CN101179359A - 无线通信系统以及用于无线通信的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了用于在发射机和接收机之间执行空间复用通信的无线通信系统，该系统包括：信道信息矩阵获取部分，用于获取信道信息矩阵；加权因子矩阵算术运算部分，用于基于如此获取的信道信息矩阵来获取加权因子矩阵；归一化部分，用于执行用于归一化加权因子矩阵的处理；检测部分，用于检测在处理中是否存在异常性；加权处理部分，用于根据从检测部分获取的检测结果，对每一个从发射机发射的发射信号执行基于加权因子矩阵的加权处理；以及发射部分，用于将加权处理部分对其执行了加权处理的发射信号从发射机发射到接收机。

Description

无线通信系统以及用于无线通信的设备和方法

相关申请的交叉引用

本发明包含涉及于2006年11月8日向日本专利局提交的日本专利申请JP2006-302792的主题，将其全部内容通过引用的方式合并在此。

技术领域

本发明涉及无线通信系统，使用该系统在无线局域网(LAN)中的多个无线站中互相进行通信，以及涉及用于无线通信的设备和方法。更特别地，本发明涉及无线通信系统，使用该系统通过传输线的多路复用实现了高速数据传输，以及涉及用于无线通信的设备和方法。

更具体地，本发明涉及无线通信系统，使用该系统通过多输入多输出(MIMO)通信实现了高速数据传输，该多输入多输出通信利用了在具有多个天线的发射机和具有多个天线的接收机之间的空间复用，并且涉及用于无线通信的设备和方法。更具体地，本发明涉及无线通信系统，使用该系统复用信号，并且通过使用利用信道信息矩阵H的奇异值分解(SVD)的SVD-MIMO通信系统来发射复用信号而丝毫不受串扰影响，并且涉及用于无线通信的设备和方法。

背景技术

作为用于从传统有线通信系统中的配线中解放出来的系统，无线网络引起了注意。可以给出电气与电子工程师协会(IEEE)802.11和IEEE 802.15作为用于无线网络的标准。

基于IEEE 802.11a/g标准，支持一种调制系统，使用该系统达到等于54Mbps的通信速度。然而，近年来，期望可以实现更高比特率的下一代无线LAN标准。

作为用于实现无线通信的提速的技术之一，多输入多输出(MIMO)通信引起了注意。MIMO通信是在每一个发射机侧和接收机侧均包括多个天线元件的通信系统，并且该系统实现了通过空间复用来获取流。根据MIMO通信系统，发射能力可以与天线的数目对应地增加，而无需增加频带，由此达到了通信速度的提高。另外，空间复用的利用导致获得了卓越的频率使用效率。MIMO通信系统是利用信道特性的通信系统，并且因此不同于简单的发射和接收自适应阵列。

例如，作为IEEE 802.11a/g的扩展标准，IEEE 802.11n在主调制中采用了使用OFDM的OFDM-MIMO系统。因此，在100到600Mbps的发射速率上的通信变得可能。在2005年10月组织的称为增强无线联盟(EWC)的工业组织，当前使用MIMO作为基础，执行遵照IEEE 802.11n规范的开发和提升。

如下构造MIMO通信系统。也就是说，通过利用某种方法获得在发送机侧和接收机侧之间的信道信息矩阵H。此外，在发射阶段通过使用信道信息矩阵H而空间复用的发射信号根据预定算法而被空间地分离成多个原始流。

如下获取信道信息矩阵H。也就是说，正常地，通过一对天线在发射机侧和接收机侧之间发射已知训练序列。根据实际接收的信号和已知序列之间的差异来估计信道传输函数。此外，将用于发送机侧天线和接收机侧天线的组合的传输函数布置为矩阵的形式。当发送机侧天线的数目是M并且接收机侧天线的数目是N时，信道信息矩阵变为N×M(行×列)矩阵。

另外，大体将空间地分离所接收信号的方法分为两类。也就是说，一类是开环(open loop)型，其中根据信道信息矩阵H，接收机独立地执行空间分离。此外，另一类是闭环型，其中通过根据信道信息矩阵来执行发送机侧天线加权，也在发射机侧上执行对于接收机的适合束(beam)形成，由此产生了理想空间正交信道。利用信道信息矩阵H的奇异值分解(SVD)的SVD-MIMO通信系统公知为闭环型MIMO发射的理想形式之一。

图7概念性地示出了SVD-MIMO通信系统。在SVD-MIMO通信系统中，将具有与作为元件的天线对相对应的信道信息(传输函数)的信道信息矩阵H进行奇异值分解，由此得到UDV^H。此外，给出V作为发送机侧天线加权因子矩阵，并且给出U^H作为接收机侧天线加权因子矩阵。这里，上标H表示复数共轭转置。

这里，D表示具有信道信息矩阵H的协方差矩阵A的特征值λ_i的平方根的对角矩阵作为对角元素(下标i表示第i个空间流)。此外，特征值λ_i分别与对应的空间流的质量相对应。特征值λ_i以对角矩阵D的对角元素的值的降序排列，且与通信质量对应的功率比(power ratio)分布由奇异值的幅度表示，且对于流执行调制系统的分配。结果，可以实现多个理论上独立的传输线，对于其执行空间正交复用。因此，接收机侧可以提取出丝毫不受串扰影响的多个原始信号序列，并且理论上可以达到最高性能。

在图7中所示的示例中，发射机包括M个发射天线。因此，发射机将发射数据分发至K个发射流，通过空间/时间编码复用发射数据，并将复用的发射数据分别分发至发射天线，由此通过相应信道发射复用的发射数据。此时以向量M×1的形式表示发射信号x’。另一方面，接收机包括N个接收天线。因此，接收机使以向量形式N×1的形式表示的所接收信号y’经过空间/时间解码，由此获得由K个接收流组成的所接收数据而没有流间的串扰。在这种情况下，信号信息矩阵以N×M的矩阵H的形式表示。此外，理想地形成了仅具有发送机侧天线数目和接收机侧天线数目的较小值(MIN[M，N])的空间流。

信道信息矩阵的元素h_ij是从第j个发射天线到第i个接收天线的传输函数(其中i是1到N的正整数，而j是1到M的正整数)。此外，接收信号向量y’由下面的表达式(1)来表示，其中将噪声向量n添加到发射信号向量和信道信息矩阵的乘积上。

y′＝Hx′+n  …(1)

当以上述的方式经过奇异值分解时，信道信息矩阵H由下面的表达式(2)来表示：

H＝UDV^H  …(2)

这里，发送机侧天线加权因子矩阵V，和接收机侧天线加权因子矩阵U^H是分别满足下面的表达式(3)和(4)的酉矩阵：

U^HU＝I  …  (3)

V^HV＝I  …  (4)

其中I表示单位矩阵。

也就是说，其中排列了HH^H的归一化特征值的矩阵是接收机侧天线加权因子矩阵U^H。此外，其中排列了H^HH的归一化特征值的矩阵是发送机侧天线加权因子矩阵V。另外，D是对角矩阵，并且具有H^HH或HH^H的特征值λ的平方根作为对角元素。换句话说，当发送机侧天线的数目M和接收机侧天线的数目N中的较小者是L(＝min(M，N))时，对角矩阵D变为L×L的方矩阵，如下面的表达式(5)所表示：

在图7中所示的系统中，发射机在发射阶段中通过使用天线加权因子矩阵V来执行加权发射。另一方面，接收机在接收阶段中通过使用U^H作为天线加权因子矩阵来执行加权接收。因此，由于每一个矩阵U和V都是酉矩阵(U是N×L的矩阵，而V是M×L的矩阵)，所以接收信号y由下面的表达式(6)表示：

y＝U^Hy′

＝U^H(Hx′+n)

＝U^H(HVx+n)

＝U^H(UDV^H)Vx+U^Hn...    (6)

＝(U^HU)D(V^HV)x+U^Hn

＝IDIx+U^Hn

＝Dx+U^Hn

这里，接收信号y和发射信号x不是分别以取决于发射机侧天线和接收机侧天线的数目的向量形式来表示，而是分别以(L×1)向量的形式表示。因为D是对角矩阵，所以可以接收每一个流的发射信号而丝毫不受串扰影响。此外，由于矩阵D的对角元素变为特征值λ_i的平方根，所以每一个接收信号的电功率(electric power)与λ_i成比例。另外，对于噪声元素n，U的每一列都具有每一个具有都归一化至1的范数的特征值。因此，U^Hn不改变噪声电功率。关于大小，U^Hn变为(L×1)向量，并且y和x具有相同的大小。

如上所述，在SVD-MIMO发射中，不论相同的频率和相同的时间，都可以获取每一个都不受串扰影响的多个独立的且逻辑的路径。也就是说，通过在相同时间上使用相同频率，可经由无线通信发射多个数据。结果，可以实现发射速度的改进。

如以上已描述的，发射机中的天线加权方法，特别地，用于SVD-MIMO发射(特征值发射)的加权方法可以用数学表达式的形式表示。普通实际设备必须通过使用以现实电路规模构成的算术运算电路来执行实时处理。由于该原因，对用于从信道信息矩阵H获取加权因子矩阵的计算，执行整数算术运算。不同于实数算术运算，由于字长限制的影响，整数算术运算引起了诸如算术运算误差、溢出、下溢等的问题。结果，加权因子矩阵的行范数(norm)有可能变化很大。

另一方面，通常根据无线电法(Radio Law)控制等来在无线发射机的发射输出中设置上限。这里，通常地，使用在不超过上限的范围中尽可能大的输出来执行发射，这是因为发射输出直接与通信距离相关连。同样在执行上述加权发射的发射机中，将具有归一到1的行范数的矩阵V用作加权因子矩阵，由此防止发射输出由于任何加权因子矩阵而波动(也就是，由此防止发射输出超过上限)。

然而，在在用于算术运算加权因子矩阵的过程中出现伴随上述算术运算等的算术误差、溢出等的情况下，加权因子矩阵可能变为不希望的值。因此，发射机可能将发射信号乘以具有不希望的大值的发射加权因子矩阵，使得所得信号的输出超过发射输出的上限，由此同无线电法控制相冲突。

例如，如上所述的技术公开于日本专利公开号2005-160030。

发明内容

根据前述内容，期望提供卓越的无线通信系统，其能够通过利用在具有多个天线的发射机和具有多个天线的接收机之间的空分复用的MIMO通信来实现高速数据传输，并且提供用于无线通信的设备和方法。

还期望提供卓越的无线通信系统，其能够通过使用利用信道信息矩阵H的奇异值分解的SVD-MIMO通信系统来复用发射信号而丝毫不受串扰影响，并且提供用于无线通信的设备和方法。

还期望提供卓越的无线通信系统，其能够通过在发射机中使用于字长有限的整数算术运算电路来计算加权因子矩阵，通过SVD-MIMO发射来实现发射速度的改进，并且提供用于无线通信的设备和方法。

还期望提供卓越的无线通信系统，当通过在发射机中使用字长有限的整数算术运算电路获取加权因子矩阵时，通过抑制伴随着算术运算误差或溢出的加权因子矩阵的行范数的波动，来降低发射电功率超过上限的可能性，以通过SVD-MIMO发射实现发射速度的改进，并且提供用于无线通信的设备和方法。

根据本发明的实施例，提供了用于在具有多个天线的发射机和具有多个天线的接收机之间执行空间复用通信的无线通信系统，该无线通信系统包括：

信道信息矩阵获取装置，用于获取具有发射机侧和接收机侧之间的天线对的传输函数作为元素的信道信息矩阵；

加权因子矩阵算术运算装置，用于基于如此获取的信道信息矩阵获取加权因子矩阵；

归一化装置，用于执行用于归一化加权因子矩阵的处理；

检测装置，用于检测由加权因子矩阵算术运算装置或归一化装置执行的处理中是否存在异常性；

加权处理装置，用于根据从检测装置获取的检测结果，对每一个从发射机发射的发射信号执行基于加权因子矩阵的加权处理；以及

发射装置，用于将加权处理装置对其执行了加权处理的发射信号从发射机发射到接收机。

然而，这里所述的“系统”表示逻辑地组装多个设备(或分别实现特定功能的功能模块)。因此，特别地，是否在单一框架(chassis)中提供设备或功能性模块(等)并不是问题。

MIMO通信通常公知为实现无线通信的提速的技术之一。特别地，根据SVD-MIMO通信系统，将具有与一对天线对应的信道信息作为元素的信道信息矩阵H经过奇异值分解，由此获得VDV^H。因此，给出V作为发射机侧的天线加权因子矩阵，给出U^H作为接收机侧的天线加权因子矩阵。结果，可以实现多个逻辑独立的传输线，对于该传输线执行正交空间复用。此外，可以在接收机侧提取出多个原始信号序列，而丝毫不受串扰影响，并且因此理论上可以达到最高性能。

这里，发射机的天线加权方法以数学表达式的形式表示。此外，普通实际设备必须通过使用具有现实电路规模结构的算术运算电路来实时地执行处理。由于该原因，对用于从信道信息矩阵H获取加权因子矩阵的计算，执行整数算术运算。不同于实数算术运算，由于字长限制的影响，整数算术运算引起了诸如算术运算误差的增加、溢出、下溢之类的问题。结果，加权因子矩阵的行范数有可能变化很大。由于该原因，尽管将具有归一化到1的行范数的矩阵用作加权因子矩阵，但是由于在加权因子矩阵的运算阶段产生的算术运算误差、溢出等，所以计算出不希望的大值的加权因子矩阵。结果，存在发射信号超过由无线电法等控制的上限的危险。

因此，在根据本发明的实施例的无线通信系统中，诸如加权因子矩阵和归一化装置之类的算术运算装置分别由整数算术运算模块构建。然而在这种情况下，归一化装置在用于在算术运算加权因子矩阵的处理的最后阶段中执行归一化加权因子矩阵的处理。结果，降低了混入加权因子矩阵算术运算的算术误差或溢出的影响。

更具体地，归一化装置对在加权因子矩阵算术运算装置中从信道信息矩阵的协方差矩阵的特征值获取的特征向量执行归一化。或者，归一化装置在加权处理装置中执行基于加权因子矩阵的加权处理之后，执行发射信号向量的归一化。

当这样的归一化装置适当地操作时，输出加权因子矩阵的行范数通常保持为恒定值。然而，当到加权因子矩阵算术运算装置的输入信号变为超过整数算术运算中的预期界限时，可能出现算术运算误差，或者在算术运算的中间发生溢出或下溢。因此，没有必要地保证适当的操作。具体地，算术运算误差对于太大的输入或太小的输入很有可能变大，因为在归一化处理中基于平方和的平方根来执行除法。

这样，检测装置将以下检测为异常性：超过预定界限的输入信号被输入至归一化装置，或在用于归一化的算术运算的中间发生溢出或下溢。

此外，当检测装置在归一化处理中检测到异常性时，加权处理装置输出另一加权的发射信号，该另一加权的发射信号具有因此保证的行范数，而不是使用通过加权因子矩阵算术运算装置算术运算的加权因子矩阵来加权每一个发射信号。结果，可以避免发射电功率超过由无线电法控制设置的上限的危险。

例如，无线通信系统还包括非易失性存储装置，用于预先在其中存储一个或多个加权矩阵，其每一个都具有因此保证的行范数，并且当检测装置在归一化处理中检测到异常性时，加权处理装置通过使用非易失性存储装置中存储的加权因子矩阵来加权每一个发射信号。由此，可以避免发射电功率超过由无线电法控制设置的上限的危险。

例如，具有因此保证的行范数的加权因子矩阵是单位矩阵、具有合适角度的旋转矩阵、镜像矩阵、Walsh-Hadamard矩阵、通过互相组合这些两个或多个矩阵而获得的矩阵等。

另外，非易失性存储装置可以在其中存储多个不同的加权因子矩阵，并且当检测装置在归一化处理中检测到异常性时，加权处理装置可以适当地从存储于非易失性存储装置中的多个不同的加权因子矩阵中间选择最佳的一个，并且可以加权每一个发射信号。

更具体地，非易失性存储装置在其中存储具有不同角度的多个旋转矩阵，并且当检测装置在归一化处理中检测到异常性时，加权处理装置可以在归一化处理的执行之前，从存储于非易失性存储装置中的多个选择矩阵中间选择具有最接近于加权因子矩阵的角度的一个，并且加权每一个发射信号。

另外，基于从如此获取的信道信息矩阵的协方差矩阵中获取的特征值，加权因子矩阵算术运算装置可以产生多个特征向量组。此外，加权因子矩阵算术运算装置可以从多个特征向量组中间选择合适的一个，即：从多个特征向量组中选择最终发生算术运算误差的可能性很小的矩阵。

根据本发明的另一个实施例，提供了无线通信系统，用于在具有多个天线的发射机和具有多个天线的接收机之间执行空间复用通信，该无线通信系统包括：

信道信息矩阵获取装置，用于获取具有发射机侧和接收机侧之间的天线对的传输函数作为元素的信道信息矩阵；

加权因子矩阵算术运算装置，用于基于如此获取的信道信息矩阵来获取加权因子矩阵；

加权处理装置，用于对从发射机发射的发射信号执行基于加权因子矩阵的加权处理；

发射信号归一化装置，用于执行由加权处理装置加权的每一个发射信号的归一化的处理，使得来自发射天线的每一个发射信号分别变为特定值；

矩阵乘积算术运算装置，用于将每一个从发射机发射的发射信号与预定矩阵相乘，由此加权每一个发射信号；

检测装置，用于检测在由加权处理装置或归一化装置执行的处理中是否存在异常性；以及

发射装置，用于根据从检测装置获取的检测结果，将以下之一从发射机发射到接收机：加权处理装置对其执行了加权处理的发射信号、以及通过矩阵乘积算术运算装置获得的发射信号。

在根据本发明的另一个实施例的无线通信系统中，检测装置将以下检测为异常性：超过预定界限的输入信号输入至发射信号归一化装置，或在归一化处理的中间发生溢出或下溢。另外，矩阵乘积算术运算装置预先准备具有因此保证的行范数的加权因子矩阵，并将从发射机发射的每一个发射信号与加权因子矩阵相乘，由此加权每一个发射信号。另外，当检测装置检测到处理中的异常性时，将通过矩阵乘积算术运算装置获取的发射信号而不是加权处理装置对其执行了加权处理的发射信号从发射机发射到接收机。结果，降低了在归一化处理期间混入每一个发射信号的算术运算误差或溢出的影响。

根据本发明的实施例，可以提供卓越的无线通信系统，通过使用利用信道信息矩阵H的奇异值分解的SVD-MIMO通信系统，该系统能够复用信号并发射所复用的信号而丝毫不受串扰影响，并且可以提供用于无线通信的设备和方法。

另外，根据本发明的实施例，可以提供卓越的无线通信系统，当在发射机中通过使用字长有限的整数算术运算电路获取加权因子矩阵时，通过抑制伴随着算术运算误差或溢出的加权因子矩阵的行范数的波动，来降低发射电功率超过上限的可能性，以通过SVD-MIMO发射实现发射速度的改进，并且提供用于无线通信的设备和方法。

另外，基于将在后面描述的优选实施例和附图，本发明的其他目标、特征和优点从详细的描述中将变得清楚。

附图说明

图1是示意性地示出根据本发明实施例的无线通信系统的配置的框图；

图2是示出图1中所示的加权因子矩阵算术运算部分的结构示例的框图；

图3是示出图1中所示的加权因子矩阵算术运算部分的另一结构示例的框图；

图4是示出终端的结构性示例的框图，其中图1中所示的加权因子矩阵算术运算部分输出加权因子矩阵而不执行归一化，而发射信号归一化部分对每一个加权发射信号执行归一化；

图5是示出应用于图4中所示的终端的、图1中所示的加权因子矩阵算术运算部分的内部结构的示例的框图；

图6是示出应用于图4中所示的终端的、图1中所示的加权因子矩阵算术运算部分的内部结构的另一示例的框图；以及

图7是概念性地示出根据现有技术的SVD-MIMO通信系统的图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图，详细描述本发明的实施例。

图1示意性地示出了根据本发明的实施例的无线通信系统的配置。图中所示的无线通信系统由终端1和终端2(其每一个具有两个天线)组成，并执行利用空分复用的MIMO通信。这里，现在将从终端1到终端2的信号发射定义为向下方向，即：“下行链路”。另一方面，现在将从终端2到终端1的信号发射定义为向上方向，即：“上行链路”。

注意，以下将通过给出单载波通信作为示例而给出描述。然而，当然，本发明也可以同样地应用于以正交频分复用(OFDM)调制系统为代表的多载波通信。另外，本发明也可以同样应用于具有除了图中所示的2×2的天线结构之外的天线结构的通信系统。

在无线LAN等中，通常地，以时分复用的方式在通信终端之间使用传输线。在时分复用通信中，在近似相同的时间段上进行向上方向的通信和向下方向的通信。因此，当在与信道波动的速度相比的非常短的时间间隔中进行向上方向的通信和向下方向的通信时，可以假定向上方向和向下方向之间的信道是可逆的，也就是信道的对称性。在这样的情况下，在向上方向的信道信息矩阵H_up和向下方向的信道矩阵H_dn之间建立下面的表达式(7)：

$H_{\mathrm{up}}=H_{\mathrm{dn}}^T\·\·\·\left(7\right)$

其中上标T表示矩阵的转置。

当执行从终端1向终端2的SVD-MIMO通信时，终端1需要获取下行链路中的信道加权因子矩阵V_dn。例如，在终端1中提供的信道信息矩阵估计部分11获取每个发射和接收天线的组合的传输函数，其通过在终端1侧的天线处接收以时分方式从天线发送的已知训练序列来获取。此外，信道信息矩阵估计部分11根据天线的布置，以矩阵的形式构造这些传输函数，由此使得可以通过利用训练时间段来估计上行链路中的信道信息矩阵H_up。

如以上表达式(7)中所示，下行链路中的信道信息矩阵H_dn是上行链路中的信道信息矩阵的转置矩阵(即H_up ^T)。此外，在终端1中提供的加权因子矩阵算术运算部分12可以以如下表达式(8)所表示的方式，通过进一步使信道信息矩阵H_dn进行奇异值分解来获取加权因子矩阵V_dn：

$H_{\mathrm{dn}}=U_{\mathrm{dn}}{D}_{\mathrm{dn}}{V}_{\mathrm{dn}}^H\·\·\·\left(8\right)$

以这样的方式获取加权因子矩阵V_dn。因此，当通过利用MIMO系统从终端1执行数据发射时，加权部分13将通过分发发射信号至发射天线而获取的发射信号向量x与加权因子矩阵V_dn复乘，如下面的表达式(9)所示。结果，加权部分13通过空间复用而获取发射信号向量x’，并分别通过天线发射所得的发射信号向量x’。

x′＝V_dnx  ...  (9)

在以上的描述中，构建了MIMO通信系统，使得作为数据发射源的终端1侧通过利用从终端2发送的训练信号来计算加权因子矩阵V_dn。然而，也可以通过任何其他合适的实现方法来构建MIMO通信系统。例如，可以如以上的情况那样，终端2侧可配备相同的信道信息估计部分(未示出)。在这种情况下，例如，信道信息估计部分可以基于从终端1接收的训练序列来估计下行链路的信道信息矩阵H_dn，并且可以向终端1通知下行链路的结果信道信息矩阵H_dn。或者，可以如以上的情况那样，终端2侧还可配备相同的加权因子矩阵算术运算部分。在这种情况下，加权因子矩阵算术运算部分可以根据信道信息矩阵H_dn来计算加权因子矩阵V_dn，并向终端1通知所得的加权因子矩阵V_dn。在下文中，为了方便，将参照在变为发射机侧的终端1中部署信道信息估计部分和加权因子矩阵算术运算部分的实施例来给出描述。然而，这些功能模块也可以部署于变为接收机侧的终端2侧。

图2示出了在终端1中提供的加权因子矩阵算术运算部分12的结构示例。这里，现在通过给出其中MIMO通信系统由两个发射天线和两个接收天线(如图1所示)的情况作为示例，将参照在终端1内的加权因子矩阵算术运算部分12中计算下行链路中的发射阶段中的天线加权因子矩阵V_dn的方法进行描述。

首先，协方差矩阵算术运算部分121将由信道信息估计部分11估计的、由上行链路的信道信息矩阵H_up的转置矩阵构成的下行链路的信道信息矩阵H_dn与复共轭转置矩阵H_dn ^H相乘，由此将协方差矩阵A的元素定义为由下面的表达式(10)表示：

$A=\left[\begin{array}{cc}{a}_{11}& a_{12}\\ a_{21}& a_{22}\end{array}\right]=H_{\mathrm{dn}}^H{H}_{\mathrm{dn}}...\left(10\right)$

这里，当λ是协方差矩阵A的特征值且v是特征向量时，建立了下面的表达式(11)和(12)中所示的关系：

Av＝λv              ...(11)

(A-λI)v＝0

det(A-λI)＝0        ...  (12)

其中det表示矩阵的行列式(determination)。此外，将在以下示出的二次方程式(13)可以从以上表达式(10)和(12)获得：

(a₁₁-λ)(a₂₂-λ)-a₁₂a₂₁＝0             ...(13)

λ²-(a₁₁+a₂₂)λ+(a₁₁a₂₂-a₁₂a₂₁)＝0

特征值算术运算部分122求解二次方程式(13)以获得协方差矩阵A的特征值λ₁和λ₂。如前所述，D_dn是在对角项上具有这些特征值λ₁和λ₂的平方根的对角矩阵。

接着，特征向量算术运算部分123将这些特征值λ₁和λ₂代入以上表达式(11)以获得特征向量。作为这里所获得的特征向量，存在大量组合。特征向量之一由下面的表达式(14)表示：

$[v_1,v_2]=\left[\begin{array}{cc}{a}_{12}& {\mathrm{\λ}}_2-a_{22}\\ {\mathrm{\λ}}_1-a_{11}& a_{21}\end{array}\right]...\left(14\right)$

归一化部分124归一化该特征向量的组合以获得加权因子矩阵V_dn。执行归一化的原因是因为在随后的阶段中使用被归一化使得行范数归一化到1的矩阵作为加权部分13中的加权因子矩阵，由此对于任何加权因子矩阵，防止发射输出波动(超过上限)。加权因子矩阵V_dn由下面的表达式(15)或(16)中的任一个表示：

$V_{\mathrm{dn}}=\left[\begin{array}{cc}{a}_{12}/s_1& ({\mathrm{\λ}}_2-a_{22})/s_2\\ ({\mathrm{\λ}}_1-a_{11})/s_1& a_{21}/s_2\end{array}\right]...\left(15\right)$

其中 $s_1=\sqrt{a_{12}^2+{({\mathrm{\λ}}_1-a_{11})}^2},$ 并且 $s_2=\sqrt{{({\mathrm{\λ}}_2-a_{22})}^2+a_{21}^2}$

$V_{\mathrm{dn}}=\left[\begin{array}{cc}{a}_{12}/t_1& ({\mathrm{\λ}}_2-a_{22})/t_2\\ ({\mathrm{\λ}}_1-a_{11})/t_1& a_{21}/t_2\end{array}\right]...\left(16\right)$

其中 $t_1=\sqrt{a_{12}^2+{({\mathrm{\λ}}_2-a_{22})}^2},$ 并且 $t_2=\sqrt{{({\mathrm{\λ}}_1-a_{11})}^2+a_{21}^2}.$

加权部分13基于以上所述的加权因子矩阵V_dn，在随后的阶段中加权每一个发射信号向量x。

出于，计算上述天线加权因子矩阵V_dn的运算对通过使用以现实电路规模构成的算术运算电路来执行实时处理的必要性，在实际设备上执行整数算术运算。不同于实数算术运算，由于字长限制的影响，整数算术运算引起了算术运算误差的增加、溢出或下溢。这导致加权因子矩阵V_dn很有可能波动较大。结果，存在加权因子矩阵提供不希望的值，并且因此发射输出超过由终端1中的无线电法控制的上限的危险。

另一方面，在该实施例中，如图2所示，在加权因子矩阵算术运算部分12中的最后阶段中执行归一化。由此，有效地抑制了加权因子矩阵V_dn的行范数的波动。如果在归一化之前算术运算误差等在算术运算中混入发射信号，则只要归一化部分124适当地执行归一化操作，输出加权因子矩阵V_dn的行范数通常就变为恒定值。

例如，可以给出下面的方法，作为上述在加权因子矩阵算术运算部分12中的最后阶段中归一化加权因子矩阵V_dn的方法的替换。也就是说，可以执行上行链路的信道信息矩阵H_UP的奇异值分解 $(H_{\mathrm{UP}}=U_{\mathrm{UP}}{D}_{\mathrm{UP}}{V}_{\mathrm{UP}}^H),$ 以获得类似于以上情况的D_UP和V_UP(在最后阶段归一化V_UP)。此外，下行链路阶段中的发射天线加权因子矩阵V_dn可以从由下面的表达式(17)所表示的关系中获得：

$V_{\mathrm{dn}}=U_{\mathrm{UP}}^{*}{\left(H_{\mathrm{UP}}{V}_{\mathrm{UP}}{D}_{\mathrm{UP}}^{-1}\right)}^{*}...\left(17\right)$

其中^*表示复共轭，而^-1表示逆矩阵。

在这种情况下，在归一化完成之后进一步执行算术运算，其增加了由于算术运算误差而发生发射天线加权因子矩阵V_dn的行范数的波动的可能性。

因此，如图2所示，在最后阶段，加权因子算术运算部分12在其中归一化加权因子矩阵V_dn，由此可以抑制输出加权因子矩阵V_dn的行范数的波动。

直到现在，已经在只要归一化部分124适当地执行归一化操作、输出加权因子矩阵V_dn的行范数通常就保持在恒定值的假定下给出了描述。然而，在字长有限的整数算术运算中没有必要地保证了加权因子算术运算部分12的合适操作。例如，在到加权因子矩阵算术运算部分12的输入信号超过意外界限的情况下，可能发生算术运算误差，或在算术运算的中间发生溢出或下溢。特别地，在加权因子矩阵算术运算部分12的最后阶段中，归一化部分124基于平方和的平方根来执行除法(参照以上表达式(15)和(16))。结果，对于太大的输入或太小的输入，算术运算误差很有可能变大。

如上所述，在该实施例中，为了还处理这样的问题，加权因子矩阵算术运算部分12包括检测器126，用于检测将在下面描述的异常情况的发生：

(1)到归一化部分124的输入信号超过预期界限(太大或太小)。

(2)在用于归一化的算术运算的中间发生溢出或下溢。

当检测器126检测到这些情况时，输出加权因子矩阵的行范数大大地不同于预期值。结果，发射电功率很有可能超过由无线电法控制设置的上限。由于这个原因，根据来自检测器126的检测输出，在随后的阶段中，通过切换器127将预先存储于只读存储器(ROM)中的默认加权因子矩阵而不是从归一化部分124获得的算术运算结果输出至加权部分13。

这里，在ROM 125中准备归一化加权因子矩阵，使得行范数变成预期值。另外，例如，单位矩阵、具有合适角度的旋转矩阵、镜像矩阵、Walsh-Hadamard矩阵、通过互相组合这些两个或多个矩阵而获得的矩阵等，可以用作预先存储于ROM 125中的加权因子矩阵。

另外，可以在ROM 125中准备多个不同的加权因子矩阵。在这种情况下，当检测器126基于到归一化部分124的输入信号、算术运算中的结果等来在处理中检测到异常性时，加权因子矩阵算术运算部分12可以适当地从在ROM125中准备的多个不同的加权因子矩阵中间选择预期为最合适的一个。此外，加权因子矩阵算术运算部分12可以输出如此选择的加权因子矩阵，而不是在归一化部分124中执行的算术运算的结果。例如，可以预先在ROM 125中准备具有相应角度的多个旋转矩阵。在这种情况下，加权因子矩阵算术运算部分12可以在执行归一化之前，从具有相应角度的多个旋转矩阵中间选择具有最接近于加权因子矩阵的角度的一个。

图3示出了加权因子矩阵算术运算部分12的另一结构性示例。如先前所述，当将由特征值算术运算部分122计算的特征值λ₁和λ₂代入以上表达式(11)时，在特征向量方面，存在大量组合。在图3中所示的加权因子矩阵算术运算部分12的另一结构性示例中，特征向量算术运算部分123产生通过算术运算特征值λ₁和λ₂而获得的多组特征向量。此外，特征向量算术运算部分123通过切换器从多组特征向量选择合适的一个，并将如此选择的该组特征向量输出至随后的归一化部分124。

例如，可以给出“具有很低的最终发生算术运算误差的可能性的矩阵”，作为通过切换器128根据其从多组特征向量中间选择合适的一个的选择准则。

尽管已经给出以上表达式(14)，作为每一个均表示特征向量的表达式之一，但是也可以给出下面的表达式(18)，作为每一个均表示特征向量的表达式之一：

$[v_1,v_2]=\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\λ}}_1-a_{22}& a_{12}\\ a_{21}& {\mathrm{\λ}}_2-a_{11}\end{array}\right]...\left(18\right)$

当归一化部分124归一化由以上表达式(18)所表示的特征向量时，类似于以上情况，可获得由以下表达式(19)和(20)所表示的加权因子矩阵V_dn。

$V_{\mathrm{dn}}=\left[\begin{array}{cc}({\mathrm{\λ}}_1-a_{22})/s_1& a_{12}/s_2\\ a_{21}/s_1& ({\mathrm{\λ}}_2-a_{11})/s_2\end{array}\right]...\left(19\right)$

其中 $s_1=\sqrt{{({\mathrm{\λ}}_1-a_{22})}^2+a_{21}^2},$ 并且 $s_2=\sqrt{a_{12}^2{+({\mathrm{\λ}}_2-a_{11})}^2}$

$V_{\mathrm{dn}}=\left[\begin{array}{cc}({\mathrm{\λ}}_1-a_{22})/t_1& a_{12}/t_1\\ a_{21}/t_2& ({\mathrm{\λ}}_2-a_{11})/t_2\end{array}\right]...\left(20\right)$

其中 $t_1=\sqrt{{({\mathrm{\λ}}_1-a_{22})}^2+a_{12}^2},$ 并且 $t_2=\sqrt{a_{21}^2{+({\mathrm{\λ}}_2-a_{11})}^2}$

这里，让我们考虑其中信道信息矩阵H退化的情况。在这种情况下，由于特征值λ₂变为0，所以以上表达式(14)和(18)可以分别变换为下面的表达式(21)和(22)：

$[v_1,v_2]=\left[\begin{array}{cc}{a}_{12}& -a_{22}\\ {\mathrm{\λ}}_1-a_{11}& a_{21}\end{array}\right]...\left(21\right)$

$[v_1,v_2]=\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\λ}}_1-a_{22}& a_{21}\\ a_{21}& -a_{11}\end{array}\right]...\left(22\right)$

此时，在协方差矩阵中所包含的元素a₂₂接近于0的情况下，以上表达式(15)中的元素s₂或以上表达式(16)中的元素t₁很有可能变为接近于0。当分母变为接近于0时，整数的算术运算中的误差通常变得很大。由于这个原因，在这种情况下，在执行用于从由表达式(21)所表示的特征向量中归一化加权因子矩阵V_dn的算术运算时，与在执行用于从由表达式(22)所表示的特征向量中归一化加权因子矩阵V_dn的算术运算时相比，算术运算中最终包含误差的可能性变得更高。

另一方面，在协方差矩阵中所包含的元素a₁₁接近于0的情况下，以上表达式(19)中的元素s₂或以上表达式(21)中的元素t₁很有可能变为接近于0。由于这个原因，在这种情况下，在执行用于从由表达式(22)所表示的特征向量中归一化加权因子矩阵V_dn的算术运算时，与在用于执行从由表达式(21)所表示的特征向量中归一化加权因子矩阵V_dn的算术运算时相比，算术运算中包含误差的可能性变得更高。

因此，在这样的信道信息矩阵H退化的通信环境下，根据用来从多个特征向量中选择“具有很低的最终发生算术运算误差的可能性的矩阵”的选择准则，通过使用切换器128来执行下面的切换控制，由此使得可以降低算术误差的数目。

(1)当a₁₁＞a₂₂，或a₁₁≥a₂₂时，选择由以上表达式(18)所表示的特征向量组，并将其提供至归一化部分124。

(2)a₁₁≤a₂₂或a₁₁＜a₂₂，选择由以上表达式(14)所表示的特征向量组，并将其提供至归一化部分124。

直到现在，已经描述了加权因子矩阵算术运算部分12执行归一化。然而，也可以采用如图4中所示的结构。也就是说，加权因子矩阵算术运算部分12不执行归一化，并输出加权因子矩阵。此外，发射信号归一化部分18(部署于加权因子矩阵算术运算部分12之外)归一化每一个加权发射信号。

在图2中所示的加权因子矩阵算术运算部分12的结构示例中，在加权因子算术运算部分12中的最终阶段中执行归一化处理。结果，减小了在基于整数算术运算而计算加权因子矩阵时的算术运算误差或溢出的影响，由此有效地抑制了加权因子矩阵V_dn的行范数的波动。另一方面，在图4中所示的加权因子矩阵算术运算部分12的另一结构示例中，在使用特征向量加权每一个发射信号向量x之后，发射信号归一化部分18执行归一化处理。同样地，可以减小算术运算误差或溢出的影响，由此有效地抑制加权因子矩阵V_dn的行范数的波动。

例如，图4中所示的加权因子矩阵算术运算部分12具有如图5或图6中所示的结构。

在图5中所示的结构性示例中，在加权因子算术运算部分12中，协方差矩阵算术运算部分121根据下行链路的信道信息矩阵来计算协方差矩阵A。特征向量算术运算部分122获得协方差矩阵A的特征值。此外，特征向量算术运算部分123算术地运算特征向量，并输出所得的特征向量。

特征向量存在大量的组合。在图6中所示的结构性示例中，准备通过算术运算特征向量λ₁和λ₂而获得的多组特征向量。通过切换器128从多组特征向量中选择合适的一个，并将其输出至随后的加权部分13。例如，可以给出“具有很低的最终发生算术运算误差的可能性的矩阵”作为选择准则，根据其通过切换器128从多组特征向量中选择合适的一个(与以上相同)。

当图5或图6中所示的加权因子矩阵算术运算部分12输出加权因子矩阵V_dn时，随后的加权部分13通过将每一个发射信号向量x复乘加权因子矩阵V_dn，以执行加权处理。这里，通过将发射数据分发至发射天线来获取每一个发射信号向量x。接着，在使用加权因子矩阵V_dn来加权每一个发射信号之后，发射信号归一化部分18执行用于归一化每一个发射信号的处理。

当发射信号归一化部分18适当地执行归一化处理时，每一个输出发射向量的范数通常保持在恒定值。然而，对于发射信号归一化部分18中的处理没有必要地保证合适的操作。原因是，因为可以在归一化处理中包含基于平方和的平方根的除法等，并且因此当基于字长有限的整数算术运算执行这样的归一化处理时，输入信号变为超过预期界限，使得发生算术运算误差，并且在算术运算的中间发生溢出或下溢。

因此，向检测器15提供检测下面异常情形的发生的功能。

(1)到发射信号归一化部分18的输入信号超过预期界限(太大或太小)。

(2)在通过发射信号归一化部分18用于归一化的算术运算的中间发生溢出或下溢。

当检测器15检测到以上情况时，输出加权因子矩阵的行范数大大地不同于预期值。结果，发射电功率很有可能变为超过由无线电法控制设置的上限。由于这个原因，根据来自检测器15的检测输出，通过切换器16选择在矩阵乘积算术运算部分17中通过将每一个发射信号向量x与预定矩阵相乘而获得的矩阵乘积，而不是在发射信号归一化部分18中获得的算术运算结果。此外，分别通过发射天线发送所得的矩阵乘积的元素。这里，矩阵乘积算术运算部分17预先在ROM中存储具有因此保证的行范数的加权因子矩阵，如单位矩阵、具有合适角度的旋转矩阵、Walsh-Hadamard矩阵、或通过相互组合这些两个或多个矩阵而获得的矩阵等。在这种情况下，不使用具有变为不希望的大值的行范数的加权因子矩阵来对发射信号向量x进行加权。结果，发射电功率变为超过由无线电法控制设置的上限的可能性变得很小。

注意到，在图4中所示的终端1的结构性示例中，可以在矩阵乘积算术运算部分17中预先准备归一化的加权因子矩阵，或者可以在加权每一个发射信号之后执行归一化处理。

另外，还在图4中所示的终端1的电路结构中，预先在ROM(未示出)中存储加权因子矩阵。在这种情况中，检测出有关算术运算误差的增加或由于字长限制的影响而引发的溢出或下溢的问题。此外，在随后的阶段中，将默认的加权因子矩阵而不是从发射信号归一化部分18获得的算术运算结果从ROM输出至加权部分13。结果，可以防止加权因子矩阵的行范数进行不希望的波动。这里，例如，可以使用单位矩阵、具有合适角度的旋转矩阵、镜像矩阵、Walsh-Hadamard矩阵、通过互相组合这些两个或多个矩阵而获得的矩阵等，作为预先存储于ROM中的加权因子矩阵。

到目前为止，在参照特定实施例的同时，已经详细描述了本发明。然而，很明显，在不脱离本发明的要点的情况下，本领域技术人员可以对有关的实施例做出修改和替换。也就是说，仅仅以示例的形式公开了本发明，并且因此不应该旨在以限制的意义来理解该说明书的描述的内容。为确定本发明的要点，应该考虑所附的权利要求。

Claims (49)

1.一种用于在具有多个天线的发射机和具有多个天线的接收机之间执行空间复用通信的无线通信系统，该无线通信系统包括：

信道信息矩阵获取装置，用于获取具有发射机侧和接收机侧之间的天线对的传输函数作为元素的信道信息矩阵；

加权因子矩阵算术运算装置，用于基于如此获取的该信道信息矩阵来获取加权因子矩阵；

归一化装置，用于执行用于归一化该加权因子矩阵的处理；

检测装置，用于检测在由该加权因子矩阵算术运算装置或该归一化装置执行的处理中是否存在异常性；

加权处理装置，用于根据从该检测装置获得的检测结果，对从该发射机发射的每一个发射信号执行基于该加权因子矩阵的加权处理；以及

发射装置，用于将该加权处理装置对其执行了加权处理的发射信号从该发射机发射到该接收机。

2.如权利要求1所述的无线通信系统，其中该归一化装置对通过该加权因子矩阵算术运算装置而从该信道信息矩阵的协方差矩阵获得的特征向量进行归一化，使得行范数变为特定值。

3.如权利要求1所述的无线通信系统，其中该检测装置将以下检测为异常性：超过预定界限的输入信号被输入至该归一化装置、或在用于该归一化的算术运算中间发生溢出或下溢。

4.如权利要求1所述的无线通信系统，其中当该检测装置在该归一化处理中检测到异常性时，该加权处理装置输出另一加权的发射信号，其中该另一加权的发射信号的每一个具有因此保证的行范数，而不是使用由加权因子矩阵算术运算装置算术运算的加权因子矩阵来加权每一个发射信号。

5.如权利要求4所述的无线通信系统，进一步包括非易失性存储装置，用于预先存储一个或多个加权矩阵，该一个或多个加权矩阵的每一个都具有因此保证的行范数；

其中当该检测装置在该归一化处理中检测到异常性时，该加权处理装置通过使用预先存储于该非易失性存储装置中的加权因子矩阵来加权每一个发射信号。

6.如权利要求5所述的无线通信系统，其中该非易失性存储装置预先存储单位矩阵、具有合适角度的旋转矩阵、镜像矩阵、Walsh-Hadamard矩阵、或通过互相组合这些两个或多个矩阵而获得的矩阵。

7.如权利要求5所述的无线通信系统，其中该非易失性存储装置存储多个不同的加权因子矩阵；以及

当该检测装置在该归一化处理中检测到异常性时，该加权处理装置从存储于该非易失性存储装置中的多个不同的加权因子矩阵中间适当地选择最优的一个，并且使用如此选择的加权因子矩阵来加权每一个发射信号。

8.如权利要求5所述的无线通信系统，其中该非易失性存储装置存储多个具有不同角度的旋转矩阵，以及

当该检测装置在该归一化处理中检测到异常性时，该加权处理装置在归一化之前，从存储于该非易失性存储装置中的多个旋转矩阵中间选择具有最接近于该加权因子矩阵的角度的一个，并使用如此选择的加权因子矩阵来加权每一个发射信号。

9.如权利要求1所述的无线通信系统，其中该加权因子矩阵算术运算装置基于从如此获取的该信道信息矩阵的协方差矩阵获得的特征值，产生多组特征向量，并从该多组特征向量中选择合适的一个。

10.如权利要求9所述的无线通信系统，其中该加权因子矩阵算术运算装置从如此产生的多组特征向量中间选择具有很低的最终发生算术运算错误的可能性的一个。

11.如权利要求10所述的无线通信系统，其中每一个发射机和接收机都包括两个天线；以及

该加权因子矩阵算术运算装置基于通过将如此获取的信道信息矩阵H奇异值分解到UDV^H而获得的矩阵V，产生加权因子矩阵，将该信道信息矩阵H的协方差矩阵A＝H^HH的元素分别设置为[a₁₁，a₂₁]^T，[a₁₂，a₂₂]^T，并将协方差矩阵A的特征值分别设置为λ₁和λ₂(λ₁≥λ₂)；以及

当a₁₁＞a₂₂或a₁₁≥a₂₂时，该加权因子矩阵算术运算装置选择由下面的表达式所表示的特征向量[v₁，v₂]，并且获得加权因子矩阵：

$[v_1,v_2]=\left[\begin{array}{cc}{k}_1({\mathrm{\λ}}_1-a_{22})& k_2{a}_{12}\\ k_1{a}_{21}& k_2({\mathrm{\λ}}_2-a_{11})\end{array}\right]$

其中k₁和k₂是除了0之外的任意数(每一个包含实数和复数)，

并且当a₁₁≤a₂₂或a₁₁＜a₂₂时，该加权因子矩阵算术运算装置选择由下面的表达式所表示的特征向量[v₁，v₂]，并获得加权因子矩阵：

$[v_1,v_2]=\left[\begin{array}{cc}{k}_3{a}_{12}& k_4({\mathrm{\λ}}_2-a_{22})\\ k_3({\mathrm{\λ}}_1-a_{11})& k_4{a}_{21}\end{array}\right]$

其中k₃和k₄是除了0之外的任意数(每一个包含实数和复数)。

12.一种用于在具有多个天线的发射机和具有多个天线的接收机之间执行空间复用通信的无线通信系统，该无线通信系统包括：

信道信息矩阵获取装置，用于获取具有发射机侧和接收机侧之间的天线对的传输函数作为元素的信道信息矩阵；

加权因子矩阵算术运算装置，用于基于如此获取的该信道信息矩阵来获得加权因子矩阵；

加权处理装置，用于对从该发射机发射的发射信号执行基于该加权因子矩阵的加权处理；

发射信号归一化装置，用于执行用于归一化由通过该加权处理装置加权的每一个发射信号的处理，使得来自相应的发射天线的发射信号的每一个电功率变为特定值；

矩阵乘积算术运算装置，用于将从该发射机发射的每一个发射信号与预定矩阵相乘，由此加权每一个发射信号；

检测装置，用于检测在由该加权处理装置或该归一化装置执行的处理中是否存在异常性；以及

发射装置，用于根据从该检测装置获取的检测结果，将以下之一从发射机发射到接收机：该加权处理装置对其执行了加权处理的发射信号、以及通过该矩阵乘积算术运算装置获得的发射信号。

13.如权利要求12所述的无线通信系统，其中该检测装置将以下检测为异常性：超过预定界限的输入信号被输入至该发射信号归一化装置、或在用于该归一化的算术运算中间发生溢出或下溢。

14.如权利要求12所述的无线通信系统，其中该矩阵乘积算术运算装置预先准备具有因此保证的行范数的加权因子矩阵，并将从该发射机发射的每一个发射信号与该加权因子矩阵相乘，以加权每一个发射信号。

15.如权利要求14所述的无线通信系统，其中该矩阵乘积算术运算装置预先准备单位矩阵、具有合适角度的旋转矩阵、镜像矩阵、Walsh-Hadamard矩阵、或通过互相组合这些两个或多个矩阵而获得的矩阵。

16.一种包括多个天线用于与具有多个天线的接收机执行空间复用通信的无线通信设备，该无线通信设备包括：

加权因子矩阵算术运算装置，用于基于具有发射机侧和接收机侧之间的天线对的传输函数作为元素的信道信息矩阵，来获取加权因子矩阵；

归一化装置，用于执行用于归一化该加权因子矩阵的处理；

检测装置，用于检测由该加权因子矩阵算术运算装置或该归一化装置执行的处理中是否存在异常性；

加权处理装置，用于根据从该检测装置获取的检测结果，对发射信号执行基于该加权因子矩阵的加权处理；以及

发射装置，用于通过天线分别发射加权的发射信号。

17.如权利要求16所述的无线通信设备，其中该归一化装置对通过该加权因子矩阵算术运算装置而从该信道信息矩阵的协方差矩阵获得的特征向量进行归一化，使得行范数变为特定值。

18.如权利要求16所述的无线通信设备，其中该检测装置将以下检测为异常性：超过预定界限的输入信号被输入至该归一化装置、或在用于该归一化的算术运算中间发生溢出或下溢。

19.如权利要求16所述的无线通信设备，其中当该检测装置在该归一化处理中检测到异常性时，该加权处理装置输出另一加权的发射信号，其中该另一加权的发射信号的每一个具有因此保证的行范数，而不是使用由加权因子矩阵算术运算装置算术运算的加权因子矩阵来加权每一个发射信号。

20.如权利要求19所述的无线通信设备，进一步包括非易失性存储装置，用于预先存储一个或多个加权矩阵，该一个或多个加权矩阵的每一个具有因此保证的行范数；

其中当该检测装置在该归一化处理中检测到异常性时，该加权处理装置通过使用预先存储于该非易失性存储装置中的加权因子矩阵来加权每一个发射信号。

21.如权利要求20所述的无线通信设备，其中该非易失性存储装置预先存储单位矩阵、具有合适角度的旋转矩阵、镜像矩阵、Walsh-Hadamard矩阵、或通过互相组合这些两个或多个矩阵而获得的矩阵。

22.如权利要求20所述的无线通信设备，其中该非易失性存储装置存储多个不同的加权因子矩阵；以及

当该检测装置在该归一化处理中检测到异常性时，该加权处理装置从预先存储于该非易失性存储装置中的多个不同加权因子矩阵中适当地选择最优的一个，并使用如此选择的加权因子矩阵来加权每一个发射信号。

23.如权利要求20所述的无线通信设备，其中该非易失性存储装置存储具有不同角度的多个旋转矩阵；以及

当该检测装置在该归一化处理中检测到异常性时，该加权处理装置在该归一化之前，从预先存储于该非易失性存储装置中的多个旋转矩阵中选择具有最接近于该加权因子矩阵的一个，并使用如此选择的加权因子矩阵来加权每一个发射信号。

24.如权利要求16所述的无线通信设备，其中该加权因子矩阵算术运算装置基于从如此获取的该信道信息矩阵的协方差矩阵获得的特征值，产生多组特征向量，并从该多组特征向量中选择合适的一个。

25.如权利要求24所述的无线通信设备，其中该加权因子矩阵算术运算装置从如此产生的该多组特征向量中选择具有很低的最终发生算术运算错误的可能性的一个。

26.如权利要求25所述的无线通信设备，其中每一个发射机和接收机都包括两个天线；以及

该加权因子矩阵算术运算装置基于通过将如此获取的该信道信息矩阵H奇异值分解至UDV^H而获得的矩阵V，来产生加权因子矩阵，将该信道信息矩阵H的协方差矩阵A＝H^HH的元素分别设置为[a₁₁，a₂₁]^T，[a₁₂，a₂₂]^T，并将该协方差矩阵A的特征值分别设置为λ₁和λ₂(λ₁≥λ₂)；以及

当a₁₁＞a₂₂或a₁₁≥a₂₂时，该加权因子矩阵算术运算装置选择由下面的表达式所表示的特征向量[v₁，v₂]，并获得加权因子矩阵：

$[v_1,v_2]=\left[\begin{array}{cc}{k}_1({\mathrm{\λ}}_1-a_{22})& k_2{a}_{12}\\ k_1{a}_{21}& k_2({\mathrm{\λ}}_2-a_{11})\end{array}\right]$

其中k₁和k₂是除了0之外的任意数(每一个包含实数和复数)，

并且当a₁₁≤a₂₂或a₁₁＜a₂₂时，该加权因子矩阵算术运算装置选择由下面的表达式所表示的特征向量[v₁，v₂]，并获得加权因子矩阵：

$[v_1,v_2]=\left[\begin{array}{cc}{k}_3{a}_{12}& k_4({\mathrm{\λ}}_2-a_{22})\\ k_3({\mathrm{\λ}}_1-a_{11})& k_4{a}_{21}\end{array}\right]$

其中k₃和k₄是除了0之外的任意数(每一个包含实数和复数)。

27.一种包括多个天线用于与具有多个天线的接收机执行空间复用通信的无线通信设备，该无线通信设备包括：

加权因子矩阵算术运算装置，用于基于具有发射机侧和接收机侧之间的天线对的传输函数作为元素的信道信息矩阵来获取加权因子矩阵；

加权处理装置，用于分别对通过该天线发射的发射信号执行基于该加权因子矩阵的加权处理；

发射信号归一化装置，用于执行用于归一化由该加权处理装置加权的每一个发射信号的处理，使得来自相应的发射天线的该发射信号的每一个电功率变为特定值；

矩阵乘积算术运算装置，用于将通过天线发射的每一个发射信号分别与预定矩阵相乘，由此加权每一个有关的发射信号；

检测装置，用于检测在由该加权处理装置或该归一化装置执行的处理中是否存在异常性；以及

发射装置，用于根据从该检测装置获得的检测结果，将以下之一从发射机发射到接收机：该加权处理装置对其执行了加权处理的发射信号、以及通过该矩阵乘积算术运算装置获得的发射信号。

28.如权利要求27所述的无线通信设备，其中该检测装置将以下检测为异常性：超过预定界限的输入信号被输入至该发射信号归一化装置、或在用于该归一化的算术运算中间发生溢出或下溢。

29.如权利要求27所述的无线通信设备，其中该矩阵乘积算术运算装置预先准备具有因此保证的行范数的加权因子矩阵，并将从该发射机发射的每一个发射信号与该加权因子矩阵相乘，来加权每一个发射信号。

30.如权利要求29所述的无线通信设备，其中该矩阵乘积算术运算装置预先准备单位矩阵、具有合适角度的旋转矩阵、镜像矩阵、Walsh-Hadamard矩阵、或通过互相组合这些两个或多个矩阵而获得的矩阵。

31.一种通过使用多个天线而与具有多个天线的接收机执行空间复用通信的无线通信方法，该无线通信方法包括步骤：

基于具有发射机侧和接收机侧之间的天线对的传输函数作为元素的信道信息矩阵，算术地运算加权因子矩阵；

执行用于归一化该加权因子矩阵的处理；

检测在该加权因子矩阵算术运算步骤或在该归一化步骤中是否存在异常性；

根据在该检测步骤中获得的检测结果，对每一个发射信号执行基于该加权因子矩阵的加权处理；以及

通过天线分别发射加权的发射信号。

32.如权利要求31所述的无线通信方法，其中在该归一化步骤中，对在该加权因子矩阵算术运算步骤中从该信道信息矩阵的协方差矩阵的特征值获得的特征向量进行归一化，使得行范数变为特定值。

33.如权利要求31所述的无线通信方法，其中在该检测步骤中，将以下检测为归一化步骤中的异常性：超过预定界限的输入信号被输入至该归一化步骤、或在用于该归一化的算术运算中间发生溢出或下溢。

34.如权利要求31所述的无线通信方法，其中在该加权处理步骤中，当在该检测步骤中检测到该归一化处理中的异常性时，输出其每一个都具有因此保证的行范数的另一加权的发射信号，而不是使用在该加权因子矩阵算术运算步骤中算术运算的加权因子矩阵来加权每一个发射信号。

35.如权利要求34所述的无线通信方法，其中在该加权处理步骤中，当在该检测步骤中检测到该归一化处理中的异常性时，使用其每一个具有因此保证的行范数且是预先准备的加权因子矩阵来加权每一个发射信号。

36.如权利要求35所述的无线通信方法，其中在该加权处理步骤中，当在该检测步骤中检测到该归一化处理中的异常性时，使用以下中的任何一个来加权每一个发射信号：单位矩阵、具有合适角度的旋转矩阵、镜像矩阵、Walsh-Hadamard矩阵、和通过互相组合这些两个或多个矩阵而获得的矩阵。

37.如权利要求35所述的无线通信方法，其中在该加权处理步骤中，当在该检测步骤中检测到该归一化处理中的异常性时，从多个加权因子矩阵中适当地选择最优的一个，其中该多个加权因子矩阵的每一个具有因此保证的行范数且是预先准备的，并且使用如此选择的最优加权因子矩阵来加权每一个发射信号。

38.如权利要求35所述的无线通信方法，其中预先准备的多个加权因子矩阵是具有不同角度的多个旋转矩阵；以及

在该加权处理步骤中，当在该检测步骤中检测到该归一化处理中的异常性时，在该归一化之前，在该归一化步骤中从多个旋转矩阵中选择具有最接近于该加权因子矩阵的角度的一个，并且使用如此选择的旋转矩阵来加权每一个发射信号。

39.如权利要求31所述的无线通信方法，其中在该加权因子矩阵算术运算步骤中，基于从如此获取的该信道信息矩阵的协方差矩阵获得的特征值，来产生多组特征向量，并且从该多组特征向量中选择合适的一个。

40.如权利要求39所述的无线通信方法，其中在该加权因子矩阵算术运算步骤中，从如此产生的该多组特征向量中选择具有很低的最终发生算术运算错误的可能性的一个。

41.如权利要求40所述的无线通信方法，其中使用该两个天线，并且该接收机包括该两个天线；

在该加权因子矩阵算术运算步骤中，基于通过将如此获取的该信道信息矩阵H奇异值分解到UDV^H而获得的矩阵V，产生加权因子矩阵，将该信道信息矩阵H的协方差矩阵A＝H^HH的元素分别设置为[a₁₁，a₂₁]^T，[a₁₂，a₂₂]^T，并且将协方差矩阵A的特征值分别设置为λ₁和λ₂(λ₁≥λ₂)；以及

当a₁₁＞a₂₂或a₁₁≥a₂₂时，选择由下面的表达式所表示的特征向量[v₁，v₂]，并且获得加权因子矩阵：

$[v_1,v_2]=\left[\begin{array}{cc}{k}_1({\mathrm{\λ}}_1-a_{22})& k_2{a}_{12}\\ k_1{a}_{21}& k_2({\mathrm{\λ}}_2-a_{11})\end{array}\right]$

其中k₁和k₂是除了0之外的任意数(每一个包含实数和复数)，

以及当a₁₁≤a₂₂或a₁₁＜a₂₂时，选择由下面的表达式所表示的特征向量[v₁，v₂]，并且获得加权因子矩阵：

$[v_1,v_2]=\left[\begin{array}{cc}{k}_3{a}_{12}& k_4({\mathrm{\λ}}_2-a_{22})\\ k_3({\mathrm{\λ}}_1-a_{11})& k_4{a}_{21}\end{array}\right]$

其中k₃和k₄是除了0之外的任意数(每一个包含实数和复数)。

42.一种通过使用多个天线执行与具有多个天线的接收机的空间复用通信的无线通信方法，该无线通信方法包括步骤：

基于具有发射机侧和接收机侧之间的天线对的传输函数作为元素的信道信息矩阵，算术地运算加权因子矩阵；

对通过天线发射的每一个发射信号分别执行基于该加权因子矩阵的加权处理；

执行用于归一化在该加权处理中加权的每一个发射信号的处理，使得通过发射天线发射的发射信号的每一个电功率分别变为特定值；

将通过该天线发射的每一个发射信号分别与预定矩阵相乘，由此加权每一个发射信号；

检测在该加权处理步骤中或在该归一化步骤中是否存在异常性；以及

根据从检测步骤中获取的检测结果，发射以下之一：在该加权处理步骤中对其执行了加权处理的发射信号、以及在矩阵乘积算术运算步骤中获得的发射信号。

43.如权利要求42所述的无线通信方法，其中在该检测步骤中，将以下检测为处理中的异常性：超过预定界限的输入信号被输入至该发射信号归一化步骤、或在用于该归一化的算术运算中间发生溢出或下溢。

44.如权利要求42所述的无线通信方法，其中在该矩阵乘积算术运算步骤中，使用具有因此保证的行范数的加权因子矩阵来对通过天线发射的每一个发射信号进行加权。

45.如权利要求44所述的无线通信方法，其中在该矩阵乘积算术运算步骤中，使用单位矩阵、具有合适角度的旋转矩阵、镜像矩阵、Walsh-Hadamard矩阵或通过互相组合这些两个或多个矩阵而获得的矩阵。

46.一种用于在具有多个天线的发射机和具有多个天线的接收机之间执行空间复用通信的无线通信系统，该无线通信系统包括：

信道信息矩阵获取部分，被配置为获取具有发射机侧和接收机侧之间的天线对的传输函数作为元素的信道信息矩阵；

加权因子矩阵算术运算部分，被配置为基于如此获取的该信道信息矩阵来获取加权因子矩阵；

归一化部分，被配置为执行用于归一化该加权因子矩阵的处理；

检测部分，被配置为检测由该加权因子矩阵算术运算部分或该归一化部分执行的处理中是否存在异常性；

加权处理部分，被配置为根据从该检测部分获得的检测结果，对从该发射机发射的每一个发射信号执行基于该加权因子矩阵的加权处理；以及

发射部分，被配置为将该加权处理部分对其执行了加权处理的发射信号从该发射机发射到该接收机。

47.一种用于在具有多个天线的发射机和具有多个天线的接收机之间执行空间复用通信的无线通信系统，该无线通信系统包括：

信道信息矩阵获取部分，被配置为获取具有发射机侧和接收机侧之间的天线对的传输函数作为元素的信道信息矩阵；

加权因子矩阵算术运算部分，被配置为基于如此获取的该信道信息矩阵来获取加权因子矩阵；

加权处理部分，被配置为对从该发射机发射的发射信号执行基于该加权因子矩阵的加权处理；

发射信号归一化部分，被配置为执行用于归一化由该加权处理部分加权的每一个发射信号，使得来自相应的发射天线的该发射信号的每一个电功率变为特定值；

矩阵乘积算术运算部分，被配置为将从该发射机发射的每一个发射信号与预定矩阵相乘，由此加权每一个发射信号；

检测部分，被配置为检测由该加权处理部分或该归一化部分执行的处理中是否存在异常性；以及

发射部分，被配置为根据从该检测部分获取的检测结果，将以下之一从发射机发射到接收机：该加权处理部分对其执行了加权处理的发射信号、以及通过该矩阵乘积算术运算部分获得的发射信号。

48.一种包括多个天线用于执行与具有多个天线的接收机的空间复用通信的无线通信设备，该无线通信设备包括：

加权因子矩阵算术运算部分，被配置为基于具有发射机侧和接收机侧之间的该对天线的传输函数作为元素的信道信息矩阵来获取加权因子矩阵；

归一化部分，被配置为执行用于归一化该加权因子矩阵的处理；

检测部分，被配置为检测由该加权因子矩阵算术运算部分或该归一化部分执行的处理中是否存在异常性；

加权处理部分，被配置为根据从该检测部分获取的检测结果，对发射信号执行基于该加权因子矩阵的加权处理；以及

发射部分，被配置为通过天线分别发射加权的发射信号。

49.一种包括多个天线用于与具有多个天线的接收机执行空间复用通信的无线通信设备，该无线通信设备包括：

加权因子矩阵算术运算部分，被配置为基于具有发射机侧和接收机侧之间的天线对的传输函数作为元素的信道信息矩阵，来获取加权因子矩阵；

加权处理部分，被配置为对通过该天线发射的发射信号分别执行基于该加权因子矩阵的加权处理；

发射信号归一化部分，被配置为执行用于归一化由该加权处理部分加权的每一个发射信号的处理，使得来自相应发射天线的发射信号的每一个电功率变为特定值；

矩阵乘积算术运算部分，被配置为将每一个通过该天线发射的发射信号分别与预定矩阵相乘，由此加权每一个相关的发射信号；

检测部分，被配置为检测在由该加权处理部分或该归一化部分执行的处理中是否存在异常性；以及

发射部分，被配置为根据从该检测部分获取的检测结果，将以下之一从该发射机发射到该接收机：该加权处理部分对其执行了加权处理的发射信号、以及通过该矩阵乘积算术运算部分获得的发射信号。

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