專利名稱：根據(jù)誰具有最大估計信道容量來選擇開環(huán)或閉環(huán)mimo的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信信道估計，具體來講，涉及確定何時發(fā)送信道估計。
背景技術(shù)：
近年來，作為增加無線鏈接的覆蓋面或容量的方法，多元件天線結(jié)構(gòu)已經(jīng)變?yōu)?熱門研究的主題。(參見 Paulraj、Nabar 和 Gore 所著的 “ Introducation to Space-Time Wireless Communiations”)。通常的情況是鏈路上的發(fā)射器和接收器均具有多個天線元 件，這些天線元件都工作于同一無線電信道并且優(yōu)點是利用了這些天線元件之間的空間 和時間差。該系統(tǒng)被稱作MIMO (多輸入、多輸出)，并且通?；诳臻g復(fù)用?？梢詫崿F(xiàn)MIMO的方式有多種，但是通?？梢苑譃閮深悺Ｔ诘谝活惖南到y(tǒng)中，發(fā)射器不使用信道知識來確定什么信號借助那個天線來發(fā) 送。這類的系統(tǒng)被稱作開環(huán)ΜΙΜΟ。在開環(huán)ΜΙΜΟ中，發(fā)射器通常從每個天線元件發(fā) 射相等的能量，并且應(yīng)用與各信道狀況適應(yīng)的符號編碼。這種編碼的實例是由WiMAX 論壇規(guī)定的Alamouti編碼。在第二類的系統(tǒng)中，發(fā)射器使用信道知識來確定什么信號借助那個天線來發(fā) 送。這種知識是通過來自接收器的反饋獲得的。這類的系統(tǒng)被稱作閉環(huán)ΜΙΜΟ。在閉 環(huán)MIMO系統(tǒng)中，發(fā)射器可以利用算法根據(jù)其信道知識對天線設(shè)置能量分配和編碼。這 可以增加容量和/或信噪比。然而，為了實現(xiàn)這些增益，接收器必須反饋關(guān)于信道的信 息。這種反饋占用一些容量，因此需要在從更詳細的信道信息得到的增益與由于發(fā)送信 道返回信息而損失的容量消耗之間平衡。為了解決這種平衡，大量的研究正尋找使用最小反饋實現(xiàn)最大的閉環(huán)MIMO系 統(tǒng)的覆蓋面和容量。這種方法存在的問題是，當(dāng)信道中的任何部分發(fā)生改變時(例如當(dāng) 發(fā)射器或接收器移動時，或者當(dāng)物體沿著傳播路徑移動時)信道特性隨之變化。因此， 當(dāng)采用最小反饋時，與開環(huán)的情況相比，覆蓋面和容量沒有顯著增加。3GPP (第三代伙伴計劃)已經(jīng)在其LTE(長期演進)系統(tǒng)中采用了碼本方法。在 碼本系統(tǒng)中，將標簽發(fā)送給發(fā)射器，從該發(fā)射器中可以查詢與信道與最配的多路矩陣， 這與目錄中的項類似。然而，該系統(tǒng)受信道類型的數(shù)量的限制的并且遠遠達不到最佳水 平。 (參見 David Love 所著的 “ Grassmannian Beamforming for ΜΙΜΟ Wireless Systems” 關(guān)于碼本的整體討論)。用于減小提供信道反饋信息所需帶寬的另一種方法是由接收器周 期性地估算信道并且將信道狀況編號發(fā)送回發(fā)射器(參見例如2005年由Heath和Paulraj 所著的“Switching Between Diversity and Multiplexing inMIMO systems” )。需要改善利用信道信息在空間復(fù)用ΜΙΜΟ發(fā)射器處得到的增益與由于向發(fā)射器 反饋信道信息導(dǎo)致的帶寬損失之間的平衡。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種在空間復(fù)用天線通信系統(tǒng)中工作的收發(fā)器，該接收器包括信號處理裝置，所述信號處理裝置被構(gòu)造用于形成所述收發(fā)器和第 二收發(fā)器之間信道的信道估計；根據(jù)所述信道估計來估計所述信道的容量；根據(jù)估計出 的所述信道容量來確定是否向所述第二收發(fā)器發(fā)送表示所述估計的數(shù)據(jù)；以及僅在所述 確定的結(jié)果是肯定時，才使所述收發(fā)器向所述第二收發(fā)器發(fā)送表示所述估計的數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于控制空間復(fù)用天線通信系統(tǒng)中工作的 收發(fā)器的方法，所述方法包括形成所述收發(fā)器和第二收發(fā)器之間信道的信道估計；根 據(jù)所述信道估計來估計所述信道的容量；根據(jù)估計出的所述信道容量來確定是否向所述 第二收發(fā)器發(fā)送表示所述估計的數(shù)據(jù)；以及僅在所述確定的結(jié)果為肯定時，才向所述第 二收發(fā)器發(fā)送表示所述估計的數(shù)據(jù)。所述確定可以包括估計所述第二收發(fā)器知道所述信道估計時所述信道的容量 (“a” )；以及估計所述第二收發(fā)器不具有所述信道的知識時所述信道的容量(“b” )； 如果(a-b)超過預(yù)定閾值，則確定應(yīng)該發(fā)送表示所述信道估計的數(shù)據(jù)。所述預(yù)定閾值可 以為0，或者可以大于0或小于0。所述收發(fā)器可以被構(gòu)造用于通過注水算法來估計a的值。所述收發(fā)器可以是MIMO收發(fā)器和/或ODFM收發(fā)器。所述收發(fā)器可以被構(gòu)造為用于根據(jù)之前將信道估計發(fā)送到所述第二收發(fā)器的頻 率來確定何時形成所述信道估計。表示所述信道估計的所述數(shù)據(jù)可以是表示自信道估計最近被發(fā)送到所述第二收 發(fā)器之后所述信道估計的變化的數(shù)據(jù)。


現(xiàn)在，將參照附圖以示例的方式描述本發(fā)明。在附圖中圖1是通信系統(tǒng)的示意圖。圖2示出BER性能與注水和未注水的SVD的對比。圖3示出BER性能與量化的反饋以及最佳CSI的對比。圖4示出當(dāng)沒有更新時注水性能如何隨時間而劣化。交點表示注水的性能等于 未注水的性能的時刻。圖5示出用于確定何時用信道信息更新發(fā)射器的算法。
具體實施例方式圖1中的系統(tǒng)是MIMO系統(tǒng)，其接收器采用用于確定何時開始反饋信道信息的 算法。廣義地說，算法涉及估計信道容量以及根據(jù)估計出的信道容量來確定何時開始反 饋信道信息。例如，接收器可以周期性地將a發(fā)射器使用接收器的信道信息時對信道容量的估計，與b 發(fā)射器不使用信道信息時對信道容量的估計進行比較，并且僅當(dāng)(b_a) > k時更新發(fā)射器，其中k是預(yù)設(shè)的閾值。該閾值 可以為零，在這種情況下，如果b>a，則將進行更新。圖1示出了其中可以使用本方法的空間復(fù)用天線系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括發(fā)射器1和 接收器2。發(fā)射器具有多個天線元件101、102，接收器具有多個天線元件201、202，因此在發(fā)射器和接收器之間存在四個通信信道11至201、101至202、102至201以及102 至202。該發(fā)射器和接收器優(yōu)選地為MIMO收發(fā)器。該發(fā)射器具有基帶處理器部分 103，其接收要發(fā)送的通信數(shù)據(jù)并且產(chǎn)生供每個天線發(fā)送的符號；以及兩個模擬發(fā)射鏈 104、105，其包括用于將這些信號上變頻為射頻的混合器106、107以及用于放大經(jīng)上變 頻的信號以驅(qū)動各個天線的放大器108、109。接收器具有模擬接收鏈203、204，其包 括放大各個天線接收的信號的放大器205和206;混合器207、208，其用于下變頻經(jīng)放大 的信號；以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器209、210，其用于將經(jīng)下變頻的信號數(shù)字化，以向基帶處理器 部分211提供輸入。接收器2還可以向發(fā)射器1提供反饋，并且發(fā)射器1可以接收該反饋。為此， 接收器2具有與發(fā)射器1的發(fā)射鏈類似的發(fā)射鏈212、213，并且發(fā)射器1具有與接收器2 的接收鏈類似的接收鏈110、111。以下的說明將討論從接收器2至發(fā)射器1的信道估計 反饋，但是可以使用類似的原理來控制從發(fā)射器1至接收器2的信道估計反饋，以用于使 隨后接收器2的發(fā)射最佳化?；鶐幚聿糠?03、211包括處理器112、214。各處理器執(zhí)行相關(guān)存儲器113、 215中存儲的指令，以執(zhí)行其功能。在該示例中，發(fā)射器和接收器根據(jù)OFDM(正交頻分 復(fù)用)協(xié)議來工作。如在其它閉環(huán)MIMO-OFDM系統(tǒng)中一樣，接收器2可以利用處理部分211估計 發(fā)射器與其自身之間的信道。這些估計被稱作 。接收器可以向發(fā)射器發(fā)送消息，以更新 發(fā)射器對接收器估計的知識。如上所述，接收器不是以預(yù)定間隔反饋 。而是基于當(dāng)前的 信道狀況決定何時反饋H。反饋消息中的信息可以采用各種形式。反饋的三種示例性形式為H的變化(或 ΔΗ)>碼本標簽(codebooklabel)或奇異值分解(SVD)的特征向量。在本示例中，接收 器將H的變化發(fā)送到發(fā)射器，并且接下來在發(fā)射器和接收器執(zhí)行SVD。雖然該方法會需 要額外的處理，但是將H的變化發(fā)送回去而非發(fā)送H本身，通常在總體上更有效。優(yōu)選 地，除了報告H的變化之外，還不時地也發(fā)送完整的H?，F(xiàn)在將描述本方法的仿真。雖然用于確定何時反饋信息所表現(xiàn)的指標與所使用 的調(diào)制方案無關(guān)，但是本仿真使用不帶前向糾錯的格雷碼QPSK。OFDM與大小為256 的快速傅立葉變換(FFT) —起使用。仿真中使用的信道模型基于ITU信道B步行(Pedestrian) 6-抽頭模型(參見 1997 年 ITU-R Reconmendation M.1225 的“Guidelines for Evaluation of Radio Transmission Technologies for IMT-2000”的第28頁)，該模型基于根據(jù)2006年第16卷的Ericsson的
"ΜΙΜΟ Channel model for TWG RCT ad-hoc proposal"的相關(guān)方法，為 ΜΙΜΟ 的使用進 行了修改并且使用從3GPP空間信道模型(SCM)獲取的天線和角分布參數(shù)(參見在線可 得自 http://www.3gpp.org/ 的 3GPP， "Spatial channel model for MlMOsimulations” (TR 25.996 V 6.1.0 (2003-09))，Technical Report)。選擇 Pedestrian B 信道是因為在與信噪比 (SNR)相對照的比特誤碼率(BER)性能方面它是ITU信道模型中最苛刻的。這是因為 在尺寸上與初始信號相當(dāng)?shù)囊粋€抽頭會造成非常深的快速衰落。當(dāng)在空時分組碼(STBC) 模式下時，使用 Alamouti 碼(參見 S.M.Alamouti, "A simple transmit diversitytechnique
5for wireless communications”，IEEE J.Sel.Area Commun.,桌 16 卷桌 8 其月，桌 1451-1458 頁，1998年10月)。本仿真中所使用的信道模型產(chǎn)生任何所需數(shù)量的H MIMO信道指標，并且其在 該路徑被當(dāng)作從發(fā)射器到接收器的基帶的意義上是“非物理的(non-physical)”，包括天 線的關(guān)聯(lián)性。這種對天線的依賴是略微有限制性的，但是與射線追蹤或幾何方法相比， 模型更簡單。這種限制不被認為是重要的，這是由于在發(fā)射器(假設(shè)為基站)使用的是 潛在的4λ間隔的常規(guī)天線構(gòu)造而在接收器(假定為用戶端)使用的是λ/2間隔的天線 構(gòu)造。對于具有Nr個接收器天線和Ντ個發(fā)射器天線的MIMO系統(tǒng)，使用以下公式來 執(zhí)行信道矩陣H的計算。
權(quán)利要求
1.一種用于在空間復(fù)用天線通信系統(tǒng)中工作的收發(fā)器，所述接收器包括信號處理裝 置，所述信號處理裝置被構(gòu)造用于形成所述收發(fā)器和第二收發(fā)器之間的信道的信道估計； 根據(jù)所述信道估計來估計所述信道的容量；根據(jù)估計出的所述信道容量來確定是否向所述第二收發(fā)器發(fā)送表示所述估計的數(shù) 據(jù)；以及僅在所述確定的結(jié)果為肯定時，才使所述收發(fā)器向所述第二收發(fā)器發(fā)送表示所述估 計的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的收發(fā)器，其中所述確定包括估計所述第二收發(fā)器獲知所述信道估計時所述信道的容量(“a” )；以及 估計所述第二收發(fā)器不具有所述信道的知識時所述信道的容量(“b” )； 如果(a_b)超過預(yù)定閾值，則確定應(yīng)該發(fā)送表示所述信道估計的數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的收發(fā)器，其中所述預(yù)定閾值為0。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的收發(fā)器，其中所述收發(fā)器被構(gòu)造為利用注水算法估計a。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的收發(fā)器，其中所述收發(fā)器是MIMO收發(fā)器。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的收發(fā)器，其中所述收發(fā)器是ODFM收發(fā)器。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的收發(fā)器，其中所述收發(fā)器被構(gòu)造用于根據(jù)之前將 所述信道估計發(fā)送到所述第二收發(fā)器的頻率來確定何時形成所述信道估計。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的收發(fā)器，其中，所述表示所述信道估計的數(shù)據(jù)是 表示自所述信道估計最近被發(fā)送到所述第二收發(fā)器之后所述信道估計的變化的數(shù)據(jù)。
9.一種用于控制在空間復(fù)用天線通信系統(tǒng)中工作的收發(fā)器的方法，所述方法包括 形成所述收發(fā)器和第二收發(fā)器之間的信道的信道估計；根據(jù)所述信道估計來估計所述信道的容量；根據(jù)估計出的所述信道容量來確定是否向所述第二收發(fā)器發(fā)送表示所述估計的數(shù) 據(jù)；以及僅在所述確定的結(jié)果為肯定時，才向所述第二收發(fā)器發(fā)送表示所述估計的數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種MIMO OFDM接收器，其周期性地形成信道估計并且將a發(fā)射器將利用接收器的信道估計(閉環(huán))時對信道容量的估計與b發(fā)射器將不利用信道估計(開環(huán))時對信道容量的估計作比較，并且僅當(dāng)(b-a)＞k時將信道估計的數(shù)據(jù)發(fā)送到發(fā)射器，其中k是預(yù)設(shè)的閾值。
文檔編號H04B7/06GK102017452SQ200980114600
公開日2011年4月13日 申請日期2009年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月31日
發(fā)明者邁克爾·羅伯特·菲奇 申請人:英國電訊有限公司