空分多址的多天線傳輸的製作方法

2023-05-14 20:40:31 2

空分多址的多天線傳輸的製作方法
【專利摘要】為每個終端獲得上行鏈路信道響應矩陣並且對其進行分解，以便獲得由終端用來在上行鏈路上進行發送的導向向量。基於每個終端的導向向量和信道響應矩陣為每個終端構成「有效」上行鏈路信道響應向量。多組終端被基於其有效信道響應向量進行評估，以便確定用於上行鏈路傳輸的最佳組(例如，具有最高總吞吐量)。每個被選擇的終端以其導向向量對其數據符號流進行空間處理，並且向接入點發送其空間處理後的數據符號流。多個被選擇的終端通過它們各自的MIMO信道同時向接入點發送它們的數據符號流。接入點根據接收機空間處理技術對其接收的符號流進行接收機空間處理，以便恢復由被選擇的終端發送的數據符號流。
【專利說明】空分多址的多天線傳輸
[0001] 本申請是申請日為2004年11月12日，題為"空分多址的多天線傳輸"，申請號為 200480040710. 1的專利申請的分案申請。

【技術領域】
[0002] 本發明總體上涉及數據通信，並且更具體地，涉及用於多輸入多輸出（MMO)通信 系統中的空分多址（SDMA)的多天線傳輸。

【背景技術】
[0003] 為進行數據傳輸，MMO系統採用多個（Nt)發射天線和多個（Nk)接收天線。可 以將由N t個發射天線和Nk個接收天線構成的MIMO信道分解成Ns個空間信道，其中 Ns彡min {NT，NJ。可以使用Ns個空間信道發送Ns個獨立數據流，以便獲得更大的總吞吐量。
[0004] 在多址MMO系統中，接入點可以在任意給定的時刻與一個或多個用戶終端進行 通信。如果接入點與單個用戶終端進行通信，那麼N t個發射天線與一個發送實體（接入點 或者用戶終端）相關聯，並且Nk個接收天線與一個接收實體（用戶終端或者接入點）相關 聯。接入點還可以通過SDM同時與多個用戶終端進行通信。對於SDMA，接入點為數據發送 和接收採用多個天線，並且每個用戶終端通常為數據發送採用一個天線、為數據接收採用 多個天線。
[0005] 多址MMO系統中的SDMA的一些關鍵性挑戰是：（1)為同時傳輸選擇合適的用戶 終端組；以及（2)以實現良好的系統性能的方式，向每個被選擇的用戶終端發送數據和/或 從每個被選擇的用戶終端發送數據。因此，本領域中存在對於為多址MIMO系統高效地支持 SDM的技術的需求。


【發明內容】

[0006] 這裡描述了用於進行對於MIMO系統中的SDM的多天線傳輸的技術。可以將這些 技術與諸如碼分多址（CDMA)、正交頻分復用（0FDM)、時分多址（TDM)等的各種無線技術相 結合使用。對於由多個用戶終端到單個接入點的上行鏈路傳輸，為每個活動用戶終端（例 如期望在上行鏈路上進行發送的終端）獲得上行鏈路信道響應矩陣，並且對該上行鏈路信 道響應矩陣進行分解以便為該用戶終端獲得導向向量（steering vector)。如果用戶終端 被選擇用於上行鏈路傳輸，那麼每個用戶終端將其導向向量用於空間處理，以便在上行鏈 路上進行發送。基於該用戶終端的導向向量和上行鏈路信道響應矩陣為每個用戶終端構成 "有效"上行鏈路信道響應向量。
[0007] 對於每個調度間隔（例如每個時隙），構成多組活動用戶終端，並且基於它們的有 效信道響應向量（或者它們的信道響應矩陣）對它們進行評估，以便為那個調度間隔中的 上行鏈路傳輸確定最佳組的N up個用戶終端。例如，可以選擇具有最高總吞吐量的用戶組。 實際上，如下文所描述的，採用用戶終端的空間特徵（spatial signature)以及多用戶分 集，以便為在上行鏈路上進行同時傳輸選擇"空間兼容的"用戶終端組。在不同的調度間隔 中，可以為上行鏈路傳輸選擇相同或不同的用戶終端數目。
[0008] 為上行鏈路傳輸選擇的每個用戶終端根據基本的無線技術（例如：CDMA、OFDM或 TDMA)對其數據流進行處理，以便獲得數據符號流。每個用戶終端還用其導向向量對其數 據符號流進行空間處理，以便獲得發送符號流組，用戶終端處的每個天線對應一個發送符 號流。隨後，每個用戶終端從其多個天線經過其MIMO信道向接入點發送其發送符號流。N up 個被選擇的用戶終端通過它們各自的MMO信道同時向接入點發送它們的Nup個數據符號流 (例如，每個終端一個數據符號流）。該接入點從其多個天線獲得多個接收的符號流。隨後， 如下文所描述，該接入點根據線性或非線性接收機空間處理技術對被接收的符號流進行接 收機空間處理，以便恢復由N up個被選擇的用戶終端發送的Nup個數據符號流。
[0009] 這裡還描述了在下行鏈路上支持SDMA傳輸的技術。下文對本發明的各個方面和 實施例進行了更詳細的描述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1示出了多址MMO系統；
[0011] 圖2示出了用於為SDMA在上行鏈路上進行多天線傳輸的處理過程；
[0012] 圖3示出了用於為在上行鏈路上進行同時傳輸而對用戶終端進行評估和選擇的 處理過程；
[0013] 圖4示出了接入點和兩個用戶終端的方框圖；
[0014] 圖5A和圖5B分別示出了用於CDMA和OFDM的發送（TX)數據處理器的方框圖；
[0015] 圖6示出了為下行鏈路和上行鏈路傳輸在接入點和一個用戶終端處的空間處理；
[0016] 圖7示出了接收空間處理器和接收數據處理器；以及
[0017] 圖8示出了在接入點處的控制器和調度器。

【具體實施方式】
[0018] 這裡所使用的詞語"示例性"指"用作例子、實例、或例證"。這裡描述為"示例性" 的任何實施例不必被理解為相對於其它實施例是優選的或有利的。
[0019] 可以將在這裡描述的多天線傳輸技術與諸如CDMA、OFDM、TDM等的各種無線技術 相結合使用。多個用戶終端可以通過不同的（1)用於CDM的正交碼信道、（2)用於TDM 的時隙、或者（3)用於OFDM的子帶來同時發送/接收數據。CDM系統可以採用IS-2000、 IS-95、IS-856、寬帶CDMA (W-CDMA)或者某些其它標準。OFDM系統可以採用IEEE 802. 11或 者某些其它標準。TDMA系統可以採用GSM或者某些其它標準。這些各種標準在本領域中是 已知的。如下文所描述，除了對於基本的無線技術的數據處理之外，（在其之前或之後）可 以進行對於多天線傳輸的空間處理。
[0020] 圖1示出了具有接入點和用戶終端的多址MMO系統100。為簡化起見，在圖1中 僅示出了一個接入點110。通常，接入點是與用戶終端進行通信的固定站，並且也可以被稱 為基站或者某些其它術語。用戶終端可以是固定的或者移動的，並且也可以被稱為移動臺、 無線設備或者某些其它術語。在任意給定時刻，接入點110可以在下行鏈路和上行鏈路上 與一個或多個用戶終端120進行通信。下行鏈路（即前向鏈路）是從接入點到用戶終端的 通信鏈路，而上行鏈路（即反向鏈路）是從用戶終端到接入點的通信鏈路。用戶終端還可 以與另一個用戶終端進行對等（peer-to-peer)通信。系統控制器130連接到接入點，並且 為接入點提供調節和控制。
[0021] 系統100為在下行鏈路和上行鏈路上的數據傳輸採用多個發射天線和多個接收 天線。為接入點Iio配備了 Nap個天線，並且接入點代表用於下行鏈路傳輸的多個輸入（MI) 和用於上行鏈路傳輸的多個輸出（M0)。一組N u個被選擇的用戶終端120共同代表了用於 下行鏈路傳輸的多個輸出和用於上行鏈路傳輸的多個輸入。對於純粹的SDMA，如果沒有通 過某些方式在編碼、頻率或時間中對N u個用戶終端的數據符號流進行復用，那麼就期望使 Nap彡Nu彡1。如果可以使用CDM的不同碼信道、OFDM的不相交子帶組等對數據符號流進 行復用，那麼N u可以大於Nap。每個被選擇的用戶終端向接入點發送特定用戶數據和/或從 接入點接收特定用戶數據。通常，可以為每個被選擇的用戶終端配備一個或多個天線（即 Nut > 1)。Nu個被選擇的用戶終端可以具有相同或者不同數目的天線。
[0022] 系統100可以是時分雙工（TDD)系統或者頻分雙工（FDD)系統。對於TDD系統，下 行鏈路和上行鏈路共享相同的頻帶。對於FDD系統，下行鏈路和上行鏈路使用不同的頻帶。 MIMO系統100還可以採用單載波或者多載波用於傳輸。為簡化起見，下列描述假定（1)系 統100是單載波系統，並且（2)為每個用戶終端配備了多個天線。為清楚起見，下文對上行 鏈路上的數據傳輸進行了描述。
[0023] 由接入點處的Nap個天線和指定用戶終端m處的Nut， m個天線構成的上行鏈路MMO 信道可以由NapX Nut，m信道響應矩陣Hup，m來表示其特徵，可以將H up，m表示為：

【權利要求】
1. 一種在多輸入多輸出（MIMO)通信系統中接收數據的方法，包括： 從接收實體處的多個接收天線獲得針對由多個發送實體發出的多個數據符號流的多 個接收的符號流，每個發送實體對應一個數據符號流，其中，每個發送實體的所述數據符號 流被用所述發送實體的導向向量來進行空間處理、並且從所述發送實體處的多個發射天線 發出；以及 根據接收機空間處理技術對所述多個接收的符號流進行處理，以便獲得多個被恢復的 數據符號流，所述多個被恢復的數據符號流是對所述多個數據符號流的估計， 其中，通過以下操作得到每個發送實體的所述導向向量： 對所述發送實體的信道響應矩陣進行分解，以便獲得多個本徵向量和多個奇異值，以 及基於與所述多個奇異值中的最大奇異值相對應的本徵向量來構成所述發送實體的所述 導向向量。
2. 如權利要求1所述的方法，其中，所述接收機空間處理技術是信道相關矩陣求逆 (CCMI)技術或者最小均方誤差（MMSE)技術。
3. 如權利要求1所述的方法，其中，所述接收機空間處理技術是連續幹擾消除（SIC)技 術。
4. 如權利要求1所述的方法，其中，每個發送實體的所述導向向量等於與所述最大奇 異值相對應的所述本徵向量。
5. 如權利要求1所述的方法，其中，每個發送實體的所述導向向量包含多個元素，所述 多個元素具有相同的幅度、以及具有和與所述最大奇異值相對應的所述本徵向量的多個元 素的相位相等的相位。
6. -種在多輸入多輸出（MM0)通信系統中接收數據的方法，包括： 從接收實體處的多個接收天線獲得針對由多個發送實體發出的多個數據符號流的多 個接收的符號流，每個發送實體對應一個數據符號流，其中，每個發送實體的所述數據符號 流被用所述發送實體的導向向量來進行空間處理、並且從所述發送實體處的多個發射天線 發出； 根據接收機空間處理技術對所述多個接收的符號流進行處理，以便獲得多個被恢復的 數據符號流，所述多個被恢復的數據符號流是對所述多個數據符號流的估計； 基於多組發送實體中的每組中的發送實體的量度和導向向量，為可能的傳輸對所述組 進行評估；以及 為傳輸而選擇具有最高量度值的一組發送實體。
7. -種在多輸入多輸出（MIM0)通信系統中的接收實體處的裝置，包括： 多個接收機單元，用於從多個接收天線獲得針對由多個發送實體發出的多個數據符號 流的多個接收的符號流，每個發送實體對應一個數據符號流，其中，每個發送實體的所述數 據符號流被用所述發送實體的導向向量來進行空間處理、並且從所述發送實體處的多個發 射天線發出；以及 接收空間處理器，用於根據接收機空間處理技術對所述多個接收的符號流進行處理， 以便獲得多個被恢復的數據符號流，所述多個被恢復的數據符號流是對所述多個數據符號 流的估計， 其中，通過以下操作得到每個發送實體的所述導向向量： 對所述發送實體的信道響應矩陣進行分解，以便獲得多個本徵向量和多個奇異值，以 及基於與所述多個奇異值中的最大奇異值相對應的本徵向量來構成所述發送實體的所述 導向向量。
8. 如權利要求7所述的裝置，其中所述接收機空間處理技術是信道相關矩陣求逆 (CCMI)技術或者最小均方誤差（MMSE)技術。
9. 一種在多輸入多輸出（MIMO)通信系統中的接收實體處的裝置，包括： 獲得模塊，用於從多個接收天線獲得針對由多個發送實體發出的多個數據符號流的多 個接收的符號流，每個發送實體對應一個數據符號流，其中，每個發送實體的所述數據符號 流被用所述發送實體的導向向量來進行空間處理、並且從所述發送實體處的多個發射天線 發出；以及 處理模塊，用於根據接收機空間處理技術對所述多個接收的符號流進行處理，以便獲 得多個被恢復的數據符號流，所述多個被恢復的數據符號流是對所述多個數據符號流的估 計，其中，通過以下操作得到每個發送實體的所述導向向量： 對所述發送實體的信道響應矩陣進行分解，以便獲得多個本徵向量和多個奇異值，以 及基於與所述多個奇異值中的最大奇異值相對應的本徵向量來構成所述發送實體的所述 導向向量。
10. 如權利要求9所述的裝置，其中所述接收機空間處理技術是信道相關矩陣求逆 (CCMI)技術或者最小均方誤差（MMSE)技術。
11. 一種在多輸入多輸出（MIMO)通信系統中得到用於數據傳輸的導向向量的方法，包 括： 獲得信道響應矩陣，所述信道響應矩陣指示在所述MIMO系統中的發送實體和接收實 體之間的MIMO信道的響應； 對所述信道響應矩陣進行分解，以便獲得多個本徵向量和多個奇異值，每個奇異值對 應一個本徵向量；以及 基於與所述多個奇異值中的最大奇異值相對應的本徵向量來得到所述發送實體的所 述導向向量，並且 其中，為多個發送實體得到了多個導向向量，並且將所述多個導向向量用於由所述多 個發送實體進行的空間處理，以便同時向所述接收實體發送多個數據符號流。
12. 如權利要求11所述的方法，其中，每個發送實體的所述導向向量是與所述最大奇 異值相對應的所述本徵向量。
13. 如權利要求11所述的方法，其中，每個發送實體的所述導向向量包含多個元素，所 述多個元素具有相同的幅度、以及具有和與所述最大奇異值相對應的所述本徵向量的多個 元素的相位相等的相位。
14. 一種在多輸入多輸出（MM0)通信系統中的裝置，包括： 信道估計器，用於獲得信道響應矩陣，所述信道響應矩陣指示在所述MIMO系統中的發 送實體和接收實體之間的MIMO信道的響應；以及 控制器，用於對所述信道響應矩陣進行分解，以便獲得多個本徵向量和多個奇異值，每 個奇異值對應一個本徵向量，並且用於基於與所述多個奇異值中的最大奇異值相對應的本 徵向量來得到所述發送實體的所述導向向量，並且 其中，為多個發送實體得到了多個導向向量，並且將所述多個導向向量用於由所述多 個發送實體進行的空間處理，以便同時向所述接收實體發送多個數據符號流。
15. -種在多輸入多輸出（MMO)通信系統中的裝置，包括： 獲得模塊，用於獲得信道響應矩陣，所述信道響應矩陣指示在所述MIMO系統中的發送 實體和接收實體之間的MIMO信道的響應； 分解模塊，用於對所述信道響應矩陣進行分解，以便獲得多個本徵向量和多個奇異值， 每個奇異值對應一個本徵向量；以及 得到模塊，用於基於與所述多個奇異值中的最大奇異值相對應的本徵向量來得到所述 發送實體的所述導向向量，並且 其中，為多個發送實體得到了多個導向向量，並且將所述多個導向向量用於由所述多 個發送實體進行的空間處理，以便同時向所述接收實體發送多個數據符號流。
【文檔編號】H04L5/02GK104393899SQ201410573498
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2004年11月12日 優先權日:2003年11月21日
【發明者】J·羅德尼·沃爾頓, 約翰·W·凱徹姆, 約翰·愛德華·斯米, 馬克·S·華萊士, 史蒂文·J·霍華德 申請人:高通股份有限公司