CN1981456B - Mimo-ofdm系统的连续波束形成 - Google Patents

Abstract

发射实体用本征矩阵、导引矩阵或单位矩阵对每个频率子带的数据符号进行空间处理，以获得该子带的空间处理符号。数据符号可以用本征矩阵在正交空间信道上进行发射，用导引矩阵在不同的空间信道上进行发射，或用单位矩阵从不同的发射天线进行发射。在从多个发射天线进行发射之前，发射实体还在频域或时域内对空间处理符号进行波束形成。接收实体执行互补的处理，以恢复该发射实体发送的数据符号。基于每个子带的MIMO信道响应矩阵，接收实体为该子带获取空间滤波器矩阵，并且用该空间滤波器矩阵针对该子带进行接收机空间处理。

Description

MIMO-OFDM系统的连续波束形成

根据35U.S.C.119要求优先权

本专利申请要求享受下列申请的优先权：

2004年6月9日提交的、题为“Continuous Beamforming for aMIMO-OFDM System”的临时申请No.60/578,656；

2004年6月2日提交的、题为“Continuous Beamforming for aMIMO-OFDM System”的临时申请No.60/576,719；

2004年5月7日提交的、题为“Steering Diversity for anOFDM-B ased Multi-Antenna Communication System”的临时申请No.60/569,103，

以上三份申请均已转让给本发明的受让人，故明确地以引用方式并入本申请。

发明领域

本发明一般涉及通信，尤其涉及在利用正交频分复用(OFDM)的多输入多输出(MIMO)通信系统内的数据传输。

技术背景

MIMO系统在发射实体处使用多个(T)发射天线以及在接收实体处使用多个(R)接收天线以进行数据传输。T个发射天线和R个接收天线形成的MIMO信道可分解成S个空间信道，其中S≤min{T，R}。这S个空间信道可以用于并行发射数据以提高吞吐量和/或冗余地发射数据以提高可靠性。

OFDM是一种多载波调制技术，它将全部系统带宽有效地分割成多个(K)正交的频率子带。这些子带通常也被称为音频带、子载波、频率段和频率信道。利用OFDM，将每个子带与各自的子载波相关联，该子载波可用数据进行调制。

MIMO-OFDM系统是采用OFDM的MIMO系统。MIMO-OFDM系统具有S个空间信道，对应于K个子带中的每一个。每个子带的每个空间信道可被称为“传输信道”。每个传输信道可能经历各种恶劣的信道状况，如衰落、多径和干扰效应。MIMO信道的传输信道还可能经历不同的信道状况，故可能达到不同的信号噪声干扰比(SNRs)。每个传输信道的SNR决定其传输容量，该传输容量通常通过在该传输信道上进行可靠传输的特定数据速率进行量化。对于时变无线信道来说，信道状况可能随时间而改变，故每个传输信道的SNR也可能随时间而改变。不同传输信道的不同SNR再加上每个传输信道的SNR的时变特性，使得在MIMO系统中高效地传输数据很具有挑战性。

如果发射实体知道信道状况，它就可以以一种更充分利用每个传输信道的容量的方式发射数据。然而，如果发射实体不知道信道状况，它可能需要以低速率发射数据，从而使接收实体既便在最差信道状况下也能可靠地对数据传输进行解码。所以，性能受制于预期最差信道状况，这是非常不希望出现的情况。

因此，本领域中需要在MIMO-OFDM系统内更高效地发射数据的技术，尤其在发射实体不知道信道状况时。

发明内容

本申请公开了在MIMO系统中以一种实现更大分集、更高可靠性和/或改进性能的方式发射数据的技术。发射实体对每个子带的数据符号进行空间处理，以获取该子带的空间处理符号。对每个子带进行空间处理可以：(1)用本征模式矩阵进行空间处理，从而在正交的空间信道上发射数据符号；(2)用导引矩阵进行空间处理，从而在多个空间信道上发射每个数据符号；(2)用单位矩阵不进行空间处理。在任何情况下，在每个符号周期内，在每个子带上可从多个发射天线发送多个数据符号。

发射实体在从多个发射天线进行发射之前，还对空间处理符号进行波束形成。可以通过将每个子带的空间处理符号乘以该子带的波束形成矩阵，在频域内进行波束形成。还可以通过将不同的延迟量用于不同的发射天线，在时域内进行波束形成。

接收实体执行互补的处理，以恢复该发射实体发送的数据符号。接收实体可基于该发射实体发送的导频符号，获取实际或有效MIMIO信道响应的估计。接收实体可基于该子带的MIMO信道响应矩阵，获取每个子带的空间滤波器矩阵。然后，接收实体可基于该子带的空间滤波器矩阵，对每个子带进行接收机空间处理。

根据本发明的一个方面，提供一种在多输入多输出(MIMO)通信系统中发射数据的方法，包括：

对多个频率子带中的每一个频率子带的数据符号进行空间处理，以获得该频率子带的空间处理符号；以及

在从多个天线进行发射之前，对所述多个频率子带的所述空间处理符号执行连续波束形成，其中该连续波束形成导致在所述多个频率子带上天线波束的连续变化。

根据本发明的一个方面，提供多输入多输出(MIMO)通信系统中的一种装置，包括：

空间处理器，对多个频率子带中的每一个频率子带的数据符号进行空间处理，并提供该频率子带的空间处理符号；以及

波束形成器，在从多个天线进行发射之前，对所述多个频率子带的所述空间处理符号进行连续波束形成，其中该连续波束形成导致在所述多个频率子带上天线波束的连续变化。

根据本发明的另一个方面，提供多输入多输出(MIMO)通信系统中的一种装置，包括：

空间处理模块，对多个频率子带中的每一个频率子带的数据符号进行空间处理，以获得该频率子带的空间处理符号；以及

波束形成模块，在从多个天线进行发射之前，对所述多个频率子带的所述空间处理符号进行连续波束形成，其中该连续波束形成导致在所述多个频率子带上天线波束的连续变化。

根据本发明的另一个方面，提供一种在多输入多输出(MIMO)通信系统中接收数据的方法，包括：

为多个频率子带中的每一个频率子带获取空间滤波器矩阵，每个频率子带的所述空间滤波器矩阵具有对在该频率子带上发送的数据符号进行空间处理和连续波束形成的作用；以及

用每个频率子带的所述空间滤波器矩阵，对从该子带的多个天线获得的接收符号进行空间处理，以获得该子带的检测数据符号，其中该连续波束形成导致在所述多个频率子带上天线波束的连续变化。

根据本发明的另一个方面，提供多输入多输出(MIMO)通信系统中的一种装置，包括：

控制器，为多个频率子带中的每一个频率子带获取空间滤波器矩阵，每个频率子带的所述空间滤波器矩阵具有对在该频率子带上发送的数据符号进行空间处理和连续波束形成的作用，其中该连续波束形成导致在所述多个频率子带上天线波束的连续变化；以及

空间处理器，用每个频率子带的所述空间滤波器矩阵，对经由该子带的多个天线获得的接收符号进行空间处理，以获得该子带的检测数据符号。

根据本发明的另一个方面，提供多输入多输出(MIMO)通信系统中的一种装置，包括：

空间滤波器矩阵获取模块，为多个频率子带中的每一个频率子带获取空间滤波器矩阵，每个频率子带的所述空间滤波器矩阵具有对在该频率子带上发送的数据符号进行空间处理和连续波束形成的作用，其中该连续波束形成导致在所述多个频率子带上天线波束的连续变化；以及

空间处理模块，用每个频率子带的所述空间滤波器矩阵，对经由该子带的多个天线获得的接收符号进行空间处理，以获得该子带的检测数据符号。

下面进一步详细地说明本发明的各个方面和实施例。

附图说明

图1示出具有一个接入点和多个用户终端的MIMO-OFDM系统；

图2示出了一个发射实体和一个接收实体的框图；

图3示出了频域内的OFDM波形图；

图4和5示出了具有频域波束形成器的发射(TX)空间处理器；

图6示出了OFDM调制器的框图；

图7示出了具有时域波束形成器的TX空间处理器；

图8A示出了带有循环移位功能的时域波束形成器；

图8B示出了利用图8A中的波束形成器进行传输；

图9A示出了带有线性延迟功能的时域波束形成器；

图9B示出了利用图9A中的波束形成器进行传输；

图10示出了4个天线的子带上的线性相移图。

具体实施方式

这里使用的“示例性的”一词意味着“用作例子、例证或说明”。这里被描述为“示例性”的任何实施例或设计不应被解释为比其它实施例或设计更优选或更具优势。

图1是具有一个接入点(AP)110和多个用户终端(UT)120的MIMO-OFDM系统100。接入点一般是能够与多个用户终端通信的固定站，故也可称为基站或其它术语。用户终端可以是固定的或移动的，其可称为移动台、无线设备、用户设备(UE)或其它术语。对于中心化的网络体系结构来说，系统控制器130与多个接入点相耦合，并为这些接入点提供协作和控制。

接入点110配备有多个用于进行数据发射和接收的天线。每个用户终端120也配备有多个用于进行数据发射和接收的天线。用户终端可以与接入点进行通信，在此情形下，接入点和用户终端的角色是确定的。一个用户终端也可以与另一个用户终端点对点地进行通信。

图2示出了系统100内的发射实体210和接收实体250的框图。发射实体210配备有多个(T)发射天线并且可以是接入点或用户终端。接收实体250可以配备有多个(R)天线并且也可以是接入点或用户终端。

在发射实体210处，TX数据处理器212对业务/分组数据进行处理(如，编码、交织和符号映射)，以产生数据符号。这里使用的“数据符号”是数据的调制符号，“导频符号”是导频信息(即发射和接收实体都先验得知的数据)的调制符号，“发射符号”是在一个发射天线的一个子带上发送的符号，“接收符号”是在一个接收天线的一个子带上获得的符号。TX空间处理器220接收导频符合和数据符号，并将其解复用到适当的子带上，进行如下所述的空间处理，然后，将T个发射符号流提供给T个发射天线。调制器(MOD)230对这T个发射符号流的每一个进行OFDM调制，然后将T个时域采样流提供给T个发射机单元(TMTR)232a至232t。每个发射机单元232对其采样流进行处理(如，转换为模拟、放大、滤波以及上变频)，以产生调制信号。发射机单元232a至232t提供T个调制信号，以便分别从T个天线232a至232t发射出去。

在接收实体250处，R个天线252a至252r接收T个发射信号，并且提供接收信号给相应的接收机单元(RCVR)254。每个接收机单元254处理其接收信号并提供输入采样流给相应的解调器(DEMOD)260。每个解调器260对其输入采样流进行OFDM解调，以获得接收数据和导频符号，提供接收的数据符号给接收(RX)空间处理器270，以及，提供接收的导频符号给控制器280中的信道估计器284。信道估计器284针对每个用于数据传输的子带，获取发射实体210和接收实体250之间的实际或有效MIMO信道的信道响应估计。控制器280基于MIMO信道响应估计，获取空间滤波器矩阵。RX空间处理器270利用为每个子带获取的空间滤波器矩阵，对该子带的接收数据符号进行空间处理(或空间匹配滤波)，并为该子带提供检测数据符号。检测数据符号是由发射实体210发送的数据符号的估计。RX数据处理器272接着处理所有子带的检测数据符号，并提供解码数据。

控制器240和280分别控制发射实体210和接收实体250中的处理器单元的操作。存储器单元242和282分别存储由控制器240和280使用的数据和/或程序代码。

图3示出了频域内的OFDM波形图。OFDM提供总共K个子带，每个子带的子载波可用数据分别进行调制。在所有K个子带中，N_D个子带可用于数据传输，N_P个子带可用于导频传输，剩余N_G个子带不使用而作为保护子带，其中，K＝N_D+N_P+N_G。通常，系统100可使用具有任意数量的数据子带、导频子带、保护子带和总共子带的任意OFDM结构。为简单起见，以下描述假设所有K个子带都用于数据和导频传输。

系统100可支持采用多种操作模式的数据传输。每种操作模式在发射实体处利用不同的空间处理。在一个实施例中，每种操作模式可以：(1)用“本征导引(eigen steering)”在一个MIMO信道的正交的空间信道上发射数据符号(即“本征模式”)；(2)用“矩阵导引(matrixsteering)”以在MIMO信道的所有S个空间信道上发送每个数据符号；或(3)不进行空间处理，以从一个发射天线发射每个数据符号。本征导引也被称为本征模式传输或全信道状态信息(full-CSI)传输。矩阵导引可用于实现空间分集。不进行空间处理的数据传输也被称为部分CSI传输。在一个实施例中，每种操作模式可使用或不使用波束形成来为从T个发射天线发送的T个采样流引入额外的分集。

利用矩阵导引和波束形成二者组合的操作模式被称为“空间扩展”。发射实体可使用空间扩展来实现空间和频率/时间分集，例如，如果发射实体不知道MIMO信道响应的话。

1.发射机空间处理

在系统100中，由发射实体处的T个天线和接收实体处的R个天线形成的MIMO信道可以用每个子带k的一个R×T维信道响应矩阵H(k)来表征，该矩阵可表示为：

其中k＝0，...，K-1，公式(1)

其中，项h_ij(k)表示子带k的发射天线j与接收天线i之间的耦合或复信道增益，i＝1...N_R，j＝1...N_T。为简单起见，假设MIMO信道为满秩，其中S＝T≤R。

对于利用本征导引的数据传输，可对H(k)的相关矩阵进行本征值分解，以获得H(k)的S个本征模式，如下：

R(k)＝H ^H(k)·H(k)＝E(k)Λ(k)·E ^H(k)，            公式(2)

其中，R(k)是H(k)的一个T×T相关矩阵；

E(k)是一个T×T酉矩阵，其各列是R(k)的本征向量；

Λ(k)是R(k)的本征值构成的一个T×T对角矩阵；以及

“^H”表示共轭转置。

酉矩阵U通过性质U ^H·U＝I来表征，其中I是单位矩阵。酉矩阵的列互相正交，并且每一列具有单位功率。矩阵E(k)也被称为“本征模式”矩阵或“发射”矩阵，并且发射实体可用其进行空间处理以在H(k)的S个本征模式上发射数据。本征模式可被看成是通过分解获得的正交空间信道。Λ(k)的对角项是R(k)的本征值，代表S个本征模式的功率增益。可对Λ(k)中的本征值从最大到最小进行排序，并且E(k)的各列也相应地进行排序。还可进行奇异值分解，以获得可用于本征导引的左和右本征向量的矩阵。

对于利用本征导引的数据传输，发射实体可为每个子带k进行空间处理，如下：

z _es(k)＝E(k)·s(k)，                            公式(3)

其中，s(k)是一个向量，其具有将在子带k上发送的至多S个数据符号；以及

z _es(k)是在子带k具有T个空间处理符号的一个向量。

通常，在每个子带k的D个(最好的)本征模式上可同时发送D个数据符号，其中1≤D≤S。利用与D个选中的本征模式相对应的E(k)的D个列，对s(k)中的D个数据符号进行空间处理。

对于利用矩阵导引的数据传输，发射实体可为每个子带k进行空间处理，如下：

z _ss(k)＝V(k)·s(k)，                            公式(4)

其中，V(k)是子带k的酉导引矩阵；以及

z _ss(k)是对于子带k具有至多T个扩展符号的一个向量。

将s(k)中的每个数据符号乘以V(k)的相应列，以获得至多T个扩展符号。导引矩阵V(k)可以以一种简化公式(4)中矩阵乘法的方式来产生，如下所述。

通常，利用矩阵导引在每个子带k上可同时发送D个数据符号，其中1≤D≤S。可将s(k)中的D个数据符号乘以T×D酉导引矩阵V(k)，以获得z _ss(k)的T个空间处理符号。每个子带k的每个空间处理符号包括在子带k上进行发送的D个数据符号中的每一个数据符号的一部分。然后，在H(k)的S个空间信道上发送每个子带k的T个空间处理符号。

对于部分CSI传输来说，发射实体可为每个子带k进行空间处理，如下：

z_pcsi(k)＝s(k)，                               公式(5)

其中，z_pcsi(k)是在子带k发送具有至多T个数据符号的一个向量。发射实体利用部分CSI传输的单位矩阵I有效地进行空间处理。

因此，发射实体对每个子带k的数据向量s(k)进行空间处理，以获得该子带的空间处理符号的对应向量z(k)。向量z(k)等于本征导引对应的z _es(k)、矩阵导引对应的z _ss(k)和部分CSI导引对应的z _pcsi(k)。

2.波束形成

发射实体可选择性地对每个子带k的向量z(k)进行波束形成，如下：

x(k)＝B(k)·z(k)，                             公式(6)

其中，B(k)是子带k的一个T×T波束形成矩阵；以及

x(k)是具有从子带k的T个发射天线发送的T个发射符号的向量。

如果不进行波束形成，那么公式(6)中的波束形成矩阵B(k)可用单位矩阵I来代替。

利用波束形成的本征导引的发射向量x _bes(k)可表示为：

x _bes(k)＝B(k)·E(k)·s(k)。                    公式(7)

对于空间扩展，也就是利用波束形成的矩阵导引，其发射向量x _bss(k)可表示为：

x _bss(k)＝B(k)·V(k)·s(k)。                    公式(8)

对于每个子带k，可预先计算矩阵B(k)·V(k)。在这种情况下，可利用单次矩阵乘法，获得发射向量x _bss(k)。还可在两个步骤中或以不同的方式应用矩阵B(k)和V(k)。例如，利用矩阵乘法可在频域内应用矩阵V(k)以及利用循环或线性延迟可在时域内应用矩阵B(k)，如下所述。

利用波束形成的部分CSI传输的发射向量x _bns(k)可表示为：

x _bns(k)＝B(k)·s(k)。                          公式(9)

每个子带k的波束形成矩阵B(k)是具有如下形式的对角矩阵：

$\underset{\‾}{B}\left(k\right)=\left[\begin{array}{cccc}{b}_0\left(k\right)& 0& ...& 0\\ 0& b_1\left(k\right)& ...& 0\\ ...& ...& ...& ...\\ 0& 0& ...& b_{T-1}\left(k\right)\end{array}\right],$ 其中k＝0，...，K-1，            公式(10)

其中，b_i(k)是发射天线i的子带k的加权值。如公式(6)所示，将z(k)的第i个元素乘以B(k)中的第i个对角线加权值。

定义K个子带的波束形成矩阵，从而在K个子带上实现连续波束形成。每个子带k的波束形成矩阵B(k)定义了该子带的天线波束。可将K个不同的波束形成矩阵用于K个子带，以在这些子带上获得不同的天线波束。K个波束形成矩阵可以以一种连续的方式变化(而不是突变或不连续的方式)，从而天线波束在K个子带上以一种连续的方式变化。因此，连续波束形成是指在K个子带上的天线波束中连续的变化。

在一个实施例中，每个子带k的波束形成矩阵B(k)中的加权值定义如下：

$b_i\left(k\right)=g\left(i\right)\·e^{j\frac{2\mathrm{\π}\·i\·k}{K}},$ 其中，i＝0...T-1且k＝0...K-1，       公式(11)

其中，g(i)是发射天线i的复增益。

可将每个发射天线i的复增益设置为1，即||g(i)||＝1.0，其中i＝0...T-1。公式(11)所示加权值对应于每个发射天线的K个子带上的渐进(progressive)相移，其中对于T个发射天线以不同的速率改变相移。对于T个均匀间隔开的天线构成的线性阵列的每个子带，这些加权值有效地形成了不同的波束。

在一个具体的实施例中，定义加权值如下：

$b_i\left(k\right)=e^{-\mathrm{j\π}\·i}\·e^{j\frac{2\mathrm{\π}\·i\·k}{K}}=e^{j2\mathrm{\π}\frac{i}{K}\left(k\frac{K}{2}\right)},$ 公式(12)

其中i＝0...T-1且k＝0...K-1。公式(12)所述实施例对于公式(11)使用g(i)＝e^-jπ·i。这导致将零相移应用到每个天线的子带K/2+1。

图10示出了在T＝4的情况下每个发射天线的相移图。通常认为K个子带的中心位于零频率上。基于公式(12)产生的加权值可被认为是在K个子带上产生的线性相位移动。对于i＝0...T-1，每个发射天线i与2π·i/K的相位斜度(phase slope)相关联。对于k＝0...K-1，发射天线i的每个子带k的相移表示为2π·i·(k-K/2)/K。利用g(i)＝e^-jπ·i导致子带k＝K/2观测到零相移。

基于公式(12)获取的加权值可被看成是一个线性滤波器，其对于每个发射天线i具有离散频率响应G_i(k′)。该离散频率响应可表示为：

$G_i\left(k^{\′}\right)=b_i(k^{\′}+K/2)=e^{j2\mathrm{\π}\frac{i\·k^{\′}}{K}},$ 公式(13)

其中i＝0...T-1且k′＝(-K/2)...(K/2-1)。子带编号k对应于一种将零频率置于子带N_center＝K/2上的编号方案。子带编号k′是将子带编号k移位K/2版本。这样做的结果是，对于具有编号k′的新的子带编号方案，子带0处于零频率上。如果以其它一些方式定义编号k(如，k＝1，...，K)或如果K是奇数值，则N_center可等于K/2之外的其它某些值。

线性滤波器的离散时域冲激响应g_i(n)可通过对离散频率响应G_i(k′)进行K点离散傅立叶反变换(IDFT)来获得。冲激响应g_i(n)可表示为：

公式(14)

其中，n是采样周期编号并具有值域n＝0，...，K-1。公式(14)说明，发射天线i的冲激响应g_i(n)具有在i个采样周期的延迟上为单位幅度的单个抽头且在所有其它延迟上为零。

可在频域或时域内进行波束形成。波束形成可通过以下步骤在频域内执行：(1)将每个发射天线i的K个空间处理符号z_i(0)至z_i(K-1)乘以该天线的K个加权值b_i(0)至b_i(K-1)，以获得K个发射符号；以及(2)对每个发射天线i的K个发射符号进行OFDM调制，以获得该天线的K个时域采样。同样地，波束形成还可通过以下步骤在时域内执行：(1)对每个发射天线i的K个空间处理符号进行K点IDFT，以获得该发射天线的K个时域采样；以及(2)利用每个发射天线冲激响应g_i(n)对该天线的K个时域采样的执行循环卷积。

图4示出了在频域内进行波束形成的TX空间处理器220a，并且是发射实体210处的TX空间处理器220的一个实施例。TX空间处理器220a包括空间处理器420和波束形成器430。空间处理器420利用本征模式矩阵E(k)、导引矩阵V(k)或单位矩阵I对每个子带的数据符号s(k)进行空间处理，然后，提供该子带的空间处理符号z(k)。波束形成器430将每个子带k的空间处理符号z(k)乘以波束形成矩阵B(k)，以获得该子带的发射符号x(k)。调制器230对每个发射天线i的发射符号进行OFDM调制，以获得该天线的OFDM符号流。

图5示出了TX空间处理器220a中的空间处理器420和波束形成器430的一个实施例。空间处理器420包括K个子带的K个子带空间处理器520a至520K和一个复用器(MUX)522。每个空间处理器520接收其子带的向量s(k)中的符号s₀(k)至s_T-1(k)，利用E(k)、V(k)或I对这些数据符号进行空间处理，然后，提供其子带的向量z(k)中的空间处理符号z₀(k)至z_T-1(k)。复用器522从空间处理器520a至520k接收所有K个子带的空间处理符号，并提供这些符号给适当的子带和发射天线。

波束形成器430包括T个发射天线对应的T个复用器集合528a至528t。在每个符号周期中，每个复用器集合528接收其发射天线i的K个空间处理符号z_i(0)至z_i(K-1)，将这些符号乘以发射天线i的K个加权值b_i(0)至b_i(K-1)，然后提供发射天线i的K个发射符号x_i(0)至x_i(K-1)。在每个符号周期中，波束形成器430为T个发射天线提供具有K个发射符号的T个集合。

调制器230包括T个发射天线对应的T个OFDM调制器530a至530t。每个OFDM调制器530接收其发射天线i的发射符号x_i(0)至x_i(K-1)，对发射符号进行OFDM调制，然后在每个符号周期中提供发射天线i的OFDM符号。

图6是OFDM调制器530x的框图，其可用于图5的OFDM调制器530a至530t中的每一个。在每个OFDM符号周期中，在每个子带上可发送一个发射符号(通常，对于每个未使用子带提供一个零信号值，也被称为零符号周期)。在每个OFDM符号周期中，IDFT单元632接收K个子带的K个发射符号，利用K点IDFT将这K个发射符号变换到时域，然后提供包含K个时域采样的“变换”的符号。每个采样是将在一个采样周期中进行发射的复数值。并行-串行(P/S)转换器634对每个变换符号的K个采样进行串行化。然后，循环前缀生成器436重复每个变换符号的一部分(或C个采样)，以形成包含K+C个采样的一个OFDM符号。循环前缀用于抵抗由频率选择性衰落引起的符号间干扰(ISI)，频率选择性衰落是在整个系统带宽上变化的频率响应。OFDM符号周期(在这里也简称为“符号周期”)是一个OFDM符号的持续时间并且等于K+C个采样周期。

图7示出了在时域内进行波束形成的TX空间处理器220b，并且是发射实体210处的TX空间处理器220的另一个实施例。TX空间处理器220b包括空间处理器420和波束形成器440。空间处理器420对每个子带k的数据符号s(k)进行空间处理，然后提供该子带的空间处理符号z(k)。调制器230对每个天线i的空间处理符号进行OFDM调制并提供该天线的时域采样流。波束形成器440通过对每个发射天线i的时域采样进行循环移位和线性延迟，在时域内进行波束形成。

图8A示出了调制器230和波束形成器440a的框图，该波束形成器是图7中波束形成器440的一个实施例。调制器230包括T个发射天线对应的T个OFDM调制器。每个OFDM调制器包括IDFT单元632、P/S转换器634和循环前缀生成器636，如图6所示。每个发射天线i的OFDM调制器在每个符号周期内接收K个子带的K个空间处理后符号z_i(0)至z_i(K-1)。在OFDM调制器中，IDFT单元632对K个空间处理符号进行K点IDFT并且提供K个时域采样。P/S转换器634对这K个时域采样进行串行化。

波束形成器440a包括T个发射天线对应的T个循环移位单元842a至842t。每个发射天线i的移位单元842从该发射天线i的P/S转换器634接收K个时域采样，将这K个时域采样循环移位i个采样，并且提供包含K个采样的循环移位变换符号{z_i′(n)}。特别地，移位单元842a对发射天线234a的变换符号{z₀′(n)}进行零采样的循环移位，移位单元842b对发射天线234b的变换符号{z₁′(n)}进行一个采样的循环移位，依此类推，移位单元842t对发射天线234t的变换符号{z_T-1′(n)}进行(T-1)个采样的循环移位。T个循环前缀生成器636a至636t从移位单元842a至842t分别接收T个循环移位转换符号。每个循环前缀生成器636将一个C采样的循环前缀附加到其循环移位变换符号{z_i′(n)}，从而提供包含(K+C)个采样的OFDM符号{x_i(n)}。

图8B示出了从图8A所示实施例的T个发射天线的T个传输的时序图。根据T个不同的空间处理符号集合，针对T个发射天线产生T个不同的变换符号，如图8A所示。那么，对于T个发射天线，将T个变换符号循环移位不同的量。将循环前缀以正常方式附加到每个经过循环移位的变换符号。从T个发射天线同时发送T个不同的OFDM符号。

图9A示出了调制器230和波束形成器440b的框图，该波束形成器是图7中波束形成器440的另一个实施例。每个OFDM调制器对其发射天线的空间处理符号进行OFDM调制并且提供其发射天线的OFDM符号流{x_i′(n)}。波束形成器440b包括T个发射天线的T个数字延迟单元844a至844t。每个延迟单元844从相关联的OFDM调制器接收其发射天线i的OFDM符号并且将OFDM符号延迟一个由发射天线i决定的量。具体而言，发射天线234a的延迟单元844a将其OFDM符号{x₀′(n)}延迟零个采样周期，发射天线234b的延迟单元844b将其OFDM符号{x₁′(n)}延迟一个采样周期，依此类推，发射天线234t的延迟单元844t将其OFDM符号{x′_T-1(n)}延迟T-1个采样周期。

通过发射机单元232a至232t，还可在模拟域内提供T个不同的延迟。例如，发射机单元232a可将其调制信号延迟零个采样周期，发射机单元232b可将其调制信号延迟一个采样周期(即T_sam秒)，依此类推，发射机单元232t可将其调制信号延迟(T-1)个采样周期(即(T-1)·T_sam秒)。采样周期等于T_sam＝1/[BW·(K+C)]，其中BW是以Hertz为单位的总系统带宽。

图9B示出了从图9A所示实施例的T个发射天线的T个传输的时序图。为T个发射天线产生T个不同的变换符号，如图9A所示。将从每个发射天线发送的OFDM符号延迟一个不同的量。

对于公式(12)至(14)以及图8A和9A所示的实施例来说，T个发射天线的延迟是采样周期的整数倍，即i个采样周期对应于天线i。也可将其它整数相移用于天线i，而不是i对应于发射天线i。还可实现导致T个发射天线的非整数延迟的相位斜度(如，其中L＞1)。例如，可将来自图8A中每个P/S转换器634的时域采样上采样至更高的速率(如，周期T_sam＝T_sam/L)。然后，相关联的移位单元842就可将较高速率的采样循环移位整数个较高速率的采样周期，T_upsam，其中，T_upsam＜T_sam。或者，每个发射机单元232可按照整数个T_upsam的方式(而不是T_sam)来提供模拟延迟。通常，可将任意数量的循环或线性延迟用于T个发射天线。T个发射天线的延迟应该是唯一的，以便任何两个天线都不具有相同的延迟。在频域内，这对应于K个子带上的波束形成器的不同相位特征。

当发射天线的数量少于循环前缀长度(即T＜C)时，附加到每个OFDM符号上的循环前缀使得每个延迟单元844的线性延迟看起来像利用时域冲激响应g_i(n)的循环卷积所对应的循环旋转。因此，通过每个发射天线i的i个采样周期的时间延迟，可实现公式(12)中定义的加权值，如图9A和9B所示。然而，如图9B所示，T个OFDM符号以不同的延迟经由T个发射天线进行发射，这样就减少了循环前缀抵抗多路径延迟的有效性。

公式(11)和(12)给出了在每个发射天线的K个子带上提供线性变化相移的函数。将线性变化相移应用到频域内的符号可通过将相应的时域采样进行循环移位或延迟来实现，如上所述。通常，每个发射天线的K个子带上的相移可用任何函数以连续方式变化，以便波束以连续而非突变方式在子带上变化。相移的线性函数仅是连续函数的一个例子。对于连续函数来说，函数输入的任意小的变化都会引起函数输出的任意小的变化。其它一些示例性的连续函数包括二次函数、三次函数、抛物线函数等。连续变化保证了依赖于子带上一定量的相关性的接收实体的性能不会降级(例如，为了简化信道估计)。

图8A和9A所示的实施例给出了针对连续波束形成，在时域内进行波束形成的一些方式。通常，可按照各种方式及在发射实体内的各个位置上执行波束形成。可在时域或频域内、采用数字电路或模拟电路、在OFDM调制之前或之后等，执行波束形成。

发射实体可以选择性地执行波束形成，以便波束形成可启用或禁用。决定是应用还是禁用波束形成，基于各种因素如信道状况。如果发射实体执行连续波束形成，或者如果接收实体执行信道估计而不依赖于子带之间的相关性，则接收实体不需要知道是否应用了波束形成。

发射实体可以自适应地进行波束形成，以便波束形成可随时间以某种方式调整。在一个实施例中，发射实体可基于信道状况、经由接收实体的反馈和/或其它一些因素来启用或禁用波束形成。例如，如果信道以可加到接收实体处每个子带的零或一个低值的单位量值复杂信道增益进行平坦衰落，则发射实体应用波束形成。

在另一个实施例中，发射实体可以按照预定或伪随机模式调整波束形成。对于时域波束形成来说，T个发射天线的延迟量可能因每个时间间隔而变化，该时间间隔可对应于一个符号周期、多个符号周期、MIMO导频符号的多次连续传输之间持续时间(如下所述)等。例如，发射实体可在一个时间间隔内将{0，1，2，...，T-1}个采样周期的延迟应用到T个发射天线，接着在下一个时间间隔内将{0，0，0，...，0}个采样周期的延迟应用到T个发射天线，然后，在后继时间间隔内将{0，2，4，...，2(T-1)}个采样周期的延迟应用到T个发射天线等。发射实体还可在不同的时间间隔内在一个基本集合内的多个延迟中循环。例如，发射实体可在一个时间间隔内将{0，1，2，...，T-1}个采样周期的延迟应用到T个发射天线，接着在下一个时间间隔内将{T-1，0，1，...，T-2}个采样周期的延迟应用到T个发射天线，然后，在后继时间间隔内将{T-2，T-1，0，...，T-3}个采样周期的延迟应用到T个发射天线等。发射实体在不同时间间隔内还可按照不同顺序应用延迟。例如，发射实体可在一个时间间隔内将{0，1，2，...，T-1}个采样周期的延迟应用到T个发射天线，接着在下一个时间间隔内将{2，1，T-1，...，0}个采样周期的延迟应用到T个发射天线，然后在后继时间间隔内将{1，T-1，0，...，2}个采样周期的延迟应用到T个发射天线等。发射实体还可将延迟的分数(如，0.5，1,5)采样周期应用到任意给定发射天线。

如果接收实体不知道正在进行波束形成，那么发射实体在每个数据和导频符号传输间隔(如，每一帧)，在所有符号周期上以相同方式进行波束形成。数据和导频符号传输间隔是发射数据以及用于恢复该数据的导频符号的时间间隔。例如，发射实体可将波束形成矩阵B(k)的相同集合用于K个子带或将延迟的相同集合应用到在每个数据和导频符号传输间隔内的所有符号周期的T个发射天线上。这使得接收实体可基于接收MIMO导频符号，估计“有效”MIMO信道响应(利用波束形成)以及利用有效MIMO信道响应估计对数据和导频传输间隔的接收符号进行接收机空间处理，如下所述。

如果接收实体知道正在进行波束形成，那么发射实体可在每个数据和导频传输时间间隔内在符号周期上调整波束形成。例如，发射实体可使用波束形成矩阵B(k)的不同集合或在不同的符号周期中应用延迟的不同集合。接收实体可基于接收MIMO导频符号，估计初始有效MIMO信道响应，基于初始有效MIMO信道响应估计和所知的用于符号周期t的波束形成来确定后续每个符号周期t的有效MIMO信道响应，并且利用符号周期t的有效MIMO信道响应估计，对符号周期t的接收符号进行接收机空间处理。

3.接收机空间处理

对于利用本征导引和波束形成的数据传输来说，接收实体经由每个子带k的R个接收天线获得R个接收符号，可将其表示为：

${\underset{\‾}{r}}_{\mathrm{bes}}\left(k\right)=\underset{\‾}{H}\left(k\right)\·\underset{\‾}{B}\left(k\right)\·\underset{\‾}{E}\left(k\right)\·\underset{\‾}{s}\left(k\right)+\underset{\‾}{n}\left(k\right),$ 公式(15)

$={\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^{\mathrm{bes}}\left(k\right)\·\underset{\‾}{s}\left(k\right)+\underset{\‾}{n}\left(k\right),$

其中，r _bes(k)是具有子带k的R个接收符号的向量；

n(k)是子带k的噪声向量；以及

H _eff ^bes(k)是本征导引和波束形成情况下数据向量s(k)观测到的“有效”信道响应矩阵，即：

${\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^{\mathrm{bes}}\left(k\right)=\underset{\‾}{H}\left(k\right)\·\underset{\‾}{B}\left(k\right)\·\underset{\‾}{E}\left(k\right).$ 公式(16)

为简单起见，假定噪声是加性高斯白噪声(AWGN)，其具有零均值向量和协方差矩阵

其中σ²是噪声的方差。

接收实体能够利用各种接收机处理技术来恢复发射实体发送的数据符号，例如最小均方误差(MMSE)技术和信道相关矩阵求逆(CCMI)技术(其通常也称为迫零技术)。

对于MMSE技术来说，接收实体可为每个子带k获取空间滤波器矩阵M _mmse ^bes(k)，如下：

${\underset{\‾}{M}}_{\mathrm{mmse}}^{\mathrm{bes}}\left(k\right)={[{\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^{{\mathrm{bes}}^H}\left(k\right)\·{\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^{\mathrm{bes}}\left(k\right)+{\mathrm{\σ}}^2\·\underset{\‾}{I}]}^{-1}\·{\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^{{\mathrm{bes}}^H}\left(k\right).$ 公式(17)

空间滤波器矩阵M _mmse ^bes(k)将来自空间滤波器的符号估计和s(k)中的数据符号之间的均方误差最小化。

接收实体可对每个子带k进行MMSE空间处理，如下：

${\underset{\‾}{\hat{s}}}_{\mathrm{mmse}}^{\mathrm{bes}}\left(k\right)={\underset{\‾}{D}}_{\mathrm{mmse}}^{\mathrm{bes}}\left(k\right)\·{\underset{\‾}{M}}_{\mathrm{mmse}}^{\mathrm{bes}}\left(k\right)\·{\underset{\‾}{r}}_{\mathrm{bes}}\left(k\right),$

$={\underset{\‾}{D}}_{\mathrm{mmse}}^{\mathrm{bes}}\left(k\right)\·{\underset{\‾}{M}}_{\mathrm{mmse}}^{\mathrm{bes}}\left(k\right)\·[{\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^{\mathrm{bes}}\left(k\right)\·\underset{\‾}{s}\left(k\right)+\underset{\‾}{n}\left(k\right)],$ 公式(18)

$\≈\underset{\‾}{s}\left(k\right)+{\underset{\‾}{n}}_{\mathrm{mmse}}^{\mathrm{bes}}\left(k\right)$

其中， ${\underset{\‾}{D}}_{\mathrm{mmse}}^{\mathrm{bes}}\left(k\right)={\left[\mathrm{diag}\right[{\underset{\‾}{M}}_{\mathrm{mmse}}^{\mathrm{bes}}\left(k\right)\·{\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^{\mathrm{bes}}\left(k\right)\left]\right]}^{-1},$ 以及

n _mmse ^bes(k)是MMSE滤波噪声。

来自空间滤波器M _mmse ^bes(k)的符号估计是数据符号的非归一化的估计。与缩放矩阵D _mmse ^bes(k)相乘提供了数据符号的归一化的估计。

本征导引试图在H(k)的本征模式上发送数据。然而，采用本征导引的数据传输可能不完全正交，由于例如，有缺陷的H(k)的估计，本征值分解中的误差，有限的算术精确度等。MMSE技术可解决(或“清除”)利用本征导引的数据传输中的正交性丢失。

对于CCMI技术来说，接收实体可获取每个子带k的空间滤波器矩阵M _ccmi ^bes(k)，如下：

${\underset{\‾}{M}}_{\mathrm{ccmi}}^{\mathrm{bes}}\left(k\right)={[{\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^{{\mathrm{bes}}^H}\left(k\right)\·{\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^{\mathrm{bes}}\left(k\right)]}^{-1}\·{\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^{{\mathrm{bes}}^H}\left(k\right).$ 公式(19)

接收机实体可为每个子带k进行CCMI空间处理，如下：

${\underset{\‾}{\hat{s}}}_{\mathrm{ccmi}}^{\mathrm{bes}}\left(k\right)={\underset{\‾}{M}}_{\mathrm{ccmi}}^{\mathrm{bes}}\left(k\right)\·{\underset{\‾}{r}}_{\mathrm{bes}}\left(k\right),$

$={[{\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^{{\mathrm{bes}}^H}\left(k\right)\·{\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^{\mathrm{bes}}\left(k\right)]}^{-1}\·{\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^{{\mathrm{bes}}^H}\left(k\right)\·[{\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^{\mathrm{bes}}\left(k\right)\·\underset{\‾}{s}\left(k\right)+\underset{\‾}{n}\left(k\right)],$ 公式(20)

$=\underset{\‾}{s}\left(k\right)+{\underset{\‾}{n}}_{\mathrm{ccmi}}^{\mathrm{bes}}\left(k\right)$

其中，n _ccmi ^bes(k)是CCMI滤波噪声。由于

的结构，CCMI技术可能会放大噪声。

接收实体可以按照类似方式针对其它操作模式进行空间处理，但要使用不同的有效信道响应矩阵和不同的空间滤波器矩阵。表1总结了针对各种操作模式在发射实体处的空间处理和针对每种操作模式的有效MIMO信道。为清楚起见，子带编号“(k)”在其中没有示出。波束形成可在频域内进行，如表1所示。线性连续波束形成还可在时域内进行，如上所述。在这种情况下，波束形成矩阵B可从发射符号向量x中省略但仍出现在有效MIMO信道响应中。

通常，接收实体可获取每个子带k的MMSE空间滤器矩阵M _mmse ^x(k)，如下：

${\underset{\‾}{M}}_{\mathrm{mmse}}^x\left(k\right)={[{\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^{x^H}\left(k\right)\·{\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^x\left(k\right)+{\mathrm{\σ}}^2\·\underset{\‾}{I}]}^{-1}\·{\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^{x^H}\left(k\right),$ 公式(21)

其中，下标“x”表示操作模式并且可等于对应于无波束形成的本征导引的“es”、对应于无波束形成的矩阵导引的“ss”、对应于无波束形成和无空间处理的“ns”、对应于具有波束形成的本征导引的“bes”、对应于具有波束形成的矩阵导引的“bss”、或对应于只进行波束形成的“bns”。对于所有操作模式，可按照相同方式获取MMSE空间滤波器矩阵M _mmse ^x(k)，但却采用不同的有效信道响应矩阵H _eff ^es(k)、H _eff ^ss(k)、H _eff ^ns(k)、H _eff ^bes(k)、H _eff ^bss(k)和H _eff ^bns(k)。对于所有操作模式，可按照相同方式进行MMSE接收机空间处理，但利用通过不同的有效信道响应矩阵获得的MMSE空间滤波器矩阵。因此，基于MMSE的接收机可使用相同的MMSE空间处理支持所有的操作模式。在公式(21)中，可用噪声的协方差矩阵代替项σ²·I，如果它已知的话。

接收实体还可为每个子带k获取CCMI空间滤波器矩阵M _ccmi ^x(k)，如下：

${\underset{\‾}{M}}_{\mathrm{ccmi}}^x\left(k\right)={[{\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^{x^H}\left(k\right)\·{\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^x\left(k\right)]}^{-1}\·{\underset{\‾}{H}}_{\mathrm{eff}}^{x^H}\left(k\right).$ 公式(22)

再次，对于所有操作模式，接收实体可按照相同方式获取CCMI空间滤波器矩阵，但采用不同的有效信道响应矩阵。对于所有操作模式，接收实体也可按照相同方式应用CCMI空间滤波器矩阵。

接收实体也可用其它接收机空间处理技术来恢复数据符号，而这同样落入本发明的保护范围之内。

4.导频传输

发射实体可发射导频符号，以使接收实体可估计实际或有效MIMO信道响应。导频符号可以以各种方式进行发射。例如，发射实体可发射非导引的MIMO导频符号、导引的MIMO导频符号和扩展的MIMO导频符号等。MIMO导频符号是由从T个发射天线发送的多个导频传输组成的一个导频符号。非导引的MIMO导频符号包括从T个发射天线发送的至多T个导频传输组，从每个天线发送一个导频传输。导引的MIMO导频符号包括通过S个正交空间信道发送的至多S个导频传输。扩展的MIMO导频符号包括用矩阵导引在S个空间信道上发送的至多S个导频传输。

对于MIMO导频符号来说，多个导频传输对接收实体来说均是可识别的。这通过以下方法实现：

1.利用码分复用(CDM)，将不同的正交序列应用到每个导频传输；

2.利用时分复用(TDM)，在不同的符号周期中发送多个导频传输；和/或

3.利用频分复用(FDM)在不同的子带上发送多个导频传输。对于FDM来说，对多个导频传输均可用一个不同的子带集合。可循环用于每个导频传输的子带，以便该导频传输实际上可观察到所有K个子带。对于每个发射天线，MIMO导频符号可利用CDM或FDM以全发射功率发送，这是希望的情况。MIMO导频符号也可利用CDM、FDM和TDM的任何组合来发送。

对于非导引MIMO导频符号来说，发射实体可对每个用于导频传输的子带k进行空间处理，如下：

z _ns，mp(k，t)＝W(t)·p(k)，                   公式(23)

其中，p(k)是将在子带k上发送的导频符号向量；

W(t)是符号周期t的对角Walsh矩阵；以及

z _ns，mp(k，t)是在符号周期t中子带k的非导引MIMO导频符号的空间处理符号的向量。

从T个发射天线可发送不同的导频符号，如公式(23)所示。或者，也可将相同的导频符号用于所有的发射天线，在这种情况下Walsh矩阵仅为Walsh向量。

如果T＝4，则可为4个发射天线分配4符号Walsh序列W₁＝1，1，1，1，W₂＝1，-1，1，-1，W₂＝1，1，-1，-1和W₃＝1，-1，-1，1，以用于MIMO导频符号。在4个符号周期中，可将Walsh序列W_j的4个符号用于经由发射天线j的导频传输。W(1)沿其对角线包含4个Walsh序列的第一个元素，W(2)包含4个Walsh序列的第二个元素，W(3)包含4个Walsh序列的第三个元素，W(4)包含4个Walsh序列的第四个元素。因此，天线j的第j个Walsh序列W_j作为所有Walsh矩阵的第j个对角元素而被传送。在4个符号周期中，4个Walsh矩阵可用于发射非导引MIMO导频符号。

针对进行波束形成或不进行波束形成，发射实体还处理向量z _ns，mp(k，t)，例如，以与对于数据向量s(k)相同的方式，从而获得非导引的MIMO导频符号的发射向量。通过在每个符号周期使用一个Walsh矩阵W(t)，发射实体可在T个符号周期上发射非导引的MIMO导频符号。

对于不进行波束形成的非导引的MIMO导频符号来说，接收实体获得用于导频传输的每个子带k的接收导频符号，如下：

r _ns，mp(k，t)＝H(k)·W(t)·p(k)+n(k)。             公式(24)

假定MIMO信道和噪声随着发送非导引的MIMO导频符号的时间而是静态的。接收实体获得用于非导引的MIMO导频符号的T符号Walsh序列的T个向量r _ns，mp(k，1)至r _ns，mp(k，T)。

接收实体可基于接收的未进行波束形成的非导引MIMO导频符号，对实际MIMO信道响应H(k)进行估计。将H(k)的每个列j与相应Walsh序列W_j相关联。接收实体可获得h_i，j(k)，即H(k)的第j列的第i个元素，通过以下步骤：(1)将r _ns，mp(k，1)至r _ns，mp(k，T)的第i个元素乘以Walsh序列W_j的T个码片；(2)去除用于导频符号p_j(k)的调制，即p(k)的第j个元素；(3)累计T个所得元素，以获得h_i，j(k)。对于H(k)的每个元素可重复该过程。然后，接收实体可用H(k)来获取有效MIMO信道响应H _eff ^ss(k)或H _eff ^es(k)，其可用于进行接收机空间处理。

对于采用了波束形成的非导引的MIMO导频符号来说，接收实体获得用于导频传输的每个子带k的接收导频符号，如下：

r _bns，mp(k，t)＝H(k)·B(k)·W(t)·p(k)+n(k)。         公式(25)

接收实体可对接收的采用波束形成的非导引的MIMO导频符号进行类似的处理，以获得H _eff ^bns(k)或H _eff ^bss(k)。

对于导引MIMO导频符号来说，发射实体可对用于进行导频传输的每个子带k进行空间处理，如下：

z _es，mp(k，t)＝E(k)·W(t)·p(k)，                     公式(26)

其中，z _es，mp(k，t)是在符号周期t中子带k的导引MIMO导频符号的空间处理符号的向量。为简单起见，假定E(k)在发射导引MIMO导频符号的时间上是静态的，因而不是符号周期t的函数。发射机还处理向量z _es，mp(k，t)，以进行波束形成或不进行波束形成，并继而发射该导引MIMO导频符号。

对于未进行波束形成的导引MIMO导频符号来说，接收实体获得用于导频传输的每个子带k的接收导频符号，如下：

r _es，mp(k，t)＝H(k)·E(k)·W(t)·p(k)+n(k)。          公式(27)

对于进行波束形成的导引MIMO导频符号来说，接收实体获得用于进行导频传输的每个子带k的接收导频符号，如下：

r _bes，mp(k，t)＝H(k)·B(k)·E(k)·W(t)·p(k)+n(k)。   公式(28)

接收实体可基于r _es，mp(k，n)估计H _eff ^es(k)以及可基于r _bes，mp(k，n)估计H _eff ^bes(k)，按照类似于上述针对H(k)的方式。

对于扩展MIMO导频符号来说，发射身体可对用于进行导频传输的每个子带k进行空间处理如下：

z _ss，mp(k，t)＝V(k)·W(t)·p(k)，              公式(29)

其中，z _ss，mp(k，t)是子带k的扩展MIMO导频符号的空间处理符号的向量。发射机还处理z _ss，mp(k，t)以进行波束形成或不进行波束形成，并继而发射该合成MIMO导频符号。

接收实体可基于接收的未进行波束形成的扩展MIMO导频符号估计H _eff ^ss(k)以及可基于接收的进行波束形成的扩展MIMO导频符号估计H _eff ^bss(k)。接收实体接着可获取有效MIMO信道响应H _eff ^ns(k)或H _eff ^bns(k)，其可用于接收机空间处理。

5.导引矩阵

可产生导引矩阵集合并将其用于进行矩阵导引。这些导引矩阵可被表示为{V}，或V(i)，i＝1...L，其中L是大于1的任意整数值。每个导引矩阵V(i)应该是酉矩阵。这一条件保证利用V(i)同时发射的T个数据符号具有相同的功率并且在利用V(i)进行矩阵导引之后互相正交。

L个导引矩阵组成的集合可按照各种方式产生。例如，L个导引矩阵组成的集合可基于酉基本矩阵和一组标量来产生。基本矩阵可用作L个导引矩阵中的一个。其它L-1个导引矩阵可通过将基本矩阵的行乘以不同的标量组合来产生。每个标量可以是任何实数或复数值。选择标量具有单位幅值，以便利用这些标量产生的导引矩阵是酉矩阵。

基本矩阵可以是Walsh矩阵。一个2×2Walsh矩阵W_2×2和一个较大尺寸的Walsh矩阵W_2N×2N可表示如下：

${\underset{\‾}{W}}_{2\×2}=\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ 1& -1\end{array}\right]$ 和 ${\underset{\‾}{W}}_{2N\×2N}=\left[\begin{array}{cc}{\underset{\‾}{W}}_{N\×N}& {\underset{\‾}{W}}_{N\×N}\\ {\underset{\‾}{W}}_{N\×N}& -{\underset{\‾}{W}}_{N\×N}\end{array}\right].$ 公式(30)

Walsh矩阵的维度是2的幂(如，2、4、8等)。

基本矩阵也可以是傅立叶矩阵。对于N×N傅立叶矩阵D _N×N，D _N×N的元素d_m，n可以表示为：

$d_{m,n}=e^{-j2\mathrm{\π}\frac{n-m}{N}},$ 其中n＝0，...，N-1且m＝0，...，N-1。公式(31)

可形成任意平方维度的傅立叶矩阵(如，2，3，4，5等)。其它矩阵也可用作基本矩阵。

对于N×N基矩阵来说，可将基本矩阵的行2至N中的每一个独立地乘以Q个不同的可能的标量中的一个。根据用于N-1行的Q个标量的Q^N-1个不同的置换形式，获得Q^N-1个不同的导引矩阵。例如，将行2至N的每一个独立地乘以标量+1，-1，+j或-j，其中

通常，将基矩阵的每一行乘以具有形式e^jθ的任意标量，其中θ可为任意相位值。对标量相乘的N×N基矩阵的每个元素用

进一步缩放，以获得每列为单位功率的N×N导引矩阵。

基于Walsh矩阵(即4×4傅立叶矩阵)获取的导引矩阵具有某些预期性质。如果将Walsh矩阵的行乘以标量±1和±j，则所得导引矩阵V(i)的每个元素属于由{+1，-1，+j，-j}组成的集合。在这种情况下，仅通过位运算，就可以将另一个矩阵的一个元素与V(i)的一个元素相乘。

这里描述的数据传输技术可用于各种无线系统。这些技术既可用于下行链路(即前向链路)，也可用于上行链路(即反向链路)。

可按照多种方式使用带有或不带有矩阵导引的连续波束形成。例如，当不能得到无线信道的准确信息时，发射实体(如，接入点或用户终端)可采用连续波束形成，以向接收实体(如，另一个访问点或用户终端)进行发射。不能得到无线信道的准确信息可能是由于各种原因，例如，反馈信道遭受破坏、校准度很差的系统、信道状况改变太快以至发射实体不能按时采用/调整波束导引(例如，由于发射和/或接收实体的高速移动)等。

连续波束形成在无线系统中可用于各种应用。在一种应用中，可用连续波束形成发射系统中的广播信道，如上所述。采用连续波束形成，使得系统中的无线设备更加可靠地接收广播信道信息，因此增加了广播信道的范围。在另一个应用中，用连续波束形成发射寻呼信道信息。同样，通过采用连续波束形成，为寻呼信道实现了改进的可靠性和/或更大的覆盖范围。在又一应用中，802.11接入点采用连续波束形成，以改进其覆盖范围内用户终端的性能。

本文描述的传输技术可通过多种方式来实现。例如，可以通过硬件、软件或其组合来实现这些技术。对于硬件实现，用于进行导频传输的处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本文所述功能的其它电子单元或其组合中。接收实体处的处理单元也可以实现在一个或多个ASIC、DSP等。

对于软件实现，本文描述的处理过程可用执行本文所述功能的模块(例如，过程、函数等)来实现。这些软件代码可以存储在存储器单元(如，图2中的存储器单元242和282)中，并由处理器(如，控制器240和280)执行。存储器单元可以实现在处理器内或处理器外，在后一种情况下，它经由本领域中的各种公知手段，可通信地连接到处理器。

本文包含的标题用于参考，其旨在定位特定的章节。这些标题并非用于限制其下描述的概念的范围，这些概念可以应用到整个说明书的其它章节。

所公开实施例的上述描述使得本领域技术人员能够实现或者使用本发明。对于本领域技术人员来说，这些实施例的各种修改是显而易见的，并且本文定义的总体原理也可以在不脱离本发明的精神和保护范围的基础上应用于其它实施例。因此，本发明并不限于本文给出的实施例，而是与符合本文公开的原理和新颖特征的最广范围相一致。

Claims (48)

1.一种在多输入多输出(MIMO)通信系统中发射数据的方法，包括：

对多个频率子带中的每一个频率子带的数据符号进行空间处理，以获得该频率子带的空间处理符号；以及

在从多个天线进行发射之前，对所述多个频率子带的所述空间处理符号执行连续波束形成，其中该连续波束形成导致在所述多个频率子带上天线波束的连续变化。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述对所述数据符号进行空间处理包括：

用本征模式矩阵对每个频率子带的所述数据符号进行空间处理，以在所述频率子带的正交空间信道上发射所述数据符号。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述对所述数据符号进行空间处理包括：

用导引矩阵对每个频率子带的所述数据符号进行空间处理，以在所述频率子带的多个空间信道上发射所述数据符号中的每一个。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述对所述数据符号进行空间处理包括：

用单位矩阵对每个频率子带的所述数据符号进行空间处理。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述对所述空间处理符号进行波束形成包括：

通过将每个频率子带的所述空间处理符号乘以所述频率子带的波束形成矩阵，在频域内进行波束形成。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述对所述空间处理符号进行波束形成包括：

通过针对所述多个天线应用不同的延迟量，在时域内进行波束形成。

7.如权利要求1所述的方法，还包括：

对每个天线的所述多个频率子带的所述空间处理符号进行处理，以获得该天线的时域采样序列；以及

按照为每个天线选择的延迟量，将该天线的所述时域采样序列进行循环移位，以实现所述波束形成。

8.如权利要求7所述的方法，其中，针对所述多个天线获得多个时域采样序列，以及其中，将所述多个时域采样序列循环移位不同的量。

9.如权利要求1所述的方法，还包括：

对每个天线的所述多个频率子带的空间处理符号进行离散傅立叶反变换，以获得该天线的第一时域采样序列；

按照为每个天线选择的一个量，将该天线的所述第一时域采样序列进行循环移位，以获得该天线的第二时域采样序列，其中，所述连续波束形成是通过将每个天线的所述第一序列进行循环移位执行的；以及

重复每个天线的所述第二时域采样序列的至少一个采样，以获得该天线的时域采样输出序列。

10.如权利要求1所述的方法，还包括：

对所述多个天线中每个天线的所述多个频率子带的所述空间处理符号进行处理，以获得所述多个天线的多个时域采样序列；以及

以时间对准的方式，从所述多个天线发射所述多个时域采样序列。

11.如权利要求1所述的方法，还包括：

处理每个天线的所述多个频率子带的所述空间处理符号，以获得该天线的时域采样序列；以及

其中所述连续波束形成是通过按照为每个天线选择的延迟量，将该天线的所述时域采样序列进行线性延迟来执行的。

12.如权利要求1所述的方法，还包括：

对每个天线的所述多个频率子带的空间处理符号进行离散傅立叶反变换，以获得该天线的第一时域采样序列；

重复每个天线的所述第一时域采样序列的至少一个采样，以获得该天线的第二时域采样序列；以及

按照为每个天线选择的延迟量，将该天线的所述第二时域采样序列进行延迟，其中，通过延迟每个天线的所述第二序列来执行所述波束形成。

13.如权利要求1所述的方法，还包括：

对所述多个天线中每个天线的所述多个频率子带的所述空间处理符号进行处理，以获得所述多个天线的多个时域采样序列；以及

自不同的时间开始，从所述多个天线发射所述多个时域采样序列。

14.如权利要求1所述的方法，其中所述连续波束形成包括：

在每个天线的所述多个频率子带上应用线性变化的相移。

15.如权利要求1所述的方法，其中所述连续波束形成包括：

在每个天线的所述多个频率子带上应用不同的相位斜度。

16.如权利要求1所述的方法，其中所述连续波束形成包括：

在每个天线的所述多个频率子带上应用连续变化的相移。

17.如权利要求16所述的方法，其中：

所述连续变化的相移是在每个天线的所述多个频率子带上，基于为该天线选择的函数确定的。

18.如权利要求1所述的方法，其中，所述波束形成是自适应地进行的，并且随时间而变化。

19.如权利要求5所述的方法，还包括：

在不同的时间间隔内，为所述多个频率子带选择不同的波束形成矩阵集合。

20.如权利要求6所述的方法，还包括：

在不同的时间间隔内，为所述多个天线选择不同的延迟集合，每个延迟集合指示所述多个天线中每一个天线的延迟量。

21.如权利要求20所述的方法，还包括：

基于预定集合内的延迟，为每个不同的集合选择所述延迟。

22.如权利要求1所述的方法，还包括：

在每个时间间隔上改变所述波束形成。

23.如权利要求22所述的方法，其中，每个时间间隔对应于具有适于进行信道估计的导频传输的一个持续时间。

24.如权利要求22所述的方法，其中，每个时间间隔对应于预定数量的符号周期。

25.多输入多输出(MIMO)通信系统中的一种装置，包括：

空间处理器，对多个频率子带中的每一个频率子带的数据符号进行空间处理，并提供该频率子带的空间处理符号；以及

波束形成器，在从多个天线进行发射之前，对所述多个频率子带的所述空间处理符号进行连续波束形成，其中该连续波束形成导致在所述多个频率子带上天线波束的连续变化。

26.如权利要求25所述的装置，其中，所述空间处理器用本征模式矩阵对每个频率子带的所述数据符号进行空间处理，以在所述频率子带的正交空间信道上发射所述数据符号。

27.如权利要求25所述的装置，其中，所述空间处理器用导引矩阵对每个频率子带的所述数据符号进行空间处理，以在所述频率子带的多个空间信道上发射所述数据符号的每一个。

28.如权利要求25所述的装置，其中，所述空间处理器用单位矩阵对每个频率子带的所述数据符号进行空间处理。

29.如权利要求25所述的装置，其中，所述波束形成器通过将每个频率子带的所述空间处理符号乘以所述频率子带的波束形成矩阵，在频域内进行波束形成。

30.如权利要求25所述的装置，其中，所述波束形成器通过针对所述多个天线应用不同的延迟量，在时域内进行波束形成。

31.如权利要求25所述的装置，还包括：

调制器，对每个天线的所述多个频率子带的所述空间处理符号进行变换，以获得该天线的时域采样序列，以及其中，所述波束形成器按照为每个天线选择的延迟量，将该天线的所述时域采样序列进行延迟，以实现所述波束形成。

32.如权利要求31所述的装置，其中，所述调制器为所述多个天线提供多个时域采样序列，以及其中，所述波束形成器将所述多个时域采样序列延迟不同的延迟量。

33.多输入多输出(MIMO)通信系统中的一种装置，包括：

空间处理模块，对多个频率子带中的每一个频率子带的数据符号进行空间处理，以获得该频率子带的空间处理符号；以及

波束形成模块，在从多个天线进行发射之前，对所述多个频率子带的所述空间处理符号进行连续波束形成，其中该连续波束形成导致在所述多个频率子带上天线波束的连续变化。

34.如权利要求33所述的装置，其中，所述对所述数据符号进行空间处理的模块包括：

本征模式矩阵空间处理模块，用本征模式矩阵对每个频率子带的所述数据符号进行空间处理，以在所述频率子带的正交空间信道上发射所述数据符号。

35.如权利要求33所述的装置，其中，所述对所述数据符号进行空间处理的模块包括：

导引矩阵空间处理模块，用导引矩阵对每个频率子带的所述数据符号进行空间处理，以在所述频率子带的多个空间信道上发射所述数据符号的每一个。

36.如权利要求33所述的装置，其中，所述对所述数据符号进行空间处理的模块包括：

单位矩阵空间处理模块，用单位矩阵对每个频率子带的所述数据符号进行空间处理。

37.如权利要求33所述的装置，其中，所述对所述空间处理符号进行波束形成的模块包括：

通过将每个频率子带的所述空间处理符号乘以所述频率子带的波束形成矩阵而在频域内进行波束形成的模块。

38.如权利要求33所述的装置，其中，所述对所述空间处理符号进行波束形成的模块包括：

通过针对所述多个天线应用不同的延迟量而在时域内进行波束形成的模块。

39.如权利要求33所述的装置，还包括：

变换模块，对每个天线的所述多个频率子带的所述空间处理符号进行变换，以获得该天线的时域采样序列；并且

所述波束形成模块包括：延迟模块，按照为每个天线选择的延迟量将该天线的所述时域采样序列进行延迟，以实现所述波束形成。

40.如权利要求39所述的装置，其中，针对所述多个天线获得多个时域采样序列，以及其中，将所述多个时域采样序列延迟不同的延迟量。

41.一种在多输入多输出(MIMO)通信系统中接收数据的方法，包括：

为多个频率子带中的每一个频率子带获取空间滤波器矩阵，每个频率子带的所述空间滤波器矩阵具有对在该频率子带上发送的数据符号进行发射机空间处理和连续波束形成的作用；以及

用每个频率子带的所述空间滤波器矩阵，对从该子带的多个天线获得的接收符号进行接收机空间处理，以获得该子带的检测数据符号，其中该连续波束形成导致在所述多个频率子带上天线波束的连续变化。

42.如权利要求41所述的方法，还包括：

基于经由所述多个天线接收的导频符号，获得至少一个频率子带中的每一个频率子带的信道响应估计，其中，基于为所述至少一个频率子带获得的所述信道响应估计，为所述多个频率子带获取多个空间滤波器矩阵。

43.如权利要求41所述的方法，其中，所述为每个频率子带获取所述空间滤波器矩阵包括：

基于最小均方误差(MMSE)技术，为每个子带获取所述空间滤波器矩阵。

44.如权利要求41所述的方法，其中，所述为每个频率子带获取所述空间滤波器矩阵包括：

基于信道相关矩阵求逆(CCMI)技术，为每个子带获取所述空间滤波器矩阵。

45.多输入多输出(MIMO)通信系统中的一种装置，包括：

控制器，为多个频率子带中的每一个频率子带获取空间滤波器矩阵，每个频率子带的所述空间滤波器矩阵具有对在该频率子带上发送的数据符号进行发射机空间处理和连续波束形成的作用，其中该连续波束形成导致在所述多个频率子带上天线波束的连续变化；以及

空间处理器，用每个频率子带的所述空间滤波器矩阵，对经由该子带的多个天线获得的接收符号进行接收机空间处理，以获得该子带的检测数据符号。

46.如权利要求45所述的装置，还包括：

信道估计器，基于经由所述多个天线接收的导频符号，为至少一个频率子带中的每一个频率子带获得信道响应估计，以及其中，基于为所述至少一个频率子带获得的所述信道响应估计，所述控制器为所述多个频率子带获取多个空间滤波器矩阵。

47.多输入多输出(MIMO)通信系统中的一种装置，包括：

空间滤波器矩阵获取模块，为多个频率子带中的每一个频率子带获取空间滤波器矩阵，每个频率子带的所述空间滤波器矩阵具有对在该频率子带上发送的数据符号进行发射机空间处理和连续波束形成的作用，其中该连续波束形成导致在所述多个频率子带上天线波束的连续变化；以及

空间处理模块，用每个频率子带的所述空间滤波器矩阵，对经由该子带的多个天线获得的接收符号进行接收机空间处理，以获得该子带的检测数据符号。

48.如权利要求47所述的装置，还包括：

信道响应估计获取模块，基于经由所述多个天线接收的导频符号，为至少一个频率子带中的每一个频率子带获得信道响应估计，以及其中，基于为所述至少一个频率子带获得的所述信道响应估计，为所述多个频率子带获取多个空间滤波器矩阵。

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