关联；以及用于将所述速率值、所述发送功率值和所述预编码矩阵传输到发送器的构件。所述接收装置尤其适于实施上文所描述的接收方法。其可例如为基站或无线电电 话、膝上型计算机、个人数字助理(PDA)类型的终端，其取决于装置处于上行链路中还是处 于下行链路中。本发明的另一方面是关于一种用于传输的系统，其由包括Nt个发送天线的发送器 和包括Nk个接收天线的接收器形成，其中Nt和Nk大于或等于2。所述系统用于在Nt个发送天线与Nk个接收天线之间以一组数据流的形式发送信号。根据本发明，所述接收器包括用于依据代表发送器与接收器之间的传输信道的一 条信息而获得发送天线在若干具有至少一个天线的群组中的至少一个分布的构件，至少一 个群组包括两个天线，且所述发送器包括用于根据所述分布来分布发送天线的构件；所述接收器还包括用于确定将向该等发送天线中的每一者指派的一速率值的构件；用于确定将向该等数据流中的每一者分配的一发送功率值的构件；用于确定包括至少两个块的分块对角预编码矩阵的构件，每一块与所述天线群组 中的一者相关联；以及用于将速率值、发送功率值和预编码矩阵传输到所述发送器的构件，且所述发送器还包括用于将向发送天线指派速率值的构件；用于将向所述数据流分配发送功率值的构件；用于对待发送的信号进行空间预编码的构件，从而实施预编码矩阵。具体来说，所述接收器是连续干扰消除(SIC)型接收器。本发明的又一方面是关于一种可从通信网络下载和/或记录在计算机可读载体 上和/或可由处理器执行的包括用于执行上文所描述的发送方法的程序代码指令的计算 机程序产品，和/或一种可从通信网络下载和/或记录在计算机可读载体上和/或可由处 理器执行的包括用于执行上文所描述的接收方法的程序代码指令的计算机程序产品。
在对以简单的说明且非详尽的实例的方式给出的优选实施例的以下描述中且从附图中将更清楚本发明的其它特征和优点，附图中图1说明根据本发明的特定实施例的发送方法的主要步骤；图2和图3分别呈现在单用户情境中的发送方案和接收方案的实例；图4提出在多用户情境中的发送方案的实例；图5和图6分别呈现根据本发明的特定实施例的发送器和接收器的简化结构。
具体实施方式
5. 1 一般原理本发明的一般原理依赖于在包括至少两个发送天线(NT ^ 2)和两个接收天线 (Ne ^ 2)的多天线系统中在发送模式中实施空间预编码操作。实际上可回想起，对数据进 行空间多路复用使得可得到高频谱效率值。更具体来说，依据代表发送器与接收器之间的传输信道的至少一条信息而将发送 天线一起分组为若干天线群组。因此在接收器与发送器之间存在一反馈路径，其给出传输 信道的发送器部分知识。此反馈路径考虑到传输信道的变化而调适发送天线的分布。根据本发明的空间预编码随后实施包括至少两个块的逐块对角预编码矩阵，每一 块与若干天线群组中的一者相关联。@ ]tk， H ^ "Achieving High Spectral Efficiency with Adaptive LayeredSpace-Time Codes under Rate Control”中呈现的现有技术的技术提出传输每一 发送天线独立的数据流，即，提出实现由所发送信号的对角协方差矩阵实施的对功率值的 控制，但本发明依赖于每一天线群组使用一个预编码块，一组预编码块形成一预编码矩阵。 由预编码矩阵和发送功率值形成的所发送信号的协方差矩阵因此按照块来说是对角的。在发送模式中实施空间预编码使得尤其可在传输子信道的本征模式上进行发送。 因此，将传输信道部分解相关，且这限制了接收处的干扰。为此，确定每一块的本征向量，以便在每一子信道的非零本征值上传输信号。可注 意到，可定期地再更新预编码矩阵的块，或依据传输信道中的变化或依据发送参数中的改 变等来进行再更新。因此，在接收器与发送器之间存在一反馈路径(此情况下的反馈路径 与将信息传输到发送器以用于发送天线的逐群组分布的反馈路径不同)，从而使得可对发 送参数(速率和/或功率值和/或预编码矩阵)进行再更新。此外，根据本发明，向发送天线中的每一者指派一特定的速率值，即，一标量速率 值，且不再是每天线群组一速率。此特征尤其具有较低解码复杂性的效果。现在参看图1，我们呈现根据本发明的用于发送源数据信号10的方法的主要步
马聚ο在第一步骤11处，在若干天线群组中分布发送天线，至少一个群组包括两个天 线。考虑到代表传输信道的至少一条信息来完成此分布11。更具体来说，接收器可根据代 表传输信道的信息来确定最佳分布，且可在反馈路径中通过发送器传输(12)此分布，否则 其可将代表传输信道的信息直接传输(12)到发送器，发送器自身确定最佳分布。随后向发送天线中的每一者指派一速率值(13)，且向数据流中的每一者指派一发 送功率值(14)。
在随后的步骤15中，所述信号经受实施包括至少两个块的逐块对角预编码矩阵 的空间预编码操作，每一块与天线群组中的一者相关联。随后在发送天线与接收天线的每一群组之间的传输子信道的本征模式上发送如 此经预编码的信号16。5. 2单用户情境中的特定实施例的描述A)发送和接收方案下文中，提供对可用于在遵守质量服务约束条件和发送信道的部分知识的情况下 最大化多天线系统的频谱效率的本发明的特定实施例的描述。更具体来说，下文中提供对用于获得每群组预编码块最大化的传输性能且与简化 的接收器兼容的原始算法的描述。我们还论述将在接收器与发送器之间的反馈路径中传输 的信息。因此，根据此特定实施例，发送天线分布于若干群组中，且发送器实施逐群组的空 间预编码，因此减少反馈路径的负载。对于给定的分摊，通过与发送天线群组中的每一者相 关联的预编码块、分配给每一数据流的发送功率值以及对用于每一发送天线的速率值的选 择(对应于MCS的选择)之间的联合处理操作，来优化发送器。因此，将可分配给传输子信 道的每一非零本征模式的MCS值的频谱效率最大化。应将描述更特定地定位在对应于包括K个天线群组的一用户(一发送器)的点对 点MIMO情境中。根据本发明的此特定实施例，还将发送操作约束在假设具有连续干扰消除型的接 收。在此约束条件下，建立预编码块以便适于SIC接收器。随后选择码簿(或预编码表) 中的最近的向量。进而促进接收操作。约束条件下的此联合优化减少了量化噪声，且因此增加了传输性能，尤其是在频 谱效率方面。还可注意到，在反馈路径上传输的信息的必需量取决于所选择的分摊。此选择显 著地随着性能与所要输送的信息量之间的折衷而变。具体来说，群组的数目越大，返回到发送器的信息量上的减少越大(与预编码块 的尺寸成比例)。可回想起，群组的数目K严格大于1(即，存在至少两个天线群组)，且严 格小于Nt (其意味着群组中的至少一者具有两个发送天线)。下文中，参看图2和图3，我们描述根据本发明的此特定实施例的发送方案和接收方案。如图3中所说明，在考虑到以下约束条件的情况下，用于确定速率值、发送功率值 和预编码块的步骤被视为由接收器在步骤31期间联合实施所要服务质量的约束条件，其考虑到以下各项可用的预定组的离散速率值(或可用的调制阶和码速率值，其实现速率值和发送 功率值的量化)；和/或所请求的位错误率(BER)或帧错误率(FER)；和/或
可用的码簿(用于界定适于简单的SIC接收器且因此适于预编码块和预编码矩阵 的预编码向量)；和/或将再分布于数据流上的总功率值；
等等；传输信道上的信息(例如，来自对传输信道或信号与干扰和噪声比(SINR)的估 计)。因此，由接收器在Nk个接收器天线上接收到的信号首先经处理以获得对传输信道 的估计32。将此估计32考虑在内以便确定和调适(31)速率值、发送功率值和预编码块，以 及解码(33)所接收的信号或包。可回想起，在此实施例中，一组预编码块形成适于简单的SIC接收器的预编码矩 阵，每一块与发送天线的一不同群组相关联。参考Vk用于表示与群组k(l相关 联的预编码块。具体来说，从Waterfilling算法的应用来确定发送功率值。可回想起， Waterfilling型算法用于将发送功率主要分布在传输信道的较强本征模式上，S卩，具有良 好无线电条件的信道，而几乎极少或甚至没有功率分配给具有较差无线电条件的信道。在本发明的此实施例中，因此对包括K个天线群组的系统应用迭代式 Waterfi 11 ing 型算法，包括 Waterfi 11 ing 操作。具体来说，对K个天线群组实施迭代式Waterfilling型算法给出较佳的渐近性能 值，因为本发明在此实施例中在较大程度上取决于较弱的无线电链路。随后，在反馈路径12中将这些发送参数(速率值、发送功率值和预编码块)传输 到发送器。举例来说，可通过单独地针对速率值(MCS)或功率值的选择而向每天线指派一个 CQI，且针对预编码块的选择而向每群组指派一个CQI，来完成这些发送参数的信令。因此， 反馈路径携载用以向每一发送天线指派一个速率值的Nt个速率值、用以向每一数据流指派 一个功率值的Nt个功率值，和用以向每一群组指派一个预编码块的K个预编码块值。根据另一变体，可列出联合确定的速率值(S卩，Ntcs个可用的离散速率值)、离散的 发送功率值(在Np 个不同层级上量化)和预编码块vk(即，#、个可用块)的所有可能配 置。以此方式，反馈一单个CQI，其同时表示所有发送参数。由下式给出CQI所需的位的数目b 其中运算符「]符号表示较高的整数部分。在此变体中，因此有必要将尺寸更大的对应关系表存储在发送处和接收处。此对 应关系表的一行对应于Nt个MCS (每一者从离散速率值的表中选出)、ΝΤ个发送功率值和K 个预编码块(每一者从预编码表中选出)的组合。因此，根据此变体的联合列举至多使用与用于单独以信号发送传输每一条信息的 发送参数的位的数目一样多的位。在接收发送参数时，发送器可指派速率值和发送功率值、更新预编码矩阵且继续 信号的传输。更具体来说，如图2中所说明，将发送天线分组为K个群组，其基数的范围为从1
到Nk。
发送器的输入处的源数据信号10首先在步骤DEMUX 21期间被多路分用，且被转 换为对应于此传输子信道的非零本征值的数目的一定数目的独立流。举例来说，如果我们考虑与发送天线的群组△ k相关联的预编码块Vk，其中基数为
Δ k I，我们获得Sk个非零本征值，其中Sk = min (Νε, | Δ k |)。 因此，我们获得Σ外个独立流。 随后，依据由反馈路径12携载且由控制器22提取的信息向独立流中的每一者指 派标量速率值(MCS 13)和发送功率值(14)。具体来说，Ai(Ek)表示由控制器22提取的 矩阵Σ k的第i个对角线元素，矩阵Σ k界定将向群组k的每一数据流指派的功率值。随后使用包括块V1J2.....Vk的逐块对角预编码矩阵来实施空间预编码(15)。因
此，通过天线群组完成预编码。因此，在与每一群组k相关联的每一子信道的Sk个非零本征值上传输数据信号。B)确定发送参数下文中，给出对用于确定速率值、功率值和预编码块以优化传输系统的容量的步 骤的描述。为此，寻求通过优化传输系统的整体容量来减少与多天线系统相关联的成本函 数。对整体容量(还称为离散总容量)的优化的准则依赖于接收处的传输信道H(在发送 器与接收器之间)、信噪比SNRp、可用于分布的功率预算P、一组MCS、依据所要的服务质量 从可用的一组速率值中有效选出的速率值等的知识，且可表达如下 其中分配的离散速率值 R为从表示为J的离散速率值表中选出的速率值，且具有以下约束条件 由预编码块Vk和发送功率值Σ k界定对应于由群组k发送的数据流的协方差矩阵 ，使得 下文中，我们回想到每层的理论容量(还称为标量容量，或每天线容量)的定义， 其中校正项Y用于将服务质量约束条件考虑在内
其中 其中t共轭转置运算符；1Nr大小为Nk的单位矩阵；以及H 代表对应于群组k的天线与接收天线之间的传输信道的传输子信道，使得 下文中，我们呈现用于优化传输系统的整体容量的近似解决方案。这些解决方案 是次最佳的，但确保较低的复杂性以及合算的性能特征。因此，假设关于预编码块的量化误差足够小，且因此使得能够将描述定位在每群 组一个Waterfilling的最佳情境中。换句话说，假设预编码表或码簿包括充分数目的预编 码块或用于建立预编码块的预编码向量。此外，将发送约束于连续干扰消除型接收器。因此，预编码块对应于针对向量SIC 的每一阶段(或等效地其为等式(5)中的本征向量Bk) —个Waterfilling操作的基础。因此，最佳接收器的架构被缩减为白化滤波器，随后通过考虑到此最佳基础进行 连续干扰消除。参看附录Α、Β和C，给出对用于确定发送参数的算法的详细描述。所提出的算法允许在通过迭代指数M和N(其中M和N为两个正整数)调度不同 确定步骤中的自由度。出于更加清楚起见，在下文中对所述步骤的描述中将其省略。迭代 的数目M和N的经确定以便获得算法的收敛或再次为了限制计算复杂性。举例来说，对于 第一算法(算法1)，取M= 3，且对于第二算法(算法2)，取M= 2、Ν = 3。因此，可将对所需的功率值的计算缩减为以下等式 如在上文已指示，对功率值的量化操作使得有必要将结果舍入到较高的整数值， 以便能够支持所选的MCS。更具体来说，附录A说明用于确定实施逐群组功率约束条件的单用户系统(或点 对点ΜΙΜΟ)中的发送参数的第一算法(算法1)。
因此，算法1提出将功率量化和再分布操作与每一迭代k ( 即，针对每一天线群组) 整合，其中ke {1，Κ}。因此，此算法是基于迭代式Waterfilling型算法，其用于用针对每 一群组的单独功率约束条件来在发送模式中优化预编码块。还可注意到，相对于传统的迭 代式Waterfilling型技术，所提出的算法考虑到预编码块的优化期间的值(速率和/或功 率值)的离散化，且作出SIC接收器的假设。另一差异在于以下事实在单用户情况下，将 遵守的功率约束条件是总功率约束条件因此群组k的剩余功率增加了群组k+Ι的功率预算。算法1首先在零处起始预编码块
以及分配给每一群组遵守功率预算
的约束条件
作的功率预算{Pk}kk1.
举例来说，根据一个特定变体，功率预算公平地分布于所有群组之间，不偏向于或 不忽视天线群组中的一者。附录B说明用以确定实施总功率约束条件的单用户系统中的发送参数的第二算 法(算法2)。因此，算法2考虑到总功率约束条件。因此，步骤2是基于总功率迭代式 Waterfilling 型算法。同样，可注意到，所提出的算法考虑到预编码块的优化期间的值(速率和/或功率 值)的离散化，且假设SIC接收器的存在。最后，附录C说明用以确定其中接收器具有匪SE-SIC型架构(最小均方差-SIC 架构)的单用户系统中的发送参数的第三算法(算法3)。我们考虑到本发明的特定情况，根据所述情况，预编码块Vk上的量化误差是不可 忽略的。更具体来说，如果从来自与接收器相关联的码簿的预编码向量而确定的预编码块 与来自Bk的本征向量的预编码块之间的度量较大，那么最佳接收器具有MMSE-SIC型架构 (假设独立的高斯输入)。随后考虑到预编码步骤，由下式界定等效的信道H 如下表达对每一独立流的理论容量的表达 其中、等效信道H的矩阵的第i列；S包括对应于仍待解码的独立流的天线指数的发送天线的子组。在此特定情况下，且如算法3中所说明，有必要考虑在发送参数的优化期间对干 扰进行处理。可注意到，算法3提出了考虑到每天线群组的功率约束条件对发送参数的优化。此外，还可考虑到算法2中所提出的总功率约束条件来优化发送参数。还可注意到，实施每群组Waterfilling的技术的这三个算法提出对速率值分配 期间未使用的功率的再分布。更具体来说，考虑对实施Waterfilling型技术的多天线系统进行离散化的作用 导致重新考虑分配功率的方式。因此，通过传统的Waterfilling算法，功率值首先在群组 中固定。随后用Bk的本征向量产生协方差矩阵。一旦已分配速率值，便重新计算实际上必 需的功率。随后，如果可能的话，使用剩余的功率来增加一个或一个以上离散速率值。如果 存在任何剩余未使用的功率，甚至其不足以增加总容量，也将其再分布于下一群组的不同 天线上，以便减少位错误率。 5. 3对多用户情境中的特定实施例的描述此后将描述定位在存在K个用户的多用户情境中。我们考虑代表通信终端(例如，移动终端)与基站之间的上行链路的上行链路配 置。用于此MIMO信道配置中的术语为“多接入信道”(MAC)。因此，此配置中的K个用户对 应于不同的通信终端，且接收器对应于基站。分别呈现于附录A和C中的算法1和3可用于确定此情境中的发送参数。具体来 说，可注意到，在MIMO MAC信道的情况下，有必要恢复个别的功率约束条件。因此，必须排除用以增加下一天线群组的功率预算的残余功率的分布，且此对应 于排除算法1或算法3的步骤6。图4更特定地说明在实施K个用户的MIMO MAC多用户情景中的发送方案。在此
实施例中，一天线群组和因此的一预编码块与每一用户U1.....队相关联。与图2的标记
法和参考相同的标记法和参考用于表示共同的元件。因此，在此实施例中，认为每一用户均经历表示为KUy5Hi^的信道状态，其中 ηδ,.代表用于用户i的传输信道的状态。5. 4发送装置的结构最后，参看图5和图6，我们呈现分别实施根据上文所描述的特定实施例的发送技 术和接收技术的发送器和接收器的简化结构。如图5中所说明，根据此特定实施例的发送 器包括存储器51，其由缓冲器存储器构成；处理单元52，其例如配备有微处理器μ P，且由 计算机程序53驱动以实施根据本发明的发送方法。初始化时，将计算机程序53的代码指令例如加载在RAM中，且随后由处理单元52 的处理器执行。在输入处，处理单元52接收待传输的源数据信号10以及来自接收器的若 干条信息12 (例如，发送参数或用于确定这些发送参数的若干条信息、天线的分布或代表 传输信道的一条信息等)。处理单元52的微处理器根据计算机程序53的指令而实施上文所描述的发送方法 的步骤。为此，除了缓冲器存储器51之外，发送器还包括用于在若干天线群组中分布发送 天线的构件、用于向发送天线中的每一者指派一速率值的构件、用于向数据流中的每一者 分配功率值的构件，以及用于对信号进行空间预编码的构件。这些构件由处理器单元52的微处理器驱动。因此，处理单元52向接收器发送根据上文所界定的发送参数而发送的经预编码 的信号16。
如图6中所说明，根据所描述的实施例的接收器包括存储器61，其由缓冲器存储 器构成；处理单元62，其例如配备有微处理器μ P，且由计算机程序63驱动以实施根据本发 明的接收方法。初始化时，将计算机程序63的代码指令例如加载在RAM中，且随后由处理单元62 的处理器执行。在输入处，处理单元62接收对应于所发送信号16的所接收信号。
理器根据计算机程序63的指令而实施上文所描述的接收方法 的步骤。为此，除了缓冲器存储器61之外，接收器还包括用于获得发送天线在若干天线群 组中的至少一个分布的构件、用于确定将向发送天线中的每一者指派的一速率值的构件、 用于确定将向数据流中的每一者分配的一功率值的构件、用于确定逐块对角预编码矩阵的 构件，以及用于将如此确定的速率值、功率值和预编码矩阵传输到发送器的构件。这些构件由处理器单元62的微处理器驱动。因此，处理单元62递送经解码的数据信号或经解码的数据包64以及将在反馈路 径12中传输到发送器的发送参数。具体来说，所述接收器是SIC型接收器。附录A 附录B
依一个置换σ降序来对&的本征值进行归类 当 1 € ~ 执行
依= λ^^Σ ·) + 以新的G选出离散速率。计算并量化最低限度的 功率并更新、⑴(Σ&.)和Pm
只要就执行
直接选择c'较小的离散速率值
计算并量化最低限度的功率并更新^!(^和7^ 更新协方差矩阵
步骤6:分配残余功率&·、以增加接下来要运行的下一个群组的功率预算。
权利要求
一种用于在NT个发送天线与NR个接收天线之间以一组数据流的形式通过一传输信道将一信号从一发送器发送到一接收器的方法，其中NT和NR大于或等于2，所述方法包括用于依据代表所述传输信道的至少一条信息在若干具有至少一个天线的群组中分布发送天线的一步骤，至少一个群组包括两个天线；所述方法的特征在于其还包括用于向所述发送天线中的每一者指派一速率值的一步骤；用于向所述数据流中的每一者分配一发送功率值的一步骤；以及用于对所述信号进行空间预编码的一步骤，其实施包括至少两个块的一分块对角预编码矩阵，每一块与所述天线群组中的一者相关联。
2.根据权利要求1所述的发送方法，其特征在于依据由所述接收器规定的至少一个约 束条件从一预定组的离散速率值中选出所述速率值。
3.根据权利要求1和2中任一权利要求所述的发送方法，其特征在于所述预编码步骤 包括用于获得与所述块中的每一者相关联的本征向量以在子信道中的每一者的非零本征 值上传输所述信号的一子步骤，一子信道对应于与该预编码矩阵的所述块中的一者相关联的所述群组中的一者的该 等发送天线与所述接收天线之间的该传输信道。
4.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的发送方法，其特征在于其包括用于依据 来自所述接收器的一条反馈信息来更新属于包括以下各项的群组的至少一个元素的一步 骤所述块中的至少一者； 所述速率值中的至少一者； 所述发送功率值中的至少一者；至少一个预编码向量，该预编码矩阵的每一块包括至少一个预编码向量。
5.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的发送方法，其特征在于其包括用于接收 属于包括以下各项的群组的至少一个元素的一步骤关于所述发送天线的群组中的该分布的一条信息；代表所述传输信道的所述信息；向所述发送天线中的每一者指派的所述速率值；所述预编码矩阵；形成所述预编码矩阵的所述块；建立所述预编码矩阵的预编码向量；针对发送天线的每一群组或针对所有该等发送天线的对于所述数据流中的每一者所 需的发送功率值。
6.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的发送方法，其特征在于周期性地和/或 依据所述传输信道的一变化来实施所述用于分布的步骤。
7.一种计算机程序产品，其包括用于在由一计算机执行时实施根据权利要求1所述的 发送方法的程序代码指令。
8.—种发送器，其能够在Nt个发送天线与Nk个接收天线之间以一组数据流的形式通 过一传输信道将一信号发送到一接收器，其中Nt和Nk大于或等于2，所述发送器包括用于依据代表所述传输信道的至少一条信息在若干具有至少一个天 线的群组中分布发送天线的构件，至少一个群组包括两个天线； 所述发送器的特征在于其还包括 用于向所述发送天线中的每一者指派一速率值的构件； 用于向所述数据流中的每一者分配一发送功率值的构件；以及 用于对所述信号进行空间预编码的构件，其实施包括至少两个块的一分块对角预编码 矩阵，每一块与所述天线群组中的一者相关联。
9.一种用于接收一所接收信号的方法，所述所接收信号对应于由一发送器通过一传输 信道在NT个发送天线与NK个接收天线之间以一组数据流的形式发送到一接收器的一信号， 其中&和队大于或等于2，所述方法包括用于依据代表该传输信道的一条信息而获得所述发送天线在若干具有 至少一个天线的群组中的至少一个分布的一步骤，至少一个群组包括两个天线； 所述方法的特征在于其还包括用于确定将向所述发送天线中的每一者指派的一速率值的一步骤； 用于确定将向每一数据流分配的一发送功率值的一步骤；用于确定包括至少两个块的一分块对角预编码矩阵的一步骤，每一块与所述天线群组 中的一者相关联；以及用于将所述速率值、所述发送功率值和所述预编码矩阵传输到该发送器的一步骤。
10.根据权利要求9所述的接收方法，其特征在于从一预定组的离散速率值中选出所 述速率值。
11.根据权利要求9和10中任一权利要求所述的接收方法，其特征在于所述接收器是 一连续干扰消除型接收器。
12.—种计算机程序产品，其包括用于在由一计算机执行时实施根据权利要求9所述 的接收方法的程序代码指令。
13.一种接收器，其能够接收一所接收信号，所述所接收信号对应于由一发送器通过一 传输信道在nt个发送天线与Nk个接收天线之间以一组数据流的形式发送的一信号，其中Nt 和队大于或等于2，所述接收器包括用于依据代表该传输信道的一条信息而获得发送天线在若干具有至 少一个天线的群组中的至少一个分布的构件，至少一个群组包括两个天线； 所述接收器的特征在于其还包括用于确定将向所述发送天线中的每一者指派的一速率值的构件； 用于确定将向所述数据流中的每一者分配的一发送功率值的构件； 用于确定包括至少两个块的一分块对角预编码矩阵的构件，每一块与所述天线群组中 的一者相关联；以及用于将所述速率值、所述发送功率值和所述预编码矩阵传输到所述发送器的构件。
14.一种用于传输的系统，其由包括NT个发送天线的一发送器和包括队个接收天线的 一接收器形成，其中Nt和Nk大于或等于2，所述系统能够在该等Nt个发送天线与该等Nk个接收天线之间以一组数据流的形式通 过一传输信道将一信号发送到所述接收器，所述接收器包括用于依据代表所述传输信道的一条信息而获得所述发送天线在若干 具有至少一个天线的群组中的至少一个分布的构件，至少一个群组包括两个天线， 所述发送器包括用于根据所述分布来分布发送天线的构件； 所述系统的特征在于该接收器还包括用于确定将向所述发送天线中的每一者指派的一速率值的构件； 用于确定将向所述数据流中的每一者分配的一发送功率值的构件； 用于确定包括至少两个块的一分块对角预编码矩阵的构件，每一块与所述天线群组中 的一者相关联；以及用于将所述速率值、所述发送功率值和所述预编码矩阵传输到所述发送器的构件， 且所述系统的特征在于所述发送器还包括 用于向所述发送天线指派所述速率值的构件； 用于向所述数据流分配所述发送功率值的构件；用于对待发送的所述信号进行空间预编码的构件，其实施所述预编码矩阵。
全文摘要
本发明涉及一个使用空间预编码，相对应的发射器，接收器和计算机程序产品来在一个多天线系统中发射和接受一个信号的方法。本发明同样涉及一种以一组数据流的形式通过一传输信道将一个信号从一发射器发送到一接收器的方法。所述方法包括用于根据代表所述传输信道的至少一条信息在若干具有至少一个天线的群组中分布发射天线的一步骤，至少一个群组包括两个天线。根据本发明，所述方法还包括用于向所述发射天线中的每一者指派一速率的一步骤；用于向所述数据流中的每一者分配一发射功率值的一步骤；以及用于对所述信号进行空间预编码的一步骤，其使用一个包括至少两个块的一分块对角预编码矩阵，每一块与所述天线群组中的一者相关联。
文档编号H04B7/04GK101861705SQ200880116642
公开日2010年10月13日 申请日期2008年9月5日 优先权日2007年9月20日
发明者A·贝尔赛特, P·拉耶克, R·维索斯 申请人:法国电信公司