识别对应于无线网络信道的预编码矩阵的方法和近似无线网络中无线网络信道的容量的方法

摘要

一种识别对应于无线网络信道的预编码矩阵的方法包括以下步骤：识别包括单位矩阵的容量度量，使用忽略单位矩阵的近似度量来近似容量度量，使用近似度量在矩阵码本中所有矩阵上搜索以便识别增大无线网络信道的容量的特定预编码矩阵，以及跨无线网络信道传送对应于该特定预编码矩阵的矩阵索引。本文中还描述了用于识别预编码矩阵的另外技术，以及一种近似无线网络中无线网络信道的容量的方法。

说明书

技术领域

本发明的公开实施例一般涉及无线网络通信，并且更具体地说， 涉及波束形成方法和用于确定信道状态信息的方法。

背景技术

闭环(CL)多输入多输出(MIMO)是用于通过为传送器提供有关信 道状态的知识而增强传送天线(例如位于基站的天线)与接收天线(例 如位于移动台的天线)之间链路(也称为信道)的性能的技术。传送 器可具有关于信道系数的矩阵的完全或部分信息，并且传送器能够使 用该信息来增大容量和改进链路的性能。闭环MIMO操作将是IEEE 802.16无线宽带标准(通常称为微波接入全球互操作性或WiMAX) 且具体而言是802.16e Rev2(也称为Ver1.5)和802.16m的特征。闭 环MIMO是用于多于一个传送的流(即来自MIMO编码器的输出) 的情况的波束形成的概括。在某些实施例中，波束形成包括例如加权 各种传送的信号以便改进系统性能的“预编码”矩阵的信号处理技术的 使用。

附图说明

从连同图中的附图进行的下面详细描述的阅读，将更好地理解公 开实施例，其中：

图1是根据本发明的一实施例的流程图，其示出识别对应于无线 网络信道的预编码矩阵的方法；

图2是根据本发明的一实施例的曲线图，其示出使用包括MMSE 容量度量(Capacity Metric)的各种选择度量可实现的性能；

图3是根据本发明的另一实施例的流程图，其示出识别对应于无 线网络信道的预编码矩阵的方法；

图4和5是根据本发明的一实施例的流程图，其示出从存储器装 置中存储的并包含多个预编码矩阵的矩阵码本来识别用于M个副载 波的目标预编码矩阵的方法；

图6和7是根据本发明的一实施例的流程图，其示出从存储器装 置中存储的并包含多个预编码矩阵的矩阵码本为多个信道实例识别 目标预编码矩阵的方法；

图8是包含其中可实现本发明的一实施例的区域的帧的图示；以 及

图9是根据本发明的一实施例的流程图，其示出近似无线网络中 无线网络信道的容量的方法。

为了图示的清晰和简明，绘图示出构建的一般方式，并且公知特 征和技术的描述和细节可被省略以避免不必要地混淆本发明的所述 实施例的论述。另外，绘图中的要素不一定按比例绘制。例如，图中 一些要素的尺寸可能相对于其它要素被夸大，以帮助改进对本发明实 施例的理解。不同图中的相同引用标号指示相同要素，而类似引用标 号可能但不一定指示类似要素。

描述和权利要求中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”及诸 如此类(如果有的话)用于在类似要素之间进行区分，并且不一定用 于描述特定相继的或时间的次序。要理解，如此使用的术语在适当情 况下可互换，因此，本文中所述的本发明的实施例例如能够以与本文 中所示或以其它方式所述的那些顺序不同的顺序进行操作。类似地， 如果方法在本文中描述为包括一系列步骤，则如本文中呈现的此类步 骤的次序不一定是此类步骤可被执行的唯一次序，并且某些所述步骤 可能可被省略和/或本文中未描述的某些其它步骤可能可被添加到该 方法。此外，术语“包括(comprise、include)”、“具有”及其任何变型 旨在覆盖非排他的包括，因此，包括要素列表的设备或物品、方法、 过程不一定限于那些要素，而是可包括未明确列出或此类过程、方法、 物品或设备所固有的其它要素。

描述中和权利要求中的术语“左”、“右”、“前”、“后”、“顶部”、“底 部”、“之上”、“之下”及诸如此类(如果有的话)用于描述性的目的， 并且不一定用于描述永久性相对位置。要理解，如此使用的术语在适 当情况下可互换，因此，本文中所述的本发明的实施例例如能够以与 本文中所示或以其它方式所述的那些定向不同的其它定向进行操作。 术语“耦合”在本文中使用时定义为以电或非电方式直接或间接连接。 本文中描述为“相邻于”彼此的对象可以是彼此物理接触、紧密靠近彼 此或者与彼此一样在相同一般区域或区中(按照对于其中使用该短语 的上下文所适合的)。本文中短语“在一个实施例中”的出现不一定全 部指相同实施例。

具体实施方式

在本发明的一个实施例中，一种识别对应于无线网络信道的预编 码矩阵的方法包括以下步骤：识别包括单位矩阵的容量度量，使用忽 略单位矩阵的近似度量来近似容量度量，使用该近似度量在矩阵码本 中所有矩阵上搜索以便识别增大无线网络信道的容量的特定预编码 矩阵，以及跨无线网络信道传送对应于该特定预编码矩阵的矩阵索 引。在另一个实施例中，该方法包括：构建包括来自最小均方误差解 码器的解码器误差能量项的对角矩阵，演算与最小均方误差解码器的 链路的容量以便构建最小均方误差度量，使用最小均方误差度量在矩 阵码本中所有矩阵上搜索以便识别增大无线网络信道的容量的特定 预编码矩阵，以及跨无线网络信道传送对应于该特定预编码矩阵的矩 阵索引。

在本发明的一特定实施例中，一种从存储器装置中存储并包含多 个预编码矩阵的矩阵码本来选择用于M个副载波(即，逻辑带)的目 标预编码矩阵的方法包括：识别选择准则，选择对应于选择准则的度 量，以及平均每N个副载波的信道矩阵以便创建L个平均信道矩阵， 其中，N大于1且于小或等于M。随后，对于矩阵码本中的每个预编 码矩阵，使用平均信道矩阵的每个矩阵来演算度量以便获得L个平均 度量，并且演算M个副载波上L个平均度量的总和(sum)/平均值。 随后，该方法包括选择多个预编码矩阵中增大度量的总和/平均值的特 定的一个预编码矩阵作为目标预编码矩阵。

在某个实施例中，一种为多个信道实例从存储器装置中存储的并 包含多个预编码矩阵的矩阵码本来选择目标预编码矩阵的方法包括： 根据矩阵码本的大小来提供N码字度量的缓冲器。随后，对于矩阵码 本中的每个预编码矩阵，为每个信道实例演算预编码矩阵的度量，以 及将每个预编码矩阵的度量累积到缓冲器中的度量。随后，该方法包 括选择多个预编码矩阵中产生期望累积度量的特定的一个预编码矩 阵作为目标预编码矩阵。

在本发明的一个实施例中，一种近似无线网络中无线网络信道的 容量的方法包括：接收多个导频音(tone)；估计多个信道响应矩阵 和多个噪声功率项，使得对于所述多个导频音的每个导频音存在信道 响应矩阵和噪声功率项；在所述多个信道响应矩阵的每一个矩阵上 (或在这些矩阵的函数上，例如，H·H^H，其中()^H是Hermitian转置算 子)执行迹(trace)运算和行列式(determinant)运算以便获得多个 迹和多个行列式；找到所述多个迹的平均值、所述多个行列式的绝对 值的平均值以及所述多个噪声功率项的平均值；将无线网络信道的容 量表示为所述多个迹的平均值、所述多个行列式的绝对值的平均值以 及所述多个噪声功率项的平均值的函数；以及找到该函数的解。

本文档各处使用的信道模型(除非另有说明)如下：

$\overrightarrow{x}=F\overrightarrow{s},---\left(1\right)$

其中，是传送的信号(具有向量大小为N_tx x 1)，N_tx是实际(物理) 传送天线的数量，F是预编码矩阵(具有矩阵大小N_txx N_streams)，N_streams是传送的流的数量，即来自MIMO编码器的输出的数量，以及是来 自MIMO编码器的输出，以及

$\overrightarrow{y}=\mathrm{HF}\overrightarrow{s}+\overrightarrow{v},---\left(2\right)$

其中，是接收的信号(具有向量大小N_rx x 1)，N_rx是接收天线的数 量，H是信道矩阵(具有矩阵大小N_rx x N_tx)，以及是信道噪声(具 有向量大小N_rx x 1)。N_streams、N_tx和N_rx之间的关系应满足 N_streams≤min(N_tx，N_rx)。在至少一个实施例中，N_rx≥2，即，存在多个接 收天线。

我们考虑用于IEEE 802.16e标准和WiMAX版本1.5(包括TDD 和H-FDD)并且也用于IEEE 802.16m标准的CL-MIMO。为CL-MIMO 选择的方法是基于码本的预编码，其中，预编码矩阵从码本(即已知 的矩阵集合)来选择。接收器根据信道状态从码本来选择最适合的矩 阵的索引，并且将它发送到传送器。随后，传送器使用对应的矩阵作 为预编码矩阵。802.16e和802.16m中使用的预编码矩阵是酉矩阵-每 个矩阵列的总和功率等于1。这意味着传送的流之间无功率加载(淋 水(water pouring))。我们假设：MIMO垂直编码；空间复用；MIMO 解码器是最小均方误差(MMSE)或最大似然解码(MLD)；以及置换是 用于连续/相邻副载波分配，例如802.16e中的自适应调制和编码(AMC) 或802.16m中的连续资源单元(CRU)。

矩阵选择度量

我们使用标准中的给定码本并尝试找到从码本选取预编码矩阵的 有效方式。由于此任务由订户完成，因此，用于矩阵选择的算法应简 单，并且应要求尽可能少的计算，但仍呈现良好的性能。从给定码本 来选择预编码矩阵的一种方式是使用某一度量或其它选择准则在码 本中所有矩阵上执行穷举搜索。下面的讨论包含根据本发明的实施例 的某些度量的描述。

在本文中称为Abs-Det度量的一个此类度量是高信噪比(SNR)环 境中容量的近似值。Abs-Det度量识别增大或甚至最大化特定无线信 道的容量的预编码矩阵F。

假设用于预编码矩阵F的容量度量I(F)表示为

$I\left(F\right)=\det (I_{N_{\mathrm{streams}}}+\frac{E_s}{N_{\mathrm{streams}}{N}_0}F*H*\mathrm{HF}),---\left(3\right)$

其中，是大小为N_streams x N_streams的单位矩阵，E_s是总传送能量， N₀是噪声能量，以及F和H如上所定义的一样。注意，可通过忽略 单位矩阵来近似(3)，使得

$I\left(F\right)\approx \tilde{I}\left(F\right)={\left(\frac{E_s}{N_{\mathrm{streams}}{N}_0}\right)}^2\det (F*H*\mathrm{HF}),---\left(4\right)$

其中，是Abs-Det度量。Abs-Det度量也可表示为

$\tilde{I}\left(F\right)={\left(\frac{E_s}{N_{\mathrm{streams}}{N}_0}\right)}^2\mathrm{ab}{s}^2\left(\det \left(\mathrm{HF}\right)\right).---\left(5\right)$

目标预编码矩阵F可通过解以下等式来识别：

$F={\arg \max }_{F_i\in F}\tilde{I}\left(F\right).---\left(6\right)$

Abs-Det度量能够实现相对于容量度量减少25％的计算，并且其性能 在各种情形(例如不同的天线设置、不同的星座和码率、不同数量的 流及诸如此类)中通过最大似然解码器类似于容量度量的性能(可忽 略的损耗)。

现在转到图，图1是根据本发明的一实施例的流程图，其示出识 别对应于无线网络信道的预编码矩阵的方法100。预编码矩阵从位于 码本中预编码矩阵(称为码字)的有限集合来选取。码本一般存储在 无线网络的基站和订户站两者处的存储器中。作为一示例，方法100 可使用刚描述过的Abs-Det度量来识别增大特定无线信道的容量的预 编码矩阵。作为另一示例，方法100的步骤可由无线网络的订户站来 执行。

方法100的步骤110是识别包括单位矩阵的容量度量。作为一示 例，容量度量能够类似于(3)中描述的度量。在某些实施例中，单位矩 阵能够乘以某个常数。

方法100的步骤120是使用忽略单位矩阵的近似度量来近似容量 度量。作为一示例，近似度量能够是或能够类似于(4)中所示的 Abs-Det度量或(5)中所示的等效表达式。

方法100的步骤130是使用近似度量在矩阵码本中所有矩阵上搜 索以便识别增大无线网络信道的容量的特定预编码矩阵，其中，特定 预编码矩阵具有对应矩阵索引。作为一示例，这可通过解(6)来实现。 应注意，特定预编码矩阵仅仅是订户站所偏好的矩阵。订户站随后可 将此偏好传递到基站，基站又可选择订户站的偏好矩阵(或另一矩阵) 作为预编码矩阵。

方法100的步骤140是跨无线网络信道传送该矩阵索引。作为一 示例，步骤140可构建从订户站到基站的有关订户站的偏好矩阵索引 的报告，以便基站在它为预编码选择矩阵时能够使用该信息。

在本文中称为MMSE容量度量的另一此类度量是基于与MMSE 解码器的链路的实际容量的优化选择准则。假设E是包括对角上 MMSE解码器误差的能量的对角矩阵，使得

$E=\mathrm{diag}(I_{N_{\mathrm{streams}}}-F*H*{(F*H*\mathrm{HF}+\frac{N_{\mathrm{streams}}{N}_0}{E_s}{I}_{N_{\mathrm{streams}}})}^{-1}\mathrm{HF}).---\left(7\right)$

随后，MMSE容量度量I_MMSE(F)可表示为

I_MMSE(F)＝trace(log(E^-1))    (8)

并且预编码矩阵F可通过解以下等式来识别：

$F={\arg \max }_{F_i\in F}{I}_{\mathrm{MMSE}}\left(F_i\right).---\left(9\right)$

对于带有MMSE解码、两个流、两个传送天线及两个接收天线的 情况，例如，MMSE容量度量展示了开环(即，无波束形成)上大约 0.8分贝(dB)的性能增益，并显示了类似于最佳闭环(即，使用理论上 最佳选择准则的波束形成)的性能。各种其它选择准则给出的性能类 似于开环的性能。此性能增益在图2中示出，其中，对照用于上述环 境(即带有两个流、两个传送天线和两个接收天线的MMSE解码)的 SNR，绘出了各种选择准则的分组误差率(PER)。还采用了ITU步行B (pedestrian B)模型和正交相移键控(QPSK)速率1/2。理论最佳度量(在 实践中是不可实现的)是曲线图中最底下的线，而根据本发明的一实 施例并且如上所述的MMSE容量度量是最紧密跟踪最佳度量的实线。

图3是根据本发明的一实施例的流程图，其示出识别对应于无线 网络信道的预编码矩阵的方法300。作为一示例，方法300可使用刚 描述过的MMSE容量度量来识别增大特定无线信道的容量的预编码 矩阵。作为另一示例，方法300的步骤可由无线网络的订户站来执行。

方法300的步骤310是构建包括来自最小均方误差解码器的解码 器误差能量项的对角矩阵。作为一示例，对角矩阵能够类似于(7)中所 示的对角矩阵E。

方法300的步骤320是演算与最小均方误差解码器的链路的容量 以便构建最小均方误差度量。作为一示例，最小均方误差度量能够类 似于(8)中所示的度量。

方法300的步骤330是使用最小均方误差度量在矩阵码本(存储 在存储器装置中)中所有矩阵上搜索以便识别增大无线网络信道的容 量的特定预编码矩阵，其中，该特定预编码矩阵具有对应的矩阵索引。 作为一示例，这可通过解(9)来实现。

方法300的步骤340是跨无线网络信道来传送该矩阵索引。作为 一示例，步骤340可构建从订户站到基站的有关订户站的偏好矩阵索 引的报告，以便基站在它为预编码选择矩阵时能够使用该信息。应注 意，如名称所暗示的，偏好矩阵索引是订户站偏好的矩阵的索引。在 订户站将此偏好传递到基站后，基站可又选择订户站的偏好矩阵(或 另一矩阵)作为预编码矩阵。

频率抽选(decimation)

根据IEEE 802.16e和802.16m标准，每带(在802.16e中称为逻 辑带，在802.16m中称为子带，并且其例如等于72个邻接的副载波) 反馈仅一个预编码矩阵索引。因此，要求订户(接收器)选择最佳适 合整个带的一个预编码矩阵。存在用于每带选择预编码矩阵的某些方 法，其中之一是演算带上的平均或总和容量度量。(以类似方式，能 够在带上平均其它度量(不一定是容量)。)然而，在所有副载波和 所有矩阵上演算度量是一个很大的计算负担。降低此计算负担的一种 方式是每N个副载波(N≤M，其中，M是带大小)通过频率抽选来 演算度量。通过频率抽选，从N个副载波的组中的副载波之一取任意 的信道矩阵。作为一个示例，可取中间副载波的信道矩阵。

概括此通用方法如下：

1.为选择准则，选取对应度量。

2.对于码本中的每个预编码矩阵：

a.每N个副载波(1≤N≤M)通过对应信道矩阵来演算度 量。

b.演算带上的度量的总和/平均值。

3.随后，选择最大化总和度量的预编码矩阵。

对总和容量的一种近似解优于频率抽选，该解是在带上使用具有 平均信道矩阵的容量度量。假设带上小的信道变化，这正好是总和容 量的一阶近似。以相同方式，其它选择准则能够与平均信道矩阵一起 使用。总的来说：

1.为选择准则，选取对应度量。

2.平均每N个副载波(N≤M)的信道矩阵

3.对于码本中的每个预编码矩阵：

a.每N个副载波(1＜N≤M)通过对应平均信道矩阵来演 算度量。

b.演算带上度量的总和/平均值。

4.随后，选择最大化总和度量的预编码矩阵。

平均信道方法在图4中示出，图4是根据本发明的一实施例的流 程图，其示出从存储器装置中存储的并包含多个预编码矩阵的矩阵码 本来选择用于M个副载波的目标预编码矩阵的方法400。

方法400的步骤410是识别对应于选择准则的度量。方法400的 步骤420是平均每N个副载波的信道矩阵以便创建L个平均信道矩 阵，其中，N大于1且小于或等于M。方法400的步骤430是使用平 均信道矩阵的每一个矩阵来演算度量，以便获得用于矩阵码本中每个 预编码矩阵的L个平均度量。方法400的步骤440是为矩阵码本中每 个预编码矩阵演算M个副载波上L个平均度量的总和/平均值。方法 400的步骤450是选择多个预编码矩阵中增大度量的总和/平均值的特 定一个矩阵作为目标预编码矩阵。

应注意，目标预编码矩阵仅仅是订户站偏好的矩阵。订户站随后 可将此偏好传递到基站，基站又可选择订户站的偏好矩阵(或另一矩 阵)作为预编码矩阵。

在一个实施例中，N等于M。(这意味着L＝1。)在相同或另一 实施例中，L等于M除以N，即，每个平均度量包含相同数量的邻接 副载波，正如所有其它平均度量那样做的。

平均信道方法实现了类似于总和容量方法的性能，但带有少得多 的计算。回想上面提到M＝带大小。仿真结果显示，具有N＝M(带 上一个平均信道矩阵)的平均信道方法给出了与具有N＝1(无频率 抽选)的平均容量大约相同的性能，多达0.05dB。在未考虑信道矩阵 平均化复杂性情况下，这在计算上节省了大约N倍，其只进行一次(而 不是为码本中的每个预编码矩阵来进行)。对于比较，与具有N＝M 的平均信道有着相同复杂性的具有N＝M的频率抽选(每带选择一个 任意信道矩阵)给出了更差性能(按照大约0.5dB)。将信道矩阵平 均化的另一优点是它有助于平均信道估计误差。图5以框图流程图500 的形式示出平均信道方法。

秩自适应和带选择

有多种方法能够用于选择预编码矩阵的秩(即，流的数量)和传 送带的目的。一种直接的方法(对于给定码本)是跨所有带和秩比较 用于预编码矩阵选择的度量(例如，容量度量)。此方法的一个缺点 是必须为所有相关秩扫描码本中的所有矩阵，并且必须为最佳矩阵找 到度量，因此，复杂性高。一种次佳但消除了扫描码本中所有矩阵的 需要的方法是使用与最佳预编码矩阵有关的容量而未量化码本，从码 本来近似与最佳预编码矩阵有关的容量。(此方法称为次佳，原因是 它先基于一个准则来选择秩，然后选择矩阵而不是一起选择秩和矩 阵。)其它度量也能够用于近似以得出码本中的最佳矩阵。用于预编 码而无需码本的一种解决方案基于信道矩阵的奇异值分解(SVD)。因 此，用于秩自适应的准则是假设采用SVD预编码的情况下带有不同 数量的流的容量之间的比较。

例如，对于两个接收天线和两个传送天线，容量为

$C_2={\log }_2|I+\frac{E_s}{2N_0}F*H*\mathrm{HF}|,---\left(10\right)$

其中，I是单位矩阵，E_s是总传送能量，N₀是噪声能量，H是信道矩 阵，以及F是最佳预编码矩阵(无码本量化)，其中列的数量对应于 流的数量。用于两个流的容量也可写为

$C_2={\log }_2|I+\frac{E_s}{2N_0}D|,---\left(11\right)$

其中，D是对角上带有HH^*的本征值的对角矩阵。双流容量备选地可 写为

$C_2={\log }_2(1+\frac{E_s}{2N_0}{\lambda }_{\max })+{\log }_2(1+\frac{E_s}{2N_0}{\lambda }_{\max }),---\left(12\right)$

其中，λ_max是HH^＊的最大本征值，以及λ_min是第二本征值。

作为另一示例，对于一个传送天线(和任何数量的传送和接收天 线)，容量为

$C_1={\log }_2|I+\frac{E_s}{N_0}F*H*\mathrm{HF}|,---\left(13\right)$

其中I、E_s、N₀、F和H如上所定义的。公式(10)和(13)基本上相同； 不同之处在于矩阵F的大小，该矩阵具有等于传送天数的数量乘以传 送的流的数量(1或2)的大小。用于一个流的容量可等效地写为

$C_1={\log }_2(1+\frac{E_s}{N_0}{\lambda }_{\max }),---\left(14\right)$

其中λ_max如上所定义的。

由于容量(或任何其它度量)不以相同的可靠性表示带有不同秩 的预编码的性能，因此，我们能够在比较用于不同秩的度量时使用缩 放因子。例如，如果我们想要比较用于两个接收天线的秩1预编码和 秩2预编码，则在C₂＞α·C₁时我们将选取秩2，并且在C₂＜α·C₁时将选 取秩1，其中，C₁和C₂如上所定义的，并且作为一示例，α是能够取 决于SNR的参数。

用于多个信道实例的预编码矩阵的演算

例如，在演算适用于多个带的一个预编码矩阵(“多带预编码矩阵 索引”)时，在演算适用于任何子信道的宽带预编码矩阵时，在演算适 用于长时间平均的长期预编码矩阵时或诸如此类时，出现用于多个信 道实例的演算要求。根据本发明的一实施例的算法是选取实例上具有 增大(例如，最大)累积度量的矩阵，如下所示：

1.使用N码字度量的缓冲器(根据码本大小)

2.对于码本中的每个预编码矩阵：

a.对于每个信道实例(例如，带)，演算预编码矩阵 的度量(如为单带预编码矩阵所进行的)

b.累积每个预编码矩阵的度量到缓冲器中的度量(即， 将码字i的度量添加到条目i)。在多带预编码矩阵中， 添加在带(例如，相同时间帧中的不同频带)上进行； 在长期预编码矩阵中，添加在例如不同时间帧的帧上进 行。

3.根据期望(“最佳”)累积度量来选取预编码矩阵。

图6和7中示出多平均信道方法。图6是根据本发明的一实施例 的流程图，其示出从存储器装置中存储的并包含多个预编码矩阵的矩 阵码本为多个信道实例识别目标预编码矩阵的方法600。图7是框图 流程图700。

方法600的步骤610是根据矩阵码本的大小来提供N码字度量的 缓冲器。方法600的步骤620是为每个信道实例演算预编码矩阵的度 量。方法600的步骤630是累积每个预编码矩阵的度量到缓冲器中的 度量。步骤620和630为矩阵码本中的每个预编码矩阵被执行。方法 600的步骤640是将多个预编码矩阵中产生期望(例如，最大)累积 度量的特定一个矩阵识别为目标预编码矩阵。

应注意，如对于上述平均信道方法是成立的一样，目标预编码矩 阵此处仅仅是订户站偏好的矩阵。订户站随后可将此偏好传递到基 站，基站又可选择订户站的偏好矩阵(或另一矩阵)作为预编码矩阵。

在一个实施例中，步骤630包括在例如相同时间帧中不同频带(相 邻副载波的组)的多个带上执行添加。在另一个实施例中，步骤630 包括在例如不同时间帧的多个帧上执行添加。

MIMO CINR的演算

上面提到容量值可用于CIRN报告，因为在802.16e中，用于MIMO 的CINR基于MIMO容量。实际上，WiMAX标准要求或者在将来将 要求带有最大似然(ML)接收器实现的具MIMO能力的移动台将支持 基于容量的平均CINR报告。例如，移动台将根据以下演算来报告 AVG_CINR_dB：

AVG_CINR_dB＝10log₁₀(e^C(d，y|H)-1)，(15)

其中，C(d，y|H)是容量，定义为：

$C(d,y|H)=\frac{1}{P}\underset{p=1}{\overset{P}{\Sigma }}\log (1+\frac{\mathrm{trace}\left(H_p^H{H}_p\right)}{{\sigma }^2}+\frac{{\mathrm{abs}}^2\left(\det \left(H_p\right)\right)}{{\sigma }^4}),---\left(16\right)$

其中，求和是在位于(正交频分复用(OFDM)副载波x OFDM符号的) 时间频率二维平面中预定义区域内的导频的集合P上，σ²是噪声功率 的估计(下面定义)，H是信道响应矩阵(在本文中更早简称为信道 矩阵)，以及H^H是在已通过Hermitian转置算子运算后的信道响应矩 阵。

此方法的扩展是为一个或几个预定义区域演算C_region(d，y|H)，然 后在所有此类预定义区域上平均C_region(d，y|H)以便获得C(d，y|H)。

WiMAX标准(具体而言，IEEE 802.16 REV2 D8)指定将在(OFDM 副载波x OFDM符号的)某个区域上平均噪声功率以便降低其方差， 如下所示：

${\sigma }^2=\frac{1}{P}\underset{p=1}{\overset{P}{\Sigma }}{\sigma }_p^2.---\left(17\right)$

标准的这些要求指示AVG_CINR_dB演算必须在两次迭代中完成，第一 次迭代产生平均噪声功率，并且第二次迭代产生容量，这又要求所有 帧(或区域)的导频保持在存储器中。换而言之，在第一次迭代中， 必须在(OFDM副载波x OFDM符号的)某个区域上演算σ²，并且在 第二次(随后)迭代中，必须在相同区域或块上演算容量。在存储器 中保持在帧期间所有接收的导频的需要消耗了较大量的存储器(例 如，3600导频x 32比特＝14.4千字节)。本发明的实施例大大降低 了要求的存储器的量，因此增强了网络性能。

作为如上所述C(d，y|H))的双迭代直接演算的一备选，本发明的实 施例使用仅单次迭代来演算容量，因此消除了在存储器中保持所有导 频的需要。此简化的演算是可能的，因为和abs(det(H_p))在 小区域(例如，几个OFDM符号(例如，帧中的所有符号)上单簇(或 14个副载波)的区域)上几乎是恒定的，从而意味着可能在整个区域 上找到trace(·)和abs(det(·))两者的平均值。因此，虽然迹和行列式(及噪 声功率)项正在时间中和频率中更改，但在某些环境(如低移动性环 境)中，可能找到某个局部时间/频率区域，这些项的变化在该区域中 足够小，以致可找到该区域中每个项的平均值。

因此，容量可近似如下：

$C(d,y|H)\approx \log (1+\frac{\frac{1}{P}\underset{p=1}{\overset{P}{\Sigma }}\mathrm{trace}\left(H_p^H{H}_p\right)}{{\sigma }^2}+\frac{{\left(\frac{1}{P}\underset{p=1}{\overset{P}{\Sigma }}\mathrm{abs}\left(\det \left(H_p\right)\right)\right)}^2}{{\sigma }^4}).---\left(18\right)$

使用(18)允许使用单次迭代进行迹、行列式和噪声功率项的平均。例 如，移动台可接收导频，估计其信道，演算相关联的“迹”、“det”和噪 声功率项，并随后丢弃导频无需将它保持在存储器中。实际上，仅需 要在存储器中存储累积(或平均)的“迹”、“det”和“噪声功率”，并且 这三个项用于演算容量。

图8示出帧810内簇820的位置。帧810进一步分区成例如区域 835的区域，在区域中可实现(18)的近似。每个簇820由8个导频821 组成，其中一半的导频(示为白色圆的那些导频)从第一传送天线传 送，以及一半的导频(示为黑色圆的那些导频)从第二传送天线传送。 (此导频结构根据802.16e标准定义，并且有助于接收器估计信道矩 阵H。)还示出了时间轴850和频率轴860。

区域835是几个OFDM符号(例如，帧810中的所有符号)上单 个簇(或14个副载波)的区域的一示例。例如，在图8中，黑色和 白色圆表示导频副载波(如前面所提及的)，并且每个矩形是2个符 号(在时间轴中)上14个音(在频率轴中)的区域。矩形也称为簇 (即，簇820)，其包括14x4个副载波，其中有8个导频副载波。 其中演算(16)、(17)和(18)的预定义区域是NxM个簇的区，其中M的 最大值取决于帧长度(以符号为单位)，并且N的最大值取决于快速 傅立叶变换(FFT)带宽。

图9是根据本发明的一实施例的流程图，其示出近似无线网络中 无线网络信道的容量的方法900。

方法900的步骤910是接收多个导频音。

方法900的步骤920是估计多个信道响应矩阵和多个噪声功率项， 使得对于所述多个导频音的每个导频音都存在信道响应矩阵和噪声 功率项，所述多个信道响应矩阵的每一个矩阵和所述多个噪声功率项 的每一项对应于所述多个导频音的独特的一个导频音。在一个实施例 中，(仍参照图8)我们假设信道矩阵在符号对上是恒定的，因此， 使用导频对823(来自每个传送天线的黑色和白色)，我们估计单个 矩阵H。然而，最后，我们具有用于每个导频的H，但用于由白色圆 表示的导频823的H等于用于黑色圆表示的导频823的H。此外，由 于我们假设H在符号对上是恒定的，因此，某些实施例每第二符号演 算trace(·)和det(·)。然而，这只是降低复杂性的一种实现，并且其它实 施例可每符号演算trace(·)和det(·)。

方法900的步骤930是在所述多个信道响应矩阵的每一个矩阵(或 其函数-参阅上述内容)上执行迹运算和行列式运算以便获得多个迹 和多个行列式。在一个实施例中，执行迹运算包括解其 中，p是导频音的索引，H是信道响应矩阵，以及H^H是在已通过 Hermitian转置算子运算后的信道响应矩阵。在相同或另一实施例中， 执行行列式运算包括解det(H_p)，其中，同样地，p是导频音的索引， 并且H是信道响应矩阵。

方法900的步骤940是找到所述多个迹的平均值、所述多个行列 式的绝对值的平均值及所述多个噪声功率项的平均值。在一个实施例 中，找到所述多个迹的平均值包括解其中，P表 示在其上演算了trace(·)(例如，每隔一符号(例如，每个偶数符号或 每个奇数符号))的导频音的总数量。在相同或另一实施例中，找到 所述多个行列式的绝对值的平均值包括解其 中，P同样表示在其上演算了det(·)(例如，每隔一符号(例如，每个 偶数或每个奇数符号))的导频音的总数量。在相同或另一实施例中， 找到所述多个噪声功率项的平均值包括解其中，p像以前 一样是导频音的索引，σ是噪声功率项，以及P表示选定区域中导频 音的总数量。

方法900的步骤950是将无线网络信道的容量表示为所述多个迹 的平均值、所述多个行列式的绝对值的平均值及所述多个噪声功率项 的平均值的函数。

方法900的步骤960是找到该函数的解。

在一个实施例中，方法900包括接收所述多个导频音的第一导频 音，并随后估计第一信道响应矩阵、第一噪声功率项、第一迹及第一 行列式，所有这些对应于所述多个导频音的第一导频音，之后才接收 所述多个导频音的第二导频音(在此点，为对应于所述多个导频音的 第二导频音的参数重复这些估计)。在此实施例的一些表现形式中， 方法900还包括在估计第一信道响应矩阵、第一噪声功率项、第一迹 及第一行列式后从存储器装置丢弃所述多个导频音的第一导频音而 无需在接收或处理所有其它导频前存储它。

虽然本发明已参照特定实施例来描述，但本领域技术人员将理解， 在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可进行各种更改。相应地， 本发明的实施例的公开旨在说明本发明的范围而并非旨在限制。本发 明的范围旨在将仅限于随附权利要求所要求的程度。例如，对于本领 域技术人员，将容易明白的是，本文中讨论的方法和有关结构可在多 种实施例中实现，并且这些实施例的某个实施例的以上论述不一定表 示所有可能实施例的完整描述。

另外，已相对于特定实施例描述了益处、其它优点及对问题的解 决方案。然而，这些益处、优点、对问题的解决方案以及可促使任何 益处、优点、或对问题的解决方案出现或变得更明显的任何一个或多 个要素不可视为任何或所有权利要求的关键的、要求的或基本的特征 或要素。

另外，如果本文中公开的实施例和/或限制：(1)未在权利要求中被 明确要求权利；并且(2)根据等同原则是或潜在地是权利要求中明确要 素和/或限制的等同，则这些实施例和限制根据捐献原则未捐献于公 众。