發射和接收數據流的方法和系統的製作方法
2023-06-26 08:32:16 2
專利名稱：發射和接收數據流的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及傳輸系統，且更為具體地說，涉及使用多個天線發射和接收數據流的方法。雖然本發明適於大範圍的應用，其特別適於基於具有最大數據吞吐量的天線組合將多個天線分組為天線的子組並發射這種信息。另外，其適於基於每個天線的加權值發射多個數據流。現有技術沒有顯示出這種應用加權值到發射天線和分組天線組合以確定具有最大數據吞吐量的組合的特徵。
背景技術：
在發射分集(Tx分集)方案中，使用至少兩個天線經獨立信道發射單一數據流。對應於該數據流的信號經歷不同信道環境，且在接收天線接收信號。在接收端，組合併解碼經歷不同信道的信號。因為解碼組合的信號比解碼單一信號更加有效，接收端能夠獲得被稱為分集增益的解碼效率。
作為分集方案的另一方面，提出了空間多路復用方法。在空間多路復用系統中，分別使用至少兩個發射天線發射至少兩個獨立的數據流。在接收端中，引入至少兩個天線，且每個天線同時接收至少兩個信號。因此，必須以用於每個信號的檢測算法單獨恢復接收的信號。獨立地解碼單獨的信號。在該方法中，獨立發射每個信號，所以不同的調製或編碼方案可應用於每個信號。
在現有的分集方案中，經固定的一組天線發射數據流而不考慮潛在的更加有效率和更有效果的天線組合。結果，因為天線的利用不足和其它天線的過度使用傳輸效率低並具有延遲。另外，浪費時間和資源。因此，發射的數據量減少。
例如，在發射端具有四個天線，且設置從天線1和2發射數據流1並從天線3和4發射數據流2的系統中，不考慮其它天線配置。如果天線1和2相比天線3和4具有強的信號強度，而且數據流1沒有很多數據要發射，然而數據流2具有很多數據要發射，因為弱的信號和數據過載，該固定的配置將在發射數據流2時引起延遲。相反的，天線1和2沒有很多數據要發射，造成資源的使用不足。
現有分集方案的另一缺點在於在通過天線發射數據之前不考慮天線信號強度。換句話說，通過天線發射數據而不考慮天線的傳輸速率。結果，可能發生無效率和無效果的數據傳輸。另外，發射的數據量減少。
例如，在具有兩個天線的系統中，天線1的傳輸信號強度強，同時天線2具有弱的信號強度。通過經兩個天線發射數據流，天線2中的傳輸將惡化且被認為無效。
發明內容
因此，本發明涉及基本上避免了因為現有技術的限制和缺點引起的一個或多個問題的用於發射和接收數據流的方法和系統。
本發明的目的是提供一種發射和接收具有應用於數據流的加權值的數據流和選擇提供最大數據吞吐量的天線組的方法。
本發明的另一目的是提供一種通過應用加權值到其發射和接收數據流的方法。
本發明的另一目的是提供一種通過選擇提供最大數據吞吐量的天線組發射和接收數據流的方法。
本發明的其它優點、目的和特徵將在隨後的說明中部分地描述，經過以下檢驗或從本發明的實踐中學習，上述優點、目的和特徵對於本領域的普通技術人員來說是顯而易見的。本發明的目的和優點可以如所附說明書及其權利要求書和附圖中所特別指出的來實現和獲得。
為實現本發明的這些和其它的優點，以及根據本發明的目的，如這裡具體地和廣泛地描述的，一種使用多個天線發射數據流的方法包括步驟從接收端接收反饋信息，其中反饋信息包括組選擇信息和多個天線的加權值。該方法進一步包括基於在反饋信息中包括的組選擇信息將多個天線分組為多個天線組的步驟。另外，該方法包括基於加權值分別通過多個天線組發射多個數據流到接收端的步驟。
在本發明的另一方面中，用於使用多個天線接收數據流的方法包括估算每個天線的信道狀態。該方法進一步包括使用估算的信道狀態計算每個天線的加權值和信號與幹擾及噪聲比(SINR)和使用SINR計算每個天線的組合的數據吞吐量的步驟。該方法進一步包括從多個天線組合選擇提供最大數據吞吐量的天線組合的步驟。該方法進一步包括發射反饋信息到發射端的步驟，其中該反饋信息包括計算的每個天線的加權值和所選的天線組合。另外，該方法包括從發射端接收多個數據流的步驟，基於每個天線的加權值通過所選的天線組合從發射端發射多個數據流。
應該理解本發明的前述一般描述和下面的具體描述都是示例性和說明性的，並且意在提供本發明如權利要求所述的進一步解釋。
附圖是為了能進一步了解本發明而包含的，並且被納入本說明書中構成本說明書的一部分，這些附圖示出了本發明的一個或多個實施例，並用於與本說明書一起對本發明的原理進行說明。在附圖中 圖1說明了具有四個傳輸天線的D-STTD方案； 圖2說明了具有兩個傳輸天線的TxAA方案；且 圖3說明了具有四個傳輸天線和兩個接收天線的D-TxAA方案； 圖4說明了具有選擇天線組合特徵的D-STTD方案； 圖5說明了具有選擇天線組合特徵的D-TxAA方案； 圖6說明了示出在接收端選擇天線組合的處理的流程。
具體實施例方式 下面將詳細參考本發明的優選實施例，在附圖中示出了其實例。在任何可能的地方，在整個附圖中使用相同的參考數字表示相同或相似的部分。
作為分集傳輸方案的一部分，廣泛使用空時發射分集(STTD)和發射天線陣列(TxAA)的模式1和2。該STTD方案是使用兩個天線以利用分集的開環技術。更加具體的說，該STTD採用空時編碼以實現分集。另外，STTD方案可應用於寬帶碼分多址(WCDMA)的除了同步信道(SCH)的所有下行鏈路物理信道。因為STTD方案不需要反饋信號，由反饋傳輸引起的延遲不影響STTD方案中的傳輸。使用下面的表1進一步解釋STTD的工作。
表1
在表1中，t表示時間，且t+T表示時間加上碼元傳輸持續時間。如表1所指示的，通過傳輸天線1和2發射空時編碼碼元。經獨立信道發射每個碼元。假定時間t的信道和t+T的信道相同，下面等式1中的公式描述在接收端怎樣接收信號。
等式1
這裡，r1和r2表示在每個天線接收的信號，且表示在接收天線和每個發射天線1和2之間的信道。另外，n1和n2表示接收端的噪聲。
在這個分集方案中，使用導頻信號以估算每個信道狀態。另外，通過組合接收的信號，如等式2，能夠估算發射的碼元。例如，估算的碼元具有最大比率組合(MRC)的效果。
等式2
在等式2中，
表示在接收端解碼的碼元，且h表示信道。另外，r表示接收的信號，α表示幅度，s表示從傳輸端發射的碼元，且n表示接收端的複數噪聲。因為存在兩個接收天線，在等式2中相應地呈現兩個等式。
對於改進的和有效的傳輸，能夠使用四個發射天線實現多輸入多輸出(MIMO)的分集。這在雙空時發射分集(D-STTD)方案中是可能的。在這個方案中，例如，可使用四個發射天線對兩個接收天線。
在D-STTD方案中，將發射的數據劃分為兩個子組，且通過STTD工作發射每個子組。更加具體的說，由STTD編碼器空時編碼兩個數據流，且經以子組分組的多個天線，即，以二的子組分組的四個天線作為空時編碼的碼元發射。圖1具體說明了這個操作。
圖1是說明了開環D-STTD方案的框圖。如圖所示，調製編碼組(MCS)13可用於基於信道質量信息(CQI)反饋來控制每組數據流11的調製和編碼速率。換句話說，能夠基於CQI反饋獨立改變每個調製和編碼速率。兩個獨立數據流11a和11b通過各個STTD編碼器12a和12b，其以分集方案執行空時編碼。另外，四個天線14a-d發射編碼的數據流。
另外，系統的接收端包括兩個天線15a-b和STTD解碼器16a-b以接收發射的信號並對發射的數據執行解碼功能。
作為採用反饋CQI的閉環技術，TxAA方案也使用兩個天線以利用分集。圖2詳細說明了這個工作。在TxAA方案的接收端中，檢測器21使用導頻信號估算信道狀態。該估算的信道狀態信息用於計算信號與幹擾加噪聲比率(SINR)。另外，該估算的信道狀態信息由加權發生器22使用以產生每個信道的加權值。該產生的加權值w1和w2被發射到發射端以應用到數據流。
將加權值應用到數據流且之後發射其到接收天線。假定存在兩個接收天線，例如，能以下面的等式表示接收端中每個天線的接收信號。
等式3
r1＝(w1h11+w2h12)s+n r2＝(w1h21+w2h22)s+n2 在等式3中，s表示從發射端發射的碼元，w1和w2表示加權，h11-h22表示傳輸信道，且n1和n2表示加性白高斯噪聲(AWGN)。
在接收端中，需要提取原始數據。為實現此，執行數據碼元恢復。因此，能夠使用下面等式確定接收端的數據碼元恢復。
等式4
在等式4中，
表示接收端的解碼的碼元，h11-h12是信道，r1和r2表示每個接收天線的接收的信號，且w1和w2表示加權值。
在反饋加權值到傳輸端之前，接收端產生加權值。獲得加權值的一個實例是通過確定特徵向量(eigenvector)。更加具體的說，對應於來自信道協方差矩陣的最大特徵值的特徵向量。下面等式是確定加權值的實例。
等式5
在等式5中，R是協方差矩陣，w是加權向量，且λ表示協方差矩陣的最大值。
在TxAA方案中，能夠找到兩個模式；即，模式1和模式2。兩個模式之間的差別在於獲得加權向量的方法。更加具體的說，在模式1中，以1比特表示加權向量，且模式2以4比特表示加權向量。
TxAA方案的模式1採用閉環技術以反饋加權值。在模式1中，在每個時隙期間發射1比特相位信息到接收端而不具有幅度信息。在模式2中，在每個時隙期間發射4比特到接收端，其中1比特具有相位信息且3比特具有幅度信息。
在模式1中，在專用物理控制信道(DPCCH)上通過兩個天線的每一個發射彼此正交的導頻碼元。在模式2中，在DPCCH中通過兩個天線發射相同的專用導頻碼元。
接收端對於每個時隙使用公共導頻信道(CPICH)上的信號來估算對應於每個天線的每個信道，並計算使接收信號功率最大化的加權值。該接收端基於加權值發射相位和幅度調整信息。
如上所述，在模式2中，反饋信息包括相位信息和幅度信息。發射端，即，UMTS(通用移動電信系統)地面無線接入網絡(UTRAN)使用下面列表(表1)來分析接收的信息。換句話說，通過使用星座旋轉方法，發射端能夠使用4個用於相位的具有1比特反饋信息的加權值。為從1比特反饋信息獲得4個加權值，使用表2。就是說，發射端使用固定的值，比如對於第一天線的加權值且根據示出在相位調整之間的映射φi和對於每個時隙的接收的反饋信息的表2解釋接收的反饋信息。
表2
如上所述，第一天線w1的加權值恆定，之後通過在兩個連續時隙平均接收的相位來計算加權w2。在算術層面，如下計算w2。
等式6
在幀邊界(border)的模式1中，略微修改平均操作。在接收用於幀的時隙0的反饋命令的情況下，基於用於先前幀的時隙13的命令和當前幀的時隙0的命令來計算平均。換句話說，不使用來自時隙14的幀信息。這樣做的原因是基於(0，π)和(π/2，-π/2)獲得平均值。該平均能夠通過下面等式獲得。
等式7
在等式7中，φ0j表示從幀j-1，時隙13的相位調整，且φ13j-1表示從幀j，時隙0的相位調整。
對於傳輸的第一幀，接收端以正常方式確定反饋命令且發送其到UTRAN。在接收第一反饋命令之前，該UTRAN應該使用初始加權，在接收了反饋命令之後，該UTRAN根據下面等式計算w2。
等式8
在等式8中，Φ0表示從第一幀的時隙0的相位調整。
類似於模式1，TxAA方案的模式2採用閉環技術以實現分集。在這個閉環模式中，存在16個可能的相位和功率調整的組合，接收端根據表3和表4從其選擇和發射FSM。和模式1相反，在接收端不進行星座旋轉，且在UTRAN不執行接收加權的濾波。
表3
表4
在第一比特中，因為組合所有信息，能夠從16個加權值選擇最大值。在下一個比特中，其中固定先前確定的比特，能夠以8＞4＞2組合的順序找到最大加權值。
通過使用相位和加權信息，能夠確定加權向量w＝[w1 w2]T。參看等式9。
等式9
在15時隙配置中，通過四個時隙發射4比特反饋信息。結果，不發射最後三個時隙中的幅度反饋信息。在這個情況中，發射先前的幅度信息。
因為在傳輸的第一幀中不存在反饋信息，能夠使用表5列出的相位信息。同時，從總傳輸功率對半相等地劃分來自兩個天線的傳輸功率。
表5
在使用多個天線發射數據時，如在D-STTD方案中，能夠引入四個發射天線到TxAA方案用於MIMO。在四個天線的方案中，或雙-發射天線陣列(D-TxAA)方案中，將發射的數據劃分為兩個子組且由TxAA操作發射每個子組。
圖3說明了用於(4，2)天線配置的D-TxAA方案。更加具體的說，存在四個發送天線對兩個接收天線。如圖所示，將發送天線32a-32d分組為兩個子組。上部的兩個發送天線32a和32b發射數據流1，且下部的兩個發送天線32c和32d發射數據流2。控制器(附圖中沒有示出)將從接收端35接收的反饋信息的加權值應用到各個天線，且控制加權應用到接收端35的數據流的傳輸。
在接收端35，接收端35的檢測器34a和34b使用導頻信號估算信道狀態。由加權發生器36使用信道狀態信息以計算每個信道的加權值。將加權值和CQI一起反饋到發射端。基於這個信息，將加權值應用到每個子組的每個傳輸天線。
在應用加權值到每個子組之後，每個子組發射數據流到接收天線。能夠由下面等式表示接收的信號。這裡，假定存在兩個接收天線。
等式10
r1＝(w1h11+w2h12)s1+(w3h13+w4h14)s2+n1 r2＝(w1h21+w2h22)s1+(w3h23+w4h24)s2+n2 在這個等式中，w1-w4是每個子組的加權值，hnm是從第m發送天線到第n接收天線的信道係數，s1和s2是碼元，且n1和n2是AWGN向量。
因為發射s1和s2到每個接收天線，在從組合的信號過濾出信道信息和加權值之後能夠恢復數據。另外，能夠通過幹擾消除方法實現更加穩定的數據恢復。換句話說，如等式11所示，如果能夠消除通過數據恢復過程s1獲得的幹擾元素，則s2的可靠性增加。
等式11
在這個等式中，w1-w4是每個子組的加權值，hnm是從第m發送天線到第n接收天線的信道係數，且r1和r2是接收的信號。
反饋回發射端的加權值是對應於從信道矩陣推導出的特徵值的特徵向量。
等式12
等式13
R12w12＝λ12w12，R34w34＝λ34w34 在等式12和13中，R12和R34是h12和h34的協方差矩陣，λ12，λ34表示協方差矩陣的最大值，且w12＝[w1 w2]T，w34＝[w3 w4]T是分別對應於最大特徵值的特徵向量。
上述描述的方法是能夠用於獲得加權值的方法之一的實例。不同方法可用於獲得加權值。
在上述實例中，提供兩個接收天線。但是，D-TxAA方案能夠擴展到具有更多天線的配置。例如，該D-TxAA方案能夠擴展到(4，4)天線配置。
如上所述，能夠獨立控制用於子組的數據速率。換句話說，能夠根據傳輸信道的狀態獨立控制s1和s2的數據速率。因此，如果信道狀態良好，能夠使用高級調製(high order)實現傳輸，這類似於正交幅度調製(QAM)，或通過增加代碼速率。相反的，如果信道狀態不好，能夠通過使用低級(low order)調製實現傳輸，這類似於正交相移鍵控(QPSK)，或通過減少代碼速率。為實現此，接收端傳輸和反饋該信道狀態信息到發射端。
本發明的另一實施例涉及最大數據吞吐量。在圖4中，添加發射端40的開關單元41和接收端45的天線組合選擇器48到圖1的(4，2)天線配置。
在圖4中，接收端45使用導頻信號估算信道狀態。該估算的信道狀態用於計算每個天線組合的信道的SINR。例如，不僅計算(1，2)(3，4)天線組合的SINR，還計算其它組合，比如(1，3)(2，4)和(1，4)(2，3)的SINR。基於該SINR，計算天線組合的數據吞吐量。之後選擇具有最大數據吞吐量的天線組合。
和CQI一起從接收端反饋選擇的天線組合到發射端40。基於這個反饋信息，開關單元41應用所選的天線組合。之後經所選的天線組合發射數據流到接收端45。
圖5是其中對於包括多個發送天線的系統使得選擇天線組合的性能可用的D-TxAA方案的實例。在圖5中，傳輸端50的開關單元51和接收端55的天線組合選擇器53被添加到圖3的(4，2)天線配置。
在圖5中，接收端55中的檢測器59a和59b使用導頻信號估算信道狀態。估算的信道狀態信息由加權發生器56使用以計算每個天線組合和每個天線的加權值。另外，通過使用估算的信道狀態信息計算每個天線組合的信道的SINR。例如，不僅計算(1，2)(3，4)天線組合的SINR，還計算其它組合，比如(1，3)(2，4)和(1，4)(2，3)的SINR。還使用估算的信道狀態信息計算每個天線的SINR。例如，不僅計算(1，2)(3，4)天線組合的SINR，還計算每個天線(例如，天線1，天線2等)的SINR。基於每個天線組合的SINR，從選擇的具有最大數據吞吐量的天線組合計算每個天線組合的數據吞吐量。
該所選的天線組合和加權值及CQI一起反饋到發射端50。基於這個反饋信息，開關單元51應用所選的天線組合。另外，應用加權值到子組的每個天線。之後經所選的天線組合發射數據流到接收端55。
圖6示出了在D-STTD和D-TxAA分集的接收端45選擇天線組合的過程。通過幾個可用的天線組合，選擇具有最大數據吞吐量的天線組合。
在圖6中，使用導頻信號估算信道狀態(S41)。基於估算的信道狀態信息，計算每個天線組合的信道的SINR(S42)。另外，計算每個天線組合的可用數據吞吐量(S43)。在完成數據吞吐量的計算之後，選擇具有最大數據吞吐量的天線組合(S44)。將具有最大數據吞吐量的所選天線組合和當前天線組合的天線組合比較(S45)。如果所選的天線組合具有較大的數據吞吐量，將所選天線組合反饋到發射端(S46)。如果所選天線組合的數據吞吐量小於或等於當前天線組合，那麼不發射反饋。在這個情況中，發射端基於當前天線組合發射數據。
前述選擇天線組合的過程不限於D-STTD和D-TxAA方案，而是能夠應用於其它傳輸方案。另外，天線的組合不限於上述組合，而是能夠使用其它組合。另外，子組中天線的組合可隨著傳輸天線的數目的增加而增加。
在關於所選天線組合發生反饋傳輸之前，應該比較所選天線組合和當前天線組合的數據吞吐量。如果所選天線組合的數據吞吐量類似於、等於、或甚至低於當前(或初始)天線組合，不需要發生反饋。這樣做的原因是減少反饋數據的上行鏈路/下行鏈路信令和下行鏈路控制信號的增加，這可能周期性地或每次在信道狀態發生改變時發生。因此，當在數據吞吐量存在實質不同和在初始系統連接或建立時，所選天線組合應該代替當前(或初始)天線組合。這樣做的原因是減少反饋數據的上行鏈路/下行鏈路信令和下行鏈路控制信號的增加，這可能周期性地或每次在信道狀態發生改變時發生。
對於本領域普通技術人員來說很明顯可以對本發明做出多種修改和變更。因此，本發明意在覆蓋在所附權利要求及其等效物範圍內提供的本發明的修改和變型。
權利要求
1.一種用於發射數據流的方法，所述方法包括
接收包括四個加權值的反饋信息，其中所述四個加權值中的每一個與四個天線中對應的一個相關聯；
通過下面對第一數據流s1和第二數據流s2的加權值的矩陣生成四個加權數據流，
其中w1，w2，w3和w4分別表示所述四個加權值；以及
通過相對應的第一組天線發射所述四個加權數據流中的兩個，並通過相對應的第二組天線分別發射剩餘的兩個加權數據流。
2.根據權利要求1所述的方法，其中發射所述加權數據流導致所述兩個接收天線分別接收由下列方程式示出的組合信號
r1＝(w1h11+w2h12)s1+(w3h13+w4h14)s2
r2=(w1h21+w2h22)s1+(w3h23+w4h24)s2
其中r1和r2表示在所述兩個接收天線接收的信號，h11，h12，h21，h22是發射所述第一加權數據流所通過的信道，以及h13，h14，h23和h24是發射所述第二加權數據流所通過的信道。
3.根據權利要求1所述的方法，其中接收包括四個加權值的反饋信息包括
從接收端接收在發射端的所述反饋信息。
4.根據權利要求3所述的方法，其中所述反饋信息進一步包括信道質量信息(CQI)。
5.根據權利要求4所述的方法，其中發射所述加權數據流中的每一個包括
以相對應的數據率發射加權數據流中的每一個，以及
其中與加權數據流中的每一個相關聯的數據率是可變的並且獨立於與其他三個加權數據流相關聯的數據率。
6.根據權利要求5所述的方法，其中與加權數據流的每一個相關聯的所述數據率基於所述CQI。
7.根據權利要求5所述的方法，其中與所述加權數據流的每一個相關聯的所述數據率基於所述相對應的加權值。
8.根據權利要求3所述的方法，進一步包括
將所述四個天線組合為兩組天線，其中第一組天線包括所述四個天線中的兩個以及第二組天線包括剩餘的兩個天線。
9.根據權利要求8所述的方法，其中與兩個組中的每一組相關聯的兩個天線是可變的。
10.根據權利要求9所述的方法，其中所述反饋信息進一步包括定義哪些天線與第一組天線相對應以及哪些天線與第二組天線相對應的信息。
全文摘要
公開了使用多個天線發射和接收數據的方法和系統。該發射方法包括步驟在發射器(50)從接收端(55)接收反饋信息，其中所述反饋信息包括信道質量信息(CQI)、天線加權值和天線組選擇信息。該發射器(50)包括開關單元(51)以根據在反饋信息中包括的組選擇信息將多個發射天線分組為多個天線組。基於在反饋信息中包括的加權值通過多個天線組將數據流(52)發射到接收端(55)，其中每個數據流根據信道質量信息(CQI)被調製和編碼以獲得最大數據吞吐量。
文檔編號H04L1/02GK101764633SQ20091025416
公開日2010年6月30日 申請日期2005年2月11日 優先權日2004年2月11日
發明者金奉會, 徐東延, 安俊基, 金學成, 元勝煥, 盧東昱 申請人:Lg電子株式會社