專利名稱：更多信道容量和更少反饋信息的無線電通信裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用多個接收/發(fā)射天線的無線電通信技術(shù)，更詳細地說是涉及一種無線電通信裝置和方法，用于分配發(fā)射功率以便使信道容量最大化。
背景技術(shù)：
發(fā)射機和接收機之間的信道響應(yīng)信息應(yīng)該為發(fā)射機和接收機所知，以便檢測在無線電通信中的最優(yōu)化的信道容量。然而，通常是接收機知道信道響應(yīng)信息，而發(fā)射機不能知道信道響應(yīng)信息。因此，信道響應(yīng)信息必須要從接收機被反饋到發(fā)射機。這里，在利用多個天線的無線電通信中所指的″信道響應(yīng)信息″是指關(guān)于每一個發(fā)射天線和每一個接收天線之間的信道響應(yīng)的信息。該信道響應(yīng)信息隨著發(fā)送/接收天線的數(shù)目的增加而按比例增加。因此，一種利用多個天線的無線電通信裝置的信道容量是隨著所用的天線數(shù)目的增加而增加的。然而，在這種情況下，要被反饋到發(fā)射機的信息的量也隨著天線的數(shù)目的增加而按比例增加。
通常，在一種無線電通信裝置中分配發(fā)射功率是按照一種平均功率分配方法和一種水填充(water-filling)功率分配方法來實現(xiàn)的。
在該平均功率分配方法中，當信道響應(yīng)信息沒有從接收機反饋到發(fā)射機時，發(fā)射功率被平均分配給發(fā)射天線的基帶信號。利用這種方法，傳統(tǒng)的無線電通信裝置的信道容量Ceq參照G.J.Foschini和J.Gans在[″On Limits of WirelessCommunication in a Fading Environment When Using Multiple Antennae″(“當使用多個天線時衰落環(huán)境中無線通信的限制”)，無線電個人委員會，pp.311-335，1998年3月]中介紹的技術(shù)，可以通過下列公式進行計算Ceq=log2det[I′n′R+P′Tn′Tσ′2NH′H′h]···(1)]]>其中I′表示一個識別矩陣，n′T表示發(fā)射天線的數(shù)目，n′R表示接收天線的數(shù)目，P′T表示可由發(fā)射天線利用的功率的總量，H′表示一個信道響應(yīng)矩陣，大小為n′Rxn′T，σ′2N表示所接收到的高斯噪聲的色散(dispersion)，det表示一個行列式(determinant)，H′h表示H′的共軛轉(zhuǎn)置矩陣。
該平均功率分配方法的優(yōu)越性在于信道響應(yīng)信息不必從接收機反饋給發(fā)射機，但是該平均功率分配方法使得信道容量比信道響應(yīng)信息被從接收機反饋給發(fā)射機的無線電通信方法中的信道容量小。
同時，在所有的信道響應(yīng)信息通過一個接收機被估算，然后從該接收機反饋到一個發(fā)射機的情況下，在水填充功率分配方法中，該發(fā)射機利用信道容量最大化的極限總功率來為基帶信號分配發(fā)射功率。在此方法中，通過用于完全刪除信號之間的干擾的去耦轉(zhuǎn)換，具有多端輸入和多端輸出的傳統(tǒng)的無線電通信裝置變成了一種具有幾個并行的單輸入和單輸出的無線電通信裝置，參考D.Shiu，G.Foschini，J.Gans和J.Kahn在″Fading Correlation and Its Effect on theCapacity of Multi-Element Antenna Systems″(“相關(guān)衰落及其對于多部件天線系統(tǒng)的容量的影響”)(IEEE Trans.Communications，vol.48，pp.502-513，2000年三月)中介紹的文章。在該去耦轉(zhuǎn)換中，利用下列公式，發(fā)射機中的一個V矩陣和接收機中的一個Uh矩陣通過單值分解被用于使該信道響應(yīng)矩陣H′變成對角線形UDVhH′＝UDVh ...(2)一種用于使信道容量最大化的水-填充功率分配方法在一本名為《信息元理論(Elements of Information Theory)》的書中被公開，作者是Thomas Cover和JoyThomas(Wiely出版，New York，1991年)。按照這種方法，傳統(tǒng)的無線電通信裝置的信道容量Cwat通過下列公式來計算Cwat=Σk=1n′log2(1+Pk′λk′σN′2)···(3)]]>其中，n′是min(n′T，n′R)，p′k表示每個子信道的功率分配值，λ′k表示H′hH′的kth特征值。
在該水-填充功率分配方法中，信道容量Cwat最大化的每個子信道的功率分配值P′k用如下的一個拉格朗日乘子來測量 其中，λ′0表示從極限總功率P′T中得到的一個常數(shù)。
當采用了該水-填充功率分配方法時，n′Rn′T個復(fù)數(shù)即2n′Rn′T個實數(shù)必須從傳統(tǒng)的無線電通信裝置中的接收機反饋到發(fā)射機上。因此，用該水-填充功率分配方法，傳統(tǒng)的無線電通信裝置中的信道容量可以被最大化，但是大量信息必須從接收機反饋給發(fā)射機。


通過參照附圖詳細描述其中的一個優(yōu)選實施例，本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點將變得更加明顯，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的信道容量最大化的一種無線電通信裝置的方框圖；圖2是闡明由圖1中的無線電通信裝置所執(zhí)行的一種無線電通信方法的流程圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的、解釋圖2的步驟90的第一實施例的流程圖，以及圖4是根據(jù)本發(fā)明的、解釋圖2的步驟92的第二實施例的流程圖。
優(yōu)選實施方式以下，將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的信道容量最大化的無線電通信裝置的結(jié)構(gòu)和操作。
圖1是一個根據(jù)本發(fā)明的信道容量最大化的無線電通信裝置的方框圖，該設(shè)備包括一發(fā)射機10和一個接收機20。這里，標號′30′表示一個信道。
發(fā)射機10從由接收機20通過無線電發(fā)送來的反饋信號中恢復(fù)反饋信息；利用該恢復(fù)的反饋信號，為包含通過輸入終端IN從外面輸入的信息信號的基帶信號分配發(fā)射功率；調(diào)制被分配了發(fā)射功率的基帶信號，把該調(diào)制過的基帶信號轉(zhuǎn)變成射頻(RF)信號，并通過信道30把該RF信號發(fā)送給接收機20。
為了這些操作，發(fā)射機10包括第一接收天線40，一個反饋信息恢復(fù)單元42，一個第一基帶處理器44，一個RF處理器46，和第一發(fā)射天線48。
第一接收天線40用無線電接收通過信道30從接收機20發(fā)送過來的反饋信號，并把該接收到的反饋信號輸出給反饋信息恢復(fù)單元42。然后，反饋信息恢復(fù)單元42從所接收到的從第一接收天線40輸出的反饋信號中恢復(fù)反饋信息，并向第一基帶處理器44輸出該恢復(fù)的反饋信息。
第一基帶處理器44確定一種對從輸入終端IN輸入的信息信號進行調(diào)制的方法，處理該基帶信號，然后利用從反饋信息恢復(fù)單元42輸入的反饋信息為每個基帶信號分配發(fā)射功率。例如，第一基帶處理器44對基帶信號進行處理，諸如脈沖整形或者基帶濾波等。當發(fā)射功率被分配給每個基帶信號時，將確定對每個基帶信號進行調(diào)制的電平。而且，第一基帶處理器44根據(jù)所確定的調(diào)制方法調(diào)制該分配了發(fā)射功率的基帶信號，并向RF處理器46輸出該被調(diào)制的基帶信號。
然后，RF處理器46把由第一基帶處理器44調(diào)制的基帶信號轉(zhuǎn)變成RF信號，并向第一發(fā)射天線48輸出該RF信號。第一發(fā)射天線48把從RF處理器46輸出的RF信號通過信道30用無線電發(fā)送給接收機20。
然后，接收機20估算所接收的RF信號用無線電通過信道30發(fā)送的信道響應(yīng)，且利用該估算的信道響應(yīng)從該RF信號中恢復(fù)信息信號，并用無線電通過信道30把與將被分配的發(fā)射功率有關(guān)的信息作為一個反饋信號發(fā)送給發(fā)射機10，其中該發(fā)射功率利用該估算的信道響應(yīng)計算。
為了這些操作，接收機20包括第二接收天線60，第二基帶處理器62，信道估算器64，信息恢復(fù)單元66，分配功率計算器68，信息反饋單元70，以及第二發(fā)射天線72。
第二接收天線60接收從第一發(fā)射天線48發(fā)送來的RF信號，并把該接收到的RF信號輸出到第二基帶處理器62。然后，第二基帶處理器62把從第二接收天線60輸出的RF信號轉(zhuǎn)換成基帶信號，在該轉(zhuǎn)換了的基帶信號上執(zhí)行信號處理，諸如基帶濾波，并把該處理后的信號輸出到信道估算器64和信息恢復(fù)單元66。
接下來，信道估算器64從導(dǎo)頻符號的結(jié)果中估算出信道響應(yīng)，在開始通信之前導(dǎo)頻符號就已經(jīng)被發(fā)射機10和接收機20知道并且在由第二基帶處理器62處理的結(jié)果信號中選擇，該信道估算器并且輸出該估算的信道響應(yīng)到信息恢復(fù)單元66和分配功率計算器68。然后，信息恢復(fù)單元66利用由信道估算器64估算的信道響應(yīng)，從由第二基帶處理器62信號處理后的結(jié)果中恢復(fù)一個信息信號，并通過一個輸出端OUT輸出該被恢復(fù)的信息信號。為了信息信號的恢復(fù)，信息恢復(fù)單元66可能還包括與第一發(fā)射天線48同樣數(shù)量的均衡器(未示出)。
此外，分配功率計算器68利用由信道估算器64估算的信道響應(yīng)來計算發(fā)射功率，該發(fā)射功率將被分配給第一發(fā)射天線48的每個基帶信號，因此信道容量可以被最大化。然后，分配功率計算器68對計算后的發(fā)射功率量化，并把量化后的功率輸出到信息反饋單元70上。
根據(jù)本發(fā)明，分配功率計算器68計算用于使信道容量C最大化的功率P1，P2，...PnT’，以作為將被分配給基帶信號的發(fā)射功率，如下Cprop=log2det[InR+1σ2NHPHh],Σk=1nTpk≤PT,]]>P對角線{p1，p2，...pn}其中，I表示一個單位矩陣，nR表示第二接收天線60的數(shù)目，nT表示第一發(fā)射天線48的數(shù)目，σN2表示所接收到的高斯噪聲的色散，H表示關(guān)于所估算的信道響應(yīng)的一個大小為nR×nT的矩陣，Hh表示H的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，PT表示第一發(fā)射天線48的有效功率的總量，P表示一個對角線矩陣，指明分配給每一個第一發(fā)射天線48的發(fā)射功率。
注意到，如果公式5在該將被分配給第一發(fā)射天線48的發(fā)射功率P1，P2，...Pnr處被展開的話，在該對數(shù)函數(shù)中將會獲得一個階數(shù)n＝min(nT，nR)的多項式。
而且，根據(jù)本發(fā)明，分配功率計算器68計算如公式5所示的下列行列式det[InR+1σ2NHPHh]]]>=det[InR+1σ2NΣi=1nTpiH(i)Hh(i)]]]>={1+Σi1=1nTpi1σ2Ndet[H(i1)hH(i1)]]]>+Σi1=1nTΣi2>i1nTpi1σ2Npi2σ2Ndet[Hh(i1,i2)H(i1,i2)]]]>+Σi1=1nTΣi2>i1nTΣi3>i2nTpi1σ2Npi2σ2Npi3σ2Ndet[Hh(i1,i2,i3)H(i1,i2,i3)]+···]]>+Σi1=1nTΣi1>i2nT···Σinr-2>inr-2nTpi1σ2Npi2σ2N···pnT-1σ2Ndet[Hh(i1,i2,···,inT-1)H(i1,i2,···,inT-1)]]]>+Σi1=1nTΣi2>i2nT···Σinr-1>inr-2nTΣinr>inr-1nTpi1σN2pi2σN2···pnT-1σN2pnTσN2det[Hh(i1,i2,···,in)H(i1,i2,···,inT)]}····(6)]]>其中，H(i.j，...)表示由i，j，...組成的H的一個子矩陣，并且不管nR和nT之間是否有差值都能得到公式6。這里，利用一種數(shù)值計算法，諸如最速下降方法、牛頓法和共軛梯度法(見由David Kincaid和Ward Chency編寫的《數(shù)值分析》，由PacificGrove，California出版，1991)來計算將被分配給第一發(fā)射天線48的發(fā)射功率P1，P2，...Pnr是可能的，這些發(fā)射功率使公式6的行列式最大化。
同時，信息反饋單元70調(diào)制由分配功率計算器68計算的值，把該調(diào)制了的值轉(zhuǎn)換成RF信號，并把該RF信號輸出到第二發(fā)射天線72。然后，第二發(fā)射天線72把從信息反饋單元70輸出的RF信號作為反饋信號(包含了關(guān)系到將被分配的發(fā)射功率的信息)用無線電通過信道30發(fā)送到第一接收天線40。為了這些操作，信息反饋單元70執(zhí)行與第一基帶處理器44和RF處理器46相同的功能。換句話說，作為與第一基帶處理器44相同的功能，信息反饋單元70把由分配功率計算器68計算的值算作為基帶信號，并對該值進行處理與調(diào)制。并且，作為與RF處理器46相同的功能，信息反饋單元70把該調(diào)制過的值轉(zhuǎn)換成RF信號，并把該RF信號輸出到第二發(fā)射天線72。
如果接收機20把與將被分配的發(fā)射功率有關(guān)的信息反饋到第一發(fā)射天線48的每一個上并且功率PT的總量有限，那么反饋信號由nT-1個實數(shù)組成。就是說，nT-1個實數(shù)被作為反饋信號從接收機20反饋到發(fā)射機10。
在下文中，由圖1中的無線電通信單元執(zhí)行的根據(jù)本發(fā)明的無線電通信方法將參照附圖被描述。
圖2是一個流程圖，解釋一種由圖1中的無線電通信單元執(zhí)行的無線電通信方法。在此方法中，基帶信號用利用反饋信息所分配的發(fā)射功率被調(diào)制并被發(fā)送(步驟90)。然后，利用從所接收到的RF信號中估算的信道響應(yīng)來恢復(fù)信息信號，同時得到和該分配的發(fā)射功率有關(guān)的信息(步驟92)。
具體的說，在步驟90中，圖1中的發(fā)射機10利用從反饋信號中恢復(fù)的反饋信息來分配包含從外面輸入的信息信號的每個基帶信號的發(fā)射功率，并用該分配的發(fā)射功率調(diào)制該基帶信號，然后把該基帶信號轉(zhuǎn)換成RF信號并把該RF信號發(fā)送到接收機20。
圖3是一個流程圖，解釋根據(jù)本發(fā)明的、圖2中的步驟90的一個優(yōu)選實施例。在此實施例中，施加到基帶信號上的發(fā)射功率根據(jù)信息信號的類型及反饋信息是否存在而被平均或者不平均分配(步驟100至106)。然后，用分配的發(fā)射功率所調(diào)制的基帶信號被轉(zhuǎn)變成RF信號并被發(fā)送(步驟108和110)。
具體的說，根據(jù)圖3中闡明的圖2中步驟90的本發(fā)明的最佳實施例，圖1的發(fā)射機10將確定通過輸入終端IN輸入的信息信號是否是導(dǎo)頻符號(步驟100)。如果該信息信號被確定不是導(dǎo)頻符號，那么發(fā)射機10將檢查反饋信息是否存在(步驟102)。執(zhí)行步驟102，發(fā)射機10檢查反饋信號是否是從接收機20發(fā)送的。如果反饋信息存在，發(fā)射機10將從該接收到的反饋信號中恢復(fù)反饋信息(步驟104)。
相反地，如果該信息信號被確定是導(dǎo)頻符號或者該反饋信息不存在或者步驟104被執(zhí)行了之后，發(fā)射機10將為基帶信號分配發(fā)射功率(步驟106)。例如，執(zhí)行了步驟104之后，發(fā)射機10利用該反饋信息非均等地分配基帶信號的發(fā)射功率，并且如果該信息信號被確定是導(dǎo)頻符號或者該反饋信息并不存在，那么發(fā)射機10相應(yīng)于導(dǎo)頻符號可以均等地分配基帶信號的發(fā)射功率。然而，根據(jù)本發(fā)明在圖2的步驟90的另一實施例，如果檢查了一次步驟102之后確定該反饋信息不存在，那么該反饋信息的存在性將可能被再一次檢查，而不是轉(zhuǎn)到步驟104或者106。事實上，該反饋信息的存在性可以在步驟102中被連續(xù)地檢查，而不象圖3中所示的那樣。
執(zhí)行了步驟106之后，發(fā)射機10用該分配的發(fā)射功率用一種預(yù)定的調(diào)制方法來調(diào)制該基帶信號(步驟108)。上述的步驟100至106由圖1中的第一基帶處理器44執(zhí)行。
執(zhí)行了步驟108之后，RF處理器46把已經(jīng)由第一基帶處理器44調(diào)制過的基帶信號轉(zhuǎn)換成RF信號，并且把該RF信號發(fā)送到接收機20(步驟110)。
同時，執(zhí)行了步驟90之后，接收機20接收發(fā)射機10用無線電通過信道30發(fā)送的RF信號，估算在該RF信號發(fā)送期間的信道響應(yīng)，利用該估算的信道響應(yīng)從該RF信號中恢復(fù)信息信號，并用無線電把包含與將被分配的發(fā)射功率有關(guān)的信息的反饋信號發(fā)送到發(fā)射機10，該發(fā)射功率利用該估算的信道響應(yīng)來計算。
圖4是一個流程圖，解釋由圖1中的接收機20執(zhí)行的圖2中步驟92的本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例。在此實施例中，根據(jù)通過把接收的RF信號轉(zhuǎn)換成基帶信號并通過處理該轉(zhuǎn)換結(jié)果而得到的值是否是導(dǎo)頻符號，來確定恢復(fù)信息信號或者獲得一個反饋信號(步驟120至132)。
具體的說，第二接收天線60接收在步驟90中發(fā)送的RF信號(步驟120)。步驟120之后，圖1的第二基帶處理器62把接收到的RF信號轉(zhuǎn)換成基帶信號，并對轉(zhuǎn)換后的基帶信號進行信號處理(步驟122)。步驟122之后，第二基帶處理器62確定信號處理結(jié)果是否是用于導(dǎo)頻符號(步驟124)。
如果確定該信號處理結(jié)果是用于導(dǎo)頻符號的，那么第二基帶處理器62把該用于導(dǎo)頻符號的信號處理結(jié)果輸出到信道估算器64，信道估算器64從該用于導(dǎo)頻符號的信號處理結(jié)果中估算信道響應(yīng)(步驟126)。步驟126之后，分配功率計算器68利用由信道估算器64估算的信道響應(yīng)計算將被分配給從第一發(fā)射天線48輸出的基帶信號的發(fā)射功率(步驟128)。步驟128之后，信息反饋單元70調(diào)制由分配功率計算器68計算的值，把該調(diào)制的值轉(zhuǎn)換成RF信號，并用無線電通過第二發(fā)射天線72把該RF信號作為反饋信號發(fā)送到發(fā)射機10(步驟130)。
然而，如果步驟124中的信號處理結(jié)果被確定不是用于導(dǎo)頻符號的，那么信息恢復(fù)單元66將利用估算的信道響應(yīng)從第二基帶處理器62輸出的處理結(jié)果中恢復(fù)信息信號，并通過一個輸出端OUT輸出該恢復(fù)的信息信號(步驟132)。
結(jié)果，在根據(jù)本發(fā)明的無線電通信裝置和方法中，更多的發(fā)射功率被分配給第一發(fā)射天線48中處于良好狀態(tài)的其中一個。因此，比起傳統(tǒng)的等值功率分配方法，用本方法可以獲得更多的信道容量。
并且，用根據(jù)本發(fā)明的無線電通信裝置和方法，與傳統(tǒng)的水填充功率分配方法相比，當減少反饋信息的數(shù)量時還有可能獲得幾乎相仿數(shù)量的信道容量。例如，在傳統(tǒng)的水填充功率分配方法中，信道響應(yīng)矩陣H′的所有元素都必須從接收機反饋給發(fā)射機，并且如果信道響應(yīng)矩陣H′的元素都是復(fù)數(shù)，那么因此被反饋的信息的數(shù)量將是(2n′Rn′T)Nq(這里，Nq表示位(bit)數(shù)，位數(shù)在對實數(shù)進行量化時是必需的)。這里，如果被反饋的是V和P而不是H′，那么被反饋的信息的數(shù)量是(n′T2+n′T-1)Nq。也就是說，總共有n′T2個復(fù)數(shù)必須被反饋，因為去耦矩陣V是一個n′Rxn′T的酉矩陣，并且n′T-1個復(fù)數(shù)必須被反饋，因為在總共n′T個信道中的自由度由于極限功率而減少了1。然而，在根據(jù)本發(fā)明的無線電通信裝置和方法中，只有那些表示將被分配給第一發(fā)射天線48的發(fā)射功率的數(shù)量的信息被反饋，并且因此從接收機20反饋到發(fā)射機10的信息的數(shù)量是(n′T-1)Nq。因此，在本發(fā)明的無線電通信裝置和方法中，被反饋的信息的數(shù)量與在傳統(tǒng)的水填充功率分配方法中被反饋的信息的數(shù)量比起來還可以被減少的更多。
雖然本發(fā)明已經(jīng)參照一個最佳的實施例詳細地示出并被描述，但是應(yīng)理解，對于那些本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在形式上和細節(jié)上作各種各樣的變化，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍(如附加的權(quán)利要求中所定義的)。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的信道容量最大化的無線電通信裝置和方法中，只有關(guān)于將被分配給第一發(fā)射天線的發(fā)射功率的數(shù)量的信息被反饋，而不同于在傳統(tǒng)的無線電通信裝置和方法中從接收機反饋到發(fā)射機的是信道響應(yīng)信息。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明，雖然在一個反饋信號中信息的數(shù)量被減到最少但是信道容量仍可以被最大化。此外，不需要去耦轉(zhuǎn)換，因此減少了硬件的制造尺寸和成本。
權(quán)利要求
1.一種具有最大信道容量的無線電通信裝置，所述無線電通信裝置包括一個發(fā)射機，用于利用從反饋信號恢復(fù)的反饋信息來分配每個發(fā)射天線的每個包含從外面輸入的信息信號的基帶信號的發(fā)射功率，并用所述分配的發(fā)射功率調(diào)制所述基帶信號，并把所述基帶信號轉(zhuǎn)換成RF信號然后發(fā)送所述RF信號；以及一個接收機，用于估算在所接收的RF信號被發(fā)送的期間的信道響應(yīng)，用于利用所述估算的信道響應(yīng)從所述RF信號中恢復(fù)信息信號，并且用無線電把和每個發(fā)射天線的發(fā)射功率有關(guān)的信息作為反饋信號發(fā)送到所述發(fā)射機，這些發(fā)射功率根據(jù)所述估算的信道響應(yīng)來計算并將被分配。
2.如權(quán)利要求1所述的無線電通信裝置，其中所述發(fā)射機包括第一接收天線，用于接收從接收機發(fā)送來的反饋信號；一個反饋信息恢復(fù)單元，用于從由所述第一接收天線輸出的反饋信號中恢復(fù)所述反饋信息，并用于輸出所述恢復(fù)了的反饋信息；第一基帶處理器，用于為每個發(fā)射天線的每個基帶信號分配發(fā)射功率，并通過一種預(yù)定的調(diào)制方法用所述分配的發(fā)射功率來調(diào)制所述基帶信號；一個RF處理器，用于把由所述第一基帶處理器調(diào)制的基帶信號轉(zhuǎn)換成RF信號，并輸出所述RF信號；以及第一發(fā)射天線，用于把從所述RF處理器輸出的RF信號發(fā)送到接收機。
3.如權(quán)利要求2所述的無線電通信裝置，其中所述接收機包括第二接收天線，用于接收從第一發(fā)射天線發(fā)送的RF信號；第二基帶處理器，用于把由第二接收天線接收到的RF信號轉(zhuǎn)換成基帶信號，并對該轉(zhuǎn)換后的基帶信號進行處理；一個信道估算器，用于從關(guān)于導(dǎo)頻符號的信號中估算信道響應(yīng)，并輸出所述估算的信道響應(yīng)，所述導(dǎo)頻符號在由第二基帶處理器處理的信號當中選擇；一個信息恢復(fù)單元，用于利用所述估算的信道響應(yīng)從由第二基帶處理器處理的所述信號中恢復(fù)信息信號；一個分配功率計算器，用于利用所述估算的信道響應(yīng)來計算分配給第一發(fā)射天線的每個基帶信號的發(fā)射功率；一個信息反饋單元，用于調(diào)制由分配功率計算器計算的發(fā)射功率，把所述調(diào)制后的發(fā)射功率轉(zhuǎn)換成RF信號，并輸出該RF信號；以及第二發(fā)射天線，用于把從信息反饋單元輸出的RF信號作為反饋信號發(fā)送到第一接收天線。
4.如權(quán)利要求3所述的無線電通信裝置，其中所述分配功率計算器利用下列公式求出作為被分配給第一發(fā)射天線的基帶信號的發(fā)射功率的功率p1，p2，...，pn，這些功率使信道容量Cprop達到最大Cprop=log2det[InR+1σ2NHPHh],Σk=lnTpk≤pT,]]>P對角線{p1，p2，...， }其中，det表示一個行列式(determinant)，I表示一個單位矩陣，nR表明第二接收天線的數(shù)目，nT表示第一發(fā)射天線的數(shù)目，σN2表示所接收到的高斯噪聲的色散(dispersion)，H表示一個和所估算的信道響應(yīng)有關(guān)的大小為nR×nT的矩陣，Hh表示H的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，PT表示第一發(fā)射天線中可用功率的總量，P表示一個對角線矩陣。
5.如權(quán)利要求4所述的無線電通信裝置，其中所述分配功率計算器通過下列公式來計算行列式detdet[InR+1σ2NHPHh]]]>=det[InR+1σ2NΣi=1nTpiH(i)Hh(i)]]]>={1+Σi1=1nTpi1σ2Ndet[H(i1)hH(i1)]]]>+Σi1=1nTΣi2>i1nTpi1σ2Npi2σ2Ndet[Hh(i1,i2)H(i1,i2)]]]>+Σi1=1nTΣi2>i1nTΣi3>i2nTpi1σ2Npi2σ2Npi3σ2Ndet[Hh(i1,i2,i3)H(i1,i2,i3)]+···]]>+Σi1=1nTΣi1>i2nT···Σinr-2>inr-2nTpi1σ2Npi2σ2N···pnT-1σ2Ndet[Hh(i1,i2,···,inT-1)H(i1,i2,···,inT-1)]]]>+Σi1=1nTΣi2>i2nT···Σinr-1>inr-2nTΣinr>inr-1nTpi1σN2pi2σN2···pnT-1σN2pnTσN2det[Hh(i1,i2,···,in)H(i1,i2,···,inT)]}]]>
6.一種無線電通信方法，由權(quán)利要求1所述的無線電通信裝置執(zhí)行，所述無線電通信方法包括(a)利用從反饋信號中恢復(fù)的反饋信息，分配第一發(fā)射天線的每一個包含從外面輸入的信息信號的基帶信號的發(fā)射功率，用所述分配的發(fā)射功率調(diào)制所述基帶信號，把所述調(diào)制后的基帶信號轉(zhuǎn)換成RF信號然后發(fā)送所述RF信號；以及(b)估算RF信號被發(fā)送的期間的信道響應(yīng)，利用所述估算的信道響應(yīng)從所述RF信號中恢復(fù)信息信號，并用無線電把所述包含與將被分配的發(fā)射功率有關(guān)的信息的反饋信號發(fā)送到發(fā)射機，這些發(fā)射功率利用所述估算的信道響應(yīng)來計算。
7.如權(quán)利要求6所述的無線電通信方法，其中步驟(a)包括(a1)確定信息信號是否是一個導(dǎo)頻符號；(a2)如果所述信息信號被確定不是導(dǎo)頻符號，則檢查反饋信息的存在與否；(a3)如果確定所述反饋信息存在，則從所述接收到的反饋信號中恢復(fù)所述反饋信號；(a4)利用所述恢復(fù)的反饋信息分配基帶信號的發(fā)射功率。(a5)用一種預(yù)定的調(diào)制方法調(diào)制所述帶有分配的發(fā)射功率的基帶信號；以及(a6)把所述調(diào)制后的基帶信號轉(zhuǎn)換成RF信號，并把所述RF信號發(fā)送到接收機。
8.如權(quán)利要求7所述的無線電通信方法，其中步驟(a)還包括步驟(a7)如果該信息信號是導(dǎo)頻符號，那么相應(yīng)于所述導(dǎo)頻符號為所述基帶信號分配均等的發(fā)射功率，轉(zhuǎn)換所述基帶信號，并返回到步驟(a5)。
9.如權(quán)利要求8所述的無線電通信方法，其中在步驟(a2)期間，反復(fù)檢查所述反饋信息是否存在。
10.如權(quán)利要求8所述的無線電通信方法，其中步驟(a)還進一步包括步驟(a8)如果在步驟(a2)中確定了該反饋信息不存在，則平均分配基帶信號的發(fā)射功率，并返回到步驟(a5)。
11.如權(quán)利要求7所述的無線電通信方法，其中步驟(b)包括(b1)接收在步驟(a)中發(fā)送的RF信號；(b2)把在步驟(b1)中接收的RF信號轉(zhuǎn)換成基帶信號并處理所述基帶信號；(b3)判定在步驟(b2)中處理的基帶信號是否是用于所述導(dǎo)頻符號；(b4)如果在步驟(b2)中處理的所述基帶信號是用于導(dǎo)頻符號的，那么就估算來自那些用于導(dǎo)頻符號的處理后的基帶信號的信道響應(yīng)；(b5)利用所述估算的信道響應(yīng)計算將被分配給所述基帶信號的發(fā)射功率；(b6)調(diào)制所計算的發(fā)射功率，把所述調(diào)制的發(fā)射功率轉(zhuǎn)換成RF信號，并把所述RF信號作為反饋信號發(fā)送給發(fā)射機；以及(b7)如果確定在步驟(b2)中處理的基帶信號不是用于導(dǎo)頻符號的，那么利用所估算的信道響應(yīng)來恢復(fù)步驟(b2)中處理的基帶信號的信息信號。
全文摘要
一種具有最大的信道容量的無線電通信裝置。該裝置包括:一個發(fā)射機,用于利用從反饋信號恢復(fù)的反饋信息來分配每個發(fā)射天線的每個基帶信號的發(fā)射功率,用分配的發(fā)射功率調(diào)制基帶信號,并把基帶信號轉(zhuǎn)換成RF信號然后發(fā)送RF信號;一個接收機,用于估算在所接收的RF信號被發(fā)送的期間的信道響應(yīng),用于利用估算的信道響應(yīng)從RF信號中恢復(fù)信息信號,并且用無線電把和發(fā)射功率有關(guān)的信息作為反饋信號發(fā)送到發(fā)射機上,發(fā)射功率根據(jù)估算的信道響應(yīng)計算并將被分配。在此信道容量最大化的無線電通信裝置中,只有與將被分配給第一發(fā)射天線的發(fā)射功率的數(shù)量有關(guān)的消息被反饋。因此,雖然在反饋信號中信息的數(shù)量被減到最少但是信道容量仍可以被最大化。此外,不需要去耦轉(zhuǎn)換,減少硬件的制造尺寸和成本。
文檔編號H04B7/06GK1387327SQ0214101
公開日2002年12月25日 申請日期2002年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月7日
發(fā)明者金基鎬, 金成珍, 李光馥, 黃圭鐘 申請人:三星電子株式會社, 李光馥