包括收發多天線的移動通信設備和移動通信方法

2023-10-09 00:43:44 3

專利名稱：包括收發多天線的移動通信設備和移動通信方法
技術領域：
本發明涉及移動通信領域，特別是涉及一種包括收發天線陣列、能夠將衰落、幹擾和噪聲的影響最小化的移動通信裝置和一種在該移動通信裝置中執行的移動通信方法。
背景技術：
下一代移動通信系統能夠比目前的PCS移動通信系統更快地傳送數據。歐洲和日本採用了寬帶碼分多址(W-CDMA)系統，它是一個異步系統，而北美則採用了CDMA-2000(碼分多址)系統，作為無線接入的標準，它是一個同步系統。
在通常的移動通信系統中，幾個移動站之間通過基站相互通信。為了以更高的速度傳送數據，移動通信系統應當最小化由於衰落、用戶幹擾這樣的移動通信信道特性造成的呼損。分集系統常被用來防止由於衰落造成通信不穩定。空間分集系統是分集系統的一種類型，它使用多個天線。
由於多天線的使用能夠減少用戶間的幹擾，因此下一代的移動通信系統應當使用多天線。在利用多天線克服衰落的分集系統中，考慮到下一代移動通信的特性，用於增加傳輸終端容量的多傳輸天線系統要求在傳輸方向上有更大的頻帶寬度。
為了實現快速數據傳輸，一般的移動通信系統應當克服衰落，它是嚴重影響通信性能的信道特性中的一種，因為衰落使得接收信號的幅度減少幾個dB或幾十個dB。衰落能夠通過幾種分集技術克服。普通CDMA系統採用瑞克接收機，利用信道的延遲擴展來接收不同的信號。瑞克接收機使用分集接收技術來接收多徑信號。然而，當延遲擴展是低的時候，分集接收技術將不起作用。
利用交織和編碼的時分系統被用在都卜勒擴展信道中。然而，時分系統並不適合低速的都卜勒信道。在具有低延遲擴展的室內信道和對應於低速都卜勒信道的普通信道中，為了克服衰落而使用空間分集系統。空間分集系統至少使用兩個天線。如果通過一個天線傳送的信號由於衰落而被削弱，空間分集系統則通過另一個天線接收信號。空間分集系統分為使用接收天線的接收天線分集系統和使用發送天線的發送天線分集系統。考慮到地形和成本，對於一個移動站安裝接收天線分集系統是困難的，推薦基站使用發送天線分集系統。
在發送天線分集系統中，存在一個閉環傳輸分集系統，它接收從移動站到基站的下行鏈路信道信息的反饋，並且存在一個開環傳輸分集系統，它不接收從移動站到基站的反饋。在傳輸分集系統中，移動站通過測量信道的相位和幅度來尋找最佳的加權值。為了測量信道的相位和幅度，基站必須為不同的天線發送不同的導頻信號。移動站通過導頻信號測量信道的幅度和相位，並從測量的信道的幅度和相位信息中尋找最佳的加權值。
在傳輸天線分集系統中，如果增加天線的數量，將改善分集效果和信噪比。然而，隨著基站中天線的數量的增加和信號傳輸路徑的增長，也就是說分集度的增加，分集作用的效果將減小。因此，要獲得顯著改善的分集效果並不總是可取的。因此，增加基站中使用的天線數量來減少幹擾信號的功率以及增加內部信號的信噪比來代替改善分集效果是更可取的。
根據定向(beamforming)作用而發明的傳輸自適應天線陣列系統被稱為下行鏈路定向系統。該定向作用能夠最小化內部信號的幹擾和噪聲以及分集作用的影響。一種類似於傳輸分集系統那樣使用反饋信息的系統被稱為閉環下行鏈路定向系統。該閉環下行鏈路定向系統，它使用從移動站到基站的反饋信息，如果反饋信道沒有足夠的帶寬，則不能正確反映信道信息的變化，從而導致通信性能的下降。
歐洲IMT-2000標準化組，第三代合作項目(3GPP)R(發布)99版本，採用第一和第二傳輸天線陣列(TxAA)模式作為兩個天線的閉環傳輸分集系統。在這裡，第一TxAA模式，由Nokia提出，僅僅反饋兩個天線之間的相位差回來。第二TxAA模式，由Motorola提出，同時反饋兩個天線的增益和它們的相位。在3GPP的規範集中公開了第一和第二TxAA模式，3GPP是一個用於通用移動電信系統(UMTS)的標準化組，它是歐洲IMT-2000標準。
閉環傳輸分集系統的第一和第二TxAA模式採用自適應陣列天線，並且被設計成便於將對應於不同複數值的加權值應用到各自的自適應傳輸陣列天線。應用於自適應陣列天線的加權值涉及傳輸信道，並可以是，例如，w＝h』(w和h是矢量)。在下文中，粗體字符表示矢量，非粗體字符表示標量。這裡，h表示一個傳輸陣列信道，w表示一個傳輸陣列天線加權值矢量。
在移動通信系統中，雙工頻分復用(FDD)的系統通常包含特性彼此不同的傳輸信道和接收信道，為了讓基站知道傳輸信道h，必須反饋傳輸信道信息回來。為了實現這一點，第一和第二TxAA模式被設計成便於移動站從信道h的信道信息獲得有關加權值w的信息並將獲得的加權值信息發送到基站。第一TxAA模式僅把加權值w(＝|w1|exp(jθ1)，|w2exp(jθ2)，其中，w1和w2表示標量)中對應於相位成分的θ2-θ1部分量化成兩個比特，並反饋這兩個比特。相應地，相位的精度是π/2，最大量化誤差是π/4。為了增加反饋的效率，第一TxAA模式使用求精方法每次僅更新兩個反饋比特中的一個。例如，兩個比特的結合可能是{b(2k)，b(2k-1)}或{b(2k)，b(2k+1)}，其中b表示在時間片單元中的反饋比特。第二TxAA模式反饋相位和增益，它們是加權值信息的分量。該相位每次反饋3個比特，而增益每次反饋一個比特。相應地，相位的精度是π/4，最大量化誤差是π/8，為了增加反饋的效率，第二TxAA模式使用逐次求精的方法每次僅更新4個反饋比特中的一個。求精模式有詳細規範，即每個比特變成一個正交基值，而逐次求精模式沒有確立詳細規範。
當天線的數量和時空信道特性變化時，上文所描述的第一和第二TxAA模式存在下面的問題。
如果天線的數量增長，則對應於每個天線的加權值必須被反饋，因而造成了許多信息需要被反饋。根據移動站的移動速度，第一和第二TxAA模式將會降低通信性能。即，通常來說，在一般的衰落信道中，如果移動站的移動速度增加，那麼時空信道中變化的影響將變得嚴重。因此，信道信息的反饋速度必須增加。然而，如果反饋速度受到限制，那麼隨著天線數量增加而相應增加的反饋信息將會相應地降低通信的性能。
如果天線間的距離不夠，則在每個天線中信道之間的相關性將增加。如果信道間的相關性增加，則信道矩陣的信息量將下降。即使天線的數量增加，反饋方法的有效使用將防止在高速移動的實體環境中性能的降低。然而，由於第一和第二TxAA模式是構建在假設兩個天線的信道構成的時空信道總處於彼此完全獨立的環境下。當天線數量和時空信道的特性發生變化時，它們將得不到有效使用。此外，第一和第二TxAA模式從來沒有被應用到超過兩個天線這樣的環境中，甚至當使用3個或更多的天線時，它們將不能提供良好的性能。

發明內容
為了解決上面的問題，本發明的一個目的是提供包括一種多個傳輸天線和多個接收天線的移動通信裝置，其中含有對應於每個天線的、存在於移動站和包括多個發送天線和多個接收天線的基站之間的空中信道的下行鏈路特性的長期和短期信息將分別從移動站反饋到基站，從而最小化衰落，幹擾和噪聲的影響，同時最大化吞吐量。
本發明的另一個目的是提供一種在含有多發送天線和多接收天線的移動通信裝置中運行的移動通信方法。
為了實現第一個目的，本發明提供一種在基站和移動站之間執行通信的移動通信裝置。在該移動通信裝置中，基站根據移動站接收的反饋信號，恢復由基站中的第一特徵值確定的長期和短期信息。使用由恢復的長期和短期信息生成的基本信息，空間處理專用物理信道信號，和將空間處理信號和導頻信號的和發送到移動站。移動站有至少一個發送天線，基站有至少一個接收天線。第一特徵值是各個發送和接收天線的下行鏈路信道特性。
為了實現第二個目的，本發明提供一種在含有至少一個發送天線的基站和含有至少一個接收天線的移動站之間進行通信的移動通信方法。在移動通信方法中，首先，在移動站中，由從移動站接收的反饋信號恢復移動站中的各個發送和接收天線的下行鏈路信道的特性，即第一特徵值確定的長期和短期信息。然後，利用由恢復的長期和短期信息生成的基本信息空間處理專用物理信道信號。此後，空間處理信號和導頻信號相加，和被發送到移動站。


通過參考附圖詳細描述優選實施例，本發明上述的目的和優點將變得更加清楚，其中圖1是根據本發明的移動通信裝置的示意性方塊圖；圖2是描述根據本發明的、在圖1的移動通信裝置中執行的移動通信方法的流程圖；圖3是描述圖2中的步驟3 0的一個優選實施例的流程圖；圖4是描述圖1中的第一、第二、…或者第X移動站的一個優選實施例的方塊圖；圖5是描述圖3中步驟42的一個優選實施例的流程圖；圖6是描述圖4中長期信息確定器的一個實施例的方塊圖；圖7是描述根據本發明的，圖5中步驟92的一個實施例的流程圖；圖8是描述根據本發明的，圖3中步驟44的一個實施例的流程圖；圖9是描述根據本發明的，圖4中短期信息確定器的一個實施例的方塊圖；
圖10是描述圖2中步驟32的一個優選實施例的流程圖；圖11是描述根據本發明的，圖1中基站的一個實施例的方塊圖；圖12是描述圖10中步驟152的一個實施例的流程圖；圖13是描述圖11中基本信息生成單元的一個實施例的方塊圖；圖14是描述圖13中基本值計算器的一個實施例的方塊圖；圖15是描述圖13中基本向量計算器的另一個實施例的方塊圖；圖16是描述圖10中步驟154的一個實施例的流程圖；圖17是描述圖11中增益調節器的一個實施例的方塊圖；圖18是描述圖11中基本向量應用單元的一個實施例的方塊圖；具體實施方式
在下文中，將參考附圖描述根據本發明的，包括多個發送天線和多個接收天線的移動通信裝置的結構和操作，和按照本發明的，在該裝置中執行的一種移動通信方法。
參考圖1，根據本發明的，由基站10和第一、第二、…以及第x移動站20、22、…、和24組成的一種移動通信裝置。
圖2示出了一種根據本發明的，在圖1的移動通信裝置中執行的移動通信方法的流程圖。該移動通信的方法包括獲得反饋信號的步驟30和利用從反饋信號恢復的長期和短期信息，將空間處理DPCH(Dedicated Physical Channel，專用物理信道)信號加到導頻信號上，並傳送加法結果的步驟32。
圖1中的第一、第二、和第x移動站20、22、…和24執行相同的功能並且每一個至少含有一個接收天線。基站10至少含有一個發送天線。例如，對應於終端的第一、第二、…以及第x移動站20、22、…、24。
在步驟32中，圖1中的基站10由從移動站20、22、…、24接收的反饋信號恢復長期和短期信息，再利用由恢復的長期和短期信息生成的基本信息空間處理DPCH信號，將經空間處理的DPCH信號加到PICH(Pilot Channel，導頻信道)信號上，並把加法結果發送到移動站20、22、…，24。在這裡，PICH信號[pi(k)](其中，1≤i≤B，B表示傳輸天線的個數，它是一個不小於1的正整數)可能是CPICH(Connon PICH，普通PICH)信號、DCPICH(Dedicated CPICH，專用CPICH)信號，或者SCPICH(Secondary CPICH，輔助SCPICH)信號。
如果根據本發明的基站10能執行上面描述的操作，那麼含有至少一個接收天線的移動站20、22、…、24能夠以任何方式實施。即，如果能夠確定由對應於各個發送和接收天線的下行鏈路信道的特性(在下文中，稱為第一特徵值H)決定的長期和短期信息，移動站20、22、…、24中的每一個能夠以任何方式實施。在這裡，H表示一個矩陣。在下文中，粗體字符代表矢量，非粗體字符代表標量。第一特徵值H表示從基站10到移動站20、22、…、24的信道的相位和幅度。在第一個特徵值H中，由基站10的發送天線形成的信道構成了列，以及由移動站20、22、…、24中的一個的接收天線形成的信道構成了行。即，第一個特徵值H的列構成通過發送天線形成的空間得到，行構成通過接收天線形成的空間得到。
例如，在步驟30中，第一、第二、…、以及第x移動站20，22，…，以及24中的每一個從基站10中接收的導頻信號測量第一特徵值H，由測定的第一特徵值H確定反映各個接收和發送天線的信道之間相互關係的長期和短期信息，將確定的長期和短期信息轉換成反饋信號，並將反饋信號傳遞到基站10。
為了便於理解本發明，參考附圖將描述步驟30和移動站20，22，…，或24的實施方案。基站10的實施方案和步驟32在後面描述。
圖3示出了本發明圖2中步驟30的一個優選實施方案30A的流程圖。首先，在步驟40中測量第一特徵值H。信道的長期和短期信息分別在步驟42和44中確定。確定的長期和短期信息在步驟46中被轉換成反饋信號。
圖4是圖1中的第一、第二、…、第x移動站20、22、…或者24的本發明的一個優選實施例的方塊圖。移動站20、22、…或者24包括天線陣列60，信道特徵測定器70、信息確定器72、短期信息確定器74、信號轉換器76和信號恢復設備80。
圖4的天線陣列60有M個接收天線62、64、…以及66，並且接收從基站10傳送的空間處理DPCH信號和導頻信號PICH。在這裡，M表示一個不小於1的正整數。在步驟40中，信道特徵測定器70從經由天線陣列60從基站10接收和傳送的導頻信號測量第一特徵值H，利用下面的等式1，從測定的第一特徵值H生成對應於各個傳輸和接收天線的下行鏈路信道的瞬時相關特徵值(後文稱為第二特徵值R)，並將生成的第二特徵值R輸出到長期信息確定器72和短期信息確定器74中。在這裡，第二特徵值R是一個B×B矩陣。等式1如下R＝HH·H …(1)在步驟40之後的步驟42中，長期信息確定器7 2通過信道特徵測定器70測量的第二特徵值R，確定與長期信息相對應的有效長期特徵向量QLT′和有效長期特徵值ΛLT′，並將有效長期特徵向量QLT′和有效長期特徵值ΛLT′輸出到的短期信息確定器74和信號轉換器76。在這裡，長期特徵值一一對應地被映射到長期特徵向量，長期特徵向量映射到對應有效長期特性向量的有效長期特徵值上。
現在將參照圖5和圖6分別描述圖3中步驟42的實施方案和圖4中長期信息確定器72的實施方案。
圖5是本發明圖3中的步驟42的一個實施方案步驟42A的流程圖。步驟42A包括通過累加第二特徵值R獲得各個發送和接收天線的下行鏈路信道的長期相關特徵值的步驟90和從得到的長期相關特徵值生成長期信息的步驟92。
圖6是按照本發明的圖4中長期信息確定器72的一個實施方案72A的框圖。實施方案72A包括累加器100和本徵分解計算單元110。
在步驟40之後參考圖5和圖6，圖6中的累加器100累加從信道特徵測定器70中接收的第二特徵值R，以及在步驟90中，將累加結果作為各個發送和接收天線的下行鏈路信道的長期相關特徵值RLT(後文中稱為第三特徵值RLT)輸出至本徵分解計算單元110。在這裡，第三特徵值RLT，即，累加結果[RLT(k)]，可用等式2來表達RLT＝∑HH·H＝∑R，即RLT(k)＝ρRLT(k-1)+R(k)…(2)其中，ρ表示一個忽略因子(forgetting factor)以及k表示離散時間。
在步驟90之後的步驟92中，本徵分解計算單元110利用EVD(Eigen ValueDecomposition，特徵值分解)方法，由從累加器100接收的第三特徵值RLT生成與長期信息相對應的有效長期特徵向量QLT′和有效長期特徵值ΛLT′，並將相同的值輸出到短期確定器74和信號轉換器76中。在這裡，EVD方法在由G.Golub和C.Van.Loan所著的題為「Matrix Computation」的書中公開，該書在1996年由倫敦的Johns Hopkins University publishing公司出版。
參考圖6和7將描述圖5中的步驟92和圖6中的本徵分解計算單元110的實施例。
圖7是本發明的圖5中的步驟92的一個實施方案步驟92A的流程圖。步驟92A包括分別從長期特徵向量和長期特徵值中選擇有效向量和有效值作為長期信息的步驟120，122和124。
回過頭來參考附圖6，為了執行圖7中步驟92A的實施例，本徵分解計算單元110包括第一本徵分解器112、向量數計算器114、和選擇器116。
在步驟90之後的步驟120中，第一本徵分解器112使用上述的EVD方法，由從累加器100接收的第三特徵值RLT生成M個由q1到qm的長期特徵向量和M個由λ1到λM的長期特徵值，將M個由q1到qm的長期特徵值輸出到向量數計算器114和選擇器116。
在步驟120之後的步驟122中，向量數計算器114計算超過預定門限值的長期特徵值的個數，並把計數結果作為有效特徵向量的個數NB(後文稱為有效特徵向量數)輸出到選擇器116。為了實現這一點，向量數計算器114能可以作為計數器(未示出)實施。預定門限值可以是一個接近於「0」的值。
在步驟122之後的步驟124中，選擇器116從第一本徵分解器112接收的M個由q1到qm的長期特徵向量中選擇與有效本徵向量個數NB相同數量的由q1到 的抑制噪聲長期特徵向量和從第一本徵分解器112接收的M個由λ1到λM長期特徵值中選擇與有效特徵向量個數NB相同數量的由λ1到 的抑制噪聲長期特徵向量，選擇器116輸出由選擇的從q1到 作為有效長期特徵向量QLT′的長期特徵向量組成的列向量和輸出一個由選擇的M個作為有效長期特徵值ΛLT′長期特徵值λ1到 組成的對角線矩陣。
在步驟42之後的步驟44中，短期信息確定器74由從信道特徵測定器70接收的第二特徵值R和從長期信息確定器72中接收的長期信息QLT′和ΛLT′來確定對應短期信息的短期特徵向量QST′和短期特徵值ΛST′，並將確定的短期信息輸出到的信號變換器76。
參考附圖8和9將分別描述，圖3的步驟44和圖4中短期信息確定器74的實施例。
圖8是示出了本發明的圖3的步驟44的一個實施方案的步驟44A。步驟44A包括獲得各個發送和接收天線的下行鏈路信道的短期相關特徵值的步驟130和獲得短期信息的步驟132。
圖9是本發明的圖4的短期信息確定器74的實施方案74A的框圖。實施例74A包括短期相關特性生成器140和第二本徵分解器142。
在步驟42之後的步驟130中，使用等式3，短期相關特性生成器140由從信道特徵值測量器70接收的第二特徵值R和從信息確定器72接收的長期信息QLT′和ΛLT′生成各個發送和接收天線的下行鏈路信道的短期相關特徵值(下文中稱為第四特徵值RST) 仍在步驟130，短期相關特性生成器140將第四特徵值RST輸出到第二本徵分解器142。
在步驟130之後的步驟132中，第二本徵分解器142使用上述的EVD方法由從短期相關特性生成器140接收的第四特徵值RST生成短期特徵向量QST′和短期特徵值ΛST′，並將它們輸出到信號變換器76。
在步驟44之後的步驟46中，信號變換器76將由從短期信息確定器74接收短期信息的QST′和ΛST′和從長期信息確定器72中接收的長期信息QLT′和ΛLT′變換為適合於反饋到基站10的反饋信號，並通過天線陣列60將該反饋信號傳輸到基站10。
為了執行步驟46，信號變換器76分別格式化從長期信息確定器72接收的長期信息Q＞LT′和ΛLT′和從短期信息確定器74接收的短期信息QST′和ΛST′，時分復用(TDM)已格式化的信息，並將TDM結果作為反饋信號通過天線陣列60傳送至基站10。根據本發明，為了獲得反饋信號，信號變換器76可以使用碼分多址和頻分多址復用代替時分復用。
根據本發明，每一個移動站20、22、…、和24能進一步包括如圖4中示出的信號恢復器80。當執行步驟40到46時，信號恢復器80由通過天線陣列60接收的、基站10空間處理的DPCH信號恢復原始DPCH信號，並輸出恢復DPCH信號DPCH′。
分別參考附圖10和11將描述圖1的本發明的基站10的實施方案和圖2的本發明的步驟32的實施例。
參考圖10，圖2的步驟32的實施例包括使用已恢復的長期和短期信息空間處理DPCH信號的從步驟150到步驟156的步驟，和將空間處理DPCH信號加到導頻信號中的步驟158。
參考圖11，圖1的基站10的實施方案包括信息恢復器170，基本信息生成器172，增益調節器174和基本向量應用器176，加法器178和天線陣列180。
圖11的天線陣列180有B個傳輸天線182、184、…、和186，它們通過一個上行鏈路專用物理控制信道(DPCCH)接收從基站20、22、…、24發送的反饋信號和將空間處理DPCH信號和導頻信號發送到移動站20、22、…、24。
在圖2中的步驟30之後的步驟150中，信息恢復器170由經由天線陣列180接收的反饋信號恢復長期和短期信息，並將恢復的長期和短期信息輸出到基本信息生成器172。
如果圖4中的信號變換器76使用時分多址技術產生反饋信號，那麼信息恢復器170將使用時分多址技術恢復長期和短期信息。另一方面，如果圖4中的信號變換器76使用碼分多址或頻分多址技術而不是時分多址技術產生了反饋信號，那麼信息恢復器170將使用碼分多址或頻分多址技術來恢復長期和短期信息。
在步驟150之後的步驟152中，基本信息生成器172通過由信息恢復器170恢復的長期和短期信息生成基本向量T和基本值D，它們是基本信息，由生成的基本值D生成增益值，並將生成的增益值輸出到增益調節器174和將生成的基本向量T輸出到基本向量應用器176上。
現在，參考圖12到14描述圖10中本發明的步驟152和圖11的本發明的基本信息生成器172的實施例。
圖12示出了步驟152A的流程圖，它是圖10的本發明的步驟152的一個實施例。步驟152A包括從已恢復的長期和短期信息的乘積確定基本向量T和增益值的步驟200到步驟206。
圖13示出了步驟174A的流程圖，它是圖11的本發明的基本信息生成器172的實施例的框圖。實施例174A包括第一乘法器210，基本值計算器212、功率分配器214、和基本向量生成器216。
在步驟150之後的步驟200中，第一乘法器210把由信息恢復器170恢復的長期和短期信息象等式4中描述的那樣相乘並將相乘結果W輸出至基本值計算器212和基本向量生成器216。等式4如下 其中QLT和ΛLT分別表示恢復的有效長期特徵向量和恢復的有效長期特徵值。它們是通過信息恢復器170恢復的長期信息。QST和ΛST分別表示恢復的有效短期特徵向量和恢復的有效短期特徵值，它們是通過信息恢復器170恢復的短期信息。
在步驟200之後的步驟202中，基本值計算器212由從第一乘法器210獲得的乘法結果W計算被分配到信道的總功率，並將被分配的總功率作為基本值D輸出到功率分配器214和基本向量生成器216。
圖14是圖13的本發明基本值計算器212的一個實施例基本值計算器212A的框圖，基本值計算器212包括第一、第二、…、和第NB功率計數器220、222、…、和224。
為了執行步驟202，基本值計算器212A的第一、第二、…、和第NB功率計數器220、222、…、和224對從第一乘法器210接收的結果W取模，將取模作為總功率D輸出。乘法結果W如等式5所示 即，第n(1≤n≤NB)個功率計數器220、222、…、和224對相應的Wn取模，該Wn在如等式6所示的第一乘法器210處接收的乘法結果W之中，並將取模結果作為第n個功率dn輸出。等式6如下dn＝‖wn‖...(6)其中‖‖表示一個模方，Wn表示一個在公式7中所示的列向量，以及‖wn‖如公式8所示 ||wn||=|wn1|2+|wn2|2+...|wnNB|2...(8)]]>從第一到第NB功率dn1，dn2，…，和 如公式9所示那樣表示總功率DD=d1000d2000dNB...(9)]]>在步驟202之後的步驟204中，基本向量生成器216將通過第一乘法器210得到的乘法結果W除以由基本值計算器212中接收的基本值D，並將除法結果作為基本向量T輸出到基本向量應用器176。
圖15是基本值計算器212A的框圖，它是圖13中本發明的基本向量生成器216的一個實施例。基本值計算器212A包括從第一到第NB子向量計算器230，232，…，和234。
從第一到第NB子向量計算器230、232、…、和234把從第一乘法器210得到的乘法結果W除以從基本值計算器212的輸入埠IN2接收的總功率D，並將除法結果作為基本向量T輸出。也即是，子向量計算器230、232、…、或234中第n子向量計算器將把從第一乘法器210中接收的乘法結果W中的相應向量wn除以從基本值計算器212的輸入埠IN2接收的第n個功率dn，並將除法結果作為基本向量tn輸出。例如，第一子向量計算器230將把從第一乘法器210中接收的w1除以從基本值計算器212的輸入埠IN2接收的第1個功率d1，並將除法結果作為基本向量t1輸出。第二子向量計算器將把從第一乘法器210中接收的w2除以從基本值計算器212的輸入埠IN2接收的第2個功率d2，並將除法結果作為基本向量t2輸出。第NB子向量計算器將把從第一乘法器210中接收的乘法結果向量 除以從基本值計算器212的輸入埠IN2接收的第NB功率 並將除法結果作為基本向量 輸出。
在步驟204之後的步驟206中，功率分配器214將從基本值計算器212中接收的總功率D根據信噪比(SNR)分配到各個信道，並將有關分配結果的信息作為增益值經過輸出埠OUT1輸出到增益調節器174。為了執行該步驟，功率分配器214能夠利用注水方法由基本值D生成增益值。注水方法在JanW.M Bergmans所著的題為「數字基帶傳輸和記錄」的書中公開，該書於1996年在Boston由Kluwer Academic publishing company出版。
按照本發明，參照圖12，步驟204和206能同時被執行，或步驟206在步驟204之前執行。
在步驟152之後的步驟154中，增益調節器174根據從基本信息生成器172中接收的增益值調節DPCH信號之間相對幅度，並將已調節幅度的DPCH信號輸出到基本向量應用器176。
參考附圖16和17將分別描述圖10的本發明的步驟154和圖11的增益調節器174的實施例。
圖16是示出了本發明圖10的步驟154的一個實施例步驟154A的流程圖。步驟154A包括調節DPCH信號幅度的步驟240和擴展和量化已調節幅度的DPCH信號的步驟242。
圖17是示出了本發明圖11的增益調節器174A的實施例的框圖，增益調節器174A包括第二和第三乘法器250和252。
在步驟240中，圖17的第二乘法器250將DPCH信號和從基本信息生成器172的輸入埠IN3接收的增益值相乘，並把乘法結果輸出到第三乘法器252。在步驟240之後的步驟242中，第三乘法器252將由第二乘法器250得到的乘法結果和量化/擴展信號流相乘，並將乘法結果作為幅度調節DPCH信號通過輸出埠OUT2輸出到基本向量應用器176。該量化/擴展信號流表示量化信號流Csc和擴展信號流Csp的乘積，CspCsc可以預先存儲在增益調節器174中或從外部源輸入。
按照本發明，圖17中的增益調節器174能選擇性地包括第三乘法器252。如果步驟242被忽略，即，如果增益調節器174A不包括第三乘法器252，那麼第二乘法器250將乘法結果作為幅度調節的DPCH信號輸出到基本向量應用器176。
在步驟154之後的步驟156中，基本向量應用器176將從基本信息生成器172中接收的基本向量T應用到從增益調節器174接收的幅度調節的DPCH信號中並將該結果作為空間處理的DPCH信號輸出到加法器178。
圖18是本發明圖11的基本向量應用器176的一個實施方案176A的框圖。基本向量應用器176A包括第四乘法器260。
為了執行步驟156，基本向量應用器176的第四乘法器260將把從增益調節器174的輸入埠IN4接收的NB幅度調節的DPCH信號乘以從基本信息生成器172接收的基本向量T，並將乘法結果作為幅度調節的DPCH信號經過輸出埠OUT3輸出到加法器178。
在步驟156之後的步驟158中，加法器178將經過輸入埠IN1接收的P1(k)，P2(k)，…，PB(k)加到從基本向量應用器176接收的空間處理DPCH信號中，並將加法結果通過包括發送天線的天線陣列180，發送到移動站20、22、…、或24。
為了執行步驟158，加法器178可以包括B加法單元(未示出)。每一個加法單元(未示出)將一個相應的信號P1(k)，P2(k)，…，PB(k)加到相應的從基本向量應用器176接收的空間處理DPCH信號，並將加法結果輸出到天線陣列180中相應的的發送天線182、184、…、或186上。發送天線182、184、…、或186將在加法器178中的相應的加法單元(未示出)得到的加法結果輸出到相應的移動站20、22、…、或24。
圖2的步驟32，圖1的基站10，以及它們的實施方案不限於圖1的移動站20、22、…、或24和圖2的步驟30以及它們的實施方案，但是它們能被應用到任意能夠象上述描述的那樣產生長期和短期信息並將反饋信號發送到基站10的移動站。
如上所述，根據本發明，在含有發送/接收多天線的移動通信裝置和根據本發明在移動通信裝置中執行的移動通信方法，反映空間信道的下行鏈路特性的長期和短期信息能從移動站到基站反饋。這會將會最小化衰落，幹擾，以及噪聲的影響，同時最大化吞吐量。
權利要求
1.一種含有多個發送天線和多個接收天線的移動通信裝置，該裝置包括基站，用於由從移動站接收的反饋信號恢復移動站的第一特徵值確定的長期和短期信息，使用由恢復的長期和短期信息生成的基本信息，空間處理專用物理信道信號，並將空間處理信號和導頻信號的和發送到移動站；和移動站，含有至少一個發送天線，其中，基站含有至少一個接收天線，第一特徵值是各個發送和接收天線的下行鏈路信道特性。
2.如權利要求1所述的移動通信裝置，其中移動站由從基站接收的導頻信號測定第一特徵值，由第一特徵值確定長期和短期信息，將確定的長期和短期信息變換成反饋信號，並將反饋信號發送到基站。
3.如權利要求2所述的移動通信裝置，其中基站包括信息恢復器，用於由經由發送天線接收的反饋信號恢復長期和短期信息，並輸出恢復的長期和短期信息；基本信息生成器，用於由長期和短期信息生成基本向量和基本值，它們是基本信息，和由基本值生成增益值；增益調節器，用於在專用物理信道信號間調節與增益值有關的相對幅度，並輸出調節結果；基本向量應用器，用於將基本向量應用到從增益調節器接收的調節結果，並將應用結果作為空間處理信號輸出；和加法器，用於將導頻信號加到空間處理信號和輸出和，其中，發送天線將和發送到移動站。
4.如權利要求3所述的移動通信裝置，其中基本信息生成器包括第一乘法器，用於將恢復的短期信息和恢復的長期信息相乘，並輸出乘積；基本值計算器，用於由第一乘法器得到的乘積計算被分配到信道的總功率，並將總功率作為基本值輸出；基本向量計算器，用於把第一乘法器獲得的乘積除以基本值並把除法結果作為基本向量輸出；和功率分配器，用於根據信噪比把總功率分配給每個信道，並將有關分配結果的信息作為增益值輸出。
5.如權利要求4所述的移動通信裝置，其中第一乘法器把恢復的短期信息和恢復的長期信息根據下面的等式相乘，並將乘積W輸出至基本值計算器和基本向量計算器 其中，QLT和ΛLT分別表示恢復的有效長期特徵向量和恢復的有效長期特徵值，它們是恢復的長期信息，QST和ΛST分別表示恢復的短期特徵向量和恢復的短期特徵值，它們是恢復的短期信息。
6.如權利要求4所述的移動通信裝置，其中基本值計算器包括第一，第二，…第NB功率計算器(其中NB表示有效特徵向量的數量)，第n功率計算器(1≤n≤NB)對由第一乘法器得到的乘積W( )中相應的Wn取模，並將取模結果作為第n功率輸出，第一到第NB功率構成了總功率。
7.如權利要求6所述的移動通信裝置，其中基本向量計算器包括從第一到第NB子向量計算器，第n子向量計算器將Wn除以第n功率，並將除法結果作為基本向量輸出。
8.如權利要求4所述的移動通信裝置，其中功率分配器利用注水方法由基本值生成增益值。
9.如權利要求3所述的移動通信裝置，其中增益調節器包括用於將專用物理信道信號和增益值相乘的第二乘法器，並將乘積作為調節結果輸出到基本向量應用器。
10.如權利要求9所述的移動通信裝置，其中增益調節器進一步包括第三乘法器，用於將由第二乘法器得到的乘積和量化/擴展信號流相乘，並將乘積作為調節結果輸出到基本向量應用器。
11.如權利要求3所述的移動通信裝置，其中基本向量應用器進一步包括第四乘法器，用於將由增益調節器接收的調節結果和基本向量相乘，並將乘積作為空間處理信號輸出到加法器。
12.如權利要求3所述的移動通信裝置，其中移動站包括信道特性測定器，用於由接收天線接收的導頻信號測量第一特徵值，並由測定的第一特徵值生成第二特徵值；長期信息確定器，用於由從信道特徵測定器接收的第二特徵值確定有效長期特徵向量和有效長期特徵值，它們是長期信息；短期信息確定器，用於由從信道特徵測定器接收的第二特徵值和長期信息確定短期特徵向量和短期特徵值，它們是短期信息；和信號變換器，用於分別將從長期信息確定器和短期信息確定器接收的長期信息和短期信息變換成反饋信號，並將反饋信號輸出到接收天線，其中，第二特徵值是各個發送和接收信道的下行鏈路信道的瞬時相關特性，接收天線將反饋信號發送到基站。
13.如權利要求12所述的移動通信裝置，其中移動站進一步包括信號恢復器，用於由從接收天線接收的空間處理信號恢復專用物理信道信號，並輸出恢復的專用物理信道信號。
14.如權利要求12所述的移動通信裝置，其中長期信息確定器包括累加器，用於累加從信道特性測定器接收的第二特徵值和將該累加結果作為第三特徵值輸出；和本徵分解計算單元，用於利用本徵值分解方法，由第三特徵值產生有效長期特徵向量和有效長期特徵值，其中，第三特徵值是各個發送和接收天線的下行鏈路信道的長期相關特性。
15.如權利要求14所述的移動通信裝置，其中本徵分解計算單元包括第一本徵分解器，用於使用本徵值分解方法由第三特徵值產生長期特徵向量和長期特徵值；向量數計算器，用於計算超過預定閾值的長期特徵值數量，並將計算結果作為有效特徵向量的數量輸出；和選擇器，用於分別從由第一本徵分解器接收的長期特徵向量和長期特徵值中選擇抑制噪聲長期特徵向量和抑制噪聲長期特徵值，並將選擇的特徵向量和特徵值作為有效長期特徵向量和有效長期特徵值輸出，其中選擇的抑制噪聲的長期特徵向量的數量與有效特徵向量的數量相同，選擇的抑制噪聲的長期特徵值的數量與有效特徵向量的數量相同。
16.如權利要求12所述的移動通信裝置，其中短期確定器包括短期相關特性生成器，用於由信道特性測定器接收的第二特徵值和長期信息生成第四特徵值，並將生成的第四特徵值輸出；和第二本徵分解器，用於使用本徵值分解方法由第四特徵值產生短期特徵向量和短期特徵值，並將生成的短期特徵向量和特徵值輸出，其中第四特徵值是各個發送和接收天線的下行鏈路信道的短期相關特性。
17.一種在含有至少一個發送天線的基站和含有至少一個接收天線的移動站之間執行通信的移動通信方法，該方法包括(a)由從移動站接收的反饋信號恢復由移動站中的第一特徵值確定的長期和短期信息，第一特徵值是各個發送和接收天線的下行鏈路信道的特性，利用由恢復的長期和短期信息生成的基本信息，空間處理專用物理信道信號，並將空間處理信號和導頻信號的和發送到移動站。
18，如權利要求17所述的移動通信方法，進一步包括步驟(b)，由基站接收的導頻信號測定第一特徵值，由第一特徵值確定長期和短期信息，將確定的長期和短期信息變換成反饋信號，並將反饋信號發送到基站。
19.如權利要求18所述的移動通信方法，其中步驟(a)包括(a1)由從發送天線接收的反饋信號恢復長期和短期信息；(a2)由恢復的長期和短期信息生成基本向量和基本值，它們是基本信息，和由基本值生成增益值；(a3)使用增益值在專用物理信道信號之間調節相對幅度；(a4)將基本向量應用於調節結果，和將應用結果確定為空間處理信號；和(a5)將導頻信號加到空間處理信號，並將和通過發送天線發送到移動站。
20.如權利要求19所述的移動通信方法，其中步驟(a2)包括(a21)在步驟(a1)之後，將恢復的短期信息和恢復的長期信息相乘；(a22)由乘積計算將被分配給信道的總功率，並將總功率確定為基本值；(a23)用基本值去除乘積，並將除法結果確定為基本向量；和(a24)根據信噪比把總功率分配給每個信道，將有關分配結果的信息確定為增益值，進入步驟(a3)。
21.如權利要求20所述的移動通信方法，其中在步驟(a1)之後的步驟(a21)中，如下面等式所示，將恢復的長期信息乘以恢復的短期信息得到乘積W，進入步驟(a22) 其中，QLT和ΛLT分別表示恢復的有效長期特徵向量和恢復的有效長期特徵值，它們是恢復的長期信息，QST和ΛST分別表示恢復的短期特徵向量和恢復的短期特徵值，它們是恢復的短期信息。
22.如權利要求19所述的移動通信方法，其中在步驟(a3)中包括將增益值和專用物理信道信號相乘的步驟(a31)，將乘積確定為調節結果，和在步驟(a2)之後，進入步驟(a4)。
23.如權利要求22所述的移動通信方法，其中步驟(a3)進一步包括將量化/擴展信號流和在步驟(a31)中得到乘積相乘的步驟(a32)，將乘積確定為調節結果，進入步驟(a4)。
24.如權利要求19所述的移動通信方法，其中在步驟(a3)之後，步驟(a4)包括將調節結果和基本向量相乘，將乘積確定為空間處理信號，進入步驟(a5)。
25.如權利要求19所述的移動通信方法，其中步驟(b)包括(b1)由接收天線接收的導頻信號測定第一特徵值，和由測定的第一特徵值生成第二特徵值；(b2)由第二特徵值確定有效長期特徵向量和有效長期特徵值，它們是長期信息；(b3)由第二特徵值和長期信息確定有效短期特徵向量和有效短期特徵值，它們是短期信息；和(b4)將在步驟(b2)和步驟(b3)中確定的長期信息和短期信息變換成反饋信號，並將反饋信號經過接收天線輸出到基站，其中，第二特徵值是各個發送和接收信道的下行鏈路信道的瞬時相關特性。
26.如權利要求25所述的移動通信方法，其中步驟(b)進一步包括從接收天線接收的空間處理信號恢復專用物理信道信號。
27.如權利要求25所述的移動通信方法，其中步驟(b2)包括(b21)在步驟(b1)之後，累加第二特徵值，並將累加結果確定為第三特徵值；和(b22)使用本徵值分解方法由第三特徵值生成有效長期特徵向量和有效長期特徵值；其中，第三特徵值是各個發送和接收天線的下行鏈路信道的長期相關特性。
28.如權利要求27所述的移動通信方法，其中步驟(b22)包括在步驟(b21)之後，使用本徵值分解方法由第三特徵值生成有效長期特徵向量和有效長期特徵值；計算超過預定閾值的長期特徵值數量，並將計算結果作為有效特徵向量的數量輸出；和分別從長期特徵向量和長期特徵值中選擇抑制噪聲長期特徵向量和抑制噪聲長期特徵值，和分別將選擇的特徵向量和特徵值確定為有效長期特徵向量和有效長期特徵值，進入步驟(b3)，其中選擇的抑制噪聲的長期特徵向量的數量與有效特徵向量的數量相同，選擇的抑制噪聲的長期特徵值的數量與有效特徵向量的數量相同。
29.如權利要求25所述的移動通信方法，其中步驟(b3)包括在步驟(b2)之後，由第二特徵值和長期信息生成第四特徵值；和使用本徵值分解方法由第四特徵值生成短期特徵向量和短期特徵值，進入步驟(b4)，其中第四特徵值是各個發送和接收天線的下行鏈路信道的短期相關特性。
全文摘要
提供一種含有多個發送天線和多個接收天線的移動通信裝置，以及一種在該移動通信裝置中執行的移動通信方法。在裝置中，基站根據從移動站接收的反饋信號來恢復由移動站中的第一特徵值確定的長期和短期信息，使用由恢復的長期和短期信息生成的基本信息來空間處理專用物理信道信號，以及將空間處理信號和導頻信號的和發送到基站。移動站含有至少一個發送天線，基站有至少一個接收天線，第一特徵值是各個發送和接收天線的下行鏈路信道的特性。相應地，反映空間信道下行鏈路特性的長期和短期信息被從移動站反饋到基站，從而最小化衰落，幹擾，和噪聲的影響，和最大化吞吐量。
文檔編號H04B7/04GK1426186SQ0215185
公開日2003年6月25日 申請日期2002年10月24日 優先權日2001年10月24日
發明者金成珍, 李鍾赫, 金虎辰, 金暎秀 申請人:三星電子株式會社