多输入多输出（MIMO）正交频分多址（OFDMA）通信系统.pdf

摘要
申请专利号：	CN200780018871.4	申请日：	2007.05.24
公开号：	CN101523761A	公开日：	2009.09.02
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	授权\|\|\|实质审查的生效\|\|\|公开
IPC分类号：	H04B7/10	主分类号：	H04B7/10
申请人：	高通股份有限公司
发明人：	J·H·朴; J·W·朴; J·W·金
地址：	美国加利福尼亚州
优先权：	2006.5.24 US 11/440,829
专利代理机构：	上海专利商标事务所有限公司	代理人：	钱慰民
PDF下载：	PDF下载

内容摘要

本发明的实施例是一种用以处理通信系统中的信号的技术。在一个实施例中，多个信号处理单元处理接收自多个天线的信号。信号处理器单元是由操作模式控制信号来控制的。信道估计器使用根据操作模式经处理的信号来估计信道响应。均衡器和组合器使用收到信号和估计出的信道响应生成经均衡和组合的信号。载波干扰噪声比(CINR)估计器根据经均衡和组合的信号来估计CINR。估计出的CINR被用来生成操作模式控制信号。

权利要求书

1.  一种装置，包括：
多个信号处理单元，用以处理接收自多个天线的信号，所述信号处理器单元由操作模式控制信号控制；
信道估计器，其使用所述根据操作模式经处理的信号来估计信道响应；
耦合至所述信道估计器的均衡器及组合器，用以使用所述经处理的信号和所述估计信道响应来生成经均衡和组合的信号；以及
耦合至所述均衡器及组合器的载波干扰噪声比(CINR)估计器，其根据所述经均衡和组合的信号来估计CINR，所述估计CINR被用来生成所述操作模式控制信号。

2.  如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号处理单元的每一个包括：
射频(RF)前端处理器，其对所述信号中的一者执行RF函数；
耦合至所述RF前端处理器的保护移除器，其从所述信号的所述一者移除保护频带；以及
耦合至所述保护移除器的频域处理器，其将所述信号的所述一者转换成具有N个数据点的频域信号，所述频域信号对应所述经处理的信号。

3.  如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述信道估计器根据下式计算所述估计信道响应
若定义了H_ij，则H_ij，k＝H_ij的估计，
否则，＝0
其中H_ij是与天线i和天线j相关联的信道ij的估计；且k＝-N/2，...，N/2-1。

4.  如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：
耦合至所述均衡器及组合器的解映射器，其用以将所述经均衡和组合的信号解映射；以及
耦合至所述解映射器的解码器，其用以将所述经解映射的信号解码。

5.  如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述经解码的信号由媒体接入控制(MAC)处理器进行处理。

6.  如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号与多输入多输出(MIMO)正交频分多址(OFDMA)标准相兼容。

7.  一种装置，包括：
副载波分配控制器，其使用分配基生成副载波分配信号；
耦合至所述副载波分配控制器的信道状态信息(CSI)及多输入多输出(MIMO)控制器，其使用所述副载波分配信号、由信道估计器提供的估计信道响应、以及由CINR估计器提供的估计载波干扰噪声比(CINR)来生成副载波CSI信号和操作模式控制信号，所述操作模式控制信号选择与多个天线相关联的多条天线路径中的一条；以及
耦合至所述CSI及MIMO控制器的发射机分集处理器，其根据至少经映射的信号M_k、所述副载波CSI信号、和所述操作模式控制信号生成发射机分集信号。

8.  如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述分配基对应子信道部分使用(PUSC)、任选PUSC、AMC这三者中的一者以及相应突发的分配区域。

9.  如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述副载波分配信号包括分配信息信号和分集单元，所述分配信息信号包含关于所述分集单元的信息，所述分集单元为突发、隙、以及分配单元中的一者。

10.  如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述CSI及MIMO控制器包括：
束包CSI生成器，其使用所述估计信道响应基于束包b生成束包CSI信号；以及
耦合至所述束包CSI生成器的副载波CSI生成器，其使用所述束包CSI信号生成所述副载波CSI信号。

11.  如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述束包CSI生成器根据下式生成分别对应于与第一和第二天线相关联的第一和第二天线路径的第一束包CSI信号BC_0，b和第二束包CSI信号BC_1，b：
B C 0 , b = 1 L Σ l = 1 L ( | H 00 , x b ( l ) | 2 + | H 10 , x b ( l ) | 2 ) , ]]>b＝1，...，B， x b ( l ) &Subset; X b ]]>
B C 1 , b = 1 L Σ l = 1 L ( | H 01 , x b ( l ) | 2 + | H 11 , x b ( l ) | 2 ) , ]]>b＝1，...，B， x b ( l ) &Subset; X b ]]>
其中，H_00，xb(1)、H_01，xb(1)、H_10，xb(1)、和H_11，xb(1)对应所述估计信道响应，以及X_b＝{x_b(1)，...，x_b(1)，...，x_b(L)}是副载波索引集，x_b(1)是所述第b个束包的第1个元素且具有表示副载波索引的大于或等于-N/2且小于N/2的整数值，N为正整数，L是所述束包b的元素的数目；而B表示束包的总数且由所述副载波分配信号提供。

12.  如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述副载波CSI生成器根据下式生成分别对应于所述第一和第二天线路径的第一副载波CSI信号C_0，k和第二副载波CSI信号C_1，k ：
k＝-N/2，...，N/2-1，1≤b≤B
k＝-N/2，...，N/2-1，1≤b≤B

13.  如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述CSI及MIMO控制器还包括：
耦合至所述副载波CSI生成器的总CSI生成器，其使用所述副载波CSI信号生成总CSI信号；以及
操作模式控制器，其使用所述总CSI信号和阈值生成所述操作模式控制信号。

14.  如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述总CSI生成器根据下式生成分别对应于所述第一和第二天线路径的第一总CSI信号PC₀和第二总CSI信号PC₁：
PC 0 = Σ k C 0 , k , ]]>k＝-N/2，...，N/2-1
PC 1 = Σ k C 1 , k , ]]>k＝-N/2，...，N/2-1

15.  如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述操作模式生成器根据下式生成分别对应于所述第一和第二天线路径的第一操作模式信号P₀和第二操作模式信号P₁：

其中CINR是由所述CINR估计器提供的所述估计CINR。

16.  如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述发射机分集处理器根据对应是否使用相位对准的发射机分集模式来生成所述发射机分集信号，所述发射机分集模式是由媒体接入控制(MAC)处理器提供的。

17.  如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述发射机分集处理器在所述发射机分集模式指示使用相位对准时根据下式生成分别对应于所述第一和第二天线路径的第一发射机分集信号T_0，k和第二发射机分集信

其中k＝-N/2，...，N/2-1；若使用所述第一天线则a＝0，而若使用所述第二天线则a＝1。

18.  如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述发射机分集处理器在所述发射机分集模式指示不使用相位对准时根据下式生成分别对应于所述第一和第二天线路径的第一发射机分集信号T_0，k和第二发射机分集信号T_1，k：

其中k＝-N/2，...，N/2-1。

19.  如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：
编码器，用以将媒体接入控制(MAC)处理器提供的发射数据编码；以及
耦合至所述编码器和所述副载波分配控制器的映射器，其根据下式针对基于所述分配信息信号的副载波索引来映射和调制所述经编码的发射数据：

其中k＝-N/2，...，N/2-1。

20.  如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述多个信号处理单元包括：
与第一天线相关联并耦合至所述发射机分集处理器的第一信号处理器，其使用所述第一操作模式控制信号处理所述发射机分集信号的第一发射机分集信号；以及
与第二天线相关联并耦合至所述发射机分集处理器的第二信号处理器，其使用所述第二操作模式控制信号处理所述发射机分集信号的第二发射机分集信号。

21.  如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述第一和第二信号处理器中的每一个包括：
逆频域处理器，其将所述第一和第二发射机分集信号转换成发射信号；
耦合至所述逆频域处理器的保护插入器，其向所述发射信号插入保护频带；以及
耦合至所述保护插入器的射频(RF)前端处理器，其对所述发射信号执行RF函数。

22.  如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：
编码器，用以将媒体接入控制(MAC)处理器提供的发射数据编码；以及
耦合至所述编码器和所述副载波分配控制器的映射器，其根据下式针对基于所述分配信息信号的副载波索引来映射和调制所述经编码的发射数据以提供所述经映射的信号M_k：

其中k＝-N/2，...，N/2-1。

23.  如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述发射机分集信号与多输入多输出(MIMO)正交频分多址(OFDMA)标准相兼容。

24.  一种方法，包括：
在操作模式控制信号的控制下处理接收自多个天线的信号；
使用所述根据操作模式经处理的信号来估计信道响应；
使用所述经处理的信号和所述估计信道响应来生成经均衡和组合的信号；以及
从所述经均衡和组合的信号来估计载波干扰噪声比(CINR)，所述估计CINR被用于生成所述操作模式控制信号。

25.  如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述处理信号包括：
对所述信号中的一者执行射频(RF)函数；
从所述信号中的所述一者移除保护频带；以及
将所述信号中的所述一者转换成具有N个数据点的频域信号，所述频域信号对应于所述经处理的信号。

26.  如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述估计信道响应包括根据下式计算所述估计信道响应
若定义了H_ij，则H_ij，k＝H_ij的估计，
否则，＝0
其中H_ij是与天线i和天线j相关联的信道ij的估计；且k＝-N/2，...，N/2-1。

27.  如权利要求24所述的方法，其特征在于，进一步包括：
将所述经均衡和组合的信号解映射；以及
将所述经解映射的信号解码。

28.  如权利要求26所述的方法，其特征在于，进一步包括：
使用媒体接入控制(MAC)处理器来处理所述经解码的信号。

29.  如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述信号与多输入多输出(MIMO)正交频分多址(OFDMA)标准相兼容。

30.  一种方法，包括：
使用分配基生成副载波分配信号；
使用所述副载波分配信号、由信道估计器提供的估计信道响应、以及由CINR估计器提供的估计载波干扰噪声比(CINR)来生成副载波信道状态信息(CSI)信号和操作模式控制信号，所述操作模式控制信号选择与多个天线相关联的多条天线路径中的一条；以及
根据至少经映射的信号M_k、所述副载波CSI信号、和所述操作模式控制信号生成发射机分集信号。

31.  如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述分配基对应子信道部分使用(PUSC)、任选PUSC、AMC这三者中的一者以及相应突发的分配区域。

32.  如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述副载波分配信号包括分配信息信号和分集单元，所述分配信息信号包含关于所述分集单元的信息，所述分集单元为突发、隙、以及分配单元中的一者。

33.  如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述生成副载波CSI信号和操作模式控制信号包括：
使用所述估计信道响应基于束包b生成束包CSI信号；以及
使用所述束包CSI信号生成所述副载波CSI信号。

34.  如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述生成束包CSI信号包括根据下式生成分别对应于与第一和第二天线相关联的第一和第二天线路径的第一束包CSI信号BC_0，b和第二束包CSI信号BC_1，b：
B C 0 , b = 1 L Σ l = 1 L ( | H 00 , x b ( l ) | 2 + | H 10 , x b ( l ) | 2 ) , ]]>b＝1，...，B， x b ( l ) &Subset; X b ]]>
B C 1 , b = 1 L Σ l = 1 L ( | H 01 , x b ( l ) | 2 + | H 11 , x b ( l ) | 2 ) , ]]>b＝1，...，B， x b ( l ) &Subset; X b ]]>
其中，H_00，xb(1)、H_01，xb(1)、H_10，xb(1)、和H_11，xb(1)对应所述估计信道响应，以及X_b＝{x_b(1)，...，x_b(1)，...，x_b(L)}是副载波索引集，x_b(1)是所述第b个束包的第1个元素且具有表示副载波索引的大于或等于-N/2且小于N/2的整数值，N为正整数，L是所述束包b的元素的数目；而B表示束包的总数且由所述副载波分配信号提供。

35.  如权利要求34所述的方法，其特征在于，所述生成副载波CSI信号包括根据下式生成分别对应于所述第一和第二天线路径的第一副载波CSI信号C_0，k和第二副载波CSI信号C_1，k：
k＝-N/2，...，N/2-1，1≤b≤B
k＝-N/2，...，N/2-1，1≤b≤B

36.  如权利要求35所述的方法，其特征在于，所述生成副载波CSI信号和操作模式控制信号还包括：
使用所述副载波CSI信号生成总CSI信号；以及
使用所述总CSI信号和阈值来生成所述操作模式控制信号。

37.  如权利要求36所述的方法，其特征在于，所述生成总CSI信号包括根据下式生成分别对应于所述第一和第二天线路径的第一总CSI信号PC₀和第二总CSI信号PC₁：
PC 0 = Σ k C 0 , k , ]]>k＝-N/2，...，N/2-1
PC 1 = Σ k C 1 , k , ]]>k＝-N/2，...，N/2-1

38.  如权利要求37所述的方法，其特征在于，所述生成操作模式控制信号包括根据下式生成分别对应于所述第一和第二天线路径的第一操作模式信号P₀和第二操作模式信号P₁：

其中CINR是由所述CINR估计器提供的所述估计CINR。

39.  如权利要求38所述的方法，其特征在于，所述生成发射机分集信号包括根据对应是否使用相位对准的发射机分集模式来生成所述发射机分集信号，所述发射机分集模式是由媒体接入控制(MAC)处理器提供的。

40.  如权利要求39所述的方法，其特征在于，所述生成发射机分集信号包括在所述发射机分集模式指示使用所述相位对准时根据下式生成分别对应于所述第一和第二天线路径的第一发射机分集信号T_0，k和第二发射机分集信号T_1，k：

其中k＝-N/2，...，N/2-1；若使用所述第一天线则a＝0，而若使用所述第二天线则a＝1。

41.  如权利要求39所述的方法，其特征在于，所述生成发射机分集信号包括在所述发射机分集模式指示不使用所述相位对准时根据下式生成分别对应于所述第一和第二天线路径的第一发射机分集信号T_0，k和第二发射机分集信号T_1，k：

其中k＝-N/2，...，N/2-1。

42.  如权利要求30所述的方法，其特征在于，还包括：
将媒体接入控制(MAC)处理器提供的发射数据编码；以及
根据下式针对基于所述分配信息信号的副载波索引来映射和调制所述经编码的发射数据：

其中k＝-N/2，...，N/2-1。

43.  如权利要求38所述的方法，其特征在于，所述生成发射信号包括：
使用所述第一操作模式控制信号来处理所述发射机分集信号的第一发射机分集信号；以及
使用所述第二操作模式控制信号来处理所述发射机分集信号的第二发射机分集信号。

44.  如权利要求43所述的方法，其特征在于，所述处理第一和第二发射机分集信号中的一者包括：
将所述第一和第二发射机分集信号中的一者转换成所述发射信号；
向所述发射信号插入保护频带；以及
对所述发射信号执行RF函数。

45.  如权利要求30所述的方法，其特征在于，还包括：
将媒体接入控制(MAC)处理器提供的发射数据编码；以及
根据下式针对基于所述分配信息信号的副载波索引来映射和调制所述经编码的发射数据以提供所述经映射的信号M_k：

其中k＝-N/2，...，N/2-1。

46.  如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述发射机分集信号与多输入多输出(MIMO)正交频分多址(OFDMA)标准相兼容。

47.  一种系统，包括：
多个天线；
耦合至所述天线的发射机处理单元，其生成射频(RF)发射信号；以及
耦合至所述天线的接收机处理单元，所述接收机处理单元包括：
多个接收信号处理单元，用以处理所述RF接收信号，所述信号处理
器单元由操作模式控制信号控制；
信道估计器，其使用所述根据操作模式经处理的信号来估计信道响应，
耦合至所述信道估计器的均衡器及组合器，用以使用所述经处理的信号和所述估计信道响应来生成经均衡和组合的信号，以及
耦合至所述均衡器及组合器的载波干扰噪声比(CINR)估计器，其根据所述经均衡和组合的信号来估计CINR，所述估计CINR被用来生成所述操作模式控制信号。

48.  如权利要求47所述的系统，其特征在于，所述接收信号处理单元的每一个包括：
RF前端处理器，其对所述信号中的一者执行RF函数；
耦合至所述RF前端处理器的保护移除器，其从所述信号的所述一者移除保护频带；以及
耦合至所述保护移除器的频域处理器，其将所述信号的所述一者转换成具有N个数据点的频域信号，所述频域信号对应所述经处理的信号。

49.  如权利要求48所述的系统，其特征在于，所述信道估计器根据下式计算所述估计信道响应
若定义了H_ij，则H_ij，k＝H_ij的估计，
否则，＝0
其中H_ij是与天线i和天线j相关联的信道ij的估计；且k＝-N/2，...，N/2-1。

50.  如权利要求47所述的系统，其特征在于，所述接收机处理单元还包括：
耦合至所述均衡器及组合器的解映射器，其将所述经均衡和组合的信号解映射；以及
耦合至所述解映射器的解码器，其将所述经解映射的信号解码。

51.  如权利要求47所述的系统，其特征在于，所述发射机处理单元包括：
副载波分配控制器，其使用分配基生成副载波分配信号；
耦合至所述副载波分配控制器的信道状态信息(CSI)及多输入多输出(MIMO)控制器，其使用所述副载波分配信号、由信道估计器提供的估计信道响应、以及由CINR估计器提供的估计载波干扰噪声比(CINR)来生成副载波CSI信号和操作模式控制信号，所述操作模式控制信号选择与多个天线相关联的多条天线路径中的一条；以及
耦合至所述CSI及MIMO控制器的发射机分集处理器，其根据至少经映射的信号M_k、所述副载波CSI信号、和所述操作模式控制信号生成发射机分集信号。

52.  如权利要求51所述的系统，其特征在于，所述CSI及MIMO控制器包括：
束包CSI生成器，其使用所述估计信道响应基于束包b生成束包CSI信号；以及
耦合至所述束包CSI生成器的副载波CSI生成器，其使用所述束包CSI信号生成所述副载波CSI信号。

53.  如权利要求52所述的系统，其特征在于，所述CSI及MIMO控制器还包括：
耦合至所述副载波CSI生成器的总CSI生成器，其使用所述副载波CSI信号生成总CSI信号；以及
操作模式控制器，其使用所述总CSI信号和阈值生成所述操作模式控制信号。

54.  如权利要求51所述的系统，其特征在于，所述发射机分集处理器根据对应是否使用相位对准的发射机分集模式来生成所述发射机分集信号，所述发射机分集模式是由媒体接入控制(MAC)处理器提供的。

55.  如权利要求51所述的系统，其特征在于，所述发射机处理单元还包括：
编码器，用以将媒体接入控制(MAC)处理器提供的发射数据编码；以及
耦合至所述编码器和所述副载波分配控制器的映射器，其根据下式针对基于所述分配信息信号的副载波索引来映射和调制所述经编码的发射数据：

其中k＝-N/2，...，N/2-1。

56.  如权利要求51所述的系统，其特征在于，所述发射机处理单元还包括：
与所述多条天线路径相关联的多个发射信号处理单元，其使用所述操作模式控制信号从所述发射机分集信号向与所选天线路径相对应的天线之一生成发射信号。

57.  如权利要求56所述的系统，其特征在于，所述发射信号处理单元的每一个包括：
逆频域处理器，其将所述发射机分集信号之一转换成发射信号。
耦合至所述逆频域处理器的保护插入器，其向所述发射信号插入保护频带；以及
耦合至所述保护插入器的RF前端处理器，其对所述发射信号执行RF函数。

58.  如权利要求47所述的系统，其特征在于，所述RF发射和接收信号与多输入多输出(MIMO)正交频分多址(OFDMA)标准相兼容。

说明书

多输入多输出(MIMO)正交频分多址(OFDMA)通信系统
背景
发明领域
本发明的实施例涉及通信领域，尤其涉及MIMO OFDMA通信系统。
相关技术描述
MIMO OFDMA系统作为下一代有线及无线或移动通信的关键技术正在变热。电气和电子工程师协会(IEEE)已经为使用MIMO OFDMA的固定及移动宽带无线接入(BWA)系统提供了若干支持空中接口的标准，诸如用于移动BWA系统的IEEE 802.16e。
MIMO OFDMA系统设计所面对的挑战之一是发射机分集。现有的提供发射机分集的技术很众多缺陷。一种技术使用空时编码(STC)方案。STC方案利用空间和时间分集以及编码增益。该技术在诸如加性高斯白噪声(AWGN)信道等无多径信道中遭受性能的退化，要求支持STC方案的特殊标准，并且可能限制最大服务范围。另一种技术使用针对基于波束成形的系统使用等功率联合最大比组合法。该技术较为复杂，要求复杂的权重向量求解和复杂的校准过程。还推出了许多其他技术，但这些技术要求诸如时域处理、交互处理、基站(BS)与移动站(MS)之间的握手或协作等复杂过程。

附图简述
通过参照被用来示出本发明的实施例的以下描述和附图能够最佳地理解本发明的各实施例。在附图中：
图1是示出可在其中实践本发明的一个实施例的系统的示图。
图2是示出根据本发明的一个实施例的2 x 2MIMO OFDMA系统的示图。
图3是示出根据本发明的一个实施例的通信单元的示图。
图4是示出根据本发明的一个实施例的接收机处理单元的示图。
图5是示出根据本发明的一个实施例的接收信号处理单元的示图。
图6是示出根据本发明的一个实施例的发射机处理单元的示图。
图7是示出根据本发明的一个实施例的UL分配的示图。
图8是示出根据本发明的一个实施例的CSI和MIMO控制器的示图。
图9是示出根据本发明的一个实施例的发射信号处理单元的示图。
描述
本发明的实施例是一种用以处理通信系统中的信号的技术。在一个实施例中，多个信号处理单元处理接收自多个天线的信号。信号处理器单元是由操作模式控制信号来控制的。信道估计器使用根据操作模式经处理的信号来估计信道响应。均衡器和组合器使用收到信号和估计出的信道响应生成经均衡和组合的信号。载波干扰噪声比(CINR)估计器根据经均衡和组合的信号来估计CINR。估计出的CINR被用来生成操作模式控制信号。在另一实施例中，副载波分配控制器使用分配基生成副载波分配信号。信道状态信息(CSI)及多输入多输出(MIMO)控制器使用副载波分配信号、信道估计器提供的估计信道响应、以及CINR估计器提供的估计CINR来生成副载波CIS信号和操作模式控制信号。操作模式控制信号选择与多个天线相关联的多条天线路径中的一条。发射机分集处理器根据至少经映射的信号M_k、副载波CSI信号、和操作模式控制信号生成发射机分集信号。
在以下描述中，阐述了许多具体细节。然而，应该理解本发明的实施例可在没有这些具体细节的情况下实践。在其它情形中，未示出公知的电路、结构、和技术以避免模糊对本描述的理解。
本发明的一个实施例可以是作为常被描绘为流程图、流图、结构图、或框图的过程来描述的。尽管流程图会把诸操作描述为顺序过程，但是这些操作中有许多可并行或并发执行。流程图中的循环或迭代可能用单次迭代来描述。应该理解循环(诸)索引或(诸)计数被维护用以更新相关联的计数器或指针。另外，这些操作的次序可被重新编排。过程在其操作完成时终止。过程可对应于方法、程序、工序等。框图可包含描述要素、项目、组件、器件、单元、子单元、结构、方法、过程、函数、操作、功能集、或任务等的框或模块。功能集或操作可自动或手动地执行。
本发明的实施例包括基于MIMO OFDMA技术进行有线和无线通信的发射机处理单元和接收机处理单元。接收机处理单元将信道响应和CINR的估计提供给发射机处理单元。发射机处理单元通过使用估计出的信道响应和CINR选择发射机天线路径来提供发射机分集。发射机分集是通过选择对于给定束包具有比其它发射机天线路径更佳的CSI的发射机天线路径来实现的。束包是副载波索引集。该技术具有若干优势，包括结构简单、性能良好、功耗降低、以及不需要特殊标准规范等。
图1是示出可在其中实践本发明的一个实施例的系统100的示图。系统100包括基站(BS)110和数个移动站。出于说明的目的，仅示出两个移动站120和130。如本领域的技术人员公知的，可使用任意数目的移动站。
基站110具有数个天线115₀到115_I-1。移动站(MS)120具有数个天线125₀到125_L-1。M130具有数个天线135₀到135_M-1。I、L、和M是任意正整数。MS 120或130表示诸如蜂窝电话、移动个人数字助理(PDA)、移动手持设备或计算机等任意移动单元或子系统。在一个实施例中，BS 110以及MS 120和130与诸如IEEE 802.16e等MIMO OFDMA标准兼容。
MS 120包括用户接口140、输入录入设备145、显示部件150、通信单元160、以及控制器170。用户接口140向用户提供接口。其可包括图形用户界面(GUI)、菜单、图标等。输入录入设备145可包括诸如键盘、定点设备(例如，指示笔)、鼠标等允许用户键入数据或命令的输入录入设备。显示部件150提供显示器。其可以是适用于移动设备的任何类型的显示器，诸如薄膜晶体管(TFT)液晶显示器(LCD)、彩色超扭曲向列相(CSTN)、双层超扭曲向列相(DSTN)、高性能寻址(HPA)、或任何其它有源或无源矩阵显示器。通信单元160经由天线125₀到125_L-1来接收和传送数据。通信单元160使用信道响应和CINR的估计提供发射机分集并从数条天线路径中选择天线路径。控制器170控制MS120的操作，包括处理接收和传送数据、控制输入录入设备145和/或显示部件150、以及执行其它内务工作任务。其可包括处理器、数字信号处理器、微控制器等、以及相关联的存储器和外围设备。
图2是示出根据本发明的一个实施例的2x2MIMO OFDMA系统200的示图。系统200包括BS 110和MS 120。系统200是说明性系统，其中BS 110和MS 120中的每一个具有两个天线。可以预想到，BS 110和MS 120中的每一个可具有任意数目的如图1中所示的天线。
BS 110具有分别与BS天线0和1相对应的两个天线115₀和115₁。MS 120具有分别与MS天线0和1相对应的两个天线125₀和125₁。MS 120包含如图1所示的通信单元160。为了简明起见，未示出所有部件或组件。
BS 110可根据BS操作模式激活天线115₀和115₁两者或其中的一个天线。类似地，MS 120可根据MS操作模式激活天线125₀和125₁两者或其中的一个天线。这取决于标准基或非标准基的系统操作模式来决定将在BS 110或MS120中使用多少被激活的天线。
BS 110与MS 120之间的通信可通过四个信道来实现：天线115₀与125₀之间的H₀₀，天线115₀与125₁之间的H₀₁，天线115₁与125₀之间的H₁₀，以及天线115₁与125₁之间的H₁₁。天线115₀、115₁、125₀和125₁的状态的任何配置都是可能的。
表1示出根据天线115₀、115₁、125₀和125₁的状态的所有可能的系统配置。天线的状态可以是活跃或非活跃的。活跃状态对应其中天线活跃地接收或发射信号的状态。非活跃状态对应其中天线未活跃地接收或发射信号或处于断电或省电模式的状态。

115₀115₁125₀125₁MIMO系统可用信道活跃活跃活跃活跃2x2H₀₀，H₀₁，H₁₀，H₁₁活跃活跃活跃非活跃2x1H₀₀，H₁₀活跃活跃非活跃活跃2x1H₀₁，H₁₁活跃非活跃活跃活跃1x2H₀₀，H₀₁非活跃活跃活跃活跃1x2H₁₀，H₁₁活跃非活跃活跃非活跃1x1H₀₀活跃非活跃非活跃活跃1x1H₀₁非活跃活跃活跃非活跃1x1H₁₀非活跃活跃非活跃活跃1x1H₁₁

表1
图3是示出根据本发明的一个实施例的图1中所示的通信单元160的示图。通信单元160包括接收机处理单元310、发射机处理单元320、以及媒体接入控制(MAC)处理器330。术语“接收机”和“发射机”的指定主要是出于简明目的。接收机处理单元310中的部件可属于发射机处理单元320，或者反之。
接收机处理单元310处理经由下行链路(DL)接收路径接收自天线125₀和125₁的RF信号。其将经解码的信号或基带数据流提供给MAC处理器330。其还将CINR估计和估计出的信道响应提供给发射机处理单元320。
发射机处理单元320从MAC处理器330接收发射数据、发射机分集模式和分配基以生成经由上行链路(UL)传输路径去往天线125₀和125₁的RF发射信号。发射机处理单元320提供操作模式控制信号以经由发射机分集技术选择天线之一进行发射。
MAC处理器330对来自接收机处理单元310的已解码信号和将被发送给发射机处理单元320的发射数据执行数据处理。其还提供用以为发射机分集选择模式的发射机分集模式。另外，其还为发射机处理单元320提供分配基。
图4是示出根据本发明的一个实施例的图3中所示的接收机处理单元310的示图。接收机处理单元310包括接收信号处理单元410和420、信道估计器430、均衡器和组合器440、CINR估计器450、解映射器460、以及解码器470。
信号处理单元410和420被分别连接至天线125₀和125₁。它们定义与天线125₀和125₁相关联的天线路径。信号处理单元410和420中的每一个在由发射机处理单元320提供的操作模式控制信号P₀和P₁的控制下处理接收自相应天线的信号。操作模式控制信号可任意组合地将天线125₀和125₁以及信号处理单元410和420设置为活跃或非活跃模式。在活跃模式下，天线125₀和125₁以及信号处理单元410和420处于正常操作状态。在非活跃模式下，天线125₀和125₁以及信号处理单元410和420可能处于省电或断电状态。信号处理单元410和420分别生成频域信号R_0，k和R_1，k。
信道估计器430使用来自信号处理单元410和420的根据操作模式经处理的信号R_0，k和R_1，k来估计信道响应。信道估计器根据下式计算估计信道响应：
若定义了H_ij，则H_ij，k＝H_ij的估计，(1)
否则，＝0
其中H_ij是与天线i和天线j相关联的信道ij的估计；i，j＝0，1，且k＝-N/2，...，N/2-1。N是对应信号处理单元410和420中使用的副载波点的总数的正整数。
例如，假设系统配置是1x2MIMO系统，且MIMO操作模式对应活跃BS天线115₀、非活跃BS天线115₁、活跃MS天线125₀、和活跃MS天线125₁。如表1中所示，这种操作模式对应两个可用信道H₀₀和H₀₁。在这种情况下，根据上式(1)，估计信道响应H_00，k和H_01，k可具有特定有效值，而估计信道响应H_10，k和H_11，k具有0值。
均衡器和组合器440使用经处理的信号R_0，k和R_1，k以及由信道估计器430提供的估计信道响应H_ij，k来生成经均衡和组合的信号。它也受MIMO操作模式控制。例如，在2x2 MIMO的情形下，均衡器和组合器440使用估计信道响应H_00，k、H_01，k、H_10，k和H_11，k来均衡和组合R_0，k和R_1，k信号。在1x1MIMO的情况下，均衡器和组合器440仅使用估计信道响应H_00，k来简单地均衡R_0，k。
CINR估计器450根据经均衡和组合的信号估计CINR。估计CINR被用于在发射机处理单元320中生成操作模式控制信号。
解映射器460将经均衡和组合的信号解映射。解码器470将经解映射的信号解码。经解码的信号随后由MAC处理器330进行处理。
图5是示出根据本发明的一个实施例的图4中所示接收信号处理单元410/420的示图。接收信号处理单元410/420包括RF前端处理器510、保护移除器520、以及频域处理器530。
RF前端处理器510对相应的收到RF信号执行RF函数。RF函数可包括RF信号调理、滤波、下变频、以及模数转换。保护移除器520从收到信号移除保护间隔。
频域处理器530将收到信号转换成具有N个数据点的频域信号。该频域信道对应已处理信号R_i，k，其中i＝0，1。它们被发送给均衡器及组合器430以及信道估计器440。在一个实施例中，频域处理器530计算相应收到数据流的快速傅立叶变换(FFT)，其中FFT大小为N。
图6是示出根据本发明的一个实施例的图3中所示发射机处理单元320的示图。发射机处理单元320包括副载波分配控制器610、编码器620、映射器630、信道状态信息(CSI)及多输入多输出(MIMO)控制器640、发射分集处理器650、以及发射信号处理单元660和670。
副载波分配控制器610使用来自MAC处理器330的分配基生成副载波分配信号。副载波分配信号包括分配信息信号Salloc和分集单元Bunit。分配信息信号包含关于分集单元的信息。分集单元Bunit是突发、隙、和分配单元中的一者。分配基在图7中进一步讨论。
编码器620将MAC处理器330提供的发射数据编码。映射器630根据下式针对基于分配信息信号的副载波索引映射和调制已编码发射数据以提供经映射的信号M_k：

其中k＝-N/2，...，N/2-1
对于2x2 MIMO，CSI及MIMO控制器640使用副载波分配信号、信道估计器440提供的估计信道响应、以及CINR估计器470提供的估计CINR来生成分别对应天线125₀和125₁的副载波CSI信号C_0，k和C_1，k以及操作模式控制信号P₀和P₁。操作模式控制信号P₀和P₁选择与天线125₀和125₁相关联的天线路径中的一条。天线路径对应发射信号处理单元660和670。操作模式控制信号P₀和P₁可假定两种值：活跃或非活跃，以指示天线125₀或125₁为活跃还是非活跃。副载波CSI信号C_0，k和C_1，k以及操作模式控制信号P₀和P₁的计算细节在图8中示出。
发射机分集处理器650根据至少经映射的信号M_k、副载波CSI信号、和操作模式控制信号生成发射机分集信号。发射机分集处理器650根据对应于是否使用相位对准的发射机分集模式生成发射机分集信号。发射机分集模式由MAC处理器330提供。
对于2x2 MIMO，发射机分集处理器650根据发射机分集模式(TxD)生成分别对应第一和第二天线路径的第一发射机分集信号T_0，k和第二发射机分集信号T_1，k。当TxD指示使用相位对准时，根据下式来确定T_0，k和T_1，k：

其中k＝-N/2，...，N/2-1；若使用第一天线125₀则a＝0，而若使用第二天线125₁则a＝1。H*_ij，k指示H_ij，k的复共轭，而|H_ij，k|是H_ij，k的幅值。H_ij，k是根据上式(1)确定的。
当TxD指示不使用相位对准时，根据下式来确定T_0，k和T_1，k：

其中k＝-N/2，...，N/2-1。
发射信号处理单元660和670对应传输的天线路径。发射机信号处理单元660与天线125₀相关联并使用第一操作模式控制信号P₀处理发射机分集信号的第一发射机分集信号T_0，k。发射机信号处理单元670与天线125₁相关联并使用第二操作模式控制信号P₁处理发射机分集信号的第二发射机分集信号T_1，k。
图7是示出根据本发明的一个实施例的UL分配的示图。UL分配指示系统中使用的分配基。
根据IEEE 802.16e标准，帧结构具有数个帧。第n帧包括DL子帧、UL子帧、发射-接收转换间隙(TTG)、以及接收-发射转换间隙(RTG)。DL子帧包括前同步码、帧控制报头(FCH)、DL映射、和若干DL突发。UL子帧包括测距子信道和若干UL突发。
DL和UL突发分别被定义在由副载波轴(或子信道轴)和OFDMA码元轴定义的二维平面中。第i个UL突发710包括一个或一个以上的隙720_j。每个隙720_j包括若干个具有相同结构的分配单元730_k。有三种不同的作为基本分配单元的UL分配单元：子信道部分使用(PUSC)740、任选PUSC 750、和AMC分配760。
PUSC分配单元包括4个副载波和3个码元。瓦片(tile)(4x3)中存在4个导频副载波P和8个数据副载波。在UL PUSC置换方法中，隙由6个瓦片(4x3)构造而成。任选PUSC分配单元包括3个副载波和3个码元。瓦片(3x3)中存在1个导频副载波P和8个数据副载波。在UL任选PUSC置换方法中，隙由6个瓦片(3x3)构造而成。UL AMC分配单元包括9个副载波和1个码元。槽(9x1)中存在1个导频副载波P和8个数据副载波。在UL AMC置换方法中，隙由1x6(副载波轴x码元轴)个槽(9x1)、2x3个槽(9x1)、3x2个槽(9x1)、或沿分配区域的连续6个槽(9x1)构造而成。
图8是示出根据本发明的一个实施例的图6中所示的CSI及MIMO控制器640的示图。CSI及MIMO控制器640包括束包CSI生成器810、副载波CSI信道生成器820、总CSI生成器830、以及操作模式控制器840。
束包CSI生成器810使用估计信道响应基于束包b生成束包CSI信号。束包CSI生成器810根据下式生成分别对应于与第一和第二天线相关联的第一和第二天线路径的第一束包CSI信号BC_0，b和第二束包CSI信号BC_1，b。
BC 0 , b = 1 L Σ l = 1 L ( | H 00 , x b ( l ) | 2 + | H 10 , x b ( l ) | 2 ) , b = 1 , . . . , B , x b ( l ) &Subset; X b - - - ( 5 a ) ]]>
BC 1 , b = 1 L Σ l = 1 L ( | H 01 , x b ( l ) | 2 + | H 11 , x b ( l ) | 2 ) , b = 1 , . . . , B , x b ( l ) &Subset; X b - - - ( 5 b ) ]]>
其中，H_00，xb(l)、H_01，xb(l)、H_10，xb(l)、和H_11，xb(l)对应估计信道响应，以及X_b＝{x_b(1)，...，x_b(l)，...，x_b(L)}是副载波索引集，x_b(l)是第b个束包的第l个元素且具有表示副载波索引的大于或等于-N/2且小于N/2的整数值，N为正整数；L是束包b的元素的数目；而B表示束包的总数且由副载波分配信号提供。
副载波CSI生成器820使用束包CSI信号生成副载波CSI信号C_0，k和C_1，k。副载波CSI生成器820根据下式生成分别对应于第一和第二天线路径的第一副载波CSI信号C_0，k和第二副载波CSI信号C_1，k：

总CSI生成器830使用副载波CSI信号C_0，k和C_1，k生成总CSI信号。总CSI生成器830根据下式生成分别对应于第一和第二天线路径的第一总CSI信号PC₀和第二总CSI信号PC₁：
PC 0 = Σ k C 0 , k , k = - N / 2 , . . . , N / 2 - 1 - - - ( 7 a ) ]]>
PC 1 = Σ k C 1 , k , k = - N / 2 , . . . , N / 2 - 1 - - - ( 7 b ) ]]>
操作模式控制器840使用总CSI信号和阈值THR_CINR生成操作模式控制信号。阈值THR_CINR可根据信道状态或调制类型来选择。操作模式生成器840根据下式生成分别对应于第一和第二天线路径的第一操作模式信号P₀和第二操作模式信号P₁：

其中CINR是由CINR估计器470提供的估计CINR。
操作模式控制信号P₀和P₁可被用来使用估计CINR和CSI调节天线路径的数目。因此，通信单元160的功耗可被将降低或最小化。这对于手持式移动无线设备特别有用。
图9是示出根据本发明的一个实施例的发射信号处理单元660/670的示图。发射信号处理单元660/670包括逆频域处理器910、保护插入器920、以及RF前端理器930。
逆频域处理器910将第一和第二发射机分集信号转换成发射信号。在一个实施例中，逆频域处理器910使用大小为N的逆FFT来计算该发射分集信号的逆FFT。保护插入器920向发射信号插入保护频带。
RF前端处理器930对发射信号执行RF函数。RF函数可包括数模转换、RF信号调理、滤波、以及上变频。
如上讨论的，本发明中使用的发射机分集方案可应用于任何系统而无需改变标准规范(例如，IEEE 802.16e)。换言之，任何遵循该标准的接收机可接收、解映射、解调、和解码该发射信号。另外，通信单元160并不限于两个天线。以上讨论可扩展到任意数目的天线。通信单元160的结构可作相应的修改。
本发明的实施例的元素可通过硬件、固件、软件或其任意组合来实现。术语硬件一般表示具有诸如电子、电磁、光学、电光、机械、电机部件、组件、或器件等的元件。术语软件一般表示逻辑结构、方法、工序、程序、例程、过程、算法、方程、函数、表达式等。术语固件一般表示实现或嵌入在硬件结构(例如，闪存)中的逻辑结构、方法、工序、程序、例程、过程、算法、方程、函数、表达式等。固件的示例包括微代码、可写控制存储、微编程结构。当以软件或固件实现时，本发明的实施例的元件基本是用以执行必要任务的代码段。软件/固件可包括执行本发明的一个实施例中所述的操作的实际代码、或者模拟或仿真这些操作的代码。程序或代码段可被存储在处理器或机器可访问介质中，或者可在传输介质上通过体现在载波中的计算机数据信号或由载波调制的信号被传送。“处理器可读或可访问介质”或“机器可读或可访问介质”可包括能存储、发射、或传送信息的任何介质。处理器可读或机器可访问介质的示例包括电子电路、半导体存储器件、只读存储器(ROM)、闪存、可擦除ROM(EROM)、可擦除可编程ROM(EPROM)、软盘、压缩盘(CD)ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路等。计算机数据信号可包括可在诸如电子网络信道、光纤、空气、电磁、RF链路等传输介质上传播的任何信号。代码段可经由诸如因特网、内联网等计算机网络来下载。机器可访问介质可以制品来体现。机器可访问介质可包括在由机器执行时致使机器执行上述操作的数据。机器可访问介质还可包括嵌入在其中的程序代码。程序代码可包括用以执行上述操作的机器可读代码。术语“数据”在这里表示可出于机器可读目的而被编码的任何类型的信息。因此，其可包括程序、代码、数据、文件等。
本发明的实施例的所有或部分可通过硬件、软件、或固件、或其任意组合来实现。硬件、软件、或固件元件可具有若干彼此相互耦合的模块。硬件模块通过机械、电、光、电磁或任何物理连接被耦合到另一模块。软件模块通过函数、程序、方法、子程序、或子例程调用、跳跃、链接、参数、变量、以及参变量传递、函数返回等被耦合至另一模块。软件模块被耦合至另一模块以接收变量、参数、参变量、指针等和/或生成或传递结果、经更新的变量、指针等。固件模块通过以上硬件和软件耦合方法的任何组合被耦合至另一模块。硬件、软件、或固件模块可被耦合至另一硬件、软件、或固件模块中的任意一者。模块还可以是与在平台上运行的操作系统交互的软件驱动器或接口。模块还可以是配置、设置、初始化、向/从硬件设备发送/接收数据的硬件驱动器。装置可包括硬件、软件、和固件模块的任意组合。
尽管就若干实施例对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员将认识到本发明并不限于所述实施例，而是也能在经过所附权利要求的精神实质和范围内的变形和更改的情况下实践。因此该描述应被理解为说明性而非限制性。