补偿mu-mas通信、动态适应mu-mas的方法
【专利摘要】描述了补偿MU-MAS通信、动态适应MU-MAS的方法。该补偿MU-MAS通信的方法包括：从基站的每个天线将训练信号发送到一个或每个无线客户装置，该一个或每个客户装置分析训练信号以生成频率偏移补偿数据并在基站接收频率偏移补偿数据；基于频率偏移补偿数据计算MU-MAS预编码器权重以预消除发射机处的频率偏移；在每个天线与一个或每个无线客户装置之间的链路上发送训练信号并分析训练信号以在基站处获得信道特征数据；基于信道特征数据来计算MU-MAS预编码器权重来预消除频率和相位偏移和／或用户间的干扰；使用MU-MAS预编码器权重来对预编码数据以生成预编码后的数据信号；将预编码后的数据信号通过天线发送到各自的客户装置。
【专利说明】补偿MU-MAS通信、动态适应MU-MAS的方法
[0001]本申请是申请日为2008年08月20日、申请号为200880102933.4、名称为“分布式输入分布式输出无线通信的系统和方法”的发明专利申请的分案申请。
[0002]优先权要求
[0003]本申请为2004年7月30提交的申请N0.10 / 902, 978的继续申请。
【技术领域】
[0004]本发明通常涉及通信系统领域。特别地，本发明涉及用于使用时空编码技术的分布式输入分布式输出的无线通信的系统和方法。
【背景技术】
[0005]通信信号的时空编码
[0006]空间多工和时空编码是无线技术中已知的较新的发展。由于有几个天线用在每个终端，所以一种特殊类型的时空编码被称为“多重输入多重输出”(ΜΙΜ0)。通过使用多个天线来发送和接收，多个独立的无线电波可以在相同的频率范围内同时传送。下面的文章提供了 MMO的概述。
[0007]IEEE 成员 David Gesbert、IEEE 会员 Mansoor Shafi> IEEE 成员 Da-shan Shiu,、IEEE 成员 Peter J.Smith 和 IEEE 高级会员 Ayman Naguib 的 IEEE JOURNAL ON SELECTEDAREAS IN COMMUNICATIONS，VOL.21，N0.3，APRIL2003:“From theory to Practice:AnOverview of MIMO Space-Time Coded Wireless Systems，，。
[0008]IEEE 成员 David Gesbert、IEEE 成员 Helmut Bolcske1、Dhananijay A.Gore 和IEEE 会员 Arogyaswami J.Paulraj 的 IEEE TRANSCTIONS ON COMMUNICATIONS, VOL.50,N0.12, DECEMBER2000: ’’Outdoor MIMO Wireless Channels:ModeIs and PerformancePrediction，，。
[0009]基本上，MMO技术是基于用于在公共频带内产生并列空间数据流的空间分布式天线的应用。无线电波以这样的方式传播，从而可以在接收器分离和解调单个信号，即使它们在相同的频带内传输，这能造成多个统计学意义上独立(也就是有效地分离)的通信信道。因此，和努力抑制多径信号的标准无线通信系统相比(即，同一频率的多个时延信号，且振幅和相位存在修改)，MIMO可以依赖于非相关或弱相关的多径信号，在给定的频带内实现较高的吞吐率和改善的信噪比。实例表明，在功率与信噪比(SNR)相当的条件下，MIMO技术实现了更高的吞吐量(throughput),而传统的非MIMO系统仅能够实现较低的吞吐量。高通公司(高通是最大的无线技术供应商)网站http: / / www.cdmatech.com /products / what mimo delivers, isp:上标是页为 “What MIMO Delivers” 的页面上描述了这一功能=iiMIMO is the only multiple antenna technique that increases spectralcapacity by delivering two or more times the peak data rate of a system perchannel or per MHz of spectrum.To be more specific,for wireless LAN or W1-Fi?applications QUALCOMM f s fourth generation MIMO technology delivers speedsof315Mbps in36MHz of spectrum or8.8Mbps / MHz.Compare this to the peak capacityof802.1la / g(even with beam-forming or diversity techniques)which deliversonly54Mbps inl7MHz of spectrum or3.18Mbps / MHz，，。
[0010]通常上，由于几个原因，MMO系统面对着每个装置少于10个天线的实际性限制(因此网络中的改善少于10X吞吐率):
[0011]1.物理限制:给定装置上的MMO天线之间必须具有足够的间隔，从而每个都接收统计独立的信号。尽管即使在波长分数的天线间隔时仍然可以看到MMO吞吐量的改善，但当天线更加接近时效率迅速恶化，这导致了较低的MIMO吞吐量倍增器。
[0012]参见例如以下参考文献:
[0013][1]D.-S.Shiu, G.J.Foschini，M.J.Gans, and J.M.Kahn, “Fading correlationand its effect on the eapacity of multielement antenna systems，，，IEEE Trans.Comm.，vol.48，n0.3，pp.502-513，Mar.2000.[0014][2] V.Pohl, V.Jungnickel, T.Haustein，and C.von Helmolt，“Antenna spacingin MIMO indoor ehannels，nProc.1EEE Veh.Technol.Conf., vol.2，pp.749-753,May2002.[0015][3]M.Stoytchev, H.Safar, A.L.Moustakas，and S.Simon，“Compact antennaarrays for MIMO applications, ”Proc.1EEE Antennas and Prop.Symp.，vol.3，pp.708-711，July2001.[0016][4] A.Forenza and R.W.Heath Jr.,“Impact of antenna geometry on MIMOcommunication in indoor clustered channels，nProc.1EEE Antennas and Prop.Symp.，vol.2，pp.1700-1703，June2004.[0017]此外，对于小的天线间隔，彼此之间的耦合效应可能会降低MMO系统的性能。
[0018]参见例如以下参考文献:
[0019][5]M.J.Fakhereddin and K.R.Dandekar，“Combined effect of polarizationdiversity and mutual coupling on MIMO capacity，，，Proc.1EEE Antennas and Prop.Symp.，vol.2，pp.495-498，June2003.[0020][7]P.N.Fletcher, M.Dean, and A.R.Nix，“Mutual coupling in mult1-elementarray antennas and its influence on MIMO channel capacity,，’ IEEE ElectronicsLetters, vol.39，pp.342-344，Feb.2003.[0021][8] V.Jungnickel，V.Pohl，and C.Von Helmolt，“Capaeity of MIMO systemswith closely spaced antennas, ” IEEE Comm.Lett.，vol.7，pp.361-363，Aug.2003.[0022][10]J.W.Wallace and M.A.Jensen，“Termination-dependent diversityperformance of coupled antennas:Network theory analysis，，，IEEE Trans.AntennasPropagat.，vol.52，pp.98-105，Jan.2004.[0023][13] C.Waldschmidt，S.Schulteis，and W.Wiesbeck，“Complete RF systemmodel for analysis of compact MIMO arrays，，，IEEE Trans, on Veh.Technol.,vol.53,pp.579-586，May2004.[0024][14]M.L.Morris and M.A.Jensen, “Network model for MIMO systemswith coupled antennas and noisy amplifiers,，’IEEE Trans.Antennas Propagat.，vol.53，pp.545-552，Jan.2005.[0025]而且，当天线拥挤到一起的时候，天线通常必须做得更小，这也能够影响天线效率。
[0026]参见例如以下参考文献:
[0027][15]H.A.Wheeler, ^Small antennas,，，IEEE Trans.Antennas Propagat., vol.AP-23, n.4，pp.462-469，Julyl975.[0028][16]J.S.McLean, “Are-examination of the fundamental limits on theradiation Q of electrically small antennas,，，IEEE Trans.Antennas Propagat.,vol.44, n.5, pp.672-676, Mayl996.[0029]最后，用较低频率和较长波长的话，MMO装置的物理尺寸就变得难以处理。一个极端的例子是在HF波段，这里MMO装置天线必须互相分开10米或更大距离。
[0030]2.噪声限制。每个MMO的接收器/发送器子系统产生一定水平的噪声。当越来越多的这种子系统互相临近放置时，背景噪声就会上升。同时，当需要从多天线MMO系统中识别出更多不同信号的时候，就要求更低的背景噪声。
[0031]3.成本和功率限制。尽管有些MMO应用中成本和功耗不是焦点，但在典型的无线产品中，开发一种成功的产品时，成本和功耗都是至关重要的制约因素。对于每个MIMO天线，需要分离的RF子系统，包括分离的模-数(A / D)和数-模(D / A)转换器。不像以摩尔定律来衡量规模的数字系统的很多方面(英特尔的共同创立者戈登摩尔所作出的经验层面的观察结果，微型器件的集成电路上的晶体管数目大约每隔24个月便会翻两倍；来源:http: / / www.1ntel.com / technology / mooreslaw / )，这样密集的模拟子系统通常具有一定的物理结构尺寸和功率要求，其尺寸与成本和功率线性成比例。因此，和单天线装置相比，多天线MMO装置将变得极其昂贵并且具有惊人的能耗。
[0032]作为上面的结果，今天预期的大多数MMO系统是在2至4个天线的等级上，导致吞吐量2至4倍的上升和由于多天线系统的分集益处而引起的一些SNR(信噪比)的上升。已经预期到10个天线的MMO系统(`特别是由于较短的波长和较近的天线间隔的在较高的微波频率上)，但是除了对于一些特殊的和对成本不敏感的应用以外，超过10个天线是很不实际的。
[0033]虚拟天线阵列
[0034]MIMO类型的技术的一种特殊应用是虚拟天线阵列。欧洲科学【技术领域】研究协作组织提出的研究文件中建议了这种系统，EURO, Barcelona, Spain，2003年I月15-17日:Center for Telecommunication Research,King's College London,UK:，，A step towardsMIMO:Virtual Antenna Arrays，，，Mischa Dohler & Hamid Aghvami。
[0035]如文件中所述，虚拟天线阵列是协作无线装置系统(例如蜂窝电话)，其在分离的通信信道上互相通信(假如当它们相互足够临近)，而不是在它们主要的通信信道上与它们的基站通信，使得协作性地工作(例如，如果它们是UHF波段中的GSM蜂窝电话，那么这可以是5GHz的工业科学医学(ISM)无线波段)。通过在相互的中继范围(除了在基站范围内)内的几个装置之间转发信息，就好像他们是在物理上具有多个天线的一个装置工作一样，使得单天线装置潜在地实现象MMO —样的吞吐量提升。
[0036]然而，实际上，这样的系统极难实现并且用处有限。首先，必须保持每个装置现在最少有两个不同的通信路径以实现吞吐率提升，其第二中继链路的可用性经常是不确定的。而且，由于它们最少具有第二通信子系统并且有更大的计算需求，因此该装置更昂贵，物理尺寸更大，并且消耗更多的功率。此外，潜在地通过多个通信链路，该系统依赖于非常复杂的所有系统的实时协作。最后，由于同时发生的信道利用增加(例如，使用MIMO技术的同时发生的电话呼叫传输)，对于各装置的计算负担也就增加了(通常随信道利用的线性增加而成指数增加)，这对具有严格的功率和尺寸限制的便携装置是很不实际的。
【发明内容】
[0037]描述了一种用于对具有多用户(MU)发送(“MU-MAS”)的多天线系统(MAS)中的频率和相位偏移进行补偿的系统和方法。例如，根据本发明一种实施方式的方法包括:将来自基站每一天线的训练信号发送至多个无线客户装置中的一个或每个无线客户装置，该客户装置中的一个或每个客户装置分析每个训练信号以生成频率偏移补偿数据，并在基站处接收频率偏移补偿数据；基于所述频率偏移补偿数据来计算MU-MAS预编码器权重以预消除发射机处的频率偏移；使用所述MU-MAS预编码器权重对训练信号进行预编码，以生成针对基站每一天线的预编码训练信号；将来自所述基站的每个天线的预编码后的训练信号发送到所述多个无线客户装置中的每一个无线客户装置，每个客户装置分析每个训练信号以生成信道特征数据，并在所述基站接收所述信道特征数据；基于该信道特征数据来计算多个MU-MAS预编码权重，该MU-MAS预编码器权重被计算来用于预消除频率和相位偏移和/或用户之间的干扰；使用MU-MAS预编码器权重来对数据进行预编码，以生成针对基站每一天线的预编码后的数据信号；以及将所述预编码后的预编码数据信号通过基站的每个天线发送至其每个的客户端设备。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]结合附图，下面详尽的描述可以获得对本发明更好的理解，其中:
[0039]图1显示了现有技术的MMO系统。
[0040]图2显示了与多个单天线客户装置进行通信的N天线基站。
[0041]图3显示了与三个单天线客户装置进行通信的三个天线的基站。
[0042]图4显示了本发明的一个实施例中使用的训练信号技术。
[0043]图5显示了根据本发明一个实施例的从客户装置传输到基站的信道特征数据。
[0044]图6显不了根据本发明一个实施例的多重输入分布式输出(“MID0”)下行传输。
[0045]图7显示了根据本发明一个实施例的多重输入多重输出(“ΜΜ0”)上行传输。
[0046]图8显示了根据本发明的一个实施例的通过不同客户群循环以分配吞吐量的基站。
[0047]图9显示了根据本发明的一个实施例的基于临近的客户分组。
[0048]图10显示了在NVIS系统中使用的本发明的实施例。
[0049]图11显示了具有I / Q补偿功能单元的DIDO发射机的实施方式。
[0050]图12显示了具有I / Q补偿功能单元的DIDO接收机。
[0051]图13显示了具有I / Q补偿的DID0-0FDM系统的一种实施方式。
[0052]图14显示了在具有和不具有I / Q补偿的情况下DID02X2性能(performance)的一种实施方式。[0053]图15显示了在具有和不具有I / Q补偿的情况下DID02X2性能的一种实施方式。
[0054]图16显示了在具有和不具有I / Q补偿的情况下针对不同QAM星座图的SER (符号误码率)的一种实施方式。
[0055]图17显示了在不同用户设备位置具有和不具有I / Q补偿的情况下DID02X2性能的一种实施方式。
[0056]图18显示了在理想(1.1.d.(独立且同分布))信道中具有和不具有I / Q补偿的情况下SER的一种实施方式。
[0057]图19显示了自适应DIDO系统的发射机架构的一种实施方式。
[0058]图20显示了自适应DIDO系统的接收机架构的一种实施方式。
[0059]图21显示了自适应DID0-0FDM的方法的一种实施方式。
[0060]图22显示了用于DIDO测量的天线布局的一种实施方式。
[0061]图23显示了用于不同级别(order)DIDO系统的阵列配置的实施方式。
[0062]图24显示了不同级别DIDO系统的性能。
[0063]图25显示了用于DIDO测量的天线阵列的一种实施方式。
[0064]图26显示了 4-QAM且I / 2FEC率的DID02X2性能与用户设备位置的函数关系的一种实施方式。
[0065]图27显不了用于DIDO测量的天线布局的一种实施方式。
[0066]图28显示了在一种实施方式中DID08X8如何产生比具有低TX功率需求的DID02X2 更大的 SE。
[0067]图29显示了在具有天线选择情况下的DID02X2性能的一种实施方式。
[0068]图30显示了不同DIDO预编码方案在1.1.d.信道中的平均比特误码率(BER)性倉泛。
[0069]图31显示了 ASel的信噪比增益与1.1.d.信道中额外发射天线的数量之间的函数关系。
[0070]图32显示了在1.1.d.信道中具有I和2个外部天线的情况下SNR阈值与用于块对角化(BD)和ASel的用户数量(M)之间的函数关系。
[0071]图33显示了针对位于相同角度方向且具有不同角度扩展(AS)值的两个用户的BER与每用户平均SNR。
[0072]图34显示了与图33相类似的结果，但用户之间具有更高的角度间隔。
[0073]图35绘制了针对用户的平均到达角度(AOA)的不同值，AS与SNR阈值之间的函数关系。
[0074]图36显示了针对5个用户的示例性情况的SNR阈值。
[0075]图37针对2个用户的情况，提供了在具有I和2个额外天线的情况下，SNR阈值BD与ASel的比较。
[0076]图38显示了与图37相类似的结果，但是针对5个用户的情况。
[0077]图39显示了针对具有不同AS值的BD方案的SNR阈值。
[0078]图40显示了对于具有I和2个额外天线的BD和ASel，在具有AS=0.1°的空间关联信道中的SNR阈值。
[0079]图41显示了针对AS=5°的另外两个信道情形的SNR阈值的计算。[0080]图42显示了针对AS=10°的另外两个信道情形的SNR阈值的计算。
[0081]图43-图44分别显示了在I和2个额外天线的情况下，SNR阈值与用户数量(M)与BD和ASel方案的角度扩展(AS)之间的函数关系。
[0082]图45显示了配备有频率偏移估计器/补偿器的接收机；
[0083]图46显示了根据本发明一种实施方式的DID02X2系统模型。
[0084]图47显示了根据本发明一种实施方式的方法。
[0085]图48显示了在具有和不具有频率偏移的情况下，DID02X2系统的SER结果。
[0086]图49将不同DIDO方案的SNR阈值性能进行了比较。
[0087]图50将不同方法实施方式所需的开销量进行了比较。
[0088]图51显示了在fmax=2Hz的小频率偏移且没有整数偏移校正的情况下的仿真。
[0089]图52显示了当关闭整数偏移估计器时的结果。
【具体实施方式】
[0090]在下列描述中，为了解释的目的，为了提供对本发明彻底的理解，阐明了多个特殊细节。然而，很明显的是，对于本领域内的普通技术人员，即使没有一些特殊细节，仍然可以实现本发明。此外，公知的结构和装置显示为框图形式，以避免将本发明根本的原理模糊化。
[0091]图1显示了具有发射天线104和接收天线105的现有技术MMO系统。这样的系统的吞吐率可以实现通常在可用信 道中实现的吞吐率的3倍。有多种不同的方法来实现这种MIMO系统的细节，其在关于该主题的出版文献中有过描述，下面的解释将描述一个这样的方法。
[0092]数据在图1的MMO系统中传输之前，信道被“特征化”。这是通过在开始将“训练信号”从每个发射天线104传输到每个接收器105来实现的。训练信号有编码和调制子系统102生成，并被D / A转换器(没有示出)转换成模拟信号，然后由每个发送器103从基带信号转换为RF信号。每个耦合到其RF接收器106的接收天线105接收每个训练信号并将其转换为基带信号。基带信号由D / A转换器(没有示出)转换为数字信号，然后信号处理子系统107特征化该训练信号。每个信号的特征可以包括很多因素，例如，其包括，相对于接收器内部的参考信号的相位和振幅、绝对参考信号、相对参考信号、特征噪声或其他因素。每个信号的特征通常定义为当信号通过信道传送时表现信号几个方面的相位和振幅变化的向量。例如，在正交幅度调制(“QAM”)的调制信号中，所述特征可能是信号的几个多径映像的相位与振幅偏移的向量。另外一个例子是，在正交频分复用(“0FDM”)调制的信号中，它可能是OFDM频谱中几个或所有单个分量信号(sub-signal)的相位与振幅偏移的向量。
[0093]信号处理子系统107将由每个接收天线105和相应接收器106接收到的信道特征存储起来。所有的三个发射天线104完成它们的训练信号传输之后，信号处理子系统107将已经存储了三个对于三个接收天线105中每一个的信道特征，这形成了 3X3的矩阵108，其表示为信道特征矩阵“H”。每个单独的矩阵元素是接收天线105j接收到的传输天线104?的训练信号传输的信道特征。
[0094]在这点上，信号处理子系统107将矩阵H108求逆以产生H—1，并且等待从发射天线104来的实际数据的传输。注意，多种在可用文献中描述的现有MIMO技术可用于确保H矩阵108可逆。
[0095]在实施中，要传输的数据的内容(payload)送到数据输入子系统100。然后在送到编码和调制子系统102之前，其被分配器(splitter) 101分割为三部分。例如，如果内容是“abcdef”的ASCII比特，它就可以被分配器分割为三个子内容“ad”、“be”和“cf ”。然后，每个子内容单独发送给编码和调制子系统102。
[0096]通过使用适合每个信号的统计独立性和纠错能力的编码系统，单独地对每个子内容进行编码。这些包括，而不仅仅限于，Reed-Solomon编码、维特比编码(Viterbi coding)和增强编码(Turbo Codes)。最后，使用对信道合适的调制方法对这三个编码后的子内容中的每一个进行调制。示例性的调制方法是差分相移键控调制(“DPSK”)、64-QAM调制和0FDM。这里应该注意的是，MMO提供的分集增益允许较高级数的调制星座图，所述调制星座图在使用相同信道的SISO(单输入单输出)系统中也是可行的。然后，每个编码并且调制后的信号通过它自己的天线104传输出去，所述传输跟随在D / A转换单元(没有示出)的D / A转换和每个发送器103的RF生成之后。
[0097]假设有足够的空间分集存在于发送和接收天线之间，每个接收天线105将从天线104接收三个传输信号的不同组合。每个RF接收器106将每个信号接收到并将它们转换为基带信号，然后A / D转换器(没有示出)再对信号进行数字化。如果yn是由第η个接收天线105接收到的信号，Xn是由第η个发射天线104发送的信号，N是噪声，那么这就能以下列等式描述。
[0098]Y1=X1H1Jx2H1Jx3H1JN
[0099]y2=x1H12+x2H22+x3H23+N
[0100]y3=x1H13+x2H32+x`3H33+N
[0101]假设这是一个具有三个未知量的三个等式的系统，那么这就是信号处理子系统107推导出Xl、X2和X3的线性代数的问题了(假设N在足够低的水平，允许对信号进行解码):
[0102]x1=y1H_111+y2r112+y3r113
[0103]X2-Y1H 21~*~Υ2Η 22+y^H 23
[0104]X3=yiH_131+y2r132+y3r133
[0105]一旦推导出三个传送的信号Xn，它们就被信号处理子系统107解调、解码和纠错，以恢复出原来由分配器101分开的三个比特流。这些比特流在合并器单元108中合并，并从数据输出109中输出为单数据流。假设系统强健性可以克服噪声损伤，那么数据输出109产生的比特流将和引入到数据输入100中的比特流一样。
[0106]尽管所描述的现有技术系统通常有效直到四个天线，或许直到10个之多的天线，由于在该公开的背景部分中描述的原因，具有大量天线(例如25、100或1000)时其变得很不实际。
[0107]通常，这样的现有技术系统是双向的，返回路径以完全相同的方式实现，但是反过来，在通信信道的每一侧都具有发送和接收子系统。
[0108]图2显示了本发明的一个实施例，在其中，基站(BS) 200配置有广域网(WAN)接口(例如通过Tl或其它高速连接)201并且提供有一定数量的(N个)天线202。我们暂且使用术语“基站”来指代与固定位置的一组客户进行无线通信的任何无线站点。基站的示例可为无线局域网(WLAN)中的接入点，或WAN天线或天线阵列。有一些客户装置203-207，每个具有单天线，基站200通过无线方式对它们进行服务。尽管对于这个例子的目的，非常容易想到位于办公室环境的基站，在这种环境中，其为装备有无线网络的个人计算机的用户装置203-207提供服务，但这种结构将运用于大量的应用情况，室内和室外，在这里基站服务于无线客户。例如，所述基站可以位于蜂窝电话塔上，或者位于电视广播塔上。在一个实施例中，基站200被安置于地面，用于HF频率的(例如24MHz的频率)上行传送，以将信号从电离层反射回来，如2004年4月20日提出的，序列号为N0.10 / 817，731，题目为SYSTEMAND METHOD FOR ENHANCING NEAR VERTICAL INCIDENTCE SKYWAVENVIS”)COMMUNICATIONUSING SPACE-TIME CODING的同时未决的申请描述的一样，其被支配给本申请的代理人，在这里作为参考。
[0109]与基站200相联系的某些细节和所阐明的客户装置仅仅是为了例证的目的，而不是根据本发明的根本原理必需的。例如，该基站可以经由WAN接口 201连接于多个不同类型的广域网，其包括专用广域网，例如那些用于数字视频发送的广域网。类似地，客户装置可以是任何种类的无线数据处理和/或通信装置，其包括，而不仅仅局限于，蜂窝电话、个人数字助理(“PDA”)、接收器和无线相机。
[0110]在一个实施例中，基站的η个天线202在空间上是分开的，从而每一个发送和接收非空间相关的信号，就好像所述基站是现有技术MMO的收发器一样。如在【背景技术】中所描述的，天线以λ / 6(即I / 6波长)间隔放置的实验已经做出，其成功地实现了从MMO的吞吐量提升，但一般来说，这些基站天线越进一步分开放置，系统的性能就越好，λ / 2是令人满意的最小距离。当然，本发明的根本原理不限于天线间任何特定的分离。
[0111]注意，单基站200可以很好地将其天线放置于很远的距离。例如，在HF频谱中，天线可以有10米或更远(例如，在上面提到的NVIS实现中)。如果使用100个这样的天线，该基站的天线阵列就可以占有几个平方公里的面积。
[0112]除了空间分集技术之外，为了提高系统的有效吞吐量，本发明的一个实施例将信号极化。通过极化来提高信道容量 是一种公知的技术，其已经被卫星电视供应商使用了很多年。使用极化技术，可以使多个(例如三个)基站或用户天线互相间非常接近，并且仍然是非空间相关的。尽管传统的RF系统通常仅仅受益于极化的二维(例如X和y)分集，但这里描述的结构可进一步受益于极化的三维(x、y和z)分集。
[0113]除了空间和极化分集之外，本发明的一种实施方式采用近乎正交的辐射方向图(pattern)，以经由方向图分集来改善链路性能。方向图分集可改善MMO系统的容量和误码率性能，且其相比于其他天线分集技术的优点可参见以下文章:
[0114][17]L.Dong, H.Ling, and R.ff.Heath Jr.,“Multiple-1nput multiple-output
[0115]wireless communication systems using antenna pattern diversity, ^Proc.1EEE Glob.Telecom.Conf., vol.1, pp.997-1001, Nov.2002.[0116][18]R.Vaughan,“Switched parasitic elements for antenna diversity, ^IEEE
[0117]Trans.Antennas Propagat., vol.47, pp.399-405, Feb.1999.[0118][ 19] P.Mat the i j s sen, Μ.H.A.J.Herben, G.Dolmans, and L.Ley ten,“Antenna-pattern diversity versus space diversity for use at handhelds,” IEEETrans, on Veh.Technol.，vol.53，pp.1035-1042，July2004.[0119][20]C.B.Dietrich Jr, K.Dietze，J.R.Nealy, and W.L.Stutzman，“Spatial，polarization,and pattern diversity for wireless handheld terminals，，，Proc.1EEEAntennas and Prop.Symp.，vol.49，pp.1271-1281，Sep.2001.[0120][21]A.Forenza and R.w.Heath，Jr.，“Benefit of Pattern DiversityVia2-element Array of Circular Patch Antennas in Indoor Clustered MIMOChannels，，，IEEE Trans, on Communications, vol.54，n0.5，pp.943-954，May2006.[0121]通过使用方向图分集，可使得多个基站或用户天线相互之间非常接近，且尽管如此也不会在空间上相关联。
[0122]图3提供了图2中所示的基站200和客户装置203-207的一个实施例的额外细节。为了简化的目的，该基站300仅仅显示为三个天线305和三个客户装置306-308。然而，需要注意的是，这里描述的本发明的实施例可以用几乎无限数量的天线305(即，仅仅由可用的空间和噪声来限制)和客户装置306-308来实现。
[0123]图3与图1所示的现有技术MMO结构类似，其中，两者在通信信道的每一端有三个天线。显著的区别是，在现有技术的MMO系统中，图1右侧的三个天线105互相之间是固定距离(例如，集成在单一装置中)，从每个天线105接收到的信号一起在信号处理子系统107中得到处理。相比之下，在图3中，图右侧的三个天线309每一个都耦合到不同的客户装置306-308上，每个所述客户装置都可以分布于基站305的范围内的任何地方。这样，每个客户装置接收到的信号可以在其编码、调制、信号处理子系统311中独立于其它两个接收到的信号而得到处理。因此，与多重输入(即天线105)多重输出(即天线104)的“ΜΜ0”系统相比较，图3显示了多重输入(即天线305)分布式输出(即天线305)系统，以下指“MID0”系统。
[0124]注意，本申请使用与之前的申请不同的术语用法，以更好地符合学术界及行业惯例。在之前所引用的2004年4月20日提交的题为“SYSTEM AND METHOD FOR ENHANCINGNEAR VERTICAL INCIDENCE SKYffAVE( “NVIS”)⑶MMUNICAT10N USING SPACE-TIMECODING”的共同待审的申请N0.10 / 817, 731以及2004年7月30日提交的申请N0.10 /902，978 (本申请是该申请的继续申请)中，“输入”和“输出”(在SM0、MIS0、DIMO以及MIDO的环境中)的意思与该术语在本申请中的表意是相反的。在之前的申请中，“输入”指输入至接收天线(例如，图3中的天线309)的无线信号，而“输出”指发射天线(例如，天线305)输出的无线信号。在学术界和无线行业中，通常使用“输入”和“输出”的反义，其中“输入”指输入至信道的无线信号(即，从天线305发送的无线信号)，而“输出”指从信道输出的无线信号(即，天线309所接收的无线信号)。本申请采用此术语用法，该用法与本段之前所引用的申请中的用法相反。因此，以下绘示了几个申请之间的术语用法等价形式:
[0125]
【权利要求】
1.一种用于在具有多用户MU发送的多天线系统MAS MU-MAS中补偿频率和相位偏移的方法，该方法包括: 从基站的每个天线将训练信号发送到多个无线客户装置中的一个或每个无线客户装置，该客户装置中的一个或每个客户装置分析每个训练信号以生成频率偏移补偿数据，并在所述基站接收所述频率偏移补偿数据； 基于所述频率偏移补偿数据来计算MU-MAS预编码器权重以预消除发射机处的频率偏移； 在基站的每个天线与多个无线客户装置中的一个或每个无线客户装置之间的链路上发送多个训练信号，并分析每个训练信号以在所述基站处获得信道特征数据； 基于所述信道特征数据来计算多个MU-MAS预编码器权重，该MU-MAS预编码器权重被计算来预消除频率和相位偏移和/或用户间的干扰； 使用所述MU-MAS预编码器权重来对数据进行预编码以生成针对所述基站的每个天线的预编码后的数据信号；以及 将所述预编码后的数据信号通过所述基站的每个天线发送到每个各自的客户装置。
2.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括: 从所述多个无线客户装置中的每个无线客户装置将所述多个训练信号发送到所述基站的每个天线，该基站分析每个训练信号以生成信道特征数据。
3.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括: 使用所述MU-MAS预编码器权重来对所述多个训练信号进行预编码以生成针对所述基站的每个天线的预编码后的训练信号； 从所述基站的每个天线将所述预编码后的训练信号发送到所述多个无线客户装置中的每个无线客户装置，该客户装置中的每个客户装置分析每个训练信号以生成信道特征数据，并在所述基站接收所述信道特征数据。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述基站是将所述无线客户装置耦合到广域网的接入点。
5.根据权利要求1所述的方法，其中一个集中式发射机单元估计所有发射单元之间的频率偏移并预补偿所述偏移，或者所述基站的天线通过有线、光学的或无线网络来共享频率基准。
6.根据权利要求3所述的方法，其中由一个或多个用户长期执行预编码所述多个训练信号以降低反馈开销。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述发射机或接收机估计所述频率偏移的改变率并决定训练的更新率。
8.根据权利要求1所述的方法，其中数据预编码使用块对角化BD技术而被执行。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述MU-MAS系统是分布式输入分布式输出DIDO通信系统，以及其中所述MU-MAS预编码器权重是DIDO预编码器权重。
10.一种用于在具有多用户MU发送的多天线系统MAS MU-MAS中补偿同相正交I / Q不平衡的方法，该方法包括: 在基站的每个天线与多个无线客户装置中的一个或每个无线客户装置之间的链路上发送多个训练信号，并分析每个训练信号以在所述基站获得信道特征数据；基于所述信道特征数据来计算多个MU-MAS预编码器权重，该MU-MAS预编码器权重被计算来预消除由于I / Q增益和相位不平衡和/或用户间干扰带来的干扰； 使用所述MU-MAS预编码器权重来对数据进行预编码以生成针对所述基站的每个天线的预编码后的数据信号；以及 将所述预编码后的数据信号通过所述基站的每个天线发送到每个各自的客户装置。
11.根据权利要求10所述的方法，该方法还包括: 从多个无线客户装置中的每个无线客户装置将所述多个训练信号发送到所述基站的每个天线，所述基站分析每个训练信号以生成信道特征数据。
12.根据权利要求10所述的方法，该方法还包括: 从基站的每个天线将训练信号发送到多个无线客户装置中的每个无线客户装置，该客户装置中的每个无线客户装置分析每个训练信号以生成信道特征数据，并在所述基站接收所述信道特征数据。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述基站是将所述无线客户装置耦合到广域网的接入点。
14.根据权利要求10所述的方法，该方法还包括: 使用零强制ZF接收机、最小均方误差MMSE接收机或最大似然ML接收机来在每个用户装置处解调数据流以抑制剩余干扰。
15.根据权利要求10所述的方法，其中使用块对角化BD技术来执行预编码。
16.根据权利要求10所述的方法,其中所述MU-MAS系统是分布式输入分布式输出DIDO通信系统，以及其中所述MU-MAS预编码器权重是DIDO预编码器权重。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述预编码器权重被计算来消除用户间干扰而不是载波间干扰ICI，以及其中所述无线客户装置包括具有用于消除所述ICI的滤波器的接收机。
18.一种用于动态适应具有多用户MU发送的多天线系统MAS MU-MAS的通信特性的方法，该方法包括: 在基站的每个天线与多个无线客户装置中的一个或每个无线客户装置之间的链路上发送多个训练信号，并分析每个训练信号以在所述基站处获得信道特征数据； 使用所述信道特征数据来确定针对所述无线客户装置的瞬时或统计信道质量，即链路质量度量； 基于所述链路质量度量来确定用户的子集和MU-MAS发送模式； 基于所述信道特征数据来计算多个MU-MAS预编码器权重； 使用所述MU-MAS预编码器权重来对数据进行预编码以生成针对所述基站的每个天线的预编码后的数据信号；以及 将所述预编码后的数据信号通过所述基站的每个天线发送到所选择的子集内的每个各自的客户装置。
19.根据权利要求18所述的方法，该方法包括: 将来自所述多个无线客户装置中的每个无线客户装置的所述多个训练信号发送到所述基站的每个天线，所述基站分析每个训练信号以生成信道特征数据。
20.根据权利要求18所述的方法，该方法包括:从基站的每个天线将训练信号发送到多个无线客户装置中的每个无线客户装置，该客户装置中的每个客户装置分析每个训练信号以生成信道特征数据，并在所述基站处接收所述信道特征数据。
21.根据权利要求18所述的方法，其中所述MU-MAS发送模式包括天线选择/分集或复用、调制/编码方案MCS以及阵列配置/几何结构的不同组合。
22.根据权利要求18所述的方法，其中所述链路质量度量在时域、频域和/或空间域中被估计。
23.根据权利要求18所述的方法，其中所述链路质量度量包括在所述客户装置处所接收到的信号的信噪比SNR。
24.根据权利要求18所述的方法,其中所述MU-MAS系统是分布式输入分布式输出DIDO通信系统，其中所述MU-MAS发送模式是基于所述链路质量度量的DIDO发送模式，以及其中所述MU-MAS预编码器权重是DI`DO预编码器权重。
【文档编号】H04B7/06GK103501193SQ201310407419
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2008年8月20日 优先权日:2007年8月20日
【发明者】A·福伦扎, R·W·J·希思, S·G·帕尔曼, R·范德拉恩, J·斯佩克 申请人:瑞登有限责任公司