CN103138812B - 无线通信终端 - Google Patents

Abstract

提供一种无线通信终端。在波束形成器的天线数量少于波束接收器的情况下，进行显式反馈。第1终端发送包含训练序列的探测信息包，该训练序列用于激励与最大维度N_max对应的信道。第2终端保证在自身的能力范围内接收探测信息包，能够减小电路规模、功耗。另外，第1终端进行将N_max个空间流分配给全部N根发送天线分支的变换，从而补偿与发送分集相应的特性的降低。

Description

无线通信终端

(本申请是申请日为2007年4月27日、申请号为200710097574.5、发明名称为“无线通信系统、无线通信装置以及无线通信方法”的申请的分案申请。)

技术领域

本发明涉及一种利用空间复用的无线通信系统、无线通信装置以及无线通信方法，特别是涉及在发送接收机之间共享信道信息来进行闭环型空间复用传输的无线通信系统、无线通信装置以及无线通信方法。

更详细地说，本发明涉及一种当发送机发送信息包时基于从接收机反馈的信息而进行波束形成的无线通信系统、无线通信装置以及无线通信方法，特别是涉及在天线数量或者支持的流数量不一致的波束形成器(Beamformer)和波束接收器(Beamformee)之间反馈用于进行波束形成的信息从而进行波束形成的无线通信系统、无线通信装置以及无线通信方法。

背景技术

作为从以往的有线通信方式的布线中解放出来的系统，无线网络引人关注。作为与无线网络相关的标准化规格，可例举出IEEE(TheInstituteofElectricalandElectronicsEngineers：电气与电子工程师协会)802.11、IEEE802.15。

例如在IEEE802.11a/g中，作为无线LAN的标准规格、采用了作为多载波方式之一的OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing：正交频分复用)调制方式。在OFDM调制方式中，根据OFDM调制方式，将发送数据分配到被设定了相互正交的频率的多个载波上传输，因此各载波的频带成为窄带，频率利用效率变得非常高，抵抗频率选择性衰减干扰的能力强。

另外，虽然在IEEE802.11a/g规格中支持最大达到54Mbps的通信速度的调制方式，但是还需要能够实现更高比特率的下一代无线LAN规格。

作为实现无线通信高速化的技术之一，MIMO(Multi-InputMulti-Output：多输入多输出)通信受到了关注。它是如下的通信方式：即在发送机侧和接收机侧双方具备多个天线元件，实现空间复用后的流。在发送侧对多个发送数据实施空间/时间编码来进行复用，分配到N根发送天线上而发送到信道。与此相对，在接收侧对经由信道由M根接收天线接收到的接收信号进行空间/时间解码，能够在流间无串扰地得到接收数据(例如参照专利文献1)。理想情况是形成与发送接收天线之中较少一方的数量(MIN[N,M])相应的空间流。

根据MIMO通信方式，能够不增大频带而根据天线数量来实现传输容量的扩大，并实现通信速度的提高。另外，由于利用空间复用，因此频率利用效率高。MIMO是利用了信道特性的通信方式，与单纯的发送接收自适应阵列不同。例如，在作为IEEE802.11a/g扩展规格的IEEE802.11n中，采用了在初级调制中使用OFDM的OFDM_MIMO方式。目前IEEE802.11n在任务组n(TGn)中进行着标准化作业，在该组中逐步总结的规格方案是基于由2005年10月设立的业界团体EWC(EnhancedWirelessConsortium：增强无线联盟)所制作的建议规格。

在MIMO通信中，为了从被空间复用的接收信号y中将各流信号x进行空间分离，需要通过某种方法获取信道矩阵H，并且进一步根据规定的算法，从使用信道矩阵H进行空间复用的接收信号空间分离为原始的多个流。

信道矩阵H通常是如下的矩阵：通过在发送侧以及接收侧发送和接收已知的训练(トレ一ニング(training))序列，从而根据实际接收到的信号和已知序列之间的差来进行信道的估计，将与发送接收天线组合的个数相同的通路的传输路径排列成矩阵形式。当发送侧天线数量是N、接收侧天线数量是M时，信道矩阵成为M×N(行×列)矩阵。因而，能够从发送机发送N个训练序列，在接收机中使用接收到的训练序列来获取信道矩阵H。

另外，将接收信号进行空间分离的方法大致分为：开环型，即接收机基于信道矩阵H而独立地进行空间分离；闭环型，即通过在发送机侧也基于信道矩阵乘以发送天线权重而形成面向接收机的合适的波束，由此作出理想的空间正交信道。

作为开环型MIMO传输方式，可举出ZeroForce(零规范化)(例如参照非专利文献1)、MMSE(MinimumMeanSquareError：最小均方误差)(例如参照非专利文献2)等。开环型MIMO传输方式是从信道矩阵H求出用于将接收信号进行空间分离的接收权重矩阵W的比较简单的算法，省略一切在发送接收机之间共享信道信息的反馈手续，使发送机和接收机相互独立地进行空间复用传输。

另外，作为闭环型MIMO传输的理想方式之一，已知有利用了信道矩阵H的奇异值分解(SVD：SingularValueDecomposition)的SVD-MIMO方式(例如，参照非专利文献3)。在SVD-MIMO传输中，对将对应于各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进行奇异值分解而求出UDV^H。然后，在发送机侧，在发送用天线权重矩阵中使用V来向接收机发送进行了波束形成的信息包，在接收机侧作为接收用天线权重矩阵而典型地给出(UD)^-1。此处D是使对角元素具有与各空间流的质量相当的各奇异值λ_i的平方根的对角矩阵(下标i意味着第i个空间流)。在对角矩阵D的对角元素中按值的大小顺序排列奇异值λ_i，并根据由奇异值大小表示的通信质量对各流实施功率比分配、调制方式的分配，从而能够实现被空间正交复用的逻辑上独立的多条传输路径，并在接收机侧完全没有串扰地取出原始的多个信号序列，理论上达到最高的性能。

在闭环型MIMO通信系统中，虽然在发送机发送信息包时进行合适的波束形成，但是为此需要从接收信息包的接收机侧反馈与信道矩阵相关的信息。

例如，在EWCHT(HighThroughput：高通量)MAC(MediaAccessControl：介质访问控制)SpecificationVersionV1.24中，作为在接收发送机之间反馈与信道矩阵相关的信息的过程，规定了“隐式反馈(Implicitfeedback)”和“显式反馈(Explicitfeedback)”这两种过程。

在隐式反馈中，发送机使用从接收机发送过来的训练序列来估计从接收机到发送机的反向的信道矩阵，并在发送接收机之间的双向的信道特性为可逆(reciprocal)的前提下，计算从发送机到接收机的正向的信道矩阵来进行波束形成。

另外，在显式反馈中，接收机使用从发送机发送过来的训练序列来估计从发送机到接收机的正向的信道矩阵，将包含了该信道矩阵作为数据的信息包发回发送机，发送机使用接收到的信道矩阵进行波束形成。或者，在接收机中，从估计的信道矩阵进一步计算用于使发送机进行波束形成的发送权重矩阵，将包含了该发送权重矩阵作为数据的信息包发回发送机。在显式反馈中，由于根据正向的估计信道矩阵来算出权重矩阵，因此也可以不将信道的可逆性作为前提。

从信息包传输的观点来看，发送机是发送者(initiator)，接收机被定位为接收者(receiver)，但是从波束形成的观点来看，发送信息包的发送机(发送者)是波束形成器，接收进行波束形成的信息包的接收机(接收者)是波束接收器。另外，将从波束形成器到波束接收器的通信设为“正向”，将从波束接收器到波束形成器的通信设为“反向”。例如，在接入点(AP)作为波束形成器向客户终端(STA)发送数据帧的情况下，根据显式反馈，接入点基于从客户端发送过来的信道信息进行波束形成。

图14示出了在波束接收器侧估计由从波束形成器发送的训练信号所激励的信道矩阵的情形。其中，在该图中，将具有3根天线的STA-A设为波束形成器，将具有2根天线的STA-B设为波束接收器，基于CSI格式进行反馈。另外，在下面的说明、公式中，下标AB表示从STA-A到STA-B的正向传输。另外，数字下标相当于该终端的天线序号。

当设从STA-A的各天线发送的训练序列为(t_AB1,t_AB2,t_AB3)、设经过信道H_AB由STA-A的各天线接收的信号为(r_BA1,r_BA2)时，由下面的公式表示。

式1

$\left(\begin{array}{c}{r}_{\mathrm{AB}1}\\ r_{\mathrm{AB}2}\end{array}\right)=H_{\mathrm{AB}}\left(\begin{array}{c}{t}_{\mathrm{AB}1}\\ t_{\mathrm{AB}2}\\ t_{\mathrm{AB}3}\end{array}\right)...\left(1\right)$

在此，信道矩阵H_AB是2×3矩阵，如下地表示。其中，设h_ij为从STA-A的第j根天线到STA-B的第i根天线的信道特性值。

式2

$H_{\mathrm{AB}}=\left(\begin{array}{ccc}{h}_{11}& h_{12}& h_{13}\\ h_{21}& h_{22}& h_{23}\end{array}\right)...\left(2\right)$

当将该信道矩阵H_AB进行奇异值分解时，成为下式。在此，U_AB是将H_ABH_AB ^H的被标准化的固有向量进行了排列的矩阵，V_AB是H_AB ^HH_AB的被标准化的固有向量，D_AB是将H_ABH_AB ^H或者H_AB ^HH_AB的固有向量的平方根作为对角元素的对角矩阵。另外，U_AB和V_AB是酉矩阵，其复共轭转置矩阵为互逆矩阵。

式3

H_AB=U_ABD_ABV_AB ^H…(3)

为了对由STA-A向STA-B发送的帧进行波束形成而所需的发送权重矩阵是对正向的信道矩阵H_AB进行奇异值分解而得到的矩阵V_AB。当波束接收器接收探测(sounding)信息包时，将其分离成空间流训练，组成估计信道矩阵H_AB。采集由作为信道矩阵各元素的MIMO信道系数值h₁₁、h₁₂…构成的CSI，并反馈给STA-A。

当设由STA-A的各天线中的发送信号构成的发送向量为x、设STA-B中的接收信号为y时，在不进行波束形成(un-steered)的情况下y=H_ABx，但是当以发送权重矩阵V_AB进行波束形成时(steered)，接收信号y成为下式。

式4

y=H_ABV_ABx=(U_ABD_ABV_AB ^H)·V_ABx=U_ABD_ABx…(4)

因而，在STA-B侧，通过设D_AB ^-1U_AB ^H为接收权重而乘以由各天线中的接收信号构成的接收向量，从而能够空间分离为原始流。

图15示出了接入点通过显式反馈对客户终端进行波束形成的帧交换过程。

通过接入点发送包含了CSI反馈请求的探测信息包来开始该处理过程。

在探测信息包中包含有激励信道矩阵的训练序列。因而，客户终端当接收探测信息包时，通过分离空间流训练来估计信道矩阵H，采集CSI。然后，作为CFB(CSIFeedBack：CSI反馈)消息将CSI数据本身包含到信息包内，返给接入点。

接入点根据接收到的CFB计算波束形成用的发送权重矩阵，并将其与发送信号相乘，从而能够将波束形成后的信息包发送到客户终端。通过波束形成，即使在以往难以到达的地方，也能够以高传输率进行通信。

如上所述，在显式反馈中，波束形成器能够从波束接收器接受与估计信道矩阵相关的显式的反馈。作为与估计信道矩阵相关的反馈格式，大致分为发送MIMO信道系数的情况、以及发送由波束接收器计算的波束形成用发送权重矩阵V的情况。

前者的格式被称为CSI(ChannelStateInformation：信道状态信息)，在波束形成器侧，需要通过根据接收到的CSI组成信号矩阵H并进行奇异值分解，从而计算自身波束形成用发送权重矩阵V。

另外，后者进一步大致分为将波束形成用发送权重矩阵V以非压缩形式发送的情况、以及以压缩形式发送的情况。通过进行显式反馈，减轻波束形成器侧的估计信道矩阵的处理负担、进一步减轻根据信道矩阵计算发送权重矩阵的处理负担。

图16示出了由EWC建议规格规定的MAC帧的HT控制(HTControl)字段的结构。该HTC字段由32位构成，但是在其中第22~23位上设置的CSI/波束形成(CSI/Steering)字段中，能够指定在显式反馈中从波束接收器接受的反馈方法(参照图17)。

如上所述，通过进行显式反馈，减轻波束形成器对发送帧实施波束形成的处理负担。然而，在波束形成器和波束接收器间天线数量或者所支持的流数不一致的情况下，在进行波束形成时存在几个问题。

在进行空间复用的类型的通信装置中，信号矩阵H的估计、波束形成用发送权重矩阵的计算、发送向量与波束形成用发送权重矩阵V的乘法运算这些处理能力所允许的维数，通常是根据自身具有的天线数量而进行设计的。因此，有可能引起如下故障：无法对从具有超过允许维数的天线数量的波束形成器发送的训练信号进行空间分离来组成信道矩阵、无法根据从波束接收器反馈的信道矩阵计算波束形成用发送权重矩阵、或者无法将从波束接收器反馈的波束形成用发送权重矩阵与发送向量相乘。

首先，考察以CSI格式进行显式反馈的情况。

在STA-A的天线数量N≤STA-B的天线数量M的情况下，认为在波束接收器侧没有特别的问题。图18中示出了在N=2、M=3的情况下以CSI格式进行显式反馈的情形。STA-B应具备M个流的处理能力，只要能够估计以由N个流构成的训练信号激励的M×N的信道矩阵，并把将其采集的CSI信息反馈给STA-A即可。另外，在STA-A侧能够将所反馈的M×N信道矩阵抑制在N行范围，从N×N矩阵通过奇异值分解等来计算波束形成用的发送权重矩阵。

然而，在N>M的情况下存在问题。因为在STA-B只对应于到M个为止的流的情况下，尽管从STA-A侧发送了激励N维空间信道矩阵的探测信息包，但在STA-B中只能得到使用了其中M个的M×M维估计信道矩阵。图19示出了在N=3、M=2的情况下以CSI格式进行显式反馈的情形。

在EWC建议规格中，在应用显式反馈的情况下，作为波束接收器侧的能力(capability)之一决定了用于报告与信道估计最大维度相关的信息的结构。与高速传输对应的HT终端被规定为通过在规定的管理帧中包括HT能力(HTCapability)字段来宣告自己是HT终端。

图20示出了HT能力元素(HTCapabilityelement)格式。其中，在TxBF(TransmitBeamformingcapability：传输波束形成器能力)字段中指定了与波束形成相关的任意HT功能。图21中进一步示出了传输波束形成器能力(TxBeamformingcapability)字段的结构。虽然传输波束形成器能力字段由32位构成，但是其中第19～20位被分配给波束形成器天线的CSI数(CSInumberofbeamformerantennae)，第21～22位被分配给波束形成器天线的非压缩波束形成矩阵(Uncompressedsteeringmatrixofbeamformerantennae)，第23～24位被分配给波束形成器天线的压缩波束形成矩阵(Compressedsteeringmatrixofbeamformerantennae)。在这些字段中，记载有当作为波束接收器以各自的格式进行显式反馈时能够从波束形成器接收的探测信息包的空间维数。

然而，在EWC建议规格中，由于没有规定波束形成器应该发送哪种探测信息包，因此即使STA-B通过上述结构报告自身的的最大维数，也依然存在STA-A发送激励超过M维的信道的探测信息包的可能性，对STA-B强行请求M×N维的信道矩阵的估计。

作为不使波束形成特性劣化而解决这种问题的一个方法，可考虑向作为波束接收器的STA-B提供与额定的最大天线数量对应的信道估计最大维度M_max(例如，如果根据IEEE规格则M_max=4)。

例如当STA-B的天线数量为M=2、额定的最大天线数量为N_max=4时，STA-B设想与和自己具有相同天线数量的终端之间进行通信，从而只设想2×2为止的矩阵计算，但却必须进行2×4的矩阵运算。在这种情况下，需要2倍的运算量或者2倍的处理电路，因此不利于装置的小型化、低价格化。

同样地，在不是反馈CSI格式、而是反馈波束形成用的发送权重矩阵V的显式反馈中也适用。

在STA-A的天线数量N≤STA-B的天线数量M的情况下，在波束接收器侧没有特别的问题。图22中示出了在N=2、M=3的情况下通过显式反馈反馈波束形成用发送权重矩阵V的情形。STA-B应具备M个流的处理能力，能够估计以由N个流构成的训练信号所激励的M×N的信道矩阵，从该估计信道矩阵通过奇异值分解等计算波束形成用的N×M的发送权重矩阵V，并将该发送权重矩阵信息反馈给STA-A即可。另外，在STA-A侧能够使用被反馈的波束形成用发送权重矩阵进行波束形成。

然而，在N>M的情况下存在问题。因为在STA-B只对应于到M个为止的流的情况下，尽管从STA-A侧发送了激励N维空间信道矩阵的探测信息包，但在STA-B中只能得到使用了其中M个的M×M维的估计信道矩阵。图23中示出了在N=3、M=2的情况下通过显式反馈反馈波束形成用发送权重矩阵V的情形。

在EWC建议规格中，在应用显式反馈的情况下，作为波束接收器侧的能力之一，决定了用于报告与信道估计最大维度相关的信息的结构(前述)。然而，即使STA-B通过上述结构报告自己的最大维数，也依然存在STA-A发送激励超过M维的信道的探测信息包的可能性，对STA-B强行要求M×N维的信道矩阵的估计。

作为不使波束形成特性劣化而解决这种问题的一个方法，可考虑如下的方法：向作为波束接收器的STA-B提供与额定的最大天线数量对应的信道估计最大维度M_max(例如，如果根据IEEE规格则M_max=4)，并且提供对于所得到的M_max×N的估计信道矩阵能够计算波束形成用发送权重矩阵的处理能力。

例如，当STA-B的天线数量为M=2、额定的最大天线数量为N_max=4时，STA-B设想与和自己具有相同天线数量的终端之间的通信，从而只设想2×2为止的矩阵计算，但却必须进行2×4的矩阵运算。在这种情况下，需要2倍的运算量或者2倍的处理电路，因此不利于装置的小型化、低价格化、低功耗化。

专利文献1：日本特开2002-44051号公报

非专利文献1：A.Benjebbour,H.MurataandS.Yoshida,“Performanceofiterativesuccessivedetectionalgorithmforspace-timetransmission”,Proc.IEEEVTCSpring,vol.2,pp.1287-1291,Rhodes,Greece,May2001.

非专利文献2：A.Benjebbour,H.MurataandS.Yoshida,“Performancecomparisonoforderedsuccessivereceiversforspace-timetransmission”,Proc.IEEEVTCFall,vol.4,pp.2053-2057,AtlanticCity,USA,sept.2001.

非专利文献3：http://radio3.ee.uec.ac.jp/MIMO(IEICE_TS).pdf(平成15年10月24日现在)

发明内容

发明要解决的问题

本发明的目的在于提供一种作为波束形成器而动作的终端根据从作为波束接收器而动作的终端反馈的估计信道矩阵来最佳地设定波束形成用发送权重矩阵，从而能够利用进行波束形成的信息包以高传输率进行通信的优良的无线通信系统、无线通信装置以及无线通信方法。

本发明的进一步的目的在于提供一种即使在波束形成器和波束接收器间天线数量或者支持的流数不一致的情况下也不使波束形成的特性劣化、且在波束接收器中不提高信道估计的处理能力、波束形成用矩阵的计算能力而能够由显式反馈最佳地进行波束形成的优良的无线通信系统、无线通信装置以及无线通信方法。

用于解决问题的方案

本发明是鉴于上述问题而作出的发明，是从具备N根天线的第1终端向具备M根天线的第2终端使用被空间复用的流来进行数据传输的无线通信系统(其中，设N为2以上的整数，设M为1以上的整数)，其特征在于，具备：

通知单元，其将前述第2终端所具有的信道矩阵估计时的最大维度N_max通知给前述第1终端(其中，设N_max为M以下的整数)；

训练单元，其从前述第1终端向前述第2终端发送包含了用于激励与前述最大维度N_max对应的信道的训练序列的信息包；

信道矩阵估计单元，其在N>M的情况下，将在前述第2终端的各天线中接收到的训练序列分离为N_max个以下的流，估计行数为M、列数在N_max以下的信道矩阵；

波束形成用信息反馈单元，其根据在前述第2终端中估计的信道矩阵，生成为了在前述第1终端中算出波束形成用发送权重矩阵而所需的波束形成用信息，从前述第2终端反馈到前述第1终端；

发送权重矩阵设定单元，其基于从前述第2终端反馈到前述第1终端的波束形成用信息，设定从前述第1终端向前述第2终端进行数据传输时的波束形成用的发送权重矩阵；以及

波束形成单元，其当从前述第1终端向前述第2终端发送数据信息包时，对发送信号使用前述波束形成用的发送权重矩阵，对前述第1终端的各天线进行波束形成。

另外，本发明提供一种无线通信装置，其具备N根天线，向具备M根天线的发送目的地终端使用被空间复用的流来进行数据传输，其中设N为2以上的整数，设M为1以上的整数，该无线通信装置的特征在于，具备：

通知接收单元，其接收前述发送目的地终端所具有的信道矩阵估计时的最大维度N_max的通知，其中，N_max为M以下的整数；

训练单元，其向前述发送目的地终端发送包含了用于激励与前述最大维度N_max对应的信道的训练序列的信息包；

波束形成用信息接收单元，其在N>M的情况下，接收波束形成用信息，该波束形成用信息是根据在前述发送目的地终端中使用该信息包来估计的行数为M、列数在N_max以下的信道矩阵而生成的、为了算出波束形成用发送权重矩阵而所需的信息；

发送权重矩阵设定单元，其基于该接收到的波束形成用信息来设定波束形成用的发送权重矩阵；以及

数据发送单元，其使用该设定的波束形成用的发送权重矩阵而对各天线进行波束形成，向前述发送目的地终端发送数据信息包。

另外，本发明提供一种无线通信方法，是在具备N根天线的无线通信装置中向具备M根天线的发送目的地终端使用被空间复用的流来进行数据传输的无线通信方法，其中设N为2以上的整数，设M为1以上的整数，该无线通信方法的特征在于，具备：

通知接收步骤，接收前述发送目的地终端所具有的信道矩阵估计时的最大维度N_max的通知，其中N_max是M以下的整数；

训练步骤，向前述发送目的地终端发送包含了用于激励与前述最大维度N_max对应的信道的训练序列的信息包；

波束形成用信息接收步骤，在N>M的情况下，接收波束形成用信息，该波束形成用信息是根据在前述发送目的地终端中使用该信息包估计出的行数为M、列数在N_max以下的信道矩阵生成的、为了算出波束形成用发送权重矩阵而所需的信息；

发送权重矩阵设定步骤，基于该接收到的波束形成用信息来设定波束形成用的发送权重矩阵；以及

数据发送步骤，使用该设定的波束形成用的发送权重矩阵对各天线进行波束形成，向前述发送目的地终端发送数据信息包。

其中，这里所说的“系统”是指多个装置(或者实现特定功能的功能模块)在逻辑上的集合，与各装置、功能模块是否在一个壳体内没有特别关系(以下相同)。

作为实现无线通信高速化的技术之一，已知有在发送机侧和接收机侧双方具备多个天线元件、并实现空间复用的流的MIMO通信方式。特别是在闭环型的MIMO通信系统中，数据信息包发送侧终端通过基于反馈与来自接收机侧终端的估计信道矩阵相关的信息而进行波束形成，由此能够实现被空间正交复用的逻辑上独立的多条传输路径，在接收机侧完全没有串扰地取出原始的多个信号序列，理论上实现最高的性能。

作为从接收机侧终端向发送侧终端进行与信道矩阵相关的反馈的过程，例如在EWCHTMAC规范(EWCHTMACSpecification)中规定了“隐式反馈”和“显式反馈”两种过程。其中，在显式反馈中，作为波束形成器而动作的第1终端使用以从作为波束接收器而动作的第2终端反馈的信道信息为基础的波束形成用发送权重矩阵，将发送信息包进行波束形成而进行通信，可减轻为在波束形成器侧进行波束形成而所需的处理负担。

然而，在波束形成器和波束接收器e间天线数量或者所支持的流数不一致的情况下，在波束形成时存在几个问题。因为在天线数量少的终端侧需要以设计时设想的以上的维数进行信道估计、发送权重矩阵的算出、发送权重矩阵的乘法运算。

具体地说，在波束形成器的天线数量N>波束接收器的天线数量M的情况下，当STA-B只对应于到M个为止的流时，尽管从STA-A侧发送了激励N维空间信道矩阵的探测信息包，但在STA-B中也只对应于到M×M维的估计信道矩阵为止而无法得到估计信道矩阵。

因此，在与本发明有关的无线通信系统中，当按照显式反馈进行波束形成时，将第2终端所具有的信道矩阵估计时的最大维度N_max通知给第1终端，与此相对，第1终端将发送探测信息包，该探测信息包包含了用于激励与该最大维度N_max对应的信道的训练序列。这里所说的“与该最大维度N_max对应”，不意味着必须将激励的空间维度限制为N_max。虽然典型地是这样构成的，但是更通俗的说，意味着当第2终端估计信道时设为也可以不进行超过M×N_max维的估计处理的格式。作为一个例子，可举出后述的错开的探测(staggeredsounding)信息包。在这种情况下，虽然作为整体而激励的信道维度为N(>N_max)，但是训练序列被分为激励N_max维信道的部分和激励这之外(N-N_max)维信道的部分，在估计信道的第2终端中，能够只使用可处理的N_max部分而进行信道估计。即，在激励的信道空间维度是比N_max还大的维度的情况下也可以说考虑第2终端所具有的信道矩阵估计时的最大维N_max，被认为能够由其处理能力进行信道估计的探测信息包是与“与该最大维N_max对应”相当的信息包。

即，由于第1终端根据由第2终端估计信道矩阵的处理能力来抑制探测信息包所激励的信道流数，因此第2终端保证了在自身通知的最大维数范围内接收探测信息包。在这种情况下，能够降低作为波束接收器的第2终端中的信道矩阵估计电路的规模，进而能够实现装置的低成本化、低功耗化。

第1终端应设计成具备与本站的流数相当的处理能力，具备根据N×N维以下的信道矩阵求出波束形成用发送权重矩阵的计算、将N×N维以下的波束形成用发送权重矩阵与发送向量相乘的处理能力。因而，在从第2终端反馈了CSI信息即M×N_max的信道矩阵的情况下，第1终端能够计算波束形成用发送权重矩阵。或者，即使在从第2终端(以压缩或者非压缩形式)反馈了根据信道矩阵计算的M×N_max的波束形成用发送权重矩阵的情况下，也能够在自身的处理能力范围内将波束形成用发送权重矩阵与发送向量相乘，因此没有问题。

在遵照EWC建议规格的协议中，在规定的管理帧中定义了能力描述字段，该能力描述字段作为能力描述了当作为显式反馈中的波束接收器接收包含有训练序列的信息包时可能的最大空间维度。因而，通知单元能够使用记载了该能力描述字段的管理帧，将第2终端所具有的信道矩阵估计时的最大维度N_max通知给第1终端。管理帧例如是如下类型的传输帧：接入点在每个帧周期中报告的信标、测量光导(MeasurePilot)、对来自客户终端的联合请求进行回复的联合响应(AsssiciationResponse)以及再联合响应(Re-associationResponse)、对来自客户终端的BBS信息请求进行回复的探查响应(ProbeResponse)、或者客户终端(或者接入点以外的通信站)用于进行网络联合请求的联合请求(AsssiciationRequest)以及再联合请求(Re-associationRequest)、用于对接入点请求BBS信息的探查请求(ProbeRequest)等类型的传输帧。因而，即使在第2终端作为接入点或者客户终端而动作的情况下，通知单元也能够进行通知。

另外，波束形成器可以在包含了用于激励信道的训练序列的探测信息包中，包含请求CSI信息的信号。具体地说，利用在MAC帧的HT控制字段内设置的CSI/波束形成字段，在显式反馈中指定从波束接收器接受的反馈方法，由此能够请求CSI信息。因而，训练单元能够在用于激励信道的探测信息包中包含从第1终端对第2终端请求信道信息的反馈的请求信号。

另外，在EWC建议规格中，规定了探测专用的、即仅由包含了用于激励信道的训练序列的PHY头部构成且没有MAC帧的ZLF(ZeroLengthFrame：零长度帧)(也称为NDP(NullDataPacket：空数据信息包)。以下统一为“ZLF”)。由于ZLF没有MAC头，因此不能在HT控制字段中进行CSI信息的请求。在这种情况下，训练单元在探测信息包中不包含请求CSI信息的信号，只要利用在其之前传输的普通信息包内的HT控制字段进行CSI信息的请求即可。

另外，从第1终端向第2终端，以将数据部分的空间分离处理中所使用的训练信号部分和用于激励数据流数以上的空间维度的信道的训练信号在时间上分离的错开(staggered)格式来发送探测信息包，从而能够减少信道矩阵的估计所需的运算量。

具体地说，第1终端使探测信息包在数据部分的空间分离处理中所使用的训练信号部分中激励N_max个空间维度的信道，并让用于激励剩余(N-N_max)个空间维度的信道的训练信号与信号本身的空间分离无关。

在这种情况下，第2终端当接收探测信息包时，在数据部分的空间分离处理中所使用的训练信号部分中对被激励的N_max个空间维度的信道估计M×N_max的信道矩阵，但是完全不需要处理用于激励剩余(N-N_max)个空间维度的信道的训练信号。另外，即使不处理为了激励剩余(N-N_max)个信道而附加在训练后半处的部分，也不妨碍信道估计、数据码元解调。

在此，当第1终端以抑制在第2终端所允许的最大维度N_max以下的流来发送探测信息包时，如果进行对每个发送流分配1根天线分支的直接映射(directmapping)，则存在波束形成效果降低的问题。因为在第1终端中尽管特意具备有N根天线，但不能完全使用它们、而是在本应对M×N的信道矩阵进行波束形成时却抑制维数到M×N_max来进行计算，因此波束增益变小，导致连发送分集增益也降低。另外，担心不得不增大发送中所使用的N_max根天线分支的发送功率，发送层中的信号失真变大。

因此，第1终端当抑制探测信息包的维数时，例如也可以通过空间扩展(spaceexpansion)等方法来进行将N_max个空间流分配给全部N根发送天线分支的变换，从而补偿与发送分集相应的特性的降低。例如，通过对从第2终端指定的N_max维的探测信息包乘以N×N_max的映射矩阵，能够分配给N根发送天线分支。

另外，仅通过映射矩阵的乘法运算，还不能充分降低发送天线分支间的相关性。因此，在第1终端中，也可以向乘以映射矩阵后的各发送天线分支提供不同的循环移位延迟量。当通过不同的空间流传输相同或者类似的信号时，有可能会形成不想要的波束，但是可通过提供不同的循环移位延迟量，降低发送天线分支间的相关性，降低不希望的定向特性的发生。其中，这里所说的循环移位延迟是指切取OFDM码元的时间轴波形的一部分并将其接合到相反侧一端的操作(相当于频率轴上的相位旋转)(参照图10)，与在发送天线分支间简单延迟发送定时的情形不同。

另外，在第1终端中进行将N_max个空间流分配给全部N根发送天线分支的变换的情况下，如图11的示例所示，也可以对各发送天线分支以子载波为单位实施不同的映射。在这种情况下，由于以子载波为单位观察时发送天线分支间的相关性高，因此与上述相同，也可以与循环移位延迟并用。

发明的效果

根据本发明能够提供一种作为波束形成器而动作的终端根据从作为波束接收器而动作的终端反馈的估计信道矩阵，最佳地设定波束形成用发送权重矩阵从而能够利用进行波束形成的信息包以高传输率进行通信的优良的无线通信系统、无线通信装置以及无线通信方法。

另外，根据本发明能够提供一种即使在波束形成器和波束接收器间天线数量或者所支持的流数不一致的情况下也不使波束形成的特性劣化、且在波束接收器中不提高信道估计的处理能力、波束形成用矩阵的计算能力也能够由显式反馈最佳地进行波束形成的优良的无线通信系统、无线通信装置以及无线通信方法。

根据与本发明有关的无线通信系统，即使在波束形成器的天线数量多于波束接收器的天线数量的情况下，当进行反馈CSI信息或者波束形成用发送权重矩阵的显式反馈时，通过根据波束接收器侧的处理能力来抑制从波束形成器发送的探测信息包的维数，从而能够降低成为波束接收器的通信终端的电路复杂度、功耗。

另外，根据本发明，在抑制从波束形成器侧发送的探测信息包维数时，通过将发送流分配给全部的发送天线分支，从而能够在将发送分集效果保持在一定程度的情况下进行波束形成。

可通过基于后述的本发明的实施方式、附图的详细说明来明确本发明的另外其他目的、特征、优点。

附图说明

图1A是示意性地表示与本发明有关的显式反馈的动作过程(其中是反馈CSI信息的情况)的图。

图1B是示意性地表示与本发明有关的显式反馈的动作过程(其中是反馈波束形成用发送权重矩阵的情况)的图。

图2是表示在图1所示的无线通信系统中能够作为STA-A(或者STA-B)而动作的无线通信装置的发送机侧结构的图。

图3是表示在图1所示的无线通信系统中能够作为STA-A(或者STA-B)而工的无线通信装置的接收机侧结构的图。

图4A是表示ZLF信息包的发送动作的一例的图。

图4B是表示ZLF信息包的发送动作的一例的图。

图5是表示错开的探测信息包的格式例的图。

图6是表示错开的探测信息包的格式例的图。

图7是表示错开的探测信息包的格式例的图。

图8是表示错开的探测信息包的格式例的图。

图9是表示错开的探测信息包的格式例的图。

图10是表示对OFDM码元提供循环移位延迟的情形的图。

图11是表示当设STA-A的天线数量为N=3、STA-B的天线数量为M=2的情况下以子载波单位进行向各发送天线映射的一例的图。

图12是表示在基于显式反馈过程作为波束形成器而动作的情况下的处理过程的流程图。

图13是表示在基于显式反馈过程作为波束形成器而动作的情况下的处理过程的流程图。

图14是表示在波束接收器侧估计由从波束形成器发送的训练信号所激励的信道矩阵的情形的图。

图15是表示接入点通过显式反馈向客户终端进行波束形成的帧交换过程的图。

图16是表示由EWC建议规格规定的MAC帧的HT控制字段的结构的图。

图17是表示HT控制字段中所包含的CSI/波束形成字段的结构的图。

图18是表示以CSI格式进行显式反馈的情形的图。

图19是表示以CSI格式进行显式反馈的情形的图。

图20是表示HT能力元素格式的图。

图21是表示HT能力元素中所包含的传输波束形成器能力字段的结构的图。

图22是表示由显式反馈反馈波束形成用发送权重矩阵V的情形的图。

图23是表示由显式反馈反馈波束形成用发送权重矩阵V的样子的图。

附图标记说明

100：数据发生器；102：扰频器；104：编码器；106：数据分配部；108：删余器(puncture)；110：交织器；111：选择器；112：映射器；114：空间复用部；114a：发送权重矩阵设定部；114b：发送权重矩阵乘法部；115：高速傅立叶逆变换部(IFFT)；116：流数调整部；118：保护插入部；120：数字滤波器；122：DA转换器(DAC)；124：RF部；200：数据获取部；202：解扰频器；204：解码器；206：数据合成部；208：解删余器(depuncture)；210：解交织器；212：解映射器；214：信道均衡电路；216：空间分离部；216a：信道矩阵估计部；216b：天线接收权重矩阵运算部；216c：天线接收权重矩阵乘法部；218：高速傅立叶变换部(FFT)；220：保护去除部；222：同步电路；224：数字滤波器；226：AD转换器(ADC)；228：RF部。

具体实施方式

下面参照附图详细说明本发明的实施方式。

与本发明有关的无线通信系统以闭环型进行MIMO通信，具体地说，作为进行与信道矩阵相关的反馈的过程，发送侧的终端按照例如由EWCHTMAC规范规定的“显式反馈”过程进行波束形成。在显式反馈中，波束形成器使用根据从波束接收器反馈的估计信道矩阵而求出的波束形成用发送权重矩阵，将发送信息包进行波束形成来进行通信。

但是，由于终端装置通常以自身所具有的天线数量为前提而具有进行信道估计的处理能力、计算波束形成用矩阵的处理能力，因此有如下可能性：在波束形成器一方的天线数量多的情况下，即使从波束形成器发送探测信息包来激励信道，对于波束接收器而言空间维数过大，因此无法分离为空间流训练而估计信道矩阵，或者无法从估计信道矩阵求出波束形成用矩阵。

因此，在与本发明有关的无线通信系统中，当根据显式反馈进行波束形成时，将波束接收器所具有的信道矩阵估计时的最大维度N_max通知给波束形成器，并由从波束形成器发送的探测信息包进行激励，将在波束接收器侧必须估计的信道空间维数抑制在该最大维度N_max以下。因而，波束接收器保证了在自身的能力范围内接收探测信息包，因此能够降低信道矩阵估计电路的规模、或者能够实现装置的低成本化、低功耗化。

在图1A中示意性地示出了与本发明有关的显式反馈的动作过程。其中，将作为波束形成器的STA-A的天线数量设为3，将作为波束接收器的STA-B的天线数量以及波束形成用发送权重矩阵计算时的最大空间维数都设为2。另外，设图示的过程按照EWCMAC规范进行。

STA-B提前将信道矩阵估计时的最大维数2通知给STA-A。STA-A以将STA-B必须估计的信道空间维数抑制为2×2的格式来激励信道，使用2个流对STA-B发送探测信息包。

由于STA-B是在自身的能力范围内接收该探测信息包，因此能够顺利地生成2×2的正向估计信道矩阵。而且，生成由该估计信道矩阵的系数构成的CSI信息，并使用2个流来反馈给STA-A。

在STA-A中，由3根天线接收该CSI信息反馈，因此以3×2空间维度来接收，由于应当设计成具备与本站的流数量相当的处理能力，因而能够正确地进行处理。另外，当从CSI信息取出2×2的信道矩阵时，通过进行奇异值分解等计算，能够顺利地求出2×2的波束形成用发送权重矩阵V。

而且，STA-A当发送数据信息包时，将2维发送向量与2×2波束形成用发送权重矩阵V相乘来实施波束形成，作为2个发送流来传输。或者，将2个发送流通过空间扩张等映射到3根天线上，从而以将发送分集效果保持到一定程度的状态进行波束形成。

之后，每当STA-A进行波束形成时，重复进行探测信息包的请求、利用探测信息包的接收进行的信道估计以及波束形成用发送权重矩阵的计算。

这样，STA-B保证了在自身的能力范围内接收探测信息包，因此能够降低信道矩阵估计电路的规模、进而能够实现装置的低成本化、低功耗化。

另外，图1B中示意性地示出了不是反馈CSI信息而是反馈波束形成用发送权重矩阵V的情况下的显式反馈的动作过程。其中，设STA-A的天线数量为3，STA-B的天线数量以及波束形成用发送权重矩阵计算时的最大空间维数都为2。

STA-B提前将信道矩阵估计时的最大维数2通知给STA-A。STA-A以将STA-B必须估计的信道空间维数抑制为2×2的格式来激励信道，使用2个流对STA-B发送探测信息包。

由于STA-B在自身的能力范围内接收该探测信息包，因此能够顺利地生成2×2的正向估计信道矩阵。并且，通过进行奇异值分解等计算，从2×2的信道矩阵求出2×2的波束形成用发送权重矩阵V，使用2个流来反馈给STA-A。

在STA-A中，由于由3根天线接收该反馈信息，因此以3×2的空间维度来接收，但是应当设计成具备与本站的流数量相当的处理能力，由此正确地进行处理来取出波束形成用发送权重矩阵V。

而且，由于波束形成用发送权重矩阵V的空间维数2×2处于对于具有3根天线的STA-A而假定的能力范围内，因此当发送数据信息包时，能够顺利地将2维发送向量与2×2的波束形成用发送权重矩阵V相乘，并实施波束形成而作为2个发送流来传输。或者，将2个发送流通过空间扩张等映射到3根天线上，从而以将发送分集效果保持到一定程度的状态进行波束形成。

之后，每当STA-A进行波束形成时，重复进行探测信息包的请求、利用探测信息包的接收进行的信道估计以及波束形成用发送权重矩阵的计算。

这样，STA-B保证了在自身的能力范围内接收探测信息包，因此能够降低信道矩阵估计电路的规模、进而能够实现装置的低成本化、低功耗化。

在图1A以及图1B所示的任一个动作过程中，STA-B都需要将信道矩阵估计时的最大维数2通知给STA-A。在EWC建议规格中，在应用显式反馈的情况下，决定了用于作为波束接收器侧的能力之一而报告与信道估计最大维度相关的信息的结构，并能够利用该结构。

在EWC建议规格中规定了以下内容：与高速传输对应的HT终端通过发送HT能力元素来宣告自己是HT终端。HT终端能够在规定的管理帧中包含HT能力字段，利用HT能力元素宣告HT功能中的任意的元素。

在HT能力元素的格式(参照图20)中所包含的TxBF(TransmitBeamforming：传输波束形成)能力字段中(参照图21)，指定与波束形成相关的任意HT功能。

虽然传输波束形成器能力字段由32位构成，但是其中第19～20位被分配给波束形成器天线的CSI数，第21～22位被分配给波束形成器天线的非压缩波束形成矩阵，第23～24位被分配给波束形成器天线的压缩波束形成矩阵。在这些字段中，当作为波束接收器以各自的格式进行显式反馈时，记载了能够从波束形成器接收的探测信息包的空间维数。

HT能力元素可包含在规定的管理帧中。例如，在STA-B作为接入点而动作的情况下，通过在每个帧周期进行报告的信标、测量光导、对来自客户终端的联合请求进行响应的联合响应以及再联合响应、对来自客户终端的BBS信息的请求进行响应的探查响应等类型的传输帧中包含HT能力字段，从而能够向加入到STA-B所运营的网络中的STA-A通知CSI信息的维数。另外，在STA-B作为客户终端(或者接入点以外的通信台)而动作的情况下，可以在用于对作为接入点而动作的STA-A请求网络联合请求的联合请求以及再联合请求、用于对接入点请求BBS信息的探查请求等类型的传输帧中，包含HT能力字段。因而，即使在STA-B作为接入点或者客户终端而动作的情况下，也能够通过发送HT能力元素而将由CSI信息允许的最大维数通知给STA-B。

在图1A以及图1B所示的波束形成过程中，作为波束形成器的STA-A在包含了用于激励信道的训练序列的探测信息包中，包含有请求CSI信息的信号。具体地说，利用设置在MAC帧的HT控制字段(参照图16)内的CSI/波束形成字段，在显式反馈中能够指定从波束接收器接受的反馈方法(参照图17)。

另外，在EWC建议规格中，规定了探测专用即仅由包含了用于激励信道的训练序列的PHY头部构成、且没有MAC帧的ZLF(ZeroLengthFrame：零长度帧)。由于ZLF没有MAC头，因此不能利用HT控制字段进行CSI信息的请求。在这种情况下，在探测信息包中不包含请求CSI信息的信号，而只要利用在其之前传输的普通信息包内的HT控制字段进行CSI信息的请求即可。

在图4A中示出了ZLF信息包的发送动作的一例。如图所示，从发送普通的数据信息包后，在经过短暂的帧间隔(SIFS(ShortInterFrameSpace：短帧间空隙)或者RIFS(ReducedInterFrameSpace：缩减的帧间空隙))后ZLF信息包被传输。在普通的数据信息包中所包含的MAC头内的HT控制字段中，通过指定CSI/波束形成进行对后续ZLF信息包的CSI请求即可。

在图4B所示的例子中，STA-A在请求即时响应(Immediateresponse)的数据帧中请求CSI信息的反馈，但是宣告在其中继续传输ZLF。当STA-B响应于即时响应而返回ACK时，STA-A在从接收ACK后经过SIFS之后发送ZLF。

前面叙述了STA-A抑制根据STA-B所具有的处理能力而激励的信道空间维数来发送探测信息包的情形。作为抑制信道空间维数的一种信息包传输方法，可举出错开格式。

错开信息包具有在数据部分的空间分离处理中所使用的训练信号部分、以及将用于激励数据的流数以上的空间维度信道的训练信号在时间上分离的信息包结构，在接收侧能够减少信道矩阵的估计所需的运算量。

STA-A使得探测信息包用数据部分的空间分离处理中所使用的训练信号部分激励与STA-B处理能力相当的N_max个空间维度的信道，并让用于激励剩余(N-N_max)个空间维度的信道的训练信号与信号本身的空间分离无关。在这种情况下，STA-B当接收到探测信息包时，用在数据部分的空间分离处理中所使用的训练信号部分激励N个空间维度的信道从而估计M×N_max的信道矩阵，但是不需要将用于激励剩余(N-N_max)个空间维数的信道的训练信号全部进行处理。另外，即使不处理为了激励剩余(N-N_max)个信道而附加在训练后半的部分，也不妨碍信道估计、数据码元解调。

在此，说明使用错开格式的探测信息包的情况下的显式反馈的过程。但是为了简化说明，采用了各流被直接分配(直接映射)给各个天线分支的例子，但是本发明的精神并不限于此。

在图5中示出了从具有3根天线的波束接收器发送1个流的数据时的错开的探测信息包的格式例。

HT-STF(ShortTrainingField：短训练字段)是用于提高MIMO系统中的AGC(自动增益控制)的训练码元，由被QPSK调制的52调(tone)的OFDM信号构成。另外，HT-LTF(LongTrainingField：长训练字段)是用于在接收机侧按被空间调制的每个输入信号进行信道估计的训练码元，由OFDM信号构成，该OFDM信号由被BPSK调制的56调构成。这些都是在EWC建议规格的HT模式中定义的训练信号。此外，从第3根天线同时发送的写入在HT-LTF内的-400纳秒的值是在相同或者类似的信号通过不同的空间流而被传输时为了避免形成不想要的波束而设置的循环移位延迟量，将从第3根天线发送的OFDM码元的时间轴波形移位-400纳秒后接合。

在图5所示的例子中，将1个流以具有数据流的格式来发送，另一方面与其在时间上分离，从没有在数据部分的空间分离处理中使用的其它2根天线发送着用于激励剩余空间维度信道的训练信号。

另外，在图6中示出了从具有4根天线的波束接收器发送1个流的数据时错开的探测信息包的格式例。在图示的例子中，将1个流以具有数据流的格式发送，另一方面与其在时间上分离，从没有在数据部分的空间分离处理中使用的另外3根天线发送用于激励剩余空间维度信道的训练信号。在目前的EWC建议规格中，规定了在3个流的训练中使用4个HT-LTF。

另外，在图7中示出了从具有3根天线的波束接收器发送2个流的数据时错开的探测信息包的格式例。在图示的例子中，将2个流以具有数据流的格式发送，另一方面与其在时间上分离，从没有在数据部分的空间分离处理中使用的另外1根天线发送用于激励剩余空间维度信道的训练信号。

另外，在图8中示出了从具有4根天线的波束接收器发送2个流的数据时错开的探测信息包的格式例。在图示的例子中，将2个流以具有数据流的格式发送，另一方面与其在时间上分离，从没有在数据部分的空间分离处理中使用的另外2根天线发送用于激励其余空间维度信道的训练信号。

另外，在图9中示出了从具有4根天线的波束接收器发送3个流的数据时错开的探测信息包的格式例。在图示的例子中，将3个流以具有数据流的格式发送，另一方面与其在时间上分离，从没有在数据部分的空间分离处理中使用的另外1根天线发送用于激励剩余空间维度信道的训练信号。在目前的EWC建议规格中，规定了在3个流的训练中使用4个HT-LTF的情形。

从图5~图9可知，对于天线数量为2根且能够估计的最大流数为2的无线通信装置而言，只要错开的探测信息包的结构为图5、图7、图8所示的结构，则不仅在设计时设想的处理能力范围的范围内接收信息包的数据部分(有效负载)，而且在设计时设想的处理能力范围的范围内进行必要的信道矩阵估计。此外，图6是1个流用的错开的探测信息包，但是不适合应用本发明。

另外，对于天线数量为3根、且最大可接收的流数是3的无线通信装置而言，不仅在设计时设想的处理能力的范围内接收图5～图9所示的错开的探测信息包，而且在设计时设想的处理能力的范围内进行必要的信道矩阵的估计。对于最大可接收的流数为3的无线通信装置而言，在规格中原本已要求接收4个HT-LTF并从其中进行3个流的信道估计，任何装置在结构上都没有问题。

从图5～图9可知，在探测信息包的发送源(即，在显式反馈中作为波束形成器而动作的终端)中的天线数量N大于探测信息包的发送目的地(即，在显式反馈中作为波束接收器而动作的终端)中的天线数量M的情况下，通过最佳地灵活运用错开格式，由此即使波束接收器不进行N个流的信道估计(即，不生成M×N的信道矩阵)，也能够选择性地估计所需的M个流。

在波束形成器具备4根天线、波束接收器具备2根天线的情况下，即便使用如图6所示的帧格式的错开的探测信息包，也不能减轻波束接收器中的电路负荷。虽然在从第1个流的训练(HT-LTF)进行信道估计时没有问题，但是为了对另一个流进行信道估计，需要计算与其在时间上分离而发送过来的、不在数据部分的空间分离处理中使用的另外3个流中的各4个HT-LTF，因此对于只支持2个流的波束接收器而言，导致电路规模的增大。

另外，在波束形成器具备3根天线、波束接收器具备2根天线的情况下，使用图5或者图7所示的帧格式的错开的探测信息包。

在从波束形成器发送图7所示的探测信息包的情况下，在波束接收器侧使用数据部分的空间分离中所使用的第1～2根天线的接收流中的训练信号部分，能够估计波束形成所必须的2个空间维度的信道。而且，由于完全没有必要对与其在时间上分离而发送过来的、不在数据部分的空间分离中使用的第3～4根天线的接收流进行处理，因此对于只支持2个流的波束接收器而言，没有电路规模增大的问题。即使不处理为了激励第3～4个信道而附加在训练后半处的部分，也不妨碍信道估计、数据码元解调。

另一方面，在从波束形成器发送了图5所示的探测信息包的情况下，在波束接收器侧首先使用数据部分的空间分离中所使用的第1根天线的接收流中的训练信号部分来估计信道。然而，为了对另1个流进行信道估计，有必要计算与其在时间上分离而发送过来的、不在数据部分的空间分离处理中使用的另外2个流中的各2个HT-LTF。虽然能够从2个HT-LTF进行2×2矩阵的信道估计、并进行剩余1个流的信道估计，但是在该情况下有必要将对最初1个流的信道估计结果缓存到其它地方，因此与不需要这种缓冲器的图7的情况相比，电路规模稍微增大。

另外，作为其他的例子，在波束形成器具备4根天线、波束接收器具备3根天线的情况下，使用图6、图8、图9所示的帧格式的错开的探测信息包。

在使用了图6以及图8所示的帧格式的探测信息包的情况下，与上述同样顺利地进行信道估计本身，但是存在需要将对最初1个或者2个流的信道估计结果缓存到其它地方的问题。与此相对，在使用了图9所示的帧格式的探测信息包的情况下，在波束接收器侧使用数据部分的空间分离中所使用的第1～3根天线的接收流中的训练信号部分，能够估计波束形成所需的2个空间维度的信道。而且，完全没有必要对与它们在时间上分离而发送过来的、不在数据部分的空间分离中使用的第4根天线的接收流进行处理，因此对于只支持3个流的波束接收器而言，没有电路规模增大的问题。即使不处理为了激励第4个信道而附加在训练后半处的部分，也不妨碍信道估计、数据码元解调。

另外，当STA-A以抑制在STA-B所允许的最大维度N_max以下的流来发送探测信息包时，如果进行给每个发送流分配1根天线分支的直接映射，则存在波束形成效果降低的问题。因为在STA-A中尽管特意具备N根天线但完全没有使用它们，而是在本应对M×N的信道矩阵进行波束形成时却将维数抑制为M×N_max来进行计算，因此导致波束增益变小，还使发送分集增益降低。另外，还担心如下情形：不得不增大使用于发送的N_max根天线分支的发送功率，使发送层中的信号失真变大。

对于这种问题，STA-A在抑制探测信息包的维数时，例如也可以通过空间扩展(spatialexpansion)等方法，进行将N_max个空间流分配给全部N根发送天线分支的变换，从而补偿与发送分集相应的特性的降低。例如通过对从STA-B指定的N_max维度的探测信息包乘以N×N_max的映射矩阵，能够将发送信号分配给全部N根发送天线分支。

例如，在设STA-A的天线数量为N=3、STA-B的天线数量为M=2的情况下，当从STA-A传输探测信息包时抑制为2维的发送流(s₁,s₂)，但是例如通过使用如下所示的映射矩阵E，能够将发送信号分配给3根发送天线。

式5

$E=\left(\begin{array}{cc}a& b\\ c& d\\ e& f\end{array}\right)...\left(5\right)$

即，在STA-A中，通过将2维的发送流(s₁,s₂)与3×2的映射矩阵E相乘而得到3维的发送向量。而且，通过在由如式(2)所示的2×3维构成的信道中传输，从而在STA-B侧作为2维的流(r₁,r₂)而被接收。

式6

$\left(\begin{array}{c}{r}_1\\ r_2\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{h}_{11}& h_{12}& h_{13}\\ h_{21}& h_{22}& h_{23}\end{array}\right)\left(\begin{array}{cc}a& b\\ c& d\\ e& f\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{s}_1\\ s_2\end{array}\right)...\left(6\right)$

但是，在发送探测包时进行这种流变换的情况下，进行波束形成而发送数据流时也需要乘以同样的映射矩阵E。

另外，有如下典型的问题：在使用映射矩阵将发送流分配给各发送天线分支的情况下，由于在从各天线发送的时刻各个信号间的相关性较强，因此导致产生不希望的定向特性。为了避免这个问题，最好尽量使用正交的矩阵使得降低天线发送信号间的相关性。

例如，在将2个流分配给4根发送天线分支的情况下，只要乘以下面所示的映射矩阵即可。

式7

$\left(\begin{array}{cc}1/2& 1/2\\ 1/2& -1/2\\ 1/2& -1/2\\ 1/2& 1/2\end{array}\right)...\left(7\right)$

另外，作为不正交的例子，例如在将2个流分配给3根发送天线分支的情况下，只要乘以下面所示的映射矩阵即可。

式8

$\left(\begin{array}{cc}1/\sqrt{3}& 1/\sqrt{3}\\ 1/\sqrt{3}& -1/\sqrt{3}\\ 1/\sqrt{3}& 1/\sqrt{3}\end{array}\right)...\left(8\right)$

另外，仅通过映射矩阵的乘法运算，存在发送天线分支间的相关性还不足够低的可能性。因此，在STA-A中，也可以向乘以映射矩阵后的各发送天线分支提供不同的循环移位延迟量。当通过不同的空间流传输相同或者类似的信号时有可能形成不想要的波束，但是通过提供不同的循环移位延迟量，能够降低发送天线分支间的相关性，并能够降低不希望的定向特性的发生。

例如，在OFDM码元的有效码元长度为3.2微秒程度、保护间隙为800微秒左右的情况下，通过对4根各发送天线分支分别提供0纳秒、50纳秒、100纳秒、150纳秒这样的循环移位延迟量，能够降低来自各天线的发送信号间的相关性，并降低定向特性的发生。能够以矩阵形式如下地记述这种情况下的循环移位延迟量。

式9

$\left(\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& \exp (-j2\mathrm{\πk}{\mathrm{\Δ}}_{F}50n\sec )& 0& 0\\ 0& 0& \exp (-j2\mathrm{\πk}{\mathrm{\Δ}}_{F}100n\sec )& 0\\ 0& 0& 0& \exp (-j2\mathrm{\πk}{\mathrm{\Δ}}_{F}150n\sec )\end{array}\right)...\left(9\right)$

在上式中，Δ_F是子载波间隔，k表示子载波的序列号。通过将这种矩阵与上述映射矩阵E从左起相乘(相当于进行映射乘法运算后提供循环移位延迟的顺序)，能够简单地实现从流到发送天线分支的映射，而且能够降低来自各天线的发送信号的相互相关性，减轻不希望的定向特性的问题。将这种变换方式称为由EWC建议规格规定的“spactialexpansion”(空间扩展)。

此外，这里所说的循环移位延迟是指切取OFDM码元的时间轴波形的一部分并将其接合在相反侧一端的操作(与频率轴上的相位旋转相当)(参照图10)，不同于在发送天线分支之间简单地延迟发送时序的情形。

另外，在STA-A中，在进行将N_max个空间流分配给全部N根发送天线分支的变换的情况下，也可以对各发送天线分支以子载波为单位实施不同的映射。在图11中示出了设STA-A的天线数量为N=3、STA-B的天线数量为M=2的情况下以子载波为单位进行向各发送天线的映射的一例。在这种情况下，由于当以子载波为单位观察时发送天线分支间的相关性高，因此也可以与上述同样地与循环移位延迟并用。

在图2以及图3中分别示出了在图1所示的无线通信系统中能够作为STA-A(或者STA-B)而动作的无线通信装置的发送机以及接收机的结构。STA-A的天线数量为N(STA-B的天线数量为M)，如果例如按照IEEE规格标准则N(或者M)最大为4根，但在各图中为了避免附图的交织，只描绘了2根天线分支。

从数据发生器100提供的发送数据在扰频器102中被施以扰频。接着，由编码器104实施纠错编码。例如在EWCHTPHY规范(EWCHTPHYspecification)中，扰频以及编码方式规定为遵循IEEE802.11a的定义。然后，将编码信号输入到数据分配器106并分配给各发送流。

此外，在作为波束形成器而动作的情况下，当进行显式反馈时，数据发生器100生成记载了请求CSI信息的MAC帧。另外，当作为波束接收器而动作时，响应于接收到CSI信息请求，根据在接收机侧的信道矩阵估计部216a中估计的信道矩阵而组成包含CSI信息的数据帧。或者，组成由从估计信道矩阵算出的波束形成用发送权重矩阵的系数构成的压缩或者非压缩形式的数据帧。

在各发送流中，按照提供给每个流的数据速率，将发送信号通过删余器108进行删余，由交织器110进行交织，由映射器112映射到IQ信号空间，从而成为复基带信号。在EWCHTPHY规范中，交织方式规定为：扩展IEEE802.11a的定义，使得在多个流间不成为相同的交织。另外，映射方式也按照IEEE802.11a，应用BPSK、QPSK、16QAM、64QAM。

选择器111以适当的定时将训练序列插入到交织的每个空间流的发送信号中、并提供给映射器112。在训练序列中包括：用于提高MIMO系统中的AGC(自动增益控制)的HT-STF、用于在接收机侧对被空间调制的每个输入信号进行信道估计的HT-LTF等。例如在HT-LTF内，以错开格式插入每个发送流的训练序列。

在对发送信号实施波束形成的情况下，在空间复用部114内，发送权重矩阵设定部114a使用奇异值分解等计算方法从信道矩阵H算出波束形成用的发送权重矩阵V，发送权重矩阵乘法部114b将以各发送流为元素的发送向量与发送权重矩阵设定部114a所设定的发送权重矩阵V相乘来实施波束形成。当发送探测信息包时，对发送信号不实施波束形成。

在从波束接收器反馈CSI信息的情况下，发送权重矩阵设定部114a根据CSI信息而算出波束形成用的发送权重矩阵V，将其设定到发送权重矩阵乘法部114b。另外，在从波束接收器反馈压缩或者非压缩形式的波束形成用的发送权重矩阵V的情况下，将其原样设定到发送权重矩阵乘法部114b。

在高速傅立叶逆变换部(IFFT)115中，将排列在频域上的各子载波变换为时间轴信号。

在流数调整部116中，将发送流的数量调整到从作为波束接收器的STA-B通知的最大维度N_max以下。但是，当进行直接映射时存在波束形成的效果降低的问题，因此也可以通过乘以N×N_max的映射矩阵，将发送信号全部分配给N根发送天线分支，补偿与发送分集相应的特性降低。而且，也可以对每个发送分支提供不同的循环移位延迟量，从而降低不希望的定向特性的发生。流数调整部116可通过如下结构实现：首先将发送向量与映射矩阵相乘，接着乘以循环移位延迟用的矩阵。

接着在保护插入部118中附加保护间隙。然后，由数字滤波器120限制频带后，由DA转换器(DAC)122转换成模拟信号，并由RF部124提高转换到适当的频带之后，从各个发送天线送出到信道。

另一方面，通过信道到达接收机的数据在各个接收天线分支中，由RF部228进行模拟处理、并通过AD转换器(ADC)226转换为数字信号后，输入到数字滤波器224。

接着，由同步电路222进行信息包发现、定时检测、频率偏置校正等处理之后，通过保护去除部220去除附加在数据发送区间开头的保护间隙。然后，通过高速傅立叶变换部(FFT)218，将时间轴信号变成频率轴信号。

在空间分离部216内进行被空间复用的接收信号的空间分离处理。具体地说，信道矩阵估计部216a将探测信息包的PHY头中所包含的空间流训练进行分离，根据训练序列组成估计信道矩阵H。

天线接收权重矩阵运算部216b根据通过信道矩阵估计部216a得到的信道矩阵H而计算天线接收权重矩阵W。在接收信息包进行波束形成的情况下，估计信道矩阵在进行了奇异值分解的情况下与UD相等(参照式(3))，由此计算天线接收权重W。但是，天线接收权重W的计算方法不限于奇异值分解，也可以使用零规范化、MMSE等计算方法。天线接收权重矩阵乘法部216c通过进行以各接收流为元素的接收向量和天线接收权重矩阵W之间的矩阵相乘来进行空间复用信号的空间解码，在每个流中得到独立的信号序列。

另外，在显式反馈中作为波束接收器而动作时，根据通过信道矩阵估计部216a得到的估计信道矩阵H来组成CSI信息，并作为发送数据从发送机侧反馈到波束形成器。另外，在从波束形成器所请求的不是CSI信息、而是波束形成用发送权重矩阵V的情况下，反馈在天线接收权重矩阵运算部216b中将估计信道矩阵H进行奇异值分解而得到的矩阵V。

信道均衡电路214对每个流的信号序列进一步实施剩余频率偏置校正、信道跟踪等。然后，解映射器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，解删余器208以规定的数据率进行解删余。

数据合成部206将多个接收流合成为1个流。该数据合成处理进行与在发送侧进行的数据分配完全相反的动作。然后，由解码器204进行纠错解码后，通过解扰频器202进行解扰频，并由数据获取部200获取接收数据。

此外，在作为波束形成器而动作的情况下，当进行显式反馈时，将由数据获取部200获取的CSI信息、或者压缩／非压缩形式的波束形成用发送权重矩阵V，传递给发送机侧的发送权重矩阵设定部114a。

无线通信装置在闭环型MIMO通信中作为数据发送侧的终端即波束接收器而动作的情况下，将自身允许的最大维度N_max通知给波束形成器，并将由从波束形成器发送的探测信息包激励的信道空间维数抑制在该最大维度N_max以下。因而，由于波束接收器保证了在自身的能力范围内接收探测信息包，因此能够降低信道矩阵估计部216a的电路规模，进而能够实现装置的低成本化、低功耗化。

在图12中以流程图的形式示出了图2～图3所示的无线通信装置基于显式反馈过程作为发送者即波束形成器而动作的情况下的处理过程。其中，设波束形成器的天线数量为N，设波束接收器的天线数量为M。

首先，从作为波束接收器而动作的发送目的地终端(接收者)接收最大空间维数为N_max的通知(步骤S1)。以下设N_max=M。通过接收包含HT能力字段的信标、网络联合的消息等管理帧，从而进行该通知。

接着，将所激励的信道的空间维数抑制为M×M，使用2个流对STA-B发送探测信息包，从而请求CSI信息或者波束形成用发送权重矩阵V的反馈(步骤S2)。

由于用探测信息包的训练信号部分中激励M个空间维度的信道、并在波束接收器侧由M根天线将其接收，因此能够估计M×M的信道矩阵。然后，响应于CSI信息请求，根据估计信道矩阵来生成CSI信息，将在数据部分搭载该信息的信息包返给波束形成器。或者，在请求了波束形成用发送权重矩阵V的反馈的情况下，对估计信道矩阵进行奇异值分解，将以压缩或者非压缩形式包含了波束形成用发送权重矩阵V的系数数据的信息包返给波束形成器。

在波束形成器接收CSI信息时，组成信道矩阵(步骤S3)，求出正向数据传输时的波束形成用发送权重矩阵(步骤S4)。或者，在步骤S3中，接收波束形成用发送权重矩阵V，跳过步骤S4。

然后，对将来自各天线的发送信号设为元素的发送向量使用波束形成用发送权重矩阵而进行波束形成，向发送目的地终端发送数据信息包(步骤S5)。通过基于信道矩阵而乘以发送天线权重来进行面向发送目的地的合适的波束形成，能够生成出理想的空间正交信道。

另外，在图13中以流程图的形式示出了图2～图3所示的无线通信装置基于显式反馈过程作为接收者即波束接收器而动作时的处理过程。其中，设波束形成器的天线数量为N，设波束接收器的天线数量为M。

首先，对作为波束形成器而动作的发送源终端(发送者)，通知自身能够处理的探测信息包的最大空间维数N_max(步骤S11)。以下设N_max=M。通过接收包含了HT能力字段的信标、网络联合的消息等管理帧，从而进行该通知。

然后，当从波束形成器发送过来探测信息包时，在该训练信号部分激励M个空间维度的信道。在波束接收器侧由M根天线将其接收(步骤S12)，估计M×M的信道矩阵(步骤S13)。

然后，根据估计信道矩阵生成CSI信息，将包含该信息的数据部分中所包含的信息包返给波束形成器(步骤S14)。

或者，在用探测信息包请求波束形成用发送权重矩阵V的反馈的情况下，在步骤S13中对估计信道矩阵进行奇异值分解，求出波束形成用发送权重矩阵V。然后，在步骤S14中，将以压缩或者非压缩形式包含了波束形成用发送权重矩阵V的系数数据而非CSI信息的信息包返回波束形成器。

这样，波束接收器保证了在自身的能力范围内接收探测信息包，因此能够降低信道矩阵估计部216a的电路规模，进而能够实现装置的低成本化、低功耗化。

工业实用性

以上参照特定的实施方式详细说明了本发明。然而，在不脱离本发明精神的范围内，本领域技术人员显然能够进行该实施方式的修正、替代。

在本说明书中，以在遵循IEEE802.11n中的EWC建议规格的MIMO通信系统中应用本发明的实施方式为中心进行了说明，但是本发明的精神不限于此。本发明适于应用在作为使用了从具备N根天线的第1终端向具备M根天线的第2终端进行空间复用的流的MIMO通信系统的、在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类型的通信系统中。

另外，在本说明书中主要以在作为IEEE802.11扩展标准的IEEE802.11n中应用的实施方式为中心进行了说明，但是本发明的精神不限于此。同样本发明可应用于例如基于IEEE802.16e的MobileWiMax(WorldwideInteroperabilityforMicrowave：全球微波互通)、作为朝向移动体的高速无线通信标准的IEEE802.20、作为使用60GHz(毫米波)频带的高速无线PAN(PersonalAreaNetwork：个人局域网)标准的IEEE802.15.3c、利用60GHz(毫米波)频带的无线传输可传输非压缩的HD(HighDefinition：高分辨率)影像的WirelessHD、第4代(4G)便携电话等采用MIMO通信方式的各种无线通信中。

总而言之，本发明是以例示的方式公开的，不应限定性地解释本说明书的记载内容。为了判断本发明的精神，应参考权利要求书。

Claims (4)

1.一种无线通信终端，其使用被空间复用的流来进行数据发送，该无线通信终端具备：

通知单元，其使用记载了用于进行波束形成的能力描述字段的管理帧，将与所述无线通信终端的额定的最大天线数量对应的信道估计最大维度通知给发送目的地终端；

反馈信息接收单元，其接收在前述发送目的地终端中考虑所通知的前述信道估计最大维度而生成的波束形成用信息的反馈；

发送权重矩阵设定单元，其基于所反馈的前述波束形成用信息，设定波束形成用的发送权重矩阵；以及

波束形成单元，其当向前述发送目的地终端发送数据时，使用前述发送权重矩阵来形成波束，

其中，前述发送目的地终端利用前述信道估计最大维度及其自身的天线数量估计出行数为前述发送目的地终端的天线数量、列数在前述信道估计最大维度以下的信道矩阵，从前述信道矩阵计算前述波束形成用信息。

2.一种无线通信终端，其使用被空间复用的流来进行数据接收，该无线通信终端具备：

通知接收单元，其使用记载了用于进行波束形成的能力描述字段的管理帧，接收与通信对象的额定的最大天线数量对应的信道估计最大维度的通知；

波束形成用信息制作单元，其考虑接收到的前述信道估计最大维度来制作波束形成用信息；

反馈单元，其反馈制作出的前述波束形成用信息；以及

接收单元，其接收波束，该波束是使用基于所反馈的前述波束形成用信息而设定的发送权重矩阵来形成的，

其中，该无线通信终端利用前述信道估计最大维度及其自身的天线数量估计出行数为前述无线通信终端的天线数量、列数在前述信道估计最大维度以下的信道矩阵，从前述信道矩阵计算前述波束形成用信息。

3.根据权利要求2所述的无线通信终端，其特征在于，

前述波束形成用信息制作单元制作波束形成用信息使得发送权重矩阵的列数为接收到的前述信道估计最大维度以下。

4.根据权利要求2所述的无线通信终端，其特征在于，

前述反馈单元以压缩形式反馈前述波束形成用信息。