专利名称：包括具有多天线的基站和移动站的移动通信设备和方法
技术领域：
本发明涉及移动通信，尤其涉及一种包括多天线的基站和移动站的移动通信设备及其移动通信方法，其基于高速下行链路无线分组接入来最大化多用户通信环境中的通信通过量。
背景技术：
各种技术被用来最大化移动通信中的通过量。同样地，使用新无线接入的逻辑改进和使用例如多天线的物理改进比其他方法更引人注意。
首先，作为新的基于无线接入的逻辑改进方法的示例，下一代移动通信系统标准协会近年来已经提出了能够经由下行链路进行高速分组传输的新标准分组接入技术。第三代合作伙伴项目(3GPP)、欧洲和日本引导的异步标准协会致力于高速下行链路分组接入(HSDPA)技术的标准化，并且3GPP2、美国引导的同步标准协会致力于1x唯一发展数据/语音(1xEV-DO/V)技术的标准。适于基于web因特网业务的HSDPA和1xEV-DO/V技术是基于无线分组传输的高速下行链路分组接入的。由于对于峰值通过量和平均通过量优化了高速下行链路分组接入，因此在间歇无线分组传输环境中可以实现峰值通过量。这种高速下行链路分组接入技术的实现基本需要自适应调制&编码(AMC)技术、混合自动请求(HARQ)技术、和多用户分集调度技术。在3GPP规范中描述了下行链路分组接入的基本技术，在www.3gpp.org可获得欧洲IMT-2000标准，在www.3gpp2.org可获得3GPP2规范，并且在IEEE Communications，第38(7)卷，70-78，2000年7月，作者为P.Bender、P.Black、M.Grob、R.Padovani、N.Sindhushayana和A.Viterbi，标题为“CDMA/HDRA BandwidthEfficient High Speed Wireless Data Service for Nomadic Users”中可获得。
第二，不像能够有效使用给定范围内的带宽的无线接入改进方法，使用多天线的物理改进方法使用更多的空间资源增加了带宽资源以便最大化通过量。最近，Lucent Technologies通过对BLAST(Bell Labs LAyered Space Time)进行透彻的研究而论证了与当使用单个基站天线和单个移动站天线相比，当使用N个基站天线和M个移动站天线时带宽增加min(N，M)倍。此处，min(N，M)是指N和M中的最小的一个。该研究确保了对于峰值通过量使用多个天线的有效性。可以基于矩阵秩标准来解释在基站和移动站中使用多天线来增加信道容量的原理。路径的数量是通过多个基站和移动站天线的信道下行链路特征的矩阵H的秩特征来确定的。移动通信的丰富散射环境可通过大量的非关键的障碍物来产生。在这种丰富的散射通信环境中，基于Shannon的信道容量范围原理，包括基站和单个移动站的多天线通信系统的理论最大容量CMAX表示为下列等式(1)CMAX=log2det[I+1σn2HHPH]---(1)]]>其中，I表示特性矩阵(identity matrix)，P表示功率分配参数的对角矩阵，和σn2表示噪声的方差。在Wireless Personal Communications，第6卷，第311-335页，1998年8月，作者为G.J Foschini和M.J.Gans，标题为“On Limitsof Wireless Communications in a Fading Environment When Using MultipleAntennas”的论文中公开了Shannon的信道容量范围原理和Lucent的BLAST技术。
具体地，Lucent的BLAST技术在其中一个基站对应于一个移动站的环境中基于等式(1)提供了最大信道容量。由于BLAST技术不需要信道信息反馈，因此诸如延迟或者错误的反馈的问题不会发生。然而，在基于Lucent的BLAST技术的多天线系统中，其中数据是经由基站与移动站之间的仅一个信道发送的，并且没有反馈信道信息，因此不能应用零讯号(nulling)方法，其形成多天线系统的原理并且在多用户、多天线系统环境中实现峰值通过量。另外，存在机构的限制是需要比基站天线更多的移动站天线。在Proceedings ofthe IEEE，第85卷，No.7，1031-1097，作者为LAL C.GODARA，1997年7月，标题为“Applications of Antenna Arrays to Mobile Communications，Part IPerformance Improvement，Feasibility，and System Considerations，”中描述了多天线系统的零讯号原理的概念(参考D.Null Beamforming第1041页)。
在上述使用多天线的物理改进方法中，不能反馈回信道信息，从而实现在包含低速移动站的低速Doppler环境中的峰值通过量，其中信道切换几乎不发生，或者在高功率环境中确保最小信道反馈错误。因为不同同时考虑从多个移动站反馈回的信息，因此较低通过量的问题被认为更严重。
为了解决不能同时解释从多个移动站反馈回的信息的上述方法的问题，需要考虑下列情况(1)分离信道调查和跟踪部分，以便适应高速Doppler信道环境，(2)如何处理具有不公平分组的多个移动站，(3)对有效信道信息测量使用空间权重因子的量化，和(4)与现有标准的兼容性。然而，迄今为止从不考虑基于目前有用的权重信息和信道状态信息而不使用新的信道信息来产生信道信息，以便实现最大先到通过量。
发明内容
本发明提供一种包括基站和至少两个移动站的移动通信装置，所述基站包括至少两个基站天线，每个移动站具有至少一个天线。在移动通信装置中，对于每个移动站考虑基站与至少两个移动站之间的空间信道的下行链路特征，从而解决了在通过基站天线的最佳波束形成中和多流数据传输中的延迟问题。另外，根据本发明，也考虑了数据传输中的用户平均性，并且以更容易的方式测量了信道信息，从而确保多用户、多天线系统的额定通过量。
本发明也提供一种在上面的包括多个基站和移动站天线的移动通信设备中执行的移动通信方法。
在本发明的一方面，提供一种具有多个基站/移动站天线的移动通信设备，所述设备包括基站和至少两个移动站，包括基站，其根据从移动站接收的反馈信号来恢复权重信息和信道状态信息，基于所恢复的权重信息和信道状态信息确定导致最大传输信道容量的下行链路调查信息，基于下行链路调查信息，从所有移动站当中选择同时传输的移动站，并且基于下行链路调查信息处理待发送至所选择的移动站的数据，其中所述基站包括至少两个基站天线，并且每个移动站包括至少一个移动站天线。
在本发明的另一方面，提供一种具有多个基站/移动站天线的移动通信设备，所述设备包括基站和至少两个移动站，包括基站根据从移动站接收的反馈信号来恢复权重信息和信道状态信息，基于所恢复的权重信息和信道状态信息而确定导致最大传输信道容量的下行链路调查信息，基于下行链路调查信息从所有移动站当中选择同时传输的移动站，基于关于所选择的移动站的信道下行链路调查信息以及所恢复的权重信息和信道状态信息而确定下行链路跟踪信息，并且基于下行链路跟踪信息而处理将被发送到所选择的移动站的数据，其中所述基站包括至少两个基站天线，并且每个移动站包括至少一个移动站通信。
在本发明的另一方面，提供一种基站与至少两个移动站之间的移动通信的方法，其中基站包括至少两个基站天线，并且每个移动站包括至少一个移动站天线，所述方法包括(a)基站根据从移动站接收的反馈信号来恢复权重信息和信道状态信息，基于所恢复的权重信息和信道状态信息而确定导致最大传输信道容量的下行链路调查信息，基于下行链路调查信息从所有移动站当中选择同时传输的移动站，并且基于下行链路调查信息而处理将被发送到所选择的移动站的数据。
在本发明的另一方面，提供一种基站与至少两个移动站之间的移动通信的方法，其中基站包括至少两个基站天线，并且每个移动站包括至少一个移动站天线，所述方法包括(a)基站根据从移动站接收的反馈信号来恢复权重信息和信道状态信息，基于所恢复的权重信息和信道状态信息而确定导致最大传输信道容量的下行链路调查信息，基于下行链路调查信息从所有移动站当中选择同时传输的移动站，基于关于所选择的移动站的信道下行链路调查信息以及所恢复的权重信息和信道状态信息而确定下行链路跟踪信息，并且基于下行链路跟踪信息而处理将被发送到所选择的移动站的数据。
所述方法还包括(b)每个移动站基于从基站发送的导频(pilot)信道信号来测量多个基站/移动站天线信道的下行链路特征，基于下行链路特征来确定权重信息和信道状态信息，将所确定的权重信息和信道状态信息转换为反馈信号，向基站发送反馈信号，并且基于下行链路特征以及从基站发送的第一控制信号和数据信号来检测高速下行链路共享信道(HS-DSCH)信号。
图1是根据本发明实施例的移动通信设备的方框图；图2是在图1的移动通信设备中执行的、根据本发明实施例的移动通信方法的流程图；图3是根据本发明的、图2中的步骤21的实施例的流程图；图4是根据本发明的、图1中的第一、第二、...、或者第K移动站的实施例的方框图；图5是根据本发明的、图2中的步骤23的实施例的流程图；图6是图1中的基站的实施例的方框图；
图7是根据本发明的、图5中的步骤52的实施例的流程图；图8是根据本发明的图6中的下行链路调查信息生成单元的实施例的方框图；图9是图5中的步骤53的实施例的流程图；和图10是图6中的下行链路跟踪信息生成单元的实施例的方框图。
具体实施例方式
将参考附图来详细描述根据本发明的、利用多个基站和移动站天线的移动通信设备的结构和操作、及其移动通信方法。
如图1所示，示出了根据本发明实施例的移动通信设备的方框图，所述移动通信设备包括基站11、第一移动站13、第二移动站15、...、以及第K移动站17。所述K个移动站中的每一个执行相同的功能，其中K是等于2或更大的整数。根据本发明，每个移动站13到17中的移动站天线的数量M(ku)可以大于并小于基站111中的基站天线的数量B，即，1≤M(ku)＜B。移动站天线的数量M(ku)可以大于1或等于基站天线的数量B，即，M(ku)＞B。M(ku)是大于或等于1的正整数，B是大于或等于2的正整数，以及ku表示移动站的ID号，其中1≤ku≤K。
图2是图解说明图1的移动通信设备中执行的、根据本发明实施例的移动通信方法的流程图。移动通信方法包括确定并发送权重信息和信道状态信息并检测高速下行链路共享信道(HS-DSCH)信号(步骤21)、和将导频信道(PICH)信号加到基于从反馈信号恢复的权重信息和信道状态信息而生成的数据信号并发送相加的结果(步骤23)。
在描述步骤21之前，现在描述在基站11中执行的图2中的步骤23。
基于多个基站和移动站天线的信道下行链路特征(下文称作第一特征H(ku))，其中H(ku)是1≤ku≤K的矩阵，基站11恢复权重信息和信道状态信息，所述权重信息和信道状态信息是根据从每个第一到第K移动站13到17接收的反馈信号在每个第一到第K移动站13到17中确定的。下文中，大写粗体字母表示矩阵，小写粗体字母表示矢量，以及非粗体符号表示标量。基站11还基于关于每个移动站的恢复的权重信息和信道状态信息而生成确保最大通过量的下行链路调查信息。可以考虑传输分组平均信息来计算最大通过量。基站11基于所生成的下行链路调查信息、从关于全部移动站的数据中选择同时传输的移动站的数据。基站11基于从所选择的同时传输的移动站接收的反馈信号、生成适于瞬时信道形势的下行链路跟踪信息。基站11将关于所选择的移动站的数据与下行链路跟踪信息矩阵相乘，所述下行链路跟踪信息是相互(mutual)权重信息，将移动站选择信息和导频信道信号PICHi加到相乘的乘积(也称作数据信号)，并且以帧为单元将相加的结果发送到第一到第K移动站13到17。
下行链路调查信息包括移动站选择信息(将在以后描述)，即，关于将被同时发送数据的移动站的信息。第一特征H(ku)是指将数据从基站11发送到任意移动站13、15、...或者17的信道的相位和幅度。第一特征H(ku)是由列方向上基站天线信道和行方向上的移动站天线信道组成的矩阵。换句话说，第一特征矩阵H(ku)的列分量是从由基站天线形成的空间导出的，第一特征矩阵H(ku)的行分量是从由移动站天线形成的空间导出的。导频信道信号PICH可以是公共导频信道(CPICH)信号、专用公共导频信道(DCPICH)信号、辅助公共导频信道(SCPICH)信号等等。
在基站11的另一个实施例中，取代产生下行链路跟踪信息，包含在下行链路调查信息中的相互权重信息可以与关于所选择的移动站的数据矩阵相乘。
第一到第K移动站13到17可以以任何结构来实现，只要它们确保基站11执行上述操作，并且它们能够基于第一特征H(ku)来确定权重信息和信道状态信息。现在将描述在第一到第K移动站13到17中执行的图2中的步骤。
第一到第K移动站13到17中的每一个基于从基站11发送的PICH信号来测量第一特征H(ku)，并且基于所测量的第一特征H(ku)来确定确保连接基站和移动站天线的每个信道的峰值通过量的权重信息和信道状态信息。第一到第K移动站13到17中的每一个将所确定的权重信息和信道状态信息转换为反馈信号，并且将它们发送至基站11。第一到第K移动站13到17中的每一个基于第一特征H(ku)、第一控制信号和从基站11接收的数据信号、产生以帧为单元的高速下行链路共享信道(HS-DSCH)信号。
第一到第K移动站13到17中的每一个分析通过移动站天线接收的第一控制信号，以便确定从基站11发送的信号是否被正确地通信到那里。HS-DSCH信号反映信道的第二和第三特征。第二特征暗示完成了通过信道的数据的传输而不需要信道切换，因为数据帧的长度，即数据传输的单元，比普通Doppler信道的相干时间短得多。第三特征关于通过属于基站11的、由所有移动站13到17共有的信道的数据的非连续突发传输。
为了便于理解本发明，首先描述图1中的第一、第二、...、或第K移动站13、15、...、或17的实施例以及步骤21，接着描述移动站11的实施例和步骤23。
图3是图解说明根据本发明的、图2中的步骤21的实施例的流程图，其包括向基站11发送基于第一特征H(ku)而确定的权重信息和信道状态信息(步骤31到33)和从基于从基站11发送的数据信号所恢复的数据信息当中选择并组合期望的数据信息(步骤34到37)。
图4是图1中图1中的第一、第二、...、或第K移动站13、15、...、或17的实施例的方框图，其中包括天线阵列41、信道特征测量单元42、信道信息确定单元43、信息反馈单元44、控制信息恢复单元45、数据信息恢复单元46、数据信息选择单元47、和数据信息组合单元48。
将结合图3的流程图来描述具有图4结构的第一、第二、...、或第K移动站13、15、...、或17的操作。
具体地，图4中的天线阵列41包括M(ku)移动站天线41a、41b、...、和41c。天线阵列41接收从基站11发送的PICH信号、数据信号、和第一控制信号。信道特征测量单元42基于经由天线阵列41从基站11接收的PICH信号来测量第一特征H(ku)，并且将所测量的第一特征H(ku)输出至信道信息确定单元43、控制信息恢复单元45、和数据信息恢复单元46(步骤31)。
信道信息确定单元43基于第一特征H(ku)来确定最大化通过量的权重信息V(ku)和信道状态信息Λ(ku)，其已被压缩以便反馈，并且向信息反馈单元44输出所确定的权重信息V(ku)和信道状态信息Λ(ku)(步骤32)。权重信息V(ku)和信道状态信息Λ(ku)是通过使用奇异值分解方法将第一特征H(ku)分解为U(ku)Λ(ku)VH(ku)来确定的。
NB(ku)小于或等于B并大于或等于1，并且基矩阵中的矢量数量和增益值数量都小于或等于B。这在概念上与当基于第一特征H(ku)而一些增益值变为空(＝0)时相同，其是基站/移动站天线的下行链路信道特征。在这两种情况下，基矩阵中的矢量数量和增益值数量可以表达为NB(ku)。
信息反馈单元44将从信道信息确定单元43接收的权重信息V(ku)和信道状态信息Λ(ku)转换为适于使用普通通信信号处理技术反馈到基站11的反馈信号，并且经由移动站天线阵列41将所转换的反馈信号发送至基站11(步骤33)。为了执行步骤33，信息反馈单元44可以格式化从信道信息确定单元43接收的权重信息V(ku)和信道状态信息Λ(ku)，时分复用所格式化的结果，并且经由移动站天线阵列41将时分复用的结果作为反馈信号发送至基站11。或者，信息反馈单元44可以对格式化的权重信息V(ku)和信道状态信息Λ(ku)进行码分复用或者频分复用，来代替时分复用，以便生成反馈信号。
控制信息恢复单元45使用从信道特征测量单元42输入的第一特征H(ku)来补偿已经从基站11通过移动站天线阵列41接收的第一控制信号的失真，根据失真补偿的第一控制信号来恢复第二控制信号，并且将所恢复的第二控制信号输出至数据信息选择单元80(步骤34)。第二控制信号包括关于由移动站接收的数据信号是否被分配到其中的信息和关于移动站接收所述数据信号所基于的信息。可以使用普通多天线信号处理(也在以后描述的步骤35中使用)根据第一控制信号来恢复第二控制信号。
数据信息恢复单元46根据通过移动站天线阵列41从基站11接收的数据信号和从信道特征测量单元42输入的第一特征H(ku)来恢复从所述基站接收的数据信息，并且向数据信息选择单元47输出所恢复的数据信息(步骤35)。从基站11接收的数据信号在等式(2)中被表达为r(k)并且可以使用下列等式(3)来建模。
r(k)＝[r(1，k)r(2，k)...r(N，k)]T...(2)其中r(n，k)表示经由第K移动站的第n个天线接收的数据信号。
r(k)＝H(k)x+n(k)＝U(k)Λ(k)VH(k)x+n(k) ...(3)其中n(k)表示噪声分量，以及U(k)Λ(k)VH(k)是奇异值分解(SVD)的结果，这是对第一特征H(ku)的普通矩阵运算，并且在下列等式(4)中对x进行建模了。在IEEE Transactions on Comm.，第48卷，No.3502-513，2003年3月，作者为Da-Shan Shiu、Gerard J.Foschini、Michael j.Gans、和Josep M.Kahn，标题为“Fading Correlation and its effect on the Capacity of Multielement AntennaSystems”的论文中公开了多天线系统中的SVD。
x＝Wd ...(4)其中W是在基站11中产生的最佳基矩阵(basis matrix)，d表示数据信息。
返回参考图3和4，数据信息选择单元47响应第二控制信号从来自每个基矩阵(basis)的数据信息选择从期望基矩阵接收的数据信息，其是从数据信息恢复单元46接收的，并且向数据信息组合单元48输出从期望的基矩阵接收的Ne(k)数据信息值(步骤36)，其中0≤Ne(i)≤N。
在对应于帧长度的预定时间周期TBLOCK上，数据信息组合单元48组合从数据信息选择单元47输出的选择的数据信息值，并且输出组合的结果作为相应移动站的高速下行链路共享信道信号HS-DSCH(i)’(步骤37)。
与图3中图解说明的步骤21的实施例不同，在执行步骤32和33的同时可以执行步骤34和37。或者步骤34到37可以在步骤32和33之前。
现在将参考图5和6来描述根据本发明的、图1中的基站11和图2中的步骤23的实施例。
图5是图解说明根据本发明的、图2中的步骤23的实施例的流程图，其包括基于所恢复的权重信息和信道状态信息来生成下行链路调查信息和下行链路跟踪信息(步骤51到53)、选择关于期望移动站的数据(步骤54)、基于下行链路跟踪信息来处理所选择的数据以便生成数据信号(步骤55)、和将包含在下行链路调查信息中的移动站选择信息和导频信道信号加到数据信号并且向相应的移动站发送相加的结果(步骤56)。
在图23的另一实施例中，可以不执行步骤53。换句话说，步骤23可以包括基于所恢复的权重信息和信道状态信息来产生下行链路调查信息(步骤51和52)、选择关于期望移动站的数据(步骤54)、基于包含在下行链路调查信息中的相互权重信息来处理选择的数据以便生成数据信号(步骤55)、将包含在下行链路调查信息中的移动站选择信息和导频信道信号加到数据信号、并且向相应的移动站发送相加的结果(步骤56)。
在图2中的步骤23的另一实施例中，当在每个上述实施例中、在步骤52生成下行链路调查信息时，可以进一步考虑移动站平均信息(fairnessinformation)、即移动站之间的分组平均信息(packet fairness information)。
图6是根据本发明的、图1中的基站11的实施例的方框图。如图6所示，基站11可以包括天线阵列61、反馈信息恢复单元62、分解单元63、移动站平均控制单元64、下行链路调查信息产生单元65、下行链路跟踪信息产生单元66、移动站数据选择单元67、基矩阵乘法单元68、和加法单元69。移动站平均控制单元64是可选的。
将结合图5的流程图来描述图6中的基站11的操作。
在图6中，天线阵列61包括N个基站天线61a、61b、...、和61c。天线阵列61接收包含在从第一到第K移动站13到17发送的上行链路专用物理控制信道信号(HS-DPCCH)中的反馈信号，并且向第一到第K移动站13到17发送将移动站选择信息和导频信道信号加到数据信号得到的结果，所述数据信号是空间处理的HS-DSCH信号。
反馈信息恢复单元62根据通过基站天线阵列61从第一到第K移动站13到17接收的反馈信号来恢复权重信息V(ku)和信道状态信息Λ(ku)，并且向分解单元63输出所恢复的权重信息V(ku)和信道状态信息Λ(ku)。
分解单元63将为矩阵的权重信息V(ku)和信道状态信息Λ(ku)分解为权重矢量v(k)和信道状态矢量λ(k)，并且向下行链路调查信息生成单元65和下行链路跟踪信息生成单元66输出分解的权重矢量v(k)和信道状态矢量λ(k)(步骤51)。对于各个移动站恢复的权重矢量V(ku)由V(ku)＝{v1，v2，...，vk}表示，并且对于各个移动站恢复的信道状态信息Λ(ku)由Λ(ku)＝{λ1，λ2，...，λk}表示。
在图4中的信息反馈单元44使用时分复用已经产生反馈信号的情况下，反馈信息恢复单元62使用时分去复用来恢复权重信息V(ku)和信道状态信息Λ(ku)。在信息反馈单元44使用码分复用或者频分复用来代替时分复用已经产生反馈信号的情况下，反馈信息恢复单元62使用码分去复用或者频分去复用来恢复权重信息V(ku)和信道状态信息Λ(ku)。
移动站平均控制单元64产生关于各个移动站的移动站平均信息{tk}，并且向下行链路调查信息产生单元65输出移动站平均信息{tk}。移动站平均信息{tk}可以是考虑最大传输信道容量CMAX而生成的。移动站平均信息{tk}包括关于每个移动站的分组平均信息，其表示为{tk}＝{t1，t2，...，tk}。在IEEETransactions on Information Theory，第48卷，No.6，1277-1294页，作者为Paramod Viswanath、David N.C.Tse、和Rajiv Laroia，标题为“OpportunisticBeamforming Using Dumb Antennas”中公开了一种产生移动站平均信息{tk}的技术。
在分组传输到移动站之前的调查部件中，下行链路调查信息产生单元65基于从反馈信息恢复单元62输入的恢复的权重信息V(ku)和信道状态信息Λ(ku)以及从移动站平均控制单元62输入的移动站平均信息{tk}来生成下行链路调查信息，并且向下行链路跟踪信息产生单元66、移动站数据选择单元67、和加法单元69输出最大索引信息iMAX(步骤52)，所述最大索引信息iMAX是包含在下行链路调查信息中的移动站选择信息。最大所以信息iMAX包括iUSER(1)、iUSER(2)、...、和iUSER(NB)。包含在下行链路调查信息中的最大传输信道容量信息CMAX被提供给移动站平均控制单元64。
在分组传输到移动站的跟踪部件中，下行链路跟踪信息产生信息66基于从反馈信息恢复单元62输入的恢复的权重矢量和信道状态矢量以及从下行链路调查信息产生单元65输入的最大索引信息iMAX、而产生相互权重信息W，所述最大索引信息iMAX是包含在下行链路调查信息中的移动站选择信息，并且向基矩阵乘法单元68输出所产生的相互权重信息W(步骤53)。
移动站数据选择单元67响应最大索引信息iMAX、从对于所有移动站的分组信道HS-DSCH(k)当中选择连接到被选择用于数据传输的移动站的分组信道，所述最大索引信息iMAX是从下行链路调查信息产生单元65输入的移动站选择信息，并且向基矩阵乘法单元68输出连接到所选择的移动站的分组信道(步骤54)。
基矩阵乘法单元68对从下行链路跟踪信息产生单元66输出的一组相互权重信息{W}和关于由移动站数据选择单元67选择的N个移动站的数据执行矩阵相乘运算，并且向加法单元69输出矩阵相乘的结果作为数据信号(步骤55)。矩阵相乘包括将相互权重信息W与关于由移动站数据选择单元67选择的N个移动站的数据相乘，并且求和所有乘积。
加法单元69将外部输入的导频信道信号PICH1、PICH2、...、和PICHN加到从基矩阵乘法单元68输入的数据信号，并且向基站天线阵列61输出相加的结果(步骤56)。最后，加法单元69被实现为第一到第N加法器(未示出)。第N加法器(未示出)将导频信道信号PICHn加到从基矩阵乘法单元68输入的数据信号，并且将加的结果输出至基站天线阵列61中的相应天线61a、61b、...、或61c。从加法单元69输入到基站天线阵列61的相加结果以帧为单元被发送到移动站13到17。
在基站11的另一实施例中，可以排除上述的下行链路跟踪信息产生单元66。在这种情况下，在分组传输到移动站之前的调查部件中，下行链路调查产生单元65基于从反馈信息恢复单元62输入的恢复的权重矢量v(k)和信道状态矢量λ(k)以及从移动站平均控制单元62输入的移动站平均信息{tk}，而产生下行链路调查信息。将为包含在下行链路调查信息中的移动站选择信息的最大索引信息iMAX输出至移动站数据选择单元67和加法单元69。将包含在下行链路调查信息中的最大传输信道容量信息CMAX输出至移动站平均控制单元64。将包含在下行链路调查信息中的相互权重信息WMAX输出至基矩阵乘法单元68。如先前的实施例，移动站平均控制单元64是可选的。
将参考图7和8描述根据本发明的图5中的步骤52和图6中的下行链路调查信息产生单元65的实施例。
图7是图解说明图5中的步骤52的实施例的流程图，其包括基于所恢复的权重信息和信道状态信息以及移动站平均信息而产生下行链路调查信息(步骤71到79)。在另一实施例中，可以仅基于所恢复的权重信息和信道状态信息来产生下行链路调查信息。
图8是图解说明根据本发明实施例的图6的下行链路调查信息产生单元65的结构的方框图，其包括乘法部件810、子部分组合部件820、相互权重信息产生部件830、信道容量计算部件840、存储部件850、索引设定部件860、和最大值搜索部件870。子部分组合部件820可以被实现为信道信息子部分组合部件820和移动站平均信息子部分组合部件822。或者，子部分组合部件820可以被实现为仅信道信息子部分组合部件820。索引设定部件860可被实现为延迟器861和计数器862。
将参考图7中的流程图来描述图8中的下行链路调查信息产生单元65的操作。
乘法部件810将权重信息矢量{v(k)}与信道状态信息矢量{λ(k)}相乘，如等式(5)所表达的，并且将乘积{hk}输出至子部分组合单元820的信道信息子部分组合部件821(步骤71)。如果移动站的可用信道容量(log2(1+λ(k))/tk)，即从相应信道状态信息矢量λ(k)转换的信道容量(log2(1+λ(k))与相应移动站平均信息tk的比率，小于预定的阈值，则数据传输至移动站是不可能的。因此，对于那些移动站不必执行它的相乘。
hk＝λ(k)*v(k)...(5)索引设定部件860中的计数器862使索引(i)递增1，其中索引(i)被初始化为1(步骤72)。索引(i)表示第一到第K移动站13到17的所有可能组合的数量。索引(i)的最大值是kCmin(K，N)。
子部分组合单元820中的信道信息子部分组合部件821参考由计数器861提供的索引(i)，将从乘法部件810输出的乘积{hk}组合到如等式(6)表达的子部分，并且将组合的结果Hs输出至相互权重信息产生单元830。移动站平均信息子部分组合部件822将移动站平均信息{tk}组合到各个移动站的子部分，如等式(7)表达的，并且将组合的结果Ts输出至信道容量计算单元840(步骤73)。
Hs=hk(1)hk(2)…hk(NB),k(nB)∈{1,2,...,K}....(6)]]>Ts=tk(1)tk(2)…tk(NB),k(nB)∈{1,2,...,K}...(7)]]>相互权重信息产生单元830基于从信道信息子部分组合部件821接收的组合结果Hs、使用等式(8)而产生浮点相互权重信息W，并且将所产生的相互权重信息W输出到信道容量计算部件840(步骤74)。为了易于测量信道信息，相互权重信息W可被量化为适于反馈并随后被输出至信道容量计算部件840的程度。
W=HsH(HsHsH+No/Eb)+---(8)]]>基于从子部分组合单元820接收的组合信道信息的结果Hs和组合移动站平均信息Ts的结果、以及从相互权重信息产生部件830接收的相互权重信息W，信道容量计算部件840使用下列等式(9)来计算传输信道容量C，并且将所计算的传输信道容量C输出至存储部件850(步骤75)。
C=ΣnB=1NB1tk(nB)log2(1+Eb|WnBHhk(nB)|EbΣn=1,n≠nBNB|WnHhk(nB)|+No)---(9)]]>其中W=[W1,W2,···,WNB].]]>或者，在等式(9)中可以用1来代替项tk而不考虑移动站平均信息。
存储部件850存储从信道容量计算部件840输出的传输信道容量C、从相互权重信息产生单元830输出的相互权重信息W、和从计数器862输出的索引(i)，直到从计数器862输出的索引(i)不大于 (步骤76)。
存储部件850确定从计数器862接收的索引(i)是否大于 (步骤77)。如果目前接收的索引(i)被确定为大于 则存储部件850向最大值搜索部件870输出从第一索引，即1，到刚好位于目前接收的索引(i)之前的最后索引的一组索引{i)、传输信道容量{C}、和相互权重信息{W}。存储部件850向延迟器861输出指示计数器862使索引(i)递增1的信号。延迟器861使指示信号延迟预定时钟周期，并且向计数器862输出所延迟的指示信号。
计数器862响应索引增加信号而使索引(i)增加1，并且将所增加的索引输出至子部分组合单元820和存储部件850(步骤78)。
如果从计数器862接收的索引(i)大于 则最大值搜索单元870响应对于第一到第K移动站13到17的所有可能组合的计算的传输信道容量中的输入索引{i}而搜索导致最大传输信道容量C的输入数据值iMAX、CMAX和WMAX并输出所搜索的输入数据值iMAX、CMAX和WMAX(步骤79)。最大索引值iMAX是一种从最大值搜索单元870输出的移动站选择信息，其比输出至下行链路跟踪信息产生单元65、移动站数据选择单元66、和加法单元68。而且，最大传输信道容量CMAX和相互权重信息WMAX被发送至相关的上层。
将参考图9和10来描述根据本发明的图5中的步骤53和图6中的下行链路跟踪信息产生单元66的实施例。
图9使根据本发明的图5中的步骤53的实施例的流程图，其包括基于所恢复的权重矢量{v(k)}、信道状态矢量{λ(k)}、和包含在下行链路调查信息中的移动站选择信息iMAX而产生相互权重信息(步骤91到93)。
图10是根据本发明的图6中的下行链路跟踪信息产生单元66的实施例的方框图。图10的下行链路跟踪信息产生单元66包括信道信息子部分选择部件101、乘法部件104、和相互权重信息产生部件105。信道信息子部分选择部件101包括权重信息子部分选择部件102和信道状态信息子部分选择部件103。
现在将结合图9的流程图来描述图10中的下行链路跟踪信息产生单元66的操作。
信道信息子部分选择部件101中的权重信息子部分选择部件102和信道状态信息子部分选择部件103从由反馈信息恢复单元62输入的恢复的权重信息和信道状态信息当中，分别选择关于匹配从下行链路调查信息产生单元65输入的最大索引iMAX的移动站的权重信息和信道状态信息，并且将所选择的权重信息和信道状态信息分别输出至乘法部件104(步骤91)。
乘法部件104将从信道信息子部分选择部件101输入的权重信息和信道状态信息相乘，如上面公式(5)所表达的，并且将乘积hk输出至相互权重信息产生部件105(步骤92)，其中k＝iMAX。
相互权重信息产生部件104基于从乘法单元104输入的所述乘积hk、使用上面的等式(8)来产生浮点相互权重信息，其中k＝iMAX，并且将所产生的相互权重信息W输出至基矩阵乘法单元68(步骤93)。为了易于测量信道信息，所产生的相互权重信息在被输出至基矩阵乘法单元67之前可以被量化为适于被反馈的程度。
工业实用性如上所述，在一种根据本发明的、使用多个基站和移动站天线的移动通信设备以及一种其中使用的移动通信方法中，从每个移动站发送至基站的下行链路特征信息被考虑来对于多天线传输实现最佳波束形成和低成本额定峰值通过量的有效数据传输。
利用了作为反馈信号从移动站发送至基站的、关于每个移动站的信道权重信息和信道状态信息。另外，由于在本发明中分离了信道调查和跟踪部分，因此可以解决高速Doppler环境中的延迟问题。
而且，在计算最大值传输信道容量时考虑了关于多个移动站的分组平均信息，能够选择同时数据传输的移动站。
量化了通过调查和跟踪部分产生的相互权重信息，从而允许有效的信道信息测量。在本发明中基于关于每个移动站的信道权重信息和信道状态信息而产生信道信息确保了现有标准协议的兼容性。
权利要求
1.一种具有多个基站/移动站天线的移动通信设备，所述设备包括基站和至少两个移动站，包括所述基站根据从移动站接收的反馈信号来恢复权重信息和信道状态信息，基于所恢复的权重信息和信道状态信息确定导致最大传输信道容量的下行链路调查信息，基于下行链路调查信息从所有移动站当中选择同时传输的移动站，并且基于下行链路调查信息处理待发送至所选择的移动站的数据，其中所述基站包括至少两个基站天线，并且每个移动站包括至少一个移动站天线。
2.如权利要求1所述的移动通信设备，其中所述最大传输信道容量是考虑所述多个移动站之间的分组平均而计算的。
3.如权利要求1所述的移动通信设备，其中每个移动站基于从基站发送的导频信道信号来测量多个基站/移动站天线信道的下行链路特征，基于下行链路特征来确定权重信息和信道状态信息，将所确定的权重信息和信道状态信息转换为反馈信号，将反馈信号发送至基站，并且基于下行链路特征以帧为单元检测从基站发送的高速下行链路共享信道(HS-DSCH)信号以及第一控制信号和数据信号。
4.如权利要求1所述的移动通信设备，其中所述基站包括反馈信息恢复单元，用于恢复通过基站天线从每个移动站接收的权重信息和信道状态信息，并且输出所恢复的权重信息和信道状态信息；下行链路调查信息生成单元，用于在向移动站的分组传输之前，基于调查部件中所恢复的权重信息和信道状态信息而生成下行链路调查信息；移动站数据选择单元，用于基于从下行链路调查信息生成单元接收的下行链路调查信息、从关于所有移动站的数据当中选择关于同时传输的移动站的数据；基矩阵乘法单元，用于对由移动站数据选择单元选择的、关于同时传输的移动站的数据和下行链路调查信息执行矩阵相乘和求和，并且输出结果作为数据信号；和加法单元，用于将导频信道信号加到数据信号和下行链路调查信息，并且输出相加的结果，其中相加的结果是以帧为单元通过基站天线向移动站发送的。
5.如权利要求4所述的移动通信设备，其中所述基站还包括移动站平均控制单元，所述移动站平均控制单元用于生成移动站平均信息并且向下行链路调查信息生成单元输出移动站平均信息。
6.如权利要求4所述的移动通信设备，其中所述下行链路调查信息生成单元包括乘法部件，用于通过将从反馈信息恢复单元接收的所恢复的权重信息和信道状态信息相乘来生成信道信息；索引设定部件，用于索引移动站的所有可能组合；子部分组合部件，用于参考由索引设定部件指定的索引将信道信息组合为子部分；相互权重信息生成部件，用于基于在子部分组合部件中执行的组合结果来生成相互权重信息；信道容量计算部件，用于基于从子部分组合部件接收的组合结果和从相互权重信息生成部件接收的相互权重信息来计算传输信道容量；存储部件，用于存储关于所有移动站的传输信道容量，所述传输信道容量是从信道容量计算部件输出的，所述相互权重信息是从相互权重信息生成部件输出的，并且所述索引是从索引设定部件接收的；和最大值搜索单元，用于比较存储在存储部件中的传输信道容量，并且提取与最大传输信道容量对应的索引、
7.如权利要求5所述的移动通信设备，其中所述下行链路调查信息生成单元包括乘法部件，用于通过将从反馈信息恢复单元接收的所恢复的权重信息和信道状态信息相乘来生成信道信息；索引设定部件，用于索引移动站的所有可能组合；子部分组合部件，用于参考由索引设定部件指定的索引将信道信息和移动站平均信息组合为子部分；相互权重信息生成部件，用于基于在子部分组合部件中执行的组合结果来生成相互权重信息；信道容量计算部件，用于基于从子部分组合部件接收的组合结果和从相互权重信息生成部件接收的相互权重信息来计算传输信道容量；存储部件，用于存储关于所有移动站的传输信道容量，所述传输信道容量是从信道容量计算部件输出的，所述相互权重信息是从相互权重信息生成部件输出的，并且所述索引是从索引设定部件接收的；和最大值搜索单元，用于比较存储在存储部件中的传输信道容量，并且提取与最大传输信道容量对应的索引。
8.如权利要求4或5所述的移动通信装置，其中相互权重信息被量化到适于反馈的程度，并且随后被提供给信道容量计算部件。
9.一种具有多个基站/移动站天线的移动通信设备，所述设备包括基站和至少两个移动站，包括基站，其根据从移动站接收的反馈信号来恢复权重信息和信道状态信息，基于所恢复的权重信息和信道状态信息而确定导致最大传输信道容量的下行链路调查信息，基于下行链路调查信息从所有移动站当中选择同时传输的移动站，基于关于所选择的移动站的信道下行链路调查信息以及所恢复的权重信息和信道状态信息而确定下行链路跟踪信息，并且基于下行链路跟踪信息而处理将被发送到所选择的移动站的数据，其中所述基站包括至少两个基站天线，并且每个移动站包括至少一个移动站天线。
10.如权利要求9所述的移动通信设备，其中最大传输信道容量是考虑移动站之间的分组平均而计算的。
11.如权利要求9所述的移动通信设备，其中每个移动站基于从基站发送的导频信道信号来测量多个基站/移动站天线信道的下行链路特征，基于下行链路特征来确定权重信息和信道状态信息，将所确定的权重信息和信道状态信息转换为反馈信号，向基站发送反馈信号，并且基于下行链路特征以及从基站发送的第一控制信号和数据信号来检测高速下行链路共享信道(HS-DSCH)信号。
12.如权利要求9所述的移动通信设备，其中所述基站包括反馈信息恢复单元，用于恢复通过基站天线从每个移动站接收的权重信息和信道状态信息，并且输出所恢复的权重信息和信道状态信息；下行链路调查信息生成单元，用于在向移动站的分组传输之前，基于调查部件中所恢复的权重信息和信道状态信息而生成下行链路调查信息；下行链路跟踪信息生成单元，对于向移动站的分组传输、在跟踪部件中基于所恢复的权重信息和信道状态信息以及从下行链路调查信息生成单元接收的下行链路调查信息而生成下行链路跟踪信息；移动站数据选择单元，用于基于从下行链路调查信息生成单元接收的下行链路调查信息、从关于所有移动站的数据中选择关于同时传输的移动站的数据；基矩阵乘法单元，用于对由移动站数据选择单元选择的、关于同时传输的移动站的数据和从下行链路跟踪信息生成单元输出的下行链路跟踪信息执行矩阵相乘和求和，并且输出结果作为数据信号；和加法单元，用于将导频信道信号加到数据信号和下行链路调查信息，并且输出相加的结果，其中所加的结果通过基站天线以帧为单元发送至移动站。
13.如权利要求12所述的移动通信设备，其中所述基站还包括移动站平均控制单元，用于生成移动站平均信息并向下行链路调查信息生成单元输出移动站平均信息。
14.如权利要求12所述的移动通信设备，其中所述下行链路调查信息生成单元包括乘法部件，用于通过将从反馈信息恢复单元接收的所恢复的权重信息和信道状态信息相乘来生成信道信息；索引设定部件，用于索引移动站的所有可能的组合；子部分组合部件，用于参考由索引设定部件指定的索引将信道信息组合为子部分；相互权重信息生成部件，用于基于在子部分组合部件中执行的组合结果来生成相互权重信息；信道容量计算部件，用于基于从子部分组合部件接收的组合结果和从相互权重信息生成部件接收的相互权重信息来计算传输信道容量；存储部件，用于存储关于所有移动站的传输信道容量，所述传输信道容量是从信道容量计算部件输出的，所述相互权重信息是从相互权重信息生成部件输出的，并且所述索引是从索引设定部件接收的；和最大值搜索单元，用于比较存储在存储部件中的传输信道容量，并且提取与最大传输信道容量对应的索引。
15.如权利要求13所述的移动通信设备，其中所述下行链路调查信息生成单元包括乘法部件，用于通过将从反馈信息恢复单元接收的所恢复的权重信息和信道状态信息相乘来生成信道信息；索引设定部件，用于索引移动站的所有可能的组合；子部分组合部件，用于参考由索引设定部件指定的索引将信道信息和移动站平均信息组合为子部分；相互权重信息生成部件，用于基于子部分组合部件中执行的组合结果来生成相互权重信息；信道容量计算部件，用于基于从子部分组合部件接收的组合结果和从相互权重信息生成部件接收的相互权重信息来计算传输信道容量；存储部件，用于存储关于所有移动站的传输信道容量，所述传输信道容量是从信道容量计算部件输出的，所述相互权重信息是从相互权重信息生成部件输出的，并且所述索引是从索引设定部件接收的；和最大值搜索单元，用于比较存储在存储部件中的传输信道容量，并且提取与最大传输信道容量对应的索引。
16.如权利要求14或15所述的移动通信设备，其中相互权重信息被量化到适于反馈回的程度，并且随后提供给信道容量计算部件。
17.如权利要求12所述的移动通信设备，其中下行链路跟踪信息生成单元包括信道信息子部分选择部件，用于从所恢复的从反馈信息恢复单元接收的权重信息和信道状态信息中选择关于与从下行链路调查信息生成单元接收的下行链路调查信息对应的移动站的权重信息和信道状态信息；乘法部件，用于将从信道信息子部分选择部件接收的权重信息与信道状态信息相乘；和相互权重信息生成部件，用于基于从乘法部件接收的乘积产生下行链路跟踪信息，所述下行链路跟踪信息为相互权重信息。
18.如权利要求17所述的移动通信设备，其中相互权重信息被量化到适于反馈的程度。
19.如权利要求3或11所述的移动通信设备，其中每个移动站包括信道特征测量单元，用于基于通过移动站天线接收的导频信道信号来测量下行链路特征；信道信息确定单元，用于基于下行链路特征来确定最大化传输容量的权重信息和信道状态信息，所述权重信息和信道状态信息被压缩以便反馈；信息反馈单元，用于将从信道信息确定单元接收的权重信息和信道状态信息转换为反馈信号，并且通过移动站天线向基站发送；控制信息恢复单元，用于基于下行链路特征来补偿从基站接收的第一控制信号的失真，并且根据失真补偿的第一控制信号来恢复第二控制信号，所述第二控制信号包括关于数据信号是否来自期望的基矩阵和关于所包括的位数的信息；数据信息恢复单元，用于根据从基站接收的数据信号和下行链路特征来恢复从每个基矩阵接收的数据信息；数据信息选择单元，用于响应于第二控制信号而从全部基矩阵接收的数据信息当中选择从期望的基矩阵接收的数据信息，并且输出所选择的数据信息；和数据信息组合单元，用于组合从数据信息选择单元接收的所选择的数据信息，并且输出组合结果作为高速下行链路共享信道(HS-DSCH)信号。
20.一种基站与至少两个移动站之间的移动通信的方法，其中基站包括至少两个基站天线，并且每个移动站包括至少一个移动站天线，所述方法包括(a)基站根据从移动站接收的反馈信号来恢复权重信息和信道状态信息，基于所恢复的权重信息和信道状态信息而确定导致最大传输信道容量的下行链路调查信息，基于下行链路调查信息从所有移动站中选择同时传输的移动站，并且基于下行链路调查信息而处理将发送到所选择的移动站的数据。
21.一种基站与至少两个移动站之间的移动通信的方法，其中基站包括至少两个基站天线，并且每个移动站包括至少一个移动站天线，所述方法包括(a)基站根据从移动站接收的反馈信号来恢复权重信息和信道状态信息，基于所恢复的权重信息和信道状态信息而确定导致最大传输信道容量的下行链路调查信息，基于下行链路调查信息从所有移动站中选择同时传输的移动站，基于关于所选择的移动站的信道下行链路调查信息以及所恢复的权重信息和信道状态信息而确定下行链路跟踪信息，并且基于下行链路跟踪信息而处理将发送到所选择的移动站的数据。
22.如权利要求20或21所述的方法，还包括(b)每个移动站基于从基站发送的导频信道信号来测量多个基站/移动站天线信道的下行链路特征，基于下行链路特征来确定权重信息和信道状态信息，将所确定的权重信息和信道状态信息转换为反馈信号，向基站发送反馈信号，并且基于下行链路特征以及从基站发送的第一控制信号和数据信号来检测高速下行链路共享信道(HS-DSCH)信号。
23.如权利要求20或21所述的方法，其中最大传输信道容量是考虑移动站之间的分组平均而计算的。
24.如权利要求20所述的方法，其中在移动站执行的步骤(a)包括(a1)恢复通过基站天线从每个移动站接收的权重信息和信道状态信息；(a2)基于所恢复的权重信息和信道状态信息而生成下行链路调查信息；(a3)基于下行链路调查信息而从关于所有移动站的数据中选择关于同时传输的移动站的数据；(a4)对关于同时传输的移动站的数据和下行链路调查信息执行矩阵乘法和求和，并且确定该结果为数据信号；和(a5)将导频信道信号加到数据信号和下行链路调查信息，并且通过基站天线以帧为单元将所加的结果发送到移动站。
25.如权利要求24所述的方法，其中步骤(a)还包括(a6)产生当生成下行链路调查信息时所考虑的移动站平均信息。
26.如权利要求21所述的方法，其中在基站执行的步骤(a)包括(a1)恢复通过基站天线从每个移动站接收的权重信息和信道状态信息；(a2)基于所恢复的权重信息和信道状态信息而生成下行链路调查信息；(a3)基于下行链路调查信息以及所恢复的权重信息和信道状态信息而生成下行链路跟踪信息；(a4)基于下行链路调查信息而从关于所有移动站的数据当中选择关于同时传输的移动站的数据；(a5)对关于同时传输的移动站的数据和下行链路跟踪信息执行矩阵乘法和求和，并且确定该结果为数据信号；和(a6)将导频信道信号加到数据信号和下行链路调查信息，并且通过基站天线以帧为单元将相加的结果发送到移动站。
27.如权利要求26所述的方法，其中步骤(a)还包括(a7)产生当生成下行链路调查信号时所考虑的移动站平均信息。
全文摘要
本发明公开了一种包括基站和移动站的移动通信设备和方法，所述基站和移动站都具有多个天线。对于所述设备，包括基站和至少两个移动站。所述基站执行下列功能(a)根据从移动站接收的反馈信号来恢复由移动站确定的权重信息和信道状态信息；(b)基于所恢复的权重信息和信道状态信息选择满足最大传输信道容量的下行链路检测信息；(c)使用下行链路检测信息从能够发送的所有移动站中选择同时传输的移动站；以及(d)基于下行链路检测信息处理待发送至所选择的移动站的数据。所述基站包括至少一个基站天线，并且移动站包括至少一个移动站天线。
文档编号H04B7/26GK1723634SQ200380105378
公开日2006年1月18日 申请日期2003年10月18日 优先权日2002年10月19日
发明者金成珍, 李军强, 金基镐, 金虎辰 申请人:三星电子株式会社