專利名稱：全信道狀態(tài)信息(csi)多輸入多輸出(mimo)系統(tǒng)的過量功率重新分配的制作方法
背景領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及數(shù)據(jù)通信，尤其是多信道通信系統(tǒng)(例如多輸入多輸出(MIMO)通信系統(tǒng))內(nèi)重新分配過量功率的技術(shù)。
背景在無線通信系統(tǒng)中，來自發(fā)射機(jī)單元的RF已調(diào)信號(hào)可以通過多個(gè)傳播路徑到達(dá)接收機(jī)單元。傳播路徑的特征一般由于諸如衰落和多徑的多個(gè)因素而隨時(shí)間改變。為了提供抗有害路徑影響的分集并改善性能，可以使用多個(gè)發(fā)射和接收天線。如果發(fā)射和接收天線間的傳播路徑是線性獨(dú)立的(即在一個(gè)路徑上的傳輸不是由其它路徑上的傳輸?shù)木€性組合形成的)，這在一定程度上為真，則正確地接收到數(shù)據(jù)傳輸?shù)目赡苄噪S著天線數(shù)目的增加而增加。一般，發(fā)射和接收天線增加導(dǎo)致分集增加和性能改善。
多輸入多輸出(MIMO)通信系統(tǒng)使用多個(gè)(NT)發(fā)射天線和多個(gè)(NR)接收天線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。由NT個(gè)發(fā)射天線和NR個(gè)接收天線形成的MIMO信道可能被分解為NS個(gè)獨(dú)立信道，其中NS≤min{NT，NR}。NS個(gè)獨(dú)立信道的每個(gè)還被稱為MIMO信道的空間子信道，并對(duì)應(yīng)一維。如果使用由多個(gè)發(fā)射和接收天線建立的附加維數(shù)，則MIMO系統(tǒng)能提供改善的性能(例如增加的傳輸容量)。例如，獨(dú)立數(shù)據(jù)流可以在NS個(gè)空間子信道的每個(gè)上被發(fā)送以增加系統(tǒng)吞吐量。
寬帶MIMO系統(tǒng)的空間子信道在其帶寬上經(jīng)歷不同的信道條件(例如不同的衰落和多徑效應(yīng))，且可能對(duì)給定發(fā)射功率量獲得不同的信號(hào)對(duì)噪聲加干擾比(SNR)。所以，空間子信道支持的數(shù)據(jù)速率隨每個(gè)子信道而不同。而且，信道條件一般隨著時(shí)間改變。結(jié)果是，空間子信道支持的數(shù)據(jù)速率也隨著時(shí)間改變。
編碼的通信系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)在于基于信道條件選擇合適的數(shù)據(jù)速率、編碼和調(diào)制方案以及在可用傳輸信道上用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)送功率。該選擇過程的目標(biāo)應(yīng)是最大化頻譜效率，而同時(shí)符合質(zhì)量目標(biāo)，該目標(biāo)可以通過特定目標(biāo)幀差錯(cuò)率(FER)和/或一些其它準(zhǔn)則而被定量化。
在一般通信系統(tǒng)中，用于任何給定數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)速率有一上限。例如，系統(tǒng)可以支持一離散數(shù)據(jù)速率集合，且這些離散數(shù)據(jù)速率中的最大數(shù)據(jù)速率可以被認(rèn)為是對(duì)任何給定數(shù)據(jù)流的飽和頻譜效率ρsat。在該種系統(tǒng)中，如果每個(gè)數(shù)據(jù)流被發(fā)送到相應(yīng)的空間子信道上，則分配比以最大數(shù)據(jù)速率獲得目標(biāo)FER需要的更多的發(fā)射功率會(huì)導(dǎo)致附加發(fā)射功率的無效使用。即使過量發(fā)射功率可能導(dǎo)致較低的FER，這種FER方面的改善并不被認(rèn)為是實(shí)質(zhì)性的，因?yàn)橐呀?jīng)獲得了目標(biāo)FER。過量發(fā)射功率可以被更有效地用于增加在一些其他空間子信道上的頻譜效率。
因此，在領(lǐng)域內(nèi)需要一種方法以在如果已經(jīng)由至少一個(gè)子信道達(dá)到了飽和頻譜效率時(shí)，分配/重新分配MIMO系統(tǒng)內(nèi)的空間子信道間的發(fā)射功率。
概述本發(fā)明的各方面提供一些技術(shù)，以在多信道通信系統(tǒng)中將總發(fā)射功率分配給傳輸信道，以獲得更高的總系統(tǒng)吞吐量和/或其他好處。傳輸信道可以對(duì)應(yīng)于MIMO系統(tǒng)的空間子信道、OFDM系統(tǒng)的頻率子信道或MIMO-OFDM系統(tǒng)內(nèi)的頻率子信道的空間子信道。
總發(fā)射功率可以在開始時(shí)被基于特定功率分配方案(例如灌水方案)分配給傳輸信道。初始分配會(huì)導(dǎo)致分配給一些需要獲得需要的信噪比(SNR)(例如獲得最大允許的數(shù)據(jù)速率需要的SNR)更多的功率，這會(huì)導(dǎo)致這些傳輸信道在飽和區(qū)操作。在該情況下，在此描述的技術(shù)較優(yōu)地將在飽和區(qū)操作的傳輸信道的過量發(fā)射功率重新分配給在飽和區(qū)以下操作的其他傳輸信道。這樣，“較差”的傳輸信道可以獲得更高的頻譜效率，而不犧牲“較佳”的傳輸信道的性能。
在特定實(shí)施例中，提供一種方法，以在多信道通信系統(tǒng)內(nèi)將發(fā)射功率分配給多個(gè)傳輸信道。開始時(shí)，定義要被分配以發(fā)射功率的一個(gè)或多個(gè)傳輸信道集合。可以分配給集合內(nèi)的傳輸信道的可用總發(fā)射功率被確定，且基于特定分配方案被分配給這些傳輸信道(例如灌水方法)。然后識(shí)別由于分配的發(fā)射功率而在飽和區(qū)內(nèi)操作的傳輸信道。每個(gè)該種傳輸信道被分配以一修改后的發(fā)射功率量(例如獲得要求的SNR需要的最小量)。然后確定所有經(jīng)重新分配以修改后的發(fā)射功率的所有傳輸信道的總過量發(fā)射功率。
上述步驟可以實(shí)現(xiàn)一次或多次。第一迭代的傳輸信道集合包括要被分配以發(fā)射功率的所有傳輸信道，且對(duì)于每次相繼迭代，只包括不在飽和區(qū)域內(nèi)的傳輸信道。而且，每次相繼迭代可用的總發(fā)射功率包括在當(dāng)前迭代內(nèi)確定的總過量發(fā)射功率。
本發(fā)明的各個(gè)方面和實(shí)施例在以下進(jìn)一步詳述。本發(fā)明還提供實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的各個(gè)方面、實(shí)施例和特征的方法、處理器、發(fā)射機(jī)單元、接收機(jī)單元、基站、終端、系統(tǒng)和其他裝置和元件，如以下將詳述。
附圖的簡(jiǎn)要描述通過下面提出的結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的特征、性質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯，附圖中相同的符號(hào)具有相同的標(biāo)識(shí)，其中

圖1是使用功率重新分配在MIMO系統(tǒng)的本征模式間分配總發(fā)射功率的處理實(shí)施例流程圖；圖2是使用功率重新分配在多信道通信系統(tǒng)內(nèi)的傳輸信道間分配總發(fā)射功率的處理實(shí)施例流程圖；圖3是在支持離散數(shù)據(jù)速率集合的MIMO系統(tǒng)內(nèi)的本征模式間分配總發(fā)射功率的處理實(shí)施例流程圖；圖4A示出頻譜效率對(duì)有效SNR的兩個(gè)曲線圖。
圖4B和4C示出支持離散數(shù)據(jù)速率集合的通信系統(tǒng)的頻譜效率對(duì)有效SNR的曲線圖；圖5是用于基于灌水方案將總可用發(fā)射功率分配給本征模式集合的處理實(shí)施例流程圖；圖6A和6B用圖例示出基于灌水方案將總發(fā)射功率分配給本征模式；以及圖7是發(fā)射機(jī)系統(tǒng)和接收機(jī)系統(tǒng)的實(shí)施例框圖；以及詳細(xì)描述在此描述的用戶將發(fā)射功率分配/重新分配到傳輸信道的技術(shù)可以用于各種多信道通信系統(tǒng)。該種多信道通信系統(tǒng)包括多輸入多輸出(MIMO)通信系統(tǒng)、正交頻分復(fù)用(OFDM)通信系統(tǒng)、使用OFDM的MIMO系統(tǒng)(即MIMO-OFDM系統(tǒng))以及其他。多信道通信系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)碼分多址(CDMA)、時(shí)分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)或其他多址技術(shù)。多址通信系統(tǒng)可以支持多個(gè)終端(用戶)的進(jìn)發(fā)通信。為了清楚，本發(fā)明的一些方面和實(shí)施例可以特別為MIMO系統(tǒng)描述，諸如多天線無線通信系統(tǒng)。
MIMO系統(tǒng)使用多個(gè)(NT)發(fā)射天線和多個(gè)(NR)接收天線用于數(shù)據(jù)傳輸NT個(gè)發(fā)射天線和NR個(gè)接收天線形成的MIMO信道被分解成NS個(gè)獨(dú)立子信道，其中NS≤min{NT，NR}。NS個(gè)獨(dú)立信道的每個(gè)也被稱為MIMO信道的空間子信道(或傳輸信道)?？臻g子信道的數(shù)目由MIMO信道的本征模式數(shù)確定，該數(shù)目接著取決于信道響應(yīng)矩陣H，該矩陣描述NT個(gè)發(fā)射和NR個(gè)接收天線間的響應(yīng)。
信道響應(yīng)矩陣H的元素由獨(dú)立的高斯隨機(jī)變量組成，如下H‾=h1,1h1,2Λh1,NTh2,1h2,2Λh2,NTMMMhNR,1hNR,2ΛhNR,NT,---(1)]]>其中hi，j是第j個(gè)發(fā)射天線和第i個(gè)接收天線間的耦合(即復(fù)數(shù)增益)。MIMO系統(tǒng)的模型可以被表示為y＝Hx+n，(2)其中y是接收到的向量，即y‾=[y1y2···yNR]T,]]>其中{yi}是第i個(gè)接收到的天線上接收到的項(xiàng)，且i∈{1，...，NR}；x是發(fā)送的向量，即x‾=[x1x2···xNT]T,]]>其中{xj}是第j個(gè)發(fā)射天線上發(fā)送的項(xiàng)，且j∈{1，...，NT}；H是MIMO信道的信道響應(yīng)矩陣；n是帶有的平均值為0向量以及Λn＝σ2I的協(xié)方差矩陣的加性高斯噪聲(AWGN)，其中0為為零的向量，I是單位矩陣，對(duì)角線為1，其余全為零，且σ2是噪聲的方差；以及[.]T表示[.]的轉(zhuǎn)置。
為了簡(jiǎn)單化，MIMO信道被假設(shè)是平緩衰落的窄帶信道。在該情況下，信道響應(yīng)矩陣H的元素為標(biāo)量，且每個(gè)發(fā)射-接收天線對(duì)間的耦合hi，j用單個(gè)標(biāo)量值表示。然而，在此描述的功率分配/重新分配技術(shù)可以應(yīng)用到在不同頻率處有不同信道增益的頻率選擇性信道。在該種頻率選擇性信道中，操作帶寬可以被分成多個(gè)(相等或不等)的頻率帶，使得每個(gè)頻帶被認(rèn)為是平緩衰落信道。然后可以在總發(fā)射功率的分配/重新分配中考慮單個(gè)頻帶的響應(yīng)。
由于在傳播環(huán)境內(nèi)的散布，從NT個(gè)發(fā)射天線發(fā)送的NT個(gè)數(shù)據(jù)流在接收機(jī)處相互干擾。一種用于消除或減少該種干擾的技術(shù)是“對(duì)角線化”MIMO信道，使得這些數(shù)據(jù)流在正交的空間子信道上被有效地發(fā)送。一種用于對(duì)角化MIMO信道的技術(shù)是對(duì)信道響應(yīng)矩陣H實(shí)行奇異值分解，這可以表示為H＝UDVH， (3)其中U是NR×NR的酉矩陣(即UHU＝I)；D是NR×NT矩陣；V是NT×NT的酉矩陣；以及″H″表示矩陣的復(fù)轉(zhuǎn)置。
矩陣D的對(duì)角線項(xiàng)是G＝HHH的本征值的平方根，用λi表示，且i∈{1，...，NS}，其中NS≤min{NT，NR}是可分辨數(shù)據(jù)流數(shù)目。D的所有非對(duì)角線項(xiàng)為零。
對(duì)角線矩陣D因此包含對(duì)角線上的非負(fù)實(shí)數(shù)以及其余為零，其中非負(fù)實(shí)數(shù)值為di=λi.]]>di被稱為信道響應(yīng)矩陣H的奇異值。奇異值分解是領(lǐng)域內(nèi)已知的矩陣操作，且在各個(gè)參考中描述。一種該參考是Gilbert Strang寫的書，題為“Linear Algebra and Its Applications”，第二版，Academic Press，1980，在此引入作為參考。
奇異值分解將信道響應(yīng)矩陣H分解為兩個(gè)酉矩陣U以及V，和對(duì)角矩陣D。矩陣D描述MIMO信道的本征模式，這對(duì)應(yīng)空間子信道。酉矩陣U和V包括用于接收機(jī)和發(fā)射機(jī)相應(yīng)的“操控”向量，這可以用于對(duì)角化MIMO信道。尤其是，為了對(duì)角化MIMO信道，單個(gè)向量s可以左乘矩陣V，且產(chǎn)生的向量x＝Vs在MIMO信道上被發(fā)送。在接收端，接收到的向量y＝Hx+n可以左乘矩陣UH，以獲得恢復(fù)的向量r，如下r‾=U‾HHVs‾+U‾Hn‾]]>=Ds‾+n‾^,---(4)]]>其中 是n的簡(jiǎn)單旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致帶有與n相同的平均值向量和協(xié)方差矩陣的加性高斯白噪聲。
如等式(4)示出，單個(gè)向量s左乘矩陣V以及接收到的向量y左乘矩陣UH導(dǎo)致有效對(duì)角信道D，這是單個(gè)向量s以及恢復(fù)的向量r間的傳遞函數(shù)。作為結(jié)果，MIMO信道被分解成NS個(gè)獨(dú)立、不干擾、正交并行的信道。這些獨(dú)立信道被稱為MIMO信道的空間子信道?？臻g子信道i或本征模式i的增益等于本征值λi，其中i∈I，且集合I被定義為I∈{1，...，NS}。如果發(fā)射機(jī)被提供了信道響應(yīng)矩陣H的估計(jì)，則可以實(shí)現(xiàn)為了獲得NS個(gè)正交空間子信道的MIMO信道的對(duì)角化。
在一般MIMO系統(tǒng)中，可以在NT個(gè)發(fā)射天線的每個(gè)之上施加峰值發(fā)射功率Pmax。在該情況下，發(fā)射機(jī)處所有NT個(gè)發(fā)射天線可用的總發(fā)射功率Ptot可以表示為Ptot=NT··Pmax---(5)]]>總發(fā)射功率Ptot可以基于各個(gè)方案被分配給NS個(gè)非零的本征模式(即空間子信道)。如果目標(biāo)是要最大化容量(即頻譜效率)，則總發(fā)射功率Ptot可以通過“灌水”方案被分配給空間子信道。
灌水技術(shù)類似于將固定量的水灌入有不規(guī)則底部的容器，其中每個(gè)頻率區(qū)段的每個(gè)本征模式對(duì)應(yīng)容器底部的一個(gè)點(diǎn)，且在任何給定點(diǎn)的底部高度對(duì)應(yīng)與該本征模式相關(guān)的信噪比(SNR)的倒數(shù)。較低的高度因此對(duì)應(yīng)高SNR，相反較高的高度對(duì)應(yīng)低SNR?？偪捎冒l(fā)射功率Ptot然后被“注入”該容器，使得容器內(nèi)的較低點(diǎn)(即較高SNR)首先被注入，然后注入較高點(diǎn)(即較低SNR)。發(fā)射功率分布取決于總發(fā)射功率Ptot以及容器在底部上的深度。在所有的總發(fā)射功率已被注入后容量的水平面在容器的所有點(diǎn)上是常數(shù)。在水面高度以上的點(diǎn)未經(jīng)注入(即本征模式的SNR低于一特定閥值的不用)。灌水技術(shù)由Robert G.Gallager在“information Theory and Reliable Communication”內(nèi)描述，John Wileyand Sons，1968，在此引入作為參考。
容量被定義為信息以任意低的差錯(cuò)概率被傳遞的最高頻譜效率，且一般單位為每Hz每秒比特(bps/Hz)。一個(gè)SNR為γ的高斯信道容量可以表示為C＝log2(1+γ) (6)對(duì)于帶有有限總發(fā)射功率Ptot的MIMO系統(tǒng)，灌水方案可以最優(yōu)地將總發(fā)射功率分配給NS個(gè)空間子信道，以獲得該容量。灌水方案將總發(fā)射功率Ptot在本征模式上分布，其方式使得帶有最低噪聲方差的本征模式(即最高SNR)接收到最大部分的總功率。灌水方案中分配給本征模式i的功率量用Pi表示，i∈I，其中Ptot=Σi∈IPi---(7)]]>基于本征模式i分配的發(fā)射功率Pi，i∈I，本征模式i的有效SNRγi可以表示為γi=Pi·λiσ2,---(8)]]>其中γi是本征模式i的本征值，且σ2是MIMO信道的噪聲方差。NS個(gè)空間子信道的容量可以表示為C=Σi=1Nslog2(1+γi)---(9)]]>每個(gè)本征模式的頻譜效率可以基于SNR的特定單調(diào)增量函數(shù)而經(jīng)確定。用于頻譜效率的一個(gè)函數(shù)是等式(6)內(nèi)示出的容量函數(shù)。在該情況下，本征模式i的頻譜效率ρi可以被表示為ρi＝log2(1+γi) (10)圖4A示出頻譜效率對(duì)SNR的兩個(gè)曲線圖。圖412示出基于等式(10)計(jì)算的頻譜效率隨著SNR對(duì)數(shù)地增加。等式(10)假設(shè)SNR的增長(zhǎng)導(dǎo)致逐漸變高的頻譜效率。然而，在實(shí)際的通信系統(tǒng)中，可能有頻譜效率的上限，這可以例如由系統(tǒng)對(duì)任何給定數(shù)據(jù)流支持的最大數(shù)據(jù)速率決定。曲線414示出在較低SNR處頻譜效率對(duì)數(shù)地增加且在ρsat處飽和，ρsat是頻譜效率的上限。當(dāng)SNR的增加不再引起頻譜效率的增加，發(fā)生飽和。頻譜效率飽和時(shí)的SNR用γsat表示(即γsatρsat)。
取決于總發(fā)射功率Ptot，本征值γi以及噪聲方差σ2，灌水方案的總發(fā)射功率分配會(huì)導(dǎo)致一些本征模式在飽和區(qū)操作(即γi＞γsat)以及剩余的本征模式在該區(qū)以下操作(即γi≤γsat)。如果一本征模式被分配以多于獲得要求的SNR需要的發(fā)射功率時(shí)被認(rèn)為在飽和區(qū)操作，如果目標(biāo)是為了獲得最大可能頻譜效率ρsat，則該要求的SNR為γsat。雖然過量發(fā)射功率增加了本征模式的有效SNR，這然后會(huì)降低幀差錯(cuò)率(FER)，但該類型的性能改善不重要，因?yàn)橄到y(tǒng)已經(jīng)在目標(biāo)FER處操作，或在很低的FER處操作。在該情況下，使得有效SNR在要求的SNR以上的過量發(fā)射功率沒有被有效地使用。可以通過利用這些過量發(fā)射功率以增加總系統(tǒng)頻譜效率而改善系統(tǒng)性能。
同樣地，在功率控制的MIMO系統(tǒng)中，對(duì)于每個(gè)本征模式，在接收機(jī)處允許的SNR(即上述的有效SNR)有上限，這可以表示為γsat。在該情況下，如果分配給給定本征模式的發(fā)射功率導(dǎo)致有效SNR大于γsat，則將SNR增長(zhǎng)到γsat以上的過量發(fā)射功率不能用在該本征模式中，由于對(duì)SNR施加了上限。該過量發(fā)射功率可以更佳地分布在其他在γsat以下操作的其他本征模式上。
本發(fā)明的一個(gè)方面提供將總發(fā)射功率分配/重新分配到本征模式，以獲得更高的總系統(tǒng)頻譜效率以及/或其他好處?？偘l(fā)射功率可以在開始時(shí)基于特定功率分配方案被分配給本征模式。初始分配會(huì)導(dǎo)致分配給需要獲得要求的SNR(即支持飽和頻譜效率ρsat需要的γsat)的一些本征模式更多的功率，這會(huì)導(dǎo)致這些本征模式在飽和區(qū)域內(nèi)操作。在該情況下，在此描述的技術(shù)較好地將飽和區(qū)內(nèi)操作的本征模式的過量發(fā)射功率重新分配給其他在飽和區(qū)以下操作的本征模式。這樣，“較差”的傳輸信道可以獲得更高的頻譜效率，而不犧牲“較佳”的傳輸信道的性能。
圖1是用于在MIMO系統(tǒng)內(nèi)的本征模式間分配總發(fā)射功率的處理100的實(shí)施例流程圖。該過程開始時(shí)基于特定功率分配方案(例如灌水方案)將總發(fā)射功率Ptot分配給NS個(gè)本征模式。如果任何本征模式被分配以比獲得要求的SNR需要的更多的發(fā)射功率(即工作在飽和區(qū))，則確定這些本征模式的總過量發(fā)射功率并被重新分配給其他的本征模式。由于總過量發(fā)射功率的重新分配會(huì)導(dǎo)致一些其他的本征模式在飽和區(qū)內(nèi)操作，則可以實(shí)行(或迭代)一次或多次直到(1)沒有過量發(fā)射功率可用于重新分配，或(2)所有的本征模式都在飽和區(qū)。
開始時(shí)，變量n用于表示迭代次數(shù)，n在步驟112處為第一次迭代初始化為一(即n＝1)。在步驟114定義該次迭代的要被分配以發(fā)射功率的所有本征模式集合I(n)。對(duì)于第一次迭代，總發(fā)射功率分配中考慮所有的NS個(gè)本征模式，且I(n)∈{1，...，NS}。且對(duì)于以后的迭代，只在總剩余發(fā)射功率分配中考慮飽和區(qū)以下工作的本征模式，且集合I(n)會(huì)包括少于NS個(gè)本征模式或甚至可以為空集。
如果集合I(n)為空，如在步驟116確定的，這指明沒有本征模式在飽和區(qū)以下操作，則不能分配更多的發(fā)射功率，過程終止。否則，如果集合I(n)不為空，則在步驟118確定可用于該次迭代的總發(fā)射功率Ptot(n)。對(duì)于第一次迭代，可用于所有NT個(gè)發(fā)射天線的總發(fā)射功率Ptot(n)可以如等式(5)示出的被確定。這假設(shè)每個(gè)發(fā)射天線會(huì)在峰值發(fā)射功率Pmax處操作。且對(duì)于每次接著的迭代，該次迭代可用的總發(fā)射功率Ptot(n)可以如下確定。
然后在步驟120基于選定的功率分配方案將總可用發(fā)射功率Ptot(n)分配給集合I(n)內(nèi)的本征模式。各種方案可以應(yīng)用于功率分配，諸如例如灌水方案、將等量的發(fā)射功率分配給所有的本征模式的均勻分配方案以及可能的其他方案。發(fā)射功率還可以基于考慮其他因子的方案被分配，這些因子諸如例如公平性、一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)和/或終端度量等。
在一實(shí)施例中，灌水方案用于將總可用發(fā)射功率Ptot(n)分配給集合I(n)內(nèi)的本征模式。灌水過程的結(jié)果是特定的分配給集合I(n)內(nèi)的每個(gè)本征模式的發(fā)射功率Pi(n)，i∈I(n)。功率分配取決于總可用發(fā)射功率Ptot(n)以及集合I(n)內(nèi)的本征模式的本征值λi。集合I(n)內(nèi)的每個(gè)本征模式的有效SNR可以被確定為γi(n)=Pi(n)·λiσ2,]]>對(duì)于i∈I(n) (11)然后在步驟122確定集合I(n)內(nèi)是否有任何本征模式工作在給于其被分配的發(fā)射功率的飽和區(qū)。這可以通過將為每個(gè)本征模式確定的有效SNRγi(n)與飽和SNRγsat比較而實(shí)現(xiàn)。I(n)內(nèi)的每個(gè)本征模式，如果其γi(n)大于γsat，則被認(rèn)為在飽和區(qū)操作，且被放入臨時(shí)集合J，使得γj(n)＞γsat，j∈J。如果集合I(n)內(nèi)沒有任何本征模式在飽和區(qū)，這用空集合J表示，則沒有過量發(fā)射功率要重新分配，過程終止。否則，如果集合J包括至少一個(gè)本征模式，則集合J內(nèi)的所有本征模式的過量發(fā)射功率被確定且被分配給不在飽和區(qū)內(nèi)的其他本征模式，如果有的話。
在步驟124處，重新分配過量發(fā)射功率的下一迭代開始于將變量n增量1(即n＝n+1)。在步驟126，飽和區(qū)內(nèi)的每個(gè)本征模式被包括在集合J內(nèi)，被分配以獲得需要的SNR(即γsat)要求的最小發(fā)射功率量。該發(fā)射功率可以被確定為Pj(n)=γsat·σ2λj,]]>對(duì)于j∈J(12)在步驟128處確定分配給集合J內(nèi)的每個(gè)本征模式的獲得其要求的SNR的最小功率?？傔^量發(fā)射功率然后可以被確定為ΔP(n)=Σj∈J(Pj(n-1)-Pj(n))---(13)]]>該總過量發(fā)射功率ΔP(n)可以被重新分配給仍在飽和區(qū)以下操作的本征模式。該過程然后回到步驟114。
對(duì)于第二次迭代，在步驟114定義在該迭代內(nèi)要被分配以發(fā)射功率的本征模式集合I(n)。集合I(n)可以通過從先前迭代定義的I(n-1)中去除集合J內(nèi)的本征模式而被定義(即先前在飽和區(qū)內(nèi)的本征模式)。當(dāng)前迭代的集合I(n)因此只包括當(dāng)前不處于飽和的本征模式。如果新集合I(n)為空，如步驟116確定的，則所有的本征模式在飽和區(qū)內(nèi)操作，不需要進(jìn)一步的發(fā)射功率重新分配，且過程終止。否則，如果新集合I(n)不為空，則當(dāng)前迭代可用的總發(fā)射功率Ptot(n)可以被確定為Ptot(n)=Σi∈I(n)Pi(n)+ΔP(n)---(14)]]>在步驟120，當(dāng)前迭代可用的總發(fā)射功率Ptot(n)然后基于選定的功率分配方案被分配給新集合I(n)內(nèi)的本征模式。
圖1內(nèi)示出的過程進(jìn)行到直到(1)所有的過量發(fā)射功率都被重新分配給了不在飽和區(qū)內(nèi)的本征模式(如在步驟122確定的，這可以發(fā)生在較低SNR操作環(huán)境內(nèi))或(2)所有的本征模式都在飽和區(qū)內(nèi)(如步驟116確定的，這可能發(fā)生在高SNR操作環(huán)境中)。
在上述描述中，假設(shè)頻譜效率是有效SRN的嚴(yán)格增量函數(shù)，如等式(10)示出。如果頻譜效率是有效SNR的非線性函數(shù)，也能使用在此描述的發(fā)射功率分配/重新分配技術(shù)。在該情況下，當(dāng)將可用發(fā)射功率分配/重新分配到本征模式時(shí)，考慮非線性。
如上所述，在此描述的發(fā)射功率分配/重新分配技術(shù)還可以用于無線通信系統(tǒng)中的功率控制。每個(gè)本征模式與特定設(shè)定點(diǎn)相關(guān)聯(lián)，該設(shè)定點(diǎn)是為了獲得期望的性能需要的目標(biāo)SNR。對(duì)于NS個(gè)本征模式可以使用相同或不同的設(shè)定點(diǎn)?？偘l(fā)射功率可以被分配給本征模式，使得對(duì)于這些本征模式達(dá)到設(shè)定點(diǎn)。圖1內(nèi)示出的處理還可以用于將發(fā)射功率重新分配給本征模式，其中需要的SNR現(xiàn)在不是γsat，而是設(shè)定點(diǎn)。確定特定本征模式是否在飽和區(qū)操作因此可以取決于與該本征模式相關(guān)的特定設(shè)定點(diǎn)(取代公共的SNR，諸如γsat)。
在此描述的發(fā)射功率分配/重新分配技術(shù)還可以用于其他多信道通信系統(tǒng)，諸如OFDM系統(tǒng)、MIMO-OFDM系統(tǒng)等。
OFDM有效地將系統(tǒng)帶寬分成多(NF)個(gè)頻率子信道，這通常被稱為頻率區(qū)段或子頻帶。每個(gè)頻率子信道與相應(yīng)的子載波(或頻調(diào))相關(guān)聯(lián)，數(shù)據(jù)在該載波上被調(diào)制。在每個(gè)時(shí)隙處，調(diào)制碼元可以在NF個(gè)頻率子信道的每個(gè)之上被發(fā)送，其中時(shí)隙是指一特定時(shí)間間隔，它取決于頻率子信道的帶寬。對(duì)于OFDM系統(tǒng)，每個(gè)頻率子信道可以被稱為傳輸信道，對(duì)于OFDM系統(tǒng)有NC＝NF個(gè)傳輸信道。
OFDM系統(tǒng)的頻率子信道可以經(jīng)歷頻率選擇性衰落(即不同的頻率子信道不同的衰減量)。頻率子信道的特定響應(yīng)取決于發(fā)射和接收天線間的傳播路徑特征(例如衰落和多徑效應(yīng))。因此，對(duì)于給定發(fā)射功率量可以為不同的頻率子信道獲得不同的有效SNR。在該情況下，總發(fā)射功率可以以類似于上述對(duì)于本征模式描述的方式被分配給NF個(gè)頻率子信道。
MIMO-OFDM系統(tǒng)包括每個(gè)NS本征模式NF個(gè)頻率子信道。每個(gè)本征模式的每個(gè)頻率子信道被稱為傳輸信道，且對(duì)于MIMO-OFDM系統(tǒng)有NC＝NF·NS個(gè)傳輸信道。MIMO-OFDM系統(tǒng)內(nèi)的每個(gè)本征模式的頻率子信道類似地經(jīng)歷不同的信道條件，且對(duì)于給定的發(fā)射功率量獲得不同的SNR。在該情況下，總發(fā)射功率可以被分配給NC個(gè)傳輸信道，類似于以上對(duì)本征模式描述的方式。
圖2是多信道通信系統(tǒng)中用于將總發(fā)射功率分配到NC個(gè)傳輸信道的處理2O0實(shí)施例流圖。處理200可以用于任何多信道通信系統(tǒng)，包括MIMO系統(tǒng)、OFDM系統(tǒng)、MIMO-OFDM系統(tǒng)等。處理200開始時(shí)將總發(fā)射功率Ptot基于特定功率分配方案(例如灌水方案)分配給NC個(gè)傳輸信道。如果任何傳輸信道被分配以多于獲得要求的SNR需要的發(fā)射功率(即操作在飽和區(qū))，則確定這些傳輸信道的總過量發(fā)射功率，并將其重新分配給其他傳輸信道。同樣，發(fā)射功率分配可以被實(shí)現(xiàn)(或迭代)一次或多次，直到(1)沒有過量發(fā)射功率可用于重新分配，或(2)所有的傳輸信道在飽和區(qū)。
開始時(shí)，變量n用于表示迭代次數(shù)，n在步驟212處為第一次迭代初始化為一(即n＝1)。在步驟214定義該次迭代的要被分配以發(fā)射功率的所有傳輸信道集合I(n)。對(duì)于第一次迭代，總發(fā)射功率分配中考慮所有的NC個(gè)傳輸信道，且I(n)∈{1，...，NC}，其中對(duì)于MIMO系統(tǒng)NC＝NS，對(duì)于OFDM系統(tǒng)NC＝NF，對(duì)于MIMO-OFDM系統(tǒng)NC＝NF·NS。且對(duì)于隨后的每個(gè)迭代，只在總剩余發(fā)射功率分配中考慮飽和區(qū)以下操作的傳輸信道。集合I(n)會(huì)包括少于NC個(gè)本征模式或甚至可以為空集。
如果集合I(n)為空，如在步驟216確定的，這指明沒有傳輸信道在飽和區(qū)以下操作，對(duì)該區(qū)域可重新分配更多的發(fā)射功率，則過程終止。否則，在步驟218確定可用于該次迭代的用于分配的總發(fā)射功率Ptot(n)。然后在步驟220基于選定的功率分配方案將總可用發(fā)射功率Ptot(n)分配給集合I(n)內(nèi)的傳輸信道。
然后在步驟222確定集合I(n)內(nèi)是否有任何傳輸信道給定其被分配的發(fā)射功率處于飽和區(qū)。這可以通過將為每個(gè)傳輸信道確定的有效SNR γi(n)與該傳輸信道應(yīng)用的設(shè)定點(diǎn)比較而實(shí)現(xiàn)。取決于系統(tǒng)設(shè)計(jì)，一個(gè)設(shè)定點(diǎn)可以用于(1)所有傳輸信道，(2)每個(gè)發(fā)射天線或每個(gè)頻率子信道，(3)每個(gè)傳輸信道，或(4)每個(gè)傳輸信道組。其有效SNR大于應(yīng)用的設(shè)定點(diǎn)的每個(gè)傳輸信道被認(rèn)為在飽和區(qū)操作，且被放入集合J。如果沒有任何傳輸信道在飽和區(qū)，這用空集合J表示，則沒有過量發(fā)射功率要重新分配，則過程終止。否則，如果集合J包括至少一個(gè)傳輸信道，則集合J內(nèi)的所有傳輸信道的過量發(fā)射功率被確定且被分配給不在飽和區(qū)內(nèi)的其他傳輸信道，如果有任何當(dāng)前不在飽和區(qū)內(nèi)操作的其他傳輸信道。
在步驟224處，重新分配過量發(fā)射功率的下一迭代開始于將變量n增量1(即n＝n+1)。在步驟226，飽和區(qū)內(nèi)的每個(gè)傳輸信道被分配以獲得可應(yīng)用的設(shè)定點(diǎn)需要的最小發(fā)射功率量。在步驟228處確定分配給集合J內(nèi)的每個(gè)傳輸信道獲得其要求的SNR的最小功率而節(jié)省的發(fā)射功率。總過量發(fā)射功率然后可以被重新分配給仍在飽和區(qū)以下操作的傳輸信道。該過程然后回到步驟214。
對(duì)于第二次迭代，在步驟214定義在該迭代內(nèi)被分配以發(fā)射功率的傳輸信道集合I(n)以只包括那些當(dāng)前不在飽和區(qū)內(nèi)的傳輸信道。如果新集合I(n)為空，如步驟216確定的，則所有的傳輸信道在飽和區(qū)內(nèi)操作，不需要進(jìn)一步的發(fā)射功率重新分配，且過程終止。否則，如果新集合I(n)不為空，則在步驟218，確定當(dāng)前迭代可用的總發(fā)射功率Ptot(n)，且然后在步驟220基于選定的功率分配方案被分配給新集合I(n)內(nèi)的傳輸信道。
圖2內(nèi)示出的過程進(jìn)行到直到(1)所有的過量發(fā)射功率都被重新分配給了不在飽和區(qū)內(nèi)的傳輸信道(如在步驟222確定的)或(2)所有的傳輸信道都在飽和區(qū)內(nèi)(如步驟216確定的)。
對(duì)于MIMO-OFDM系統(tǒng)，在每次迭代中可以考慮所有的傳輸信道(即對(duì)于空間和頻率維)進(jìn)行功率分配?；蛘?，可以實(shí)現(xiàn)功率分配，使得在任何給定時(shí)間只考慮一維。例如，可以在每發(fā)射天線的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)功率分配，其中每個(gè)發(fā)射天線的總發(fā)射功率Pmax可以被分配給該發(fā)射天線的頻率子信道。
在此描述的技術(shù)還可以用于將發(fā)射功率分配/重新分配到傳輸信道組。每個(gè)組可以包括任何數(shù)量的傳輸信道，且可以與相關(guān)的設(shè)定點(diǎn)相關(guān)聯(lián)。每個(gè)組可以包括例如用于獨(dú)立數(shù)據(jù)流的傳輸信道，該數(shù)據(jù)流可以與特定的數(shù)據(jù)速率以及特定的編碼和調(diào)制方案相關(guān)。對(duì)于多址通信系統(tǒng)，每個(gè)組可以與分配給不同接收機(jī)的傳輸信道相關(guān)聯(lián)。
在以上對(duì)MIMO系統(tǒng)的描述中，使用奇異值分解用于對(duì)角化MIMO信道。在其他實(shí)施例中，接收機(jī)可以提供用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿總€(gè)傳輸信道的質(zhì)量指示。接收機(jī)報(bào)告的信息可以是以估計(jì)的SNR、支持的數(shù)據(jù)速率等形式。發(fā)射機(jī)然后可以基于報(bào)告的信息將發(fā)射功率分配給傳輸信道以獲得可用發(fā)射功率更佳的利用。例如，如果對(duì)于給定傳輸信道估計(jì)的SNR高于獲得指定數(shù)據(jù)速率所需要的，或如果報(bào)告的給定傳輸信道支持的數(shù)據(jù)速率大于系統(tǒng)的最大數(shù)據(jù)速率，則可以為該傳輸信道分配較少的發(fā)射功率。分配的特定的發(fā)射功率量可以基于報(bào)告的信息(例如估計(jì)的SNR或支持的數(shù)據(jù)速率)而經(jīng)確定。
以下描述特定數(shù)值示例以說明用于在本征模式間分配/重新分配總發(fā)射功率的技術(shù)。對(duì)該示例，每個(gè)發(fā)射天線的峰值發(fā)射功率經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，使得Pmax＝1，且噪聲的方差經(jīng)設(shè)定使得在每個(gè)接收機(jī)處的SNR為γrx＝15dB，假設(shè)沒有其他信道惡化。這導(dǎo)致噪聲方差σ2＝10-15/10＝0.0316。還假設(shè)以下參數(shù)NS＝NT＝NR＝4，λ1＝2.4，λ2＝1.0，λ3＝0.4，和λ4＝0.2，以及γsat|dB＝15dB→γsat＝31.62在開始階段(即圖1的n＝1)，要被分配的本征模式集合被定義為I(1)＝{1，2，3，4}(步驟114)且總發(fā)射功率Ptot(n)＝4.1＝4(步驟118)。對(duì)于第一次迭代，灌水功率分配(步驟120)導(dǎo)致分配給集合I(1)內(nèi)的本征模式的以下功率P1(1)＝1.06，P2(1)＝1.04，P3(1)＝0.99，和P4(1)＝0.91集合I(1)內(nèi)的本征模式的有效SNR使用等式(11)經(jīng)計(jì)算，被確定為γ1(1)＝80.25，γ2(1)＝32.85，γ3(1)＝12.54，和γ4(1)＝5.77由于γsat＝31.62，可以觀察到本征模式1和2在飽和區(qū)內(nèi)操作。因此，飽和區(qū)內(nèi)的本征模式集合被定義為J＝{1，2}。
由于集合J不為空(步驟122)，實(shí)現(xiàn)發(fā)射功率重新分配。這是通過首先將索引n增量變?yōu)閚＝2(步驟124)。飽和區(qū)內(nèi)的本征模式然后被分配以最小量的發(fā)射功率以獲得λsat。集合J內(nèi)的本征模式1和2的新發(fā)射功率可以使用等式(12)被確定(步驟126)，如下P1(2)=31.62×0.03162.4=0.42]]>和P2(2)=31.62×0.03161.0=1.00]]>本征模式1和2的總過量發(fā)射功率然后使用等式(13)確定(步驟128)，如下ΔP＝(1.06-0.42)+(1.04-1.00)＝0.68對(duì)于第二次迭代(n＝2)，重新定義要被分配以發(fā)射功率的本征模式I(2)集合(步驟114)以只包括那些當(dāng)前不在飽和區(qū)內(nèi)的，其中I(2)＝{3，4}?？捎糜谠摯蔚目偘l(fā)射功率然后使用等式(14)經(jīng)確定(步驟118)，如下Ptot(2)＝0.99+0.91+0.68＝2.58總可用發(fā)射功率Ptot(2)然后被分配給I(2)內(nèi)的本征模式。對(duì)于第二次迭代，灌水功率分配(步驟120)導(dǎo)致分配給集合I(2)內(nèi)的本征模式以下功率P3(2)＝1.33和P4(2)＝1.25本征模式3和4的有效SNR可以被確定為γ3(2)＝16.84和γ4(2)＝7.92由于λsat＝31.62，則可以觀察到?jīng)]有本征模式在飽和區(qū)操作，則發(fā)射功率分配過程終止。本征模式1到4最終的發(fā)射功率分配如下P1＝0.42，P2＝1.00，P3＝1.33，和P4＝1.25有效SNR為γ1＝31.62，γ2＝31.62，γ3＝16.84，和γ4＝7.92在總發(fā)射功率被分配給本征模式后，集合I(1)＝{1，2，3，4}內(nèi)的每個(gè)本征模式的頻譜效率可以使用等式(10)確定?？傤l譜效率ρtot可以通過對(duì)每個(gè)本征模式獲得的頻譜效率求和而獲得。
可以示出可以通過將在飽和區(qū)域內(nèi)的本征模式的過量發(fā)射功率重新分配給飽和區(qū)內(nèi)的其他本征模式而在中間SNR處獲得2到5dB的增益。在較低的SNR處，本征模式不進(jìn)入飽和區(qū)，因此有很少或沒有發(fā)射功率進(jìn)行重新分配。在較高的SNR處，大部分或所有的本征模式在飽和區(qū)內(nèi)操作，且發(fā)射功率重新分配可以用于減少干擾量，這可以改善相鄰小區(qū)的性能。
離散數(shù)據(jù)速率的功率分配/重新分配在以上的描述中，假設(shè)頻譜效率ρ是有效SNRγ的連續(xù)函數(shù)，如等式(10)示出。另外，上述的系統(tǒng)允許頻譜效率為任何不超過飽和點(diǎn)ρsat的實(shí)數(shù)值。然而一般的通信系統(tǒng)只可能支持每個(gè)空間子信道的離散數(shù)據(jù)速率集合，且數(shù)據(jù)速率集合對(duì)于子信道可以相同或不同。
圖4B示出在對(duì)每個(gè)本征模式支持離散數(shù)據(jù)速率集合的通信系統(tǒng)內(nèi)的一定本征模式的頻譜效率對(duì)有效SNR的曲線圖。每個(gè)數(shù)據(jù)速率集合可以被轉(zhuǎn)換成離散頻譜效率集合且進(jìn)一步與獲得空間子信道上數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪繕?biāo)幀差錯(cuò)率(FER)需要的離散有效SNR集合相關(guān)聯(lián)。
在圖4B內(nèi)，離散頻譜效率在縱軸上被標(biāo)為ρi(d)，且發(fā)生在對(duì)應(yīng)的γi(d)的SRN處，其中i(i∈I)指本征模式i和d(1≤d≤Di)，被用于通過Di個(gè)與本征模式i相關(guān)的離散數(shù)據(jù)速率列舉。本征模式i的最高頻譜效率發(fā)生在d＝Di處并對(duì)應(yīng)發(fā)生在飽和SNRγsat(i)＝γi(Di)處的飽和頻譜效率。該系統(tǒng)的頻譜效率函數(shù)用曲線422示出(粗實(shí)線)。對(duì)應(yīng)獲得一定頻譜效率需要的最小SNR的((γi(d)，ρi(d)))處的離散操作點(diǎn)用實(shí)圈424示出。如圖4B內(nèi)的頻譜效率函數(shù)可見，SNR的增加不提供頻譜效率的改善。因此，分配比在操作頻譜效率處的目標(biāo)FER需要的發(fā)射功率更多的發(fā)射功率會(huì)導(dǎo)致附加發(fā)射功率的無效使用。
上述的過量功率分配/重新分配技術(shù)可以用于帶有離散數(shù)據(jù)速率和設(shè)定點(diǎn)的系統(tǒng)。
圖3是用于在支持離散數(shù)據(jù)速率集合的MIMO系統(tǒng)的本征模式間分配總發(fā)射功率的過程300實(shí)施例流圖。開始時(shí)，總發(fā)射功率Ptot在步驟312處基于特定的功率分配方案(例如灌水方案)被分配給NS個(gè)本征模式。在初始發(fā)射功率分配結(jié)束時(shí)，每個(gè)本征模式被分配以發(fā)射功率Pi，其中i∈I，分配給給定本征模式的功率可以為零。如果本征模式的有效SNR不落在離散操作點(diǎn)的一個(gè)上，則無效地使用了一些分配給該本征模式的發(fā)射功率，且可以使用功率控制。
其SNR不落在離散操作點(diǎn)集合上的本征模式在步驟314處被放入集合K。如果在步驟316處確定集合K為空，則過程終止。否則，在步驟318，集合K內(nèi)的每個(gè)本征模式被分配以滿足該本征模式的當(dāng)前頻譜效率分布需要的最小發(fā)射功率量。這可以通過回退(即減少)分配給集合K內(nèi)的每個(gè)本征模式的發(fā)射功率而實(shí)現(xiàn)，使得本征模式在離散操作點(diǎn)操作。
圖4B還示出三個(gè)本征模式的初始操作點(diǎn)，用虛線426a到426c示出，它們不在離散操作點(diǎn)上。每個(gè)這些本征模式的發(fā)射功率減少回退量BOk，k∈K，使得本征模式以更低的發(fā)射功率操作而不導(dǎo)致頻譜效率損失。對(duì)本征模式k，在離散操作點(diǎn)操作需要的發(fā)射功率 可以表示為P^k=γk(d)·σ2λk,---(15)]]>其中對(duì)于k∈KI，變量k指集合K內(nèi)的每個(gè)本征模式，且γk(d)是對(duì)應(yīng)本征模式k的當(dāng)前頻譜效率ρk(d)的離散操作點(diǎn)。
然后在步驟320處確定通過減少分配給集合K內(nèi)的本征模式的發(fā)射功率而獲得的過量發(fā)射功率，如下
ΔP^=Σk∈K(Pk-P^k),---(16)]]>其中Pk指在步驟312處分配給本征模式k的初始發(fā)射功率。由于只能在其相應(yīng)飽和區(qū)以下操作的本征模式間重新分配過量功率，所以來自本征模式完整集合I的這些本征模式的新(未改變)的有效SNR在其飽和點(diǎn)γsat(i)以下，它們?cè)诓襟E322處用索引j表示，并被放入集合J。如果集合J為空，如在步驟324確定的，則過程終止。一旦對(duì)集合K內(nèi)的本征模式應(yīng)用了新功率，集合J因此包括所有集合I內(nèi)的在其相應(yīng)飽和(不操作)點(diǎn)以下的本征模式。
否則，步驟320內(nèi)確定的過量發(fā)射功率 以各種不同的組合(例如所有可能的組合)在集合J內(nèi)的本征模式間經(jīng)重新分配。這可以基于已知的頻譜效率而實(shí)現(xiàn)，該頻譜效率是每個(gè)本征模式的有效SNR的函數(shù)(例如如圖4B曲線422所示)。為了方便步驟326的評(píng)估，可以為集合J內(nèi)的每個(gè)本征模式j(luò)的每個(gè)操作點(diǎn)d確定增量SNRΔγj(d)以及對(duì)應(yīng)的頻譜效率的增益Δρj(d)的表格。
增量SNRΔγj(d)可以被定義為Δγj(d)＝γj(d+1)-γj(d)， (17)且該增量SNR是將本征模式j(luò)從在當(dāng)前的操作點(diǎn)d處的頻譜效率上移到下一個(gè)更高的頻譜效率d+1的操作點(diǎn)處需要的最小SNR量。對(duì)應(yīng)的頻譜效率內(nèi)的增益Δρj(d)可以給出為Δρj(d)＝ρj(d+1)-ρj(d)， (18)且可以通過將SNR從γj(d)增量到γj(d+1)而獲得。
圖4B說明增量SNR以及給定頻譜效率函數(shù)的頻譜效率內(nèi)產(chǎn)生的增益。增量SNRΔγj(d)可以被轉(zhuǎn)換成增量發(fā)射功率ΔPj(d)，如下ΔPj(d)=Δγj(d)·σ2λj---(19)]]>ΔPj(d)是本征模式j(luò)從當(dāng)前的操作點(diǎn)d到更高的頻譜效率需要的增量功率。
實(shí)現(xiàn)過量發(fā)射功率的重新分配以獲得頻譜效率內(nèi)的最高可能增益。這可以通過以下實(shí)現(xiàn)在步驟328處，使用從等式(19)和(18)相應(yīng)獲得的增量發(fā)射功率和頻譜效率內(nèi)的對(duì)應(yīng)增益實(shí)現(xiàn)對(duì)集合J內(nèi)所有本征模式的過量發(fā)射功率 所有可能重新分配的窮盡搜索(或評(píng)估)。最終，在步驟330，過量發(fā)射功率根據(jù)產(chǎn)生頻譜效率內(nèi)的最高增益的重新分配被分布。過程然后終止。
還可以使用其他方案用于將過量發(fā)射功率分配給集合J內(nèi)的本征模式。在一方案中，過量發(fā)射功率每次從最佳本征模式開始被重新分配給一個(gè)本征模式。例如，一些過量發(fā)射功率可以被重新分配給集合J內(nèi)的最佳本征模式(例如，正好足夠的功率使得該本征模式進(jìn)入下一最高頻譜效率級(jí))。一些剩余的過量發(fā)射功率然后可以被重新分配給集合J內(nèi)的下一更高本征模式，且過程這樣繼續(xù)直到重新分配了所有的過量發(fā)射功率。在另一方案中，開始時(shí)確定集合J內(nèi)每個(gè)本征模式跳到下一更高頻譜效率的所有功率重新分配，選擇實(shí)現(xiàn)最高頻譜效率增益的重新分配(或如果頻譜內(nèi)的增益在所有本征模式上相同，則使用最少量的增量發(fā)射功率量)。還可以使用其他方案，且在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
以下描述特定的數(shù)值示例以說明在支持離散數(shù)據(jù)速率集合的系統(tǒng)內(nèi)用于在本征模式間分配/重新分配總發(fā)射功率的技術(shù)。對(duì)于該示例，每個(gè)發(fā)射天線的峰值發(fā)射功率經(jīng)歸一化，使得Pmax＝1，且噪聲的方差經(jīng)設(shè)定，使得在每個(gè)接收機(jī)處的SNR，假設(shè)沒有其他信道惡化的情況下，為γrx＝10dB。這導(dǎo)致了σ2＝10-10/10＝0.10的噪聲方差。還假設(shè)以下參數(shù)NS＝NT＝NR＝3，和λ1＝1.7，λ2＝0.9，和λ3＝0.4圖4C示出上述示例系統(tǒng)的頻譜效率對(duì)有效SNR。離散數(shù)據(jù)速率的相同集合被假設(shè)應(yīng)用于所有的本征模式，且與曲線432示出的頻譜效率函數(shù)相關(guān)。每個(gè)本征模式的飽和SNR因此為γsat(i)|dB＝12dB，i∈I。
發(fā)射機(jī)處可用的總發(fā)射功率為Ptot＝3.1＝3。灌水功率分配(步驟312)導(dǎo)致分配給三個(gè)本征模式的以下功率P1(1)＝1.08，P2(1)＝1.03，和P3(1)＝0.89使用等式(11)計(jì)算的本征模式的有效SNR被確定為γ1(1)＝18.38，γ2(1)＝9.26，和γ3(1)＝3.56頻譜效率函數(shù)上的三個(gè)本征模式的有效SNR的位置由圖4C內(nèi)的菱形438a到438c示出?？梢娙齻€(gè)本征模式不位于實(shí)圈434示出的離散操作點(diǎn)上。因此集合被確定為K＝{1，2，3}(步驟314)。由于集合K不為空，確定仍導(dǎo)致該本征模式的當(dāng)前頻譜效率值的每個(gè)本征模式的最小發(fā)射功率(步驟318)。對(duì)于該示例，本征模式的發(fā)射功率被回退，使得有效SNR對(duì)于第一、第二和第三本征模式相應(yīng)為12dB、9dB以及3dB。
使用等式(15)，三個(gè)本征模式的新發(fā)射功率被確定為
P^1=10(12/10)×0.11.7=0.93,]]>P^2=10(9/10)×0.10.9=0.88,]]>和P^3=10(3/10)×0.10.4=0.50]]>新發(fā)射功率分配將三個(gè)本征模式的操作點(diǎn)推向離散操作點(diǎn)。下一步，由等式(16)確定過量發(fā)射功率為ΔP^=(1.08-0.93)+(1.03-0.88)+(0.89-0.50)=0.69]]>由于第一本征模式已經(jīng)在其飽和點(diǎn)處，不再重新分配給該本征模式更多的發(fā)射功率。過量發(fā)射功率可以被重新分配給本征模式二和三，且集合J等于J＝{2，3}。
表格1列出每個(gè)操作點(diǎn)d和每個(gè)本征模式(對(duì)于j∈J)的增量SNRΔγj(d)。由于在該示例中對(duì)所有本征模式，離散數(shù)據(jù)速率相同，丟棄下標(biāo)j，且增量SNR被表示為Δγ(d)。本征模式j(luò)上的增量發(fā)射功率ΔPj(d)是本征模式j(luò)的本征值λj的函數(shù)。為每個(gè)本征模式(對(duì)于j∈J)和每個(gè)操作點(diǎn)d示出ΔPj(d)，如使用等式(19)計(jì)算的。最后，在最后一列列出頻譜效率內(nèi)的增量增益Δρj(d)，對(duì)于所有操作點(diǎn)保持在0.5bps/Hz處恒定，如圖4C示出。
表格1
下一步驟是確定過量發(fā)射功率的所有可能重新分配，ΔP^=0.69.]]>因?yàn)榈诙偷谌菊髂Ｊ椒謩e在的d＝5和d＝2處操作，只有一種有效的過量功率的分配，就是重新分配ΔP2(d)＝0.22更多的發(fā)射功率給第二本征模式，重新分配ΔP3(d)＝0.40更多的發(fā)射功率給第三本征模式。該功率重新分配會(huì)導(dǎo)致頻譜效率內(nèi)1bps/Hz的增長(zhǎng)，且未使用的發(fā)射功率量為ΔP^u=0.69-0.22-0.40=0.7]]>如上所述，在此描述的用于將發(fā)射功率分配/重新分配給傳輸信道的技術(shù)還可以用于各種多信道通信系統(tǒng)，包括MIMO系統(tǒng)、OFDM系統(tǒng)、MIMO-OFDM系統(tǒng)等。這些技術(shù)還可以有利地被用于帶有飽和頻譜效率ρsat的系統(tǒng)(如圖4A內(nèi)說明)以及用于支持傳輸信道的一個(gè)或多個(gè)離散數(shù)據(jù)速率集合的系統(tǒng)(如圖4B內(nèi)說明)。圖3內(nèi)示出的過程可以經(jīng)修改以將發(fā)射功率分配/重新分配給傳輸信道(而不是本征模式)。
指定頻譜效率的功率分配/重新分配上述的技術(shù)可以用于分配/重新分配總發(fā)射功率以最大化頻譜效率(例如為了獲得最高可能總吞吐量或傳輸信道的集合數(shù)據(jù)速率)。對(duì)于一些通信系統(tǒng)，集合數(shù)據(jù)速率可以是受限或指定的。對(duì)于這些系統(tǒng)，上述的技術(shù)可以經(jīng)修改并用于分配獲得指定集合數(shù)據(jù)速率的最小量的發(fā)射功率。
獲得特定頻譜效率的最小發(fā)射功率分配可以以各種方式實(shí)現(xiàn)，這可以取決于通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和容量。幾種可能的方案列出如下。
對(duì)于支持離散數(shù)據(jù)速率集合的系統(tǒng)，特定頻譜效率的最小發(fā)射功率分配可以如下實(shí)現(xiàn)1.例如基于灌水方案，將總發(fā)射功率分配給傳輸信道。
2.使用上述的技術(shù)確定每個(gè)傳輸信道的新發(fā)射功率，使得其操作點(diǎn)落在獲得相同頻譜效率的離散操作點(diǎn)上。
3.確定用新發(fā)射功率分配獲得的集合頻譜效率。如果該頻譜效率高于指定的頻譜效率，則進(jìn)行到步驟4。否則，完成發(fā)射功率分配。
4.作為可獲得的頻譜效率(帶有新發(fā)射功率分配)和指定的頻譜效率之差確定“過量”頻譜效率。系統(tǒng)的頻譜效率然后被降低該確定的差的量。
5.形成每個(gè)傳輸信道的增量發(fā)射功率/增量頻譜效率表格，一示例為表格16.搜索發(fā)射功率的各種可能減少，該種減少可以獲得小于或等于步驟4內(nèi)確定過量頻譜效率的頻譜效率減少。
7.從步驟6，選擇最大化節(jié)省的發(fā)射功率量的發(fā)射功率減少。
對(duì)于支持更連續(xù)可變數(shù)據(jù)速率的系統(tǒng)(例如更細(xì)化增量的離散數(shù)據(jù)速率)，可以實(shí)現(xiàn)迭代搜索以確定指定頻譜效率的最小發(fā)射。尤其是，在開始時(shí)分配了總發(fā)射功率后(例如基于灌水方案)，可以如上所述確定過量頻譜效率。如果過量頻譜效率超過一特定閥值(例如在指定的頻譜效率上的特定百分比)，則可以確定減少頻譜效率的新發(fā)射功率分配。這可以以下方式獲得回退總發(fā)射功率(其回退的百分比可以基于過量頻譜效率的百分比而經(jīng)估計(jì))，且將回退后的發(fā)射功率分配給傳輸信道(例如同樣基于灌水方案)。如果回退后的發(fā)射功率獲得的頻譜效率小于規(guī)定的頻譜效率，則可以減少回退，且新的回退后的發(fā)射功率可以在此被分配給傳輸信道。該過程可以迭代多次直到特定回退后的發(fā)射功率獲得的頻譜效率在可接受的閥值內(nèi)。
還可以實(shí)現(xiàn)確定其他指定頻譜效率的最小發(fā)射功率分配的方案，且在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
灌水功率分配當(dāng)在發(fā)射機(jī)處有全CSI可用時(shí)，MIMO信道可以使用奇異值分解被對(duì)角線化成NS個(gè)正交信道，如上所述。該技術(shù)導(dǎo)致NS個(gè)不相干擾的空間子信道，被稱為本征模式，本征模式i上的功率等于與該本征模式相關(guān)的本征值λi，i∈I＝{1，2，...，NS}。每個(gè)空間子信道上的性能受到方差為σ2的加性高斯白噪聲(AWGN)的限制圖5是用于將總可用功率分配給本征模式集合的過程500實(shí)施例流圖。過程500是灌水方案的一特定實(shí)現(xiàn)，且可以用于圖1、2和3內(nèi)相應(yīng)的步驟120、220和213。灌水方案在給定發(fā)射機(jī)處的總發(fā)射功率Ptot、本征值λi以及噪聲方差σ2條件下，確定分配給集合I內(nèi)本征模式的發(fā)射功率Pi(i∈I)。
在步驟512開始時(shí)，用于表示迭代次數(shù)的變量n被設(shè)定為一(即n＝1)。在步驟514，對(duì)于第一次迭代，集合I(n)被定義為包括所有本征模式(即1≤i≤NS)。然后在步驟516，確定當(dāng)前迭代的集合I(n)的勢(shì)(即長(zhǎng)度)L1(n)＝|I(n)|，對(duì)于第一次迭代，L1(n)＝NS。
在步驟518，接著確定要分布在集合I(n)內(nèi)的本征模式上的總“有效”功率PTOTAL。總有效功率被定義為等于在發(fā)射機(jī)處可用的總發(fā)射功率Ptot加上每個(gè)本征模式上的SNR倒數(shù)之和，如下PTOTAL=Ptot+Σi∈Iσ2λi---(20)]]>圖6A用圖說明帶有三個(gè)本征模式的示例系統(tǒng)的總有效功率。每個(gè)本征模式有SNR倒數(shù)等于σ2/λi(假設(shè)歸一化的發(fā)射功率1.0)，i＝{1，2，3}。發(fā)射機(jī)處可用的發(fā)射功率總量為Ptot＝P1+P2+P3，且用圖6A內(nèi)的陰影區(qū)表示?？傆行Чβ视脠D6A內(nèi)的陰影和非陰影區(qū)表示。
總發(fā)射功率然后被分配給集合I(n)內(nèi)的本征模式。用于本征模式的索引i在步驟520被初始化為一(即i＝1)。分配給本征模式i的發(fā)射功率量然后在步驟522被確定，基于以下Pi=PTOTALL1(n)-σ2λi---(21)]]>對(duì)于灌水，雖然水面的底部有不規(guī)則表面，但最上面的水面在整個(gè)容器內(nèi)保持恒定。類似地且如圖6A示出，在總發(fā)射功率Ptot分布在本征模式上后，在所有本征模式上最后功率電平恒定。該最終功率電平通過將PTOTAL除以集合I(n)內(nèi)的本征模式的數(shù)目L1(n)而經(jīng)確定。分配給本征模式i的功率量然后通過將該本征模式的SNR倒數(shù)σ2/λi從最終功率電平PTOTAL/L1(n)中減去而經(jīng)確定如等式(21)給出，且在圖6A內(nèi)示出。集合I(n)內(nèi)的每個(gè)本征模式在步驟522被分配以發(fā)射功率Pi。步驟524和步驟526是將發(fā)射功率分配給集合I(n)內(nèi)的每個(gè)本征模式的環(huán)路的一部分。
圖6B示出灌水方案的功率分配情況，這導(dǎo)致一本征模式接收負(fù)功率，這是(PTOTAL/L1(n))＜(σ2/λi)的情況。在功率分配結(jié)束時(shí)，如果有本征模式接收到負(fù)功率，如在步驟528確定的，則在步驟530，過程繼續(xù)通過將所有帶有為負(fù)功率的本征模式(即Pi＜0)從集合I(n)中去除，且在步驟532將n增量一(即n＝n+1)。因此，在每次接著的迭代中，總發(fā)射功率在集合I(n)內(nèi)剩余的本征模式間劃分。該過程繼續(xù)直到集合I(n)內(nèi)的所有本征模式都被分配了正功率，如步驟528內(nèi)確定的。不在集合I(n)內(nèi)的本征模式被分配以零功率。
為了清楚解釋，特地描述了本征模式的灌水方案。一般，灌水方案可以對(duì)任何類型的傳輸信道實(shí)現(xiàn)(例如空間子信道、頻率子信道或空間子信道的頻率子信道，這取決于實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng))。圖5內(nèi)示出的過程因此可以經(jīng)修改以將發(fā)射功率分配給傳輸信道(而不是本征模式)。
實(shí)現(xiàn)MIMO-OFDM系統(tǒng)的基本灌水處理的特定算法在美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?9/978337內(nèi)描述，題為“Method and Apparatus for Determining PowerAllocation in a MIMO Communication System”，提交于2001年10月15日，轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并在此引入作為參考。
系統(tǒng)圖7是發(fā)射機(jī)系統(tǒng)710和接收機(jī)系統(tǒng)750實(shí)施例框圖，它們能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的各個(gè)方面和實(shí)施例。
在發(fā)射機(jī)710處，從數(shù)據(jù)源712提供話務(wù)數(shù)據(jù)給發(fā)射(TX)數(shù)據(jù)處理器714，該處理器基于一個(gè)或多個(gè)編碼方案對(duì)話務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行格式化、編碼和交織以提供編碼后的數(shù)據(jù)。編碼后的話務(wù)數(shù)據(jù)然后可以使用時(shí)分多路復(fù)用(TDM)或碼分多路復(fù)用(CDM)在一個(gè)或多個(gè)用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃袀鬏斝诺阑蚱渥蛹吓c導(dǎo)頻數(shù)據(jù)一起多路復(fù)用。導(dǎo)頻數(shù)據(jù)一般是以已知的方式處理的已知數(shù)據(jù)模式。經(jīng)多路復(fù)用的導(dǎo)頻和編碼后話務(wù)數(shù)據(jù)然后基于一個(gè)或多個(gè)調(diào)制方案(例如BPSK、QPSK、M-PSK或M-QAM)經(jīng)調(diào)制以提供調(diào)制碼元。每個(gè)傳輸信道或每個(gè)傳輸信道組的數(shù)據(jù)速率、編碼、交織以及調(diào)制可以由控制器730提供的各種控制確定。
調(diào)制碼元然后被提供給TX MIMO處理器720并經(jīng)進(jìn)一步處理。在特定實(shí)施例中，TX MIMO處理器720的處理包括(1)分解信道響應(yīng)矩陣H的估計(jì)以獲得酉矩陣V以及對(duì)角矩陣D；(2)將調(diào)制碼元(即信道向量s)左乘酉陣V，以及(3)將經(jīng)預(yù)調(diào)整后的碼元(即發(fā)射向量x)多路分解為NT個(gè)碼元流。在另一實(shí)施例中，TX MIMO處理器720的處理簡(jiǎn)單地包括將調(diào)制碼元多路分解為NT個(gè)碼元流(即沒有用矩陣V預(yù)調(diào)整的碼元)。TX MIMO處理器720可以進(jìn)一步對(duì)每個(gè)碼元進(jìn)行比例調(diào)整，這是通過基于分配給用于該碼元的傳輸信道的發(fā)射功率量確定合適的加權(quán)而實(shí)現(xiàn)的。NT個(gè)(經(jīng)加權(quán))的碼元流然后被提供給發(fā)射機(jī)(TMTR)722a到722t、每個(gè)發(fā)射機(jī)722接收并處理相應(yīng)的碼元流。對(duì)于OFDM系統(tǒng)，每個(gè)發(fā)射機(jī)變換碼元(例如使用IFFT)以形成OFDM碼元，且進(jìn)一步向每個(gè)OFDM碼元加入循環(huán)前綴以形成對(duì)應(yīng)的傳輸碼元。每個(gè)發(fā)射機(jī)還將碼元流轉(zhuǎn)換成一個(gè)或多個(gè)模擬信號(hào)并進(jìn)一步將模擬信號(hào)調(diào)整(例如放大、濾波并正交調(diào)制)以生成適用于在MIMO信道上傳輸?shù)囊颜{(diào)信號(hào)。來自發(fā)射機(jī)722a到722t的NT個(gè)已調(diào)信號(hào)然后相應(yīng)地從NT個(gè)天線724a到724t被發(fā)送。
在接收機(jī)系統(tǒng)750處，發(fā)送的已調(diào)信號(hào)由NR個(gè)天線752a到752r接收，且來自每個(gè)天線752接收到的信號(hào)被提供給相應(yīng)的接收機(jī)(RCVR)754。每個(gè)接收機(jī)754對(duì)接收到的信號(hào)調(diào)整(例如濾波、放大以及下變頻)并將經(jīng)調(diào)整的信號(hào)數(shù)字化以提供相應(yīng)的采樣流。每個(gè)數(shù)據(jù)流可以進(jìn)一步經(jīng)處理(例如用恢復(fù)的導(dǎo)頻解調(diào))以獲得對(duì)應(yīng)的接收到的碼元流(用y表示)。RX MIMO處理器760然后接收并處理NR個(gè)接收到的碼元流以提供NT個(gè)恢復(fù)的碼元流。在特定實(shí)施例中，RXMIMO處理器760的處理可以包括(1)將估計(jì)的信道響應(yīng)矩陣分解以獲得酉矩陣U，(2)用酉矩陣UH左乘接收到的碼元(即向量y)，以提供恢復(fù)的碼元(即向量r)，以及(3)對(duì)恢復(fù)的碼元進(jìn)行均衡以獲得均衡后的碼元。
接收(RX)數(shù)據(jù)處理器762然后對(duì)均衡后的碼元解調(diào)、解交織并解碼以恢復(fù)發(fā)送的話務(wù)數(shù)據(jù)。RX MIMO處理器760以及RX數(shù)據(jù)處理器762的處理分別與在發(fā)射機(jī)處的TX MIMO處理器720和TX數(shù)據(jù)處理器714實(shí)行的處理互補(bǔ)。
RX MIMO處理器760可以進(jìn)一步導(dǎo)出MIMMO信道的信道響應(yīng)矩陣H以及傳輸信道的SNR等，并將這些量提供給控制器770。RX數(shù)據(jù)處理器762還可以提供每個(gè)接收到的幀或分組的狀態(tài)、一個(gè)或多個(gè)其他指示解碼后結(jié)果的性能度量以及可能的其他信息?？刂破?70收集信道狀態(tài)信息(CSI)，包括從RX MIMO處理器760和RX數(shù)據(jù)處理器762接收到的所有信息或其一部分。CSI然后由TX數(shù)據(jù)處理器778處理，由調(diào)制器780調(diào)制，由發(fā)射機(jī)754a到754r經(jīng)調(diào)整，并被發(fā)送回發(fā)射機(jī)系統(tǒng)710。
在發(fā)射機(jī)系統(tǒng)710處，來自接收機(jī)系統(tǒng)750的已調(diào)信號(hào)為天線724接收，經(jīng)接收機(jī)722調(diào)整，由解調(diào)器解調(diào)并由RX數(shù)據(jù)處理器742處理以恢復(fù)接收機(jī)系統(tǒng)報(bào)告的CSI。CSI然后被提供給控制器730并用于為TX數(shù)據(jù)處理器714和TX MIMO處理器720生成各種控制。
控制器730和770引導(dǎo)在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)系統(tǒng)處相應(yīng)的操作。存儲(chǔ)器732和772相應(yīng)提供控制器730和770使用的程序代碼和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。
為了實(shí)現(xiàn)上述的發(fā)射功率分配/重新分配技術(shù)，控制器730從接收機(jī)系統(tǒng)750接收CSI，這可以包括描述MIMO信道特征的信道響應(yīng)矩陣或其他信息。控制器730然后將總發(fā)射功率分配給傳輸信道，使得在飽和區(qū)操作的傳輸信道的過量發(fā)射功率被重新分配給不在飽和區(qū)內(nèi)的其他傳輸信道，如上所述。分配給每個(gè)傳輸信道的發(fā)射功率Pi可以確定用于該傳輸信道的數(shù)據(jù)速率以及編碼和調(diào)制方案。
發(fā)射機(jī)和接收機(jī)系統(tǒng)的各種MIMO和OFDM處理技術(shù)在以下專利申請(qǐng)部分被詳細(xì)說明，它們被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并在此引入作為參考●美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)09/993087，題為“Multiple-AccessMultiple-Input Multiple-Output(MIMO)Communication System”，提交于2001年11月6日；●美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)09/854235，題為“Method and Apparatus forProcessing Data in a Multiple-Input Multiple-Output(MIMO)Communication System Utilizing Channel State Information”，提交于2001年5月11日；●美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)09/826481和09/956449，題為“Method andApparatus for Utilizing Channel State Information in aWireless Communication System”，相應(yīng)地提交于2001年3月23日和2001年9月18日；以及●美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)10/017308，題為“Time-Domain Transmit andReceive Processing with Channel Eigenmode Decomposition forMIMO system”，提交于2001年12月7日。
在此描述的發(fā)射功率分配/重新分配技術(shù)可以以各種方式實(shí)現(xiàn)。例如，這些技術(shù)可以以硬件、軟件或其組合實(shí)現(xiàn)。對(duì)于硬件實(shí)現(xiàn)，用于將發(fā)射功率分配/重新分配給傳輸信道的元件可以用以下元件實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用專用集成電路(ASIC)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、數(shù)字信號(hào)處理設(shè)備(DSPD)、可編程邏輯設(shè)備(PLD)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)、處理器、控制器、微控制器、微處理器、其他用于實(shí)現(xiàn)上述功能的電子單元或其組合。
對(duì)于軟件實(shí)現(xiàn)，發(fā)射功率分配/重新分配可以用實(shí)現(xiàn)上述功能的模塊(例如，過程、函數(shù)等)實(shí)現(xiàn)。軟件代碼可以被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器單元(例如圖7的存儲(chǔ)器732)內(nèi)并由處理器執(zhí)行(例如控制器730)。存儲(chǔ)器單元可以實(shí)施在處理器內(nèi)或處理器外部，在該情況下，它可以通過領(lǐng)域內(nèi)已知的各種裝置被通信耦合到處理器。
在此包括的標(biāo)題用于參考并幫助定位一些部分。這些標(biāo)題不用于限制在此描述的概念，且這些概念在整個(gè)規(guī)范內(nèi)的其它部分內(nèi)也可以有應(yīng)用。
上述優(yōu)選實(shí)施例的描述使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能制造或使用本發(fā)明。這些實(shí)施例的各種修改對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的，這里定義的一般原理可以被應(yīng)用于其它實(shí)施例中而不使用創(chuàng)造能力。因此，本發(fā)明并不限于這里示出的實(shí)施例而要符合與這里揭示的原理和新穎特征一致的最寬泛的范圍。
權(quán)利要求
1.一種方法，用于在無線通信系統(tǒng)中將發(fā)射功率分配給多個(gè)傳輸信道，其特征在于包括定義一個(gè)或多個(gè)要被分配以發(fā)射功率的傳輸信道集合；確定可用于分配給集合內(nèi)的傳輸信道的總發(fā)射功率；基于特定分配方案將總發(fā)射功率分配給集合內(nèi)的傳輸信道；標(biāo)識(shí)由于分配的發(fā)射功率導(dǎo)致處于飽和區(qū)的傳輸信道；用修改的發(fā)射功率量重新分配給處于飽和區(qū)的每個(gè)傳輸信道；為所有被重新分配以修改的發(fā)射功率量的傳輸信道確定總過量發(fā)射功率；以及為一次或多次迭代實(shí)現(xiàn)定義、確定、分配、標(biāo)識(shí)和重新分配，其中用于第一迭代的傳輸信道集合包括多個(gè)傳輸信道，對(duì)于每次相繼迭代包括不處于飽和區(qū)的傳輸信道，且其中每次相繼的迭代可用的總發(fā)射功率包括在當(dāng)前迭代中確定的總過量發(fā)射功率。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于可用于每次迭代的總發(fā)射功率基于灌水分配方案被分配給集合內(nèi)的傳輸信道。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于如果一傳輸信道被分配以多于獲得特定最大數(shù)據(jù)速率需要的發(fā)射功率，則所述傳輸信道被認(rèn)為處于飽和區(qū)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于分配給飽和區(qū)內(nèi)的每個(gè)傳輸信道的發(fā)射功率修改后的量是獲得最大數(shù)據(jù)速率需要的最小量。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于如果一傳輸信道被分配以多于獲得特定信噪比(SNR)需要的發(fā)射功率，則所述傳輸信道被認(rèn)為處于飽和區(qū)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于對(duì)集合內(nèi)的所有傳輸信道使用單個(gè)SNR。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于每個(gè)傳輸信道與相應(yīng)的閥值SNR相關(guān)聯(lián)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的標(biāo)識(shí)包括部分基于分配給傳輸信道的發(fā)射功率確定集合內(nèi)每個(gè)傳輸信道的有效信噪比(SNR)；將集合內(nèi)的每個(gè)傳輸信道的有效SNR與可應(yīng)用到傳輸信道的閥值SNR相比較，以及如果其有效SNR大于可應(yīng)用的閥值SNR則聲明傳輸信道處于飽和區(qū)內(nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于閥值SNR對(duì)應(yīng)于獲得特定最大數(shù)據(jù)速率需要的SNR。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于無線通信系統(tǒng)是多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于多個(gè)傳輸信道對(duì)應(yīng)MIMO通信系統(tǒng)的MIMO信道的多個(gè)本征模式。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述無線通信系統(tǒng)是正交頻分多路復(fù)用(OFDM)通信系統(tǒng)。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述無線通信系統(tǒng)是使用正交頻分多路復(fù)用(OFDM)的多輸入多輸出(MIMO)通信系統(tǒng)。
14.一種方法，用于將發(fā)射功率分配給多輸入多輸出(MIMO)通信系統(tǒng)內(nèi)的多個(gè)空間子信道，其特征在于包括定義要被分配以發(fā)射功率的一個(gè)或多個(gè)空間子信道集合；確定可用于分配給集合內(nèi)空間子信道的總發(fā)射功率；基于特定的分配方案將總發(fā)射功率分配給集合內(nèi)的空間子信道；標(biāo)識(shí)從分配的發(fā)射功率產(chǎn)生的處于飽和區(qū)的空間子信道；重新分配給處于飽和區(qū)的每個(gè)空間子信道一修改后的發(fā)射功率量；確定所有經(jīng)重新分配以修改后發(fā)射功率量的空間子信道的總過量發(fā)射功率；以及為一次或多次迭代實(shí)現(xiàn)定義、確定、分配、標(biāo)識(shí)和重新分配，其中用于第一迭代的空間子信道集合包括多個(gè)空間子信道，以及對(duì)于每次相繼迭代包括不處于飽和區(qū)的空間子信道，且其中對(duì)于每次相繼的迭代可用的總發(fā)射功率包括在當(dāng)前迭代中確定的總過量發(fā)射功率。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于可用于每次迭代的總發(fā)射功率基于灌水分配方案被分配給集合內(nèi)的空間子信道。
16.一種用于在無線通信系統(tǒng)內(nèi)將發(fā)射功率分配給多個(gè)傳輸信道的方法，其特征在于包括標(biāo)識(shí)要被分配以發(fā)射功率的第一傳輸信道集合；確定可用于分配給第一集合內(nèi)的傳輸信道的總發(fā)射功率；基于特定的分配方案將總發(fā)射功率分配給第一集合內(nèi)的傳輸信道；標(biāo)識(shí)對(duì)最優(yōu)操作點(diǎn)被分配以過量發(fā)射功率的一個(gè)或多個(gè)傳輸信道的第二集合；分配給第二集合內(nèi)的每個(gè)傳輸信道一發(fā)射功率的修改后量以達(dá)到最優(yōu)操作點(diǎn)；確定在第二集合內(nèi)的所有傳輸信道的總過量功率；標(biāo)識(shí)能支持更高最優(yōu)操作點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)傳輸信道的第三集合；以及將總過量功率重新分配給第三集合內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)傳輸信道。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于每個(gè)最優(yōu)操作點(diǎn)與支持特定離散數(shù)據(jù)速率需要的信噪比(SNR)相關(guān)聯(lián)。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于還包括評(píng)估多種將總過量功率重新分配給第三集合內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)傳輸信道的多種可能性。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于還包括選擇與吞吐量?jī)?nèi)最高增益相關(guān)的重新分配。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于總過量功率每次一個(gè)信道被重新分配給第三集合內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)傳輸信道。
21.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于每個(gè)傳輸信道被重新分配以足以達(dá)到下一更高最優(yōu)操作點(diǎn)的發(fā)射功率。
22.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于重新分配包括確定第三集合內(nèi)每個(gè)傳輸信道需要的發(fā)射功率量以達(dá)到下一更高最優(yōu)操作點(diǎn)；以及將總過量功率分配給與吞吐量?jī)?nèi)的最高增益相關(guān)聯(lián)的傳輸信道。
23.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于基于灌水方案總發(fā)射功率被分配給第一集合內(nèi)的傳輸信道。
24.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于多個(gè)傳輸信道對(duì)應(yīng)于MIMO系統(tǒng)內(nèi)的空間子信道。
25.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于多個(gè)傳輸信道對(duì)應(yīng)于OFDM系統(tǒng)內(nèi)的頻率子信道。
26.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于多個(gè)傳輸信道對(duì)應(yīng)于MIMO-OFDM系統(tǒng)內(nèi)的空間子信道的頻率子信道。
27.一方法，用于在無線通信系統(tǒng)中將發(fā)射功率分配給多個(gè)傳輸信道，其特征在于包括標(biāo)識(shí)要被分配以發(fā)射功率的傳輸信道集合；確定可用于分配給傳輸信道的總發(fā)射功率；基于特定分配方案將總發(fā)射功率分配給集合內(nèi)的傳輸信道；部分基于分配給傳輸信道的發(fā)射功率確定過量頻譜效率；以及重新分配給一個(gè)或多個(gè)傳輸信道以減少的發(fā)射功率量以減少過量頻譜效率。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于還包括減少分配給每個(gè)傳輸信道的發(fā)射功率以獲得最優(yōu)操作點(diǎn)。
29.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于還包括為傳輸信道的多個(gè)發(fā)射功率減少確定頻譜效率方面的增量改變；以及選擇與增量頻譜效率改變相關(guān)聯(lián)的最大發(fā)射功率減少，所述改變小于或等于過量頻譜效率。
30.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于還包括確定回退后的發(fā)射功率；以及將回退后的發(fā)射功率分配給集合內(nèi)的傳輸信道。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于還包括實(shí)現(xiàn)確定回退后的發(fā)射功率，并分配回退后的發(fā)射功率一次或多次直到過量頻譜效率在特定閥值以內(nèi)。
32.一耦合到數(shù)字信道處理設(shè)備(DSPD)的存儲(chǔ)器，其特征在于所述DSPD能將數(shù)字信號(hào)解釋為定義一個(gè)或多個(gè)要被分配以發(fā)射功率的傳輸信道集合；確定可用于分配給集合內(nèi)的傳輸信道的總發(fā)射功率；基于特定分配方案將總發(fā)射功率分配給集合內(nèi)的傳輸信道；標(biāo)識(shí)由于分配的發(fā)射功率導(dǎo)致處于飽和區(qū)的傳輸信道；重新分配給處于飽和區(qū)的每個(gè)傳輸信道以修改的發(fā)射功率量；為所有被重新分配以修改的發(fā)射功率量的傳輸信道確定總過量發(fā)射功率；以及為一次或多次迭代實(shí)現(xiàn)定義、確定、分配、標(biāo)識(shí)和重新分配，其中用于第一迭代的傳輸信道集合包括無線通信系統(tǒng)中的多個(gè)傳輸信道，以及對(duì)于每次相繼迭代包括不處于飽和區(qū)的傳輸信道，且其中每次相繼的迭代可用的總發(fā)射功率包括在當(dāng)前迭代中確定的總過量發(fā)射功率。
33.一計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，用于在無線通信系統(tǒng)內(nèi)將發(fā)射功率分配給多個(gè)傳輸信道，其特征在于包括用于定義一個(gè)或多個(gè)要被分配以發(fā)射功率的傳輸信道集合的代碼；用于確定可用于分配給集合內(nèi)的傳輸信道的總發(fā)射功率的代碼；用于基于特定分配方案將總發(fā)射功率分配給集合內(nèi)的傳輸信道的代碼；用于標(biāo)識(shí)由于分配的發(fā)射功率導(dǎo)致處于飽和區(qū)的傳輸信道的代碼；用于重新分配給處于飽和區(qū)的每個(gè)傳輸信道以修改的發(fā)射功率量的代碼；用于為所有被重新分配以修改的發(fā)射功率量的傳輸信道確定總過量發(fā)射功率的代碼；用于為一次或多次迭代實(shí)現(xiàn)定義、確定、分配、標(biāo)識(shí)和重新分配的代碼，其中用于第一迭代的傳輸信道集合包括多個(gè)傳輸信道，以及對(duì)于每次相繼迭代包括不處于飽和區(qū)的傳輸信道，且其中每次相繼的迭代可用的總發(fā)射功率包括在當(dāng)前迭代中確定的總過量發(fā)射功率；以及用于存儲(chǔ)所述代碼的計(jì)算機(jī)可用媒質(zhì)。
34.無線通信系統(tǒng)內(nèi)的一裝置，其特征在于包括用于定義一個(gè)或多個(gè)要被分配以發(fā)射功率的傳輸信道集合的裝置；用于確定可用于分配給集合內(nèi)的傳輸信道的總發(fā)射功率的裝置；用于基于特定分配方案將總發(fā)射功率分配給集合內(nèi)的傳輸信道的裝置；用于標(biāo)識(shí)由于分配的發(fā)射功率導(dǎo)致處于飽和區(qū)的傳輸信道的裝置；用于重新分配給處于飽和區(qū)的每個(gè)傳輸信道以修改的發(fā)射功率量的裝置；用于為所有被重新分配以修改的發(fā)射功率量的傳輸信道確定總過量發(fā)射功率的裝置；以及用于為一次或多次迭代實(shí)現(xiàn)定義、確定、分配、標(biāo)識(shí)和重新分配的裝置，其中用于第一迭代的傳輸信道集合包括多個(gè)傳輸信道，以及對(duì)于每次相繼迭代包括不處于飽和區(qū)的傳輸信道，且其中每次相繼的迭代可用的總發(fā)射功率包括在當(dāng)前迭代中確定的總過量發(fā)射功率。
35.無線通信系統(tǒng)內(nèi)的一控制器，其特征在于包括用于定義一個(gè)或多個(gè)要被分配以發(fā)射功率的傳輸信道集合的裝置；用于確定可用于分配給集合內(nèi)的傳輸信道的總發(fā)射功率的裝置；用于基于特定分配方案將總發(fā)射功率分配給集合內(nèi)的傳輸信道的裝置；用于標(biāo)識(shí)由于分配的發(fā)射功率導(dǎo)致處于飽和區(qū)的傳輸信道的裝置；用于重新分配給處于飽和區(qū)的每個(gè)傳輸信道以修改的發(fā)射功率量的裝置；用于為所有被重新分配以修改的發(fā)射功率量的傳輸信道確定總過量發(fā)射功率的裝置；以及用于為一次或多次迭代實(shí)現(xiàn)定義、確定、分配、標(biāo)識(shí)和重新分配的裝置，其中用于第一迭代的傳輸信道集合包括多個(gè)傳輸信道，以及對(duì)于每次相繼迭代包括不處于飽和區(qū)的傳輸信道，且其中每次相繼的迭代可用的總發(fā)射功率包括在當(dāng)前迭代中確定的總過量發(fā)射功率。
36.如權(quán)利要求35所述的控制器，其特征在于還包括用于部分基于分配給傳輸信道的發(fā)射功率確定集合內(nèi)每個(gè)傳輸信道的有效信噪比(SNR)的裝置；用于將集合內(nèi)的每個(gè)傳輸信道的有效SNR與可應(yīng)用到傳輸信道的閥值SNR相比較的裝置，以及用于如果其有效SNR大于可應(yīng)用的閥值SNR則聲明傳輸信道處于飽和區(qū)內(nèi)的裝置。
37.一基站包括如權(quán)利要求35所述的控制器。
38.無線通信系統(tǒng)內(nèi)的一控制器，其特征在于包括用于標(biāo)識(shí)要被分配以發(fā)射功率的第一傳輸信道集合的裝置；用于確定可用于分配給第一集合內(nèi)的傳輸信道的總發(fā)射功率的裝置；用于基于特定的分配方案將總發(fā)射功率分配給第一集合內(nèi)的傳輸信道的裝置；用于對(duì)最優(yōu)操作點(diǎn)標(biāo)識(shí)被分配以過量發(fā)射功率的一個(gè)或多個(gè)傳輸信道的第二集合的裝置；用于分配給第二集合內(nèi)的每個(gè)傳輸信道一發(fā)射功率的修改后量以獲得最優(yōu)操作點(diǎn)的裝置；用于確定在第二集合內(nèi)的所有傳輸信道的總過量功率的裝置；用于標(biāo)識(shí)能支持更高最優(yōu)操作點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)傳輸信道的第三集合的裝置；以及用于將總過量功率重新分配給第三集合內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)傳輸信道的裝置。
39.無線通信系統(tǒng)內(nèi)的一控制器，其特征在于包括用于標(biāo)識(shí)要被分配以發(fā)射功率的傳輸信道集合的裝置；用于確定可用于分配給傳輸信道的總發(fā)射功率的裝置；用于基于特定分配方案將總發(fā)射功率分配給集合內(nèi)的傳輸信道的裝置；用于部分基于分配給傳輸信道的發(fā)射功率確定過量頻譜效率的裝置；以及用于重新分配給一個(gè)或多個(gè)傳輸信道以減少的發(fā)射功率量以減少過量頻譜效率的裝置。
40.無線通信系統(tǒng)內(nèi)的發(fā)射機(jī)單元，其特征在于包括發(fā)射(TX)數(shù)據(jù)處理器，用于基于一個(gè)或多個(gè)編碼和調(diào)制方案對(duì)多個(gè)傳輸信道的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼以提供多個(gè)碼元流；多個(gè)發(fā)射機(jī)，用于處理多個(gè)碼元流以提供適用于在通信信道上傳輸?shù)亩鄠€(gè)已調(diào)信號(hào)；以及控制器，用于將發(fā)射功率分配給多個(gè)傳輸信道，通過定義一個(gè)或多個(gè)要被分配以發(fā)射功率的傳輸信道集合；確定可用于分配給集合內(nèi)的傳輸信道的總發(fā)射功率；基于特定分配方案將總發(fā)射功率分配給集合內(nèi)的傳輸信道；標(biāo)識(shí)由于分配的發(fā)射功率導(dǎo)致處于飽和區(qū)的傳輸信道；重新分配給處于飽和區(qū)的每個(gè)傳輸信道以修改的發(fā)射功率量；為所有被重新分配以修改的發(fā)射功率量的傳輸信道確定總過量發(fā)射功率；以及為一次或多次迭代實(shí)現(xiàn)定義、確定、分配、標(biāo)識(shí)和重新分配，其中用于第一迭代的傳輸信道集合包括多個(gè)傳輸信道，以及對(duì)于每次相繼迭代包括不處于飽和區(qū)的傳輸信道，且其中每次相繼的迭代可用的總發(fā)射功率包括在當(dāng)前迭代中確定的總過量發(fā)射功率。
41.如權(quán)利要求40所述的發(fā)射機(jī)單元，其特征在于所述的TX數(shù)據(jù)處理器進(jìn)一步使用確定的特定加權(quán)對(duì)每個(gè)調(diào)制碼元進(jìn)行比例調(diào)整，所述加權(quán)是基于分配給用于該調(diào)制碼元的傳輸信道的發(fā)射功率量而確定的。
42.如權(quán)利要求40所述的發(fā)射機(jī)單元，其特征在于還包括MIMO處理器，用于對(duì)多個(gè)碼元流進(jìn)行預(yù)調(diào)整以對(duì)角線化多個(gè)傳輸信道。
43.一基站包括如權(quán)利要求40所述的發(fā)射機(jī)單元。
44.無線通信系統(tǒng)內(nèi)的一接收機(jī)單元，其特征在于包括接收(RX)MIMO處理器，用于接收并處理多個(gè)采樣流以提供多個(gè)接收到的碼元流，并導(dǎo)出用于多個(gè)接收到的碼元流的多個(gè)傳輸信道的信道狀態(tài)信息(CSI)；以及RX數(shù)據(jù)處理器，用于根據(jù)一個(gè)或多個(gè)解調(diào)和解碼方案處理多個(gè)接收到的碼元流以提供解碼后的數(shù)據(jù)，以及其中多個(gè)傳輸信道的發(fā)射功率部分地基于CSI經(jīng)分配，這是通過基于特定分配方案將總可用發(fā)射功率分配給多個(gè)傳輸信道，重新分配給在飽和區(qū)內(nèi)的每個(gè)傳輸信道以一修改后的發(fā)射功率量，并將總剩余的發(fā)射功率分配給不在飽和區(qū)內(nèi)的傳輸信道。
45.如權(quán)利要求44所述的接收機(jī)單元，其特征在于RX MIMO處理器進(jìn)一步用于對(duì)多個(gè)接收到的碼元流進(jìn)行預(yù)調(diào)整以對(duì)角線化多個(gè)傳輸信道。
46.如權(quán)利要求44所述的接收機(jī)單元，其特征在于還包括TX數(shù)據(jù)處理器，用于處理傳輸回發(fā)射機(jī)單元的CSI。
47.無線通信系統(tǒng)內(nèi)一接收機(jī)裝置，其特征在于包括用于處理多個(gè)采樣流以提供多個(gè)接收到的碼元流，并導(dǎo)出用于多個(gè)接收到的碼元流的多個(gè)傳輸信道的信道狀態(tài)信息(CSI)的裝置；以及用于根據(jù)一個(gè)或多個(gè)解調(diào)和解碼方案處理多個(gè)接收到的碼元流以提供解碼后的數(shù)據(jù)的裝置，以及其中多個(gè)傳輸信道的發(fā)射功率部分地基于CSI經(jīng)分配，這是通過基于特定分配方案將總可用發(fā)射功率分配給多個(gè)傳輸信道，重新分配給在飽和區(qū)內(nèi)的每個(gè)傳輸信道以一修改后的發(fā)射功率量，并將總剩余的發(fā)射功率分配給不在飽和區(qū)內(nèi)的傳輸信道。
全文摘要
一些技術(shù)，用于在多信道通信系統(tǒng)內(nèi)將總發(fā)射功率分配到傳輸信道，以獲得更高的總系統(tǒng)頻譜效率和/或其他好處?？偘l(fā)射功率可以在開始時(shí)基于特定的功率分配方案(例如灌水方案)被分配給傳輸信道。初始的分配可能導(dǎo)致分配給一些傳輸信道比獲得要求的SNR(例如實(shí)現(xiàn)最大允許數(shù)據(jù)速率需要的SNR)更多的功率，這會(huì)導(dǎo)致這些傳輸信道在飽和區(qū)操作。在該種情況下，這些技術(shù)將在飽和區(qū)操作的傳輸信道的過量發(fā)射功率重新分配給在飽和區(qū)以下操作的其他傳輸信道。這樣，“較差”的傳輸信道可以獲得更高的頻譜效率，而不犧牲“較佳”的傳輸信道的性能。
文檔編號(hào)H04B7/005GK1643808SQ03805752
公開日2005年7月20日 申請(qǐng)日期2003年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月23日
發(fā)明者I·梅德弗戴夫, J·R·沃爾頓, J·W·凱淳 申請(qǐng)人:高通股份有限公司