識別對應於無線網絡信道的預編碼矩陣的方法和近似無線網絡中無線網絡信道的容量的方法

2023-12-06 12:38:31

專利名稱：識別對應於無線網絡信道的預編碼矩陣的方法和近似無線網絡中無線網絡信道的容量的方法
技術領域：
本發明的公開實施例一般涉及無線網絡通信，並且更具體地說，涉及波束形成方法和用於確定信道狀態信息的方法。
背景技術：
閉環(CL)多輸入多輸出(MIMO)是用於通過為傳送器提供有關信道狀態的知識而增強傳送天線(例如位於基站的天線)與接收天線(例如位於移動臺的天線)之間鏈路(也稱為信道)的性能的技術。傳送器可具有關於信道係數的矩陣的完全或部分信息，並且傳送器能夠使用該信息來增大容量和改進鏈路的性能。閉環MIMO操作將是IEEE802. 16無線寬帶標準(通常稱為微波接入全球互操作性或WiMAX)且具體而言是802. 16e Rev2 (也稱為Verl. 5)和802. 16m的特徵。閉環MIMO是用於多於一個傳送的流(即來自MIMO編碼器的輸出)的情況的波束形成的概括。在某些實施例中，波束形成包括例如加權各種傳送的信號以便改進系統性能的「預編碼」矩陣的信號處理技術的使用。


從連同圖中的附圖進行的下面詳細描述的閱讀，將更好地理解公開實施例，其中圖1是根據本發明的一實施例的流程圖，其示出識別對應於無線網絡信道的預編碼矩陣的方法；圖2是根據本發明的一實施例的曲線圖，其示出使用包括匪SE容量度量(Capacity Metric)的各種選擇度量可實現的性能；圖3是根據本發明的另一實施例的流程圖，其示出識別對應於無線網絡信道的預編碼矩陣的方法；圖4和5是根據本發明的一實施例的流程圖，其示出從存儲器裝置中存儲的並包含多個預編碼矩陣的矩陣碼本來識別用於M個副載波的目標預編碼矩陣的方法；圖6和7是根據本發明的一實施例的流程圖，其示出從存儲器裝置中存儲的並包含多個預編碼矩陣的矩陣碼本為多個信道實例識別目標預編碼矩陣的方法；圖8是包含其中可實現本發明的一實施例的區域的幀的圖示；以及圖9是根據本發明的一實施例的流程圖，其示出近似無線網絡中無線網絡信道的容量的方法。為了圖示的清晰和簡明，繪圖示出構建的一般方式，並且公知特徵和技術的描述和細節可被省略以避免不必要地混淆本發明的所述實施例的論述。另外，繪圖中的要素不一定按比例繪製。例如，圖中一些要素的尺寸可能相對於其它要素被誇大，以幫助改進對本發明實施例的理解。不同圖中的相同引用標號指示相同要素，而類似引用標號可能但不一定指示類似要素。
描述和權利要求中的術語「第一」、「第二」、「第三」、「第四」及諸如此類(如果有的話)用於在類似要素之間進行區分，並且不一定用於描述特定相繼的或時間的次序。要理解，如此使用的術語在適當情況下可互換，因此，本文中所述的本發明的實施例例如能夠以與本文中所示或以其它方式所述的那些順序不同的順序進行操作。類似地，如果方法在本文中描述為包括一系列步驟，則如本文中呈現的此類步驟的次序不一定是此類步驟可被執行的唯一次序，並且某些所述步驟可能可被省略和/或本文中未描述的某些其它步驟可能可被添加到該方法。此外，術語「包括(comprise、include) 」、「具有」及其任何變型旨在覆蓋非排他的包括，因此，包括要素列表的設備或物品、方法、過程不一定限於那些要素，而是可包括未明確列出或此類過程、方法、物品或設備所固有的其它要素。描述中和權利要求中的術語「左」、「右」、「前」、「後」、「頂部」、「底部」、「之上」、「之下」及諸如此類(如果有的話)用於描述性的目的，並且不一定用於描述永久性相對位置。要理解，如此使用的術語在適當情況下可互換，因此，本文中所述的本發明的實施例例如能夠以與本文中所示或以其它方式所述的那些定向不同的其它定向進行操作。術語「耦合」在本文中使用時定義為以電或非電方式直接或間接連接。本文中描述為「相鄰於」彼此的對象可以是彼此物理接觸、緊密靠近彼此或者與彼此一樣在相同一般區域或區中(按照對於其中使用該短語的上下文所適合的)。本文中短語「在一個實施例中」的出現不一定全部指相同實施例。
具體實施例方式在本發明的一個實施例中，一種識別對應於無線網絡信道的預編碼矩陣的方法包括以下步驟識別包括單位矩陣的容量度量，使用忽略單位矩陣的近似度量來近似容量度量，使用該近似度量在矩陣碼本中所有矩陣上搜索以便識別增大無線網絡信道的容量的特定預編碼矩陣，以及跨無線網絡信道傳送對應於該特定預編碼矩陣的矩陣索引。在另一個實施例中，該方法包括構建包括來自最小均方誤差解碼器的解碼器誤差能量項的對角矩陣，演算與最小均方誤差解碼器的鏈路的容量以便構建最小均方誤差度量，使用最小均方誤差度量在矩陣碼本中所有矩陣上搜索以便識別增大無線網絡信道的容量的特定預編碼矩陣，以及跨無線網絡信道傳送對應於該特定預編碼矩陣的矩陣索引。在本發明的一特定實施例中，一種從存儲器裝置中存儲並包含多個預編碼矩陣的矩陣碼本來選擇用於M個副載波(S卩，邏輯帶)的目標預編碼矩陣的方法包括識別選擇準則，選擇對應於選擇準則的度量，以及平均每N個副載波的信道矩陣以便創建L個平均信道矩陣，其中，N大於1且於小或等於M。隨後，對於矩陣碼本中的每個預編碼矩陣，使用平均信道矩陣的每個矩陣來演算度量以便獲得L個平均度量，並且演算M個副載波上L個平均度量的總和(sum)/平均值。隨後，該方法包括選擇多個預編碼矩陣中增大度量的總和/平均值的特定的一個預編碼矩陣作為目標預編碼矩陣。在某個實施例中，一種為多個信道實例從存儲器裝置中存儲的並包含多個預編碼矩陣的矩陣碼本來選擇目標預編碼矩陣的方法包括根據矩陣碼本的大小來提供N碼字度量的緩衝器。隨後，對於矩陣碼本中的每個預編碼矩陣，為每個信道實例演算預編碼矩陣的度量，以及將每個預編碼矩陣的度量累積到緩衝器中的度量。隨後，該方法包括選擇多個預編碼矩陣中產生期望累積度量的特定的一個預編碼矩陣作為目標預編碼矩陣。
在本發明的一個實施例中，一種近似無線網絡中無線網絡信道的容量的方法包括接收多個導頻音(tone)；估計多個信道響應矩陣和多個噪聲功率項，使得對於所述多個導頻音的每個導頻音存在信道響應矩陣和噪聲功率項；在所述多個信道響應矩陣的每一個矩陣上(或在這些矩陣的函數上，例如，Η· Hh，其中Oh是Hermitian轉置算子)執行跡(trace)運算和行列式(determinant)運算以便獲得多個跡和多個行列式；找到所述多個跡的平均值、所述多個行列式的絕對值的平均值以及所述多個噪聲功率項的平均值；將無線網絡信道的容量表示為所述多個跡的平均值、所述多個行列式的絕對值的平均值以及所述多個噪聲功率項的平均值的函數；以及找到該函數的解。本文檔各處使用的信道模型(除非另有說明)如下Jc =FJ,(1)其中， 是傳送的信號(具有向量大小為Ntx χ 1)，Ntx是實際(物理)傳送天線的數量，F是預編碼矩陣(具有矩陣大小NtxX Nstreams)，Nstreams是傳送的流的數量，即來自MIMO編碼器的輸出的數量，以及 是來自MIMO編碼器的輸出，以及y = HFs+ν,(2)其中J是接收的信號(具有向量大小Nn χ 1)，Nm是接收天線的數量，H是信道矩陣(具有矩陣大小Nm χ Ntx)，以及i 是信道噪聲(具有向量大小Nm Χ 1)。Nstreams、Ntx和Nrx之間的關係應滿足Nstaams彡min(Ntx, Nrx)。在至少一個實施例中，Nrx ^ 2,即，存在多個接收天線。我們考慮用於IEEE 802. 16e標準和WiMAX版本1. 5 (包括TDD和H-FDD)並且也用於IEEE 802. 16m標準的CL-MIM0。為CL-MIMO選擇的方法是基於碼本的預編碼，其中，預編碼矩陣從碼本(即已知的矩陣集合)來選擇。接收器根據信道狀態從碼本來選擇最適合的矩陣的索引，並且將它發送到傳送器。隨後，傳送器使用對應的矩陣作為預編碼矩陣。802. 16e和802. 16m中使用的預編碼矩陣是酉矩陣-每個矩陣列的總和功率等於1。這意味著傳送的流之間無功率加載(淋水(water pouring)).我們假設ΜΙΜ0垂直編碼；空間復用；MIMO解碼器是最小均方誤差(MMSE)或最大似然解碼(MLD)；以及置換是用於連續/相鄰副載波分配，例如802. 16e中的自適應調製和編碼(AMC)或802. 16m中的連續資源單元(CRU)。矩陣選擇度量我們使用標準中的給定碼本並嘗試找到從碼本選取預編碼矩陣的有效方式。由於此任務由訂戶完成，因此，用於矩陣選擇的算法應簡單，並且應要求儘可能少的計算，但仍呈現良好的性能。從給定碼本來選擇預編碼矩陣的一種方式是使用某一度量或其它選擇準則在碼本中所有矩陣上執行窮舉搜索。下面的討論包含根據本發明的實施例的某些度量的描述。在本文中稱為Abs-Det度量的一個此類度量是高信噪比(SNR)環境中容量的近似值。Abs-Det度量識別增大或甚至最大化特定無線信道的容量的預編碼矩陣F。假設用於預編碼矩陣F的容量度量I (F)表示為
權利要求
1.一種識別對應於無線網絡信道的預編碼矩陣的方法，所述方法包括識別包括單位矩陣的容量度量；使用忽略所述單位矩陣的近似度量來近似所述容量度量；使用所述近似度量，在矩陣碼本中所有矩陣上搜索以便識別增大所述無線網絡信道的容量的特定預編碼矩陣，所述矩陣碼本存儲在存儲器裝置中，所述特定預編碼矩陣具有對應的矩陣索引；以及跨所述無線網絡信道來傳送所述矩陣索引。
2.如權利要求1所述的方法，其中識別增大所述無線網絡信道的容量的特定預編碼矩陣包括找到F = argmax^eF T^f)的解，其中，f是所述特定預編碼矩陣，並且7(/0是所述近似度量。
3.一種識別對應於無線網絡信道的預編碼矩陣的方法，所述方法包括構建包括來自最小均方誤差解碼器的解碼器誤差能量項的對角矩陣；演算與所述最小均方誤差解碼器的鏈路的容量以便構建最小均方誤差度量；使用所述最小均方誤差度量，在存儲器裝置中存儲的矩陣碼本中所有矩陣上搜索以便識別增大所述無線網絡信道的容量的特定預編碼矩陣，所述特定預編碼矩陣具有對應的矩陣索引；以及跨所述無線網絡信道來傳送所述矩陣索引。
4.如權利要求3所述的方法，其中識別增大所述無線網絡信道的容量的特定預編碼矩陣包括找到F = argmaxFe7 1麵諷、的解，其中F是所述特定預編碼矩陣，Immse(F)=tree (log (Ε—1))，以及E是所述對角矩陣。
5.一種近似無線網絡中無線網絡信道的容量的方法，所述方法包括接收多個導頻音；估計多個信道響應矩陣和多個噪聲功率項，使得對於所述多個導頻音的每一個導頻音都存在信道響應矩陣和噪聲功率項，所述多個信道響應矩陣的每一個矩陣和所述多個噪聲功率項的每一項對應於所述多個導頻音的獨特一個導頻音；在所述多個信道響應矩陣的每一個矩陣上執行跡運算和行列式運算以便獲得多個跡和多個行列式；找到所述多個跡的平均值、所述多個行列式的絕對值的平均值以及所述多個噪聲功率項的平均值；將所述無線網絡信道的容量表示為所述多個跡的平均值、所述多個行列式的絕對值的平均值及所述多個噪聲功率項的平均值的函數；以及找到所述函數的解。
6.如權利要求5所述的方法，其中執行所述跡運算包括，其中P是所述導頻音的索引，H是信道響應矩陣，以及Hh是在已通過Hermitian轉置算子運算後的信道響應矩陣。
7.如權利要求6所述的方法，其中1 p找到所述多個跡的平均值包括解；Zmc^11^11/^其中P表示在其上演算了屍P=IWce(HjHp)的導頻音的總數量。
8.如權利要求5所述的方法，其中執行所述行列式運算包括解det (Hp)，其中ρ是所述導頻音的索引，以及H是信道響應矩陣。
9.如權利要求8所述的方法，其中1 p找到所述多個行列式的絕對值的平均值包括解(；Zflfo<det(H^》2其中ρ表示，在其上演算了 Clet(Hp)的導頻音的總數量。
10.如權利要求5所述的方法，其中找到所述多個噪聲功率項的平均值包括解1/P∑σ2P其中ρ是所述導頻音的索引， P=1σ是噪聲功率項，以及P表示所述導頻音的總數量。
11.如權利要求5所述的方法，包括接收所述多個導頻音的第一導頻音；在接收所述多個導頻音的第二導頻音前，估計第一信道響應矩陣、第一噪聲功率項、第一跡和第一行列式，所有這些對應於所述多個導頻音的第一導頻音。
12.如權利要求11所述的方法，還包括在估計所述第一信道響應矩陣、所述第一噪聲功率項、所述第一跡和所述第一行列式後從存儲器裝置丟棄所述多個導頻音的第一導頻音。
13.—種從存儲器裝置中存儲的並包含多個預編碼矩陣的矩陣碼本來識別用於M個副載波的目標預編碼矩陣的方法，所述方法包括選擇對應於選擇準則的度量；對每N個副載波的信道矩陣進行平均以便創建L個平均信道矩陣，其中N大於1且小於或等於M ；對於所述矩陣碼本中的每個預編碼矩陣使用所述平均信道矩陣的每一個矩陣來演算所述度量以便獲得L個平均度量；以及演算所述M個副載波上所述L個平均度量的總和/平均值；以及將所述多個預編碼矩陣中增大所述度量的總和/平均值的特定一個預編碼矩陣識別為所述目標預編碼矩陣。
14.如權利要求13所述的方法，其中N等於Μ。
15.如權利要求13所述的方法，其中L等於M除以N。
16.一種從存儲器裝置中存儲的並包含多個預編碼矩陣的矩陣碼本為多個信道實例識別目標預編碼矩陣的方法，所述方法包括根據所述矩陣碼本的大小，提供N碼字度量的緩衝器；對於所述矩陣碼本中的每個預編碼矩陣為每個信道實例，演算該預編碼矩陣的度量；以及累積每個預編碼矩陣的度量到所述緩衝器中的度量；以及將所述多個預編碼矩陣中產生期望累積度量的特定一個預編碼矩陣識別為所述目標預編碼矩陣。
17.如權利要求16所述的方法，其中累積每個預編碼矩陣的度量包括在多個帶上執行添加。
18.如權利要求16所述的方法，其中累積每個預編碼矩陣的度量包括在多個幀上執行添加。
全文摘要
一種識別對應於無線網絡信道的預編碼矩陣的方法包括以下步驟識別包括單位矩陣的容量度量，使用忽略單位矩陣的近似度量來近似容量度量，使用近似度量在矩陣碼本中所有矩陣上搜索以便識別增大無線網絡信道的容量的特定預編碼矩陣，以及跨無線網絡信道傳送對應於該特定預編碼矩陣的矩陣索引。本文中還描述了用於識別預編碼矩陣的另外技術，以及一種近似無線網絡中無線網絡信道的容量的方法。
文檔編號H04B7/04GK102577155SQ201080043204
公開日2012年7月11日 申請日期2010年9月2日 優先權日2009年9月23日
發明者A·多倫, R·阿維維, Y·隆尼茨 申請人:英特爾公司