專利名稱：無(wú)線通信系統(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)明涉及如同一般在無(wú)線局域網(wǎng)(LAN)中進(jìn)行的那樣，在多個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)或終端之間實(shí)現(xiàn)寬帶無(wú)線電傳輸?shù)臒o(wú)線通信系統(tǒng)、設(shè)備、方法和計(jì)算機(jī)程序。特別地，本發(fā)明涉及通過(guò)利用采用空間多路復(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多個(gè)邏輯信道，執(zhí)行多輸入多輸出(MIMO)通信，來(lái)提高通信容量的無(wú)線通信系統(tǒng)、設(shè)備、方法和計(jì)算機(jī)程序。
更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及利用信道矩陣的奇異值分解(SVD)，執(zhí)行閉環(huán)MIMO傳輸?shù)臒o(wú)線通信系統(tǒng)、設(shè)備、方法和計(jì)算機(jī)程序，所述信道矩陣具有為多對(duì)發(fā)射天線和接收天線的信道的元素，特別地，本發(fā)明涉及通過(guò)減少在SVD-MIMO通信期間，為了信道矩陣采集而在發(fā)射器和接收器之間交換的參考信號(hào)的區(qū)域，來(lái)提高傳輸效率的無(wú)線通信系統(tǒng)、設(shè)備、方法和計(jì)算機(jī)程序。
背景技術(shù)：
由LAN代表的計(jì)算機(jī)連網(wǎng)能夠有效地實(shí)現(xiàn)共享信息資源和設(shè)備資源。現(xiàn)在，作為使用戶免除傳統(tǒng)有線LAN中的電纜布線的系統(tǒng)，無(wú)線LAN引起人們的注意。由于無(wú)線LAN能夠免除工作空間，比如辦公室中的多數(shù)布線電纜，因此諸如個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)之類的通信終端能夠更容易地移動(dòng)。
最近，由于無(wú)線LAN的速度增大和價(jià)格降低，因此對(duì)無(wú)線LAN的需求顯著增大。特別是，正在考慮引入個(gè)人區(qū)域網(wǎng)(PAN)，即，利用通常在生活環(huán)境中用于信息通信的多個(gè)電子裝置建立小規(guī)模的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)日本無(wú)線電規(guī)則，不同的無(wú)線通信系統(tǒng)和裝置可用在某些頻帶中，比如2.4GHz和5GHz頻帶中，這些頻帶被允許在沒(méi)有監(jiān)管機(jī)構(gòu)的許可證的情況下使用。
無(wú)線連網(wǎng)的典型標(biāo)準(zhǔn)包括IEEE(電子和電子工程師協(xié)會(huì))802.11(例如，參見(jiàn)International Standard ISO/IEC 8802-111999(E)ANSI/IEEE Std 802.11，1999版，Part 11Wireless LAN Medium AccessControl(MAC)and Physical Layer(PHY)Specifications)，HiperLAN/2(例如，參見(jiàn)ETSI Standard ETSI TS 101761-1 V.1.3.1Broadband Radio Access Networks(BRAN)；HIPERLAN Type 2；DataLink Control(DLC)Layer；Part 1Basic Data Transport Functions，或者ETSI TS 101761-2 V1.3.1 Broadband Radio AccessNetworks(BRAN)；HIPERLAN Type 2；Data Link Control(DLC)Layer；Part 2Radio Link Control(RLC)sublayer)，IEEE 302.15.3，藍(lán)牙通信等。至于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于采用的不同無(wú)線通信系統(tǒng)和頻帶，還存在其增強(qiáng)版本IEEE 802.11a(例如，參見(jiàn)Supplement toIEEE Standard for Information technology-Telecommunications andinformation exchange between systems-Local and metropolitan areanetworks-Specific requirements-Part 11Wireless LAN MediumAccess Control(MAC)and Physical Layer(PHY)specificationsHigh-speed Physical Layer in the 5 GHz Band)，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。但是，需要能夠?qū)崿F(xiàn)更高位速率的通信速度的另外標(biāo)準(zhǔn)。例如，IEEE 802.11n目的在于提出一種為高于100Mbps的有效吞吐量創(chuàng)建條件的無(wú)線LAN技術(shù)，和建立下一代的無(wú)線LAN標(biāo)準(zhǔn)。
作為實(shí)現(xiàn)更高速度的無(wú)線通信的一種技術(shù)，MIMO通信引起人們的注意?；诎l(fā)射器和接收器都具有多個(gè)天線元件，從而產(chǎn)生空間多路復(fù)用的傳輸信道(下面稱“MIMO信道”)的MIMO系統(tǒng)，MIMO技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳輸容量和通信速度的提高。MIMO通信有效地利用了頻帶，因?yàn)樗捎每臻g多路復(fù)用。
MIMO通信方案是這樣的，在發(fā)射器，單獨(dú)的發(fā)射數(shù)據(jù)流被分配給多個(gè)天線上的子載波，子載波通過(guò)多個(gè)虛擬MIMO信道被發(fā)射，在接收器，由接收器的多個(gè)天線接收的子載波被處理和解碼成接收數(shù)據(jù)。這種通信方法利用了信道特征，和在發(fā)射器和接收器的簡(jiǎn)單的自適應(yīng)天線陣列不同。
圖4中概念地描繪了MIMO通信系統(tǒng)。如圖4中所示，發(fā)射器和接收器都安裝有多個(gè)天線。在發(fā)射器，多個(gè)發(fā)射數(shù)據(jù)流被空時(shí)編碼，多路復(fù)用和分配給M個(gè)天線上的子載波，并且子載波通過(guò)多個(gè)MIMO信道被發(fā)射。在接收器，經(jīng)由信道由N個(gè)天線接收的子載波被空時(shí)解碼成接收數(shù)據(jù)。這種信道模型由發(fā)射器周?chē)臒o(wú)線電環(huán)境(傳遞函數(shù))，信道空間結(jié)構(gòu)(傳遞函數(shù))，和接收器周?chē)臒o(wú)線電環(huán)境(傳遞函數(shù))組成。雖然當(dāng)發(fā)射信號(hào)被多路復(fù)用成子載波和從發(fā)射天線發(fā)射子載波時(shí)發(fā)生串?dāng)_，不過(guò)通過(guò)在接收器的信號(hào)處理，接收的多路復(fù)用的子載波可被無(wú)串?dāng)_地分離成各個(gè)正確的數(shù)據(jù)流。
雖然已提出了MIMO傳輸結(jié)構(gòu)的各種方案，不過(guò)如何按照天線的構(gòu)造，在發(fā)射器和接收器之間傳遞信道信息是一個(gè)重大的實(shí)現(xiàn)問(wèn)題。
為了傳遞信道信息，只從發(fā)射器向接收器發(fā)射已知信息(前同步信息)的方法是容易的。這種情況下，發(fā)射器和接收器相互獨(dú)立地進(jìn)行空間多路復(fù)用傳輸；這被稱為開(kāi)環(huán)MIMO傳輸方案。這種方法的一種發(fā)展類型是閉環(huán)MIMO傳輸方案，其中由同樣從接收器到發(fā)射器的前同步信息的反饋產(chǎn)生理想的空間正交的信道。
開(kāi)環(huán)MIMO傳輸方案的一個(gè)例子是垂直貝爾實(shí)驗(yàn)室分層空時(shí)(V-BLAST)方案(例如，參見(jiàn)日本公開(kāi)的未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)No.H10-84324)。發(fā)射器只是把信號(hào)多路復(fù)用成每個(gè)發(fā)射天線上的子載波，并發(fā)射子載波，而不把天線加權(quán)因子的矩陣分配給子載波。換句話說(shuō)，省去獲得天線加權(quán)因子的矩陣的反饋過(guò)程。在發(fā)射多路復(fù)用的子載波之前，發(fā)射器按照例如時(shí)分方式，把用于信道估計(jì)的訓(xùn)練信號(hào)插入每個(gè)天線上的數(shù)據(jù)流中。另一方面，在接收器，信道估計(jì)部分利用訓(xùn)練信號(hào)進(jìn)行信道估計(jì)，并為每個(gè)天線對(duì)計(jì)算信道信息矩陣H。通過(guò)巧妙地組合迫零和對(duì)消，利用由對(duì)消引起的天線提供的空間自由度，接收信號(hào)SN比被提高，并且解碼概率被增大。
利用傳播路徑函數(shù)的SVD的SVD-MIMO方案被認(rèn)為是閉環(huán)MIMO傳輸?shù)睦硐胄问?例如，參見(jiàn)http://radio3.ee.uec.ac.jp/MIMO(IEICE_TS).pdf(2003年10月24日))。
圖5中概念地描述了SVD-MIMO傳輸系統(tǒng)。在SVD-MIMO傳輸中，通過(guò)元素為每對(duì)天線的信道信息的數(shù)值矩陣，即，信道信息矩陣H的奇異值分解，獲得UDVH。作為在發(fā)射器的天線加權(quán)因子的矩陣的V被分配給發(fā)射天線上的子載波，作為在接收器的天線加權(quán)因子的矩陣的UH被分配給由接收天線接收的子載波。從而，MIMO信道被表示成對(duì)角元素為每個(gè)信道的特征值λi的平方根的對(duì)角矩陣D，信號(hào)的多路復(fù)用的子載波可在根本不遭受串?dāng)_的情況下被發(fā)射。這種情況下，在發(fā)射方和接收方，都能夠?qū)崿F(xiàn)由空間分割形成的邏輯獨(dú)立的多個(gè)信道，或者準(zhǔn)確地說(shuō)，空間正交的多路復(fù)用。
利用SVD-MIMO傳輸方案，理論上能夠?qū)崿F(xiàn)最大的通信容量；例如，如果發(fā)射器和接收器都具有兩個(gè)天線，那么傳輸容量最大將被加倍。
下面詳細(xì)討論SVD-MIMO方案的機(jī)制。如果發(fā)射器具有M個(gè)天線，發(fā)射信號(hào)x被表示成一組M×1向量；如果接收器具有N個(gè)天線，接收信號(hào)y被表示成一組M×1向量。這種情況下，信道特征被表示成N×M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個(gè)發(fā)射天線到第i個(gè)接收天線的傳遞函數(shù)。通過(guò)把信道信息矩陣乘以發(fā)射信號(hào)向量，并把噪聲向量n和該乘積相加，獲得接收信號(hào)向量y，如下面的等式(1)中所示。
y＝Hx+n (1)上面提及的信道信息矩陣H的奇異值分解由下面的等式(2)表示。
H＝UDVH(2)這里，在發(fā)射器的天線加權(quán)因子的矩陣V和在接收器的天線權(quán)矩陣U是分別滿足下述等式(3)和(4)的單位矩陣。
UHU＝I (3)VHV＝I (4)
具體地說(shuō)，HHH的一組歸一化特征值對(duì)應(yīng)于在接收器的天線權(quán)矩陣UH，HHH的一組歸一化特征值對(duì)應(yīng)于在發(fā)射器的天線權(quán)矩陣V。D是對(duì)角元素為HHH或HHH的特征值λi的平方根的對(duì)角矩陣。矩陣大小由發(fā)射天線M的數(shù)目或者接收天線N的數(shù)目中的較小者確定；即，獲得大小為min(M，N)的方形矩陣，根據(jù)該方形矩陣獲得對(duì)角矩陣。
雖然上面討論了實(shí)數(shù)的奇異值分解，不過(guò)應(yīng)關(guān)心把奇異值分解擴(kuò)展到虛數(shù)。雖然U和V是由特征值組成的矩陣，不過(guò)在無(wú)數(shù)的數(shù)字中，存在具有非奇異的不同相位的特征值，即使特征值被處理以致獲得為1的范數(shù)，簡(jiǎn)而言之，它們被歸一化。在U和V的一些相位關(guān)系中，上面的等式(2)不被滿足，因?yàn)閁和V的相位被不同地形成角度，盡管U和V都有效。對(duì)于完全的相位匹配來(lái)說(shuō)，通常以HHH的一組特征值的形式獲得V。但是，通過(guò)把上面的等式(2)的兩側(cè)都乘以V，獲得U，如下面的等式中所示。
HV＝UDVHV＝UDI＝UD(6)U＝HVD-1發(fā)射器發(fā)射由發(fā)射天線加權(quán)因子的矩陣V加權(quán)的子載波，接收器接收該子載波，所述子載波隨后由接收天線加權(quán)因子的矩陣UH加權(quán)。這由下面的等式表述，其中U是N×min(M，N)，V是M×min(M，N)，因?yàn)閁和V是單位矩陣。
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具有不是由發(fā)射天線的數(shù)目和接收天線的數(shù)目確定的(min(M，N)×1)個(gè)向量。
由于D是對(duì)角矩陣，因此能夠無(wú)串?dāng)_地接收發(fā)射信號(hào)子載波。由于每個(gè)獨(dú)立的MIMO信道的振幅與信道的特征值λ的平方根成比例，因此每個(gè)MIMO信道的功率與λ成比例。
由于噪聲分量n也是在第U列中被歸一化為范數(shù)1的特征值，因此UHn不影響噪聲功率。UHn的大小是一組(min(M，N))向量，這和y及x的大小相同。
這樣在SVD-MIMO傳輸中，能夠在相同的頻帶中同時(shí)獲得無(wú)串?dāng)_的邏輯上獨(dú)立的多個(gè)MIMO信道。從而，利用相同的頻帶，可用無(wú)線通信同時(shí)發(fā)射多個(gè)數(shù)據(jù)流，能夠獲得提高的傳輸速度。
在SVD-MIMO通信系統(tǒng)中可獲得的MIMO信道的數(shù)目與發(fā)射天線的數(shù)據(jù)M和接收天線的數(shù)目N中的較小者min[M，N]相符。發(fā)射天線加權(quán)因子的矩陣V由和MIMO信道的數(shù)目一樣多的發(fā)射向量vi組成(V＝[v1，v2，...，vmin[M，N]]組成。發(fā)射向量vi的元素和發(fā)射天線的數(shù)目M一樣多。
一般來(lái)說(shuō)，在由SVD-MIMO代表的閉環(huán)MIMO方案中，發(fā)射器能夠根據(jù)傳播路徑的信息，計(jì)算其天線的最佳加權(quán)因數(shù)。此外，已知通過(guò)選擇將在發(fā)射天線鏈上應(yīng)用于位流的最佳編碼率和調(diào)制方案，能夠?qū)崿F(xiàn)更理想的信息傳輸。
但是，閉環(huán)MIMO方案的系統(tǒng)的實(shí)際操作遇到如果隨著發(fā)射器和接收器移動(dòng)，信道的條件變化極大，那么必須更頻繁地發(fā)生從接收器到發(fā)射器的反饋的問(wèn)題。在SVD-MIMO通信方案中，并不易于實(shí)時(shí)計(jì)算奇異值分解。另外，必須進(jìn)行預(yù)先把SVD計(jì)算獲得的V或UH通知到通信的另一端的準(zhǔn)備過(guò)程。
舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)于IEEE 802.11a的正交頻分多路復(fù)用(OFDM)通信系統(tǒng)，即，在5GHz頻帶中，對(duì)其應(yīng)用SVD-MIMO傳輸?shù)囊粋€(gè)LAN系統(tǒng)，我們來(lái)考慮發(fā)射天線因子的矩陣V的信息將有多少。假定采用三個(gè)發(fā)射天線元件和三個(gè)接收天線元件，那么發(fā)射天線因子的矩陣V為3×3，具有9個(gè)元素。如果一個(gè)元素被假定成由精確到10位的一個(gè)實(shí)數(shù)和一個(gè)復(fù)數(shù)組成，并且需要用于52個(gè)載波的矩陣V，那么9360位(＝9(矩陣的元素)×2(復(fù)數(shù)的實(shí)部和虛部)×10(位)×52(OFDM子載波)必須從接收器被反饋給發(fā)射器。
現(xiàn)在討論當(dāng)構(gòu)成實(shí)際的SVD-MIMO發(fā)射/接收系統(tǒng)時(shí)，必須考慮的一個(gè)要點(diǎn)。
在SVD-MIMO傳輸方案的基本形式中，在接收器，通過(guò)獲得的信道矩陣H的奇異值分解，獲得一組接收權(quán)向量UH和在發(fā)射器采用的一組發(fā)射權(quán)向量V，該組向量V被反饋給發(fā)射器。在發(fā)射器，該組向量V被用作一組用于發(fā)射的權(quán)重。
但是，在將被反饋給發(fā)射器的發(fā)射權(quán)矩陣V的數(shù)量如此之大，并且傳回稀少的V信息的情況下，由于將發(fā)生源于真實(shí)V信息和串?dāng)_的錯(cuò)誤，MIMO信道的正交狀態(tài)將被改變。
鑒于此，在接收器把發(fā)射權(quán)矩陣V反饋給發(fā)射器之后，通常，發(fā)射器把利用矩陣V加權(quán)的參考信號(hào)發(fā)射給接收器，接收器再次獲得信道矩陣。假定信道矩陣為H，那么接收器能夠從由V加權(quán)的參考信號(hào)獲得信道矩陣HV。
在接收器，獲得HV的逆矩陣，并將其用作一組用于接收的權(quán)重。由于H＝UDVH，因此將獲得HV及其逆矩陣，如下面的等式中所示HV＝UDVHV＝UD(8)(HV)-＝(UD)-＝D-U-＝D-UH這樣，在按照和標(biāo)準(zhǔn)SVD-MIMO中相同的方式用UH對(duì)接收的子載波加權(quán)之后，給MIMO信道的分離的數(shù)據(jù)流只是被分別乘以得自于對(duì)角矩陣D的對(duì)角元素λi的常數(shù)。
其中矩陣V在發(fā)射器被用作一組發(fā)射權(quán)重，HV的逆矩陣在接收器被用作一組接收權(quán)重的方案的性能和標(biāo)準(zhǔn)SVD-MIMO的性能相同，不會(huì)發(fā)生在發(fā)射器和接收器的V失配。于是，該方案可被實(shí)際使用。
為了進(jìn)行SVD-MIMO通信，必須獲得信道矩陣等。同時(shí)，在典型的無(wú)線通信系統(tǒng)中，CSMA/CA方案被用于沖突避免，同時(shí)，為了解決例如隱式終端的問(wèn)題，執(zhí)行所謂的RTS/CTS過(guò)程，以獲得傳輸權(quán)。于是，通過(guò)利用諸如RTS、CTS、DATA和ACK之類的分組，并通過(guò)下面說(shuō)明的控制過(guò)程(參見(jiàn)圖6)，能夠執(zhí)行信道矩陣采集。下面，為了方便起見(jiàn)，從發(fā)射器到接收器的下行鏈路被稱為正向，從接收器到發(fā)射器的上行鏈路被稱為反向。
(步驟1)發(fā)射器把RTS分組發(fā)射給接收器。參考信號(hào)被附在RTS分組上。
(步驟2)在接收器，根據(jù)接收的RTS分組，獲得信道矩陣H。
(步驟3)在接收器，根據(jù)獲得的信道矩陣H，確定采用什么調(diào)制方案，以及可獲得多少獨(dú)立的空間信道。
當(dāng)收到RTS時(shí)，接收器可能要求確定要采用的調(diào)制方案。例如，接收器可能希望直到利用應(yīng)被附到CTS上的NAV，停止從其附近的節(jié)點(diǎn)或終端的發(fā)射，直到ACK完成為止。對(duì)于短N(yùn)AV設(shè)置來(lái)說(shuō)，必須察覺(jué)對(duì)信道采用的調(diào)制方案和該信道上的位速率。為了確定在發(fā)射器何種調(diào)制方案應(yīng)被用于發(fā)射，必須知道MIMO信道的狀況，即，由矩陣H的奇異值分解得到的每個(gè)信道的特征值λi，以致將察覺(jué)信道矩陣H處于何種狀況。
(步驟4)接收器向發(fā)射器返回CTS。用于信道矩陣估計(jì)的參考信號(hào)被附到CTS上。
(步驟5)在發(fā)射器，根據(jù)附到從接收器發(fā)射的CTS上的參考信號(hào)，獲得反向的信道矩陣H。
如果進(jìn)行校準(zhǔn)，以補(bǔ)償發(fā)射器的天線鏈中的模擬電路的特征方面的差異和接收器的天線鏈中的模塊電路的特征方面的差異，那么正向和反向的傳遞函數(shù)將相同。在其專利權(quán)已被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明人的JP-B(日本已經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公告)中描述了一種校準(zhǔn)位于發(fā)射器和接收器的模擬電路部分的特征方面的差異的方法。
(步驟6)
發(fā)射器執(zhí)行獲得的反向的矩陣H的奇異值分解，并確定用于正向傳輸?shù)臋?quán)重V。當(dāng)然，由在接收器的奇異值分解獲得的用于正向傳輸?shù)臋?quán)重可被反饋回發(fā)射器；但是，其信息量非常大。于是，接收器回傳具有少量數(shù)據(jù)的參考信號(hào)，發(fā)射器如上獲得V。
(步驟7)響應(yīng)從接收器收到CTS信號(hào)，發(fā)射器發(fā)射數(shù)據(jù)分組。由V加權(quán)的參考信號(hào)被附到該數(shù)據(jù)分組的起點(diǎn)，后面是用戶數(shù)據(jù)(有效負(fù)載)。此外，在用戶數(shù)據(jù)之后，發(fā)射未被V加權(quán)的參考信號(hào)。
(步驟8)在接收器，從由V加權(quán)的參考信號(hào)獲得信道矩陣HV，獲得其逆矩陣(參見(jiàn)等式(8))作為一組用于接收的權(quán)重，從而接收加權(quán)的用戶數(shù)據(jù)。另外，接收器能夠從在用戶數(shù)據(jù)之后的參考信號(hào)獲得新的H′。
(步驟9)在接收器，通過(guò)獲得的新的H′的奇異值分解，獲得從接收器傳送給發(fā)射器的用戶數(shù)據(jù)的反向反射權(quán)重V′。
(步驟10)接收器發(fā)射由新的發(fā)射權(quán)重V′加權(quán)的參考信號(hào)，后面是用戶數(shù)據(jù)；從而，它進(jìn)行反向的或者說(shuō)上行鏈路上的數(shù)據(jù)通信。
(步驟11)發(fā)射器從由V′加權(quán)的參考信號(hào)獲得信道矩陣H′V′，獲得其逆矩陣作為用于接收的權(quán)重，從而接收加權(quán)的用戶數(shù)據(jù)。
通過(guò)上面的過(guò)程，能夠執(zhí)行RTS、CTS、DATA(下行鏈路)和DATA(上行鏈路)的雙向MIMO通信。
在根據(jù)傳輸路徑的條件獲得的信道矩陣H，進(jìn)行加權(quán)發(fā)射和接收的通信系統(tǒng)中，隨著時(shí)間變化的信道矩陣會(huì)帶來(lái)問(wèn)題。由于在室內(nèi)環(huán)境中，例如由使用信道的移動(dòng)終端和其用戶的移動(dòng)引起的反射路徑的變化，信道矩陣易于時(shí)刻改變。從而必須使用緊鄰開(kāi)始數(shù)據(jù)傳輸之前的最新的信道矩陣。
但是，在上面的通信過(guò)程中，在步驟7中，發(fā)射器需要在用戶數(shù)據(jù)之后發(fā)射未被V加權(quán)的參考信號(hào)，以允許在接收器采集反向的發(fā)射權(quán)重(參見(jiàn)圖6)。這造成向用戶數(shù)據(jù)增加額外的參考信號(hào)，從而降低傳輸效率的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明致力于上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的主要目的是提供一種通過(guò)利用采用空間多路復(fù)用而形成的多個(gè)邏輯信道，執(zhí)行MIMO通信，能夠提高傳輸容量的高級(jí)無(wú)線通信系統(tǒng)、方法、設(shè)備和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種通過(guò)利用信道信息矩陣H的奇異值分解，執(zhí)行傳輸效率提高的閉環(huán)MIMO傳輸?shù)母呒?jí)無(wú)線通信系統(tǒng)、方法、設(shè)備和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所述信道信息矩陣H具有為各對(duì)發(fā)射天線和接收天線的信道的元素。
本發(fā)明的另一目的是提供一種通過(guò)減少在SVD-MIMO通信期間，為了信道矩陣采集而在發(fā)射器和接收器之間交換的參考信號(hào)的區(qū)域，能夠提高傳輸效率的高級(jí)無(wú)線通信系統(tǒng)、方法、設(shè)備和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種通過(guò)減少在雙向SVD-MIMO通信期間，附到來(lái)自發(fā)射器的發(fā)射分組上的參考信號(hào)的區(qū)域，能夠提高傳輸效率的高級(jí)無(wú)線通信系統(tǒng)、方法、設(shè)備和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
預(yù)期達(dá)到上述目的的本發(fā)明的第一方面在于一種利用發(fā)射器和接收器之間的多個(gè)空間多路復(fù)用的通信信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o(wú)線通信系統(tǒng)，其中發(fā)射器在用于信道矩陣采集的參考信號(hào)之后發(fā)射用戶數(shù)據(jù)，接收器根據(jù)附在用戶數(shù)據(jù)之前的參考信號(hào)，獲得信道矩陣，接收用戶數(shù)據(jù)，同時(shí)用從信道矩陣得到的接收權(quán)重對(duì)所述數(shù)據(jù)加權(quán)，并且自適應(yīng)估計(jì)信道矩陣H，只要用戶數(shù)據(jù)正在被接收。
這里使用和“系統(tǒng)”是其中多個(gè)裝置(或者用于實(shí)現(xiàn)特定功能的功能模塊)被邏輯結(jié)合的復(fù)合體，無(wú)論每個(gè)裝置或功能模塊是否并不存在于單個(gè)機(jī)箱中都無(wú)關(guān)緊要。
本發(fā)明的無(wú)線通信系統(tǒng)使用例如MIMO通信方案，并且通過(guò)利用空間多路復(fù)用的傳輸路徑，即MIMO信道，能夠增大傳輸空間和提高通信速度。這種情況下，發(fā)射器和接收器都裝有多個(gè)天線，發(fā)射器把發(fā)射數(shù)據(jù)分配給多個(gè)流，并從發(fā)射天線發(fā)射加權(quán)的流，接收器對(duì)接收天線接收的流加權(quán)。
在本發(fā)明的無(wú)線通信系統(tǒng)中，可以使用由SVD-MIMO傳輸代表的閉環(huán)通信方案。這種情況下，根據(jù)來(lái)自接收器的反饋信息，發(fā)射器獲得最佳的發(fā)射天線加權(quán)因子。
在典型的無(wú)線通信系統(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)或終端執(zhí)行RTS/CTS過(guò)程以獲得傳輸權(quán)，同時(shí)根據(jù)CSMA/CA執(zhí)行訪問(wèn)控制。這種情況下，為了進(jìn)行SVD-MIMO通信，用于信道矩陣采集的參考信號(hào)被附到RTS、CTS和DATA的每個(gè)分組上。
但是，按照RTS/CTS過(guò)程，對(duì)于在從發(fā)射器到接收器的下行鏈路上的(或者說(shuō)正向的)數(shù)據(jù)傳輸之后，從接收器到發(fā)射器的上行鏈路上的(或者說(shuō)反向的)數(shù)據(jù)傳輸來(lái)說(shuō)，發(fā)射器必須在用戶數(shù)據(jù)之后發(fā)射未被V加權(quán)的參考信號(hào)，以便接收器獲得反向的發(fā)射權(quán)重。這造成向用戶數(shù)據(jù)增加額外的參考信號(hào)，從而降低傳輸效率的問(wèn)題。
鑒于此，本發(fā)明提供一種省去在從發(fā)射器向接收器發(fā)射的用戶數(shù)據(jù)之后的參考信號(hào)的方法。
發(fā)射器發(fā)射供在接收器的信道矩陣采集之用的參考信號(hào)和在參考信號(hào)之后的用戶數(shù)據(jù)。另一方面，接收器根據(jù)附在用戶數(shù)據(jù)之前的參考信號(hào)獲得信道矩陣，接收用戶數(shù)據(jù)，同時(shí)用從信道矩陣得到的接收權(quán)重對(duì)所述數(shù)據(jù)加權(quán)，自適應(yīng)估計(jì)信道矩陣H，只要用戶數(shù)據(jù)正在被接收，并根據(jù)自適應(yīng)估計(jì)的信道矩陣H′，獲得用于在上行鏈路或者說(shuō)反向發(fā)射用戶數(shù)據(jù)的發(fā)射權(quán)重V′。
下面，從發(fā)射器到接收器的用戶數(shù)據(jù)被稱為下行鏈路數(shù)據(jù)。從接收器到發(fā)射器的用戶數(shù)據(jù)被稱為上行鏈路數(shù)據(jù)。從發(fā)射器到接收器的信道的信道矩陣用H(Dn)表示，從接收器到發(fā)射器的信道的信道矩陣用H(Up)表示。
在發(fā)射器，下行鏈路數(shù)據(jù)由V加權(quán)。在接收器，通過(guò)利用從由正向的發(fā)射權(quán)重V加權(quán)的參考信號(hào)得出的H(Dn)V，用戶數(shù)據(jù)可被多路分解成多個(gè)空間信道并被接收。獲得接收的數(shù)據(jù)和信號(hào)空間中的信號(hào)點(diǎn)之間的差異作為誤差信息，通過(guò)利用諸如LMS之類的算法，信道矩陣H(Dn)V的估計(jì)值可被更新。從而，即使H(Dn，V)已隨著時(shí)間變成H(Dn，new)V，如果所述變化是逐漸的，那么也能夠跟隨這種變化。依據(jù)信道矩陣的自適應(yīng)估計(jì)，跟隨信道條件的變化對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是公知的。
即，通過(guò)利用決策反饋跟隨H(Dn)V，在接收器能夠檢測(cè)信道矩陣到H(Dn，new)V的變化。
同時(shí)，必須重新獲得用于從接收器向發(fā)射器反向發(fā)射上行鏈路數(shù)據(jù)的權(quán)重。
上行鏈路信道矩陣H(Up)可被表示成下行鏈路信道矩陣H(Dn)的轉(zhuǎn)置矩陣，如下面的等式中所示，其中AT是矩陣A的轉(zhuǎn)置矩陣，A*是矩陣A的復(fù)共軛矩陣，AH是矩陣A的共軛轉(zhuǎn)置矩陣。
H(Up)＝H(Dn)T(9)上面的等式(9)被如下求值。
H(Up)＝H(Dn)T＝(U(Dn)D(Dn)V(Dn)H)T(10)＝V(Dn)*D(Dn)U(Dn)T從而，(U(Dn)H)T＝U(Dn)*可被用作發(fā)射上行鏈路數(shù)據(jù)的權(quán)重。
現(xiàn)在，如果能夠獲得緊鄰發(fā)射上行鏈路數(shù)據(jù)之前的H(Dn，new)V，那么能夠獲得當(dāng)發(fā)射上行鏈路數(shù)據(jù)時(shí)的發(fā)射權(quán)重U(Dn)。
只有來(lái)自發(fā)射器的下行鏈路數(shù)據(jù)正在被接收，那么通過(guò)自適應(yīng)估計(jì)，接收器應(yīng)能夠跟隨H(Dn)V信道信息的變化；于是，接收器能夠獲得H(Dn，new)V。
用于自發(fā)射器的下行鏈路數(shù)據(jù)發(fā)射的發(fā)射權(quán)重V(Dn)仍然是保存在接收器的舊的V(Dn)。
在接收器根據(jù)附到來(lái)自發(fā)射器的下行鏈路數(shù)據(jù)的起點(diǎn)的由V加權(quán)的參考信號(hào)獲得H(Dn)之后，通過(guò)經(jīng)由自適應(yīng)估計(jì)獲得最新的信道矩陣，它能夠跟隨信道條件變化。當(dāng)發(fā)射上行鏈路數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)把H(Dn，new)V乘以VH(H(Dn，new)VVH)，接收器能夠獲得下行鏈路上的(或者說(shuō)正向的)最新信道矩陣H(Dn，new)。由于上行鏈路上的(或者說(shuō)反向的)信道矩陣是下行鏈路信道矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣，因此通過(guò)H(Dn，new)T的奇異值分解，能夠獲得用于發(fā)射上行鏈路數(shù)據(jù)的發(fā)射權(quán)重U(Dn)*。
按照如上所述的計(jì)算用于發(fā)射上行鏈路數(shù)據(jù)的發(fā)射權(quán)重的方法，不必如圖6中所示那樣在下行鏈路數(shù)據(jù)之后發(fā)射參考信號(hào)。
本發(fā)明的第二方面在于一種以計(jì)算機(jī)可讀形式編碼的計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上執(zhí)行通過(guò)利用多個(gè)空間多路復(fù)用的通信信道接收從發(fā)射端發(fā)射的數(shù)據(jù)的處理，其中所述計(jì)算機(jī)程序包括下述步驟從發(fā)射端獲得正向的信道矩陣；在用從獲得的信道矩陣得到的接收權(quán)重對(duì)用戶數(shù)據(jù)加權(quán)的時(shí)候，自適應(yīng)地估計(jì)信道矩陣H，只要正在接收從發(fā)射端正向發(fā)射的用戶數(shù)據(jù)；和根據(jù)自適應(yīng)估計(jì)的信道矩陣，確定用于把用戶數(shù)據(jù)反向發(fā)射給發(fā)射端的發(fā)射權(quán)重。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面的計(jì)算機(jī)程序被定義為以計(jì)算機(jī)可讀形式編碼的程序，以在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)預(yù)定的處理。換句話說(shuō)，當(dāng)計(jì)算機(jī)程序的副本被安裝在單個(gè)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上時(shí)，它們跨越計(jì)算機(jī)系統(tǒng)協(xié)同工作，并使系統(tǒng)起通信設(shè)備的作用。建立其中設(shè)立多個(gè)這樣的通信裝置的網(wǎng)絡(luò)能夠產(chǎn)生和本發(fā)明的第一方面相同的效果。
本發(fā)明能夠提供一種通過(guò)利用信道信息矩陣H的奇異值分解，能夠有效地執(zhí)行閉環(huán)MIMO傳輸?shù)母呒?jí)無(wú)線通信系統(tǒng)、方法、設(shè)備和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所述信道信息矩陣H的元素是多對(duì)發(fā)射天線和接收天線的信道。
另外，本發(fā)明能夠提供一種通過(guò)減少在SVD-MIMO通信期間為了信道矩陣采集而在發(fā)射器和接收器之間交換的參考信號(hào)的區(qū)域，能夠提高傳輸效率的高級(jí)無(wú)線通信系統(tǒng)、方法、設(shè)備和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
此外，本發(fā)明能夠提供一種通過(guò)減少在雙向SVD-MIMO通信期間附到來(lái)自發(fā)射器的發(fā)射分組上的參考信號(hào)的區(qū)域，能夠提高傳輸效率的高級(jí)無(wú)線通信系統(tǒng)、方法、設(shè)備和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
基于附圖，通過(guò)以下詳細(xì)描述的本發(fā)明的示例性實(shí)施例，本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更明顯。


圖1表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的無(wú)線通信設(shè)備的結(jié)構(gòu)；圖2示意地描述信道特征采集和自適應(yīng)估計(jì)單元的功能結(jié)構(gòu)；圖3解釋按照RTS/CTS過(guò)程的雙向MIMO通信；圖4概念地描述MIMO通信系統(tǒng)；圖5概念地描述SVD-MIMO傳輸系統(tǒng)；和圖6解釋按照RTS/CTS過(guò)程的雙向MIMO通信。
具體實(shí)施例方式
下面參考附圖全面說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)例證實(shí)施例。
本發(fā)明涉及一種在一對(duì)具有多個(gè)天線的發(fā)射器和具有多個(gè)天線的接收器之間進(jìn)行空間信號(hào)多路復(fù)用通信的MIMO通信系統(tǒng)。
在典型的無(wú)線通信系統(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)或終端執(zhí)行RTS/CTS過(guò)程，從而獲得傳輸權(quán)，同時(shí)根據(jù)CSMA/CA進(jìn)行訪問(wèn)控制。這種情況下，為了進(jìn)行SVD-MIMO通信，用于信道矩陣采集的參考信號(hào)被附到RTS、CTS和DATA的每個(gè)分組上。
按照RTS/CTS過(guò)程，對(duì)于在從發(fā)射器到接收器的下行鏈路上的(或者說(shuō)正向的)數(shù)據(jù)傳輸之后，從接收器到發(fā)射器的上行鏈路上的(或者說(shuō)反向的)數(shù)據(jù)傳輸來(lái)說(shuō)，接收器必須獲得反向的發(fā)射權(quán)重。
為了允許接收器獲得反向的發(fā)射權(quán)重，發(fā)射器在用戶數(shù)據(jù)之后發(fā)射未被V加權(quán)的參考信號(hào)，這降低了傳輸效率，因?yàn)轭~外的參考信號(hào)被附到用戶數(shù)據(jù)上。
在本發(fā)明中，發(fā)射器發(fā)射供在接收器的信道矩陣采集之用的參考信號(hào)和在參考信號(hào)之后的用戶數(shù)據(jù)。另一方面，接收器根據(jù)附在用戶數(shù)據(jù)之前的參考信號(hào)獲得信道矩陣，接收用戶數(shù)據(jù)，同時(shí)用從信道矩陣得到的接收權(quán)重對(duì)數(shù)據(jù)加權(quán)，并自適應(yīng)估計(jì)信道矩陣H，只要用戶數(shù)據(jù)正在被接收。根據(jù)自適應(yīng)估計(jì)的信道矩陣H′，接收器能夠獲得用于在上行鏈路或者說(shuō)反向發(fā)射用戶數(shù)據(jù)的發(fā)射權(quán)重V′。從而，不必在將從發(fā)射器發(fā)射給接收器的用戶數(shù)據(jù)之后附加參考信號(hào)，提高了傳輸效率。
圖1表示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的無(wú)線通信設(shè)備的結(jié)構(gòu)。
圖1中所示的無(wú)線通信設(shè)備裝有兩個(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。即，對(duì)于發(fā)射來(lái)說(shuō)，發(fā)射信號(hào)被多路復(fù)用成子載波，在子載波被分配發(fā)射天線加權(quán)因子之后，它們被空時(shí)編碼，并被分配給兩個(gè)天線11a和11b，從所述兩個(gè)天線11a和11b，它們被發(fā)射到各信道上。對(duì)于接收來(lái)說(shuō)，經(jīng)由各信道由兩個(gè)天線11a和11b接收的多路復(fù)用子載波被分配接收天線加權(quán)因子，并被空時(shí)解碼成接收數(shù)據(jù)。但是，本發(fā)明的要點(diǎn)并不局限于兩個(gè)天線，可以采用三個(gè)或更多的天線。
發(fā)射鏈和接收鏈通過(guò)開(kāi)關(guān)12a和12b并行地與兩個(gè)發(fā)射/接收天線11a和11b連接，以便通過(guò)預(yù)定的頻道把信號(hào)無(wú)線發(fā)射給任何其它無(wú)線通信設(shè)備，或者接收從任何其它無(wú)線通信設(shè)備發(fā)射的信號(hào)。但是，開(kāi)關(guān)12a和12b每次只與發(fā)射鏈或者接收鏈連接，每個(gè)天線不能同時(shí)進(jìn)行發(fā)射和接收。
每個(gè)發(fā)射鏈包含調(diào)制和編碼單元21，發(fā)射權(quán)重乘法器22，IFFT23，前同步信號(hào)/參考信號(hào)附加單元24，D/A轉(zhuǎn)換器25和發(fā)射信號(hào)模塊處理單元26。
調(diào)制和編碼單元21利用糾錯(cuò)編碼，對(duì)從通信協(xié)議的上層發(fā)送的發(fā)射數(shù)據(jù)編碼，并利用預(yù)定的調(diào)制方案，例如BPSK、QPSK和16QAM，把發(fā)射信號(hào)映射到信號(hào)空間中。此時(shí)，按照導(dǎo)頻符號(hào)插入模式和計(jì)時(shí)，已知的數(shù)據(jù)串可作為導(dǎo)頻符號(hào)被插入調(diào)制的符號(hào)序列中。對(duì)于每個(gè)子載波或者每幾個(gè)子載波，可以插入由已知模式組成的一個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)。
發(fā)射權(quán)重乘法器22把編碼的發(fā)射信號(hào)乘以發(fā)射權(quán)矩陣V，這通過(guò)空間多路復(fù)用產(chǎn)生多個(gè)MIMO信道。
發(fā)射權(quán)矩陣V根據(jù)來(lái)自通信另一端的反饋信息產(chǎn)生，并設(shè)置在發(fā)射權(quán)重乘法器22中。另一方面，按照RTS/CTS過(guò)程，對(duì)于在從發(fā)射器到接收器的下行鏈路上的(或者說(shuō)正向的)數(shù)據(jù)傳輸之后，從接收器到發(fā)射器的上行鏈路上的(或者說(shuō)反向的)數(shù)據(jù)傳輸來(lái)說(shuō)，根據(jù)在用戶數(shù)據(jù)接收期間，由信道特征采集和自適應(yīng)估計(jì)單元3執(zhí)行的信道矩陣H的自適應(yīng)估計(jì)的結(jié)果，能夠獲得反向的發(fā)射權(quán)重V′。獲得反向的發(fā)射權(quán)重V′的過(guò)程將在后面說(shuō)明。
IFFT 23按照并行子載波編號(hào)和計(jì)時(shí)，把調(diào)制的串行信號(hào)轉(zhuǎn)換成用于并行子載波的數(shù)據(jù)的并行群集(constellation)，并按照預(yù)定的FFT大小和計(jì)時(shí)，對(duì)每塊FFT大小的并行群集進(jìn)行反向快速傅里葉變換。這里，在每?jī)蓚€(gè)OFDM符號(hào)之間可插入一個(gè)保護(hù)間隔，以消除符號(hào)間干擾。保護(hù)間隔長(zhǎng)度由傳輸路徑條件，即由影響調(diào)制的延遲波的最大延遲時(shí)間確定。隨后，并行數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換成串行信號(hào)，所述串行信號(hào)再被變換成時(shí)間軸上的發(fā)射信號(hào)，同時(shí)保持頻率軸上子載波的相互正交性。
發(fā)射信號(hào)隨后由D/A轉(zhuǎn)換器25轉(zhuǎn)換成模擬基帶信號(hào)，基帶信號(hào)由發(fā)射信號(hào)模擬處理單元26進(jìn)一步上變換成RF頻帶中的信號(hào)，RF信號(hào)從天線11被發(fā)射到每個(gè)MIMO信道上。
另一方面，每個(gè)接收鏈包含接收信號(hào)模擬處理單元31、A/D轉(zhuǎn)換器32、同步采集單元33、FFT 34、接收權(quán)重乘法器35、解調(diào)和解碼單元36和信道特征采集和自適應(yīng)估計(jì)單元37。
天線11接收的信號(hào)由接收信號(hào)模擬處理單元31從RF頻帶下變換成基帶信號(hào)，基帶信號(hào)由A/D轉(zhuǎn)換器32轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
隨后，按照由同步采集單元33檢測(cè)的同步計(jì)時(shí)，作為串行數(shù)據(jù)的接收信號(hào)被轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)的多個(gè)群集(一個(gè)群集由包括保護(hù)間隔的一個(gè)OFDM符號(hào)組成)。FFT 34對(duì)每個(gè)有效符號(hào)長(zhǎng)度的信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換；通過(guò)提取每個(gè)子載波信號(hào)，時(shí)間軸上的信號(hào)被變換成頻率軸上的信號(hào)。
信道特征采集和自適應(yīng)估計(jì)單元37首先利用其用于多路復(fù)用傳輸?shù)淖虞d波在另一端被每個(gè)子載波地離散加權(quán)的參考信號(hào)，獲得信道矩陣H。通過(guò)信道矩陣H的奇異值分解，信道矩陣被分解成發(fā)射權(quán)矩陣V、接收權(quán)矩陣UH、和對(duì)角矩陣D。對(duì)于以給定間隔從另一端發(fā)射的參考信號(hào)，每次收到參考信號(hào)時(shí)，信道特征采集和自適應(yīng)估計(jì)單元37更新信道矩陣H，并執(zhí)行更新的矩陣的奇異值分解。
按照RTS/CTS過(guò)程，對(duì)于在從發(fā)射器到接收器的下行鏈路上的(或者說(shuō)正向的)數(shù)據(jù)傳輸之后，在從接收器到發(fā)射器的上行鏈路上的(或者說(shuō)反向的)數(shù)據(jù)傳輸，信道特征采集和自適應(yīng)估計(jì)單元37根據(jù)用戶數(shù)據(jù)接收期間，信道矩陣H的自適應(yīng)估計(jì)的結(jié)果，獲得反向的發(fā)射權(quán)重V′。獲得反向的發(fā)射權(quán)重V′的過(guò)程將在后面說(shuō)明。
通過(guò)奇異值分解從信道矩陣得到的接收權(quán)矩陣UH被設(shè)置在正在討論的設(shè)備的接收權(quán)重乘法器35中，發(fā)射權(quán)矩陣V被反饋給另一端。但是，代替UH，HV的逆矩陣D-UH可被用作接收權(quán)矩陣(參見(jiàn)等式(8)和前面部分中的相關(guān)描述)。
接收權(quán)重乘法器35把接收信號(hào)乘以通過(guò)信道矩陣H的奇異值分解獲得的接收權(quán)矩陣UH或D-UH，這導(dǎo)致空間多路復(fù)用的接收信號(hào)的空間多路分解。
此外，解調(diào)和解碼單元36利用預(yù)定的方案，比如BPSK、QPSK和16QAM，把這樣加權(quán)的接收信號(hào)從信號(hào)空間解映射，對(duì)信號(hào)進(jìn)行糾錯(cuò)，把它們解碼成接收數(shù)據(jù)，所述接收數(shù)據(jù)再被傳給通信協(xié)議的上層。
按照RTS/CTS過(guò)程，對(duì)于在從發(fā)射器到接收器的下行鏈路上的(或者說(shuō)正向的)數(shù)據(jù)傳輸之后，從接收器到發(fā)射器的上行鏈路上的(或者說(shuō)反向的)數(shù)據(jù)傳輸來(lái)說(shuō)，接收器必須獲得反向的發(fā)射權(quán)重V′。
在和本實(shí)施例相關(guān)的無(wú)線通信系統(tǒng)中，發(fā)射器發(fā)射供在接收器的信道矩陣采集之用的參考信號(hào)和在參考信號(hào)之后的用戶數(shù)據(jù)。另一方面，接收器根據(jù)附在用戶數(shù)據(jù)之前的參考信號(hào)獲得信道矩陣，接收用戶數(shù)據(jù)，同時(shí)用從信道矩陣得到的接收權(quán)重對(duì)數(shù)據(jù)加權(quán)，自適應(yīng)估計(jì)信道矩陣H，只要用戶數(shù)據(jù)正在被接收，并根據(jù)自適應(yīng)估計(jì)的信道矩陣H′獲得用于在上行鏈路上或者說(shuō)反向發(fā)射用戶數(shù)據(jù)的發(fā)射權(quán)重V′。從而，不必在將從發(fā)射器發(fā)射給接收器的用戶數(shù)據(jù)之后發(fā)射額外的參考信號(hào)。
圖2示意地描述了信道特征采集和自適應(yīng)估計(jì)單元37的功能結(jié)構(gòu)。如圖所示，信道特征采集和自適應(yīng)估計(jì)單元37由從發(fā)射端獲得正向的信道矩陣的信道矩陣采集單元，在從發(fā)射端正向發(fā)射的用戶數(shù)據(jù)的接收期間，自適應(yīng)估計(jì)信道矩陣H的信道矩陣自適應(yīng)估計(jì)單元，和根據(jù)自適應(yīng)估計(jì)的信道矩陣，確定用于把反向用戶數(shù)據(jù)發(fā)射給發(fā)射端的發(fā)射權(quán)重的反向發(fā)射權(quán)重確定單元組成。信道矩陣自適應(yīng)估計(jì)單元根據(jù)接收的數(shù)據(jù)和信號(hào)空間中的信號(hào)點(diǎn)之間的差異(作為誤差信息)，并利用諸如LMS和RLS之類的算法，自適應(yīng)地估計(jì)信道矩陣。
發(fā)射端事先獲得把用戶數(shù)據(jù)正向發(fā)射給接收器的發(fā)射權(quán)重V，在發(fā)射由V加權(quán)的參考信號(hào)之后，在空間多路復(fù)用的信道上發(fā)射由V加權(quán)的用戶數(shù)據(jù)。從而，信道矩陣采集單元從由V加權(quán)的參考信號(hào)得到作為信道矩陣的HV，在從發(fā)射端正向發(fā)射的用戶數(shù)據(jù)的接收期間，信道矩陣自適應(yīng)估計(jì)單元繼續(xù)進(jìn)行作為信道矩陣的HV′的自適應(yīng)估計(jì)。當(dāng)反向發(fā)射用戶數(shù)據(jù)時(shí)，在正向用戶數(shù)據(jù)的接收之后，反向發(fā)射權(quán)重確定單元能夠如下確定用于反向發(fā)射用戶數(shù)據(jù)的權(quán)重V′它通過(guò)把H′V乘以VH，獲得H′，并執(zhí)行H′的轉(zhuǎn)置矩陣的奇異值分解。
下面，將參考圖3說(shuō)明在與本實(shí)施例相關(guān)的無(wú)線通信系統(tǒng)中，RTS、CTS、DATA(下行鏈路)和DATA(上行鏈路)的雙向MIMO通信的過(guò)程。在發(fā)射器，假定獲得發(fā)射權(quán)矩陣V的處理被預(yù)先完成。
(步驟1)從發(fā)射器向接收器發(fā)射RTS分組。此時(shí)，發(fā)射器把RTS分組前面的參考信號(hào)發(fā)射給接收器。根據(jù)該參考信號(hào)，接收器能夠得出正向的(或者說(shuō)下行鏈路上的)信道矩陣H(Dn)。
(步驟2)在接收器，通過(guò)信道矩陣H(Dn)的奇異值分解，獲得矩陣U(Dn)和矩陣V(Dn)。
(步驟3)響應(yīng)RTS分組，接收器發(fā)射CTS分組。此時(shí)，接收器發(fā)射在CTS分組之前的參考信號(hào)。
(步驟4)在發(fā)射器，根據(jù)附到CTS分組的參考信號(hào)，得到反向的(或者說(shuō)上行鏈路上的)信道矩陣H(Up)。該上行鏈路信道矩陣是下行鏈路信道矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣；即，H(Up)＝H(Dn)T(參見(jiàn)等式(9))。隨后，在發(fā)射器，通過(guò)H(Up)的奇異值分解，能夠獲得用于在下行鏈路上發(fā)射數(shù)據(jù)的權(quán)重V(Dn)。
(步驟5)發(fā)射器把下行鏈路數(shù)據(jù)發(fā)射給接收器。作為下行鏈路數(shù)據(jù)，在由V(Dn)加權(quán)的參考信號(hào)之后，發(fā)射由V(Dn)加權(quán)的用戶數(shù)據(jù)。
(步驟6)接收器能夠從附到下行鏈路數(shù)據(jù)上的參考信號(hào)得出H(Dn)V(Dn)。通過(guò)利用H(Dn)V(Dn)的逆矩陣作為接收權(quán)重(參見(jiàn)等式(8))，接收器接收下行鏈路數(shù)據(jù)。
(步驟7)在接收下行鏈路數(shù)據(jù)的時(shí)候，接收器利用LMS算法自適應(yīng)地估計(jì)H(Dn)V(Dn)，從而進(jìn)行計(jì)算以便跟隨信道條件變化。
通過(guò)執(zhí)行下述LMS算法，能夠跟隨信道條件變化，其中e是關(guān)于接收的數(shù)據(jù)和信號(hào)群集中的信號(hào)點(diǎn)之間的一致性方面的誤差的誤差信號(hào)，X是通過(guò)對(duì)接收的數(shù)據(jù)解碼而估計(jì)的發(fā)射信號(hào)，W是H(Dn)V(Dn)的估計(jì)值。
W(m+1)＝W(m)+μX(m)e(11)(步驟8)在接收器，通過(guò)把利用LMS算法自適應(yīng)估計(jì)的H(Dn)V(Dn)的估計(jì)值乘以V(Dn)H，獲得最新的下行鏈路信道矩陣H(Dn，new)。
(步驟9)此外，在接收器，通過(guò)獲得的信道矩陣H(Dn，new)的奇異值分解，獲得U(Dn，new)。
(步驟10)
接收器把上行鏈路數(shù)據(jù)發(fā)射給發(fā)射器。作為上行鏈路數(shù)據(jù)，在由U(Dn)*(參見(jiàn)等式(10))加權(quán)的參考信號(hào)之后，發(fā)射由U(Dn)*加權(quán)的用戶數(shù)據(jù)。
(步驟11)發(fā)射器根據(jù)附到上行鏈路數(shù)據(jù)上的參考信號(hào)，得出信道矩陣。發(fā)射器計(jì)算得出的信道矩陣的逆矩陣，并通過(guò)把該逆矩陣用作接收權(quán)重，接收上行鏈路用戶數(shù)據(jù)，同時(shí)用接收權(quán)重對(duì)該數(shù)據(jù)加權(quán)。
工業(yè)應(yīng)用雖然參考本發(fā)明的具體實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明，不過(guò)對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明的要點(diǎn)的范圍的情況下，可在其中做出各種修改和改變。
本發(fā)明可被應(yīng)用于通過(guò)空間多路復(fù)用進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)母鞣N無(wú)線通信系統(tǒng)，并且其應(yīng)用范圍并不局限于空間分割，或者準(zhǔn)確地說(shuō)，空間正交多路復(fù)用傳輸方案，比如SVD-MIMO方案。本發(fā)明可合適地應(yīng)用于其中發(fā)射端或接收端執(zhí)行空間多路復(fù)用，并且根據(jù)信道矩陣因子分解，進(jìn)行加權(quán)發(fā)射/接收的其它類型的通信系統(tǒng)。
換句話說(shuō)，出于舉例說(shuō)明的目的，公開(kāi)了本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，本說(shuō)明書(shū)中的描述不應(yīng)被視為對(duì)本發(fā)明的限制。在解釋本發(fā)明的要點(diǎn)時(shí)，應(yīng)參考和考慮附加的權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種利用發(fā)射器和接收器之間的多個(gè)空間多路復(fù)用的通信信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o(wú)線通信系統(tǒng)，其中發(fā)射器在用于信道矩陣采集的參考信號(hào)之后發(fā)射用戶數(shù)據(jù)，其中用戶數(shù)據(jù)和參考信號(hào)被加權(quán)并在空間多路復(fù)用的信道內(nèi)被發(fā)射；和接收器根據(jù)附在用戶數(shù)據(jù)之前的參考信號(hào)，獲得信道矩陣H，接收用戶數(shù)據(jù)，同時(shí)用從信道矩陣H得到的接收權(quán)重對(duì)所述數(shù)據(jù)加權(quán)，并且自適應(yīng)估計(jì)信道矩陣H，只要用戶數(shù)據(jù)正在被接收。
2.按照權(quán)利要求1所述的無(wú)線通信系統(tǒng)，其中所述發(fā)射器和所述接收器都裝有多個(gè)天線，所述發(fā)射器把發(fā)射數(shù)據(jù)分配給多個(gè)流，對(duì)所述多個(gè)流加權(quán)，并從發(fā)射天線發(fā)射加權(quán)的流，以及所述接收器對(duì)接收天線接收的流加權(quán)。
3.按照權(quán)利要求1所述的無(wú)線通信系統(tǒng)，其中所述接收器根據(jù)自適應(yīng)估計(jì)的信道矩陣H′，獲得用于把用戶數(shù)據(jù)反向發(fā)射給所述發(fā)射器的發(fā)射權(quán)重V′。
4.按照權(quán)利要求1所述的無(wú)線通信系統(tǒng)，其中所述發(fā)射器事先獲得用于把用戶數(shù)據(jù)正向發(fā)射給所述接收器的發(fā)射權(quán)重V，用V對(duì)參考信號(hào)和用戶數(shù)據(jù)加權(quán)，并通過(guò)空間多路復(fù)用的信道在參考信號(hào)之后發(fā)射用戶數(shù)據(jù)。
5.按照權(quán)利要求4所述的無(wú)線通信系統(tǒng)，其中所述接收器從由V加權(quán)的參考信號(hào)得到作為信道矩陣的HV，在從所述發(fā)射器正向發(fā)射的用戶數(shù)據(jù)的接收期間，繼續(xù)進(jìn)行作為信道矩陣的H′V的自適應(yīng)估計(jì)，當(dāng)反向發(fā)射用戶數(shù)據(jù)時(shí)，在用戶數(shù)據(jù)的接收之后，通過(guò)把H′V乘以VH，獲得H′，并通過(guò)H′的轉(zhuǎn)置矩陣的奇異值分解，預(yù)先確定用于反向數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋?quán)重V′。
6.一種利用多個(gè)空間多路復(fù)用的通信信道接收從發(fā)射端發(fā)射的數(shù)據(jù)的無(wú)線通信設(shè)備，所述無(wú)線通信設(shè)備包括信道矩陣采集單元，它從所述發(fā)射端獲得正向的信道矩陣；接收部分，它接收從所述發(fā)射端正向發(fā)射的用戶數(shù)據(jù)，并利用從獲得的信道矩陣得到的接收權(quán)重，對(duì)用戶數(shù)據(jù)加權(quán)；信道矩陣自適應(yīng)估計(jì)單元，在從所述發(fā)射端正向發(fā)射的用戶數(shù)據(jù)的接收期間，它自適應(yīng)地估計(jì)信道矩陣H；反向發(fā)射權(quán)重確定單元，它根據(jù)自適應(yīng)估計(jì)的信道矩陣，確定用于把用戶數(shù)據(jù)反向發(fā)射給所述發(fā)射端的發(fā)射權(quán)重；和發(fā)射部分，它用這樣確定的發(fā)射權(quán)重對(duì)用戶數(shù)據(jù)加權(quán)，并把用戶數(shù)據(jù)反向發(fā)射給所述發(fā)射端。
7.按照權(quán)利要求6所述的無(wú)線通信設(shè)備，其中所述發(fā)射端在用于信道矩陣采集的參考信號(hào)之后發(fā)射用戶數(shù)據(jù)，其中用戶數(shù)據(jù)和參考信號(hào)被加權(quán)并通過(guò)空間多路復(fù)用的信道被發(fā)射；和所述信道矩陣采集單元根據(jù)附在用戶數(shù)據(jù)之前的參考信號(hào)，獲得信道矩陣H。
8.按照權(quán)利要求6所述的無(wú)線通信設(shè)備，其中所述發(fā)射端事先獲得用于把用戶數(shù)據(jù)正向發(fā)射給所述接收器的發(fā)射權(quán)重V，用V對(duì)參考信號(hào)和用戶數(shù)據(jù)加權(quán)，并通過(guò)空間多路復(fù)用的信道在參考信號(hào)之后發(fā)射用戶數(shù)據(jù)；所述信道矩陣采集單元根據(jù)由V加權(quán)的參考信號(hào)，得到作為信道矩陣的HV；在從所述發(fā)射端正向發(fā)射的用戶數(shù)據(jù)的接收期間，所述信道矩陣自適應(yīng)估計(jì)單元繼續(xù)進(jìn)行作為信道矩陣的H′V的自適應(yīng)估計(jì)；和當(dāng)設(shè)備正在反向發(fā)射用戶數(shù)據(jù)時(shí)，在正向的用戶數(shù)據(jù)的接收之后，所述反向發(fā)射權(quán)重確定單元通過(guò)把H′V乘以VH，獲得H′，并通過(guò)H′的轉(zhuǎn)置矩陣的奇異值分解，預(yù)先確定用于反向數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋?quán)重V′。
9.一種利用多個(gè)空間多路復(fù)用的通信信道接收從發(fā)射端發(fā)射的數(shù)據(jù)的無(wú)線通信方法，所述無(wú)線通信方法包括下述步驟從所述發(fā)射端獲得正向的信道矩陣；接收從所述發(fā)射端正向發(fā)射的用戶數(shù)據(jù)，并利用從獲得的信道矩陣得到的接收權(quán)重，對(duì)用戶數(shù)據(jù)加權(quán)；在從所述發(fā)射端正向發(fā)射的用戶數(shù)據(jù)的接收期間，自適應(yīng)地估計(jì)信道矩陣H；根據(jù)自適應(yīng)估計(jì)的信道矩陣，確定用于把用戶數(shù)據(jù)反向發(fā)射給所述發(fā)射端的發(fā)射權(quán)重；和用這樣確定的發(fā)射權(quán)重對(duì)用戶數(shù)據(jù)加權(quán)，并把用戶數(shù)據(jù)反向發(fā)射給所述發(fā)射端。
10.一種以計(jì)算機(jī)可讀形式編碼的計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上執(zhí)行通過(guò)利用多個(gè)空間多路復(fù)用的通信信道接收從發(fā)射端發(fā)射的數(shù)據(jù)的處理，所述計(jì)算機(jī)程序包括下述步驟從所述發(fā)射端獲得正向的信道矩陣；在用從獲得的信道矩陣得到的接收權(quán)重對(duì)用戶數(shù)據(jù)加權(quán)的時(shí)候，自適應(yīng)地估計(jì)信道矩陣H，只要正在接收從所述發(fā)射端正向發(fā)射的用戶數(shù)據(jù)；和根據(jù)自適應(yīng)估計(jì)的信道矩陣，確定用于把用戶數(shù)據(jù)反向發(fā)射給所述發(fā)射端的發(fā)射權(quán)重。
全文摘要
本發(fā)明涉及無(wú)線通信系統(tǒng)、方法、設(shè)備和計(jì)算機(jī)程序，其通過(guò)減少在雙向SVD－MIMO通信期間，附到來(lái)自發(fā)射器的發(fā)射分組的參考信號(hào)的區(qū)域，提高傳輸效率。發(fā)射器在參考信號(hào)之后發(fā)射用戶數(shù)據(jù)。在另一端，接收器根據(jù)附在用戶數(shù)據(jù)之前的參考信號(hào)，獲得信道矩陣，接收用戶數(shù)據(jù)，同時(shí)用從信道矩陣得出的接收權(quán)重對(duì)數(shù)據(jù)加權(quán)，自適應(yīng)地估計(jì)信道矩陣H，只要用戶數(shù)據(jù)正在被接收，并根據(jù)自適應(yīng)估計(jì)的信道矩陣H′，獲得用于發(fā)射反向用戶數(shù)據(jù)的發(fā)射權(quán)重V′。
文檔編號(hào)H04J99/00GK1922840SQ20058000599
公開(kāi)日2007年2月28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