专利名称：在使用多个天线的移动通信系统中发射/接收数据的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及一种用于在移动通信系统中发射/接收数据的装置和方法。更具 体而言，本发明涉及一种在使用多个发射/接收天线的移动通信系统中实现空间多路复用 传输的数据发射/接收装置和方法。
背景技术：
移动通信系统正在发展成为提供数据业务、多媒体业务以及语音业务的高速、高 质量无线数据分组通信系统。例如，可以将第三代合作伙伴计划(3GPP)中正在进行的高速 下行链路分组接入(HSDPA)的标准化以及第三代合作伙伴计划2 (3GPP2)中正在进行的Ix 演进、数据和语音(IxEV-DV)的标准化视为在3G移动通信系统中寻找超过2Mbps的高质量 无线数据分组传输业务所做的努力的证明。另一方面，第四代GG)移动通信系统用于提供 更高速、更高质量的多媒体业务。为了在无线通信中提供高速、高质量的数据业务，已经提出空间多路复用传输方 案，其开发了在发射和接收阶段利用多个天线的多入多出(MIMO)天线系统。该空间多路复 用传输方案在逐发射天线(transmit antenna-by transmit antenna)的基础上同时发送 不同数据流。众所周知，当发射/接收天线的数量增加时，可能的业务数据容量与发射/接 收天线的数量成比例地线性增加，而在理论上不增加额外的频率带宽。当发射/接收天线之间的衰落相互独立时，空间多路复用传输方案提供与发射/ 接收天线的数量成比例的高容量。该容量在具有较高的衰落空间相关性的环境中而并非独 立的衰落环境中被大大降低。这是因为从发射天线发射的信号受到的衰落是类似的，因而 接收阶段难以从空间上区分信号。可能的传输容量受到信噪比(SNR)的影响。当所接收到 的SNR降低时，传输容量降低。从而，当根据无线信道的状态、或者说衰落的空间相关性和 接收到的SNR来调整待同时发射的数据流的数量和每个数据流的传输速率时，可以将传输 数据速率最大化。如果待发射的数据的传输速率超出了无线信道可承受的传输容量，则由 于待同时发射的数据流之间的干扰造成发生许多错误，并且实际数据传输速率降低。为了提高在空间多路复用传输方案中的传输数据速率，已经进行了关于预编码方 案的深入研究。该预编码方案将待从发射机发射的数据流乘以传输权重，并且利用关于下 行链路信道的信息将该数据流从发射机发射到接收机。从而，发射机将知道从发射机的每 一个发射天线到接收机的每一个接收天线的下行链路信道的状态。为此，接收机将对该下 行链路信道的状态进行估计，并且通过反馈信道将关于所估计的下行链路信道状态的信息 进行反馈。但是，接收机将使用上行链路反馈信道来发射大量反馈数据以便反馈下行链路信道状态信息。当待发射大量反馈数据时，使用其带宽受限的上行链路反馈信道将下行链 路信道状态信息从接收机反馈给发射机将花费大量时间。传统的预编码方案不能被应用于 瞬变(instantaneously varying)无线信道环境。因此，存在对这样的技术的实际需要在 将需要被从接收机发射到发射机的反馈数据量最小化的同时，通过预编码对数据传输速率 进行最大化。已提出预编码器码本(precoder codebook)方案作为用于降低反馈信息量的传统 技术。在预编码器码本方案中，接收机从发射机和接收机所知的有限数量的预编码所形成 的预编码器码本的候选预编码中选择具有最大传输速率的预编码，并且将所选择的预编码 的索引(index)反馈给发射机。发射机使用被映射到预编码器码本中的反馈索引的预编码 来发射数据。例如，当使用了 4位反馈信息时，在发射机和接收机之间预置由最多24( = 16) 个预编码所形成的预编码器码本。因为衰落随时间而变化，所以在每一个时隙中将重复预 编码决策处理过程，从而在每个时隙中将所选择的预编码索引反馈给发射机。与使用反馈信道状态信息的预编码方案相比较，预编码器码本方案需要较小的反 馈信息量。假设在MIMO天线系统中发射天线的数量和接收天线的数量分别为ητ和ηκ，则 当反馈信道状态信息时，必须反馈总计ητΧηκ个复信道系数。当表示一个复信道系数需要Q 位时，总计需要！^乂！!!^。位。另一方面，当用于提供足够数据速率的预编码的数量是K时， 预编码器码本方案需要「/og2d位，其中「χ1是等于或大于χ的整数。在使用信道状态信息 的预编码方案中，反馈信息量与发射天线的数量和接收天线的数量之积成比例增加。但是， 在预编码器码本方案中，反馈信息量依赖于预编码器码本中所含的预编码的数量，或者说， 预编码器码本的大小。在码本中，预编码器码本方案包括在空间多路复用传输时间的所有可能情况中量 化的现成预编码。预编码器码本方案可以利用预定的预编码来降低反馈信息量，并且还可 以降低预编码矩阵中的自由度。当要考虑的因素的数量较大时，预编码矩阵中的自由度会 显著增加预设预编码的数量，从而增加预编码器码本的大小。在下面的两种情况中，预编码 器码本的大小显著增加。首先，为了在具有各种空间相关性的信道环境中应用，因为所有预编码都将根据 信道的空间相关性被考虑，所以待考虑的预编码的数量以等比级数的比率增加。最佳预编 码器码本根据信道的空间相关性而有所不同。在传统的预编码器码本技术中，在这样的假 设下设计预编码器码本衰落信道不具有空间相关性。但是，有效本征值的分布不同，或者 说本征值较大的本征向量不同，从而根据衰落信道的空间相关性，最佳预编码不同。结果， 根据衰落信道的空间相关性进行最优化的大量预编码器码本将被用于实现高数据传输速 率。其次，当根据信道环境来调整待同时发射的数据流的数量时，因为根据待同时发 射的数据数量来考虑所有预编码，所以待考虑的预编码的数量以等比级数的比率增加。待 同时发射的数据流的数量从1到最大min(nT，nK)(表示发射天线的数量与接收天线的数量 之间的最小值)而变化。预编码矩阵的列的数量根据待同时发射的数据流的数量而变化。 因为将用于构造充当加权向量的预编码矩阵的列向量与数据流相乘，所以预编码矩阵的列 向量的数量要与待同时发射的数据流的数量相匹配。例如，当发射天线的数量和接收天线 的数量二者均为4时，能够被同时发射的数据流的数量从1到4而变化。必须考虑列向量
5的数量为1的预编码、列向量的数量为2的预编码、列向量的数量为3的预编码、以及列向 量的数量为4的预编码。当能够被同时发射的数据流的最大数量随着发射/接收天线的数 量增加而增加时，根据增加的待考虑的预编码的数量，需要显著增加的反馈信息量。这样， 预编码器码本方案难以被应用于空间多路复用传输方案，以通过根据信道环境改变传输数 据速率和待同时发射的数据流的数量来得到在相关信道环境中的最大传输速率。在使用如 上所述的一组预定的预编码的预编码器码本方案中，预编码器码本的大小根据发射天线的 数量和待同时发射的数据流的数量而增加，因而其实际应用可能会较难。天线的数量在与一个发射机通信的接收机之间可能是不同的。例如，当基站天线 的数量是4而移动站天线的数量根据终端类型是1、2、3或4时，能够被发射的子数据流的 最大数量变为1、2、3或4。当应用预编码器码本技术时，必须对基于所有可用接收机天线 数量的每一个预编码器码本和基于每一个预编码器码本的反馈信道进行定义。接收机将选 择并使用基于相关接收机的天线数量的预编码器码本，以及基于该预编码器码本的反馈信 道。需要用于对将在发射机与接收机之间使用的预编码器码本和反馈信息进行定义的处 理。因此，需要可应用于各种发射/接收天线结构的灵活的预编码方案。因而，需要改进的和有效的预编码方案和反馈方案，其能够被应用于空间多路复 用传输方案中，以对将在具有各种空间相关性的信道环境中同时发射的数据流的数量进行 调整，并且能够利用相当少的反馈信息量提供较高的数据传输速率。
发明内容
本发明的示范性实施例处理至少上述问题和/或不足，并且提供至少下述的优 点。从而，因此，本发明的目的是提供一种用于发射/接收数据的装置和方法，其能够在使 用多个发射/接收天线的移动通信系统中根据信道环境有效提供数据传输速率。本发明的另一个目的是提供一种用于发射/接收数据的装置和方法，其能够在使 用多个发射/接收天线的移动通信系统中利用较少的反馈信息量提供较高的数据传输速 率。依照本发明的示范性方面，提供一种使用多个天线的移动通信系统，包括接收 机，其用于估计所接收到的数据的衰落信道，基于所估计的衰落信道从至少一个加权集合 中选择加权集合，并且将包含所选择的加权集合和逐信道(charmel-by-charmel)状态信 息的反馈信息发射到发射机，所述至少一个加权集合的每个具有多个正交加权向量的元素 且两个加权集合之间具有相位差；和所述发射机，其用于将基于所述反馈信息而要被发射 的数据解复用为至少一个子数据流，将每一个子数据流乘以相关权重，并且发射该数据。示范性接收机可以包括下行链路信道估计器，其用于使用从发射机发射的数 据的导频信道对信道状态进行估计；加权选择器，其用于基于所述信道状态决定加权 集合和加权向量，并且将关于加权集合和加权向量的信息发射到发射机；和逐子信道 (subchannel-by subchannel)状态估计器，其用于根据所决定的加权向量对子数据流的信 道状态进行估计，并且仅将关于该子数据流的信道状态的信息发射到发射机。示范性接收机可以包括下行链路信道估计器，其用于使用从所述发射机发射的 数据的导频信道对信道状态进行估计；加权选择器，其用于基于所述信道状态决定加权集 合和加权向量，并且将所决定的加权集合和所决定的加权向量发射到发射机；和逐子信道
6状态估计器，其用于对所决定的加权集合的所有加权向量的信道状态进行估计，并且将关 于所估计的信道状态的信息发射到发射机。示范性逐子信道状态估计器基于所决定的加权向量对未使用的信道发射“无传 输”状态的信息。
示范性发射机包括多路分离器，其用于将待发射的主数据流解复用为至少一个 子数据流；至少一个信道编码器和调制器，其用于接收所述至少一个子数据流并且根据信 道编码速率和调制方案为所述至少一个子数据流独立地执行信道编码和调制过程；波束形 成器，其用于将所述至少一个经信道编码并调制后的子数据流乘以权重，并且将该数据发 射到接收机；和控制器，其用于基于从接收机发射的反馈信息，预先决定子数据流的数量、 所述至少一个子数据流的编码速率、所述调制方案、和将被每一个子数据流相乘的权重。所述反馈信息可以包括加权集合索引信息，其用于表示所选择的加权集合；加 权向量信息，其用于表示从所选择的加权集合中选择的加权向量；和所述至少一个子数据 流的信道状态信息。所述发射机和所述接收机可以根据发射天线的数量、接收天线的数量、和加权集 合的数量预先存储加权集合和加权向量。依照本发明的另一个示范性方面，提供一种用于在使用多个天线的移动通信系统 中发射/接收数据的方法，包括a)根据在接收机中所接收到的数据的导频信道来估计衰 落信道；b)基于所估计的衰落信道，从至少一个加权集合中选择加权集合，所述至少一个 加权集合的每个具有多个正交加权向量的元素且两个加权集合之间具有相位差；c)估计 相对于所选择的加权集合的逐信道状态信息；d)将包含所选择的加权集合和所述逐信道 状态信息的反馈信息发射到发射机；以及e)基于所述反馈信息发射待发射的逐天线数据。设计所述加权集合可以包括决定具有根据发射天线的数量和加权集合的数量所 定义的相位差的多个加权向量；并且利用所决定的加权向量中的正交加权向量对所述加权 集合进行配置。
权利要求
1.一种用于配置在无线通信系统中用来进行预编码的码本的方法，该方法包括以下步骤在所述码本中设置与多个码本索引对应的加权向量，其中，当要通过2个天线发射的数据流的数量等于1时，所述加权向量分别等于
2.根据权利要求1所述的方法，其中，当要通过2个天线发射的数据流的数量等于2时，所述加权向量分别等于规格化的
3.根据权利要求2所述的方法，其中，通过加权集合索引和加权向量信息来确定所述 码本索引。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，在发射机和接收机中配置所述码本。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述码本中设置的加权向量彼此正交。
6.一种包含用于在无线通信系统中用来进行预编码的码本的计算机可读介质 所述码本包括与多个码本索引对应的加权向量，其中，当要通过2个天线发射的数据流的数量等于1时，所述加权向量分别等于
7.根据权利要求6所述的计算机可读介质，其中，当要通过2个天线发射的数据流的数 量等于2时，所述加权向量分别等于规格化的
8.根据权利要求7所述的计算机可读介质，其中，通过加权集合索引和加权向量信息 来确定所述码本索引。
9.根据权利要求7所述的计算机可读介质，其中，在发射机和接收机中配置所述码本。
10.根据权利要求7所述的计算机可读介质，其中，在所述码本中设置的加权向量彼此 正交。
11.一种用于在无线通信系统中使用码本来发射数据的装置，该装置包括 存储器，用于存储包括与多个码本索引对应的加权向量的码本；以及 发射机，用于使用存储在所述存储器中的码本来发射数据流，其中，当要通过2个天线发射的数据流的数量等于1时，所述加权向量分别等于
12.根据权利要求11所述的装置，其中，当要通过2个天线发射的数据流的数量等于2时，所述加权向量分别等于规格化的
13.根据权利要求12所述的装置，其中，通过加权集合索引和加权向量信息来确定所 述码本索引。
14.根据权利要求12所述的装置，其中，在发射机和接收机中配置所述码本。
15.根据权利要求12所述的装置，其中，在所述码本中设置的加权向量彼此正交。
16.一种用于在无线通信系统中接收数据的装置，该装置包括存储器，用于存储包括与多个码本索引对应的加权向量的码本；以及 接收机，用于使用存储在所述存储器中的码本来接收从发射机发射的数据流， 其中，当要通过2个天线发射的数据流的数量等于1时，所述加权向量分别等于
17.根据权利要求16所述的装置，其中，当要通过2个天线发射的数据流的数量等于2 时，所述加权向量分别等于规格化的
18.根据权利要求17所述的装置，其中，通过加权集合索引和加权向量信息来确定所 述码本索引。
19.根据权利要求17所述的装置，其中，在发射机和接收机中配置所述码本。
20.根据权利要求17所述的装置，其中，在所述码本中设置的加权向量彼此正交。
全文摘要
提供了一种在使用多个天线的移动通信系统中发射/接收数据的方法和装置。一种用于配置在无线通信系统中用来进行预编码的码本的方法，该方法包括以下步骤在所述码本中设置与多个码本索引对应的加权向量，其中，当要通过2个天线发射的数据流的数量等于1时，所述加权向量分别等于和
文档编号H04B7/08GK102098087SQ20111003992
公开日2011年6月15日 申请日期2006年5月30日 优先权日2005年5月30日
发明者文哲, 权桓准, 金东熙, 金唯哲, 金大均, 金润善, 韩臸奎 申请人:三星电子株式会社