在多天线通信系统中广播数据和接收广播发射的方法和设备

摘要

多天线系统中的接入点利用空间扩频广播数据，对于由接入点广播的每个数据符号块，使得由每个用户终端观测到的“有效”信道随机化。在接入点处，数据被编码、交织并调制，以获取ND个将要在NM个发射间距中广播的数据符号块，其中ND≥1且NM＞1。将ND个数据符号块划分成NM个数据符号子块，每个发射间距对应一个子块。为每个子块选择(例如，以确定的或伪随机的方式从包含L个导引矩阵的集合中选择)导引矩阵。利用为每个数据符号子块选择的导引矩阵对该子块进行空间处理，以获取发射符号，该发射符号被进一步处理，并在一个发射间距中经由NT个发射天线广播到广播覆盖区域中的用户终端。

权利要求

1.一种在无线多天线通信系统中广播数据的方法，包括：处理至少一个数据块以获取至少一个数据符号块；

选择至少两个用于发射所述至少一个数据符号块的导引矩阵，其中对于所述至少一个数据符号块，所述至少两个导引矩阵使得由多个接收实体中的每一个观测到的有效信道随机化；

利用所述至少两个导引矩阵对所述至少一个数据符号块执行空间处理，以获取多个发射符号序列；以及从多个发射天线广播所述多个发射符号序列。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：

将所述至少一个数据符号块划分成多个数据符号子块；

其中所述选择至少两个导引矩阵的步骤包括为所述多个数据符号子块中每一个数据符号子块选择导引矩阵，以及其中所述执行空间处理的步骤包括利用所述至少两个导引矩阵中的不同导引矩阵对所述多个数据符号子块中的每一个数据符号子块进行空间处理。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述广播所述多个发射符号序列的步骤包括：在多个发射间距中广播对应于所述多个数据符号子块的所述多个发射符号序列，其中在每个发射间距中广播一个子块。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述处理所述至少一个数据块的步骤包括：对于每个数据块，根据编码方案对该数据块进行编码，以获取编码数据块，对该编码数据块进行交织，以获取交织数据块，以及

根据调制方案对该交织数据块进行符号映射，以获取所述数据符号块。

5.如权利要求1所述的方法，还包括：

基于所述多个接收实体的预期信道状况，确定所述至少一个数据块中每一个数据块的数据速率。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述选择至少两个导引矩阵的步骤包括：从含有L个导引矩阵的集合中选择所述至少两个导引矩阵，其中L是大于一的整数。

7.如权利要求1所述的方法，还包括：

产生多个导引矩阵，以作为具有多个正交列的酉矩阵；并且，其中，所述选择至少两个导引矩阵的步骤包括：

从所述多个导引矩阵中选择所述至少两个导引矩阵。

8.一种在无线多天线通信系统中广播数据的设备，包括：用于处理至少一个数据块以获取至少一个数据符号块的装置；

用于选择至少两个用于发射所述至少一个数据符号块的导引矩阵的装置，其中对于所述至少一个数据符号块，所述至少两个导引矩阵使得由多个接收实体中的每一个观测到的有效信道随机化；

用于利用所述至少两个导引矩阵对所述至少一个数据符号块执行空间处理，以获取多个发射符号序列的装置；以及用于从多个发射天线广播所述多个发射符号序列的装置。

9.如权利要求8所述的设备，还包括：

用于将所述至少一个数据符号块划分成多个数据符号子块的装置；

其中所述用于选择所述至少两个导引矩阵的装置被配置成为所述多个数据符号子块中每一个数据符号子块选择导引矩阵；以及其中所述用于执行空间处理的装置包括用于利用所述至少两个导引矩阵中的不同导引矩阵对所述多个数据符号子块中的每一个数据符号子块进行空间处理的装置。

10.如权利要求9所述的设备，其中所述用于广播所述多个发射符号序列的装置包括：用于在多个发射间距中广播对应于所述多个数据符号子块的所述多个发射符号序列的装置，其中在每个发射间距中广播一个子块。

11.如权利要求8所述的设备，其中所述处理所述至少一个数据块的装置包括：用于对于每个数据块，根据编码方案对该数据块进行编码，以获取编码数据块的装置，用于对于每个数据块，对该编码数据块进行交织，以获取交织数据块的装置，以及用于对于每个数据块，根据调制方案对该交织数据块进行符号映射，以获取所述数据符号块的装置。

12.如权利要求8所述的设备，还包括：

用于基于所述多个接收实体的预期信道状况，确定所述至少一个数据块中每一个数据块的数据速率的装置。

13.如权利要求8所述的设备，还包括：

用于从含有L个导引矩阵的集合中选择所述至少两个导引矩阵的装置，其中L是大于一的整数。

14.如权利要求8所述的设备，还包括：

用于产生多个导引矩阵，以作为具有多个正交列的酉矩阵的装置，而且其中所述用于选择的装置包括从所述多个导引矩阵中选择所述至少两个导引矩阵的装置。

15.一种在无线多天线通信系统中广播数据的方法，包括：处理多个数据流，以获取多个数据符号块，其中每个数据符号块对应于一个编码数据块；

利用多个导引矩阵对所述多个数据符号块执行空间处理，以获取多个发射符号序列；

以及

从多个发射天线向系统中的多个接收实体广播所述多个发射符号序列，其中对于所述多个数据符号块，所述多个导引矩阵使得由所述多个接收实体中每一个接收实体观测到的有效信道随机化。

16.如权利要求15所述的方法，还包括：

将所述多个数据符号块中每一个数据符号作为多个数据符号序列中的一个数据符号序列加以提供，以及其中，所述对所述多个数据符号块执行空间处理的步骤包括：利用各具有多个列的所述多个导引矩阵，对所述多个数据符号序列执行空间处理，以便经由由每个接收实体观测到的有效信道中的一个对应空间信道广播每个数据符号序列。

17.如权利要求15所述的方法，还包括：

为所述多个数据流选择一个数据速率；以及

为所述多个数据流中每一个数据流分配发射功率，其中根据所述选择的数据速率处理所述多个数据流，并且其中利用分配给每个数据流的发射功率广播该数据流。

18.如权利要求15所述的方法，还包括：

为所述多个数据流选择至少两个不同的数据速率，并且其中根据所述至少两个不同的数据速率处理所述多个数据流。

19.如权利要求15所述的方法，还包括：

为所述多个数据流分配多个不同的发射功率，并且其中利用所述多个不同的发射功率广播所述多个数据流。

20.如权利要求15所述的方法，还包括：

选择数据流的数量，以基于用于所述多个接收实体的预期信道状况进行处理和广播。

21.一种在无线多天线通信系统中接收广播发射的方法，包括：经由多个接收天线获取至少一个数据符号块的多个接收数据符号，其中在从多个发射天线向多个接收实体广播之前，已利用多个导引矩阵对所述至少一个数据符号块进行了空间处理；

获取对有效多输入多输出MIMO信道的信道估计，所述有效多输入多输出信道由所述多个导引矩阵以及所述多个发射天线和所述多个接收天线之间的MIMO信道形成；以及利用所述信道估计对所述接收数据符号执行接收机空间处理，以获取对所述至少一个数据符号块的数据符号估计。

22.如权利要求21所述的方法，其中所述获取所述信道估计的步骤包括：推导用于多个发射间距的多个信道响应矩阵，其中所述至少一个数据符号块在所述发射间距中广播，每个信道响应矩阵包括所述多个导引矩阵中的一个导引矩阵。

23.如权利要求22所述的方法，还包括：

从含有L个导引矩阵的集合中，为所述多个发射间距中每一个发射间距选择一个导引矩阵，其中L是大于一的整数。

24.如权利要求22所述的方法，还包括：

经由所述多个接收天线，获取从所述多个发射天线向所述多个接收实体广播的导频的多个接收导频符号，并且其中基于所述多个接收导频符号和用于所述多个发射间距中每一个发射间距的导引矩阵推导该发射间距的信道响应矩阵。

25.如权利要求22所述的方法，还包括：

经由所述多个接收天线，获取导频的多个接收导频符号，其中在从多个发射天线向多个接收实体广播之前，已利用所述多个导引矩阵对所述导频的多个接收导频符号进行了空间处理，并且其中基于所述多个接收导频符号推导用于所述多个发射间距的所述信道响应矩阵。

26.如权利要求21所述的方法，其中所述多个导引矩阵中每一个导引矩阵包括多个列，并且其中经由所述有效MIMO信道的多个空间信道广播所述至少一个数据符号块。

27.如权利要求21所述的方法，其中所述多个导引矩阵中每一个导引矩阵包括单列，并且其中经由所述有效MIMO信道的单个空间信道广播所述至少一个数据符号块。

28.如权利要求21所述的方法，其中所述执行接收机空间处理的步骤包括：根据信道相关矩阵求逆CCMI技术对所述多个接收数据符号执行接收机空间处理。

29.如权利要求21所述的方法，其中所述执行接收机空间处理的步骤包括：根据最小均方差技术MMSE技术对所述多个接收数据符号执行接收机空间处理。

30.如权利要求21所述的方法，其中所述执行接收机空间处理的步骤包括：根据串行干扰消除SIC技术对所述多个接收数据符号执行接收机空间处理。

31.如权利要求21所述的方法，还包括：

基于在广播之前用于所述至少一个数据符号块的发射分集方案，对所述数据符号估计执行检测。

32.如权利要求21所述的方法，还包括：

处理对所述至少一个数据符号块中每一个数据符号块的数据符号估计，以获取该数据符号块的解码数据。

33.如权利要求21所述的方法，其中所述获取所述信道估计的步骤包括：推导用于多个子带的多个信道响应矩阵，所述多个子带用于广播所述至少一个数据符号块，用于每个频率子带的所述信道响应矩阵包括用于所述频率子带的导引矩阵。

34.一种在无线多天线通信系统中接收广播发射的设备，包括：用于经由多个接收天线获取至少一个数据符号块的多个接收数据符号的装置，其中在从多个发射天线向多个接收实体广播之前，已利用多个导引矩阵对所述至少一个数据符号块进行了空间处理；

用于获取对有效多输入多输出MIMO信道的信道估计的装置，所述有效多输入多输出信道由所述多个导引矩阵以及所述多个发射天线和所述多个接收天线之间的MIMO信道形成；以及用于利用所述信道估计对所述接收数据符号执行接收机空间处理，以获取对所述至少一个数据符号块的数据符号估计的装置。

35.如权利要求34所述的设备，其中所述多个导引矩阵中每一个导引矩阵包括多个列，并且其中经由所述有效MIMO信道的多个空间信道广播所述至少一个数据符号块。

36.如权利要求34所述的设备，其中所述多个导引矩阵中每一个导引矩阵包括单列，并且其中经由所述有效MIMO信道的单个空间信道广播所述至少一个数据符号块。

37.如权利要求34所述的设备，其中所述用于执行接收机空间处理的装置基于信道相关矩阵求逆CCMI技术、最小均方差MMSE技术或者串行干扰消除SIC技术执行接收机空间处理。

38.一种在无线多天线通信系统中接收广播发射的方法，包括：经由单个接收天线获取一个数据符号块的多个接收数据符号，其中在从多个发射天线向多个接收实体广播之前，已利用多个导引向量对所述数据符号块进行了空间处理；

获取对有效多输入单输出MISO信道的信道估计，所述有效多输入单输出信道由所述多个导引向量以及所述多个发射天线和所述单个接收天线之间的MISO信道形成；以及利用所述信道估计对所述接收数据符号执行检测，以获取对所述数据符号块的数据符号估计。

39.如权利要求38所述的方法，其中所述获取所述信道估计的步骤包括：推导对应于多个发射间距的多个信道响应估计，对应于每个发射间距的所述信道响应估计包括用于该发射间距的导引向量。

40.如权利要求38所述的方法，还包括：

经由所述单个接收天线，获取从所述多个发射天线向所述多个接收实体广播的导频的多个接收导频符号，并且其中基于所述多个接收导频符号和所述多个导引向量获取所述信道估计。

41.如权利要求38所述的方法，还包括：

经由所述单个接收天线，获取导频的多个接收导频符号，其中在从所述多个发射天线向所述多个接收实体广播之前，已利用所述多个导引向量对所述导频的多个接收导频符号进行了空间处理，并且其中基于所述多个接收导频符号获取所述信道估计。

42.如权利要求38所述的方法，其中所述执行检测的步骤包括：利用所述信道估计对所述多个接收数据符号执行匹配滤波、均衡、或者既执行匹配滤波也执行均衡，以获取对所述数据符号块的数据符号估计。

43.如权利要求38所述的方法，其中所述获取所述信道估计的步骤包括：利用用于多个频率子带中每一个子带的导引向量，获取对该子带的信道响应估计。

44.一种在无线多天线通信系统中接收广播发射的设备，包括：用于经由单个接收天线获取一个数据符号块的多个接收数据符号的装置，其中在从多个发射天线向多个接收实体广播之前，已利用多个导引向量对所述数据符号块进行了空间处理；

用于获取对有效多输入单输出MISO信道的信道估计的装置，所述有效多输入单输出信道由所述多个导引向量以及所述多个发射天线和所述单个接收天线之间的MISO信道形成；以及用于利用所述信道估计对所述接收数据符号执行检测，以获取对所述数据符号块的数据符号估计的装置。

45.如权利要求44所述的设备，其中用于获取所述信道估计的装置包括：用于推导对应于多个发射间距的多个信道响应估计的装置，对应于每个发射间距的所述信道响应估计包括用于该发射间距的导引向量。

说明书

在多天线通信系统中广播数据和接收广播发射的方法和设

备

[0001] 基于35U.S.C§119要求优先权

[0002] 本专利申请要求临时申请No.60/530,860的优先权益，其名称为“在多天线通信系统中利用伪随机发射导引(steering)的广播发射”、递交日为2003年12月17日，该临时申请转让给本申请的受让人，因而在此通过参考而特别援引该临时申请。

技术领域

[0003] 本发明总体涉及通信，特别涉及用于在多天线通信系统中广播数据的技术。

背景技术

[0004] 多天线通信系统在发射实体处采用多个发射天线，在接收实体处采用一个或多个接收天线，以用于数据传输。因而，多天线通信系统可以是多输入多输出(MIMO)系统或者多输入单输出(MISO)系统。MIMO系统采用多个(NT)发射天线和多个(NR)接收天线，以用于数据传输。由NT个发射天线和NR个接收天线形成的MIMO信道可以分解为NS个空间信道，其中NS≤min{NT，NR}。NS个空间信道可用于以能够获得更大的可靠性和/或更高的总吞吐量的方式来传输数据。MISO系统采用多个(NT)发射天线和一个接收天线，以用于数据传输。由NT个发射天线和单个接收天线形成的MISO信道由单个空间信道组成。

[0005] MIMO系统中的接入点可以向大量的多天线用户终端广播数据，这些用户终端可以分布在接入点的整个覆盖区域中。在接入点与每个所述用户终端之间形成不同的MIMO信道。每个MIMO信道可以经历不同的信道状况(例如，不同的衰落、多径和干扰效应)。因而，每个MIMO信道的空间信道可以获得不同的信号-噪声干扰比 (SNR)。空间信道的SNR决定了该空间信道的传输能力，典型地，传输能力由可在空间信道上可靠传输的特定数据速率来量化。对于时变MIMO信道，信道状况随时间变化，且每个空间信道的SNR也随时间变化。

[0006] 广播发射是一种旨在由系统中任意数量的用户终端而不是特定用户终端接收的数据发射。典型地，广播发射以能够实现指定服务质量(QoS)的方式进行编码和发射。例如，服务质量可以由在任意给定时刻处、在给定广播覆盖区域中、由占特定百分比(例如99.9％)的用户终端对广播传输的无误接收来量化。同样地，服务质量可以由“断线”概率来量化，断线概率是在广播覆盖区域中不能正确解码广播发射的用户终端的百分比(例如
0.1％)。

[0007] 广播发射观测用于广播覆盖区域中的全体用户终端的全体MIMO信道。用于每个用户终端的MIMO信道相对于用于其它用户终端的MIMO信道来说是随机的。此外，用于用户终端的MIMO信道可能随着时间而变化。为了保证广播发射能够满足特定的服务质量，典型地，将广播发射的数据速率选择得足够低，以便即使是具有最差信道状况的用户终端(即最差情况下的用户终端)也能够可靠地解码该广播发射。于是，这种系统的广播性能就可由系统中所有用户终端的预期最差信道状况来指示。相似的现象也出现在MISO系统中。

[0008] 因而，在本领域中，需要能够在多天线通信系统中更有效地广播数据的技术。

发明内容

[0009] 在一个实施例中，描述了一种在无线多天线通信系统中广播数据的方法，包括：处理至少一个数据块以获取至少一个数据符号块；选择至少两个用于发射所述至少一个数据符号块的导引矩阵，其中对于所述至少一个数据符号块，所述至少两个导引矩阵使得由多个接收实体中的每一个观测到的有效信道随机化；利用所述至少两个导引矩阵对所述至少一个数据符号块执行空间处理，以获取多个发射符号序 列；以及从多个发射天线广播所述多个发射符号序列。

[0010] 在另一实施例中，描述了一种在无线多天线通信系统中广播数据的设备，包括：用于处理至少一个数据块以获取至少一个数据符号块的装置；用于选择至少两个用于发射所述至少一个数据符号块的导引矩阵的装置，其中对于所述至少一个数据符号块，所述至少两个导引矩阵使得由多个接收实体中的每一个观测到的有效信道随机化；用于利用所述至少两个导引矩阵对所述至少一个数据符号块执行空间处理，以获取多个发射符号序列的装置；以及用于从多个发射天线广播所述多个发射符号序列的装置。

[0011] 在另一实施例中，描述了一种在无线多天线通信系统中广播数据的方法，包括：处理多个数据流，以获取多个数据符号块，其中每个数据符号块对应于一个编码数据块；利用多个导引矩阵对所述多个数据符号块执行空间处理，以获取多个发射符号序列；以及从多个发射天线向系统中的多个接收实体广播所述多个发射符号序列，其中对于所述多个数据符号块，所述多个导引矩阵使得由所述多个接收实体中每一个接收实体观测到的有效信道随机化。

[0012] 在另一实施例中，描述了一种在无线多天线通信系统中接收广播发射的方法，包括：经由多个接收天线获取至少一个数据符号块的多个接收数据符号，其中在从多个发射天线向多个接收实体广播之前，已利用多个导引矩阵对所述至少一个数据符号块进行了空间处理；获取对有效多输入多输出(MIMO)信道的信道估计，所述有效多输入多输出信道由所述多个导引矩阵以及所述多个发射天线和所述多个接收天线之间的MIMO信道形成；以及利用所述信道估计对所述接收数据符号执行接收机空间处理，以获取对所述至少一个数据符号块的数据符号估计。

[0013] 在另一实施例中，描述了一种在无线多天线通信系统中接收广播发射的设备，包括：用于经由多个接收天线获取至少一个数据符号块的多个接收数据符号的装置，其中在从多个发射天线向多个接收实体广播之前，已利用多个导引矩阵对所述至少一个数据符号块进行了空间处理；用于获取对有效多输入多输出(MIMO)信道的信道估计的 装置，所述有效多输入多输出信道由所述多个导引矩阵以及所述多个发射天线和所述多个接收天线之间的MIMO信道形成；以及用于利用所述信道估计对所述接收数据符号执行接收机空间处理，以获取对所述至少一个数据符号块的数据符号估计的装置。

[0014] 在另一实施例中，描述了一种在无线多天线通信系统中接收广播发射的方法，包括：经由单个接收天线获取一个数据符号块的多个接收数据符号，其中在从多个发射天线向多个接收实体广播之前，已利用多个导引向量对所述数据符号块进行了空间处理；获取对有效多输入单输出(MISO)信道的信道估计，所述有效多输入单输出信道由所述多个导引向量以及所述多个发射天线和所述单个接收天线之间的MISO信道形成；以及利用所述信道估计对所述接收数据符号执行检测，以获取对所述数据符号块的数据符号估计。

[0015] 在另一实施例中，描述了一种在无线多天线通信系统中接收广播发射的设备，包括：用于经由单个接收天线获取一个数据符号块的多个接收数据符号的装置，其中在从多个发射天线向多个接收实体广播之前，已利用多个导引向量对所述数据符号块进行了空间处理；用于获取对有效多输入单输出(MISO)信道的信道估计的装置，所述有效多输入单输出信道由所述多个导引向量以及所述多个发射天线和所述单个接收天线之间的MISO信道形成；以及用于利用所述信道估计对所述接收数据符号执行检测，以获取对所述数据符号块的数据符号估计的装置。

附图说明

[0016] 图1示出具有一个接入点和多个多天线用户终端的MIMO系统。

[0017] 图2示出利用空间扩频广播数据的过程。

[0018] 图3示出接收广播发射的过程。

[0019] 图4示出接入点和多天线用户终端的框图。

[0020] 图5A和图5B示出接入点处发射(TX)数据处理器和TX空间处理器的两个实施例。

[0021] 图6A和图6B示出多天线用户终端处接收(RX)空间处理器和 RX数据处理器的两个实施例。

[0022] 图7示出具有一个接入点和多个单天线用户终端的MISO系统。

[0023] 图8示出接入点和单天线用户终端的框图。

[0024] 图9示出具有一个接入点以及多个单天线和多天线用户终端的混合多天线系统。

[0025] 图10A和图10B分别示出4×4MIMO系统和4×1MISO系统所获得的总频谱效率图。

具体实施方式

[0026] 在本文中，词语“示例性的”用于表示“作为实例、例子或例证的”。本文描述为“示例性的”任意实施例不应被解释为优选于或优于其它实施例。

[0027] 本文将描述在多天线通信系统中利用空间扩频广播数据的技术。空间扩频是指同时从多个发射天线发射数据符号(数据的调制符号)，其可能具有由用于该数据符号的导引(steering)向量确定的不同振幅和/或相位。空间扩频也可以称为发射导引、伪随机发射导引、导引分集、矩阵伪随机导引、向量伪随机导引等。如本文所使用的，“广播”是指：(1)向未指定的一组用户终端，例如广播覆盖区域中的所有用户终端的数据发射(一般称为广播)；或者(2)向指定的一组用户终端的数据发射(一般称为多播)。对于由接入点广播的每个数据符号块，这些广播发射技术可将每个用户终端所观测的“有效”信道随机化，从而使得系统性能并非由预期的最差情况的信道状况所指示。

[0028] 在利用空间扩频广播数据的实施例中，对ND个数据流的数据进行处理(例如，编码、交织和调制)，以获得待以NM个发射间距(transmission span)广播的ND个数据符号块，其中ND≥1且NM＞1。如下所述，“发射间距”可以覆盖时间和/或频率维度。每个数据符号块产生于编码数据块，编码数据块可称为“码块”或编码数据分组。每个码块在接入点处单独编码并在用户终端处单独解码。ND个数据符号块被划分成NM个数据符号子块，其中每个发射间距对应一个子 块。为NM个数据符号子块中的每一个选择导引矩阵(例如，以确定的或伪随机的方式从含有L个导引矩阵的集合中选择)。利用为每个数据符号子块选择的导引矩阵，对该子块进行空间处理以获得发射符号。每个子块的发射符号被进一步处理，并在一个发射间距内经由NT个发射天线广播到广播覆盖区域内的多个用户终端。

[0029] 对于MIMO广播，每个导引矩阵包括NT行NS列，其中NS＞1。从而，ND个数据符号块可经由有效MIMO信道的NS个空间信道而进行广播。例如，如果ND＝NS，则可对ND个数据符号块进行复用，以使一个数据符号块在NS个空间信道中的每一个信道上广播。对于MISO广播，每个导引矩阵包括NT行一列，其可被视作退化矩阵或向量。从而，ND个数据符号块可经由有效MISO信道的单个空间信道而进行广播。对于MIMO和MISO广播，利用NM个导引矩阵对ND个数据符号块进行空间处理，并在每个用户终端处观测全体有效信道。

[0030] 下面进一步详细描述本发明的各种方案及实施例。

[0031] 本文描述的广播发射技术可用于多天线通信系统，其可为MIMO系统或MISO系统。如本文所使用的，“MIMO广播”指在多个空间信道上的广播发射，“MISO广播”指在单个空间信道上的广播发射。发射天线数量、接收天线数量以及无线链路或信道可决定可用于发射的空间信道的数量。广播发射技术也可用于单载波和多载波系统。多载波可以通过正交频分复用(OFDM)或一些其它结构来提供。OFDM有效地将整个系统带宽划分成多个(NF)正交的频率子带，这些频率子带也可称为音调(tone)、子载波、频仓(bin)以及频率信道。利用OFDM，每个子带可与各自的可调制数据的子载波相关联。

[0032] 本文描述的广播发射技术可用于各种类型的广播数据。例如，这些技术可用于连续地向用户终端广播数据(例如视频、音频、新闻等)的广播服务。这些技术也可用于无线通信系统中的开销信道(例如广播、寻呼以及控制信道)。

[0033] 1.MIMO广播

[0034] 图1示出具有一个接入点(AP)110和多个用户终端(UT)120的MIMO系统100。接入点一般为能够与多个用户终端通信的固定站，接入点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、无线设备或其它术语。接入点110配备有多个(Nap)用于数据发射的天线。每个用户终端120配备有多个(Nut)用于数据接收的天线。通常，系统中的多个用户终端可以配备相同数量或不同数量的天线。为了简便，在以下描述中假定MIMO系统中的各个用户终端配备有相同数量的天线。对于集中式架构，系统控制器
130对多个接入点提供协作和控制。

[0035] 对于单载波MIMO系统，由接入点处的Nap个天线和给定用户终端u处的Nut个天线形成的MIMO信道可以由Nut×Nap信道响应矩阵Hu来描述其特征，该矩阵可表示为：

[0036] 方程(1)

[0037] 其中，项hi，j表示接入点天线j与用户终端天线i之间的耦合或复增益，i＝1...Nut，j＝1...Nap。如图1所示，多个用户终端可以分布在接入点的整个覆盖区域上。接入点处的Nap个天线与每个用户终端处的Nut个天线形成不同的MIMO信道。

[0038] 在单载波MIMO系统中可以用各种方式发射数据。在一个简单的发射方案中，从每个接入点天线发射一个数据符号流，同时从Nap个接入点天线中的NS个天线发射NS个数据符号流，其中NS是空间信道的数量，NS≤min{Nap，Nut}。对于该发射方案，用户终端u处的接收符号可表示为：

[0039] ru＝Hus+nu， 方程(2)

[0040] 其中s是Nap×1向量，其具有对应于将由接入点同时发射的NS个数据符号的NS个非零项；

[0041] ru是Nut×1向量，其具有对应于在用户终端u处经由Nut个天线获取的Nut个接收符号的项；以及

[0042] nu是在用户终端u处观测到的噪声向量。

[0043] 为了简便，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 是用户终端u观测到的噪声方差，I是单位矩阵。

[0044] 从Nap个接入点天线发射的NS个数据符号流在用户终端u处彼此干扰。从一个接入点天线发射的给定数据符号流可以由所有的Nut个用户终端天线以不同的幅度和相位接收。每个接收符号流包括NS个发射数据符号流中每一个数据符号流的分量。Nut个接收符号流共同包括所有的NS个数据符号流。然而，这些NS个数据符号流分散在Nut个接收符号流之中。用户终端u对Nut个接收符号流执行接收机空间处理，以恢复出由接入点发射的NS个数据符号流。

[0045] 用户终端u可获得的性能(在较大程度上)取决于其信道响应矩阵Hu。如果Hu内存在高度的相关性，则每个数据符号流将会观测到来自其它数据符号流的大量干扰，这种干扰是无法在用户终端处通过接收机空间处理而去除的。高度的干扰降低了每个受影响的数据符号流的SNR，并且可能使SNR降到用户终端无法正确解码数据符号流的程度。

[0046] 对于经由给定MIMO信道向特定用户终端的数据发射，如果接入点配备有关于MIMO信道的充分信道状态信息，则可实现系统容量。然后，接入点可以利用该信息，以使用户终端的吞吐量最大化的方式(例如，为每个数据流选择适当的速率)处理数据。由于不同的用户终端观测到不同的MIMO信道，因而，典型地，接入点需要针对每个用户终端以不同的方式处理数据，以使该用户终端的吞吐量最大化。

[0047] 对于广播发射，接入点向广播覆盖区域内的大量用户终端发射相同的数据。对于广播而言，典型地，接入点不具有用户终端的信道状态信息。此外，典型地，基于特定用户终端的信道状态信息来处理发向多个用户终端的数据并没有实际意义。

[0048] 来自接入点的广播发射观测用于广播覆盖区域中的不同用户终端的全体MIMO信道。可将占某一百分比的MIMO信道视为“差的”信道。例如，当信道响应矩阵H表现出高度的相关性，或者当信道中没有充分的散射、多径(大相干带宽)或时间衰落(大相干时间)时，可能出现差的信道。“差的”信道的出现是随机的，并且期望对于每个用户终端而言出现差的信道的时间百分比降到最低。

[0049] 对于广播而言，接入点需要以足够低的速率发射每个数据符号流，以便用户终端即使在最差信道状况的情况下也可恢复数据符号流。

[0050] A.MIMO广播发射

[0051] 空间扩频可用于使由每个用户终端观测到的有效MIMO信道随机化，以便广播性能不会由码块期间的单个信道实现来指示。通过空间扩频，接入点利用多个导引矩阵对每个码块进行空间处理，以有效地使每个用户终端的MIMO信道随机化。从而，每个用户终端在每个码块期间都观测到全体信道，而不会在码块的扩展部分期间堵塞于单个信道。

[0052] 接入点处用于在MIMO系统中进行空间扩频的空间处理可被表示为：

[0053] xmimo(m)＝V(m)·s(m)， 方程(3)

[0054] 其中，s(m)是NS×1向量，其具有待以发射间距m发送的NS个数据符号；

[0055] V(m)是对应于发射间距m的Nap×NS导引矩阵；以及

[0056] xmimo(m)是Nap×1向量，其具有待以发射间距m从Nap个接入点天线发送的Nap个发射符号。

[0057] 发射间距可以覆盖时间和/或频率维度。例如，在单载波MIMO系统中，发射间距可以对应于一个符号周期，该符号周期是发射一个数据符号的持续时间。作为另一个实例，在多载波MIMO系统中，例如在使用OFDM的MIMO系统中，发射间距可以对应于一个OFDM符号周期中的一个子带。发射间距也可以覆盖多个符号周期和/或多个子带。从而，m可以是时间和/或频率的索引。发射间距也可以称 为发射间隔、信令间隔、时隙等等。

[0058] 可以按照下述方式产生含有L个导引矩阵的集合，并将其用于空间扩频。将该导引矩阵集合表示为{V}，或V(i)，其中i＝1...L，L可为大于一的任意整数。可为每个发射间距m选择所述集合中的一个导引矩阵，并将其用于在该发射间距期间由接入点进行的空间处理。空间处理的结果为用于从Nap个接入点天线进行广播的Nap个发射符号流。

[0059] 在每个用户终端处利用了空间扩频的接收符号可被表示为：

[0060] r(m)＝H(m)·V(m)·s(m)+n(m)＝Heff(m)·s(m)+n(m)， 方程(4)

[0061] 其中r(m)是Nut×1向量，其具有用于发射间距m的Nut个接收符号；

[0062] H(m)是用于发射间距m的Nut×Nap信道响应矩阵；

[0063] Heff(m)是用于发射间距m的Nut×Ns有效信道响应矩阵；其中

[0064] Heff(m)＝H(m)·V(m)；以及

[0065] n(m)是发射间距m的噪声向量。

[0066] 为了简便，假定信道响应H(m)在每个发射间距上都不变。对于不同的用户终端，量H(m)、Heff(m)、r(m)和n(m)不同，而对于所有的用户终端，量V(m)和s(m)都相同。为了便于表述，在方程(4)以及下面的描述中，从特定用户的量中略去用于用户终端u的脚标“u”。

[0067] 如方程(4)中所示，由于接入点执行空间扩频，因而Ns个数据符号流观测到的是有效信道响应Heff(m)，而不是每个用户终端的实际信道响应H(m)。如果多个导引矩阵用于广播发射，则每个数据符号流可有效地观测到H(m)的全体空间信道。此外，如果在码块期间使用多个导引矩阵，则码块中的数据符号将在该码块期间观测到不同的信道。

[0068] 通常，接入点可以同时向用户终端广播任意数量(ND)的数据流，其中Ns≥ND≥1。例如，如果ND＝NS，则接入点可以在Heff(m)的每个空间信道上广播一个数据流。可以同时广播的数据流的最大数量由所有用户终端的空间信道的数量决定，其依序由(1)接入点处的天线数量以及(2)所有用户终端处的最小天线数量决定。如果所有用户终端都配备有相同数量的天线，则min{Nap，Nut}≥NS≥ND。如 果ND＝1，则接入点可以从其Nap个天线上广播一个数据流。

[0069] 图2示出利用空间扩频广播数据的过程200。首先，接入点处理ND个数据流的数据，以获取含有ND个数据符号块的集合，每个数据流对应一个块(方框212)。每个数据符号块包括从一个编码数据块中产生的多个数据符号，其中编码数据块可称为码块或编码数据分组。按照如下方式执行数据处理。接入点接着将ND个数据符号块划分成待以NM个发射间距广播的NM个数据符号子块，其中每个发射间距中发射一个子块(方框214)。NM也可称为块长度，其大于1，即NM＞1。每个子块可以包含ND个块中每一个块内的一个或多个数据符号。例如，如果ND＝NS，则每个子块可以包含对应于NS个数据流的NS个块中的NS个数据符号。作为另一个实例，如果ND＝1，则每个子块可以包含对应于一个数据流的一个块中的NS个数据符号。将用于表示当前数据符号集合的发射间距的索引m设为1(方框216)。

[0070] 对于每个发射间距m，接入点从例如含有L个导引矩阵的集合中选择一个表示为V(m)的导引矩阵(方框218)。然后，接入点利用导引矩阵V(m)对数据符号子块m执行空间处理，以获得发射符号(方框220)。如果发射间距m覆盖一个数据符号向量，则接入点形成一个具有来自数据符号子块m的NS个数据符号的向量s(m)，并利用矩阵V(m)处理对该向量s(m)进行空间处理以获取发射符号向量xmimo(m)，如方程(3)所示。如果发射间距m覆盖多个(Nv)数据符号向量，则接入点从数据符号子块m中形成Nv个向量sl(m)，其中l＝1...Nv，且利用相同的导引矩阵V(m)对每个向量sl(m)进行空间处理，以获取对应的发射符号向量xmimo，l(m)。总而言之，对于发射间距m中的所有数据符号向量，接入点使用相同的导引矩阵V(m)进行空间处理。接入点还处理得到的发射符号向量，并经由Nap个发射天线以发射间距m将其广播出去(方框222)。

[0071] 然后确定是否所有的NM个数据符号子块都已被处理并发射(即，是否m＝NM)(方框224)。如果回答为“否”，则索引m增加以用于下一子块/发射间距(方框226)，然后处理返回到方框228。如果方 框224的回答为“是”，则确定是否还有数据要广播(方框228)。如果回答为“是”，则过程返回到方框212，以开始处理下一个数据符号块集合。否则，处理结束。

[0072] 从而，利用NM个导引矩阵对每一个数据符号块集合进行空间处理，以获取Nap个发射符号序列。每个发射符号序列在NM个发射间距中从一个天线广播。对于ND个数据符号块，NM个导引矩阵使得每个用户终端观测到的有效MIMO信道随机化。MIMO信道的随机化是由于使用了不同的导引矩阵而导致的，其不必由导引矩阵单元的随机性而导致。

[0073] 如上所述，发射间距可定义为覆盖一个或多个符号周期和/或一个或多个子带。为了改进性能，期望选择尽可能小的发射间距，以便(1)可将更多的导引矩阵用于每个数据符号块，以及(2)每个用户终端可为每个数据符号块获得尽可能多的MIMO信道的表象(look)。发射间距还应该短于MIMO信道的相干时间，该相干时间是可假定MIMO信道近似为静态的持续时间。类似地，对于宽带系统(例如OFDM系统)，发射间距应小于MIMO信道的相干带宽。

[0074] B.MIMO广播接收

[0075] 图3示出由给定用户终端接收利用空间扩频的广播发射的过程300。首先，将用于表示当前数据符号块集合的发射间距的索引m设为1(方框312)。用户终端从Nut个接收天线获取数据符号子块m的接收数据符号(方框314)。用户终端确定接入点用于子块m的导引矩阵V(m)，并利用V(m)推导出 是针对子块m由用户终端观测到的有效MIMO信道的信道响应估计(方框318)。在下面的描述中，矩阵、向量或标量上方的“^”表示对实际矩阵、向量或标量的估计。然后用户终端利用有效信道响应估计 对接收数据符号执行接收机空间处理，并获取子块m的检测符号(或数据符号估计)(方框320)。

[0076] 然后，确定是否已接收到当前数据符号块集合的所有NM个数据符号子块(即，是否m＝NM)(方框322)。如果回答为“否”，则索引 m增加以指向下一个子块/发射间距(方框324)，然后处理返回到方框314。如果方框322的回答为“是”，则用户终端对所有NM个子块的检测符号进行处理(例如解调、解交织以及解码)，以获取当前数据符号块集合的解码数据(方框326)。然后确定是否还有数据要接收(方框328)。如果回答为“是”，则处理返回到方框312，以开始接收下一个数据符号块集合。否则，处理结束。

[0077] 每个用户终端可以利用各种接收机处理技术推导出对发射数据符号的估计。这些技术包括信道相关矩阵求逆(CCMI)技术(其通常称为迫零技术)、最小均方差(MMSE)技术、串行干扰消除(SIC)技术等等。在下面的描述中，一个数据符号流在Heff(m)的每一个空间信道上广播。

[0078] 对于CCMI技术，用户终端基于有效信道响应估计 来为每个发射间距m推导空间滤波器矩阵Mccmi(m)，如下：

[0079] 方程(5)

[0080] 其中，“H”表示共轭转置。例如，用户终端可以基于接收的导频符号估计信道响应矩阵。导频符号是导频的调制符号，该导频是一种接入点和多个用户终端均先验已知的数据。然后用户终端可以按照 来计算估计的有效信道响应矩阵。可选地，例如用户终端可以基于已经利用V(m)发射的、接收的导频符号，直接估计有效信道响应矩阵。

[0081] 用户终端按照如下方程执行CCMI空间处理：

[0082]

[0083] 方程(6)

[0084]

[0085] 其中 是NS×1向量，其具有用于发射间距m的检测符号；以及

[0086] nccmi(m)＝Mccmi(m)·n(m)是对应于发射间距m的CCMI滤波后的噪声。

[0087] CCMI技术的SNR可表示为：

[0088] 其中l＝1...NS， 方程(7)

[0089] 其中，Pl(m)是在发射间距m中的数据符号流{sl}的发射功率；

[0090] rll(m)是R-1(m)的第l个对角元素；

[0091] 是用户终端处的噪声方差；以及

[0092] γccmi，l(m)是发射间距m中的数据符号流{sl}的SNR。量 是在接收机空间处理之前用户终端处的数据符号流{sl}的SNR，其一般被称为接收SNR、工作SNR或链路余量。量γccmi，l(m)是在接收机空间处理之后数据符号流{sl}的SNR，其也被称为检测后SNR。在下面的描述中，除非特别说明，“SNR”指检测后“SNR”。由于R(m)的结构，CCMI技术可能放大噪声。

[0093] 对于MMSE技术，用户终端基于有效信道响应估计 为每个发射间距m推导空间滤波器矩阵Mmmse(m)，如下：

[0094] 方程(8)

[0095]

[0096] 其 中 是 噪 声 向 量 n(m) 的 自 协 方 差 矩 阵，其 中E[x]是x的期望值。方程(8)中的第二个等式假定噪声向
量n(m)是具有零均值且方差为 的AWGN。空间滤波器矩阵Mmmse(m)使得来自空间滤波器的符号估计与数据符号之间的均方差最小。

[0097] 用户终端按照如下方式执行MMSE空间处理：

[0098]

[0099] 方程(9)

[0100]

[0101] 其中， 是NS×1向量，其具有用于发射间距m的检测符号；

[0102] Q(m)＝Mmmse(m)·Heff(m)；-1

[0103] DQ(m)是 对角 矩阵，其 对角 元素是Q (m)的 对角 元素，或者DQ(m) ＝-1[diag[Q(m)]] ；以及

[0104] nmmse(m)＝DQ(m)·Mmmse(m)·n(m)是MMSE滤波后的噪声。

[0105] 来自空间滤波器的符号估计是数据符号的非归一化估计。通过与缩放(scaling)矩阵DQ(m)相乘可以提供数据符号的归一化估计。

[0106] MMSE技术的SNR可表示为：

[0107] 其中l＝1...NS， 方程(10)

[0108] 其中qll(m)是Q(m)的第l个对角元素；以及

[0109] γmmse，l(m)是发射间距m中的数据符号流{sl}的SNR。

[0110] 对于SIC技术，用户终端在对应于ND个数据流的ND个连续级(stage)中处理Nut个接收符号流。对于每一级，用户终端对Nut个接收符号流或来自前一级的Nut个修改符号流(例如，利用CCMI、MMSE或其它技术修改的符号流)执行空间处理，以获得一个检测符号流。然后，用户终端处理(例如，解调、解交织以及解码)该检测符号流，以获取相应的解码数据流。用户终端接着估计并消除该流引起的干扰，并为下一级获取Nut个修改符号流。然后，用户终端对Nut个修改符号流重复执行相同的处理，以恢复其它数据流。如果可以准确地估计并消除每个数据流引起的干扰，则后面恢复的数据流就仅受到较小的干扰，从而一般能够获得较高的SNR平均值。这一点允许了MIMO广播对这些后续检测的流采用更高的数据速率，从而 有效地提高广播的吞吐量。如果对不同的发射数据流采用不同的数据速率，则用户终端就可以按照从最低数据速率流至最高数据速率流的预定顺序对这些流进行解码。

[0111] 对于SIC技术，通过利用解码数据而不是检测符号来估计干扰，能够实现性能的改进。在这种情况下，对于每个块长度中的ND个数据符号块，每次恢复一个块。在一个级中检测并解码每个数据符号块，并且将该解码数据用于估计并消除由该数据符号块引起的干扰。

[0112] 清楚起见，在下面的描述中假定(1)ND＝NS，且将每个数据符号块/流作为数据符号向量s(m)的一个项而发射；以及(2)以顺序次序恢复ND个数据符号流，以便在级l中恢复数据符号流{sl}，其中l＝1...NS。对于SIC技术，可将级l(l＝1...NS)的输入(接收的或修改的)符号流表示为：

[0113] 方程(11)

[0114] 其中， 是包含级l中的用于发射间距m的Nut个修改符号的向量，且用于第一级；

[0115] sl(m)是包含级l中用于发射间距m的未恢复的NS-l+1个数据符号的向量；

[0116] 是级l中用于发射间距m的Nut×(Nap-l+1)约化有效信道响应矩阵；以及[0117] nl(m)是n(m)的约化向量。

[0118] 方程(11)假定消除了前面l-1个级中恢复的数据符号流。对于每一级，随着数据符号流的恢复和消除，矩阵Heff(m)的维数逐次地减少一列。对于级l，通过从初始矩阵Heff(m)中删除对应于先前恢复的l-1个数据符号流的l-1列来获得约化的有效信道响应矩阵 或者表示为 其中heff，l(m)是对应于发射间距m中由数据符号流{sl}观测到的有效信道响应的Nut×1向量。

[0119] 对于级l，用户终端利用方程(5)所示的CCMI技术、方程(8)所示的MMSE技术或者其它技术，基于约化有效信道响应估计 (而不是初始有效信道响应估计 )推导出空间滤波器矩阵

[0120] 空间滤波器矩阵 的维数是(NS-l+1)×Nut。由于 对每一级均不同，因而矩阵 对于每一级也不同。

[0121] 对于级l，用户终端执行如下的空间处理：

[0122]

[0123] 方程(12)

[0124]

[0125] 其中， 是在级l中用于发射间距m的具有NS-l+1个检测符号的向量；

[0126]

[0127] 是包含 的对角元素的矩阵；以及

[0128] 是级l中用于发射间距m的滤波后的噪声。

[0129] 用户终端选择检测符号流之一进行恢复。

[0130] 由于在每个层级中只恢复一个数据符号流，因而用户终端可以简单地为将要在级l中恢复的数据符号流{sl}推导出1×Nut空间滤波器行向量ml(m)。行向量ml(m)是矩阵的一行。在这种情况下，级l的空间处理可表示为：

[0131] 方程(13)

[0132] 其中，ql(k)是对应于数据符号流{sl}的 的行，αl是对应于数据符号流{sl}的缩放因子。

[0133] 总而言之，用户终端对检测符号流 进行处理(例如，解调、解交织以及解码)，以获取解码数据流 用户终端也形成对该流造成的对其它未恢复数据符号流的干扰的估计。为了估计干扰，用户终端以与接入点处的执行方式相同的方式对解码数据流 进行重新编码、交织和符号映射，并获得“重新调制”符号流 其是对刚刚恢复的数据符号流{sl}的估计。然后，用户终端将重新调制的符 号流 与对应于流{sl}的有效信道响应向l量heff，l(m)中Nut个元素中的每一个进行卷积，以获取该流引起的Nut个干扰分量i(m)。然后，从级l的Nut个修改符号流 中减去该Nut个干扰分量，以获取用于下一级的Nut个修改符号流 即， 在假定有效地执行干扰消除的情况下，修
改符号流 表示在未发射数据符号流{sl}的情况下将会接收到的流。

[0134] 对于SIC技术，每个数据符号流的SNR取决于：(1)每一级所使用的空间处理技术(例如，CCMI或MMSE)；(2)恢复数据符号流的特定级；以及(3)由在后续级中恢复的数据符号流引起的干扰量。利用CCMI的SIC技术的SNR可以表示为：

[0135] 其中l＝1...NS， 方程(14)

[0136] 其中，rl(m)是对应于数据符号流{rl}的[Rl(m)]-1的对角元素，其中[0137]

[0138] 利用MMSE的SIC技术的SNR可以表示为：

[0139] 其中l＝1...NS， 方程(15)

[0140] 其中，ql(m)是对应于数据符号流{sl}的 的对角元素，除了基于约化的有效信道响应矩阵 而不是初始有效信道响应估计 外，可按照方程(9)推导出

[0141] 通常，由于消除了来自先前级中恢复的数据符号流的干扰，因而对于后续级中恢复的数据符号流，SNR可以得到逐步地改进。这从而可以使得更高的速率用于后续恢复的数据符号流。

[0142] 以上对SIC技术的描述假定每个数据符号块都作为s(m)的一个项而发送。通常，每个层级解码并恢复一个数据符号块，该数据符号块可能已经在任意数量的s(m)项中解复用并发送。以上描述还假定以由流索引l确定的顺序次序恢复各个数据流。通过以由数据流所需的SNR确定的顺序次序恢复数据流，可以实现更好的性能。例如，可 以首先恢复需要最低SNR的数据流(例如，以最低数据速率和/或最高发射功率发送的数据流)，然后恢复下一个最低所需SNR的数据流，以此类推。

[0143] C.导引矩阵选择

[0144] 如上所述，可以产生包含L个导引矩阵的集合，并将其用于空间扩频。可以以各种方式选择使用集合中的导引矩阵。在一个实施例中，以确定的方式从集合中选择导引矩阵。例如，可以从头至尾地循环该L个导引矩阵，并以顺序次序加以选择，从第一个导引矩阵V(1)开始，然后是第二个导引矩阵V(2)，以此类推，最终是最后一个导引矩阵V(L)。在另一实施例中，以伪随机的方式从集合中选择导引矩阵。例如，可以基于用于伪随机地选择L个导引矩阵中的一个矩阵的函数f(m)来选择用于每个发射间距m的导引矩阵，即，导引矩阵V(f(m))。在又一实施例中，以“变换排列(permutated)”的方式从集合中选择导引矩阵。例如，可以从头至尾地循环使用L个导引矩阵，并以顺序次序选择使用的导引矩阵。然而，每个循环的起始导引矩阵是以伪随机的方式加以选择的，而不必总是第一个导引矩阵V(1)。也可以以其它方式选择L个导引矩阵，这些均落入本发明的范围内。

[0145] 导引矩阵的选择也可以取决于集合中导引矩阵的数量(L)及块长度(NM)。通常，导引矩阵的数量可以大于、等于或小于块长度。可以按照下述方式执行这三种情况下的导引矩阵的选择。

[0146] 如果L＝NM，则导引矩阵的数量匹配于块长度。在这种情况下，可以为用于广播数据符号块集合的NM个发射间距中的每一个选择不同的导引矩阵。如上所述，可以以确定的、伪随机的或变换排列的方式选择用于NM个发射间距的NM个导引矩阵。

[0147] 如果L＜NM，则块长度长于集合中导引矩阵的数量。在这种情况下，可将导引矩阵重复用于每个数据符号块集合，并且可以按照如上所述方式选择导引矩阵。

[0148] 如果L＞NM，则将导引矩阵的子集用于每个数据符号块集合。对于用于每个数据符号块集合的特定子集的选择可以是确定的或伪随 机的。例如，用于当前数据符号块集合的第一个导引矩阵可以是用于前一个数据符号块集合的最后一个导引矩阵之后的导引矩阵。

[0149] D.MIMO系统

[0150] 图4示出MIMO系统100中的接入点110和用户终端120的框图。用户终端120是图1中的多个用户终端中的一个。在接入点110处，TX数据处理器420接收并处理(例如，编码、交织或调制)ND个数据流的数据，并提供NS个数据符号流，其中NS≥ND≥1。TX空间处理器430接收并空间处理NS个数据符号流以进行空间扩频，复用到导频符号中，并将Nap个发射符号流提供给Nap个发射机单元(TMTR)432a至432ap。TX数据处理器420的处理将在下面描述，TX空间处理器430的空间处理与前述相同。每个发射机单元432调整(例如，转换为模拟、滤波、放大以及上变频)各自的发射符号流，以产生调制信号。Nap个发射机单元432a至432ap分别提供Nap个调制信号，以便从Nap个天线434a至434ap进行发射。

[0151] 在用户终端120处，Nut个天线452a至452ut接收Nap个发射信号，每个天线452将接收的信号提供给各自的接收机单元(RCVR)454。每个接收机单元454执行与发射机单元432所执行的处理相互补的处理，并且(1)将接收的数据符号提供给RX空间处理器460以及(2)将接收的导频符号提供给控制器480内的信道估计器484。接收空间处理器460利用来自控制器480的空间滤波器矩阵，对来自Nut个接收机单元454a至454ut的Nut个接收符号流执行空间处理，并提供NS个检测符号流，该NS个检测符号流是对由接入点110广播的NS个数据符号流的估计。然后，RX数据处理器470处理(例如，解映射、解交织以及解码)Ns个检测符号流，并提供ND个解码数据流，该ND个解码数据流是对ND个数据流的估计。

[0152] 控制器440和480分别在接入点110和用户终端120处控制各种处理单元的操作。存储器单元442和482分别存储由控制器440和480使用的数据和/或程序代码。

[0153] 图5A示出TX数据处理器420a和TX空间处理器430a的框图， TX数据处理器420a和TX空间处理器430a是接入点110处TX数据处理器420和TX空间处理器430的一个实施例。对于该实施例，TX数据处理器420a包括ND个TX数据流处理器520a至520nd，以用于ND个数据流，{dl}，其中l＝1...ND。

[0154] 在每个TX数据流处理器520中，编码器522基于编码方案接收并编码数据流{dl}，且提供编码比特。该数据流可承载一个或多个数据分组，典型地，每个数据分组被单独编码以获得码块或编码数据分组。编码提高了数据传输的可靠性。编码方案可以包括循环冗余校验(CRC)生成、卷积编码、Turbo编码、低密度奇偶校验(LDPC)编码、分组编码、其它编码以及这些编码的组合。通过空间扩频，即使MIMO信道在整个码块期间是静态的，码块上的SNR也可能变化。可以将功能足够强大的编码方案用于抵制码块上的SNR的变化，从而编码性能与码块上的平均SNR成比例。一些能够提供良好的空间扩频性能的示例性编码方案包括Turbo编码(例如，IS856定义的编码)、LDPC编码以及卷积编码。

[0155] 信道交织器524基于交织方案而使编码比特交织(即重排)，以实现频率、时间或空间分集。可以对一个码块、部分码块、多个码块、一个或多个发射间距等等执行交织。符号映射单元526基于调制方案映射交织的比特，并提供数据符号流{sl}。单元526对由B个交织比特构成的每个集合进行编组以形成一个B-比特的值，其中B≥1，并基于调制方B案(例如，QPSK、M-PSK或M-QAM，其中M＝2)将每个B-比特的值映射为特定的调制符号。
单元526为每个码块提供数据符号块。

[0156] 在图5A中，ND个TX数据流处理器520a至520nd处理ND个数据流，并为NM个发射间距中的每个数块长度提供ND个数据符号块。一个TX数据流处理器520也可以以例如时分复用(TDM)的方式处理ND个数据流。可以将相同或不同的编码和调制方案用于ND个数据流。而且，可以将相同或不同的数据速率用于ND个数据流。每个数据流的数据速率由用于该流的编码和调制方案决定。

[0157] 复用器/解复用器(Mux/Demux)528接收ND个数据流的数据符 号，并将其复用/解复用为Ns个数据符号流。如果ND＝NS，则Mux/Demux 528可以简单地以将每个数据流的数据符号作为各自的数据符号流而提供。如果ND＝1，则Mux/Demux 528可将一个数据流的数据符号解复用为Ns个数据符号流。

[0158] 对于NM个发射间距中的每个块长度，TX空间处理器430a从TX数据处理器420a接收ND个数据符号块，并从控制器440接收NM个导引矩阵V(m)。导引矩阵可以从存储器单元442中的导引矩阵(SM)存储器542中取回，或者根据需要由控制器440产生。在TX空间处理器430a中，矩阵乘法单元532利用导引矩阵V(m)对每个发射间距m的数据符号执行空间处理，并为该发射间距提供发射符号。复用器534以例如时分复用的方式将发射符号与导频符号复用。对于每个发射间距，TX空间处理器430a提供Nap个发射符号序列，以便在用于该发射间距的一个或多个符号周期中和/或一个或多个子带上从Nap个接入点天线进行广播。TX空间处理器430a还将对应于不同发射间距的Nap个发射符号序列进行复用，并提供用于Nap个接入点天线的Nap个发射符号流{xj}，其中j＝1...Nap。

[0159] 图5B示出TX数据处理器420b和TX空间处理器430b的框图，TX数据处理器420b和TX空间处理器430b是接入点110处TX数据处理器420和TX空间处理器430的另一个实施例。对于该实施例，TX数据处理器420b包括一个用于一个数据流{d}的TX数据流处理器520。TX数据流处理器520按照对图5A所描述的方式处理数据流{d}，并提供数据符号。解复用器529将来自处理520的数据符号解复用为NS个数据符号流{sl}，其中l＝1...NS，使得每个数据符号块在H(m)的NS个空间信道上广播。

[0160] 在TX空间处理器430b中，复用器530从TX数据处理器420b接收NS个数据符号流，复用到导频符号中，并提供NS个数据/导频符号流。矩阵乘法单元532利用导引矩阵V(m)对每个发射间距m的数据/导频符号执行空间处理，并提供该发射间距的发射符号。TX空间处理器430b为Nap个接入点天线提供Nap个发射符号流{xj}，其中j＝1...NS。TX空间处理器430b对导频和数据符号执行空间扩频，而 TX空间处理器430a对数据符号而不是导频符号执行空间扩频。

[0161] 图5A和图5B示出了接入点110处TX数据处理器420和TX空间处理器430的示例性实施例。处理器420和430也可以以其它方式实现，这些均将落入本发明的范围内。

[0162] 图6A示出用户终端120处处理单元的实施例的框图，其可与图5A中所示接入点实施例结合使用。Nut个接收机单元454a至454ut向信道估计器484提供接收的导频符号，其中i＝1...Nut。如果接入点110不经空间扩频就发射导频符号(如图5A所示)，则信道估计器484基于接收的导频符号推导出 是对信道响应矩阵H(m)的估计。然后，信道估计器484获得每个发射间距m的导引矩阵V(m)，并按照
来推导 是对有效信道响应矩阵的估计。用户终端120与接入点110同步，
使得两个实体对每个发射间距m都使用相同的导引矩阵V(m)。如果接入点110发射进行了空间扩频的导频符号(如图5B所示)，则信道估计器484直接基于接收的导频符号估计有效信道响应矩阵。总而言之，信道估计器484提供用于每个发射间距的估计的有效信道响应矩阵

[0163] 控制器480基于估计的有效信道响应矩阵 并利用CCMI、MMSE或者其它技术，推导用于每个发射间距的空间滤波器矩阵M(m)以及可能的对角矩阵D(m)。RX空间处理器460从接收机单元454a至454ut获取接收的数据符号 ，其中i＝1...Nut，并从控制器480获取矩阵M(m)和D(m)。RX空间处理器460利用矩阵M(m)和D(m)对每个发射间距的接收数据符号执行接收机空间处理，并将检测符号提供到RX数据处理器470。

[0164] 对于图6A中所示的实施例，RX数据处理器470a包括复用器/解复用器668以及用于ND个数据流的ND个RX数据流处理器670a至670nd。Mux/Demux 668接收NS个空间信道的NS个检测符号流，并将其复用/解复用为对应于ND个数据流的ND个检测符号流。在每个RX数据流处理器670中，符号解映射单元672根据用于相关数据流的调制方案，解调对应于该相关数据流的检测符号，并提供解调数据。信道解交织器674以与接入点110对该流执行的交织相互补的方 式对该解调数据进行解交织。解码器676以与接入点110对该流执行的编码相互补的方式解码该解交织数据。例如，如果接入点110分别执行Turbo编码或卷积编码，则可将Turbo解码器或Viterbi解码器用作解码器676。解码器676提供解码数据流，其包括每个数据符号块的解码数据分组。

[0165] 图6B示出RX空间处理器460b和RX数据处理器470b的框图，其为用户终端120实现了SIC技术。RX空间处理器460b和RX数据处理器470b实现了用于ND个数据流的ND个级联接收机处理级。为了简便，ND＝NS，且每个数据符号流对应于各自的数据流。级1至ND-1中的每一级都包括空间处理器660、干扰消除器662、RX数据流处理器670以及TX数据流处理器680。最后一级仅包括空间处理器660nd和RX数据流处理器670nd。每个RX数据流处理器670包括符号解映射单元、信道解交织器以及解码器，如图6A所示。每个TX数据流处理器680包括编码器、信道交织器以及符号映射单元，如图5B所示。

[0166] 对于级1，空间处理器660a对Nut个接收符号流执行接收机空间处理，并提供一个检测符号流 。RX数据流处理器对检测符号流 执行解调制、解交织以及解码，并提供相应的解码数据流 。TX数据流处理器680a以与接入点110对该数据流执行的处理相同的方式对解码数据流 进行编码、交织和调制，并提供重新调制的符号流 干扰消除器662a利用估计的有效信道响应矩阵 处理重新调制的符号流 以获取数据符号流{s1}引起的Nut个干扰分量。从Nut个接收符号流中减去Nut个干扰分量，以获取Nut个修改符号流，将所述修改符号流提供给级2。

[0167] 级2至ND-1中的每一个都执行与级1相同的处理，只是用来自前一级的Nut个修改符号流代替Nut个接收符号流。最后一级对来自ND-1级的Nut个修改符号流执行空间处理及解码，而不执行干扰估计及消除。

[0168] 空间处理器660a至660nd可以分别实现CCMI、MMSE或其它技术。每个空间处理器660将输入(接收的或修改的)符号向量 与空间滤波器矩阵 相乘，以获取检测符号向量 并且向该级提供检测符号流。基于该级的约化有效信道响应估计来推导矩阵

[0169] 2.MISO广播

[0170] 图7示出具有接入点710和多个用户终端720的MISO系统700。接入点710配备有多个(Nap)用于数据发射的天线。每个用户终端720配备有一个用于数据接收的天线。用户终端可以分布在接入点710的整个覆盖区域上。由接入点处的Nap个天线与每个用户终端处的一个天线形成不同的MISO信道。用于给定用户终端的MISO信道可以用1×Nap信道响应行向量h， 来描述其特征，其中项hj表示接入点天线j与用户终端天
线之间的耦合，j＝1...Nap。

[0171] 空间扩频可用于使每个单天线用户终端观测到的有效MISO信道随机化，从而广播性能并非由预期的最差情况的信道状况所指示。对于MISO系统，接入点利用导引向量执行空间处理，导引向量是仅包含一列的退化导引矩阵。

[0172] 在接入点处的用于执行MISO系统中的空间扩频的空间处理可被表示为：

[0173] xmiso(m)＝v(m)·s(m)， 方程(16)

[0174] 其中s(m)是将要在发射间距m中发送的数据符号；

[0175] v(m)是用于发射间距m的Nap×1导引向量；以及

[0176] xmiso(m)是Nap×1向量，其具有将要在发射间距m中从Nap个接入点天线发送的Nap个发射符号。

[0177] 可以产生包含L个导引向量的集合，并将其表示为{v}，或者v(i)，其中i＝1...L。从集合中为每个发射间距m选择一个导引向量，并将其用于接入点为该发射间距执行的空间处理。

[0178] 在每个单天线用户终端处经过了空间扩频的接收符号可被表示为：

[0179] r(m)＝h(m)·v(m)·s(m)+n(m)＝heff(m)·s(m)+n(m)，方程(17)

[0180] 其中r(m)是发射间距m的接收符号；

[0181] heff(m)是发射间距m的有效信道响应，其中heff(m)＝h(m)·v(m)；

[0182] 以及

[0183] n(m)是发射间距m的噪声。

[0184] 如方程(17)所示，由于接入点执行空间扩频，因而接入点广播的数据符号流观测到有效信道响应heff(m)，其包括实际信道响应h(m)及导引向量v(m)。用户终端可以(例如，基于接收的导频符号)推导 是对信道响应向量h(m)的估计。然后，用户终端可以按照 来计算 是有效信道响应估计。可选地，例如用户终端可以基于已经利用v(m)发射的、接收的导频符号，直接估计有效信道响应。总而言之，用户终端可以利用有效信道响应估计 对接收的符号r(m)执行检测(匹配滤波和/或均衡)，以获取检测符号

[0185] 可以与以上对图2和图3的描述相似的方式执行MISO系统的广播发射和接收。然而，在MISO系统中只有一个空间信道是可用的，且将其用于广播发射。参照图2，对于MISO系统的广播发射，产生一个数据符号块(方框212)，并将其划分成NM个子块，这些子块将在NM个发射间距中被广播出去(方框214)。为每个子块/发射间距选择导引向量(方框218)，并将其用于对子块中的数据符号的空间处理(方框220)。经由Nap个接入点天线在相关的发射间距中广播每个子块的发射符号(方框222)。

[0186] 参照图3，对于MISO系统中的广播接收，在用户终端处从单个天线获取每个子块的一个或多个接收数据符号(方框314)。确定接入点对每个子块使用的导引向量(方框316)，并将其用于推导有效信道响应估计 (方框318)，然后将 用于检测该子块的接收数据符号(方框320)。在已经接收到当前数据符号块的所有NM个子块后，对该块的检测符号进行处理(解调制、解交织以及解码)，以获得该块的解码数据(方框326)。

[0187] 图8示出MISO系统700中的接入点710和用户终端720的框图。 用户终端720是图7中的用户终端之一。在接入点710处，TX数据处理器820对数据流{d}执行数据处理，以获取相应的数据符号流{s}。可以利用图5B中的TX数据流处理器520来实现TX数据处理器820。TX空间处理器830利用导引向量对数据符号流执行空间扩频(例如，如方程(16)所示)，复用到导频符号中，并提供Nap个发射符号流。Nap个发射机单元832a至832ap调整Nap个发射符号流，以产生Nap个调制信号，所述Nap个调制信号分别从Nap个天线834a至834ap发射。

[0188] 在用户终端720处，通过天线852接收Nap个发射信号，并由接收机单元854调整来自该天线的接收信号，以获取接收的符号。信道估计器884基于接收的导频符号以及用于每个发射间距的导引向量v(m)推导有效信道响应估计 检测器860利用有效信道响应估计 对接收数据符号执行检测(例如，匹配滤波和/或均衡)，并提供检测数据流 RX数据处理器870处理(例如，解映射、解交织以及解码)检测数据流，并提供解码数据流 可以利用图6A中的RX数据流处理器670a来实现RX数据处理器870。

[0189] 控制器840和880分别在接入点710和用户终端720处控制各种处理单元的操作。存储器单元842和882分别存储控制器840和880使用的数据和/或程序代码。

[0190] 3.基于OFDM的系统

[0191] 本文描述的广播发射技术可用于单载波和多载波系统。可以利用OFDM或其它结构获得多载波。对于基于OFDM的系统，可以对用于广播的每个子带执行空间扩频。

[0192] 对于使用OFDM的MIMO系统(即，MIMO-OFDM系统)，可以在每个OFDM符号周期n内为每个子带k形成一个数据符号向量s(k，n)。向量s(k，n)包含多达NS个数据符号，该NS个数据符号用于在OFDM符号周期n内经由子带k的NS个空间信道进行广播。发射间距的索引m被替换为子带k和OFDM符号周期n中的k，n。在一个OFDM符号周期中，可以在NF个子带上同时广播多达NF个向量，s(k，n)，k＝1...NF。发射间距可以覆盖一个或多个OFDM符号周期中的一个或多个子带。

[0193] 在MIMO-OFDM系统中可以以各种方式广播ND个数据符号块。例如，每个数据符号块可以作为对应于NF个子带中每一个子带的向量s(k，n)的一项而广播。在这种情况下，每个数据符号块在所有的NF个子带上广播，并实现频率分集。每个数据符号块还可以跨越一个或多个OFDM符号周期。从而，每个数据符号块可以跨越频率和/或时间尺度(通过系统设计)以及空间尺度(利用空间扩频)。

[0194] 也可以以各种方式为MIMO-OFDM系统选择导引矩阵。如上所述，可以以确定的、伪随机的或变换排列的方式选择用于各个子带的导引矩阵。例如，可以在OFDM符号周期n中按照从子带1至NF的顺序次序从头至尾地循环并选择集合中的L个导引矩阵，然后在OFDM符号周期n+1中按照从子带1至NF顺序次序循环并选择，以此类推。集合中导引矩阵的数量可以小于、等于或大于子带的数量。通过将NM替换为NF，则也可以将前述的L＝NM，L＜NM以及L＞NM三种情况应用于各个子带。

[0195] 对于使用OFDM的MISO系统(即，MISO-OFDM系统)，一个数据符号s(k，n)可以在OFDM符号周期n内在每个子带k上广播。在一个OFDM符号周期内，可以在NF个子带上同时广播多达NF个数据符号，s(k，n)，k＝1...NF。每个数据符号可以在一个或多个子带上和/或在一个或多个OFDM符号周期中广播。可以以与MIMO-OFDM系统中用于导引矩阵的方式相同的方式选择导引向量。

[0196] 对于基于OFDM的系统，图4中的每个发射机单元432和图8中的每个发射机单元832对相关发射天线的所有NF个子带的发射符号执行OFDM调制。对于OFDM调制，利用NF点逆快速傅立叶变换(IFFT)，可将待在每个OFDM信号周期中在NF个子带上广播的NF个发射符号变换到时域，以获得包含NF个码片的“变换的”符号。为了抑制频率选择性衰落引起的符号间干扰(ISI)，典型地，复制每个变换符号的一部分(或Ncp个码片)以形成相应的OFDM符号。在一个OFDM符号周期中广播每个OFDM符号，OFDM符号周期是 NF+Ncp个码片周期，Ncp是循环前缀长度。每个发射机单元产生OFDM符号流，并进一步调整OFDM符号流以产生用于从相关天线广播的调制信号。图4中的每个接收机单元454以及图8中的每个接收机单元854对其接收的信号执行互补的OFDM解调制，以获得接收数据符号及接收导频符号。

[0197] 4.发射分集

[0198] 空间扩频可以与各种发射分集方案组合使用，这些发射分集方案例如空时发射分集(STTD)、空频发射分集(SFTD)、正交发射分集(OTD)等等。STTD在两个符号周期中从两个天线发射每一对数据符号，以实现空间和时间分集。SFTD在两个子带中从两个天线发射每一对数据符号，以实现空间和频率分集。OTD利用两个正交码在两个符号周期中从两个天线同时发射两个数据符号，以实现空间和时间分集。空间扩频可以为这些发射分集方案提供改进的性能。

[0199] 对于STTD方案，接入点为将要在发射间距m中广播的每一对数据符号sa(m)和Tsb(m)产生两个编码符号向量，例如s1(m)＝[sa(m)sb(m)] 和
其中“*”指示复共轭，“T”指示转置。每个向量包括将要在一个符号周期中从Nap个接入点天线广播的两个编码符号。在第一个符号周期中广播向量s1(m)，在下一个符号周期中广播向量s2(m)。每个数据符号包含在两个向量中，从而在两个符号周期上广播。

[0200] 接入点利用相同的导引矩阵对两个向量s1(m)和s2(m)执行空间扩频，如下，[0201] xsttd，i(m)＝Vsttd(m)·si(m)，其中i＝1，2，方程(18)

[0202] 其中Vsttd(m)是用于发射间距m的Nap×2导引矩阵；以及

[0203] xsttd，i(m)是Nap×1向量，其具有将要在发射间距m的符号周期i中从Nap个接入点天线发送的Nap个发射符号。

[0204] 如果用户终端配备有单个天线，则接收符号可被表示为：

[0205] ri(m)＝h(m)·Vsttd(m)·si(m)+ni(m)＝heff，sttd(m)·si(m)+ni(m)，方程(19)[0206] 其中ri(m)是发射间距m的符号周期i的接收符号；

[0207] h(m)是用于发射间距m的1×Nap信道响应行向量；

[0208] heff，sttd(m)是用于发射间距m的1×2有效信道响应行向量，其中heff，sttd(m)＝h(m)·Vsttd(m)＝[heff，1(m)heff，2(m)]；以及

[0209] ni(m)是发射间距m的符号周期i的噪声。

[0210] 假定信道响应h(m)在发射间距m的两个符号周期上不变。

[0211] 单天线用户终端可以推导对两个数据符号sa(m)和sb(m)的估计，如下：

[0212] 以及

[0213] 方程(20)

[0214] 其中 是对heff，i(m)的估计，其中i＝1，2

[0215] 以及

[0216] n′a(m)和n′b(m)分别是检测符号 和 的处理后噪声。

[0217] 如果用户终端配备有多个天线，则接收符号可被表示为：

[0218] ri(m)＝H(m)·Vsttd(m)·si(m)+ni(m)＝Heff，sttd(m)·si(m)+ni(m)，方程(21)[0219] 其中ri(m)是Nut×1向量，其具有发射间距m的符号周期i的Nut个接收符号；

[0220] H(m)是用于发射间距m的Nut×Nap信道响应矩阵；

[0221] Heff，sttd(m)是用于发射间距m的Nut×2有效信道响应矩阵，其中

[0222] Heff，sttd(m)＝H(m)·Vsttd(m)＝[heff，1(m)heff，2(m)]；以及

[0223] ni(m)是发射间距m的符号周期i的噪声。

[0224] 假定信道响应H(m)在发射间距m的两个符号周期上不变。

[0225] 多天线用户终端可以推导对两个数据符号sa(m)和sb(m)的估计，如下：

[0226] 以及

[0227] 方程(22)

[0228] 其中 是对heff，i(m)的估计，其中i＝1，2；

[0229] 以及

[0230] n″a(m)和n″b(m)分别是检测符号 和 的处理后噪声。

[0231] 对于SFTD方案，在同一个符号周期内在两个不同子带上广播两个向量s1(m)和s2(m)。在SFTD方案中，可以执行与上述相同的发射和接收处理，此时索引i指示子带而不是符号周期。由于假定信道响应在发射间距上近似不变，则可将两个相邻的子带k和k+1用于广播两个向量s1(m)和s2(m)。

[0232] 5.混合多天线系统

[0233] 图9示出具有接入点910和多个用户终端920的多天线系统900。接入点910配备有多个(Nap)个用于数据发射的天线。每个用户终端920可以配备一个或者多个(Nut)用于数据接收的天线。每个多天线用户终端具有各自的连接接入点的MIMO信道，并且能够从接入点接收MIMO和MISO广播发射。每个单天线用户终端具有各自的连接接入点的MISO信道，并且能够从接入点接收MISO广播发射以及可能接收MIMO广播发射的一部分，如以下所述。

[0234] 在系统900中，接入点910可以以各种方式广播数据。在一个实 施例中，接入点910(1)发送能够被多天线用户终端接收的MIMO广播发射，以及(2)发送能够被单天线和多天线用户终端接收的MISO广播发射。可以采用以下方式发送MIMO和MISO广播发射：(1)利用时分复用(TDM)以不同的时间间隔发送，(2)利用频分复用(FDM)在各个子带的不同的不相交集合上发送，(3)利用码分复用(CDM)在不同的编码信道上发送，以及以其它的复用方案或以上方式的任意组合来进行发送。在另一实施例中，接入点910以如下方式发送MIMO广播发射，即，使得单天线用户终端能够恢复广播发射的一部分(例如，对于基本广播服务)，而多天线用户终端能够恢复全部广播发射(如果其具有充分的链路余量)。在又一实施例中，接入点910能够基于用户终端的预期信道状况，调节广播发射(例如，在MIMO和MISO广播之间进行调节)。

[0235] 6.广播发射方案

[0236] 多天线系统可以以各种方式执行MIMO广播。在第一MIMO广播方案中，接入点同时广播多个(ND)数据流，并对所有的数据流使用相同的数据速率和相同的发射功率，其中NS≥ND＞1。例如，可以基于多天线用户终端的预期最差情况的有效信道来选择数据速率，该预期最差情况的有效信道应优于这些用户终端的预期最差情况的实际信道。然后，广播覆盖区域中的大多数多天线用户终端能够恢复该ND个数据流。

[0237] 在第二MIMO广播方案中，接入点同时广播ND个数据流，并对这些流使用不同的数据速率和相同的发射功率。该广播方案可用于在广播覆盖区域上提供“分层”广播服务。每个数据流具有由其数据速率决定的不同广播覆盖区域。具有最低数据速率的数据流具有最大的广播覆盖区域，而具有最高数据速率的数据流具有最小广播覆盖区域。每个用户终端能够基于(1)其位置和信道状况以及(2)采用的接收机空间处理技术恢复一个、一些或全部数据流。如果用户终端使用线性接收机空间处理技术(例如CCMI或MMSE技术)，那么如果具有充分高的链路余量，则其能够恢复具有较高数据速率的数据流。 如果用户终端具有较低的链路余量(例如，位于覆盖区域的边缘处)，则其只能够恢复具有较低数据速率的数据流。如果用户终端使用SIC技术，那么即使位于覆盖区域的边缘处，也能够恢复具有较高数据速率的数据流以及具有较低数据速率的数据流。用户终端可以首先恢复较低速率数据流，然后执行干扰消除以实现恢复较高速率数据流所需的较高SNR。

[0238] 在第三MIMO广播方案中，接入点同时广播ND个数据流，并对这些流使用相同的数据速率和不同的发射功率。通过将每个数据流的数据符号乘以用于确定该数据流发射功率数值的缩减(scaling)因子，可以获得不同的发射功率。利用该广播方案也可以实现分层广播服务。具有最高发射功率的数据流具有最大的广播覆盖区域，其可被大多数用户终端恢复。相反，具有最低发射功率的数据流具有最小的广播覆盖区域。如果用户终端使用SIC技术，则较低功率数据流也可以由具有较低链路余量的用户终端恢复。

[0239] 第二和第三MIMO广播方案可以用于支持多天线用户终端以及单天线用户终端。单天线用户终端可以恢复具有最低数据速率或者最高发射功率的数据流。剩余的数据流将作为对该数据流的干扰。多天线用户终端可以利用附加的天线恢复更多的数据流。如果如上所述多天线用户终端使用了SIC技术，则可以以由数据流所需SNR决定的顺序次序来恢复这些数据流。首先恢复具有最低数据速率或者最高发射功率的数据流，接着恢复具有次低数据速率或者次高发射功率的数据流，以此类推。

[0240] 在第四MIMO广播方案中，接入点基于用于用户终端的无线信道的预期容量来发射不同数量的数据流。信道容量是工作SNR和信道特性(例如，不同发射/接收天线对的信道增益是否相关)的函数。当预期信道容量较低时，接入点可以广播较少的数据流并为所述较少的流分配可用发射功率，以便每个流都能够实现较高的SNR。相反，当预期信道容量较高时，接入点可以广播更多的数据流。

[0241] 对于MIMO和MISO广播，接入点可以基于诸如信道容量、服务需求等各种因素来调节每个数据流的数据速率。也可以利用空间扩 频实现其它广播方案，这些均将落入本发明的范围内。

[0242] 7.广播性能

[0243] 每个数据符号流的性能取决于该流实现的分集等级(order)。每个数据流的分集等级又取决于发射天线的数量、接收天线的数量、接收机空间处理技术以及是否使用空间扩频。通常，性能随着分集等级的增加而改善。

[0244] 在不进行空间扩频的情况下，当将线性接收机空间处理技术(例如，CCMI或MMSE技术)用于检测数据符号流时，NS个数据符号流中的每一个将观测到相同的分集等级。如果Nut≥Nap且在Heff(m)的每个空间信道上广播一个数据符号流以使得ND＝NS＝Nap，则每个数据符号流观测到的分集等级为Nut-Nap+1。对于Nap＝Nut的对称MIMO信道，每个检测符号数据流的分集等级为1，且其SNR是瑞利分布。所有的数据符号流具有相同的SNR分布。

[0245] 在不进行空间扩频的情况下，当将SIC技术用于检测NS个数据符号流时，每个数据符号流观测到不同的分集等级。同样，如果Nut≥Nap且在Heff(m)的每个空间信道上广播一个数据符号流，则每个数据符号流的分集等级为Nut-Nap+l，其中l是检测到该流的级数。因而，后续检测的数据符号流具有较高的分集等级，其易于具有更好的SNR，从而可对这些流使用较高的数据速率。

[0246] 通过空间扩频，对流中每个码块使用多个不同导引矩阵，可以有效提高每个数据符号流的分集等级。每个不同的导引矩阵使得码块能够获得MIMO信道的不同表象，这相当于具有不同的发射或接收天线。由此，可以使得每个数据符号流的分集等级与用于该码块的不同导引矩阵的数量相关，该导引矩阵的数量可以远大于接入点天线的数量以及用户终端天线的数量。典型地，空间扩频对具有较低分集等级的数据符号流提供更大的改进。

[0247] 空间扩频可用于提高广播发射的吞吐量和/或覆盖区域。典型地，传统MIMO和MISO系统(不进行空间扩频)基于广播覆盖区域中所有用户终端的预期最差情况的信道状况来选择广播发射的数据速 率。典型地，该最差情况的信道状况对应于在整个码块期间不衰减/改变的“差”信道。通过空间扩频，在每个码块期间使得有效MIMO或MISO信道随机化，并且从实质上减少了任意用户终端观测到关于整个码块的差信道的可能性。从而允许将较高数据速率用于广播发射。同样地，对于给定数据速率，空间扩频可以提供较大的广播覆盖区域。通常，用于广播发射的较高数据速率对应于较小的广播覆盖区域。此外，更严格的断线要求(或者较低的断线概率)对应于较小的广播覆盖区域。空间扩频可以为传统MIMO和MISO系统提供改进的性能(例如，较高的数据速率、较大的广播覆盖区域和/或较低的断线概率)

[0248] 图10A示出示例性MIMO系统获得的总频谱效率的累积分布函数(CDF)曲线图。对于该MIMO系统，接入点配备有四个天线(Nap＝4)，用户终端随机地分布在整个覆盖区域上，且每个用户终端都配备有四个天线(Nut＝4)。假定用于用户终端的MIMO信道如以上对方程(1)的描述，对于位于覆盖区域边缘的用户终端，每个接收天线的工作SNR为20dB。
用户终端使用MMSE技术。

[0249] 曲线1010示出在未对广播发射执行空间扩频的情况下总频谱效率的CDF，其等效于始终利用单个导引矩阵(L＝1)执行发射导引。以每秒每赫兹的比特数(bps/Hz)为单位给出频谱效率。对于给定频谱效率x，CDF指示获得的总频谱效率差于x的用户终端的百-2分比。例如，点1012指示有百分之一(10 )的用户终端获得的总频谱效率差于9bps/Hz。
如果接入点以9bps/Hz的总速率广播数据，则会有百分之一的用户终端不能正确地解码广播发射。这个百分比也称为中断概率。

[0250] 曲线1020、1030和1040分别示出通过利用4、16和64个导引矩阵进行空间扩频而获得的总频谱效率的CDF。点1022、1032和1042指示对于百分之一的断线概率，利用4、16和64个导引矩阵的总频谱效率分别为12.5、14.6和15.8bps/Hz。对于百分之一的断线概率，空间扩频的使用将示例性MIMO系统的总频谱效率从9bps/Hz提高到约15.8bps/Hz(利用64个导引矩阵)。线1050用于50％的断线概 率，其可作为参考以确定四种情况下的平均总频谱效率。

[0251] 图10B示出示例性MISO系统获得的总频谱效率的CDF曲线图。对于该MISO系统，接入点配备有四个天线(Nap＝4)，用户终端随机地分布在整个覆盖区域中，且每个用户终端配备有单个天线(Nut＝1)。假定用于用户终端的MISO信道如以上所述，对于位于覆盖区域边缘的用户终端，工作SNR/Rx为10dB。

[0252] 曲线1060示出在未对广播发射执行空间扩频(L＝1)情况下的总频谱效率的CDF。曲线1070、1080和1090分别示出通过利用4、16和64个导引矩阵进行空间扩频而获得的总频谱效率的CDF。点1062、1072、1082和1092指示对于百分之一的断线概率，利用1、4、16和64个导引矩阵的总频谱效率分别为0.1、0.8、1.7和2.2bps/Hz。同样，通过对广播发射使用空间扩频实现了实质性的改进。

[0253] 图10A和图10B示出在某些特定假设的情况下示例性MIMO和MISO系统的性能。通常，改进的数量取决于各种因素，例如无线信道的特性、发射和接收天线数量、用户终端处使用的空间处理技术、用于数据发射的调制方案等等。

[0254] 8.导引矩阵和向量的产生

[0255] 可以以各种方式产生用于在MIMO系统中进行空间扩频的导引矩阵以及用于MISO系统的导引向量。下面将描述一些用于产生这些导引矩阵和向量的示例性方案。导引矩阵/向量集合可以被预计算并存储在接入点和用户终端处，然后按照需要被提取使用。可选地，可以按照需要实时地计算这些导引矩阵/向量。

[0256] A.导引矩阵的产生

[0257] 导引矩阵应是酉矩阵，其满足如下条件：

[0258] VH(i)·V(i)＝I，其中i＝1...L，方程(23)

[0259] 方程(23)指示V(i)的每一列具有单位能量，且V(i)的列彼此正交。这一条件确保利用导引矩阵V(i)同时广播的NS个数据符号具有相同的功率，且在发射之前彼此正交。

[0260] 某些导引矩阵也可以不相关，从而任意两个不相关的导引矩阵之间的相关性为0或很小的值。这一条件可表示为：

[0261] C(ij)＝VH(i)·V(j)≈0，其中i＝1...L，j＝1...L，且i≠j，方程(24)[0262] 其中C(ij)是V(i)和V(j)的相关矩阵，且0是全零矩阵。方程(24)中的条件可以对某些应用的性能加以改进，但并非对于所有的应用都是必须的。

[0263] 可以利用各种方案产生含有L个导引矩阵的集合{V}。在第一方案中，基于随机变量矩阵产生L个导引矩阵。首先产生NS×Nap矩阵G，矩阵G的元素是独立同分布(IID)复H高斯随机变量，每个变量各具有零均值和单位方差。按照R＝G·G计算Nap×Nap相关矩阵G，其可利用本征值分解而分解为：

[0264] R＝E·D·EH 方程(25)

[0265] 其中E是本征向量R的Nap×NS酉矩阵；以及

[0266] D是包含R的本征值的NS×NS对角矩阵。

[0267] 对角矩阵D包含R的本征值，其表示NS个G的本征模式(eigenmode)的功率增益。矩阵E用作导引矩阵V(i)，并被添加到集合中。由于通过本征值分解获得矩阵E，所以导引矩阵V(i)是酉矩阵。重复上述处理，直到产生了所有的L个导引矩阵为止。

[0268] 在第二方案中，基于含有(log2L)+1个独立各向同性分布酉矩阵的集合产生L个导引矩阵。如果将随机酉矩阵左乘以任意确定的Nap×Nap酉矩阵其概率密度不变，则该随机酉矩阵就是各向同性分布的。集合中导引矩阵的索引i可以表示为i＝l1l2...lQ，其中Q＝log2L，l1是索引i的第一比特，lQ是索引i的最后一个比特，且每个比特可以取值0或1。由此，可按照如下方式产生L个导引矩阵：

[0269] 其中l1，l2，...，lQ∈{0，1}方程(26)

[0270] 其中V0是Nap×NS独立的各同同性分布的酉矩阵；以及

[0271] 是Nap×Nap独立的各向同性分布的酉矩阵，其中j＝1...Q。例如可将矩阵V0定义为 其中 是NS×NS单位矩阵。T.L.Marzetta等人在2002年4月IEEETransaction on Information Theory第48卷第4期的“Structured Unitary Space-Time Autocoding Constellations(结构化酉空时自动编码星座图”中描述了第二方案。

[0272] 在第三方案中，通过在Nap维复空间中连续旋转初始酉导引矩阵V(1)来产生L个导引矩阵，如下：

[0273] V(i+1)＝Θi·V(1)，其中i＝1...L-1，方程(27)

[0274] 其中Θi是Nap×Nap对角单位矩阵，其可被定义为：

[0275] 方程(28)

[0276] 并且u1，u2，...uNap是Nap个不同的值，每个值均位于0到L-1的范围内，按照如下方式选择这些值，例如使得利用矩阵Θi产生的多个生成导引矩阵之间的相关性尽可能低。Θi的Nap个对角元素是L次单位根。可以利用Nap×Nap傅立叶矩阵的NS个不同的列形成初始酉导引矩阵V(1)，其中第(n，m)个项wn，m表示为：

[0277] 其中n＝{1...Nap}，m＝{1...Nap}方程(29)

[0278] 其中n是行索引，m是列索引。B.M.Hochwald等人在2000年9月IEEETransaction on Information Theory第46卷第6期的“Systematic Design of Unitary Space-Time Constellations”(酉空时星座图的系统设计)中描述了第三方案。

[0279] 在第四方案中，利用基本矩阵B和不同的标量产生L个导引矩阵。基本矩阵可以是沃尔什(Walsh)矩阵、傅立叶矩阵或是其它矩阵。2×2Walsh矩阵可以表示为可以从较小的Walsh矩阵WN×N得到较大的Walsh矩阵W2N×2N，如下：

[0280] 方程(30)

[0281] Walsh矩阵的维数是2的幂。可以按照方程(29)所示定义的元素来形成Nap×Nap傅立叶矩阵F。

[0282] 可将Nap×NapWalsh矩阵W、傅立叶矩阵F或者其它矩阵用作基本矩阵B，以形成其它导引矩阵。可将基本矩阵的第2至第Nap行中的每一行单独乘以M个不同的可能标量中Nap-1 Nap-1的一个，其中M＞1。从M个标量对Nap-1行的M 个不同的排列，可以获得M 个不同的导引矩阵。例如，第2至第Nap行中的每一行可以单独乘以标量+1，-1，+j，或者-j，其中对于Nap＝4且M＝4，可以利用四个不同的标量从基本矩阵B产生64个不同的
导引矩阵。可以利用其它的标量，例如e±j3π/4，e±jπ/4，e±jπ/8等，产生其它的导引矩阵。通常，可将基本矩阵的每一行乘以任意具有ejθ形式的标量，其中θ可以是任意相位值。可以按照 产生Nap×Nap导引矩阵，其中 且B(i)是利用基本矩
阵B产生的第i阶矩阵。通过 的缩放可确保V(i)的每一列都具有单位功率。

[0283] 其它方案也可用于产生含有L个导引矩阵的集合，并且其将落入本发明的范围内。通常，可以以伪随机的方式(例如，诸如第一方案)或者确定的方式(例如，诸如第二、第三和第四方案)产生导引矩阵。

[0284] B.导引向量的产生

[0285] 在MISO系统中用于空间扩频的导引向量应具有单位能量，即||v(i)||2＝Hv(i)·v(i)＝1，其中i＝1...L，从而用于各个数据符号的发射功率不会被空间扩频所改变。可将每个导引向量v(i)的元素定义为具有相等的幅值，以便可将每个接入点天线的全部发射功率用于广播。这个条件可以表示为： 其中
某些导引向量也可以是不相关的，从而任意两个不相关的
导引向量之间的相关性为零或很低的值。这个条件可以表示为：

[0286] c(ij)＝vH(i)·v(j)≈0，其中i＝1...L，j＝1...L，且i≠j，方程(31)[0287] 其中c(ij)是导引向量v(i)和v(j)之间的相关性。

[0288] 可以使用各种方案产生含有L个导引向量的集合{v}。在第一方案中，基于具有随H机变量的Nap×Nap矩阵G′产生L个导引向量。按照R′＝G′ ·G′计算每个矩阵G′的Nap×Nap相关矩阵，所述相关矩阵可以如方程(25)所示进行分解，以获取Nap×Nap个酉矩阵E′。E′的每一列用作一个导引向量v(i)。

[0289] 在第二方案中，通过连续地旋转初始酉导引向量v(1)产生L个导引向量，如下：

[0290] v(i+1)＝ej2π/L·v(i)，其中i＝2...L，方程(32)

[0291] 其中L≥Nap。

[0292] 在第三方案中，产生L个导引向量，使得这些向量的元素具有相同的幅度和不同的相位。对于给定的导引向量 可以按照如下方式形成归一化的导引向量

[0293] 方程(33)

[0294] 其中A是常量(例如， )；以及

[0295] θj(i)是v(i)的第j个元素的相位，其为：

[0296] 方程(34)

[0297] 归一化的导引向量 可使全部发射功率用于每个将用于广播发射的天线。

[0298] 按照上述方式产生的导引矩阵的列也可以用作用于空间扩频的导引向量。也可将其它方案用于产生导引向量的集合，这些均将落入本发明的范围内。

[0299] 可以通过各种方式实现本文描述的广播发射技术。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，可以在一个 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、其它设计用于执行本文描述的功能的电子元件或者以上这些的组合中，实现在接入点和用户终端处的、执行或支持利用了空间扩频的广播发射的处理单元。

[0300] 对于软件实现，可以利用执行本文描述的功能的模块(例如，程序、功能等等)实现广播发射技术。软件代码可以存储在存储器单元(例如，图4中的存储器单元442和482，以及图8中的存储器单元842和882)中并由处理器(例如，图4中的控制器440和480，以及图8中的控制器840和880)执行。存储器单元可以在处理器中或者处理器外部实现，在存储器单元实现于处理器外部的情况下，其可经由本领域公知的各种方式与处理器通信连接。

[0301] 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他章节。

[0302] 前面对公开实施例的描述用于使本领域的任何技术人员能够实现或使用本发明。对于本领域的技术人员来讲，对这些实施例的各种修改都是显而易见的，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可将本文定义的一般原理应用于其它实施例。因而，本发明并不限制于本文所示的实施例，而是包括与本文公开的原理和新颖性特征一致的最宽泛的范围。