本申请描述了利用导引模式和/或伪随机发射导引(PRTS)模式 从多天线发射实体向单天线接收实体发射数据的技术。在导引模式 下，发射实体进行空间处理，以将数据传输导向接收实体。在PRTS 模式下，发射实体进行空间处理，以便：通过数据传输观测到子带上 随机的有效SISO信道，以及，坏的信道实现不影响性能。发射实体 (1)如果知道接收实体的多输入单输出(MISO)信道响应，则可以 采用导引模式；以及，(2)即使不知道MISO信道响应，也可以采用 PRTS模式。
发射实体如下进行空间处理：(1)对于导引模式，利用从MISO 信道响应估计获得的导引向量；(2)对于PRTS模式，利用伪随机导 引向量。每个导引向量是一个具有NT个元素的向量，可将这NT个元 素乘以一个数据符号，以生成NT个发射符号，用于从NT个发射天线 进行传输，其中NT＞1。
可采用PRTS模式实现发射分集，而不需要发射实体进行任何特 殊的处理。对于发射分集，该发射实体(1)在用于数据传输的多个 子带上使用不同的伪随机导引向量；以及(2)在每个子带的整个分 组上使用相同的导引向量。接收实体不需要知道发射实体使用的伪随 机导引向量。PRTS模式还可用于实现空间扩频，比如，对于安全的 数据传输。对于空间扩频，发射实体(1)在多个子带上使用不同的 伪随机导引向量；以及(2)在每个子带上的分组上使用不同的导引 向量。对于安全的数据传输来说，只有发射和接收实体知道用于数据 传输的导引向量。
导引模式和PRTS模式还可用于从多天线发射实体向多天线接收 实体进行数据传输，如下所述。下面进一步详细地说明本发明的各个 方面和实施例。
附图说明
图1示出了多天线通信系统；
图2示出了通用的帧和分组格式；
图3示出了从双天线发射实体向单天线接收实体的导频传输；
图4示出了采用导引模式或PRTS模式发射数据的过程；
图5示出了采用这两种模式发射数据的过程；
图6A和6B示出了两种具体的帧和分组格式；
图7示出了一个发射实体和两个接收实体；
图8示出了多天线发射实体的框图；
图9A示出了单天线接收实体的框图；以及
图9B示出了多天线接收实体的框图。

这里使用的“示例性的”一词意味着“用作例子、例证或说明”。 这里被描述为“示例性”的任何实施例或设计不应被解释为比其他实 施例或设计更优选或更具优势。
图1示出了具有一个接入点(AP)110和多个用户终端(UT) 120的多天线系统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、用户设备(UE)或其它术语。 系统控制器130与多个接入点进行耦合，并为这些接入点提供协作和 控制。
接入点110配备有多个用于进行数据传输的天线。每个用户终端 120可以配备有单个或多个用于进行数据传输的天线。用户终端可以 与接入点进行通信，在此情况下，确立接入点和用户终端的角色。一 个用户终端还可以与另一个用户终端点对点地进行通信。在以下描述 中，发射实体可以是接入点或用户终端，接收实体也可以是接入点或 用户终端。发射实体配备有多个(NT)发射天线，接收实体可以配备 有单个或多个(NR)天线。当接收实体配备有单个天线时，为MISO 传输，当接收实体配备有多个天线时，为多输入多输出(MIMO)传 输。
系统100可以采用时分复用(TDD)或频分复用(FDD)信道结 构。对于TDD结构来说，下行链路和上行链路共享相同的频率子带， 其中，为下行链路分配时间的一部分，以及，为上行链路分配时间的 其余部分。对于FDD结构来说，为上行链路和下行链路分配不同的 频带。为清楚起见，以下描述假设系统100采用TDD结构。
系统100还利用OFDM进行数据传输。OFDM提供总共NF个子 带，其中ND个子带用于数据，故被称为数据子带，NP个子带用于载 波导频符号，故被称为导频子带，剩余NG个子带不使用并作为保护 子带，其中，NF＝ND+NP+NG。在每个OFDM符号周期内，在ND个 数据子带上至多可以发送ND个数据符号，在NP个导频子带上至多可 以发送Np个导频符号。这里使用的“数据符号”是数据的调制符号， “导频符号”是导频的调制符号。导频符号是发射和接收实体都先验 得知的。
对于OFDM调制来说，利用NF点快速傅立叶反变换(IFFT)， 将NF个频域值(即ND个数据符号、NP个导频符号和NG个零值)变 换到时域，以获得一个包含有NF个时域码片的“变换”符号。为了 抵抗由频率选择性衰落引起的符号间干扰(ISI)，重复每个变换符号 的一部分，以形成相应的OFDM符号。重复的部分通常称为循环前 缀或保护间隔。OFDM符号周期(在这里也简称为“符号周期”)是 一个OFDM符号的持续时间。
图2示出了可用于系统100的示例性帧和分组结构200。数据在 较高的一层被处理为数据单元。对每个数据单元210进行编码和调制 (或符号映射)，分别基于为该数据单元选择的编码和调制方案。将 每个数据单元210与携带该数据单元的各种参数(如，速率和长度) 的信令部分220相关联，接收实体利用这些参数来处理和恢复该数据 单元。对每个数据单元和它的信令部分进行编码、符号映射以及 OFDM调制，以形成分组230的信令/数据部分240。在该分组数据 部分的子带和符号周期上发送该数据单元。分组230还包括前导码 240，其携带有接收实体用于各种用途的一种或多种类型的导频符号。 通常，前导码240和信令/数据部分250可以具有固定或可变的长度， 并可包含任意数量的OFDM符号。
接收实体通常分别处理每个分组。接收实体将该分组的前导码用 于自动增益控制(AGC)、分集选择(从多个输入端口中选择一个进 行处理)、时序同步、粗和精频率捕获、信道估计等。接收实体利用 从该前导码获得的信息来处理该分组的信令/数据部分。
1.MISO广播
在系统100内，在多天线发射实体和单天线接收实体之间存在 MISO信道。对于基于OFDM的系统，可以通过具有NF个信道响应 行向量的集合来表征由该发射实体处的NT个天线和该接收实体处的 单个天线形成的MISO信道，每个向量具有1×NT的维度，可以表示 为：
$\underset{‾}{h}\left(k\right)=[h_1\left(k\right)h_2\left(k\right)...h_{N_T}\left(k\right)],$ 其中k∈k                                  公式(1)
其中项hi(k)，j＝1...NT，表示对于子带k发射天线j与单接收天线之 间的耦合或复增益，以及，K表示NF个子带的集合。为简单起见， 假设MISO信道响应 h(k)在各分组保持不变，因此只是子带k的函数。
发射实体以能够改进可靠性和/或性能的方式，从它的多个天线 向单天线接收实体发射数据。此外，该数据传输也可以使得单天线接 收实体执行SISO操作的普通处理(而不需要针对发射分集的任何其 他特殊的处理)，以恢复该数据传输。
发射实体可以采用导引模式(steered mode)或PRTS模式将数据 传输到单天线接收实体。在导引模式下，发射实体进行空间处理，以 将数据传输导向该接收实体。在PRTS模式下，发射实体进行空间处 理，以便通过数据传输观测到子带上随机的有效SISO信道。PRTS 模式可用于实现发射分集，而不要求接收实体进行任何特殊的处理。 PRTS模式还可用于实现空间扩频(spatial spreading)，例如，对于安 全的数据传输。以下描述这两种模式和PRTS模式的这两种应用。
A.MISO的导引模式
对于导引模式，发射实体对每个子带进行空间处理，如下：
x miso，sm(n，k)＝ v sm(k)·s(n，k)，              公式(2)
其中，s(n，k)是在符号周期n中在子带k上发送的数据符号；
v sm(k)是在符号周期n中子带k的NT×1导引向量；以及
x miso，sm(n，k)是NT×1向量，其具有将要在符号周期n中在子带 k上从NT个发射天线发送的NT个发射符号。
在以下的描述中，脚标“sm”表示导引模式，“pm”表示PRTS模式， “miso”表示MISO传输，以及“mimo”表示MIMO传输。利用OFDM， 在每个数据子带上可以发送数据符号的一个子流。发射实体分别为每 个数据子带进行空间处理。
对于导引模式，基于信道响应行向量 h(k)获取导引向量 v sm(k)， 如下：
v sm(k)＝ h H(k)或 v sm(k)＝arg{ h H(k)}，               公式(3)
其中arg{ h H(k)}表示 h H(k)的幅度以及“H”表示复共轭转置。幅度提供 了具有单位量值和由元素 h(k)确定的不同相位的元素，使得每个发射 天线的全功率可用于数据传输。由于假定信道响应 h(k)在各分组上保 持不变，故导引向量 v sm(k)在分组上也是不变的并且只是子带k的函 数。
在接收实体处的接收符号可以表示为：
rsm(n，k)＝ h(k)· x miso，sm(n，k)+z(n，k)＝ h(k)· v sm(k)·s(n，k)+z(n，k)
         ＝heff，sm(k)·s(n，k)+z(n，k)，公式(4)
其中，rsm(n，k)是在符号周期n中子带k的接收符号；
heff，sm(k)是子带k的有效SISO信道响应，即heff，sm(k)＝ h(k)· v sm(k)；
z(n，k)是在符号周期n中子带k的噪声。
如公式(4)所示，发射实体的空间处理导致通过每个子带k的 数据符号子流观测到有效SISO信道响应heff，sm(k)，其包括实际MISO 信道响应 h(k)和导引向量 v sm(k)。接收实体能够估计有效SISO信道响 应 例如，基于从发射实体收到的导频符号。然后，接收实体 可以利用有效SISO信道响应估计，对接收符号rsm(n，k)进行检测(例 如，匹配滤波)，以获得检测符号 即发射数据符号s(n，k)的估 计。
接收实体可以进行匹配滤波，如下：
$\hat{s}(n,k)=\frac{{\hat{h}}_{\mathrm{eff},\mathrm{sm}}^{*}·r(n,k)}{{\left|{\hat{h}}_{\mathrm{eff},\mathrm{sm}}\left(k\right)\right|}^2}=s(n,k)+z^{\prime }(n,k),$ 公式(5)
其中，“*”表示共轭。公式(5)中的检测操作与接收实体对SISO 发射将进行的操作相同。然而，将有效SISO信道响应估计 而不是SISO信道响应估计用于检测。
B.发射分集的PRTS模式
对于PRTS模式来说，发射实体利用伪随机导引向量进行空间处 理。获得这些导引向量，使其具有某些需要的性质，如下所述。
为了利用PRTS模式实现发射分集，发射实体在每个子带k的整 个分组上使用相同的导引向量。于是，导引向量将会只是子带k而不 是符号周期n的函数，即 v pm(k)。通常，要求在子带上使用尽可能多 的不同导引向量，以实现提高发射分集。例如，每个数据子带可使用 一个不同的导引向量。ND个导引向量构成的一个集合，表示为 { v pm(k)}，可用于对ND个数据子带进行空间处理。每个分组(在图2 所示分组格式的前导码和信令/数据部分上)使用相同的导引向量集 合{ v pm(k)}。导引向量集合可以是相同的或随分组而改变。
发射实体为每个子带进行空间处理，如下：
x miso，pm(n，k)＝ v pm(k)·s(n，k)              公式(6)
在该分组的所有OFDM符号中使用一个导引向量集合{ v pm(k)}。
在接收实体处的接收符号可以表示为：
rtd(n，k)＝ h(k)· x miso，pm(n，k)+z(n，k)＝ h(k)· v pm(k)·s(n，k)+z(n，k)
         ＝heff，td(k)·s(n，k)+z(n，k)。公式(7)
每个子带的有效SISO信道响应heff，td(k)通过该子带的实际MISO 信道响应 h(k)和用于该子带的导引向量 v pm(k)来决定。每个子带k的 有效SISO信道响应heff，td(k)在整个分组上是不变的，这是因为假设实 际MISO信道响应 h(k)在整个分组上不变，并且在整个分组上使用相 同的导引向量 v pm(k)。
接收实体接收发射的分组，并基于所述前导码，为每个数据子带 获取有效SISO信道响应估计 然后，接收实体利用有效SISO 信道响应估计 对该分组的信令/数据部分中的接收符号进行 检测，如公式(5)所示，其中，用 代替
对于发射分集而言，接收实体不需要知道是单个天线还是多个天 线用于数据传输，也不需要知道用于每个子带的导引向量。由于在子 带上使用不同的导引向量并且为这些子带形成不同的有效SISO信 道，所以，接收实体仍然可以享受发射分集的好处。于是，每个分组 将观测到用于发射该分组的子带上的全体伪随机SISO信道。
C.空间扩频的PRTS模式
空间扩频可用于在空间维度上随机化数据传输。空间扩频可用于 在发射实体和接收实体之间进行安全数据传输，以预防其他接收实体 进行未经授权而接收到该数据传输。
对于PRTS模式中的空间扩频，发射实体在每个子带k的整个分 组上使用不同的导引向量。导引向量将会是子带和符号周期两者的函 数，即 v pm(n，k)。通常，要求在子带和符号周期上都使用尽可能多的 不同导引向量，以提高空间扩频度。例如，一个不同的导引向量可用 于给定符号周期的每个数据子带，以及一个不同的导引向量可用于给 定子带的每个符号周期。ND个导引向量构成的一个集合，表示为 { v(n，k)}，可用于在一个符号周期对ND个数据子带进行空间处理，以 及一个不同的集合可用于该整个分组上的每个符号周期。在最低限度 下，将不同的导引向量集合用于该分组的前导码和信令/数据部分， 其中，一个集合可以包含全1构成的向量。导引向量集合可以相同或 随分组的不同而改变。
发射实体对每个符号周期的每个子带进行空间处理，如下：
x miso，ss(n，k)＝ v pm(n，k)·s(n，k)。             公式(8)
在接收实体处的接收符号可以表示为：
rss(n，k)＝ h(k)· x miso，ss(n，k)+z(n，k)＝ h(k)· v pm(k)·s(n，k)+z(n，k)
         ＝heff，ss(k)·s(n，k)+z(n，k)，公式(9)
每个符号周期的每个子带的有效SISO信道响应heff，ss(n，k)取决于 该子带的实际MISO信道响应 h(k)和用于该子带和符号周期的导引向 量 v(n，k)。如果在整个分组上使用不同的导引向量 v pm(n，k)，则每个子 带k的有效SISO信道响应heff，ss(n，k)在整个分组上会变化。
接受方接收实体知道该发射实体使用的导引向量，并且能够进行 互补的空间解扩，以恢复发射的分组。接受方接收实体可能以各种方 式来获得此信息，如下所述。其他接收实体不知道导引向量，并且该 分组的传输在这些实体看来是空间随机的。因此，对于这些实体来说， 正确恢复该分组的可能性大大减少了。
接受方接收实体接收发射的分组并且将该前导码用于信道估计。 对于每个子带，接受方接收实体能够基于该前导码，为每个发射天线 获取实际MISO信道响应(而不是有效SISO信道响应)的估计，即 其中j＝1...NT。为简单起见，下面描述一种具有两个发射天线 的情况下的信道估计。
图3示出了在一个子带k上从双天线发射实体向单天线接收实体 进行导频发射的模型。利用导引向量 v pm(n，k)的两个元素v1(n，k)和 v 2(n，k)，对导频符号p(k)进行空间处理，以获得两个发射符号，并经 由两个发射天线发送出去。所述两个发射符号观测到信道响应h1(k) 和h2(k)，假定其在整个分组上保持不变。
如果利用两个导引向量集合 v pm(1，k)和 v pm(2，k)在两个符号周期内 发射导频符号p(k)，则接收实体处的接收导频符号可以表示为：
r(1，k)＝h1(k)·v1(1，k)·p(k)+h2(k)·v2(1，k)·p(k)+z(1，k)，以及
r(2，k)＝h1(k)·v1(2，k)·p(k)+h2(k)·v2(2，k)·p(k)+z(2，k)，
也可以用矩阵形式表示为：
r p(k)＝ V P(k)· h T(k)·p(k)+ z(k)，                  公式(10)
其中， r p(k)＝[rp(1，k)rp(2，k)]T是一个向量，具有子带k对应的两个接收 导频符号的，其中“T”表示转置；
V p(k)是一个矩阵，具有用于子带k的两个导引向量
v pm(1，k)＝[v1(1，k)v2(2，k)]T和 v pm(2，k)＝[v1(2，k)v2(2，k)]T；
h(k)＝[h1(k)h2(k)]是子带k的信道响应行向量；以及
z(k)＝[z(1，k)z(2，k)]T是子带k的噪声向量。
接收实体可以获取所述MISO信道响应的估计 如下：
$\underset{‾}{\overset{^}{h}}\left(k\right)={\underset{‾}{V}}_P^{-1}\left(k\right)·{\underset{‾}{r}}_P\left(k\right)·p^{*}\left(k\right).$ 公式(11)
接受方接收实体由于知道 V P(k)的所有元素，故能够计算 V P -1(k)。 其他接收实体不知道 V P(k)，故不能够计算 V P -1(k)，也不能够获取 h(k)的 足够精确的估计。
以上描述是针对具有两个发射天线的简单情况而言的。通常，发 射天线的数量决定了该导频的OFDM符号的数量(即该导频传输的 长度)以及 V P(k)的尺寸。具体而言，在至少NT个符号周期上发射导 频符号，并且矩阵 V P(k)通常具有NT×NT的维度。
此后，对于该分组内的每个后续OFDM符号，接受方接收实体 可以获取有效SISO信道响应的估计 如下：
${\hat{h}}_{\mathrm{eff},\mathrm{ss}}(n,k)=\underset{‾}{\overset{^}{h}}\left(k\right)·{\underset{‾}{v}}_{\mathrm{pm}}(n,k).$ 公式(12)
对于每个子带，导引向量 v pm(n，k)可能随符号周期的不同而变化。 然而，接受方接收实体知道用于每个子带和每个符号周期的导引向 量。接收实体利用每个符号周期的每个子带对应的有效SISO信道响 应估计 对该子带和符号周期的接收符号进行检测，如公式 (5)所示，其中用 代替 并且使其在所述分组上变化。
发射实体还可以“干净地(in the clear)”发射导频符号而不进行 任何空间处理，但是将每个发射天线的导频符号乘以一个不同的长度 为NT或NT整数倍的正交序列(如，一个Walsh序列)。在这种情况 下，接收实体可以通过将接收导频符号乘以用于导频传输的每个正交 序列，以及在该序列的长度上进行积分，直接估计MISO信道响应 h(k)，这在本领域内是公知的。或者，发射实体也可以利用一个导引 向量 v pm(1，k)发射导频符号，并且接收实体可以估计有效MISO信道响 应为 ${\hat{h}}_{\mathrm{eff}}(1,k)=\underset{‾}{\overset{^}{h}}\left(k\right)·{\underset{‾}{v}}_{\mathrm{pm}}(1,k).$ 此后，发射实体可以利用另一个导引向量 v pm(2，k)发射数据，并且接收实体可以估计该数据的有效MISO信道 响应为 ${\hat{h}}_{\mathrm{eff}}(2,k)={\hat{h}}_{\mathrm{eff},1}\left(k\right)·{\underset{‾}{v}}_{\mathrm{pm}}^H(1,k)·{\underset{‾}{v}}_{\mathrm{pm}}(2,k).$ 这样能够以各种方式进行导 频传输和信道估计，以用于进行空间扩频。
发射实体可以对所述分组的前导码和信令/数据部分都进行空间 扩频。发射实体还可以只对前导码或者只对信令/数据部分进行空间 扩频。在任何一种情况下，空间扩频都使得：基于所述前导码获得的 信道估计对于信令/数据来说是不准确的或无效的。通过至少对该分 组的信令/数据部分进行空间扩频，使得这部分在其他接收实体不知 道导引向量的情况下看起来是空间随机的，从而改进性能。
对于空间扩频，接受方接收实体知道有多个天线用于数据传输， 还知道在每个符号周期内用于每个子带的导引向量。空间解扩本质上 是通过利用适当的导引向量来获取有效SISO信道响应估计而实现 的，有效SISO信道响应估计接下来用于数据检测。由于在整个分组 上使用不同的导引向量，所以，接受方接收实体还享受到发射分集的 好处。其他接收实体不知道该发射实体使用的导引向量。这样，它们 的MISO信道响应估计对于信令/数据部分来说是无效的，并且当用 于数据检测时，提供退化的或破坏的检测符号。因此，对于这些其他 接收实体来说，恢复发射分组的可能性可能很受影响。因为接收实体 需要为空间扩频的信道估计和检测进行特殊处理，所以仅仅针对 SISO操作设计的传统接收实体也不能够恢复经过空间扩频的数据传 输。
通过以发射和接收实体都知道的伪随机方式来旋转每个数据符 号的相位，对于导引模式和PRTS模式，也可以进行空间扩频。
图4示出了利用导引模式或PRTS模式从一个发射实体向一个接 收实体发射数据的过程400的流程图。处理(例如，编码、交织和符 号映射)每个数据分组，以获取相应的数据符号块(框412)。将数 据符号和导频符号块解复用到ND个数据子带上，从而为ND个数据 子带获得ND个导频和数据符号序列(框414)。然后，利用为每个数 据子带选择的至少一个导引向量，对该子带的导频和数据符号序列进 行空间处理(框416)。
对于导引模式，每个数据子带使用一个导引向量，并且利用这个 导引向量的空间处理将传输导向接收实体。对于PRTS模式下的发射 分集，每个数据子带使用一个伪随机导引向量，并且接收实体不需要 知道该导引向量。对于PRTS模式下的空间扩频，每个数据子带使用 至少一个伪随机导引向量，其中对前导码和信令/数据部分施加不同 的导引，并且只有发射和接收实体知道这一个或多个导引向量。对于 PRTS模式来说，利用伪随机导引向量进行空间处理，使得通过在ND 个子带上发送的ND个导频和数据符号序列观测到的ND个有效SISO 信道随机化。
接收实体可能无法正确处理利用PRTS模式发送的数据传输。例 如，如果接收实体将子带上的一些插值形式用于信道估计，可能会出 现这种情况。在这种情况下，发射实体可以用“干净(clear)”模式 发射，而不进行任何空间处理。
D.多模式操作
发射实体还可以同时采用导引模式和PRTS模式向接收实体发射 数据。发射实体在不知道信道响应时采用PRTS模式，并且一旦知道 了信道响应就切换到导引模式。对于TDD系统来说，假设下行链路 和上行链路响应是互反的(reciprocal)。也就是说，如果 h(k)代表从 发射实体到接收实体的信道响应行向量，那么互反信道意味着从接收 实体到发射实体的信道响应表示为 h T(k)。基于接收实体在另一个链 路(如，上行链路)上发送的导频传输，发射实体能估计出一个链路 (如，下行链路)的信道响应。
图5示出了同时采用导引模式和PRTS模式从一个发射实体向一 个接收实体发射数据的过程500的流程图。最初，发射实体由于不知 道接收实体的信道响应估计，故用PRTS模式向接收实体发射数据(框 512)。发射实体获取发射实体和接收实体之间的链路对应的信道响应 估计(框514)。例如，发射实体可以(1)基于该接收实体发送的导 频符号，对第一个链路(如，上行链路)的信道响应进行估计；以及 (2)基于所述第一个链路的信道响应估计(如，它的逆)，获取第二 个链路(如，下行链路)的信道响应估计。其后，一旦该接收实体的 信道响应估计可用，该发射实体就利用从第二个链路的信道响应估计 获得的导引向量，用导引模式向接收实体发射数据(框516)。
发射实体能够在导引和PRTS模式之前来回变换，这取决于信道 响应估计是否可用。接收实体对于两种模式的信道估计和检测进行同 样的处理，并且不需要知道发射实体对于任何给定分组正在使用哪种 模式。采用导引模式通常可以实现更好的性能，并且发射实体能够将 更高的速率用于导引模式。在任何情况下，发射实体都可以在每个分 组的信令部分表明该分组使用的速率。然后，接收实体将基于为该分 组获得的信道估计并按照指示出的速率，对每个分组进行处理。
2.MIMO传输
在系统100内，多天线发射实体和多天线接收实体之间存在 MIMO信道。对于基于OFDM的系统，由发射实体处的NT个天线和 接收实体处的NR个天线形成的MIMO信道可以用NF个NR×NT维信 道响应矩阵构成的一个集合来表征，该矩阵可表示为：
其中k∈K，公式(13)
其中，项hi，j(k)表示子带k的发射天线j与接收天线i之间的耦合， i＝1...NR，j＝1...NT。为简单起见，假设MIMO信道响应 H(k)在各分 组上保持不变。
可以将每个子带的信道响应矩阵 H(k)分解为NS个空间信道，其 中，Ns≤min{NT，NR}。这NS个空间信道可用于以提高可靠性和/或总 吞吐量的方式来发射数据。例如，在每个符号周期中从NT个发射天 线同时可以发射NS个数据符号，以提高吞吐量。或者，在每个符号 周期中从NT个发射天线可以发射单个数据符号，以提高可靠性。为 简单起见，以下描述假设NS＝NT≤NR。
发射实体可以采用导引模式或PRTS模式向接收实体发射数据。 在MIMO的导引模式下，发射实体进行空间处理，以在MIMO信道 的“本征模式”上发射数据符号，如下所述。在PRTS模式下，发射 实体进行空间处理，使得数据符号观测到随机的有效MIMO信道。 导引模式和PRTS模式使用不同的导引矩阵并且要求接收实体进行不 同的空间处理。PRTS模式还可用于发射分集和空间扩频。
A.MIMO的导引模式
对于MIMO的导引模式，发射实体通过对每个子带信道响应矩 阵 H(k)进行奇异值分解(singular value decomposition)，获取导引矩 阵 V sm(k)，如下：
$\underset{‾}{H}\left(k\right)=\underset{‾}{U}\left(k\right)\underset{‾}{\Sigma }\left(k\right){\underset{‾}{V}}_{\mathrm{sm}}^H\left(k\right),$ 公式(14)
其中， U(k)是 H(k)左本征向量的一个NR×NR酉矩阵；
∑(k)是 H(k)奇异值的一个NR×NT对角矩阵；以及
V sm(k)是 H(k)右本征向量的一个NT×NT酉矩阵。
酉矩阵 M通过性质 M H M＝ I来表征，其中 I是单位矩阵。酉矩阵的不 同列互相正交。由于假设信道响应 H(k)在整个分组上保持不变，故导 引矩阵 V sm(k)在整个分组上也是不变的并且只是子带k的函数。
发射实体为每个子带进行空间处理，如下：
x mimo，sm(n，k)＝ V sm(k)· s(n，k)，             公式(15)
其中， s(n，k)是NT×1向量，其具有将在符号周期n内在子带k上发 送的NT个数据符号；以及
x mimo，sm(n，k)是NT×1向量，其具有将在符号周期n内在子带k 上从NT个发射天线发送的NT个发射符号。
用导引矩阵 V sm(k)进行空间处理导致 s(n，k)的NT个数据符号在MIMO 信道的NT个本征模式上被发射出去，这些信道也可以视为正交空间 信道。
接收实体处的接收符号可以表示为：
r sm(n，k)＝ H(k)· x mimo，sm(n，k)+ z(n，k)＝ H(k)· V sm(k)· s(n，k)+ z(n，k)，
                                                 公式(16)
其中， r sm(n，k)是NR×1向量，其具有在符号周期n中子带k对应的 NR个接收符号；以及
z(n，k)是在符号周期n中子带k对应的噪声向量。
为简单起见，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 Λ＝σ2· I，其中σ2是接收实体观测到的噪声方差。
接收实体对导引模式进行空间处理，如下：
${\underset{‾}{\overset{^}{s}}}_{\mathrm{sm}}(n,k)={\underset{‾}{\Sigma }}^{-1}(n,k)·{\underset{‾}{U}}^H(n,k)·{\underset{‾}{r}}_{\mathrm{sm}}(n,k)=\underset{‾}{s}(n,k)+{\underset{‾}{z}}^{\prime }(n,k),$ 公式(17)
其中， 是具有导引模式的NT个检测符号的向量，即 s(n，k)的 估计， z′(n，k)是后检测噪声向量。
B.用于空间扩频的导引模式
还可以结合导引模式进行空间扩频。在这种情况下，发射实体首 先针对空间扩频，对数据符号向量 s(n，k)进行空间扩频，然后针对导 引模式，对得到的扩频符号进行空间处理。对于空间扩频来说，发射 实体在每个子带k的一个分组上使用不同的导引矩阵。最好在子带和 符号周期上都使用尽可能多的不同导引矩阵，以提高空间扩频度。例 如，可以将不同的导引矩阵集合{ V pm(n，k)}用于所述分组的每个符号周 期。在最低限度下，一个导引矩阵集合用于前导码，另一个导引矩阵 集合用于所述分组的剩余部分，其中，一个导引矩阵集合可以包含单 位矩阵。
发射实体为每个符号周期的每个子带进行空间处理，如下：
x mimo，sm，ss(n，k)＝ V sm(k)· V pm(n，k)· s(n，k)，    公式(18)
其中， V pm(n，k)是符号周期n中子带k的NT×NT伪随机导引矩阵。如 公式(18)所示，发射实体首先利用伪随机导引矩阵{ V pm(n，k)}进行空 间扩频，然后利用从MIMO信道响应矩阵 H(k)获得的导引矩阵 { V sm(k)}，针对导引模式进行空间处理。从而在MIMO信道的本征模 式上发射扩频符号(而不是数据符号)。
接收实体处的接收符号可以表示为：
r sm，ss(n，k)＝ H(k)· x mimo，sm，ss(n，k)+ z(n，k)
             ＝ H(k)· V sm(k)· V pm(n，k)· s(n，k)+ z(n，k)。          公式(19)
接收实体针对导引模式进行空间处理和空间解扩，如下：
${\underset{‾}{\overset{^}{s}}}_{\mathrm{sm},\mathrm{ss}}(n,k)={{\underset{‾}{V}}_{\mathrm{pm}}^H(n,k)·\underset{‾}{\Sigma }}^{-1}(n,k)·{\underset{‾}{U}}^H(n,k)·{\underset{‾}{r}}_{\mathrm{sm},\mathrm{ss}}(n,k)=\underset{‾}{s}(n,k)+{\underset{‾}{z}}^{\prime }(n,k),$ 公式(20)
如公式(20)所示，接收实体能够通过首先进行导引模式的接收 机空间处理，然后利用伪随机导引矩阵{ V pm(n，k)}进行空间解扩，从而 恢复出发射的数据符号。对于采用空间扩频的导引模式来说，通过每 个子带的数据符号观测到的有效MIMO信道包括发射实体所用的矩 阵 V sm(k)和 V pm(n，k)。
C.用于发射分集的PRTS模式
对于MIMO的PRTS模式来说，发射实体将伪随机导引矩阵用于 空间处理。获取具有某些预期性质的导引矩阵，如下所述。
为了利用PRTS模式实现发射分集，发射实体在多个子带上使用 不同的导引矩阵，但是在每个子带k的整个分组上使用相同的导引矩 阵。最好使用尽可能多的不同导引矩阵，以提高发射分集。
发射实体对每个子带进行空间处理，如下：
x mimo，td(n，k)＝ V pm(k)· s(n，k)，               公式(21)
其中， V pm(k)是在符号周期n中子带k的NT×NT导引矩阵；以及
x mimo，td(n，k)是NT×1向量，其具有将在符号周期n内在子带k上 从NT个发射天线发送的NT个发射符号。
一个导引矩阵集合{ V pm(k)}用于该分组内的所有OFDM符号。
接收实体处的接收符号可以表示为：
r td(n，k)＝ H(k)· x mimo，td(n，k)+ z(n，k)＝ H(k)· V pm(k)· s(n，k)+ z(n，k)
         ＝ H eff，td(k)· s(n，k)+ z(n，k)              ，公式(22)
其中， r td(n，k)是PRTS模式的接收符号的一个向量；以及
H eff，td(k)是在符号周期n中子带k的NT×NT有效MIMO信道响 应矩阵，即 H eff，td(k)＝ H(k)· V pm(k)。
利用伪随机导引矩阵 V pm(k)进行空间处理导致通过 s(n，k)中的数 据符号观测到有效MIMO信道响应 H eff，td(k)，其包括实际信道响应 H(k)和导引矩阵 V pm(k)。接收实体能够估计有效MIMO信道响应 H eff，td(k)，例如，基于从发射实体接收的导频符号。然后，接收实体 利用有效MIMO信道响应估计 对 r td(n，k)中的接收符号进行 空间处理，以获得检测符号 有效MIMO信道响应估计 对于每个子带k，在所述分组上保持不变，因为：(1)假定实 际信道响应 H(k)在所述分组上保持不变；以及(2)相同的导引矩阵 V pm(k)用于所述分组。
接收实体能够利用各种接收机处理技术来获取检测符号，包括： (1)信道相关矩阵求逆(CCMI)技术，其通常称为迫零技术；以及 (2)最小均方误差(MMSE)技术。表1总结了针对CCMI和MMSE 技术，在接收机实体处的空间处理。在表1中， M ccmi，td(k)是用于CCMI 技术的空间滤波器矩阵， M mmse，td(k)是用于MMSE技术的空间滤波 器矩阵， D mmse，td(k)是用于MMSE技术的对角矩阵(其包含 的对角元素)。
                          表1

如表1所示，对于发射分集，每个子带k的空间滤波器矩阵 M ccmi，td(k)和 M mmse，td(k)在整个分组上保持不变，这是由于有效MIMO 信道响应估计 在整个分组上保持不变。对于发射分集，接收 实体不需要知道用于每个子带的导引矩阵。由于在多个子带上使用不 同的导引矩阵并且为这些子带形成不同的有效MIMO信道，故接收 实体仍然可以享受到发射分集的好处。
D.用于空间扩频的PRTS模式
对于PRTS模式下的空间扩频，发射实体在每个子带k的一个分 组上使用不同的导引矩阵用。可以选择用于空间扩频的伪随机导引矩 阵，如上面针对导引模式所描述的那样。
发射实体对每个符号周期的每个子带进行空间处理，如下：
x mimo，ss(n，k)＝ V pm(n，k)· s(n，k)，          公式(23)
接收实体处的接收符号可以表示为：
r ss(n，k)＝ H(k)· x mimo，ss(n，k)+ z(n，k)＝ H(k)· V pm(k)· s(n，k)+ z(n，k)
         ＝ H eff，ss(k)· s(n，k)+ z(n，k)，公式
(24) 每个符号周期的每个子带对应的有效MIMO信道响应 H eff，ss(n，k)取决 于该子带的实际信道响应 H(k)和用于该子带和符号周期的导引矩阵 V pm(n，k)。由于在所述分组上使用了不同的导引矩阵 V pm(n，k)，故每个 子带k的有效MIMO信道响应 H eff，ss(n，k)在该分组上变化。
接受方接收实体接收发射的分组并将前导码用于信道估计。对于 每个子带，接受方接收实体能够基于该前导码，获取实际MIMO信 道响应 H(k)(而不是有效MIMO信道响应)。其后，对于每个符号周 期的每个子带，接受方接收实体获得有效MIMO信道响应矩阵的估 计 如下：
${\underset{‾}{\overset{^}{H}}}_{\mathrm{eff},\mathrm{ss}}(n,k)=\underset{‾}{\overset{^}{H}}\left(k\right)·{\underset{‾}{V}}_{\mathrm{pm}}(n,k),$ 公式(25)
对于每个子带，导引矩阵 V pm(n，k)会随符号周期的不同而改变。 接收实体利用每个符号周期的每个子带对应的有效MIMO信道响应 估计 对该子带和符号周期的接收符号进行空间处理，如， 利用CCMI或MMSE技术。例如，矩阵 可用于获得用于 CCMI或MMSE技术的空间滤波器矩阵，如表1所示，其中用 代替 然而，由于矩阵 在整个分组上变 化，故空间滤波器矩阵也在该分组上变化。
对于空间扩频，接受方接收实体知道发射实体对于每个符号周期 内的每个子带所使用的导引矩阵，并且能够进行互补的空间解扩，以 恢复出发射的分组。空间解扩是通过利用正确的导引矩阵来获得有效 MIMO信道响应估计而实现的，该有效MIMO信道响应估计继而用 于空间处理。其他的接收实体不知道所述导引矩阵并且分组传输在这 些实体看来是空间随机的。因此，这些其他接收实体能够恢复出发射 的分组的可能性很低。
E.多模式操作
发射实体还可以同时采用PRTS模式和导引模式向接收实体发射 数据。发射实体在信道响应不可用时，采用PRTS模式，一旦信道响 应可用就切换到导引模式。
3.导引向量和矩阵的产生
用于PRTS模式的导引向量和矩阵能够以各种方式产生。以下描 述一些示例性的用于产生这些导引向量/矩阵的方案。导引向量/矩阵 可以被预先计算出来并存储在发射和接收实体处，并且其后在需要它 们的时候，重新获得以进行使用。或者，导引向量/矩阵还可以在需 要它们的时候实时地进行计算。在以下的描述中，产生L个导引向量 或矩阵构成的一个集合并且将其选择用于PRTS模式。
A.导引向量的产生
为实现优良的性能，用于PRTS模式的导引向量应该具有以下性 质。没有必要严格地遵循这些性质。首先，每个导引向量应具有单位 能量，以便用于数据符号的发射功率不会因伪随机发射导引而改变。 第二，可以定义每个导引向量的NT个元素具有相同的幅值，以便能 够使用每个发射天线的全发射功率。第三，不同的导引向量应该合理 地是不相关的，从而该集合中任何两个导引向量之间的相关性为零或 很低的值。这一条件可以表示为：
c(ij)＝ v pm H(i)· v pm(j)≈0，其中i＝1...L，j＝1...L，且i≠j，公 式(26)
其中c(ij)是导引向量 v pm(i)和 v pm(j)之间的相关性。
可以采用各种方案产生含有L个导引向量的集合{ v pm(i)}。在第 一方案中，基于NT×NT矩阵 G产生L个导引向量，矩阵 G的元素是 独立同分布(IID)复高斯随机变量，每个变量具有零均值和单位方 差。按照 R＝ G H· G计算每个矩阵 G的相关矩阵，并且将其按照 R＝ E· D· E H进行分解，以获取酉矩阵 E。如果 E的每一列与该集合中 已有的每一个导引向量满足低相关标准，则它可以用作导引向量 v pm(i)。
在第二方案中，通过连续地旋转初始酉导引向量 v pm(1)产生L个 导引向量，如下：
v pm(i+1)＝ej2π/L· v pm(i)，其中i＝2...L，其中L≥NT。公式(27)
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。对于可以按照各种方式生成的给定导引向量 ${\underset{‾}{v}}_{\mathrm{pm}}\left(i\right)=[v_1\left(i\right)v_2\left(i\right)...v_{N_T}\left(i\right)],$ 可以按照如下方式形成归一化的导引 向量
${\underset{‾}{\overset{~}{v}}}_{\mathrm{pm}}\left(i\right)=[{\mathrm{Ae}}^{j{\theta }_1\left(i\right))}{\mathrm{Ae}}^{j{\theta }_2\left(i\right)}...{\mathrm{Ae}}^{j{\theta }_{N_T}\left(i\right)}],$ 公式(28)
其中A是常量(例如， $A=1/\sqrt{N_T}$ )并且 ${\theta }_j\left(i\right)=\angle v_j\left(i\right)={\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{Im}\left\{v_j\left(i\right)\right\}}{\mathrm{Re}\left\{v_j\left(i\right)\right\}}\right)$ 是 v pm(i)的第j个元素的相位。归一化的导引向量 可使全发射功 率用于每个将用于进行发射的天线。
其它方案也可用于产生含有L个导引向量的集合，这落入本发明 的保护范围之内。
B.导引矩阵的产生
为实现优良的性能，用于PRTS模式的导引矩阵应具有以下性质。 没有必要严格地遵循这些性质。首先，导引矩阵应是酉矩阵并满足如 下条件：
${\underset{‾}{V}}_{\mathrm{pm}}^H\left(i\right)·{\underset{‾}{V}}_{\mathrm{pm}}\left(i\right)=\underset{‾}{I},$ 其中i＝1...L。                                       公式(29)
公式(29)指示， v pm(i)的每一列具有单位能量并且 v pm(i)的任何两 列的厄密(Hermitian)内积应为零。这一条件保证了用导引矩阵 v pm(i) 同时发送的NT个数据符号具有相同的功率并且在发射之前彼此正 交。第二，该集合中任何两个导引矩阵之间的相关性应为0或很小的 值。这一条件可表示为：
$\underset{‾}{C}\left(\mathrm{ij}\right)={\underset{‾}{V}}_{\mathrm{pm}}^H\left(i\right)·{\underset{‾}{V}}_{\mathrm{pm}}\left(j\right)\approx \underset{‾}{0},$ 其中i＝1...L，j＝1...L，且i≠j，公式(30)
其中 C(ij)是 v pm(i)和 v pm(j)的相关矩阵，且 0是全零矩阵。可产生L 个导引矩阵，使得所有可能的导引矩阵对的相关矩阵的最大能量最小 化。
可以采用各种方案产生含有L个导引矩阵的集合{ V pm(i)}。在第 一方案中，基于随机变量矩阵产生L个导引矩阵。首先产生随机变量 矩阵 G，然后计算 G的相关矩阵并将其分解以获得酉矩阵 E，如上所 述。如果 E和已经产生的每一个导引矩阵之间存在低相关性，则 E可 用作导引矩阵 V pm(i)，并被添加到集合中。重复这个过程直到产生所 有L个导引矩阵。
在第二方案中，通过在NT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：
V pm(i+1)＝ Θ i· V pm(1)，其中i＝1...L-1，           公式(31)
其中 Θ i是NT×NT对角酉矩阵，其元素为单位的L次根。
B.M.Hochwald等人在2000年9月IEEE Transaction on Information Theory第46卷第6期的“Systematic Design of Unity Space-Time Constellations”中描述了第二方案。
其它方案也可用于产生含有L个导引矩阵的集合，这落入本发明 的保护范围之内。通常，可以以伪随机的方式或者确定的方式产生导 引矩阵。
C.导引向量/矩阵选择
可以通过各种方式选择使用集合中的L个导引向量/矩阵。导引 向量可以看成是只包含一列的退化导引矩阵。因此，本文所使用的矩 阵可以包含一列或多列。
在一个实施例中，以确定的方式从具有L个导引矩阵的集合中选 择导引矩阵。例如，可以从头至尾地循环遍这L个导引矩阵，并按顺 序加以选择，从 V(1)开始，然后是 V(2)，以此类推，最终是 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 以基于函数f(k)来选择用于每个子带k的导引矩阵，即， V(f(k))， 函数f(k)伪随机地选择L个导引矩阵中的一个矩阵。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遍这L个导引矩阵，并按顺序选择使用的导 引矩阵。然而，每次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)。也可以采用其它方式选择L个 导引矩阵。
导引矩阵的选择也可以取决于集合中导引矩阵的数量(L)及用 于进行伪随机发射导引的子带数量(NM)，例如，NM＝ND+NP。通常， L可以大于、等于或小于NM。如果L＝NM，则可以为NM个子带中的 每一个选择一个不同的导引矩阵。如果L＜NM，则可将导引矩阵重复 用于每个符号周期。如果L＞NM，则将这些导引矩阵的子集用于每个 符号周期。对于所有情况，可以通过确定方式、伪随机方式或变换排 列的方式选择NM个子带的NM个导引矩阵，如上所述。
对于发射分集，为每个分组的NM个子带选择NM个导引矩阵。 对于空间扩频，可以为该分组的每个符号周期的NM个子带选择NM 个导引矩阵。可以为每个符号周期选择由NM个导引矩阵构成的一个 不同集合，其中该集合可以包含L个导引矩阵的一个不同变换排列 (permutation)。
对于MISO和MIMO的空间扩频，只有发射和接收实体知道用 于空间处理的伪随机导引矩阵。这可以由各种方式实现。在一个实施 例中，基于一种算法，从具有L个导引矩阵的集合中伪随机地选择导 引矩阵，该算法可以根据发射和接收实体之间交换(如，通过安全的 无线信令或一些其他的方式)的安全信息(如，密钥、种子、标识符 和序列号)而工作。这样，导引矩阵集合以一种只有发射和接收实体 知道的方式进行变换排列(permutate)。在另一实施例中，发射和接 收实体利用只有这两个实体知道的唯一的矩阵 U u，修改为所有实体 所知道的公共导引矩阵。这个操作可以表示为： V pm，u(i)＝ U u· V pm(i)或 v pm，u(i)＝ U u· v pm(i)。然后，将修改后的导引矩阵用于空间处理。在又 一实施例中，发射和接收实体基于只有这两个实体知道的方式，变换 排列公共导引矩阵的列。在另一实施例中，发射和接收实体基于只有 这两个实体知道的一些安全信息，产生它们需要的导引矩阵。用于空 间扩频的伪随机导引矩阵可以按照其他各种方式产生和/或选择，这 落入本发明的保护范围之内。
4.IEEE 802.11
在这里描述的技术用于各种OFDM系统，如，用于实现了 IEEE802.11a和802.11g的系统。IEEE802.11a/g的OFDM结构将全 部系统带宽分成64个正交的子带(即NF＝64)，为其分配标号-32至 +31。在这64个子带中，48个子带(标号为±{1，...，6，8，...，20，22，...，26}) 用于数据传输，4个子带(标号为±{7，21})用于导频传输，DC子 带(标号为0)和剩余子带不使用并作为保护子带。对于IEEE802. 11a/g，每个OFDM符号是由64码片的变换符号和16码片的循环前 缀组成的。IEEE802.11a/g使用20MHz的系统带宽。这样，每个码 片具有50纳秒的持续时间，以及，每个OFDM符号具有4.0微秒的 持续时间，即本系统的一个OFDM符号周期。在1999年9月公开的、 题目为“Part 11：Wireless LAN Medium Access Control(MAC)and Physical Layer(PHY)Specifications：High-speed Physical Layer in the 5 GHz Band”的IEEE标准802.11a文档中描述了这种OFDM结构。
图6A示出了IEEE 802.11定义的一种帧和分组格式600。格式 600可用于支持MISO传输的导引模式和PRTS模式(针对发射分集 和空间扩频)。在IEEE 802.11协议栈的物理层上，将数据作为PHY 子层服务数据单元(PSDU)进行处理。对每个PSDU 630分别基于 为该PSDU选择的编码和调制方案而进行编码和调制。每个PSDU 630还有一个包含6个字段的PLCP头部610。速率字段612指示该 PSDU的速率。保留字段614包含一个保留比特。长度字段616以字 节为单位指示该PSDU的长度。奇偶字段618携带有前三个字段的1 比特偶数奇偶性(even parity)。尾部字段620携带用于清理(flush out) 编码器的6个零。服务字段622包含用于初始化该PSDU的加扰器的 7个空比特以及9个保留比特。尾部字段632附加在PSDU 630的结 尾处，并且携带有用于清理编码器的6个零。可变长度填充字段634 携带有足够数量的填充比特，从而使该PSDU适合整数个OFDM符 号。
每个PSDU 630及其相关字段是在包含三个部分的PHY协议数 据单元(PPDU)640内发射的。前导码部分642具有4个OFDM符 号周期的持续时间，并且携带有10个短训练符号642a和2个长训练 符号642b，接收实体将其用于AGC、时序捕获、粗精频率捕获、信 道估计以及其他目的。10个短训练符号是利用在12个指定子带上的 12个特定导频符号产生的，并且跨越两个OFDM符号周期。2个长 训练符号是利用在52个指定子带上的52个特定导频符号产生的，并 且跨越两个OFDM符号周期。信令部分644携带有一个OFDM符号， 对应于该头部的前5个字段。数据部分648携带可变数量的OFDM 符号，对应于该头部的服务字段、PSDU以及后面的尾部和填充字段。 也将PPDU 640称为一个分组。
图6B示出了一个示例性的帧和分组格式602，可用于支持MISO 以及MIMO传输的导引和PRTS模式。这种格式的PPDU 650包括前 导码部分652、信令部分654、MIMO前导码部分656以及数据部分 658。前导码部分652携带10个短训练符号652a和2个长训练符号 652b，类似于前导码部分642。信令部分654携带PPDU 650的信令 并可按照表2所示进行定义。
                        表2     字段   长度     (比特)    描述   CCH速率指     示符     2  控制信道(CCH)的速率   MIMO导频     符号长度     1  MIMO导频部分的长度    (如，2或4个OFDM符号周期)   MIMO指示     符     1  指示格式602的PLCP头部   QoS   2  服务质量(视频/声音)   长度指示符   10  数据部分的长度(如，是循环前缀长度的   倍数，或对于IEEE802.11是800纳秒)   速率向量   16   用于空间信道1、2、3、4的速率   保留   2   保留，以供将来使用   CRC   8   PLCP头部的CRC值   尾部   6   用于清理编码器的6个零
表2示出了针对4个发射天线(NT＝4)的信令部分654的一个示例 性格式。最多有4个空间信道可用于数据传输，这取决于接收天线的 数量。速率向量字段指示出每个空间信道的速率。接收实体可以确定 该空间信道支持的最大速率并将其发送回来。然后，发射实体可以基 于这些最大速率，选择数据传输的速率(如，小于或等于)。也可将 具有不同字段的其他格式信令用于信令部分654。
MIMO导频部分656携带一个导频符号，接收实体将其用于估计 该MIMO信道。所述MIMO导频符号是从所有NT个发射天线以下 列几种方式发射的导频符号：(1)不用任何空间处理“干净地”发射； (2)利用公式(21)或(23)中所示伪随机导引进行发射；或者(3) 在公式(18)中所示MIMO信道的本征模式上发射。还将该MIMO 导频符号的每个发射天线的发射符号乘以分配给该发射天线的NT码 片正交序列(如，4码片Walsh码)。数据部分658携带数据、填充 比特和尾部比特的可变数量的OFDM符号，类似于数据部分648。
对于采用格式600和602的PRTS模式，将伪随机发射导引应用 到所有子带以及PPDU 640和650的所有部分上。对于发射分集，在 每个子带的整个PPDU上使用相同的伪随机发射导引向量/矩阵。对 于空间扩频，在每个子带的PPDU上可以使用不同的导引向量/矩阵。 在最低限度下，对PPDU的数据部分和用于进行信道估计的前导码/ 导频部分使用不同的导引向量/矩阵。例如，PPDU 640的前导码部分 和数据部分可以使用不同的导引向量，其中，一个部分的导引向量可 以全部是1。PPDU 650的MIMO导频和数据部分可以使用不同的导 引矩阵，其中，一个部分的导引矩阵可以是单位矩阵。
接收实体通常分别处理每个分组(即PPDU)。接收实体可以(1) 将短训练符号用于AGC、分集选择、时序捕获以及粗频率捕获，以 及(2)将长训练符号用于细频率捕获。接收实体可以将长训练符号 用于MISO信道估计，以及将MIMO导频符号用于MIMO信道估计。 接收实体能够直接或间接地从前导码或MIMO导频符号中获取有效 信道响应估计，并且将信道估计用于检测或空间处理，如上所述。
5.系统
图7示出了系统100内多天线发射实体710、单天线接收实体 750x以及多天线接收实体750y的框图。发射实体710可以是接入点 或多天线用户终端。每个接收实体750也可以是接入点或用户终端。
在发射实体710处，发射(TX)数据处理器720对每个数据分 组进行处理(如，编码、交织和符号映射)，以获得一个相应的数据 符号块。TX空间处理器730接收导频和数据符号并将其解复用到适 当的子带上，针对导引和/或PRTS模式进行空间处理，并且将NT个 发射符号流提供给NT个发射机单元(TMTR)732a至732t。每个发 射机单元732处理其发射符号流，以产生调制信号。发射机单元732a 至732t提供NT个调制信号，分别用于从NT个天线734a至734t进行 发射。
在单天线接收实体750x处，天线752x接收NT个发射信号，并 将接收信号提供给接收机单元(RCVR)754x。接收机单元754x执 行与发射机单元732所执行的处理相互补的处理，并且(1)将接收 的数据符号提供给检测器760x以及(2)将接收的导频符号提供给控 制器780x内的信道估计器784x。信道估计器784x为所有数据子带 获取发射实体710和接收实体750x之间的有效SISO信道的信道响 应估计。检测器760x基于每个子带的有效SISO信道响应估计，对 该子带的接收数据符号进行检测，并且为所有子带提供检测符号流。 然后，接收(RX)数据处理器770x对检测符号流进行处理(如，符 号解映射、解交织和解码)，并且针对每个数据分组提供解码后的数 据。
在多天线接收实体750y处，NR个天线752a至752r接收NT个发 射信号，每个天线752将接收的信号提供给相应的接收机单元754。 每个接收机单元754处理各自接收的信号，并且(1)将接收的数据 符号提供给接收(RX)空间处理器760y，以及(2)将接收的导频符 号提供给控制器780y内的信道估计器784y。信道估计器784y为所 有数据子带获取发射实体710和接收实体750y之间的实际或有效 MIMO信道的信道响应估计。控制器780y基于MIMO信道响应估计 和导引矩阵并按照如CCMI或MMSE技术，获得空间滤波器矩阵。 RX空间处理器760y利用从每个子带获得的空间滤波器矩阵，对该子 带的接收数据符号进行空间处理，并为该子带提供检测符号。RX数 据处理器770y接着处理所有子带的检测符号，并为每个数据分组提 供解码后的数据。
控制器740、780x和780y分别控制发射实体710和接收实体750x 和750y中的处理器单元的操作。存储器单元742、782x和782y分别 存储由控制器740、780x和780y使用的数据和/或程序代码。例如， 这些存储单元可能存储由L个伪随机导引向量(SV)和/或导引矩阵 (SM)构成的集合。
图8示出了发射实体710中处理器单元的一个实施例。在TX数 据处理器720中，编码器822接收每个数据分组，并基于一种编码方 案，分别对其进行编码并提供编码比特。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)编码、卷积编码、Turbo 编码、低密度奇偶校验(LDPC)编码、块编码、其它编码以及这些 编码的组合。在PRTS模式下，即使无线信道在所有子带上都是平稳 的并且在数据分组上是静态的，SNR在该分组上也可能变化。可以 将功能足够强大的编码方案用于抵抗整个分组上SNR的变化，从而 编码性能与分组上的平均SNR成比例。交织器824基于交织方案而 将每个分组的编码比特交织或重排，以实现频率、时间和/或空间分 集。符号映射单元826基于调制方案(例如，QPSK、M-PSK或 M-QAM)映射每个分组的交织比特，并为该分组提供数据符号块。 每个分组采用的编码和调制方案是由为该分组选择的数据速率决定 的。
在空间处理器730中，解复用器(Demux)832接收每个分组的 数据符号块并针对ND个数据子带将其解复用成ND个数据符号序列。 对于每个数据子带，复用器(Mux)834接收该子带的导频和数据符 号，并在前导码和MIMO导频部分期间提供导频符号，并且在信令 和数据部分期间提供数据符号。对于每个分组，ND个复用器834a至 834nd将ND个数据子带的ND个导频和数据符号序列提供给ND个TX 子带空间处理器840a至840nd。每个空间处理器840对于相应的数 据子带，执行导引或PRTS模式的空间处理。对于MISO传输来说， 每个空间处理器840利用为该子带选择的一个或多个导引向量，对它 的导频和数据符号序列进行处理，并将NT个发射天线的NT个发射符 号序列提供给NT个复用器842a至842t。对于MIMO传输来说，每 个空间处理器840将其导频和数据符号序列解复用成NS个空间信道 的NS个子序列，利用为该子带选择的一个或多个导引矩阵，对这NS 个导频和数据符号子序列进行空间处理，并且将NT个发射符号序列 提供给NT复用器842a至842t。每个复用器842将所有子带的发射符 号序列提供给各自的发射机单元732。每个发射机单元732包括(1) OFDM调制器(MOD)852，用于对相应的发射符号流进行OFDM 调制，以及(2)TX RF单元854，用于修整(例如，转换为模拟、 滤波、放大以及上变频)来自OFDM调制器852的OFDM符号流， 以产生调制信号。
图9A示出了单天线接收实体750x中处理单元的一个实施例。 接收机单元754x包括(1)RX RF单元912，用于对从天线752x接 收的信号进行修整及数字化，并提供采样；以及(2)OFDM解调器 (DEMOD)914，用于对采样进行OFDM解调，提供接收的数据符 号给检测器760x，并且提供接收的导频符号给信道估计器784x。信 道估计器784x基于接收的导频符号以及可能还有导引向量，为有效 SISO信道获得信道响应估计。
在检测器760x中，解复用器922将每个分组的接收数据符号解 复用成ND个数据子带的ND个接收数据符号序列，并提供这ND个序 列给ND个子带检测器924a至924nd。每个子带检测器924利用该子 带的有效SISO信道响应估计，对其子带的接收数据符号进行检测， 并提供检测符号。复用器926复用所有数据子带的检测符号，并将每 个分组的检测符号块提供给RX数据处理器770x。在RX数据处理器 770x中，符号解映射单元932按照用于该分组的调制方案，解复用 每个分组的检测符号。解交织器934以与对该分组执行的交织相互补 的方式对该解调数据进行解交织。解码器936以与对该分组执行的编 码相互补的方式解码该解交织数据。例如，如果发射机实体710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936。
图9B示出了多天线接收实体750y中处理器单元的一个实施例。 接收机单元754a至754r对NR个接收信号进行修整、数字化和OFDM 解调，提供接收的数据符号给RX空间处理器760y，以及提供接收的 导频符号给信道估计器784y。信道估计器784y基于接收的导频符号， 为MIMO信道获得信道响应估计。控制器780y基于MIMO信道响 应估计和导引矩阵，获得空间滤波器矩阵。在RX空间处理器760y 中，NR个解复用器942a至942r从NR个接收机单元754a至754r， 获得接收的数据符号。每个解复用器942将每个分组的接收数据符号 解复用为ND个数据子带的ND个接收数据符号序列，并且提供这ND 个序列给ND个RX子带空间处理器944a至944nd。每个空间处理器 944利用该子带的空间滤波矩阵，对其子带的接收数据符号进行接收 机空间处理，并提供检测符号。复用器946复用所有子带的检测符号， 并将每个分组的检测符号块提供给RX数据处理器770y，该处理器可 用与图9A中RX数据处理器770x相同的设计来实现。
可以通过各种方式实现本文描述的数据传输技术。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，实现在发射和接收实体处 的执行或支持数据传输的处理单元。
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)实现数据传输技术。软件代码可以存储在存储器单元(例 如，图7中的存储器单元742、782x以及782y)中并由处理器(例 如，图7中的控制器740、780x和780y)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。
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