[发明专利]多输入/多输出的无线网络中用于通信信息频率偏移的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信系统。更具体地，本发明涉及基于多输入/多输出的通信系统中用于通信信息频率偏移的系统和方法。

背景技术

在无线通信系统中，使用多输入/多输出系统(“MIMO”或“MIMO系统”)可以获得有效数据传输。简单地说，MIMO系统采用与多个物理发射天线关联的单发射机或多个链接发射机(“单链路”或“多链路”)，通过无线信道(radio channel)同时发送多数据流(“信号”)。所述多数据流由与单接收机或多个链接接收机(“单链路”或“多链路”)关联的多个接收天线接收。

该系统使无线信道带宽得到更好的空间利用。从而获得较高吞吐量、提高的链路可靠性以及提高的频谱效率(spectral efficiency)。MIMO信道包括平坦衰落(flat fading)情况下不同对的发射与接收天线之间的信道脉冲响应或信道系数。本领域中已知的是，MIMO系统可建模为

y＝Hx+n    (公式1)

其中，x和y分别为发射符号矢量(sign vector)和接收符号矢量，n为信道噪声矢量，H为信道矩阵。

MIMO系统在室内环境中最为有用，其中墙壁、天花板和家具具有丰富的多路径环境，这样信道矩阵要考虑到多个独立和正交的脉冲响应或空间特征。在这种环境中，所述MIMO技术能依赖信道矩阵的正交元素(orthogonal element)发射多并行独立数据流。高度散射环境(scattering enviroment)中部署的MIMO系统生成高秩H矩阵(high ranked H matrices)，这样即使使用低相关性天线，MIMO容量也较高。

为4G(第四代移动通信)IEEE 802.16eWiMAX(全球微波互联接入)系统开发的MIMO系统进行优化时考虑到两个中心目标：(1)最大化/优化频谱效率；以及(2)通过降低频谱效率，以动态方式实现覆盖增益(coverage gain)或覆盖范围(coverage reach)的提高。

对于移动电话(cellular)供应商，频谱为珍贵有限的资源，系统容量和吞吐量很大程度上限定了收益。因此，频谱效率对这些网络具有极大的重要性，其中根据携带带宽(carried bandwidth)来测量收益。移动电话提供商的运营费用中一个重要部分来源于每个蜂窝基站(cell site)的月租费。

保持现有蜂窝基站的覆盖也非常关键，因为业务普遍性是所有4G无线网络的要求，但是，传输信道带宽的增加会降低链路预算(link budget)，因此，小区范围会更小。移动电话提供商依赖MIMO技术和权衡到达小区边缘的容量的能力，以保持当前的小区覆盖。

到目前为止，作为推动MIMO系统发展的最大经济力量，移动电话提供商将行业焦点保持在基站(BS)和基站组(Sation Set，SS)设备的频谱效率和动态范围权衡，以及创新型天线系统上。WiMAX行业的人员熟悉用于覆盖增益的“矩阵A”——使用空时分组码(Space Time Block Code，STBC)将单数据流在两个独立的发射机-天线-接收机路径上并行传输，以编码两个数据流，使该两个数据流互相正交，从而提高接收机上的信噪比(SNR)，增加小区范围。为了增加容量，开发了“矩阵B”，其利用MIMO的空间复用(spatial multiplexing)来传输其吞吐量仅由H矩阵的秩和本机噪声本底特性所限制的独立数据流。

为IEEE 802.11n宽带局域网(WLAN)系统开发的MIMO系统进行优化时与蜂窝行业的4G系统具有相同的两个中心目标——最大化频谱效率和容量；以及，优化覆盖。但是，因为现在已将这些芯片组嵌入每台售出的便携式计算机以及所有新式蜂窝电话和个人数字助理(PDA)内，WLAN供应商对解决方案的大小、功率和成本提出了更高的行业要求。自不到十年之前引入第一批IEEE 802.11b无线电台后，WLAN解决方案提供商已获得了惊人的收益。随着WiFi标准从基于IEEE 802.11b(有效吞吐量为6Mbps)的11Mbps系统演变为IEEE 802.11a和IEEE 802.11g(有效吞吐量在25Mbps范围内)的54Mbps正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)系统，WLAN解决方案在容量和范围方面取得了进步。对于MIMO技术能良好运行的大多数家庭应用，具有MIMO的IEEE 802.11n的引入已经证明表现出300Mbps的峰值吞吐量和相当于100Mbps的有效吞吐量。