專利名稱：用于無線通信的系統(tǒng)、方法、設(shè)備和計(jì)算機(jī)程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于無線通信的系統(tǒng)、設(shè)備、方法、和計(jì)算機(jī)程序，其用來實(shí)現(xiàn)如在無線局域網(wǎng)(LAN)中典型執(zhí)行的、在多個(gè)無線節(jié)點(diǎn)或終端之間的寬帶無線傳輸。具體地說，本發(fā)明涉及這樣的用于無線通信的系統(tǒng)、設(shè)備、方法和計(jì)算機(jī)程序，其通過使用多個(gè)邏輯信道執(zhí)行多輸入多輸出(MIMO)通信來增加通信容量，這些邏輯信道是通過采用空間復(fù)用在一對(duì)具有多個(gè)天線的發(fā)射器和具有多個(gè)天線的接收器之間形成的。
更具體地說，本發(fā)明涉及這樣的用于無線通信的系統(tǒng)、設(shè)備、方法和計(jì)算機(jī)程序，其利用以發(fā)射天線和接收天線對(duì)的信道為元素的信道矩陣的奇異值分解(SVD)，執(zhí)行閉環(huán)MIMO傳輸，并且本發(fā)明特別涉及這樣的用于無線通信的系統(tǒng)、設(shè)備、方法和計(jì)算機(jī)程序，其以較少數(shù)量的、對(duì)于信道矩陣的SVD處理所需的高負(fù)荷計(jì)算來實(shí)現(xiàn)SVD-MIMO通信。
背景技術(shù)：
共享信息資源和設(shè)備資源可以通過以LAN為代表的計(jì)算機(jī)連網(wǎng)來高效地實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在，作為將用戶從傳統(tǒng)有線LAN中的電纜連線當(dāng)中解放出來的系統(tǒng)，無線LAN受到關(guān)注。由于無線LAN可以免除諸如辦公室的工作空間中的大部分連線電纜，因此可以更容易地移動(dòng)諸如個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)的通信終端。
近來，由于無線LAN的速度提高和成本降低，對(duì)無線LAN的需求顯著增長(zhǎng)。特別地，人們認(rèn)為他們將采用個(gè)人區(qū)域網(wǎng)(PAN)，也就是，采用在生活環(huán)境中常用的多個(gè)電子設(shè)備構(gòu)建小規(guī)模無線網(wǎng)絡(luò)，以便進(jìn)行信息通信。根據(jù)日本無線電規(guī)定，可以在準(zhǔn)許使用而無需主管機(jī)構(gòu)的許可證的特定頻帶例如2.4GHz和5GHz頻帶中使用不同的無線通信系統(tǒng)和設(shè)備。
用于無線連網(wǎng)的典型標(biāo)準(zhǔn)包括IEEE(電氣和電子工程師協(xié)會(huì))802.11(例如，參見國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC 8802-111999(E) ANSI/IEEE標(biāo)準(zhǔn)802.11，1999版本，第11部分無線LAN介質(zhì)訪問控制(MAC)和物理層(PHY)規(guī)范)、HiperLAN/2(例如，參見ETSI標(biāo)準(zhǔn)ETSI TS 101761-1 V.1.3.1寬帶無線接入網(wǎng)絡(luò)(BRAN)；HIPERLAN類型2；數(shù)據(jù)鏈路控制(DLC)層；第1部分基本數(shù)據(jù)傳輸功能，或者ETSI TS 101761-2 V1.3.1寬帶無線接入網(wǎng)絡(luò)(BRAN)；HIPERLAN類型 2；數(shù)據(jù)鏈路控制(DLC)層；第2部分無線鏈路控制(RLC)子層)、IEEE302.15.3、藍(lán)牙通信等。對(duì)于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)不同的無線通信系統(tǒng)和所采用的頻帶，還存在其增強(qiáng)版本IEEE 802.11a(例如，參見對(duì)信息技術(shù)IEEE標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充-系統(tǒng)之間的無線電通信和信息交換-局域網(wǎng)和城區(qū)網(wǎng)-特定要求-第11部分無線LN介質(zhì)訪問控制(MAC)和物理層(PHY)規(guī)范5GHz頻帶中的高速物理層)、802.11b和802.11g。
IEEE 802.11a標(biāo)準(zhǔn)支持實(shí)現(xiàn)高達(dá)54Mbps的通信速度的調(diào)制方案。然而，需要另外的可實(shí)現(xiàn)通信速度的更高比特速率的標(biāo)準(zhǔn)。例如，IEEE 802.11n旨在開發(fā)允許高于100Mbps的有效吞吐量并且建立下一代無線LAN標(biāo)準(zhǔn)的無線LAN技術(shù)。
作為一種用于實(shí)現(xiàn)更高速無線通信的技術(shù)，MIMO通信受到關(guān)注?；诎l(fā)射器和接收器都具有多個(gè)天線元件從而創(chuàng)建空間復(fù)用傳輸信道(以下被稱作“MIMO信道”)的MIMO系統(tǒng)，MIMO技術(shù)實(shí)現(xiàn)了傳輸容量和通信速度的增強(qiáng)。由于MIMO通信采用空間復(fù)用，因此它高效地利用頻帶。
MIMO通信方案是這樣的，即，在發(fā)射器處將單獨(dú)的發(fā)射數(shù)據(jù)流分配到多個(gè)天線上的副載波，在多個(gè)虛擬MIMO信道上發(fā)射這些副載波，并且在接收器處，處理由其多個(gè)天線接收的副載波，并且解碼成接收數(shù)據(jù)。不同于發(fā)射器和接收器處的簡(jiǎn)單自適應(yīng)天線陣列，該通信方案采用信道特性。
圖4在概念上示出了MIMO通信系統(tǒng)。如這里所示，發(fā)射器和接收器都配備有多個(gè)天線。在發(fā)射器處，對(duì)多個(gè)發(fā)射數(shù)據(jù)流進(jìn)行空間-時(shí)間編碼，復(fù)用，并且分配到M個(gè)天線上的副載波，并且在多個(gè)MIMO信道上發(fā)射這些副載波。在接收器處，對(duì)通過信道由N個(gè)天線接收的副載波進(jìn)行時(shí)間-空間解碼，以得到接收數(shù)據(jù)。該信道模型包括發(fā)射器周圍的無線環(huán)境(轉(zhuǎn)移函數(shù))、信道空間結(jié)構(gòu)(轉(zhuǎn)移函數(shù))、以及接收器周圍的無線環(huán)境(轉(zhuǎn)移函數(shù))。雖然當(dāng)將發(fā)射信號(hào)復(fù)用到副載波中并且從發(fā)射天線發(fā)射副載波時(shí)發(fā)生串?dāng)_，但是可以在接收器處通過信號(hào)處理將所接收的復(fù)用副載波分離成各個(gè)適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)流，而沒有串?dāng)_。
雖然已經(jīng)提出了MIMO傳輸配置的各種方案，但是如何根據(jù)天線的配置在發(fā)射器和接收器之間傳遞信道信息是一個(gè)重要的實(shí)現(xiàn)問題。
為了傳遞信道信息，以僅僅一種方式將已知信息(前置信息)從發(fā)射器發(fā)射到接收器的方法是容易的。在這種情況下，發(fā)射器和接收器相互獨(dú)立地執(zhí)行空間復(fù)用傳輸；這被稱作開環(huán)MIMO傳輸方案。另外，該方法的演化類型是閉環(huán)MIMO傳輸方案，其中通過從接收器到發(fā)射器的前置信息反饋，創(chuàng)建在空間上正交的理想信道。
開環(huán)MIMO傳輸方案的示例是垂直貝爾實(shí)驗(yàn)室分層空間時(shí)間(V-BLAST)方案(例如，參見JP-A(已公布但未審查的專利申請(qǐng))H10-84324)。發(fā)射器簡(jiǎn)單地將信號(hào)復(fù)用到每個(gè)發(fā)射天線上的副載波中，并且發(fā)射副載波，而沒有向副載波分派天線加權(quán)因數(shù)矩陣。換句話說，免除了用于獲取天線加權(quán)因數(shù)矩陣的反饋過程。在發(fā)射復(fù)用副載波之前，發(fā)射器例如以分時(shí)方式將用于信道估計(jì)的訓(xùn)練信號(hào)插入到每個(gè)天線上的數(shù)據(jù)流中。另一方面，在接收器處，信道估計(jì)部件使用訓(xùn)練信號(hào)執(zhí)行信道估計(jì)，并且針對(duì)每個(gè)天線對(duì)計(jì)算信道信息矩陣H。通過巧妙地組合零強(qiáng)制(zero-forcing)和消除(cancellation)，利用由于消除而產(chǎn)生的、由天線提供的空間自由度來增強(qiáng)接收信號(hào)信噪比，并且提高解碼概率。
作為閉環(huán)MIMO傳輸?shù)睦硐胄问?，使用傳播路徑函?shù)的SVD的SVD-MMO方案是公知的(例如，參見http://radio3.ee.uec.ac.jp/MIMO(IEICE_TS).pdf(從2003年10月24日起))。
圖5在概念上示出了SVD-MIMO傳輸系統(tǒng)。在SVD-MIMO傳輸中，通過以每個(gè)天線對(duì)的信道信息為元素的數(shù)值矩陣即信道信息矩陣H的奇異值分解來獲得UDVH。將作為發(fā)射器處的天線加權(quán)因數(shù)的矩陣的V分派給發(fā)射天線上的副載波，并且將作為接收器處的天線加權(quán)因數(shù)的矩陣的UH分派給由接收天線接收的副載波。因此，將MIMO信道表示為以每個(gè)信道的特征值λi的平方根為對(duì)角元素的對(duì)角矩陣D，并且可以傳輸信號(hào)的復(fù)用副載波，而根本不遭受串?dāng)_。在這種情況下，在發(fā)射和接收兩側(cè)，都可以實(shí)現(xiàn)通過空間劃分或者確切地說空間正交復(fù)用而形成的、在邏輯上獨(dú)立的多個(gè)信道。
通過SVD-MIMO傳輸方案，在理論上有可能實(shí)現(xiàn)最大通信容量；例如，如果發(fā)射器和接收器各自具有兩個(gè)天線，則傳輸容量最大將加倍。
現(xiàn)在詳細(xì)討論SVD-MIMO傳輸方案的機(jī)制。如果發(fā)射器具有M個(gè)天線，則將發(fā)射信號(hào)x表示為M×1向量集；如果接收器具有N個(gè)天線，則將接收信號(hào)y表示為M×1向量集。在這種情況下，將信道特性表示為N×M的數(shù)值矩陣，即信道矩陣H。信道矩陣H的元素hij對(duì)應(yīng)于從第j發(fā)射天線到第i接收天線的轉(zhuǎn)移函數(shù)。如在下面方程式(1)中所表達(dá)的那樣，通過將信道信息矩陣乘以發(fā)射信號(hào)向量并且將噪聲向量n加到該乘積，獲得接收信號(hào)向量y。
y＝Hx+n (1)信道信息矩陣H的上述奇異值分解由下面方程式(2)表達(dá)。
H＝UDVH(2)這里，發(fā)射器處的天線加權(quán)因數(shù)的矩陣V和接收器處的天線權(quán)重矩陣U分別是滿足下面方程式(3)和(4)的幺正矩陣。
UHU＝I (3)VHV＝I (4)具體地說，HHH的歸一化特征向量集對(duì)應(yīng)于接收器處的天線權(quán)重矩陣UH，并且HHH的歸一化特征向量集對(duì)應(yīng)于發(fā)射器處的天線權(quán)重矩陣V。D是以HHH或HHH的特征值λi的平方根為對(duì)角元素的對(duì)角矩陣。矩陣大小由發(fā)射天線數(shù)M或接收天線數(shù)N當(dāng)中的較小者確定；也就是，獲得min(M，N)的大小的方形矩陣，并且從該方形矩陣獲得對(duì)角矩陣。
雖然上面討論了針對(duì)實(shí)數(shù)的奇異值分解，但是應(yīng)當(dāng)注意直到虛數(shù)的奇異值分解擴(kuò)展。雖然U和V是包括特征向量的矩陣，但是存在無數(shù)的、不是奇異的、具有不同相位的特征向量，即使操縱特征向量使得獲得1的規(guī)格(norm)，簡(jiǎn)而言之，對(duì)它們進(jìn)行歸一化。在U和V之間的某相位關(guān)系中，不滿足上述方程式(2)，這是因?yàn)殡m然U和V有效，但是U和V的相位具有不同的角度。對(duì)于完全的相位匹配，通常作為HHH的特征向量集獲得V。然而，如在下面方程式中所表達(dá)的那樣，通過將上面方程式(2)的兩邊乘以V來獲得U。
HV＝UDVHV＝UDI＝UDU＝HVD-1(6)發(fā)射器發(fā)射由發(fā)射天線加權(quán)因數(shù)矩陣V加權(quán)的副載波，并且接收器接收隨后由接收天線加權(quán)因數(shù)矩陣UH加權(quán)的副載波。這由下面方程式表達(dá)，其中由于U和V是幺正矩陣，因此U是N×min(M，N)，并且V是M×min(M，N)。
y＝UHHVx+UHn＝UH(UDVH)Vx+UHn＝(UHU)D(VHV)x+UHn (7)＝IDIx+UHny＝Dx+UHn這里，接收信號(hào)y和發(fā)射信號(hào)x具有不由發(fā)射天線數(shù)和接收天線數(shù)確定的(min(M，N)×1)個(gè)向量。
由于D是對(duì)角矩陣，因此可以無串?dāng)_地接收發(fā)射信號(hào)副載波。由于每個(gè)獨(dú)立MIMO信道的幅度與該信道的特征值λ的平方根成比例，因此每個(gè)MIMO信道的功率(power)與λ成比例。
由于在U列中噪聲分量也是歸一化到規(guī)格1的特征向量，因此UHn不影響噪聲功率。UHn的大小是(min(M，N))個(gè)向量的集合，其相同于y和x的大小。
在SVD-MIMO傳輸中，以這種方式，在邏輯上獨(dú)立的、沒有串?dāng)_的多個(gè)MIMO信道可以在相同頻帶中同時(shí)可用。因此，使用相同的頻帶，可以通過無線通信同時(shí)傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)流，并且可以實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的傳輸速度。
在SVD-MIMO通信系統(tǒng)中可用的MIMO信道數(shù)與發(fā)射天線數(shù)M或接收天線數(shù)N當(dāng)中的較小者min[M，n]相匹配。發(fā)射天線加權(quán)因數(shù)矩陣V包括與MIMO信道數(shù)一樣多的發(fā)射向量Vi(V＝[v1，v2...，Vmin[M，N]])。發(fā)射向量vi的元素與發(fā)射天線數(shù)M一樣多。
通常，在以SVD-MIMO為代表的閉環(huán)MIMO方案中，發(fā)射器能夠基于傳播路徑信息而為其天線計(jì)算最佳權(quán)重因數(shù)。此外，已知的是，通過選擇要施加到發(fā)射天線系列(chain)上的比特流的最佳編碼率和調(diào)制方案，可以實(shí)現(xiàn)更理想的信息傳輸。
然而，閉環(huán)MIMO方案的系統(tǒng)的實(shí)際操作遇到這樣的問題，即如果信道條件由于發(fā)射器和接收器移動(dòng)而以很大的程度變化，則必須更加頻繁地發(fā)生從接收器到發(fā)射器的反饋。在SVD-MIMO通信方案中，不容易實(shí)時(shí)地計(jì)算奇異值分解。另外，需要對(duì)通信另一端執(zhí)行用于通過SVD計(jì)算而獲得的V或UH的預(yù)先通知的設(shè)置過程。
例如，對(duì)于IEEE 802.11a的正交頻分復(fù)用(OFDM)通信系統(tǒng)，也就是，在5-GHz頻帶中，一種應(yīng)用SVD-MIMO傳輸?shù)腖AN系統(tǒng)，讓我們考慮發(fā)射天線因數(shù)矩陣V的信息將是多少。假定采用三個(gè)發(fā)射天線元件和三個(gè)接收天線元件，則發(fā)射天線因數(shù)矩陣V為3×3，從而具有九個(gè)元素。如果假定一個(gè)元素包括精度達(dá)到10比特的實(shí)數(shù)和復(fù)數(shù)，并且需要52個(gè)載波的矩陣V，則必須將9,360比特(＝9(矩陣元素?cái)?shù))×2(復(fù)數(shù)的實(shí)部和虛部)×10(比特)×52(OFDM副載波數(shù)))從接收器反饋到發(fā)射器。
現(xiàn)在討論在構(gòu)造實(shí)際的SVD-MIMO發(fā)射/接收系統(tǒng)時(shí)必須考慮的要點(diǎn)。
在SVD-MIMO傳輸方案的基本形式中，在接收器處，通過對(duì)所獲取的信道矩陣H的奇異值分解，獲得接收權(quán)重向量集UH、以及在發(fā)射器處采用的發(fā)射權(quán)重向量集V，并且將該向量集V反饋到發(fā)射器。在發(fā)射器處，使用該向量集V作為用于發(fā)射的權(quán)重集。
然而，在要反饋到發(fā)射器的發(fā)射權(quán)重矩陣V信息量如此大并且往回傳輸稀少的V信息的情況下，MIMO信道的正交狀態(tài)將由于與真實(shí)V信息的誤差而改變，并且將發(fā)生串?dāng)_。
有鑒于此，在接收器將發(fā)射權(quán)重矩陣V反饋到發(fā)射器之后，通常，發(fā)射器將用矩陣V加權(quán)的參考信號(hào)發(fā)射到接收器，并且接收器再次獲取信道矩陣。假定信道矩陣為H，則接收器可以從以V加權(quán)的參考信號(hào)獲取信道矩陣HV。
在接收器處，獲得HV的逆矩陣，并且使用其作為用于接收的權(quán)重集。如在下面方程式中所表達(dá)的那樣，由于H＝UDVH，因此將獲得HV及其逆HV＝UDVHV＝UD(8)(HV)-＝(UD)-＝D-U-＝D-UH這是在以與在普通SVD-MIMO中相同的方式用UH對(duì)接收副載波進(jìn)行加權(quán)之后，分別僅僅將MIMO信道的分離流乘以從對(duì)角矩陣D的對(duì)角元素λi導(dǎo)出的常量。
使用矩陣V作為用于在發(fā)射器處發(fā)射的權(quán)重集并且使用HV的逆矩陣作為用于在接收器處接收的權(quán)重集的布置與普通SVD-MIMO的性能相同，并且不發(fā)生發(fā)射器和接收器處的V失配。因此，可以實(shí)際使用該布置。

發(fā)明內(nèi)容
為了執(zhí)行SVD-MIMO通信，需要獲取信道矩陣等。同時(shí)，在典型的無線通信系統(tǒng)中，應(yīng)用CSMA/CA方案以便避免沖突，并且同時(shí)，執(zhí)行所謂的RTS/CTS過程，以獲得傳輸權(quán)，以便用于例如解決隱藏終端問題的目的。因此，可以通過使用諸如RTS、CTS、DATA和ACK的包并且通過下面將要描述的控制過程(參見圖6)來執(zhí)行信道矩陣獲取。假定發(fā)射器在RTS/CTS過程開始之前獲取發(fā)射權(quán)重集V。
(步驟1)發(fā)射器將RTS包發(fā)射到接收器，參考信號(hào)附于RTS包。
(步驟2)在接收器處，從所接收的RTS包獲取信道矩陣H。
(步驟3)在接收器處，從所獲取的信道矩陣H，確定采用什么調(diào)制方案，并且多少獨(dú)立空間信道可用。
當(dāng)接收到RTS時(shí)，接收器可能需要確定所要采用的調(diào)制方案。例如，接收器可能想要使用應(yīng)當(dāng)附于CTS的網(wǎng)絡(luò)分配向量(NAV)，停止從其附近的節(jié)點(diǎn)或終端的傳輸，直至ACK的完成。對(duì)于短N(yùn)AV設(shè)置，需要覺察對(duì)于信道采用的調(diào)制方案，以及信道上的比特速率，以計(jì)算用于發(fā)射和接收數(shù)據(jù)的時(shí)間。為了確定在用于發(fā)射數(shù)據(jù)的發(fā)射器處應(yīng)當(dāng)使用什么調(diào)制方案，需要知道MIMO信道的條件，即，通過矩陣H的奇異值分解而導(dǎo)出的每個(gè)信道的特征值λ，從而在接收器處將覺察MIMO信道的什么條件。
(步驟4)接收器將CTS返回到發(fā)射器。用于信道矩陣估計(jì)的參考信號(hào)附于CTS。
(步驟5)在發(fā)射器處，從附于從接收器發(fā)射的CTS的參考信號(hào)中，獲取反方向上的信道矩陣H。
如果執(zhí)行校準(zhǔn)以補(bǔ)償發(fā)射器的天線系列中的模擬電路的特性差、以及接收器的天線系列中的模擬電路的特性差，則正方向和反方向上的轉(zhuǎn)移函數(shù)將相同。在例如已經(jīng)轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明人的JP-B(日本專利申請(qǐng))2003-426294中描述了用于校準(zhǔn)發(fā)射器和接收器處的模擬電路部分的特性差的方法。
(步驟6)發(fā)射器對(duì)所獲取的反方向上的矩陣H執(zhí)行奇異值分解，并且確定用于正方向上的發(fā)射的權(quán)重V。當(dāng)然，可以將在接收器處通過奇異值分解而獲得的、用于正方向上的發(fā)射的權(quán)重V反饋到發(fā)射器；然而，其信息量過大。因此，接收器往回發(fā)射具有少量數(shù)據(jù)的參考信號(hào)，并且發(fā)射器如上所述獲取V。
(步驟7)響應(yīng)于從接收器接收到CTS信號(hào)，發(fā)射器發(fā)射數(shù)據(jù)包。以V加權(quán)的參考信號(hào)附于該數(shù)據(jù)包的開頭，隨后是用戶數(shù)據(jù)(有效載荷)。
(步驟8)在接收器處，從以V加權(quán)的參考信號(hào)獲取信道矩陣HV，獲得其逆矩陣(參見方程式(8))作為用于接收的權(quán)重集，從而接收加權(quán)的用戶數(shù)據(jù)。
當(dāng)執(zhí)行SVD-MIMO通信時(shí)，根據(jù)上述通信過程，每當(dāng)執(zhí)行通過RTS/CTS過程的數(shù)據(jù)傳輸處理時(shí)，必須執(zhí)行步驟3和6的總共兩次奇異值分解計(jì)算和步驟8的一次逆矩陣計(jì)算。這造成了施加在發(fā)射器和接收器上的沉重計(jì)算負(fù)荷的問題。尤其地，奇異值分解計(jì)算由于它使用相當(dāng)多的乘法器而在執(zhí)行時(shí)消耗很大功率。因此，需要減少奇異值分解計(jì)算的數(shù)量，甚至僅僅一次。
本發(fā)明解決了上述技術(shù)問題，并且其主要目的是提供一種優(yōu)良的用于無線通信的系統(tǒng)、設(shè)備、方法和計(jì)算機(jī)程序，其能夠通過使用多個(gè)邏輯信道執(zhí)行MIMO通信來增強(qiáng)傳輸容量，其中這些邏輯信道是通過采用空間復(fù)用而形成的。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種優(yōu)良的用于無線通信的系統(tǒng)、設(shè)備、方法和計(jì)算機(jī)程序，其能夠使用以發(fā)射天線和接收天線對(duì)的信道為元素的信道矩陣的奇異值分解來高效地執(zhí)行閉環(huán)MIMO傳輸。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種優(yōu)良的用于無線通信的系統(tǒng)、設(shè)備、方法和計(jì)算機(jī)程序，其能夠以較少數(shù)量的、對(duì)于信道矩陣的SVD處理所需的高負(fù)荷計(jì)算高效地實(shí)現(xiàn)SVD-MIMO通信。
被設(shè)計(jì)成解決前述目的的本發(fā)明的第一方面在于一種無線通信系統(tǒng)，其以通過利用以發(fā)射天線和接收天線對(duì)為元素的信道矩陣而確定的發(fā)射和接收權(quán)重，執(zhí)行空間復(fù)用傳輸，其中，在執(zhí)行從第一通信設(shè)備到第二通信設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下，第二通信設(shè)備發(fā)射用上行鏈路方向上的發(fā)射權(quán)重加權(quán)的參考信號(hào)；并且第一通信設(shè)備將所接收的參考信號(hào)分離成下行鏈路方向上的發(fā)射權(quán)重以及對(duì)角矩陣，并且以這樣獲得的發(fā)射權(quán)重發(fā)射數(shù)據(jù)。
這里使用的“系統(tǒng)”是多個(gè)設(shè)備(或者用于實(shí)現(xiàn)特定功能的功能模塊)在邏輯上結(jié)合在一起的復(fù)合體，并且每個(gè)設(shè)備或功能模塊是否安裝在單個(gè)機(jī)箱內(nèi)是無關(guān)緊要的。
本發(fā)明的無線通信系統(tǒng)例如使用MIMO通信方案，并且能夠使用空間復(fù)用傳輸路徑即MIMO信道來增加傳輸容量并且提高通信速度。在這種情況下，發(fā)射器和接收器都配備有多個(gè)天線，發(fā)射器將發(fā)射數(shù)據(jù)分配到多個(gè)流，并且從發(fā)射天線發(fā)射加權(quán)流，并且接收器對(duì)由接收天線接收的流進(jìn)行加權(quán)。
在本發(fā)明的無線通信系統(tǒng)中，可以使用以SVD-MIMO傳輸為代表的閉環(huán)通信方案。在這種情況下，發(fā)射器基于來自接收器的反饋信息而獲取最佳發(fā)射天線加權(quán)因數(shù)。
在典型的無線通信系統(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)或終端執(zhí)行RTS/CTS過程以獲得傳輸權(quán)，同時(shí)基于CSMA/CA而執(zhí)行訪問控制。在這種情況下，為了執(zhí)行SVD-MIMO通信，將用于信道矩陣獲取的參考信號(hào)附于每個(gè)RTS、CTS和DATA包。
然而，當(dāng)通過該通信過程執(zhí)行SVD-MIMO通信時(shí)，每當(dāng)從另一端接收到包時(shí)，發(fā)射器和接收器都必須執(zhí)行算術(shù)處理以獲得權(quán)重矩陣；也就是，它們必須基于所附參考信號(hào)而執(zhí)行奇異值分解或逆矩陣計(jì)算。尤其地，奇異值分解計(jì)算由于它使用相當(dāng)多的乘法器而在其執(zhí)行期間消耗很大功率。
在本發(fā)明中，通信設(shè)備被布置成當(dāng)接收到用發(fā)射權(quán)重加權(quán)的參考信號(hào)時(shí)，通過適當(dāng)?shù)厥褂苗壅仃囂匦裕瑢⒔邮招盘?hào)分離成反方向上的發(fā)射權(quán)重和對(duì)角矩陣。因此，在整個(gè)系統(tǒng)中可以免除一個(gè)奇異值分解處理，并且可以去除計(jì)算量的多余部分。
例如，作為SVD-MIMO傳輸系統(tǒng)中的接收器的第二通信設(shè)備使用附于來自作為發(fā)射器的第一通信設(shè)備的RTS包的參考信號(hào)，獲取信道矩陣H，并且通過矩陣H的奇異值分解，可以獲取從發(fā)射器到接收器的下行鏈路中的發(fā)射權(quán)重V、以及接收權(quán)重UH。接收器使用U的共軛矩陣U*作為上行鏈路上的發(fā)射權(quán)重，將以U*加權(quán)的參考信號(hào)附于與U*空間復(fù)用的CTS包，并且與參考信號(hào)一起發(fā)射CTS包。
另一方面，當(dāng)接收到以U*加權(quán)的參考信號(hào)時(shí)，發(fā)射器可以將接收信號(hào)分離成反方向上或者下行鏈路上的發(fā)射權(quán)重V、以及對(duì)角矩陣D。具體地說，由于將上行鏈路信道矩陣表示為下行鏈路信道矩陣H(＝UDVH)的轉(zhuǎn)置矩陣HT，因此發(fā)射器在接收到以U*加權(quán)的參考信號(hào)時(shí)獲取HTU*＝V*DUT＝V*D?；阽壅仃囂匦裕瑥腣*D分離下行鏈路發(fā)射權(quán)重V。
因此，在發(fā)射器處，免除了一個(gè)奇異值分解處理，并且可以去除計(jì)算量的多余部分。
本發(fā)明的第二方面在于一種計(jì)算機(jī)程序，其以計(jì)算機(jī)可讀形式編碼，以在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上執(zhí)行這樣的處理，其用于以通過利用矩陣UDVH而確定的發(fā)射和接收權(quán)重執(zhí)行空間復(fù)用傳輸，其中矩陣UDVH是通過以發(fā)射天線和接收天線對(duì)為元素的信道矩陣H的奇異值分解而獲得的，其中該計(jì)算機(jī)程序包括以下步驟在執(zhí)行從另一端的下行鏈路上的數(shù)據(jù)通信的情況下，基于從另一端接收的參考信號(hào)，獲取下行鏈路信道矩陣H；執(zhí)行所獲取的信道矩陣H的奇異值分解，以得到UDVH；接收在從另一端的正方向上發(fā)射的用戶數(shù)據(jù)，并且用通過奇異值分解從所獲取的信道矩陣H導(dǎo)出的接收權(quán)重UH對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)；并且通過使用基于所獲取的信道矩陣H的奇異值分解的結(jié)果而獲得的U的共軛矩陣U*作為發(fā)射權(quán)重，用到另一端的反方向上的發(fā)射權(quán)重對(duì)參考信號(hào)進(jìn)行加權(quán)，并且發(fā)射參考信號(hào)。
本發(fā)明的第三方面在于一種計(jì)算機(jī)程序，其以計(jì)算機(jī)可讀形式編碼，以在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上執(zhí)行這樣的處理，其用于以通過利用矩陣UDVH而確定的發(fā)射和接收權(quán)重執(zhí)行空間復(fù)用傳輸，其中矩陣UDVH是通過以發(fā)射天線和接收天線對(duì)為元素的信道矩陣H的奇異值分解而獲得的，其中該計(jì)算機(jī)程序包括以下步驟在執(zhí)行到另一端的下行鏈路上的數(shù)據(jù)通信的情況下，接收以U的共軛矩陣U*為上行鏈路發(fā)射權(quán)重來加權(quán)的參考信號(hào)，并且獲取HTU*＝V*DUT＝V*D；基于幺正矩陣特性，從V*D分離下行鏈路發(fā)射權(quán)重V；并且用下行鏈路發(fā)射權(quán)重V對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)，并且發(fā)射數(shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明第二和第三方面的計(jì)算機(jī)程序被定義為以計(jì)算機(jī)可讀形式編碼以在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)預(yù)定處理的計(jì)算機(jī)程序。換句話說，當(dāng)將這些計(jì)算機(jī)程序安裝在單獨(dú)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中時(shí)，它們跨越計(jì)算機(jī)系統(tǒng)協(xié)同工作，并且使安裝了它們的通信設(shè)備在執(zhí)行其下行鏈路上的數(shù)據(jù)通信時(shí)相互操作。構(gòu)建設(shè)置了多個(gè)這樣的通信設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)可以產(chǎn)生與本發(fā)明的第一方面相同的效果。
本發(fā)明可以提供一種優(yōu)良的用于無線通信的系統(tǒng)、設(shè)備、方法和計(jì)算機(jī)程序，其能夠使用以發(fā)射天線和接收天線對(duì)的信道為元素的信道矩陣的奇異值分解，高效地執(zhí)行閉環(huán)MIMO傳輸。
本發(fā)明可以提供一種優(yōu)良的用于無線通信的系統(tǒng)、設(shè)備、方法和計(jì)算機(jī)程序，其能夠以較少數(shù)量的、對(duì)于信道矩陣的SVD處理所需的高負(fù)荷計(jì)算，高效地實(shí)現(xiàn)SVD-MIMO通信。
根據(jù)本發(fā)明，在從另一端接收到用發(fā)射權(quán)重加權(quán)的參考信號(hào)時(shí)，通信設(shè)備將接收信號(hào)分離成反方向上的發(fā)射權(quán)重、以及對(duì)角矩陣，從而該設(shè)備可以從中獲取用于發(fā)射的權(quán)重而無需執(zhí)行奇異值分解計(jì)算。
根據(jù)下面基于附圖對(duì)本發(fā)明的說明性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的另外目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得清楚。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的無線通信設(shè)備的配置的圖；圖2是示意性地示出信道特性獲取和發(fā)射權(quán)重分離單元的功能結(jié)構(gòu)的圖；圖3是用來說明根據(jù)RTS/CTS過程的MIMO通信的圖；圖4是在概念上示出MIMO通信系統(tǒng)的圖；圖5是在概念上示出SVD-MIMO傳輸系統(tǒng)的圖；以及圖6是用來說明根據(jù)RTS/CTS過程的雙向MIMO通信的圖。
具體實(shí)施例方式
以下將參考附圖全面描述本發(fā)明的說明性實(shí)施例。
本發(fā)明涉及一種MIMO通信系統(tǒng)，其中在一對(duì)具有多個(gè)天線的發(fā)射器和具有多個(gè)天線的接收器之間執(zhí)行空間信號(hào)復(fù)用通信。
在典型的無線通信系統(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)或終端執(zhí)行RTS/CTS過程，以獲得傳輸權(quán)，同時(shí)基于CSMA/CA而執(zhí)行訪問控制。在這種情況下，為了執(zhí)行SVD-MIMO通信，將用于信道矩陣獲取的參考信號(hào)附于每個(gè)RTS、CTS和DATA包。
然而，當(dāng)通過該通信過程執(zhí)行SVD-MIMO通信時(shí)，每當(dāng)從另一端接收包時(shí)，發(fā)射器和接收器都必須執(zhí)行算術(shù)處理，以獲得權(quán)重矩陣；也就是，它們必須基于所附參考信號(hào)而執(zhí)行奇異值分解或逆矩陣計(jì)算。尤其地，奇異值分解計(jì)算由于它使用相當(dāng)多的乘法器而在其執(zhí)行期間消耗很大功率。
在本發(fā)明中，通信設(shè)備被布置成當(dāng)接收到用發(fā)射權(quán)重加權(quán)的參考信號(hào)時(shí)，通過適當(dāng)?shù)厥褂苗壅仃囂匦?，將接收信?hào)分離成反方向上的發(fā)射權(quán)重和對(duì)角矩陣。因此，在整個(gè)系統(tǒng)中可以免除一個(gè)奇異值分解處理，并且可以去除計(jì)算量的多余部分。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的無線通信設(shè)備的配置。
圖1所示的無線通信設(shè)備配備有兩個(gè)發(fā)射/接收天線11a和11b，并且能夠根據(jù)SVD-MIMO方案進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。也就是，對(duì)于發(fā)射，在向副載波分派發(fā)射天線加權(quán)因數(shù)之后，將發(fā)射信號(hào)復(fù)用到副載波中，對(duì)它們進(jìn)行空間-時(shí)間編碼，并且將其分配到這兩個(gè)天線11a和11b，從此將它們發(fā)射到相應(yīng)信道上。對(duì)于接收，向通過相應(yīng)信道由這兩個(gè)天線11a和11b接收的復(fù)用副載波分派接收天線加權(quán)因數(shù)，并且對(duì)其進(jìn)行空間-時(shí)間解碼，以得到接收數(shù)據(jù)。然而，本發(fā)明的要旨不局限于兩個(gè)天線，而是可以采用三個(gè)或更多個(gè)天線。
發(fā)射系列和接收系列通過開關(guān)12a和12b并行連接到這兩個(gè)發(fā)射/接收天線11a和11b，以便在預(yù)定頻率信道上將信號(hào)無線發(fā)射到任何其它無線通信設(shè)備，或者接收從任何其它無線通信設(shè)備發(fā)射的信號(hào)。然而，開關(guān)12a和12b每次都獨(dú)占性地將發(fā)射/接收天線11a和11b連接到發(fā)射系列或者接收系列，并且每個(gè)天線不能執(zhí)行并發(fā)發(fā)射和接收。
每個(gè)發(fā)射系列包括調(diào)制和編碼單元21、發(fā)射權(quán)重乘法器22、IFFT23、前置/參考附加單元24、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器25、以及發(fā)射信號(hào)模擬處理單元26。
調(diào)制和編碼單元21通過糾錯(cuò)編碼對(duì)從通信協(xié)議高層發(fā)送的發(fā)射數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，并且使用預(yù)定調(diào)制方案如BPSK、QPSK和16QAM將發(fā)射信號(hào)映射到信號(hào)空間中。此時(shí)，可以根據(jù)導(dǎo)頻碼元插入模式和定時(shí)而將已知數(shù)據(jù)串作為導(dǎo)頻碼元插入到調(diào)制碼元序列中?？梢葬槍?duì)每個(gè)副載波或者針對(duì)每幾個(gè)副載波插入一個(gè)包括已知模式的導(dǎo)頻信號(hào)。
發(fā)射權(quán)重乘法器22將編碼發(fā)射信號(hào)乘以發(fā)射權(quán)重矩陣V，其通過空間復(fù)用來創(chuàng)建多個(gè)MIMO信道?；趤碜酝ㄐ帕硪欢说姆答佇畔⒍鴦?chuàng)建發(fā)射權(quán)重矩陣V，并且將其設(shè)置到發(fā)射權(quán)重乘法器22中。
IFFT 23根據(jù)并行副載波數(shù)和定時(shí)，將已調(diào)制串行信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行副載波的并行數(shù)據(jù)星座，根據(jù)預(yù)定FFT大小和定時(shí)，針對(duì)每個(gè)FFT大小的塊對(duì)并行星座執(zhí)行快速傅立葉逆變換。這里，可以將保護(hù)間隔插入在每?jī)蓚€(gè)OFDM碼元之間，以消除碼元間干擾。保護(hù)間隔長(zhǎng)度由傳輸路徑條件即影響調(diào)制的遲延波的最大遲延時(shí)間確定。然后，將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，然后將串行數(shù)據(jù)變換成時(shí)間軸上的發(fā)射信號(hào)，同時(shí)保持頻率軸上的副載波的相互正交性。
前置/參考附加單元24將前置信號(hào)和參考信號(hào)附于諸如RTS、CTS和DATA的發(fā)射信號(hào)包的開頭。
如果無線通信設(shè)備用作下行鏈路傳輸?shù)陌l(fā)射端，則前置/參考附加單元24將要在下行鏈路上發(fā)射到接收端的參考信號(hào)乘以V，其中V是用于發(fā)射的權(quán)重。
如果無線通信設(shè)備用作下行鏈路傳輸?shù)慕邮斩耍瑒t前置/參考附加單元24將要在上行鏈路上發(fā)射到發(fā)射端的參考信號(hào)乘以U*，其中U的共軛矩陣U*用作上行鏈路發(fā)射權(quán)重。在這種情況下，信道特性獲取和發(fā)射權(quán)重分離單元37使用在下行鏈路上從發(fā)射端發(fā)射的參考信號(hào)，獲取信道矩陣H，并且通過信道矩陣的奇異值分解，獲取從發(fā)射器到接收器的下行鏈路上的發(fā)射權(quán)重V、以及接收權(quán)重UH，并且將U*作為用于參考信號(hào)的發(fā)射權(quán)重傳遞到前置/參考附加單元24。后面將討論信道特性獲取和發(fā)射權(quán)重分離單元37的詳細(xì)操作。
然后，由數(shù)/模轉(zhuǎn)換器25將發(fā)射信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬基帶信號(hào)，由發(fā)射信號(hào)模擬處理單元26將基帶信號(hào)進(jìn)一步升頻轉(zhuǎn)換成RF頻帶中的信號(hào)，并且從天線11將RF信號(hào)發(fā)射到每個(gè)MIMO信道上。
另一方面，每個(gè)接收系列包括接收信號(hào)模擬處理單元31、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器32、同步獲取單元33、FFT 34、接收權(quán)重乘法器35、解調(diào)和解碼單元36、以及信道特性獲取和發(fā)射權(quán)重分離單元37。
由接收信號(hào)模擬處理單元31將由天線11接收的信號(hào)從RF頻帶降頻轉(zhuǎn)換成基帶信號(hào)，并且由模/數(shù)轉(zhuǎn)換器32將基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
然后，根據(jù)由同步獲取單元33檢測(cè)的同步定時(shí)，將作為串行數(shù)據(jù)的接收信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)星座(一個(gè)星座包括一個(gè)OFDM碼元，其包含保護(hù)間隔)。由FFT 34對(duì)每個(gè)有效碼元長(zhǎng)度的信號(hào)執(zhí)行快速傅立葉變換；通過提取每個(gè)副載波信號(hào)，將時(shí)間軸上的信號(hào)變換成頻率軸上的信號(hào)。
信道特性獲取和發(fā)射權(quán)重分離單元37首先使用在另一端針對(duì)每個(gè)副載波對(duì)用于復(fù)用傳輸?shù)钠涓陛d波進(jìn)行了分立加權(quán)的參考信號(hào)，獲取信道矩陣H。隨后的信道矩陣H的奇異值分解可以將信道矩陣分解成發(fā)射權(quán)重矩陣V、接收權(quán)重矩陣UH、以及對(duì)角矩陣D。如果以給定間隔從另一端發(fā)射參考信號(hào)，則每當(dāng)接收到參考信號(hào)時(shí)，信道特性獲取和發(fā)射權(quán)重分離單元37都更新信道矩陣H，并且執(zhí)行已更新的信道矩陣H的奇異值分解。
將通過奇異值分解從信道矩陣導(dǎo)出的接收權(quán)重矩陣UH設(shè)置到正被討論的設(shè)備的接收權(quán)重乘法器35中，并且將發(fā)射權(quán)重矩陣V反饋到另一端。然而，作為接收權(quán)重矩陣，可以使用D-UH即HV的逆矩陣來代替UH(參見前面章節(jié)中的方程式(8)和相關(guān)描述)。將所獲取的發(fā)射權(quán)重矩陣V傳遞到發(fā)射權(quán)重乘法器22。
如果無線通信設(shè)備用作下行鏈路傳輸?shù)慕邮斩?，則信道特性獲取和發(fā)射權(quán)重分離單元37將通過信道矩陣H的奇異值分解而獲得的U的共軛矩陣U*作為用于參考信號(hào)的發(fā)射權(quán)重傳遞到前置/參考附加單元24。
信道特性獲取和發(fā)射權(quán)重分離單元37可以獲取發(fā)射權(quán)重V而無需執(zhí)行奇異值分解。也就是，如果無線通信設(shè)備用作下行鏈路傳輸?shù)陌l(fā)射端，則當(dāng)在上行鏈路上從接收端接收到用U*加權(quán)的參考信號(hào)時(shí)，因?yàn)閷⑸闲墟溌沸诺谰仃嚤硎緸橄滦墟溌沸诺谰仃嘓(＝UDVH)的轉(zhuǎn)置矩陣HT，所以獲得HTU*＝V*DUT＝V*D。然后，基于幺正矩陣特性，從V*D分離下行鏈路發(fā)射權(quán)重V。將這樣獲取的發(fā)射權(quán)重矩陣V傳遞到發(fā)射權(quán)重乘法器22。
后面將進(jìn)一步討論信道特性獲取和發(fā)射權(quán)重分離單元37的詳細(xì)操作。
接收權(quán)重乘法器35將接收信號(hào)與通過信道矩陣H的奇異值分解而獲得的接收權(quán)重矩陣UH或D-UH相乘，其中該奇異值分解在空間上分解空間復(fù)用接收信號(hào)。
此外，解調(diào)和解碼單元36通過預(yù)定方案如BPSK、QPSK和16QAM，將這樣加權(quán)的接收信號(hào)從信號(hào)空間解除映射，對(duì)該信號(hào)執(zhí)行糾錯(cuò)，并且將它們解碼成接收信號(hào)，然后將該接收數(shù)據(jù)傳遞到通信協(xié)議的高層。
這里，如果執(zhí)行基于CSMA/CA通信方案的訪問操作，則根據(jù)RTS/CTS過程，操作收發(fā)器的無線通信設(shè)備將用于信道矩陣獲取的參考信號(hào)附于每個(gè)RTS、CTS和DATA包，并且使用參考信號(hào)獲取發(fā)射和接收權(quán)重因數(shù)。一般而言，可以通過信道矩陣的奇異值分解來獲得權(quán)重矩陣；然而，這造成這樣的問題，其中奇異值分解計(jì)算由于它使用相當(dāng)多的乘法器而在執(zhí)行時(shí)消耗很大功率。在本實(shí)施例中，信道特性獲取和發(fā)射權(quán)重分離單元37可以獲取權(quán)重因數(shù)而無需執(zhí)行奇異值分解。
圖2示意性地示出了信道特性獲取和發(fā)射權(quán)重分離單元37的功能結(jié)構(gòu)。如同所示，信道特性獲取和發(fā)射權(quán)重分離單元37包括信道矩陣獲取單元、奇異值分解單元、以及發(fā)射權(quán)重分離器。
信道矩陣獲取單元使用在另一端針對(duì)每個(gè)副載波對(duì)用于復(fù)用傳輸?shù)钠涓陛d波進(jìn)行了分立加權(quán)的參考信號(hào)，獲取信道矩陣H。
奇異值分解單元執(zhí)行所獲取的信道矩陣H的奇異值分解，以得到發(fā)射權(quán)重矩陣V、接收權(quán)重矩陣UH、以及對(duì)角矩陣D。將這樣導(dǎo)出的接收權(quán)重矩陣UH設(shè)置到正被討論的設(shè)備的接收權(quán)重乘法器35中，并且將發(fā)射權(quán)重矩陣V反饋到另一端。然而，作為接收權(quán)重矩陣，可以使用D-UH即HV的逆矩陣來代替UH(參見前面章節(jié)中的方程式(8)和相關(guān)描述)。另外，奇異值分解單元將通過信道矩陣H的奇異值分解而獲得的U的共軛矩陣U*作為用于參考信號(hào)的發(fā)射權(quán)重傳遞到前置/參考附加單元24。
如果以給定間隔從另一端發(fā)射參考信號(hào)，則每當(dāng)接收到參考信號(hào)時(shí)，信道特性獲取和發(fā)射權(quán)重分離單元37都更新信道矩陣H，并且執(zhí)行已更新信道矩陣H的奇異值分解。
因?yàn)閷⑸闲墟溌沸诺谰仃嚤硎緸橄滦墟溌沸诺谰仃嘓(＝UDVH)的轉(zhuǎn)置矩陣HT，所以當(dāng)從接收端接收到用U*加權(quán)的參考信號(hào)時(shí)，發(fā)射權(quán)重分離器獲得HTU*＝V*DUT＝V*D。然后，發(fā)射權(quán)重分離器基于幺正矩陣特性，從V*D分離下行鏈路發(fā)射權(quán)重V，并且將這樣獲得的發(fā)射權(quán)重矩陣V傳遞到發(fā)射權(quán)重乘法器22。
現(xiàn)在，討論由發(fā)射分離器執(zhí)行以便從在上行鏈路上從接收端接收的、用U*加權(quán)的參考信號(hào)分離發(fā)射權(quán)重V的算術(shù)處理。在下面，假定從發(fā)射器到接收器的下行鏈路是正方向，并且從接收器到發(fā)射器的上行鏈路是反方向。
在這種情況下，正方向上的信道矩陣由下面方程式表達(dá)，其中n是發(fā)射器的天線數(shù)，并且m是接收器的天線數(shù)，并且hij表示從發(fā)射器的第j天線到接收器的第i天線的轉(zhuǎn)移函數(shù)。
另一方面，反方向上的信道矩陣由下面方程式表達(dá)。
換句話說，反方向上的信道矩陣被表示為正方向上的信道矩陣H的轉(zhuǎn)置矩陣HT。
在接收器處，在從來自發(fā)射器的參考信號(hào)導(dǎo)出正方向上的信道矩陣H之后，如在下面方程式中所表達(dá)的那樣，通過奇異值分解將矩陣H分解成UDVH。
H＝UDVH(11)因此，如在下面方程式中所表達(dá)的那樣，獲得從接收器到發(fā)射器的反方向上的信道矩陣。
HT＝(UDVH)T＝V*DUT(12)在用通過正方向上的信道矩陣H的奇異值分解而獲得的矩陣U的共軛矩陣U*對(duì)參考信號(hào)進(jìn)行加權(quán)之后，接收器在上行鏈路上將參考信號(hào)發(fā)射到發(fā)射器。
然后，發(fā)射器接收反方向上的信道矩陣HT乘以U*的參考信號(hào)。因此，發(fā)射器可以獲得下面方程式。
HTU*＝(UDVH)TU*＝V*DUTU*＝V*D (13)如果可以從V*D分離V，則奇異值分解在發(fā)射器處變得沒有必要。下面將描述用于將V*D分離成V和D的方法。
V是包括與MIMO信道數(shù)(＝min[n，m])一樣多的特征向量的幺正矩陣。每個(gè)特征向量u被歸一化到規(guī)格1。
因此，在接收器處獲得的組合UD＝V*D為，如在下面方程式中所表達(dá)的那樣，將每列中的特征向量元素乘以特征值。
然后，計(jì)算V*D的每列的矩陣元素的規(guī)格(norm)。由于每列的規(guī)格的值對(duì)應(yīng)于每個(gè)對(duì)角元素，因此可以分離V*。
發(fā)射器發(fā)射以V加權(quán)的參考信號(hào)，隨后是用戶數(shù)據(jù)。在接收器處，從乘以V的參考信號(hào)導(dǎo)出HV。接收用HV的逆矩陣加權(quán)的用戶數(shù)據(jù)(參見方程式(8))。
當(dāng)使用上述方法時(shí)，僅僅執(zhí)行一次奇異值分解和一次逆矩陣計(jì)算就獲得與通過兩次奇異值分解和一次逆矩陣計(jì)算所獲得的相同的結(jié)果。
在下面，將參考圖3描述在與本實(shí)施例相關(guān)的無線通信系統(tǒng)中進(jìn)行RTS、CTS和DATA的MIMO通信的過程。在發(fā)射器處，假定預(yù)先完成了用于獲取發(fā)射權(quán)重矩陣V的處理。
(步驟1)將參考信號(hào)從發(fā)射器發(fā)射到接收器。接收器可以獲取信道矩陣H。
(步驟2)在接收器處，通過信道矩陣H的奇異值分解來獲得矩陣U(參見方程式(10))。
(步驟3)將用U*加權(quán)的參考信號(hào)從接收器發(fā)射到發(fā)射器。
(步驟4)在發(fā)射器處，從用U*加權(quán)的參考信號(hào)導(dǎo)出V*DUTU*＝V*D(參見方程式(13))。
(步驟5)通過計(jì)算所獲得的V*D的每列的規(guī)格，將V*D分離成V和D。結(jié)果，可以獲得D而無需奇異值分解，并且還可以獲得V。
(步驟6)發(fā)射器發(fā)射用V加權(quán)的參考信號(hào)，隨后是用戶數(shù)據(jù)。
(步驟7)在接收器處，通過從發(fā)射器接收用V加權(quán)的參考信號(hào)，獲取信道矩陣HV＝UD。
(步驟8)在接收器處，計(jì)算信道矩陣UD的逆矩陣，并且將該矩陣保留為用于接收的權(quán)重。
(步驟9)使用在步驟8中獲得的用于接收的權(quán)重，對(duì)從發(fā)射器發(fā)射的用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼。
工業(yè)應(yīng)用雖然參考其特定實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明，但是現(xiàn)在，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)清楚，可以在其中進(jìn)行修改和變更，而不脫離本發(fā)明的要旨的范圍。
本發(fā)明可應(yīng)用于通過空間復(fù)用來執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)母鞣N無線通信系統(tǒng)。也就是，本發(fā)明的要旨及其應(yīng)用范圍不局限于空間劃分，或者確切地說，諸如SVD-MIMO方案的空間正交復(fù)用傳輸方案。本發(fā)明可以適用于其它類似的通信系統(tǒng)，其基于從傳輸路徑的條件獲得的信道矩陣H而執(zhí)行加權(quán)發(fā)射/接收。
換句話說，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例是為了說明性目的而公開的，并且本說明書中的描述不應(yīng)當(dāng)被解釋成限制本發(fā)明。在解釋本發(fā)明的要旨時(shí)，應(yīng)當(dāng)參考并且考慮所附權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種無線通信系統(tǒng)，以通過利用以發(fā)射天線和接收天線對(duì)為元素的信道矩陣而確定的發(fā)射和接收權(quán)重、執(zhí)行空間復(fù)用傳輸，其中，在執(zhí)行從第一通信設(shè)備到第二通信設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下，其中所述第二通信設(shè)備發(fā)射用從第二通信設(shè)備到第一通信設(shè)備的方向上的發(fā)射權(quán)重加權(quán)的參考信號(hào)；并且其中所述第一通信設(shè)備將所接收的參考信號(hào)分離成從第一通信設(shè)備到第二通信設(shè)備的方向上的發(fā)射權(quán)重、以及對(duì)角矩陣，并且以這樣獲得的發(fā)射權(quán)重發(fā)射數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線通信系統(tǒng)，其以通過利用矩陣UDVH而確定的發(fā)射和接收權(quán)重執(zhí)行空間復(fù)用傳輸，其中矩陣UDVH是通過以發(fā)射天線和接收天線對(duì)為元素的信道矩陣H的奇異值分解而獲得的，其中所述第二通信設(shè)備使用來自所述第一通信設(shè)備的參考信號(hào)，獲取信道矩陣H，通過信道矩陣H的奇異值分解來獲取從作為發(fā)射器的第一通信設(shè)備到作為接收器的第二通信設(shè)備的方向上的發(fā)射權(quán)重V、以及接收權(quán)重UH，將用U*加權(quán)的參考信號(hào)發(fā)射到第一通信設(shè)備，其中U*是作為從第二通信設(shè)備到第一通信設(shè)備的方向上的發(fā)射權(quán)重的、U的共軛矩陣；并且其中當(dāng)接收到用U*加權(quán)的參考信號(hào)時(shí)，所述第一通信設(shè)備通過適當(dāng)?shù)厥褂苗壅仃囂匦?，將接收信?hào)分離成從第一通信設(shè)備到第二通信設(shè)備的方向上的發(fā)射權(quán)重V、以及對(duì)角矩陣D。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線通信系統(tǒng)，其中所述第一通信設(shè)備通過在從第二通信設(shè)備到第一通信設(shè)備的方向上接收用U*加權(quán)的參考信號(hào)，獲取HTU*＝V*DUT＝V*D，該方向上的信道矩陣是從第一通信設(shè)備到第二通信設(shè)備的方向上的信道矩陣H(＝UDVH)的轉(zhuǎn)置矩陣HT，并且基于幺正矩陣特性，從V*D分離從第二通信設(shè)備到第一通信設(shè)備的方向上的發(fā)射權(quán)重V。
4.一種無線通信設(shè)備，以通過利用矩陣UDVH而確定的發(fā)射和接收權(quán)重執(zhí)行空間復(fù)用傳輸，其中矩陣UDVH是通過以發(fā)射天線和接收天線對(duì)為元素的信道矩陣H的奇異值分解而獲得的，所述無線通信設(shè)備包括在執(zhí)行從第一通信設(shè)備到第二通信設(shè)備的方向上從另一端的數(shù)據(jù)通信的情況下，信道矩陣獲取單元，基于從另一端接收的參考信號(hào)，獲取從第一通信設(shè)備到第二通信設(shè)備的方向上的信道矩陣H；奇異值分解單元，執(zhí)行所獲取的信道矩陣的奇異值分解，以得到UDVH；接收部件，接收在從另一端的正方向上發(fā)射的用戶數(shù)據(jù)，并且用通過奇異值分解從所獲取的信道矩陣H導(dǎo)出的接收權(quán)重UH對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)；以及發(fā)射部件，通過使用基于所獲取的信道矩陣H的奇異值分解的結(jié)果而獲得的U的共軛矩陣U*作為發(fā)射權(quán)重，用到另一端的反方向上的發(fā)射權(quán)重對(duì)參考信號(hào)進(jìn)行加權(quán)，并且發(fā)射參考信號(hào)。
5.一種無線通信設(shè)備，以通過利用以發(fā)射天線和接收天線對(duì)為元素的信道矩陣而確定的發(fā)射和接收權(quán)重、執(zhí)行空間復(fù)用傳輸，所述無線通信設(shè)備包括接收部件，接收用發(fā)射權(quán)重加權(quán)的參考信號(hào)；分離器，將接收信號(hào)分離成反方向上的發(fā)射權(quán)重V、以及對(duì)角矩陣D；以及發(fā)射部件，在接收所述參考信號(hào)的方向的反方向上發(fā)射用由所述分離器獲得的發(fā)射權(quán)重加權(quán)的數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無線通信設(shè)備，在執(zhí)行從第一通信設(shè)備到第二通信設(shè)備的方向上到另一端的數(shù)據(jù)通信的情況下，其中所述接收部件接收以U*為從第二通信設(shè)備到第一通信設(shè)備的方向上的發(fā)射權(quán)重來加權(quán)的參考信號(hào)，其中U*是U的共軛矩陣；其中所述分離器將接收信號(hào)分離成從第一通信設(shè)備到第二通信設(shè)備的方向上的發(fā)射權(quán)重V、以及對(duì)角矩陣D；并且其中所述發(fā)射部件發(fā)射用從第一通信設(shè)備到第二通信設(shè)備的方向上的V加權(quán)的數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無線通信設(shè)備，其中從第二通信設(shè)備到第一通信設(shè)備的方向上的信道矩陣是從第一通信設(shè)備到第二通信設(shè)備的方向上的信道矩陣H(＝UDVH)的轉(zhuǎn)置矩陣HT；其中所述接收部件通過在從第二通信設(shè)備到第一通信設(shè)備的方向上接收用U*加權(quán)的參考信號(hào)，獲取HTU*＝V*DUT＝V*D；并且其中所述分離器基于幺正矩陣特性，從V*D分離從第一通信設(shè)備到第二通信設(shè)備的方向上的發(fā)射權(quán)重V。
8.一種無線通信方法，用于以通過利用矩陣UDVH而確定的發(fā)射和接收權(quán)重執(zhí)行空間復(fù)用傳輸，其中矩陣UDVH是通過以發(fā)射天線和接收天線對(duì)為元素的信道矩陣H的奇異值分解而獲得的，所述無線通信方法包括以下步驟在執(zhí)行從第一通信設(shè)備到第二通信設(shè)備的方向上從另一端的數(shù)據(jù)通信的情況下，基于從另一端接收的參考信號(hào)，獲取從第一通信設(shè)備到第二通信設(shè)備的方向上的信道矩陣H；執(zhí)行所獲取的信道矩陣H的奇異值分解，以得到UDVH；接收在從另一端的正方向上發(fā)射的用戶數(shù)據(jù)，并且用通過奇異值分解從所獲取的信道矩陣H導(dǎo)出的接收權(quán)重UH對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)；以及通過使用基于所獲取的信道矩陣H的奇異值分解的結(jié)果而獲得的U的共軛矩陣U*作為發(fā)射權(quán)重，用到另一端的反方向上的發(fā)射權(quán)重對(duì)參考信號(hào)進(jìn)行加權(quán)，并且發(fā)射參考信號(hào)。
9.一種無線通信方法，用于以通過利用矩陣UDVH而確定的發(fā)射和接收權(quán)重執(zhí)行空間復(fù)用傳輸，其中矩陣UDVH是通過以發(fā)射天線和接收天線對(duì)為元素的信道矩陣H的奇異值分解而獲得的，所述無線通信方法包括以下步驟在執(zhí)行從第一通信設(shè)備到第二通信設(shè)備的方向上到另一端的數(shù)據(jù)通信的情況下，接收以U的共軛矩陣U*為從第二通信設(shè)備到第一通信設(shè)備的方向上的發(fā)射權(quán)重來加權(quán)的參考信號(hào)，并且獲取HTU*＝V*DUT＝V*D；基于幺正矩陣特性，從V*D分離從第一通信設(shè)備到第二通信設(shè)備的方向上的發(fā)射權(quán)重V；以及用從第一通信設(shè)備到第二通信設(shè)備的方向上的發(fā)射權(quán)重V對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)，并且發(fā)射數(shù)據(jù)。
10.一種計(jì)算機(jī)程序，其以計(jì)算機(jī)可讀形式編碼，以在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上執(zhí)行這樣的處理，其用于以通過利用矩陣UDVH而確定的發(fā)射和接收權(quán)重執(zhí)行空間復(fù)用傳輸，其中矩陣UDVH是通過以發(fā)射天線和接收天線對(duì)為元素的信道矩陣H的奇異值分解而獲得的，所述計(jì)算機(jī)程序包括以下步驟在執(zhí)行從第一通信設(shè)備到第二通信設(shè)備的方向上從另一端的數(shù)據(jù)通信的情況下，基于從另一端接收的參考信號(hào)，獲取從第一通信設(shè)備到第二通信設(shè)備的方向上的信道矩陣H；執(zhí)行所獲取的信道矩陣H的奇異值分解，以得到UDVH；接收在從另一端的正方向上發(fā)射的用戶數(shù)據(jù)，并且用通過奇異值分解從所獲取的信道矩陣H導(dǎo)出的接收權(quán)重UH對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)；以及通過使用基于所獲取的信道矩陣H的奇異值分解的結(jié)果而獲得的U的共軛矩陣U*作為發(fā)射權(quán)重，用到另一端的反方向上的發(fā)射權(quán)重對(duì)參考信號(hào)進(jìn)行加權(quán)，并且發(fā)射參考信號(hào)。
11.一種計(jì)算機(jī)程序，其以計(jì)算機(jī)可讀形式編碼，以在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上執(zhí)行這樣的處理，其用于以通過利用矩陣UDVH而確定的發(fā)射和接收權(quán)重執(zhí)行空間復(fù)用傳輸，其中矩陣UDVH是通過以發(fā)射天線和接收天線對(duì)為元素的信道矩陣H的奇異值分解而獲得的，所述計(jì)算機(jī)程序包括以下步驟在執(zhí)行從第一通信設(shè)備到第二通信設(shè)備的方向上到另一端的數(shù)據(jù)通信的情況下，接收以U的共軛矩陣U*為從第二通信設(shè)備到第一通信設(shè)備的方向上的發(fā)射權(quán)重來加權(quán)的參考信號(hào)，并且獲取HTU*＝V*DUT＝V*D；基于幺正矩陣特性，從V*D分離從第一通信設(shè)備到第二通信設(shè)備的方向上的發(fā)射權(quán)重V；以及用從第一通信設(shè)備到第二通信設(shè)備的方向上的發(fā)射權(quán)重V對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)，并且發(fā)射數(shù)據(jù)。
全文摘要
所公開的本發(fā)明以較少數(shù)量的、對(duì)于信道矩陣的奇異值分解(SVD)處理所需的高負(fù)荷計(jì)算來實(shí)現(xiàn)SVD－MIMO通信。接收器從來自發(fā)射器的參考信號(hào)導(dǎo)出信道矩陣H，并且通過信道矩陣H的SVD來獲取下行鏈路發(fā)射權(quán)重V以及接收權(quán)重U
文檔編號(hào)H04L25/02GK1914842SQ20058000364
公開日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2005年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月10日
發(fā)明者高野裕昭 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社