专利名称：识别对应于无线网络信道的预编码矩阵的方法和近似无线网络中无线网络信道的容量的方法
技术领域：
本发明的公开实施例一般涉及无线网络通信，并且更具体地说，涉及波束形成方法和用于确定信道状态信息的方法。
背景技术：
闭环(CL)多输入多输出(MIMO)是用于通过为传送器提供有关信道状态的知识而增强传送天线(例如位于基站的天线)与接收天线(例如位于移动台的天线)之间链路(也称为信道)的性能的技术。传送器可具有关于信道系数的矩阵的完全或部分信息，并且传送器能够使用该信息来增大容量和改进链路的性能。闭环MIMO操作将是IEEE802. 16无线宽带标准(通常称为微波接入全球互操作性或WiMAX)且具体而言是802. 16e Rev2 (也称为Verl. 5)和802. 16m的特征。闭环MIMO是用于多于一个传送的流(即来自MIMO编码器的输出)的情况的波束形成的概括。在某些实施例中，波束形成包括例如加权各种传送的信号以便改进系统性能的“预编码”矩阵的信号处理技术的使用。
从连同图中的附图进行的下面详细描述的阅读，将更好地理解公开实施例，其中图1是根据本发明的一实施例的流程图，其示出识别对应于无线网络信道的预编码矩阵的方法；图2是根据本发明的一实施例的曲线图，其示出使用包括匪SE容量度量(Capacity Metric)的各种选择度量可实现的性能；图3是根据本发明的另一实施例的流程图，其示出识别对应于无线网络信道的预编码矩阵的方法；图4和5是根据本发明的一实施例的流程图，其示出从存储器装置中存储的并包含多个预编码矩阵的矩阵码本来识别用于M个副载波的目标预编码矩阵的方法；图6和7是根据本发明的一实施例的流程图，其示出从存储器装置中存储的并包含多个预编码矩阵的矩阵码本为多个信道实例识别目标预编码矩阵的方法；图8是包含其中可实现本发明的一实施例的区域的帧的图示；以及图9是根据本发明的一实施例的流程图，其示出近似无线网络中无线网络信道的容量的方法。为了图示的清晰和简明，绘图示出构建的一般方式，并且公知特征和技术的描述和细节可被省略以避免不必要地混淆本发明的所述实施例的论述。另外，绘图中的要素不一定按比例绘制。例如，图中一些要素的尺寸可能相对于其它要素被夸大，以帮助改进对本发明实施例的理解。不同图中的相同引用标号指示相同要素，而类似引用标号可能但不一定指示类似要素。
描述和权利要求中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”及诸如此类(如果有的话)用于在类似要素之间进行区分，并且不一定用于描述特定相继的或时间的次序。要理解，如此使用的术语在适当情况下可互换，因此，本文中所述的本发明的实施例例如能够以与本文中所示或以其它方式所述的那些顺序不同的顺序进行操作。类似地，如果方法在本文中描述为包括一系列步骤，则如本文中呈现的此类步骤的次序不一定是此类步骤可被执行的唯一次序，并且某些所述步骤可能可被省略和/或本文中未描述的某些其它步骤可能可被添加到该方法。此外，术语“包括(comprise、include) ”、“具有”及其任何变型旨在覆盖非排他的包括，因此，包括要素列表的设备或物品、方法、过程不一定限于那些要素，而是可包括未明确列出或此类过程、方法、物品或设备所固有的其它要素。描述中和权利要求中的术语“左”、“右”、“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“之上”、“之下”及诸如此类(如果有的话)用于描述性的目的，并且不一定用于描述永久性相对位置。要理解，如此使用的术语在适当情况下可互换，因此，本文中所述的本发明的实施例例如能够以与本文中所示或以其它方式所述的那些定向不同的其它定向进行操作。术语“耦合”在本文中使用时定义为以电或非电方式直接或间接连接。本文中描述为“相邻于”彼此的对象可以是彼此物理接触、紧密靠近彼此或者与彼此一样在相同一般区域或区中(按照对于其中使用该短语的上下文所适合的)。本文中短语“在一个实施例中”的出现不一定全部指相同实施例。
具体实施例方式在本发明的一个实施例中，一种识别对应于无线网络信道的预编码矩阵的方法包括以下步骤识别包括单位矩阵的容量度量，使用忽略单位矩阵的近似度量来近似容量度量，使用该近似度量在矩阵码本中所有矩阵上搜索以便识别增大无线网络信道的容量的特定预编码矩阵，以及跨无线网络信道传送对应于该特定预编码矩阵的矩阵索引。在另一个实施例中，该方法包括构建包括来自最小均方误差解码器的解码器误差能量项的对角矩阵，演算与最小均方误差解码器的链路的容量以便构建最小均方误差度量，使用最小均方误差度量在矩阵码本中所有矩阵上搜索以便识别增大无线网络信道的容量的特定预编码矩阵，以及跨无线网络信道传送对应于该特定预编码矩阵的矩阵索引。在本发明的一特定实施例中，一种从存储器装置中存储并包含多个预编码矩阵的矩阵码本来选择用于M个副载波(S卩，逻辑带)的目标预编码矩阵的方法包括识别选择准则，选择对应于选择准则的度量，以及平均每N个副载波的信道矩阵以便创建L个平均信道矩阵，其中，N大于1且于小或等于M。随后，对于矩阵码本中的每个预编码矩阵，使用平均信道矩阵的每个矩阵来演算度量以便获得L个平均度量，并且演算M个副载波上L个平均度量的总和(sum)/平均值。随后，该方法包括选择多个预编码矩阵中增大度量的总和/平均值的特定的一个预编码矩阵作为目标预编码矩阵。在某个实施例中，一种为多个信道实例从存储器装置中存储的并包含多个预编码矩阵的矩阵码本来选择目标预编码矩阵的方法包括根据矩阵码本的大小来提供N码字度量的缓冲器。随后，对于矩阵码本中的每个预编码矩阵，为每个信道实例演算预编码矩阵的度量，以及将每个预编码矩阵的度量累积到缓冲器中的度量。随后，该方法包括选择多个预编码矩阵中产生期望累积度量的特定的一个预编码矩阵作为目标预编码矩阵。
在本发明的一个实施例中，一种近似无线网络中无线网络信道的容量的方法包括接收多个导频音(tone)；估计多个信道响应矩阵和多个噪声功率项，使得对于所述多个导频音的每个导频音存在信道响应矩阵和噪声功率项；在所述多个信道响应矩阵的每一个矩阵上(或在这些矩阵的函数上，例如，Η· Hh，其中Oh是Hermitian转置算子)执行迹(trace)运算和行列式(determinant)运算以便获得多个迹和多个行列式；找到所述多个迹的平均值、所述多个行列式的绝对值的平均值以及所述多个噪声功率项的平均值；将无线网络信道的容量表示为所述多个迹的平均值、所述多个行列式的绝对值的平均值以及所述多个噪声功率项的平均值的函数；以及找到该函数的解。本文档各处使用的信道模型(除非另有说明)如下Jc =FJ,(1)其中， 是传送的信号(具有向量大小为Ntx χ 1)，Ntx是实际(物理)传送天线的数量，F是预编码矩阵(具有矩阵大小NtxX Nstreams)，Nstreams是传送的流的数量，即来自MIMO编码器的输出的数量，以及 是来自MIMO编码器的输出，以及y = HFs+ν,(2)其中J是接收的信号(具有向量大小Nn χ 1)，Nm是接收天线的数量，H是信道矩阵(具有矩阵大小Nm χ Ntx)，以及i 是信道噪声(具有向量大小Nm Χ 1)。Nstreams、Ntx和Nrx之间的关系应满足Nstaams彡min(Ntx, Nrx)。在至少一个实施例中，Nrx ^ 2,即，存在多个接收天线。我们考虑用于IEEE 802. 16e标准和WiMAX版本1. 5 (包括TDD和H-FDD)并且也用于IEEE 802. 16m标准的CL-MIM0。为CL-MIMO选择的方法是基于码本的预编码，其中，预编码矩阵从码本(即已知的矩阵集合)来选择。接收器根据信道状态从码本来选择最适合的矩阵的索引，并且将它发送到传送器。随后，传送器使用对应的矩阵作为预编码矩阵。802. 16e和802. 16m中使用的预编码矩阵是酉矩阵-每个矩阵列的总和功率等于1。这意味着传送的流之间无功率加载(淋水(water pouring)).我们假设ΜΙΜ0垂直编码；空间复用；MIMO解码器是最小均方误差(MMSE)或最大似然解码(MLD)；以及置换是用于连续/相邻副载波分配，例如802. 16e中的自适应调制和编码(AMC)或802. 16m中的连续资源单元(CRU)。矩阵选择度量我们使用标准中的给定码本并尝试找到从码本选取预编码矩阵的有效方式。由于此任务由订户完成，因此，用于矩阵选择的算法应简单，并且应要求尽可能少的计算，但仍呈现良好的性能。从给定码本来选择预编码矩阵的一种方式是使用某一度量或其它选择准则在码本中所有矩阵上执行穷举搜索。下面的讨论包含根据本发明的实施例的某些度量的描述。在本文中称为Abs-Det度量的一个此类度量是高信噪比(SNR)环境中容量的近似值。Abs-Det度量识别增大或甚至最大化特定无线信道的容量的预编码矩阵F。假设用于预编码矩阵F的容量度量I (F)表示为
权利要求
1.一种识别对应于无线网络信道的预编码矩阵的方法，所述方法包括识别包括单位矩阵的容量度量；使用忽略所述单位矩阵的近似度量来近似所述容量度量；使用所述近似度量，在矩阵码本中所有矩阵上搜索以便识别增大所述无线网络信道的容量的特定预编码矩阵，所述矩阵码本存储在存储器装置中，所述特定预编码矩阵具有对应的矩阵索引；以及跨所述无线网络信道来传送所述矩阵索引。
2.如权利要求1所述的方法，其中识别增大所述无线网络信道的容量的特定预编码矩阵包括找到F = argmax^eF T^f)的解，其中，f是所述特定预编码矩阵，并且7(/0是所述近似度量。
3.一种识别对应于无线网络信道的预编码矩阵的方法，所述方法包括构建包括来自最小均方误差解码器的解码器误差能量项的对角矩阵；演算与所述最小均方误差解码器的链路的容量以便构建最小均方误差度量；使用所述最小均方误差度量，在存储器装置中存储的矩阵码本中所有矩阵上搜索以便识别增大所述无线网络信道的容量的特定预编码矩阵，所述特定预编码矩阵具有对应的矩阵索引；以及跨所述无线网络信道来传送所述矩阵索引。
4.如权利要求3所述的方法，其中识别增大所述无线网络信道的容量的特定预编码矩阵包括找到F = argmaxFe7 1麵讽、的解，其中F是所述特定预编码矩阵，Immse(F)=tree (log (Ε—1))，以及E是所述对角矩阵。
5.一种近似无线网络中无线网络信道的容量的方法，所述方法包括接收多个导频音；估计多个信道响应矩阵和多个噪声功率项，使得对于所述多个导频音的每一个导频音都存在信道响应矩阵和噪声功率项，所述多个信道响应矩阵的每一个矩阵和所述多个噪声功率项的每一项对应于所述多个导频音的独特一个导频音；在所述多个信道响应矩阵的每一个矩阵上执行迹运算和行列式运算以便获得多个迹和多个行列式；找到所述多个迹的平均值、所述多个行列式的绝对值的平均值以及所述多个噪声功率项的平均值；将所述无线网络信道的容量表示为所述多个迹的平均值、所述多个行列式的绝对值的平均值及所述多个噪声功率项的平均值的函数；以及找到所述函数的解。
6.如权利要求5所述的方法，其中执行所述迹运算包括，其中P是所述导频音的索引，H是信道响应矩阵，以及Hh是在已通过Hermitian转置算子运算后的信道响应矩阵。
7.如权利要求6所述的方法，其中1 p找到所述多个迹的平均值包括解；Zmc^11^11/^其中P表示在其上演算了尸P=IWce(HjHp)的导频音的总数量。
8.如权利要求5所述的方法，其中执行所述行列式运算包括解det (Hp)，其中ρ是所述导频音的索引，以及H是信道响应矩阵。
9.如权利要求8所述的方法，其中1 p找到所述多个行列式的绝对值的平均值包括解(；Zflfo<det(H^》2其中ρ表示，在其上演算了 Clet(Hp)的导频音的总数量。
10.如权利要求5所述的方法，其中找到所述多个噪声功率项的平均值包括解1/P∑σ2P其中ρ是所述导频音的索引， P=1σ是噪声功率项，以及P表示所述导频音的总数量。
11.如权利要求5所述的方法，包括接收所述多个导频音的第一导频音；在接收所述多个导频音的第二导频音前，估计第一信道响应矩阵、第一噪声功率项、第一迹和第一行列式，所有这些对应于所述多个导频音的第一导频音。
12.如权利要求11所述的方法，还包括在估计所述第一信道响应矩阵、所述第一噪声功率项、所述第一迹和所述第一行列式后从存储器装置丢弃所述多个导频音的第一导频音。
13.—种从存储器装置中存储的并包含多个预编码矩阵的矩阵码本来识别用于M个副载波的目标预编码矩阵的方法，所述方法包括选择对应于选择准则的度量；对每N个副载波的信道矩阵进行平均以便创建L个平均信道矩阵，其中N大于1且小于或等于M ；对于所述矩阵码本中的每个预编码矩阵使用所述平均信道矩阵的每一个矩阵来演算所述度量以便获得L个平均度量；以及演算所述M个副载波上所述L个平均度量的总和/平均值；以及将所述多个预编码矩阵中增大所述度量的总和/平均值的特定一个预编码矩阵识别为所述目标预编码矩阵。
14.如权利要求13所述的方法，其中N等于Μ。
15.如权利要求13所述的方法，其中L等于M除以N。
16.一种从存储器装置中存储的并包含多个预编码矩阵的矩阵码本为多个信道实例识别目标预编码矩阵的方法，所述方法包括根据所述矩阵码本的大小，提供N码字度量的缓冲器；对于所述矩阵码本中的每个预编码矩阵为每个信道实例，演算该预编码矩阵的度量；以及累积每个预编码矩阵的度量到所述缓冲器中的度量；以及将所述多个预编码矩阵中产生期望累积度量的特定一个预编码矩阵识别为所述目标预编码矩阵。
17.如权利要求16所述的方法，其中累积每个预编码矩阵的度量包括在多个带上执行添加。
18.如权利要求16所述的方法，其中累积每个预编码矩阵的度量包括在多个帧上执行添加。
全文摘要
一种识别对应于无线网络信道的预编码矩阵的方法包括以下步骤识别包括单位矩阵的容量度量，使用忽略单位矩阵的近似度量来近似容量度量，使用近似度量在矩阵码本中所有矩阵上搜索以便识别增大无线网络信道的容量的特定预编码矩阵，以及跨无线网络信道传送对应于该特定预编码矩阵的矩阵索引。本文中还描述了用于识别预编码矩阵的另外技术，以及一种近似无线网络中无线网络信道的容量的方法。
文档编号H04B7/04GK102577155SQ201080043204
公开日2012年7月11日 申请日期2010年9月2日 优先权日2009年9月23日
发明者A·多伦, R·阿维维, Y·隆尼茨 申请人:英特尔公司