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      用于使用連續(xù)量化的MIMO系統(tǒng)的一般化m級波束成形器的制作方法

      文檔序號:7948382閱讀:211來源:國知局
      專利名稱:用于使用連續(xù)量化的MIMO系統(tǒng)的一般化m級波束成形器的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明的領(lǐng)域通常涉及用于在裝備有多個(gè)發(fā)射天線和多個(gè)接收天線的無線系統(tǒng)中使用的波束成形器,并且更具體地,涉及其中在發(fā)射器處可獲得關(guān)于信道狀態(tài)的有限速率反饋信息的較高級波束成形方法。
      背景技術(shù)
      在現(xiàn)有技術(shù)中,已知多種波束成形方法用于裝備有多個(gè)發(fā)射天線和多個(gè)接收天線的無線系統(tǒng)。當(dāng)前,空時(shí)編碼方案目前被提議用于多天線系統(tǒng)。
      圖1取自轉(zhuǎn)讓給其受讓人的序列號6,584,302的美國專利,該圖示出了具有用于發(fā)射和接收的一組天線單元200-204的收發(fā)器。收發(fā)器通常是基站,但是它還可以是用戶設(shè)備。具有數(shù)個(gè)單元的天線可以是天線陣列或者某種其他類型的天線單元的簇。參考接收器260,從每個(gè)天線200-204接收的每個(gè)信號進(jìn)入RF裝置206-210,這些RF裝置以已知的方式將射頻信號轉(zhuǎn)換為基帶信號。信號在A/D轉(zhuǎn)換器212-216中被數(shù)字化。數(shù)字基帶信號與形成天線的波束的形狀的系數(shù)W1-WM在乘法器218-222中相乘。系數(shù)W1-WM是數(shù)字復(fù)數(shù)。接收器搜索產(chǎn)生最佳接收的系數(shù)W1-WM的值。在天線響應(yīng)單元224中計(jì)算針對每個(gè)天線單元的天線響應(yīng)。在分級和選擇單元226中,對天線響應(yīng)進(jìn)行分級,并且選擇天線響應(yīng)的集合的子集。
      天線單元的響應(yīng)類似于沖激響應(yīng)且通過使用相關(guān)性來計(jì)算。在相關(guān)性中,已知的偽隨機(jī)擴(kuò)展碼與接收到的信號相關(guān)L次。L是多徑傳播信號的路徑的數(shù)目。在計(jì)算出一個(gè)相關(guān)值之后,擴(kuò)展碼位移ΔT的時(shí)間差,ΔT可以與芯片的持續(xù)時(shí)間相同。
      在發(fā)射器262中,包括至少一個(gè)天線響應(yīng)的子集被饋送到系數(shù)單元230,該系數(shù)單元230為發(fā)射信號的每個(gè)天線單元200-204計(jì)算系數(shù)a1-aM。將要發(fā)射的信號使用乘法器232-236與該系數(shù)相乘。由系數(shù)a1-aM加權(quán)的信號然后由D/A轉(zhuǎn)換器238-242轉(zhuǎn)換為模擬信號。在此之后,模擬信號在RF裝置244-248中轉(zhuǎn)換為射頻信號,且該射頻信號由天線單元200-204所發(fā)射。
      在此環(huán)境中,尋求到了性能增益。多個(gè)發(fā)射和多個(gè)接收天線環(huán)境中的空時(shí)編碼方案導(dǎo)致了復(fù)雜的接收器電路。依照注水(water-filling)算法的在發(fā)射器天線處的功率分配可在信噪比方面獲得顯著改善,這是已知的。然而當(dāng)使用注水算法時(shí),在信噪比方面的改善是有代價(jià)的。首先,在接收器和發(fā)射器之間需要反饋信道以向發(fā)射器提供關(guān)于信道狀態(tài)的信息。其次,迄今注水算法需要全部的信道信息。在實(shí)際的系統(tǒng)中,由于反饋資源有限的屬性,在發(fā)射器處可能只有部分信道信息是可獲取的。
      因此,對于在發(fā)射器處可獲取部分信道信息的情形,本領(lǐng)域技術(shù)人員期望基于反饋的發(fā)射方案。已經(jīng)開發(fā)出了針對利用量化的信道信息的單接收天線系統(tǒng)的發(fā)射方案,但是該方案并不令人滿意。
      例如,基于使用信道特性的有限速率反饋的單元級波束成形設(shè)計(jì)的天線系統(tǒng)在空時(shí)編碼實(shí)現(xiàn)上提供顯著的優(yōu)勢,這些優(yōu)勢來自減小的接收器復(fù)雜度和信噪比的前景。然而,這些優(yōu)點(diǎn)僅存在于相對有限的發(fā)射速率范圍。從而,本領(lǐng)域技術(shù)人員期望使用信道特性的有限速率反饋的波束成形設(shè)計(jì),該信道特性在發(fā)射速率增加時(shí)保留注水算法的優(yōu)勢。當(dāng)發(fā)射速率增加時(shí)對性能優(yōu)勢的維持不應(yīng)以過度增加接收器復(fù)雜度為代價(jià),這在空時(shí)碼實(shí)現(xiàn)上將不提供優(yōu)勢。
      較高級的波束成形方案與單元級波束成形在需要的反饋信息的屬性上和需要的編碼器/解碼器上都具有顯著差異。單元級波束成形器使用標(biāo)量編碼器和解碼器,這獲得了低的復(fù)雜度。較高級波束成形方案為了好的性能而需要矢量編碼器/解碼器,并且結(jié)果是這些方案更加復(fù)雜。然而,本領(lǐng)域技術(shù)人員期望得到這樣的解碼電路的較高級波束成形方法,該解碼電路仍然比空時(shí)編碼方法所需要的解碼電路簡單。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明涉及一種算法,該算法將針對多個(gè)接收天線的單元級波束成形拓展至一般化的波束成形。在t個(gè)發(fā)射天線、r個(gè)接收天線的系統(tǒng)的情形中,選擇m≤min(t,r)個(gè)特征向量(對應(yīng)于m個(gè)最大的特征值)用于發(fā)射。復(fù)雜度和執(zhí)行問題、以及性能需求將在實(shí)踐中指示m的選擇。對于較低的復(fù)雜度需要小的m,而對于較好的性能則需要m盡可能地大。
      進(jìn)一步,本發(fā)明的一個(gè)方面涉及量化方法,該方法用于可由有限速率反饋信道使用的信道矩陣的特征向量和特征值。用于特征向量的量化方法尤其是基于連續(xù)量化原理。本發(fā)明的原理可以拓展至包括任意數(shù)目的接收天線的情形。
      實(shí)現(xiàn)連續(xù)量化的本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式涉及一種方法,該方法包括以下步驟從具有t個(gè)發(fā)射天線的發(fā)射器向具有r個(gè)接收天線的接收器發(fā)射測試信號;通過觀察發(fā)射對測試信號的影響計(jì)算描述信道的數(shù)學(xué)特性的信道矩陣;計(jì)算信道矩陣的預(yù)定數(shù)目的特征向量;從波束成形器碼本中選擇最佳逼近信道矩陣的特征向量的每一個(gè)的波束成形矢量;發(fā)射對最佳逼近信道矩陣的特征向量的每個(gè)波束成形矢量進(jìn)行唯一標(biāo)識的數(shù)字碼;以及使用波束成形矢量以修改從發(fā)射器向接收器發(fā)射的信號。
      依賴于期望的系統(tǒng)性能,優(yōu)選實(shí)施方式的變形可得到單元級波束成形實(shí)現(xiàn)(其中需要相對較低的發(fā)射速率)或多級波束成形實(shí)現(xiàn)(其中需要相對較高的發(fā)射速率)。
      在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中,通過從碼本中的矢量之中選擇最大化與H(信道矩陣)內(nèi)積的碼本矢量,量化方法選擇最佳逼近信道矩陣的主特征向量的該碼本矢量。一旦從波束成形碼本中可獲取的那些值中選擇了適當(dāng)?shù)牟ㄊ尚问噶?,關(guān)聯(lián)于該波束成形矢量的唯一的標(biāo)識碼由接收器在反饋信道上發(fā)射到發(fā)射器。然后發(fā)射器應(yīng)用選擇的波束成形矢量以修改發(fā)射的信號。
      在優(yōu)選實(shí)施方式的進(jìn)一步變形中,實(shí)現(xiàn)了多級波束成形方法。這些變形需要計(jì)算主特征向量以外的信道矩陣的附加特征向量。然后,從提供與信道的附加特征向量的最佳逼近的附加預(yù)定波束成形碼本中選擇波束成形矢量。
      用于確定提供對附加信道特征向量的最佳逼近的波束成形碼本矢量的優(yōu)選方法包括以下步驟。以下描述涉及在主特征向量之后選擇的下一個(gè)(第二)特征向量。在第一附加步驟中,修改的碼本根據(jù)預(yù)定的波束成形矢量的第二波束成形碼本構(gòu)建。然后,使用各種數(shù)學(xué)形式體系以確定來自修改的碼本的哪個(gè)碼本矢量最大化與第二特征向量的內(nèi)積。
      依照本發(fā)明制造的優(yōu)選波束成形設(shè)備,在具有t個(gè)發(fā)射天線的基站中包括測試信號發(fā)生器和發(fā)射器,用于生成并將測試信號發(fā)射至移動臺;波束成形碼本,用于由基站發(fā)射到移動臺的信號的波束成形;反饋接收器,用于從移動臺接收碼,該碼標(biāo)識出在從基站向移動臺發(fā)射信號中應(yīng)該使用哪些波束成形矢量;并且在具有r個(gè)接收天線的移動臺中包括測試信號接收器,用于接收由基站所生成的測試信號;信道矩陣計(jì)算器,用于計(jì)算通過觀察信道對測試信號的影響而確定的信道矩陣的特征向量;波束成形碼本,該波束成形碼本由與在基站的波束成形碼本中的那些值相同的碼本矢量構(gòu)成;波束成形矢量選擇器,用于在波束成形碼本中選擇哪些波束成形矢量最佳逼近信道矩陣的特征向量;波束成形矢量選碼器,用于選擇唯一標(biāo)識最佳逼近信道矩陣的特征向量的波束成形矢量的預(yù)定碼;以及波束成形矢量發(fā)碼器,用于將標(biāo)識最佳逼近信道矩陣的特征向量的波束成形矢量的碼發(fā)射至基站的反饋接收器。在優(yōu)選實(shí)施方式的設(shè)備的變形中,可以執(zhí)行單元級或多級波束成形方法。
      在單元級情形中,使用提供沿信道的主特征向量逼近發(fā)射的波束成形矢量的單個(gè)碼本。
      在多級情形中,向基站和移動臺提供多個(gè)碼本。多個(gè)碼本提供沿信道的主特征向量和其他特征向量逼近發(fā)射的波束成形矢量。另外,在多級情形中,移動臺的波束成形矢量選擇器至少從兩個(gè)碼本(從每個(gè)碼本中選擇單個(gè)波束成形矢量)中選擇兩個(gè)波束成形矢量,其中選擇的波束成形矢量沿信道的主特征向量和第二特征向量最佳逼近發(fā)射。與此類似,在多級實(shí)現(xiàn)中,波束成形矢量選碼器對那些標(biāo)識選擇的波束成形矢量的唯一碼進(jìn)行識別,并且將該碼傳遞至用于向基站發(fā)射的波束成形矢量發(fā)碼器。在進(jìn)一步的多級實(shí)現(xiàn)中,可以將等于并包括從m個(gè)波束成形碼本中選擇的m個(gè)波束成形矢量的碼發(fā)射至基站,其中m=min(t,r)。
      本發(fā)明的另一個(gè)替換實(shí)施方式包括具有用于生成測試信號并將測試信號發(fā)射至移動臺的測試信號發(fā)生器和發(fā)射器的基站;波束成形碼本,用于將由基站發(fā)射至移動臺的信號的波束成形;反饋接收器,用于從移動臺接收碼,該碼標(biāo)識在將信號從基站發(fā)射至移動臺中應(yīng)該使用哪些波束成形矢量;以及波束成形器,用于使用波束成形矢量以改變由基站發(fā)射至移動臺的信號。
      本發(fā)明的又一個(gè)替換實(shí)施方式包括具有用于接收由基站所生成的測試信號的測試信號接收器的移動臺;信道矩陣計(jì)算器,用于計(jì)算通過觀察信道對測試信號的影響而確定的信道矩陣的特征向量;由與基站的波束成形碼本中的那些值相同的碼本矢量所構(gòu)成的波束成形碼本;波束成形矢量選擇器,用于在波束成形碼本中選擇哪些波束成形矢量最佳逼近信道矩陣的特征向量;波束成形矢量選碼器,用于選擇唯一標(biāo)識波束成形矢量的預(yù)定碼,該波束成形矢量最佳逼近信道矩陣的特征向量;以及波束成形矢量發(fā)碼器,用于將標(biāo)識波束成形矢量的碼發(fā)射至基站的反饋接收器,該波束成形矢量最佳逼近信道矩陣的特征向量。
      因而,本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到本發(fā)明的實(shí)施方式克服了現(xiàn)有技術(shù)的限制。已知的空時(shí)波束成形方案導(dǎo)致了過度復(fù)雜的實(shí)現(xiàn),其獲得低于注水算法所指示的理論性能。相比之下,本發(fā)明的波束成形方法通過向發(fā)射器提供關(guān)于信道狀態(tài)的信息,獲得了接近注水算法所指示的理論限度的性能。尤其是,接收器從波束成形碼本矢量的預(yù)定集合中選擇哪些波束成形矢量將由發(fā)射器使用以達(dá)到期望的性能水平。


      圖1以框圖的形式示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的多天線系統(tǒng);圖2到圖6示出了各種配置的性能;以及圖7描繪了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式制造的波束成形系統(tǒng)。
      具體實(shí)施例方式
      I.根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選波束成形方法在這里呈現(xiàn)的波束成形方法相對于當(dāng)前針對多天線系統(tǒng)所提出的空時(shí)編碼方案,以可證明的較低的計(jì)算復(fù)雜度獲得改進(jìn)的性能。當(dāng)手機(jī)(接收器)在其計(jì)算能力受到約束時(shí),低接收器復(fù)雜度對于下行鏈路發(fā)射來說是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
      在發(fā)射器處的信道狀態(tài)信息可顯著增強(qiáng)系統(tǒng)性能,這是公知的。然而,在實(shí)際系統(tǒng)中,由于反饋資源的受限特性,在發(fā)射器處僅有部分信道信息是可獲取的。因而,針對在發(fā)射器處可獲取部分信道信息的情況,設(shè)計(jì)基于反饋的發(fā)射方案是重要的。已經(jīng)開發(fā)出了利用量化信道信息的用于單接收天線系統(tǒng)的發(fā)射方案。
      在這里呈現(xiàn)出的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和波束成形器構(gòu)造在系統(tǒng)中利用了有限速率反饋。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的說明中,首先呈現(xiàn)了用于多個(gè)發(fā)射天線和多個(gè)接收天線系統(tǒng)的單元級波束成形策略。在此之后,呈現(xiàn)了利用有限數(shù)目的反饋比特?cái)U(kuò)展波束成形器碼本構(gòu)造以模擬空間的注水解決方案的算法??梢宰C明,當(dāng)與空時(shí)編碼比較時(shí),兩種方案都在較低的解碼復(fù)雜度方面獲得了較好的性能。尤其可以看出,當(dāng)發(fā)射速率小的時(shí)候,單元級波束成形方案是有用的。實(shí)際上當(dāng)2R/r/t<1時(shí),單元級波束成形方案獲得超出空時(shí)編碼方案的顯著性能增益,在這里R是以bits/sec/Hz為單位的發(fā)射的速率,r是接收天線的數(shù)目,而t是發(fā)射天線的數(shù)目。當(dāng)對于單元級波束成形不滿足這種條件時(shí),即對于較高的發(fā)射速率,本發(fā)明基于空間的注水算法、使用有限速率反饋來呈現(xiàn)較高級波束成形方案。
      考慮諸如圖1中所示的具有t個(gè)發(fā)射天線和r個(gè)接收天線的多天線系統(tǒng)。假設(shè)發(fā)射發(fā)生在R bits/sec/Hz的頻譜效率。t×1的發(fā)射矢量用X表示,且r×1的接收矢量用Y表示。加性白噪聲矢量用W表示,而在發(fā)射天線和接收天線之間的頻率非選擇性瑞利衰落信道由r×t矩陣H所給出。使用這些符號,接收信號Y可表示如下Y=HX+W (1)假設(shè)信道衰落在時(shí)間上是準(zhǔn)靜態(tài)的;即當(dāng)信道實(shí)現(xiàn)在幀與幀之間是獨(dú)立的時(shí),信道在一幀之內(nèi)保持不變。假設(shè)在接收器處完全了解信道。在實(shí)踐中,在系統(tǒng)中通過使用基于前同步碼的訓(xùn)練,在接收器處可獲得好的信道估計(jì)。還假設(shè)從接收器到發(fā)射器間存在每幀傳送B位的無錯(cuò)反饋信道。為了簡單起見,不執(zhí)行隨時(shí)間的功率調(diào)整(即瞬時(shí)功率控制)。
      現(xiàn)在描述單元級波束成形方案并分析它們的性能。在接收天線的數(shù)目被限制為1的重要情形中,單元級波束成形方案在最小化中斷(outage)概率的意義中是最佳的。進(jìn)一步,具有多接收天線的單元級波束成形在將成對碼錯(cuò)誤概率最小化的意義上是最佳的。另外,單元級波束成形方案獲得了具有低計(jì)算復(fù)雜度的簡單解碼結(jié)構(gòu)。
      沿信道的主特征向量的發(fā)射將系統(tǒng)中的成對碼錯(cuò)誤概率最小化。還顯示出,沿信道的主特征向量的發(fā)射將接收的SNR最大化,并獲得最大的分集。這種發(fā)射策略被稱為單元級波束成形方法。
      本發(fā)明的一個(gè)有利的特性是,單元級波束成形方案的解碼復(fù)雜度獨(dú)立于發(fā)射天線的數(shù)目。由于是單個(gè)的數(shù)據(jù)流(相應(yīng)于具有最佳特征值的特征信道),得到的編碼器是標(biāo)量編碼器,且因而獨(dú)立于發(fā)射天線的數(shù)目。結(jié)果,相應(yīng)的解碼器也是標(biāo)量解碼器,并且因而解碼復(fù)雜度獨(dú)立于發(fā)射天線的數(shù)目。相比之下,空時(shí)碼以聯(lián)合的方式跨越所有的發(fā)射天線來編碼,由此獲得了階數(shù)由發(fā)射天線的數(shù)目所給定的矢量編碼器。在如此的情形中,相應(yīng)的矢量解碼器的復(fù)雜度是發(fā)射天線的數(shù)目的指數(shù)級,這不是期望的。
      考慮由C={C1,C2,…,CN}所給出的有限大小波束成形器碼本的例子??梢钥闯觯瑢⒅袛喔怕首钚』牧炕饔梢韵滤o出 其中‖.‖2表示 的l2范數(shù)(其中l(wèi)2是在t維復(fù)空間中的矢量長度的平方)。因此,給出的信道實(shí)現(xiàn)H將被映射至將表達(dá)式(2)最小化的波束成形矢量Ci。還可看出,當(dāng)N變大時(shí),由(2)給出的量化規(guī)則得到信道的主特征向量。這從瑞利商(Rayleigh quotient)得出,其表示當(dāng)V是HH的主特征向量時(shí),‖HV‖2被最大化。
      進(jìn)一步建立當(dāng)波束成形碼本的大小被約束至需要log2(N)比特的N個(gè)矢量時(shí),在單元級波束成形方案的中斷性能的下限。尤其是,對于t個(gè)發(fā)射天線和r=2個(gè)接收天線,可看出系統(tǒng)的中斷概率被如下限制Pout(R,P)&GreaterEqual;1-N(1+&gamma;0)e-&gamma;0+e-&gamma;1(&Sigma;k=02t-1N(1+&gamma;0)(&gamma;1-&gamma;0)k-&gamma;1kk!)]]>-Ne-&gamma;1&gamma;0(&gamma;1-&gamma;0)2t-1(2t-1)!---(3)]]>其中&gamma;0=2R-1P,]]>P是接收的SNR,且γ1是N、t和γ0的函數(shù)。
      因此,利用以上的量化規(guī)則,對于單接收天線已知的所有波束成形器構(gòu)造進(jìn)一步可適用于多接收天線。在單接收天線情形中,針對好的波束成形器碼本的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)因而如下給出
      mincmaxi,j:i&NotEqual;j|&lt;Ci,Cj>|---(4)]]>在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境下,以上設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)在數(shù)學(xué)上等同于用于非同調(diào)星座(non-coherent constellation)的酉空時(shí)星座的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。因此,針對酉星座設(shè)計(jì)的所有可獲得的構(gòu)造還可用于具有(2)所給出的量化度量標(biāo)準(zhǔn)(metric)的波束成形器設(shè)計(jì)問題。
      圖2示出了以R=2bits/sec/Hz發(fā)射的具有四個(gè)發(fā)射天線和兩個(gè)接收天線的量化的單元級波束成形器的性能(曲線104和106)。為了對比,還給出了不使用任何信道狀態(tài)信息的空時(shí)編碼方案的性能(曲線110)以及需要完整信道狀態(tài)信息的空間的注水解決方案的性能(曲線102)??梢钥闯?,使用6比特的反饋信息(曲線106),在10-2的中斷性能處,相對于空時(shí)編碼方案,單元級波束成形方案獲得超過2.5dB的增益。當(dāng)反饋比特的數(shù)目增加時(shí),增益進(jìn)一步增加。注意到使用單元級波束成形方法,可以獲得相對空時(shí)碼的達(dá)到4dB的增益。進(jìn)一步,對于此發(fā)射速率,在單元級波束成形方案(曲線104)和較高級注水方案(曲線102)之間的間隙小于0.4dB。除了復(fù)雜度的顯著降低以外,已經(jīng)解釋了波束成形方案對于空時(shí)編碼的性能增益。進(jìn)一步,在圖2中還給出了當(dāng)波束成形矢量的數(shù)目變大時(shí)作為單元級波束成形的限制的主特征向量波束成形的性能(曲線104)。
      已經(jīng)描述了單元級波束成形,下面是對具有有限速率反饋的較高級波束成形方案(空間的注水)的描述。當(dāng)發(fā)射速率增加時(shí)(尤其是當(dāng)2R/r/t<1時(shí),其中R是發(fā)射的速率,r是接收天線的數(shù)目,并且t是發(fā)射天線的數(shù)目),這些方法提供相對空時(shí)碼和單元級波束成形方案的顯著的性能增益。
      已經(jīng)設(shè)計(jì)出這樣一種算法,該算法將針對多接收天線的單元級波束成形方法拓展至針對兩個(gè)接收天線的情形的量化的空間的注水方法。該算法可以容易地拓展至多于兩個(gè)接收天線的情形。由于尺寸和成本的約束,期望下一代手機(jī)裝備有不多于兩個(gè)的天線。因此,兩個(gè)接收天線的情形對于蜂窩系統(tǒng)中的下行鏈路發(fā)射是重要的。
      對于空間的注水解決方案的情形,發(fā)射器需要擁有關(guān)于HH的特征向量和特征值的信息。注意,知道特征值的相對值(例如特征值的比)將不能滿足注水功率分配。本發(fā)明使用在其中特征向量和功率分配被獨(dú)立地量化的量化器解決方案。此分離在量化器的設(shè)計(jì)上推行某結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)有利地降低了實(shí)踐中量化器的實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。
      在兩個(gè)接收天線(r=2)的情形中,HH可最多具有兩個(gè)非零特征值。因此,在發(fā)射器處知道的情況應(yīng)包括這兩個(gè)特征向量(相應(yīng)于非零特征值)和相應(yīng)的特征值。已經(jīng)認(rèn)識到,如果在接收器處做出功率分配并且關(guān)于兩個(gè)特征信道中功率分布的信息被傳遞回發(fā)射器,則在反饋資源中可獲得顯著的節(jié)約。進(jìn)一步,由于可獲得的總功率(P)在發(fā)射器處已知,如果功率分布矢量P1、P2被歸一化,則在信息中沒有損失。因此可以設(shè)計(jì)出針對功率分配矢量的計(jì)算上簡單的量化器。進(jìn)一步,據(jù)觀察,2比特量化器有效地傳達(dá)在發(fā)射器處功率分配所需的所有信息。另外,通過注意到相應(yīng)于主特征向量的P1總是大于或等于相應(yīng)于其他特征信道的P2,這在反饋資源中可獲得一個(gè)比特。在表1中給出了用于功率分布矢量的量化器。注意,作出了以下指定P2=kP1,其中0≤k≤1,且P1≥0.5P,并且其中用2比特描述k。
      假定發(fā)射器裝備有t個(gè)發(fā)射天線而接收器裝備有兩個(gè)接收天線。令H相應(yīng)于采樣信道實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步,假設(shè)存在具有N比特的反饋信道。對量化問題采取去耦(decouple)方法,其中用于特征向量和特征值的量化器彼此獨(dú)立。這樣的分離在量化器設(shè)計(jì)上利用某結(jié)構(gòu),其可降低實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。令V1和V2相應(yīng)于HH的特征向量,而λ1和λ2是相應(yīng)的特征值,且λ1≥λ2。令P1和P2表示針對總功率P而由注水算法所確定的功率電平。
      首先,對功率電平P1和P2進(jìn)行量化而不是對特征值進(jìn)行量化,這是有利的。事實(shí)上,注水算法需要特征值的絕對值,且因此例如諸如特征值的比的部分信息是不夠的。另一方面,考慮注水算法在接收器處執(zhí)行并且僅有功率電平被量化的情況。在此情形中,因?yàn)榭色@得的總功率(P1+P2=P)在發(fā)射器處是已知的,能夠量化功率電平的比 通過注意到P1≥P2以至于&rho;=P2P1]]>總在0和1之間,在反饋比特中可進(jìn)一步獲得節(jié)約。
      在表1中給出了針對功率分布矢量的量化器。假設(shè)P2=ρP1,其中0≤ρ≤1且P1≥0.5P1,其中使用2比特描述ρ。在給這些值賦值時(shí),利用這樣的已知情況,即基于第二特征值和剩余發(fā)射功率,相應(yīng)于主特征向量的特征值將獲得至少一半的發(fā)射功率。
      表1在4個(gè)發(fā)射天線和2個(gè)接收天線的情形中,針對功率分配矢量所使用的量化器。
      對于4個(gè)發(fā)射天線和2個(gè)接收天線的情形,在圖3中可看到將功率分配矢量進(jìn)行量化至如表1所給出的2比特的效果。這假設(shè)對于此仿真,在發(fā)射器處的特征向量是完全已知的,以研究功率分配矢量的量化的效果。圖3示出了由完全信道信息所配置的兩比特量化器的結(jié)果。容易看出,兩條曲線基本相同,因而相對于完全信道狀態(tài)信息的情形,2比特功率量化器的性能損失是可以忽略的。
      現(xiàn)在將描述HH的兩個(gè)活動特征向量的量化??紤]如在前面章節(jié)中所描述而構(gòu)建的大小N的有限大小波束成形器碼本C。首先,應(yīng)用上一章節(jié)中所介紹的量化規(guī)則以確定在C中的可獲得的矢量中與主特征向量的最佳逼近。注意,在發(fā)射器處的該矢量的指定需要log2(N)個(gè)反饋比特。然而,通過注意以下的有用屬性,可以在第二特征向量的指定中獲得效率。
      注意HH的特征向量在 中。進(jìn)一步,特征向量都是相互正交的。因而,第一特征向量的指定確定包含第二活動特征向量的子空間。尤其是,第二特征向量位于與主特征向量正交的t-1維子空間中。因而,通過在t-1維而不是在原始的t維空間中構(gòu)建第二碼本,第二矢量的描述可被顯著地改進(jìn)。
      然而,因?yàn)榘ǖ诙噶康恼蛔涌臻g依賴于主特征向量,所以基于第一特征向量修改第二特征向量的碼本的組成是不理想的。因此給出了兩個(gè)波束成形器碼本都獨(dú)立于實(shí)際信道實(shí)現(xiàn)的算法。
      令C1是在由N1=2B1]]>個(gè)矢量構(gòu)成的 中的波束成形器碼本。類似地,令C2是在由N2=2B2]]>個(gè)矢量構(gòu)成的 中的波束成形器碼本。令H是信道實(shí)現(xiàn),而V1和V2是HH的活動特征向量。首先,使用上一章節(jié)中所述的量化規(guī)則V1在C1中被量化。尤其是,選擇Ci1使得Ci1&Element;C1]]>(注意上標(biāo)相應(yīng)于碼本索引),這使得 是對于C1中的所有矢量的最大值。不失一般性地,假設(shè)在C1的所有矢量之中,C11最大化與H的內(nèi)積。
      現(xiàn)在,考慮C2中的矢量。從C2構(gòu)建碼本C2′使得C2′存在于 中。因此,C2是 中C2′的嵌入(embedding)。通過構(gòu)造,C2′使得所有矢量的第一坐標(biāo)設(shè)置為零。因此,C2′中的矢量存在于 的軸[1,0,…,0]的正交子空間中。進(jìn)一步,將C2′嵌入C2的規(guī)則是這樣的,C2′的第一坐標(biāo)下降以獲取在C2中相應(yīng)的矢量。因此,如果Ci2&prime;=
      ,]]>則在C2中相應(yīng)的Ci2由[c1,c2,…,ct-1]所給出。
      本方法利用了這樣的性質(zhì),C2′在 中e1=[1,0,…,0]的正交子空間中。尤其是,旋轉(zhuǎn)C1中的矢量使得C11與e1相符。令A(yù)是t×t單位矩陣,該單位矩陣以預(yù)定方式從C11構(gòu)建使得 現(xiàn)在,在對第二矢量進(jìn)行量化之前,由相同的矩陣A旋轉(zhuǎn)信道矩陣H。同樣,由矩陣A旋轉(zhuǎn)第二矢量V2以給出V2′=AV2?,F(xiàn)在,在第二波束成形器碼本C22′中量化V2′。假定Ck2′是在C22′中最大化與V2′內(nèi)積的矢量。接著發(fā)射器獲得標(biāo)號k且發(fā)射器使用A(C2′)T用于發(fā)射,其中上標(biāo)T表示矩陣轉(zhuǎn)置操作。注意A僅是C11的函數(shù),并且由于發(fā)射器經(jīng)由反饋信道具有關(guān)于C11的信息,矩陣A在發(fā)射器處可再生。因此,得到的碼本C1和C2兩者都獨(dú)立于實(shí)際信道實(shí)現(xiàn)。
      表2示出解碼復(fù)雜度是發(fā)射天線的數(shù)目(t)、接收天線的數(shù)目(r)以及在調(diào)制星座中點(diǎn)的數(shù)目(|Q|)的函數(shù)的表。

      注意,量化的空間的注水解決方案需要跨越活動特征信道的聯(lián)合的編碼和解碼。因此,在得到兩個(gè)活動特征信道的四個(gè)發(fā)射天線和兩個(gè)接收天線的情形中,需要跨越兩個(gè)特征信道的聯(lián)合編碼。例如,等級2的空時(shí)編碼可用于獲得在下一章節(jié)中描述的性能。在缺乏信道狀態(tài)信息時(shí),將需要相應(yīng)于四個(gè)發(fā)射天線的等級4的空時(shí)碼。注意,空時(shí)碼的解碼復(fù)雜度與碼的等級呈指數(shù)關(guān)系。因而,除了在性能增益中所獲得的好處以外,量化的空間的注水解決方案相對于空時(shí)編碼還獲得了顯著較低的解碼復(fù)雜度。在表2中示出了解碼復(fù)雜度對于發(fā)射天線的數(shù)目和接收天線的數(shù)目的依賴。
      還模擬了在3個(gè)和4個(gè)發(fā)射天線連同2個(gè)接收天線的情形中的量化的一般波束成形的性能。圖4示出了具有針對3個(gè)發(fā)射天線的6反饋比特的總預(yù)算的量化的波束成形的性能。6比特中的2比特用于描述在如前面章節(jié)中所述的特征向量之間的功率分配。主特征向量使用在

      中構(gòu)建的4元素波束成形器碼本進(jìn)行量化。為了量化第二特征向量,構(gòu)建了在 的2維子空間中的具有4個(gè)矢量的第二波束成形器碼本。在此情形中,可以觀察到針對修改的碼本構(gòu)造,性能增益等于0.5dB。
      圖5示出了在具有4個(gè)發(fā)射天線和2個(gè)接收天線的情形中的量化的波束成形的性能。該圖示出了當(dāng)6和8比特被用于反饋信道時(shí)的性能。在兩種情形中,只有2比特用于功率分配矢量。其余的反饋比特在其他特征向量的描述之間平均分布。在此情形中,用以描述第二矢量的修改的碼本在 的3維子空間中被構(gòu)建。而且,針對修改的碼本設(shè)計(jì)獲得了等于0.5dB的增益。進(jìn)一步,在具有4個(gè)發(fā)射天線和2個(gè)接收天線時(shí),從6至8比特的反饋資源的增加導(dǎo)致等于1dB的總增益。
      在圖6中給出了在具有4個(gè)發(fā)射天線和2個(gè)接收天線的量化的注水解決方案的其他性能模擬。與完全信息注水方案、空時(shí)編碼以及完全信息特征向量波束成形對比(都以R=6bits/sec/Hz的速率發(fā)射),該圖示出了量化的注水方案的性能。對于量化的波束成形方案,使用表1中給出的量化器,已經(jīng)使用2比特用于空間的功率控制信息。在圖6中可看出兩個(gè)不同碼本構(gòu)造的性能。在第一情形中,碼本C1在4維空間中構(gòu)建具有16個(gè)矢量,而碼本C2在3維空間中構(gòu)建具有16個(gè)矢量,由此對于每個(gè)碼本需要3反饋比特。因此,使用總共10比特的反饋用于此方案??梢宰⒁獾?,使用10反饋比特,當(dāng)提供對空時(shí)編碼約2dB的增益時(shí),獲得的性能遠(yuǎn)離完全反饋信息約1dB。對于8反饋比特的情形,2比特用于空間的功率控制。而且,現(xiàn)在C1在4維中具有8個(gè)矢量,而C2在3維中具有8個(gè)矢量,因而每個(gè)需要3比特。使用8反饋比特,可以觀察到對空時(shí)編碼方案約1.5dB的增益。還應(yīng)指出,在此情形中單元級波束成形方案執(zhí)行得比空時(shí)碼差。
      當(dāng)在發(fā)射器處只有部分信道狀態(tài)信息是可獲取的時(shí)候,應(yīng)用上述的用于多發(fā)射和接收天線系統(tǒng)的波束成形方案。單元級波束成形方案獲得低復(fù)雜度的解碼結(jié)構(gòu),以及對信道不可知的空時(shí)編碼方案的性能增益。還已經(jīng)示出了用于實(shí)現(xiàn)諸如空間的注水解決方案的較高級發(fā)射方案、使用低復(fù)雜度量化器的算法。在所有的情形中,在發(fā)射器處的信道狀態(tài)信息的幾個(gè)比特可導(dǎo)致實(shí)質(zhì)的性能增益以及解碼復(fù)雜度的降低。
      II.根據(jù)本發(fā)明制造的優(yōu)選波束成形系統(tǒng)在圖7中描繪了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式制造的波束成形系統(tǒng)。如所描繪可見,用以完成在這里描述的波束成形方法的必要元件分布于基站300和移動臺400之間?;?00包括t=4個(gè)發(fā)射天線311-314、和相關(guān)聯(lián)的RF過濾器321-324、以及信號處理器330?;?00進(jìn)一步包括測試信號生成器和發(fā)射器340用于生成將從基站300發(fā)射至移動臺400的測試信號。測試信號將由在基站300和移動臺400之間的信道500所削弱?;?00進(jìn)一步包括波束成形碼本380,該碼本包括用于將由基站向移動臺發(fā)射的信號進(jìn)行波束成形的預(yù)定碼本矢量?;?00通過在反饋接收器350中接收碼,對將信號發(fā)射至移動臺中使用哪個(gè)或哪些波束成形矢量進(jìn)行選擇??刂破?60接收由移動臺所發(fā)射的碼或多個(gè)碼,并且選擇相應(yīng)于該碼或多個(gè)碼的唯一波束成形矢量或多個(gè)波束成形矢量。然后,使用該波束成形矢量或多個(gè)波束成形矢量對由移動臺發(fā)射至基站的信號進(jìn)行波束成形。
      現(xiàn)在描述存在于移動臺400中的本發(fā)明的波束成形裝置的元件。除了包括本發(fā)明的波束成形裝置,移動臺400還包括r=2個(gè)接收天線411-412,用于接收由基站400所發(fā)射的信號。關(guān)聯(lián)于接收天線411-412的是RF過濾器421-422和信號處理器430。如在此所使用的,“移動臺”通常涉及許多不同的設(shè)備,并且包括但不限于蜂窩電話、便攜式因特網(wǎng)設(shè)備、具有無線連通性的游戲設(shè)備、或者任何期望的蜂窩或非蜂窩無線通信/數(shù)據(jù)處理設(shè)備。
      移動臺進(jìn)一步包括用于接收由基站所生成的測試信號的測試信號接收器440。信道矩陣計(jì)算器470通過觀察信道對測試信號的影響以公知的方式計(jì)算信道矩陣的特征向量。移動臺400在計(jì)算機(jī)存儲器中還包含存在于基站300中的波束成形碼本或多個(gè)波束成形碼本的副本480。然后,波束成形矢量選擇器490確定在波束成形碼本480中哪些波束成形矢量最逼近信道矩陣的特征向量。一旦選擇了波束成形矢量,標(biāo)識所選擇的波束成形矢量的唯一碼從系統(tǒng)存儲器恢復(fù),并且由波束成形矢量發(fā)碼器450所發(fā)射,該波束成形矢量發(fā)碼器發(fā)射標(biāo)識最佳逼近信道矩陣的特征向量的預(yù)定波束成形矢量的碼。
      上述描述通過示例性和非限制性例子的方式,提供了當(dāng)前發(fā)明者設(shè)想的最佳方法和裝置的全部和信息描述用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。然而,考慮到上述描述,當(dāng)結(jié)合附圖和所附權(quán)利要求一同閱讀時(shí),各種修改和改編對于相關(guān)技術(shù)的技術(shù)人員是顯而易見的。例如,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以嘗試使用其他類似的或等同的使用連續(xù)量化方法的m級波束成形器。然而,本發(fā)明的教義的所有如此和類似的修改仍將落入本發(fā)明的范圍。
      進(jìn)一步,本發(fā)明的某些特征僅在于優(yōu)勢,而與其他特征的相應(yīng)使用無關(guān)。這樣,僅考慮將上述描述作為本發(fā)明的原理的例證性,且不局限于其中。
      權(quán)利要求
      1.一種在通信系統(tǒng)中使用的方法,該系統(tǒng)用于通過形成用于從發(fā)射器向接收器發(fā)射信號的電磁輻射束,從具有t個(gè)發(fā)射天線的所述發(fā)射器和具有r個(gè)接收天線的所述接收器發(fā)射信號,所述方法包括從所述發(fā)射器向所述接收器發(fā)射測試信號;通過觀察發(fā)射對所述測試信號的影響計(jì)算信道矩陣;選擇所述信道矩陣的至少一個(gè)特征向量以實(shí)現(xiàn)期望的性能水平;從預(yù)定波束成形矢量的至少一個(gè)碼本中選擇波束成形矢量,其中所選擇的波束成形矢量最佳逼近所述至少一個(gè)特征向量;將標(biāo)識所述選擇的波束成形矢量的信息從所述接收器向所述發(fā)射器發(fā)射;以及使用所述選擇的波束成形矢量以將信號從所述發(fā)射器向所述接收器發(fā)射以便實(shí)現(xiàn)所述期望的性能水平。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中所述期望的性能水平相應(yīng)于較低的發(fā)射速率,以便沿所述信道的單個(gè)特征向量的發(fā)射足以達(dá)到所述期望的性能水平,由此相應(yīng)于所述信道的主特征向量的單個(gè)特征向量被選擇用于發(fā)射目的,且提供與所述主特征向量最佳逼近的單個(gè)波束成形矢量被選擇用于發(fā)射目的。
      3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中所述期望的性能水平相應(yīng)于較高的發(fā)射速率,以便需要沿所述信道的多個(gè)特征向量的發(fā)射以達(dá)到所述期望的性能水平,由此從所述主特征向量開始的所述信道的多個(gè)特征向量被選擇用于發(fā)射目的,且其中提供與所述多個(gè)特征向量最佳逼近的多個(gè)碼本矢量被從多個(gè)預(yù)定波束成形碼本中選出,用于將信號從所述發(fā)射器向所述接收器發(fā)射中。
      4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中H是所述信道矩陣,V相應(yīng)于HH的所述主特征向量,C1是由N1=2B1]]>個(gè)矢量構(gòu)成的 中的波束成形器碼本,其中通過選定Ci1&Element;C1]]>來選擇在提供與所述主特征向量V的最佳逼近的C1中的所述碼本矢量,這使得‖H(Ci1)‖2對于C1中的所有矢量是最大值。
      5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法,其中在C1中的所有矢量之中,Ci1最大化與H的內(nèi)積。
      6.根據(jù)權(quán)利要求4的方法,其中V1相應(yīng)于所述主特征向量,V2相應(yīng)于HH的第二活動特征向量,C2是包含N2=2B2]]>個(gè)矢量的 中的波束成形器碼本,其中提供與V2最佳逼近的所述碼本矢量依據(jù)以下附加步驟選擇從C2構(gòu)建碼本C′2,使得C′2存在于 中,其中構(gòu)造C′2使得所有矢量的第一坐標(biāo)設(shè)置為零,結(jié)果是在C′2中的矢量存在于 的軸[1,0,...,0]的正交子空間中,且C′2在 中的e1=[1,0,...,0]的正交子空間中;旋轉(zhuǎn)C1中的所述矢量,使得C11與e1相一致;由C11將A構(gòu)建為t×t單位矩陣,使得AC11=e1;用所述矩陣A旋轉(zhuǎn)所述第二矢量V2以給出V′2=AV2;通過選擇C22′中最大化與V2′內(nèi)積的所述Ck2′矢量,將所述第二波束成形器碼本C22′中的V2′量化;將標(biāo)識到Ck2′的信息發(fā)射到所述發(fā)射器;使用A(C2′)T以便發(fā)射,其中所述上標(biāo)T涉及矩陣轉(zhuǎn)置操作。
      7.一種在通信系統(tǒng)中使用的方法,該通信系統(tǒng)包括具有t個(gè)發(fā)射天線的發(fā)射器和具有r個(gè)接收天線的接收器,其中發(fā)射在由信道矩陣H在數(shù)學(xué)上表示的信道上發(fā)生,且其中在所述發(fā)射器和接收器之間的信號發(fā)射依據(jù)注水算法的逼近而發(fā)生,該注水算法通過選擇用于修改將從所述發(fā)射器發(fā)射到所述接收器的信號的預(yù)定波束成形碼本而實(shí)現(xiàn),所述方法包括指定期望的性能水平規(guī)格,用于表征在操作條件的范圍上所述通信系統(tǒng)的所述性能;聯(lián)合地確定反饋預(yù)算和達(dá)到在所述性能水平規(guī)格中所闡明的所述性能標(biāo)準(zhǔn)的波束成形碼本規(guī)格,其中所述反饋預(yù)算至少部分地涉及從所述接收器向所述發(fā)射器發(fā)射標(biāo)識包含在所述波束成形碼本規(guī)格中的矢量的比特,其中所述碼本矢量用于修改由所述發(fā)射器向所述接收器發(fā)射的信號。
      8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法,包括針對所述通信系統(tǒng)選擇期望的性能水平;從所述發(fā)射器向所述接收器發(fā)射測試信號;通過觀察發(fā)射對所述測試信號的影響計(jì)算信道矩陣;從所述信道矩陣的所述主特征向量開始選擇充分的特征向量,以達(dá)到所述期望的性能水平;從預(yù)定矢量的碼本中為所述充分特征向量的每個(gè)選擇最佳逼近,其中提供與所述充分特征向量最佳逼近的所述碼本矢量被稱作所述選擇的碼本矢量;對標(biāo)識所述選擇的碼本矢量的每個(gè)的唯一比特碼進(jìn)行識別;將標(biāo)識所述選擇的碼本矢量的信息從所述發(fā)射器向所述接收器發(fā)射;以及使用所述碼本矢量以將信號從所述發(fā)射器向所述接收器發(fā)射,使得所述期望的性能水平得以實(shí)現(xiàn)。
      9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法,其中所述期望的性能水平相應(yīng)于較低的發(fā)射速率,這使得沿所述信道的單個(gè)特征向量的發(fā)射足以達(dá)到所述期望的性能水平,由此相應(yīng)于所述信道的所述主特征向量的單個(gè)特征向量被選擇用于發(fā)射目的,且提供與所述主特征向量的最佳逼近的單個(gè)碼本矢量被選擇用于發(fā)射目的。
      10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法,其中所述期望的性能水平相應(yīng)于較高的發(fā)射速率,這使得需要沿所述信道的多個(gè)特征向量的發(fā)射以達(dá)到所述期望的性能水平,由此從所述主特征向量開始的所述信道的多個(gè)特征向量被選擇用于發(fā)射目的,且其中提供與所述多個(gè)特征向量的最佳逼近的多個(gè)碼本矢量被選擇用于將信號從所述發(fā)射器向所述接收器發(fā)射中。
      11.根據(jù)權(quán)利要求8的方法,其中V相應(yīng)于HH的所述主特征向量,C1是在包括N1=2B1]]>個(gè)矢量的 中的波束成形器碼本,其中在提供與所述主特征向量V的最佳逼近的C1中的所述碼本矢量通過選定Ci1&Element;C1]]>而選擇,這使得‖H(Ci1)‖2對于C1中的所有矢量是最大值。
      12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法,其中在C1中的所有矢量之中,Ci1最大化與H的內(nèi)積。
      13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法,其中V1相應(yīng)于所述主特征向量,V2相應(yīng)于HH的第二活動特征向量,C2是包含N2=2B2]]>個(gè)矢量的 中的波束成形器碼本,其中提供與V2的最佳逼近的所述碼本矢量依據(jù)以下附加步驟選擇從C2構(gòu)建碼本C′2,使得C′2存在于 中,其中構(gòu)造C′2使得所有矢量的第一坐標(biāo)被設(shè)置為零,結(jié)果是在C′2中的矢量存在于 的軸[1,0,...,0]的正交子空間中,且C′2在 中的e1=[1,0,...,0]的正交子空間中;旋轉(zhuǎn)C1中的所述矢量,使得C11與e1相一致;由C11將A構(gòu)建為t×t單位矩陣,使得AC11=e1;用所述矩陣A旋轉(zhuǎn)所述第二矢量V2以給出V′2=AV2;通過選擇C22′中最大化與V2′內(nèi)積的所述Ck2′矢量,將所述第二波束成形器碼本C22′中的V2′量化;將相應(yīng)于Ck2′的比特碼發(fā)射到所述發(fā)射器;使用A(C2′)T用于發(fā)射,其中所述上標(biāo)T涉及矩陣轉(zhuǎn)置操作。
      14.一種在通信系統(tǒng)中使用的波束成形系統(tǒng),該通信系統(tǒng)包括至少一個(gè)具有t個(gè)發(fā)射天線的基站和至少一個(gè)具有r個(gè)接收天線的移動臺,所述波束成形系統(tǒng)用于在從所述基站向所述移動臺發(fā)射的信號的波束成形中使用,所述波束成形系統(tǒng)包括在所述基站中測試信號生成器和發(fā)射器,用于生成將從所述基站向所述移動臺發(fā)射的測試信號;至少一個(gè)波束成形碼本,包括預(yù)定波束成形矢量,用于由所述基站向所述移動臺發(fā)射的信號的波束成形;反饋接收器,用于從所述移動臺接收碼,該碼標(biāo)識在至少一個(gè)波束成形碼本中可用的哪些波束成形矢量將使用在由所述基站向所述移動臺發(fā)射的信號的波束成形中;波束成形器,用于使用由所述移動臺所選擇的所述波束成形矢量以對從所述基站向所述移動臺發(fā)射的信號進(jìn)行波束成形;在所述移動臺中測試信號接收器,用于接收由所述基站的所述測試信號生成器和發(fā)射器所發(fā)射的所述測試信號;信道矩陣計(jì)算器,用于通過觀察所述信道對所述測試信號的影響而計(jì)算信道矩陣的至少所述主特征向量,該信道矩陣描述了在所述基站和所述移動臺之間的所述發(fā)射信道的狀態(tài);至少一個(gè)波束成形碼本,其包括用于對從所述基站向所述移動臺發(fā)射的信號進(jìn)行波束成形的預(yù)定波束成形矢量,其中包括所述波束成形碼本的所述波束成形矢量與包括位于所述基站中的至少一個(gè)波束成形碼本的那些矢量相同;波束成形矢量選擇器,用于在所述至少一個(gè)波束成形碼本中選擇哪個(gè)波束成形矢量最佳逼近所述信道矩陣的所述主特征向量;波束成形矢量選碼器,用于選擇標(biāo)識所述波束成形矢量的所述唯一預(yù)定碼,該波束成形矢量最佳逼近所述信道矩陣的所述主特征向量;波束成形矢量發(fā)碼器,用于將標(biāo)識所述波束成形矢量的所述碼向所述基站的所述反饋接收器發(fā)射,該波束成形矢量最佳逼近所述信道矩陣的所述主特征向量。
      15.一種具有t個(gè)發(fā)射天線的基站,用于在包括所述基站和具有r個(gè)接收天線的移動臺的通信系統(tǒng)中使用,所述基站包括測試信號生成器和發(fā)射器,用于生成將從所述基站向移動臺發(fā)射的測試信號;至少一個(gè)波束成形碼本,包括預(yù)定波束成形矢量,用于由所述基站向所述移動臺發(fā)射的信號的波束成形;反饋接收器,用于從所述移動臺接收碼,該碼標(biāo)在由所述基站向所述移動臺發(fā)射的信號的波束成形中應(yīng)該使用在至少一個(gè)波束成形碼本中可用的哪些波束成形矢量;波束成形器,用于使用由所述移動臺所選擇的所述波束成形矢量以對從所述基站向所述移動臺發(fā)射的信號進(jìn)行波束成形。
      16.一種具有r個(gè)接收天線的移動臺,用于在包括所述移動臺和具有t個(gè)發(fā)射天線的基站的通信系統(tǒng)中使用,所述移動臺包括測試信號接收器,用于接收由基站所發(fā)射的測試信號;信道矩陣計(jì)算器,用于通過觀察所述信道對所述測試信號的影響而計(jì)算信道矩陣的至少所述主特征向量,該信道矩陣描述了在所述基站和所述移動臺之間的所述發(fā)射信道的狀態(tài);至少一個(gè)波束成形碼本,其包括用于從所述基站向所述移動臺發(fā)射的信號的波束成形的預(yù)定波束成形矢量,其中包括所述波束成形碼本的所述波束成形矢量與包括位于所述基站中的至少一個(gè)波束成形碼本的那些矢量相同;波束成形矢量選擇器,用于在所述至少一個(gè)波束成形碼本中選擇哪個(gè)波束成形矢量最佳逼近所述信道矩陣的所述主特征向量;波束成形矢量選碼器,用于選擇標(biāo)識所述波束成形矢量的所述唯一預(yù)定碼,該波束成形矢量最佳逼近所述信道矩陣的所述主特征向量;波束成形矢量發(fā)碼器,用于將標(biāo)識所述波束成形矢量的所述碼向基站發(fā)射,該波束成形矢量最佳逼近所述信道矩陣的所述主特征向量。
      全文摘要
      在此描述的通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了用于在裝備有多個(gè)發(fā)射天線和多個(gè)接收天線的無線系統(tǒng)中使用的多級波束成形器。該多級波束成形器使用信道條件的有限速率反饋以獲得接近由注水算法所指出的理論性能,同時(shí)避免了關(guān)聯(lián)于空時(shí)碼的計(jì)算復(fù)雜度。另外,在此描述的多級波束成形系統(tǒng)通過在發(fā)射速率的更寬范圍上維持空時(shí)碼的增益來改進(jìn)單元級波束成形方法的性能。
      文檔編號H04L1/12GK101036316SQ200580033515
      公開日2007年9月12日 申請日期2005年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月19日
      發(fā)明者K·K·米克卡維爾利, A·薩布阿瓦爾, B·阿茲昂格 申請人:諾基亞公司
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