专利名称：Signal processing in electronic apparatus的制作方法
技术领域：
本发明涉及信号处理领域，更具体而言，涉及在信号处理设备中对矩阵秩(rank) 的计算。
背景技术：
在采用高数据速率通信方案的现代移动电信系统中，基于移动台所经历的干扰状 况和信道质量，将通信资源动态地分配或调度给移动台。给定的移动台估计给定的传输资 源(诸如频率子带)的质量，并将传输资源的质量传送给服务基站用于调度。此外，可以预期的是移动电信台站将会支持在基站和移动台之间的多个空间上并 行的传输流，其中在并行的传输流中传送独立数据，以便提供更高的数据速率。为此目的， 移动台被装备有多个天线。为了高效利用可用的通信资源，移动台还可以确定独立的(或者足够不相关的) 在空间上并行的通信流的数目，并且还将该信息传送到基站。移动台可以计算给定的传输 资源的质量，并根据在传输资源上传送的导频信号来计算在该传输资源中独立的在空间上 并行的通信流的数目。移动台可以根据所接收到的导频信号来计算信道矩阵表示，所述信 道矩阵表示代表在移动台和基站的天线阵列之间的无线电信道的特性。更详细地，可以根 据信道响应矩阵来计算信道矩阵表示，所述信道响应矩阵包括指示了任意两个发射机-接 收机-天线对之间的无线电信道的响应的元素。通过计算信道矩阵表示的秩来确定独立的 在空间上并行的通信流的数目。理论上，矩阵的秩被定义为矩阵的非零特征值的数目。然 而，在该上下文中，秩被定义为矩阵中足够区别于零的特征值的数目。独立的、空间上并行 的通信流的数目与矩阵中足够区别于零的特征值的数目成比例。足够的区别可以用门限来 确定。然而，秩的计算是复杂的计算过程。已经提出了用于计算秩的迭代方法，但是事先并 不知道这些方法的期望复杂度，因而，它们对于计算资源有限的移动台来说在使用上也不 够理想。计算秩的另一种解决方案是通过解出矩阵的特征方程的根。然而，这包括计算平 方根，从实现的角度来说这是复杂的操作。因此，需要减少秩估计过程的计算复杂度。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了如权利要求1所述的方法。根据本发明的另一方面，提供了如权利要求8所述的装备。根据本发明的另一方面，提供了如权利要求16所述的装备。根据本发明的又一方面，提供了如权利要求19所述的在计算机可读分布介质上 体现的计算机程序产品。在从属权利要求中限定了本发明的实施例。
以下参照附图，仅以示例的方式描述本发明的实施例，其中图1示出了在移动台和服务于该移动台的基站之间的通信；
图2示出了可以应用本发明的实施例的无线电接收机的结构的示例；以及图3的流程图描述了用于确定发射机和接收机之间的可用空间通信流的数目的 过程。
具体实施例方式下面的实施例是示例性的。尽管说明书中会在若干位置提及“一”，“一个”或“一 些”，然而这并不必然地意味着每个这样的引用都指代同样的实施例，或者该特征仅适用于 单个实施例。不同实施例的单个特征也可以进行组合，以便提供其他实施例。图1示出了在可以应用本发明实施例的移动电信系统中，位于小区105之内，并通 过与小区105相关联的基站(BS) 110来服务的移动台(MS)100之间的通信。移动电信系 统可以是蜂窝电信系统，例如通用移动电信系统(UMTS)的长期演进(LTE)、国际移动电信 (IMT)，或者全球微波互操作接入(WiMAX)。系统中的下行链路通信可以基于正交频分多址 (0FDMA)方案，其中多个传输资源块120、122、124在基站110的控制下被动态地调度给移动 台100和其它移动台。传输资源块120、122、124也可以被定义为频率资源块，其中每个资 源块120、122、124包括预定的且固定数目的子载波。要提醒的是，已知0FDMA为多载波传 输方案，其中多载波传输信号包括频域中分离的多个子载波。可以根据基站110和移动台100都知道的模式(pattern)在资源块120、122、124 中传送导频符号126、128。移动台可以根据在资源块120中传送的导频符号126、128来估 计给定的资源块120的质量。然后，移动台可以在信道质量指示符(CQI)中包括资源块120 的估计质量，并将该CQI传送到基站110用于调度资源块。移动台100可以按照相似的方 式为多个资源块估计质量，其中，资源块(移动台100被配置以便为所述资源块估计CQI) 的数目可以依赖于例如小区105中的总带宽。如上所述，基站110可以基于从移动台接收的CQI来为移动台实施资源块调度，从 而使得资源块最有可能被调度给对于该资源块指示了高质量的移动台。由移动台100传送的CQI还可以包括移动台为CQI中所包括的每个资源块提出的 调制和编码方案。移动台100可以根据资源块的估计质量，通过将质量映射到预定的调制 和编码方案，从而计算调制和编码方案。在该上下文中，编码方案指的是信道编码的强度。如背景技术部分所提及，移动台100还可以确定独立的(或者足够不相关的)、空 间上并行的通信流的数目，并将该信息包括在被传送到基站的CQI中。为了启用这种类型 的被称为多输入多输出(MIM0)通信的传输方案，基站110和移动台100均被装备有包括多 个天线的天线阵列。基站110的天线阵列典型地包括至少四个天线，而移动台100中的天 线的数目通常由于移动台100的小尺寸而被限制为两个。天线间隔应该足够高(至少是通 信信号的波长的一半)，并且移动台100的物理尺寸通常是限制因素。相应地，移动台100可以首先估计信道响应矩阵，该信道响应矩阵描述了移动台 100和基站110之间的无线电信道的脉冲响应。更具体地，信道响应矩阵可以定义在每个 发射和接收天线对之间的信道响应。例如，如果基站110包括四个天线而移动台100包括 两个天线，则在移动台中计算的信道矩阵成为二乘四的信道响应矩阵。通常根据所接收到 的导频符号来估计信道响应矩阵。然后，移动台100估计信道响应矩阵的秩，以便确定可用 的在空间上并行的通信流的数目。可以通过首先为每个资源块计算秩(或描述了秩的秩度量)并且然后对所计算的秩或秩度量求平均，从而为整个可用的带宽估计对于可用的在空 间上并行的通信流的数目的确定。附加地，可以实现时域平均来从秩估计中移除短期变化。 当移动台已经确定了可用的在空间上并行的通信流的数目时，移动台可以为在基站中使用 的这些通信流计算预编码权重，以便对传输信号适当地进行加权。然后，移动台可以将关于 可用的、并行的通信流的数目和所计算的预编码权重的信息包括在CQI中。图2示出了无线电接收机的框图，该无线电接收机被配置以便实现秩估计，从而 确定可用的在空间上并行的通信流的数目。在这个例子中，将无线电接收机考虑作为移动 台100。移动台100包括模拟接收组件200，模拟接收组件200被配置以便将所接收到的正 交频分复用(OFDM)无线电信号处理成基带信号，并将基带OFDM信号应用到模数(A/D)转 换器202。A/D转换器202将模拟基带信号转换成数字形式。由于所接收到的OFDM信号包 括在频域上分离的子载波，因此通常优选的是在频域处理OFDM信号。数字化的OFDM信号 在FFT单元204中利用快速傅立叶变换(FFT)被转换到频域。然后，频域0FDM信号被应用 到导频提取单元206。导频提取单元206从其它数据和控制符号中提取导频符号，并将导频 符号应用到信道估计单元207，信道估计单元207包括秩估计单元208。信道估计单元207 可以根据所提取的导频符号形成描述了无线电信道的响应的信道响应矩阵，并且秩估计单 元208可以对信道响应矩阵实施秩估计过程。秩估计单元208可以在以下更详细描述的秩 估计过程中确定足够不相关的、空间上并行的通信流的数目。然后，足够不相关的、空间上 并行的通信流的数目被应用到CQI计算单元210，CQI计算单元210被配置以便通过不仅考 虑从秩估计单元208接收的信息，而且还考虑与CQI相关的其它信息，如上所述来计算CQI。 现在，首先从理论角度，然后从根据本发明实施例的实现角度来考虑秩估计过程。开始，我 们将给定子载波上所接收到的导频信号定义为
权利要求
一种方法，其包括计算二乘二的信道矩阵表示，其表示在无线电发射机的发射天线阵列与无线电接收机的接收天线阵列之间的无线电信道的特性；利用测试函数来检查所述信道矩阵表示的第一特征值和第二特征值的相互比例，所述测试函数包括所述二乘二的信道矩阵表示的二次特征方程的根的解的元素，其中，所述测试函数包括所述二次特征方程的根的解的判别式而没有平方根运算；以及根据特征值的相互比例来确定在所述发射天线阵列与所述接收天线阵列之间可用的在空间上并行的通信流的数目。
2.根据权利要求1的方法，其进一步包括在所述无线电接收机的处理器中，确定所述发射天线阵列与所述接收天线阵列之间可 用的在空间上并行的通信流的数目；以及将所确定的可用的在空间上并行的通信流的数目传送到所述无线电发射机用于无线 电资源分配。
3.根据权利要求1的方法，其进一步包括当描述了在每个发射天线与每个接收天线之间的无线电信道的响应的信道响应矩阵 具有不相等数目的行和列，且其中行的数目或列的数目为二时，通过将所述信道响应矩阵 适当地与该信道响应矩阵的复共轭转置相乘，根据所述信道响应矩阵形成所述二乘二的信 道矩阵表示。
4.根据权利要求1的方法，其进一步包括利用所述测试函数，通过将所述第一特征值的估计与乘以了预定门限值的对所述第二 特征值的估计进行比较，检查所述信道矩阵表示的所述第一特征值与所述第二特征值的比 率；以及根据所述比较的结果，确定可用的在空间上并行的通信流的数目。
5.根据权利要求4的方法，其中，所述测试函数被表示为a2+b> TH(a2-b)，其中， “a2+b”表示对所述第一特征值的估计的近似，“a2_b”表示对所述第二特征值的估计的近 似，并且“TH”表示门限值，所述确定进一步包括如果所述测试函数不成立，则确定可用的在空间上并行的通信流的数目为二 ；以及如果所述测试函数成立，则确定可用的在空间上并行的通信流的数目为一。
6.根据权利要求5的方法，其中，当信道矩阵为二乘二的矩阵时，“a”包括所述信道矩 阵的每个元素的平方量值的求和，并且“b”包括所述二乘二的信道矩阵表示的二次特征方 程的判别式。
7.根据权利要求1的方法，其进一步包括在所述无线电接收机中，将所述发射天线阵列与所述接收天线阵列之间可用的在空间 上并行的通信流的数目确定为对于确定数目的并行频率资源块的平均；以及将所确定的可用的在空间上并行的通信流的数目传送到所述无线电发射机。
8.一种装备，其包括接口，所述接口被配置以便接收信息，所述信息表示在无线电发射机的发射天线阵列 与无线电接收机的接收天线阵列之间的无线电信道的特性；以及处理器，所述处理器被配置以便根据通过所述接口所接收到的所述信息，计算表示所述无线电信道的特性的二乘二的信道矩阵表示，利用测试函数来检查所述信道矩阵表示的 第一特征值和第二特征值的相互比例，所述测试函数包括所述二乘二的信道矩阵表示的二 次特征方程的根的解的元素，其中，所述测试函数包括所述二次特征方程的根的解的判别 式而没有平方根运算；并且其中，所述处理器被配置以便根据特征值的相互比例来确定在 所述发射天线阵列与所述接收天线阵列之间可用的在空间上并行的通信流的数目。
9.根据权利要求8的装备，其中，所述处理器被进一步配置以便在所述无线电接收机 中使用，以及将所确定的可用的在空间上并行的通信流的数目通过所述接口传送到所述无 线电发射机用于无线电资源分配。
10.根据权利要求8的装备，其中，所述处理器被进一步配置以便如果描述了每个发 射天线和每个接收天线之间的无线电信道的响应的信道响应矩阵具有不相等数目的行和 列，且其中行的数目或列的数目为二，那么通过将所述信道响应矩阵适当地与该信道响应 矩阵的复共轭转置相乘，根据所述信道响应矩阵形成所述二乘二的信道矩阵表示。
11.根据权利要求8的装备，其中所述处理器被进一步配置以便利用测试函数，通过 将所述第一特征值的估计与乘以了预定门限值的对所述第二特征值的估计进行比较，检查 所述信道矩阵表示的所述第一特征值与所述第二特征值的比率；以及根据所述比较的结 果，确定可用的在空间上并行的通信流的数目。
12.根据权利要求11的装备，其中，所述测试函数被表示为a2+b> TH(a2-b)，其中， “a2+b”表示对所述第一特征值的估计的近似，“a2_b”表示对所述第二特征值的估计的近 似，“TH”表示门限值，并且其中，所述处理器被进一步配置以便如果所述测试函数不成立， 则确定可用的在空间上并行的通信流的数目为二 ；以及如果所述测试函数成立，则确定可 用的在空间上并行的通信流的数目为一。
13.根据权利要求12的装备，其中，当信道矩阵为二乘二的矩阵时，“a”包括所述信道 矩阵的每个元素的平方量值的求和，并且“b”包括所述二乘二的信道矩阵表示的二次特征 方程的判别式。
14.根据权利要求8的装备，其中，所述处理器被进一步配置以便将所述发射天线阵 列和所述接收天线阵列之间可用的在空间上并行的通信流的数目确定为对于确定数目的 并行频率资源块的平均；以及将所确定的可用的在空间上并行的通信流的数目传送到所述 无线电发射机。
15.根据权利要求8的装备，其中，所述处理器被进一步配置以便操作作为移动电信 系统的移动台的一部分。
16.一种装备，其包括计算装置，用于计算二乘二的信道矩阵表示，其表示在无线电发射机的发射天线阵列 与无线电接收机的接收天线阵列之间的无线电信道的特性；检查装置，用于利用测试函数来检查所述信道矩阵表示的第一特征值和第二特征值 的相互比例，所述测试函数包括所述二乘二的信道矩阵表示的二次特征方程的根的解的元 素，其中，所述测试函数包括所述二次特征方程的根的解的判别式而没有平方根运算；以及确定装置，用于根据特征值的相互比例来确定所述发射天线阵列和所述接收天线阵列 之间可用的在空间上并行的通信流的数目。
17.根据权利要求16的装备，其进一步包括形成装置，用于在描述了每个发射天线和每个接收天线之间的无线电信道的响应的信 道响应矩阵具有不相等数目的行和列，且所述信道响应矩阵的行的数目或列的数目为二的 情况下，通过将所述信道响应矩阵适当地与该信道响应矩阵的复共轭转置相乘，根据所述 信道响应矩阵形成所述二乘二的信道矩阵表示。
18.根据权利要求16的装备，其进一步包括检查装置，用于利用测试函数，通过将所述第一特征值的估计与乘以了预定门限值的 对所述第二特征值的估计进行比较，检查所述信道矩阵表示的所述第一特征值与所述第二 特征值的比率；以及确定装置，用于根据所述比较的结果，确定可用的在空间上并行的通信流的数目。
19.一种在计算机可读介质上体现的计算机程序，所述计算机程序被配置以便控制处 理器来实现计算二乘二的信道矩阵表示，其表示在无线电发射机的发射天线阵列与无线电接收机 的接收天线阵列之间的无线电信道的特性；利用测试函数来检查所述信道矩阵表示的第一特征值和第二特征值的相互比例，所述 测试函数包括所述二乘二的信道矩阵表示的二次特征方程的根的解的元素，其中，所述测 试函数包括所述二次特征方程的根的解的判别式而没有平方根运算；以及根据特征值的相互比例来确定在所述发射天线阵列和所述接收天线阵列之间可用的 在空间上并行的通信流的数目。
20.根据权利要求19的计算机程序，其进一步包括如果描述了每个发射天线和每个接收天线之间的无线电信道的响应的信道响应矩阵 具有不相等数目的行和列，且其中行的数目或列的数目为二，那么通过将所述信道响应矩 阵适当地与该信道响应矩阵的复共轭转置相乘，根据所述信道响应矩阵形成所述二乘二的 信道矩阵表示。
21.根据权利要求19的计算机程序，其进一步包括利用测试函数，通过将所述第一特征值的估计与乘以了预定门限值的对所述第二特征 值的估计进行比较，检查所述信道矩阵表示的所述第一特征值与所述第二特征值的比率； 以及根据所述比较的结果，确定可用的在空间上并行的通信流的数目。
全文摘要
文档编号H04L25/02GK101953128SQ20098010618
公开日2011年1月19日 申请日期2009年2月20日 优先权日2008年2月22日
发明者Majonen Kari Tapio 申请人:Nokia Corp