CN100384101C - 无线通信系统、无线通信设备、无线通信方法和无线通信的计算机程序 - Google Patents

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Abstract

在执行SVD-MIMO传输中，以较少的天线数量简化了建立进程，并确保满意的译码能力。发射机基于从接收机发送的参考信号，估计信道信息，基于所述信道信息确定发射天线加权系数矩阵，计算将被指配给复用后信号的每个分量的权重，将各个信号分量的训练信号发送到所述接收机，所述训练信号被以所计算权重加权。另一方面，所述接收机基于所接收的训练信号确定接收天线加权系数矩阵。

Description

无线通信系统、无线通信设备、无线通信方法和无线通信的计算机程序
技术领域
本发明涉及用于多个无线站之间的无线通信的系统、设备、方法和计算机程序，所述无线通信例如是借助无线LAN(局域网)的通信。本发明尤其涉及在原籍或其它类似通信环境内实现宽带无线传输的系统、设备、方法和计算机程序。
具体而言，本发明涉及这样一种系统、设备、方法和计算机程序，其通过使用其中具有多个天线的发射机和接收机使用空分复用来相互通信的通信，即MIMO通信，从而提高传输容量；本发明尤其涉及这样一种系统、设备、方法和计算机程序，其适合于使用信道信息矩阵的奇异值分解(SVD)来执行MIMO传输，所述信道信息矩阵内的每个单元表示一个子信道的传播信息，每个所述子信道链接一对所述发射机的天线和接收机的天线。
背景技术
诸如LAN的计算机连网能够有效共享信息和设备资源。无线LAN作为一种用于使得用户从常规有线LAN构造解脱的系统，越来越引起人们的注意。在诸如办公室的工作地点内，使用无线LAN，因而无需许多电缆和线路，从而便利了诸如个人计算机的通信终端的重定位。
近年来，随着无线LAN的加速改善且愈加便宜，对于无线LAN的需要日益增加。具体而言，为了建立存在于人们周围的多个电子设备的小型无线网络，以便能够在其间实现通信，考虑引入个人区域网(PAN)。例如，定义了各种使用对应频带，例如2.4GHz和5GHz带的无线通信系统和设备，其被允许在无来自管理当局的许可证情况下使用。
一种与无线连网相关的标准是IEEE(电子及电气工程师协会)802.11(见非专利文件1)。依据所使用的方法和频率，IEEE 802.11标准被划分为定义对应无线通信方法的IEEE 802.11a、IEEE802.11b...等。
IEEE 802.11a标准支持实现高达54Mbps通信速度的通信方法。然而，存在着对于一种能够实现如通信速度一样的更高比特率的无线标准的需要。在这种情况下，MIMO(多端输入多端输出)通信技术最近已开始吸引更多的注意。所述技术用于通过为所述发射机与接收机两者提供多个天线来提高通信速度，以便实现空分复用，即逻辑上相互独立的多个子信道，从而增加传输容量。使用所述空分复用，MIMO带宽有效。
图5示意性地示出了MIMO通信系统，其中发射机和接收机中的每一个都配备多个天线。所述发射机时空编码N个数据，用于传输以被复用，并将编码后数据分配给所述发射机的M个天线，所述数据被以复用方式从所述发射机的M个天线经由信道发送到所述接收机。
所述接收机接收并时空译码通过其天线经由所述信道接收的数据，以得到所接收的数据。因此，MIMO通信与借助简单传输/接收自适应阵的通信不同。在MIMO内，所述信道模型包括所述发射机一侧的RF环境(转移函数)、所述信道空间的构造(转移函数)以及所述接收机一侧的RF环境(转移函数)。
当信号被以复用方式从天线传送时，串音发生；通过在所述接收机部分上执行信号处理，所述复用信号被正确检索。
MIMO系统是使用所述信道的特征的通信系统。在所述系统内，所述发射机通过将所述数据的部分分配到其多个天线(以下将称为“发射天线”)，发送所传送的数据或信号，而所述接收机通过处理经由其多个天线(以下将称为“接收天线”)接收的信号分量，得到所接收的数据。尽管MIMO传输技术的各种应用是已知的，但MIMO的一种理想模式是使用传播功能的SVD(奇异值分解)，即SVD-MIMO系统，如专利文件2和非专利文件2内所公开的。
图6示意性示出了SVD-MIMO传输系统，其中号码矩阵，即信道信息矩阵H经历奇异值分解，以得到UDVH，所述号码矩阵的每个单元表示关于每个链接对应天线对的子信道的信息，且在所述SVD-MIMO传输系统内提供了所述发射机部分上的天线加权系数矩阵V(以下将称为“发射天线加权系数矩阵V”)，以及所述接收机部分上的天线加权系数矩阵UH″(以下将称为“接收天线加权系数矩阵UH″)。因此，所述信道信息由对角矩阵表示，所述对角矩阵的对角单元是对应本征值λ1的平方根。因此，信号可被以复用方式传送，而根本不会经历串音。然而，在SVD-MIMO传输系统内，难以实时执行所述SVD的操作，建立进程从而使得所得到的V或UH被预先通信给所述通信的其它部分是必须的。
可借助所述SVD-MIMO传输系统实现理论上最大的通信容量。
例如，在所述发射机与接收机分别具有两个天线的情况下，可实现最大两倍的传输容量。
以下将描述所述SVD-MIMO传输系统的方案。在所述发射机与接收机的天线数量分别是M和N的情况下，所传送的信号x被表示为矢量(M×1)，而所接收的信号y被表示为矢量(N×1)。在这种情况下，所述信道信息可被表示为N×M的矩阵H。所述信道信息矩阵H的条目hij表示与从第j个发射天线到第i个接收天线的子信道相关的转移函数。表示所接收信号的矢量y等于所述矩阵H与所传送信号的矢量的乘积，再加上噪音矢量n，所述矢量y由以下等式(1)表示：
y＝Hx+n    (1)
经历如上所述的奇异值分解的信道信息矩阵H由以下等式(2)表示：
H＝UDVH    (2)
在等式(2)中，所述发射天线加权系数矩阵V和接收天线加权系数矩阵U是单式矩阵，其分别满足以下等式(3)和(4)：
UHU＝I    (3)
VHV＝I    (4)
换言之，所述接收天线加权系数矩阵UH是归一化本征矢量阵HHH，而所述发射天线加权系数矩阵V是归一化本征矢量阵HHH。此外，D表示对角矩阵，所述对角矩阵的对角单元是对应本征矢量HHH或HHH的平方根。所述矩阵D的尺寸对应于所述发射天线与接收天线的数量M和N中较小的一个，换言之，所述矩阵D是具有min(M，N)秩的平方对角矩阵
Figure C20041008819100101
在以上与奇异值分解相关的描述中，假定其中仅涉及实数的情况。应当注意的是，在其中还涉及虚数的情况下，即使是在矩阵U和V的本征矢量被操作为使得每个矩阵的范数是1，即被归一化的情况下，仍存在具有对应相位的非限定量的本征矢量，而非单个本征矢量，所述矩阵U和V中的每一个都是本征矢量的矩阵。在一些情况下，无法依据U和V之间的相位差建立所述等式(2)，即其中U和V是正确的但具有不同相位。为了使所述相位完全同步，通常得到作为HHH的本征矢量的矩阵的V，而通过将所述等式(2)的两项与V相乘得到U，由以下等式(6)表示：
HV＝UDVHV＝UDI＝UID    (6)
U＝HVD-1
所述发射机以所述发射天线加权系数矩阵V加权对应子信道的信号分量，而所述接收机接收所述信号，以逆加权系数矩阵UH加权所述分量；由于U和V中的每一个都是单式矩阵(U由N×min(M，N)表示，而V由M×min(M，N)表示)，因此得到以下表达式：
y＝UHHVx+UHn
＝UH(UDVH)Vx+UHn
＝(UHU)D(VHV)x+UHn
＝IDIx+UHn    (7)
y＝Dx+UHn
所述矢量y和x并不是由所述发射机和接收机的天线数量确定，而是由(min(M，N)×1)分别表示。
由于D是对角矩阵，因此可接收每个所传送的信号，而不会经历串音。每个相互独立的所述子信道的振幅与本征值λ的平方根成比例，因而每个子信道的功率与λ成比例。
至于噪音分量n，由于U的各列是被归一化为使得所述范数为1的本征矢量，而UHn并不影响所接收信号的噪声功率。UHn是大小为min(M，N)的矢量，与y和x具有相同的大小。
如上所述，在SVD-MIMO传输中，多个独立逻辑子信道免于串音，甚至免于占用相同频带，且可得到相同的时期。这意味着使用相同频带能够同时传送多个数据，从而提高了传输速度。
[专利文件1]JP-A-10-84324
[专利文件2]US 6,058,105
[非专利文献1]国际标准ISO/IEC 8802-11：1999(E)ANSI/IEEE Std 802.11，1999版本，部分11：无线LAN媒体接入控制
(MAC)和物理层(PHY)技术规范
[非专利文献2]
http://radio3.ee.uec.ac.ip/MIMO(IEICE TS).pdf(2003年10月24日)
在所述SVD-MIMO系统内，所述接收机必须得到所述信道信息矩阵H，实施所述奇异值分解，并将VH作为以分解结果得到的UDVH的因子通信到所述发射机。实际上，所述发射机使用V，因而V必须被通信给所述发射机。
以下将考虑所述发射天线系数矩阵V所携带的信息量，例如IEEE 802.11a，其定义了其中所述SVD-MIMO传输，即5GHz频带的OFDM(正交频分复用)适用的一个LAN系统。
在所述发射机与接收机都具有三个天线的情况下，所述发射天线加权系数矩阵V是具有9个单元的3×3矩阵。在这种情况下，当每个单元是使用10比特表示的复数，并提供了52个载波时，总共9360比特的信息，即9(所述矩阵的单元数)×2(复数的实和虚部分)×10×52(OFDM子载波的数量)必须被从所述接收机反馈给所述发射机。
需要所述反馈的MIMO被称为闭环MIMO，而其相对面被称为开环MIMO。闭环SVD-MIMO系统必须在启动通信时将如此多(9360比特)的信息反馈给所述发射机。假定反馈所述信息，其中IEEE802.11a所提供调制方案内的最可靠的一个，即BPSK被用作第一调制方法，编码率是1/2，且OFDM被用作第二调制方法。由于1个OFDM符号仅可带有24比特，因此需要390个OFDM符号来传输所述信息，这使得SVD-MIMO不太实际。
作为用于借助相对简单的机制来实现所述MIMO传输内的上述建立处理的一个实施例，被称为V-BLAST的技术是已知的。V-BLAST是“垂直-贝尔实验室分层时空”的首字母缩略词，是指最初由如今已不存在的AT&T贝尔实验室研发的技术。例如可见专利文件1。
图7示意性示出了V-BLAST通信系统的结构。发射机时空编码N个传输以被复用的数据，并将编码后的N个数据分配给M个天线(在图7所示的特定实例中为两个天线)，复用后的数据被通过所述M个天线经由信道传送到接收机。所述接收机时空译码通过N个天线(在当前实例内为三个天线)经由所述信道接收的数据，以得到N个所接收的数据。
所述V-BLAST和SVD-MIMO系统之间的差异在于，所述V-BLAST内的发射机并不提供天线加权系数矩阵V，而是相对于所述发射天线简单地复用信号。换言之，用于先前提供所述天线加权系数矩阵V的反馈处理被全部省略。在发送复用后的信号之前，所述发射机将训练信号插入复用后的信号，所述训练信号将用于所述接收机的信道估计。例如，各个天线的训练信号被以时分方式插入所述信号。在图7的实例中，包括在数据分组内的训练信号被发送，从而使得以时分方式，在前置码信号之后发送对应于天线#1的训练信号训练-1，随后发送对应于天线#2的训练信号训练-2。
在所述接收机部分上，其信道估计器使用所述训练信号执行信道估计，以计算所述信道信息矩阵H，所述信道信息矩阵H表示关于链接对应天线对的子信道的信息。第一天线加权系数矩阵计算器为对应于各个发射天线的每个信号执行迫零等，以删除不必要的信号，即除了各个接收天线的信号之外的信号，并得到接收天线加权系数矩阵ZR。在提供ZR之后检索的所述信号之中具有最高S/N比的所传送信号被首先译码，以得到信号x1。
然后，所述译码后信号由编码器再次编码，以生成所传送信号x1的复制品(复制物)，所述所传送信号x1被从方才由所述接收天线接收的信号中删除。第二接收天线加权系数矩阵计算器将对应于所删除的所传送信号x1的发射天线排除，并再次将迫零准则应用于其它每个信号，以计算接收天线加权系数矩阵ZR’。剩余所接收信号中的具有最高S/N比的信号x2由所述译码器译码。
在第二次译码中，由于删除了第一次译码的所传送信号，因此提高了接收天线的自由度，从而改善了最大比值合并的效应。此后，通过上述处理的迭代，顺序译码所有被复用的所传送信号。
如上所述，V-BLAST的特征在于，所述迫零和删除被特意组合，从而使得即使是无法仅通过应用迫零准则使其S/N比足够高的信号，通过利用由所述删除提供的天线自由度而使其S/N比得到改善，因此提高了译码的准确度。因此，所述V-BLAST可通过组合相对简单的机制来实现有效的MIMO传输系统。
然而，由于所述发射机在所述数据传输之前并不执行加权，所以所述接收机必须仅通过迫零实施第一译码，而不会执行所述删除操作。因此，使得接收天线的数量大于所述发射天线的数量，以得到所述接收天线自由度的冗余。在图7所示的实例中，提供了两个发射天线和三个接收天线。
例如，在需要双向MIMO传输系统的情况下，在所述双向MIMO传输系统中，所述发射机和接收机之间的上行链路和下行链路方向上的数据传输得以实现，如上所述的V-BLAST系统至少需要总共3×3个天线，以实现所述系统，从图8可见。这是因为对于所述接收机而言，三个或更多天线是必须的，以确保译码准确性，且由于所述MIMO系统是双向的，因此所述链路的两侧都应当具有三个天线。例如在无线LAN内，情况通常并非如此，而是难以为相对小型的台站(移动站)提供三个天线，因为不可能为所述天线抽出许多功率源和实施容量，尽管接入点(控制站)可能能够节省出更多的功率源和实施容量。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种良好的无线通信系统、无线通信设备、无线通信方法和计算机程序，其在诸如原籍的通信环境下实现宽带无线传输。
本发明的第二个目的是提供一种良好的无线通信系统、无线通信设备、无线通信方法和计算机程序，其通过实施在每个都具有多个天线的发射机与接收机之间使用空分复用的通信(MIMO通信)，提高传输容量。
本发明的第三个目的是提供一种良好的无线通信系统、无线通信设备、无线通信方法和计算机程序，其可使用信道信息矩阵的奇异值分解(SVD)来适当实施MIMO通信，所述信道信息矩阵的单元分别表示每个链接一对发射机和接收机的子信道上的增益。
本发明的第四个目的是提供一种良好的无线通信系统、无线通信设备、无线通信方法和计算机程序，其可在SVD-MIMO传输内减少从接收机反馈给发射机的信息量。
本发明的第五个目的是提供一种良好的无线通信系统、无线通信设备、无线通信方法和计算机程序，其可在SVD-MIMO传输内简化包括将信息从接收机反馈给发射机的建立进程，并确保满意的译码能力，同时仅需要较少的天线数量。
本发明是鉴于以上目的而研发的，本发明的第一方面提供了一种无线通信系统，其用于通过复用信号，在发射机与接收机之间通信，所述发射机与接收机都具有多个天线。所述系统包括：
信道信息捕获器，其得到信道信息，所述信道信息表示链接所述发射机与所述接收机的信道的特征；
第一矩阵确定器，其基于所得到的信道信息，确定所述发射机的天线的加权系数矩阵；
权重计算器，其计算将被指配给在所述发射机处复用的所述信号的每个分量的权重；
训练信号发送器，其将复用后信号的各个分量的训练信号发送到所述接收机，所述训练信号被以所述权重计算器所计算的所述权重加权；以及
第二矩阵确定器，其基于所接收的训练信号，确定所述接收机的所述天线的加权系数矩阵。
应当注意的是，术语“系统”是指多个设备(或用于实现各种特定功能的功能模块)的逻辑装配；所述设备或功能模块可能或可能不密封在单个外壳内。
根据本发明的第一方面，通过执行奇异值分解得到的所述发射机部分上的天线加权系数矩阵V并不反馈给所述发射机，但所述接收机将所述参考信号发送到所述发射机，所述发射机执行奇异值分解，以得到传送数据时必需的天线加权系数矩阵V。因此，可减少从所述接收机反馈给所述发射机的信息量。
此外，根据本发明的第一方面，甚至减少所反馈的信息量，所述发射机发送数据，其中所述发射天线加权系数矩阵V适用，所述接收机可在天线数量减少的情况下得到满意的译码能力。
在基于从所述接收机发送到所述发射机的所述参考信号，在所述发射机处估计所述信道信息的情况下，用于得到所述信道信息的相关装置校准基于从所述接收机发送到所述发射机的参考信号而得到的所述信道信息，以在从所述发射机到接收机的方向上得到信道信息。
所述信道信息矩阵H是与所述发射机相关的转移函数、空间构造(转移函数)和与所述接收机相关的转移函数的函数。所述空间转移函数是可逆的，且无论所述空间转移函数是在从所述发射机到所述接收机的方向上还是相反的方向上测量的，所述空间转移函数都得到相同的值。另一方面，与所述发射机和接收机相关的转移函数中的每一个都显示出波动，所述波动归因于用于所述发射机和接收机的RF传输/接收的模拟电路的变化，从而无法确保可逆性。
当发射天线加权系数矩阵V被反馈给所述发射机时，所述不可逆性无关紧要，所述发射天线加权系数矩阵V是通过所述接收机所取得的信道信息矩阵的奇异值分解所得到的。然而，在得到所述发射机发送所述数据必需的天线加权系数矩阵V′，从而使得所述接收机将所述参考信号发送到所述发射机，所述发射机然后执行奇异值分解的情况下，归因于所述接收机和发射机的模拟电路改变的波动影响天线加权系数矩阵V′的计算，且两个矩阵V和V′不相符合。因此需要校准。
此外，所述发射机可将最大比值合并、用于删除所有不必要信号的迫零、两者的组合或奇异值分解用于确定所述发射天线加权系数矩阵。当所述发射机使用奇异值分解得到所述天线加权系数矩阵时，所述接收机不必执行奇异值分解。
此外，所述接收机可将迫零准则应用于将所有不必要的信号从每个从所述发射机传送的信号中删除，从而确定所述接收天线加权系数矩阵。
在根据本发明第一方面的无线通信系统中，为了确保通信质量，所述发射机发送传输请求分组RTS(请求发送)，而所述接收机响应于所述RTS发送确认分组CTS(清除发送)，从而使得在所述发射机接收所述CTS时启动数据传送。换言之，所述无线通信系统可使用RTS/CTS功能。
在使用RTS/CTS功能的情况下，所述接收机可能发送带有包括在其内的参考信号的CTS分组。所述发射机基于包括在所述CTS分组内的参考信号得到所述信道信息，并校准所述信道信息，以便得到指示从发射机到接收机方向上的链路特征的信道信息。所述发射机然后计算每个复用信号分量的权重，并发送包括相应被加权的训练信号的数据分组。
本发明的第二方面提供了计算机系统的计算机程序，以通过使用多个天线复用信号，执行用于将所述信号从发射机传送到接收机的处理，所述程序包括步骤：
得到信道信息，所述信道信息表示链接到接收机的信道的特征；
基于所得到的信道信息，确定发射天线的加权系数矩阵；
计算将被指配给所述复用后信号的每个分量的权重；以及
将复用后信号的各个分量的训练信号发送到所述接收机，所述训练信号被以在所述计算步骤内计算的所述权重加权。
本发明的第二方面定义了以计算机可读格式描述的计算机程序，计算机系统根据所述计算机程序执行预定处理。换言之，通过将与本发明第二方面相关的计算机程序安装在所述计算机系统内，在作为无线通信设备操作的计算机系统内执行协作操作。通过借助激活多个所述无线通信设备建立无线网络，可得到与本发明第一方面相同的操作和效应。
本发明可提供良好的无线通信系统、无线通信设备、无线通信方法和计算机程序，其中每对发射机和接收机能够使用空分复用来通信(MIMO通信)，从而提高传输容量，所述发射机和接收机都具有多个天线。
此外，本发明提供良好的无线通信系统、无线通信设备、无线通信方法和计算机程序，其能够使用所述信道信息矩阵的奇异值分解(SVD)执行MIMO传输，所述信道信息矩阵的每个单元都对应于每个链接每对发射天线和接收天线的子信道的特征。
本发明还提供了良好的无线通信系统、无线通信设备、无线通信方法和计算机程序，其能够减少在执行SVD-MIMO传输中从所述接收机反馈到所述发射机的信息量。
本发明还提供了良好的无线通信系统、无线通信设备、无线通信方法和计算机程序，其能够简化建立进程，并借助减少的天线即可得到满意的译码性能，所述建立进程包括在执行所述SVD-MIMO传输中将信息从所述接收机反馈到所述发射机。
根据本发明，并不将所述接收机所取得的信道信息矩阵的奇异值分解所得到的发射天线加权系数矩阵V反馈给所述发射机。而是所述接收机将所述参考信号发送到所述发射机，所述发射机执行所述奇异值分解，以得到传送感兴趣数据时必需的天线加权系数矩阵V，从而减少从所述接收机反馈到所述发射机的信息量。
附图说明
借助以下本发明实施例的描述和附图更详细地描述了本发明，从而还阐明了本发明的其它目的、特征和优点。
图1示意性示出了根据本发明第一实施例的MIMO通信系统的构造。
图2示出了所述系统的发射机与接收机的天线配置的实例。
图3示出了所述系统的发射机与接收机之间的操作顺序，其中使用RTS/CTS功能。
图4示意性示出了根据本发明第二实施例的通信系统的构造。
图5示出了MIMO通信系统的概念。
图6示出了SVD-MIMO传输系统的概念。
图7示出了V-BLAST通信系统的概念。
图8示出了V-BLAST通信系统内的发射机与接收机的天线配置的实例。
具体实施方式
以下将参照附图描述本发明实施例。
图1示意性示出了根据本发明第一实施例的构造。
发射机时空编码每个所传送信号，以复用所述信号，并将复用后信号分配给三个天线，以将所述信号经由信道从其发送到接收机。所述接收机经由所述信道通过两个天线接收所述复用后信号，并时空译码所述信号，以得到所接收信号或数据。
所述通信系统与图7的V-BLAST系统大体相似。然而，在传送所述数据时，所述发射机，而非所述接收机提供天线加权系数，而所述发射机与接收机的天线配置为使得所述发射机天线数大于接收天线数。所述接收天线的数量对应于信号子信道的数量。
在图1所示的系统内，所述发射机部分在天线的自由度方面具有冗余。为了利用所述冗余来改善所接收信号的S/N比，所述发射机发送以MSN(最大信噪比)、迫零或所述MSN和迫零的组合加权的信号，所述MSN是用于最大化信号自身的S/N比的准则。因此，即使在所述接收机部分的天线自由度的冗余并不可用(换言之，接收天线数量相对较小)的情况下，发射机部分的自由度可对其补偿，以确保满意的译码性能。
以下将描述本通信系统的操作进程。
作为准备步骤，相对于每个天线的训练信号“预训练信号”被以时分方式从所述接收机20发送。在图1的特定实例中，所述接收机具有两个接收天线，因而发送两个预训练信号。置于所述“预训练信号”之前的前置码“前置码”是用于服务于信号检测、定时同步和调整接收机增益的附加信号。
所述发射机10从所述接收机20接收所述训练信号作为参考信号，并借助所述发射机10的信道估计器11计算所述信道信息矩阵H，且通过使用MSN、迫零或两者的组合，借助发射天线加权系数矩阵计算器13相对于每个天线地确定发射天线加权系数矩阵ZT。
此时，在所述发射机10的发射和接收电路的信道特征之间可能存在差异。这是因为以下事实：尽管可在空间转移函数内建立可逆性，但所述信道信息矩阵H是与所述发射机10相关的转移函数、空间构造(转移函数)以及与所述接收机20相关的转移函数的函数；与所述发射机10和接收机20相关的转移函数显示出波动，从而无法确保可逆性，所述波动源于RF传输/接收的模拟电路的变化。当所述发射机10借助所述接收机20所取得的信道信息矩阵的奇异值分解得到的发射天线加权系数矩阵V被反馈给所述发射机自身时，所述不可逆性无关紧要。然而，在当前实施例内，其中所述发射机通过将预训练信号从所述接收机20发送到所述发射机10，得到发射机发送所述数据必需的天线加权系数，所述接收机和发射机的模拟电路的改变会影响矩阵Zr的计算。在这种情况下，传输/接收校准器12执行矩阵H的适当校准。
然后，所述发射机10发送训练信号的级联，以及作为指示感兴趣数据的信号分量的信号，后者是通过以空分复用所述信号得到的。
通过使用如上所述的所得到矩阵ZT加权所述训练信号，以反映各个对应天线的特征。尤其应当注意的是，即使在其中发送所述训练信号的时期内，为每个复用后信号执行用于反映对应天线特征的加权(以下被称为“天线加权”)。在图1的实例中，分别经历天线加权系数矩阵ZT(＝[w1，w2])的单元矢量w1和w2加权的训练信号训练-1和训练-2被以时分发送。
另一方面，所述接收机20的信道估计器21基于训练信号训练-1和-2，计算信道信息矩阵H′，所述信道信息矩阵H′的每个单元对应于一对所述发射加权系数矢量中的一个和对应接收天线，所述训练信号训练-1和-2被相对于以复用方式发送的每个信号分量加权。
第一接收天线加权系数矩阵计算器22执行所述发射加权系数矢量的每个分量的迫零，以删除除了与所述接收天线自身相关的信号之外的不必要信号，以得到接收天线加权系数矩阵ZR。在提供矩阵ZR之后检索的信号之中，具有最高S/N比的信号被译码器23首先译码为x1。
然后，所述编码器24再次编码所译码的信号，以生成所传送信号的复制品(复制物)，所述传送信号被从方才由所述接收天线接收的信号中删除。第二接收天线加权系数矩阵计算器25将对应的发射加权系数矢量分量从经历删除的所传送信号中排除，并再次执行所述信号的迫零，以计算接收天线加权系数矩阵ZR′。检索剩余所接收信号中的具有最高S/N比的信号x2，以由所述译码器23译码。在第二译码操作中，由于删除了第一次译码的所传送信号，因此提高了接收天线的自由度，从而改善了最大比值合并的效应。通过上述处理的迭代，顺序译码所有复用后的所传送信号。
第一实施例为所述发射机10通过将MSN、迫零或两者的组合用于加权所述信号，执行信号传输。因此，完全利用了所述发射天线的自由度，从而提高了所接收信号的S/N比。因此，即使在所述接收机20部分的天线自由度的冗余并不存在的情况下，发射机部分的自由度可对其补偿。
图2示意性示出了双向MIMO传输系统的天线配置，其中与本发明相关的通信系统和诸如V-BLAST的常规通信系统被组合起来，且上行链路和下行链路方向上的通信成为可能。
在图2的特定实例中，所述发射机具有三个天线，而所述接收机具有两个天线。在执行下行链路通信，即在从所述发射机到接收机方向上的通信的情况下，本发明第一实施例适用。换言之，所述天线配置为使得发射天线的数量大于接收天线的数量(等于复用后通信信道的信号子信道的数量)，并不存在所述接收机天线的自由度的冗余(即所述接收天线的数量相对较小)，且发射机部分的天线自由度的冗余补偿所述接收机天线的低自由度，以确保满意的译码性能。
另一方面，在执行上行链路方向上的通信，即在从所述接收机到发射机方向上的通信的情况下，可启动MIMO传输，而无需如图7所示的V-BLAST系统内的任何建立进程。由于所述V-BLAST方法并不适用于执行下行链路通信时，因此不必增加天线数量即可实现满意的译码性能。
可通过设置将三个天线(或冗余的天线自由度)提供给具有相对充足的功率源和实施容量的接入点(控制站)，而将两个天线(或非冗余的天线自由度)提供给与接入点相比尺寸相对较小且具有较少功率源和实施容量的台站(移动站)，从而设计有效的MIMO通信系统。
此外，为确保通信质量，本通信系统使用RTS/CTS功能，其中所述发射机发送传输请求分组RTS(请求发送)，而所述接收机响应于所述RTS发送确认分组CTS(清除发送)，从而使得所述发射机在接收CTS时启动数据传送。
图3示出了其中RTS/CTS系统适用的通信系统内的传输/接收操作顺序。
如图3所示，所述接收机一旦接收所述RTS，即响应于所述RTS发送带有包括在其内的参考信号的CTS分组。所述发射机一旦接收所述CTS分组，即基于包括在所述CTS分组内的参考信号校准所得到的信道信息，以在从所述发射机到接收机的方向上得到所述信道信息，从而计算每个所复用的信号分量的权重，并发送数据分组，所述数据分组包括以复用方式发送的各个信号分量的训练信号。所述数据分组的数据部分被作为以空分复用而复用的信号发送。
图4示出了根据本发明第二实施例的通信系统的构造。
图4的系统与图1的系统相同之处在于，在所述发射机部分复用的每个所传送信号被时空译码，以分配给多个天线，所述信号分量被以复用方式通过所述多个天线经由信道的各个子信道发送到所述接收机，而所述接收机时空译码通过多个天线经由所述子信道接收的信号分量，以得到所接收的信号或数据。
在图1的实施例中，所述发射天线加权系数矩阵计算器13使用来自所述接收机20的训练信号，基于借助计算得到的信道信息矩阵H，借助MSN、迫零或两者的组合为每个天线确定发射天线加权系数矩阵Zr。另一方面，第二实施例是使得奇异值分解单元15将SVD(奇异值分解)应用于计算所述发射天线加权系数，并在传输所述信号之前以加权系数矩阵V加权所述信号。
当迫零准则应用于以V加权的所发送训练信号时，所述接收机20部分的加权系数矩阵必需变为UH。因此，显然如果允许所述发射机10部分的SVD计算，则无需将UH通信给所述接收机20即可启动SVD-MIMO传输，而不必执行所述接收机20部分的奇异值分解。换言之，根据本实施例，可相对容易地实现带有2×2天线的MIMO系统。
应当注意的是，可能会存在这样的情况，其中所述发射机10的发射电路特征与接收电路特征不同；在这种情况下，所述传输/接收校准器如上所述适当校准所述信道信息矩阵H。
在所述接收机20的部分上，所述信道估计器21计算信道信息矩阵H′，所述信道信息矩阵H′的每个单元对应于一对所述发射加权系数矢量中的一个和对应接收天线。所述第一接收天线加权系数矩阵计算器22为发射加权系数矢量的每个分量执行迫零，以删除除了与所述接收机自身相关的信号之外的不必要信号，从而得到接收天线加权系数矩阵UH。在提供UH之后检索的所接收信号之中，具有最高S/N比的信号被译码器23译码，以得到信号x1。
然后，所述编码器24再次编码所译码的信号，以生成所传送信号的复制品(复制物)，所述所传送信号被从方才由所述接收天线接收的信号中删除。第二接收天线加权系数矩阵计算器25将对应于经历删除的所传送信号的发射加权系数矢量的分量排除，并再次将迫零应用于所述信号，以计算接收天线加权系数矩阵UH。检索剩余所接收信号中的具有最高S/N比的信号x2，且所述信号x2由所述译码器译码。或者，可能会从在所述第一接收天线加权系数矩阵计算器22已提供UH之后检索的每个所接收信号，直接检索第二次复用后信号x2。
尽管以上已参照特定实施例详细描述了本发明，但应当理解的是，在并不背离本发明精神的情况下，本领域技术人员可对实施例做出修改，并对本实施例的一些单元或特征做出替换。换言之，以上实施例仅仅是示意性的，本发明并不仅限于上述实施例的细节。在解释本发明精神时，应当考虑所附权利要求书。

Claims (20)

1.一种无线通信系统，用于通过复用信号在发射机与接收机之间通信，所述发射机与接收机都具有多个天线，所述系统包括：
信道信息捕获器，用于得到信道信息，所述信道信息表示链接所述发射机与所述接收机的信道的特性；
第一矩阵确定器，用于基于所得到的信道信息，确定所述发射机的天线的加权系数矩阵；
权重计算器，用于计算将被指配给在所述发射机中复用的所述信号的每个分量的权重；
训练信号发送器，用于将所述复用后信号的各个分量的训练信号发送到所述接收机，所述训练信号由所述权重计算器计算的权重进行加权；以及
第二矩阵确定器，用于基于所接收的训练信号，确定所述接收机的天线的加权系数矩阵。
2.根据权利要求1的系统，其中所述信道信息捕获器在所述发射机的部分上，并且基于从所述接收机发送到所述发射机、并对应于所述接收机的各个天线的参考信号，估计所述信道信息。
3.根据权利要求2的系统，其中所述信道信息捕获器校准所述信道信息，以在从所述发射机到接收机的方向上得到所述信道信息，其中所述信道信息基于从所述接收机发送到所述发射机的所述参考信号而得到。
4.根据权利要求1的系统，其中所述第一矩阵确定器通过执行最大比值合并、用于删除所有不必要信号的迫零、所述最大比值合并和迫零的组合、奇异值分解中的一个，确定所述发射机的天线的加权系数矩阵。
5.根据权利要求1的系统，其中所述第二矩阵确定器通过执行用于删除所有不必要信号的迫零，确定所述接收机的天线的加权系数矩阵。
6.根据权利要求2的系统，所述系统使用请求发送RTS/清除发送CTS功能，其中所述发射机发送传输请求RTS分组，所述接收机响应于所述RTS而发送确认CTS分组，从而使得在所述发射机接收所述CTS时启动数据传送，
其中所述接收机发送带有包含在其内的参考信号的CTS分组，以及
其中所述发射机基于所述信道信息，计算将被指配给所述复用后信号的每个分量的权重，并发送数据分组，其中所述数据分组包含以复用方式发送的各个信号分量的训练信号，所述信道信息基于包含在所述CTS分组中的所述参考信号而得到。
7.一种用于无线通信系统的无线通信设备，用于通过使用多个天线来复用信号以传送所述信号，所述设备包括：
信道信息捕获器，用于得到信道信息，所述信道信息表示将所述设备链接至接收机的信道的特性；
矩阵确定器，用于基于所得到的信道信息，确定发射天线的加权系数矩阵；
权重计算器，用于计算将被指配给所述复用后信号的每个分量的权重；以及
训练信号发送器，用于将所述复用后信号的各个分量的训练信号发送到所述接收机，所述训练信号由所述权重计算器计算的所述权重进行加权。
8.根据权利要求7的设备，其中所述信道信息捕获器基于参考信号而估计所述信道信息，所述参考信号对应于所述接收机的各个天线、并从所述接收机发送。
9.根据权利要求8的设备，其中所述信道信息捕获器基于从所述接收机发送的所述参考信号，校准所得到的所述信道信息，以在从所述设备到所述接收机的方向上得到所述信道信息。
10.根据权利要求7的设备，其中所述矩阵确定器通过执行最大比值合并、用于删除所有不必要信号的迫零、所述最大比值合并和迫零的组合、奇异值分解中的一个，确定所述发射天线的加权系数矩阵。
11.根据权利要求8的设备，所述设备使用请求发送RTS/清除发送CTS功能，其中所述无线通信系统的发射机发送传输请求RTS分组，并响应于接收到确认CTS分组，在接收到所述确认CTS分组时启动数据传送，所述确认CTS分组包含从接收机发送的所述参考信号，
其中所述信道信息捕获器基于所述信道信息，计算将被指配给所述复用后信号的每个分量的权重，所述信道信息基于包含在所述CTS分组中的所述参考信号而得到，以及
其中所述训练信号发送器发送数据分组，所述数据分组包含以复用方式发送的各个信号分量的训练信号。
12.一种无线通信设备，用于利用多个天线接收复用后的信号，所述设备包括参考信号发送器，所述参考信号发送器将对应于各个天线的加权后的参考信号发送到发射机，所述发射机发送所述复用后的信号。
13.根据权利要求12的设备，还包括：
训练信号接收机，用于接收所述复用后信号的各个分量的训练信号，所述训练信号由对应权重加权；
矩阵确定器，用于基于所接收的训练信号，确定所述天线的加权系数矩阵；以及
信号检索器，用于迭代地执行迫零和删除，以检索所述复用后的信号。
14.一种无线通信方法，用于通过使用多个天线复用信号而传送所述信号，所述方法包括步骤：
得到信道信息，所述信道信息表示发射机链接至接收机的信道的特性；
基于所得到的信道信息，确定发射天线的加权系数矩阵；
计算将被指配给所述复用后信号的每个分量的权重；
将所述复用后信号的各个分量的训练信号发送到所述接收机，所述训练信号由在所述计算步骤中计算的所述权重加权。
15.根据权利要求14的方法，其中所述得到信道信息的步骤基于对应于所述接收机的各个天线、并从所述接收机发送的参考信号，来估计所述信道信息。
16.根据权利要求15的方法，其中所述得到信道信息的步骤基于从所述接收机发送的所述参考信号，校准所得到的信道信息，以在所述发射机到所述接收机的方向上得到所述信道信息。
17.根据权利要求14的方法，其中所述确定发射天线的加权系数矩阵的步骤通过执行最大比值合并、用于删除所有不必要信号的迫零、所述最大比值合并和迫零的组合、奇异值分解中的一个，来确定所述发射天线的加权系数矩阵。
18.根据权利要求15的方法，所述方法使用请求发送RTS/清除发送CTS功能，其中发射机发送传输请求RTS分组，并响应于接收到确认CTS分组，在接收到确认CTS分组时启动数据传送，所述确认CTS分组包含从接收机发送的所述参考信号，
其中所述得到信道信息的步骤包括基于所述信道信息，计算将被指配给所述复用后信号的每个分量的权重，其中所述信道信息基于包含在所述CTS分组中的所述参考信号而得到，以及
其中所述发送训练信号的步骤包括发送数据分组，所述数据分组包含以复用方式发送的各个信号分量的训练信号。
19.一种无线通信方法，用于利用多个天线接收复用后的信号，所述方法包括将对应于各个天线的加权后的参考信号发送到发射机的步骤，所述发射机发送所述复用后的信号。
20.根据权利要求19的方法，还包括步骤：
接收所述复用后信号的各个分量的训练信号，所述训练信号由对应权重进行加权；
基于所接收的训练信号，确定所述天线的加权系数矩阵；以及
通过迭代地执行迫零和删除，接收所述复用后的信号。
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