CN100440753C - 用于在移动通信系统中发射信号的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于移动通信系统的信号传输装置和方法。波束形成是通过使用天线之间的相关性和独立性而在每个码元上执行的，然后发射该波束形成的码元。因此，完全考虑在天线之间的相关性和在天线之间的独立性两者，使得也可以获得基于天线之间的相关性的增益。此外，额外的增益将导致增强发送端的码元检测能力，使得可以显著地提高该MIMO系统的性能。

Description

用于在移动通信系统中发射信号的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种移动通信系统，特别涉及一种使用多个天线的移动通信系统的信号传输装置和方法。

背景技术

近来，随着无线电移动通信市场的迅速发展，在无线电环境中强烈需要性质不同的多媒体业务，尤其是作为发送数据被扩充增长，并且数据传输速度变得更快。因此，找到一种高效地使用有限的频率的方法是最紧要的任务。在努力解决该主题的过程中，需要使用利用多个天线的新生的传输技术，并且其中一个例子是使用多个天线的多路输入多路输出(MIMO)系统。

图1举例说明一个采用MIMO系统的常规的移动通信系统的例子。

如图1所示，常规的MIMO系统包括：多个发射天线12，一个向量编码器10，用于发射顺序地产生的发送数据(码元)给每个发射天线12；多个接收天线14；和一个V-BLAST信号处理器16，用于以V-BLAST(Vertical-Bell Labs Layered Space Time，垂直的贝尔实验室分层的空间时间结构)方法处理经由接收天线14接收的数据，并且估算和解调该发送数据。

该向量编码器10以串行到并行方法转换顺序地产生的发送数据，并且将它们发射给每个发射天线12。

V-BLAST方法是一种使用多个天线的MIMO移动通信系统传输技术，对于其使用M个数量的发射天线12和N数量的接收天线14。图1示出使用4个发射天线12的情况，但是不受限制于此，可以任意地设置两个或更多个天线。

现在将解释如上所述构成的常规MIMO移动通信系统的信号处理操作。

为了增强发送数据的传输质量而不执行某些信号处理，该向量编码器10简单地并行处理该发送数据a1-a4，并且发送它们到每个天线12。然后，每个发射天线12在空中发射每个不同的发送数据。

经由每个接收天线14接收的数据被输入给该V-BLAST信号处理器16，并且该V-BLAST信号处理器16执行适当的信号处理，也就是说，以V-BLAST方法，并且检测该发送数据a1-a4。

现在将详细描述该V-BLAST信号处理器16的操作。

当该发射天线阵的发射天线12相互发射不同的发送数据(发送码元)的时候，该V-BLAST信号处理器16从该接收天线阵的每个接收天线14接收该接收信号，并且构成一个接收数据向量(接收向量)。随后，该V-BLAST信号处理器16通过使用该接收向量检测一个传输信号。

在这方面，当该V-BLAST信号处理器16检测到特定的发射天线已经发射的发送码元时，其将其他发射天线12已经发射的发送码元视为一个干扰信号。

因此，该V-BLAST信号处理器16计算每个接收天线14用于从每个发射天线12发射的每个码元的加权向量，并且同时从该接收向量中减去该最初检测的码元分量，从而估算每个码元，同时将每个码元的影响减到最小。

图2是一个用于由V-BLAST信号处理器16估算发射码元的方法的流程图。

首先，该V-BLAST信号处理器16将经由每个接收天线14接收的信号构成为接收向量(步骤S11)。

例如，在MIMO移动通信系统具有M个数量的发射天线12和N个数量的接收天线14的情况下，假定经由M个数量的发射天线12发射的信号向量(发射向量)是“a”，而经由其发射向量被发射的移动通信信道的矩阵(信道矩阵)是“H”，该接收向量(R)可以由以下等式(1)表示：

R＝H×a+v---------(1)

此时，由于从M个数量的发射天线12发射的信号是经由不同的路径通过N个数量的接收天线16接收的，该信道矩阵(H)可以由N×M矩阵表示。该信道矩阵(H)是由V-BLAST信号处理器18经过估算获得的。在等式(1)中“V”是高斯噪声，由于噪声被导出给每个接收天线14，所以“v”是N×1向量。

因此，通过M个数量的发射天线12发射的信号穿过不同的通信信道(h_i，j)，并且该V-BLAST信号处理器16经过N个数量的接收天线14接收该信号。

一旦接收到它们，该V-BLAST信号处理器16就计算该信号的每个加权向量，并且通过使用计算的加权向量和该接收向量估算从每个发射天线12发射的码元。

现在将首先描述用于计算加权向量的方法。

为了接收端检测从M个数量的发射天线12发射的码元，由N个数量的接收天线接收的信号是通过加权向量内部产生的，其被定义为“W”。由于不同的码元是经由M个数量的发射天线12发射的，对于V-BLAST信号处理器18需要M个数量的加权向量，以检测发射码元。此时，该加权向量(w)应该满足以下性能：

$w_i^{H}x{H}_j=\left\{\begin{array}{c}0(j\≥i)\\ 1(j=i)\end{array}\right.-------\left(2\right)$

其中H_j表示一个在信道矩阵(H)中第j个列中的向量，其可以由该V-BLAST信号处理器18估算。

在等式(2)中，该加权向量(wi)其应该是对相应的接收向量内部产生的，以便第i个发射天线去检测从该天线发射的码元，只有当对该信道矩阵(H)的第i个行向量内部产生时，该加权向量(wi)具有是“1”的参数，和当对该信道矩阵(H)的其他剩余的行向量内部产生的时候是“0”。

也就是说，在该加权向量(wi)用于检测第i个发射码元的情况下，将应消除经由其他发射天线发射的码元的影响。

此外，该发射码元被顺序地检测，并且当获得被用于检测当前的码元的该加权向量的时候，由于将应除去先前检测的码元所有的影响，表示式“j≥1”被在等式(2)中使用。

因此，满足等式(2)特性的该加权向量可以如下获得：首先，等式(1)的接收向量可以通过以下等式(3)表示：

R＝a₁H₁+a₂H₂+...+a_MH_M----------(3)

概括地说，从每个发射天线12发射的码元是由接收端经由每个不同的信道接收的，并且等式(3)借助于接收的码元作为线性总和的形式来表示接收向量。

如在等式(3)中表明的，当检测到第一个发射码元的时候，优选的第二个对第M个码元的影响被消除，然后该加权向量被内部产生为接收向量。相同的原理可以应用于检测其他的发射码元的情况。

当检测到特定的发射码元的时候，为了使相应的加权向量不影响其他的发射码元，该V-BLAST信号处理器16更新用于每个要检测的发射码元的该加权向量并且使用该加权向量。

一旦该接收向量(R)被构成并且该信道矩阵(H)被估算，该V-BLAST信号处理器16开始更新加权向量，以便获得用于每个要检测的发射码元的加权向量。

为了这个目的，如在下面等式(4)中表明的，该V-BLAST信号处理器16获得用于该估算的信道矩阵(H)的摩尔-彭罗斯(moore-penrose)伪逆的矩阵(H⁺或者G₁)(步骤S13)。

G1＝H+----------(4)

在获得该摩尔-彭罗斯伪逆的矩阵之后，该V-BLAST信号处理器16从G1矩阵的行向量中选择一行具有最小的向量范数值的向量作为加权向量(步骤S15)。

例如，在选择的行向量是第K个行向量的假定之下，该G1矩阵的第K个行被选择为用于检测第K个发射码元的加权向量(w_k)。

在该加权向量(w_k)被选择之后，该V-BLAST信号处理器16内部产生该接收向量(r)和该加权向量(w_k)，以估算从第K个发射天线发射的码元(步骤S17)。

该接收端，也就是说，该V-BLAST信号处理器16较好地觉察到在MIMO移动通信系统的发送端中使用的调制方法(即，QPSK、QAM等等)。因此，当该V-BLAST信号处理器18能够认出该估算的码元属于哪个星座(constellation)时，其确定该估算的码元为形成第K个发射天线发射的发射码元(a_k)。

该V-BLAST信号处理器18检查是否从M个数量的发射天线12发射的M个数量的发射码元已经全部被检测(步骤S21)。如果仍然剩余要检测的发射码元，该V-BLAST信号处理器18执行用于更新该加权向量的步骤，以便检测该剩余的发射码元。

首先，当检测到第K个码元(a_k)的时候，如在下面等式(5)中所示，该V-BLAST信号处理器18从等式(3)的接收向量(r)中消除第K个码元(a_kH_k)的影响，以获得被用于第二次更新(步骤S23)的接收向量(r2)。

r₂＝r-a_kH_k---------(5)

在获得了该接收向量(r₁)之后，该V-BALST信号处理器18估算用于获得G₂的信道矩阵(H₂)，也就是说第二个加权向量(步骤S25)。即，该V-BLAST信号处理器16从先前的信道矩阵(H)中删除对应于检测的发射码元(a_k)的列向量(第K个列)，并且估算新的信道矩阵(H2)。

随后，前进到步骤(S13)，该V-BLAST信号处理器16计算该估算的信道矩阵(H2)的摩尔-彭罗斯伪逆的矩阵，如在下面等式(6)中所示：

$G2=\underset{\‾}{\underset{\‾}{H}}\frac{+}{K}-------\left(6\right)$

该V-BLAST信号处理器18从该G₂矩阵的行向量中选择一行具有最小的向量标准的向量作为加权向量(步骤S15)。例如，假设选择的行向量是第V行向量，该G₂矩阵的第V行被作为用于检测第V行发射码元的加权向量(w_v)使用。

在该加权向量(w_v)被选择之后，该V-BLAST信号处理器16内部产生该接收向量(r₂)和该加权向量(w_v)，以估算从第V个发射天线发射的码元(步骤S17)。

如上所述，该V-BLAST信号处理器18已经觉察到在MIMO移动通信系统的发送端中使用的数字调制方法，基于该V-BLAST信号处理器检测从第V个发射天线发射的码元(a_v)(步骤S19)，其可以判断该估算的码元属于哪个星座。

此后，该V-BLAST信号处理器18检查是否从M个数量的发射天线12发射的M个数量的发射码元已经全部被检测(步骤S21)。如果不是全部的发射码元都被检测，在步骤S23和S25之后的操作被重复地执行。如果已经检测了所有的发射码元，该步骤结束。

如上所述，在常规的MIMO移动通信系统中，该发射码元简单地被串行-并行转换，无需经受额外的信号处理，然后经由发射天线发射。然后，该接收端顺序地检测每个发射天线已经发射的发送数据。此时，当穿过该移动通信信道时，从每个发射天线独立地发射的码元应该保持其独立性。

但是，实际上，发射天线阵的发射天线是在一定程度上有相互关系，该接收天线也是如此，在某些情形下，从每个发射天线发射的信号的独立性可能不是有保证的。

此外，就移动通信信道而论，应该在每个发射天线和每个接收天线之间保证一个独立的信道。但是，实际上有时候，独立的信道和该发射天线一样多不能保证。尤其是，在仅使用在天线之间独立性的情况下，在天线之间的相关性越大，信号增益被降低更多。因此，在这种情况下，应该也考虑使用天线相关性的方法。

但是，在常规的技术中，被发射的码元只是仅考虑到在天线之间信号传输的独立性。

上述的介绍被作为参考资料结合在此处，其适合于附加或者替换的细节、特点和/或技术背景相宜的教导。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种使用在天线之间独立性和相关性用于移动通信系统的信号传输装置和方法。

本发明的另一个目的是提供一种能够在移动通信系统中增强接收端的码元检测能力的信号传输方法。

本发明的再一个目的是提供一种其中对每个码元执行波束形成的信号传输方法，并且波束形成的码元被分配给发射天线。

为了实现上述目的全部或者至少一部分，提供了一种用于使用多个天线的移动通信系统的信号传输方法，包括：从接收端接收信道矩阵；本征分解该信道矩阵并计算本征向量和本征值；对码元执行波束形成，该波束形成是通过将每个码元乘以该本征向量来执行的，并且每个码元的功率电平是按照与计算的本征值成比例来调整的；和经由多个发射天线来发射该波束形成的信号。

在本发明的信号传输方法中，优选的，其中本征向量是在发送端计算的。

在本发明的信号传输方法中，优选的，其中每个码元是多路分解的码元。

为了实现这些优点的全部或者至少一部分，进一步提供了一种用于使用多个天线的移动通信系统的信号传输方法，包括：从位于接收端的分解单元接收信道矩阵的本征向量和本征值；通过将每个码元乘以该本征向量来执行波束形成，并且每个码元的功率电平是按照与接收的本征值成比例来调整的；和经由每个发射天线来发射该波束形成的信号。

为了实现这些优点的全部或者至少一部分，进一步提供了一种用于使用多个天线的移动通信系统的信号传输装置，包括：多路分解器，多路分解顺序地输入的码元；本征分解单元，根据信道矩阵产生本征向量和本征值；波束形成单元，对每个多路分解的码元执行波束形成，该波束形成是通过将要发射的每个码元乘以该本征向量来执行的，该波束形成单元按照与该本征值成比例来调整每个码元的功率电平；和多个发射天线，发射波束形成的信号。

用于本发明的移动通信系统的信号传输装置，其进一步包括：向量估算单元，从采集的信号中估算发射向量；和码元检测器，对估算的发射向量执行波束形成并检测发射码元。

在本发明的信号传输装置中，优选的，向量估算单元通过使用迫零或者最小均方误差MMSE方法来估算发射向量。

用于本发明的移动通信系统的信号传输装置，其进一步包括：信道估算单元，从采集的信号中估算信道矩阵。

在本发明的信号传输装置中，优选的，本征值是在发送端中计算的，或者是从接收端反馈的。

为了实现这些优点的全部或者至少一部分，进一步提供了一种用于使用多个天线的移动通信系统的信号传输装置，包括：多路分解器，该多路分解器多路分解顺序地输入的码元；本征分解单元，该本征分解单元本征分解从接收端反馈的信道矩阵，并计算本征向量和本征值；波束形成单元，该波束形成单元利用计算的本征向量对每个码元执行波束形成，该波束形成单元按照与本征值成比例来调整每个码元的功率电平；和多个发射天线，发射波束形成的信号。

用于本发明的移动通信系统的信号传输装置，进一步包括：多个接收天线，这些接收天线采集发射的信号；向量估算单元，该向量估算单元从采集的信号中估算发射向量；码元检测器，该码元检测器对估算的发射向量执行波束形成、并检测发射码元；和信道估算单元，该信道估算单元从采集的信号中估算信道矩阵，并且将该信道矩阵回馈给本征分解单元。

在下面的描述中将在某种程度上阐述本发明的附加的优点、目的和特点，在参阅以下内容时或者可以从本发明的实践中获悉，在某种程度上对于那些本领域普通的技术人员将变得显而易见。如特别地在附加的权利要求中所指出的，可以实现和获得本发明的目的和优点。

附图说明

下面将参考以下的附图详细地描述本发明，其中相同的参考数字涉及相同的单元，其中：

图1举例说明按照常规技术的MIMO系统的结构；

图2是一个按照常规技术的MIMO系统的信号处理方法的流程图；

图3举例说明按照本发明的第一个实施例使用多个天线用于移动通信系统的信号传输装置的结构；

图4是一个图3的信号传输方法的流程图；

图5举例说明按照本发明的第二个实施例使用多个天线用于移动通信系统的信号传输装置的结构；

图6是一个图5的信号传输方法的流程图；

图7举例说明按照本发明的第三个实施例使用多个天线用于移动通信系统的信号传输装置的结构；

图8是一个图7的信号传输方法的流程图；和

图9举例说明按照本发明的第四个实施例使用多个天线用于移动通信系统的信号传输装置的结构。

具体实施方式

现在将参考附图详细描述本发明的优选实施例。

如在前面提到的，在常规的V-BLAST系统中，在使用M个数量的发射天线的情况下，该发送端产生一个具有M个数量码元的信号向量S，并且经由每个发射天线发射该N个数量的码元，如在下面等式中所示：

S＝[s₁，s₂，s₃，…，s_M]^T

但是，在常规的V-BLAST系统中，不考虑在天线之间的相关性，每个天线只是作为一个独立的信道工作。也就是说，在使用利用在天线之间相关性的系统的情况下，在天线之间的相关性越大，该增益被降低更多。在这种情况下，也通过采用使用在天线之间相关性的方法，可以有效地防止由于在天线之间相关性导致的增益降低。

因此，本发明提出了一种通过同样地考虑在天线之间的相关性和独立性用于增强系统性能的方法。为了这个目的，在本发明中，注意以下的事实，该发送端是借助于一个天线阵构成的，在发射每个码元之前对每个码元执行波束形成。在这种情况下，在天线之间的相关性越高，通过执行波束形成获得的增益就越高。

图3举例说明按照本发明的第一个实施例的用于移动通信系统的信号传输装置的结构。

如图3所示，按照本发明的第一个实施例的用于移动通信系统的信号传输装置包括：一个用于多路分解顺序地输入的码元的多路分解器20；一个考虑到在天线之间相关性用于对每个多路分解的码元执行波束形成的波束形成单元22；用于发射该波束形成的信号的多个发射天线50；用于采集从发射天线60发射的信号的多个接收天线60；一个用于从发射天线50采集的信号中估算发射向量的向量估算单元24；和一个用于对估算的发射向量执行波束形成和检测发射(Tx)码元的码元检测器26。

该波束形成单元22通过对每个码元乘以一个加权向量来执行波束形成，和该码元检测器26通过对估算的发射向量乘以一个该加权向量的共轭值来执行波束形成，该加权向量的共轭值在发送端中已经对每个码元内部产生。

该发射向量估算单元26通过使用巳知的迫零或者最小均方误差(MMSE)方法来估算该发射向量。

现在将参考图3和4描述按照本发明第一个实施例的用于移动通信系统的信号传输装置的操作。

首先，假定提供了M个数量的发射天线50和N个数量的接收天线60，并且在这种情况下，信道矩阵(

)是N×M矩阵。

当输入要发射的码元的时候(步骤S10)，该多路分解器20多路分解输入的码元，并且输出它们到该波束形成单元22。然后，该波束形成单元22通过一个加权向量内部产生每个多路分解的码元，以对每个码元执行波束形成(步骤S12)。

S＝w ₁ a₁+w ₂ a₂+w ₃ a₃+…+w _M a_M---------(1)

其中w ₁ 是一个加权向量，并且S是一个在执行波束形成之后的信号向量。

因此，多个发射天线独立地发射该波束形成的信号(信号向量)给接收端(步骤S14)。此后，该发送端检查是否已经发射了每个码元(步骤S16)。如果还有要发射的码元，在步骤S10之后，该操作被重复地执行，以对每个码元(a₁，a₂，a₃，...，a_M)执行波束形成。

从发送端发射的信号被经由该接收端的接收天线60采集(步骤S20)。但是，在这个方面，由于从发送端发射的信号已经经历波束形成处理，该常规的V-BLAST信号处理不能在该接收端中使用。

因此，该接收端的向量估算单元28通过使用巳知的迫零或者最小均方误差(MMSE)方法估算传输信号向量(发射向量)(步骤S22)。在这种情况下，通过迫零和MMSE方法如下执行该发射向量的估计：

首先，由接收端接收的信号(R)可以通过以下等式(2)表示：

$\underset{\‾}{R}=\underset{\‾}{\underset{\‾}{H}}\underset{\‾}{S}+\underset{\‾}{n}------\left(2\right)$

其中n表示加性高斯白噪声(AWGN)。

并且通过使用迫零来估算传输信号向量(发射向量)(S)的该信号向量

可以由以下等式(3)表示：

$\underset{\‾}{\overset{^}{S}}={\left[\begin{array}{cc}{\underset{\‾}{\underset{\‾}{H}}}^H& \underset{\‾}{\underset{\‾}{H}}\end{array}\right]}^{-1}{\underset{\‾}{\underset{\‾}{H}}}^H\underset{\‾}{R}---------\left(3\right)$

其中

是信道矩阵，并且表示埃尔米特运算。

并且通过使用MMSE方法来估算传输信号向量(S)的该信号向量

可以由以下等式(4)表示：

$\underset{\‾}{\hat{S}}={\left[\begin{array}{cc}\mathrm{\α}\underset{\‾}{\underset{\‾}{I}}+{\underset{\‾}{\underset{\‾}{H}}}^H& \underset{\‾}{\underset{\‾}{H}}\end{array}\right]}^{-1}{\underset{\‾}{\underset{\‾}{H}}}^H\underset{\‾}{R}------\left(4\right)$

其中α是信噪比(SNR)，并且

是单位矩阵。

在对每个码元执行波束形成和通过使用迫零或者MMSE方法估算该传输信号向量之后，该码元检测器26通过该加权向量的共轭值内部产生该信号向量其已经对每个码元内部产生，并且从发送端发射(也就是说，执行波束形成)，以及对该发射码元(s₁，s₂，s₃，…，s_M)检测估算的码元

这可以由以下的等式(5)表示：

$\widehat{s_1}={{\underset{\‾}{w}}_1}^H\underset{\‾}{\hat{S}}$

...---------(5)

$\widehat{s_M}={{\underset{\‾}{w}}_M}^H\underset{\‾}{\hat{S}}$

概括地说，在MIMO移动通信系统中，接收端察觉到在发送端中使用的调制方法。这样，该码元检测器26从该星座中确认估算的码元

的位置，并且最终检测该发射码元(s₁，s₂，s₃，…，s_M)(步骤S24)。

此后，该接收端检查是否已经检测了每个码元(步骤S26)，并且如果仍然残留要检测的码元，在步骤S20之后的操作被重复地执行。

如上所述，在本发明中，在某个适宜发射码元达到多个发射天线的情况下，该波束形成被对每个码元独立地执行，并且该信号被发射。

该MIMO系统可以由二个类型的频分双工(FDD)系统和时分双工(TDD)系统来实现。

在FDD系统的情况下，由于发送端无法认出从发送端到接收端的移动信道情形，其提供有来自接收端的前向信道情形。同时，在TDD系统的情况下，由于正向信道和反向信道是相同的，该发送端不需要从该接收端接收任何的信道信息。

有二种在发送端中用于计算加权向量的方法。

第一种方法是，通过使用信道矩阵(在TDD系统的情况下)，该发送端获得对每个码元将进行内部产生的加权向量，而第二种方法是，该发送端从接收端(在FDD系统的情况下)接收加权向量。

图5举例说明按照本发明的第二个实施例的使用多个天线用于移动通信系统的信号传输装置的结构。

如图5所示，本发明的第二个实施例的信号传输装置另外包括一个信道估计单元28和一个本征分解单元30。

该信道估计单元28从来自多个接收天线60采集的信号中估算信道矩阵

并且该本征分解单元30对估算的信道矩阵执行本征分解，以获得一个本征值和一个本征向量，然后将它们反馈给波束形成单元22。

然后，该发送端的波束形成单元22通过将该本征向量值用作加权向量来对该码元执行波束形成，同时与该本征值成比例调整每个码元的发射功率。

现在将参考图5和6详细描述该操作。

首先，在本发明中，假定该MIMO系统包括M个数量的发射天线50和N个数量的接收天线60，并且该MIMO系统是FDD系统。从发送端流过的发射的信号向量的移动通信信道的矩阵是

并且该信道矩阵

是一个N×M矩阵。在发送端/接收端发射先前应允的导频码元或者分离的导频信道的情况下，该接收端可以估算该信道矩阵

的每个分量(步骤S30)。

一旦该信道矩阵通过信道估算单元28估算，该本征分解单元24执行该信道矩阵

的本征分解，以获得一个要反馈的本征值和一个本征向量(步骤S31)。

但是，在这一点上，由于本发明的MIMO系统被假定具有比发射天线50(M个)更多的接收天线60(N个)，该信道矩阵

不是矩形矩阵。因此，由于该接收端的本征分解单元24不能本征分解该信道矩阵

本身，其执行一个

的本征分解。在这种情况下，“H”表示埃尔米特运算。

${\underset{\‾}{\underset{\‾}{H}}}^H\underset{\‾}{\underset{\‾}{H}}\⇒{\mathrm{\λ}}_1\underset{\‾}{e_1}+{\mathrm{\λ}}_2\underset{\‾}{e_2}+{\mathrm{\λ}}_3\underset{\‾}{e_3}+\·\·\·+{\mathrm{\λ}}_M\underset{\‾}{e_M}------\left(6\right)$

其中λ_i表示该矩阵的本征值，并且e_i表示本征向量。

该本征向量(e ₁ ，e ₂ ，e ₃ ，…，e _M )保持相互垂直。因此，即使和发射天线一样多的码元被一次发射，值得注意的是，对每个码元的波束形成是独立的。

在获得了本征值(λ₁，λ₂，λ₃，…，λ_M)和本征向量(e ₁ ，e ₂ ，e ₃ ，…，e _M )之后，该本征分解单元24反馈相应的值给接收端的波束形成单元22(步骤S32)。

然后，该波束形成单元22以加权向量(w ₁ ，w ₂ ，w ₃ ，…，w _M )替换该本征向量(e ₁ ，e ₂ ，e ₃ ，…，e _M )，以对每个码元执行波束形成(步骤S33)，并且经由每个发射天线50发射该波束形成的信号。

与常规的技术不同，其中波束形成是对每个码元形成的，以使每个码元的信号功率是相同的并且被发射，在本发明中，该波束形成单元22可以按照该本征值(λ₁，λ₂，λ₃，…，λ_M)调整每个码元的功率并且发射它们。在步骤S33之后的操作与在本发明的第一个实施例中的那些是相同的，因此其描述被省略。

在本发明的第二个实施例中，信道矩阵的估算和信道矩阵的本征分解全部是在接收端中执行的，但是不受限制于此，该本征分解也可以在发送端中执行。

图7举例说明按照本发明的第三个实施例的使用多个天线用于移动通信系统的信号传输装置的结构。

如图7所示，按照本发明的第三个实施例的信号传输装置具有这样的结构，即，该信道估算单元28被放置在接收端中，而该本征分解单元30被放置在发送端中，而不是该信道估算单元28和该本征分解单元30两者都被放置在接收端中。

因此，如图8所示，当该接收端的信道估算单元28估算信道矩阵

并且馈送其回到发送端(步骤S40和S41)的时候，如上所述，该发送端的本征分解单元30执行的本征分解，以获得本征值(λ₁，λ₂，λ₃，…，λ_M)和本征向量(e ₁ ，e ₂ ，e ₃ ，…，e _M )(步骤S42)。

一旦获得了该本征值(λ₁，λ₂，λ₃，…，λ_M)和该本征向量(e ₁ ，e ₂ ，e ₃ ，…，e _M )，该波束形成单元22以加权向量(w ₁ ，w ₂ ，w ₃ ，…，w _M )替换该特征向量(e ₁ ，e ₂ ，e ₃ ，…，e _M )，对每个码元执行波束形成(步骤S43)，并且经由每个发射天线50发射该波束形成的信号(步骤S44)。在步骤S44之后的操作与在本发明的第二个实施例中的那些是相同的，因此其描述被省略。

以这样的方式，在用于采用频分双工(FDD)系统的用于移动通信系统的信号传输装置中，对每个码元内部产生的该加权向量是从接收端接收的，或者仅该信道矩阵是从接收端输入的，然后，相应的信道矩阵被本征分解以计算加权向量。

因此，可以说如图5和7所示的信号传输装置的结构被认为是彼此基本上相同的，但是仅仅取决于其要反馈的信息是不同的。

图9举例说明按照本发明的第四个实施例的使用多个天线用于移动通信系统的信号传输装置的结构，该信号传输装置采用FDD系统。

回到参考TDD系统，由于正向信道和反向信道是彼此相同的，该发送端不需要从该接收端接收任何的信道信息。因此，在本发明的第四个实施例中，用于估算信道矩阵的信道估算单元34和用于执行本征分解的本征分解单元30全部都被放置在该发送/接收端中。

该发送端的信道估算单元34估算正向信道矩阵(

)，并且该本征分解单元36执行该估算的信道矩阵(

)的本征分解，并且获得一个本征值和一个本征向量。

然后，该波束形成单元22采用获得的本征向量作为加权向量，内部产生在该多路分解器20中通过加权向量多路分解的每个码元，对每个码元执行波束形成和发射它们。以下的操作与在步骤S44之后的那些是相同的，因此其描述被省略。

如迄今为止所描述的，在本发明的MIMO系统中，该波束形成是使用在天线之间的相关性和独立性对每个码元执行的，然后发射该波束形成的码元。

因此，与如在常规技术中使用在天线之间独立性的系统不同，其中由于在天线之间的相关性变得很大，信号增益被降低，在本发明中，考虑在天线之间的相关性和在天线之间的独立性两者，使得也可以获得根据天线之间相关性的增益。

此外，额外的增益将导致增强发送端的码元检测能力，导致可以显著地提高该MIMO系统的性能。

上述实施例和优点仅仅是示范性的，并且不应理解为限制本发明。当前的教导可以容易地应用于其他类型的装置。本发明的描述意图是说明性的，而不是限制该权利要求的范围。对于那些本领域技术人员来说许多的替换、修改和变化将是显而易见的。在那些权利要求中，装置加功能从句意欲当执行列举的功能时覆盖在此处描述的结构，和不仅是结构上的等效，而且是等效的结构。

Claims (11)

1.一种用于使用多个天线的移动通信系统的信号传输方法，包括：

从接收端接收信道矩阵；

本征分解该信道矩阵并计算本征向量和本征值；

对码元执行波束形成，该波束形成是通过将每个码元乘以该本征向量来执行的，并且每个码元的功率电平是按照与计算的本征值成比例来调整的；和

经由多个发射天线来发射该波束形成的信号。

2.根据权利要求1的方法，其中该本征向量是在发送端计算的。

3.根据权利要求1的方法，其中每个码元是多路分解的码元。

4.一种用于使用多个天线的移动通信系统的信号传输方法，包括：

从位于接收端的分解单元接收信道矩阵的本征向量和本征值；

通过将每个码元乘以该本征向量来执行波束形成，并且每个码元的功率电平是按照与接收的本征值成比例来调整的；和

经由每个发射天线来发射该波束形成的信号。

5.一种用于使用多个天线的移动通信系统的信号传输装置，包括：

多路分解器，多路分解顺序地输入的码元；

本征分解单元，根据信道矩阵产生本征向量和本征值；

波束形成单元，对每个多路分解的码元执行波束形成，该波束形成是通过降要发射的每个码元乘以该本征向量来执行的，该波束形成单元按照与该本征值成比例来调整每个码元的功率电平；和

多个发射天线，发射波束形成的信号。

6.根据权利要求5的装置，还包括：

向量估算单元，从采集的信号中估算发射向量；和

码元检测器，对估算的发射向量执行波束形成并检测发射码元。

7.根据权利要求6的装置，其中该向量估算单元通过使用迫零或者最小均方误差MMSE方法来估算该发射向量。

8.根据权利要求5的装置，进一步包括：

信道估算单元，从采集的信号中估算信道矩阵。

9.根据权利要求5的装置，其中该本征值是在发送端中计算的，或者是从接收端反馈的。

10.一种用于使用多个天线的移动通信系统的信号传输装置，包括：

多路分解器，该多路分解器多路分解顺序地输入的码元；

本征分解单元，该本征分解单元本征分解从接收端反馈的信道矩阵，并计算本征向量和本征值；

波束形成单元，该波束形成单元利用计算的本征向量对每个码元执行波束形成，该波束形成单元按照与本征值成比例来调整每个码元的功率电平；和

多个发射天线，发射波束形成的信号。

11.根据权利要求10的装置，进一步包括：

多个接收天线，这些接收天线采集发射的信号；

向量估算单元，该向量估算单元从采集的信号中估算发射向量；

码元检测器，该码元检测器对估算的发射向量执行波束形成、并检测发射码元；和

信道估算单元，该信道估算单元从采集的信号中估算信道矩阵，并且将该信道矩阵回馈给本征分解单元。

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