專利名稱：無線通信系統(tǒng)的傳輸模式和速率選擇的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及通信，特別是涉及無線通信系統(tǒng)的傳輸模式和速率選擇。
背景技術(shù)：
無線多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)使用發(fā)射實體中的多個(NT)發(fā)射天線和接收實體中的多個(NR)接收天線來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。由NT個發(fā)射天線和NR個接收天線構(gòu)成的MIMO信道可以被分解成NS個空間信道，其中NS≤min{NT，NR}。NS個空間信道可用于并行傳送數(shù)據(jù)以實現(xiàn)較高的吞吐量和/或冗余地傳送數(shù)據(jù)以實現(xiàn)較好的可靠性。
每個空間信道可能經(jīng)歷多種有害信道狀態(tài)，例如衰落、多徑和干擾效應(yīng)。NS個空間信道可能經(jīng)歷不同信道狀態(tài)，并且可以實現(xiàn)不同的信干噪比(SNR)。每個空間信道的SNR決定了它的傳輸容量，該傳輸容量典型地由可以在該空間信道上可靠傳送的特定數(shù)據(jù)速率來進(jìn)行量化。對于時變MIMO信道來講，信道狀態(tài)隨時間而改變，每個空間信道的SNR也隨時間而改變。對于不同空間信道的不同SNR，加上每個空間信道的SNR的時變特性，使得在MIMO系統(tǒng)中高效地傳送數(shù)據(jù)富有挑戰(zhàn)性。
因此，在本領(lǐng)域中，需要有在時變無線系統(tǒng)中高效地傳送數(shù)據(jù)的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
在此描述了用于在無線(如，MIMO)通信系統(tǒng)中為數(shù)據(jù)傳輸選擇適當(dāng)?shù)膫鬏斈Ｊ胶鸵粋€或多個適當(dāng)?shù)乃俾实募夹g(shù)。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種方法，其中確定了可用于通過無線信道發(fā)送數(shù)據(jù)的信道信息的壽命(age)?；谠撔诺佬畔⒌膲勖?，從多個傳輸模式中選出一個傳輸模式。數(shù)據(jù)是根據(jù)選定的傳輸模式通過無線信道發(fā)送的。
根據(jù)另一個實施例，描述了一種包括控制器和空間處理器的裝置。該控制器確定可用于通過無線信道發(fā)送數(shù)據(jù)的信道信息的壽命，并且基于該信道信息的壽命，從多個傳輸模式中選擇一個傳輸模式?？臻g處理器根據(jù)選定的傳輸模式，對數(shù)據(jù)進(jìn)行空間處理。
根據(jù)另一個實施例，描述了一種裝置，其包括用于確定可用于通過無線信道發(fā)送數(shù)據(jù)的信道信息的壽命的模塊，和用于基于該信道信息的壽命從多個傳輸模式中選擇一個傳輸模式的模塊。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，提供了一種方法，其中，獲得了指示數(shù)據(jù)傳輸所用的無線信道的接收信號質(zhì)量的信道狀態(tài)信息。確定了信道狀態(tài)信息的壽命?；谛诺罓顟B(tài)信息和信道狀態(tài)信息的壽命，為通過無線信道的數(shù)據(jù)傳輸選擇至少一個速率。
根據(jù)另一個實施例，描述了一種包括控制器和數(shù)據(jù)處理器的裝置。該控制器獲得指示數(shù)據(jù)傳輸所用的無線信道的接收信號質(zhì)量的信道狀態(tài)信息，確定信道狀態(tài)信息的壽命，并且基于信道狀態(tài)信息和信道狀態(tài)信息的壽命，為通過無線信道的數(shù)據(jù)傳輸選擇至少一個速率。該數(shù)據(jù)處理器根據(jù)由控制器選定的至少一個速率對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
根據(jù)另一個實施例，描述了一種裝置，其包括用于獲得指示數(shù)據(jù)傳輸所用的無線信道的接收信號質(zhì)量的信道狀態(tài)信息的模塊；用于確定信道狀態(tài)信息的壽命的模塊；和用于基于信道狀態(tài)信息和信道狀態(tài)信息的壽命，為通過無線信道的數(shù)據(jù)傳輸選擇至少一個速率的模塊。
根據(jù)另一個實施例，提供了一種方法，其中確定了可用于通過無線信道發(fā)送數(shù)據(jù)的信道信息的壽命?；谠撔诺佬畔⒌膲勖?，從多個傳輸模式中選擇一個傳輸模式。獲得指示無線信道的接收信號質(zhì)量的信道狀態(tài)信息。確定信道狀態(tài)信息的壽命?；谛诺罓顟B(tài)信息和信道狀態(tài)信息的壽命，為數(shù)據(jù)傳輸選擇至少一個速率。根據(jù)為數(shù)據(jù)傳輸選定的傳輸模式和至少一個速率，通過無線信道發(fā)送數(shù)據(jù)。
下面將對本發(fā)明的多個方面和實施例進(jìn)行詳細(xì)描述。


圖1A和1B示出了兩個示例性的導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)傳輸方案。
圖2示出了可用于MIMO系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)。
圖3示出了用于為數(shù)據(jù)傳輸選擇傳輸模式的處理過程。
圖4示出了用于為數(shù)據(jù)傳輸選擇(多個)速率的處理過程。
圖5示出了站A和B的框圖。
具體實施例方式
這里使用詞語“示例性的”表示“用作例子、實例或例證”。這里被描述為“示例性的”任何實施例都不必被解釋成相對于其它實施例是優(yōu)選的或具有優(yōu)勢。
這里所描述的傳輸模式和速率選擇技術(shù)可以用于多種無線通信系統(tǒng)。這些技術(shù)可以用于單載波以及多載波系統(tǒng)。這些技術(shù)還可以用于時分復(fù)用(TDD)以及頻分復(fù)用(FDD)系統(tǒng)。對于FDD系統(tǒng)，下行鏈路(或前向鏈路)和上行鏈路(或反向鏈路)被分配了不同的頻帶，并且一條鏈路的信道響應(yīng)可能并未很好地與另一條鏈路的信道響應(yīng)相關(guān)。對于TDD系統(tǒng)，下行鏈路和上行鏈路共享同一個頻帶，并且通常在下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)之間存在著高度的相關(guān)性。可以以利用這個相關(guān)性的方式來進(jìn)行導(dǎo)頻傳輸、信道估計和空間處理。為了清楚起見，將在下面針對示例性的單載波TDD MIMO系統(tǒng)的來說明傳輸模式和速率選擇。也為了清楚起見，對于從站A到站B的數(shù)據(jù)傳輸，將站A作為發(fā)射實體，而將站B作為接收實體。每個站可以是一個接入點(還可以稱為基站)或用戶終端(還可以稱為移動臺、用戶設(shè)備、無線設(shè)備等)。
為了增強性能并具有較好的靈活性，該示例性的MIMO系統(tǒng)支持多種傳輸模式。每個傳輸模式可以以不同的方式執(zhí)行空間處理(如果有的話)，并且可能需要或不需要信道信息以用于空間處理。表1列出了一些示例性的傳輸模式以及它們的簡述。
表1

導(dǎo)向模式使用信道信息(如，本征矢量)以在MIMO信道的正交空間信道(或“本征模式”)上發(fā)送數(shù)據(jù)。非導(dǎo)向模式不需要任何信道信息就能夠在MIMO信道的空間信道上發(fā)送數(shù)據(jù)。
MIMO系統(tǒng)可以采用針對非導(dǎo)向模式的空間擴(kuò)展來增強性能。利用空間擴(kuò)展，站A利用不同的導(dǎo)向矩陣來執(zhí)行空間處理，使得數(shù)據(jù)傳輸觀測到全體有效信道，并且數(shù)據(jù)傳輸不會被卡在單個壞信道實現(xiàn)上并持續(xù)長期時間。因此，性能并不受最差情況下的信道狀態(tài)支配。
每個傳輸模式具有不同的能力和需求。導(dǎo)向模式典型地能夠達(dá)到較好的性能，并且如果站A具有充足的信道信息以在正交空間信道上發(fā)送數(shù)據(jù)，就可以采用該模式。非導(dǎo)向模式不需要信道信息，但是其性能可能不如導(dǎo)向模式好。可以根據(jù)可用的信道信息、站A和B的能力、系統(tǒng)需求等，選擇適當(dāng)?shù)膫鬏斈Ｊ健?br> 對于導(dǎo)向模式，在由站A中的NT個發(fā)射天線和站B中的NR個接收天線組成的MIMO信道的NS個本征模式上傳送數(shù)據(jù)。MIMO信道可以用一個NR×NT信道響應(yīng)矩陣H來表征，可以將該矩陣“對角化”以得到該MIMO信道的NS個本征模式?？梢酝ㄟ^執(zhí)行H的奇異值分解或H的相關(guān)矩陣(即R＝HHH，其中HH表示H的共軛轉(zhuǎn)置)的本征值分解來實現(xiàn)對角化。H的奇異值分解可以被表示為H＝U·∑·VH等式(1)其中U是H的左本征矢量的NR×NR酉矩陣；∑是H的奇異值的NR×NT對角矩陣；并且V是H的右本征矢量的NT×NT酉矩陣。
酉矩陣M的特征在于其具有MHM＝I這種性質(zhì)，其中I是單位矩陣。
酉矩陣的列相互正交。V中的右本征矢量可以被站A用于空間處理，以在H的NS個本征模式上發(fā)送數(shù)據(jù)。U中的左本征矢量可以被站B用于接收機(jī)空間處理，以恢復(fù)在NS個本征模式上發(fā)送的數(shù)據(jù)。對角矩陣∑的對角線上的元素為非負(fù)實數(shù)值，其它位置的元素為零。這些對角項被稱為H的奇異值，并且表示NS個本征模式的信道增益?！频膶窃乜梢园磸淖畲蟮阶钚〉捻樞蜻M(jìn)行排序，V和U的列可以相應(yīng)地進(jìn)行排序，如下文所述。在Gilbert Strang的“Linear Algebra and ItsApplications”，第二版，Academic Press，1980中描述了奇異值分解。
站A執(zhí)行針對導(dǎo)向模式的空間處理，如下xs＝V·s等式(2)其中s是一個矢量，其具有要在NS個本征模式上發(fā)送的多達(dá)NS個數(shù)據(jù)符號；和xs是一個矢量，其具有要從NT個發(fā)射天線發(fā)送的NT個發(fā)送符號。如這里所用的，“數(shù)據(jù)符號”是針對數(shù)據(jù)的調(diào)制符號，“導(dǎo)頻符號”是針對導(dǎo)頻(其是站A和B預(yù)先已知的數(shù)據(jù))的調(diào)制符號，“發(fā)送符號”是要從發(fā)射天線發(fā)出的符號，“接收到的符號”是從接收天線獲得的符號。
在站B處接收到的符號可以被表示為r-s=H-·x-s+n-=H-·V-·s-+n-=H-effs·s-+n-]]>等式(3)其中rs是一個矢量，其具有NR個接收天線的NR個接收到的符號；H-effs=H‾.V‾]]>是對于導(dǎo)向模式，s觀測到的有效MIMO信道響應(yīng)矩陣；并且n是一個噪聲矢量。
為了簡單起見，將噪聲假設(shè)成是加性高斯白噪聲(AWGN)，其具有零均值矢量和協(xié)方差矩陣 其中σnoise2是噪聲的方差。站B可以利用多種接收機(jī)處理技術(shù)來恢復(fù)s中的數(shù)據(jù)符號。
站B可以執(zhí)行針對導(dǎo)向模式的完整CSI(full-CSI)空間處理，如下S‾^fcsis=Σ‾-1·U‾H·r‾s=Σ‾-1·U‾HH‾·X‾s+n‾fcsi=s‾+n‾fcsi]]>等式(4)其中 是一個矢量，其具有多達(dá)NS個“檢測到的”數(shù)據(jù)符號，這些數(shù)據(jù)符號是對s中的多達(dá)NS個數(shù)據(jù)符號的估計；并且nfcsi是進(jìn)行接收機(jī)空間處理后的噪聲。
作為選擇，站B可以執(zhí)行最小均方誤差(minimum mean squareerror，MMSE)空間處理，如下S‾^mmses=D‾mmses·M‾mmses·r‾s=D‾mmses·Q‾mmses·s‾+n‾mmses]]>等式(5)其中M‾mmses=[H‾effsH·H‾effs+σnoise2·I‾]-1·H‾effsH]]>是MMSE空間濾波矩陣；Q‾mmses=M‾mmses·H‾effs;]]>D‾mmses=[diag[Q‾mmses]]-1]]>是對角矩陣；并且nmmses是用于導(dǎo)向模式的MMSE濾波后的噪聲。
空間濾波矩陣Mmmses最小化來自于空間濾波器的符號估計和s中的數(shù)據(jù)符號之間的均方誤差。來自于空間濾波器的符號估計是對數(shù)據(jù)符號的非標(biāo)準(zhǔn)化估計。與縮放矩陣Dmmses相乘提供了對數(shù)據(jù)符號的標(biāo)準(zhǔn)化估計。
對于具有空間擴(kuò)展的非導(dǎo)向模式，站A執(zhí)行如下的空間處理xu＝Vss·s等式(6)其中Vss是用于空間擴(kuò)展的NT×NT導(dǎo)向矩陣；并且xu是一個矢量，其具有用于非導(dǎo)向模式的NT個發(fā)送符號。利用空間擴(kuò)展，s中的每一個數(shù)據(jù)符號都被用Vss中的相應(yīng)列進(jìn)行空間擴(kuò)展。矩陣Vss典型地隨時間和/或頻率變化，但該矩陣對于站A和站B來講是已知的。xu中的每個發(fā)送符號包括s中的NS個數(shù)據(jù)符號中的每一個的一個分量。
對于非導(dǎo)向模式，在站B接收到的符號可以被表示為r‾u=H‾·x‾u+n‾=H‾·V‾ss·s‾+n‾=H‾effu·S‾+n‾]]>等式(7)其中ru是一個矢量，其具有NR個接收天線的NR個接收到的符號；并且H‾effu=H‾·V‾ss]]>是對于具有空間擴(kuò)展的非導(dǎo)向模式，s觀測到的有效MIMO信道響應(yīng)矩陣。
站B可以執(zhí)行信道相關(guān)矩陣求逆(channel correlation matrixinversion，CCMI)空間處理，其通常也被稱為迫零(zero-forcing)，如下S‾^ccmiu=M‾ccmiu·r‾u=s‾+n‾ccmiu]]>等式(8)其中M‾ccmiu=[H‾effuH·H‾effu]-1·H‾effuH]]>是CCMI空間濾波矩陣；并且nccmiu是用于非導(dǎo)向模式的CCMI濾波后的噪聲。
作為選擇，站B可以執(zhí)行MMSE空間處理，如下S‾^mmseu=D‾mmseu·M‾mmseu·r‾u=D‾mmseu·Q‾mmseu·S‾+n‾mmseu]]>等式(9)其中M‾mmseu=[H‾effuH·H‾effu+σnoise2·I‾]-1·H‾effuH]]>是MMSE空間濾波矩陣；Q‾mmseu=M‾mmseu·H‾effu;]]>D‾mmseu=[diag[Q‾mmseu]]-1;]]>并且nmmseu是用于非導(dǎo)向模式的MMSE濾波后的噪聲。
如等式(5)和等式(8)所示，對于導(dǎo)向和非導(dǎo)向模式，站B都可以執(zhí)行MMSE空間處理。然而，不同的矩陣Heffs和Heffu被分別用于導(dǎo)向模式和非導(dǎo)向模式。
如果空間擴(kuò)展不用于非導(dǎo)向模式，那么發(fā)射矢量可以被表示為xu＝s。站B可以利用CCMI或MMSE接收機(jī)空間處理，以恢復(fù)s中的數(shù)據(jù)符號。但是，將基于H而非Heffu來導(dǎo)出空間濾波矩陣。
站A利用V執(zhí)行針對導(dǎo)向模式的空間處理。站B利用U(或利用H和V)執(zhí)行針對導(dǎo)向模式的空間匹配濾波，以及利用H和Vss執(zhí)行針對非導(dǎo)向模式的空間匹配濾波。一個站可以基于由另一個站發(fā)送的“非導(dǎo)向MIMO”導(dǎo)頻而獲得對H的估計。非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻是這樣的一個導(dǎo)頻，其包含發(fā)自N個發(fā)射天線的N個導(dǎo)頻傳輸，其中，來自每個發(fā)射天線的導(dǎo)頻傳輸可以由接收實體來識別，如果非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻是由站A發(fā)送來的，則N=NT，而如果非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻是由站B發(fā)送來的，則N=NR。這可以例如通過為來自每個發(fā)射天線的導(dǎo)頻傳輸使用不同的正交序列、和/或在不同子頻帶上發(fā)送每個發(fā)射天線的導(dǎo)頻傳輸來實現(xiàn)。非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻可以被表示為X‾pilotu(i)=W‾(i)·p(i)]]>等式(10)其中p(i)是在符號周期i中要發(fā)送的導(dǎo)頻符號；w(i)是一個矢量，其具有針對符號周期i的N個發(fā)射天線的N個碼片；并且xpilotu(i)是針對符號周期i的非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻的發(fā)射矢量。
例如，如果N＝4，那么四個沃爾什矢量w(0)＝ T、w(1)＝[1-1 1-1]T、w(2)＝[11-1-1]T、和w(3)=[1-1-11]T可以用于四個符號周期，其中“T”表示轉(zhuǎn)置。可以在N個(連續(xù)的或非連續(xù)的)符號周期中發(fā)送一個完整的非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻，或者正交序列的每個碼片對應(yīng)于一個符號周期。在接收到該完整的非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻之后，接收實體能夠?qū)邮盏降膶?dǎo)頻執(zhí)行互補的處理以估計H。為了簡明，下面的描述假設(shè)在信道估計中沒有誤差。
對于TDD系統(tǒng)，下行鏈路和上行鏈路信道響應(yīng)可以被假設(shè)成是互為倒數(shù)的。就是說，如果H表示從天線陣X到天線陣Y的信道響應(yīng)矩陣，那么倒數(shù)信道意味著由HT給出從陣Y到陣X的耦合。但是，在站A處的收發(fā)鏈的響應(yīng)通常不同于在站B處的收發(fā)鏈的響應(yīng)?？梢赃M(jìn)行校準(zhǔn)以得到校正矩陣，該校正矩陣可以解決兩個站處的收發(fā)鏈的響應(yīng)差。在這兩個站中應(yīng)用校正矩陣使得能夠?qū)τ谝粭l鏈路的校準(zhǔn)后的信道響應(yīng)表示為對于另一條鏈路的校準(zhǔn)后的信道響應(yīng)的轉(zhuǎn)置。為了簡明，以下描述假設(shè)收發(fā)鏈有平坦的頻率響應(yīng)，Hab＝H是從站A到站B的鏈路的信道響應(yīng)矩陣，而Hba＝HT是從站B到站A的鏈路的信道響應(yīng)矩陣。
Hab和Hba的奇異值分解可以被表示為Hab＝U·∑·VH和Hba＝V*·∑T·UT等式(11)其中V*是V的復(fù)共軛。如等式(11)所示，U和V是Hab的左和右本征矢量的矩陣，而V*和U*是Hba的左和右本征矢量的矩陣。對于導(dǎo)向模式，站A和站B可以分別使用矩陣V和U*來進(jìn)行空間處理以發(fā)送數(shù)據(jù)。
因為倒數(shù)信道，一個站可以執(zhí)行奇異值分解以獲得V或型U*二者之一。然后，這個站可以發(fā)送“導(dǎo)向MIMO”導(dǎo)頻，其是在MIMO信道的本征模式上發(fā)送的導(dǎo)頻。然后，另一個站可以基于該導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻來估計其本征矢量矩陣。
站A可以發(fā)送導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻，如下X‾pilot,ms=V‾m·Pm]]>等式(12)其中vm是V的第m個本征矢量/列；pm是要在Hab的第m個本征模式上發(fā)送的導(dǎo)頻符號；以及xpilot，ms是針對第m個本征模式的導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻的發(fā)射矢量。
在站B接收到的導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻可以被表示為r‾pilot,ms=H‾ab·X‾pilol,ms+n‾=U‾·Σ‾·V‾H·v‾m.Pm+n‾=u‾m·σm·Pm+n‾]]>等式(13)其中rpilot，ms是針對第m個本征模式的導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻的接收到的矢量；σm是∑的第m個對角元素；并且um是U的第m個本征矢量/列。
等式(13)指示，站B可以基于由站A發(fā)送的導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻，獲得對U的估計，每次一列。站A可以在一個或多個(連續(xù)的或非連續(xù)的)符號周期中，在所有NS個本征模式上發(fā)送一個完整的導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻。站B也可以使用U*的列以類似的方式將一個導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻發(fā)送給站A。
在MIMO系統(tǒng)中可以以多種方式發(fā)送導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)。對于導(dǎo)向模式，站A使用信道信息(或“本征導(dǎo)向”信息)以在MIMO信道的本征模式上發(fā)送數(shù)據(jù)。信道信息可以是以H(可以從站B發(fā)送的非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻中獲得)的形式，或是以U或V(可以從站B發(fā)送的導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻中獲得)的形式。站B也使用信道信息(如，用于導(dǎo)向模式的H、U或V，以及用于非導(dǎo)向模式的H)來恢復(fù)來自站A的數(shù)據(jù)傳輸。對于兩種模式來說，站B可以估計空間信道的接收到的SNR，確定由這些接收到的SNR支持的(多個)速率，以及將這些接收到的SNR或支持的(多個)速率發(fā)送至站A。然后，站A可以基于接收到的反饋和可能的其它信息，為到站B的數(shù)據(jù)傳輸選擇適當(dāng)?shù)膫鬏斈Ｊ胶瓦m當(dāng)?shù)?多個)速率。為了清楚，由站B選定的速率被稱為初始速率，由站A選定的速率被稱為最終速率。還為了清楚，以下描述假設(shè)站B向站A發(fā)回速率信息(而非SNR信息)。
圖1A示出了用于MIMO系統(tǒng)的示例性導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)傳輸方案100。首先，站A發(fā)送非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻(方塊112)。站B接收和處理非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻，并獲得對信道響應(yīng)矩陣H的估計(方塊114)。站B還基于接收到的導(dǎo)頻來估計MIMO信道的(正交和非正交)空間信道的SNR(方塊116)。站B還基于接收SNR來確定用于每個本征模式的初始速率(對于導(dǎo)向模式)或用于MIMO信道的單個初始速率(對于非導(dǎo)向模式)(方塊116)。該(多個)初始速率被應(yīng)用于從站A到站B的數(shù)據(jù)傳輸。
站B利用根據(jù)H得到的本征矢量，發(fā)送非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻或?qū)騇IMO導(dǎo)頻(方塊118)。站A接收導(dǎo)向或非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻并對其進(jìn)行處理以獲得對于從站A到站B的鏈路的信道估計(方塊120)。站B還將(多個)初始速率發(fā)送至站A(方塊122)。站A接收(多個)初始速率并確定傳輸模式和(多個)最終速率以用于向站B進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，如下所述(方塊124)。然后，站A利用選定的傳輸模式和(多個)最終速率，向站B發(fā)送數(shù)據(jù)(方塊126)。站B接收來自于站A的數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行處理(方塊128)。
圖1B示出了用于MIMO系統(tǒng)的另一示例性導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)傳輸方案102。首先，站B發(fā)送非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻(方塊112)。站A接收并處理該非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻，并獲得對于信道響應(yīng)矩陣H的估計(方塊114)。然后，站A利用根據(jù)H得到的本征矢量，發(fā)送非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻或?qū)騇IMO導(dǎo)頻(方塊118)。站B接收導(dǎo)向或非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻并對其進(jìn)行處理以獲得對于從站A到站B的鏈路的信道估計(方塊120)。剩余的對方塊116、122、124、126和128的處理如上述圖1A。
如圖1A和1B所述，可以以各種方式發(fā)送導(dǎo)頻，以使得站A和站B能夠獲得對于從站A到站B的鏈路的信道估計。這兩個站都可以發(fā)送非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻。作為選擇，一個站可以發(fā)送非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻，而另一個站可以發(fā)送導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻。如果這樣，站A或站B可以發(fā)送非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻，如圖1A和1B所示。
圖2示出了可以用于MIMO系統(tǒng)的示例性幀結(jié)構(gòu)200。以幀為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，每個幀的寬度是一個特定持續(xù)時間(如，2msec)。每個幀可以被分成(1)下行鏈路階段，其中可以在下行鏈路上發(fā)送數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻，以及(2)上行鏈路階段，其中可以在上行鏈路上發(fā)送數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻。對每一幀來講，可能或可能不在下行鏈路上發(fā)送一個MIMO導(dǎo)頻，并且可能或可能不在上行鏈路上發(fā)送一個MIMO導(dǎo)頻。
站B可以基于從站A接收到的導(dǎo)向或非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻，對接收到的針對空間信道的SNR進(jìn)行估計。接收到的SNR取決于由站A和B二者執(zhí)行的空間處理。
對于具有完整CSI接收機(jī)空間處理的導(dǎo)向模式，每個本征模式的SNR可以被表示為SNRfcsl.m(n)=10log10(pm(n).δm2(n)δnolse2),]]>其中i＝1，...，NS等式(14)其中Pm(n)是用于幀n中第m個本征模式的發(fā)射功率；σm是用于幀n的∑(n)的第m個對角元素；并且SNRfcsi，m(n)是幀n中第m個本征模式的SNR。
NS個本征模式可以獲得不同的SNR。因此，不同的速率可以用于在這些模式中發(fā)送的多個數(shù)據(jù)流。
對具有MMSE接收機(jī)空間處理的導(dǎo)向或非導(dǎo)向模式，每個空間信道的SNR可以被表示為SNRmmse,m(n)=10log10(qm(n)1-qm(n)pm(n)),]]>其中i＝1，...，NS等式(15)其中qm(n)是用于幀n的Qmmses或Qmmseu的第m個對角元素；并且SNRmmse，m(n)是幀n中第m個空間信道的SNR。
對于具有CCMI接收機(jī)空間處理的非導(dǎo)向模式，每個空間信道的SNR可以被表示為SNRccmi,m(n)=10log10(Pm(n)rm(n)·σnoise2),]]>其中i＝1，...，NS等式(16)其中rm(n)是用于幀n的[Reffu]-1和R‾effu=H‾effuH·H‾effu]]>的第m個對角元素；并且SNRccmi，m(n)是幀n中第m個空間信道的SNR。
在上述等式中，量值Pm(n)/σnoise2是先于接收機(jī)空間處理的SNR(以線性單位)。量值SNRfcsi，m(n)、SNRmmse，m(n)和SNRccmi，m(n)是在接收機(jī)空間處理之后的SNR(以分貝(dB)為單位)，并且也被稱為接收到的SNR。在以下描述中，除非另有說明，“SNR”指的是接收到的SNR。
對于具有空間擴(kuò)展的非導(dǎo)向模式，NS個空間信道獲得了類似的SNR，這是由于利用矩陣Vss進(jìn)行的空間擴(kuò)展。因此，可以將相同的速率用于在這些空間信道上傳送的全部數(shù)據(jù)流。利用空間擴(kuò)展，每個數(shù)據(jù)符號被在所有NS個空間信道上發(fā)送，并且觀測到所有空間信道的平均SNR，其可以被表示為SNRmmse(n)=10log10(Σm=1Nsqm(n)1-qm(n)Pm(n)),]]>和 等式(17)SNRccmi(n)=10log10(Σm=1NsPm(n)rm(n)·σnoise2)]]>等式(18)可以以線性單位來進(jìn)行SNR平均，如等式(17)和(18)所示，或者以dB單位進(jìn)行。
對于導(dǎo)向模式，站B可以基于其SNRm(n)確定每個本征模式的初始速率，其中，其SNRm(n)可以等于如等式(14)所示計算出的SNRfcsi，m(n)或如等式(15)所示計算出的SNRmmse，m(n)。該MIMO系統(tǒng)可以支持一組速率，并且每個速率與特定數(shù)據(jù)速率、特定編碼方案、特定調(diào)制方式以及實現(xiàn)特定的期望性能級別(如，1％分組錯誤率)所需的特定最小SNR有關(guān)?？梢酝ㄟ^計算機(jī)模擬、實驗測量等獲得每個非零速率的所需SNR。可以將該組支持的速率以及其多個所需SNR存儲在查找表中?？梢詫⑨槍γ總€本征模式的SNRm(n)提供給查找表，然后查找表返回由那個SNR支持的速率Rm(n)。速率Rm(n)與最大數(shù)據(jù)速率、以及小于或等于SNRm(n)的所需SNR(或SNRreq(Rm(n))≤SNRm(n))相關(guān)聯(lián)。
對于非導(dǎo)向模式，站B可以基于SNR(n)確定MIMO信道的初始速率，其中SNR(n)可以等于如等式(17)所示計算出的SNRmmse(n)或可以等于如等式(18)所示計算出的SNRccmi(n)?？梢詫NR(n)提供給查找表，然后查找表返回對于那個SNR，由該非導(dǎo)向模式的MIMO信道所支持的速率R(n)。在導(dǎo)向或非導(dǎo)向模式中可以使用相同或不同的查找表。
站B可以對用于從站A到站B的數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏斈Ｊ胶?多個)速率作出初始確定。站A可以基于接收自站B的反饋以及其它有關(guān)信息，對用于該數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏斈Ｊ胶?多個)速率作出最終確定。
站A可以基于在當(dāng)前幀中可用的信道信息和與MIMO信道有關(guān)的可能的其它信息來選擇使用哪種傳輸模式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。由于許多因素，如衰落、多徑和干擾，MIMO信道的特性可能隨時間變化。對于時變系統(tǒng)，信道信息的準(zhǔn)確性/可靠性隨時間降低。對于數(shù)據(jù)傳輸，采用不準(zhǔn)確的/不可靠的信道信息可能得到不好的性能。由于信道信息是根據(jù)MIMO導(dǎo)頻得到的，因此可以基于用于得到信道信息的MIMO導(dǎo)頻的壽命來確定信道信息的壽命。可以如下所述來確定MIMO導(dǎo)頻的壽命。
可以在每個幀中、或周期性地每隔幾個幀、或零星地發(fā)送MIMO導(dǎo)頻。站A可以基于從站B接收到的非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻，得到對于H的估計，并且可以分解H以獲得用于在MIMO信道的本征模式中發(fā)送數(shù)據(jù)的本征矢量矩陣V。站A還可以直接從接收自站B的導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻中獲得本征矢量。然而，該導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻是站B利用U中的本征矢量發(fā)送的，U是根據(jù)由站B從站A發(fā)送的非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻中獲得的H的估計值而得到的。因此，站A從站B發(fā)出的導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻中獲得的V中的本征矢量實際上是根據(jù)站A發(fā)出的非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻而得到的。因此，根據(jù)接收自站B的導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻得到的V中的本征矢量的質(zhì)量取決于(而且實際上僅相當(dāng)于)站A發(fā)出的相應(yīng)的非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻的質(zhì)量，其中H和V是根據(jù)該非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻而得到的。
站A可以知道什么時候?qū)IMO導(dǎo)頻發(fā)送至站B或從站B接收MIMO導(dǎo)頻。例如，站A可以記錄(1)發(fā)送每個非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻的時間、(2)發(fā)送每個導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻的時間、(3)接收每個非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻的時間、和(4)接收每個導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻的時間。這個記錄可以以不同的形式進(jìn)行維護(hù)。例如，對于每一幀n，該記錄可以包含針對四個MIMO導(dǎo)頻事件的四個時間條目。如果一個MIMO導(dǎo)頻沒有在給定的幀n中發(fā)送或接收，那么針對前一幀n-1中的該MIMO導(dǎo)頻的時間條目就可以被復(fù)制和存儲以用于幀n。利用這種記錄格式，在任何給定的幀n中，站A可以很容易確定(1)發(fā)送最新的(或最近的)非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻的時間，其被表示為ttxu(A→B，n)，(2)發(fā)送最新的導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻的時間，其被表示為ttxs(A→B，n)，(3)接收最新的非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻的時間，其被表示為trxu(A←B，n)，以及(4)接收最新的導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻的時間，其被表示為trxs(A←B，n)。站A可以利用該信息來確定當(dāng)前可用的信道信息的壽命和質(zhì)量。
表2示出了在下面的說明中使用的變量的列表。
表2


站A可以如下確定當(dāng)前幀n中可用的信道信息(或“當(dāng)前信道信息”)的壽命。如果當(dāng)前信道信息是根據(jù)接收自站B的非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻得到的，那么這個信息的壽命就等于非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻的壽命。然而，為了處理非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻以獲得信道信息，引發(fā)了dpilotu的延遲，或相當(dāng)于，在接收到非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻后的dpilotu秒之后，該信道信息才可用。因此，至少在dpilotu秒之前，就接收到了可能已用于得到當(dāng)前信道信息的最新非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻，可以如下標(biāo)識出maxj{[tcurrent-trxu(A←B,n)]≥dpilotu}]]>等式(19)如果在至少dpilotu秒之前接收到用于當(dāng)前幀n的最新非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻，那么這個非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻被用于得到當(dāng)前信道信息。但是，如果在不到dpilotu秒之前接收到用于當(dāng)前幀n的最新非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻，那么這個非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻就不被用于得到當(dāng)前信道信息。等式(19)確定了最近幀i，其中用于該幀i的最新非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻可能已用于得到當(dāng)前信道信息。因此，根據(jù)非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻得到的當(dāng)前信道信息的壽命可以被表示為Ageu=tcurrent-trxu(A←B,i)]]>等式(20)其中i是由等式(19)確定的幀索引；并且如果沒有接收到非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻，則Ageu＝-∞。
如果當(dāng)前信道信息是根據(jù)接收自站B的導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻得到的，那么這個信息的壽命等于對應(yīng)的從中得到導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻的非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻的壽命。站A引發(fā)dpilots的延遲，以處理接收自站B的導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻，并且站B引發(fā)dpilotu的延遲，以處理站A發(fā)出的對應(yīng)的非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻。因此，在至少dpilots+dpilotu秒之前，就接收到了可能已用于得到當(dāng)前信道信息的最新非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻，可以如下標(biāo)識出
maxj{[tcurrent-trxs(A←B,i)]≥dpilots}ANDmaxj{[trxs(A←B,j)-ttxs(A→B,j)]≥dpilotu}]]>等式(21)等式(21)確定最近幀j，其中該幀j的最新非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻可能已用于得到當(dāng)前信道信息。因此，根據(jù)導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻得到的當(dāng)前信道信息的壽命可以被表示為Ages=tcurrent-ttxu(A→B,j)]]>等式(22)其中j是由等式(21)確定的幀索引；并且如果沒有接收到導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻，則Ages＝-∞。
因此，當(dāng)前信道信息的壽命Agech_inf(n)可以被表示為Agech_inf(n)＝min(Ageu，Ages) 等式(23)因此，可以基于當(dāng)前信道信息的壽命來選擇傳輸模式，如下 等式(24)還可以基于其它有關(guān)信息來選擇傳輸模式。例如，可以考慮MIMO信道的時變特性。如果MIMO信道是相對靜止的(如，對于固定站A和B)，那么信道信息可能在一個較長時間周期中是相對準(zhǔn)確和有效的。相反，如果MIMO信道變化非?？?如，對于移動站A和B)，那么信道信息可能在一個較短時間周期中是準(zhǔn)確的?？梢栽谟嬎阈诺佬畔⒌膲勖泻?或在壽命閾值Thagesteer中，考慮MIMO信道的時變特性。例如，Ageu和Ages可以是信道類型(如，快或慢衰落)的函數(shù)，不同的壽命閾值可以用于不同的信道類型，等等。
站A可以基于用于得到(多個)初始速率的基礎(chǔ)MIMO導(dǎo)頻的壽命來選擇用于向站B進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?多個)最終速率。由站A到站B的鏈路支持的(多個)實際速率是取決于站B的接收到的SNR，可以基于來自于站A的接收到的導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻或非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻來估計在站B處接收到的SNR。接收到的SNR可以被轉(zhuǎn)換為(多個)初始速率，然后所述初始速率可以被發(fā)回站A。站A可以基于從站B獲得的(多個)初始速率來估計在站B處接收到的SNR。例如，站A可以將每個初始速率提供給逆向查找表，然后逆向查找表可以提供用于該初始速率的所需SNR。在當(dāng)前幀n中可用于站A的SNR組被表示為SNR(A←B，n)并且在時間tsnr(A←B，n)獲得該組。
引發(fā)延遲dsnr，以便(1)站B處理導(dǎo)向或非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻以估計接收SNR、獲得(多個)初始速率以及將(多個)初始速率發(fā)回站A，(2)站A處理(多個)初始速率以獲得當(dāng)前SNR信息。因此，在至少dsnr秒之前，站A就發(fā)送了可能已用于獲得當(dāng)前SNR信息的最新MIMO導(dǎo)頻，可以如下標(biāo)識出[tsnr(A←B,n)-maxk{ttxu(A→B,k),ttxs(A→B,k)}]≥dsnr]]>等式(25)等式(25)確定最近幀k，其中用于該幀k的最新的導(dǎo)向或非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻可能已用于得到當(dāng)前SNR信息。因此當(dāng)前SNR信息的壽命可以被表示為Agesnr_inf(n)=tcurrent-max{ttxu(A→B,k)ttxs(A→B,k)}]]>等式(26)其中k是由等式(25)確定的幀索引。
可以基于當(dāng)前SNR信息、該SNR信息的壽命以及可能的其它信息來選擇(多個)最終速率。例如，如果當(dāng)前SNR信息的壽命超出了SNR壽命閾值(或Agesnr_inf(n)>THagesnr]]>)，那么該SNR信息可以被認(rèn)為是太陳舊了并且被丟棄而不再被使用。在這種情況下，最健壯的傳輸模式和最低的速率(例如，在非導(dǎo)向模式中的最低速率)就可以被用于向站B的數(shù)據(jù)傳輸。如果當(dāng)前SNR信息的壽命小于SNR壽命閾值，那么可以基于該SNR信息的壽命來調(diào)節(jié)由站A獲得的SNR，并且可以使用調(diào)節(jié)后的SNR來選擇(多個)最終速率?？梢杂枚喾N方式執(zhí)行SNR調(diào)節(jié)。
如果選用導(dǎo)向模式，那么站A可以接收用于每個本征模式m的初始速率，基于用于每個本征模式的初始速率來確定用于該本征模式的所需SNR，并基于SNR信息的壽命來調(diào)節(jié)用于每個本征模式的所需SNR。例如，可以基于壽命的線性函數(shù)來計算SNR退避值(back-off)SNRage_bo(n)，如下SNRage_bo(n)=SNRadj_rateAgesnr_inf(n)]]>等式(27)
其中SNRadj_rate是SNR的調(diào)節(jié)速率(如，SNRadj_rate＝50db/sec)。因此可以算出用于每個本征模式的調(diào)節(jié)后的SNR，如下SNRadj,ms(n)=SNRreq,m(n)-SNRage_bo(n)-SNRbos]]>等式(28)其中SNRreq，m(n)是用于本征模式m的所需SNR(從初始速率中獲得的)；SNRbos是用于導(dǎo)向模式的退避值(如，SNRbos=0dB]]>)；并且SNRadj，ms(n)是用于導(dǎo)向模式的本征模式m的調(diào)節(jié)后的SNR。站A可以將用于每個本征模式的調(diào)節(jié)后的SNR提供給查找表，然后查找表提供用于該本征模式的最終速率。站A可以使用站B所用的相同的查找表或不同的查找表以獲得用于每個本征模式的初始速率。
如果選用了非導(dǎo)向模式，那么站A可以接收用于每個本征模式的初始速率，并可以確定在非導(dǎo)向模式中用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯蝹€最終速率?？梢匀缦掠嬎愠鲇糜诿總€本征模式的調(diào)節(jié)后的SNRSNRadj,mu(n)=SNRreq,m(n)-SNRage_bo(n)-SNRbou]]>等式(29)其中SNRbou是用于非導(dǎo)向模式的退避值(如，SNRbou=3dB]]>)；并且SNRadj，mu(n)是用于非導(dǎo)向模式的本征模式m的調(diào)節(jié)后的SNR。SNRbou可以被用于說明各種因素，如，分布于所有NS個空間信道(即使差的信道)上的總發(fā)射功率、由于在每個數(shù)據(jù)分組上SNR的變化導(dǎo)致的性能損失，等等?？梢酝ㄟ^計算機(jī)模擬、試驗測量等來確定SNRbou、SNRboS和SNRadj_rate。
用于在當(dāng)前幀n中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)目臻g信道的數(shù)目Nsch(n)，可以通過計算“良好”本征模式的數(shù)目來確定，其中所述“良好”本征模式具有比SNR閾值SNRth大的調(diào)節(jié)后的SNR。對于每個本征模式m，如果SNRadj,mu(n)≥SNRth,]]>那么將本征模式m記入Nsch(n)。因此用于非導(dǎo)向模式的空間信道的數(shù)目小于或等于本征模式的數(shù)目，或Nsch(n)≤NS?？梢匀缦滤愠鲇糜诜菍?dǎo)向模式的平均SNR，SNRavg(n)SNRavg(n)=10log10[NsNsch(n)]+1Nsch(n)·Σm=1NsSNRadj,mu(n)]]>等式(30)站B基于一種假設(shè)，即所有NS個本征模式都用于數(shù)據(jù)傳輸以及所有本征模式所用的發(fā)射功率相等，來選擇用于每個本征模式的初始速率。如果小于NS個空間信道用于非導(dǎo)向模式，那么較高的發(fā)射功率就可以用于每個選定的空間信道。等式(30)的右側(cè)部分中的第一項說明，如果選擇使用小于Ns個空間信道，那么每個空間信道使用較高的發(fā)射功率。等式(30)的右側(cè)部分中的第二項是用于選定在幀n中使用的Nsch(n)個空間信道的平均SNR(以dB為單位)。
站A可以向查找表提供平均SNR，然后查找表提供用于非導(dǎo)向模式的最終速率。站A可以使用站B所用的相同的查找表或不同的查找表以獲得用于非導(dǎo)向模式的初始速率。
作為選擇，站A可以接收來自于站B的用于非導(dǎo)向模式的單個初始速率。在這種情況下，站A可以基于該初始速率確定用于非導(dǎo)向模式的所需SNR，基于SNR信息的壽命調(diào)節(jié)該所需SNR，以及基于調(diào)節(jié)后的SNR確定用于非導(dǎo)向模式的最終速率。
對于導(dǎo)向和非導(dǎo)向模式二者來講，還可以基于其它有關(guān)信息，如MIMO信道的時變特性，來確定(多個)最終速率。例如，SNR退避值SNRage_bo(n)和/或壽命閾值Thagerate可以是信道類型(如，快或慢衰落)的函數(shù)。為了簡單起見，基于壽命的線性函數(shù)來計算SNR退避值，如等式(27)所示。通常，SNR退避值可以是壽命和/或其它參數(shù)的任何線性或非線性函數(shù)。
圖3示出了在無線系統(tǒng)中為數(shù)據(jù)傳輸選擇傳輸模式的處理過程300的流程圖。首先，得到用于通過無線信道發(fā)送數(shù)據(jù)的信道信息(方塊312)。對于MIMO系統(tǒng)來講，信道信息可以包括用于在MIMO信道的本征模式中發(fā)送數(shù)據(jù)的本征矢量，并且可以從導(dǎo)向或非導(dǎo)向MIMO導(dǎo)頻中獲得。確定該信道信息的壽命(方塊314)。這可以通過確定從中獲得該信道信息的(如，非導(dǎo)向MIMO)導(dǎo)頻的壽命來實現(xiàn)。接著，基于該信道信息的壽命以及可能的其它信息(如，MIMO信道的時變特性、接收實體的能力等等)，從多種支持的傳輸模式中選擇一種傳輸模式(方塊316)。然后，根據(jù)選定的傳輸模式，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并通過無線信道發(fā)送(方塊318)。
為了清楚起見，以上描述是針對示例性的MIMO系統(tǒng)的，該系統(tǒng)支持兩種傳輸模式—導(dǎo)向模式和非導(dǎo)向模式。一般來講，系統(tǒng)可以支持任意一種傳輸模式和任意多種傳輸模式。例如，系統(tǒng)可以支持其中在具有空間擴(kuò)展的正交空間信道上發(fā)送數(shù)據(jù)的傳輸模式、其中在不具有空間擴(kuò)展的正交空間信道上發(fā)送數(shù)據(jù)的傳輸模式(導(dǎo)向模式)、其中在具有空間擴(kuò)展的空間信道上發(fā)送數(shù)據(jù)的傳輸模式(非導(dǎo)向模式)、其中在不具有空間擴(kuò)展的空間信道上發(fā)送數(shù)據(jù)的傳輸模式、其中在不具有空間擴(kuò)展的單個最佳空間信道上發(fā)送數(shù)據(jù)的傳輸模式、其中從單個發(fā)射天線發(fā)送數(shù)據(jù)的傳輸模式、等等，或上述模式的任意組合。
圖4示出了在無線系統(tǒng)中用于執(zhí)行速率選擇的處理過程400的流程圖。首先，獲得指示用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線信道的接收信號質(zhì)量的信道狀態(tài)信息(方塊412)。信道狀態(tài)信息可以是接收到的SNR、初始速率等形式，并且可以由接收實體來確定并發(fā)送給發(fā)射實體。確定信道狀態(tài)信息的壽命(方塊414)。這可以通過確定從中獲得該信道狀態(tài)信息的(如，導(dǎo)向或非導(dǎo)向MIMO)導(dǎo)頻的壽命來實現(xiàn)。接著，基于該信道狀態(tài)信息、該信道狀態(tài)信息的壽命以及可能的其它信息來選擇一個或多個最終速率(方塊416)。例如，可以基于以下內(nèi)容確定(多個)最終速率所選用的傳輸模式(如，導(dǎo)向或非導(dǎo)向模式)、取決于信道狀態(tài)信息的壽命的退避因子(如，SNRage_bo(n))、取決于所選定的傳輸模式的退避因子(如，SNRbos或SNRbou)、無線信道的時變特性等等。然后，根據(jù)選定的(多個)最終速率，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并通過無線信道發(fā)送(方塊418)。
這里描述的技術(shù)基于在站A可用的最新信息以及這個信息的壽命來選擇傳輸模式和(多個)最終速率。用于傳輸模式選擇的信道信息和用于速率選擇的信道狀態(tài)信息可以從相同的或不同的MIMO導(dǎo)頻中獲得。由于信息的壽命和可能的其它因素，可以基于相同的信息選擇用于不同幀的不同的傳輸模式和速率。
如上所述，傳輸模式和速率選擇技術(shù)可以用于多載波MIMO系統(tǒng)?？梢岳谜活l分復(fù)用(OFDM)和一些其它結(jié)構(gòu)來提供多載波。OFDM有效地將整個系統(tǒng)帶寬劃分為多個(NF個)正交子帶，這些正交子帶也被稱為音調(diào)(tone)、子載波、倉(bin)以及頻道。利用OFDM，每個子帶與相應(yīng)的子載波相關(guān)聯(lián)，子載波可以被調(diào)有數(shù)據(jù)。對于實現(xiàn)OFDM的MIMO系統(tǒng)，可以對用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿總€子帶進(jìn)行空間處理。
對于導(dǎo)向模式，可以針對符號周期i中的每個子帶k獲得信道響應(yīng)矩陣H(k，i)，并且將其分解以獲得該子帶的NS個本征模式?？梢詫γ總€對角矩陣∑(k，i)(其中k＝1...NF)中的奇異值進(jìn)行排序，使得第一列包含最大奇異值，第二列包含第二大奇異值，等等，或σ1(k，i)≥σ2(k，i)≥...≥σNS(k，i)，其中σm(k，i)是排序后的∑(k，i)的第m列中的奇異值。當(dāng)對每個矩陣∑(k，i)的奇異值進(jìn)行排序時，用于那個子帶的相關(guān)聯(lián)的矩陣V(k，i)和U(k，i)的本征矢量(或列)也被相應(yīng)地排序?！皩拵А北菊髂Ｊ娇梢员欢x為排序后所有NF個子帶的相同次序的本征模式的一組。因此，第m個寬帶本征模式包括所有子帶的第m個本征模式。每個寬帶本征模式與NF個子帶的相應(yīng)的一組NF個本征矢量相關(guān)聯(lián)。接著，可以針對NS個寬帶本征模式執(zhí)行傳輸模式和速率選擇，例如，與以上所述的針對單載波MIMO系統(tǒng)的處理相似。
圖5示出了發(fā)送站A510和接收站B550的框圖。在站A510中，發(fā)射(TX)數(shù)據(jù)處理器520接收來自于數(shù)據(jù)源512的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理(如，格式化、編碼、交織和調(diào)制)，并提供數(shù)據(jù)符號。對于導(dǎo)向模式，可以在每個本征模式上發(fā)送一個數(shù)據(jù)流，并且可以基于為該流/本征模式所選用的最終速率對每個數(shù)據(jù)流進(jìn)行編碼和調(diào)制。對于非導(dǎo)向模式，可以在多個空間信道中發(fā)送多個數(shù)據(jù)流，一個最終速率可以用于所有的流。針對選定的傳輸模式，TX空間處理器530對數(shù)據(jù)符號和導(dǎo)頻符號進(jìn)行空間處理，并將NT個發(fā)射符號流提供給NT個發(fā)射機(jī)單元(TMTR)532a至532t。每個發(fā)射機(jī)單元532接收并調(diào)節(jié)各自的發(fā)射符號流以生成相應(yīng)的已調(diào)制信號。來自發(fā)射機(jī)單元532a至532t的NT個已調(diào)制信號被分別從NT個天線534a至534t發(fā)送出去。
在站B550，NR個天線552a至552r接收由站A發(fā)送的已調(diào)制信號，并且每個天線將接收到的信號提供給相應(yīng)的接收機(jī)單元(RCVR)554。每個接收機(jī)單元554執(zhí)行與發(fā)射機(jī)單元532執(zhí)行的處理互補的處理并提供接收到的符號。接收(RX)空間處理器560基于空間濾波矩陣M(n)對從所有NR個接收機(jī)單元554接收到的符號進(jìn)行空間匹配濾波，并且提供檢測到的數(shù)據(jù)符號。基于選定的傳輸模式和選用的接收機(jī)處理技術(shù)(如，完整CSI、MMSE或CCMI)獲得矩陣M(n)。RX數(shù)據(jù)處理器570對檢測到的數(shù)據(jù)符號進(jìn)行處理(如，符號解映射、解交織和解碼)，并將已解碼數(shù)據(jù)提供給站B。
信道估計器538和578分別執(zhí)行對于站A和B的信道估計?？刂破?40和580分別控制站A和站B中的各個處理單元的操作。存儲單元542和582分別存儲控制器540和580所用的數(shù)據(jù)和程序代碼。
對于傳輸模式和速率選擇，信道估計器578可以估計從站A到站B的MIMO信道的信道響應(yīng)和針對MIMO信道的空間信道的接收到的SNR?？刂破?80可以基于接收到的SNR確定(多個)初始速率以及提供反饋CSI，所述反饋CSI可以包括該(多個)初始速率。反饋CSI被TX數(shù)據(jù)處理器590進(jìn)行處理，進(jìn)一步被TX空間處理器592將其與導(dǎo)頻符號進(jìn)行復(fù)用，并針對導(dǎo)向或非導(dǎo)向模式對其進(jìn)行空間處理，以生成NR個發(fā)射符號流。接著NR個發(fā)射機(jī)單元554a至554r調(diào)節(jié)該NR個發(fā)射符號流以生成NR個已調(diào)制信號，并由NR個天線552a至552r將這些信號發(fā)送出去。
在站A510中，利用NT個天線534接收來自于站B的已調(diào)制信號，并由NT個接收機(jī)單元532對其進(jìn)行處理，以獲得針對站B的接收到的符號。進(jìn)一步由RX空間處理器544和RX數(shù)據(jù)處理器546對該接收到的符號進(jìn)行處理以獲得來自于站B的反饋CSI?？刂破?40接收該反饋CSI，選擇傳輸模式和(多個)最終速率以用于向站B的數(shù)據(jù)傳輸，向數(shù)據(jù)源512和TX數(shù)據(jù)處理器520提供速率控制并且向TX空間處理器530提供選定的傳輸模式和信道信息(如，本征矢量)。
這里所描述的傳輸模式和速率選擇技術(shù)可以由多種方式實現(xiàn)。例如，可以以硬件、軟件或其組合來實現(xiàn)這些技術(shù)。對于硬件實現(xiàn)來說，用于執(zhí)行傳輸模式和速率選擇的處理單元可以用一個或多個專用集成電路(ASIC)、數(shù)字信號處理器(DSP)、數(shù)字信號處理器件(DSPD)、可編程邏輯器件(PLD)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、處理器、控制器、微控制器、微處理器、其它設(shè)計用來執(zhí)行這里所述的功能的電子單元、或它們的組合來實現(xiàn)。
對于軟件實現(xiàn)來說，傳輸模式和速率選擇技術(shù)可以由執(zhí)行這里所述功能的模塊(如，過程，函數(shù)等)來實現(xiàn)。軟件編碼可以存儲在存儲單元中(如，圖5中的存儲單元542和/或582)，并由處理器(如，控制器540和/或580)執(zhí)行。存儲單元可以被實現(xiàn)在處理器中，或被實現(xiàn)在處理器以外，這種情況中其可以通過現(xiàn)有的多種公知方式與處理器通信耦合。
提供了所公開的實施例的上述說明，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制造或使用本發(fā)明。對這些實施例的各種修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說都是顯而易見的，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以將這里所定義的一般性原理應(yīng)用于其它實施例。因此，本發(fā)明并不是要被限制于這里所示出的實施例，而是要符合與這里所公開的原理和新穎特征相一致的最寬范圍。
權(quán)利要求
1.一種在無線通信系統(tǒng)中為數(shù)據(jù)傳輸選擇傳輸模式的方法，包括確定可用于通過無線信道發(fā)送數(shù)據(jù)的信道信息的壽命；以及基于所述信道信息的壽命，從多個傳輸模式中選擇一個傳輸模式，其中，數(shù)據(jù)是根據(jù)所選擇的傳輸模式通過所述無線信道發(fā)送的。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括獲得用于在多輸入多輸出(MIMO)信道的多個正交空間信道上發(fā)送數(shù)據(jù)的本征矢量，其中，所述信道信息包括所述本征矢量。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括確定用于得到所述信道信息的導(dǎo)頻的壽命，并且其中，基于所述導(dǎo)頻的壽命來確定所述信道信息的壽命。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述多個傳輸模式包括第一傳輸模式和第二傳輸模式，其中，在所述第一傳輸模式中，使用所述信道信息來進(jìn)行空間處理以發(fā)送數(shù)據(jù)，并且其中，在所述第二傳輸模式中，不使用所述信道信息來進(jìn)行空間處理以發(fā)送數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述選擇所述多個傳輸模式之一包括將所述信道信息的壽命與閾值進(jìn)行比較，并且如果所述信道信息的壽命小于或等于所屬閾值，則選擇所述第一傳輸模式。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述選擇所述多個傳輸模式之一還包括如果所述信道信息的壽命大于所述閾值，則選擇所述第二傳輸模式。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，還包括基于所述無線信道的時變特性的函數(shù)來確定所述閾值。
8.一種無線通信系統(tǒng)中的裝置，包括控制器，用于確定可用于通過無線信道發(fā)送數(shù)據(jù)的信道信息的壽命，以及基于所述信道信息的壽命，從多個傳輸模式中選擇一個傳輸模式；以及空間處理器，用于根據(jù)所選擇的傳輸模式，對數(shù)據(jù)進(jìn)行空間處理。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述控制器確定用于得到所述信道信息的導(dǎo)頻的壽命，并且基于所述導(dǎo)頻的壽命來確定所述信道信息的壽命。
10.權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述控制器將所述信道信息的壽命與閾值進(jìn)行比較，并且如果所述信道信息的壽命小于或等于所述閾值，則選擇導(dǎo)向模式，并且其中，在所述導(dǎo)向模式中，所述空間處理器使用所述信道信息來進(jìn)行空間處理。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中，如果所述信道信息的壽命大于所述閾值，則所述控制器選擇非導(dǎo)向模式，并且其中，在所述非導(dǎo)向模式中，所述空間處理器不使用所述信道信息來進(jìn)行空間處理。
12.一種無線通信系統(tǒng)中的裝置，包括用于確定可用于通過無線信道發(fā)送數(shù)據(jù)的信道信息的壽命的模塊；以及用于基于所述信道信息的壽命，從多個傳輸模式中選擇一個傳輸模式的模塊，其中，數(shù)據(jù)是根據(jù)所選擇的傳輸模式通過所述無線信道發(fā)送的。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，還包括用于確定用于得到所述信道信息的導(dǎo)頻的壽命的模塊，并且其中，基于所述導(dǎo)頻的壽命來確定所述信道信息的壽命。
14.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中，所述用于選擇所述多個傳輸模式之一的模塊包括用于將所述信道信息的壽命與閾值進(jìn)行比較的模塊，以及用于如果所述信道信息的壽命小于或等于所述閾值，則選擇導(dǎo)向模式的模塊，并且其中，在所述導(dǎo)向模式中，使用所述信道信息來進(jìn)行空間處理以發(fā)送數(shù)據(jù)。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述用于選擇所述多個傳輸模式之一的模塊還包括用于如果所述信道信息的壽命大于所述閾值，則選擇非導(dǎo)向模式的模塊，并且其中，在所述非導(dǎo)向模式中，不使用所述信道信息來進(jìn)行空間處理以發(fā)送數(shù)據(jù)。
16.一種在無線通信系統(tǒng)中為數(shù)據(jù)傳輸執(zhí)行速率選擇的方法，包括獲得指示用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線信道的接收信號質(zhì)量的信道狀態(tài)信息；確定所述信道狀態(tài)信息的壽命；以及基于所述信道狀態(tài)信息和所述信道狀態(tài)信息的壽命，為通過無線信道的數(shù)據(jù)傳輸選擇至少一個速率。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述系統(tǒng)支持多個速率，并且其中，所述至少一個速率中的每一個都是從所述系統(tǒng)支持的多個速率中選出的。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括確定用于得到所述信道狀態(tài)信息的導(dǎo)頻的壽命，并且其中，基于所述導(dǎo)頻的壽命來確定所述信道狀態(tài)信息的壽命。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括基于所述信道狀態(tài)信息的壽命來確定退避因子，并且其中，基于所述退避因子進(jìn)一步選擇所述至少一個速率。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，基于所述無線信道的時變特性的函數(shù)來確定所述退避因子。
21.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括基于被選擇用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏斈Ｊ絹泶_定退避因子，其中，所述系統(tǒng)支持多個傳輸模式，并且其中，基于所述退避因子進(jìn)一步選擇所述至少一個速率。
22.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述信道狀態(tài)信息包括多輸入多輸出(MIMO)信道的多個空間信道的多個初始速率，每個空間信道對應(yīng)于一個初始速率。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述為數(shù)據(jù)傳輸選擇所述至少一個速率包括基于所述多個空間信道中每一個的初始速率，確定該空間信道所需的信干噪比(SNR)，基于所述多個初始速率的壽命來確定SNR退避值，基于所述多個空間信道中每一個所需的SNR和所述SNR退避值，確定該空間信道的調(diào)節(jié)后的SNR，并且基于所述多個空間信道中每一個的調(diào)節(jié)后的SNR，確定該空間信道的最終速率，其中，數(shù)據(jù)是利用為所述MIMO信道的所述多個空間信道確定的多個最終速率，在所述多個空間信道上發(fā)送的，并且其中，為數(shù)據(jù)傳輸選擇的所述至少一個速率包括所述多個最終速率。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述為數(shù)據(jù)傳輸選擇所述至少一個速率包括基于所述多個空間信道中每一個的初始速率，確定該空間信道所需的信干噪比(SNR)，基于所述多個初始速率的壽命來確定SNR退避值，基于所述多個空間信道中每一個所需的SNR和所述SNR退避值，確定該空間信道的調(diào)節(jié)后的SNR，針對為所述多個空間信道確定的多個調(diào)節(jié)后的SNR，確定平均SNR，并且基于所述平均SNR，確定所述多個空間信道的最終速率，其中，數(shù)據(jù)是利用為所述多個空間信道確定的該最終速率，在所述多個空間信道上發(fā)送的，并且其中，為數(shù)據(jù)傳輸選擇的所述至少一個速率包括該最終速率。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，基于當(dāng)將一個最終速率用于所述多個空間信道時可應(yīng)用的第二SNR退避值，進(jìn)一步確定所述多個空間信道中的每一個的調(diào)節(jié)后的SNR。
26.一種無線通信系統(tǒng)中的裝置，包括控制器，用于獲得指示用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線信道的接收信號質(zhì)量的信道狀態(tài)信息，確定所述信道狀態(tài)信息的壽命，并且基于所述信道狀態(tài)信息和所述信道狀態(tài)信息的壽命，為通過所述無線信道的數(shù)據(jù)傳輸選擇至少一個速率，其中，所述系統(tǒng)支持多個速率，并且其中，所述至少一個速率中的每一個都是從所述系統(tǒng)支持的多個速率中選出的；以及數(shù)據(jù)處理器，用于根據(jù)由所述控制器選擇的所述至少一個速率來處理數(shù)據(jù)。
27.如權(quán)利要求26所述的裝置，其中，所述控制器確定用于得到所述信道狀態(tài)信息的導(dǎo)頻的壽命，并且基于所述導(dǎo)頻的壽命來確定所述信道狀態(tài)信息的壽命。
28.如權(quán)利要求26所述的裝置，其中，所述控制器基于所述信道狀態(tài)信息的壽命來確定退避因子，并且進(jìn)一步基于所述退避因子來選擇所述至少一個速率。
29.如權(quán)利要求26所述的裝置，其中，所述控制器基于被選擇用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏斈Ｊ絹泶_定退避因子，并且進(jìn)一步基于所述退避因子來選擇所述至少一個速率。
30.一種無線通信系統(tǒng)中的裝置，包括用于獲得指示用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線信道的接收信號質(zhì)量的信道狀態(tài)信息的模塊；用于確定所述信道狀態(tài)信息的壽命的模塊；用于基于所述信道狀態(tài)信息和所述信道狀態(tài)信息的壽命，為通過所述無線信道的數(shù)據(jù)傳輸選擇至少一個速率的模塊，其中，所述系統(tǒng)支持多個速率，并且其中，所述至少一個速率中的每一個都是從所述系統(tǒng)支持的多個速率中選出的。
31.如權(quán)利要求30所述的裝置，還包括用于確定用于得到所述信道狀態(tài)信息的導(dǎo)頻的壽命的模塊，并且其中，基于所述導(dǎo)頻的壽命來確定所述信道狀態(tài)信息的壽命。
32.如權(quán)利要求30所述的裝置，還包括用于基于所述信道狀態(tài)信息的壽命來確定退避因子的模塊，并且其中，基于所述退避因子進(jìn)一步選擇所述至少一個速率。
33.如權(quán)利要求30所述的裝置，還包括用于基于被選擇用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏斈Ｊ絹泶_定退避因子的模塊，并且其中，基于所述退避因子進(jìn)一步選擇所述至少一個速率。
34.一種在無線通信系統(tǒng)中執(zhí)行傳輸模式和速率選擇的方法，包括確定可用于通過無線信道發(fā)送數(shù)據(jù)的信道信息的壽命；基于所述信道信息的壽命，從多個傳輸模式中選擇一個傳輸模式；獲得指示所述無線信道的接收信號質(zhì)量的信道狀態(tài)信息；確定所述信道狀態(tài)信息的壽命；以及基于所述信道狀態(tài)信息和所述信道狀態(tài)信息的壽命，為數(shù)據(jù)傳輸選擇至少一個速率，并且其中，數(shù)據(jù)是根據(jù)為數(shù)據(jù)傳輸選擇的所述傳輸模式和所述至少一個速率，通過所述無線信道發(fā)送的。
35.如權(quán)利要求34所述的裝置，還包括確定用于得到所述信道信息的導(dǎo)頻的壽命，并且其中，基于所述導(dǎo)頻的壽命來確定所述信道信息的壽命。
36.如權(quán)利要求34所述的裝置，還包括確定用于得到所述信道狀態(tài)信息的導(dǎo)頻的壽命，并且其中，基于所述導(dǎo)頻的壽命來確定所述信道狀態(tài)信息的壽命。
全文摘要
為了選擇傳輸模式以用于從站A到站B通過MIMO信道進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸，站A獲得空間處理所用的信道信息并確定該信息的壽命。站A基于該信道信息的壽命和可能的其它信息(如，MIMO信道的衰落特性)來選擇多個傳輸模式之一。為了選擇用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)?多個)速率，站A獲得指示MIMO信道的接收信號質(zhì)量的信道狀態(tài)信息(CSI)，如接收SNR或"初始"速率。站A確定CSI的壽命，并基于CSI、該CSI的壽命、選定的傳輸模式以及可能的其它信息，選擇一個或多個"最終"速率。站A根據(jù)選定的傳輸模式和(多個)最終速率進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并將處理過的數(shù)據(jù)發(fā)送至站B。
文檔編號H04B7/06GK1981472SQ200580022730
公開日2007年6月13日 申請日期2005年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月7日
發(fā)明者桑托什·亞伯拉罕, 阿諾·梅蘭, 杰伊·羅德尼·沃爾頓 申請人:高通股份有限公司