具有有限反馈的MIMO系统中的闭环传输波束成形方法和系统

摘要

本发明涉及通过从波束成形矩阵因式分解出不重要的信息(特别是相位信息)来减小闭环MIMO系统中的反馈带宽的方法。

说明书

领域

本发明涉及无线网络，更具体来说，本发明涉及利用多个空间信道的无线网络。

背景

闭环多输入多输出(MIMO)系统典型地从接收机向发射机传输信道状态信息。接着，发射机利用该信息来进行波束成形。传输该信道状态信息消耗在其他情况下可用于数据业务量的带宽。

附图简述

图1示出了两个无线站的图示；

图2和3示出了根据本发明的各实施例的流程图；以及

图4示出了根据本发明的各实施例的电子系统。

实施例描述

在下面的详细描述中，参考附图以说明性的方式示出可以实践本发明的具体实施例。对于本领域技术人员来说，这些实施例被描述得足够详细以用于实践本发明。应当理解的是，本发明的各实施例尽管有所不同，但不一定是互相排斥的。举例来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，在这里结合一个实施例描述的特定特征、结果或特性可以被实施在其他实施例中。此外，应当理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下，在每个所公开的实施例中的各个元件的安排可以被修改。因此，下面的详细描述不是限制性的，并且本发明的范围仅由经过适当解释的所附权利要求书及其等效表述的完全范围所限定。在附图中，相同的附图标记指代相同或相似的功能。

图1示出了两个无线站的图示，即站102和站104。在一些实施例中，站102和104是无线局域网(WLAN)的一部分。例如，站102和104当中的一个或多个可以是WLAN中的接入点。此外，站102和104当中的一个或多个例如可以是移动站，比如膝上型计算机、个人数字助理(PDA)等等。此外，在一些实施例中，站102和104是无线广域网(WWAN)的一部分。

在某些实施例中，站102和104可以部分地或者完全地遵循无线网络标准来操作。例如，站102和104可以部分地遵循诸如ANSI/IEEEStd.802.11(1999版本)之类的标准来操作，但是这并不是对本发明的限制。在本文中使用的术语“802.11”指的是任何过去的、当前的或者未来的IEEE 802.11标准，其中包括但不限于1999版本。此外，站102和104例如可以部分地遵循任何其他标准来操作，比如任何未来的IEEE个人区域网标准或者广域网标准。

站102和104各包括多个天线。站102和104当中的每一个包括“N”个天线，其中N可以是任何数量。在某些实施例中，站102和104具有不等数量的天线。本说明书的剩余部分讨论站102和104具有相等数量的天线的情况，但是本发明的各实施例不限于此。站102和104通过其进行通信的“信道”可以包括许多可能的信号路径。例如，当站102和104处于具有许多“反射体”  (例如墙壁、门或者其他障碍)的环境中时，许多信号可以从不同的路径到达。这种状况被称作“多径”。在某些实施例中，站102和104采用多个天线来利用所述多径并且增加通信带宽。例如，在某些实施例中，站102和104可以使用多输入多输出(MIMO)技术进行通信。一般来说，MIMO系统通过利用由于多径而成为可能的多个空间信道来提供更高的容量。

在某些实施例中，站102和104可以在每个空间信道中利用正交频分复用(OFDM)来进行通信。多径可能引入具有频率选择性的衰落，这可能会导致像符号间干扰(ISI)之类的损害。OFDM在对抗具有频率选择性的衰落方面是有效的，这部分地是由于OFDM把每个空间信道分解成小的子信道，从而每个子信道展现出更为平坦的频率特性。可以实施适合于每个子信道的缩放，以便校正由该子信道造成的任何衰减。此外，可以根据子信道的衰落特性来动态地控制每个子信道的数据载送容量。

MIMO系统可以以“开环”或“闭环”方式操作。在开环MIMO系统中，一个站在不直接从另一个站接收信道状态信息的情况下估计信道的状态。一般来说，开环系统采用指数解码复杂度来估计信道。在闭环系统中，利用通信带宽在各站之间传输当前信道状态信息，从而降低了必须的解码复杂度，并且减少了总的吞吐量。用于该目的的通信带宽在这里被称作“反馈带宽”。当在闭环MIMO系统中减小了反馈带宽时，更多的带宽可用于数据通信。

当前的信道状态信息可以用一个NxN波束成形酉矩阵V来表示，该矩阵V是使用单值分解(SVD)算法确定的，并且所述发射机可以使用该波束成形矩阵V来处理输出信号，以便发送到多个空间信道中。在一种简单直接的实施方式中，接收机把该酉矩阵V的每一个元素发送回发射机。这种方案对于任何NxN的复数酉矩阵涉及发送关于2N²个实数的信息，其中N是MIMO系统中的空间信道的数量。

在本发明的某些实施例中，所述波束成形矩阵V由N²-N个实数表示而不是由2N²个实数表示。通过发送用来表示该波束成形矩阵的N²-N个实数而不是2N²个实数，可以减小反馈带宽。在对用于表示所述波束成形矩阵的参数进行量化之前，可以从该波束成形矩阵中因式分解出不重要的信息并且丢弃之。例如，可以从该波束成形矩阵的每一列中因式分解出不重要的相位信息，随后可以利用N²-N个参数来表示没有所述不重要的相位信息的该矩阵。

在下面提供SVD运算的数学背景，并且随后提供对应于2x2和3x3的MIMO系统的例子。在2x2闭环MIMO例子中，在[0，π/2]和(π，-π]中的两个角度被用作反馈参数。与上面的该简单直接的例子相比，由下面的2x2例子所代表的本发明的各实施例把反馈量从每个副载波8个实数减少到2个实数。在3x3闭环MIMO例子中，一个符号比特加上[0，π/2]之间的4个角度以及[-π，π]之间的两个角度被用作反馈参数。与上面的该简单直接的例子相比，由下面的3x3例子所代表的本发明的各实施例把反馈量从每个副载波18个实数减少到6个实数。

可以使用SVD如下找到传输波束成形矩阵：

H＝UDV′    (1)

x＝Vd      (2)

其中d是对应于N个数据流的代码比特的N维矢量；x是在天线上发送的信号矢量；H是信道矩阵；H的单值分解是H＝UDV’；U和V是酉矩阵；D是具有H的特征值的单位矩阵；V是NxN的，并且N是空间信道的数量。为了在发射机处获得V，该发射机可以向接收机发送训练符号；该接收机可以计算矩阵V’；并且该接收机可以把表示V的各参数反馈回发射机。如下面将更为详细地描述的那样，可以通过在对参数进行量化之前从V’中因式分解出不重要的相位信息并且丢弃之来减少用于表示V的参数的数量。

2x2波束成形矩阵

任何复数2x2矩阵可以被写成如下形式：