用天线权重反馈进行的移动站辅助下行链路波束形成.pdf

一种具有多个接收天线(160、162)和单个发射天线(160)的订户单元(104)导出将在具有多个发射天线(602、604、606、和608)的基站处使用的波束形成权重。在订户单元(104)处根据从基站(102)到订户设备(104)的先前下行链路传输而导出所述下行链路波束形成权重，并且上行链路探测信号用于将导出的下行链路波束形成权重传送到基站(102)。在订户设备(104)处使用下行链路天线专用导频(无权重)来确定波束形成权重。抽取的探测信号允许多个用户同时进行探测，其中，探测子载波的数目至少与基站(102)处的天线的数目相同。

1.  一种在RF通信接收机上的方法，所述方法包括：
在接收机处，用至少一个接收天线来接收n个下行链路导频信号，所述n个下行链路导频信号中的每一个与发射所述n个下行链路导频信号的远程发射机处的n个下行链路发射天线的相应一个相关联；
基于接收到的n个下行链路导频信号，来确定所述接收机处所述至少一个接收天线中的每个相应接收天线与所述远程发射机处的n个下行链路发射天线中的每个相应下行链路发射天线之间的相应RF传播信道；
基于每个相应下行链路RF传播信道的特性，来确定用于从所述远程发射机到所述接收机的每个下行链路数据流的n个下行链路发射天线加权因数，所述n个下行链路发射天线加权因数中的每个下行链路发射天线加权因数对应于相应加权因数，该相应加权因数将被应用于n个下行链路发射天线中的一个相应下行链路发射天线和在至少一个下行链路数据流中的从所述远程发射机发射到所述接收机的一个相应下行链路数据流；
将相应调制信号调制到n个上行链路子载波中的每个上行链路子载波上，其中，每个相应调制信号包括相应复值，所述相应复值对应于n个下行链路发射天线加权因数中的一个相应下行链路发射天线加权因数；以及
发射所述上行链路子载波。

2.  如权利要求1所述的方法，其中，所述调制的步骤包括：
用与从所述远程发射机到所述接收机的至少一个相应下行链路数据流相对应的第一天线权重，来在所述n个上行链路子载波中的第一子载波上调制相应信号；以及
用对应于第m个天线权重的复值，来调制所述n个子载波中的第m个子载波，所述第m个天线权重与从所述远程发射机到所述接收机的所述至少一个相应下行链路数据流相对应，其中每个上行链路子载波与每个其它上行链路子载波分隔开抽取因数，并且其中，1<m≤n。

3.  如权利要求2所述的方法，其中，所述n个上行链路子载波中的第m个上行链路子载波的调制包括：
对下述复值求和以产生第一和，该复值与在n个基站发射天线与能够进行发射的所述至少一个接收天线中的接收天线之间的用于所述第一子载波的相应RF传播信道相对应；
计算所述第一和的共轭；
将所述第一下行链路天线权重与所述第一和的共轭相乘，以产生所述相应调制信号；以及
调节所述第一子载波的所述相应调制信号。

4.  如权利要求3所述的方法，还包括：
将所述第一下行链路天线权重量化；以及
在将所述第一下行链路天线权重与所述和的共轭相乘之前，调制所述第一下行链路天线权重。

5.  如权利要求3所述的方法，其中，所述n个上行链路子载波中的第m个上行链路子载波的调制包括：
对下述复值求和以产生第m个和，该复值与在n个基站发射天线与能够进行发射的所述至少一个接收天线中的接收天线之间的用于第m个子载波的相应RF传播信道相对应；
计算所述第m个和的共轭；
将所述第m个下行链路天线权重与所述第m个和的共轭相乘，以产生所述第m个子载波的相应调制信号；以及
调节所述第m个子载波的所述相应调制信号。

6.  如权利要求2所述的方法，其中，调制所述n个子载波中的第m个子载波的步骤包括：
对下述复值求和以产生第m个和，所述复值与在n个基站发射天线与能够进行发射的至少一个接收天线中的接收天线之间的用于所述第m个子载波的相应RF传播信道相对应；
计算所述第m个和的共轭；
将所述第m个下行链路天线权重量化；
将第m个量化下行链路天线权重与所述第m个和的共轭相乘，以产生所述第m个子载波的相应调制信号；以及
调节所述第m个子载波的所述相应调制信号。

7.  一种基站，包括：
接收机，适合于：在本地收发信机处，从远程收发信机接收上行链路子载波上的多个信号，其中，所述多个上行链路信号中的每个上行链路信号是由相应复值调制的，所述相应复值包括将被应用于在所述本地收发信机处相应下行链路发射天线的下行链路传输天线权重的表示；以及
权重提取处理器，适合于：通过将上行链路子载波上的所述多个信号解调，来提取多个下行链路传输天线权重，所述下行链路传输天线权重包括每个相应上行链路子载波上的相应复值已调信号中的每一个。

8.  如权利要求7所述的基站，还包括加权单元，所述加权单元适合于：当向所述远程收发信机发射信号时，向所述本地收发信机处的每个相应下行链路传输天线应用所述多个下行链路传输天线权重中的相应下行链路传输天线权重。

9.  如权利要求7所述的基站，其中，所述权重提取处理器还适合于：通过将与天线权重的调制信号相对应的上行链路子载波上的多个接收信号进行组合来导出所述多个下行链路传输天线权重，而进行提取。

10.  如权利要求7所述的基站，其中，所述权重提取处理器还适合于：通过将与多个下行链路传输天线权重相对应的上行链路子载波上的多个接收信号组合来进行提取，所述下行链路传输天线权重包括被调制到每个相应上行链路子载波上的相应复值中的每一个。

11.  如权利要求10所述的基站，还包括加权单元，所述加权单元适合于：当向所述远程收发信机发射信号时，向所述本地收发信机处的每个相应下行链路传输天线应用所述多个下行链路传输天线权重中的相应下行链路传输天线权重。

12.  如权利要求7所述的基站，其中，所述接收机还适合于：
在所述本地收发信机上的n个天线中的第一天线处，接收第一至第n上行链路子载波，其中，所述第一至第n上行链路子载波中的每个上行链路子载波分隔开抽取值并且是由下述相应复值调制的，该相应复值表示将被应用于所述本地收发信机处的相应下行链路发射天线的下行链路传输天线权重；以及
在所述本地收发信机上的n个天线中的第m个天线处，接收第m组的m*n-(n-1)至m*n个上行链路子载波上的信号，其中，m*n-(n-1)至m*n个上行链路子载波中的每个上行链路子载波分隔开抽取值并且承载由所述相应复值中的对应一个所调制的码元，所述相应复值表示下行链路传输天线权重，所述下行链路传输天线权重将被应用于所述本地收发信机处的所述相应下行链路发射天线以及将被发射到所述接收机的至少一个相应下行链路数据流中的将被发射到所述接收机的第一下行链路数据流，并且其中，1<m≤n，以及
其中，所述权重提取处理器还适合于：通过提取多个提取的下行链路传输天线权重来进行提取，所述提取的下行链路传输天线权重包括被调制到每个相应上行链路子载波上的相应复值中的每一个。

13.  如权利要求12所述的基站，还包括加权单元，所述加权单元适合于：当向所述远程收发信机发射下行链路信号时，向所述本地收发信机处的相应下行链路传输天线中的每一个应用所述多个提取的下行链路传输天线权重中的相应下行链路传输天线权重。

14.  一种传送天线波束形成加权值的方法，所述方法包括：
在第一收发信机处，用至少一个接收天线接收n个下行链路导频信号，所述n个下行链路导频信号中的每一个与发射所述n个下行链路导频信号的第二收发信机处的n个下行链路发射天线中的相应一个相关联；
基于接收到的n个下行链路导频信号，来确定在所述第一收发信机处的所述至少一个接收天线中的每个相应接收天线与所述第二收发信机处的n个下行链路发射天线中的每个相应下行链路发射天线之间的相应RF传播信道；
基于每个相应下行链路RF传播信道的特性，来确定用于从所述远程发射机到所述接收机的每个下行链路数据流的n个下行链路发射天线加权因数，所述n个下行链路发射天线加权因数中的每个下行链路发射天线加权因数与相应加权因数相对应，该相应加权因数将被应用于n个下行链路发射天线中的一个相应下行链路发射天线和在至少一个下行链路数据流中的由所述第二收发信机发射到所述第一收发信机的一个相应下行链路数据流；
将相应调制信号调制到n个上行链路子载波中的每个上行链路子载波上，其中，每个相应调制信号包括相应复值，该相应复值与所述n个下行链路发射天线加权因数中的一个相应下行链路发射天线加权因数相对应；
发射所述上行链路子载波；
在所述第二收发信机处，从所述第一收发信机接收所述上行链路子载波，其中，所述多个上行链路信号中的每个上行链路信号是由相应复值调制的，所述相应复值包括将被应用于所述第二收发信机处的相应下行链路发射天线的下行链路传输天线权重的表示；以及
权重提取处理器，适合于通过将上行链路子载波上的所述多个信号解调来提取多个下行链路传输天线权重，所述下行链路传输天线权重包括每个相应上行链路子载波上的所述相应复值已调信号中的每一个。

用天线权重反馈进行的移动站辅助下行链路波束形成
技术领域
本发明总体上涉及无线通信，更具体地说，涉及用多个接收天线进行从基站到移动设备的下行链路波束形成。
背景技术
通常就通信系统的通信参数(例如数据速率、信道带宽、调制类型等)而言来定义通信系统。根据通信信道的特性和所需通信的类型来选择通信系统的通信参数。
在移动通信系统中，通信单元之间的信号传播受到通信信道的迅速变化的多径和衰减特性的影响。因此，在选择此类移动通信系统的通信参数时，将由于多径和衰减效应而引起的信道增益和延迟特性的变化考虑在内。
通常，通信系统的通信参数是固定的。然而，为了使移动通信系统中的系统性能最大化，有利的是，根据迅速变化的通信信道的当前状态而持续地优化通信系统的通信参数。
为了持续地优化移动通信系统的通信参数，对关于通信信道的特性的准确、实时的信息进行收集。然后，处理该信息并根据当前信道特性来优化系统的通信参数。
在20世纪70年代早期，开发了用于确定前向信道探测(sounding)信息的提议。在使用前向信道探测器的通信系统中，移动单元在上行链路中向基站(BS)发射已知的音调或序列。BS是中至高功率多信道双向无线电装置，其处于固定位置并用作移动设备与通信系统的其余部分之间的接入点。然后，基站处理信息并在下行链路中将期望通信参数发射到移动单元，以供在两个通信单元之间的未来通信中使用。对于TDD系统，下行链路(DL)RF信道类似于上行链路(UL)RF信道，因此可以使用上行链路探测信号在BS处导出。
提高通信性能的一种已知方法是借助于天线“波束形成”。波束形成是一种用于天线阵列的信号处理技术，其中通过调整协调天线的相位来控制辐射图形的方向性。当发射信号时，波束形成可以用来，通过将每个天线的相位调整为在辐射图形中产生峰值和零值而提高在将发射信号的方向上的增益。
与BS通信的移动单元的示例是具有两个接收天线、但是只有一个发射天线的移动单元。DL信道信息被用来适当地执行基站天线的下行链路波束形成。在TDD系统中，来自移动单元的单个发射天线的UL探测信号不将来自BS天线的DL信道信息提供给移动单元的一个或多个“非发射”“只接收”天线。在FDD系统中，由于UL和DL在不同的载波频率上，所以来自UL探测信号的估计UL信道信息不同于DL信道。
因此，存在对克服上述现有技术存在的问题的需要。
发明内容
简单地说，依照本发明，公开了一种在RF通信接收机上的方法，其包括：在接收机处，用至少一个接收天线来接收n个下行链路导频信号，所述n个下行链路导频信号中的每一个与发射n个下行链路导频信号的远程发射机处的n个下行链路发射天线的相应一个相关联。该方法还包括：基于接收到的n个下行链路导频信号，来确定在接收机处的所述至少一个接收天线中的每个相应接收天线与远程发射机处的n个下行链路发射天线中的每个相应下行链路发射天线之间的相应RF传播信道。该方法还包括：基于每个相应下行链路RF传播信道的特性，来确定用于从远程发射机到接收机的每个下行链路数据流的n个下行链路发射天线加权因数，所述n个下行链路发射天线加权因数中的每个下行链路发射天线加权因数对应于相应加权因数，该相应加权因数将被应用于n个下行链路发射天线中的一个相应下行链路发射天线，以及至少一个下行链路数据流中的从远程发射机被发射到接收机的一个相应下行链路数据流。该方法还包括：将相应调制信号调制到n个上行链路子载波中的每个上行链路子载波上以及发射上行链路子载波，其中，每个相应调制信号包括相应复值(complex value)，所述相应复值对应于所述n个下行链路发射天线加权因数中的一个相应下行链路发射天线加权因数。
依照本发明的另一方面，一种基站包括接收机，该接收机适合于在本地收发信机处从远程收发信机接收上行链路子载波上的多个信号，其中，所述多个上行链路信号中的每个上行链路信号是由相应复值调制的，所述相应复值包括将被应用于在本地收发信机处的相应下行链路发射天线的下行链路传输天线权重的表示。该基站还包括权重提取处理器，该权重提取处理器适合于通过将上行链路子载波上的所述多个信号解调来提取多个下行链路传输天线权重，所述多个下行链路传输天线权重包括被调制到每个相应上行链路子载波上的相应复值已调信号中的每个。
附图说明
附图连同以下详细说明一起被并入本申请并构成本申请的一部分，用于进一步全部依照本发明示出各种实施例并解释其各种原理和优点，在附图中，相同的附图标记在不同的视图中指示相同或功能上类似的元素。
图1是示出了示例性通信网络的框图。
图2是示出了根据本发明的实施例的DL、UL、UL探测与相关DL数据传输之间的关系的TDD图。
图3是根据本发明的实施例的第一TDD FDMA方案的操作流程图。
图4是根据本发明的实施例的第二TDD FDMA方案的操作流程图。
图5是示出了根据本发明的实施例的示例性基站控制器的框图。
图6示出了根据本发明的实施例，通过加权单元的在多个基站天线、基站接收机与基站天线之间的RF互连。
具体实施方式
根据需要，本文公开了本发明的详细实施例；然而，应理解的是，所公开的实施例仅仅是本发明的示例，本发明可以以各种形式来体现。因此，本文所公开的特定结构方面和功能方面的细节不应被解释为限制性的，而仅仅是权利要求书的基础和用于教授本领域的技术人员以实际上任何适当的详细结构来以不同的方式采用本发明的代表性基础。此外，本文所使用的术语和短语并不旨在限制性的；确切的是，其旨在提供本发明的可理解的说明。
本文所使用的术语“一”或“一个”被定义为一个或多于一个。本文所使用的术语“多个”被定义为两个或多于两个。本文所使用的术语“另一个”被定义为至少第二个或更多个。本文所使用的术语“包括”和/或“具有”被定义为包含(“即开放性语言”)。本文所使用的术语“耦合”被定义为连接，但不一定是直接连接，也不一定是机械连接。
本发明的实施例提供了一种系统，用于在具有移动发射机/接收机设备(在本文中称为“订户单元(SU)”)的FDD无线通信网络中和TDD无线通信网络中进行下行链路波束形成，通常，所述移动发射机/接收机设备具有数目比发射天线更多的接收天线。依照本发明的实施例，SU基于用于下行链路天线特定导频码元的先前下行链路传输，来确定将应用于“基站”(BS)的发射天线的下行链路波束形成权重。在一个示例中，下行链路波束形成权重是复数，其被应用于所发射的下行链路信号，以形成适合于在基站的每个发射天线与移动SU的每个接收天线之间的传播信道的发射图形。SU使用上行链路探测信道来传送所确定的波束形成权重。BS基于在上行链路探测信道上从SU接收到的权重，将探测码元子载波上的接收信号组合，以确定用于每个天线的BS权重并形成每个SU接收机天线的对应波束。
图1示出了通信系统100的框图。第一通信单元102是BS，第二通信单元104是SU。BS 102包括可操作地耦合到四个天线BSAnt-0、BSAnt-1、BSAnt-2、以及BSAnt-3的阵列以进行到SU104的通信的发射机106和接收机108两者。发射机106和接收机108到四个天线BSAnt-0、BSAnt-1、BSAnt-2、以及BSAnt-3的阵列的耦合是通过加权单元150来实现的。加权单元150的互连在图6中示出。
可从图6中看出，加权单元150包括一组发射加权乘法器T_xw₀、T_xw₁、T_xw₂和T_xw₃以及一组接收加权乘法器R_xw₀、R_xw₁、R_xw₂、和R_xw₃。加权乘法器T_xw₀、T_xw₁、T_xw₂和T_xw₃的单独一个分别耦合在发射机106与BS天线BSAnt-0 602、BSAnt-1 604、BSAnt-2 606、和BSAnt-3 608中的每一个之间。每个乘法器T_xw₀、T_xw₁、T_xw₂和T_xw₃分别将发射信号与指定的复权重w₀、w₁、w₂、和w₃相乘。
同样地，一组接收加权乘法器R_xw₀、R_xw₁、R_xw₂、和R_xw₃分别耦合在接收机108与BS天线BSAnt-0 602、BSAnt-1 604、BSAnt-2 606、和BSAnt-3 608中的每一个之间。每个乘法器R_xw₀、R_xw₁、R_xw₂、和R_xw₃分别将接收信号与指定的权重w₀、w₁、w₂、和w₃相乘。
BS 102是由控制器118来控制的。控制器118是BS 102背后的大脑，并处理无线电信道的分配、接收来自SU的测量、设置用于发射和接收天线的波束形成权重，以及控制从BS到BS的切换。另外，用于站点的数据库被存储在控制器118中，或可通信地耦合到控制器118，该数据库包括诸如载波频率、跳频列表、功率降低水平、用于小区边界计算的接收水平之类的信息。
SU 104包括可操作地耦合到两个接收天线SUAnt-0 160和SUAnt-1 162的接收机114，还包括可操作地耦合到既是发射天线又是接收天线的SUAnt-0 160的发射机112。因此，在BS 102处存在4个发射天线，在SU 104处存在2个接收天线。在本示例中，存在八个BS到SU的下行链路传播信道-从每个BS发射天线到每个SU接收天线的信道。
SU 104在控制无线通信信号的发送和接收的设备控制器/处理器120的控制下进行操作。在接收模式下，设备控制器120通过发射/接收信号组合器122将天线SUAnt-0 160和SUAnt-0 162电气地耦合到接收机114。接收机114将接收到的信号解码并将那些解码的信号提供给设备控制器120。
在发射模式下，设备控制器120通过发射/接收信号组合器122将发射机112电气地耦合到天线SUAnt-0 160。设备控制器120根据存储在存储器124中的指令来操作发射机112和接收机114。
在一个实施例中，SU 104能够使用IEEE 802.16e标准、3GPP/3GPP2标准、或支持时分双工(TDD)或频分双工(FDD)的任何其它通信方案来无线地传送数据。如TDD通信方案提供的，在BS天线校准之后，上行链路(UL)和下行链路(DL)信道是对称的。
图2示出了TDD频分多址(FDMA)方案的时序图。在使用TDDOFDMA方案的通信系统中，向通信单元分配单个频率上的时隙，以用于信号的传输和接收。
如表A所示地，表示关于子载波k的在每个发射BS天线与每个MS天线之间的RF传播信道。
表A