空分多址的多天线传输的制作方法
【专利摘要】为每个终端获得上行链路信道响应矩阵并且对其进行分解，以便获得由终端用来在上行链路上进行发送的导向向量。基于每个终端的导向向量和信道响应矩阵为每个终端构成“有效”上行链路信道响应向量。多组终端被基于其有效信道响应向量进行评估，以便确定用于上行链路传输的最佳组(例如，具有最高总吞吐量)。每个被选择的终端以其导向向量对其数据符号流进行空间处理，并且向接入点发送其空间处理后的数据符号流。多个被选择的终端通过它们各自的MIMO信道同时向接入点发送它们的数据符号流。接入点根据接收机空间处理技术对其接收的符号流进行接收机空间处理，以便恢复由被选择的终端发送的数据符号流。
【专利说明】空分多址的多天线传输
[0001] 本申请是申请日为2004年11月12日，题为"空分多址的多天线传输"，申请号为 200480040710. 1的专利申请的分案申请。
【技术领域】
[0002] 本发明总体上涉及数据通信，并且更具体地，涉及用于多输入多输出（MMO)通信 系统中的空分多址（SDMA)的多天线传输。
【背景技术】
[0003] 为进行数据传输，MMO系统采用多个（Nt)发射天线和多个（Nk)接收天线。可 以将由N t个发射天线和Nk个接收天线构成的MIMO信道分解成Ns个空间信道，其中 Ns彡min {NT，NJ。可以使用Ns个空间信道发送Ns个独立数据流，以便获得更大的总吞吐量。
[0004] 在多址MMO系统中，接入点可以在任意给定的时刻与一个或多个用户终端进行 通信。如果接入点与单个用户终端进行通信，那么N t个发射天线与一个发送实体（接入点 或者用户终端）相关联，并且Nk个接收天线与一个接收实体（用户终端或者接入点）相关 联。接入点还可以通过SDM同时与多个用户终端进行通信。对于SDMA，接入点为数据发送 和接收采用多个天线，并且每个用户终端通常为数据发送采用一个天线、为数据接收采用 多个天线。
[0005] 多址MMO系统中的SDMA的一些关键性挑战是：（1)为同时传输选择合适的用户 终端组；以及（2)以实现良好的系统性能的方式，向每个被选择的用户终端发送数据和/或 从每个被选择的用户终端发送数据。因此，本领域中存在对于为多址MIMO系统高效地支持 SDM的技术的需求。
【发明内容】
[0006] 这里描述了用于进行对于MIMO系统中的SDM的多天线传输的技术。可以将这些 技术与诸如码分多址（CDMA)、正交频分复用（0FDM)、时分多址（TDM)等的各种无线技术相 结合使用。对于由多个用户终端到单个接入点的上行链路传输，为每个活动用户终端（例 如期望在上行链路上进行发送的终端）获得上行链路信道响应矩阵，并且对该上行链路信 道响应矩阵进行分解以便为该用户终端获得导向向量（steering vector)。如果用户终端 被选择用于上行链路传输，那么每个用户终端将其导向向量用于空间处理，以便在上行链 路上进行发送。基于该用户终端的导向向量和上行链路信道响应矩阵为每个用户终端构成 "有效"上行链路信道响应向量。
[0007] 对于每个调度间隔（例如每个时隙），构成多组活动用户终端，并且基于它们的有 效信道响应向量（或者它们的信道响应矩阵）对它们进行评估，以便为那个调度间隔中的 上行链路传输确定最佳组的N up个用户终端。例如，可以选择具有最高总吞吐量的用户组。 实际上，如下文所描述的，采用用户终端的空间特征（spatial signature)以及多用户分 集，以便为在上行链路上进行同时传输选择"空间兼容的"用户终端组。在不同的调度间隔 中，可以为上行链路传输选择相同或不同的用户终端数目。
[0008] 为上行链路传输选择的每个用户终端根据基本的无线技术（例如：CDMA、OFDM或 TDMA)对其数据流进行处理，以便获得数据符号流。每个用户终端还用其导向向量对其数 据符号流进行空间处理，以便获得发送符号流组，用户终端处的每个天线对应一个发送符 号流。随后，每个用户终端从其多个天线经过其MIMO信道向接入点发送其发送符号流。N up 个被选择的用户终端通过它们各自的MMO信道同时向接入点发送它们的Nup个数据符号流 (例如，每个终端一个数据符号流）。该接入点从其多个天线获得多个接收的符号流。随后， 如下文所描述，该接入点根据线性或非线性接收机空间处理技术对被接收的符号流进行接 收机空间处理，以便恢复由N up个被选择的用户终端发送的Nup个数据符号流。
[0009] 这里还描述了在下行链路上支持SDMA传输的技术。下文对本发明的各个方面和 实施例进行了更详细的描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 图1示出了多址MMO系统；
[0011] 图2示出了用于为SDMA在上行链路上进行多天线传输的处理过程；
[0012] 图3示出了用于为在上行链路上进行同时传输而对用户终端进行评估和选择的 处理过程；
[0013] 图4示出了接入点和两个用户终端的方框图；
[0014] 图5A和图5B分别示出了用于CDMA和OFDM的发送（TX)数据处理器的方框图；
[0015] 图6示出了为下行链路和上行链路传输在接入点和一个用户终端处的空间处理；
[0016] 图7示出了接收空间处理器和接收数据处理器；以及
[0017] 图8示出了在接入点处的控制器和调度器。
【具体实施方式】
[0018] 这里所使用的词语"示例性"指"用作例子、实例、或例证"。这里描述为"示例性" 的任何实施例不必被理解为相对于其它实施例是优选的或有利的。
[0019] 可以将在这里描述的多天线传输技术与诸如CDMA、OFDM、TDM等的各种无线技术 相结合使用。多个用户终端可以通过不同的（1)用于CDM的正交码信道、（2)用于TDM 的时隙、或者（3)用于OFDM的子带来同时发送/接收数据。CDM系统可以采用IS-2000、 IS-95、IS-856、宽带CDMA (W-CDMA)或者某些其它标准。OFDM系统可以采用IEEE 802. 11或 者某些其它标准。TDMA系统可以采用GSM或者某些其它标准。这些各种标准在本领域中是 已知的。如下文所描述，除了对于基本的无线技术的数据处理之外，（在其之前或之后）可 以进行对于多天线传输的空间处理。
[0020] 图1示出了具有接入点和用户终端的多址MMO系统100。为简化起见，在图1中 仅示出了一个接入点110。通常，接入点是与用户终端进行通信的固定站，并且也可以被称 为基站或者某些其它术语。用户终端可以是固定的或者移动的，并且也可以被称为移动台、 无线设备或者某些其它术语。在任意给定时刻，接入点110可以在下行链路和上行链路上 与一个或多个用户终端120进行通信。下行链路（即前向链路）是从接入点到用户终端的 通信链路，而上行链路（即反向链路）是从用户终端到接入点的通信链路。用户终端还可 以与另一个用户终端进行对等（peer-to-peer)通信。系统控制器130连接到接入点，并且 为接入点提供调节和控制。
[0021] 系统100为在下行链路和上行链路上的数据传输采用多个发射天线和多个接收 天线。为接入点Iio配备了 Nap个天线，并且接入点代表用于下行链路传输的多个输入（MI) 和用于上行链路传输的多个输出（M0)。一组N u个被选择的用户终端120共同代表了用于 下行链路传输的多个输出和用于上行链路传输的多个输入。对于纯粹的SDMA，如果没有通 过某些方式在编码、频率或时间中对N u个用户终端的数据符号流进行复用，那么就期望使 Nap彡Nu彡1。如果可以使用CDM的不同码信道、OFDM的不相交子带组等对数据符号流进 行复用，那么N u可以大于Nap。每个被选择的用户终端向接入点发送特定用户数据和/或从 接入点接收特定用户数据。通常，可以为每个被选择的用户终端配备一个或多个天线（即 Nut > 1)。Nu个被选择的用户终端可以具有相同或者不同数目的天线。
[0022] 系统100可以是时分双工（TDD)系统或者频分双工（FDD)系统。对于TDD系统，下 行链路和上行链路共享相同的频带。对于FDD系统，下行链路和上行链路使用不同的频带。 MIMO系统100还可以采用单载波或者多载波用于传输。为简化起见，下列描述假定（1)系 统100是单载波系统，并且（2)为每个用户终端配备了多个天线。为清楚起见，下文对上行 链路上的数据传输进行了描述。
[0023] 由接入点处的Nap个天线和指定用户终端m处的Nut， m个天线构成的上行链路MMO 信道可以由NapX Nut，m信道响应矩阵Hup，m来表示其特征，可以将H up，m表示为：
【权利要求】
1. 一种在多输入多输出（MIMO)通信系统中接收数据的方法，包括： 从接收实体处的多个接收天线获得针对由多个发送实体发出的多个数据符号流的多 个接收的符号流，每个发送实体对应一个数据符号流，其中，每个发送实体的所述数据符号 流被用所述发送实体的导向向量来进行空间处理、并且从所述发送实体处的多个发射天线 发出；以及 根据接收机空间处理技术对所述多个接收的符号流进行处理，以便获得多个被恢复的 数据符号流，所述多个被恢复的数据符号流是对所述多个数据符号流的估计， 其中，通过以下操作得到每个发送实体的所述导向向量： 对所述发送实体的信道响应矩阵进行分解，以便获得多个本征向量和多个奇异值，以 及基于与所述多个奇异值中的最大奇异值相对应的本征向量来构成所述发送实体的所述 导向向量。
2. 如权利要求1所述的方法，其中，所述接收机空间处理技术是信道相关矩阵求逆 (CCMI)技术或者最小均方误差（MMSE)技术。
3. 如权利要求1所述的方法，其中，所述接收机空间处理技术是连续干扰消除（SIC)技 术。
4. 如权利要求1所述的方法，其中，每个发送实体的所述导向向量等于与所述最大奇 异值相对应的所述本征向量。
5. 如权利要求1所述的方法，其中，每个发送实体的所述导向向量包含多个元素，所述 多个元素具有相同的幅度、以及具有和与所述最大奇异值相对应的所述本征向量的多个元 素的相位相等的相位。
6. -种在多输入多输出（MM0)通信系统中接收数据的方法，包括： 从接收实体处的多个接收天线获得针对由多个发送实体发出的多个数据符号流的多 个接收的符号流，每个发送实体对应一个数据符号流，其中，每个发送实体的所述数据符号 流被用所述发送实体的导向向量来进行空间处理、并且从所述发送实体处的多个发射天线 发出； 根据接收机空间处理技术对所述多个接收的符号流进行处理，以便获得多个被恢复的 数据符号流，所述多个被恢复的数据符号流是对所述多个数据符号流的估计； 基于多组发送实体中的每组中的发送实体的量度和导向向量，为可能的传输对所述组 进行评估；以及 为传输而选择具有最高量度值的一组发送实体。
7. -种在多输入多输出（MIM0)通信系统中的接收实体处的装置，包括： 多个接收机单元，用于从多个接收天线获得针对由多个发送实体发出的多个数据符号 流的多个接收的符号流，每个发送实体对应一个数据符号流，其中，每个发送实体的所述数 据符号流被用所述发送实体的导向向量来进行空间处理、并且从所述发送实体处的多个发 射天线发出；以及 接收空间处理器，用于根据接收机空间处理技术对所述多个接收的符号流进行处理， 以便获得多个被恢复的数据符号流，所述多个被恢复的数据符号流是对所述多个数据符号 流的估计， 其中，通过以下操作得到每个发送实体的所述导向向量： 对所述发送实体的信道响应矩阵进行分解，以便获得多个本征向量和多个奇异值，以 及基于与所述多个奇异值中的最大奇异值相对应的本征向量来构成所述发送实体的所述 导向向量。
8. 如权利要求7所述的装置，其中所述接收机空间处理技术是信道相关矩阵求逆 (CCMI)技术或者最小均方误差（MMSE)技术。
9. 一种在多输入多输出（MIMO)通信系统中的接收实体处的装置，包括： 获得模块，用于从多个接收天线获得针对由多个发送实体发出的多个数据符号流的多 个接收的符号流，每个发送实体对应一个数据符号流，其中，每个发送实体的所述数据符号 流被用所述发送实体的导向向量来进行空间处理、并且从所述发送实体处的多个发射天线 发出；以及 处理模块，用于根据接收机空间处理技术对所述多个接收的符号流进行处理，以便获 得多个被恢复的数据符号流，所述多个被恢复的数据符号流是对所述多个数据符号流的估 计，其中，通过以下操作得到每个发送实体的所述导向向量： 对所述发送实体的信道响应矩阵进行分解，以便获得多个本征向量和多个奇异值，以 及基于与所述多个奇异值中的最大奇异值相对应的本征向量来构成所述发送实体的所述 导向向量。
10. 如权利要求9所述的装置，其中所述接收机空间处理技术是信道相关矩阵求逆 (CCMI)技术或者最小均方误差（MMSE)技术。
11. 一种在多输入多输出（MIMO)通信系统中得到用于数据传输的导向向量的方法，包 括： 获得信道响应矩阵，所述信道响应矩阵指示在所述MIMO系统中的发送实体和接收实 体之间的MIMO信道的响应； 对所述信道响应矩阵进行分解，以便获得多个本征向量和多个奇异值，每个奇异值对 应一个本征向量；以及 基于与所述多个奇异值中的最大奇异值相对应的本征向量来得到所述发送实体的所 述导向向量，并且 其中，为多个发送实体得到了多个导向向量，并且将所述多个导向向量用于由所述多 个发送实体进行的空间处理，以便同时向所述接收实体发送多个数据符号流。
12. 如权利要求11所述的方法，其中，每个发送实体的所述导向向量是与所述最大奇 异值相对应的所述本征向量。
13. 如权利要求11所述的方法，其中，每个发送实体的所述导向向量包含多个元素，所 述多个元素具有相同的幅度、以及具有和与所述最大奇异值相对应的所述本征向量的多个 元素的相位相等的相位。
14. 一种在多输入多输出（MM0)通信系统中的装置，包括： 信道估计器，用于获得信道响应矩阵，所述信道响应矩阵指示在所述MIMO系统中的发 送实体和接收实体之间的MIMO信道的响应；以及 控制器，用于对所述信道响应矩阵进行分解，以便获得多个本征向量和多个奇异值，每 个奇异值对应一个本征向量，并且用于基于与所述多个奇异值中的最大奇异值相对应的本 征向量来得到所述发送实体的所述导向向量，并且 其中，为多个发送实体得到了多个导向向量，并且将所述多个导向向量用于由所述多 个发送实体进行的空间处理，以便同时向所述接收实体发送多个数据符号流。
15. -种在多输入多输出（MMO)通信系统中的装置，包括： 获得模块，用于获得信道响应矩阵，所述信道响应矩阵指示在所述MIMO系统中的发送 实体和接收实体之间的MIMO信道的响应； 分解模块，用于对所述信道响应矩阵进行分解，以便获得多个本征向量和多个奇异值， 每个奇异值对应一个本征向量；以及 得到模块，用于基于与所述多个奇异值中的最大奇异值相对应的本征向量来得到所述 发送实体的所述导向向量，并且 其中，为多个发送实体得到了多个导向向量，并且将所述多个导向向量用于由所述多 个发送实体进行的空间处理，以便同时向所述接收实体发送多个数据符号流。
【文档编号】H04L5/02GK104393899SQ201410573498
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2004年11月12日 优先权日:2003年11月21日
【发明者】J·罗德尼·沃尔顿, 约翰·W·凯彻姆, 约翰·爱德华·斯米, 马克·S·华莱士, 史蒂文·J·霍华德 申请人:高通股份有限公司