[发明专利]MIMO无线通信系统

说明书

技术领域本发明涉及无线通信系统，更具体地涉及具有多输入、多 输出（MIMO）性能的无线通信系统，特别但是并不排他地涉及包括与 IEEE802.16标准兼容的系统的OFDMA系统。这里通过引用并入IEEE 标准802.16-2004“Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access  Systems”和IEEE标准802.16e-2005“Amendment2and Corrigendum1to IEEE Std802.16-2004”的全部内容。

背景技术

无线通信系统被广泛熟知，其中基站（BS）与该BS范围内的多个 用户站（SS或MS，也称为用户）通信。由一个BS覆盖的区域被称为小 区，并且典型地，在合适的位置提供许多基站，以便与相邻小区程度不 同地无缝覆盖广泛的地理区域。每个BS将它可获得的带宽（即频率和时 间资源）划分为分配给用户的各个资源。为了容纳更多用户和/或更多数 据密集业务，一直存在增加这种系统的容量的需要。

OFDM是一种用于在无线通信系统中传输数据的已知技术。基于 OFDM（正交频分复用）的通信方案在多个子载波（也称为频率指 （frequency fingers））中划分待发送的数据码元，所述子载波在频率上彼 此为等间隔，因此为频分复用。通过在每个子载波上仅载送少量数据， 每个子载波的比特率被保持为较低，因此减小了码元间干扰。通过调节 它的相位、幅度或者调节相位和幅度两者来在子载波上调制数据。

名称OFDM的“正交”部分指这样的事实，即专门选择子载波的间隔， 以在数学意义上与其他子载波正交。更准确地，沿频率轴排列子载波， 以便允许相邻子载波的边带重叠，但仍可以在没有子载波间干扰（一般 称为ICI）的情况下进行接收。在数学意义上，每个子载波的正弦波形被 称为线性信道的本征函数，每个正弦曲线的峰值与每个其他正弦曲线的 零值一致。这可通过将子载波间隔设为码元周期的倒数的倍数来获得。

当各个子载波或子载波集被指配给无线通信系统的不同用户时，产 生被称作OFDMA的多址系统。（在本说明书中，术语OFDM在后面用 来包括OFDMA）。通过向小区中的每个用户指配不同的频率/时间资源， OFDMA可以基本避免小区内的用户间的干扰。然而，如稍后所释，来自 相邻小区的干扰仍然可能是个问题。

基本OFDM方案的进一步修改被称为MIMO OFDM，其中MIMO 代表多输入多输出。该方案在发射器和接收器处都采用多个天线来增加 BS和每个用户之间可获得的数据容量。例如，4×4MIMO信道是一种这 样的方案，其中发射器和接收器使用四个天线来相互通信。发射器和接 收器不需要采用相同数目的天线。典型的是，由于功率、成本以及尺寸 限制的不同，与移动手持机相比较，无线通信系统中的基站将被装备更 多的天线。

考虑与单个接收器（用户站）通信的发射器（例如基站）的最简单 的实施例，MIMO信道是发射器和接收器之间的无线链路的频率（或等 同时间延迟）响应。它包含所有子载波，并且覆盖发射的整个带宽。MIMO 信道包含许多独立无线链路，因此它具有Nt×Nr个SISO信道（也称为子 信道）。例如，2×2MIMO排列包含4个链路，因此它具有4个SISO信 道。可以按各种方式组合SISO信道，以将一个或更多个数据流发送到接 收器。

图1是一般的MIMO系统的概念图。在图1中，发射器利用Nt个 发射天线发射信号，并且接收器利用Nr个接收天线接收来自发射器的信 号。用H_0,0到H_Nr-1,Nt-1标识发射器与接收器之间的各个SISO信道或子载 波的特性，并且如图中所示，这些形成被称为信道矩阵或信道响应矩阵H 的矩阵术语。“H_0,0”指示用于将信号从发射天线0发送到接收天线0的信 道特性（例如，信道频率响应）。“H_Nr-1,Nt-1”指示用于将信号从发射天线 Nt-1发送到接收天线Nr-1的信道特性等。因为发射器不能对接收天线进 行个别寻址，所以存在最多N_t个数据流。