CN1271868C - 包括天线阵的移动通信设备及其移动通信方法 - Google Patents

Abstract

提供一种具有天线阵的移动通信设备和一种在该移动通信设备中执行的移动通信方法。移动通信设备包括每个均具有天线阵的基站和移动站。移动站从自基站接收的信号中测量每个天线的信道的下行链路特性，确定从测量的下行链路特性中已反映每个天线信道的相关特性的长期信息，变换长期信息为反馈信号并发送反馈信号到基站。基站接收反馈信号，从反馈信号中恢复长期信息，利用恢复的长期信息对专用物理信道信号执行基本映射和基本变换，相加基本映射和基本变换的信号到每个导频信道信号上，并发送相加的结果到移动站。因此，已反映了空间信道的下行链路特性的信息从移动站反馈到基站，因此减小了衰落、干扰和噪声的影响并且最大化吞吐量。

Description

包括天线阵的移动通信设备及其移动通信方法

技术领域

本发明涉及移动通信领域，更具体地涉及一种包括天线阵的移动通信设备，该移动通信设备能减小衰落、干扰和噪声的影响，并且涉及一种在该移动通信设备执行的移动通信方法。

背景技术

下一代的移动通信系统可以比当前PCS移动通信系统更快地发送信息。欧洲和日本已经采用宽带码分多址(W-CDMA)系统，该系统是一种按照无线接入标准的异步系统，而北美已经采用CDMA-2000(多载波码分多址)系统，该系统是同步的系统。

在一般的移动通信系统中，若干移动站通过一个基站彼此通信。为了以高速发送信息，移动通信系统应当减小由于诸如衰落和用户干扰之类的移动通信信道的特性引起的损耗。分集系统被用于防止由于衰落使通信变得不稳定。典型分集系统的空间分集系统使用多个天线。

因为多个天线的使用可以使各用户之间的干扰减小，下一代移动通信系统必须使用多个天线。由于下一代移动通信的特性，在各种利用多天线的克服衰落的分集系统中，用于增加发送终端容量的多个发送天线系统要求在发送方向的大量带宽。

为了实现快速信息传输，一般通信系统应当克服对通信性能具有最严重影响的信道特性之一的衰落，因为衰落降低接收信号的幅度从几个dB到几十dB。衰落可以利用多种分集技术予以克服。一般CDMA技术采用利用信道延迟扩展的接收分集信号的瑞克(rake)接收机。瑞克接收机执行分集接收技术以便接收多径信号。但是，当延迟扩展低时，分集接收技术不能进行工作。

一种利用交错和编码的时间分集系统使用在多普勒扩频信道。但是，时间分集系统不适合低速多普勒扩频信道。在具有高延迟扩展的室内信道和对应于低速多普勒信道的步行信道情况下，使用空间分集系统，以便克服衰落。空间分集系统至少使用两个天线。如果由于衰落经一个天线接收的信号受到衰减，则空间分集系统经另一个天线接收信号。空间分集系统分类为利用接收天线的接收天线分集系统和利用发送天线的发送天线分集系统。由于在移动站安装接收天线分集系统在尺寸和成本方面都是困难的，所以建议基站利用发送天线分集系统。

在发送天线分集系统中，存在有获得从移动站向基站的下行链路信道信息的反馈的闭环发送分集系统，和不获得从移动站向基站的反馈的开环发送分集系统。在发送天线分集系统中，移动站通过测量信道的相位和幅度搜索最佳加权值。为了测量信道的相位和幅度，基站必须对不同天线发送不同的导频信号。移动站通过导频信号测量信道的相位和幅度并且从测量的信道相位和幅度信息搜索最佳加权值。

在发送天线分集系统中，如果增加天线数量，则改善分集效果和信噪比。但是，分集效果的改善量随着天线数量的增加或者使用在基站噪的信号发送路径的数量的增加，也就是说随着分集度的增加而降低。因此，为获得明显改善的分集效果，而做大量牺牲并非是可取的。从而，可取的是在基站中使用的天线数量的增加使干扰信号功率最小并使内部信号的信噪比最大，而不是改善分集效果。

考虑到使干扰和噪声及分集效果对内部信号的影响最小的波束形成效果，而发明的发送自适应天线阵系统是指下行链路的波束形成系统。类似发送分集系统的利用反馈信息系统是指闭环下行链路波束形成系统。如果反馈信道没有足够的带宽，利用从移动站反馈到基站的信息闭环下行链路波束形成系统由于未能正确反映信道信息的变化，可能降低通信性能。

欧洲的IMT-2000标准化小组，第三代合伙伴关系规划(3GPP)R(99版本)采用第一和第二发送天线阵(TxAA)模式作为两个天线的闭环发送分集系统。这里，已由诺基亚(Nokia)提出的第一TxAA模式仅馈送两个天线反馈之间的相位差。已由摩托罗拉(Motorola)提出的第二TxAA模式反馈两个天线的增益及其相位。第一和第二TxAA模式公开在为欧洲IMT-2000标准的通用移动电信系统(UMTS)标准小组3GPP设定的规范中。

闭环发送分集系统的第一或第二TxAA模式利用自适应阵天线并且被设计为对相应的各自适应发送天线阵应用对应于不同复数值的加权值。应用到各自适应天线阵的各加权值相关于一个发送信道并且可以例如，w＝h*(w和h是矢量)。下面，粗体字符表示矢量，和非粗体字符表示标量。这里，h表示发送阵列信道，和w表示发送阵列天线加权值矢量。

在各种移动通信系统中，利用频分复用(FDD)的系统一般具有彼此不同特性的发送信道和接收信道，并且因此必须反馈信道信息，以便让基站知道发送信道h。为此，第一或第二TxAA模式被设计为使得移动站从关于信道h的信道信息获得关于要得到的加权值w的信息并且发送加权值信息到基站。第一TxAA模式仅量化对应于关于加权值w(＝|w₁|exp(jθ₁)，|w₂|exp(jθ₂)的信息的相位分量的θ₂-θ₁部分，其中w₁和w₂表示标量)为2个比特，并且反馈这2个比特。因此，相位的精度是π/2，并且量化误差最大是π/4。为了增加反馈的效率，第一TxAA模式利用一种每个瞬时仅更新两个比特中一个比特的精确方法。例如，两个比特的组合可以是{b(2k)，b(2k-1)}或{b(2k)，b(2k+1)}，其中b表示每个瞬时从时隙为单位反馈的一个反馈比特。第二TxAA模式反馈作为加权值信息的分量的相位和增益两者。每次相位被反馈3比特，和每次增益被反馈1比特。从而，相位精度是π/4，并且量化误差最大是π/8。为了增加反馈的效率，第二TxAA模式利用一种每个瞬时仅更新4个反馈比特中一个比特的步进细化方法。细化模式提供每个具有正交基础值的比特，而步进细化模式不设置每个比特的值。

当天线数量和空间-时间信道变化时，上述第一和第二TxAA模式具有下列问题。

如果天线数量增加，每个天线的加权值必须反馈，并因此产生大量要反馈的信息。因此，根据移动站的移动速度，第一和第二TxAA模式恶化了通信性能。即，一般，在衰落信道中移动站的移动速度增加，空间-时间信道变化厉害。因此，信道信息的反馈速度必须增加。但是，如果反馈信道受到限制，随着天线数量增加的反馈信息增加自然导致通信性能的恶化。

如果各个天线之间的距离不够大，每个天线中各个信道之间的相关性增加。如果各信道之间相关性增加，信道矩阵的信息量降低。即使天线数量增加，反馈方法有效利用也防止在高速移动物体环境下的性能恶化。但是，因为第一和第二TxAA模式是假设构成空间-时间信道的2个天线的信道是完全彼此独立的情况下构成的，当天线数量和空间-时间信道的特性变化时，这些天线不能有效利用。另外，第一和第二TxAA模式不能应用于利用多于2个天线的环境下并且即使利用3个或更多天线也不能提供良好的性能。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的第一目的是提供一种具有均包括天线阵的基站和移动站的移动通信系统设备，其中对于存在于基站和移动站的每个天线的具有空间信道的下行链路特性的信息从移动站反馈到基站，最小化衰落、干扰、和噪声的影响并且最大化吞吐量(throughput)。

本发明的另外的目的是提供一种在具有均包括天线阵的基站和移动站的移动通信系统设备中执行的移动通信方法。

在按照本发明的移动通信系统设备中，每个移动站从自基站接收的信号中测量对每个天线信道的下行链路的特性，从测量的下行链路特性确定其中反映每个天线的信道的相关性的长期信息，变换长期信息为反馈信号，并且发送该反馈信号到基站。基站从移动站接收反馈信号，从接收的反馈信号中恢复长期信息，利用恢复的长期信息对专用物理信道信号执行基本(basis)映射和基本变换，相加基本映射和基本变换的信号到每个导频信道信号上，并且发送相加的结果到移动站。

按照本发明的在移动通信设备中执行的移动通信方法包括2个步骤。在第一步骤中，从自基站接收的信号中对每个天线信道的下行链路特性进行测量，从测量的下行链路特性中确定反映每个天线的信道的相关特性的长期信息，变换长期信息为反馈信号，反馈信号被发送到基站。在第二步骤中，从第一步骤接收反馈信号，从接收的反馈信号中恢复长期信息，利用恢复的长期信息对专用物理信道信号执行基本映射和基本变换，基本映射和基本变换的信号被相加到每个导频信道信号上，相加的结果被发送到移动站。

附图说明

通过参照附图的优选实施例的详细描述，本发明的上述目的和优点将变得更即明显，其中：

图1是按照本发明的包含天线阵的移动通信设备的示意性方框图；

图2是说明在图1的移动通信设备中执行的按照本发明的移动通信方法的流程图；

图3是说明图2的步骤30的优选实施例的流程图；

图4是图1的第一、第二、...、第x移动站的优选实施例的框图；

图5是说明图3的步骤42的优选实施例的流程图；

图6是图4的移动站长期信息确定器的优选实施例的框图；

图7是按照本发明说明图2的步骤32的实施例的流程图；

图8是按照本发明的图1的基站的实施例的框图；

图9是说明图5的步骤100的优选实施例的流程图；

图10是按照本发明的图6的基站分析器的实施例120A的框图；

图11是说明图3的步骤50的实施例的流程图；

图12是图4的信息解释器(interpreter)的实施例的框图，该信息交错器执行图11的步骤50A；

图13是说明图7的步骤312的优选实施例的流程图；

图14是图8的信息产生器的框图，该信息产生器执行图13的步骤312A；

图15是说明图3的步骤50的另外实施例的流程图；

图16是图4的信息解释器的另外实施例的框图，该信息交错器执行图15的步骤50B；

图17是说明图7的步骤312的另外实施例的流程图；

图18是图8的信息产生器的另外实施例的框图。

具体实施方式

参照图1，按照本发明的包含天线阵的移动通信设备由基站10和第一、第二、...、第一x移动站20、22、...和24组成。

图2是说明在图1的移动通信设备中执行按照本发明的移动通信方法的流程图；该移动通信方法包括获得反馈信号的步骤30和从反馈信号中恢复长期信息并利用恢复的长期信息的步骤32。

图1的第一、第二、...、第一x移动站20、22、...和24的每个具有相同的功能并且每个具有一个天线阵。例如，第一、第二、...、第一x移动站20、22、...和24对应于各个终端。基站10也具有天线阵。在图2的步骤30中，第一、第二、...、第一x移动站20、22、...和24的每个从自基站10接收的信号中测量包含在基站10中的天线阵的每个天线的信道的下行链路特性H。每个移动站还从测量的信道下行链路特性H中确定反映对于相应天线的各信道之间相关性的长期信息，变换确定的长期信息为反馈信号，并且传送该反馈信号到基站10。另外，每个移动站利用从下行链路特性H和接收信号产生的基本信道检测的重要信息，解释从基站10接收的信息。因此，有效基本信息表示各个有效基本矢量和有效基本值。

现在将参照图3和4描述步骤30的实施例和每个移动站20、22、...和24的实施例。

图3是按照本发明说明图2的步骤30的优选实施例的流程图。首先，在步骤40测量信道的下行链路特性H_c在步骤42获得作为信道的长期信息的有效基本矢量和有效基本值。在步骤44，确定的长期信息被变换为反馈信号。在步骤46和48，利用产生的基本信道和接收信号检测重要信息。在步骤50利用该重要信息解释发送的信息。

图4是按照本发明的图1的第一、第二、...、第x移动站的优选实施例的框图。移动站20、22、...或24包括：天线阵60、移动站信道特性测量器62、移动站长期信息确定器64、移动站长期信息格式化器80、基本信道产生器82、多天线数据检测器70、和信息解释器72。这里，黑线连接的单元表示多个信号，而浅线连接的单元表示单一信号。

参照图3和4，在步骤40，移动站信道特性测量器62通过天线阵60从基站10接收信号，从接收的信号中测量每个天线信道的下行链路特性H，并输出测量的信道的下行链路特性H到移动站长期信息确定器64和基本信道产生器82中的每个。这里，H表示一个矩阵。下面，粗体字符表示矢量，和非粗体字符表示标量。信道的下行链路特性H表示从基站10向移动站20、22、...或24的传送的信道的相位和幅度。在下行链路特性H中，各个列是以由发送天线形成的信道构成的，和各个行是以由接收天线形成的信道构成的。这里，发送天线表示包含在基站10中天线阵的各个天线，和接收天线表示包含在移动站20、22、...或24的中天线阵的各个天线。

在步骤40以后，在步骤42，移动站长期信息确定器64从由移动站信道特性测量器62以空间方式测量的信道下行链路特性产生基本矢量和基本值，利用基本值从各个基本矢量中计算有效矢量数量N_B(下面称为有效基本数量)，并且确定数量对应于有效矢量数量N_B的有效基本矢量V₁到V_NB、和数量对应于有效矢量数量N_B的有效基本值I₁到I_NB，作为有效基本信息，即长期信息。这里，有效基本数等于或小于包含在基站10的天线阵中的天线数。矩阵H的各个列分量是相对于发送天线形成的空间获得的，而行分量是相对于接收天线形成的空间形成的。

现在将分别参照图5和6描述图3的步骤42的实施例和图4的移动站长期信息确定器64的实施例。

图5是表示按照本发明作为图3的步骤42的实施例的步骤42A的流程图。首先，在步骤100产生基本矢量V₁到V_antT和基本值I₁到I_antT。这里，antT表示发送天线的数量。接下来，在步骤102利用基本值I₁到I_antT获得有效基本数。而后，在步骤104获得数等于有效基本数N_B的基本矢量V₁到V_NB和数等于有效基本数N_B的有效基本值I₁到I_NB。

图6是按照本发明的图4的移动站长期信息的确定器的优选实施例的框图。实施例64A包括基本分析器120、选择器122、和有效基本数计算器124。

参照图5和6，在步骤100，基本分析器120利用基本分解方法从自移动站信道特性测量器62接收的信道下行链路特性H产生基本矢量V₁到V_antT和基本值I₁到I_antT，将其输出到选择器122，并输出基本值I₁到I_antT到有效基本数计算器124。这里，基本分解方法意味着：本征值到分解(EVD)技术、奇异值分解(SVD)技术、或利用任意规范正交(orthogonal-normal)为基础的技术。在由位于London的Johns Hopkins大学出版公司于1996年出版，由G.Golub和C.van.Loan撰写的名称为‘矩阵计算’的书中披露了基本分解方法。如果EVD方法被用作基本分解方法，各基本值对应于各本征值。

在步骤100，在步骤102，有效基本数计算器124计数超过阈值V_th1的基本本征值的数并输出计数值作为有效基本值N_B到选择器122。为此，有效基本数计算器124可以作为计数器(未示出)实现。阈值V_th1是接近‘0’的值。

在步骤102，在步骤104，选择器122从自基本分析器120接收的基本矢量V₁到V_antT中选择数目等于有效基本值N_B的有效基本矢量V₁到V_NB并且还从自基本分析器120接收的基本值I₁到I_antT中选择数目等于有效基本值N_B的有效基本值I₁到I_NB。选择器122输出有效基本矢量V₁到V_NB和有效基本值I₁到I_NB到每个移动站长期信息格式化器80和基本信道产生器82。在如图12所示的信息解释器72的实施例72A中，选择器122可以输出有效基本值I₁到I_NB到信息解释器72。

参照图3和4，在步骤42以后，在步骤44移动站长期信息格式化器80接收由移动站长期信息确定器64确定的有效基本矢量V₁到V_NB以及有效基本值I₁到I_NB，将接收的有效基本信息，即长期信息变换为适合反馈到基站10的反馈信号，并通过天线阵60传送该反馈信息到基站10。适合反馈意味着量化有效基本矢量和有效基本值为刚好不丢失的最低电平，并对2个量化的结果执行时分复用。

为此，移动站长期信息格式化器80格式化从移动站长期信息确定器64接收的有效基本信息，即长期信息，对格式化的信息执行时分复用，并通过天线阵60传送作为反馈信号的时分复用结果到基站10。移动站长期信息格式化器80利用码分复用或频分复用而不是时分复用。

在步骤44以后，在步骤46，基本信道产生器82接收由移动站长期信息确定器64确定的有效基本矢量V₁到V_NB和有效基本值I₁到I_NB和由移动站信道特性测量器62空间测量的信道下行链路特性H，利用方程1产生基本信道C，并将其输出到多天线数据检测器70。方程1是：

$C=H[\sqrt{I_1}{V}_1\sqrt{I_2}{V}_2\·\·\·\sqrt{I_{\mathrm{NB}}}{V}_{\mathrm{NB}}]---\left(1\right)$

在步骤46以后，在步骤48，多天线数据检测器70通过多天线信息检测技术利用经天线阵60接收的信号和从基本信道产生器82接收的基本信道C检测至少2个重要信息，并输出检测的重要信息到信息解释器72。取决于信息解释器72的实施例，由多天线数据检测器70检测的重要信息数是变化的。多天线检测技术在理论上引自作者为G.D.Golden，C.JF.oschini的、名称为“利用V-BLAST空间时间通信结构的检测算法和初始实验结果”的IEEEElectroncs Letters(1999年1月7日第35卷第一期)的文章。

在步骤48以后，在步骤50，信息解释器72利用从多天线数据检测器70接收的重要信息解释从基站10接收的信息并经输出端OUT1输出转换的信息。

再参照图2，在步骤30以后，在步骤32，图1的基站10从移动站10、22、...24接收反馈信号，从接收的反馈信号中恢复长期信息，即有效基本矢量和有效基本值，顺序映射专用物理信道(DPCH)信号，即N个发送块为有效基本值，相加对映射结果执行的基本变换的结果和导频信道(PICH)信号P₁(k)、P₂(k)、P₃(k)、...、和P_antT(k)，并发送相加的结果到移动站10、22、...24。在本发明中，代替DPCH信号，通过划分DPCH信号产生的重要信息可以顺序地映射为有效基本值。

现在将分别参照图7和8描述按照本发明的图2的步骤32的实施例和图1的基站10。参照图7，图2的步骤32的实施例包括：恢复长期信息的步骤310、基本映射产生的重要信息的步骤312和314、基本映射产生的变换结果步骤316、和相加基本变换结果到导频信道信号的步骤318。

参照图8，图1的基站10包括：信息产生器322、基本映射单元328、基本变换器330、加法器324、天线阵326和基本信息恢复器332。部件之间的黑箭头表示多个信号，而浅箭头表示单个信号。

为了执行图2的步骤32，首先，在步骤310，基本信息恢复器332恢复经上行链路专用物理信道(DPCCH)从天线阵326接收的反馈信号中对应于长期信息的有效基本矢量V₁到V_NB和有效基本值I₁到I_NB作为有效基本信息，输出有效基本值I₁到I_NB到基本映射单元328，输出有效基本矢量V₁到V_NB到基本变换器330。取决于下面要描述的信息产生器322的实施例，基本信息恢复器332可以输出有效基本值I₁到I_NB到信息产生器322。

在步骤310以后，在步骤312，信息产生器322从N个接收的发送块，即DPCH信号中产生重要信息，并输出产生的重要信息到基本映射单元328。正如在下面将要描述的，信息产生器322的实施例产生至少两段重要信息。即，信息产生器322产生与有效基本数量N_B一样多的重要信息。

在步骤312以后，在步骤314，基本映射单元328按一一对应的方式将从基本信息恢复器332接收的有效基本值I₁到I_NB的平方根顺序地乘以从信息产生器322接收的重要信息，并输出相乘的结果作为基本映射结果到基本变换器330。如果信息产生器322产生第一和第二重要信息S_mod和P_mod并且N_B为2，基本映射结果S_mad和P_mad可以利用方程2进行计算：

$S_{\mathrm{mad}}=S_{\mathrm{mod}}\·\sqrt{I_1},P_{\mathrm{map}}=P_{\mathrm{mod}}\·\sqrt{I_2}---\left(2\right)$

其中I₁和I₂表示由基本信息恢复器332恢复的有效基本值。这里，I₁大于或等于I₂。

图7的步骤312是任选的。如果步骤312被忽略，步骤310接着步骤314，此时，基本映射单元328利用从基本信息恢复器332接收的有效基本值I₁到I_NB的每一个平方根顺序地乘以DPCH信号并且输出相乘的结果作为基本映射结果到基本变换器330。

图8的基站10还可以包括用于接收DPCCH信号和专用物理信息信道(DPDCH)信号和多路复用接收的DPCCH与DPDCH信号为具有DPCH信号格式的DPCH产生器(未示出)。

在步骤314以后，在步骤316，基本变换器330按一一对应的关系将从基本信息恢复器332接收的有效基本矢量V₁到V_NB乘以从基本映射单元328接收的基本映射结果，求和相乘的结果，并输出和x到加法器324。如果基本映射结果是如方程2所表示，基本映射单元328可以按照方程3所表示获得和x：

x＝S_mod·V₁+P_mad·V₂       ...(3)

其中V₁和V₂表示从反馈信息中顺序恢复的有效基本矢量。由于有效基本值I₁和I₂分别对应于有效基本矢量V₁和V₂，I₁等于或大于I₂。

在步骤316以后，在步骤318，加法器324相加从基本变换器330接收的和x到每个PICH信号P₁(k)、P₂(k)、P₃(k)、...、和P_antT(k)上，并且输出相加的和到天线阵326。PlCH信号[P_i(k)](1≤i≤antT)可以是公共导频信道信号CPICH、专用CPICH信号DCPICH、或辅助CPICH信号SCPICH。如果PICH信号[P_i(k)]是CPICH，P_i(k)对应于信号CPICH_i。为了执行步骤318，加法器324可以包括加法单元360、362、364、...和366，其数量为antT。加法单元360、362、364、...和366分别相加从基本变换器330接收的基本变换结果x到信号P₁(k)、P₂(k)、P₃(k)、...、和P_antT(k)上，并分别输出相加的结果到天线阵326中的发送天线380、382、384、...和386。天线阵326发送由加法器324的相加结果到移动站20、22、...或24。为此，天线阵326包括天线380、382、384、...和386，其数量为antT。天线380、382、384、...和386发送由加法单元360、362、364、...和366的相加结果到对应的移动站20、22、...或24。

现在将参照图9和10描述按照本发明的图5的步骤100的实施例和图6的基本分析器120的实施例。图9是说明图5的步骤100的优选实施例100A的获得基本矢量V₁到V_antT和基本值I₁到I_antT的优选实施例的流程图。实施例100A包括对于相应天线产生信道矢量的步骤450、获得自相关矩阵的步骤454、和利用本征值分解技术获得基本矢量和基本值的步骤456。

参照图10，图6的基本分析器120的实施例包括信道矢量产生器410、自相关矩阵计算器412、414、416、...和418、累加器422、424、426、...和428、加法器430、和本征值分解单元432。这里，各个部件之间的黑箭头表示多个信号，二各个部件之间的浅箭头表示单一信号。

图10的信道矢量产生器410在步骤450通过划分信道的下行链路特性H为各收发信天线信道产生相应接收天线的信道矢量h₁、h₂、h₃、...和h_antR。这里，antR表示接收天线的数量，即包含在天线阵60中的天线的数量。在步骤450以后，在步骤452，自相关矩阵计算器412、414、416、...和418，其数量为antR，利用方程4计算由信道矢量产生器410产生的每个信道矢量h₁、h₂、h₃、...和h_antR的自相关矩阵Ri并将其分别输出到累加器422、424、426、...和428，其数量为antR。方程4如下：

R_i＝h₁·h_i ^H         ...(4)

在步骤452以后，在步骤454，累加器422、424、426、...和428分别累加预定时间从自相关矩阵计算器412、414、416、...和418接收的自相关矩阵，并输出累加结果到加法器430。在步骤454以后，在步骤456，加法器430求和由累加器422、424、426、...和428累加的结果并输出该和到本征值分解单元432，并且本征值分解单元432从通过加法器430获得的和中利用上述本征值分解技术得到本征矢量和本征值，确定本征矢量作为基本矢量V₁到V_antT，并确定本征值作为基本值I₁到I_anT。

现在将参照附图描述图3的步骤50的优选实施例、执行步骤50的信息解释器72的优选实施例、图7的步骤312的优选实施例和执行步骤312的信息产生器322的优选实施例。

图11是说明图3的步骤50A的优选实施例的流程图。步骤50A包括：解调2个重要信息的步骤482、去检测解调的重要信息的步骤484、变换并行数据为串行数据的步骤486、和纠正串行数据的差错的步骤488。

图12是图4的信息解释器72的实施例72A的框图。为了执行图11的步骤50A，信息解释器72A包括：解调器720、第一去交错器722、第一并-串(P/S)变换器724、和第一信道解码器726。

参照图11和12，在图3的步骤48以后，在步骤482，解调器720解调从图4的多天线数据检测器70接收的第一和第二重要信息s和p并输出解调的重要信息到第一去交错器722。在步骤482以后，在步骤484，第一去交错器722去交错从解调器720接收的经解调的重要信息并输出去交错结果到第一P/S变换器724。在步骤484以后，在步骤486，第一P/S变换器724变换从第一去交错器722接收的去交错结果为串行数据并输出串行数据到第一信道解码器726。在步骤486以后，在步骤488，第一信道解码器726纠正从第一P/S变换器724接收的串行数据的差错并经输出端OUT2输出纠错的串行数据到例如扬声器(未示出)。

当步骤50按图11所示实现和信息解释器72按图12被构成时，按照本发明可以分别实施如图13和14所示的步骤312和信息产生器322。

图13是说明图7的步骤312的优选实施例312A的流程图。步骤312A包括用于编码、交错、和调制第一和第二产生的重要信息的步骤800、802、和804。

图14是图8的信息产生器322的优选实施例322A的框图。为了执行图13的步骤312A，信息产生器322A包括第一信道编码器340、第一交错器342、和调制器344。

参照图13和14，在图7的步骤310以后，在步骤800，第一信道编码器340编码DPCH信号，产生第一和第二重要信息s和p并输出第一和第二重要信息s和p到第一交错器342。在步骤800以后，在步骤802，第一交错器342交错从第一信道编码器340接收的第一和第二重要信息s和p，即，按预定模式随机排列第一和第二重要信息的每个比特，并输出第一和第二经交错的重要信息到调制器344。在步骤802以后，在步骤804，调制器344调制第一和第二经交错的重要信息并分别经输出端OTU3和OUT4输出第一和第二经调制的重要信息到图8的基本映射单元328。然后，该方法前进到图7的步骤314。

图15是按照本发明的说明图3的步骤50的另外实施例的流程图。步骤50B包括解调重要信息并变换解调的结果为串行数据的步骤850和852，和去交错串行数据并纠错串行数据的差错的步骤854和856。

图16是按照本发明的图4的信息交错器72的另外实施例的框图。为了实现图15的步骤50B，信息交错器72B包括：第P₁、P₂、...第P_NB级解调器860、862、...和864、第一控制器866、第二串-并(P/S)变换器868、第二去交错器870和第二信道解码器872。这里，部件之间的黑箭头表示多个信号，和部件之间的浅箭头表示单一信号。

参照图15和16，在图3的步骤48以后，在步骤850，第P₁、P₂、...第P_NB级解调器860、862、...和864利用由第一控制器866确定的不同级，即第P₁、P₂、...第P_NB级解调，解调经输入端IN从多天线数据检测器70接收的重要信息。为此，第P₁、P₂、...第P_NB级解调器860、862、...和864的每个可以执行正交幅度调制或相移键控(PSK)解调。在步骤850以后，在步骤852，第二P/S变换器868在第一控制器866的控制下变换解调结果为串行数据并输出串行数据到第二去交错器870。

第一控制器866从图4的移动站长期信息确定器64接收有效基本值I₁到I_NB、计算基本值I₁对每个其它各基本值的比、从计算的比中确定各个级，即第P₁级、第P₂级、...第P_NB级，并根据确定的级的值控制第P₁、第P₂、...第P_NB级解调器860、862、...和864以及第二P/S变换器868。例如，第一控制器866利用方程5确定各个级P₁、P₂...、P_NB：

$2^{p_1-p_2}\∝\frac{I_2}{I_1},2^{P_1-P_2}\∝\frac{I_3}{I_1}---\left(5\right)$

在步骤852以后，在步骤854，第二去交错器870去交错由第二P/S变换器868变换的串行数据并输出去交错的串行数据到第二信道解码器872。在步骤854以后，在步骤856，第二信道解码器872解码从第二去交错器870接收的去交错的串行数据，纠正去交错的串行数据的差错并经输出端OUT5输出经纠错的信息到例如扬声器(未示出)。

当按照图15执行步骤50，和按照图16实施信息交错器72时，按照本发明分别如图17和18所示实施步骤312和信息产生器322。

图17是说明图7的步骤312的另外实施例312B的流程图。步骤312B包括：编码和交错信号DPCH的步骤880、882和884，并变换经交错的信息为并行数据，以及调制并行数据的步骤886。

图18是图8的信息产生器322的另外实施例322B的框图。为了执行图17的步骤312B，信息产生器322B包括：第二信道编码器900、第二交错器902、串-并变换器904、第二控制器906、和第P₁、第P₂、...和第P_NB级调制器908、910、...、和912。这里，部件之间的黑箭头表示多个信号，和部件之间的浅箭头表示单一信号。

参照图17和18，在图7的步骤310以后，在步骤880，第二信道编码器900接收和编码DPCH信号并输出编码数据到第二交错器902。在步骤880以后，在步骤882，第二交错器902交错从第二信道编码器900接收的编码数据并输出交错的数据到S/P变换器904。在步骤882以后，在步骤884，S/P变换器904在第二控制器906的控制下变换从第二交错器902接收的经交错的数据为并行数据并输出并行数据到第P₁、P₂...和第P_NB级调制器908、910、...、和912。在步骤884以后，在步骤886，第P₁、P₂、...和第P_NB级调制器908、910、...、和912调制接收的并行数据并经输出端OUT6输出调制的并行数据到图8的基本映射单元328。如果图16的第P₁、P₂、...第P_NB级解调器860、862、...和864执行正交幅度解调，则图18的第P₁、P₂、...和第P_NB级调制器908、910、...、和912执行正交幅度调制。同样，如果图16的第P₁、第P₂、...第P_NB级解调器860、862、...和864执行PSK解调，则图18的第P₁、第P₂、...和第P_NB级调制器908、910、...、和912执行PSK调制。

这里，控制S/p变换器904和第P₁、P₂...和第P_NB级调制器908、910、...、和912的第二控制器906执行与第一控制器866相同的功能。即，第二控制器906从图8的基本信息恢复器332接收的有效基本值I₁到I_NB确定级P₁、P₂、...和P_NB，并根据确定的级，控制S/P变换器904及第P₁、P₂、...和第P_NB级调制器908、910、...、和912。

图11到18中所表示的各部件的每个的详细结构与操作披露在作者为John G.Proakis的、位于新加坡的McGraw-Hill Book company出版的“数字通信”的书中(第3版、第8章、1995年)。

如上所述，按照本发明的具有均包含天线阵的基站和移动站的移动通信设备和在该移动通信设备中执行的移动通信方法，反映空间信道的下行链路特性的信息从移动站反馈到基站。这样减小了衰落、干扰、和噪声的影响并且最大化了吞吐量。

Claims (26)

1.一种具有天线阵的移动通信设备，该设备包括：

移动站，所述移动站包括：

移动站信道特性测量器，用于从自基站接收的信号中测量每个天线的信道的下行链路特性；

移动站长期信息确定器，用于从测量的下行链路特性确定已反映了每个天线的信道的相关特性的长期信息；以及

移动站长期信息格式化器，用于变换长期信息为反馈信号，

所述基站，包括：

基本信息恢复器，用于接收反馈信号，从接收的反馈信号中恢复长期信息；

基本映射单元，用于通过利用恢复的长期信息来对专用物理信道信号进行映射来执行基本映射；

基本变换器，用于对从所述基本映射单元接收的映射结果执行基本变换；以及

加法器，用于相加所述基本变换的信号到每个导频信道信号上，

其中，所述反馈信号被发送到所述基站，所述相加结果被发送到所述移动台，所述移动台和所述基站每一个都具有天线阵列。

2.权利要求1的移动通信设备，其中：

所述移动站信道特性测量器用于从基站接收信号，从接收的信号中空间上测量下行链路特性，并输出测量的下行链路特性；

所述移动站长期信息确定器用于从移动站信道特性测量器接收的测量的下行链路特性产生基本矢量和基本值，从各基本值中计算指示各个基本矢量中的有效基本矢量数的有效基本数，并输出有效基本矢量和有效基本值作为长期信息；和

所述移动站长期信息格式化器用于变换从自移动站长期信息确定器接收的长期信息为反馈信号。

3.权利要求1的移动通信设备，其中：

所述基本信息恢复器用于接收反馈信号，从反馈信号中恢复长期信息，并输出恢复的长期信息；

所述基本映射单元用于通过映射专用物理信道信号到从基本信息恢复器接收的长期信息中的有效基本值执行基本映射，并输出映射结果；

所述基本变换器用于通过将长期信息中的有效基本矢量乘以从基本映射单元接收的映射结果执行基本变换，并输出基本变换结果；和

所述加法器用于相加从基本变换器接收的变换结果到导频信道信号上并输出相加结果；

其中相加结果是经天线阵从基站向移动站传送的。

4.权利要求3的移动通信设备，其中移动站长期信息形成器包括：

基本分析器，用于利用基本分析技术从测量的下行链路特性中产生基本矢量和基本值；

有效基本数计算器，用于计数超过阈值的基本值的数并输出计数值作为有效基本数；和

选择器，用于从自基本分析器接收的各基本矢量中选择其数对应于有效基本数的有效基本矢量并从基本分析器接收的基本值选择其数对应于有效基本数的有效基本值。

5.权利要求4的移动通信设备，其中基本分析器包括：

信道矢量产生器，用于划分下行链路特性为与包含在移动站的天线阵中各天线相关联的信道矢量并输出各信道矢量；

自相关矩阵计算器，用于计算对于从信道矢量产生器接收的相应信道矢量的自相关矩阵并输出计算的自相关矩阵；

累加器，用于累加从自相关矩阵计算器接收的自相关矩阵的每个的预定时间周期；

加法器，用于求和从累加器接收的累加结果；和

本征值分解单元，用于利用基本分析技术从自加法器接收的和产生基本矢量和基本值。

6.权利要求4的移动通信设备，其中移动站通过计算长期信息和下行链路特性产生基本信道，从基本信道和经天线阵接收的信号利用多天线信息检测技术检测至少2个重要信息，并且从重要信息解释从基站接收的信息，并且基站通过划分专用物理信道信号产生至少2个重要信息并利用长期信息对重要信息执行基本映射和基本变换。

7.权利要求4的移动通信设备，其中移动站还包括：

基本信道产生单元，按下式利用长期信息和下行链路特性H产生基本信道C：

$C=H[\sqrt{I_1}{V}_1\sqrt{I_2}{V}_2\·\·\·\sqrt{I_{\mathrm{NB}}}{V}_{\mathrm{NB}}]$

其中V₁到V_NB表示有效基本矢量、I₁到I_NB表示有效基本值、和N_B表示有效基本数；

多天线数据检测器，用于利用多天线信息检测技术从经天线阵接收的信号和从基本信道产生器接收的基本信道C检测重要信息；

信息解释器，用于利用从多天线数据检测器接收的重要信息解释从基站接收的信息。

8.权利要求4的移动通信设备，其中基站还包括信息产生器，用于通过划分专用物理信道信号产生重要信息，并输出产生的重要信息到基本映射单元，并且基本映射单元通过映射重要信息为有效基本值执行基本映射。

9.权利要求8的移动通信设备，其中信息解释器包括：

解调器，用于解调从多天线数据检测器接收的重要信息；

第一去交错器，用于去交错从解调器接收的解调的信息；

第一并-串(P/S)变换器，用于变换从第一去交错器接收的去交错的结果为串行数据；和

第一信道解码器，用于纠正从第一P/S变换器接收的串行数据的差错。

10.权利要求8的移动通信设备，其中信息解释器包括：

第P₁、第P₂、...第P_NB级解调器，用于利用数目等于有效基本数的不同级解调从多天线数据检测器接收的重要信息；

第二P/S变换器，用于变换从第P₁、第P₂、...第P_NB级解调器接收的解调结果为串行数据；

第一控制器，用于计算从移动站长期信息确定器接收的各个有效基本值之间的比率，从计算的比率确定不同的级，即确定第P₁级、第P₂级、...、第P_NB级，并利用确定的级控制第P₁、第P₂、...第P_NB级解调器和第二P/S变换器；

第二去交错器，用于去交错从第二P/S变换器接收的串行数据；

第二信道解码器，用于解码从第二去交错器接收的去交错的串行数据，纠正去交错串行数据的差错。

11.权利要求8的移动通信设备，其中信息产生器包括：

第一信道编码器，用于编码专用物理信道信号；

第一交错器，用于交错从第一信道编码器接收的编码结果；和

调制器，用于调制从第一交错器接收的交错结果并输出调制结果作为重要信息到基本映射单元。

12.权利要求10的移动通信设备，其中重要信息产生器包括：

第二信道编码器，用于编码专用物理信道信号；

第二交错器，用于交错从第二信道编码器接收的编码结果；和

串-并(S/P)变换器，用于变换从第二交错器接收的交错结果为并行数据；

第P₁、第P₂、...第P_NB级调制器，用于利用与有效基本数一样多的不同的级调制从S/P变换器接收的并行数据并输出作为重要信息的调制结果到基本映射单元；和

第二控制器，用于从自基本信息恢复器接收的有效基本值确定各个级并利用确定的级控制S/P变换器和第P₁、第P₂、...第P_NB级调制器。

13.权利要求10的移动通信设备，其中第P₁、第P₂、...第P_NB级解调器执行正交幅度解调，和第P₁、第P₂、...第P_NB级调制器执行正交幅度调制。

14.权利要求10的移动通信设备，其中第P₁、第P₂、...第P_NB级解调器执行相移键控(PSK)解调，和第P₁、第P₂、...第P_NB级调制器执行PSK调制。

15.一种在具有均包含天线阵的基站和移动站的移动通信设备中执行的移动通信方法，该方法包括：

(a)从自基站接收的信号中测量每个天线的信道的下行链路特性，从测量的下行链路特性中确定已反映了每个天线的信道的相关特性的长期信息，变换长期信息为反馈信号，并发送反馈信号到基站；和

(b)接收反馈信号，从接收的反馈信号中恢复长期信息，利用恢复的长期信息对专用物理信道信号执行基本映射和基本变换，相加基本映射的和基本变换的信号到导频信道信号上，并发送相加的结果到移动站。

16.权利要求15的移动通信方法，其中步骤(a)包括：

(a1)从基站接收信号并从接收信号空间测量下行链路特性；

(a2)从测量的下行链路特性中产生基本矢量和基本值，从各个基本值计算指示各个基本矢量中的有效基本矢量数的有效基本数，并确定有效基本矢量和有效基本值作为长期信息；和

(a3)变换长期信息为反馈信号。

17.权利要求16的移动通信方法，其中步骤(b)包括：

(b1)接收反馈信号并从反馈信号中恢复长期信息；

(b2)通过映射专用物理信道为恢复的长期信息的有效基本值执行基本映射；

(b3)通过将长期信息中的有效基本矢量乘以基本映射结果执行基本变换；

(b4)相加基本变换结果到导频信道信号上；

其中经基站中的天线阵发送相加的结果到移动站。

18.权利要求17的移动通信方法，其中步骤(a2)包括：

(a21)利用基本分析技术从测量的下行链路特性中产生基本矢量和基本值；

(a22)确定超过阈值的基本值的数作为有效基本数；和

(a23)从产生的各个基本矢量中选择其数对应于有效基本数的有效基本矢量并从产生的基本值中选择其数对应于有效基本数的有效基本值。

19.权利要求18的移动通信方法，其中步骤(a21)包括：

划分下行链路特性获得与包含在移动站天线阵的各个天线相关联的信道矢量；

获得对相应信道矢量的自相关矩阵；

对预定时间周期累加每个自相关矩阵；和

求和累加的结果并采用基本分析技术从和中产生基本矢量和基本值。

20.权利要求18的移动通信方法，其中步骤(a)中，通过计算长期信息和下行链路特性产生基本信道，利用多天线信息检测技术从基本信道和经天线阵接收接收的信号中检测出至少2段重要信息，并且从基站接收的信息被从重要信息进行解释，并且在步骤(b)，通过划分转移物理信道信号产生至少2段重要信息并利用长期信息对重要信息执行基本映射和基本变换。

21.权利要求20的移动通信方法，其中在步骤(a3)以后，步骤(a)还包括：

(a4)通过按下式计算长期信息和下行链路特性H产生基本信道C：

$C=H[\sqrt{I_1}{V}_1\sqrt{I_2}{V}_2\·\·\·\sqrt{I_{\mathrm{NB}}}{V}_{\mathrm{NB}}]$

其中V₁到V_NB表示有效基本矢量、I₁到I_NB表示有效基本值、和N_B表示有效基本数；

(a5)利用多天线信息检测技术从接收信号和基本信道C检测重要信息；

(a6)利用检测的重要信息解释从基站接收的信息。

22.权利要求21的移动通信方法，其中在步骤(b)中还包括在步骤(b1)以后划分专用物理信道信号产生重要信息，并前进到步骤(b2)，其中在步骤(b5)产生的重要信息被映射为有效基本值。

23.权利要求22的移动通信方法，其中在步骤(a6)包括：

解调在步骤(a5)检测的重要信息；

去交错解调的结果；

变换去交错结果为串行数据；和

纠正串行数据的差错。

24.权利要求22的移动通信方法，其中在步骤(a6)包括：

利用不同的级解调在步骤(a5)检测的重要信息；

变换解调结果为串行数据；

去交错串行数据；和

解码去交错的串行数据以纠正去交错的串行数据的差错；

其中从在步骤(a2)确定的各有效基本值之间的比率确定不同级。

25.权利要求23的移动通信方法，其中在步骤(b5)包括：

在步骤(b1)以后，编码专用物理信道信号；

交错编码的结果；和

调制交错的结果获得重要信息并前进到步骤(b2)。

26.权利要求24的移动通信方法，其中在步骤(b5)包括：

在步骤(b1)以后，编码专用物理信道信号；

交错编码的结果；

变换交错的结果为并行数据；和

利用不同级调制并行数据获得重要信息并前进到步骤(b2)；

其中各个级是从在步骤(b1)恢复的长期信息中的各个有效基本值之间的比率确定的。

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