專利名稱：多輸入多輸出無線系統(tǒng)的時空處理的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及無線通信技術，具體涉及利用發(fā)射機中多個天線和接收機中多個天線的無線通信系統(tǒng)，所謂的MIMO(多輸入多輸出)系統(tǒng)。
本領域專業(yè)人員都知道，與單天線系統(tǒng)(即，單天線到單天線或多天線到單天線的系統(tǒng))比較，MIMO系統(tǒng)可以獲得極大提高的容量。然而，為了獲得這種提高，最好是，有一個足夠散射的環(huán)境，因此，到達多個接收天線的各種信號中多數(shù)是非相關的。若多個信號有某種程度的相關，且忽略這種相關，則性能下降和容量減小。
我們發(fā)明一種在MIMO系統(tǒng)中開發(fā)信號的方法，即使存在一些相關，仍能得到那個相關水平信道可以獲得的大部分性能和容量。按照本發(fā)明的原理，對各個天線發(fā)射的信號進行處理，以提高接收機從接收信號中提取它們的能力。更具體地說，在同時發(fā)射多個不同加權的每個比特流時，調整同時發(fā)射的比特流數(shù)目(例如，減少)，它與相關水平有關。把不同加權的每個比特流進行組合，給每個天線產生一個組合的加權信號，所謂的“發(fā)射矢量”。接收機處理接收的信號是按照與到達接收天線的所有信號都是非相關的相同方法。
在本發(fā)明的一個實施例中，權重矢量是由利用正向鏈路信道性質的正向信道發(fā)射機確定的，正向鏈路發(fā)射機所以知道這些信道性質，是由于反向鏈路發(fā)射機從正向鏈路接收機發(fā)射的。在本發(fā)明的另一個實施例中，權重矢量是由利用正向鏈路信道性質的正向信道接收機確定的，正向鏈路發(fā)射機所以知道這些確定的權重矢量，是由于反向鏈路發(fā)射機從正向鏈路接收機發(fā)射的。
用于確定權重矢量的信道性質可以包括從發(fā)射機到接收機的信道響應和接收機中測得的噪聲和干擾協(xié)方差矩陣。
在這些附圖中


圖1表示典型的發(fā)射機部分，用于開發(fā)MIMO系統(tǒng)中發(fā)射的信號；即使存在一些相關，按照本發(fā)明原理得到那個相關水平信道可以獲得的大部分性能和容量；圖2表示按照本發(fā)明原理安排的MIMO系統(tǒng)中典型的接收機部分；圖3以流程圖形式表示一個典型過程，用于開發(fā)MIMO系統(tǒng)中發(fā)射的信號；即使存在一些相關，按照本發(fā)明原理得到那個相關水平信道可以獲得的大部分性能和容量；圖4以流程圖形式表示另一個典型過程，用于開發(fā)MIMO系統(tǒng)中發(fā)射的信號；即使存在一些相關，按照本發(fā)明原理得到那個相關水平信道可以獲得的大部分性能和容量。
以下僅僅說明本發(fā)明的原理。因此可以理解，本領域專業(yè)人員能夠設計出各種裝置，雖然此處沒有給以明確地描述或展示這些裝置，但是它們體現(xiàn)了本發(fā)明的原理，應當包括在本發(fā)明的精神和范圍內。而且，此處敘述的所有例子和條件語言主要是為了便于讀者理解本發(fā)明的原理和發(fā)明者發(fā)展該方法而提出的概念，所以不應當局限于這些具體敘述的例子和條件。此外，此處敘述本發(fā)明原理，特征，和實施例以及具體例子的所有聲明包含結構和功能兩個方面的內容。而且，這些內容包括當前已知的和未來開發(fā)的內容，即，任何完成相同功能的要素，它與結構無關。
因此，本領域專業(yè)人員可以理解，例如，此處的方框圖代表體現(xiàn)本發(fā)明原理的說明性電路的基本概念。類似地，可以理解，任何的流程圖，狀態(tài)轉變圖，偽代碼，等等代表各種過程，它們可以用計算機可讀介質表示并被計算機或處理器執(zhí)行，與是否明顯地畫出這些計算機或處理器無關。
圖中所表示的各個單元的功能，包括標記為“處理器”的功能塊，可以通過利用專用的硬件以及能夠執(zhí)行相關軟件的硬件來提供。若由處理器提供，則這些功能可以由單個專用處理器，單個共享處理器，或多個單獨處理器(其中一些是共享處理器)來提供。此外，明確使用術語“處理器”或“控制器”不應當認為是專指能夠執(zhí)行軟件的硬件，而可以暗示地包括數(shù)字信號處理器(DSP)硬件，存儲軟件的只讀存儲器(ROM)，隨機存取存儲器(RAM)，和非易失性存儲器。還可以包括普通的和/或定制的其他硬件。類似地， 圖中所表示的任何開關只是概念化的。它們的功能可以通過運行程序邏輯，通過專用邏輯，通過程序控制與專用邏輯的相互作用，或甚至是通過人工操作來實現(xiàn)，可以根據(jù)上下文更具體地理解操作員可選擇的特定方法。
在權利要求書中，表示完成特定功能裝置的任何單元可以包括完成該功能的任何方法，例如，包括a)完成該功能的電路單元組合，或b)任何形式的軟件(它包括固件，微碼，等等)，它與執(zhí)行那個軟件以完成該功能的適當電路組合。按照權利要求書確定的本發(fā)明是基于這樣一個事實，把各種所述裝置提供的功能按照權利要求書的要求組合在一起。因此，申請人把能夠提供那些功能的任何裝置看成是與此處所表示的那些功能相當。
圖1表示典型的發(fā)射機部分，用于開發(fā)MIMO系統(tǒng)中發(fā)射的信號；該系統(tǒng)有帶N個發(fā)射天線的發(fā)射機，通過正向信道發(fā)射到有L個接收天線和反向信道的接收機，反向信道用于從所述接收機傳輸給所述發(fā)射機；即使存在一些相關，按照本發(fā)明原理得到那個相關水平信道可以獲得的大部分性能和容量。圖1中所表示的是a)去復用器(demux)101；b)天線信號開發(fā)器103，包括天線信號開發(fā)器103-1至103-N；c)權重供給器105；d)N個天線107，包括天線107-1至107-N；e)數(shù)模轉換器(DAC)115，包括115-1至115-N；和f)上變頻器117，包括上變頻器117-1至117-N。
去復用器101把數(shù)據(jù)流作為輸入，并提供輸入數(shù)據(jù)流的各個比特給每個子數(shù)據(jù)流，作為輸出的子數(shù)據(jù)流。一個子數(shù)據(jù)流可以由去復用器101提供給N個輸出中的一個輸出。然而，當可以發(fā)射的非相關信號數(shù)目減少時，同時發(fā)射的比特流數(shù)目也減少，使它與可以發(fā)射的非相關信號數(shù)目相匹配。在這種情況下，所用的具體輸出是由操作員決定。例如，僅僅利用前Y個輸出，其中Y是可以發(fā)射的非相關信號數(shù)目。
每個子數(shù)據(jù)流提供給對應的一個天線信號開發(fā)器103。每個天線信號開發(fā)器103包括權重塊109-1至109-N中的一個權重塊和加法器111-1至111-N中的一個加法器。在每個天線信號開發(fā)器103內，子數(shù)據(jù)流提供給一個權重塊109內的每個乘法器113。
權重供給器105提供權重值給每個乘法器113。在本發(fā)明的一個實施例中，響應于經反向信道從接收機(未畫出)接收的信息，權重供給器105實際上開發(fā)權重值。在本發(fā)明的另一個實施例中，權重值是在接收機中開發(fā)的，然后經反向信道提供給發(fā)射機，在需要這些權重值之前，它們是存儲在權重供給器105中。以下描述按照本發(fā)明一個方面開發(fā)權重的過程。
每個乘法器113用它接收到的權重乘以它接收到的子數(shù)據(jù)流。形成的乘積提供給對應的一個加法器111。更具體地說，每個權重塊109中第R個乘法器形成的乘積提供給第R個加法器111，其中R的范圍是從1至N。對于沒有子數(shù)據(jù)流的那些乘法器，操作員可以利用任何的方法，它們的輸出保證為零(0)。
每個加法器111把輸入給它的信號相加，并把形成的和值作為輸出提供給它相關的一個DAC 115。每個DAC 115得到它從一個加法器111接收的數(shù)字信號，并把它轉變成模擬基帶信號。每個DAC 115產生的模擬基帶信號提供給對應的一個上變頻器117，它上變頻基帶模擬信號成射頻信號。上變頻器117產生的射頻信號提供給對應的一個天線107，用于廣播給接收機。
圖2表示按照本發(fā)明原理安排的MIMO系統(tǒng)中典型的接收機部分。圖2中所表示的是a)L個天線，包括天線201-1至201-L；b)下變頻器203，包括下變頻器203-1至203-L；c)模數(shù)轉換器(ADC)205，包括模數(shù)轉換器205-1至205-L；d)估算干擾協(xié)方差矩陣和信道響應單元207；e)任選的權重計算器209；和f)任選的開關211。
每個天線201接收無線電信號，并把其電信號提供給它各自相關的一個下變頻器203。每個下變頻器203下變頻它接收的信號成基帶信號，并把形成的基帶信號提供給它相關的一個ADC 205。每個ADC205把它接收的基帶模擬信號轉變成數(shù)字表示，并把該數(shù)字表示提供給估算干擾協(xié)方差矩陣和信道響應單元207。
估算干擾協(xié)方差矩陣和信道響應單元207按照常規(guī)的方法開發(fā)干擾協(xié)方差矩陣估算和正向矩陣信道響應估算。請注意，矩陣是需要的，因為有多個發(fā)射天線和多個接收天線。
干擾協(xié)方差矩陣估算和正向矩陣信道響應估算提供給任選的權重計算器209，或者，它們可以經反向信道提供給發(fā)射機(圖1)。若干擾協(xié)方差矩陣估算和正向矩陣信道響應估算是提供給權重計算器209，則按照本發(fā)明的一個方面，由權重計算器確定所要用到的權重值，如以下所描述的，并經反向信道把形成的權重值提供給發(fā)射機(圖1)。
圖3以流程圖形式表示一個典型過程，用于開發(fā)MIMO系統(tǒng)中發(fā)射的信號；該系統(tǒng)有帶N個發(fā)射天線的發(fā)射機，通過正向信道發(fā)射到有L個接收天線和反向信道的接收機，反向信道用于從所述接收機傳輸給所述發(fā)射機；即使存在一些相關，按照本發(fā)明原理得到那個相關水平的信道可以獲得的大部分性能和容量。圖3的過程可以用在本發(fā)明的一個實施例中，該實施例利用圖1和圖2中的硬件，利用連接到估算干擾協(xié)方差矩陣和信道響應單元207的開關211，以及如下所描述的通信協(xié)議。首先，需要確定信道特性是穩(wěn)定的時間長度。這通常是在開發(fā)該系統(tǒng)的系統(tǒng)工程階段完成的，本領域一般專業(yè)人員都明白，其中利用部署該系統(tǒng)的環(huán)境測量結果。一旦知道信道特性是穩(wěn)定的時間長度，把那個時間長度考慮為1幀，再把1幀分成多個時隙。每幀有一個前置碼，它可以占用一個或多個時隙。幀以及時隙在性質上是重復的。
圖3中的過程是在每幀開始時進入步驟301。接著，在步驟303，在接收機中確定干擾協(xié)方差矩陣KN和信道響應H，例如，在正向鏈路接收機中，如干擾協(xié)方差矩陣和信道響應單元207(圖2)。此后，在步驟305(圖3)，干擾協(xié)方差矩陣KN和信道響應H是由正向鏈路的接收機提供給正向鏈路的發(fā)射機，例如，經過反向信道。
在步驟307，例如，由權重供給器105(圖1)計算權重Wi=[Wi1,…,WiN]，其中i的范圍是從1至N的整數(shù)。更具體地說，按照如下方法計算權重。
首先，求解矩陣方程H+(KN)H=U+Λ2U，其中a)H是信道響應矩陣；b)H+是信道響應矩陣H的共軛轉置，+是熟知的共軛轉置符號；c)KN是干擾協(xié)方差矩陣；d)U是單位矩陣，該矩陣的每列是H+(KN)H的本征矢量；e)Λ是對角矩陣，定義成Λ=diag(λ1,…,λM)，其中λ1,…,λM是H+(KN)H的每個本征值，M是非零本征值的最大數(shù)目，它相當應于實際可以使用的子數(shù)據(jù)流數(shù)目；和f)U+是矩陣U的共軛轉置。然后，通過求解ν的聯(lián)立方程 對本征值λ完成已知的所謂“注水(waterfilling)”，其中k的范圍是從1至M的整數(shù)指數(shù)；P是發(fā)射功率；+是一個算符；當其宗量為負值時，它回到零(0)，而當其宗量為正值時，它回到其宗量本身；和每個 是一個中間變量，代表每個權重矢量的功率。
定義一個新的矩陣φ,φ=U+diag( ，…， )U，其中diag指出，各個 安排成矩陣的主對角元素，所有其他的元素為零(0)。矩陣φ中的每列是歸一化(即，基于單位功率)的權重矢量，表示成φ=[z1,…,zN]，而權重矢量是由各個權重z組成的，zi=[zi1,…,ziN]?；诜峙浣o權重矢量的功率，通過去歸一化操作確定權重矢量wi=[Wi1,…,WiN]，其中各個權重是λ~izij,]]>j的范圍是從1至N的整數(shù)。
在步驟309，輸入數(shù)據(jù)流S(t)(圖1)被去復用器101分成N個子數(shù)據(jù)流S1,…,SN。在步驟311(圖3)，把每個數(shù)據(jù)流乘以各自的一個權重矢量Wi1,…,WiN。換句話說，每個特定數(shù)據(jù)流的每比特乘以它各自權重矢量中的每個權重，產生每個數(shù)據(jù)流的N個加權比特。
在步驟313，每個子數(shù)據(jù)流的加權比特是由每個天線加法器(例如，加法器111)進行組合。其中，來自第一權重的每個子數(shù)據(jù)流產生的加權比特是在第一天線的加法器中相加，來自第二權重的每個子數(shù)據(jù)流產生的加權比特是在第二天線的加法器中相加，等等，如圖1所示。根據(jù)以上的討論顯而易見，數(shù)目大于M的任何子數(shù)據(jù)流為零，因為M相當于實際可以利用的子數(shù)據(jù)流數(shù)目。這些零子數(shù)據(jù)流對加法器111中產生的和值沒有貢獻。
然后，該過程在步驟315退出。
圖4以流程圖形式表示另一個典型過程，用于開發(fā)MIMO系統(tǒng)中發(fā)射的信號；該系統(tǒng)有帶N個發(fā)射天線的發(fā)射機，通過正向信道發(fā)射到有L個接收天線和反向信道的接收機，反向信道用于從所述接收機傳輸給所述發(fā)射機；即使存在一些相關，按照本發(fā)明原理得到那個相關水平信道可以獲得的大部分性能和容量。圖4的過程可以用于采用圖1和圖2中硬件的本發(fā)明一個實施例中，利用連接到權重計算器209的開關211，以及結合圖3所描述的通信協(xié)議。請注意圖4的過程，圖1中的權重供給器105并不計算各個權重，而是僅僅存儲從權重計算器209接收到的權重，在需要時把它們提供給各個乘法器113。
圖4的過程是在每幀開始時進入步驟401。接著，在步驟403，在接收機中確定干擾協(xié)方差矩陣KN和信道響應H，例如，在正向鏈路接收機中，如干擾協(xié)方差矩陣和信道響應單元207(圖2)。在步驟405，例如，由權重供給器105(圖1)計算權重wi=[Wi1,…,WiN]。更具體地說，按照如下方法計算各個權重。首先，求解矩陣方程H+(KN)H=U+Λ2U，其中a)H是信道響應矩陣；b)H+是信道響應矩陣H的共軛轉置，+是熟知的共軛轉置符號；c)KN是干擾協(xié)方差矩陣；
d)U是單位矩陣，該矩陣的每列是H+(KN)H的本征矢量；e)Λ是對角矩陣，定義成Λ=diag(λ1,…,λM)，其中λ1,…,λM是H+(KN)H的每個本征值，M是非零本征值的最大數(shù)目，它相當應于實際可以使用的子數(shù)據(jù)流數(shù)目；和f)U+是矩陣U的共軛轉置。然后，通過求解ν的聯(lián)立方程λ~k=(ν-1(λk)2)+]]>和Σkλ~k=P,]]>對本征值λ完成已知的所謂“注水操作”，其中k的范圍是從1至M的整數(shù)指數(shù)；P是發(fā)射功率；+是一個算符；當其宗量為負值時，它回到零(0)，而當其宗量為正值時，它回到其宗量本身；和每個λ是一個中間變量，代表每個權重矢量的功率。定義一個新的矩陣φ,φ=U+diag( ，…， )U，其中diag指出，各個 安排成矩陣的主對角元素，所有其他的元素為零(0)。矩陣φ中的每列是歸一化(即，基于單位功率)的權重矢量，表示成φ=[z1,…,zN]，而權重矢量是由各個權重z組成的，zi=[zi1,…,ziN]。基于分配給權重矢量的功率，通過去歸一化操作確定權重矢量Wi=[Wi1,…,WiN]，其中各個權重是λ~izij,]]>j的范圍是從1至N的整數(shù)。
此后，在步驟407，確定的權重值是由正向鏈路的接收機提供給正向鏈路的發(fā)射機，例如，經反向信道。把各個權重存儲在權重供給器105(圖1)中。
在步驟409(圖4)，輸入數(shù)據(jù)流S(t)(圖1)被去復用器101分成N個子數(shù)據(jù)流S1,…,SN。在步驟411(圖4)，把每個數(shù)據(jù)流乘以各自的一個權重矢量Wi1,…,WiN,其中i的范圍是從1至N的整數(shù)。換句話說，每個特定數(shù)據(jù)流的每比特乘以它各自權重矢量中的每個權重，產生每個數(shù)據(jù)流的N個加權比特。
在步驟413，每個子數(shù)據(jù)流的加權比特是由每個天線加法器(例如，加法器111)進行組合。其中來自第一權重的每個子數(shù)據(jù)流產生的加權比特是在第一天線的加法器中相加，來自第二權重的每個子數(shù)據(jù)流產生的加權比特是在第二天線的加法器中相加，等等，如圖1中所示。根據(jù)以上的討論顯而易見，數(shù)目大于M的任何子數(shù)據(jù)流為零，因為M相當于實際可以利用的子數(shù)據(jù)流數(shù)目。這些零子數(shù)據(jù)流對加法器111中產生的和值沒有貢獻。
然后，該過程在步驟415退出。
在本發(fā)明的另一個實施例中，利用所謂的“時分雙工”(TDD)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的正向信道和反向信道分享單個信道，可以在無線鏈路的任何一端完成信道響應的估算。這是因為正向信道和反向信道分享相同的頻率信道，在任何一個時間，兩個信道之間交替地利用這個頻率信道；只要正向信道與反向信道之間的時隙足夠地小，正向信道和反向信道的信道響應是相同的。所以，反向信道接收機經受與正向信道接收機相同的信道響應，因此，反向鏈路接收機可以完成以前由正向鏈路接收機完成的所有信道估算。同樣，正向信道接收機經受與反向信道接收機相同的信道響應，因此，正向鏈路接收機可以完成以前由反向鏈路接收機完成的所有信道估算。
權利要求
1．一種在通信系統(tǒng)中發(fā)射信號的方法，該系統(tǒng)有帶N個發(fā)射天線的發(fā)射機，通過正向信道發(fā)射到有L個接收天線和反向信道的接收機，反向信道用于從所述接收機傳輸給所述發(fā)射機，其中所述L個接收天線中兩個或多個天線接收的信號中可能存在相關，該方法包括以下步驟確定獨立信號的數(shù)目，這些信號可以從所述N個發(fā)射天線發(fā)射到所述L個接收天線；根據(jù)數(shù)據(jù)流建立要發(fā)射的每個獨立信號的子數(shù)據(jù)流，這些獨立信號可以從所述N個發(fā)射天線發(fā)射到L個接收天線；利用N個權重給每個所述子數(shù)據(jù)流加權，所述N個發(fā)射天線中的每個天線有一個權重，用于產生每個子數(shù)據(jù)流的N個加權的子數(shù)據(jù)流；把從每個所述發(fā)射天線的每個所述子數(shù)據(jù)流產生的一個所述加權子數(shù)據(jù)流進行組合，產生每個述發(fā)射天線的發(fā)射信號。
2．按照權利要求1的本發(fā)明，還包括步驟從各個所述天線發(fā)射所述發(fā)射信號。
3．按照權利要求1的本發(fā)明，還包括步驟經所述反向信道接收所述權重。
4．按照權利要求1的本發(fā)明，其中所述權重是由所述發(fā)射機作為從所述接收機經所述反向信道接收的信道信息和干擾協(xié)方差的函數(shù)確定的。
5．按照權利要求1的本發(fā)明，其中所述權重是通過求解矩陣方程H+(KN)H=U+Λ2U確定的，其中H是信道響應矩陣，H+是所述信道響應矩陣H的共軛轉置，KN是干擾協(xié)方差矩陣，U是單位矩陣，該矩陣的每一列是H+(KN)H的本征矢量，Λ是對角矩陣，定義成Λ=diag(λ1,…,λM)，其中λ1,…,λM是H+(KN)H的每個本征值，M是非零本征值的最大數(shù)目，它相應于所述獨立信號的數(shù)目，和U+是矩陣U的共軛轉置；通過求解ν的聯(lián)立方程 對本征值λ完成注水操作，其中k的范圍是從1至M的整數(shù)指數(shù)；P是發(fā)射功率；+是一個算符；當其宗量為負值時，它回到零(0)，而當其宗量為正值時，它回到其宗量本身；和每個 是一個中間變量，代表每個權重矢量的功率；定義矩陣φ,φ=U+diag( ，…， )U，其中diag指出，各個 安排成矩陣的主對角元素；其中利用矩陣φ中的每列作為歸一化權重矢量，表示成φ=[z1,…,zN]，且所述歸一化權重矢量是由各個歸一化權重z組成的，zi=[zi1,…,ziN]，其中i的范圍是從1至N的整數(shù)；開發(fā)一個非歸一化權重矢量Wi=[Wi1,…,WiN]，其中每個所述權重是λ~izij,]]>j的范圍是從1至N的整數(shù)。
6．一種在通信系統(tǒng)中發(fā)射信號的設備，該系統(tǒng)有帶N個發(fā)射天線的發(fā)射機，通過正向信道發(fā)射到有L個接收天線和反向信道的接收機，反向信道用于從所述接收機傳輸給所述發(fā)射機，其中所述L個接收天線中兩個或多個天線接收的信號中可能存在相關，該設備包括確定獨立信號數(shù)目的裝置，這些獨立信號可以從所述N個發(fā)射天線發(fā)射到所述L個接收天線；根據(jù)數(shù)據(jù)流建立要發(fā)射的每個獨立信號的子數(shù)據(jù)流的裝置，這些獨立信號可以從所述N個發(fā)射天線發(fā)射到所述L個接收天線；利用N個權重給每個所述子數(shù)據(jù)流加權的裝置，所述N個發(fā)射天線中的每個天線有一個權重，用于產生每個子數(shù)據(jù)流的N個加權的子數(shù)據(jù)流；組合從每個所述發(fā)射天線的每個所述子數(shù)據(jù)流產生一個所述加權子數(shù)據(jù)流的裝置，用于產生每個天線的發(fā)射信號。
7．一種在通信系統(tǒng)中發(fā)射信號的設備，該系統(tǒng)有帶N個發(fā)射天線的發(fā)射機，通過正向信道發(fā)射到有L個接收天線和反向信道的接收機，反向信道用于從所述接收機傳輸給所述發(fā)射機，其中所述L個接收天線中兩個或多個天線接收的信號中可能存在相關，該設備包括確定獨立信號數(shù)目的裝置，這些獨立信號可以從所述N個發(fā)射天線發(fā)射到所述L個接收天線；根據(jù)數(shù)據(jù)流建立要發(fā)射的每個獨立信號的子數(shù)據(jù)流的裝置，這些獨立信號可以從所述N個發(fā)射天線發(fā)射到所述L個接收天線；利用N個權重給每個所述子數(shù)據(jù)流加權的裝置，所述N個發(fā)射天線中的每個天線有一個權重，用于產生每個子數(shù)據(jù)流的N個加權的子數(shù)據(jù)流；組合從每個所述發(fā)射天線的每個所述子數(shù)據(jù)流產生一個所述加權子數(shù)據(jù)流的裝置，用于產生每個天線的發(fā)射信號。
8．按照權利要求7的本發(fā)明，其中所述發(fā)射機包括開發(fā)所述權重的裝置。
9．按照權利要求7的本發(fā)明，其中所述發(fā)射機包括存儲所述權重的裝置。
10．按照權利要求7的本發(fā)明，其中所述接收機包括開發(fā)所述權重的裝置。
11．一種在通信系統(tǒng)中發(fā)射信號的發(fā)射機，該系統(tǒng)有帶N個發(fā)射天線的發(fā)射機，通過正向信道發(fā)射到有L個接收天線和反向信道的接收機，反向信道用于從所述接收機傳輸給所述發(fā)射機，其中所述L個接收天線中兩個或多個天線接收的信號中可能存在相關，該設備包括去復用器，根據(jù)數(shù)據(jù)流建立要發(fā)射的每個獨立信號的子數(shù)據(jù)流，這些獨立信號可以從所述N個發(fā)射天線發(fā)射到L個接收天線；乘法器，利用N個權重給每個所述子數(shù)據(jù)流加權，所述N個發(fā)射天線中每個天線有一個權重，用于產生每個子數(shù)據(jù)流的N個加權子數(shù)據(jù)流，每個所述權重至少是干擾協(xié)方差矩陣估算和所述發(fā)射機與所述接收機之間正向矩陣信道響應估算的函數(shù)；和加法器，把從每個所述天線每個所述子數(shù)據(jù)流產生的一個所述子數(shù)據(jù)流進行組合，產生每個所述發(fā)射天線的發(fā)射信號。
12．按照權利要求11的本發(fā)明，還包括數(shù)模轉換器，用于轉變每個所述組合的加權子數(shù)據(jù)流。
13．按照權利要求11的本發(fā)明，還包括上變頻器，用于轉變每個所述模擬轉換的組合加權子數(shù)據(jù)流到無線電頻率。
14．按照權利要求11的本發(fā)明，其中所述權重是在所述發(fā)射機中確定的，響應于從所述接收機通過所述反向信道接收的所述干擾協(xié)方差矩陣估算和所述正向信道響應估算。
15．按照權利要求11的本發(fā)明，其中所述權重是在所述接收機中確定的，并通過所述反向信道發(fā)射給所述發(fā)射機。
16．按照權利要求11的本發(fā)明，其中所述權重是由求解矩陣方程H+(KN)H=U+Λ2U確定的，其中H是信道響應矩陣，H+是所述信道響應矩陣H的共軛轉置，KN是干擾協(xié)方差矩陣，U是單位矩陣，該矩陣的每一列是H+(KN)H的本征矢量，Λ是對角矩陣，定義成Λ=diag(λ1,…,λM)，其中λ1,…,λM是H+(KN)H的每個本征值，M是非零本征值的最大數(shù)目，它相當應于所述獨立信號的數(shù)目，和U+是矩陣U的共軛轉置；通過求解ν的聯(lián)立方程 對本征值λ完成注水操作，其中k的范圍是從1至M的整數(shù)指數(shù)；P是發(fā)射功率；+是一個算符；當其宗量為負值時，它回到零(0)，而當其宗量為正值時，它回到其宗量本身；和每個 是一個中間變量，代表每個權重矢量的功率；定義矩陣φ,φ=U+diag( ，…， )U，其中diag指出，各個 安排成矩陣的主對角元素；其中利用矩陣φ中的每列作為歸一化權重矢量，表示成φ=[z1,…,zN]，且所述歸一化權重矢量是由各個歸一化權重z組成的，zi=[zi1,…,ziN]，i的范圍是從1至N的整數(shù)；開發(fā)一個非歸一化權重矢量Wi=[Wi1, …,wiN]，其中每個所述權重是λ~izij,]]>j的范圍是從1至N的整數(shù)。
17．按照權利要求11的本發(fā)明，其中所述發(fā)射機和接收機利用時分多路復用技術(TDD)進行通信，所述權重是在利用正向信道響應估算的所述發(fā)射機中確定的，正向信道響應是由所述反向鏈路接收機為所述發(fā)射機而確定的。L個天線；L個下變頻器；估算器，用于確定所述接收機接收的正向信道的干擾協(xié)方差矩陣估算；和反向信道的發(fā)射機，用于發(fā)射所述干擾協(xié)方差矩陣估算到所述反向信道的接收機。
18．一種用在MIMO系統(tǒng)中的接收機，包括L個天線；L個下變頻器；估算器，用于確定所述接收機接收的正向信道的干擾協(xié)方差矩陣估算；
19．一種用在MIMO系統(tǒng)中的接收機，包括估算器，用于確定所述接收機接收的正向信道的信道響應估算；反向信道的發(fā)射機，用于發(fā)射所述干擾協(xié)方差矩陣估算和所述信道響應估算到所述反向信道的接收機。
20．一種用在MIMO系統(tǒng)中的接收機，包括估算器，用于確定所述接收機接收的正向信道的干擾協(xié)方差矩陣估算；估算器，用于確定所述接收機接收的正向信道的信道響應估算；和權重計算器，用于計算所述正向信道發(fā)射機發(fā)射子數(shù)據(jù)流到所述接收機所用的權重，作為所述接收機接收的正向信道干擾協(xié)方差矩陣所述估算和所述接收機接收的正向信道信道響應所述估算的函數(shù)。
21．按照權利要求20的本發(fā)明，還包括反向信道的發(fā)射機，用于發(fā)射所述權重到所述反向信道的接收機。
22．一種用在MIMO系統(tǒng)中的接收機，包括L個天線；L個下變頻器；估算器，用于確定所述接收機接收的正向信道的干擾協(xié)方差矩陣估算；估算器，用于確定所述接收機接收的正向信道的信道響應估算；計算權重的權重計算器，所述正向信道的發(fā)射機用于發(fā)射子數(shù)據(jù)流到所述接收機，所述權重是在所述權重計算器中通過以下方法確定的求解矩陣方程H+(KN)H=H+Λ2U，其中H是信道響應矩陣，H+是所述信道響應矩陣H的共軛轉置，KN是干擾協(xié)方差矩陣，U是單位矩陣，該矩陣的每一列是H+(KN)H的本征矢量，Λ是對角矩陣，定義成Λ=diag(λ1,…,λM)，其中λ1,…,λM是H+(KN)H的每個本征值，M是非零本征值的最大數(shù)目，它相當應于所述獨立信號的數(shù)目，和U+是矩陣U的共軛轉置；通過求解ν的聯(lián)立方程λ~k=(ν-1(λk)2)+]]>和Σkλ~k=P,]]>對本征值λ完成注水操作，其中k的范圍是從1至M的整數(shù)指數(shù)；P是發(fā)射功率；+是一個算符；當其宗量為負值時，它回到零(0)，而當其宗量為正值時，它回到其宗量本身；和每個 是一個中間變量，代表每個權重矢量的功率；定義矩陣φ,φ=U+diag( ，…， )U，其中diag指出，各個 安排成矩陣的主對角元素；其中利用矩陣φ中的每列作為歸一化權重矢量，表示成φ=[z1,…,zN]，且所述歸一化權重矢量是由各個歸一化權重z組成的，zi=[zi1,…,ziN]，i的范圍是從1至N的整數(shù)；開發(fā)一個非歸一化權重矢量wi=[wi1,…,wiN]，其中每個所述權重是λ~izij,]]>j的范圍是從1至N的整數(shù)。
23．一種確定通信系統(tǒng)中發(fā)射信號所用權重的方法，該系統(tǒng)有帶N個發(fā)射天線的發(fā)射機，通過正向信道發(fā)射到有L個接收天線和反向信道的接收機，反向信道用于從所述接收機傳輸給所述發(fā)射機，其中所述L個接收天線中兩個或多個天線接收的信號中可能存在相關，該方法包括以下步驟確定可以從所述N個發(fā)射天線發(fā)射到所述L個天線的獨立信號數(shù)目M，這是通過確定從數(shù)據(jù)導出的子數(shù)據(jù)流權重的過程，它經所述N個天線發(fā)射作為形成所述信號的一部分，其中所述權重是如下確定的求解矩陣方程H+(KN)H=H+Λ2U，其中H是信道響應矩陣，H+是所述信道響應矩陣H的共軛轉置，KN是干擾協(xié)方差矩陣，U是單位矩陣，該矩陣的每一列是H+(KN)H的本征矢量，Λ是對角矩陣，定義成Λ=diag(λ1,…, λM)，其中λ1, …,λM是H+(KN)H的每個本征值，M是非零本征值的最大數(shù)目，它相當應于所述獨立信號的數(shù)目，和U+是矩陣U的共軛轉置；通過求解ν的聯(lián)立方程λ~k=(ν-1(λk)2)+]]>和Σkλ~k=P,]]>對本征值λ完成注水操作，其中k的范圍是從1至M的整數(shù)指數(shù)；P是發(fā)射功率；+是一個算符；當其宗量為負值時，它回到零(0)，而當其宗量為正值時，它回到其宗量本身；和每個 是一個中間變量，代表每個權重矢量的功率；定義矩陣φ,φ=U+diag( ，…， )U，其中diag指出，各個 安排成矩陣的主對角元素；其中利用矩陣φ中的每列作為歸一化權重矢量，表示成φ=[z1,…,zN]，且所述歸一化權重矢量是由各個歸一化權重z組成的，zi=[zi1,…,ziN]，i的范圍是從1至N的整數(shù)；開發(fā)一個非歸一化權重矢量wi=[wi1,…,wiN]，其中每個所述權重是λ~izij,]]>j的范圍是從1至N的整數(shù)。
全文摘要
在MIMO系統(tǒng)中,對各個天線發(fā)射的信號進行處理,即使存在一些相關,可以提高接收機從接收的信號中提取它們的能力。更具體地說,在同時發(fā)射多個不同加權的每個比特流時,調整同時發(fā)射的比特流數(shù)目(例如,減少),它與相關水平有關。把不同加權的每個比特流進行組合,產生一個組合的加權信號。接收機處理接收的信號是按照與到達接收天線的所有信號是非相關的相同方法。權重矢量可以由利用正向鏈路信道性質的正向信道發(fā)射機確定。
文檔編號H04B1/10GK1304218SQ0110131
公開日2001年7月18日 申請日期2001年1月10日 優(yōu)先權日2000年1月13日
發(fā)明者杰拉德·J·佛西尼, 安吉拉·勒扎諾, 法勒克·拉西德－法勒凱, 萊納爾德·A·瓦林爵拉 申請人:朗迅科技公司