CN1864379A - 多输入/多输出***中控制信号传输的方法 - Google Patents

Abstract

一种在多输入多输出(MIMO)通信***中控制信号传输的方法，包括：选择用于在该MIMO***的发射侧中经由M个发射天线(16)发送的M个数据流的每个的调制和编码设置(MCS)，和基于对应于该M个发射天线(16)的每个的表示该选择的MCS的传输性能的信道质量信息，从用于发送数据流的M个发射天线(16)中有选择地选择M－1个或者更少的发射天线(16)。在另一个例子中，本发明提供了一种新颖的在MIMO通信***中控制信号传输的方法，包括：选择用于在该MIMO***的发射侧中由M个发射天线(16)的每个发送的数据流的M个权向量，和基于对应于该移动通信的M个向量空间的每个的表示所选择的权向量的传输性能的信道质量信息，从用于传输数据流的M个权向量中有选择地选择M－1个或者更少的数据流和权向量，该移动通信包括具有多个发射器的发射机和具有多个接收器的接收机。该方法包括将循环冗余校验(CRC)码增加到要发送的数据块，并且按照该多个天线(16)的每个各自的发射天线(16)的调制方案和编码速率将该数据块空间地分段。

Description

多输入/多输出***中控制信号传输的方法

技术领域

本发明涉及一种应用于多输入/多输出(MIMO)***的信号处理的方法，尤其是，涉及一种基于每个发射天线的信道质量信息仅使用多个可用发射天线或者权向量的某些，有选择地发送数据流的信号处理方法。

背景技术

V-BLAST(纵向贝尔实验室分层空时)***是MIMO***的一个例子，其包括M个发射天线和N个接收天线(这里N≥M)。例如，参见P.W.Wolniansky，G.J.Foschini，G.D.Golden和R.A.Valenzuela，“V-BLAST：An Architecture for Realizing Very High Data Rates overthe Rich-scattering Wireless Channel”，IEE Electronics Letters，Vol.35，No.1，pp.14-16，1999年1月，其整体结合在此。

更详细地，通过在不同的天线上并行发送不同的信号，在一个以丰富的散射和多路径为特征的环境中，由于对于接收端的有效算法，这种方法可以提供高的数据速率，该有效的算法包括从尚未检测信号的干扰清除(nulling)和从已经检测的信号的干扰抵消。以这样的方式，接收机能够产生独立的虚拟子信道，每个发射天线一个虚拟子信道，导致信道容量随着天线的数目近似线性地增长。但是，发射天线数目上的增加也提高从接收端反馈到该发射端的信道质量信息的数量。处理该信道质量信息和由过多的信道质量信息所引起的干扰的开销需要反面地影响整个***性能。

发明内容

因此，本发明的一个目的是至少针对以上提到的和其它的问题。

本发明的另一个目的是减少用于与MIMO***通信需要的控制信号的数量。

为了实现这些目的和其他的优点，按照本发明的目的，如在此处实施和广泛地描述的，本发明提供了一种新颖的在多输入多输出(MIMO)通信***中控制信号传输的方法，包括：选择用于在该MIMO***的发射侧经由M个发射天线发送的M个数据流的每一个的调制和编码设置(MCS)，和基于对应于该M个发射天线每一个的表示选择的MCS的传输性能的信道质量信息，从用于发送该数据流的M个发射天线中有选择地选择M-1个或者更少的发射天线。在另一个例子中，本发明提供了一种新颖的在MIMO通信***中控制信号传输的方法，包括：选择用于在该MIMO***的发射侧由M个发射天线发送的数据流的M个权向量，和基于对应于该M个发射向量空间表示选择的权向量的传输性能的信道质量信息，从用于发射数据流的M个权向量中有选择地选择M-1个或者更少的数据流和权向量。

在下面的描述中将在某种程度上阐述本发明的额外的优点、目的和特点，在参阅以下内容时或者可以从本发明的实践中获悉，本发明的额外的优点、目的和特点在某种程度上对于那些本领域普通的技术人员将变得显而易见。通过尤其在著述的说明书及其权利要求以及附图中指出的结构，可以实现和获得本发明的目的和其他的优点。

附图说明

下面将参考附图详细地描述本发明，附图中相同的参考数字表示相同的单元，其中：

图1是使用每个天线速率控制(PARC)方法的MIMO通信***的发射侧的方框图；

图2是使用该PARC方法的MIMO通信***的接收侧的方框图；

图3是使用(每个流速率控制)PSRC方法的MIMO通信***的发射侧的方框图；

图4是使用该PSRC方法的MIMO***的接收侧的方框图；和

图5是举例说明按照本发明MIMO通信***中控制信号传输方法的流程图。

具体实施方式

现在将参考附图描述本发明，其中在若干附图中相同的附图标记指定相同的或者相应的部分。

该MIMO通信***包括在发射侧中的M个发射天线和在接收侧中的N个接收天线，这里N≥M。MIMO通信***中两种类型的传输方法包括PARC方法和PSRC方法。PARC方法以与发射天线的数目1∶1的对应关系发送数据流。PSRC方法将不同的权向量应用到特定的数据流，并且从每个天线发送该数据流。接收端然后将信道质量信息反馈给发射端。

信道质量信息例如包括PARC方法中用于每个传输信道/天线的信号与干扰噪声比(SINR)，和PSRC方法中的特征向量。例如，该发射端接收表示对于各天线的信道质量是多么好(或者差)的信道质量信息。当已经接收到的“好的”信道质量信息时候，可以使用QAM调制方法，而当接收到“差的”信道质量的时候，可以使用QPSK调制方法。例如，可以使用预定的阈值来确定是否该信道质量是“好的”或者“差的”(例如，如果该SINR大于等于阈值，可以确定该信道质量信息是“好的”)。

在PARC方法中，本发明有利地基于从接收端接收的与M个发射天线的每个对应的信道质量信息，有选择地从用于发送数据流的M个发射天线选择(经由在图1中示出的控制单元18)M-1个或者更少的发射天线。对于PARC方法，信道质量信息源自选择用于特定的天线的MCS。例如，假设第一天线以16QAM和3/4编码速率的MCS发射，并且第二天线以QPSK调制和1/2编码速率的MCS发射。在这个简化的例子中，该发射端接收表示第一和第二发射天线传输质量的信道质量信息。因此，如果用第一天线的SINR比第二天线的SINR更好(并且第二天线的信道质量(SINR)低于预定的阈值)，本发明有选择地仅使用该第一天线发射数据。这减少了发送回发射端的信道质量信息的数量，并且避免以没有发送质量数据(例如，SINR不满足预定的阈值)的第二天线发送。

对于PSRC方法，信道质量信息源自应用于该数据流的特定的权向量(特征向量)。例如，假设存在3个发射天线。在这个例子中，该第一数据流乘以具有3乘1大小的权向量W1。这得到s₁w₁₁、s₁w₁₂和s₁w₁₃，然后其分别由3个发射天线发射(例如，天线#1发射s₁w₁₁，天线#2发射s₁w₁₂并且天线#3发射s₁w₁₃)，这里s₁表示第一数据流，而w₁₁，w₁₂和w₁₃表示向量W1的元素。类似于此，如果存在第二和第三数据流s2和s3，s2和s3分别地乘以权向量W2和W3。W1、W2和W3应当是正交向量(即，特征向量)。在这个例子中，如果数据流#1和#2的信道质量信息是“好的”，并且数据流#3的该信息是“差的”，那么本发明有利地仅选择权向量W1和W2来发送数据(经由在图3中示出的控制单元18)。因此，按照本发明，有利地有选择地选择所有可用的权向量之中有限数量的权向量。在两个方法中，按照本发明，有利地减少了反馈信道质量信息的数量和需要的处理。

现在转向图1，其是使用该PARC方法的MIMO***的发射侧的方框图。在这个例子中，在该数据流经由多个发射天线16₁至16_M发射之前，多路分解器2多路分解数据流。首先，该控制器按照来自接收机的该信道质量信息，判定将要在该M个发射天线之中选择多少个天线。然后，该多路分解单元将输入的数据流多路分解为子流，其数目是选择的天线的数目。基于经由每个天线传输的数据速率，分配给每个天线的比特的数目可以是不同的。也就是说，可以为每个天线分别设置MCS。

在已经被多路分解之后，数据流以1∶1对应关系形成对应于各选择的天线的子流。在这个例子中，我们假设选择M-1个天线。然后，子流分别地经由编码单元4₁至4_M-1和映射单元6₁至6_M-1经历编码和交织以映射为码元。然后在被分别地在扩展单元10₁至10_M-1中通过扩展码扩展之前，该码元经由多路分解器8将其多路分解。该多路分解的扩展信号然后被在码元合成单元12₁至12_M-1中合成，利用扰频单元14₁至14_M-1扰频，并且经由天线16₁至16_M发射。此外，该编码是仅仅在时间维度中执行，从而不像在单个速率***中使用的空时编码一样强大。但是，在时域中的编码消除解码后干扰，从而提高接收机的性能。此外，因为该数据被多路分解，经由各发射天线发射的信号可以被独立地解码。

现在将给出一个该发射侧操作的例子。例如，假设输入到多路分解器2的数据流包括9600个比特。然后，该多路分解器2将该输入的数据流分段为例如每个包括4800个比特的两个数据块(假设在三个发射天线之中选择两个发射天线)。然后，通过该编码、交织和映射单元4₁至4_M-1和6₁至6_M-1处理这两个4800个数据比特。更详细地，基于用于特定的天线的编码方案来编码每个该4800个比特(假设1/2的turbo编码被用于第一个子流，并且1/3的turbo编码被用于第(M-1)个子流，以经由在16₁～16_M之中的M-1个选择的天线发射)。因此，在这个例子中，第一个4800个比特将被编码为9600个比特(即，1/2的turbo编码)，而第(M-1)个4800个比特将被编码为14400个比特(即，1/3的turbo编码)。两个编码的数据块然后被存储进交织器中用于映射。假设正交振幅调制(QAM)用于第一个子流，而正交相移键控(QPSK)用于第(M-1)个子流4_M-1。然后，第一个9600个编码的比特将被映射为2400个码元(即，QAM将4个比特映射为一个码元，从而9600个编码的比特将被映射为2400个码元)。第(M-1)的14400个比特将被映射为7200个码元(即，QPSK将2个比特影射为一个码元，从而14400个编码的比特将被映射为7200个码元)。然后两个单独编码和调制的数据块被通过该多路分解单元8₁至8_M-1多路分解，并且由该扩展单元10₁至10_M-1处理。

扩展单元10₁至10_M-1使用各种各样的扩展码，诸如OVSF(正交可变扩展因子)码扩展该数据块，以便辨别每个天线的不同的信道。注意到，在图2中示出的该MIMO***的接收侧具有相同的扩展码，并且使用相同的码解扩展接收的数据。因此，该MIMO***能够对于每个相应的天线选择不同的MCS，从而提高该***的吞吐量。

然后，在被从在16₁～16_M之中各M-1个选择的天线发射之前，在该码元合成单元12₁至12_M-1中合成扩展码元，在扰频单元14₁至14_M-1中对其扰频。注意到，扰频码用于鉴别小区区域(例如，接收的信息是从节点B 1，而不是例如从节点B 2接收的)。

接收操作反转该发射操作，以最终获得最初发送的数据。更详细地，该接收操作反转该发射操作，以最终获得最初发送的数据。更详细地，参考图2，接收侧包括接收天线20、干扰去除单元22、最小均方差(MMSE)检测器、解扩展器26、多路复用器28、信号检测、去映射去交织和解码单元30、信号重新配置单元32以及合成和多路复用单元34。

此外，接收端的MMSE检测器24检测在经由多个接收天线(20₁～20_N)接收的信号之中具有最大的SINR(信号与干扰噪声比)的信号，并且对该信号执行MMSE均衡。该MMSE检测器24的输出被在该解扩展器26中解扩展，然后合并成一个信号。信号检测单元30从多路复用器28输出的信号中检测传输码元，并且对检测的码元执行去映射和去交织操作，以检测第一子流。

此时，信号重新配置单元32将由该信号检测单元30检测的第一个子流重建为接收信号形式，并且将其输出到干扰去除单元22。为了将码元之间的影响减到最小，干扰去除单元22从先前存储在缓冲器中的接收信号中删除首次检测的信号分量(重建的信号)，然后将检测了信号分量的信号输出到MMSE检测器24。

然后，MMSE检测器24均衡在去除了重建信号的信号之中具有最大SINR的该信号。MMSE检测器24的输出经由该解扩展器26和多路复用器28输入到信号检测单元30，并且该信号检测单元30检测第二子流。

信号重新配置单元32重建已经由信号检测单元30检测的第二子流，并且将其输出到干扰去除单元22。然后，干扰去除单元22从先前存储在缓冲器中的信号中删除该重建的信号，并且将其输出到MMSE检测器24。

而后，通过重复执行以上所述操作，信号检测单元30顺序地检测子流。在通过信号检测单元30检测了所有子流之后，合成单元34组装多个检测的子流以形成一个数据流。

因此，概括地说，该V-BLAST***使用M个发射天线和N个接收天线执行通信。在这种情况下，顺序产生的数据实质上穿过一个串并行转换电路，经由各天线作为独立的信号并行发射。此外，如上所述，可以单独地对每个天线设置发送信号的调制和编码方案(MCS)。

此外，单独地选择MCS提高了该MIMO***的吞吐量。但是，接收侧必须发送信令信道信息给该发射侧(诸如表示信道质量的信道质量指示符(CQI))。例如，如果单独控制四个天线的MCS，与使用单个码的单个天线相比较，存在四倍的信道状态信息(诸如CQI)。因此，额外的信令负荷被增加到该MIMO***。

接下来，图3是使用该PSRC方法的MIMO***的发射侧的方框图。注意到，图3类似于在图1中示出的发射侧，但是包括一个用于倍增(multiply)数据流的权重单元15。为了简洁起见，在先前的附图中已经解释了的部分将不再复述。此外，鉴于在该PARC方法中每个数据流被以一一对应的关系映射给每个天线，而在PSRC方法中每个数据流乘以具有发射天线数目大小的正交权向量，并且，该加权的数据流被分别地分配给发射天线。也就是说，对于具有四个天线的发射端，权向量(特征向量)将具有四个权重值。相同的数据流乘以四个不同的权重值，并且分别地由四个天线发射。一个数据流是通过与Tx分集相同的方法发射的，该Tx分集是用于利用相同的发射天线组合发送各种各样的数据流的重叠方法。

接下来，图4是使用该PSRC方法的MIMO***的接收侧的方框图。在这个例子中，因为在图3中的发射端将每个流乘以正交权向量，并且经由相应的天线发送该加权的数据，该MIMO的接收侧可以通过使用权重单元23乘以该权向量的厄尔密特阵(Hermitian)来没有干扰地接收每个流。因此，在接收端上的PSRC方法不需要抗干扰处理(interference countering process)。

在以上所述的例子中，按照该发射天线的数目发射数据流。也就是说，每个天线被用于发送数据，这需要对于每个数据流将控制信号从接收端发送到发射端。该控制信号例如包括用于调制和编码设置(MCS)、HARQ-ACK/NACK等等选择的每个数据流的信道质量指示符(CQI)。

此外，在该PSRC方法中，也需要每个数据流的权向量的传输。还需要传输控制信号，以将诸如按照每个数据流的调制信息、传送模块大小、HARQ处理信息等等的控制信号从发射侧发送给该接收侧。因此，在数据流数目上的增加也提高控制信号的数目。此外，接收侧需要许多的接收天线，其数目大于或者等于传输数据流的数目(即，M≥N)。

现在将解释在具有(4，4)发射/接收天线的***中使用该PSRC方法的特征值分布的一个例子。首先，大约两个特征值具有用于数据传输的有效大小，而对于另外的两个特征值选择几乎最小数据速率的MSC，否则会偶尔地发生数据传输失败。

在该MIMO的接收侧中的信号处理方法概述如下。在这个解释中，假设该MIMO***包括M个发射天线和N个接收天线。此外，如果经由该M个发射天线的每一个而发送的信号向量由 a表示，并且信道矩阵由 H表示，传输信号向量在被接收侧中接收之前，通过该信道矩阵，信号向量 r ₁可以通过下面的等式限定：

(等式1)

r ₁＝ Ha+ v

此外，从该M个发射天线发送的信号是经由单独的路径由N个接收天线接收的。因此，信道矩阵 H可以定义为一个N*M矩阵。即，经由M个天线不同地发射的信号(a₁，a₂，...，a_M，即，M*1向量)分别地通过单独的信道h_i，j，并且在该接收侧经由该N个天线接收。此外，在等式1中， v表示高斯噪声，并且引入到各接收天线，以变为(N+1)向量。

此外，经由该N个天线接收的信号通过具有以下的信号搜索算法的接收侧信号处理单元。首先，在该接收侧中，从检测该传输信号向量 a，(a₁，a₂，...，a_M)得到的信号向量 s由(k₁，k₂，...，k_M)表示。因此，为了接收侧检测从发射侧的分开的天线发送的信号，该N个天线乘以由 w表示的权向量。在这种情况下，由于该分开的信号被分别地从发射侧的天线发射，因此接收侧需要M个权向量去检测该信号。被乘到该接收侧的每个天线的该权向量如下限定：

(等式2)

${\underset{\‾}{w}}_i^H{\underset{\‾}{H}}_j=0,(j\≥i)$

${\underset{\‾}{w}}_i^H{\underset{\‾}{H}}_j=0,(j=1){\underset{\‾}{H}}_j$

在等式2中， H _j表示 H的第j个列向量。即，权向量 w _i ^H将乘以该接收侧的天线以检测第i个传输数据，其仅仅对于乘以 H的第j个列向量是“1”。否则，该权向量 w _i ^H对于其余的列向量是“0”。也就是说，计算用于接收从第i个发射天线发送的数据的该权向量 w _i ^H，以去除从其他发射天线发送的信号的影响。因为顺序地检测发送的信号，在找到用于当前检测的该权向量之前，排除了以前检测的信号的影响。

可以通过使用以下的等式得到满足等式2特性的权向量。注意到，在等式1中由接收侧接收的信号向量还可以通过下面的等式表示。

(等式3)

r ₁＝a₁ H ₁+a₂ H ₂+…+a_M H _M

此外，从发射天线发射的信号分别通过分开的信道，而被在该接收侧接收，其通过等式(3)以线性和形式表示。如可以在等式(3)中看到的，在检测第一个传输信号的过程中，优选的，在去除了第二到第M个信号的影响之后，通过将接收天线乘以允许相应接收的权向量来执行接收。为了满足这样的要求，该权向量可以以如下的方式更新。

首先，一旦该权向量更新过程开始，得到第一 H矩阵的Moore-Penrose伪逆矩阵由

或者 G ₁表示。因此，下面的等式成立：

(等式4)

G ₁＝ H ⁺

同时，从该矩阵G₁的各行向量中搜索具有最小向量范数(vectornorm)的行向量。如果在该各行向量的向量范数之中具有最小的值的该行向量由 K表示，那么选择用于检测第K个传输信号的权向量 w _i作为矩阵 G ₁的第 K行。此外，然后将接收向量 r ₁乘以该权向量 w ₁，以检测从第K个天线发射的信号。在这种情况下，由于发射侧已知该调制方案(例如，数字调制诸如QPSK、QAM等等)，最终从第K个发射天线发送的信号

是通过判定该信号属于哪个构象(constellation)来检测的。因此，一旦检测到从第K个天线发射的该信号，则在等式(3)中增加或减去第K个信号的影响。即，执行在下面的等式5中限定的操作。

(等式5)

${\underset{\‾}{r}}_2={\underset{\‾}{r}}_1-{\hat{a}}_k{\underset{\‾}{H}}_k$

在等式(5)中， r ₂表示在第二次的更新中使用的接收向量。此外，在得到 G ₂(即，第二权向量)的过程中使用的矩阵 G是使 H ⁺的第K列完全地设置为“0”的矩阵的Moore-Penrose伪逆矩阵，其是由下面的等式表示的：

(等式6)

${\underset{\‾}{G}}_2={{\underset{\‾}{H}}_{\stackrel{\‾}{k}}}^{+}$

在等式(6)中，

是使矩阵 H ⁺的第K列设置为“0”的矩阵的Moore-Penrose伪逆矩阵。

然后，从该矩阵 G ₂的各行向量中搜索具有最小向量范数的行向量。如果具有各行向量的向量范数之中最小的值的该行向量是由 V表示的，则选择用于检测第V个传输信号的权向量 w _v作为该矩阵 G ₂的第V行。然后将接收向量 r ₂乘以该权向量 w _v，以检测从第V个天线发射的信号。同样，因为发射侧已知使用的调制方案(例如，数字调制诸如QPSK、QAM等等)，最终从第V个发射天线发送的信号

可以通过判定该信号属于哪个构象来检测。因此，一旦检测到从第V个天线发射的该信号，在等式(5)中增加或减去第V个信号的影响。即，执行在下面的等式中限定的操作。

(等式7)

${\underset{\‾}{r}}_3={\underset{\‾}{r}}_2-{\hat{a}}_k{\underset{\‾}{H}}_v$

在等式(7)中， r ₃表示在第三次更新中使用的接收向量。重复以上所述的步骤，直到得到从该M个天线发射的全部各信号。

与对从各天线发射的码元应用相同的信道编码和调制方案的方法不同，PARC方法通过将各天线的信道状态不同地反映在码元的信道编码和调制上，来从各天线发送码元。

也就是说，在PARC方法中，从每个天线发射独立编码的信号。即，该PARC不同于单一速率MIMO V-BLAST技术之处在于，数据速率(调制和编码设置)可以在每个天线中都不同。因此，该PARC方法允许单独控制每个天线的数据速率，借此提高整个***的吞吐量。

在这种情况下，即使通知每个天线信道状态所需的比特的数目大于对于单一速率MIMO***提出的技术的比特数目，仍然可以判定参考设置。即，在该PARC方法中，为了判定对于每个天线有效的调制和编码设置(MCS)，在接收天线中计算从每个发射天线接收的信号对干扰噪声比(SINR)。也就是说，为了选择在每个天线使用的恰当的MCS，测量每个接收天线中接收的该SINR。因而，基于该测量的SINR选择在每个天线中使用的MSC。

表1举例说明对应于该(4，4)***的数据速率和MSC。

(表1)

bps/Hz	数据速率(Mbps)	调制	编码速率
				3	7.2	16QAM	3/4
2	4.8	16QAM	1/2
				1.5	3.6	QPSK	3/4
1	2.4	QPSK	1/2
				0.5	1.2	QPSK	3/4

对于应用于(4，4)天线***的PARC方法，编码再使用顺序(codereuse order)被以最高的几何形状(geometry)(索引1至索引38)选择为“4”，并且另一个“2”的编码再使用顺序同时地用于在索引39至索引54中选择。此外，对于最低的几何形状，使用有选择性的分集和单个天线传输。

表2举例说明在使用一个发射天线和四个接收天线的***中的数据速率设置

(表2)

索引	数据速率：Mbps	第一天线	第二天线	第三天线	第四天线
						1	28.8	3	3	3	3
2	26.4	3	3	2	3
						3	26.4	3	2	3	3
4	6.4	2	3	3	3
						5	24.0	2	3	3	2
6	24.0	2	3	2	3
						7	24.0	2	2	3	3
8	21.6	2	2	3	2
						9	21.6	2	2	2	3
10	19.2	2	2	2	2
						11	22.8	2	1.5	3	3
12	20.4	2	1.5	2	3
						13	18.0	2	1.5	2	2
14	19.2	2	1.5	1.5	2
						15	16.8	2	1	2	2

16	25.2	1.5	3	3	3
						17	22.8	1.5	3	2	3
18	22.8	1.5	2	3	3
						19	20.4	1.5	2	2	3
20	18.0	1.5	2	2	2
						21	19.2	1.5	2	1.5	2
22	21.6	1.5	1.5	3	3
						23	21.6	1.5	1.5	3	3
24	16.8	1.5	1.5	2	2
						25	14.4	1.5	1.5	2	1
26	15.6	1.5	1.5	1.5	2
						27	15.6	1.5	1	2	2
28	24.0	1	3	3	3
						29	21.6	1	3	2	3
30	21.6	1	2	3	3
						31	19.2	1	2	2	3
32	16.8	1	2	2	2
						33	15.6	1	2	2	1.5
34	15.6	1	2	1.5	2
						35	18.0	1	1.5	2	3
36	15.6	1	1.5	2	2
						37	20.4	0.5	2	3	3
38	15.6	0.5	2	2	2
						39	14.4	3		3
40	14.4		3		3
						41	12.0	2		2
42	12.0		3		2
						43	12.0	2		3
44	12.0		2		3
						45	9.6	2		2
46	9.6		2		2
						47	8.4	2		1.5
48	8.4		2		1.5
						49	10.8	1.5		3
50	10.8		1.5		3
						51	8.4	1.5		2
52	8.4		1.5		2

53	9.6	1		3
						54	9.6		1		3
55	7.2	3
						56	7.2			3
57	4.8	2
						58	4.8			2
59	3.6	1.5
						60	3.6			1.5
61	2.4	1
						62	2.4			1
63	1.2	0.5
						64	1.2			0.5

同时，PSRC被解释如下。

当使用M个发射天线的时候，发射侧配置包括M个码元的信号向量 s，并且经由分开的发射天线分别地发送该码元，如下面的等式所示。

(等式8)

s＝[s₁，s₂，…，s_M]^T

该PSRC方法在其中存在天线之间的相关和码元之间的相关的环境中，经由独立的信道发送每个码元。即，通过注意发射侧的天线阵结构，将每个码元乘以信道矩阵的特征向量来将其发送。

此外，在通过该MIMO通信***中接收侧估计的信道矩阵的特征值分解来观察每个特征值的大小之后，将高阶的调制，诸如64正交振幅调制(QAM)、16QAM等等，用于具有相对高的特征值的天线。此外，将低阶的调制，诸如BPSK(二进制相移键控)、QPSK(正交相移键控)等等，用于具有相对低特征值的天线。

也就是说，不将相同的调制用于从各发射天线发送的各码元。作为替代，将信道状态从终端反馈给发射侧，以基于接收的信道状态判定在每个天线中使用的调制方案。因此，接收侧包括相同的算法去识别如在各发射天线中使用的调制方案。

此外，不发送码元到从信道矩阵的特征值分解得到的其特征值小于特定值的天线，从而预先地防止从发射天线发送的码元给接收侧带来错误。尽管使用这样的方法，码元将被分配给具有更好信道状态去使用高阶调制的天线，从而从整个发射天线发送的比特的数目将增加，提高***吞吐量。

此外，发射侧预先地操纵在码元传输中没有使用的天线，使得不从该操纵的天线发送码元，由此可以改善整个通信质量。即，在已经估计该信道矩阵之后，接收侧可以将经由特征值分解而从彼此分离出来的各特征向量反馈给发射侧，或者接收侧能够经由特征向量的比较保持预先地在发送和接收侧之间同意的解调分配表，以反馈对应于在每个天线中使用的调制方案的索引。

在该PSRC方法中，按照每个码元形成波束的方法可以由下面的等式表示。

(等式9)

S＝ w ₁s₁+ w ₂s₂+…+ w _Ms_M

在这里， w _i是用于在每个码元形成波束的权向量，s₁至s_M分别是数据码元，而 S是在形成对于每个码元的波束之后的信号向量。

如以上讨论的，对于从每个天线发送的码元，每个天线的信道状态被反馈给发射侧，然后基于该信道状态判定在每个天线中使用的调制方案。因此，通过比较信道矩阵的特征值，分别地选择在等式9中s₁至s_M以使用不同的调制方案。即，经信道矩阵的特征值分解将高阶调制分配给具有相对高特征值的天线，而将低阶调制分配给具有相对低特征值的天线。

下面解释得到要乘以每个码元的权向量的方法。首先，假设MIMO***包括M个发射天线和N个接收天线。如果经由M个发射天线不同地发送的信号向量通过的移动通信信道矩阵是 H，那么当该接收侧包括N个接收天线的时候，该信道矩阵 H变为N*M矩阵。如果已经由该发射/接收侧识别的导频码元或者单独的导频信道，被从该发射天线的每个发送，那么该接收侧可以估计该信道矩阵 H的每个组成。

此外，由接收侧对该信道矩阵 H执行特征值分解。注意到，该信道矩阵 H不能变为方阵，因为本发明假设了一种***，其中在该发射侧中的天线数目大于在接收侧中的天线数目。此外，不能直接对该信道矩阵执行特征值分解。因此，本发明以在下面的等式中示出的方式执行该特征值分解。在这里， H ^H是对于向量 H的Hermitian操作。

(等式10)

(H^HH)E＝EΛ

E＝[ e ₁… e _m]，而 $\mathrm{\Λ}=\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\λ}}_1& 0& 0& 0\\ 0& {\mathrm{\λ}}_2& 0& 0\\ 0& 0& {\mathrm{\λ}}_3& 0\\ 0& 0& 0& {\mathrm{\λ}}_m\end{array}\right]$

在等式10中，Λ表示该矩阵 H ^H H的特征值，而E表示该特征向量。此外，该特征向量通常地保持彼此正交性。因此，当意欲一起发送码元以适合在发射侧中天线的数目的时候，码元的每个都乘以一个独立的权向量以发送相应的码元。

如等式(9)所示，当该发射侧形成用于每个码元的波束并且发送信号的时候，该接收侧执行以下的信号处理。即，该接收侧不能利用先前论述的V-BLAST接收侧的信号处理，因为该信号是通过将每个码元的乘以独立的权向量来发送的。因此，通过迫零(zero-forcing)或者最小均方差(MMSE)技术优先地估计 S，然后将 S乘以该权向量的共轭来检测每个码元，该权向量在发射侧中已经乘以了该码元的每一个。迫零或者MMSE可以通过以下的等式概述。

首先，如果通过将每个码元乘以权向量而从发射侧发送信号，该接收侧如等式(11)所示接收该信号。

(等式11)

R＝ HS+ n

在等式11中， n是加性高斯白噪声(additive white Gaussian noise，AWGN)。

如果用

表示估计使用迫零通过将每个码元乘以一个权向量而发送的信号向量S的信号向量，该 由下面的等式12表示。

(等式12)

$\underset{\‾}{\overset{^}{s}}={\left[{\underset{\‾}{H}}^H\underset{\‾}{H}\right]}^{-1}{\underset{\‾}{H}}^H\underset{\‾}{R}$

同时，使用MMSE将每个码元乘以权向量的信号向量

可以由下面的等式(13)表示。

(等式13)

$\underset{\‾}{\overset{^}{s}}={[\mathrm{\α}\underset{\‾}{I}+{\underset{\‾}{H}}^H\underset{\‾}{H}]}^{-1}{\underset{\‾}{H}}^H\underset{\‾}{R}$

在等式13中，α是信号对干扰噪声比，而 I是单位矩阵。

因此，在估计了使用迫零或者MMSE通过将每个码元乘以权向量发送的该信号向量 之后，该估计的信号向量 被再次乘以通过在发射侧被乘以每个码元而发送的该权向量的共轭，使得可以按照下面的等式14估计从该发射侧发送的码元s₁至s_M的估计值

至

(等式14)

${\hat{s}}_1={\underset{\‾}{w}}_1^H\underset{\‾}{\overset{^}{s}}\·\·\·{\hat{s}}_M={\underset{\‾}{w}}_M^H\underset{\‾}{\overset{^}{s}}$

然后，将估计的 至

解调以适合所使用的调制，使得得到在被分配给各码元之前的比特。在已经得到从各天线发送的码元的比特之后，经多路复用确定从发射侧发送的比特流。

在分别地从天线发送不同码元的过程中，将该码元分别乘以由发射侧估计的该信道矩阵的特征向量以发送。此外，通过将从特征值分解得到的该信道矩阵的特征值彼此相对地比较来考虑各天线的信道状态，在接收侧中选择从各天线发送的该码元的信道编码和调制方案。

此外，为了确定权向量，该权向量将乘以被独立地从每个发射天线发送的码元，由该接收侧估计信道矩阵的特征值分解。此外，经由该特征值分解可以共同地得到特征值和特征向量。因此，不需要额外的计算。即，不是通过对从各发射天线发送的该码元使用相同的调制，而是通过反馈接收各天线的信道状态，来决定将在每个天线中使用的调制方案，以适合每个天线的信道状态。

因此，经由该信道矩阵的特征值的比较使等式(2)中的码元s₁至s_M分别使用单独的调制方案。即，通过信道矩阵的特征值分解，将高阶调制分配给具有相对高特征值的天线，而将低阶调制分配给具有相对低特征值的天线。

在这种情况下，判定要分配给每个天线的MSC的方法可以解释如下。

首先，利用通过诸如等式(10)中示出的特征值分解而确定的特征值，优先地决定每个特征值的相对比率(relative ratio)，来确定要分配给每个天线的调制方案。

如果通过该相对比，最小的特征值等于或者小于特定的阈值，那么不使码元从相应的天线发送。此外，将最低的调制和编码设置用于除了被排除的特征值之外的最小特征值。同时，将高阶调制和编码设置用于具有最高特征值的天线。

此外，对于该中间值，经由相对值的比较，使用中间步长(middlestep)的调制和编码设置。作为替代，通过在经由模拟测试确认各种各样的信道状态之后，预先准备诸如表2这样的必需参考，其可能能够利用准备的参考选择利用相应的调制和编码设置以适合信道状态。

另一方面，因为可用的调制和编码受限制于它们的种类，准备诸如在表1中的一组可用的调制和编码。因此，可以经由索引通知在每个天线中使用的该MCS，因为发送和接收侧两者已知相同的参考。作为替代，考虑到该信道矩阵的特征值相对缓慢地变化，整个特征值可能慢慢地返回。在这种情况下，借助于返回的特征值，应该在发射侧中决定在每个天线中使用的调制和编码。

包括M个发射天线和N个接收天线的MIMO***使用一种基于M个流的传输的方法。如果发射天线的数目是“M”，那么可发送的信道的数目是“M”。但是，不经常出现整个信道每个时刻都处于良好的情形。因此，本发明基于该P个流(P＜M)传输。

也就是说，仅使用P信道发送其数目小于“P”的数据流。控制相应的传输需要的信号是从该M个信道中选择出来的信道的独立的P个控制信号和索引信息。因此，按照本发明的方法仅仅使用从该M个信道中选择出来的信道的P个控制信号和索引，而其他的方法需要独立的M个控制信号。

应用于该PSRC方法的本发明的一个例子在下面的等式中示出。

(等式15)

S＝ w ₁ s ₁+ w ₂ s ₂+…+ w _p s _p

在等式(15)中， w _p是在对应于信道矩阵的特征向量的特征值大小次序(size order)中的第P个。即，排除了具有在该大小次序中的第P个之后相应特征值的特征向量。

因此，在使用改变用于每个流的调制和编码设置(MSC)的该PARC方法的MIMO***中，本发明将传输流数目限制到等于或小于有效流数目，从而有利地减少复杂的控制信号。

此外，在使用该PSRC方法的***中，本发明防止具有低特征值的信道被使用，从而显著地降低了吞吐量损耗。此外，该***降低了发送到发射侧的权向量的传输量，从而降低了反馈延迟或量化误差。此外，将发送流的数目从“M”降低到“P”，由此接收该发送流的终端的接收天线的数目可以被减少到“P”。假设发射/接收天线的数目是(4，4)，如果仅仅一对数据流被发送，那么控制信号的数量被减少到一半，而接收天线的数目被减少为“2”。

因此，概括地说，并且如图5所示，按照本发明在MIMO***中控制信号传输的方法包括：选择用于由M个发射天线发送的数据流的MCS(用于该PSRC方法)和权(特征)向量(用于该PSRC方法)(步骤S10)。然后使用选择的MCS/权向量发送该初始数据(步骤S20)，并且从该接收侧接收信道质量信息(例如，SINR)(步骤S30)。然后，在步骤S40中，可以将接收的SINR信息与阈值相比较(或者彼此相对比较)，并且经由图1和3中的控制单元18，选择有关天线/权向量的选择性的M-1个或者更少的传输(步骤S50)。此外，然后使用选择的天线/权向量发送数据(步骤S60)。因此，有利地减少控制信令等的数量。

使用常规的通用目的数字计算机或者按照本说明书的教导编程的微处理器，可以方便地实现本发明，这对于计算机领域的技术人员来说是显而易见的。基于当前公开的教导，适当的软件编码可以容易地由熟练的程序员制定，这对于软件领域的技术人员来说是显而易见的。本发明还可以通过准备专用集成电路或者通过相互连接适当的常规组件电路的网络来实现，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。

本发明包括计算机程序产品，其是包括可用于对计算机编程以执行本发明处理过程的指令的存储介质。该存储介质可以包括，但是不局限于，任何类型的盘，包括软盘、光盘、CD-ROM和磁光盘，ROM、RAM、EPROM、EEPROM、磁卡或者光学卡，或者适于存储电子指令的任何类型的介质。

上述的实施例和优点仅仅是示范性的，并且不应理解为限制本发明。本发明的教导可以容易地应用于其他类型的装置。本发明的描述意图是说明性的，而不是限制权利要求的范围。对于本领域技术人员来说，许多的替换、修改和变化将是显而易见的。在权利要求中，装置加功能条款意图覆盖在此处描述的执行所列的功能的结构，不仅是结构上的等效，而且是等效的结构。

工业实用性

本发明可以应用于无线通信***。

Claims (22)

1.一种在多输入多输出(MIMO)通信***中控制信号传输的方法，包括：

选择用于在该MIMO***的发射端经由M个发射天线发送的M个数据流的每一个的调制和编码设置(MCS)；和

基于对应于该M个发射天线的每一个的表示所选择的MCS的传输性能的信道质量信息，从用于发送该数据流的M个发射天线中有选择地选择M-1个或者更少的发射天线。

2.根据权利要求1的方法，进一步包括：

从该MIMO***的接收端接收该信道质量信息，

其中该信道质量信息包括信号对干扰噪声比(SINR)。

3.根据权利要求1的方法，其中有选择地选择M-1个或者更少的发射天线，包括：

将用于该M个发射天线的每一个的信道质量信息与预定阈值相比较；和

有选择地选择其具有等于或大于该预定阈值的信道质量信息的M-1个或者更少的发射天线。

4.根据权利要求1的方法，其中在有选择地选择M-1个或者更少的发射天线之后，该方法进一步包括：

由该MIMO***的接收端发送仅用于所选择的M-1个或者更少的发射天线的信道质量信息，使得发送的信道质量信息的总量减少。

5.根据权利要求1的方法，其中选择MCS包括：

按照每个天线速率控制(PARC)传输方法分别地选择用于每个天线的各MCS。

6.一种在多输入多输出(MIMO)通信***中控制信号传输的方法，包括：

选择用于在该MIMO***的发射端分别地经由M个发射天线发送的单个数据流的M个权向量；和

基于对应于该M个发射天线的表示所选择的权向量的传输性能的信道质量信息，从用于传输数据流的M个权向量中有选择地选择M-1个或者更少的权向量。

7.根据权利要求6的方法，进一步包括：

从该MIMO***的接收端接收该信道质量信息，

其中该信道质量信息包括特征值。

8.根据权利要求6的方法，其中有选择地选择M-1个或者更少的权向量，包括：

将用于该M个权向量的每一个的信道质量信息与预定阈值比较；和

有选择地选择具有等于大于该预定阈值的信道质量信息的M-1个或者更少的权向量。

9.根据权利要求6的方法，其中在有选择地选择M-1个或者更少的权向量之后，该方法进一步包括：

由该MIMO***的接收端发送仅用于所选择的M-1个或者更少的权向量的信道质量信息，使得发送的信道质量信息的总量减少。

10.根据权利要求6的方法，其中按照每个流速率控制(PSRC)传输方法执行选择用于数据流的M个权向量。

11.根据权利要求6的方法，进一步包括：

选择对应于所选择的M-1个或者更少的权向量的M-1个或者更少的发射天线。

12.根据权利要求6的方法，其中该权向量包括特征向量。

13.一种多输入多输出(MIMO)通信***，包括：

每个天线速率控制(PARC)单元，其配置来选择用于在该MIMO***的发射端中分别经由M个发射天线发送的M个数据流的每一个的调制和编码设置(MCS)；和

控制单元，其配置来基于对应于该M个发射天线的每一个的表示所选择的MCS传输性能的信道质量信息，从用于发送该数据流的M个发射天线中有选择地选择M-1个或者更少的发射天线。

14.根据权利要求13的***，进一步包括：

接收端，其配置来将该信道质量信息发送给该MIMO***的发射端，

其中该信道质量信息包括信号对干扰噪声比(SINR)。

15.根据权利要求13的***，其中该控制单元将用于M个发射天线的每一个的该信道质量信息与预定阈值进行比较，并且有选择地选择具有等于大于该预定阈值的信道质量信息的M-1个或者更少的发射天线。

16.根据权利要求13的***，其中该MIMO***的接收端仅发送用于所选择的M-1个或者更少的发射天线的信道质量信息，以便减少发送的信道质量信息的数量。

17.一种多输入多输出(MIMO)通信***，包括：

每个流速率控制(PSRC)单元，其配置来选择用于在该MIMO***的发射端中分别经由M个发射天线发送的单个数据流的M个权向量；和

控制单元，其配置来基于对应于该M个发射天线的表示所选择的权向量的传输性能的信道质量信息，从用于发送数据流的M个权向量中有选择地选择M-1或者更少的权向量。

18.根据权利要求17的***，进一步包括：

接收端，其配置来从该MIMO***的接收端接收该信道质量信息，

其中该信道质量信息包括特征值。

19.根据权利要求17的***，其中该控制单元将用于M个权向量的每一个的该信道质量信息与预定阈值进行比较，并且有选择地选择具有等于大于该预定阈值的信道质量信息的M-1个或者更少的权向量。

20.根据权利要求17的***，其中接收端仅发送只用于所选择的M-1个或者更少的权向量的信道质量信息，使得发送的信道质量信息的总量减少。

21.根据权利要求17的***，其中该控制单元选择对应于所选择的M-1个或者更少的权向量的M-1个或者更少的发射天线。

22.根据权利要求17的***，其中该权向量包括特征向量。

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