專(zhuān)利名稱(chēng)：高數(shù)據(jù)率寬帶分組無(wú)線(xiàn)通信信號(hào)的多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)波束成形的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線(xiàn)通信。更具體地，本發(fā)明涉及高數(shù)據(jù)率寬帶分組無(wú)線(xiàn)通信信號(hào)的多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)波束成形的裝置和方法。
背景技術(shù)：
無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)使用天線(xiàn)來(lái)傳達(dá)信號(hào)。無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)是在給定區(qū)域中的節(jié)點(diǎn)之間傳達(dá)信息的一類(lèi)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)。
信號(hào)的類(lèi)型窄帶和寬帶信號(hào)大多數(shù)當(dāng)前的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)是窄帶信號(hào)系統(tǒng)。窄帶信號(hào)具有范圍從幾十千赫(kHz)(例如，50kHz)到幾百千赫(500KHz)的信號(hào)帶寬。相反，寬帶或?qū)掝l信號(hào)具有高于1MHz的信號(hào)帶寬。
802.11和802.11a一類(lèi)寬帶信號(hào)是在使用電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)802.11標(biāo)準(zhǔn)的WLAN中使用的信號(hào)。IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)(802.11)概括了WLAN的媒體訪(fǎng)問(wèn)控制(MAC)和物理層(PHY)規(guī)范。
IEEE 802.11a標(biāo)準(zhǔn)(802.11a)是802.11的一部分，并解決了在高數(shù)據(jù)率寬帶分組無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中的通信，它覆蓋5GHz和6GHz之間的工作頻率。802.11a使用正交頻分多路復(fù)用(OFDM)調(diào)制，該種調(diào)制通過(guò)在很寬的頻率范圍上的多個(gè)頻率槽上發(fā)射數(shù)據(jù)，來(lái)允許通信以非常高的數(shù)據(jù)率發(fā)生。本文中適用于802.11a的所有討論也適用于IEEE 802.11g。IEEE 802.11g OFDM標(biāo)準(zhǔn)除了是在2.4GHz頻帶工作以外和802.11a是相同的。
802.11考慮到成功和不成功的分組發(fā)射，并包括為處理分組發(fā)射問(wèn)題而設(shè)計(jì)的機(jī)制。例如，802.11允許發(fā)射機(jī)重新發(fā)射接收機(jī)未能正確接收的分組。
發(fā)射機(jī)

圖1A中示出了典型的現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)射機(jī)100。發(fā)射機(jī)100包括如圖1A中所示地邏輯互連的編碼器110、調(diào)制器120、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A)130、射頻(RF)前端140和天線(xiàn)150。
802.11a無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)及其它無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)可能會(huì)在信號(hào)發(fā)射期間經(jīng)歷許多問(wèn)題。
信道效應(yīng)-衰落和多徑通信信道例如，無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)可能會(huì)遇到信道效應(yīng)，諸如在衰落的通信信道上發(fā)射信號(hào)等。通信信道的衰落可能由多徑和傳播損失引起。
在多徑信道的情形中，在天線(xiàn)之間發(fā)射的RF能量受到破壞性和相長(zhǎng)性的干擾，這些干擾是由于RF能量取道在去往接收天線(xiàn)的途中具有多種延遲的多條路徑而產(chǎn)生的。這些多徑干擾調(diào)制無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)所使用的所有頻率和載波上的信號(hào)的相位，并使它們的振幅衰減。在WLAN中，此類(lèi)多徑干擾可能會(huì)使接收機(jī)錯(cuò)誤地接收分組或是完全丟失分組。
天線(xiàn)分集天線(xiàn)分集是用來(lái)處理衰落和多徑通信信道的技術(shù)。在具有發(fā)射天線(xiàn)分集的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中，使用帶有多根天線(xiàn)的發(fā)射機(jī)來(lái)發(fā)射信號(hào)。
轉(zhuǎn)換發(fā)射分集圖1B中示出了典型的現(xiàn)有技術(shù)的交換分集發(fā)射機(jī)160。分集發(fā)射機(jī)160包括如圖所示地邏輯互連的編碼器110、調(diào)制器120、D/A 130、RF前端140、天線(xiàn)轉(zhuǎn)換器142和多根天線(xiàn)150、164。
現(xiàn)有技術(shù)的分集發(fā)射機(jī)160將相同的信號(hào)發(fā)射到RF前端140，RF前端140隨即調(diào)制該信號(hào)并通過(guò)在兩根天線(xiàn)之間轉(zhuǎn)換來(lái)分別經(jīng)由天線(xiàn)150、164發(fā)射相同的信號(hào)。此技術(shù)的不利方面是它提供慢速的分集。天線(xiàn)轉(zhuǎn)換在發(fā)射機(jī)得知第一信號(hào)發(fā)射有誤之后才發(fā)生。這個(gè)延遲可能會(huì)引起吞吐量的損失。該技術(shù)還要求從接收機(jī)向發(fā)射機(jī)的反饋手段。此外，轉(zhuǎn)換分集提供有限的分集增益，因?yàn)樵诮邮諜C(jī)處僅使用選中的天線(xiàn)的信號(hào)。然而，發(fā)射自諸天線(xiàn)的信號(hào)的最優(yōu)加權(quán)將會(huì)帶來(lái)更大的分集增益。
發(fā)射波束成形在具有天線(xiàn)分集的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)分集的另一個(gè)方法是用發(fā)射波束成形。有了發(fā)射波束成形，無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)就可包括具有發(fā)射波束成形的多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)。圖1C中示出了典型的現(xiàn)有技術(shù)的具有發(fā)射波束成形的多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)170。具有發(fā)射波束成形的多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)170包括如圖所示地邏輯互連的編碼器110、調(diào)制器120、發(fā)射波束成形器172和多根天線(xiàn)150、174。
現(xiàn)有技術(shù)的具有發(fā)射波束成形的多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)170把要發(fā)射的信息發(fā)送到發(fā)射波束成形器172，發(fā)射波束成形器172隨即調(diào)制并形成分別要在多根天線(xiàn)150、174上發(fā)射的多個(gè)RF信號(hào)。當(dāng)在調(diào)制和形成多個(gè)RF信號(hào)時(shí)，發(fā)射波束成形器172為每根天線(xiàn)150、174用包括相位和振幅的復(fù)權(quán)重來(lái)對(duì)要被發(fā)射的每個(gè)RF信號(hào)加權(quán)。此類(lèi)現(xiàn)有技術(shù)的天線(xiàn)分集技術(shù)可能對(duì)相位和權(quán)重與頻率無(wú)關(guān)的窄帶信號(hào)效果良好。但是，這些常規(guī)技術(shù)對(duì)諸如802.11a信號(hào)等發(fā)射相位和功率在發(fā)射信號(hào)帶寬上不恒定、且與頻率相關(guān)的寬帶信號(hào)效果不佳。因此，常規(guī)的天線(xiàn)分集組合技術(shù)不適用于諸如802.11a信號(hào)等寬帶信號(hào)無(wú)線(xiàn)通信信號(hào)。常規(guī)的天線(xiàn)波束成形不能高效地對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)起效，因?yàn)槿绻苿?dòng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)，則波束可能被聚焦到錯(cuò)誤的方向。此外，諸如物體的移動(dòng)等環(huán)境效應(yīng)會(huì)改變波束成形發(fā)射天線(xiàn)與接收機(jī)之間的通信信道，由此引起連接的丟失。
空-時(shí)編碼空-時(shí)編碼是具有天線(xiàn)分集的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)能夠?qū)⑿盘?hào)編碼以便發(fā)射的另一種方法。空-時(shí)碼使用編碼訪(fǎng)問(wèn)天線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)分集增益。編碼的信號(hào)從多根發(fā)射天線(xiàn)發(fā)射，并由多根接收天線(xiàn)接收?？?時(shí)解碼器將在接收機(jī)處對(duì)信號(hào)解碼。簡(jiǎn)單的空-時(shí)碼是延遲分集碼，其中編碼是通過(guò)從兩根或多根天線(xiàn)發(fā)射碼元及那些碼元的延遲復(fù)本來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
此類(lèi)現(xiàn)有技術(shù)的天線(xiàn)分集技術(shù)可能對(duì)相位和權(quán)重與頻率無(wú)關(guān)的窄帶信號(hào)效果良好。但是，這些常規(guī)技術(shù)對(duì)諸如802.11a信號(hào)等發(fā)射相位和功率在發(fā)射信號(hào)帶寬上不恒定、且與頻率相關(guān)的寬帶信號(hào)效果不佳。此外，空-時(shí)碼要求不符合802.11a標(biāo)準(zhǔn)的特殊解碼處理器。
因此，需要一種低成本且高效率的多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)波束成形技術(shù)，它適于解決諸如802.11a等高數(shù)據(jù)率寬帶分組無(wú)線(xiàn)通信信號(hào)帶來(lái)的難題，并在寬帶信號(hào)波束成形時(shí)實(shí)現(xiàn)頻率相關(guān)的加權(quán)。由此，需要一種低成本且高效率的高數(shù)據(jù)率寬帶分組無(wú)線(xiàn)通信信號(hào)的多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)波束成形的系統(tǒng)和方法。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)在寬帶無(wú)線(xiàn)分組通信網(wǎng)絡(luò)中將數(shù)字信號(hào)波束成形為M個(gè)數(shù)字輸出信號(hào)(“M信號(hào)”)的系統(tǒng)和方法。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，M個(gè)信號(hào)中的每一個(gè)適用于在不同的通信信道上發(fā)射，并且M個(gè)信號(hào)中的每一個(gè)都是從被分成N個(gè)頻率槽中的副載波的復(fù)信號(hào)獲得的，其中N是大于1的正整數(shù)。
在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括發(fā)射波束成形器，它對(duì)對(duì)應(yīng)于M個(gè)信號(hào)中的每一個(gè)的N個(gè)頻率槽中的每一個(gè)的副載波中的每一個(gè)進(jìn)行相位調(diào)整和加權(quán)，由此為對(duì)應(yīng)于M個(gè)信號(hào)的N個(gè)頻率槽中的每一個(gè)生成經(jīng)相位調(diào)整和加權(quán)的頻率數(shù)據(jù)。較佳的是，發(fā)射波束成形器包括權(quán)重計(jì)算器，它基于不同通信信道的估算來(lái)計(jì)算每個(gè)副載波的復(fù)權(quán)重；并包括加權(quán)塊，它將這些權(quán)重施加于不同的副載波以獲得對(duì)應(yīng)于M個(gè)信號(hào)中的每一個(gè)的N個(gè)頻率槽中的每一個(gè)的經(jīng)相位調(diào)整和加權(quán)的頻率數(shù)據(jù)。該特別優(yōu)選的實(shí)施例中還包括M個(gè)快速傅立葉逆變換單元(IFFT)，它們每一個(gè)輸入對(duì)應(yīng)于M個(gè)信號(hào)中的每一個(gè)的N個(gè)頻率槽中的每一個(gè)副載波的經(jīng)相位調(diào)整和加權(quán)的頻率數(shù)據(jù)，并且每一個(gè)對(duì)N個(gè)頻率槽中的每個(gè)副載波的加權(quán)頻率數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換以獲得M個(gè)信號(hào)，其中M是大于或等于2的整數(shù)，其中M個(gè)信號(hào)中的每一個(gè)都是被獨(dú)立確定的，并且適用于形成天線(xiàn)陣模式。
該系統(tǒng)還可被修改，從而權(quán)重計(jì)算器為N個(gè)頻率槽中的每一個(gè)將信道估算轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的復(fù)權(quán)重，由此獲得N個(gè)頻率槽里的每一個(gè)中的副載波的M個(gè)權(quán)重，并且加權(quán)塊包括M個(gè)不同的權(quán)重塊，其中每個(gè)權(quán)重塊將復(fù)權(quán)重施加于對(duì)應(yīng)于M個(gè)信號(hào)中的一個(gè)的不同副載波，以獲得對(duì)應(yīng)于M個(gè)信號(hào)中的這一個(gè)的N個(gè)頻率槽中的副載波的經(jīng)相位調(diào)整和加權(quán)的頻率數(shù)據(jù)，其中M是大于或等于2的整數(shù)。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，每個(gè)IFFT順序地處理來(lái)自發(fā)射波束成形器的經(jīng)相位調(diào)整和加權(quán)的頻率數(shù)據(jù)，從而每個(gè)IFFT依次處理N個(gè)頻率槽中的每一個(gè)。
附圖簡(jiǎn)述圖1A是現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)射機(jī)圖。
圖1B是現(xiàn)有技術(shù)的多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)圖。
圖1C是現(xiàn)有技術(shù)的具有發(fā)射波束成形的多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)波束成形器的框圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的發(fā)射波束成形器的框圖。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的RTS-CTS信道更新。
發(fā)明詳述本發(fā)明提供一種寬帶無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)中高數(shù)據(jù)率寬帶無(wú)線(xiàn)通信信號(hào)的多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)波束成形的系統(tǒng)和方法。參考圖2，在具有兩條發(fā)射鏈路的示例性實(shí)施例中，本發(fā)明提供多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)波束成形器216，它包括如圖所示地邏輯互連的發(fā)射波束成形器220和M個(gè)快速傅立葉逆變換單元(IFFT)230、232。盡管圖2中示出M等于2，但是M可以是大于或等于2的整數(shù)。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，高數(shù)據(jù)率寬帶無(wú)線(xiàn)通信信號(hào)是分組OFDM信號(hào)，并且可以是移動(dòng)信號(hào)，諸如移動(dòng)交通工具中的駕駛員隨身的，或者是可動(dòng)信號(hào)，諸如在建筑物的范圍內(nèi)活動(dòng)。就在本文中討論移動(dòng)性的程度而言，將參考的是移動(dòng)信號(hào)，盡管可以理解，這也適用于可動(dòng)信號(hào)。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，分組OFDM信號(hào)是802.11a信號(hào)。在另一個(gè)實(shí)施例中，分組OFDM信號(hào)是802.11g信號(hào)。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，M等于2。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，M等于4。
多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)組合器216如圖2中所示地與編碼器210、調(diào)制器214、M個(gè)D/A 240、242、M個(gè)RF前端250、252、以及M根天線(xiàn)260、262邏輯互連，以構(gòu)成多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)200。多天線(xiàn)RF前端包括M條獨(dú)立的RF鏈路，包括具有公用晶振的M個(gè)合成器。公用的晶振將保證多條鏈路之間共同的定時(shí)和共同的載波頻率。于2002年5月3日提交的題為“DUAL FREQUENCY BAND WIRELESS LAN(雙頻帶無(wú)線(xiàn)LAN)”的共同待批的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)第10/139,137號(hào)描述了諸如RF前端250、252等示例性RF前端，由此它們每一個(gè)都通過(guò)引用而被包括。
多/單信道操作在一個(gè)示例性實(shí)施例中，用本文中所描述的電路構(gòu)成的多天線(xiàn)電子芯片組具有在一個(gè)頻帶中工作的兩條鏈路(M＝2)，以及在不同的頻帶中工作的另外兩條鏈路。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，用本文中所描述的電路構(gòu)成的多天線(xiàn)電子芯片組具有在一個(gè)頻帶中工作的四條鏈路。
操作編碼器210將高數(shù)據(jù)率寬帶無(wú)線(xiàn)分組通信信號(hào)的高數(shù)據(jù)率寬帶無(wú)線(xiàn)分組通信比特208編碼為已編碼的比特212。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，編碼器210是卷積編碼器。然后，調(diào)制器214調(diào)制已編碼的比特212以將它們映射到復(fù)信號(hào)215。
發(fā)射波束成形器220在每個(gè)副載波的基礎(chǔ)上為要由多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)220發(fā)射的每個(gè)包含數(shù)據(jù)的副載波對(duì)復(fù)信號(hào)215進(jìn)行相位調(diào)整和加權(quán)，其中N個(gè)頻率槽中每一個(gè)里有一個(gè)副載波，由此為每個(gè)副載波生成了經(jīng)相位調(diào)整和加權(quán)的頻率數(shù)據(jù)，其中N是正整數(shù)。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，N等于52，即802.11a/g信號(hào)中所使用的頻率槽的個(gè)數(shù)。
IFFT 230、232將來(lái)自發(fā)射波束成形器220的每個(gè)副載波的經(jīng)相位調(diào)整和加權(quán)的頻率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出。D/A 240、242分別將IFFT 230、232的數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換為模擬的基帶輸出。RF前端250、252將來(lái)自D/A 240、242的基帶輸出分別調(diào)制為RF信號(hào)。然后，天線(xiàn)260、262分別發(fā)射來(lái)自RF前端250、252的RF信號(hào)。
發(fā)射波束成形器220對(duì)復(fù)信號(hào)215執(zhí)行發(fā)射波束成形。特別地，需要發(fā)射的數(shù)字信號(hào)被分成M個(gè)不同的數(shù)字信號(hào)，每條發(fā)射鏈路一個(gè)數(shù)字信號(hào)，每個(gè)數(shù)字信號(hào)包含相同的原始數(shù)據(jù)，但每個(gè)數(shù)字信號(hào)接下來(lái)被調(diào)整相位并加權(quán)以對(duì)應(yīng)于將用來(lái)進(jìn)行發(fā)射的天線(xiàn)和/或信道。由此，發(fā)射波束成形器220為每根天線(xiàn)260、262找出并修改基帶中的每個(gè)數(shù)字信號(hào)215的相位和振幅，以分別形成抵消來(lái)自耦合到每根發(fā)射天線(xiàn)260、262的每個(gè)信道的信道效應(yīng)的天線(xiàn)陣模式。
參考圖3，在一個(gè)示例性實(shí)施例中，發(fā)射波束成形器220包括權(quán)重計(jì)算器320、以及分別被邏輯地耦合到IFFT 230、232的M個(gè)權(quán)重塊330、332。
現(xiàn)在將就M＝2的情況來(lái)描述發(fā)射波束成形器的一個(gè)實(shí)施例。
權(quán)重計(jì)算器對(duì)于每個(gè)頻率槽fi，權(quán)重計(jì)算器320將信道估算350轉(zhuǎn)換為M個(gè)權(quán)重(對(duì)應(yīng)于M個(gè)權(quán)重塊330、332，分別示為322、324)。如果需要，在為每個(gè)頻率槽建立M個(gè)權(quán)重時(shí)也可使用增益數(shù)據(jù)340。因此，權(quán)重計(jì)算器320為M個(gè)權(quán)重塊330、332生成M×N個(gè)權(quán)重。對(duì)于每個(gè)頻率槽fi，每個(gè)權(quán)重322、324分別是天線(xiàn)260、262的最優(yōu)波束成形加權(quán)矢量。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，權(quán)重計(jì)算器320從接收機(jī)獲得模擬增益數(shù)據(jù)340，并從接收機(jī)獲得信道估算350。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，接收機(jī)是接收天線(xiàn)260、262上的信號(hào)的多天線(xiàn)接收機(jī)。在于2003年10月8日提交的題為“Apparatus And Method Of Multiple Antenna Receiver Combining Of HighData Rate Wideband Packetized Wireless Communication Signals(高數(shù)據(jù)率寬帶分組無(wú)線(xiàn)通信信號(hào)的多天線(xiàn)接收機(jī)組合的裝置和方法)”的共同待批并共同擁有的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)第10/682,787號(hào)(序列號(hào)待分配，含代理卷號(hào)73169-293275)中描述了一種示例性多天線(xiàn)接收機(jī)。
加權(quán)塊加權(quán)塊包含多個(gè)權(quán)重塊。對(duì)于每個(gè)頻率槽fi，(使用M＝2)，分別具有權(quán)重322、324的權(quán)重塊330、332(1)調(diào)整相位并且(2)較佳地還基于信號(hào)質(zhì)量的估算350(諸如分別耦合到天線(xiàn)260、262的信道的信噪比(SNR)、信號(hào)干擾比、或是信號(hào)與噪聲加干擾之比)來(lái)對(duì)第i個(gè)原始頻率數(shù)據(jù)312(也稱(chēng)為副載波數(shù)據(jù))加權(quán)，以及(3)分別被邏輯地耦合到IFFT 230、232。SNR估算優(yōu)于信號(hào)干擾比和信號(hào)與噪聲加干擾之比，因?yàn)榻邮照吆桶l(fā)送者可能具有不同的干擾等級(jí)。并且，在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，既執(zhí)行相位調(diào)整也執(zhí)行加權(quán)，但是只進(jìn)行相位調(diào)整而不進(jìn)行加權(quán)也是較佳的。因此，對(duì)于第i個(gè)頻率槽fi，具有權(quán)重j，i的第j個(gè)權(quán)重塊，每個(gè)加權(quán)塊(1)調(diào)整相位并且(2)基于耦合到第j根天線(xiàn)的第j個(gè)信道的信號(hào)質(zhì)量特征，將第i個(gè)原始頻率數(shù)據(jù)312加權(quán)到第j個(gè)信道估算350，以及(3)被邏輯地耦合到第j個(gè)IFFT，其中j是大于或等于2并且小于或等于M的正整數(shù)。因此，對(duì)于每個(gè)頻率槽fi，權(quán)重塊330、332分別向IFFT 230、232輸出經(jīng)相位調(diào)整和加權(quán)的頻率數(shù)據(jù)。
權(quán)重歸一化對(duì)于每個(gè)頻率槽fi，需將權(quán)重322、324歸一化。為了找到每條鏈路合適的功率，應(yīng)當(dāng)考慮兩個(gè)功率約束(1)EIRP(有效各向同性輻射功率)限制，(2)每條鏈路的功率限制。我們首先將由經(jīng)增益調(diào)整的信道估算給出的波束成形權(quán)重歸一化以滿(mǎn)足這兩個(gè)約束。然后可計(jì)算每條鏈路合適的功率。如果EIRP是限制性的，則為權(quán)重歸一化運(yùn)行基于EIRP的算法，以確保既滿(mǎn)足EIRP限制又滿(mǎn)足功率限制；否則，運(yùn)行基于功率的算法。有兩個(gè)不同算法的原因是，基于功率的算法要簡(jiǎn)單得多，并且提供略?xún)?yōu)的多徑緩和性質(zhì)，但它僅在EIRP不受限制時(shí)才能正確工作。
基于EIRP的算法波束成形權(quán)重應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足兩個(gè)功率約束每個(gè)副信道的EIRP(有效各向同性輻射功率)限制，以及每條鏈路的功率和限制。令Wj，i為第j條鏈路的第i個(gè)槽的波束成形權(quán)重。則Wj，i必須滿(mǎn)足以下準(zhǔn)則。
|Σj=1Nt|Wj,i||2≤Peirp,∀i]]>Σj=1Nf|Wj,i|2≤Pj]]>其中Nt是發(fā)射鏈路的條數(shù)，Nf是副信道的個(gè)數(shù)，Peirp是每條副信道的EIRP限制，而Pj是第j條鏈路總的功率限制。注意公式中的 是第i個(gè)子信道的相干功率，而 是第j條鏈路的功率和。
找出在滿(mǎn)足上述功率約束的同時(shí)將性能最優(yōu)化的波束成形權(quán)重是很復(fù)雜的。因此，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種并非最優(yōu)的算法。用于兩條鏈路的非最優(yōu)算法中的步驟概括如下1.以Wj,i=H^j,i*Gj]]>開(kāi)始，其中 是第j條鏈路的第i個(gè)副信道的信道估算， 是 的復(fù)共軛，而Gj是第j條鏈路的總增益。
2.按比例縮放Wj，i以使每個(gè)副信道滿(mǎn)足EIRP限制W~j,i=Wj,iΣj=1Nt|Wj,i|2Peirp]]>3.檢查是否有鏈路超過(guò)功率和約束。若無(wú)，則該算法結(jié)束。否則前進(jìn)至步驟4。
4.降低超過(guò)功率和約束的鏈路的功率。不失一般性，假定第一鏈路超過(guò)了功率和約束。則應(yīng)通過(guò)以下因式將其按比例降低。
r1=P1Σi=1Nf|W~1,i|2<1]]>5.如果第二條鏈路也超過(guò)了功率和限制，則將第二條鏈路按比例降低以使其功率和該限制一樣。否則EIRP就會(huì)有空間，因?yàn)榈谝绘溌返墓β室驯唤档汀５诙溌饭β试鲩L(zhǎng)量如下確定r1|W~1,i|+r2,i1|W~2,i|=Peirp]]>r21=min(r2,i1)=min(1+(1-r1)|W~1,i||W~2,i|)]]>r22=P2Σi=1Nf|W~2,i|2]]>r2＝min(r12，r22)其中r21基于EIRP約束，而r22來(lái)自功率和約束。
也可使用其它算法。
基于功率的算法當(dāng)EIRP不是限制性因素時(shí)，可使用頻譜平坦性(恒定功率)來(lái)作為權(quán)重歸一化的準(zhǔn)則。這一基于功率的算法對(duì)于平坦的信道將產(chǎn)生與基于EIRP的算法相同的權(quán)重。并且很明顯，在EIRP非限制性時(shí)的情形中，基于功率的算法要簡(jiǎn)單得多。
基于功率的歸一化算法的基本過(guò)程如下1.以Wj,i=H^j,i*Gj]]>開(kāi)始2.按比例縮放Wj，i以使每個(gè)副信道具有恒定的功率和。
W~j,i=Wj,iΣj=1Nt|Wj,i|2]]>3.將最大功率Pj分配給每條鏈路。
等增益加權(quán)如前所述，本發(fā)明還提供與加權(quán)無(wú)關(guān)的相位調(diào)整。在此實(shí)施例中，較佳的是使用等增益權(quán)重。如果僅僅執(zhí)行相位調(diào)整，則以下算法適用Wj,i=Hj,i*||Hj,i||]]>其中所適用的變量之前已經(jīng)定義。因?yàn)闆](méi)有使用加權(quán)，所以較佳的是將最大功率Pj分配給每條鏈路。
權(quán)重分辨率在一個(gè)示例性實(shí)施例中，是以較低的分辨率，即取K個(gè)值中的一個(gè)來(lái)表示權(quán)重的。其中在一個(gè)示例性實(shí)施例中K為8。使用較低分辨率的權(quán)重，就可在電子芯片上使用較少的硬件和空間來(lái)實(shí)現(xiàn)權(quán)重塊330、332。
在K等于8的情形中，每個(gè)權(quán)重322、324可具有8個(gè)值中的一個(gè)，并且權(quán)重塊330-332將是3比特的權(quán)重塊。因此，使用3比特乘12比特的權(quán)重乘法器，它要比用12比特值來(lái)表示權(quán)重的情況下的12比特乘12比特的乘法器單元小得多。因此，這一設(shè)計(jì)通過(guò)使用3比特乘12比特的乘法器來(lái)降低電路復(fù)雜性，并將多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)的任何性能降低最小化。
在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，權(quán)重322、324具有全分辨率。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，全分辨率是8比特。為了降低乘法器的復(fù)雜性，僅使用乘法器輸出的最高12位。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，權(quán)重322、324的分辨率小于或等于數(shù)據(jù)分辨率的一半。由此，大大地降低了乘法器的復(fù)雜性。
快速傅立葉逆變換對(duì)于每個(gè)頻率槽fi，IFFT 230、232將來(lái)自發(fā)射波束成形器220的經(jīng)相位調(diào)整和加權(quán)的頻率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出。每個(gè)IFFT 230、232順序地處理經(jīng)相位調(diào)整和加權(quán)的頻率數(shù)據(jù)，從而它依次處理每個(gè)頻率。由此，對(duì)于第i個(gè)頻率槽fi，IFFT 230和IFFT 232處理來(lái)自發(fā)射波束成形器220的第i個(gè)經(jīng)相位調(diào)整和加權(quán)的頻率數(shù)據(jù)。
確定信道為了執(zhí)行發(fā)射波束成形，多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)200獲得它在其上發(fā)射信號(hào)的信道的知識(shí)。多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)200能以數(shù)種方式來(lái)獲得關(guān)于信道、信道知識(shí)的信道知識(shí)。
一種方式是使用接收機(jī)信道估算來(lái)找出發(fā)射權(quán)重。這是對(duì)天線(xiàn)位置的自校準(zhǔn)。當(dāng)天線(xiàn)位置改變時(shí)，接收信道估算反映新的天線(xiàn)位置。
接收機(jī)可使用不同類(lèi)型的分組來(lái)達(dá)到信道估算的目的ACK分組、作為廣播分組的CTS分組、以及數(shù)據(jù)分組是一些示例。
接收機(jī)的信道估算最初分集發(fā)射機(jī)200從其接收機(jī)提取信道知識(shí)。當(dāng)接收數(shù)據(jù)時(shí)，分集發(fā)射機(jī)存儲(chǔ)信道信息，并在發(fā)射期間使用該信息。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，接收機(jī)是接收天線(xiàn)260、262上的信號(hào)的多天線(xiàn)接收機(jī)。在于2003年10月8日提交的題為“Apparatus And Method Of Multiple Antenna Receiver Combining Of High DataRate Wideband Packetized Wireless Communication Signals(高數(shù)據(jù)率寬帶分組無(wú)線(xiàn)通信信號(hào)的多天線(xiàn)接收機(jī)組合的裝置和方法)”的共同待批并共同擁有的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)第10/682,787號(hào)(序列號(hào)待分配，含代理卷號(hào)73169-293275)中描述了一種示例性多天線(xiàn)接收機(jī)。
存儲(chǔ)和壓縮信道估算的方法在一個(gè)示例性實(shí)施例中，發(fā)射機(jī)有一張對(duì)應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的信道估算的表。發(fā)射機(jī)可以是接入點(diǎn)(AP)或是處于站自組織(Ad Hoc)模式，即，它作為接入點(diǎn)工作。每當(dāng)接收到來(lái)自每個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的新的信道估算，就更新該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的信道估算。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，信道估算數(shù)據(jù)被編碼并壓縮以減少存儲(chǔ)該數(shù)據(jù)所需的存儲(chǔ)量。
在具有許多節(jié)點(diǎn)、大量發(fā)射/接收天線(xiàn)的大型網(wǎng)絡(luò)中，存儲(chǔ)空間可能會(huì)很大。對(duì)于802.11網(wǎng)絡(luò)，單個(gè)接入點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中可存在128個(gè)節(jié)點(diǎn)。給定4根發(fā)射天線(xiàn)，就需要存儲(chǔ)512個(gè)復(fù)信道估算，其中每一個(gè)是12比特長(zhǎng)。對(duì)信道估算使用數(shù)據(jù)壓縮，則可將存儲(chǔ)空間至少減少一半。
信道互易性由于信道互易性，多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)200可從使用同一信道的接收機(jī)獲得并使用信道知識(shí)。信道互易性是在給定信道未被改變的前提下，接收機(jī)所使用的信道也可由多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)200使用的這一假定。由此，有了信道互易性，權(quán)重計(jì)算器320從接收機(jī)獲得信道估算350。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，接收機(jī)是接收天線(xiàn)260、262上的信號(hào)的多天線(xiàn)接收機(jī)。在于2003年10月8日提交的題為“Apparatus AndMethod Of Multiple Antenna Receiver Combining Of High Data Rate WidebandPacketized Wireless Communication Signals(高數(shù)據(jù)率寬帶分組無(wú)線(xiàn)通信信號(hào)的多天線(xiàn)接收機(jī)組合的裝置和方法)”的共同待批并共同擁有的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)第10/682,787號(hào)(序列號(hào)待分配，含代理卷號(hào)73169-293275)中描述了一種示例性多天線(xiàn)接收機(jī)。
處理信道不匹配在某些情況下，信道互易性可能不存在。例如，當(dāng)有信道不匹配時(shí)，互易性就可能不存在，該情況下接收機(jī)所使用的信道信息不再反映多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)200所使用的信道。當(dāng)信道由于多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)200移動(dòng)或接收機(jī)移動(dòng)而改變時(shí)可能發(fā)生信道不匹配。并且，當(dāng)信道由于發(fā)生通信的環(huán)境改變而發(fā)生改變時(shí)可能發(fā)生信道不匹配。此外，當(dāng)在用來(lái)估算信道的接收機(jī)電路與發(fā)射機(jī)電路之間存在電路不匹配，諸如路徑的增益和相位不匹配時(shí)可能會(huì)發(fā)生信道不匹配。并且，在FDD系統(tǒng)中不能假定有信道互易性。在頻分雙工(FDD)中，使用單獨(dú)的頻帶(信道)來(lái)發(fā)射和接收，因此這兩個(gè)信道將不是互易的。
多天線(xiàn)發(fā)射波束成形器216的性能可取決于存在的信道不匹配的量。多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)200能以數(shù)種方式來(lái)處理信道不匹配信道老化(channel aging)機(jī)制，使用RTS/CTS模式，以及校準(zhǔn)。
信道老化機(jī)制在一個(gè)示例性實(shí)施例中，對(duì)于要在其上發(fā)射的每個(gè)信道，根據(jù)從獲得信道估算的時(shí)間起的時(shí)間來(lái)設(shè)置信道老化的閾值。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)200設(shè)置信道老化的閾值。如果從接收到信道估算起的時(shí)間超過(guò)了所設(shè)的閾值，則多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)200將不會(huì)使用超時(shí)的信道估算，并且將通常通過(guò)采取以下各種行動(dòng)中的一個(gè)來(lái)獲得新的信道估算-發(fā)起發(fā)送分組的請(qǐng)求(RTS)，該請(qǐng)求強(qiáng)制正與其通信的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)經(jīng)由清除發(fā)送(CTS)分組來(lái)向多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)200發(fā)送分組。RTS/CTS是MAC層上的功能。
-使用稍后在廣播方法一節(jié)中討論的廣播方法中的一種來(lái)進(jìn)行發(fā)射。
RTS-CTS模式如上所述并在圖4中示出的，當(dāng)發(fā)生信道超時(shí)的時(shí)候，則認(rèn)為信道估算350是過(guò)期的，且不能被多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)200使用。在此情況下，在一個(gè)示例性實(shí)施例中，多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)200使用RTS-CTS操作來(lái)確定信道知識(shí)。
在RTS-CTS操作中，在一個(gè)示例性實(shí)施例中，多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)200廣播RTS信號(hào)。然后，收發(fā)機(jī)400內(nèi)接收所發(fā)射的RTS信號(hào)的的接收機(jī)402(它可有單根或多根天線(xiàn)與其相關(guān)聯(lián)，但圖中僅示為單根天線(xiàn)410)使用與收發(fā)機(jī)400相關(guān)聯(lián)的發(fā)射機(jī)404來(lái)向與發(fā)射機(jī)200相關(guān)聯(lián)的天線(xiàn)260、262和接收機(jī)275發(fā)射CTS信號(hào)。從所接收的CTS信號(hào)中提取信道估算。此后，發(fā)射波束成形器220執(zhí)行發(fā)射波束成形。
校準(zhǔn)在另一個(gè)實(shí)施例中，權(quán)重計(jì)算器220為每個(gè)信道校準(zhǔn)信道信息，以減少由電路不匹配引起的信道不匹配。例如，對(duì)于N個(gè)頻率槽中的每一個(gè)，因?yàn)镽F增益對(duì)在天線(xiàn)260、262上接收信號(hào)的多天線(xiàn)接收機(jī)的M條接收鏈路可能是不同的，所以在一個(gè)示例性實(shí)施例中，權(quán)重計(jì)算器320在生成M個(gè)權(quán)重322、324之前調(diào)整信道估算350。對(duì)于每個(gè)頻率槽fi，因?yàn)樾诺拦浪?50包括多天線(xiàn)接收機(jī)的RF增益G1、GM，所以權(quán)重計(jì)算器220根據(jù)下式來(lái)調(diào)整信道估算350
H1≈HG^1(Gmin/G1)]]>以及HM≈HG^M(Gmin/GM).]]> 是耦合到天線(xiàn)260的信道的信道估算，而 是耦合到天線(xiàn)262的信道的信道估算。
隱藏節(jié)點(diǎn)問(wèn)題多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)通過(guò)將RF能量聚焦到特定信道上的特定接收機(jī)來(lái)向該特定接收機(jī)發(fā)射信號(hào)。使用現(xiàn)有技術(shù)的多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)，可能存在隱藏節(jié)點(diǎn)的問(wèn)題，即其它發(fā)射機(jī)可能無(wú)法接收到來(lái)自多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)的發(fā)射。因此，其它發(fā)射機(jī)可能認(rèn)為信道空閑，并將它們自己的數(shù)據(jù)發(fā)到該信道上，由此干擾了從多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號(hào)。
處理隱藏節(jié)點(diǎn)問(wèn)題為了避免隱藏節(jié)點(diǎn)問(wèn)題，在一個(gè)示例性實(shí)施例中，當(dāng)在天線(xiàn)260、262上向特定接收機(jī)發(fā)射RF信號(hào)時(shí)，多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)200廣播CTS信號(hào)。通過(guò)發(fā)送CTS信號(hào)，多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)200向其它發(fā)射機(jī)指示在一定量的時(shí)間里不要發(fā)射。在發(fā)送了CTS信號(hào)之后，多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)200使用發(fā)射波束成形來(lái)向預(yù)期的接收機(jī)發(fā)射信號(hào)。
廣播方法當(dāng)在廣播分組時(shí)，諸如在RTS/CTS模式中，或?yàn)楸苊怆[藏節(jié)點(diǎn)問(wèn)題，多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)可采取以下行動(dòng)中的一個(gè)-從單根默認(rèn)天線(xiàn)發(fā)射廣播分組。此默認(rèn)天線(xiàn)可基于哪根發(fā)射天線(xiàn)向相關(guān)聯(lián)的不同節(jié)點(diǎn)投放了最佳的分組接收。不同的天線(xiàn)也可能在不同的時(shí)間成為默認(rèn)天線(xiàn)。
-從多根天線(xiàn)發(fā)射廣播分組，其中每根天線(xiàn)用來(lái)廣播頻帶的單獨(dú)一個(gè)部分。
還注意到，有不同類(lèi)型的廣播分組，并且不同類(lèi)型的廣播分組可以用不同的方式來(lái)廣播。例如，當(dāng)在發(fā)送信標(biāo)時(shí)，可使用特定的天線(xiàn)作為默認(rèn)天線(xiàn)，而它可能不是包括其它廣播分組在內(nèi)的其它類(lèi)型的分組的默認(rèn)天線(xiàn)。
與多天線(xiàn)接收機(jī)組合在一個(gè)示例性實(shí)施例中，多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)220可與多天線(xiàn)接收機(jī)組合器封裝在單個(gè)電子芯片中，以構(gòu)成多天線(xiàn)接收機(jī)/發(fā)射機(jī)組合器/波束成形器系統(tǒng)。在于2003年10月8日提交的題為“Apparatus And Method Of Multiple Antenna ReceiverCombining Of High Data Rate Wideband Packetized Wireless CommunicationSignals(高數(shù)據(jù)率寬帶分組無(wú)線(xiàn)通信信號(hào)的多天線(xiàn)接收機(jī)組合的裝置和方法)”的共同待批并共同擁有的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)第10/682,787號(hào)(序列號(hào)待分配，含代理卷號(hào)73169-293275)中描述了一種示例性多天線(xiàn)接收機(jī)組合器。多天線(xiàn)接收機(jī)組合器所使用的信道估算和權(quán)重為多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)提供了信道估算和發(fā)射權(quán)重，它們除了歸一化因子以外與接收機(jī)組合權(quán)重是一樣的。
與另一個(gè)多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)組合在一個(gè)示例性實(shí)施例中，多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)220可與另一個(gè)多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)通信。本發(fā)明允許這種形式，因?yàn)樗鼪](méi)有斷言另一個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)射機(jī)是單天線(xiàn)還是多天線(xiàn)。多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)220在接收由該移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)射的分組時(shí)，通過(guò)使用從另一個(gè)多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)接收的信道估算來(lái)向這另一個(gè)多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)進(jìn)行發(fā)射。
禁用多天線(xiàn)波束成形當(dāng)多天線(xiàn)發(fā)射連續(xù)K次發(fā)射都失敗了的時(shí)候，多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)回到使用單根默認(rèn)天線(xiàn)進(jìn)行發(fā)射，其中K是大于或等于2的整數(shù)值。連續(xù)失敗可能由于許多原因而發(fā)生快速信道改變、移動(dòng)或接入點(diǎn)快速移動(dòng)性、或是發(fā)射和接收信道的非互易性。
功率控制對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行比例縮放根據(jù)歸一化算法所獲得的權(quán)重，帶TxBf的發(fā)射信號(hào)可能在數(shù)字域中有不同的大小。在諸如D/A 240、242等數(shù)模轉(zhuǎn)換器之前，這些信號(hào)需要被比例縮放，原因有兩個(gè)。第一，通過(guò)覆蓋D/A的整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍既能降低量化噪聲又能降低削波畸變。如果信號(hào)太小，則量化噪聲將增大，而如果信號(hào)過(guò)大，則削波畸變將增大。第二，因?yàn)槟MRF發(fā)射鏈路中的發(fā)射功率控制反饋可假定進(jìn)入其的恒定信號(hào)功率。因此必須確保D/A的輸入功率在每個(gè)分組上是相同的。
給出與單條鏈路相同的波束成形后的信號(hào)功率的條件由下式給出Σi=152|W~j,i|2=52,]]>對(duì)于j因此，對(duì)于長(zhǎng)碼元、信號(hào)碼元和數(shù)據(jù)碼元，縮放因子將是rd=52/Σi=152|W~j,i|2.]]>注意短碼元僅占12個(gè)槽，因此對(duì)于短碼元需要不同的縮放。結(jié)果是，短碼元和分組的其余部分具有相同的功率，因?yàn)閷?duì)短碼元執(zhí)行了模擬功率控制。因此對(duì)短碼元的比例縮放是 波束成形與峰值功率檢測(cè)器的交互典型的模擬功率控制循環(huán)可基于峰值檢測(cè)電路。原因是要構(gòu)建峰值檢測(cè)器與更加復(fù)雜的功率檢測(cè)器相比是相當(dāng)簡(jiǎn)單的。因?yàn)镻AR(峰值均值比)對(duì)于短碼元是預(yù)定的，所以將峰值功率轉(zhuǎn)換為平均功率是可能的。
因?yàn)槊總€(gè)分組很可能會(huì)使用不同的波束成形權(quán)重，所以短序列的時(shí)域波形對(duì)每個(gè)分組是不同的。因此，將預(yù)先為每個(gè)分組計(jì)算波束成形后的短碼元的PAR，并需要據(jù)此調(diào)整峰值。
還有另一個(gè)方面值得注意。原始的短序列有其自身的特定結(jié)構(gòu)(該結(jié)構(gòu)是已知的)，這使其振幅周期為400納秒。使用任意的波束成形權(quán)重，則短序列的振幅周期將不會(huì)總是400納秒。因此，峰值檢測(cè)電路的采樣周期現(xiàn)在應(yīng)當(dāng)至少是800納秒，這是短序列的周期。
結(jié)論本發(fā)明涉及無(wú)線(xiàn)通信。更具體地，本發(fā)明涉及一種高數(shù)據(jù)率寬帶分組無(wú)線(xiàn)通信信號(hào)的多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)波束成形的系統(tǒng)和方法。
本文已完整地描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例及各種替換方案，在給定本文中的教導(dǎo)的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，存在許多并不偏離本發(fā)明的替換方案和等效方案。因此旨在使本發(fā)明不受前述描述的限定，而是由所附權(quán)利要求書(shū)來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)在寬帶無(wú)線(xiàn)分組通信網(wǎng)絡(luò)中對(duì)M個(gè)數(shù)字輸出OFDM信號(hào)(“M信號(hào)”)進(jìn)行波束成形的裝置，其中每個(gè)所述數(shù)字輸出OFDM信號(hào)包括N個(gè)頻率槽中的副載波數(shù)據(jù)，其中所述M信號(hào)的每一個(gè)都適用于在不同的通信信道上進(jìn)行發(fā)射，并且其中所述M信號(hào)中的每一個(gè)都是從同一單個(gè)數(shù)字信號(hào)中獲得的，其中N是大于1的正整數(shù)，所述裝置包括發(fā)射波束成形器，它適用于為所述M信號(hào)中的每一個(gè)對(duì)所述N個(gè)頻率槽中的每一個(gè)里的副載波數(shù)據(jù)進(jìn)行相位調(diào)整，由此為所述M信號(hào)中的每一個(gè)生成經(jīng)相位調(diào)整的頻率數(shù)據(jù)；以及M個(gè)快速傅立葉逆變換單元(IFFT)，它們每一個(gè)都適用于輸入所述M信號(hào)中的一個(gè)的經(jīng)相位調(diào)整的頻率數(shù)據(jù)，并且每一個(gè)都對(duì)對(duì)應(yīng)于所述的一個(gè)M信號(hào)的經(jīng)相位調(diào)整的頻率數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換以獲得所述的一個(gè)M信號(hào)，其中M是大于或等于2的整數(shù)，以使所述M信號(hào)適用于形成獨(dú)特的天線(xiàn)陣模式。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)射波束成形器還適用于為所述M信號(hào)中的每一個(gè)對(duì)所述N個(gè)頻率槽中的每一個(gè)里的副載波進(jìn)行加權(quán)，由此為所述M信號(hào)中的每一個(gè)生成經(jīng)相位調(diào)整和加權(quán)的頻率數(shù)據(jù)，并且其中，所述發(fā)射波束成形器包括權(quán)重計(jì)算器，它適用于基于所述不同的通信信道的信道估算，為所述N個(gè)頻率槽計(jì)算M個(gè)復(fù)權(quán)重；以及加權(quán)塊，它適用于為所述M信號(hào)中的每一個(gè)將所述M個(gè)復(fù)權(quán)重施加于對(duì)應(yīng)于所述N個(gè)頻率槽中的每一個(gè)的副載波數(shù)據(jù)，以為所述M信號(hào)獲得所述經(jīng)相位調(diào)整和加權(quán)的頻率數(shù)據(jù)；以及其中，所述M個(gè)IFFT中的每一個(gè)都適用于輸入所述M信號(hào)中的一個(gè)的經(jīng)相位調(diào)整和加權(quán)的頻率數(shù)據(jù)，并且每一個(gè)都對(duì)對(duì)應(yīng)于所述的一個(gè)M信號(hào)的經(jīng)相位調(diào)整和加權(quán)的頻率數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換以獲得所述的一個(gè)M信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述權(quán)重計(jì)算器為所述N個(gè)頻率槽中的每一個(gè)，將所述信道估算轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的復(fù)權(quán)重，由此為所述N個(gè)頻率槽中的每一個(gè)獲得所述M個(gè)復(fù)權(quán)重；以及所述加權(quán)塊包括M個(gè)不同的權(quán)重塊，其中每個(gè)權(quán)重塊將對(duì)應(yīng)的復(fù)權(quán)重施加于對(duì)應(yīng)于所述M信號(hào)中的一個(gè)的副載波數(shù)據(jù)，以為所述的一個(gè)M信號(hào)獲得所述經(jīng)相位調(diào)整和加權(quán)的頻率數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述權(quán)重計(jì)算器還包括在確定所述復(fù)權(quán)重中的至少某幾個(gè)時(shí)使用增益數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，每個(gè)IFFT為所述對(duì)應(yīng)的M信號(hào)順序地處理來(lái)自所述N個(gè)頻率槽中的每一個(gè)的經(jīng)相位調(diào)整和加權(quán)的頻率數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述權(quán)重計(jì)算器還包括在確定所述復(fù)權(quán)重中的至少某幾個(gè)時(shí)使用增益數(shù)據(jù)，并且從接收機(jī)獲得所述增益數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)射波束成形器是發(fā)射機(jī)的一部分，并且所述接收機(jī)和所述發(fā)射機(jī)共享一根天線(xiàn)。
8.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)射波束成形器是發(fā)射機(jī)的一部分，并且所述接收機(jī)和所述發(fā)射機(jī)共享多根天線(xiàn)。
9.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述權(quán)重計(jì)算器從接收機(jī)獲得所述信道估算。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)射波束成形器是發(fā)射機(jī)的一部分，并且所述接收機(jī)和所述發(fā)射機(jī)共享一根天線(xiàn)。
11.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)射波束成形器是發(fā)射機(jī)的一部分，并且所述接收機(jī)和所述發(fā)射機(jī)共享多根天線(xiàn)。
12.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述從接收機(jī)獲得的信道估算是在一段時(shí)間上所接收的不同的信道的信道估算。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所使用的通信信道對(duì)應(yīng)于獲得了其信道估算的那些通信信道。
14.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述權(quán)重計(jì)算器獲得特定通信信道的特定頻率槽的信道估算。
15.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述N個(gè)頻率槽中的每一個(gè)的M個(gè)復(fù)權(quán)重中至少有幾個(gè)是對(duì)所述N個(gè)頻率槽中的每一個(gè)分配恒定功率的頻譜平坦性權(quán)重，由此在所述M信號(hào)中的至少一些的全部N個(gè)頻率槽上保持頻譜平坦性。
16.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述M個(gè)復(fù)權(quán)重中至少有幾個(gè)是從經(jīng)增益調(diào)整的信道估算獲得的，并且是基于有效的各向同性輻射功率限制和每條鏈路的功率限制來(lái)歸一化的。
17.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述N個(gè)頻率槽中的每一個(gè)的M個(gè)復(fù)權(quán)重中的至少一個(gè)是具有低于全分辨率的分辨率的離散復(fù)權(quán)重。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述離散復(fù)權(quán)重是由一對(duì)3比特二進(jìn)制數(shù)表示的。
19.如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述M個(gè)權(quán)重塊中的每一個(gè)是12比特×3比特的乘法器。
20.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述權(quán)重計(jì)算器在生成所述M個(gè)復(fù)權(quán)重之前，為所述N個(gè)頻率槽中的每一個(gè)調(diào)整所述信道估算，以減少由電路不匹配引起的信道不匹配。
21.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，還包括M個(gè)D/A，它們每一個(gè)將所述IFFT的M個(gè)數(shù)字輸出中的一個(gè)轉(zhuǎn)換為多個(gè)模擬基帶輸出中的一個(gè)；M個(gè)RF前端，它們每一個(gè)將從所述M個(gè)D/A中的一個(gè)輸出的模擬基帶輸出中的一個(gè)調(diào)制成射頻(RF)信號(hào)；以及M根天線(xiàn)，它們每一根發(fā)送來(lái)自所述M個(gè)RF前端中的一個(gè)的RF信號(hào)中的一個(gè)。
22.如權(quán)利要求21所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)射波束成形器還在廣播模式中工作，在所述廣播模式期間，使用所述M根天線(xiàn)中的一根來(lái)進(jìn)行發(fā)射。
23.如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，在所述廣播模式期間，僅使用所述M根天線(xiàn)中的一根來(lái)進(jìn)行發(fā)射。
24.如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述M根天線(xiàn)中的一根發(fā)送請(qǐng)求發(fā)送(RTS)信號(hào)。
25.如權(quán)利要求24所述的裝置，其特征在于，新的信道估算是從響應(yīng)于所發(fā)送的RTS信號(hào)而接收的清除發(fā)送(CTS)信號(hào)中提取的。
26.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，信道估算老化閾值被設(shè)置成如果所述信道估算變?yōu)檫^(guò)期的，則所述過(guò)期的信道估算不再被使用。
27.如權(quán)利要求26所述的裝置，其特征在于，響應(yīng)于所述信道估算老化閾值的設(shè)置，從響應(yīng)于所發(fā)送的請(qǐng)求發(fā)送(RTS)信號(hào)而接收的清除發(fā)送(CTS)信號(hào)獲得經(jīng)更新的信道估算。
28.如權(quán)利要求21所述的裝置，其特征在于，所述M根天線(xiàn)中的至少一根發(fā)射CTS信號(hào)，由此向其它發(fā)射機(jī)指示在某個(gè)時(shí)間量里不要發(fā)射，由此避免了隱藏節(jié)點(diǎn)問(wèn)題。
29.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述M信號(hào)是802.11a和802.11g信號(hào)中的一種。
30.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述M等于2。
31.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述M等于4。
32.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，使用單獨(dú)的天線(xiàn)來(lái)發(fā)射對(duì)應(yīng)于所述M信號(hào)中的每一個(gè)的RF信號(hào)。
33.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，使用單獨(dú)的天線(xiàn)來(lái)發(fā)射對(duì)應(yīng)于所述M信號(hào)中的每一個(gè)的相同的一個(gè)或數(shù)個(gè)頻率槽的RF信號(hào)。
34.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，在廣播模式期間，使用M根天線(xiàn)來(lái)發(fā)射共同對(duì)應(yīng)于廣播信號(hào)的M個(gè)RF信號(hào)，并且其中，所述M根天線(xiàn)中的一根發(fā)射對(duì)應(yīng)于表示來(lái)自所述頻率槽中的一些的副載波的所述數(shù)字輸出的一部分的RF信號(hào)，并且所述M根天線(xiàn)中的其它每一根發(fā)射對(duì)應(yīng)于表示來(lái)自所述頻率槽中的其它幾個(gè)的副載波的所述數(shù)字輸出的另一部分的RF信號(hào)。
35.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括M根天線(xiàn)，并且其中，使用不到全部M根的天線(xiàn)來(lái)發(fā)射RF信號(hào)，并且其中，所述不到全部M根的天線(xiàn)在具有良好發(fā)射路徑的通信信道上發(fā)射。
36.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，形成所述陣列模式是為了抵消信道效應(yīng)。
37.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述獨(dú)特的天線(xiàn)陣模式包括多個(gè)獨(dú)特的空間模式，其中每個(gè)頻率槽對(duì)應(yīng)于一個(gè)獨(dú)特的空間模式。
38.一種多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)在寬帶無(wú)線(xiàn)分組通信網(wǎng)絡(luò)中對(duì)M個(gè)數(shù)字輸出OFDM信號(hào)(“M信號(hào)”)進(jìn)行波束成形的方法，其中每個(gè)所述數(shù)字輸出OFDM信號(hào)包括N個(gè)頻率槽中的副載波數(shù)據(jù)，其中所述M信號(hào)中的每一個(gè)都適用于在不同的通信信道上進(jìn)行發(fā)射，并且其中所述M信號(hào)中的每一個(gè)都是從同一單個(gè)數(shù)字信號(hào)中獲得的，其中N是大于1的正整數(shù)，所述方法包括為所述M信號(hào)中的每一個(gè)對(duì)所述N個(gè)頻率槽中的每一個(gè)中的副載波數(shù)據(jù)進(jìn)行相位調(diào)整，由此為所述M個(gè)信號(hào)中的每一個(gè)生成經(jīng)相位調(diào)整的頻率數(shù)據(jù)；以及使用快速傅立葉逆變換(IFFT)來(lái)轉(zhuǎn)換對(duì)應(yīng)于所述M信號(hào)中的每一個(gè)的所述經(jīng)相位調(diào)整的頻率數(shù)據(jù)以獲得所述M信號(hào)，其中M是大于或等于2的整數(shù)，以使所述M信號(hào)適用于形成獨(dú)特的列天線(xiàn)陣模式。
39.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述相位調(diào)整步驟還包括為所述M信號(hào)中的每一個(gè)對(duì)所述N個(gè)頻率槽中的每一個(gè)里的子載波進(jìn)行加權(quán)，由此為所述M信號(hào)中的每一個(gè)生成經(jīng)相位調(diào)整和加權(quán)的頻率數(shù)據(jù)，并且在所述相位調(diào)整步驟之前，還包括以下步驟基于所述不同的通信信道的信道估算，為所述N個(gè)頻率槽中的每一個(gè)計(jì)算M個(gè)復(fù)權(quán)重；以及其中，所述相位調(diào)整步驟包括為所述M信號(hào)中的每一個(gè)將所述M個(gè)復(fù)權(quán)重施加于對(duì)應(yīng)于所述N個(gè)頻率槽中的每一個(gè)的副載波數(shù)據(jù)，以為所述M個(gè)號(hào)中的每一個(gè)獲得所述經(jīng)相位調(diào)整和加權(quán)的頻率數(shù)據(jù)。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算步驟包括在確定所述復(fù)權(quán)重中的至少某幾個(gè)時(shí)使用增益數(shù)據(jù)。
41.如權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，每個(gè)IFFT為對(duì)應(yīng)的M信號(hào)順序地處理來(lái)自所述N個(gè)頻率槽中的每一個(gè)的經(jīng)相位調(diào)整和加權(quán)的頻率數(shù)據(jù)。
42.如權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算步驟包括在確定所述復(fù)權(quán)重中的至少某幾個(gè)時(shí)使用增益數(shù)據(jù)，并從接收機(jī)獲得所述增益數(shù)據(jù)。
43.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于，還包括發(fā)射所述M信號(hào)的步驟以及接收信號(hào)的步驟，并且其中，所述發(fā)射步驟和所述接收步驟共享一根天線(xiàn)。
44.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于，還包括發(fā)射所述M信號(hào)的步驟以及接收信號(hào)的步驟，并且其中，所述發(fā)射步驟和所述接收步驟共享多根天線(xiàn)。
45.如權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算步驟從接收機(jī)獲得所述信道估算。
46.如權(quán)利要求45所述的方法，其特征在于，還包括發(fā)射所述M信號(hào)的步驟以及接收信號(hào)的步驟，并且其中，所述發(fā)射步驟和所述接收步驟共享一根天線(xiàn)。
47.如權(quán)利要求45所述的方法，其特征在于，還包括發(fā)射所述M信號(hào)的步驟以及接收信號(hào)的步驟，并且其中，所述發(fā)射步驟和所述接收步驟共享多根天線(xiàn)。
48.如權(quán)利要求45所述的方法，其特征在于，所述從接收機(jī)獲得的信道估算是在一段時(shí)間上所接收的不同的信道的信道估算。
49.如權(quán)利要求48所述的方法，其特征在于，所使用的通信信道對(duì)應(yīng)于獲得了其信道估算的那些通信信道。
50.如權(quán)利要求45所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算步驟獲得特定通信信道的特定頻率槽的信道估算。
51.如權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，所述N個(gè)頻率槽中的每一個(gè)的M個(gè)復(fù)權(quán)重中至少有幾個(gè)是對(duì)所述N個(gè)頻率槽中的每一個(gè)分配恒定功率的頻譜平坦性權(quán)重，由此在所述M信號(hào)中的至少一些的全部N個(gè)頻率槽上保持頻譜平坦性。
52.如權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，所述M個(gè)復(fù)權(quán)重中至少有幾個(gè)是從經(jīng)增益調(diào)整的信道估算獲得的，并且是基于有效的各向同性輻射功率限制和每條鏈路的功率限制來(lái)歸一化的。
53.如權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，所述N個(gè)頻率槽中的每一個(gè)的M個(gè)復(fù)權(quán)重中的至少一個(gè)是具有低于全分辨率的分辨率的離散復(fù)權(quán)重。
54.如權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于，所述離散復(fù)權(quán)重是由一對(duì)3比特二進(jìn)制數(shù)表示的。
55.如權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于，所述M個(gè)權(quán)重塊中的每一個(gè)是12比特×3比特的乘法器。
56.如權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算步驟在生成所述M個(gè)復(fù)權(quán)重之前，為所述N個(gè)頻率槽中的每一個(gè)調(diào)整所述信道估算，以減少由電路不匹配引起的信道不匹配。
57.如權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟將所述IFFT的M個(gè)數(shù)字輸出中的每一個(gè)轉(zhuǎn)換為多個(gè)模擬基帶輸出中的一個(gè)；將所述模擬基帶輸出中的每一個(gè)調(diào)制成射頻(RF)信號(hào)；以及在M根天線(xiàn)中的一根上發(fā)射所述RF信號(hào)中的每一個(gè)。
58.如權(quán)利要求57所述的方法，其特征在于，存在廣播模式，在所述廣播模式期間，使用所述M根天線(xiàn)中的一根來(lái)進(jìn)行發(fā)射。
59.如權(quán)利要求58所述的方法，其特征在于，在所述廣播模式期間，僅使用所述M根天線(xiàn)中的一根來(lái)進(jìn)行發(fā)射。
60.如權(quán)利要求58所述的方法，其特征在于，所述M根天線(xiàn)中的一根發(fā)送請(qǐng)求發(fā)送(RTS)信號(hào)。
61.如權(quán)利要求60所述的方法，其特征在于，新的信道估算是從響應(yīng)于所發(fā)送的RTS信號(hào)而接收的清除發(fā)送(CTS)信號(hào)中提取的。
62.如權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，信道估算老化閾值被設(shè)置成如果所述信道估算變?yōu)檫^(guò)期的，則所述過(guò)期的信道估算不再被使用。
63.如權(quán)利要求62所述的方法，其特征在于，響應(yīng)于所述信道估算老化閾值的設(shè)置，從響應(yīng)于所發(fā)送的請(qǐng)求發(fā)送(RTS)信號(hào)而接收的清除發(fā)送(CTS)信號(hào)獲得經(jīng)更新的信道估算。
64.如權(quán)利要求57所述的方法，其特征在于，所述M根天線(xiàn)中的至少一根發(fā)射CTS信號(hào)，由此向其它發(fā)射機(jī)指示在某個(gè)時(shí)間量里不要發(fā)射，由此避免了隱藏節(jié)點(diǎn)問(wèn)題。
65.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，所述M信號(hào)是802.11a和802.11g信號(hào)中的一種。
66.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，所述M等于2。
67.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，所述M等于4。
68.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，在廣播模式期間，使用M根天線(xiàn)來(lái)發(fā)射共同對(duì)應(yīng)于廣播信號(hào)的M個(gè)RF信號(hào)，并且其中，所述M根天線(xiàn)中的一根發(fā)射對(duì)應(yīng)于表示來(lái)自所述頻率槽中的1/M的副載波的數(shù)字輸出的一部分的RF信號(hào)，并且所述M根天線(xiàn)中的其它每一根發(fā)射對(duì)應(yīng)于表示來(lái)自所述頻率槽中的其它1/M的副載波的數(shù)字輸出的另一部分的RF信號(hào)。
69.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，還包括M根天線(xiàn)，并且其中，使用不到全部M根的天線(xiàn)來(lái)發(fā)射RF信號(hào)，并且其中，所述不到全部M根的天線(xiàn)在具有良好發(fā)射路徑的通信信道上發(fā)射。
70.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，形成所述陣列模式是為了抵消信道效應(yīng)。
71.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，所述獨(dú)特的天線(xiàn)陣模式包括多個(gè)獨(dú)特的空間模式，其中每個(gè)頻率槽對(duì)應(yīng)于一個(gè)獨(dú)特的空間模式。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高數(shù)據(jù)率寬帶分組無(wú)線(xiàn)通信信號(hào)的多天線(xiàn)發(fā)射機(jī)波束成形的裝置和方法，其中每個(gè)信號(hào)包括N個(gè)頻率，其中N是正整數(shù)。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，該裝置包括(1)發(fā)射波束成形器，它將M根天線(xiàn)上的N個(gè)頻率中的每一個(gè)的信號(hào)同相并加權(quán)，由此生成M個(gè)經(jīng)同相和加權(quán)的頻率數(shù)據(jù)，以及(2)M個(gè)快速傅立葉逆變換單元(IFFT)，它們將這M個(gè)經(jīng)同相和加權(quán)的頻率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為M個(gè)數(shù)字輸出，以及M根發(fā)射天線(xiàn)，它們發(fā)射這M個(gè)經(jīng)同相和加權(quán)的信號(hào)，其中M是大于或等于2的整數(shù)。
文檔編號(hào)H04L27/26GK1864347SQ200480029549
公開(kāi)日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2004年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月8日
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