專利名稱：多輸入多輸出無線系統(tǒng)的時(shí)空處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及無線通信技術(shù)，具體涉及利用發(fā)射機(jī)中多個(gè)天線和接收機(jī)中多個(gè)天線的無線通信系統(tǒng)，所謂的MIMO(多輸入多輸出)系統(tǒng)。
本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員都知道，與單天線系統(tǒng)(即，單天線到單天線或多天線到單天線的系統(tǒng))比較，MIMO系統(tǒng)可以獲得極大提高的容量。然而，為了獲得這種提高，最好是，有一個(gè)足夠散射的環(huán)境，因此，到達(dá)多個(gè)接收天線的各種信號中多數(shù)是非相關(guān)的。若多個(gè)信號有某種程度的相關(guān)，且忽略這種相關(guān)，則性能下降和容量減小。
我們發(fā)明一種在MIMO系統(tǒng)中開發(fā)信號的方法，即使存在一些相關(guān)，仍能得到那個(gè)相關(guān)水平信道可以獲得的大部分性能和容量。按照本發(fā)明的原理，對各個(gè)天線發(fā)射的信號進(jìn)行處理，以提高接收機(jī)從接收信號中提取它們的能力。更具體地說，在同時(shí)發(fā)射多個(gè)不同加權(quán)的每個(gè)比特流時(shí)，調(diào)整同時(shí)發(fā)射的比特流數(shù)目(例如，減少)，它與相關(guān)水平有關(guān)。把不同加權(quán)的每個(gè)比特流進(jìn)行組合，給每個(gè)天線產(chǎn)生一個(gè)組合的加權(quán)信號，所謂的“發(fā)射矢量”。接收機(jī)處理接收的信號是按照與到達(dá)接收天線的所有信號都是非相關(guān)的相同方法。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，權(quán)重矢量是由利用正向鏈路信道性質(zhì)的正向信道發(fā)射機(jī)確定的，正向鏈路發(fā)射機(jī)所以知道這些信道性質(zhì)，是由于反向鏈路發(fā)射機(jī)從正向鏈路接收機(jī)發(fā)射的。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，權(quán)重矢量是由利用正向鏈路信道性質(zhì)的正向信道接收機(jī)確定的，正向鏈路發(fā)射機(jī)所以知道這些確定的權(quán)重矢量，是由于反向鏈路發(fā)射機(jī)從正向鏈路接收機(jī)發(fā)射的。
用于確定權(quán)重矢量的信道性質(zhì)可以包括從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的信道響應(yīng)和接收機(jī)中測得的噪聲和干擾協(xié)方差矩陣。
在這些附圖中


圖1表示典型的發(fā)射機(jī)部分，用于開發(fā)MIMO系統(tǒng)中發(fā)射的信號；即使存在一些相關(guān)，按照本發(fā)明原理得到那個(gè)相關(guān)水平信道可以獲得的大部分性能和容量；圖2表示按照本發(fā)明原理安排的MIMO系統(tǒng)中典型的接收機(jī)部分；圖3以流程圖形式表示一個(gè)典型過程，用于開發(fā)MIMO系統(tǒng)中發(fā)射的信號；即使存在一些相關(guān)，按照本發(fā)明原理得到那個(gè)相關(guān)水平信道可以獲得的大部分性能和容量；圖4以流程圖形式表示另一個(gè)典型過程，用于開發(fā)MIMO系統(tǒng)中發(fā)射的信號；即使存在一些相關(guān)，按照本發(fā)明原理得到那個(gè)相關(guān)水平信道可以獲得的大部分性能和容量。
以下僅僅說明本發(fā)明的原理。因此可以理解，本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員能夠設(shè)計(jì)出各種裝置，雖然此處沒有給以明確地描述或展示這些裝置，但是它們體現(xiàn)了本發(fā)明的原理，應(yīng)當(dāng)包括在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。而且，此處敘述的所有例子和條件語言主要是為了便于讀者理解本發(fā)明的原理和發(fā)明者發(fā)展該方法而提出的概念，所以不應(yīng)當(dāng)局限于這些具體敘述的例子和條件。此外，此處敘述本發(fā)明原理，特征，和實(shí)施例以及具體例子的所有聲明包含結(jié)構(gòu)和功能兩個(gè)方面的內(nèi)容。而且，這些內(nèi)容包括當(dāng)前已知的和未來開發(fā)的內(nèi)容，即，任何完成相同功能的要素，它與結(jié)構(gòu)無關(guān)。
因此，本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員可以理解，例如，此處的方框圖代表體現(xiàn)本發(fā)明原理的說明性電路的基本概念。類似地，可以理解，任何的流程圖，狀態(tài)轉(zhuǎn)變圖，偽代碼，等等代表各種過程，它們可以用計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)表示并被計(jì)算機(jī)或處理器執(zhí)行，與是否明顯地畫出這些計(jì)算機(jī)或處理器無關(guān)。
圖中所表示的各個(gè)單元的功能，包括標(biāo)記為“處理器”的功能塊，可以通過利用專用的硬件以及能夠執(zhí)行相關(guān)軟件的硬件來提供。若由處理器提供，則這些功能可以由單個(gè)專用處理器，單個(gè)共享處理器，或多個(gè)單獨(dú)處理器(其中一些是共享處理器)來提供。此外，明確使用術(shù)語“處理器”或“控制器”不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是專指能夠執(zhí)行軟件的硬件，而可以暗示地包括數(shù)字信號處理器(DSP)硬件，存儲軟件的只讀存儲器(ROM)，隨機(jī)存取存儲器(RAM)，和非易失性存儲器。還可以包括普通的和/或定制的其他硬件。類似地， 圖中所表示的任何開關(guān)只是概念化的。它們的功能可以通過運(yùn)行程序邏輯，通過專用邏輯，通過程序控制與專用邏輯的相互作用，或甚至是通過人工操作來實(shí)現(xiàn)，可以根據(jù)上下文更具體地理解操作員可選擇的特定方法。
在權(quán)利要求書中，表示完成特定功能裝置的任何單元可以包括完成該功能的任何方法，例如，包括a)完成該功能的電路單元組合，或b)任何形式的軟件(它包括固件，微碼，等等)，它與執(zhí)行那個(gè)軟件以完成該功能的適當(dāng)電路組合。按照權(quán)利要求書確定的本發(fā)明是基于這樣一個(gè)事實(shí)，把各種所述裝置提供的功能按照權(quán)利要求書的要求組合在一起。因此，申請人把能夠提供那些功能的任何裝置看成是與此處所表示的那些功能相當(dāng)。
圖1表示典型的發(fā)射機(jī)部分，用于開發(fā)MIMO系統(tǒng)中發(fā)射的信號；該系統(tǒng)有帶N個(gè)發(fā)射天線的發(fā)射機(jī)，通過正向信道發(fā)射到有L個(gè)接收天線和反向信道的接收機(jī)，反向信道用于從所述接收機(jī)傳輸給所述發(fā)射機(jī)；即使存在一些相關(guān)，按照本發(fā)明原理得到那個(gè)相關(guān)水平信道可以獲得的大部分性能和容量。圖1中所表示的是a)去復(fù)用器(demux)101；b)天線信號開發(fā)器103，包括天線信號開發(fā)器103-1至103-N；c)權(quán)重供給器105；d)N個(gè)天線107，包括天線107-1至107-N；e)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)115，包括115-1至115-N；和f)上變頻器117，包括上變頻器117-1至117-N。
去復(fù)用器101把數(shù)據(jù)流作為輸入，并提供輸入數(shù)據(jù)流的各個(gè)比特給每個(gè)子數(shù)據(jù)流，作為輸出的子數(shù)據(jù)流。一個(gè)子數(shù)據(jù)流可以由去復(fù)用器101提供給N個(gè)輸出中的一個(gè)輸出。然而，當(dāng)可以發(fā)射的非相關(guān)信號數(shù)目減少時(shí)，同時(shí)發(fā)射的比特流數(shù)目也減少，使它與可以發(fā)射的非相關(guān)信號數(shù)目相匹配。在這種情況下，所用的具體輸出是由操作員決定。例如，僅僅利用前Y個(gè)輸出，其中Y是可以發(fā)射的非相關(guān)信號數(shù)目。
每個(gè)子數(shù)據(jù)流提供給對應(yīng)的一個(gè)天線信號開發(fā)器103。每個(gè)天線信號開發(fā)器103包括權(quán)重塊109-1至109-N中的一個(gè)權(quán)重塊和加法器111-1至111-N中的一個(gè)加法器。在每個(gè)天線信號開發(fā)器103內(nèi)，子數(shù)據(jù)流提供給一個(gè)權(quán)重塊109內(nèi)的每個(gè)乘法器113。
權(quán)重供給器105提供權(quán)重值給每個(gè)乘法器113。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，響應(yīng)于經(jīng)反向信道從接收機(jī)(未畫出)接收的信息，權(quán)重供給器105實(shí)際上開發(fā)權(quán)重值。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，權(quán)重值是在接收機(jī)中開發(fā)的，然后經(jīng)反向信道提供給發(fā)射機(jī)，在需要這些權(quán)重值之前，它們是存儲在權(quán)重供給器105中。以下描述按照本發(fā)明一個(gè)方面開發(fā)權(quán)重的過程。
每個(gè)乘法器113用它接收到的權(quán)重乘以它接收到的子數(shù)據(jù)流。形成的乘積提供給對應(yīng)的一個(gè)加法器111。更具體地說，每個(gè)權(quán)重塊109中第R個(gè)乘法器形成的乘積提供給第R個(gè)加法器111，其中R的范圍是從1至N。對于沒有子數(shù)據(jù)流的那些乘法器，操作員可以利用任何的方法，它們的輸出保證為零(0)。
每個(gè)加法器111把輸入給它的信號相加，并把形成的和值作為輸出提供給它相關(guān)的一個(gè)DAC 115。每個(gè)DAC 115得到它從一個(gè)加法器111接收的數(shù)字信號，并把它轉(zhuǎn)變成模擬基帶信號。每個(gè)DAC 115產(chǎn)生的模擬基帶信號提供給對應(yīng)的一個(gè)上變頻器117，它上變頻基帶模擬信號成射頻信號。上變頻器117產(chǎn)生的射頻信號提供給對應(yīng)的一個(gè)天線107，用于廣播給接收機(jī)。
圖2表示按照本發(fā)明原理安排的MIMO系統(tǒng)中典型的接收機(jī)部分。圖2中所表示的是a)L個(gè)天線，包括天線201-1至201-L；b)下變頻器203，包括下變頻器203-1至203-L；c)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)205，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器205-1至205-L；d)估算干擾協(xié)方差矩陣和信道響應(yīng)單元207；e)任選的權(quán)重計(jì)算器209；和f)任選的開關(guān)211。
每個(gè)天線201接收無線電信號，并把其電信號提供給它各自相關(guān)的一個(gè)下變頻器203。每個(gè)下變頻器203下變頻它接收的信號成基帶信號，并把形成的基帶信號提供給它相關(guān)的一個(gè)ADC 205。每個(gè)ADC205把它接收的基帶模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字表示，并把該數(shù)字表示提供給估算干擾協(xié)方差矩陣和信道響應(yīng)單元207。
估算干擾協(xié)方差矩陣和信道響應(yīng)單元207按照常規(guī)的方法開發(fā)干擾協(xié)方差矩陣估算和正向矩陣信道響應(yīng)估算。請注意，矩陣是需要的，因?yàn)橛卸鄠€(gè)發(fā)射天線和多個(gè)接收天線。
干擾協(xié)方差矩陣估算和正向矩陣信道響應(yīng)估算提供給任選的權(quán)重計(jì)算器209，或者，它們可以經(jīng)反向信道提供給發(fā)射機(jī)(圖1)。若干擾協(xié)方差矩陣估算和正向矩陣信道響應(yīng)估算是提供給權(quán)重計(jì)算器209，則按照本發(fā)明的一個(gè)方面，由權(quán)重計(jì)算器確定所要用到的權(quán)重值，如以下所描述的，并經(jīng)反向信道把形成的權(quán)重值提供給發(fā)射機(jī)(圖1)。
圖3以流程圖形式表示一個(gè)典型過程，用于開發(fā)MIMO系統(tǒng)中發(fā)射的信號；該系統(tǒng)有帶N個(gè)發(fā)射天線的發(fā)射機(jī)，通過正向信道發(fā)射到有L個(gè)接收天線和反向信道的接收機(jī)，反向信道用于從所述接收機(jī)傳輸給所述發(fā)射機(jī)；即使存在一些相關(guān)，按照本發(fā)明原理得到那個(gè)相關(guān)水平的信道可以獲得的大部分性能和容量。圖3的過程可以用在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該實(shí)施例利用圖1和圖2中的硬件，利用連接到估算干擾協(xié)方差矩陣和信道響應(yīng)單元207的開關(guān)211，以及如下所描述的通信協(xié)議。首先，需要確定信道特性是穩(wěn)定的時(shí)間長度。這通常是在開發(fā)該系統(tǒng)的系統(tǒng)工程階段完成的，本領(lǐng)域一般專業(yè)人員都明白，其中利用部署該系統(tǒng)的環(huán)境測量結(jié)果。一旦知道信道特性是穩(wěn)定的時(shí)間長度，把那個(gè)時(shí)間長度考慮為1幀，再把1幀分成多個(gè)時(shí)隙。每幀有一個(gè)前置碼，它可以占用一個(gè)或多個(gè)時(shí)隙。幀以及時(shí)隙在性質(zhì)上是重復(fù)的。
圖3中的過程是在每幀開始時(shí)進(jìn)入步驟301。接著，在步驟303，在接收機(jī)中確定干擾協(xié)方差矩陣KN和信道響應(yīng)H，例如，在正向鏈路接收機(jī)中，如干擾協(xié)方差矩陣和信道響應(yīng)單元207(圖2)。此后，在步驟305(圖3)，干擾協(xié)方差矩陣KN和信道響應(yīng)H是由正向鏈路的接收機(jī)提供給正向鏈路的發(fā)射機(jī)，例如，經(jīng)過反向信道。
在步驟307，例如，由權(quán)重供給器105(圖1)計(jì)算權(quán)重Wi=[Wi1,…,WiN]，其中i的范圍是從1至N的整數(shù)。更具體地說，按照如下方法計(jì)算權(quán)重。
首先，求解矩陣方程H+(KN)H=U+Λ2U，其中a)H是信道響應(yīng)矩陣；b)H+是信道響應(yīng)矩陣H的共軛轉(zhuǎn)置，+是熟知的共軛轉(zhuǎn)置符號；c)KN是干擾協(xié)方差矩陣；d)U是單位矩陣，該矩陣的每列是H+(KN)H的本征矢量；e)Λ是對角矩陣，定義成Λ=diag(λ1,…,λM)，其中λ1,…,λM是H+(KN)H的每個(gè)本征值，M是非零本征值的最大數(shù)目，它相當(dāng)應(yīng)于實(shí)際可以使用的子數(shù)據(jù)流數(shù)目；和f)U+是矩陣U的共軛轉(zhuǎn)置。然后，通過求解ν的聯(lián)立方程 對本征值λ完成已知的所謂“注水(waterfilling)”，其中k的范圍是從1至M的整數(shù)指數(shù)；P是發(fā)射功率；+是一個(gè)算符；當(dāng)其宗量為負(fù)值時(shí)，它回到零(0)，而當(dāng)其宗量為正值時(shí)，它回到其宗量本身；和每個(gè) 是一個(gè)中間變量，代表每個(gè)權(quán)重矢量的功率。
定義一個(gè)新的矩陣φ,φ=U+diag( ，…， )U，其中diag指出，各個(gè) 安排成矩陣的主對角元素，所有其他的元素為零(0)。矩陣φ中的每列是歸一化(即，基于單位功率)的權(quán)重矢量，表示成φ=[z1,…,zN]，而權(quán)重矢量是由各個(gè)權(quán)重z組成的，zi=[zi1,…,ziN]?；诜峙浣o權(quán)重矢量的功率，通過去歸一化操作確定權(quán)重矢量wi=[Wi1,…,WiN]，其中各個(gè)權(quán)重是λ~izij,]]>j的范圍是從1至N的整數(shù)。
在步驟309，輸入數(shù)據(jù)流S(t)(圖1)被去復(fù)用器101分成N個(gè)子數(shù)據(jù)流S1,…,SN。在步驟311(圖3)，把每個(gè)數(shù)據(jù)流乘以各自的一個(gè)權(quán)重矢量Wi1,…,WiN。換句話說，每個(gè)特定數(shù)據(jù)流的每比特乘以它各自權(quán)重矢量中的每個(gè)權(quán)重，產(chǎn)生每個(gè)數(shù)據(jù)流的N個(gè)加權(quán)比特。
在步驟313，每個(gè)子數(shù)據(jù)流的加權(quán)比特是由每個(gè)天線加法器(例如，加法器111)進(jìn)行組合。其中，來自第一權(quán)重的每個(gè)子數(shù)據(jù)流產(chǎn)生的加權(quán)比特是在第一天線的加法器中相加，來自第二權(quán)重的每個(gè)子數(shù)據(jù)流產(chǎn)生的加權(quán)比特是在第二天線的加法器中相加，等等，如圖1所示。根據(jù)以上的討論顯而易見，數(shù)目大于M的任何子數(shù)據(jù)流為零，因?yàn)镸相當(dāng)于實(shí)際可以利用的子數(shù)據(jù)流數(shù)目。這些零子數(shù)據(jù)流對加法器111中產(chǎn)生的和值沒有貢獻(xiàn)。
然后，該過程在步驟315退出。
圖4以流程圖形式表示另一個(gè)典型過程，用于開發(fā)MIMO系統(tǒng)中發(fā)射的信號；該系統(tǒng)有帶N個(gè)發(fā)射天線的發(fā)射機(jī)，通過正向信道發(fā)射到有L個(gè)接收天線和反向信道的接收機(jī)，反向信道用于從所述接收機(jī)傳輸給所述發(fā)射機(jī)；即使存在一些相關(guān)，按照本發(fā)明原理得到那個(gè)相關(guān)水平信道可以獲得的大部分性能和容量。圖4的過程可以用于采用圖1和圖2中硬件的本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，利用連接到權(quán)重計(jì)算器209的開關(guān)211，以及結(jié)合圖3所描述的通信協(xié)議。請注意圖4的過程，圖1中的權(quán)重供給器105并不計(jì)算各個(gè)權(quán)重，而是僅僅存儲從權(quán)重計(jì)算器209接收到的權(quán)重，在需要時(shí)把它們提供給各個(gè)乘法器113。
圖4的過程是在每幀開始時(shí)進(jìn)入步驟401。接著，在步驟403，在接收機(jī)中確定干擾協(xié)方差矩陣KN和信道響應(yīng)H，例如，在正向鏈路接收機(jī)中，如干擾協(xié)方差矩陣和信道響應(yīng)單元207(圖2)。在步驟405，例如，由權(quán)重供給器105(圖1)計(jì)算權(quán)重wi=[Wi1,…,WiN]。更具體地說，按照如下方法計(jì)算各個(gè)權(quán)重。首先，求解矩陣方程H+(KN)H=U+Λ2U，其中a)H是信道響應(yīng)矩陣；b)H+是信道響應(yīng)矩陣H的共軛轉(zhuǎn)置，+是熟知的共軛轉(zhuǎn)置符號；c)KN是干擾協(xié)方差矩陣；
d)U是單位矩陣，該矩陣的每列是H+(KN)H的本征矢量；e)Λ是對角矩陣，定義成Λ=diag(λ1,…,λM)，其中λ1,…,λM是H+(KN)H的每個(gè)本征值，M是非零本征值的最大數(shù)目，它相當(dāng)應(yīng)于實(shí)際可以使用的子數(shù)據(jù)流數(shù)目；和f)U+是矩陣U的共軛轉(zhuǎn)置。然后，通過求解ν的聯(lián)立方程λ~k=(ν-1(λk)2)+]]>和Σkλ~k=P,]]>對本征值λ完成已知的所謂“注水操作”，其中k的范圍是從1至M的整數(shù)指數(shù)；P是發(fā)射功率；+是一個(gè)算符；當(dāng)其宗量為負(fù)值時(shí)，它回到零(0)，而當(dāng)其宗量為正值時(shí)，它回到其宗量本身；和每個(gè)λ是一個(gè)中間變量，代表每個(gè)權(quán)重矢量的功率。定義一個(gè)新的矩陣φ,φ=U+diag( ，…， )U，其中diag指出，各個(gè) 安排成矩陣的主對角元素，所有其他的元素為零(0)。矩陣φ中的每列是歸一化(即，基于單位功率)的權(quán)重矢量，表示成φ=[z1,…,zN]，而權(quán)重矢量是由各個(gè)權(quán)重z組成的，zi=[zi1,…,ziN]?；诜峙浣o權(quán)重矢量的功率，通過去歸一化操作確定權(quán)重矢量Wi=[Wi1,…,WiN]，其中各個(gè)權(quán)重是λ~izij,]]>j的范圍是從1至N的整數(shù)。
此后，在步驟407，確定的權(quán)重值是由正向鏈路的接收機(jī)提供給正向鏈路的發(fā)射機(jī)，例如，經(jīng)反向信道。把各個(gè)權(quán)重存儲在權(quán)重供給器105(圖1)中。
在步驟409(圖4)，輸入數(shù)據(jù)流S(t)(圖1)被去復(fù)用器101分成N個(gè)子數(shù)據(jù)流S1,…,SN。在步驟411(圖4)，把每個(gè)數(shù)據(jù)流乘以各自的一個(gè)權(quán)重矢量Wi1,…,WiN,其中i的范圍是從1至N的整數(shù)。換句話說，每個(gè)特定數(shù)據(jù)流的每比特乘以它各自權(quán)重矢量中的每個(gè)權(quán)重，產(chǎn)生每個(gè)數(shù)據(jù)流的N個(gè)加權(quán)比特。
在步驟413，每個(gè)子數(shù)據(jù)流的加權(quán)比特是由每個(gè)天線加法器(例如，加法器111)進(jìn)行組合。其中來自第一權(quán)重的每個(gè)子數(shù)據(jù)流產(chǎn)生的加權(quán)比特是在第一天線的加法器中相加，來自第二權(quán)重的每個(gè)子數(shù)據(jù)流產(chǎn)生的加權(quán)比特是在第二天線的加法器中相加，等等，如圖1中所示。根據(jù)以上的討論顯而易見，數(shù)目大于M的任何子數(shù)據(jù)流為零，因?yàn)镸相當(dāng)于實(shí)際可以利用的子數(shù)據(jù)流數(shù)目。這些零子數(shù)據(jù)流對加法器111中產(chǎn)生的和值沒有貢獻(xiàn)。
然后，該過程在步驟415退出。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，利用所謂的“時(shí)分雙工”(TDD)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的正向信道和反向信道分享單個(gè)信道，可以在無線鏈路的任何一端完成信道響應(yīng)的估算。這是因?yàn)檎蛐诺篮头聪蛐诺婪窒硐嗤念l率信道，在任何一個(gè)時(shí)間，兩個(gè)信道之間交替地利用這個(gè)頻率信道；只要正向信道與反向信道之間的時(shí)隙足夠地小，正向信道和反向信道的信道響應(yīng)是相同的。所以，反向信道接收機(jī)經(jīng)受與正向信道接收機(jī)相同的信道響應(yīng)，因此，反向鏈路接收機(jī)可以完成以前由正向鏈路接收機(jī)完成的所有信道估算。同樣，正向信道接收機(jī)經(jīng)受與反向信道接收機(jī)相同的信道響應(yīng)，因此，正向鏈路接收機(jī)可以完成以前由反向鏈路接收機(jī)完成的所有信道估算。
權(quán)利要求
1．一種在通信系統(tǒng)中發(fā)射信號的方法，該系統(tǒng)有帶N個(gè)發(fā)射天線的發(fā)射機(jī)，通過正向信道發(fā)射到有L個(gè)接收天線和反向信道的接收機(jī)，反向信道用于從所述接收機(jī)傳輸給所述發(fā)射機(jī)，其中所述L個(gè)接收天線中兩個(gè)或多個(gè)天線接收的信號中可能存在相關(guān)，該方法包括以下步驟確定獨(dú)立信號的數(shù)目，這些信號可以從所述N個(gè)發(fā)射天線發(fā)射到所述L個(gè)接收天線；根據(jù)數(shù)據(jù)流建立要發(fā)射的每個(gè)獨(dú)立信號的子數(shù)據(jù)流，這些獨(dú)立信號可以從所述N個(gè)發(fā)射天線發(fā)射到L個(gè)接收天線；利用N個(gè)權(quán)重給每個(gè)所述子數(shù)據(jù)流加權(quán)，所述N個(gè)發(fā)射天線中的每個(gè)天線有一個(gè)權(quán)重，用于產(chǎn)生每個(gè)子數(shù)據(jù)流的N個(gè)加權(quán)的子數(shù)據(jù)流；把從每個(gè)所述發(fā)射天線的每個(gè)所述子數(shù)據(jù)流產(chǎn)生的一個(gè)所述加權(quán)子數(shù)據(jù)流進(jìn)行組合，產(chǎn)生每個(gè)述發(fā)射天線的發(fā)射信號。
2．按照權(quán)利要求1的本發(fā)明，還包括步驟從各個(gè)所述天線發(fā)射所述發(fā)射信號。
3．按照權(quán)利要求1的本發(fā)明，還包括步驟經(jīng)所述反向信道接收所述權(quán)重。
4．按照權(quán)利要求1的本發(fā)明，其中所述權(quán)重是由所述發(fā)射機(jī)作為從所述接收機(jī)經(jīng)所述反向信道接收的信道信息和干擾協(xié)方差的函數(shù)確定的。
5．按照權(quán)利要求1的本發(fā)明，其中所述權(quán)重是通過求解矩陣方程H+(KN)H=U+Λ2U確定的，其中H是信道響應(yīng)矩陣，H+是所述信道響應(yīng)矩陣H的共軛轉(zhuǎn)置，KN是干擾協(xié)方差矩陣，U是單位矩陣，該矩陣的每一列是H+(KN)H的本征矢量，Λ是對角矩陣，定義成Λ=diag(λ1,…,λM)，其中λ1,…,λM是H+(KN)H的每個(gè)本征值，M是非零本征值的最大數(shù)目，它相應(yīng)于所述獨(dú)立信號的數(shù)目，和U+是矩陣U的共軛轉(zhuǎn)置；通過求解ν的聯(lián)立方程 對本征值λ完成注水操作，其中k的范圍是從1至M的整數(shù)指數(shù)；P是發(fā)射功率；+是一個(gè)算符；當(dāng)其宗量為負(fù)值時(shí)，它回到零(0)，而當(dāng)其宗量為正值時(shí)，它回到其宗量本身；和每個(gè) 是一個(gè)中間變量，代表每個(gè)權(quán)重矢量的功率；定義矩陣φ,φ=U+diag( ，…， )U，其中diag指出，各個(gè) 安排成矩陣的主對角元素；其中利用矩陣φ中的每列作為歸一化權(quán)重矢量，表示成φ=[z1,…,zN]，且所述歸一化權(quán)重矢量是由各個(gè)歸一化權(quán)重z組成的，zi=[zi1,…,ziN]，其中i的范圍是從1至N的整數(shù)；開發(fā)一個(gè)非歸一化權(quán)重矢量Wi=[Wi1,…,WiN]，其中每個(gè)所述權(quán)重是λ~izij,]]>j的范圍是從1至N的整數(shù)。
6．一種在通信系統(tǒng)中發(fā)射信號的設(shè)備，該系統(tǒng)有帶N個(gè)發(fā)射天線的發(fā)射機(jī)，通過正向信道發(fā)射到有L個(gè)接收天線和反向信道的接收機(jī)，反向信道用于從所述接收機(jī)傳輸給所述發(fā)射機(jī)，其中所述L個(gè)接收天線中兩個(gè)或多個(gè)天線接收的信號中可能存在相關(guān)，該設(shè)備包括確定獨(dú)立信號數(shù)目的裝置，這些獨(dú)立信號可以從所述N個(gè)發(fā)射天線發(fā)射到所述L個(gè)接收天線；根據(jù)數(shù)據(jù)流建立要發(fā)射的每個(gè)獨(dú)立信號的子數(shù)據(jù)流的裝置，這些獨(dú)立信號可以從所述N個(gè)發(fā)射天線發(fā)射到所述L個(gè)接收天線；利用N個(gè)權(quán)重給每個(gè)所述子數(shù)據(jù)流加權(quán)的裝置，所述N個(gè)發(fā)射天線中的每個(gè)天線有一個(gè)權(quán)重，用于產(chǎn)生每個(gè)子數(shù)據(jù)流的N個(gè)加權(quán)的子數(shù)據(jù)流；組合從每個(gè)所述發(fā)射天線的每個(gè)所述子數(shù)據(jù)流產(chǎn)生一個(gè)所述加權(quán)子數(shù)據(jù)流的裝置，用于產(chǎn)生每個(gè)天線的發(fā)射信號。
7．一種在通信系統(tǒng)中發(fā)射信號的設(shè)備，該系統(tǒng)有帶N個(gè)發(fā)射天線的發(fā)射機(jī)，通過正向信道發(fā)射到有L個(gè)接收天線和反向信道的接收機(jī)，反向信道用于從所述接收機(jī)傳輸給所述發(fā)射機(jī)，其中所述L個(gè)接收天線中兩個(gè)或多個(gè)天線接收的信號中可能存在相關(guān)，該設(shè)備包括確定獨(dú)立信號數(shù)目的裝置，這些獨(dú)立信號可以從所述N個(gè)發(fā)射天線發(fā)射到所述L個(gè)接收天線；根據(jù)數(shù)據(jù)流建立要發(fā)射的每個(gè)獨(dú)立信號的子數(shù)據(jù)流的裝置，這些獨(dú)立信號可以從所述N個(gè)發(fā)射天線發(fā)射到所述L個(gè)接收天線；利用N個(gè)權(quán)重給每個(gè)所述子數(shù)據(jù)流加權(quán)的裝置，所述N個(gè)發(fā)射天線中的每個(gè)天線有一個(gè)權(quán)重，用于產(chǎn)生每個(gè)子數(shù)據(jù)流的N個(gè)加權(quán)的子數(shù)據(jù)流；組合從每個(gè)所述發(fā)射天線的每個(gè)所述子數(shù)據(jù)流產(chǎn)生一個(gè)所述加權(quán)子數(shù)據(jù)流的裝置，用于產(chǎn)生每個(gè)天線的發(fā)射信號。
8．按照權(quán)利要求7的本發(fā)明，其中所述發(fā)射機(jī)包括開發(fā)所述權(quán)重的裝置。
9．按照權(quán)利要求7的本發(fā)明，其中所述發(fā)射機(jī)包括存儲所述權(quán)重的裝置。
10．按照權(quán)利要求7的本發(fā)明，其中所述接收機(jī)包括開發(fā)所述權(quán)重的裝置。
11．一種在通信系統(tǒng)中發(fā)射信號的發(fā)射機(jī)，該系統(tǒng)有帶N個(gè)發(fā)射天線的發(fā)射機(jī)，通過正向信道發(fā)射到有L個(gè)接收天線和反向信道的接收機(jī)，反向信道用于從所述接收機(jī)傳輸給所述發(fā)射機(jī)，其中所述L個(gè)接收天線中兩個(gè)或多個(gè)天線接收的信號中可能存在相關(guān)，該設(shè)備包括去復(fù)用器，根據(jù)數(shù)據(jù)流建立要發(fā)射的每個(gè)獨(dú)立信號的子數(shù)據(jù)流，這些獨(dú)立信號可以從所述N個(gè)發(fā)射天線發(fā)射到L個(gè)接收天線；乘法器，利用N個(gè)權(quán)重給每個(gè)所述子數(shù)據(jù)流加權(quán)，所述N個(gè)發(fā)射天線中每個(gè)天線有一個(gè)權(quán)重，用于產(chǎn)生每個(gè)子數(shù)據(jù)流的N個(gè)加權(quán)子數(shù)據(jù)流，每個(gè)所述權(quán)重至少是干擾協(xié)方差矩陣估算和所述發(fā)射機(jī)與所述接收機(jī)之間正向矩陣信道響應(yīng)估算的函數(shù)；和加法器，把從每個(gè)所述天線每個(gè)所述子數(shù)據(jù)流產(chǎn)生的一個(gè)所述子數(shù)據(jù)流進(jìn)行組合，產(chǎn)生每個(gè)所述發(fā)射天線的發(fā)射信號。
12．按照權(quán)利要求11的本發(fā)明，還包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于轉(zhuǎn)變每個(gè)所述組合的加權(quán)子數(shù)據(jù)流。
13．按照權(quán)利要求11的本發(fā)明，還包括上變頻器，用于轉(zhuǎn)變每個(gè)所述模擬轉(zhuǎn)換的組合加權(quán)子數(shù)據(jù)流到無線電頻率。
14．按照權(quán)利要求11的本發(fā)明，其中所述權(quán)重是在所述發(fā)射機(jī)中確定的，響應(yīng)于從所述接收機(jī)通過所述反向信道接收的所述干擾協(xié)方差矩陣估算和所述正向信道響應(yīng)估算。
15．按照權(quán)利要求11的本發(fā)明，其中所述權(quán)重是在所述接收機(jī)中確定的，并通過所述反向信道發(fā)射給所述發(fā)射機(jī)。
16．按照權(quán)利要求11的本發(fā)明，其中所述權(quán)重是由求解矩陣方程H+(KN)H=U+Λ2U確定的，其中H是信道響應(yīng)矩陣，H+是所述信道響應(yīng)矩陣H的共軛轉(zhuǎn)置，KN是干擾協(xié)方差矩陣，U是單位矩陣，該矩陣的每一列是H+(KN)H的本征矢量，Λ是對角矩陣，定義成Λ=diag(λ1,…,λM)，其中λ1,…,λM是H+(KN)H的每個(gè)本征值，M是非零本征值的最大數(shù)目，它相當(dāng)應(yīng)于所述獨(dú)立信號的數(shù)目，和U+是矩陣U的共軛轉(zhuǎn)置；通過求解ν的聯(lián)立方程 對本征值λ完成注水操作，其中k的范圍是從1至M的整數(shù)指數(shù)；P是發(fā)射功率；+是一個(gè)算符；當(dāng)其宗量為負(fù)值時(shí)，它回到零(0)，而當(dāng)其宗量為正值時(shí)，它回到其宗量本身；和每個(gè) 是一個(gè)中間變量，代表每個(gè)權(quán)重矢量的功率；定義矩陣φ,φ=U+diag( ，…， )U，其中diag指出，各個(gè) 安排成矩陣的主對角元素；其中利用矩陣φ中的每列作為歸一化權(quán)重矢量，表示成φ=[z1,…,zN]，且所述歸一化權(quán)重矢量是由各個(gè)歸一化權(quán)重z組成的，zi=[zi1,…,ziN]，i的范圍是從1至N的整數(shù)；開發(fā)一個(gè)非歸一化權(quán)重矢量Wi=[Wi1, …,wiN]，其中每個(gè)所述權(quán)重是λ~izij,]]>j的范圍是從1至N的整數(shù)。
17．按照權(quán)利要求11的本發(fā)明，其中所述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)利用時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)(TDD)進(jìn)行通信，所述權(quán)重是在利用正向信道響應(yīng)估算的所述發(fā)射機(jī)中確定的，正向信道響應(yīng)是由所述反向鏈路接收機(jī)為所述發(fā)射機(jī)而確定的。L個(gè)天線；L個(gè)下變頻器；估算器，用于確定所述接收機(jī)接收的正向信道的干擾協(xié)方差矩陣估算；和反向信道的發(fā)射機(jī)，用于發(fā)射所述干擾協(xié)方差矩陣估算到所述反向信道的接收機(jī)。
18．一種用在MIMO系統(tǒng)中的接收機(jī)，包括L個(gè)天線；L個(gè)下變頻器；估算器，用于確定所述接收機(jī)接收的正向信道的干擾協(xié)方差矩陣估算；
19．一種用在MIMO系統(tǒng)中的接收機(jī)，包括估算器，用于確定所述接收機(jī)接收的正向信道的信道響應(yīng)估算；反向信道的發(fā)射機(jī)，用于發(fā)射所述干擾協(xié)方差矩陣估算和所述信道響應(yīng)估算到所述反向信道的接收機(jī)。
20．一種用在MIMO系統(tǒng)中的接收機(jī)，包括估算器，用于確定所述接收機(jī)接收的正向信道的干擾協(xié)方差矩陣估算；估算器，用于確定所述接收機(jī)接收的正向信道的信道響應(yīng)估算；和權(quán)重計(jì)算器，用于計(jì)算所述正向信道發(fā)射機(jī)發(fā)射子數(shù)據(jù)流到所述接收機(jī)所用的權(quán)重，作為所述接收機(jī)接收的正向信道干擾協(xié)方差矩陣所述估算和所述接收機(jī)接收的正向信道信道響應(yīng)所述估算的函數(shù)。
21．按照權(quán)利要求20的本發(fā)明，還包括反向信道的發(fā)射機(jī)，用于發(fā)射所述權(quán)重到所述反向信道的接收機(jī)。
22．一種用在MIMO系統(tǒng)中的接收機(jī)，包括L個(gè)天線；L個(gè)下變頻器；估算器，用于確定所述接收機(jī)接收的正向信道的干擾協(xié)方差矩陣估算；估算器，用于確定所述接收機(jī)接收的正向信道的信道響應(yīng)估算；計(jì)算權(quán)重的權(quán)重計(jì)算器，所述正向信道的發(fā)射機(jī)用于發(fā)射子數(shù)據(jù)流到所述接收機(jī)，所述權(quán)重是在所述權(quán)重計(jì)算器中通過以下方法確定的求解矩陣方程H+(KN)H=H+Λ2U，其中H是信道響應(yīng)矩陣，H+是所述信道響應(yīng)矩陣H的共軛轉(zhuǎn)置，KN是干擾協(xié)方差矩陣，U是單位矩陣，該矩陣的每一列是H+(KN)H的本征矢量，Λ是對角矩陣，定義成Λ=diag(λ1,…,λM)，其中λ1,…,λM是H+(KN)H的每個(gè)本征值，M是非零本征值的最大數(shù)目，它相當(dāng)應(yīng)于所述獨(dú)立信號的數(shù)目，和U+是矩陣U的共軛轉(zhuǎn)置；通過求解ν的聯(lián)立方程λ~k=(ν-1(λk)2)+]]>和Σkλ~k=P,]]>對本征值λ完成注水操作，其中k的范圍是從1至M的整數(shù)指數(shù)；P是發(fā)射功率；+是一個(gè)算符；當(dāng)其宗量為負(fù)值時(shí)，它回到零(0)，而當(dāng)其宗量為正值時(shí)，它回到其宗量本身；和每個(gè) 是一個(gè)中間變量，代表每個(gè)權(quán)重矢量的功率；定義矩陣φ,φ=U+diag( ，…， )U，其中diag指出，各個(gè) 安排成矩陣的主對角元素；其中利用矩陣φ中的每列作為歸一化權(quán)重矢量，表示成φ=[z1,…,zN]，且所述歸一化權(quán)重矢量是由各個(gè)歸一化權(quán)重z組成的，zi=[zi1,…,ziN]，i的范圍是從1至N的整數(shù)；開發(fā)一個(gè)非歸一化權(quán)重矢量wi=[wi1,…,wiN]，其中每個(gè)所述權(quán)重是λ~izij,]]>j的范圍是從1至N的整數(shù)。
23．一種確定通信系統(tǒng)中發(fā)射信號所用權(quán)重的方法，該系統(tǒng)有帶N個(gè)發(fā)射天線的發(fā)射機(jī)，通過正向信道發(fā)射到有L個(gè)接收天線和反向信道的接收機(jī)，反向信道用于從所述接收機(jī)傳輸給所述發(fā)射機(jī)，其中所述L個(gè)接收天線中兩個(gè)或多個(gè)天線接收的信號中可能存在相關(guān)，該方法包括以下步驟確定可以從所述N個(gè)發(fā)射天線發(fā)射到所述L個(gè)天線的獨(dú)立信號數(shù)目M，這是通過確定從數(shù)據(jù)導(dǎo)出的子數(shù)據(jù)流權(quán)重的過程，它經(jīng)所述N個(gè)天線發(fā)射作為形成所述信號的一部分，其中所述權(quán)重是如下確定的求解矩陣方程H+(KN)H=H+Λ2U，其中H是信道響應(yīng)矩陣，H+是所述信道響應(yīng)矩陣H的共軛轉(zhuǎn)置，KN是干擾協(xié)方差矩陣，U是單位矩陣，該矩陣的每一列是H+(KN)H的本征矢量，Λ是對角矩陣，定義成Λ=diag(λ1,…, λM)，其中λ1, …,λM是H+(KN)H的每個(gè)本征值，M是非零本征值的最大數(shù)目，它相當(dāng)應(yīng)于所述獨(dú)立信號的數(shù)目，和U+是矩陣U的共軛轉(zhuǎn)置；通過求解ν的聯(lián)立方程λ~k=(ν-1(λk)2)+]]>和Σkλ~k=P,]]>對本征值λ完成注水操作，其中k的范圍是從1至M的整數(shù)指數(shù)；P是發(fā)射功率；+是一個(gè)算符；當(dāng)其宗量為負(fù)值時(shí)，它回到零(0)，而當(dāng)其宗量為正值時(shí)，它回到其宗量本身；和每個(gè) 是一個(gè)中間變量，代表每個(gè)權(quán)重矢量的功率；定義矩陣φ,φ=U+diag( ，…， )U，其中diag指出，各個(gè) 安排成矩陣的主對角元素；其中利用矩陣φ中的每列作為歸一化權(quán)重矢量，表示成φ=[z1,…,zN]，且所述歸一化權(quán)重矢量是由各個(gè)歸一化權(quán)重z組成的，zi=[zi1,…,ziN]，i的范圍是從1至N的整數(shù)；開發(fā)一個(gè)非歸一化權(quán)重矢量wi=[wi1,…,wiN]，其中每個(gè)所述權(quán)重是λ~izij,]]>j的范圍是從1至N的整數(shù)。
全文摘要
在MIMO系統(tǒng)中,對各個(gè)天線發(fā)射的信號進(jìn)行處理,即使存在一些相關(guān),可以提高接收機(jī)從接收的信號中提取它們的能力。更具體地說,在同時(shí)發(fā)射多個(gè)不同加權(quán)的每個(gè)比特流時(shí),調(diào)整同時(shí)發(fā)射的比特流數(shù)目(例如,減少),它與相關(guān)水平有關(guān)。把不同加權(quán)的每個(gè)比特流進(jìn)行組合,產(chǎn)生一個(gè)組合的加權(quán)信號。接收機(jī)處理接收的信號是按照與到達(dá)接收天線的所有信號是非相關(guān)的相同方法。權(quán)重矢量可以由利用正向鏈路信道性質(zhì)的正向信道發(fā)射機(jī)確定。
文檔編號H04B1/10GK1304218SQ0110131
公開日2001年7月18日 申請日期2001年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月13日
發(fā)明者杰拉德·J·佛西尼, 安吉拉·勒扎諾, 法勒克·拉西德－法勒凱, 萊納爾德·A·瓦林爵拉 申請人:朗迅科技公司