CN102647260A - 多小区无线网络及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及多小区无线网络及方法。一种方法，包括：在无线网络中采用来自多个基站的天线元件以支持协作多输入多输出(MIMO)传输；通过第一设备生成天线驱动信号；将所述天线驱动信号的相应部分发送到每个所述基站；以及通过以发送到这些基站的所述天线驱动信号的所述相应部分来驱动所述基站处的所选天线元件，执行协作MIMO传输。

Description

多小区无线网络及方法
本申请为申请日为2005年12月7日、申请号为200580041762.5、发明名称为“多小区无线网络中的协作MIMO”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及通信系统领域；更具体地，本发明涉及用于在多小区无线网络中执行MIMO操作的技术。
背景技术
随着高速无线业务需求日益增加，需要更多的每带宽吞吐量以便用更高的数据速率容纳更多的用户，同时保持有保证的服务质量(QoS)。在点对点通信中，发射器和接收器之间的可达数据速率受制于可用带宽、传播信道状况、以及接收器处的噪声加干扰水平。对于其中基站与多个订户通信的无线网络，网络容量还依赖于频谱资源的划分方式和信道状况以及所有订户的噪声加干扰水平。在现有技术中，例如时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、码分多址(CDMA)的多址协议被用于根据订户的数据速率需求来在订户之间分配可用频谱。其它重要的限制因素如信道衰落状况、干扰水平和QoS需求通常被忽略。
使可靠的无线传输难于实现的主要现象是时变多径衰落。在多径衰落信道中提高质量或者减少有效错误率可能是极其困难的。例如，考虑下面的非多径环境中的典型噪声源与多径衰落之间的比较。在具有加性白高斯噪声(AWGN)的环境中，为了将有效误比特率(BER)从10-2减少到10-3，使用典型的调制和编码方案，可能仅需要高出1db或2db的信噪比(SNR)。但是，在多径衰落环境中实现同样的减少可能需要提高SNR多达10db。必要的SNR提高仅仅通过提供更高的发射功率或者额外的带宽可能不能实现，因为这与下一代宽带无线系统的需求相反。
一组用于减小多径衰落效应的技术是采用信号分集方案，其中，经由独立的衰落信道接收组合信号。在空间分集方案中，多个天线被用于接收和/或发送信号。天线间距必须使得在每个天线的衰落是独立的(相干距离)。在频率分集方案中，信号在若干频带(相干BW)中传输。在时间分集方案中，信号在不同的时隙(相干时间)中传输。信道编码加上交织被用于提供时间分集。在极化分集方案中，采用了具有不同极化的两个天线用于接收和/或划分(division)。
在现代无线通信系统中普遍采用空间分集。为了实现空间分集，在接收器和/发射器处利用天线阵列进行空间处理。在至今所开发的许多方案当中，多输入多输出(MIMO)和波束形成是两个研究最多的方案，并且被证明在提高无线网络的容量和性能方面是有效的(例如参见Ayman F.Naguid、Vahid Tarokh、Nambirajan Seshadri、A.Robert Calderbank，“A Space-Time  Coding  Modem  for High-Data-Rate WirelessCommunications”，IEEE Journal on Selected Areas in Communications，vol.16，no.8，October 1998，pp.1459-1478)。在块时不变环境中，可以示出，在配备有Nt个发射天线和Nr个接收天线的系统中，良好设计的空间-时间编码(STC)系统可以实现Nr＊Nt的最大分集。STC的典型例子包括空间-时间格码(STTC)(例如参见V.Tarokh、N.Seshadri和A.R.Calderbank，“Space-time codes for high data rate wirelesscommunication：performance criterion and code construction”，IEEETrans.Inform.Theory，44：744-765，March 1998)和根据正交设计的空间-时间块码(STBC-OD)(例如参见V.Tarokh、H.Jafarkhani和A.R.Calderbank，“Space-time block codes from orthogonal designs”，IEEE Trans.Inform.Theory，45：1456-1467，July 1999)。
因为MIMO系统的容量和性能严重依赖于其维度(即Nt和Nr)和天线元件之间的相关性，所以，希望较大尺寸并且更分散的天线阵列。在另一方面，成本和物理限制禁止在实际中使用过多天线阵列。
发明内容
这里公开了一种在多小区无线网络中用于协作多输入多输出(MIMO)传输操作的方法和系统。在一个实施例中，来自两个或更多基站的天线元件用于形成扩展的MIMO天线阵列，其用于向一个或多个终端发送MIMO传输，并且从一个或多个终端接收MIMO传输。
根据本发明的一个方面，提供了一种方法，包括：在无线网络中采用来自多个基站的天线元件以支持协作多输入多输出(MIMO)传输；通过第一设备生成天线驱动信号；将所述天线驱动信号的相应部分发送到每个所述基站；以及通过以发送到这些基站的所述天线驱动信号的所述相应部分来驱动所述基站处的所选天线元件，执行协作MIMO传输。
根据本发明的另一个方面，提供了一种方法，包括：在无线网络中采用来自多个基站的天线元件以支持协作多输入多输出(MIMO)传输；对要通过对应的协作MIMO信道传输的数据流执行MIMO编码，所述MIMO编码产生相应的经编码数据序列集，在相应的基站将对其执行天线信号处理；将每个相应的经编码数据序列集发送给其对应的基站；在每个所述基站，根据该基站接收到的所述经编码数据序列集，执行天线信号处理操作以产生天线信号；以及在每个所述基站通过对应的天线元件传输所述天线信号以通过所述协作MIMO信道传输所述数据流。
根据本发明的再一个方面，提供了一种多小区无线网络，包括：多个基站，每个与相应的小区相关联并且具有相应的包括至少一个天线元件的天线阵列；协作多输入多输出(MIMO)传输机构，其采用来自所述多个基站的所选天线元件以形成扩展的天线阵列，用于支持所述无线网络上的协作MIMO传输；以及协作MIMO主编码器，以便：产生天线驱动信号；以及将所述天线驱动信号的相应部分发送给每个所述基站；其中，通过以发送到这些基站的所述天线驱动信号的所述相应部分驱动所述基站处的所选天线元件而执行协作MIMO传输。
根据本发明的再一个方面，提供了一种多小区无线网络，包括：多个基站，每个与相应的小区相关联并且具有相应的包括至少一个天线元件的天线阵列；协作多输入多输出(MIMO)传输机构，其采用来自所述多个基站的所选天线元件以形成扩展的天线阵列，用于支持所述无线网络上的协作MIMO传输；主编码器，以便：对要通过对应的协作MIMO信道传输的数据流执行MIMO编码，所述MIMO编码产生相应的经编码数据序列集，在相应的基站将对其执行天线信号处理；将每个相应的经编码数据序列集发送到其对应的基站；以及每个基站处的一组天线信号处理组件，以便对其接收的所述经编码数据序列集进行天线信号处理操作以产生天线信号；其中，所述天线信号通过每个所述基站处的所选天线元件传输，以在所述协作MIMO信道上形成协作MIMO传输。
附图说明
根据下面给出的具体描述以及本发明各实施例的附图，将更全面地理解本发明，但是，其不应该被用来将本发明限制到特定的实施例，而仅仅是用于说明和理解。
图1示出了多小区的情景，其中，来自多个基站的天线元件被扩展以形成更高维度的收发器阵列。
图2示出了用于对MIMO系统的容量进行建模的一般性信道矩阵H。
图3示出了关于发射天线数目的MIMO系统的容量增加。
图4a示出了协作MIMO架构，其中，在协作MIMO传输方案中采用来自两个基站的天线阵列以向一个终端发送下行信号。
图4b示出了图4a的协作MIMO架构被用于传输和处理由扩展天线阵列所接收的上行信号的方面。
图5示出了图4a的协作MIMO架构的扩展，其中，波束形成被用于将MIMO传输导向一个终端，同时向另一终端进行空间零置。
图6示出了其中两个基站使用联合编码和解码同时与两个终端执行多用户MIMO的协作MIMO架构。
图7a示出了MIMO OFDM编码器/发射器的框图。
图7b示出了具有波束形成的MIMO OFDM编码器/发射器的框图。
图8示出了MIMO OFDM接收器/解码器的框图。
图9示出了用于对空间-时间编码传输方案进行建模的框图。
图10示出了示例性的基于PSK的空间-时间格码(STTC)编码器。
图11示出了示例性的基于QAM的STTC编码器。
图12示出了用于对空间-时间块编码(STBC)传输方案进行建模的框图。
图13a示出了对STTC延迟分集方案进行建模的框图。
图13b示出了对STBC延迟分集方案进行建模的框图。
图14是示例性的基于PSK的STTC延迟分集编码器的框图。
图15是示出了其中在主编码器处执行STC编码操作的协作MIMO架构的示意图。
图16是示出了协作MIMO架构的示意图，其中，在多个基站处对复制的数据流的各个实例执行STC编码操作。
具体实施方式
根据本发明的各方面，公开了一种用于扩展来自两个或更多基站/终端的天线元件以执行更高维度的MIMO操作的方法和设备。在一个实施例中，在蜂窝环境中跨多个基站采用MIMO/联合空间-时间编码，其中，在调制和编码级别执行信号的协作传输。这个新颖方法以最小的附加成本向现有网络组件引入额外的分集和容量。由于发射天线数目的增加，所以同时订户数目增加，从而导致更高的频谱效率。
在下面的描述中，阐述了大量的细节以提供本发明的更透彻的说明。但是，对于本领域技术人员，显然可以实施本发明而不需要这些具体细节。在其它实例中，公知的结构和装置以框图的形式示出，而不是具体示出，以避免使本发明不清晰。
下面的具体描述中的一些部分在计算机存储器中按照对数据比特的操作的算法和符号表示来提供。这些算法描述和表示是数据处理技术领域的技术人员所使用的手段，以便最有效地将其工作的实质传达给本技术领域的其他技术人员。在这里，通常地，算法被认为是导致期望结果的自相一致的步骤序列。这些步骤是需要物理量的物理操作的步骤。虽然不一定，但是通常这些量采用能够被存储、传送、组合、比较和以其他方式操纵的电或磁信号的形式。有时，主要由于普遍使用的原因，称这些信号为比特、值、元素、符号、字符、术语、数字等被证实是方便的。
但是，应该牢记，所有这些及类似术语要与适当的物理量相关联，并且仅仅是应用到这些量上的适宜的标记。除非特别说明，否则，如同从下面的讨论中容易看出的那样，应当理解在整个说明书中，使用诸如“处理”或“计算”或“估算”或“确定”或“显示”等术语的讨论是指计算机系统或类似电子计算装置的动作和处理，其对在计算机系统的寄存器和存储器中表示为物理(电子)量的数据进行操纵并转换成在计算机系统存储器或寄存器或其它这种信息存储、传输或显示装置中类似表示为物理量的其它数据。
本发明还涉及用于执行这里的操作的设备。该设备可以针对需要的目的而特别构造，或者其可以包括通用计算机，所述通用计算机由存储在该计算机中的计算机程序有选择性地激活或重新配置。这种计算机程序可以存储在计算机可读的存储介质中，例如但不限于任何类型的盘，包括软盘、光盘、CD-ROM，以及磁-光盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、EPROM、EEPROM、磁或光卡、或者适合于存储电子指令的任何类型的介质，并且每个耦合到计算机系统总线。
这里所提出的算法和显示并非固有地与任何特定计算机或其它设备相关。各种通用系统可以根据这里的教导而与程序一起使用，或者构造更为专用的设备以执行所需的方法步骤可证实是方便的。从下面的描述将可以看出用于各种该系统的所需结构。另外，本发明不是参考任何特定编程语言来描述的。应当理解，各种编程语言可以被用于实现这里所描述的本发明的教导。
机器可读介质包括用于存储或传输机器(例如，计算机)可读形式的信息的任何机制。例如，机器可读介质包括只读存储器(“ROM”)；随机存取存储器(“RAM”)；磁盘存储介质；光存储介质；闪存装置；电的、光的、声的或其它形式的传播信号(例如，载波，红外信号，数字信号等)；等等。
概述
图1示出了用于具有多个基站BS1、BS2和BS3以及终端A、B和C的典型无线网络的三个小区100、102和104。基站BS1和BS2中的每一个包括4-元件环形天线阵列，而终端A具有两个天线1和2。
从理论角度，用于MIMO传输方案的发射器和接收器之间的容量由向量信道H确定，向量信道H也称为信道矩阵。如图2所示，信道矩阵H包括M行和N列，其中，M是接收器天线(Rx)的数目，而N是发射器天线(Tx)的数目。在示出的信道矩阵H中，每项αij是从第i个发射天线到第j个接收天线的复数信道增益。
对于单输入单输出(SISO)的信道容量是：
C＝log2(1+ρ)bits/sec/use    (1)
其中，ρ是信噪比。对于MIMO信道的信道容量是：
C = log 2 det [ I + ρ N HH * ] - - - ( 2 )
根据上面所述，中断容量(outage capacity)可以表示为：
C = 1 2 M log 2 ( 1 + σ { h } 2 ρ ) . - - - ( 3 )
根据等式3可以看出，当M较大时，容量随接收天线的数目线性地增加。当在接收器侧添加天线阵列时(单输入多输出-SIMO)，信道容量限制对数性地增长。同时，在MIMO系统的情况下，信道容量限制随min(M，N)尽可能线性地增长，其中，min(M，N)是空间本征模式的最大数目。图3示出了作为信道矩阵维度的函数的MIMO系统容量的图示。
由于系统容量由维度(天线的数目)和信道的状况(天线元件之间的相关性)来支配，所以，希望具有拥有更分散元件的大尺寸天线阵列。但是，存在收益递减的点，其中，针对给定基站，增加天线元件的成本和对应的处理复杂度超过系统容量递增增加的好处。此外，为了获得额外容量的附加好处，可能需要向给定无线网络中的许多或所有基站添加额外的天线元件。
本发明的实施例利用具有拥有更分散元件的大尺寸天线阵列的好处，而无需向基站添加额外的天线元件。这是通过将来自两个或更多基站的天线元件的操作进行扩展以形成大尺寸天线阵列来实现的。所述扩展阵列针对一个或多个终端执行“协作MIMO”传输操作。例如，图1示出了协作MIMO传输方案的示例性使用，其中，用于基站BS1和BS2的天线元件被扩展以经由用于终端A的接收天线1和2进行协作通信。
图4a示出了下行(从基站到终端)协作MIMO架构400的一个实施例的框图。为了说明目的，图4a所示的架构包括两个基站402和404以及一个终端406。应当理解，MIMO架构400的实际实施可以包括两个或更多基站，其发射由一个或多个终端接收的信号。
在示出的图4a的实施例中，基站402具有包括Nt1个发射天线的天线阵列，而基站404具有包括Nt2个天线的天线阵列，并且终端406包括Nr个天线。鉴于前述MIMO定义，基站天线的协作使用使MIMO维度增加到(Nt1+Nt2)＊Nr。这个维度增加实现无需基站处的任何额外天线元件以及用于驱动这些天线的组件。
根据这里所描述的本发明的各个实施例的各方面，对应于要传输到订户(例如终端406)的数据的信息比特序列可以是空间-时间、空间-频率或空间-时间-频率编码的，如图4a的块408所示。在一些实施例中，空间-时间、空间-频率或空间-时间-频率码可以被扩展以支持延迟分集，如下所述。当在块408中进行了适当的编码之后，经编码的数据于是被传递到基站，在那里，经编码的数据经由这些基站处的可适用的天线元件而被传输。鉴于可适用的MIMO信道配置参数，所述两个或更多基站接着向订户(例如，操作终端406的用户)执行联合MIMO传输(如信号410和412所示)。例如，从基站402和404传输的信号410和412可以基于当前针对特定订户所采用的编码方案和/或MIMO方案，采用针对每个基站的所选天线元件。通常，协作MIMO传输可以在常规通信期间执行，或者在切换期间执行，其中，订户穿过小区之间的边界。
在一个实施例中，采用了空间-时间编码。例如，输入信息比特在块408被进行空间-时间编码(使用例如空间-时间块码或格码)，并且经编码的数据被转发到基站402和404中的每一个。空间-时间块编码和空间-时间格码的使用的更多细节在下面讨论。
在一个实施例中，在主编码器处执行空间-时间(或者空间-频率、或者空间-时间-频率)编码。在另一个实施例中，基于在每个单独的位置处所接收的共同的(复制的)信息比特序列，在该单独的位置处(例如，在基站内)执行空间-时间(或者空间-频率、或者空间-时间-频率)。
图4b示出了协作MIMO架构400的上行信号处理方面。在该实例中，上行信号414从终端406经由选自发射天线1-Nt的天线来发射。上行信号414由相应的用于基站402和404的接收天线阵列(1-Nr1，1-Nr2)所接收(注意，对于一些实施例，同一天线可用于发射和接收操作两者，而对于其它实施例，可以采用单独的发射和接收天线组)。当上行信号在基站被接收时，对其进行初始的信号处理，并且经处理的信号被转发到块416以执行联合MIMO解码和解调，从而提取与终端406发射的数据相对应的信息比特。通常，用于执行块416的操作的组件可以在主解码器中实现，主解码器可以相对于多个基站(例如，基站402和404)而位于中心，或者可以位于多个基站之一。
图5示出了多用户协作MIMO架构500。在该实施例中，扩展的天线阵列(包括用于基站502和504的所选发射天线元件)用于通过使用波束形成和零置方案，向一个或多个预期订户执行MIMO操作，同时限制非预期订户的位置处/方向上的射频信号。例如，存在公知的技术用于将被发射信号转向选定的位置，同时由于信号抵消效应和/或衰落效应，朝其它方向发送的被发射信号被零置。总之，这些选择性传输技术称为波束形成，并且通过使用适当的天线元件(这里的实施例中，是由两个或更多基站所有的天线的扩展阵列)以及从这些天线元件发射的信号(例如，经由从目标终端返回的反馈中获得的经加权的输入)的可适用的控制来实现。在本发明的波束形成实施例中，针对位于单个基站的天线阵列而采用的现有技术(例如参见D.J.Love、R.W.Heath Jr.和T.Strohmer，“Grassmannian Beamforming for Multiple-Input Multiple-OutputWireless Systems”，IEEE Transactions on Information Theory，vol.49，pp.2735-2747，Oct.2003)被扩展以便经由多个基站所有的所选天线元件来支持波束形成操作。如下所述，可能需要在多个基站之间采用信号同步以获得希望的波束形成结果。
在图5的实施例中，在块514中使用空间-时间、空间-频率或者空间-时间-频率编码方案之一对信息比特进行编码。块514还被用于执行波束形成操作，如下面参考图7b更详细所述。块514的经编码的输出接着被提供给基站502和504中的每一个，其又发送相应的信号516和518。如波瓣(lobe)520、522和524所示，组合信号516和518的信道特性在特定方向上产生更高增益的区域。同时，由于空间零置，组合信号516和518在诸如零向526所示的其它方向上的增益可以大大减小(例如，直到信号不能被解码的点)。在一个实施例中，空间零置在非预期订户的方向上执行。
例如，在图5所示的情景下，对组合信号516和518进行控制以便在波瓣522中产生高增益。这样，终端506在其天线阵列接收良好的信号，并且可以使用无线通信系统技术领域内公知的适当的MIMO解码技术来解码组合的MIMO信号。同时，在终端528接收的组合信号的强度被使用空间零置进行零置。因此，与块514处接收的信息比特相对应的数据仅仅被发送到终端506，而没有被终端528所接收。
图6示出了另一个多用户协作MIMO架构600。不是对非预期终端形成零置，而是来自多个用户的信息被联合编码，从多个基站经由扩展的MIMO天线阵列发送，并且接着在接收终端被解码。在本发明的一个实施例中，该信息在用户端被独立解码。预期给其它用户的信号作为干扰处理。在另一个实施例中，来自所有用户的信息被联合解码。在又一实施例中，在不同用户位置接收的信息被合并以便进行联合解码。
图6的实施例示出了联合解码的示例。在该示例中，在块630中使用空间-时间、空间-频率或者空间-时间-频率编码之一对要发送到终端1(606)和2(628)的信息进行联合编码。为清楚起见，要发送到终端1和2的相应的信息表示为数据A和数据B。块630的经联合编码的输出提供作为基站602和604中的每一个的输入。基站接着经由所选天线(对应于分配给终端1和2的MIMO信道)将经联合编码的数据发送到终端606和628。在收到经联合编码的数据时，其通过在块632中针对终端606和628中的每一个所执行的操作而被解码。在解码时，预期给每个接收终端的信息被保留，而其它信息被丢弃。因此，终端606保留数据A并且丢弃数据B，而终端628保留数据B并且丢弃数据A。在一个实施例中，要保留的信息和要丢弃的信息通过包头标识，其中包头与从给定终端处接收的经解码的数据中提取的包相对应。
图7a示出了与用于具有Nt个发射天线的基站的OFDMA(正交频分多址)编码/发射器模块700A的一个实施例相对应的框图。针对副载波1-N中的每一个的信息比特在相应的空间-时间编码(STC)块7041-N处接收。STC的大小是发射天线Nt数目的函数。通常，空间-时间码可包括空间-时间格码(STTC)、空间-时间块码(STBC)以及具有延迟分集的STTC或STBC，其细节在下面描述。基于可适用的STC，块7041 -P中的每一个输出一组码字c1[j，k]到cNt[j，k]，其中j表示子信道索引并且k是时间索引。每个码字接着被转发到适当的快速傅立叶变换(FFT)块7061-Nt。FFT块7061-Nt的输出接着被馈送到并串(P/S)转换块7081- Nt，并且通过添加循环前缀(CP)块7101-Nt添加循环前缀。添加CP块7101-Nt的输出接着被提供给发射天线1-Nt以作为下行信号发送到基站的覆盖区域中的各个终端。
图8示出了与用于具有Nr个接收天线的终端的OFDMA接收器/解码器模块800的一个实施例相对应的框图。在下行信号的接收端的信号处理基本上与用于对信号进行编码和准备以便发送的过程相反。首先，针对在相应的接收天线1-Nr接收的每个信号的循环前缀由相应的去除CP块8101-Nr所去除。相应的信号接着被馈送到相应的串并(S/P)转换块8081 -Nt以产生并行的数据集，其接着被提供为到FFT块8061-Nr的输入。FFT块8061-Nr的输出接着被转发到适当的STC解码块8041-N以便解码。经解码的数据接着以针对副载波1-N的信息比特被输出。
图7b示出了与执行波束形成的OFDMA编码/波束形成/发射器模块700B的一个实施例相对应的框图。如类似编号的块所示，由图7a和7b的实施例所执行的许多信号处理是类似的。除了这些处理操作之外，OFDMA编码/波束形成/发射器模块700B还包括波束形成块7051-N。鉴于由波束形成控制块712提供的控制信息，这些波束形成块中的每一个将加权的值W1-N应用到其相应的输入，其中，控制信息响应于波束形成反馈数据714产生。图7a和7b的实施例之间的更多的差别包括STC块704A1-N，其在这里采用具有大小L的STC，L表示波束形成信道的数目。空间时间编码
空间-时间码(STC)最开始由来自AT&T研究室的Tarokh等人在1998年引入(V.Tarokh、N.Seshadri和A.R.Calderbank，“Space-timecodes for high data rates wireless communications：Performance criterionand code construction”，IEEE Trans.Inform.Theory，vol.44，pp.744-765，1998)，作为提供针对多天线衰落信道的发射分集的新手段。有两个主要类型的STC，即空间-时间块码(STBC)和空间-时间格码(STTC)。空间-时间块码对输入符号的块进行操作，产生矩阵输出，其列表示时间，并且行表示天线。空间-时间块码通常不提供编码增益，除非与外码级联。其主要特征是以非常简单的解码方案提供全分集。另一方面，空间-时间格码每次对一个输入符号进行操作，产生向量符号序列，其长度表示天线。与传统的针对单天线信道的TCM(格编码调制)类似，空间-时间格码提供编码增益。由于其还提供全分集增益，所以，其相比于空间-时间块码的关键优势是提供编码增益。其劣势是难于设计，并且通常需要高复杂度的编码器和解码器。
图9示出了STC MIMO传输模型的框图。在该模型下，来自信息源900的数据由空间-时间编码器902使用STBC或STTC码来编码。经编码的数据被接着通过MIMO链路904传输到接收器906。接收到的信号接着在接收器处被解码以提取原始数据。
图10示出了针对两个天线的示例性8-PSK 8-状态空间-时间格码，而图11示出了针对两个天线的示例性16-QAM 16-状态STTC。针对STTC的编码类似于TCM，除了在每帧的开始和末尾，要求编码器处于零状态。在每个时间t，依赖于编码器的状态和输入比特，选择转换分支。如果转换分支的标号是
Figure BDA0000153782350000111
那么，发射天线i被用于发送星座符号
Figure BDA0000153782350000112
并且所有这些传输是并行的。通常，STTC编码器可以通过以对应于待实现的格码的状态对其进行编程的状态机来实现。
图12示出了与采用两个天线的STBC模型相对应的框图。如前所述，从信息源1200接收数据。接着通过空间时间块码1202和星座图1204A和1204B的操作执行空间时间块编码。
更详细地，STBC由p x n传输矩阵G定义，传输矩阵G的项是χ1；:::；χk与其共轭
Figure BDA0000153782350000121
的线性组合；并且它的列是成对正交的。在p＝n并且{xi}是实数的情况下，G是满足条件GTG＝D的线性处理正交设计，其中，D是对角矩阵，其中第(i；i)个对角元素为
Figure BDA0000153782350000122
的形式，系数
Figure BDA0000153782350000123
图12示出了2×2STBC码的示例。
另一个信号分集方案是采用STC与延迟的组合。例如，图13a和图13b分别示出了与带有延迟传输方案的STTC以及带有延迟传输方案的STBC相对应的模型。在图13a中，来自信息源1300的数据由码重复块1302接收，其产生根据该数据生成的一对复制的符号序列。第一符号序列被转发到STTC编码器1304A以便编码。同时，复制的符号序列被馈送到延迟块1306中，其产生一个符号的延迟。延迟块1306的经延迟的符号序列输出接着被转发到STTC编码器1304B以便编码。图14示出了针对两个天线的示例性的8-PSK 8-状态延迟分集码。如图所示，针对发射天线Tx2的符号序列与输入序列同步，而针对发射天线Tx1的符号序列被延迟一个符号。
在图13b的信号分集方案下，来自信息源1300的数据在最佳块码选择逻辑1308处接收，其输出复制的块码以产生两个块码序列。第一块码序列被转发到星座映射器1310A以便编码，而第二块码序列通过延迟块1312被延迟一个符号，并且接着被转发到星座映射器1310B以便编码。经编码的信号接着通过第一和第二发射天线被发送。
为了清楚起见，这里根据传统的用法来描述前述STTC和STBC方案。在这种用法中，使用同一基站处的多个天线来发送各个经编码的信号。相反，本发明的实施例采用来自多个基站的天线阵列中的选择性天线元件以形成扩展的MIMO天线阵列。
为了实现使用多个基站的STC传输方案，可能需要额外的控制元件。例如，如果基站位于距主编码器设备不同距离处，则可能需要一些措施以同步天线输出，以便获得适当的MIMO传输信号。同样，当使用不同位置的基站处的天线阵列实现延迟分集方案时，必须维持适当的定时。
图15示出了采用主编码器1502的协作MIMO架构1500。通常，主编码器1502可以位于与基站402和404分开的单独设备处，或者可以与基站之一共处一地。在相应的实施例中，主编码器1502执行与图7A的OFDMA编码/发射器模块700A(如图15所示)或图7B的OFDMA编码/波束形成/发射器模块700B所执行的操作类似的STC编码和信号处理操作。但是，传输输出没有被直接馈送到发射天线，原因是针对至少一个基站的发射天线将位于单独的设备处。相反地，主编码器1502产生针对基站402和404的相应的天线驱动信号集1504和1506。收到天线驱动信号时，对应的下行信号基于系统支持的不同的MIMO信道，由基站402和404所有的所选天线来发送。到对应于MIMO信道的主编码器1502的控制输入由订户MIMO信道分配寄存器1508提供。
如有必要，由一个或多个同步/延迟块1510执行信号同步。例如，在图15的实施例中，示出了两个同步/延迟块1510A和1510B，每个在相应的基站处采用。在其它实施例中，某些基站可不需要延迟块，尤其是在采用共处一处的主编码器的情况下。通常，采用用于系统的同步/延迟块以同步天线信号或同步天线信号的延迟(当采用延迟分集时)。
信号同步可以以使用通信技术领域中的公知原理的任意数量的方式来进行。例如，在一个实施例中，在协作MIMO系统中单独的定时信号或序列被提供给每个基站。定时信号或序列包含这样的信息，对应的天线驱动信号可以根据该信息而被同步。为了进行这种同步，每个同步/延迟块将适当的延迟加到其天线信号。同步反馈信息也可以通过使用公知技术而被采用。
在架构1500的变体的一个实施例中，对应于FFT、P/S和添加CP块的天线信号处理操作在相应的基站实现。在这种情况下，STC码序列被提供给每个基站，其中更多的天线信号处理在基站执行。在该方法中，定时信号等可以嵌入在包含码序列的数据流中。
用于实现协作MIMO系统的另一个方法由图16中的协作MIMO架构1600所示。在该架构下，针对多个信道订户的输入信息流的复制实例由块1602生成并且提供给用来形成扩展的MIMO天线阵列的每个基站。在这种情况下，STC编码和信号处理操作在每个基站以与相对于图7A的OFDMA编码/发射器模块700A(如图16所示)或图7B的OFDMA编码/波束形成/发射器模块700B所述的方式类似的方式而执行。
在一个实施例中，订户MIMO信道信息嵌入在每个基站处接收的输入数据流中。因此，需要确定哪些天线元件被用来支持每个MIMO信道。该信息存储在订户MIMO信道寄存器1604中，并且用于在基站以协作的方式控制信号处理。
如上所述，可能需要同步天线信号。例如，如果用于执行块1602的操作的组件位于距基站不同距离处，则输入流将在不同时间接收。作为响应，对应的天线信号将在不同时间生成。为了解决这种情形，可以采用一个或多个同步/延迟块1606(例如，如图16B中的同步/延迟块1606A和1606B所示)。在一个实施例中，定时信号使用许多公知方案之一而在输入数据流中被编码。定时信号通常可以包括定时帧、定时比特、和/或定时序列，其由1606A和1606B提取。根据定时信息，同步/延迟块针对较早接收到的数据流而施加可变的延迟，使得数据流在STC块处接收就绪的点已经是重新同步的。
通常，由这里所述的处理块执行的处理操作可以使用公知的硬件和/或软件技术来执行。例如，针对给定块的处理可以由这样的处理逻辑来执行，其可包括硬件(电路，专用逻辑等)、软件(如运行在通用计算机系统或专用机上)、或两者的结合。
鉴于对于本领域的普通技术人员在阅读了前面描述后，本发明的许多变化和修改无疑将变得明显，应当理解，通过举例说明所示出和描述的任何特定实施例不能被认为是限制。因此，对各个实施例的细节的引用并非旨在限制权利要求的范围，权利要求自身仅叙述被认为是对于本发明必要的那些特征。

Claims (47)

1.一种方法，包括：
在无线网络中采用来自多个基站的天线元件以支持协作多输入多输出即MIMO传输；
通过第一设备生成天线驱动信号；
将所述天线驱动信号的相应部分发送到每个所述基站；以及
通过以发送到这些基站的所述天线驱动信号的所述相应部分来驱动所述基站处的所选天线元件，执行协作MIMO传输。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述协作MIMO传输包括正交频分多址MIMO即OFDMA MIMO传输。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括使用空间-时间编码对所述协作MIMO传输进行编码。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述空间-时间编码包括空间-时间格编码。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述空间-时间编码包括空间-时间块编码。
6.根据权利要求3所述的方法，还包括使用具有延迟分集的空间-时间编码对所述协作MIMO传输进行编码。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括使用空间-频率编码对所述协作MIMO传输进行编码。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括使用空间-时间-频率编码对所述协作MIMO传输进行编码。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括对所述协作MIMO传输进行空间复用。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述协作MIMO传输包括从所述多个基站到终端的下行传输以及从所述终端到所述多个基站的上行传输。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括执行针对所选MIMO传输的空间波束形成。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括执行与所述所选MIMO传输的空间-时间、空间-频率、以及空间-时间-频率编码中的一个相结合的空间波束形成。
13.根据权利要求1所述的方法，还包括将协作MIMO传输同时传输到至少两个终端。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括对所述协作MIMO传输执行空间波束形成，使得MIMO传输被引向预期用户，同时向非预期用户实行空间零置。
15.根据权利要求1所述的方法，还包括对从多个终端接收的上行MIMO传输进行联合解码。
16.根据权利要求1所述的方法，还包括对在多个终端接收的下行MIMO传输进行联合解码。
17.根据权利要求1所述的方法，还包括对从多个终端接收的上行MIMO传输进行单独解码。
18.根据权利要求1所述的方法，还包括对发送给多个终端的下行MIMO传输进行联合编码。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括：在终端对经联合编码的下行MIMO传输进行解码；并且保留通过联合编码的下行MIMO传输而发送的预期给所述终端的数据部分，同时丢弃并非预期给所述终端的其它数据部分。
20.根据权利要求18所述的方法，还包括在所述多个终端中的每一个对经联合编码的下行传输进行单独解码。
21.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一设备与所述基站之一共处一处。
22.根据权利要求1所述的方法，还包括对发送到所述基站的天线驱动信号的所述相应部分的传输进行同步。
23.根据权利要求1所述的方法，还包括执行协作MIMO传输以利于无线网络小区或扇区之间的终端切换。
24.一种方法，包括：
在无线网络中采用来自多个基站的天线元件以支持协作多输入多输出即MIMO传输；
对要通过对应的协作MIMO信道传输的数据流执行MIMO编码，所述MIMO编码产生要在相应的基站被执行天线信号处理的相应的经编码数据序列集；
将每个相应的经编码数据序列集发送给其对应的基站；
在每个所述基站，根据该基站接收到的所述经编码数据序列集，执行天线信号处理操作以产生天线信号；以及
在每个所述基站通过对应的天线元件传输所述天线信号，以通过所述协作MIMO信道传输所述数据流。
25.根据权利要求24所述的方法，还包括对所述基站处的所述天线信号处理操作的执行进行同步，使得通过不同基站处的所述所选天线元件同步传输所述产生的天线信号。
26.一种多小区无线网络，包括
多个基站，每个与相应的小区相关联并且具有相应的包括至少一个天线元件的天线阵列；
协作多输入多输出即MIMO传输机构，其采用来自所述多个基站的所选天线元件以形成扩展的天线阵列，用于支持所述无线网络上的协作MIMO传输；以及
协作MIMO主编码器，以便：
产生天线驱动信号；以及
将所述天线驱动信号的相应部分发送给每个所述基站；其中，通过以发送到这些基站的所述天线驱动信号的所述相应部分驱动所述基站处的所选天线元件而执行协作MIMO传输。
27.根据权利要求26所述的多小区无线网络，其中，所述协作MIMO传输包括正交频分多址MIMO即OFDMA MIMO传输。
28.根据权利要求26所述的多小区无线网络，其中，所述协作MIMO传输机构使用空间-时间编码对所述协作MIMO传输进行编码。
29.根据权利要求28所述的多小区无线网络，其中，所述空间-时间编码包括空间-时间格编码。
30.根据权利要求28所述的多小区无线网络，其中，所述空间-时间编码包括空间-时间块编码。
31.根据权利要求28所述的多小区无线网络，其中，所述协作MIMO传输机构使用具有延迟分集的空间-时间编码对所述协作MIMO传输进行编码。
32.根据权利要求26所述的多小区无线网络，其中，所述协作MIMO传输机构使用空间-频率编码对所述协作MIMO传输进行编码。
33.根据权利要求26所述的多小区无线网络，其中，所述协作MIMO传输机构使用空间-时间-频率编码对所述协作MIMO传输进行编码。
34.根据权利要求26所述的多小区无线网络，其中，所述协作MIMO传输机构对所述协作MIMO传输执行空间复用。
35.根据权利要求26所述的多小区无线网络，其中，所述协作MIMO传输包括从所述多个基站到终端的下行传输以及从所述终端到所述多个基站的上行传输。
36.根据权利要求26所述的多小区无线网络，其中，所述协作MIMO传输机构执行针对所选MIMO传输的空间波束形成。
37.根据权利要求36所述的多小区无线网络，其中，所述协作MIMO传输机构执行与所述所选MIMO传输的空间-时间、空间-频率、以及空间-时间-频率编码中的一个相结合的空间波束形成。
38.根据权利要求26所述的多小区无线网络，其中，所述协作MIMO传输机构执行协作MIMO传输到至少两个终端的同时传输。
39.根据权利要求38所述的多小区无线网络，其中，所述协作MIMO传输机构还对所述协作MIMO传输执行空间波束形成，使得MIMO传输被引向预期用户，同时向非预期用户实行空间零置。
40.根据权利要求26所述的多小区无线网络，其中，所述协作MIMO传输机构还执行对从多个终端接收的上行MIMO传输的联合解码。
41.根据权利要求26所述的多小区无线网络，其中，所述协作MIMO传输机构还执行对从多个终端接收的上行MIMO传输的单独解码。
42.根据权利要求26所述的多小区无线网络，其中，所述协作MIMO传输机构还执行对发送到多个终端的下行MIMO传输的联合解码。
43.根据权利要求26所述的多小区无线网络，其中，所述协作MIMO主编码器与所述基站之一共处一处。
44.根据权利要求26所述的多小区无线网络，还包括同步机构以对发送到所述基站的天线驱动信号的所述相应部分的传输进行同步。
45.根据权利要求26所述的多小区无线网络，其中，所述协作MIMO传输机构执行协作MIMO传输以利于无线网络小区或扇区之间的终端切换。
46.一种多小区无线网络，包括：
多个基站，每个与相应的小区相关联并且具有相应的包括至少一个天线元件的天线阵列；
协作多输入多输出即MIMO传输机构，其采用来自所述多个基站的所选天线元件以形成扩展的天线阵列，用于支持所述无线网络上的协作MIMO传输；
主编码器，以便：
对要通过对应的协作MIMO信道传输的数据流执行MIMO编码，所述MIMO编码产生要在相应的基站被执行天线信号处理的相应的经编码数据序列集；
将每个相应的经编码数据序列集发送到其对应的基站；以及
每个基站处的一组天线信号处理组件，以便对其接收的所述经编码数据序列集进行天线信号处理操作，以产生天线信号；其中，所述天线信号通过每个所述基站处的所选天线元件传输，以在所述协作MIMO信道上形成协作MIMO传输。
47.根据权利要求46所述的多小区无线网络，还包括同步机构，以便对所述基站处的所述天线信号处理操作进行同步，使得通过不同基站处的所述所选天线元件同步传输所述产生的天线信号。
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