CN101444057B - 发射和接收mimo信号的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供用于发射和接收MIMO信号的方法、设备和系统。MIMO信号的发射涉及对于至少两个数据符号中的每一个，使用各自的预编码码字进行预编码，以产生相应的多个预编码数据符号。从多根天线的每一根发射各自的信号，所述各自的信号包括预编码信号之一和至少一个用于信道估计的导频。信号还共同包括至少一个由每根天线各自的信标导频组成的信标导频矢量，所述信标导频矢量包含接收机已知的内容，接收机用这些内容来确定用于预编码至少一个数据信号的码字。MIMO信号的接收包括：接收包含用码字预编码的数据符号的MIMO信号。MIMO信号包括导频且包括至少一个包含接收机已知内容的信标导频矢量，每个信标导频矢量包含来自每根发射天线的一个符号。对至少一个信标导频矢量进行处理，以确定哪个码字被用于预编码数据符号。

Description

发射和接收MIMO信号的系统和方法

相关申请 

本申请要求在2006年3月17日提交的申请号为60/783711的美国临时专利申请的优先权，在此通过引用将其整体并入。 

技术领域

本发明涉及一种闭环MIMO(多输入多输出)技术，更具体地，涉及与预编码有关的闭环MIMO技术。 

背景技术

闭环MIMO旨在显著提高流动用户设备(UE)的吞吐率和可靠性。 

在UMTS(通用移动电信系统)LTE(长期演进)中，推荐预编码作为闭环MIMO的主要方案之一。采用预编码的系统在发射前用预编码矩阵F乘以对于每根发射天线包含一个元素的数据符号矢量 

接收信号被定义为 

其中H是信道矩阵， 

是噪声。对于有两根发射天线和两根接收天线的系统， 每个都是具有两个元素的矢量，H是2×2矩阵，并且F是2×2矩阵。预编码矩阵F从称为码本{F}的一组预定义的矩阵中挑选。在一些情况下，接收机指示发射机使用哪个预编码矩阵。对于FDD(频分双工)空中接口，识别预编码矩阵的信息可以通过信道探测(sounding)方案和码本索引方案之一反馈。TDD(时分系统)也可以使用基于码本的方案。D.J.Love等在2005年8月，IEEE Trans.Inf.Theory，第51卷、第8号、第2967-2976页的文章“Limited Feedback Unitary Pre-coding for Spatial Multiplexing Systems”中描述了用于MIMO发射的预编码方案的一个具体例子。 

码本索引反馈涉及接收机用信号通知发射机将使用哪个预编码矩阵的索引(所谓的码字索引)。存在多个索引，其中每一个对应于各自的预编码矩阵。然而，有一个问题是码本索引反馈方案使用大量的上行链路无线电资源。 

对于基于公共导频的预编码方案出现另一个问题。在基于公共导频的方案中，导频不进行预编码，因而具有不同于数据的信道矩阵。在这种情况下如果接收机知道发射机使用的预编码矩阵，它就可以用预编码效应重建所述信道矩阵。但是，如果接收机使用不同于发射机所使用的预编码矩阵，则所构造的有效数据信道矩阵将是错误的。结果，由于不正确的信道基准，所以检测到的数据将是无用的。在这种情形下，不正确检测的数据也不能用于H-ARQ用途。 

图1示出对于两根发射天线情形的公共导频的一个例子。在图1中(以及下面描述的其它图)，水平轴210是频率(OFDM(正交频分复用)子载波)，垂直轴212是时间(OFDM符号)。每个小圆圈代表在特定OFDM符号期间在特定子载波上的一次发射。在位置214处通过第一发射天线Tx-1发射导频，在位置216处通过第二发射天线Tx-2发射导频。剩余的位置可用于两根天线的数据发射。在图示的例子中，数据包括第一UE(UE-1)的预编码数据218以及第二UE(UE-2)的预编码数据220。典型地，应用于预编码数据218的预编码不同于应用于预编码数据220的预编码。对于公共导频方案，两个UE使用相同的导频，因此这些导频不可能被预编码。 

在一些现有方案中，码字索引以不同的方式反馈。换句话说，当前索引和前一索引之间的差异被反馈而不是码字索引本身被反馈。基于公共导频的闭环MIMO方案的另一个问题与发射差分码字索引时出现的错误相关。闭环MIMO一般供信道条件不会快速变化的流动UE使用。对于每个给定的当前使用的预编码矩阵，定义可能的下一码字的小子集，例如，由于慢信道变化最有可能从全集中选择的那些。码字的子集可以用几种方式来确定，例如空间相关和矩阵相关。如果与这个子集相关联的索引被反馈而不是来自整个码字集合的索引被反 馈，则只需要较少的位。但是，如果出现反馈错误，对于随后的预编码更新，发射机将继续使用错误的子集。也就是说，反馈错误在差分码字索引反馈中传播。考虑下面的例子。假定发射机和接收机在开始时是同步的，并且都使用码字V₀。现在利用差分码本索引反馈，新的码字将是与V₀相关联的小差分码本中的V₁。由于出现错误，发射机认为应该使用也来自与V₀相关联的小差分码本中的V₂。对于接下来的反馈，接收机将反馈与V₁相关联的差分索引，但是发射机将从与V₂相关联的差分码本中得到新的码字，并且这将继续进行。这就是错误传播的方式。 

为了处理这个错误传播的问题，通过发射完整码字索引来进行周期性地重置从而纠正可能的反馈错误。但是，这引起的问题比其解决的问题更多。首先，所述完整码字可能是错误的，由此错误传播。重置是个随机过程：即使没有错误出现也可能开始重置，而当错误确实出现时却可能没有进行重置。为了使得错误传播的概率变低，需要很多次重置，而这急剧减小了差分码字索引反馈的优势。为了完全消除错误传播，每次都要进行重置，在这种情况下将不再是差分索引反馈方案。 

基于专用导频的方案也有不足之处。在基于专用导频的方案中，导频可被预编码，由此具有和数据相同的信道矩阵。然而，有一个问题是由于尝试与基站收发机(BTS)通信的每个UE不知道其它UE使用什么预编码矩阵，所述UE不能监控信道。更具体地，它们不知道哪个预编码矩阵正被使用，不知道当前信道的等级，不能估计基于每层的信号干扰噪声比(STNR)，并且也不能进行依赖信道的调度，这只是一些例子。 

图2示出对于两根天线情形的专用导频方案的一个例子。在位置222、224处，分别通过第一发射天线Tx-1和第二发射天线Tx-2发射第一UE的专用导频。在位置226、228处，分别通过第一发射天线Tx-1和第二发射天线Tx-2发射第二UE的专用导频。剩余的位置可用于两根天线的数据发射。在图示的例子中，数据包括第一UE(UE-1) 的预编码数据230以及第二UE(UE-2)的预编码数据232。典型地，应用于预编码数据230的预编码不同于应用于预编码数据232的预编码。对于专用导频方案，不同的导频被用于每个UE，这样可使用与每个用户的数据所使用的相同的预编码矩阵对它们进行预编码。 

由于导频和数据都通过相同的信道，所以专用导频方案对于码字索引反馈错误比基于公共导频的方案更有弹性。反馈使性能退化，但是解码的数据仍可以用于H-ARQ。 

如上所述，在基于专用导频的方案下，差分反馈错误传播，但是对于相关用户而言，后果没有公共导频的情况严重。但是失去了在全部上行链路反馈下预编码的一些好处。由于现在预编码矩阵是错误的，其相当于随机矩阵，HF将和H具有同样的性质。这意味着预编码等同于没有预编码，因此失去好处。当预编码矩阵变成随机的时候，系统表现得类似开环系统。最终，错误的基于每层的功率分配可能进一步危害系统性能。 

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种发射方法，该发射方法包括：对至少两个数据符号中的每一个，使用各自的预编码码字进行预编码，以产生相应的多个预编码的数据符号；从多根天线的每一根发射各自的信号，所述各自的信号包括预编码信号之一和至少一个用于信道估计的导频；所述信号还共同包括至少一个由每根天线各自的信标导频组成的信标导频矢量，所述信标导频矢量包含接收机已知的内容，接收机用这些内容来确定用于对至少一个数据信号进行预编码的码字。 

在一些实施例中，每个发射的信号是OFDM信号，其中对于每根天线，所述各自的信号包括每个子载波中的零信号以及在每根其它天线的各自信号中用于发射至少一个导频的时间位置。 

在一些实施例中，所述方法还包括：对用于信道估计的导频进行预编码以便发射；其中所述至少一个信标导频矢量不经预编码就被发射。

在一些实施例中，用于信道估计的导频不经预编码就被发射；至少一个信标导频矢量经过预编码再被发射。 

在一些实施例中，所述方法还包括接收指示使用哪个预编码码字的反馈。 

在一些实施例中，所述反馈包括差分码字索引。 

在一些实施例中，所述方法包括向多个接收机发射，在不同接收机的内容之间进行频分双工(FDD)或时分双工(TDD)分隔；其中预编码包括对于每个接收机使用各自的预编码码字；所述至少一个导频包括每个接收机专用的各自的至少一个导频，每个接收机专用的各自的至少一个导频与该接收机的数据使用相同的码字来预编码。 

在一些实施例中，所述方法包括向多个接收机发射，在不同接收机的内容之间进行FDD或TDD分隔；其中预编码包括对于每个接收机使用各自的预编码码字；所述至少一个导频包括供所有接收机使用的导频。 

在一些实施例中，对多个FDD或TDD MIMO无线电资源之一执行所述方法。 

在一些实施例中，所述FDD或TDD MIMO无线电资源是OFDM资源。 

在一些实施例中，所述FDD或TDD MIMO无线电资源是基于单载波的。 

根据本发明的另一方面，提供一种接收方法，所述接收方法包括：接收包含用码字预编码的数据符号的MIMO信号，所述MIMO信号包括导频，并且包括至少一个包含接收机已知内容的信标导频矢量，每个信标导频矢量包含来自每根发射天线的一个符号；处理至少一个信标导频矢量，以确定哪个码字被用于预编码所述数据符号。 

在一些实施例中，所述方法还包括确定所确定的码字是否是预期使用的码字。 

在一些实施例中，所述方法还包括比较所确定的码字和预期的码字；如果所确定的码字和预期的码字匹配，则确定在码字反馈中没有 错误，并且进行解码。 

在一些实施例中，导频未被预编码，并且至少一个信标导频矢量被预编码，其中处理至少一个信标导频矢量以确定哪个码字被用于预编码所述数据包括：使用导频执行信道估计以产生信道估计；使用所述至少一个信标导频矢量的已知内容和所述信道估计来确定使用了哪个码字。 

在一些实施例中，导频也被预编码，并且至少一个信标导频矢量未被预编码，其中处理至少一个信标导频矢量以确定哪个码字被用于预编码所述数据包括：使用预编码的导频执行信道估计以产生信道估计；使用所述至少一个信标导频矢量的已知内容和所述信道估计来确定使用了哪个码字。 

在一些实施例中，所述方法还包括发射指示使用哪个码字的反馈。 

在一些实施例中，所述方法还包括比较所确定的码字和反馈指示的码字，以确定是否已有预编码码字反馈错误。 

在一些实施例中，所述反馈包括差分码字索引。 

在一些实施例中，所述方法还包括通过处理其它接收机的预编码导频和至少一个未被预编码的信标导频矢量，追踪其它接收机的信道。 

在一些实施例中，所述方法还包括一旦检测到没有预编码码字反馈错误，则使用接收的数据用于H-ARQ用途；一旦检测到有预编码码字反馈错误，则使用所确定的码字代替反馈指示的码字。 

在一些实施例中，基于使用至少一个信标导频矢量确定的码字来发射差分码字反馈。 

在一些实施例中，所述方法包括在发射机中执行如上述实施例的发射方法；在接收机中：接收包含用码字预编码的数据符号的MIMO信号，所述MIMO信号包括导频并且包括至少一个包含接收机已知内容的信标导频矢量，每个信标导频矢量包含来自每根发射天线的一个符号；处理所述至少一个信标导频矢量，以确定哪个码字被用于预编码所述数据符号。

根据本发明的另一方面，提供一种执行上述发射方法的发射机。 

根据本发明的另一方面，提供一种执行上述接收方法的接收机。 

根据本发明的另一方面，提供一种方法，所述方法包括：提供频分双工MIMO无线电资源以便于反馈错误的检测；其中所述资源包括用于每根发射天线的至少一个导频；以及其中所述提供包括当所述导频未被预编码时对已知的信号矢量进行预编码。 

根据本发明的另一方面，提供一种系统，所述系统包括：控制器，可操作用于：提供频分双工MIMO无线电资源以便于反馈错误的检测；其中所述资源包括用于每根发射天线的至少一个导频；以及其中所述控制器还可操作用于当所述导频未被预编码时，对已知的信号矢量进行预编码。 

根据本发明的另一方面，提供一种系统，所述系统包括：控制器，可操作用于：提供频分双工MIMO无线电资源以便于反馈错误的检测；其中所述资源包括用于每根发射天线的至少一个导频；以及其中所述控制器还可操作用于当所述导频被预编码时，提供未预编码的已知信号矢量。 

在一些实施例中，所述FDD MIMO无线电资源是基于OFDM的。 

附图说明

现在将参考附图描述本发明的实施例，其中： 

图1是包括公共导频的发射信号的OFDM信号布局图； 

图2是包含专用导频的OFDM信号的OFDM信号布局图； 

图3是包含公共导频和预编码信标导频的OFDM信号的OFDM信号布局图； 

图4是执行预编码校验的方程的一个例子； 

图5是示出具有专用导频和没有预编码的信标导频的OFDM信号的OFDM信号布局图； 

图6是执行预编码码字校验的方程的一个例子； 

图7是蜂窝通信系统的框图；

图8是可用于实现本发明的一些实施例的基站例子的框图； 

图9是可用于实现本发明的一些实施例的无线终端例子的框图； 

图10A和10B是可用于实现本发明的一些实施例的OFDM发射机结构例子的逻辑分解框图； 

图11是可用于实现本发明的一些实施例的OFDM接收机结构例子的逻辑分解框图； 

具体实施方式

根据本发明的实施例，描述可以涉及预编码索引反馈的各种闭环MIMO系统和方法。具体地，下面介绍的实施例将来可用于基于3GPP、3GPP2和IEEE802.16的无线标准。然而，在发明内容中陈述的更宽范围的发明不限于这方面。此外，当在OFDM空中接口的上下文中描述本发明的实施例时，更宽范围的原理不限于这方面而是可同样用于其它空中接口，例如用于UMTS LTE的单载波上行链路空中接口，或采用频域MIMO检测方案的其它任何FDD空中接口。 

公共导频实施例 

根据本发明的实施例，提供一种使用公共导频的闭环MIMO系统，其中引入“信标导频矢量”使得接收机能够确定在发射机处使用的预编码码字，例如，使得能够进行预编码码字校验。下面提供这样的预编码校验的细节。事实说明这种校验几乎可以瞬时发生。对于公共导频方案的情况，信标导频矢量被预编码，而公共导频不被预编码。 

现在参考图3的具体例子，210指示频率轴，212指示时间轴。该图使用简化符号示出两根不同天线中发射的是什么。在位置240处，通过第一发射天线Tx-1发射公共导频，在位置241处，通过第二发射天线Tx-2发射公共导频。在一根天线用于导频的位置处，另一根天线发射零信号。在每个位置246处，发射用于UE-1的信标导频矢量，在每个位置248处，发射用于UE-2的信标导频矢量。每个信标导频矢量位置包括以同样的子载波频率同时发射的、每根天线一个元素的矢量。这与其它导频位置相反，在其它导频位置处，在一根天线上在 给定时间、以给定子载波频率发射一个导频信号，而其它天线发射零信号。剩余的位置可用于这两根天线的数据发射。在图示的例子中，数据包括用于第一UE(UE-1)的预编码数据242以及用于第二UE(UE-2)的预编码数据244。一般，应用于预编码数据242的预编码不同于应用于预编码数据244的预编码。对于公共导频方案，两个UE使用相同的导频，因此这些导频不能被预编码。 

在图示的例子中，信标导频矢量嵌入到用于发射两个用户中每一个的数据的区域中。区域243中的信标导频矢量用与UE-1的预编码数据242所使用的相同的预编码进行预编码，区域245中的信标导频矢量用与UE-2的预编码数据244所使用的相同的预编码进行预编码。 

图3示出OFDM资源用于两个不同UE的非常具体的例子。当然，可用这种方式处理的UE的数目是与实现方案相关的。每个UE的位置和导频的数目是与实现方案相关的。虽然所述例子主要集中在两根发射天线的情形，但更普遍地，可以扩展到N根发射天线的情形。在一些这样的实施例中，导频包括每根天线各自的导频。虽然图3示出两根天线(每个发射链一个)的组合，但本领域技术人员应当认识到在不背离本发明的保护范围的情况下可以使用多于两个的导频。类似地，也不限制图3示出的信标导频矢量的数目和位置。如果使用更多的信标导频矢量，尽管可以实现更好的结果，但是需要额外的资源。 

图4示出可用于确定在发射机中使用了什么码字的方程的一个例子，例如为了执行预编码码字校验。所述方程与每个信标导频矢量位置相关，其中假定接收机知道它预期哪个预编码码本用于其数据。在图4中，H₀代表对应于特定信标导频矢量的位置的信道矩阵。其估计可以从公共导频导出。

是包括每根天线一个分量的发射的信标导频矢量。V_p是预编码矩阵，

是加性噪声。V_k，k＝1、...L是预编码码本。第一方程250给出接收的信标导频

的表达式。第二方程252用于从L个可能的预编码矩阵的集合中确定在发射机中使用哪个预编码矩阵。具体地，对L个预编码矩阵中的每一个，求解方程252的右边的“argmin”算符内的表达式，并且确认导致这个值的最小值的 预编码矩阵V_p。假定这和接收机预期的匹配，则预编码码字校验成功。如果这和接收机预期的不匹配，则有错误。 

将上面描述的方案应用到每个UE来独立地核实所使用的各自预编码矩阵。每个UE需要核实供其使用的所有预编码矩阵。注意，UE由于在其占用的带宽中的信道差异可以具有几个预编码矩阵。 

可以联合使用反馈期间内的多个信标导频矢量来进行预编码码字校验。但是在给定的反馈期间内需要一个信标导频的最小值。 

当接收信号内包含多个用户的内容时，在每个接收机处执行上述的预编码码字校验。 

专用导频实施例 

根据本发明的另一实施例，提供一种使用专用导频的闭环MIMO方案，其中引入信标导频矢量使得能够执行预编码码字校验。对于专用导频方案的情况，信标导频矢量不被预编码，而导频被预编码。这使得能够辨别发射机使用的预编码。 

现在参考图5的具体例子，在位置260、262处，分别通过第一发射天线Tx-1和第二发射天线Tx-2发射第一UE专用的专用导频。在位置264、266处，分别通过第一发射天线Tx-1和第二发射天线Tx-2发射第二UE专用的专用导频。在位置272处发射信标导频矢量。如前面的例子，给定位置上的信标导频矢量由每根天线一个元素的矢量构成。剩余的位置可用于这两根天线的数据发射。在图示的例子中，数据包括用于第一UE的预编码数据268以及用于第二UE的预编码数据270。典型地，应用于预编码数据268的预编码不同于应用于预编码数据270的预编码。对于专用导频方案，不同的导频被用于每个UE，这样可使用与每个用户的数据所使用的相同的预编码矩阵对它们进行预编码。更具体地，嵌入到用于发射预编码数据268给UE-1的区域261内的专用导频260、262使用与预编码数据268使用的相同的预编码矩阵进行预编码。类似地，第二UE的专用导频264、266位于用于发射预编码数据270给第二UE的区域265中，同样的预编码被用于专用导频和预编码数据。对信标导频矢量272不进行预编码。

图5示出OFDM资源被用于两个不同UE的非常具体的例子。当然，可用这种方式处理的UE的数目是与实现方案相关的。每个UE的位置和导频的数目是与实现方案相关的。虽然所述例子主要集中在两根发射天线的情形，但更普遍地，可以扩展到N根发射天线的情形。在一些这样的实施例中，导频包括每根天线各自的导频。虽然图5示出两根天线(每个发射链一个)的组合，但本领域技术人员应当认识到在不背离本发明的保护范围的情况下可以使用多于两个导频。类似地，也不限制图5示出的信标导频矢量的数目和位置。如果使用更多的信标导频矢量，尽管可以实现更好的结果，但是需要额外的资源。 

图6示出可用于实施图5例子的预编码校验的方程组的一个例子，所有方程与特定的信标导频矢量位置相关。在图6中，H₀代表没有预编码的信道矩阵。“G”是包括信道效应(根据专用导频来估计的)和预编码矩阵的有效信道矩阵，

是发射的信标导频矢量。由此，假设已经应用不同的预编码，有效信道矩阵对于每个用户将不同。V_p是预编码矩阵，

是加性噪声。第一方程280给出接收的信标导频矢量

的表达式。第二方程282给出H_c和V_p的函数G，第四方程286给出

和G的函数H_c。第三方程284用来从L个可能的预编码矩阵的集合中确定在发射机中使用了哪个预编码矩阵。更具体地，对可能的预编码矩阵V_k，k＝1、...L中的每一个求解方程284的右边的“argmin”算符内的表达式，并且选择导致最小值的表达式作为假定这和接收机预期的匹配，则预编码码字校验成功。如果这和接收机预期的不匹配，则有错误。 

应用上面描述的方案到每个UE，以独立地核实所使用的各自的预编码矩阵。每个UE需要核实供其使用的所有预编码矩阵。注意，UE由于在其占用带宽内的信道差异可能具有几个预编码矩阵。 

同样，可以联合使用在反馈期间内的多个信标导频矢量进行预编码码字校验。然而，在给定的反馈期间内需要一个信标导频矢量的最小值。 

当估计噪声功率大于码字量化距离，就发生估计错误。码本条目 之间的距离越大，出错的可能性越小。可以采用下面几种方法使得检测更可靠： 

·对于每个用户(对于图5的例子，对于每个子带)使用多于一个信标导频矢量； 

·追踪码字错误——如果两次检测到相同的错误码字，则假定这个特定码字用作在前的预编码码字是安全的；或者 

·如果拿不准，则使用完整索引反馈方案。 

对于专用导频方案，系统中的其它UE通过检查专用导频和未被预编码的信标可以追踪信道，所以它们可以使用合适的闭环方案并且可以被合适地调度。由于其它UE不知道V_p，所以它们不能追踪通过预编码所使用的信道。这造成调度困难，因为调度者没有办法预先知道这个资源应该被分配给哪个UE。为了解决这个问题，其它UE可以检查未被预编码的信标导频矢量。由于限制了码字的数目，这就提供了一种信道追踪的有效方法。 

将表示为已知的导频矢量，则在特定导频音调上的接收信号由下式给出 

${\stackrel{\→}{r}}_{\mathrm{pilot}}=H_c{\stackrel{\→}{s}}_{\mathrm{pilot}}+\stackrel{\→}{n}.$

从专用导频，有G＝H_cV_p。如果令{V_k，k＝1，...，L}为预编码码本，则BTS使用的预编码码字V_p可被估计为 

${\hat{V}}_P=\underset{k=1,...,L}{\arg \min }{\left|\right|{\stackrel{\→}{r}}_{\mathrm{pilot}}-{\mathrm{GV}}_k^{\′}{\stackrel{\→}{s}}_{\mathrm{pilot}}\left|\right|}^2,$

其中，假定信道矩阵的SVD形式是

已知V_p后，通过计算下式，UE将能够容易地估计当前信道。 

${\hat{H}}_c=\hat{G}{\hat{V}}_P.$

对于上述的专用导频和公共导频的实施例，可以快速检测反馈错误。如果接收的包仍然有错误，但是包数据错误不是由预编码码字反馈错误导致的，则接收的数据可以用于H-ARQ用途。在专用导频的情况中，即使当预编码反馈是错误时，接收的数据仍然可以用于H-ARQ用途。这是因为在专用导频下，导频信道和数据信道相同，因此，基准对于一致检测仍然正确。在公共导频的情形下，当预编码反 馈是错误时，如果接收机不知道发射机使用哪个预编码矩阵，则数据信道就不能被正确重建。在这种情形下，需要放弃接收的数据。然而，当出现反馈错误时，如果发射机使用的预编码矩阵可以被成功地检测，不管是否有错误，则数据信道仍然可以被正确重建。换句话说，如果接收机知道发射机使用什么预编码矩阵，不管反馈是正确还是错误，仍然可以使用接收的数据。当然，如上面解释的，这种情形减少了预编码的好处。 

另外，在一些实施例中，采用差分反馈，并且随后的差分码字索引反馈是基于发射机当前使用的码字(经校验核实的)，这就及时消除了错误传播。也就是说，当已经确定码字反馈错误时，从校验中可以知道发射机使用的索引，并且下一个差分码字反馈将基于这个索引。 

参考图7，基站控制器(BSC)10控制多个蜂窝12之间的无线通信，所述蜂窝12由对应的基站(BS)14服务。总体而言，每个基站14使用OFDM辅助与移动终端16的通信，所述移动终端16在与对应的基站14相关联的蜂窝12中。移动终端16相对于基站14的移动导致信道条件的显著波动。如图示，为了提供通信的空间分集，基站14和移动终端16可以包括多根天线。 

在探究结构和功能细节之前，提供本发明的移动终端16和基站14的高级概观。参考图8示出根据本发明的一个实施例配置的基站14。基站14一般包括控制系统20、基带处理器22、发射电路24、接收电路26、多根天线28和网络接口30。接收电路26从移动终端16提供的一个或多个远端发射机(图9所示)接收载有信息的射频信号。可以提供低噪声放大器和滤波器(未示出)，协同从要处理的信号中放大和移除带外干扰。下变频和数字化电路(未示出)将滤波后的接收信号下变频为中频信号或基带信号，然后将其数字化为一个或多个数字流。 

基带处理器22处理数字化的接收信号，以提取接收信号中传送的信息或数据位。这种处理一般包括解调、解码和纠错操作。由此，基带处理器22一般在一个或多个数字信号处理器(DSP)或专用集成 电路(ASTC)中实现。然后接收信息经由网络接口30在无线网络中发送或发射给由基站14服务的另一个移动终端16。 

在发射端，基带处理器22在控制系统20的控制下，从网络接口30接收可以代表声音、数据或控制信息的数字化的数据，并且对要发射的数据进行编码。编码后的数据被输出到发射电路24，利用具有期望的发射频率的载波信号进行调制。功率放大器(未示出)将调制的载波信号放大到适合发射的电平，并将调制后的载波信号通过匹配网络(未示出)传递给天线28。下面更具体地描述调制和处理细节。 

参考图9示出根据本发明的一个实施例配置的移动终端16。类似于基站14，移动终端16将包括控制系统32、基带处理器34、发射电路36、接收电路38、多根天线40和用户接口电路42。接收电路38从一个或多个基站14接收载有信息的射频信号。优选地，低噪声放大器和滤波器(未示出)协同从要处理的信号中放大和移除带外干扰。下变频和数字化电路(未示出)将滤波后的接收信号下变频为中频信号或基带信号，然后将其数字化为一个或多个数字流。 

基带处理器34处理数字化后的接收信号，以提取接收信号中传送的信息或数据位。这种处理一般包括解调、解码和纠错操作，将在下面更具体地讨论。基带处理器34一般在一个或多个数字信号处理器(DSP)或专用集成电路(ASTC)中实现。 

对于发射，基带处理器34从控制系统32接收可代表声音、数据或控制信息的数字化数据，并且对其进行编码以供发射。将编码数据输出到发射电路36，在那里调制器使用所述编码数据调制预期发射频率上的载波信号。功率放大器(未示出)将调制后的载波信号放大到适合发射的电平，并将调制后的载波信号通过匹配网络(未示出)传递给天线40。本领域的技术人员可用的各种调制和处理技术适用于本发明。 

在OFDM调制中，发射带被划分为多个正交载波。每个载波根据要发射的数字数据来调制。因为OFDM将发射带划分为多个载波，所以每个载波的带宽减小并且每个载波的调制时间增加。由于多个载 波并行发射，所以在任何给定的载波上对于数字数据或符号的传输速率比使用单载波时低。 

OFDM调制需要对要发射的信息进行快速傅立叶逆变换(IFFT)。对于解调制，要求对接收信号进行快速傅立叶变换(FFT)以恢复发射的信息。实际上，IFFT和FFT分别由实现离散傅立叶逆变换(IDFT)和离散傅立叶变换(DFT)的数字信号处理实现。由此，OFDM调制的特征是为传输信道中的多个带产生正交载波。调制信号是具有相对低的传输速率并且能够保持在各自的带中的数据符号。各个载波不被数字信号直接调制。相反，通过IFFT处理一次调制所有的载波。 

在一些实施例中，OFDM至少用于从基站14到移动终端16的下行链路传输。每个基站14配有n根发射天线28，并且每个移动终端16配有m根接收天线40。特别地，各自的天线可以使用适当的双工器或开关用于接收和发射，它们在图中的标注只是为了清楚起见。 

参考图10A和10B，根据一个实施例提供OFDM发射逻辑结构。图10A是专用导频实施例的例子。图10B是公共导频实施例的例子。在这两种情形下，最初，基站控制器10(图7)将要发射给各移动终端16的数据发射到基站14。基站14可以使用与移动终端相关的信道质量指示符(CQI)来调度数据发射，并选择用于发射所调度的数据的合适的编码和调制方式。CQI可以直接来自移动终端16，也可以基于移动终端16提供的信息在基站14处确定。在任一情形下，每个移动终端16的CQI是信道幅度(或响应)在OFDM频带内的变化程度的函数。 

使用数据加扰逻辑46对调度的数据(它是比特流)进行加扰，以便降低与数据相关联的功率峰平比。使用CRC添加逻辑48来确定用于加扰数据的周期冗余校验(CRC)并添加到加扰数据中。接着，使用信道编码逻辑50进行信道编码，有效地向数据添加冗余，从而便于在移动终端16处恢复和纠错。再次，对于特定的移动终端16的信道编码是基于CQI的。在一个实施例中，信道编码器逻辑50使用已 知的Turbo编码技术。接着，由速率匹配逻辑52处理编码后的数据，以补偿与编码相关联的数据扩展。 

位交织器逻辑54系统地重排编码数据的位，从而最小化连续数据位的损失。使用映射逻辑56根据所选择的调制方式将得到的数据位系统地映射到对应的符号。优选地，使用正交幅度调制(QAM)或正交相移键控调制(QPSK)。优选地基于特定移动终端的CQI来选择调制度。使用符号交织器逻辑58可以系统地重排符号，从而进一步巩固发射信号对由频率选择性衰减引起的周期性数据损失的免疫性。 

此时，多组数据位已经被映射到代表在幅度和相位星座图中的位置的符号。 

现在具体参考图10A，对于专用导频实施例，所述符号由S/P、SM层映射功能块63来处理，所述S/P、SM层功能块63执行串并(S/P)转换和空间复用(SM)层映射。用预编码矩阵乘法器65对该处理的输出进行乘法运算。导频序列69也由预编码矩阵乘法器65使用相同的预编码矩阵进行乘法运算。预编码矩阵乘法器65的输出被输入到导频和信标导频矢量插入功能块67。未被预编码的信标导频矢量71也输入到导频和信标导频矢量插入功能块67。接着，导频和信标导频矢量和数据被组织成两个输出流，每根天线一个。 

现在具体参考图10B，对于公共导频实施例，所述符号由S/P、SM层映射功能块63来处理，所述S/P、SM层功能块63执行串并(S/P)转换和空间复用(SM)层映射。用预编码矩阵乘法器73对该处理的输出进行乘法运算。信标导频矢量77也由预编码矩阵乘法器73使用相同的预编码矩阵进行乘法运算。预编码矩阵乘法器73的输出被输入到导频和信标导频矢量插入功能块75。未被预编码的导频序列79也输入到导频和信标导频矢量插入功能块75。接着，导频和信标导频矢量和数据被组织成两个输出流，每根天线一个。 

再次参考图10A和10B，每个输出流被发送到对应的IFFT处理器62，为了理解容易，分别示出IFFT处理器62。本领域的技术人员应该认识到可以使用一个或多个处理器来单独地提供这样的数字信号 处理或者结合本文描述的其它处理。IFFT处理器62对各符号进行操作以提供傅立叶逆变换。IFFT处理器62的输出提供时域中的符号。时域符号分组为帧，由前缀插入逻辑64将其与前缀相关联。每个得到的信号经由对应的数字上变频器(DUC)和数模(D/A)转换电路66在数字域内被上变频到中频并且被转换为模拟信号。然后，得到的(模拟)信号经由RF电路68和天线28在期望的RF频率上被同时调制、被放大和发射。需要注意，预期的移动终端16已知的导频信号分散在子载波内。下面具体讨论的移动终端16将使用导频信号来进行信道估计。 

现在参考图11示出移动终端16如何接收发射信号。发射信号到达移动终端16的每根天线40后，各信号被对应的RF电路70解调和放大。为了简明和清楚，仅具体描述和示出两条接收路径中的一条。模数(A/D)转换器和下变频电路72对模拟信号进行数字化和下变频以便进行数字处理。得到的数字化信号可以被自动增益控制电路(AGC)74用来基于接收信号电平控制RF电路70中的放大器的增益。 

最初，数字化信号被提供给同步逻辑76，该同步逻辑76包括粗同步逻辑78，该粗同步逻辑78缓冲几个OFDM符号并计算两个连续的OFDM符号之间的自相关。对应于相关结果最大值的得到的时间索引确定细同步搜索窗口，所述细同步搜索窗口被细同步逻辑80用来基于报头确定精确的成帧起始位置。细同步逻辑80的输出协助帧对齐逻辑84进行帧获取。正确的成帧对齐很重要，便于随后的FFT处理提供从时域到频域的准确的转换。细同步算法是基于报头载有的接收导频信号和已知导频数据的本地拷贝之间的相关性。一旦获得帧对齐后，由前缀去除逻辑86去除OFDM符号的前缀，得到的样本被发送到频率偏移纠正逻辑88，频率偏移纠正逻辑88补偿由发射机和接收机的本振不匹配导致的系统频率偏移。优选地，同步逻辑76包括频率偏移和时钟估计逻辑82，该频率偏移和时钟估计逻辑82基于报头来帮助估计对发射信号的作用，并将估计结果提供给频率偏移纠正逻辑88 以适当地处理OFDM符号。 

此时，时域中的OFDM符号已准备好使用FFT处理逻辑90转换到频域。结果为频域符号，它们被发送到处理逻辑92。处理逻辑92使用分散导频提取逻辑94来提取分散的导频信号，使用信道估计逻辑96基于提取的导频信号来确定信道估计，并且使用信道重建逻辑98来提供所有子载波的信道响应。为了确定每个子载波的信道响应，导频信号基本上是在时间和频率上以已知的模式分散在所有OFDM子载波的数据符号之间的多个导频符号。图12示出导频符号在OFDM环境中在给定的时间和频率图上在可用的子载波之间的分散示例。继续参考图11，处理逻辑比较接收的导频符号和在某些时间上在某些子载波中预期的导频符号，以确定发射导频符号所用的子载波的信道响应。结果被插值，以估计不提供导频信号的剩余子载波中的大多数(即使不是全部)的信道响应。实际的和插值的信道响应被用来估计总信道响应，其包括OFDM信道内的子载波中的大多数(即使不是全部)的信道响应。 

从每个接收路径的信道响应中导出的频域符号和信道重建信息被提供给STC解码器100，STC解码器100对两条接收路径提供STC解码以恢复发射符号。信道重建信息提供均衡信息给STC解码器100，以便在处理相应的频域符号时足以消除传输信道的效应。 

使用与发射机的符号交织器逻辑58相对应的符号解交织器逻辑102重新按顺序排列恢复的符号。接着，使用解映射(de-mapping)逻辑104将解交织的符号解调或解映射为对应的位流。接着，使用与发射机结构的位交织器逻辑54相对应的位解交织器逻辑106来解交织这些数据位。接着，解交织的数据位由速率解匹配(de-matching)逻辑108处理并送给信道解码器逻辑110，以恢复初始加扰数据和CRC校验和。相应地，CRC逻辑112去除CRC校验和，以传统方式校验加扰数据，并将其提供给解扰逻辑114以使用已知的基站解扰码来解扰，从而恢复原始的发射数据116。 

图12示出执行信标导频提取和预编码矩阵检测的接收机组件的 框图。这些组件可以添加到如图11所示的接收机中，实际上图12示出的一些组件与图11中的是相同的。FFT90的输出由分散导频提取94、信道估计和信道重建98来处理。FFT90的输出也可由信标导频提取400来处理。基于提取的信标导频，在402执行预编码码字矩阵检测。对于公共导频实施例，这被反馈给信道重建逻辑98。信道估计96和预编码矩阵检测402的输出被输入到差分码本索引搜索404中，差分码本索引搜索404生成被发送回发射机的反馈。 

已经描述的内容仅仅是用于解释本发明的原理应用。其它方案可以由本领域技术人员在不偏离本发明的精神和范围的情况下实施。 

可基于上述教导对本发明做出多种修改和变型。因此，应该理解在所附权利要求的范围内，本领域技术人员可以实现不同于本文具体描述的方案。

Claims (25)

1.一种发射多输入多输出(MIMO)信号的方法，包括：

对至少两个数据符号中的每一个，使用各自的预编码码字进行预编码，以产生相应的多个预编码的数据符号；

发射MIMO信号，所述MIMO信号包括从多根天线中的每一根发射的各自的信号，每个各自的信号包括所述预编码的数据符号之一和至少一个用于信道估计的导频；

所述MIMO信号还包括至少一个由每根天线各自的信标导频组成的信标导频矢量，所述信标导频矢量包含接收机已知的内容，接收机用这些内容来确定用于对至少两个数据符号之一进行了预编码的码字；

其中，所述至少一个导频经过预编码再被发射，并且所述至少一个信标导频矢量不经预编码就被发射；或者是，所述至少一个导频不经预编码就被发射，并且所述至少一个信标导频矢量经过预编码再被发射。

2.根据权利要求1的方法，其中每个发射信号是正交频分复用(OFDM)信号，并且其中对于每根天线，所述各自的信号包括每个子载波中的零信号以及在每根其它天线的各自信号中用于发射所述至少一个导频的时间位置。

3.根据权利要求1的方法，其中：

所述至少一个导频经过预编码再被发射；并且

所述至少一个信标导频矢量不经预编码就被发射。

4.根据权利要求1的方法，其中：

所述至少一个导频不经预编码就被发射；并且

所述至少一个信标导频矢量经过预编码再被发射。

5.根据权利要求1的方法，还包括：

接收指示使用哪个预编码码字的反馈。

6.根据权利要求5的方法，其中

所述反馈包括差分码字索引。

7.根据权利要求3的方法，包括：

向多个接收机发射，在不同接收机的内容之间进行频分双工(FDD)或时分双工(TDD)分隔；

其中预编码包括对于每个接收机使用各自的预编码码字；并且

所述至少一个导频包括每个接收机专用的各自的至少一个导频，所述每个接收机专用的各自的至少一个导频与该接收机的数据使用相同的码字来预编码。

8.根据权利要求4的方法，包括：

向多个接收机发射，在不同接收机的内容之间进行FDD或TDD分隔；

其中预编码包括对于每个接收机使用各自的预编码码字；并且

所述至少一个导频包括供所有接收机使用的导频。

9.根据权利要求1的方法，对多个FDD或TDD MIMO无线电资源中的每一个执行该方法。

10.根据权利要求9的方法，其中所述FDD或TDD MIMO无线电资源是OFDM资源。

11.根据权利要求9的方法，其中所述FDD或TDD MIMO无线电资源是基于单载波的。

12.一种接收方法，包括：

接收包含用码字预编码的数据符号的MIMO信号，所述MIMO信号包括导频，并且包括至少一个包含接收机已知内容的信标导频矢量，每个信标导频矢量包含来自每根发射天线的一个符号；

处理所述至少一个信标导频矢量，以确定哪个码字被用于预编码所述数据符号；

其中，所述导频经过预编码再被发射，并且所述至少一个信标导频矢量不经预编码就被发射；或者是，所述导频不经预编码就被发射，并且所述至少一个信标导频矢量经过预编码再被发射。

13.根据权利要求12的方法，还包括：

确定所确定的码字是否是预期使用的码字。

14.根据权利要求12的方法，还包括：

比较所确定的码字和预期的码字；

如果所确定的码字和预期的码字匹配，则确定在码字反馈中没有错误，并且进行解码。

15.根据权利要求12的方法，其中所述导频不经预编码就被发射，并且所述至少一个信标导频矢量经过预编码再被发射，并且其中处理所述至少一个信标导频矢量以确定哪个码字被用于预编码所述数据符号包括：

使用所述导频执行信道估计以产生信道估计；

使用所述至少一个信标导频矢量的已知内容和所述信道估计来确定使用了哪个码字。

16.根据权利要求12的方法，其中所述导频经过预编码再被发射，并且所述至少一个信标导频矢量不经预编码就被发射，并且其中处理所述至少一个信标导频矢量以确定哪个码字被用于预编码所述数据符号包括：

使用所述预编码的导频执行信道估计以产生信道估计；

使用所述至少一个信标导频矢量的已知内容和所述信道估计来确定使用了哪个码字。

17.根据权利要求12的方法，还包括：

发射指示使用哪个码字的反馈。

18.根据权利要求17的方法，还包括：

比较所确定的码字和所述反馈指示的码字，以确定是否已有预编码码字反馈错误。

19.根据权利要求17的方法，其中，所述反馈包括差分码字索引。

20.根据权利要求16的方法，还包括通过处理其它接收机的预编码的导频和至少一个未被预编码的信标导频矢量，追踪其它接收机的信道。

21.根据权利要求18的方法，还包括：

一旦检测到没有预编码码字反馈错误，则使用接收的数据用于H-ARQ用途；

一旦检测到有预编码码字反馈错误，则使用所确定的码字代替所述反馈指示的码字。

22.根据权利要求19的方法，还包括：

基于使用所述至少一个信标导频矢量确定的码字来发射所述差分码字索引。

23.一种发射和接收MIMO信号的方法，包括：

在发射机中，执行根据权利要求1所述的发射方法；

在接收机中：

接收所述MIMO信号，所述MIMO信号包含用码字预编码的数据符号，并且所述MIMO信号还包括导频，并且包括至少一个包含接收机已知内容的信标导频矢量，每个信标导频矢量包含来自每根发射天线的一个符号；以及

处理所述至少一个信标导频矢量，以确定哪个码字被用于预编码所述数据符号。

24.一种用于发射MIMO信号的系统，包括：

预编码矩阵乘法器，用于对至少两个数据符号中的每一个，使用各自的预编码码字进行预编码，以产生相应的多个预编码的数据符号；以及

多根天线，用于发射MIMO信号，所述MIMO信号包括从多根天线中的每一根发射的各自的信号，每个各自的信号包括所述预编码的数据符号之一和至少一个用于信道估计的导频；

其中所述MIMO信号还包括至少一个由每根天线各自的信标导频组成的信标导频矢量，所述信标导频矢量包含接收机已知的内容，接收机用这些内容来确定用于对所述至少两个数据符号之一进行了预编码的码字；并且

其中，所述至少一个导频经过预编码再被发射，并且所述至少一个信标导频矢量不经预编码就被发射；或者是，所述至少一个导频不经预编码就被发射，并且所述至少一个信标导频矢量经过预编码再被发射。

25.一种用于接收MIMO信号的系统，包括：

多根天线，用于接收包含用码字预编码的数据符号的MIMO信号，所述MIMO信号包括导频，并且包括至少一个包含接收机已知内容的信标导频矢量，每个信标导频矢量包含来自每根发射天线的一个符号；以及

预编码矩阵检测单元，用于处理所述至少一个信标导频矢量，以确定哪个码字被用于预编码所述数据符号；

其中，所述导频经过预编码再被发射，并且所述至少一个信标导频矢量不经预编码就被发射；或者是，所述导频不经预编码就被发射，并且所述至少一个信标导频矢量经过预编码再被发射。

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