專利名稱：使用中繼節(jié)點的通信系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)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(shù)：
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(guān)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(wǎng)絡(luò)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(zhuǎn)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，將向量V＝(v1，v2，...，vM)T的范數(shù)‖V‖表示為‖V‖＝[|v1|2+|v2|2+…+|vM|2]1/2(3)′其中上標T表示轉(zhuǎn)置。上述偽逆矩陣與Moore-Penrose逆矩陣相對應(yīng)。通常，將Moore-Penrose逆矩陣B定義為m×n矩陣，其對于n×m矩陣A，BA＝I成立。在所示示例中，對于矩陣H，W1H＝I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(cè)同時乘以該偽逆矩陣W2和歸一化系數(shù)E。將這種關(guān)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(yīng)當理解所接收的信號YR包括與發(fā)送信號S相關(guān)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(zhì)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。
此外，必須考慮下述的無線通信系統(tǒng)，在該無線通信系統(tǒng)中，將信號從多個源節(jié)點通過中繼節(jié)點同時中繼到相關(guān)的目的地節(jié)點。在這種系統(tǒng)中，在目的地節(jié)點接收的信號不僅包括所希望的源節(jié)點的影響，還包括其它源節(jié)點的影響。在這種系統(tǒng)中有下述的擔憂噪聲在中繼節(jié)點被放大，并且在目的地節(jié)點的接收信號質(zhì)量嚴重下降。

發(fā)明內(nèi)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(shù)相比，能夠更有效地防止在目的地節(jié)點的接收信號質(zhì)量降低。
在本發(fā)明的一個方面，提供了一種通信節(jié)點，用于在多個源節(jié)點和多個目的地節(jié)點之間，將從所希望的源節(jié)點發(fā)送的發(fā)送信號中繼到目標目的地節(jié)點。該通信節(jié)點包括(a)第一酉矩陣估計單元，其被構(gòu)造用來通過對中繼節(jié)點和除了所希望的源節(jié)點之外的多個源節(jié)點之間的一個或更多個信道矩陣執(zhí)行奇異值分解來估計第一酉矩陣；(b)第二酉矩陣估計單元，其被構(gòu)造用來通過對中繼節(jié)點和除了該目標目的地節(jié)點之外的多個目的地節(jié)點之間的一個或更多個信道矩陣執(zhí)行奇異值分解來估計第二酉矩陣；以及(c)發(fā)送單元，其被構(gòu)造用來將通過把所接收的信號乘以第一和第二酉矩陣而生成的中繼信號發(fā)送到目標目的地節(jié)點。
在使用這種中繼節(jié)點的通信系統(tǒng)中，目的地節(jié)點根據(jù)所接收的中繼信號檢測發(fā)送信號。
在本發(fā)明的另一方面，提供了一種通信節(jié)點，用于將從多個源節(jié)點中的所希望的源節(jié)點發(fā)送的發(fā)送信號中繼到目的地節(jié)點。該通信節(jié)點包括(a)矩陣估計單元，其被構(gòu)造用來估計根據(jù)中繼節(jié)點和多個節(jié)點之間的多個信道矩陣導(dǎo)出的Moore-Penrose逆矩陣；(b)第一酉矩陣估計單元，其被構(gòu)造用來通過對中繼節(jié)點和除了所希望的源節(jié)點之外的多個源節(jié)點之間的一個或更多個信道矩陣執(zhí)行奇異值分解來估計第一酉矩陣；(c)第二酉矩陣估計單元，其被構(gòu)造用來通過對中繼節(jié)點和除了所述目的地節(jié)點之外的多個目的地節(jié)點之間的一個或更多個信道矩陣執(zhí)行奇異值分解來估計第二酉矩陣；(d)中繼信號生成單元，其被構(gòu)造用來通過將所接收的信號乘以定義Moore-Penrose逆矩陣的加權(quán)矩陣、第一酉矩陣、第二酉矩陣中的兩個來生成中繼信號；以及(e)發(fā)送單元，其被構(gòu)造用來將中繼信號發(fā)送給目的地節(jié)點。
通過任一類型的通信節(jié)點，在使用多跳MIMO方案從源節(jié)點向目的地節(jié)點發(fā)送信號時，可以防止在目的地節(jié)點接收的信號質(zhì)量下降。


當結(jié)合附圖閱讀時，根據(jù)下面的詳細描述，本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點變得更加明顯。附圖中圖1是示出采用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)明第一實施例的中繼信號生成器的功能框圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明第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是示出使用圖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是表示根據(jù)本發(fā)明第三實施例的本發(fā)明的仿真結(jié)果的曲線圖；圖8是示出其中多個節(jié)點通過中繼節(jié)點發(fā)送和接收信號的通信系統(tǒng)的示意圖；圖9是傳統(tǒng)中繼節(jié)點的功能框圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明第四實施例的中繼節(jié)點的功能框圖；圖11表示在中繼節(jié)點執(zhí)行的算術(shù)運算的示例；圖12表示在中繼節(jié)點執(zhí)行的算術(shù)運算的另一示例；
圖13表示在中繼節(jié)點執(zhí)行的算術(shù)運算的另一示例；圖14表示在中繼節(jié)點執(zhí)行的算術(shù)運算的另一示例；圖15是表示與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的仿真結(jié)果的曲線圖。
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖詳細地描述本發(fā)明。在說明書和權(quán)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。
在一優(yōu)選實施例中，通過將源節(jié)點和中繼節(jié)點之間的第一信道矩陣分解為包括第一三角矩陣的乘積來確定第一酉矩陣，并且通過將中繼節(jié)點和目的地節(jié)點之間的第二信道矩陣分解為包括第二三角矩陣的乘積來確定第二酉矩陣。如果i+j不滿足規(guī)定值，則第i行第j列的矩陣元素為0。
實施例中所使用的通信節(jié)點包括第一裝置，用于將源節(jié)點和中繼節(jié)點之間的信道矩陣H分解為包括第一三角矩陣E的乘積；第二裝置，用于將中繼節(jié)點和目的地節(jié)點之間的信道矩陣G分解為包括第二三角矩陣P的乘積；變換矩陣生成裝置，用于基于第一和第二三角矩陣生成變換矩陣A；乘法裝置，用于將所接收的信號與第一酉矩陣、變換矩陣和第二酉矩陣相乘，以生成中繼信號；以及發(fā)送裝置，用于將中繼信號發(fā)送給目的地節(jié)點。如果i+j不滿足規(guī)定值，則變換矩陣A的第i行第j列元素為0。
因為使用酉矩陣和變換矩陣生成中繼信號，所以可以在減少信號損失和信號質(zhì)量劣化的同時實現(xiàn)多跳通信。
在一示例中，基于第一酉矩陣、可交換矩陣和第二酉矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣來估計變換矩陣。通過這種設(shè)置，目的地節(jié)點可以同相地合并來自多個中繼節(jié)點的中繼信號。因為信號合并系數(shù)不包含虛分量(相位分量)，所以在信號合并期間不需要刪除某些分量，因此，可以在目的地節(jié)點相干地同相合并中繼信號。
在一優(yōu)選示例中，使用從目的地節(jié)點通過中繼節(jié)點到源節(jié)點的反饋信道，將與發(fā)送信號的速率和功率電平相關(guān)的信息從目的地節(jié)點反饋到源節(jié)點。在目的地節(jié)點根據(jù)信道估計值獲取該信息。
在一優(yōu)選示例中，提供了一種將從源節(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)點的方法。在該方法中，在中繼節(jié)點處，將源節(jié)點和中繼節(jié)點之間的第一信道矩陣分解為包括第一三角矩陣的乘積，而將中繼節(jié)點和目的地節(jié)點之間的第二信道矩陣分解為包括第二三角矩陣的乘積。然后，基于第一和第二三角矩陣生成變換矩陣，其中如果i+j不滿足規(guī)定值，則變換矩陣的第i行第j列元素為0。然后，將在中繼節(jié)點接收到的信號乘以第一酉矩陣、變換矩陣和第二酉矩陣。然后，將相乘的信號從中繼節(jié)點發(fā)送到目的地節(jié)點。
優(yōu)選地，基于第一和第二三角矩陣和變換矩陣，在目的地節(jié)點生成第三三角矩陣。然后目的地節(jié)點使用該第三三角矩陣從所接收的信號中檢測發(fā)送信號。
在另一示例中，在中繼節(jié)點處，將源節(jié)點和中繼節(jié)點之間的第一信道矩陣分解為包括第一三角矩陣的乘積，將中繼節(jié)點和目的地節(jié)點之間的第二信道矩陣分解為包括第二三角矩陣的乘積。然后，將在中繼節(jié)點接收到的信號乘以酉矩陣。然后。使用第一三角矩陣從所接收的信號中檢測從源節(jié)點發(fā)送的發(fā)送信號。然后。將檢測到的發(fā)送信號乘以變換矩陣和第二酉矩陣。將所得到的信號從中繼節(jié)點發(fā)送到目的地節(jié)點。
在該示例中，使用第二三角矩陣，在目的地節(jié)點從所述得到的信號中檢測發(fā)送信號。
該方法有利于有效地防止每一跳在各個中繼節(jié)點的噪聲累積。因為目的地節(jié)點不需要執(zhí)行酉變換，所以可以減少在目的地節(jié)點的信號處理的工作量。
在另一示例中，通信節(jié)點在多個源節(jié)點和目的地節(jié)點之間進行無線通信的環(huán)境下將從特定源節(jié)點發(fā)送的信號中繼到目標目的地節(jié)點。該通信節(jié)點基于中繼節(jié)點和除了所希望的源節(jié)點之外的一個或更多個源節(jié)點之間的一個或更多個信道矩陣來估計第一酉矩陣，通過將所接收的信號乘以第一酉矩陣、第二酉矩陣乘來生成中繼信號，并且將該中繼信號發(fā)送給目的地節(jié)點。該第一酉矩陣包括通過對中繼節(jié)點和除了所希望的源節(jié)點之外的源節(jié)點之間的一個或更多個信道矩陣執(zhí)行奇異值分解而獲得的矩陣。
通過將所接收的信號乘以第一酉矩陣乘，可以將來自所希望的源節(jié)點的發(fā)送信號與來自其他源節(jié)點的信號分量相分離。換句話說，可以去除來自其他源節(jié)點的干擾，但是不能去除來自所希望的源節(jié)點的干擾。相反地，因為所接收的信號與第一酉矩陣相乘不會導(dǎo)致噪聲分量放大，所以將所接收信號中的噪聲分量保持為較低，而不被放大。
第二酉矩陣包括通過對中繼節(jié)點與除了目標目的地節(jié)點之外的目的地節(jié)點之間的一個或更多個信道矩陣執(zhí)行奇異值分解而獲得的矩陣。將信號與第二酉矩陣的相乘使得目的地節(jié)點能夠?qū)⑺Ｍ脑垂?jié)點的發(fā)送信號與其它源節(jié)點的信號分量分離。
在另一示例中，通信節(jié)點還估計變換矩陣，該變換矩陣是下述矩陣與一個或更多個酉矩陣的乘積，在該矩陣中，如果行號和列號之和(i+j)不是規(guī)定值，則在第i行第j列的矩陣元素為0。在這種情況下，通信節(jié)點將通過把所接收的信號乘以第一酉矩陣、變換矩陣和第二酉矩陣而生成的中繼信號發(fā)送給目的地節(jié)點。
在另一示例中，通信節(jié)點估計變換矩陣，該變換矩陣是對角矩陣和酉矩陣的乘積，在這種情況下，該通信節(jié)點將通過把所接收的信號乘以第一酉矩陣、變換矩陣和第二酉矩陣而生成的中繼信號發(fā)送給目的地節(jié)點。
這種設(shè)置具有可以減少在目的地節(jié)點分離來自所希望的源節(jié)點的發(fā)送信號的運算工作量的優(yōu)點。
該通信節(jié)點還可以基于中繼節(jié)點和包括所希望的源節(jié)點的多個源節(jié)點之間的多個信道矩陣來估計加權(quán)矩陣。在這種情況下，通信節(jié)點將通過把所接收的信號乘以加權(quán)矩陣和酉矩陣而生成的中繼信號發(fā)送到目標目的地節(jié)點。酉矩陣包括通過對中繼節(jié)點和除了目標目的地節(jié)點之外的目的地節(jié)點之間的一個或更多個信道矩陣執(zhí)行奇異值分解而獲得的矩陣。
在另一示例中，該通信節(jié)點通過將所接收的信號乘以第一酉矩陣、第二酉矩陣和包括Moore-Penrose逆矩陣的加權(quán)矩陣中的兩個來生成中繼信號。這兩個矩陣是基于信道狀態(tài)的質(zhì)量來選擇的。這種設(shè)置使得中繼節(jié)點能夠根據(jù)信道狀態(tài)選擇適合的中繼方案，并且可以提高目的地節(jié)點處的接收信號的質(zhì)量。
(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(jié)構(gòu)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(guān)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(yù)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(jié)構(gòu)和功能，下面將描述其結(jié)構(gòu)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(nèi)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(jié)構(gòu)不僅可以應(yīng)用于中繼節(jié)點14，而且還可以應(yīng)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(zhuǎn)換和帶寬限制)以及對各個天線進行加權(quán)。所接收的信號Yk表示為由與M個天線相對應(yīng)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(dǎo)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(jié)果來生成中繼信號Xk。中繼信號Xk是由與M個天線相對應(yīng)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(zhuǎn)換、帶寬限制、功率放大和對各個天線進行加權(quán)。
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(quán)因子計算單元34、和加權(quán)單元36。
當從信道估計器25接收到與信道矩陣Hk和Gk相關(guān)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(jié)果，確定了滿足等式(7)的酉矩陣Qk和三角矩陣Rk。
Hk＝QkRk(7)應(yīng)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(zhuǎn)置。
Gk＝PkHOkH(9)應(yīng)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(quán)因子計算單元34計算接收信號Yk的加權(quán)因子。下面將結(jié)合通信系統(tǒng)的操作來描述加權(quán)因子的計算細節(jié)。
加權(quán)單元36執(zhí)行預(yù)定的矩陣運算，以將接收信號Yk轉(zhuǎn)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(yù)定范圍內(nèi)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(dǎo)頻信號Lk和Zk，在中繼節(jié)點14-k處接收這些導(dǎo)頻信號。在步驟401，中繼節(jié)點14-k根據(jù)導(dǎo)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(Hk＝QkRk)的形式，而信道矩陣Gk被分解為三角矩陣PkH和酉矩陣OkH的乘積(Gk＝PkHOkH)的形式。
在步驟408，在加權(quán)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行和第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(shè)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?。如果i+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∏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(guān)系成立QkHYk＝QkH(HkS+nk)＝QkH(QkRkS+nk)＝RkS+QkHnk另外，根據(jù)上述關(guān)系和等式(9)和(16)，下面的關(guān)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) 考慮等式(13)，應(yīng)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(fù)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(jié)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(guān)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(shù)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(shè)置是有利的。因此，可以解決信號質(zhì)量的下降(這是現(xiàn)有技術(shù)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(quán)因子計算單元34、第一加權(quán)單元36、信號檢測器39和第二加權(quán)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(jié)構(gòu)和功能，或者另選地，其可以具有圖3所示的結(jié)構(gòu)和功能。
當從信道估計器25接收到與信道矩陣Hk和Gk有關(guān)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(Hk＝QkRk)的形式。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(Gk＝PkHOkH)的形式。
根據(jù)信道矩陣Hk和Gk以及與QR分解式相關(guān)的信息，加權(quán)因子計算單元34對接收信號Yk計算加權(quán)因子。
第一加權(quán)單元36將接收信號Yk與通過加權(quán)因子計算單元34估計的加權(quán)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(quán)單元36輸出的加權(quán)接收信號和與三角矩陣有關(guān)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(quán)單元62將所檢測的發(fā)送信號Sk與通過加權(quán)因子計算單元34計算的加權(quán)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(dǎo)頻信號Lk和Zk，在中繼節(jié)點14-k處接收該導(dǎo)頻信號。在步驟701，中繼節(jié)點14-k根據(jù)導(dǎo)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(Hk＝QkRk)的形式，而將信道矩陣Gk分解為三角矩陣PkH和酉矩陣OkH的乘積(Gk＝PkHOkH)的形式。
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(jīng)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(guān)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(jīng)酉變換的接收信號檢測發(fā)送信號S。首先，關(guān)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(guān)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(guān)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(jié)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(guān)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(guān)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(guān)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(jié)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，并且在一跳通信范圍內(nèi)。理論限制的曲線表示作為PNR函數(shù)的容量的理論限制，而現(xiàn)有技術(shù)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，并且在一跳通信范圍內(nèi)。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)在第四實施例中，通過一個或更多個中繼節(jié)點，在多個源節(jié)點和多個目的地節(jié)點之間對發(fā)送信號進行中繼。
圖8是根據(jù)本發(fā)明第四實施例的無線通信系統(tǒng)的示意圖。該系統(tǒng)包括L個源節(jié)點(802-1到802-L)，每一個源節(jié)點具有M個天線；K個中繼節(jié)點(804-1到804-K)，每一個中繼節(jié)點具有N個天線；和L個目的地節(jié)點(806-1到806-L)，每一個目的地節(jié)點具有M個天線。整數(shù)N、M和L滿足關(guān)系N≥L*M。在該示例中，為了簡化，所有的源節(jié)點和目的地節(jié)點都具有M個天線，而所有的中繼節(jié)點具有N個天線。當然，這些節(jié)點可以具有不同數(shù)量的天線，只要源節(jié)點的天線數(shù)量等于或小于目的地節(jié)點的天線數(shù)量。
如上結(jié)合圖1所述，在具有M個天線的源節(jié)點802-l和具有N個天線的中繼節(jié)點804-k之間的信道狀態(tài)由N×M信道矩陣Hl，k表示。類似地，在中繼節(jié)點804-k和具有M個天線的目的地節(jié)點806-l之間的信道狀態(tài)由M×N信道矩陣Gk，l(簡化表示成Gkl)表示。
由中繼節(jié)點接收并中繼來自多個源節(jié)點的發(fā)送信號。由從源節(jié)點發(fā)送的信號所尋址到的目的地節(jié)點接收來自多個中繼節(jié)點的信號，并且恢復(fù)來自該源節(jié)點的信號。因此，在目的地節(jié)點接收到的信號除了受到來自所希望的源節(jié)點的發(fā)送信號的影響外，還受到從其它源節(jié)點發(fā)送的信號的影響(干擾)。目的地節(jié)點必須通過去除干擾來檢測所希望的發(fā)送信號。
在描述第四實施例的信號處理之前，先對傳統(tǒng)通信系統(tǒng)(例如，在上述Rohit U.Nabar等人的文章中描述的)的一般信號進行描述。
圖9是傳統(tǒng)中繼節(jié)點之一(第k中繼節(jié)點)的功能框圖。該中繼節(jié)點具有與源節(jié)點的數(shù)量L相對應(yīng)地設(shè)置的L個接收濾波器902-1到902-L、L個發(fā)送濾波器904-1到904-L，以及信號合并單元906。
將中繼節(jié)點處的接收信號Yk分配給L個接收濾波器902-1到902-L。因為接收信號Yk包括來自L個源節(jié)點的信號，所以將其表示為yk=Σl=1LHl,ksl+n---(30)]]>(N×1矩陣)其中，Sl是從第1源節(jié)點發(fā)送的具有M個信號分量(Sl1，Sl2，…，SlM)的發(fā)送信號矢量，而nk表示在第k中繼節(jié)點和多個源節(jié)點之間引入的噪聲分量。所接收信號的維度是N×1。
第1接收濾波器902-1將由M個向量分量表示的接收信號yk乘以加權(quán)矩陣wbkl。該加權(quán)矩陣wbkl是M×N的矩陣并且滿足關(guān)系 T=(HkH·Hk)-1·HkH---(31-1)]]>(ML×N矩陣)該關(guān)系表達式表示ML×N的矩陣。Hk是包括多個信道矩陣的矩陣，并且被定義為Hk＝[Hlk，…，HLk](31-2)根據(jù)方程(31-1)和(31-2)可以理解，wbkl和Hlk相互正交。如方程(32)所示，利用該正交性，接收濾波器902-1將接收信號yk乘以加權(quán)矩陣wbkl以將接收信號矢量轉(zhuǎn)換為y’kl。
y′k,l=Wk,lbyk=sl+Wk,lbnk---(32)]]>(M×1矩陣)然后，發(fā)送濾波器904-l將進行了轉(zhuǎn)換的接收信號y’kl乘以另一加權(quán)矩陣wfkl。該加權(quán)矩陣wfkl是N×M的矩陣，并且滿足關(guān)系[Wk,1f...Wk,lf...WkLf]=GkH(Gk·GkH)-1---(33)]]>(N×ML矩陣)該關(guān)系表達式表示N×ML的矩陣。Gk是包括多個信道矩陣的矩陣，并且被定義為Gk＝[Glk，…，GLk](34)將經(jīng)過相乘的信號wfkl*y’kl提供給信號合并單元906。該信號合并單元906合并來自發(fā)送濾波器904-1到904-L的輸出信號以生成中繼信號xk。該中繼信號xk表示為xk=EkWk,lf·yk,l′---(35)]]>(N×1矩陣)其中，Ek是用于對中繼節(jié)點的發(fā)送功率進行歸一化的標量。將該中繼信號xk發(fā)送給目的地節(jié)點。
在多個目的地節(jié)點當中，第l目的地節(jié)點806-l接收來自K個中繼節(jié)點的信號，每一個信號都反映從第l源節(jié)點發(fā)送的并尋址到第l目的地節(jié)點的發(fā)送信號。因此，在第l目的地節(jié)點接收的信號r1被表示為
r1=Σk=1KGk,lx1=Σk=1K(Eksl+EkWk,lbnk)+zl---(36)]]>(M×1矩陣)其中，zl表示在多個中繼節(jié)點和第l目的地節(jié)點之間引入的噪聲分量。利用信道矩陣Gkl和加權(quán)矩陣Wfkl之間的正交關(guān)系，來估計在方程(36)中定義的接收信號r1。
在方程(36)中，接收信號r1的各個分量線性地依賴于所希望的發(fā)送信號sl的對應(yīng)信號分量。因此，可以根據(jù)接收信號直接檢測所希望的發(fā)送信號sl，而無需執(zhí)行通常在MIMO方案中執(zhí)行的復(fù)雜的信號分離。
然而，通過這種方法，通過加權(quán)因子wbkl放大噪聲nk，因此，在目的地節(jié)點的接收信號質(zhì)量的下降是值得關(guān)注的問題。可以通過將系數(shù)Ek設(shè)置得較小來減小加權(quán)矩陣對噪聲放大的貢獻。然而，因為系數(shù)Ek也用于所希望的信號sl，所以隨著系數(shù)Ek的減小，所希望的信號分量也變小。通過傳統(tǒng)的技術(shù)，目的地節(jié)點處的信號檢測精度會降低。
圖10是表示根據(jù)本發(fā)明第四實施例的中繼節(jié)點的功能框圖。該中繼節(jié)點是圖8中所示的中繼節(jié)點之一(第k中繼節(jié)點804-k)。其他的中繼節(jié)點也具有相同的結(jié)構(gòu)和功能。該中繼節(jié)點804-k具有L個接收濾波器1002-1到1002-L、L個接收濾波器估計器1004-1到1004-L、L個中間濾波器1006-1到1006-L、L個中間濾波器估計器1008-1到1008-L、L個發(fā)送濾波器1010-1到1010-L、L個發(fā)送濾波器估計器1012-1到1012-L以及信號合并單元1014。
圖11表示在第l接收濾波器估計器1004-l、第l中間濾波器估計器1008-l、以及第l發(fā)送濾波器估計器1012-l中執(zhí)行的算術(shù)運算。
如圖10所示，將在第k中繼節(jié)點接收的信號yk分配給L個接收濾波器1002-1到1002-L。因為接收信號yk包含來自L個源節(jié)點的信號，所以其由上述方程(30)表示。
第l(1≤l≤L)接收濾波器1002-l將由M個向量分量表示的接收信號yk乘以第一酉矩陣Ukl。該第一酉矩陣具有N行和N-M(L-1)列的維度(N≥LM)，并且由接收濾波器估計器1004-l估計該第一酉矩陣。
在所關(guān)注的(第k)中繼節(jié)點804-k和L個源節(jié)點之間的L個信道矩陣當中，第l接收濾波器估計器1004-l認為矩陣H(l)k包含除了第1源節(jié)點和中繼節(jié)點804-k之間的一個以外的L-1個信道矩陣，，其被表示為H(l)k＝[Hl，k，…，Hl-1，k，Hl+1，k，…，HL，k](37)應(yīng)該注意，與方程(31-2)不同，矩陣H(l)k不包含信道矩陣Hlk。因此，H(l)k具有N行和M(L-1)列的維度。如方程(38)所示，通過對矩陣H(l)k執(zhí)行奇異值分解而獲得上述第一酉矩陣Ukl。
(N×M(L-1)矩陣)在方程(38)中，Λ(l)k，l，…，Λ(l)k，L-1中的每一個是M×M對角矩陣，并且它們的對角分量是H(l)k的奇異值。矩陣[U(l)k，l，…，U(l)k，L-1]具有N行和M(L-1)列的維度，并且包括由矩陣H(l)k定義的信號空間的基向量。類似地，[V(l)k，l，…，V(l)k，L-1]T包括由矩陣H(l)k定義的信號空間的基向量，并且由M(L-1)×M(L-1)的方陣表示。Uk，l是具有N行和N-M(L-1)列的第一酉矩陣。該矩陣與上述信號空間的零空間的基向量相對應(yīng)。
如方程(39)所示，第1接收濾波器1002-1將接收信號ykl乘以第一酉矩陣UHkl，以將接收信號向量轉(zhuǎn)換成y’k，l。
yk,l′=Uk,lHyk=Uk,lHHl,ksl+Uk,lHnk---(39)]]>因為第一酉矩陣Ukl與由H(l)k定義的信號空間的零空間的基向量相對應(yīng)，所以當將接收信號乘以第一酉矩陣時，可以將來自第l源節(jié)點的發(fā)送信號與來自其它源節(jié)點的發(fā)送信號分離。應(yīng)該注意，與方程(32)不同，沒有去除從第l源節(jié)點發(fā)送的信號分量之間干擾。相反，在這個階段，防止了噪聲分量nk的放大。
第l中間濾波器1006-l將進行了轉(zhuǎn)換的接收信號y’kl乘以變換矩陣Φkl，該變換矩陣Φkl由中間濾波器估計器1008-l生成。然而，在該實施例中，變換矩陣Φkl是單位矩陣，因此，中間濾波器1006-l和中間濾波器估計器1008-l不執(zhí)行具體的處理。當然，如下在另一實施例中所述，中間濾波器估計器1008-l可以生成與單位矩陣不同的矩陣。
第l發(fā)送濾波器1010-1將進行了轉(zhuǎn)換的接收信號y’kl乘以第二酉矩陣Akl。該第二酉矩陣具有N行和N-M(L-1)列的維度(N≥LM)，并且由發(fā)送濾波器估計器1012-l生成。
在所關(guān)注的(第k)中繼節(jié)點804-k和L個目的地節(jié)點之間的L個信道矩陣中，第l發(fā)送濾波器估計器1012-l認為矩陣G(l)k包括除了第l目的地節(jié)點和中繼節(jié)點804-k之間的一個以外的L-1個信道矩陣，該矩陣被表示為G(l)k=[G1,kH,...,Gl-1,kH,Gl+1,kH...GL,kH]]]>應(yīng)該注意，與方程(34)不同，矩陣G(l)k不包含信道矩陣Glk。因此，G(l)k具有N行和M(L-1)列的維度。如方程(40)所示，通過對矩陣G(l)k執(zhí)行奇異值分解來獲得上述第二酉矩陣Akl。
(N×M(L-1)矩陣)在方程(40)中，Ω(l)k，l，…，Ω(l)k，L-1中的每一個都是M×M對角矩陣，并且其對角元素是G(l)k的奇異值。矩陣[A(l)k，l，…，A(l)k，L-1]具有N行和M(L-1)列的維度，并且包括由矩陣G(l)k定義的信號空間的基向量。類似地，[B(l)k，l，…，B(l)k，L-1]T包括由矩陣G(l)k定義的信號空間的基向量，并且由M(L-1)×M(L-1)的方陣表示。Ak，l是具有N行和N-M(L-1)列的維度的第二酉矩陣。該矩陣與上述信號空間的零空間的基向量相對應(yīng)。
第l發(fā)送濾波器1010-1將信號y’kl乘以第二酉矩陣Akl。將相乘后的信號Akly’k，l提供給信號合并單元1014。信號合并單元1014合并從發(fā)送濾波器1010-1到1010-L輸出的信號以生成中繼信號xk。該中繼信號xk被表示為
xk=EkΣl=1LAk,lUk,lH·yk=EkΣl=1LAk,lUklHsl+EkΣl=1LAklUklHnk]]>(N×1矩陣)其中Ek是用于對中繼節(jié)點804-k的發(fā)送功率進行歸一化的標量。將該中繼信號xk發(fā)送給目的地節(jié)點。
在多個目的地節(jié)點當中，來自第l源節(jié)點802-l的發(fā)送信號所尋址到的第l目的地節(jié)點806-l接收來自K個中繼節(jié)點的K個中繼信號。將在第l目的地節(jié)點806-l接收到的信號rl表示為r1=Σk=1KGk,lxk=Σk=1KEkGk,lAk,lUk,lHHl,ksl+Σk=1KEkGk,lAk,lUk,lHnk+zl---(41)]]>(M×1矩陣)其中zl是在多個中繼節(jié)點和第l目的地節(jié)點之間引入的噪聲分量。利用下述的事實來估計方程(41)如果l≠l’，則信道矩陣Gkl和第二酉矩陣Akl’相互正交。如果l＝l’，則由GklAkl表示的矩陣是單位矩陣以外的普通矩陣。
如方程(41)清楚地所示，在接收信號rl中，將來自所希望的源節(jié)點的發(fā)送信號sl與來自其它源節(jié)點的發(fā)送信號sl·(l≠l’)分離。換句話說，充分減小了源節(jié)點之間的干擾；然而，還存在余留在來自所希望的源節(jié)點的發(fā)送信號內(nèi)的多個信號分量之間的干擾。這是因為，通常，由GklAklUHklHlk表示的矩陣不是對角矩陣。因此，目的地節(jié)點必須執(zhí)行通過以MIMO方案執(zhí)行的正常信號分離，以從接收信號中檢測所希望的信號sl。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，該信號檢測本身可能變得稍微復(fù)雜。
然而，這個方法具有可以在中繼節(jié)點處防止噪聲nk的放大的優(yōu)點。在方程(41)中，G是與噪聲nk相乘的那些矩陣當中必然要引入的矩陣。因為矩陣Akl和Ukl是酉矩陣，所以這些矩陣不放大噪聲。因此，不需要采用與方程(36)一樣小的系數(shù)Ek，在方程(36)中，噪聲由加權(quán)矩陣Wbkl放大。這意味著可以通過本實施例消除或減小作為傳統(tǒng)技術(shù)中所關(guān)注的問題的信號檢測精度降低。
(實施例5)圖12表示在第l接收濾波器估計器1004-l、第l中間濾波器估計器1008-l、第l發(fā)送濾波器估計器1012-l中執(zhí)行的算術(shù)運算的另一示例。由接收濾波器1002-1、接收濾波器估計器1004-l、發(fā)送濾波器1010-l和發(fā)送濾波器估計器1012-l執(zhí)行的運算與第四實施例中的相同。
在第五實施例中，第l中間濾波器1006-1將從接收濾波器1004-1輸出的信號y’kl乘以變換矩陣Φkl，以生成信號Φkly’kl。該變換矩陣Φkl是由第l中間濾波器估計器1008-1計算的。
如方程(50)所示，該中間濾波器估計器1008-1對矩陣UHklHlk執(zhí)行QR分解。
UHklHlk＝Q1klR1kl(50)其中，Q1kl是具有N-M(L-1)行和M列的維度的酉矩陣，而R1kl是M×M的右上三角矩陣。類似地，如方程(51)所示，中間濾波器估計器1008-1對矩陣(GHklAlk)H執(zhí)行QR分解。
(GHklAlk)H＝Q2klR2kl(51)其中，Q2kl是具有N-M(L-1)行和M列的維度的酉矩陣，而R2kl是M×M的右上三角矩陣。中間濾波器估計器1008-1還使用滿足方程(50)和(51)的三角矩陣來估計矩陣Θkl。該矩陣Θkl被表示為 其中，矩陣П被定義為 中間濾波器估計器1008-1使用這些估計矩陣來估計變換矩陣Φkl，其被定義為Φkl＝Q2klΘklQH1kl(53)該矩陣Φkl是(N-M(L-1))×(N-M(L-1))的矩陣。
第l中間濾波器1006-1將信號Φkly’kl輸出到發(fā)送濾波器1010-1。發(fā)送濾波器1010-l將輸入信號乘以在第四實施例中描述的矩陣Akl，并且將相乘后的信號輸出到信號合并單元1014。該信號合并單元1014將來自L個發(fā)送濾波器1010-1到1010-L的信號相加，并且輸出中繼信號xk。該中繼信號xk被表示為Xk=EkΣl=1LAklΦklykl′=EkΣl=1LAkl(Q2klΘklQ1klH)(UklHHlksl+UklHnk)=EkΣl=1LAklQ2klΘkl(R1klsl+Q1klHUklHnk)=EkΣl=1LAklQ2klΘklR1klsl+EkΣl=1LAklΦklUklHnk---(54)]]>其中，Ek是用于對中繼節(jié)點804-k的發(fā)送功率進行歸一化的標量。在估計中繼信號xk的過程中，使用了方程(39)和(50)。將所估計出的中繼信號xk發(fā)送給目的地節(jié)點。
在多個目的地節(jié)點當中，來自第l源節(jié)點802-l的發(fā)送信號所尋址到的第l目的地節(jié)點806-l接收來自K個中繼節(jié)點的中繼信號。因此，在第l目的地節(jié)點806-l接收的信號rl被表示為r1=Σk=1KGk,lxk=Σk=1KEkR2k,lHΘk,lR1k,lsl+Σk=1KEkGk,lAk,lΦk,lUk,lHnk+zl---(55)]]>(M×1矩陣)其中zl是在多個中繼節(jié)點和第l目的地節(jié)點之間引入的噪聲分量。利用下述的事實來估計方程(55)如果l≠l’，則信道矩陣Gkl和第二酉矩陣Akl’相互正交。也利用了當l＝l’時方程(51)成立的事實。
如方程(55)清楚所示，在接收信號rl中，將來自所希望的源節(jié)點的發(fā)送信號sl與來自其它源節(jié)點的發(fā)送信號sl’(l≠l’)分離。換句話說，充分減小了多個源節(jié)點之間的干擾；然而，還存在余留在來自所希望的源節(jié)點的發(fā)送信號內(nèi)的多個信號分量之間的干擾。因此，目的地節(jié)點必須執(zhí)行通常以MIMO方案執(zhí)行的正常信號分離，以從接收信號中檢測所希望的信號sl。
順便提及，如根據(jù)各個矩陣的定義所理解的，用于發(fā)送信號sl的矩陣QH2kΘklR1kl是右下三角矩陣。因此，如果確定了僅依賴于右上三角矩陣元素的信號分量之一(例如，slM)，則可以逐個地連續(xù)確定發(fā)送信號sl的信號分量。因此，與第四實施例相比，可以減少信號運算的運算工作量。
此外，從右下三角矩陣的右上角到左下角排列的矩陣元素(即，行號和列號之和(i+j)等于規(guī)定數(shù)(列號加1)的那些元素)對發(fā)送信號sl的影響比其它矩陣元素大。這種矩陣元素是正實數(shù)，并且不包括虛分量。因此，同相組合來自L個中繼節(jié)點的貢獻∑EkRH2kΘklR1kl的主要部分，并且在目的地節(jié)點可以提高信噪功率比。此外，因為矩陣Akl和Ukl是酉矩陣，所以噪聲nk沒有被這些矩陣放大。因此，可以進一步提高在目的地節(jié)點檢測信號的精度。
圖15是表示與現(xiàn)有技術(shù)相比，第五實施例的仿真結(jié)果的曲線圖。該曲線圖示出了作為功率噪聲比(PNR)的函數(shù)的遍歷容量。在中繼節(jié)點的數(shù)量K＝2和K＝8的情況下對第五實施例的方法和現(xiàn)有技術(shù)的方法進行仿真。源節(jié)點的數(shù)量和目的地節(jié)點的數(shù)量也是兩個。源節(jié)點和目的地節(jié)點的天線數(shù)量是四(4)個，中繼節(jié)點的天線數(shù)量是八(8)個。通常，當PNR增大時(即，當信號功率電平增大時)，容量增大。當中繼節(jié)點的數(shù)量增加時，容量增大。如在曲線圖中清楚示出的，第五實施例的技術(shù)優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)，表現(xiàn)為在相同數(shù)量的中繼節(jié)點的情況下，容量提高大約5bps/Hz。
(實施例6)圖13表示在第l接收濾波器估計器1004-l、第l中間濾波器估計器1008-l、第l發(fā)送濾波器估計器1012-l中執(zhí)行的算術(shù)運算的另一示例。由接收濾波器1002-1、接收濾波器估計器1004-l執(zhí)行的運算與第四實施例中所述的相同。由發(fā)送濾波器1010-1和發(fā)送濾波器估計器1012-l執(zhí)行的運算與已知技術(shù)的相同。
在第六實施例中，第l中間濾波器1006-1將從接收濾波器1004-1輸出的信號y’kl乘以變換矩陣Φkl，以生成信號Φkly’kl。該變換矩陣Φkl是由第l中間濾波器估計器1008-1計算的。
如方程(60)所示，該中間濾波器估計器1008-1對矩陣UHklHlk執(zhí)行QR分解。
UHklHlk＝Q1klR1kl(60)其中，Q1kl是具有N-M(L-1)行和M列的維度的酉矩陣，R1kl是M×M的右上三角矩陣。中間濾波器估計器1008-1使用滿足方程(60)的三角矩陣來估計矩陣Θkl，其被表示為 中間濾波器估計器1008-1基于上述矩陣最終估計變換矩陣Φkl，其被表示為Φkl＝ΘklQH1kl(61)其中Φkl是M×(N-M(L-1))的矩陣。
第l中間濾波器1006-1將信號Φkly’kl輸出到發(fā)送濾波器1010-l。由發(fā)送濾波器1010-1和發(fā)送濾波器估計器1012-l執(zhí)行的運算與常規(guī)技術(shù)的相同，因此，確定L個矩陣Akl(l＝1，...，L)(wfkl＝Akl)以滿足[Akl，…，AlL]＝GHk(GkGkH)-1，其中Gk被定義為Gk＝[GHkl，…，GHkL]。
發(fā)送濾波器1010-1將輸入信號乘以矩陣Akl，并且輸出相乘后的信號。
發(fā)送濾波器1010-l的輸出與信號合并單元1014的輸入相連。該信號合并單元1014生成中繼信號xk。該中繼信號xk被表示為Xk=EkΣl=1LAklΦklykl′=EkΣl=1LAkl(ΘklQ1klH)(UklHHlksl+UklHnk)=EkΣl=1LAklΘklR1klsl+EkΣl=1LAklΦklUklHnk---(62)]]>其中，Ek是用于對中繼節(jié)點804-k的發(fā)送功率進行歸一化的標量。在估計中繼信號xk的過程中，使用了方程(39)和(60)。將所估計出的中繼信號xk發(fā)送給目的地節(jié)點。
在多個目的地節(jié)點當中，來自第l源節(jié)點802-l的發(fā)送信號所尋址到的第l目的地節(jié)點806-l接收來自K個中繼節(jié)點的中繼信號。因此，在第l目的地節(jié)點806-l接收的信號rl被表示為r1=Σk=1KGk,lxk=Σk=1KEkΘk,lR1k,lsl+Σk=1KEkΦk,lUk,lHnk+zl---(63)]]>(M×1矩陣)其中，zl是在多個中繼節(jié)點和第l目的地節(jié)點之間引入的噪聲分量。利用下述的事實來估計方程(63)信道矩陣Gkl和酉矩陣Akl’相互正交。
如方程(63)清楚所示，在接收信號rl中，將來自所希望的源節(jié)點的發(fā)送信號sl與來自其它源節(jié)點的發(fā)送信號sl’(l≠l’)分離，從而充分減小多個源節(jié)點之間的干擾。然而，還存在余留在來自所希望的源節(jié)點的發(fā)送信號內(nèi)的多個信號分量之間的干擾。因此，目的地節(jié)點必須執(zhí)行通常以MIMO方案執(zhí)行的正常信號分離，以從接收信號檢測所希望的信號sl。
順便提及，如根據(jù)各個矩陣的定義所理解的，用于發(fā)送信號sl的矩陣ΘklR1kl是右上三角矩陣。因此，如果確定了僅依賴于右下矩陣元素的信號分量之一(例如，slM)，則可以逐個地連續(xù)確定發(fā)送信號sl的信號分量。因此，與第四實施例相比，可以減少信號運算的運算工作量。
此外，矩陣ΘklR1kl的對角元素對發(fā)送信號sl的影響比其它矩陣元素大。這種矩陣元素是正實數(shù)，并且不包括虛分量。因此，同相合并來自L個中繼節(jié)點的貢獻∑EkΘklR1kl的主要部分，并且在目的地節(jié)點可以提高信噪功率比。此外，因為矩陣Akl和Ukl是酉矩陣，所以噪聲nk沒有被這些矩陣增大。因此，可以進一步提高在目的地節(jié)點的信號檢測精度。
(實施例7)在實施例4、5和6中，使用了通過將接收信號yk乘以酉矩陣UHkl而獲得的信號y’kl，該酉矩陣UHkl是通過奇異值分解而估計出的。然而，在實施例4、5和6中描述的信號處理可以應(yīng)用于通過將接收信號yk乘以加權(quán)矩陣Wbkl而獲得的信號y’kl，如在常規(guī)技術(shù)中一樣(WbklYk＝sl+Wbklnk)。
在這種情況下，發(fā)送濾波器1010-l可以輸出將信號y’kl(＝Wbklyk)乘以在第四實施例中所述的酉矩陣Akl而生成的信號。
另選地，發(fā)送濾波器1010-l可以輸出將信號y’kl(＝Wbklyk)乘以第五實施例中所述的矩陣Φkl(＝Q2klΘklQHkl)和酉矩陣Akl而生成的信號。
還另選地，發(fā)送濾波器1010-l可以輸出將信號y’kl(＝Wbklyk)乘以第六實施例中所述的矩陣Φkl(等于ΘklQH1kl)和第四實施例中所述的酉矩陣Akl而生成的信號。
(實施例8)在第八實施例中，如在第七實施例中一樣，將Wbkl應(yīng)用于接收濾波器。如圖14所示，中繼節(jié)點的接收濾波器、中間濾波器和發(fā)送濾波器執(zhí)行算術(shù)運算以生成信號。中繼節(jié)點使用第一實施例中所述的方法生成如第四實施例中的第二酉矩陣Akl。如方程(40)所示，通過對多個信道矩陣執(zhí)行奇異值分解來獲得該第二酉矩陣Akl。
然后，對矩陣(GklAkl)H執(zhí)行QR分解。
(GklAkl)H＝Q2klR2kl其中，Q2kl是(N-M(L-1))×M的矩陣，其列向量相互正交(在該申請中稱為酉矩陣)，并且R2kl是M×M的矩陣，并且為右上三角矩陣。
使用該三角矩陣估計對角矩陣Θkl。該對角矩陣Θkl被定義為
基于對角矩陣Θkl和酉矩陣Q2kl估計M×M的變換矩陣Φkl，如方程(65)所示。
Φkl＝Q2klΘkl(65)該中繼節(jié)點還估計加權(quán)矩陣Wbkl，其由方程(66)定義。
T=(HkH·Hk)-1·HkH---(66)]]>(ML×N矩陣)方程(66)與在第四實施例中已經(jīng)說明的方程(31-1)相同。
使用酉矩陣、變換矩陣和加權(quán)矩陣，通過方程(67)生成中繼信號xk，并且將其發(fā)送到目的地節(jié)點。
xk=EkΣl=1LAk,lΦk,lbWk,lb·yk---(67)]]>(N×1矩陣)在目標目的地節(jié)點(為了方便，將其稱為第l目的地節(jié)點)接收到的信號r1被表示為r1=Σk=1KGk,lxk=Σk=1KEkR2k,lHΘk,lsl+Σk=1KEkR2k,lHΦk,lWk,lbnk+zl---(68)]]>(M×1矩陣)其中，右側(cè)的第一項(RH2klΘkl)是左下三角矩陣，并且其對角元素是正實數(shù)。因此，當在目的地節(jié)點合并來自K個中繼節(jié)點的K個中繼信號時，同相地合并對角元素。結(jié)果，可以提高在目的地節(jié)點的功率噪聲比，并且可以使用連續(xù)干涉消除法精確地檢測發(fā)送信號sl。
(實施例9)
在第九實施例中，中繼節(jié)點14根據(jù)信道狀態(tài)基于使用酉矩陣的方法或迫零(ZF)方法來檢測信號。當使用酉矩陣時，通過上述的奇異值分解來估計出酉矩陣。當使用迫零時，通過Moore-Penrose逆矩陣來計算ZF加權(quán)因子。
根據(jù)信道狀態(tài)生成中繼信號xk，并且將該中繼信號發(fā)送給目的地節(jié)點。目的地節(jié)點以上述的方式檢測從源節(jié)點發(fā)送的發(fā)送信號?？梢栽谥欣^節(jié)點處通過信道估計器(圖3或圖5)來確定信道狀態(tài)的質(zhì)量。另選地，可以基于所希望的波的功率電平與不希望的波的功率電平的比率(例如SIR或SNR)來確定信道狀態(tài)的質(zhì)量。
例如，中繼節(jié)點估計源節(jié)點和該中繼節(jié)點之間的信道狀態(tài)SNRH以及該中繼節(jié)點和目的地節(jié)點之間的信道狀態(tài)SNRG。
如果SNRH＞＞SNRG，則源節(jié)點和中繼節(jié)點之間的信道狀態(tài)非常好。因此，即使在源節(jié)點和中繼節(jié)點之間應(yīng)用迫零，噪聲放大也足夠小，并且可以將其忽略。另一方面，由于在中繼節(jié)點和目的地節(jié)點之間噪聲放大的影響增大，所以在中繼節(jié)點和目的地節(jié)點之間應(yīng)用使用酉矩陣的方法(與圖14相似)。
另一方面，如果SNRH＜＜SNRG，則執(zhí)行相反的處理(圖13所示)。
可以從圖12到圖14所示的那些中間濾波器中適當?shù)剡x擇中間濾波器。通過在中繼節(jié)點14根據(jù)信道狀態(tài)的質(zhì)量自適應(yīng)地改變中繼方案，可以改善目的地節(jié)點的接收質(zhì)量特性。
本專利申請基于在2004年8月31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日提交的No.2005-248823，并要求其優(yōu)先權(quán)。在此通過引用并入其全部內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種無線通信系統(tǒng)，用于將來自多個源節(jié)點中的所希望的源節(jié)點的發(fā)送信號通過中繼節(jié)點傳送給目標目的地節(jié)點，其中所述中繼節(jié)點包括第一酉矩陣估計單元，其被構(gòu)造用來通過對所述中繼節(jié)點與除了所希望的源節(jié)點之外的所述多個源節(jié)點之間的一個或更多個信道矩陣執(zhí)行奇異值分解來估計第一酉矩陣；第二酉矩陣估計單元，其被構(gòu)造用來通過對所述中繼節(jié)點與除了目標目的地節(jié)點之外的所述多個目的地節(jié)點之間的一個或更多個信道矩陣執(zhí)行奇異值分解來估計第二酉矩陣；以及發(fā)送單元，其被構(gòu)造用來將通過把接收信號乘以所述第一和第二酉矩陣而生成的中繼信號發(fā)送給所述目標目的地節(jié)點；其中，所述目的地節(jié)點從接收到的中繼信號中檢測從所希望的源節(jié)點發(fā)送的發(fā)送信號。
2.一種通信節(jié)點，用于在多個源節(jié)點和多個目的地節(jié)點之間，將從所希望的源節(jié)點發(fā)送的發(fā)送信號中繼到目標目的地節(jié)點，該通信節(jié)點包括第一酉矩陣估計單元，其被構(gòu)造用來通過對所述中繼節(jié)點與除了所希望的源節(jié)點之外的所述多個源節(jié)點之間的一個或更多個信道矩陣執(zhí)行奇異值分解來估計第一酉矩陣；第二酉矩陣估計單元，其被構(gòu)造用來通過對所述中繼節(jié)點與除了目標目的地節(jié)點之外的所述多個目的地節(jié)點之間的一個或更多個信道矩陣執(zhí)行奇異值分解來估計第二酉矩陣；以及發(fā)送單元，其被構(gòu)造用來將通過把接收信號乘以所述第一和第二酉矩陣而生成的中繼信號發(fā)送給所述目標目的地節(jié)點。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的通信節(jié)點，還包括變換矩陣估計單元，其被構(gòu)造用來估計變換矩陣，該變換矩陣由下述的矩陣與一個或更多個酉矩陣的乘積構(gòu)成，在該矩陣中，如果i+j不滿足規(guī)定值，則第i行第j列的矩陣元素為零；其中所述發(fā)送單元將通過把接收信號乘以所述第一酉矩陣、所述變換矩陣和所述第二酉矩陣而生成的中繼信號發(fā)送給所述目的地節(jié)點。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的通信節(jié)點，還包括變換矩陣估計單元，其被構(gòu)造用來估計變換矩陣，該變換矩陣由一對角矩陣和一酉矩陣的乘積構(gòu)成，該酉矩陣是根據(jù)所述源節(jié)點和所述中繼節(jié)點之間或者所述中繼節(jié)點和所述目的地節(jié)點之間的信道矩陣而導(dǎo)出的；其中所述發(fā)送單元將通過把接收信號乘以所述第一酉矩陣、所述變換矩陣和所述第二酉矩陣而生成的中繼信號發(fā)送給所述目的地節(jié)點。
5.一種通信方法，用于將從多個源節(jié)點中的所希望的源節(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，該方法包括以下步驟在所述中繼節(jié)點處，通過對所述中繼節(jié)點和除了所希望的源節(jié)點之外的所述多個源節(jié)點之間的一個或更多個信道矩陣執(zhí)行奇異值分解來估計第一酉矩陣，并通過對所述中繼節(jié)點和除了所述目的地節(jié)點之外的多個目的地節(jié)點之間的一個或更多個信道矩陣執(zhí)行奇異值分解來估計第二酉矩陣；將在所述中繼節(jié)點處通過將接收信號乘以所述第一和第二酉矩陣而生成的中繼信號發(fā)送給所述目的地節(jié)點；以及在所述目的地節(jié)點處，從所接收到的中繼信號中檢測從所希望的源節(jié)點發(fā)送的發(fā)送信號。
6.一種無線通信系統(tǒng)，用于將來自多個源節(jié)點中的所希望的源節(jié)點的發(fā)送信號通過中繼節(jié)點傳送給目標目的地節(jié)點，其包括矩陣估計單元，其被構(gòu)造用來估計根據(jù)所述中繼節(jié)點和多個節(jié)點之間的多個信道矩陣導(dǎo)出的Moore-Penrose逆矩陣；中繼信號生成單元，其被構(gòu)造用來通過將接收信號乘以定義所述Moore-Penrose逆矩陣的加權(quán)矩陣以及酉矩陣來生成中繼信號，該酉矩陣是通過對所述中繼節(jié)點和除了規(guī)定節(jié)點之外的所述多個節(jié)點之間的一個或更多個信道矩陣執(zhí)行奇異值分解而獲得的；以及發(fā)送單元，其被構(gòu)造用來將所述中繼信號發(fā)送到所述目的地節(jié)點；其中，所述目的地節(jié)點從所接收到的中繼信號中檢測所述發(fā)送信號。
7.一種通信節(jié)點，用于將從多個源節(jié)點中的所希望的源節(jié)點發(fā)送的發(fā)送信號中繼到目的地節(jié)點，其包括矩陣估計單元，其被構(gòu)造用來估計根據(jù)所述中繼節(jié)點和多個節(jié)點之間的多個信道矩陣導(dǎo)出的Moore-Penrose逆矩陣；中繼信號生成單元，其被構(gòu)造用來通過將接收信號乘以定義所述Moore-Penrose逆矩陣的加權(quán)矩陣以及第一酉矩陣來生成中繼信號，該第一酉矩陣是通過對所述中繼節(jié)點和除了規(guī)定節(jié)點之外的所述多個節(jié)點之間的一個或更多個信道矩陣執(zhí)行奇異值分解而獲得的；以及發(fā)送單元，其被構(gòu)造用來將所述中繼信號發(fā)送到所述目的地節(jié)點。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的通信節(jié)點，還包括變換矩陣估計單元，其被構(gòu)造用來估計變換矩陣，該變換矩陣由下述矩陣與一個或更多個酉矩陣的乘積構(gòu)成，在該矩陣中，如果i+j不滿足規(guī)定值，則第i行第j列的矩陣元素為零；其中所述發(fā)送單元將通過把接收信號乘以所述變換矩陣和所述第一酉矩陣而生成的中繼信號發(fā)送給所述目的地節(jié)點。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的通信節(jié)點，還包括變換矩陣估計單元，其被構(gòu)造用來估計變換矩陣，該變換矩陣由一對角矩陣和一酉矩陣的乘積構(gòu)成，該酉矩陣是根據(jù)所述源節(jié)點和所述中繼節(jié)點之間或者所述中繼節(jié)點和所述目的地節(jié)點之間的信道矩陣而導(dǎo)出的；其中所述發(fā)送單元將通過把接收信號乘以所述變換矩陣和所述第一酉矩陣而生成的中繼信號發(fā)送給所述目的地節(jié)點。
10.一種通信方法，用于將從多個源節(jié)點中的所希望的源節(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，該方法包括以下步驟在所述中繼節(jié)點處，估計根據(jù)所述中繼節(jié)點和多個節(jié)點之間的多個信道矩陣而導(dǎo)出的Moore-Penrose逆矩陣；通過將接收信號乘以定義所述Moore-Penrose逆矩陣的加權(quán)矩陣以及酉矩陣來生成中繼信號，該酉矩陣是通過對所述中繼節(jié)點和除了規(guī)定節(jié)點之外的所述多個節(jié)點之間的一個或更多個信道矩陣執(zhí)行奇異值分解而獲得的；將所述中繼信號發(fā)送到所述目的地節(jié)點；以及在所述目的地節(jié)點處，從所接收到的中繼信號中檢測所述發(fā)送信號。
11.一種通信節(jié)點，用于將從多個源節(jié)點中的所希望的源節(jié)點發(fā)送的發(fā)送信號中繼到目的地節(jié)點，其包括矩陣估計單元，其被構(gòu)造用來估計根據(jù)所述中繼節(jié)點和多個節(jié)點之間的多個信道矩陣而導(dǎo)出的Moore-Penrose逆矩陣；第一酉矩陣估計單元，其被構(gòu)造用來通過對所述中繼節(jié)點和除了所希望的源節(jié)點之外的所述多個源節(jié)點之間的一個或更多個信道矩陣執(zhí)行奇異值分解來估計第一酉矩陣；第二酉矩陣估計單元，其被構(gòu)造用來通過對所述中繼節(jié)點和除了所述目的地節(jié)點之外的所述多個目的地節(jié)點之間的一個或更多個信道矩陣執(zhí)行奇異值分解來估計第二酉矩陣；以及中繼信號生成單元，其被構(gòu)造用來通過將接收信號乘以定義所述Moore-Penrose逆矩陣的加權(quán)矩陣、所述第一酉矩陣和所述第二酉矩陣中的兩個來生成中繼信號；以及發(fā)送單元，其被構(gòu)造用來將所述中繼信號發(fā)送到所述目的地節(jié)點。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的通信節(jié)點，其中基于信道狀態(tài)的質(zhì)量來選擇所述矩陣中的所述兩個矩陣。
13.一種通信方法，用于將從多個源節(jié)點中的所希望的源節(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，包括以下步驟在所述中繼節(jié)點處，估計根據(jù)所述中繼節(jié)點和多個節(jié)點之間的多個信道矩陣而導(dǎo)出的Moore-Penrose逆矩陣；在所述中繼節(jié)點處，通過對所述中繼節(jié)點和除了所希望的源節(jié)點之外的所述多個源節(jié)點之間的一個或多個信道矩陣執(zhí)行奇異值分解來估計第一酉矩陣，并且通過對所述中繼節(jié)點和除了所述目的地節(jié)點之外的所述多個目的地節(jié)點之間的一個或多個信道矩陣執(zhí)行奇異值分解來估計第二酉矩陣；通過將接收信號乘以定義所述Moore-Penrose逆矩陣的加權(quán)矩陣、所述第一酉矩陣和所述第二酉矩陣中的兩個來生成中繼信號；以及將所述中繼信號發(fā)送給所述目的地節(jié)點。
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，在多個源節(jié)點和多個目的地節(jié)點之間，將從所希望的源節(jié)點發(fā)送的發(fā)送信號中繼到目標目的地節(jié)點。該通信節(jié)點包括第一酉矩陣估計單元，其被構(gòu)造用來通過對中繼節(jié)點和除了所希望的源節(jié)點之外的多個源節(jié)點之間的一個或更多個信道矩陣執(zhí)行奇異值分解來估計第一酉矩陣；第二酉矩陣估計單元，其被構(gòu)造用來通過對中繼節(jié)點和除了目標目的地節(jié)點之外的多個目的地節(jié)點之間的一個或更多個信道矩陣執(zhí)行奇異值分解來估計第二酉矩陣；以及發(fā)送單元，其被構(gòu)造用來將通過把接收信號乘以第一和第二酉矩陣而生成的中繼信號發(fā)送到目標目的地節(jié)點。
文檔編號H04B7/04GK1744459SQ200510093840
公開日2006年3月8日 申請日期2005年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月31日
發(fā)明者阿部哲士, 時慧, 淺井孝浩, 吉野仁 申請人:株式會社Ntt都科摩