CN101960759A - 无线通信系统、发送设备和通信控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发送设备，包括：发送权重产生单元(21)，用于产生多个发送权重；通信质量获得单元(22)，用于获得与每个本征路径的通信质量有关的信息；以及发送权重确定单元(23)，用于在发送设备经由多个路径来执行发送时，确定使多个路径中具有最低通信质量的路径的通信质量最大化的发送权重。

Description

无线通信系统、发送设备和通信控制方法

相关申请的交叉引用

本申请要求日本专利申请No.2008-45869(于2008年2月27日提交)的优先权，其全部内容以引用的方式并入于此。

技术领域

本发明涉及通过在发送侧和接收侧都使用多个天线来执行MIMO通信的无线通信系统、发送设备和通信控制方法。

背景技术

近年来，MIMO(多输入多输出)传输技术已投入通信系统的实际使用。对于MIMO传输，发送侧和接收侧的设备都使用多个天线，以提高传输速度和可靠性。此外，已知通过将系统配置为使得接收侧的设备将所获得的信道信息反馈给发送侧的设备并且发送侧的设备使用该信息，可以进一步改进MIMO的特性。这被称作闭环MIMO或反馈MIMO。

随着要反馈的信息更加详细，改进了MIMO的特性。然而，这需要大量的反馈信息，这会导致系统容量紧张。

为了解决这种问题，可以通过预先针对发送侧和接收侧的设备都准备多个公共发送权重并将接收侧的设备配置为指定期望在发送时使用的发送权重的索引，来显著减小反馈信息的量。

此时，基于使用奇异值分解的MIMO(SVD-MIMO)来选择发送权重，并且，当信道信息和发送权重组合时，接收侧的设备测量信道信息，并选择使所有本征路径的SINR(信号与噪声加干扰比)之和最大化的发送权重。

图8是示意了用于选择发送权重的传统方法的流程图。根据传统方法，首先，产生发送权重的候选(步骤201)。接下来，确定是否完成针对发送权重的所有候选而对本征路径的SINR进行的计算(步骤202)。如果未完成计算(如果否)，则针对发送权重的当前候选计算每个本征路径的SINR(步骤203)。接下来，确定所有本征路径的SINR之和是否超过先前计算的SINR之和的最大值(步骤204)。如果超过(如果是)，则存储发送权重的当前候选以及SINR之和(步骤205)。如果未超过(如果否)，则再次确定是否完成针对发送权重的所有候选而对本征路径的SINR进行的计算(步骤202)。如果完成计算(如果是)，则输出所存储的发送权重候选(步骤206)。

专利文献1：日本未审专利申请公开No.2005-522086

发明内容

本发明要解决的技术问题

尽管通过选择发送权重的传统方法改进了MIMO的特性，但使用奇异值分解的MIMO在本征路径之间在质量上产生显著差异。已知在这种情况下，通过选择适于每个本征路径的调制方案或执行合适的校正处理，来显著改进总体特性。然而，难以在采用MIMO方案时执行针对每个本征路径的自适应控制，该MIMO方案例如是SCW(单码字)方案，其为MIMO的操作模式之一，对块中的单个分组中的数据进行调制并执行校正处理。

在这种情况下，已经存在以下问题：尽管所有本征路径的SINR之和是最大值，但由于在本征路径中的任一个中发生差错，因此整个分组变为错误的。

为了解决这种问题，本发明的目的是提供无线通信系统、发送设备和通信控制方法，即使采用SCW方案，也能够通过在选择发送权重时，将发送权重选择为使得多个本征路径的相应质量变为尽可能等价并且本征路径的总体通信质量提高，来充分利用MIMO的优点。

技术方案

为了达到上述目的，本发明的特征在于一种用于经由发送设备与接收设备之间的多个路径来执行无线通信的无线通信系统，包括：通信质量获得单元，用于获得与每个路径的通信质量有关的信息；以及发送权重确定单元，当所述发送设备经由所述多个路径来执行发送时，所述发送权重确定单元确定使所述多个路径中具有相对较低通信质量的路径的通信质量最大化的发送权重。

优选地，所述发送权重确定单元确定使所述多个路径中具有最低通信质量的路径的通信质量最大化的发送权重，并且，所述发送权重确定单元在先前产生的多个发送权重中确定所述发送权重。

优选地，当所述发送设备通过将单个分组划分到多个路径来发送所述单个分组时，确定所述发送权重，并且，所述分组是通过调制和编码过程的分组。

本发明的特征在于一种用于经由多个路径来执行无线通信的发送设备，当经由所述多个路径来执行发送时，所述发送设备应用使所述多个路径中具有相对较低通信质量的路径的通信质量最大化的发送权重。

本发明的特征在于一种无线通信系统的通信控制方法，所述无线通信系统经由发送设备与接收设备之间的多个路径来执行无线通信，所述通信控制方法包括以下步骤：获得与每个路径的通信质量有关的信息；以及当所述发送设备经由所述多个路径来执行发送时，确定使所述多个路径中具有相对较低通信质量的路径的通信质量最大化的发送权重。

本发明的有益效果

根据本发明，即使采用SCW方案，也可以通过在选择发送权重时，将发送权重选择为使得多个本征路径的相应质量变为尽可能等价并且本征路径的总体通信质量提高，来充分利用MIMO的优点。

附图说明

图1是示出了传统系统的BER特性的图；

图2是示意了根据本发明的无线通信系统的基本配置图；

图3是示意了发送权重选择单元的配置图；

图4是示意了根据本发明用于选择发送权重的操作的流程图；

图5是示出了根据本发明的无线通信系统的BER特性的图；

图6是示出了传统系统和根据本发明的无线通信系统的BER特性的图；

图7是示出了每符号可发送的比特的数目的图；以及

图8是示意了用于选择发送权重的传统操作的流程图。

具体实施方式

以下是对本发明的实施例的详细描述。

例如，发送权重由以下公式定义。

[公式1]

${H_M}^{\left(g\right)}=\frac{1}{\sqrt{M}}\left[h_{\mathrm{nm}}^{\left(g\right)}\right]=\frac{1}{\sqrt{M}}\left[e^{\left\{j\frac{2\mathrm{\πn}}{M}(m+\frac{g}{G})\right\}}\right]$

通过以上公式，描述了一种用于计算SINR作为选择发送权重的参考的方法。

假定发射天线的数目是N，接收天线的数目是M，所使用的本征路径的数目是R，发射信号是x(x是R维复向量)以及接收信号是y(y是R维复向量)，传播路径H(H是M×N维复矩阵)、发送权重(预编码矩阵)W_TX(W_TX是N×R维复矩阵)、接收权重矩阵W_RX(W_RX是R×M维复矩阵)和噪声功率N(N是M×M维复对角矩阵)满足以下公式：

[公式2]

y＝W_Rx(HW_Txx+N)

假定接收方案是MMSE(最小均方误差)，则接收权重W_Rx可以被表示为以下公式：

[公式3]

W_Rx＝{(HW_Tx)^H(HW_Tx)+SNR}^-1(HW_Tx)^H

即，接收权重W_Rx是根据传播路径H和发送权重(预编码矩阵)W_Tx导出的。

计算针对所产生的所有发送权重(预编码矩阵)W_Tx的接收权重W_Rx并将其代入W_RxHW_Tx，以获得在发送侧与接收侧之间没有噪声功率的情况下的所有信道响应：

[公式4]

H_all＝W_RxHW_Tx(H_all是R×R维复方阵)

假定当通过多个本征路径来执行发送时，本征路径的相应发送功率相等，则公式5的每一行中的对角元素的绝对值的平方与每个本征路径的信号功率的值相对应，而非对角元素的绝对值的平方与干扰功率的值相对应。

[公式5]

在公式6中，即使接收权重W_Rx被归一化为使得每一行的范数是1，其对信号功率与干扰功率之比也没有影响。相应地，可以通过对接收权重W_Rx的每一行进行归一化，获得归一化的信号功率和干扰功率与噪声功率。

[公式6]

H_all＝W_RxHW_Tx

因此，当使用给定的发送权重时，可以获得每个本征路径的SINR(信号与噪声加干扰比)。基于SINR来选择发送权重(预编码矩阵)。

传统系统选择使所获得的本征路径的相应SINR之和最大化的发送权重(预编码矩阵)。此时，当选择了将本征路径的相应SINR以降序排列的发送权重(预编码矩阵)时，可以获得与SVD-MIMO基本上最接近的特性。图1示出了每个本征路径的BER(误比特率)特性以及此时的总体BER特性。图1示出了在4个发射天线、4个接收天线、2个本征路径、QPSK(主要调制)和5GHz(发送频率)的情况下BER相对于SNR的变化。

由于在传统系统中，本征路径的特性的差异较大，因此一些本征路径不会造成差错，而其他本征路径会造成差错。当采用如SCW之类的调制方案(其在多个本征路径上对单个分组使用公共调制方案)时，可能优选地使本征路径之间具有更小差异从而防止所有本征路径中出现差错。

与上述传统系统不同，对闭环MIMO通信，根据本发明的无线通信系统针选择发送权重，以使得多个本征路径的通信质量变为尽可能等价并且本征路径的总体通信质量提高。具体地，根据本发明的无线通信系统在所有发送权重(预编码矩阵)中选择使具有最小本征值的最低本征路径的SINR最大化的发送权重(预编码矩阵)。

图2是根据本发明的无线通信系统的基本配置图。根据本发明的无线通信系统通过利用被称作SCW的MIMO方案将单个分组划分到多个本征路径来发送该单个分组。如图2所示，发送设备1具有多个发射天线，并具有调制和编码单元11、S/P单元12和发送波束成形单元14。接收单元2也具有多个接收天线，并具有接收天线处理单元15、P/S单元16和解调处理单元17。可以向发送设备1或接收设备2提供信道估计单元18、传输自适应控制计算单元19和发送权重选择单元20。

调制和编码单元11基于传输自适应控制计算单元19的输出来对发送数据进行调制和编码。S/P单元12对调制和编码单元11输出的发送数据执行串行至并行转换，并输出针对每个本征路径的发送数据。发送波束成形单元14通过对由S/P单元12输出的每个本征路径的发送信号应用从发送权重选择单元20输出的发送权重来形成发送本征波束，并针对每个天线对信号进行复用。

在多个发射天线与多个接收天线之间形成MIMO信道。接收天线处理单元15通过基于从信道估计单元18输出的信道估计结果来计算接收权重，从而执行空间滤波，或通过执行最大似然接收过程，来提取每个本征路径的信号。P/S单元16对每个本征模的接收数据执行并行至串行转换。解调处理单元17对每个本征模的信号执行纠错解调等，并输出接收数据。

基于由多个接收天线接收的信号，控制估计单元18估计传播路径的特性(信道估计)。传输自适应控制计算单元19基于由发送权重选择单元20计算的值来控制调制和编码。

图3是发送权重选择单元的配置图。发送权重选择单元20具有发送权重产生单元21、通信质量获得单元22和发送权重确定单元23。发送权重产生单元21产生多个发送权重。通信质量获得单元22获得与每个本征路径的通信质量有关的信息。当通过多个本征路径执行发送时，发送权重确定单元23在由发送权重产生单元21产生的发送权重中，确定(选择)使多个本征路径中具有最低通信质量的本征路径的通信质量(即，具有最小本征值的最低本征路径的通信质量)最大化的发送权重。

接下来，基于图4所示的流程图来描述本发明的操作。首先，发送权重产生单元21产生发送权重的候选(步骤101)。接下来，通信质量获得单元22确定是否完成针对发送权重的所有候选而对本征路径的SINR进行的计算(步骤102)。如果未完成计算(如果否)，则针对发送权重的当前候选计算每个本征路径的SINR(步骤103)。然后，发送权重确定单元23确定具有最小本征值的最低本征路径的SINR是否超过先前计算获得的最低本征路径的SINR的最大值(步骤104)。如果具有最小本征值的最低本征路径的SINR超过该最大值(如果是)，则存储发送权重的当前候选以及最低本征路径的SINR(步骤105)。如果该SINR未超过该最大值(如果否)，则通信质量获得单元22再次确定是否完成针对发送权重的所有候选而对本征路径的SINR进行的计算(步骤102)。如果完成针对发送权重的所有候选进行的计算(如果是)，则发送权重确定单元23输出所存储的发送权重候选(步骤106)。

图5示出了在根据本发明的无线通信系统使用使最低本征路径的通信质量最大化的发送权重时的BER(误比特率)特性和总体BER特性。图5示出了在4个发射天线、4个接收天线、2个本征路径、QPSK(主要调制)和5GHz(发送频率)的情况下BER相对于SNR的变化。

此外，图6示出了在使用由传统系统选择的发送权重时和在使用由根据本发明的无线通信系统选择的发送权重时，总体BER特性的比较。图6示出，根据本发明的无线通信系统以较低的SNR实现了较低的BER特性。

图7示出了每符号可发送的比特的数目，作为与频率使用效率类似的指标。根据本发明的无线通信系统的选择发送权重的方法的效率也在图中示出。

在以上实施例中，SINR用作通信质量，并且，将发送权重确定(选择)为使多个本征路径中具有最低通信质量的本征路径的通信质量最大化。然而，当传输路径发生变化或者认识到估计误差时，如SNR(信噪比)或SIR(信号干扰比)之类的另一指标用作通信质量，并且，可以将发送权重确定(选择)为使多个本征路径中具有相对较低通信质量的本征路径的通信质量最大化。

此外，尽管在以上实施例中假定了对所有本征路径都使用相同调制方案，但本发明也适用于对多个本征路径使用相同调制方案的情况。

Claims (7)

1.一种用于经由发送设备与接收设备之间的多个路径来执行无线通信的无线通信系统，包括：

通信质量获得单元，用于获得与所述路径中的每个路径的通信质量有关的信息；以及

发送权重确定单元，当所述发送设备经由所述多个路径来执行发送时，所述发送权重确定单元确定使所述多个路径中具有相对较低通信质量的路径的通信质量最大化的发送权重。

2.根据权利要求1所述的无线通信系统，其中，所述发送权重确定单元确定使所述多个路径中具有最低通信质量的路径的通信质量最大化的发送权重。

3.根据权利要求1所述的无线通信系统，其中，所述发送权重确定单元在先前产生的多个发送权重中确定所述发送权重。

4.根据权利要求1所述的无线通信系统，其中，确定所述发送权重的操作是在所述发送设备通过将单个分组划分到多个路径来发送所述单个分组时执行的。

5.根据权利要求4所述的无线通信系统，其中，所述分组是通过调制和编码过程的分组。

6.一种用于经由多个路径来执行无线通信的发送设备，

当经由所述多个路径来执行发送时，所述发送设备应用使所述多个路径中具有相对较低通信质量的路径的通信质量最大化的发送权重。

7.一种无线通信系统的通信控制方法，所述无线通信系统经由发送设备与接收设备之间的多个路径来执行无线通信，所述通信控制方法包括以下步骤：

获得与所述路径中的每个路径的通信质量有关的信息；以及

当所述发送设备经由所述多个路径来执行发送时，确定使所述多个路径中具有相对较低通信质量的路径的通信质量最大化的发送权重。

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