專利名稱：在多信道通信系統(tǒng)中應(yīng)用選擇性信道求逆法處理傳輸數(shù)據(jù)的方法與設(shè)備的制作方法
背景領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及數(shù)據(jù)通信，尤其涉及一種在無線通信系統(tǒng)中用選擇性信號(hào)求逆處理傳輸數(shù)據(jù)的改進(jìn)的新方法和新設(shè)備。
背景為擴(kuò)大話音、數(shù)據(jù)等各類通信的傳輸能力，通常布署一種多信道通信系統(tǒng)，這類系統(tǒng)可以是多輸入多輸出(MIMO)通信系統(tǒng)、正交頻分調(diào)制(OFDM)系統(tǒng)、應(yīng)用OFDM的MIMO系統(tǒng)或某些其它類系統(tǒng)。MIMO系統(tǒng)用多個(gè)發(fā)射天線與多個(gè)接收天線拓展空間分集，以支持每個(gè)都可用來發(fā)射數(shù)據(jù)的若干空間子信道。OFDM系統(tǒng)把工作頻段有效地分成若干頻率子信道(或頻庫(frequency bin)，各頻率子信道與各個(gè)可在其上調(diào)制數(shù)據(jù)的子載波有關(guān)聯(lián)。這樣，多信道通信系統(tǒng)支持若干“傳輸”信道，每個(gè)“傳輸”信道對(duì)應(yīng)于MIMO系統(tǒng)中的空間子信道、OFDM系統(tǒng)中的頻率子信道或應(yīng)用OFDM的MIMO系統(tǒng)中頻率子信道的空間子信道。
多信道通信系統(tǒng)的傳輸信道通常經(jīng)受不同的鏈路條件(如由不同的衰落與多徑效應(yīng)造成)，可以獲得不同的信噪與信擾比(SNR)。因此，傳輸信道對(duì)特定性能水平可以支持的傳輸能力(即信息位速率)，可能從信道關(guān)信道而不同。而且，鏈路條件一般隨時(shí)間變化。結(jié)果，故傳輸信道所支持的位速率也隨時(shí)間變化。
傳輸信道不同的傳輸能力加上這些能力的時(shí)間變化特性，要求它具備一種有效的編碼與調(diào)制方法，能在信道上傳輸之前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。而且出于實(shí)際考慮，這種編碼與調(diào)制方法應(yīng)該簡便得可在發(fā)射與接收兩種系統(tǒng)中實(shí)施與應(yīng)用。
因此，本領(lǐng)域?qū)υ诓煌芰Φ亩鄺l傳輸信道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行有效和高效處理的技術(shù)提出了要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一些方面提供的諸技術(shù)可處理通過從所有有效的傳輸信道選出的一組傳輸信道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。在一個(gè)方面，數(shù)據(jù)處理包括根據(jù)普通與調(diào)制方案對(duì)數(shù)據(jù)編碼提供調(diào)制碼元，并根據(jù)該信道的特性對(duì)每條選出的傳輸信道的調(diào)制碼元預(yù)加權(quán)。預(yù)加權(quán)是把選出的傳輸信道“求逆”而得到的，以致接收系統(tǒng)的信噪與信擾比(SNR)對(duì)所有選擇的傳輸信道都是相近的。在一實(shí)施例中，該例稱作選擇性信道求逆(SCI)，數(shù)據(jù)傳輸只選用SNR(或功率增益)等于或高于特定SNR(或功率贈(zèng)與)的傳輸信道，而不用“壞”傳輸信道。運(yùn)用選擇性信道求逆，總有效發(fā)射功率只跨越“好”傳輸信道(不均勻地)分配，并得到提高的效率與性能。在另一實(shí)施例中，選用全部有效傳輸信道并對(duì)全部有效信道作信道求逆。
信道求逆技術(shù)簡化了發(fā)射系統(tǒng)的編碼/調(diào)制和接收系統(tǒng)的譯碼/解調(diào)。而且，選擇性信道求逆技術(shù)還提供改進(jìn)的性能，因?yàn)樗袃蓚€(gè)好處(1)只使用Ns條從全部有效傳輸信道選出的較佳傳輸信道，和(2)各選用的傳輸信道接收的SNR與選用的編碼與調(diào)制方法所要求的SNR相匹配。
如下所述，本發(fā)明還提供實(shí)現(xiàn)本發(fā)明諸方面、實(shí)施例與特征的諸方法、系統(tǒng)與設(shè)備。
附圖簡介通過下面結(jié)合附圖所作的詳述，本發(fā)明的特征、特性與優(yōu)點(diǎn)將更清楚了，圖中用同樣的標(biāo)號(hào)表示相應(yīng)的物件，其中

圖1是設(shè)計(jì)和工作或?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明各方面與實(shí)施例的多輸入多輸出(MIMO)通信系統(tǒng)；圖2A是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的過程的流程圖，可根據(jù)選擇性信道求逆確定要分配給各選用傳輸信道的發(fā)射功率量；圖2B是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的過程的流程圖，可對(duì)數(shù)據(jù)傳輸確定用來選擇傳輸信道的閾值α；圖3是能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明諸方面與實(shí)施例的一種MIMO通信系統(tǒng)；圖4A、4B和4C是根據(jù)本發(fā)明三個(gè)特定實(shí)施例能處理數(shù)據(jù)的三個(gè)MIMO發(fā)射系統(tǒng)的框圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例能接收數(shù)據(jù)的一種MIMO接收系統(tǒng)框圖；
圖6A和6B分別是在圖5示出的MIMO接收系統(tǒng)內(nèi)的信道MIMO/數(shù)據(jù)處理器與消擾器實(shí)施例的框圖；和圖7是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例中能接收數(shù)據(jù)的一種MIMO接收系統(tǒng)的框圖。
詳細(xì)描述本發(fā)明諸方面、實(shí)施例與特征可應(yīng)用于具有數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩鄺l傳輸信道的任何多信道通信系統(tǒng)。這類多信道通信系統(tǒng)包括多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)、正交頻分調(diào)制(OFDM)系統(tǒng)、應(yīng)用OFDM的MIMO系統(tǒng)等。多信道通信系統(tǒng)還可實(shí)施碼分多址(CDMA)、時(shí)分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)或其它一些多址技術(shù)。多址通信系統(tǒng)能支持與若干終端(即用戶)同時(shí)通信。
圖1是設(shè)計(jì)和工作成實(shí)現(xiàn)本發(fā)明諸方面與實(shí)施例的多輸入多輸出(MIMO)通信系統(tǒng)100的圖。MIMO系統(tǒng)100應(yīng)用多個(gè)(NT)發(fā)射天線與多個(gè)(NR)接收天線作數(shù)據(jù)傳輸。對(duì)于基站(BS)104與若干終端(T)106同時(shí)通信的多址通信系統(tǒng)，可有效地構(gòu)成MIMO系統(tǒng)100。在此情況下，基站104應(yīng)用多個(gè)天線，對(duì)上行鏈路傳輸代表多輸入(MI)，對(duì)下行鏈路傳輸代表多輸出(MO)。下行鏈路(即正向鏈路)指基站到終端的傳輸，上行鏈路(即逆向鏈路)指終端到基站的傳輸。
MIMO系統(tǒng)用多個(gè)(NT)發(fā)射天線和多個(gè)(NR)接收天線作數(shù)據(jù)傳輸。由NT個(gè)發(fā)射與NR個(gè)接收天線構(gòu)成的MIMO信道可以分成Nc條獨(dú)立的信道，其中Nc≤最小值{NT，NR}。各Nc條獨(dú)立信道也稱為MIMO信道的空間子信道，對(duì)應(yīng)于某一維度。在一普通MIMO系統(tǒng)實(shí)施中，NT個(gè)發(fā)射天線定位于單個(gè)發(fā)射系統(tǒng)并與之關(guān)聯(lián)，而NR個(gè)接收天線同樣定位于單個(gè)接收系統(tǒng)并與之關(guān)聯(lián)。對(duì)于基站與若干終端同時(shí)通信的多址通信系統(tǒng)，也可有效地構(gòu)成MIMO系統(tǒng)。此時(shí)，基站配備若干天線，各終端配備一個(gè)或多個(gè)天線。
OFDM系統(tǒng)有效地把工作頻段分為若干(NF)頻率子信道(即頻庫)。在每一時(shí)隙，可在NF條頻率子信道的每一條上發(fā)送調(diào)制碼元。每一時(shí)隙對(duì)應(yīng)于由該頻率子信道的帶寬決定的特定時(shí)間間隔。
可以操作多信道通信系統(tǒng)以通過若干傳輸信道發(fā)送數(shù)據(jù)。對(duì)于不應(yīng)用OFDM的MIMO系統(tǒng)，通常只有一條頻率子信道，把各空間子信道稱為傳輸信道。對(duì)于應(yīng)用OFDM的MIMO系統(tǒng)，把各頻率子信道的每條空間子信道稱為傳輸信道。對(duì)于不應(yīng)用MIMO的OFDM系統(tǒng)，每條頻率子信道只有一條空間子信道，而把各頻率子信道稱為傳輸信道。
多信道通信系統(tǒng)中的傳輸信道一般經(jīng)歷不同的鏈路條件(如由不同的衰落與多經(jīng)效應(yīng)引起)，并可得到不同的信噪與信擾比(SNR)。因而傳輸信道的能力從信道到信道而不同。該能力可用在傳輸信道上對(duì)特定性能水平(如特定的誤碼率(BER)或分組差錯(cuò)率(PER))發(fā)射的信息位速率(即每一調(diào)制碼元的信息位數(shù))來定量。因鏈路條件一般隨時(shí)間變化，故所支持的傳輸信道的信息位速率也隨時(shí)間變化。
為了更充分地運(yùn)用傳輸信道的能力，可以測定說明鏈路條件的信道狀態(tài)信息(CSI)(一般在接收系統(tǒng)處)并把它提供給發(fā)射系統(tǒng)，后者再處理(如編碼、調(diào)制與預(yù)加權(quán))數(shù)據(jù)，使各信道發(fā)射的信息位速率與該信道的傳輸能力相符。CSI分為“全CSI”或“部分CSI”。對(duì)于NT×NRMIMO陣列中各發(fā)射—接收天線對(duì)之間的傳播路徑，全CSI包括跨越整個(gè)系統(tǒng)帶寬的充足的特征(如幅值與相位)(即各傳輸信道的特征)。部分CSI包括例如傳輸信道的SNR。
可用各種技術(shù)處理數(shù)據(jù)在通過多條傳輸信道傳輸之前。在一種技術(shù)中，各傳輸信道的數(shù)據(jù)可按基于該信道的CSI選擇的特定編碼與調(diào)制方案加以編碼與調(diào)制。通過對(duì)每條傳輸信道分開編碼與調(diào)制，可對(duì)每條信道得到的SNR優(yōu)化編碼與調(diào)制。在該技術(shù)的一種實(shí)施中，用固定的基碼對(duì)數(shù)據(jù)編碼，然后刺穿(即有選擇地刪除)各傳輸信道的編碼位，得到該信道支持的碼速率。在該實(shí)施中，還根據(jù)各傳輸信道的碼速率與SNR選擇其調(diào)制方案。2001年2月1日提交的題為“Coding Scheme for a Wireless Communication System”的美國專利申請(qǐng)串號(hào)09/776,075詳述了這種編碼與調(diào)制實(shí)施法，該申請(qǐng)已轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)受讓人，通過引用包括在這里。對(duì)這種第一技術(shù)，明顯的實(shí)施復(fù)雜性通常與各傳輸信道具有不同的碼速率與調(diào)制方案關(guān)聯(lián)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供的技術(shù)用于(1)根據(jù)一普通編碼與調(diào)制方案處理所有選用傳輸信道的數(shù)據(jù)而提供調(diào)制碼元，和(2)根據(jù)信道的CSI對(duì)每條選用傳輸信道的調(diào)制碼元預(yù)加權(quán)。預(yù)加權(quán)方法是使選用的傳輸信道求逆，通常使接收系統(tǒng)的SNR對(duì)所有選用的傳輸信道都相近。在稱為選擇性信道求逆(SCI)的一實(shí)施例中，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸只選用SNR(或功率增益)等于或高于特定SNR(或功率增益)閾值的傳輸信道。運(yùn)用選擇性信道求逆，總有效發(fā)射功率只跨越“好”傳輸信道分布，提高了效率與性能。在另一實(shí)施例中，則選用所有有效的傳輸信道，并對(duì)所有有效信道作信道求逆。
在反射機(jī)有全CSI或部分CSI時(shí)，可有利地應(yīng)用這些信道求逆技術(shù)。這些技術(shù)改變了大部分與上述信道專用編碼與調(diào)制技術(shù)有關(guān)的復(fù)雜性，同時(shí)仍達(dá)到高性能。而且，選擇性信道求逆技術(shù)還提高了信道專用編碼與調(diào)制技術(shù)的性能，因?yàn)樗M合了以下好處(1)在有效傳輸信道當(dāng)中只使用NS條較佳的傳輸信道，和(2)各選用傳輸信道接收的SNR與所選擇編碼與調(diào)制方案所需的SNR相符。
對(duì)于應(yīng)用OFDM且具有有效全CSI的MIMO系統(tǒng)，發(fā)射系統(tǒng)知道各頻率子信道的每個(gè)發(fā)射—接收天線對(duì)之間傳輸路徑的復(fù)數(shù)估價(jià)增益，這一信息可用于使MIMO信道正交，從而對(duì)獨(dú)立的數(shù)據(jù)流應(yīng)用每種本征模式(即空間子信道)。
對(duì)于應(yīng)用OFDM且具有有效部分CSI的MIMO系統(tǒng)，發(fā)射機(jī)有限地了解傳輸信道。獨(dú)立的數(shù)據(jù)流可以通過有效的發(fā)射天線在相應(yīng)的傳輸信道上發(fā)射，而接收系統(tǒng)用特定的線性或非線性處理技術(shù)(即均衡)分離出這些數(shù)據(jù)流。均衡法提供相應(yīng)于各傳輸信道(即各發(fā)射天線和/或各頻率子信道)的獨(dú)立的數(shù)據(jù)流，而這些數(shù)據(jù)流各自有相關(guān)的SNR。
若發(fā)射系統(tǒng)處可得到成組傳輸信道的SNR，就可用該信息選擇正確的編碼與調(diào)制方案并分配總有效發(fā)射功率。在一實(shí)施例中，有效傳輸信道按SNR遞減次序排列，向NS條較佳傳輸信道分配和使用總有效發(fā)射功率。在一實(shí)施例中，不選用SNR低于特定SNR閾值的傳輸信道。選用的該SNR閾值可優(yōu)化吞吐量或某一其它指標(biāo)?？傆行Оl(fā)射功率跨越所有選用的傳輸信道而分布，使發(fā)射的數(shù)據(jù)流在接收系統(tǒng)處具有相近的SNR。若發(fā)射系統(tǒng)有信道增益，可作類似處理。在一實(shí)施例中，對(duì)所有選用的傳輸信道應(yīng)用普通的編碼方案(如特定碼速率的特定Turbo碼)和普通的調(diào)制方案(如特定的QAM構(gòu)象)。
傳輸信道求逆若能在發(fā)射系統(tǒng)處應(yīng)用一種簡單(普通)的編碼與調(diào)制方案，就可對(duì)所有選作數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏斝诺朗褂脝我坏?如卷積或Turbo)編碼器與碼速率編碼數(shù)據(jù)，并用單一的(如PSK或QAM)調(diào)制方案把得到的編碼位映射到調(diào)制碼元，再從可能的調(diào)制碼元的同一“字符表”中取出得到的調(diào)制碼元，用同一代碼與碼速率編碼。然而，多信道通信系統(tǒng)中的傳輸信道通常經(jīng)歷不同的鏈路條件并得到不同的SNR。此時(shí)若對(duì)每條選用的傳輸信道使用同樣的發(fā)射功率量，將取決于在其上發(fā)射調(diào)制碼元的特定信道以不同的SNR接收發(fā)射的調(diào)制碼元，結(jié)果成組選用的傳輸信道的碼元誤差概率將有大的變化，而且?guī)捫视邢嚓P(guān)的損失。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面，為了在接收系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特定的SNR，用一功率控制機(jī)理設(shè)置或調(diào)節(jié)選作數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿織l傳輸信道的發(fā)射功率電平。通過對(duì)所有選用的傳輸信道實(shí)現(xiàn)類似的接收SNR，可對(duì)所有選用的傳輸信道應(yīng)用單一的編碼與調(diào)制方案，這樣能顯著減小發(fā)射系統(tǒng)的編碼/調(diào)制處理和接收系統(tǒng)的解調(diào)/譯碼處理的復(fù)雜性。如下進(jìn)一步描述，功率控制的實(shí)現(xiàn)方法是使選用的傳輸信道“求逆”，并跨越所有選用的信道合理分配總有效發(fā)射功率。
若對(duì)所有有效的傳輸信道使用同樣的發(fā)射功率量，則特定信道接收的功率可以表示為Prx′(j,k)=PtxNTNF|H(j,k)|2]]>(公式1)式中P’rx(j，k)是傳輸信道(j，k)(即第k條頻率子信道的第j條空間子信道)接收的功率，Ptx是發(fā)射機(jī)處可得到的總發(fā)射功率，NT為發(fā)射天線數(shù)，NF為頻率子信道數(shù)，而H(j，k)是發(fā)射系統(tǒng)到接收系統(tǒng)的傳輸信道(j，k)的復(fù)數(shù)估價(jià)“有效”信道增益。為了簡化，信道增益H(j，k)包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的處理效果。同樣為了簡化，假設(shè)空間子信道數(shù)等于發(fā)射天線數(shù)，而NT·NF代表有效傳輸信道總數(shù)。若對(duì)各有效傳輸信道發(fā)射同量功率，則所有有效傳輸信道的總接收功率Prx可表示為Prx=Σj=1NTΣk=1NFPtxNTNF|H(j,k)|2]]>(公式2)公式(1)表示各傳輸信道的接收功率取決于該信道的功率增益，即|H(j，k)|2。為了實(shí)現(xiàn)跨越所有有效傳輸信道的同等接收功率，可在發(fā)射機(jī)處對(duì)各信道的調(diào)制碼元以權(quán)重W(j，k)作預(yù)加權(quán)，該權(quán)重可表示為W(j,k)=c|H(j,k)|]]>(公式3)其中c是所選擇的因子，以致接收機(jī)處所有傳輸信道接收的功率近似相等。如式(3)所示，各傳輸信道的權(quán)重反比于該信道的增益。再把傳輸信道(j，k)的加權(quán)的發(fā)射功率表示成Ptx(j,k)=bPtx|H(j,k)|2]]>(公式4)式中b是在諸有效傳輸信道之間分配總發(fā)射功率的“歸一化”因子，該歸一化因子可表示為
b=1Σj=1NTΣk=1NF|H(j,k)|-2]]>(公式5)式中c2＝b。如式(5)所示，計(jì)算歸一化因子b作為所有有效傳輸信道的倒數(shù)功率增益之和。
各傳輸信道調(diào)制碼元以W(j，k)作預(yù)加權(quán)，使該傳輸信道有效地“求逆”。這種信道反向?qū)е赂鱾鬏斝诺赖陌l(fā)射功率量反比于信道的功率增益，如式(4)所示，于是在接收機(jī)處提供了特定的接收功率。這樣，就根據(jù)它們的信道增益把總發(fā)射功率有效地分配(不均勻地)給所有有效的傳輸信道，使所有傳輸信道具有近似相等的接收功率，可表示為Pr，x(j，k)＝bPtx(公式6)若跨越所有傳輸信道的噪聲變化是一樣的，則相同接收功率可按單一的普通編碼與調(diào)制方案產(chǎn)生所有信道的調(diào)制碼元，明顯地簡化了編譯碼處理。
若不顧其信道增益而用所有有效傳輸信道作數(shù)據(jù)傳輸，則差的傳輸信道可分到更多的總發(fā)射功率。實(shí)際上，為對(duì)所有傳輸信道實(shí)現(xiàn)相似的接收功率，較差的傳輸信道得到的分配給該信道更多的發(fā)射功率。當(dāng)一條或多條傳輸信道變得太差時(shí)，這些信道所需的發(fā)射功率量將剝奪好信道的功率，于是使整個(gè)系統(tǒng)吞吐量劇減。
基于信道增益的選擇性信道求逆在一個(gè)方面中，有選擇地應(yīng)用信道求逆，而且只選擇其接收的功率相對(duì)于總接收功率等于或高于特定閾值α的傳輸信道作數(shù)據(jù)傳輸。接收功率低于該閾值的傳輸信道均被除去(即不用)。對(duì)每條選用的傳輸信道，在發(fā)射機(jī)處對(duì)調(diào)制碼元預(yù)加權(quán)，以致以近似一樣的功率電平接收所有選用的傳輸信道。可以選擇閾值使吞吐量最大或根據(jù)其它指標(biāo)來選用。該選擇性信道求逆方案保留了大部分對(duì)所有傳輸信道應(yīng)用普通編碼與調(diào)制方案所固有的簡潔性，同時(shí)又提供了與各傳輸信道分開編碼相關(guān)的高性能。
起初，對(duì)所有有效傳輸信道計(jì)算平均功率增益Lave，并可以表示為Lave=Σj=1NTΣk=1NF|(j,k)|2NTNF]]>(公式7)
在發(fā)射機(jī)處以權(quán)重 對(duì)各選用傳輸信道的調(diào)制碼元作預(yù)加權(quán)，可以表示為W~(j,k)=c~|H(j,k)|]]>(公式8)確定各選用傳輸信道與其增益成反比的權(quán)重，以致以近似相等的功率接收所有選用的傳輸信道。于是可以把各傳輸信道的加權(quán)的發(fā)射功率表示為 (公式9)式中α為閾值， 是在諸選用傳輸信道之間分配總發(fā)射功率使用的歸一化因子。如式(9)所示，若傳輸信道的功率增益大于或等于功率增益閾值(即|H(j，k)|2≥αLave)，就選用該傳輸信道。歸一化因子 只按選用的傳輸信道計(jì)算，可表示為b~=1Σ|H(j,k)|2≥αLave|H(j,k)|-2]]>(公式10)式(7)～(10)根據(jù)功率增益把總發(fā)射功率有效地分配給諸選用的傳輸信道，使所有選用的傳輸信道具有近似相等的接收功率，這可表示為 (公式11)基于信道SNR的選擇性信道求逆在許多系統(tǒng)中，在接收系統(tǒng)處的已知量是傳輸信道的接收SNR而不是信道增益(即路徑損失)。在這類系統(tǒng)中，可方便地把選擇性信道求逆技術(shù)改成根據(jù)接收的SNR而不是信道增益而工作。
若對(duì)所有有效傳輸信道使用相同的發(fā)射功率而且所有信道的噪聲變化σ2恒定，則傳輸信道(j，k)的接收SNR可表示為γ(j,k)=Prx(j,k)σ2=Ptxσ2NTNF|H(j,k)|2]]>(公式12)各有效傳輸信道平均接收的SNR即γave可以表示為γave=Ptxσ2(NTNF)2Σj=1NTΣk=1NF|H(j,k)|2]]>(公式13)
還假設(shè)諸有效傳輸信道上為相等發(fā)射功率。所有有效傳輸信道的接收SNR，即S，可以表示為S=Ptxσ2Lave=Ptxσ2NTNFΣj=1NTΣk=1NF|H(j,k)|2]]>(公式14)該接收的SNR，即S，是基于跨越所有有效傳輸信道而均勻分布的總發(fā)射功率的。
在選用的傳輸信道之間分配總發(fā)射功率的歸一化因子β可表示為β=1Σγ(j,k)≥αγaveγ(j,k)-1]]>(公式15)如式(15)所示，β根據(jù)所有選用的傳輸信道的SNR計(jì)算，且是作為SNR的倒數(shù)之和。
為對(duì)所有選用的傳輸信道實(shí)現(xiàn)類似的接收SNR，可用與信道的SNR相關(guān)的權(quán)重對(duì)各選用傳輸信道(j，k)的調(diào)制碼元作預(yù)加權(quán)，這可以表示為W~(j,k)=c~γ(j,k)]]>(公式16)式中c~2=β.]]>于是可將各傳輸信道的加權(quán)的發(fā)射功率表為 (公式17)如式(17)所示，只選用對(duì)其接收的SNR大于或等于SNR閾值(即γ(j，k)≥γave)的傳輸信道。
若跨越所有選用的傳輸信道分配總發(fā)射功率而使所有選用的信道接收的SNR相近，則各傳輸信道得到的接收的SNR可表示為 (公式18)把式(13)的γave和式(14)的S代入式(18)，得到下式 圖2A是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的過程200的流程圖，用于根據(jù)選擇性信道求逆法確定分配給各選用傳輸信道的發(fā)射功率量。若可得到傳輸信道的信道增益H(j，k)、接收的SNRγ(j，k)或某些其它特性，就可應(yīng)用過程200。為明白起見，下面對(duì)括號(hào)內(nèi)示出的情況(有信道增益和接收的SNR)描述過程200。
起先，在步驟212處，檢出所有有效傳輸信道的信道增益H(j，k)[或接收的SNRγ(j，k)]。在步驟214處，還用于選擇數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏斝诺赖墓β试鲆骈撝郸罫ave[或SNR閾值αγave]。下面進(jìn)一步詳述該閾值的計(jì)算。
然后對(duì)每條有效的傳輸信道作可能使用性評(píng)估。在步驟216處，識(shí)別出用于評(píng)估的一條(未評(píng)估的)有效傳輸信道。在步驟218，判斷該識(shí)別出的傳輸信道的功率增益[或接收的SNR]是否大于或等于功率增益閾值(即|H(j，k)|2≥αLave)[或SNR閾值(即γ(j，k)≥αγave)]。若識(shí)別出的傳輸信道滿足該指標(biāo)，則在步驟220被選用。反之，若該傳輸信道不滿足該指標(biāo)，就將它丟棄而不用于數(shù)據(jù)傳輸。
接著在步驟222處，判斷是否評(píng)估了所有有效的傳輸信道。若否定，則過程返回步驟216，識(shí)別另一條有效的傳輸信道作評(píng)估，否則過程進(jìn)到步驟224。
在步驟224處，根據(jù)所選信道的信道增益[或接收的SNR]，確定在選用的傳輸信道之間分配總發(fā)射功率的歸一化因子 [或β]。這可以用式(10)[或式(15)]實(shí)現(xiàn)。然后在步驟226處，根據(jù)歸一化因子與該信道的增益[或SNR]，計(jì)算各選用傳輸信道的權(quán)重 該權(quán)重可按式(8)[或式(16)]計(jì)算。于是，各選用傳輸信道的加權(quán)發(fā)射功率如式(9)所示[或式(17)]，過程就此終止。
閾值選擇可按各種指標(biāo)選擇閾值α。在一實(shí)施例中，選擇閾值以優(yōu)化吞吐量。
起初，規(guī)定設(shè)定點(diǎn)矢量(即Z[z1，z2……zN])和碼速率矢量(即R＝[r1，r2，……rN])。各矢量包括對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)中可用的有效碼速率數(shù)的N個(gè)單元?；蛘?，根據(jù)系統(tǒng)支持的工作點(diǎn)可以規(guī)定N個(gè)設(shè)定點(diǎn)。各設(shè)定點(diǎn)對(duì)應(yīng)于為實(shí)現(xiàn)特定性能水平所需的特定的接收SNR。在任一情況下，各碼速率rn(1≤n≤N)對(duì)應(yīng)于各設(shè)定點(diǎn)zn，這是對(duì)特定性能水平工作于該碼速率所必需的最小接收的SNR。如本領(lǐng)域所周知，可根據(jù)計(jì)算機(jī)模擬或數(shù)學(xué)求導(dǎo)確定所需的設(shè)定點(diǎn)zn。兩矢量R與Z里的諸單元也可排成{z1＞z2＞……＞zn}與{r1＞r2＞……＞rN}。
把所有有效傳輸信道的信道增益排列成表H(λ)，其中1≤λ≤NTNF，因而H(1)＝max(|H(j，k)|2)，……，而H(NTNF)＝min(|H(j，k)|2)。
可能的歸一化因子的序列 也可定義如下
b~(λ)=1Σi=1λ|H(j,k)|-2,1≤λ≤NTNF]]>(公式19)若選用λ條較佳傳輸信道，則可把序列 的各單元用作歸一化因子。
確定對(duì)于各碼速率rn(1≤n≤N)的λ的最大值λn，max，使λ條較佳傳輸信道的每一條接收的SNR大于或等于對(duì)應(yīng)于碼速率rn的設(shè)定點(diǎn)Zn。該條件可表示為b~(λ)Ptxσ2≥zn]]>(公式20)式中σ2是單一傳輸信道中接收的噪聲功率。通過以1開始評(píng)估各λ值可以識(shí)別λ的最大值。對(duì)每個(gè)λ值，可確定對(duì)λ條較佳傳輸信道可實(shí)現(xiàn)的SNR，如式(20)左邊變?cè)尽Ｔ賹⒃摽蓪?shí)現(xiàn)SNR與碼速率rn所需的SNR Zn相比較。
這樣，若跨越所有λ條信道(不均勻地)分配總發(fā)射功率，則可對(duì)各碼速率rn評(píng)估每個(gè)λ值(對(duì)λ＝1，2……等)，以便判斷對(duì)λ條較佳傳輸信道的每一條接收的SNR能否達(dá)到相應(yīng)的設(shè)定點(diǎn)zn。滿足該條件的λ的最大值λn，max就是可對(duì)對(duì)碼速率rn選擇的同時(shí)得到所需設(shè)定點(diǎn)Zn的最大傳輸信道數(shù)。
然后，把與碼速率rn關(guān)聯(lián)的閾值σ(n)表示為σ(n)=H(λn,max)Lave]]>(公式21)對(duì)要求設(shè)定點(diǎn)Zn的碼速率rn，閾值σ(n)使吞吐量最大。因所有選用的傳輸信道使用同一碼速率，故可將最大有效吞吐量Tn計(jì)算成各信道(rn)的吞吐量乘上選用的信道數(shù)λn，max。設(shè)定點(diǎn)Zn的最大有效吞吐量Tn可以表示為Tn＝λn，maxrn(公式22)式中Tn的單位是每一調(diào)制碼元的信息位。
諸設(shè)定點(diǎn)矢量的優(yōu)化吞吐量由下式給出Topt＝max(Tn) (公式23)隨著碼速率增大，每個(gè)調(diào)制碼元可發(fā)射更多信息位，不過需要的SNR也提高了，對(duì)給定的噪聲變化而言，各選用的傳輸信道要求更多的發(fā)射功率。因總發(fā)射功率有限，可能較少的傳輸信道能得到所需的較高SNR。這樣，可算出矢量中各碼速率的最大有效吞吐量，而對(duì)被評(píng)估的特定信道條件而言，可將提供最高吞吐量的碼速率視作優(yōu)化碼速率。于是優(yōu)化閾值αopt等于閾值α(n)，后者對(duì)應(yīng)于導(dǎo)致Topt的碼速率rn。
在以上描述中，根據(jù)所有傳輸信道的信道增益確定優(yōu)化閾值αopt。若得到的是接收的SNR而不是信道增益，則把接收的SNR排成表γ(λ)，其中1≤λ≤NTNF，使表中第一單元γ(1)＝max(γ(j，k))，……，表中的最后單元γ(NTNR)＝min(γ(j，k))。再將序列β(λ)定為β(λ)=1Σi=1λγ(i)-1]]>(公式24)對(duì)每個(gè)碼速率rn(其中1≤n≤N)，確定λ最大值λn，max，使λ條選用的傳輸信道的每一條接收的SNR大于或等于相應(yīng)的設(shè)定點(diǎn)zn。該條件可表示為β(λ)NTNF≥zn(公式25)一旦對(duì)碼速率rn確定了λ最大值λn，max后，即可把與該碼速率關(guān)聯(lián)的閾值α(n)確定為α(n)=γ(λn,max)γave]]>(公式26)如上所述，還可確定優(yōu)化閾值αopt和優(yōu)化吞吐量Topt。
以上描述，選擇閾值使吞吐量優(yōu)化。也可選擇該閾值使其它性能指標(biāo)或量度優(yōu)化，這在本發(fā)明范圍之內(nèi)。
圖2B是本發(fā)明一實(shí)施例的過程250的流程圖，用于對(duì)數(shù)據(jù)傳輸確定選擇傳輸信道的閾值α。若得到傳輸信道的信道增益、接收的SNR或其它特性，就可應(yīng)用過程250。為明白起見，下面對(duì)括號(hào)內(nèi)所示的情況(有信道增益和有接收的SNR)描述過程250。
在步驟250處，先規(guī)定一設(shè)定點(diǎn)矢量(Z＝[z1，z2，……zN])，并確定支持相應(yīng)設(shè)定點(diǎn)的碼速率矢量(R＝[r1，r2，……rN])。在步驟252處，檢出所有有效傳輸信道的信道增益H(j，k)[或接收的SNRγ(j，k)，并從最好到最壞排隊(duì)。再在步驟254處，根據(jù)式(19)所示的信道增益[或根據(jù)式(24)所示的接收的SNR]，確定可能的歸一化因子的序列 [或β(λ)]。
接著循環(huán)評(píng)估每個(gè)有效的碼速率。在步驟256的在循環(huán)的第一步中，識(shí)別出作評(píng)估的(未評(píng)估)碼速率rn。在第一次通過循環(huán)時(shí)，識(shí)別的碼速率可以是該矢量的第一碼速率r1。在步驟258處，對(duì)識(shí)別的碼速率rn，確定λ的最大值λn，max，使λ條較佳傳輸信道每一條接收的SNR大于或等于相應(yīng)的設(shè)定點(diǎn)zn。這可以通過計(jì)算并滿足式(20)[或式(25)]所示的條件來執(zhí)行。然后在步驟260處，根據(jù)式(21)所示信道λn，max的信道增益[或接收的SNR]，確定與設(shè)定點(diǎn)zn關(guān)聯(lián)的閾值α(n)。在步驟262處，還可確定設(shè)定點(diǎn)zn的最大有效吞吐量Tn，如式(22)所示。
然后在步驟264處，判斷是否已經(jīng)評(píng)估了所有的碼速率。若否定，則過程返回步驟256，識(shí)別另一碼速率作評(píng)估。否則在步驟266處確定優(yōu)化吞吐量Topt和優(yōu)化閾值αopt，過程終止。
多信道通信系統(tǒng)圖3的MIMO通信系統(tǒng)300能實(shí)施本發(fā)明各個(gè)方面和諸實(shí)施例。系統(tǒng)300包括與第二系統(tǒng)350(如終端106)通信的第一系統(tǒng)310(如圖1的基站104)，該系統(tǒng)操作時(shí)可組合應(yīng)用天線、頻率與臨時(shí)分集，以提高譜效率、改善性能并增大靈活性。
在系統(tǒng)310處，數(shù)據(jù)源312把數(shù)據(jù)(即信息位)提供給發(fā)射(Tx)數(shù)據(jù)處理器314，而后者(1)按特定編碼方案對(duì)數(shù)據(jù)編碼，(2)根據(jù)特定交錯(cuò)法對(duì)編碼的數(shù)據(jù)交錯(cuò)(即重排)，(3)對(duì)一條或多條選作數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏斝诺溃呀诲e(cuò)的位映射為調(diào)制碼元，和(4)對(duì)各選用傳輸信道的調(diào)制碼元預(yù)加權(quán)。編碼提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。交錯(cuò)為編碼位提供時(shí)間分集，讓數(shù)據(jù)按選用傳輸信道的平均SNR發(fā)射，抵抗衰落，還消除了構(gòu)成各調(diào)制碼元的編碼位之間的相關(guān)性。若編碼位通過多條頻率子信道發(fā)射，則交錯(cuò)還可提供頻率分集。預(yù)加權(quán)有效控制了各選用傳輸信道的發(fā)射功率，在接收系統(tǒng)處得到期望的SNR。在一個(gè)方面中，可按控制器334提供的控制信號(hào)執(zhí)行編碼、碼元映射和預(yù)加權(quán)。
Tx信道處理器320接收并使來自Tx數(shù)據(jù)處理器314加權(quán)的調(diào)制碼元分路，對(duì)各傳輸信道提供加權(quán)的調(diào)制碼元流，每一時(shí)隙一個(gè)加權(quán)調(diào)制碼元，若有全CSI，還可預(yù)處理各選用傳輸信道加權(quán)的調(diào)制碼元。
若不用OFDM，則Tx數(shù)據(jù)處理器314對(duì)各數(shù)據(jù)傳輸天線提供加權(quán)的調(diào)制碼元流。若應(yīng)用OFDM，則Tx數(shù)據(jù)處理器314對(duì)各數(shù)據(jù)傳輸天線提供加權(quán)的調(diào)制碼元矢量流。若作全CSI處理，則Tx數(shù)據(jù)處理器314便對(duì)各數(shù)據(jù)傳輸天線提供處理的調(diào)制碼元或預(yù)處理的調(diào)制碼元矢量流。然后各流被各自的調(diào)制器(MOD)322接收和調(diào)制，并通過有關(guān)聯(lián)的天線324發(fā)射。
在接收系統(tǒng)350處，若干接收天線352接收發(fā)射的信號(hào)并把接收的信號(hào)供給各自的解調(diào)器(DEMOD)354。每個(gè)解調(diào)器354執(zhí)行與預(yù)調(diào)制器322互補(bǔ)的處理。把來自所有解調(diào)器354的調(diào)制碼元供給接收(Rx)信道/數(shù)據(jù)處理器356，被處理后恢復(fù)發(fā)射的數(shù)據(jù)流。Rx信道/數(shù)據(jù)處理器356執(zhí)行與Tx數(shù)據(jù)處理器314和Tx信道處理器320互補(bǔ)的處理，向數(shù)據(jù)宿360提供譯碼的數(shù)據(jù)。下面詳述接收系統(tǒng)350的處理。
MIMO發(fā)射系統(tǒng)圖4A是MIMO發(fā)射系統(tǒng)310a的框圖，它能按本發(fā)明一實(shí)施例處理數(shù)據(jù)。發(fā)射系統(tǒng)310a是圖3的系統(tǒng)310的發(fā)射機(jī)部分的一實(shí)施例。系統(tǒng)310a包括(1)接收與處理信息位以提供加權(quán)調(diào)制碼元的Tx數(shù)據(jù)處理器314a和(2)對(duì)選用傳輸信道的調(diào)制碼元分路的Tx信道處理器320a。
在圖4A的實(shí)施例中，Tx數(shù)據(jù)處理器314a包括編碼器412、信道交錯(cuò)器414、穿刺器416、碼元映射元件418和碼元加權(quán)元件420。編碼器412接收要發(fā)射的組合信息位，按特定編碼方案對(duì)接收的位編碼而提供編碼的位。信道交錯(cuò)器414按特定交錯(cuò)法使編碼位交錯(cuò)，提供分集。穿刺器416穿刺(即刪除)零個(gè)或多個(gè)交錯(cuò)的編碼位，提供期望的編碼位數(shù)。碼元映射元件418把不穿刺的位映射為對(duì)選用的傳輸信道的調(diào)制碼元。碼元加權(quán)元件420按對(duì)其選擇的各權(quán)重對(duì)各選用傳輸信道的調(diào)制碼元加權(quán)，提供加權(quán)的調(diào)制碼元。
導(dǎo)頻數(shù)據(jù)(如已知模式數(shù)據(jù))也可編碼，并與處理的信息位多路復(fù)用?？稍谝蛔咏M或全部選用傳輸信道中或在一子組或全部現(xiàn)有傳輸信道中發(fā)射(如以時(shí)分多路復(fù)用(TDM)方式)處理的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)。接收機(jī)處可用該導(dǎo)頻數(shù)據(jù)作信道評(píng)估，如下所述。
如圖4A所示，根據(jù)識(shí)別要使用的特定編碼、交錯(cuò)和穿刺方案的一個(gè)或多個(gè)編碼控制信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)編碼、交錯(cuò)和穿刺。根據(jù)識(shí)別要使用的特定調(diào)制方案的調(diào)制控制信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)碼元映射。根據(jù)對(duì)選用傳輸信道設(shè)置的權(quán)重，實(shí)現(xiàn)碼元加權(quán)。
在一種編碼與調(diào)制方案中，通過使用固定基碼并調(diào)整穿刺實(shí)現(xiàn)編碼，以得到受選用傳輸信道的SNR支持的期望碼速率。基碼可以是Turbo碼、卷積碼、串級(jí)碼或其它代碼，也可以有特定速率(如1/3碼速率)。對(duì)該方案，可在信道交錯(cuò)之后作穿刺得到選用傳輸信道的期望的碼速率。
碼元映射元件416可設(shè)計(jì)成把若干組未穿刺位組合成非二進(jìn)制碼元，并，把各非二進(jìn)制碼元映射成在對(duì)應(yīng)于為選用傳輸信道所選擇的調(diào)制方案的信號(hào)構(gòu)象中的一點(diǎn)。調(diào)制方案可以是QPSK、M-PSK、M-QAM或一些其它方案。各映射的信號(hào)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一調(diào)制碼元。
在發(fā)射系統(tǒng)310a處，可按各種方案作編碼、交錯(cuò)、穿刺與碼元映射。前述美國專利申請(qǐng)串號(hào)09/776,075描述了一種特定方案。
對(duì)特定的性能水平而言(如1％幀差錯(cuò)率或FER)，對(duì)各調(diào)制碼元可發(fā)射的信息位數(shù)取決于接收的SNR。因而可按該信道的特性(如信道增益、接收的SNR或其它信息)確定所選傳輸信道的編碼與調(diào)制方案。也可按編碼控制信號(hào)調(diào)整信道交錯(cuò)。
表1列出的碼速率與調(diào)制方案的各種組合可用于若干接收的SNR范圍。應(yīng)用若干種可能的碼速率與調(diào)制方案組合的任一種，都可得到各傳輸信道支持的位速率。例如，應(yīng)用(1)1/2碼速率與QPSK調(diào)制、(2)1/3碼速率與8-PSK調(diào)制、(3)1/4碼速率與16-QAM或其它碼速率與調(diào)制方案組合，都可實(shí)現(xiàn)每調(diào)制碼元一信息位。表1中，對(duì)于列出的SNR范圍使用了QPSK、16-QAM和64-QAM。其它調(diào)制方案如8-PSK、32-QAM、128-QAM等也可使用，并且都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
表1

把來自Tx數(shù)據(jù)處理器314a的加權(quán)調(diào)制碼元提供給Tx信道處理器320a，后者是圖3中Tx信道處理器320的一實(shí)施例。在Tx信道處理器320a內(nèi)，分路器424接收加權(quán)的調(diào)制碼元并把它分成若干調(diào)制碼元流，選擇出發(fā)送調(diào)制碼元的每個(gè)傳輸信道一條流。把各調(diào)制碼元流供給各自的調(diào)制器322。若應(yīng)用OFDM，則對(duì)于各發(fā)射天線所有選用的頻率子信道，在各時(shí)隙把加權(quán)的調(diào)制碼元被組合成一加權(quán)的調(diào)制碼元矢量。各調(diào)制器322把加權(quán)的調(diào)制碼元(對(duì)于無OFDM的系統(tǒng))或加權(quán)的調(diào)制碼元矢量(對(duì)于有OFDM的系統(tǒng))轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，再對(duì)該信號(hào)作放大、濾波、正交調(diào)制與上變頻，以生成適合在無線鏈路上傳輸?shù)恼{(diào)制信號(hào)。
圖4B是MIMO發(fā)射系統(tǒng)310b的框圖，該系統(tǒng)能按本發(fā)明另一實(shí)施例處理數(shù)據(jù)。發(fā)射系統(tǒng)310b是圖3中系統(tǒng)310的發(fā)射部分的另一實(shí)施例。包括310b包括Tx數(shù)據(jù)處理器314b與Tx信道處理器320b。
在圖4B的實(shí)施例中，Tx數(shù)據(jù)處理器314b包括編碼器412、信道交錯(cuò)器414、碼元映射元件418與碼元加權(quán)元件420。編碼器412接收組合信息位并按特定編碼方案作編碼，以提供編碼位。基于控制器334選擇的標(biāo)識(shí)為編碼控制信號(hào)的特定代碼與碼速率可實(shí)現(xiàn)編碼。信道交錯(cuò)器414對(duì)編碼位進(jìn)行交錯(cuò)，而碼元映射元件418把交錯(cuò)的位映射成所選傳輸信道的調(diào)制碼元。碼元加權(quán)元件420根據(jù)各自的權(quán)重對(duì)各選用的傳輸信道的調(diào)制碼元加權(quán)而提供加權(quán)的調(diào)制碼元。
在圖4B的實(shí)施例中，發(fā)射系統(tǒng)310b能根據(jù)全CSI預(yù)處理加權(quán)的調(diào)制碼元。在Tx信道處理器320b內(nèi)，信道MIMO處理器422把加權(quán)的調(diào)制碼元分成若干(最多Nc)加權(quán)的調(diào)制碼元流，用于發(fā)調(diào)調(diào)制碼元的每個(gè)空間子信道(即本征模)一條流。對(duì)于全CSI處理，信道MIMO處理器422在各時(shí)隙預(yù)處理(多達(dá)Nc)加權(quán)的調(diào)制碼元，生成如下NT個(gè)預(yù)處理的調(diào)制碼元x1x2MxNT=e11,e12,Λe1NCe21,e22,e2NCMOMeNT1,eNT1,ΛeNTNC·b1b2MbNC]]>(公式27)式中b1、b2……與bne分別是空間子信道1、2…NNC的加權(quán)的調(diào)制碼元，eij是與發(fā)射天線到接收天線的傳輸特性相關(guān)的本征矢量矩陣E的元，而x1、x2…xNT是預(yù)處理的調(diào)制碼元，可以表示為x1=b1·e11+b2·e12+...+bNC·e1NC,]]>x2=b1·e21+b2·e22+...+bNC·e2NC·]]>而xNT=b1·eNT1+b2·eNT2+...+bNC·eNTNC]]>本征矢量矩陣E由發(fā)射機(jī)計(jì)算，或由接收機(jī)供給發(fā)射機(jī)。確定有效信道增益H(j、k)也要考慮矩陣E的諸元。
對(duì)全CSI處理，對(duì)特定發(fā)射天線而言，各預(yù)處理的調(diào)制碼元Xi代表多達(dá)Ne條空間子信道的加權(quán)調(diào)制碼元的線性組合。對(duì)各時(shí)隙，信道MIMO處理器422產(chǎn)生的(多達(dá))NT個(gè)預(yù)處理調(diào)制碼元經(jīng)分路器424分路，供給(多達(dá))NT個(gè)調(diào)制器322。各調(diào)制器322把預(yù)處理的調(diào)制碼元(對(duì)無OFDM的系統(tǒng))或預(yù)處理的調(diào)制碼元矢量(對(duì)有OFDM的系統(tǒng))轉(zhuǎn)換成適合在無線鏈路上傳輸?shù)恼{(diào)制信號(hào)。
圖4c是MIMO發(fā)射系統(tǒng)310c的框圖，它應(yīng)用了OFDM，能按本發(fā)明又一實(shí)施例處理數(shù)據(jù)。在Tx數(shù)據(jù)處理器314c內(nèi)，分路器428把要發(fā)射的信息位分成若干(多達(dá)NL)頻率子信道數(shù)據(jù)流，用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿總€(gè)頻率子信道一條流。每條頻率子信道數(shù)據(jù)流供給各自的頻率子信道數(shù)據(jù)處理器430。
各數(shù)據(jù)處理器430處理OFDM系統(tǒng)各自的頻率子信道的數(shù)據(jù)?？蓪?shí)施各數(shù)據(jù)處理器430使之類似于圖4A的Tx數(shù)據(jù)處理器314a與和圖4B的Tx數(shù)據(jù)處理器314b或采用其它設(shè)計(jì)。在一實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理器430把頻率子信道數(shù)據(jù)流分成若干數(shù)據(jù)流，選用于頻率子信道的每個(gè)空間子信道一條數(shù)據(jù)子流。各數(shù)據(jù)子流經(jīng)編碼、交錯(cuò)、碼元映射與加權(quán)，產(chǎn)生該數(shù)據(jù)子流的調(diào)制碼元?？梢园淳幋a與調(diào)制控制信號(hào)調(diào)整各頻率子信道數(shù)據(jù)流或各數(shù)據(jù)子流的編碼與調(diào)制，并根據(jù)權(quán)重執(zhí)行加權(quán)。這樣，各數(shù)據(jù)處理器430對(duì)選用于頻率子信道的多達(dá)Nc條空間子信道提供多達(dá)Nc條調(diào)制碼元流。
對(duì)于應(yīng)用OFDM的MIMO系統(tǒng)，在多條頻率子信道上和從多個(gè)發(fā)射天線發(fā)射調(diào)制碼元。在MIMO處理器320c內(nèi)，把來自各數(shù)據(jù)處理器430的多達(dá)Nc條調(diào)制碼元流提供給各自的子信道空間處理器432，后者按信道控制和/或有效的CSI處理收到的調(diào)制碼元。若不作全CSI處理，則各空間處理器432可簡單地實(shí)現(xiàn)分路器(如圖4A所示)，若作全CSI處理，則可實(shí)現(xiàn)信道MIMO處理器再后接分路器(如4B所示)。對(duì)于應(yīng)用OFDM的MIMO系統(tǒng)，可在各頻率子信道上作全CSI處理(即預(yù)處理)。
各子信道空間處理器432把各時(shí)隙多達(dá)Nc個(gè)調(diào)制碼元對(duì)選用于該頻率子信道的發(fā)射天線分成多達(dá)NT個(gè)調(diào)制碼元。對(duì)各發(fā)射天線，組合器434接收多達(dá)NL條選用于該發(fā)射天線的頻率子信道的調(diào)制碼元，將各時(shí)隙的碼元組合成調(diào)制碼元矢量V，并把調(diào)制碼元矢量提供給下一處理級(jí)(即各個(gè)調(diào)制器322)。
于是MIMO處理器接收和處理該調(diào)制碼元以提供多達(dá)NT個(gè)調(diào)制碼元矢量V1～VNT，各選用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)射天線一個(gè)調(diào)制碼元矢量。各調(diào)制碼元矢量V覆蓋單個(gè)時(shí)隙，而調(diào)制碼元矢量V的各元與具有傳輸調(diào)制碼元的唯一的子載波的特定頻率子信道關(guān)聯(lián)。
圖4C還示出OFDM的調(diào)制器322的實(shí)施例。把來自MIMO處理器320c的調(diào)制碼元矢量V1～VNt分別提供給調(diào)制器322a～322t。在圖4c的實(shí)施例中，各調(diào)制器322包括Nt快速富利葉逆變換(IFFT)440、循環(huán)前綴發(fā)生器442和上變頻器444。
IFFT440利用IFFT把接收到的各調(diào)制碼元矢量轉(zhuǎn)換成其時(shí)域表示(稱為OFDM碼元)。可把IFFT440可設(shè)計(jì)成對(duì)任意數(shù)量的頻率子信道(如8、16、32等)作IFFT。在一實(shí)施例中，對(duì)每個(gè)轉(zhuǎn)換成OFDM碼元的調(diào)制碼元矢量，循環(huán)前綴發(fā)生器442重復(fù)OFDM碼元的一部分時(shí)域表示，對(duì)特定發(fā)射天線形成一“傳輸碼元”。在出現(xiàn)多經(jīng)延遲擴(kuò)展時(shí)該循環(huán)前綴保證該傳輸碼元保持其正交特性，從而提高對(duì)抗有害路徑效應(yīng)的性能。IFFT440和循環(huán)前綴發(fā)生器442的實(shí)施已為本領(lǐng)域熟知，這里不作詳述。
接著，由上變頻器444處理(如轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)、調(diào)制、放大與濾波)來自各循環(huán)前綴發(fā)生器442的時(shí)域表示(即各天線的傳輸碼元)，以生成調(diào)制信號(hào)，并從各個(gè)天線324發(fā)射。
John A.C.Bingham在其論文“Multicarrier Modulation for DataTransmissionAn Idea Whose Time Has Come”(IEEE Communications Magazine，May 1990)中詳述了OFDM調(diào)制，該文通過引用包括在這里。
圖4A～4C示出能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明各個(gè)方面和諸實(shí)施例的三種MIMO發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)。本發(fā)明還可在不應(yīng)用MIMO的OFDM系統(tǒng)中實(shí)施。各種其它發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)也能實(shí)施這里所述的各種創(chuàng)新技術(shù)而且也在本發(fā)明范圍內(nèi)。其中在下列美國專利申請(qǐng)中詳述了有些發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)前述的NO.09/776,075；2000年3月22提交的題為“High Efficiency，High Performance Communications SystemEmploying Multi-Carrier Modulation”的NO.09/532,492；2001年3月23日提交的題為“Method and Apparatus for Utilizing Channel StateInformation in A Wireless Communication System”的NO.09/826,481；和2001年5月11日提交的題為“Method and Apparatus for Processing Data ina Mutiple-Input Multiple-Output(MIMO)Communication System UtilizingChannel State Information”的NO.[委托案卷號(hào)PD010210]，這些申請(qǐng)都已轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人，通過引用包括在這里。這些專利申請(qǐng)還詳述了MIMO處理與CSI處理。
通常，發(fā)射系統(tǒng)310根據(jù)特定的普通編碼與調(diào)制方案對(duì)所有選用傳輸信道的數(shù)據(jù)作編碼與調(diào)制，調(diào)制碼元再用指定給選用傳輸信道的權(quán)重加權(quán)，以致在接收機(jī)處實(shí)現(xiàn)期望的性能水平。本文描述的諸技術(shù)適用于被MIMO、OFDM或任何其它能支持多條平行傳輸信道的通信方案(如CDMA法)所支持的多平行傳輸信道。
MIMO接收系統(tǒng)圖5是MIMO接收系統(tǒng)350a的框圖，它能按本發(fā)明一實(shí)施例接收數(shù)據(jù)。接收系統(tǒng)350a是圖3中接收系統(tǒng)350的一特定實(shí)施例，可實(shí)現(xiàn)接收并恢復(fù)發(fā)射信號(hào)的連續(xù)構(gòu)象接收機(jī)處理技術(shù)。NR個(gè)天線352a～352r中的每一個(gè)接收從(多達(dá))NT個(gè)發(fā)射天線發(fā)射的信號(hào)并傳到各自的解調(diào)器(DEMOD)354(也稱為前端處理器)。
各解調(diào)器354調(diào)整(如濾波與放大)各自接收到的信號(hào)，把調(diào)整的信號(hào)下變頻為中頻或基帶，再將下變頻的信號(hào)數(shù)字化而提供樣本。各解調(diào)器354還用收到的導(dǎo)頻對(duì)樣本解調(diào)，產(chǎn)生接收的調(diào)制碼元流，并把它提供給RX信道/數(shù)據(jù)處理器356a。
若對(duì)數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用OFDM，則各解調(diào)器354還執(zhí)行與圖4c所示調(diào)制器322的處理互補(bǔ)的處理。此時(shí)，解調(diào)器354包括一FFT處理器(未示出)，產(chǎn)生變換的樣本表示，提供調(diào)制碼元矢量流。各矢量包括用于多達(dá)NL選用率子信道的多達(dá)NL個(gè)調(diào)制碼元，每一時(shí)隙提供一個(gè)矢量。把來自所有NR個(gè)解調(diào)器的FFT處理器的調(diào)制碼元矢量流再提供給分路器(圖5中未示出)，后者把來自各FFT處理器的調(diào)制碼元矢量流“信道”成為對(duì)應(yīng)于用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l率子信道數(shù)的NL條調(diào)制碼元流。對(duì)每條頻率子信道獨(dú)立處理的發(fā)射處理方案(如圖4c所示)，分路器還將多達(dá)NL條調(diào)制碼元流的每一條提供給個(gè)別RX MIMO/數(shù)據(jù)處理器356a。
對(duì)于應(yīng)用OFDM的MIMO系統(tǒng)，可用一個(gè)RX MIMO/數(shù)據(jù)處理器356a對(duì)多達(dá)NL條用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l率子信道的每一條處理成組來自NR個(gè)接收天線的NR條調(diào)制碼元流?；蛘?，用單個(gè)RX信道/數(shù)據(jù)處理器356a分別處理該組與各頻率子信道有關(guān)的調(diào)制碼元流。對(duì)不用OFDM的MIMO系統(tǒng)，可用一個(gè)RX MIMO/數(shù)據(jù)處理器356a處理來自NR個(gè)接收天線的NR條調(diào)制碼元流。
在圖5的實(shí)施例中，RX信道/數(shù)據(jù)處理器356a(它是圖3中RX信道/數(shù)據(jù)處理器356的一實(shí)施例)包括若干連續(xù)的(即級(jí)聯(lián)的)接收機(jī)處理級(jí)510，每條要被接收系統(tǒng)350a恢復(fù)的發(fā)射數(shù)據(jù)流一個(gè)級(jí)。在一發(fā)射處理方案中，在每條用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏斝诺郎舷蚪邮障到y(tǒng)350a發(fā)射一條數(shù)據(jù)流，獨(dú)立處理(如利用其自己的編碼與調(diào)制方案)每條數(shù)據(jù)流，并從各自的發(fā)射天線發(fā)射。對(duì)該發(fā)射處理方案，接收系統(tǒng)350a準(zhǔn)備對(duì)每條OFDM子信道恢復(fù)的數(shù)據(jù)流條數(shù)等于傳輸信道數(shù)，也等于用于對(duì)接收系統(tǒng)350a作數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)射天線數(shù)(可以是可用發(fā)射天線的子組)。為明白起見，對(duì)該發(fā)射處理方案描述RX信道/數(shù)據(jù)處理器356a。
每個(gè)接收機(jī)處理級(jí)510(除了末級(jí)510n之外)包括一耦合到消擾器530的信道MIMO/數(shù)據(jù)處理器520，末級(jí)510n只包括信道MIMO/數(shù)據(jù)處理器520n。對(duì)第一接收機(jī)處理級(jí)510a，信道MIMO/數(shù)據(jù)處理器520a接收和處理來自解調(diào)器354a～354r的NR條調(diào)制碼元流，對(duì)第一傳輸信道(或第一發(fā)射信號(hào))提供譯碼的數(shù)據(jù)流。而對(duì)第二到末級(jí)510b～510n的每一級(jí)，該級(jí)的信道MIMO/數(shù)據(jù)處理器520接收和處理來自前一級(jí)消擾器520的NR條修正的碼元流，對(duì)該級(jí)處理的傳輸信道導(dǎo)出一譯碼的數(shù)據(jù)流。各信道MIMO/數(shù)據(jù)處理器520還對(duì)相關(guān)傳輸信道提供CSI(如SNR)。
對(duì)第一接收機(jī)處理級(jí)510a，消擾器530a接收來自所有NR個(gè)解調(diào)器354的NR條調(diào)制碼元流。而對(duì)第二到第二至末級(jí)的每一級(jí)，消擾器530接收來自前一級(jí)消擾器的NR條修正的碼元流。各消擾器530還接收來自同級(jí)中的信道MIMO/數(shù)據(jù)處理器520的譯碼的數(shù)據(jù)流，并執(zhí)行處理(如編碼、交錯(cuò)、調(diào)制、信道響應(yīng)等)，以導(dǎo)出NR條再調(diào)制的碼元流，這就是接收的調(diào)制碼元流中因該譯碼的數(shù)據(jù)流引起的干擾分量的估計(jì)值。然后從接收的調(diào)制碼元流里減去再調(diào)制的碼元流，得出除了被減去的(即消除的)干擾分量的所有NR條修正的碼元流。再將NR條修正的碼元流提供給下一級(jí)。
圖5中示出耦合到RX信道/數(shù)據(jù)處理器356a的控制器540，它在處理器356a執(zhí)行的連續(xù)構(gòu)象接收機(jī)處理中可用于指揮各種步驟。
當(dāng)每條數(shù)據(jù)流通過各自的發(fā)射天線發(fā)射時(shí)，圖5示出的接收機(jī)結(jié)構(gòu)可以直接方式應(yīng)用(即一條數(shù)據(jù)流對(duì)應(yīng)每個(gè)發(fā)射的信號(hào))。此時(shí)，可操作各接收機(jī)處理級(jí)510以恢復(fù)接收系統(tǒng)350a作為目標(biāo)的發(fā)射信號(hào)之一，并提供對(duì)應(yīng)于所恢復(fù)發(fā)射信號(hào)的譯碼的數(shù)據(jù)流。
對(duì)其它一些發(fā)射處理方案，可通過多個(gè)發(fā)射天線、頻率子信道和/或時(shí)間間隔發(fā)射數(shù)據(jù)流，分別提供空間、頻率和時(shí)間分集。對(duì)這些方案，接收機(jī)處理起初對(duì)在各頻率子信道的各發(fā)射天線上發(fā)射的信號(hào)導(dǎo)出接收的調(diào)制碼元流。然后以發(fā)射系統(tǒng)執(zhí)行分路的互補(bǔ)方式對(duì)多個(gè)發(fā)射天線、頻率子信道和/或時(shí)間間隔組合諸調(diào)制碼元。再處理組合的調(diào)制碼元流，以提供相應(yīng)的譯碼的數(shù)據(jù)流。
圖6A是信道MIMO/數(shù)據(jù)處理器520x的一實(shí)施例的框圖，它是圖5中信道MIMO/數(shù)據(jù)處理器520的一實(shí)施例。在該實(shí)施例中，信號(hào)MIMO數(shù)據(jù)處理器520x包括空間/時(shí)空處理器610、CSI處理器612、選擇器614、解調(diào)單元616、去交錯(cuò)618與譯碼器620。
空間/時(shí)空處理器610對(duì)非色散MIMO信道的NR個(gè)接收信號(hào)(即有平坦衰落)作線性空間處理，或?qū)ιIMO信道的NR個(gè)接收信號(hào)(即有頻選衰落)作時(shí)空處理?？臻g處理可應(yīng)用線性空間處理技術(shù)，如信道相關(guān)矩陣求逆(CCMI)技術(shù)、最小均方差(MMSE)技術(shù)等。在有來自其它信號(hào)的噪聲與干擾時(shí)，這些技術(shù)可消除不希望的信號(hào)，或使每個(gè)組成信號(hào)接收的SNR最大。時(shí)空處理可用線性時(shí)空處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)，如MMSE線性均衡器(MMSE-LE)、判斷反饋均衡器(DFE)、最大似然序列評(píng)估器(MLSE)等。CCMI、MMSE、MMSE-LE與DFE技術(shù)在前述美國專利申請(qǐng)串[委托案卷號(hào)PA010210]中均有詳述。S.L.Ariyavistakul等人在題為“Optimum Space-Time Processors with Dispersive InterferenceUnifiedAnalysis and Required Filter Span”(IEEE Trans.onCommunication，vol.7，NO.7，July 1999)的論文中也詳述了DFE和MLSE技術(shù)，該論文通過引用包括在這里。
CSI處理器612確定用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)母鱾鬏斝诺赖腃SI。例如可以根據(jù)接收的導(dǎo)頻信號(hào)估算一噪聲協(xié)方差矩陣，再計(jì)算用于要譯碼的數(shù)據(jù)流的第k條傳輸信道的SNR。SNR的估算類似于常規(guī)的導(dǎo)頻輔助式單與多載波系統(tǒng)，已為本領(lǐng)域熟悉。用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃袀鬏斝诺赖腟NR包括向該傳輸信道的發(fā)射系統(tǒng)回報(bào)的CSI。CSI處理器612還可向選擇器614提供控制信號(hào)，用于識(shí)別準(zhǔn)備由該接收機(jī)處理級(jí)恢復(fù)的特定數(shù)據(jù)流。
選擇器614接收來自空間/時(shí)空處理器610的若干碼元流，取出對(duì)應(yīng)于CSI處理器612的控制信號(hào)指示的要求譯碼的數(shù)據(jù)的碼元流，再把取出的調(diào)制碼元流供給解調(diào)單元614。
對(duì)圖6示出的實(shí)施例，其中各傳輸信道的數(shù)據(jù)流根據(jù)信道的SNR獨(dú)立地編碼與調(diào)制，按照與該傳輸信道使用的調(diào)制方案互補(bǔ)的解調(diào)方案(如M-PSK、M-QAM)，對(duì)選用傳輸信道的恢復(fù)的調(diào)制碼元解調(diào)。然后，去交錯(cuò)618以與信道交錯(cuò)器614互補(bǔ)的方式對(duì)來自解調(diào)單元616的解調(diào)數(shù)據(jù)去交錯(cuò)，而去交錯(cuò)的數(shù)據(jù)再被譯碼器620以與編碼器612互補(bǔ)的方式譯碼。例如，若發(fā)射系統(tǒng)分別作Turbo或卷積編碼，則譯碼器620可使用Turbo譯碼器或Vitevbi譯碼器。來自譯碼器620的譯碼數(shù)據(jù)流代表被恢復(fù)的發(fā)射數(shù)據(jù)流的估值。
圖6B是消擾器530x的框圖，它是圖5中消擾器530的一實(shí)施例。在消擾器530x內(nèi)，信道數(shù)據(jù)處理器628對(duì)來自同級(jí)中的信道MIMO/數(shù)據(jù)處理器520的譯碼的數(shù)據(jù)流再編碼、交錯(cuò)與再調(diào)制以提供再調(diào)制碼元，這就是發(fā)射系統(tǒng)在MIMO處理與信道畸變之前的調(diào)制碼元估值。信道數(shù)據(jù)處理器628對(duì)該數(shù)據(jù)流執(zhí)行與發(fā)射系統(tǒng)同樣的處理(如編碼、交錯(cuò)與調(diào)制)。然后把再調(diào)制碼元送信道模擬器630，后者以評(píng)估的信道響應(yīng)處理諸碼元，以提供譯碼的數(shù)據(jù)流造成的干擾估值 根據(jù)發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射的導(dǎo)頻和/或數(shù)據(jù)并按照前述美國專利申請(qǐng)串號(hào)[委托案卷號(hào)PA010210]描述的技術(shù)，可求出該信道響應(yīng)估值。
干擾矢量 中的NR個(gè)元對(duì)應(yīng)于NR個(gè)接收天線中每一個(gè)因在第k個(gè)發(fā)射天線上發(fā)射碼元流而引起的接收信號(hào)的分量。該矢量的每個(gè)元代表相應(yīng)于接收的調(diào)制碼元流中譯碼數(shù)據(jù)流引起的被評(píng)估分量。這些分量是NR個(gè)接收調(diào)制碼元流(即矢量rk)中剩余(還未檢測)的發(fā)射信號(hào)的干擾，由加法器632將其從接收信號(hào)矢量rk中減去(即消除)，以提供具有來自被消除譯碼數(shù)據(jù)流諸分量的修正矢量rk+1，并把修正矢量rk+1當(dāng)作輸入矢量提供給下一接收機(jī)處理級(jí)，如圖5所示。
連續(xù)構(gòu)象接收機(jī)處理的各個(gè)方面，在前述美國專利申請(qǐng)串號(hào)[委托案卷號(hào)PA010210]中都有詳述。
圖7是MIMO接收系統(tǒng)350b的框圖，它能按本發(fā)明另一實(shí)施例接收數(shù)據(jù)。來自(多達(dá))NT個(gè)發(fā)射天線的發(fā)射信號(hào)被NR個(gè)天線352a～352r的每一個(gè)接收后傳給各自的解調(diào)器354。每個(gè)解調(diào)器354對(duì)各自接收的信號(hào)作調(diào)整、處理與數(shù)字化，以提供送給RX MIMO/數(shù)據(jù)處理器356b的樣本。
在RX MIMO/數(shù)據(jù)處理器356b內(nèi)，把各接收天線的樣本提供給各自的FFT處理器710，后者生成接收樣本的變換的表示，并提供各自的調(diào)制碼元矢量流。然后，將來自FFT處理器710a～710r的調(diào)制碼元矢量流提供給處理器720。處理器720把來自各FFT處理器710的調(diào)制碼元矢量流信道化成數(shù)量多達(dá)NL條的子信道碼元流。處理器720再對(duì)子信道碼元流作空間處理或時(shí)空處理，提供后處理的調(diào)制碼元。
對(duì)通過多條頻率子信道和/或多條空間子信道發(fā)射的各數(shù)據(jù)流，處理器720還將用于傳輸數(shù)據(jù)流的所有頻率與空間子信道的調(diào)制碼元組合成一條后處理的調(diào)制碼元流，然后提供給數(shù)據(jù)流處理器730。各數(shù)據(jù)流處理器730對(duì)該數(shù)據(jù)流執(zhí)行與發(fā)射裝置處所執(zhí)行的互補(bǔ)的解調(diào)、去交錯(cuò)與譯碼，并提供各自的譯碼數(shù)據(jù)流。
可以使用應(yīng)用和不應(yīng)用連續(xù)構(gòu)象接收機(jī)處理技術(shù)的接收系統(tǒng)來接收、處理與恢復(fù)發(fā)射的數(shù)據(jù)流。在前述美國專利申請(qǐng)串號(hào)09/776,075與09/826,481以及2000年3月30日提交的題為“High Efficiency，High PerformanceCommunications System Employing Multi-Carrier Modulation”的美國專利申請(qǐng)串號(hào)09/532,492中(已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人，通過引用包括在這里)，都描述了某些能處理通過多條傳輸信道接收的信號(hào)的接收系統(tǒng)。
獲取發(fā)射系統(tǒng)的CSI為簡明起見，已經(jīng)描述了本發(fā)明的各個(gè)方面和實(shí)施例，其中CSI都包括SNR。通常，CSI可包含任一類指示通信鏈路特性的信息。各類信息可作為CSI提供，下面描述幾個(gè)實(shí)例。
在一實(shí)施例中，CSI包含信噪與信擾比(SNR)，可推導(dǎo)出它作為信號(hào)功率與噪聲加干擾功率之比。一般可對(duì)用于數(shù)據(jù)傳輸(如各發(fā)射數(shù)據(jù)流)的各傳輸信道估算和設(shè)置SNR，盡管也可對(duì)若干傳輸信道設(shè)置合計(jì)的SNR?？梢园裇NR估值可以量化為具有特定位數(shù)的值。在一實(shí)施例中，例如可用查表法把SNR估值映射成SNR指數(shù)。
在另一實(shí)施例中，CSI包括各頻率子信道中每一空間子信道的功率控制信息。功率控制信息可包含各傳輸信道的單個(gè)位以指示請(qǐng)求更多或更少的功率，或可包含多個(gè)位以指示所請(qǐng)求功率電平變化幅度。在該例中，發(fā)射系統(tǒng)可以利用從接收系統(tǒng)反饋的功率控制信息來確定選擇哪些傳輸信道和各傳輸信道使用哪種功率。
在又一實(shí)施例中，CSI包括信號(hào)功率和干擾加噪聲功率。可分別求出這兩個(gè)分量并提供給用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)母鱾鬏斝诺馈?br> 在再一個(gè)實(shí)施例中，CSI包括信號(hào)功率、干擾功率與噪聲功率。可求出這三個(gè)分量并提供給用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)母鱾鬏斝诺馈?br> 在再另一實(shí)施例中，CSI包括信噪比加一系列各可觀察干擾項(xiàng)的干擾功率，可求出該信息并提供給用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)母鱾鬏斝诺馈?br> 在又一實(shí)施例中，CSI包括矩陣形式中的信號(hào)分量(如所有發(fā)射—接收天線對(duì)的NT×NR復(fù)合輸入)和矩陣形式中的噪聲加干擾分量(如NT×NR復(fù)合輸入)，于是發(fā)射系統(tǒng)可對(duì)有關(guān)發(fā)射—接收天線對(duì)正確地組合該信號(hào)分量與噪聲加干擾分量，推導(dǎo)出用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)母鱾鬏斝诺赖钠焚|(zhì)(如接收系統(tǒng)接收到的各發(fā)射數(shù)據(jù)流的后處理SNR)。
在再一個(gè)實(shí)施例中，CSI包括各發(fā)射數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)速率指示符。先確定準(zhǔn)備用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏斝诺赖钠焚|(zhì)(如根據(jù)對(duì)該傳輸信道評(píng)估的SNR)，再識(shí)別對(duì)應(yīng)于該確定的信道品質(zhì)的數(shù)據(jù)速率(如根據(jù)查找表)。識(shí)別出的數(shù)據(jù)速率表示對(duì)要求的性能水平可在該傳輸信道上發(fā)射的最大數(shù)據(jù)速率。接著把該數(shù)據(jù)速率映射成和表示為數(shù)據(jù)速率指示符(DRI)，能對(duì)它有效地編碼。例如，若對(duì)各發(fā)射天線發(fā)射系統(tǒng)支持(多達(dá))7種可能的數(shù)據(jù)速率，則可用3位值代表該DRI，如零可以指示零數(shù)據(jù)速率(即不使用發(fā)射天線)，1-7可以指示7種不同的數(shù)據(jù)速率。在一典型實(shí)施方案中，例如，根據(jù)查找表把品質(zhì)測量(如SNR估值)直接映射為DRI。
在再另一實(shí)施例中，CSI包括發(fā)射系統(tǒng)對(duì)各發(fā)射數(shù)據(jù)流準(zhǔn)備使用的特定處理方案的指示。該例中，該指示符可識(shí)別特定的編碼方案與準(zhǔn)備用于發(fā)射數(shù)據(jù)流而實(shí)現(xiàn)期望性能水平的特定調(diào)制方案。
在又一實(shí)施例中，CSI包括對(duì)一傳輸信道特定品質(zhì)量度的差示指示符。先確定該傳輸信道的SNR或DRI或某一另外的品質(zhì)測量，并報(bào)道為參照測量值。之后，連續(xù)監(jiān)視該傳輸信道的品質(zhì)，并測定最后報(bào)道的測量值與當(dāng)前測量值之差。然后，把該差值量化成一位或多位，而量化的差值經(jīng)映射用差示指示符表示，再報(bào)道該差示指示符。差示指示符表示對(duì)最后報(bào)道的測量值增加或減少一特定步長大小(或維持最后報(bào)道的測量值)。例如，差示指示符可以表示(1)對(duì)特定傳輸信道觀察的SNR已增大或減小了一特定步長大小，或(2)應(yīng)以特定量或是某些其它變化調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)速率?？啥ㄆ诎l(fā)射參照測量值，以保證差示指示符誤差和/或這些指示符的誤接收不積累。
在再一個(gè)實(shí)施例中，CSI包括接收系統(tǒng)根據(jù)發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射的信號(hào)對(duì)各可用傳輸信道評(píng)估的信道增益。
也可使用其它形式CSI系統(tǒng)而且在本發(fā)明范圍內(nèi)。CSI一般包括按可以使用的任何形式的足夠的信息，可用于(1)選擇一組將形成優(yōu)化或接近優(yōu)化的吞吐量的傳輸信道，(2)對(duì)每個(gè)選用傳輸信道確定等于或近似等于接收的SNR的加權(quán)系數(shù)，和(3)對(duì)各選用的傳輸信道導(dǎo)出優(yōu)化或接近優(yōu)化的碼速率。
可根據(jù)發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射并在接收系統(tǒng)接收的信號(hào)導(dǎo)出CSI。在一實(shí)施例中，根據(jù)包含在發(fā)射信號(hào)里的導(dǎo)頻基準(zhǔn)求出CSI?；蛘?，可根據(jù)包含在發(fā)射信號(hào)里的數(shù)據(jù)導(dǎo)出CSI。雖然數(shù)據(jù)只在選用的傳輸信道上發(fā)射，但是可在不選用的傳輸信道上發(fā)射導(dǎo)頻數(shù)據(jù)而讓接收系統(tǒng)評(píng)估信道特性。
在再另一實(shí)施例中，CSI包括一個(gè)或多個(gè)從接收系統(tǒng)向發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射的信號(hào)。在有些系統(tǒng)中，上行和下行鏈路之間可能存在某種相關(guān)度(如時(shí)分雙工(TDD)系統(tǒng)，其中上和下行鏈路以時(shí)分復(fù)用方式共用同一頻段)。在這些系統(tǒng)中，可根據(jù)下行鏈路的品質(zhì)評(píng)估上行鏈路的品質(zhì)(到必要的精度)，反之，下行鏈路的品質(zhì)可根據(jù)接收系統(tǒng)發(fā)射的信號(hào)(如導(dǎo)頻信號(hào))評(píng)估。因此，導(dǎo)頻信號(hào)可代表一種發(fā)射系統(tǒng)可評(píng)估如在接收系統(tǒng)觀察的CSI的手段。對(duì)這類CSI，不必報(bào)道信道特性。
發(fā)射系統(tǒng)可根據(jù)各種技術(shù)評(píng)估信號(hào)品質(zhì)，有些技術(shù)在下列專利中有描述(這些專利已轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)受讓人，通過引用包括在這里)·美國專利No.5,799,005，題為“System and Method for DeterminingReceived Pilot Power and Path Loss in a CDMA Communication System”，1998年8月25日頒發(fā)。
·美國專利No.5,903,554，題為“Method and Apparatus for MeasuringLink Quqlity in a Spread Spectram Communication System”，1999年5月11日頒發(fā)。
·美國專利No.5,056,109和5,265,119，二者題為“Method and Apparatusfor Controlling Transmission Power in a CDMA Cellular Mobile TelephoneSystem”，分別于1991年10月8日和1993年11月23日頒發(fā)，和·美國專利No.6,097,972，題為“Method and Apparatus for ProcessingPower Control Signals in CDMA Mobile Telephone System”，2000年8月1日頒發(fā)。
基于導(dǎo)頻信號(hào)或數(shù)據(jù)傳輸而評(píng)估單一傳輸信道的方法，還見諸于本領(lǐng)域的許多論文。一種這樣的信道評(píng)估法在F.Ling撰寫的論文中有描述，論文題為“Optimal Reception，Performance Bound，and Cutoff-Rate Analysis ofReferences-Assisted Coherent CDMA Communications withApplications”(IEEE Transaction On Communication，Oct.1999)。
在1997年11月3日提交的題為“Method and Apparatus for High RatePacket Date Transmission”的美國專利申請(qǐng)串號(hào)08/963,386中，也描述了各類CSI信息和各種CSI報(bào)道機(jī)理，該申請(qǐng)已轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)受讓人，還可參見“TIE/EIA/IS-856 cdma 2000 High Rate Packet Date Air InterfaceSpecification”，二者通過引用包括在這里。
運(yùn)用各種CSI傳輸方案把CSI報(bào)道回發(fā)射機(jī)。例如，能以完整，差示及它們的組合的方式發(fā)送CSI。在一實(shí)施例中，定期報(bào)道CSI，并根據(jù)上次發(fā)射的CSI發(fā)送差示更新。在另一實(shí)施例中，只在有變化時(shí)(例如，若變化超出特定閾值)才發(fā)送CSI，這樣可降低反饋信道的有效速率。舉例說，只在SNR變化時(shí)才送回它們(如差示地)。對(duì)于OFDM系統(tǒng)(有或沒有MIMO)，可利用頻域相關(guān)性減少要反饋的CSI量。作為OFDM系統(tǒng)的例子，若對(duì)應(yīng)于M個(gè)頻率子信道的一特定空間子信道的SNR相同，則可報(bào)道該SNR和符合該條件的第一與最后頻率子信道。還可應(yīng)用其它減少對(duì)CSI反饋數(shù)據(jù)量的壓縮與反饋信道誤差恢復(fù)技術(shù)，而且在本發(fā)明范圍內(nèi)。
再參照?qǐng)D3，把RX信道/數(shù)據(jù)處理器356確定的CSI(如接收的SNR)提供給TX數(shù)據(jù)處理器362，后者處理該CSI并把處理的數(shù)據(jù)提供給一個(gè)或多個(gè)調(diào)制器354。再由調(diào)制器354調(diào)整該處理的數(shù)據(jù)，并通過逆向信道將CSI發(fā)回發(fā)射系統(tǒng)310。
在系統(tǒng)310處，天線324接收發(fā)射的反饋信號(hào)和解調(diào)器322對(duì)其解調(diào)，再供給RX數(shù)據(jù)處理器332。RX數(shù)據(jù)處理器332執(zhí)行與TX數(shù)據(jù)處理器362互補(bǔ)的處理并恢復(fù)報(bào)道的CSI，再把它提供給控制器334。
控制器334用報(bào)道的CSI執(zhí)行若干功能，包括(1)選擇用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)腘s個(gè)最佳可用傳輸信道的組，(2)確定準(zhǔn)備在選用傳輸信道上用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)木幋a與調(diào)制方案，和(3)確定準(zhǔn)備用于選用傳輸信道的權(quán)重?？刂破?34可以選擇實(shí)現(xiàn)高容吐量的傳輸信道，或根據(jù)其它一些性能指標(biāo)或量值，可以進(jìn)一步確定用于選擇傳輸信道的閾值，如上所述。
可以按上述各種技術(shù)確定用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏斝诺赖奶匦?如信道增益或接收的SNR)，并提供給發(fā)射系統(tǒng)，然后發(fā)送系統(tǒng)使用該信息選擇Ns個(gè)最佳傳輸信道的組，對(duì)數(shù)據(jù)正確地編碼與調(diào)制，再對(duì)調(diào)制碼元加權(quán)。
這里描述的諸技術(shù)可在從基站到一個(gè)或多個(gè)終端的下行鏈路上作數(shù)據(jù)傳輸，也可在從各終端到基站的上行鏈路上作數(shù)據(jù)傳輸。對(duì)下行鏈路，圖3，4A與4B的發(fā)射系統(tǒng)310可以代表部分基站，圖3，5和6的接收系統(tǒng)350可以代表部分終端。對(duì)上行鏈路，圖3，4A和4B的發(fā)射系統(tǒng)310可以代表部分終端，圖3，5和6的接收系統(tǒng)350可以代表部分基站。
可用一個(gè)或多個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，專用集成電路(ASIC)，處理器，微處理器，控制器，微控制器，現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)，可編程邏輯裝置，其它電子單元或它們的組合系構(gòu)建發(fā)射和接收系統(tǒng)的諸單元。也可用在處理器上執(zhí)行的軟件實(shí)現(xiàn)這里描述的某些功能與處理。還可以由軟硬件的組合實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的某些方面，如基于在處理器(圖3的控制器334)上執(zhí)行的程序代碼，可執(zhí)行確定閾值α和選擇傳輸信道的運(yùn)算。
本文的小標(biāo)題用于查找，有助于尋找某些章節(jié)，但這些小標(biāo)題并不限制標(biāo)題下面所描述的原理范圍，這些原理適用于整個(gè)說明書的其它章節(jié)。
前述揭示的諸實(shí)施例使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能制作或應(yīng)用本發(fā)明，他們顯然了解這些實(shí)施例的各種修正，而這里限定的基本原理運(yùn)用于其它實(shí)施例而不違背本發(fā)明的精神或范圍。因此，本發(fā)明并不限于這里示出的諸實(shí)施例，而是在最廣泛的范圍內(nèi)符合這里所揭示的原理與新特征。
權(quán)利要求
1.一種在多信道通信系統(tǒng)中處理通過多個(gè)傳輸信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的方法，其特征在于包括確定多條可用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏斝诺赖奶卣?；根?jù)確定的特征和閾值選擇一條或多條可用的傳輸信道；根據(jù)特定編碼方案對(duì)所有選用傳輸信道的數(shù)據(jù)編碼以提供編碼的數(shù)據(jù)；根據(jù)特定調(diào)制方案對(duì)所有選用傳輸信道的編碼的數(shù)據(jù)調(diào)制以提供調(diào)制碼元；和根據(jù)各自的權(quán)重對(duì)各選用傳輸信道的調(diào)制碼元加權(quán)，所述權(quán)重指示選用傳輸信道的發(fā)射功率電平并部分根據(jù)確定的選用傳輸信道特性求出。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述求出選用傳輸信道的權(quán)重以在所有選用傳輸信道之間分配總有效發(fā)射功率對(duì)通過選用傳輸信道接收的調(diào)制碼元實(shí)現(xiàn)類似的接收品質(zhì)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，用信噪與信擾比(SNR)評(píng)估接收的品質(zhì)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，可用傳輸信道的確定的特性是信道增益。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，選擇功率增益大于或等于特定功率增益閾值的傳輸信道，其中，根據(jù)信道增益確定功率增益。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，可用傳輸信道的確定的特性是接收的信噪與信擾比(SNR)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，選擇SNR大于或等于特定SNR閾值的傳輸信道。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過功率控制到信息表示可用傳輸信道的確定的特性。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，功率控制信息指示功率電平變化請(qǐng)求。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸可用的總有效發(fā)射功率確定各選用傳輸信道的權(quán)重。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還根據(jù)歸一化因子求出各選用傳輸信道的權(quán)重，所述歸一化因子是根據(jù)選用傳輸信道的特性確定的。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，選擇閾值以提供選擇的傳輸信道的高吞吐量。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，選擇的閾值以提供可用傳輸信道的最高吞吐量。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)所有選用傳輸信道的特定的目標(biāo)SNR求出閾值。
15.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，還包括在選用的傳輸信道上發(fā)射加權(quán)的調(diào)制碼元。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，多信道通信系統(tǒng)是正交頻分調(diào)制(OFDM)系統(tǒng)，而且其中多條可用傳輸信道對(duì)應(yīng)于多條頻率子信道。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，多信道通信系統(tǒng)是多輸入多輸出(MIMO)通信系統(tǒng)，而且其中多條可用傳輸信道對(duì)應(yīng)于一條MIMO信道的多條空間子信道。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，MIMO通信系統(tǒng)應(yīng)用OFDM，而且其中多條可用傳輸信道對(duì)應(yīng)于多條頻率子信道的空間子信道。
19.一種在多信道通信系統(tǒng)中通過多條傳輸信道發(fā)送數(shù)據(jù)的方法，其特征在于包括確定可用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩鄺l傳輸信道中的每條的特性；對(duì)選擇的各條可用傳輸信道的數(shù)據(jù)編碼以提供編碼的數(shù)據(jù)；調(diào)制編碼的數(shù)據(jù)以提供調(diào)制碼元；根據(jù)各個(gè)權(quán)重對(duì)每條選用傳輸信道的調(diào)制碼元加權(quán)，所述權(quán)重指示選用傳輸信道的發(fā)射功率電平并部分根據(jù)確定的選用傳輸信道的特性求出；和在選用的傳輸信道上發(fā)送加權(quán)的調(diào)制碼元。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，根據(jù)普通編碼方案對(duì)選用傳輸信道的數(shù)據(jù)編碼。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，根據(jù)普通編碼方案選自多種可行的編碼方案。
22.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，根據(jù)一普通調(diào)制方案導(dǎo)出選用傳輸信道的調(diào)制碼元。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，普通調(diào)制方案選自多種可行的調(diào)制方案。
24.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，根據(jù)普通編碼方案對(duì)選自傳輸信道的數(shù)據(jù)編碼，并根據(jù)普通調(diào)制方案導(dǎo)出選用傳輸信道的調(diào)制碼元。
25.如權(quán)利要求19的方法，其特征在于，還包括根據(jù)確定的信道特性和閾值，選擇一條或多條用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)目捎脗鬏斝诺馈?br> 26.在多信道通信系統(tǒng)中，一種確定對(duì)數(shù)據(jù)傳輸選擇傳輸信道的閾值的方法，其特征在于，包括規(guī)定一組碼速率，其中，各碼速率是可選用的用于在傳輸之前對(duì)數(shù)據(jù)編碼；規(guī)定一組設(shè)定點(diǎn)，其中每個(gè)設(shè)定點(diǎn)對(duì)應(yīng)于各碼速率，并且指示對(duì)特定性性水平的相應(yīng)碼速率處所需的目標(biāo)信噪與信擾比(SNR)；確定各碼速率支持的且能實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)于碼速率的設(shè)定點(diǎn)的特定數(shù)量的傳輸信道；部分根據(jù)被支持的傳輸信道數(shù)確定各碼速率的性能指標(biāo)；和根據(jù)對(duì)所述組中諸碼速率的確定的性能指標(biāo)，選擇閾值，而且其中選用傳輸信道，選用于按閾值作數(shù)據(jù)傳輸。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，通過在受支持的諸傳輸信道之間分配總有效發(fā)射功率，致使對(duì)各受支持的傳輸信道實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)于碼速率的設(shè)定點(diǎn)，而確定各碼速率所支持的傳輸信道數(shù)。
28.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，對(duì)各碼速率確定的性能指標(biāo)是對(duì)受支持的傳輸信道計(jì)算的吞吐量。
29.一種多信道通信系統(tǒng)中的發(fā)射單元，其特征在于包括控制器，被配置成接收指示多條可用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏斝诺赖奶匦缘男诺罓顟B(tài)信息(CSI)，并根據(jù)信道特性和閾值選擇一條或多條可用的傳輸信道；耦接控制器的發(fā)射數(shù)據(jù)處理器，被配置成根據(jù)特定編碼方案對(duì)所有選用傳輸信道的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和編碼以提供編碼的數(shù)據(jù)，根據(jù)特定調(diào)制方案對(duì)所有選用傳輸信道的編碼的數(shù)據(jù)調(diào)制以提供調(diào)制碼元，并根據(jù)各自的權(quán)重對(duì)各選用傳輸信道的調(diào)制碼元加權(quán)，其中各權(quán)重指示相應(yīng)選用傳輸信道的發(fā)射功率電平，并部分根據(jù)選用傳輸信道的特性導(dǎo)出。
30.如權(quán)利要求29所述的發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述控制器還配置成根據(jù)可用傳輸信道的特性而選擇編碼與調(diào)制方案，并提供一個(gè)或多個(gè)指示所選編碼與調(diào)制方案的控制信號(hào)。
31.如權(quán)利要求29所述的發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述控制器還配置成根據(jù)可用傳輸信道的特性確定閾值。
32.如權(quán)利要求29的發(fā)射機(jī)，其特征在于，還包括耦接發(fā)射數(shù)據(jù)處理器的發(fā)射信道處理器，被配置成接收所選傳輸信道的加權(quán)的調(diào)制碼元并把它們分成多個(gè)流，每個(gè)天線一個(gè)流，用于發(fā)射的數(shù)據(jù)。
33.如權(quán)利要求29所述的發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述CSI包括諸可用傳輸信道的信噪與信擾比(SNR)估值。
34.如權(quán)利要求29所述的發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述CSI還包括諸可用傳輸信道的信道增益估值。
35.如權(quán)利要求29所述的發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述CSI包括諸可用傳輸信道的功率控制信息。
36.如權(quán)利要求29所述的發(fā)射機(jī)，其特征在于，可操作發(fā)射單元使之在通信系統(tǒng)中下行鏈路上發(fā)射數(shù)據(jù)。
37.如權(quán)利要求29所述的發(fā)射機(jī)，其特征在于，可操作發(fā)射單元使之在通信系統(tǒng)中上行鏈路上發(fā)射數(shù)據(jù)。
全文摘要
揭示的技術(shù)用于處理通過選自所有可用傳輸信道的一組傳輸信道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。在一個(gè)方面，數(shù)據(jù)處理包括根據(jù)一普通編碼和調(diào)制方案對(duì)數(shù)據(jù)編碼以提供調(diào)制碼元，并根據(jù)信道的特性對(duì)各選用信道的調(diào)制碼元預(yù)加權(quán)。通過將選用信道“求逆”而實(shí)現(xiàn)預(yù)加權(quán)，以致所有選用信道的接收的SNR近似相似。運(yùn)用選擇性信道求逆，只選擇SNR等于或高于特定的閾值的信道。不用“壞”信道，并且總有效發(fā)射功率只在“好”信道中間分配。由于只使用Ns個(gè)最佳信道和將各選用信道的接收的SNR匹配于通過所選編碼與調(diào)制方案所需的SNR的相組合優(yōu)點(diǎn)，因而提高了性能。
文檔編號(hào)H04B7/005GK1568586SQ02814263
公開日2005年1月19日 申請(qǐng)日期2002年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月17日
發(fā)明者J·W·凱楚姆, S·J·霍瓦德, J·R·沃爾頓, M·S·沃拉斯, F·林 申請(qǐng)人:高通股份有限公司