專利名稱：多天線裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在傳送器與接收器之間操作的g在接收、可能增強和轉(zhuǎn)發(fā)信號的多天線中繼器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
中繼器在傳送器與接收器之間使用，否則，在接收器的接收信號將太弱。在提及術(shù)語中繼器吋，它能夠是有時稱為轉(zhuǎn)發(fā)器的放 大及轉(zhuǎn)發(fā)(AF)中繼器，或者它能夠是解碼及轉(zhuǎn)發(fā)(DF)中繼器。在文獻中，我們也能夠發(fā)現(xiàn)帶有在AF與DF之間功能性的中繼器，并且ー個此類示例是估計及轉(zhuǎn)發(fā)(EF)中繼器。中繼器有關(guān)的已知問題是在中繼器的輸出與輸入之間差的隔離造成的自干擾。自干擾將嚴重限制中繼器的性能。例如，AF中繼器的放大增益和DF中繼器的檢測性能均受隔離限制。為使中繼器適當(dāng)?shù)剡_到其目的，即增大端對端(E2E)性能，解決隔離問題是重要的。用于中繼器自干擾減輕的現(xiàn)有技術(shù)例如包括
半雙エ操作，時分雙エ(TDD)或頻分雙エ(FDD)，以及 正交接收和傳送天線極化。消除自干擾的ー種方式是在半雙エ模式中操作中繼器。也就是說，中繼器不在相同時間接收和傳送，TDD或不在相同頻率接收和傳送，F(xiàn)DD，并且因此在輸入與輸出之間具有無限隔離。然而，半雙エ操作帶來了通常50%的容量損失。此巨大容量損失是不可接受的，因此，需要用于增大隔離的其它解決方案。用于頻率上中繼器(on-frequency relay)(頻率上操作意味著中繼器在相同頻率上接收和轉(zhuǎn)發(fā))的一個此類解決方案是在接收和傳送側(cè)使用諸如正交極化的天線技木。然而，由于用戶設(shè)備(UE)的極化極可能未知，因此，可能最好是通過兩個正交極化傳送轉(zhuǎn)發(fā)的信號以便防止在中繼器與UE之間的極化失配。因此，可能不想為降低自干擾而犧牲極化之一。因此，需要抑制在中繼器的輸出與輸入之間的自干擾而無上述半雙エ操作的容量降低或使用正交極化的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是減少現(xiàn)有技術(shù)解決方案有關(guān)的至少一些提及的缺點，并且提供 用于自干擾抑制和信道保護的方法，以及
在無線通信網(wǎng)絡(luò)中在傳送器與接收器之間的節(jié)點
以解決抑制在諸如中繼器等多天線裝置的輸出與輸入之間的自干擾的問題，而無上述容量降低或使用正交極化的缺陷。通過提供一種用于在作為無線通信系統(tǒng)的傳送器與接收器之間的通信信道的一部分的多天線裝置中的自干擾抑制的方法，實現(xiàn)了該目的。通信系統(tǒng)使用多天線裝置，多天線裝置位于傳送器與接收器之間，并且使用天線和中繼器單元將信號從傳送器轉(zhuǎn)發(fā)到接收器。通信信道具有由傳送信道矩陣定義的在傳送器與多天線裝置之間的傳送信道、由接收信道矩陣定義的在多天線裝置與接收器之間的接收信道及在多天線裝置的輸出與輸入側(cè)之間的自干擾信道。自干擾抑制由自干擾信道矩陣定義，其中，方法包括以下步驟
為多天線裝置配備至少三個天線，其中，至少ー個天線是位于面向傳送信道的輸入側(cè)的輸入天線，以及至少ー個天線是位于面向接收信道的輸出側(cè)的輸出天線；以及
通過在具有至少兩個天線的多天線裝置的ー側(cè)使用在天線與中繼器單元之間插入的至少ー個濾波矩陣布置，抑制自干擾信道，每個所述濾波矩陣布置由濾波矩陣定義，所述濾波矩陣布置通過選擇與要對消的自干擾信道的至少ー個本征模正交的濾波矩陣的列，對消自干擾信道的所述至少一個本征摸。
還通過提供在無線通信系統(tǒng)中包括用于在作為無線通信系統(tǒng)的傳送器與接收器之間的通信信道的一部分的多天線裝置中自干擾抑制的多天線裝置的節(jié)點，實現(xiàn)了該目的。通信系統(tǒng)包括多天線裝置，多天線裝置位于傳送器與接收器之間，并且包括天線和中繼器單元將信號從傳送器轉(zhuǎn)發(fā)到接收器。通信信道包括由傳送信道矩陣定義的在傳送器與多天線裝置之間的傳送信道、由接收信道矩陣定義的在多天線裝置與接收器之間的接收信道及在多天線裝置的輸出與輸入側(cè)之間的自干擾信道。自干擾抑制由自干擾信道矩陣定義，其中
多天線裝置包括至少三個天線，其中，至少ー個天線是位于面向傳送信道的輸入側(cè)的輸入天線，以及至少ー個天線是位于面向接收信道的輸出側(cè)的輸出天線；以及
在包括至少兩個天線的多天線裝置的ー側(cè)在天線與中繼器單元之間插入至少ー個濾波矩陣布置，每個所述濾波矩陣布置由濾波矩陣定義，所述濾波矩陣布置設(shè)置成通過濾波矩陣的列設(shè)置成與要對消的自干擾信道的至少ー個本征模正交，對消自干擾信道的所述至少ー個本征模。在本發(fā)明的方法的一個示例中，傳送信道矩陣、接收信道矩陣和自干擾矩陣在信道更新模塊中更新。在本發(fā)明的方法的一個示例中，對自干擾矩陣執(zhí)行分解，在多個本征模中劃分自干擾矩陣，以及其中所述濾波矩陣由與要對消的自干擾信道的所述至少一個本征模正交的向量構(gòu)成。在本發(fā)明的方法的一個示例中，分解通過多天線裝置對自干擾信道矩陣(//,)執(zhí)行奇異值分解SVD來完成。自干擾信道矩陣0 的SVD由以下式子給出
其中，^是酉N1XN1矩陣，N1是輸入天線的數(shù)量，包含左奇異向量。&是對角N1XN2矩陣，N2是輸出天線的數(shù)量，包含沿其主對角降序的奇異值。K,是酉_が吣矩陣，包含右奇異向量，以及Vf是V0的復(fù)共軛轉(zhuǎn)置。在本發(fā)明的方法的一個示例中，使用了兩個濾波矩陣。通過對消某個本征模的自干擾抑制借助于滿足選擇準則的濾波矩陣布置進行，以便最小化傳送信道和/或接收信道的一個或幾個主導(dǎo)本征模的損失風(fēng)險。在本發(fā)明的方法的一個示例中，選擇準則是功率損失準則，其中，比較通過應(yīng)用接收濾波矩陣布置以對消某個本征模而在傳送信道中損失的功率量和通過應(yīng)用傳送濾波矩陣布置以對消相同的某個本征模而在接收信道中損失的功率，并且選擇給出最低功率損失的濾波矩陣布置。在本發(fā)明的方法的一個示例中，接收濾波矩陣布置和傳送濾波矩陣布置對消自干擾信道的不同本征模。在本發(fā)明的節(jié)點的一個示例中，濾波矩陣布置具有天線側(cè)和中繼器側(cè)，天線側(cè)具有到位于多天線裝置的側(cè)之ー的每個天線的分開連接，并且中繼器側(cè)具有到中繼器單元的連接。在本發(fā)明的節(jié)點的一個示例中，無線通信系統(tǒng)是正交頻分復(fù)用OFDM系統(tǒng)。
在本發(fā)明的節(jié)點的一個示例中，使用兩個濾波矩陣布置，由接收濾波矩陣ろ定義的濾波矩陣布置和由傳送濾波矩陣K定義的傳送濾波矩陣布置。在接收濾波矩陣布置的天線側(cè)的輸入端連接到輸入天線，以及在中繼器側(cè)的輸出端連接到中繼器單元。在傳送濾波矩陣布置的中繼器側(cè)的輸入端連接到中繼器單元，并且在天線側(cè)的輸出端連接到輸出天線。用于傳送濾波矩陣和接收濾波矩陣的布置能夠是分開的單元或者完全或部分與中繼器單元集成。在本發(fā)明的節(jié)點的一個示例中，接收和/或傳送濾波矩陣布置包括設(shè)置成將接收信號饋送到處理器模塊的輸入端口和設(shè)置成輸送來自接收和/或傳送濾波矩陣布置的輸出的輸出端ロ。處理器模塊包括
籲分解軟件，設(shè)置成執(zhí)行自干擾信道的分解，在多個本征模中劃分自干擾矩陣，所述濾波矩陣由與要對消的自干擾信道的所述至少一個本征模正交的自干擾矩陣的那些奇異向量構(gòu)成。 濾波器軟件，設(shè)置成執(zhí)行在多天線裝置來自輸入天線的接收信號向量和接收濾波矩陣K的相乘和/或來自中繼器單元的傳送信號向量和傳送濾波矩陣Wt相乗，以及將結(jié)果輸出到輸出端ロ。在本發(fā)明的節(jié)點的一個示例中，中繼器單元包括用于放大信號的功能。多天線裝置因此作為放大及轉(zhuǎn)發(fā)AF中繼器操作
或者
中繼器單元也包括用于在轉(zhuǎn)發(fā)前糾錯的功能，多天線裝置因此作為解碼及轉(zhuǎn)發(fā)DF中繼器操作。在本發(fā)明的節(jié)點的一個示例中
信道矩陣設(shè)置成通過諸如導(dǎo)頻信號等標準方式在信道更新模塊中更新，
更新的信道矩陣饋送到設(shè)置用于基于更新的信道矩陣計算濾波矩陣和選擇準則的計算模塊，以及
信道更新模塊和計算模塊能夠是多天線裝置中的分開單元，或者部分或完全與中繼器単元集成。如下面將說明的一祥，通過實現(xiàn)上面未提及的從屬權(quán)利要求的ー個或幾個特征，實現(xiàn)了另外的優(yōu)點。


圖I以示意圖方式示出無中繼器功能的MMO通信信道。
圖2以示意圖方式示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的中繼MMO通信信道的示例。圖3以示意圖方式示出根據(jù)本發(fā)明的節(jié)點的示例。圖4示出本發(fā)明的基本方法步驟。圖5示出100個獨立MMO信道的有序奇異值的圖表的示例。圖6示出流程圖，帶有使用SVD和功率選擇準則的本發(fā)明的方法的一部分的示例。圖7以示意圖方式示出在AF中繼器中實現(xiàn)本發(fā)明時模擬結(jié)果的示例。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參照附圖描述本發(fā)明。此后，在描述中向量以粗體和斜體表示。矩陣以斜體大寫字母表示。公式中的矩陣索引遵循Matlab標記法。圖I以示意圖方式示出多輸入多輸出(MMO)通信信道的示例，其中傳送器Tx具有三個輸出天線Txl-Tx3，并且接收器Rx具有三個輸入天線Rxl-Rx3tj在此示例中，每天線有一個數(shù)據(jù)流，在其它示例中，幾個數(shù)據(jù)流能夠混合在相同天線上。數(shù)據(jù)流的此混合稱為預(yù)編碼，并且例如能夠用于波束成形(beam forming)目的。天線Txl傳送信號到姆個Rxl、Rx2和Rx3天線。信道系數(shù)hn定義在Txl與Rxl之間的衰減和相移。信道系數(shù)h12定義在Txl與Rx2之間的衰減和相移，以及信道系數(shù)h13定義在Txl與Rx3之間的衰減和相移。在Txl與所有接收天線之間的信道能夠表示為信道向量A.; = Ih11, h12f h13)0同樣地，在Tx2與所有接收天線之間的信道能夠表示為信道向量-=[h21 h22, h ],并且在Tx3與所有接收天線之間的信道表示為信道向量/ J = [h3i, h32, N ]。在數(shù)字通信信道中，來自Tx的信息因此在此示例中通過由三個信道向量ん、ん和ん表示的通信信道在多個數(shù)據(jù)流中傳送。通信信道因而能夠表示為矩陣/fc，該矩陣如圖I所示，具有三個信道向量ん、ん和ん作為Zfc矩陣中的列。如果三個信道向量ん、ん和Ar線性無關(guān)，則說通信信道Zfc具有滿秩。在帶有傳送器與接收器之間信號的多徑傳播和散射的通信信道中，情況經(jīng)常但不一定始終是如此。通信信道He的最大秩在此示例中為3。通常，最大可能秩受具有最少數(shù)量的天線的傳送或接收側(cè)的天線的數(shù)量限制。圖2中示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的中繼通信信道。由于假設(shè)與中繼信道相比，在Tx與Rx之間的直接信道非常弱，因此，忽略了該直接信道。弱直接信道實際上是在Tx與Rx之間安裝中繼器的動機。除此之外，直接信道與自干擾信道無關(guān)，并且不提供有關(guān)如何抑制它的任何信息。因此，我們具有三個信道在Tx與中繼器輸入之間由傳送信道矩陣盡定義的傳送信道、由接收信道矩陣慫定義的作為在中繼器輸出與Rx之間的信道的接收信道及最后在中繼器輸出與輸入之間由自干擾信道矩陣私定義的自干擾信道。自干擾信道是要抑制的信道。傳送器具有Ntx個天線，接收器具有Nm個天線，并且中繼器具有N1個輸入天線和N2個輸出天線。圖3以示意圖方式示出根據(jù)本發(fā)明的節(jié)點的示例。節(jié)點包括用于在作為無線通信系統(tǒng)的傳送器與接收器之間的通信信道的一部分的多天線裝置中的自干擾抑制的多天線裝置301。通信系統(tǒng)包括多天線裝置301，以與圖2的中繼器位于傳送器與接收器之間相同的方式，多天線裝置位于傳送器與接收器之間。多天線裝置包括天線和中繼器單元302以便將信號從傳送器轉(zhuǎn)發(fā)到接收器。天線包括位于多天線裝置的輸入側(cè)的輸入天線I. ... N1和位于多天線裝置的輸出側(cè)的輸出天線I .... n2。通信信道包括由傳送信道矩陣定義的在傳送器與多天線裝置之間的傳送信道、由接收信道矩陣忍定義的在多天線裝置與接收器之間的接收信道及在多天線裝置的輸出與輸入側(cè)之間的自干擾信道。自干擾信道由自干擾信道矩陣私定義。多天線裝置301包括至少三個天線310，311，其中，至少ー個天線是位于面向傳送信道的輸入側(cè)的輸入天線310。至少ー個天線是位于面向接收信道的輸出側(cè)的輸出天線311。多天線裝置還包括至少ー個濾波矩陣布置RF，TF，其在包括至少兩個天線的多天線裝置301的ー側(cè)在天線與中繼器單元302之間插入。每個所述濾波矩陣布置由濾波矩陣定義。如將說明的一祥，所述濾波矩陣布置設(shè)置成通過將濾波矩陣的列設(shè)置成與要對消的自干擾信道的至少ー個本征模正交，對消自干擾信道的所述至少一個本征摸。濾波矩陣布置在多天線裝置的輸入側(cè)插入時也稱為接收濾波器，并且在多天線裝置的輸出側(cè)插入?yún)?，也稱為傳送濾波器。 對于技術(shù)人員來說，本征模是諸如自干擾信道等MIMO通信信道的熟知屬性。本征模將進一歩與描述定義自干擾信道的自干擾矩陣的分解關(guān)聯(lián)論述和說明。每個濾波矩陣布置RF，TF具有天線側(cè)和中繼器側(cè)，天線側(cè)具有到位于多天線裝置的側(cè)之ー的每個天線的分開連接，并且中繼器側(cè)具有到中繼器單元的連接。在圖3的示例中，有由接收濾波矩陣I定義的接收濾波矩陣布置或接收濾波器RF303和由傳送濾波矩陣Wt定義的傳送濾波矩陣布置或傳送濾波器TF 304。接收濾波矩陣布置在輸入天線310，I. . . N1與中繼器單元302之間插入。接收濾波矩陣布置的天線側(cè)因此具有到N1個輸入天線的每個天線的N1個分開連接，并且中繼器側(cè)具有到中繼器單元的多個連接。中繼器側(cè)的此類連接的數(shù)量取決于接收濾波矩陣的大小。傳送濾波矩陣布置在輸入天線311，I. .. N2和中繼器單元302之間插入。傳送濾波矩陣布置的天線側(cè)因此具有到N2個輸出天線的每個天線的N2個分開連接，并且中繼器側(cè)具有到中繼器單元的多個連接。中繼器側(cè)的連接的數(shù)量取決于傳送濾波矩陣的大小。多天線裝置還包括計算模塊305和更新模塊306。下面將進ー步說明這些模塊。本發(fā)明也包括一種用于在作為無線通信系統(tǒng)的傳送器Tx與接收器Rx之間的通信信道的一部分的多天線裝置301中的自干擾抑制的方法。通信系統(tǒng)使用多天線裝置，多天線裝置位于傳送器與接收器之間，并且使用天線和中繼器單元302將信號從傳送器轉(zhuǎn)發(fā)到接收器。通信信道具有由傳送信道矩陣A定義的在傳送器與多天線裝置之間的傳送信道、由接收信道矩陣忍定義的在多天線裝置與接收器之間的接收信道及在多天線裝置的輸出與輸入側(cè)之間的自干擾信道。自干擾抑制由自干擾信道矩陣私定義。方法包括以下步驟
為多天線裝置301配備401至少三個天線301，311，其中，至少ー個天線是位于面向傳送信道的輸入側(cè)的輸入天線310，以及至少ー個天線310，311是位于面向接收信道的輸出側(cè)的輸出天線311以及；
通過在具有至少兩個天線的多天線裝置的ー側(cè)使用在天線310，311與中繼器單元之間插入的至少ー個濾波矩陣布置RF，TF，抑制402自干擾信道，每個所述濾波矩陣布置RF，TF由濾波矩陣定義，所述濾波矩陣布置通過選擇與要對消的自干擾信道的至少ー個本征模正交的濾波矩陣的列，對消自干擾信道的所述至少一個本征摸。
圖4以示意圖方式示出如上所述包括為多天線裝置配備401至少三個天線和使用至少ー個濾波矩陣布置來抑制402自干擾信道的方法步驟。方法能夠應(yīng)用于在是正交頻分復(fù)用OFDM系統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)中的使用，并且能夠使節(jié)點用于在是正交頻分復(fù)用OFDM系統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)中的操作。方法也能夠應(yīng)用于并且能夠使節(jié)點用于在諸如碼分多址CDMA、時分多址TDMA或單載波系統(tǒng)等其它無線通信系統(tǒng)中的操作。我們假設(shè)由矩陣私、//；和慫定義的傳送、接收和自干擾信道在多天線裝置已知。H0能夠在多天線裝置從與Rx用于估計由接收信道矩陣慫定義的接收信道的相同導(dǎo)頻信號估計。這是技術(shù)人員熟知的標準過程。盡能夠在多天線裝置根據(jù)從Tx傳送的導(dǎo)頻估計。然而，慫在FDD系統(tǒng)中要從接收器反饋，或者在TDD系統(tǒng)中要在互易反向信道上估計。這也是技術(shù)人員熟知的過程，并且因此不在此進一歩論述。也將在慫在多天線裝置未知時的情況 中概述解決方案。然而，現(xiàn)在假設(shè)慫已知。也假設(shè)在本發(fā)明的所述示例中，在OFDM系統(tǒng)中每窄帶子載波執(zhí)行操作，因此，在所述示例中，采用窄帶信道。在多天線裝置接收的N1Xl信號向量(N1行和I列)表示為
Λ* 二 Wi*..-. W11J + O；
其中，H1是在Tx與多天線裝置之間的N1XNtx (N1行和Ntx列)MIMO傳送信道矩陣，s是來自Tx的傳送的Nt^rl信號向量，//,是在多天線裝置的輸出側(cè)與輸入側(cè)之間的N1JcN2自干擾MIMO信道矩陣，ァ是來自多天線裝置的傳送的N2Xl信號向量，以及/是在多天線裝置的輸入側(cè)的N1Xl噪聲向量。向量和矩陣的大小以mxn格式表示，其中，m是行的數(shù)量，并且n是列的數(shù)量。信號向量此處包括多個信號。為分離自干擾信道的本征模，對自干擾矩陣私執(zhí)行了分解，在多個本征模中劃分自干擾矩陣，其中，所述濾波矩陣由與要對消的自干擾信道的所述至少一個本征模正交的向量構(gòu)成。在本發(fā)明的一個示例中，通過多天線裝置對自干擾信道矩陣私執(zhí)行奇異值分解(SVD)來完成分解，其中，私是N1XN2矩陣。H0的SVD由下式給出
其中，^是酉(規(guī)范正交)N1XN1矩陣，N1是輸入天線310的數(shù)量，包含左奇異向量，み是對角N1XN2矩陣，N2是輸出天線311的數(shù)量，包含沿其主對角降序的奇異值，匕是酉N2XN2矩陣，包含右奇異向量。Vf是V0的復(fù)共軛轉(zhuǎn)置，其中，ガ表示厄米轉(zhuǎn)置(Hermitiantranspose)。酉矩陣中的行和列向量相互正交，即，
UU, = /λ,以及=し
其中，/#iNXN単位矩陣。ひ/是ひ,的復(fù)共軛轉(zhuǎn)置。本征模是在自干擾信道中的模式并且通過SVD發(fā)現(xiàn)。每個奇異值具有對應(yīng)的左和右奇異向量。奇異值、右和左奇異向量的每個此類集稱為本征摸。奇異值是本征模的強度的測度。
由接收濾波矩陣ろ定義的也稱為空間濾波器的對消/7,個最強本征模(對應(yīng)于私的
n0個第一奇異值)的接收濾波器因而(使用Matlab標記法)由に=U； C , · I N' I給出。
括號內(nèi)的標記意味著所有行(表示為)和從/7,+1到M的列。此接收濾波矩陣作為接收濾波器應(yīng)用在接收信號向量Z上時，它產(chǎn)生
fr.V = WJi,s ##..メ切 + η\.η,
在此表達式中，自干擾由積定義，它現(xiàn)在包括新的且現(xiàn)在降低的干擾分量 表達式I^v .K /,, J意味著從右側(cè)與帶有N1I,行和列的單位矩陣級聯(lián)，帶有只
填充O的N1-Z7,行和ル列的矩陣。級聯(lián)是熟知的矩陣運算，意味著兩個矩陣的結(jié)合。也就是說，通過應(yīng)用由接收濾波矩陣I定義的接收濾波器的此特定選擇，對消了自干擾信道的η0個最強本征模。在本發(fā)明的其它示例中，能夠在多天線裝置的輸出側(cè)應(yīng)用由H； - KA:, + I Λに)給出的傳送濾波矩陣定義的傳送濾波器，類似于上面接收濾波器的
說明，這將導(dǎo)致以下降低的干擾分量
- GA,, II11 I I:ち卜 t/,U I
表達式tも,1…* ；' I意味著從下方與帶有N2-Z7,行和列的単位矩陣級聯(lián)，帶有只填充O的ル行和N2-Z7,列的矩陣的轉(zhuǎn)置。因此，上述傳送濾波器也將對消自干擾信道的n0個最強本征模。不必使用接收和傳送濾波兩者對消自干擾信道的相同本征模。更佳的方案反而是讓接收和傳送濾波器對消自干擾信道的不同本征模。例如，接收濾波器能夠?qū)ο愿蓴_信道的第一本征模，而傳送濾波器能夠?qū)ο诙菊髂?。它們因而將一起對消兩個本征摸，每個濾波器一個本征摸。上述示例通過由以下接收和傳送濾波矩陣定義的濾波器選擇來完成
匕=￡/,ft[2 …，V1])以及 M.:=l,,ム[I 3 …ル1)
濾波器能夠視為使最強的干擾方向變空的波束成形濾波器。以線性代數(shù)術(shù)語表述時，意味著它們將接收和/或傳送的信號向量投射到更低維(子)空間，其中，自干擾更小或有時甚至為零。如果自干擾為零，則此更低維子空間是自干擾信道矩陣的零空間(null space)。但要使此情況發(fā)生，自干擾矩陣要為低秩，這是因為只有低秩矩陣具有零空間。如果自干擾信道沒有零空間，則接收和/或傳送濾波器將投射信號向量到包含小量自干擾的子空間。在此子空間中的自干擾量由未對消的自干擾信道矩陣的本征模的奇異值，即更小的奇異值給出。我們能夠說更小的非零奇異值及其對應(yīng)奇異向量表示自干擾信道的近似零空間。在圖5中，示出了 100個獨立4X4 i. i. d.(獨立同分布)瑞利分布MMO信道的四個有序奇異值(即，以降序設(shè)置的奇異值)的増益。瑞利分布是技術(shù)人員熟知的連續(xù)概率密度函數(shù)。i. i. d.瑞利分布信道表示帶有零相關(guān)的富信道(rich channel)。富信道一般情況下是高秩信道。滿秩信道意味著所有信道向量(即信道矩陣中的所有列)是線性無關(guān)的。富信道對應(yīng)于存在由多徑波傳播和散射造成的獨立的多個傳播的情況。信道實現(xiàn)號在X軸上示出，并且用dB表述為20乘以第一奇異值501、第二奇異值502、第三奇異值503和第四奇異值504的奇異值的以10為底的對數(shù)的增益在y軸上示出。對應(yīng)于第一奇異值501的曲線畫成粗實線，對應(yīng)于第二奇異值的曲線畫成點線，對應(yīng)于第三奇異值的曲線畫成實線，以及對應(yīng)于第四奇異值的曲線畫成短劃線。從圖5中，明白即使 對于這些種類的富信道，在最大與最小奇異值之間也存在大的增益差。對于不那么富的信道，増益差將甚至更大。此處，在最大與最小奇異值之間的平均増益或功率差為17 dB，對應(yīng)于在第一奇異值501與第四奇異值504之間的平均差，并且平均98%的總功率位于前三個本征模中。本征模的功率對應(yīng)于其奇異值的平方。此外，89%的總功率位于前兩個本征模中。實際上，沒有粗略近似表明甚至4X4 i. i.d.瑞利分布信道具有至少ー維的近似零空間。這些種類的零空間近似在天線的數(shù)量増加時變得甚至更準確。子空間和零空間及空間的維度、本征模和奇異值是線性代數(shù)中的熟知術(shù)語。到現(xiàn)在為止，我們只考慮了自干擾對消，而未考慮對傳送和接收信道的影響。例如，在使用多輸入多輸出(MMO)技術(shù)的多流傳送/接收上下文中，保持端對端(E2E)信道秩是另ー優(yōu)點。為實現(xiàn)此保持，必須認真設(shè)計中繼器自干擾對消方案，以使E2E信道秩得以保持。然而，在一些情況下，可能為了自干擾能力而驅(qū)使犧牲E2E信道秩。此外，情況可能是自干擾信道與不希望對消的其它信道共享維度。假設(shè)通過傳送信道傳送的信號向量的相當(dāng)大部分位于自干擾信道的最強本征模(維度)跨的相同子空間中。隨后，接收信號向量到自干擾信道的零空間的投射也將對消所需信號向量的相當(dāng)大部分。因此，避免此情況發(fā)生能夠是有利的。為例示本發(fā)明的ー種使用，可使得自干擾信道的最強本征模與傳送信道的最強本征模屬于相同子空間，然而，自干擾信道的最強本征模與接收信道的任何重要本征模不屬于相同子空間。如果情況是如此，則我們簡單地在多天線裝置的傳送側(cè)對消自干擾信道的該特定本征模，或反之亦然。在本發(fā)明的此示例中的構(gòu)想是通過將傳送和接收信道考慮在內(nèi)而認真地選擇在哪側(cè)執(zhí)行此操作，對消自干擾信道的最強(主導(dǎo))本征模(維度)。在本發(fā)明的此示例中，確保基于^應(yīng)用接收濾波器不會對消傳送信道中的主導(dǎo)本征模，如果這樣，則可基于匕應(yīng)用傳送濾波器(如果它不會對消接收信道的主導(dǎo)本征模的話)。由于傳送和接收信道由獨立的隨機矩陣過程定義，因此，它們均與自干擾信道共享重要本征模是不太可能的事件。因此，如果在ー側(cè)不可能對消干擾本征摸，則能夠在另ー側(cè)對消該本征摸。在使用兩個濾波矩陣時，本發(fā)明能夠使用選擇準則來選擇使用哪個濾波矩陣對消哪個本征模。隨后，通過對消某個本征模的自干擾抑制借助于滿足選擇準則的濾波矩陣布置進行，以便最小化傳送信道和/或接收信道的一個或幾個主導(dǎo)本征模的損失風(fēng)險。為形成如何選擇自干擾抑制的決定基礎(chǔ)，我們查看通過應(yīng)用Wr作為接收濾波器而在傳送信道中損失的功率量，并且將它與通過應(yīng)用K作為傳送濾波器以對消相同本征模(例如第r個本征摸)而在接收信道中損失的功率量。用于此類算法的示例的偽代碼由下面給出
如果
權(quán)利要求
1.一種用于在作為無線通信系統(tǒng)的傳送器(Tx)與接收器(Rx)之間的通信信道的一部分的多天線裝置(301)中的自干擾抑制的方法，所述通信系統(tǒng)使用所述多天線裝置(301)，所述多天線裝置位于所述傳送器與所述接收器之間，并且使用天線(310，311)和中繼器單元(302)以將信號從所述傳送器轉(zhuǎn)發(fā)到所述接收器，所述通信信道具有由傳送信道矩陣m定義的在所述傳送器與所述多天線裝置之間的傳送信道和由接收信道矩陣0 )定義的在所述多天線裝置與所述接收器之間的接收信道及在所述多天線裝置的輸出與輸入側(cè)之間的自干擾信道，所述自干擾信道由自干擾信道矩陣m定義，其特點在于所述方法包括以下步驟 為所述多天線裝置(301)配備(401)至少三個天線(301，311)，其中至少一個天線是位于面向所述傳送信道的輸入側(cè)的輸入天線(310)，以及至少一個天線(310，311)是位于面向所述接收信道的輸出側(cè)的輸出天線(311)，以及； 通過在具有至少兩個天線的多天線裝置的一側(cè)使用在所述天線(310，311)與所述中繼器單元之間插入的至少一個濾波矩陣布置(RF，TF)，抑制(402)所述自干擾信道，每個所述濾波矩陣布置(RF，TF)由濾波矩陣定義，所述濾波矩陣布置通過選擇與要對消的所述自干擾信道的至少一個本征模正交的所述濾波矩陣的列，對消所述自干擾信道的所述至少一個本征模。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特點在于所述無線通信系統(tǒng)是正交頻分復(fù)用OFDM系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特點在于所述傳送信道矩陣m、所述接收信道矩陣m和所述自干擾矩陣no在信道更新模塊中更新。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的方法，其特點在于對所述自干擾矩陣QQ執(zhí)行分解，在多個本征模中劃分所述自干擾矩陣，以及其中所述濾波矩陣由與要對消的所述自干擾信道的所述至少一個本征模正交的向量構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特點在于所述分解通過所述多天線裝置對所述自干擾信道矩陣0 )執(zhí)行奇異值分解SVD來完成，其中所述自干擾信道矩陣0 )的SVD由以下式子給出
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的方法，其特點在于所述接收濾波矩陣I由以下式子給出
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的方法，其特點在于所述傳送濾波矩陣K由以下式子給出
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的方法，其特點在于在使用兩個濾波矩陣時，通過對消某個本征模的自干擾抑制借助于滿足選擇準則的濾波矩陣布置進行，以便最小化所述傳送信道和/或所述接收信道的一個或幾個主導(dǎo)本征模的損失風(fēng)險。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特點在于所述選擇準則是功率損失準則，其中比較通過應(yīng)用所述接收濾波矩陣布置(RF)以對消某個本征模而在所述傳送信道中損失的功率量和通過應(yīng)用所述傳送濾波矩陣布置(TF)以對消相同的某個本征模而在所述接收信道中損失的功率，并且選擇給出最低功率損失的濾波矩陣布置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項所述的方法，其特點在于所述接收濾波矩陣布置(RF)和所述傳送濾波矩陣布置(TF)對消所述自干擾信道的不同本征模。
11.根據(jù)權(quán)利要求ι- ο任一項所述的方法，其特點在于 所述信道矩陣通過諸如導(dǎo)頻信號等標準方式在信道更新模塊(306)中更新， 更新的信道矩陣在用于基于所述更新的信道矩陣計算所述濾波矩陣和所述選擇準則的計算模塊(305)中使用，以及 所述信道更新模塊和所述計算模塊能夠是所述多天線裝置(301)中的分開單元，或者部分或完全與所述中繼器單元(302)集成。
12.一種在無線通信系統(tǒng)中包括用于在作為無線通信系統(tǒng)的傳送器(Tx)與接收器(Rx)之間的通信信道的一部分的多天線裝置中的自干擾抑制的多天線裝置(301)的節(jié)點，所述通信系統(tǒng)包括所述多天線裝置(301)，所述多天線裝置位于所述傳送器與所述接收器之間，并且包括天線(310，311)和中繼器單元(302)以將信號從所述傳送器轉(zhuǎn)發(fā)到所述接收器，所述通信信道包括由傳送信道矩陣m定義的在所述傳送器與所述多天線裝置之間的傳送信道、由接收信道矩陣m定義的在所述多天線裝置與所述接收器之間的接收信道及在所述多天線裝置(301)的輸出與輸入側(cè)之間的自干擾信道，所述自干擾信道由自干擾信道矩陣m定義，其特點在于 所述多天線裝置(301)包括至少三個天線(301，311)，其中至少一個天線是位于面向所述傳送信道的輸入側(cè)的輸入天線(310)，以及至少一個天線是位于面向所述接收信道的輸出側(cè)的輸出天線(311)，以及； 在包括至少兩個天線的多天線裝置(301)的一側(cè)在所述天線與所述中繼器單元(302)之間插入至少一個濾波矩陣布置(RF，TF)，每個所述濾波矩陣布置由濾波矩陣定義，所述濾波矩陣布置設(shè)置成通過所述濾波矩陣的列設(shè)置成與要對消的所述自干擾信道的至少一個本征模正交，對消所述自干擾信道的所述至少一個本征模。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的節(jié)點，其特點在于所述濾波矩陣布置(RF，TF)具有天線側(cè)和中繼器側(cè)，所述天線側(cè)具有到位于所述多天線裝置(301)的側(cè)之一的每個天線的分開連接，并且所述中繼器側(cè)具有到所述中繼器單元的連接。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的節(jié)點，其特點在于所述無線通信系統(tǒng)是正交頻分復(fù)用OFDM系統(tǒng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12-14任一項所述的節(jié)點，其特點在于使用兩個濾波矩陣布置(RF，TF),由接收濾波矩陣Wr定義的接收濾波矩陣布置(RF)，和由傳送濾波矩陣Wt定義的傳送濾波矩陣布置(TF)，在所述接收濾波矩陣布置的天線側(cè)的輸入端連接到所述輸入天線(310)，并且在所述中繼器側(cè)的輸出端連接到所述中繼器單元(302)，以及在所述傳送濾波矩陣布置的中繼器側(cè)的輸入端連接到所述中繼器單元，并且在所述天線側(cè)的輸出端連接到所述輸出天線(311)，用于所述接收濾波矩陣和所述傳送濾波矩陣的布置能夠是分開的單元或者完全或部分與所述中繼器單元集成。
16.根據(jù)權(quán)利要求12-15任一項所述的節(jié)點，其特點在于所述接收和/或傳送濾波矩陣布置(RF，TF)包括設(shè)置成將接收信號饋送到處理器模塊的輸入端口和設(shè)置成輸送來自所述接收和/或傳送濾波矩陣布置(RF，TF)的輸出的輸出端口，所述處理器模塊包括 籲分解軟件，設(shè)置成執(zhí)行所述自干擾信道QQ的分解，在多個本征模中劃分所述自干擾矩陣，所述濾波矩陣由與要對消的所述自干擾信道的所述至少一個本征模正交的所述自干擾矩陣0 )的那些奇異向量構(gòu)成，以及 濾波器軟件，設(shè)置成執(zhí)行在所述多天線裝置來自所述輸入天線的接收信號向量和所述接收濾波矩陣K的相乘和/或來自所述中繼器單元的傳送信號向量和所述傳送濾波矩陣Wt相乘，以及將結(jié)果輸出到所述輸出端口。
17.根據(jù)權(quán)利要求12-16任一項所述的節(jié)點，其特點在于所述中繼器單元(302)包括用于放大所述信號的功能，所述多天線裝置因此作為放大及轉(zhuǎn)發(fā)AF中繼器操作 或者 所述中繼器單元也包括用于在轉(zhuǎn)發(fā)前糾錯的功能，所述多天線裝置因此作為解碼及轉(zhuǎn)發(fā)DF中繼器操作。
18.根據(jù)權(quán)利要求12-17任一項所述的節(jié)點，其特點在于 所述信道矩陣設(shè)置成通過諸如導(dǎo)頻信號等標準方式在信道更新模塊(306)中更新， 更新的信道矩陣饋送到設(shè)置用于基于所述更新的信道矩陣計算所述濾波矩陣和所述選擇準則的計算模塊(305)，以及 所述信道更新模塊(306)和所述計算模塊(305)能夠是所述多天線裝置中的分開單元，或者部分或完全與所述中繼器單元(302)集成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于在作為無線通信系統(tǒng)的傳送器與接收器之間的通信信道的一部分的多天線裝置中的自干擾抑制的方法。通信系統(tǒng)使用多天線裝置，多天線裝置位于傳送器與接收器之間，并且使用天線和中繼器單元將信號從傳送器轉(zhuǎn)發(fā)到接收器。通信信道具有由傳送信道矩陣定義的在傳送器與多天線裝置之間的傳送信道、由接收信道矩陣定義的在多天線裝置與接收器之間的接收信道及在多天線裝置的輸出與輸入側(cè)之間的自干擾信道。自干擾信道由自干擾信道矩陣定義，其中，方法包括以下步驟為多天線裝置配備至少三個天線；以及通過使用在天線與中繼器單元之間插入的至少一個濾波矩陣布置，抑制自干擾信道。本發(fā)明也提供在包括多天線裝置的無線通信系統(tǒng)中用于作為通信信道的一部分的多天線裝置中自干擾抑制的節(jié)點。
文檔編號H04B7/15GK102859902SQ201080066375
公開日2013年1月2日 申請日期2010年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月22日
發(fā)明者M.克爾德里, F.阿特利 申請人:瑞典愛立信有限公司