Устройство и способ определения матрицы предварительного кодирования в системе с многими входами и многими выходами (mimo)

Устройство и способ определения матрицы предварительного кодирования в системе с многими входами и многими выходами (mimo)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

По настоящей заявке испрашивается приоритет по предварительной заявке на патент США №60/956106, озаглавленной «BEAMFORMING FOR TDD IN LTE», поданной 15 августа 2007 г., которая принадлежит этому же правопреемнику, что и данная заявка, и включена здесь по ссылке.

I. Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится, в основном, к связи и, более конкретно, к методам передачи данных в системе беспроводной связи.

II. Уровень техники

В системе беспроводной связи передатчик может использовать многочисленные (Т) передающие антенны для передачи данных на приемник, оснащенный многочисленными (R) приемными антеннами. Многочисленные передающие и приемные антенны образуют канал с многими входами и многими выходами (MIMO-канал), который может использоваться для увеличения пропускной способности и/или повышения надежности. Например, передатчик может передавать до Т потоков символов одновременно с Т передающих антенн для увеличения пропускной способности. Альтернативно, передатчик может передавать один поток символов со всех Т передающих антенн для улучшения приема приемником. В любом случае, желательно передавать данные так, чтобы достичь хороших рабочих характеристик.

Сущность изобретения

В данном документе описываются методы для посылки MIMO-передачи в системах беспроводной связи. Методы могут использоваться для систем дуплекса с частотным разделением (FDD) и дуплекса с временным разделением (TDD).

В одном методе передатчик может посылать первый опорный сигнал по первой линии связи. Передатчиком может быть узел В для передачи данных по нисходящей линии связи или пользовательское оборудование (UE) для передачи данных по восходящей линии связи. Передатчик может принимать информацию об индикаторе качества канала (CQI), определенную приемником, основываясь на первом опорном сигнале. Передатчик также может принимать второй опорный сигнал по второй линии связи от приемника. Передатчик может получать по меньшей мере одну матрицу MIMO-канала для первой линии связи, основываясь на втором опорном сигнале, принятом по второй линии связи. Передатчик может определять по меньшей мере одну матрицу предварительного кодирования, основываясь на по меньшей мере одной матрице MIMO-канала. Передатчик затем может посылать передачу данных на приемник, основываясь на по меньшей мере одной матрице предварительного кодирования и информации о CQI.

В другом методе передатчик может выполнять разложение по сингулярным числам по меньшей мере одной матрицы MIMO-канала для получения по меньшей мере одной матрицы собственных векторов. Передатчик затем может определять по меньшей мере одной матрицу предварительного кодирования, основываясь на по меньшей мере одной матрице собственных векторов. В другой разработке передатчик может формировать по меньшей мере одну матрицу псевдолуча, основываясь на по меньшей мере одной матрице MIMO-канала. Передатчик может выполнять QR-разложение по меньшей мере одной матрицы псевдолуча для получения по меньшей мере одной матрицы ортогональных векторов. Передатчик затем может определять по меньшей мере одну матрицу предварительного кодирования, основываясь на по меньшей мере одной матрице ортогональных векторов.

Для передачи данных по нисходящей линии связи первый опорный сигнал может представлять собой характерный для соты опорный сигнал, посылаемый узлом В по нисходящей линии связи, и второй опорный сигнал может представлять собой зондирующий опорный сигнал, посылаемый посредством UE по восходящей линии связи. Для передачи данных по восходящей линии связи первый опорный сигнал может представлять собой зондирующий опорный сигнал, посылаемый посредством UE по восходящей линии связи, и второй опорный сигнал может представлять собой характерный для соты опорный сигнал, посылаемый узлом В по нисходящей линии связи. Опорный сигнал представляет собой сигнал, который известен априори как передатчику, так и приемнику. Опорный сигнал также может упоминаться как пилот-сигнал, преамбула, зондирование и т.д.

Различные аспекты и признаки изобретения описываются более подробно ниже.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 изображает систему беспроводной связи.

Фиг.2А изображает примерную структуру кадра для FDD.

Фиг.2В изображает примерную структуру кадра для TDD.

Фиг.3А изображает характерный для соты опорный сигнал, посылаемый узлом В.

Фиг.3В изображает зондирующий опорный сигнал, посылаемый посредством UE.

Фиг.4 изображает блок-схему узла В и UE.

Фиг.5 изображает процесс посылки MIMO-передачи.

Фиг.6 изображает устройство для посылки MIMO-передачи.

Фиг.7 изображает процесс приема MIMO-передачи.

Фиг.8 изображает устройство для приема MIMO-передачи.

Подробное описание

Методы, описанные в данном документе, могут использоваться для различных систем беспроводной связи, таких как системы многостанционного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA), системы многостанционного доступа с временным разделением каналов (TDMA), системы многостанционного доступа с частотным разделением каналов (FDMA), системы многостанционного доступа с ортогональным частотным разделением каналов (OFDMA), системы FDMA на одной несущей (SC-FDMA) и другие системы. Термины «система» и «сеть» часто используются попеременно. Система CDMA может реализовать радиотехнологию, такую как универсальный наземный радиодоступ (UTRA), cdma2000 и т.п. UTRA включает в себя широкополосный CDMA (WCDMA) и другие варианты CDMA. cdma2000 охватывает стандарты IS-2000, IS-95 и IS-856. Система TDMA может реализовать радиотехнологию, такую как глобальная система мобильной связи (GSM). Система OFDMA может реализовать радиотехнологию, такую как эволюционированный UTRA (E-UTRA), ультрамобильная широкополосная сеть (UMB), IEEE 802.11 (Wi-Fi (беспроводная точность)), IEEE 802.16 (WiMAX (общемировая совместимость широкополосного беспроводного доступа)), IEEE 802.20, Flash-OFDM® (быстрый доступ с малым временем ожидания и бесшовным переходом между базовыми станциями на основе мультиплексирования с ортогональным разделением частот) и т.д. UTRA и E-UTRA являются частью универсальной системы мобильной связи (UMTS). Долгосрочная эволюция (LTE) Проекта партнерства по созданию системы третьего поколения (3GPP) представляет собой предстоящую версию UMTS, которая использует E-UTRA, который применяет OFDMA на нисходящей линии связи, и SC-FDMA - на восходящей линии связи. UTRA, E-UTRA, UMTS, LTE и GSM описаны в документах организации, названной «Проект партнерства по созданию системы 3-го поколения» (3GPP). cdma2000 и UMB описаны в документах организации, названной «Проект 2 партнерства по созданию системы 3-го поколения» (3GPP2). Для ясности, некоторые аспекты методов описываются ниже для передачи данных в LTE, и терминология LTE используется в большей части описания ниже.

Фиг.1 изображает систему 100 беспроводной связи, которой может быть система LTE. Система 100 может включать в себя несколько узлов В 110 и другие сетевые объекты. Узел В может представлять собой стационарную станцию, которая выполняет связь с UE и также может упоминаться как эволюционированный узел В (eNB), базовая станция, точка доступа и т.п. Каждый узел В 110 обеспечивает покрытие связи для конкретной географической области. Чтобы улучшить пропускную способность системы, вся зона покрытия узла В может разбиваться на многочисленные (например, три) меньшие зоны. Каждая меньшая зона может обслуживаться соответствующей подсистемой узла В. В 3GPP термин «сота» может ссылаться на наименьшую зону покрытия узла В и/или подсистемы узла В, обслуживающие данную зону покрытия. В 3GPP2 термин «сектор» может ссылаться на наименьшие зоны покрытия базовой станции и/или подсистемы базовой станции, обслуживающие данную зону покрытия. Для ясности, ниже в описании используется понятие 3GPP соты.

UE 120 могут быть рассредоточены по системе, и каждое UE может быть стационарным или мобильным. UE также может упоминаться как мобильная станция, терминал, терминал доступа, абонентский блок, станция и т.д. UE может представлять собой сотовый телефон, персональный цифровой помощник (PDA), беспроводный модем, устройство беспроводной связи, карманное устройство, портативный компьютер, беспроводный телефон и т.д. UE может выполнять связь с узлом В по нисходящей и восходящей линиям связи. Нисходящая линия связи (или прямая линия связи) ссылается на линию связи от узла В на UE, и восходящая линия связи (или обратная линия связи) ссылается на линию связи от UE на узел В.

LTE использует мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) по нисходящей линии связи и мультиплексирование с частотным разделением каналов на одной несущей (SC-FDM) на восходящей линии связи. OFDM и SC-FDM разбивают полосу частот системы на многочисленные (K) ортогональные поднесущие, которые также обычно упоминаются как тоны, бины и т.д. Каждая поднесущая может модулироваться данными. Обычно модуляционные символы посылаются в частотной области при помощи OFDM и во временной области при помощи SC-FDM. Промежуток между соседними поднесущими может быть фиксированным, и общее количество поднесущих (K) может зависеть от полосы частот системы. Например, K может быть равно 128, 256, 512, 1024 или 2048 для полосы частот системы 1,25, 2,5, 5, 10 или 20 МГц, соответственно.

K результирующих поднесущих могут группироваться в блоки ресурсов. Каждый блок ресурсов может включать в себя N поднесущих (например, N=12 поднесущим) в одном слоте. Доступные блоки ресурсов могут назначаться UE для передачи данных трафика и управляющей информации. K результирующих поднесущих также могут разбиваться на подполосы. Каждая подполоса может включать в себя 72 поднесущие в 6 блоках ресурсов и может охватывать 1,08 МГц.

Система может использовать FDD или TDD. Для FDD нисходящей линии связи и восходящей линии связи могут распределяться отдельные частотные каналы, и характеристика канала для нисходящей линии связи может не сопоставляться с характеристикой канала для восходящей линии связи. Для TDD нисходящая линия связи и восходящая линия связи могут совместно использовать один и тот же частотный канал, и характеристика канала нисходящей линии связи может сопоставляться с характеристикой канала восходящей линии связи.

Фиг.2А изображает примерную структуру 200 кадра типа 1 структуры кадра (FS1), которая может использоваться для FDD в LTE. Временная шкала передачи для каждой линии связи может разбиваться на блоки радиокадров. Каждый радиокадр может иметь заданную длительность (например, 10 миллисекунд (мс)) и может разбиваться на 10 подкадров с индексами 0-9. Каждый подкадр может включать в себя два слота, и каждый слот может включать в себя L периодов символа, например, L=6 периодам символа для расширенного циклического префикса или L=7 периодам символа для нормального циклического префикса.

Для FDD 10 подкадров могут быть доступны для передачи по нисходящей линии связи, и 10 подкадров могут быть доступны для передачи по восходящей линии связи в каждом радиокадре. Передачи по нисходящей линии связи и восходящей линии связи разбиваются в частотной области.

Фиг.2В изображает примерную структуру 250 кадра типа 2 структуры кадра (FS2), которая может использоваться для TDD в LTE. Временная шкала передачи может разбиваться на блоки радиокадров. Каждый радиокадр может иметь длительность 10 мс и может разбиваться на 10 подкадров с индексами 0-9. LTE поддерживает многочисленные конфигурации нисходящей-восходящей линий связи. Подкадры 0 и 5 могут использоваться для нисходящей линии связи (DL), и подкадр 2 может использоваться для восходящей линии связи (UL) для всех конфигураций нисходящей-восходящей линий связи. Каждый из подкадров 3, 4, 7, 8 и 9 может использоваться или для нисходящей линии связи, или для восходящей линии связи в зависимости от конфигурации нисходящей-восходящей линий связи. Подкадр 1 может включать в себя три специальных поля, составленных из временного слота пилот-сигнала нисходящей линии связи (DwPTS) для сигналов передачи данных, управления и синхронизации, защитного интервала (GP) без передачи и временного слота пилот-сигнала восходящей линии связи (UpPTS) для зондирующих опорных сигналов и канала случайного доступа (RACH). Подкадр 6 может включать в себя только DwPTS, или все три специальных поля, или подкадр нисходящей линии связи в зависимости от конфигурации нисходящей-восходящей линий связи. DwPTS, GP и UpPTS могут иметь разные длительности для разных конфигураций подкадров. Каждый подкадр, который не используется для специальных полей, может разбиваться на два слота, и каждый слот может включать в себя L периодов символа.

Структуры 200 и 250 кадра изображаются в документе TS 36.2113GPP, озаглавленном «Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical Channels and Modulation», который находится в свободном доступе.

Система может поддерживать различные опорные сигналы для нисходящей линии связи и восходящей линии связи. Опорный сигнал может использоваться приемником для различных целей, таких как оценка канала, когерентная демодуляция, измерение качества канала, измерение уровня сигнала и т.д. В таблице 1 перечислены некоторые опорные сигналы, которые могут передаваться по нисходящей линии связи и восходящей линии связи, и она обеспечивает краткое описание каждого опорного сигнала. Характерный для соты опорный сигнал также может упоминаться как общий пилот-сигнал, широкополосный пилот-сигнал и т.д.

Таблица 1
Линия связи	Опорный сигнал	Описание
Нисходящая линия связи	Характерный для соты опорный сигнал	Опорный сигнал, посылаемый узлом В и используемый посредством UE для оценки канала и измерения качества канала.
Восходящая линия связи	Зондирующий опорный сигнал	Опорный сигнал, посылаемый посредством UE и используемый узлом В для оценки канала и измерения качества канала.

Опорные сигналы могут генерироваться различным образом. В одной разработке последовательность характерного для соты опорного сигнала может генерироваться на основе псевдослучайной последовательности следующим образом:

Уравнение (1)

где c(n) представляет собой псевдослучайную последовательность, и

r _csrs(n) представляет собой последовательность характерного для соты опорного сигнала.

Псевдослучайная последовательность c(n) может генерироваться при помощи регистра сдвига с линейной обратной связью (LFSR), который может инициализироваться значением, определенным на основе идентификатора соты (ID). В разработке, показанной в уравнении (1), последовательность r _csrs(n) характерного для соты опорного сигнала состоит из комплекснозначных символов, причем каждый комплекснозначный символ задается двумя последовательными символами псевдослучайной последовательности. Последовательность r _csrs(n) может использоваться для генерирования характерного для соты опорного сигнала.

Зондирующий опорный сигнал может генерироваться на основе последовательности нулевой автокорреляции с постоянной амплитудой (CAZAC), имеющей хорошие корреляционные свойства. В одной разработке последовательность CAZAC представляет собой последовательность Задова-Чу (Zardoff-Chu), которая может быть выражена как:

Уравнение (2)

где q представляет собой корень, и L представляет собой длину последовательности Задова-Чу, и

x _q(n) представляет собой последовательность Задова-Чу q-ого корня.

L может представлять собой наибольшее простое число меньшее, чем требуемая длина последовательности зондирующего опорного сигнала. Последовательность Задова-Чу может повторяться необходимое число раз для получения базовой последовательности r _b(n) требуемой длины следующим образом:

Уравнение (3)

В другой разработке базовая последовательность может определяться следующим образом:

Уравнение (4)

где φ(n) представляет собой набор фаз, определенных для получения последовательности CAZAC.

Для обеих разработок выше последовательность r _srs(n) зондирующего опорного сигнала может быть получена посредством циклического сдвига базовой последовательности r _b(n) следующим образом:

Уравнение (5)

где α представляет собой циклический сдвиг, присвоенный UE. Последовательность r _srs(n) может использоваться для генерирования зондирующего опорного сигнала.

Узел В также может посылать характерный для UE опорный сигнал на UE. Генерирование характерного для соты опорного сигнала, зондирующего опорного сигнала и других опорных сигналов в LTE описывается в вышеупомянутом документе TS 36.211 3GPP.

Фиг.3А изображает примерную передачу характерного для соты опорного сигнала с четырех антенн 0-3 для одной соты. В LTE каждый слот включает в себя семь периодов 0-6 символа для нормального циклического префикса. Характерный для соты опорный сигнал может передаваться с антенн 0 и 1 в периодах 0 и 4 символа каждого слота и с антенн 2 и 3 в периоде 1 символа каждого слота.

Характерный для соты опорный сигнал может передаваться с данной антенны на поднесущих, которые разнесены на шесть поднесущих в каждом периоде символа, в котором передается опорный сигнал. Кроме того, другие сигналы не могут передаваться сотой на поднесущих, используемых для характерного для соты опорного сигнала, чтобы избежать помех для характерного для соты опорного сигнала. Как показано на фиг.3А, характерный для соты опорный сигнал может передаваться с антенны 0 по первому набору поднесущих в периоде 0 символа и по второму набору поднесущих в периоде 4 символа каждого слота. Поднесущие во втором наборе могут быть смещены от поднесущих в первом наборе на три поднесущие. Характерный для соты опорный сигнал может передаваться с антенны 1 по второму набору поднесущих в периоде 0 символа и по первому набору поднесущих в периоде 4 символа каждого слота. Характерный для соты опорный сигнал может передаваться с антенны 2 по первому набору поднесущих в периоде 1 символа каждого слота с четным номером и по второму набору поднесущих в периоде 1 символа каждого слота с нечетным номером. Характерный для соты опорный сигнал может передаваться с антенны 3 по второму набору поднесущих в периоде 1 символа каждого слота с четным номером и по первому набору поднесущих в периоде 1 символа каждого слота с нечетным номером.

Фиг.3В изображает примерную передачу зондирующего опорного сигнала по восходящей линии связи. Зондирующий опорный сигнал может передаваться через поднесущую в наборе поднесущих, которые могут охватывать одну подполосу частот, многочисленные подполосы частот или всю полосу частот системы. Зондирующий опорный сигнал может передаваться в последнем периоде символа подкадра. Зондирующий опорный сигнал может передаваться по разным подполосам частот в разных подкадрах, например, с циклическим повторением по подполосам частот и передачей зондирующего опорного сигнала по другой подполосе частот в каждом подкадре, в котором передается зондирующий опорный сигнал. Зондирующий опорный сигнал также может передаваться с разных антенн в UE в разных подкадрах, например, с циклическим повторением по антеннам и передачей зондирующего опорного сигнала с другой антенны в каждом подкадре, в котором передается зондирующий опорный сигнал.

Передача характерного для соты опорного сигнала и зондирующего опорного сигнала описывается в вышеупомянутом документе TS 36.211 3GPP.

Фиг.4 изображает блок-схему разработки узла В 110 и UE 120, которым может быть один из узлов В и одно из UE на фиг.1. Узел В 110 оснащен многочисленными (T) антеннами 434а-434t. UE 120 оснащено многочисленными (R) антеннами 452a-452r. Большая часть описания ниже предполагает, что каждая антенна может использоваться для передачи и приема данных.

На узле В 110 процессор 420 передачи может принимать данные трафика для одного или нескольких UE от источника 412 данных, обрабатывать (например, кодировать и модулировать) данные трафика для каждого UE, основываясь на одной или нескольких схемах модуляции и кодирования (MCS) для этого UE, и подавать символы данных на все UE. Процессор 420 передачи также может генерировать управляющие символы для управляющей информации/сигнализации. Процессор 420 передачи дополнительно может генерировать опорные символы для одного или нескольких опорных сигналов, например, характерного для соты опорного сигнала. Процессор 430 MIMO может выполнять предварительное кодирование для символов данных, управляющих символов и опорных сигналов, как описано ниже, и может подавать Т выходных потоков символов на Т модуляторов (MOD) 432a-432t. Каждый модулятор 432 может обрабатывать свой выходной поток символов (например, для OFDM) для получения выходного потока отсчетов. Каждый модулятор 432 дополнительно может приводить в определенное состояние (например, преобразовывать в аналоговую форму, фильтровать, усиливать и преобразовывать с повышением частоты) свой выходной поток отсчетов и генерировать сигнал нисходящей линии связи. Т сигналов нисходящей линии связи от модуляторов 432a-432t могут передаваться при помощи антенн 434a-434t, соответственно.

На UE 120 R антенн 452a-452r могут принимать Т сигналов нисходящей линии связи от узла В 110, и каждая антенна 452 может подавать принятый сигнал на связанный с ней демодулятор (DEMOD) 454. Каждый демодулятор 454 может приводить в определенное состояние (например, фильтровать, усиливать, преобразовывать с понижением частоты и оцифровывать) свой принятый сигнал для получения отсчетов и может дополнительно обрабатывать отсчеты (например, для OFDM) для получения принятых символов. Каждый демодулятор 454 может подавать принятые символы данных и принятые управляющие символы на обнаружитель 460 MIMO и может подавать принятые опорные символы на процессор 494 канала. Процессор 494 канала может оценивать MIMO-канал нисходящей линии связи от узла В 110 на UE 120, основываясь на принятых опорных символах, и может подавать оценку MIMO-канала нисходящей линии связи на обнаружитель 460 MIMO. Обнаружитель 460 MIMO может выполнять обнаружение MIMO по принятым символам данных и принятым управляющим символам, основываясь на оценке MIMO-канала нисходящей линии связи, и подавать оценки символов, которые представляют собой оценки переданных символов. Процессор 470 приема может обрабатывать (например, демодулировать и декодировать) оценки символов, подавать декодированные данные трафика на приемник 472 данных, и подавать декодированную управляющую информацию на контроллер/процессор 490.

UE 120 может оценивать качество канала нисходящей линии связи и генерировать информацию обратной связи, которая может содержать различные типы информации, описанные ниже. Информация обратной связи, данные трафика от источника 478 данных и один или несколько опорных сигналов (например, зондирующий опорный сигнал) могут обрабатываться (например, кодироваться и модулироваться) процессором 480 передачи, предварительно кодироваться процессором 482 MIMO и дополнительно обрабатываться модуляторами 454a-454r для генерирования R сигналов восходящей линии связи, которые могут передаваться при помощи антенн 452a-452r. На узле В 110 R сигналов восходящей линии связи от UE 120 могут приниматься антеннами 434a-434t и обрабатываться демодуляторами 432a-432t. Процессор 444 канала может оценивать MIMO-канал восходящей линии связи от UE 120 на узел В 110 и может подавать оценку MIMO-канала восходящей линии связи на обнаружитель 436 MIMO. Обнаружитель 436 MIMO может выполнять обнаружение MIMO, основываясь на оценке MIMO-канала восходящей линии связи и подавать оценки символов. Процессор 438 приема может обрабатывать оценки символов, подавать декодированные данные трафика на приемник 439 данных и подавать декодированную информацию обратной связи на контроллер/процессор 440. Контроллер/процессор 440 может управлять передачей данных на UE 120, основываясь на информации обратной связи.

Контроллеры/процессоры 440 и 490 могут руководить работой на узле В 110 и UE 120, соответственно. Память 442 и 492 может хранить данные и программные коды для узла В 110 и UE 120, соответственно. Планировщик 446 может выбирать UE 120 и/или другие UE для передачи данных по нисходящей линии связи и/или восходящей линии связи, основываясь на информации обратной связи, принятой от UE. Планировщик 446 также может распределять ресурсы запланированным UE.

MIMO-канал нисходящей линии связи, сформированный посредством Т антенн на узле В 110 и R антенн на UE 120, может характеризоваться матрицей H _DL(k) MIMO-канала размера R×T для каждой поднесущей k. H _DL(k) может быть выражена как:

Уравнение (6)

где h _i,j(k) для i=1, … R и j=1, … T представляет собой комплексный коэффициент усиления между антенной j узла В и антенной i UE для поднесущей k.

MIMO-канал восходящей линии связи, сформированный R антеннами на UE 120 и Т антеннами на узле В 110, может характеризоваться матрицей H _UL(k) MIMO-канала размера T×R для каждой поднесущей k. H _UL(k) может иметь форму, показанную в уравнении (6).

Для FDD матрица H _DL(k) MIMO-канала нисходящей линии связи может не сопоставляться с матрицей H _UL(k) MIMO-канала восходящей линии связи. Узел В может оценивать H _UL(k), основываясь на зондирующем опорном сигнале, передаваемым UE. Узел В может посылать информацию об индикаторе матрицы предварительного кодирования (PMI), полученную из H _UL(k), на UE для предварительного кодирования на восходящей линии связи. Аналогично, UE может оценивать H _DL(k), основываясь на характерном для соты опорном сигнале, передаваемым узлом В. UE может посылать информацию о PMI, полученной из H _DL(k), на узел В для предварительного кодирования на нисходящей линии связи.

Для TDD матрица H _DL(k) MIMO-канала нисходящей линии связи может сопоставляться с матрицей H _UL(k) MIMO-канала восходящей линии связи и предполагается, что они могут быть обратными величинами друг для друга, так что H _UL(k)=H ^T _DL(k), где ^«Т» обозначает транспонирование. В данном случае узел В может оценивать H _UL(k), основываясь на зондирующем опорном сигнале, передаваемом UE. Узел В может оценивать H _DL(k), основываясь на оцененной H _UL(k), предполагая обратимость каналов. Узел В затем может использовать H _DL(k) для получения информации о PMI для нисходящей линии связи. Аналогично, UE может оценивать H _DL(k), основываясь на характерном для соты опорном сигнале, передаваемом узлом В. UE может оценивать H _UL(k), основываясь на оцененной H _DL(k), предполагая обратимость каналов. UE тогда может использовать H _UL(k) для получения информации о PMI для восходящей линии связи.

Общий MIMO-канал нисходящей линии связи состоит из каналов передачи для Т антенн на узле В, MIMO-канала нисходящей линии связи и приемных каналов для R антенн на UE. Общий MIMO-канал восходящей линии связи состоит из передающих каналов для R антенн на UE, MIMO-канала восходящей линии связи и приемных каналов для Т антенн на узле В. Для FDD общий MIMO-канал нисходящей линии связи для каждой линии связи может оцениваться на основе опорного сигнала, принимаемого по этой линии связи. Для TDD общий MIMO-канал нисходящей линии связи может не быть обратимым для общего MIMO-канала восходящей линии связи, даже если H _UL(k)=H ^T _DL(k) из-за различий между характеристиками каналов передачи и приема на узле В и UE. Калибровка может выполняться для определения матрицы калибровки, которая может применяться (например, на узле В) для учета различий между характеристиками каналов передачи и приема на узле В и UE. Калибровка может выполняться так, как описано в заявке на патент США №10/693169, озаглавленной «CHANNEL CALIBRATION FOR A TIME DIVISION DUPLEXED COMMUNICATION SYSTEM», которая принадлежит этому же правопреемнику, что и данная заявка, и которая подана 23 октября 2003 г. Если применяется матрица калибровки, общий MIMO-канал нисходящей линии связи, как предполагается, может представлять собой обратную величину общего MIMO-канала восходящей линии связи. Для простоты, нижеследующее описание предполагает, что каналы передачи и приема имеют плоские характеристики, матрица калибровки представляет собой единичную матрицу I, матрица общего MIMO-канала нисходящей линии связи представляет собой H _DL(k), матрица общего MIMO-канала восходящей линии связи представляет собой H _UL(k), и H _UL(k)=H ^T _DL(k)для TDD.

Как для FDD, так и для TDD, узел В может передавать М потоков символов по М уровням на UE, где, в основном, 1≤М≤min{T, R}. Уровни можно рассматривать как пространственные каналы MIMO-канала. Аналогично, UE может передавать М потоков символов по М уровням на узел В. Количество потоков символов для посылки по восходящей линии связи может быть равным или может не быть равным количеству потоков символов для посылки по нисходящей линии связи. Для ясности, ниже описывается передача данных по нисходящей линии связи.

Хорошие рабочие характеристики могут достигаться посредством передачи данных по собственным модам MIMO-канала. Собственные моды можно рассматривать как ортогональные пространственные каналы. Чтобы передавать данные по собственным модам, узел В может получать матрицу предварительного кодирования, основываясь на формировании идеального собственного луча или на формировании псевдособственного луча, и затем может выполнять предварительное кодирование при помощи матрицы предварительного кодирования. Таблица 2 суммирует характеристики формирования идеального и псевдособственного луча.

Таблица 2
Тип формирования луча	Описание
Формирование идеального собственного луча	Матрица предварительного кодирования выводится на основе матрицы MIMO-канала.
Формирование псевдособственного луча	Матрица предварительного кодирования выводится на основе матрицы псевдолуча.

Для формирования идеального собственного луча матрица H _DL(k) MIMO-канала нисходящей линии связи может диагонализироваться посредством разложения по сингулярным числам следующим образом:

Уравнение (7)

где U(k) представляет собой унитарную матрицу размера R×R левых собственных векторов H _DL(k),

V(k) представляет собой унитарную матрицу размера T×T правых собственных векторов H _DL(k),

∑(k) представляет собой диагональную матрицу размера R×T сингулярных чисел H _DL(k), и

^«H» обозначает эрмитово или сопряженное транспонирование.

Унитарная матрица имеет столбцы, которые являются ортогональными друг другу, и каждый столбец имеет единичную мощность. Диагональная матрица имеет возможные ненулевые значения по диагонали и нули в других местах. Сингулярные числа в ∑(k) указывают на коэффициенты усиления канала собственных мод H _DL(k), полученные посредством разложения по сингулярным числам. Матрица V(k) также может упоминаться как матрица собственного луча, матрица формирования луча и т.д. Матрица V(k) собственного луча также может быть получена посредством выполнения разложения по собственным значениям ковариационной матрицы H _DL(k). Разложение по собственным значениям может быть выражено как , где Λ(k)=Σ^H(k)Σ(k) и Λ(k) представляет собой диагональную матрицу собственных значений H _DL(k).

Узел В может передавать данные по М собственным модам на UE, где 1≤М≤min{T, R}. Количество собственных мод (М) для использования для передачи данных также может упоминаться как ранг передачи данных.

Матрица W _IBF(k) предварительного кодирования может быть сформирована на основе М столбцов V(k) для М собственных мод. В одной разработке W _IBF(k) может быть сформирована следующим образом:

Уравнение (8)

где v _m(k) представляет собой столбец V(k) для m-ой выбранной собственной моды, для m=1, … М, и

W _IBF(k) представляет собой матрицу предварительного кодирования размера T×M для формирования идеального собственного луча (IBF).

В другой разработке может поддерживаться кодовая книга матриц предварительного кодирования. W _IBF(k) может быть сформирована на основе матрицы предварительного кодирования в кодовой книге, которая наиболее точно соответствует V(k), например, имеет минимальное расстояние до V(k).

Узел В может выполнять масштабирование символов и предварительное кодирование для формирования идеального собственного луча следующим образом:

Уравнение (9)

где d(k) представляет собой вектор размера M×1 символов данных для посылки по поднесущей k,

G(k) представляет собой диагональную матрицу размера M×M коэффициентов усиления для символов данных, и

x(k) представляет собой вектор размера T×1 выводимых символов для поднесущей k.

UE может получать принимаемые символы от R антенн, которые могут выражаться как:

Уравнение (10)

где H _EDL(k)=H _DL(k)W _IBF(k)G(k) представляет собой матрицу эффективного MIMO-канала размера R×M для формирования идеального собственного луча,

r(k) представляет собой вектор размера R×1 принимаемых символов для поднесущей k, и

n(k) представляет собой вектор размера R×1 шума и помех для поднесущей k.

Шум и помехи могут иметь ковариационную матрицу R _nn(k)=E{n(k)n ^H(k)}, где E{} обозначает ожидание. Предполагается, что шум и помехи представляют собой аддитивный белый гауссов шум (AWGN) с нулевым вектором средних значений и ковариационной матрицей , где представляет собой дисперсию шума и помех.

UE может выполнять обнаружение MIMO, основываясь на минимальной среднеквадратической ошибке (MMSE), коррекции с форсированием нуля, MMSE с последовательным подавлением помех или некотором другом методе обнаружения MIMO. Для MMSE UE может выводить матрицу M(k) обнаружения размера M×R для каждой поднесущей k следующим образом:

Уравнение (11)

где , и

D(k)=[diagZ(k)]^-1 представляет собой диагональную матрицу значений масштабирования для получения нормализованных оценок символов.

UE может выполнять обнаружение MIMO следующим образом:

Уравнение (12)

где представляет собой вектор размера M×1 оценок символов для поднесущей k. представляет собой оценку d(k), посылаемых узлом В.

Отношение сигнала к шуму и помехам (SINR) для каждой собственной моды может быть выражено следующим образом:

Уравнение (13)

где z _m(k) представляет собой m-ый диагональный элемент Z(k), и

SINR_m(k) представляет собой SINR собственной моды m для поднесущей k.

Вообще, SINR может зависеть от ме