專利名稱：使用中繼節(jié)點的通信系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及無線通信，更具體地，涉及使用多跳方案和多輸入多輸出(MIMO)方案的通信節(jié)點和通信方法。
背景技術：
近年來，基于多跳方案和MIMO(或多天線)方案的組合的系統(tǒng)(該系統(tǒng)被稱為MIMO多跳系統(tǒng))持續(xù)得到關注。在多跳方案中，信號通過位于源和目的地之間的一個或多個中繼節(jié)點從源節(jié)點發(fā)送到目的地節(jié)點(或目標節(jié)點)。該系統(tǒng)具有通過中繼信號來擴展覆蓋范圍(理論上是不受限制的信號傳輸區(qū)域)以及無線網絡的快速建立的優(yōu)點。通過MIMO系統(tǒng)，使用多發(fā)送天線和多接收天線來發(fā)送和接收信號，以通過空間的有效使用來提高通信容量。
以下面的步驟來執(zhí)行MIMO多跳系統(tǒng)中的信號傳輸。首先，在中繼節(jié)點處接收從源節(jié)點發(fā)送的信號S。在中繼節(jié)點處的接收信號Y表示為Y＝HS+n (1)其中H表示源和中繼節(jié)點之間的信道矩陣，S表示發(fā)送信號向量，以及n表示噪聲。然后，通過迫零(ZF)方法來檢測發(fā)送信號S。該方法是通過計算偽逆矩陣W1＝(HHH)-1HH，并且將接收信號乘以偽逆矩陣W1以及歸一化系數(shù)來檢測發(fā)送信號S。該處理表示為W1Y＝S+W1n(2)偽逆矩陣W1中的上標H表示共扼轉置。
任意矩陣A的范數(shù)(Norm)可以定義為‖A‖＝(Tr(E[AAH]))1/2(3)其中符號‖·‖表示范數(shù)，符號Tr(·)表示圓括號中的矩陣的對角元素的總和(即，跡)，而符號E[·]表示對方括號中的數(shù)值求平均值。具體地，向量V＝(v1，v2...，vM)T的范數(shù)‖V‖可以表示為‖V‖＝[|v1|2+|v2|2+…+|vM|2]1/2(3)’其中上標T表示轉置。上述偽逆矩陣與Moore-Penrose逆矩陣相對應。通常，將Moore-Penrose逆矩陣B定義為m×n矩陣，其對于n×m矩陣A，ABA＝A成立。在所示的示例中，對于矩陣H，HW1H＝H成立。
然后，計算偽逆矩陣W2＝(GHG)-1GH，其中G表示在中繼節(jié)點和目的地節(jié)點之間的信道矩陣。將等式(2)的兩側同時乘以該偽逆矩陣W2和歸一化系數(shù)E。將這種關系表示為E(W2W1)Y＝EW2(S+W1n) (4)其中，E=1/(||W1||||W2||)×(Ps/(Ps+σn2))1/2]]>成立，Ps表示發(fā)送功率，而σ2是噪聲方差。
將由此計算的信號從中繼節(jié)點發(fā)送到目的地節(jié)點。在目的地節(jié)點接收的信號YR表示為YR＝GEW2W1Y+nR(5)其中nR表示噪聲分量?？梢愿鶕?jù)W1和W2的定義將等式(5)重寫為YR＝E(S+W1n)+nR(6)這樣，可以在目的地節(jié)點即時獲得發(fā)送信號S。例如在下面的文獻中描述了這種MIMO多跳系統(tǒng)，Rohit U.Nabar，et al.，”CapacityScaling Laws in MIMO Wireless networks”，Allerton Conference onCommunication，Control，and Computing，Monticello，IL.，pp.378-389，Oct.2003。
根據(jù)等式(6)，應當理解所接收的信號YR包括與發(fā)送信號S相關的因子1/(‖W1‖‖W2‖)。該因子‖W1‖和‖W2‖對于在中繼節(jié)點執(zhí)行的發(fā)送功率控制是必不可少的。然而，由于W1和W2分別是信道矩陣H和G的逆矩陣(其受到噪聲幅值的影響)，所以信號質量不可避免地要降低。另外，等式(6)包括噪聲分量“n”，該噪聲分量“n”是在從源到中繼節(jié)點的傳播過程中引入的，從而嚴重影響了接收信號。因此，隨著跳數(shù)的增加，由于噪聲引起的信號劣化將變得顯著。

發(fā)明內容
本發(fā)明旨在克服上述問題，并且本發(fā)明的一個目的是提供一種通信系統(tǒng)、通信節(jié)點和通信方法，其在從源節(jié)點到目的地的信號傳輸中，與傳統(tǒng)技術相比，能夠更有效地防止在目的地節(jié)點的接收信號質量降低。
在本發(fā)明的一個方面，提供了一種通信系統(tǒng)，其中將從源節(jié)點發(fā)送的信號通過中繼節(jié)點發(fā)送到目的地節(jié)點。在該系統(tǒng)中，中繼節(jié)點包括a)QR分解單元，其被構造用來對源節(jié)點和中繼節(jié)點之間的第一信道矩陣和/或在中繼節(jié)點和目的地節(jié)點之間的第二信道矩陣執(zhí)行QR分解；b)變換矩陣計算單元，其被構造用來根據(jù)第一和第二信道矩陣中的至少一個的QR來計算一個或更多個變換矩陣；c)中繼信號生成器，其被構造用來通過將接收信號與由所述變換矩陣中的至少一個構成的規(guī)定信號相乘來生成中繼信號；以及d)發(fā)送單元，其被構造用來將所述中繼信號發(fā)送到目的地節(jié)點。該目的地節(jié)點接收所述中繼信號作為接收信號，并且從所接收的信號中檢測所希望的信號。
通過該系統(tǒng)，與傳統(tǒng)技術相比，在使用MIMO多跳方案的從源節(jié)點到目的地節(jié)點的信號傳輸中，可以更加有效地防止在目的地節(jié)點的接收信號質量的下降。
在本發(fā)明的另一方面，提供了一種中繼節(jié)點，用于在無線通信系統(tǒng)中將信號從源節(jié)點中繼到目的地節(jié)點。在一優(yōu)選實施例中，所述中繼節(jié)點包括a)第一酉矩陣計算單元，其被構造用來根據(jù)源節(jié)點和中繼節(jié)點之間的第一信道矩陣H來計算第一酉矩陣；b)第二酉矩陣計算單元，其被構造用來根據(jù)中繼節(jié)點和目的地節(jié)點之間的第二信道矩陣G來計算第二酉矩陣；c)變換矩陣計算單元，其被構造用來根據(jù)通過對第一和第二信道矩陣中的至少一個進行QR分解所獲得的三角形矩陣來計算變換矩陣A；d)中繼信號生成器，其被構造用來通過將所接收的信號與第一酉矩陣、第二酉矩陣和變換矩陣中的至少一個相乘來產生中繼信號；以及
e)發(fā)送單元，其被構造用來將所述中繼信號發(fā)送到目的地節(jié)點。
通過將源節(jié)點和中繼節(jié)點之間的第一信道矩陣H分解為包含第一三角矩陣R1的乘積的形式來確定第一酉矩陣。通過將中繼節(jié)點和目的地節(jié)點之間的第二信道矩陣G分解為包含第二三角矩陣R2的乘積的形式來確定第二酉矩陣。如果i+j不滿足預定值，則變換矩陣A的第i行第j列的元素為0。
通過這種設置，使用這些酉矩陣和變換矩陣中的至少一個來生成中繼信號，因此可以實現(xiàn)多跳傳輸，同時防止了信號損失和信號質量的下降。
在本發(fā)明的另一方面，一種用于對源節(jié)點和目的地節(jié)點之間的信號進行中繼的中繼節(jié)點，包括a)第一矩陣計算單元，其被構造用來根據(jù)目的地節(jié)點和中繼節(jié)點之間的第一信道矩陣來計算酉矩陣；b)第二矩陣計算單元，其被構造用來根據(jù)源節(jié)點和中繼節(jié)點之間的第二信道矩陣來計算Moore-Penrose逆矩陣；c)變換矩陣計算單元，其被構造用來根據(jù)從第二信道矩陣的QR分解獲得的三角矩陣來計算變換矩陣；d)中繼信號生成器，其被構造用來通過將所接收的信號與酉矩陣、Moore-Penrose逆矩陣和變換矩陣相乘來生成中繼信號；以及e)發(fā)送單元，其被構造用來發(fā)送所述中繼信號。
通過這種設置，可以減少在中繼節(jié)點處的噪聲增加，而與源節(jié)點和目的地節(jié)點之間的中繼節(jié)點的數(shù)量無關。
在本發(fā)明的另一方面，一種用于對從源節(jié)點發(fā)送到目的地節(jié)點的發(fā)送信號進行中繼的中繼節(jié)點，該中繼節(jié)點包括a)第一矩陣計算單元，其被構造用來根據(jù)源節(jié)點和中繼節(jié)點之間的第一信道矩陣來計算酉矩陣；b)第二矩陣計算單元，其被構造用來根據(jù)目的地節(jié)點和中繼節(jié)點之間的第二信道矩陣來計算Moore-Penrose逆矩陣；c)變換矩陣計算單元，其被構造用來根據(jù)從第二矩陣的QR分解獲得的三角矩陣來計算變換矩陣；d)中繼信號生成器，其被構造用來通過將所接收的信號與酉矩陣、Moore-Penrose逆矩陣和變換矩陣相乘來生成中繼信號；以及e)發(fā)送單元，其被構造用來發(fā)送所述中繼信號。


根據(jù)以下結合附圖的詳細說明，本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點將變得更加明了，附圖中圖1是表示采用MIMO方案和多跳方案的通信系統(tǒng)的示意圖；圖2是中繼節(jié)點的示意性框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明一實施例的中繼信號生成器的功能框圖；圖4是表示根據(jù)本發(fā)明一實施例的通信系統(tǒng)的操作的流程圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的中繼信號生成器的功能框圖；圖6是表示使用圖5所示的中繼信號生成器的通信系統(tǒng)的操作的流程圖；圖7A和圖7B是表示本發(fā)明的仿真結果的曲線圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的中繼信號生成器的功能框圖；圖9是表示使用圖8所示的中繼信號生成器的通信系統(tǒng)的操作的流程圖；圖10A是表示根據(jù)本發(fā)明另一實施例的中繼信號生成器的功能框圖；圖10B是表示使用圖10A所示的中繼信號生成器的的通信系統(tǒng)的操作的流程圖；以及圖11是表示傳統(tǒng)技術和本發(fā)明的實施例之間的比較的表格。
具體實施例方式
下面將結合附圖詳細地描述本發(fā)明。在說明書和權利要求中，“酉矩陣”不必是正規(guī)陣(normal matrix)，從而行數(shù)和列數(shù)可以彼此不同?！坝暇仃嚒笔歉餍?或列)彼此正交的矩陣。因此，還包括使方陣A對角化的正規(guī)陣，“酉矩陣”包括用于使M×N的非方陣B對角化的N×M非方陣。
(實施例1)圖1是表示根據(jù)本發(fā)明一實施例的通信系統(tǒng)的總體結構的示意圖。該通信系統(tǒng)采用多跳方案和多輸入多輸出(MIMO)方案。該通信系統(tǒng)包括源節(jié)點12，目的地節(jié)點16和K(K≥1)個中繼節(jié)點14-1到14-K。第k個中繼節(jié)點表示為14-k(1≤k≤K)。使用MIMO方案來執(zhí)行源節(jié)點12和中繼節(jié)點14-k之間的通信以及中繼節(jié)點14-k和目的地節(jié)點16之間的通信。通過多跳方案來執(zhí)行從源節(jié)點12到目的地節(jié)點16的信號傳輸。為了簡明起見，在該實施例中，該K個中繼節(jié)點中的每一個都可以通過一跳將信號從源節(jié)點12中繼到目的地節(jié)點16。然而，可以增加跳數(shù)。
源節(jié)點12從多個天線(例如，M個天線)發(fā)送可相互區(qū)分的信號。該M個天線中的每一個在MIMO方案下獨立地發(fā)送相關聯(lián)的信號。從M個天線發(fā)送的信號限定了發(fā)送信號向量S，各個信號都是向量分量。
K個中繼節(jié)點14中的每一個都從源節(jié)點12接收信號，對所接收的信號執(zhí)行預定的信號處理，以生成中繼信號，并且將該中繼信號發(fā)送到目的地節(jié)點16。該K個中繼節(jié)點14具有相同的結構和功能，下面將描述其結構和功能。
目的地節(jié)點16從該K個中繼節(jié)點14接收中繼信號，并且檢測從源節(jié)點12發(fā)送的發(fā)送信號向量S的內容。
圖2是中繼節(jié)點14-k的框圖。中繼節(jié)點14-k具有多個天線22-1到22-M、接收單元24、信道估計器25、中繼信號生成器26和發(fā)送單元28。由于源節(jié)點12和目的地節(jié)點16也可以是中繼節(jié)點，所以該結構不僅可以應用于中繼節(jié)點14，而且還可以應用于源節(jié)點12和目的地節(jié)點16。
在該實施例中，出于簡明的目的，假定源節(jié)點12、中繼節(jié)點14-1到14-K以及目的地節(jié)點16中的每一個都具有用于發(fā)送和接收信號的M個天線。然而，這些節(jié)點可以具有不同數(shù)量的天線，另外，還可以在信號的發(fā)送和接收過程中使用不同數(shù)量的天線。
接收單元24對在M個天線22-1到22-M處接收的信號Yk執(zhí)行適當?shù)男盘柼幚?。這種信號處理包括接收前端處理(例如頻率轉換和帶寬限制)以及對各個天線進行加權。所接收的信號Yk表示為由與M個天線相對應的M個分量組成的向量。接收單元24還分析所接收信號Yk的頭部，以確定要向其發(fā)送信號的目的地節(jié)點。如果信號沒有通過一跳到達目的地節(jié)點，則中繼節(jié)點14-k將該信號發(fā)送到另一中繼節(jié)點。
信道估計器25估計源節(jié)點12和中繼節(jié)點14-k之間的信道矩陣Hk。通過接收從源節(jié)點12發(fā)送的各個導頻信道，可以獲得信道矩陣Hk的矩陣元素。類似地，信道估計器25估計中繼節(jié)點14-k和目的地節(jié)點16之間的信道矩陣Gk。在需要時，信道估計器25還估計信道狀態(tài)。例如可以通過根據(jù)所接收的信號測量SNR或SIR來估計無線信道的狀態(tài)。在下述實施例中可以使用信道狀態(tài)的級別。
中繼信號生成器26根據(jù)所接收的信號Yk和信道估計結果來生成中繼信號Xk。中繼信號Xk是由與M個天線相對應的M個分量組成的向量。下面將詳細地描述中繼信號生成器26。
發(fā)送單元28執(zhí)行信號處理，以通過多個天線將中繼信號Xk發(fā)送到目的地節(jié)點16。該信號處理包括頻率轉換、帶寬限制、功率放大和對各個天線進行加權。
圖3是中繼信號生成器26的功能框圖。中繼信號生成器26具有QR分解單元32、加權因子計算單元34、和加權單元36。
當從信道估計器25接收到與信道矩陣Hk和Gk相關的信息時，QR分解單元32將信道矩陣Hk分解為酉矩陣Qk和三角矩陣Rk的乘積的形式。結果，確定了滿足等式(7)的酉矩陣Qk和三角矩陣Rk。
Hk＝QkRk(7)應當注意，三角矩陣Rk中的第i行的第一到第(i-1)列元素為0(2≤i≤M)，由等式(8)表示如下 QR分解單元32還將信道矩陣Gk分解為由等式(9)表示的三角矩陣PkH和酉矩陣OkH的乘積的形式，其中上標H表示共扼轉置。
Gk＝PkHOkH(9)應當注意，三角形矩陣Pk中的第i行的第一到第(i-1)列元素為0(2≤i≤M)，由等式(10)表示如下 由于矩陣Pk是上三角矩陣，所以PkH是下三角矩陣。
根據(jù)信道矩陣Hk和Gk以及QR分解式，加權因子計算單元34計算接收信號Yk的加權因子。下面將結合通信系統(tǒng)的操作來描述加權因子的計算細節(jié)。
加權單元36執(zhí)行預定的矩陣運算，以將接收信號Yk轉換為中繼信號Xk。
圖4是表示根據(jù)本發(fā)明一實施例的通信系統(tǒng)的操作的流程圖。在該通信系統(tǒng)中，源節(jié)點12將由M個信號分量的集合組成的發(fā)送信號向量S從M個天線發(fā)送到周圍的中繼節(jié)點。位于預定范圍內的中繼節(jié)點從該源節(jié)點12接收信號S?？梢詫⒃摲秶Q為1跳范圍。為了方便說明，假定K個中繼節(jié)點接收發(fā)送信號S并且執(zhí)行類似的信號處理，以將信號中繼到目的地節(jié)點。盡管圖4中僅示出了第k個中繼節(jié)點(1≤k≤K)，但其他的中繼節(jié)點也執(zhí)行類似的操作。
首先，源節(jié)點12和目的地節(jié)點16分別發(fā)送導頻信號Lk和Zk，在中繼節(jié)點14-k處接收這些導頻信號。在步驟401，中繼節(jié)點14-k根據(jù)導頻信號Lk和Zk執(zhí)行信道估計，以估計源節(jié)點12和中繼節(jié)點14-k之間的信道矩陣H，以及中繼節(jié)點14-k和目的地節(jié)點16之間的信道矩陣G。
在步驟402，源節(jié)點12將表示為由M個分量的集合組成的信號向量S的發(fā)送信號從M個天線發(fā)送到周圍的中繼節(jié)點。
在步驟404，中繼節(jié)點14-k從源節(jié)點12接收信號。所接收的信號表示為Yk＝HkS+nk(11)其中，Hk是源節(jié)點12和第k個中繼節(jié)點之間的信道矩陣，如上所述，nk表示噪聲分量。
在步驟406，中繼節(jié)點14-k在QR分解單元32對信道矩陣Hk和Gk執(zhí)行QR分解(參見圖3)。在該步驟中，信道矩陣Hk被分解為酉矩陣Qk和三角矩陣Rk的乘積的形式(Hk＝QkRk)，而信道矩陣Gk被分解為三角矩陣PkH和酉矩陣OkH的乘積的形式(Gk＝PkHOkH)。
在步驟408，在加權因子計算單元34處根據(jù)三角矩陣Pk和Rk計算變換矩陣Ak(圖3)。如果i+j不等于M+1(i+j≠M+1)，則在變換矩陣Ak的第i行第j列中的矩陣元素為0。在這種情況下，變換矩陣Ak由等式(12)來表示。
換句話說，當以逆序設置這些行和列(逆對角矩陣)時，變換矩陣Ak是變?yōu)閷蔷仃嚨木仃嚒Ｈ绻鹖+j等于M+1，則矩陣元素(Ak)i,M-i+1=aiK]]>表示為aik=(PkHΠRk)i,M-i+1H||(PkHΠRk)i,M-i+1H||---(13)]]>其中矩陣П表示可交換矩陣，其由等式(14)來表示 在步驟410中，生成中繼信號Xk，該中繼信號由等式(15)來表示Xk＝EkOkAkQkHYk(15)系數(shù)Ek是由等式(16)限定的標量Ek=PMP[tr{(PkHAkRk)(PkHAkRk)H}]+MNσ2---(16)]]>其中P表示在源節(jié)點12處的總發(fā)送功率，而σ2表示噪聲電平。
在步驟412，將中繼信號XK發(fā)送到目的地節(jié)點16。
在步驟414，在目的地節(jié)點16處接收來自所有中繼節(jié)點的信號，這些中繼節(jié)點對來自源節(jié)點12的信號進行中繼。將在目的地節(jié)點16處接收的信號YR表示為YR=Σk=1KGkXk+nR=Σk=1KEkTkS+n---(17)]]>
其中nR和n表示噪聲分量。根據(jù)等式(7)、(9)和(11)，以下關系成立QkHYk＝QkH(HkS+nk)＝QkH(QkRkS+nk)＝RkS+QkHnk另外，根據(jù)上述關系和等式(9)和(16)，下面的關系成立GkXk＝PkHOkH·EkOkAkQkHYk＝EkPkHAkQkHYk＝EkPkHAkRkS+EkPkHAkQkHnk＝EkTkS+(噪聲分量)其中，Tk＝PkHAkRk。
可以根據(jù)等式(8)、(10)和(16)將矩陣Tk表示為等式(18)Tk＝PkHAkRk 考慮等式(13)，應當理解非零矩陣元素aik等于pii(rM-i+1 M-i+1)*/|pii(rM-i+1 M-i+1)*|，其中星號表示復共軛。因此，YkS變?yōu)榫哂杏傻仁?19)表示的第一到第M元素的矩陣。
在步驟416，根據(jù)等式(17)和(18)來檢測發(fā)送信號S。使用連續(xù)干擾消除法(用于連續(xù)地消除Tk的非對角分量)來執(zhí)行信號檢測。假定以理想的方式來執(zhí)行連續(xù)的消除方法，根據(jù)在目的地節(jié)點16處的信道估計結果，利用等式(20-1)來計算各個發(fā)送流的等效信噪比(λm)。
λm=PM(Σk=1K(EkPkHAkRk)m,M-m+1)2σr2Σk=1KEk||(PkHAk)m||2+σd2---(20-1)]]>其中σr2和σd2分別是噪聲分量nk和nR的方差，而P表示源節(jié)點12的總發(fā)送功率。根據(jù)等式(20-1)，當獨立控制流S1，...，SM的速率時，通過等式(20-2)來表示源節(jié)點12和目的地節(jié)點16之間的通信容量C。
C=Σm=1M12log2(1+λm)---(20-2)]]>可以通過將來自目的地節(jié)點的信息反饋給源節(jié)點12，將與各個流的速率有關的信息報告給源節(jié)點12。還可以獨立地控制各個流的功率電平。
如等式(19)所示，消除Tk的非對角分量，并且將從中繼節(jié)點14獲得的信號向量的信號分量S1到SM中的每一個乘以一正實數(shù)。在目的地節(jié)點處組合這些矩陣元素。因為在信號組合中使用的系數(shù)不包括虛分量(相位分量)，所以幾乎不需要在信號組合過程中消除這些分量，因此，可以最大比率來實現(xiàn)同相信號組合。換句話說，可以相位相干地組合來自各個中繼節(jié)點14的中繼信號。
因為主要根據(jù)酉矩陣的變換來計算標量Ek和其他系數(shù)，所以與傳統(tǒng)技術相比，可以減少噪聲增加的不利影響。從減少信號損失的角度來看，這種設置是有利的。因此，可以解決信號質量的下降(這是現(xiàn)有技術中存在的問題)。
(實施例2)圖5是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的在中繼節(jié)點14中使用的中繼信號生成器26的功能框圖。中繼信號生成器26包括QR分解單元32、加權因子計算單元34、第一加權單元36、信號檢測器39和第二加權單元62。在第二實施例中，目的地節(jié)點16可以具有圖5所示的結構和功能，或者另選地，其可以具有圖3所示的結構和功能。
當從信道估計器25接收到與信道矩陣Hk和Gk有關的信息時，QR分解單元32將信道矩陣Hk分解為酉矩陣Qk和三角矩陣Rk的乘積的形式(Hk＝QkRk)。QR分解單元32還將信道矩陣Gk分解為三角矩陣PkH和酉矩陣OkH的乘積的形式(Gk＝PkHOkH)。
根據(jù)信道矩陣Hk和Gk以及與QR分解式相關的信息，加權因子計算單元34對接收信號Yk計算加權因子。
第一加權單元36將接收信號Yk與通過加權因子計算單元34估計的加權因子QkH相乘，以提取接收信號的各個分量。
信號檢測器39根據(jù)從加權單元36輸出的加權接收信號和與三角矩陣有關的信息，來檢測從源節(jié)點12發(fā)送的發(fā)送信號Sk＝(Sk1，...，SkM)。
第二加權單元62將所檢測的發(fā)送信號SK與通過加權因子計算單元34計算的加權因子AkOkH相乘，并且輸出中繼信號AkOkHSk的各個分量。
圖6是表示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的通信系統(tǒng)的操作的流程圖。
首先，源節(jié)點12和目的地節(jié)點16分別發(fā)送導頻信號Lk和Zk，在中繼節(jié)點14-k處接收該導頻信號。在步驟701，中繼節(jié)點14-k根據(jù)導頻信號Lk和Zk執(zhí)行信道估計，以估計源節(jié)點12和中繼節(jié)點14-k之間的信道矩陣H，以及中繼節(jié)點14-k和目的地節(jié)點16之間的信道矩陣G。
在步驟702，源節(jié)點12將表示為由M個分量的集合組成的信號向量S的發(fā)送信號從M個天線發(fā)送到周圍的中繼節(jié)點。
在步驟704，中繼節(jié)點14-k從源節(jié)點12接收信號。所接收的信號表示為Yk＝HkS+nk在步驟706，對信道矩陣Hk和Gk執(zhí)行QR分解。將信道矩陣Hk分解為酉矩陣Qk和三角矩陣Rk的乘積的形式(Hk＝QkRk)，而將信道矩陣Gk分解為三角矩陣PkH和酉矩陣OkH的乘積的形式(Gk＝PkHOkH)。
在步驟708，通過將接收信號Yk與酉矩陣QH相乘來執(zhí)行酉變換。將經過酉變換的接收信號Zk表示為Zk＝QkHYk＝RkS+QkHnk由于矩陣Rk是上三角矩陣，所以如果忽略噪聲，則下面的關系成立。
Zk1＝r11S1+r12S2+…+r1MSMZk2＝r22S12+…+r2MSM…ZkM-1＝rM-1 M-1SM-1+rM-1 MSMZkM＝rMMSM在步驟710，根據(jù)經酉變換的接收信號檢測發(fā)送信號S。首先，關注第M個接收信號分量ZkM，根據(jù)已知的ZkM和rMM檢測發(fā)送信號分量SM。然后關注第(M-1)個接收信號分量ZkM-1，根據(jù)已知的rM-1 M-1、rMM和SM檢測發(fā)送信號分量SM-1。通過類似的方式，來連續(xù)檢測發(fā)送信號分量。
在步驟712，通過將所檢測的發(fā)送信號Sk與AkOkH相乘來執(zhí)行進一步的變換，其中矩陣Ak是如下表示的對角矩陣Ak＝diag(PkH)在步驟714，將變換信號OkHSk作為中繼信號發(fā)送給目的地節(jié)點16。
在步驟716，在目的地節(jié)點16處接收從所有相關中繼節(jié)點14中繼的信號。接收信號YR表示為YR=Σk=1KGkAkOkHS+n=Σk=1KPkdiag(PkH)S+n=DS+n---(21)]]>其中n表示噪聲分量。等式(21)利用了可以將信道矩陣Gk分解為Gk＝PkOk形式的事實。因為Pk是三角矩陣，所以K個矩陣Pk的總和(或組合)也為三角矩陣。將組合結果表示為矩陣D(具有元素dij)?？梢酝ㄟ^在目的地節(jié)點16執(zhí)行QR分解來確定與三角矩陣Pk和酉矩陣Ok有關的信息，或者另選地，可以從各個中繼節(jié)點14采集這些信息。如果忽略了噪聲分量，則將等式(21)展開為以下形式。
YR1＝d11S1+d12S2+…+d1MSMYR2＝d22S2+…+d2MSM…YRM-1＝dM-1 M-1SM-1+dM-1 MSMYRM＝dMMSM在步驟718，在中繼節(jié)點14處檢測發(fā)送信號S。首先，關注第M個接收信號分量YRM，根據(jù)已知的ZRM和dMM檢測發(fā)送信號分量SM。然后，關注第(M-1)個接收信號分量YRM-1，根據(jù)已知的dM-1 M-1、dM-1 M和SM來檢測發(fā)送信號分量SM-1。通過類似的方式，連續(xù)檢測發(fā)送信號分量。
在第二實施例中，目的地節(jié)點16不是必須在圖6的步驟716中執(zhí)行酉變換。
(實施例3)圖7A和圖7B是表示根據(jù)本發(fā)明實施例的信號發(fā)送的仿真結果的曲線圖。水平軸表示功率噪聲比(PNR)，而垂直軸表示容量。在圖7A中，發(fā)送天線的數(shù)量和接收天線的數(shù)量分別為四個，并且兩個中繼節(jié)點(K＝2)位于源節(jié)點和目的地節(jié)點之間的一跳通信范圍內。理論極限的曲線表示作為PNR函數(shù)的容量的理論極限，而現(xiàn)有技術的曲線表示當使用迫零方法對信號進行中繼時的容量。通過實施第一實施例的方法來獲得實施例1的曲線。在圖7B中，發(fā)送天線的數(shù)量和接收天線的數(shù)量分別為四個，并且四個中繼節(jié)點(K＝4)位于源節(jié)點和目的地節(jié)點之間的一跳通信范圍內。根據(jù)圖7A和圖7B的曲線圖，可以理解當發(fā)送功率增加時，系統(tǒng)容量增加，并且在實現(xiàn)充足容量方面，實施例1的方法優(yōu)于傳統(tǒng)的方法。
(實施例4)圖8是圖2所示的中繼信號生成器26的另一示例的功能框圖。該接收信號生成器26包括QR分解單元82、迫零(ZF)處理單元83、加權因子計算單元84、和加權單元86。
QR分解單元82從信道估計器25接收與信道矩陣Hk(其是源節(jié)點12和第k個中繼節(jié)點14-k之間的信道矩陣)有關的信息，并將信道矩陣Hk分解為酉矩陣Qk和三角矩陣Rk的乘積的形式，將其表示為Hk＝QkRk(41)應當注意，三角矩陣Rk中的第i行的第一到第(i-1)列元素為O(2≤i≤M)，由等式(42)表示如下 ZF處理單元83從信道估計器25接收與信道矩陣Gk(其是在第k個中繼節(jié)點14-k和目的地節(jié)點16之間的信道矩陣)有關的信息，并且通過迫零處理來估計信道矩陣Gk的Moore-Penrose逆矩陣Fk。將Moore-Penrose逆矩陣表示為Fk＝GkH(GkGkH)-1(43)根據(jù)與矩陣Hk、Gk和Rk有關的信息，加權因子計算單元84計算要賦予接收信號Yk的加權因子。
加權單元86執(zhí)行預定的矩陣運算，以將接收信號Yk轉換為中繼信號Xk。
圖9是表示根據(jù)本發(fā)明第四實施例的通信系統(tǒng)的操作的流程圖。在該通信系統(tǒng)中，源節(jié)點12將由M個信號分量的集合組成的發(fā)送信號向量S從M個天線發(fā)送到周圍的中繼節(jié)點。距離該源節(jié)點12預定范圍內的中繼節(jié)點接收信號S。可以將該范圍稱為1跳范圍。為了方便說明，假定K個中繼節(jié)點接收發(fā)送信號S并且執(zhí)行類似的信號處理，以將信號中繼到目的地節(jié)點。盡管圖9中僅示出了第k個中繼節(jié)點(1≤k≤K)，但其他的中繼節(jié)點也執(zhí)行類似的操作。
首先，源節(jié)點12和目的地節(jié)點16分別發(fā)送導頻信號Lk和Zk，在中繼節(jié)點14-k處接收這些導頻信號。在步驟901，中繼節(jié)點14-k根據(jù)導頻信號Lk和Zk執(zhí)行信道估計，以估計源節(jié)點12和中繼節(jié)點14-k之間的信道矩陣H，以及中繼節(jié)點14-k和目的地節(jié)點16之間的信道矩陣G。
在步驟902，源節(jié)點12將表示為由M個分量的集合組成的信號向量S的發(fā)送信號從M個天線發(fā)送到周圍的中繼節(jié)點。
在步驟904，中繼節(jié)點14-k從源節(jié)點12接收信號。將所接收的信號表示為Yk＝HkS+nk(44)其中，Hk是源節(jié)點12和第k個中繼節(jié)點之間的信道矩陣，如上所述，nk表示噪聲分量。
在步驟906，在QR分解單元82對信道矩陣Hk執(zhí)行QR分解(參見圖8)。因此，信道矩陣Hk被分解為酉矩陣Qk和三角矩陣Rk的乘積的形式(Hk＝QkRk)，在該步驟中，還在ZF處理單元83對信道矩陣Gk估計Moore-Penrose逆矩陣Fk。
Fk＝GkH(GkGkH)-1(45)在步驟908，根據(jù)三角矩陣RK計算變換矩陣AK。變換矩陣AK是由等式(46)和(47)表示的對角矩陣，并且從三角矩陣Rk的對角分量獲得非零元素。
amk=rmm*---(47)]]>在等式(47)中，rmm是三角矩陣Rk的對角元素，而星號表示復共軛。在步驟910中，計算中繼信號Xk。將該中繼信號表示為Xk＝EkFkAkQkHYk(48)在等式(48)中，Ek是由等式(49)限定的標量。
Ek=PPMtrace(FkAkRkRkHAkHFkH)+trace(FkFkH)σ2---(49)]]>其中P表示源節(jié)點12處的總發(fā)送功率，而σ2表示噪聲電平。
在步驟912，將中繼信號XK發(fā)送到目的地節(jié)點16。
在步驟914，在目的地節(jié)點16處接收來自所有相關中繼節(jié)點14的信號。將接收信號YR表示為YR=Σk=1KGkXk+nR=Σk=1KGkEkFkAkQkH(HkS+nk)+nR=Σk=1K(EkAkRkS+EkAkQkH)+nR---(50)]]>其中nR表示噪聲分量。
在步驟916，對發(fā)送信號S進行檢測。由于包含在等式(50)中的矩陣Ak和Rk分別是對角矩陣和三角矩陣，所以這些矩陣的乘積也為三角矩陣。因此，使用連續(xù)干擾消除法(用于連續(xù)地刪除非對角元素)來執(zhí)行信號檢測。
等式(50)中的乘積AkRk中的支配元素(dominant element)是對角元素，這些元素取正實數(shù)。因此，將從中繼節(jié)點獲得的信號向量的信號分量S1到SM中的每一個乘以實數(shù)，在目的地節(jié)點16處組合所得到的信號分量。因為在信號組合中使用的系數(shù)不包括虛分量(相位分量)，所以幾乎不需要在信號組合期間消除分量，因此，可以最大比率來實現(xiàn)同相信號組合。在該實施例中，目的地節(jié)點16可以同相并且相干地組合來自各個中繼節(jié)點的中繼信號。另外，直接從三角矩陣Rk的矩陣元素導出對角矩陣Ak。因此，對于在中繼節(jié)點處執(zhí)行迫零來說，該實施例的算術運算的工作量與傳統(tǒng)技術中的基本相同。
(實施例5)在第五實施例中，與第二實施例中一樣，在中繼節(jié)點處執(zhí)行信號檢測。中繼節(jié)點14將接收信號Yk乘以酉矩陣QH，以執(zhí)行酉變換。
將經過酉變換的接收信號Zk表示為Zk＝QkHYk＝RkS+QkHnk由于矩陣Rk是上三角矩陣，所以如果忽略噪聲，則下面的關系成立Zk1＝r11S1+r12S2+…+r1MSMZk2＝r22S12+…r2MSM…ZkM-1＝rM-1 M-1SM-1+rM-1 MSMZkM＝rMMSM根據(jù)經過酉變換的接收信號Zk來檢測發(fā)送信號S。首先，關注第M個接收信號分量ZkM，根據(jù)已知的ZkM和rMM檢測發(fā)送信號分量SM。然后，關注第(M-1)個接收信號分量ZkM-1，根據(jù)已知的rM-1 M-1、rM-1 M和SM檢測發(fā)送信號分量SM-1。通過類似的方式，連續(xù)檢測發(fā)送信號分量。
在該實施例中，與第二實施例不同，將檢測信號S1，...，SM原樣發(fā)送到目的地節(jié)點16，而在第二實施例2中使用變換矩陣Ak＝diag(PkH)對檢測信號執(zhí)行進一步的變換。
將在目的地節(jié)點16處接收的信號表示為YR=Σn=1N(Gn)S+nR---(54)]]>其中nR表示噪聲分量。將信道矩陣Gk分解為∑Gk＝OP的形式，其中O是酉矩陣，P是三角矩陣。通過使用該關系，可以在等式(55)中重寫等式(54)。
OHYR=OH(Σk=1KGkS+nR)=PS+n---(55)]]>因為P是三角矩陣，所以可以使用上述的連續(xù)型信號檢測方法在目的地節(jié)點處檢測各個信號分量。
通過該實施例，因為可以忽略圖6中所示的步驟712，所以可以在中繼節(jié)點14處簡化信號處理。然而，應當注意，必須在目的地節(jié)點處對接收信號執(zhí)行酉變換(OHYR)。
(實施例6)圖10A是根據(jù)本發(fā)明第六實施例的中繼信號生成器的功能框圖。該結構可以應用于圖2所示的中繼信號生成器26。該中繼信號生成器包括QR分解單元82、ZF處理單元83、加權因子計算單元84、和加權單元86。這些單元的功能與圖8所示的相同；但是，要執(zhí)行的算術運算不同。
QR分解單元82從信道估計器25接收與信道矩陣Gk(在第k中繼節(jié)點和目的地節(jié)點之間)有關的信息。應該注意，在第四實施例中，將信道矩陣Hk提供給QR分解單元。QR分解單元82執(zhí)行QR分解，以將信道矩陣Gk分解成酉矩陣Ok和三角矩陣Pk的乘積的形式。
Gk＝PkHOkHZF處理單元83從信道估計器25接收與信道矩陣Hk(在第k中繼節(jié)點和源節(jié)點之間)有關的信息。應該注意，在第四實施例中，將信道矩陣Gk提供給ZF處理單元。ZF處理單元83執(zhí)行迫零處理以生成信道矩陣Hk的Moore-Penrose逆矩陣。
Jk＝(HkHHk)-1HkH加權因子計算單元84根據(jù)與矩陣Hk、Gk和Pk有關的信息來估計要賦予接收信號Yk的加權因子。下面將結合操作來說明加權因子的細節(jié)。
加權單元86執(zhí)行指定的矩陣運算，以將接收信號Yk轉換成中繼信號Xk。
圖10B是表示根據(jù)第六實施例的操作的流程圖。如圖9所示的操作流程，源節(jié)點12和目的地節(jié)點16分別發(fā)送導頻信號Lk和Zk。在步驟1001，中繼節(jié)點14-k根據(jù)所接收的導頻信號Lk和Zk來執(zhí)行信道估計，并估計源節(jié)點12和中繼節(jié)點14-k之間的信道矩陣Hk和中繼節(jié)點14-k和目的地節(jié)點之間的信道矩陣Gk。
在步驟1002，源節(jié)點12將由M個信號分量的集合組成的發(fā)送信號向量S從M個天線發(fā)送到周圍的中繼節(jié)點。
在步驟1004，在中繼節(jié)點(例如，14-k)處接收來自源節(jié)點的信號。將所接收的信號表示為Yk＝HkS+nk其中，Hk是源節(jié)點12和第k中繼節(jié)點之間的信道矩陣，nk表示噪聲分量。
在步驟1006，對信道矩陣Gk執(zhí)行QR分解，以將Gk分解為酉矩陣Ok和三角矩陣Pk的乘積的形式(Gk＝PkOk)。在該步驟中，ZF處理單元83估計信道矩陣Hk的Moore-Penrose逆矩陣Jk。
Jk＝(HkHH)-1HkH在步驟1008，估計變換矩陣Bk。變換矩陣Bk是對角矩陣，其非零元素是根據(jù)三角矩陣Pk的對角元素獲得的。
在步驟1010，根據(jù)Xk＝EkOkBkJkYk估計中繼信號Xk，其中，Ek是由等式(49)表示的標量。
在步驟1012，將中繼信號Xk發(fā)送給目的地節(jié)點16。
在步驟1014，在目的地節(jié)點16接收來自相關中繼節(jié)點的所有中繼信號。將所接收的信號YR表示為YR＝∑EkPkHBkS+nR，其中nR是噪聲分量。
在步驟1016，檢測發(fā)送信號S。因為包含在接收信號YR中的矩陣Bk是對角矩陣，并且因為Pk是三角矩陣，所以這些矩陣的乘積也是三角矩陣。因此，使用連續(xù)干擾消除法(用于連續(xù)消除非對角線元素)來執(zhí)行信號檢測。
矩陣Pk和Bk中的支配矩陣元素是對角線元素，并且這些元素是正實數(shù)。因此，從中繼節(jié)點獲取的信號向量的信號分量S1至SM中的每一個都與實數(shù)相乘，在目的地節(jié)點16組合所獲得的這些信號分量。因為在信號組合中使用的系數(shù)不包括虛分量(相位分量)，所以幾乎不需要在信號組合期間消除分量，因此可以最大比率地實現(xiàn)同相信號組合。在該實施例中，目的地節(jié)點16可以同相并相干地組合來自各個中繼節(jié)點的中繼信號。另外，從三角矩陣Rk的矩陣元素直接導出對角矩陣Bk。因此，對于在中繼節(jié)點處執(zhí)行迫零來說，該實施例的算術運算的工作量與傳統(tǒng)技術中的基本相同。
(實施例7)在第七實施例中，以適當?shù)姆绞綄Φ谝?、第四和第六實施例中所述的方法進行了修改?？梢愿鶕?jù)信道狀態(tài)的質量來選擇修改。
例如，中繼節(jié)點14估計源節(jié)點12和中繼節(jié)點14之間的信道狀態(tài)SNRH，以及中繼節(jié)點14和目的地節(jié)點16之間的信道狀態(tài)SNRG。
如果SNRH＞＞SNRG，則由于源節(jié)點12和中繼節(jié)點14之間的信道狀態(tài)非常好，所以可以高度精確地估計信道矩陣H和根據(jù)信道矩陣H導出的其他矩陣。因此，即使在中繼節(jié)點14處執(zhí)行迫零，中繼節(jié)點的噪聲分量的增加也不會很大。在這種情況下，優(yōu)選地執(zhí)行第六實施例中所述的方法。
相反，如果SNRH＜＜SNRG，則由于在中繼節(jié)點14和目的地節(jié)點16之間的信道條件非常好，所以可以高度精確地估計信道矩陣G和根據(jù)信道矩陣G導出的其他矩陣。因此，即使在目的地節(jié)點16處執(zhí)行迫零，在目的地節(jié)點處的噪聲的增加也不會很大。在這種情況下，優(yōu)選地選擇第四實施例中所述的方法。在除了上述兩種情況之外的情況下，可以采用第一實施例的方法。
通過使用酉矩陣和變換矩陣生成中繼信號，可以在多跳傳輸期間防止信號損失和信號衰減。
例如，根據(jù)第一酉矩陣、可交換矩陣、和第二酉矩陣的共扼轉置矩陣的乘積來計算變換矩陣。通過這種設置，可以在目的地節(jié)點處同相地組合來自多個中繼節(jié)點的多個中繼信號。
通過在中繼節(jié)點處檢測發(fā)送信號，可以防止在每一跳的噪聲累積。在這種情況下，在目的地節(jié)點處不需要酉變換，因此，可以減少在目的地節(jié)點處的信號處理的工作量。
盡管在這些實施例中，通過QR分解將信道矩陣分解為酉矩陣Q和三角矩陣R，但是本發(fā)明并不限于該示例，而是還可以使用能夠增加信道容量的其他變換。例如，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)即使R不是完全三角矩陣，即，即使上三角矩陣和下三角矩陣的零分量不全是零，與全部為零的情況相比，仍存在能夠增加信道容量的矩陣R?？梢元毩⒌鼗蚪M合地來使用在圖11的表格中列出的方法。
該專利申請基于2004年8月31日提交的日本專利申請No.2004-252879、2004年10月20日提交的No.2004-306171，和2005年8月30提交的No.2005-248824，并要求其較早提交日期的優(yōu)先權，在此通過引用并入其全部內容。
權利要求
1.一種用于通過一個或更多個中繼節(jié)點將發(fā)送信號從源節(jié)點向目的地節(jié)點發(fā)送的無線通信系統(tǒng)，其中所述中繼節(jié)點中的每一個包括QR分解單元，其被構造用來對所述源節(jié)點和所述中繼節(jié)點之間的第一信道矩陣和/或所述中繼節(jié)點和所述目的地節(jié)點之間的第二信道矩陣執(zhí)行QR分解；變換矩陣計算單元，其被構造用來根據(jù)所述第一和第二信道矩陣中的至少一個的QR來計算一個或更多個變換矩陣；中繼信號生成器，其被構造用來通過將接收信號與由所述變換矩陣中的至少一個組成的規(guī)定信號相乘來生成中繼信號；以及發(fā)送單元，其被構造用來將所述中繼信號發(fā)送給所述目的地節(jié)點；并且其中所述目的地節(jié)點接收所述中繼信號作為接收信號，并且從該接收信號中檢測所希望的信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的無線通信系統(tǒng)，其中所述目的地節(jié)點使用連續(xù)干擾消除法從所述接收信號中檢測所希望的信號。
3.根據(jù)權利要求1所述的無線通信系統(tǒng)，還包括從所述目的地節(jié)點經由所述中繼節(jié)點到所述源節(jié)點的反饋信道；其中所述目的地節(jié)點根據(jù)信道估計值來估計包括發(fā)送信號的數(shù)據(jù)速率和功率電平在內的值，并且通過所述反饋信道將這些值反饋給所述源節(jié)點。
4.根據(jù)權利要求1所述的無線通信系統(tǒng)，其中所述源節(jié)點還包括信號檢測單元，其被構造用來根據(jù)從所述源節(jié)點接收的信號和表示所述源節(jié)點和所述中繼節(jié)點之間的信道的第一信道矩陣來檢測所述發(fā)送信號；其中所述中繼信號生成器通過將所述檢測信號與所述變換矩陣和根據(jù)所述第二信道矩陣導出的酉矩陣中的至少一個相乘來生成所述中繼信號。
5.一種通信節(jié)點，用于在源節(jié)點和目的地節(jié)點之間對信號進行中繼，其包括第一酉矩陣計算單元，其被構造用來根據(jù)所述源節(jié)點和所述中繼節(jié)點之間的第一信道矩陣來計算第一酉矩陣；第二酉矩陣計算單元，其被構造用來根據(jù)所述中繼節(jié)點和所述目的地節(jié)點之間的第二信道矩陣來計算第二酉矩陣；變換矩陣估計單元，其被構造用來根據(jù)通過所述第一和/或第二信道矩陣的QR分解導出的三角矩陣來估計變換矩陣；中繼信號生成器，其被構造用來通過將接收信號與所述第一酉矩陣、所述第二酉矩陣和所述變換矩陣中的至少一個相乘來生成中繼信號；以及發(fā)送單元，其被構造用來將所述中繼信號發(fā)送給所述目的地節(jié)點。
6.根據(jù)權利要求5所述的通信節(jié)點，還包括信號檢測器，其被構造用來根據(jù)所述接收信號，使用所述第一酉矩陣來檢測從所述源節(jié)點發(fā)送的發(fā)送信號；其中所述中繼信號生成器通過將所檢測的發(fā)送信號與所述變換矩陣和所述第二酉矩陣中的至少一個相乘來生成所述中繼信號。
7.根據(jù)權利要求5所述的通信節(jié)點，其中所述第一酉矩陣計算單元通過將所述第一信道矩陣分解為包含第一三角矩陣的乘積的形式來計算所述第一酉矩陣，并且所述第二酉矩陣計算單元通過將所述第二信道矩陣分解為包含第二三角矩陣的乘積的形式來計算所述第二酉矩陣。
8.根據(jù)權利要求5所述的通信節(jié)點，其中如果i+j不是預定值，則所述變換矩陣的第i行第j列中的矩陣元素為0。
9.一種通信節(jié)點，用于在源節(jié)點和目的地節(jié)點之間對信號進行中繼，其包括第一矩陣計算單元，其被構造用來根據(jù)所述目的地節(jié)點和所述中繼節(jié)點之間的第一信道矩陣來計算酉矩陣；第二矩陣計算單元，其被構造用來根據(jù)所述源節(jié)點和所述中繼節(jié)點之間的第二信道矩陣來計算Moore-Penrose逆矩陣；變換矩陣計算單元，其被構造用來根據(jù)從所述第二矩陣的QR分解導出的三角矩陣來計算變換矩陣；中繼信號生成器，其被構造用來通過將接收信號與所述酉矩陣、Moore-Penrose逆矩陣和所述變換矩陣相乘來生成中繼信號；以及發(fā)送單元，其被構造用來發(fā)送所述中繼信號。
10.一種通信節(jié)點，用于在源節(jié)點和目的地節(jié)點之間對信號進行中繼，其包括第一矩陣計算單元，其被構造用來根據(jù)所述源節(jié)點和所述中繼節(jié)點之間的第一信道矩陣來計算酉矩陣；第二矩陣計算單元，其被構造用來根據(jù)所述目的地節(jié)點和所述中繼節(jié)點之間的第二信道矩陣來計算Moore-Penrose逆矩陣；變換矩陣計算單元，其被構造用來根據(jù)從所述第二矩陣的QR分解導出的三角矩陣來計算變換矩陣；中繼信號生成器，其被構造用來通過將接收信號與所述酉矩陣、Moore-Penrose逆矩陣和所述變換矩陣相乘來生成中繼信號；以及發(fā)送單元，其被構造用來發(fā)送所述中繼信號。
11.根據(jù)權利要求9或10所述的通信節(jié)點，其中所述通信節(jié)點將與在所述目的地節(jié)點處測量的發(fā)送信號的速率和發(fā)送功率有關的信息反饋給所述源節(jié)點。
12.一種通信方法，用于將從源節(jié)點發(fā)送的發(fā)送信號通過中繼節(jié)點中繼到目的地節(jié)點，包括以下步驟對所述源節(jié)點和所述中繼節(jié)點之間的第一信道矩陣和/或者所述中繼節(jié)點和所述目的地節(jié)點之間的第二信道矩陣執(zhí)行QR分解；根據(jù)所述第一和第二信道矩陣中的至少一個的QR分解來計算一個或更多個變換矩陣；通過將規(guī)定信號與所述變換矩陣中的至少一個相乘來生成中繼信號；將所述中繼信號從所述中繼節(jié)點發(fā)送給所述目的地節(jié)點；以及在所述目的地節(jié)點接收所述中繼信號，并且從所接收的信號中檢測所希望的信號。
13.一種通信方法，用于將從源節(jié)點發(fā)送的發(fā)送信號通過中繼節(jié)點中繼到目的地節(jié)點，包括以下步驟根據(jù)所述源節(jié)點和所述中繼節(jié)點之間的第一信道矩陣來估計第一酉矩陣；根據(jù)所述中繼節(jié)點和所述目的地節(jié)點之間的第二信道矩陣來估計第二酉矩陣；根據(jù)通過所述第一和/或第二信道矩陣的QR分解導出的三角矩陣來估計變換矩陣；通過將接收信號與所述第一酉矩陣、所述第二酉矩陣和所述變換矩陣中的至少一個相乘來生成中繼信號；將所述中繼信號從所述中繼節(jié)點發(fā)送給所述目的地節(jié)點；以及在所述目的地節(jié)點接收所述中繼信號，并且從所接收的信號中檢測所希望的信號。
14.一種通信方法，用于將從源節(jié)點發(fā)送的發(fā)送信號通過中繼節(jié)點中繼到目的地節(jié)點，包括以下步驟根據(jù)多個無線傳輸信道的多個信道矩陣來計算酉矩陣和Moore-Penrose逆矩陣；根據(jù)通過所述信道矩陣中的至少一個的QR分解導出的三角矩陣來計算變換矩陣；通過將接收信號與所述酉矩陣、所述Moore-Penrose逆矩陣和所述變換矩陣相乘來生成中繼信號；將所述中繼信號從所述中繼節(jié)點發(fā)送到目的地節(jié)點；以及在所述目的地節(jié)點接收所述中繼信號，并且從所接收的信號中檢測所希望的信號。
15.一種通信節(jié)點，用于在源節(jié)點和目的地節(jié)點之間對信號進行中繼，其包括中繼信號生成器，其被構造用來根據(jù)接收信號來生成中繼信號；以及發(fā)送單元，其被構造用來將所述中繼信號發(fā)送給所述目的地節(jié)點，其中所述中繼信號生成器自適應地選擇第一至第三信號生成模式之一，在所述第一模式中，所述信號生成器根據(jù)所述源節(jié)點和所述中繼節(jié)點之間的第一信道矩陣來計算第一酉矩陣，根據(jù)所述目的地節(jié)點和所述中繼節(jié)點之間的第二信道矩陣來計算第二酉矩陣，并根據(jù)通過所述第一和/或第二矩陣的QR分解導出的三角矩陣來計算變換矩陣，以通過將所述接收信號與所述第一酉矩陣、所述第二酉矩陣和所述變換矩陣中的至少一個相乘來生成所述中繼信號；在所述第二模式中，所述信號生成器根據(jù)所述源節(jié)點和所述中繼節(jié)點之間的第一信道矩陣來計算Moore-Penrose逆矩陣，根據(jù)所述目的地節(jié)點和所述中繼節(jié)點之間的第二信道矩陣來計算酉矩陣，并根據(jù)通過所述第一和/或第二信道矩陣的QR分解導出的三角矩陣來計算變換矩陣，以通過乘以所述酉矩陣、所述Moore-Penrose逆矩陣和所述變換矩陣來生成所述中繼信號；在所述第三模式中，所述信號生成器根據(jù)所述源節(jié)點和所述中繼節(jié)點之間的第一信道矩陣來計算酉矩陣，根據(jù)所述目的地節(jié)點和所述中繼節(jié)點之間的第二信道矩陣來計算Moore-Penrose逆矩陣，并根據(jù)通過所述第一和/或第二信道矩陣的QR分解導出的三角矩陣來計算變換矩陣，以通過乘以所述酉矩陣、所述Moore-Penrose逆矩陣和所述變換矩陣來生成所述中繼信號。
全文摘要
使用中繼節(jié)點的通信系統(tǒng)和方法。一種通信節(jié)點，用于在源節(jié)點和目的地節(jié)點之間對信號進行中繼，其包括(a)第一酉矩陣計算單元，其被構造用來根據(jù)源節(jié)點和中繼節(jié)點之間的第一信道來計算第一酉矩陣；(b)第二酉矩陣計算單元，其被構造用來根據(jù)中繼節(jié)點和目的地節(jié)點之間的第二信道來計算第二酉矩陣；(c)變換矩陣估計單元，其被構造用來根據(jù)通過第一和/或第二信道矩陣的QR分解導出的三角矩陣來估計變換矩陣；(d)中繼信號生成器，其被構造用來通過將接收信號與第一酉矩陣、第二酉矩陣和變換矩陣中的至少一個相乘來生成中繼信號；以及(e)發(fā)送單元，其被構造用來將中繼信號發(fā)送給目的地節(jié)點。
文檔編號H04B7/04GK1744458SQ20051009383
公開日2006年3月8日 申請日期2005年8月31日 優(yōu)先權日2004年8月31日
發(fā)明者時慧, 阿部哲士, 淺井孝浩, 吉野仁 申請人:株式會社Ntt都科摩