專利名稱：用于基于ofdm的多天線通信系統的導向分集的制作方法
技術領域：
本發明總體上涉及通信，并且更具體地，涉及在利用正交頻分復用(OFDM)的多天線通信系統中的數據傳輸。
背景技術：
OFDM是一種多載波調制技術，其將整個系統帶寬有效地分為多個(K個)正交子帶，也可以將這些子帶稱為音調(tone)、子載波、倉(bin)和頻道。利用OFDM，每個子帶與相應的可被調有數據的子載波相關聯。OFDM被廣泛地用于各種無線通信系統中，諸如那些執行公知的IEEE 802.11a和802.11g標準的系統。通常，IEEE 802.11a和802.11g涵蓋單輸入單輸出(SISO)操作，由此，發射設備使用單天線用于數據發送，并且接收設備一般使用單天線用于數據接收。
多天線通信系統可以支持用于單天線設備以及多天線設備的通信。在該系統中，多天線設備可以利用其多個天線將數據發送到單天線設備。為了獲得發射分集并且改善數據傳輸的性能，多天線設備和單天線設備可以執行多種常規發射分集方案中的任意一種。S.MAlamouti在IEEE Journal on Selected Areas in Communications，Vol.16，No.8，October 1998，pp.1451-1458上的名為“A Simple TransmitDiversity Technique for Wireless Communications”的文章中描述了這樣一種發射分集方案。對于Alamouti方案，發射設備在兩個符號周期中從兩個天線發送每對調制符號，并且接收設備將在兩個符號周期內所獲得的兩個接收到的符號進行合并，以恢復由發射設備發送的該對調制符號。為了恢復所發送的數據并且獲益于發射分集，Alamouti方案以及大多數其它常規發射分集方案都要求接收設備進行特定的處理，該處理可能隨方案而變。
如下所述，可以將“傳統的(legacy)”單天線設備設計為僅用于SISO操作。如果將無線設備設計為用于IEEE 802.11a或802.11g標準，那么一般是這樣的情況。這種傳統的單天線設備將不能進行大多數常規發射分集方案所要求的特定處理。然而，依然非常期望多天線設備能以可實現更高的可靠性和/或改進的性能的某種方式將數據發送到傳統的單天線設備。
因此，在本領域內，存在對用于在基于OFDM的系統中實現發射分集的技術的需求，特別是針對傳統的單天線設備。

發明內容
這里描述了用于進行空間處理以實現導向分集(steering diversity)的技術，對于通過多個天線發送的數據傳輸，該技術可以提供發射分集、更高的可靠性、和/或改進的性能。根據本發明的一個實施例，提供了一種方法，其中，首先獲得將要在多個天線的多個子頻帶上發送的輸入符號。利用為每個天線的每個子頻帶所選擇的相移來修改針對該天線的該子頻帶的輸入符號，以便生成針對該子頻帶和天線的相移后的符號。隨后，對針對每個天線的多個子頻帶的相移后的符號進行處理，以獲得針對該天線的采樣序列。
根據另一個實施例，描述了一種裝置，其包括空間處理器和調制器。空間處理器獲得要在多個天線的多個子頻帶上發送的輸入符號，并利用為每個天線的每個子頻帶所選擇的相移來修改針對該天線的該子頻帶的輸入符號，以便生成針對該子頻帶和天線的相移后的符號。調制器對針對每個天線的多個子頻帶的相移后的符號進行處理，以獲得針對該天線的采樣序列。
根據另一個實施例，描述了一種裝置，其包括用于獲得將要在多個天線的多個子頻帶上發送的輸入符號的模塊；用于利用為每個天線的每個子頻帶所選擇的相移來修改針對該天線的該子頻帶的輸入符號、以便生成針對該子頻帶和天線的相移后的符號的模塊；以及對針對每個天線的多個子頻帶的相移后的符號進行處理、以獲得針對該天線的采樣序列的模塊。
根據另一個實施例，提供了一種方法，其中，對數據進行處理以獲得時域采樣輸入序列。隨后，通過在時間上修改該時域采樣輸入序列(例如，延遲或循環移位)來生成針對多個天線的多個時域采樣輸出序列。從該多個天線發送該多個輸出序列。
根據另一個實施例，描述了一種裝置，其包括調制器，用于對數據進行處理以獲得時域采樣輸入序列；處理器，用于通過在時間上修改該時域采樣輸入序列來生成針對多個天線的多個時域采樣輸出序列；以及多個發射機單元，用于從該多個天線發送該多個輸出序列。
根據另一個實施例，描述了一種裝置，其包括用于對數據進行處理以獲得時域采樣輸入序列的模塊；用于通過在時間上修改該時域采樣輸入序列來生成針對多個天線的多個時域采樣輸出序列的模塊；以及用于從該多個天線發送該多個輸出序列的模塊。
下文對本發明的多個方面和實施例進行了更詳細的描述。


圖1示出了具有一個接入點和多個用戶終端的多天線系統。
圖2示出了多天線發射實體、單天線接收實體、以及多天線接收實體的方框圖。
圖3示出了頻域中的OFDM波形。
圖4示出了OFDM調制器的方框圖。
圖5示出了針對一個子帶的具有導向分集的傳輸的模型。
圖6示出了發射(TX)空間處理器和OFDM調制器。
圖7示出了在四個天線的子帶上的線性相移的曲線。
圖8A和8B示出了為時域采樣使用不同的延遲來獲得線性相移的兩個實施例。
圖8C示出了來自圖8A和8B中所示的實施例的T個發射天線的傳輸。
圖9A示出了為時域采樣使用循環移位來獲得線性相移的實施例。
圖9B示出了來自圖9A中所示的實施例的T個發射天線的傳輸。
具體實施例方式
這里所使用的詞語“示例性的”指的是“用作例子、實例、或例證”。這里描述為“示例性的”任何實施例不必被解釋為相對于其它實施例是優選的或有利的。
圖1示出了具有一個接入點(AP)110和多個用戶終端(UT)120的多天線系統100。通常，接入點是與用戶終端進行通信的固定站，并且還可以被稱為基站或者某些其它術語。用戶終端可以是固定的或移動的，并且還可以被稱作移動臺、無線設備、用戶設備(UE)、或者某些其它術語。對于集中式結構來說，系統控制器130連接到多個接入點，并且為這些接入點提供協調和控制。
接入點110配備有多個天線以用于數據發送和接收。每個用戶終端120可以配備有單個天線或多個天線以用于數據發送和接收。用戶終端可以與接入點進行通信，在該情況下，建立了接入點和用戶終端的角色。用戶終端還可以與另一個用戶終端進行對等通信。在下文的描述中，發射實體配備有多個(T個)發射天線，而接收實體配備有單個天線或多個(R個)天線。當接收實體配備有單個天線時，存在多輸入單輸出(MISO)傳輸，而當接收實體配備有多個天線時，則存在多輸入多輸出(MIMO)傳輸。
圖2示出了系統100中的多天線發射實體210、單天線接收實體250x、以及多天線接收實體250y的方框圖。發射實體210可以是接入點或者多天線用戶終端。每個接收實體250也可以是接入點或用戶終端。
在發射實體210處，發射(TX)數據處理器212對業務/分組數據進行處理(例如，編碼、交織和符號映射)，并且生成數據符號。如在這里所使用的，“數據符號”是數據的調制符號，“導頻符號”是導頻(其是發射和接收實體預先已知的數據)的調制符號，“發射符號”是將要從發射天線發送的符號，并且“接收到的符號”是從接收天線獲得的符號。TX空間處理器220對導頻和數據符號進行接收，并且將其解復用到正確的子帶上，進行適當的空間處理，并且為T個發射天線提供T個發射符號流。OFDM調制器(Mod)230對T個發射符號流進行OFDM調制，并且將T個采樣流提供給T個發射機單元(TMTR)232a到232t。每個發射機單元232對其發射符號流進行處理(例如，模擬變換、放大、濾波、以及上變頻)，并且生成已調制的信號。發射機單元232a到232t分別為從T個天線234a到234t的傳輸提供T個已調制的信號。
在單天線接收實體250x處，天線252x對T個發送的信號進行接收，并且將接收到的信號提供給接收機單元(RCVR)254x。接收機單元254x進行與發射機單元232進行的處理互補的處理，并且提供采樣流。OFDM解調器(Demod)260x對采樣流進行OFDM解調以獲得接收到的數據和導頻符號，將接收到的數據符號提供給檢測器270x，并且將接收到的導頻符號提供給控制器280x中的信道估計器284x。信道估計器284x得到對于發射實體210和接收實體250x之間用于數據傳輸的子帶的有效SISO信道的信道估計。檢測器270x基于每個子帶的有效SISO信道估計而對該子帶的接收到的數據符號進行檢測，并且提供針對所有子帶的檢測到的符號流。隨后，接收(RX)數據處理器272x對檢測到的符號流進行處理(例如，符號解映射、解交織和解碼)，并且提供已解碼的數據。
在多天線接收實體250y處，R個天線252a到252r對T個發送的信號進行接收，并且每個天線252將接收到的信號提供給各自的接收機單元254。每個接收機單元254對各自所接收的信號進行處理，并且將采樣流提供給相關聯的OFDM解調器260。每個OFDM解調器260對其采樣流進行OFDM解調，以獲得接收到的數據和導頻符號，將接收到的數據符號提供給RX空間處理器270y，并且將接收到的導頻符號提供給控制器280y中的信道估計器284y。信道估計器284y得到對于發射實體210和接收實體250y之間用于數據傳輸的子帶的實際或有效MIMO信道的信道估計。控制器280y基于MIMO信道估計得到空間濾波矩陣。RX空間處理器270y利用為每個子帶得到的空間濾波矩陣對該子帶的接收到的數據符號進行接收機空間處理(或者空間匹配濾波)，并且提供針對該子帶的檢測到的符號。隨后，RX數據處理器272y對所有子帶的檢測到的符號進行處理，并且提供已解碼的數據。
控制器240、280x和280y分別對發射實體210和接收實體250x和250y處的處理單元的操作進行控制。存儲單元242、282x和282y分別對控制器240、280x和280y所使用的數據和/或程序代碼進行存儲。
圖3示出了頻域中的OFDM波形。OFDM提供了總共K個子帶，并且每個子帶的子載波可以單獨地被調有數據。在總共K個子帶中，可以將ND個子帶用于數據傳輸，可以將NP個子帶用于導頻傳輸，并且可以不使用剩余的NG個子帶并且將其作為防護子帶，其中，K＝ND+NP+NG。例如，802.11a利用了具有總共64個子帶的OFDM結構，其中，48個子帶用于數據傳輸，4個子帶用于導頻傳輸，并且12個子帶未使用。通常，系統100可以使用具有任意數目的數據、導頻和總共子帶的任意OFDM結構。為簡便起見，下文的描述假定所有K個子帶都可用于數據和導頻傳輸。
圖4示出了在發射實體210處的OFDM調制器230的方框圖。典型地，首先對將要被發送的數據(或信息比特)進行編碼以生成碼比特，隨后對其進行交織。隨后，將被交織的比特分組為B-比特二進制值，其中B≥1。隨后，基于所選用的調制方案(例如，M-PSK或M-QAM，其中M＝2B)將每個B-比特值映射到特定的調制符號。對于所選擇的調制方案，每個調制符號是信號星座圖中的一個復數值。在每個OFDM符號周期內，可以在每個子帶上發送一個調制符號。(通常，為每個未使用的子帶提供零信號值，其也被稱為零符號。)在每個OFDM符號期內，離散傅里葉逆變換(IDFT)單元432對K個子帶的K個調制符號進行接收，以K點IDFT將該K個調制符號變換到時域，并且提供包含K個時域采樣的“變換后的”符號。每個采樣是將要在一個采樣周期內被發送的復數值。并-串(P/S)轉換器434把每個變換后的符號的K個采樣串聯起來。隨后，循環前綴發生器436對每個變換后的符號的一部分(或者C個采樣)進行重復，以構成包含K+C個采樣的OFDM符號。使用循環前綴以對抗由頻率選擇性衰落引起的符號間干擾(ISI)，頻率選擇性衰落是在整個系統帶寬上變化的頻率響應。一個OFDM符號周期(在這里也將其簡稱為“符號周期”)是一個OFDM符號的持續時間，并且等于K+C個采樣周期。
在系統100中，MISO信道存在于多天線發射實體和單天線接收實體之間。對于基于OFDM的系統，可以通過一組K個信道響應行矢量來對由發射實體處的T個天線和接收實體處的單天線構成的MISO信道進行表征，每個信道響應行矢量的大小是1×T，可以將其表示為h(k)＝[h0(k)h1(k)...hT-1(k)]，其中k＝0，...，K-1，式(1)其中k是子帶的索引，并且hi(k)(i＝0，...，T-1)代表對于子帶k的發射天線i和單接收天線之間的耦合或者復增益。為簡便起見，將MISO信道響應h(k)表示為只是子帶k而不是時間的函數。
如果發射實體具有對MISO信道響應的準確估計，那么它可以進行空間處理以便控制向接收實體的數據傳輸。然而，如果發射實體不具有對無線信道的準確估計，那么就不能基于無線信道對從T個天線的T個傳輸智能地進行調節。
當準確的信道估計不可用時，發射實體可以使用導向分集將數據從其T個天線發送到單天線接收實體，以實現發射分集、更大的可靠性、和/或改進的性能。采用導向分集，發射實體進行空間處理，使得數據傳輸在用于數據傳輸的子帶上觀測到不同的有效信道。因此，性能并不受壞的信道實現的控制。針對導向分集的空間處理也使得單天線接收實體可以進行SISO操作的常規處理(并且不需要進行針對發射分集的任何其它特定處理)以便對數據傳輸進行恢復并且受益于發射分集。為清楚起見，下文的描述通常針對一個OFDM符號，并且忽略了時間的索引。
圖5示出了對于從多天線發射實體210到單天線接收實體250x的一個子帶k、具有導向分集的傳輸的一個模型。用T個復權重(或標量值)v0(k)到vT-1(k)對將要在子帶k上被發送的調制符號s(k)進行空間處理，以獲得子帶k的T個發射符號，隨后，對這T個發射符號進行處理，并從T個發射天線發送出去。子帶k的T個發射符號觀測到信道響應h0(k)到hT-1(k)。
對于導向分集的每個子帶k，發射實體進行如下空間處理x(k)＝v(k)·s(k)，其中k＝0，...，K-1，式(2)其中，s(k)是將要在子帶k上被發送的調制符號；v(k)＝[v0(k)v1(k)...vT-1(k)]T是子帶k的T×1導向矢量；x(k)＝[x0(k)x1(k)...xT-1(k)]T是T×1矢量，其具有將要在子帶k上從T個發射天線發送的T個發射符號；以及“T”代表轉置。
通常，調制符號s(k)可以是任意的實數或復數值(例如，零值信號)，并且不需要其來自信號星座圖。
可以將對于每個子帶k、在接收實體處接收到的符號表示為r(k)＝h(k)·x(k)+n(k)，＝h(k)·v(k)·s(k)+n(k)，k＝0，...，K-1，式(3)＝heff(k)·s(k)+n(k)，其中，r(k)是對于子帶k的接收到的符號；heff(k)是子帶k的有效SISO信道響應，其為heff(k)＝h(k)·v(k)；以及n(k)是子帶k的噪聲。
如式(3)中所示，由發射實體為導向分集而進行的空間處理導致每個子帶k的調制符號s(k)觀測到有效SISO信道響應heff(k)，其包括對于該子帶的實際MISO信道響應h(k)和導向矢量v(k)。接收實體可以例如基于從發射實體接收到的導頻符號對有效SISO信道響應heff(k)進行估計。隨后，接收實體可以利用每個子帶k的有效SISO信道響應估計 對該子帶的接收到的符號r(k)進行檢測或者匹配濾波，以獲得檢測到的符號 其是對在該子帶上發送的調制符號s(k)的估計。
接收實體可以進行匹配濾波，如下s^(k)=h^eff*(k)·r(k)|h^eff(k)|2=s(k)+n′(k),]]>式(4)其中“*”代表共軛，并且n′(k)是匹配濾波后的噪聲。在式(4)中的檢測操作與將要由接收實體為SISO傳輸所進行的檢測操作是相同的。然而，將有效SISO信道響應估計 而不是SISO信道響應估計 用于檢測。
對于導向分集，接收實體不需要知道為數據傳輸使用單個天線還是多個天線，并且也不需要知道用于每個子帶的導向矢量。如果在多個子帶上使用不同的導向矢量并且為這些子帶構成不同的有效SISO信道，那么接收實體仍然可以受益于發射分集。隨后，在多個子帶上發送的數據傳輸將觀測到在用于數據傳輸的子帶上的不同的有效SISO信道的全體。
圖6示出了分別是圖2中的TX空間處理器220和OFDM調制器230的實施例的TX空間處理器220a和OFDM調制器230a的方框圖。TX空間處理器220a接收用于每個OFDM符號周期的K個子帶的K個調制符號(或者通常是輸入符號)s(0)到s(K-1)。在TX空間處理器220a中，一組不同的K個乘法器620將K個調制符號與每個發射天線i的一組K個權重vi(O)到vi(K-1)相乘，并且為該天線提供K個已加權的符號。將每個子帶k的調制符號s(k)從所有T個天線進行發送，并且將其與用于該子帶的T個發射天線的T個權重v0(k)到vT-1(k)相乘。TX空間處理器220a為T個發射天線提供T組K個已加權的符號。
在OFDM調制器230a中，由各自的IDFT單元632將針對每個發射天線i的一組K個已加權的符號變換到時域，以便獲得針對該天線的一個變換后的符號。通過各自的P/S轉換器634對針對每個發射天線i的變換后的符號的K個時域采樣進行串行化，并且通過循環前綴發生器636進一步附加循環前綴，以便為該天線生成OFDM符號。隨后，由每個發射天線i的發射機單元232對用于該天線的OFDM符號進行調節，并且通過天線對其進行發送。
對于導向分集，發射實體為不同的子帶使用不同的導向矢量，其中，每個導向矢量為相關聯的子帶定義或構成波束。通常，期望在多個子帶上使用盡可能多的不同的導向矢量，以實現更大的發射分集。例如，可以為K個子帶中的每個子帶使用不同的導向矢量，并且可以將用于K個子帶的一組K個導向矢量表示為{v(k)}。對于每個子帶，導向矢量可以是不隨時間變化的，或者可以例如隨著符號周期的改變而發生改變。
通常，對于導向分集，可以為K個子帶中的每一個使用任意導向矢量。然而，為了確保對于單天線設備性能不發生降級，其中，這些單天線設備沒有察覺到正在進行的導向分集并且進一步依賴于子帶上的某些相關性，可以對導向矢量進行定義，使得多個波束以連續而不是突發的方式在多個子帶上發生變化。這可以通過在每個發射天線的多個子帶上應用連續變化的相移來實現。作為例子，相移可以在每個發射天線的多個子帶上以線性的方式發生變化，并且如下文所述，每個天線可以與不同的相位斜率(phase slope)相關聯。將線性變化的相移應用到頻域中的調制符號，這可以通過在時間上修改相應的時域采樣(例如，延遲或循環移位)來實現。如果為不同的子帶使用不同的導向矢量，那么可以通過具有N個發射天線的陣列、在不同的方向上將這些子帶的調制符號進行播送。如果用不同的導向將已編碼的數據擴展到多個子帶上，那么由于增加的分集，很有可能改進解碼性能。
如果鄰近子帶的導向矢量在非常不同的方向上生成波束，那么有效SISO信道響應heff(k)將也會在鄰近子帶之間發生很大改變。諸如在IEEE 802.11a系統中的傳統單天線設備這樣的某些接收實體可能沒有察覺到正在進行的導向分集。這些接收實體可以假定信道響應在多個子帶上緩慢地變化，并且可以以簡化接收機設計的方式來進行信道估計。例如，這些接收實體可以為總共K個子帶的一個子集估計信道響應，并且使用內插或者某些其它技術以便得到對其它子帶的信道響應的估計。對突變導向矢量(例如，偽隨機導向矢量)的使用可能嚴重地降低這些接收實體的性能。
為了提供發射分集并且避免降低傳統接收實體的性能，可以選擇導向矢量，使得(1)為不同的子帶使用不同的波束，以及(2)鄰近子帶的波束具有平滑的而不是突變的過渡。可以將用于T個發射天線的K個子帶的權重表示為 式(5)其中，v是用于T個發射天線的K個子帶的T×K權重矩陣。
在一個實施例中，將矩陣v中的權重定義如下v1(k)=B(i)·ej2π·i·kk,]]>其中i＝0，...，T-1且k＝0，...，K-1，式(6)其中，B(i)是發射天線i的復增益；vi(k)是發射天線i的子帶k的權重；以及j是由j=-1]]>定義的虛數值。
可以將每個發射天線的復增益的大小設置為1，或者‖B(i)‖＝1.0，i＝0，...，T-1。式(6)中示出的權重對應于每個子帶和天線的漸進相移。這些權重為T個等間隔天線的線性陣列的每個子帶有效地構成稍微不同的波束。
在特定實施例中，將權重定義如下v1(k)=e-jπ·i·ej2π·i·kK=ej2πiK(k-K2),]]>式(7)其中i＝0，...，T-1且k＝0，...，K-1。式(7)中所示的實施例使用了式(6)的B(i)＝e-jπ·i。這導致不同的相移應用于每個天線。
圖7示出了對于T＝4情況下每個發射天線的相移曲線。如圖3中所示，典型地，認為K個子帶的中心在零頻率處。可以將基于式(7)生成的權重解釋為在K個子帶上創建線性相移。將每個發射天線i(其中i＝0，...，T-1)與2π·i/K的相位斜率相關聯。將用于每個發射天線i的每個子帶k(其中k＝0，...，K-1)的相移給定為2π·i·(k-K/2)/K。使用B(i)＝e-jπ·i導致子帶k＝K/2觀測到零相移。
可以將基于式(7)得出的權重視為具有離散頻率響應Gi(k′)的線性濾波器，可以將其表示為Gi(k′)=vi(ki+K/2)=ej2πi·k′k,]]>式(8)其中i＝0，...，T-1且k′＝(-K/2)，...，(K/2-1)。如圖3中所示，子帶索引k用于將零頻率放置在子帶Ncenter＝K/2處的子帶計數方案。子帶索引k′是子帶索引k平移了K/2的版本，或者k′＝k-K/2。這導致對于具有索引k′的新子帶計數方案，子帶零在零頻率處。如果以某些其它方式對索引k進行定義(例如，k＝1，...，K)或者如果K是奇數，那么Ncenter可以等于某個非K/2的其它值。
可以通過對離散頻率響應Gi(k′)進行K點IDFT來獲得線性濾波器的離散時域脈沖響應gi(n)。可以將脈沖響應gi(n)表示為gi(n)=1K·Σk′=-K/2K/2-1Gi(k′)·ej2πn·k′K,]]>=1K·Σk′=-K/2K/2-1ej2πi·k′K·ej2πn·k′K,]]>式(9)=1K·Σk′=-K/2K/2-1ej2πk′K(i+n),]]> 其中，n是采樣周期的索引，并且具有n＝0，...，K-1的范圍。式(9)指示發射天線i的脈沖響應gi(n)在i個采樣周期的延遲處具有單獨一個單位值抽頭，并且在所有其它延遲處為零。
可以通過將每個發射天線i的K個調制符號與該天線的K個權重vi(0)到vi(K-1)相乘，來進行用如式(7)中所示所定義的權重進行的空間處理，并且隨后對K個已加權的符號進行K點IDFT。同樣地，可以通過以下處理來實現用這些權重進行的空間處理(1)對K個調制符號進行K點IDFT以獲得K個時域采樣；并且(2)用脈沖響應gi(n)對K個時域采樣進行循環卷積，其中，該脈沖響應gi(n)在i個采樣周期的延遲處具有單獨一個單位值抽頭。
圖8A示出了分別是圖2中的TX空間處理器220和OFDM調制器230的另一個實施例的TX空間處理器220b和OFDM調制器230b的方框圖。OFDM調制器220b對用于每個OFDM符號周期的K個子帶的K個調制符號s(0)到s(K-1)進行接收。在OFDM調制器230b中，IDFT單元832對K個調制符號進行K點IDFT，并且提供K個時域采樣。P/S轉換器834對K個時域采樣進行串行化。隨后，循環前綴發生器836附加C個采樣的循環前綴，并且將包含K+C個采樣的OFDM符號提供給TX空間處理器220b。TX空間處理器220b包括針對T個發射天線的T個數字延遲單元822a到822t。每個延遲單元822對來自OFDM調制器230b的OFDM符號進行接收，并且用由相關聯的發射天線確定的不同量對其進行延遲。具體地，針對發射天線234a的延遲單元822a將OFDM符號延遲了零個采樣周期，針對發射天線234b的延遲單元822b將OFDM符號延遲了一個采樣周期，等等，并且針對發射天線234t的延遲單元822t將OFDM符號延遲了T-1個采樣周期。發射機單元232進行的后續操作如上文所描述。
圖8B示出了OFDM調制器230b和TX空間處理器220c的方框圖，其中TX空間處理器220c是圖2中TX空間處理器220的又一個實施例。如上文對圖8A所描述的，OFDM調制器220b對每個OFDM符號周期的K個調制符號進行OFDM調制。隨后，發射機單元232對每個符號周期的OFDM符號進行接收和調節，以生成已調制的信號。TX空間處理器220c提供了模擬域中的時間延遲。TX空間處理器220c包括針對T個發射天線的T個模擬延遲單元824a到824t。每個延遲單元824接收已調制的信號，并且用由相關聯的發射天線所確定的不同量對其進行延遲。具體地，針對第一個發射天線234a的延遲單元824a將已調制的信號延遲了零秒，針對第二個發射天線234b的延遲單元824b將已調制的信號延遲了一個采樣周期(或Tsam秒)，等等，并且針對第T個發射天線234t的延遲單元824t將已調制的信號延遲了(T-1)個采樣周期(或(T-1)·Tsam秒)。采樣周期等于Tsam＝1/(BW·(K+C))，其中，BW是以赫茲為單位的系統總帶寬。
圖8C示出了從用于圖8A和8B中所示的實施例的T個發射天線的T個傳輸的時序圖。從T個發射天線中的每個天線發送相同的OFDM符號。然而，以不同的量對從每個發射天線發送的OFDM符號進行延遲。可以將T個天線的T個延遲和非延遲OFDM符號視為同一個OFDM符號的T個不同版本。
對于式(7)到式(9)以及圖8A到圖8C中所示的實施例，用于T個發射天線的延遲是采樣周期的整數倍。也可以實現導致T個發射天線的非整數延遲的相位斜率(或者B(i)=e-jπiL,]]>其中L＞1)。例如，可以將來自圖8A中OFDM調制器230b的時域采樣向上采樣到更高的速率(例如，具有Tupsam＝Tsam/L的周期)，并且可以通過數字延遲單元822將該較高速率的采樣延遲了較高速率采樣周期(Tupsam)的整數倍。可替換地，圖8B中的模擬延遲單元824可以提供Tupsam(而不是Tsam)整數倍的延遲。
當發射天線的數目小于循環前綴長度(或者T＜C)時，附加在每個OFDM符號上的循環前綴令數字延遲單元822或者模擬延遲單元824進行的線性延遲看起來好象是對用時域脈沖響應gi(n)進行的循環卷積進行的循環旋轉。這樣，如圖8A到圖8C所示，可以通過對于每個發射天線i的i個采樣周期的時間延遲來實現式(7)中所定義的權重。然而，如圖8C中所示，OFDM符號被以不同的延遲從T個發射天線發送出去，這減少了循環前綴防止多徑延遲的有效性。
對K個已加權的符號的IDFT(通過將K個調制符號與式(7)中所示的相位斜率相乘獲得)提供了時域采樣序列，該時域采樣序列等于對來自對K個(初始未加權的)調制符號進行IDFT后的K個時域采樣進行了循環移位。這樣，可以通過對這K個時域采樣進行循環移位來進行空間處理。
圖9A示出了分別是圖2中的OFDM調制器230和TX空間處理器220的另一個實施例的OFDM調制器230d和TX空間處理器220d的方框圖。在OFDM調制器230d中，IDFT單元932對K個調制符號進行K點IDFT，并且提供K個時域采樣，并且P/S轉換器934將對K個時域采樣進行串行化。TX空間處理器220d包括針對T個發射天線的T個循環移位單元922a到922t。每個單元922從P/S轉換器934接收K個時域采樣，對于發射天線i，用i個采樣對K個時域采樣進行循環移位，并且提供包含K個采樣的循環移位變換后的符號。具體地，對于發射天線234a，單元922a循環移位了0個采樣，對于發射天線234b，單元922b循環移位了一個采樣，等等，并且對于發射天線234t，單元922t循環移位了(T-1)個采樣。T個循環前綴發生器936a到936t分別從單元922a到922t接收循環移位變換后的符號。每個循環前綴發生器936將C個采樣的循環前綴附加在其循環移位變換后的符號上，并且提供包含(K+C)個采樣的OFDM符號。發射機單元232a到232t進行的后續處理如上文所述。
圖9B示出了來自圖9A中所示實施例的T個發射天線的T個傳輸的時序圖。通過循環移位不同的量，為T個發射天線中的每個天線生成OFDM符號的不同版本。然而，在相同時間上從T個發射天線對該OFDM符號的T個不同版本進行發送。
圖8A、8B和9A中所示的實施例說明了可以實現用于導向分集的空間處理的一些方式。通常，在發射實體內，可以以各種方式并且在各個位置進行用于導向分集的空間處理。例如，可以在時域或頻域中、使用數字電路或模擬電路、在OFDM調制之前或之后等進行空間處理。
式(6)和式(7)表示在每個發射天線的K個子帶上提供線性變化的相移的函數。如上文所描述，可以通過對相應的時域采樣進行延遲或循環移位來實現將線性變化的相移應用于頻域中的調制符號。通常，可以使用任意函數以連續的方式改變在每個發射天線的K個子帶上的相移，使得波束在這些子帶上以連續的方式而不是突變的方式變化。相移的線性函數僅僅是連續函數的一個例子。連續的變化確保單天線設備的性能不下降，其中單天線設備依賴在子帶上一定量的相關(例如，為了簡化信道估計)。
在上文的描述中，導向分級是針對在每個符號周期內在每個子帶上的一個調制符號的傳輸而實現的。利用導向分級，也可以在一個符號周期內在一個子帶上通過T個發射天線將多個(S個)調制符號發送到多天線接收實體，該多天線接收實體具有R個接收天線，其中S≤min{T，R}。
可以將這里所描述的導向分集技術用于各種無線系統。還可以將這些技術用于下行鏈路(或前向鏈路)以及上行鏈路(或反向鏈路)。可以通過配備有多個天線的任意實體來實現導向分集。
可以以各種方式使用導向分集。例如，當關于無線信道的準確信息不可用時，發射實體(例如，接入點或者用戶終端)可以使用導向分集以發送到接收實體(例如，另一個接入點或者用戶終端)。由于諸如反饋信道被破壞、系統校準很差、對于發射實體信道狀況變化過快以至于不能按時使用/調節波束導向等的各種原因，準確的信道信息可能不可用。例如，快速變化的信道狀況可能是由于發射和/或接收實體的高速移動。
還可以將導向分集用于無線系統中的各種應用。在一個應用中，可以使用如上文所描述的導向分集對系統中的廣播信道進行發送。導向分集的使用允許系統中的無線設備可能以改進的可靠性來接收廣播信道，由此增加了廣播信道的范圍。在另一個應用中，使用導向分集對尋呼信道進行發送。再次，通過使用導向分集，可以為該尋呼信道實現改善的可靠性以及更大的覆蓋。在另一個應用中，802.11a接入點使用導向分集，以便改進在其覆蓋區域內的用戶終端的性能。
可以用各種方式實現這里描述的導向分集技術。例如，可以以硬件、軟件或其組合來實現這些技術。對于硬件實現，可以在一個或多個專用集成電路(ASIC)、數字信號處理器(DSP)、數字信號處理器件(DSPD)、可編程邏輯器件(PLD)、現場可編程邏輯門陣列(FPGA)、處理器、控制器、微控制器、微處理器、其它設計為實現這里所描述的功能的電子單元、或者其組合內實現用來進行用于導向分集的空間處理的處理單元。
對于軟件實現，可以以執行這里所描述的功能的模塊(例如，過程、函數等等)來實現導向分集技術。可以將軟件代碼存儲在存儲單元(例如，圖2中的存儲單元242)中，并且通過處理器(例如，控制器240)來執行該軟件代碼。可以在處理器內部或者處理器外部實現存儲單元，在處理器外部實現的情況下，可以通過本領域已知的各種方式將存儲單元通信連接到處理器上。
提供了已公開實施例的上述說明，以使本領域的任何技術人員都能夠實現或使用本發明。這些實施例的各種修改對本領域的技術人員來說將是顯而易見的，并且在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，可以將這里定義的一般原理應用到其它實施例。因此，本發明并不是要被限制于這里所示的實施例，而是要符合與這里公開的原理和新穎特征相一致的最寬范圍。
權利要求
1.一種在無線通信系統中發送數據的方法，包括獲得將要在多個天線的多個子頻帶上發送的輸入符號；修改針對每個天線的每個子頻帶的輸入符號，以生成針對所述子頻帶和所述天線的相移后的符號，其中所述修改利用了為所述子頻帶和所述天線選定的相移；以及處理針對每個天線的所述多個子頻帶的相移后的符號，以獲得針對所述天線的采樣序列。
2.如權利要求1所述的方法，還包括在每個天線的所述多個子頻帶上應用線性變化的相移。
3.如權利要求1所述的方法，還包括在每個天線的所述多個子頻帶上應用不同的相位斜率。
4.如權利要求1所述的方法，還包括在每個天線的所述多個子頻帶上應用連續變化的相移。
5.如權利要求4所述的方法，還包括基于為每個天線選定的函數，確定在所述天線的所述子頻帶上的所述連續變化的相移。
6.如權利要求1所述的方法，其中，所述處理所述相移后的符號的步驟包括對針對每個天線的所述多個子頻帶的所述相移后的符號進行正交頻分復用(OFDM)調制，以獲得針對所述天線的所述采樣序列。
7.一種無線通信系統中的裝置，包括空間處理器，用于獲得將要在多個天線的多個子頻帶上發送的輸入符號，修改針對每個天線的每個子頻帶的輸入符號，以生成針對所述子頻帶和所述天線的相移后的符號，其中所述修改利用了為所述子頻帶和所述天線選定的相移；以及調制器，用于處理針對每個天線的所述多個子頻帶的相移后的符號，以獲得針對所述天線的采樣序列。
8.如權利要求7所述的裝置，其中，所述空間處理器在每個天線的所述多個子頻帶上應用線性變化的相移。
9.如權利要求7所述的裝置，其中，所述空間處理器在每個天線的所述多個子頻帶上應用不同的相位斜率。
10.如權利要求7所述的裝置，其中，所述空間處理器在每個天線的所述多個子頻帶上應用連續變化的相移。
11.一種無線通信系統中的裝置，包括用于獲得將要在多個天線的多個子頻帶上發送的輸入符號的模塊；用于修改針對每個天線的每個子頻帶的輸入符號，以生成針對所述子頻帶和所述天線的相移后的符號的模塊，其中所述修改利用了為所述子頻帶和所述天線選定的相移；以及用于處理針對每個天線的所述多個子頻帶的相移后的符號，以獲得針對所述天線的采樣序列的模塊。
12.如權利要求11所述的裝置，還包括用于在每個天線的所述多個子頻帶上應用線性變化的相移的模塊。
13.如權利要求11所述的裝置，還包括用于在每個天線的所述多個子頻帶上應用不同的相位斜率的模塊。
14.如權利要求11所述的裝置，還包括用于在每個天線的所述多個子頻帶上應用連續變化的相移的模塊。
15.一種在無線通信系統中發送數據的方法，包括處理數據以獲得時域采樣輸入序列；通過在時間上修改所述時域采樣輸入序列來生成針對多個天線的多個時域采樣輸出序列；以及從所述多個天線發送所述多個輸出序列。
16.如權利要求15所述的方法，其中，所述處理所述數據的步驟包括對針對多個子頻帶的多個輸入符號進行離散傅里葉逆變換，以獲得多個時域采樣，以及重復所述多個時域采樣的一部分，以獲得所述時域采樣輸入序列。
17.如權利要求16所述的方法，其中，所述生成所述多個時域采樣輸出序列的步驟包括將所述輸入序列延遲不同的量，以生成所述多個輸出序列。
18.如權利要求16所述的方法，其中，所述生成所述多個時域采樣輸出序列的步驟包括將所述輸入序列延遲采樣周期的不同整數倍，以生成所述多個輸出序列。
19.如權利要求16所述的方法，其中，所述生成所述多個時域采樣輸出序列的步驟包括將所述輸入序列延遲采樣周期的不同分數量，以生成所述多個輸出序列。
20.如權利要求16所述的方法，其中，所述發送所述多個輸出序列的步驟包括從不同的時間開始，從所述多個天線發送所述多個輸出序列。
21.如權利要求15所述的方法，其中，所述處理所述數據的步驟包括對針對多個子頻帶的多個輸入符號進行離散傅里葉逆變換，以獲得所述時域采樣輸入序列。
22.如權利要求21所述的方法，其中，所述生成所述多個時域采樣輸出序列的步驟包括將所述時域采樣輸入序列循環移位不同的量，以獲得多個時域采樣中間序列，以及重復每個時域采樣中間序列的一部分，以獲得相應的時域采樣輸出序列。
23.如權利要求22所述的方法，其中，所述將所述輸入序列循環移位的步驟包括將所述輸入序列循環移位采樣的不同整數倍，以獲得所述多個中間序列。
24.如權利要求21所述的方法，其中，所述發送所述多個輸出序列的步驟包括從相同的時間開始，從所述多個天線發送所述多個輸出序列。
25.一種無線通信系統中的裝置，包括調制器，用于處理數據以獲得時域采樣輸入序列；處理器，用于通過在時間上修改所述時域采樣輸入序列來生成針對多個天線的多個時域采樣輸出序列；以及多個發射機單元，用于從所述多個天線發送所述多個輸出序列。
26.如權利要求25所述的裝置，其中，所述調制器對針對多個子頻帶的多個輸入符號進行離散傅里葉逆變換，以獲得多個時域采樣，并且還重復所述多個時域采樣的一部分，以獲得所述時域采樣輸入序列。
27.如權利要求26所述的裝置，其中，所述處理器將所述輸入序列延遲不同的量，以生成所述多個輸出序列。
28.如權利要求26所述的裝置，其中，所述處理器包括多個延遲單元，用于將所述輸入序列延遲采樣周期的不同分數量，以生成所述多個輸出序列。
29.如權利要求25所述的裝置，其中，所述多個發射機單元從不同的時間開始，從所述多個天線發送所述多個輸出序列。
30.如權利要求25所述的裝置，其中，所述處理器將所述時域采樣輸入序列循環移位不同的量，以獲得多個時域采樣中間序列，并且重復每個時域采樣中間序列的一部分，以獲得相應的時域采樣輸出序列。
31.如權利要求25所述的裝置，其中，所述多個發射機單元從相同的時間開始，從所述多個天線發送所述多個輸出序列。
32.一種無線通信系統中的裝置，包括用于處理數據以獲得時域采樣輸入序列的模塊；用于通過在時間上修改所述時域采樣輸入序列來生成針對多個天線的多個時域采樣輸出序列的模塊；以及用于從所述多個天線發送所述多個輸出序列的模塊。
33.如權利要求32所述的裝置，其中，所述用于處理所述數據的模塊包括用于對針對多個子頻帶的多個輸入符號進行離散傅里葉逆變換，以獲得多個時域采樣的模塊，以及用于重復所述多個時域采樣的一部分，以獲得所述時域采樣輸入序列的模塊。
34.如權利要求33所述的裝置，其中，所述用于生成所述多個時域采樣輸出序列的模塊包括用于將所述輸入序列延遲不同的量，以生成所述多個輸出序列的模塊。
35.如權利要求32所述的裝置，其中，所述用于發送所述多個輸出序列的模塊包括用于從不同的時間開始，從所述多個天線發送所述多個輸出序列的模塊。
36.如權利要求32所述的裝置，其中，所述用于生成所述多個時域采樣輸出序列的模塊包括用于將所述時域采樣輸入序列循環移位不同的量，以獲得多個時域采樣中間序列的模塊，以及用于重復每個時域采樣中間序列的一部分，以獲得相應的時域采樣輸出序列的模塊。
37.如權利要求32所述的裝置，其中，所述用于發送所述多個輸出序列的模塊包括用于從相同的時間開始，從所述多個天線發送所述多個輸出序列的模塊。
全文摘要
發射實體為不同的子帶使用不同的導向矢量以獲得導向分集。每個導向矢量為相關聯的子帶定義或構成波束。任何導向矢量都可以被用于導向分集。可以對導向矢量進行定義，使得波束在子帶上以連續而不是突變的方式變化。這可以通過在每個發射天線的多個子帶上應用連續變化的相移來實現。作為例子，相移可以在每個發射天線的多個子帶上以線性方式改變，并且每個天線可以與不同的相位斜率相關聯。可以通過對相應的時域采樣進行延遲或循環移位，實現將線性變化的相移應用到頻域中的調制符號。
文檔編號H04B7/04GK1981499SQ200580022793
公開日2007年6月13日 申請日期2005年4月29日 優先權日2004年5月7日
發明者斯泰因·A·倫德比, 史蒂文·J·霍華德, 杰伊·羅德尼·沃爾頓 申請人:高通股份有限公司