DE112006000195T5

DE112006000195T5 - Codebuch-Erzeugungssystem und damit verknüpfte Verfahren

Info

Publication number: DE112006000195T5
Application number: DE112006000195T
Authority: DE
Inventors: Xintian Mountain View Lin; Quinghua Sunnyvale Li
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2005-01-13
Filing date: 2006-01-04
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2026-01-05
Also published as: DE202006021149U1; TWI315946B; US8417517B2; GB0713039D0; CN103095352A; GB2437859A; WO2006076213A1; US20100067594A1; GB2437859B; CN103929222A; CN101138168A; US10389415B2; US8682656B2; TW200644472A; US20090326933A1; CN101138168B; US20060155534A1; US8340961B2; US20060155533A1; US20130033977A1

Abstract

Verfahren, das aufweist:
Erzeugen eines Matrix-Codewortes oder mehrerer Matrix-Codewörter aus einem geeigneten Vektor-Codebuch oder mehreren geeigneten Vektor-Codebücher durch rekursives Anwenden einer geeigneten Transformation auf das Vektor-Codebuch/die Vektor-Codebücher, um das Matrix-Codewort oder die Matrix-Codewörter zu bilden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Ausführungsformen der Erfindung sind im allgemeinen auf Kommunikationssysteme gerichtet und genauer auf ein Codebuch-Erzeugungssystem und damit verknüpfte Verfahren.
HINTERGRUND
Mehrfach-Eingabe-Mehrfach-Ausgabe(MIMO – Multiple Input Multiple Output)-Systeme mit geschlossener Schleife senden typischerweise Kanalzustandsinformation von einem Emp fänger zu einem Sender. Das Senden der Kanalzustandsinformation verbraucht Bandbreite, die ansonsten für Datenverkehr zur Verfügung stehen könnte.
Veranschaulichend, bei herkömmlichen Frequenzduplex(FDD – Frequency Division Duplex)-Systemen, die Strahlformung benutzen (oder Mehrfach-Eingabe-Mehrfach-Ausgabe (MIMO) mit geschlossener Schleife) wird die Strahlformungsmatrix (hierin als ein Codewort bezeichnet), die als Antwort auf die wahrgenommenen Kanalbedingungen erzeugt worden ist, zunächst am Empfänger berechnet und quantisiert und wird dann an den Quellensender (z.B. über Rückkopplung) geliefert. Ein herkömmlicher Ansatz, um die Gemeinkosten zu verringern, die mit dieser Rückkopplung verbunden sind, besteht darin, ein Matrix-Codebuch bzw. Matrix-Codebücher sowohl am Sender als auch am Empfänger zur Verfügung zu stellen, wobei das Codebuch bzw. jedes der Codebücher eine Vielzahl oder einen Satz möglicher Strahlformungsmatrizen aufweist, die abhängig von den Kanalbedingungen, die am Empfänger wahrgenommen werden, verwendet werden können. Wenn der Empfänger das geeignete Matrix-Codebuch bzw. die geeigneten Matrix-Codebücher identifiziert hat, wird der Empfänger typischerweise nur einen Index (anstelle der tatsächlichen Matrixeinträge) rückkoppeln, der auf das geeignete Codewort in dem Codebuch bzw. den Codebüchern zeigt, das/die beim Sender gespeichert ist.
Somit ist für eine unterschiedliche Kombination aus Sendeantenne(n) (N_f) und Datenströmen (N_s) ein unterschiedliches Matrix-Codebuch erforderlich. Herkömmlich basiert die Größe des Codebuchs auf der Anzahl von Sendeantennen und der Anzahl der Datenströme: N_t × N_s. Bei manchen Systemen, z.B. einem, das den sich entwickelnden 812.16e, implementiert, sind N_t und N_s gegenwärtig kleiner als fünf (5), es ist aber wahrscheinlich, daß sie sich auf acht (8) erhöhen. Daher wird eine wesentliche Anzahl an Kombinationen N_t mal N_s vorab angenommen, was eine beträchtliche Menge an Speicher innerhalb mobiler Kommunikationsgeräte erfordert, um eine solche große Anzahl von Codebüchern zu speichern.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden beispielhaft und nicht beschränkend in den Figuren der beigefügten Zeichnungen veranschaulicht, bei denen sich gleiche Bezugsziffern auf gleiche Elemente beziehen und bei denen:
1 ein Blockschaubild eines beispielhaften Kommunikationssystems ist, in dem die Ausführungsformen der Erfindung in die Praxis umgesetzt werden können;
2 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Erzeugen eines Codebuchs bzw. von Codebüchern gemäß einer Ausführungsform ist;
3 eine graphische Darstellung der Leistung der Ausführungsformen der Erfindung gegenüber einer herkömmlichen Technik liefert;
4 ein Blockschaubild eines beispielhaften Kommunikationsgerätes ist, das eine oder mehrere Ausführungsformen der Erfindung enthält; und
5 ein Blockschaubild eines beispielhaften Herstellungsgegenstandes ist, welcher Inhalt enthält, der, wenn er von einer zugreifenden Maschine ausgeführt wird, bewirkt, daß die Maschine einen oder mehrere Aspekte von einer Ausführungsform bzw. Ausführungsformen der Erfindung implementiert.
GENAUE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen eines Codebuch-Erzeugungssystems und damit verknüpfter Verfahren werden allgemein dargestellt. Gemäß einer Ausführungsform, die vollständiger hiernach beschrieben ist, wird ein Codebuch-Erzeugungsagent (CGA – Codebook Generation Agent) vorgestellt, welcher ein Verfahren zum Erzeugen eines oder mehrerer Matrix-Codebücher aus Vektor-Codebüchern implementieren kann.
Gemäß einer Ausführungsform wird der CGA in mobilen Geräte implementiert (z.B. Stationen, Teilnehmereinheiten, Handgeräten, Laptops usw.), obwohl die Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt ist. Wie es vollständiger hiernach entwickelt wird, kann der CGA ein Matrix-Codebuch oder mehrere Matrix-Codebücher aus Matrix-Codewörtern entwickeln, die dynamisch aus einem Vektor-Codebuch bzw. Vektor-Codebüchern für 2-, 3-, 4-,..., N-Einheitsvektoren erzeugt werden, die bereits bei dem Gerät zur Unterstützung anderer Merkmale (z.B. Strahlformung eines einzelnen Datenstromes) vorliegen. In dieser Hinsicht fügt die Verwendung der Vektor-Codebücher für 2-, 3- und 4-Einheitsvektoren dem mobilen Gerät keine zusätzliche Komplexität oder Speicherabzug hinzu. Im Gegenteil, indem die Matrix-Codebücher dynamisch erzeugt werden, anstatt daß man sie in dem mobilen Gerät gespeichert hat, ermöglicht es dieses dem mobilen Gerät, Speicher, der normalerweise durch die Matrix-Codebücher verbraucht würde, für die Unterstützung anderer Merkmale und/oder Dienste zu nutzen.
Genauer, wie es vollständiger hiernach entwickelt wird, kann der CGA eine oder mehr aus vier (4) offenbarten Techniken zum Erzeugen der Matrix-Codebücher implementieren. Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Codebuch-Erzeugungsagent die Householder-Spiegelung und ein geeignetes Vektor-Codebuch oder mehrere Vektor-Codebücher aus einer 2-, 3- und/oder 4-Einheitsvektormatrix bzw. -matrizen wirksam einsetzen, um ein geeignetes Matrix-Codewort oder mehrere geeignete Matrix-Codewörter für das Kompilieren in ein Matrix-Codebuch für einen gegebenen Satz von Kanalbedingungen zu erzeugen.
Bezug in dieser Beschreibung auf „eine Ausführungsform" bedeutet, daß ein bestimmtes Merkmal, eine Struktur oder eine Eigenschaft, die in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben worden ist, in wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Somit bezieht sich das Auftreten des Ausdrucks „bei einer Ausführungsform" an verschiedenen Stellen in dieser Beschreibung nicht notwendigerweise immer auf dieselbe Ausführungsform. Weiter können die bestimmten Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften bei einer oder mehreren Ausführungsformen in irgendeiner geeigneten Weise kombiniert werden.
Technische Einzelheiten im Hinblick auf einige Arbeitseigenschaften der mobilen Geräte und/oder der drahtlosen Kommunikationsnetzwerke, in denen der CGA implementiert werden kann, können z.B. in dem IEEE 802.11, Ausgabe 1999; Information Technology Telecommunications and Information Exchange Between Systems – Local and Metropolitan Area Networks – Specific Requirements, Part 11: WLAN Medium Access Control (MAC) and Physical (PHY) Layer Specifications, seinem Nachfolger und Zusätzen zu diesem (z.B. 812.11a, .11g und .11n) gefunden werden. Siehe auch den IEEE Std 802.16-2001 IEEE Std. 802.16-2001 IEEE Standard for Local and Metropolitan area networks Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems, seinem Nachfolger und Zusätzen zu diesem (z.B. 802.16a, .16d und .16e).
Beispiel einer Kommunikationsumgebung
In 1 ist ein Blockschaubild einer beispielhaften drahtlosen Kommunikationsumgebung 100 veranschaulicht, in der Ausführungsformen der Erfindung gut in die Praxis umgesetzt werden können. Gemäß der veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform der 1 ist eine beispielhafte Kommunikationsumgebung 100 veranschaulicht, die ein drahtloses Kommunikationsgerät 102 in Kommunikation mit einem weiteren drahtlosen Kommunikationsgerät 106 durch eine drahtlose Kommunikationsverbindung 104 aufweist. Wie hierin verwendet ist die Kommunikationsumgebung 100 so gedacht, daß sie irgendeines aus einem großen Bereich drahtloser Kommunikationsnetzwerke darstellt, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf ein Nahkommunikations(NFC – Near Field Communication)-Netzwerk, ein drahtloses Nahbereichsnetzwerk (WLAN – Wireless Local Area Network), ein drahtloses Mittelbereichsnetzwerk (WMAN – Wireless Metropolitan Area Network), ein Mobilfunk- Telefonnetzwerk, ein persönliches Kommunikationssystem(PCS – Personal Communication System)-Netzwerk und dergleichen, dargestellt.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Kommunikationsnetzwerk 100 ein Kommunikationsnetz nach 802.16x, und das Gerät 102 ist eine Basisstation, während das Gerät 106 eine Teilnehmerstation ist, obwohl der Umfang der Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt ist. In einem MIMO (oder, wie oben, einem Strahlformungssystem) mit geschlossener Schleife wird das Datensignal zunächst durch eine Strahlformungsmatrix V gewichtet und dann ausgewählt durch eine Vielzahl von Antennen, wie gezeigt, gesendet. Gemäß einer Ausführungsform kann das Datensignal eine Anzahl Datenströme (N₁... N_s) aufweisen, obwohl die Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt ist. Die Anzahl der Datenströme kann die Anzahl räumlicher Kanäle darstellen, mit geeignetem Bitladen, Leistungsgewichten und Subträgerzuweisungen, obwohl die Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt ist.
Gemäß einer Ausführungsform, bei vier (4) Sendeantennen und drei (3) Datenströmen (für die einfache Veranschaulichung), kann das gesendete Signal (x), das über die N_t Antennen gesendet wird, dargestellt werden als: x = V × s (1)
Wie gezeigt, ist s ein N_s-Vektor aus Datensymbolen und V ist die Strahlformungsmatrix N_t mal N_s, die aus Information (z.B. ein Matrix-Codebuch bzw. Matrix-Codebücher oder Indizes auf diese) entwickelt worden ist, die von einem entfernten Empfänger zurückgekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Strahlformungsmatrix V typischerweise unitär, und Leistung/Bitladen wird auf dem Vektor s angewendet, wie oben eingeführt.
Das Gerät 106 ist mit einem Codebuch-Erzeugungsagenten (CGA) 108 dargestellt, der dynamisch ein Matrix-Codebuch oder mehrere Matrix-Codebücher erzeugt, aus denen Kanalzustandsinformation gekennzeichnet und an die Basisstation 102 zurückgegeben werden kann. Wie oben eingeführt, anstatt daß ein oder mehrere Matrix-Codebücher gespeichert werden, kompiliert der CGA 108 die Matrix-Codebücher, die nötig sind, um die Kanalzustandsinformation zu kennzeichnen, aus einem Matrix-Codebuch bzw. Matrix-Codewörtern, die dynamisch aus einem Vektor-Codebuch oder mehreren Vektor-Codebüchern für 2-, 3-, 4-,..., N-Einheitsvektoren erzeugt worden sind. Wie vollständiger hiernach diskutiert wird, wird das Vektor-Codebuch bzw. werden die Vektor-Codebücher rekursiv einer geeigneten Transformation unterworfen (z.B. einer Householder-Spiegelung) vom Codebuch der niedrigsten Ordnung zum Codebuch der höchsten Ordnung, wie es notwendig ist, um die gewünschte Größe des Matrix-Codewortes bzw. der Matrix-Codewörter zu erzeugen, aus denen das Matrix-Codebuch bzw. die Matrix-Codebücher aufgebaut wird/werden.
Es wird verstanden werden, daß, was für die Einführung des CGA 108 bei dem Gerät 106 betrifft, es beabsichtigt ist, daß es irgendeines aus einer weiten Vielfalt elektronischer Geräte mit Fähigkeit zur drahtlosen Kommunikation darstellt. Bei manchen Ausführungsformen kann der CGA 108 gut innerhalb eines Empfängerelementes eines Gerätes implementiert werden. Bei anderen Ausführungsformen spricht der CGA 108 auf einen zur Kommunikation gekoppelten Empfänger an, um die hierin beschriebenen Funktionen auszuführen.
Beispielhafter Arbeitsablauf
Wie oben eingeführt, kann der CGA 108 das Matrix-Codebuch bzw. die Matrix-Codebücher aus dem einen oder den mehreren Vektor-Codebüchern gemäß einer Anzahl von Techniken erzeugen, die jede vollständiger hiernach beschrieben werden. Die erste offenbarte Technik bietet die engste Annäherung an die herkömmliche Technik des Verwendens gespeicherter Matrix-Codebücher. Die zweite bis vierte Technik, die offenbart sind, bieten auch sehr gute Ergebnisse, obwohl mit verringerter Rechenkomplexität. In jedem Fall wird die Rechenkomplexität mehr als ausgeglichen durch den verringerten Speicher, der der Speicherung der Matrix-Codebücher zugewiesen werden muß.
Der 2 zugewandt, ist dort ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum dynamischen Erzeugen eines Matrix-Codebuchs oder mehrerer Matrix-Codebücher im allgemeinen gemäß einer Ausführungsform dargestellt. Wie gezeigt, beginnt das Verfahren mit dem Block 202, in dem dynamisch die Größe des erforderlichen Matrix-Codeworts bzw. der erforderlichen Matrix-Codewörter identifiziert wird. Genauer kann gemäß einer Ausführungsform der CGA 108, der innerhalb eines Empfängers (z.B. 106) angeordnet ist, oder auf andere Weise auf diesen anspricht, einbezogen werden, um die Größe des notwendigen Matrix-Codebuchs zu bestimmen. Gemäß manchen Ausführungsformen kann der CGA 108 gut in Hardware, Software, Firmware und/oder irgendeiner Kombination aus diesen implementiert werden. Gemäß einer Ausführungsform ist die erforderliche Größe des Codeworts abhängig von der Anzahl der Sendeantennen (N_t) und/oder der Anzahl der räumlichen Datenströme (N_s), die in dem Kommunikationskanal verwendet werden, obwohl andere Parameter als ein Zusatz zu oder anstelle von N_t und/oder N_s betrachtet werden können. Gemäß einer Ausführungsform werden die notwendigen Parameter an den Empfänger und/oder den CGA 108 zur Verwendung beim Bestimmen der Größe des Matrix-Codeworts, das zu erzeugen ist, entweder geliefert oder von ihnen erkannt.
Wie gezeigt, ist der CGA 108 so veranschaulicht, daß er Vektor-Codebücher für 2-, 3-, 4-,..., N-Einheits(oder Parameter-)vektoren aufweist. Demgemäß wählt der CGA 108 dynamisch das Vektor-Codebuch bzw. die Vektor-Codebücher aus, die für ein bestimmtes Element des rekursiven Prozesses zum Erzeugen eines Elementes des Matrix-Codeworts geeignet sind, wie es vollständiger hiernach dargelegt wird.
Als Antwort auf das Bestimmen der notwendigen Größe des Matrix-Codeworts kann der CGA 108 dynamisch ein geeignetes Vektor-Codebuch oder mehrere Vektor-Codebücher auswählen, die dazu geeignet sind, wenigstens ein Element des Matrix-Codeworts zu erzeugen, Block 204. Gemäß einer Ausführungsform kann das Vektor-Codebuch bzw. können die Vektor-Codebücher, das/die von dem CGA 108 ausgewählt wird/werden, davon abhängen. welche der Techniken verwendet werden wird, um das Matrix-Codewort bzw. die Matrix-Codewörter zu erzeugen. Gemäß einer Ausführungsform wird die Technik, die verwendet werden soll, dynamisch von dem CGA 108 ausgewählt und kann von irgendeiner Anzahl von Faktoren abhängen, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf die gegenwärtige Verarbeitungsauslastung des Empfängers und/oder des CGA 108, der wahrgenommenen Qualität des Kanals und dergleichen. Das heißt, die gegenwärtige Verarbeitungsauslastung des Empfängers und/oder des CGA 108 kann derart sein, daß eine Codebuch-Erzeugungstechnik mit geringerer Komplexität erforderlich wird. Ähnlich, wenn die wahrgenommene Qualität des Kanals (z.B. durch das Verhältnis Signal zu Rauschen, den empfangenen Leistungspegel usw.) hoch ist, kann der CGA 108 bestimmen, daß eine Codebuch-Erzeugungstechnik mit geringerer Komplexität brauchbare Ergebnisse liefern wird, während ein schlechterer Kanal aus der Verwendung einer komplexeren Technik, die näher an die Verwendung herkömmlicher (gespeicherter) Codebücher angenähert ist, Nutzen ziehen kann.
Wenn einmal das Matrix-Codebuch erzeugt ist, können herkömmliche Techniken zum Berechnen und Quantisieren der vorgeschlagenen Strahlformungsmatrix benutzt werden, so wie die, die in der ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung Nr. 10/937 097 mit dem Titel Recursive Reduction of Channel State Feedback, von Li, u.a. beschrieben ist, die gemeinsam auf den Übertragungsempfänger dieser Anmeldung übertragen worden ist und durch Bezugnahme hierin für alle Zwecke aufgenommen ist.
Zurück zum Block 206 kann, wie oben dargelegt, der CGA 108 eine oder mehrere aus wenigstens vier (4) Techniken zum rekursiven Erzeugen eines Matrix-Codewortes oder mehrerer Matrix-Codewörter aus einem Vektor-Codebuch bzw. Vektor-Codebüchern für 2-, 3-, 4-,..., N-Einheitsvektoren benutzen. Es wird verstanden werden, daß andere Techniken zum Erzeu gen eines Matrix-Codewortes aus Vektor-Codebüchern ebenso verwendet werden können, ohne daß man sich vom Umfang und Gedanken der Ansprüche hiernach entfernt. Jede der vier Techniken wird im folgenden dargestellt.
TECHNIK 1
Gemäß einer Ausführungsform kann der CGA 108 ein Matrix-Codewort Spalte für Spalte erzeugen, indem Vektor-Codebücher verwendet werden, beginnend bei der kleinsten Dimension des Matrix-Codeworts und auf die größte Dimension hin arbeitend. Um zum Beispiel ein 4×3 Matrix-Codewort zu erzeugen, kann der CGA 108 Einheitsvektoren der Dimensionen 2, 3 und 4 nacheinander benutzen, wobei er bei den innersten Klammern (oder der niedrigsten Dimension) beginnt und zu höheren Dimensionen des Codeworts hin arbeitet, wie gezeigt:
In dem speziellen Fall v_i = e₁ kann die Householder-Spiegelung als P_i = I berechnet werden. Ohne unnötige Wiederholung wird verstanden, daß diese spezielle Behandlung in der gesamten folgenden Beschreibung impliziert ist.
Das Matrix-Codewort N_t mal N_s wird aus der letzten Spalte rekursiv aufgebaut, wobei die Iteration an der unteren rechten Ecke beginnt. Aufeinanderfolgende Iterationen fügen eine Spalte und eine Zeile zu dem sich aufbauenden Matrix-Codewort hinzu. In dieser Hinsicht soll
das Codebuch der Einheitsvektoren der Dimension i mit L_i Codewörtern (d.h. Vektoren) bezeichnen, wobei l_i der Codewortindex ist. Sei
d.h. v₁(1) = 1 und L₁ = 1. Es soll
das Matrix-Codebuch der Dimension N_t mal N_s mit L Codewörtern bezeichnen, wobei
Das Matrix-Codebuch
kann mit N_s Vektor-Codebüchern entsprechend dem folgenden Pseudocode aufgebaut werden:
Wie oben gezeigt, kann der CGA 108 eine Matrix aus dem innersten Kern mit der geringsten Dimension (der niedrigsten Dimension) zu der vollen Matrix erzeugen. Die niedrigste Dimension des Kerns ist entweder 1 oder ein Vektor der Größe N_t – N_s + 1. Jede Erweiterung oder rekursive Iteration vergrößert effektiv die Größe der Matrix um eine Zeile und eine Spalte. Es gibt N_s FOR-Schleifen für N_t > N_s, und es gibt N_t – 1 FOR-Schleifen für N_t = N_s. Jede FOR-Schleife entspricht einer Erweiterung des Matrix-Codeworts, wobei jede Erweiterung im allgemeinen aufweist:

1) Herausnehmen eines geeigneten Vektors aus dem Vektor-Codebuch;
2) Beseitigen der Phase des ersten Elementes des Vektors durch
und Subtrahieren von Eins von dem ersten Element des phasenkorrigierten Vektors
3) Erzeugen einer Householder-Matrix
4) Einfüllen von Nullen und einer Eins in die zuvor erweiterte Matrix V zu
und
5) Multiplizieren der Householder-Matrix mit der ergänzten Matrix, um eine Erweiterung zu beenden.

Da der Vektor durch das Vektor-Codebuch schreitet, ist die Anzahl der Läufe für jede FOR-Schleife gleich der Anzahl der Vektoren in dem entsprechenden Vektor-Codebuch. Der Index 1 ist der Index für die endgültig erzeugte Matrix. Er nimmt mit 1, 2,..., L_Nt·L_Nt-1...·L_Nt-Ns+1 zu, zu, wobei L_t die Anzahl der Vektoren in dem Vektor-Codebuch der Dimension t ist.
Um die Komplexität zu verringern und den Rechenvorgang zu beschleunigen, kann die Phase des ersten Eintrags jedes Vektors beseitigt werden, wenn der CGA 108 jedes Vektor-Codebuchs mit
speichert. Es ist nämlich jedes erste Element jedes Vektors in jedem Vektor-Codebuch reell (nicht komplex). Die reelle Zahl
kann auch vorberechnet und für jeden Vektor gespeichert werden.
TECHNIK 2
Gemäß einer Ausführungsform kann der CGA 108 gut eine zweite Technik implementieren, um ein Matrix-Codewort oder mehrere Matrix-Codewörter aus einem Vektor-Codebuch bzw. Vektor-Codebüchern für 2-, 3-, 4-,..., N-Einheitsvektoren zu erzeugen. Bei dieser Technik benutzt der CGA 108 die komplementäre Eigenschaft der unitären Matrix wie folgt. Anstatt direkt eine N_t mal N_s-Matrix zu erzeugen, erzeugt er zunächst eine N_t mal N_t-Matrix und schneidet dann aus dieser eine Untermatrix der Dimension N_t mal N_s aus.
Diese Technik ist höchst effizient, wenn sie ein Matrix-Codebuch der Dimension N_t mal (N_t – 1) erzeugt. Wie oben ausgeführt hat das gespeicherte N_t-Vektor-Codebuch die Eigenschaft, daß die N_t-Vektor-Codewörter über den komplexen N_t-Raum so gleichmäßig wie möglich gestreut sind, wobei der minimale Winkel zwischen irgendwelchen zwei Vektoren maximiert ist. Es sei angemerkt, daß jeder Vektor einen komplementären, orthogonalen Unterraum hat, der durch (N_t – 1) orthogonale Vektoren aufgespannt und orthogonal zu dem Vektor ist. Die Eigenschaft des Vektor-Codebuchs impliziert, daß die Unterräume (d.h. Matrizen N_t mal (N_t – 1)) gleichmäßig gestreut sind, wobei der minimale Winkel zwischen irgendwelchen zwei Unterräumen maximiert ist. Dieser maximierte minimale Winkel ist eine wünschenswerte Eigenschaft für das N_t mal (N_t – 1)-Matrix-Codebuch. Der Hauptvorteil des Schemas 2 ist, daß nur ein Vektor-Codebuch erforderlich ist, um das N_t mal (N_t – 1)-Codebuch zu erzeugen, während bei der Technik 1 (N_t – 1) Vektor-Codebücher erforderlich sind.
Die Technik 2 ist auch effizient dabei, ein Matrix-Codebuch der Dimension N_t mal N_s zu erzeugen, wenn
ist. Für diesen Fall erzeugt der CGA 108 zuerst eine N_t×N_t-Matrix und schneidet dann aus dieser eine N_t mal N_s Untermatrix als ein Matrix-Codewort aus. Der Pseudocode dieses Schemas ist wie folgt, wobei die Bezeichnungen bereits oben bei Technik 1 definiert sind. Es wird angenommen, daß
Ein Vorteil dieses Schemas ist, daß nur N_t – N_s Vektor-Codebücher erforderlich sind, um das N_t×N_s-Codebuch zu erzeugen, während für die Technik 1 N_s Vektor-Codebücher erforderlich sein können.
TECHNIK 3
Gemäß einer Ausführungsform kann der CGA 108 gut eine dritte Technik implementieren, um ein Matrix-Codewort oder mehrere Matrix-Codewörter aus Vektor-Codebüchern für 2-, 3-, 4-,... N-Einheitsvektoren zu erzeugen. Diese Technik stellt eine weitere Vereinfachung gegenüber der Technik 2 oben dar. Für die Erzeugung eines N_t mal N_t-1-Codebuches sind die Techniken 2 und 3 sehr ähnlich, was die Rechenkomplexität betrifft. Wenn jedoch ein N_t mal N_s-Codebuch mit L Codewörtern erzeugt wird, sorgt diese dritte Technik für die Verwendung nur eines Vektor-Codebuches mit L-Codewörtern und spannt jeden Vektor unter Verwendung der Householder-Spiegelung in eine N_t mal N_t-Matrix auf. Das N_t mal N_s-Matrix-Codebuch wird gebildet, indem eine N_t mal N_s-Untermatrix aus jeder aufgespannten N_t mal N_t-Matrix herausgenommen wird. Der beispielhafte Pseudocode für die Technik 3 ist wie folgt:

1. FOR 1 = 1:L
2.
wobei ϕ₁ die Phase des ersten Eintrags von
und e₁ = [1,0...0]^T ist.
3.
4. V(l) = die letzten N_s Spalten von V_t
5. END

TECHNIK 4
Gemäß einer Ausführungsform kann der CGA 108 noch eine vierte Technik benutzen, um ein Matrix-Codewort bzw. Matrix-Codewörter aus einem Vektor-Codebuche bzw. Vektor-Codebüchern für 2-, 3,-, 4-,... N-Einheitsvektoren gemäß einer Ausführungsform zu erzeugen. Gemäß einer Ausführungsform stellt die vierte Technik eine weitere Vereinfachung der Technik drei oben dar. Insbesondere kann im Schritt 4 der Technik 3 der CGA 108 irgendwelche N_s Spalten von V_t nehmen, so wie die ersten N_s Spalten oder für die N_t Spalten herausgezogene N_s Spalten.
Es sollte verstanden werden, daß Kombinationen der Techniken 1–4 möglich sind, ohne daß man sich vom Umfang und Gedanken der Erfindung entfernt. Zum Beispiel erweitern die Techniken 1 und 2 die Matrix iterativ von einem kleinen Kern zu einer großen Matrix, wie oben gezeigt. Gemäß einer Ausführungsform kann der kleine Kern (oder die kleinste Dimension) unter Verwendung anderer Techniken erzeugt werden. Um zum Beispiel eine 4×3 Matrix zu erzeugen, kann der Kern (niedrigste Dimension), der bei der Technik 1 verwendet wird, durch die Technik 3 erzeugt werden. In dieser Hinsicht kann der CGA 108 die Technik 3 verwenden, um eine Kernmatrix der Größe 3×2 zu erzeugen, wobei ein 3-Vektor-Codebuch verwendet wird, und dann die verbleibenden Lehren der Technik 1 verwenden, um die Erzeugung von 4×3 zu beenden, wobei der 3×2 Kern als die niedrigste Dimension verwendet wird.
Um den Algorithmus zu veranschaulichen, benutzen wir ein Beispiel eines 3/6 Bit Vektor-Codebuches, um alle die notwendigen Matrix-Codebücher zu erzeugen. Im 802.16e kann es wünschenswert sein, Codebücher zu implementieren, deren Größe L = 3n Bits ist, wobei n eine ganze Zahl ist.
Da es viele Kombinationen von N_t, N_s und L gibt und jede von ihnen ein entsprechendes Codebuch erfordert, ist das Speichern aller Codebücher mühselig. Ein Satz Codebücher wird vorgeschlagen, der dynamisch mit geringer Komplexität erzeugt werden kann.
Für kleine Codebücher, d.h. 2×1, 3×1 und 4×1 mit einem 3 Bit Index werden drei optimierte zufällige Codebücher gespeichert. Für 3×1 und 4×1 mit einem 6 Bit Index werden zwei strukturierte Codebücher vorgeschlagen, die dynamisch erzeugt werden können, indem ein verbessertes Hochwald-Verfahren verwendet wird. Für all die anderen Matrix-Codebücher, so wie 3×2 und 4×2, werden strukturierte Codebücher vorgeschlagen, die ebenfalls dynamisch mit geringer Komplexität erzeugt werden können.

Ein Beispiel gespeicherter Vektor-Codebücher für 2×1, 3×1 und 4×1 mit 3 Bit Index ist hiernach in Tabelle 1, Tabelle 2 und Tabelle 3 aufgeführt. Die Bezeichnung v(N_t, L) bezeichnet das Vektor-Codebuch (d.h. die Menge komplexer Einheitsvektoren), das aus 2^L Einheitsvektoren einer Dimension N_t besteht. Die Zahl L ist die Anzahl der Bits, die für den Rückkopplungsindex erforderlich sind, der irgendeinen Vektor in dem Codebuch anzeigen kann. Tabelle 1 v(2, 3)

Vektorindex	1	2	3	4	5	6	7	8
v₁	1	0.794	0.794	0.794	0.794	0.329	0.511	0.329
v₂	0	–0.580 + 0.182i	0.058 + 0.605i	–0.298 – 0.530i	0.604 + 0.069i	0.661 + 0.674i	0.475 – 0.716i	–0.878 – 0.348i

Tabelle 2 v(3, 3)

Vektorindex	1	2	3	4	5	6	7	8
v₁	1	0.500	0.500	0.500	0.500	0.495	0.500	0.500
v₂	0	–0.720 – 0.313i	0.066 + 0.137ii	–0.006 + 0653i	0.717 + 0.320i	0.4821 – 0.452i	0.069 – 0.139i	–0.005 – 0.654i
v₃	0	0.248 – 0.268i	–0.628 – 0.576i	0.462 – 0.332i	–0.253 + 0.263i	0.296 – 0.480i	0.620 + 0.585i	–0.457 + 0.337i

Tabelle v(4, 3)

Vektorindex	1	2	3	4	5	6	7	8
v₁	1	0.378	0.378	0.378	0.378	0.378	0.378	0.378
v₂	0	–0.720 – 0.567i	–0.710 + 0.133i	0.283 – 0.094i	–0.084 + 0.648i	0.525 + 0.353i	0.206 – 0.137i	0.062 – 0.333i
v₃	0	0.596 + 0.158i	–0.235 – 0.147i	0.070 – 0.826i	0.018 + 0.049i	0.412 + 0.183i	–0.521 + 0.083i	–0346 + 0.503i
v₄	0	0.159 – 0.241i	0.137 + 0.489i	–0.280 + 0.049i	–0.327 – 0.566i	0.264 + 0.430i	0.614 – 0.375i	–0.570 + 0.211i

Die Matrix-Codebücher für Mehrstromsendung werden aus den Vektor-Codebüchern in dem vorangegangenen Abschnitt aufgebaut, wobei drei Operationen verwendet werden, die als nächstes veranschaulicht werden. Wir nehmen an, daß alle Einheitsvektoren in dem Bereich komplex mit Einheitsnorm sind und daß der erste Eintrag jedes Vektors reell ist. Die erste Operation wird Householder-Spiegeltransformation genannt. Sie dient dazu, eine unitäre N mal N Matrix H(v) zu erzeugen, wobei ein N-Einheitsvektor v verwendet wird mit:
wobei w = v – e₁ und e₁ = [1 0...0]^T;
und ist eine reelle Zahl, die vorab berechnet und für jeden Vektor in den Tabellen gespeichert werden kann; I ist die N mal N Identitätsmatrix; ^H bezeichnet die konjugierte Transpositionsoperation.
Die beiden anderen Operationen sind auf der Householder-Transformation aufgebaut. Eine von ihnen wird H-Verkettung genannt und die andere wird H-Erweiterung genannt, wobei das "H" für Householder steht. Die H-Verkettung (HC – H-Concatenation) erzeugt eine N mal M + 1 unitäre Matrix aus einem N-Einheitsvektor und einer unitären N – 1 mal M Matrix unter Verwendung der Householder-Transformation mit
wobei N – 1 ≥ M; die unitäre N – 1 mal M Matrix hat die Eigenschaft A^HA = I. Da beide Ausdrücke auf der linken Seite unitär sind, ist die Ausgabe HC eine unitäre Matrix. Die H-Erweiterung (HE – H-Expansion) erzeugt eine N mal 1 Matrix aus einem N-Einheitsvektor, v_N, indem man die letzten M Spalten von H(v) als
nimmt.

Der CGA 108 kann wahlweise eine oder mehrere der Operationen benutzen, die in (2), (3) und (4) definiert sind, um zusammen Matrix-Codebücher wie folgt zu erzeugen. In der Tabelle meinen wir mit K Bit-Codebuch, daß das Codebuch 2^K Matrizen hat, was einen Rückkopplungsindex mit K Bit erfordert. Tabelle 4 Aufbauoperationen für N_t mal N_s Strahlformungsmatrix mit 3, 6 und 9 Bit Codebüchern

N_s N_t	2	3	4
2 ant., 3 Bit Codebuch	H(v(2,3))
3 ant., 3 Bit Codebuch	HE(v(3,3),2)	H(v(3,3))
4 ant., 3 Bit Codebuch	HE(v(4,3),2)	HE(v(4,3),3)	H(v(4,3))
3 ant., 6 Bit Codebuch	HC(v(3,3)v(2,3))	HC(v(3,3),H(v(2,3)))
4 ant., 6 Bit Codebuch	HC(v(4,3)v(3,3))	HE(v(4,6),3)	H(v(4,6))
3 ant., 9 Bit Codebuch	HC(v(3,6)v(2,3))	HC(v(3,6),H(v(2,3)))
4 ant., 9 Bit Codebuch	HC(v(4,6)v(3,3))	HC(v(4,3),HC(v(3,3)v(2,3)))	HC(v(4,3),HC(v(3,3),H(v(2,3))))

Die gesetzte Notation v(N_t, L) bei dem Eingangsparameter der Operationen (d.h. H, HC und HE) bezeichnet, daß jeder Vektor in dem Codebuch v(N_t, L) sequentiell als ein Eingangsparameter für die Operationen genommen wird. Der Rückkopplungsindex wird aufgebaut, indem all die Indizes der Eingabeargument-Vektor-Codebücher im binären Format verkettet werden. Zum Beispiel wird der Rückkopplungsindex HC(v(4,6), v(3,3)) als i₂, j₂ aufgebaut, wobei i₂ und j₂ die Indizes der Vektoren im Codebuch v(4,6) bzw. v(3,3) im binären Format sind.
Leistungsanalyse
Kurz der 3 zugewandt, ist dort eine graphische Darstellung der Leistungsverbesserungen veranschaulicht, die durch den Einsatz des Codebuch-Erzeugungsagenten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erreicht wird. Die vorgeschlagenen Codebuch-Erzeugungstechniken wurden simuliert und mit herkömmlichen Techniken verglichen. Die Frequenzpermutation ist das Band AMC im 802.16e D5 Standard. Das ITU Pedestrian B. LOS Kanalmodell mit 0.2 Sendeantennenkorrelation wird benutzt. Perfekte Kanalbewertung und geringe Geschwindigkeit werden angenommen. Die Menge an Rückkopplung von dem mobilen Gerät (z. B. 106) zu der Basisstation (z.B. 102) ist 6 Bit pro AMC-Band. Mit bezug auf 3 ist die Rückkopplung der Codebuch-Index, der auf ein Matrix-Codewort in einem Codebuch mit 64 Codewörtern zeigt. Eine Paketfehlerrate (PER – Packet Error Rate) an der Abwärtsverbindung wird simuliert, wobei die Paketgröße 1000 Byte ist. Wie in 3 gezeigt, zeigen die Simulationsergebnisse, daß die vorgeschlagene(n) Technik(en) 302 gleiche oder bessere Leistung mit weniger Speicherkomplexität als bei herkömmlichen Techniken 304 liefern.
Nachdem die Kommunikationsumgebung und Betriebseigenschaften des CGA 108 mit Bezug auf die 1 und 2 oben eingeführt worden sind, wird der Bezug nun auf die 4 gerichtet, welche eine beispielhafte Architektur eines elektronischen Gerätes zur Verfügung stellt, in der der CGA 108 in die Praxis umgesetzt werden kann.
4 veranschaulicht ein Blockschaubild einer beispielhaften Architektur eines elektronisches Gerätes, in der die Lehren der vorliegenden Erfindung gemäß einer Ausführungsform in die Praxis umgesetzt werden können. Das elektronische Gerät 400 umfaßt Antennen, eine physikalische Schicht (PHV) 402, eine Medienzugangssteuerungs(MAC – Media Access Control)-Schicht 404, eine Netzwerkschnittstelle bzw. Schnittstellen 406, einen Prozessor bzw. Prozessoren 408 und einen Speicher 410. Bei manchen Ausführungsformen kann das elektronische Gerät 400 eine Station sein, die in der Lage ist, ein Matrix-Codebuch oder mehrere Matrix-Codebücher aus Matrix-Codewörtern zu erzeugen, die dynamisch aus Vektor-Codebüchern für 2-, 3-, 4-,..., N-Einheitsvektoren erzeugt worden sind, indem ausgewählt Householder-Transformationen wie oben beschrieben durchgeführt wurden. Bei anderen Ausführungsformen kann das elektronische Gerät 400 eine Station sein, die quantisierte Spaltenvektoren empfängt und in einem MIMO-System Strahlformung durchführt. Zum Beispiel kann das elektronische Gerät 400 in einem drahtlosen Netzwerk als eine Station 102 oder eine Station 104 (1) benutzt werden. Auch als Beispiel kann das elektronische Gerät 400 eine Station sein, die in der Lage ist, die Rechnungen, welche bei irgendwelchen der Gleichungen oben gezeigt sind, durchzuführen.
Bei manchen Ausführungsformen kann das elektronische Gerät 400 ein System darstellen, welches einen Zugangspunkt, eine mobile Station, eine Basisstation oder eine Teilnehmereinheit ebenso wie andere Schaltungen umfaßt. Zum Beispiel kann bei manchen Ausführungsformen das elektronische Gerät 400 ein Computer sein, so wie ein Personal-Computer, eine Arbeitsstation oder dergleichen, der einen Zugangspunkt, oder eine mobile Station als eine periphere oder als eine integrierte Einheit umfaßt. Weiter kann das elektronische Gerät 400 eine Anzahl von Zugangspunkten haben, die in einem Netzwerk miteinander gekoppelt sind. Im Betrieb kann das Gerät 400 Signale senden und empfangen, indem eine oder mehrere der Antennen verwendet werden, wobei die Signale durch die verschiedenen Elemente, die in 4 gezeigt sind, verarbeitet werden. Wie hierin benutzt können die Antennen eine Antennenanordnung oder irgendein Typ einer Antennenstruktur sein, die die MIMO-Verarbeitung unterstützt. Das Gerät 400 kann in teilweiser Übereinstimmung mit oder in vollständiger Übereinstimmung mit einem Standard für ein drahtloses Netzwerk arbeiten, so wie z.B. den oben eingeführten Standards 802.11 oder 802.16.
Die physikalische Schicht (PHY) 402 ist wahlweise mit einer oder mehreren der Antennen gekoppelt, um mit einem drahtlosen Netzwerk wechselzuwirken. Die PHY 402 kann Schaltung umfassen, um das Senden und den Empfang von Hochfrequenz (HF)-Signalen zu unter stützen. Zum Beispiel kann bei manchen Ausführungsformen die PHY 402 einen HF-Empfänger umfassen, um Signale zu empfangen und „front end"-Verarbeitung durchzuführen, so wie rauscharme Verstärkung (LNA – Low Noise Amplification), Filtern, Frequenzwandeln oder dergleichen. Weiter kann bei manchen Ausführungsformen die PHY 402 Transformationsmechanismen und Strahlformungsschaltung umfassen, um die MIMO-Signalverarbeitung zu unterstützen. Auch als Beispiel kann bei manchen Ausführungsformen die PHY 402 Schaltungen umfassen, um Up-Conversion der Frequenz zu unterstützen, so wie einen HF-Sender.
Die Medienzugangssteuer(MAC)-Schicht 404 kann irgendeine geeignete Implementierung einer Medienzugangssteuerschicht sein. Zum Beispiel kann die MAC 404 in Software oder in Hardware oder in irgendeiner Kombination aus diesen implementiert werden. Bei manchen Ausführungsformen kann ein Teil der MAC 540 in Hardware implementiert werden und ein Teil kann in Software implementiert werden, die von einem Prozessor 408 ausgeführt wird. Weiter kann die MAC 404 einen Prozessor getrennt von dem Prozessor 408 umfassen.
Während des Betriebs kann der Prozessor 408 Befehle und Daten aus dem Speicher 410 lesen und Aktionen als Antwort darauf durchführen. Zum Beispiel kann der Prozessor 408 auf Befehle aus dem Speicher 410 zugreifen und Ausführungsformen von Verfahren der vorliegenden Erfindung durchführen, so wie das Verfahren 200 (2) oder andere Verfahren, die hierin beschrieben sind. In dieser Hinsicht ist beabsichtigt, daß der Prozessor 408 irgendeinen Typ eines Prozessors darstellt, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf einen Mikroprozessor, einen Digitalsignalprozessor, einen Mikrocontroller oder dergleichen.
Der Speicher 410 stellt einen Gegenstand dar, der ein maschinenlesbares Medium umfaßt. Zum Beispiel stellt der Speicher 410 einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM – Random Access Memory), einen dynamischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM – Dynamic Random Access Memory), einen statischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (SRAM – Static Random Access Memory), einen Nur-Lese-Speicher (ROM – Read Only Memory), einen Flash-Speicher oder irgendeinen anderen Typ eines Gegenstandes dar, der ein Medium um faßt, welches von dem Prozessor 408 lesbar ist. Der Speicher 410 kann Befehle zum Durchführen der Ausführung der verschiedenen Ausführungsformen von Verfahren der vorliegenden Erfindung speichern. Der Speicher 410 kann auch Vektor-Codebücher von 2-, 3-, 4-,..., N-Einheitsvektoren speichern, obwohl die Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt ist.
Die Netzwerkschnittstelle 406 kann für Kommunikation zwischen dem elektronischen Gerät 400 und anderen Systemen sorgen. Zum Beispiel kann bei manchen Ausführungsformen das elektronische Gerät 400 ein Zugangspunkt sein, der die Netzwerkschnittstelle 406 verwendet, um mit einem verdrahteten Netzwerk zu kommunizieren oder um mit anderen Zugangspunkten zu kommunizieren. Bei manchen Ausführungsformen kann das elektronische Gerät 400 eine Netzwerkschnittstellenkarte (NIC – Network Interface Card) sein, die mit einem Computer oder einem Netzwerk kommuniziert, wobei ein Bus oder ein anderer Typ eines Port verwendet wird.
Wie hierin verwendet, können Ausführungsformen des CGA 108 gut in einen oder mehreren aus PHY 402, MAC 404, Prozessor(en) 408 und/oder Kombinationen aus diesen implementiert werden. Wie oben eingeführt, kann der CGA 108 gut in Hardware, Software, Firmware oder Kombinationen aus diesen implementiert werden.
Obwohl in 4 die verschiedenen Elemente des Gerätes 400 als getrennte Elemente veranschaulicht sind, werden Ausführungsformen in Betracht gezogen, die ein oder mehrere Elemente kombinieren können oder die mehr Elemente enthalten können. Zum Beispiel kann die Schaltung aus Prozessor 408, Speicher 410, Netzwerkschnittstelle 406 und MAC 404 gut in eine einzige integrierte Schaltung integriert werden. Als Alternative kann der Speicher 410 ein interner Speicher innerhalb des Prozessors 408 sein oder kann ein Mikroprogramm-Steuerspeicher innerhalb des Prozessors 408 sein. Bei manchen Ausführungsformen können die verschiedenen Elemente des Gerätes 400 getrennt gepackt und auf einer gemeinsamen Schaltkarte angeordnet sein. Bei anderen Ausführungsformen sind die verschiedenen Elemente getrennte Chips integrierter Schaltungen, die zusammengepackt sind, so wie in einem Mehrchipmodul, und bei noch weiteren Ausführungsformen befinden sich verschiedene Elemente auf demselben Chip für eine integrierte Schaltung.
Alternative Ausführungsform(en)
5 veranschaulicht ein Blockschaubild eines beispielhaften Speichermediums, das Inhalt aufweist, welcher, wenn er einbezogen wird, bewirken kann, daß eine zugreifende Maschine einen oder mehrere Aspekte des Codebuch-Erzeugungsagenten 108 und/oder damit verknüpfter Verfahren 300 implementiert. In dieser Hinsicht kann ein Speichermedium 500 Inhalt 502 umfassen (z.B. Befehle, Daten oder irgendeine Kombination aus diesen), der, wenn er ausgeführt wird, bewirkt, daß eine zugreifende Einheit einen oder mehrere Aspekte des oben beschriebenen Codebuch-Erzeugungsagenten 108 implementiert.
Das maschinenlesbare (Speicher-)medium 500 kann Floppydisks, optische Disks, CD-ROMs und magnetooptische Disks, ROMs, RAMs, EPROMs, EEPROMs, magnetische oder optische Karten, einen Flash-Speicher oder andere Typen Medium/maschinenlesbares Medium, das geeignet ist, elektronische Befehle zu speichern, umfassen, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Darüberhinaus kann die vorliegende Erfindung auch als ein Computerprogrammprodukt heruntergeladen werden, wobei das Programm von einem entfernten Computer an einen anfragenden Computer mittels Datensignalen übertragen werden kann, die in einer Trägerwelle oder einem anderen Fortpflanzungsmedium über eine Kommunikationsverbindung (z.B. ein Modem, Funk- oder Netzwerkverbindung) verkörpert werden. Wie hierin verwendet, werden alle derartigen Medien allgemein als Speichermedien betrachtet.
Es sollte verstanden werden, daß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in einer Vielfalt von Anwendungen verwendet werden können. Obwohl die vorliegende Erfindung in diese Hinsicht nicht beschränkt ist, können die hierin offenbarten Schaltungen bei vielen Vorrichtungen eingesetzt werden, so wie in den Sendern und Empfängern eines Funksystems. Funksysteme, bei denen beabsichtigt ist, daß sie in den Umfang der vorliegenden Erfindung eingeschlossen sind, umfassen lediglich beispielhaft drahtlose Nahbereichsnetzwerk(WLAN – Wireless Local Area Netzwork)-Gerate und drahtlose Fernbereichsnetzwerk(WWAN – Wireless Wide Area Network)-Geräte, einschließlich Schnittstellengeräte für drahtlose Netzwerke und Netzwerkschnittstellenkarten (NICs), Basisstationen, Zugangspunkte (APs), Gateways, Brücken, Hubs, Mobilfunktelefon-Kommunikationssysteme, Satellitenkommunikationssysteme, Zweiwege-Funkkommunikationssysteme, Einwegpager, Zweiwegpager, persönliche Kommunikationssysteme (PCS), Personal Computer (PCs), persönliche digitale Assistenten (PDAs), Sensornetzwerke, persönliche Netzwerke (PANS – Personal Area Networks) und dergleichen, obwohl der Umfang der Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt ist. Solche Geräte können gut innerhalb irgendeiner aus einer Vielfalt von Anwendungen benutzt werden.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auch in Blöcken integrierter Schaltungen enthalten sein, die als Kernspeicher, Cache-Speicher oder andere Typen von Speichern bezeichnet werden, welche elektronische Befehle speichern, die von dem Mikroprozessor ausgeführt werden sollen, oder in Datenspeichern, die in arithmetischen Operationen verwendet werden können. Im allgemeinen kann eine Ausführungsform, die Mehrstufen-Dominologik entsprechend dem beanspruchten Gegenstand verwendet, einen Nutzen für Mikroprozessoren geben und kann insbesondere in einen Adressendecodierer für eine Speichervorrichtung eingebaut werden. Es sei angemerkt, daß die Ausführungsformen in Funksysteme oder tragbare Geräte integriert werden können, insbesondere wenn die Geräte von verringertem Energieverbrauch abhängen. Somit sind Laptop-Computer, Mobilfunktelefon-Kommunikations-systeme, Zweiweg-Funkkommunikationssysteme, Einwegpager, Zweiwegpager, persönliche Kommunikationssysteme (PCS), persönliche digitale Assistenten (PDAs), Kameras und andere Produkte als in den Umfang der vorliegenden Erfindung eingeschlossen gedacht.
Die vorliegende Erfindung umfaßt verschiedene Arbeitsabläufe. Die Arbeitsabläufe der vorliegenden Erfindung können durch Hardwarekomponenten ausgeführt werden oder können in maschinenausführbarem Inhalt (z.B. Befehle) verkörpert sein, der verwendet werden kann, bei einem universellen oder speziellen Prozessor oder Logikschaltungen, die mit den Befehlen programmiert sind, zu bewirken, daß die Arbeitsabläufe ausgeführt werden. Als Alternative können die Arbeitsabläufe durch eine Kombination aus Hardware und Software ausgeführt werden. Darüberhinaus, obwohl die Erfindung im Kontext einer Rechenvorrichtung beschrieben worden ist, werden die Fachleute erkennen, daß eine solche Funktionalität gut bei irgendeiner Anzahl alternativer Ausführungsformen verkörpert werden kann, so wie zum Beispiel integriert in einer Kommunikationseinheit (z.B. einem Mobiltelefon).
Bei der obigen Beschreibung sind zu Zwecken der Erläuterung zahlreiche bestimmte Einzelheiten aufgeführt, um für ein gründliches Verstehen der vorliegenden Erfindung zu sorgen. Es wird dem Fachmann jedoch deutlich werden, daß die vorliegende Erfindung ohne einige dieser bestimmten Einzelheiten in die Praxis umgesetzt werden kann. In anderen Fällen sind gut bekannte Strukturen und Vorrichtungen in Form eines Blockschaubildes gezeigt. Irgendeine Anzahl von Variationen des erfinderischen Konzeptes werden als innerhalb des Umfangs und Gedankens der vorliegenden Erfindung liegend gesehen. In dieser Hinsicht werden die besonderen veranschaulichten beispielhaften Ausführungsformen nicht angegeben, um die Erfindung zu beschränken, sondern lediglich, um sie zu veranschaulichen. Somit soll der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht durch die bestimmten Beispiele bestimmt sein, die oben angegeben sind, sondern nur durch die klare Sprache der folgenden Ansprüche.
Zusammenfassung
Codebuch-Erzeugungssystem und damit verknüpfte Verfahren werden hierin allgemein beschrieben.

Claims

Verfahren, das aufweist: Erzeugen eines Matrix-Codewortes oder mehrerer Matrix-Codewörter aus einem geeigneten Vektor-Codebuch oder mehreren geeigneten Vektor-Codebücher durch rekursives Anwenden einer geeigneten Transformation auf das Vektor-Codebuch/die Vektor-Codebücher, um das Matrix-Codewort oder die Matrix-Codewörter zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das erzeugende Element aufweist: Identifizieren einer gewünschten Größe des Matrix-Codeworts; Auswählen eines Vektor-Codebuchs oder mehrerer Vektor-Codebücher, das/die zum Erzeugen wenigstens eines Teils des Matrix-Codeworts geeignet sind; und rekursives Anwenden der geeigneten Transformation auf das Vektorcodebuch/die Vektor-Codebücher, beginnend von einer niedrigsten Dimension auf Null oder mehr höhere Dimensionen des Matrix-Codeworts hinarbeitend, um das Matrix-Codewort zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die geeignete Transformation eine Householder-Spiegelung ist.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Erzeugung des Codeworts in einem Empfänger durchgeführt wird, der eine Anzahl der Codewörter kompiliert, um ein Matrix-Codebuch oder Matrix-Codebücher zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das identifizierende Element aufweist: Bestimmen einer Anzahl Sendeantennen an einem entfernten Sender; und Bestimmen einer Anzahl räumlicher Ströme, die in einem Kommunikationskanal unterstützt werden sollen, welcher zwischen dem entfernten Sender und dem Empfänger eingerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem in einem Kommunikationssystem, das aus einem Sender mit N_t Sendeantennen und N_s Datenströmen besteht, das erzeugte Matrix-Codewort die Größe N_t × (N_s – 1) hat.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Matrix-Codewort der Größe 4×3 dynamisch aus Vektor-Codebüchern für 2-, 3- und 4-Einheitsvektoren erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Matrix-Codewort der Größe 4×3 dynamisch aus Vektor-Codebüchern für 3- und 4-Einheitsvektoren erzeugt wird.
Speichermedium, das Inhalt aufweist, der, wenn er von einem zugreifenden Empfänger ausgeführt wird, bewirkt, daß der Empfänger ein Verfahren nach Anspruch 1 implementiert.
Kommunikationsvorrichtung, die aufweist: ein Speichermedium, das Inhalt aufweist; und einen Prozessor, der mit dem Speichermedium gekoppelt ist, um wahlweise auf wenigstens eine Untermenge des Inhalts zuzugreifen, um ein Verfahren nach Anspruch 1 zu implementieren, um ein Matrix-Codewort oder mehrere Matrix-Codewörter zum Bilden eines Matrix-Codebuch zu erzeugen.
Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 10, bei der der Prozessor innerhalb eines Empfängers der Kommunikationsvorrichtung implementiert ist.
Vorrichtung, die aufweist: einen Codebuch-Erzeuger, der auf einen drahtlosen Kommunikationskanal anspricht, welcher von einem entfernten Sender eingerichtet ist, um dynamisch ein Matrix-Codewort oder mehrere Matrix-Codewörter aus einem geeigneten Vektor-Codebuch oder mehreren geeigneten Vektor-Codebüchern durch rekursive Anwendung einer geeigneten Transformation auf das Vektor-Codebuch/die Vektor-Codebücher zu erzeugen, aus denen ein Matrix-Codebuch oder Matrix-Codebücher erzeugt wird/werden.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der der Codebuch-Erzeuger eine gewünschte Größe des Matrix-Codeworts identifiziert, ein oder mehrere Vektor-Codebücher auswählt, die zum Erzeugen wenigstens eines Teils des Matrix-Codeworts geeignet sind, und rekursiv die geeignete Transformation auf dem Vektor-Codebuch oder den Vektor-Codebüchern ausführt, beginnend von einer niedrigsten Dimension zu Null oder mehr höheren Dimensionen des Codeworts, um das Matrix-Codewort oder die Matrix-Codewörter zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die geeignete Transformation eine Householder-Spiegelung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, die weiter aufweist: einen Empfänger, der auf den Codebuch-Erzeuger anspricht, um das erzeugte eine Matrix-Codebuch oder die erzeugten mehreren Matrix-Codebücher zu verwenden, um in effizienter Weise Kanalzustandsinformation für die Rückkopplung zu dem entfernten Sender zu quantifizieren.
Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der, um die Größe des Matrix-Codewortes/der Matrix-Codewörter zu bestimmen, der Codebuch-Erzeuger eine Anzahl von Sendeantennen bei einem entfernten Sender bestimmt und eine Anzahl räumlicher Ströme bestimmt, die in einem Kommunikationskanal, der zwischen dem entfernten Sender und dem Empfänger eingerichtet ist, unterstützt werden sollen.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der in einem Kommunikationssystem, das aus einem Sender mit N_t Sendeantennen und N_s Datenströmen besteht, der Codebuch-Erzeuger die Größe des Matrix-Codewortes/der Matrix-Codewörter zu N_t × (N_s – 1) identifiziert.
Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der das Matrix-Codewort der Größe 4×3 dynamisch aus einem Vektor-Codebuch oder Vektor-Codebüchern für 2-, 3- und 4-Einheitsvektoren erzeugt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der der Codebuch-Generator das Matrix-Codewort der Größe 4×3 aus Vektor-Codebüchern für 3- und 4-Einheitsvektoren erzeugt.
System, das aufweist: eine Vielzahl von Antennen; und einen Empfänger, der ausgewählt auf wenigstens eine Untermenge aus der Vielzahl der Antennen anspricht, um dynamisch ein Matrix-Codewort oder mehrere Matrix-Codewörter aus einem geeigneten Vektor-Codebuch oder aus geeigneten mehreren Vektor-Codebüchern durch rekursives Anwenden einer geeigneten Transformation auf das Vektor-Codebuch/die Vektor-Codebücher erzeugt, aus denen der Empfänger ein Matrix-Codebuch oder Matrix-Codebücher aus einem erzeugten Matrix-Codewort oder mehreren erzeugten Matrix-Codewörtern erzeugt.
System nach Anspruch 20, bei dem der Empfänger einen Codebuch-Erzeuger aufweist, um das eine Matrix-Codewort oder die mehreren Matrix-Codewörter aus den Vektor-Codebüchern zu erzeugen, basierend wenigstens teilweise auf einer Anzahl von Sendeantennen (N_t) an einem entfernten Sender und einer Anzahl räumlicher Kanäle (N_s), die von dem entfernten Sender über die Vielzahl der Antennen gesendet werden.
System nach Anspruch 21, bei dem der Codebuch-Erzeuger ein Vektor-Codebuch oder mehrere Vektor-Codebücher auswählt, die zum Erzeugen wenigstens eines Teils des Matrix-Codeworts geeignet sind, und rekursiv die geeignete Transformation auf jedem der ausgewählten Vektor-Codebücher anwendet, beginnend von einer niedrigsten Dimension zu Null oder mehr höheren Dimensionen, um das Matrix-Codewort zu erzeugen.
System nach Anspruch 22, bei dem die geeignete Transformation eine Householder-Spiegelung ist.
System nach Anspruch 23, bei dem, um ein 4×3-Matrix-Codewort zu erzeugen, der Codebuch-Erzeuger rekursiv Vektor-Codebücher für 2-, 3- und 4-Einheitsvektoren der Householder-Spiegelung unterwirft, um das Matrix-Codewort zu erzeugen.
System nach Anspruch 23, bei dem, um ein 4×3-Matrix-Codewort zu erzeugen, der Codebuch-Erzeuger rekursiv Vektor-Codebücher für 3- und 4-Einheitsvektoren der Householder-Spiegelung unterwirft, um das Matrix-Codewort zu erzeugen.