專利名稱：無線通信系統(tǒng)以及用于無線通信的設備和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線通信系統(tǒng)，使用該系統(tǒng)在無線局域網(wǎng)(LAN)中的多個無線站中互相進行通信，以及涉及用于無線通信的設備和方法。更特別地，本發(fā)明涉及無線通信系統(tǒng)，使用該系統(tǒng)通過傳輸線的多路復用實現(xiàn)了高速數(shù)據(jù)傳輸，以及涉及用于無線通信的設備和方法。
更具體地，本發(fā)明涉及無線通信系統(tǒng)，使用該系統(tǒng)通過多輸入多輸出(MIMO)通信實現(xiàn)了高速數(shù)據(jù)傳輸，該多輸入多輸出通信利用了在具有多個天線的發(fā)射機和具有多個天線的接收機之間的空間復用，并且涉及用于無線通信的設備和方法。更具體地，本發(fā)明涉及無線通信系統(tǒng)，使用該系統(tǒng)復用信號，并且通過使用利用信道信息矩陣H的奇異值分解(SVD)的SVD-MIMO通信系統(tǒng)來發(fā)射復用信號而絲毫不受串擾影響，并且涉及用于無線通信的設備和方法。

背景技術：
作為用于從傳統(tǒng)有線通信系統(tǒng)中的配線中解放出來的系統(tǒng)，無線網(wǎng)絡引起了注意?？梢越o出電氣與電子工程師協(xié)會(IEEE)802.11和IEEE 802.15作為用于無線網(wǎng)絡的標準。
基于IEEE 802.11a/g標準，支持一種調制系統(tǒng)，使用該系統(tǒng)達到等于54Mbps的通信速度。然而，近年來，期望可以實現(xiàn)更高比特率的下一代無線LAN標準。
作為用于實現(xiàn)無線通信的提速的技術之一，多輸入多輸出(MIMO)通信引起了注意。MIMO通信是在每一個發(fā)射機側和接收機側均包括多個天線元件的通信系統(tǒng)，并且該系統(tǒng)實現(xiàn)了通過空間復用來獲取流。根據(jù)MIMO通信系統(tǒng)，發(fā)射能力可以與天線的數(shù)目對應地增加，而無需增加頻帶，由此達到了通信速度的提高。另外，空間復用的利用導致獲得了卓越的頻率使用效率。MIMO通信系統(tǒng)是利用信道特性的通信系統(tǒng)，并且因此不同于簡單的發(fā)射和接收自適應陣列。
例如，作為IEEE 802.11a/g的擴展標準，IEEE 802.11n在主調制中采用了使用OFDM的OFDM-MIMO系統(tǒng)。因此，在100到600Mbps的發(fā)射速率上的通信變得可能。在2005年10月組織的稱為增強無線聯(lián)盟(EWC)的工業(yè)組織，當前使用MIMO作為基礎，執(zhí)行遵照IEEE 802.11n規(guī)范的開發(fā)和提升。
如下構造MIMO通信系統(tǒng)。也就是說，通過利用某種方法獲得在發(fā)送機側和接收機側之間的信道信息矩陣H。此外，在發(fā)射階段通過使用信道信息矩陣H而空間復用的發(fā)射信號根據(jù)預定算法而被空間地分離成多個原始流。
如下獲取信道信息矩陣H。也就是說，正常地，通過一對天線在發(fā)射機側和接收機側之間發(fā)射已知訓練序列。根據(jù)實際接收的信號和已知序列之間的差異來估計信道傳輸函數(shù)。此外，將用于發(fā)送機側天線和接收機側天線的組合的傳輸函數(shù)布置為矩陣的形式。當發(fā)送機側天線的數(shù)目是M并且接收機側天線的數(shù)目是N時，信道信息矩陣變?yōu)镹×M(行×列)矩陣。
另外，大體將空間地分離所接收信號的方法分為兩類。也就是說，一類是開環(huán)(open loop)型，其中根據(jù)信道信息矩陣H，接收機獨立地執(zhí)行空間分離。此外，另一類是閉環(huán)型，其中通過根據(jù)信道信息矩陣來執(zhí)行發(fā)送機側天線加權，也在發(fā)射機側上執(zhí)行對于接收機的適合束(beam)形成，由此產(chǎn)生了理想空間正交信道。利用信道信息矩陣H的奇異值分解(SVD)的SVD-MIMO通信系統(tǒng)公知為閉環(huán)型MIMO發(fā)射的理想形式之一。
圖7概念性地示出了SVD-MIMO通信系統(tǒng)。在SVD-MIMO通信系統(tǒng)中，將具有與作為元件的天線對相對應的信道信息(傳輸函數(shù))的信道信息矩陣H進行奇異值分解，由此得到UDVH。此外，給出V作為發(fā)送機側天線加權因子矩陣，并且給出UH作為接收機側天線加權因子矩陣。這里，上標H表示復數(shù)共軛轉置。
這里，D表示具有信道信息矩陣H的協(xié)方差矩陣A的特征值λi的平方根的對角矩陣作為對角元素(下標i表示第i個空間流)。此外，特征值λi分別與對應的空間流的質量相對應。特征值λi以對角矩陣D的對角元素的值的降序排列，且與通信質量對應的功率比(power ratio)分布由奇異值的幅度表示，且對于流執(zhí)行調制系統(tǒng)的分配。結果，可以實現(xiàn)多個理論上獨立的傳輸線，對于其執(zhí)行空間正交復用。因此，接收機側可以提取出絲毫不受串擾影響的多個原始信號序列，并且理論上可以達到最高性能。
在圖7中所示的示例中，發(fā)射機包括M個發(fā)射天線。因此，發(fā)射機將發(fā)射數(shù)據(jù)分發(fā)至K個發(fā)射流，通過空間/時間編碼復用發(fā)射數(shù)據(jù)，并將復用的發(fā)射數(shù)據(jù)分別分發(fā)至發(fā)射天線，由此通過相應信道發(fā)射復用的發(fā)射數(shù)據(jù)。此時以向量M×1的形式表示發(fā)射信號x’。另一方面，接收機包括N個接收天線。因此，接收機使以向量形式N×1的形式表示的所接收信號y’經(jīng)過空間/時間解碼，由此獲得由K個接收流組成的所接收數(shù)據(jù)而沒有流間的串擾。在這種情況下，信號信息矩陣以N×M的矩陣H的形式表示。此外，理想地形成了僅具有發(fā)送機側天線數(shù)目和接收機側天線數(shù)目的較小值(MIN[M，N])的空間流。
信道信息矩陣的元素hij是從第j個發(fā)射天線到第i個接收天線的傳輸函數(shù)(其中i是1到N的正整數(shù)，而j是1到M的正整數(shù))。此外，接收信號向量y’由下面的表達式(1)來表示，其中將噪聲向量n添加到發(fā)射信號向量和信道信息矩陣的乘積上。
y′＝Hx′+n …(1) 當以上述的方式經(jīng)過奇異值分解時，信道信息矩陣H由下面的表達式(2)來表示 H＝UDVH …(2) 這里，發(fā)送機側天線加權因子矩陣V，和接收機側天線加權因子矩陣UH是分別滿足下面的表達式(3)和(4)的酉矩陣 UHU＝I … (3) VHV＝I … (4) 其中I表示單位矩陣。
也就是說，其中排列了HHH的歸一化特征值的矩陣是接收機側天線加權因子矩陣UH。此外，其中排列了HHH的歸一化特征值的矩陣是發(fā)送機側天線加權因子矩陣V。另外，D是對角矩陣，并且具有HHH或HHH的特征值λ的平方根作為對角元素。換句話說，當發(fā)送機側天線的數(shù)目M和接收機側天線的數(shù)目N中的較小者是L(＝min(M，N))時，對角矩陣D變?yōu)長×L的方矩陣，如下面的表達式(5)所表示
在圖7中所示的系統(tǒng)中，發(fā)射機在發(fā)射階段中通過使用天線加權因子矩陣V來執(zhí)行加權發(fā)射。另一方面，接收機在接收階段中通過使用UH作為天線加權因子矩陣來執(zhí)行加權接收。因此，由于每一個矩陣U和V都是酉矩陣(U是N×L的矩陣，而V是M×L的矩陣)，所以接收信號y由下面的表達式(6)表示 y＝UHy′ ＝UH(Hx′+n) ＝UH(HVx+n) ＝UH(UDVH)Vx+UHn...(6) ＝(UHU)D(VHV)x+UHn ＝IDIx+UHn ＝Dx+UHn 這里，接收信號y和發(fā)射信號x不是分別以取決于發(fā)射機側天線和接收機側天線的數(shù)目的向量形式來表示，而是分別以(L×1)向量的形式表示。因為D是對角矩陣，所以可以接收每一個流的發(fā)射信號而絲毫不受串擾影響。此外，由于矩陣D的對角元素變?yōu)樘卣髦郸薸的平方根，所以每一個接收信號的電功率(electric power)與λi成比例。另外，對于噪聲元素n，U的每一列都具有每一個具有都歸一化至1的范數(shù)的特征值。因此，UHn不改變噪聲電功率。關于大小，UHn變?yōu)?L×1)向量，并且y和x具有相同的大小。
如上所述，在SVD-MIMO發(fā)射中，不論相同的頻率和相同的時間，都可以獲取每一個都不受串擾影響的多個獨立的且邏輯的路徑。也就是說，通過在相同時間上使用相同頻率，可經(jīng)由無線通信發(fā)射多個數(shù)據(jù)。結果，可以實現(xiàn)發(fā)射速度的改進。
如以上已描述的，發(fā)射機中的天線加權方法，特別地，用于SVD-MIMO發(fā)射(特征值發(fā)射)的加權方法可以用數(shù)學表達式的形式表示。普通實際設備必須通過使用以現(xiàn)實電路規(guī)模構成的算術運算電路來執(zhí)行實時處理。由于該原因，對用于從信道信息矩陣H獲取加權因子矩陣的計算，執(zhí)行整數(shù)算術運算。不同于實數(shù)算術運算，由于字長限制的影響，整數(shù)算術運算引起了諸如算術運算誤差、溢出、下溢等的問題。結果，加權因子矩陣的行范數(shù)(norm)有可能變化很大。
另一方面，通常根據(jù)無線電法(Radio Law)控制等來在無線發(fā)射機的發(fā)射輸出中設置上限。這里，通常地，使用在不超過上限的范圍中盡可能大的輸出來執(zhí)行發(fā)射，這是因為發(fā)射輸出直接與通信距離相關連。同樣在執(zhí)行上述加權發(fā)射的發(fā)射機中，將具有歸一到1的行范數(shù)的矩陣V用作加權因子矩陣，由此防止發(fā)射輸出由于任何加權因子矩陣而波動(也就是，由此防止發(fā)射輸出超過上限)。
然而，在在用于算術運算加權因子矩陣的過程中出現(xiàn)伴隨上述算術運算等的算術誤差、溢出等的情況下，加權因子矩陣可能變?yōu)椴幌Ｍ闹?。因此，發(fā)射機可能將發(fā)射信號乘以具有不希望的大值的發(fā)射加權因子矩陣，使得所得信號的輸出超過發(fā)射輸出的上限，由此同無線電法控制相沖突。
例如，如上所述的技術公開于日本專利公開號2005-160030。


發(fā)明內容
根據(jù)前述內容，期望提供卓越的無線通信系統(tǒng)，其能夠通過利用在具有多個天線的發(fā)射機和具有多個天線的接收機之間的空分復用的MIMO通信來實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，并且提供用于無線通信的設備和方法。
還期望提供卓越的無線通信系統(tǒng)，其能夠通過使用利用信道信息矩陣H的奇異值分解的SVD-MIMO通信系統(tǒng)來復用發(fā)射信號而絲毫不受串擾影響，并且提供用于無線通信的設備和方法。
還期望提供卓越的無線通信系統(tǒng)，其能夠通過在發(fā)射機中使用于字長有限的整數(shù)算術運算電路來計算加權因子矩陣，通過SVD-MIMO發(fā)射來實現(xiàn)發(fā)射速度的改進，并且提供用于無線通信的設備和方法。
還期望提供卓越的無線通信系統(tǒng)，當通過在發(fā)射機中使用字長有限的整數(shù)算術運算電路獲取加權因子矩陣時，通過抑制伴隨著算術運算誤差或溢出的加權因子矩陣的行范數(shù)的波動，來降低發(fā)射電功率超過上限的可能性，以通過SVD-MIMO發(fā)射實現(xiàn)發(fā)射速度的改進，并且提供用于無線通信的設備和方法。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了用于在具有多個天線的發(fā)射機和具有多個天線的接收機之間執(zhí)行空間復用通信的無線通信系統(tǒng)，該無線通信系統(tǒng)包括 信道信息矩陣獲取裝置，用于獲取具有發(fā)射機側和接收機側之間的天線對的傳輸函數(shù)作為元素的信道信息矩陣； 加權因子矩陣算術運算裝置，用于基于如此獲取的信道信息矩陣獲取加權因子矩陣； 歸一化裝置，用于執(zhí)行用于歸一化加權因子矩陣的處理； 檢測裝置，用于檢測由加權因子矩陣算術運算裝置或歸一化裝置執(zhí)行的處理中是否存在異常性； 加權處理裝置，用于根據(jù)從檢測裝置獲取的檢測結果，對每一個從發(fā)射機發(fā)射的發(fā)射信號執(zhí)行基于加權因子矩陣的加權處理；以及 發(fā)射裝置，用于將加權處理裝置對其執(zhí)行了加權處理的發(fā)射信號從發(fā)射機發(fā)射到接收機。
然而，這里所述的“系統(tǒng)”表示邏輯地組裝多個設備(或分別實現(xiàn)特定功能的功能模塊)。因此，特別地，是否在單一框架(chassis)中提供設備或功能性模塊(等)并不是問題。
MIMO通信通常公知為實現(xiàn)無線通信的提速的技術之一。特別地，根據(jù)SVD-MIMO通信系統(tǒng)，將具有與一對天線對應的信道信息作為元素的信道信息矩陣H經(jīng)過奇異值分解，由此獲得VDVH。因此，給出V作為發(fā)射機側的天線加權因子矩陣，給出UH作為接收機側的天線加權因子矩陣。結果，可以實現(xiàn)多個邏輯獨立的傳輸線，對于該傳輸線執(zhí)行正交空間復用。此外，可以在接收機側提取出多個原始信號序列，而絲毫不受串擾影響，并且因此理論上可以達到最高性能。
這里，發(fā)射機的天線加權方法以數(shù)學表達式的形式表示。此外，普通實際設備必須通過使用具有現(xiàn)實電路規(guī)模結構的算術運算電路來實時地執(zhí)行處理。由于該原因，對用于從信道信息矩陣H獲取加權因子矩陣的計算，執(zhí)行整數(shù)算術運算。不同于實數(shù)算術運算，由于字長限制的影響，整數(shù)算術運算引起了諸如算術運算誤差的增加、溢出、下溢之類的問題。結果，加權因子矩陣的行范數(shù)有可能變化很大。由于該原因，盡管將具有歸一化到1的行范數(shù)的矩陣用作加權因子矩陣，但是由于在加權因子矩陣的運算階段產(chǎn)生的算術運算誤差、溢出等，所以計算出不希望的大值的加權因子矩陣。結果，存在發(fā)射信號超過由無線電法等控制的上限的危險。
因此，在根據(jù)本發(fā)明的實施例的無線通信系統(tǒng)中，諸如加權因子矩陣和歸一化裝置之類的算術運算裝置分別由整數(shù)算術運算模塊構建。然而在這種情況下，歸一化裝置在用于在算術運算加權因子矩陣的處理的最后階段中執(zhí)行歸一化加權因子矩陣的處理。結果，降低了混入加權因子矩陣算術運算的算術誤差或溢出的影響。
更具體地，歸一化裝置對在加權因子矩陣算術運算裝置中從信道信息矩陣的協(xié)方差矩陣的特征值獲取的特征向量執(zhí)行歸一化?；蛘撸瑲w一化裝置在加權處理裝置中執(zhí)行基于加權因子矩陣的加權處理之后，執(zhí)行發(fā)射信號向量的歸一化。
當這樣的歸一化裝置適當?shù)夭僮鲿r，輸出加權因子矩陣的行范數(shù)通常保持為恒定值。然而，當?shù)郊訖嘁蜃泳仃囁阈g運算裝置的輸入信號變?yōu)槌^整數(shù)算術運算中的預期界限時，可能出現(xiàn)算術運算誤差，或者在算術運算的中間發(fā)生溢出或下溢。因此，沒有必要地保證適當?shù)牟僮?。具體地，算術運算誤差對于太大的輸入或太小的輸入很有可能變大，因為在歸一化處理中基于平方和的平方根來執(zhí)行除法。
這樣，檢測裝置將以下檢測為異常性超過預定界限的輸入信號被輸入至歸一化裝置，或在用于歸一化的算術運算的中間發(fā)生溢出或下溢。
此外，當檢測裝置在歸一化處理中檢測到異常性時，加權處理裝置輸出另一加權的發(fā)射信號，該另一加權的發(fā)射信號具有因此保證的行范數(shù)，而不是使用通過加權因子矩陣算術運算裝置算術運算的加權因子矩陣來加權每一個發(fā)射信號。結果，可以避免發(fā)射電功率超過由無線電法控制設置的上限的危險。
例如，無線通信系統(tǒng)還包括非易失性存儲裝置，用于預先在其中存儲一個或多個加權矩陣，其每一個都具有因此保證的行范數(shù)，并且當檢測裝置在歸一化處理中檢測到異常性時，加權處理裝置通過使用非易失性存儲裝置中存儲的加權因子矩陣來加權每一個發(fā)射信號。由此，可以避免發(fā)射電功率超過由無線電法控制設置的上限的危險。
例如，具有因此保證的行范數(shù)的加權因子矩陣是單位矩陣、具有合適角度的旋轉矩陣、鏡像矩陣、Walsh-Hadamard矩陣、通過互相組合這些兩個或多個矩陣而獲得的矩陣等。
另外，非易失性存儲裝置可以在其中存儲多個不同的加權因子矩陣，并且當檢測裝置在歸一化處理中檢測到異常性時，加權處理裝置可以適當?shù)貜拇鎯τ诜且资源鎯ρb置中的多個不同的加權因子矩陣中間選擇最佳的一個，并且可以加權每一個發(fā)射信號。
更具體地，非易失性存儲裝置在其中存儲具有不同角度的多個旋轉矩陣，并且當檢測裝置在歸一化處理中檢測到異常性時，加權處理裝置可以在歸一化處理的執(zhí)行之前，從存儲于非易失性存儲裝置中的多個選擇矩陣中間選擇具有最接近于加權因子矩陣的角度的一個，并且加權每一個發(fā)射信號。
另外，基于從如此獲取的信道信息矩陣的協(xié)方差矩陣中獲取的特征值，加權因子矩陣算術運算裝置可以產(chǎn)生多個特征向量組。此外，加權因子矩陣算術運算裝置可以從多個特征向量組中間選擇合適的一個，即從多個特征向量組中選擇最終發(fā)生算術運算誤差的可能性很小的矩陣。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，提供了無線通信系統(tǒng)，用于在具有多個天線的發(fā)射機和具有多個天線的接收機之間執(zhí)行空間復用通信，該無線通信系統(tǒng)包括 信道信息矩陣獲取裝置，用于獲取具有發(fā)射機側和接收機側之間的天線對的傳輸函數(shù)作為元素的信道信息矩陣； 加權因子矩陣算術運算裝置，用于基于如此獲取的信道信息矩陣來獲取加權因子矩陣； 加權處理裝置，用于對從發(fā)射機發(fā)射的發(fā)射信號執(zhí)行基于加權因子矩陣的加權處理； 發(fā)射信號歸一化裝置，用于執(zhí)行由加權處理裝置加權的每一個發(fā)射信號的歸一化的處理，使得來自發(fā)射天線的每一個發(fā)射信號分別變?yōu)樘囟ㄖ担? 矩陣乘積算術運算裝置，用于將每一個從發(fā)射機發(fā)射的發(fā)射信號與預定矩陣相乘，由此加權每一個發(fā)射信號； 檢測裝置，用于檢測在由加權處理裝置或歸一化裝置執(zhí)行的處理中是否存在異常性；以及 發(fā)射裝置，用于根據(jù)從檢測裝置獲取的檢測結果，將以下之一從發(fā)射機發(fā)射到接收機加權處理裝置對其執(zhí)行了加權處理的發(fā)射信號、以及通過矩陣乘積算術運算裝置獲得的發(fā)射信號。
在根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的無線通信系統(tǒng)中，檢測裝置將以下檢測為異常性超過預定界限的輸入信號輸入至發(fā)射信號歸一化裝置，或在歸一化處理的中間發(fā)生溢出或下溢。另外，矩陣乘積算術運算裝置預先準備具有因此保證的行范數(shù)的加權因子矩陣，并將從發(fā)射機發(fā)射的每一個發(fā)射信號與加權因子矩陣相乘，由此加權每一個發(fā)射信號。另外，當檢測裝置檢測到處理中的異常性時，將通過矩陣乘積算術運算裝置獲取的發(fā)射信號而不是加權處理裝置對其執(zhí)行了加權處理的發(fā)射信號從發(fā)射機發(fā)射到接收機。結果，降低了在歸一化處理期間混入每一個發(fā)射信號的算術運算誤差或溢出的影響。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以提供卓越的無線通信系統(tǒng)，通過使用利用信道信息矩陣H的奇異值分解的SVD-MIMO通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠復用信號并發(fā)射所復用的信號而絲毫不受串擾影響，并且可以提供用于無線通信的設備和方法。
另外，根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以提供卓越的無線通信系統(tǒng)，當在發(fā)射機中通過使用字長有限的整數(shù)算術運算電路獲取加權因子矩陣時，通過抑制伴隨著算術運算誤差或溢出的加權因子矩陣的行范數(shù)的波動，來降低發(fā)射電功率超過上限的可能性，以通過SVD-MIMO發(fā)射實現(xiàn)發(fā)射速度的改進，并且提供用于無線通信的設備和方法。
另外，基于將在后面描述的優(yōu)選實施例和附圖，本發(fā)明的其他目標、特征和優(yōu)點從詳細的描述中將變得清楚。



圖1是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明實施例的無線通信系統(tǒng)的配置的框圖； 圖2是示出圖1中所示的加權因子矩陣算術運算部分的結構示例的框圖； 圖3是示出圖1中所示的加權因子矩陣算術運算部分的另一結構示例的框圖； 圖4是示出終端的結構性示例的框圖，其中圖1中所示的加權因子矩陣算術運算部分輸出加權因子矩陣而不執(zhí)行歸一化，而發(fā)射信號歸一化部分對每一個加權發(fā)射信號執(zhí)行歸一化； 圖5是示出應用于圖4中所示的終端的、圖1中所示的加權因子矩陣算術運算部分的內部結構的示例的框圖； 圖6是示出應用于圖4中所示的終端的、圖1中所示的加權因子矩陣算術運算部分的內部結構的另一示例的框圖；以及 圖7是概念性地示出根據(jù)現(xiàn)有技術的SVD-MIMO通信系統(tǒng)的圖。

具體實施例方式 在下文中，將參照附圖，詳細描述本發(fā)明的實施例。
圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的無線通信系統(tǒng)的配置。圖中所示的無線通信系統(tǒng)由終端1和終端2(其每一個具有兩個天線)組成，并執(zhí)行利用空分復用的MIMO通信。這里，現(xiàn)在將從終端1到終端2的信號發(fā)射定義為向下方向，即“下行鏈路”。另一方面，現(xiàn)在將從終端2到終端1的信號發(fā)射定義為向上方向，即“上行鏈路”。
注意，以下將通過給出單載波通信作為示例而給出描述。然而，當然，本發(fā)明也可以同樣地應用于以正交頻分復用(OFDM)調制系統(tǒng)為代表的多載波通信。另外，本發(fā)明也可以同樣應用于具有除了圖中所示的2×2的天線結構之外的天線結構的通信系統(tǒng)。
在無線LAN等中，通常地，以時分復用的方式在通信終端之間使用傳輸線。在時分復用通信中，在近似相同的時間段上進行向上方向的通信和向下方向的通信。因此，當在與信道波動的速度相比的非常短的時間間隔中進行向上方向的通信和向下方向的通信時，可以假定向上方向和向下方向之間的信道是可逆的，也就是信道的對稱性。在這樣的情況下，在向上方向的信道信息矩陣Hup和向下方向的信道矩陣Hdn之間建立下面的表達式(7) 其中上標T表示矩陣的轉置。
當執(zhí)行從終端1向終端2的SVD-MIMO通信時，終端1需要獲取下行鏈路中的信道加權因子矩陣Vdn。例如，在終端1中提供的信道信息矩陣估計部分11獲取每個發(fā)射和接收天線的組合的傳輸函數(shù)，其通過在終端1側的天線處接收以時分方式從天線發(fā)送的已知訓練序列來獲取。此外，信道信息矩陣估計部分11根據(jù)天線的布置，以矩陣的形式構造這些傳輸函數(shù)，由此使得可以通過利用訓練時間段來估計上行鏈路中的信道信息矩陣Hup。
如以上表達式(7)中所示，下行鏈路中的信道信息矩陣Hdn是上行鏈路中的信道信息矩陣的轉置矩陣(即HupT)。此外，在終端1中提供的加權因子矩陣算術運算部分12可以以如下表達式(8)所表示的方式，通過進一步使信道信息矩陣Hdn進行奇異值分解來獲取加權因子矩陣Vdn 以這樣的方式獲取加權因子矩陣Vdn。因此，當通過利用MIMO系統(tǒng)從終端1執(zhí)行數(shù)據(jù)發(fā)射時，加權部分13將通過分發(fā)發(fā)射信號至發(fā)射天線而獲取的發(fā)射信號向量x與加權因子矩陣Vdn復乘，如下面的表達式(9)所示。結果，加權部分13通過空間復用而獲取發(fā)射信號向量x’，并分別通過天線發(fā)射所得的發(fā)射信號向量x’。
x′＝Vdnx ... (9) 在以上的描述中，構建了MIMO通信系統(tǒng)，使得作為數(shù)據(jù)發(fā)射源的終端1側通過利用從終端2發(fā)送的訓練信號來計算加權因子矩陣Vdn。然而，也可以通過任何其他合適的實現(xiàn)方法來構建MIMO通信系統(tǒng)。例如，可以如以上的情況那樣，終端2側可配備相同的信道信息估計部分(未示出)。在這種情況下，例如，信道信息估計部分可以基于從終端1接收的訓練序列來估計下行鏈路的信道信息矩陣Hdn，并且可以向終端1通知下行鏈路的結果信道信息矩陣Hdn。或者，可以如以上的情況那樣，終端2側還可配備相同的加權因子矩陣算術運算部分。在這種情況下，加權因子矩陣算術運算部分可以根據(jù)信道信息矩陣Hdn來計算加權因子矩陣Vdn，并向終端1通知所得的加權因子矩陣Vdn。在下文中，為了方便，將參照在變?yōu)榘l(fā)射機側的終端1中部署信道信息估計部分和加權因子矩陣算術運算部分的實施例來給出描述。然而，這些功能模塊也可以部署于變?yōu)榻邮諜C側的終端2側。
圖2示出了在終端1中提供的加權因子矩陣算術運算部分12的結構示例。這里，現(xiàn)在通過給出其中MIMO通信系統(tǒng)由兩個發(fā)射天線和兩個接收天線(如圖1所示)的情況作為示例，將參照在終端1內的加權因子矩陣算術運算部分12中計算下行鏈路中的發(fā)射階段中的天線加權因子矩陣Vdn的方法進行描述。
首先，協(xié)方差矩陣算術運算部分121將由信道信息估計部分11估計的、由上行鏈路的信道信息矩陣Hup的轉置矩陣構成的下行鏈路的信道信息矩陣Hdn與復共軛轉置矩陣HdnH相乘，由此將協(xié)方差矩陣A的元素定義為由下面的表達式(10)表示 這里，當λ是協(xié)方差矩陣A的特征值且v是特征向量時，建立了下面的表達式(11)和(12)中所示的關系 Av＝λv ...(11) (A-λI)v＝0 det(A-λI)＝0... (12) 其中det表示矩陣的行列式(determination)。此外，將在以下示出的二次方程式(13)可以從以上表達式(10)和(12)獲得 (a11-λ)(a22-λ)-a12a21＝0 ...(13) λ2-(a11+a22)λ+(a11a22-a12a21)＝0 特征值算術運算部分122求解二次方程式(13)以獲得協(xié)方差矩陣A的特征值λ1和λ2。如前所述，Ddn是在對角項上具有這些特征值λ1和λ2的平方根的對角矩陣。
接著，特征向量算術運算部分123將這些特征值λ1和λ2代入以上表達式(11)以獲得特征向量。作為這里所獲得的特征向量，存在大量組合。特征向量之一由下面的表達式(14)表示 歸一化部分124歸一化該特征向量的組合以獲得加權因子矩陣Vdn。執(zhí)行歸一化的原因是因為在隨后的階段中使用被歸一化使得行范數(shù)歸一化到1的矩陣作為加權部分13中的加權因子矩陣，由此對于任何加權因子矩陣，防止發(fā)射輸出波動(超過上限)。加權因子矩陣Vdn由下面的表達式(15)或(16)中的任一個表示 其中并且 其中并且 加權部分13基于以上所述的加權因子矩陣Vdn，在隨后的階段中加權每一個發(fā)射信號向量x。
出于，計算上述天線加權因子矩陣Vdn的運算對通過使用以現(xiàn)實電路規(guī)模構成的算術運算電路來執(zhí)行實時處理的必要性，在實際設備上執(zhí)行整數(shù)算術運算。不同于實數(shù)算術運算，由于字長限制的影響，整數(shù)算術運算引起了算術運算誤差的增加、溢出或下溢。這導致加權因子矩陣Vdn很有可能波動較大。結果，存在加權因子矩陣提供不希望的值，并且因此發(fā)射輸出超過由終端1中的無線電法控制的上限的危險。
另一方面，在該實施例中，如圖2所示，在加權因子矩陣算術運算部分12中的最后階段中執(zhí)行歸一化。由此，有效地抑制了加權因子矩陣Vdn的行范數(shù)的波動。如果在歸一化之前算術運算誤差等在算術運算中混入發(fā)射信號，則只要歸一化部分124適當?shù)貓?zhí)行歸一化操作，輸出加權因子矩陣Vdn的行范數(shù)通常就變?yōu)楹愣ㄖ怠?br> 例如，可以給出下面的方法，作為上述在加權因子矩陣算術運算部分12中的最后階段中歸一化加權因子矩陣Vdn的方法的替換。也就是說，可以執(zhí)行上行鏈路的信道信息矩陣HUP的奇異值分解以獲得類似于以上情況的DUP和VUP(在最后階段歸一化VUP)。此外，下行鏈路階段中的發(fā)射天線加權因子矩陣Vdn可以從由下面的表達式(17)所表示的關系中獲得 其中*表示復共軛，而-1表示逆矩陣。
在這種情況下，在歸一化完成之后進一步執(zhí)行算術運算，其增加了由于算術運算誤差而發(fā)生發(fā)射天線加權因子矩陣Vdn的行范數(shù)的波動的可能性。
因此，如圖2所示，在最后階段，加權因子算術運算部分12在其中歸一化加權因子矩陣Vdn，由此可以抑制輸出加權因子矩陣Vdn的行范數(shù)的波動。
直到現(xiàn)在，已經(jīng)在只要歸一化部分124適當?shù)貓?zhí)行歸一化操作、輸出加權因子矩陣Vdn的行范數(shù)通常就保持在恒定值的假定下給出了描述。然而，在字長有限的整數(shù)算術運算中沒有必要地保證了加權因子算術運算部分12的合適操作。例如，在到加權因子矩陣算術運算部分12的輸入信號超過意外界限的情況下，可能發(fā)生算術運算誤差，或在算術運算的中間發(fā)生溢出或下溢。特別地，在加權因子矩陣算術運算部分12的最后階段中，歸一化部分124基于平方和的平方根來執(zhí)行除法(參照以上表達式(15)和(16))。結果，對于太大的輸入或太小的輸入，算術運算誤差很有可能變大。
如上所述，在該實施例中，為了還處理這樣的問題，加權因子矩陣算術運算部分12包括檢測器126，用于檢測將在下面描述的異常情況的發(fā)生 (1)到歸一化部分124的輸入信號超過預期界限(太大或太小)。
(2)在用于歸一化的算術運算的中間發(fā)生溢出或下溢。
當檢測器126檢測到這些情況時，輸出加權因子矩陣的行范數(shù)大大地不同于預期值。結果，發(fā)射電功率很有可能超過由無線電法控制設置的上限。由于這個原因，根據(jù)來自檢測器126的檢測輸出，在隨后的階段中，通過切換器127將預先存儲于只讀存儲器(ROM)中的默認加權因子矩陣而不是從歸一化部分124獲得的算術運算結果輸出至加權部分13。
這里，在ROM 125中準備歸一化加權因子矩陣，使得行范數(shù)變成預期值。另外，例如，單位矩陣、具有合適角度的旋轉矩陣、鏡像矩陣、Walsh-Hadamard矩陣、通過互相組合這些兩個或多個矩陣而獲得的矩陣等，可以用作預先存儲于ROM 125中的加權因子矩陣。
另外，可以在ROM 125中準備多個不同的加權因子矩陣。在這種情況下，當檢測器126基于到歸一化部分124的輸入信號、算術運算中的結果等來在處理中檢測到異常性時，加權因子矩陣算術運算部分12可以適當?shù)貜脑赗OM125中準備的多個不同的加權因子矩陣中間選擇預期為最合適的一個。此外，加權因子矩陣算術運算部分12可以輸出如此選擇的加權因子矩陣，而不是在歸一化部分124中執(zhí)行的算術運算的結果。例如，可以預先在ROM 125中準備具有相應角度的多個旋轉矩陣。在這種情況下，加權因子矩陣算術運算部分12可以在執(zhí)行歸一化之前，從具有相應角度的多個旋轉矩陣中間選擇具有最接近于加權因子矩陣的角度的一個。
圖3示出了加權因子矩陣算術運算部分12的另一結構性示例。如先前所述，當將由特征值算術運算部分122計算的特征值λ1和λ2代入以上表達式(11)時，在特征向量方面，存在大量組合。在圖3中所示的加權因子矩陣算術運算部分12的另一結構性示例中，特征向量算術運算部分123產(chǎn)生通過算術運算特征值λ1和λ2而獲得的多組特征向量。此外，特征向量算術運算部分123通過切換器從多組特征向量選擇合適的一個，并將如此選擇的該組特征向量輸出至隨后的歸一化部分124。
例如，可以給出“具有很低的最終發(fā)生算術運算誤差的可能性的矩陣”，作為通過切換器128根據(jù)其從多組特征向量中間選擇合適的一個的選擇準則。
盡管已經(jīng)給出以上表達式(14)，作為每一個均表示特征向量的表達式之一，但是也可以給出下面的表達式(18)，作為每一個均表示特征向量的表達式之一 當歸一化部分124歸一化由以上表達式(18)所表示的特征向量時，類似于以上情況，可獲得由以下表達式(19)和(20)所表示的加權因子矩陣Vdn。
其中并且 其中并且 這里，讓我們考慮其中信道信息矩陣H退化的情況。在這種情況下，由于特征值λ2變?yōu)?，所以以上表達式(14)和(18)可以分別變換為下面的表達式(21)和(22) 此時，在協(xié)方差矩陣中所包含的元素a22接近于0的情況下，以上表達式(15)中的元素s2或以上表達式(16)中的元素t1很有可能變?yōu)榻咏?。當分母變?yōu)榻咏?時，整數(shù)的算術運算中的誤差通常變得很大。由于這個原因，在這種情況下，在執(zhí)行用于從由表達式(21)所表示的特征向量中歸一化加權因子矩陣Vdn的算術運算時，與在執(zhí)行用于從由表達式(22)所表示的特征向量中歸一化加權因子矩陣Vdn的算術運算時相比，算術運算中最終包含誤差的可能性變得更高。
另一方面，在協(xié)方差矩陣中所包含的元素a11接近于0的情況下，以上表達式(19)中的元素s2或以上表達式(21)中的元素t1很有可能變?yōu)榻咏?。由于這個原因，在這種情況下，在執(zhí)行用于從由表達式(22)所表示的特征向量中歸一化加權因子矩陣Vdn的算術運算時，與在用于執(zhí)行從由表達式(21)所表示的特征向量中歸一化加權因子矩陣Vdn的算術運算時相比，算術運算中包含誤差的可能性變得更高。
因此，在這樣的信道信息矩陣H退化的通信環(huán)境下，根據(jù)用來從多個特征向量中選擇“具有很低的最終發(fā)生算術運算誤差的可能性的矩陣”的選擇準則，通過使用切換器128來執(zhí)行下面的切換控制，由此使得可以降低算術誤差的數(shù)目。
(1)當a11＞a22，或a11≥a22時，選擇由以上表達式(18)所表示的特征向量組，并將其提供至歸一化部分124。
(2)a11≤a22或a11＜a22，選擇由以上表達式(14)所表示的特征向量組，并將其提供至歸一化部分124。
直到現(xiàn)在，已經(jīng)描述了加權因子矩陣算術運算部分12執(zhí)行歸一化。然而，也可以采用如圖4中所示的結構。也就是說，加權因子矩陣算術運算部分12不執(zhí)行歸一化，并輸出加權因子矩陣。此外，發(fā)射信號歸一化部分18(部署于加權因子矩陣算術運算部分12之外)歸一化每一個加權發(fā)射信號。
在圖2中所示的加權因子矩陣算術運算部分12的結構示例中，在加權因子算術運算部分12中的最終階段中執(zhí)行歸一化處理。結果，減小了在基于整數(shù)算術運算而計算加權因子矩陣時的算術運算誤差或溢出的影響，由此有效地抑制了加權因子矩陣Vdn的行范數(shù)的波動。另一方面，在圖4中所示的加權因子矩陣算術運算部分12的另一結構示例中，在使用特征向量加權每一個發(fā)射信號向量x之后，發(fā)射信號歸一化部分18執(zhí)行歸一化處理。同樣地，可以減小算術運算誤差或溢出的影響，由此有效地抑制加權因子矩陣Vdn的行范數(shù)的波動。
例如，圖4中所示的加權因子矩陣算術運算部分12具有如圖5或圖6中所示的結構。
在圖5中所示的結構性示例中，在加權因子算術運算部分12中，協(xié)方差矩陣算術運算部分121根據(jù)下行鏈路的信道信息矩陣來計算協(xié)方差矩陣A。特征向量算術運算部分122獲得協(xié)方差矩陣A的特征值。此外，特征向量算術運算部分123算術地運算特征向量，并輸出所得的特征向量。
特征向量存在大量的組合。在圖6中所示的結構性示例中，準備通過算術運算特征向量λ1和λ2而獲得的多組特征向量。通過切換器128從多組特征向量中選擇合適的一個，并將其輸出至隨后的加權部分13。例如，可以給出“具有很低的最終發(fā)生算術運算誤差的可能性的矩陣”作為選擇準則，根據(jù)其通過切換器128從多組特征向量中選擇合適的一個(與以上相同)。
當圖5或圖6中所示的加權因子矩陣算術運算部分12輸出加權因子矩陣Vdn時，隨后的加權部分13通過將每一個發(fā)射信號向量x復乘加權因子矩陣Vdn，以執(zhí)行加權處理。這里，通過將發(fā)射數(shù)據(jù)分發(fā)至發(fā)射天線來獲取每一個發(fā)射信號向量x。接著，在使用加權因子矩陣Vdn來加權每一個發(fā)射信號之后，發(fā)射信號歸一化部分18執(zhí)行用于歸一化每一個發(fā)射信號的處理。
當發(fā)射信號歸一化部分18適當?shù)貓?zhí)行歸一化處理時，每一個輸出發(fā)射向量的范數(shù)通常保持在恒定值。然而，對于發(fā)射信號歸一化部分18中的處理沒有必要地保證合適的操作。原因是，因為可以在歸一化處理中包含基于平方和的平方根的除法等，并且因此當基于字長有限的整數(shù)算術運算執(zhí)行這樣的歸一化處理時，輸入信號變?yōu)槌^預期界限，使得發(fā)生算術運算誤差，并且在算術運算的中間發(fā)生溢出或下溢。
因此，向檢測器15提供檢測下面異常情形的發(fā)生的功能。
(1)到發(fā)射信號歸一化部分18的輸入信號超過預期界限(太大或太小)。
(2)在通過發(fā)射信號歸一化部分18用于歸一化的算術運算的中間發(fā)生溢出或下溢。
當檢測器15檢測到以上情況時，輸出加權因子矩陣的行范數(shù)大大地不同于預期值。結果，發(fā)射電功率很有可能變?yōu)槌^由無線電法控制設置的上限。由于這個原因，根據(jù)來自檢測器15的檢測輸出，通過切換器16選擇在矩陣乘積算術運算部分17中通過將每一個發(fā)射信號向量x與預定矩陣相乘而獲得的矩陣乘積，而不是在發(fā)射信號歸一化部分18中獲得的算術運算結果。此外，分別通過發(fā)射天線發(fā)送所得的矩陣乘積的元素。這里，矩陣乘積算術運算部分17預先在ROM中存儲具有因此保證的行范數(shù)的加權因子矩陣，如單位矩陣、具有合適角度的旋轉矩陣、Walsh-Hadamard矩陣、或通過相互組合這些兩個或多個矩陣而獲得的矩陣等。在這種情況下，不使用具有變?yōu)椴幌Ｍ拇笾档男蟹稊?shù)的加權因子矩陣來對發(fā)射信號向量x進行加權。結果，發(fā)射電功率變?yōu)槌^由無線電法控制設置的上限的可能性變得很小。
注意到，在圖4中所示的終端1的結構性示例中，可以在矩陣乘積算術運算部分17中預先準備歸一化的加權因子矩陣，或者可以在加權每一個發(fā)射信號之后執(zhí)行歸一化處理。
另外，還在圖4中所示的終端1的電路結構中，預先在ROM(未示出)中存儲加權因子矩陣。在這種情況中，檢測出有關算術運算誤差的增加或由于字長限制的影響而引發(fā)的溢出或下溢的問題。此外，在隨后的階段中，將默認的加權因子矩陣而不是從發(fā)射信號歸一化部分18獲得的算術運算結果從ROM輸出至加權部分13。結果，可以防止加權因子矩陣的行范數(shù)進行不希望的波動。這里，例如，可以使用單位矩陣、具有合適角度的旋轉矩陣、鏡像矩陣、Walsh-Hadamard矩陣、通過互相組合這些兩個或多個矩陣而獲得的矩陣等，作為預先存儲于ROM中的加權因子矩陣。
到目前為止，在參照特定實施例的同時，已經(jīng)詳細描述了本發(fā)明。然而，很明顯，在不脫離本發(fā)明的要點的情況下，本領域技術人員可以對有關的實施例做出修改和替換。也就是說，僅僅以示例的形式公開了本發(fā)明，并且因此不應該旨在以限制的意義來理解該說明書的描述的內容。為確定本發(fā)明的要點，應該考慮所附的權利要求。
權利要求
1.一種用于在具有多個天線的發(fā)射機和具有多個天線的接收機之間執(zhí)行空間復用通信的無線通信系統(tǒng)，該無線通信系統(tǒng)包括
信道信息矩陣獲取裝置，用于獲取具有發(fā)射機側和接收機側之間的天線對的傳輸函數(shù)作為元素的信道信息矩陣；
加權因子矩陣算術運算裝置，用于基于如此獲取的該信道信息矩陣來獲取加權因子矩陣；
歸一化裝置，用于執(zhí)行用于歸一化該加權因子矩陣的處理；
檢測裝置，用于檢測在由該加權因子矩陣算術運算裝置或該歸一化裝置執(zhí)行的處理中是否存在異常性；
加權處理裝置，用于根據(jù)從該檢測裝置獲得的檢測結果，對從該發(fā)射機發(fā)射的每一個發(fā)射信號執(zhí)行基于該加權因子矩陣的加權處理；以及
發(fā)射裝置，用于將該加權處理裝置對其執(zhí)行了加權處理的發(fā)射信號從該發(fā)射機發(fā)射到該接收機。
2.如權利要求1所述的無線通信系統(tǒng)，其中該歸一化裝置對通過該加權因子矩陣算術運算裝置而從該信道信息矩陣的協(xié)方差矩陣獲得的特征向量進行歸一化，使得行范數(shù)變?yōu)樘囟ㄖ怠?br> 3.如權利要求1所述的無線通信系統(tǒng)，其中該檢測裝置將以下檢測為異常性超過預定界限的輸入信號被輸入至該歸一化裝置、或在用于該歸一化的算術運算中間發(fā)生溢出或下溢。
4.如權利要求1所述的無線通信系統(tǒng)，其中當該檢測裝置在該歸一化處理中檢測到異常性時，該加權處理裝置輸出另一加權的發(fā)射信號，其中該另一加權的發(fā)射信號的每一個具有因此保證的行范數(shù)，而不是使用由加權因子矩陣算術運算裝置算術運算的加權因子矩陣來加權每一個發(fā)射信號。
5.如權利要求4所述的無線通信系統(tǒng)，進一步包括非易失性存儲裝置，用于預先存儲一個或多個加權矩陣，該一個或多個加權矩陣的每一個都具有因此保證的行范數(shù)；
其中當該檢測裝置在該歸一化處理中檢測到異常性時，該加權處理裝置通過使用預先存儲于該非易失性存儲裝置中的加權因子矩陣來加權每一個發(fā)射信號。
6.如權利要求5所述的無線通信系統(tǒng)，其中該非易失性存儲裝置預先存儲單位矩陣、具有合適角度的旋轉矩陣、鏡像矩陣、Walsh-Hadamard矩陣、或通過互相組合這些兩個或多個矩陣而獲得的矩陣。
7.如權利要求5所述的無線通信系統(tǒng)，其中該非易失性存儲裝置存儲多個不同的加權因子矩陣；以及
當該檢測裝置在該歸一化處理中檢測到異常性時，該加權處理裝置從存儲于該非易失性存儲裝置中的多個不同的加權因子矩陣中間適當?shù)剡x擇最優(yōu)的一個，并且使用如此選擇的加權因子矩陣來加權每一個發(fā)射信號。
8.如權利要求5所述的無線通信系統(tǒng)，其中該非易失性存儲裝置存儲多個具有不同角度的旋轉矩陣，以及
當該檢測裝置在該歸一化處理中檢測到異常性時，該加權處理裝置在歸一化之前，從存儲于該非易失性存儲裝置中的多個旋轉矩陣中間選擇具有最接近于該加權因子矩陣的角度的一個，并使用如此選擇的加權因子矩陣來加權每一個發(fā)射信號。
9.如權利要求1所述的無線通信系統(tǒng)，其中該加權因子矩陣算術運算裝置基于從如此獲取的該信道信息矩陣的協(xié)方差矩陣獲得的特征值，產(chǎn)生多組特征向量，并從該多組特征向量中選擇合適的一個。
10.如權利要求9所述的無線通信系統(tǒng)，其中該加權因子矩陣算術運算裝置從如此產(chǎn)生的多組特征向量中間選擇具有很低的最終發(fā)生算術運算錯誤的可能性的一個。
11.如權利要求10所述的無線通信系統(tǒng)，其中每一個發(fā)射機和接收機都包括兩個天線；以及
該加權因子矩陣算術運算裝置基于通過將如此獲取的信道信息矩陣H奇異值分解到UDVH而獲得的矩陣V，產(chǎn)生加權因子矩陣，將該信道信息矩陣H的協(xié)方差矩陣A＝HHH的元素分別設置為[a11，a21]T，[a12，a22]T，并將協(xié)方差矩陣A的特征值分別設置為λ1和λ2(λ1≥λ2)；以及
當a11＞a22或a11≥a22時，該加權因子矩陣算術運算裝置選擇由下面的表達式所表示的特征向量[v1，v2]，并且獲得加權因子矩陣
其中k1和k2是除了0之外的任意數(shù)(每一個包含實數(shù)和復數(shù))，
并且當a11≤a22或a11＜a22時，該加權因子矩陣算術運算裝置選擇由下面的表達式所表示的特征向量[v1，v2]，并獲得加權因子矩陣
其中k3和k4是除了0之外的任意數(shù)(每一個包含實數(shù)和復數(shù))。
12.一種用于在具有多個天線的發(fā)射機和具有多個天線的接收機之間執(zhí)行空間復用通信的無線通信系統(tǒng)，該無線通信系統(tǒng)包括
信道信息矩陣獲取裝置，用于獲取具有發(fā)射機側和接收機側之間的天線對的傳輸函數(shù)作為元素的信道信息矩陣；
加權因子矩陣算術運算裝置，用于基于如此獲取的該信道信息矩陣來獲得加權因子矩陣；
加權處理裝置，用于對從該發(fā)射機發(fā)射的發(fā)射信號執(zhí)行基于該加權因子矩陣的加權處理；
發(fā)射信號歸一化裝置，用于執(zhí)行用于歸一化由通過該加權處理裝置加權的每一個發(fā)射信號的處理，使得來自相應的發(fā)射天線的發(fā)射信號的每一個電功率變?yōu)樘囟ㄖ担?br> 矩陣乘積算術運算裝置，用于將從該發(fā)射機發(fā)射的每一個發(fā)射信號與預定矩陣相乘，由此加權每一個發(fā)射信號；
檢測裝置，用于檢測在由該加權處理裝置或該歸一化裝置執(zhí)行的處理中是否存在異常性；以及
發(fā)射裝置，用于根據(jù)從該檢測裝置獲取的檢測結果，將以下之一從發(fā)射機發(fā)射到接收機該加權處理裝置對其執(zhí)行了加權處理的發(fā)射信號、以及通過該矩陣乘積算術運算裝置獲得的發(fā)射信號。
13.如權利要求12所述的無線通信系統(tǒng)，其中該檢測裝置將以下檢測為異常性超過預定界限的輸入信號被輸入至該發(fā)射信號歸一化裝置、或在用于該歸一化的算術運算中間發(fā)生溢出或下溢。
14.如權利要求12所述的無線通信系統(tǒng)，其中該矩陣乘積算術運算裝置預先準備具有因此保證的行范數(shù)的加權因子矩陣，并將從該發(fā)射機發(fā)射的每一個發(fā)射信號與該加權因子矩陣相乘，以加權每一個發(fā)射信號。
15.如權利要求14所述的無線通信系統(tǒng)，其中該矩陣乘積算術運算裝置預先準備單位矩陣、具有合適角度的旋轉矩陣、鏡像矩陣、Walsh-Hadamard矩陣、或通過互相組合這些兩個或多個矩陣而獲得的矩陣。
16.一種包括多個天線用于與具有多個天線的接收機執(zhí)行空間復用通信的無線通信設備，該無線通信設備包括
加權因子矩陣算術運算裝置，用于基于具有發(fā)射機側和接收機側之間的天線對的傳輸函數(shù)作為元素的信道信息矩陣，來獲取加權因子矩陣；
歸一化裝置，用于執(zhí)行用于歸一化該加權因子矩陣的處理；
檢測裝置，用于檢測由該加權因子矩陣算術運算裝置或該歸一化裝置執(zhí)行的處理中是否存在異常性；
加權處理裝置，用于根據(jù)從該檢測裝置獲取的檢測結果，對發(fā)射信號執(zhí)行基于該加權因子矩陣的加權處理；以及
發(fā)射裝置，用于通過天線分別發(fā)射加權的發(fā)射信號。
17.如權利要求16所述的無線通信設備，其中該歸一化裝置對通過該加權因子矩陣算術運算裝置而從該信道信息矩陣的協(xié)方差矩陣獲得的特征向量進行歸一化，使得行范數(shù)變?yōu)樘囟ㄖ怠?br> 18.如權利要求16所述的無線通信設備，其中該檢測裝置將以下檢測為異常性超過預定界限的輸入信號被輸入至該歸一化裝置、或在用于該歸一化的算術運算中間發(fā)生溢出或下溢。
19.如權利要求16所述的無線通信設備，其中當該檢測裝置在該歸一化處理中檢測到異常性時，該加權處理裝置輸出另一加權的發(fā)射信號，其中該另一加權的發(fā)射信號的每一個具有因此保證的行范數(shù)，而不是使用由加權因子矩陣算術運算裝置算術運算的加權因子矩陣來加權每一個發(fā)射信號。
20.如權利要求19所述的無線通信設備，進一步包括非易失性存儲裝置，用于預先存儲一個或多個加權矩陣，該一個或多個加權矩陣的每一個具有因此保證的行范數(shù)；
其中當該檢測裝置在該歸一化處理中檢測到異常性時，該加權處理裝置通過使用預先存儲于該非易失性存儲裝置中的加權因子矩陣來加權每一個發(fā)射信號。
21.如權利要求20所述的無線通信設備，其中該非易失性存儲裝置預先存儲單位矩陣、具有合適角度的旋轉矩陣、鏡像矩陣、Walsh-Hadamard矩陣、或通過互相組合這些兩個或多個矩陣而獲得的矩陣。
22.如權利要求20所述的無線通信設備，其中該非易失性存儲裝置存儲多個不同的加權因子矩陣；以及
當該檢測裝置在該歸一化處理中檢測到異常性時，該加權處理裝置從預先存儲于該非易失性存儲裝置中的多個不同加權因子矩陣中適當?shù)剡x擇最優(yōu)的一個，并使用如此選擇的加權因子矩陣來加權每一個發(fā)射信號。
23.如權利要求20所述的無線通信設備，其中該非易失性存儲裝置存儲具有不同角度的多個旋轉矩陣；以及
當該檢測裝置在該歸一化處理中檢測到異常性時，該加權處理裝置在該歸一化之前，從預先存儲于該非易失性存儲裝置中的多個旋轉矩陣中選擇具有最接近于該加權因子矩陣的一個，并使用如此選擇的加權因子矩陣來加權每一個發(fā)射信號。
24.如權利要求16所述的無線通信設備，其中該加權因子矩陣算術運算裝置基于從如此獲取的該信道信息矩陣的協(xié)方差矩陣獲得的特征值，產(chǎn)生多組特征向量，并從該多組特征向量中選擇合適的一個。
25.如權利要求24所述的無線通信設備，其中該加權因子矩陣算術運算裝置從如此產(chǎn)生的該多組特征向量中選擇具有很低的最終發(fā)生算術運算錯誤的可能性的一個。
26.如權利要求25所述的無線通信設備，其中每一個發(fā)射機和接收機都包括兩個天線；以及
該加權因子矩陣算術運算裝置基于通過將如此獲取的該信道信息矩陣H奇異值分解至UDVH而獲得的矩陣V，來產(chǎn)生加權因子矩陣，將該信道信息矩陣H的協(xié)方差矩陣A＝HHH的元素分別設置為[a11，a21]T，[a12，a22]T，并將該協(xié)方差矩陣A的特征值分別設置為λ1和λ2(λ1≥λ2)；以及
當a11＞a22或a11≥a22時，該加權因子矩陣算術運算裝置選擇由下面的表達式所表示的特征向量[v1，v2]，并獲得加權因子矩陣
其中k1和k2是除了0之外的任意數(shù)(每一個包含實數(shù)和復數(shù))，
并且當a11≤a22或a11＜a22時，該加權因子矩陣算術運算裝置選擇由下面的表達式所表示的特征向量[v1，v2]，并獲得加權因子矩陣
其中k3和k4是除了0之外的任意數(shù)(每一個包含實數(shù)和復數(shù))。
27.一種包括多個天線用于與具有多個天線的接收機執(zhí)行空間復用通信的無線通信設備，該無線通信設備包括
加權因子矩陣算術運算裝置，用于基于具有發(fā)射機側和接收機側之間的天線對的傳輸函數(shù)作為元素的信道信息矩陣來獲取加權因子矩陣；
加權處理裝置，用于分別對通過該天線發(fā)射的發(fā)射信號執(zhí)行基于該加權因子矩陣的加權處理；
發(fā)射信號歸一化裝置，用于執(zhí)行用于歸一化由該加權處理裝置加權的每一個發(fā)射信號的處理，使得來自相應的發(fā)射天線的該發(fā)射信號的每一個電功率變?yōu)樘囟ㄖ担?br> 矩陣乘積算術運算裝置，用于將通過天線發(fā)射的每一個發(fā)射信號分別與預定矩陣相乘，由此加權每一個有關的發(fā)射信號；
檢測裝置，用于檢測在由該加權處理裝置或該歸一化裝置執(zhí)行的處理中是否存在異常性；以及
發(fā)射裝置，用于根據(jù)從該檢測裝置獲得的檢測結果，將以下之一從發(fā)射機發(fā)射到接收機該加權處理裝置對其執(zhí)行了加權處理的發(fā)射信號、以及通過該矩陣乘積算術運算裝置獲得的發(fā)射信號。
28.如權利要求27所述的無線通信設備，其中該檢測裝置將以下檢測為異常性超過預定界限的輸入信號被輸入至該發(fā)射信號歸一化裝置、或在用于該歸一化的算術運算中間發(fā)生溢出或下溢。
29.如權利要求27所述的無線通信設備，其中該矩陣乘積算術運算裝置預先準備具有因此保證的行范數(shù)的加權因子矩陣，并將從該發(fā)射機發(fā)射的每一個發(fā)射信號與該加權因子矩陣相乘，來加權每一個發(fā)射信號。
30.如權利要求29所述的無線通信設備，其中該矩陣乘積算術運算裝置預先準備單位矩陣、具有合適角度的旋轉矩陣、鏡像矩陣、Walsh-Hadamard矩陣、或通過互相組合這些兩個或多個矩陣而獲得的矩陣。
31.一種通過使用多個天線而與具有多個天線的接收機執(zhí)行空間復用通信的無線通信方法，該無線通信方法包括步驟
基于具有發(fā)射機側和接收機側之間的天線對的傳輸函數(shù)作為元素的信道信息矩陣，算術地運算加權因子矩陣；
執(zhí)行用于歸一化該加權因子矩陣的處理；
檢測在該加權因子矩陣算術運算步驟或在該歸一化步驟中是否存在異常性；
根據(jù)在該檢測步驟中獲得的檢測結果，對每一個發(fā)射信號執(zhí)行基于該加權因子矩陣的加權處理；以及
通過天線分別發(fā)射加權的發(fā)射信號。
32.如權利要求31所述的無線通信方法，其中在該歸一化步驟中，對在該加權因子矩陣算術運算步驟中從該信道信息矩陣的協(xié)方差矩陣的特征值獲得的特征向量進行歸一化，使得行范數(shù)變?yōu)樘囟ㄖ怠?br> 33.如權利要求31所述的無線通信方法，其中在該檢測步驟中，將以下檢測為歸一化步驟中的異常性超過預定界限的輸入信號被輸入至該歸一化步驟、或在用于該歸一化的算術運算中間發(fā)生溢出或下溢。
34.如權利要求31所述的無線通信方法，其中在該加權處理步驟中，當在該檢測步驟中檢測到該歸一化處理中的異常性時，輸出其每一個都具有因此保證的行范數(shù)的另一加權的發(fā)射信號，而不是使用在該加權因子矩陣算術運算步驟中算術運算的加權因子矩陣來加權每一個發(fā)射信號。
35.如權利要求34所述的無線通信方法，其中在該加權處理步驟中，當在該檢測步驟中檢測到該歸一化處理中的異常性時，使用其每一個具有因此保證的行范數(shù)且是預先準備的加權因子矩陣來加權每一個發(fā)射信號。
36.如權利要求35所述的無線通信方法，其中在該加權處理步驟中，當在該檢測步驟中檢測到該歸一化處理中的異常性時，使用以下中的任何一個來加權每一個發(fā)射信號單位矩陣、具有合適角度的旋轉矩陣、鏡像矩陣、Walsh-Hadamard矩陣、和通過互相組合這些兩個或多個矩陣而獲得的矩陣。
37.如權利要求35所述的無線通信方法，其中在該加權處理步驟中，當在該檢測步驟中檢測到該歸一化處理中的異常性時，從多個加權因子矩陣中適當?shù)剡x擇最優(yōu)的一個，其中該多個加權因子矩陣的每一個具有因此保證的行范數(shù)且是預先準備的，并且使用如此選擇的最優(yōu)加權因子矩陣來加權每一個發(fā)射信號。
38.如權利要求35所述的無線通信方法，其中預先準備的多個加權因子矩陣是具有不同角度的多個旋轉矩陣；以及
在該加權處理步驟中，當在該檢測步驟中檢測到該歸一化處理中的異常性時，在該歸一化之前，在該歸一化步驟中從多個旋轉矩陣中選擇具有最接近于該加權因子矩陣的角度的一個，并且使用如此選擇的旋轉矩陣來加權每一個發(fā)射信號。
39.如權利要求31所述的無線通信方法，其中在該加權因子矩陣算術運算步驟中，基于從如此獲取的該信道信息矩陣的協(xié)方差矩陣獲得的特征值，來產(chǎn)生多組特征向量，并且從該多組特征向量中選擇合適的一個。
40.如權利要求39所述的無線通信方法，其中在該加權因子矩陣算術運算步驟中，從如此產(chǎn)生的該多組特征向量中選擇具有很低的最終發(fā)生算術運算錯誤的可能性的一個。
41.如權利要求40所述的無線通信方法，其中使用該兩個天線，并且該接收機包括該兩個天線；
在該加權因子矩陣算術運算步驟中，基于通過將如此獲取的該信道信息矩陣H奇異值分解到UDVH而獲得的矩陣V，產(chǎn)生加權因子矩陣，將該信道信息矩陣H的協(xié)方差矩陣A＝HHH的元素分別設置為[a11，a21]T，[a12，a22]T，并且將協(xié)方差矩陣A的特征值分別設置為λ1和λ2(λ1≥λ2)；以及
當a11＞a22或a11≥a22時，選擇由下面的表達式所表示的特征向量[v1，v2]，并且獲得加權因子矩陣
其中k1和k2是除了0之外的任意數(shù)(每一個包含實數(shù)和復數(shù))，
以及當a11≤a22或a11＜a22時，選擇由下面的表達式所表示的特征向量[v1，v2]，并且獲得加權因子矩陣
其中k3和k4是除了0之外的任意數(shù)(每一個包含實數(shù)和復數(shù))。
42.一種通過使用多個天線執(zhí)行與具有多個天線的接收機的空間復用通信的無線通信方法，該無線通信方法包括步驟
基于具有發(fā)射機側和接收機側之間的天線對的傳輸函數(shù)作為元素的信道信息矩陣，算術地運算加權因子矩陣；
對通過天線發(fā)射的每一個發(fā)射信號分別執(zhí)行基于該加權因子矩陣的加權處理；
執(zhí)行用于歸一化在該加權處理中加權的每一個發(fā)射信號的處理，使得通過發(fā)射天線發(fā)射的發(fā)射信號的每一個電功率分別變?yōu)樘囟ㄖ担?br> 將通過該天線發(fā)射的每一個發(fā)射信號分別與預定矩陣相乘，由此加權每一個發(fā)射信號；
檢測在該加權處理步驟中或在該歸一化步驟中是否存在異常性；以及
根據(jù)從檢測步驟中獲取的檢測結果，發(fā)射以下之一在該加權處理步驟中對其執(zhí)行了加權處理的發(fā)射信號、以及在矩陣乘積算術運算步驟中獲得的發(fā)射信號。
43.如權利要求42所述的無線通信方法，其中在該檢測步驟中，將以下檢測為處理中的異常性超過預定界限的輸入信號被輸入至該發(fā)射信號歸一化步驟、或在用于該歸一化的算術運算中間發(fā)生溢出或下溢。
44.如權利要求42所述的無線通信方法，其中在該矩陣乘積算術運算步驟中，使用具有因此保證的行范數(shù)的加權因子矩陣來對通過天線發(fā)射的每一個發(fā)射信號進行加權。
45.如權利要求44所述的無線通信方法，其中在該矩陣乘積算術運算步驟中，使用單位矩陣、具有合適角度的旋轉矩陣、鏡像矩陣、Walsh-Hadamard矩陣或通過互相組合這些兩個或多個矩陣而獲得的矩陣。
46.一種用于在具有多個天線的發(fā)射機和具有多個天線的接收機之間執(zhí)行空間復用通信的無線通信系統(tǒng)，該無線通信系統(tǒng)包括
信道信息矩陣獲取部分，被配置為獲取具有發(fā)射機側和接收機側之間的天線對的傳輸函數(shù)作為元素的信道信息矩陣；
加權因子矩陣算術運算部分，被配置為基于如此獲取的該信道信息矩陣來獲取加權因子矩陣；
歸一化部分，被配置為執(zhí)行用于歸一化該加權因子矩陣的處理；
檢測部分，被配置為檢測由該加權因子矩陣算術運算部分或該歸一化部分執(zhí)行的處理中是否存在異常性；
加權處理部分，被配置為根據(jù)從該檢測部分獲得的檢測結果，對從該發(fā)射機發(fā)射的每一個發(fā)射信號執(zhí)行基于該加權因子矩陣的加權處理；以及
發(fā)射部分，被配置為將該加權處理部分對其執(zhí)行了加權處理的發(fā)射信號從該發(fā)射機發(fā)射到該接收機。
47.一種用于在具有多個天線的發(fā)射機和具有多個天線的接收機之間執(zhí)行空間復用通信的無線通信系統(tǒng)，該無線通信系統(tǒng)包括
信道信息矩陣獲取部分，被配置為獲取具有發(fā)射機側和接收機側之間的天線對的傳輸函數(shù)作為元素的信道信息矩陣；
加權因子矩陣算術運算部分，被配置為基于如此獲取的該信道信息矩陣來獲取加權因子矩陣；
加權處理部分，被配置為對從該發(fā)射機發(fā)射的發(fā)射信號執(zhí)行基于該加權因子矩陣的加權處理；
發(fā)射信號歸一化部分，被配置為執(zhí)行用于歸一化由該加權處理部分加權的每一個發(fā)射信號，使得來自相應的發(fā)射天線的該發(fā)射信號的每一個電功率變?yōu)樘囟ㄖ担?br> 矩陣乘積算術運算部分，被配置為將從該發(fā)射機發(fā)射的每一個發(fā)射信號與預定矩陣相乘，由此加權每一個發(fā)射信號；
檢測部分，被配置為檢測由該加權處理部分或該歸一化部分執(zhí)行的處理中是否存在異常性；以及
發(fā)射部分，被配置為根據(jù)從該檢測部分獲取的檢測結果，將以下之一從發(fā)射機發(fā)射到接收機該加權處理部分對其執(zhí)行了加權處理的發(fā)射信號、以及通過該矩陣乘積算術運算部分獲得的發(fā)射信號。
48.一種包括多個天線用于執(zhí)行與具有多個天線的接收機的空間復用通信的無線通信設備，該無線通信設備包括
加權因子矩陣算術運算部分，被配置為基于具有發(fā)射機側和接收機側之間的該對天線的傳輸函數(shù)作為元素的信道信息矩陣來獲取加權因子矩陣；
歸一化部分，被配置為執(zhí)行用于歸一化該加權因子矩陣的處理；
檢測部分，被配置為檢測由該加權因子矩陣算術運算部分或該歸一化部分執(zhí)行的處理中是否存在異常性；
加權處理部分，被配置為根據(jù)從該檢測部分獲取的檢測結果，對發(fā)射信號執(zhí)行基于該加權因子矩陣的加權處理；以及
發(fā)射部分，被配置為通過天線分別發(fā)射加權的發(fā)射信號。
49.一種包括多個天線用于與具有多個天線的接收機執(zhí)行空間復用通信的無線通信設備，該無線通信設備包括
加權因子矩陣算術運算部分，被配置為基于具有發(fā)射機側和接收機側之間的天線對的傳輸函數(shù)作為元素的信道信息矩陣，來獲取加權因子矩陣；
加權處理部分，被配置為對通過該天線發(fā)射的發(fā)射信號分別執(zhí)行基于該加權因子矩陣的加權處理；
發(fā)射信號歸一化部分，被配置為執(zhí)行用于歸一化由該加權處理部分加權的每一個發(fā)射信號的處理，使得來自相應發(fā)射天線的發(fā)射信號的每一個電功率變?yōu)樘囟ㄖ担?br> 矩陣乘積算術運算部分，被配置為將每一個通過該天線發(fā)射的發(fā)射信號分別與預定矩陣相乘，由此加權每一個相關的發(fā)射信號；
檢測部分，被配置為檢測在由該加權處理部分或該歸一化部分執(zhí)行的處理中是否存在異常性；以及
發(fā)射部分，被配置為根據(jù)從該檢測部分獲取的檢測結果，將以下之一從該發(fā)射機發(fā)射到該接收機該加權處理部分對其執(zhí)行了加權處理的發(fā)射信號、以及通過該矩陣乘積算術運算部分獲得的發(fā)射信號。
全文摘要
本發(fā)明的實施例提供了用于在發(fā)射機和接收機之間執(zhí)行空間復用通信的無線通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括信道信息矩陣獲取部分，用于獲取信道信息矩陣；加權因子矩陣算術運算部分，用于基于如此獲取的信道信息矩陣來獲取加權因子矩陣；歸一化部分，用于執(zhí)行用于歸一化加權因子矩陣的處理；檢測部分，用于檢測在處理中是否存在異常性；加權處理部分，用于根據(jù)從檢測部分獲取的檢測結果，對每一個從發(fā)射機發(fā)射的發(fā)射信號執(zhí)行基于加權因子矩陣的加權處理；以及發(fā)射部分，用于將加權處理部分對其執(zhí)行了加權處理的發(fā)射信號從發(fā)射機發(fā)射到接收機。
文檔編號H04L1/06GK101179359SQ200710185089
公開日2008年5月14日 申請日期2007年11月8日 優(yōu)先權日2006年11月8日
發(fā)明者三保田憲人 申請人:索尼株式會社