用于多天线系统的低复杂度波束成形的制作方法

专利名称：用于多天线系统的低复杂度波束成形的制作方法
用于多天线系统的低复杂度波束成形 交叉引用
本申请要求2005年5月13日提交的题为"Low Complexity Beamforming For Multiple Antenna Systems (用于多天线系统的低复杂度波束成形)"并被转让给本 发明受让人的临时申请No. 60/681,187的优先权，其全部内容被援引纳入于此。
背景
I. 领域
本文一般涉及无线通信，尤其涉及用于无线通信系统的波束成形。
II. 背景
正交频分多址(OFDMA)系统利用正交频分复用(OFDM) 。 OFDM是将系 统总带宽分成多个(N个)正交频率副载波的一种多载波调制技术。这些副载波也 可被称为频调、槽、以及频率信道。每一副载波与可用数据调制的一相应次级载波 相关联。在每一OFDM码元周期里，在总共N个副载波上可发送至多达N个调制 码元。这些调制码元被用N点快速傅立叶逆变换(IFFT)转换到时域以生成包含 N个时域码片或采样的经变换的码元。
在跳频通信系统中，数据在不同时间间隔里在不同频率副载波上被传送，这 些时间间隔可被称作"跳跃周期"。这些频率副载波可由正交频分复用、其他多载 波调制技术、或其他一些构造来提供。采用跳频，数据传输以伪随机方式在各副载 波之间跳跃。这种跳跃提供了频率分集，并允许数据传输能更好地耐受诸如窄带干 扰、滞塞、衰落等的有害的路径效应。
OFDMA系统可同时支持多个移动站。对于跳频OFDMA系统，针对一给定 移动站的数据传输可在与一特定跳频(FH)序列相关联的一 "话务"信道上被发 送。此FH序列指示在每一跳跃周期中该数据传输使用的特定副载波。针对多个移 动站的多个数据传输可在与不同FH序列相关联的多个话务信道上被同时发送。这 些FH序列可被定义为彼此正交，由此在每一跳跃周期里仅有一个话务信道使用每
一副载波，由此仅有一个数据传输使用每一副载波。通过使用正交FH序列，这多 个数据传输一般不会彼此干扰，同时又能享受到频率分集的益处。
在所有通信系统中都必须应对的一个问题在与，移动站是位于基站所服务的 区域的一个特定部分。在此类情形中，可能会有衰落或其他干扰的问题。在这些情 形中，在接收机接收到的信号的解码方面可能会有问题。应对这些问题的一种途径 是利用波束成形。
波束成形是提高具有多个天线的无线链路的信噪比的一种空间处理技术。通 常，波束成形可在多天线系统中的发射机或接收机处使用。波束成形在提高信噪比 上提供许多优势，而提高信噪比又将改善接收机对信号的解码。
用于OFDMA传输系统的波束成形的一个问题在于对每一天线确定对向每一 移动台传送的信号的振幅和相位的调节的计算复杂度。此外，存储和处理波束成形 权重所需的存储量一般很大且很昂贵。因此，需要降低包括OFDM系统在内的各 种无线通信系统中波束成形的复杂度。
概要
在一个实施例中， 一种无线通信装置可包括存储器，用于存储对应于至少 一个无线通信设备的时域响应信息；以及处理器，用于在指派给该无线通信设备的 跳跃区域中利用该时域响应信息来生成多个波束成形权重。这些波束成形权重可利 用少于该跳跃区域的全部副载波频率总数的若干频率副载波来形成。
在其他实施例中， 一种无线通信设备可包括至少两个天线；以及波束成形 权重模块，用于基于对少于构成整个频带的一组频率副载波总数的至少一个频率副 载波的离散傅里叶变换来生成波束成形权重。在另外的实施例中，可利用少于该组 中的所有频率副载波总数的若干频率副载波。
以下对各个方面和实施例进一步具体说明。如以下进一步具体说明地，本申 请进一步提供实现各个方面、实施例、及特征的方法、处理器、发射机单元、接收 机单元、基站、终端、系统、以及其他装置和要素。
附图简要说明
当结合附图理解以下阐述的具体说明时，本发明实施例的特征、本质及优势 将变得更加显而易见，图中相同的附图标记贯穿全文作相应标示，其中

图1示出根据一个实施例的一种多址无线通信系统；
图2示出根据一个实施例的用于一种多址无线通信系统的一种频谱分配；
图3示出根据一个实施例的MIMO系统中的发射机系统和接收机系统的框图4示出根据一个实施例的一种包括多个发射天线的发射机系统的功能框图;
图5示出根据一个实施例的在发射机系统中的一种波束成形系统的功能框图;
图6示出根据一个实施例的一种波束成形权重生成的过程；以及
图7示出根据一个实施例的一种执行低复杂度离散傅里叶变换以进行波束成 形权重生成的过程。
具体说明
参见图1，图中示出了根据一个实施例的一种多址无线通信系统。基站100 包括多个天线组，其中一个组包括104和106，另一个组包括108和110，并且再 一个组包括112和114。在图1中，每一天线组仅示出两个天线，但是每一天线组 可利用更多或更少的天线。移动站116在与天线112和114通信，其中天线112 和114在前向链路120上向移动站116传送信息，并在反向链路118上接收来自移 动站116的信息。移动站112在与天线106和108通信，其中天线106和108在前 向链路126上向移动站122传送信息，并在反向链路124上接收来自移动站122 的信息。
每一组天线和/或其被设计成在其中通信的区域常被称作该基站的一个扇区。 在本实施例中，天线组各自被设计成向在被基站100覆盖的区域当中的一个扇区里 的各移动站通信。
在前向链路120和126上的通信中，基站100的各个发射天线利用波束成形 来提高对应于不同移动站116和124的前向链路的信噪比。与基站通过单个天线向 其所有移动站进行传送相比，基站利用波束成形来向随机分散在其覆盖区域各处的 各移动站进行传送对各邻近蜂窝小区中的各移动站造成的干扰较少。
基站可以是用于与各终端通信的固定站，并且也可以被称为接入点、B节点、 或其他某个术语。移动站也可被称为移动台、用户设备(UE)、无线通信设备、 终端、接入终端、或其他某个术语。
参见图2，图中示出了用于一多址无线通信系统的频谱分配方案。在T个码元 周期和定义了为与一基站通信的所有移动站分配以供传输之用的总带宽的S个频 率副载波上分配了多个OFDM码元200。每一 OFDM码元200由这T个5導元周期 中的一个码元周期以及这S个副载波中的一个频调或称频率副载波构成。
在OFDM跳频系统中， 一个或多个码元200可被指派给一给定移动站。在如 图2中所示的分配方案的一个实施例中，例如跳跃区202等的一个或多个跳跃区的 码元被指派给一个或多个移动台以供在前向链路上通信之用。在一个实施例中，一 个移动站被指派给每一跳跃区。在其他实施例中，多个移动站被指派给每一跳跃区。 在多个移动站被指派给单个跳跃区的情形中，在每一跳跃区内，码元的指派可被随 机化以减少潜在可能的干扰并提供对抗有害路径效应的频率分集。
在此被描绘为N个码元周期乘以M个副载波的每一跳跃区202包括被指派给 在与基站的该扇区通信的移动站并被指派给该跳跃区的多个码元204。在每一跳跃 周期或称帧期间，跳跃区202在这T个码元周期和S个副载波内的位置根据一 FH 序列而变化。另外，跳跃区202内针对各个移动站的码元204的指派可随每一跳跃 周期而变化。
FH序列可伪随机地、随机地、或根据一预订序列来为每一跳跃周期选择跳跃 区202的位置。用于同一基站的不同扇区的各FH序列被设计成彼此正交以避免在 与该同一基站通信的各移动站间的"蜂窝小区内"干扰。此外，用于每一基站的各 FH序列相对于用于附近各基站的各FH序列可以是伪随机的。这可有助于使与不 同基站通信的各移动站间的"蜂窝小区间"干扰随机化。
在反向链路通信的情形中，跳跃区202的各码元204中的一些被指派给从各 移动站向基站传送的各导频码元。向码元204指派导频码元应当优选地支持空分多 址(SDMA)，其中重叠在同一跳跃区上的不同移动站的信号可被分离，因为扇区 或基站处有多个接收天线，因而为对应于不同移动站的空间特征提供了足够的差异 性。
应当注意到，尽管图2描绘了长度为7个码元周期的跳跃区200，但是跳跃区 200的长度可以是任何合需的量，大小可在各跳跃周期之间，或在一给定跳跃周期 里在不同跳跃区之间变化。
图3是MIMO系统300中的发射机系统310和接收机系统350的一个实施例 的框图。在发射机系统310处，对应于多个数据流的话务数据被从数据源312向发 射(TX)数据处理器314提供。在一个实施例中，每一数据流在一相应发射天线 上被发射。TX数据处理器314基于为每一数据流选择的特定编码方案来将对应于 该数据流的话务数据格式化、编码、以及交织以提供已编码数据。在一些实施例中， TX数据处理器314基于要向哪个用户传送码元以及要从哪个天线发射码元来对各 数据流的码元施加波束成形权重。
使用OFDM技术可将对应于每一数据流的编码的数据与导频数据复用。导频 数据通常是以已知方式处理的已知数据模式，并可在接收机系统处被用来估计信道 响应。经复用的导频和对应于每一数据流的已编码数据然后基于为该数据流选择的
特定调制方案(例如，BPSK、 QPSK、 M-PSK、或M-QAM)被调制(即，码元映
射)以提供调制码元。每一数据流所用的数据率、编码、以及调制可由处理器330 执行的指令来确定。
对应于所有数据流的调制码元然后被提供给TXMIMO处理器320，它可进一 步处理这些调制码元(例如，针对OFDM) 。 TX MIMO处理器320然后将A^个 调制码元流提供给A^个发射机(TMTR) 322a到322t。在某些实施例中，TX MIMO 处理器320基于要向哪个用户传送码元以及要从哪个天线发射码元来对各数据流 的码元施加波束成形权重。
每一发射机322接收并处理一相应码元流以提供一个或多个模拟信号，并进 一步调理(例如，放大、滤波、以及上变频)这些模拟信号以提供适合在MIMO 信道上传输的已调制信号。来自发射机322a到322t的AV个已调制信号然后被分 别从AV个天线124a到124t发射。
在接收机系统350处，所传送的已调制信号被Ww个天线352a到352r接收到， 并且从每一天线352接收到的信号被提供给一相应的接收机(RCVR) 354。每一 接收机354调理(例如，滤波、放大、以及下变频) 一相应的接收的信号，将经调 理的信号数字化以提供采样，并进一步处理这些采样以提供相应的"接收"码元流。
RX数据处理器360然后从AV个接收机354接收这A^个接收码元流，并基于 特定的接收机处理技术来处理这些接收码元流以提供A^个"检测出"的码元流。 由IUC数据处理器360进行的处理在以下进一步具体说明。每一检测出的码元流包 括由对为相应数据流传送的调制码元的估计构成的码元。RX数据处理器360然后 对每一检测出的码元流进行解调、解交织、以及解码以恢复出对应于该数据流的话 务数据。由RX数据处理器360进行的处理与在发射机系统310处由TX MIMO处 理器320和TX数据处理器314执行的处理互补。
由RX处理器360生成的信道响应估计可被用来执行接收机处的空间、空/时 处理、调节功率电平、改变调制率或方案、或其他动作。RX处理器360可进一步 估计各检测出的码元流的信噪干扰比(SNR)以及还可能估计其他信道特征，并将 这些量提供给处理器370。 RX数据处理器360或处理器370可进一步推导出对该 系统的"工作"SNR的估计。处理器370然后提供信道状态信息(CSI)，它可包
括涉及通信链路和/或所接收的数据流的各种类型的信息。例如，CSI可仅包括工作SNR。 CSI然后由还从数据源376接收对应于多个数据流的话务数据的TX数据 处理器338处理，由调制器380调制，由发射机354a到354r调理，并被传回给发 射机系统310。
在发射机系统310处，来自接收机系统350的已调制信号被天线324接收到， 由接收机322调理，由解调器340解调，并由RX数据处理器342处理以恢复出接 收机系统所报告的CSI。所报告的CSI然后被提供给处理器330，并被用于(1)确 定要对各数据流使用的数据率以及编码和调制方案，以及(2)生成针对TX数据处 理器314和TX MIMO处理器320的各种控制。
在接收机处，可使用各种处理技术来处理这A^个接收到的信号以检测7W个 传送的码元流。这些接收机处理技术可被聚为两大类(i)空间以及空-时接收机处 理器技术(它们也被称为均衡技术)；以及(ii)"连贯置零/均衡及干扰消去"接 收机处理技术(它也被称为"连贯干扰消去"或"连贯消去"接收机处理技术)。
尽管图3讨论了 MIMO系统，但是相同的系统可被应用于多输入单输出系统， 其中多个发射天线——例如，基站上的那些——向例如移动站等的单天线设备发射 一个或多个码元流。还可以用与关于图3描述的相同方式利用单输出单输入天线系 统。
参见图4，图中示出了根据一个实施例的包括多个发射天线的发射机系统的功 能框图。在一个实施例中，对要在Wr个发射天线上发射的A^个数据流中的每一个 可使用一单独的数据率以及编码和调制方案(即，在每天线的基础上的单独编码和 调制)。对每一发射天线使用的具体数据率以及编码和调制方案可基于由处理器 330 (图3)提供的控制来确定，并且各数据率可如上所述地来确定。
在一个实施例中，发射机单元400包括发射数据处理器402，它用于根据一单 独的编码和调制方案来接收、编码并调制每一数据流以提供调制码元以供从多个天 线发射。发射数据处理器402和发射处理器404分别是图3的发射数据处理器314 和发射MIMO处理器320的一个实施例。
在一个实施例中，如图4中所示，发射数据处理器402包括分用器410、 个编码器412a到412t、以及AV个信道交织器414a到4Mt (即，每一发射天线一 组分用器、编码器和信道交织器)。分用器410将数据(即，信息比特)分用成对 应于要被用于进行数据发射的AV个发射天线的AV个数据流。可将这A^个数据流 与由速率控制功能集确定的不同数据率相关联，在一个实施例中，该速率控制功能
集可由处理器330或370 (图3)提供。每一数据流被提供给一相应的编码器412a 到412t。
每一编码器412a到412t接收一相应数据流并基于为该数据流选择的具体编码 方案来对其进行编码以提供已编码比特。在一个实施例中，编码可被用来提高数据 传输的可靠性。在一个实施例中，编码方案可包括循环冗余校验(CRC)编码、巻 积编码、Turbo编码、分块编码等的任意组合。来自每一编码器412a到412t的己 编码比特然后被提供给一相应的信道交织器414a到414t，由其基于特定的交织方 案来交织这些已编码比特。交织为已编码比特提供了时间分集，允许数据基于该数 据流所用的传输信道的平均SNR被传送，对抗衰落，并且进一步消除了用于形成 每一调制码元的各已编码比特之间的相关性。
来自每一信道交织器414a到414t的已编码并经交织的比特被提供给发射处理 器404的一相应的码元映射块422a到422t，由其映射这些比特以形成调制码元。
要由每一码元映射块422a到422t实现的特定调制方案由处理器330 (图3) 所提供的调制控制来确定。每一码元映射块422a到422t聚出各有g,个己编码并经 交织的比特的多个集合以形成非二进制码元，并进一步将每一非二进制码元映射到 与所选调制方案(例如，QPSK、 M-PSK、 M-QAM、或其他某种调制方案)对应 的信号星座中一特定点。每一被映射的信号点对应于一 M7进制调制码元，其中 M,对应于为第y'个发射天线选择的具体调制方案，并且M,2^。码元映射块422a
到422t然后提供AV个调制码元流。
在图4中所示的具体实施例中，发射处理器404随码元映射块422a到422t 还包括调制器424、波束成形权重模块426、以及快速傅立叶逆变换(IFFT)块428a 到428t。调制器424调制各采样以在恰适的子带和发射天线上形成对应于A^个流 的调制码元。另外，调制器424在规定的功率电平上提供这AV个码元流中的每一 个。在一个实施例中，调制器424可根据由例如处理器330或370等的处理器控制 的一FH序列来调制码元。在这样一个实施例中，用于调制这Wr个码元流的频率 对于每一组或每一块码元、帧、或一传输循环的一帧的一部分可有所变化。
波束成形权重模块426生成被用于与各传输码元相乘——例如通过变更其振 幅和/或相位——的权重。这些权重可使用关于要对其使用这些权重的码元要在其 中被传送的跳跃区的时域响应信息的离散傅里叶变换(DFT)来生成。以此方式， 可对该跳跃区的仅一个或多个副载波应用DFT，由此为对应于该跳跃区中与整个 频带相比而言减小了的频带的很小的频率范围提供了很高的解析度。这些波束成形 权重可如图3中所示地在波束成形权重模块426内生成，或可由发射处理器404 形成并被提供给波束成形权重模块426，以由其将这些权重施加于各已调制码元。
每一 IFFT块428a到428t从波束成形权重模块426接收到一相应的调制码元 流。每一 IFFT块428a到428t聚出各有A^个调制码元的多个集合以形成相应的调 制码元矢量，并使用快速傅立叶逆变换将每一调制码元矢量转换成其时域表示(其 被称为OFDM码元)。IFFT块428a到428t可被设计成对任意数目的频率副载波 (例如，8个、16个、32个、 、 A^个)执行此逆变换。
由IFFT块428a到428t生成的调制码元矢量的每一时域表示被提供给相关联 的循环前缀生成器430a到430t。循环前缀生成器430a到430t向构成OFDM码元 的A^个采样的前部追加由固定数目的采样构成的前缀以形成一相应的传输码元， 这些采样一般是来自该OFDM码元的末尾的数个采样。此前缀被设计成改善对抗 诸如由频率选择性衰落引起的信道弥散等的有害路径效应的性能。循环前缀生成器 430a到430t然后将传输码元流提供给发射机432a到432t，然后发射机432a到432t 使这些传输码元分别由天线434a到434t发射。
参见图5，图中示出了根据一个实施例的在发射机系统中的一种波束成形系统 的功能框图。可以是图4的波束成形权重模块426的波束成形系统500在与用于为 各用户站提供跳跃区内的调度的调度器502通信。调度器502在与用于生成频率 FH序列的跳跃生成器504通信。频率FH序列可用任意多种方式来生成，并且不
限定于任何特定序列。
调度器502还在与包含关于在与该基站通信的各移动站的时域响应信息的时 域响应缓冲器506通信。时域响应信息可通过在基站处从自所需移动站传送的导频 估计信道状况来提供。时域响应信息可通过例如估计来自所需移动站的反向链路传 输——例如在专用反向链路话务或控制信道上传送的那些传输——来获得。时域响 应信息也可以是计算并从移动站反馈的经量化的前向链路传输信道响应估计。时域 响应信息可以是例如信噪比信息、多径信息、或其他信道响应信息。
跳跃生成器504和时域响应缓冲器506两者皆与离散傅里叶变换(DFT)块 508通信。在一个实施例中，DFT块508可提供N点DFT。
在一个实施例中，DFT运算可由下式定义
<formula>complex formula see original document page 15</formula>式(l) 其中《表示整个频带上频率块(或跳跃)的总数，/、(/)和^(/)表示用户"的第/
条多径，//(yt)表示在跳跃A:上的系统频率响应，并且丄表示所要计算的多径的总
数。然后对于每一跳跃区，基于/z(w在跳跃A上执行波束成形。在一个实施例中，
确定DFT运算包括从时域响应缓冲器506读取/a/)和r,，(/)，并查表得到 <formula>complex formula see original document page 16</formula>此表可基于预计的信道状况和话务模式为所有可能的路径预先计
AT
算。在另一个实施例中，可实时计算exp(^^)或从预先计算出的值内插。
利用DFT允许用《乘丄次复数乘法(CM)的复杂度来将L抽头的时域响应 转换成K个任意频率点。反之，快速傅立叶逆变换(FFT)可用NLog(N)次CM
的复杂度来高效率地将信道时域响应转换成一 N点频率响应。由此，要从很大带 宽或该很大带宽的很大部分当中获得很小数目的频率点，FFT可能是效率低下的。
在利用跳跃区的OFDMA系统中，在将一个或多个用户指派给每一跳跃区的 情况下，可仅使用每一用户的频率响应的一小部分来进行波束成形。这是因为在 FDMA系统中，每一用户仅在全体可用频率副载波——即该跳跃区的各频率副载 波——的一小部分上是被调度的。在一些实施例中，为了进一步降低复杂度，可仅 对每一移动站的跳跃区的中心频率副载波、对该跳跃区的中心频率副载波和边缘频 率副载波、对该跳跃区的偶数或奇数频率副载波、或对少于指派给该跳跃区的所有 频率副载波总数的其他数目或位置的频率副载波执行离散傅里叶变换。
在利用跳跃区来向移动站进行传输的OFDMA系统中，可对整个跳跃区施加 恒定的波束成形权重而不会有显著的性能损失。在一些实施例中，无线通信系统中 显著多径的最大的延迟扩展将小于数微秒(^)。例如，在国际电话联盟(ITU) 的步行者B和机动车A信道模型中，分别在离第一路径2.3和1.1 ps处定义-lO 分贝(dB)路径。相应的相干带宽是在数百千赫(KHz)的数量级上。由于信道 在数百KHz里不会解相关，因此如果副载波各自为数KHz，则波束成形权重可在 数十个副载波上保持恒定。在以上所提及的示例中，用户可被以100 KHz的块为 单位来指派信道，即，200点DFT可获得20兆赫(MHz)的频率响应。如果为每 一用户保持IO条最主导的路径，则与基于整个带宽计算这些权重所用的一千三百 万次CM相比，生成8个天线上的频率响应的总复杂度将是16000次CM。与总存 储要求16M比特(Mbit)相比，在此情形中，总存储要求将在200K比特(Kbit) 的数量级上。
参见图6，图中示出了根据一个实施例的一种波束成形权重生成的过程。提供 了时域响应信息，框800。此时域响应信息可对应于信噪比信息、多径信息、或其他信道响应信息，并可由移动站所传送的导频信息提供。此时域响应信息可通过在 基站处根据从所需移动站传送的导频估计信道状况来提供。此时域响应信息可通过 估计来自所需移动站的反向链路传输——例如，在专用反向链路话务或控制信道上 传送的那些传输——来获得。此时域响应信息也可以是计算并从移动站反馈的经量 化的前向链路传输信道响应估计。在其他实施例中，此时域响应信息可用其他方式 来确定。
对此时域响应信息施加离散傅里叶变换，框802。然后基于此时域响应信息的
离散傅里叶变换来生成波束成形权重，框804。
可用任意多种方式来生成波束成形权重。例如，在一个实施例中，可应用最
大比值合并(MRC)算法。在一个实施例中，MRC算法可通过利用对应于天线的 信道响应的复共轭、然后用对应于所有发射机天线的信道响应的范数来将此信道响 应的复共轭归一化。在一个实施例中，对应于所有天线的波束成形权重矢量可由下
式给出^4:、fRe(A^)2+Im(U2 ，其中A。表示所需跳跃区"的矢量频域f
道响应，而M二表示发射天线的数目。注意到，结果所得的波束成形权重具有单位 功率。实际的发射功率将由功率控制算法来决定，功率控制算法基于单位功率来对 发射功率定标。
在另一个实施例中，波束成形权重可由等增益合并算法来形成。此实施例不
利用收发机链的振幅校准。在一个实施例中，等增益合并可包括形成信道响应的复
共轭，然后施加相移以使得对应于每一天线的波束成形权重的相位与对应于该跳跃
区的信道响应的复共轭的相位相同。在一个实施例中，对应于一给定频率副载波的 每一波束成形权重由下式给出W ,m = i ,咖(Re(A",",)2 + Im(/z,' m)2)，其中/、 ,表示
跳跃区/z和天线/"的频域信道响应。在此类实施例中，结果所得的波束成形权重 在每一天线上具有恒定功率。
在另一个实施例中，波束成形权重可由等峰值天线功率算法来形成。此实施 例可在确信所要使用的天线功率可能因对这些发射机天线中的每一个施加的波束 成形权重的高度不等而不切实际的情况下使用。例如，考虑一个两天线发射机系统。 如果这两个发射机天线之一在深度衰落下，例如具有零信道增益，则最优MRC波 束成形权重将是在此天线上具有零功率，而在另一天线上具有功率1。但是，每一 天线的峰值功率受限以使得在给定时段里被发射的所有跳跃区上对应于每一天线 的波束成形权重的功率的总和应当小于或等于AWkT，其中vV是跳跃区的总数，而
M是Tx天线的总数。在一个实施例中，等峰值天线功率算法根据MRC算法为一
给定天线生成对应于所有跳跃区的波束成形权重，然后用在某个脉冲串周期、跳跃 区、码元周期、或者包括这些跳跃区的其他某个时段上配给每一天线的功率来对该
天线上的波束成形权重定标。给定对应于每一跳跃区n和天线m的MRC波束成形
权重气,,,，对应于天线m的归一化天线功率由下式给出<formula>complex formula see original document page 18</formula>。对应于跳跃n和天线m的峰值功率波束形成权重由下式给出<formula>complex formula see original document page 18</formula>
在一进一步的实施例中，波束成形权重可由加权功率算法来形成。在前面实 施例中，所有天线被定标为在等功率下发射。这在由功率定标引入的干扰引起系统 性能劣化的情况下是不合需要的。在一个实施例中，加权功率算法根据MRC算法 为一给定天线生成对应于所有跳跃区的波束成形权重，然后用在该脉冲串周期、跳 跃区、或其他时间段上具有最大定标前发射功率的天线的功率来对所有波束成形权 重定标。更具体地，如在前面实施例中所规定地为每一天线计算归一化天线功率 &，然后使用最大天线功率Pmax来为所有天线拟定一共同的定标因子，即<formula>complex formula see original document page 18</formula>束成形权重定标。
波束成形权重然后被存储以供后用，框806，或者被用来形成码元以供在该脉 冲串周期上在各天线上发射。
参见图7，图中示出了根据一个实施例的一种执行低复杂度离散傅里叶变换以 进行波束成形权重生成的过程。接收到一跳跃区标识符，框900。可由跳跃区生成 器提供的该跳跃区标识符标识要调度在那些频率副载波中向一特定移动站进行传 输。然后提供关于该跳跃区的时域响应信息，框902。替换地，时域响应信息也可 与跳跃区标识符同时提供。
对关于少于该跳跃区的所有频率副载波总数的若干频率副载波的频率响应信 息应用DFT，框904。在一些实施例中，可仅对每一移动站的跳跃区的中心频率副 载波、对该跳跃区的中心频率副载波和边缘频率副载波、对该跳跃区的偶数或奇数 频率副载波、或对少于指派给该跳跃区的所有频率副载波总数的其他数目或位置的 频率副载波执行离散傅里叶变换。
本文中所描述的技术可通过各种手段来实现。例如，这些技术可在硬件、软 件、或其组合中实现。对于硬件实现，基站或移动站内的各处理单元可在一个或多
"和天线w的等峰值功率波束成形权重由下式给出w:. , =w,
。在其他实施例中，可用对应于所有发射天线的总发射功率对波 个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DSPD)、 可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、处理器、微型 处理器、微处理器、设计成执行本文中所描述的功能的其他电子单元、或其组合内 实现。
对于软件实现，本文中所描述的技术可用执行本文中所描述的功能的模块(例 如，过程、函数等)来实现。软件代码可被存储在存储器单元中，并由处理器执行。 存储器单元可被实现在处理器内或可外置于处理器，在后一种情形中其可经由本领 域中已知的任何手段被通信地耦合到处理器。
提供对所公开的实施例的以上描述是为了使本领域任何技术人员皆能制作或 使用本发明。对这些实施例的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且 本文中所定义的普适原理可被应用于其他实施例而不会脱离本发明的精神或范围。 由此，本发明并非旨在被限定于本文中所示出的实施例，而是应与符合本文中所公 开的原理和新颖性特征的最广义的范围一致。
权利要求
1.一种无线通信装置，包括至少两个天线；存储器，用于存储关于从所述至少两个天线接收信号的至少一个无线通信设备的时域响应信息；以及与所述至少两个天线和所述存储器耦合的处理器，所述处理器利用指派给所述无线通信设备的跳跃区中的所述时域响应信息来生成多个波束成形权重。
2. 如权利要求l所述的无线通信装置，其特征在于，所述处理器利用关于所 述跳跃区的各频率副载波当中仅一个的时域响应信息的离散傅里叶变换来生成所 述多个波束成形权重。
3. 如权利要求]所述的无线通信装置，其特征在于，所述处理器利用关于少 于所述跳跃区的所有频率副载波总数的频率副载波的时域响应信息的离散傅里叶 变换来生成所述多个波束成形权重。
4. 如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，所述处理器利用关于所 述跳跃区的各频率副载波当中的一中心频率副载波的时域响应信息的离散傅里叶 变换来生成所述多个波束成形权重。
5. 如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，进一步包括用于存储所 述波束成形权重的另一个存储器。
6. 如权利要求l所述的无线通信装置，其特征在于，进一步包括与所述存储器耦合的调度器，所述调度器指令所述存储器输出与所述跳跃区相对应的时域响应信息。
7. 如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，所述处理器利用最大比值合并来生成所述波束成形权重。
8. 如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，所述处理器利用最大比 值合并以及根据将在所述至少两个天线中的每一个天线上产生的最大功率进行归 一化来生成所述波束成形权重。
9. 如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，所述处理器利用最大比 值合并以及根据对于所有天线相同的一使所述天线之一达到功率极限的常数进行 归--化来生成所述波束成形权重。
10. 如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，所述处理器利用最大 比值合并以及根据要从所述至少两个天线产生的总功率进行归一化来生成所述波 束成形权重。
11. 一种为无线发射机生成波束成形权重的方法，包括 为向一无线通信设备进行的下一次传输确定一跳跃区；获得针对所述无线通信设备的与所述跳跃区有关的时域响应信息；以及 利用针对所述无线通信设备的与所述跳跃区有关的时域响应信息来生成波束 成形权重。
12. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，进一步包括确定关于所述跳跃 区的各频率副载波中的一些的时域响应信息的离散傅里叶变换，并且其中生成波束 成形权重包括基于对所述跳跃区的各频率副载波中的所述一些的离散傅里叶变换 来生成波束成形权重。
13. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，确定所述离散傅里叶变换包括 确定所述跳跃区的仅一中心频率副载波的离散傅里叶变换。
14. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，确定所述离散傅里叶变换包括 确定少于所述跳跃区的全部频率副载波总数的频率副载波的离散傅里叶变换。
15. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，生成所述波束成形权重包括进 行最大比值合并。
16. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，生成所述波束成形权重包括进 行最大比值合并以及根据将在所述至少两个天线中的每一个天线上产生的最大功 率进行归一化。
17. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，生成所述波束成形权重包括进 行最大比值合并以及根据对所有天线相同的一使所述天线之一达到功率极限的常 数进行归一化。
18. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，生成所述波束成形权重包括进 行最大比值合并以及根据要从所述至少两个天线产生的总功率进行归一化。
19. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，生成所述波束成形权重包括根 据所述无线通信设备的信道响应的复共轭进行相移。
20. —种无线通信装置，包括 至少两个天线；以及波束成形权重模块，用于基于对少于构成整个频带的频率副载波总数的一组 频率副载波中的至少一个频率副载波的离散傅里叶变换来生成波束成形权重。
21. 如权利要求20所述的无线通信装置，其特征在于，所述波束成形权重模 块包括用于对关于所述至少一个频率的时域响应信息执行离散傅里叶变换的离散 傅里叶变换处理器。
22. 如权利要求21所述的无线通信装置，其特征在于，进一步包括与所述离 散傅里叶变换处理器耦合的调度器，所述调度器用于将所述一组副载波的位置提供 给所述离散傅里叶变换处理器。
23. 如权利要求21所述的无线通信装置，其特征在于，所述波束成形权重模 块进一步包括用于从由所述离散傅里叶变换处理器生成的离散变换值生成所述权 重的波束成形权重处理器。
24. 如权利要求20所述的无线通信装置，其特征在于，进一步包括用于存储 所述波束成形权重的另一个存储器。
25. 如权利要求20所述的无线通信装置，其特征在于，所述一组频率副载波 定义一跳跃区，并且所述至少一个频率副载波包括所述跳跃区的各频率副载波当中 仅一个。
26. 如权利要求20所述的无线通信装置，其特征在于，所述一组频率副载波 定义一跳跃区，并且所述至少一个频率副载波包括少于所述跳跃区的所有频率副载 波总数的频率副载波。
27. 如权利要求20所述的无线通信装置，其特征在于，所述波束成形权重模 块利用最大比值合并来生成所述波束成形权重。
28. 如权利要求20所述的无线通信装置，其特征在于，所述波束成形权重模 块利用最大比值合并以及根据将在所述至少两个天线中的每一个天线上产生的最 大功率进行归一化来生成所述波束成形权重。
29. 如权利要求20所述的无线通信装置，其特征在于，所述波束成形权重模 块利用最大比值合并以及根据对所有天线相同的一使所述天线之一达到功率极限 的常数进行归一化来生成所述波束成形权重。
30. 如权利要求20所述的无线通信装置，其特征在于，所述波束成形权重模 块利用最大比值合并以及根据要从所述至少两个天线产生的总功率进行归一化来 生成所述波束成形权重。
31. 如权利要求20所述的无线通信装置，其特征在于，所述信道响应信息包 括时域响应信息。
32. —种为无线发射机生成波束成形权重的方法，包括 为向一无线通信设备进行的下一次传输确定一跳跃区；基于关于所述无线通信设备的信道响应信息来确定离散傅里叶变换；以及 利用基于关于所述无线通信设备的信道响应信息的离散傅里叶变换来为组成 所述跳跃区的各频率副载波当中的一些频率副载波生成波束成形权重。
33. 如权利要求32所述的方法，其特征在于，确定所述离散傅里叶变换包括 仅为组成所述跳跃区的各频率副载波当中的一中心频率副载波确定所述离散傅里 叶变换。
34. 如权利要求32所述的方法，其特征在于，确定所述离散傅里叶变换包括 为少于组成所述跳跃区的所有频率副载波总数的频率副载波确定所述离散傅里叶变换。
35. 如权利要求32所述的方法，其特征在于，生成所述波束成形权重包括进 行最大比值合并。
36. 如权利要求32所述的方法，其特征在于，生成所述波束成形权重包括进 行最大比值合并以及根据将在所述至少两个天线中的每一个天线上产生的最大功 率进行归一化。
37. 如权利要求32所述的方法，其特征在于，生成所述波束成形权重包括进 行最大比值合并以及根据对所有天线相同的一使所述天线之一达到功率极限的常 数进行归一化。
38. 如权利要求32所述的方法，其特征在于，生成所述波束成形权重包括进 行最大比值合并以及根据要从所述至少两个天线产生的总功率进行归一化。
39. 如权利要求32所述的方法，其特征在于，生成所述波束成形权重包括根 据所述无线通信设备的信道响应的复共轭进行相移。
40. 如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述信道响应信息包括时域响 应信息。
41. 一种用于生成波束成形权重的装置，包括用于确定关于一组副载波当中的一些副载波的信道响应信息的装置；以及 用于基于关于所述一组副载波当中的所述一些副载波的信道响应信息来为所 述无线通信设备生成波束成形权重的装置。
42. 如权利要求41所述的装置，其特征在于，进一步包括用于确定所述信道响应信息的离散傅里叶变换的装置，并且其中所述用于生成的装置包括用于基于所述信道响应信息的离散傅里叶变换来生成的装置。
43. 如权利要求42所述的装置，其特征在于，所述一些副载波包含所述一组 副载波当中的仅一 中心频率副载波D
44. 如权利要求42所述的装置，其特征在于，所述一些副载波包含少于所述 一组副载波当中全部频率副载波总数的频率副载波。
45. 如权利要求41所述的装置，其特征在于，所述用于生成的装置包括用于 通过利用最大比值合并来生成所述波束成形权重的装置。
46. 如权利要求41所述的装置，其特征在于，所述用于生成的装置包括用于 通过利用最大比值合并以及根据将在所述至少两个天线中的每一个天线上产生的 最大功率进行归一化来生成所述波束成形权重的装置。
47. 如权利要求41所述的装置，其特征在于，所述用于生成的装置包括用于 通过利用最大比值合并以及根据对所有天线相同的一使所述天线之一达到功率极 限的常数进行归一化来生成所述波束成形权重的装置。
48. 如权利要求41所述的装置，其特征在于，所述用于生成的装置包括用于 通过利用最大比值合并以及根据要从所述至少两个天线产生的总功率进行归一化 来生成所述波束成形权重的装置。
49. 如权利要求41所述的装置，其特征在于，所述用于生成的装置包括用于 通过利用根据所述无线通信设备的信道响应的复共轭进行相移来生成所述波束成 形权重的装置。
50. 如权利要求41所述的装置，其特征在于，所述信道响应信息包括时域响 应信息。
51. —种用于生成波束成形权重的装置，包括用于获得针对与一跳跃区有关的无线通信设备的时域响应信息的装置；以及 用于利用针对与所述跳跃区有关的所述无线通信设备的时域响应信息来生成 波束成形权重的装置。
52. 如权利要求51所述的装置，其特征在于，进一步包括用于确定关于所述跳跃区的各频率副载波中的一些的时域响应信息的离散傅里叶变换的装置，并且其 中所述用于生成的装置包括用于基于对所述跳跃区的各频率副载波中的所述一些 的离散傅里叶变换来生成波束成形权重的装置。
53. 如权利要求52所述的装置，其特征在于，所述用于确定离散傅里叶变换 的装置包括用于确定所述跳跃区的仅一中心频率副载波的离散傅里叶变换的装置。
54. 如权利要求52所述的装置，其特征在于，所述用于确定离散傅里叶变换的装置包括用于确定少于所述跳跃区的全部频率副载波总数的频率副载波的离散 傅里叶变换的装置。
55. 如权利要求51所述的装置，其特征在于，所述用于生成波束成形权重的 装置包括用于利用最大比值合并来生成所述波束成形权重的装置。
56. 如权利要求51所述的装置，其特征在于，所述用于生成波束成形权重的 装置包括用于利用最大比值合并以及根据将在所述至少两个天线中的每一个天线 上产生的最大功率进行归一化来生成所述波束成形权重的装置。
57. 如权利要求51所述的装置，其特征在于，所述用于生成波束成形权重的装置包括用于利用最大比值合并以及根据对所有天线相同的一使所述天线之一达 到功率极限的常数进行归一化来生成所述波束成形权重的装置。
58. 如权利要求51所述的装置，其特征在于，所述用于生成波束成形权重的 装置包括用于利用最大比值合并以及根据要从所述至少两个天线产生的总功率进 行归一化来生成所述波束成形权重的装置。
59. 如权利要求51所述的装置，其特征在于，所述用于生成波束成形权重的 装置包括用于通过根据所述无线通信设备的信道响应的复共轭进行相移来生成所 述波束成形权重的装置。
全文摘要
公开了利用时域响应的离散傅里叶变换来为无线通信生成波束成形权重的方法和装置。另外，在一些实施例中，可利用少于构成为向一用户通信而分配的所有频率副载波总数的若干频率副载波来生成这些波束成形权重。
文档编号H04J11/00GK101199152SQ200680021789
公开日2008年6月11日 申请日期2006年5月12日 优先权日2005年5月13日
发明者A·F·纳格比, A·格洛科夫, A·苏蒂温, D·A·高尔, H·萨姆帕斯, M·东, T·季 申请人:高通股份有限公司