Tddmimo系統的信道估計和空間處理的製作方法

2023-11-01 00:14:37

專利名稱：Tdd mimo系統的信道估計和空間處理的製作方法
根據35 U.S.C.§119的優先權聲明本申請要求第60/421,428號、第60/421,462和第60/421,309美國臨時申請的優先權，所有三個申請提交日期均為2002年10月25日，所述三個申請按順序分別題為「Channel estimation and Spatial Processing for TDD MIMOSystems」，「Channel Cal ibrat ion for a Time Divi sion DuplexedCommunication System」和「MIMO WLAN System」，所有均被轉讓給本發明的受讓人並在此完全引入作為參考。
背景領域本發明一般涉及通信，尤其涉及在時分雙工(TDD)多輸入多輸出(MIMO)通信系統內實現信道估計和空間處理的技術。
背景多輸入多輸出(MIMO)通信系統使用多個(NT)發射天線和多個(NR)接收天線進行數據傳輸，且被稱為(NT，NR)系統。由NT個發射天線和NR個接收天線形成的MIMO信道可能被分解為NS個獨立信道，其中NS≤min{NT，NR}。NS個獨立信道的每個還被稱為MIMO信道的空間子信道或本徵模式，並對應一維。如果利用多個發射和接收天線建立的附加維數，則可以改善MIMO系統性能(例如增加的傳輸容量)為了在MIMO信道的NS個本徵模式的一個或多個上發送數據，必須在接收機處且一般在發射機處實現空間處理。從NT個發射天線發送的數據流相互在接收天線處幹擾。空間處理試圖分離接收機處的數據流，使其能單獨被恢復。
為了實現空間處理，一般需要發射機和接收機之間的準確信道響應估計。對於TDD系統，接入點和用戶終端間的下行鏈路(即前向鏈路)和上行鏈路(即反向鏈路)一般共享相同頻帶。在該情況下，在實現了校準(如下所述)以考慮接入點和用戶終端處的發射和接收鏈差異之後，下行鏈路和上行鏈路信道響應被假設互為倒數(reciprocal)。即如果H表示從天線陣列A到天線陣列B的信道響應矩陣，則倒數信道表示從陣列B到陣列A的耦合由HT給出，其中MT表示M的轉置。
MIMO系統的信道估計和空間處理一般消耗系統資源的大部分。因此領域內需要一種技術有效地實現TDD MIMO系統內的信道估計和空間處理。
概述在此提供在TDD MIMO系統內以有效方式實現信道估計和空間處理的技術。對於TDD MIMO系統，倒數信道特性可以被用於簡化發射機和接收機處的信道估計以及空間處理。開始時，系統內的接入點和用戶終端可以實現校準以確定其發射和接收鏈的響應之差並獲得用於考慮該差異的糾正因子。實現校準以保證應用了糾正因子的「校準後」信道是倒數。這樣，可以基於為第一鏈路導出的估計獲得更準確的第二鏈路估計。
在正常操作期間，在第一鏈路上(例如下行鏈路)發送MIMO導頻(例如由接入點)並用於導出第一鏈路的信道響應估計。信道響應估計然後可以經分解(例如由用戶終端使用奇異值分解)以獲得對角線奇異值矩陣以及包含第一鏈路的左本徵向量以及第二鏈路的右本徵向量(例如上行鏈路)。第一酉陣因此可以用於為在第一鏈路上接收到的數據傳輸以及在第二鏈路上發送的數據傳輸實現空間處理。
可以在第二鏈路上使用第一酉陣內的本徵向量發送操縱基準。操縱基準(或操縱導頻)是使用用於數據傳輸的本徵向量在特定本徵模式上發送的導頻。該操縱基準然後可以經處理(例如由接入點)以獲得對角線矩陣以及包含第二鏈路的左本徵向量以及第一鏈路的右本徵向量的第二酉陣。第二酉陣因此可以用於為在第二鏈路上接收到的數據傳輸以及要在第一鏈路上發送的數據傳輸實現空間處理。
本發明的各個方面和實施例在以下進一步描述。
附圖的簡要描述本發明的各個方面和特性在以下連同以下附圖一起描述，其中

圖1是根據本發明的一實施例，TDD MIMO系統內的接入點和用戶終端框圖。
圖2A根據本發明的一實施例示出在接入點和用戶終端處發射和接收鏈的框圖；圖2B根據本發明一實施例示出糾正矩陣應用，所述矩陣用於考慮接入點和用戶終端處發射/接收鏈之差。
圖3表示根據本發明一個實施例的空間多路復用模式的下行鏈路和上行鏈路的空間處理。
圖4根據本發明的一實施例示出波束操縱模式的下行鏈路和上行鏈路的空間處理；以及圖5根據本發明的一實施例示出在接入點和用戶終端處實現信道估計和空間處理的過程。
詳細描述圖1是TDD MIM0系統100內的接入點110和用戶終端150的實施例框圖。接入點110備有用於數據傳輸的Nap發射/接收天線用於數據傳輸/接收，且用戶終端150備有Nut個發射/接收天線。
在下行鏈路上，在接入點110處，發射(TX)數據處理器114從數據源112接收話務數據(即信息比特)並從控制器130接收信令和其他數據。TX數據處理器114對數據進行格式化、編碼、交錯並調製(即碼元映射)以提供調製碼元。TX空間處理器120從TX數據處理器114接收調製碼元並實現空間處理以提供Nap個發射碼元流，每個天線一個流。TX空間處理器120還適當地多路復用導頻碼元。
每個調製器(MOD)122(這包括發射鏈)接收並處理相應發射碼元流以提供對應下行鏈路已調信號。來自調製器122a到122ap的Nap個下行鏈路已調信號然後相應地從Nap個天線124a到124ap發送。
在用戶終端150處，Nut個天線152a到152ut接收發送的下行鏈路已調信號，且每個天線向相應解調器(DEMOD)154提供接收到信號。每個解調器154(這包括接收鏈)實現與在調製器122處實現的互補的處理並提供接收碼元。接收(RX)空間處理器160然後對來自所有解調器154a到154ut的接收到碼元實現空間處理以提供恢復碼元，這是接入點發送的調製碼元的估計。RX數據處理器170還進一步(例如碼元去映射、去交錯並解碼)恢復碼元以提供解碼後數據。解碼後數據可以包括恢復的話務數據、信令等，它們可以被提供給數據宿172以存儲和/或控制器180以進一步處理。
上行鏈路的處理可以與上行鏈路的處理相同或不同。數據和信令由TX數據處理器188處理(例如編碼、交錯並調製)，並進一步由TX空間處理器190處理，所述處理器還適當地在導頻碼元內多路復用(例如對於校準和正常操作)。來自TX空間處理器190的導頻和發射碼元進一步由調製器154a到154ut處理以生成Nut個上行鏈路已調信號，這些信號然後通過天線152a到152ut被發送到接入點。
在接入點110處，上行鏈路已調信號由天線124a到124ap接收，由解調器122a到122ap解調，並由RX空間處理器140和RX數據處理器142以與在用戶終端處互補的方式處理。上行鏈路的解碼後數據可以被提供給數據宿144以進行存儲和/或控制器130進行進一步處理。
控制器130和180控制在接入點和用戶終端處相應的各種處理單元的操作。存儲器132和182相應地存儲控制器130和180使用的數據和程序代碼。
1.校準對於TDD系統，由於下行鏈路和上行鏈路共享相同的頻帶，在下行鏈路和上行鏈路信道響應間存在高度相關性。因此下行鏈路和上行鏈路信道響應矩陣可以被假設互為倒數(即轉置)。然而接入點處的發射/接收鏈的響應一般不等於在用戶終端處發射/接收鏈的響應。為了改善性能，其差異可以被確定且可以通過校準而被考慮。
圖2A根據本發明的一實施例示出接入點110和用戶終端150處的發射和接收鏈框圖。對於下行鏈路，在接入點110處，碼元(用發送向量xdn表示)由發射鏈214處理並從Nap個天線124在MIMO信道上被發送。在用戶終端150處，下行鏈路信號由Nut個天線152接收並由接收鏈254處理以提供接收到的碼元(用「接收」向量rdn表示)。對於上行鏈路，在用戶終端150處，碼元(由發射向量xup表示)由發射鏈264處理並在MIMO信道上從Nut個天線被發送。在接入點110處，上行鏈路信號由Nap個天線124接收並由接收鏈224處理以提供接收到碼元(由接收向量rup表示)。
對於下行鏈路，用戶終端處的接收向量rdn(在無噪聲情況下)可以被表示為rdn＝RutHTapxdn，等式(1)其中xdn是下行鏈路的帶有Nap項的發射向量；rdn是帶有Nut項的接收向量；Tap是Nap×Nap對角矩陣，帶有與接入點處Nap個天線的發射鏈相關聯的複數增益項；Rut是Nut×Nut對角矩陣，帶有與用戶終端處Nut個天線的接收鏈相關聯的複數增益項；以及H是下行鏈路的Nut×Nap信道響應。
發射/接收鏈和MIMO信道的響應一般是頻率的函數。為了簡化，為以下導出假設平緩衰落信道(即帶有平緩頻率響應)。
對於上行鏈路，接入點處的接收向量rup(在無噪聲情況下)可以表示為
rup＝RapHTTutxup， 等式(2)其中xup是下行鏈路的帶有Nut項的發射向量；rup是帶有Nap項的接收向量；Tut是Nut×Nut對角矩陣，帶有與用戶終端處Nut個天線的發射鏈相關聯的複數增益項；Rap是Nap×Nap對角矩陣，帶有在接入點處Nap個天線的接收鏈相關聯的複數增益項；以及HT是上行鏈路的Nap×Nut信道響應矩陣。
從等式(1)和(2)得出，「有效」下行鏈路和上行鏈路信道響應Hdn和Hup(表示可應用發射和接收天線的響應)可以表示為Hdn＝RutHTap並且Hup＝RapHTTut等式(3)如等式(3)示出，如果接入點處的發射/接收鏈的響應不等於用戶終端處的發射/接收鏈響應，則有效下行鏈路和上行鏈路信道響應不是互為倒數即RutHTap≠RapHTTut。
將兩個等式在等式集合(3)內組合，可以獲得以下關係H＝Rut-1HdnTap-1＝(Rap-1HupTut-1)T＝Tut-1HTupTap-1等式(4)重新安排等式(4)，可以獲得以下HupT＝TutR-1utHdnTap-1Rap＝Kut-1HdnKap或Hup＝(Kut-1HdnKap)T等式(5)其中Kut＝Tut-1Rut，且Kap＝Tap-1Rap。由於Tut，Rut，Tap和Rap為對角矩陣，Kap和Kut也是對角矩陣。等式(5)可以表示為HupKut＝(HdnKap)T等式(6)矩陣Kap和Kut可以被視作包括「糾正因子」，所述因子考慮在接入點和用戶終端處的發射/接收鏈之差。這允許一個鏈路的信道響應可以由另一鏈路的信道響應表示，如等式(5)內示出。
可以實現校準以確定矩陣Kap和Kut。一般，真實的信道響應H和發射/接收鏈響應不是已知的，它們也不可能準確或簡單地被確定。相反，有效下行鏈路和上行鏈路信道響應Hdn和Hup可以基於在下行鏈路和上行鏈路上相應發送的MIMO導頻而被估計。MIMO導頻和生成以及使用在前述的第60/421309號美國專利申請序列內詳細描述。
矩陣Kap和Kut的估計被稱為糾正矩陣， 和 可以基於下行鏈路和上行鏈路信道響應估計 和 而導出，這可以以各種方式導出，包括矩陣比計算和最小均方誤差(MMSE)計算。對於矩陣比計算，(Nut×Nap)矩陣C首先作為上行鏈路和上行鏈路信道響應估計比而計算，如下C=H^upTH^dn]]>等式(7)其中比是每個元素相除。C的每個元素因此可以被計算為ci,j=h^upi,jh^dni,j]]>其中，i＝{1...Nut}而j＝{1...Nap}，其中 和 相應是 和 的第(i，j)(行，列)，且ci，j是C的(i，j)個元素。
接入點的糾正向量 只包括 的Nap個對角元素，可以被定義為等於C的標準化行的均值。C的每行ci首先通過將行內的每個元素除以行的第一個元素經標準化以獲得對應的標準化行 因此如果ci(k)=ci,1ci,Nap]]>是C的第i行，則標準化行 可以表示為c~i(k)=[ci,1(k)/ci,1(k)ci,j(k)/ci,1(k)ci,Nap(k)/ci,1(k)]]]>糾正向量 然後被設定為等於C的Nut個標準化行的均值，其可以表示為k^ap=1Nuti=1Nutci~]]>等式(8)由於標準化， 的第一元素為單位一(unity)。
用戶終端有糾正向量 只包括 的Nut個對角元素，可以被定義為等於C的標準化列的逆。C的每列cj首先通過用向量 的第j個元素對列內的每個元素進行比例縮放，以獲得對應標準化列 所述第j個元素用Kapj，j表示。因此，如果cj(k)=c1,jcNut,jT]]>是C的第j行，則標準化行 可以表示為 糾正向量 然後被設定為等於C的Nap個標準化列的逆的均值，且可以被表示為 等式(9)其中標準化列 的逆是每個元素實現的。
校準相應地為接入點和用戶終端提供了糾正向量 和 或對應的糾正矩陣 和 糾正矩陣 和 的MMSE計算詳細地在前述的第60/421462號美國專利申請序列內詳細描述。
圖2B根據本發明的一實施例說明了糾正矩陣的應用，以考慮接入點和用戶終端處的發射/接收鏈之差。在下行鏈路上，發射向量xdn首先由單元212乘以矩陣 下行鏈路的發射鏈214和接收鏈254相繼處理與圖2A內示出的相同。同樣地，在上行鏈路上，發射向量xup首先由單元262乘以矩陣 同樣，發射鏈264和接收鏈224的相繼處理與圖2A內示出的相同。
用戶終端和接入點觀察到的「校準後」下行鏈路和上行鏈路信道響應相應地可以表示為Hcdn=HdnK^apandHcup=HupK^ut]]>等式(10)其中HcdnT和Hcup是等式(6)內「真實」校準後信道響應表達的估計。從等式(6)和(10)中可見HcupHcdnT.]]>HcupHcdnT]]>關係的準確性取決於估計 和 的準確性，這接著取決於下行鏈路和上行鏈路信道響應估計 和 的質量。如上示出，一旦校準了發射/接收鏈，為一個鏈路獲得的校準信道響應估計(例如 )可以用作另一鏈路的校準後信道響應估計(例如 )。
TDD MIMO系統的校準在前述的第60/421309號美國專利申請序列和第60/421462號美國專利申請內詳細描述。
2.空間處理對於MIMO系統，數據可以在MIMO信道的一個或多個本徵模式上發送。可以定義空間多路復用模式以覆蓋在多個本徵模式上的數據傳輸，且可以定義波束操縱模式以覆蓋在單個本徵模式上的數據傳輸。操作模式要求發射機和接收機處的空間處理。
在此描述的信道估計和空間處理技術可以用於帶有或不帶有OFDM的MIMO系統。OFDM有效地將總系統帶寬分成多個(NF)正交子帶，它們還被稱為頻率區段或子信道。OFDM情況下，每個子帶與相應的子載波相關聯，在其上調製數據。對於使用OFDM的MIMO系統(即MIMO-OFDM系統)，每個子帶的每個本徵模式可以被視作獨立傳輸信道。為了清楚，信道估計和空間處理技術在以下為TDD MIMO-OFDM系統描述。對於該系統，無線信道的每個子帶可以被假設為倒數。
下行鏈路和上行鏈路信道響應間的相關性可以用於簡化TDD系統的接入點和用戶終端的信道估計和空間處理。該簡化在實現了校準以考慮發射/接收鏈內的差異之後有效。校準的信道響應可以表示為頻率的函數，如下Hcdn(k)=Hdn(k)K^ut(k)]]>其中k∈K，以及 等式(11)Hcup(k)_=Hup(k)K^ut(k)=(Hdn(k)K^ap(k))T,]]>其中k∈K，其中K表示可以用於數據傳輸的所有子帶集合(「即數據子帶」)。可以實現校準以為每個數據子帶獲得矩陣 和 或者，可以為所有數據子帶的一個子集實現校準，其中「未經校準」子帶的矩陣 和 可以通過為「校準後」子帶內插矩陣獲得，如前述第60/421462號美國專利申請序列內描述。
每個子帶的信道響應矩陣H(k)可以「被對角線化」以獲得該子帶的NS個本徵模式。這可以通過對信道響應矩陣H(k)實現奇異值分解或對H(k)的相關矩陣實現本徵值分解而獲得，相關矩陣為R(k)＝HH(k)H(k)。為了清楚，奇異值分解用於以下描述。
校準後下行鏈路信道響應矩陣Hcup(k)的奇異值分解可以被表示為Hcup(k)=Uap(k)(k)VutH(k),kK]]>等式(12)其中Uap(k)是Hcup(k)的作本徵向量的(Nap×Nap)酉陣；∑(k)是Hcup(k)的奇異值的(Nap×Nut)對角線矩陣；以及Vut(k)是Hcup(k)的右本徵向量的(Nut×Nut)酉陣。
酉陣特性是MHM＝I，其中I是單位矩陣。
相應地，校準下行鏈路信道響應矩陣Hcdn(k)的奇異值分解可以被表示為Hcdn(k)=Vut*(k)(k)UapT(k),kK]]>等式(13)其中矩陣Vut*(k)和Uap*(k)相應是Hcdn(k)的左右本徵向量的酉陣。如等式(12)和(13)示出的，且基於以下描述，一個鏈路的左右本徵向量矩陣相應是另一鏈路的左右本徵向量矩陣的複數共軛。矩陣Vut(k)，Vut*(k)，VutT(k)和VutH(k)是矩陣Vut(k)的不同形式，且矩陣Uap(k)，Uap*(k)，UapT(k)和UapH(k)是Uap(k)的不同形式。為了簡化，以下描述內的矩陣Uap(k)和Vut(k)參考還可以指其各種其他形式。矩陣Uap(k)和Vut(k)相應地由接入點和用戶終端用於空間處理並由其下標表示。本徵向量還經常被稱為「操縱」向量。
奇異值分解進一步在Gilbert Strang的書內詳細描述，題為「Linear Algebraand Its Applications」，第二版，Academic Press，1980。
用戶終端可以基於接入點發送的MIMO導頻估計校準後下行鏈路信道響應。用戶終端可以為校準下行鏈路信道響應估計 實現奇異值分解，其中k∈K，以獲得 的左本徵向量的對角矩陣 以及矩陣Vut*(k)。該奇異值分解可以給出為H^cdn(k)=V-ut*(k)^(k)UapT(k),]]>其中每個矩陣上的(「^」)表示是實際矩陣的估計。
類似地，接入點可以基於用戶終端發送的MIMO信道估計校準後上行鏈路信道響應。接入點可以為校準後上行鏈路信道響應估計 實現奇異值分解，其中k∈K，以獲得 的左本徵向量的對角矩陣 和矩陣 。該奇異值分可以給出為H^cup(k)=U^ap(k)^(k)V^utH(k).]]>然而，由於倒數信道和校準，奇異值分解只需要由用戶終端或接入點實現。如果由用戶終端實現，則矩陣 (其中k∈K)用於在用戶終端處的空間處理，且矩陣ap(k)(其中k∈K)可以以直接形式(即通過發送矩陣ap(k)的項)或不直接形式(例如通過操縱基準，如下描述)被提供給接入點。
每個矩陣 內的奇異值(其中k∈K)可以被排序，使得第一列包含最大奇異值，第二列包含第二最大奇異值，如此類推(即σ1≥σ2≥...≥σNs，其中σi是在排序後 的第i列內的本徵值)。當每個矩陣 的奇異值被排序後，該子帶的相關酉陣 和ap(k)的本徵向量(或列)也相應地被排序。「寬帶」本徵模式可以被定義為在排序後所有子帶的同階本徵模式集合(即第m個寬帶本徵模式包括所有子帶的第m個本徵模式)。每個寬帶本徵模式與所有子帶的相應本徵向量集合相關。主寬帶本徵模式是在排序後與每個矩陣 內的最大奇異值相關的本徵模式。
A.上行鏈路空間處理上行鏈路傳輸由用戶終端進行的空間處理可以表示為xup(k)=K^ut(k)V^ut(k)sup(k),]]>其中k∈K 等式(14)其中xup(k)是第k個子帶的上行鏈路的發射向量；以及sup(k)是用於在第k個子帶的NS個本徵模式上發送的調製碼元的多達NS個非零項的「數據」向量。
接入點處的接收上行鏈路傳輸可以被表示為rup(k)=Hup(k)xup(k)+nup(k)---kK.]]>=Hup(k)K^ut(k)V^ut(k)sup(k)+nup(k)]]>H^cup(k)V^ut(k)sup(k)+nup(k)]]>=U^ap(k)^(k)V^utH(k)V^ut(k)sup(k)+nup(k)]]>=U^ap(k)^(k)sup(k)+nup(k)]]>等式(15)
其中，rup(k)是第k個子帶的上行鏈路的接收到向量；以及nup(k)是第k個子帶的加性白高斯噪聲(AWGN)。
等式(15)使用以下關係Hup(k)K^up(k)=Hcup(k)H~cup(k)]]>且H^cup(k)=U^ap(k)^(k)V^utH(k).]]>來自用戶終端的上行鏈路傳輸的加權匹配濾波器矩陣Map(k)可以表示為Map(k)=^-1(k)U^apH(k),kK]]>等式(16)接收上行鏈路傳輸在接入點處的空間處理(或匹配濾波)可以表示為s^up(k)=^-1(k)U^apH(k)rup(k)]]>=^-1(k)U^apH(k)(U^ap(k)^(k)sup(k)+nup(k))]]>，其中k∈K 等式(17)=sup(k)+n^up(k)]]>其中up(k)是用戶終端在上行鏈路上發送的數據向量sup(k)的估計，且 是處理後噪聲。
B.下行鏈路空間處理下行鏈路傳輸的接入點處空間處理可以表示為xdn(k)=K^ap(k)U^ap*(k)sdn(k),]]>其中k∈K 等式(18)其中xdn(k)是發送向量，且sdn(k)是下行鏈路的數據向量。
用戶終端處的接收下行鏈路傳輸可以被表示為rdn(k)=Hdn(k)xdn(k)+ndn(k)]]>=Hdn(k)K^ap(k)U^ap*(k)sdn(k)+ndn(k)]]>=H^cdn(k)U^ap*(k)sdn(k)+ndn(k)]]>=V^ut*(k)^(k)U^apT(k)U^ap*(k)sdn(k)+ndn(k))]]>=V^ut*(k)^(k)sdn(k)+ndn(k)]]>其中k∈K 等式(19)來自接入點的下行鏈路傳輸的加權匹配濾波器矩陣Mut(k)可以表示為Mut(k)=^-1(k)V^utT(k)]]>，其中k∈K等式(20)接收下行鏈路傳輸在用戶終端處的空間處理(或匹配濾波)可以表示為s^dn(k)=^-1(k)V^utT(k)rdn(k)]]>=^-1(k)V^utT(k)(V^ut*(k)^(k)sdn(k)+ndn(k))]]>等式(21)=sdn(k)+n~dn(k)]]>表格1概述了用於數據傳輸和接收的在接入點和用戶終端處的空間處理。
表格1 在上述描述和表格1內，糾正矩陣 和 相應被應用於接入點處和用戶終端處的發射端。糾正矩陣 和 還可以與其他對角矩陣(例如諸如用於獲得信道反轉的加權矩陣Wdn(k)和Wup(k))。然而，糾正矩陣還可以應用於接收端而不是發射端，且這在本發明範圍內。
圖3是根據本發明的一實施例用於空間多路復用模式的下行鏈路和上行鏈路的空間處理框圖。
對於下行鏈路，在接入點110x的TX空間處理器120x內，數據向量sdn(k)(其中k∈K)首先由單元310乘以矩陣ap*(k)，並進一步由單元312乘以糾正矩陣 以獲得發射向量xdn(k)。向量xdn(k)(其中k∈K)然後由調製器122x內的發射鏈314處理並在MIMO信道上發送到用戶終端150x。單元310為下行鏈路數據傳輸實現空間處理。
在用戶終端150x處，下行鏈路信號由解調器154x內的接收鏈354處理以獲得接收向量rdn(k)(其中k∈K)。在RX空間處理器160x內，接收向量rdn(k)(其中k∈K)首先由單元356乘以矩陣 並進一步由單元358用逆對角矩陣 進行比例縮放以獲得dn(k)，該向量是數據向量sdn(k)的估計。單元356和358為下行鏈路匹配濾波實現空間處理。
對於上行鏈路，在用戶終端150x的TX空間處理器190x內，數據向量sup(k)(其中k∈K)首先由單元360乘以矩陣 然後由單元362乘以糾正矩陣 以獲得發射向量xup(k)。向量xup(k)(其中k∈K)然後由調製器154x內的發射鏈364處理並在MIMO信道上發送到接入點110x。單元360為上行鏈路數據傳輸實現空間處理。
在接入點110x處，上行鏈路信號由解調器122x內的接收鏈324處理以獲得接收向量rup(k)，其中k∈K。在RX空間處理器140x內，接收向量rup(k)(其中k∈K)首先由單元326乘以矩陣apH(k)，並進一步由單元328用逆對角矩陣 經比例縮放以獲得向量up(k)，它是數據向量sup(k)的估計。單元326和328為上行鏈路匹配濾波實現空間處理。
3.波束操縱對於一定信道條件，最好只在一個寬帶本徵模式上發送數據一一般是最佳或主寬帶本徵模式。如果對所有其他寬帶本徵模式的接收到的信噪比(SNR)差到通過使用主寬帶本徵模式上所有可用發射功率以實現改善性能時，可能出現該情況。
一個寬帶本徵模式上的數據傳輸可以使用波束成形或波束操縱獲得。對于波束成形，對於主寬帶本徵模式(即在排序後 或ap(k)的第一列)，調製碼元用本徵向量 或 經空間處理，其中k∈K。對于波束操縱，對於主寬帶本徵模式，調製碼元一般用「標準化」(或「飽和」)本徵向量 或 (其中k∈K)集合進行空間處理。為了清楚，波束操縱在以下為上行鏈路描述。
對於上行鏈路，每個本徵向量 的元素可以有不同的幅度，其中k∈K。因此，每個子帶的經預調整碼元可以有不同幅度，其中每個子帶的經預調整碼元通過將子帶k的調製碼元乘以子帶k的本徵向量 的元素而得到。因此，每天線發射向量可能有不同的幅度，每個包括給定發射天線的所有數據子帶的預調整碼元。如果每個發射天線的發射功率有限(例如由於功率放大器的限制)，則波束成形可能不能完全使用每個天線可用的總功率。
對於主寬帶本徵模式，波束操縱只使用來自本徵向量 的相位信息，其中k∈K，並標準化每個本徵向量，使得本徵向量內的所有元素有相等幅度。第k個子帶的標準化本徵向量 可以表示為v~ut(k)=Aeji(k)Aej2(k)AejNut(k)T]]>等式(22)其中A是恆量(例如A＝1)；以及θi(k)是第i個發射天線的第k個子帶的相位，這可以給出為i(k)=v^ut,1(k)=tan-1(Im{v^ut,1,i(k)}Re{v^ut,1(k)})]]>等式(23)如等式(23)內示出，向量 內的每個元素的相位從本徵向量 獲得(即θi(k)從 其中v^ut,1(k)=v^ut,1,1(k)v^ut,1,2(k)v^ut,1,Nt(k)T).]]>A.上行鏈路波束操縱用戶終端為上行鏈路上的波束操縱進行的空間處理可以表示為x~up(k)=K^utv~ut(k)sup(k)]]>等式(24)其中sup(k)是在第k個子帶上發送的調製碼元；且 是波束操縱的第k個子帶的發射向量。
如等式(22)內示出，每個子帶的標準化操縱向量 的Nut個元素有相同的幅度，但可能相位不同。波束操縱因此為每個子帶生成一個發射向量 的Nut個元素有相同的幅度，但可能相位不同。
接入點處對于波束操縱接收到的上行鏈路傳輸可以表示為r~up(k)=Hup(k)x~up(k)+nup(k),]]>=Hup(k)K^utv~ut(k)sup(k)+nup(k)]]>=Hup(k)v~ut(k)sup(k)+nup(k)]]>其中k∈K 等式(25)其中 是波束操縱的第k個子帶的上行鏈路的接收到向量。
使用波束操縱的上行鏈路傳輸的匹配濾器行向量可以表示為m~ap(k)=(Hcup(k)v~ut(k))H,]]>其中k∈K 等式(26)匹配濾波器向量 可以如下描述地獲得。在接入點處帶有波束操縱的接收到上行鏈路傳輸的空間處理(或匹配濾波)可以表示為s^up(k)=~up-1(k)m~ap(k)r~up(k)]]>=~up-1(k)(Hcup(k)v~ut(k))H(Hcup(k)v~ut(k)sup(k)+nup(k)),]]>=sup(k)+n~up(k)]]>其中k∈K等式(27)其中~up(k)=(Hcup(k)v~ut(k))H(Hcup(k)v~ut(k))]]>(即 是 的內積以及其共軛轉置)，up(k)是在上行鏈路上用戶終端發送的調製碼元sup(k)的估計，以及 是處理後噪聲。
B.下行鏈路波束操縱在下行鏈路上為波束操縱由接入點進行的空間處理可以表示為x~dn(k)=K^apsdn(k)u~ap(k),]]>其中k∈K 等式(28)其中 是第k個子帶的標準化本徵向量，對於主寬帶本徵模式，可以基於本徵向量 生成，如上所述。
使用波束操縱的下行鏈路傳輸的匹配濾波器行向量 可以表示為m~ut(k)=(Hcdn(k)u~ap(k))H,]]>其中k∈K 等式(29)
用戶終端處對接收到下行鏈路傳輸進行的空間處理(或匹配濾波)可以表示為s^dn(k)=~dn-1(k)m~ut(k)r~dn(k)]]>=~dn-1(k)(Hcdn(k)u~ap(k))H(Hcdn(k)u~ap(k)sdn(k)+ndn(k)),]]>=sdn(k)+n~dn(k)]]>其中k∈K等式(30)其中~dn(k)=(Hcdn(k)u~ap(k))H(Hcdn(k)u~ap(k))]]>(即 是 和其共軛轉置的內積)。
波束操縱可以被視作空間處理的特例，其中只有一個本徵模式的一個本徵向量用於數據傳輸，且該本徵向量可以被標準化以有相等的幅度。
圖4是根據本發明的一實施例的波束操縱模式的下行鏈路和上行鏈路的空間處理框圖。
對於下行鏈路，在接入點110y處的TX空間處理器120y內，調製碼元sdn(k)(其中k∈K)首先由單元410乘以標準化本徵向量 然後進一步由單元412乘以糾正矩陣 以獲得發射向量 向量 (其中k∈K)然後由調製器122y內的發射鏈414處理並在MIMO信道上發送到用戶終端150y。單元410為波束操縱模式實現下行鏈路數據傳輸的空間處理。
在用戶終端150y處，下行鏈路信號由解調器154y內的接收鏈454處理以獲得接收向量 其中k∈K。在RX空間處理器160y內，單元456實現接收向量 與匹配濾波器向量 的內積，其中k∈K。內積結果然後由單元458用 經比例縮放以獲得碼元sdn(k)，這是調製碼元sdn(k)的估計。單元456和458為波束操縱模式實現下行鏈路匹配濾波的空間處理。
對於上行鏈路，在用戶終端150y處的TX空間處理器190y內，調製碼元sup(k)(其中k∈K)首先由單元460乘以標準化本徵向量 然後由單元462乘以糾正矩陣 以獲得發射向量 向量 (其中k∈K)然後由調製器154y內的發射鏈464處理，並在MIMO信道上發送到接入點110y。單元460為波束操縱模式實現上行鏈路數據傳輸的空間處理。
在接入點110y處，上行鏈路信號由在解調器124y內的接收鏈424處理以獲得接收向量 其中k∈K。在RX空間處理器140y內，單元426實現接收向量 和匹配濾波器向量 的內積，其中k∈K。內積結果然後由單元428用 經比例縮放以獲得碼元up(k)，這是調製碼元sup(k)的估計。單元426和428為波束操縱模式實現上行鏈路匹配濾波的空間處理。
4.操縱基準如等式(15)內示出，在接入點處，接收到上行鏈路向量rup(k)(其中k∈K)在無噪聲情況下等於經 變換的數據向量sup(k)， 是 的左本徵向量矩陣ap(k)經奇異值的對角線矩陣 比例縮放。如等式(17)和(18)內示出，由於倒數信道和校準，矩陣ap*(k)和其轉置分別用於下行鏈路傳輸的空間處理以及接收到上行鏈路傳輸的空間處理(匹配濾波)。
操縱基準(或操縱導頻)可以由用戶終端發送並由接入點用於獲得ap(k)和 的估計，其中k∈K，而不需要估計MIMO信道或實現奇異值分解。類似地，操縱基準可以由接入點發送並由用戶終端用於獲得 和 的估計。
操縱基準包括特定OFDM碼元(這被稱為導頻或「P」OFDM碼元)，它從用戶終端處(對於上行鏈路)的所有Nut個天線或接入點處的Nap個天線(對於下行鏈路)發送。P OFDM碼元通過用該寬帶本徵模式的本徵向量集合實現空間處理而只在一個寬帶本徵模式上發送。
A.上行鏈路操縱基準用戶終端發送的上行鏈路操縱基準可以表示為xup,m(k)=K^ut(k)v^ut,m(k)p(k),]]>其中k∈K 等式(31)其中xup，m(k)是第m個寬帶本徵模式的第k個子帶的發射向量； 是第m個寬帶本徵模式的第k個子帶的本徵向量；以及p(k)是要在第k個子帶上發送的導頻調製碼元。
本徵向量 是矩陣 的第m列，其中V^ut(k)=v^ut,1(k)v^ut,2(k)v^ut,Nut(k).]]>接入點處接收到的上行鏈路操縱基準可以表示為rup,m(k)=Hup(k)xup,m(k)+nup(k)]]>=Hup(k)K^ut(k)v^ut,m(k)p(k)+nup(k)]]>=H^cup(k)v^ut,m(k)p(k)+nup(k)]]>=U^ap(k)^(k)V^utH(k)v^ut,m(k)p(k)+nup(k))]]>=u^ap,m(k)m(k)p(k)+nup(k)]]>其中k∈K 等式(32)其中rup，m(k)是第m個寬帶本徵模式的第k個子帶的上行鏈路操縱基準的接收到向量；以及
σm(k)是第m個寬帶本徵模式的第k個子帶的奇異值。
基於操縱基準估計信道響應的技術在以下詳述。
B.下行鏈路操縱基準接入點發送的下行鏈路操縱基準可以表示為xdn,m(k)=K^ap(k)u^ap,m*(k)p(k),]]>其中k∈K 等式(33)其中xdn，m(k)是第m個寬帶本徵模式的第k個子帶的發射向量； 是第m個寬帶本徵模式的第k個子帶的本徵向量。
操縱向量 是矩陣ap*(k)的第m列，其中U^ap*(k)=u^ap,1*(k)u^ap,2*(k)u^ap,Nap*(k).]]>下行鏈路操縱基準可以由用戶終端用於各種目的。例如下行鏈路操縱基準允許用戶終端確定接入點對於MIMO信道有哪種估計(因為接入點有信道估計的估計)。下行鏈路操縱基準還可以由用戶終端用於估計下行鏈路傳輸的接收到SNR。
C.波束操縱的操縱基準對于波束操縱模式，發射端的空間處理是使用主寬帶本徵模式的「標準化」本徵向量集合實現的。帶有標準化本徵向量的總轉移函數不同於帶有未經標準化本徵向量的總轉移函數(即Hcup(k)v^ut,1*(k)Hcup(k)v~ut(k)]]>)。使用所有子帶的標準化本徵向量集合生成的操縱基準然後可以由發射機發送並由接收機用於導出波束操縱模式的匹配濾波器向量。
對於上行鏈路，波束操縱模式的操縱基準可以表示為x~up,sr(k)=K^ut(k)v^ut(k)p(k),]]>其中k∈K等式(34)在接入點，波束操縱模式的接收上行鏈路操縱基準可以表示為rup,sr(k)=Hup(k)x~up,sr(k)+nup(k),]]>=Hup(k)K^ut(k)v^ut(k)p(k)+nup(k)]]>=Hcup(k)v^ut(k)p(k)+nup(k)]]>其中k∈K 等式(35)為了獲得用波束操縱進行上行鏈路傳輸的匹配濾波器行向量 操縱基準的接收到向量rup，sr(k)首先乘以p*(k)。結果然後在多個接收到操縱基準碼元上積分以形成 的估計。向量 則是該估計的共軛轉置。
在波束操縱模式下操作的同時，用戶終端可以發送多個操縱基準碼元，例如使用標準化本徵向量 的一個或多個碼元，對於主本徵模式使用本徵向量 一個或多個碼元，以及使用其他本徵模式的本徵向量可能的一個或多個碼元。用 生成的操縱基準碼元可以由接入點用於導出匹配濾波器向量 用 生成的操縱基準碼元可以用於獲得 這可以用於導出用於下行鏈路上波束操縱的標準化本徵向量 用其他本徵模式的本徵向量 到 生成的操縱基準碼元可以由接入點用於獲得 到 以及這些其他本徵模式的奇異值。該信息然後可以由接入點用於確定是否使用數據傳輸的空間多路復用模式或波束操縱模式。
對於下行鏈路，用戶終端可以基於校準後下行鏈路信道響應估計 為波束操縱模式導出匹配濾波器向量 特別是，用戶終端有來自 的奇異值分解的 並可以導出標準化本徵向量 用戶終端可以用 乘以 以獲得 且基於 導出 或者，操縱基準可以由接入點使用標準化本徵向量 發送，且該操縱基準可以由用戶終端以上述方式處理以獲得 D.基於操縱基準的信道估計如等式(32)內示出，在接入點處，接收到上行鏈路操縱基準(在無噪聲情況下)近似為 接入點因此可以基於用戶終端發送的操縱基準獲得上行鏈路信道響應的估計。各種估計技術可以用於獲得信道響應估計。
在一實施例中，為了獲得 的估計，第m個寬帶本徵模式的操縱基準的接收到向量rup，m(k)首先乘以用於操縱基準的導頻調製碼元p*(k)的複數共軛。結果然後在每個寬帶本徵模式的多個接收到操縱基準碼元上積分以獲得 的估計，這是第m個寬帶本徵模式的 的經比例縮放左本徵向量。 的Nap項的每個基於rup，m(k)的Nap項中對應的一個而獲得，其中rup，m(k)的Nap項是從接入點處Nap個天線獲得的接收到碼元。由於本徵向量有單位功率，奇異值σm(k)可以基於操縱基準的接收到功率而估計，這可以為每個寬帶本徵模式的每個子帶而測量。
在另一實施例中，最小均方誤差(MMSE)技術用於基於操縱基準的接收到向量rup，m(k)獲得 的估計。由於已知導頻調製碼元p(k)，接入點可以導出 的估計，使得接收到導頻碼元(在對接收到向量rup，m(k)實現了匹配濾波之後獲得)和發送的導頻碼元間的均方誤差最小化。為接收機處的空間處理使用MMSE技術在公共分配的美國專利申請序列號09/993087內詳細描述，題為「Multiple-AccessMultiple-Input Multiple-Output(MIMO)Communication System」，提交於2001年11月6日。
操縱基準在任何給定碼元時段內為一個寬帶本徵模式發送，且接著可以用於為該寬帶本徵模式的每個子帶獲得一個本徵向量的估計。因此，接收機能為任何給定碼元時段獲得酉陣內的一個本徵向量估計。由於酉陣的多個本徵向量估計在不同碼元時段上獲得，且由於傳輸路徑內的噪聲和其他惡化源，酉陣的估計本徵向量不可能是正交的。如果估計的本徵向量在此後用於在其他鏈路上的數據傳輸空間處理，則這些估計的本徵向量內正交性誤差會導致本徵向量間的交叉幹擾，這會惡化性能。
在一實施例中每個酉陣的估計本徵向量被迫相互正交。本徵向量的正交化可以使用Gram-Schmidt方法獲得，這在前述的Gilbert Strang參考內有詳細描述，或者還可以使用其他方法實現。
還可以使用基於操縱基準估計信道響應的其他技術，且這在本發明範圍內。接入點因此基於用戶終端發送的操縱基準估計ap(k)和 而不需要估計上行鏈路信道響應或對 實現奇異值分解。由於只有Nut個寬帶本徵模式有功率， 的左本徵向量的矩陣ap(k)實際上維數為Nap×Nut，且矩陣 維數被認為是Nut×Nut。
用戶終端處基於下行鏈路操縱基準估計矩陣 和 的處理(其中k∈K)可以類似於以上為上行鏈路操縱基準描述的實現。
5.信道估計和空間處理圖5是根據本發明的一實施例為在接入點和用戶終端處實現信道估計和空間處理的過程500特定實施例流圖。過程500包括兩部分-校準(框510)和正常操作(框520)。
開始時，接入點和用戶終端根據其發射和接收鏈實現校準以確定差異，並獲得糾正矩陣 和 其中k∈K(在框512處)。校準只需要實現一次(例如在通信對話開始時，或在用戶終端第一次開啟時)。糾正矩陣 和 此後如上所述在發射端由接入點和用戶終端分別使用。
在正常操作期間，接入點在校準下行鏈路信道上發送MIMO導頻(在框522處)。用戶終端接收並處理MIMO導頻，並維持校準下行鏈路信道響應估計(在框524處)。可以示出當信道響應估計準確時性能更好(即少了惡化)。準確的信道響應估計可以通過平均從多個接收到MIMO導頻傳輸導出的估計而獲得。
用戶終端然後分解校準下行鏈路信道響應估計 其中k∈K，以獲得對角線矩陣 和酉陣 (在框526處)。矩陣 包含 的左本徵向量，且 包含 的右本徵向量。矩陣 因此可以由用戶終端用於為在下行鏈路上接收到的數據傳輸以及在上行鏈路上發送的數據傳輸實現空間處理。
用戶終端使用矩陣 內的本徵向量在上行鏈路上將操縱基準發送到接入點，如等式(31)示出(在框530處)。接入點接收並處理上行鏈路操縱基準以獲得對角線矩陣 以及酉陣ap*(k)，其中k∈K(在框532處)。矩陣ap(k)包含 的左本徵向量，且ap*(k)包含 的右本徵向量。矩陣ap(k)因此可以由接入點用於為在上行鏈路上接收到的數據傳輸以及在下行鏈路上發送的數據傳輸實現空間處理。
矩陣ap(k)(其中k∈K)基於上行鏈路操縱基準的估計而獲得，該基準是用基於校準下行鏈路信道響應估計而獲得的本徵向量生成。因此，矩陣ap(k)實際上是估計的估計。接入點可以對上行鏈路操縱基準傳輸求平均以獲得實際矩陣ap(k)更準確的估計。
一旦用戶終端和接入點獲得相應矩陣 和ap(k)，數據傳輸可以在下行鏈路和/或上行鏈路上開始。對於下行鏈路數據傳輸，接入點用 的右本徵向量矩陣ap*(k)對碼元實現空間處理，並發送到用戶終端(框540)。用戶終端然後接收並用矩陣 對下行鏈路數據傳輸實現空間處理，所述矩陣 是 的左本徵向量的矩陣 的共軛轉置(在框542處)。對於上行鏈路數據傳輸，用戶終端用 的右本徵向量的矩陣 對碼元實現空間處理，並發送到接入點(在框550處)。接入點然後接收並用矩陣apH(k)對上行鏈路數據傳輸實現空間處理，所述矩陣apH(k)是 的左本徵向量矩陣ap(k)的共軛轉置(在框552處)。
下行鏈路和/或上行鏈路數據傳輸可以繼續直到由接入點或用戶終端中止。當用戶終端空閒時(即沒有數據發送或接收)時，MIMO導頻和/或操縱基準仍可以被發送以允許接入點和終端維持相應的下行鏈路和上行鏈路信道響應的最新估計。這可以使得數據傳輸在繼續時開始地更快。
為了清楚，這裡為特定實施例描述了信道估計和空間處理技術，其中用戶終端基於下行鏈路MIMO導頻估計校準後的下行鏈路信道響應，並實現奇異值分解。信道估計和奇異值分解還可以由接入點實現，且這在本發明的範圍內。一般，由於TDD系統的倒數信道，信道估計只需要在鏈路的一端實現。
在此描述的技術可以帶有或不帶有校準而使用。校準的實現可以改善信道估計，這可以改善系統性能。
在此描述的技術還可以連同其他空間處理技術一起使用，諸如用於在寬帶本徵模式間進行發射功率分配的灌水以及用於在每個寬帶本徵模式的子帶間進行發射功率分配的信道反轉。信道反轉和灌水在前述的美國專利序列號60/421309內描述。
在此描述的信道估計和空間處理技術可由各種手段來實現。例如，這些技術可以用硬體、軟體或它們的組合來實現。對於硬體實現而言，用於在接入點處實現數據處理、空間處理和調度的處理單元可以在以下設備內實現一個或多個專用集成電路(ASIC)、數位訊號處理器(DSP)、數位訊號處理設備(DSPD)、可編程邏輯器件(PLD)、現場可編程門陣列(FPGA)、處理器、控制器、微控制器、微處理器、設計成執行這裡所述功能的其它電子單元、或者它們的組合。
對於軟體實現而言，信道估計和空間處理技術可以用執行這裡所述功能的模塊(例如過程、功能等等)來實現。軟體代碼可以被保存在存儲器單元(例如圖1中的存儲器單元132或182)中，並可由處理器(例如控制器130或180)執行。存儲器單元可以在處理器內實現或在處理器外實現，在外部實現情況下，它可以通過領域內已知的各種方式通信耦合到處理器。
這裡包括的標題供引用，並且幫助定位特定的章節。這些標題並不限制其下所述概念的範圍，這些概念可應用於整篇說明書中的其它章節。
上述優選實施例的描述使本領域的技術人員能製造或使用本發明。這些實施例的各種修改對於本領域的技術人員來說是顯而易見的，這裡定義的一般原理可以被應用於其它實施例中而不使用創造能力。因此，本發明並不限於這裡示出的實施例，而要符合與這裡揭示的原理和新穎特徵一致的最寬泛的範圍。
權利要求
1.在無線時分雙工(TDD)多輸入多輸出(MIMO)通信系統內實現空間處理的方法，其特徵在於，包括處理通過第一鏈路接收到的第一傳輸以獲得至少一個本徵向量，可用於通過第一鏈路接收到的數據傳輸以及通過第二鏈路發送的數據傳輸的空間處理；以及在第二鏈路上傳輸之前用至少一個本徵向量為第二傳輸實現空間處理。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括用至少一個本徵向量對通過第一鏈路接收的第三傳輸實現空間處理以恢復第三傳輸的數據碼元。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第一傳輸是為第一鏈路在MIMO信道的至少一個本徵模式上接收到的操縱導頻。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第一傳輸是包括從多個發射天線發送的多個導頻傳輸的MIMO導頻，且其中來自每個發射天線的導頻傳輸可以由MIMO導頻的接收機標識。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述處理第一傳輸包括基於MIMO導頻為第一鏈路獲得信道響應估計；以及分解信道響應估計以獲得可用於第一和第二鏈路的空間處理的多個本徵向量。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述第一鏈路的信道響應估計使用奇異值分解而分解。
7.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，還包括用至少一個本徵向量對導頻碼元實現空間處理以生成在第二鏈路的MIMO信道的至少一個本徵模式上傳輸的操縱導頻。
8.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第二傳輸經過在第二鏈路的MIMO信道的一個本徵模式上傳輸的一個本徵向量空間處理的。
9.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第二傳輸經過第二鏈路的MIMO信道的一個本徵模式上傳輸的標準化本徵向量的空間處理，所述標準化本徵向量包括帶有相同幅度的多個元素。
10.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第一傳輸是為第一鏈路的MIMO信道的一個本徵模式的標準化本徵向量生成的操縱導頻，所述標準化本徵向量包括帶有相同幅度的多個元素，且其中獲得可用於第一和第二鏈路的空間處理的本徵向量。
11.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括校準第一和第二鏈路，使得第一鏈路的信道響應估計是第二鏈路的信道響應估計的倒數。
12.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述校準包括基於第一和第二鏈路的信道響應估計獲得第一鏈路的糾正因子；以及基於第一和第二鏈路的信道響應估計獲得第二鏈路的糾正因子。
13.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述TDD MIMO通信系統使用正交頻分復用(OFDM)，且其中第一傳輸的處理和第二傳輸的空間處理為多個子帶的每個實現。
14.在無線時分雙工(TDD)多輸入多輸出(MIMO)通信系統內的裝置，其特徵在於，包括用於處理通過第一鏈路接收到的第一傳輸以獲得至少一個本徵向量的裝置，所述本徵向量可用於對通過第一鏈路接收到的數據傳輸以及通過第二鏈路接收到的數據傳輸進行空間處理；以及用於在第二鏈路上傳輸前用至少一個本徵向量對第二傳輸實現空間處理的裝置。
15.如權利要求14所述的裝置，其特徵在於，還包括用至少一個本徵向量對通過第一鏈路接收到的第三傳輸實現空間處理的裝置，以恢復第三傳輸的數據碼元。
16.如權利要求14所述的裝置，其特徵在於，所述第一傳輸是第一鏈路的MIMO信道的至少一個本徵模式上接收到的操縱導頻。
17.如權利要求14所述的裝置，其特徵在於，所述傳輸是包括從多個發射天線發送的多個導頻傳輸的MIMO導頻，且其中來自每個發射天線的導頻傳輸由MIMO導頻的接收機標識。
18.如權利要求17所述的裝置，其特徵在於，還包括基於MIMO導頻為第一鏈路獲得信道響應估計的裝置；以及分解信道響應估計以獲得可用於第一和第二鏈路的空間處理的多個本徵向量的裝置。
19.在無線時分雙工(TDD)多輸入多輸出(MIMO)通信系統內的裝置，其特徵在於，包括控制器，用於處理通過第一鏈路接收到的第一傳輸以獲得至少一個本徵向量，所述至少一個本徵向量可用於對通過第一鏈路接收到的數據傳輸以及通過第二鏈路發送的數據傳輸進行空間處理；以及發射空間處理器，用於在第二鏈路上傳輸前用至少一個本徵向量對第二傳輸實現空間處理。
20.如權利要求19所述的裝置，其特徵在於，還包括接收空間處理器，用於用至少一個本徵向量對通過第一鏈路接收到的第三傳輸實現空間處理以恢復第三傳輸的數據碼元。
21.如權利要求19所述的裝置，其特徵在於，所述第一傳輸是第一鏈路的MIMO信道的至少一個本徵模式上接收到的操縱導頻。
22.如權利要求19所述的裝置，其特徵在於，所述第一傳輸是包括從多個發射天線發送的多個導頻傳輸的MIMO導頻，且其中來自每個發射天線的導頻傳輸由MIMO導頻的接收機標識。
23.如權利要求22所述的裝置，其特徵在於，所述控制器還用於基於MIMO導頻獲得第一鏈路的信道響應估計，並分解信道響應估計以獲得可用於第一和第二鏈路的空間處理的多個本徵向量。
24.一在無線時分雙工(TDD)多輸入多輸出(MIMO)通信系統內實現空間處理的方法，其特徵在於，包括處理通過第一鏈路接收到的MIMO導頻以獲得多個本徵向量，可用於通過第一鏈路接收到的數據傳輸以及通過第二鏈路發送的數據傳輸的空間處理，其中所述MIMO導頻包括從多個發射天線發送的多個導頻傳輸，且其中來自每個發射天線的導頻傳輸由MIMO導頻的接收機標識；用多個本徵向量對通過第一鏈路接收的第一數據傳輸實現空間處理以恢復第一數據傳輸的數據碼元；以及在第二鏈路上傳輸之前用多個本徵向量實現第二數據傳輸的空間處理。
25.如權利要求24所述的方法，其特徵在於，還包括用至少一個本徵向量對導頻碼元實現空間處理以生成操縱導頻，以在第二鏈路的MIMO信道的至少一個本徵模式上發送。
26.如權利要求24所述的方法，其特徵在於，還包括實現校準以獲得糾正因子；以及在第二鏈路上傳輸之前用糾正因子對第二數據傳輸進行比例縮放。
27.如權利要求24所述的方法，其特徵在於，所述TDD MIMO通信系統使用正交頻分復用(OFDM)，且其中為多個子帶的每個實現空間處理。
28.在無線時分多路復用(TDD)多輸入多輸出(MIMO)通信系統內的裝置，其特徵在於，包括處理通過第一鏈路接收到的MIMO導頻以獲得多個本徵向量的裝置，所述本徵向量可用於通過第一鏈路接收到的數據傳輸以及通過第二鏈路發送的數據傳輸的空間處理，其中所述MIMO導頻包括從多個發射天線發送的多個導頻傳輸，且其中來自每個發射天線的導頻傳輸由MIMO導頻的接收機標識；用多個本徵向量對通過第一鏈路接收的第一數據傳輸實現空間處理以恢復第一數據傳輸的數據碼元；以及在第二鏈路上傳輸之前用多個本徵向量實現第二數據傳輸的空間處理。
29.如權利要求28所述的裝置，其特徵在於，還包括用至少一個本徵向量對導頻碼元實現空間處理的裝置，以生成在第二鏈路的MIMO信道的至少一個本徵模式上傳輸的操縱導頻。
30.如權利要求28所述的裝置，其特徵在於，還包括實現校準以獲得糾正因子的裝置；以及在第二鏈路上傳輸之前用糾正因子對第二數據傳輸進行比例縮放的裝置。
31.在無線時分雙工(TDD)多輸入多輸出(MIMO)系統內的裝置，其特徵在於，包括控制器，用於處理通過第一鏈路接收到的MIMO導頻以獲得多個本徵向量的裝置，所述本徵向量可用於通過第一鏈路接收到的數據傳輸以及通過第二鏈路發送的數據傳輸的空間處理，其中所述MIMO導頻包括從多個發射天線發送的多個導頻傳輸，且其中來自每個發射天線的導頻傳輸由MIMO導頻的接收機標識；接收空間處理器，用於用多個本徵向量對通過第一鏈路接收的第一數據傳輸實現空間處理以恢復第一數據傳輸的數據碼元；以及發射空間處理器，用於在第二鏈路上傳輸之前用多個本徵向量實現第二數據傳輸的空間處理。
32.如權利要求31所述的裝置，其特徵在於，所述發射空間處理器還用於用至少一個本徵向量對導頻碼元實現空間處理，以生成在第二鏈路的MIMO信道的至少一個本徵模式上傳輸的操縱導頻。
33.如權利要求31所述的裝置，其特徵在於，所述控制器還用於實現校準以獲得糾正因子，且其中所述發射空間處理器還用於在第二鏈路上傳輸之前用糾正因子對第二數據傳輸進行比例縮放。
34.在無線時分雙工(TDD)多輸入多輸出(MIMO)通信系統內實現空間處理的方法，其特徵在於，包括處理通過第一鏈路的MIMO信道的至少一個本徵模式接收到的操縱導頻，以獲得至少一個本徵向量，可用於通過第一鏈路接收到的數據傳輸以及通過第二鏈路發送的數據傳輸的空間處理；用至少一個本徵向量對通過第一鏈路接收到的第一數據傳輸實現空間處理；以及在第二鏈路上傳輸之前用至少一個本徵向量對第二數據傳輸實現空間處理。
35.如權利要求34所述的方法，其特徵在於，還包括生成在第二鏈路上傳輸的MIMO導頻，其中所述MIMO導頻包括從多個發射天線發送的多個導頻傳輸，且其中來自每個發射天線的導頻傳輸可由MIMO導頻的接收機標識。
36.在無線時分雙工(TDD)多輸入多輸出(MIMO)通信系統內的裝置，其特徵在於，包括處理通過第一鏈路的MIMO信道的至少一個本徵模式接收到的操縱導頻的裝置，以獲得至少一個本徵向量，可用於通過第一鏈路接收到的數據傳輸以及通過第二鏈路發送的數據傳輸的空間處理；用至少一個本徵向量對通過第一鏈路接收到的第一數據傳輸實現空間處理的裝置；以及在第二鏈路上傳輸之前用至少一個本徵向量對第二數據傳輸實現空間處理的裝置。
37.如權利要求36所述的裝置，其特徵在於，還包括生成在第二鏈路上傳輸的MIMO導頻的裝置，其中所述MIMO導頻包括從多個發射天線發送的多個導頻傳輸，且其中從每個發射天線發送的導頻傳輸由MIMO導頻的接收機標識。
38.在無線時分雙工(TDD)多輸入多輸出(MIMO)通信系統內的裝置，其特徵在於，包括控制器，用於處理通過第一鏈路的MIMO信道的至少一個本徵模式接收到的操縱導頻，以獲得至少一個本徵向量，可用於通過第一鏈路接收到的數據傳輸以及通過第二鏈路發送的數據傳輸的空間處理；接收空間處理器，用於使用至少一個本徵向量對通過第一鏈路接收到的第一數據傳輸實現空間處理；以及發射空間處理器，用於在第二鏈路上傳輸之前用至少一個本徵向量對第二數據傳輸實現空間處理。
39.如權利要求38所述的裝置，其特徵在於，所述發射空間處理器進一步用於為在第二鏈路上的傳輸生成MIMO導頻，其中MIMO導頻包括從多個發射天線發送的多個導頻傳輸，且其中來自每個發射天線的導頻傳輸由MIMO導頻的接收機標識。
40.在無線時分雙工(TDD)多輸入多輸出(MIMO)通信系統內實現空間處理的方法，其特徵在於，包括用MIMO信道的一個本徵模式的標準化本徵向量對導頻碼元實現空間處理以生成通過MIMO信道的一個本徵模式的傳輸的第一操縱導頻，所述標準化本徵向量包括帶有相同幅度的多個元素；以及在MIMO信道的一個本徵模式上傳輸前用標準化本徵向量對數據碼元實現空間處理。
41.如權利要求40所述的方法，其特徵在於，還包括用一個本徵模式的未經標準化本徵向量對導頻碼元實現空間處理以生成第二操縱導頻，以通過MIMO信道的一個本徵模式傳輸。
42.一在無線時分雙工(TDD)多輸入多輸出(MIMO)正交頻分復用(OFMD)通信系統內實現空間處理的方法，其特徵在於，包括處理通過第一鏈路接收到的第一傳輸以為多個子帶的每個獲得本徵向量矩陣，其中為多個子帶獲得多個本徵向量矩陣，並可用於通過第一鏈路接收到的數據傳輸以及通過第二鏈路接收到的數據傳輸的空間處理；以及在第二鏈路上傳輸前用多個本徵向量矩陣實現第二傳輸的空間處理。
43.如權利要求42所述的方法，其特徵在於，還包括基於與本徵向量相關聯的信道增益對每個矩陣內的本徵向量排序。
44.如權利要求43所述的裝置，其特徵在於，所述第二傳輸在至少一個寬帶本徵模式上發送，且與多個矩陣內的本徵向量集合相關聯的每個寬帶本徵模式在排序後有相同的順序。
45.在時分雙工(TDD)多輸入多輸出(MIMO)通信系統內的無線信道方法，其特徵在於，包括處理通過第一鏈路接收到的導頻傳輸以獲得第一鏈路的信道響應估計；以及分解信道響應估計以獲得本徵向量矩陣，用於通過第一鏈路接收到的數據傳輸以及通過第二鏈路發送的數據傳輸的空間處理。
46.估計時分雙工(TDD)多輸入多輸出(MIMO)通信系統內無線信道的方法，，其特徵在於，包括在第一鏈路的MIMO信道的至少一個本徵模式上接收操縱導頻；以及處理接收到的操縱導頻以獲得至少一個本徵向量，可用於通過第一鏈路接收到的數據傳輸以及通過第二鏈路接收到的數據傳輸的空間處理。
47.如權利要求46所述的方法，其特徵在於，所述處理包括對接收到操縱導頻解調以去除由於用於生成操縱導頻的導頻碼元引起的調製，以及處理解調後的操縱導頻以獲得至少一個本徵向量。
48.如權利要求46所述的方法，其特徵在於，至少一個本徵向量是基於最小均方誤差(MMSE)技術而獲得的。
49.如權利要求46所述的方法，其特徵在於，獲得多個本徵向量且所述本徵向量被迫相互正交。
50.在包括接入點和用戶終端的無線通信系統內實現數據處理的方法，其特徵在於，包括校準一個或多個通信鏈路，所述鏈路包括接入點和用戶終端之間的第一鏈路和第二鏈路，以形成校準的第一鏈路和校準的第二鏈路；基於一個或多個在校準第一鏈路上發送的導頻獲得校準第一鏈路的信道響應估計；以及分解信道響應估計以獲得可用於一個或多個通信鏈路的空間處理的一個或多個本徵向量。
51.如權利要求50所述的方法，所述校準包括基於一個或多個通信鏈路的信道響應估計確定一個或多個糾正因子集合；以及對第一和第二鏈路應用一個或多個糾正因子集合以形成校準後第一和第二鏈路。
52.如權利要求50所述的方法，其特徵在於，還包括使用從校準後第一鏈路的分解信道響應估計獲得的一個或多個本徵向量對在第一和第二鏈路上的數據傳輸實現空間處理。
53.如權利要求52所述的方法，其特徵在於，所述實現空間處理包括使用一個或多個本徵向量在第二鏈路上發送操縱基準。
54.如權利要求53所述的方法，其特徵在於，還包括用一個或多個本徵向量對一個或多個導頻碼元實現空間處理以生成操縱基準。
55.在包括接入點和用戶終端的無線通信系統內實現數據處理的裝置，其特徵在於，包括校準一個或多個通信鏈路的裝置，所述鏈路包括接入點和用戶終端之間的第一鏈路和第二鏈路，以形成校準的第一鏈路和校準的第二鏈路；基於一個或多個在校準第一鏈路上發送的導頻獲得校準第一鏈路的信道響應估計的裝置；以及分解信道響應估計以獲得可用於一個或多個通信鏈路的空間處理的一個或多個本徵向量的裝置。
56.如權利要求55所述的裝置，其特徵在於，所述校準包括基於一個或多個通信鏈路的信道響應估計確定一個或多個糾正因子集合的裝置；以及將一個或多個糾正因子集合應用到第一和第二鏈路以形成校準後第一和第二鏈路的裝置。
57.如權利要求55所述的裝置，其特徵在於，還包括使用從校準後第一鏈路的分解信道響應估計獲得的一個或多個本徵向量對在第一和第二鏈路上的數據傳輸實現空間處理。
58.如權利要求57所述的裝置，其特徵在於，所述實現空間處理包括使用一個或多個本徵向量在第二鏈路上發送操縱基準。
59.如權利要求58所述的裝置，其特徵在於，還包括用一個或多個本徵向量對一個或多個導頻碼元實現空間處理以生成操縱基準。
全文摘要
TDD MIMO系統的信道估計和空間處理。可以實現校準以考慮接入點和用戶終端處的發射/接收鏈的響應差異(512)。在正常操作期間，MIMO導頻在第一鏈路上被發送(522)且用於導出第一鏈路信道響應估計(524)，該估計被分解以獲得奇異值對角矩陣和包含第一鏈路的左本徵向量和第二鏈路的右本徵向量的第一酉陣(526)。操縱基準使用第一酉陣內的本徵向量而在第二鏈路上被發送(530)，且經處理以獲得對角矩陣和包含第二鏈路的左本徵向量和第一鏈路的右本徵向量的第二酉陣(532)。每個酉陣可以用於為通過兩條鏈路的數據傳輸/接收實現空間處理(540，542，550，552)。
文檔編號H04B7/06GK1729634SQ200380107050
公開日2006年2月1日 申請日期2003年10月24日 優先權日2002年10月25日
發明者J·W·凱淳, M·華萊士, J·R·沃爾頓, S·J·海華德 申請人:高通股份有限公司