專利名稱：帶有多包接收的多用戶空時(shí)塊編碼的系統(tǒng)中采用過時(shí)信道狀態(tài)信息的用于多輸入多輸出 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本主題公開總體上涉及無線通信系統(tǒng)，更具體地說，涉及帶有多包接收的多用戶 空時(shí)(space-time)塊編碼的系統(tǒng)的預(yù)編碼器設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
無線通信網(wǎng)絡(luò)越來越普遍并被廣泛采用。然而，通常，無線通信允許在同一時(shí)間以 給定頻率進(jìn)行單個(gè)傳輸。由此，頻分/時(shí)分雙工用于允許多個(gè)用戶在無線通信網(wǎng)絡(luò)中傳輸 信息。然而，這導(dǎo)致關(guān)于給定信道帶寬的降低的數(shù)據(jù)速率。多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)是下一代無線通信的有希望候選。為了在MIMO信道上 實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率，在空間和時(shí)間維度二者上執(zhí)行編碼的空時(shí)代碼能夠用來在不犧牲信道帶 寬的情況下最大化可能的分集(diversity)和編碼優(yōu)點(diǎn)。然而，在空時(shí)代碼設(shè)計(jì)中不需要 信道狀態(tài)信息(CSI)。在CSI能夠被反饋/估計(jì)的傳統(tǒng)頻分/時(shí)分雙工系統(tǒng)中，CSI能夠?qū)嶋H上在最大 化系統(tǒng)性能的目的下用于最優(yōu)化或準(zhǔn)最優(yōu)化預(yù)編碼器及均衡器設(shè)計(jì)。然而，由于空時(shí)代碼 中不要求CSI，經(jīng)常僅僅受限CSI信息能夠是可用的并且/或者該CSI能夠是由于反饋延遲 而過時(shí)的。結(jié)果，CSI傳統(tǒng)上不用于最優(yōu)化空時(shí)編碼的MIMO信道中的預(yù)編碼器或均衡器設(shè) 計(jì)。無線網(wǎng)絡(luò)通信的上述缺陷僅僅意圖提供當(dāng)今無線網(wǎng)絡(luò)的一些問題的概略，而并不 意圖窮盡。當(dāng)查看隨后的各種非限制性實(shí)施例的描述時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)陳述中的其它問題可以 變得更加明顯。

發(fā)明內(nèi)容
下面提出本發(fā)明的簡(jiǎn)要介紹，以便提供本發(fā)明一些方面的基本理解。此簡(jiǎn)介不是 本發(fā)明的擴(kuò)展概述。它既不意圖識(shí)別本發(fā)明的關(guān)鍵或重要元素，也不描述本發(fā)明的范圍。其 唯一目的是以簡(jiǎn)化形式提出本發(fā)明的一些概念，作為后文展現(xiàn)的更詳細(xì)描述的前序。線性預(yù)編碼器設(shè)計(jì)的聯(lián)合組(joint set)通過利用過時(shí)的信道狀態(tài)信息(CSI) 而被提供用于帶有多包接收(MPR)的單個(gè)小區(qū)上行鏈路多用戶空時(shí)塊編碼的多輸入多輸 出(MIMO)系統(tǒng)。通過導(dǎo)出關(guān)于最小和平均的代碼字距離設(shè)計(jì)度量二者的成對(duì)誤差概率 (PEP :pairwise error probability)，受制于關(guān)于每個(gè)用戶的傳輸功率約束，并取決于過 時(shí)的信道狀態(tài)信息，而衍生出最優(yōu)化問題。由于最優(yōu)化問題的非凸性質(zhì)，基于交替最小化 和投影梯度算法的迭代技術(shù)能夠用來解決通常的空時(shí)塊代碼(STBC)的線性預(yù)編碼結(jié)構(gòu)。 線性預(yù)編碼結(jié)構(gòu)然后從基站(BS)發(fā)送至各種消費(fèi)者預(yù)定設(shè)備(CPE consumer premise equipments)。關(guān)于正交空時(shí)塊代碼(OSTBC)，提供簡(jiǎn)化的分布技術(shù)來解出閉合形式解。根據(jù)簡(jiǎn)化 分布技術(shù)的一個(gè)方面，代之在每個(gè)CPE導(dǎo)出線性預(yù)編碼矩陣。由此，資源被節(jié)省并可用于其
4它目的。為了實(shí)現(xiàn)前述及相關(guān)目標(biāo)，本發(fā)明的特定示例性方面在此結(jié)合隨后描述及所附附 圖來描述。然而，這些方面僅示出可以采用本發(fā)明的原理的各種方式中的幾個(gè)，而本發(fā)明意 圖包括所有這樣的方面及其等同物。當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的隨后的詳細(xì)描述，本 發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)及新穎特征可以變得明顯。


圖1是能夠?qū)崿F(xiàn)該方面的示例性無線通信網(wǎng)絡(luò)的圖。圖2是根據(jù)一個(gè)方面的無線通信網(wǎng)絡(luò)中的傳輸?shù)膱D。圖3是相對(duì)于迭代索引的平均代碼字誤差概率的曲線圖。圖4是用于各種預(yù)編碼器設(shè)計(jì)的、平均代碼字誤差概率相對(duì)于信噪比(SNR)的曲 線圖。圖5是用于各種預(yù)編碼器設(shè)計(jì)的、平均代碼字誤差概率相對(duì)于與基站通信的消費(fèi) 者預(yù)定設(shè)備的數(shù)目的曲線圖。圖6是用于各種預(yù)編碼器設(shè)計(jì)的、平均代碼字誤差概率相對(duì)于基站處的接收天線 數(shù)目的曲線圖。圖7是用于使用二進(jìn)制相移鍵控的各種預(yù)編碼器設(shè)計(jì)的、相對(duì)于SNR的平均代碼 字誤差概率的曲線圖。圖8是用于使用16QAM的各種預(yù)編碼器設(shè)計(jì)的、相對(duì)于SNR的平均代碼字誤差概 率的曲線圖。圖9是用于各種預(yù)編碼器設(shè)計(jì)的、平均代碼字誤差概率相對(duì)于相關(guān)系數(shù)的曲線 圖。圖10是根據(jù)本發(fā)明一方面的基站的框圖。圖11是根據(jù)一方面的消費(fèi)者預(yù)定設(shè)備的框圖。圖12是根據(jù)另一方面的消費(fèi)者預(yù)定設(shè)備的框圖。圖13是根據(jù)本發(fā)明一方面的基站的方法的流程圖。圖14是根據(jù)本發(fā)明一方面的消費(fèi)者預(yù)定設(shè)備(CPE)的方法的流程圖。圖15是根據(jù)本發(fā)明另一方面的消費(fèi)者預(yù)定設(shè)備的方法的流程圖。圖16是展示可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的示例性非限制性計(jì)算系統(tǒng)或操作環(huán)境的框圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參照附圖描述本發(fā)明，其中，類似的附圖標(biāo)號(hào)始終用來指示類似的元件。在隨 后的描述中，出于說明的目的，描述多個(gè)具體細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明的完全理解。然而，可 明顯的是，可以在不具有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐本發(fā)明。在其它例子中，公知的結(jié)構(gòu)和 設(shè)備以框圖形式示出，以便于描述本發(fā)明。STBC和信道預(yù)編碼的組合能夠在實(shí)現(xiàn)編碼和分集增益二者的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)抵抗信道 衰落的無線通信系統(tǒng)魯棒性。通過利用過時(shí)的CSI來提供關(guān)于上行鏈路多用戶空時(shí)塊編碼 的系統(tǒng)的線性預(yù)編碼器設(shè)計(jì)以及關(guān)于正交STBC的分布式預(yù)編碼器設(shè)計(jì)的聯(lián)合組。線性預(yù)編碼器設(shè)計(jì)被確定為針對(duì)最小化成對(duì)誤差概率(PEP)受到關(guān)于每個(gè)用戶(例如，每個(gè)消費(fèi)者預(yù)定設(shè)備(CPE))的傳輸功率約束的最優(yōu)化問題的解決方案。由于該最 優(yōu)化問題表現(xiàn)為在所有預(yù)編碼器矩陣上是非凸的，因此提供迭代技術(shù)來解決關(guān)于通常STBC 的最優(yōu)化問題。所公開的技術(shù)對(duì)于最小化和平均代碼字距離設(shè)計(jì)度量二者起作用。鑒于平均距離設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的有吸引力的特性，簡(jiǎn)化的技術(shù)被提供來用于正交 STBC(OSTBC)的閉合形式的線性預(yù)編碼結(jié)構(gòu)。當(dāng)過時(shí)的CSI的品質(zhì)非常好時(shí)，閉合形式的線 性預(yù)編碼器接近把所有傳輸功率分配至最強(qiáng)本征模(eigenmode)的單本征模波束形成器。 另一方面，具有差信道品質(zhì)的預(yù)編碼器傾向于以相等功率分配來對(duì)所有本征模執(zhí)行波束形 成。根據(jù)一個(gè)方面，示例性無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境100是單小區(qū)上行鏈路多用戶空時(shí)塊編碼的 系統(tǒng)，其中具有與在帶有多包接收(MPR)的MIM0-STBC系統(tǒng)中的基站(BS)同步通信的L數(shù) 目的消費(fèi)者預(yù)定設(shè)備(CPE)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，不論名稱如何，CPE能夠是移動(dòng)設(shè)備。如圖1所示，所有CPE 110由BS 105調(diào)度來在同一時(shí)隙t2中傳輸包。當(dāng)用戶由 基站調(diào)度來進(jìn)行包傳輸時(shí)，能夠在所有用戶之間發(fā)生理想的碼元級(jí)同步。然而，值得一提的 是，上述同步能夠通過使用專用時(shí)序及接入間隔來在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)。例如，WiMAX中用于上行 鏈路OFDMA的碼元級(jí)同步通過在IEEE 802. 16e中的上行鏈路測(cè)距來實(shí)現(xiàn)。雖然未示出，但是BS通常連接至另一網(wǎng)絡(luò)，諸如因特網(wǎng)、公共電話網(wǎng)絡(luò)、或私有網(wǎng) 絡(luò)，把從CPE接收的數(shù)據(jù)通信至此網(wǎng)絡(luò)，并把來自網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)發(fā)送回CPE。在一個(gè)方面，預(yù)編碼矩陣& e C Ti L1在BS處設(shè)計(jì),在tj經(jīng)由專用反饋鏈路發(fā)送
至相應(yīng)CPE，而CPE在t2開始包傳輸。在具有一些可預(yù)測(cè)延遲的時(shí)隙的末尾，例如t2+ τ 2， BS 105收集關(guān)于CPE的信道估計(jì)、數(shù)據(jù)檢測(cè)、及預(yù)編碼器設(shè)計(jì)的全部L個(gè)包。為了清楚，不 失一般性，所有包假定具有相同長(zhǎng)度，并且每個(gè)時(shí)隙等于一個(gè)包持續(xù)時(shí)間。參照?qǐng)D2，BS 220具有Mk個(gè)接收天線208，第i個(gè)CPE 230具有MTi個(gè)發(fā)送天線206，
其中 i = 1，......,L0 BS 220 使用聯(lián)合最大似然(joint maximumlikelihood)解碼器 210
來對(duì)所接收數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼。從第i個(gè)CPE到BS的塊衰落信道xMTi矩陣Hi為模型，該
MRxMTi矩陣Hi符合均值為MHl e CMrXMt'、且協(xié)方差為ΣΗ|Η e匚……1'的復(fù)高斯分布。每個(gè)MIMO信道假定在CPE相關(guān)，但是在接收器側(cè)完全不相關(guān)。具體地，由于CPE 處存在導(dǎo)致更大角度展開(angular spread)的大量散射，因此CPE的天線為了不相關(guān)的衰 落而需要按例如λ/2來分隔。然而，由于小的嵌入設(shè)備(例如，CPE)中的空間限制及RF耦 合，難以在CPE處維持完全不相關(guān)的天線。然而，雖然基站處的角度展開較小(例如，對(duì)于 城市環(huán)境為 30度)，但是基站能夠承擔(dān)以更大距離(例如，10λ或更長(zhǎng))來分隔天線，因 此，較容易在基站側(cè)實(shí)現(xiàn)不相關(guān)的衰落。由此，更優(yōu)性能的方式是在基站具有進(jìn)一步分隔的天線，以在MIMO信道中創(chuàng)造更 大自由度。特別是當(dāng)發(fā)送器側(cè)的CSI (CSIT)較差或空間多路復(fù)用時(shí)，自由度能夠用于分集。 在任何情況下，性能將會(huì)通過基站處進(jìn)一步分隔的天線而改進(jìn)。令Ci為從第i個(gè)空時(shí)編碼器202生成的MT, xT代碼字，該第i個(gè)空時(shí)編碼器202 把第i個(gè)CPE的所發(fā)送的信號(hào)矢量Si e Ctxi映射到Citl代碼字由線性預(yù)編碼器Fi 204處 理。這樣的系統(tǒng)設(shè)置不僅有助于使代碼字適用于各種信道條件，而且由于STBC和檢測(cè)算法二者保持不變，因此繼承了非預(yù)編碼的空時(shí)塊編碼系統(tǒng)的所有實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)。標(biāo)記NeCmrxt來 作為其項(xiàng)是方差為ση2的零均值復(fù)高斯的加性白高斯噪聲。所接收的碼元矩陣R e eMRxT由以 下公式給出
LR = J] HiFlCi + N.(公式 1)
/=1由于在接收器處能夠以高得多的精確度獲得信道估計(jì)，因此為了簡(jiǎn)潔假定理想的 接收器處的CSI (CSIR)。然而，在其它實(shí)施例中，能夠在預(yù)編碼器設(shè)計(jì)過程期間包括信道估 計(jì)誤差。標(biāo)記!^[H1,......,HL],F = diag[Fl5■….·，F(xiàn)L]，及......，cj ’其中(·)τ
是矩陣轉(zhuǎn)置。采用聯(lián)合最大似然(ML)解碼器來計(jì)算判決度量，并借助于具有最小度量的代 碼字來決定。
權(quán)利要求
一種利用過時(shí)的信道狀態(tài)信息來確定用于多輸入多輸出(MIMO)信道的線性預(yù)編碼器的方法，該方法包括接收用以無線網(wǎng)絡(luò)中MIMO信道的過時(shí)的信道狀態(tài)信息的指示；接收關(guān)于至少一個(gè)消費(fèi)者預(yù)定設(shè)備(CPE)的傳輸功率約束的指示；受制于所指示的功率約束來解決最優(yōu)化問題，該最優(yōu)化問題至少部分取決于過時(shí)的信道狀態(tài)信息；以及基于最優(yōu)化問題的解決來確定線性預(yù)編碼器。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，受制于所指示的功率約束來解決最優(yōu)化問題的 步驟包括利用修改的梯度算法。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其中，受制于所指示的功率約束來解決最優(yōu)化問題的 步驟還包括執(zhí)行投影來滿足所指示的功率約束。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，接收關(guān)于至少一個(gè)消費(fèi)者預(yù)定設(shè)備的傳輸功率 約束的指示的步驟包括接收關(guān)于多個(gè)CPE的傳輸功率約束的指示。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述確定線性預(yù)編碼器的步驟包括向多個(gè)CPE 中的每個(gè)指示線性預(yù)編碼器。
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，受制于所指示的功率約束來解決最優(yōu)化問題的 步驟包括在無線網(wǎng)絡(luò)的基站處解決最優(yōu)化問題。
7.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，受制于所指示的功率約束來解決最優(yōu)化問題的 步驟包括解決最優(yōu)化問題以最小化成對(duì)誤差概率。
8.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，受制于所指示的功率約束來解決最優(yōu)化問題的 步驟包括在無線網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)CPE中的每個(gè)處解決最優(yōu)化問題。
9.按照權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，確定線性預(yù)編碼器的步驟包括指示用于正交 空時(shí)塊代碼(STBC)的線性預(yù)編碼器。
10.一種確定用于多輸入多輸出無線網(wǎng)絡(luò)的線性預(yù)編碼器的裝置，該裝置包括多個(gè)天線；存儲(chǔ)器；信道狀態(tài)信息組件，接收用于多輸入多輸出無線網(wǎng)絡(luò)的過時(shí)的信道狀態(tài)信息的指示；功率約束組件，接收用于無線網(wǎng)絡(luò)中至少一個(gè)設(shè)備的功率約束的指示；以及最優(yōu)化組件，通過取決于過時(shí)的信道狀態(tài)信息并受制于所指示的功率約束解決最優(yōu)化 問題，來確定一個(gè)或多個(gè)預(yù)編碼器。
11.按照權(quán)利要求10所述的裝置，其中，所述最優(yōu)化組件確定用于無線網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè) 設(shè)備中的每個(gè)的預(yù)編碼器。
12.按照權(quán)利要求10所述的裝置，其中，所述最優(yōu)化組件使用梯度下降算法來解決最 優(yōu)化問題。
13.按照權(quán)利要求10所述的裝置，其中，所述多個(gè)天線包括多個(gè)接收天線和多個(gè)發(fā)送天線。
14.按照權(quán)利要求10所述的裝置，其中，所述功率約束組件從無線網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)設(shè)備 接收傳輸功率約束的指示。
15.按照權(quán)利要求10所述的裝置，還包括根據(jù)所確定的預(yù)編碼器來發(fā)送數(shù)據(jù)的發(fā)送組件。
16.按照權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述裝置是消費(fèi)者預(yù)定設(shè)備。
17.按照權(quán)利要求10所述的裝置，其中，所述裝置是基站。
18.—種包含指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，當(dāng)執(zhí)行時(shí)所述指令時(shí)、執(zhí)行用于確定用于空時(shí)塊 編碼(STBC)的線性預(yù)編碼器的方法，該方法包括接收用于無線網(wǎng)絡(luò)中空時(shí)塊編碼的MIMO信道的過時(shí)的信道狀態(tài)信息； 接收與至少一個(gè)消費(fèi)者預(yù)定設(shè)備(CPE)相關(guān)聯(lián)的傳輸功率約束信息；以及 受制于傳輸功率約束信息所代表的至少一個(gè)約束，且至少部分基于過時(shí)的信道狀態(tài)信 息，來最優(yōu)化線性預(yù)編碼器的至少一個(gè)參數(shù)。
19.按照權(quán)利要求18所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，還包括，其中，最優(yōu)化線性預(yù)編碼器的至 少一個(gè)參數(shù)的步驟包括最優(yōu)化用于正交STBC的線性預(yù)編碼器的至少一個(gè)參數(shù)。
20.按照權(quán)利要求18所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中，所述最優(yōu)化步驟包括執(zhí)行投影來 滿足至少一個(gè)功率約束。
全文摘要
通過利用過時(shí)的信道狀態(tài)信息來提供線性預(yù)編碼器設(shè)計(jì)的聯(lián)合組，以用于具有多包接收的單小區(qū)上行鏈路多用戶空時(shí)塊編碼的多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)。通過結(jié)合最小和平均代碼字距離設(shè)計(jì)度量二者來導(dǎo)出成對(duì)誤差概率，受制于每個(gè)用戶的傳輸功率約束，并取決于過時(shí)的信道狀態(tài)信息，來解決最優(yōu)化問題。由于最優(yōu)化問題的非凸性質(zhì)，基于替代最小化和投影梯度的迭代技術(shù)能夠用來解決通常的空時(shí)塊編碼的聯(lián)合線性預(yù)編碼結(jié)構(gòu)，該聯(lián)合線性預(yù)編碼結(jié)構(gòu)然后從基站發(fā)送至各種消費(fèi)者預(yù)定設(shè)備，以供將來傳輸。對(duì)于正交空時(shí)塊代碼，簡(jiǎn)化的分布技術(shù)提供最優(yōu)化問題的閉合形式的解決方案。
文檔編號(hào)H03M13/13GK101983530SQ200980102019
公開日2011年3月2日 申請(qǐng)日期2009年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月11日
發(fā)明者劉堅(jiān)能, 區(qū)國(guó)琛, 黃偉 申請(qǐng)人:香港科技集團(tuán)有限公司