虚拟天线选择方法和装置的制造方法
【专利说明】虚拟天线选择方法和装置
[0001] 本申请是国际申请日为2006年8月22日、国际申请号为PCT/US2006/032860、中国 申请号为200680039275.X、发明名称为"虚拟天线选择方法和装置"的专利申请的分案申 请。
[0002] I.在35U.S.C.119下的优先权要求
[0003]本申请要求已转让给本申请受让人并被援引纳入于此的于2005年8月22日提交的 题为"AMETHODOFSELECTIVE-PSEUDORAMDOMVIRTUALANTENNAPERMUTATION(选择性伪 随机虚拟天线置换方法)"的临时美国申请S/N.60/710,371、以及于2005年8月24日提交的 题为"METHODANDAPPARATUSFORANTENNADIVERSITYINMULTI-INPUTMULTI-OUTPUT ⑶MMUNICATI0NSYSTEMS(多输入多输出通信系统中实现天线分集的方法和装置)"的S/ N.60/711,144、以及于 2005 年 10 月27 日提交的题为"METHODANDAPPARATUSFOR PROVIDINGANTENNADIVERSITYINAWIRELESSCOMMUNICATIONSYSTEM(用于在无线通信 系统中提供天线分集的方法和装置)"的美国申请No. 11/261，823的优先权。
[0004] 背景
[0005]I.领域
[0006]本公开一般涉及通信，尤其涉及用于在无线通信系统中传输数据的技术。
[0007]II.背景
[0008]在无线通信系统中，发射机(例如，基站或终端)可利用多个(T个)天线来向装备有 多个(R个)接收天线的接收机进行数据传输。这多个发射和接收天线可用于提高吞吐和/或 提升可靠性。例如，发射机可从这T个发射天线同时发射T个码元以提高吞吐。替换地，发射 机可从所有T个发射天线冗余地发射相同码元以改善接收机的接收。
[0009]来自每一发射天线的传输对来自其他诸发射天线的传输造成干扰。在一些实例 中，通过从这T个发射天线同时传送未臻T个码元将可达成提升的性能。这可通过选择这T个 发射天线的一个子集并从所选的发射天线子集发射未臻T个码元来达成。未被用于传送的 发射天线不会对用于传送的发射天线造成干扰。因此，对于所选子集的发射天线而言可达 成提升的性能。
[0010] 每一发射天线通常与可对该天线使用的某一峰值发射功率相关联。峰值发射功率 可由对该发射天线使用的功率放大器、调控约束、和/或其他因素来决定。对于未被用于传 送的每一发射天线而言，该天线的发射功率实质上是被浪费了。
[0011] 因此本领域中需要能够更有效地利用发射天线可用的发射功率的技术。
[0012] 概要
[0013]本文中描述了用于从虚拟天线代替物理天线来发射数据的技术。物理天线是用于 辐射信号的天线。物理天线通常具有有限的最大发射功率，其往往是由相关联的功率放大 器来决定的。虚拟天线是可从其发送数据的天线。虚拟天线可对应于由通过系数或权重矢 量组合多个物理天线形成的波束。用多个物理天线可形成多个虚拟天线以如下面描述地使 得每一虚拟天线藉由一不同的映射而被映射到一些或全部物理天线。虚拟天线使得能够高 效率地使用物理天线的可用发射功率。
[0014]在一个方面，不同的有至少一个虚拟天线的集合的性能被评价，并且具有最好性 能的那个虚拟天线集合被选择使用。性能可由诸如信号质量、吞吐、总速率等各种度量来量 化。在一个实施例中，基于至少一个度量来评价多重假言。每一假言对应于一不同的有至少 一个虚拟天线的集合。具有最好性能（例如，最高信号质量、吞吐、或总速率）的假言从所有 被评价的假言当中被选择。如果虚拟天线的选择是由接收机执行的，那么关于所选虚拟天 线集的信道状态信息可被发送给发射机。此信道状态信息可传达所选的虚拟天线、所选虚 拟天线的信号质量或速率、用于形成所选虚拟天线的一个或多个矩阵、等等。发射机和/或 接收机可使用所选虚拟天线来进行数据传输。
[0015]本发明的各个方面和实施例在下面进一步具体说明。
[0016]附图简要说明
[0017]结合附图理解下面阐述的具体说明，本发明的特征和本质将变得更加显而易见， 在附图中，相同附图标记贯穿始终作相应标示。
[0018]图1不出发射机和接收机的框图。
[0019]图2示出发射(TX)空间处理器的框图。
[0020]图3示出虚拟天线的传输模型。
[0021 ]图4A和4B示出来自虚拟天线的两个示例性传输。
[0022]图5示出针对4个虚拟天线的虚拟天线选择。
[0023]图6示出注水式功率分配的一个示例。
[0024]图7示出选择和使用虚拟天线的过程。
[0025]图8示出选择和使用虚拟天线的装置。
[0026]图9示出从虚拟天线发射数据的过程。
[0027]图10示出从虚拟天线发射数据的装置。
[0028]具体说明
[0029]本文中使用术语"示例性的"来表示"起到示例、实例、或例示的作用"。本文中描述 为"示例性"的任何实施例或设计不必被解释为优于或胜过其他实施例或设计。
[0030]图1示出通信系统100中的发射机110和接收机150的一个实施例的框图。发射机 110装备有多个(T个)天线，并且接收机150装备有多个(R个)天线。每一发射天线和每一接 收天线可以是物理天线或天线阵。对于下行链路（或前向链路)传输，发射机110可以是基 站、接入点、B节点、和/或其他某个网络实体的一部分并可包含其功能集中的一些或全部。 接收机150可以是移动站、用户终端、用户装备、和/或其他某个设备的一部分并可包含其功 能集中的一些或全部。对于上行链路(或反向链路)传输，发射机110可以是移动站、用户终 端、用户装备等的一部分，而接收机150可以是基站、接入点、B节点等的一部分。
[0031]在发射机110处，TX数据处理器120接收来自数据源112的话务数据并处理（例如， 格式化、编码、交织、以及码元映射)此话务数据并生成数据码元。如本文中使用的，数据码 元是数据的调制码元，导频码元是导频的调制码元，调制码元是关于信号星座(例如，M-PSK 或M-QAM所用的信号星座）中的一点的复值，并且码元通常是复值。导频是发射机和接收机 双方皆先验已知的数据，并且也可被称作训练、基准、前同步码等等。TX信号处理器130将数 据码元与导频码元多路复用，对经多路复用的数据和导频码元执行信号处理器，并将T股传 送码元流提供给T个发射机单元(TMTR) 132a到132t。每一发射机单元132处理(例如，调制、 转换到模拟、滤波、放大、以及上变频)其传送码元流并生成已调制信号。来自发射机单元 132a到132t的T个已调制信号各自从天线134a到134t被发射。
[0032]在接收机150处，R个天线152a至152r接收这T个已调制信号，并且每一天线152将 接收到的信号提供给各自的接收机单元(RCVR) 154。每一接收机单元154用与发射机单元 132执行的处理互补的方式来处理其接收到的信号以获得收到码元，将关于话务数据的收 到码元提供给接收(RX)空间处理器160,并将关于导频的收到码元提供给信道处理器194。 信道处理器194基于关于导频的收到码元(并且还可能基于关于话务数据的收到码元)来估 计从发射机110到接收机150的多输入多输出(MHTO)信道的响应，并将信道估计提供给RX空 间处理器160。!《空间处理器160用这些信道估计来对关于话务数据的收到码元执行检测并 提供数据码元估计。RX数据处理器170进一步处理(例如，解交织并解码)这些数据码元估计 并将经解码的数据提供给数据阱172。
[0033]接收机150可评价信道状况并可向发射机110发送信道状态信息。此信道状态信息 可指示例如特定集合的可供用于传输的至少一个虚拟天线、用于形成所选虚拟天线的一个 或多个矩阵、用于传输的一个或多个速率或分组格式、所选虚拟天线的信号质量、针对接收 机150所解码的分组的确认(ACK)和/或否定确认(ΝΑΚ)、其他类型的信息、或其任意组合。此 信道状态信息由ΤΧ信令处理器180处理(例如，编码、交织、以及码元映射），由ΤΧ空间处理器 182作空间处理，并由发射单元154a到154r作进一步处理以生成R个已调制信号，其经由天 线152a到152r被发射。
[0034]在发射机110处，这R个已调制信号被天线134a到134t接收到，由接收机单元132a到132t处理，由RX空间处理器136作空间处理，并由RX信令处理器138作进一步处理(例如， 解交织并解码）以恢复出信道状态信息。控制器/处理器140基于此信道状态信息来控制向 接收机150所作的数据传输。信道处理器144可估计从接收机150到发射机110的ΜΜ0信道的 响应，并可提供用于向接收机150作数据传输的有关信息。
[0035]控制器/处理器140和190各自控制发射机110和接收机150处的操作。存储器142和 192各自存储供发射机110和接收机150使用的数据和程序代码。
[0036]本文中描述的技术可用于各种无线通信系统，诸如频分多址(FDMA)系统、码分多 址(CDMA)系统、时分多址(TDMA)系统、空分多址(SDMA)系统、正交FDMA(OFDMA)系统、单载波 FDMA(SC-FDMA)系统、等等。0FDMA系统利用正交频分复用（0FDM)。0FDM和SC-FDMA将系统总 带宽分划成多个(K个)正交副载波，其也可称作频调、频槽、等等。每一副载波可用数据作调 制。一般而目，调制码兀在0FDM下是在频域中发送，而在SC-FDMA下是在时域中发送。
[0037] 1.发射机处理
[0038]在每一码元周期里在每一副载波上从这T个发射天线同时发射一个或多个输出码 元。每一输出码元对于0FDM可以是调制码元，对于SC-FDMA可以是频域码元，或者可以是其 他某个复值。发射机可使用各种传输方案来传送这些输出码元。
[0039]在一个实施例中，发射机处理输出码元如下以供传输：
[0040]x(k)=U·P(k) ·G·s(k),式（1)
[0041] 在此2(k) = [si(k)S2(k)…sv(k)]T是包含要在一个码元周期里于副载波k上发 送的V个输出码元的VX1矢量，
[0042] ^是包含关于这V个输出码元的增益的VXV对角阵，
[0043] 以k)是关于副载波k的TXV置换矩阵，
[0044]互=[少逆…逆]是一TXT标准正交矩阵，
[0045] ^(k)=[xi(k)X2(k)…XT(k)]T是包含要在一个码元周期里于副载波k上从这T 个发射天1§发送的T个传送码元的TX1矢量，并且
[0046] "T"标示转置。
[0047]为简单化，本文中的说明假定矢量s(k)中的每一元素Si(k)的平均功率是单位功 率。式(1)是关于一个副载波k的。发射机可对用于传输的每一副载波执行相同的处理。 [0048]T是发射天线的数目。T也是可供使用并且是以标准正交矩阵^的了列虫到圯形成的 虚拟天线的数目。虚拟天线也可由有效天线或其他某个术语来称呼。V是在一个码元周期里 于一个副载波上正被同时发送的输出码元的数目。V也是用于传输的虚拟天线的数目。一般 而言，1 <V<min{T，R}J可以是可如下描述地来选择的可配置参数。
[0049]尽管在式（1)中没有示出，但是发射机可采用循环延迟分集来提升虚拟天线的频 率选择性。循环延迟分集可（1)通过跨每一发射天线的K个副载波施加一不同的相位斜坡而 在频域中实现，或(2)通过对这τ个发射天线施加T个不同的循环延迟而在时域中实现。为简 单化，下面的说明是针对式(1)中所示的无循环延迟分集的实施例。
[0050]在式（1)中，增益矩阵^决定对正被同时发送的V个输出码元中的每一个使用的发 射功率的量。在一个实施例中，i增益矩阵被定义为使得给予这T个发射天线的总发射功率 Pt〇tal不拘于正被发送