專利名稱：同時(shí)支持多輸入多輸出和波束形成的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在無線通信系統(tǒng)中同時(shí)支持多輸入多輸出(MIMO)和波束形成的方法和裝置。更具體地，本發(fā)明涉及利用改進(jìn)的空時(shí)編碼(STC)和波束形成(BF)技術(shù)發(fā)送數(shù)據(jù) 流的裝置和方法。
背景技術(shù)：
隨著無線通信市場(chǎng)的快速發(fā)展，需要在無線環(huán)境下提供各種多媒體服務(wù)。最近以 來，為了提供這種多媒體服務(wù)需要大容量數(shù)據(jù)和高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹С?，所以有關(guān)能夠高效 利用有限頻率的多天線方案正在研究之中。根據(jù)在發(fā)送/接收期間所使用的天線個(gè)數(shù)，無線通信方案可以被分為單輸入單輸 出(SISO)方案和MIMO方案。SISO方案通過一個(gè)天線執(zhí)行發(fā)送/接收，而MIMO方案通過多 個(gè)天線執(zhí)行發(fā)送/接收。MIMO方案可以被大致分為3種技術(shù)。就是說，MIMO方案可以被分 為發(fā)送分集技術(shù)(下面被稱為“空時(shí)編碼(STC) ”技術(shù))，能夠利用由多個(gè)天線所形成的多 個(gè)空間路徑來獲得分集增益；空間復(fù)用技術(shù)，通過多個(gè)天線同時(shí)發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)能夠獲得復(fù) 用增益；以及波束形成(BF)技術(shù)，通過利用多個(gè)天線形成適合信道的波束并且執(zhí)行發(fā)送能 夠獲得陣列增益。BF技術(shù)通過將被發(fā)送到每個(gè)終端的發(fā)送信號(hào)乘以特定波束形成系數(shù)并經(jīng)由多個(gè) 天線將其發(fā)送而在每個(gè)終端的方向上形成波束。當(dāng)BF技術(shù)被應(yīng)用于一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，終端的接 收信噪比(SNR)會(huì)增加，并且無線信道的衰落影響減小，從而可以改善系統(tǒng)的接收性能。然 而，為了應(yīng)用BF技術(shù)并獲得最佳的性能改善，波束形成系數(shù)和發(fā)送信道需要匹配，而當(dāng)波 束形成系數(shù)與發(fā)送信道之間存在誤差時(shí)，可由BF技術(shù)所獲得的增益大大降低。更特定地， 在實(shí)際操作中終端運(yùn)動(dòng)速度非?？斓那闆r下，當(dāng)BF技術(shù)被應(yīng)用于一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，波束形成系 數(shù)和發(fā)送信道之間的誤差進(jìn)一步增加，因此很難期望系統(tǒng)性能的改善。同時(shí)，通過把BF技術(shù)與例如SISO方案、STC技術(shù)和空間復(fù)用技術(shù)的其他技術(shù)中的 至少一種相組合，一種新型的BF技術(shù)可以被應(yīng)用于該系統(tǒng)。例如，將SISO方案與BF技術(shù) 相組合的單輸入單輸出和波束形成(SISO BF)技術(shù)、將STC技術(shù)與BF技術(shù)相組合的空時(shí)編 碼和波束形成(STC BF)技術(shù)等可以被應(yīng)用該系統(tǒng)。此時(shí)，確定波束形成系數(shù)的方法可以根 據(jù)每種技術(shù)的天線形狀而不同。例如，假定有4個(gè)發(fā)送天線，應(yīng)用傳統(tǒng)STC BF技術(shù)的系統(tǒng)具有(2+2)結(jié)構(gòu)。這里， (2+2)結(jié)構(gòu)表示通過天線1和2發(fā)送兩個(gè)數(shù)據(jù)流的第一數(shù)據(jù)流，而通過天線3和4發(fā)送第二 數(shù)據(jù)流的結(jié)構(gòu)。應(yīng)用STC BF技術(shù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不能簡(jiǎn)單被推廣使用N個(gè)發(fā)送天線，就是說， 所述結(jié)構(gòu)不能被推廣為(N+N)結(jié)構(gòu)。因此，需要含有能夠被簡(jiǎn)單推廣使用N個(gè)發(fā)送天線的 結(jié)構(gòu)的STC BF技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面是處理至少以上問題和/或缺點(diǎn)，并且提供至少以下所述的優(yōu)點(diǎn)。因此，本發(fā)明的一個(gè)方面是提供無線通信系統(tǒng)中同時(shí)支持MIMO和波束形成的裝置和方
法。本發(fā)明的另一個(gè)方面是提供一種利用改進(jìn)的STC BF技術(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)流的裝置和方 法，改進(jìn)的STC BF技術(shù)從無線通信系統(tǒng)中的傳統(tǒng)STC BF技術(shù)的(2+2)結(jié)構(gòu)被推廣為(N+N) 結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的又一個(gè)方面是，通過根據(jù)無線通信系統(tǒng)中的終端運(yùn)動(dòng)速度可變地選擇天 線發(fā)送方法和可變地應(yīng)用波束形成系數(shù)，提供甚至在移動(dòng)信道環(huán)境下其性能也不會(huì)惡化的 有效波束形成裝置及其方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供基站的發(fā)送方法。所述方法包括將兩個(gè)數(shù)據(jù)流映射 到所有2N個(gè)發(fā)送天線中的每一個(gè)；把兩個(gè)數(shù)據(jù)流分別與不同的循環(huán)延遲分集(CDD)相位序 列相乘；針對(duì)每個(gè)發(fā)送天線，將與不同CDD相位序列相乘的兩個(gè)數(shù)據(jù)流加起來；以及把相加 后的數(shù)據(jù)流與波束形成系數(shù)相乘，并將其發(fā)送給每個(gè)發(fā)送天線。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供基站的發(fā)送裝置。所述裝置包括調(diào)度器，將兩個(gè) 數(shù)據(jù)流映射到所有2N個(gè)發(fā)送天線中的每一個(gè)；循環(huán)延遲分集(CDD)相位序列乘法器，將兩 個(gè)數(shù)據(jù)流分別與不同的CDD相位序列相乘；每個(gè)發(fā)送天線所用的加法器，針對(duì)每個(gè)發(fā)送天 線，將乘以不同CDD相位序列的兩個(gè)數(shù)據(jù)流加起來，每個(gè)發(fā)送天線所用的波束形成系數(shù)乘 法器，把相加后的數(shù)據(jù)流與波束形成系數(shù)相乘并且將其發(fā)送給每個(gè)發(fā)送天線。通過結(jié)合附圖公開了本發(fā)明示例實(shí)施例的以下詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明 白理解本發(fā)明的其他方面、優(yōu)點(diǎn)和突出的特點(diǎn)。


根據(jù)結(jié)合附圖的以下描述，本發(fā)明某些示例實(shí)施例的上述和其他方面、優(yōu)點(diǎn)和特 點(diǎn)將變得更加顯而易見，附圖中圖1是說明根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的無線通信系統(tǒng)中的基站裝置的框圖；圖2是說明傳統(tǒng)STC BF技術(shù)的(2+2)結(jié)構(gòu)的示例圖；圖3是說明由本發(fā)明示例實(shí)施例所提出的STC BF技術(shù)的(4+4)結(jié)構(gòu)的示例圖；以 及圖4是說明根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的在無線通信系統(tǒng)中允許基站根據(jù)終端的運(yùn) 動(dòng)速度來可變地選擇天線發(fā)送方法以及可變地應(yīng)用波束形成系數(shù)的方法的流程圖。在各個(gè)附圖中，應(yīng)當(dāng)理解相似的參考編號(hào)表示相似的部件、元件和結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式提供參考附圖的以下描述，以便有助于對(duì)如權(quán)利要求書及其等價(jià)物所定義的本發(fā) 明的示例實(shí)施例的全面理解。它包括有助于理解的各種具體細(xì)節(jié)，但是這些細(xì)節(jié)僅僅被看 做是示例性的。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下 可以對(duì)這里所描述的實(shí)施例進(jìn)行各種改變和修改。此外，為了簡(jiǎn)明起見，省略了對(duì)眾所周知 功能和結(jié)構(gòu)的描述。在以下說明書和權(quán)利要求書中所使用的術(shù)語和詞語并不限于文獻(xiàn)含義，而僅僅是 被發(fā)明人用于使對(duì)本發(fā)明有清晰和一致的理解。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，以下對(duì)本發(fā)明示例實(shí)施例的描述僅僅是用于解釋的目的，而不是為了限制由所附權(quán)利要求極其等價(jià) 物所定義的發(fā)明。本發(fā)明示例實(shí)施例提供STC BF技術(shù)的(N+N)結(jié)構(gòu)，以及根據(jù)無線通信系統(tǒng)中的終 端運(yùn)動(dòng)速度來可變地選擇天線發(fā)送方法和可變地應(yīng)用波束形成系數(shù)的可選方案。雖然利用將STC技術(shù)和波束形成技術(shù)組合起來的STC BF技術(shù)作為實(shí)例來描述本發(fā)明，本發(fā)明也適用于將MIMO技術(shù)和波束形成技術(shù)組合起來的所有組合技術(shù)。下文中，我們以基站具有N個(gè)發(fā)送天線并且通過N個(gè)發(fā)送天線發(fā)送兩個(gè)數(shù)據(jù)流為 例來進(jìn)行描述，并且該描述適用于通過N個(gè)發(fā)送天線發(fā)送兩個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)流的情況。圖1是說明根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的無線通信系統(tǒng)中的基站裝置的框圖。參考圖1，基站包括調(diào)度器100、速度估計(jì)器104、信道估計(jì)器106、波束形成系數(shù) 運(yùn)算器108、⑶D控制器110、編碼器112-1和112-2、調(diào)制器114-1和114-2、子載波映射單 元 116-1 禾Π 116-2、CDD 相位序列乘法器 118-1、118-2、118-3 禾Π 118-4、開關(guān) 120-1、120-2、 120-3 和 120-4、加法器 122-1、122-2、122-3 和 122-4、波束形成系數(shù)乘法器 124-1、124-2、 124-3和124-4、以及快速傅立葉逆變換(IFFT)運(yùn)算器126-1、126-2、126-3和126-4。這 里，調(diào)度器100包括天線發(fā)送方法選擇器102。參考圖1，調(diào)度器100通過調(diào)度確定在當(dāng)前幀所要發(fā)送的數(shù)據(jù)流(例如，兩個(gè)數(shù)據(jù) 流)，并且把所確定的數(shù)據(jù)流送提供給編碼器112-1和112-2。這里，利用由信道估計(jì)器106 所提供的估計(jì)信道值可以執(zhí)行調(diào)度工作。此外，調(diào)度器100內(nèi)的天線發(fā)送方法選擇器102 在考慮終端接收環(huán)境的情況下為所確定的數(shù)據(jù)流選擇天線發(fā)送方法。例如，天線發(fā)送方法 選擇器102通過把由速度估計(jì)器104所提供的終端運(yùn)動(dòng)速度值與第一閾值和第二閾值(這 里，第二閾值小于第一閾值)進(jìn)行比較來為所確定的數(shù)據(jù)流選擇天線發(fā)送方法。就是說， 當(dāng)終端速度是大于或等于第一閾值的高速時(shí)，天線發(fā)送方法選擇器102選擇不使用波束形 成技術(shù)的STC技術(shù)作為天線發(fā)送方法。當(dāng)終端速度是小于第一閾值而大于第二閾值的中 速時(shí)，天線發(fā)射方法選擇器102選擇普通的STCBF(2+2)技術(shù)。當(dāng)終端速度是小于第二閾 值的低速時(shí)，天線發(fā)射方法選擇器102選擇由本發(fā)明示例實(shí)施例所提出的STC BF(4+4)技 術(shù)。另外，天線發(fā)射方法選擇器102把所選擇的天線發(fā)射方法提供給波束形成系數(shù)運(yùn)算器 108，并且從波束形成系數(shù)運(yùn)算器108接收波束形成系數(shù)，把它們提供給波束形成系數(shù)乘法 器124-1、124-2、124-3和124-4。另外，調(diào)度器100根據(jù)所選擇的天線發(fā)送方法來控制開關(guān) 120-1、120-2、120-3 和 120-4，以及 CDD 控制器 110。速度估計(jì)器104利用終端上行鏈路信號(hào)估計(jì)終端的運(yùn)動(dòng)速度，并將估計(jì)出的終端 速度提供給調(diào)度器100內(nèi)的天線發(fā)送方法選擇器102。這里，估計(jì)終端運(yùn)動(dòng)速度的代表性方 法利用由終端定期報(bào)告的信道質(zhì)量指示器(CQI)信息來估計(jì)電平交叉率(Level Crossing Rate LCR)，并且基于估計(jì)出的LCR估計(jì)速度。信道估計(jì)器106通過接收由終端所發(fā)送的探測(cè)信號(hào)來估計(jì)上行鏈路信道，并且將 估計(jì)出的信道值提供給調(diào)度器100和波束形成系數(shù)運(yùn)算器108。波束形成系數(shù)運(yùn)算器108從調(diào)度器100內(nèi)的天線發(fā)送方法選擇器102接收所選擇 的天線發(fā)送方法，從信道估計(jì)器106接收估計(jì)信道值來計(jì)算波束形成系數(shù)，并且將計(jì)算出 的波束形成系數(shù)提供給調(diào)度器100。⑶D控制器110在調(diào)度器100的控制下將⑶D相位序列提供給⑶D相位序列乘法器118-1、118-2、118-3和118-4，以便將STC技術(shù)應(yīng)用于所選擇數(shù)據(jù)流。編碼器112-1和112-2以相關(guān)的編碼速率對(duì)輸入信息數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，并且輸出已編碼數(shù)據(jù)(編碼比特或符號(hào))。例如，編碼器112-1和112-2可以是卷積編碼器、turbo編 碼器、或低密度奇偶校驗(yàn)編碼器(LDPC)。調(diào)制器114-1和114-2根據(jù)相關(guān)的調(diào)制方案(調(diào)制等級(jí))執(zhí)行信號(hào)點(diǎn)在來自于 所連接編碼器112-1和112-2的符號(hào)上的映射，并且輸出復(fù)符號(hào)。例如，調(diào)制方案包括二 進(jìn)制相移鍵控(BPSK)，將1個(gè)比特(s = 1)映射到1個(gè)信號(hào)點(diǎn)(復(fù)符號(hào))；正交相移鍵控 (QPSK)，將兩個(gè)比特(s = 2)映射到1個(gè)復(fù)符號(hào)；八相相移鍵控(8PSK)，將3個(gè)比特(s = 3)映射到1個(gè)復(fù)符號(hào)；16正交幅度調(diào)制(QAM)，將4個(gè)比特(s = 4)映射到1個(gè)復(fù)符號(hào)；以 及64QAM，將6個(gè)比特(s = 6)映射到1個(gè)復(fù)符號(hào)。子載波映射單元116-1和116-2將所連接調(diào)制器114_1和114_2的輸出符號(hào)映射 到子載波，并且將其輸出。這里，將符號(hào)映射到子載波是指將數(shù)據(jù)符號(hào)分別提供給IFFT運(yùn) 算器126-1、126-2、126-3和126-4的相關(guān)輸入端(子載波位置)。根據(jù)發(fā)送天線個(gè)數(shù)而存在的CDD相位序列乘法器118-1、118-2、118-3和118_4從 ⑶D控制器110接收⑶D相位序列，將從子載波映射單元116-2輸出的符號(hào)與⑶D相位序列 相乘，并且將其送到與發(fā)送天線中的兩個(gè)天線相對(duì)應(yīng)的開關(guān)120-1和120-2，以及與發(fā)送天 線中的另外兩個(gè)天線相對(duì)應(yīng)的加法器122-3和122-4。開關(guān)120-1、120-2、120-3和120-4依發(fā)送天線的個(gè)數(shù)而存在，其中，它們中的兩 個(gè)開關(guān)120-1和120-2分別與⑶D相位序列乘法器118-1和118-2相連，而其余兩個(gè)開關(guān) 120-3和120-4被連接到子載波映射單元116-1，以便在調(diào)度器100的控制下將從所連接的 ⑶D相位序列乘法器118-1和118-2輸出的符號(hào)，或者從子載波映射單元116-1所輸出的 符號(hào)切換到所連接的加法器122-1、122-2、122-3和122-4。就是說，當(dāng)調(diào)度器100選擇STC BF(2+2)技術(shù)作為所選擇數(shù)據(jù)流的天線發(fā)送方法時(shí)，調(diào)度器100斷開開關(guān)120-1、120-2、 120-3和120-4，以便120-1、120-2、120-3和120-4不能將從所連接的CDD相位序列乘法 器118-1和118-2輸出的符號(hào)，或者從子載波映射單元116-1輸出的符號(hào)切換到所連接的 加法器122-1、122-2、122-3和122-4。另外，當(dāng)調(diào)度器100選擇由本發(fā)明示例實(shí)施例所提 出的STC BF (4+4)技術(shù)作為所選擇數(shù)據(jù)流的天線發(fā)送方法時(shí)，調(diào)度器100接通開關(guān)120-1、 120-2、120-3和120-4，以便開關(guān)120-1、120-2、120-3和120-4將從所連接的CDD相位序列 乘法器118-1和118-2輸出的符號(hào)，或者從子載波映射單元116-1所輸出的符號(hào)切換到所 連接的加法器 122-1、122-2、122-3 和 122-4。加法器122-1、122-2、122_3和122-4依發(fā)送天線的個(gè)數(shù)而存在。其中，它們中的兩 個(gè)加法器122-1、122-2分別與子載波映射單元116-1以及開關(guān)120-1和120-2相連，而其余 兩個(gè)加法器122-3和122-4分別與開關(guān)120-3和120-4，以及CDD相位序列乘法器118-3和 118-4相連，以將一個(gè)或多個(gè)所接收的輸出符號(hào)相加，然后將其提供給所連接的波束形成系 數(shù)乘法器 124-1、124-2、124-3 和 124-4。波束形成系數(shù)乘法器124-1、124-2、124_3和124_4依發(fā)送天線的個(gè)數(shù)而存在，在 調(diào)度器100的控制下，將從所連接的加法器122-1、122-2、122-3和122-4輸出的符號(hào)與波 束形成系數(shù)相乘，并將其提供給所連接的IFFT運(yùn)算器126-1、126-2、126-3和126-4，以便將 波束形成技術(shù)應(yīng)用于所選擇的數(shù)據(jù)流。
IFFT運(yùn)算器126-1、126-2、126-3和126_4依發(fā)送天線的個(gè)數(shù)而存在，通過對(duì)輸出符號(hào)執(zhí)行IFFT運(yùn)算，將從所連接的波束形成系數(shù)乘法器124-1、124-2、124-3和124-4輸出 的符號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)域的采樣數(shù)據(jù)。此時(shí)，采樣數(shù)據(jù)被射頻(RF)處理，以便它是實(shí)際可發(fā)送的， 并且通過所連接的發(fā)送天線將其發(fā)送到無線信道。圖2是說明傳統(tǒng)STC BF技術(shù)的(2+2)結(jié)構(gòu)的示例圖。參考圖2，用于各個(gè)發(fā)送天線的所有開關(guān)被斷開，因此，對(duì)兩個(gè)數(shù)據(jù)流中的第一數(shù) 據(jù)流執(zhí)行波束形成，并且通過天線1和2發(fā)送第一數(shù)據(jù)流。對(duì)第二數(shù)據(jù)流執(zhí)行波束形成并 且通過天線3和4發(fā)送第二數(shù)據(jù)流。此時(shí)，⑶D被應(yīng)用于通過天線3和4發(fā)送的第二數(shù)據(jù) 流，就是說，將第二數(shù)據(jù)流乘以CDD相位序列，然后發(fā)送出去。這里假定使用相同的CDD相 位序列。這里可以將第一數(shù)據(jù)流乘以與第二數(shù)據(jù)流的CDD相位序列不同的CDD相位序列， 然后發(fā)送出去。圖2給出一個(gè)實(shí)例，將第一數(shù)據(jù)流乘以⑶D相位序列‘0’然后發(fā)送出去。圖3是說明由本發(fā)明示例實(shí)施例所提出的STC BF技術(shù)的(4+4)結(jié)構(gòu)的示例圖。參考圖3，接通用于各個(gè)發(fā)送天線的所有開關(guān)，因此對(duì)兩個(gè)數(shù)據(jù)流執(zhí)行波束形成， 并且通過全部四個(gè)天線發(fā)送兩個(gè)數(shù)據(jù)流。就是說，對(duì)兩個(gè)數(shù)據(jù)流中的第一數(shù)據(jù)流執(zhí)行波束 形成，并且通過天線1、2、3和4發(fā)送第一數(shù)據(jù)流。對(duì)第二數(shù)據(jù)流執(zhí)行波束形成，并且通過天 線1、2、3和4發(fā)送第二數(shù)據(jù)流。此時(shí)，⑶D被應(yīng)用于第二數(shù)據(jù)流，就是說，將第二數(shù)據(jù)流乘 以CDD相位序列，然后發(fā)送出去。這里假定使用相同的CDD相位序列。這里可以將第一數(shù) 據(jù)流乘以與第二數(shù)據(jù)流的CDD相位序列不同的CDD相位序列，然后發(fā)送出去。圖3給出一 個(gè)實(shí)例，將第一數(shù)據(jù)流乘以CDD相位序列‘0’然后發(fā)送出去。當(dāng)將由本發(fā)明示例實(shí)施例所提出的STC BF技術(shù)的(N+N)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于系統(tǒng)時(shí)，2符 號(hào)部分的接收信號(hào)可以用下面的等式(1)來表示。<formula>formula see original document page 8</formula>其中，rk是第k個(gè)符號(hào)部分的接收符號(hào)，hn是第η個(gè)發(fā)送天線的信道，Wn是第η個(gè) 發(fā)送天線的波束形成系數(shù)，sk是第k個(gè)符號(hào)部分的發(fā)送符號(hào)，nk是第k個(gè)符號(hào)部分的噪聲。 這里，eje對(duì)應(yīng)于被⑶D用于與第二數(shù)據(jù)流相乘的⑶D相位序列。這里，假定發(fā)送最大比發(fā)射(MRT)作為波束形成技術(shù)，波束形成系數(shù)可以被表示 為如下等式(2)<formula>formula see original document page 8</formula>當(dāng)?shù)仁舰票淮氲仁舰艜r(shí)，接收信號(hào)可以被表示為如下等式⑶。.....................................................................
<formula>formula see original document page 8</formula>這里，接收信號(hào)的輸出SNR可以被表示為如下等式(4)。
Y STC, BF(N+N) = (I Ii112+ I h212+· · · + I hN 12) · Y AffGN......................(4)其中，Y·是加性白高斯噪聲(AWGN)。這與當(dāng)SISO BF技術(shù)被應(yīng)用于系統(tǒng)時(shí)能 夠獲得的輸出信噪比相同。就是說，當(dāng)信道估計(jì)性能沒有影響時(shí)，即使當(dāng)利用由本發(fā)明示例 實(shí)施例所提出的STC BF(N+N)結(jié)構(gòu)來發(fā)送使用SISON個(gè)發(fā)送天線的BF數(shù)據(jù)時(shí)，也能夠獲得 相同的性能。在終端實(shí)際上快速運(yùn)動(dòng)的情況下，在實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)波束形成技術(shù)被應(yīng)用于系統(tǒng)時(shí)，波束形成系數(shù)與發(fā)送信道之間的誤差增加更多，因此減小了應(yīng)用波束形成所獲得的增 益。此外，在終端高速運(yùn)動(dòng)的情況下應(yīng)用波束形成根本沒有性能增益，或者性能惡化。更特定地，在使用(4+4)結(jié)構(gòu)或(2+2)結(jié)構(gòu)集合性地應(yīng)用天線形狀的情況下，依賴于終端接收環(huán)境的性能會(huì)更加惡化。利用終端運(yùn)動(dòng)速度的波束形成性能分析表明，與沒有 應(yīng)用波束形成技術(shù)時(shí)的性能相比，(4+4)結(jié)構(gòu)在低速時(shí)具有出色性能，而(2+2)結(jié)構(gòu)在中速 時(shí)具有出色性能，波束形成在高速時(shí)性能惡化。如上所述，當(dāng)使用一個(gè)方案而不考慮終端的 接收環(huán)境時(shí)，性能會(huì)出現(xiàn)惡化。因此，本發(fā)明示例實(shí)施例提供另一種方法，允許基站估計(jì)終端的運(yùn)動(dòng)速度，并確定 適合于所估計(jì)運(yùn)動(dòng)速度的天線發(fā)送方法和波束形成系數(shù)。首先，在波束形成系數(shù)與實(shí)際信道完美匹配的理想情況下提供最佳性能的天線發(fā) 送方法是由本發(fā)明示例實(shí)施例所提出的STC BF(4+4結(jié)構(gòu))技術(shù)。因?yàn)镾TC BF(4+4結(jié)構(gòu)) 技術(shù)具有一種形狀，好像針對(duì)每個(gè)發(fā)送天線的數(shù)據(jù)流通過相同的信道，將各個(gè)發(fā)送天線的 信號(hào)相加以便可以獲得大的陣列增益。在實(shí)際運(yùn)行中，為了應(yīng)用STC BF(4+4結(jié)構(gòu))技術(shù)并 獲得性能增益，終端應(yīng)當(dāng)具有低的運(yùn)動(dòng)速度，并且信道估計(jì)性能應(yīng)當(dāng)相同。接下來，STC BF(2+2結(jié)構(gòu))不具有大的陣列增益，但是它不同地通過天線1和2發(fā) 送第一數(shù)據(jù)流，而通過天線3和4發(fā)送第二數(shù)據(jù)流，以便當(dāng)終端的運(yùn)動(dòng)速度大于預(yù)設(shè)的速度 時(shí)，可以獲得分集增益。因此，當(dāng)運(yùn)動(dòng)速度大于特定閾值時(shí)，應(yīng)用STC BF(2+2結(jié)構(gòu))技術(shù)。最后，在終端高速運(yùn)動(dòng)的情況中，由終端信道估計(jì)不準(zhǔn)確所引起的信道估計(jì)誤差 以及基站的處理延遲都增大了，并且波束形成系數(shù)的估計(jì)誤差也增大。在這種情況下，無法 期望由波束形成技術(shù)所帶來的性能提高。因此，當(dāng)運(yùn)動(dòng)速度大于特定閾值時(shí)，不應(yīng)用波束形 成技術(shù)。圖4是說明根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的在無線通信系統(tǒng)中允許基站根據(jù)終端的運(yùn) 動(dòng)速度來可變地選擇天線發(fā)送方法以及可變地應(yīng)用波束形成系數(shù)的方法的流程圖。參考圖4，在步驟401中，基站接收由終端所發(fā)送的探測(cè)信號(hào)來估計(jì)上行鏈路信 道，因此估計(jì)出信道值。在步驟403中，基站利用終端的上行鏈路信號(hào)估計(jì)終端的運(yùn)動(dòng)速度，因此獲得終 端的速度值。在步驟405中，基站把所獲得的終端速度值與第一閾值進(jìn)行比較，并且確定終端 速度是否大于第一閾值。當(dāng)在步驟405中終端的速度大于第一閾值時(shí)，在步驟407中基站選擇不應(yīng)用波束 形成技術(shù)的技術(shù)作為天線發(fā)送方法，例如，選擇STC技術(shù)，并且在步驟409中利用所選擇的 天線發(fā)送方法發(fā)送數(shù)據(jù)流。反之，當(dāng)在步驟405中終端的速度不大于第一閾值時(shí)，在步驟411中基站確定終端速度是否大于第二閾值。這里將第二閾值設(shè)置為小于第一閾值的值。當(dāng)在步驟411中終端速度不大于第一閾值而大于第二閾值時(shí)，基站在步驟413中選擇STC BF (2+2)技術(shù)作為天線發(fā)送方法。基站在步驟415中利用所估計(jì)的信道值計(jì)算波 束形成系數(shù)，并且將所計(jì)算的波束形成系數(shù)應(yīng)用于要發(fā)送的數(shù)據(jù)流，在步驟409中利用所 選擇的天線發(fā)送方法發(fā)送數(shù)據(jù)流。反之，當(dāng)在步驟411中終端速度甚至不大于第二閾值時(shí)，基站在417中選擇由本發(fā) 明示例實(shí)施例所提出的STC BF(4+4)技術(shù)作為天線發(fā)送方法?；驹诓襟E415中利用所估 計(jì)的信道值計(jì)算波束形成系數(shù)，并且將所計(jì)算的波束形成系數(shù)應(yīng)用于要發(fā)送的數(shù)據(jù)流，在 步驟409中利用所選擇的天線發(fā)送方法發(fā)送數(shù)據(jù)流。此后，基站結(jié)束根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的算法。如上所述，本發(fā)明示例實(shí)施例將無線通信系統(tǒng)中(2+2)結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)STCBF技術(shù)推 廣到(N+N)結(jié)構(gòu)，以提供改進(jìn)的STC BF技術(shù)，例如，對(duì)兩個(gè)數(shù)據(jù)流中的每一個(gè)執(zhí)行波束形 成，通過所有N個(gè)天線發(fā)送數(shù)據(jù)流，并且將不同的流的循環(huán)延遲分集(⑶D)分別應(yīng)用于兩個(gè) 數(shù)據(jù)流。因此，即使當(dāng)利用由本發(fā)明示例實(shí)施例所提出的(N+N)結(jié)構(gòu)的STC BF技術(shù)來發(fā)送 SISO BF數(shù)據(jù)時(shí)，也能夠獲得與SISO BF技術(shù)相同的性能。當(dāng)SISO數(shù)據(jù)用戶和MIMO數(shù)據(jù)用戶同時(shí)存在于同一幀內(nèi)時(shí)，額外使用用于識(shí)別發(fā) 送SISO數(shù)據(jù)的SISO區(qū)域和發(fā)送MIMO數(shù)據(jù)的MIMO區(qū)域需要的STC下行鏈路(DL)區(qū)IE， 因此，增加了 MAP開銷，從而使整個(gè)系統(tǒng)性能下降。另外，SISO區(qū)域和MIMO區(qū)域之間的識(shí) 別包括符號(hào)軸，因此在數(shù)據(jù)分配期間會(huì)出現(xiàn)粒度(granularity)問題，從而使系統(tǒng)容量也 出現(xiàn)減小。在如上所述SISO數(shù)據(jù)用戶和MIMO數(shù)據(jù)用戶同時(shí)存在于同一幀的情形中，當(dāng)使 用由本發(fā)明示例實(shí)施例所提出的(N+N)結(jié)構(gòu)的STC BF技術(shù)時(shí)，可以通過MIMO區(qū)域來發(fā)送 SISO數(shù)據(jù)，從而不出現(xiàn)由于使用識(shí)別SISO區(qū)域和MIMO區(qū)域所需要的STC DL區(qū)IE而引起 的開銷問題，因此可以增加系統(tǒng)容量。另外，通過根據(jù)無線通信系統(tǒng)中的終端運(yùn)動(dòng)速度可變地選擇天線發(fā)送方法以及可 變地應(yīng)用波束形成系數(shù)，本發(fā)明示例實(shí)施例提供一種即使在移動(dòng)信道環(huán)境下也能夠有效執(zhí) 行波束形成而不使性能惡化的優(yōu)點(diǎn)。雖然參考某些示例實(shí)施例已經(jīng)說明和描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理 解，在不脫離由所附權(quán)利要求及其等價(jià)物所定義的本發(fā)明精神和范圍的情況下，可以對(duì)本 發(fā)明的形式和細(xì)節(jié)進(jìn)行各種修改。因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)當(dāng)被限定于上述實(shí)施例，而應(yīng)當(dāng) 不僅由所附權(quán)利要求書所確定，也應(yīng)當(dāng)由其等價(jià)物所確定。
權(quán)利要求
一種基站的發(fā)送方法，所述方法包括將兩個(gè)數(shù)據(jù)流映射到所有2N個(gè)發(fā)送天線中的每一個(gè)；把兩個(gè)數(shù)據(jù)流分別與不同的循環(huán)延遲分集(CDD)相位序列相乘；針對(duì)每個(gè)發(fā)送天線，將與不同CDD相位序列相乘的兩個(gè)數(shù)據(jù)流加起來；以及把相加后的數(shù)據(jù)流與波束形成系數(shù)相乘，并且針對(duì)每個(gè)發(fā)送天線將其發(fā)送。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，映射兩個(gè)數(shù)據(jù)流的步驟包括將兩個(gè)數(shù)據(jù)流中的第 一數(shù)據(jù)流映射到所有2N個(gè)發(fā)送天線；以及將兩個(gè)數(shù)據(jù)流中的第二數(shù)據(jù)流映射到所有2N個(gè) 發(fā)送天線。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括 估計(jì)終端的運(yùn)動(dòng)速度；以及把估計(jì)的終端運(yùn)動(dòng)速度與第二閾值進(jìn)行比較，其中，當(dāng)估計(jì)的終端運(yùn)動(dòng)速度不大于第二閾值時(shí)，則執(zhí)行兩個(gè)數(shù)據(jù)流的映射、將兩個(gè)數(shù) 據(jù)流與不同的CDD相位序列相乘、兩個(gè)數(shù)據(jù)流相加、以及發(fā)送出去的操作。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)估計(jì)的終端運(yùn)動(dòng)速度大于第二閾值時(shí)，則將兩個(gè)數(shù)據(jù)流中的第一數(shù)據(jù)流映射到2N 個(gè)發(fā)送天線中的N個(gè)發(fā)送天線，并且將兩個(gè)數(shù)據(jù)流中的第二數(shù)據(jù)流映射到2N個(gè)發(fā)送天線中 的其余N個(gè)發(fā)送天線；將兩個(gè)數(shù)據(jù)流分別與不同的CDD相位序列相乘；以及將被映射到相關(guān)發(fā)送天線的數(shù)據(jù)流與每個(gè)發(fā)送天線的波束形成系數(shù)相乘，并且將其發(fā) 送出去ο
5.如權(quán)利要求3所述的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)估計(jì)的終端運(yùn)動(dòng)速度大于第一閾值時(shí)，其中第一閾值被設(shè)置為比第二閾值大一參考 值或更多的值，將兩個(gè)數(shù)據(jù)流中的第一數(shù)據(jù)流映射到2N個(gè)發(fā)送天線中的N個(gè)發(fā)送天線，并 且將兩個(gè)數(shù)據(jù)流中的第二數(shù)據(jù)流映射到2N個(gè)發(fā)送天線中的其余N個(gè)發(fā)送天線；以及將被映射到相關(guān)發(fā)送天線的數(shù)據(jù)流發(fā)送出去，而不將數(shù)據(jù)流乘以每個(gè)發(fā)送天線的波束 形成系數(shù)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括 估計(jì)終端的信道；以及利用所估計(jì)的信道值確定波束形成系數(shù)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，基站同時(shí)支持空時(shí)編碼(STC)技術(shù)和波束形成技術(shù)。
8.一種基站的發(fā)送裝置，所述裝置包括調(diào)度器，將兩個(gè)數(shù)據(jù)流映射到2N個(gè)發(fā)送天線中的每一個(gè)；循環(huán)延遲分集(CDD)相位序列乘法器，將兩個(gè)數(shù)據(jù)流分別乘以不同的CDD相位序列； 用于每個(gè)發(fā)送天線的加法器，針對(duì)每個(gè)發(fā)送天線，將乘以不同CDD相位序列的兩個(gè)數(shù) 據(jù)流相加起來；以及用于每個(gè)發(fā)送天線的波束形成系數(shù)乘法器，針對(duì)每個(gè)發(fā)送天線，將相加之后的數(shù)據(jù)流 與波束形成系數(shù)相乘并將其發(fā)送出去。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，調(diào)度器將兩個(gè)數(shù)據(jù)流中的第一數(shù)據(jù)流映射到所有2N個(gè)發(fā)送天線，并且將兩個(gè)數(shù)據(jù)流中的第二數(shù)據(jù)流映射到所有2N個(gè)發(fā)送天線。
10.如權(quán)利要求8所述的裝置，進(jìn)一步包括位于2N個(gè)發(fā)送天線的N個(gè)發(fā)送天線路徑上的CDD相位序列乘法器和加法器之間的開 關(guān)，在調(diào)度器的控制下將兩個(gè)數(shù)據(jù)流中的第一數(shù)據(jù)流從相關(guān)的CDD相位序列乘法器切換到 相關(guān)的加法器，以及位于2N個(gè)發(fā)送天線的其余N個(gè)發(fā)送天線路徑上的CDD相位序列乘法器 和加法器之間的開關(guān)，在調(diào)度器的控制下將兩個(gè)數(shù)據(jù)流中的第二數(shù)據(jù)流從相關(guān)的CDD相位 序列乘法器切換到相關(guān)的加法器；以及 速度估計(jì)器，估計(jì)終端的運(yùn)動(dòng)速度，其中，調(diào)度器把估計(jì)的終端運(yùn)動(dòng)速度與第二閾值進(jìn)行比較，當(dāng)估計(jì)的終端運(yùn)動(dòng)速度不 大于第二閾值時(shí)，將兩個(gè)數(shù)據(jù)流映射到2N個(gè)發(fā)送天線，并且接通開關(guān)。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中，當(dāng)估計(jì)的終端運(yùn)動(dòng)速度大于第二閾值時(shí)，調(diào)度器 將兩個(gè)數(shù)據(jù)流中的第一數(shù)據(jù)流映射到2N個(gè)發(fā)送天線中的N個(gè)發(fā)送天線，而將兩個(gè)數(shù)據(jù)流中 的第二數(shù)據(jù)流映射到2N個(gè)發(fā)送天線中的其余N個(gè)發(fā)送天線，并關(guān)斷開關(guān)。
12.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中，當(dāng)估計(jì)的終端運(yùn)動(dòng)速度大于第一閾值時(shí)，其中第 一閾值被設(shè)置為比第二閾值大一參考值或更多的值，調(diào)度器將兩個(gè)數(shù)據(jù)流中的第一數(shù)據(jù)流 映射到2N個(gè)發(fā)送天線中的N個(gè)發(fā)送天線，而將兩個(gè)數(shù)據(jù)流中的第二數(shù)據(jù)流映射到2N個(gè)發(fā) 送天線中的其余N個(gè)發(fā)送天線，并且控制波束形成系數(shù)乘法器不工作。
13.如權(quán)利要求8所述的裝置，進(jìn)一步包括 信道估計(jì)器，估計(jì)終端的信道；以及波束形成系數(shù)運(yùn)算器，利用估計(jì)的信道值確定波束形成系數(shù)。
14.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，基站同時(shí)支持空時(shí)編碼(STC)技術(shù)和波束形成技術(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在無線通信系統(tǒng)中同時(shí)支持多輸入多輸出(MIMO)和波束形成的裝置和方法。在此方法中，兩個(gè)數(shù)據(jù)流被映射到所有2N個(gè)發(fā)送天線中的每一個(gè)。將兩個(gè)數(shù)據(jù)流分別乘以不同的循環(huán)延遲分集(CDD)相位序列。針對(duì)每個(gè)發(fā)送天線，將乘以不同CDD相位序列的兩個(gè)數(shù)據(jù)流相加起來。針對(duì)每個(gè)發(fā)送天線，將相加后的數(shù)據(jù)流乘以波束形成系數(shù)并且發(fā)送出去。
文檔編號(hào)H04B7/04GK101814937SQ201010115759
公開日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月19日
發(fā)明者趙誠(chéng)權(quán), 邊名廣, 黃璂煥 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社