在多天线宽带无线接入系统中支持各种多天线方案的方法

专利名称：在多天线宽带无线接入系统中支持各种多天线方案的方法
技术领域：
本发明涉及一种宽带无线接入(BWA)系统，更具体而言涉及一种用于在使用正交频分复用接入方案的系统中支持各种多天线方案的方法。
背景技术：
在目前的无线移动通信系统中，正在对能够高速传送大量存储数据的高质量的多媒体服务进行广泛研究。与有线信道环境不同，无线信道环境受到实际传输信号的畸变的影响，所述实际传输信号的畸变是由于各种诸如多径干扰、阴影、波的衰减、时变噪声和干扰之类的因素而导致的。由于多径干扰而导致的衰落与反射物的移动性或用户终端密切相关。因此，实际的传输信号与干扰信号相混合并且接收混合信号。因为所接收的信号已经造成实际传输信号的严重畸变，所以移动通信系统的整体性能可能恶化。
衰落也可能使所接收的信号的幅度和相位发生畸变，并且可能成为妨碍无线信道环境中的高速数据通信的主要因素。因此，为了解决该衰落问题而正在进行广泛研究。为了在移动通信环境中高速传送数据，必须使由移动通信信道的特性而导致的损耗和用户干扰最小化。为了解决前述问题而建议的技术之一是多输入多输出(MIMO)技术。
MIMO技术可以根据所使用的数据传输方案和是否反馈信道信息来分类。
首先，根据数据传输方案可以将MIMO技术分成空间多路复用(SM)技术和空间分集(SD)技术。SM技术是一种借助于发射机和接收机中的多天线来同时传送不同数据、从而在不增加系统带宽的情况下以较高速率传送数据的技术。SD技术是一种通过多个发射(Tx)天线发射相同数据、从而实现发射分集(TD)的技术。
也可以将MIMO技术分成闭环方案和开环方案。在闭环方案中，信道信息从接收机被反馈至发射机，在开环方案中，没有将信道信息从接收机反馈至发射机。
参照电气和电子工程师协会802.16e标准的目前的标准文件802.16-REVd/D5、REVe/D5-2004DE，仅建议了一种用于通过使用开环方案来支持MIMO技术的方案。

发明内容
因此，为了解决至少现有技术中出现的上述问题而进行了本发明，并且本发明的目的在于提供一种用于在使用多天线的BWA系统中支持基于MIMO技术的各种多天线方案的方法。
本发明的另一个目的在于提供一种用于通过在使用多天线的BWA系统中构建用于对MIMO技术进行分类的MAP消息来支持各种多天线方案的方法。
本发明的另一个目的在于提供一种用于通过构建下行链路MAP消息来支持各种多天线方案的方法，所述下行链路MAP消息用于高效地提供从移动台反馈的多天线技术、预编码或天线分组技术、天线选择技术等。
为了实现上述的目的，根据本发明的一个方面，提供一种用于在采用MIMO方案的天线技术的宽带无线接入(BWA)系统中支持各种多输入多输出(MIMO)和预编码技术的方法，该方法包括构建包括用于指示MIMO技术的基本信息字段和用于指示各种预编码技术的信息字段的下行链路MAP消息；和借助于下行链路MAP消息来将MIMO技术应用到移动台。


结合附图，从以下详细描述中，本发明的以上和其他目的、特征和优点将更加清楚明白，其中图1是示出根据本发明的实施例的发射机的结构的方框图，该发射机包括单个编码器和单个调制器，能够借助于从在BWA系统中的移动台接收的反馈信息来执行预编码；图2是示出根据本发明的另一实施例的发射机的结构的方框图，该发射机包括多个编码器和调制器，能够借助于从在BWA系统中的移动台接收的反馈信息来执行预编码；和图3是示出根据本发明的实施例的根据层和流的数目的可用技术的图解。
具体实施例方式
以下，将参照附图来描述根据本发明的优选实施例。在以下的描述中，示出许多特定的内容，例如详细的元件，但是提供这些是用于帮助全面理解本发明的，并且本领域的技术人员很清楚在本发明的范围内，可以修改和改变这些特定内容。
本发明提供一种用于在使用多天线的宽带无线接入(BWA)通信系统中使用各种多输入多输出(MIMO)方案的方法。具体而言，为了在BWA通信系统中使用闭环MIMO方案，本发明提出新的下行链路(DL)-MAP消息。新的DL-MAP消息提供一种用于选择对应于由调制器的数目所决定的层数和从空间时间编码(STC)编码器输出的流的数目Mt二者的传输矩阵的方法。STC编码器可以由串行-并行(S/P)转换器来实现。传输矩阵已经由IEEE 802.16标准、根据发射分集方案、垂直编码方案和水平编码方案而定义。
当将使用新DL-MAP消息的MIMO技术应用到BWA通信系统时，可以使使用从移动台即接收机反馈的信道质量信息(CQI)的闭环MIMO技术与现有的不具有CQI的反馈的开环MIMO技术相兼容。当使用闭环MIMO技术时，可以执行预编码。
图1是示出根据本发明的实施例的发射机的结构的方框图，该发射机包括单个编码器和单个调制器，能够借助于从在BWA系统中的移动台接收的反馈信息来执行预编码。
参照图1，发射机包括编码器102，用于对要发送的数据101进行编码；调制器103，用于将所编码的数据映射到复平面上；STC编码器104，用于对所调制的数据应用基本MIMO技术；和预编码块105，用于对从STC编码器104接收的Mt数目的流进行预编码。预编码块105通过使用从移动台反馈的CQI来应用MIMO技术。而且，发射机包括子载波映射器(mapper)106，用于映射从预编码块105接收的码元；和逆快速傅立叶变换(IFFT)单元107，用于将所映射的码元转换成正交频分多址(OFDMA)码元。
因为如上所述发射机包括一个编码器102和一个调制器103，所以层数为1(L＝1)并且STC编码器104输出Mt数目的流。这里用于使得Mt数目的流获取对公共传输信号的分集增益的MIMO技术对应于发射分集技术。而且，用于考虑到数据率而使得Mt数目的流获取对两个或多个分离的传输信号的增益的MIMO技术被称为垂直编码(VE)空间复用(SM)技术。
预编码块105接收Mt数目的流，并进行Mt×Nt矩阵运算。Nt表示发射天线的数目。
具有上述结构的发射机接收信道反馈信息并产生预编码块105的矩阵值，从而通过应用诸如反馈预编码(例如，SVD预编码、波速形成预编码等)、天线分组预编码和天线选择预编码之类的各种MIMO算法来工作。
STC编码器104接收一个输入序列以便产生Mt数目的流。当应用波速形成预编码技术时，STC编码器104可以输出Mt数目的流而无需执行STC编码。
图2是示出根据本发明的另一实施例的发射机的结构的方框图，该发射机包括多个编码器和调制器，能够借助于从在BWA系统中的移动台接收的反馈信息来执行预编码。
参照图2，发射机包括多个编码器202a至202n和调制器203a至203n。因为已经参照图1描述了编码器和调制器的功能，所以将省略进一步的详细描述。
这里，应用到具有多个层的发射机的MIMO传输技术被称为水平编码(HE)空间复用技术。
STC编码器204接收L数目的输入序列以便产生Mt数目的流。当应用波速形成预编码技术时，STC编码器204可以输出Mt数目的流而无需执行STC编码。
图3示出是根据本发明的实施例的应用根据在BWA通信系统中的层和流的数目的传输矩阵的图解。
参照图3，A、B和C表示传输矩阵。在图3中，STC编码器104和204中的每个根据层和流的数目来选择一个传输矩阵，从而执行STC编码。在传输矩阵中，行下标与天线的数目一致并且列下标与OFDMA码元时间一致。
下面的方程1和2表示当Mt为2时的发射分集和空间复用的STC编码器104和204的顺序输入的码元矩阵。
A(Mt=2)=S1-S1*S2S1*---(1)]]>C(Mt=2)=S1S2---(2)]]>
下面的方程3至5表示Mt为3时的发射分集、发射分集和空间复用的混合以及空间复用的STC编码器104和204的顺序输入的码元矩阵。
A(Mt=3)=S~1-S~*200S~2S~1*S~3-S~*400S~4S~3*---(3)]]>B(Mt=3)=S~1-S~*2S~5-S~*6S~7-S~*8S~3-S~*4S~2S~*1S~6S~5*---(4)]]>C(Mt=3)=S1S2S3---(5)]]>下面的方程6至8表示Mt为4时的发射分集、发射分集和空间复用的混合以及空间复用的STC编码器104和204的顺序输入的码元矩阵。
A(Mt=4)=S1-S2*00S2S1*0000S3-S4*00S4S3*---(6)]]>B(Mt=4)=S1-S2*S5-S7*S2S1*S6-S8*S3-S4*S7-S5*S4S3*S8S6*---(7)]]>
C(Mt=4)=S1S2S3S4---(8)]]>以下的表1到3表示根据本发明的实施例的为了在BWA系统中有效地提供所有基于MIMO的技术而作为一个示例提出的MIMO_Compact_DL-MAP消息的数据格式。
表1

以下的表2表示表1之后的消息字段。
表2


以下的表3表示表2之后的消息字段。
表3


在表1中，用于提供基于MIMO的控制信息的MAP信息单元的初始8个比特表示3比特的MAP信息单元的类型和5比特的子类型，并且4比特的长度字段表示基于MIMO的控制信息的长度，其位于下一字段中。
将描述控制信息的结构。2比特的字段‘MIMO type’表示MIMO模式。就是说，当字段‘MIMO type’具有值‘00’时，其指示开环MIMO模式。当字段‘MIMO type’具有值‘01’时，其指示天线分组MIMO模式。当字段‘MIMO type’具有值‘10’时，其指示天线选择MIMO模式。当字段‘MIMO type’具有值‘11’时，其指示在其中执行闭环预编码的MIMO模式。
字段‘Num-layer’是用于指示层数的字段，所述层数是输入到STC编码器的信号分支的数目。
字段‘Mt’是用于指示从STC编码器输出的流的数目的字段。发射机通过使用字段‘Num-layer’和字段‘Mt’的值来确定由图3中的A、B和C表示的传输矩阵。例如，当字段‘Num-layer’具有值‘10’并且字段‘Mt’具有值‘10’时，STC编码器通过使用水平编码传输矩阵C来执行STC编码。
字段‘Mode Change’是用于指示MIMO模式是否已经改变的字段。例如，当‘Mode Change’具有值‘1’时，其意味着使用不同于先前的MIMO模式的MIMO模式。然而，当‘Mode Change’具有值‘0’时，其意味着当前的MIMO模式与先前的MIMO模式相同。在此情况下，因为没有已改变的信息，所以没有必要包括先前的MIMO类型信息。因此，可以减小Compact_DL-MAP消息的大小。
当表1中的字段‘MIMO type’被指定为‘00’或‘11’时，其指示在开环中使用的矩阵标志或在闭环中使用的预编码矩阵标志。
以下的表4或表3表示根据层数L和流数Mt的可用的组合。而且，当‘MIMO type’具有值‘11’(从闭环MIMO类型中向其指定反馈预编码技术)时，其通过针对反馈预编码的6比特标志来指示相应的反馈预编码矩阵而同时使用STC编码器。这里，反馈预编码矩阵可以具有Mt(流的数目)×Nt(发射天线的数目)的大小和最多64个不同矩阵，并且反馈预编码矩阵可以具有取决于生成算法的值、层数、流数和发射天线的数目。

当表1中的‘MIMO type’具有值‘01’并且指定了天线分组技术时，其可以通过表2中的4比特的天线分组标志来指示天线预编码矩阵。
以下的表5表示矩阵组合，其可以由表2中的4比特的天线分组标志来指示。这里，由表1中的层数和流数Mt来确定在图3中要首先应用的MIMO技术，并且由以下的表5表示的字段‘4比特的天线分组标志’来确定要最后应用的MIMO技术。
如上所述，可以由单个字段‘4比特的天线分组标志’来确定要被STC编码器104和204应用的STC编码技术，并且可以类似地知道预编码块105和205的矩阵值。因此，可以有效地减少控制信息消息的开销。
表5

当表1中的‘MIMO type’具有值‘10’并且指定了天线选择技术时，其可以通过表2中的字段‘4比特的天线选择标志’来指示预编码矩阵。这指示通过执行与用于天线分组标志的操作相同的操作而选择的天线。
包括表2中的Nep或下行链路间隔使用代码(Downlink Interval UsageCode，DIUC)的字段通过4比特的值，来指示用于对应于层数的编码器和调制器组的编码速率和调制方案。就是说，当存在多个层时，在混合自动请求(H-ARQ)补充信息重发(即，增量冗余)模式中该字段通过Nep方案来指示编码速率和调制方案。而且，当至少一层包括移动台中的错误时，产生非应答(NACK)并且重发针对所有层的数据而言的用于编码增益增加的组合数据。而且，当指定了信道质量标志信道(CQICH)时，最后的字段指示CQICH信道分配信息以便在每层上加载单个CQI反馈信息。因为如上所述每层使用不同的编码和调制方案，所以每层都需要CQI反馈信息。
表3示出这样的字段，即移动台必须参照该字段以便在具有多天线或多个层的结构中反馈该CQI。表示反馈信道的数目的字段‘CQICH-NUM’表示要由移动台同时发射的反馈信道的数目。指示要从每个反馈信道发送的反馈信息的类型的字段‘CQI Feedback type’使移动台能够根据每个所分配的反馈信道来发送不同的反馈信息。这使移动台能够发送基站所需的各种反馈信息，从而更有效地运用MIMO技术。
如上所述，发射机，即基站，通过考虑从接收机，即移动台，反馈的信息来从多个传输矩阵中确定至少一个矩阵，从而借助于所确定的矩阵来执行STC编码或预编码，并且通过本发明新提出的MIMO Compact DL-MAP消息来向移动台发送针对所确定的矩阵的信息。这里，移动台可以参照从基站发送的针对层值和Mt值的信息来了解针对矩阵的信息。因此，在已经识别了如图3所述的信息的同时，移动台可以通过使用对应于针对层值和Mt值的信息的传输矩阵来执行解码。
根据上述的本发明，在BWA系统中通过下行链路MAP消息只使用少量数据就可以有效地告知移动台MIMO的各种基本技术和各种MIMO预编码技术，从而提高BWA系统的性能并增加其蜂窝容量。
尽管参照本发明的特定优选实施例已经示出和描述了本发明，本领域的技术人员应该明白在不偏离由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上对本发明进行各种改变。
权利要求
1.一种用于在采用多输入多输出(MIMO)方案的天线技术的宽带无线接入(BWA)系统中支持各种MIMO和预编码技术的方法，该方法包括配置下行链路MAP消息，所述下行链路MAP消息包括用于指示MIMO技术的信息字段和用于指示各种预编码技术的信息字段；以及借助于下行链路MAP消息来将MIMO技术应用到移动台。
2.根据权利要求1所述的方法，其中下行链路MAP消息包括表示根据层的编码和调制信息的字段和针对信道质量信息(CQI)分配的字段列表信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其中下行链路MAP消息包括表示从空间时间编码(STC)编码器输出的多个流的字段，并且在表示编码和调制信息的字段中指示可以应用的MIMO技术。
4.根据权利要求3所述的方法，其中下行链路MAP消息包括用于指示可支持的模式是否已经改变的字段，并且通过包括在表示编码和调制信息的字段中的多个层、流的数目和基本信息字段的值来指示STC编码器的类型。
5.根据权利要求1所述的方法，其中应用MIMO技术的步骤包括以下子步骤当包括在下行链路MAP消息中的用于指示各种预编码技术的信息字段被指定为天线分组预编码技术时，根据在下行链路MAP消息中所指定的多个层和多个流来确定要应用的MIMO技术；通过在下行链路MAP消息中所指定的天线分组标志字段来确定要应用的MIMO技术；以及应用所确定的MIMO技术。
6.一种用于由在使用多输入多输出(MIMO)方案的宽带无线接入(BWA)通信系统中的基站来支持多天线的方法，该方法包括从移动台接收CQI；根据CQI确定MIMO方案；根据所确定的MIMO方案来编码数据；以及配置包括所编码的数据和用于编码的信息的下行链路MAP消息，并且发送该下行链路MAP消息。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在基站的发射机中MIMO方案根据对应于多个调制器的多个层和从编码器输出的多个调制流来确定传输矩阵。
8.根据权利要求6所述的方法，其中编码包括发射分集方案、垂直编码方案和水平编码方案之一。
9.根据权利要求6所述的方法，其中在基站的发射机中用于编码的信息包括用来限定对应于多个调制器的多个层和从编码器输出的多个调制流的信息，并且向移动台发送用来指示由层和调制流的数目确定的传输矩阵的下行链路MAP消息。
10.根据权利要求6所述的方法，其中在基站的发射机中用于编码的信息包括用来限定对应于多个调制器的多个层和从编码器输出的多个调制流的信息，并且向移动台发送用来指示由层和调制流的数目确定的天线分组/选择标志信息的下行链路MAP消息。
11.一种用于在使用多输入多输出(MIMO)方案的宽带无线接入(BWA)通信系统中应用MIMO方案的基站设备，该设备包括第一编码器，用于编码数据；调制器，用于将从第一编码器输出的已编码的数据映射到复平面上；第二编码器，用于对已调制的数据应用MIMO方案；和预编码块，用于从第二编码器接收调制流并且对所接收的调制流进行预编码。
12.根据权利要求11所述的设备，其中第二编码器包括用于进行空间时间编码的空间时间编码(STC)编码器。
13.根据权利要求11所述的设备，其中预编码块当接收到从移动台反馈的信道质量信息(CQI)时工作。
14.根据权利要求11所述的设备，其中在基站的发射机中MIMO方案根据对应于多个调制器的多个层和从第二编码器输出的多个调制流来确定传输矩阵。
15.根据权利要求11所述的设备，其中第二编码器使用发射分集方案、垂直编码方案和水平编码方案之一。
全文摘要
公开一种用于在宽带无线接入系统中使用各种多天线方案的方法。根据该方法，构建一种下行链路MAP消息以便根据作为多天线方案之一的多输入所输出(MIMO)来支持各种多天线方案，使得可以实现与现有的不具有MIMO反馈的MIMO技术的兼容性并且可以减少在MAP信息单元的传输中存在的开销。而且，可以有效地支持在MIMO系统中传送多个具有不同调制的层的空间复用技术。
文档编号H04L1/06GK1773885SQ200510120289
公开日2006年5月17日 申请日期2005年11月9日 优先权日2004年11月9日
发明者吴廷泰, 卢元一, 高均秉, 田宰昊, 尹圣烈, 郑鸿实, 蔡赞秉, 孟胜柱 申请人:三星电子株式会社