专利名称：根据谁具有最大估计信道容量来选择开环或闭环mimo的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信信道估计，具体来讲，涉及确定何时发送信道估计。
背景技术：
近年来，作为增加无线链接的覆盖面或容量的方法，多元件天线结构已经变为 热门研究的主题。(参见 Paulraj、Nabar 和 Gore 所著的 “ Introducation to Space-Time Wireless Communiations”)。通常的情况是链路上的发射器和接收器均具有多个天线元 件，这些天线元件都工作于同一无线电信道并且优点是利用了这些天线元件之间的空间 和时间差。该系统被称作MIMO (多输入、多输出)，并且通常基于空间复用。可以实现MIMO的方式有多种，但是通常可以分为两类。在第一类的系统中，发射器不使用信道知识来确定什么信号借助那个天线来发 送。这类的系统被称作开环ΜΙΜΟ。在开环ΜΙΜΟ中，发射器通常从每个天线元件发 射相等的能量，并且应用与各信道状况适应的符号编码。这种编码的实例是由WiMAX 论坛规定的Alamouti编码。在第二类的系统中，发射器使用信道知识来确定什么信号借助那个天线来发 送。这种知识是通过来自接收器的反馈获得的。这类的系统被称作闭环ΜΙΜΟ。在闭 环MIMO系统中，发射器可以利用算法根据其信道知识对天线设置能量分配和编码。这 可以增加容量和/或信噪比。然而，为了实现这些增益，接收器必须反馈关于信道的信 息。这种反馈占用一些容量，因此需要在从更详细的信道信息得到的增益与由于发送信 道返回信息而损失的容量消耗之间平衡。为了解决这种平衡，大量的研究正寻找使用最小反馈实现最大的闭环MIMO系 统的覆盖面和容量。这种方法存在的问题是，当信道中的任何部分发生改变时(例如当 发射器或接收器移动时，或者当物体沿着传播路径移动时)信道特性随之变化。因此， 当采用最小反馈时，与开环的情况相比，覆盖面和容量没有显著增加。3GPP (第三代伙伴计划)已经在其LTE(长期演进)系统中采用了码本方法。在 码本系统中，将标签发送给发射器，从该发射器中可以查询与信道与最配的多路矩阵， 这与目录中的项类似。然而，该系统受信道类型的数量的限制的并且远远达不到最佳水 平。 (参见 David Love 所著的 “ Grassmannian Beamforming for ΜΙΜΟ Wireless Systems” 关于码本的整体讨论)。用于减小提供信道反馈信息所需带宽的另一种方法是由接收器周 期性地估算信道并且将信道状况编号发送回发射器(参见例如2005年由Heath和Paulraj 所著的“Switching Between Diversity and Multiplexing inMIMO systems” )。需要改善利用信道信息在空间复用ΜΙΜΟ发射器处得到的增益与由于向发射器 反馈信道信息导致的带宽损失之间的平衡。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种在空间复用天线通信系统中工作的收发器，该接收器包括信号处理装置，所述信号处理装置被构造用于形成所述收发器和第 二收发器之间信道的信道估计；根据所述信道估计来估计所述信道的容量；根据估计出 的所述信道容量来确定是否向所述第二收发器发送表示所述估计的数据；以及仅在所述 确定的结果是肯定时，才使所述收发器向所述第二收发器发送表示所述估计的数据。根据本发明的第二方面，提供了一种用于控制空间复用天线通信系统中工作的 收发器的方法，所述方法包括形成所述收发器和第二收发器之间信道的信道估计；根 据所述信道估计来估计所述信道的容量；根据估计出的所述信道容量来确定是否向所述 第二收发器发送表示所述估计的数据；以及仅在所述确定的结果为肯定时，才向所述第 二收发器发送表示所述估计的数据。所述确定可以包括估计所述第二收发器知道所述信道估计时所述信道的容量 (“a” )；以及估计所述第二收发器不具有所述信道的知识时所述信道的容量(“b” )； 如果(a-b)超过预定阈值，则确定应该发送表示所述信道估计的数据。所述预定阈值可 以为0，或者可以大于0或小于0。所述收发器可以被构造用于通过注水算法来估计a的值。所述收发器可以是MIMO收发器和/或ODFM收发器。所述收发器可以被构造为用于根据之前将信道估计发送到所述第二收发器的频 率来确定何时形成所述信道估计。表示所述信道估计的所述数据可以是表示自信道估计最近被发送到所述第二收 发器之后所述信道估计的变化的数据。
现在，将参照附图以示例的方式描述本发明。在附图中图1是通信系统的示意图。图2示出BER性能与注水和未注水的SVD的对比。图3示出BER性能与量化的反馈以及最佳CSI的对比。图4示出当没有更新时注水性能如何随时间而劣化。交点表示注水的性能等于 未注水的性能的时刻。图5示出用于确定何时用信道信息更新发射器的算法。
具体实施例方式图1中的系统是MIMO系统，其接收器采用用于确定何时开始反馈信道信息的 算法。广义地说，算法涉及估计信道容量以及根据估计出的信道容量来确定何时开始反 馈信道信息。例如，接收器可以周期性地将a发射器使用接收器的信道信息时对信道容量的估计，与b 发射器不使用信道信息时对信道容量的估计进行比较，并且仅当(b_a) > k时更新发射器，其中k是预设的阈值。该阈值 可以为零，在这种情况下，如果b>a，则将进行更新。图1示出了其中可以使用本方法的空间复用天线系统。该系统包括发射器1和 接收器2。发射器具有多个天线元件101、102，接收器具有多个天线元件201、202，因此在发射器和接收器之间存在四个通信信道11至201、101至202、102至201以及102 至202。该发射器和接收器优选地为MIMO收发器。该发射器具有基带处理器部分 103，其接收要发送的通信数据并且产生供每个天线发送的符号；以及两个模拟发射链 104、105，其包括用于将这些信号上变频为射频的混合器106、107以及用于放大经上变 频的信号以驱动各个天线的放大器108、109。接收器具有模拟接收链203、204，其包 括放大各个天线接收的信号的放大器205和206;混合器207、208，其用于下变频经放大 的信号；以及模数转换器209、210，其用于将经下变频的信号数字化，以向基带处理器 部分211提供输入。接收器2还可以向发射器1提供反馈，并且发射器1可以接收该反馈。为此， 接收器2具有与发射器1的发射链类似的发射链212、213，并且发射器1具有与接收器2 的接收链类似的接收链110、111。以下的说明将讨论从接收器2至发射器1的信道估计 反馈，但是可以使用类似的原理来控制从发射器1至接收器2的信道估计反馈，以用于使 随后接收器2的发射最佳化。基带处理部分103、211包括处理器112、214。各处理器执行相关存储器113、 215中存储的指令，以执行其功能。在该示例中，发射器和接收器根据OFDM(正交频分 复用)协议来工作。如在其它闭环MIMO-OFDM系统中一样，接收器2可以利用处理部分211估计 发射器与其自身之间的信道。这些估计被称作 。接收器可以向发射器发送消息，以更新 发射器对接收器估计的知识。如上所述，接收器不是以预定间隔反馈 。而是基于当前的 信道状况决定何时反馈H。反馈消息中的信息可以采用各种形式。反馈的三种示例性形式为H的变化(或 ΔΗ)>码本标签(codebooklabel)或奇异值分解(SVD)的特征向量。在本示例中，接收 器将H的变化发送到发射器，并且接下来在发射器和接收器执行SVD。虽然该方法会需 要额外的处理，但是将H的变化发送回去而非发送H本身，通常在总体上更有效。优选 地，除了报告H的变化之外，还不时地也发送完整的H。现在将描述本方法的仿真。虽然用于确定何时反馈信息所表现的指标与所使用 的调制方案无关，但是本仿真使用不带前向纠错的格雷码QPSK。OFDM与大小为256 的快速傅立叶变换(FFT) —起使用。仿真中使用的信道模型基于ITU信道B步行(Pedestrian) 6-抽头模型(参见 1997 年 ITU-R Reconmendation M.1225 的“Guidelines for Evaluation of Radio Transmission Technologies for IMT-2000”的第28页)，该模型基于根据2006年第16卷的Ericsson的
"ΜΙΜΟ Channel model for TWG RCT ad-hoc proposal"的相关方法，为 ΜΙΜΟ 的使用进 行了修改并且使用从3GPP空间信道模型(SCM)获取的天线和角分布参数(参见在线可 得自 http://www.3gpp.org/ 的 3GPP， "Spatial channel model for MlMOsimulations” (TR 25.996 V 6.1.0 (2003-09))，Technical Report)。选择 Pedestrian B 信道是因为在与信噪比 (SNR)相对照的比特误码率(BER)性能方面它是ITU信道模型中最苛刻的。这是因为 在尺寸上与初始信号相当的一个抽头会造成非常深的快速衰落。当在空时分组码(STBC) 模式下时，使用 Alamouti 码(参见 S.M.Alamouti, "A simple transmit diversitytechnique
5for wireless communications”，IEEE J.Sel.Area Commun.,桌 16 卷桌 8 其月，桌 1451-1458 页，1998年10月)。本仿真中所使用的信道模型产生任何所需数量的H MIMO信道指标，并且其在 该路径被当作从发射器到接收器的基带的意义上是“非物理的(non-physical)”，包括天 线的关联性。这种对天线的依赖是略微有限制性的，但是与射线追踪或几何方法相比， 模型更简单。这种限制不被认为是重要的，这是由于在发射器(假设为基站)使用的是 潜在的4λ间隔的常规天线构造而在接收器(假定为用户端)使用的是λ/2间隔的天线 构造。对于具有Nr个接收器天线和Ντ个发射器天线的MIMO系统，使用以下公式来 执行信道矩阵H的计算。
权利要求
1.一种用于在空间复用天线通信系统中工作的收发器，所述接收器包括信号处理装 置，所述信号处理装置被构造用于形成所述收发器和第二收发器之间的信道的信道估计； 根据所述信道估计来估计所述信道的容量；根据估计出的所述信道容量来确定是否向所述第二收发器发送表示所述估计的数 据；以及仅在所述确定的结果为肯定时，才使所述收发器向所述第二收发器发送表示所述估 计的数据。
2.根据权利要求1所述的收发器，其中所述确定包括估计所述第二收发器获知所述信道估计时所述信道的容量(“a” )；以及 估计所述第二收发器不具有所述信道的知识时所述信道的容量(“b” )； 如果(a_b)超过预定阈值，则确定应该发送表示所述信道估计的数据。
3.根据权利要求2所述的收发器，其中所述预定阈值为0。
4.根据权利要求2或3所述的收发器，其中所述收发器被构造为利用注水算法估计a。
5.根据前述权利要求任一项所述的收发器，其中所述收发器是MIMO收发器。
6.根据前述权利要求任一项所述的收发器，其中所述收发器是ODFM收发器。
7.根据前述权利要求任一项所述的收发器，其中所述收发器被构造用于根据之前将 所述信道估计发送到所述第二收发器的频率来确定何时形成所述信道估计。
8.根据前述权利要求任一项所述的收发器，其中，所述表示所述信道估计的数据是 表示自所述信道估计最近被发送到所述第二收发器之后所述信道估计的变化的数据。
9.一种用于控制在空间复用天线通信系统中工作的收发器的方法，所述方法包括 形成所述收发器和第二收发器之间的信道的信道估计；根据所述信道估计来估计所述信道的容量；根据估计出的所述信道容量来确定是否向所述第二收发器发送表示所述估计的数 据；以及仅在所述确定的结果为肯定时，才向所述第二收发器发送表示所述估计的数据。
全文摘要
一种MIMO OFDM接收器，其周期性地形成信道估计并且将a发射器将利用接收器的信道估计(闭环)时对信道容量的估计与b发射器将不利用信道估计(开环)时对信道容量的估计作比较，并且仅当(b-a)＞k时将信道估计的数据发送到发射器，其中k是预设的阈值。
文档编号H04B7/06GK102017452SQ200980114600
公开日2011年4月13日 申请日期2009年3月25日 优先权日2008年3月31日
发明者迈克尔·罗伯特·菲奇 申请人:英国电讯有限公司