CN101326742A - 无线通信系统、无线通信设备和无线通信方法 - Google Patents

无线通信系统、无线通信设备和无线通信方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种无线通信系统。该无线通信系统使用空间复用的流从包括N个天线的第一终端到包括M个天线的第二终端进行数据传输(N和M为大于或等于2的整数，且N＜M)。

Description

无线通信系统、无线通信设备和无线通信方法
技术领域
一方面，本发明涉及一种使用空间复用的无线通信系统、无线通信设备和无线通信方法。更具体地，本发明涉及一种发送机(transmitter)和接收机(receiver)共享信道信息以进行闭环型的空间复用传输的无线通信系统、无线通信设备和无线通信方法。
另一方面，本发明涉及一种通过基于在发送机发送包时从接收机所发送的训练序列(training sequence)而获得信道矩阵(channel matrix)、从而进行波束形成(beamforming)的无线通信系统、无线通信设备和无线通信方法。更具体地，本发明涉及一种当作为波束形成器(beamformer)的发送机的天线数量小于作为波束接收器(beamformee)的接收机的天线数量时，使用从发送机发送给接收机的训练序列来进行波束形成的无线通信系统、无线通信设备和无线通信方法。
背景技术
由于无线网络能够去除现有有线通信网络中的线缆，因而无线网络近来受到瞩目。标准无线网络包括IEEE(电气与电子工程师协会)802.11或IEEE 802.15。
例如，无线局域网(LAN)的标准IEEE 802.11a/g指定作为多载波(multi-carrier)方法的正交频分复用调制(ortho gonalfrequency division multiplexing modulation，OFDM)方法。在OFDM调制方法中，由于将具有正交频率的传输数据分配给多个载波，并传输该数据，所以各载波带变窄，频谱利用率(spectrum efficiency)非常高，并且对频率选择性衰落的抵抗性(frequency-selective fading interference)强。
另外，IEEE 802.11a/g标准支持用于实现速度最高可达54Mbps的通信的调制方法。然而，下一代无线LAN标准需要更高的比特率。
为了实现更高速的无线通信，多输入多输出(multi-inputmulti-output，MIMO)通信倍受关注。MIMO通信在发送机和接收机中采用多个天线，以实现空间复用的流。发送机进行多个传输数据的空间/时间编码(spatial/temporal encoding)和复用，并且通过信道将该多个传输数据分配并发送给N个发送天线，其中，N为正整数。接收机对由M个接收天线通过信道所接收的信号进行空间/时间解码，以无流间的串扰地获得接收数据(例如，参考日本专利JP-A-2002-44051，以下称之为专利文献1)，其中，M为正整数。理想地，形成与发送和接收天线中较少的数量(即，MIN[N，M])相应的空间流。
根据MIMO通信，可以不增加频带而根据天线的数量增加传输容量，并且可以提高通信速度。因为使用空间复用，所以频谱使用率高。MIMO通信使用信道特性，并且与简单的发送/接收自适应阵列不同。例如，作为IEEE 802.11a/g扩展标准的IEEE802.11n指定使用OFDM作为初级调制的OFDM_MIMO方法。当前，IEEE 802.11n在Task Group n(TGn)中被标准化，其中，规范是基于在2005年10月所形成的增强无线联盟(EnhancedWireless Consortium，EWC)中建立的规范而建立的。
在MIMO通信中，为了在空间上将空间复用的接收信号y分离成流信号x，通过任何方法来获取信道矩阵H，并且需要通过预定的算法、使用信道矩阵H而将空间复用的接收信号y在空间上分离成多个原本的流。
信道矩阵H是这样而获得的：即允许发送机/接收机发送/接收现有训练序列，由实际接收的信号和现有序列之间的差异而估计信道，并根据发送和接收天线的组合而将传播信道配置成矩阵形式。当存在N个发送天线和M个接收天线时，信道矩阵为M×N(行乘以列)矩阵。因此，发送机发送N个训练序列，而接收机使用所接收的训练序列获得信道矩阵H。
通常将用于在空间上分离接收信号的方法分为：开环型方法和闭环型方法，其中，在开环型方法中，接收机基于信道矩阵H而独立地进行空间分离；在闭环型方法中，发送机基于信道矩阵H对发送天线进行加权以进行向接收机的适当的波束形成，从而形成理想的空间正交信道。
对于开环型MIMO传输方法，有迫零(Zero Force)(例如，参考A.Benjebbour，H.Murata，and S.Yoshida，“Performance of iterativesuccessive detection algorithm for space-time transmission”Proc.IEFEVTC Spring，vol.2，pp.1287-1291，Rhodes，Greece，May 2001，以下称之为非专利文献1)或最小均方误差(MM SE)(例如，参考A.Benjebbour，H.Murata，and S.Yo shida，“Performance comparisonof ordered successive receivers for space-time transmission”Proc.IEEE VTC Fall，vol.4，pp.2053-2057，Atlantic City，USA，September 2001，以下称之为非专利文献2)。开环型MIMO传输方法是从信道矩阵H而求得用于在空间上分离接收信号的接收权重矩阵(reception weight matrix)W的比较简单的算法，在该算法中，省略了用于在发送机和接收机之间共享信道信息的反馈操作，并且发送机和接收机独立地进行空间复用传输。
对于理想的闭环型MIMO传输方法，已知使用信道矩阵H的奇异值分解(SVD)的SVD-MIMO方法(例如，参考http://radio3.ee.uec.ac.jp/MIMO(IEICE_TS).pdf(October 24，2003)，以下称之为非专利文献3)。在SVD-MIMO传输中，对具有使用天线对的信道信息作为元素的数值矩阵即信道信息矩阵H进行奇异值分解以求得UDVH。发送机在发送天线权重矩阵中使用V，并将波束形成的包发送给接收机。接收机典型地使用(UD)-1作为接收天线权重矩阵。这里，D为在对角元素处具有与空间流的质量相对应的奇异值λi的平方根的对角矩阵(下标“i”表示第i个空间流)。奇异值λi为以升序排列的对角矩阵D的对角元素。根据对于流以奇异值的水平所表示的通信质量，进行功率比分布或调制方法分配，从而实现逻辑上独立的多个空间正交复用的传播信道。接收机可以无串扰地提取多个原本的信号序列，并且在理论上实现最高性能。
在闭环型MIMO通信系统中，在发送机发送包时进行适当的波束形成，但是需要从用于接收该包的接收机反馈关于信道信息的信息。
例如，EWC HT(高吞吐量)MAC(媒体访问控制)规范版本V1.24定义了“隐式反馈”(Implicit feedback)和“显式反馈”(Explicit feedback)这两种类型的过程，作为用于在发送机和接收机之间反馈关于信道矩阵的信息的过程。
对于“隐式反馈”，发送机使用从接收机所发送的训练序列，来估计同样从接收机所发送的反向信道矩阵。在假定发送机和接收机之间的双向信道特性可逆的前提下，计算从发送机发送给接收机的正向信道矩阵以进行波束形成。进行通信系统中的RF电路的校准，从而使得信道特性可逆。
对于“显式反馈”，接收机使用从发送机所发送的训练序列，来估计同样从发送机所发送的正向信道矩阵，并向发送机返回包括信道矩阵作为数据的包。发送机使用所接收的信道矩阵进行波束形成。作为替代，接收机从估计的信道矩阵计算用于允许发送机进行波束形成的发送权重矩阵，并向发送机返回包括发送权重矩阵作为数据的包。对于显式反馈，因为基于估计的正向信道矩阵而计算权重矩阵，所以也可以不假定信道是可逆的。
以包传输的观点，发送机是发起器(initiator)，而接收机是终止器(terminator)。然而，以波束形成的观点，用于发送包的发起器是波束形成器，而用于接收波束形成的包的终止器是波束接收器(beamformee)。将从波束形成器到波束接收器的通信称为“正向”，而将从波束接收器到波束形成器的通信称为“反向”。例如，当接入点(AP)作为波束形成器而向客户终端(STA)传输数据帧时，显式反馈需要接入点基于从客户终端所发送的信道信息而进行波束形成。
对于显式反馈，波束形成器可以从波束接收器接收估计信道矩阵的显式反馈。通常将估计信道矩阵的反馈格式分成两种不同情况。在一种情况中，发送MIMO信道系数，而在另一种情况中，由波束接收器计算用于波束形成的发送权重矩阵V。将前一种格式称为信道状态信息(CSI)。波束形成器必须通过根据所接收的CSI来构造信道矩阵H从而进行奇异值分解，以计算用于波束形成的发送权重矩阵V。而后者又进一步分成以非压缩格式发送用于波束形成的发送权重矩阵V的情况和以压缩格式发送用于波束形成的发送权重矩阵V的情况。根据显式反馈，降低了波束形成器中用于估计信道矩阵的处理负荷和用于根据信道矩阵来计算发送权重矩阵的处理负荷。
图12示出用于通过显式反馈将波束形成从接入点发送至客户终端的帧交换过程。
该过程是由发送包括CSI反馈请求的探测信息包的接入点启动的。
探测信息包包括由信道矩阵激励的训练序列。因此，当接收探测信息包时，客户终端分离空间流训练以估计信道矩阵H，并收集CSI。将CSI数据包括在包中作为CSI反馈(CFB)，并将CSI数据返回给接入点。
接入点根据所接收的CFB来计算用于波束形成的发送权重矩阵，并将该用于波束形成的发送权重矩阵乘以发送信号，以将波束形成的包发送给客户终端。通过波束形成，即使客户终端位于过去难以进行无线通信的地方，客户终端仍可以以高传输率进行无线通信。
接着参考图13说明用于根据显式反馈进行波束形成的运算。在图13中，具有三个天线的第一客户终端STA-A为波束形成器，具有两个天线的第二客户终端STA-B为波束接收器。基于CSI格式进行反馈。在下面的说明或等式中，下标AB表示从STA-A到STA-B的正向传输。数字下标对应于相应的客户终端的天线序号。
从STA-A的天线所发送的训练序列为(tAB1，tAB2，tAB3)，而由STA-A的天线通过信道HAB所接收的信号为(rAB1，rAB2)。得到下面的等式。
r AB 1 r AB 2 = H AB t AB 1 t AB 2 t AB 3 . . . ( 1 )
其中，信道矩阵HAB为由等式(2)所表示的2×3矩阵。这里，hij为STA-A的第j个天线到STA-B的第i个天线的信道特征值。
H AB = h 11 h 12 h 13 h 21 h 22 h 23 . . . ( 2 )
当信道矩阵HAB受到奇异值分解时，得到等式(3)。这里，UAB为具有HABHAB H的固有正规化向量(inherent normalizedvector)的矩阵，VAB为HAB HHAB的固有正规化向量，而DAB为具有HABHAB H或HAB HHAB的固有向量的平方根作为对角元素的对角矩阵。另外，UAB和VAB为酉矩阵，即，复共轭转置矩阵成为逆矩阵。
HAB＝UABDABVAB H  ...(3)
用于形成从STA-A发送至STA-B的帧所需的发送权重矩阵为通过对于正向信道矩阵HAB进行奇异值分解所得到的矩阵VAB。当波束接收器接收探测信息包时，波束接收器将探测信息包分离成空间流训练，以构造估计信道矩阵HAB。收集由作为信道矩阵的元素的MIMO信道系数h11、h12、...等构成的CSI，并将其反馈给STA-A。
如果由STA-A的天线的发送信号构成的发送向量为x，并且STA-B的接收信号为y，则在不进行波束形成(未导引，un-steered)的情况下，接收信号为y＝HABx，但是在通过发送权重矩阵VAB进行波束形成(导引)的情况下，接收信号y成为等式(4)。
y＝HABVABx＝(UABDABVAB H)·VABx
                                         …(4)
＝UABDABx
因此，STA-B可以通过将DAB -1UAB H作为接收权重而乘以包括天线的接收信号的接收向量，从而对原始流进行空间分割。
当利用CSI格式进行根据显式反馈的波束形成时，波束形成器中用于估计信道矩阵的处理的负荷降低。然而，作为波束形成器的终端通过对于从波束接收器反馈的信道矩阵进行奇异值分解或其它计算方法，从而计算用于波束形成的发送权重矩阵。这是繁重负荷的计算，并且该负荷根据信道矩阵的维数而增加。
在图13所示的示例中，STA-A包括三个天线(N＝3)，而STA-B包括两个天线(M＝2)。因为STA-A较STA-B中具有更多天线，所以在波束形成的处理能力中不会出现问题。这是因为：STA-A被设计为具有与它自己的N个流相对应的处理能力，并且基于从波束接收器反馈的CSI而构造N×M信道矩阵，以基于该信道矩阵而进行用于波束形成的矩阵的计算。
然而，对于N＜M即波束接收器的天线数量大于波束形成器的天线数量的情况，由于波束形成器不具有超过它自己的空间流的数量的处理能力，因而可能出现问题。当STA-A仅可以处理等于天线数量的N个流时，不能从N×M估计信道矩阵求得用于波束形成的矩阵。
为了解决这个问题而不使波束形成特性劣化，可以考虑将与额定的天线最大数量相对应的信道估计矩阵维数Mmax给予作为波束接收器的STA-A(例如，如果基于IEEE规范，则Mmax＝4)，并且将用于计算用于波束形成的发送权重矩阵的处理能力给予所获得的Mmax×N估计信道矩阵。
例如，当STA-A包括两个天线(即，N＝2)，并且额定的天线最大数量为Mmax＝4时，虽然STA-A对于与具有相同天线数量的终端的通信只能计算2×2矩阵，但是必须计算4×2矩阵。在这种情况下，计算或处理电路必须加倍，这使得难以降低通信设备的大小和成本。
发明内容
提供了一种能够通过允许作为波束形成器而工作的终端基于从作为波束接收器而工作的终端反馈的估计信道矩阵而求得发送权重矩阵、从而利用波束形成的包、以高传输率进行通信的无线通信系统、无线通信设备和无线通信方法。
还提供了一种即使在作为波束形成器的终端的天线数量小于波束接收器的天线数量时也能够在既不使波束形成的特性劣化也不提高波束形成器中信道估计的处理能力或用于波束形成的矩阵的计算能力的情况下，通过显式反馈进行波束形成的无线通信系统、无线通信设备和无线通信方法。
根据第一实施例，提供了一种用于将空间复用的流从包括N个天线的第一终端发送给包括M个天线的第二终端的无线通信系统(N为等于或大于2的整数，而M为等于或大于1的整数)，该系统包括：通知部件，用于向所述第二终端通知当计算所述第一终端的用于波束形成的发送权重矩阵时的最大维数Mmax(Mmax为等于或小于N的整数)；训练部件，用于将包括训练序列的包从所述第一终端发送给所述第二终端，其中，该训练序列对应于所述第一终端的N个天线和所述第二终端的M个天线；信道矩阵估计部件，用于将通过所述第二终端的天线所接收的训练序列分离成M个流，并估计信道矩阵；信道信息反馈部件，用于在N＜M的情况下，考虑当计算所述第一终端中用于波束形成的发送权重矩阵时的最大维数Mmax而将由所述第二终端所估计的信道矩阵的维数抑制在小于或等于Mmax行和N列，并向所述第一终端反馈抑制后的信道矩阵；发送权重矩阵计算部件，用于使用从所述第二终端反馈给所述第一终端的、具有小于或等于Mmax行和N列的信道矩阵，而求得将数据从所述第一终端发送给所述第二终端时用于波束形成的发送权重矩阵；以及波束形成部件，用于当将数据包从所述第一终端发送给所述第二终端时，使用所述用于波束形成的发送权重矩阵而在所述第一终端的天线的发送信号中进行波束形成。
这里所述的术语“系统”表示设备(或用于实现特定功能的功能模块)的逻辑集合。应该理解，设备或功能块不一定包括在单个机壳中。在下面的说明中同样如此。
为了实现高速无线通信，提供了一种MIMO通信方法，该方法在发送机和接收机采用多个天线元件，从而通过空间复用的流进行通信。特别地，在闭环类型MIMO通信系统中，传输数据包的终端基于来自接收终端的关于估计信道矩阵的反馈信息而进行波束形成，从而实现了逻辑上独立的的多个空间正交复用的传播信道，并且接收终端可以无串扰地提取多个原本的信号序列，从而在理论上实现了最高性能。
为了进行从接收终端到发送终端的信道矩阵的反馈，例如，在EWC HT MAC规范中定义了两者类型的过程，即“隐式反馈”和“显式反馈”。其中，在显式反馈中，作为波束形成器而工作的第一终端使用基于从作为波束接收器而工作的第二终端反馈的信道信息的、用于波束形成的发送权重矩阵，而进行发送包的波束形成。
当以CSI格式进行根据显式反馈的波束形成时，减轻了波束形成器中估计信道矩阵的负荷。
然而，对于N＜M，即波束接收器的天线数量大于波束形成器的天线数量的情况，因为波束形成器不具有超过它自己的空间流的数量的处理能力，所以可能出现问题。当终端STA-A仅可以处理等于天线数量的N个流时，不能从M×N估计信道矩阵求得用于波束形成的矩阵。
在根据第一实施例的无线通信系统中，当根据显式反馈进行波束形成时，将用于计算第一终端的用于波束形成的发送权重矩阵的最大维数Mmax预先通知给第二终端，并且第二终端发送包括训练序列的包，其中，该训练序列用于与第一终端的矩阵运算的最大维数Mmax和第一终端的天线数量N相对应而激励Mmax×N正向信道矩阵。换句话说，第二终端将估计矩阵的维数抑制在小于或等于第一终端的矩阵运算的最大维数Mmax，并且返回CSI信息。因此，第一终端可以在与它自己的天线数量相对应的处理能力范围内获得用于波束形成的发送权重矩阵。
因此，在一个实施例中，当通过显式反馈进行闭环类型MIMO通信时，从波束接收器反馈根据波束形成器的天线数量而抑制维数的信道估计。因此，作为波束形成器而工作的第一终端可以进行抑制了维数的用于波束形成的发送权重矩阵的计算，从而减小了第一终端的电路大小。
更详细地，与反馈M×N信道矩阵的情况相比，可以将用于接收CSI信息的缓冲部分的电路大小减小(N/M)2的数量级。另外，因为是根据N×N信道矩阵来计算用于波束形成的发送权重矩阵，所以，与根据M×N信道矩阵来计算发送权重矩阵的情况相比，可以将波束形成发送权重矩阵计算单元的电路大小减小(N/M)2的数量级。由于电路大小的减小，因而可以降低该设备的电力消耗。
因为将信道中反馈的CSI信息从M×N减小到了N×N，所以降低了开销，从而提高了系统的总吞吐量。
由于电路大小的减小和信道开销的降低，因而可以减小与通信处理有关的延迟，并可以减少用于应用波束形成的所需时间，从而进行基于最新信道信息的波束形成。可以通过根据最新信道信息的波束形成而使特性的劣化最小化。
在一个实施例中，用于将计算第一终端的用于波束形成的发送权重矩阵时的最大维数Mmax通知给第二终端的部件没有特别限制。
例如，在EWC规范中定义：将HT终端支持的任意HT功能作为HT能力元素而发送，并宣告该HT功能。在HT能力元素中，设有用于描述是否存在支持用于波束形成的任意HT功能的发送波束形成(TxBF)能力字段。因此，当作为波束接收器而工作的终端进行显式反馈时，包括用于描述可以从波束形成器接收的探测信息包的空间维数的能力描述字段。在该能力描述字段中可以进一步定义用于描述在波束形成器进行显式反馈时CSI信息所允许的空间维数的字段。
可以将HT能力元素包括在预定的管理帧中。例如，当该无线通信设备作为接入点而工作时，可以将HT能力字段包括在传输帧的类型中。传输帧可以是在帧周期中通知的信标、测量导频(Measure Pilot)、对来自客户终端的关联的请求进行响应的关联应答(Association Response)和再关联应答(Re-associationResponse)、或者对来自客户终端的BBS信息的请求进行响应的探测应答(Probe Response)。当该无线通信设备作为客户终端(或除接入点外的通信站)而工作时，可以将HT能力字段包括在用于向该接入点请求网络关联的关联请求(Association Request)和再关联请求(Re-association Request)、和用于向该接入点请求BSS信息的探测请求(Probe Request)的传输帧的类型中。因此，即使当该无线通信设备作为接入点或客户终端而工作时，该无线通信设备也可以作为波束形成器、通过发送HT能力元素而向波束接收器通知CSI信息所允许的最大维数。
作为替代，考虑波束形成器在用于向波束接收器请求CSI信息的包中指定CSI信息的最大空间维数。例如，在EWC规范中定义的MAC帧的HT控制字段内，设有用于请求CSI信息的CSI/导引(CSI/Steering)字段，并且包发送源可以以包为单位请求CSI信息。因此，在HT控制字段内可以进一步定义用于描述CSI信息所允许的空间维数的字段。
波束形成器可以将用于请求CSI信息的信号包括在包括用于激励信道的训练序列的探测信息包中。
在EWC规范中，定义探测信息包专用的零长度帧(ZeroLength Frame，ZLF)(也称为空数据包(Null Data Packet，NDP)，以下称之为“ZLF”)。ZLF仅包括PHY头部分、其包括用于激励信道的训练序列，且ZLF不包括MAC帧。因为ZLF不具有MAC头，所以不能通过HT控制字段请求CSI信息。在这种情况下，训练部件不将用于请求CSI信息的信号包括在探测信息包中，而在先前传输给其的通常的包的HT控制字段中请求CSI信息。在该通常的包内指定CSI信息的最大空间维数。
根据第二实施例，提供了一种使用空间复用的流而从包括N个天线的第一终端到包括M个天线的第二终端进行数据传输的无线通信系统(N为等于或大于2的整数，而M为等于或大于1的整数)，该系统包括：训练部件，用于将包括训练序列的包从所述第一终端发送给所述第二终端，其中，该训练序列对应于所述第一终端的N个天线和所述第二终端的M个天线；信道矩阵估计部件，用于将通过所述第二终端的天线所接收的训练序列分离成M个流，并估计M×N信道矩阵；信道信息反馈部件，用于向所述第一终端反馈在所述第二终端中所估计的M×N信道矩阵；发送权重矩阵计算部件，用于考虑所述第一终端的天线数量N，在从所述第二终端反馈给所述第一终端的M×N信道矩阵的N×N范围内求得将数据从第一终端发送给所述第二终端时用于波束形成的发送权重矩阵；以及波束形成部件，用于当将数据包从所述第一终端发送给所述第二终端时，使用所述用于波束形成的发送权重矩阵而在所述第一终端的天线的发送信号中进行波束形成。
在根据第二实施例的无线通信系统中，根据显式反馈所进行的波束形成与第一实施例不同。最重要的不同在于：在第二实施例中，省略了用于向第二终端通知用于计算第一终端的用于波束形成的发送权重矩阵的最大维数Mmax的过程。在这种情况下，第二终端估计M×N信道矩阵，并无任何改变地反馈该信道矩阵，并且第一终端考虑它自己的天线数量N而在M×N信道矩阵的N×N范围内求得用于波束形成的发送权重矩阵。即，第一终端可以在与它自己的天线数量相对应的处理范围内进行用于波束形成的发送权重矩阵的计算，以减小第一终端的电路大小。
在根据第二实施例的无线通信系统中，由于反馈M×N信道，因而未能减小用于接收CSI信息的缓冲部分的电路大小，或者未能减小由于CSI信息的反馈而引起的开销，但是，根据N×N信道矩阵来计算用于波束形成的发送权重矩阵。因此，与根据M×N信道矩阵来计算发送权重矩阵的情况相比，可以将波束形成发送权重矩阵计算单元的电路大小减小(N/M)2的数量级。由于电路大小的减小，因而可以降低该设备的电力消耗。由于电路大小的减小，因而可以减少与通信处理有关的延迟，并且可以减少用于应用波束形成的所需时间，从而进行基于最新信道信息的波束形成。可以通过根据最新信道信息的波束形成而明显地抑制特性的劣化。
根据该实施例，提供了一种能够通过允许作为波束形成器而工作的终端基于从作为波束接收器而工作的终端反馈的估计信道矩阵而适当地设置发送权重矩阵、从而利用波束形成的包、以高传输率进行通信的无线通信系统、无线通信设备和无线通信方法。
根据该实施例，提供了一种即使在作为波束形成器的终端的天线数量小于波束接收器的天线数量时也能够不提高波束形成器中信道估计的处理能力或用于波束形成的矩阵的计算能力而适当地进行波束形成的无线通信系统、无线通信设备和无线通信方法。
在根据该实施例的无线通信系统中，当通过显式反馈基于反向信道估计结果而进行波束形成，并且发送机侧的终端的天线数量小于接收机侧的终端天线数量时，可以通过早先通知发送机侧的终端中的空间维数而计算抑制了维数的用于波束形成的发送权重矩阵，从而减小了发送机侧的终端的电路大小。
根据该实施例，在显式反馈中，通过抑制从波束接收器反馈的信道矩阵的维数、或抑制波束形成器中的用于波束形成的发送权重矩阵的计算的维数，可以减小作为波束形成器而工作的设备的电路大小，从而降低了该设备的电力消耗。
因为将从波束接收器反馈给波束形成器的CSI信息从M×N减小到了N×N，所以降低了开销，从而提高了系统的总吞吐量。
由于电路大小的减小和信道开销的降低，因而可以减少与通信处理有关的延迟，并可以减少用于应用波束形成的所需时间，由此进行基于最新信道信息的波束形成。可以通过根据最新信道信息的波束形成而使特性的劣化最小化。
通过以下结合附图对实施例的说明，本发明的其它特点和/或优点将变得显而易见，并更加容易理解。
附图说明
图1是示出根据本发明实施例的显式反馈的操作过程的示意图；
图2示出可以作为图1所示的STA-A(或STA-B)而工作的无线通信设备的发送机；
图3示出可以作为图1所示的STA-A(或STA-B)而工作的无线通信设备的接收机；
图4示出HT能力元素的格式；
图5示出Tx波束形成能力字段(Tx beamforming capabilityfield)；
图6示出在EWC规范中定义的MAC帧的HT控制字段；
图7示出CSI/导引(CSI/Steering)字段；
图8A示出ZLF包的发送操作的示例；
图8B示出该ZLF包的发送操作的示例；
图9示出用于根据从STA-A所发送的探测信息包而分离空间流训练从而估计信道矩阵的方法；
图10是示出在基于显式反馈、作为波束形成器而操作图2和3所示的无线通信设备时的处理的流程图；
图11是示出在基于显式反馈、作为波束接收器而操作图2和3所示的无线通信设备时的处理的流程图；
图12示出用于通过显式反馈而从接入点向客户终端发送波束形成的帧交换过程；
图13是示出用于根据显式反馈进行波束形成的计算处理的图；
图14是示出使用Tx波束形成能力字段(Tx beamformingcapability field)的B25～B26两位作为“波束形成器的最大CSI维数”(maximum CSI dimension at beamformer)字段的情形的图。
具体实施方式
以下将参考附图来详细说明实施例。
根据实施例的无线通信系统可以进行闭环型MIMO通信。特别地，为了进行信道矩阵的反馈，例如EWC HT规范所定义的“显式反馈”，发送机终端可以进行波束形成。对于显式反馈，波束形成器使用基于从波束接收器反馈的估计信道矩阵而求得的用于波束形成的发送权重矩阵，对发送包进行波束形成，从而建立通信。
然而，终端具有用于进行信道估计的处理能力或用于计算用于波束形成的矩阵的处理能力。处理能力大体依赖于终端包括的天线数量。因此，如果波束形成器包括大量天线，则即使在从波束接收器反馈估计信道矩阵时，由于矩阵的空间维数大，所以波束形成器也会不能求得用于波束形成的矩阵。
在该无线通信系统中，根据该实施例，当根据显式反馈进行波束形成时，预先向波束接收器通知用于计算波束形成器的用于波束形成的发送权重矩阵的最大维数Mmax。波束接收器与波束形成器的矩阵运算的最大维数Mmax相对应而发送这样的包：其包括具有小于或等于Mmax行和N列的正向信道矩阵信息。换句话说，波束接收器将估计信道矩阵的维数抑制在小于或等于最大维数Mmax，并返回CSI信息。因此，波束形成器可以在与它自己的天线数量相对应的处理能力的范围内获得用于波束形成的发送权重矩阵。
图1是示出根据实施例的显式反馈的操作过程的示意图。这里，作为波束形成器而工作的终端STA-A包括第一数量的天线。在该特定实施例中，该第一数量为2，等于计算用于波束形成的发送权重矩阵时的最大维数。作为波束接收器而工作的终端STA-B包括第二数量的天线。在该特定实施例中，该第二数量为3。基于EWC MAC规范而进行该过程。
首先，终端STA-A向终端STA-B发送包括训练序列的探测信息包，并进行显式反馈中的CSI请求。终端STA-A将计算用于波束形成的发送权重矩阵时的最大维数的信息包括在CSI请求中。通过独立过程向终端STA-B预先通知最大维数。
从终端STA-A发送的探测信息包激励3×2正向信道矩阵。终端STA-B被设计为包括与其自身的流的数量相对应的处理能力。当接收探测信息包时，可以毫无问题地生成3×2正向信道矩阵。
终端STA-B考虑到终端STA-A的处理能力而将用于反馈所生成的估计信道矩阵的CSI信息的维数抑制在Mmax×N或更少。当在终端STA-A的发送能力、或在终端STA-B的接收能力之内使用较少数量的空间流时，CSI信息的反馈是合适的。例如，仅使用一个或两个空间流。
当接收CSI信息时，在处理能力内，终端STA-A可以计算用于波束形成的发送权重矩阵，从而减小了该终端的电路大小。
其后，每当终端STA-A进行波束形成时，重复进行探测信息包的请求、由探测信息包的接收而引起的信道估计、以及用于波束形成的发送权重矩阵的计算。
因为根据终端STA-A的天线数量来抑制信道估计的维数，所以从终端STA-B反馈信道估计。作为波束形成器而工作的终端STA-A可以获得抑制了维数的、用于波束形成的发送权重矩阵，从而减小终端STA-A的电路大小。
更具体地，在一个示例中，如果Mmax＝N，则与反馈M×N信道矩阵的情况相比，可以将用于接收CSI信息的缓冲部分的电路大小减小(N/M)2的数量级(在该情况下，N＝2而M＝3)。另外，因为根据N×N信道矩阵来计算用于波束形成的发送权重矩阵，所以，与根据M×N信道矩阵来计算发送权重矩阵的情况相比，可以将波束形成发送权重矩阵计算单元的电路的大小减小(N/M)2的数量级。由于电路大小的减小，因而可以降低该设备的电力消耗。
因为将信道中反馈的CSI信息从M×N减小到了N×N，所以降低了开销，从而可以提高系统的总吞吐量。
由于电路大小的减小和信道开销的降低，因而可以减少与通信处理有关的延迟，并可以减少应用波束形成的所需时间，从而进行基于最新信道信息的波束形成。可以根据最新信道信息而使波束形成特性的劣化最小化。
与使用M×N估计信道矩阵来进行波束形成的情况相比，该特性可能劣化，但是，由于开销减少，因而可以短时间地应用最新的信道信息。因此，可以使劣化最小化。
为了实现上述波束形成过程，需要将波束形成器的信道估计最大维数Mmax通知给波束接收器。
例如，在EWC规范中定义：将HT终端支持的任意HT功能作为HT能力元素而发送，并宣告该HT功能。在HT能力元素中，设有用于描述是否存在支持用于波束形成的任意HT功能的发送波束形成(TxBF)能力字段。
图4示出HT能力元素的格式。在TxBF能力字段中，指定波束形成的HT功能。图5示出Tx波束形成能力字段的结构。
虽然Tx波束形成能力字段具有32位，但是其中第19～20位分配给了波束形成器天线的CSI序号(CSI number of beamformerantennae)，第21～22位分配给了波束形成器天线的非压缩导引矩阵(Uncompressed steering matrix of beamformer antennae)，开且第23～24位分配给了波束形成器天线的压缩导引矩阵(Com-pressed steering matrix of beamformer antennae)。在这些字段中，描述有当波束接收器利用各格式进行显式反馈时可以从波束形成器接收的探测信息包的空间维数。在该字段中可以进一步定义用于描述在波束形成器进行显式反馈时CSI信息所允许的空间维数。作为附加定义方法，例如，使用当前Tx波束形成能力字段中作为“保留”区域的B25～B31的部分位字段来描述关于接收到探测信息包时的最大空间维数的信息。特别地，使用B25～B26两位作为“波束形成器的最大CSI维数”(maximum CSIdimension at beamformer)字段(参考图14)。如果该值为0，则将具有1行和N列的矩阵定义为最大值；如果最大CSI维数的值为1，则将具有2行和N列的矩阵定义为最大值；如果最大CSI维数的值为2，则将具有3行和N列的矩阵定义为最大值；而如果最大CSI维数的值为3，则将具有4行和N列的矩阵定义为最大值，由此表示接收到探测信息包时CSI信息所允许的空间维数。
在预定管理帧中可以包括HT能力元素。例如，当终端STA-A作为接入点而工作时，在传输帧中可以包括HT能力字段。传输帧可以是以下之一：在各帧周期中通知的信标、测量导频(Measure Pilot)、对来自客户终端的关联的请求进行响应的关联应答(Association Response)和再关联应答(Re-associationResponse)两者、以及对来自客户终端的基础服务集(BSS)信息的请求进行响应的探测应答(Probe Response)，从而将CSI信息的维数通知给参与到终端STA-A运行的网络中的终端STA-B。当终端STA-A作为客户终端(或除接入点外的通信站)而工作时，可以将HT能力字段包括在传输帧中。传输帧可以是以下之一：用于向作为接入点而工作的终端STA-B请求网络关联的关联请求和再关联请求两者、和用于向该接入点请求BSS信息的探测请求。因此，即使当终端STA-A作为接入点或客户终端而工作时，终端STA-A也可以通过发送HT能力元素而向终端STA-B通知CSI信息所允许的最大维数。
在除终端STA-B外的终端中，从终端STA-A所发送的HT能力元素中所描述的CSI维数信息是有效的。例如，当终端STA-A对于终端STA-C(未示出)进行使用CSI反馈的隐式波束形成时，不必再次发送CSI维数信息。
可选地，考虑波束形成器在用于向波束接收器请求CSI信息的包中指定CSI信息的最大空间维数。图6示意性示出在EWC规范中定义的MAC帧的HT控制字段。HTC字段具有32位。其中，在第22～23位处的CSI/导引字段中，包发送源可以以包为单位而请求CSI信息。在该HTC字段中可以进一步定义用于描述CSI信息所允许的空间维数的字段。
接着参考图1来说明显式反馈的操作过程的变形示例。
首先，终端STA-A向终端STA-B发送包括训练序列的探测信息包，并进行显式反馈中的CSI请求。然而，没有向终端STA-A通知关于计算用于波束形成的发送权重矩阵时的最大维数的信息。
从终端STA-A发送的探测信息包激励3×2正向信道矩阵。终端STA-B被设计为包括与其自身的流的数量相对应的处理能力。当接收探测信息包时，可以毫无问题地生成3×2正向信道矩阵。
终端STA-B将3×2信道矩阵无改变地反馈给终端STA-A，作为CSI信息。当在STA-A的发送能力中、或在STA-B的接收能力之内使用较少数量的空间流时，CSI信息的反馈是合适的。例如，仅使用一个或两个空间流。
终端STA-A考虑到自身的天线数量而在3×2信道矩阵的2×2范围内请求发送权重矩阵。
其后，每当终端STA-A进行波束形成时，重复进行探测信息包的请求、由探测信息包的接收而引起的信道估计、以及用于波束形成的发送权重矩阵的计算。
因为终端STA-A利用在其自身的天线数量范围内的维数而求得用于波束形成的发送权重矩阵，因而可以减小电路大小。
在这种情况下，终端STA-A没有减小用于接收CSI信息的缓冲部分的电路大小或CSI信息的反馈开销，但是，作为典型示例，如果Mmax＝N，则终端STA-A根据N×N信道矩阵来计算用于波束形成的发送权重矩阵。因此，与根据M×N信道矩阵来计算发送权重矩阵的情况相比，可以将波束形成发送权重矩阵计算单元的电路大小减小(N/M)2的数量级(在该情况下，N＝2而M＝3)。
由于电路大小的减小，因而可以降低该设备的电力消耗。由于电路大小的减小，因而可以减少与通信处理有关的延迟，并且可以减少应用波束形成的所需时间，从而进行基于最新信道信息的波束形成。可以通过根据最新信道信息的波束形成而明显地抑制特性的劣化。
在图1所示的波束形成过程中，作为波束形成器而工作的终端STA-A将用于请求CSI信息的信号包括在探测信息包中，探测信息包包括用于激励信道的训练序列。更详细地，在设置在MAC帧的HT控制字段中的CSI/导引(CSI/Steering)字段中，可以指定在显式反馈中从波束接收器接收的反馈方法(参考图7)。
在EWC规范中，定义探测信息包专用的零长度帧(ZLF)。ZLF仅包括PHY头部分、其包括包括用于激励信道的训练序列，且ZLF不包括MAC帧。因为ZLF不具有MAC头，所以不能通过HT控制字段请求CSI信息。在这种情况下，训练部件不将用于请求CSI信息的信号包括在探测信息包中。相反，训练部件在探测信息包之前所传输的通常的包的HT控制字段中请求CSI信息。
图8A示出ZLF包的发送操作的一例。如图8A所示，在发送通常的数据包后、经过短帧间间隔(Short Inter Frame Space，SIFS)或缩短的帧间间隔(Reduced Inter Frame Space，RIFS)时，发送ZLF包。在包括在通常的数据包中的MAC头内的HT控制字段中，通过指定CSI/导引(CSI/Steering)字段来进行对随后的ZLF包的CSI请求。
在图8B所示的示例中，终端STA-A在用于请求即时应答的数据帧中请求CSI信息的反馈，但是却在其中宣告连续地发送ZLF。当终端STA-B根据即时应答返回ACK时，终端STA-A在接收到ACK后经过去SIFS时，发送ZLF。
图2和3分别示出在图1所示的无线通信系统中可以作为终端STA-A(或终端STA-B)的无线通信设备的发送机和接收机的结构。终端STA-A的天线数量为N，而终端STA-B的天线数量为M。这里，例如，基于IEEE规范，N或M最大为4。但是为了避免附图的冲突，附图中仅示出两个天线。
通过加扰器102对提供给数据生成器100的传输数据进行加扰。随后，通过编码器104进行纠错编码。例如，在EWC HTPHY规范中，根据IEEE 802.11a的定义来定义加扰和编码方法。将编码后的信号输入给数据分割单元106，以将其分成发送流。
在该设备作为波束形成器而工作的情况下，数据生成器100在进行显式反馈时，生成用于描述CSI信息的请求的MAC帧。在该设备作为波束接收器而工作的情况下，响应于接收CSI信息请求，接收机的信道矩阵估计单元216a基于估计的信道矩阵而构造包括CSI信息的数据帧。
在各发送流中，根据应用于各流的数据率、由删余器108对发送信号进行删余，由交织器110对发送信号进行交织，并由映射器112将其映射成IQ信号空间，从而成为共轭基带信号。在EWC HT PHY规范中，交织方式扩展了IEEE 802.11a的定义，从而在多个流之间不进行相同的交织。根据IEEE 802.11a可以应用BPSK、QPSK、16QAM或64QAM作为映射方式。
选择器111在适当定时将训练序列插入各被交织的空间流的发送信号中，并将其提供给映射器112。训练序列包括用于提高MIMO系统中的AGC的HT-STF(short training field，短训练字段)和用于对在接收机中被空间上调制的各输入信号进行信道估计的HT-LTF(long training field，长训练字段)。
当对于该发送信号进行波束形成时，在空间复用器114中，波束形成发送权重矩阵计算单元114a使用奇异值分解等计算方法，根据信道矩阵H来计算用于波束形成的发送权重矩阵V。发送权重矩阵乘法单元114b将该发送权重矩阵V乘以具有发送流作为元素的发送向量，从而进行波束形成。当发送探测信息包时，对于发送信号不进行波束形成。
当进行使用CSI格式的显式反馈时，波束形成发送权重矩阵计算单元114a使用基于从波束接收器反馈的CSI信息所构造的正向信道矩阵，来计算发送权重矩阵。当将CSI维数信息通知给波束接收器作为由波束形成发送权重矩阵计算单元114a所计算的最大维数时，从波束接收器返回的CSI信息是这样的信道信息：其中，将维数抑制在Mmax×N。当没有将CSI维数信息通知给波束接收器时，从波束接收器返回的CSI信息成为由波束接收器估计的M×N信道矩阵。在后一情况下，波束形成发送权重矩阵计算单元114a从M×N矩阵仅提取Mmax行，构造Mmax×N正向信道矩阵，并对于Mmax×N正向信道矩阵进行奇异值分解，以求得发送权重矩阵V。在任一种情况下，与根据M×N信道矩阵来计算发送权重矩阵的情况相比，可以将波束形成发送权重矩阵计算单元的电路大小减小(Mmax/M)2的数量级。
逆快速傅立叶变换单元(IFFT)116将频域中排列的子载波转换成时域信号。保护插入单元118添加保护间隔。数字滤波器120进行频带限制，数字-模拟转换器(DAC)122将限制带宽的信号转换成模拟信号，而RF单元124将该模拟信号上变频成适当频带，并通过各发送天线将转换后的信号发送给信道。
同时，在各接收天线分支中，通过信道到达接收机的数据在RF单元228中进行模拟处理，通过模拟-数字转换器(ADC)226转换成数字信号，并且输入给数字滤波器224。
随后，同步电路222进行以下处理，包括：包检测、定时检测和频率偏移校正。保护除去单元220除去添加到数据发送区段的顶部的保护间隔。快速傅立叶变换单元(FFT)218将时域信号变换成频域信号。
空间分离单元216对于被空间复用的接收信号进行空间分离处理。具体地，信道矩阵估计单元216a对包括在探测信息包的PHY头中的空间流训练进行分离，并根据该训练序列来构造估计信道矩阵H。
天线接收权重矩阵计算单元216b基于由信道矩阵估计单元216a所获得的信道矩阵H而计算天线接收权重矩阵W。在对于接收包进行波束形成，并且估计信道矩阵受到奇异值分解的情况下，估计信道矩阵变成等于UD(参考等式3)，并且由此计算天线接收权重W。用于计算天线接收权重W的方法不局限于奇异值分解。可以使用迫零和MMSE等其它计算方法。天线接收权重矩阵乘法单元216c将具有接收流作为元素的接收向量乘以天线接收权重矩阵W，以对空间复用信号进行空间解码，从而对于各流获得独立的号序列。
对于显式反馈，当该设备作为波束接收器而工作时，根据由信道矩阵估计单元216a所获得的估计信道矩阵H，来构造CSI信息，并将其作为传输数据从发送机反馈给波束形成器。当通知CSI维数信息作为波束形成器可以计算用于波束形成的发送权重矩阵的最大维数时，反馈根据CSI维数信息而抑制维数的N×N信道矩阵，作为CSI信息。当没有通知CSI维数信息时，根据由信道矩阵估计单元216a所获得的M×N估计信道矩阵H，而无任何改变地构造CSI信息。
例如，如图9所示，如果终端STA-A包括两个天线(即，N＝2)，终端STA-B包括三个天线(即，M＝3)，并且无线通信设备作为终端STA-B即波束接收器而工作，则通过信道矩阵估计单元216a所获得的正向信道矩阵H为如等式5所表示的3×2矩阵。
H AB = h 11 h 12 h 21 h 22 h 31 h 32 . . . ( 5 )
当从作为波束形成器而工作的终端STA-A通知N＝2作为CSI维数信息时，使用通过从3×2信道矩阵提取2行所形成的2×2信道矩阵，来构造CSI信息。
信道均衡电路214对于各流的信号序列进行剩余频率偏移校正和信道跟踪。解映射器(demapper)212对IQ信号空间上的接收信号进行解映射，解交织器210进行解交织，而解删余器208以预定数据率进行解删余。
数据合成单元206将多个接收流合成为一个流。该数据合成处理进行与接收机中所进行的数据分割相反的操作。解码器204进行纠错解码，解扰器202进行解扰，而数据获取单元200获取接收数据。
当该设备作为波束形成器而工作时，在进行显式反馈时，将由数据获取单元200所获取的CSI信息发送给发送机的发送权重矩阵计算单元114a。
在以下情况中、即该无线通信设备在闭环型MIMO通信中作为数据传输的终端而工作，并且进行波束形成以启动数据包的传输或者想要更新用于波束形成的发送权重矩阵，此时将用于激励信道矩阵的探测信息包发送给波束接收器，以请求CSI信息的反馈。
根据CSI信息构造Mmax×N或M×N信道矩阵。在任一情况下，因为被抑制在Mmax×N的信道矩阵的维数受到奇异值分解以计算发送权重矩阵V，所以与根据M×N信道矩阵来计算发送权重矩阵的情况下相比，可以将波束形成发送权重矩阵计算单元的电路大小减小(Mmax/M)2的数量级。
当将C SI维数信息通知给波束接收器，并且接收Mmax×N信道矩阵作为CSI信息时，与反馈M×N信道矩阵的情况相比，可以将用于接收CSI信息的缓冲部分的电路大小减小(Mmax/M)2的数量级。因为将信道中反馈的CSI信息从M×N降低到了Mmax×N，所以降低了开销。因此，可以提高系统的总吞吐量。
由于电路大小的减小，因而可以降低该设备的电力消耗。
由于电路大小的减小和信道的开销的降低，因而可以减少与通信处理相关的延迟，并可以减少用于应用波束形成消耗的时间。因此，可以进行基于最新信道信息的波束形成。可以通过根据最新信道信息的波束形成而使特性的劣化最小化。
图10是示出当图2和3中所示的无线通信设备基于显式反馈过程、作为发起器即波束形成器而工作时的流程图。这里，假定波束形成器包括N个天线，而波束接收器包括M个天线。
首先，将用于描述用于波束形成的发送权重矩阵时的最大空间维数的CSI维数信息通知给作为波束接收器而工作的接收机(步骤S1)。随后，发送用于激励N个信道的探测信息包，以请求CSI信息(步骤S2)。
为了通知CSI维数信息，可以采用这样的方法：在EWC规范所定义的HT能力元素中描述CSI维数信息，以将其包括在预定的管理帧中。还可以采用用于在请求CSI信息的探测信息包的MAC帧的HTC字段中描述CSI维数信息的方法。根据前者，在信标发送或网络关联时通知CSI信息。根据后者，同时进行步骤S1和S2。通过省略步骤S1，可以不向波束接收器通知CSI维数信息。
因为在探测信息包的训练信号部分中激励N空间维数的信道，并且波束接收器通过M个天线接收了探测信息包，所以可以估计M×N信道矩阵。根据对于CSI信息的请求，基于估计信道矩阵而准备CSI信息，并向波束形成器返回在数据部分中具有CSI信息的包。
当接收CSI信息时，波束形成器构造信道矩阵(步骤S3)，并且求得正向数据传输时用于波束形成的发送权重矩阵(步骤S4)。
根据CSI信息构造Mmax×N或M×N信道矩阵。在任一情况下，因为将维数抑制在Mmax×N的信道矩阵受到奇异值分解以计算发送权重矩阵V，所以，与根据M×N信道矩阵来计算发送权重矩阵的情况相比，可以将波束形成发送权重矩阵计算单元的电路大小减小(Mmax/M)2的数量级。因为将信道中反馈的CSI信息从M×N降低到了Mmax×N，所以降低了开销。因此，可以提高该系统的总吞吐量。
使用用于波束形成的发送权重矩阵，在具有来自天线的发送信号作为元素的发送向量中进行波束形成，并且将数据包发送给接收机(步骤S5)。可以通过基于信道矩阵对发送天线进行加权，并进行朝向接收机的适当波束形成，从而作成理想的空间正交信道。
由于电路大小的减小和信道开销的降低，因而波束形成器可以减小与通信处理相关的延迟和用于应用波束形成的所需时间，从而进行基于最新信道信息的波束形成。可以通过根据最新信道信息的波束形成而使特性的劣化最小化。
图11是示出当图2和3中所示的无线通信设备基于显式反馈过程、作为接收机即波束接收器而工作时的流程图。这里，假定波束形成器包括N个天线，而波束接收器包括M个天线。
首先，作为波束形成器而工作的发起器接收CSI维数信息(步骤S11)。随后，当从波束形成器发送探测信息包时，在训练信号部分中激励N空间维数的信道。波束接收器通过M个天线接收探测信息包(步骤S12)，并且估计M×N信道矩阵(步骤S13)。根据估计信道矩阵而准备CSI信息，并向波束形成器返回在数据部分中包括CSI信息的包(步骤S14)。
在步骤S11，使用在EWC规范中定义的HT能力元素、或探测信息包的MAC帧的字段，来通知CSI维数信息。这里，可以省略CSI维数信息的通知。当通知CSI维数信息时，使用将维数抑制在Mmax×N的信道矩阵来准备CSI信息。当没有通知CSI维数信息时，根据估计的M×N信道矩阵而无任何改变地准备CSI信息。
发起器使用根据CSI信息所得到的信道矩阵，而求得正向数据传输时用于波束形成的发送权重矩阵。使用用于波束形成的发送权重矩阵，在具有来自N个天线的发送信号作为元素的发送向量中进行波束形成，并发送该数据包。
作为波束接收器而工作的无线通信设备将M个天线的用于从发起器接收数据包的接收向量乘以接收权重矩阵，以进行空间复用信号的空间解码，从而获得各流中独立的信号序列。通过波束形成，即使无线通信设备位于在过去难以接收包的地方，也可以以高传输率进行通信。
工业上的应用性
尽管参考特定实施例详细说明了本发明，但是，对于本技术领域的技术人员来说，显然，在不脱离权利要求所述的本发明的范围的情况下，可以修改或替换这些实施例。
尽管在该说明书中说明了根据IEEE 802.11n的EWC规范的MIMO通信系统，但是本发明的范围不局限于此。如上所述，MIMO通信系统将空间复用的流从包括N个天线的第一终端发送给包括M个天线的第二终端。可以理解，本发明可应用于波束形成器使用从波束接收器反馈的信道信息进行波束形成的各种其它类型的通信系统。
为了简化，在本说明书中，说明了发送终端进行用于将流直接映射到天线分支的“直接映射”的实施例。应该理解，本发明还可应用于采用“空间扩展”或流与天线分支不是一对一对应的转换方法。
尽管基于作为IEEE 802.11标准的扩展的IEEE 802.11n标准说明了实施例，但是本发明不局限于此。本发明可应用于使用MIMO通信方法的各种无线通信系统，例如，基于IEEE802.16e的mobile WiMax(微波存取全球互通)、作为移动物体的高速无线通信标准的IEEE 802.20、作为使用60GHz(毫波)带的高速无线PAN(个人局域网)的IEEE 802.15.3c、使用60GHz(毫米波)频带的无线传输来传输非压缩HD(高清晰度)图像的无线HD、以及第四代(4G)移动电话等。
本技术领域的技术人员应该理解，可以根据设计要求和其它因素而做出各种修改、组合、子组合和改变。所有这类修改、组合、子组合和改变都被认为处在所附权利要求或其等价物的范围内。

Claims (40)

1.一种无线通信系统，用于将空间复用的流从包括第一数量的天线的第一终端发送给包括第二数量的天线的第二终端，所述第一数量为等于或大于2的整数，所述第二数量为等于或大于1的整数，所述无线通信系统包括：
通知部件，用于向所述第二终端通知当计算所述第一终端的用于波束形成的发送权重矩阵时的最大维数，所述最大维数为等于或小于所述第一数量的整数；
训练部件，用于将包括训练序列的包从所述第一终端发送给所述第二终端，所述训练序列对应于所述第一终端的所述第一数量的天线和所述第二终端的所述第二数量的天线；
信道矩阵估计部件，用于将通过所述第二终端的所述天线所接收的所述训练序列分成第二数量的流，并估计信道矩阵；
信道信息反馈部件，如果所述第一数量小于所述第二数量，则考虑当计算所述第一终端中的用于波束形成的发送权重矩阵时的所述最大维数而将由所述第二终端所估计的所述信道矩阵的维数抑制在第三数量的行和所述第一数量的列，并向所述第一终端反馈抑制后的信道矩阵，其中，所述第三数量等于或小于所述最大维数；
发送权重矩阵计算部件，用于使用从所述第二终端反馈给所述第一终端的、具有所述第三数量的行和所述第一数量的列的所述信道矩阵，而求得将数据从所述第一终端发送给所述第二终端时用于波束形成的发送权重矩阵；以及
波束形成部件，用于当将数据包从所述第一终端发送给所述第二终端时，使用所述用于波束形成的所述发送权重矩阵而在所述第一终端的所述天线的发送信号中进行波束形成。
2.根据权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，
基于标准规范而进行从所述第一终端到所述第二终端的正向空间复用流传输，并且基于所述标准规范的协议，定义用于描述在显式反馈中由波束形成器所接收的信道信息的最大空间维数的能力描述字段；以及
其中，所述通知部件通过包括所述能力描述字段的预定的管理帧而进行该通知。
3.根据权利要求2所述的无线通信系统，其特征在于，所述通知部件使用传输帧进行通知，所述传输帧为以下之一：由作为网络内的接入点而工作的所述第一终端在预定的帧周期中所通知的信标信号；测量导频；对关联的请求进行响应的关联应答和再关联应答两者；以及对基础服务集信息的请求进行响应的探测应答。
4.根据权利要求2所述的无线通信系统，其特征在于，所述通知部件使用传输帧进行通知，所述传输帧为以下之一：用于向接入点请求网络关联的关联请求和再关联请求；和用于向所述接入点请求基础服务集信息的探测请求；其中，所述第一终端作为客户终端而工作，而所述第二终端作为所述接入点而工作。
5.根据权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，所述通知部件通过用于从所述第一终端到所述第二终端请求信道信息的反馈的包，指定最大空间维数。
6.根据权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，所述训练部件通过发送包括所述训练序列的包，从所述第一终端到所述第二终端请求信道信息的反馈。
7.根据权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，所述训练部件通过发送包括数据符号的包，从所述第一终端请求到所述第二终端请求信道信息的反馈，其中所述数据符号是当在不包括所述数据符号而发送包括所述训练序列的包时，在探测信息包之前发送的。
8.一种无线通信设备，包括第一数量的天线、用于向包括第二数量的天线的接收机发送空间复用的流，所述第一数量为等于或大于2的整数，而所述第二数量为等于或大于1的整数，所述无线通信设备包括：
通知部件，用于向所述接收机通知当计算用于波束形成的发送权重矩阵时的最大维数，所述最大维数为等于或小于所述第一数量的整数；
训练部件，用于将包括训练序列的包发送给所述接收机，所述训练序列对应于所述无线通信设备的所述第一数量的天线和所述接收机的所述第二数量的天线；
信道信息接收部件，当计算从所述接收机反馈的所述用于波束形成的发送权重矩阵时、接收包括信道矩阵的信道信息，所述信道矩阵具有第三数量的行和所述第一数量的列，所述第三数量等于或小于所述最大维数；
发送权重矩阵计算部件，用于使用由所述信道信息接收部件所接收的、具有所述第三数量的行和所述第一数量的列的所述信道矩阵，而计算向所述接收机传输数据时用于波束形成的发送权重矩阵；以及
包发送部件，用于使用所述用于波束形成的发送权重矩阵对将通过所述设备的天线而发送的信号进行波束形成，并且根据所述将发送的信号而向所述接收机传输数据包。
9.根据权利要求8所述的无线通信设备，其特征在于，
基于标准规范而将所述空间复用流发送给所述接收机，并且根据所述标准规范的协议，定义用于描述在显式反馈中由波束形成器所接收的信道信息的最大空间维数的能力描述字段；以及
其中，所述通知部件通过包括所述能力描述字段的预定的管理帧而进行所述通知。
10.根据权利要求9所述的无线通信设备，其特征在于，所述通知部件使用传输帧，所述传输帧至少包括以下之一：在预定帧周期中通知的信标信号；测量导频；对来自所述接收机的关联的请求进行响应的关联应答和再关联应答两者；以及对来自所述接收机的基础服务集信息的请求进行响应的探测应答。
11.根据权利要求9所述的无线通信设备，其特征在于，所述通知部件使用传输帧，所述传输帧包括以下之一：用于向接入点请求网络关联的关联请求和再关联请求两者；和用于向所述接入点请求基础服务集信息的探测请求；其中，所述无线通信设备作为网络中的客户终端而工作，而所述接收机作为所述接入点而工作。
12.根据权利要求8所述的无线通信设备，其特征在于，所述通知部件通过用于向所述接收机请求信道信息的反馈的包，指定最大空间维数。
13.根据权利要求8所述的无线通信设备，其特征在于，所述训练序列部件将用于向所述接收机请求信道信息的反馈的请求信号包括在包括所述训练序列的包中。
14.根据权利要求8所述的无线通信设备，其特征在于，所述包发送部件将用于向所述接收机请求信道信息的反馈的请求信号包括在包括数据符号的包中，所述数据符号是当发送包括不包括所述数据符号的所述训练序列的包时，在探测信息包之前发送的。
15.一种无线通信设备，包括第一数量的天线、用于从包括第二数量的天线的发起器接收空间复用的流，所述第二数量为等于或大于2的整数，而所述第一数量为等于或大于1的整数，所述无线通信设备包括：
通知接收部件，用于接收当计算所述发起器的用于波束形成的发送权重矩阵时的最大维数，所述最大维数为等于或小于所述第二数量的整数；
信道矩阵估计部件，用于从所述发起器接收包括与所述发起器的所述第二数量的天线和所述无线通信设备的所述第一数量的天线相对应的训练序列的包，并估计具有所述第一数量的行和所述第二数量的列的信道矩阵；
信道信息反馈部件，在所述第二数量小于所述第一数量的情况下，考虑当计算所述发起器中的所述用于波束形成的发送权重矩阵时的所述最大维数而将由所述信道矩阵估计部件所估计的所述信道矩阵抑制在第三数量的行和所述第二数量的列，其中，所述第三数量等于或小于所述最大维数，并向所述发起器反馈抑制后的信道矩阵；
数据包接收部件，用于接收来自所述发起器的、在从所述反馈信道矩阵所请求用于波束形成的发送权重矩阵中波束形成的数据包；以及
空间分割部件，用于将包含所接收的信号的接收向量乘以根据所述信道矩阵所求得的接收权重矩阵，并进行空间复用信号的空间解码。
16.根据权利要求15所述的无线通信设备，其特征在于，
基于标准规范从所述发起器发送空间复用流，并且根据所述标准规范的协议，定义用于描述在显式反馈中由波束形成器所接收的信道信息的最大空间维数的能力描述字段；以及
其中，所述通知接收部件接收包括所述能力描述字段的管理帧。
17.根据权利要求16所述的无线通信设备，其特征在于，当所述发起器作为接入点而工作时，所述通知接收部件接收传输帧，所述传输帧至少包括以下之一：  由所述发起器在预定的帧周期中通知的信标信号；测量导频；对来自所述发起器的关联请求进行响应的关联应答和再关联应答两者；以及对来自所述发起器的基础服务集信息的请求进行响应的探测应答。
18.根据权利要求16所述的无线通信设备，其特征在于，所述通知接收部件接收传输帧，所述传输帧至少包括以下之一：来自所述发起器的用于请求网络关联的关联请求和再关联请求两者；和用于向接入点请求基础服务集信息的探测请求；其中，所述发起器作为网络中的客户终端而工作，而所述无线通信设备作为接入点而工作。
19.根据权利要求15所述的无线通信设备，其特征在于，所述通知接收部件通过用于从所述发起器请求信道信息的反馈的包，接收最大空间维数。
20.一种无线通信方法，用于将空间复用的流从包括第一数量的天线的发送机发送给包括第二数量的天线的接收机，所述第一数量为等于或大于2的整数，而所述第二数量为等于或大于1的整数，所述无线通信方法包括以下步骤：
向所述接收机通知当计算用于波束形成的发送权重矩阵时的最大维数，所述最大维数为等于或小于所述第一数量的整数；
将包括训练序列的包发送给所述接收机，所述训练序列对应于所述发送机的所述第一数量的天线和所述接收机的所述第二数量的天线；
考虑当计算从所述接收机反馈的所述用于波束形成的所述发送权重矩阵时的所述最大维数而接收包括信道矩阵的信道信息，其中，所述信道矩阵包括第三数量的行和所述第一数量的列，所述第三数量等于或小于所述最大维数；
使用所述接收的信道矩阵而求得向所述接收机传输数据时用于波束形成的发送权重矩阵；以及
使用所述用于波束形成的发送权重矩阵，对通过所述发送机的天线而发送的信号进行波束形成，并向所述接收机传输数据包。
21.一种无线通信方法，用于由具有第二数量的天线的接收机从包括第一数量的天线的发起器接收空间复用的流，所述第一数量为等于或大于2的整数，而所述第二数量为等于或大于1的整数，所述无线通信方法包括以下步骤：
接收当计算所述发起器的用于波束形成的发送权重矩阵时的最大维数，所述最大维数为等于或小于所述第一数量的整数；
从所述发起器接收包括与所述发起器的所述第一数量的天线和所述接收机的所述第二数量的天线相对应的训练序列的包，并估计具有所述第二数量的行和所述第一数量的列的信道矩阵；
在所述第一数量小于所述第二数量的情况下，考虑当计算所述发起器中的所述用于波束形成的发送权重矩阵时的所述最大维数而将所述估计的信道矩阵抑制在第三数量的行和所述第一数量的列，并向所述发起器反馈所述抑制后的信道矩阵，其中，所述第三数量等于或小于所述最大维数；
接收来自所述发起器终端接收数据包，该数据包是在根据所述反馈的信道矩阵所求得的所述用于波束形成的发送权重矩阵中进行波束形成的；以及
将由所接收的信号构成的接收向量乘以根据所述信道矩阵所求得的接收权重矩阵，并进行空间复用信号的空间解码。
22.一种无线通信系统，用于将空间复用流从包括第一数量的天线的第一终端发送给包括第二数量的天线的第二终端，所述第一数量为等于或大于2的整数，而所述第二数量为等于或大于1的整数，所述无线通信系统包括：
训练部件，用于将包括训练序列的包从所述第一终端发送给所述第二终端，所述训练序列对应于所述第一终端的所述第一数量的天线和所述第二终端的所述第二数量的天线；
信道矩阵估计部件，用于将通过所述第二终端的所述天线所接收的所述训练序列分成所述第二数量的流，并估计包括所述第二数量的行和所述第一数量的列的信道矩阵；
信道信息反馈部件，用于向所述第一终端反馈在所述第二终端中所估计的所述信道矩阵；
发送权重矩阵计算部件，用于考虑所述第一终端的所述第一数量的天线，在从所述第二终端反馈给所述第一终端的所述信道矩阵的范围内计算将数据从所述第一终端发送给所述第二终端时用于波束形成的发送权重矩阵，所述范围包括所述第一数量的行和所述第一数量的列；以及
波束形成部件，用于当将数据包从所述第一终端发送给所述第二终端时，使用所述用于波束形成的发送权重矩阵、在通过所述第一终端的所述天线而发送的信号中进行波束形成。
23.根据权利要求22所述的无线通信系统，其特征在于，所述训练部件使用包括所述训练序列的包中的请求信号，从所述第一终端到所述第二终端请求信道信息的反馈。
24.根据权利要求22所述的无线通信系统，其特征在于，所述训练部件使用包括数据符号的包中的请求信号，从所述第一终端到所述第二终端请求信道信息的反馈，其中所述包是当发送包括未包括所述数据符号的所述训练序列的包时，在探测信息包之前发送的。
25.一种无线通信设备，包括第一数量的天线、用于向包括第二数量的天线的接收机发送空间复用的流，所述第一数量为等于或大于2的整数，而所述第二数量为等于或大于1的整数，所述无线通信设备包括：
训练部件，用于将包括训练序列的包发送给所述接收机，其中，所述包对应于所述无线通信设备的所述第一数量的天线和所述接收机的所述第二数量的天线；
信道信息接收部件，用于接收从所述接收机反馈的信道矩阵，所述信道矩阵包括所述第二数量的行和所述第一数量的列；
发送权重矩阵计算部件，用于考虑所述无线通信设备的所述第一数量的天线，在从所述接收机终端反馈的所述信道矩阵的范围内计算将数据发送给所述接收机时用于波束形成的发送权重矩阵；所述范围包括所述第一数量的行和所述第一数量的列；以及
包发送部件，用于使用所述用于波束形成的发送权重矩阵对将通过所述无线通信设备的所述天线而发送的信号进行波束形成，并向所述接收机传输数据包。
26.根据权利要求25所述的无线通信设备，其特征在于，所述训练部件通过使用包括所述训练序列的所述包中的请求信号，向所述接收机请求信道信息的反馈。
27.根据权利要求25所述的无线通信设备，其特征在于，所述包发送部件通过使用包括数据符号的包中的请求信号，向所述接收机请求信道信息的反馈，其中所述包是当发送包括未包括所述数据符号的所述训练序列的包时，在探测信息包之前发送的。
28.一种无线通信方法，用于将空间复用的流从包括第一数量的天线的发送机发送给包括第二数量的天线的接收机，所述第一数量为等于或大于2的整数，而所述第二数量为等于或大于1的整数，所述无线通信方法包括以下步骤：
将包括训练序列的包发送给所述接收机终端，所述包对应于所述发送机的所述第一数量的天线和所述接收机的所述第二数量的天线；
接收从所述接收机反馈的信道矩阵，所述信道矩阵包括所述第二数量的行和所述第一数量的列；
考虑所述发送机的所述第一数量的天线，在从所述接收机终端反馈的所述信道矩阵的范围内求得将数据发送给所述接收机时用于波束形成的发送权重矩阵，所述范围包括所述第一数量的行和所述第一数量的列；以及
使用所述用于波束形成的发送权重矩阵对将通过所述发送机的所述天线而发送的信号进行波束形成，并向所述接收机传输数据包。
29.一种无线通信系统，用于将空间复用的流从包括第一数量的天线的第一终端发送给包括第二数量的天线的第二终端，所述第一数量为等于或大于2的整数，而所述第二数量为等于或大于1的整数，所述无线通信系统包括：
通知单元，用于向所述第二终端通知当计算所述第一终端的用于波束形成的发送权重矩阵时的最大维数，所述最大维数为等于或小于所述第二数量的整数；
训练单元，用于将包括训练序列的包从所述第一终端发送给所述第二终端，所述包对应于所述第一终端的所述第一数量的天线和所述第二终端的所述第二数量的天线；
信道矩阵估计单元，用于将通过所述第二终端的所述天线所接收的所述训练序列分成所述第二数量的流，并估计信道矩阵；
信道信息反馈单元，在所述第一数量小于所述第二数量的情况下，考虑当计算所述第一终端中的所述用于波束形成的发送权重矩阵时的所述最大维数而将由所述第二终端所估计的所述信道矩阵抑制在第三数量的行和所述第一数量的列，并向所述第一终端反馈所述抑制后的信道矩阵；
发送权重矩阵计算单元，用于使用从所述第二终端反馈到所述第一终端的、具有所述第三数量的行和所述第一数量的列的所述信道矩阵，而计算将数据从所述第一终端发送给所述第二终端时所述用于波束形成的发送权重矩阵；以及
波束形成单元，用于当从所述第一终端向所述第二终端传输数据包时，使用所述用于波束形成的发送权重矩阵对将通过所述第一终端的所述天线发送的信号进行波束形成。
30.一种无线通信设备，包括第一数量的天线、用于向包括第二数量的天线的接收机发送空间复用的流，所述第一数量为等于或大于2的整数，而所述第二数量为等于或大于1的整数，所述无线通信设备包括：
通知单元，用于向所述接收机通知当计算用于波束形成的发送权重矩阵时的最大维数，所述最大维数为等于或小于所述第二数量的整数；
训练单元，用于向所述接收机终端发送包括训练序列的包，所述训练序列对应于所述无线通信设备的所述第一数量的天线和所述接收机的所述第二数量的天线；
信道信息接收单元，用于考虑当计算从所述接收机反馈的所述用于波束形成的所述发送权重矩阵时的所述最大维数而接收信道信息，其中，将所述信道矩阵抑制在包括第三数量的行和所述第一数量的列；所述第三数量等于或小于所述最大维数；
发送权重矩阵计算单元，用于使用由所述信道信息接收单元所接收的所述信道矩阵，而计算向所述接收机传输数据时所述用于波束形成的所述发送权重矩阵；以及
包发送单元，用于使用所述用于波束形成的发送权重矩阵，对将通过所述无线通信设备的所述天线而发送的信号进行波束形成，并向所述接收机传输数据包。
31.一种无线通信设备，包括第一数量的天线、用于从包括第二数量的天线的发起器接收空间复用的流，所述第二数量为等于或大于2的整数，而所述第一数量为等于或小于1的整数，所述无线通信设备包括：
通知接收单元，用于接收当计算所述发起器的用于波束形成的发送权重矩阵时的最大维数；
信道矩阵估计单元，用于从所述发起器接收包括与所述发起器的所述第二数量的天线和所述无线通信设备的所述第一数量的天线相对应的训练序列的包，并估计信道矩阵；
信道信息反馈单元，在所述第二数量小于所述第一数量的情况下，考虑当计算所述发起器中的所述用于波束形成的发送权重矩阵时的最大维数而将由所述信道矩阵估计单元所估计的所述信道矩阵抑制在第三数量的行和所述第二数量的列，其中，所述第三数量等于或小于所述最大维数；并向所述发起器反馈所述抑制后的信道矩阵；
数据包接收单元，用于接收来自所述发起器的数据包，所述数据包是在根据所述反馈信道矩阵所请求的用于波束形成的发送权重矩阵中进行波束形成的；以及
空间分割单元，用于将由所接收的信号构成的接收向量乘以根据所述信道矩阵所求得的接收权重矩阵，并进行空间复用信号的空间解码。
32.一种无线通信系统，用于将空间复用的流从包括第一数量的天线的第一终端发送给包括第二数量的天线的第二终端，所述第一数量为等于或大于2的整数，而所述第二数量为等于或大于1的整数，所述无线通信系统包括：
训练单元，用于将包括训练序列的包从所述第一终端发送给所述第二终端，所述包对应于所述第一终端的所述第一数量的天线和所述第二终端的所述第二数量的天线；
信道矩阵估计单元，用于将通过所述第二终端的所述天线所接收的所述训练序列分成所述第二数量的流，并估计具有所述第二数量的行和所述第一数量的列的信道矩阵；
信道信息反馈单元，用于向所述第一终端反馈在所述第二终端中所估计的所述信道矩阵；
发送权重矩阵计算单元，用于考虑所述第一终端的所述第一数量的天线，在从所述第二终端反馈给所述第一终端的所述信道矩阵的范围内计算计算将数据从所述第一终端发送给所述第二终端时用于波束形成的发送权重矩阵，所述范围包括所述第一数量的行和所述第一数量的列；以及
波束形成单元，用于在将数据包从所述第一终端发送给所述第二终端时，使用所述用于波束形成的发送权重矩阵对将通过所述第一终端的所述天线而发送的信号进行波束形成。
33.一种无线通信设备，包括第一数量的天线、用于向包括第二数量的天线的接收机发送空间复用的流，所述第一数量为等于或大于2的整数，而所述第二数量为等于或大于1的整数，所述无线通信设备包括：
训练单元，用于将包括训练序列的包发送给所述接收机终端，所述包对应于所述无线通信设备的所述第一数量的天线和所述接收机的所述第二数量的天线；
信道信息接收单元，用于接收从所述接收机反馈的信道矩阵，所述信道矩阵包括所述第二数量的行和所述第一数量的列；
发送权重矩阵计算单元，用于考虑所述无线通信设备本身的天线的数量N，在从所述接收机反馈的所述信道矩阵的范围内计算将数据发送给所述接收机时用于波束形成的发送权重矩阵，所述范围包括所述第一数量的列和所述第一数量的行；以及
包发送单元，用于使用所述用于波束形成的发送权重矩阵对将通过所述无线通信设备的所述天线而发送的信号进行波束形成，并向所述接收机传输数据包。
34.一种用于在第一终端和第二终端之间进行无线通信的方法，包括：
将信道状态信息从具有第一数量的天线的所述第一终端发送给具有第二数量的天线的所述第二终端；
根据所述信道状态信息来构造信道矩阵；以及
基于所述信道矩阵在所述第一终端和所述第二终端之间建立无线通信信道。
35.根据权利要求34所述的方法，其特征在于，所述信道状态信息包含最大维数，所述最大维数等于或小于所述第一数量。
36.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，还包括：
将探测信息包从所述第一终端发送给所述第二终端，所述探测信息包包括与所述第一终端的所述第一数量的天线和所述第二终端的所述第二数量的天线相对应的训练序列。
37.根据权利要求36所述的方法，其特征在于，通过将所述训练序列分成所述第二数量的流，从而构造所述信道矩阵。
38.根据权利要求37所述的方法，其特征在于，还包括：
将所述信道矩阵抑制在包括第三数量的行和所述第一数量的列，所述第三数量等于或小于所述最大维数；以及
如果所述第一数量小于所述第二数量，则将所述抑制后的信道矩阵反馈给所述第一终端。
39.根据权利要求38所述的方法，其特征在于，还包括：
使用所述抑制后的信道矩阵来计算用于波束形成的发送权重矩阵。
40.根据权利要求39所述的方法，其特征在于，还包括：
使用所述用于波束形成的发送权重矩阵，对将发送的信号进行波束形成；以及
通过所述无线通信信道发送波束形成的信号。
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