專利名稱:在使用多個天線的移動通信系統中發射/接收數據的方法和裝置的制作方法
技術領域:
本發明一般涉及一種用于在移動通信系統中發射/接收數據的裝置和方法。更具 體而言,本發明涉及一種在使用多個發射/接收天線的移動通信系統中實現空間多路復用 傳輸的數據發射/接收裝置和方法。
背景技術:
移動通信系統正在發展成為提供數據業務、多媒體業務以及語音業務的高速、高 質量無線數據分組通信系統。例如,可以將第三代合作伙伴計劃(3GPP)中正在進行的高速 下行鏈路分組接入(HSDPA)的標準化以及第三代合作伙伴計劃2 (3GPP2)中正在進行的Ix 演進、數據和語音(IxEV-DV)的標準化視為在3G移動通信系統中尋找超過2Mbps的高質量 無線數據分組傳輸業務所做的努力的證明。另一方面,第四代GG)移動通信系統用于提供 更高速、更高質量的多媒體業務。為了在無線通信中提供高速、高質量的數據業務,已經提出空間多路復用傳輸方 案,其開發了在發射和接收階段利用多個天線的多入多出(MIMO)天線系統。該空間多路復 用傳輸方案在逐發射天線(transmit antenna-by transmit antenna)的基礎上同時發送 不同數據流。眾所周知,當發射/接收天線的數量增加時,可能的業務數據容量與發射/接 收天線的數量成比例地線性增加,而在理論上不增加額外的頻率帶寬。當發射/接收天線之間的衰落相互獨立時,空間多路復用傳輸方案提供與發射/ 接收天線的數量成比例的高容量。該容量在具有較高的衰落空間相關性的環境中而并非獨 立的衰落環境中被大大降低。這是因為從發射天線發射的信號受到的衰落是類似的,因而 接收階段難以從空間上區分信號。可能的傳輸容量受到信噪比(SNR)的影響。當所接收到 的SNR降低時,傳輸容量降低。從而,當根據無線信道的狀態、或者說衰落的空間相關性和 接收到的SNR來調整待同時發射的數據流的數量和每個數據流的傳輸速率時,可以將傳輸 數據速率最大化。如果待發射的數據的傳輸速率超出了無線信道可承受的傳輸容量,則由 于待同時發射的數據流之間的干擾造成發生許多錯誤,并且實際數據傳輸速率降低。為了提高在空間多路復用傳輸方案中的傳輸數據速率,已經進行了關于預編碼方 案的深入研究。該預編碼方案將待從發射機發射的數據流乘以傳輸權重,并且利用關于下 行鏈路信道的信息將該數據流從發射機發射到接收機。從而,發射機將知道從發射機的每 一個發射天線到接收機的每一個接收天線的下行鏈路信道的狀態。為此,接收機將對該下 行鏈路信道的狀態進行估計,并且通過反饋信道將關于所估計的下行鏈路信道狀態的信息 進行反饋。但是,接收機將使用上行鏈路反饋信道來發射大量反饋數據以便反饋下行鏈路信道狀態信息。當待發射大量反饋數據時,使用其帶寬受限的上行鏈路反饋信道將下行鏈 路信道狀態信息從接收機反饋給發射機將花費大量時間。傳統的預編碼方案不能被應用于 瞬變(instantaneously varying)無線信道環境。因此,存在對這樣的技術的實際需要在 將需要被從接收機發射到發射機的反饋數據量最小化的同時,通過預編碼對數據傳輸速率 進行最大化。已提出預編碼器碼本(precoder codebook)方案作為用于降低反饋信息量的傳統 技術。在預編碼器碼本方案中,接收機從發射機和接收機所知的有限數量的預編碼所形成 的預編碼器碼本的候選預編碼中選擇具有最大傳輸速率的預編碼,并且將所選擇的預編碼 的索引(index)反饋給發射機。發射機使用被映射到預編碼器碼本中的反饋索引的預編碼 來發射數據。例如,當使用了 4位反饋信息時,在發射機和接收機之間預置由最多24( = 16) 個預編碼所形成的預編碼器碼本。因為衰落隨時間而變化,所以在每一個時隙中將重復預 編碼決策處理過程,從而在每個時隙中將所選擇的預編碼索引反饋給發射機。與使用反饋信道狀態信息的預編碼方案相比較,預編碼器碼本方案需要較小的反 饋信息量。假設在MIMO天線系統中發射天線的數量和接收天線的數量分別為ητ和ηκ,則 當反饋信道狀態信息時,必須反饋總計ητΧηκ個復信道系數。當表示一個復信道系數需要Q 位時,總計需要!^乂!!!^。位。另一方面,當用于提供足夠數據速率的預編碼的數量是K時, 預編碼器碼本方案需要「/og2d位,其中「χ1是等于或大于χ的整數。在使用信道狀態信息 的預編碼方案中,反饋信息量與發射天線的數量和接收天線的數量之積成比例增加。但是, 在預編碼器碼本方案中,反饋信息量依賴于預編碼器碼本中所含的預編碼的數量,或者說, 預編碼器碼本的大小。在碼本中,預編碼器碼本方案包括在空間多路復用傳輸時間的所有可能情況中量 化的現成預編碼。預編碼器碼本方案可以利用預定的預編碼來降低反饋信息量,并且還可 以降低預編碼矩陣中的自由度。當要考慮的因素的數量較大時,預編碼矩陣中的自由度會 顯著增加預設預編碼的數量,從而增加預編碼器碼本的大小。在下面的兩種情況中,預編碼 器碼本的大小顯著增加。首先,為了在具有各種空間相關性的信道環境中應用,因為所有預編碼都將根據 信道的空間相關性被考慮,所以待考慮的預編碼的數量以等比級數的比率增加。最佳預編 碼器碼本根據信道的空間相關性而有所不同。在傳統的預編碼器碼本技術中,在這樣的假 設下設計預編碼器碼本衰落信道不具有空間相關性。但是,有效本征值的分布不同,或者 說本征值較大的本征向量不同,從而根據衰落信道的空間相關性,最佳預編碼不同。結果, 根據衰落信道的空間相關性進行最優化的大量預編碼器碼本將被用于實現高數據傳輸速 率。其次,當根據信道環境來調整待同時發射的數據流的數量時,因為根據待同時發 射的數據數量來考慮所有預編碼,所以待考慮的預編碼的數量以等比級數的比率增加。待 同時發射的數據流的數量從1到最大min(nT,nK)(表示發射天線的數量與接收天線的數量 之間的最小值)而變化。預編碼矩陣的列的數量根據待同時發射的數據流的數量而變化。 因為將用于構造充當加權向量的預編碼矩陣的列向量與數據流相乘,所以預編碼矩陣的列 向量的數量要與待同時發射的數據流的數量相匹配。例如,當發射天線的數量和接收天線 的數量二者均為4時,能夠被同時發射的數據流的數量從1到4而變化。必須考慮列向量
5的數量為1的預編碼、列向量的數量為2的預編碼、列向量的數量為3的預編碼、以及列向 量的數量為4的預編碼。當能夠被同時發射的數據流的最大數量隨著發射/接收天線的數 量增加而增加時,根據增加的待考慮的預編碼的數量,需要顯著增加的反饋信息量。這樣, 預編碼器碼本方案難以被應用于空間多路復用傳輸方案,以通過根據信道環境改變傳輸數 據速率和待同時發射的數據流的數量來得到在相關信道環境中的最大傳輸速率。在使用如 上所述的一組預定的預編碼的預編碼器碼本方案中,預編碼器碼本的大小根據發射天線的 數量和待同時發射的數據流的數量而增加,因而其實際應用可能會較難。天線的數量在與一個發射機通信的接收機之間可能是不同的。例如,當基站天線 的數量是4而移動站天線的數量根據終端類型是1、2、3或4時,能夠被發射的子數據流的 最大數量變為1、2、3或4。當應用預編碼器碼本技術時,必須對基于所有可用接收機天線 數量的每一個預編碼器碼本和基于每一個預編碼器碼本的反饋信道進行定義。接收機將選 擇并使用基于相關接收機的天線數量的預編碼器碼本,以及基于該預編碼器碼本的反饋信 道。需要用于對將在發射機與接收機之間使用的預編碼器碼本和反饋信息進行定義的處 理。因此,需要可應用于各種發射/接收天線結構的靈活的預編碼方案。因而,需要改進的和有效的預編碼方案和反饋方案,其能夠被應用于空間多路復 用傳輸方案中,以對將在具有各種空間相關性的信道環境中同時發射的數據流的數量進行 調整,并且能夠利用相當少的反饋信息量提供較高的數據傳輸速率。
發明內容
本發明的示范性實施例處理至少上述問題和/或不足,并且提供至少下述的優 點。從而,因此,本發明的目的是提供一種用于發射/接收數據的裝置和方法,其能夠在使 用多個發射/接收天線的移動通信系統中根據信道環境有效提供數據傳輸速率。本發明的另一個目的是提供一種用于發射/接收數據的裝置和方法,其能夠在使 用多個發射/接收天線的移動通信系統中利用較少的反饋信息量提供較高的數據傳輸速 率。依照本發明的示范性方面,提供一種使用多個天線的移動通信系統,包括接收 機,其用于估計所接收到的數據的衰落信道,基于所估計的衰落信道從至少一個加權集合 中選擇加權集合,并且將包含所選擇的加權集合和逐信道(charmel-by-charmel)狀態信 息的反饋信息發射到發射機,所述至少一個加權集合的每個具有多個正交加權向量的元素 且兩個加權集合之間具有相位差;和所述發射機,其用于將基于所述反饋信息而要被發射 的數據解復用為至少一個子數據流,將每一個子數據流乘以相關權重,并且發射該數據。示范性接收機可以包括下行鏈路信道估計器,其用于使用從發射機發射的數 據的導頻信道對信道狀態進行估計;加權選擇器,其用于基于所述信道狀態決定加權 集合和加權向量,并且將關于加權集合和加權向量的信息發射到發射機;和逐子信道 (subchannel-by subchannel)狀態估計器,其用于根據所決定的加權向量對子數據流的信 道狀態進行估計,并且僅將關于該子數據流的信道狀態的信息發射到發射機。示范性接收機可以包括下行鏈路信道估計器,其用于使用從所述發射機發射的 數據的導頻信道對信道狀態進行估計;加權選擇器,其用于基于所述信道狀態決定加權集 合和加權向量,并且將所決定的加權集合和所決定的加權向量發射到發射機;和逐子信道
6狀態估計器,其用于對所決定的加權集合的所有加權向量的信道狀態進行估計,并且將關 于所估計的信道狀態的信息發射到發射機。示范性逐子信道狀態估計器基于所決定的加權向量對未使用的信道發射“無傳 輸”狀態的信息。
示范性發射機包括多路分離器,其用于將待發射的主數據流解復用為至少一個 子數據流;至少一個信道編碼器和調制器,其用于接收所述至少一個子數據流并且根據信 道編碼速率和調制方案為所述至少一個子數據流獨立地執行信道編碼和調制過程;波束形 成器,其用于將所述至少一個經信道編碼并調制后的子數據流乘以權重,并且將該數據發 射到接收機;和控制器,其用于基于從接收機發射的反饋信息,預先決定子數據流的數量、 所述至少一個子數據流的編碼速率、所述調制方案、和將被每一個子數據流相乘的權重。所述反饋信息可以包括加權集合索引信息,其用于表示所選擇的加權集合;加 權向量信息,其用于表示從所選擇的加權集合中選擇的加權向量;和所述至少一個子數據 流的信道狀態信息。所述發射機和所述接收機可以根據發射天線的數量、接收天線的數量、和加權集 合的數量預先存儲加權集合和加權向量。依照本發明的另一個示范性方面,提供一種用于在使用多個天線的移動通信系統 中發射/接收數據的方法,包括a)根據在接收機中所接收到的數據的導頻信道來估計衰 落信道;b)基于所估計的衰落信道,從至少一個加權集合中選擇加權集合,所述至少一個 加權集合的每個具有多個正交加權向量的元素且兩個加權集合之間具有相位差;c)估計 相對于所選擇的加權集合的逐信道狀態信息;d)將包含所選擇的加權集合和所述逐信道 狀態信息的反饋信息發射到發射機;以及e)基于所述反饋信息發射待發射的逐天線數據。設計所述加權集合可以包括決定具有根據發射天線的數量和加權集合的數量所 定義的相位差的多個加權向量;并且利用所決定的加權向量中的正交加權向量對所述加權 集合進行配置。
權利要求
1.一種用于配置在無線通信系統中用來進行預編碼的碼本的方法,該方法包括以下步驟在所述碼本中設置與多個碼本索引對應的加權向量,其中,當要通過2個天線發射的數據流的數量等于1時,所述加權向量分別等于
2.根據權利要求1所述的方法,其中,當要通過2個天線發射的數據流的數量等于2時,所述加權向量分別等于規格化的
3.根據權利要求2所述的方法,其中,通過加權集合索引和加權向量信息來確定所述 碼本索引。
4.根據權利要求2所述的方法,其中,在發射機和接收機中配置所述碼本。
5.根據權利要求2所述的方法,其中,在所述碼本中設置的加權向量彼此正交。
6.一種包含用于在無線通信系統中用來進行預編碼的碼本的計算機可讀介質 所述碼本包括與多個碼本索引對應的加權向量,其中,當要通過2個天線發射的數據流的數量等于1時,所述加權向量分別等于
7.根據權利要求6所述的計算機可讀介質,其中,當要通過2個天線發射的數據流的數 量等于2時,所述加權向量分別等于規格化的
8.根據權利要求7所述的計算機可讀介質,其中,通過加權集合索引和加權向量信息 來確定所述碼本索引。
9.根據權利要求7所述的計算機可讀介質,其中,在發射機和接收機中配置所述碼本。
10.根據權利要求7所述的計算機可讀介質,其中,在所述碼本中設置的加權向量彼此 正交。
11.一種用于在無線通信系統中使用碼本來發射數據的裝置,該裝置包括 存儲器,用于存儲包括與多個碼本索引對應的加權向量的碼本;以及 發射機,用于使用存儲在所述存儲器中的碼本來發射數據流,其中,當要通過2個天線發射的數據流的數量等于1時,所述加權向量分別等于
12.根據權利要求11所述的裝置,其中,當要通過2個天線發射的數據流的數量等于2時,所述加權向量分別等于規格化的
13.根據權利要求12所述的裝置,其中,通過加權集合索引和加權向量信息來確定所 述碼本索引。
14.根據權利要求12所述的裝置,其中,在發射機和接收機中配置所述碼本。
15.根據權利要求12所述的裝置,其中,在所述碼本中設置的加權向量彼此正交。
16.一種用于在無線通信系統中接收數據的裝置,該裝置包括存儲器,用于存儲包括與多個碼本索引對應的加權向量的碼本;以及 接收機,用于使用存儲在所述存儲器中的碼本來接收從發射機發射的數據流, 其中,當要通過2個天線發射的數據流的數量等于1時,所述加權向量分別等于
17.根據權利要求16所述的裝置,其中,當要通過2個天線發射的數據流的數量等于2 時,所述加權向量分別等于規格化的
18.根據權利要求17所述的裝置,其中,通過加權集合索引和加權向量信息來確定所 述碼本索引。
19.根據權利要求17所述的裝置,其中,在發射機和接收機中配置所述碼本。
20.根據權利要求17所述的裝置,其中,在所述碼本中設置的加權向量彼此正交。
全文摘要
提供了一種在使用多個天線的移動通信系統中發射/接收數據的方法和裝置。一種用于配置在無線通信系統中用來進行預編碼的碼本的方法,該方法包括以下步驟在所述碼本中設置與多個碼本索引對應的加權向量,其中,當要通過2個天線發射的數據流的數量等于1時,所述加權向量分別等于和
文檔編號H04B7/08GK102098087SQ20111003992
公開日2011年6月15日 申請日期2006年5月30日 優先權日2005年5月30日
發明者文哲, 權桓準, 金東熙, 金唯哲, 金大均, 金潤善, 韓臸奎 申請人:三星電子株式會社