多信道通信系統內使用選擇性信道傳輸處理傳輸數據的方法和裝置的制作方法

專利名稱：多信道通信系統內使用選擇性信道傳輸處理傳輸數據的方法和裝置的制作方法
背景領域本發明一般涉及數據通信，且更特定地涉及一種在無線通信系統內使用選擇性信道傳輸和定義的(例如一致的)發射功率分配處理傳輸數據的技術。
背景多信道通信系統一般用于提供各種類型的通信(諸如聲音、數據等)增加的傳輸能力。該種多信道系統可能是多輸入多輸出(MIMO)通信系統、正交頻分調制(OFDM)系統、采用OFDM的MIMO系統或一些其它類型的系統。MIMO系統使用多個發射天線和多個接收天線使用空間分集以支持多個空間子信道，每個可以用于發射數據。OFDM系統有效地將操作頻帶分為多個頻率子信道(或頻率倉)，其中每個與相應的子載波相關，數據可能在子載波上調制。多信道通信系統因此支持多個“傳輸”信道，其中每個對應MIMO系統內的空間子信道、OFDM系統內的頻率子信道或采用OFDM的MIMO系統中的頻率子信道的空間子信道。
多信道通信系統的傳輸信道一般經歷不同的鏈路條件(例如由于不同的衰落和多徑效應)且可能獲得不同的信號-噪聲加干擾比(SNRs)。所以對特定性能水平傳輸信道可能支持的傳輸容量(即信息比特速率)在信道間可能各不相同。而且，鏈路條件一般隨時間改變。所以傳輸信道支持的比特速率也隨時間改變。
傳輸信道的不同傳輸容量加上這些容量的時變特性使得很難提供一種在信道上傳輸前能處理數據的有效編碼和調制方案。而且，考慮到實際情況，編碼和調制方案應能簡單實現且在發射機和接收機系統內都能使用。
因此在領域內需要一種技術能有效并高效地處理在容量不同的多個傳輸信道上傳輸的數據并減少復雜度。
概述本發明的各方面提供了一種選擇傳輸信道用于數據傳輸并在選定的傳輸信道上處理并發射數據的技術。在一定的實施例中，可用的傳輸信道被分為一個或多個組，每個組包括任何數量的傳輸信道。對采用OFDM的MIMO系統而言，可用的傳輸信道對應空間子信道和頻率子信道，每個組可能對應例如相應的發射天線，且每個組內的傳輸信道可能是對應的發射天線的頻率子信道。
在一方面，在此稱為選擇性信道傳輸(SCT)，只有每個組內SNRs(或功率增益)處于或超過某特定(SNR或功率增益)閥值的“好”傳輸信道被選擇用于數據傳輸，“壞”傳輸信道則不使用。好的傳輸信道可能定義為那些SNRs或功率增益處在或在特定SNR或功率增益閥值之上的傳輸信道。每個組的總可用發射功率根據預定的分配方案被分配給好的傳輸信道。在另一實施例中，定義的分配方案將總可用發射功率在好的傳輸信道間一致分配。還可能使用其它分配方案。
另一方面，選擇性信道傳輸可能與一般編碼和調制一起使用，它能簡化發射機系統處的的編碼/調制以及接收機系統處的互補的解碼/解調。每個傳輸信道組可能與相應的編碼和調制方案相關，且每個組的數據可能根據為組選擇的方案經編碼和調制。每個組因此與以下相關(1)用于選擇用于數據傳輸的傳輸信道的相應(SNR或功率增益)閥值，(2)用于處理該組的數據的相應的編碼和調制方案。
選擇性信道傳輸可能提供改善的性能，這是由于以下組合的好處(1)只使用從組內所有可用傳輸信道中選出的每個組內的最佳傳輸信道，(2)只將總可用發射功率在選出的傳輸信道間分配以及(3)將每個選出的傳輸信道的的數據處理與這些信道可獲得的容量相匹配。
本發明還提供實現本發明的各個方面、實施例以及特征的方法、系統和裝置，將在以下詳細描述。
附圖的簡要描述通過下面提出的結合附圖的詳細描述，本發明的特征、性質和優點將變得更加明顯，附圖中相同的部分具有相同的標識，其中

圖1是設計用來實現本發明的各個方面和實施例的多輸入多輸出(MIMO)通信系統的圖示；圖2A是根據本發明的實施例，使用選擇性信道傳輸選擇傳輸信道并分配發射功率的處理流程圖；圖2B是根據本發明的實施例確定用于導出數據傳輸的傳輸信道的閥值α的處理流程圖；圖3是能實現本發明各個方面和實施例的MIMO通信系統圖示；圖4A到4D是根據本發明的四個特定實施例能處理數據的四個MIMO發射機系統的框圖；圖5是根據本發明的實施例能接收數據的MIMO接收機系統的框圖；圖6A和6B是圖5示出的MIMO接收機系統內信道MIMO/數據處理器和干擾對消器的實施例相應的框圖；以及圖7是根據本發明的另一實施例能接收數據的MIMO接收機系統的框圖。
詳細描述本發明的各個方面、實施例以及特征可能應用于任何多信道通信系統，其中有多個傳輸信道可用于數據傳輸。該種多信道通信系統包括多輸入多輸出(MIMO)系統、正交頻分調制(OFDM)系統、采用OFDM的MIMO系統等。多信道通信系統還可能實現碼分多址(CDMA)、時分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)或一些其它的多址技術。多址通信技術能用于支持多個終端的進發通信。
圖1是設計用來實現本發明的各個方面和實施例的多輸入多輸出(MIMO)通信系統100的圖示。MIMO系統100使用多個(NT)個發射天線和多個(NR)接收天線用于數據傳輸。MIMO系統100有效地為多址通信系統形成，后者帶有同時與多個終端(T)106通信的基站(BS)104。在該情況下，基站104使用多個天線，且代表了用于上行鏈路傳輸的多輸入(MI)，和用于下行鏈路傳輸的多輸出(MO)。下行鏈路(即前向鏈路)指的是從基站到終端的傳輸，上行鏈路(即反向鏈路)是從終端到基站的傳輸。
MIMO系統使用多個(NT)發射天線和多個(NR)接收天線用于數據傳輸。NT個發射天線和NR個接收天線形成的MIMO信道可分解成NC個獨立信道，其中NC≤min{NT，NR}。NC個獨立信道的每個還被稱為MIMO信道的空間子信道并對應一維。在一個普通的MIMO系統實現中，NT個發射天線位于單個發射機系統并與之相關，且NR個接收天線也類似地位于單個接收機系統內并與之相關。還可能為多址通信系統有效地形成MIMO系統，每個多址通信系統帶有同時與多個終端通信的一個基站。在該情況下，基站有多個天線且每個終端可能有一個或多個天線。
OFDM系統有效地將操作頻帶分為一定數目(NF)的頻率子信道(即頻率倉或子頻帶)。在每個時隙處，調制碼元可能在NF個頻率子信道中的每一個上發射。每個時隙對應于特定的取決于頻率子信道帶寬的時間間隔。
多信道通信系統可能用于通過多個傳輸信道發射數據。對于不采用OFDM的MIMO系統而言，一般只有一個頻率子信道且每個空間子信道可能被稱為傳輸信道。對采用OFDM的MIMO系統而言，每個頻率子信道的每個空間子信道可能被稱為傳輸信道。對不使用MIMO的OFDM系統而言，對每個頻率子信道只有一個空間子信道，且每個頻率子信道可能被稱為傳輸信道。
多信道通信系統內的傳輸信道一般經歷不同鏈路條件(例如由于不同的衰落或多徑效應)且可能獲得不同的信號-噪聲加干擾比(SNRs)。結果是，傳輸信道的容量可能隨信道各不相同。該容量可以通過對特定性能等級(例如特定比特差錯率(BER)或分組差錯率(PER))在傳輸信道上發射的信息比特速率(即每調制碼元的信息比特數)來衡量。由于鏈路條件一般隨時間變化，所以傳輸信道支持的信息比特速率也隨時間變化。
為充分利用傳輸信道的容量，可能(一般在接收機系統處)確定描述鏈路條件的信道狀態信息(CSI)并提供給發射機系統。發射機系統然后可能對數據處理(例如編碼調制以及加權)使得每個傳輸信道發射的信息比特速率與信道的傳輸容量匹配。CSI可能被歸類為“全CSI”或“部分CSI”。全CSI包括在NT×NR的MIMO矩陣(即每個傳輸信道特性)內的每個發射-接收天線對間的傳輸路徑的整個系統頻帶上充分的特性(例如幅度和相位)。部分CSI可能包括例如傳輸信道的SNRs。
可能使用多種技術以在多個傳輸信道上傳輸前處理數據。在一種技術中，每個傳輸信道的數據可能根據基于信道的CSI而為該信道選擇的特定的編碼和調制方案而被編碼和調制。通過對每個傳輸信道分開編碼和調制，編碼和調制可能對每個傳輸信道的SNR而被優化。在該種技術的一實施例中，使用固定的基碼對數據編碼，且每個傳輸信道的經編碼比特然后經截短(即選擇性地刪除)以獲得該信道支持的碼率。在該實現中，每個傳輸信道的調制方案也根據信道的碼率和SNR而經選擇。該編碼和調制方案在美國專利號09/776075內有進一步詳細描述，題為“CODING SCHEME FOR A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM”，提交于2001年2月1日，轉讓給本發明受讓人并在此引入作為參考。對該技術，實際的實現復雜性一般與每個傳輸信道帶有不同的碼率和調制方案相關。
根據本發明的一方面，提供技術以(1)確定用于數據傳輸的一傳輸信道集合，該集合包括可用的傳輸信道的所有或子集，(2)以已定義的方式將總可用發射功率分配給選定的傳輸信道，以及(3)根據一種或多種編碼和調制方案處理所有選定的傳輸信道的數據，該方案可以部分根據分配給選定的傳輸新大到的特定發射功率而經確定。使用選擇性信道傳輸，只有帶有處于或在某特定SNR(或功率增益)閥值之上的傳輸容量(例如接收到的SNRs或功率增益)的“好”傳輸信道被選定用來進行數據傳輸，且“壞”傳輸信道不被使用。總可用發射功率然后以已定義的方式在好傳輸信道上分配(例如均勻地)。
在另一實施例中，所有可用的傳輸信道被分為組且對每個信道組獨立地應用選擇性信道傳輸。例如，每個發射天線的頻率子信道可能被組在一起，且對發射天線的每個獨立地應用選擇性信道傳輸。該分組使得在每組(例如每發射天線)基礎上獲得最優化。
選擇性信道傳輸技術可能有利地在發射機處有全CSI或部分CSI時使用。這些技術可能與人同的編碼和調制方案一起使用，在這種情況下在能改善與上述的信道特定編碼和調制技術相關的復雜性同時也獲得高性能。選擇性信道傳輸技術還可能提供優于信道特定的編碼和調制技術的改進的性能，這是由于以下組合的好處(1)只使用可用傳輸信道中的NU個最好的傳輸信道以及(2)將編碼和調制方案與選定的傳輸信道獲得的SNRs大致匹配。
對采用OFDM以及帶有可用的全CSI的MIMO系統，發射機系統可能具有關于每個頻率子信道的每個發射-接收天線對間的傳輸路徑的復數值增益的知識。該信息可能用于使得MIMO信道正交，使得每個本征模式(即空間子信道)可能用于獨立的數據流。
對采用OFDM且帶有可用的部分CSI的MIMO系統，發射機可能只有對傳輸信道有限的了解。獨立數據流可能在可用的發射天線上對應的傳輸信道上發射，且接收機系統可能使用特定線性(空間)或非線性(空間-時間)處理技術(即均衡)以分離數據流。均衡提供了對應每個傳輸信道(例如每個發射天線和/或每個頻率子信道)的數據流，且這些數據流的每個都有相關的SNR。
如果傳輸信道的SNRs集合在接收機系統處可用，則該信息可能用于在選定的傳輸信道間分配總可用發射功率并選擇合適的編碼和調制方案。在一實施例中，每個組內的可用傳輸信道按接收到的SNR遞減的順序排列，且總可用發射功率分配并用于組內NU個最佳傳輸信道。在一實施例中，帶有落在特定SNR閥值下的接收到的SNRs的傳輸信道不被選擇使用。可能選擇SNR閥值以最優化吞吐量或一些其它準則。每個組的總可用發射功率以已定義的方式(例如一致地)分配給組內的所有選擇使用的傳輸信道，使得能獲得高性能。如果在發射機系統處有信道增益(而不是SNRs)可供使用則可能實現類似的處理。在一實施例中，對每個組內的所有選定的傳輸信道使用共同的編碼方案(例如具有特定碼率的特定Turbo碼)以及共同的調制方案(例如特定PSK或QAM星座圖)。
選擇性信道傳輸如果在發射機系統處可以對傳輸信道的每個組使用單一(共同)的編碼和調制方案，則單個(例如卷積或Turbo)編碼器以及碼率可能用于對組內所有選擇的傳輸信道的數據進行編碼，且產生的編碼比特可能使用單個(例如PSK或QAM)調制方案映射到調制碼元。產生的調制碼元然后所有都是從可能的調制碼元的同一“字母表”內得到且以同樣的碼和碼率編碼。這可以同時簡化在發射機和接收機端的數據處理。
然而，多信道通信系統內的傳輸信道一般經歷不同的鏈路條件且因此獲得不同的SNRs。在該情況下，如果所有可用的傳輸信道都用于數據傳輸且對每個選定的傳輸信道使用相同量的發射功率，則發射的調制碼元根據該調制碼元發射的特定信道會以不同的SNRs被接收。如果使用了所有的可用傳輸信道，則結果可能是在選定的傳輸信道集合上有差別很大的碼元差錯概率以及相關的頻帶效率的損失。
根據本發明的一方面，提供技術以選擇用于數據傳輸的傳輸信道集合并以已定義的方式對選定的傳輸信道分配總可用發射功率以在獲得高性能同時減少實現的復雜性。在一實施例中，對每個組內的所有選定的傳輸信道使用單個編碼和調制方案。該編碼和調制方案可能是基于在接收機系統處選定的傳輸信道獲得的SNRs的分布而選定的。每個組的單個編碼和調制方案的使用會大大減少在發射機系統處的編碼/調制復雜性以及接收機系統處的互補的解調/解碼過程的復雜性。
如果發射功率同樣的量用于采用OFDM的MIMO系統內的所有可用傳輸信道，則特定信道的接收功率可以表示為
Prx(j,k)=Ptx_totalNTNF|H(j,k)|2···(1)]]>其中Prx′(j，k)是傳輸信道(j，k)(即第k個頻率子信道的第j個空間子信道)的接收到的功率，Ptx_total是發射機處可用的總發射功率，NT是發射天線數，NF是頻率子信道數，以及H(j，k)是從發射機到接收機的傳輸信道(j，k)的復數值“有效”信道增益。
等式(1)示出每個傳輸信道的接收功率取決于該信道的功率增益即|H(j，k)|2。為簡潔起見，信道增益H(j，k)包括在發射機和接收機處的處理效果。且為簡潔起見，假設空間子信道的數目等于發射天線的數目，以及NT·NF代表可用傳輸信道的總數目。如果對每個可用傳輸信道發射同樣量的功率，則所有的可用傳輸信道的總接收到的功率Prx_total可表示為Prx_total=Σj=1NTΣk=1NFPtxNTNF|H(j,k)|2···(2)]]>如果所有的可用傳輸信道不管它們的信道增益如何使用相等的發射功率，則較差的傳輸信道會獲得較差的接收到的SNR。實際上，為獲得特定的接收到SNR，傳輸信道越差，則需要給該信道分配更多的發射功率。當一個或多個傳輸信道情況變得很糟糕時，這些信道的SNR會使得不能支持可靠的數據傳輸，這可能導致整個系統吞吐量的嚴重下降。
在一方面，每個組內可用的傳輸信道根據它們的傳輸容量而經選擇，且只有其容量相對于總容量處于或在某特定閥值α之上的信道(例如由接收到功率或SNRs確定的)被選用。相反，刪除容量在該閥值以下的傳輸信道(即不使用)。對選擇的傳輸信道，以已定義的方式(例如一致地)在信道間分配總可用發射功率。該閥值能根據使其化吞吐量或一些其它準則選擇，如下描述。可能對每個組的所有選定傳輸信道使用共同的編碼和調制方案以簡化處理。
如果使用功率增益確定傳輸容量且一個組包括系統內所有可用的傳輸信道，則開始時對所有可用傳輸信道計算平均功率增益Lave并可表示為Lave=Σj=1NTΣk=1NF|H(j,k)|2NTNF···(3)]]>
可以導出閥值α(例如如下描述)并用于計算功率增益閥值αLave，后者可以用來選擇傳輸信道。每個傳輸信道的功率增益然后與功率增益閥值相比，且如果其功率增益大于或等于功率增益閥值(即|H(j，k)|2≥αLave)則該傳輸信道被選用。
在一實施例中，總可用發射功率在選定的傳輸信道間均勻分配，且每個選定傳輸信道的發射功率可表示為 其中NU是從NT·NF個可用傳輸信道中選出使用的傳輸信道的個數。如果總可用發射功率在所有NT·NF個可用傳輸信道間均勻分配，則每個傳輸信道分配到的發射功率會是 然而，使用選擇性信道傳輸以及均勻功率分配，則分配給每個傳輸信道的發射功率會增加因子b=NTNFNU.]]>在許多通信系統內，接收機處的已知量是傳輸信道的接收到的SNRs。在該種系統中，選擇性信道傳輸技術可以經修改以根據接收到的SNRs而不是信道增益而操作。
如果總可用發射功率均勻地分配給所有可用傳輸信道以及噪聲方差σ2對所有信道相同，則對傳輸信道(j，k)接收到的SNRγ(j，k)可表示為γ(j,k)=Prx(j,k)σ2=Ptx_totalσ2NTNF|H(j,k)|2···(5)]]>每可用傳輸信道平均接收到的SNRγave可表示為γave=Ptx_totalσ2(NTNF)2Σj=1NTΣk=1NF|H(j,k)|2···(6)]]>對所有可用的傳輸信道的總接收到的SNRγtotal可表示為γtotal=Ptx_totalσ2Lave=Ptx_totalσ2NTNFΣj=1NTΣk=1NF|H(j,k)|2···(7)]]>等式(6)和(7)內的平均和總接收到的SNRs γave和γtotal相應地是基于總發射功率在所有可用的傳輸信道上的平均分配。
可以導出閥值α并用于計算SNR閥值αLave，后者可以用來選擇傳輸信道。每個傳輸信道的SNR然后與SNR閥值相比，且如果其SNR大于或等于SNR閥值(即γ(j，k)≥αLave)則該傳輸信道被選用。如果從NT·NF個可用傳輸信道中選出NU個傳輸信道，則總可用發射功率會如等式(4)示出在NU個選定的傳輸信道間均勻分配。
如上所述，選擇性信道傳輸可能單獨以及獨立地應用于傳輸信道組。在該情況下，通信系統內可用的傳輸信道在開始時被分為多個組。可以形成任何數量的組，且每個組可能包括任何數量的信道(即每個組內的信道數不一定要相等)。
根據各個系統的限制和考慮對每個組有特定的發射功率量。對選擇性信道傳輸技術，可選用每個組內的可用傳輸信道的所有或一子集，例如根據為該組確定的特定閥值。然后每個組的總可用發射功率以特定方式分配給組內選擇的傳輸信道。
對每個傳輸信道組分開處理數據提供了多種附加的靈活性。例如，選擇性信道傳輸可能獨立地應用于每個信道組。而且，對這些應用了選擇性信道傳輸的組，可能對所有組使用一個閥值，每個組可能分配以分開的閥值或一些組共享同一閥值而其它組可能被分配以分開的閥值。而且，可能對這些應用了選擇性信道傳輸的組使用同一或不同發射功率分配方案。還可能對每個組使用不同的編碼和調制方案，這可以根據組內傳輸信道的傳輸容量(例如獲得的SNRs)而被選擇。
對采用OFDM的MIMO系統，MIMO構造建立了空間域內的多個(NS)傳輸信道，OFDM構造建立了頻域內的多個(NT)傳輸信道。可供發送數據的總傳輸信道數目為N＝NS·NF。N個傳輸信道然后可能以多種方式被分為多個組。
在一實施例中，傳輸信道在每發射天線基礎上經分組。如果空間子信道的數據等于發射天線數目(即NT＝NS)，則可能獨立地對NT個發射天線的每個應用選擇性信道傳輸。在一實施例中，對應NT個發射天線的NT個組可能與NT個相應的閥值相關，每個組或發射天線一個閥值。選擇性信道傳輸然后確定與帶有充分傳輸容量(例如接收到的SNRs)的每個發射天線相關的傳輸信道(或頻率子信道)的子集。這可以通過例如將每個頻率子信道接收到的SNR與發射信道的閥值相比較而獲得。每個發射天線可用的總可用發射功率然后以已定義的方式(例如一致地)分配給發射天線的選定的頻率子信道。
在另一實施例中，可用的傳輸信道在每頻率子信道基礎上被分組。在該實施例中，選擇性信道傳輸可能獨立應用于NF個頻率子信道的每個。每個組內的空間子信道可能根據該組的閥值而被選用于數據傳輸。
將可用傳輸信道分成組使得能在每組(例如每發射天線或每頻率子信道)基礎上獲得優化，這使得能對每組內所有選定的傳輸信道使用特定的編碼和調制方案，這可以簡化在發射機和接收機系統處的處理。在一例應用中，一個或多個發射天線可能分配給每個被高度用于數據傳輸的終端。與每個終端分配的發射天線相關的傳輸信道可能被放在組內，且可能對到該終端的數據傳輸使用單個編碼和調制方案。
如果在組j內的所有可用傳輸信道上平均分配組j的總可用發射功率，且噪聲方差σ2對所有信道相同，則組j內傳輸信道k接收到的SNR，γj(k)可表示為γj(k)=Prx,j(k)σ2=Ptx_total,jσ2Nj|Hj(k)|2···(8)]]>其中Prx，j(k)是組j內傳輸信道k的接收到的功率，Ptx_total，j是組j的總可用發射功率，Hj(k)是組j內傳輸信道k從發射機到接收機的有效信道增益，以及Nj是組j內的傳輸信道數。組j可能對應特定發射天線j，其中Nj＝NF。
組j內每個可用傳輸信道的平均接收SNRγave，j可表示為γave,j=Ptx_total,jσ2Nj2Σk=1Nj|Hj(k)|2···(9)]]>組j內所有可用的傳輸信道的總接收到的SNRγtotal，j可表示為γtotal,j=Ptx_total,jσ2Lave,j=Ptx_total,jσ2NjΣk=1Nj|Hj(k)|2···(10)]]>其中組j的平均功率增益Lave，j可表示為Lave,j=1NjΣk=1Nj|Hj(k)|2···(11)]]>組j的平均和總接收到的SNRSγave，j和γtotal，j是基于組j的總發射功率Ptx_total，j在組內的所有可用傳輸信道上是平均分配的。
可能對組j導出閥值αj并用于計算SNR閥值αjγave，j，后者可以用來選擇傳輸信道。組內的每個傳輸信道的SNR可能與SNR閥值相比，且如果其SNR大于或等于SNR閥值(即γj(k)≥αjγave，j)，則可能選用該傳輸信道。如果在組內的Nj個可用傳輸信道中選出NUj個傳輸信道，則組的總可用發射功率可能在NUj個選出的傳輸信道上平均分配。每個在組j內選擇的傳輸信道的發射功率可以表示為 如等式(25)示出，只有其接收到的SNR大于或等于SNR閥值(即γj(k)≥αjγave，j)的傳輸信道才被選用。
以上描述的過程可以對傳輸信道的每個組重復。每個組可能與導出的不同的閥值αjγave，j相關以提供對該組期望的性能。這種在每組(例如每發射天線)基礎上分配發射功率的能力能提供增強的靈活性并可能改善性能。
圖2A是根據本發明的實施例，根據選擇性信道傳輸選擇傳輸信道并分配發射功率的處理200的流程圖。處理200假設考慮所有可用的傳輸信道(即通信系統的一個傳輸信道組)。如果信道增益H(j，k)、接收到的SNRsγ(j，k)或一些其它特征可用于傳輸信道，則使用處理200。為清楚起見，處理200在以下為信道增益可用情況描述，且接收到的SNRs可用的情況在括弧內示出。
開始時，在步驟212處獲取所有可用傳輸信道的信道增益H(j，k)[或接收的SNRsγ(j，k)]。在步驟214確定選擇用于數據傳輸的傳輸信道的功率增益閥值αγave[或SNR閥值αγave]。該閥值可按如以下詳細描述的進行計算。
每個可用的傳輸信道然后為可能的使用而被評估。在步驟216標識用于評估的(但尚未被評估)的可用傳輸信道。對標識的傳輸信道，在步驟218確定信道的功率增益[或接收到的SNR]是否大于或等于功率增益閥值(即|H(j，k)|2≥αLave)[或SNR閥值(即γ(j，k)≥αLave)]。如果標識的傳輸信道滿足該準則，則在步驟220，它被選用。否則如果傳輸信道不滿足準則，則在步驟222被丟棄且不用于數據傳輸。
在步驟224確定是否評估了所有的可用傳輸信道。如果沒有，則處理回到步驟216標識另一要評估的可用傳輸信道。否則，處理繼續進行到步驟226。
在步驟226，總發射功率以已定義的方式分配給選定的傳輸信道。在一實施例中，總可用發射功率可能在選定的傳輸信道中平均分配，如等式(4)示出。在其它實施例中，總可用發射功率可能以非一致方式使用各種其它分配方案而經分配。處理中止。
閥值選擇閥值用于根據各種準則選擇用于數據傳輸的傳輸信道。在一實施例中，閥值設定為最優化吞吐量。如下所述，有幾種方案可以導出閥值。
在第一閥值導出方案中，閥值是根據信道增益以及選定傳輸信道的理論傳輸容量而設定的。開始時，所有可用的傳輸信道的信道增益用于計算功率增益，后者經排序并按功率增益遞減順序放入列表G(λ)，其中1≤λ≤NTNF，使得G(1)＝max{|H(j，k)|2}，...，且G(NTNF)＝min{|H(j，k)|2}。
對每個λ，其中1≤λ≤NTNF，計算λ個最佳傳輸信道支持的理論吞吐量。這可以如下獲得。首先，總可用發射功率是(平均地)分配給λ個最佳傳輸信道，且λ個傳輸信道的每個的發射功率是 接著，對λ個傳輸信道的每個可獲得的接收的SNR根據分配給每個傳輸信道的發送功率 和信道的功率增益而被計算。對λ個傳輸信道的每個的接收到的SNRγλ(k)可以計算為γλ(k)=Ptx_totalσ2λG(k),1≤k≤λ···(13)]]>λ最佳傳輸信道的理論吞吐量T(λ)可以計算為T(λ)=λ·Σk=1λlog2(1+γλ(k))···(14)]]>其中λ是造成使用的調制和編碼方案中無效性的實比例因子。
理論吞吐量T(λ)為每個λ的每個值計算，其中1≤λ≤NTNF，且存儲到數組。在為選定的傳輸信道的NTNF個可能的集合計算了T(λ)的所有NTNF個值后，遍歷理論吞吐量值數組并確定T(λ)的最大值。對應最大理論吞吐量Tmax(λ)的λ值λmax是產生這樣信道條件和平均發射功率分配的最大理論吞吐量的傳輸信道的數量。
由于可用傳輸信道的功率增益是在列表G(λ)內以遞減順序排列的，理論吞吐量T(λ)一般隨著選擇使用更多的傳輸信道而增加直到達到最優點，在此之后，吞吐量T(λ)減少，這是由于總可用發射功率更多分配給較差的傳輸信道。因此，不是為所有可能λ值計算理論吞吐量T(λ)，可能將每個λ新值的吞吐量T(λ)與先前λ值的吞吐量量T(λ-1)相比。如果當T(λ)＜T(λ-1)達到峰值吞吐量Tmax(λ)，則計算中止。
閥值α可以表示為
α=G(λmax)Lave···(15)]]>在給定信道條件下，閥值λ最佳化了理論吞吐量。
在以上描述中，選定的傳輸信道的集合的整體吞吐量根據傳輸信道的每個獲得的理論吞吐量而導出。該導出整體吞吐量的方案可能在一些情況下可能不提供準確結果(例如如果數據流在所有選定的傳輸信道上發射且一個或多個傳輸信道特別糟糕，則會影響整個數據傳輸)。
在另一導出選定傳輸信道集合的總體吞吐量的方法中，選定的傳輸信道集合的整個SNRs總集用于導出總體吞吐量和/或編碼和調制方案。SNRs的總集和總體吞吐量和/或編碼和調制方案間的映射可根據統計測量、計算機仿真等而獲得，且可能用一個或多個表格實現。如果對所有的選定的傳輸信道使用共同的編碼和調制方案，則總體吞吐量與選定使用的特定的編碼和調制方案以及選定的傳輸信道個數相關。
例如，SNRs的整個總集的概率分布的確定可能是第一步。給定該SNR概率分布，SNR跌落到低于給定SNR閥值的概率可以通過檢查SNR概率分布而找到。這對給定SNR閥值可以標為“擦除”概率。對每個使用的調制和編碼方案，描述作為SNR閥值的函數的擦除概率的函數可能通過計算機仿真或在大量試驗(即性能數據庫)中推導出。給定了SNR概率分布及性能數據庫，接收機系統可能選擇要使用的合適的調制和編碼方案。
在第二中閥值導出方案中，閥值根據選定傳輸信道可獲得的平均SNR而被設定。該方案假設數據能被處理(例如經編碼和交織)使得它能通過所有選定的傳輸信道發射并可靠地被接收，即使這些信道每個有不同的SNRs。
開始時，定義各個設定點(即&Zgr;=[z1,z2,...,zNZ]]]>)以及對應的碼率向量(即R=[r1,r2,...,rNZ]]]>)。碼率包括編碼和調制方案的影響，并表示信息比特速率(即每調制碼元的信息比特數)。每個向量包括對應可用碼率數的NZ個元素，這些可能是系統可用的碼率。或者，可能根據系統支持的操作點定義NZ個設定點。每個設定點對應需要獲得特定性能水平的特定接收到的SNR。設定點一般取決于信息比特速率，這還進一步取決于用于數據傳輸的特定碼率以及調制方案。為簡化在發射機和接收機的處理，對所有選定的傳輸信道使用共同的調制方案。在該情況下信息比特率以及設定點直接與碼率相關。
每個碼率rn(其中1≤n≤NZ)與相應的設定點zn相關，后者是在為達到要求的性能水平的碼率處操作要求的最小接收到SNR。要求的碼率rn的設定點zn可能根據計算機仿真、數學推導和/或經驗測量確定，如在領域內已知的。兩個向量R和Z內的元素還可以經排序使得{z1＞z2＞...＞zNZ}以及{r1＞r2＞...＞rNZ}，其中z1是最大設定點，且r1是最高支持碼率。
所有可用傳輸信道的信道增益用來計算功率增益，后者經排序并如上所述放入列表G(λ)。然后計算選定的傳輸信道的NTNF個可能集合的平均可獲得SNRs的序列Γ(λ)。對λ的每個值(其中1≤λ≤NTNF)，總可用發射功率平均地在λ個最佳傳輸信道上分配，且λ個傳輸信道的平均SNRγavg(λ)可以如下計算γavg(λ)=Ptx_totalσ2λ2Σk=1λG(k)···(16)]]>其中σ2是單個傳輸信道上接收到的噪聲功率。如果總可用發射功率是平均地分配到所有的λ個信道，則該SNR值γavg(λ)代表λ個最佳傳輸信道的平均SNR。平均SNRγavg(λ)然后作為序列Γ(λ)的第λ個元素存儲。由于總可用發射功率分配給更多的傳輸信道且傳輸信道逐漸變壞，則序列Γ(λ)包括較大λ值的遞減的較低γavg(λ)值。
對每個碼率rn(其中1≤n≤NZ)，確定λ的最大值λn，max，使得λ個最佳傳輸信道的平均SNR大于或等于與碼率rn相關的設定點zn。這可以通過遍歷序列Γ(λ)(例如開始于第一個元素即λ＝1)并將序列的每個元素與設定點zn比較，如下Γ(λ)≥zn(17)因此，對每個碼率rn，λ的每個值(對λ＝1，2，...，λn，max)經評估以確定如果總發射功率在所有λ個信道上(平均)分配，λ個最佳傳輸信道的平均SNR是否能達到相關的設定點zn。滿足該條件的λ的最大值λn，max是在達到要求的設定點zn的同時能為碼率rn選擇的傳輸信道的最大數目。
與每個碼率rn相關的閥值αn可能表示為αn=G(λn,max)Lave···(18)]]>該閥值αn最優化要求設定點zn的碼率rn的吞吐量。如果對所有選定的傳輸信道使用共同的碼率，則碼率rn的最大可獲得吞吐量Tn可以計算為每個信道的吞吐量(即rn)乘以選擇的信道數目λn，max。該對該碼率rn的最大可獲得吞吐量Tn可以表示為
Tn＝λn，maxrn(19)其中Tn的單位是信息比特每調制碼元。
碼率向量的最佳吞吐量可以給出為Topt＝max{Tn} (20)隨著碼率增加，每調制碼元可能發射更多的信息比特，然而，要求的SNR也隨之增加，這就要求對給定噪聲方差σ2的選定的傳輸信道更多的發射功率。由于總發射功率有限，則可以通過將總可用發射功率分配在較少的發射功率上而獲得更高的要求的SNR。因此，向量R內的每個碼率的最大可獲得吞吐量可以經計算，且提供該最大吞吐量的特定碼率可以被認為是評估的特定信道條件下的最佳碼率。最佳閥值αopt等于對應產生最佳吞吐量Topt的特定碼率rn的閥值αn。
在以上描述的閥值推導方案中，最佳閥值αopt是根據所有傳輸信道的信道增益而確定的。如果接收到的SNRs可用而不是信道增益，則接收到的SNRs可能經排序并按SNRs遞減的順序放在γ(λ)列表內，其中1≤λ≤NTNF，使得列表內的第一元素λ(1)＝max{γ(j，k)}...以及列表內的最后元素λ(NTNR)＝min{γ(j，k)}。然后確定選定的傳輸信道的NTNF個可能集合的平均可獲得SNRs的序列Γ(λ)。λ個最佳傳輸信道的平均SNRγavg(λ)可以如下計算γavg(λ)=Σk=1λγ(k)λ···(21)]]>平均SNRγavg(λ)作為序列Γ(λ)的第λ個元素而存儲。
對每個碼率rn(其中1≤n≤NZ)，確定λ的最大值λn，max，使得λ個選定的傳輸信道的平均SNR大于或等于相關的設定點zn。該條件可表示為以上等式(17)示出的。一旦確定了λ的最大值λn，max，則可以如下確定與該碼率相關的閥值αnαn=Γ(λn,max)γave···(22)]]>其中γave(λ)是所有可用傳輸信道上的平均SNR(即γave＝Γ(NTNF))。最佳閥值αopt以及最佳吞吐量Topt還可以如上描述經確定。
對以上的描述，選擇閥值以最優化可用傳輸信道的吞吐量，且基于總可用發射功率在選定的傳輸信道上的平均分配。還可以選擇閥值以最優化其它的性能準則或度量，且這也在本發明的范圍內。且也可以使用其它發射功率分配方案，且在本發明的范圍內。
圖2B是確定用于選擇數據傳輸的傳輸信道的閥值α并實現如上所述的第二閥值推導方案的處理240流程圖。如果傳輸信道的信道增益、接收到的SNRs或一些其它的特性可用，則可能使用處理240。為簡潔起見，處理240在以下情況中描述，其中信道增益可用以及其中接收到的SNRs可用并在方括弧中示出。
開始時，在步驟250定義設定點向量(&Zgr;=[z1,z2,...,zNZ])]]>并確定支持該相關設定點的碼率向量(R=[r1,r2,...,rNZ]).]]>在步驟252，檢取所有可用的傳輸信道的信道增益H(j，k)[或接收到的SNRsγ(j，k)]并從最好排到最差。在步驟254，然后根據等式(16)示出的信道增益[或根據等式(21)示出的接收到的SNRs]計算選定的傳輸信道的NTNF個可能集合平均可獲得的SNRs的序列Γ(λ)。
然后通過環路評估每個可用碼率。在環路的第一步，(未經評估)的碼率rn在步驟256經標識以作評估。對第一次通過環路，經標識的碼率可能是向量R內的第一碼率r1。對經標識的碼率rn，在步驟258處，確定λ的最大值λn，max，使得λ個最佳傳輸信道的平均SNR大于或等于與被評估的碼率rn相關的設定點zn。這可以通過如等式(17)示出將序列Γ(λ)的每個元素與設定點zn相比較而實現。在步驟260，如等式(18)內示出，根據λn，max個傳輸信道的平均SNR，確定與碼率rn相關的閥值αn。可以按等式(19)示出的在步驟262確定碼率rn的最大可獲得吞吐量Tn。
然后在步驟264確定是否所有的NZ碼率均經評估。如果沒有，則處理回到步驟256，并標識另一碼率以作評估。否則，可能在步驟266處如等式(20)示出的確定最佳吞吐量Topt以及最佳閥值αopt。然后處理中止。
在以上的閥值推導描述中，由于對所有信道實現選擇性信道傳輸，所以對通信系統內所有的可用的傳輸信道確定一個閥值。在實施例中，其中傳輸信道被分為多個組，可能對每個組推導一個用于該組的閥值。每個組的閥值可能根據各個準則推導，諸如優化包括在組內的傳輸信道的吞吐量。
為確定每個組的閥值，可能使用上述的推導。然而，每個組的列表Gj(λ)可能只包括組內包括的傳輸信道的功率增益[或接收到的SNRs]。而且，根據組內的傳輸信道的信道增益[或接收到的SNRs]而定義平均SNRs的序列Γj(λ)。
在第二閥值推導方案中，與組j的碼率rn相關的閥值αj，n可表示為αj,n=Gj(λn,max)Lave,j]]>或αj,n=Γj(λn,max)γave,j...(23)]]>
組j的最優閥值αopt，j等于對應于產生組j的最優吞吐量Topt，j的特定碼率rn的閥值αj，n。
如上所述每個傳輸信道組可能與相應的閥值相關。或者，多個組可能共享同一閥值。例如可能期望對多個發射天線使用同一編碼和調制方案且在這些發射天線間共享可用的發射功率。
在以上描述的方案中，閥值α可以根據總可用發射功率在選定的傳輸信道間的均勻分布獲得的最高吞吐量而導出。在一些其它方案中，閥值可能根據一些其它條件和/或度量導出。
在一些方案中，閥值可能根據將總可用發射功率在選定的傳輸信道上不均勻分配而導出。例如，功率分配方案可能設計為將更多的發射功率分配給更好的傳輸信道，這可以改善吞吐量。作為另一例，功率分配方案可能設計為將更多的發射功率分配給更差的傳輸信道(到一定限度)，如果較差信道限制性能則這可以改善吞吐量。
例如，可以根據傳輸信道獲得的SNRs的分布以及可用的編碼和調制方案(即可用的碼率和調制方案)設計多個方案使得總可用發射功率能不均勻地被分配。作為特定的例子，可用的傳輸信道可能根據它們獲得的SNRs經排序并被分為多個集合。最差集合內的傳輸信道可能略去不用，總可用發射功率的第一部分(即x％)可能分配給第二集合內的傳輸信道，總可用發射功率的第二部分(即y％)可能分配給第三集合內的傳輸信道等。在一些方案中，可能選擇閥值以最大化根據不相等發射功率分配而獲得的吞吐量。
在另一特定方案中，閥值可能僅是特定(固定)的目標SNR，且選用所有其接收到SNRs大于或等于目標SNR的傳輸信道，接收到的SNR是基于最佳傳輸信道間的平均發射功率分配。
還可能實現各種其它發射功率分配方案，且在發明范圍內。
多信道通信系統圖3是能實現本發明各個方面和實施例的MIMO通信系統300圖示。系統300包括與第二系統350(例如終端106)通信的第一系統310(例如圖1中的基站104)。系統300可能用于使用天線、頻率以及時間分集的組合以增加頻譜效率、改善性能并增強靈活性。
在系統310處，數據源312提供數據(即信息比特)給發射(TX)數據處理器314，它(1)根據特定的編碼方案對數據編碼，(2)根據特定的交織方案對編碼后的數據交織(即重新排序)以及(3)將交織的比特映射到選用于數據傳輸的一個或多個傳輸信道的調制碼元。編碼增加了數據傳輸的可靠性。交織提供了被編碼的比特的時間分集，使得數據能根據選定的傳輸信道的平均SNR被發射，對抗衰落并進一步去除用于形成每個調制碼元的被編碼的比特間的相關。如果被編碼的比特在多個頻率子信道上發射則交織還能進一步提供頻率分集。在一方面，可能根據控制器334提供的控制信號實現編碼、碼元映射以及加權。
TX信道處理器320接收并對從TX數據處理器314來的調制碼元進行解多路復用并提供每個選定傳輸信道的調制碼元流，每時隙一個調制碼元。如果有全CSI可供使用，則TX信道處理器320還進一步對選定的傳輸信道的調制碼元進行預調整。
如果沒有采用OFDM，則TX信道處理器320提供用于數據傳輸的每個天線的調制碼元流。且如果采用OFDM，則TX信道處理器320提供用于數據傳輸的每個天線的調制碼元向量流。且如果實現全CSI處理，則TX信道處理器320提供給每個用于數據傳輸的天線的經預調整的調制碼元流或預調整的調制碼元向量流。每個流然后被接收并由相應的調制器(MOD)322調制并通過相關的天線324發射。
在接收機350處，多個接收天線352接收發射的信號并提供接收的信號給相應的解調器(DEMOD)354。每個解調器354實現與調制器322處實現的處理互補的處理。從所有解調器354來的調制碼元提供給接收(RX)信道/數據處理器356并經處理以恢復發射的數據流。RX信道/數據處理器356實現與TX數據處理器314以及TX信道處理器320實現的處理互補的處理并提供解碼后數據給數據宿360。接收機系統350的該處理在以下將詳細描述。
MIMO發射機系統圖4A是根據本發明的實施例處理數據的一個MIMO發射機系統310a的框圖。發射機系統310a是圖3的系統310的發射機部分的一實施例。系統310a包括(1)接收并處理信息比特以提供調制碼元的TX數據處理器314a，以及(2)TX信道處理器320a，它多路分解選定傳輸信道的調制碼元。
在圖4A示出的實施例中，TX數據處理器314a包括編碼器412、信道交織器414、截短器416、碼元映射元件418。編碼器412接收總體要發射的信息比特并根據特定的編碼方案對接收到的比特編碼以提供編碼后的比特。信道交織器414根據特定的交織方案對編碼后的比特進行交織以提供分集。在一實施例中，實現交織使得發射的比特可能根據選用的傳輸信道的平均SNR而恢復。截短器416截去(即刪除)經交織和編碼的比特的零個或多個比特以提供期望數目的編碼數據。碼元映射元件418將未截去的比特映射到選定傳輸信道的調制碼元。
導頻數據(例如已知模式的數據，諸如全零或全一序列)還可能與處理過的信息比特多路復用。處理后的導頻數據可能(例如以時分復用(TDM)方式)在選定的傳輸信道的一子集或全部或可用的傳輸信道的子集或所有上發射。導頻數據還可能以碼分復用(CDM)方式連同傳輸信道的所有或子集內的經編碼數據一起發射。導頻數據還可能在接收機處用于實現信道估計和解調，如下所述。
如圖4A示出，數據編碼、交織以及截短可能根據一個或多個編碼控制信號而達到，該信號標識要使用的特定編碼、交織以及截短方案。碼元映射可能根據調制控制信號而獲得，該信號標識要被使用的特定調制方案。
在一種編碼和調制方案中，編碼是通過使用固定的基碼以及調整截短以獲得例如由選定的傳輸信道的平均SNR支持的期望的碼率而實現的。基碼可能是Turbo碼、卷積碼、級鏈碼或一些其它碼。基碼還可能具有特定的碼率(例如1/3碼率)。對該方案，截短可能在信道交織后實現以獲得選定的傳輸信道的期望碼率。
碼元映射元件416可以設計成將未經截短的比特集合分組以形成非二進制碼元，且將每個非二進制碼元映射到與選擇用于選定的傳輸信道的調制方案對應的信號星座圖上的一點。調制方案可能是QPSK、M-PSK、M-QAM或一些其它方案。每個映射的信號點對應調制碼元。
發射機310a處的編碼、交織、截短以及碼元映射可以根據多個方案實現。一種特定方案在前述的美國專利申請序列號09776075中有描述。
對于特定的性能水平(例如百分之一的PER)每個調制碼元可能發射的信息比特數取決于接收到的SNR。因此，選定的傳輸信道的編碼和調制方案可根據信道特性(例如，信道增益、接收到的SNRs或一些其它信息)而確定。信道交織還可能根據編碼控制信號而經調整。
表1列出可能用于多個接收SNR范圍的編碼速率以及調制方案的各種組合。每個傳輸信道支持的比特率可能通過使用多種可能的編碼速率和調制方案的組合的一種而獲得。例如每調制碼元一信息比特可能使用以下組合獲得(1)1/2編碼速率以及QPSK調制，(2)1/3編碼速率以及8-PSK調制，(3)1/4編碼速率以及16-QAM，或一些其它編碼速率以及調制方案的組合。在表1中，QPSK、16-QAM以及64-QAM用于列出的SNR范圍。還可以使用其它的調制方案，諸如8-PSK、32-QAM、128-QAM等，且在本發明的范圍內。
表1
從TX數據處理器314a來的調制碼元提供給TX信道處理器320a，它是圖3內的TX信道處理器320的一實施例。在TX信道處理器320a內，多路分解器424接收并將調制碼元多路分解為多個調制碼元流，每個選用的傳輸信道一個流。每個調制碼元流提供給相應的調制器322。如果采用OFDM，每個發射天線的所有選定的頻率子信道的每個時隙處的調制碼元被組合成調制碼元向量。每個調制器322將調制碼元(對未采用OFDM的系統而言)或調制碼元向量(對采用OFDM的系統而言)轉變為模擬信號，且進一步將信號放大、濾波、正交調制并上變頻以生成合適在無線鏈路上傳輸的已調信號。
圖4B是根據本發明的另一實施例處理數據的一個MIMO發射機系統310b的框圖。發射機系統310b是圖3的系統310的發射機部分的另一實施例并包括TX數據處理器314b耦合到TX信道處理器320b。
在圖4B示出的實施例中，TX數據處理器314b包括編碼器412、信道交織器414、碼元映射元件418。編碼器412接收總體要發射的信息比特并根據特定的編碼方案對其編碼以提供編碼后的比特。編碼可以根據控制器334選擇的特定編碼和碼率而實現，這是由編碼控制信號標識的。在該實施例中，由編碼器412實現截短和/或比特重復(如果有)。信道交織器414對編碼后的比特進行交織，且碼元映射元件418將經交織的比特映射成選定傳輸信道的調制碼元。
在圖4B示出的實施例中，發射機310b能根據全CSI對調制碼元進行預調整。在TX信道處理器320b內，信道MIMO處理器422將調制碼元多路分解為多個(多達NC個)調制碼元流，對用于發射調制碼元的每個空間子信道(即本征模)一個流。對于全CSI處理，信道MIMO處理器422對每個時隙處的(多達NC個)的調制碼元預調整以生成NT個預調整的調制碼元，如下所示x1x2MxNT=e11,e12,Λe1NCe21,e22,e2NCMOMeNT1,eNT1,ΛeNTNC·b1b2MbNc···(24)]]>其中，b1，b2，...bNC分別是空間子信道1，2，...NC的調制碼元；eij是與從發射天線到接收天線的傳輸特性相關的本征向量矩陣E的元素；以及x1，x2，...xNT是預調整的調制碼元，這可以表示為x1=b1·e11+b2·e12+...+bNC·e1NC,]]>x2=b1·e21+b2·e22+...+bNC·e2NC,]]>及xNT=b1·eNT1+b2·eNT2+...+bNC·eNTNC]]>該本征向量矩陣E可以由發射機計算或(由接收機)提供給發射機。
對于全CSI處理，對特定發射天線i而言，每個經預調整的調制碼元xi代表多達NC個空間子信道的調制碼元的線性組合。對每個時隙，由信道MIMO處理器422生成的(多達)NT個預調整的調制碼元由多路分解器424多路分解并提供給(多達)NT個調制器322。每個調制器322將經預調整的調制碼元(對不采用OFDM的系統而言)或經預調整的調制碼元向量(對采用OFDM的系統而言)轉變為適合在無線鏈路上傳輸的已調信號。
圖4C是根據本發明的另一實施例處理數據的一個采用OFDM的MIMO發射機系統310c的框圖。發射機系統310c是圖3的系統310的發射機部分的一實施例并包括TX數據處理器314c耦合到TX信道處理器320c。TX數據處理器314c可能用于根據為組特定選定的編碼和調制方案對每個傳輸信道組獨立地進行編碼和調制。每個組可能對應一個發射天線，且每個組的傳輸信道可能對應發射天線的頻率子信道。
在圖4C示出的實施例中，TX數據處理器314c包括多個空間子信道數據處理器410a到410t，一個數據處理器410使得每個傳輸信道組能獨立地被編碼和調制。每個數據處理器410包括編碼器412、信道交織器414、以及碼元映射元件418。數據處理器410的這些元件用于對數據處理器處理的組的信息比特編碼、對編碼后的比特交織、將交織后的比特映射以生成調制碼元。如圖4C示出，可能為每個組提供單獨的編碼和調制控制。
從每個數據處理器410來的調制碼元提供給TX信道處理器320c內相應的組合器434，后者為特定的發射天線組合調制碼元。如果每個組包括特定發射天線選定的頻率子信道，則組合器434組合選定的頻率子信道的調制碼元以形成每個時隙的調制碼元向量，這些向量然后提供給相應的調制器322。每個調制器322生成已調信號的處理在以下描述。
圖4D是根據本發明的另一實施例處理數據的另一個采用OFDM的MIMO發射機系統310d的框圖。在該實施例中，可能獨立處理每個頻率子信道的傳輸信道。在TX數據處理器314c內，要發射的信息比特由多路分解器428多路分解為多個(多達NF個)頻率子信道數據流，每個用于數據傳輸的頻率子信道一個流。每個頻率子信道數據流提供給相應的頻率子信道數據處理器430。
每個數據處理器430為OFDM系統的相應的頻率子信道處理數據。每個數據處理器430可能以類似于圖4A的TX數據處理器314a、圖4B的TX數據處理器314b或一些其它設計方式實現。在一實施例中，數據處理器430將頻率子信道數據流多路分解為多個數據子流，每個用于頻率子信道的空間子信道一個數據子流。每個數據子流然后經編碼、交織、碼元映射以生成數據子流的調制碼元。每個頻率子信道數據流或每個數據子流的編碼和調制可能根據編碼和調制控制信號經調整。每個數據處理器430然后提供給選用于頻率子信道的多達NC個空間子信道的多達NC個經加權的調制碼元流。
對采用OFDM的MIMO系統而言，調制碼元可能在多個頻率子信道上從多個發射天線發射。在MIMO處理器320d內，從每個數據處理器430來的多達NC個調制碼元流提供給相應的子信道空間處理器432，后者根據信道控制和/或可用的CSI處理接收到的調制碼元。如果未執行全CSI處理，則每個空間處理器432可能簡單地實現為一多路分解器(如圖4A示出)，如果執行全CSI處理，則可實現為信道MIMO處理器后接一多路分解器(諸如圖4B示出)。對采用OFDM的MIMO系統而言，可能在每個頻率子信道上實現全CSI處理(即預調整)。
每個子信道空間處理器432將每個時隙多達NC個的調制碼元多路分解為該頻率子信道選用的發射天線的多達NT個調制碼元。對每個發射天線而言，組合器434接收為該發射天線選用的多達NF個頻率子信道的調制碼元，將每個時隙的碼元組合成調制碼元向量V，并將調制碼元向量提供給下一處理階段(即相應的調制器322)。
TX信道處理器320d因此接收并處理調制碼元以提供多達NT個調制碼元向量V1到VNt，對于為數據傳輸選用的每個發射天線提供一個調制碼元向量。每個調制碼元向量V覆蓋單個時隙，且調制碼元向量V的每個元素與特定頻率子信道相關，該子信道帶有調制碼元在其上發射的唯一子載波。
圖4D還示出了OFDM的調制器322的一實施例。從TX信道處理器320d來的調制碼元向量V1到VNt相應地提供給調制器322a到322t。在圖4D示出的實施例中，每個調制器322包括反向快速傅立葉變換(IFFT)440、循環前綴發生器442以及上變頻器444。
IFFT 440將每個接收到的調制碼元向量用IFFT轉變成其時域表示(在此稱為OFDM碼元)。IFFT 440可能設計成在任何數量的頻率子信道(例如8、16、32，...NF等)上實現IFFT。在一實施例中，對轉變為OFDM碼元的每個調制碼元，循環前綴發生器442重復OFDM碼元時域表示的一部分以形成特定發射天線的“傳輸碼元”。循環前綴保證傳輸碼元在有多徑延時擴展時保持某正交特性，因此改善了惡化的路徑效應的影響。IFFT 440以及循環前綴發生器442的實現在本領域內是已知的，在此不作詳細描述。
每個循環前綴發生器442來的時域表示(即每個天線的傳輸碼元)然后由上變頻器444經處理(例轉變為模擬信號，經調制、放大以及濾波)以生成已調信號，它然后從相應的天線324經發射。
OFDM調制在題為“Multicarrier Modulation for Data TransmissionAn IdeaWhose Time Has Come”的論文中有詳細描述，作者為John A.C.Bingham，IEEECommunication Magazine，1990年5月，在此引入作為參考。
圖4A到4D示出能實現本發明的各個方面和實施例的MIMO發射機的四種設計。本發明還能應用在不采用MIMO的OFDM系統中。在該情況下，可用的傳輸信道對應OFDM系統的頻率子信道。一般，在此描述的技術可應用于由能支持多個并行傳輸信道的MIMO、OFDM或任何其它通信方案(例如CDMA方案)支持的多個并行傳輸信道。
多個其它發射機設計也能實現在此描述的各個發明技術，且這些設計是在本發明的范圍內。這些發射機設計中的一些在以下的專利申請中進一步詳細描述，在此轉讓給發明的受讓人，并在此引入作為參考●以上描述的美國專利申請號09/776075；●美國專利申請序列號09/532492，題為“HIGH EFFICIENCY，HIGHPERFORMANCE COMMUNICATIONS SYSTEM EMPLOYING MULTI-CARRIER MODULATION”，提交于2000年3月22日；●美國專利申請序列號09/826481，題為“METHOD AND APPARATUS FORUTILIZING CHANNEL STATE INFORMATION IN A WIRELESS COMMUNICATIONSYSTEM”，提交于2001年3月23日；●美國專利申請序列號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3月11日；●美國專利申請序列號09/860274以及[代理人號10445.1]，兩者題均為“METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSING DATA IN A MULTIPLE-CHANNELCOMMUNICATION SYSTEM USING SELECTIVE CHANNEL INVERSION”，分別提交于2001年5月17日以及2001年6月14日。
這些專利申請還詳細描述了MIMO處理以及CSI處理。
圖4C示出一實施例，其中每個發射天線的數據可能根據該發射天線選擇的編碼和調制方案獨立地被編碼和調制。同樣地，圖4D示出一實施例，其中每個頻率子信道的數據可能根據為該頻率子信道選擇的編碼和調制方案獨立地被編碼和調制。一般，所有可用傳輸信道(例如所有頻率子信道的所有空間子信道)可能被分為任何數量的組，且每個組可能包括任何數量的傳輸信道。例如，每個組可能包括空間子信道、頻率子信道或同時在兩個域內的子信道。
MIMO接收機系統圖5是根據本發明的實施例能接收數據的MIMO接收機系統350a的框圖。接收機系統350a是圖3的接收機系統350的一特定實施例，且實現逐次對消接收機處理技術以接收并恢復發射的信號。從(多達)NT個發射天線來的發射的信號由NR個天線352a到352r的每個接收并路由到相應的解調器(DEMOD)354(在此稱為前端處理器)。
每個解調器354對相應的接收到的信號調整(例如濾波和放大)，將調整后的信號下變頻到中頻或基帶，并將下變頻后的信號數字化以提供采樣。每個解調器354還可能用接收到的導頻對采樣解調以生成接收到的調制碼元流，它提供給RX信道/數據處理器356a。
如果OFDM被用于數據傳輸，則每個解調器354進一步實現與圖4D中示出的調制器322實現的處理互補的處理。在該情況下，每個解調器354包括FFT處理器(未示出)，它生成采樣的經轉變表示并提供調制碼元向量流。每個向量包括多達NF個選用的頻率子信道的多達NF個調制碼元，且為每個時隙提供一個向量。對發射處理方案而言，其中每個頻率子信道經獨立處理(例如如圖4D示出)，從所有的NR個解調器的FFT處理器來的調制碼元向量流提供給多路分解器(圖5中未示出)，它將從每個FFT處理器來的調制碼元向量流多路分解用為多達NF個對應用于數據傳輸的頻率子信道數的調制碼元流。多路分解器然后將多達NF個調制碼元流的每個提供給相應的RX MIMO/數據處理器356a。
對不采用OFDM的MIMO系統而言，可能用一個RX MIMO/數據處理器356a以處理從NR個接收天線來的NR個調制碼元流。對采用OFDM的MIMO系統，可能使用一個RX MIMO/數據處理器356a以處理NR個調制碼元流，它們來自用于數據傳輸的多達NF個頻率子信道的每個的NR個接收天線。或者，可能使用單個RX信道/數據處理器356a以分開處理與每個頻率子信道相關的調制碼元流集合。
在圖5示出的實施例中，RX信道/數據處理器356a(這是圖3的RX信道/數據處理器356的一實施例)包括多個相繼(級聯)的接收機處理器級510，對每個由接收機系統350a恢復的發射的數據流使用一級。在一發射處理方案中，對所有可用的傳輸信道應用選擇性信道傳輸。在該情況下，選擇的傳輸信道可能用于發射一個或多個數據流，其中的每個可獨立地用共同的編碼方案編碼。在另一發射處理方案中，分開對每個發射天線應用選擇性信道傳輸。在該情況下，每個發射天線的選定的傳輸信道可用于發射一個或多個數據流，其中每個用為該發射天線選定的編碼方案被獨立地編碼。一般，如果一個數據流被獨立編碼且在每個空間子信道上被發射，則可能用逐次對消接收機處理技術以恢復發射的數據流。為簡潔起見，對一個實施例描述RX信道/數據處理器356a，其中一個數據流被獨立編碼并在數據處理器356a處理的給定頻率子信道的每個空間子信道上發射。
每個接收機處理級510(除了最后級510n)包括耦合到干擾對消器530的信道MIMO/數據處理器520，而最后級510n只包括信道MIMO/數據處理器520n。對第一接收機處理級510a，信道MIMO/數據處理器520a接收并處理從解調器354a到354r來的NR個調制碼元流以提供第一傳輸信道的解碼后的數據流(或第一發射信號)。且對第二到最后級510b到510n的每一級，該級的信道MIMO/數據處理器520接收并處理從先前階段內的干擾對消器520來的NR個修改后的碼元流以導出由該級處理的傳輸信道的解碼后數據流。每個信道MIMO/數據處理器520進一步提供相關的傳輸信道的CSI(例如接收到的SNR)。
對第一接收機處理階段510a，干擾對消器530a從所有NR個解調器354接收NR個調制碼元流。且對第二到倒數第二級的每一級，干擾對消器530接收先前級內的干擾對消器來的NR個修改后的碼元流。每個干擾對消器530還從同一級內的信道MIMO/數據處理器520接收解碼后的數據流，并實現處理(例如編碼、交織、調制、信道響應等)以導出NR個重新調制的碼元流，它們是由于該解碼的數據流的接收到的調制碼元流的干擾分量的估計。重新調制的碼元流然后從接收到的調整碼元流中減去以導出NR個修改后碼元流，它們包括了所有除了減去的(即消去的)干擾分量外的所有內容。NR個修改后的碼元流然后提供給下一級。
在圖5中，控制器362可能耦合到RX信道/數據處理器356a，且可能用于引導由處理器356a實現的逐次對消接收機處理中的各個步驟。
圖5示出當每個數據流在相應的發射天線上發射時(即對應每個發射的信號一個數據流)可能直接使用的接收機結構。在該情況下，每個接收機處理級510可用于恢復發送到接收機系統350a的發射的信號的一個，并提供對應恢復的發射信號的經解碼的數據流。
對一些其它的發射處理方案，數據流可能在多個發射天線、頻率子信道和/或時間間隔上發射以分別提供空間、頻率以及時間分集。對這些方案，接收機處理開始導出在每個頻率子信道的每個發射天線上發射的信道的接收到的調制碼元流。多個發射天線、頻率子信道和/或時間間隔的調制碼元可能以互補的方式組合起來，如在發射機系統處實現的多路分解。組合的調制碼元流然后經處理以提供對應的解碼數據流。
圖6A是信道MIMO/數據處理器520x的一實施例的框圖，它是圖5示出的信道MIMO/數據處理器520的一實施例。在該實施例中，信道MIMO/數據處理器520x包括(1)RX信道處理器620，它處理(多達)NR個接收到的調制碼元流以提供對應于正在恢復的數據流的恢復后的調制碼元流，以及(2)RX數據處理器630，它對恢復的調制碼元流解碼以提供解碼后的數據流。RX信道處理器620包括空間/空間-時間處理器622、選擇器624、CSI處理器626，而RX數據處理器630包括解調元件632、解交織器634以及解碼器636。
在一實施例中，空間/空間-時間處理器622在NR個接收到的信號上(為帶有平坦衰落的非彌散MIMO信道)執行線性空間處理，在NR個接收到的信號上(為帶有頻率選擇性衰落的彌散MIMO信道)實現空間-時間處理。空間處理可能使用線性空間處理技術獲得，諸如信道相關矩陣求逆(CCMI)技術、最小均方誤差(MMSE)技術以及其它。這些技術可能用于去除不期望的信號和/或最大化在存在噪聲和來自其它信號的干擾情況下每個組成信號的接收到的SNR。空間-時間處理可能使用空間-時間處理計算而實現，諸如MMSE線性均衡器(MMSE-LE)、判決反饋均衡器(DFE)、最大似然序列估計器(MLSE)等。CCMI、MMSE、MMSE-LE以及DFE技術在前述的美國專利申請序列號09854235中得到進一步描述。DFE以及MLSE技術由S.L.Ariyavistakul et al.在題為“OptimumSpace-Time Processors with Dispersive InterferenceUnified Analysisand Required Filter Span”論文中有詳細描述，IEEE Trans. Oncommunication，Vol.7，1999年7月，在此引入作為參考。
CSI處理器626確定用于數據傳輸的每個傳輸信道的CSI。例如，CSI處理器626可能根據接收到的導頻信號估計噪聲協方差矩陣，然后計算用于要解碼的數據流的第k個傳輸信道的SNR。SNR可能類似常規的導頻輔助單載波和多載波系統而被估計，如在本領域內已知的。所有用于數據傳輸的選定的傳輸信道的SNR可能包括報告回發射機系統的CSI。CSI處理器626可能進一步提供給選擇器624一控制信號，它能標識由該接收機處理級恢復的特定數據流。
選擇器624從空間/空間-時間處理器622接收多個碼元流，并抽取接收到的調制碼元的部分或所有以提供對應要解碼的數據流的恢復的調制碼元流。導出恢復的調制碼元流的碼元抽取可能根據從CSI處理器626來的控制信號實現。抽取的調制碼元流然后提供給RX數據處理器630。
對一實施例，其中每個傳輸信道的數據流基于共同的編碼和調制方案被獨立編碼和調制，選定的傳輸信道恢復的調制碼元根據解調方案被解調(例如M-PSK、M-QAM)，該調制方案與用于傳輸信道的共同的調制方案互補。從解調元件632來的解調數據然后由解交織器634以與由信道交織器執行的方式互補的方式解交織，解交織的數據還進一步由解碼器636以與編碼器實現的方式互補的方式被解碼。例如，如果在發射機系統處實現Turbo或卷積編碼，則可能對解碼器636使用Turbo解碼器或Viterbi解碼器。從解碼器636來的經解碼的數據流代表對被恢復的發射的數據流的估計。
圖6B是干擾對消器530x的框圖，它是圖5的干擾對消器530的一實施例。在干擾對消器530x內，從同一級內的信道MIMO/數據處理器520來的解碼后數據流由信道數據處理器624重新編碼、交織以及重新調制以提供重新調制的碼元，這是在MIMO處理和信道失真前在發射機系統處的對調制碼元的估計。信道數據處理器624執行在發射機系統處對數據流執行的同一處理(例如編碼、交織以及調制)。重調碼元然后提供給信道仿真器644，它用估計的信道響應處理該碼元以提供由于解碼的數據流產生的干擾的估計 信道響應估計可能根據導頻和/或發射機系統發射的數據以及根據前述美國專利申請序列號09/854235內描述的技術導出。
干擾向量 內的NR個元素對應由于在第k個發射天線上發射的碼元流在NR個接收天線上接收到的信號的分量。干擾向量的每個元素代表在相應接收到的調制碼元流內第k個解碼后的數據流產生的估計分量。這些分量是對在NR個接收到的調制碼元流內(即向量rk)剩余(尚未檢測到的)發射的信號的干擾，且由求和器632從接收到的信號向量rk中被減去(即消去)以提供帶有從第k個去除的解碼后數據流來的分量的修改后向量rk+1。修改后的向量rk+1提供作為到下一接收機處理級的輸入向量，如圖5示出。
逐次對消接收機處理的各個方面在前述的美國專利申請序列號09854235中有進一步詳細描述。
圖7是根據本發明的另一實施例能支持OFDM并接收數據的MIMO接收機系統350b的框圖。從(多達)NT個發射天線來的發射的信號由NR個天線352a到352r的每個接收并路由到相應的解調器354。每個解調器354對相應的接收到的信號調整、處理并數字化以提供采樣，然后提供這些采樣給RX MIMO/數據處理器356b。
在RX MIMO/數據處理器356b內，提供每個接收天線的采樣給相應的FFT處理器710，它生成接收到的采樣的變換形式，并提供相應的調制碼元向量流。從FFT處理器710a到710r來的NR個調制碼元向量流然后提供給處理器720。處理器720首先將從每個FFT處理器710來的調制碼元向量流解多路復用為多個(多達NF個)子信道碼元流。處理器720還可能在NR個子信道碼元流上實現空間處理或空間-時間處理以提供(多達)NT個處理后調制碼元。
對在多個頻率子信道和/或多個空間子信道上發射的每個數據流，處理器720還將所有用于發射數據流的頻率和空間子信道的調制碼元組合成一個恢復的調制碼元流，然后將其提供給數據流處理器730。每個數據流處理器730接收特定的恢復后調制碼元流，實現與在發射機單元對流實現的互補的解調、解交織以及解碼并提供相應的解碼后數據流。
使用逐次對消接收機處理計算的接收機系統以及那些不使用逐次對消接收機處理計算的接收機系統可能用來接收、處理并恢復發射的數據流。一些能處理在多個傳輸信道上接收到的信號的接收機系統在以上的美國專利申請序列號09/532492、09/776075、09/826481、09/854235以及09/860274中有描述。
獲得發射機系統的CSI選擇性信道傳輸可能以多種方式實現，且可能有多種類型的CSI由接收機系統報告給發射機系統。在一實施例中，在接收機系統處確定通信鏈路特性，并用于選擇傳輸信道以及它們的編碼和調制方案。選定的傳輸信道以及編碼和調制方案的標識包括送回發射機系統并用于處理傳輸數據的CSI。在另一實施例中，在接收機系統處確定鏈路特性，且特性包括提供給發射機系統的CSI。發射機系統然后使用報告的CSI以選擇傳輸信道以及編碼和調制方案。
由接收機系統匯報給發射機系統的CSI可能因此包括任何類型的信息，這些信息指示(1)通信鏈路的特性，(2)選定的傳輸信道以及它們的編碼和調制方案，或一些其它的信息或以上的組合。可能提供多種類型和形式的信息作為CSI，其中一些例子描述如下。
在一實施例中，CSI由指示所有選用的傳輸信道以及使用的編碼和調制方案的指示組成。在一特定實現中，可能定義信道掩碼以包括對可能選用的每個傳輸信道的一個比特。在數據傳輸前，可能評估并在接收機系統處選擇可用的傳輸信道。每個選定的傳輸信道的比特然后可以啟用(例如設定到邏輯高)且可能禁用每個未選擇的傳輸信道的比特(例設定為邏輯低)。在另一實現中，選定的傳輸信道可能由游程長度編碼或一些其他類型的編碼而標識。對OFDM系統而言(采用或不采用MIMO)，可能利用頻率的相關以減少為CSI反饋的數據量。作為一例，如果選用某特定空間子信道的M個頻率子信道，則可以報告如下(1)空間子信道和第一和最后選定的頻率子信道的標識(2)空間子信道和第一選定頻率子信道和M的標識(3)指示空間子信道和第一選定頻率子信道和M的標識的特定碼，或(4)一些其它值、碼或消息。
在另一實施例中，CSI由每個經獨立處理(即編碼和調制)的數據流的數據率指示符組成。可能在開始時確定用于發射經獨立處理的數據流的一個或多個傳輸信道的組的質量(例如根據組內傳輸信道的估計的SNRs)且可能標識對應確定的信道質量的數據率(例如根據查找表)。經標識的數據率指示為達到要求的性能水平發射數據流的最大數據率。該數據率可能映射為且由數據率指示符(DRI)表示，該指示符可以經高效編碼。在一般實現中，SNR估計根據例如查找表直接映射到DRI。
在另一實施例中，CSI由在發射機系統處為選定的每個傳輸信道組或每個經獨立處理的數據流使用的特定處理方案的指示組成。
在另一實施例中，CSI由為每個選定的傳輸信道或每個經獨立處理的數據流估計的SNR或信道增益組成。SNR或信道增益估計可能被量化為帶有任意比特數目的值。
在另一實施例中，CSI由每個選定傳輸信道、數據流、組或傳輸信道或任何其它的傳輸單元的功率控制信息組成。功率控制信息可能包括每個傳輸單元的單個比特以指示更多或更少功率請求，或可能包括多個比特以指示請求的功率電平內的變化幅度。要求增加發射功率的請求會指示相關的傳輸信道的接收到的SNR已惡化，要求減少發射功率的請求會指示相關的傳輸信道的接收到的SNR已得到改善。在一實施例中，發射機系統使用從接收機系統來的功率控制信息以估計相關的傳輸信道的SNR，確定選擇哪個傳輸信道，并選擇合適的編碼和調制方案。
在另一實施例中，CSI由傳輸信道、數據流、組或傳輸信道或一些其它的傳輸單元的特定質量測量的差分指示符組成。開始時，確定傳輸單元的SNR或DRI或一些其它的質量測量并作為參考測量值被報告。此后，繼續傳輸信道的質量監控，并確定上次報告的測量與當前測量之差。該差值可以量化并映射為要報告的差分指示符。差分指示符可能指明以特定頻的大小增長或減少最近報告的測量(或維持最近匯報的測量)。該參考測量可能周期性地發射以保證差分指示符內的誤差和/或這些指示符的錯誤接收不會累積。
還可以使用其它形式的CSI并在本發明的范圍內。一般，CSI包括任何類型和形式的信息用于標識一選定傳輸信道集合以及其編碼和調制方案。根據信道特性的估計而導出一定的CSI類型和形式的處理(例如信道掩碼、數據速率指示符、差分指示符等)可以在接收機系統處由圖3示出的控制器362執行。
CSI可以基于由從發射機系統發射并在接收機系統處接收到的信號而導出。在一實施例中，CSI是基于包括在發射的信號中的導頻參考而導出。或者或另外地，CSI可以基于包括在發射信號內的數據導出。雖然數據可只在選定的傳輸信道上發射，導頻數據可以在未被選擇的傳輸信道上發射以使得接收機系統能估計信道特性。
在另一實施例中，CSI由一個或多個從接收機系統發射到發射機系統的信號組成。在一些系統中，可能在上行鏈路和下行鏈路間存在一定的相關性(例如在時分雙工(TDD)系統中，其中上行鏈路和下行鏈路以時分多路復用方式共享同一頻帶)。在這些系統中，可能根據下鏈路的質量估計上行鏈路的質量(到必須的精確度)，反之亦然，可能根據來自接收機系統的發射的信號(例如導頻信號)估計。導頻信號是一種發射機系統能估計在接收機系統處觀察到的CSI的方法。對該種類型的CSI，不需要報告信道特性。TDD系統的CSI進一步在美國專利申請序列號[代理人號PD000141]中有描述，提交于2001年6月22日，轉讓給本發明的受讓人，并在此引入作為參考。
信號質量可能在發射機系統處根據各種技術而被估計。其中一些技術在以下專利中有描述，這些專利轉讓給本發明的受讓人，并在此引入作參考●美國專利號5799005，題為“SYSTEM AND METHOD FOR DETERMININGRECEIVED PILOT POWER AND PATH LOSS IN A CDMA COMMUNICATION SYSTEM”，提交于1998年8月25日，●美國專利號5903554，題為“METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING LINKQUALITY IN A SPREAD SPECTRUM COMMUNICATION SYSTEM”，提交于1999年5月11日，●美國專利號5056109以及5265119，兩者均題為“SYSTEM AND METHOD FORCONTROLLING TRANSMISSION POWER IN A CDMA CELLULAR MOBILE TELEPHONESYSTEM”，相應提交于1991年10月8日和1993年11月23，●美國專利號6097972，題為“METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSINGPOWER CONTROL SIGNALS IN CDMA MOBILE TELEPHONE SYSTEM”，提交于2000年8月1日。
根據導頻信號或數據傳輸估計單個傳輸信道的方法還可以在領域內有的多篇論文中找到。一種該種信道估計方法由F.Ling在其論文中描述，題為“Optimal Reception，Performance Bound，and Cutoff-Rate Analysis ofReferences-Assisted Coherent CDMA Communications withApplications”，IEEE Transaction On Communication，1999年10月，且在此引入作為參考。
各種類型的CSI的信息以及各種CSI報告機制還在美國專利申請序列號08/963386中描述，題為“METHOD AND APPARATUS FOR HIGH RATE PACKET DATATRANSMISSION”，提交于1997年11月3日，轉讓給本發明的受讓人，還在“TIE/EIA/IS-856 cdma2000 High Rate Packet Data Air InterfaceSpecification”內有描述，兩者同時在此引入作為參考。
CSI可能使用各種CSI傳輸方案從接收機系統報告回發射機。例如，CSI可能以全或差分形式或以它們的組合發送。在一實施例中，CSI被周期性地報告，且根據先前發送的CSI發送差分的更新。在另一實施例中，CSI只在有變化時發送(例如如果變化超過某特定閥值)，這可能降低反饋信道的有效速率。作為一例，可能在其改變時送回信道掩碼或SNRs(例如以差分形式)。還可能使用其它為減少反饋的CSI的數據量的壓縮或反饋信道差錯恢復技術，且在本發明范圍內。
參考圖3，提供給TX數據處理器364可能有包括由RX信道/數據處理器356估計的信道特性的全/部分CSI，和/或指示選定的傳輸信道以及它們的由控制器362確定的編碼和調制方案，該TX數據處理器364處理CSI并提供處理后的數據給一個或多個調制器354。調制器354進一步對處理后的數據調整并將CSI通過反向信道發送回發射機系統310。
在系統310處，由天線324接收發射的反饋信號，由解調器322解調，并提供給RX數據處理器332。RX數據處理器332實現與TX數據處理器362實現的處理互補的處理并恢復被報告的CSI，然后將其提供給控制器334。
控制器334使用該報告的CSI以執行多種功能，包括(1)選擇用于數據傳輸的每個組內最佳可用傳輸信道集合，以及(2)確定要用于在選定的傳輸信道組的編碼和調制方案。控制器334或可根據一些其它的性能準則或度量選擇傳輸信道以獲得高吞吐量，且還可進一步確定用于選擇傳輸信道的閥值，如上所述。
在此描述的技術可以用于在下行鏈路上從基站到一個或多個終端的數據傳輸，也可以用于在上行鏈路上從每個終端到基站的數據傳輸。對于下行鏈路，圖3和4A到4D的發射機系統310可代表基站的一部分且圖3、5和6內的接收機系統350可能代表終端的一部分。對于上行鏈路，圖3和4A到4D的發射機系統310可能代表終端的一部分，且圖3、5和7內的接收機系統350可能代表基站一部分。
發射機和接收機系統的元件可能用一個或多個數字信號處理器(DSP)、應用專用集成電路(ASIC)、處理器、微處理器、控制器、微控制器、現場可編程門陣列(FPGA)、可編程邏輯器件、其它電子元件或任何以上的組合而實現。在此描述的一些功能和處理還可能用在處理器上執行的軟件來實現。本發明的一些方面還可能使用軟件和硬件組合實現。例如，確定閥值α并選擇傳輸信道的計算可能根據處理器(圖3的控制器334或362)上執行的程序代碼而實現。
在此包括的標題僅作參考并幫助定位一些部分。這些標題不是為了限制之后描述的發明范圍，這些概念在整個說明中還可以應用于其它部分。
上述優選實施例的描述使本領域的技術人員能制造或使用本發明。這些實施例的各種修改對于本領域的技術人員來說是顯而易見的，這里定義的一般原理可以被應用于其它實施例中而不使用創造能力。因此，本發明并不限于這里示出的實施例，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。
權利要求
1.一種在多信道通信系統中處理在多個傳輸信道上傳輸的數據的方法，其特征在于包括估計可用于數據傳輸的多個傳輸信道的特征；將多個傳輸信道分為一個或多個傳輸信道組；以及對每個傳輸信道組，根據估計的特性和閥值選擇一個或多個可用傳輸信道用于數據傳輸，根據定義的分配方案將組可用的總發射功率給在一個或多個選定的傳輸信道間分配，對一個或多個選定的傳輸信道的數據進行編碼和調制，以及根據分配的發射功率發射每個選定的傳輸信道的編碼和調制后的數據。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于每個組可用的總發射功率大致相等地在組內的一個或多個選定的傳輸信道間分配。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于每個組可用的總發射功率是不均勻地在組內的一個或多個選定的傳輸信道間分配的。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于更多的發射功率是分配給能獲得更高性能的傳輸信道的。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于每個組內的一個或多個傳輸信道是部分地根據通過定義的分配方案所分配的總發射功率可獲得的性能而選擇的。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于還包括根據交織方案對每個組的數據進行交織。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于每個組的數據在組內所有選定的傳輸信道上經交織。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于每組的一個或多個傳輸信道進一步根據閥值選擇的。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于每個組的閥值的選擇是為了提供組內的選定傳輸信道的高吞吐量。
10.如權利要求8所述的方法，其特征在于每個組的閥值的選擇是為了提供組內可用的傳輸信道的最高可能吞吐量。
11.如權利要求8所述的方法，其特征在于每個組的閥值是特定的目標接收信號一噪聲加干擾比(SNR)。
12.如權利要求1所述的方法，其特征在于每個組與用于選擇一個或多個傳輸信道的相應閥值相關。
13.如權利要求1所述的方法，其特征在于每個組的一個或多個選定傳輸信道的數據根據共同的編碼和調制方案經編碼和調制。
14.如權利要求1所述的方法，其特征在于每個組的數據根據為該組選擇的相應的編碼和調制方案而被編碼和調制。
15.如權利要求14所述的方法，其特征在于每個組的編碼和調制方案是從多個可能的編碼和調制方案中選出的。
16.如權利要求1所述的方法，其特征在于多信道通信系統是正交頻分調制(OFDM)系統，且其中多個傳輸信道對應多個頻率子信道。
17.如權利要求1所述的方法，其特征在于多信道通信系統是多輸入多輸出(MIMO)通信系統，且其中多個傳輸信道對應MIMO信道的多個空間子信道。
18.如權利要求17所述的方法，其特征在于所述的MIMO系統采用OFDM，且其中多個傳輸信道對應多個頻率子信道的多個空間子信道。
19.如權利要求18所述的方法，其特征在于每個組對應于相應的發射天線并包括多個與多個頻率子信道對應的傳輸信道。
20.如權利要求1所述的方法，其特征在于估計的信道特征是信道增益。
21.如權利要求20所述的方法，其特征在于對每個組，選擇其功率增益大于或等于特定功率增益閥值的傳輸信道，且其中功率增益是從信道增益被導出。
22.如權利要求1所述的方法，其特征在于估計的信道特性是接收到的信號一噪聲加干擾比(SNRs)。
23.如權利要求22所述的方法，其特征在于對每個組，選擇其SNRs大于或等于特定SNR閥值的傳輸信道。
24.一種在多信道通信系統中控制數據傳輸的方法，其特征在于包括接收通過多個傳輸信道的多個傳輸；根據接收到的傳輸估計多個傳輸信道的特性；根據估計的信道特性以及度量選擇用于數據傳輸的一個或多個傳輸信道；以及發送多個傳輸信道的信道狀態信息(CSI)，且其中多個傳輸信道的總可用發射功率在一個或多個選定的傳輸信道間根據已定義的分配方案分配，且其中數據根據分配的發射功率在每個選定的傳輸信道上發射。
25.如權利要求24所述的方法，其特征在于定義的分配方案均勻地將總發射功率在一個或多個選定的傳輸信道間分配。
26.如權利要求24所述的方法，其特征在于CSI標識一個或多個選定的傳輸信道。
27.如權利要求26所述的方法，其特征在于CSI包括信道掩碼以標識一個或多個選定的傳輸信道。
28.如權利要求24所述的方法，其特征在于CSI標識用于一個或多個選定的傳輸信道的特定編碼和調制方案。
29.如權利要求24所述的方法，其特征在于CSI標識用于一個或多個選定的傳輸信道的特定數據率。
30.如權利要求24所述的方法，其特征在于CSI包括標識上次發送的CSI以后的變化的差分指示符。
31.如權利要求24所述的方法，其特征在于一個或多個選定的傳輸信道上發射的數據根據共同的編碼和調制方案被編碼和調制。
32.在多信道通信系統中，一種用于選擇用于數據傳輸的傳輸信道的方法，其特征在于包括定義一碼率集合，其中每個碼率是可選擇用于在傳輸前為數據編碼；定義一設定點集合，其中每個設定點對應相應的碼率，且指示在對應碼率的特定性能水平要求的目標信號—噪聲加干擾比(SNR)；對每個碼率，標識一個或多個可能用于數據傳輸的傳輸信道，其中當根據已定義的分配方案將總可用發射功率在一個或多個經標識的傳輸信道上分配時，一個或多個經標識的傳輸信道獲得對應于碼率的設定點，以及根據一個或多個經標識的傳輸信道以及分配的發射功率確定碼率的性能度量；以及選擇與帶有用于數據傳輸的最高性能度量的碼率相關的經標識的傳輸信道。
33.如權利要求32所述的方法，其特征在于已定義的分配方案將總可用發射功率在經標識的傳輸信道上平均分配。
34.如權利要求32所述的方法，其特征在于每個碼率的性能度量是經標識的傳輸信道可獲得的總體吞吐量。
35.一種多信道通信系統內的發射機系統，其特征在于包括控制器，用于接收可用于數據傳輸的多個傳輸信道的信道狀態信息(CSI)，將可用傳輸信道分為一個或多個組，且根據接收到的CSI在每個組內選擇一個或多個可用傳輸信道用于數據傳輸；以及發射數據處理器，它耦合到控制器，并用于根據特定的編碼和調制方案對每個組的數據進行接收、編碼和調制以提供調制碼元，并根據已定義的分配方案將每組的總可用發射功率在組內的一個或多個選定的傳輸信道間分配，并根據分配的發射功率發射每個選定的傳輸信道的調制碼元。
36.如權利要求35所述的發射機，其特征在于所述的已定義的分配方案將每個組的總可用發射功率均勻地在組內的一個或多個選定的傳輸信道間分配。
37.如權利要求35所述的發射機，其特征在于還包括發射信道處理器，它耦合到發射數據處理器，并用于接收調制碼元并將其解多路復用為一個或多個碼元流，對用于發射調整碼元的每個天線一個流。
38.如權利要求37所述的發射機，其特征在于所述的發射信道處理器還用于根據接收到的CSI對調制碼元預調整。
39.一種在多信道通信系統內的接收機單元，其特征在于包括接收數據處理器，用于處理通過多個傳輸信道接收到的多個傳輸，并根據經處理的傳輸估計多個傳輸信道的特性；控制器，耦合到接收數據處理器，并用于根據估計的信道特性和度量選擇一個或多個用于數據傳輸的傳輸信道；以及發射數據處理器，耦合到控制器并用于發射多個傳輸信道的信道狀態信息(CSI)，以及其中多個傳輸信道的總可用發射功率根據已定義的分配方案而分配給一個或多個選定的傳輸信道，且其中數據根據分配的發射功率在每個選定的傳輸信道上發射到接收機單元。
40.如權利要求39所述的接收機，其特征在于定義的分配方案將總可用發射功率平均地在一個或多個選定的傳輸信道上分配。
全文摘要
一種選擇用于數據傳輸的傳輸信道以及處理并發射選定的傳輸信道上的數據的技術。可用的傳輸信道被分為一個或多個組，且每個組內包括任何數量的信道。使用選擇性信道傳輸，只有每個組中的“好”信道被選用(例如根據信道接收到的SNRs和SNR閥值)，“壞”信道不被使用，且組的總可用發射功率只在組內的好信道上分配(例如均勻地)。每個組還與相應的編碼和調制方案相關，且每個組的數據可能根據為該組選擇的方案而經編碼和調制。通過只使用每個組內的好信道并將每個選定的信道的數據處理與信道可獲得的容量相匹配而獲得改善的性能。
文檔編號H04B7/06GK1535508SQ02814949
公開日2004年10月6日 申請日期2002年6月25日 優先權日2001年6月26日
發明者J·R·沃爾頓, J·W·凱淳, J R 沃爾頓, 凱淳 申請人:高通股份有限公司