[发明专利]用于具有等功率传输的非对称波束成形的系统、设备和方法

说明书

本发明涉及无线网中的非对称波束成形(beamforming)，使得跨越 (across)所有天线的发射功率是相同的。

当多个天线可用时使用信道矩阵的奇异值分解(SVD)的波束成形是 用于改进性能的熟知的方法。当发射和接收天线的数目相同时，波束成 形矩阵使得来自每个天线的发射功率相同。然而，在许多情形下，发射 天线的数目(N_T)大于接收天线的数目(N_R)。在这样的情形下，仅仅使用与 最大奇异值对应的本征矢量子集会引起跨越天线的不相等的发射功率。 由于大多数发射链是峰值功率受限的，所以这种情形是不希望的。

本发明提供用于实施波束成形以使得在非对称系统中跨越所有天线 的发射功率相同的技术的许多实施例。

从多个发射天线到多个接收天线的波束成形是提取信道分集的熟知 方式。当发射天线的数目(N_T)等于接收天线的数目(N_R)时，将信道矩阵的 本征矢量用于波束成形已知是最佳策略。在非对称情形下(N_T＞N_R)，通常 使用的方法是把与最大本征值对应的本征矢量挑选作为波束成形矢量。 这个方法的问题在于，这引起来自每个天线的不相等的发射功率。由于 在大多数情形下RF链是峰值功率受限的，所以这是一个问题。

也即，当在多天线发射机中使用多个RF前端时，让每个链发射相同 的功率是一个好主意。这是因为大多数RF放大器受峰值功率限制，因此 不容易做到为了保持总的发射功率恒定，而在降低一个链的功率的同时 提升另一个链的功率。对于正交频分复用(OFDM)系统更是如此，这里信 号本身具有大的峰值-平均值比率且RF放大器具有补偿(back-off)以使 它们工作在线性范围。

具有比接收天线更多的发射天线的、大多数当前使用的波束成形方 法在每个发射链上具有不相等的发射功率。对于有单个发射流的N_T×1情 形的等功率发射问题已经解决，参阅K.K.Mukkavilli，A.Sabharwal， E.Erkip，和B.Aazhang，“On beamforming with finite rate feedback  in multiple-antenna systems，”IEEE Trans.Inform.Theory，vol.49， no.10，pp.2562-2579，2003年10月和D.J.Love和R.W.Heath，Jr.， “Grassmanian beamforming for multiple-input multiple-output  wireless systems，”，IEEE Trans.Inform.Theory，vol.49，no.10， pp.2735-2747，2003年10月。

然而，对于一个以上的发射流的问题还没有解决。

本发明提供用于非对称波束成形的几个实施例，其保证在每个天线 上的发射功率相同，而在性能上没有明显的损失。另外，提供了用于选 择比OFDM系统中的频率仓(frequency bin)更少的波束成形矢量的技 术。后一技术在矢量是反馈的、而不是假设发射机具有信道知识且能够 计算矢量的实施例中是有用的。

优选实施例提供的技术包括：

技术1：强力(brute force)归一化；

技术2：仅仅量化到±1±j值；

技术3：基于中断概率(outage probability)的最佳化；

技术4：混合最佳化；以及

技术5：跨越频域的最佳化。

本发明适用于开环和闭环系统，即，前者具有掌握信道知识、估计 Q和使用上述技术之一来调节Q的发射机，而后者让接收机执行这些行 动。

图1图解具有反馈信道的非对称通信系统；

图2图解按照本发明的、确定用于闭环非对称通信系统的波束成形 矩阵的方法；

图3图解在非对称通信系统中用于确定和反馈具有相等功率的波束 成形矩阵的闭环设备；

图4图解按照本发明修改的非对称闭环通信系统；以及

图5图解用于量化的各种技术的性能。