專利名稱：無線通信系統(tǒng)、無線通信方法以及無線通信設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)、設(shè)備、方法及計算機程序，用以在多個無 線基站間進(jìn)行無線通信，比如通過無線LAN (局域網(wǎng))進(jìn)行的通信。 特別地，本發(fā)明涉及這樣一種系統(tǒng)、方法與設(shè)備，它們能夠?qū)崿F(xiàn)住宅 或其他類似通信環(huán)境中的寬帶無線傳輸。更具體地說，本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)、設(shè)備、方法及計算機程序， 它們通過采用一種通信手段來增強傳輸能力，其中發(fā)射機與接收機各 具有多個天線，它們通過空分復(fù)用進(jìn)行相互通信，即MIMO通信；特 別地，本發(fā)明涉及這樣一種系統(tǒng)、方法與設(shè)備，它們適合于利用信道 信息矩陣的奇異值分解(SVD)來實現(xiàn)MIMO傳輸，所述矩陣中的每 個元素均代表一個子信道的傳播信息，每條子信道連接了一對發(fā)射機 與接收機的天線。
背景技術(shù)：
計算機網(wǎng)絡(luò)如LAN有效地使得共享信息及設(shè)備資源成為可能。 無線LAN作為一種能夠?qū)⒂脩魪膫鹘y(tǒng)的有線LAN結(jié)構(gòu)中解放出來的 系統(tǒng)，正在吸引人們的注意。在某種工作空間如辦公室中，可以通過 使用無線LAN來避免使用大部分的電纜及電線，從而幫助了通信終 端如個人計算機的重新安置。最近，對于無線LAN的需求隨著無線LAN速度的改善及價格的降低而增長。特別地，為了建立周圍各人所持有的多個電子設(shè)備間的 小型無線網(wǎng)絡(luò)，以便在這些設(shè)備間進(jìn)行通信，人們考慮引入個人區(qū)域網(wǎng)(PAN)。例如，現(xiàn)在已經(jīng)有了各種無線通信系統(tǒng)及設(shè)備，它們使 用各自的頻帶，如2.4GHz和5GHz頻帶，這些頻帶無需來自監(jiān)管部 門的許可證即被允許使用。與無線網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)之一是IEEE (電氣與電子工程師學(xué)會) 802.1K參見非專利文獻(xiàn)1 )。根據(jù)所采用的方法與所使用的頻率，IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)被進(jìn)一步細(xì)分為IEEE 802.11a, IEEE 802.11b等等，它們 定義了相應(yīng)的無線通信方法。IEEE 802.11a標(biāo)準(zhǔn)支持一種調(diào)制方法，它能實現(xiàn)高達(dá)54Mbps的 通信速度。然而，人們需要能夠?qū)崿F(xiàn)更高比特率的通信速度的無線標(biāo) 準(zhǔn)。在這一背景下，MIMO (多輸入多輸出)通信技術(shù)近來吸引了更 多的注意力。該技術(shù)通過在發(fā)射機與接收機上安裝多個天線來改善通 信速度，這樣是為了實現(xiàn)空分復(fù)用，即實現(xiàn)多個彼此邏輯獨立的子信 道，從而提高傳輸容量。利用空分復(fù)用，MIMO的帶寬效率很高。圖7簡要地示出了一種MIMO通信系統(tǒng)，其中每個發(fā)射機和接 收機都裝有多個天線。發(fā)射機空時編碼N個數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行復(fù)用發(fā)送， 并將編碼數(shù)據(jù)分配給發(fā)射機的M個天線，所述的數(shù)據(jù)就是從這M個 天線以復(fù)用方式在一條信道上被發(fā)送給接收機。接收機接收并空時解 碼經(jīng)由信道傳輸并通過接收機的N個天線接收到的數(shù)據(jù)，從而得到接 收數(shù)據(jù)。因此，MIMO通信與通過單發(fā)送/接收自適應(yīng)陣列進(jìn)行的通信 并不相同。在MIMO中，信道模型中包括發(fā)射機端的RF環(huán)境(傳輸 函數(shù))、信道空間的結(jié)構(gòu)(傳輸函數(shù))以及接收機端的RF環(huán)境(傳 輸函數(shù))。當(dāng)一個信號以復(fù)用方式從天線發(fā)送出去時，就會出現(xiàn)串?dāng)_； 通過在接收機一端進(jìn)行的信號處理，所述的復(fù)用信號就可以被正確地 提取出來。簡單地說，MIMO系統(tǒng)是這樣一種系統(tǒng)，其中，發(fā)射機通過將 數(shù)據(jù)的組成部分分配到發(fā)射機的多個天線(后文中稱為"發(fā)射天線") 上，從而送出發(fā)射數(shù)據(jù)或信號，而接收機則通過處理接收到的措號成分來獲得接收數(shù)據(jù)，所述的信號成分是通過接收機的多個天線(后文 中稱為"接收天線")接收到的，這是一種利用了信道特性的通信系統(tǒng)。盡管MIMO傳輸技術(shù)有多種不同的應(yīng)用形式，但是SVD-MIMO系統(tǒng) 作為MIMO的一種理想模式，是利用了傳輸函數(shù)的SVD (奇異值分 解)。參見專利文檔2和非專利文獻(xiàn)2，從中可以找到實例。圖8簡要地示出了一種SVD-MIMO傳輸系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中對一 個數(shù)字矩陣進(jìn)行奇異值分解以得到UDVH,被分解的矩陣就是信道信 息矩陣H，該矩陣的各個元素代表了關(guān)于連接相應(yīng)天線對的子信道的 信息，在所述的系統(tǒng)中還提供了發(fā)射機一方的天線加權(quán)系數(shù)矩陣V(后 文中稱為"發(fā)射天線加權(quán)系數(shù)矩陣V")以及接收機一方的天線加權(quán)系 數(shù)矩陣UH (后文中稱為"接收天線加權(quán)系數(shù)矩陣UH，，)。從而，所述 的信道信息就可以由一個對角矩陣來表示，該對角矩陣的對角元素是 各個特征值義,的平方根。因此，就可以以復(fù)用方式傳輸一個信號，而完全不受串?dāng)_的影響。然而，在SVD-MIMO傳輸系統(tǒng)中，不容易實 現(xiàn)實時的SVD操作，并且，諸如將求得的V或UH事先發(fā)送給通信另 一方的設(shè)置程序也是必不可少的。借助SVD-MIMO傳輸系統(tǒng)可以實現(xiàn)理論上的最大通信容量。例 如，如果發(fā)射機和接收機各具有兩個天線，那么就能實現(xiàn)最大兩倍的 傳輸容量?，F(xiàn)在將說明SVD-MIMO傳輸系統(tǒng)的方案原理。當(dāng)發(fā)射機與接收 機的天線數(shù)分別為M和N時，發(fā)射信號x可以用向量(Mxl)來表 示，接收信號y則可以用向量(Nxl)來表示。在這種情況下，信道 信息可以被表示為NxM的矩陣H。信道信息矩陣H中的一項hij代表 了對應(yīng)于一條子信道的傳輸函數(shù)，該子信道從第j個發(fā)射天線到第i 個接收天線。代表接收信號的向量y等于矩陣H乘以發(fā)射信號向量的 乘積，再加上一個噪聲向量n,由下列方程(l)表示"http://x + w (1)對信道信息矩陣H進(jìn)行如上文所述的奇異值分解，由下列方程 (2)表示= C/D" ( 2 )在方程(2)中，發(fā)射天線加權(quán)系數(shù)矩陣V和接收天線加權(quán)系數(shù) 矩陣U都是歸一矩陣，它們分別滿足下列方程(3)和(4):n/ (3)"r=/ (4) 也就是說，接收天線加權(quán)系數(shù)矩陣IJH是HHH的歸一化特征向量 的陣列，而發(fā)射天線加權(quán)系數(shù)矩陣V則是HHH的歸一化特征向量的 陣列。另外，D代表一個對角矩陣，該矩陣的對角元素是HHH或HH11 的各個特征值的平方根。矩陣D的大小對應(yīng)于發(fā)射天線與接收天線的 數(shù)量M和N中較小的一個，也就是說，矩陣D是一個秩為min(M，N) 的平方根對角矩陣?！狝 … o口 . (5)在上述關(guān)于奇異值分解的說明中，假定了只涉及實數(shù)的情況。需 要注意的是，在涉及虛數(shù)的情況下，即使矩陣U和V (這兩個矩陣都 是特征向量矩陣)的特征向量都被處理過，從而使得每個矩陣的模為 1，也就是說被歸一化了，還是會存在無限數(shù)量的具有相應(yīng)相位的特征 向量，而不是單個的特征向量。在某些情況下，不能根據(jù)U和V之間 的相位差來建立方程(2)，即，U和V都正確，但具有不同的相位。 為了完全地同步相位，照常將V取做HHH的特征向量矩陣，再通過 將方程(2)的兩項同乘以V來得到U，如下列方程(6)所示發(fā)射機通過發(fā)射天線加權(quán)系數(shù)矩陣V來為對應(yīng)于各子信道的信號分量加權(quán)，接收機則通過反加權(quán)系數(shù)矩陣IJH對信號分量加權(quán)來接收信號；由于U和V都是歸一矩陣(U是Nxmin(M， N)矩陣，V是 Mxmin(M，N)矩陣)，因此可以得到下列表達(dá)式<formula>formula see original document page 8</formula> ( 7 )向量y和x不是由發(fā)射機與接收機的天線數(shù)量決定的，而分別由 (min(M, N)xl)表示。由于D是一個對角矩陣，因此每個發(fā)射信號都可以被無串?dāng)_地接收。各個子信道彼此獨立，每個子信道的幅度與特征值;i的平方根成 正比，因此每個子信道的功率與;i成正比。至于噪聲成分n，由于U的列是歸一化的特征向量，其模為l， 因此U1111不影響接收信號的噪聲功率，IjHn是一個大小為min(M，N) 的矩陣，它與y和x大小相同，如上所述，在SVD-MIMO傳輸中，即使在占用相同頻帶和相同 時段的情況下，也可以得到多個不受串?dāng)_影響的獨立邏輯子信道。這 意味著能夠利用同一個頻帶同時傳輸多個數(shù)據(jù)，從而改善了傳輸速度。在SVD-MIMO系統(tǒng)中，接收機必須獲取信道信息矩陣H、完成 奇異值分解并將分解結(jié)果得到的UDVH中的元素VH傳遞給發(fā)射機。 實質(zhì)上，發(fā)射機要使用V,因此V必須被發(fā)送給發(fā)射機。下面將以IEEE 802.11a為例對發(fā)射天線系數(shù)矩陣V所攜帶的大 量信息進(jìn)行說明，IEEE 802.11a定義了一種可以應(yīng)用SVD-MIMO傳 輸?shù)腖AN系統(tǒng)，即5GHz頻帶的OFDM (正交頻分復(fù)用)。當(dāng)發(fā)射機和接收機各帶有3個天線時，發(fā)射天線加權(quán)系數(shù)矩陣V 就是一個3x3的矩陣，它具有9個元素。在這種情況下，如果每個元 素都是用IO比特表示的復(fù)數(shù)，并且提供了52個載波，那么總共就有 9360比特的信息要從接收機反饋給發(fā)射機，即9 (矩陣元素數(shù)量)x2 (復(fù)數(shù)的實部和虛部)xl0x52 (OFDM子栽波的數(shù)目)。需要這種反饋的MIMO被稱為閉環(huán)MIMO,與其相對的是開環(huán) MIMO。閉環(huán)SVD-MIMO系統(tǒng)必須在通信開始前向發(fā)射機反饋那么 多(9360比特)的信息。讓我們假定在所述信息被反饋時，IEEE 802.1 la所提供的調(diào)制方案中最可靠的一種，即BPSK被用作第一調(diào)制方法， 其編碼速率為1/2 ，并且OFDM被用作第二調(diào)制方法。由于一個OFDM 符號只能攜帶24比特，因此需要390個OFDM符號來傳送信息，這 樣就使得SVD-MIMO很不實用。有一種稱為V-BLAST的技術(shù)，能夠通過相對簡單的機制實現(xiàn) MIMO傳輸中的上述設(shè)置程序。V-BLAST是"縱向貝爾實驗室分層空 時"，它涉及一項最初由現(xiàn)已不存在的AT&T貝爾實驗室開發(fā)的技術(shù)。 參見專利文檔l，從中可以找到實例。圖9簡要地示出了一種V-BLAST通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。V-BLAST 和SVD-MIMO系統(tǒng)之間的主要差別在于V-BLAST系統(tǒng)中的發(fā)射機 不提供天線加權(quán)系數(shù)矩陣V，而只是簡單地根據(jù)發(fā)射天線來多路傳輸 信號，從而，為了事先提供天線加權(quán)系數(shù)矩陣V而進(jìn)行的反饋程序就 全部被省略了。發(fā)射機在發(fā)送多路信號之前，在多路信號中插入訓(xùn)練 信號，接收機在進(jìn)行信道估計時要使用這些訓(xùn)練信號。例如，對應(yīng)于 各個天線的訓(xùn)練信號以時分方式被插入信號中。在圖9所示的例子中， 訓(xùn)練信號被包含在數(shù)據(jù)包中送出，從而對應(yīng)于天線#1的訓(xùn)練信號 Training-l在前序信號之后被送出，而對應(yīng)于天線#2的訓(xùn)練信號 Training-2接著就被送出，并且按照時分形式的。在接收機端，信道估計器利用所述的訓(xùn)練信號進(jìn)行信道估計，以 便計算出信道信息矩陣H,該矩陣代表了關(guān)于連接各天線對的子信道 的信息。第一天線加權(quán)系數(shù)矩陣計算器為對應(yīng)于各個發(fā)射天線的每個 信號執(zhí)行強制回零或其他操作，從而消除不必要的信號，即除了那些 對應(yīng)于各個接收天線的信號以外的信號，并得到接收天線加權(quán)系數(shù)矩 陣ZR。在得到Zr之后，接收信號中具有最高S/N比的發(fā)射信號首先 被解碼來得到信號Xl。接著，解碼信號再次被編碼器編碼，以產(chǎn)生發(fā)射信號&的復(fù)制品 (副本)，并從接收天線剛接收到的信號中刪除該信號。笫二接收天 線加權(quán)系數(shù)矩陣計算器排除對應(yīng)于被刪除發(fā)射信號x,的發(fā)射天線，并 再次對各個其他信號執(zhí)行強制歸零準(zhǔn)則，以便計算出接收天線加權(quán)系數(shù)矩陣ZR，。在剩下的接收信號中表現(xiàn)出最高S/N比的信號X2被解碼 器解碼。在第二次解碼中，由于第一次解碼的發(fā)射信號被去除了，因此接 收天線的自由度就得到了就得到了增強，并且最大比例組合的效果也 相應(yīng)地得到了改善。隨后，所有被多路復(fù)接的發(fā)射信號由上述處理過 程重復(fù)地順序解碼。如上所述，V-BLAST的特征在于強制歸零與消除被復(fù)雜地組合 在一起，這樣，即使不能通過應(yīng)用強制歸零準(zhǔn)則來將一個信號的S/N 比提的足夠高，也可以利用消除法所提供的天線自由度來改善該信號 的S/N比，從而提高了解碼的準(zhǔn)確度。因此，V-BLAST能夠通過組 合相對簡單的機制來實現(xiàn)高效率的MIMO傳輸系統(tǒng)。然而，由于發(fā)射機不在數(shù)據(jù)傳輸前進(jìn)行加權(quán)，因此就要求接收機 只通過強制歸零來實現(xiàn)最初的解碼，而不執(zhí)行消除操作。因此，接收 天線的數(shù)量就要多于發(fā)射天線的數(shù)量，以便得到接收天線自由度的冗 余。在圖9所示的實例中，提供了 2個發(fā)射天線和3個接收天線。專利文檔1JP-A-10-8432專利文檔2U.S. Pat. No. 605810非專利文獻(xiàn)1International Standard ISO/IEC 8802-11:1999 (E) ANS麗EE Std 802.11， 1999 Edition, Partll: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer(PHY) Specifications,非專矛J文獻(xiàn)2http:〃 radio3.ee.uec.ac.ip/MIMCKIEICE TS). pdf歸3年10月24日)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的第一目標(biāo)是要提供一種卓越的無線通信系統(tǒng)、無線通信 方法及無線通信設(shè)備，它能在例如家庭這樣的通信環(huán)境下實現(xiàn)寬帶無 線傳輸。本發(fā)明的第二目標(biāo)是要提供一種卓越的無線通信系統(tǒng)、無線通信方法及無線通信設(shè)備，它能通過實施一種在發(fā)射機與接收機之間釆用空分復(fù)用的通信方式(MIMO通信)來提高傳輸能力，所述的發(fā)射機 和接收機各具有多個天線。本發(fā)明的第三目標(biāo)是要提供一種卓越的無線通信系統(tǒng)、無線通信 方法及無線通信設(shè)備，它能利用信道信息矩陣的奇異值分解來實現(xiàn) MIMO通信，所述矩陣的元素分別代表連接一個發(fā)射機與接收機對的 子信道上的增益。本發(fā)明的第四目標(biāo)是要提供一種卓越的無線通信系統(tǒng)、無線通信 方法及無線通信設(shè)備，它能減少在SVD-MIMO傳輸中從接收機反饋 回發(fā)射機的信息數(shù)量。本發(fā)明被開發(fā)用于實現(xiàn)上述的目標(biāo)，并且本發(fā)明的第一方面內(nèi)容 提供了一種無線通信系統(tǒng)，用來在各具有多個天線的發(fā)射機與接收機 之間進(jìn)行通信，所述的通信通過多路復(fù)用信號在一條通信信道上進(jìn)行， 該系統(tǒng)包括一個參考信號發(fā)送器，它將用于接收機各天線的參考信號從接收 機反饋給發(fā)射機；一個信道信息采集器，它根據(jù)發(fā)射機接收到的參考信號計算出一 個信道信息矩陣H，該矩陣的元素代表了信道中各條通信子信道的傳 輸函數(shù)，每條所述的子信道連接了發(fā)射機的一個天線和接收機的一個天線；一個SVD單元，它對信道信息矩陣H進(jìn)行奇異值分解以產(chǎn)生 UDVH，從而獲得發(fā)射天線加權(quán)系數(shù)矩陣V，該矩陣中的項代表了對應(yīng)于發(fā)射機各天線的加權(quán)向量；以及一個信號發(fā)送器，它將信號分量從發(fā)射機的各個天線發(fā)送給接收 機，信號的各分量都經(jīng)過相應(yīng)的加權(quán)向量加權(quán)。應(yīng)該注意的是，短語"系統(tǒng)"的意思是多個裝置(或用于實現(xiàn)各種特定功能的功能性模塊)的邏輯組合；所述的裝置或功能性模塊可以 也可以不被封裝到單個機殼內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明，接收機沒有將天線加權(quán)系數(shù)矩陣V反饋給發(fā)射機(該矩陣V是通過對接收機得到的信道信息矩陣進(jìn)行奇異值分解得到的)，而是將參考信號或符號發(fā)送給發(fā)射機，并在發(fā)射機一端進(jìn)行奇異值分解以獲得發(fā)送數(shù)據(jù)時所必需的發(fā)射天線加權(quán)系數(shù)矩陣V。因此,從接收機反饋給發(fā)射機的信息總量就被減少了 。另外，盡管反饋的信息量減少了，但發(fā)射機是在運用了發(fā)射天線加權(quán)系數(shù)矩陣V的情況下發(fā)送數(shù)據(jù)，因此接收機只需較少數(shù)量的天線即可獲得滿意的解碼能力。本發(fā)明的第二方面內(nèi)容提供了一種無線通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)考慮了 各具有一個天線的發(fā)射機與接收機之間的通信信道的傳輸函數(shù)，該系統(tǒng)包括一個校準(zhǔn)系數(shù)獲取器，它為發(fā)射機與接收機的各個天線獲得一個校準(zhǔn)系數(shù)；一個參考信號反饋單元，它把參考信號反饋給發(fā)射機，所述的參 考信號是通過為接收機天線使用所述的校準(zhǔn)系數(shù)而在接收機一端補償 得到的；一個傳輸函數(shù)計算器，它在發(fā)射機一端通過對發(fā)射機天線使用校 準(zhǔn)系數(shù)來補償接收到的參考信號，并根據(jù)補償后的參考信號得到一個 傳輸函數(shù)；以及一個數(shù)據(jù)發(fā)送器，它利用傳輸函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)。例如，符合本發(fā)明第二方面內(nèi)容的無線通信系統(tǒng)采用了這樣一種 方案，其中發(fā)射機和接收機各具有多個天線，并且一個信號被多路復(fù) 用以便在多個子信道上發(fā)送，所述的子信道各自連接發(fā)射機的一個天 線和接收機的一個天線。在該例中，校準(zhǔn)系數(shù)獲取器在發(fā)射機和接收機雙方都取得了各個 天線的校準(zhǔn)系數(shù)，而參考信號反饋單元則通過時分方式將對應(yīng)于接收 機各天線(后文中稱為"接收天線")的參考信號送出，所述的參考信 號是利用各個校準(zhǔn)系數(shù)補償過的。傳輸函數(shù)計算器在發(fā)射機一端進(jìn)行 工作以便:通過使用對應(yīng)于各個天線的校準(zhǔn)系數(shù)來補償發(fā)射機天線(后 文中稱為"發(fā)射天線，，)所接收到的參考信號；根據(jù)補償過的參考信號計算傳輸函數(shù)；按照從接收機到發(fā)射機的相反方向獲取一個信道信息 矩陣H，，該矩陣的元素代表了各個子信道的傳輸函數(shù)；以及通過信道 信息矩陣H，的奇異值分解產(chǎn)生U，D，V，h,從而得到一個發(fā)射天線加權(quán) 系數(shù)矩陣V,該矩陣的項代表了各個發(fā)射天線的加權(quán)向量，所述的數(shù) 據(jù)發(fā)送器將信號分量從發(fā)射機的各個天線發(fā)送給接收機，信號分量經(jīng) 過各個加權(quán)向量的加權(quán)。發(fā)射機通過時分方式將對應(yīng)于各個發(fā)射天線的參考信號送出，然 后接收機根據(jù)各個接收天線接收到的參考信號計算出傳輸函數(shù)，從而 得到一個前向方向的信道信息矩陣H，該矩陣的元素代表子信道的傳 輸函數(shù)，每條子信道連接一個發(fā)射天線和一個接收天線，接收機還要 對信道信息矩陣H進(jìn)行奇異值分解以產(chǎn)生UDVH，從而得到接收天線 加權(quán)系數(shù)矩陣U，該矩陣的向量元素代表了各個接收天線的加權(quán)向量。 在該例中，接收機通過接收天線接收到以數(shù)據(jù)信號形式發(fā)送的數(shù)據(jù)， 并利用接收天線加權(quán)系數(shù)矩陣uh解碼信號。在SVD-MIMO傳輸系統(tǒng)中，接收機并不對接收機所接收到的信 道信息矩陣H進(jìn)行奇異值分解以產(chǎn)生UDVH,從而獲得發(fā)射天線加權(quán) 系數(shù)矩陣V并將該矩陣V反饋給發(fā)射機，而是將參考信號或符號發(fā)送 給發(fā)射機，借此減少從接收機反饋給發(fā)射機的信息量。然而，這其中 存在一個問題，由于信道的傳輸函數(shù)受到發(fā)射機和接收機中RF發(fā)射 與接收模擬電路特性變化的影響，因此上行鏈路與下行鏈路方向上的 信道傳輸函數(shù)之間的可逆性不能得到保證。因此，通過從接收機向發(fā) 射機發(fā)送參考信號或符號、并在發(fā)射機端進(jìn)行奇異值分解而得到的天 線加權(quán)系數(shù)矩陣V，，不會與從發(fā)射機到接收機方向上的天線加權(quán)系數(shù) 矩陣V完全相同。另一方面，在符合本發(fā)明笫二方面內(nèi)容的無線通信系統(tǒng)中，發(fā)射 機與接收機的天線的校準(zhǔn)系數(shù)被取得，并且對應(yīng)于接收天線^l校準(zhǔn)系 數(shù)被用來在參考信號反饋時對參考信號進(jìn)行校準(zhǔn)，而對應(yīng)于i射天線 的校準(zhǔn)系數(shù)則在根據(jù)參考信號計算傳輸函數(shù)時才被使用。因此，相反 方向上的信道信息矩陣之間的不一致性可以得到補償。通信系統(tǒng)、無線通信方法與無線通信 設(shè)備，其中各具有多個天線的發(fā)射機與接收機對能夠利用空分復(fù)用來進(jìn)行通信(MIMO通信)，在這種通信方式中傳輸容量得到了提高。 另外，本發(fā)明還可以提供卓越的無線通信系統(tǒng)、無線通信方法與無線通信設(shè)備，它們能夠利用信道信息矩陣的奇異值分解(SVD)來進(jìn)行MIMO傳輸，所述信道信息矩陣中的各個元素對應(yīng)于連接各發(fā)射天線與接收天線對的各條子信道的特性。本發(fā)明還可以提供卓越的無線通信系統(tǒng)、無線通信方法與無線通信設(shè)備，它們能夠減少在進(jìn)行SVD-MIMO傳輸時從接收機反饋給發(fā)射機的信息量。根據(jù)本發(fā)明，接收機并不對接收機所接收到的信道信息矩陣進(jìn)行發(fā)射機，而是將參考信號或符號發(fā)送給發(fā)射機，并由發(fā)射機進(jìn)行奇異 值分解以得到發(fā)送數(shù)據(jù)時所必需的發(fā)射天線加權(quán)系數(shù)矩陣V。從而減 少了從接收機反饋給發(fā)射機的信息量。通過進(jìn)行校準(zhǔn)以補償與發(fā)射機 和接收機的發(fā)射/接收模擬器件有關(guān)的誤差，相反方向上的信道信息矩 陣之間的不一致性就可以得到補償。順便提一下，除了上述的相關(guān)技術(shù)之外，本發(fā)明人還提出了與本 發(fā)明有關(guān)的一些技術(shù)，比如在未發(fā)表的日本專利申請2003-426294， 2004-040934， 2004-140485， 2004-140488和2004-140486號中所公開 的技術(shù)。本發(fā)明的其他目標(biāo)、特性及優(yōu)點將通過基于下文所述的本發(fā)明實 施例以及附圖的對本發(fā)明更詳細(xì)的描述來闡明。


圖1根據(jù)本發(fā)明的第一實施例概略地示出了一種MIMO通信系 統(tǒng)的構(gòu)造。圖2根據(jù)本發(fā)明的第二實施例概略地示出了一種MIMO通信系 統(tǒng)的構(gòu)造。圖3示出了 一幅用于展示上行鏈路與下行鏈路方向上的通信信道 傳輸函數(shù)的可逆性的示意圖。圖4概略地示出了 一種具有多個天線單元的通信設(shè)備的結(jié)構(gòu)。圖5示出了 一幅用于展示在圖4所示設(shè)備中進(jìn)行的獲取循環(huán)傳輸 函數(shù)的程序的示意圖。圖6示出了一幅流程圖，該圖展示了校準(zhǔn)程序的步驟，所述的校 準(zhǔn)程序用于補償發(fā)射與接收模擬電路的傳輸函數(shù)特性中的誤差。圖7示出了 MIMO通信系統(tǒng)的概念。圖8示出了 SVD-MIMO傳輸系統(tǒng)的概念。圖9示出了 V-BLAST通信系統(tǒng)的概念。
具體實施方式
下面將參照附圖對本發(fā)明的實施例進(jìn)行說明。在本發(fā)明中，接收機不對接收機所得到的信道信息矩陣H進(jìn)行 奇異值分解以產(chǎn)生UDVH從而獲得發(fā)射天線加權(quán)系數(shù)矩陣V并將得到 的矩陣V反饋給發(fā)射機，而是將參考信號或符號發(fā)送給發(fā)射機，從而 可以由發(fā)射機進(jìn)行奇異值分解，以得到發(fā)送數(shù)據(jù)時所必需的發(fā)射天線 加權(quán)系數(shù)矩陣V。從而減少了從接收機反饋給發(fā)射機的信息量。圖1根據(jù)本發(fā)明的第 一 實施例概略地示出了 一種SVD-MIMO通 信系統(tǒng)的構(gòu)造。發(fā)射機對各個發(fā)射信號進(jìn)行空時編碼以便多路傳輸信號，并將多 路傳輸信號分配給三個天線，以便通過信道從這三個天線將信號發(fā)送 給接收機。接收機經(jīng)由信道通過兩個天線接收多路傳輸?shù)男盘?，并?該信號空時解碼以得到接收信號或數(shù)據(jù)。所示的通信系統(tǒng)與圖9中所示的V-BLAST系統(tǒng)大體相似。然而， 在發(fā)送數(shù)據(jù)時是發(fā)射機而非接收機提供了天線加權(quán)系數(shù)，并且發(fā)射機 和接收機的天線配置應(yīng)使得發(fā)射天線的數(shù)量大于接收天線的數(shù)量。接 收天線的數(shù)量等于信號子信道的數(shù)量。在圖l所示的系統(tǒng)中，發(fā)射機部分具有天線自由度的冗余。為了利用這種冗余來改善接收信號的S/N比，發(fā)射機發(fā)送出經(jīng)過MSN(最 大信噪比)加權(quán)的信號，這是用于通過強制歸零或通過MSN與強制 歸零的組合來最大化信號本身信噪比的準(zhǔn)則。這樣，即使接收機方天 線自由度沒有冗余(即接收天線的數(shù)量相對較少)，發(fā)射機一方的自 由度也可以補償這一點，從而保證滿意的解碼能力。 下面將說明本通信系統(tǒng)的工作過程。作為一個預(yù)備步驟， 一個訓(xùn)練信號"Pre-training Signal"被作為對 應(yīng)于各個天線的參考符號以時分方式從接收機20發(fā)送出去。在圖1 所示的具體實例中，接收機具有兩個接收天線，因此有兩個預(yù)訓(xùn)練信 號被發(fā)出。前序碼"Preamble"被當(dāng)作"Pre-training Signal (預(yù)訓(xùn)練信 號)"的前綴，它是為信號檢測、定時同步以及接收機增益調(diào)整服務(wù)的 附加信號。發(fā)射機10從接收機20接收到作為參考信號的訓(xùn)練信號，通過發(fā) 射機10的信道估算器11計算出信道信息矩陣H,并由發(fā)射天線加權(quán) 系數(shù)矩陣計算器13通過對各個天線應(yīng)用MSN、強制歸零或這些方法 的組合來確定發(fā)射天線加權(quán)系數(shù)矩陣ZT。接著，發(fā)射機10發(fā)送一連串的訓(xùn)練信號以及作為一個指示有用 數(shù)據(jù)的信號分量的信號，其是通過空分多路復(fù)接信號而得到的。訓(xùn)練 信號通過上述獲得的矩陣ZT被加權(quán)，以便反映各個對應(yīng)天線的特性。 特別需要注意的是，即使在訓(xùn)練信號被送出的期間，也要對多路傳輸 的各個信號進(jìn)行加權(quán)，以反映相應(yīng)天線的特性。在圖l所示的實例中，訓(xùn)練信號Training-l和Training-2分別被天線加權(quán)系數(shù)矩陣ZT ( = [w1; W2)的元素向量wl和w2加權(quán)，并通過時分方式發(fā)送。另一方面，接收機20的信道估算器21根據(jù)訓(xùn)練信號Training-l 和Training-2計算出信道信息矩陣H，，該矩陣的每個元素對應(yīng)于發(fā)射 加權(quán)系數(shù)向量之一與一個相應(yīng)接收天線組成的一個配對，所述的訓(xùn)練 信號Training-l和Training-2是相對于按多路復(fù)接方式發(fā)送的各信號 分量而加權(quán)的。第一接收天線加權(quán)系數(shù)矩陣計算器22為各個發(fā)射天線進(jìn)行強制歸零以消除與接收天線本身有關(guān)的信號以外的多余信號，從而得到接收天線加權(quán)系數(shù)矩陣ZR。在提供矩陣Zr之后接收到的信號中，表現(xiàn)出最高S/N比的信號首先被解碼器23解碼成Xl。接著，編碼器24再次對已解碼的數(shù)據(jù)編碼，以產(chǎn)生發(fā)射信號的 副本(復(fù)制版本)，并從天線剛剛接收到的信號中消除該信號副本。 第二接收天線加權(quán)系數(shù)矩陣計算器25排除對應(yīng)的發(fā)射天線，并再次對 信號進(jìn)行強制歸零，以計算出一個接收天線加權(quán)系數(shù)矩陣ZR，。在剩 下的接收信號中顯示出最高S/N比的信號x2被解碼器23解碼，在笫 二次解碼操作中，由于第一次被解碼的發(fā)射信號已經(jīng)被刪除，因此接 收天線的自由度得到了提到，相應(yīng)地增強了最大比例組合的效果，通 過重復(fù)上述的處理過程，所有的多路復(fù)接發(fā)射信號就可以被順序地解 碼。在第一實施例中，發(fā)射機10通過在信號加權(quán)中使用MSN、強制 歸零或這些方法的組合形式，以此實現(xiàn)信號的發(fā)射。這樣，發(fā)射天線 的自由度就得到了充分的利用，從而提高了接收信號的S/N比。因此， 即使接收機20 —方的天線自由度沒有冗余，發(fā)射機一方的自由度冗余 也能補償這一點。圖2所示的示意圖根據(jù)本發(fā)明的第二實施例展示了 一種通信系統(tǒng) 的構(gòu)造。圖2所示的系統(tǒng)與圖1所示系統(tǒng)的相同之處在于，在發(fā)射機一端 被多路復(fù)接的各個發(fā)射信號都被空時編碼以便分配給多個天線，這些 信號分量就通過這些天線以多路傳輸?shù)姆绞浇?jīng)過一條信道的各條子信 道發(fā)送給接收機，而接收機則對這些經(jīng)由子信道通過多個天線接收到 的信號分量進(jìn)行空時解碼以獲得接收信號或數(shù)據(jù)。在圖1所示的實施例中，發(fā)射天線加權(quán)系數(shù)矩陣計算器13通過 MSN、強制歸零或兩種方法的組合形式，并根據(jù)利用來自接收機20 的訓(xùn)練信號計算得到的信道信息矩陣H，來為各個天線決定發(fā)射天線 加權(quán)系數(shù)矩陣ZT。另一方面，在圖2所示的第二實施例中，奇異值分 解單元15運用SVD (奇異值分解)來計算發(fā)射天線加權(quán)系數(shù)，并在發(fā)射信號前通過加權(quán)系數(shù)矩陣V來加權(quán)信號。當(dāng)強制歸零準(zhǔn)則被應(yīng)用到經(jīng)過V加權(quán)的發(fā)送訓(xùn)練信號上時，接收 機20—方的加權(quán)系數(shù)矩陣必須變成UH。因此，很明顯如果允許發(fā)射 機10 —方的SVD計算，那么就能夠進(jìn)行SVD-MIMO傳輸而不必向 接收機20發(fā)送UH，從而忽略了在接收機20 —方進(jìn)行奇異值分解的必 要性。也就是說，根據(jù)本實施例， 一個具有2x2天線的MIMO系統(tǒng) 可以相對簡單地被實現(xiàn)。在接收機20 —方，信道估算器21計算出信道信息矩陣H，，該 矩陣的各個元素對應(yīng)于發(fā)射加權(quán)系數(shù)向量之一與一個相應(yīng)接收天線的 配對。第一接收天線加權(quán)系數(shù)矩陣計算器22對各個發(fā)射天線執(zhí)行強制 歸零以消除與接收機本身有關(guān)的信號以外的其他信號，從而得到一個 接收天線加權(quán)系數(shù)矩陣UH。在提供UH之后接收到的接收信號中，表 現(xiàn)出最高S/N比的信號被解碼器23解碼以獲得信號Xl。隨后，解碼信號再次被編碼器24編碼，以產(chǎn)生發(fā)射信號的副本 (復(fù)制版本)，并從天線剛剛接收到的接收信號中消除該信號副本。 第二接收天線加權(quán)系數(shù)矩陣計算器25排除對應(yīng)于被刪除的發(fā)射信號 的發(fā)射天線，并再次對信號進(jìn)行強制歸零，以便計算出接收天線加權(quán) 系數(shù)矩陣UH。在剩下的接收信號中表現(xiàn)出最高S/N比的信號&被取 出并由解碼器23解碼?；蛘?，也可以從第一接收天線加權(quán)系數(shù)矩陣計 算器22提供了 UH之后取得的每個接收信號中直接取得第二多路復(fù)接 信號x2。同時還存在一個問題，就是發(fā)射機10的發(fā)射電路與接收電路特 性的不一致性。這是由于下列原因造成的盡管空間傳輸函數(shù)表現(xiàn)出 了可逆性，但是信道信息矩陣H在上行鏈路與下行鏈路方向上的可逆 性沒有得到保證，該矩陣是下列元素的函數(shù)發(fā)射機10—端的RF環(huán) 境(傳輸函數(shù))、信道空間的構(gòu)造(傳輸函數(shù))、接收機20 —端的 RF環(huán)境(傳輸函數(shù))，其中與發(fā)射機10和接收機20有關(guān)的傳輸函 數(shù)會由于RF發(fā)射及接收模擬電路特性的變化而改變。在從發(fā)射機到接收機的方向上測量的信道傳輸函數(shù)所含的元素包括一個表現(xiàn)出可逆性的空間傳輸函數(shù)以及一個發(fā)射機傳輸函數(shù)和一個接收機傳輸函數(shù)，所述的發(fā)射機傳輸函數(shù)包含了發(fā)射機RF模擬發(fā) 射部分的特性變化，所述的接收機傳輸函數(shù)則包含了接收機RF模擬 接收部分的特性變化，這兩種特性變化都是不可逆的成分。另一方面， 在相反方向上(從接收機到發(fā)射機)測得的信道傳輸函數(shù)所含的元素 包括一個表現(xiàn)出可逆性的空間傳輸函數(shù)以及一個發(fā)射機傳輸函數(shù)和一 個接收機傳輸函數(shù)，所述的發(fā)射機傳輸函數(shù)包含了接收機RF模擬發(fā) 射部分的特性變化，所述的接收機傳輸函數(shù)則包含了發(fā)射機RF模擬 接收部分的特性變化，這兩種特性變化都是不可逆的成分。因此，在:發(fā):RF模擬電J和發(fā)射機"接收RF模l乂電路的傳輸函數(shù)的影響。 如果接收機通過對信道信息矩陣進(jìn)行奇異值分解而得到的發(fā)射 天線加權(quán)系數(shù)矩陣V被反饋給發(fā)射機，那么這種不可逆性就無關(guān)緊要。 然而，如果發(fā)射機發(fā)送數(shù)據(jù)時所必需的天線加權(quán)系數(shù)矩陣V，是通過接 收機向發(fā)射機發(fā)送參考信號或符號、并由發(fā)射機執(zhí)行奇異值分解而得 到的，那么該矩陣V，就不會和從發(fā)射機到接收機方向上的天線加權(quán)系 數(shù)矩陣V完全一致。因此，必須進(jìn)行校準(zhǔn)。下面將更具體地說明校準(zhǔn)過程。信道信息矩陣H的項hij代表了 連接第j個發(fā)射天線和第i個接收天線的子信道的傳輸函數(shù)，并由下 列方程(8)表示hij =發(fā)射機第j個發(fā)射RF模擬電路的傳輸函數(shù) x空間傳輸函數(shù)x接收機第i個接收RF模擬電路的傳輸函數(shù) -——(8 )另一方面，相反方向的子信道的傳輸函數(shù)hij，，即連接第i個接 收天線和第j個發(fā)射天線的信道，由下列方程(9)表示 hy，=接收機第i個發(fā)射RF模擬電路的傳輸函數(shù) x空間傳輸函數(shù)x發(fā)射機笫j個接收RF模擬電路的傳輸函數(shù)-(9 )數(shù)彼此不同是很平常的，這可能是由于例如 制造誤差或是溫度造成的。因此，在連接發(fā)射機第j個天線與接收機 第i個天線的子信道中，正向(即從發(fā)射機到接收機)的傳輸函數(shù)hjj和反相的傳輸函數(shù)hjj，是不同的。從而，由發(fā)射機對矩陣H，進(jìn)行奇異 值分解以推出方程H， == U，D，V，h、接收機對H進(jìn)行奇異值分解以推出 方程H = UDVH，從而發(fā)射機可以通過天線加權(quán)系數(shù)矩陣V，對有用信 號加權(quán)、并將加權(quán)信號發(fā)送給接收機、接收機再通過矩陣UH加權(quán)接 收信號并解碼這些信號，在此方法中，不能提供信道的邏輯獨立子信 道。為了解決上述問題，在本發(fā)明中，發(fā)射機和接收機都進(jìn)行校準(zhǔn)以 補償發(fā)射和接收模擬電路的傳輸函數(shù)特性中的誤差，從而可以從反方 向的信道信息矩陣H，推得正確的發(fā)射天線加權(quán)系數(shù)矩陣V，。這里所說的校準(zhǔn)相當(dāng)于一種用來使得自適應(yīng)陣列天線中的下行 鏈路的方向性與上行鏈路的方向性相同的技術(shù)，它是一種用來補償與 發(fā)射及接收模擬器件有關(guān)的誤差的方法。在本領(lǐng)域內(nèi)眾所周知，在一 個器件具有5GHz性能的情況下，幾小時一次是足夠的校準(zhǔn)頻率。發(fā)射機以例如數(shù)小時一次的頻率進(jìn)行校準(zhǔn)，并保存校準(zhǔn)系數(shù)。接 收機也以數(shù)小時一次的頻率進(jìn)行校準(zhǔn)并保留校準(zhǔn)系數(shù)。當(dāng)用來產(chǎn)生相反方向上的信道信息矩陣H，(即上行鏈路的信道 信息矩陣)的參考信號或符號從接收機被送往發(fā)射機時，接收機首先 利用校準(zhǔn)系數(shù)實施校準(zhǔn)，并發(fā)送經(jīng)過校準(zhǔn)的參考符號。發(fā)射機利用校 準(zhǔn)系數(shù)對接收到的參考信號進(jìn)行校準(zhǔn)(見方程(9))并對由經(jīng)校準(zhǔn)的 傳輸函數(shù)構(gòu)成的信道信息矩陣H，進(jìn)行奇異值分解，以得到發(fā)射天線加 權(quán)系數(shù)矩陣V，。下面將說明一種校準(zhǔn)方法。發(fā)射機和接收機獨立進(jìn)行校準(zhǔn)。圖4概略地示出了一種具有多個天線的通信設(shè)備的結(jié)構(gòu)，并特別 注意天線及其附近的情況。發(fā)射模擬電路Txl和接收模擬電路Rxl屬于天線#1。由于模擬 電路Tx和Rx的特性各不相同，因此需要進(jìn)行校準(zhǔn)。在一種校準(zhǔn)方法中，在屬于多個天線系統(tǒng)或單元中之一的發(fā)射模 擬電路的輸出端提供了一個耦合器，從而形成了與屬于另一個天線的接收模擬回路相連的循環(huán)通路，如圖4所示。循環(huán)傳輸函數(shù)如下獲取。如圖5中所示，在屬于天線#2的發(fā)射模 擬電路的輸出端裝有一個耦合器，用于獲取反相循環(huán)傳輸函數(shù)。使用發(fā)射與接收RF電路之一作為參考，就可以獲得每個RF電 路的傳輸函數(shù)相對于該參考電路的比例。如果使用屬于天線#1的RF 電路作為參考，那么就可以從圖4所示的循環(huán)回路得到下列傳輸函數(shù)7;expU"ikexp(/'《) (10)類似地，可以從圖5所示的循環(huán)回路得到下列傳輸函數(shù)i ,exp(;化expGx) (11)校準(zhǔn)系數(shù)是前一個傳輸函數(shù)與后一個傳輸函數(shù)的比例，它由下列 方程表示在一個2x2的MIMO通信系統(tǒng)中，發(fā)射機與接收機的天線單元 數(shù)量均為2，其中發(fā)射機的校準(zhǔn)系數(shù)用CT(i)表示，接收機的校準(zhǔn)系數(shù) 則用CR(i)表示，其中i表示天線數(shù)。下面將參照圖6所示的流程圖來說明校準(zhǔn)的過程，該校準(zhǔn)過程被 用來補償發(fā)射與接收模擬電路的傳輸函數(shù)特性的誤差。步驟0:發(fā)射機獲得關(guān)于發(fā)射機第j個天線的校準(zhǔn)系數(shù)CT(j)，同時接收 機獲得關(guān)于接收機第i個天線的校準(zhǔn)系數(shù)CR(i)。 步驟l:發(fā)射機通過時分方式從各個天線j發(fā)送OFDM符號。OFDM符 號由BPSK ( 二進(jìn)制相移鍵控)調(diào)制。 步驟2:接收機從發(fā)射機接收對應(yīng)于各個天線j的參考信號，并計算出對 應(yīng)于各個天線對或子信道的傳輸函數(shù)hij。在圖2所示的具體實例中，發(fā)射機的兩個天線中的每一個都發(fā)出參考信號兩次，這些信號由接收機的兩個天線接收。這樣，就可以獲得總共4個傳輸函數(shù)。也就是說， 在2x2的MIMO傳輸中，會得到一個2x2的信道信息矩陣H。矩陣H 的項代表一個擁有復(fù)數(shù)值的傳輸函數(shù)。 步驟3:接收機對信道信息矩陣H進(jìn)行奇異值分解以產(chǎn)生表達(dá)式H = UDVH。接收機得到解碼接收信號時所必需的矩陣U，以及用于解碼 的接收天線加權(quán)系數(shù)矩陣UH。步驟4:這次，由接收機通過時分方式從各個天線i送出一個OFDM符 號作為參考信號。OFDM符號通過BPSK調(diào)制。從天線0送出的參考 信號由校準(zhǔn)系數(shù)CR(O)補償，從天線1送出的參考信號則由校準(zhǔn)系數(shù) CR(1)補償。校準(zhǔn)系數(shù)以復(fù)傳輸函數(shù)的形式保存，所述的補償是通過 將發(fā)射信號乘以校準(zhǔn)系數(shù)來完成的。通過使用CR(i)來進(jìn)行校準(zhǔn)補償， 由方程(9)表示的傳輸函數(shù)就不會受到與接收機的RF模擬發(fā)射部分 有關(guān)的變化的影響。步驟5:發(fā)射機接收從接收機發(fā)出的對應(yīng)于各個天線i的參考信號，并計 算出對應(yīng)于各天線對或子信道的傳輸函數(shù)hij，。天線0所接收到的參考 信號由校準(zhǔn)系數(shù)CT(0)補償，而天線1所接收到的參考信號則由校準(zhǔn) 系數(shù)CT(1)補償。通過利用CTG)進(jìn)行校準(zhǔn)補償，由方程(9)表示的 傳輸函數(shù)可以不受與發(fā)射機的RF模擬接收部分有關(guān)的變化的影響。 接著，根據(jù)經(jīng)過校準(zhǔn)補償?shù)膫鬏敽瘮?shù)，獲得反方向上的信道信息矩陣 H，。發(fā)射機對所得到的信道矩陣H，進(jìn)行奇異值分解以推出表達(dá)式H， =U，D，V，h。這樣，發(fā)射機就能夠得到發(fā)射天線加權(quán)系數(shù)矩陣、V，，該矩陣的項是對應(yīng)于每個天線的加權(quán)向量Wi，W2，這是發(fā)送有用信號或數(shù)據(jù)時所必需的。 步躁7:啟動一次實際數(shù)據(jù)通信。在發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)射機利用各加權(quán)向量WbW2加權(quán)多個邏輯獨立的比特數(shù)據(jù)，所述的加權(quán)向量是發(fā)射天線加 權(quán)系數(shù)矩陣V，的項，并通過空時復(fù)用從各個天線將加權(quán)比特數(shù)據(jù)送 出。另一方面，接收機對各天線接收到的數(shù)據(jù)或信號進(jìn)行解碼，其中利用接收天線加權(quán)系數(shù)矩陣UH。發(fā)射機與接收機根據(jù)上述的處理過程事先進(jìn)行校準(zhǔn)。在實際進(jìn)行SVD-MIMO傳輸時，接收機所用的權(quán)重是在所獲取的從發(fā)射機到接 收機方向上的信道信息矩陣的基礎(chǔ)上得到的，而發(fā)射機進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送 所需的權(quán)重則是利用信道信息矩陣得到的，該信道信息矩陣是通過從 接收機接收參考信號、并利用與發(fā)射機有關(guān)的校準(zhǔn)系數(shù)對接收到的參 考信號進(jìn)行補償而得到的，所述的參考信號經(jīng)過了與接收機相關(guān)的校 準(zhǔn)系數(shù)補償。根據(jù)上述方法，發(fā)射天線加權(quán)系數(shù)矩陣V是直接由信道矩陣H 得到的，其中該矩陣H是在從發(fā)射機到接收機的方向上獲取的，發(fā)射 機一方的加權(quán)系數(shù)矩陣V，是直接由信道矩陣H得到的，其中該矩陣H 對應(yīng)于從發(fā)射機到接收機的方向，以及由H，得到的其他發(fā)射天線加權(quán) 系數(shù)矩陣V，，其中該矩陣H，是通過基于從接收機發(fā)往發(fā)射機的信號 進(jìn)行校準(zhǔn)而得到的，它們彼此不會完全一致。V的每一個向量與V， 中對應(yīng)部分的向量相同，但是V，的每個成分都被旋轉(zhuǎn)了 一個角度。這是由于校準(zhǔn)系數(shù)是以某個特定的天線為參考確定的值，該校準(zhǔn) 系數(shù)的值不是一個絕對值，而是多個天線單元中的相對校準(zhǔn)系數(shù)。' 《exp(/化.exp(y//,.)在上述實施例中，每個天線i的校準(zhǔn)系數(shù)是在以天線l的發(fā)射及 接收模擬部分的傳輸函數(shù)為參考的基礎(chǔ)上定義的。因此，該校準(zhǔn)系數(shù)不是從天線i的發(fā)射傳輸函數(shù)及天線i的接收傳輸函數(shù)直接推出的校 準(zhǔn)系數(shù)，而是一個相對校準(zhǔn)系數(shù)。 一般而言，多天線系統(tǒng)中的天線校 準(zhǔn)就是這樣一種相對校準(zhǔn)。需要注意的是本發(fā)明的原理就是與相對校 準(zhǔn)結(jié)合而起作用的。由于使用權(quán)重來加權(quán)在SVD-MIMO系統(tǒng)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，上文所 述的相位旋轉(zhuǎn)實際上無關(guān)緊要。這是因為最優(yōu)的發(fā)射天線加權(quán)系數(shù)矩 陣V總是等值旋轉(zhuǎn)的，這是發(fā)射與接收裝置間微小的時鐘誤差造成的， 也就是說，讓V和V，完全相同沒有意義，只要讓V中各個向量的每 個分量與V，中相應(yīng)向量的對應(yīng)分量旋轉(zhuǎn)相同的角度就足夠了。另外， 由于V，和V都是歸一陣，向量V，的每個向量的模都與V中對應(yīng)向量 的模相等。盡管本文通過參照本發(fā)明的特定實施例對其進(jìn)行了詳細(xì)的說明， 但應(yīng)該明白的是，那些精通本技術(shù)的人所能想到的對所述實施例的修 改以及對實施例中某些要素或特性的替換，都不會偏離本發(fā)明的主旨。 也就是說，所述實施例的說明只是為了說明的目的，并且本發(fā)明并不 局限于這些實施例的細(xì)節(jié)。在解釋本發(fā)明的主旨時，附帶的權(quán)利要求 應(yīng)該被更好地考慮。
權(quán)利要求
1、一種無線通信系統(tǒng)，用于通過多路復(fù)接一個信號、經(jīng)一條通信信道在各自具有多個天線的發(fā)射機與接收機之間進(jìn)行通信，所述的系統(tǒng)包括一個參考信號發(fā)送器，它將對應(yīng)于接收機各個天線的參考信號從接收機反饋給發(fā)射機；一個信道信息拾取器，它根據(jù)發(fā)射機接收到的參考信號，計算出一個信道信息矩陣H，該矩陣的元素代表所述信道中各條通信子信道的傳輸函數(shù)，這些子信道中的每一個都連接發(fā)射機的一個天線與接收機的一個天線；一個SVD單元，它對信道信息矩陣H進(jìn)行奇異值分解以產(chǎn)生UDVH，從而得到一個發(fā)射天線加權(quán)系數(shù)矩陣V，該矩陣的項代表對應(yīng)于發(fā)射機各天線的加權(quán)向量，其中U是接收天線加權(quán)系數(shù)矩陣，D代表對角矩陣，該矩陣的對角元素是HHH或HHH的各個特征值的平方根；以及一個信號發(fā)送器，它將所述參考信號的多個分量從發(fā)射機的各個天線發(fā)送給接收機，其中各個分量都經(jīng)過各個加權(quán)向量的加權(quán)。
2、 一種無線通信方法，用于通過多路復(fù)接一個信號、經(jīng)一條通 信信道在各自具有多個天線的發(fā)射機與接收機之間進(jìn)行通信，所述的 方法包括下列步驟將對應(yīng)于接收機各天線的參考信號從接收機反饋給發(fā)射機； 根據(jù)發(fā)射機接收到的參考信號，計算出一個信道信息矩陣H，該 矩陣的元素代表所述信道中各條通信子信道的傳輸函數(shù)，這些子信道 中的每一個連接發(fā)射機的一個天線與接收機的一個天線；對信道信息矩陣H進(jìn)行奇異值分解以產(chǎn)生UDVH，從而得到一個 發(fā)射天線加權(quán)系數(shù)矩陣V，該矩陣的項代表對應(yīng)于發(fā)射機各天線的加 權(quán)向量，其中U是接收天線加權(quán)系數(shù)矩陣，D代表對角矩陣，該矩陣 的對角元素是HHH或HHH的各個特征值的平方根；以及將信號的多個分量從發(fā)射機的各個天線發(fā)送給接收機，其中各個 分量都經(jīng)過所述各個加權(quán)向量的加權(quán)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無線通信系統(tǒng)、無線通信方法以及無線通信設(shè)備。在利用奇異值分解的SVD-MIMO傳輸中，從接收機反饋給發(fā)射機的信息量被減少了。接收機不是將發(fā)送加權(quán)向量V反饋給發(fā)射機，該向量V是接收機通過對信道信息矩陣進(jìn)行奇異值分解而得到的，而是將參考符號發(fā)送給發(fā)射機，由發(fā)射機獲得信道信息矩陣并進(jìn)行奇異值分解以產(chǎn)生發(fā)送數(shù)據(jù)時所必需的向量V。在獲取向量V的過程中，相反方向上的信道矩陣間的不一致性通過校準(zhǔn)得到了補償，所述的校準(zhǔn)可以補償發(fā)射機與接收機雙方的發(fā)射與接收模擬器件間的誤差。
文檔編號H04B7/04GK101232318SQ200810002700
公開日2008年7月30日 申請日期2004年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月5日
發(fā)明者高野裕昭 申請人:索尼株式會社