CN103427891A - 几何闭环视线（los）多输入多输出（mimo） - Google Patents

Abstract

本发明涉及几何闭环视线（LOS）多输入多输出（MIMO）。用于LOS通信信道到各自信道矩阵的奇异值分解（SVD）处理、发射器和/或接收器通信设备内信号的适当处理对支持高数据吞吐量起作用，包括接近或收敛于香农极限信道容量（例如每秒每赫兹比特数）。某些通信系统利用多天线通信设备工作，且有时不能实现那些各自的天线间的最优间距。适当处理可以恢复即使不是全部也是绝大部分由各天线间的与完美最优间距的偏离而引起的偏差导致的任何性能降低。此外，通过利用公共或单个本地振荡器驱动天线，或跟踪通信信道（例如，信道估计、跟踪等）以及基于这样的相位噪声更新各自的SVD信道矩阵，可以减轻天线间的相位噪声的任何有害影响。

Description

几何闭环视线(LOS)多输入多输出(MIMO)

相关申请的交叉参考

本专利申请要求2012年12月28日提出的美国临时专利申请第61/647,380号和2013年5月15日提出的美国专利申请第13/730,255号的优先权，其全部内容并入本申请以供参考。

技术领域

本发明整体涉及通信系统；更具体地，涉及利用多个天线实现无线通信。

背景技术

多年来数据通信系统一直在持续发展。通信系统可以包括多种类型的通信链路中的任意通信链路。关于某些无线通信链路，可以实施为发射器和接收器无线通信设备（或收发器无线通信设备）中的至少一个包括多于一个用于发射和接收信号的天线。在这些情况下，适当设计各个天线之间的间距可以有助于确保更优化的性能。然而，可能存在某些情况，即可能无法实现各个天线之间的精确间距。例如，存在各个天线之间的最优间距可能大于在给定装置中制造的实际间距的情况。当与天线间的最优间距的偏差变大时（例如，大于25%），通信系统可以支持的吞吐量会变差和明显降低。在这样的通信系统内，包括具有至少一个无线视线（LOS）通信信道的那些通信系统，现有技术未提供用于维持、确保或增加其中的数据吞吐量的可接受解决方案。

发明内容

（1）一种装置，包括：第一通信设备，包括：第一多个天线，用于发射信号；以及第一处理器，使用多个信道矩阵中的第一信道矩阵处理信号，所述多个信道矩阵对应于所述第一通信设备和第二通信设备之间的视线（LOS）多输入多输出（MIMO）通信信道的到所述第一通信设备处的多个独立流的奇异值分解（SVD）。并且其中：所述第二通信设备包括：第二多个天线，用于经由LOS MIMO通信信道接收从所述第一通信设备的第一多个天线发射的信号；以及第二处理器，用于使用对应于所述奇异值分解的所述多个信道矩阵中的第二信道矩阵处理信号，从而所述多个信道矩阵中的第一信道矩阵和所述多个信道矩阵中的第二信道矩阵合作地操作，以实现经由所述LOS MIMO通信信道传送的信号容量的信息增加。

（2）根据（1）所述的装置，其中：所述第二处理器对信号执行迫零均衡（ZFE），以实现经由所述LOS MIMO通信信道传送的信号容量的信息增加。

（3）根据（1）所述的装置，其中：所述第一处理器基于所述第一通信设备的第一多个天线间的第一差分相位噪声修改或更新所述多个信道矩阵中的第一信道矩阵；和/或，所述第二处理器基于所述第二通信设备的第二多个天线间的第二差分相位噪声修改或更新所述多个信道矩阵中的第二信道矩阵。

（4）根据（1）所述的装置，其中：所述第一通信设备包括用于驱动所述第一多个天线中的每一个的第一本地振荡器（LO），以降低或消除所述第一多个天线间的第一差分相位噪声；和/或，所述第二通信设备包括用于驱动所述第二多个天线的每一个的第二本地振荡器（LO），以降低或消除所述第二多个天线间的第二差分相位噪声。

（5）根据（1）所述的装置，其中：对应于所述SVD的所述多个信道矩阵包括所述多个信道矩阵中的第一信道矩阵、仅在其对角线上具有项的矩阵以及所述多个信道矩阵中的第二信道矩阵。

（6）一种装置，包括：第一多个天线，用于接收从至少一个另外的装置的第二多个天线经由所述装置与所述至少一个另外的装置之间的通信信道发射的信号；以及，处理器，用于利用多个信道矩阵中的一个信道矩阵处理所述信号，所述多个信道矩阵对应于所述通信信道的到所述至少一个另外的装置处的多个独立流的奇异值分解（SVD），以实现所述信号的传送容量的信息增加。

（7）根据（6）所述的装置，其中：所述处理器对所述信号执行迫零均衡（ZFE），以实现所述信号的传送容量的信息增加。

（8）根据（6）所述的装置，其中：所述至少一个另外的装置包括至少一个另外的处理器，所述至少一个另外的处理器使用所述多个信道矩阵中的另一个信道矩阵处理所述信号，所述多个信道矩阵对应于所述通信信道的到所述至少一个另外的装置处的多个独立流的SVD，以实现所述信号的传送容量的信息增加；并且，对应于所述SVD的所述多个信道矩阵包括所述多个信道矩阵中的所述一个信道矩阵、仅在其对角线上具有项的矩阵以及所述多个信道矩阵中的所述另一个信道矩阵。

（9）根据（8）所述的装置，其中：所述至少一个另外的处理器基于所述至少一个另外的装置的第二多个天线间的差分相位噪声来修改或更新所述多个信道矩阵中的所述另一个信道矩阵。

（10）根据（8）所述的装置，其中：所述至少一个另外的装置包括用于驱动第二多个天线中的每一个的本地振荡器（LO），以降低或消除所述第二多个天线间的任意差分相位噪声。

（11）根据（6）所述的装置，进一步包括：本地振荡器（LO），用于驱动所述第一多个天线中的每一个，以降低或消除所述第一多个天线间的任意差分相位噪声。

（12）根据（6）所述的装置，其中：所述处理器基于所述第一多个天线间的差分相位噪声来修改或更新所述多个信道矩阵中的所述一个信道矩阵。

（13）根据（6）所述的装置，其中：所述装置和所述至少一个另外的装置之间的通信信道是视线（LOS）多输入多输出（MIMO）通信信道。

（14）一种用于操作通信设备的方法，所述方法包括：操作所述通信设备的第一多个天线，以接收从至少一个另外的通信设备的第二多个天线经由所述通信设备和所述至少一个另外的通信设备之间的视线（LOS）多输入多输出（MIMO）通信信道发射的信号；以及，利用多个信道矩阵中的一个信道矩阵处理所述信号，所述多个信道矩阵对应于所述视线多输入多输出通信信道的到所述至少一个另外的通信设备处的多个独立流的奇异值分解（SVD），以实现所述信号的传送容量的信息增加。

（15）根据（14）所述的方法，进一步包括：对所述信号执行迫零均衡（ZFE），以实现信号的传送容量的信息增加。

（16）根据（14）所述的方法，进一步包括：操作所述至少一个另外的通信设备的至少一个另外的处理器，以使用所述多个信道矩阵中的另一个信道矩阵处理所述信号，所述多个信道矩阵对应于所述视线多输入多输出通信信道的到所述至少一个另外的通信设备处的多个独立流的SVD，以实现所述信号的传送容量的信号增加；并且其中：对应于所述SVD的所述多个信道矩阵包括所述多个信道矩阵中的所述一个信道矩阵、仅在其对角线上具有项的矩阵以及所述多个信道矩阵中的所述另一个信道矩阵。

（17）根据（16）所述的方法，进一步包括：在所述至少一个另外的通信设备内，基于至少一个另外的装置的所述第二多个天线间的差分相位噪声来修改或更新所述多个信道矩阵中的所述另一个信道矩阵。

（18）根据（16）所述的方法，进一步包括：操作所述至少一个另外的通信设备的本地振荡器（LO），以驱动所述第二多个天线中的每一个，以降低或消除所述第二多个天线间的任意差分相位噪声。

（19）根据（14）所述的方法，进一步包括：操作所述通信设备的本地振荡器（LO），以驱动所述第一多个天线中的每一个，以降低或消除所述第一多个天线间的任意差分相位噪声。

（20）根据（14）所述的方法，进一步包括：在所述至少一个另外的通信设备内，基于所述第一多个天线间的差分相位噪声来修改或更新所述多个信道矩阵中的所述一个信道矩阵。

附图说明

图1和图2示出通信系统的各种实施方式。

图3是示出无线通信设备的实施方式的图。

图4示出M×N多输入多输出（MIMO）通信系统的实施方式，其中，M×N MIMO通信系统——多天线无线通信设备（WDEV），M、N为整数，M=N、M≠N、M>N或M<N。

图5示出2×2MIMO通信系统的实施方式和相对应的信道矩阵，其中，M×N MIMO[M=N=2]通信系统——多天线WDEV。

图6示出在各个发射器和接收器无线通信设备内的天线之间的最佳间隔的实施方式，其中示出M×N MIMO[M=N=2]通信系统——多天线无线通信设备，TX和RX的天线间的分离。

图7示出与在各个发射器和接收器无线通信设备内的天线之间的最佳间隔相关联的通用模型的实施方式，其中示出M×N MIMO[M=N=2]通信系统——多天线无线通信设备，TX和RX的天线间的分离。

图8示出当d_t=d_r时特定情况的最佳距离（以米计算）的实施方式。

图9示出几何波束形成、各两个独立的单输入单输出（SISO）信道、和M×N MIMO通信系统的信道容量的实施方式，其中，图9的上部中示出：在TX中信号×V、H=UΣV^H(V,U[unitary],　Σ[diagonal])、在RX中信号×U^H（或执行迫零），图9的中部示出：TX中的几何波束成型（V）、具有增益λ1和λ2的2个独立SISO信道，图9的下部示出：信道容量。其中，M×N MIMO通信系统——多天线无线通信设备（WDEV），M、N为整数，M=N、M≠N、M>N或M<N。

图10示出由视线（LOS）MIMO的几何闭环操作提供的性能改进的实施方式。

图11和图12示出用于操作一个或多个通信设备的方法的各种实施方式。

具体实施方式

在通信系统内，在不同的通信设备之间发射信号。数字通信系统的目标是将数字数据从一个位置或子系统无误差或以可接受的低误码率发射到另一个位置或子系统。如图1中所示，数据可以在多种多样的通信系统的各种通信信道中传输。磁介质、有线、无线、光纤、铜以及其他类型的介质。

图1和图2分别示出通信系统100、200的各种实施方式。

参考图1，通信系统100的实施方式是通信地耦接位于通信信道119一端的通信设备110（包括具有编码器114的发射器112和具有解码器118的接收器116）和位于通信信道199的另一端的另一个通信设备120（包括具有编码器128的发射器126和具有解码器124的接收器122）的通信信道199。在某些实施方式中，通信设备110和120中的任一个通信设备可以只包括发射器或接收器。存在一些可以实施通信信道199的不同类型的介质（例如，利用卫星天线132和134的卫星通信信道130、利用塔142和144和/或本地天线152和154的无线通信信道140、有线通信信道150、和/或利用电到光（E/O）接口162和光到电（O/E）接口164的光纤通信信道160）。此外，可以实施和连接多于一种类型的介质，以形成通信信道199。

应注意，通信设备110和120可以是固定的或移动的，这不偏离本发明的保护范围和精神。例如，通信设备110和120中的一个或两者都可以在固定位置实施，或可以是能够与多于一个网络接入点相关联和/或与多于一个网络接入点通信的移动通信设备（例如，在包括一个或多个无线局域网（WLAN）的移动通信系统背景下的各个不同接入点（AP）、在包括一个或多个卫星的移动通信系统的背景下的各个不同卫星、或一般地在包括用于利用通信设备110和/或120来实现通信的一个或多个网络接入点的移动通信系统背景下的各个不同网络接入点）。

为了减少通信系统内出现的不期望的传输误差，通常采用误差校正和信道编码方案。一般地，这些误差校正和信道编码方案包括在通信信道199的发射器端的编码器和在通信信道199的接收器端的解码器。

在任何期望的通信系统（例如，包括关于图1描述的不同变形）、任何信息存储设备（例如，硬盘驱动器（HDD）、网络信息存储设备和/或服务器等）、或希望进行信息编码和/或解码的任何应用内可以采用所描述的任何类型的ECC码。

一般来说，当考虑其中视频数据从一个位置、子系统传递到另一个位置、子系统的通信系统时，视频数据编码一般可以视为在通信信道199的发射端执行，视频数据解码一般可以视为在通信信道199的接收端执行。

而且，尽管该图表的实施方式示出能够在通信设备110和120之间进行双向通信，但是当然注意到，在某些实施方式中，通信设备110可以只包括视频数据编码性能，通信设备120可以只包括视频数据解码性能，反之亦然（例如，在单向的通信实施方式中，例如视频广播实施方式）。

参照图2的通信系统200，在通信信道299的发射端，提供信息比特201（例如，在一个实施方式中具体对应于视频数据）给发射器297，发射器297可操作地利用编码器和符号映射器220（可以分别视为不同的功能块222和224）执行信息比特201的编码，因而生成离散值调制符号序列203，离散值调制符号序列203被提供给发射驱动器230，发射驱动器230使用DAC（数字模拟转换器）232以生成连续时间发射信号204，并使用发射滤波器234以生成与通信信道299相称的经滤波的连续时间发射信号205。在通信信道299的接收端，连续时间接收信号206被提供给包括接收滤波器262（生成经滤波的连续时间接收信号207）和ADC（模拟数字转换器）264（生成离散时间接收信号208）的AFE（模拟前端）260。度量生成器270计算解码器280所采用的度量209（例如，以符号和/或比特为单位，例如，LLR）以进行其中编码的离散值调制符号和信息比特的最佳估计210。

在发射器297和接收器298中的每一个内，其中可以实施不同部件、块、功能块、电路等的任意期望的集成。例如，该图表中所示处理模块280a包括编码器和符号映射器220和所有相关联的相对应部件，所示处理模块280b包括度量生成器270和解码器280以及所有相关联的相对应的部件。这样的处理模块280a和280b可以分别是集成电路。当然，可以可选地执行其他边界和分组，这不偏离本发明的保护范围和精神。例如，发射器297内的所有部件可以包括在第一处理模块或集成电路内，接收器298内的所有部件可以包括在第二处理模块或集成电路内。或者，在其他实施方式中，可以是发射器297和接收器298中的每一个内的部件的任意其他组合。

与先前的实施方式一样，对于视频数据从一个位置、子系统传递到另一个位置、子系统（例如，从发射器297经过通信信道299到接收器298）的通信，可以采用这样的通信系统200。

一般来说，许多不同类型的通信系统，包括参照图1所描述的通信系统，可以采用本发明的不同方面、实施方式、和/或其等效物。某些通信系统可以包括不同类型的通信链路（例如，无线链路、有线链路、光纤等等）。包括至少一个无线通信联络的任何通信系统可以根据本发明的任何一个或多个不同方面、实施方式、和/或其等效物工作。本发明的不同方面、实施方式、和/或其等效物可以应用于是视线（LOS）的无线通信链路，其中发射器无线通信设备和接收器无线通信设备中的至少一个包括多于一个用于接收和发射信号的天线。即使在当未达到最优天线间距的情况下（例如，给定安装方式不具有充足的空间提供在各个天线之间的精确和最优间距），在根据本发明的任何一个或多个不同方面、实施方式、和/或其等效物工作的系统中可以恢复由于与最优天线间距的偏差而导致的性能损失。

图3是示出包括主机设备18-32和相关联无线电60的无线通信设备的实施方式300。对于蜂窝电话主机，无线电60是内置部件。对于个人数字助理主机、膝上型主机、和/或个人计算机主机，无线电60可以是内置或外部耦接的部件。对于接入点或基站，部件通常封装在单个结构中。

如上所述，主机设备18-32包括处理模块50、存储器52、无线电接口54、输入接口58和输出接口56。处理模块50和存储器52执行通常由主机设备执行的相对应指令。例如，对于蜂窝电话主机设备，处理模块50根据特定的蜂窝电话标准执行相对应的通信功能。

无线电接口54允许从无线电60接收数据和将数据发送到无线电60。对于从无线电60接收的数据（例如，入站数据），无线电接口54提供数据给处理模块50，以便于进一步的处理和/或路由到输出接口56。输出接口56提供与输出显示设备的连接性，例如显示器、监控器、扬声器等等，以便于显示所接收的数据。无线电接口54还将来自处理模块50的数据提供给无线电60。处理模块50可以经由输入接口58从诸如键盘、键区、麦克风等的输入设备接收出站数据，或自身生成数据。对于经由输入接口58接收的数据，处理模块50可以对数据执行相对应的主机功能和/或将数据经由无线电接口54路由到无线电60。

无线电60包括主机接口62、基带处理模块64、存储器66、多个无线电频率（RF）发射器68-72、发射/接收（T/R）模块74、多个天线82-86、多个RF接收器76-80、和本地振荡模块（LO）100。关于LO模块100，注意到，无线通信设备的各个天线可以从相同LO模块100来驱动，从而补偿、最小化、和/或降低在无线通信设备的各个天线中生成的任何相位噪声。

基带处理模块64结合存储在存储器66中的操作指令分别执行数字接收器功能和数字发射器功能。数字接收器功能包括但不限于数字中频到基带转换、解调、星座图去映射、解码、去交错、快速傅里叶变换、循环前缀移除、空间和时间解码、和/或解扰。将参考附图更详细描述的数字发射器功能包括但不限于加扰、编码、交错、星座图映射、调制、逆向快速傅里叶变换、循环前缀添加、空间和时间编码、和/或数字基带到IF转换。基带处理模块64可以利用一个或多个处理设备实施。该处理设备可以是微处理器、微控制器、数字信号处理器、微型计算机、中央处理单元、场可编程门阵列、可编程逻辑设备、状态机、逻辑电路、模拟电路、数字电路、和/或基于操作指令控制信号（模拟和/或数字）的任何设备。存储器66可以是单个存储设备或多个存储设备。存储设备可以是只读存储器、随机存取存储器、易失性存储器、非易失性存储器、静态存储器、动态存储器、闪存、和/或存储数字信息的任何设备。应当注意，当处理模块64通过状态机、模拟电路、数字电路、和/或逻辑电路实施一个或多个功能时，存储相对应的操作指令的存储器被嵌入包含状态机、模拟电路、数字电路、和/或逻辑电路的电路。

在操作中，无线电60经由主机接口62从主机接收出站数据88。基带处理模块64接收出站数据88，并且基于模式选择信号102生成一个或多个出站符号流90。

在某些实施方式中，例如某些蜂窝应用，基带处理模块64接收出站数据88，并且基于模式选择信号102生成一个或多个出站符号流90。在这样的实施方式中，模式选择信号102将表明特定模式或操作（例如，指示2.4GHz或5GHz的频带，20或22MHz的信道带宽（例如，20或22MHz宽的信道））和每秒54兆比特的最大比特速率。在其他实施方式中，信道带宽可以扩展至1.28GHz或更宽，所支持的最大比特速率扩展至每秒1吉比特或更高。在一般范畴中，模式选择信号将进一步表明从每秒1兆比特到每秒54兆比特的特定速率。此外，模式选择信号将表明特定类型的调制，其包括但不限于，巴克码调制（Barker Code Modulation）、BPSK、QPSK、CCK、16QAM和/或64QAM。在某些实施方式中，可以提供编码速率和每个子载波编码比特数（NBPSC）、每个OFDM符号编码比特（NCBPS）、每个OFDM符号数据比特（NDBPS）。

当然注意到，在其他实施方式中可以使用具有不同带宽的其他类型的信道，而不偏离本发明的保护范围和精神。

基带处理模块64基于模式选择信号102从出站数据88生成一个或多个出站符号流90。例如，如果模式选择信号102表明单个发射天线正被用于已选特定模式，基带处理模块64将生成单个出站符号流90。或者，如果模式选择信号表明2、3或4个天线，则基带处理模块64将从出站数据88生成对应于天线号的2、3或4个出站符号流90。

取决于基带模块64生成的出站流90的数量，相对应的RF发射器68-72将能够将出站符号流90转换成出站RF信号92。发射/接收模块74接收出站RF信号92，并提供每个出站RF信号给相对应的天线82-86。

当无线电60处于接收模式时，发射/接收模块74经由天线82-86接收一个或多个入站RF信号。T/R模块74提供入站信号RF信号94至一个或多个RF接收器76-80。RF接收器76-80将入站RF信号94转换成相应数量的入站符号流96。入站符号流96的数量将符合接收数据的特定模式（例如，在某些实施方式中，可以选择特定模式用于操作）。基带处理模块64接收入站符号流96并将入站符号流96转换成入站数据98，入站数据98经由主机接口62提供给主机设备18-32。

在无线电60的一个实施方式中，无线电包括发射器和接收器。发射器可以包括MAC模块、PLCP模块和PMD模块。可以利用处理模块64来实施的介质访问控制（MAC）模块被可操作地耦接，以根据WLAN协议将MAC服务数据单元（MSDU）转换成MAC协议数据单元（MPDU）。可以在处理模块64中实施的物理层收敛过程（PLCP）被可操作地耦接，以根据WLAN协议将MPDU转换成PLCP协议数据单元（PPDU）。物理介质相关（PMD）模块被可操作地耦接，以根据WLAN协议的多个操作模式之一将PPDU转换成多个无线电频率（RF）信号，其中多个操作模式包括多个输入和多个输出组合。

物理介质相关（PMD）模块的实施方式包括误差保护模块、解复用模块、和多个直接转换模块。可以在处理模块64中实施的误差保护模块被可操作地耦接，以重构PPDU（PLCP（物理层收敛过程）协议数据单元），以降低生成误差保护数据的传输误差。解复用模块被可操作地耦接，以将误差保护数据划分成多个误差保护数据流。多个直接转换模块被可操作地耦接，以将多个误差保护数据流转换成多个无线电（RF）信号。

本领域的技术人员将理解，图3的无线通信设备可以利用一个或多个集成电路实施。例如，主机设备可以实施在一个集成电路上，基带处理模块64和存储器66可以实施在第二集成电路上，无线电60的剩余部件、较小的天线82-86可以实施在第三集成电路上。举可选的实例来说，无线电60可以实施在单个集成电路中。举另一个实例来说，主机设备的处理模块50和基带处理模块64可以是实施在单个集成电路上的公共处理设备。进一步，存储器52和存储器66可以实施在单个集成电路上和/或在与处理模块50和基带处理模块64的公共处理模块相同的集成电路中。

图4示出M×N多输入多输出（MIMO）通信系统的实施方式400。M×N MIMO通信系统可以视为包括具有M个发射器（例如，M个天线）的至少一个发射器无线通信设备和具有N个接收器（例如，N个天线）的至少一个接收器无线通信设备。将不同的M个发射流在N个接收器处分离的能力基于每个发射流将遇到发射器和所有接收器之间的不同路径的假设。

在某些MIMO系统中，通过环境（例如，大地、墙壁）的反射生成不同路径。通信系统可以利用多种通信介质、技术等等实施，例如参照图1所描述的，并且如果其中至少一个通信链路是无线视线（LOS）通信链路（例如，在微波通信系统中），那么在几何上实现（发射器天线和接收器天线之间的各个路径的）分离。所接收信号的相位将取决于路径的长度，因此不同路径将得到不同相位。

图5示出2×2MIMO通信系统的实施方式500和相对应的信道矩阵。应注意，该MIMO通信系统可以包括任意期望数量的发射器天线和任意期望数量的接收器天线（发射器无线通信设备和接收器无线通信设备中的每个无线通信设备可以具有各自不同的天线数）。不失一般性，当观察两个发射天线和两个接收天线（例如，M=N=2）的特定实施方式时，信道矩阵可以表达为以下：

$H=\left[\begin{array}{cc}{e}^{j2\mathrm{\&pi;}{d}_{11}/\mathrm{\&lambda;}}& e^{j2\mathrm{\&pi;}{d}_{12}/\mathrm{\&lambda;}}\\ e^{j2\mathrm{\&pi;}{d}_{21}/\mathrm{\&lambda;}}& e^{j2\mathrm{\&pi;}{d}_{22}/\mathrm{\&lambda;}}\end{array}\right]$

寻找天线的最佳配置将保证信道矩阵可被倒置（例如，将具有接近1的条件数）。关于倒置的条件数表示H的最大奇异值与其最小奇异值之比。较大条件表示接近奇异矩阵。

图6示出在各个发射器和接收器无线通信设备内的天线之间的最佳间隔的实施方式600。使得发射天线之间的距离由dt表示，接收天线之间的距离由dr表示，并且假设天线位于矩形的角上的具体实施方式，那么当下式成立时可以实现最佳间隔：

d_td_r=(λ×d_link)2

图7示出与在各个发射器和接收器无线通信设备内的天线之间的最佳间隔相关联的通用模型的实施方式700。例如，最佳距离取决于载波波长λ和天线之间的物理距离d_link。而且，可以注意到，对于任何给定的空间设置，可以计算最佳d_t和d_r值。图7中用图示的方式示出通用模型的实例。

图8示出当d_t=d_r时特定情况的最佳距离（以米计量）的实施方式800。一般来说，该新颖方法可以被称为几何开环（Geometrical Open Loop）MIMO方法，因为关于几何信道传输功能，从接收器到发射器没有反馈。

然而，在实际实施中，由于安装困难和限制，并不总是可以实现各个天线的精确、完美和最佳的间隔。当偏离最佳天线间距高于25%时，产生相当大的性能损失，因此遇到MIMO系统的利益问题。

图9示出几何波束形成、各两个独立的单输出单输入（SISO）信道、和M×N MIMO通信系统的信道容量的实施方式900。

此处，提出新颖的几何闭环（Geometrical Closed Loop）MIMO方法。当无法精确地实现天线之间的最佳间隔情况时，该新颖的体系结构可以改进性能。

对于给定的通信信道H，利用奇异值分解（SVD），H可以表示为以下形式：H=UΣV^H(V,U[unitary],　Σ[diagonal])。

这些各个信道矩阵可被视为对应于视线（LOS）多输入多输出（MIMO）通信信道到在发射器通信设备处的各个独立流的奇异值分解（SVD）。

使发射器已知H（或V）值，那么发射信号可以在发射器无线通信设备中与V相乘，接收信号在接收器无线通信设备中与U^H相乘（或接收器无线通信设备可以执行迫零，例如根据对信号执行迫零均衡（ZFE），以实现传送信号容量的信息增加）。

例如，使得V如发射器无线通信设备中的几何波束形成的图中所示的形式，第一天线将发射所发射的原始信号的总和，第二天线将发射两个信号之差。而且，矩阵的格式可被称为发射器无线通信设备的几何波束形成。如图所示，这些乘积使得MIMO信道平行于具有增益λ1和λ2的2个独立的SISO信道。η值对应于最佳天线间距（d_opt）和实际天线间距（d）之比。然后，根据图的中部所描述的方程式可以计算信道的通信性能。

闭环方案和开环方案之间的至少一个差异是，在闭环方法中，通信信道被分解成在发射器的独立流，并且在每个独立流中，发射考虑到功率约束可以可靠地发射的最大比特数。另一方面，在开环方案中，在反射器处不存在这样的分解，以至于当试图在接收器无线通信设备执行分解时（例如，利用迫零均衡器执行迫零均衡（ZFE）），那么如果不能保证最佳天线间距，可能出现严重的噪声增强。

当不能实现最佳间隔时，在发射器无线通信设备和接收器无线通信设备中适当地实施相乘可以展示处相当大的增益。

图10示出由视线（LOS）MIMO的几何闭环操作提供的性能改进的实施方式1000。在该图中，可以看到，对于给定的SNR（例如，20dB），可以实现3bit/sec/Hz的增加，因而使系统吞吐量增加超过30%。观察改进的另一个方式是通过观察实现某一值bit/sec/Hz所需的SNR。在该图中，可以看到，对于获得10bit/sec/Hz，在不使用本发明的任何一个或多个不同方面、实施方式和/或其等效物的情况下，需要24dB的SNR，而当使用本发明的任何一个或多个不同方面、实施方式和/或其等效物时，需要17.5dB的SNR。

注意到，本发明的不同方面、实施方式和/或其等效物可以通过多种方式实施。例如，考虑到用于实施该体系结构的至少两个方法，第一方法可以被称为静态几何闭环MIMO体系结构。在该情况下，一旦设置发射天线和接收天线，就测量几何设置和计算V和U^H的最佳值，以便于在发射器无线通信设备和接收器无线通信设备中使用。

第二个方法可以被称为动态几何闭环MIMO体系结构。在该情况中，接收器无线通信设备将动态和连续地测量信道矩阵，然后将利用最佳值更新发射器以供使用（例如，V的最佳值，以利用其发射数据）。观察LOSMIMO通信信道（例如，微波信道），该通信信道主要由相对少的射束组成（例如，2到3个射束，例如至少一个LOS信道和至少一个非LOS信道-例如被称为Rummler信道）。而且，该通信信道通常不会快速改变，变化一般在接收器无线通信设备处容易跟踪，且可以使用接收器无线通信设备和发射器无线通信设备之间的相对低的带宽反馈实现信息反馈。

还注意到，当从各个天线发射和接收双偏振（dual polarizations）时，也可以使用本发明的不同方面、实施方式和/或其等效物。

图11和图12示出用于操作一个或多个通信设备的不同方法的实施方式1100和1200。

参照图11的方法1100，如方框1110中所示，通过操作通信设备（例如，接收器无线通信设备）的第一多个天线接收从至少一个另外的通信设备的第二多个天线经由通信设备和至少一个额外的通信设备之间的视线（LOS）通信信道发射的信号，方法1100开始。

然后如方框1120中所示，通过利用多个信道矩阵之一处理信号（例如，在接收器无线通信设备内），其对应于LOS MIMO通信信道到在至少一个另外的通信设备的多个独立流的奇异值分解（SVD），方法1100进行操作，以实现传送信号容量的信息增加。

参照图12的方法1200，如方框1210中所示，通过利用信道矩阵之一处理信号（例如，在发射器无线通信设备内），其对应于LOS MIMO通信信道到在发射器无线通信设备的独立流的SVD，该方法1200开始。

如方框1220中所示，通过将来自发射器无线通信设备（具有M天线）的处理信号传输到接收器无线通信设备（具有N天线），该方法1200继续进行。然后，如方框1230中所示，通过接收来自LOS MIMO通信信道的处理信号，该方法1200进行操作。

如方框1240中所示，通过利用另一个信道矩阵处理信号（例如，在接收器无线通信设备内），其对应于LOS MIMO通信信道到在发射器无线通信设备的独立流的SVD（在具有各自的信道矩阵的发射器无线通信信道和接收器无线通信信道中处理，以实现传送的信号容量的信息增加），该方法1200继续进行。

可能关注的是，各种通信系统可以包括根据至少一个LOS MIMO通信信道实现的无线通信。可以存在无线通信设备的天线间距可以不是实现系统内最大数据吞吐量的完全最佳天线间距的情况。在这些情况中，根据本发明的各种方面、实施方式和/或其等效物操作可以恢复许多（即使不是全部）由天线间隔不良导致的性能损失或劣化。

而且，适当地处理可能存在于多天线设备中的相位噪声还可以恢复许多（即使不是全部）任何损失性能。可以通过许多组合方式适当地处理相位。例如，在给定通信设备内的各个天线可以都根据公共或单个本地振荡器（LO）驱动。可以理解，在设备的各个天线生成的任何相位噪声，如果由公共或单个本地振荡器驱动，对于所有天线而将是公共的，差分相位噪声将不存在或可以忽略不计。或者，结合使用公共或单个本地振荡器，接收器设备可以除了其他信道监控活动外执行信道估计，并提供该信息给发射器，从而发射器可以补偿给定设备中各个天线之间的任何跟踪相位噪声（包括差分相位噪声）。还注意到，该信道估计操作可以在接收器设备和发射器设备之间合作地执行。

通过执行与本文中所描述的信道矩阵相关联的值的合适计算，例如根据执行在至少两个各自的通信设备之间的LOS MIMO通信信道的SVD，并且通过在不同的通信设备内利用那些值执行合适的处理，可以在系统内实现的数据吞吐量可以接近或收敛于香农极限信道容量（例如，每秒每赫兹比特数）。而且，通过在克服发射器通信设备和接收器通信设备内可能出现的各个天线之间的相位噪声的过程中适当地处理，可以进一步提高性能。而且，在一个实施方式中，通过基于该相位噪声连续或周期性地更新各个信道矩阵U和V，可以处理该相位噪声。在另一个实施方式中，可以使用相同的或单个本地振荡器驱动给定设备内的各个天线。可以单独地使用这些处理相位噪声的手段，或者在给定实施方式中可以合作地使用这些手段。

还注意到，可以在各种类型的通信设备内执行关于文中不同方法所述的各种操作和功能，例如利用一个或多个处理器、处理模块等，在其中实施，和/或其他部件，包括一个或多个基带处理模块、一个或多个介质访问控制（MAC）层、一个或多个物理层（PHY）、和/或其他部件等。

在某些实施方式中，例如处理器、电路和/或处理模块等等（可以在相同设备或单独的设备中实施）可以执行该处理以生成信号，以便于根据本发明的不同方面和/或本文中所描述的任何其他操作和功能或其各个等效物与其他通信设备进行通信。在某些实施方式中，该处理由第一设备中的第一处理器、电路和/或处理模块和第二设备内的第二处理器、电路和/或处理模块中合作地执行。在其他实施方式中，该处理完全由单个通信设备内的处理器、电路和/或处理模块执行。

本文中所使用的术语“基本”或“大约”为项之间的相对应术语和/或相关性提供业界所接受的误差。业界所接收的误差范围是从百分之一到百分之五十，符合但不限于部件值、集成电路变化、温度变化、上升和下降时间、和/或热噪声。项之间的相关性范围是从百分之几的差到量级差。本文中还使用的术语“可操作地耦接至”、“耦接至”、和/或“耦接”包括项之间的直接耦接和/或项之间通过中间项（例如，项包括但不限于部件、元件、电路、和/或模块）间接耦接，其中对于间接耦接，中间项不修改信号信息，但可以调节其电流电平、电压电平、和/或功率电平。本文中进一步使用的推测的耦接（即，其中一个元件根据推理耦接至另一个元件）包括两个项之间以与“耦接至”相同的方式直接和间接耦接。本文中甚至进一步使用的术语“可操作地”或“可操作地耦接至”表示项包括一个或多个功率连接、输入、输出等等，当启动时，执行一个或多个其相对应的功能，并且可以进一步包括一个或多个其他项的推断耦接。本文中还进一步使用的术语“与……相关联”包括单独项之间的直接和/或间接耦接和/或一个项嵌入另一个项中。本文中所使用的术语“有利地比较”表明两个或多个项、信号等直接的比较提供期望的关系。例如，当期望的关系是信号1大于信号2时，当信号1大于信号2或当信号2小于信号1时可以实现有利的比较。

本文中还使用的术语“处理模块”、“模块”、“处理电路”、和/或“处理单元”（例如，包括不同模块和/或电路可以是有效的、实施的、和/或用于编码、解码、基带处理等等）可以是单个处理设备或多个处理设备。该处理设备可以是微处理器、微控制器、数字信号处理器、微型计算机、中央处理单元、场可编程门阵列、可编程逻辑设备、状态机、逻辑电路、模拟电路、数字电路、和/或基于电路的硬件编码和/或操作指令控制信号（模拟和/或数字）的任何设备。处理模块、模块、处理电路、和/或处理单元可以具有相关联的存储器和/或集成存储元件，其可以是单个存储设备、多个存储设备、和/或处理模块、模块、处理电路、和/或处理单元的嵌入式电路。存储设备可以是只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、易失性存储器、非易失性存储器、静态存储器、动态存储器、闪存、高速缓冲存储器、和/或存储数字信息的任何设备。注意到，如果处理模块、模块、处理电路、和/或处理单元包括多于一个处理设备，那么处理设备可以集中定位（例如，通过有线和/或无线总线结构直接耦接在一起）或可以分布式定位（例如，通过局域网和/或广域网的间接耦合云计算）。还注意到，如果处理模块、模块、处理电路、和/或处理单元通过状态机、模拟电路、数字电路、和/或逻辑电路实施一个或多个功能，那么存储器和/或存储相对应操作指令的存储元件可以嵌入在包含在状态机、模拟电路、数字电路、和/或逻辑电路的电路内部或外部。还注意到，存储元件可以存储，处理模块、模块、处理电路、和/或处理单元执行，对应于一个或多个附图中所示的至少某些步骤和/或功能的硬件编码和/或操作指令。该存储设备或存储元件可以包括在制造品中。

以上借助于示出具体功能的性能和其关系的方法步骤已经描述了本发明。为了方便描述，本文中任意限定这些功能组成部件和方法步骤。只要适当地执行具体功能和其关系，就可以限定可选的边界和顺序。任何可选边界或顺序都在要求的本发明的保护范围和精神内。进一步，为了方便描述，任意定义这些功能组成部件的边界。只要适当地执行某些重要功能就可以限定可选的边界。相似地，本文中还任意限定流程图方框，以便于示出某些重要功能。在某种程度，限定流程图方框边界和顺序，和执行某些重要功能。功能组成部件和流程图方框和顺序的可选定义都在要求的本发明的保护范围和精神内。本领域的普通技术人员还将认识到，本文中的功能组成部件和其他说明性的方框、模块、和部件可以实施为由执行合适软件的离散部件、专用集成电路、处理器等等或其任何组合执行。

还就一个或多个实施方式而言至少部分地描述了本发明。本发明的实施方式在本文中用于说明本发明、本发明的方面、本发明的特征、本发明的概念、和/或本发明的实例。体现本发明的装置、制造品、机器、和/或过程的物理实施方式可以包括关于本文中的一个或多个实施方式描述的一个或多个方面、特征、概念、实例等等。进一步，从附图到附图，实施方式可以包括可以使用相同或不同参考数字的相同或相似命名的功能、步骤、模块等等，同样地，功能、步骤、模块等等可以是相同或相似的功能、步骤、模块等等或是不同的功能、步骤、模块等等。

除非明确说明，否则到达、来自本文中呈现的任何附图中的元件或在本文中呈现的任何附图中的元件之间的信号可以是模拟信号或数字信号、连续时间信号或离散时间信号、和单端信号或差分信号。例如，如果所示信号路径作为单端路径，那么还表示差分信号路径。相似地，如果所示信号路径作为差分路径，那么还表示单端信号路径。尽管本文中描述了一个或多个特定体系结构，但是本领域的技术人员认识到，可以实施使用未明确示出的一个或多个数据总线、元件之间直接连接、和/或其他元件之间间接耦合的其他体系结构。

在描述本发明的不同实施方式的过程中使用术语“模块”。模块包括通过硬件实施的用于执行一个或多个模块功能的功能模块，例如一个或多个输入信号的处理，从而产生一个或多个输出信号。实施模块的硬件可以结合软件、和/或固件工作。本文中所使用的模块可以含有其本身是模块的一个或多个子模块。

尽管本文中已经明确地描述本发明的不同功能和特征的特定组合，但是这些特征和功能的其他组合同样是可以的。本发明不受本文中公开的特定实例的限制，本发明特别包括其他组合。

Claims (10)

1.一种装置，包括：

第一通信设备，包括：

第一多个天线，用于发射信号；以及

第一处理器，使用多个信道矩阵中的第一信道矩阵处理信号，所述多个信道矩阵对应于所述第一通信设备和第二通信设备之间的视线（LOS）多输入多输出（MIMO）通信信道的到所述第一通信设备处的多个独立流的奇异值分解（SVD）；并且其中：

所述第二通信设备包括：

第二多个天线，用于经由LOS MIMO通信信道接收从所述第一通信设备的第一多个天线发射的信号；以及

第二处理器，用于使用对应于所述奇异值分解的所述多个信道矩阵中的第二信道矩阵处理信号，从而所述多个信道矩阵中的第一信道矩阵和所述多个信道矩阵中的第二信道矩阵合作地操作，以实现经由所述LOS MIMO通信信道传送的信号容量的信息增加。

2.根据权利要求1所述的装置，其中：

所述第二处理器对信号执行迫零均衡（ZFE），以实现经由所述LOS MIMO通信信道传送的信号容量的信息增加。

3.根据权利要求1所述的装置，其中：

所述第一处理器基于所述第一通信设备的第一多个天线间的第一差分相位噪声修改或更新所述多个信道矩阵中的第一信道矩阵；和/或

所述第二处理器基于所述第二通信设备的第二多个天线间的第二差分相位噪声修改或更新所述多个信道矩阵中的第二信道矩阵。

4.根据权利要求1所述的装置，其中：

所述第一通信设备包括用于驱动所述第一多个天线中的每一个的第一本地振荡器（LO），以降低或消除所述第一多个天线间的第一差分相位噪声；和/或

所述第二通信设备包括用于驱动所述第二多个天线的每一个的第二本地振荡器（LO），以降低或消除所述第二多个天线间的第二差分相位噪声。

5.一种装置，包括：

第一多个天线，用于接收从至少一个另外的装置的第二多个天线经由所述装置与所述至少一个另外的装置之间的通信信道发射的信号；以及

处理器，用于利用多个信道矩阵中的一个信道矩阵处理所述信号，所述多个信道矩阵对应于所述通信信道的到所述至少一个另外的装置处的多个独立流的奇异值分解（SVD），以实现所述信号的传送容量的信息增加。

6.根据权利要求5所述的装置，其中：

所述处理器对所述信号执行迫零均衡（ZFE），以实现所述信号的传送容量的信息增加。

7.根据权利要求5所述的装置，其中：

所述至少一个另外的装置包括至少一个另外的处理器，所述至少一个另外的处理器使用所述多个信道矩阵中的另一个信道矩阵处理所述信号，所述多个信道矩阵对应于所述通信信道的到所述至少一个另外的装置处的多个独立流的SVD，以实现所述信号的传送容量的信息增加；并且

对应于所述SVD的所述多个信道矩阵包括所述多个信道矩阵中的所述一个信道矩阵、仅在其对角线上具有项的矩阵以及所述多个信道矩阵中的所述另一个信道矩阵。

8.根据权利要求7所述的装置，其中：

所述至少一个另外的处理器基于所述至少一个另外的装置的第二多个天线间的差分相位噪声来修改或更新所述多个信道矩阵中的所述另一个信道矩阵。

9.一种用于操作通信设备的方法，所述方法包括：

操作所述通信设备的第一多个天线，以接收从至少一个另外的通信设备的第二多个天线经由所述通信设备和所述至少一个另外的通信设备之间的视线（LOS）多输入多输出（MIMO）通信信道发射的信号；以及

利用多个信道矩阵中的一个信道矩阵处理所述信号，所述多个信道矩阵对应于所述视线多输入多输出通信信道的到所述至少一个另外的通信设备处的多个独立流的奇异值分解（SVD），以实现所述信号的传送容量的信息增加。

10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：

对所述信号执行迫零均衡（ZFE），以实现信号的传送容量的信息增加。

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